(57)【要約】  イオン注入装置は、イオンビームを生成してワークピースに導くイオンビーム発生器を備える。イオンビームとワークピースとの間の相対運動により、ワークピースの前面に走査パターンが生成される。走査パターンは、ワークピースの前面の少なくとも一部に振動パターンを有する。【選択図】図１
2009541935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを生成するイオンビーム発生器と、
前記イオンビームがワークピースの前面の少なくとも一部分に入射する場合、前記イオンビームを振動させるスキャナと、
を備えるイオン注入装置。
【請求項２】
前記スキャナは、さらに、前記ワークピースの前記前面に対する前記イオンビームの位置に応じて前記イオンビームを振動させる、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記スキャナは、さらに、前記イオンビームのエネルギーに応じて前記イオンビームの前記振動の特性を調整する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記特性は、前記振動の周波数または振幅を含む、請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記スキャナは、さらに、前記イオンビームのイオンビーム電流の変動に応じて前記イオンビームの前記振動の特性を調整する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記スキャナは、静電スキャナである、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記静電スキャナは、前記イオンビームの近傍に配置される少なくとも１つの走査電極を有し、前記静電スキャナは、さらに、前記少なくとも１つの走査電極に供給される電圧信号に応じた周波数および振幅で前記イオンビームを振動させる、請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記スキャナは、さらに、前記イオンビームを第１の平面で走査し、前記イオン注入装置は、前記第１の平面と直交する第２の平面で前記ワークピースを駆動させる駆動機構をさらに備え、前記ワークピースの前記前面における前記イオンビームの走査パターンは、前記イオンビームが前記第１の平面で走査され、かつ、前記ワークピースが前記第２の平面で駆動される際の前記イオンビームと前記ワークピースとの間の相対運動によって得られ、前記走査パターンは、前記イオンビームの前記振動に応じて、前記ウェハの前記前面の少なくとも前記一部分に振動パターンを有する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
イオンビームを生成する段階と、
前記イオンビームがワークピースの前面の少なくとも一部分に入射する場合、前記イオンビームを振動させる段階と、
を備える方法。
【請求項１０】
前記ワークピースの前記前面に対する前記イオンビームの位置に応じて、前記イオンビームの前記振動の特性を調整する段階をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記イオンビームのエネルギーに応じて、前記イオンビームの前記振動の特性を調整する段階をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記特性は、前記イオンビームの前記振動の周波数または振幅を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記イオンビームのイオンビーム電流の変動に応じて、前記イオンビームの前記振動の特性を調整する段階をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオンビームの前記振動は、一の周波数および振幅で行われ、前記方法は、前記周波数および振幅を調整する段階をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記イオンビームを第１の平面で走査する段階と、
前記ワークピースを前記第１の平面と直交する第２の平面で駆動させる段階と、をさらに備え、
前記ワークピースの前記前面における前記イオンビームの走査パターンは、前記イオンビームが前記第１の平面で走査され、かつ、前記ワークピースが前記第２の平面で駆動される際の前記イオンビームと前記ワークピースとの間の相対運動により得られ、前記走査パターンは、前記イオンビームの前記振動に応じて前記ウェハの前記前面の少なくとも前記一部分に振動パターンを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
