JP5863153B2 - イオン注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、リボン状のイオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布の均一性を改善する機能を有したイオン注入装置に関する。

従来から、基板寸法よりも長い長辺を有するリボン状のイオンビームを用いて、当該イオンビームを横断する方向に基板を移動させ、基板全面へのイオン注入処理を行うイオン注入装置が用いられている。

特許文献１には、この種のイオン注入装置が記載されている。このイオン注入装置には、基板の面内でのイオンの注入量が均一となるように、イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布の均一性を調整する機能が備えられている。

この機能について簡単に説明する。まず、イオンビームの長辺方向におけるビーム電流の分布を把握する為に、複数のビーム電流計測器を用いてこの分布の計測が行われる。

次に、全ビーム電流計測器で計測されたビーム電流の平均値を演算し、演算された平均値が設定値に近づくように、複数のフィラメントに流す電流量を同じ量だけ増減させる電流値制御ルーチンを実施する。

その後、複数のビーム電流計測器をフィラメントの数に対応するようにグループ分けし、各グループ内で計測されたビーム電流の平均値をそれぞれ演算する。

演算の結果、演算された各グループでのビーム電流の平均値と設定値との差が最も大きいグループを１つ特定する。特定されたグループのビーム電流の平均値が設定値に近づくように、このグループに対応するフィラメントに流す電流量の増減を行う均一性制御ルーチンを実施する。

最終的には、設定値から数パーセントの範囲にある停止範囲内に全体のビーム電流の平均値が入るようになるまで、上述した電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンを少なくとも１回ずつ実施する。

特開２００１-８４９５０号公報

図１５（Ａ）にはリボン状のイオンビームの長辺方向におけるビーム電流の分布が記載されている。イオン注入装置のビーム輸送経路内に配置された部材の損傷により、ビーム電流の分布には他の部分とはビーム電流の異なる微小な特異点Ｔ１、Ｔ２が発生することがある。

このようなビーム電流分布を有するイオンビームを特許文献１に記載のビーム電流計測器を用いて計測する場合、次の点で問題になる。

ビーム電流計測器１３は図１５（Ｂ）に記載されているように、計測部５１（凹状の部分）と非計測部５２（凸状の部分）を有している。図１５（Ａ）に記載のビーム電流分布を有するイオンビームが紙面上下方向に沿って、ビーム電流計測器１３に照射されているとする。その場合、特異点Ｔ１、Ｔ２の部分はそれぞれビーム電流計測器１３のＰ１、Ｐ２の領域に照射される。ここでＰ１、Ｐ２の領域は、ビーム電流計測器１３の非計測部５２に当たる為、特異点Ｔ１、Ｔ２でのビーム電流を計測することができない。換言すると、この計測データからは、特異点の存在を認識することが出来ない。

特異点Ｔ１、Ｔ２でのビーム電流の計測ができない場合、図１５（Ａ）に記載のビーム電流分布を有するイオンビームに対して、紙面上下方向に沿って基板８が定速で移動すると、図１５（Ｃ）に記載されているように基板８には、注入量に応じて概ね３種類の注入領域Ａ１〜Ａ３が形成される。

図１５（Ｃ）に記載の各注入領域に対応する注入量分布の概略が図１５（Ｄ）に記載されている。各注入領域において、注入量はＡ３、Ａ１、Ａ２の順に多くなる。近年、半導体デバイスの構造は微細化されているので、特異点による影響が大きく現れて、特異点とその他の点での注入量の差が１％程度であっても、基板８が注入不良となる場合がある。

仮に何らかの手法を用いて、このような特異点Ｔ１、Ｔ２におけるビーム電流の計測ができるようになったとしても、 図１５（Ａ）に記載されているようなビーム電流の小さい特異点Ｔ１とビーム電流の大きい特異点Ｔ２が、ビーム電流分布上に近接して現れている場合、特許文献１に記載の均一化調整方法では次の点で問題が生じる。

特許文献１ではビーム電流分布をグループ分けして、各グループでのビーム電流の平均値を演算している。２つの特異点におけるビーム電流の関係が互いに打ち消しあうような関係で、同じグループに内にある場合、このグループにおける平均値としては問題なく停止範囲内に収まってしまう。これにより、均一化制御が不十分なまま特異点Ｔ１、Ｔ２を含んだイオンビームが基板８に照射されることになって、基板８の注入不良を引き起こしてしまう場合がある。

そこで、本発明では、ビーム電流の値が突出して他と異なる特異点を有するビーム電流分布の均一性を改善することを主たる目的とする。

本発明の一のイオン注入装置は、イオン源で生成されたリボン状のイオンビームを用いて、当該イオンビームを横断する方向に基板を移動させることで、前記基板の全面にイオン注入処理を行う分析電磁石と分析スリットとを有する質量分析型のイオン注入装置において、前記分析スリットの下流側で前記イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布を計測するビーム電流計測器と、前記分析電磁石と前記基板との間のビーム輸送経路に少なくとも１つの偏向部材とを、備え、前記基板へのイオン注入処理の間、前記偏向部材が前記イオンビームをその長辺方向に沿って周期的に走査する。

