(57)【要約】【解決手段】イオン注入システムとそのビームラインアセンブリを備えており、マルチカスプ磁界がビームガイドに供給され、このビームガイドは進行波にマイクロ波電界をビームガイド通路に沿って供給している。磁界と電界は相互作用して、ビームガイド通路へのビーム封じ込めのために電子サイクロトロン共鳴状態を供給する。【選択図】図１Ａ
2007500430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径路に沿ってイオンビームを発生させるためのイオン源と、
このイオン源から下流位置に配置されるビームラインアセンブリと、
前記径路に沿うビームガイドアセンブリから下流位置に配置され、イオンビームを用いて注入するために前記径路に沿ってウエハを支持するようになっているエンドステーションと、を含むイオン注入システムであって、
前記ビームラインアセンブリが、
前記径路に沿ってイオンビームが移動する通路を形成する少なくとも１つの壁を有するビームガイドと、
前記ビームガイドの通路にマルチカスプ磁界を与えるための磁気装置と、
前記ビームガイドの通路内にマイクロ波電界を供給するために前記ビームガイドに連結され、前記マイクロ波電界と前記マルチカスプ磁界が、前記ビームガイドの通路内にイオンを封じ込めるようにする電源と、
を備えていることを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
前記マルチカスプ磁界を与える装置は、前記通路の少なくとも一部分に沿って取付けられた複数の磁石からなることを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記複数の磁石は、少なくとも１つの前記ビームガイドの壁の外表面に沿って取付けられていることを特徴とする請求項２記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記ビームラインアセンブリは、ビームガイドの一部を貫通する質量分析器を含み、該質量分析器は、イオン源からイオンビームを受け入れ、所望の電荷質量比のイオンを前記径路に沿って前記エンドステーションに向けて指向させることを特徴とする請求項３記載のイオン注入システム。
【請求項５】
マイクロ波電界とマルチカスプ磁界は、前記質量分析器を貫通するビームガイドの通路の少なくとも一部分にイオンビームを封じ込めることを特徴とする請求項４記載のイオン注入システム。
【請求項６】
マイクロ波電界とマルチカスプ磁界は、前記通路の少なくとも一部に沿って、電子サイクロトロンの共振状態を与えることを特徴とする請求項５記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記ビームガイドは、前記ビームガイドの通路内に前記マイクロ波電界を維持するための１つの導波管として動作することを特徴とする請求項７記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記ビームガイドは、頂部壁、底部壁、及び第１、第２の対向する側壁とを含み、前記頂部壁、底部壁、及び側壁は、イオン源に近接する入口端から前記エンドステーションに近接する出口端に伸びて、前記径路に沿うビームガイドの通路を形成し、前記ビームガイドは、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を維持することを特徴とする請求項７記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記ビームガイドは、
このビームガイドの入口端と出口端との間の頂部壁、底部壁、及び側壁の１つに配置される供給ポートと、
前記電源から前記ビームガイドにマイクロ波出力を結合するために前記供給ポートに接続され、前記ビームガイドに沿って進行波として単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードを励起するためのマイクロ波カプラーと、
を含んでいることを特徴とする請求項８記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記ビームガイドは、ビームガイドの入口端近くの入口壁を含み、この入口壁は、イオンビームが通過する径路に沿う入口開口を備え、さらに、前記入口壁は、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードに対するカットオフとして動作して、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する反射波を作り出すことを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記供給ポートは、前記ビームガイドの入口端と出口端との間に配置され、かつ前記供給ポートからの前記反射波と入射波がほぼ同位相となる一定の距離だけ離れており、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を供給することを特徴とする請求項１０記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
前記ビームガイドアセンブリは、前記ビームガイドの少なくとも一部分を貫通する質量分析器を含み、該質量分析器は、イオン源からイオンビームを受け入れ、そして、前記エンドステーションに向かって前記径路に沿って所望の電荷質量比のイオンを指向させることを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記マイクロ波電界及び前記マルチカスプ磁界は、前記通路の少なくとも一部分に沿って、電子サイクロトロンの共振状態を与えることを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
前記ビームガイドは、ビームガイドの通路内にマイクロ波電界を維持するための導波管として動作することを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記ビームガイドは、頂部壁、底部壁、及び第１、第２の対向する側壁とを含み、前記頂部壁、底部壁、及び側壁は、イオン源に近接する入口端から前記エンドステーションに近接する出口端に伸びて、前記径路に沿うビームガイドの通路を形成し、前記ビームガイドは、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を維持することを特徴とする請求項１４記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
前記ビームガイドは、
このビームガイドの入口端と出口端との間の頂部壁、底部壁、及び側壁の１つに配置される供給ポートと、
前記電源から前記ビームガイドにマイクロ波出力を結合するために前記供給ポートに接続され、進行波が前記ビームガイドに沿って進むように、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードを励起するためのマイクロ波カプラーと、
を含んでいることを特徴とする請求項１５記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
前記ビームガイドは、ビームガイドの入口端近くの入口壁を含み、この入口壁は、イオンビームが通過する径路に沿う入口開口を備え、さらに、前記入口壁は、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードに対するカットオフとして動作して、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する反射波を作り出すことを特徴とする請求項１６記載のイオン注入システム。
【請求項１８】
前記供給ポートは、前記ビームガイドの入口端と出口端との間に配置され、かつ前記供給ポートからの前記反射波と入射波がほぼ同位相となる一定の距離だけ離れており、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を供給することを特徴とする請求項１７記載のイオン注入システム。
【請求項１９】
イオン注入システムにおけるイオン源からエンドステーションにイオンビームを移動させるためのビームラインアセンブリであって、
前記径路に沿ってイオンビームが移動する通路を形成する少なくとも１つの壁を有するビームガイドと、
前記ビームガイドの通路にマルチカスプ磁界を与えるための磁気装置と、