イオンビームを生成し、前記イオンビームをワークピースに導くイオンビーム発生器を備え、
前記イオンビームと前記ワークピースとの間の相対運動は、前記ワークピースの前面に走査パターンを生成し、前記走査パターンは、前記ワークピースの前記前面の少なくとも一部に振動パターンを有する、イオン注入装置。
【請求項１７】
前記イオンビームを振動させて前記走査パターンの前記振動パターンを提供するスキャナをさらに備える、請求項１６に記載のイオン注入装置。
【請求項１８】
前記スキャナは、前記イオンビームの近傍に配置される少なくとも１つの走査電極を有する静電スキャナを含み、前記静電スキャナは、さらに、前記少なくとも１つの走査電極に供給される電圧信号に応じた周波数および振幅で前記イオンビームを振動させる、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
前記電圧信号は、第１の周期成分および第２の周期成分を有し、前記第１の周期成分は、第１のピーク・トゥ・ピーク振幅および第１の周波数を有し、前記第２の周期成分は、第２のピーク・トゥ・ピーク振幅および第２の周波数を有し、前記第２のピーク・トゥ・ピーク振幅は、前記第１のピーク・トゥ・ピーク振幅より小さく、前記第２の周波数は、前記第１の周波数より大きく、前記走査パターンの前記振動パターンは、前記第２の周期成分に基づく、請求項１８に記載のイオン注入装置。
【請求項２０】
前記第１のピーク・トゥ・ピーク振幅は、約１０ボルトであり、前記第１の周波数は、約１キロヘルツ（ｋＨｚ）であり、前記第２のピーク・トゥ・ピーク振幅は、約１ボルトであり、前記第２の周波数は、約１０キロヘルツである、請求項１９に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、イオン注入に関し、より詳しくは、イオン注入装置の走査パターンに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電性を変化させる不純物を半導体ウェハなどのワークピースに導入するための標準的な技術である。望ましい不純物材料がイオン源においてイオン化され、イオンが加速されて所定のエネルギーを有するイオンビームを形成し、当該イオンビームは、ウェハの前面に向けられうる。ビーム内のエネルギーを有するイオンが半導体材料の大部分に浸透し、半導体材料の結晶格子内に入り込むことにより、所望の導電性領域が形成される。イオンビームは、ビーム走査、ウェハの移動、または、それらの組合せによって定められる走査パターンでウェハ全体に分布されうる。
【０００３】
イオンを一定の深さおよび濃度でウェハに導入することは、形成される半導体を仕様の範囲内で動作させるために重要なことである。ウェハへのイオン注入量の均一性に影響を及ぼす１つの要因は、イオンビーム電流である。しかしながら、イオンビーム電流は、所望のビーム電流より大きくなったり小さくなったりと予想外に瞬間的に変動し、そのことが均一性の要件に悪影響を及ぼしかねない。このような変動の大きさおよび期間は、イオンビームの「イオンビームノイズ」とも呼ばれる。
【０００４】
イオンビームノイズに取り組む１つの効果的な方法は、少な目の注入量レベルの複数の追加適用により目標とする注入量を得ることである。少な目の注入量レベルの複数の追加適用を合計すると、ウェハの前面の各位置におけるイオンビームノイズを平均化する目標注入量となる。したがって、少な目の注入量レベルの複数の追加適用のそれぞれに起因するイオンビーム電流の変動は、互いに相殺される傾向にある。例えば、ウェハ前面の特定の位置では、所望のビーム電流より大きいイオンビーム電流における変動の合計は、所望のビーム電流より小さいイオンビーム電流における変動の合計を相殺する傾向にある。したがって、複数の追加適用のそれぞれの少な目の注入レベルの合計は、所望の目標注入量にほぼ近づきうる。一般的に、この方法の効果は、ウェハの前面の各位置に対する複数の追加適用が増えるほど高まる。
【０００５】
別の従来の方法は、複数の追加適用、または、ウェハの前面へのイオンビームの「接触」回数を増やすことである。例えば、ビーム走査とウェハの移動とを組み合わせることによってウェハの前面にイオンビームを分布させることに関するいくつかの従来の方法は、ウェハの通過数を走査されたイオンビーム分だけ増やし、ウェハが走査イオンビームにより移動させられる速度を低下させ、さらに、走査イオンビームの周波数を上げる段階を含む。すべて有効であれば、これら従来の方法は、所定のスループット、および、他のシステムの必要条件に対して最適化されうる。したがって、やり方によっては、イオン注入装置のセットアップの間に許容されるイオンビームノイズのレベルにより厳しい制約を設けなければならないだろう。その結果、セットアップ時間は長くなり、スループットは低下する。
