KR101468578B1

KR101468578B1 - Ion implantation apparatus

Info

Publication number: KR101468578B1
Application number: KR1020120031665A
Authority: KR
Inventors: 마사오 나이토; 쇼지로 도히
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: CN102800550A; KR20120132318A; CN102800550B

Abstract

기판 치수의 대형화에 따라, 리본형상 이온빔의 길이방향의 치수를 길게 했을 경우에도, 종래의 구성에 비해 소비 전력이 작고, 자극간에서의 자장 분포가 균일하며, 게다가 치수가 작은 질량분리 마그넷을 구비한 이온주입장치를 제공한다.
이온주입장치(IM)는 리본형상의 이온빔(1)을 생성하는 이온원(2)과, 이온빔(1)의 주면을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 자극(9)을 가지며, 자극(9)간에서 발생되는 자장(B)에 의해, 이온빔(1)의 진행방향을 이온빔의 길이방향으로 편향시키는 질량분리 마그넷(3)과, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)을 통과시키는 분석 슬릿(4)과, 분석 슬릿(4)을 통과한 이온빔(1)이 조사되는 기판(6)이 배치된 처리실(5)을 가지고 있다. 그리고 자극(9)간에서 발생되는 자장(B)의 방향이, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 주면을 비스듬하게 가로지르는 방향이다. Even when the dimension in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam is made longer as the size of the substrate is increased, a mass separation magnet having a smaller power consumption, uniform magnetic field distribution between the magnetic poles and a smaller dimension is provided Thereby providing an ion implantation apparatus.
The ion implanter IM has an ion source 2 for generating a ribbon-shaped ion beam 1 and a pair of magnetic poles 9 arranged so as to face each other with the main surface of the ion beam 1 interposed therebetween. A mass separation magnet 3 for deflecting the traveling direction of the ion beam 1 in the longitudinal direction of the ion beam by a magnetic field B generated between the ion beam 1 and the ion beam 1, And a treatment chamber 5 in which a substrate 6 to be irradiated with the ion beam 1 passed through the analysis slit 4 is disposed. The direction of the magnetic field B generated between the magnetic poles 9 is a direction that obliquely crosses the main surface of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3. [

Description

[0001] ION IMPLANTATION APPARATUS [0002]

본 발명은 리본형상의 이온빔을 질량 분리하여, 기판에 이온주입처리를 실시하는 이온주입장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ion implanting apparatus for mass-separating a ribbon-shaped ion beam and performing ion implantation processing on the substrate.

종래부터, 리본형상의 이온빔을 질량 분리하여, 기판에 이온주입처리를 실시하는 이온주입장치가 사용되고 있으며, 그 일례가 특허문헌 1에 개시되어 있다. BACKGROUND ART Conventionally, an ion implanting apparatus for ion-implanting a substrate by ion-beam-separating a ribbon-shaped ion beam has been used, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1.

특허문헌 1의 이온주입장치에서 이용되는 질량분리 마그넷은 한 방향으로 길고, 길이방향과 직교하는 방향으로 두께를 가지는 띠형상(리본형상, 혹은 시트형상이라고도 부름)의 이온빔을 그 길이방향에서 사이에 끼우도록 해서 대향 배치된 한 쌍의 자극을 구비하고 있다. 각 자극에는 코일이 권회(卷回;winding)되어 있으며, 상기 코일에 전류를 공급함으로써 자극간에 자장이 발생된다. 이 자장을 이용해서, 두께방향으로 곡률을 가지도록 띠형상의 이온빔의 진행방향을 구부려, 질량분리 마그넷의 하류에 위치하는 분리 슬릿(분석 슬릿이라고도 함)의 위치에서 띠형상의 이온빔을 그 두께방향으로 수속(收束)시켜서 질량 분리를 하고 있다. The mass separation magnet used in the ion implantation apparatus of Patent Document 1 has an ion beam of a band shape (also referred to as a ribbon shape or a sheet shape) having a thickness in a direction that is long in one direction and perpendicular to the longitudinal direction, And a pair of magnetic poles arranged so as to face each other. Each of the magnetic poles is wound with a coil, and a magnetic field is generated between the magnetic poles by supplying a current to the coil. By using this magnetic field, the moving direction of the strip-shaped ion beam is bent so as to have a curvature in the thickness direction, and the strip-shaped ion beam is moved in the thickness direction And mass separation is carried out.

일본국 공개특허공보 2008-243765호(단락 0021~0022, 도 2)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-243765 (paragraphs 0021 to 0022, Fig. 2)

최근 몇 년간 리본형상 이온빔의 길이방향의 치수는 기판 치수의 대형화에 맞춰 길어지고 있다. 유리 기판과 같은 대형 기판일 경우, 길이방향의 치수가 600mm~900mm 정도이고 두께방향의 치수가 30mm~100mm 정도인 이온빔이 사용되고 있다. 또한 기판이 실리콘 웨이퍼와 같이 비교적 작은 반도체 기판이더라도, 앞으로 표준이 되는 대형 기판에서는 지름 치수가 450mm까지도 되므로, 길이방향의 치수가 500mm 정도이고 두께방향의 치수가 20mm~50mm 정도인 이온빔이 사용될 것으로 여겨지고 있다. In recent years, the dimension in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam has been lengthened in accordance with the increase in the size of the substrate. In the case of a large substrate such as a glass substrate, an ion beam having a dimension in the longitudinal direction of about 600 mm to 900 mm and a dimension in the thickness direction of about 30 mm to 100 mm is used. Even if the substrate is a relatively small semiconductor substrate such as a silicon wafer, a large-sized standard substrate in the future can have a diameter of 450 mm. Therefore, it is considered that an ion beam having a dimension in the longitudinal direction of about 500 mm and a dimension in the thickness direction of about 20 mm to 50 mm is used have.

특허문헌 1에 기재된 질량분리 마그넷에 마련된 한 쌍의 자극간의 거리는 리본형상 이온빔의 길이방향의 치수보다 더 크게 설정되어 있다. 대형 기판에 이온을 주입할 경우, 취급하는 이온빔의 길이방향의 치수가 매우 크게 되므로, 자극간의 거리를 지금까지 이상으로 넓힐 필요가 있다. The distance between the pair of magnetic poles provided in the mass separation magnet described in Patent Document 1 is set to be larger than the dimension in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam. In the case of implanting ions into a large substrate, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam to be handled becomes very large, so that it is necessary to widen the distance between the magnetic poles.

통상, 질량분리 마그넷 내의 자장은 질량 분리를 하는 이온빔의 전역에 걸쳐 원하는 강도로 균일한 자장 분포가 되도록 설계되어 있다. 이러한 균일한 자장 분포는 질량 분리되는 이온빔의 편향량을 이온빔의 전역에 걸쳐 거의 동등한 양으로 하여, 정밀도 좋게 질량 분리를 하기 위해 필요로 되고 있다. Normally, the magnetic field in the mass separation magnet is designed to have a uniform magnetic field distribution with a desired intensity over the entire ion beam to be subjected to mass separation. This uniform magnetic field distribution is required to precisely perform mass separation by making the amount of deflection of the ion beam to be mass-separated substantially equal throughout the ion beam.

그러나 자극간의 거리가 넓어졌을 경우, 리본형상 이온빔의 길이방향에 있어서 자장 분포에 치우침이 생겨 버린다. 자극간의 거리가 넓어질수록, 대향 배치된 자극간에 발생하는 자력선은 자극의 둘레단부에서 만곡된다. 그 결과, 상대적으로, 대향 배치된 자극간의 중앙부에서의 자속 밀도가 성기게 되고, 자극 근방에서의 자속 밀도가 조밀하게 된다. 이러한 영향을 받아, 자극 사이를 통과하는 리본형상 이온빔의 편향량에도 차이가 생긴다. 구체적으로는, 자극간의 중앙부를 통과하는 리본형상 이온빔의 편향량이, 자극 근방을 통과하는 리본형상 이온빔의 편향량에 비해 작아져, 길이방향에 있어서 이온빔의 형상에 일그러짐이 생긴다. 특허문헌 1의 질량분리 마그넷을 구성하는 한 쌍의 자극은 리본형상 이온빔의 길이방향에서 대향 배치되어 있으므로, 상술한 리본형상 이온빔의 길이방향에 있어서의 편향량의 차이가 크게 나타나, 정밀도 좋은 질량 분리를 하기가 어려워진다. However, when the distance between the magnetic poles is widened, the magnetic field distribution is shifted in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam. As the distance between the magnetic poles becomes wider, magnetic lines of force generated between the oppositely arranged magnetic poles curve at the peripheral ends of the magnetic poles. As a result, the magnetic flux density at the central portion between the magnetic poles arranged opposed to each other is relatively weak, and the magnetic flux density near the magnetic poles becomes dense. Due to this influence, there is also a difference in the deflection amount of the ribbon-shaped ion beam passing between the magnetic poles. Specifically, the amount of deflection of the ribbon-shaped ion beam passing through the central portion between the magnetic poles becomes smaller than the deflection amount of the ribbon-shaped ion beam passing near the magnetic pole, resulting in distortion of the shape of the ion beam in the longitudinal direction. Since the pair of magnetic poles constituting the mass separation magnet of Patent Document 1 are arranged to face each other in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam, a difference in the amount of deflection in the longitudinal direction of the ribbon- .

한편, 특허문헌 1에 기재된 질량분리 마그넷에서, 자극간에서 발생하는 불균일한 자속 밀도 분포를 개선하기 위해, 리본형상 이온빔의 두께방향에서의 자극 치수를 충분히 크게 하고, 그 중앙부 부근에 리본형상의 이온빔을 통과시키도록 질량분리 마그넷을 구성하는 방법을 생각할 수 있지만, 그 경우, 질량분리 마그넷의 치수가 매우 커지게 된다. On the other hand, in the mass separation magnet disclosed in Patent Document 1, in order to improve the non-uniform magnetic flux density distribution generated between the magnetic poles, the magnetic pole dimension in the thickness direction of the ribbon-shaped ion beam is made sufficiently large, It is conceivable to construct a mass separation magnet so as to allow the mass separation magnet to pass therethrough. However, in this case, the dimension of the mass separation magnet becomes very large.

또한 자극간의 거리가 넓어짐에 따라, 상기 자극간에서 발생시키는 자장의 강도가 약해진다. 자장의 강도가 약해지는 한편, 이온빔을 질량 분리할 때 필요하게 되는 편향량에는 변함이 없으므로, 질량분리 마그넷의 각 자극에 권회된 코일에 흘려보내는 전류량을 증가시켜서 자장 강도를 강화할 필요가 있게 된다. 이 경우, 전류량의 증가에 따라 질량분리 마그넷의 소비 전력이 커져 버린다. Further, as the distance between the magnetic poles becomes wider, the strength of the magnetic field generated between the magnetic poles weakens. It is necessary to increase the amount of current flowing through the coils wound around the magnetic poles of the mass separation magnet to strengthen the magnetic field strength since the intensity of the magnetic field is weakened while the amount of deflection required for mass separation of the ion beam remains unchanged. In this case, as the amount of current increases, the power consumption of the mass separation magnet increases.

그래서 본 발명에서는 기판 치수의 대형화에 따라, 리본형상 이온빔의 길이방향에서의 치수를 길게 했을 경우에도, 종래의 구성에 비해 자극간에서의 자장 분포가 균일하고 치수가 작으며, 게다가 소비 전력이 작은 질량분리 마그넷을 구비한 이온주입장치를 제공하는 것을 소기의 목적으로 한다. Therefore, according to the present invention, even when the dimension in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam is made longer as the substrate size is increased, the magnetic field distribution between the magnetic poles is uniform and the dimension is smaller, It is an object of the present invention to provide an ion implantation apparatus having a mass separation magnet.

본 발명에 따른 이온주입장치는 한 방향으로 긴 리본형상의 이온빔을 생성하는 이온원과, 상기 이온원의 하류에 배치되며, 상기 이온빔의 길이방향과 진행방향으로 정의되는 평면 내에 위치하는 상기 이온빔의 주면(主面)을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 자극을 가지며, 상기 자극간에서 발생되는 자장에 의해, 상기 이온빔의 진행방향을 상기 이온빔의 길이방향으로 편향시키는 질량분리 마그넷과, 상기 질량분리 마그넷을 통과한 이온빔 중, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔을 통과시키는 분석 슬릿과, 상기 분석 슬릿을 통과한 이온빔이 조사되는 기판이 배치된 처리실을 가지는 이온주입장치에 있어서, 상기 자극간에서 발생되는 자장의 방향이, 상기 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 상기 이온빔의 주면을 비스듬하게 가로지르는 방향인 것을 특징으로 하고 있다. The ion implantation apparatus according to the present invention comprises an ion source for generating an ion beam in the form of a ribbon in one direction and an ion source disposed in the downstream of the ion source and disposed in a plane defined by the longitudinal direction and the traveling direction of the ion beam A mass separation magnet having a pair of magnetic poles arranged opposite to each other with a main surface interposed therebetween and for deflecting the traveling direction of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam by a magnetic field generated between the magnetic poles, An ion implantation apparatus having an analysis slit for passing an ion beam containing a desired ion species out of an ion beam passed through a separation magnet and a treatment chamber in which a substrate to which an ion beam passed through the analysis slit is disposed, And the direction of the magnetic field is a direction that obliquely crosses the main surface of the ion beam passing through the inside of the mass separation magnet .