前記ビームガイドの通路内にマイクロ波電界を供給するために前記ビームガイドに連結され、前記マイクロ波電界と前記マルチカスプ磁界が、前記ビームガイドの通路内にイオンを封じ込めるようにする電源と、
を含むことを特徴とするビームラインアセンブリ。
【請求項２０】
前記磁気装置は、前記通路の少なくとも一部分に沿って取付けられた複数の磁石からなることを特徴とする請求項１９記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２１】
前記複数の磁石は、前記少なくとも１つのビームガイドの壁の外側表面に沿って取付けられていることを特徴とする請求項２０記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２２】
前記ビームラインアセンブリは、ビームガイドの一部を貫通する質量分析器を含み、該質量分析器は、イオン源からイオンビームを受け入れ、所望の電荷質量比のイオンを前記径路に沿って前記エンドステーションに向けて指向させることを特徴とする請求項２０記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２３】
マイクロ波電界とマルチカスプ磁界は、前記質量分析器を貫通するビームガイドの通路の少なくとも一部分にイオンビームを封じ込めることを特徴とする請求項２２記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２４】
マイクロ波電界とマルチカスプ磁界は、前記通路の少なくとも一部に沿って、電子サイクロトロンの共振状態を与えることを特徴とする請求項１９記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２５】
前記ビームガイドは、前記ビームガイドの通路内に前記マイクロ波電界を与えるための１つの導波管として動作することを特徴とする請求項２４記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２６】
前記ビームガイドは、頂部壁、底部壁、及び第１、第２の対向する側壁とを含み、前記頂部壁、底部壁、及び側壁は、イオン源に近接する入口端から前記エンドステーションに近接する出口端に伸びて、前記径路に沿うビームガイドの通路を形成し、前記ビームガイドは、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を維持することを特徴とする請求項２５記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２７】
前記ビームガイドは、
このビームガイドの入口端と出口端との間の頂部壁、底部壁、及び側壁の１つに配置される供給ポートと、
前記電源から前記ビームガイドにマイクロ波出力を結合するために前記供給ポートに接続され、進行波が前記ビームガイドに沿って進むように、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードを励起するためのマイクロ波カプラーと、
を含んでいることを特徴とする請求項２６記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２８】
前記ビームガイドは、ビームガイドの入口端近くの入口壁を含み、この入口壁は、イオンビームが通過する径路に沿う入口開口を備え、さらに、前記入口壁は、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードに対するカットオフとして動作して、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する反射波を作り出すことを特徴とする請求項２７記載のビームラインアセンブリ。
【請求項２９】
前記供給ポートは、前記ビームガイドの入口端と出口端との間に配置され、かつ前記供給ポートからの前記反射波と入射波がほぼ同位相となる一定の距離だけ離れており、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を供給することを特徴とする請求項２８記載のビームラインアセンブリ。
【請求項３０】
前記ビームガイドは、前記ビームガイドの通路内に前記マイクロ波電界を維持するための１つの導波管として動作することを特徴とする請求項１９記載のビームラインアセンブリ。
【請求項３１】
前記ビームガイドは、頂部壁、底部壁、及び第１、第２の対向する側壁とを含み、前記頂部壁、底部壁、及び側壁は、イオン源に近接する入口端から前記エンドステーションに近接する出口端に伸びて、前記径路に沿うビームガイドの通路を形成し、前記ビームガイドは、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を維持することを特徴とする請求項３０記載のビームラインアセンブリ。
【請求項３２】
前記ビームガイドは、
このビームガイドの入口端と出口端との間の頂部壁、底部壁、及び側壁の１つに配置される供給ポートと、
前記電源から前記ビームガイドにマイクロ波出力を結合するために前記供給ポートに接続され、進行波が前記ビームガイドに沿って進むように、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードを励起するためのマイクロ波カプラーと、
を含んでいることを特徴とする請求項３１記載のビームラインアセンブリ。
【請求項３３】
前記ビームガイドは、ビームガイドの入口端近くの入口壁を含み、この入口壁は、イオンビームが通過する径路に沿う入口開口を備え、さらに、前記入口壁は、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードに対するカットオフとして動作して、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する反射波を作り出すことを特徴とする請求項３２記載のビームラインアセンブリ。
【請求項３４】
前記供給ポートは、前記ビームガイドの入口端と出口端との間に配置され、かつ前記供給ポートからの前記反射波と入射波がほぼ同位相となる一定の距離だけ離れており、前記エンドステーションに向かう方向に前記ビームガイドに沿って伝播する進行波を供給することを特徴とする請求項３３記載のビームラインアセンブリ。
【請求項３５】
イオン注入システム内にイオンビームを封じ込めるための方法であって、
イオン源からエンドステーションに向かう長手方向径路に沿ってイオンビームを供給し、
前記イオン源と前記エンドステーションとの間にあるビームガイドの通路内に、マルチカスプ磁界を与え、
前記ビームガイドに沿う進行波を供給し、この進行波のマイクロ波電界と前記マルチカスプ磁界が協働して、前記ビームガイドの通路の少なくとも一部分に沿ってイオンビームを封じ込める、各工程を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３６】
前記進行波を供給する工程は、前記進行波が前記ビームガイドに沿って前記エンドステーションに向かう方向に伝播するように、単一マイクロ波モードまたはマルチマイクロ波モードを励起するために、前記ビームガイドに前記マイクロ波出力を供給することを含んでいることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にイオン注入装置に関し、特に、イオン注入システムにおいてイオンビームを封じ込めるための装置およびシステムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、イオン注入は、半導体に不純物を添加するのに使用される。イオンビーム注入機やイオン注入システムは、不純物を添加してｎ型又はｐ型の半導体材料を製造したり、集積回路の製造過程で不活性層を形成するために、イオンビームでシリコンウエハを処理するのに使用される。半導体に不純物を添加するのに使用する場合、イオン注入システムは、選択されたイオンの核種を注入して、所望の付帯的な材料を製造する。アンチモンや砒素や燐等のイオン源材料から発生される注入イオンが、「ｎ型」の付帯的な材料のウエハを生むことになるが、それに対して、もし「ｐ型」の半導体材料のウエハが必要であるならば、ボロンやガリウムやインジウム等のイオン源材料で発生されたイオンが注入される。一般的なイオン注入システムは、イオン化可能材料から正電荷イオンを発生させるためのイオン源を有している。発生されたイオンは、イオン源から抽出されビームに形成され、ビームラインアセンブリの所定のビーム径路に沿ってエンドステーションすなわち注入ステーションに導かれる。イオンビーム注入システムは、イオン源とエンドステーションとの間に延びるビーム形成／整形構造体を含んでいる。この構造体は、イオンビームを維持し、イオンビームがエンドステーションで支持された一つまたはそれ以上のウエハまたはワークピースに送られる細長い内部キャビティまたは通路を形成する。一般に、イオンが所定のビーム通路から偏向されて空気分子と衝突する確率を低減するために、イオンビームを送る通路は排気される。
