(57)【要約】【課題】プラズマ閉込チャンバーから引き出される引き伸ばされたイオンビームの密度プロファイルを選択的に調整するイオン源を提供する。【解決手段】本発明に係るイオン源２において、密度プロファイル制御装置は、縦長の引出開口部１８付近の複数の磁石対を含み、この引出開口部１８を通じてイオン源２からリボン形のイオンビームが引き出される。それぞれの磁石対は、引出開口部１８の上方および下方に配置された上側電磁石および下側電磁石（５０ａ、５０ｂ）を含み、引出前領域に調整可能な磁界を発生して、引き出されるリボン形イオンビームの密度プロファイルを調整する。
2005529453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムにイオンビームを供給するためのイオン源において、
縦方向に延在するチャンバー壁および縦方向に離れて配置された第１、第２端部壁を含むハウジングであって、前記チャンバー壁および前記端部壁がイオン源材料のイオン化により内部にプラズマを発生させるプラズマ閉込チャンバーを形成し、前記チャンバー壁には、該チャンバー壁を通じて前記プラズマ閉込チャンバーの引出前領域から前記ハウジングの外部まで半径方向に延在する縦長の出口開口部が形成されており、該出口開口部を通って前記プラズマ閉込チャンバーからイオンビームが引き出される前記ハウジングと、
前記プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導するための励起装置と、
前記引出前領域付近に配置され、縦方向に互いに離れて配置された複数の磁石対を含み、前記出口開口部付近の前記引出前領域に個別に調整可能な磁界を発生させて、前記プラズマ閉込チャンバーから引き出される引き伸ばされたイオンビームに関する密度プロファイルを選択的に調整する密度プロファイル制御装置と、
を含むことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記出口開口部付近の前記チャンバー壁の外側に配置された複数の引出電極をさらに含み、前記引出電極には、前記プラズマ閉込チャンバーから前記出口開口部を通じて引き伸ばされた前記イオンビームを引き出すための電界を発生させるように電圧が印加できることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記励起装置は、第１、第２端子を含んで前記プラズマ閉込チャンバーの胴体を通じて軸方向に延在するＲＦアンテナと、前記ＲＦアンテナに無線周波数で電圧を印加するためのＲＦ電源とを含み、
前記ＲＦ電源は、前記ＲＦアンテナの第１端子に電気的に接続される第１出力と前記第２端子に電気的に接続される第２出力とを含んでおり、前記ＲＦ電源と前記ＲＦアンテナとで前記ＲＦアンテナの露出部分に交流電流を供給する電気回路が形成されて、前記プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項４】
それぞれの前記磁石対は、前記出口開口部上方の前記ハウジング上に配置された第１磁石と前記出口開口部下方の前記ハウジング上に配置された第２磁石とを含み、前記第１磁石と前記第２磁石とが共に動作して、前記出口開口部付近の前記引出前領域に調整可能な磁界を発生させることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項５】
前記第１磁石は前記第２磁石に対向する第１の極性の磁極を含み、前記第２磁石は前記第１磁石に対向する前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を含んでおり、前記第１磁石と第２磁石とが共に動作して、前記出口開口部付近の前記引出前領域に前記第１磁石と前記第２磁石との間に延在する調整可能な磁界を発生させることを特徴とする請求項４に記載のイオン源。
【請求項６】
前記第１、第２磁石は、該第１磁石と第２磁石との間に調整可能な磁界が発生するように制御された方式で電流が導通される励磁巻線を有する電磁石を含むことを特徴とする請求項５に記載のイオン源。
【請求項７】
前記磁石対に接続され、前記磁石対の前記第１、第２磁石に制御された方式で電流を供給するように動作する電源と、
前記電源に接続され、前記磁石対に供給される電流を個別に制御するように動作して、前記磁石対により前記引出前領域に発生する磁界を、前記プラズマ閉込チャンバーから引き出される前記イオンビームに対する所望の密度プロファイルに従って個別に調整する制御システムと、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のイオン源。
【請求項８】
前記制御システムは、前記イオン注入システム内に配置されて前記イオンビームに関する実際の密度プロファイルを検出する複数のイオン検出器を含むことを特徴とする請求項７に記載のイオン源。
【請求項９】
前記イオン検出器は、ファラデーカップを含むことを特徴とする請求項８に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記イオン検出器が配置される位置は、引き出された前記イオンビームの全範囲に渡ることを特徴とする請求項８に記載のイオン源。
【請求項１１】
前記イオン検出器は、前記イオンビームを使用して注入される加工物付近に配置されることを特徴とする請求項８に記載のイオン源。
【請求項１２】
前記出口開口部付近の前記チャンバー壁の外側に配置された複数の引出電極をさらに含み、前記引出電極には、前記プラズマ閉込チャンバーから前記出口開口部を通じて引き伸ばされた前記イオンビームを引き出すための電界を発生させるように電圧が印加できることを特徴とする請求項６に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記励起装置は、第１、第２端子を含んで前記プラズマ閉込チャンバーの胴体を通じて軸方向に延在するＲＦアンテナと、前記ＲＦアンテナに無線周波数で電圧を印加するためのＲＦ電源とを含み、
