(57)【要約】  イオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源と、イオン注入の標的を支持する標的部と、イオン源及び標的部間のビーム経路を画成するビームラインとを具えている。１つの観点においては、ビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを少なくとも部分的に補正するために、磁気スティーラをイオン源及び標的部間に配置する。この磁気スティーラは、イオン光学素子の入射アパーチュアに対してイオンビームを位置決めしうる。他の観点においては、ビームラインが、イオンビームを第１伝送エネルギーから第２伝送エネルギーへ減速させるための減速段を具えている。この減速段は２つ以上の電極を具え、これら電極のうちの少なくとも１つはビーム経路中に配置したグリッド電極とする。
2007516578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを生成するイオン源と、
イオン注入の標的を支持する標的部と、
前記イオン源及び前記標的部間のビーム経路を画成するビームラインと、
前記イオン源及び前記標的部間に配置され、ビーム経路からの不所望なずれを少なくとも部分的に補正する磁気スティーラと
を有するイオン注入装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン注入装置において、前記磁気スティーラが、イオンビームを通すための開口部を有する閉ループ状の磁気フレームと、この磁気フレーム上に配置され、前記開口部内に磁界を生ぜしめる１つ以上の電気コイルを有するイオン注入装置。
【請求項３】
請求項２に記載のイオン注入装置において、前記磁気フレームがほぼ方形の形状となっているイオン注入装置。
【請求項４】
請求項２に記載のイオン注入装置において、前記磁気フレームが上面、底面、左側面及び右側面のセグメントを具えるイオン注入装置。
【請求項５】
請求項４に記載のイオン注入装置において、磁気スティーラが磁気フレームの上面及び底面のセグメント上の電気コイルを具えるイオン注入装置。
【請求項６】
請求項４に記載のイオン注入装置において、前記磁気スティーラが磁気フレームの左側面及び右側面のセグメント上に電気コイルを具えるイオン注入装置。
【請求項７】
請求項４に記載のイオン注入装置において、前記磁気スティーラが、磁気フレームの上面、底面、左側面及び右側面のセグメント上に電気コイルを具えるイオン注入装置。
【請求項８】
請求項１に記載のイオン注入装置において、前記磁気スティーラが、イオンビームを通すための開口部を有する磁性材料の方形状のフレームと、この方形状のフレームの少なくとも２つの対向面上に配置した電気コイルとを有するイオン注入装置。
【請求項９】
請求項１に記載のイオン注入装置において、前記ビームラインが、磁気スティーラの上流に配置され、分析平面において異なるイオン種を分離する質量分析磁石と、磁気スティーラの下流に配置され、イオン種の中から１つを選択する分解アパーチュアを有する分解マスクとを有し、前記磁気スティーラが分解アパーチュアを通るようにイオンビームを指向させるイオン注入装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のイオン注入装置において、前記磁気スティーラが、前記分析平面に対し垂直な方向のイオンビームの不所望なずれを補正するように構成されているイオン注入装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のイオン注入装置において、前記ビームラインが、分解マスクの下流に配置された減速段を更に有するイオン注入装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のイオン注入装置において、前記ビームラインが、前記減速段の下流に配置された角度補正磁石を更に有するイオン注入装置。
【請求項１３】
請求項９に記載のイオン注入装置において、前記イオンビームの不所望なずれはイオン源の磁界によって生じるイオン注入装置。
【請求項１４】
請求項９に記載のイオン注入装置において、前記イオンビームの不所望なずれは質量分析磁石における収差によって生じるイオン注入装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のイオン注入装置において、前記ビームラインが、入射アパーチュアを有するイオン光学素子を具え、前記磁気スティーラが、前記入射アパーチュアに対してイオンビームを位置決めするように構成されているイオン注入装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のイオン注入装置において、前記イオン源が、ビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを生じる素子を含むイオン注入装置。
