(57)【要約】リボン型イオンビームに対する質量分析器が開示される。質量分析器は、その入口端と出口端を形成する一対のコイルを含む。フィールドクランプは、質量分析器の入口端と出口端の一方または両方の位置またはその近くに設けられる。このフィールドクランプは、質量分析器の入口端と出口端に密接する漏れ磁界を終端させるように操作される。これにより、このような漏れ磁界にリボンビームが衝突するのを減少させ、ビームの均一性を改善する。【選択図】      図８
2007516573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リボンビームを作り出すために作動するイオン源と、
前記リボンビームを入口端に受け入れて出口端に出力する所定の径路に沿って、所望の電荷質量比を有するリボンビーム内のイオンを偏向するために作動する質量分析システムと、
該質量分析システムの下流に配置され、前記リボンビームを介してイオン注入するために加工物を支持するように操作可能なエンドステーションとを含み、
前記質量分析システムは、前記入口端及び出口端の一方に配置されるフィールドクランプを含み、このフィールドクランプは、関連する漏れ磁界をほぼ終端させるように操作可能で、これによりリボンビームのひずみを減少させることを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
前記フィールドクランプは、リボンビームの幅に関連した方向に伸びる２つの鉄部材を含み、第１の鉄部材はリボンビーム上方に配置され、第２の鉄部材はリボンビームの下方に配置され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】
前記質量分析システムは、入口端に配置される第１フィールドクランプと、出口端に配置される第２フィールドクランプとを含む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４】
前記第１、第２フィールドクランプの各々は、リボンビームの幅に関連した方向に伸びる２つの鉄部材を含み、第１鉄部材は、リボンビームの上方に配置され、第２鉄部材は、リボンビームの下方に配置され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】
前記質量分析システムは、コイル対の間にビームライン径路を有する一対のコイルを含み、前記コイル対は、電流がコイルを流れるとき、リボンビームの伝播方向にほぼ直交して磁界を発生させるように操作可能であ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６】
一対のコイルは、リボンビームの幅方向に伸び、前記コイルのいずれかの一端に質量分析システムの第１、第２対向側壁部分を形成す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】
前記第１、第２対向側壁に沿ってリボンビームの高さ方向に伸びる副コイルの第１組を含み、リボンビームの端部位置で集束または平行なビームとなるように調整するために、前記副コイルの第１組と一対のコイルとが関連して４つのコイルを形成することを特徴とする請求項６記載のイオン注入システム。
【請求項８】
リボンビームの幅方向に伸びかつ前記一対のコイル上に重なり合う副コイルの第２組をさらに含み、前記副コイルの第２組が前記一対のコイルに独立して電流を導くように操作可能であり、これにより、一対のコイル間の双極子磁界に対する補正を与えることを特徴とする請求項６記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記副コイルの第２組は、副コイルの上方組と下方組からなり、前記上方組と下方組は、双極子磁界に対する補正を与えるために独立して制御可能であ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】
入口端と出口端の間に弓形状に伸びるとともに、コイル間に弓形状のビームライン径路を配置する一対のコイルと、
前記コイルの入口端と出口端の一方に連結されて作動可能となり、前記コイルの入口端及び出口端の一方から生じる漏れ磁界をほぼ終端させるように操作可能なフィールドクランプと、を含むこと特徴とする質量分析器。
【請求項１１】
前記コイルの入口端と出口端の他方に連結されて作動可能となる別のフィールドクランプをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の質量分析器。
【請求項１２】
前記一対のコイルは、質量分析器の頂部部分を形成する第１コイルと、前記質量分析器の底部部分を形成する第２コイルからなり、前記フィールドクランプは、前記第１コイルの入口端に配置される第１鉄部材と、前記第２コイルの入口端に配置される第２鉄部材とを含み、前記第１、第２鉄部材は、前記コイルの入口端から生じる漏れ磁界をほぼ終端させるように作動することを特徴とする請求項１０記載の質量分析器。
【請求項１３】
前記第１、第２コイルは、前記弓形状のビームライン径路にほぼ直交する方向に伸び、かつ前記質量分析器の幅を形成しており、前記第１、第２鉄部材は、前記第１、第２コイルの入口端で前記質量分析器の幅に沿って伸びており、これにより、前記質量分析器の幅に沿ってコイルの入口端から生じる漏れ磁界をほぼ終端させることを特徴とする請求項１２記載の質量分析器。
【請求項１４】
前記一対のコイルは、質量分析器の頂部部分に形成される第１コイルと、前記質量分析器の底部部分に形成される第２コイルとを含み、前記フィールドクランプは、前記第１コイルの出口端に配置される第１鉄部材と、前記第２コイルの出口端に配置される第２鉄部材とを含み、前記第１、第２鉄部材は、前記コイルの出口端から生じる漏れ磁界をほぼ終端させるように作動することを特徴とする請求項１０記載の質量分析器。
【請求項１５】
前記第１、第２コイルは、前記弓形状のビームライン径路にほぼ直交する方向に伸び、かつ前記質量分析器の幅を形成しており、前記第１、第２鉄部材は、前記第１、第２コイルの出口端で前記質量分析器の幅に沿って伸びており、これにより、前記質量分析器の幅に沿ってコイルの出口端から生じる漏れ磁界をほぼ終端させることを特徴とする請求項１４記載の質量分析器。
【請求項１６】
リボン型イオンビームを質量分析する方法であって、