리본형상 이온빔의 진행방향을 이온빔의 길이방향으로 편향시켜서 질량 분리를 하므로, 질량분리 마그넷의 자극을 이온빔의 주면을 사이에 두고 대향 배치시킬 수 있다. 그 때문에, 리본형상의 이온빔을 그 길이방향에서 사이에 끼우도록 자극이 배치된 종래의 구성에 비해, 자극간의 거리를 극히 얼마 안 되는 거리로 할 수 있다. 그 결과, 자극간에서 발생하는 자장 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 자장 분포의 균일성이 좋으므로, 자장 분포의 치우침을 경감하기 위해 자극 치수를 크게 할 필요가 없다. 그 때문에, 종래의 구성으로 균일한 자장 분포를 형성하는 경우에 비해, 질량분리 마그넷의 치수를 작게 할 수 있다. 또한 자극간 거리가 작으므로, 자극간에서 발생하는 자장의 강도가 충분히 강해진다. 그 때문에, 자극간의 거리 확대에 따라 자장 강도가 약해지는 것을 보상하기 위해, 종래의 질량분리 마그넷과 같이 자극에 권회된 코일에 흘려보내는 전류량을 증가시킬 필요가 없으므로, 그만큼 질량분리 마그넷의 소비 전력을 작게 할 수 있다. The progress direction of the ribbon-shaped ion beam is deflected in the longitudinal direction of the ion beam to perform mass separation, so that the magnetic poles of the mass separation magnet can be opposed to each other with the main surface of the ion beam interposed therebetween. Therefore, the distance between the magnetic poles can be set to a very small distance as compared with the conventional configuration in which the magnetic poles are arranged so as to sandwich the ribbon-shaped ion beams in the longitudinal direction thereof. As a result, the uniformity of the magnetic field distribution generated between the magnetic poles can be improved. Further, since the uniformity of the magnetic field distribution is good, it is not necessary to increase the magnetic pole dimension to reduce the bias of the magnetic field distribution. Therefore, the size of the mass separation magnet can be made smaller than that in the case where a uniform magnetic field distribution is formed with the conventional structure. Further, since the distance between the poles is small, the strength of the magnetic field generated between the poles is sufficiently strong. Therefore, it is not necessary to increase the amount of current flowing through the coil wound around the magnetic pole, as in the case of the conventional mass separation magnet, in order to compensate for the weak magnetic field strength as the distance between the magnetic poles increases. Can be made small.

또한 종래에 길이방향으로 리본형상 이온빔의 진행방향을 편향시켜서 질량 분리를 할 경우, 길이방향에서 원하는 이온종을 포함하는 리본형상의 이온빔과 그 이외의 이온종을 포함하는 리본형상의 이온빔을 분리했었다. 그 경우, 질량분리 마그넷의 치수를 크게 하거나 상기 마그넷 내부에서 발생되는 자장을 강하게 하여, 원하는 이온종을 포함하는 리본형상 이온빔과 그 이외의 이온종을 포함하는 리본형상 이온빔과의 편향량 차이를 매우 크게 해야만 했다. 이에 반해, 본 발명의 이온주입장치에서는 자극간에서 발생되는 자장의 방향이, 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 이온빔의 주면을 비스듬하게 가로지르는 방향이 되도록 구성하였으므로, 주면에 수직인 리본형상 이온빔의 두께방향에서 원하는 이온종과 그 이외의 이온종을 포함하는 리본형상 이온빔을 분리할 수 있게 된다. 그 때문에, 상술한 것과 같은 질량분리 마그넷의 대형화나 자장 강도를 강화할 필요가 생기지 않는다. Conventionally, when mass separation is performed by deflecting the traveling direction of the ribbon-shaped ion beam in the longitudinal direction, a ribbon-shaped ion beam containing a desired ion species in the longitudinal direction and a ribbon-shaped ion beam containing other ion species have been separated . In this case, the size of the mass separation magnet is increased or the magnetic field generated in the magnet is strengthened, so that the difference in deflection amount between the ribbon-shaped ion beam including the desired ion species and the ribbon- I had to enlarge it. On the contrary, in the ion implantation apparatus of the present invention, since the direction of the magnetic field generated between the magnetic poles is configured to cross the main surface of the ion beam passing through the inside of the mass separation magnet obliquely, It is possible to separate the ribbon-shaped ion beam including the desired ion species and the other ion species from the direction of the ion beam. Therefore, it is not necessary to increase the size of the mass separation magnet and to strengthen the magnetic field strength as described above.

보다 구체적인 질량분리 마그넷의 구성으로는, 상기 자극은 상기 이온빔의 길이방향에 있어서 상기 이온빔의 치수보다 큰 치수를 가지고 있다. In a more specific configuration of the mass separation magnet, the magnetic pole has a dimension larger than the dimension of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam.

또한 상기 자극간의 거리는 상기 질량분리 마그넷 내부에서 일정한 것을 특징으로 하고 있다. And the distance between the magnetic poles is constant within the mass separation magnet.

그리고 질량분리 마그넷에 입사하는 이온빔으로서는, 상기 이온원에서 생성된 상기 이온빔의 진행방향이, 상기 질량분리 마그넷 내에서 발생되는 자장의 방향에 대하여 비스듬하게 교차하고 있는 것이어도 된다. As the ion beam incident on the mass separation magnet, the traveling direction of the ion beam generated by the ion source may intersect obliquely with respect to the direction of the magnetic field generated in the mass separation magnet.

또한 이온원과 질량분리 마그넷 사이의 빔 경로의 구성으로는, 상기 이온원에서 생성된 상기 이온빔의 진행방향이, 상기 질량분리 마그넷 내부에서 발생되는 자장의 방향에 직교하고 있는 동시에, 상기 이온원과 상기 질량분리 마그넷 사이의 빔 경로에, 상기 이온빔의 진행방향을 상기 이온빔의 주면에 수직인 두께방향으로 편향시키는 한 쌍의 정전편향전극이 배치되어 있어도 된다. Further, in the configuration of the beam path between the ion source and the mass separation magnet, the traveling direction of the ion beam generated by the ion source is orthogonal to the direction of the magnetic field generated in the mass separation magnet, A pair of electrostatic deflection electrodes for deflecting the traveling direction of the ion beam in the thickness direction perpendicular to the main surface of the ion beam may be disposed in the beam path between the mass separation magnets.

한편 다음과 같은 구성도 생각할 수 있다. 상기 이온원에서 생성된 상기 이온빔의 진행방향이, 상기 질량분리 마그넷 내부에서 발생되는 자장의 방향에 직교하고 있는 동시에, 상기 질량분리 마그넷 내에, 상기 이온빔의 진행방향을 상기 이온빔의 주면에 수직인 두께방향으로 편향시키는 한 쌍의 정전편향전극이 배치되어 있어도 된다. On the other hand, the following configuration is also conceivable. Wherein a traveling direction of the ion beam generated by the ion source is orthogonal to a direction of a magnetic field generated inside the mass separation magnet and a traveling direction of the ion beam is perpendicular to a main surface of the ion beam A pair of electrostatic deflection electrodes may be disposed.

나아가서는, 상기 이온원과 상기 질량분리 마그넷 사이의 빔 경로에, 상기 이온빔의 진행방향을 상기 이온빔의 길이방향으로 편향시키는 편향 전자석이 배치되어 있어도 된다. Further, a deflecting electromagnet for deflecting the traveling direction of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam may be disposed in the beam path between the ion source and the mass separation magnet.

질량분리 마그넷으로부터, 길이방향에 있어서 대략 평행한 이온빔을 사출시키기 위해서는, 상기 질량분리 마그넷 내에서, 상기 이온빔의 길이방향에 있어서 다른 장소를 통과하는 복수의 이온빔의 궤도상에 그어진 각 접선이 서로 대략 평행이 되는 점을 연결한 선상에, 상기 질량분리 마그넷의 출구측에 배치된 상기 자극의 단부가 위치해 있는 것이 바람직하다. In order to eject an approximately parallel ion beam in the longitudinal direction from the mass separation magnet, the respective tangent lines drawn on the trajectories of the plurality of ion beams passing through different places in the longitudinal direction of the ion beam in the mass separation magnet It is preferable that the ends of the magnetic poles disposed on the exit side of the mass separation magnet are located on a line connecting points that are parallel.

또한 질량분리 마그넷 내부를 통과하기 전과 통과한 후에, 이온빔의 길이방향에 있어서, 이온빔의 특성을 거의 동일하게 유지하기 위해서는 상기 질량분리 마그넷 내부에서, 상기 이온빔의 길이방향에 있어서 다른 장소를 통과하는 상기 이온빔의 궤도의 길이가 거의 동일한 것이 요망된다. Further, in order to maintain the characteristics of the ion beam substantially in the longitudinal direction of the ion beam before and after passing through the inside of the mass separation magnet, it is preferable that, in the longitudinal direction of the ion beam, It is desired that the length of the orbit of the ion beam is substantially the same.

분석 슬릿의 배치에 대하여, 상기 분석 슬릿은 상기 이온빔의 두께방향의 치수가 대략 최소가 되는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 배치해 두면, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔과 그 이외의 이온종을 포함하는 이온빔의 분리를 정밀도 좋게 할 수 있다. With respect to the arrangement of the analysis slit, it is preferable that the analysis slit is disposed at a position where the dimension in the thickness direction of the ion beam is substantially minimum. With this arrangement, separation of the ion beam including the desired ion species and the ion beam including the other ion species can be performed with high precision.

기판 치수의 대형화에 따라, 리본형상 이온빔의 길이방향의 치수를 길게 했을 경우에도, 종래의 구성에 비해 이온주입장치에서 이용되는 질량분리 마그넷을, 자극간에서의 자장 분포가 균일하고 치수가 작으며, 게다가 소비 전력이 작은 것으로 할 수 있다. Even when the dimension in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam is made longer as the size of the substrate is increased, the mass separation magnet used in the ion implantation apparatus is more uniform than the conventional structure and the magnetic field distribution between the magnetic poles is uniform, , And the power consumption is small.

도 1은 본 발명에서 이용되는 리본형상 이온빔의 사시도를 나타낸다. 도 1(A)는 길이방향이 대략 평행한 리본형상의 이온빔을 나타내고, 도 1(B)는 길이방향이 발산하는 리본형상의 이온빔을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 하나의 이온주입장치의 구성을 나타내는 평면도로서, 도 2(A)는 YZ평면에서의 평면도, 도 2(B)는 XZ평면에서의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 기재된 C1선, C2선, C3선에 의한 질량분리 마그넷의 단면 모습을 나타내며, 도 3(A)는 C1선 단면도를 나타내고, 도 3(B)는 C2선 단면도를 나타낸다. 그리고 도 3(C)는 C3선 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에서의 질량 분리 수법에 관한 설명도로서, 도 4(A)는 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 이온빔을 자장의 방향과 자장에 수직인 방향의 성분으로 나눈 경우의 모습을 나타내고, 도 4(B)는 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 원하는 이온종을 포함하는 이온빔의 궤도와 그 이외의 이온종을 포함하는 이온빔의 궤도를 나타내며, 도 4(C)는 빔 경로상의 각 위치에서, 자장의 방향에서의 각 이온빔의 위치를 나타낸다. 또한 도 4(D)는 분석 슬릿에서, 다른 질량의 이온종을 포함하는 각각의 이온빔이 분리되는 모습을 나타낸다.
도 5는 이온빔의 길이방향에 있어서, 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 이온빔의 궤도의 길이가 다른 경우의 질량 분리 수법에 관한 설명도로서, 도 5(A)는 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 원하는 이온종을 포함하는 이온빔의 궤도와 그 이외의 이온종을 포함하는 이온빔의 궤도를 나타내고, 도 5(B)는 분석 슬릿에서, 다른 질량의 이온종을 포함하는 각각의 이온빔이 분리되는 모습을 나타낸다.
도 6은 질량분리 마그넷의 출구측에 마련된 자극 단부의 구성에 관한 설명도이다. 도 6(A)는 자극 단부의 구성 방법에 따른 설명도이고, 도 6(B)는 도 6(A)에 기초해서 구성된 질량분리 마그넷을 나타내며, 도 6(C)는 도 6(B)의 질량분리 마그넷 내부를 통과하는 이온빔의 입사방향과 출사방향을 반대로 했을 때의 모습을 나타낸다.
도 7은 질량분리 마그넷의 출구측에 마련되는 자극 단부의 구성에 관한 설명도이다. 도 7(A)는 자극 단부의 구성 방법에 따른 설명도이고, 도 7(B)는 도 7(A)에 기초해서 구성된 질량분리 마그넷을 나타내며, 도 7(C)는 도 7(B)의 질량분리 마그넷을 통과하는 이온빔의 입사방향과 출사방향을 반대로 했을 때의 모습을 나타낸다. 그리고 도 7(D)는 도 7(B)의 예에서, 질량분리 마그넷을 점(P2) 둘레로 각도(θ1) 회전시켜서 배치했을 때의 모습을 나타낸다.
도 8은 도 2(A), 도 2(B)에 기재된 이온주입장치의 변형예로서, 이온빔의 진행방향을 이온빔의 두께방향으로 편향시키는 정전편향전극을 가진 이온장치의 예이다. 도 8(A)는 이온원과 질량분리 마그넷 사이의 빔 경로에 한 쌍의 정전편향전극을 마련한 이온주입장치의 예이고, 도 8(B)는 질량분리 마그넷 내에 한 쌍의 정전편향전극을 마련한 이온주입장치의 예이며, 도 8(C)는 도 8(A)의 구성에 더하여, 분석 슬릿의 하류측에도 한 쌍의 정전편향전극을 마련한 이온주입장치의 예이다.
도 9는 도 2(A), 도 2(B)에 기재된 이온주입장치의 변형예로서, 질량분리 마그넷 외에 이온빔의 진행방향을 이온빔의 길이방향으로 편향시키는 전자석을 가진 이온주입장치의 예이다. 도 9(A)는 YZ평면에서의 평면도이고, 도 9(B)는 XZ평면에서의 평면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 이온주입장치에서의 분석 슬릿의 배치 위치에 관한 설명도이다. 도 10(A)는 두께방향에서 이온빔이 초점을 연결하는 모습을 나타내고, 도 10(B)는 도 10(A)를 다른 평면에서 보았을 때의 모습을 나타낸다. Fig. 1 shows a perspective view of a ribbon-shaped ion beam used in the present invention. Fig. 1 (A) shows a ribbon-shaped ion beam whose longitudinal direction is substantially parallel, and Fig. 1 (B) shows a ribbon-shaped ion beam diverging in the longitudinal direction.
Fig. 2 is a plan view showing the configuration of one ion implanting apparatus according to the present invention, Fig. 2 (A) is a plan view in the YZ plane, and Fig. 2 (B) is a plan view in the XZ plane.
Fig. 3 shows a sectional view of the mass separation magnet by the C1 line, C2 line and C3 line shown in Fig. 2. Fig. 3 (A) shows a sectional view taken along the line C1 and Fig. 3 (B) shows a sectional view taken along the line C2. And Fig. 3 (C) shows a sectional view taken along line C3.
4A is a view showing a state in which an ion beam passing through the inside of a mass separation magnet is divided by the direction of the magnetic field and the component perpendicular to the magnetic field, 4 (B) shows the trajectory of the ion beam including the desired ion species passing through the inside of the mass separation magnet and the ion beam including the other ion species. Fig. 4 (C) shows, at each position on the beam path, Represents the position of each ion beam in the direction of the magnetic field. 4 (D) shows a state in which, in the analysis slit, each ion beam including ion species of different masses is separated.
Fig. 5 is an explanatory view of a mass separation method when the length of the orbit of the ion beam passing through the inside of the mass separation magnet is different in the longitudinal direction of the ion beam, Fig. 5 (A) FIG. 5B shows an orbit of an ion beam including species and other ion species, and FIG. 5B shows a state in which respective ion beams containing ion species of different masses are separated in the analysis slit.
6 is an explanatory view of the structure of the magnetic pole end provided on the outlet side of the mass separation magnet. 6 (A) is an explanatory diagram according to the method of constructing the magnetic pole ends, FIG. 6 (B) shows a mass separation magnet constructed based on FIG. 6 (A) And shows the state in which the direction of incidence and the direction of emission of the ion beam passing through the inside of the mass separation magnet are reversed.
Fig. 7 is an explanatory view of the configuration of the magnetic pole end provided on the outlet side of the mass separation magnet. Fig. 7 (A) is an explanatory diagram according to the method of constructing the magnetic pole ends, Fig. 7 (B) shows a mass separation magnet constructed based on Fig. 7 (A) And shows a state in which the incidence direction and the emission direction of the ion beam passing through the mass separation magnet are reversed. 7 (D) shows a state in which the mass separation magnet is arranged with the angle? 1 rotated around the point P2 in the example of Fig. 7 (B).
Fig. 8 is an example of an ion device having an electrostatic deflecting electrode for deflecting the advancing direction of the ion beam in the thickness direction of the ion beam, as a modification of the ion implanting apparatus shown in Figs. 2A and 2B. Fig. 8A shows an example of an ion implanting apparatus in which a pair of electrostatic deflection electrodes are provided in a beam path between an ion source and a mass separation magnet, Fig. 8B shows an example in which a pair of electrostatic deflection electrodes are provided in a mass separation magnet FIG. 8C is an example of an ion implanting apparatus in which, in addition to the configuration of FIG. 8A, a pair of electrostatic deflection electrodes are provided on the downstream side of the analysis slit. FIG.
Fig. 9 is a modification of the ion implanting apparatus shown in Figs. 2A and 2B, which is an example of an ion implanting apparatus having an electromagnet which deflects the advancing direction of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam, in addition to the mass separation magnet. 9 (A) is a plan view in the YZ plane, and Fig. 9 (B) is a plan view in the XZ plane.
Fig. 10 is an explanatory view of the arrangement position of the analysis slit in the ion implantation apparatus of the present invention. Fig. 10 (A) shows a state in which an ion beam is focused in a thickness direction, and FIG. 10 (B) shows a state when the ion beam is viewed in a different plane.