前記ＲＦ電源は、前記ＲＦアンテナの第１端子に電気的に接続される第１出力と前記第２端子に電気的に接続される第２出力とを含んでおり、前記ＲＦ電源と前記ＲＦアンテナとで前記ＲＦアンテナの露出部分に交流電流を供給する電気回路が形成されて、前記プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導することを特徴とする請求項６に記載のイオン源。
【請求項１４】
イオン源のプラズマ閉込チャンバーから引き出される縦方向に引き伸ばされたイオンビームに関する密度プロファイルを選択的に調整するためのイオンビームの密度プロファイル制御装置であって、
前記密度プロファイル制御装置は、前記プラズマ閉込チャンバーの出口開口部付近に取付け可能な複数の磁石対を含み、前記磁石対は、縦方向に互いに離れて配置され、前記プラズマ閉込チャンバーの前記出口開口部付近の前記引出前領域に個別に調整可能な磁界を発生させて、前記プラズマ閉込チャンバーから引き出される引き伸ばされたイオンビームに関する密度プロファイルを選択的に調整することを特徴とする密度プロファイル制御装置。
【請求項１５】
それぞれの前記磁石対は、前記出口開口部の上方に配置された第１磁石と前記出口開口部の下方に配置された第２磁石とを含み、前記第１磁石と前記第２磁石とが共に動作して前記出口開口部付近の前記引出前領域内に調整可能な磁界を発生させることを特徴とする請求項１４に記載の密度プロファイル制御装置。
【請求項１６】
前記第１磁石は前記第２磁石に対向する第１の極性の磁極を含み、前記第２磁石は前記第１磁石に対向する前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を含んでおり、前記第１、第２磁石とが共に動作して、前記出口開口部付近の前記引出前領域内に前記第１磁石と前記第２磁石との間に延在する調整可能な磁界を発生させることを特徴とする請求項１５に記載の密度プロファイル制御装置。
【請求項１７】
前記第１、第２磁石は、該第１磁石と第２磁石との間に調整可能な磁界が発生するように制御された方式で電流が導通される励磁巻線を有する電磁石を含むことを特徴とする請求項１５に記載の密度プロファイル制御装置。
【請求項１８】
前記磁石対に接続され、前記磁石対の前記第１、第２磁石に制御された方式で電流を供給するように動作する電源と、
前記電源に接続され、前記磁石対に供給される電流を個別に制御するように動作して、前記磁石対により前記引出前領域に発生する磁界を、前記プラズマ閉込チャンバーから引き出される前記イオンビームに対する所望の密度プロファイルに従って個別に調整する制御システムと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の密度プロファイル制御装置。
【請求項１９】
イオン注入システムの引き伸ばされたイオンビームの密度プロファイルを制御する方法であって、
プラズマ閉込チャンバーの縦長の出口開口部付近に縦方向に互いに離れて配置されて、前記出口開口部付近の引出前領域に個別に調整可能な磁界を発生させる複数の磁石対を設けるステップと、
前記プラズマ閉込チャンバーから引き出されるイオンビームに関する密度プロファイルを選択的に調整するように、前記磁石対を使用して前記引出前領域の磁界を調整するステップと、
を含む方法。
【請求項２０】
それぞれの前記磁石対は、前記出口開口部の上方に配置された第１電磁石と前記出口開口部の下方に配置された第２電磁石とを含み、前記第１電磁石は前記第２電磁石に対向する第１の極性の磁極を含み、前記第２電磁石は前記第１電磁石に対向する前記第１の極性とは反対の第２の極性の磁極を含んでおり、
前記引出前領域の磁界を調整するステップは、前記第１電磁石と前記第２電磁石との間に調整可能な磁界を発生させるように、前記磁石対の前記第１、第２電磁石の巻線を通じて制御された方式で電流を供給することを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記巻線を通じて電流を供給することは、前記磁石対に接続されて前記第１、第２電磁石に制御された方式で電流を供給するように動作可能な電源を設けることを含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記引出前領域の磁界を調整するステップは、前記第１電磁石と前記第２電磁石との間にイオンビームの所望の密度プロファイルに従って調整可能な磁界を発生させるように、前記磁石対の前記第１、第２電磁石の巻線を通じて制御された方式で電流を供給することを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記引出前領域の磁界を調整するステップは、前記電源に接続され、かつ前記磁石対に供給される電流を個別に制御するように動作して前記磁石対により前記引出前領域に発生する磁界を所望の密度プロファイルに従って個別に調整する制御システムを設けることを含んでいる請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記引出前領域の磁界を調整するステップは、引き伸ばされた前記イオンビームに関する実際の密度プロファイルを測定することと、前記磁石対により前記引出前領域に発生する磁界を所望の密度プロファイルおよび実際の密度プロファイルに従って調整することを含んでいる請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、バッチ式イオン注入システムに関し、より詳しくは、イオン注入システムに制御可能な密度プロファイルを備えたイオンビームを供給するためのイオン源およびプロファイル制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムまたはイオン注入装置は、集積回路の製造やフラットパネルディスプレイの製造において、半導体に不純物をドーピングするために使用される。イオン注入システムでは、イオン源で所望のドーパント元素がイオン化され、イオン化されたドーパント元素は、所望のエネルギーのイオンビームとしてイオン源から引き出される。続いて、イオンビームは、加工物にドーパント元素を注入するために、半導体ウエハ等の加工物の表面に導かれる。ビーム中のイオンは、例えばウエハにトランジスタ素子を作製する場合には、加工物の表面を貫通して所望の導電率の領域を形成する。イオン注入処理は、通常、高真空の処理室内で実施され、それによって、残留ガス分子との衝突によるイオンビームの分散が防止されると共に、浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性が最小限に抑えられる。典型的なイオン注入装置には、イオンビームを発生するイオン源と、イオンビームを質量分析するための質量分析磁石を含むビームラインと、イオンビームが注入される半導体ウエハまたは他の基板を収容するターゲットチャンバーとが含まれる。ただし、フラットパネルディスプレイ用の注入装置には、通常、質量分析装置は含まれていない。高エネルギー注入システムでは、質量分析磁石とターゲットチャンバーとの間に、イオンを高エネルギーに加速するための加速装置が設けられている。