所定の経路に沿ってリボンビーム内の選択されたイオンを偏向するための双極子磁界を発生させ、
この双極子磁界に関連する漏れ磁界の拡張を制限する、各工程を含むことを特徴とする質量分析方法。
【請求項１７】
前記漏れ磁界の拡張を制限する工程は、所定の領域内に漏れ磁界をクランプするステップを有することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
双極子磁界は、質量分析器の入口端と出口端を有する前記質量分析器内に発生し、前記漏れ磁界の拡張を制限する工程は、前記質量分析器の入口端または出口端から生じる漏れ磁束の拡張を制限することからなることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記漏れ磁界の拡張は、質量分析器の入口端と出口端に近い所定領域内で漏れ磁界をクランプ操作するステップからなることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
漏れ磁界をクランプ操作することは、前記質量分析器の入口端または出口端の近くに、フィールドクランプを配置することからなる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記フィールドクランプと、前記質量分析器の入口端または出口端との間の距離は、前記フィールドクランプの飽和を防止するのに十分な距離であることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記フィールドクランプは、頂部部分と底部部分を有する鉄部材からなり、前記頂部部分と底部部分は、それぞれ、リボンビームが通過するように、前記リボンビームの幅に沿って伸びていることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
漏れ磁界の拡張を制限する後で、前記リボンビームの均一性を検知するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
リボンビームを用いてイオン注入される加工物の位置またはその近くで、リボンビームの均一性を検知することを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
双極子磁界は、質量分析器内で生成され、さらに、前記検知されたリボンビームの均一性に基づいて、前記質量分析器に関連した１つ以上のコイルを制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３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、イオン注入システムに関し、特に、質量分析器、及びリボン型イオンビームを質量分析するために質量分析器に関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムは、集積回路製造において、不純物を用いて半導体をドーピングするために用いられる。このようなシステムにおいて、イオン源は、所望のドーパント要素をイオン化するものであり、このドーパント要素がイオン源からイオンビームの形で引き出される。このイオンビームは、一般的に、所望の電荷質量比のイオンを選択するために質量分析され、そして、イオンビームが半導体ウエハの表面に向けられ、ウエハにドーパント要素を注入する。ビームのイオンは、ウエハの表面を貫き、ウエハにトランジスタ素子等を製造するために所望の導電率を有する領域を形成する。
【０００３】
一般的なイオン注入装置は、イオンビームを発生するためのイオン源と、磁界を用いてイオンビームを質量分析するための質量分析装置を含むビームラインアセンブリと、イオンビームによってイオン注入される半導体ウエハまたは加工物を含むターゲット室とを含んでいる。
【０００４】
一般的なイオンビーム注入機は、イオン化可能な材料から正に荷電したイオンを発生させるイオン源を含んでいる。この発生したイオンは、ビームに形成され、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに進む。イオンビーム注入機は、イオン源と注入ステーションとの間に伸びるイオンビーム形成構造体を含むこともできる。このビーム形成構造体は、イオンビームを維持し、細長い内部キャビティまたは通路の境界を定め、この通路を通過してイオンビームが注入ステーションに進む。
【０００５】
電荷に対するイオンの質量（例えば、電荷質量比）は、静電界または磁界によってイオンが軸方向および径方向の両方向に加速される度合いに影響する。それゆえ、望まない分子量のイオンがビームから離れる位置に偏向するので、半導体ウエハまたは他のターゲットの所望領域に到達するビームを非常に純粋なものに形成することができ、所望の材料以外の注入を避けることができる。
【０００６】
所望のおよび望まない電荷質量比のイオンを選択的に分離する過程は、質量分析として知られている。質量分析器は、一般的に、異なる電荷質量比のイオンを効果的に分離する弓状に湾曲した通路内の磁界偏向に対してイオンビーム内の種々のイオンを偏向するために、双極子磁界を作り出す質量分析磁石を用いる。
【０００７】
ある用途に対して所望の注入を達成させるために、注入されたイオンのエネルギ−およびドーズ量を変更することができる。イオンのドーズ量は、一定の半導体材料に対して注入されるイオンの集中を制御する。一般的に、高電流イオン注入装置は、高線量注入のために用いられ、一方、中電流イオン注入装置は、低線量注入のために用いられる。イオンエネルギーは、半導体または他の基板材料における接合深さを制御するのに用いられる。
【０００８】
ビームイオンのエネルギーレベルは、注入されるイオンの深度を決定する。より小型化を図るために、低いエネルギーで高いビーム電流を供給するために役立つ機構を必要とする。
高いビーム電流は、必要な線量レベルを与え、一方、低いエネルギーは、浅い注入を可能にする。
【０００９】
大部分の従来システムにおいて、ペンシル型イオンビームを用いたイオン注入では、比較的狭いビームがイオン源によって発生され、そして、質量分析され、続いてビームを調整し、加工物に到達する前に走査される。しかし、多くの現在の利用では、比較的高いドーパント集中を用いて、例えば、半導体製造における浅いソース／ドレイン領域を作る場合に、浅い注入を与えることを望む。
【００１０】
