JP3680274B2 - イオンビームの電荷中和装置とその方法 - Google Patents
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Landscapes
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場または磁場によってイオンビームを直線的に往復スキャン走査する機構を持つイオン注入装置におけるイオンビームの電荷中和装置とその方法に関する。また、本発明は、イオン引出部やビームラインを介してシート状またはリボン状のイオンビームを形成する機構を持つイオン注入装置及びイオンビームの電荷中和装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造工程において、イオン注入装置は、表面の微細な領域に精度良く不純物を導入することが出来るために広く用いられている。イオン注入装置では電荷を持ったイオンを処理対象ウェハに打ち込むので、ウェハ上への電荷の蓄積（チャージアップ）が問題になる。
【０００３】
注入されるイオンは通常正の電荷を持っているので、チャージアップの緩和のためには、負の電荷（電子）を供給することが行われる。例としては、イオンがビームライン壁面に衝突することによって発生する電子を積極的に供給する方法や、ウェハ近傍で電子銃を使用して二次電子を発生させて供給する方法などがある。その中で、プラズマシャワー（またはプラズマフラッドガン）は、比較的低エネルギーの電子を供給できる方法として、広く用いられている。
【０００４】
バッチ式のイオン注入装置では、直線往復移動が可能な回転ディスク上にウェハを設置することにより、ウェハ全面へのイオン注入を可能にしている。この時、ビーム軌道はビームラインに対して固定されており、プラズマシャワーはビーム近傍に設置されてビームのポテンシャルによってプラズマシャワーから電子が引き出される。
【０００５】
ここで、一例として、図５にバッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図を示す。
【０００６】
アークチャンバー１５にプラズマ形成用ガス１６を導入し、フィラメント１７を電源１８で加熱して、アークチャンバー１５との間にアーク電圧１９を印加することにより、プラズマが形成される。アークチャンバー１５の近傍にイオンビーム２８が位置するように設定すると、イオンビーム２８によって形成されるポテンシャルによって電子が引き出され、ビームによるチャージアップが抑制される。シャワーチューブ３７を配置し、これに電位３８を印加することにより、アークチャンバー１５からビームへの電子の供給を促進させることもできる。
【０００７】
これに対して、ビーム自体を直線的に往復運動させることによって走査（スキャン）する機構を持つイオン注入装置では、ビームとプラズマシャワーの相対的位置が常に変化することになり、安定した電子の供給が困難になる。このため、プラズマシャワーから引き出される電子をスキャンされるビ−ムに供給するために様々な方法が考えられている。
【０００８】
例として、イオンビームの電荷中和装置において広範囲のイオンビームに対して電子供給を促進するために、ビームスキャン領域に磁場を印加する方法が提案されている。
【０００９】
従来技術１（特開平７−１７６２９０号）では、プラズマアークチャンバーの放出孔をビームスキャン方向と平行に取り付け、スキャン方向と平行にコイルで磁場を印加している。
【００１０】
従来技術２（特開平８−１９０８８７号）では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交して取り付け、中心から周囲に拡がる磁場をコイルで印加している。
【００１１】
従来技術３（特開平９−１４７７８５号）では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交して取り付け、中心からビームスキャン領域全体に拡がる磁場をコイルで印加している。
【００１２】
従来技術４（特開平１０−２７５６９号）では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交して取り付け、ビームと同期した交流磁場をスキャン方向にコイルで印加している。
【００１３】
従来技術５（特開平１０−１７２５０２号）では、従来技術３の発明を改良して電子反射用の電場を設けて、さらにビーム方向へも磁場を印加するようになっている。
【００１４】
これらのプラズマシャワーでは、印加した磁場自体が電子を束縛し過ぎるために、かえって電子供給が妨げられる場合がある。この様な現象を防ぐためには磁場を精度良く形成する必要があるが、意図した通りの磁場を形成することは必ずしも簡単ではない。
【００１５】
また、ビームスキャンと磁場を同期させようとすれば、回路を構成するために機構が複雑になり、電子の軌道が意図した通りに制御されているかどうかの確認も困難である。更に、コイルを使用した場合には機構自体が大きくなってしまう。
【００１６】
さらに、従来技術６（Ｓ．Ｓａｋａｉ，ｅｔ ａｌ．，ｐｐ５９２−５９５，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｓｅｐｔ．２０００ ）として、広範囲に及ぶプラズマを形成するために高周波アンテナを使用する例もある。この場合は、高周波を発生／伝播させ、制御するための機構が大きくまた複雑になる問題がある。