【０００３】
一般的なイオン源にはプラズマ閉込チャンバーが含まれており、このプラズマ閉込チャンバーは、イオン化してプラズマにするガスを導入する入口開口部と、イオンビームを引き出してプラズマを形成するための出口開口部とを有している。ガスの一例はホスフィンである。ホスフィンは、例えば高エネルギー電子または高周波（ＲＦ）エネルギー等のエネルギー源に曝されると、加工物へのドーピング用の正に帯電したリンイオン（Ｐ+）と、水素イオンに解離する。通常、ホスフィンはプラズマ閉込チャンバーに導入され、次いで、エネルギー源に曝されてリンイオンと水素イオンの両方が生成される。このプラズマには、加工物に注入するための所望のイオンと共に解離およびイオン化処理の副産物である不要なイオンも含まれている。次に、リンイオンと水素イオンは、電圧が印加された引出電極を含む引出装置の使用により出口開口部を通じて引き出され、イオンビームが形成される。イオン源ガスを構成する他の典型的なドーパント元素の例は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）である。
【０００４】
注入イオンの線量およびエネルギーは、所定の用途に応じた望ましい注入処理によって様々である。イオン線量によって、所定の半導体材料に注入されるイオンの濃度が制御される。典型的には、高線量注入には高電流注入装置が使用され、低線量の用途には中電流注入装置が使用される。イオンエネルギーは、半導体素子の接合深度を制御するために使用され、注入されるイオンの深さがイオンビーム中のイオンのエネルギーレベルによって定まる。半導体素子の微細化が進むにつれて、ビームライン構造体には、高ビーム電流を低エネルギーで供給することが要求されている。高ビーム電流によって必要な線量レベルが達成され、低エネルギーによって浅い注入が可能になる。加えて、半導体素子の複雑化が進むにつれて、注入の均一性を入念に制御することが要求されている。
【０００５】
イオン源でのイオン化処理は、電子を励起し、イオン源のチャンバー内でその電子をイオン化材料と衝突させることによって達成される。従来、この励起は、熱陰極またはＲＦ励起アンテナを使用して達成されてきた。熱陰極が加熱されると電子を放出し、次いで、その電子がイオン化処理のために十分なエネルギーまで加速される。一方、ＲＦアンテナは、イオン化処理を持続するために十分なエネルギーまでプラズマ電子を加速する電界を発生させる。このアンテナは、イオン源のプラズマ閉込チャンバー内に露出している場合もあり、あるいは、誘電体ウィンドウで分離されてプラズマチャンバーの外部に配置される場合もある。アンテナには、ＲＦ交流電流が印加されるため、プラズマ閉込チャンバー内には時間変動する磁界が誘導される。この磁界によって、今度は、イオン源のチャンバー内に自然発生している自由電子が占める領域に電界が誘導される。これらの自由電子は、誘導電界によって加速されてイオン源のチャンバー内のイオン化材料と衝突し、その結果、イオンチャンバー内にアンテナ中の電流に対してほぼ平行かつ反対方向のプラズマ電流が生じる。次いで、小さな出口開口部付近に配置された１つまたは複数の引出電極によりプラズマチャンバーからイオンを引き出すことができ、それによって、（加工物のサイズに対して）小さな断面を有するイオンビームが供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多くのイオン注入システムでは、ウエハターゲット上で所望の注入処理を実施するために、機械的走査または磁気的走査あるいはその両方を通じて円筒形のイオンビームがウエハターゲット上に与えられる。バッチ式注入装置では、複数のウエハが注入経路を横切るように制御されて回転し、それらのウエハに対して同時に注入処理が実施される。イオンビームは、イオン源の引出開口部、次いで、質量分析装置、分解開口部、四重極磁石、およびイオン加速装置等からなる整形装置に従って整形され、（加工物のサイズに対して）小さな断面を有するイオンビームが１つまたは複数のターゲットウエハに供給される。走査は、ビームまたはターゲットあるいはその両方が相対的に移動することによって実施される。しかしながら、このような注入システムの複雑性を低減するためには、走査機構を削減し、引き伸ばされたリボン形イオンビームを供給することが望ましい。縦方向に十分な長さを有するリボン形ビームの場合、機械的または磁気的なラスタ方式の走査装置を追加することなく、１回の機械的走査を使用してウエハ全体に注入することができる。したがって、このようなイオン注入装置で使用するために、縦方向の密度プロファイルが均一な引き伸ばされたイオンビームを供給するリボン形ビーム用イオン源を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、イオン源および引き伸ばされたイオンビームの密度プロファイルを制御または調整するための制御装置に関する。この制御装置によって、所望の密度プロファイルの形成、または、イオン注入装置のイオン源以外の構成要素における非均一性の補償、あるいはその両方を実施するために、イオン源においてリボン形イオンビームを微調整または修正（tailoring）することができる。制御装置は、縦長の引出用出口開口部付近の複数の磁石対を含み、この出口開口部を通ってイオン源のプラズマ閉込チャンバーからリボン形ビームが引き出される。一例として、それぞれの磁石対は、出口開口部のいずれかの側に配置された電磁石を含み、引出前領域に調整可能な磁界を発生して、引き出されるイオンビームの密度プロファイルを調整するものである。引き伸ばされたリボン形ビームは、次いで、１回の機械的走査による半導体ウエハの注入に使用することができ、注入システムが簡素化される。一実施形態では、本発明を使用して最大で４００ｍｍの長さを有するリボン形ビームを供給することができ、それによって、３００ｍｍの半導体ウエハ加工物の注入を１回の走査で容易に実施することができる。