도 1(A), 도 1(B)에는 본 발명에서 이용되는 이온빔(1)의 예가 도시되어 있다. 이 이온빔(1)들은 후술하는 도 2(A), (B)에 기재된 이온원(1)과 질량분리 마그넷(3) 사이의 빔 경로를 비행하는 이온빔(1)을 잘라냈을 때의 모습을 나타낸 것이다. 이온빔(1)은 후술하는 이온원(2)에서 생성되며, 도시되는 Z축의 방향(본 발명에서는 Z방향, 혹은 이온빔(1)의 진행방향이라고도 부름)을 따라 진행하여, 후술하는 질량분리 마그넷(3)에 입사한다. 1 (A) and 1 (B) show an example of the ion beam 1 used in the present invention. These ion beams 1 show the state when the ion beam 1 flying through the beam path between the ion source 1 and the mass separation magnet 3 is cut out as shown in Figs. 2A and 2B described later will be. The ion beam 1 is generated in the ion source 2 to be described later and travels along the Z-axis direction shown in the drawing (Z direction in the present invention or the advancing direction of the ion beam 1) 3).

도 1(A)에 기재된 이온빔(1)은 그 진행방향에 수직인 평면으로 절단했을 때, X축의 방향(본 발명에서는 X방향, 혹은 이온빔(1)의 길이방향이라고도 부름)으로 폭 WX의 길이를 가지며, Y축의 방향(본 발명에서는 Y방향, 혹은 이온빔(1)의 두께방향이라고도 부름)으로 폭 WX보다 충분히 좁은 폭 WY의 두께를 가지고 있다. 이러한 직사각형상의 단면을 가지는 이온빔(1)은 일반적으로 리본형상 혹은 시트형상의 이온빔이라고 부르고 있다. 또한 XZ평면 내에 위치하는 리본형상 이온빔의 면은 다른 면에 비해 폭이 넓으므로, 본 발명에서는 이 면을 주면이라고 부르고 있다. The ion beam 1 described in Fig. 1 (A) has a width WX in the X-axis direction (in the present invention, also referred to as the X-direction or the longitudinal direction of the ion beam 1) when cut into a plane perpendicular to the traveling direction thereof And has a width WY which is sufficiently narrower than the width WX in the Y-axis direction (Y direction in the present invention, or the thickness direction of the ion beam 1). The ion beam 1 having such a rectangular cross section is generally referred to as a ribbon-shaped or sheet-shaped ion beam. In addition, since the surface of the ribbon-shaped ion beam located in the XZ plane is wider than the other surface, this surface is referred to as a major surface in the present invention.

이러한 이온빔(1)을 생성하는 이온원의 일례로서는 버킷형 이온원이 알려져 있다. 보다 구체적으로는, 커스프 자장을 생성하는 복수의 영구 자석을 구비한 직육면체형상의 플라즈마 생성용기와, 플라즈마 생성용기 내에 용기의 길이방향을 따라 배치된 복수의 필라멘트와, 플라즈마 생성용기의 일측면에 형성된 개구부와, 상기 개구부에 인접해서 배치된 복수장의 전극군으로 구성되는 인출 전극계를 구비하고 있다.As an example of the ion source that generates such an ion beam 1, a bucket type ion source is known. More specifically, the present invention relates to a plasma processing apparatus comprising a plasma generating container in the shape of a rectangular parallelepiped having a plurality of permanent magnets for generating a cusp magnetic field, a plurality of filaments arranged in the plasma generating container along the longitudinal direction of the container, And an extraction electrode system formed of a plurality of electrode groups arranged adjacent to the opening.

도 1(A)에 기재된 이온빔(1)은 길이방향의 양 단부가 Z방향을 따라 서로 평행하다. 그러나 실제로는 완전히 평행한 상태가 되지는 않고, 대략 평행한 상태가 된다. 왜냐하면 이온빔(1)은 공간 전하 효과의 영향을 받아, Z방향으로 진행함에 따라서 발산한다. 발산의 정도는 이온빔(1)의 에너지나 양의 전하를 가지는 이온빔(1)이라면 빔 경로 내에 존재하고 있는 전자의 비율에 따라서도 변화된다. 또한 인출 전극계를 구성하는 복수장의 전극군의 배치 오차가 이온빔(1)의 평행성에 영향을 끼치는 경우도 생각할 수 있다. 그 때문에, 길이방향에 있어서 이온빔(1)을 완전히 평행한 상태로 하기는 어렵다. In the ion beam 1 described in Fig. 1 (A), both end portions in the longitudinal direction are parallel to each other along the Z direction. In practice, however, the state is not completely parallel, but becomes substantially parallel. This is because the ion beam 1 emits as it travels in the Z direction under the influence of the space charge effect. The degree of divergence varies depending on the energy of the ion beam 1 or the proportion of electrons present in the beam path if the ion beam 1 has a positive charge. It is also conceivable that an arrangement error of a plurality of electrode groups constituting the drawing electrode system affects the parallelism of the ion beam 1. [ Therefore, it is difficult to make the ion beam 1 in a completely parallel state in the longitudinal direction.

상기한 사항을 고려하여 본 발명에서는 도 1(A)에 예시된 이온빔(1)을, 이온빔(1)의 길이방향이 대략 평행한 이온빔(1), 혹은 설계상 이온빔(1)의 길이방향이 평행한 이온빔(1)이라고 부르고 있다. In the present invention, the ion beam 1 illustrated in Fig. 1 (A) is applied to the ion beam 1 whose longitudinal direction is approximately parallel to the longitudinal direction of the ion beam 1, Is called a parallel ion beam (1).

이에 반해, 도 1(B)에 기재된 이온빔(1)에서는 이온빔(1)의 길이방향이 Z방향을 따라 발산(확대)하고 있다. 이 발산에 대해서는, 도 1(B)에 기재된 길이방향에서의 폭 WX1이 Z방향으로 이온빔(1)이 진행함으로써 폭 WX2로 확대되고 있는 것으로 보아 용이하게 이해할 수 있을 것이다. On the other hand, in the ion beam 1 described in Fig. 1 (B), the longitudinal direction of the ion beam 1 diverges (extends) along the Z direction. This divergence can be easily understood from the fact that the width WX1 in the longitudinal direction shown in Fig. 1 (B) is expanded to the width WX2 by the progress of the ion beam 1 in the Z direction.

이러한 이온빔(1)도 도 1(A)에 도시되어 있는 이온빔(1)과 마찬가지로 리본형상 혹은 시트형상의 이온빔이라고 불리고 있으며, 본 발명에 적용 가능하다. 한편 이러한 이온빔(1)을 생성하는 이온원의 일례로는 바나스형 이온원이 알려져 있다. 보다 구체적으로는, 직육면체형상의 플라즈마 생성용기와, 상기 플라즈마 생성용기 내에 배치된 필라멘트와, 플라즈마 생성용기의 일측면에 형성된 개구부와, 상기 개구부에 인접 배치되며, 슬릿형상의 개구를 가지는 적어도 1장의 전극을 구비하고 있다. 한편 도 1(B)에 나타낸 이온빔(1)의 경우도, 도 1(A)에 도시된 이온빔(1)과 마찬가지로, 공간 전하 효과의 영향에 의해 약간의 발산이 발생한다. This ion beam 1 is also referred to as a ribbon-shaped or sheet-shaped ion beam as in the case of the ion beam 1 shown in Fig. 1 (A), and is applicable to the present invention. On the other hand, as an example of the ion source for generating such an ion beam 1, a vanas type ion source is known. More specifically, the present invention relates to a plasma processing apparatus comprising a plasma generating container in the form of a rectangular parallelepiped, a filament disposed in the plasma generating container, an opening formed in one side of the plasma generating container, Electrode. On the other hand, also in the case of the ion beam 1 shown in Fig. 1 (B), a slight divergence occurs due to the effect of the space charge effect similarly to the ion beam 1 shown in Fig.

도 2(A), 도 2(B)에는 본 발명에 따른 이온주입장치(IM)의 일례가 도시되어 있다. 도 2(A)와 도 2(B)에서는 도시되어 있는 평면이 다르다. 이 도면들에는 상술한 도 1(A)에 기재된 이온빔(1)이 그려져 있지만, 이 대신에 도 1(B)에 기재된 이온빔(1)을 사용해도 된다. 2 (A) and 2 (B) show an example of the ion implanter IM according to the present invention. The planes shown in Figs. 2A and 2B are different. In these drawings, the ion beam 1 described in FIG. 1 (A) is drawn. Instead, the ion beam 1 described in FIG. 1 (B) may be used.

이온원(2)에서 생성된 이온빔(1)은 한 쌍의 자극(9)을 구비한 질량분리 마그넷(3) 내에서 발생하는 자장(B)의 방향에 대하여 비스듬히 교차하는 방향으로 진행한다. 질량분리 마그넷(3)에 입사한 이온빔(1)은 자장(B)에 의해, 도 2(B)에 도시되어 있듯이 그 진행방향이 길이방향으로 편향된다. The ion beam 1 generated in the ion source 2 advances in a direction crossing obliquely with respect to the direction of the magnetic field B generated in the mass separation magnet 3 having the pair of magnetic poles 9. The direction of the ion beam 1 incident on the mass separation magnet 3 is deflected in the longitudinal direction by the magnetic field B as shown in Fig. 2 (B).

이온원(2)에서 생성된 이온빔(1)에는 다양한 이온종이 포함되어 있어, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)만 질량분리 마그넷(3)의 하류측(Z방향측)에 배치된 분석 슬릿(4)을 통과하도록, 질량분리 마그넷(3) 내의 자장(B)의 강도가 조정된다. The ion beam 1 generated in the ion source 2 contains various ion species so that only the ion beam 1 containing the desired ion species is trapped in the analytical slit 3 disposed on the downstream side (Z direction side) The intensity of the magnetic field B in the mass separation magnet 3 is adjusted so as to pass through the magnet 4.

분석 슬릿(4)을 통과한 이온빔(1)은 처리실(5) 안에 도입된다. 이때, 이온빔(1)의 길이방향의 치수는 동일방향에서의 기판(6)(예를 들면 유리 기판이나 실리콘 웨이퍼 등)의 치수보다 길어지도록 설정되어 있다. 그리고 처리실(5) 내에 배치된 기판(6)은 화살표 A의 방향을 따라 도시되지 않은 구동 기구에 의해 왕복 구동되어, 기판(6) 전면에 이온주입처리가 실시된다. The ion beam 1 that has passed through the analysis slit 4 is introduced into the treatment chamber 5. At this time, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 is set to be longer than the dimension of the substrate 6 (for example, glass substrate or silicon wafer) in the same direction. Then, the substrate 6 disposed in the process chamber 5 is reciprocally driven by a driving mechanism (not shown) along the direction of the arrow A, and the entire surface of the substrate 6 is subjected to the ion implantation process.

본 발명에서는 도 2(A)에 도시되어 있듯이, 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(1)의 진행방향이, 질량분리 마그넷(3)에서 발생하는 자장(B)의 방향에 대하여 비스듬하게 교차하고 있다. 바꿔 말하면, 질량분리 마그넷(3)을 통과하는 이온빔(1)의 주면(XZ평면 내에 위치하는 면)을 비스듬히 가로지르도록 질량분리 마그넷(3) 내에서 자장(B)이 발생하고 있다고 말할 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 이온빔(1)의 진행방향을 이온빔(1)의 길이방향으로 편향시키는 동시에, 이온빔(1)의 두께방향에 있어서, 분석 슬릿(4)으로 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)을 선택적으로 통과시키는 것을 가능하게 하고 있다. In the present invention, as shown in FIG. 2A, when the advancing direction of the ion beam 1 incident on the mass separation magnet 3 is oblique to the direction of the magnetic field B generated in the mass separation magnet 3 Crossing. In other words, it can be said that the magnetic field B is generated in the mass separation magnet 3 so as to obliquely cross the main surface (the surface located in the XZ plane) of the ion beam 1 passing through the mass separation magnet 3 . The ion beam 1 is deflected in the longitudinal direction of the ion beam 1 in the thickness direction of the ion beam 1 and the analyte slit 4 is irradiated with the ion beam 1 containing the desired ion species, As shown in FIG.