イオン注入の深さを浅くするために、高電流/低エネルギーのイオンビームが望ましい。
この場合、イオンの減少したエネルギーによって、イオンビームの集中を維持することがイオンの相互反発により困難となり、電荷等を保持できなくなる。一般的に、高電流イオンビームは、同様に、電荷イオンの高集中を含む、これにより、相互反発により発散する傾向にある。上記問題の１つの解決方法は、ペンシル型の代わりにリボン型のイオンビームを用いることである。リボン型イオンビームの利点は、ビームの断面積がペンシル型ビームよりも実質的に大きくなることである。例えば、一般的なペンシル型イオンビームは、約１〜５ｃｍの直径を有し、リボン型イオンビームは、約１〜５ｃｍの高さと約40ｃｍの幅を有する。実質的により大きなビーム領域により、一定のビーム電流は、電流密度を少なくし、そして、ビームのパービアンスを低下させる。リボン型イオンビームを用いると、これに関連して多数のユニークな挑戦に対応することができる。
【００１１】
イオン注入システムにおいて、加工物に均一なリボンビームを提供するリボンビーム型のイオン注入システムが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の１つ以上の基本的理解を与えるために単純化した要約を以下に示す。この要約は、本発明を拡張するものではなく、本発明の本質または重要な部分を識別し、その請求の範囲を正確に詳述するものでもない。
【００１３】
むしろ、この要約の第１の目的は、本発明を単純化した形の概念を示すものであり、以下で説明するより詳細な説明の序文となるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、リボン型イオンビームを発生させ、ビームライン沿って加工物に向うビームを指向させるイオン注入システムに関する。このイオン注入システムは、リボン型イオンビーム受け取り、そして、質量分析のための弓状の経路に沿うこのようなビームを偏向させるための質量分析器を含んでいる。本発明の質量分析器は、最小のビームひずみでこのような質量分析を実現するように構成されている。
【００１５】
本発明の１つの構成によれば、リボンビーム型イオン注入システムは、リボンビームのイオン源、質量分析システム、及びエンドステーションを有する。質量分析システムは、入口端と出口端とを有し、この入口端から出口端への所定の弓状経路に沿うリボンビーム内で、所望の電荷質量比を有する選択されたイオンを偏向するように操作される。さらに、質量分析システムは、入口端、または出口端に近接して、あるいは入口端と出口端の両方に配置されるフィールドクランプを含む。このフィールドクランプは、質量分析システムに関連する漏れ磁界を終端するように操作される。これにより、ビームひずみを減じ、ビームの均一性を改善する。
【００１６】
本発明の他の構成によれば、フィールドクランプは、リボンビームの幅に関連する方向に伸びる一対の強磁性部材からなる。鉄等の強磁性部材が質量分析システムの入口端に配置されると、漏れ磁界がクランプを越えて伸びることを防止できる。これにより、質量分析器の入口端での漏れ磁界を減少させる。その結果、質量分析器の入口端において、漏れ磁界に関連するリボンビームのひずみが減少される。同様に、リボンビームの幅方向に延びる一対の強磁性部材は、質量分析器の出口端に近接して配置することもでき、漏れ磁界が質量分析システムの出口端からクランプを越えて伸びるのを防止する。従って、質量分析システムの出口端から伸びる漏れ磁界が減少し、これにより、イオンビームひずみを減少させ、改善したリボンビームの均一性を与える。
【００１７】
本発明のさらに別の構成によれば、質量分析システムは、弓状に伸びる一対のコイルを含む、このコイル間のビームライン経路を定める。一対の第１コイルは、ビーム上方にあり、ビーム幅の全体に沿って伸びている。一方、第２コイルは、ビームの下方にあり、ビーム幅全体に伸びている。コイル内に流れる電流によって、双極子磁界がコイル間に発生して、弓状経路に沿ってビーム内の所望イオンを偏向させる。ビームライン経路に沿うコイル間の双極子磁界は、ほぼ均一であるが、漏れ磁界は、ビームライン経路に沿う磁界の勾配により、他の部材間で入口端および出口端から伸びている。このような漏れ磁界は、横断方向の、非均一な成分を有し、ビーム幅に沿うビームひずみを与えるように動作する。本発明のフィールドクランプは、入口端および出口端のそれぞれに近接する漏れ磁界を終端させるように動作する。こうして、ビームライン経路に沿って進行するリボンビームは、わずかな持続時間の間、漏れ磁界に晒される。その結果、このような漏れ磁界に関連するビームひずみは、実質的に減少する。
【００１８】
本発明の更に他の構成によれば、１つ以上の第２対のコイルが、第１対のコイルに関連して使用される。第２対のコイルは、弓状経路に沿って伸びている。１つ以上の第２対のコイルは、更なる磁界の補正のために、第１対のコイル上にまたはガイドの側壁部分に沿って伸びている。一例では、このような補正は、加工物でのビーム均一性の決定に対応しており、このような補正は、リボンビームのひずみを補正するために操作するものであり、例えば、漏れ磁界または他のファクターによりフィールドクランプによってこのような漏れ磁界の衝撃を減少させる。
【００１９】
本発明の更に他の構成によれば、リボンビームを質量分析する方法が開示される。この方法は、リボン型イオンビームを発生させ、このビームをビームライン経路に沿って送りるステップを含む。双極子磁界は、所望の電荷質量比に従って所定の弓状経路を通過するリボンビームにおいて、選択されたイオンを偏向するためにビームライン経路に沿って発生する。双極子磁界の入口部分または出口部分に少なくとも関連した漏れ磁界は、これらに換券したビームひずみを防止するために減少される。一例では、漏れ磁界は、双極子磁界の入口端及び出口端に近接してフィールドクランプを設けることによって減少する。その結果、ビームライン経路に沿って進行するリボンビームは、より短い持続時間の間このような漏れ磁界にさらされ、その結果、リボンビームに関連するビームひずみを減少させ、そして、リボンビームの均一性を改善させることになる。
【００２０】