【請求項１７】
イオンビームを生成するためのイオン源と、
イオンビームから不所望な成分を分離するための分析器であって、この分析器を通して
イオンビームが第1伝送エネルギーで伝送されるようになっている当該分析器と、
この分析器の下流に配置され、イオンビームを第１伝送エネルギーから第２伝送エネギーギーへと減速する減速段であって、この減速段は上流電極と減速電極とを有し、
これらの電極のうち少なくとも1つはビーム経路上に配置されたグリッド電極を有している当該減速段と、
イオン注入の標的を支持する標的部と
を有するイオン注入装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極が、イオンビームを通すための開口部を画成している複数個の互いに離間した導体を有するイオン注入装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極が第１の組の互いに離間した平行導体と第２の組の互いに離間した平行導体とを有し、第１の組の導体が第２の組の導体と直交しているイオン注入装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極がほぼ平面的であり、イオンビームに対して垂直に向いているイオン注入装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極が非平面的であり、減速段に入るイオンビームの収差を調整するように構成されているイオン注入装置。
【請求項２２】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記減速電極が、ビーム経路中に配置したグリッド電極を有するイオン注入装置。
【請求項２３】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記減速段が、前記上流電極及び前記減速電極の間に抑制電極を更に有し、この抑制電極がビーム経路中に配置されたグリッド電極を有するイオン注入装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載のイオン注入装置において、前記減速段の電極の各々がグリッド電極を有するイオン注入装置。
【請求項２５】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極が、イオンビームを通すための複数の開口部を有する導体を具えるイオン注入装置。
【請求項２６】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、このイオン注入装置が、中性粒子をイオンビームから分離するために減速段の下流に配置したビームフィルタを更に有するイオン注入装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のイオン注入装置において、前記ビームフィルタが角度補正磁石を有するイオン注入装置。
【請求項２８】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記分析器が、分析磁石と、分解アパーチュアを有する分解マスクとを有し、イオン注入装置がビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを少なくとも部分的に補正するために前記分析磁石と前記分解アパーチュアとの間に配置された磁気スティーラを更に有するイオン注入装置。
【請求項２９】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極がスクリーンを有するイオン注入装置。
【請求項３０】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記グリッド電極が、ビーム経路中に互いに離間した複数の平行導体を有するイオン注入装置。
【請求項３１】
イオンビームを生成するイオン源と、
イオン注入される標的を支持する標的部と、
前記イオン源及び前記標的部間に配置され、イオンビームの少なくとも１つのパラメータを変えるグリッド電極であって、イオンビームを通すための複数の開口部を有する当該グリッド電極と
を有するイオン注入装置。
【請求項３２】
イオンビームを生成する過程と、
イオン注入のために標的部で標的を支持する過程と、
イオン源及び標的部間のビーム経路に沿ってイオンビームを伝送する過程と、
イオン源と標的部との間に配置された磁気スティーラを使用して、ビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを少なくとも部分的に補正する過程と