【０００６】
例えば、走査イオンビームの相対運動、および、ウェハが走査イオンビームにより移動される速度により形成される従来の走査パターンは、イオンビームがウェハに入射するときに、イオンビームとウェハとの間に一定の相対運動方向を有する。ビームがウェハの端を越えて移動した場合のみ、相対運動は、逆方向になる。このプロセスは、イオンビームがウェハの所望の前面の面積全体に分布されるまで続けられる。したがって、追加適用の数、または、ウェハの前面へのイオンビームの「接触」を増やすべく他の従来の方法が最適化されれば、この従来の走査パターンは、イオンビームノイズの影響を低下させるためにウェハへの追加適用数をさらに増やす追加の手段は提供しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、イオン注入時におけるイオンビームノイズの影響を軽減すべく、ワークピースの前面に新たな走査パターンを提供する新規でより高度な装置および方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、イオン注入装置が提供される。イオン注入装置は、イオンビームを生成するイオンビーム発生器と、スキャナとを備える。スキャナは、イオンビームがワークピースの前面の少なくとも一部分に入射したとき、当該イオンビームを振動させる。
【０００９】
本発明の他の側面によれば、方法が提供される。方法は、イオンビームを生成する段階と、イオンビームがワークピースの前面の少なくとも一部分に入射したとき、当該イオンビームを振動させる段階とを備える。
【００１０】
本発明のさらなる他の側面によれば、他のイオン注入装置が提供される。イオン注入装置は、イオンビームを生成してワークピースに導くイオンビーム発生器を備える。イオンビームとワークピースとの間の相対運動により、ワークピースの前面に走査パターンが生成される。走査パターンは、ワークピースの前面の少なくとも一部分に振動パターンを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示の理解をより深めるべく、添付の図面への参照がなされる。図面は、参照により本願明細書に組み込まれる。
【００１２】
【図１】イオン注入装置を示す概略ブロック図である。
【００１３】
【図２】図１のワークピースの前面における走査パターンを示す概略ブロック図である。
【００１４】
【図３】ワークピースの前面における走査パターンの振動パターンを示す拡大図である。
【００１５】
【図４】スキャナを有する他のイオン注入装置の概略ブロック図である。
【００１６】
【図５】図４のスキャナとして利用されうる静電スキャナの概略図である。
【００１７】
【図６】図５の走査信号発生器の一実施例を示すブロック図である。
【００１８】
【図７】図５の静電スキャナの１つの走査電極に入力される電圧信号を示すプロットである。
【００１９】
【図８】ワークピースの前面に対するイオンビームの位置に応じて変化する、ワークピースの前面における他の走査パターンを示す概略図である。
【００２０】
【図９】時間に対するビーム電流を示すプロットである。
【００２１】
【図１０】本発明に従う他の走査パターンを示す概略図である。
【００２２】
【図１１】本発明に従うさらなる他の走査パターンを示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、イオンビーム発生器１０２と、エンドステーション１１４とを備えるイオン注入装置１００を示すブロック図である。イオンビーム発生器１０２は、所望の特性を有するイオンビーム１３０を生成するさまざまなタイプの構成要素およびシステムを有しうる。イオンビーム１３０は、スポットビームであり、当該スポットビームは、イオンビーム１３０のエネルギーに少なくとも基づく断面形状を有しうる。イオンビーム１３０は、幅対長さの比率が大きいリボンビームであってもよい。イオンビーム発生器１０２により生成されるイオンビーム１３０は、いかなるタイプの荷電粒子ビームであってもよい。
【００２４】
エンドステーション１１４は、所望のイオン種がワークピース１１０に注入されるよう、イオンビーム１３０の経路で１つ以上のワークピース１１０を支持するプラテン１１２を有しうる。一実施形態では、ワークピース１１０は、半導体ウェハであってよく、本願明細書中でもそのように言及される。半導体ウェハは、シリコンなどのいかなるタイプの半導体材料からも、あるいは、イオンビーム１３０を用いて注入される他のいかなる材料からも製造されうる。ウェハは、一般的なディスク形状などのさまざまな物理的形状をとってよい。