上述したおよび関連する目的を達成するために、以下の説明と添付図面とは、本発明のある詳細な例示的構成を示している。しかし、これらの形態は、本発明の原理が採用され得るような種々の方式におけるいくつかを示しているだけである。本発明の他の目的、長所及び新規な特徴は、図面との関連で考えると、本発明の次の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、図面を参照して説明するものであるが、同一の参照番号は、全体にわたって同一の要素を表すために用いられる。これらの説明及び以下の記述は、本来的に例示のためのものであり、これに限定されるものではない。
【００２２】
それゆえ、ここで説明されるシステム及び方法の変形例、及びこれらのものから離れた他の実施形態は、本発明の技術的範囲及び添付の請求項に記載の範囲内にあるものと見なされることが明らかとなるであろう。
【００２３】
本発明は、リボン型イオンビームを質量分析するシステム及びその方法に関する。質量分析器の入口端及び出口端の一方または両方から生じる漏れ磁界を減少させることによって、ビームひずみが減じられ、ビーム幅に沿って改善された均一なビームを生じさせる。
漏れ磁界の減少は、質量分析器の入口端及び出口端に近接してフィールドクランプを設けることによって得られる。このフィールドクランプは、漏れ磁界を実質的に終端させ、これにより、質量分析器からクランプを越えて伸びるこのような漏れ磁界を防止する。その結果、一定のビーム伝播速度でビームライン経路に沿って進行するリボン型ビームは、従来のシステムに比較して実質的に短い時間の間、このような漏れ磁界に晒され、そして、このような漏れ磁界によるビームひずみが減じられる。種々の場合において、本発明の更なる利用は、以下の詳細な説明に従って理解されるであろう。
【００２４】
最初に、図１において、本発明の１つ以上の形態を実行するのに適したイオン注入システム１０がブロック図の形で示されている。このシステム１０は、ビーム経路に沿ってイオンビーム１４を生じさせるためのイオン源１２を含んでいる。イオン源１２は、例えば、関連した電源１８を有するプラズマ源１６を含む。プラズマ源１６は、例えば、プラズマを閉じ込める室を有し、この室からイオンビームを引き出す。引き出されたイオンビームは、例えば、３００ｍｍの半導体ウエハの注入を行うために約４００ｍｍの幅を有するリボン型イオンビームからなる。本発明に関連して使用される１つの例示的なリボン型イオンビームは、本発明の譲受人に譲渡されたもので、２００２年５月１日に米国出願された特許文献１に開示されている。この内容は、参考文献としてここに包含される。
【００２５】
【特許文献１】米国特許出願番号10／136,047号  ビームラインアセンブリ１１は、イオン源１２の下流に配置され、イオン源からリボンビーム１４を受け入れる。ビームラインアセンブリ１１は、質量分析器２２、減速システム２６、偏向システム２８を含むことができる。ビームラインアセンブリ１１は、リボンビーム１４を受け入れるために、経路に沿って配置されている。質量分析器２２は、磁石(図示略)等の磁界を発生させる要素を含み、それぞれのイオンの電荷質量比に従って変わる軌道において、イオンビーム１４からイオンを偏向させるために、ビーム経路を横断する磁界を与えるように操作する。ビーム経路に沿う所望質量の個々のイオンを指向させる磁界による力を介してイオンが進行し、更に、そのイオンは、ビーム経路から不必要な質量のイオンを偏向させる。
【００２６】
ビームライン１１は、さらに、リボンビームに関連するエネルギーを変更するために制御可能でかつ選択的に操作される減速モジュール２６を含むことができる。例えば、リボンビームエネルギーにおいて、実質的な変更がない中間エネルギーでは、この減速モジュールは、リボンビームが実質的に変化しないで通過できるようにする。また代わりに、低いエネルギー利用（半導体における浅い接合の形成の場合）では、リボンビームのエネルギーを減速させる必要がある。このような状況では、減速モジュール２６は、減速により所望のエネルギーレベルにリボンビームのエネルギーを減少させるように操作可能である。
【００２７】
ビームラインは、さらに、例えば、加工物にイオン注入する前に減速させる低エネルギーシステムで使用するために、偏向システム２８を含んでいる。この偏向システム２８は、ビームライン軸線からイオンビームを離すように偏向するための偏向電極等を含み、これにより、リボンビームから、エネルギー汚染物質として作用するかもしれない（偏向磁界による偏向のために失敗が生じる）中性粒子を取り除く。
【００２８】
図１において、エンドステーション３０は、ビームラインアセンブリ１１から、質量分析されかつ実質的に汚染が除かれたイオンビーム１４を受け入れるためにシステム１０内に設けられる。エンドステーション３０は、リボンビーム１４を用いるイオン注入のため（しかし、偏向器２８による元のビームライン軸線からオフセットされている）ビーム経路に沿って半導体ウエハ(図示略)等の１つ以上の加工物を支持する。このようなエンドステーションはバッチシステムに用いることを考慮しており、その場合、多数の加工物をリボンビーム経路に対して回転させ、あるいは、単一の加工物を処理するエンドステーションでは、単一の加工物をリボンビーム経路に対して走査するか、または加工物を横切る形で走査する。
【００２９】
図２において、例示的な低エネルギーイオン注入機１００は、本発明の種々の場合に適用できることをより詳細に説明する。イオン注入機１００は、イオン源１１２、質量分析磁石１１４、ビームラインアセンブリ１１５、及びターゲット即ちエンドステーション１１６を有する。エンドステーション１１６をビームラインアセンブリ１１５に対して移動するためのベーローズアセンブリ１１８がエンドステーション１１６とビームラインアセンブリ１１５の間に接続される。図２は、超低エネルギー（ＵＬＥ）イオン注入機を説明するものであるが、理解できるように、本発明は、他の種類のイオン注入機に対しても利用できる。
【００３０】
イオン源１１２は、プラズマ室１２０及びイオン引出しアセンブリ１２２を含む。エネルギーは、プラズマ室１２０内のイオンを発生するためにイオン化可能なドーパントガスに付与される。本発明は、負のイオンがイオン源１１２によって発生するシステムに利用できるけれども、一般的に、正のイオンを発生させる。正のイオンは、プラズマ室１２０に設けたスリットを介してイオン引出しアセンブリ１２２によって引き出される。このアセンブリは、複数の電極１２７からなる。従って、イオン引出しアセンブリ１２２は、プラズマ室１２０から正のイオンのビーム１２８を引き出すように機能し、そして、質量分析磁石１１４内で引き出されたイオンを加速する。