【００１７】
また、プラズマアークチャンバーより引出た電子を、二次的なチャンバーに一度導入した後でビームに供給する方法として、次のようなものが提案されている。
【００１８】
従来技術７（特許公報第２７５６７０４号）では、二次的なチャンバーにメッシュ状の電極を導入することにより、低エネルギーの電子のみをビームに供給することを意図している。
【００１９】
従来技術８（特開平６−２０３７８８号）では、引き出した電子が二次的なチャンバーの壁面に衝突した結果として生じる低エネルギーの二次電子を、磁場を印加することによりビームに供給することを意図している。
【００２０】
ただし、これらの発明はバッチ型イオン注入装置を対象としたものであり、また、広範囲にわたる電子の供給を意図していない。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、複数組の永久磁石を配置することにより形成されるカスプ磁場を用いて電子の閉じ込めを行うことによって、スキャンされるイオンビームに対して、広範囲にわたる電子の安定な供給を可能にする電子中和装置と、電子中和方法、及び、電子中和装置を有するイオン注入装置を提供することにある。また、本発明は、シート状またはリボン状のイオンビーム全体に対しても、広範囲にわたる電子の安定な供給を可能にする電子中和装置と、電子中和方法、及び、電子中和装置を有するイオン注入装置を提供する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のイオンビームの電荷中和装置では、イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のイオンビームの電荷中和方法では、イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のイオン注入装置では、イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のイオンビームの電荷中和装置では、一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のイオンビームの電荷中和方法では、一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のイオン注入装置では、一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２８】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、ビームの進行方向及びビームのスキャン方向と交差する第三の方向から電子を供給することにより電荷を中和させることを特徴とする。
【００２９】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、ビームの進行方向及びシート状またはリボン状のビームの拡がり方向と交差する第三の方向から電子を供給することにより電荷を中和させることを特徴とする。
【００３０】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、プラズマ形成室内に放電用ガスを導入することにより、プラズマ形成室内でフィラメントによりアーク放電を発生させてプラズマを形成させて、プラズマ形成室の引出口に電場を印加して電子を引出すことにより、電荷中和用の電子を生成する電荷中和機構を有することを特徴とする。
【００３１】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、中間室内に電子を多量に蓄えながら、電子をイオンビームに供給することを特徴とする。
【００３３】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、中間室内に多量に蓄えられた電荷中和用の電子が、スリットまたは一連の多孔の電極体から引出され、ビームに供給されることを特徴とする。
【００３４】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、スリットまたは一連の多孔の電極体は、スキャンまたは平行化されるビームではビームのスキャンまたは平行化の方向に、一方、シート状またはリボン状のビームではビームの拡がり方向にほぼ一致する様に、ビームの一方側もしくは両方側に配置されることを特徴とする。
【００３５】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、カスプ磁場による電子閉じ込め領域である中間室に、電圧を印加することが可能であることを特徴とする。
【００３６】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、スリットまたは一連の多孔の電極体は、引出のための電圧を印加する事が可能であることを特徴とする。
【００３７】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、ビームガイドチューブに、電子リフレクト電圧を印加する事が可能であることを特徴とする。
【００３８】
【作用】