を有する、イオンを標的に注入する方法。
【請求項３３】
イオンビームを生成する過程と、
分析器内デイから不所望な成分を分離する過程と、
イオンビームを第１の伝送エネルギーで分析器を通して伝送する過程と、
２つ以上の電極を有する減速段であって、これら電極の内の少なくとも１つがビーム経路内に配置されたグリッド電極を有する当該減速段において、イオンビームを第１の伝送エネルギーねから第２の伝送エネルギーに減速させる過程と、
減速したイオンビームを標的部に供給する過程と
を有す、イオンを標的に注入する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン注入のためのシステムと方法に関するものである。より詳しくは、低エネルギーで単一エネルギーのイオンビームを半導体ウエハのようなイオン注入標的に照射する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電性を変える不純物を半導体ウエハに取り込むための標準的な技術となっている。所望の不純物質はイオン源においてイオン化され、イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するために加速され、イオンビームはウエハの表面にあてられる。ビームにおける高エネルギーイオンは半導体物質のバルク内に侵入し、半導体物質の結晶格子内に埋め込まれて所望の導電性の領域を形成する。
【０００３】
イオン注入システムは、通常、ガスまたは固体材料を明確なイオンビームに変換するためのイオン源を具えている。イオンビームは不要なイオン種を除去するように分析された質量であって、所望のエネルギーへ加速されて、標的面へあてられる。ビームは、ビーム走査によって、または標的移動によって、またはビーム走査と標的移動との組み合わせによって、標的エリア上を移動するようにする。
【０００４】
１９９４年９月２７日に発行されたホワイト（Ｗｈｉｔｅ）氏等の発明による米国特許第５，３５０、９２６号明細書には、高電流幅広ビームのイオン注入装置が開示されている。このイオン注入装置は、高電流イオン源と所望のイオン種を分解アバーチュアに通すように向ける分析磁石と、得られたビームを平行にするとともにその幅方向に沿って均一に保ってこのビーム偏向させる角度補正磁石とを用いている。リボンビームを標的に向け、この標的をリボンビームの長手方向に対して垂直な方向で移動させて、イオンビームが標的上を移動するようにする。
【０００５】
半導体産業における周知の傾向は、より小型、より高速のイオン注入装置に向かっている。半導体装置における特徴部分の横方向寸法及び深さは、益々減少されている。現在の技術の半導体装置では、３００オングストロームより浅い接合深さを必要とし、最終的には１００オングストローム程度またはそれ以下の接合深さを必要とする場合もある。
【０００６】
ドーパント材料を注入する深さは、少なくとも部分的には、半導体ウエハ内に注入されるイオンのエネルギーで確定される。浅い接合は、注入エネルギーを低くすることにより得られる。しかしながら、イオン注入装置は、代表的に例えば２０ｋｅＶ〜４００ｋｅＶの範囲の比較的高い注入エネルギーで効率よく稼動するように設計されており、浅い接合注入に必要なエネルギーでは、効率的に機能しないおそれがある。  例えば２ｋｅＶ及びそれよりも低い低注入エネルギーでは、ウエハに与えられる電流は所望値よりもかなり低くて、場合によってはゼロに近いこともある。その結果、指定のドーズ量を達成するには極めて長い注入時間が必要とされ、処理能力が悪影響を受ける。処理能力のこのような減少は製造費を増やすものであり、半導体装置の製造業者にとっては容認できないものである。
【０００７】
低エネルギーのイオン注入に対する従来技術の手法の１つでは、イオン注入装置は加速器がオフになっているドリフトモードで作動する。イオンは低電圧でイオン源から抽出され、単にイオン源から標的の半導体ウエハまで移動される。しかしながら、低い抽出電圧ではイオン源は効率的に動作しないので、基板に与えられるイオン電流は小さくなる。更に、ビームはイオン注入装置により伝送されるので、このビームが拡大し、イオンは標的の半導体ウエハ以外に、ビームラインに沿うイオン注入装置の構成要素に当るおそれがある。
【０００８】
低エネルギーのイオンビームに対する減速モードを使用するイオン注入装置は、質量分析のために単一の偏向磁石または２つの磁石を使用する。２つの磁石を使用する場合、第１の磁石が質量分析のために使われ、第２の磁石はビームを平行にするために使われる。イオンビーム伝送は、高エネルギーで有効となるものであり、低エネルギーでは空間電荷の中性化損失及びビームブローアップの影響のために有効とならない。これらの影響は、特に、初期のビーム生成及び転送エネルギーから所望の最終低エネルギーまでビームを減速するために必要な減速ギャップのような電界領域において著しいものとなる。
