(57)【要約】  第１及び第２のコイルを含む、イオンビームのための磁気偏向器が開示される。コイルは、ビームの上方および下方にそれぞれ配置され、ビーム幅に沿って延在する。コイルの電流によって、両コイル間に、ビームの伝播方向にほぼ直交する磁界が、ビームのほぼ全幅に沿って発生する。本発明の別の態様では、加工物への注入前にビームを偏向する方法が開示される。この方法は、ビームに関する１つまたは複数の特性を判別するステップと、この判別に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるステップを含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームのための磁気偏向器であって、第１のコイルおよび第２のコイルからなる一対のコイルを含み、前記第１のコイルは前記イオンビームの上方に配置され、前記第２のコイルは前記イオンビームの下方に配置されており、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの両方は、前記イオンビームの幅に沿って延在し、さらに、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを通じて同方向に電流が流れ、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間に、前記イオンビームのほぼ全幅に沿って、前記イオンビームの伝播方向にほぼ直交する方向に、磁界を誘導することを特徴とする磁気偏向器。
【請求項２】
前記イオンビームは、リボン形ビームまたはペンシル形スキャンビームを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気偏向器。
【請求項３】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれは、前記イオンビームの全幅に沿ってその幅方向に延在するヨークと、前記ヨークに巻回され、前記イオンビームの全幅に沿ってその幅方向に延在する導体とを含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気偏向器。
【請求項４】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、入力端部と出力端部を形成するように配置されており、前記出力端部は前記入力端部の下流に位置し、前記出力端部は、前記入力端部よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁気偏向器。
【請求項５】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを通じて流れる電流の大きさが可変であり、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間の磁界の強さの変動を促進することを特徴とする請求項２に記載の磁気偏向器。
【請求項６】
前記一対のコイルに関連して、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間にプラズマを供給するように動作可能なプラズマ源をさらに含み、それによって、前記イオンビームに関連する空間電荷の中性化を促進することを特徴とする請求項２に記載の磁気偏向器。
【請求項７】
前記プラズマ源は、前記イオンビーム中のイオンに関連して、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間の残留ガスに衝突して該残留ガスをイオン化するビームプラズマを含むことを特徴とする請求項６に記載の磁気偏向器。
【請求項８】
前記プラズマ源は、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの側方部分に沿って配置されており、前記プラズマ源によって発生するプラズマは、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの間の前記磁界に関連する磁力線に沿って、前記イオンビームの全幅にわたって拡散し、それによって、前記イオンビームの全幅に沿って空間電荷を中性化することを特徴とする請求項６に記載の磁気偏向器。
【請求項９】
一対の電極をさらに含んでおり、前記一対の電極は、前記第１のコイルと前記イオンビームの間に配置された第１の電極と、前記第２のコイルと前記イオンビームの間に配置された第２の電極からなり、前記一対の電極は、該一対の電極の間に、該一対の電極の間を通過する前記イオンビームを偏向するための静電界を発生することを特徴とする請求項２に記載の磁気偏向器。
【請求項１０】
前記一対のコイルおよび前記一対の電極のそれぞれに作動的に結合するコントローラーをさらに含んでおり、該コントローラーは、予め定められた質量エネルギー積の閾値よりも小さいレベルで前記一対のコイルを動作させ、かつ、予め定められた質量エネルギー積の閾値よりも大きいレベルで前記一対の電極を動作させるように作動可能であることを特徴とする請求項９に記載の磁気偏向器。
【請求項１１】
イオン注入システムのためのハイブリッド偏向器であって、
イオンビームをビーム軸から偏向するように動作する磁気偏向モジュールと、
前記イオンビームを前記ビーム軸から偏向するように動作する静電偏向モジュールと、
１つまたは複数の入力制御信号に基づいて、前記磁気偏向モジュールと前記静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるコントローラーと、
を含むことを特徴とする混合型偏向器。
【請求項１２】
前記コントローラーは、１つまたは複数の入力制御信号が、質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも小さいことを示すときに、前記磁気偏向モジュールを動作させるように作動可能であることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１３】
前記コントローラーは、１つまたは複数の入力制御信号が、質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも大きいことを示すときに、前記静電偏向モジュールを動作させるように作動可能であることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１４】
前記イオンビームは、リボン形ビームまたはペンシル形スキャンビームを含むことを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１５】
