JP2014041707A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
イオンビームＩＢの長辺方向における電流分布の調整に伴って、同方向における各場所でのイオンの進行方向に大きなバラツキを発生させることのないイオン注入装置を提供する。
【解決手段】
ハイブリッド型のイオン注入装置で、リボン状のイオンビームＩＢの短辺方向における両端部を整形する整形マスク４と、整形マスク４によって整形されたイオンビームＩＢの長辺方向における電流分布を計測するプロファイラー８と、整形マスク４で整形される前のイオンビームＩＢの長辺方向の全域に亘って、電子ビームＥＢを供給する電子ビーム供給装置９と、を備えていて、電子ビーム供給装置９は、プロファイラー８での計測結果に応じて、イオンビームＩＢの長辺方向の場所毎に電子ビームＥＢの供給量を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リボン状のイオンビームの長さ方向におけるビーム電流の分布を調整する手段を備えたイオン注入装置に関する。

イオン注入装置として、リボン状のイオンビームを処理室内に導入し、導入されたイオンビームの短辺方向と交差する方向に当該イオンビームを横切るように基板（シリコンウェハ等の半導体基板）を移動させて、基板へのイオン注入を実施するハイブリッド型のイオン注入装置が知られている。

この種のイオン注入装置では、基板に注入されるイオンの照射量（ドーズ量）が基板面内で均一になるように、リボン状のイオンビームの長辺方向におけるイオンビームの電流分布の均一性を調整する手段が設けられている。

具体的な構成としては、特許文献１に記載されているように、質量分析電磁石の磁極部分にリボン状のイオンビームの長辺方向沿って複数のポール片を並べておき、各ポール片の電磁石内部に突出させる長さを調整することによって、リボン状のイオンビームの長さ方向における磁場分布を変化させて、リボン状のイオンビームの長さ方向における電流分布の均一性を調整する手法が用いられていた。

特開平６−３４２６３９号公報

特許文献１に記載の均一化調整手段は、リボン状のイオンビームの長辺方向にて、イオンビームに含まれるイオンの進行方向を磁場で局所的に変化させて、同方向におけるイオンビームの電流分布の均一性を調整する手法であった。このような調整方法を用いると、長辺方向におけるイオンビームの電流分布を均一に調整することはできるものの、イオンの進行方向を磁場で局所的に変化させているので、均一性の調整に伴って、イオンビームの長辺方向に亘ってイオンビームに含まれるイオンの進行方向に大きなバラツキが発生する。このバラツキは、磁場分布の変化に伴って、イオンの進行方向と磁場の方向に直交する方向に作用するローレンツ力の大きさが、イオンビームの長辺方向に亘って局所的に変化することに起因している。

近年、半導体デバイス構造の微細化は進んでおり、その構造は複雑化の一途をたどっている。このような半導体デバイス構造を有する基板に対して所望するイオン注入を実現するには、先述したバラツキが許容される範囲はとても小さくなる。このバラツキの許容範囲は微細化が進むほど小さくなるので、特許文献１に挙げられるイオンの進行方向を局所的に変化させて、イオンビームの長辺方向における電流分布の均一性を調整する手法では、微細化への対応が不十分であった。

そこで、本発明ではイオンビームの長辺方向における電流分布を均一にするだけでなく、均一調整に伴って当該方向における各場所でのイオンビームに含まれるイオンの進行方向に大きなバラツキを発生させることのないイオン注入装置を提供することを主たる目的とする。

本発明のイオン注入装置は、処理室内でリボン状のイオンビームの短辺方向と交差する方向に基板を移動させて、前記基板の全面にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、前記基板に前記イオンビームが照射される前に、前記イオンビームの短辺方向における両端部を整形する整形マスクと、前記整形マスクによって整形された前記イオンビームの長辺方向における電流分布を計測するプロファイラーと、前記整形マスクよりも上流側で、前記イオンビームの長辺方向の全域に亘って、前記イオンビームに対して電子ビームを供給する電子ビーム供給装置と、を備えていて、前記電子ビーム供給装置は、前記プロファイラーでの計測結果に応じて、前記イオンビームの長辺方向の場所毎に電子ビームの供給量を変化させることを特徴としている。

より具体的には、前記電子ビーム供給装置は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、前記電子ビーム発生装置で発生された電子ビームを一方向に沿って走査する電子ビーム走査装置か、前記電子ビーム発生装置で発生された電子ビームの電流分布を調整する電流分布調整装置のいずれか一方を備えている。

このような構成であれば、イオンビームの長辺方向の場所毎に電子ビームの供給量を変化させて、イオンビームの電流分布の調整を行うことができる。このような手法を用いると、電流分布の調整に伴ってイオンビームに含まれるイオンの進行方向が過度に変化しない。これにより、従来の手法に比べると、イオンビームの長辺方向における場所毎のイオンの進行方向のバラツキを小さくすることができるので、半導体デバイスの微細化にも十分に対応することができる。