本発明のイオン注入装置は、スキャンされるビーム全体に対して、カスプ磁場を導入する事によって簡便かつ安定に電子を供給するプラズマシャワー機構を備える。カスプ磁場はイオン源などにおいて荷電粒子の閉じ込めに使用されるが、本発明では主として電子の閉じ込め及び広範囲での電子の濃度均一化のために使用される。
【００３９】
本発明の使用により、ビームをスキャンする機構を持つイオン注入装置において、デバイス作製プロセスに十分なチャージアップ抑制機能が達成される。また、本発明はシート状またはリボン状のビームを形成する機構を持つイオン注入装置にも適用することが可能である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の適用されるイオン注入装置の一例を模式図として示す。ここで、（ａ）は、スキャンニング式のイオン注入装置を上方より見た断面図であり、（ｂ）は、スキャンニング式のイオン注入装置を側面より見た断面図であり、（ｃ）は、幅広ビーム式のイオン注入装置を上方より見た図である。
【００４１】
イオンソース１では、アーク放電によってプラズマを形成し、電場を印加する事によってイオンを引出して加速する。加速されたイオン１１は、質量分析電磁石２で所定の質量を持つもののみが選択され、四重極レンズ３でビーム焦点を調節されて、走査電極４の電圧で走査される。
【００４２】
走査されたビームは電場５よって平行化され、さらに電場６で加速／減速されて、エネルギーフィルタ７の電場で偏向されてウェハ９に注入される。ウェハはスキャン１２されるビームを横切って平行移動１４しており、これによってウェハの全域にわたってイオンが注入される。
【００４３】
ビームの一部はドーズカップ８によってモニタされ、注入量が制御される。ウェハに照射されなかったイオンはビームストッパー１０で受け止められる。
【００４４】
本発明のプラズマシャワーユニット１３は、ウェハの上流に配置されて電子を供給することにより、イオン照射による正のチャージアップを抑制する。
【００４５】
図２〜４に本発明の構成を示す。図２は側面より見た断面図、図３は上方より見た断面図、図４はビーム進行方向より見た断面図である。
【００４６】
アークチャンバーを使用したプラズマ生成方法は従来技術と同様である。新たに導入したのはカスプ磁場による電子の閉じ込めであり、この閉じ込めによって広範囲に拡がる電子分布が可能となる。図ではアークチャンバーの取り付け位置をビーム上流側中央にしているが、電子の引出が可能であれば壁面のどこに配置しても良い。また、アークチャンバーの数も一つに限らず複数であっても良い。
【００４７】
アークチャンバー１５にプラズマ形成用ガス１６を導入し、フィラメント１７を電源１８で加熱して、１５との間にアーク電圧１９を印加する事により、プラズマを形成する。アークチャンバー１５と引出電極２０の間に引出電圧２１を印加することによって、アークチャンバー１５から電子２２が引出される。
【００４８】
電子２２は、閉じ込めチャンバー２３の内部にカスプ磁場２４によって閉じ込められる。カスプ磁場２４は、チャンバー２３の壁面に配列されて埋め込まれた永久磁石２５によって形成され、チャンバー２３の外側への磁場はヨーク２６によって遮蔽される。チャンバー２３の壁面はＡｌ枠３４で形成されており、永久磁石２５はＡｌ枠３４で保持されている。
【００４９】
永久磁石２５はＮ極とＳ極を交互に配列することによりカスプ磁場２４を形成しており、その幅は２〜１０ｍｍ程度である。永久磁石２５の配列はボタン形状のものを二次元状に並べたり、短冊形状のものを一次元状に並べることにより形成される。
【００５０】
アークチャンバー１５の周辺は磁石を埋め込むことができないので、引出電極２０とチャンバー２３の間に負電位３０を印加することによって電子を反射する。閉じ込められた電子はチャンバー２３の中全体に拡がり、その一部はチャンバー２３の一壁面に設けられた孔２７からイオンビーム２８（スキャンされるビームまたはシート状（リボン状）のビーム）によって形成されるポテンシャルによって引出され、ウェハ２９上まで到達する。
【００５１】
この時、磁石の強さ、大きさ、配置、及び壁面の厚さを適切に設定することにより、高エネルギーの電子だけがチャンバー２３の壁面に衝突し、低エネルギーの電子だけがチャンバー２３の内部に閉じ込められ、また、チャンバー２３から引出される様にすることも可能である。
【００５２】
さらに、チャンバー２３に負電位３１を印加することにより、孔２７からの電子の漏れ出しを促進することもできる。また、ビームガイドチューブ３２に負電位３３を印加して、孔２７から飛び出したもののビームポテンシャルに補足され損なった電子を反射し、ビームへの電子供給を促進させることもできる。
【００５３】
また、電子供給が過剰である場合には、負電位３０、負電位３１、負電位３３の電位を調整することによって電子供給を抑制することも可能である。
【００５４】
上記実施例によれば、プラズマの発生に従来のフィラメントアーク放電型のチャンバーを使用しており、ＲＦを使用してプラズマを発生させる機構と比較して構造が簡単になっている。
【００５５】
また、アークチャンバー１５の開口は０．５〜２ｍｍφ程度であるので、レジスト付きウェハヘの注入時にアウトガスが発生しても、アークチャンバー１５内の圧力は影響を受け難くなっている。このためアークの安定性が高くなり、導入ガス量を減らすことができる。さらに、導入ガスを減少させるとドーズ量の変動も抑制される。