前記磁気偏向モジュールは、前記イオンビームの上方に配置された第１のコイルと、前記イオンビームの下方に配置された第２のコイルとを含んでおり、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを通じて流れる電流は、前記イオンビームの伝播方向にほぼ直交する磁界を誘導することを特徴とする請求項１４に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１６】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、入力端部と出力端部を有しており、前記出力端部は前記入力端部の下流に位置するように配置され、前記出力端部の開口部は、前記入力端部よりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１７】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、前記イオンビームの全幅に沿って延在することを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１８】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに関連して、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間にプラズマを供給するように動作可能なプラズマ源をさらに含み、それによって、前記イオンビームに関連する空間電荷の中性化を促進することを特徴とする請求項１７に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項１９】
前記プラズマ源は、前記イオンビーム中のイオンに関連して、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間の残留ガスに衝突して該残留ガスをイオン化するビームプラズマを含むことを特徴とする請求項１８に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項２０】
前記プラズマ源は、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの側方部分に沿って配置されており、前記プラズマ源によって発生するプラズマは、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの間の前記磁界に関連する磁力線に沿って、前記イオンビームの全幅にわたって拡散し、それによって、前記イオンビームの全幅に沿って空間電荷を中性化することを特徴とする請求項１８に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項２１】
前記静電偏向モジュールは、前記第１のコイルと前記イオンビームの間に配置された第１の電極と、前記第２のコイルと前記イオンビームの間に配置された第２の電極とを含んでおり、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加される電圧に応じて、前記第１の電極と前記第２の電極の間に、前記イオンビームの伝播方向にほぼ直交する方向に静電界を発生することを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド偏向器。
【請求項２２】
イオンビームを発生するように作動可能なイオン源と、
前記イオンビームを受容して、不要の質量対電荷比を有するイオンを除去するように作動可能な質量分析器と、
該質量分析器から前記イオンビームをビーム軸に沿って受容し、磁界を使用して前記ビーム軸から前記イオンビームを偏向するように作動可能な磁気偏向器と、
を含むことを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２３】
前記イオンビームは、リボン形ビームまたはペンシル形スキャンビームを含んでおり、前記磁気偏向器は、第１のコイルおよび第２のコイルを含み、前記第１のコイルは前記イオンビームの上方に配置され、前記第２のコイルは前記イオンビームの下方に配置されており、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの両方は、前記イオンビームの幅に沿って延在し、さらに、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを通じて同方向に電流が流れ、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間に、前記イオンビームのほぼ全幅に沿って、前記イオンビームの伝播方向にほぼ直交する方向に、磁界を誘導することを特徴とする請求項２２に記載のイオン注入システム。
【請求項２４】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれは、前記イオンビームの全幅に沿ってその幅方向に延在するヨークと、前記ヨークに巻回され、前記イオンビームの全幅に沿ってその幅方向に延在する導体とを含むことを特徴とする請求項２３に記載のイオン注入システム。
【請求項２５】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、入力端部と出力端部を形成するように配置されており、前記出力端部は前記入力端部の下流に位置し、前記出力端部は、前記入力端部よりも大きいことを特徴とする請求項２３に記載のイオン注入システム。
【請求項２６】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを通じて流れる電流の大きさが可変であり、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間の磁界の強さの変動を促進することを特徴とする請求項２３に記載のイオン注入システム。
【請求項２７】
前記一対のコイルに関連して、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間にプラズマを供給するように動作可能なプラズマ源をさらに含み、それによって、前記イオンビームに関連する空間電荷の中性化を促進することを特徴とする請求項２３に記載のイオン注入システム。
【請求項２８】
前記プラズマ源は、前記イオンビーム中のイオンに関連して、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間の残留ガスに衝突して該残留ガスをイオン化するビームプラズマを含むことを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入システム。
【請求項２９】