また、前記電子ビーム発生装置は、高周波型のプラズマ源と、前記プラズマ源より電子ビームを引出す為の引出電極を備えているものであってもよい。

このような構成であれば、フィラメントのスパッタリングによる消耗や断線による装置のメンテナンスを考慮する必要がない。その為、電子ビーム発生装置を比較的長時間安定して稼動させることができる。また、フィラメントから発生した金属のパーティクルが基板に流入することがないので、金属汚染の問題も発生しない。

電子ビームを効率的にイオンビームの発散抑制に寄与させるには、前記イオンビームが輸送されるビーム経路には、前記イオンビームの進行方向に沿って略平行な磁場を発生させる少なくとも１つのソレノイドコイルが配置されている構成が望ましい。

このような構成であれば、イオンビームの進行方向に沿って電子を輸送することができるので、イオンビームの発散を十分に抑制することができる。また、電子の利用効率が向上するので、電子の供給量を少なくして、電子ビーム発生装置の出力を下げることができる。ひいては、装置の消費電力を低減させる効果や電子発生源であるカソードの消耗を抑える効果も期待できる。

また、前記イオンビームが輸送されるビーム経路は真空チャンバーで覆われていて、前記真空チャンバーの壁面には、前記電子ビームの電流分布を計測する為のプロファイラーが支持されているようにしておいてもいい。

このような構成であれば、イオンビームへの供給前に、電子ビームの電流分布を計測して、計測結果に基づいて電子ビームの電流分布の調整が行えるので、電子ビームの電流分布の調整を正確に行うことができる。

さらに、前記基板へのイオン注入処理前には、前記イオンビームの電流分布の計測を行う前記プロファイラーは、イオン注入処理時に前記基板に前記イオンビームが照射される注入位置に配置されている構成を用いてもよい。

このような構成であれば、基板に照射されるイオンビームの電流分布をより正確に調整することができる。

また、前記整形マスクは、前記イオンビームの短辺方向におけるマスク幅を可変に変更させることのできるマスク幅変更装置を備えている構成であってもよい。

取り扱われるイオン種やエネルギーによって、空間電荷効果によるイオンビームの広がり度合いは変化する。マスク幅を可変に変更させる装置を設けておけば、このようなイオンビームの変化に応じて、マスク幅を適当な幅に変更させて、イオンビームの短辺方向における両端部を確実に整形することができる。

イオンビームの長辺方向の場所毎に電子ビームの供給量を変化させて、イオンビームの電流分布の調整を行っているので、電流分布の調整に伴ってイオンビーム中のイオンの進行方向が過度に変化しない。これにより、従来の手法に比べると、イオンビームの長辺方向における場所毎のイオンの進行方向のバラツキを小さくすることができるので、半導体デバイスの微細化にも十分に対応することができる。

本発明に係るイオン注入装置の平面図である。（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＸＺ平面での様子を表している。 イオンビームの進行方向と電子ビームの照射角度との関係を表す説明図である。（Ａ）はイオンビームに対して電子ビームが照射されている様子を表す斜視図である。（Ｂ）は（Ａ）の構成をＸＺ平面から視た時の様子を表す平面図である。（Ｃ）はＺ方向と反対側に向けて、イオンビームＩＢに対して斜めに電子ビームを照射する構成をＸＺ平面から視た時の様子を表す平面図である。 図１に記載のイオン注入装置の例で、基板に照射されるイオンビームの様子を表す平面図である。（Ａ）はＸＺ平面での様子を表す平面図である。（Ｂ）はＸＹ平面での様子を表す平面図である。 図１、図３に記載のプロファイラーの例を表す平面図である。 図３に記載の例で計測されたイオンビームの電流分布を表す。 本発明に係る電子ビーム供給装置の構成を表す概略図である。（Ａ）は電場によるビーム走査装置を備えた電子ビーム供給装置の例である。（Ｂ）は磁場によるビーム走査装置を備えた電子ビーム供給装置の例である。 本発明に係る電子ビーム供給装置の別の構成を表す概略図である。（Ａ）は電場による電流分布調整装置を備えた電子ビーム供給装置の例である。（Ｂ）は磁場による電流分布調整装置を備えた電子ビーム供給装置の例である。（Ｃ）は電子源が電流分布調整装置を兼ねる電子ビーム供給装置の例である。 本発明に係る電子ビーム供給装置に用いられる電子ビーム発生装置のその他の例を表す概略図である。（Ａ）は単一のフィラメントを備えたプラズマ源を有する電子ビーム発生装置の例である。（Ｂ）複数のフィラメントを備えたプラズマ源を有する電子ビーム発生装置の例である。そして、（Ｃ）は高周波型のプラズマ源を有する電子ビーム発生装置の例である。 本発明に係る他のイオン注入装置の平面図である。（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＸＺ平面での様子を表している。 図１、図９に記載のプロファイラーの別の例を表す平面図である。（Ａ）はＸＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＹＺ平面での様子を表す。 電子ビーム供給装置からの電子ビームをモニターするプロファイラーの例を表す平面図である。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本発明に係るイオン注入装置の平面図である。（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＸＺ平面での様子を表している。以下の説明において、Ｚ軸の方向（Ｚ方向）はリボン状のイオンビームの進行方向で、Ｙ軸の方向（Ｙ方向）はリボン状のイオンビームの長辺方向である。また、Ｘ軸の方向（Ｘ方向）はリボン状のイオンビームの短辺方向である。なお、本発明で述べるイオンは正の電荷を有するイオンである。