도 3(A)~도 3(C)에는 도 2(A)에 기재된 선분 C1~C3에 의해, 질량분리 마그넷(3)을 절단했을 때의 모습이 도시되어 있다. 각 도면에 도시되어 있듯이, 질량분리 마그넷(3)은 H형상의 요크(yoke)(7)와 상기 요크(7)로부터 돌출하여, 이온빔(1)의 주면을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 자극(9)을 가지고 있다. 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 각 자극(9)의 치수는 이온빔(1)의 치수보다 충분히 길다. 그리고 각 자극(9)에는 코일(8)이 권회되어 있어, 도시되지 않은 전원을 이용해서 코일(8)에 흘려보내는 전류량이나 전류의 방향이 조정된다. 이로 인해, 자극(9) 사이에서 한 방향을 향해 자장(B)이 생성되고 있다. 한편 여기서는 요크 형상을 H형상으로 했지만, 이에 한정하지 않고 다른 형상으로 해도 된다. 예를 들면 C형상의 요크를 이용해도 무방하다. Figs. 3 (A) to 3 (C) show a state in which the mass separation magnet 3 is cut by the line segments C1 to C3 shown in Fig. 2 (A). As shown in the figures, the mass separation magnet 3 has an H-shaped yoke 7 and a pair of yokes 7 projecting from the yoke 7 and disposed opposite to each other with a main surface of the ion beam 1 interposed therebetween And a stimulus (9). In the longitudinal direction of the ion beam 1, the dimension of each magnetic pole 9 is sufficiently longer than the dimension of the ion beam 1. The coil 8 is wound around each magnetic pole 9 so that the amount of current flowing in the coil 8 and the direction of the current are adjusted using a power source (not shown). As a result, a magnetic field B is generated between the magnetic poles 9 in one direction. On the other hand, the yoke shape is assumed to be H shape here, but the present invention is not limited to this shape but may be another shape. For example, a C-shaped yoke may be used.

이 예의 경우, 이온빔(1)의 길이방향(X방향)의 각 장소에서, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 궤도의 길이는 대체로 같다. 구체예를 들면, 도 2(B)의 질량분리 마그넷(3)의 점 P1과 점 P3를 통과하는 이온빔(1)의 궤도와, 점 P2와 점 P4를 통과하는 이온빔(1)의 궤도의 길이를 비교하면 대체로 같아진다. 여기서는 이온빔(1)의 양 단부에서의 궤도를 예로 들었지만, 예를 들어 질량분리 마그넷(3) 내에서, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 중앙부에서의 궤도의 길이도 양 단부에서의 궤도의 길이와 거의 같아진다. In this example, at each position in the longitudinal direction (X direction) of the ion beam 1, the length of the orbit of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 is substantially the same. Specifically, the orbit of the ion beam 1 passing through the point P1 and the point P3 of the mass separation magnet 3 of Fig. 2 (B), the orbit of the ion beam 1 passing through the point P2 and the point P4 , It becomes almost the same. Here, the trajectory at both ends of the ion beam 1 is described as an example. However, for example, in the mass separation magnet 3, the length of the trajectory at the central portion in the longitudinal direction of the ion beam 1 is It is almost the same length.

그 때문에, 질량분리 마그넷(3)을 통과한 후의 동일 질량을 가지는 이온종을 포함하는 이온빔에 착안하면, X방향에 걸쳐, 자장(B)의 방향에서의 위치가 거의 동일해진다. 이것에 대해서는 도 4(D)를 이용해서 후술한다. 또한 도 2(B)에 기재된 X축, Y축, Z축의 각 축은 이온원(2)과 질량분리 마그넷(3) 사이를 통과하는 이온빔(1)에 대응하고 있고, 그 밖의 장소를 이온빔(1)이 통과할 경우, 각 축의 방향은 장소에 따라 적절히 변경된다. 이 각 축의 방향이 빔 경로에서 적절히 변경되는 점에 대해서는 후술하는 도 4(B), 도 5(A), 도 8(A)~도 8(C), 도 9(B)에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다. Therefore, when the ion beam including the ion species having the same mass after passing through the mass separation magnet 3 is focused on, the position in the direction of the magnetic field B becomes almost the same across the X direction. This will be described later with reference to Fig. 4 (D). Each axis of the X axis, the Y axis and the Z axis described in FIG. 2B corresponds to the ion beam 1 passing between the ion source 2 and the mass separation magnet 3, and the other axis corresponds to the ion beam 1 ) Passes, the direction of each axis is appropriately changed according to the place. The point at which the direction of each axis is appropriately changed in the beam path is also the same for Figs. 4 (B), 5 (A), 8 (A) to 8 (C), and 9 .

이온빔(1)은 자장(B)의 방향에 대하여 비스듬하게 교차하는 방향으로 진행한다. 그 때문에, 도 3(A)~도 3(C)에서 이온빔(1)이 빔 경로를 진행함에 따라, 자극(9) 사이를 비행하는 이온빔(1)의 위치는, 한쪽 자극(9)(도시된 지면 우측 자극(9))에서 다른 쪽 자극(9)(도시된 지면 좌측 자극(9))을 향해 변화되고 있다. 또한 질량분리 마그넷(3)을 구성하는 자극(9)간의 거리는 Z방향을 따라 일정하고, 자극(9) 사이에서 발생하는 자장(B)에 의해 이온빔(1)의 진행방향은 이온빔(1)의 길이방향으로 편향된다. 그 때문에, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 진행방향은 개략하여 도 3의 지면 좌측 윗방향을 향해 변화되고 있다.The ion beam 1 advances in a direction crossing obliquely with respect to the direction of the magnetic field B. 3 (A) to 3 (C), the position of the ion beam 1 flying between the magnetic poles 9 is shifted by one magnetic pole 9 (Left-hand side magnetic pole 9 shown in the drawing) from the right-hand side right-hand magnetic poles 9). The distance between the magnetic poles 9 constituting the mass separation magnet 3 is constant along the Z direction and the direction of advance of the ion beam 1 is controlled by the magnetic field B generated between the magnetic poles 9, And is deflected in the longitudinal direction. Therefore, the advancing direction of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 is approximately changed toward the upper left side of the plane of Fig. 3.

도 4(A)~도 4(D)는 도 2(A)와 도 2(B)에 기재된 질량분리 마그넷(3)과 분석 슬릿(4)에 의한 이온빔(1)의 질량 분리에 관한 설명도이다. 질량분리 마그넷(3)에 입사한 길이방향이 대략 평행한 이온빔(1)은 질량분리 마그넷(3) 내에서 발생하는 자장(B)의 방향과 사교(斜交)하는 방향으로 진행한다. 이 이온빔(1)은 도 4(A)에 기재된 바와 같이 자장(B)의 방향에 평행한 성분(Z_B)과 자장(B)의 방향에 수직인 성분(Z_B⊥)으로 나눌 수 있다. 4A to 4D are explanatory diagrams for mass separation of the ion beam 1 by the mass separation magnet 3 and the analysis slit 4 shown in Figs. 2A and 2B. Fig. to be. The ion beam 1 which is incident on the mass separation magnet 3 and whose longitudinal direction is substantially parallel travels in a direction oblique to the direction of the magnetic field B generated in the mass separation magnet 3. [ This ion beam 1 can be divided into a component Z _B parallel to the direction of the magnetic field B and a component Z _B ⊥ perpendicular to the direction of the magnetic field B as shown in Fig.

자장(B)의 방향에 평행한 성분인 Z_B는 자장(B)에 의한 편향 작용을 받지 않는다. 한편 자장(B)의 방향에 수직인 성분인 Z_B⊥는 자장에 의한 편향 작용을 받아, 이온빔(1)의 전하가 양이라면, 지면(紙面) 앞방향을 향해 로렌츠 힘이 발생한다. 이 로렌츠 힘에 의해 이온빔(1)의 진행방향은 이온빔(1)의 길이방향으로 편향된다. Z _{B, which} is a component parallel to the direction of the magnetic field (B), is not subjected to a deflection action by the magnetic field (B). On the other hand, Z _B ⊥, which is a component perpendicular to the direction of the magnetic field _B, undergoes a biasing action by the magnetic field, and when the charge of the ion beam 1 is positive, a Lorentz force is generated toward the front side of the paper surface. By this Lorentz force, the traveling direction of the ion beam 1 is deflected in the longitudinal direction of the ion beam 1. [

도 4(B)에는 질량분리 마그넷(3) 내부를 진행하는 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 양 단부에서의 궤도가 도시되어 있다. 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(1)에는 원하는 이온종, 그보다 질량이 가벼운 이온종, 그리고 그보다 질량이 무거운 이온종이 포함되어 있다. 여기서는 각각의 이온종을 포함하는 각 이온빔의 궤도가 질량분리 마그넷(3) 내에서 분리되는 모습이 도시되어 있다. Fig. 4 (B) shows the trajectories at both ends in the longitudinal direction of the ion beam 1 traveling in the inside of the mass separation magnet 3. Fig. The ion beam 1 incident on the mass separation magnet 3 contains a desired ion species, ion species that are lighter in mass, and ion species that are heavier in mass. In this embodiment, the trajectory of each ion beam including each ion species is separated in the mass separation magnet 3.

도 4(B)에서 실선은 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도(IBd)이고, 파선은 원하는 이온종보다 질량이 무거운 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도(IBh)이다. 그리고 일점 쇄선은 원하는 이온종보다 질량이 가벼운 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도(IBl)이다. 4 (B), the solid line is the orbit IBd of the ion beam 1 containing the desired ion species and the broken line is the orbit IBh of the ion beam 1 containing the ion species whose mass is heavier than the desired ion species. The one-dot chain line is the orbital IB1 of the ion beam 1 including the ion species whose mass is lighter than the desired ion species.

이온빔(1)의 에너지가 같으면, 질량분리 마그넷(3)에서의 이온빔(1)의 편향량(여기서는 이온빔(1)의 길이방향으로, 이온빔(1)의 진행방향이 구부러지는 양)은 대체로 이온종의 질량에 의존한다. 그 때문에, 질량이 무거운 이온종을 포함하는 이온빔(1)이면 그 편향량이 작고, 질량이 가벼운 이온종을 포함하는 이온빔(1)이면 그 편향량이 크다. 편향량이 다르면, 도 4(B)에 도시되어 있듯이 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 각각의 이온종을 포함하는 각 이온빔의 궤도에 차이가 생긴다. 또한 도 4(B)에는 이온빔(1)이 질량분리 마그넷(3)으로부터 사출되는 장소에 X, Y, Z축이 그려져 있는데, 이것은 질량분리 마그넷(3)을 통과한 후의 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)에 대한 것이다. The amount of deflection of the ion beam 1 in the mass separation magnet 3 (here, the amount by which the advancing direction of the ion beam 1 is bent in the longitudinal direction of the ion beam 1) It depends on the mass of the species. Therefore, if the ion beam 1 containing a heavy ion species has a small deflection amount and the ion beam 1 contains a light ion species, the amount of deflection is large. When the amounts of deflection are different, there is a difference in the trajectory of each ion beam including each ion species passing through the inside of the mass separation magnet 3, as shown in Fig. 4 (B). 4 (B), X, Y, and Z axes are drawn at a position where the ion beam 1 is ejected from the mass separation magnet 3. This is because the desired ion species after passing through the mass separation magnet 3 And is for the ion beam 1.

도 4(C)에는 각 이온종을 포함하는 이온빔(1)마다의 궤도가 도시되어 있다. 이 도면에서 세로축은 자장(B)의 방향에서의 위치를 나타내고, 가로축은 빔 경로상에서의 위치를 나타낸다. 또한 이 도면의 원점은 질량분리 마그넷(3)의 입구(이온빔(1)이 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 장소)이고, 도 4(B)와 마찬가지로, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔의 궤도를 실선으로 표시하고, 원하는 이온종보다 질량이 가벼운 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도를 일점 쇄선으로 표시하고, 원하는 이온종보다 질량이 무거운 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도를 파선으로 표시하였다. 한편 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(1)은 자극(9) 사이에 위치해 있다. 그 때문에, 도 4(C)의 원점에 있어서, 자장(B)의 방향에서의 위치에 대해서는, 이온빔(1)이 입사한 자극(9) 사이에서의 위치를 기준으로 하고 있다. 여기서의 원점은 자장(B)의 방향에서의 위치가 제로, 즉 자극(9)상에 이온빔(1)이 위치해 있다는 의미가 아니다. Fig. 4 (C) shows the trajectory of each ion beam 1 including each ion species. In this figure, the ordinate axis indicates the position in the direction of the magnetic field B, and the abscissa axis indicates the position on the beam path. The origin of this figure is the entrance of the mass separation magnet 3 (the place where the ion beam 1 enters the mass separation magnet 3) and the origin of the ion beam including the desired ion species The trajectory of the ion beam 1 including the ion species whose mass is lighter than the desired ion species is indicated by the one-dot chain line and the trajectory of the ion beam 1 including the ion species whose mass is heavier than the desired ion species is represented by Dashed line. On the other hand, the ion beam 1 incident on the mass separation magnet 3 is located between the magnetic poles 9. Therefore, the position in the direction of the magnetic field B at the origin of FIG. 4 (C) is based on the position between the magnetic poles 9 on which the ion beam 1 is incident. Here, the origin does not mean that the position in the direction of the magnetic field B is zero, that is, the ion beam 1 is located on the magnetic pole 9.