【０００８】
本発明の一態様では、イオン源は、略円筒形かつ縦長のハウジングを備え、ハウジングは、プラズマ閉込チャンバーを形成するチャンバー壁を有している。プラズマ閉込チャンバーは、プラズマ閉込チャンバーから引出前領域までハウジングの外部へ向けて延在する縦長の出口開口部を含み、この出口開口部を通ってプラズマ閉込チャンバーからイオンビームが引き出される。引出前領域付近には密度プロファイル制御装置が設けられ、密度プロファイル制御装置は、縦方向に互いに離れて配置された複数の磁石対を含み、出口開口部付近の前記引出前領域に個別に調整可能な磁界を発生させるものである。この磁界が個別に変動可能であることによって、引き出されるイオンビームに関する密度プロファイルを選択的に調整することができる。
【０００９】
それぞれの磁石対は、出口開口部上方のイオン源ハウジング上に配置された第１磁石と、出口開口部下方のハウジング上に配置された第２磁石を含む。第１磁石は、一方の極性を有して第２磁石に対向する磁極を備え、第２磁石は、反対の極性を有して第１磁石に対向する磁極を備えており、これによって、それぞれの磁石対の２つの磁石が共に動作して、出口開口部付近の引出前領域に調整可能な磁界を発生させる。一実施形態では、磁石対は、電流が導通される励磁巻線を有する電磁石を含み、第１磁石と第２磁石との間に調整可能な磁界を発生させる。制御装置は、磁石対の第１、第２磁石に制御された方式で電流を供給する電源と、磁石対に供給される電流を個別に制御するための制御システムとをさらに含んでいる。このようにして、それぞれの磁石対により引出前領域に発生する磁界は、プラズマ閉込チャンバーから引き出されるイオンビームの所望の密度プロファイルに応じて調整または変動させることができる。
【００１０】
本発明の別の態様には、イオン注入システム中の引き伸ばされたイオンビームに関する密度プロファイルを制御するための方法が含まれる。この方法は、プラズマ閉込チャンバーの出口開口部付近に縦方向に互いに離れて配置された複数の磁石対を設けるステップと、これらの磁石対を使用して引出前領域の磁界を調整するステップとを含む。このようにして、引き出されるイオンビームに関する密度プロファイルを調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記目的および関連する目的を達成するために、以下の説明および添付図面には、本発明の特定の例示的な態様および実施形態が詳細に記載されているが、これらは、本発明の原理を使用可能な様々な態様のごく一部を示すものである。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面と共に考慮することによって、明らかになるであろう。
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。全体を通じて、同様の構成要素には同様の符号を付して参照する。本発明は、イオン注入システムにおいて、密度プロファイルの制御が可能でありかつイオン源内の電離プラズマの均一性を改善する他の新規な特徴を有する、引き伸ばされたイオンビームを生成するためのイオン源装置を提供する。以下、本発明の様々な態様のうちの一実施形態を図示および説明する。しかし、それらの図および説明は例示的なものであって、本発明の１つ以上の態様または新規な特徴は、ここに図示および説明するシステムとは異なるシステムにおいて実施することもできる。
【００１３】
まず、図１Ａ〜図１Ｃ、および図２Ａを参照すると、本発明に係るイオン源２が示されており、このイオン源は、イオン注入システムで使用するための引き伸ばされたリボン形ビームを生成するために使用することができる。このイオン源は、ハウジング４を含み、このハウジングによって、縦軸８に沿って配置された縦長の略円筒形を有するプラズマ閉込チャンバー６が形成され、その内部でホスフィン（ＰＨ３）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）等のイオン源材料（図示せず）をイオン化することによりプラズマが発生する。ハウジング４は、第１端部１４と第２端部１６との間に縦方向に延在する略円筒形の導電性チャンバー壁１０を含んでおり、このチャンバー壁は、縦方向に延在する細長い出口開口部または引出スリット１８を備え、この出口開口部を通じてプラズマからイオンビームを引き出すことができる。開口部１８によって、引出装置の作用がチャンバー６に閉じ込められたプラズマに及び、そこから相当の長さ（例えば、４００ｍｍ）を有するリボン形のイオンビームを引き出すことができる。
【００１４】
本発明の一態様では、イオン源２におけるプラズマの均一化を促進するために、チャンバー６内でプラズマの同軸励起が実施される。この目的のために、図示されたイオン源２では、第１端子２０ａおよび第２端子２０ｂを含み、縦軸８に沿って同軸に配置されたアンテナ２０が使用される。アンテナ２０と導電性チャンバー壁１０とを同軸または同心に配置することによって、プラズマのイオン源２の縦方向の長さに沿った均一化が促進される。第１端子２０ａは、第１端部１４においてプラズマ発生用高周波（ＲＦ）電源２２に接続され、第２端子２０ｂは、第２端部１６の終端点２１においてチャンバー壁１０に電気的に接続される。端子２０ａ、２０ｂは、それぞれキャパシタ２４ａ、２４ｂを使用してＡＣ結合されている。
【００１５】