イオンビームＩＢはイオン源１で生成されて、質量分析電磁石２とその下流側に配置された分析スリット３を通過する。質量分析電磁石２と分析スリット３は、イオンビームＩＢを質量分析して、所望する質量のイオンを含んだイオンビームＩＢを分析スリット３の下流側に通過させる。

分析スリット３を通過したイオンビームＩＢには、その長辺方向の全域に亘って電子ビーム供給ユニット９から電子ビームＥＢが供給される。本発明では、この電子ビームＥＢによって、イオンビームＩＢの長辺方向の場所に応じて空間電荷効果による発散の程度を調整することで、イオンビームＩＢの長辺方向における電流分布を調整しているが、具体的な構成については後で詳述する。

電子ビームＥＢが供給される領域を通過した後、イオンビームＩＢは整形マスク４を通過する。空間電荷効果の影響を受けて、イオンビームＩＢはＺ方向に進行しながら、徐々に発散する。ここでは、整形マスク４を用いて、この発散したイオンビームＩＢの短辺方向における幅が所定の幅になるように整形している。

整形マスク４を通過したイオンビームＩＢは処理室６に導入される。処理室６には基板７が配置されていて、図示されない支持機構とこれを駆動する駆動手段によって、基板７はＸ方向に沿って移動する。基板７の寸法は、Ｙ方向においてイオンビームＩＢの寸法よりも短く、Ｘ方向においてイオンビームＩＢの寸法よりも長い。基板７がＸ方向に沿って移動して、イオンビームＩＢと少なくとも１回交差することで、基板７の全面にイオンビームＩＢが照射される。

処理室６の壁面には、プロファイラー８が配置されている。基板７へのイオン注入処理前には、基板７はイオンビームＩＢが照射されていない位置に移動しているか、処理室６内に搬入されていない。この時に、プロファイラー８にイオンビームＩＢが照射されることによって、イオンビームＩＢの長辺方向における電流分布の計測が行われる。

また、イオンビームＩＢの輸送経路（以下、ビーム経路）は、真空チャンバー５によって覆われており、真空チャンバー５内は図示されない真空ポンプによって真空排気されている。なお、図１（Ｂ）に記載のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は質量分析電磁石２を通過した後のイオンビームＩＢに関する座標軸であり、ＸＺ平面で視たときに、Ｘ軸とＺ軸の方向はイオンビームＩＢの飛行経路の場所によって変化する。これはイオンビームＩＢが質量分析電磁石２によって偏向されて、イオンビームＩＢの進行方向が変化する為である。

図２（Ａ）〜（Ｃ）はイオンビームＩＢの進行方向と電子ビームＥＢの照射角度との関係を表す説明図である。（Ａ）はイオンビームＩＢに対して電子ビームＥＢが照射されている様子を表す斜視図である。（Ｂ）は（Ａ）をＸＺ平面から視た時に様子を表す。（Ｃ）はＺ方向と反対側に向けて、イオンビームＩＢに対して斜めに電子ビームＥＢを照射する構成をＸＺ平面から視た時の様子を表す平面図である。

図２（Ａ）に描かれているように、電子ビーム供給ユニット９から供給される電子ビームＥＢの供給幅ＥＷはイオンビームＩＢの長辺方向の幅ＩＷよりも大きい。これにより、イオンビームＩＢの長辺方向の全域に亘って、空間電荷効果によるイオンビームＩＢの発散を抑制することができる。

また、電子ビームＥＢはイオンビームＩＢの進行方向に対して所定角度α傾斜した状態で照射されている。電子ビームＥＢによる発散抑制の効率を考慮すると、この角度αはおおよそ３０度以内であることが望ましい。電子ビームＥＢのエネルギーにもよるが、これより大きい角度、例えば９０度であれば、電子ビームＥＢ中の電子はイオンビームＩＢの発散抑制に一時的には寄与するものの、すぐにイオンビームＩＢを突き抜けて、真空チャンバー５の壁面に衝突して、消滅してしまう可能性が高い。こうなると、イオンビームＩＢの発散抑制に電子が効率的に寄与しないので、電子ビーム供給ユニット９から大量の電子を供給する必要が生じてしまう。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に記載の構成はビーム経路の下流側に向けて電子ビームＥＢが照射される例であったが、これとは反対にビーム経路の上流側に向けて電子ビームＥＢの照射が行われるようにしておいてもよい。なお、上流側とはＺ方向と反対側を意味し、下流側とはＺ方向側を意味する。