前記プラズマ源は、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの側方部分に沿って配置されており、前記プラズマ源によって発生するプラズマは、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの間の前記磁界に関連する磁力線に沿って、前記イオンビームの全幅にわたって拡散し、それによって、前記イオンビームの全幅に沿って空間電荷を中性化することを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入システム。
【請求項３０】
一対の電極をさらに含んでおり、前記一対の電極は、前記第１のコイルと前記イオンビームの間に配置された第１の電極と、前記第２のコイルと前記イオンビームの間に配置された第２の電極からなり、前記一対の電極は、該一対の電極の間に、該一対の電極の間を通過する前記イオンビームを偏向するための静電界を発生することを特徴とする請求項２３に記載のイオン注入システム。
【請求項３１】
前記一対のコイルおよび前記一対の電極のそれぞれに作動的に結合するコントローラーをさらに含んでおり、該コントローラーは、予め定められた質量エネルギー積の閾値よりも小さいレベルで前記一対のコイルを動作させ、かつ、予め定められた質量エネルギー積の閾値よりも大きいレベルで前記一対の電極を動作させるように作動可能であることを特徴とする請求項３０に記載のイオン注入システム。
【請求項３２】
エネルギーコンタミネーションを低減するために、加工物への注入前にイオンビームを偏向する方法であって、
前記イオンビームに関連する１つまたは複数の特性を判別するステップと、
前記判別に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記イオンビームに関連する１つまたは複数の特性を判別するステップは、前記イオンビームのエネルギーを判別することを含んでいる請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記判別に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるステップは、前記イオンビームのエネルギーが予め定められた閾値よりも小さい場合に前記磁気偏向モジュールを動作させることを含んでいる請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記判別に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるステップは、前記イオンビームのエネルギーが予め定められた閾値よりも大きい場合に前記静電偏向モジュールを動作させることを含んでいる請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記イオンビームに関連する１つまたは複数の特性を判別するステップは、前記イオンビームの質量エネルギー積を判別することを含んでいる請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記イオンビームに関連する１つまたは複数の特性を判別するステップは、前記質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも小さいか否かを判別することを含んでいる請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記判別に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるステップは、前記イオンビームの質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも小さい場合に前記磁気偏向モジュールを動作させることを含んでいる請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記判別に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるステップは、前記イオンビームの質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも大きい場合に前記静電偏向モジュールを動作させることを含んでいる請求項３７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、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おいてイオンビームを低エネルギーに減速するために用いられる偏向システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムは、集積回路の製造において、半導体に不純物をドープ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、イオンビームとしてイオン源から引き出される。イオンビームは、通常、質量分析によって所望の質量対電荷比を有するイオンが選択され、半導体ウエハ等の加工物の表面に導かれて、そのドーパント元素がウエハに注入される。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。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、磁界を使用して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アセンブリーと、そのイオンビームが注入される半導体ウエハまたは加工物を収容するターゲットチャンバーとが含まれる。
【０００３】
所定の用途に応じた所望の注入を達成するために、注入されるイオンの線量およびエネルギーを変更することができる。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、比較的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、半導体または他の基板に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、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。
【０００４】
