JP3358235B2

JP3358235B2 - イオンビームの走査電圧波形整形方法

Info

Publication number: JP3358235B2
Application number: JP13138893A
Authority: JP
Inventors: 裕教熊崎
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH06318444A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、イオンビームを電気
的に平行走査（パラレルスキャン）してターゲットにイ
オン注入を行う方式のイオン注入装置に用いられるもの
であって、ターゲット上でのイオンビームの走査速度を
補正することによって、注入均一性を改善することがで
きるようにしたイオンビームの走査電圧波形整形方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ターゲット上でのイオンビームの走査速
度を一定にすることで、注入均一性を向上させることが
できるようにしたイオンビームの走査電圧波形整形方法
が、同一出願人によって先に提案されている（特開平４
−２２９００号）。それの要点を以下に説明する。

【０００３】図８は、パラレルスキャン方式のイオン注
入装置に従来の走査電圧波形整形方法を実施するための
構成を付加した例を示す概略図である。

【０００４】イオン注入を行う対象であるターゲット
（例えばウェーハ）１０の上流側に、スポット状のイオ
ンビーム２を静電的に走査する二組の走査電極４および
６が設けられており、両者には、共通の走査電源８から
走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂が互いに１８０度位相が異なるよう
に印加される。

【０００５】ターゲット１０は、ターゲット駆動装置１
６によって、イオンビーム２を走査する方向と実質的に
直交する方向（この例では紙面の表裏方向）に機械的に
走査される。

【０００６】走査電源８は、外部から（この例では後述
する演算処理装置２０から）与えられる走査電圧波形デ
ータに基づいて当該走査電圧波形データに対応する波形
の走査信号を発生する任意波形発生器８１と、それから
の走査信号を昇圧して互いに１８０度位相の異なる走査
電圧Ｖ₁およびＶ₂をそれぞれ出力する高圧アンプ８２
および８３を備えている。

【０００７】また、第１および第２の多点ビームモニタ
１２および１４が、ターゲット１０に対する注入位置の
ビーム進行方向（Ｚ方向）上の上流側および下流側にそ
れぞれ配置されている。各多点ビームモニタ１２、１４
は、この例では予め位置の分かった複数のビーム電流計
測アレイから成る。

【０００８】各多点ビームモニタ１２、１４で計測した
ビーム電流Ｉの時間的変化は、データロガー１８によっ
て記録され、演算処理装置２０による波形整形のための
データとして使用される。

【０００９】図の左から走査電極４に入射したイオンビ
ーム２は、当該走査電極４に印加される電圧に応じた角
度だけ曲げられ、その下流側の走査電極６で同じ角度だ
け曲げ戻され、走査電極４へ入射したときとほぼ同じ角
度で走査電極６を出て行く。この結果、ターゲット１０
や各多点ビームモニタ１２、１４への入射角がほぼ一定
で、走査電極４、６への印加電圧に応じてＸ方向へ変位
したイオンビーム２が得られる。従って、走査電極４、
６へ印加する走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂を連続的に（具体的に
は三角波状に）変化させることにより、ターゲット１０
および各多点ビームモニタ１２、１４上で平行にイオン
ビーム２を走査することができる。

【００１０】演算処理装置２０は、ここでは次のような
論理で、ターゲット１０上のイオン注入量が均一になる
ような走査電圧波形データＶ（ｔ）を生成する。

【００１１】まず、上流側の多点ビームモニタ１２によ
って、走査されているイオンビーム２のサンプリングを
行う。これによって得られるビーム電流Ｉの波形の一例
を図９に示す。横軸は時間軸で、Ｔは１往復走査分であ
る。図中の実線は多点ビームモニタ１２のあるチャンネ
ル（例えばＸ＝Ｘ_f1のビーム電流計測アレイ）の信号、
破線はそれよりも内側のチャンネル（例えばＸ＝Ｘ_f2の
ビーム電流計測アレイ）の信号であり、ピークの時刻は
その時点で多点ビームモニタ１２のあるチャンネルの正
面にイオンビーム２が入射していることを示している。
このようにして、予め位置｛Ｘ_f1，Ｘ_f2，・・・，
Ｘ_fn｝の分かっている多点ビームモニタ１２の各チャン
ネルに対して、その位置にイオンビーム２が入射した時
刻｛Ｔ_f1，Ｔ _f2，・・・，Ｔ_fn｝が得られる。