도 4(C)에 도시되어 있듯이, 빔 경로상의 같은 위치에서 자장(B)의 방향에서의 위치를 비교하면, 질량이 다른 이온종을 포함하는 각 이온빔(1)의 궤도는 각각 다르다. 이 차이에 대하여 설명한다. 도 4(B)를 참조하면 알 수 있듯이, 질량이 가벼운 이온종을 포함하는 이온빔의 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 거리(질량분리 마그넷(3) 내에서의 IBl의 길이)는 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 거리(질량분리 마그넷(3) 내에서의 IBd의 길이)에 비해 길고, 질량이 무거운 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 거리(질량분리 마그넷(3) 내에서의 IBh의 길이)는 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 거리(질량분리 마그넷(3) 내에서의 IBd의 길이)에 비해 짧아진다. As shown in Fig. 4 (C), when the positions in the direction of the magnetic field B at the same position on the beam path are compared, the orbits of each ion beam 1 including the ion species having different masses are different from each other. This difference will be explained. 4 (B), the distance (the length of IB1 in the mass separation magnet 3) through the inside of the mass separation magnet 3 of the ion beam including the light ion species is less than the desired ion The length of IBd in the mass separation magnet 3) passing through the inside of the mass separation magnet 3 of the ion beam 1 including the species is longer than that of the ion beam 1 including the ion species having a heavy mass, The distance (the length of IBh in the mass separation magnet 3) passing through the inside of the mass separation magnet 3 of the ion beam 1 passing through the mass separation magnet 3 of the ion beam 1 including the desired ion species The length of IBd in the mass separation magnet 3).

상술한 바와 같이, 이온빔(1)은 질량분리 마그넷(3) 내에서 발생하는 자장(B)의 방향과 사교하는 방향으로 진행한다. 그 때문에, 질량이 가벼운 이온종을 포함하는 이온빔(1)은 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 거리가 긴 만큼, 다른 질량의 이온종을 포함하는 이온빔(1)에 비해, 자장(B)의 방향과 사교하는 방향으로 진행하는 거리가 길어진다. 반대로, 질량이 무거운 이온종을 포함하는 이온빔(1)은 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 거리가 짧은 만큼, 다른 질량의 이온종을 포함하는 이온빔(1)에 비해, 자장(B)의 방향과 사교하는 방향으로 진행하는 거리가 짧아진다. 도 4(A)에서 기술한 바와 같이, 자장(B) 안을 진행하는 이온빔(1)은 자장(B) 방향의 성분을 포함하고 있으므로, 이온빔(1)이 자장(B) 안을 진행하는 거리가 길어질수록, 자장(B) 방향으로 진행하는 거리도 길어진다. 그 때문에, 도 4(C)에 도시되어 있듯이, 빔 경로상의 같은 장소에서 비교하면, 질량이 다른 이온종을 포함하는 각 이온빔(1)의 자장(B) 방향에서의 위치에 차이가 생기게 된다. As described above, the ion beam 1 travels in a direction of intersecting the direction of the magnetic field B generated in the mass separation magnet 3. [ Therefore, the ion beam 1 including the ion species with a light mass is longer in the magnetic field B than the ion beam 1 including the ion species with different masses, because the distance through the inside of the mass separation magnet 3 is longer, And the distance in the direction of sagging becomes longer. Conversely, the ion beam 1 containing heavy ion species has a smaller distance to pass through the inside of the mass separation magnet 3 than the ion beam 1 containing ion species of different mass, And the distance traveled in the direction of sociability is shortened. As described in FIG. 4A, the ion beam 1 traveling in the magnetic field B includes a component in the direction of the magnetic field B, so that the distance that the ion beam 1 travels in the magnetic field B becomes long The longer the distance traveled in the direction of the magnetic field (B) becomes. Therefore, as shown in Fig. 4 (C), when compared at the same place on the beam path, there is a difference in the position of each ion beam 1 including ion species having different masses in the direction of the magnetic field (B).

도 4(C)에 기재된 분석 슬릿(4)에는 지면 뒤쪽에서 앞방향을 따라 가늘고 긴 슬릿이 형성되어 있다. 이 슬릿의 긴 길이방향의 치수(X방향의 치수)는 이온빔(1)의 길이방향의 치수보다 크다. 그리고 슬릿의 짧은 길이방향의 치수(Y방향의 치수)를 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)만 통과하도록 설정해 둔다. 구체적으로는, 도 4(C)에 도시되어 있듯이, 원하는 이온종보다 질량이 가벼운 이온종이나 질량이 무거운 이온종을 포함하는 이온빔(1)이 분석 슬릿(4)에 충돌하여, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)만 통과할 수 있도록 구성되어 있다. 한편 이 짧은 길이방향에 있어서의 슬릿의 치수는 취급하는 이온종의 종류나 질량 분리할 때의 분해능에 따라 적당한 치수로 설정되어 있다. 이렇게 해서, 본 발명에서의 질량 분리가 이루어진다. In the analysis slit 4 shown in Fig. 4 (C), slits are formed along the forward direction from the rear of the paper. The dimension in the longitudinal direction of this slit (dimension in the X direction) is larger than the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1. And the dimension of the slit in the short longitudinal direction (dimension in the Y direction) is set so as to pass through only the ion beam 1 containing the desired ion species. Specifically, as shown in Fig. 4 (C), the ion beam 1 containing ion species whose mass is lighter than the desired ion species or whose mass is heavier than the desired ion species collides with the analysis slit 4, So that it can pass through only the ion beam 1 included therein. On the other hand, the dimension of the slit in the short longitudinal direction is set to a suitable dimension in accordance with the kind of the ion species to be handled and the resolving power at the time of mass separation. Thus, the mass separation in the present invention is performed.

도 4(C)를 참작하면 알 수 있듯이, 도 4(D)에서 자장(B)의 방향은 도시되어 있지 않지만, 대략 Y방향에 일치하고 있다. 도 2(B)에서 설명한 바와 같이, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 궤도는 대체로 같다. 그 때문에 도 4(D)에 도시되어 있듯이, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 자장(B)의 방향(이 도면은 Z방향에서 보고 있으므로, 자장(B)의 방향은 대략 Y방향이 된다)에서의 위치는 대체로 같아진다. 여기서는 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 양 단부의 궤도밖에 도시되어 있지 않지만, 그 밖의 장소(예를 들면 길이방향에서의 중앙부)를 통과하는 이온빔(1)의 궤도에 대해서도 자장(B)의 방향에서의 위치는 거의 같아진다. As can be seen from the consideration of FIG. 4 (C), the direction of the magnetic field B in FIG. 4 (D) is not shown, but coincides with the Y direction. The trajectory of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 in the longitudinal direction of the ion beam 1 is substantially the same as described in Fig. Therefore, as shown in Fig. 4 (D), in the longitudinal direction of the ion beam 1, the direction of the magnetic field B of the ion beam 1 including the desired ion species (B) is approximately in the Y direction). Here, although not shown in the trajectory of both ends in the longitudinal direction of the ion beam 1, the trajectory of the ion beam 1 passing through other places (for example, the central portion in the longitudinal direction) The positions in the direction are almost the same.

한편, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 각 장소에서의 궤도의 길이가 달라도 된다. 그 경우, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 양 단부에서의 궤도를 예로 들면, 일단부를 통과하는 궤도가 타단부를 통과하는 궤도에 비해, 자장(B)의 방향에서의 위치가 낮거나 혹은 높아져 버린다. 자장(B)의 방향에서의 위치 차이가 커지면, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서 이온빔(1)의 특성에 차이가 생길 우려가 있다. 단, 이온주입처리된 기판(6)상에 제조되는 반도체 디바이스의 특성이 거의 균일해지는 정도라면, 이온빔(1)의 길이방향에서의 특성상의 차이는 전혀 문제가 되지 않는다. 그 때문에, 반도체 디바이스의 특성 편차가 허용되는 범위 내에서 적절히 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 각 장소에서의 궤도의 길이가 다르도록 질량분리 마그넷(3)을 구성해 두어도 무방하다. On the other hand, in the longitudinal direction of the ion beam 1, the length of the orbit in each place of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 may be different. In this case, taking the trajectory at the both ends in the longitudinal direction of the ion beam 1 as an example, the position in the direction of the magnetic field B is lower than the trajectory passing through the other end, It increases. When the positional difference in the direction of the magnetic field B becomes large, there is a possibility that the characteristics of the ion beam 1 in the longitudinal direction of the ion beam 1 may differ. However, if the characteristics of the semiconductor device fabricated on the substrate 6 subjected to the ion implantation process are almost uniform, the difference in the characteristics in the longitudinal direction of the ion beam 1 is not a problem at all. Therefore, the mass separation magnet 3 may be appropriately configured so that the length of the orbit in each place in the longitudinal direction of the ion beam 1 is appropriately varied within the allowable range of the characteristic deviation of the semiconductor device.

또한 질량분리 마그넷(3) 내에서 생긴 이온빔(1)의 길이방향에서의 특성 편차를 보정하기 위해, 이온원(2)에서 이온빔(1)이 조사되는 기판(6)까지의 사이에서, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서 각 장소를 통과하는 이온빔(1)의 궤도가, 자장(B)의 방향에 대하여 차이가 생기지 않도록 해 두는 것을 생각할 수 있다. 이것에 대해서는, 예를 들면 기판(6)을 기울이면서 구동시키거나, 각 부재의 배치를 적당히 설정하거나 해서, 자장(B)의 방향에서의 궤도 차이를 보정하도록 해 두면 된다. Between the ion source 2 and the substrate 6 to which the ion beam 1 is irradiated is used to correct the characteristic deviation in the longitudinal direction of the ion beam 1 generated in the mass separation magnet 3. [ It is conceivable that the trajectory of the ion beam 1 passing through each place in the longitudinal direction of the magnetic field B does not differ from the direction of the magnetic field B. [ In this case, for example, the substrate 6 may be tilted and driven, or the arrangement of the members may be appropriately set so that the difference in the trajectory in the direction of the magnetic field B may be corrected.

도 5(A), 도 5(B)에는 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 각 장소에서의 궤도를 다르게 했을 때의 모습이 도시되어 있다. 궤도가 다른 점을 제외하고, 기본적인 구성은 도 4(A)~도 4(D)에서 설명한 것과 같기 때문에, 여기서는 중복되는 내용에 관한 상세한 설명은 생략한다. 5 (A) and 5 (B) show a state in which the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 has different orbits in the longitudinal direction in each place. The basic configuration is the same as that described in Figs. 4 (A) to 4 (D), except for the difference of the trajectory, and thus detailed description of the overlapping contents is omitted here.

도 5(A)에는 질량분리 마그넷(3) 내부를 진행하는 이온빔(1)의 길이방향에 있어서의 양 단부에서의 궤도의 길이가 다른 예가 도시되어 있다. 구체적으로는, 여기서는 P1-P3 곡선(점 P1과 점 P3를 연결하는 이온빔의 궤도인 IBd)의 치수가 P2-P4 곡선(점 P2와 점 P4를 연결하는 이온빔의 궤도인 IBd)의 치수보다 길다. 질량이 다른 기타 이온종이 그리는 궤도(IBh와 IBl)에 대해서도 마찬가지이며, 점 P1을 통과하는 궤도는 점 P2를 통과하는 궤도보다 거리가 길다. Fig. 5 (A) shows an example in which the length of the trajectory at both ends in the longitudinal direction of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 is different. Specifically, the dimension of the P1-P3 curve (IBd, which is the trajectory of the ion beam connecting the points P1 and P3) is longer than the dimension of the P2-P4 curve (IBd, which is the trajectory of the ion beam connecting the points P2 and P4) . The same applies to the trajectories IBh and IBl drawn by other ion species having different masses, and the trajectory passing through the point P1 is longer than the trajectory passing through the point P2.

도 5(B)에는 도 5(A)의 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과한 원하는 이온종을 포함하는 각 이온빔(1)의 궤도(IBd)가 분석 슬릿(4)을 통과하는 모습이 도시되어 있다. 도 5(A)에서 점 P1을 통과한 이온빔(1)의 궤도(IBd, IBh, IBl)는 도 5(B)의 지면 좌측에 도시되어 있고, 점 P2를 통과한 이온빔(1)의 궤도(IBd, IBh, IBl)는 도 5(B)의 지면 우측에 도시되어 있다. 도 5(A)에서 설명한 바와 같이, 점 P1을 통과한 이온빔(1)의 궤도는 점 P2를 통과한 이온빔(1)의 궤도보다 거리가 길어진다. 그 때문에, 도 5(B)에 도시되어 있듯이, 자장(B)의 방향(대체로 지면 윗방향)에 있어서, 각 점을 통과한 이온빔(1)의 궤도의 위치가 다르다. 또한 질량이 다른 이온종을 포함하는 이온빔(1)이 그리는 궤도에 대해서도 마찬가지로 말할 수 있다. 5B shows a state in which the trajectory IBd of each ion beam 1 including the desired ion species having passed through the inside of the mass separation magnet 3 of Fig. 5A passes through the analysis slit 4, . The trajectories IBd, IBh and IBl of the ion beam 1 having passed the point P1 in Fig. 5A are shown on the left side of the drawing in Fig. 5B, and the trajectories of the ion beams 1 IBd, IBh, IBl) are shown on the right side of Fig. 5 (B). The trajectory of the ion beam 1 that has passed through the point P1 becomes longer than the trajectory of the ion beam 1 that has passed through the point P2, as described in Fig. 5 (A). Therefore, as shown in Fig. 5 (B), the position of the orbit of the ion beam 1 passing through each point is different in the direction of the magnetic field B (generally in the upper surface of the paper). The same can be said of the trajectory drawn by the ion beam 1 including ion species having different masses.

이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 자장(B)의 방향에서의 궤도의 위치가 달랐을 경우, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도와 질량이 다른 기타 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도 사이의 관계에 있어서도 차이가 생긴다. 구체적으로는, 도 5(B)에서 지면 우측에 그려진 각 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도(IBd, IBh, IBl)간의 간격이, 지면 좌측에 그려진 각 이온종을 포함하는 이온빔(1)의 궤도(IBd, IBh, IBl)간의 간격보다 커진다. 이러한 이온빔(1)의 길이방향에서의 성질 차이로 인해, 이온빔(1)의 길이방향에서의 특성(예를 들면 공간 전하 효과에 의한 이온빔(1)의 확산이 크고 작은 것)에 차이가 발생한다. 그러나 상술한 바와 같이, 기판(6)상에 제조되는 반도체 디바이스의 특성이 허용 가능한 범위 내에 들어간다면, 이러한 구성이어도 무방하다. When the position of the orbit in the direction of the magnetic field B is different in the longitudinal direction of the ion beam 1, the ion beam 1 containing other ion species whose mass is different from the orbit of the ion beam 1 containing the desired ion species ) In terms of the relationship between the orbits. Specifically, the interval between the trajectories IBd, IBh, and IBl of the ion beam 1 including the respective ion species drawn on the right side of the paper in FIG. 5B corresponds to the distance between the ion beams 1 (IBd, IBh, IBl). Due to the property difference in the longitudinal direction of the ion beam 1, a difference occurs in the characteristics in the longitudinal direction of the ion beam 1 (for example, the diffusion of the ion beam 1 due to the space charge effect is large and small) . However, as described above, if the characteristics of the semiconductor device to be manufactured on the substrate 6 fall within an allowable range, such a configuration is also acceptable.