中電流注入システムは、通常、枚葉式システムであると共に大ティルト角での注入を可能にするものである。そのようなシステムは、通常、中エネルギーから高エネルギーの範囲（例えば、１０〜２５０ｋｅＶ）での低線量処理または中線量処理に適している。低エネルギーでは、ビームライン中の様々な光学要素を通じて、ビーム輸送効率が低いために、ビーム電流供給能力が大幅に低下する。ビーム輸送効率を改善するために一般に使用される技術は、高エネルギーでビームを伝播させ、その後、加工物から短距離の位置で所望のエネルギーにビームを減速することである。通常、減速率を高くする程、ビーム輸送効率におけるゲインが向上する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような減速システムでは、加工物に、望ましくないエネルギーコンタミネーションが生じる場合がある。エネルギーコンタミネーションは、減速前にビーム内に発生した中性粒子がターゲットに到達可能となる状態である。中性粒子は減速されないため、イオンビームの他の部分よりも大幅に高いエネルギーで加工物に到達することができ、そのような状態をしばしばエネルギーコンタミネーションと呼ぶものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つまたは複数の態様の基本的理解のために、本発明の簡単な要約を以下に示す。この要約は、本発明の完全な概要ではなく、また、本発明の重要な要素を同定するものでも、本発明の範囲を画定するものでもない。この要約の主要な目的は、後述する詳細な説明の導入として、本発明の概念の幾つかを簡略化された形式で提示することである。
【０００７】
本発明は、イオン注入システムにおける磁気偏向器に関する。この磁気偏向器は、ビームの伝播方向にほぼ直行するほぼ均一な磁界を発生する。この磁界によって、イオンビーム（例えば、ペンシル形ビームまたはリボン形ビーム）中の移動するイオンに力が作用し、それによって、イオンビームはビーム軸から偏向する。この偏向によって、エネルギーコンタミネーションとして作用する中性粒子がビームから除去される。
【０００８】
本発明の一態様において、磁気偏向器は、イオンビームの上方および下方にそれぞれ配置された一対のコイルを含む。これらのコイルは、それらを通じて流れる電流に応じて、コイル間に、ビームの伝播方向にほぼ直交する磁界を発生させる。これらのコイルは、イオンビームがリボン形ビーム、または、リボン形ビームに見えるスキャンビームの場合、好ましくは、イオンビームの全幅に沿って横方向に延在し、それによって、ビームの全幅に沿って均一な磁界を発生するものである。加えて、コイル間の領域にプラズマを導入し、特に、ビームエネルギーが低い場合に、空間電荷の中性化を促進するものであってもよい。プラズマは、コイル間の磁力線に沿って拡散し、ビームの幅に沿ってほぼ均一に空間電荷を中性化するものである。
【０００９】
本発明の一態様では、イオン注入システムにおいて、磁気方式と静電方式のハイブリッド偏向システムが使用される。このハイブリッド偏向システムは、磁気偏向モジュールおよび静電偏向モジュールと、１つまたは複数の入力制御信号に基づいて、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールの１つを選択的に動作させるように作動可能なコントローラーとを含んでいる。例えば、コントローラーは、１つまたは複数の入力制御信号が、質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも小さいことを示す場合に、磁気偏向モジュールを動作させ、質量エネルギー積が閾値よりも大きい場合に、静電偏向モジュールを動作させるように作動可能なものである。上記の方法において、このハイブリッドシステムは、低いビームエネルギーで磁気偏向を使用するものであり、この場合、プラズマを使用して、低エネルギーで問題となる空間電荷効果の影響を軽減してもよい。同様に、空間電荷効果が明白でないときに磁気硬度の限界が現れた場合には、このハイブリッドシステムは、比較的高いビームエネルギーで静電偏向を使用してもよい。
【００１０】
本発明に従って、このハイブリッド偏向器は、ペンシル形ビーム、リボン形ビーム、または、リボン形と同様の性質を有するペンシル形スキャンビームに対して適用することができる。
【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。添付図面および以下の説明は、例示のためのものであり、本発明を限定するものではない。したがって、例示されたシステムおよび方法の変形例、並びに、本明細書に例示されたシステムおよび方法とは異なる他の実施形態は、本発明および添付請求項の範囲に含まれるものである。
【００１３】
本発明は、低エネルギーのイオンビームを得るための減速システムと共に使用される偏向システムに関する。この偏向システムは、中性粒子が加工物に到達することを回避するために、イオンビームを受容して、そのイオンビームを入射ビームライン軸から加工物に向けて偏向する。以下に説明するように、本発明は、イオンビームをビームライン軸から偏向するように動作可能な磁気偏向器を含む。この磁気偏向器は、さらに、静電偏向器と共に使用してハイブリッド偏向システムを形成するものであってもよい。この場合、磁気偏向モジュールは、比較的低いイオンビームエネルギーにおける偏向に使用され、静電偏向モジュールは、比較的高いビームエネルギーにおける偏向に使用される。本発明は、ペンシル形ビームの注入システムおよびリボン形ビームの注入システムの両方に適用することができる。
【００１４】
まず、図１を参照すると、本発明の１つまたは複数の態様を実施するために好適なイオン注入システム１００が、ブロック図で示されている。システム１００は、ビーム経路に沿ってイオンビーム１０４を生成するためのイオンビーム源１０２を含む。以下に詳述するように、このイオンビームは、ペンシル形ビームからなるものであってもよく、または、リボン形ビームからなるものであってもよい。イオンビーム源１０２は、例えば、電源１０８を備えたプラズマ源１０６を含んでいる。プラズマ源１０６は、例えば、プラズマ閉じ込めチャンバーを含み、このプラズマ閉じ込めチャンバーからイオンビームが引き出される。
【００１５】
イオンビーム源１０２の下流には、そこからイオンビーム１０４を受容するビームラインアセンブリー１１０が備えられている。ビームラインアセンブリー１１０は、質量分析器１１２、スキャナー１１４（ペンシル形システムの場合）、減速システム１１６、および偏向器１１８を含んでいてもよい。質量分析器１１２は、例えば磁石（図示省略）のような磁界を発生する構成要素を含み、質量（例えば、電荷対質量比）に応じた様々な軌道でイオンビーム１０４からイオンを偏向するために、ビーム経路に交差する磁界を発生する。
【００１６】