チャンバー６は、アンテナの内側部分とキャパシタ２４との間のブッシング２７を使用して真空状態に維持される。アンテナ２０は、インダクタンスＬを有し、キャパシタ２４と共に共振回路を形成してイオン源ガスをＲＦ励起し、チャンバー６内にプラズマを発生させる。ここで、ＲＦ電源２２の出力の一方は、アンテナの端子２４ａに接続され、他方は、チャンバー壁１０の第１端部１４において終端点２３に接続される。このようにして、ＲＦ電源２２、アンテナ２０、キャパシタ２４、および導電性のチャンバー壁１０は、ほぼ同軸の電気回路を形成し、アンテナ２０の露出部分に交流電流を導通させて、プラズマ閉込チャンバー６内にイオン化電界を誘導する。
【００１６】
アンテナ２０の端子２０ａ、２０ｂ間の中央部分は、軸８に沿って縦方向に延在し、チャンバー６内にエネルギーを放出する。アンテナ２０を導通するＲＦ交流電流によって、プラズマ閉込チャンバー６内に時間変動する磁界が発生する。この磁界によって、チャンバー６内の自然発生している自由電子が（初期的に）占める領域に電界が誘導されて、それらの自由電子が加速される。次いで、加速された電子がイオン化材料に衝突する結果、より多くの電子が発生し、それらの電子もＲＦ電界によって加速されてプラズマが確立する。定常状態において、ＲＦ誘導によるイオン化は、不完全な閉込の結果として生じるチャンバー壁へのプラズマ損失および他の損失機構を補償するものである。チャンバー６内のプラズマ電流は、アンテナ２０中の電流に対してほぼ平行かつ反対方向である。例示されたイオン源２は、円筒形のプラズマ閉込チャンバー６を含むものであるが、本発明の範囲内において他の縦長の略円筒形を使用することもできる。本明細書で使用される「略円筒形」という用語は、引き伸ばされたリボン形イオンビームを引き出すために均一にプラズマを励起する同軸の励起アンテナを配置可能な他の縦長の形状を含むものである。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂには、イオン源２の一実施形態が示されており、このイオン源には縦方向に延在する永久磁石４０が配置されて、チャンバー６内にプラズマ閉込用の複数の尖点を有するカスプ磁界が形成される。図１Ｃ〜図５には、イオン源２の別の実施形態が示されており、このイオン源では、円周方向に延在する永久磁石４６を使用して、チャンバー６内に方位角方向の閉込磁界が形成される。以下に詳述するように、このようなプラズマ閉込磁界をチャンバー６の内壁付近に発生させて、対象とするプラズマをチャンバー６内の特定の領域に閉じ込めることができる。次いで、プラズマからのイオンは、出口開口部１８付近に配置された１つまたは複数の引出電極２６ａ〜２６ｅ（図１Ｂおよび図１Ｃ）によって、引出前領域５６から引き出すことができ、それによって、ほぼリボン形のイオンビームが形成される。ここで、電極２６には、電源２８を使用して電圧が印加される。
【００１８】
電極２６には縦長の引出スリット３０が含まれており、それを通じてビームを引き出すことによって、大きな縦横比を有するリボン形のビームが形成される。本発明において、任意の適切な引出装置を使用することができる。また、引出電極２６とスリット３０は、必ずしも実際の縮尺通りには図示されていない。さらに、アンテナ２０のインダクタンスＬとキャパシタ２４のキャパシタンスは、任意の適切な無線周波数（ＲＦ）で共振条件を満たすように選択することができ、本発明の様々な態様を実行するために任意の従来のＲＦ電源２２を使用することができる。
【００１９】
図２Ｃ〜図２Ｆに示すように、本発明において、アンテナ２０と電源２２との容量結合は、様々な態様で実現することができる。図２Ｃ（図１Ｃと同様の例）は、その一構成例を簡略に示す図であり、図２Ｄはこの構成を図式的に示す図である。この構成は、アンテナの中央部分をＲＦグランドに非常に近い状態（仮想グランド）で動作させることが可能である点で有利なものである。これによって、プラズマへの電力結合の均一性が増大する。したがって、このアンテナ構成によれば、プラズマチャンバー６の縦方向の長さに沿って十分な量の電離プラズマが確実に得られるため、容易に均一なビームを引き出すことができる。また、図２Ｃおよび図２Ｄにおいて、アンテナ２０からグランドへの直流経路は存在しないため、イオン源２における望ましくないプラズマ電流の減衰が防止される。別の可能な構成が図２Ｅおよび図２Ｆに示されており、この構成では、第１端部１４に１つのキャパシタ２４が備えられ、アンテナ２０の第２端子２０ｂは、チャンバー壁１０の第２端部１６に（例えば溶接によって）接地されている。本発明の範囲内において、ここに図示および説明されたものとは異なる他の構成も可能である。
【００２０】
再び図１Ｃおよび図２Ａを参照すると、図示されたイオン源２には、さらに内張り３２が含まれ、ハウジング４に対する円筒形の内壁として、閉込チャンバー６内のプラズマと導電性のチャンバー壁１０との間の断熱壁を形成する。プラズマは、チャンバー６内のプラズマの励起によって加熱される。従来、プラズマチャンバーの内壁は、縦方向に延在する永久磁石が正常に動作可能なように、比較的低温に維持されていた。しかし、チャンバー壁とプラズマとの間のこの温度勾配は、凝縮の要因となる。イオン源の使用後に、そのイオン源を別の注入化学種用に変更すると、以前のイオン源ガスから凝縮した材料が汚染物質として残留することになる。本発明では、内張り３２によって、チャンバー６内部のガス温度を上昇させることができる（例えば、３１５．６°Ｃ（華氏６００度））ため、このような凝縮を緩和することができる。
【００２１】
この点に関して、導電性のチャンバー壁１０は、アルミニウムから形成され、一方、内張り３２は、好ましくはタングステンまたは他の同様の材料からなるものである。チャンバー６は真空状態で動作するため、内張り３２とチャンバー壁１０との間の熱結合は非常に小さく、したがって、それらの間の熱伝導率は非常に小さい。例えば、イオン源材料としてヒ素を用いた場合、ヒ素は気体として維持され、内張り３２上に凝縮することはない。内張り３２には、他の材料を使用することもできる。しかし、タングステンの質量は、典型的な注入材料よりもはるかに大きく、その結果、後の質量分析によって分離され、最終的な注入ターゲット上に与えられるビームを汚染する可能性が低いため、図示されたイオン源２では、タングステンを使用している。