【００３１】
質量分析磁石１１４は、分析ハウジング１２３及びビーム中和器１２４を含むビームラインアセンブリ１１５に適切な電荷質量比のイオンのみを通過させるように機能する。質量分析器１１４は、側壁１３０を有するビームガイドによって定められる通路内に湾曲したビーム経路を含み、通路の脱気は、真空ポンプ１３１によって行われる。この経路１２９に沿って伝播するイオンビーム１２８は、質量分析磁石１１４によって発生した磁界によって影響され、不適当な電荷質量比のイオンを除く。この双極子磁界の強さと方向は、磁石接続器１３３を介して磁石１１４の巻線を通る電流を調整する制御電子装置１３２によって制御される。
【００３２】
双極子磁界によって、イオンビーム１２８は、イオン源に近い第１すなわち入口軌道１３４から分析ハウジング１２３に近い第２すなわち出口軌道１３５に湾曲したビーム経路１２９に沿って移動する。イオンを含むビーム１２８の部分１２８'、１２８"は、不適当な電荷質量比を有し、湾曲した軌道から離れて、アルミニウム製ビームガイド１３０の壁面内に入るように偏向される。このように、所望の電荷質量比を有するビーム１２８内のイオンのみが、磁石１１４から分析ハウジング１２３内に通過する。
【００３３】
分析ハウジング１２３は、端子電極１３７、イオンビーム１２８を集中させるための静電レンズ１３８、及びファラデーフラグ１４２等の線量測定指示器を含む。ビーム中和器１２４は、正に荷電したイオンビーム１２８によってイオン注入される結果として目標ウエハ上に蓄積される正の電界を通過するためのプラズマシャワー１４５を含む。ビーム中和器及び分析ハウジングは、真空ポンプ１４３によって脱気される。
【００３４】
ビーム中和器１２４の下流に、エンドステーション１１６が設けられ、このエンドステーションは、処理すべきウエハ等の加工物が取り付けられているディスク形状のウエハ支持体１４４を含む。ウエハ支持体１４４は、ほぼ垂直で、注入イオンビームの方向に指向したターゲット平面内に設けられる。エンドステーション１１６に配置される円形状のウエハ支持体１４４は、モータ１４６によって回転される。イオンビームは、ウエハが円形経路内を移動するように支持体に取り付けられたウエハに衝突する。エンドステーション１１６は、イオンビームの経路１６４とウエハＷとの交点１６２の回りに旋回する。その結果、ターゲット平面は、この点で調整可能である。図２は、バッチ型の処理システムを示しているが、本発明は単一型の処理システムにも利用できることは理解されるであろう。
【００３５】
図３は、別のイオン注入システム２６２、例えば、本発明の１つ以上の局面を実行するのに適当な中電流システムを説明する。このシステム２６２は、モジュラーガスボックス２６４、補助ガスボックス２６６、およびパージ用遠隔制御パネルのガスボックス２６８を含む。ガスボックス２６４，２６８は、他のものの間で、ドーパント１つ以上のドーパント物質のガスを含み、また、これらのガスボックス２６４，２６８は、システム２６２内の寿命向上形イオン源２８２内にガスを選択的に配給する機能を有する。このガスは、システム２６２内に選択的に引き出されたウエハまたは加工物内にイオン注入するために適当なイオンを発生させるためにイオン化することができる。ガスボックス用の遠隔制御パネル２６８は、必要とされる、即ち、所望の主成分としてシステム２６２からガス或いは他の物質を換気または排気するのを容易にする。
【００３６】
高電圧のターミナル出力分配器２７２と高電圧分離変換器２７４が、他のものの間に設けられ、ガスからイオンを発生させるために、ドーパントガスにエネルギーを電気的に励起及び分与する。イオンビーム引出しアセンブリ２７６は、イオン源２８２からイオンを引き出すために設けられ、質量分析磁石２８０を含むイオンをビームライン２７８において加速する。質量分析磁石２８０は、不適当な電荷質量比のイオンを分類して排除するように操作可能である。特に、質量分析磁石２８０は、不必要な質量電荷比のイオンを衝突させる湾曲した側壁を有するビームガイドを含み、質量分析磁石２８０の磁石によって発生される１つ以上の磁界によってビームガイドを通ってイオンを伝播させる。
【００３７】
コンポーネント２８４は、走査されるイオンビームの角度を制御するのを助けるために設けることができる。しかし、この特徴は、リボン型ビームにとっては、不必要かもしれない。このコンポーネントは、他のものの間に、走査角度補正用レンズを含む。加速／減速用のコラム２８６は、イオンビーム内のイオンの速度および／または集中を制御及び調整する機能を有する。コンポーネント２８８は、最終エネルギーフィルター等の汚染粒子をろ過するように作用可能であり、このフィルターは、ウエハまたは加工物に遭遇する汚染粒子のエネルギーを和らげることができる。
【００３８】
ウエハまたは加工物２９０は、イオンを用いて選択的にイオン注入するためにエンドステーション室２９２内に載置される。機械的な走査駆動部２９４は、室２９２内のウエハを操作して、ウエハにイオンビームを選択的に当てる機能を有する。ウエハまたは加工物２９０は、例えば、１つ以上の機械式アームまたはロボットアーム２９７を含んでいるウエハハンドリングシステム２９６によって、エンドステーション室２９２内に移動される。
オペレータ操作盤２９８は、オペレータが、システム２９２の１つ以上のコンポーネントを選択的に制御することによって注入処理を調整することができる。最後に、出力分配ボックス２９９は、全体システム２６２に出力を供給するために設けられている。
【００３９】
図４は、イオン注入システム（例えば、図１の質量分析器１２、図２の質量分析器１１４、または図３の質量分析器２８０）に用いるための本発明における１つの実施形態に従う、単純化した例示的な質量分析器のビームガイド３００を示す。ビームガイド３００は、それぞれがビーム経路３０８に沿う内側及び外側の弓形状の頂部壁及び底部壁によって定められる弓形状の長手方向通路３０２を有する。このビームガイド３００は、入口端部３１０から出口端部３１２に、例えば、約１３５℃の弓状角度で、経路３０８に沿って長手方向に延びている。ビームガイド３００は、さらに、一対のコイル（図４には図示されていない）を含む質量分析磁石を含み、経路３０８に沿う出口端部３１２に、選択された電荷質量比のイオンが到達できる通リ３０２内に双極子磁界を与える。
【００４０】