図２（Ｃ）には、Ｚ方向と反対側に向けて、イオンビームＩＢに対して斜めに電子ビームＥＢが供給されている例が描かれている。例えば、電子ビーム供給ユニット９で後述する電子の発生源である電子源がフィラメントを備えたタイプのものであるとき、図２（Ｃ）に描かれているような構成を採用することで、基板７側にフィラメントからの金属パーティクルが流入することを抑制することができるといったメリットがある。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）には、図１に記載のイオン注入装置の例で、基板７に照射されるイオンビームＩＢの様子を表す平面図が描かれている。なお、この例において、イオンビームＩＢに対して電子ビームＥＢは供給されていない。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に描かれているように、整形マスク４は好ましくはＸ方向に沿って移動可能となるように構成されている。この例では、整形マスク４の端部に棒状の支持部材が固定されていて、モーターＭを回転させることで支持部材をＸ方向に移動させるように構成されている。

このような構成を採用すると、整形マスク４のＸ方向の幅（整形マスク４間の距離）を調整することができる。本発明では整形マスク４で空間電荷効果によって広がったイオンビームＩＢの短辺方向の両端部を整形し、整形されたイオンビームＩＢの長辺方向における電流分布をプロファイラー８で計測するように構成している。空間電荷効果によってイオンビームＩＢがどの程度広がりを有するのかは、イオンビームＩＢのイオン種やエネルギーによって変化する。

マスク幅が固定である場合、マスク幅の設定は次のようにしておく。イオン注入装置の仕様で決められているイオンビームＩＢのイオン種やエネルギーのうち、もっとも空間電荷効果による広がりが小さい組み合わせを考慮しておいて、このような場合であっても、イオンビームＩＢの短辺方向における両端部を整形できるようなマスク幅に設定しておくことが考えられる。

一方で、イオン注入装置の改良等によって装置の仕様を変更する場合がある。また、整形マスク４の製造誤差や整形マスク４の設置場所のズレによって、所望するような整形ができない場合がある。このような場合であっても、整形マスク４のマスク幅を可変にしておけば、種々の問題に対応できる。

図３（Ｂ）では、整形マスク４の下流側に位置する基板７を二点鎖線で描いていて、基板７のさらに下流側に位置するプロファラー８を一点鎖線で描いている。Ｙ方向において、プロファイラー８の寸法は少なくとも基板７の寸法よりも大きい。これはイオンビームＩＢの長辺方向において、基板７に照射されるイオンビームＩＢの全てを計測対象にして、この電流分布を調整する必要があるからである。なお、Ｙ方向において、プロファイラー８の寸法はイオンビームＩＢの全域を計測する必要はない。この理由は、Ｙ方向においてイオンビームＩＢの端部は基板７に照射されないからである。

図４に描かれているように、プロファイラー８としては、Ｙ方向に沿って複数の計測部（図示される斜線部）を有する多点ファラデーカップを用いることが考えられる。複数のファラデーカップを用いることで、イオンビームＩＢの長辺方向における場所毎のビーム電流の計測が可能となる。なお、このような多点ファラデーカップに代えて、１つのファラデーカップをＹ方向に沿って移動させて、イオンビームＩＢの長辺方向における場所毎のビーム電流の計測を行うようにしてもよい。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に記載の構成で計測されたビーム電流の分布が図５に描かれている。図５の横軸に描かれているファラデーカップの位置は、例えば図４に描かれているプロファイラー８を構成する各ファラデーカップの位置に対応している。また、図５の縦軸に描かれているビーム電流の値は、例えば図４に描かれているプロファイラー８を構成する各ファラデーカップで計測されたビーム電流の値である。この図５に示されているように、電流分布はイオンビームＩＢの長辺方向において一端部から他端部に向けて増加あるいは減少するように分布している。

本発明では、このビーム電流の分布が均一になるように電子ビームＥＢを供給する。整形マスク４を通過するイオンビームＩＢの量が多い場合、プロファイラー８で計測されるビーム電流の値は大きくなる。逆に、整形マスク４を通過するイオンビームＩＢの量が少ない場合、プロファイラー８で計測されるビーム電流の値は小さくなる。言い換えると、イオンビームＩＢの発散の程度が小さいと、整形マスク４を通過するイオンビームＩＢの量が多くなるので、プロファイラー８で計測されるビーム電流の値は大きくなる。また、イオンビームＩＢの発散の程度が大きいと、整形マスク４を通過するイオンビームＩＢの量が少なくなるので、プロファイラー８で計測されるビーム電流の値は小さくなる。

この現象を利用して、本発明ではイオンビームＩＢの長辺方向の全域に亘って、電子ビームＥＢを供給するとともに、電子ビームＥＢの供給量を局所的に変化させて、イオンビームＩＢの長辺方向における電流分布の調整を行っている。電子ビームＥＢの供給量の変化は次のようにして行う。