【００２２】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、イオン源２は、縦方向に延在する永久磁石４０を含んでいてもよく、これらの永久磁石は、交互に配置されたＮ極面およびＳ曲面が内張り３２の内面にほぼ揃えられて、円周方向に互いに約４５度の角度４２をおいて配置されている。磁石４０ａは、チャンバー６の内側にＮ極を向け、磁石４０ｂは、チャンバー６の内側にＳ極を向けている。このような配置により、縦方向に延在する永久磁石４０は、図１Ａに示すような、複数の尖点を有するカスプ磁界４４を形成する。磁界４４は、ほぼ内張り３２の内壁付近に集中し、それによって電離プラズマを内張り３２から遠ざけるように閉じ込め、その結果、電離プラズマのプラズマチャンバー６の中心方向に向けた濃縮または半径方向の閉込が達成される。以下に詳述するように、イオン源２には、複数の電磁石対５０も含まれ、これらの電磁石対は、チャンバー６の引出前領域５６に個別に調整可能な磁界を発生させて、イオン源２から引き出されるビームの密度プロファイルを制御するものである。
【００２３】
ここで、図１Ｃ、図２Ａ、および図２Ｂを参照すると、円周方向に延在する複数の永久磁石４６を使用して、内張り３２の内面の近くに方位角方向の閉込磁界を形成する本発明の別の態様が示されている。複数の永久磁石は、チャンバー６の軸８から半径方向に離れた位置に、縦方向に互いに離隔させて配置されており、磁石４６ａは軸８方向にＮ極を向け、磁石４６ｂは軸方向にＳ極を向けている。磁石４６は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、反対の極性を有して隣接する対を形成するように構成されている。これらの隣接対は、プラズマ閉込チャンバー６内にプラズマを閉じ込めるために、内張り３２付近に方位角方向の磁界４８を形成する。磁石４６は、チャンバー６の（例えば、軸８に沿った）中央部に相対的に弱い磁界を発生させ、内張り３２付近に相対的に強い磁界を発生させる。このようにして、内張り３２の縁部から軸８へ大きな勾配が形成される。この勾配は、円筒形のチャンバー６の中央部付近ではプラズマを自由に移動させる一方、内張り３２から離れて中央部に向かってプラズマ閉じ込める傾向を有する。チャンバー６の中央部において自由に移動できることは、イオン源２の縦方向の長さに沿ったプラズマの均一性を増大させる点で有利なものである。
【００２４】
ここで、図１Ａおよび図１Ｂに示す縦方向に延在する磁石４０の角度方向の配置方法（約４５度の角度４２）は、図示されたイオン源２において対称的である。出口開口部１８付近を除く周囲の大部分における磁石４０間の角度は、より小さくすることができる。引出部にカスプ磁界４４が割り込むことによって引き起こされる非対称性は、イオン源２の中央部に向けて大きな磁界が侵入することの原因となる。したがって、縦方向に延在する閉込用磁石４０のピッチは限定される。しかし、図１Ｃ〜図５に示す円周方向に延在する磁石４６の数および互いの近さに制限はない。したがって、本発明に従って任意の数のこのような磁石４６を設けることができ、それによって、イオン源２の内部に任意の所望の閉込磁界のプロファイルを得ることができる。その結果、磁石４６を使用して、磁界勾配が内張り３２付近で任意の所望の値になるように設計することができる。したがって、図示の例には、このような磁石４６を１６個有するものとして示しているが、本発明の範囲内で任意の数のこのような磁石の使用を検討することが可能であり、それによって、特に出口開口部１８付近において、より良好な閉込制御を達成することができる。さらに、図示の例では、内張り３２の全周を囲むように延在するものとして示しているが、本発明の範囲内で、磁石４６の他の構成（図示せず）を検討することもできる。
【００２５】
ここで、図３Ａ、図３Ｂ、図５を参照すると、本発明の別の特徴として、プラズマ閉込チャンバー６から引き出された縦方向に引き伸ばされたイオンビームに関連する密度プロファイルを選択的に調整するための制御装置６０が備えられている。本発明の密度プロファイル調整機能は、任意のリボン形ビーム用イオン源と共に使用することができ、そのようなイオン源には本明細書に図示および記載されたものが含まれるが、それに限定されるものではない。さらに、本発明において、プロファイル調整機能は、上述した同軸励起および／または方位角方向の閉込機能とは別個に使用することも、または、それらの機能と組み合わせて使用することもできる。制御装置６０は、イオン源２から引き出されるリボン形ビームが通過する引出開口部１８および引出前領域５６付近の複数の磁石対を含む。
【００２６】
それぞれの磁石対は、励磁巻線を有する上側電磁石５０ａと下側電磁石５０ｂとを含み、この巻線には、磁石５０ａと磁石５０ｂとの間に調整可能な磁界５２を発生させるように制御された方式で電流を導通させることができる。磁石５０ａおよび磁石５０ｂは、出口開口部１８のいずれかの側に配置されて、出口開口部１８付近のチャンバー６内の引出前領域５６に調整可能な磁界５２を発生し、引き出されたリボン形ビームの密度プロファイルを調整するものである。電磁石５０には、第１の磁石５０ａが第１の極性（例えば、図示の例ではＮ極）を有する磁極を第２の磁石５０ｂに対向させ、第２の磁石５０ｂが反対の第２の極性（Ｓ極）を有する磁極を第１の磁石５０ａに対向させるように、電流が流される。このようにして、それぞれの磁石対の磁石５０ａと磁石５０ｂとが共に動作して、引出前領域５６に調整可能な磁界５２を発生させる。磁石対５０ａ、５０ｂは、イオン源２のハウジング４上に配置されているが、本発明の範囲内で、引出電極２６付近の引出前領域内に選択的に変動または調整可能な磁界を発生させる他の配置を検討することもできる。
【００２７】
例示されたイオン源２には、このような磁石対５０が８個示されていが、本発明に従って、任意の数のこのような磁石対５０を設けることができる。さらに、リボン形ビームのプロファイルを制御するための複数の調整可能な磁界が得られる他の種類の磁石（例えば、永久磁石）を使用してもよい。図３Ａおよび図５に示すように、それぞれの磁石対５０に関連する磁界５２は、制御システム６２を使用してそれぞれの電磁石５０に関連する巻線を励磁する直流電源６４に制御信号を供給することによって、個別に調整することができる。制御システム６２は、電源６４に接続されており、磁石対により引出前領域５６に発生する磁界を、引き出されるイオンビームの所望の密度プロファイルに従って個別に調整するために、磁石対に供給される電流を個別に制御するものである。個別の磁界５２を制御することによって、引出前領域５６で得られる電離プラズマの量を選択的に制限することが可能となり、これによって、所定の磁石対５０に関連する磁界を増大することによって、チャンバーのその磁石対付近から流れ出るプラズマの量を低減することができる。