【００２５】
エンドステーション１１４は、ワークピース１１０を保持領域からプラテン１１２に対し物理的に往復運動させるワークピース駆動システム（図示せず）を含みうる。ワークピース１１０は、静電クランピングなどの既知の技術を用いてプラテン１１２に固定されうる。エンドステーション１１４は、プラテン１１２、および、当該プラテン１１２に固定されたワークピース１１０を所望のやり方で駆動する駆動機構１１６も含む。例えば、駆動機構１１６は、サーボ駆動モータ、スクリュー駆動機構、機械的リンク機構、および、所望の機械的並進運動を提供する、既知の技術であるいかなる他の構成要素も有しうる。
【００２６】
イオンビーム１３０は、ビーム走査のみにより、ワークピースの移動のみにより、または、ビーム走査とワークピースの移動とを組み合わせることにより定められる走査パターンでワークピース１１０の前面１０８に分布されうる。説明の便宜上、座標系は、その注入位置におけるワークピース１１０により定められるワークピース平面１３８に関して定められる。座標系は、ワークピース平面１３８におけるイオン注入のために位置を定められたワークピース１１０の中心に起点を有する。Ｘ軸は、ワークピース平面１３８において水平であり、Ｙ軸は、ワークピース平面１３８において垂直であり、Ｚ軸は、ワークピース平面１３８のイオンビーム１３０の進行方向と直交する。説明を明確にすべく、図１のＸ、Ｙ、Ｚ座標系の起点は、上記定められた起点とは離れた−Ｘ方向に配置される。
【００２７】
一例では、イオンビーム１３０は、スキャナ（図１には示されていない）がＸ方向およびＹ方向にイオンビームを走査する一方で、ワークピース１１０が注入位置に固定される場合のみ、ビーム走査により定められる走査パターンで、ワークピース１１０の前面１０８に分布されてよい。他の例では、走査パターンは、ビーム走査とワークピースの移動との組合せにより定められてよい。この例では、イオンビーム１３０は、ワークピース１１０が第１の平面と直交する第２の平面内で駆動される際にスキャナにより第１の平面で走査されてよい。一例では、イオンビーム１３０は、ＸおよびＺ軸により定められる平面と平行な水平面で走査され、一方、ワークピース１１０は、ＸおよびＹ軸により定められる垂直面で駆動される。さらなる他の例では、ワークピース１１０の前面１０８における走査パターンは、イオンビーム１３０が静止したままであり、かつ、ワークピース１１０が駆動機構１１６によりＸおよびＹ方向に駆動される場合のみ、ワークピースの移動によって定められうる。
【００２８】
図２は、Ｚ方向下流から見たワークピース１１０の前面１０８における走査パターン２０２の概略図である。本願明細書中で用いられる「下流」および「上流」とは、イオンビーム輸送の方向のことを指す。走査パターン２０２は、参照記号Ａ乃至Ｅにより描かれる。これら参照記号Ａ−Ｅは、イオンビーム１３０がワークピース１１０の前面１０８に入射しないときに、イオンビーム１３０がワークピースに対する方向を変える走査パターン２０２の領域を指している。参照記号Ａ乃至Ｅは、変形した「Ｗ」走査と称されることもある変形ジグザグ形状を概して形成する。説明を明確にすべく、実質的にＹ方向に広がる１つの変形された「Ｗ」走査のみが例示されている。当業者であれば、ワークピース１１０の前面１０８をイオンビーム１３０が一回通過する間に、多数の変形「Ｗ」走査が起きてもよいことを理解できよう。一実施形態では、１つの変形「Ｗ」走査は、Ｙ方向にそれぞれ０、６３５ミリメートルずつ進みながら４回ワークピースを横断する（参照記号によるとＡからＢへ、ＢからＣへ、ＣからＤへ、および、ＤからＥへ）。
【００２９】
好都合なことに、走査パターン２０２は、ワークピース１１０の前面１０８の少なくとも一部に振動パターン２０４を有する。例えば、イオンビーム１３０がワークピース１１０に対して参照記号ＡとＢとの間で移動する際、振動パターン２０４は、往復運動するので、イオンビーム１３０とワークピース１１０との間の相対運動の方向は、参照記号ＡとＢとの間では一定でない。振動パターン２０４は、これに限定されないが、図２の正弦波形を含むさまざまな周期形状を有しうる。振動パターン２０４は、イオンビーム１３０とワークピース１１０との間の相対運動によって形成されうる。この相対運動は、ビーム走査のみ、ワークピースの移動のみ、または、ビーム走査とワークピースの移動との組合せによるものであってよい。振動パターンは、走査パターンと同期してもしなくてもよい。
【００３０】