電子ビームＥＢがスポット状である場合、電子ビームＥＢを磁場あるいは電場によって一方向に沿って走査する。電子ビームＥＢを走査する際、イオンビームＩＢの長辺方向の場所毎に走査速度を適宜変化させることで、イオンビームＩＢの長辺方向において電子ビームＥＢの供給量を局所的に変化させることができる。具体的には、基準となる走査速度を設けておく。そして、この走査速度で電子ビームＥＢを走査した際に得られる電子ビームＥＢの供給量に対して、電子ビームＥＢの供給量を増加させる場合には、電子ビームＥＢの走査速度を基準となる速度に比べて遅くする。反対に、電子ビームＥＢの供給量を減少させる場合には、電子ビームＥＢの走査速度を基準となる速度に比べて速くする。

基準となる電子ビームＥＢの走査速度で得られる電子ビームＥＢの供給量に対して、電子ビームＥＢの供給量が多くなれば、イオンビームＩＢの発散を抑制する効果が大きくなる。反対に、電子ビームＥＢの供給量が少なくなれば、イオンビームＩＢの発散を抑制する効果が小さくなる。このような事象に基づいて、プロファイラー８で計測されたイオンビームＩＢの電流分布に応じて、電子ビームＥＢの走査速度をイオンビームの長辺方向において局所的に変化させている。

電子ビームＥＢがリボン状の電子ビームである場合には、走査速度を変化させることに代えて、電子ビームＥＢの長辺方向における電流分布を変化させればいい。電子ビームＥＢの電流量が部分的に多くなれば、その部分が照射されるイオンビームＩＢでの発散抑制効果は大きくなる。反対に、電子ビームＥＢの電流量が部分的に少なくなれば、その部分が照射されるイオンビームＩＢでの発散抑制効果は小さくなる。この分布を変化させる手段としては、例えば、特許文献１に記載されているマルチポールを用いた調整手段を用いてもいい。

図６〜図８を用いて、本発明で用いられる電子ビーム供給ユニット９の構成例について、具体的に説明する。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）にはスポット状の電子ビームＥＢを供給する電子ビーム供給ユニット９が描かれている。この例では、電子ビーム供給ユニット９は、電子ビームＥＢを生成する電子ビーム発生装置９１と電子ビームＥＢを一方向に沿って走査するビーム走査装置９２で構成されている。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に描かれている電子ビーム発生装置９１について説明する。電子ビーム発生装置９１は、電子を生成する電子源９１０と電子源９１０で生成された電子をビームとして引出す引出電極９１２で構成されている。

電子源９１０のフィラメントＦはチャンバー内に支持されており、両端子間には、電流導入端子１２を通じて電圧が印加されている。この電圧の印加により、フィラメントＦに電流が流れて、フィラメントＦが加熱される。フィラメントＦの温度が所定の温度に達すると、フィラメントＦから電子が放出される。この電子が、絶縁物１１を介してチャンバーに取り付けられた引出電極９１２によって電子ビームＥＢとして引出される。引出電極９１２には電子ビームＥＢを引出す為のピンホールが設けられており、ここを通して、電子ビームＥＢの引出が行われる為、引出される電子ビームＥＢの断面はスポット状になる。

引出電極９１２で引出された後、電子ビームＥＢは一方向に沿って走査される。この走査の方向は、例えばイオンビームＩＢの長辺方向と一致している。また、走査幅はイオンビームＩＢの長辺よりも長い。一方で、走査の方向をイオンビームＩＢの長辺方向と交差する方向とし、走査幅がイオンビームＩＢの長辺方向においてイオンビームＩＢを跨ぐ程度の長さを有するようにしておいてもいい。このような構成であっても、イオンビームＩＢの長辺方向の全域に亘って、電子ビームＥＢを供給することができる。

図６（Ａ）には、一対の電極間に発生する電界の強度を可変に調整して、ここを通過する電子ビームＩＢの走査を行う電場を用いたビーム走査装置９２が描かれている。図６（Ｂ）には、紙面奥側に向けて磁場Ｂを発生させるとともに、この磁場Ｂの磁束密度を可変に調整して、ここを通過する電子ビームＩＢの走査を行う磁場を用いたビーム走査装置９２が描かれている。これらの図に描かれているような構成を用いて、電子ビームＥＢの走査速度をイオンビームＩＢの長辺方向において局所的に変化させることによって、イオンビームＩＢの長辺方向における電流分布を調整するようにしてもいい。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）にはリボン状の電子ビームＥＢを供給する電子ビーム供給装置９の例が描かれている。図７（Ａ）、図７（Ｂ）に描かれている電子源９１０は図６（Ａ）と図６（Ｂ）で説明した電子源９１０に複数のフィラメントＦを追加したものである。構成が類似している為、既に説明した箇所については説明を省略する。

