(57)【要約】  リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャが開示される。一実施形態では、アーキテクチャは、扇形リボン状イオンビームを受け、該扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化し、（そしてことによると加速または減速もし得る）ことにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速／減速平行化レンズシステムと、加速／減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。加速／減速平行化レンズシステムは、扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化する（そしてことによると加速または減速もし得る）レンズと、実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する加速／減速レンズとを含む。平行化レンズは、およそ２００ｅＶまでに下げることができるエネルギーにより、高電流リボン状イオンビームをワークピースに供給することができる。エネルギーフィルタシステムは、実質的にエネルギーコンタミネーションを含まない実質的に平行なリボン状イオンビームを提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扇形リボン状イオンビームを生成するリボン状イオンビーム発生器と、
前記リボン状イオンビーム発生器の下流に配置され、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化して実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速／減速平行化レンズシステムと、
前記加速／減速平行化レンズシステムの下流であって、前記実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムと、
を備えるイオン注入システム。
【請求項２】
前記加速／減速平行化レンズシステムは、およそ２５ｃｍ以上３０ｃｍ以下の長さを有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記エネルギーフィルタシステムは、およそ２０ｃｍほどの長さを有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記加速／減速平行化レンズシステムは、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化して前記実質的に平行なリボン状イオンビームにする一組の湾曲した静電プレートと、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する一組の加速／減速レンズとを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記一組の湾曲した静電プレートは、さらに、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速させる、請求項４に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記実質的に平行なリボン状イオンビームは、前記ワークピースの前でおよそ２００ｅＶほどの低いエネルギーを有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記実質的に平行なリボン状イオンビームは、エネルギーコンタミネーションを実質的に含まない、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
ワークピースにイオン注入する方法であって、
扇形リボン状イオンビームを生成することと、
前記扇形リボン状イオンビームを実質的に同時に平行化して、加速または減速させることにより、実質的に平行なリボン状イオンビームにすることと、
前記平行化の直後に前記リボン状イオンビームからエネルギーコンタミネーションを除去することと、
前記実質的に平行なリボン状イオンビームをワークピースに注入することと、
を含む、方法。
【請求項９】
リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャであって、
扇形リボン状イオンビームを受け、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化することにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速／減速平行化レンズシステムと、
前記加速／減速平行化レンズシステムの下流であって、前記実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムと、
を備えるアーキテクチャ。
【請求項１０】
前記加速／減速平行化レンズシステムは、およそ２５ｃｍ以上３０ｃｍ以下の長さを有する、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記エネルギーフィルタシステムは、およそ２０ｃｍほどの長さを有する請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
前記加速／減速平行化レンズシステムは、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化して前記実質的に平行なリボン状イオンビームにする一組の湾曲した静電プレートと、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する一組の加速／減速レンズとを含む、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記一組の湾曲した静電プレートは、さらに、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速させる、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
前記実質的に平行なリボン状イオンビームは、前記ワークピースの前でおよそ２００ｅＶほどの低いエネルギーを有する、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記実質的に平行なリボン状イオンビームはエネルギーコンタミネーションを実質的に含まない、請求項９に記載のイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね、イオン注入に関し、より詳しくは、リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電率を変更する不純物を半導体ウェハに導入またはドーピングするための標準的な技術である。典型的なイオン注入プロセスは、強力なイオンビームを用いて不純物をワークピース、すなわち、半導体ウェハに導入する。周知のように、不純物を均一な深さおよび量でウェハに導入することにより、形成される半導体デバイスを正常に動作させることができる。