【００１２】同様にして、下流側の多点ビームモニタ１
４においても、その位置｛Ｘ_b1，Ｘ_b2，・・・，Ｘ_bn｝
に対するイオンビーム２の入射時刻｛Ｔ_b1，Ｔ_b2，・・
・，Ｔ_bn｝のデータが得られる。

【００１３】演算処理装置２０から任意波形発生器８１
へ入力する波形データは、時刻ｔに対する走査電圧を示
す関数Ｖ（ｔ）であるから、この関数Ｖ（ｔ）と先のデ
ータ｛Ｔ_f1，・・・，Ｔ_fn｝および｛Ｔ_b1，・・・，Ｔ
_bn｝より、二つの多点ビームモニタ１２および１４（即
ちＺ＝Ｚ_fおよびＺ＝Ｚ_bの位置）における、走査電圧
Ｖの入力とイオンビーム２の走査位置Ｘとの関係を示す
データ点列｛（Ｖ_f1，Ｘ_f1），（Ｖ_f2，Ｘ_f2），・・
・，（Ｖ_fn，Ｘ_fn）｝および｛（Ｖ_b1，Ｘ_b1），
（Ｖ_b2，Ｘ_b2），・・・，（Ｖ_bn，Ｘ_bn）｝が得られ
る。これは、簡単に言えば、時刻ｔが分かればそのとき
の走査電圧Ｖが分かり、同様に時刻ｔが分かればそのと
きの走査位置が分かることで、共通の時刻ｔで関係付け
れば、走査電圧Ｖが分かれば走査位置Ｘが分かるという
ことである。

【００１４】このデータ点列を用いて例えば最小二乗法
による高次関数近似することにより、多点ビームモニタ
１２（Ｚ＝Ｚ_f）と多点ビームモニタ１４（Ｚ＝Ｚ_b）
での走査電圧Ｖとイオンビーム２の走査位置Ｘとの関係
を表す関数Ｘ_f（Ｖ）およびＸ_b（Ｖ）を求める。この二
つの関数と多点ビームモニタ１２（Ｚ＝Ｚ_f）、多点ビ
ームモニタ１４（Ｚ＝Ｚ_b）およびターゲット１０（Ｚ
＝Ｚ_t）の位置関係から、ターゲット１０上での、走査
電圧Ｖとイオンビーム２の走査位置Ｘとの関係を表す関
数Ｘ_t（Ｖ）は、次のように表される。

【００１５】

【数１】Ｘ_t(Ｖ)＝｛（Ｚ_b−Ｚ_t）Ｘ_f(Ｖ)＋（Ｚ_t−
Ｚ_f）Ｘ_b(Ｖ)｝／（Ｚ_b−Ｚ_f)

【００１６】演算処理装置２０は、この数１を用いて、
ターゲット１０上でのイオンビーム２の走査速度ｄＸ_t
（Ｖ）／ｄｔが一定になるような走査電圧波形データを
生成する。より具体的には、

【数２】ｄＸ_t（Ｖ）／ｄｔ＝｛ｄＸ_t（Ｖ）／ｄＶ｝・
｛ｄＶ（ｔ）／ｄｔ｝であるから、これがイオンビーム２の走査位置に拘わら
ず一定になるように走査電圧波形データを生成する。