図４において、さらに、本発明の質量分析器３００は、分析器の入口端３１０および／または出口端３１２にそれぞれ近接配置された１つ以上のフィールドクランプ３１４，３１６を含む。このフィールドクランプ３１４，３１６は、通路内の双極子磁界に関連するほぼ終端する漏れ磁界に対して操作される。その結果、このような漏れ磁界は、有効に短絡され、そして、入口端３１０及び出口端３１２の外側に伸びるこのような磁界が実質的に減少される。漏れ磁界におけるこのような減少は、以下で十分理解できるように、リボンビームひずみを減少させる。
【００４１】
図５において、図４の質量分析器３００に関連する磁界を説明するための図面３３０が示されている。ここで、「Ｚ」は、通路３０２内のビーム経路３０８に沿うイオンビームの方向を表わし、「ＢY」は、双極子磁界の発生のために用いられるコイルから乗じる磁界の絶対値を表わす。質量分析器３００内の入口端３１０と出口端３１２との間で、磁界がほぼ均一であることに注目してほしい。しかし、入口端３１０前方の領域３３２及び出口端３１２の後方の領域において、磁界は、経路３０８に沿って減衰し、勾配ｄＢｙ／ｄｚを含んでいる。ここで、勾配は、磁界をほぼ無視してよい程度の距離３３６，３３８の関数である。この減衰磁界は、漏れ磁界である。質量分析器内の双極子磁界に関連する漏れ磁界は、ビームひずみの原因であり、さらに、このような漏れ磁界は、無視しても良いけれども、このような漏れ磁界がリボンビームひずみに与える影響は、本発明に従って実質的に減少させることができることは、本発明の発明者が認めている。
【００４２】
本発明によって評価できるように、マックスウエル方程式は、勾配ｄＢｙ／ｄｚが、ｄＢｚ／ｄｙ磁場成分を引き起こす空間での磁場の変化であり、その結果、漏れ磁界は、横断する非均一な成分を有する。その結果、リボンビームがビーム経路３０８に沿って進行するので、漏れ磁界は、図６で示すように、リボンビームの幅に沿ってまたはＹ方向にリボンビームを非均一に歪ませるように作用する。
【００４３】
それゆえ、質量分析器３００の入口端３１０及び出口端３１２に近接するフィールドクランプ３１４，３１６を用いることによって、漏れ磁界の広がりが減少される。例えば、図４及び図７に関して、フィールドクランプ３１４，３１６が入口端及び出口端からそれぞれ離れた距離３４０ａ、３４０ｂに位置する場合、そして、このような距離３４０ａ、３４０ｂが、漏れ磁界を減衰させる(図７参照）距離３３６,３３８よりも短い場合、そのとき、ビームひずみは減少される。それゆえ、リボンビームが所定の平均速度で進行し、かつこれに関連する漏れ磁界を有する領域が減じられる場合（３４０ａ、３４０ｂ＜３３６,３３８）、そのとき、ビームが漏れ磁界に晒される持続時間は、大いに減少される。その結果、ビームひずみを減少し、さらにビームの幅に沿って均一となるようにビームを改善する。従って、距離３４０ａ、３４０ｂは、できるだけ小さくなるように作られ、このような距離は、フィールドクランプ材料の飽和によって制限される。こうして、フィールドクランプは、このフィールドクランプが飽和することなく、質量分析器の入口端と出口端にできるだけ密接して配置される。理解できるように、このような距離は、質量分析器内の磁界の強さとともに、フィールドクランプに用いられる材料に基づいて変更することができる。
【００４４】
図８〜図１１Ｂにおいて、質量分析器システム４００が図示されており、このシステムは、リボン型イオンビームを質量分析するように構成されている。１つの例では、リボンビームは、上述のイオン源等のイオン源から受け取られる。本実施形態の質量分析器４００は、３００ｍｍ半導体ウエハのためのリボンビームを質量分析するように構成されている。このため、リボンビームは、約４００ｍｍの幅を有し、質量分析器は、約６００ｍｍの幅を備えている。
【００４５】
本実施形態の質量分析器４００一対のコイル４０２を含み、この第１コイル（すなわち、図示の方向では、頂部コイル４０２ａ）は、コイル間にビーム径路４０４を備えるとともに入口端４０３ａ及び出口端４０３ｂをそれぞれ貫通して伸びる第２コイル（すなわち、底部コイル）４０２ｂ上に位置する。各コイル４０２は、少なくともリボンビームである限り幅方向４０６に伸び、更に好ましくは、リボンビーム幅よりも更に遠くにあることが望ましい。図９及び図１１Ａ〜図１１Ｂにおいて、各コイル４０２は、そのまわりを包む１つ以上の導体を有する弓形状のヨーク４０８を含み、このヨークは、例えば、ヨークの弓形状に沿う長手方向にかつビーム径路４０４にほぼ平行となっている。コイル４０２を通過する電流により、双極子磁界４１０は、リボンビームの伝播の方向にほぼ直交する方向にあるコイルの間にあるギャップ４１２において生じる（このリボンビーム弓形状のビーム径路４０４にほぼ一致している）。
【００４６】
図８及び図９において、横方向に伸びるコイル４０２は、質量分析器４００の横方向に対応する側壁４１４を形成する。弓形状に伸びて電気的に絶縁された側壁４２０が、一方の側壁４１４ａに配置されかつコイル４０２及び４０２ｂ間に配置されている。側壁４２０上には、２つの弓状に伸びる導体セグメント４２２ａ、４２２ｂがある。セグメント４２２は、それ自身導体であるが、これらのセグメントは、互いに電気的に分離されている。各セグメント４２２上には、弓形状径路に沿って長手方向に伸びる複数の電極４２４ａ、４２４ｂが配置される。これらの電極４２４は連結されている。電極４２４は、それぞれのセグメント４２２を介して電気的に一体に接続される複数の分離した要素として説明されているが、各電極４２４は、他の形状と同様に単一の弓形状に伸びる導電要素として構成することもできる。このような変形例は、本発明の範囲内に組み入れることができると考えられる。
【００４７】
電極４２４ａ、４２４ｂは、ＲＦ電源等の電源(図示略)に接続され、バイアス時に、電極４２４ａ、４２４ｂ間に、ビーム径路４０４に対して垂直方向の電界を形成する。１つの例では、電極４２４は、ギャップ４１２内の双極子磁界４１０（電界に垂直である）に関連して使用することができ、マグネトロン構造と同様な電子捕捉領域を作り出す。上述したように、移動する電子は、イオン化のためにガス（残留するソースガスまたはキセノン等の入力源ガス）に衝突してプラズマを発生する。
【００４８】