図７（Ａ）や図７（Ｂ）の例では、電子源９１０に設けられた複数のフィラメントＦから発生された電子を、複数のスリットや丸孔が設けられた引出電極９１２を用いて引出すことでリボン状の電子ビームＥＢを発生させている。なお、引出電極９１２の形状は、電子ビームＥＢが引出される方向から視た時、長方形状をしている。つまり、図７（Ａ）、図７（Ｂ）の例において、紙面奥手前方向よりも紙面上下方向が長い。

先に説明した図６（Ａ）、図６（Ｂ）では、引出電極９１２への印加電圧の値は固定されていたが、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に記載されているようにこの値を可変に設定できるようにしておいてもいい。このような可変電源を用いることで、引出される電子ビームＥＢのエネルギーを調整することが可能となる。電子ビームＥＢのエネルギー、イオンビームＩＢの空間電荷効果による広がりを効率よく抑制できるエネルギーで、具体的には１ｅＶ〜数ｅＶのものが使用される。

図７（Ａ）と図７（Ｂ）で引出された電子ビームＥＢは、電流分布調整装置９３に入射する。図７（Ａ）の例では一対の電極Ｄをリボン状の電子ビームＥＢの長さ方向に沿って複数対配置している。この図では電極Ｄが電子ビームＥＢの進行方向に沿ってズレて配置されているように描かれているが、これは電極Ｄが電子ビームＥＢの飛行経路を挟んで紙面奥側にも配置されていることをわかりやすくするために、わざとズラして描かれているもので、実際には一対の電極Ｄは紙面奥手前方向に配置されていて、この間を電子ビームＥＢが通過している。

電極対には同じ電圧が印加されていて、各電極対に印加する電圧値を異ならせることで、各電極対間に電界が発生する。この電界の作用によって、電子ビームＥＢの進行方向を局所的に変化させて、電子ビームＥＢの電流分布を調整している。

一方、図７（Ｂ）には、電流分布調整装置９３として、磁場を用いた構成が記載されている。具体的には、図示されないロの字状の開口を有するヨークに、ヨーク内側に向けて突出した一対の磁極対が形成されている。この磁極対は電子ビームＥＢの長辺方向に沿って、複数対設けられていて、各磁極にはコイルＣが巻回されている。この図７（Ｂ）において、磁極対を構成する磁極の位置は、電子ビームＥＢの進行方向にズレて配置されているように描かれているが、図７（Ａ）で説明した電極対の例と同じく、実際には紙面奥手前方向に配置されている。

各磁極対では磁極の突出する方向に向けて磁界が発生しており、コイルＣに流す電流量や電流の向きを調整することで、磁界の方向や強度を所定のものに変更させることができる。この磁界の作用によって、電子ビームＥＢの長辺方向における電流分布を調整している。

図７（Ｃ）には、図７（Ａ）や図７（Ｂ）に記載の電場や磁場の作用によって電子ビームＥＢの電流分布を調整する電流分布調整装置９３が設けられていない。その代わりに、電子源９１０自体がこの役割を担っている。この例では、電子源９１０に設けられた複数のフィラメントＦの両端には可変電源が接続されている。この可変電源によって、フィラメントＦから放出される電子量の調整が行われる。これによって、電子ビームＥＢの長辺方向における電流分布の調整を行っている。

図８（Ａ）〜（Ｃ）には図６や図７の例で説明した電子源９１０に代えて、プラズマ源９１１を用いた例が記載されている。なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）の例ではビーム走査装置９２や電流分布調整装置９３が描かれていないが、図８（Ａ）〜（Ｃ）のプラズマ源９１１と図６や図７で説明したビーム走査装置９２や電流分布調整装置９３を組み合わせて、本発明の電子ビーム供給ユニット９を構成するようにしてもよい。

図８（Ａ）では、チャンバー内にガス導入口１３が設けられていて、ここを通してガスの導入が行われる。フィラメントＦから放出された電子がガスに衝突し、容器内部にプラズマＰが生成される。このプラズマＰから電子ビームＥＢを引出す為に引出電極９１２に正の電圧が印加されている。このような構成の電子ビーム発生装置９１を用いてもよい。なお、接地電極９１３は電位を固定する為のものであり、この電極は必須ではない。

図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の構成からフィラメントＦの本数を増やしたものである。この例では、図７（Ｂ）の電子ビーム発生装置９１と同様に、リボン状の電子ビームＥＢの発生が可能となる。また、図８（Ｂ）のプラズマ源９１１は電流分布調整装置９３を兼ねている。図７（Ｃ）の構成と同じく、各フィラメントＦの両端部には可変電源が接続されている。これにより、各フィラメントＦへの印加電圧を独立調整して、電子ビームＥＢの長さ方向に亘って電流分布を調整することができる。さらに、各フィラメントＦに対応して設けられたガス導入管１３からのガス流量を個別に調整することで、電子ビームＥＢの長さ方向に亘って電流分布を調整するようにしてもよい。なお、図８（Ｂ）の引出電極９１２と接地電極９１３は、図７（Ｂ）の引出電極９１２の例と同じく、紙面上下方向の寸法が紙面奥手前方向の寸法よりも長い電極で、電極面には多数のスリットや丸孔が形成されている。電極の構成については、後述する図８（Ｃ）も同じである。