【００１７】ここで、走査電圧Ｖが三角波の場合、数１
のイオンビームの走査位置を表す関数Ｘ_t（Ｖ）は、通
常は直線にはならず、一例を示せば図１０に示すように
わずかにＳ字状になる。これは、イオンビーム２の軌道
が図８中に示す状態のように大振幅の場合、イオンビー
ム２が下流側の走査電極６を通過中に電位（正電位）の
高い電極近傍を通るためにイオンビーム２が減速されて
曲げ戻しの作用が大きくなり、イオンビーム２はわずか
に中心へ向かって集束する傾向になり、従ってｄＶ／ｄ
ｔ＝一定の三角波による走査では、小振幅の部分では走
査速度が速くなり、大振幅の部分では走査速度が遅くな
るからである。

【００１８】この関数Ｘ_t（Ｖ）の導関数ｄＸ_t（Ｖ）／
ｄＶを図１１に示す。これは走査電圧Ｖを変数とした走
査速度を表している。従ってこのままでは、ターゲット
１０へのイオン注入量はその周辺へ行くほど多くなる。

【００１９】このような走査速度の不均一を補正するた
めには、走査電圧Ｖ（ｔ）の導関数ｄＶ（ｔ）／ｄｔ
を、図１２に示すように、図１１の導関数ｄＸ_t（Ｖ）
／ｄＶとは逆の関係で変化させることによって、数２の
導関数、即ち走査速度ｄＸ_t（Ｖ）／ｄｔを一定にする
ように、走査電圧波形を整形すれば良いことになる。

【００２０】このようにして整形した走査電圧Ｖ（ｔ）
の波形を図１３中に実線Ｆで示す。同図中の破線Ｅは元
の三角波であり、これに比べて実線Ｆは、それのピーク
付近がより尖った格好になっている。このような波形が
この例では演算処理装置２０において作られ、これが任
意波形発生器８１に与えられ、走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂が作
られる。両走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂は、前述したように、同
一の走査電圧波形データを位相が１８０度異なるように
増幅したものである。このような走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂に
よってイオンビーム２の走査を行えば、イオンビーム２
の曲げ戻し作用の不均一が存在しても、ターゲット１０
上でのイオンビーム２の走査速度が一定になるので、タ
ーゲット１０の面内における注入量の均一性を向上させ
ることができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の走査
電圧波形整形方法で注目しているのは、ターゲット１０
上でのイオンビームの走査速度だけであり、イオンビー
ム２のスポットサイズが走査位置に対して不変であると
いうことが前提である。しかしながら、実際は、走査位
置によってイオンビーム２のスポットサイズ（即ちビー
ム電流密度）が変化する場合がある。

【００２２】その原因の主たるものは、静電走査による
中性点作用と呼ぶことのできるものであるが、他にも、
イオンビーム２を走査電極４の上流側で整形するＱレン
ズにおいてビーム位置によってビーム集束状態がわずか
に変化すること等もある。この中性点作用を図３および
図４を参照して説明する。

【００２３】図３では話を分かりやすくするために走査
電圧Ｖ₁およびＶ₂は共に三角波で示しているが、この
ような走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂が印加される走査電極４、６
によってイオンビーム２を静電的に走査すると、例えば
図４に示すように、イオンビーム２が走査電極間の端部
ＡまたはＣにある時にはスポットサイズが大きく、走査
電極間の中心部Ｂにある時にはスポットサイズが小さく
なるという問題が生じる。

【００２４】これは、イオンビーム２内に含まれている
イオンと電子の移動速度の差により（イオンは電子に比
べて数千倍重く従って動きにくい）、電界のかかった部
分（時）において、イオンと電子とが分離して、イオン
ビーム２内に含まれていた電子が少なくなってイオンビ
ーム２がそれ自身の電荷により発散してビームサイズが
大きくなるからである。即ち、イオンビーム２が走査電
極４（または６）間の中心部Ｂ付近以外を通る時は、何
らかの電界がかかるので、イオンビーム２の発散は大き
くそのスポットサイズは大きくなる。一方、イオンビー
ム２が走査電極４（または６）間の中心部Ｂ付近を通る
時は、一対の走査電極は共にゼロ電位にあるため（図３
参照）、イオンビーム２内で電子とイオンが分離せず、
従ってイオンビーム２は発散しにくいのでそのスポット
サイズは一番小さくなる。