スキャナー１１４は、ペンシル形ビームを制御された方法で加工物全域に方向付ける（走査する）ために、ビームライン軸の方向を調整し、それによって、リボン形ビームの効果を生じさせるものである。スキャナーは、静電方式または磁気方式のいずれであってもよく、また、任意のそのような走査機構または他のタイプのシステムを本発明と共に使用することもできる。ペンシル形ビームを走査してリボン状ビームを生成する代わりに、リボン形ビームを直接生成するイオンビーム源を使用することもできる。本発明と共に使用できるリボンビーム源の一例は、２００２年５月１日に出願され、本発明の譲受人に譲受された米国特許出願第１０／１３６，０４７号に開示されており、その内容は参考として本明細書に含まれる。
【００１７】
ビームライン１１０は、さらに、減速モジュール１１６を含む。この減速モジュールは、イオンビームに関連するエネルギーを偏向させるように制御可能かつ選択的に動作可能なものである。例えば、中程度のエネルギーでは、ビームエネルギーの実質的な変更は要しないため、このモジュールは、イオンビームが実質的な変更を受けることなく通過できるようにするものである。一方、低エネルギーの用途（例えば、半導体における浅い接合の形成）では、ビームエネルギーの減速を要する場合がある。このような状況において、減速システム１１６は、イオンビームを減速することによって、所望のエネルギーレベルまでビームのエネルギーを低減することができる。
【００１８】
ビームラインは、本発明に従う偏向システム１１８を含んでいる。偏向システム１１８は、磁気偏向器を含み、減速システム１１６を通過した後に、イオンビームをビームライン軸から偏向するように動作する。例えば、入射ビームが減速されていたとしても、イオンビームに伴って移動する中性粒子はどれも減速されていない。そして、そのような中性粒子は、イオンビームを偏向しなければ、エネルギーコンタミネーションとして加工物に到達してしまう。偏向システム１１８の磁気偏向器は、このような状況下で、イオンビームを、ビームライン軸から加工物に向けて偏向するものである。このとき、中性粒子は、磁気偏向器によって偏向されず、以前のビームライン軸に沿って移動するため、加工物には到達しない。
【００１９】
中性の汚染粒子は、偏向システムの上流領域において、イオンおよび背景（残留）粒子間の衝突によって生成される可能性がある。このような衝突によって、一部のイオンが背景粒子または他の粒子と電荷を交換する現象が生じ、それによって、中性粒子（汚染粒子）となる。これらの中性粒子は、ウエハの、イオンが注入されるべき領域に注入されると、意図されたドープのレベルを希釈して、ドープ処理に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに重要なことは、これらの粒子は、電気的に中性であるため、減速器、より詳細には、電極によって発生する静電界を、その影響（例えば、減速、集束、屈折、または、速さおよび／または方向に関する他の変更）を受けることなく通過することである。したがって、これらの粒子は、加速器を通過して調整されたイオンビーム中の、曲げられ、集束され、加速および／または減速されたイオンとは、その（影響を受けていない）エネルギーレベルが異なっている可能性が高いため、ウエハに望ましくない深さで注入されるおそれがある。この中性粒子による汚染（コンタミネーション）は、半導体デバイスの所望の性能を大幅に劣化させる可能性がある。
【００２０】
本発明は、その１つまたは複数の態様において、中性粒子による汚染に取り組むものであり、少なくとも、イオンビームを屈折することによって、イオンをビーム中の中性汚染粒子から逸らすものである。除染されたイオンビームは、例えば、汚染粒子の経路から約５〜２５度の角度だけ偏向させることができる。汚染粒子は、電気的に中性であり、電極によって影響を受けないため、汚染粒子の経路はイオンビームの元の経路である。このイオンビームは、加工物に導かれ、加工物の選択領域に注入するために、その領域に衝突する。汚染粒子が加工物またはウエハに衝突することを避けるために、例えば、ある種の障壁を中性粒子の流れの前に配置することもできる。
【００２１】
本発明はまた、その１つまたは複数の態様において、イオンビームのブローアップの問題にも取り組むものである。イオンビームのブローアップは、同種の荷電粒子が反発する特性の結果として生じる。イオンビームを形成する正に帯電したイオンは、いわゆる「空間電荷力」のために、互いに反発する。空間電荷効果は、イオンビームエネルギーの３／２乗に反比例するため、イオンビーム中のイオンが減速されると増大し、イオンビームが分散（ブローアップ）する傾向が増大する。空間電荷力のため、イオンビームの横方向の広がりは、次式に比例する。
【００２２】
【数１】
2007517358.tif 000003
【００２３】
ここで、ｍはイオンの質量、ｑはイオンの電荷、Ｉはビーム電流、Ｕはビームエネルギー、ｚはイオンビームの伝播距離である。ただし、イオンビームは、均一であると仮定されている。このように、ビームエネルギーが減少すると、ビームのブローアップの可能性が増大することが分かる。したがって、イオンビームのエネルギーが低い場合、特に、ビームが減速されていると共に、ビーム電流が大きいかまたはビーム中のイオン濃度が大きい場合には、すべてのイオンをウエハに到達させることが困難になる。
【００２４】
本発明の磁気偏向器は、低エネルギーにおける静電偏向機構に比べて有利なものである。低エネルギーでは、空間電荷力に関連する問題は悪化し、望ましくないビームのブローアップの傾向が生じる。磁界の存在下で生じる偏向と共に、そこでプラズマを使用することによって、空間電荷の中性化を促進することができる。磁界は、一般に、磁力線を横切るプラズマの拡散に対して抵抗を与えるが、磁力線に沿ったプラズマの拡散には、ほとんど抵抗を示さない。以下に詳述するように、磁界の方向は、ビームの伝播方向（または輸送方向）にほぼ直交する方向であるため、プラズマは、リボン形ビーム、または、加工物付近でリボン状に見えるペンシル形スキャンビームのいずれの場合でも、ビームの全幅を横断して容易に拡散することができる。これによって、イオンビームに関連する空間電荷の均一な中性化が促進される。
【００２５】
再び図１を参照すると、システム１００は、質量分析されて実質的に除染されたイオンビーム１１９を、ビームラインアセンブリー１１０から受容するエンドステーション１２０も備えている。エンドステーション１２０は、イオンビーム１１９を使用した注入処理のために、例えば半導体ウエハ（図示省略）のような１つまたは複数の加工物を、ビーム経路（ただし、偏向器１１８により元のビームライン軸からは逸れた経路）に沿って支持するものである。
【００２６】