【００５６】
また、カスプ磁場は高精度に設計、配置が可能であり、メンテナンスなどの影響を受け難い。アークチャンバー１５の開口がスリット２７の方向へ向かない様に配置することにより、フィラメント起因の金属汚染を低減することもできる。
【００５７】
また、プラズマシャワーの形成部品はビームが直接照射される領域には配置されていないので、長期間使用しても堆積やスパッタによる汚染物が付着し難くなっている。このために、メンテナンス周期を長くすることが出来る。
【００５８】
また、電圧１８、電圧１９、電圧２１、負電位３０、負電位３１、負電位３３の各部の電圧を変化させることにより、電子の供給量を制御することが可能である。
【００５９】
また、中間室の側壁には、スキャン走査方向に沿って、複数または長い引出口をもったプラズマ形成室を設けて、さらに大量の電子を供給するように構成してもよい。
【００６０】
本発明はスキャンされるビームだけではなく、シート状またはリボン状のビームに対しても適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明では、永久磁石を配置することにより形成されるカスプ磁場を利用して電子の閉じ込めを行うことによって、広範囲にわたる電子の供給が可能になる。これにより、スキャンするビーム全体（あるいは、シート状またはリボン状のビーム全体）に安定に電子を供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用されるイオン注入装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の電荷中和装置を側面より見た断面図である。
【図３】本発明の電荷中和装置を上方より見た断面図である。
【図４】本発明の電荷中和装置をビーム進行方向より見た断面図である。
【図５】バッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図である。
【符号の説明】
１ イオンソース
２ 質量分析用電磁石
３ 四重極レンズ
４ ビーム走査電極
５ ビーム平行化電極
６ ビーム加速／減速用電極
７ エネルギーフィルタ
８ ドーズファラデー
９ 被注入ウェハ
１０ ビームストッパー（後方ファラデー）
１１ イオンビーム
１２ 電場によるビームスキャン
１３ 本発明による電荷中和装置
１４ 機械的なウェハスキャン
１５ アークチャンバー
１６ プラズマ形成用ガス
１７ フィラメント
１８ フィラメント電源
１９ アーク電源
２０ 電子引出電極
２１ 電子引出電源
２２ 電子
２３ 電子閉じ込めチャンバー
２４ カスプ磁場
２５ カスプ磁場形成用永久磁石
２６ 磁場遮蔽ヨーク
２７ スリット（または、一連の多孔）
２８ イオンビーム
２９ ウェハ
３０ 電子引出電極浮揚電源
３１ 閉じ込めチャンバー浮揚電源
３２ ビームガイドチューブ
３３ ビームガイドチューブ浮揚電源
３４ Ａｌ枠
３５ スリット（または、一連の多孔）
３６ 電場、または、磁場によるイオンビームのスキャン
３７ シャワーチューブ
３８ シャワーチューブ浮揚電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場または磁場によってイオンビームを直線的に往復スキャン走査する機構を持つイオン注入装置におけるイオンビームの電荷中和装置とその方法に関する。また、本発明は、イオン引出部やビームラインを介してシート状またはリボン状のイオンビームを形成する機構を持つイオン注入装置及びイオンビームの電荷中和装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造工程において、イオン注入装置は、表面の微細な領域に精度良く不純物を導入することが出来るために広く用いられている。イオン注入装置では電荷を持ったイオンを処理対象ウェハに打ち込むので、ウェハ上への電荷の蓄積（チャージアップ）が問題になる。
【０００３】
注入されるイオンは通常正の電荷を持っているので、チャージアップの緩和のためには、負の電荷（電子）を供給することが行われる。例としては、イオンがビームライン壁面に衝突することによって発生する電子を積極的に供給する方法や、ウェハ近傍で電子銃を使用して二次電子を発生させて供給する方法などがある。その中で、プラズマシャワー（またはプラズマフラッドガン）は、比較的低エネルギーの電子を供給できる方法として、広く用いられている。
【０００４】
バッチ式のイオン注入装置では、直線往復移動が可能な回転ディスク上にウェハを設置することにより、ウェハ全面へのイオン注入を可能にしている。この時、ビーム軌道はビームラインに対して固定されており、プラズマシャワーはビーム近傍に設置されてビームのポテンシャルによってプラズマシャワーから電子が引き出される。
【０００５】
ここで、一例として、図５にバッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図を示す。
【０００６】
アークチャンバー１５にプラズマ形成用ガス１６を導入し、フィラメント１７を電源１８で加熱して、アークチャンバー１５との間にアーク電圧１９を印加することにより、プラズマが形成される。アークチャンバー１５の近傍にイオンビーム２８が位置するように設定すると、イオンビーム２８によって形成されるポテンシャルによって電子が引き出され、ビームによるチャージアップが抑制される。シャワーチューブ３７を配置し、これに電位３８を印加することにより、アークチャンバー１５からビームへの電子の供給を促進させることもできる。