【００２５】そして、上記のようにイオンビーム２のス
ポットサイズが変化すると、イオンビーム２全体のビー
ム電流は一定であるから、イオンビーム２が走査電極間
の中心部Ｂを通る時にビーム電流密度が高くなって注入
量が多くなり、端部Ａ、Ｃを通る時にビーム電流密度が
低くなって注入量が少なくなるので、これを無視する
と、ターゲット１０に対する注入均一性を悪化させると
いう問題が生じる。

【００２６】そこでこの発明は、上記のようなイオンビ
ームの走査方向のビーム電流密度分布も考慮することに
よって、ターゲットの面内での注入均一性をより一層向
上させることができるようにしたイオンビームの走査電
圧波形整形方法を提供することを主たる目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の走査電圧波形整形方法は、前記ターゲッ
トに対する注入位置に出し入れできる可動式の第３のビ
ームモニタであってイオンビームの走査方向のビーム電
流密度分布を計測することのできるものを設け、これに
よってターゲットに対する注入位置でのビーム走査方向
のビーム電流密度分布を表す第４の関数を求め、前記第
３の関数の導関数と走査電圧の導関数との積がイオンビ
ームの走査位置に拘わらず一定になるようにイオンビー
ムの走査電圧波形を整形する代わりに、このビーム電流
密度分布を表す第４の関数の逆数と前記第３の関数の導
関数と走査電圧を表す関数の導関数との積またはそれと
数学的に等価の関数がイオンビームの走査位置に拘わら
ず一定になるように、イオンビームの走査電圧波形を整
形することを特徴とする。

【００２８】

【実施例】図１は、パラレルスキャン方式のイオン注入
装置にこの発明に係る走査電圧波形整形方法を実施する
ための構成を付加した例を示す概略図である。図８の従
来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以
下においては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００２９】この実施例においては、前述したターゲッ
ト１０に対する注入位置（即ちＺ＝Ｚ_t）に、ビームモ
ニタ駆動装置２６によって例えば矢印Ｄのように出し入
れできる可動式の第３のビームモニタ２２を設けてい
る。但しこのビームモニタ２２の出し入れ方向は、要は
ターゲット駆動装置１６によるターゲット１０の機械的
走査と干渉しなければ良く、図示例のようなものに限ら
ない。

【００３０】ビームモニタ２２は、イオンビーム２のビ
ーム走査方向（即ちこの例ではＸ方向）のビーム電流密
度分布を計測することができるものであるが、その計測
結果を用いた後述する補正をできるだけ正確に行うため
には、ビーム電流密度分布をできるだけきめ細かく計測
することのできるものが好ましい。

【００３１】そのようなビームモニタ２２の一例を図２
に示す。このビームモニタ２２は、イオンビーム２の走
査方向に長い単一の帯状のファラデーカップ２３の前方
に、イオンビーム２の最小スポットサイズよりも幅Ｗが
狭く、しかもイオンビーム２の走査方向に長いスリット
２４を設けたものである。このような構造にすれば、フ
ァラデーカップ２３には常に一定面積のイオンビーム２
が入射するので、イオンビーム２のビーム電流密度に応
じたビーム電流がファラデーカップ２３に流れる。イオ
ンビーム２の走査位置Ｘは、前述した数１で分かってい
るから、その走査位置とファラデーカップ２３に流れる
ビーム電流とによって、イオンビーム２の走査方向のビ
ーム電流密度分布をこのビームモニタ２２の場合は連続
的に計測することができる。