図２は、中電流かつ低エネルギーのペンシル形ビームまたはリボン形ビームを、本発明の１つまた複数の態様に従って形成するために好適な、例示的なイオン注入システム２００をより詳細に示した図である。システム２００は、例えば、モジュール型のガスボックス２０２、補助ガスボックス２０４、およびガスボックスのパージのリモートコントロールパネル２０６を含む。ガスボックス２０２、２０４は、他の物質と共に、ドーパント物質の１種または複数種のガスを含んでおり、システム２００内の長寿命化イオン源２０８中に、１種または複数種のガスを選択的に供給できるようにするものである。１種または複数種のガスは、イオン源２０８でイオン化され、システムに選択的に搬入されるウエハまたは加工物に注入するために好適なイオンが発生する。ガスボックスのリモートコントロールパネル２０６は、１種または複数種のガスまたは他の物質を、必要に応じてシステム２００から排気（パージ）する、
【００２７】
システム２００には、ドーパントガスを電気的に励起してエネルギーを付与することによってガスからイオンを生成するために、他の構成要素と共に、高圧端子電力分配器２１０および高圧絶縁トランス２１２が含まれている。また、イオン源２０８からイオンを引き出して、そのイオンをビームライン２１６に加速するために、イオンビーム引出アセンブリー２１４が含まれている。ビームラインアセンブリー２１６は、質量分析磁石２１８を含むものである。質量分析磁石２１８は、不適当な電荷対質量比を有するイオンを除外する。特に、質量分析磁石２１８は、曲面状の側壁を有するビームガイドを含んでおり、不適当な質量対電荷比を有するイオンは、ビームガイドを通じて伝播すると、１つまたは複数の磁界によってその側壁に衝突する。
【００２８】
システム２００には、スキャンビームの角度制御を補助するための構成要素２２０を含めることもできる。この構成要素は、他の要素と共に、走査角度補正レンズを含んでいてもよい。加速／減速カラム２２２は、イオンビーム中のイオンの速度および／または集束を、容易に制御および調整できるようにするものである。さらに、システム２００には、偏向システム２２４が含まれており、この偏向システム２２４は、上述したように、汚染粒子を除去し、エネルギーコンタミネーションの要因となる粒子のウエハまたは加工物への衝突を軽減するものである。
【００２９】
ウエハまたは加工物２２６は、イオンの選択的注入のために、ステーションチャンバー２２８内にロードされる。機械的スキャンドライブ２３０は、チャンバー２２８内のウエハを操作して、ビームに対して選択的に衝突できるようにするものである。ウエハまたは加工物２２６は、ウエハ操作システム２３２によって、エンドステーションチャンバー２２８内に搬入される。ウエハ操作システムは、例えば、１つまたは複数の機械的アームまたはロボットアーム２３４を含んでいてもよい。オペレーターは、オペレーターコンソール２３６によって、システム２００の１つまたは複数の構成要素を選択的に制御して、注入処理を調整するものである。最後に、システム２００全体に電力を供給するために、電力分配ボックス２３８が備えられている。
【００３０】
図３Ａを参照すると、図１および図２に示すシステム１１８、２２４のような、本発明の一態様に従った例示的な偏向システム３００が示されている。偏向システム３００は、コントローラー３０４に結合された磁気偏向器３０２を含み、磁気偏向器３０２は、プラズマ源３０６に作動的に関連するものである。磁気偏向器３０２は、１つまたは複数の入力制御信号３０８に基づいてコントローラー３０４によって動作し、イオンビーム３１３の伝播方向３１２にほぼ直行する（または、横断する）磁界を領域３１０に発生する。この例において、イオンビームは、ペンシル形ビーム、ペンシル形スキャンビーム（したがって、走査のためにリボン状に見える）、またはリボン形ビーム、および本発明において考えられる全ての代替的なビーム形状である。より詳細には、磁界３１０は、イオンビームを、ビームライン軸３１４から加工物３１８に向かう方向３１６に偏向するように作用するものである。
【００３１】
磁気偏向器３０２は、ビームを横断するほぼ均一な磁界を生成し、リボン形ビームまたはリボン形と同様のビームの場合には、ビーム３１３の全幅（図示省略）にわたってほぼ均一な磁界を生成する。この結果、方向３１６に沿ったビーム３１３の偏向は、ビームの全幅にわたってほぼ均一に生じるため、リボン形ビームの均一性を保持するために有利なものである。加えて、プラズマ源３０６は、領域３１０にプラズマを供給し、低いビームエネルギーで重要な、ビームに関連する空間電荷の中性化を促進する。低いビームエネルギーでの偏向に磁界を使用することは、磁界がプラズマによって消失または押し流されないため、有利なものである。むしろ、プラズマは、通常、磁力線に沿って領域３１０を通じて拡散することができる。
【００３２】
磁界は、ローレンツ力の式：Ｆ＝ｑ（ｖ×Ｂ）に従って、ビーム３１３中のイオンを偏向するように作用する。ここで、磁界ベクトルＢによって示される方向を有する磁界下で、速度ベクトルｖによって示される方向に移動する電荷に作用する力は、力ベクトルＦによって示される方向を有する。より詳細には、図３Ｂに示すように、ビーム３２０中のイオンが正に帯電したイオンであり、速度ＶでＺ方向に伝播しており、かつ、磁界がその伝播方向に直行するＸ方向を向いている場合、イオンに作用する力は、Ｙの負方向である。この例では、図示されるように、紙面の下方向である。
【００３３】
プラズマ源３０６は、磁界領域３１０と作動的に関連している。一例では、このプラズマは、この領域中に存在する任意の残留ガスと、ビーム中のイオンとの相互作用によって生じるビームプラズマである。あるいは、プラズマ源は、例えばキセノンのような高い電離効率を有するガス源であってもよい。さらに別の例として、プラズマ源３０６は、プラズマフラッド（plasma flood）、または、プラズマを生成して磁界領域に入射させる他のタイプの装置であってもよい。
【００３４】
磁界領域中の磁界がイオンビーム中のイオンを偏向するように作用するものであるため、その磁界は、イオンビームにわたって可能な限り均一であることが望ましく、特に、リボン形ビームまたはリボン形と同様のビームを使用する場合には、ビームの全幅にわたって均一であることが望ましい。リボン形ビームが３００ｍｍ半導体ウエハにわたって走査される１つの例示的な用途では、リボン形ビームは３００ｍｍを超える幅を有しており、したがって、磁界は、リボン形ビームの縁部の歪みを最小限に抑えるために、そのリボンの幅に相当する、リボンの幅よりも実質的には大きな距離にわたって均一であるものである。
【００３５】