길이방향에 있어서, 이온빔(1)은 대략 평행한 상태로 기판(6)에 조사되는 것이 바람직하다. 길이방향이 발산이나 수속한 상태에서 기판(6)에 조사되면, 길이방향에 있어서 기판(6)에 대한 이온빔(1)의 조사 각도가 똑같아지지 않기 때문에, 기판(6)상에 제조되는 반도체 디바이스의 특성에 불균일이 생길 우려가 있다. 그 때문에, 길이방향에서 대략 평행한 이온빔(1)을 기판(6)에 조사시키기 위해, 자극(9)의 단부형상을 다음과 같이 구성해 두는 방법을 생각할 수 있다. In the longitudinal direction, it is preferable that the ion beam 1 is irradiated to the substrate 6 in a substantially parallel state. Since the irradiation angle of the ion beam 1 with respect to the substrate 6 in the longitudinal direction is not the same when the substrate 6 is irradiated with the longitudinal direction diverging or converging, There is a possibility that unevenness may occur in the characteristics of the semiconductor device. Therefore, in order to irradiate the substrate 6 with the ion beam 1 substantially parallel to the longitudinal direction, a method of configuring the end shape of the magnetic pole 9 as follows can be considered.

도 6(A), 도 6(B)는 자극(9)의 단부 구성에 관한 설명도이다. 도 6(A)에 도시하는 바와 같이, 길이방향이 대략 평행한 이온빔(1)이 반원형의 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 경우를 생각할 수 있다. 이 질량분리 마그넷(3) 내에서는 자장(B)이 지면 뒤쪽에서 앞을 향해 발생하고 있다. 또한 자극(9)의 형상은 파선으로 도시되어 있는데, 편의상 여기서는 질량분리 마그넷(3)의 입구측 단면(end surface)과 출구측 단면이 자극(9)의 단면과 일치하도록 도시되어 있다. 단, 실제로는 질량분리 마그넷(3)의 안쪽 영역에 자극(9)이 배치되게 되므로, 각 단면이 일치하게 되지는 않는다. 한편 평면에 도시했기 때문에, 이온빔(1)이 자장(B)의 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 진행하고 있는 것처럼 보이지만 그렇지 않다. 이 예의 경우도 상술한 실시예의 구성과 마찬가지로, 지면 뒤쪽에서 앞을 향해 발생하고 있는 자장(B)의 방향에 대하여, 이온빔(1)은 비스듬히 사교하는 방향으로 진행하고 있다. Figs. 6 (A) and 6 (B) are explanatory diagrams of the end configuration of the magnetic pole 9. Fig. As shown in Fig. 6 (A), it is conceivable that the ion beam 1 whose longitudinal direction is substantially parallel enters the semi-circular mass separation magnet 3. In the mass separation magnet 3, a magnetic field B is generated from the rear toward the front. The shapes of the magnetic poles 9 are shown by broken lines. For convenience, the entrance end face and the exit end face of the mass separation magnet 3 are shown to coincide with the end faces of the magnetic poles 9. However, in reality, the magnetic poles 9 are disposed in the inner region of the mass separation magnet 3, so that the cross sections do not coincide with each other. On the other hand, since it is shown on the plane, it appears that the ion beam 1 is traveling in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field B, but it is not. In this example as well, the ion beam 1 advances in an obliquely sagging direction with respect to the direction of the magnetic field B that is generated from the back toward the front in the same manner as in the above-described embodiment.

이 도면에 기재되어 있듯이 길이방향에서 대략 평행한 이온빔(1)을 반원형상으로 편향시키면, 질량분리 마그넷(3)으로부터 길이방향에서 대략 평행한 이온빔(1)을 사출시킬 수 있다. 그러나 이 경우, 질량분리 마그넷(3)의 치수를 종래의 질량분리 마그넷보다 더 크게 해야 한다. 그 때문에 이러한 구성은 실용적이지 않다. As shown in this figure, when the ion beam 1 substantially parallel in the longitudinal direction is deflected in a semicircular shape, the ion beam 1 approximately parallel in the longitudinal direction can be ejected from the mass separation magnet 3. In this case, however, the dimension of the mass separation magnet 3 must be larger than that of the conventional mass separation magnet. Therefore, this configuration is not practical.

따라서 질량분리 마그넷(3)의 치수를 작게 하기 위해, 본 발명에서는 길이방향에서의 이온빔(1)의 궤도가 수속하는 초점위치 F보다 질량분리 마그넷(3)의 입구측에 자극(9)의 단부가 위치하도록 구성하고 있다. 질량분리 마그넷(3)에서 사출되는 이온빔(1)의 진행방향은 질량분리 마그넷(3)의 출구 근방을 통과하는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선의 방향이 된다. 그 때문에, 본 발명에서는 초점위치 F보다 질량분리 마그넷(3)의 입구측의 장소이면서, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 2군데 이상의 장소를 통과하는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선이 대체로 평행이 되는 장소를 연결한 선상에 자극(9)의 단부가 배치되도록 구성되어 있다. Therefore, in order to reduce the size of the mass separation magnet 3, in the present invention, the end portion of the magnetic pole 9 is provided on the entrance side of the mass separation magnet 3, rather than the focal point F where the orbit of the ion beam 1 converges in the longitudinal direction, As shown in FIG. The traveling direction of the ion beam 1 emitted from the mass separation magnet 3 is the direction of the tangent line formed on the trajectory of the ion beam 1 passing near the outlet of the mass separation magnet 3. [ Therefore, in the present invention, the tangential line of the ion beam 1 passing through two or more places in the longitudinal direction of the ion beam 1, rather than the position at the entrance side of the mass separation magnet 3, And the ends of the magnetic poles 9 are arranged on a line connecting the generally parallel places.

구체적으로 설명하면, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서 도시되는 지면 좌측을 통과하는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선을 L1로 하고, 이온빔(1)의 길이방향에 있어서 도시되는 지면 우측을 통과하는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선을 L2로 한다. 그리고 양 접선이 대체로 평행이 되는 위치인 점 P3와 점 P4를 연결하는 선U-U상에 자극(9)의 단부를 배치한다. 여기서는 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 그 양 단부를 통과하는 궤도상에 그어진 접선을 예로 들어 설명했지만, 물론 그 밖의 장소를 통과하는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선이어도 무방하다. More specifically, the tangential line formed on the trajectory of the ion beam 1 passing through the left side of the paper in the longitudinal direction of the ion beam 1 is defined as L1, and the right side of the paper shown in the longitudinal direction of the ion beam 1 is defined as The tangent line on the trajectory of the passing ion beam 1 is defined as L2. And the end of the magnetic pole 9 is arranged on the line U-U connecting the point P3 and the point P4 at which the two tangent lines are substantially parallel. Although the tangential line formed on the trajectory passing through both ends of the ion beam 1 has been described as an example here, it may also be a tangent line formed on the trajectory of the ion beam 1 passing through other places.

도 6(A)에서 설명한 자극(9) 단부의 구성 수법에 기초해서 작성된 질량분리 마그넷(3)이 도 6(B)에 도시되어 있다. 이렇게 해서 자극(9)의 단부형상을 구성하면, 질량분리 마그넷(3)의 치수를 작게 할 뿐 아니라, 질량분리 마그넷(3)으로부터 대략 평행한 이온빔(1)을 사출시키는 것도 가능하게 된다. 단, 이 경우 이온빔(1)의 길이방향의 치수는 질량분리 마그넷(3)에 입사될 때에 W1이었던 데 반해, 질량분리 마그넷(3)으로부터 사출될 때에는 W1보다 작은 W2가 된다. 그 때문에 기판(6)의 치수가 클 경우, W1을 충분히 크게 해 두어야 한다. 6 (B) shows the mass separation magnet 3 prepared on the basis of the constitution of the end of the magnetic pole 9 described in Fig. 6 (A). By constituting the shape of the end portion of the magnetic pole 9 in this manner, it is possible not only to reduce the size of the mass separation magnet 3, but also to eject the substantially parallel ion beam 1 from the mass separation magnet 3. [ In this case, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 is W1 when it is incident on the mass separation magnet 3, while W2 is smaller than W1 when it is projected from the mass separation magnet 3. [ Therefore, when the dimension of the substrate 6 is large, W1 must be made sufficiently large.

질량분리 마그넷(3)을 통과함으로써 이온빔(1)의 길이방향의 치수가 축소되는 것을 개선하기 위해, 도 6(C)에 도시한 구성을 생각할 수 있다. 이 예에서는 질량분리 마그넷(3)을 통과하는 이온빔(1)의 진행방향을 도 6(B)의 것과 반대로 하고 있다. 또한 자장(B)은 지면 앞에서 뒤쪽을 향해 발생하고 있다. 이러한 구성으로 해 두면, 질량분리 마그넷(3)에서 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 확대시킬 수 있다. 한편 이 예에서도 상술한 바와 같이, 질량분리 마그넷(3)의 출구측에 마련된 자극(9)의 단부는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선이 대략 평행해지는 점 P1과 점 P2를 연결하는 선상에 배치되어 있음을 알 수 있다. The configuration shown in Fig. 6 (C) can be considered in order to prevent the dimension of the ion beam 1 in the longitudinal direction from being reduced by passing through the mass separation magnet 3. In this example, the traveling direction of the ion beam 1 passing through the mass separation magnet 3 is reversed to that of Fig. 6 (B). The magnetic field (B) is generated from the front to the back of the paper. With such a configuration, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 can be enlarged in the mass separation magnet 3. As described above, the end portion of the magnetic pole 9 provided on the exit side of the mass separation magnet 3 is a line-like line connecting the point P1, which is approximately parallel to the tangent line on the orbit of the ion beam 1, As shown in FIG.

도 7(A)~도 7(D)에서는 이온원(2)에서 생성되는 이온빔(1)은 도 1(B)에 기재된 이온빔(1)을 상정하고 있다. 도 6(A)와 마찬가지로, 도 7(A)에는 반원형의 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 궤도가 도시되어 있다. 질량분리 마그넷(3)이나 이온빔(1)의 궤도에 대한 접선 등의 개념은 도 6(A)에서 설명한 것과 같기 때문에, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하고 간단히 설명하는 것에 그친다. 7A to 7D, the ion beam 1 generated in the ion source 2 is assumed to be the ion beam 1 described in FIG. 1B. As in Fig. 6 (A), Fig. 7 (A) shows the trajectory of the ion beam 1 passing through the inside of the semi-circular mass separation magnet 3. As shown in Fig. The concept of the tangent to the trajectory of the mass separation magnet 3 or the ion beam 1 is the same as that described with reference to Fig. 6 (A), and therefore, a detailed description thereof will be omitted here for brevity.

도 6(A)의 예와 마찬가지로, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 궤도상에 그어진 접선 L1과 접선 L2가 서로 대략 평행이 되는 위치인 점 P1과 점 P2를 연결하는 선U-U상에 자극(9) 단부가 배치되도록 구성한다. As in the example of Fig. 6 (A), a point P1, which is a position where the tangent L1 and the tangent L2, which are formed on the trajectory of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3, And the ends of the magnetic poles 9 are arranged on the line UU.

그 결과, 도 7(B)에 나타내는 질량분리 마그넷(3)이 작성되는데, 입사시의 이온빔(1)의 길이방향의 치수가 W3인 데 반해, 사출시에는 그보다 큰 W4의 치수를 가지는 이온빔(1)으로 확대시킬 수 있다. As a result, the mass separation magnet 3 shown in Fig. 7 (B) is produced. In the case of the ion beam 1 at the time of incidence, the dimension in the longitudinal direction is W3, 1).

반대로, 도 7(C)에 나타내는 바와 같이 이온빔(1)의 진행방향을 도 7(B)의 예와 반대로 해서, 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 좁히도록 해 두어도 무방하다. 이것은, 기판(6)의 치수가 작으면, 이온빔(1)의 길이방향에서의 폭을 그다지 크게 해 둘 필요가 없기 때문이다. 또한 기판(6)에의 이온주입처리를 단시간에 하기 위해, 이온빔(1)의 단위면적당 빔 전류량을 증가시켜 두는 방법을 생각할 수 있다. 이 경우, 도 7(C)에 도시된 구성을 이용해서, 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 좁혀 빔 전류량을 증가시켜도 된다. 물론, 앞서 설명한 도 6(B)에 나타낸 구성을 이용해서 빔 전류량을 증가시켜도 된다. Conversely, as shown in Fig. 7 (C), the direction of the ion beam 1 may be reversed from the example of Fig. 7 (B) so that the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 may be narrowed. This is because it is not necessary to make the width of the ion beam 1 in the longitudinal direction too large if the size of the substrate 6 is small. Further, a method of increasing the beam current per unit area of the ion beam 1 in order to shorten the ion implantation process to the substrate 6 can be considered. In this case, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 may be narrowed and the beam current amount may be increased by using the configuration shown in Fig. 7 (C). Needless to say, the amount of beam current may be increased by using the configuration shown in Fig. 6 (B) described above.

상기한 바와 같이, 질량분리 마그넷(3)에서 사출되는 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 변경시키기 위해서는, 원래 구비되어 있는 이온원(2)을 길이방향의 치수가 다른 이온빔(1)을 생성하는 다른 이온원(2)으로 교환하거나, 이온원(2)을 기울여서 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(1)의 치수를 좁히거나 혹은 넓히는 방법을 생각할 수 있다. 마찬가지로, 질량분리 마그넷(3)의 배치를 변경해도, 질량분리 마그넷(3)에서 사출되는 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 좁히거나 혹은 넓힐 수 있다. As described above, in order to change the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 emitted from the mass separation magnet 3, the ion source 1 having the different dimension in the longitudinal direction is generated A method of replacing the ion source 1 with another ion source 2 for making the ion source 2 inclined or inclining the ion source 2 and narrowing or widening the size of the ion beam 1 incident on the mass separation magnet 3 can be considered. Similarly, even if the arrangement of the mass separation magnet 3 is changed, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 emitted from the mass separation magnet 3 can be narrowed or widened.