【００３２】あるいはビームモニタ２２に、この図２に
示したようなもの以外に、前述した多点ビームモニタ１
２、１４と同様に、多数の小さなファラデーカップをイ
オンビーム２の走査方向に並列配置した構造のものを用
いても良い。その場合、二つのファラデーカップの中心
間間隔を、イオンビーム２の最小スポットサイズの直径
よりも小さくしておけば、イオンビーム２の走査方向の
ビーム電流密度分布をほぼ連続的に計測することができ
る。

【００３３】なお、このビームモニタ２２によるイオン
ビーム２のビーム電流密度分布の計測は、例えば、多点
ビームモニタ１２および１４による計測と同じ時期に、
より具体的には多点ビームモニタ１２および１４による
計測に引き続いて行えば良い。

【００３４】イオンビーム２のスポットサイズが図４に
示したように変化する場合、イオンビーム２のビーム電
流密度Ｊ（Ｘ）は、図５に示すように、走査位置Ｘ＝０
付近にピークＰがある分布をしている。ここでは、この
ビーム電流密度分布を表す第４の関数として、Ｊ（Ｘ）
／Ｊ₀を採用している。Ｊ₀は、ビーム電流密度の基準
値（例えば平均値）である。

【００３５】そして、この実施例では、従来のように数
２に示すｄＸ_t（Ｖ）／ｄｔがターゲット１０に対する
注入位置上の各点で一定になるようにする代わりに、次
の数３で表される関数がイオンビーム２の走査位置に拘
わらず一定になるように、走査電圧波形データを生成す
る。

【００３６】

【数３】｛Ｊ₀／Ｊ（Ｘ）｝・｛ｄＸ_t（Ｖ）／ｄＶ｝・
｛ｄＶ（ｔ）／ｄｔ｝

【００３７】この数３は、前述した数２に、上記第４の
関数の逆数Ｊ₀／Ｊ（Ｘ）を掛けたものである。数２の
関数をイオンビーム２の走査位置に拘わらず一定にする
ためには、前述したように、走査電圧Ｖ（ｔ）の導関数
ｄＶ（ｔ）／ｄｔを図１２に示すように、従って走査電
圧Ｖ（ｔ）を図１３中の実線Ｆで示すように補正すれば
良いのであるから、この数２に上記第４の関数の逆数Ｊ
₀／Ｊ（Ｘ）を掛けたこの数３の関数をイオンビーム２
の走査位置に拘わらず一定にするためには、走査電圧Ｖ
（ｔ）の導関数ｄＶ（ｔ）／ｄｔを、図６に示すよう
に、図１２に示したものから図５のピークＰに対応する
位置にピークＱを有するように補正すれば良い。

【００３８】このようにして整形した走査電圧Ｖ（ｔ）
の波形を図７中に実線Ｇで示す。同図中の破線Ｅは三角
波を参考までに示したものである。この実線Ｇは、図１
３中の実線Ｆに比べて、上記ピークＰ、Ｑに対応する部
分Ｒの傾きが大きくなっている。このような波形がこの
例では前述した演算処理装置２０において作られ、これ
が任意波形発生器８１に与えられ、走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂
が作られる。

【００３９】このような走査電圧Ｖ₁、Ｖ₂によってイ
オンビーム２の走査を行えば、イオンビーム２のスポッ
トサイズが小さくなってビーム電流密度が高くなる走査
位置（即ちＸ＝０付近）では、イオンビーム２の走査速
度が速くなるので、イオンビーム２の曲げ戻し作用の不
均一による注入均一性の低下に加えて、イオンビーム２
の走査方向のビーム電流密度分布の不均一による注入均
一性の低下をも抑制することができるので、ターゲット
１０の面内での注入均一性をより一層向上させることが
できる。

【００４０】なお、数３と実質的に等価の関数、例えば
それに定数を掛けたものとか、Ｊ₀を１としたもの等、
が一定になるように走査電圧波形を整形するようにして
も良いのは勿論である。