本発明の１つの例示的な態様に従って、磁気偏向器３０２の磁界は、一対のコイルを使用して発生させるものであり、それらの一方が、図４Ａに、符号３５０を付して示されている。コイル３５０は、一例として、ヨーク３５２に巻回された導体を含んでいる。コイル３５０を通じて電流が流れると、そのループを通じて、閉じた経路を形成する磁力線を伴う磁界が発生する。図４Ｂに示すように、コイル３５０を通じて流れる電流（Ｉ）が、時計回り（電子は反時計回り）である場合、図４Ａに示すように、右手の法則に従って、ヨーク中の３５４で紙面に入り、リボン形ビームが伝播する磁界領域３１０の３５６で紙面から出る磁界が発生する。コイル３５０がヨーク３５２に沿って延在している距離または横幅３６０を、リボン形ビームの幅よりも大きくすることにより、ビームの全幅にに沿ってほぼ均一な磁界が存在することになる。あるいは、例えば、永久磁石または電磁石のような、双極子磁界を発生する他のメカニズムを使用することもできる。
【００３６】
図５Ａに、一対のコイル３５０を使用した磁気偏向器を有するシステム４００を示す。ここで、第１のコイル３５０ａは、ビーム３１３の上方に配置され、第１のコイル３５０ｂは、ビーム３１３の下方に配置されている。第１および第２のコイル３５０は、互いに他方のコイルと関連して、領域３１０に、ビームの伝播方向にほぼ直交する磁界４０２を形成する。さらに、この例では、第１および第２のコイル３５０は、入力端部が開口部サイズ４０４を有し、入力端部の下流側に配置された出力端部は、入力端部よりも大きな開口部サイズ４０６を有するように構成されている。出力端部の開口部が大きいことによって、加工物３１８に向けて偏向された経路に沿って、ビームを物理的に崩壊させることなく、ビームを偏向することができる。ただし、互いにほぼ平行に構成された一対のコイルを使用することもでき、その構成は、本発明の範囲に含まれるものである。
【００３７】
一対のコイル３５０ａ，３５０ｂを有することは、リボン形ビームまたはリボン形と同様のビームの、幅方向および高さ方向の両方に対して均一な磁界４０２を形成するために役立つ。コイル３５０のそれぞれは、同方向に流れる電流を有しており、それぞれのコイルによって結果として生じる磁界は、互いに打ち消し合うのではなく、互いに加算されるように重ね合わされる。これらのコイルの一方または両方の電流を変動することによって、所望の制御に応じて、ビームの偏向量を調整するか、あるいは、様々に異なるドーパント化学種またはビームエネルギーに対して所定の偏向を達成するために、磁界領域３１０中の磁界４０２の強さを調整することができる。
【００３８】
図５Ｂは、本発明の例示的な一態様に従う磁気偏向器を示す透視図である。図５Ｂにおいて、一対のコイル３５０ａ、３５０ｂは、単一のヨーク３５２を介して結合された配置をとるものである。加えて、中性粒子は偏向されないため、依然として以前のビームライン軸に沿って伝播するそのような中性粒子を捕獲または収集するために、偏向器の後方に保護プレート３８０が配置されている。さらに、コイル間に配置されたヨークの側方部分にマルチカスプ磁石を使用することもでき、これは、リボン形ビームまたはリボン形と同様のビームの縁部において、電子を閉じ込めるために役立つものである。
【００３９】
本発明の別の態様に従って、図６Ａには、磁気／静電式ハイブリッド偏向システム５００が示されている。ハイブリッド偏向システム５００は、磁気偏向モジュールと静電偏向モジュールを、それぞれ含んでいる。磁気偏向モジュールは、図６Ａに、ビーム３１３の上方および下方にそれぞれ配置された一対のコイル３５０として示されている。この例でっは、静電偏向モジュールは、一対の電極５０４、または、ビームの上方および下方にそれぞれ配置された横方向に延在する導電板として示されている。磁気偏向モジュールおよび静電偏向モジュールの両方は、コントローラー３０４に差動的に結合されており、コントローラは、１つまたは複数の入力信号３０８に基づいて、上記モジュールの１つを選択的に動作させることができる。
【００４０】
本発明の１つの例示的な態様では、コントローラ３０４は、ビームの質量エネルギー積に基づいて、上記モジュールの１つを選択的に動作させるものである。例えば、図６Ｂに示すように、コントローラー３０４は、質量エネルギー積が予め定められた閾値よりも小さい場合、磁気偏向モジュールを動作させ、また、場合によっては（例えば、偏向領域５１０内でビームが磁界５２０によって偏向された場合）プラズマ源３０６を動作させる。同様に、コントローラー３０４が、１つおよび複数の入力制御信号３０８に基づいて、質量エネルギー積が閾値よりも大きいと判別した場合には、コントローラーは、静電偏向モジュールを選択的に動作させ、静電界５０６を使用して、電界／磁界領域５１０内でのイオンビーム偏向を達成する。
【００４１】
本発明に係るハイブリッド偏向器５００は、空間電荷効果が重要な低エネルギーでは、磁気偏向器を使用するものである。磁気偏向器を使用することによって、電界／磁界領域５１０でプラズマを使用することが可能となるため、空間電荷の中性化が促進される。電界／磁界領域５１０中のプラズマにとって、磁力線を横断する方向には抵抗が存在するため、プラズマが磁力線を横断しようとすることはない。しかし、プラズマ抵抗は、磁力線に沿った方向では大幅に低減する。その結果、電界／磁界領域５１０中のプラズマは、磁力線に沿って、ビームの幅方向（リボン形ビーム、または、リボン形と同様のビームの場合）に拡散する傾向を有する。それによって、電界／磁界領域５１０中でプラズマの十分な均一化が可能となり、空間電荷の中性化における均一性が促進される。
【００４２】
比較的高いビームエネルギーでは、高エネルギーにおける空間電荷効果の低減のためプラズマが存在しないことに関わらず、静電偏向モジュールを通じて大きなビーム電流が輸送される。したがって、質量エネルギー積が予め定められた閾値（例えば、４０００ｋｅＶ−ａｍｕ）よりも大きい場合、コントローラーは、静電偏向モジュールを選択的に動作させる。このとき、電極５０４には、電界／磁界領域５１０に静電界５０６を形成するように、バイアス電圧が印加される。静電界中のイオンには、式：Ｆ＝ｑＥに従って力が作用する。ここで、電荷には、静電界の方向に力が作用する。好ましくは、電極５０４は、ビーム上に作用する静電界が、リボン形ビームまたはリボン形と同様のビームの全幅に沿ってほぼ均一となるようなビーム構成において、少なくともビームの全幅に沿って横方向に延在するものであり、それによって、ビームの縁部に沿った歪みが低減される。磁気偏向は、比較的高いエネルギーにおいて磁気硬度による限界が存在するため、このような比較的高いエネルギーでは、静電偏向が有利である。
【００４３】
本発明の別の態様において、図７Ａおよび図７Ｂにそれぞれ示すように、一対のコイル３５０ａ、３５０ｂは、様々な方向を備えていてもよい。図７Ａに示すように、両コイルは、互いに平行に配置されると共に、ビームライン軸に平行に配置されていてもよい。あるいは、図７Ｂに示すように、コイル３５０ａ、３５０ｂは、互いに平行に配置されると共に、偏向後の軸に平行に配置されていてもよい。これらの配置の場合、システムへの入口の開口部４０４は、出口の開口部４０６とほぼ同一のサイズである。このようなコイルの配置構成および他のコイルの配置構成を使用することもでき、その構成は、本発明の範囲に含まれるものである。