【０００３】
イオンの質量に対する電荷の比は、静電界や磁界によって軸方向と横断方向の両方にイオンが加速される度合に影響する。イオン注入システムは一般に質量分析器をイオン源の下流側のビームアセンブリに備えており、この質量分析器は、通路のビーム径路を横切る双極磁場を作り出す分析磁石を有している。双極磁場は、通路のアーチ状断面の磁界偏向によってイオンビーム内の個々のイオンを偏向するよう作用して、質量に対する電荷の異なる比のイオンを効果的に分離する。質量に対する電荷の所望の比と望ましくない比とのイオンを選択して分離するプロセスは、質量分析として知られている。このようにして、望ましくない分子量のイオンがビーム径路から離れた位置に偏向されて、所望の物質以外の注入が避けられるので、ウエハに付与されるビームの純度を非常に高くすることができる。
【０００４】
高エネルギイオン注入は、通常、半導体ウエハにより深く注入するために採用される。反対に、高電流で低エネルギのイオンビームは、一般に薄くイオン注入するために採用される。イオンが低エネルギの場合には、通常、イオンビームの収束を維持するのが困難となる。特に、高電流・低エネルギのイオンビームは一般に、同じ電荷を帯びた高い濃度の（正）イオンを有しており、このイオンは、相互反発しビームブロウアップとして知られる空間電荷効果により発散する傾向にある。（高電流の）ビーム中の高濃度のイオンは相互反発の力を誇張するが、イオンが低速度で（低エネルギで）伝播するために、相互に反発する力に高エネルギの場合よりも長く晒されるので、ビームブロウアップは、特に高電流・低エネルギの場合で面倒となる。空間電荷中和は、中和粒子として知られている正と負の荷電粒子からなるビームプラズマを備えおよび／または創成することにより、イオン注入機における空間電荷効果を低減させるための技術で、ビームが占める空間内での正と負の荷電粒子の電荷密度をほぼ等しくする。例えば、正の荷電イオンビームが残留背景ガス原子と相互に影響すると、ビームプラズマが創り出され、これによってビームを移送するときに荷電粒子が電離衝突するのを通じてイオン電子対が産出される。その結果、イオンビームは、ビーム通路の残留バックグラウンドガスと相互作用して部分的に中和される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高エネルギでイオン注入する場合、一般に、ビームが残留またはバックグラウンドガスと相互作用することによる副産物である弱いプラズマを通って、イオンビームが伝播する。このプラズマは、通路内のビーム径路に沿って負の荷電電子を備えることによりイオンビームによって空間電荷を中和する傾向にあり、これによって、ビームが分散するかブロウアップすることなく横断電界を大きく削除する。しかしながら、低イオンビームエネルギでは、バックグラウンドガスと電離衝突する確率は、非常に低い。また、質量分析器の双極磁場においては、磁力線方向に沿った拡散が制限されないにも関わらず、磁力線を横断するプラズマ拡散は大きく低減する。その結果として、導入されたプラズマは通路の側壁に沿った双極磁場の磁力線に素早く反れるので、質量分析器における低ビーム封じ込めを改良するために付加プラズマを導入することは大きな無駄である。さらに、低エネルギ注入システムは一般に、電子がビームラインアセンブリの側壁に沿って消失して、空間電荷の中和に有効な電子が大量に減少する。イオン注入システムおよび装置には、電子の消失を低減して空間電荷の中和とビームブロウアップの防止または減少を高める必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ビームガイドにマルチカスプ磁界を備え、ビームガイドの通路に沿って進行波にマイクロ波電界を供給するためにビームガイドが励磁されている、イオン注入システムとビームアセンブリに向けられたものである。磁界と電界は、相互作用して電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）状態となりビームガイド通路にビームを封じ込める。
本発明は、円形もしくは細長い輪郭（例えば、ペンシルビームおよび／またはリボンビーム）、他の形状のビームを有する低エネルギあるいは超低エネルギのイオンビームなど、如何なるエネルギやフォームファクタのイオンビームの移送と結合に使用することができる。
【０００７】
本発明は、ビームが残留もしくはバックグラウンドガスと相互作用することによりビームプラズマを創り出し、イオン化によって電荷が作り出される定常状態のつりあいに達してイオン注入機のビームガイドで荷電交換が消失するなど、プラズマを通るイオンビームの伝播に真価が認められる。残留プラズマの密度は、イオン化するイオンの衝突の確率による電荷形成と、残留する空間電荷の反発および運動エネルギの結果としての電子脱出によるビーム容積からの損失と、のバランスから生じる。外部で発生されたプラズマの導入またはビームプラズマの強化を通じたプラズマの強化が欠如すると、非常に低いイオンビームエネルギでバックグラウンドガスとのイオン化衝突の確率が相対的に低くなる。このようにして発生された電子は、大きな電位でビームに十分に閉じ込められ、ビームの周りを旋回して通過し、クーロン衝突によって互いが相互作用し、その結果、電子エネルギ分布が熱化する。これらの分布状態にある電子は、分子などのイオン化の確率を有する残留ガス分子のイオン化電位よりも、大きなエネルギを有している。イオン化の確率は、電子エネルギの減少と同様に減少する。
【０００８】
低エネルギビームプラズマにおいては、イオン化の多数は閉じ込められた電子によって創り出される。これらの電子はそのエネルギをビームの電位が異なる中心からエッジへと誘導して、ビームのブロウアップとなるパラメータが同じとなる。このようにして、低エネルギのイオンビームの移送は、外部で発生されたプラズマやビームプラズマの強化の欠如が困難となる。質量分析は本質的に磁界に影響を与えるので、外部で発生されたプラズマは、質量分析器のビームガイドのアーチ状の長さに沿って素早く十分に拡散することができず、その代わりに、磁力線の方向に沿って素早く拡散する。本発明はさらに、マイクロ波振動数での電界によってイオンビーム空間に発生させることもできる付加プラズマにも真価が認められる。この場合にあっては、ＥＣＲ状態をもたらす大きさで固有の磁界が与えられると、マイクロ波エネルギは、プラズマ電子に効果的に移行される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、イオン注入システムおよびビームアセンブリが、相互作用によりビームガイドに沿ってプラズマを強化してビームを封じ込める、磁界とマイクロ波電界とをビームガイドの通路に沿って全体的または部分的に備えている。図に示すとともにここで記述している実施の形態では、マイクロ波電界とマルチカスプ磁界は、ビーム移送中の状態でビームのブロウアップを防止するか抑制する目的で、プラズマを強化するために電子サイクロトロン共鳴状態を少なくとも通路の少なくとも一部に沿って備えている。磁気装置と電源は勿論のこと、ビーム径路に沿ってイオンビームを移送するための通路を形成する少なくとも一つの壁を有するビームガイドからなるビームラインアセンブリを備えている。
磁気装置は、ビームガイドの通路にマルチカスプ磁界を発生させるもので、通路の少なくとも一部分に沿って複数の磁石を取り付けられたものとすることができ、以下に記述するとともに図示した一実施の形態では、一つまたはそれ以上のビームガイドの壁の外側表面に沿って複数の磁石が取り付けられている。
【００１０】
電源はビームガイドに結合されてビームガイドの通路にマイクロ波電界を供給し、ビームガイドはマイクロ波電界を支持する導波管として機能する。ビームガイドは径路に沿ってビームガイドの通路を形成する頂部と底部と側部の壁により構成することができ、ビームガイドはそのビームガイドに沿って伝播する進行波を支持する。図示した実施の形態では、供給ポートがビームガイドの壁の一つに沿って配置されるとともに、マイクロ波カプラが供給ポートに接続されて、マイクロ波出力を電源からビームガイドに連結して、ビームガイドに沿った進行波として単一マイクロ波モードまたは多重マイクロ波モードを励起する。ビームガイドはまた、イオンビーム通路を通る径路に沿った一つまたはそれ以上の開口を入射壁に設けることもできる。入射壁は単一または多重のマイクロ波モードをカットオフするよう機能して、ビームガイドに沿って出口端部に向かう方向に伝播する反射波を創り出す。供給ポートは入射壁から所定距離を離して配置し、反射波と供給ポートからの入射波とを同調して、進行波をビームガイドの出口端部に向かう方向へビームガイドに沿って伝播させることもできる。