【００４１】また、イオンビーム２の図５に示したよう
なビーム電流密度分布は典型例であり、それ以外の分布
の場合にも上記方法で補正できるのは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、イオン
ビームの曲げ戻し作用の不均一による注入均一性の低下
に加えて、イオンビームの走査方向のビーム電流密度分
布の不均一による注入均一性の低下をも抑制することが
できるので、ターゲットの面内での注入均一性をより一
層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パラレルスキャン方式のイオン注入装置にこの
発明に係る走査電圧波形整形方法を実施するための構成
を付加した例を示す概略図である。

【図２】図１中のビームモニタの一例を示す正面図であ
る。

【図３】三角波の走査電圧波形を示す図である。

【図４】イオンビームのスポットサイズの変化を模式的
に示す図である。

【図５】イオンビームのビーム電流密度分布の一例を示
す図である。

【図６】走査電圧を表す関数の導関数の一例を示す図で
ある。

【図７】この発明の方法による走査電圧波形の一例を示
す図である。

【図８】パラレルスキャン方式のイオン注入装置に従来
の走査電圧波形整形方法を実施するための構成を付加し
た例を示す概略図である。

【図９】多点ビームモニタからの信号の一例を部分的に
示す概略図である。

【図１０】イオンビームの走査位置を表す関数の一例を
示す図である。

【図１１】イオンビームの走査位置を表す関数の導関数
の一例を示す図である。

【図１２】走査電圧を表す関数の導関数の一例を示す図
である。

【図１３】従来の方法による走査電圧波形の一例を示す
図である。

【符号の説明】

２イオンビーム４，６走査電極８走査電源１０ターゲット１２第１の多点ビームモニタ１４第２の多点ビームモニタ１８データロガー２０演算処理装置２２第３のビームモニタ２６ビームモニタ駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−301346（ＪＰ，Ａ) 特開平５−89819（ＪＰ，Ａ) 特開平５−89811（ＪＰ，Ａ) 特開平７−201975（ＪＰ，Ａ) 特開平７−169432（ＪＰ，Ａ) 特開平７−169431（ＪＰ，Ａ) 特開平４−163845（ＪＰ，Ａ) 特開平６−215724（ＪＰ，Ａ) 特開平４−22900（ＪＰ，Ａ) 特開平２−5346（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−45744（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/147 C23C 14/48 H01J 37/04 H01J 37/317

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】走査電圧によって電気的に平行走査され
るイオンビームのビーム電流をその走査方向における予
め位置の分かった複数点でそれぞれ計測する第１および
第２の多点ビームモニタを、ターゲットに対する注入位
置のビーム進行方向上の上流側および下流側にそれぞれ
配置しておき、イオンビームの走査を行いながら各多点
ビームモニタでビーム電流のサンプリングを行うことに
より、走査電圧と第１および第２の多点ビームモニタ上
でのイオンビームの走査位置との関係を表す第１および
第２の関数をそれぞれ求め、この第１および第２の関数
に基づいて、走査電圧とターゲットに対する注入位置で
のイオンビームの走査位置との関係を表す第３の関数を
求め、そしてこの第３の関数の導関数と走査電圧を表す
関数の導関数との積がイオンビームの走査位置に拘わら
ず一定になるように、イオンビームの走査電圧波形を整
形する方法において、前記ターゲットに対する注入位置
に出し入れできる可動式の第３のビームモニタであって
イオンビームの走査方向のビーム電流密度分布を計測す
ることのできるものを設け、これによってターゲットに
対する注入位置でのビーム走査方向のビーム電流密度分
布を表す第４の関数を求め、前記第３の関数の導関数と
走査電圧の導関数との積がイオンビームの走査位置に拘
わらず一定になるようにイオンビームの走査電圧波形を
整形する代わりに、このビーム電流密度分布を表す第４
の関数の逆数と前記第３の関数の導関数と走査電圧を表
す関数の導関数との積またはそれと数学的に等価の関数
がイオンビームの走査位置に拘わらず一定になるよう
に、イオンビームの走査電圧波形を整形することを特徴
とするイオンビームの走査電圧波形整形方法。