도 7(D)에는 질량분리 마그넷(3)의 배치를 변경시킴으로써, 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 확대하는 예가 도시되어 있다. 도 7(D)에는 도 7(B)에 기재된 질량분리 마그넷(3)을 점 P2를 중심으로 해서, 각도(θ1) 회전시켰을 때의 구성이 도시되어 있다. 이 경우, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)의 궤도가 도 7(B)의 예에서 나타낸 것과 다르게 된다. 구체적으로는, 지면 좌측의 단부를 통과하는 이온빔(1)의 궤도는 도 7(B)의 예에 비해 각도(θ2)만큼 외측으로 넓어지게 된다. 그 때문에, W4보다 큰 W5의 치수를 가지는 이온빔(1)을 질량분리 마그넷(3)으로부터 사출시킬 수 있게 된다. Fig. 7D shows an example of enlarging the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 by changing the arrangement of the mass separation magnet 3. As shown in Fig. Fig. 7D shows a configuration in which the mass separation magnet 3 shown in Fig. 7B is rotated at an angle? 1 about the point P2. In this case, the trajectory of the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 becomes different from that shown in the example of Fig. 7 (B). Specifically, the trajectory of the ion beam 1 passing through the end on the left side of the drawing becomes wider outward by the angle? 2 than the example of Fig. 7 (B). Therefore, the ion beam 1 having a dimension of W5 larger than W4 can be emitted from the mass separation magnet 3. [

한편 상기한 도 7(D)의 예에서는 질량분리 마그넷(3)으로부터 길이방향에서 발산하는 이온빔(1)이 사출되게 되는데, 발산 정도가 어느 정도라면, 이러한 이온빔(1)이 기판(6)에 조사되어도 문제가 되지 않는다. 왜냐하면, 기판(6)상에 제조되는 반도체 디바이스의 특성이 허용되는 범위 내에 들어간다면, 길이방향에서 발산하는 이온빔(1)이어도 문제가 되지 않기 때문이다. 7 (D), the ion beam 1 diverging in the longitudinal direction is ejected from the mass separation magnet 3. When the degree of divergence is about any degree, the ion beam 1 is applied to the substrate 6 It does not matter if it is investigated. This is because even if the characteristic of the semiconductor device manufactured on the substrate 6 falls within an allowable range, the ion beam 1 radiating in the longitudinal direction is not a problem.

도 2(A), 도 2(B)에 예로 든 이온주입장치(IM) 대신에, 도 8(A)~도 8(C)의 이온주입장치(IM)를 이용해도 된다. The ion implanting apparatus IM shown in Figs. 8 (A) to 8 (C) may be used instead of the ion implanting apparatus IM exemplified in Figs. 2 (A) and 2 (B).

도 8(A)의 이온주입장치(IM)에는 이온원(2)과 질량분리 마그넷(3) 사이에 한 쌍의 정전편향전극(10)이 배치되어 있다. 도 2(A)의 예에서는 질량분리 마그넷(3)의 한 쌍의 자극(9) 사이에서 발생되는 자장(B)의 방향에 대하여, 비스듬해지는 방향으로 이온원(2)에서 이온빔(1)을 사출(진행)시켰었다. 이에 반해, 도 8(A)의 예에서는 질량분리 마그넷(3)의 한 쌍의 자극(9) 사이에서 발생되는 자장(B)의 방향과 직교하는 방향으로 이온원(2)으로부터 이온빔(1)을 사출시키고 있다. 그리고 정전편향전극(10)에 의해, 자장(B)의 방향에 대하여 비스듬해지도록 이온빔(1)의 진행방향을 이온빔(1)의 두께방향으로 편향시키고 있다. A pair of electrostatic deflection electrodes 10 are disposed between the ion source 2 and the mass separation magnet 3 in the ion implantation apparatus IM of FIG. 8 (A). 2 (A), in the direction of the magnetic field B generated between the pair of magnetic poles 9 of the mass separation magnet 3, the ion beam 1 is irradiated from the ion source 2 in an oblique direction Injection (progress). 8A, the ion beam 1 is extracted from the ion source 2 in the direction orthogonal to the direction of the magnetic field B generated between the pair of magnetic poles 9 of the mass separation magnet 3, . The advancing direction of the ion beam 1 is deflected in the thickness direction of the ion beam 1 by the electrostatic deflecting electrode 10 so as to be inclined with respect to the direction of the magnetic field B.

이 예에서 이온빔(1)은 양의 전하를 가지는 이온빔이다. 또한 각 정전편향전극(10)은 이온빔(1)의 길이방향에 있어서, 이온빔(1)보다 긴 치수를 가지고 있으며, 이온빔(1)의 주면을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 그리고 각 정전편향전극(10)에는 도시되지 않은 전원이 접속되어 있어, 도시된 바와 같이 지면 상측에 배치된 전극에는 음(-)의 전압이 인가되고, 지면 하측에 배치된 전극에는 양(+)의 전압이 인가되고 있다. 이러한 구성을 이용함으로써, 양의 전하를 가지는 이온빔(1)을 음전압이 인가된 지면 상측의 전극을 향해 편향시킬 수 있다. In this example, the ion beam 1 is an ion beam having a positive charge. Each of the electrostatic deflecting electrodes 10 has a longer dimension than the ion beam 1 in the longitudinal direction of the ion beam 1 and is disposed opposite to the main surface of the ion beam 1 with a space therebetween. (-) voltage is applied to the electrodes arranged on the upper side of the sheet as shown in the figure, and positive (+) voltages are applied to the electrodes arranged on the lower side of the sheet, Is applied. By using such a configuration, it is possible to deflect the ion beam 1 having a positive charge toward the electrode on the ground surface where the negative voltage is applied.

전원의 전압은 고정이어도 되지만, 가변으로 설정 변경이 가능하도록 해 두는 것이 바람직하다. 그 경우, 이온원(2)이나 질량분리 마그넷(3) 등의 배치에 다소의 오차가 생겼다고 해도, 정전편향전극(10)에 인가하는 전압의 값을 변경시킴으로써 그 오차를 보정할 수 있다. Although the voltage of the power source may be fixed, it is desirable to allow the setting change to be variable. In this case, even if some deviation occurs in the arrangement of the ion source 2, the mass separation magnet 3, and the like, the error can be corrected by changing the value of the voltage applied to the electrostatic deflecting electrode 10.

도 8(A)에서는 정전편향전극(10)을 이온원(2)과 질량분리 마그넷(3) 사이에 배치했지만, 도 8(B)에 도시되어 있듯이, 질량분리 마그넷(3) 내에 배치해도 된다. 정전편향전극(10)이 중금속으로 구성되어 있으면, 그것이 이온빔(1)에 의해 스퍼터링되어 기판(6)에 혼입되었을 경우, 반도체 디바이스의 제조 불량을 야기할 가능성이 있다. 그 때문에, 정전편향전극(10)을 카본으로 구성하는 방법이나 기판(6)이 실리콘 웨이퍼라면, 실리콘으로 구성하는 방법을 생각할 수 있다. 또한 자장(B) 내에 한 쌍의 정전편향전극(10)을 배치할 경우, 정전편향전극(10) 사이에서 발생되는 전계(E)의 방향은 자장(B)의 방향에 평행해지도록 해 두는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 이용함으로써, 질량분리 마그넷(3) 내부를 통과하는 이온빔(1)에 대하여, E×B 드리프트에 의한 편향 작용을 발생시키지 않을 수 있다. 8 (A), the electrostatic deflecting electrode 10 is disposed between the ion source 2 and the mass separation magnet 3. However, as shown in Fig. 8 (B), the electrostatic deflection electrode 10 may be disposed in the mass separation magnet 3 . If the electrostatic deflection electrode 10 is made of a heavy metal, if it is sputtered by the ion beam 1 and mixed into the substrate 6, there is a possibility of causing a manufacturing defect of the semiconductor device. Therefore, a method of constituting the electrostatic deflecting electrode 10 with carbon, and a method of constituting the substrate 6 with silicon if the substrate 6 is a silicon wafer can be considered. When a pair of the electrostatic deflection electrodes 10 are arranged in the magnetic field B, the direction of the electric field E generated between the electrostatic deflection electrodes 10 is made parallel to the direction of the magnetic field B desirable. By using such a configuration, it is possible to prevent the ion beam 1 passing through the inside of the mass separation magnet 3 from generating a deflection action by E x B drift.

이온빔(1)의 두께방향에 있어서, 이온빔(1)을 되구부리기 위해서는 질량분리 마그넷(3)과 처리실(5) 사이에, 제2 정전편향전극(11)을 배치해 두는 방법을 생각할 수 있다. 이 예가 도 8(C)에 도시되어 있다. 정전편향전극(10)과 제2 정전편향전극(11)은 이온빔(1)의 주면을 사이에 두고 배치된 전극에 인가되는 전압의 극성이 반대인 것을 제외하고, 동일한 구성이 채용되어 있다. 이러한 구성을 이용함으로써, 기판(6)에 조사되는 이온빔(1)의 두께방향에서의 조사 각도를 조정할 수 있게 된다. It is conceivable to arrange the second electrostatic deflection electrode 11 between the mass separation magnet 3 and the treatment chamber 5 in order to bend the ion beam 1 in the thickness direction of the ion beam 1. [ This example is shown in Fig. 8 (C). The electrostatic deflection electrode 10 and the second electrostatic deflection electrode 11 have the same configuration except that the polarities of the voltages applied to the electrodes disposed on the main surface of the ion beam 1 are opposite. By using such a configuration, the irradiation angle in the thickness direction of the ion beam 1 irradiated on the substrate 6 can be adjusted.

또한 도 9(A), 도 9(B)에 도시되어 있는 이온주입장치(IM)를 이용해도 된다. 도 9(A)에 도시되어 있듯이, 이 예에서는 이온원(2)과 질량분리 마그넷(3) 사이에 작은 편향 전자석(12)이 배치되어 있다. 이 점이 도 2(A), 도 2(B)의 예와 다르다. 편향 전자석(12)은 이온빔(1)의 주면을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 자극(13)을 가지고 있으며, 자극(13) 사이에서 발생되는 자장(B)의 방향은 이온원(2)으로부터 사출된 이온빔(1)의 진행방향과 직교하고 있다. The ion implanter IM shown in Figs. 9 (A) and 9 (B) may also be used. As shown in Fig. 9 (A), in this example, a small deflecting electromagnet 12 is disposed between the ion source 2 and the mass separation magnet 3. This is different from the example of FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B). The bending electromagnet 12 has a pair of magnetic poles 13 disposed opposite to each other with the main surface of the ion beam 1 therebetween and the direction of the magnetic field B generated between the magnetic poles 13 is parallel to the direction of the ion source 2, And is perpendicular to the traveling direction of the ion beam 1 emitted from the ion beam 1.

도 9(B)에 도시되어 있듯이, 편향 전자석(12)에 의해 이온빔(1)은 길이방향을 향해 편향된다. 이 편향 작용에 의해, XZ평면 내에서 질량분리 마그넷(3)에 입사하는 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 변경시킬 수 있으므로, 질량분리 마그넷(3)으로부터 사출되는 이온빔(1)의 길이방향의 치수를 조정할 수 있게 된다. 또한 이온원(2)이나 기타 이온 광학 요소의 부재 배치에 관한 유도(裕度;tolerance)를 향상시킬 수도 있다. 한편 이 편향 전자석(12)을 질량분리 마그넷(3)과 처리실(5) 사이에 하나 더 마련해 두어도 된다. 그러면 기판(6)에 조사되는 이온빔(1)의 진행방향이나 길이방향에서의 치수를 보정할 수 있다. As shown in Fig. 9 (B), the ion beam 1 is deflected toward the longitudinal direction by the bending electromagnet 12. This biasing action can change the dimension in the longitudinal direction of the ion beam 1 incident on the mass separation magnet 3 in the XZ plane so that the longitudinal direction of the ion beam 1 emitted from the mass separation magnet 3 It is possible to adjust the dimensions of the lens. It is also possible to improve the tolerance on the placement of the members of the ion source 2 or other ion optical elements. On the other hand, it is also possible to provide another bending electromagnet 12 between the mass separation magnet 3 and the treatment chamber 5. Thus, the dimension in the traveling direction and the longitudinal direction of the ion beam 1 irradiated on the substrate 6 can be corrected.

또한 질량분리 마그넷(3)에서 발생하는 자장(B)의 방향과 이온빔(1)의 진행방향과의 상대적인 위치 관계가 변경되지 않으면 되므로, 질량분리 마그넷(3)의 요크(7)에서 이온빔(1)측으로 돌출하는 한 쌍의 자극(9)의 치수(요크(7)로부터의 거리)를, Z방향을 따라 한쪽 자극(9)에서 서서히 짧아지도록 변화시켜 두고, 질량분리 마그넷(3)의 요크(7)에서 이온빔(1)측으로 돌출하는 한 쌍의 자극(9)의 치수(요크(7)로부터의 거리)를, Z방향을 따라 다른 쪽 자극(9)에서 서서히 길어지도록 변화시켜 둔다. 그리고 자극(9) 사이의 치수는 일정해지도록 해 둔다. 그리고 나서, 자극(9)의 형상에 맞춰 이온빔(1)의 진행방향이 적절해지도록 이온원(2)을 기울이거나 해도 된다. The relative positional relationship between the direction of the magnetic field B generated by the mass separation magnet 3 and the traveling direction of the ion beam 1 must be changed so that the position of the ion beam 1 in the yoke 7 of the mass separation magnet 3 The distance (distance from the yoke 7) of the pair of magnetic poles 9 projecting toward the yoke 7 side of the mass separating magnet 3 is gradually changed to be shorter in one magnetic pole 9 along the Z direction, The distance (distance from the yoke 7) of the pair of magnetic poles 9 protruding toward the ion beam 1 side in the Z direction is gradually changed to be longer in the other magnetic pole 9 along the Z direction. The dimension between the magnetic poles 9 is made constant. Then, the ion source 2 may be inclined such that the advancing direction of the ion beam 1 becomes appropriate in accordance with the shape of the magnetic pole 9.