上記構成であれば、ビーム電流分布中にビーム電流の値が突出して他と異なる特異点が存在していたとしても、この特異点でのビーム電流の突出量を低減させることができる。これによって、イオン注入処理に用いられるビーム電流分布の均一性を改善できる。

より具体的には、前記基板が配置される処理室を有し、前記偏向部材は前記分析電磁石と前記処理室との間のビーム輸送経路に配置されていることが望ましい。

また、前記偏向部材は、磁場により前記イオンビームを偏向させる部材であることが望ましい。

電場によりイオンビームを偏向させる部材を用いると、イオンビーム中に含まれる電子が偏向部材に引き寄せられる。このような偏向部材による電子の引き寄せによって、イオンビームに空間電荷効果の影響が強く現れて、イオンビームが大きく発散してしまう。このようなイオンビームへの悪影響を防止する意味では、偏向部材として磁気的な偏向を行う部材を用いることが望ましい。

さらに、前記偏向部材は、前記イオンビームを電場により偏向する第一の偏向部材と、前記第一の偏向部材により偏向されたイオンビームを磁場により偏向する第二の偏向部材とから構成されており、前記基板へのイオン注入処理の間、前記第一の偏向部材で発生する電場の強度は可変であるとともに、第二の偏向部材で発生する磁場の向きと大きさは実質的に一定である構成でもよい。

このような構成を用いると、第二の偏向部材を駆動させる駆動源の出力をほぼ一定に保つことができるので、第二の偏向部材に対応する駆動源の出力制御が簡単になる。これにより、基板へのイオン注入処理中の制御を簡素なものにすることができる。

一方、前記偏向部材は、第一の偏向部材と第二の偏向部材とから構成されており、各偏向部材での前記イオンビームの偏向量は実質的に等しく、偏向方向が互いに反対である構成でもよい。

このような構成を採用することで、第一の偏向部材によって偏向されたイオンビームの進行方向を、第二の偏向部材によって元に戻すことができる。その為、基板へのイオンビームの注入角度の合わせみを簡単に行うことができる。

また、前記偏向部材は、第一の偏向部材と第二の偏向部材とから構成されており、前記分析電磁石と前記分析スリットとの間には前記第一の偏向部材が配置されているとともに、前記分析スリットの下流側に前記第二の偏向部材が配置されている構成であってもよい。

このような構成であれば、偏向対象にするイオンビームの大きさを同等のものにすることができる。これにより、各偏向部材を駆動させる駆動源の容量を同程度のものにすることができるので、各偏向部材を駆動させる駆動源が使いまわせる点でメリットがある。

また、前記基板へのイオン注入処理時に、前記偏向部材を通過したイオンビームの内、前記基板に照射されない前記イオンビームの長辺方向における端部を整形する整形マスクを有していることが望ましい。

基板以外の部材にイオンビームが照射されると、部材がイオンビームによりスパッタリングされ、部材より粉塵（パーティクル）が発生し、これが基板内に混入して基板の注入不良をひきおこしてしまう可能性がある。上述のような整形マスクを用いることで、基板以外の場所に照射されるイオンビームの量を低減させることができるので、基板が注入不良となる可能性を低減させることができる。

ビーム電流分布中にビーム電流の値が突出して他と異なる特異点が存在していたとしても、この特異点でのビーム電流の突出量を低減させることができる。これによって、イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布の均一性を改善することができる。

本発明におけるイオン注入装置の一例を示す図である。（Ａ）はＸＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＹＺ平面での様子を表す。 図１（Ｂ）に記載の偏向部材を通過した後のイオンビームの様子を拡大した図である。 図１に記載の偏向部材の一例を表す図である。（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＸＺ平面での様子を表す。 図１に記載の偏向部材の別の例を表す図である。（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＸＺ平面での様子を表す。 図４の偏向部材の変形例を表す図である。 本発明におけるイオン注入装置の別の例を示す図である。（Ａ）はＸＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＹＺ平面での様子を表す。 リボン状のイオンビームとその長辺方向におけるビーム電流分布との関係を表す図である。 長辺方向に走査されたイオンビームのビーム電流分布と基板上に形成される注入量分布との関係を表す図である。（Ａ）は長辺方向に走査された時の各位置におけるイオンビームのビーム電流分布である。（Ｂ）は基板上に形成される注入領域である。（Ｃ）は基板面内での注入量分布である。 本発明におけるイオン注入装置のさらに別の例を示す図である。（Ａ）はＸＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＹＺ平面での様子を表す。 図９に記載の偏向部材の一例を表す図である。（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、（Ｂ）はＸＺ平面での様子を表す。 図１０（Ａ）に記載の基板に照射されるイオンビームの様子を拡大した図である。 本発明におけるイオン注入装置のその他の例を示す図である。 イオンビームの長辺方向の端部を整形する整形マスクの一例を示す図である。（Ａ）ＹＺ平面での様子を表す。（Ｂ）はＸＹ平面での様子を表す。 分析スリットの一例を表す図である。（Ａ）は分析スリットの一例である。（Ｂ）は図１３に記載の整形マスクの機能を備えた分析スリットの例である。 従来技術における問題点を表した図である。（Ａ）はイオンビームの長辺方向におけるビーム電流の分布である。（Ｂ）はビーム電流計測器である。（Ｃ）基板上に形成される注入領域を表す。（Ｄ）は基板面内での注入量分布である。