【００２８】
このように、図示された実施形態では、イオン源２の縦方向の長さ（すなわち、結果として生じるリボン形ビームの幅）は、８つの部分またはスライス部分に区分され、それぞれの部分が磁石対５０ａ、５０ｂに関連している。出口開口部１８からのプラズマの流量をそれぞれのスライス部分に対して選択的に制限できることによって、ビームが引出前領域５６においてプラズマチャンバー６から引き出される際に、形成されるビームの密度プロファイルを制御することができる。この制御は、周知の制御アルゴリズムを使用して、イオン源２における所望の密度プロファイル、または、下流の注入ターゲット（図示せず）における所望の密度プロファイルに応じて実施することができる。周知の制御アルゴリズムには、フィードバック制御、フィードフォワード制御、予測制御、およびその他が含まれるが、これらに限定されるものではない。これらの制御は、例えば、イオン源２または注入システム全体内の後続の（例えば、下流側の）装置における非均一性を補正または補償するために使用することができる。例えば、引出前領域５６における均一性が許容範囲内である場合でも、イオン源２とターゲットウエハまたはフラットパネルディスプレイ（図示せず）との間で、後続する質量分析段階または加速段階における非均一性を補償するために、磁石対５０ａ、５０ｂの一部またはすべてを使用することができる。この点に関して、制御システム６２は、さらに、ファラデーカップのようなイオン検出器を含んでいてもよく、イオン検出器は、引出前領域５６付近または注入される加工物（図示せず）付近あるいはその両方に配置されていてもよい。
【００２９】
このように、イオン源２および密度プロファイル制御装置６０を使用する注入システムは、適切なセンサおよびフィードバック装置を備え、ビームがターゲット加工物に与えられる際に、そのビームプロファイルを測定して対応する測定信号を制御システム６２に供給するものであってもよい。次いで、制御システム６２は、加工物における所望のプロファイルからの偏差を補正または補償するために、（例えば、電源６４を使用することにより）電磁石５０を励磁するための適切な調整を実施することができる。あるいは、電源６４は手動で調整可能なものであってもよく、さらに、それぞれの磁石対に対して個別の出力を備えた単一の電源に組み込まれていてもよい。また、それぞれの磁石対の磁石５０ａおよび５０ｂは同一の電流により励磁され、それぞれの磁石対に対して単一の（例えば、調整可能な）電源を使用するものであってもよい。
【００３０】
ここで、図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、プロファイル制御装置６０の動作がより詳細に示されており、電磁石のそれぞれ異なる調整レベルにおけるイオン源２の２つのスライス部分または縦方向部分が断面図で示されている。図４Ａには、第１レベルに励磁された磁石５０ａ’、５０ｂ’を含む磁石対が示されており、これによって、引出電極２６によるチャンバー６からのイオンの引出に対して第１レベルの制限が設定されている。異なる磁界強度を有する４つの領域７１、７２、７３、７４に対して等磁界線が描かれており、ここで、内張り３２に近い領域７１には相対的に強い磁界が発生し、領域７２から領域７３、領域７４へと次第に磁界強度が低下している。上述したように、領域７２〜７４の磁界強度は、円周方向の閉込磁石４６によって発生する方位角方向の磁界と、図４Ａに示すスライス部分の電磁石５０ａ’、５０ｂ’によって発生する制御磁界５２との累積による結果である。磁界が最も弱い場所（例えば、領域７４）では、チャンバー６内の電離プラズマの密度が最大になるため、プラズマ密度が最大なのは領域７４であり、一方、プラズマ密度が最小なのは内張り３２に近い領域７１である。
【００３１】
チャンバー６内の電離プラズマは、領域７４の磁界強度が最も低いため、領域７４において最も自由に移動可能となり、一方、外側の領域７１には、電離プラズマは殆どあるいは全く存在しない。図４Ａにおいて、電磁石５０ａ’、５０ｂ’は、比較的高いレベルに励磁され、引出前領域を通じて引出電極２６に流入するイオンの流量を制限している。したがって、引き出されるイオンビームのスライス部分８０’には、主として領域７３からイオンが引き出される。しかし、本発明によれば、リボン形ビーム８０の縦方向の長さに沿った他のスライス部分には、異なる調整を実施することができる。ここで、図４Ｂを参照すると、イオン源２の隣接するスライス部分が断面図で示されており、ここでは、電磁石５０ａ”、５０ｂ”は、より低いレベルに励磁されて、引出前領域５６に設定されるイオン引出への制限は弱くなっている。図４Ｂから分かるように、引き出されるイオンビームのスライス部分８０”には、磁界強度がより低い領域７４からイオンが引き出される。本発明では、プロファイル制御装置６０の複数の磁石対に対する相対的な励磁レベルの任意の組合せを実施することができる。さらに、そのような磁石対を任意の個数だけ設けることができ、それによって、任意の所望のビーム密度プロファイルを実現するものである。
【００３２】
図５を参照すると、イオン源２が簡略化されて示されており、分かり易くするために、電源および制御システムのような詳細の図示は省略されている。イオン源２は、大きな縦横比の長さ８２および幅８４を有する引き伸ばされたリボン形ビーム８０を供給する。ビームは、制御装置６０の８対の磁石対５０ａ、５０ｂによって８つの部分またはスライス部分に区画化され、それによって、ビーム８０の密度プロファイルは、特定の用途に応じて適合化される。一実施形態では、ビームの長さ８２は約４００ｍｍであり、３００ｍｍのウエハターゲットまたはフラットパネルディスプレイを容易に１回の走査で注入することができる。しかし、本発明の範囲内で任意の所望のビームの長さ８２が可能である。さらに、イオン源ハウジング４の出口開口部１８のサイズ、および、引出電極２６のスリット３０のサイズを適切に設定することによって、任意の所望の幅８４を達成することもできる。さらに、引出電極２６は任意の適切な方式で実装することができ、例えば、引出電極２６は５枚である必要はない。また、図示された電極２６は必ずしも実際の縮尺に従って描かれたものではない。