【０００３】
図１は、ウェハへの従来のイオン注入を三次元で表す概略図である。Ｘ軸およびＹ軸により横のイオンビーム走査平面が構成される。イオンビームは、（望ましくは）Ｚ軸と平行に発射されてウェハの平面に衝突する。Ｘ軸は、Ｚ軸と水平方向で直交する。リボン状イオンビームシステムでは、イオンビームは、Ｘ軸に沿うリボンである。Ｙ軸は、イオンビーム平面（すなわちＸＺ座標平面）と垂直方向で直交する。ウェハは、ウェハを上下に動かすことにより、Ｙ軸と平行な他の走査経路に沿って上下に走査される。
【０００４】
イオン注入システムを介しての低エネルギー（高電流）イオンビームの輸送は、イオンビームの空間電荷のデフォーカス効果が大きいので難しい。しかし、このことは、ビームを（例えば、およそ１０ｋＶを上回る）高エネルギーで抽出して質量分析し、その後、イオンビームがウェハに近づいたときおよそ２００ｅＶほどに低くなり得る最終エネルギーまでビームを減速させることにより軽減される。しかしながら、減速の直前および最中に中和されるイオンは、完全には減速されず、高エネルギーでウェハに衝突するので、結果として有害なエネルギーコンタミネーションが生じる。
【０００５】
結果として扇形リボン状イオンビームになるリボン平面に分散させることによるリボン状イオンビームの質量分析を含むシステムにとり、イオンビームの平行化も必要であり、それは現在、扇形の電磁石により実行されている。イオンビームの平行性または角度を制御することは、さまざまなタイプのデバイスおよびプロセスの正しい動作のために重要である。不純物が注入される深さは、イオンビームの望ましい方向、一般的には、半導体の結晶構造に対し垂直方向に沿った平行性に一部基づく。したがって、注入の間にイオンビームの角度を制御することによりウェハの結晶構造に関するイオン軌道の望ましい平行性（すなわち望ましい方向）を維持することが重要である。特に、再現可能な注入結果を得るべく、イオンビームの角度をわかっている必要があり、望ましい方向と平行な角度から１度を下回るエラー範囲に制御されなければならない。高エネルギー注入、および、チャネル注入の場合などは特にそうである。扇形リボン状イオンビームに関しては、レンズによる減速後に平行化が終了した場合、システムにおける輸送距離はさらに長くなり、低エネルギービームのウェハへの供給をさらに妨げる。このような扇形の平行化レンズは、かなり大きく、減速後、ビーム輸送距離を１ｍも長くすることがありえる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に鑑み、イオン注入システムを拡張せずにリボン状イオンビームの加速／減速および平行化を提供する方法のための技術が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャが開示される。一実施形態では、アーキテクチャは、扇形リボン状イオンビームを受け、該扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化し、（そしてことによると加速または減速もし得る）ことにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速／減速平行化レンズシステムと、加速／減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。加速／減速平行化レンズシステムは、扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化する（そしてことによると加速または減速もし得る）レンズと、実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する加速／減速レンズとを含む。平行化レンズは、およそ２００ｅＶまでに下げることができるエネルギーにより、高電流リボン状イオンビームをワークピースに供給することができる。エネルギーフィルタシステムは、実質的にエネルギーコンタミネーションを含まない実質的に平行なリボン状イオンビームを提供することができる。
【０００８】
本発明の第１の側面は、イオン注入システムを提供することである。イオン注入システムは、扇形リボン状イオンビームを生成するリボン状イオンビーム発生器と、リボン状イオンビーム発生器の下流にあり、扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化することにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速／減速平行化レンズシステムと、加速／減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。
【０００９】
本発明の第２の側面は、ワークピースにイオン注入する方法を提供する。方法は、扇形リボン状イオンビームを生成することと、扇形リボン状イオンビームを実質的に同時に平行化して、加速または減速することにより、実質的に平行なリボン状イオンビームにすることと、平行化の直後にリボン状イオンビームからエネルギーコンタミネーションを除去することと、実質的に平行なリボン状イオンビームをワークピースに注入することと、を含む。
【００１０】
本発明の第３の側面は、リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャを提供する。アーキテクチャは、扇形リボン状イオンビームを受け、該扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化することにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速／減速平行化レンズシステムと、加速／減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。
【００１１】
本発明の実例となる側面は、本願明細書中に記載される問題、および、ここでは検討されない他の問題を解決することを目的としていることは、当業者であれば理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の特徴は、本発明のさまざまな実施形態を示す添付の図面と共に取り上げられる、以下の本発明のさまざまな側面の詳細な説明からさらに容易に理解できよう。
【００１３】
【図１】ウェハへのイオンビーム注入を示す三次元図である。
【００１４】