図３は、本発明の一実施形態に従う１つの走査パターンの振動パターン３０４を示す拡大図である。振動パターン３０４は、ワークピース１１０の前面１０８の少なくとも一部分に設けられる。振動パターン３０４は、振動パターン３０４に沿ったポイント３０６および３０８などの異なるポイントで方向を逆転させてよい。振動パターン３０４は、振幅および周波数などの特性により定められうる。振幅は、例えば、ポイント３０６と３０８との間のＸ方向における長さＡなどの、ワークピースに対するイオンビームの方向における戻りの長さにより定められうる。周波数は、例えば、ワンサイクルはイオンビームがポイント３０６と３１０との間を移動するのにかかる時間であるなど、一秒につき前後に振動する回数により定められうる。
【００３１】
イオンビーム１３０が（空間電荷効果によってビームエネルギーが低いほど大きくなりうる）既知の断面積を有するスポットビームである場合、ワークピース１１０の前面に当たると、振動パターン３０４の振動の周波数および振幅が変えられることにより、ワークピースの前面１０８の特定の部分がイオンビーム１３０に「接触する」回数が増える。例えば、ワークピース１１０の前面１０８の部分３７２は、ワークピースにおけるポイント３０５と３０６との間、ポイント３０６と３０８との間、および、ポイント３０８と３１０との間を移動する際に、スポットビーム１３０と３回接触する。したがって、部分３７２の「接触」回数は、ワークピースの同様の寸法にわたりイオンビームとワークピースとの間の相対運動の一定方向を有する従来の「Ｗ」走査パターンと比較して、本例では３の因数だけ増加する。
【００３２】
図４は、本発明に従うイオン注入装置４００の他の実施形態を示す。図１の構成要素と同様の図４の構成要素は、同様の参照番号を付し、明確にするために繰り返しの説明は省略する。イオン注入装置４００は、スキャナ４０４と、走査信号発生器４２２と、角度補正マグネット４０６と、コントローラ４２０と、ユーザインターフェースシステム４２４とを備えてよい。エンドステーション１１４は、ビーム電流センサ４４８と、位置センサ４４４とを備えてよい。ビーム電流センサ４４８は、イオンビーム１３０のイオンビーム電流を表す信号を提供してよい。ビーム電流センサ４４８からの信号は、コントローラ４２０に供給されてよい。ビーム電流センサ４４８は、図に示すようにワークピース平面１３８の下流に位置しうるが、ワークピース平面の上流に位置してもかまわない。一実施形態では、ビーム電流センサ４４８は、周知のように、ファラデーセンサであってよい。位置センサ４４４は、イオンビーム１３０に対するワークピース１１０の位置を表すセンサ信号を供給する。図面では独立した構成要素として示されているが、位置センサ４４４は、駆動機構１１６などの他のシステムの一部であってよく、また、位置符号化デバイスなどの周知のいかなるタイプの位置センサであってもよい。位置センサ４４４からの位置信号は、コントローラ４２０に供給されてよい。
【００３３】
スキャナ４０４は、静電スキャナ、または、磁気スキャナであってよい。静電スキャナは、イオンビーム近傍に位置する少なくとも１つの走査電極を有しうる。他の静電スキャナは、イオンビームが導かれるギャップを形成するよう距離を置いて配置されうる１つ以上の走査電極を有してもよい。イオンビームは、走査電極近傍の電界によって偏向されうる。電界は、走査信号発生器４２２から静電スキャナの少なくとも１つの走査電極に供給された電圧信号に応じて生成されうる。磁気スキャナは、電磁石を構成する磁極片およびコイルを含みうる。磁極片は、ギャップを形成するよう距離を置いて配置されてよい。イオンビーム１３０は、ギャップを介して導かれ、ギャップにおける磁界によって偏向されうる。磁界は、走査信号発生器４２２から磁気スキャナのコイルに供給される電流走査信号に応じて生成されうる。
【００３４】
走査信号発生器４２２は、走査信号を供給しうる。静電スキャナの場合、走査信号は、電圧信号でありうる。磁気スキャナの場合、走査信号は、電流信号でありうる。このような信号は、付随する増幅器により増幅されうる。コントローラ４２０は、走査信号発生器４２２により供給される走査信号を制御しうる。
【００３５】
角度補正マグネット４０６は、イオンビーム１３０の所望のイオン種のイオンを偏向することにより、スキャナ４０４から分岐したイオンビーム経路を実質的に平行なイオン経路軌道を有するほぼ平行なイオンビーム経路に変換する。
【００３６】