【００１１】
本発明の他の見地では、イオン源からエンドステーションへの長手方向径路に沿ってイオンビームを供給し、イオン源とエンドステーションとの間のビームガイドの通路にマルチカスプ磁界を供給し、ビームガイドに沿って進行波を供給して、進行波のマイクロ波電界とマルチカスプ磁界とが協働してビームガイドの通路の少なくとも一部分に沿ってイオンビームを封じ込める、イオンビームを封じ込める方法を包含している。進行波は、単一マイクロ波モードまたは多重マイクロ波モードを励起するビームガイドにマイクロ波出力を供給することにより創り出して、進行波をビームガイドに沿ってエンドステーションに向かう方向へ伝播させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の記述と添付図面は、本発明の実施の形態の詳細を明らかにする。これらは、本発明が主に採用することができる様々なやり方を僅かではあるが示したものである。
本発明の他の目的、効果、および新規な特徴は、図面と結合して考えれば、以下の本発明の詳細な説明から明かとなるであろう。
【００１３】
ここで、要素中を参照するために参照番号を使用した図面を参照しながら本発明を説明する。本発明は、マルチカスプ磁界を使用してビームプラズマを強化することにより外部で発生されたプラズマの導入や、イオンビームが移送されるビームガイドの通路に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の範囲またはゾーンを創り出すための高周波電界を必要とすることなく、低圧で作動する低エネルギで高電流の注入機など、イオン注入システムにビームを封じ込めるためのものである。
【００１４】
図と以下の対応する記述においては、本発明の様々な実施の形態を示すために、低エネルギ注入システムとビームラインアセンブリの例が提示されている。しかしながら、本発明は、ここで図に示され記述された事項から離れた実施に採用する場合にも有効である。例えば、イオン源とエンドステーションまたはエンドステーションから上流の分解ハウジングとの間に位置するビームガイドのビームアセンブリの全長に沿って配置されるビーム封じ込め装置の関連で、様々な実施の形態が以下に記述され図示されている。本発明の他の実施の形態は、添付した特許請求の範囲の趣旨のなかで可能であり、例えば、一つまたはそれ以上の磁気装置およびビームガイドを励磁する部分が、イオン源とエンドステーションとの間の如何なる場所に位置してもよい。さらに、本発明の様々な実施の形態では、直線加速器を含むなど、高エネルギ注入機と関連して実施することもできる。さらには、バッチタイプのエンドステーションに関連して示したが、本発明は、単一のウエハに注入する逐次エンドステーションに限定されることなく、他のタイプのエンドステーションに替えて実施することもできる。
【００１５】
最初に、図１Ａを参照すると、ターミナル１２と、ビームラインアセンブリ１４とエンドステーション１６とを有する単純化された低エネルギイオン注入システム１０が、本発明と関連して概略で示されている。ターミナル１２は、高電圧電源２２によって電力供給されるイオン源２０を有している。イオン源２０は、ビームラインアセンブリ１４に向けられるイオンビーム２４（図１Ａに破線で示されている）を発生する。イオンビーム２４は、ビームラインアセンブリ１４内で、質量分析器２６によって調整される。双極磁界が質量分析器２６内に確立される。質量分析器２６は、エンドステーション１６でウエハ３０に拡散開口３７を通って適切な質量に対する電荷の比のイオンだけが稼動する。エンドステーション１６は、単一のウエハワークピース３０を支持する逐次エンドステーションや、並行注入を行うための複数のウエハ３０を支持するバッチエンドステーションなど、エンドステーション１６でターゲットウエハ３０に向けられるイオンビーム２４を調整するものであれば、如何なるタイプのエンドステーションでもよい。
【００１６】
本発明では、システム１０はまた、複数の永久磁石７０と、励磁可能な電導性ビームガイド７２と、ビームラインアセンブリ１４と関連する高周波電源７４とからなるイオンビームの閉じこめ装置により構成されている。電源７４は、ビームガイドの側壁に配置された供給ポート７６を介して、ビームガイド７２と接続されており、複数の磁石７０によって創り出される磁界と、電源７４によって発生されるとともにビームガイド７２によって支持された高周波電界とが協働して、イオンビームの空間電荷の中和を促進し、システム１０を通って移行する間にイオンビーム２４がブロウアップする可能性が低減する。ビームガイド７２は、イオン源２０と質量分析器２６を通ったエンドステーション１６との間のイオンビームの通路となっている。
【００１７】
図示した実施の形態では、複数の永久磁石７０はビームガイド７２によって形成される通路の範囲に沿って配置されているが、異なる実施の形態では磁界をその一部分だけに沿って設けることもできる。さらに、例示したビームラインアセンブリ１４と以下に説明し図示した他の実施の形態とでは、ビームガイドの上方および下方の壁（すなわち頂部と底部）の外側表面に沿って磁石７０が取り付けられている。しかしながら、他の実施の形態では、例えば、磁気装置７０を、ビームガイド７２の一つまたはそれ以上の側壁に沿って配置することができ、また、これに替えるかまたは組み合わせてビームガイドの壁によって形成される通路の内側に取り付けることもできるなど、本発明は、ビームの通路もしくはその部分にマルチカスプ磁界を提供するのに適した如何なる磁気装置も企図している。
【００１８】
以下に記述する実施の形態では、磁石の使用によるマルチカスプ磁界とビームガイド７２および電源７４の使用による高周波電界とを発生させることによって、ビームをイオンビームの径路に沿って封じ込め、ビームラインアセンブリ１４がビームガイド７２にＥＣＲプラズマを供給する。特に一つの例では、電源７４は２．４５ＧＨｚのマイクロ波でビームガイドの通路に磁界の強さが８７５ガウス（Ｇ）のＥＣＲ領域を確立するよう働くする。しかしながら、本発明の趣旨では、例えば電源７４が高周波を９００ＭＨｚから１５ＧＨｚの範囲で運転されるなど、他の実施の形態とすることもでき、このような周波数はここではマイクロ波として参照され、また、その結果の磁界がマイクロ波電界として参照される。
【００１９】
ここで図１Ｂと図２−５Ｅを参照すると、本発明に基づくビーム封じ込め装置とともに、イオン源１１２と、質量分析磁石１１４と、ターゲットまたはエンドステーション１１６と、ビームラインアセンブリ１１５と、を有する超低エネルギ（ＵＬＥ）イオン注入システム１００が示されている。アセンブリ１１８の下には伸長可能なステンレス鋼がエンドステーション１１６とビームラインアセンブリ１１５に接続されて、ビームラインアセンブリ１１５と対応するエンドステーション１１６の移動を許容している。イオン源１１２は、プラズマチャンバ１２０とイオン抽出アセンブリ１２２とにより構成されている。エネルギがイオン化可能なドーパントガスに分け与えられると、プラズマチャンバ１２０にイオンが発生する。一般に、正イオンが発生するが、本発明ではイオン源１１２によって負イオンが発生する適切なシステムとなっている。正イオンは、複数の電極１２７からなるイオン抽出アセンブリ１２２によって、プラズマチャンバ１２０内のスリットを介して抽出される。イオン抽出アセンブリ１２２は、プラズマチャンバ１２０から正イオンのビーム１２８を抽出して、質量分析磁石１１４に抽出したイオンを加速させるよう機能する。
【００２０】