【０００９】
単一の磁石に基づいた減速は、ある程度のビーム汚染を伴うものであり、この汚染は、ビームがその最終エネルギーに減速される前に残留ガス中で又はわずかな角度に亘る表面からの散乱によってビームが中性化されることから生じる。この中性化されたビームは、所望の最終的なビームエネルギーより高いエネルギーを有しており、注入されるウエハに対する直接的な視路ラインを有するおそれがある。その結果、注入装置を使用して製造される装置の電気的性能が損なわれる。
【００１０】
第２の磁石を使用することにより、最終的な偏向の前に多大な減速を成し遂げ、これにより、減速電界中でまたは減速電界の上流で中性化されるイオンに対する視路ラインを除去することを可能にする。イオンビームは第２の磁石を通ってウエハに移動しうるか、または、第２の磁石に続く第２の減速を用いうる。前者の第１の場合には、エネルギー汚染はほぼ完全に除去されるが、ビームは最も低いエネルギーで長距離に亘ってウエハまで伝送させる必要がある。後者の第２の場合には、最終的な減速を、かなり低い電界及び極めてわずかなエネルギー汚染で達成することができる。所望な性能に対する主な障害は、第1の減速に続いて第２の磁石を通りウエハへ向かうイオンビームの伝送効率に関するものである。通常、この種のシステムのために最適化されたイオンビームは、第１の磁石の中での伝送により大きな収差を有するおそれがあり、エネルギーが低く磁石間の減速段を用いる場合には、収差の大きなビームは第２の磁石の入射アパーチュアに一致させるのが困難である。
【００１１】
この不一致は、イオン源における磁界により生ぜしめられる、（分析磁石の中間面に対して垂直な平面内の）セントレーションにおけるわずかな角度誤差によって増大する。抽出マニピュレータを使用してこれらの誤差を補正し、イオン源の抽出磁界をオフセットすることにより角度をほぼ補正するだけである。ビームが誤差の方向で小さい場合にエネルギーが高いと、この欠陥は軽微なものとなる。しかしながら、エネルギーが低く、減速後でもビームを長距離に亘り伝送する場合には、角度誤差が第２の磁石を通る完全な伝送を阻害するおそれがある。更に、減速領域での空間電荷の膨張によるビームのブローアップにより、第２の磁石のポールギャップをあふれさせてしまうおそれがある。その結果ビーム効率が損なわれる。
【００１２】
したがって、エネルギーの低いイオンビームの伝送を向上させるための方法及び装置を改善する必要がある。
【発明の開示】
【００１３】
本発明の第1の観点によれば、イオン注入装置を提供する。このイオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源と、イオン注入の標的を支持する標的部と、イオン源及び標的部間のビーム経路を画成するビームラインと、ビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを少なくとも部分的に補正するためにイオン源及び標的部間に配置された磁気スティーラ（steerer ）とを有する。
【００１４】
磁気スティーラは、イオンビームを通すための開口部を有する閉ループの磁気フレームと、この磁気フレーム上に配置され、前記開口部内に磁界を生ぜしめる１つの以上の電気コイルとを有することができる。磁気フレームは、上面、底面、左側面及び右側面のセグメントを具えることができる。磁気スティーラは、磁気フレームの上面及び底面のセグメント上、または磁気フレームの左側面及び右側面のセグメント上、またはこれらの全てのセグメント上の電気コイルを具えるようにしうる。これらのコイルは、互いに対向するコイルによって磁気フレームの材料内に誘起される磁界が互いに逆向きとなり、しかも、フレームの中央の磁界が各々のコイルによって供給されるように附勢される。垂直コイル電流に対する水平コイル電流の比率を調整することによって、X及びY方向のステアリングを互いに独立して調整することができる。
【００１５】
ビームラインは、磁気スティーラの上流に配置され、分析平面における異なるイオン種を分離する分析磁石と、磁気スティーラの下流に配置され、分解アパーチュアを有する分解マスクとを具えることができる。磁気スティーラはビームの角度を変えて、ビームの中央軸線から外れたビームが、所望の点でこの中央軸線に戻されるか、この中央軸線と平行になるように調整されうるようにしうる。磁気スティーラは分析磁石と相俟って、これらの双方の目的を解析平面において達成しうる。第２のスティーラをこの分析磁石の前または後に配置することにより、ビームを中間解像平面内へ、且つ所望の軸線と平行になるようにすることができる。更にビームラインは、分解マスクの下流に配置した減速段と、この減速段の下流に位置した角度補正磁石とを有しうる。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、他のイオン注入装置を提供する。このイオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源と、イオンビームから不所望な成分を分離する分析器