【００４４】
本発明の更に別の態様に従って、図８に示すように、イオンビームを加工物に向けて偏向させるための方法６００が提供される。方法６００は、一連の動作または事象として図示され、また、以下に記載されているが、本発明は、そのような動作または事象の順番に限定されるものではない。例えば、本発明の１つまたは複数の態様に従って、本明細書に図示および／または記載されたものから逸脱して、いくつかの動作は、異なる順序で発生するものであっても、または、他の動作または事象と同時に発生するものであっても、あるいは、それらの両方であってもよい。加えて、本発明に係る方法を実施するために、必ずしも例示されたすべてのステップが必要なわけではない。さらに、本発明に係る方法は、本明細書に図示および記載された構造物の形成および／または処理に関連して実施できるだけでなく、例示されていない他の構造物に関連して実施することもできる。
【００４５】
この方法６００は、ステップ６０２から開始する。ステップ６０２において、例えばコントローラーが、１つまたは複数の入力制御信号を受信する。制御信号は、例えば、使用されるドーパント化学種、およびビーム（例えば、リボン形ビーム）の所望のエネルギーを反映するものであってもよく、これらの制御信号は、偏向システムに導入する前に、分析後減速が必要か否か、あるいは、どの程度の分析後減速が必要かを判別するために使用される。ドーパント化学種および最終エネルギーレベルに関する情報と共に、ステップ６０４において、質量エネルギー積（ＭＥＰ：mass-energy product）が判別され、ステップ６０６において、そのＭＥＰが予め定められた閾値よりも大きいか否かが判別される。この判別に基づいて、２つの異なるモジュールの１つを動作させる。ステップ６０６において、ＭＥＰが閾値よりも小さかった場合（はい）、ステップ６０８において、上記記載において詳述したような磁気偏向モジュールを動作させ、また、ステップ６１０において、プラズマを導入するかまたは生成して、空間電荷の中性化を促進するものである。
【００４６】
一方、ステップ６０６において、ＭＥＰが予め定められた閾値よりも大きかった場合（いいえ）、ステップ６１２において、静電偏向モジュールを動作させるものである。質量エネルギー積またはビームエネルギーのような判断基準に基づいて、異なるタイプの偏向器を使用することによって、偏向メカニズムを低エネルギーに対して適切なものに調整することができる。その結果、空間電荷の中性化により、低エネルギーにおいて、比較的高いビーム電流を効率的に使用することができる。
【００４７】
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（アセンブリー、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、相当するものである。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、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。本発明において、用語「リボン形と同様のビーム」は、リボン形ビーム、および、ペンシル形スキャンビームを含むものである。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。また、本明細書で使用されている用語「例示的な（exemplary）」は、最良の実施形態ではなく、単に一例を意味するものとして使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の１つまたは複数の態様に従うイオン注入システムの構成要素を概念的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の１つまたは複数の態様に従うイオン注入システムの概念図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一態様に従って、エネルギーコンタミネーション低減するために使用される磁気偏向システムを示すブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、移動するイオンに対する磁界の影響を、ローレンツ力の式に従って示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の例示的な態様に従って、コイルを含む例示的な磁気偏向器の一部を示す透視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、磁気偏向器の一部とコイルを通じて流れる電流を示すために、図４Ａの切断線４Ｂ−４Ｂに沿って示した断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一態様に従って、リボン形ビームの伝播方向にほぼ直交する磁界を発生する一対のコイルを使用した磁器偏向システムを示すブロック図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明に従う例示的な磁気偏向器を示す透視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の別の態様に従って、イオンビームを偏向してエネルギーコンタミネーションを低減するための磁気／静電式ハイブリッド偏向システムを示すブロック図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、質量エネルギー積に関する閾値と、質量エネルギー積に基づく磁気偏向または静電偏向の選択を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、磁気／静電式ハイブリッドシステムの追加の例を示すブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、磁気／静電式ハイブリッドシステムの追加の例を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の態様に従って、ペンシル形ビームまたはリボン形ビームを使用するイオン注入装置における、エネルギーコンタミネーションを低減するための方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2007517358.tif 000013
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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