【０００７】
これに対して、ビーム自体を直線的に往復運動させることによって走査（スキャン）する機構を持つイオン注入装置では、ビームとプラズマシャワーの相対的位置が常に変化することになり、安定した電子の供給が困難になる。このため、プラズマシャワーから引き出される電子をスキャンされるビ−ムに供給するために様々な方法が考えられている。
【０００８】
例として、イオンビームの電荷中和装置において広範囲のイオンビームに対して電子供給を促進するために、ビームスキャン領域に磁場を印加する方法が提案されている。
【０００９】
従来技術１（特開平７−１７６２９０号）では、プラズマアークチャンバーの放出孔をビームスキャン方向と平行に取り付け、スキャン方向と平行にコイルで磁場を印加している。
【００１０】
従来技術２（特開平８−１９０８８７号）では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交して取り付け、中心から周囲に拡がる磁場をコイルで印加している。
【００１１】
従来技術３（特開平９−１４７７８５号）では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交して取り付け、中心からビームスキャン領域全体に拡がる磁場をコイルで印加している。
【００１２】
従来技術４（特開平１０−２７５６９号）では、プラズマアークチャンバーをビームスキャン領域の中央にビームと直交して取り付け、ビームと同期した交流磁場をスキャン方向にコイルで印加している。
【００１３】
従来技術５（特開平１０−１７２５０２号）では、従来技術３の発明を改良して電子反射用の電場を設けて、さらにビーム方向へも磁場を印加するようになっている。
【００１４】
これらのプラズマシャワーでは、印加した磁場自体が電子を束縛し過ぎるために、かえって電子供給が妨げられる場合がある。この様な現象を防ぐためには磁場を精度良く形成する必要があるが、意図した通りの磁場を形成することは必ずしも簡単ではない。
【００１５】
また、ビームスキャンと磁場を同期させようとすれば、回路を構成するために機構が複雑になり、電子の軌道が意図した通りに制御されているかどうかの確認も困難である。更に、コイルを使用した場合には機構自体が大きくなってしまう。
【００１６】
さらに、従来技術６（Ｓ．Ｓａｋａｉ，ｅｔ ａｌ．，ｐｐ５９２−５９５，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｓｅｐｔ．２０００ ）として、広範囲に及ぶプラズマを形成するために高周波アンテナを使用する例もある。この場合は、高周波を発生／伝播させ、制御するための機構が大きくまた複雑になる問題がある。
【００１７】
また、プラズマアークチャンバーより引出た電子を、二次的なチャンバーに一度導入した後でビームに供給する方法として、次のようなものが提案されている。
【００１８】
従来技術７（特許公報第２７５６７０４号）では、二次的なチャンバーにメッシュ状の電極を導入することにより、低エネルギーの電子のみをビームに供給することを意図している。
【００１９】
従来技術８（特開平６−２０３７８８号）では、引き出した電子が二次的なチャンバーの壁面に衝突した結果として生じる低エネルギーの二次電子を、磁場を印加することによりビームに供給することを意図している。
【００２０】
ただし、これらの発明はバッチ型イオン注入装置を対象としたものであり、また、広範囲にわたる電子の供給を意図していない。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、複数組の永久磁石を配置することにより形成されるカスプ磁場を用いて電子の閉じ込めを行うことによって、スキャンされるイオンビームに対して、広範囲にわたる電子の安定な供給を可能にする電子中和装置と、電子中和方法、及び、電子中和装置を有するイオン注入装置を提供することにある。また、本発明は、シート状またはリボン状のイオンビーム全体に対しても、広範囲にわたる電子の安定な供給を可能にする電子中和装置と、電子中和方法、及び、電子中和装置を有するイオン注入装置を提供する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のイオンビームの電荷中和装置では、イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のイオンビームの電荷中和方法では、イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のイオン注入装置では、イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のイオンビームの電荷中和装置では、一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のイオンビームの電荷中和方法では、一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のイオン注入装置では、一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とする。