図１には、本発明におけるイオン注入装置ＩＭの一例が記載されている。図１（Ａ）はＸＺ平面での様子を表し、図１（Ｂ）はＹＺ平面での様子を表す。この図および後述する他の図に記載のＸ、Ｙ、Ｚ軸の方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）は、それぞれ基板８に照射されるイオンビーム３の短辺方向、長辺方向、進行方向である。また、本発明で取り扱うイオンビームは特段の断りがない限り、正の電荷を有するイオンビームである。

図１（Ａ）と図１（Ｂ）を参照しながら、本発明で用いられるイオン注入装置ＩＭの一例について説明する。イオン源１の下流側（イオンビーム３の進行方向側）には、引出電極系２が配置されており、これによりイオン源１からリボン状のイオンビーム３の引出しが行われる。

引出されたイオンビーム３は分析電磁石４と分析スリット５を通過する。これにより、イオンビーム３中に含まれる不要なイオンの除去が行われる。なお、このような分析電磁石４と分析スリット５を設けない構成であってもよい。

分析スリット５の下流側には偏向部材６が設けられている。この偏向部材６により、基板８へのイオン注入処理が行われている間、イオンビーム３はその長辺方向（図中のＹ方向）に沿って連続的に偏向される。換言すると、この偏向は特定の幅を持った周期的な走査として行われている。この様子が図１（Ｂ）に描かれている。図中の破線はＹ方向への偏向が最大になったときのイオンビーム３の軌道を示していて、実線は偏向されていないとき（偏向量がゼロ）のイオンビーム３の軌道を示している。また、図中の一点鎖線はＹ方向反対側への偏向が最大になったときのイオンビーム３の軌道を示している。

上述の３つの軌道は周期的な走査が行われたときの代表的なイオンビーム３の軌道であり、実際には、破線で示されたイオンビーム３の軌道と一点鎖線で示されたイオンビーム３の軌道との間で、イオンビーム３の軌道は時々刻々と変化している。

偏向部材６を通過したイオンビーム３は処理室７に進む。処理室７には、基板８（例えば、シリコンやガリウム砒素といった半導体基板）が配置されている。基板８の裏面は支持部材９によって支持されていて、支持部材９は直線駆動機構１０によって直線駆動機構１０が延出される方向に沿って移動するように構成されている。また、この直線駆動機構１０は連結部材１１を介して回転機構１２に連結している。

回転機構１２は直線駆動機構１０をＹ軸周りに回転させる機能を備えており、これによって基板８のチルト角の調整が行われる。チルト角の調整が行われた後、直線駆動機構１０によって、その延出方向（図１（Ａ）ではＸ方向）に沿って、支持部材９に支持された基板８が移動させられる。

図１（Ｂ）に記載されているように、Ｙ方向においてイオンビーム３の寸法は同方向における基板８の寸法よりも大きい。この為、直線駆動機構１０によって基板８がイオンビーム３を横断するようにＸ方向に移動されることで、基板８の全面にイオンビーム３が照射される。なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に記載の例では、前述のチルト角がゼロ度である為、基板８はＸ方向に沿って移動することになるが、チルト角がゼロ度でない場合、基板８はＸ方向に対してチルト角度分傾斜した方向に沿って移動することになる。また、基板８がイオンビーム３を横断する回数は１回でもいいし、それ以上であってもよい。

処理室７には、ビーム電流計測器１３が設けられている。例えば、このビーム電流計測器１３は、特許文献１で開示されているような複数のファラデーカップからなる多点ファラデーカップで構成されている。基板８へのイオン注入処理が行われていない間、直線駆動機構１０により、基板８はイオンビーム３が照射されない位置に退避させられている。例えば、この退避位置としては図１（Ａ）に記載の直線駆動機構１０のＸ方向側の端部になる。このような退避位置に、基板８を移動させておくことで、基板８へのイオン注入が行われていない間にビーム電流計測器１３でイオンビーム３を計測することができる。

図２には、図１（Ｂ）に記載の偏向部材６を通過した後のイオンビーム３を部分的に拡大したときの様子が記載されている。ここでは、偏向部材６で走査された時の様子を表す３つのイオンビーム３の軌道（図示される実線、破線、一点鎖線で描かれているイオンビームの軌道）に対して、その長辺方向における中心軌道がそれぞれＣ１〜Ｃ３として描かれている。

中心軌道Ｃ１と中心軌道Ｃ２の成す角度をθ１とし、中心軌道Ｃ１と中心軌道Ｃ３との成す角度をθ２とした場合、θ１とθ２は同じ角度であってもいいし、異なっていてもいい。換言すると、Ｙ方向に沿ってイオンビーム３を走査する際の走査幅（イオンビーム３の最大偏向幅）は、Ｙ方向側にイオンビーム３を走査するときとＹ方向反対側にイオンビーム３を走査するときで、同程度にしてもいいし、これを異ならせてもいい。