ビームラインアセンブリは質量分析磁石１１４により構成されており、この質量分析磁石１１４は、質量に対する電荷が適当な比のイオンだけを、分解ハウジング１２３とビーム中和器１２４を介してエンドステーション１１６に供給する。質量分析磁石１１４は、内と外の側壁２０４、２０６を有するアルミニウムのビームガイド２００によって形成される通路２０２内に、カーブしたビーム径路２０８を含んでおり、通路２０２は真空ポンプ１３１によって減圧されている。径路２０８に沿って伝播するイオンビーム１２８は、質量分析磁石１１４により発生される双極磁界によって影響されて、質量に対する電荷が不適当な比のイオンを取り除く。双極磁界の強さと向きは、磁気コネクタ１３３を介して磁石１４４の界磁コイルを通る電流を調整する制御エレクトロニクス１３２によって制御される。双極磁界はイオンビームを、イオン源１１２近くのビームガイド入射端２１０における第１のすなわち入射の軌道１３４から、カーブしたビーム径路２０８に沿って、分解ハウジング１２３近くの出射端２１２における第２のすなわち出射の軌道へと移動させる。ビーム１２８の、質量に対する電荷の比が不適当なイオンからなる部分１２８’、１２８’は、径路２０８のカーブした軌道からビームガイド２０６の対応する側壁２０４と２０６に偏向される。このようにして、磁石１１４は、ビーム１２８のなかの質量に対する電荷が所望の比のイオンだけを分解ハウジング１２３に通す。
【００２１】
通路２０２はさらに、その少なくとも一部分に沿って後方に配置された複数の永久磁石２２０からなる磁気装置によって構成されており、本発明の見地に基づくマルチカスプ磁界を供給する。磁石２２０はビーム径路２０８の上方および下方に取り付けられて通路２０２にマルチカスプ磁界（図１Ｂでは示されていない）を創り出す。進行波を支持するビームガイドに電源２１６を接続するマイクロ波注入ポート２１４を経由する通路２０２にはまた、高周波（例えばマイクロ波）電界が供給される。マルチカスプ磁界と高周波電界は、通路２０２で協働して相互作用し、その内部にＥＣＲ状態を創り出す。これは、通路２０２に沿ってプラズマを発生させることにより、通路２０２へのビームの封じ込めを強化または促進する。
【００２２】
ビーム１２８は、質量分析されイオン源１１２からビームガイド２００を通って分解ハウジング１３８２移送されるが、この分解ハウジングは、ターミナル電極１３７と、
イオンビーム１２８の焦点を合せる静電レンズ１３８と、ファラデーフラグなどの線量測定インジケータと、を含んでいる。ビーム中和器１２４は、ターゲットウエハに蓄積されて正荷電されたイオンビーム１２８によって注入される結果となることなく、正電荷を中和するためのプラズマシャワー１４５を含む。ビーム中和器と分解ハウジングは真空ポンプ１４３によって減圧されている。処理すべきウエハＷが搭載されるディスク形状のウエハサポート１４４を含むエンドステーション１１６へビーム１２８が通過する。ウエハサポート１４４は、注入ビームの方向に向かってほぼ垂直なターゲット表面に存する。エンドステーション１１６におけるディスク形状のウエハサポート１４４は、モータ１４６によって回転される。イオンビームは、円形の径路を移動してサポートに搭載されたウエハにあたる。エンドステーション１１６は、イオンビームの径路１６４とウエハＷとが交差する点１６２周りに回転して、ターゲット表面がこの点の周りに調整可能となる。
【００２３】
図２‐５Ｅは、ビームガイド２００とこれに取り付けられる磁石２２０の例のさらに詳細を示したもので、両者は協働してＥＣＲ領域を本発明に基づくビーム通路２０２に発生させる。図２および図３に示したように、ビームガイド２００は、イオンビーム径路２０８と対応して、内部と外部のアーチ状の側壁２０４、２０６と、頂部と底部の壁２２、２２４とによって形成されるアーチ状の縦の通路２０２を備えている。ビームガイドの壁２０４、２０６、２２２、２２４は、アルミニウムにより作られているが、本発明に基づいて他の如何なる非磁性素材に替えて使用することもできる。
ビームガイド２００は、径路２０８に沿って入射端２１０から出射端２１２へおおよそ１３５度のアーチ状の角度を通って長手方向に伸びている。
【００２４】
ビームガイド２００はまた、マイクロ波を供給または注入するポート２１４を備えており、このポート２１４は、電源２１６から通路２０２へ同軸ケーブル２１８を経由して、高周波マイクロ波エネルギ（例えば９００ＭＨｚ−１５ＧＨｚ）をつなぐ。ビームガイド２００は、出射端２１２に向かう方向に伝播する進行波を支持することによって通路２０２にマイクロ波電界を支持するウエーブガイドとして働く。電源２１６からのマイクロ波エネルギは、ポート２１４に供給されて、電源２１６からビームガイド２００へとマイクロ波出力を接続するための同軸カップリングを経由して、ビームガイド２００に沿って進行波として単一マイクロ波モードまたは多重マイクロ波モードを励起する。一つの例では、質量分析器１１４を通るビームガイド２００の一部分において、複数の磁石２００によって与えられるマルチカスプ磁界が、質量分析器の双極磁界に重ね合わされる。一方、ビームガイドの他の部分では、複数の磁石２２０のマルチカスプ磁界が、ビームガイドの通路２０２内での主たる磁界である。
【００２５】
図３と図４Ａは、質量分析ビームガイド２００の、図２の３−３および４−４線に沿った長手方向と縦方向の断面図を示したもので、これに対応して、図４Ｂと４Ｃは、ビームガイド２００のマグネットの形状の変更可能な２つの例を示したものである。図４Ａに示されているように、磁石２００は、垂直方向に磁性化され、隣接する磁石の極性が互いに反対方向に面するように互い違いに配置されている。明らかであるように、南極が通路２０２に面した磁石２２０は２２０Ａで示され、南極が通路２０２から離れて面した磁石２２０は２２０Ｂで示されており、磁石２２０は、ビームガイドの壁２２２、２２４の頂部と底部の外側表面に沿ってそれぞれ取り付けられている。
ビームガイド２００の、質量分析器１１４を通る径路の部分において、双極磁界は、例えば、図３に示されているように、垂直磁力線２３０を有する外部電磁石（図１Ｂ）を経由して、通路２０６に確立される。
【００２６】
図５Ａ−５Ｅを参照すると、図５Ａには、双極磁石２００Ａ、２２０Ｂが個々に形成する磁界の磁力線２３２Ａ、２３２Ｂが例示的に単純化して示されており、磁力線２３２Ａ、２３２Ｂは協働して通路２０６においてそれぞれ頂部と底部の壁２２、２２４から離れるとともに近付くマルチカスプ磁界を形成する。磁石２２０Ａ、２２０Ｂの配置は、ほぼ縦に配列された頂部と底部の壁２２２、２２４に磁石を同じ方向に向けた場合（例えば、磁石２２０Ａを磁石２２０Ｂの上に向け、磁石２２０Ｂを磁石２２０Ａの上に向ける）を示した様々な図に示されている。しかしながら、図４Ｂ、４Ｃに示されているのは一例であり、ここに記述し図示した以外に、本発明の趣旨の範囲内で考えられる配置が可能である。さらに、磁石２２０は一般に長さと幅Ｗ、高さＨを有する長方形であるが、アーチ状やクサビ状などの形状の磁石に限定されることなく、本発明の趣旨の範囲内で他の形状の磁石が含まれることに注意されたい。図に示された例では磁石２２０Ａ、２２０Ｂは、長さが１００ｍｍ程度、幅Ｗが２０ｍｍ程度、高さＨが５ｍｍ程度を有するＳｍＣｏで、４０ｍｍ程度のピッチ距離Ｐで互いに離されている。このことについて、図に示された様々な形態の構造は一定の比に拡大・縮小する必要はない。
【００２７】
本発明の一つの例では、図４Ａと５Ａ−５Ｅの磁石２２０Ａ、２２０Ｂは、ビームガイド２００の通路２０２にマルチカスプ磁界を発生させ、励起されたビームガイド２００からのマイクロ波電界と相互作用して、通路２０２にＥＣＲ領域またはゾーン２３４を確立することによって、継続してビームを強化する。ＥＣＲ領域２３４は、この例では１２ｍｍ程度の距離２３６Ａ、２３６Ｂによってそれぞれ頂部と底部の壁２２２、２２４から離されている。プラズマは、本質的にイオンビームと通路２０２内のバックグラウンドガスとの間で衝突してイオン化することにより、ビームガイド２００内でイオンビームに沿って発達する。さらに、例えば、付加電荷形成が、残留する空間電荷によって正電荷が反発することによる損失と、運動エネルギによる電子脱出とのバランスをとる場合など、イオン化により作り出される電荷とビームガイド２００で損失する電荷交換とが平衡する安定した状態として機能する密度を発生されたプラズマが示す。
安定状態のプラズマ密度はイオンビーム１２８の周囲に分配されて、ビームを空間電荷中和するよう作用する。
【００２８】
プラズマが高い安定状態平衡のプラズマ密度レベルに維持されることにより、ビームの封じ込めを増加させるマルチカスプ磁界２３２を磁石２２０Ａ、２２０Ｂが発生させる。よって、外部で発生されたプラズマを導入しなくても、マルチカスプ磁界は低エネルギ条件の下で高電流を促進する。ビームガイド２００の質量分析部分で、磁石２２０Ａ、２２０Ｂは、磁気鏡効果を使用する磁気ビームを閉じ込め、双極磁界の磁極近くの磁界勾配の増加がビームガイド２００の部分に沿って発生する。頂部と底部の壁２２２、２２４近くの磁界が増加することにより、ビームガイド２００に沿ったエリアで磁気鏡効果が起きる。例えば、壁２２２、２２４と接触することにより電子が移動するのを防ぐことによって、磁気鏡効果がプラズマ密度の過度の消耗を防止する。