【００２８】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、ビームの進行方向及びビームのスキャン方向と交差する第三の方向から電子を供給することにより電荷を中和させることを特徴とする。
【００２９】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、ビームの進行方向及びシート状またはリボン状のビームの拡がり方向と交差する第三の方向から電子を供給することにより電荷を中和させることを特徴とする。
【００３０】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、プラズマ形成室内に放電用ガスを導入することにより、プラズマ形成室内でフィラメントによりアーク放電を発生させてプラズマを形成させて、プラズマ形成室の引出口に電場を印加して電子を引出すことにより、電荷中和用の電子を生成する電荷中和機構を有することを特徴とする。
【００３１】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、中間室内に電子を多量に蓄えながら、電子をイオンビームに供給することを特徴とする。
【００３３】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、中間室内に多量に蓄えられた電荷中和用の電子が、スリットまたは一連の多孔の電極体から引出され、ビームに供給されることを特徴とする。
【００３４】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、スリットまたは一連の多孔の電極体は、スキャンまたは平行化されるビームではビームのスキャンまたは平行化の方向に、一方、シート状またはリボン状のビームではビームの拡がり方向にほぼ一致する様に、ビームの一方側もしくは両方側に配置されることを特徴とする。
【００３５】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、カスプ磁場による電子閉じ込め領域である中間室に、電圧を印加することが可能であることを特徴とする。
【００３６】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、スリットまたは一連の多孔の電極体は、引出のための電圧を印加する事が可能であることを特徴とする。
【００３７】
上記本発明のイオンビームの電荷中和装置では、ビームガイドチューブに、電子リフレクト電圧を印加する事が可能であることを特徴とする。
【００３８】
【作用】
本発明のイオン注入装置は、スキャンされるビーム全体に対して、カスプ磁場を導入する事によって簡便かつ安定に電子を供給するプラズマシャワー機構を備える。カスプ磁場はイオン源などにおいて荷電粒子の閉じ込めに使用されるが、本発明では主として電子の閉じ込め及び広範囲での電子の濃度均一化のために使用される。
【００３９】
本発明の使用により、ビームをスキャンする機構を持つイオン注入装置において、デバイス作製プロセスに十分なチャージアップ抑制機能が達成される。また、本発明はシート状またはリボン状のビームを形成する機構を持つイオン注入装置にも適用することが可能である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の適用されるイオン注入装置の一例を模式図として示す。ここで、（ａ）は、スキャンニング式のイオン注入装置を上方より見た断面図であり、（ｂ）は、スキャンニング式のイオン注入装置を側面より見た断面図であり、（ｃ）は、幅広ビーム式のイオン注入装置を上方より見た図である。
【００４１】
イオンソース１では、アーク放電によってプラズマを形成し、電場を印加する事によってイオンを引出して加速する。加速されたイオン１１は、質量分析電磁石２で所定の質量を持つもののみが選択され、四重極レンズ３でビーム焦点を調節されて、走査電極４の電圧で走査される。
【００４２】
走査されたビームは電場５よって平行化され、さらに電場６で加速／減速されて、エネルギーフィルタ７の電場で偏向されてウェハ９に注入される。ウェハはスキャン１２されるビームを横切って平行移動１４しており、これによってウェハの全域にわたってイオンが注入される。
【００４３】
ビームの一部はドーズカップ８によってモニタされ、注入量が制御される。ウェハに照射されなかったイオンはビームストッパー１０で受け止められる。
【００４４】
本発明のプラズマシャワーユニット１３は、ウェハの上流に配置されて電子を供給することにより、イオン照射による正のチャージアップを抑制する。
【００４５】
図２〜４に本発明の構成を示す。図２は側面より見た断面図、図３は上方より見た断面図、図４はビーム進行方向より見た断面図である。
【００４６】
アークチャンバーを使用したプラズマ生成方法は従来技術と同様である。新たに導入したのはカスプ磁場による電子の閉じ込めであり、この閉じ込めによって広範囲に拡がる電子分布が可能となる。図ではアークチャンバーの取り付け位置をビーム上流側中央にしているが、電子の引出が可能であれば壁面のどこに配置しても良い。また、アークチャンバーの数も一つに限らず複数であっても良い。