図８（Ｃ）に描かれているプラズマ源９１１は高周波型のプラズマ源と呼ばれるものである。この種のプラズマ源９１１では、環状に巻かれたアンテナＡＮに高周波電流を流して、ガス導入口１３からチャンバー内部に導入されたガスを電離し、プラズマＰを発生させる。その後、引出電極９１２でプラズマＰから電子ビームＥＢを引出す。これまでに説明したフィラメントを備えたプラズマ源９１１に代えてこのような高周波型のものを用いてもよい。

このような構成であれば、フィラメントＦを用いたときに発生する金属パーティクルが基板７に流入し、基板７の製造不良を引き起こすといった問題が生じない。また、フィラメントＦを備えたプラズマ源９１１では、フィラメントＦがプラズマＰによってスパッタリングされて、消耗したり断線したりする。この為、フィラメントＦを新しいものに交換する為に、装置を停止させる必要があるが、高周波型のプラズマ源９１１はフィラメントＦを備えていないので、このようなフィラメントＦの消耗等による交換を考慮する必要はない。よって、高周波型のプラズマ源９１１を用いると、フィラメントＦを備えたプラズマ源９１１に比べて、電子ビーム発生装置９１を比較的長時間安定して稼動させることができる。

図９には、本発明で用いられるイオン注入装置の別の例が描かれている。基本的な構成は、図１に描かれているものと同一である為、ここでは図１と異なる構成についてのみ説明する。

図１の構成との違いとして、図９に描かれているイオン注入装置は、イオンビームＩＢが輸送されるビーム経路に、イオンビームＩＢの進行方向に沿って略平行な磁場Ｂを発生させる第一のソレノイドコイル２０と第二のソレノイドコイル２１が配置されている。これらのソレノイドコイルには、同一方向に向けて磁場が発生するように電流が流れている。

電子ビームＥＢの照射角度や電子ビームＥＢのエネルギー等の条件によって多少の違いはあるものの、このような磁場Ｂがない場合、イオンビームＩＢに供給される電子ビームＥＢはイオンビームＩＢを突っ切って、真空チャンバー５の壁面に衝突し、消滅してしまう可能性が高い。その為、電子ビームＥＢをイオンビームＩＢの発散抑制に長時間作用させることが難しい。

そこで、電子ビームＥＢをイオンビームの発散抑制に長時間作用させる為に、図９に描かれている構成を用いる。図９に記載されているようにソレノイドコイルを用いて、イオンビームＩＢの進行方向に磁場Ｂを発生させる。電子ビームＥＢ中の電子は磁場Ｂによって捕捉されて、イオンビームＩＢとほぼ同じ方向に進行することになる。これにより、電子ビーム供給ユニット９から供給された電子ビームＥＢ中の電子をイオンビームＩＢの発散抑制に長時間作用させることができる。その結果、電子の供給量が少量で済むので、電子ビーム発生装置９１の出力を下げることができる。ひいては、装置の消費電力を低減させる効果や電子発生源である電子源９１０やプラズマ源９１１の消耗を抑える効果も期待できる。

図９には、第一のソレノイドコイル２０と第二のソレノイドコイル２１の間に電子ビームＥＢを供給する構成が描かれているが、本発明の構成はこれに限られない。例えば、第一のソレノイドコイル２０の上流側で、第一のソレノイドコイル２０からの漏れ磁場が存在している領域に、電子ビームＥＢを供給するようにしておいてもいい。このような構成を用いると、イオンビームＩＢの発散抑制に電子が寄与する距離が長くなるので、発散抑制効果をさらに向上させることが期待できる。

また、各ソレノイドコイルに流れる電流の向きを逆向きにして、図示される磁場Ｂの方向と逆向きの磁場Ｂが発生するようにしておいてもいい。電子ビームＥＢ中の電子はおおよそ磁場Ｂに沿って移動するので、このような構成であっても、イオンビームＩＢの進行方向に沿って電子を移動させることができる。

プロファイラー８の構成は、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に描かれているものであっても構わない。この例では、図１０（Ａ）に描かれているように、基板７はＸ方向反対側の処理室６の壁面を通してモーター１２に支持されていて、モーター１２を駆動させることで、Ｘ方向に沿って基板７が移動するように構成されている。一方、プロファイラー８はＸ方向側の処理室６の壁面を通してモーター１３に支持されていて、モーター１３を駆動させることで、Ｘ軸周りにプロファイラー８が回転するように構成されている。

また、図１０（Ｂ）に描かれているように、Ｙ方向において、基板７とプロファイラー８の位置は離間している。基板７へのイオン注入処理時には、基板７との干渉を避けるために、プロファイラー８の姿勢は図示されるようにＺ方向と平行になる。一方、基板７へのイオン注入処理前、またはイオン注入後には、プロファイラー８の姿勢はＹ方向と平行になる。ここで述べたプロファイラー８の姿勢変更は、モーター１３によってプロファイラー８を回転させることで行われている。なお、プロファイラー８の姿勢がＹ方向と平行な状態にあるとき、基板７はＸ方向と反対側の場所で、プロファイラー８と干渉しない位置に移動している。