コントローラ４２０は、イオン注入装置４００のさまざまなシステムおよび構成要素から入力データおよび命令を受信し、スキャナ４０４などのイオン注入装置４００の構成要素を制御すべく出力信号を供給する。説明を明確にすべく、コントローラ４２０は、イオンビーム発生器１０２、走査信号発生器４２２、および、エンドステーション１１４に出力信号を供給するように示されている。当業者であれば、コントローラ４２０がイオン注入装置４００の各構成要素に出力信号を供給し、各構成要素から入力信号を受信しうることを理解できよう。コントローラ４２０は、所望の入出力機能を実行するようプログラムされうる汎用コンピュータ、または、汎用コンピュータのネットワークを含みうる。コントローラ４２０は、特定用途向け集積回路、他のハードワイヤードまたはプログラマブル電子デバイス、個別素子による回路などの他の電子回路または構成要素も含みうる。コントローラ４２０は、通信デバイス、データ記憶装置、および、ソフトウェアも含みうる。
【００３７】
ユーザインターフェースシステム４２４は、これらに限定されないが、タッチスクリーン、キーボード、ユーザポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタなどを含んでよく、それによって、ユーザは、コントローラ４２０を介し、コマンドおよび／またはデータを入力し、および／または、イオン注入装置４００を監視できるようになる。ビームエネルギー、ビーム電流、イオン種など、これらに限定されないが、注入の所望の処方がユーザインターフェースシステム４２４を介しユーザにより入力されうる。
【００３８】
動作中、イオンビーム発生器１０２は、イオンビーム１３０を生成し、スキャナ４０４は、少なくとも１つの平面においてイオンビーム１３０を偏向するかまたは走査する。スキャナ４０４は、イオンビーム１３０がワークピース１１０の寸法に亘り走査される際のイオンビームの振動パターンを偏向することにより、イオンビームがワークピース１１０の前面の少なくとも一部分に入射するときに当該イオンビームを振動させる。図４の実施形態では、スキャナは、ＸおよびＹ軸により定められる平面と平行な水平面でイオンビームを走査してよく、その間に、ワークピース１１０は、ＸおよびＹ軸により定められる垂直面で駆動機構１１６により駆動されることにより、ワークピース１１０の面積全体にイオンビームが分布される。この場合、スキャナ４０４によるイオンビーム１３０の振動は、少なくとも図２および３に示されるような振動パターンを提供する。
【００３９】
図５は、図４のスキャナ４０４として利用されうる静電スキャナ４０４ａの一実施形態を示す。本実施形態の静電スキャナ４０４ａは、イオンビーム１３０の両側に配置される走査平面５０２および５０４としての一組の走査電極を有しうる。他の静電スキャナは、一組の走査電極は有さず、イオンビーム１３０の近傍に配置された走査電極を１つだけ有してもよい。走査プレート５０２、５０４の上流に配置される前走査電極、および、走査プレート５０２、５０４の下流に配置される後走査電極などの追加の電極（図４には示されず）が存在してもよい。
【００４０】
走査プレート５０２、５０４は、ギャップ５２６を形成するよう距離を置いて配置されてよい。イオンビーム１３０は、ギャップ５２６を介して導かれ、イオンビーム１３０の扇形のビームエンベロープ５２８は、ギャップ５２６を通過しつつその幅を広げていく。走査プレート５０２は、走査増幅器５１０に接続され、走査プレート５０４は、走査増幅器５１２に接続されてよい。走査増幅器５１０および５１２は、走査信号発生器４２２から電圧信号をそれぞれ受け取り、イオンビーム１３０の偏向を制御する。走査信号発生器４２２は、コントローラ４２０により制御される。
【００４１】
図６は、図５の走査信号発生器４２２が各走査プレート５０２、５０４に電圧信号を供給していることを示す一実施形態のブロックである。電圧信号に応じて、静電スキャナ４０４ａは、イオンビームがワークピース１１０の寸法に亘り走査される際にイオンビームを前後に偏向することにより、イオンビームがワークピース１１０の前面の少なくとも一部に入射するときにイオンビーム１３０を振動させる。
【００４２】
走査信号発生器は、第１の周期信号発生器６０２と、第２の周期信号発生器６０４とを含みうる。第１の周期信号発生器６０２は、第１の振幅（Ａ１）、および、第１の周波数（ｆ１）を有する第１の周期信号６０６を生成しうる。第２の周期信号発生器６０４は、第２の振幅（Ａ２）、および、第２の周波数（ｆ２）を有する第２の周期信号６０８を生成しうる。周期信号は、図６の実施形態にあってはいかなる形状を有してもよく、第１の周期信号６０６がのこぎり歯形状を有し、第２の周期信号６０８は、正弦波形状を有してもよい。合計回路６１０は、第１および第２の周期信号６０６、６０８を合計し、結合電圧信号を、例えば、電圧信号をさらに増幅して増幅された電圧信号をそれぞれの走査プレートに供給する走査増幅器５１０などのそれぞれの走査増幅器に出力してよい。