θ１、θ２の値は、デバイス構造を考慮して決定してもよい。この理由は、基板８に形成されたデバイス構造によって、どの程度の注入角度が許容されるのかが決定されるからである。例えば、注入角度（基板面に対する法線を基準にして、この法線と基板に照射されるイオンビームの進行方向とが成す角度）が大きい場合、デバイス構造として深いトレンチ構造を有していれば、トレンチ構造の底部近傍の側面に対してイオン注入が出来なくなる。その為、このようなデバイス構造によって決定される許容角度を考慮して、許容角度よりも小さいθ１とθ２（現実的な値としては数度程度）となるように、イオンビーム３の最大偏向幅を決定することが考えられる。

なお、基板８へのイオン注入処理が行われている間、偏向部材６によってイオンビーム３をその長辺方向に沿って周期的に走査させることを別の表現を用いて表せば、イオンビーム３の長辺方向において、基板８に照射されるイオンビーム３の中心軌道の位置（中心位置）が変化すると述べることができる。

図３〜図５には、図１に記載の偏向部材６についての具体例が記載されている。これらの具体例について以下に説明する。

図３（Ａ）、（Ｂ）には第一の電極２１と第二の電極２２から構成される一対の偏向電極を有する偏向部材６が記載されている。図３（Ａ）はこの偏向部材６をＹＺ平面から視たときの様子を表し、図３（Ｂ）はＸＺ平面から視たときの様子を表している。

交流電源２３の一端が第一の電極２１に接続されており、他端が第二の電極２２に接続されている。この交流電源２３による各電極への印加電圧を周期的に変化させることで、電極間には図示される電界Ｅ１とＥ２が所定時間毎に交互に現れる。なお、電界Ｅ１と電界Ｅ２の電界強度は常に一定というわけではなく、時間の経過とともに増減される。このような電界によって、イオンビーム３の周期的な走査が行われる。

この例では交流電源２３を用いて、各電極への印加電圧を周期的に変化させるように構成されているが、この交流電源２３に代えて直流電源を用いてもよい。直流電源を用いる場合には、時間に応じて出力値を連続的に変化させることができ、極性を変更できるようなバイポーラ電源を用いることが考えられる。交流電源２３に代えてこのような直流電源を用いることは、後述する他の実施例においても同様である。

図３では電界の作用によりイオンビーム３を走査する例について述べたが、磁界の作用によってイオンビーム３の走査を行うようにしてもよい。この例が図４に記載されている。図４（Ａ）、（Ｂ）には、第一のコイル２４と第二のコイル２５から構成される一対の偏向コイルを有する偏向部材６が記載されている。図４（Ａ）はこの偏向部材６をＹＺ平面から視たときの様子を表し、図４（Ｂ）はＸＺ平面から視たときの様子を表している。

この例に記載されている各コイルは、空芯コイルであって、図示されない支持部材によりビーム輸送経路に支持固定されている。駆動源として交流電源２３の一端が第一のコイル２４に接続されており、他端が第二のコイル２５に接続されている。また、各コイル間には渡り部３０が設けられており、これにより各コイルが電気的に接続されている。

この交流電源２３によって各コイルに供給される電流量を時間的に変化させることで、コイル間には図示される磁界Ｂ１と磁界Ｂ２が時間的に交互に現れる。なお、電界の例と同様に、磁界Ｂ１と磁界Ｂ２の磁束密度は常に一定というわけではなく、時間の経過とともに増減される。このような磁界によって、イオンビーム３の周期的な走査が行われる。

図５には、磁界の作用によって、イオンビーム３の走査を行う別の例が記載されている。この例では、Ｈ型のヨーク２６に形成された一対の磁極２７に第一のコイル２４と第二のコイル２５が巻回されている。各コイルへの電流の供給については、図４の例で説明した交流電源２３を用いて行うようにすればいい。図４の例に代えて、このような偏向部材６を用いてイオンビーム３の周期的な走査を行うようにしてもいい。

偏向部材６としては様々な構成があるが、空間電荷効果によるイオンビーム３の広がりを軽減するという観点から、図３で説明した電場によるイオンビーム３の走査より、図４と図５で説明した磁場によるイオンビーム３の走査を行う構成の方が望ましい。

電場を用いた場合、イオンビーム３中に含まれる電子が正の電位を有する電極に引き寄せられてしまうので、イオンビーム３中の電子量が減少する。その結果、空間電荷効果の影響が強く現れて、イオンビーム３が大きく発散してしまう。このようなイオンビーム３への悪影響を考慮すると、偏向部材６としては磁場によってイオンビーム３を走査する構成の方が、電場を用いる構成より好ましいと言える。