【００４７】
アークチャンバー１５にプラズマ形成用ガス１６を導入し、フィラメント１７を電源１８で加熱して、１５との間にアーク電圧１９を印加する事により、プラズマを形成する。アークチャンバー１５と引出電極２０の間に引出電圧２１を印加することによって、アークチャンバー１５から電子２２が引出される。
【００４８】
電子２２は、閉じ込めチャンバー２３の内部にカスプ磁場２４によって閉じ込められる。カスプ磁場２４は、チャンバー２３の壁面に配列されて埋め込まれた永久磁石２５によって形成され、チャンバー２３の外側への磁場はヨーク２６によって遮蔽される。チャンバー２３の壁面はＡｌ枠３４で形成されており、永久磁石２５はＡｌ枠３４で保持されている。
【００４９】
永久磁石２５はＮ極とＳ極を交互に配列することによりカスプ磁場２４を形成しており、その幅は２〜１０ｍｍ程度である。永久磁石２５の配列はボタン形状のものを二次元状に並べたり、短冊形状のものを一次元状に並べることにより形成される。
【００５０】
アークチャンバー１５の周辺は磁石を埋め込むことができないので、引出電極２０とチャンバー２３の間に負電位３０を印加することによって電子を反射する。閉じ込められた電子はチャンバー２３の中全体に拡がり、その一部はチャンバー２３の一壁面に設けられた孔２７からイオンビーム２８（スキャンされるビームまたはシート状（リボン状）のビーム）によって形成されるポテンシャルによって引出され、ウェハ２９上まで到達する。
【００５１】
この時、磁石の強さ、大きさ、配置、及び壁面の厚さを適切に設定することにより、高エネルギーの電子だけがチャンバー２３の壁面に衝突し、低エネルギーの電子だけがチャンバー２３の内部に閉じ込められ、また、チャンバー２３から引出される様にすることも可能である。
【００５２】
さらに、チャンバー２３に負電位３１を印加することにより、孔２７からの電子の漏れ出しを促進することもできる。また、ビームガイドチューブ３２に負電位３３を印加して、孔２７から飛び出したもののビームポテンシャルに補足され損なった電子を反射し、ビームへの電子供給を促進させることもできる。
【００５３】
また、電子供給が過剰である場合には、負電位３０、負電位３１、負電位３３の電位を調整することによって電子供給を抑制することも可能である。
【００５４】
上記実施例によれば、プラズマの発生に従来のフィラメントアーク放電型のチャンバーを使用しており、ＲＦを使用してプラズマを発生させる機構と比較して構造が簡単になっている。
【００５５】
また、アークチャンバー１５の開口は０．５〜２ｍｍφ程度であるので、レジスト付きウェハヘの注入時にアウトガスが発生しても、アークチャンバー１５内の圧力は影響を受け難くなっている。このためアークの安定性が高くなり、導入ガス量を減らすことができる。さらに、導入ガスを減少させるとドーズ量の変動も抑制される。
【００５６】
また、カスプ磁場は高精度に設計、配置が可能であり、メンテナンスなどの影響を受け難い。アークチャンバー１５の開口がスリット２７の方向へ向かない様に配置することにより、フィラメント起因の金属汚染を低減することもできる。
【００５７】
また、プラズマシャワーの形成部品はビームが直接照射される領域には配置されていないので、長期間使用しても堆積やスパッタによる汚染物が付着し難くなっている。このために、メンテナンス周期を長くすることが出来る。
【００５８】
また、電圧１８、電圧１９、電圧２１、負電位３０、負電位３１、負電位３３の各部の電圧を変化させることにより、電子の供給量を制御することが可能である。
【００５９】
また、中間室の側壁には、スキャン走査方向に沿って、複数または長い引出口をもったプラズマ形成室を設けて、さらに大量の電子を供給するように構成してもよい。
【００６０】
本発明はスキャンされるビームだけではなく、シート状またはリボン状のビームに対しても適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明では、永久磁石を配置することにより形成されるカスプ磁場を利用して電子の閉じ込めを行うことによって、広範囲にわたる電子の供給が可能になる。これにより、スキャンするビーム全体（あるいは、シート状またはリボン状のビーム全体）に安定に電子を供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用されるイオン注入装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の電荷中和装置を側面より見た断面図である。
【図３】本発明の電荷中和装置を上方より見た断面図である。
【図４】本発明の電荷中和装置をビーム進行方向より見た断面図である。
【図５】バッチ式イオン注入装置で使用される従来のプラズマシャワーの模式図である。
【符号の説明】
１ イオンソース
２ 質量分析用電磁石
３ 四重極レンズ
４ ビーム走査電極
５ ビーム平行化電極
６ ビーム加速／減速用電極
７ エネルギーフィルタ
８ ドーズファラデー
９ 被注入ウェハ
１０ ビームストッパー（後方ファラデー）
１１ イオンビーム
１２ 電場によるビームスキャン
１３ 本発明による電荷中和装置
１４ 機械的なウェハスキャン
１５ アークチャンバー
１６ プラズマ形成用ガス
１７ フィラメント
１８ フィラメント電源
１９ アーク電源