(イオンビームは第１伝送エネルギーでこの分析器を通って伝送される)と、この分析器の下流に配置され、第１伝送エネルギーから第２伝送エネルギーにイオンビームを減速する減速段（この減速段は上流電極及び減速電極を有し、これら電極のうちの少なくとも1つは、ビーム経路に配置されたグリッド電極を有する）と、イオン注入される標的を支持する標的部とを具えている。
【００１７】
グリッド電極は、イオンビームを通すための開口部を画成している複数個の互いに離間した導体を有することができる。ある例では、グリッド電極が、第１の組の互いに離間した平行導体と、第２の組の互いに離間した平行導体とを有し、第１の組の導体は第２の組の導体と直交している。他の例においては、グリッド電極が、互いに離間した平行導体を有する。更なる例においては、グリッド電極が、イオンビームを通すための複数の開口部を有する導体を具えている。
【００１８】
一例では、減速電極がグリッド電極を有する。他の例では減速段が更に、上流電極及び減速電極間に抑制電極を有し、この抑制電極がグリッド電極を有する。さらなる例においては、減速段の電極の各々が、グリッド電極を有する。
【００１９】
本発明のさらに他の観点によれば、更なるイオン注入装置を提供する。このイオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源と、イオン注入される標的を支持する標的部と、イオン源及び標的部間に配置され、イオンビームの少なくとも１つのパラメータを変えるグリッド電極であって、イオンビームを通すために複数の開口部を有する当該グリッド電極とを具える。
【００２０】
本発明のさらに他の観点によれば、イオンを標的に注入する方法を提供する。この方法は、イオンビームを生成する過程と、イオン注入のために標的部で標的を支持する過程と、イオン源及び標的部間のビーム経路に沿ってイオンビームを伝送する過程と、イオン源と標的部との間に配置された磁気スティーラを使用して、ビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを少なくとも部分的に補正する過程とを有する。
【００２１】
本発明のさらなる観点によれば、イオンを標的に注入する他の方法を提供する。この方法は、イオンビームを生成する過程と、分析器内でイオンビームから不所望な成分を分離する過程と、イオンビームを分析器を通して第１の伝送エネルギーで伝送する過程と、２つ以上の電極を有する減速段であって、これら電極の内の少なくとも１つがビーム経路に配置されたグリッド電極を有する当該減速段において、イオンビームを第１の伝送エネルギーから第２の伝送エネルギーに減速させる過程と、減速したイオンビームを標的部に供給する過程とを有する。
【実施例】
【００２２】
本発明をより良好に理解するために、以下に添付図面を参照して説明する。
【００２３】
イオン注入装置の実施例のブロック線図を、図１に示す。イオン源１０は、イオンを生成して、イオンビーム１２を出力する。周知のように、イオン源１０はイオン室と、イオン化すべきガスを含むガスボックスとを含むことができる。ガスは、イオン室に供給され、そこでイオン化される。このように形成されたイオンは、イオン室から抽出されて、イオンビーム１２を形成する。このイオンビーム１２の断面は細長く、リボン状であり、ビーム断面の長手方向は水平方向とするのが好ましい。第１電源装置１４は、イオン源１０の抽出電極に接続されており、正の第１電圧Ｖ０を生じる。この第１電圧Ｖ０は、例えば約０．２から８０ｋＶまで調節可能にしうる。従って、イオン源１０からのイオンは、第１電圧Ｖ０によって０．２〜８０ｋｅＶのエネルギーに加速される。イオン源の構造及び動作は、当業者にとって周知である。
【００２４】