【００４３】
図７は、走査プレート５０２に供給されうる典型的な電圧信号７０２のプロットである。図７の電圧信号に対し１８０度の位相差を有する、同様に生成された電圧信号が他の走査プレート５０４に供給されることにより、一方のプレートが一方向にイオンビームを「引く」間に、反対側のプレートがイオンビームを同じ方向に「押す」ようになる。電圧信号７０２は、走査電極を１つだけ有する静電スキャナの１つの走査電極に供給されうる。
【００４４】
電圧信号７０２は、のこぎり歯形状を有する第１の周期成分と、当該第１の周期成分に追加される、正弦波形状を有する第２の周期成分とを有する。のこぎり歯信号は、正弦波信号のピーク・トゥ・ピーク振幅より大きいピーク・トゥ・ピーク振幅を有しうる。のこぎり歯信号は、正弦波信号より小さい周波数を有する。一実施形態では、のこぎり歯信号のピーク・トゥ・ピーク振幅は、約１０ボルトであってよく、正弦波信号のピーク・トゥ・ピーク振幅は、１ボルトであってよい。本実施形態では、のこぎり歯信号の周波数は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）であってよく、正弦波信号の周波数は、１０ｋＨｚであってよい。正弦波信号などの第２の周期信号の周波数は、コントローラ４２０にトランスペアレントであるよう十分高く選定されてよい。
【００４５】
電圧信号７０２のプロットは、図２において詳述された振動走査パターン２０２の参照記号Ａ乃至Ｅに対応する参照記号Ａ乃至Ｅが付される。走査パターン２０２の振動パターン２０４は、例えば、本実施形態の正弦波信号などの第２の周期成分に基づく。
【００４６】
スキャナ４０４は、異なるパラメータに応答してワークピース１１０の前面１０８の少なくとも一部分に入射するイオンビーム１３０の振動の特性を調整しうる。１つのパラメータは、ワークピース１１０の前面に対するイオンビームの位置であってよい。
【００４７】
図８は、ワークピースの前面に対するイオンビームの位置に応じて変化するワークピース１１０の前面における他の走査パターン８０２を示す概略図である。走査パターン８０２は、任意のＹ値に対応するＸ１より大きいＸ位置に対して振動する。一例では、走査パターン８０２は、ＸおよびＺ軸により定められる平面と平行な水平面でイオンビーム１３０を走査するスキャナ４０４により生成され、その一方で、ワークピースは、ＸおよびＹ軸により定められる垂直面で駆動される。スキャナ４０４は、イオンビームを走査して＋Ｘ１位置を通り過ぎる際にイオンビームを振動させるので、振動パターン８０４が定められる。イオンビームが負のＸ方向に走査されて＋Ｘ１位置を通り過ぎる際、スキャナは、イオンビームを振動させることを停止走査パターン８０２を生成する。この走査パターン８０２を供給すべく、コントローラ４２０は、ワークピース１１０の前面に対するイオンビームの位置を表す信号を受信し、それに応じて走査信号発生器４２２を制御してよい。
【００４８】
図８の実施形態では、振動パターン８０４は、ワークピースに対するイオンビームの位置に応じて存在してもしなくてもよい。他の実施形態では、イオンビームの振動の特性は、位置に応じて異なるレベルに調整されうる。例えば、振動の振幅および周波数は、ワークピースに対するイオンビームの異なる位置に応じて異なるレベルに調整されうる。スキャナ４０４は、イオンビーム１３０のイオンビーム電流における変動に応じてワークピースの前面の少なくとも一部分に入射するイオンビーム１３０の振動の特性を調整してよい。
【００４９】
図９は、時間に対するイオンビーム１３０のイオンビーム電流のプロット９０２を示す。イオンビーム電流における変動の大きさおよび期間は、「イオンビームノイズ」とも呼ばれ、いくつかの例では、これらの変動は、所望のビーム電流９０４からプラスマイナス３０％上下してよい。ビーム電流センサ４４８は、エンドステーション１１４に配置されたセットアップファラデーセンサであってよく、ビーム電流を監視してよい。ビーム電流センサ４４８は、プロット９０２などのビーム電流を表す信号をコントローラ４２０に提供する。それに応じて、コントローラ４２０は、イオンビーム１３０の振動の特性を調整するようスキャナ４０４を制御する。異なる閾値を上回るイオンビームノイズを有するイオンビームに対し、スキャナ４０４は、振動の周波数および／または振幅を増加させることにより、ワークピース１１０の一部は、他パラメータはすべて等しい状態でイオンビームと接触する回数を増加させうる。異なる閾値より小さいイオンビームノイズを有する比較的ノイズが少ないイオンビームに対しては、スキャナ４０４は、振動の周波数および／または振幅を減少させ、および／または、この特長を完全に無効にする。