本発明の別の構成によれば、電極４２４は、磁石（図９参照）であり、各磁石４２４は、互いに関連するＮ極とＳ極を有する。例えば、拡張領域４２３内の第１導電セグメント４２２ａにおいて、各磁石は、整列した磁極を有し、他方の第２導電セグメント４２２ｂ上の磁石４２４ｂに対して、内側の各磁極面にＮ極を、また、他の磁石４２４ｂから離れる外側の各磁極面にＳ極を有する。さらに、第２導電セグメント４２２ｂにおいて、磁石は、第１導電セグメントと同様に整列した磁極を有するが、各磁石４２４ｂのＮ極は、第１導電セグメント４２２ａ上の磁石４２４ａに対して、内側に配置され、または、磁石４２４ａから離れた外側にＳ極が配置されている。このような形状配置により、磁石は、マルチカプス磁石として作用して、ビーム径路４０４の方向に弓形通路内に伸びるマルチカプス磁界を発生する。１つの形状が図９に示されているが、磁石の磁極の方向が逆転するように配置することもでき、Ｓ極を内側で対面させ、Ｎ極を外側で対面するように構成することもでき、このような変更は、本発明の範囲内と考えられる。
【００４９】
磁石４２４によって発生されるマルチカプス磁界は、電極４２４によって生じる電界に垂直である部分を有する。磁石として電極を用いかつ磁界発生器としてマルチカプス磁界を用いることによって、マルチカプス磁界は、理解できるように、双極子磁界４１０の質量分析に影響を与えることなく、イオン源効率を最大化するように調整することができる。
さらに、磁石として電極を用いることにより、（電界発生器及び磁界発生器の両方の構造が同一であるため）設計が簡単になる。
【００５０】
質量分析器４００内で発生したプラズマは、容易に、双極子磁界４１０に関連した磁界ライン等の磁界ラインに沿って進み、図９では、図面を貫く方向でリボンビームに垂直な向きに進む。こうして、発生したプラズマは、比較的均一に弓状径路に沿って形成され、双極子磁界ラインに沿ってビームガイドの幅４０６を横切って容易に拡散でき、リボンビームの幅に対して横切るほぼ均一なプラズマを供給する。この結果、リボンビームの空間電荷中和を、リボンビームの幅を横切って均一に有効に発生させることができる。
【００５１】
図８及び図１０において、第１側壁４１４ａからビームガイド４００の対向側において、電気的に絶縁される第２側壁４１４ｂは、第１、第２コイル４０２ａ、４０２ｂ間に伸びている。第２側壁４１４ｂは、複数の磁石４３２を有する弓状の伸びるセグメント４３０を含む。磁石４３２は、セグメント４３０に沿って構造的に配置され、その結果、磁石は、第１側壁４２０上のセグメント４２２の磁石４２４に関して約９０°だけ回転される。さらに、磁石４３２は、図１０に図示するように、１つの磁石のＮ極が、隣接するＳ極に向かうように配置されている。磁石４２４に対して回転する磁石４３２の第２組を有することにより、対応側壁上のマルチカプス磁界の位相を変えることができる。プラズマが磁石４３２を用いて形成されるマルチカプス磁界の方向に双極子磁界ライン４１０に沿うリボンビームを横切って拡散するとき、対向側壁間の位相変動によって、フォーミングからのデッドゾーンに不均一なプラズマが起こるのを防止または和らげる。
【００５２】
図８〜図１１Ｂに関して、一対のフィールドクランプ４５０ａ、４５０ｂは、質量分析器の入口端４０３ａ及び出口端４０３ｂの近くに配置される。フィールドクランプ４５０は、強磁性材料、例えば、鉄からなり、漏れ磁界を実質的に終端させ、フィールドクランプを越えて伸びる漏れ磁界を防止するように操作される。本発明の例では、フィールドクランプ４５０は、質量分析器４００およびリボンビームの幅方向４０６に沿って伸びる鉄部材またはアイアンバーを含み、この結果、漏れ磁界がビームの幅に沿って均一に終端する。各端部に位置するフィールドクランプ４５０は、フィールドクランプのブラケット４５４を介する所定の距離４５２を置いて互いに分離され、ビームがこのブラケットを貫通することができる。代わりに、フィールドクランプ４５０は、馬蹄形からなり、この部分は、幅４０６を横切って伸びかつ一方または両方の側壁部分に一緒に接続されている。フィールドクランプは、どのような構造であってもよく、このような構造は、本発明の範囲内にあるものと考えられる。
【００５３】
図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、本発明の質量分析器は、更に、双極子磁界用の主コイル（４０２ａ、４０２ｂ）および漏れ磁界による歪減少用のフィールドクランプを用いることに加えて、さらに、検出されるまたは予想されるビームひずみを補正するため、副コイルの１つ以上の組を設けることもできる。例えば、図１２Ａに示すように、出口端４０３ｂ側から見たフィールドクランプなしの質量分析器４００の単純化した図が与えられている。この質量分析器は、図８〜図１０における方向に対して９０°回転させたもので、第１、第２コイル４０２ａ、４０２ｂを有するヨーク４０８を含み、ビーム径路４０４とギャップ４１２の頂部と底部を定める。主コイル４０２ａ、４０２ｂは、ギャップ４１２内の双極子磁界を発生させるのに使用される。
【００５４】
上述したように、フィールドクランプ(図示略)は、質量分析器の入口端と出口端から生じる漏れ磁界の拡張を減少させる。このフィールドクランプは、ビームの幅に沿うビームひずみを減少させかつビームの均一性を改善するように操作される。しかし、付加的なビームの均一性を更に望む場合、ビームの均一性を得るために加工物の位置で検出かつ分析されなければならない。たとえば、コントローラ（図示略）を介してフィードバックさせる、或いは、副コイル４８０の組に対して、リボンビームの遠方端に対応する質量分析器４００の側壁に沿って設けなければならない。好ましくは、対向側壁上のコイル４８０ａ、４８０ｂは、コイル４０２ａ、４０２ｂから分離して制御される。特に、コイル４０２ａ、４０２ｂは、電流の差によって四極子磁界成分が生じるように独立して制御されなければならない。このような場合、コイル４８０ａ、４８０ｂは、磁気フレーム内の全電流循環製品(current-turns product)が存在しないように制御される。この例における状態は、コア材料内の磁束密度が過度にならないようにすることが必要である。好ましい実施形態では、コイル４８０ａ、４８０ｂは、コイル４０２ａ、４０２ｂと同一の巻数に巻かれる。単純な電源接続を用いて磁束がない状態を容易にする。
【００５５】