このような構成を用いることで、基板７にイオンビームが照射される注入位置で、イオンビームＩＢの長辺方向における電流分布を計測することが可能となる。

ビーム走査装置９２や電流分布調整装置９３を用いた電子ビームＥＢの電流分布の調整は、予め実験を行っておき、この実験結果に基づいて調整パラメーター（各種電源の電圧の値やコイルに流す電流量等）の設定を行って、所望の電流分布となるように調整するようにしてもいいが、イオンビームＩＢに電子ビームＥＢが供給される前に、電子ビームＥＢを予め計測しながら調整しておくようにしてもよい。

具体的には、真空チャンバー５の内壁面に電子ビームＥＢの電流分布を計測する為のプロファイラー１０をボルト等で固定支持させておく。プロファイラー１０は、ビーム経路中にイオンビームＩＢが照射されていない時に、電子ビームＥＢが照射される真空チャンバー５の内壁面位置に設けられている。また、プロファイラー１０は、スポット上の電子ビームＥＢであればその走査方向に沿って、リボン状の電子ビームＥＢであればその長辺方向に沿って、長さを有していて、同方向における電子ビームＥＢの電流分布の計測を行う。このような構成であれば、イオンビームＩＢへの供給前に、電子ビームＥＢの電流分布を計測して、計測結果に基づいて電子ビームＥＢの電流分布の調整が行えるので、電流分布の調整を正確に行うことができる。

上述した実施形態において、フィラメントＦを備えた電子源９１０やプラズマ源９１１の例について述べたが、このようなフィラメントＦに代えて、傍熱型カソードを用いてもよい。また、処理室６のイオンビームＩＢが導入される入口部分を適当に加工しておき、この部分を整形マスク４として使用するようにしておいてもいい。

また、基板７の移動方向はＸ方向に沿った方向に移動する旨の説明をしたが、半導体デバイスの構造によっては、基板７へのイオンビームＩＢの照射角度を９０度以外の角度にする場合もあるので、基板７をＸ方向と斜めに交差する方向に移動させるようにしてもよい。

さらに、これまでに述べたイオンビームＩＢの長辺方向における電流分布の調整は、イオン注入装置の各種パラメーターの調整を行う制御装置に調整用のプログラムを記憶させておき、このような制御装置を用いて自動調整できるように構成しておいてもいいし、制御装置を用いる代わりに、手動で調整を行うようにしてもいい。

その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

１・・・イオン源
２・・・質量分析電磁石
３・・・分析スリット
４・・・整形マスク
５・・・真空チャンバー
６・・・処理室
７・・・基板
８・・・プロファイラー
９・・・電子ビーム供給ユニット
ＩＢ・・・イオンビーム
ＥＢ・・・電子ビーム

Claims (7)

1. 処理室内でリボン状のイオンビームの短辺方向と交差する方向に基板を移動させて、前記基板の全面にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、
   前記基板に前記イオンビームが照射される前に、前記イオンビームの短辺方向における両端部を整形する整形マスクと、
   前記整形マスクによって整形された前記イオンビームの長辺方向における電流分布を計測するプロファイラーと、
   前記整形マスクよりも上流側で、前記イオンビームの長辺方向の全域に亘って、前記イオンビームに対して電子ビームを供給する電子ビーム供給装置と、を備えていて、
   前記電子ビーム供給装置は、前記プロファイラーでの計測結果に応じて、前記イオンビームの長辺方向の場所毎に電子ビームの供給量を変化させることを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記電子ビーム供給装置は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、
   前記電子ビーム発生装置で発生された電子ビームを一方向に沿って走査する電子ビーム走査装置か、前記電子ビーム発生装置で発生された電子ビームの電流分布を調整する電流分布調整装置のいずれか一方を備えていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記電子ビーム発生装置は、高周波型のプラズマ源と、
   前記プラズマ源より電子ビームを引出す為の引出電極を備えていることを特徴とする請求項２記載のイオン注入装置。
4. 前記イオンビームが輸送されるビーム経路には、前記イオンビームの進行方向に沿って略平行な磁場を発生させる少なくとも１つのソレノイドコイルが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン注入装置。
5. 前記イオンビームが輸送されるビーム経路は真空チャンバーで覆われていて、前記真空チャンバーの壁面には、前記電子ビームの電流分布を計測する為のプロファイラーが支持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン注入装置。
6. 前記基板へのイオン注入処理前には、前記イオンビームの電流分布の計測を行う前記プロファイラーは、イオン注入処理時に前記基板に前記イオンビームが照射される注入位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン注入装置。
7. 前記整形マスクは、前記イオンビームの短辺方向におけるマスク幅を可変に変更させることのできるマスク幅変更装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のイオン注入装置。
   

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