また、図５の構成ではイオンビーム３の周囲を囲むようなヨーク２６が必要になる。イオンビームの寸法にもよるが、一般的なイオン注入装置で使用される電磁石のヨークの重量は数百キログラム〜数トンにも及ぶ為、ヨーク２６の搬送や製作費用等を考慮すると、図５のヨークを備えた構成よりも図４の空芯コイルを用いた構成の方が望ましいと言える。

図１〜図５で述べた実施形態では、走査されていないときのイオンビーム３を基準にして、イオンビーム３をその長辺方向に沿って、イオンビーム３を両側に走査させる構成であった。これとは別に、走査されていないときのイオンビーム３を基準にして、その片側のみに走査させる構成であってもよい。この例が、図６に記載されている。

図６（Ａ）には、このような構成を有するイオン注入装置ＩＭのＸＺ平面での様子が記載されている。また、図６（Ｂ）には、同じイオン注入装置ＩＭのＹＺ平面での様子が記載されている。図６に記載のイオン注入装置ＩＭの構成は、偏向部材６の構成を除いて、図１で説明した構成と同一である為、各部についての詳細な説明は省略する。

図６の例では、偏向部材６により、イオンビーム３はＹ方向側にのみ走査される。図６（Ｂ）に破線で描かれているイオンビーム３の軌道は、Ｙ方向への偏向が最大になったときのイオンビーム３の軌道である。実線で描かれているイオンビーム３の軌道は、振り幅（偏向量）がゼロのときのイオンビーム３の軌道である。

また、図示されるθ３は、イオンビーム３の長辺方向において、振り幅がセロのときのイオンビーム３の中心軌道と、振り幅が最大になったときのイオンビーム３の中心軌道とが成す角度である。このθ３の角度については、θ１とθ２のところで説明したように、デバイス構造を考慮した上で決定すればよい。

偏向部材６としては、図３〜図５で説明した構成を少し変更して、イオンビーム３をＹ方向に向けて周期的に走査させるようなに構成すればいい。例えば、図３の例では、第一の電極２１を接地電位に固定しておき、第二の電極２２に印加する電圧を時間の経過とともに０Ｖ〜−数Ｖの範囲で連続的に変化させるようにしておけばよい。こうすると各電極間には電界Ｅ２のみが発生するので、これによりＹ方向へのイオンビーム３の走査を行うことができる。同様に、図４と図５の例では、第一のコイル２４と第二のコイル２５との間に磁界Ｂ２のみが発生するような駆動源の構成を用いればいい。

上述した図６の例を用いても、基板８へのイオン注入処理の間に、イオンビーム３の長辺方向における中心位置を基板８上で移動させることができる。

本発明で用いられる偏向部材６の構成について説明してきたが、図７と図８を用いてこのような偏向部材６を用いたときの作用効果について説明する。

リボン状のイオンビーム３の長辺方向におけるビーム電流分布が、図７に記載されている。一般的にイオンビームの長辺方向における端部では、ビーム電流が急激に減少する。この為、基板８の面内での注入量分布を均一にする場合には、イオンビームの長辺方向の中央部分を用いて基板８へのイオン注入処理が行われる。この中央部分は図示されるＷ１の部分であり、イオンビームの特性やイオンビーム端部からの余裕をどれほど取るかにもよるが、おおよそビーム端部から十数パーセント程度を除いた部分である。本発明ではこのＷ１を第一の注入有効幅と呼んでいる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）には、長辺方向に走査されたイオンビーム３のビーム電流分布と基板上に形成される注入量分布との関係が記載されている。図８（Ａ）に記載の３つのビーム電流分布は、図１〜図５の例で、Ｙ方向とＹ方向反対側にイオンビーム３を最大に振ったときのイオンビーム（破線と一点鎖線で描かれるイオンビーム）のビーム電流分布と、イオンビーム３を振っていないときのイオンビーム（実線で描かれるイオンビーム）のビーム電流分布にそれぞれ対応している。

図８（Ａ）では、各ビーム電流分布を紙面上下方向に離間させて記載している。これは各ビーム電流分布の様子を見え易くするためにわざとずらして記載している。なお、紙面左右方向は、図１〜図５に記載されたＹ方向に沿った方向に対応している。

各ビーム電流分布は、図７で説明した第一の注入有効幅Ｗ１を有している。具体的には、破線で描かれるビーム電流分布では、Ｄ１とＤ２間の幅が第一の注入有効幅Ｗ１に当たる。また、実線で描かれるビーム電流分布では、Ｅ１とＥ２間の幅が第一の注入有効幅Ｗ１に当たる。そして、一点鎖線で描かれているビーム電流分布では、Ｆ１とＦ２間の幅が第一の注入有効幅Ｗ１に当たる。また、図示される２ｄはイオンビーム３の走査幅である。

図７で説明したように、基板８への注入量分布を均一なものにするには、第一の注入有効幅Ｗ１を使って基板８へのイオン注入処理を行うことが望ましいことを説明したが、本発明のようにイオン注入処理の間にイオンビーム３を走査する場合、第一の注入有効幅Ｗ１よりも狭い第二の注入有効幅Ｗ２に対応する領域を使用して、基板８へのイオン注入処理を行うことが望ましい。このようにすれば、基板８の面内での注入均一性をより高いものにすることができる。