図１２Ｂに示すように、別の実施形態では、副コイルの別の組は、主コイル４０２ａ、４０２ｂ上に重畳される副コイルの上方組と下方組４８４ａ、４８４ｂ及び４８６ａ、４８６ｂから構成することができる。この配列では、加工物の位置またはその近くで検知されたビームに基づく双極子磁界の修正を提供するため、各コイルが独立に制御可能となる補正を与えることができる自由度がある。
【００５６】
本発明の他の実施形態によれば、リボンビームを質量分析する方法が、図１３に図示するように、参照番号５００で構成されている。この方法５００は、一連の動作または事象として以下に図解され記載されているが、本発明は、このような動作または事象の順序に限定されるものではない。例えば、いくつかの動作は、ここで図示されたものから離れた動作または事象を備えており、本発明の１つ以上の構成に従って、異なる順序および／または同時並列で起こることが可能である。さらに、本発明の従う方法を実行するために、必ずしも例示されたステップを必要とするわけではない。さらに、本発明に従う方法は、ここで図示されかつ記載された構造の形式および／または処理手順に関連して実行することも、または図示されていない他の構造に関連して実行することも共に可能である。
【００５７】
この方法５００は、ステップ５０２において、リボンビーム型の質量分析器における双極子磁界を発生すること、例えば、上述したように一対のコイルを励磁することより始まる。双極子磁界は、リボンビームの質量分析器用の所定の弓状径路に沿うリボンビーム内の選択されたイオンを偏向するのに使用される。ステップ５０４では、双極子磁界に関連する漏れ磁界が、質量分析器に近接してクランプされる。１つの例では、この漏れ磁界のクランプ操作は、質量分析器の入口端と出口端の一方または両方でフィールドクランプを配置することを含んでおり、フィールドクランプと質量分析器との間の距離は、クランプの飽和なしにできるだけ短く作られる。その結果、質量分析器の入口端と出口端から生じる漏れ磁界は、これらの入口端と出口端の近くでクランプされ、これにより、このような磁界が広がる程度を減少させる。その結果、漏れ磁界を通過するリボンビームは、実質的に減少した時間に対して、このようなひずみを発生する磁界に晒される。これにより、リボンビームに対するひずみの量を減少させる。
【００５８】
ステップ５０６では、リボンビームは、漏れ磁界をクランプ操作するために使用する質量分析器から排出されて、加工物の位置またはその近くで検出される。例えば、１つ以上のファラデーカップまたは他の形式の検出機構を用いて、リボンビームを検出し、リボンビームの幅及びこれに関連するビームの均一性を検知するために使用することができる。方法５００は、更に続き、ステップ５０８では、必要ならば、質量分析器に関連する１つ以上の副コイルが、リボンビームの均一性に基づいて、補正のために選択的に励起および／または制御される。例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに関して上述した要旨のように、１つ以上の副コイルが、励起され、そして、リボンビームの幅を横切るビームの検出された不均一性を補正するために、電流を独立して変化させる。この方法により、ビームの均一性の改善が、リボン型イオンビームに対して達成される。
【００５９】
本発明を或る実施形態に関して図示しかつ説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の当業者にも同等の変更や修正が行われるものと理解されよう。特に上述の構成要素（アセンブリ、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のに使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たせば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。これに関して、本発明は、種々の方向におけるステップを実行するために、コンピュータで実行可能な命令を有するコンピュータで読取可能な媒体を含んでいることも理解できよう。
【００６０】
更に、本発明の特定の特徴が幾つかの実施の内のただ一つに対して開示されてきたが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。更に、「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】
【００６１】
【図１】本発明に従うイオン注入システムの例示的な構成要素を説明するための概略ブロック図である。
【図２】本発明の種々の場面で実行される低エネルギー型のイオン注入システムの概略図である。
【図３】本発明の種々の場面で実行される中電流型のイオン注入システムの概略図である。
【図４】本発明の構成に従う例示的な質量分析器のビームガイドの頂部平面図である。
【図５】質量分析器における双極子磁界に関連する漏れ磁界を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の構成に従う例示的なリボンビームの斜視図である。
【図７】本発明の構成に従う質量分析器の双極子磁界に関連する漏れ磁界によるフィールドクランプの衝撃を説明するグラフである。
【図８】本発明の他の構成に従うリボンビームのための例示的な質量分析器の斜視図である。
【図９】図８の例示的な質量分析器の第１の側方から見た側方断面図である。
【図１０】図８の例示的な質量分析器の第２の側方から見た側方断面図である。
【図１１】図11Ａは、図10の11A−11A線に沿って見たリボンビームのための例示的な質量分析器の断面図であり、図11Ｂは、図８の11B−11B線に沿って見たリボンビームのための例示的な質量分析器の断面図である。
【図１２】図12Ａ及び図12Ｂは、本発明に従う一次コイル及び１つ以上の二次コイル組を説明する例示的な質量分析器の端部から見た断面図である。
【図１３】本発明の他の構成に従うリボン型イオンビームを質量分析する方法を説明するための流れ図である。
【図１】
2007516573.tif 000003
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
2007516573.tif 000015
【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2007516573.tif 000018
2007516573.tif 000019
2007516573.tif 000020