このように電子の消失を最小限にすることにより、効果的にビームに誘発されたプラズマの維持が改善され、従来のビームガイドと比較して低ビームエネルギでビームの封じ込めの強化が促進される。
【００２９】
図５Ａ−５Ｅに示されているように、磁石２２０Ａ、２２０Ｂを有効に配置することにより、本発明にとって必ずしも必要なことではないが、隣接する磁石２２０の間のエリアに磁界が付加される。さらに、電源２１６と供給ポート２１４（図２）を通る通路２０２のマイクロ波エネルギ設備は、磁界と電荷との間に協働して相互作用し、壁２２２、２２４からそれぞれ距離２３６Ａ、２３６Ｂによって離された領域２３４にＥＣＲ状態を創り出す。領域２３４におけるＥＣＲ状態は、径路２０８に沿って通路２０２を通るビームの進行と対応してビームプラズマを強化し、これによって、ビームのインテグリティをビームガイド２００の長手方向の長さに沿って改良する。イオンビームの周囲の一つまたはそれ以上の領域にＥＣＲ状態を創り出すことは、エネルギをビーム周囲のプラズマに変換するのを促進し、それによってプラズマを強化することによって発生するブロウアップを防止する。
【００３０】
静磁場で荷電粒子に交番電界が加えられるとＥＣＲ状態が起きて、電界の周波数が静磁力線の周囲の荷電粒子の回転の固有振動数と調和する。特定の例では、電界が約２．４５ＧＨｚの周波数を与えられると、層をなしたマルチカスプ磁界と双極磁界（磁界２３２、２３０）は、領域２３４に約８７５ガウスの強さの磁界を備える。図５Ｂ、５Ｃには、それぞれ、ビームガイド２００の部分の外側の質量分析双極磁界におけるマルチカスプ常数のベクトルポテンシャルの等高線と磁界の強さの等高線とが示されている。図５Ｄ、５Ｅには、それぞれ、質量分析器１１４を通るビームガイド２００の部分におけるマルチカスプと双極常数ベクトルポテンシャルと磁界の強さの等高線と示されている。
【００３１】
通路２０６への磁石２２０をサイジング、方位、スペーシングは、所望のイオンビームの封じ込め目標に応じて発生されるべきＥＣＲ領域２３４の配置を許容することに真価がある。例えば、磁石２２０の強さは、ビームガイドの壁２２２、２２４の内側表面とＥＣＲ領域２３４との間の距離２３６Ａおよび／または２３６Ｂの変化によって変更することができる。このように、距離２３６Ａ、２３６Ｂは、通路のサイズおよび／または所望のイオンビームのサイズに応じて調整することができる。さらに、隣接する磁石２２０間のスペーシング（例えば、図４ａにおけるピッチ距離Ｐ）は、隣接するＥＣＲ領域２３４間のスペーシングの変化に応じて変更することができる。さらに、隣接する磁石の磁極面の方向性は、隣接する磁石２２０間の付加磁力線によって変えることができる。多くの異なる磁石のサイジング、方位、スペーシングが可能であり、本発明の趣旨の範囲内で実施される。他の実施の形態（図示されていない）では、磁石２２０は、１４０×２４×５ｍｍ（長さ×幅Ｗ×高さＨ）の寸法を有するＮｄＦｅＢであり、３２ｍｍのピッチ距離Ｐで離されている。この実施の形態では、磁石は、通路２０２に向いた南極を有する２つの隣接する磁石のペアと、通路２０２から離れて向いた南極を有する隣のペアとにより形成されており、約５ｍｍの距離２３６によって壁２２２、２２４から離されたＥＣＲ領域２３４を備えている。
【００３２】
図４Ｂは、磁化の方向が長手方向に沿っているさらに他の可能な形態を示したもので、
隣接する磁石２２０の極が互いに面している。図に示した例では、図４Ｂの磁石はＳｍＣｏによって作られており、１４０×１８×５ｍｍ（長さ×幅Ｗ×高さＨ）の寸法を有しており、３２ｍｍのピッチ距離Ｐで離されている。この例では、２．４５ＧＨｚの電界マイクロ波周波数のために、約７ｍｍの距離２３６で壁２２２、２２４からＥＣＲ領域２３４が離されている。図４Ｃはさらに他の可能な形態を示したもので、磁石２２０は、長手方向と垂直の間で極の方位が変更されている。図４Ｃの一実施の形態の磁石はＳｍＣｏによって作られており、１４０×１８×５ｍｍ（長さ×幅Ｗ×高さＨ）の寸法を有しており、３２ｍｍのピッチ距離Ｐで離されており、２．４５ＧＨｚの電界マイクロ波周波数のために、約１１ｍｍの距離２３６で壁２２２、２２４からＥＣＲ領域２３４が離されている。他の例では、磁石はＮｂＦｅＢによって作られており、１４０×２４×７ｍｍ（長さ×幅Ｗ×高さＨ）の寸法を有しており、３２ｍｍのピッチ距離Ｐを使用しており、約２２ｍｍの距離２３６で壁２２２、２２４からＥＣＲ領域２３４が離されている。ＥＣＲ領域２３４の如何なる所望の配置を達成するためには、このように磁石の寸法、素材、形状、方位を、本発明の趣旨の範囲内で変更することができる。
【００３３】
図６Ａ−６Ｅを参照すると、低エネルギイオン注入システム３００の他の例が示されており、イオン源３１２と、質量分析磁石３１４と、エンドステーション３１６と、本発明に基づくビーム封じ込め装置からなるビームラインアセンブリ３１５と、を含んでいる。ビームラインは、イオン源３１２近くの入射端４１０から分解器３２３および中和器３２４近くの出射端４１２まで延びるアルミニウムの壁を有するビームガイド４００２より構成されている。ビームガイド４００は、イオン源３１２からエンドステーション３１６までイオンビームが移送される通路４０２を形成する。複数の磁石４２０は、ビームガイドの壁の上方と下方の外側表面に沿ってとり付けられてビームガイドの通路にマルチカスプ磁界を形成し、電源３１６がビームガイド４００と接続されて通路４０２の少なくとも一部分に沿ってマイクロ波電界を形成して、マルチカスプ磁界と相互作用しビームガイドの通路にイオンビームを封じ込める。
【００３４】
ビームガイド４００が質量分析器３１４を貫通しており、磁石４２０からのマルチカスプ磁界が質量分析器の磁石からの双極磁界に付加され、ＥＣＲ共鳴領域またはゾーンが通路４０２に確立される。以下に記述し図示する他の実施例では、質量分析器３１４は、エンドステーション３１６に向かう径路に沿って、質量に対する電荷の所望の比の方向に働く。励起されたビームガイド４００は導波管として働いて出口端４１２に向かう方向に伝播する進行波を支持し、一例では２．４５ＧＨｚなど、電源３１６が如何なるマイクロ波周波数で働く。例示的なビームガイド４００は、その側壁の外側に沿って供給ポート３７６が配置され、同様にして、マイクロ波カプラー３７８が供給ポート３７６に接続されてマイクロ波出力を電源３１６からビームガイド４００につなぎ、ビームガイド４００に沿って進行波を単一マイクロ波モードまたは多重マイクロ波モードに励起する。例えば、例示的なビームガイドはＴＥ０１、ＴＥ１０または他のモードでマイクロ波周波数で励起して、進行波を通路４０２に沿わせるために、カプラー３７８用に設計された導波管モードコンバータに適当な同軸ケーブルを使用する。カプラー３７８は、電源３１６の出力にビームガイド４００を接続するための同軸給電線３７８ａを含んでおり、同様に、ビームガイドの内部に突出するロッドを有する調整可能なスタブ同調器３７８ｂは、最大に伝達するためのビームガイド４００の電力結合（例えばインピーダンス整合）の調整を許容する。操作において、例示的に示したビームガイドは、通路４０２にビームまたはプラズマがない進行波を供給するよう初期設定されており、ビームガイド４００にイオンビームとプラズマが供給されると、同調器３７８ｂが調整されるようにしてもよい。
【００３５】
この例でのビームガイド４００はまた、入口端４１０近くに入口壁４３０を備えており、距離４３２によって供給ポート３７６から離されている。入口壁４３０は、イオンビーム３２８を通過させる径路に沿ってスリット状の入口開口４３４を備えている。入口壁４３０は、出口端４１２に向かう方向にビームガイド４００に沿って伝播する反射波を創り出す単数または多重のマイクロ波のモードのためのカットオフとして働く。本発明では、開口の形状と数をどのようにしてもよく、入口壁４３０で反射した波がビームガイド４００の出口端４１２に向かって戻る伝導をカットオフするのに開口が十分小さい。本発明の趣旨の範囲内で、例えば、円形穴のハニカムパターンを入口壁４３０に形成したり、または、細長いスロット状のグリッドパターンを代りに形成することができる。
【００３６】
さらに、供給ポート３７６と入口壁４３０との間の典型的なスペーシング距離４３２は、反射波と供給ポート376からの入射波が同調し、進行波を供給する。進行波は、ビーム径路全体またはビームラインアセンブリ３１５のその選択された部分に沿って分布しているマイクロ波電界に有効に供給され、図示されここで記述された典型的なビームライン装置は、低電圧定常波比（ＶＳＷＲ）を達成し、これによって供給ポート３７６近くの局部的な高電界とマイクロ波出力のイオン源３１２に向かう反射とを回避する。単一マイクロ波モードまたは多重マイクロ波モードは、進行波と同様にイオンビームガイド４００の内側で励起されて、共鳴電界として供給される電界がＥＣＲゾーンを確立してプラズマを強化しその結果としてビームを閉じ込める。