２０ 電子引出電極
２１ 電子引出電源
２２ 電子
２３ 電子閉じ込めチャンバー
２４ カスプ磁場
２５ カスプ磁場形成用永久磁石
２６ 磁場遮蔽ヨーク
２７ スリット（または、一連の多孔）
２８ イオンビーム
２９ ウェハ
３０ 電子引出電極浮揚電源
３１ 閉じ込めチャンバー浮揚電源
３２ ビームガイドチューブ
３３ ビームガイドチューブ浮揚電源
３４ Ａｌ枠
３５ スリット（または、一連の多孔）
３６ 電場、または、磁場によるイオンビームのスキャン
３７ シャワーチューブ
３８ シャワーチューブ浮揚電源
Claims (16)
- イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とするイオンビームの電荷中和装置。
- イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とするイオンビームの電荷中和方法。
- イオン源から目的体に向けて進行するイオンビームの中間進行部分に対して電場または磁場を作用させて、該電場または磁場の連続可変制御駆動に基づいて、該イオンビームを特定範囲にわたって往復スキャンニングするよう構成し、該走査されたイオンビームを平行ビーム化するよう構成し、該平行化されたイオンビームの走査範囲全域にわたって、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とするイオンビームの電荷中和装置を備えたイオン注入装置。
- 一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とするイオンビームの電荷中和装置。
- 一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とするイオンビームの電荷中和方法。
- 一方に幅の広いイオン引出部から引出されたシート状またはリボン状のイオンビーム、あるいはビ−ムライン上で電場または磁場によるビーム幅の拡大によって形成されるシート状またはリボン状のイオンビームに対して、電子を供給するイオンビームの電荷中和装置において、プラズマ形成室とイオンビームラインとの間に、永久磁石によるカスプ磁場による電子閉じ込め領域としての電子蓄積部である中間室を設け、電荷中和用の電子を、プラズマ形成室から引出した後に前記中間室にプールするとともに、該 中間室にプールした電子をイオンビームに均一に供給することを特徴とするイオンビームの電荷中和装置を備えたイオン注入装置。
- ビームの進行方向及びビームのスキャン方向と交差する第三の方向から電子を供給することにより電荷を中和させることを特徴とする請求項１に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- ビームの進行方向及びシート状またはリボン状のビームの拡がり方向と交差する第三の方向から電子を供給することにより電荷を中和させることを特徴とする請求項４に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- プラズマ形成室内に放電用ガスを導入することにより、プラズマ形成室内でフィラメントによりアーク放電を発生させてプラズマを形成させて、プラズマ形成室の引出口に電場を印加して電子を引出すことにより、電荷中和用の電子を生成する電荷中和機構を有することを特徴とする請求項１又は４に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- 中間室内に電子を多量に蓄えながら、電子をイオンビームに供給することを特徴とする請求項１又は４に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- 中間室内に多量に蓄えられた電荷中和用の電子が、スリットまたは一連の多孔の電極体から引出され、ビームに供給されることを特徴とする請求項１又は４に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- 前記スリットまたは一連の多孔の電極体は、スキャンまたは平行化されるビームではビームのスキャン・平行化の方向に、あるいは、シート状またはリボン状のビームではビームの拡がり方向に、ほぼ一致する様に、ビームの一方側もしくは両方側に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- 前記カスプ磁場による電子閉じ込め領域である中間室に、電圧を印加することが可能であることを特徴とする請求項１又は４に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- 前記スリットまたは一連の多孔の電極体は、引出のための電圧を印加する事が可能であることを特徴とする請求項１０に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- ビームガイドチューブに、電子リフレクト電圧を印加する事が可能であることを特徴とする請求項１１に記載のイオンビームの電荷中和装置。
- 前記カスプ磁場による閉じ込め領域は、中間室内のすべての壁面ごとに永久磁石を配置することを特徴とする請求項１又は４に記載のイオンビームの電荷中和装置。
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