【００３３】
以上、本発明を特定の態様および実施形態に関連させて図示および説明してきたが、本明細書および添付された図面の理解に基づいて、当業者が同等な変更および修正に想至し得ることは理解されるであろう。特に、上述した構成要素（組立体、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する上述した構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものと意図されている。この点に関して、本発明は、本発明の様々な方法のステップを実施するためのコンピュータで実行可能な指令を有するコンピュータで読取り可能な媒体を含むものである。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、の所定のまたは特定の用途のために望ましくかつ有利であるように、そのような特徴を他の態様の１つまたはそれ以上の特徴と組み合わせることもできる。さらに、用語「含む（include）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有している（having）」、及びそれらの変化形が発明の詳細な説明または請求項で使用されている範囲に関して、これらの用語は、用語「含んでいる（comprising）」と同様な意味で包含的なものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一態様に従って、同軸誘導励起アンテナを有する例示的なイオン源を断面で示す端部立面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、出口開口部付近に配置された一連の引出電極を備えた図１Ａのイオン源を断面で示す別の端部立面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明に従って、同軸誘導励起アンテナを有する別の例示的なイオン源を断面で示す端部立面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ｃの２ａ−２ａ線に沿った断面で示す底部平面図であり、本発明の別の態様に従って、同軸誘導励起アンテナとチャンバー内に方位角方向の磁界を発生させるための円周方向に配置されたプラズマ閉込磁石構成とを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ｃの２ｂ−２ｂ線に沿った断面で示す底部部分平面図であり、プラズマ閉込チャンバー内のプラズマ閉込磁石と方位角方向の磁界をより詳細に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の別の態様に従って、両端で容量結合された同軸励起アンテナの一実施形態を断面で示す簡略化された底部平面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃの同軸励起アンテナの電気回路を図式的に示す簡略化された底部平面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、一端で容量結合された同軸励起アンテナの別の例示的な実施形態を断面で示す簡略化された底部平面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図２Ｅの同軸励起アンテナの電気回路を図式的に示す簡略化された底部平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１Ｃの３ａ−３ａ線に沿った断面で示す底部平面図であり、本発明の別の態様に従って、イオン源のプラズマ閉込チャンバーから引き出される縦方向に引き伸ばされたイオンビームに関する密度プロファイルを選択的に調整するための密度プロファイル制御装置を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのイオン源を断面で示す端部立面図であり、密度プロファイル制御装置により発生する調整可能な磁界を示す図である。
【図４Ａ】図３Ａのイオン源を断面で示す端部立面図であり、密度プロファイル制御装置の２つの異なる設定のうちの１つに対してプラズマ閉込チャンバー内の等磁界線を示す図である。
【図４Ｂ】図３Ｂのイオン源を断面で示す端部立面図であり、密度プロファイル制御装置の２つの異なる設定のうちの別の１つに対してプラズマ閉込チャンバー内の等磁界線を示す図である。
【図５】図５は、本発明に従って、例示的なイオン源とイオン源から引き出された引き伸ばされたリボン形イオンビームを示す簡略化された透視図である。
2005529453.tif 000003
【図１Ｂ】
2005529453.tif 000004
【図１Ｃ】
2005529453.tif 000005
【図２Ａ】
2005529453.tif 000006
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2005529453.tif 000009
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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2005529453.tif 000013
【図４Ａ】
2005529453.tif 000014
【図４Ｂ】
2005529453.tif 000015
【図５】
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【国際調査報告】
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