【００３７】
図６Ｄ、６Ｅには、ＴＥモード（transverse electric mode）ＴＥ０１とＴＥ１０のためのビームガイド４００の電界の、それぞれ、ビームガイド４００の中央面（例えば中心）における高正磁界エリア４５０と、高負磁界エリア４５２と、ゼロ磁界エリア４５４とを示したものである。図示された例では、マイクロ波結合が、２．４５ＧＨｚの中心周波数でＴＥ０１またはＴＥ１０が選択されると、伝播する方向がビームガイド４００の出口端４１２に向かうよう設計されている。ビームガイド構造４００の”Ｔ”部分は、イオンビームを遮断することなく、マイクロ波エネルギを通路４０２に導入する。入口端４０２の入口開口４３４は、イオンビームが通路４０２に入ることを許容するが、選択された作動周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）で単一または複数のモードを特に励起するために、カットオフ状態にする大きさとなっている。したがって、入口開口４３４が短絡状態相当となることによって、反射波が創り出され、”Ｔ”部分で供給ポート３７６からの入射波に反射が結合する。進行波は、”Ｔ”部分から出口端４１２へと確立され、定常波が入口端４１とビームガイド４００の”Ｔ”部分との間に供給される。
【００３８】
さらに、スペーシング距離４３２（例えば、供給ポート３７６と短絡状態相当の入口開口４３４との相対的な位置）は、反射波を入射波と同調として、”Ｔ”部分の他の出力アームで進行波を創り出す。この例では、距離４３２はほぼ１．５波長で、典型的に２．４５ＧＨｚの作動周波数が入射波と反射波との間で同調する関係となっている。しかしながら、本発明は図示された構造に限定されることなく、主ビームガイドの寸法や”Ｔ”供給構造は、マイクロ波が”Ｔ”の入力アームに反射するのを最小限にして単一または複数のモードにして、作動周波数は距離４３２が１．５波長の整数倍となるよう、変更することができる。さらに、以下に説明するように、磁石４２０の形式、大きさ、形状、方位を選択することによって、ビームガイド４００内に配置されるＥＣＲゾーンをどのようにでも所望するように提供することができ、必ずしも必要ではないが、ビームガイドの通路４０２を継続して全体にＥＣＲ領域とすることができる。さらに、カプラー３７８は、この場合では導波管の移行とどのようにでも所望の同軸に設計することができる。この事について、ＴＥ０１とＴＥ１０モードは、図示する目的で、ビームガイド（例えば、ビームガイド４００とここで述べるその他）の断面形状が長方形となっており、また、ビームガイドの他のモードが長方形の断面を有しているが、ビームガイドは他の断面形状を有していても本発明に基づく励起することができる。
【００３９】
典型的なビームガイド４００は、約２．４５ＧＨｚに＋／−３０ＭＨｚの帯域幅を有する中心周波数を使用して８０％以上の伝達を達成する。特に注入において、主ビームガイド４００は、源側（例えば、入口端４１０近く）が約９０ｍｍで、出口端４１２が約１３０ｍｍの寸法を有するテーパ勾配の広い壁を有している。狭い壁は、約６６ｍｍの寸法で、中心射線が半径３００ｍｍで曲っている。”Ｔ”形材の入力アームは、寸法が７８ｍｍの広い壁と、寸法が６６ｍｍの狭い壁を有しているが、入力アームの長さは重要ではない。図示されたビームガイド４００はさらに、入口スロット開口４３４から”Ｔ”形材の入力アームの広い壁の中心までの距離４３２が２１８ｍｍで、２．４５ＧＨｚの作動周波数の波長で真空（自由空間）が１２２．４ｍｍである。この注入では、長方形の導波管のために最も低いカットオフ周波数を有する３モードは、単一のＴＥ１０、ＴＥ０１、ＴＥ１１のモードである。単一のＴＥ１０モードのために、ビームガイドのカットオフ周波数ｆｃ（例えば、１５ＧＨｚ／広い壁の寸法が９ｃｍ）が１．６７ＧＨｚ、ガイドの波長（例えば、数量の二乗根で割った真空波長[１−（ｆｃ／ｆ）2]）が１６７ｍｍ、出口端４１２での送電が５０ＭＨｚの帯域の中心の２４５０ＭＨｚ程度で約９５％である。単一のＴＥ０１モードのために、ビームガイドのカットオフ周波数ｆｃ（例えば、１５ＧＨｚ／狭い壁の寸法が６．６ｃｍ）が２．２７ＧＨｚ、ガイドの波長（例えば、真空波長／数量の二乗根 [１−（ｆｃ／ｆ）2]）が３２．５ｃｍ、出口端４１２での送電が５０ＭＨｚの帯域の中心の２４５０ＭＨｚ程度で約９０％である。
単一のＴＥ１１モードのために、ビームガイドのカットオフ周波数ｆｃ（例えば、ａが広い壁の寸法１３ｃｍで、ｂが狭い壁の寸法６．６ｃｍのとき、１５ＧＨｚ×数量の二乗根[１／ａ2＋１／ｂ2]）が２．５５ＧＨｚで、出口端４１２に伝播することなくこの周波数を下回る。
【００４０】
より高いオーダーのモードは、一つの励起による主ガイドでＴＥ１０とＴＥ０１のどちらに伝播するか選択する典型的な構造の設計で除外される。幾つかのより高いオーダーのモードは実際に有利になるが、特に高オーダーでマイクロ波出力を維持することは、実行が困難となる可能性がある。図示した例では、ガイド導波管を制御するように、広い壁の寸法ａはＴＥ１０のために制御され、狭い壁の寸法ｂはＴＥ０１のために制御される。理想のマイクロ波伝達のためには、ビームガイド４００の”Ｔ”形材の入力ポート（例えば、中央）が入口開口４３４（例えば、距離４３２）でのカットオフからｎ*（導波管のガイドの半分）に配置されるが、実際の設計では、例えば、試行錯誤によって特に中心周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）で能率的に伝達するよう、ビームガイド構造４００の３つの寸法の本質による正確な値から逸脱してもよい。さらに、ビームガイド４００の波長とインピーダンスはプラズマ負荷の存在で変化する場合があり、スタブ同調器３７８ｂがビームガイド４００を調整し、同調器３７８ｂの数がどのようであっても（例えば、多くの場合、２または３）、どのような負荷インピーダンスにも調整する。
【００４１】
ここで、図７Ａ−７Ｇを参照すると、本発明の様々な形態は、対称的なビームラインアセンブリにも実行できる。図７Ａに示されたイオン注入システム５０２は、ビーム径路の長手方向に沿って伸長された（例えば、リボン形状）イオンビームを産出するイオン源５０４を備えており、このシステム５０２は、発明の名称を”質量分析されたリボンイオンビームを発生させるための対称的なビームラインと方法”と題して２００２年７月３１日出願の米国特許出願番号１０／２１０，１２４号に開示されており、この出願は本発明の出願人であるアクセリス  テクノロジーズ  インコーポレーテッドに譲渡されており、ここでの説明に全て参照として含まれる。システム５０２は、イオン源５０４の下流に配置されたビームアセンブリ５１２を備えており、ビームガイド５３０と、カプラー５７８を介してビームガイド５３０にマイクロ波出力を供給するマイクロ波電源５１６と、径路に沿って配置された第１および第２磁石５２２、５２４からなり、イオン源５０４からのビームを受ける質量分析器と、を含んでいる。カプラー５７８は、電源５１６からの伝力を受けるための同軸フィード５７８ａと、同様のスタブ同調器５７８ｂと、からなる。質量分析器５１４は、径路を横断する磁界を供給して、イオン源から入射する伸長イオンビームからイオンを反射して、伸長され質量分析されて出力されたイオンビームを同様または同一の形態の比と断面でエンドステーション５１８に供給するために、質量（例えば、質量に対する電荷の比）に応じて軌道を変える。エンドステーション５１８は、半導体ウエハ（図示しない）など、一つまたはそれ以上のワークピースを、質量分析されたイオンビームをビームアセンブリ５１２から注入するための径路に沿って支持する。
【００４２】
第１質量分析磁石５２２は、第１磁界を供給して伸長されたイオンビームから所望の質量のイオンを分離し、イオンは第１磁界を通過することによって、ビームラインアセンブリ５１２の径路に沿って所望の質量のイオンと、径路から離れる望ましくない質量の反射イオンとに、各々のイオンが向けられる。対称的なビームアセンブリ５１２のビーム径路の中間点の分解開口５２６は、所望の質量のイオンのみを通過させ、一方望ましくないイオンを遮断する。第２磁石５２４は、実質的に同様で、第１磁石５２２の下流に配置されており、分解開口５２６が径路に沿って設けられ、第２磁界は、質量分析されたイオンビームの中間をコリメートして所望の質量のイオンを各々伸長された質量分析されたイオンビームとしてエンドステーション５１８に向け、ビームガイド５３０に入射し出射されるビームは、伸長されたリボン形状であるが、径路の分解開口５２６を通ると充分に小さい（例えば、ペンシルビーム）形状となっている。