지금까지의 실시예에서는 설명을 간략화하기 위해, 질량분리 마그넷(3)의 자극(9) 단부에서 발생하는 자장(프린지 필드)에 관한 설명을 생략했었다. 이 프린지 필드를 고려하면, 분석 슬릿(4)의 배치는 도 10(A)에 도시되어 있듯이, 이온빔(1)의 두께방향의 치수가 거의 최소가 되는 위치가 된다. The description of the magnetic field (fringe field) generated at the end of the magnetic pole 9 of the mass separation magnet 3 has been omitted in the above embodiments for the sake of simplicity. Considering this fringe field, the arrangement of the analysis slit 4 becomes a position where the dimension in the thickness direction of the ion beam 1 is minimized as shown in Fig. 10 (A).

도 10(A)에는 질량분리 마그넷(3)의 이온빔(1)의 입구측과 출구측의 자극(9) 단부에서 발생하는 프린지 필드(Bf)를 고려했을 경우에, 이온빔(1)의 두께방향의 치수가 변화되는 모습이 도시되어 있다. 10 (A), the fringe field Bf generated at the end of the magnetic pole 9 on the entrance side and the exit side of the ion beam 1 of the mass separation magnet 3 is considered, And the dimensions of the first and second portions are changed.

종래부터 알려져 있듯이, 한 쌍의 자극을 가지는 다이폴 마그넷의 자극 단면에 수직인 방향에 대하여 이온빔을 비스듬하게 입사했을 경우, 프린지 필드(Bf)에 의해 이온빔에는 수속 혹은 발산의 힘이 작용한다. 한편 다이폴 마그넷의 자극간에서 발생하는 자장의 방향에 따라 다르지만, 본 발명에 비추어서 생각하면, 여기서 말한 자극 단면에 수직인 방향과 이온빔의 입사방향의 관계는 자극(9) 사이에서 발생하는 자장(B)의 방향에 수직인 평면에서의 관계이다. As is known in the art, when the ion beam is incident obliquely with respect to the direction orthogonal to the pole face of the dipole magnet having a pair of magnetic poles, the ion beam is subjected to convergence or convergence by the fringe field Bf. In consideration of the present invention, the relationship between the direction perpendicular to the magnetic pole cross-section and the incidence direction of the ion beam mentioned above depends on the direction of the magnetic field B generated between the magnetic poles 9 ) In the plane perpendicular to the direction of the plane.

구체예에 기초해서 설명한다. 도 10(A)에 기재된 이온주입장치(IM)의 자장(B)에 수직인 평면에서의 모습이 도 10(B)에 도시되어 있다. 이 도 10(B)에 도시된 바와 같이, 이온빔(1)이 입사하는 입구측의 자극(9)의 단면에 수직인 방향(P⊥)에 대하여, 이온빔(1)은 각도 θ3로 입사한다. 이 때, 자장의 방향은 지면 앞쪽에서 뒤쪽이 되므로, 프린지 필드(Bf)에 의해 이온빔(1)은 두께방향으로 수속된다. A specific example will be described. Fig. 10 (B) shows a state in a plane perpendicular to the magnetic field B of the ion implantation apparatus IM shown in Fig. 10 (A). As shown in Fig. 10B, the ion beam 1 is incident at an angle? 3 with respect to a direction P⊥ perpendicular to the end face of the magnetic pole 9 on the entrance side where the ion beam 1 is incident. At this time, since the direction of the magnetic field is from the front to the rear of the ground, the ion beam 1 is converged in the thickness direction by the fringe field Bf.

한편, 이온빔(1)이 사출되는 출구측의 자극(9)의 단면에 수직인 방향(P⊥)에 대하여, 이온빔(1)은 수평으로 출사되고 있다. 그 때문에, 여기서는 프린지 필드(Bf)에 의한 이온빔(1)에의 수속, 발산 작용은 작용하지 않는다. On the other hand, the ion beam 1 is emitted horizontally with respect to a direction P⊥ perpendicular to the cross section of the magnetic pole 9 on the exit side from which the ion beam 1 is emitted. Therefore, in this case, the fringe field Bf does not act on the ion beam 1 to converge or diverge.

도 10(A)에 도시되어 있듯이, 질량분리 마그넷(3)의 입구측에서, 프린지 필드(Bf)에 의해 두께방향으로 수속 작용이 작용한다. 그리고 질량분리 마그넷(3)의 출구측에서는 프린지 필드(Bf)에 의한 수속, 발산 작용이 작용하지 않으므로, 이온빔(1)은 두께방향에서 수속된 채 진행하여, 질량분리 마그넷(3)의 하류측에서 초점을 연결하고, 이 장소에 배치된 분석 슬릿(4)에 의해, 불필요한 이온종을 포함하는 이온빔의 분리가 이루어진다. As shown in Fig. 10 (A), converging action acts in the thickness direction by the fringe field Bf at the entrance side of the mass separation magnet 3. [ Since the convergence action by the fringe field Bf does not act on the outlet side of the mass separation magnet 3, the ion beam 1 proceeds while converging in the thickness direction, and flows from the downstream side of the mass separation magnet 3 The focus is connected, and the analysis slit 4 disposed at this place separates the ion beam including unnecessary ion species.

이와 같이 분석 슬릿(4)은 이온빔(1)의 두께방향에서의 초점위치에 배치해 두면, 분석 슬릿(4)의 짧은 길이방향의 치수를 좁힐 수 있다. 그 결과, 원하는 이온종을 포함하는 이온빔과 그 밖의 이온종을 포함하는 이온빔과의 분리 정밀도를 높일 수 있게 된다. 여기서는 초점위치에 분석 슬릿(4)을 배치하는 예를 제시했지만, 물론 초점위치 부근에 배치되어 있으면 동등한 효과를 발휘하는 것을 기대할 수 있다. 그 때문에, 분석 슬릿(4)의 배치는 반드시 초점위치에 정확히 배치해야 하는 것은 아니고, 대략 초점위치에 배치해 두면 된다. 또한 이온빔(1)의 에너지나 공간 전하 효과의 영향에 따라서는 초점을 연결하지 않는 경우도 생각할 수 있다. 이러한 것을 고려하면, 분석 슬릿(4)의 배치로서는 이온빔(1)의 두께방향에서의 치수가 거의 최소가 되는 위치에 배치하는 것을 생각할 수 있다. As described above, by arranging the analysis slit 4 at the focus position in the thickness direction of the ion beam 1, the dimension of the analysis slit 4 in the short-length direction can be narrowed. As a result, the accuracy of separation between the ion beam including the desired ion species and the ion beam including the other ion species can be improved. Although the example in which the analysis slit 4 is arranged at the focus position is shown here, it is expected that the same effect can be obtained if the analysis slit 4 is disposed near the focus position. Therefore, the arrangement of the analyzing slits 4 is not necessarily arranged accurately at the focus position, but may be arranged at approximately the focus position. It is also conceivable that the focus is not connected depending on the effect of the energy or space charge effect of the ion beam 1. Considering this, it is conceivable to dispose the analysis slit 4 at a position where the dimension in the thickness direction of the ion beam 1 is minimized.

이 예에서는 도 10(A)에 도시되어 있듯이, 질량분리 마그넷(3)의 입구측에 입사되는 이온빔(1)이 입구측의 자극(9) 사이의 중앙 부근을 통과하고 있으므로, Y방향과 Y방향과 반대인 방향으로부터, 이온빔(1)에 안쪽 방향의 힘이 동등하게 작용하고 있다. 한편 이온빔(1)이 Y방향측에 배치된 자극(9)에 치우친 위치를 통과할 경우, 이온빔(1)에는 Y방향 반대측을 향한 힘만 작용한다. 이 경우에도, 이온빔(1)의 자극(9)에 가까운 측(이온빔(1)의 지면 상측부분)과 먼 측(이온빔(1)의 지면 하측부분)에서는, Y방향 반대측을 향해 작용하는 힘의 크기가 다르므로, 이온빔(1)은 두께방향에서 수속하게 된다. 그 때문에, YZ평면 내에서 이온빔(1)이 자극(9) 사이를 통과하는 위치는 도 10(A)에 도시된 중앙 부근에 한정되지 않는다. In this example, as shown in Fig. 10 (A), since the ion beam 1 incident on the entrance side of the mass separation magnet 3 passes near the center between the magnetic poles 9 on the entrance side, The force in the inward direction acts on the ion beam 1 equally. On the other hand, when the ion beam 1 passes through the position shifted by the magnetic pole 9 disposed on the Y direction side, only the force directed to the opposite side in the Y direction acts on the ion beam 1. In this case also, a force acting on the side opposite to the magnetic pole 9 of the ion beam 1 (the upper portion of the ground surface of the ion beam 1) and the far side (the lower surface portion of the ground surface of the ion beam 1) Since the size is different, the ion beam 1 is converged in the thickness direction. Therefore, the position where the ion beam 1 passes between the magnetic poles 9 in the YZ plane is not limited to the vicinity of the center shown in Fig. 10 (A).

또한 도 10(B)에서는 질량분리 마그넷(3)의 출구측에서의 자극(9)의 단면에 수직이 되는 방향(P⊥)과 이온빔(1)의 진행방향(IB_Z)이 수평한 관계로 되어 있지만, 이 대신에 양자의 관계를 비스듬하게 해 두어도 된다. 10B, the direction (P?) Perpendicular to the end face of the magnetic pole 9 on the exit side of the mass separation magnet 3 is in a horizontal relationship with the traveling direction IB _Z of the ion beam 1 , The relationship between the two can be made oblique instead.

예를 들면 자극(9)의 단면에 수직인 방향(P⊥)에 대하여, 지면 비스듬하게 아래방향 혹은 윗방향을 향해 각도를 가지도록 이온빔(1)을 사출시키도록 구성해 둔다. 그렇게 하면, 질량분리 마그넷(3)의 출구측에서 발생하는 프린지 필드(Bf)에 의해, 이온빔(1)은 두께방향으로 더욱 수속하게 된다. 이것은 질량분리 마그넷(3)의 출구측에서 도 10(A)에 나타내는 바와 같이 이온빔(1)이 한 쪽의 자극(9)측에 치우쳐 있기 때문이다. 이렇게 해서, 2단계로 이온빔(1)을 두께방향으로 수속시키도록 해 두어도 된다. For example, the ion beam 1 is configured to be injected so as to have an angle toward the downward direction or the upward direction obliquely with respect to the direction P⊥ perpendicular to the cross section of the magnetic pole 9. Then, by the fringe field Bf generated at the exit side of the mass separation magnet 3, the ion beam 1 is further converged in the thickness direction. This is because the ion beam 1 is biased to one magnetic pole 9 side as shown in Fig. 10 (A) at the exit side of the mass separation magnet 3. In this way, the ion beam 1 may be converged in the thickness direction in two steps.

또한 도 10(B)에서 이온빔(1)의 진행방향(IB_Z)을 자극(9)의 단면에 수직인 방향(P⊥)에 대하여, 지면 하측으로부터 입사하도록 해 둔다. 그렇게 하면, 질량분리 마그넷(3)의 입구측에서 이온빔(1)은 두께방향으로 발산한다. 그 후, 상술한 바와 같이 질량분리 마그넷(3)의 출구측에서, 이온빔(1)을 자극(9)의 단면에 수직인 방향(P⊥)에 대하여 비스듬하게 사출시킨다. 그 때, 자극(9)의 단면에 수직인 방향에 대한 사출 각도를 입구측에서의 입사 각도보다 크게 해 둠으로써, 질량분리 마그넷(3)을 통과하기 전후에, 이온빔(1)의 두께방향의 치수를 종합적으로 작게 하는 것을 기대할 수 있다. 10 (B), the advancing direction IB _Z of the ion beam 1 is made to enter from the lower side of the drawing with respect to the direction P⊥ perpendicular to the end face of the magnetic pole 9. Then, the ion beam 1 diverges in the thickness direction at the entrance side of the mass separation magnet 3. Thereafter, the ion beam 1 is injected obliquely with respect to the direction P⊥ perpendicular to the end face of the magnetic pole 9 at the outlet side of the mass separation magnet 3 as described above. By setting the injection angle with respect to the direction perpendicular to the cross section of the magnetic pole 9 to be larger than the incidence angle at the entrance side at this time, the dimension in the thickness direction of the ion beam 1 It can be expected to be small overall.

상술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 가해도 됨은 물론이다. It goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

1 이온빔
2 이온원
3 질량분리 마그넷
4 분석 슬릿
5 처리실
6 기판
7 요크
8 코일
9 자극
IM 이온주입장치 1 ion beam
2 ion source
3 mass separation magnet
4 Analysis slit
5 treatment room
6 substrate
7 York
8 coils
9 stimulation
IM ion implantation device

Claims

An ion source for generating an ion beam of a long ribbon shape in one direction,
And a pair of magnetic poles disposed downstream of the ion source and disposed opposite to each other with a main surface of the ion beam positioned in a plane defined by the longitudinal direction and the traveling direction of the ion beam therebetween, A mass separation magnet for deflecting the traveling direction of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam by a generated magnetic field,
An analysis slit for passing an ion beam including a desired ion species out of the ion beams passed through the mass separation magnet;
And a treatment chamber in which a substrate to which an ion beam passed through the analysis slit is irradiated,
Wherein a direction of a magnetic field generated between the magnetic poles is a direction crossing in a direction oblique to a main surface of the ion beam passing through the inside of the mass separation magnet,
Wherein the magnetic pole has a dimension larger than a dimension of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam.

The method according to claim 1,
And the distance between the pair of magnetic poles is constant within the mass separation magnet.

The method according to claim 1,
Wherein a traveling direction of the ion beam generated by the ion source intersects obliquely with respect to a direction of a magnetic field generated in the mass separation magnet.

The method according to claim 1,
Wherein a traveling direction of the ion beam generated by the ion source is orthogonal to a direction of a magnetic field generated in the mass separation magnet and a traveling direction of the ion beam is set to be in a beam path between the ion source and the mass separation magnet Wherein a pair of electrostatic deflection electrodes for deflecting in a thickness direction perpendicular to the main surface of the ion beam are arranged.

The method according to claim 1,
Wherein a deflecting electromagnet is disposed in a beam path between the ion source and the mass separation magnet so as to deflect the proceeding direction of the ion beam in the longitudinal direction of the ion beam.

The method according to claim 1,
Wherein the analysis slit is disposed at a position where the dimension in the thickness direction of the ion beam is minimized.

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