ただし、デバイスの特性によって、基板８の面内での注入均一性の要求される程度が異なるので、必ずしもここで説明した第二の注入有効幅Ｗ２の領域を使用して、基板８へのイオン注入処理を行う必要はない。場合によっては、第二の注入有効幅Ｗ２や第一の注入有効幅Ｗ１からはみ出た領域を使用して、基板８へのイオン注入処理を行ってもいい。

イオンビーム３の利用効率の観点から、イオンビーム３の走査幅を大きくし過ぎると、基板８に照射されない領域が多くなってしまうのであまり効率のいい注入処理とは言えない。その為、少なくとも基板８へのイオン注入処理時に、基板８を移動させる方向から視て、周期的に走査されたイオンビーム３が基板８を包含するような関係となるように、イオンビーム３の走査幅を設定しておくことが考えられる。これを換言すると、イオンビーム３の端部が基板８の面にかからない程度で、イオンビーム３を走査するということである。

図８に記載の各ビーム電流分布は、従来例として説明した図１５のように他の部分に比べてビーム電流の異なる２つの特異点Ｔ１とＴ２を有している。イオン注入処理の間、イオンビーム３を周期的に走査させたときに、基板８に形成される注入領域の様子が図８（Ｂ）に記載されている。

図１５（Ｃ）で示した従来例に比べると、図８（Ｂ）では、特異点による注入領域の幅（Ａ２とＡ３で示されている領域で、紙面左右方向における幅）が広くなっている。これは、イオンビーム３が周期的に走査されることで、特異点の影響が走査方向に広がるからである。

一方で、基板８の面内での注入量分布について、従来例の図１５（Ｄ）と本発明の図８（Ｃ）を比較すると理解できるように、本発明の方が基板８の面内における注入量の均一性が高いことがわかる。これは、本発明ではイオンビーム３が周期的に走査されるので、特異点におけるビーム電流の突出した部分が、イオンビーム３の走査方向に広がって、走査幅に応じて平均化されるからである。これにより、イオンビーム３のビーム電流分布の均一性が改善されて、基板８の面内における注入分布の均一性を高めることができる。

これまでに述べた実施形態では、基板８に照射されるイオンビーム３は、偏向部材６によって周期的に走査されることで、時間的にイオンビーム３の進行方向にバラツキが生じていた。このようなバラツキの存在により、基板８への注入角度を所定の角度に合わせこむことが困難であった。

このような問題を解決する手法として、図９に記載のイオン注入装置ＩＭを用いることが考えられる。図９（Ａ）はこのイオン注入装置ＩＭをＸＺ平面から視たときの様子を表し、図９（Ｂ）はこのイオン注入装置ＩＭをＹＺ平面から視たときの様子を表している。

図９に記載のイオン注入装置ＩＭの構成の大部分は、図１に記載の構成と同一である為、ここでは構成の異なる部分について、その説明を行う。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）に記載されているように、このイオン注入装置ＩＭは、第一の偏向部材６１と第二の偏向部材６２を備えている。このような２つの偏向部材によってイオンビーム３の曲げ戻しが行われる。具体的には、図１０に記載の構成を用いて行われる。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）には、ある時間に、第一のコイル２４と第二のコイル２５を備えた第一の偏向部材６１と第三のコイル２８と第四のコイル２９を備えた第二の偏向部材６２を通過するイオンビーム３の様子が描かれている。

第一の偏向部材６１と第二の偏向部材６２の個々の構成は、図４で説明した構成と同一である。各偏向部材では、向きが反対で、大きさが同じ磁場が発生されるように、各コイルに対して電流が流れている。このような構成により、各偏向部材をイオンビーム３が通過する際に、力の大きさが等しく向きが逆向きのローレンツ力がイオンビーム３に作用することになる。これにより、イオンビーム３の進行方向を元に戻すことができる。

この例では、ある特定の時間におけるイオンビーム３の軌道を復元する手法について述べたが、このようなイオンビーム３の進行方向の補正を、各コイルに流す電流量や電流の向きを制御して、周期的な走査により時間的に変化するイオンビーム３の軌道に合わせて行うようにしておく。

図１１には、第一の偏向部材６１と第二の偏向部材６２によって、周期的に走査されたイオンビーム３の長辺方向における中心軌道Ｃ１〜Ｃ３の位置が変化する様子が描かれている。各中心軌道Ｃ１〜Ｃ３の方向は互いに平行な関係になるので、後は、基板８を所望する角度傾斜させるだけでよい。よって、基板８への注入角度を所定の角度に簡単に合わせこむことが可能になる。

図９の例では、第一の偏向部材６１と第二の偏向部材６２として、磁場によりイオンビーム３を偏向する部材を用いる構成であったが、両部材を電場によりイオンビーム３を偏向する部材で構成しておいてもいい。また、一方の偏向部材に電場によりイオンビーム３を偏向する部材を用いて、他方の偏向部材に磁場によりイオンビーム３を偏向する部材を用いるというものでもよい。