【００５０】
スキャナ４０４は、イオンビーム１３０のエネルギーに応答してワークピースの前面の少なくとも一部分に入射するイオンビーム１３０の振動の特性を調整しうる。ビームの振動の特性は、ビームの振動の周波数および振幅を含む。動作中、ユーザは、特定のエネルギーレベルを有するイオンビーム１３０の特定のタイプを指定するユーザインターフェースシステム４２４を介して特定の処方を入力してよい。それに応じて、コントローラ４２０は、イオンビームがワークピース１１０の前面に入射する場合に、当該イオンビームの所望の振動を提供するようスキャナ４０４を制御しうる。既知の空間電荷効果によりビーム「ブローアップ」をより起こしやすい低エネルギーイオンビームと比較して、高エネルギーイオンビームは、高度に集束されうる。したがって、より高度に集束されたイオンビームに関しては、振動パターンの周波数および／または振幅が増加しうる。
【００５１】
図１０は、本発明に従う振動パターン１００４を有する他の走査パターン１００２を示す。前述の走査パターンの実施形態と比較して、ワークピース１１０に対してイオンビームが参照記号Ａ、Ｂ、Ｃ間を移動する際、振動パターン１００４は、垂直のＹ方向に振動する。一実施形態では、走査パターン１００２は、２組の走査プレート（水平および垂直の走査プレート）を有し、イオンビームをＸおよびＹ方向に走査するスキャナにより得られる。ビームがＸ方向に走査される際、ワークピースは、Ｙ方向に駆動される。垂直走査プレートは、電圧信号を受信して走査イオンビームを垂直のＹ方向に振動させることにより、振動パターン１００４を提供する。説明を明確にすべく、走査パターン１００２は、ワークピースを２回しか横断していないように示しているが、実際には、走査パターン１００２は、ワークピースを多数回横断してよく、例えば、１回につきＹ軸方向に０．６３５ｍｍ進みつつ、ワークピースを４回横断してよい。
【００５２】
図１１は、本発明に従う、振動パターン１１０４を有するさらなる他の走査パターン１１０２を示す。図１０の走査パターンと比較して、ワークピース１１０に対して、イオンビームが参照記号Ａ、Ｂ、Ｃ間を移動する際、振動パターン１１０４は、垂直のＹ方向および水平のＸ方向の両方向に振動する。説明を明確にすべく、走査パターン１１０２は、ワークピースを２回しか横断しないように示しているが、実際には、走査パターン１１０２は、ワークピースを多数回横断してよく、例えば、１回につきＹ軸方向に０．６３５ｍｍ進みつつ、ワークピースを４回横断してよい。
【００５３】
有利なことに、イオンビームとワークピースとの間の相対運動により、ワークピースの前面の少なくとも一部分に振動パターンを有する走査パターンを生成するイオン注入装置が提供される。したがって、ワークピースの前面の少なくとも一部分は、他のパラメータはすべて同じである状態で、従来の走査パターンよりもイオンビームと接触する回数が増える。このことにより、イオンビームノイズの平均化がよくできることから、イオンビームノイズによってもたらされる悪影響は軽減される。いくつかの用途では、これによって、イオンビームのセットアップがゆるめられる間に許容されるイオンビームノイズのレベルに対し、より厳しい制約を設けることが可能になる。したがって、セットアップ時間をより短縮し、スループットをより向上させることができる。他のパラメータ(イオンビームノイズを含む)がすべて同じであることにより、振動走査パターンは、ワークピースにおける特定の位置がイオンビームと「接触する」回数を増やすことにより、均一性を向上させうる。このことは、ワークピースが走査イオンビームを通り過ぎる回数が比較的少ない高集束スポットビームおよびローパス注入に特に当てはまる。
【００５４】
さらに、同じような理由から、イオンビームがビーム電流センサに入射する際の走査イオンビームの振動は、ビーム電流センサの精度を高めうる。例えば、それに入射するイオンの品質に応じて電流読み出しを生成するファラデーセンサでは、従来の走査パターンに比べて、ファラデーセンサに入射する振動走査パターンにより電流読み出しの信号対ノイズ比が向上する。
【００５５】
これまで、少なくとも１つの例示的実施形態を説明してきたが、さまざまな変更、変形、および、改良が当業者によって直ちになされよう。そのような変更、変形、および、改良は、本開示の範囲内であると意図される。したがって、上記説明は、単なる例であって、限定を意図しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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