【図２】本発明の一実施形態におけるアーキテクチャを含むリボン状イオンビームのイオン注入システムを示す。
【００１５】
【図３】本発明におけるイオン注入方法の一実施形態のフローチャートである。
【００１６】
本発明の図面は、共通の尺度で示されていないことに注意されたい。図面は、本発明の典型的な側面を示すことを意図しているに過ぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとしてみなされるべきでない。図面を通じて、同様の参照番号は、同様の構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２を参照すると、本発明の一実施形態におけるアーキテクチャ１００を含むリボン状イオンビームのイオン注入システム１０２が示されている。イオン注入システム１０２は、リボン状イオンビーム発生器１０４を含む。リボン状イオンビーム発生器１０４は、例えば、イオン源１０６、質量分析マグネット１０８、および、質量分析スリット１１０を含み得る。イオン注入システム１０２は、例えば、１０ミリアンペア（ｍＡ）以上でイオンビームを供給する高電流システムであり得る。図に示すように、初期のイオンビームは、従来の狭いスリット抽出のポイントツーポイント光学部品（逸れている実線）、または、長いスリット抽出のパラレルツーポイント光学部品（平行な点線）を用いて生成され得る。いずれにせよ、質量分析マグネット１０８は、初期のイオンビームから不純物を取り除く。上記のリボン状イオンビーム発生器１０４は、例示に過ぎず、他のシステムも本発明の範囲内で用いられ得ることを理解されたい。
【００１８】
一実施形態では、アーキテクチャ１００は、加速／減速平行化レンズシステム１２０と、エネルギーフィルタシステム１２２とを含む。加速／減速平行化レンズシステム１２０（以降「レンズシステム１２０」と称する）は、扇形リボン状イオンビーム１２４を受ける。すなわち、リボン状イオンビーム発生器１０４、特に、質量分析スリット１１０から受ける。扇形リボン状イオンビーム１２４は、例えば、およそ３５ｃｍまで広がる。「リボン状」という用語は、イオンビームが実質的に横方向に延びることを示す。レンズシステム１２０は、扇形リボン状イオンビーム１２４を少なくとも平行化して実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２にし、加速または減速させてもよい。レンズシステム１２０は、扇形リボン状イオンビーム１２４を平行化して、ことによると加速または減速もし得る一組の湾曲した静電プレート１２６と、実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２を加速または減速させる一組の加速／減速レンズ１３０とを含む。質量分析スリット１１０は、一組の湾曲した静電プレート１２６において高さが均一の扇形リボン状イオンビーム１２４を提供するので、これら静電プレート（レンズ）１２６のスロットは、均一な幅であることが要求される。レンズシステム１２０の下流にあるエネルギーフィルタシステム１２２は、実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２が注入されるワークピース１２８の前でエネルギーコンタミネーションを除去する。エネルギーフィルタシステム１２２は、現在知られている、または、後に開発される任意の磁気または静電（あるいはそれらの組み合わせ）エネルギーフィルタリングシステムを含み得る。このシステムは、中性のイオンを除去すべく、実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２を通常屈曲させる。
【００１９】
ワークピース１２８までの距離が短いので、レンズシステム１２０は、（減速後）ワークピース１２８の前でおよそ２００ｅＶまで下げられるエネルギーで実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２をワークピース１２８に供給することができる。これは、低エネルギー化の達成という点で従来のシステムより勝る。エネルギーフィルタシステム１２２は、エネルギーコンタミネーションを実質的に含まない実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２を提供する。さらに、少なくとも平行化する（ことによると加速または減速もし得る）レンズ１２６、および、加速／減速レンズ１２８の組は、一体化されるので、実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２のワークピース１２８までの移動距離は、従来のシステムに比べ短くなる。例えば、一実施形態では、レンズシステム１２０は、およそ２５ｃｍ以上３０ｃｍ以下の長さを有し得る。また、一実施形態では、エネルギーフィルタシステム１２２の長さは、およそ２０ｃｍくらいであってよい。さらに、アーキテクチャ１００は、５０ｃｍ以下の長さを有してよく、これは、扇形の平行化レンズ単独での従来の長さ１ｍに比べて著しく短い。
【００２０】
図３のフローチャートに示す他の実施形態において、本発明は、ワークピースにイオン注入する方法を含む。第１のステップＳ１において、例えばリボン状イオンビーム発生器１０４を用いて扇形リボン状イオンビーム１２４が生成される。一実施形態では、リボン状イオンビーム発生器は、イオン源１０６、質量分析マグネット１０８、および、質量分析スリット１１０を有し、これらが協働して扇形リボン状イオンビーム１２４を生成する。次に、ステップＳ２において、扇形リボン状イオンビーム１２４は、例えば、レンズシステム１２０を用い、実質的に同時に平行化されて、加速または減速されることにより実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２になる。ステップＳ３において、平行化の直後に、例えば、エネルギーフィルタシステム１２２を用いることにより、実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２からエネルギーコンタミネーションが除去される。最後に、ステップＳ４において、実質的に平行なリボン状イオンビーム１１２がワークピース１２８に注入される。
【００２１】
上記の本発明のさまざまな側面は、例示および説明の目的で示されてきたのであって、排他的または本発明を開示されるとおりの形式に限定することを意図しない。
そして、多くの修正および変更がなされ得ることは明らかである。当業者にとっては明らかなこのような修正および変更は、添付の請求項の範囲により定義される本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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