電場と磁場の組み合わせによりイオンビーム３を周期的に走査する偏向部材の例が図１２に記載されている。図１２のイオン注入装置ＩＭでは、引出電極系２でイオン源１からリボン状のイオンビーム３を引出して、分析電磁石４と分析スリット５によってイオンビーム３から不要な成分のイオンが除去される。

その後、第一の偏向部材６１（例えば、静電スキャナー）で、長辺方向に沿ってイオンビーム３が電場によって走査される。走査されたイオンビーム３は第二の偏向部材６２（例えば、コリメーター）に入射する。第二の偏向部材６２でイオンビーム３は磁場により偏向されるが、このときの偏向量は一定である。

第二の偏向部材６２はＸ方向において対向する一対の磁極４０を備えた電磁石である。第一の偏向部材６１でのイオンビーム３の走査によって、イオンビーム３の軌道が実線のものから、破線のものに徐々に時間的に変化する。その為、走査されるイオンビーム３の外形（紙面下側の実線と紙面上側の破線からなるイオンビーム３の軌道）を考慮に入れた上で、これが第二の偏向部材６２を通過した際に、平行なイオンビーム３に整形されるように予め第二の偏向部材６２の磁極４０の形状と磁場の大きさを設定しておく。

このような構成を用いることで、第二の偏向部材６２の出力を一定の値に固定しておくことができる。これにより、イオン注入処理中のイオンビーム３の走査制御は、第一の偏向部材６１の出力を制御するだけでよい。

第二の偏向部材６２を通過した平行なイオンビーム３は処理室７内に配置された基板８に照射される。これまでの実施形態と同様に、基板８は図示されない支持部材に支持されて、イオンビーム３を横断するようにＸ方向に往復して移動される。これにより、基板８の全面にイオンビーム３が照射される。

図１２の例には、ビーム電流計測器３３として単一の測定部を有するファラデーカップが記載されている。このビーム電流計測器３３は計測器駆動機構１４によって、計測器駆動機構１４の延出方向に沿って移動するように構成されている。これにより、イオンビーム３の長辺方向におけるビーム電流分布の計測が可能となる。もちろん、このビーム電流計測器３３による計測中、基板８は紙面上または下に設けられた図示されない退避位置に移動している。これまでの実施形態で述べた多点ファラデーカップのビーム電流計測器１３に代えて、ここで述べた単一の測定部を有するファラデーカップで構成されたビーム電流計測器３３を用いてもよい。

イオンビーム３の長辺方向において、その全てのイオンビーム３が基板８には照射されない。例えば、イオンビーム３の端部は基板８に照射されずに、処理室７内の壁面や他の部材（ビーム電流計測器１３や支持部材９、直線駆動機構１０等）に照射される。他の部材へのイオンビーム３の照射によって、他の部材がスパッタリングされて、粉塵（パーティクル）が発生する。

これが基板８に混入すると注入不良の原因となるので、このような余計なパーティクルの発生を低減することが考えられる。具体的な手法としては、図１３に記載の整形マスク３１を設けておく。

図１３には、図９に記載のイオン注入装置ＩＭに整形マスク３１を追加した構成が記載されている。図１３（Ａ）はＹＺ平面での様子を表し、図１３（Ｂ）はＸＹ平面で整形マスク３１によってイオンビーム３が整形される様子が記載されている。

この整形マスク３１は、基板８に照射されないイオンビーム３の長辺方向における端部を遮蔽する位置に設けられている。具体的には、図１３（Ｂ）に記載されているように、イオンビーム３の上下端部を遮蔽する位置に２つの整形マスク３１を設けておく。このような整形マスク３１によって、基板８に照射されない余計なイオンビーム３の端部を遮蔽することができるので、処理室７内でのパーティクルの発生を軽減させることができる。なお、ここでは整形マスク３１を個別の部材として２つ設ける構成が記載されているが、この整形マスク３１は一体形成されていてもよい。

分析スリット５にこのような整形マスク３１の機能を持たせることもできる。この例が図１４に記載されている。図１４（Ａ）は、これまでの実施形態で用いられた分析スリット５である。図１４（Ｂ）は整形マスク３１の機能を有する分析スリット５である。図１４（Ｂ）を参照すると理解できるように、例えば、Ｚ方向から視て、分析スリット５の形状をロの字状にしておく。こうすることで分析スリット５のＹ方向における上下端を利用して、イオンビーム３の長辺方向における端部を整形することが可能となる。

分析スリット５に整形マスク３１の機能を持たせる場合、偏向部材６の配置は分析スリット５よりも上流側に配置される。これは、分析スリット５を通過した下流側でイオンビーム３が走査される場合、基板８に照射されないイオンビーム３の領域が大きくなってしまう為である。

これまでの実施形態では、偏向部材６を構成する部材に対して電源を共通化させて使用していたが、各部材（一対の電極やコイルを構成する個々の電極やコイル）に対応する電源を個別に用意しておき、これらの電源の出力を個別に制御するようにしてもいい。ただし、電源の出力を同期させておくことや費用の観点から、駆動源としての電源はできるだけ共通化させておいた方がいい。