【００４３】
さらに図７Ｂ‐７Ｅに示されて入るように、ビームガイド５３０は２つの進行波を支持するアルミニウム構造であり、例えば、ＴＥ０１またはＴＥ１０モードにおいて、ビームガイド５３０内で対称的に励起して、ビームガイド５３０が”Ｔ”フィードの２つの出力アームに接続されていることによって、ビームの通路が形成される。図示されたシステム５０２では、ビームガイド５３０の広い壁はリボンビームの移送に対応して寸法が変化し、”Ｔ”部分で分解開口５２６と合体して質量が選択されたイオンビームを通過させる。
磁石５３２は、ビームガイドの広い壁の外側の表面に沿って取り付けられて、マルチカスプ磁界をビームガイドの通路に供給し、電源５１６がビームガイド５３０２接続されて通路の少なくとも一部に沿ってマイクロ波電界を供給し、マルチカスプ磁界と相互作用してビームガイドの通路にイオンビームを封じ込める。ビームガイド５３０が質量分析磁石５２２、５２４を通っており、磁石５３２からのマルチカスプ磁界が質量分析磁石５２、５２４からの双極磁界に付加されて、ＥＣＲ共鳴領域またはゾーンが通路に確立される。
【００４４】
励起されたビームガイド５３０は、進行波の支持に適合され、”Ｔ”部分からイオン源５０４に向かう方向と、エンドステーション５１８（図７Ａ）に向かう方向の双方に伝播し、電源５１６は、一つの例として２．４５ＧＨｚなど、どのようなマイクロ波周波数でも働く。例示的に示したカプラー５７８は、電源５１６からのマイクロ波出力を”Ｔ”構造の供給ポートに接続して、ビームガイド５３０に沿った進行波として単一のマイクロ波モードまたは複数のマイクロ波モードで励起し、例えば、ビームガイド５３０はＴＥ０１，ＴＥ１０、またはこれ以外のモードで励起したマイクロ波周波数を使用して、カプラー５７８のために設計された適当な同軸のモードに変換して、進行波のＥＣＲプラズマ発生を促進して、上述したように有効に対応するビームを閉じ込める。図７Ｆ、７Ｇはビームガイド５３０の中央部分とエンド部分における電界を示したもので、それぞれ、２．４５ＧＨｚでＴＥ１０モードを励起するために、高正電界エリア５５０と高負電界エリア５５２とがビームガイド５３０の広い壁上に示されて入る。
【００４５】
本発明を一つまたはそれ以上の例で図示するとともに記述したが、特許請求の範囲の精神および趣旨から離れることなく、図示した例を変更および／または改良することができる。特に、様々な機能は、上述した構成部品および構造（ブロック、ユニット、エンジン、アセンブリ、デバイス、回路、システムなど）によって発揮され、構成部品などの記述に使用された用語（“手段”と言及したものを含む）は、図示された本発明の実施例のなかでの機能を発揮する開示した構造と構造的に対応しなくても、特に指示したものでない限り、記述の構成部品（たとえば、機能的な同等物）の説明した機能を発揮するいかなる構成部品または構造と一致しているつもりである。さらに、特に本発明の特徴をいくつかの例のうちの一つだけに関して記述してきたが、このような特徴は、与えられまたは特別の出願にとって望ましく有利なものとして、他の例の一つまたはそれ以上の特徴と結びつけることができる。さらにまた、“含む”、“含んでいる”、“有する”、“有している”及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の“構成されている”と同様に内包的であると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に基づくビーム封じ込めのための磁気装置とパワー供給ビームガイドとを有する低エネルギイオン注入システムを例示的に図示した簡略化した模式的なダイアグラムである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明に基づく他の低エネルギイオン注入システムの部分断面平面図である。
【図２】図２は、図１Ｂの注入システムをさらに示した平面図である。
【図３】図３は、図２の３‐３線に沿った図１Ｂおよび図２のビームガイドの断面正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２の４‐４線に沿った図１Ｂおよび図２のビームガイドの断面側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、形状が変更された磁石を有する図１Ｂおよび図２のビームガイドの断面正面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、形状が変更された他の磁石を有する図１Ｂおよび図２のビームガイドの断面正面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１Ｂおよび図２のビームガイドのＥＣＲゾーンと同様に、マルチカスプ・双極磁界を例示的に図示した断面側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図１Ｂおよび図２のビームガイドの一部における、マルチカスプ常数の外側の質量分析双極磁界のベクトルポテンシャル等高線を示した断面側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図１Ｂおよび図２のビームガイドの一部における、マルチカスプ常数の磁界強さの等高線を示した断面側面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図１Ｂおよび図２のビームガイドの一部における、マルチカスプ・双極常数のベクトルポテンシャル等高線を示した断面側面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図１Ｂおよび図２の質量分析器のビームガイドの一部における、マルチカスプ・双極常数磁界強さの等高線を示した断面側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明のビーム閉じ込め装置を有する他のイオン注入システムを例示的に示した平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａにおけるシステムのビームラインアセンブリの更なる詳細を示した平面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、ビームガイドマイクロ波カプラーの更なる詳細を示した図６Ｂ６Ｃ−６Ｃに沿った断面正面図である。
【図６Ｄ】図６は、ＴＥ０１モードのための図６Ａのビームガイドの電界を示した斜視図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、ＴＥ１０モードのための図６Ｂのビームガイドの電界を示した斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明に基づくビーム閉じ込め装置を有する他のイオン注入システムを例示的に示した正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａのシステムのビームラインアセンブリの更なる詳細を示す側面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａのシステムのビームガイドの更なる詳細を示す正面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７Ａのシステムのビームガイドの変更例を示す側面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、図７Ａのシステムのビームガイドの変更例を示す側面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、ＴＥ１０モードのための、図７Ｅのビームガイドの”Ｔ”部分中央における電界を示す斜視図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、ＴＥ１０モードのための、図７Ｅのビームガイドの”Ｔ”部分の一方端における電界を示す斜視図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【国際調査報告】
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