また、周期的にイオンビーム３を走査する例について述べたが、非周期的に走査されるような構成であってもよい。つまり、本発明の場合、Ｙ方向からＹ方向反対側に向けてイオンビーム３を走査し、これを繰り返し行うような構成であるが、各走査のたびに、走査速度を変更したり、走査幅を変化させたりするようにしてもよい。ただし、イオンビーム３を特定の走査幅を持って周期的に偏向させる方が、制御の観点からして簡単である。

走査時の走査速度としては、イオン注入時における基板８の移動速度よりも遅くても、本発明の効果を得ることはできるが、より顕著な効果を得るためには、走査時の走査速度は基板の移動速度よりも速くしておいた方が望ましい。

さらに、第一の偏向部材６１と第二の偏向部材６２を用いる場合、各偏向部材に使用される電源の容量は同じものを使用する方が望ましい。このようにすれば、個別の偏向部材に対応した電源を設ける必要がないので、電源の使い回しが利く。これを実現するには、例えば、図９の例のように分析スリット５を挟むようにして２つの偏向部材を配置することが考えられる。この場合、各偏向部材を通過するイオンビームの断面の寸法がほぼ同等になるので、これを同じ量だけ偏向させることができる電源であれば、電源容量も自ずと同じような容量を持つものになる。

また、ビーム電流計測器１３をその長さ方向に移動させることで、特異点Ｔ１、Ｔ２におけるビーム電流を計測できるようにしておいてもいい。

この場合、計測結果によって、イオンビーム３の走査幅を決定するようにしてもいい。走査幅が広いほど、特異点でのビーム電流の突出量を平均化することができる。その為、注入処理で必要とされるビーム電流分布の均一性と計測結果を考慮して、イオンビーム３の走査幅を決めるようにしてもいい。

さらに、計測結果をみて、特異点で突出したビーム電流を平均化してもビーム電流分布の均一性が所定のものにならない場合には、イオン注入装置のオペレーターに注入処理を停止させるためのアラームを通知する機能を設けるようにしてもいい。

また、これまでに述べた実施形態では、イオン注入処理される基板８の枚数は１枚であったが、本発明は２枚以上の基板を処理する場合にも用いることができる。

２枚以上の基板に対して、イオン注入処理する場合、Ｘ方向に沿って複数枚の基板を配置する場合は、各基板の全面にイオンビームが照射されるように、基板を移動させる距離を変更してやればいい。

また、Ｙ方向に沿って複数枚の基板を配置する場合、イオンビームの長辺方向において、イオンビームの寸法は複数枚の基板を跨ぐほどの長さを有するようにしておく。そして、これまでに述べたように、基板へのイオン注入処理中にイオンビームを周期的に走査するようにしておけばいい。

さらに、Ｘ方向とＹ方向に複数枚の基板を行列状に配置する場合、複数枚の基板を１枚の大きな基板としてみて、この大きな基板に対してこれまでに述べた実施形態を用いてイオン注入処理を行うようにすればよい。

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良いのはもちろんである。

１．イオン源
３．イオンビーム
４．分析電磁石
５．分析スリット
６．偏向部材
８．基板
６１．第一の偏向部材
６２．第二の偏向部材
Ｗ１．第一の注入有効幅
Ｗ２．第二の注入有効幅
ＩＭ．イオン注入装置

Claims (7)

1. イオン源で生成されたリボン状のイオンビームを用いて、当該イオンビームを横断する方向に基板を移動させることで、前記基板の全面にイオン注入処理を行う分析電磁石と分析スリットとを有する質量分析型のイオン注入装置において、
   前記分析スリットの下流側で前記イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布を計測するビーム電流計測器と、
   前記分析電磁石と前記基板との間のビーム輸送経路に少なくとも１つの偏向部材とを、備え、
   前記基板へのイオン注入処理の間、前記偏向部材が前記イオンビームをその長辺方向に沿って周期的に走査することを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記基板が配置される処理室を有し、前記偏向部材は前記分析電磁石と前記処理室との間のビーム輸送経路に配置されている請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記偏向部材は、磁場により前記イオンビームを偏向させる部材であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
4. 前記偏向部材は、前記イオンビームを電場により偏向する第一の偏向部材と、前記第一の偏向部材により偏向されたイオンビームを磁場により偏向する第二の偏向部材とから構成されており、
   前記基板へのイオン注入処理の間、前記第一の偏向部材で発生する電場の共同は可変であるとともに、第二の偏向部材で発生する磁場の大きさは実質的に一定であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
5. 前記偏向部材は、第一の偏向部材と第二の偏向部材とから構成されており、各偏向部材での前記イオンビームの偏向量は実質的に等しく、偏向方向が互いに反対であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
6. 前記偏向部材は、第一の偏向部材と第二の偏向部材とから構成されており、各偏向部材での前記イオンビームの偏向量は実質的に等しく、偏向方向が互いに反対であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
7. 前記基板へのイオン注入処理時に、前記偏向部材を通過したイオンビームの内、前記基板に照射されない前記イオンビームの長辺方向における端部を整形する整形マスクを有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

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