イオンビーム１２は、抑制電極２０及び接地電極２２を通って質量分析器３０にいたる。イオン源１０は磁界を用いることができ、この磁界の周辺領域が電極２０及び分析器３０間の領域まで延在するようにしうる。この磁界によって、不所望なイオンビームを偏向させ、この偏向により不所望なイオンビームを磁石３０の所望の偏向平面から変位させうるようにするか、あるいはこの不所望なイオンビームを所望のビーム経路に対するスセントレーション（光軸）から変位させるようにしうる。場合によっては、不所望な偏向を部分的に補償するために、電極２０及び２２を可動にするか、またはこれらの整列位置から故意に変位させる。偏向したビームの角度及び位置の両方を補正するのには１回の補償では不充分である。質量分析器３０は、分析磁石３２と、分解アパーチュア３６を有する分解マスク３４とを具えている。分析磁石３２はイオンビーム１２のイオンを偏向させ、所望のイオン種のイオンが分解アパーチュア３６を通り抜けるとともに不所望なイオン種が分解アパーチュア３６を通り抜けずに分解マスク３４によって遮断されるようにする。好適実施例においては、分析磁石３２が、所望のイオン種のイオンを９０度だけ偏向させるようにする。
【００２５】
所望のイオン種のイオンは分解アパーチュア３６を通って、質量分析器３０の下流に配置された第１減速段５０に達する。この減速段５０は、上流電極５２、抑制電極５４及び下流電極５６を具えることができる。イオンビームのイオンは、後述するように減速段５０によって減速され、それから角度補正磁石６０を通る。角度補正磁石６０は、所望のイオン種のイオンを偏向させ、イオンビームを発散したイオンビームから、ほぼ平行なイオン軌道を有するリボン状のイオンビーム６２に変換する。リボン状のイオンビーム６２は、幅が比較的大きく、高さが比較的小さい断面を有し、リボンに似ている。好適実施例においては、角度補正磁石６０が、所望のイオン種のイオンを７０度だけ偏向させるようにする。
【００２６】
最終段７０はリボン状のイオンビーム６２の経路中でウエハ７２のような1つ以上の加工片を支持し、所望のイオン種のイオンが半導体ウエハ内に注入されるようにする。この最終段７０は、冷却された静電プラテンの形態の標的部と、リボン状のイオンビーム６２の断面の長手方向に対して垂直な方向にウエハ７２を移動させて、イオンがウエハ７２の表面上に行き渡るようにするためのスキャナとを具えることができる。イオン注入装置は、角度補正磁石６０の下流に配置された第２減速段８０を具えることができる。この第２減速段８０は、上流電極８２、抑制電極８４及び下流電極８６を具えることができる。
【００２７】
イオン注入装置は、当業者にとって既知の付加的な構成要素を具えることができる。例えば、最終段７０は、代表的に、ウエハをイオン注入装置に取り込み、注入後にウエハを取り除くための自動ウエハ操作装置を具えている。最終段７０は、また、ドーズ量測定システム、電子フラッドガン及びその他の構成要素を具えることもできる。イオンビームが通る経路全体はイオン注入中排気状態にしておくことに注意すべきである。イオン源10及び標的部間の注入装置の構成要素は、イオン源及び標的部間のビーム経路を画成するビームラインを構成する。
【００２８】
ビームラインモジュール１００は、質量分析器３０と、接地電極２２と、減速段５０の電極５２とを有し、第２電源装置１０２に結合されている。抑制電極２０と接地電極２２とは、１つのユニットとして移動しうる。電源装置１０２によって発生される第２電圧Ｖ１は、ビームラインモジュール１００の構成要素に与えられ、イオンビーム１２を過剰に拡大させることなしに伝送させるのに充分なエネルギーまでこのイオンビーム１２を加速する。一般には、電源装置１０２は、接地電位に対して最大−３０ｋＶまでの負の伝送電圧を生じるように調整される。電源装置１０２に関連する電源装置１０３は、１つのエネルギー領域から他のエネルギー領域へのイオンビームの電子の流れを抑制するのに充分負の電圧ＶＳ０だけビームラインモジュール１００の電位Ｖ１(電極２２の電位)より負に抑制電極２０をバイアスするために用いる。電源１０２に関連する電源装置１０４は、１つのエネルギー領域から他のエネルギー領域へのイオンビームの電子の流れを抑制するとともに、ビームラインの下流の素子を通るビームの伝送を最大にするために必要とされるビームの光学的な集束を達成するのに充分負の電圧ＶＳ１だけ、ビームラインモジュール１００の電位Ｖ１(電極５２の電位)より負に抑制電極５４をバイアスするために用いる。
【００２９】
第２ビームラインモジュール１２０は減速段５０と、角度補正磁石６０と、減速段８０の電極８２とを有し、これら電極は第３電源装置１２２に結合されている。この第３電源装置１２２は、代表的に−５ｋＶまでの負電圧Ｖ２を発生する。この第３電源装置１２２に関連する電源装置１２４は、１つのエネルギー領域から他のエネルギー領域への電子の流れを抑圧するとともに、標的ウエハ７２へのビーム伝送を最適化するのに充分負であるＶＳ２だけ、抑制電極８４をビームラインモジュール１２０の電位(電極８２の電位)よりも負にバイアスするために用いる。ビームラインモジュール１２０の構成要素に印加される電源電圧Ｖ２は、ビームラインモジュール１００によって確定されるエネルギーからビームラインモジュール１２０によって確定される第２伝送エネルギーにイオンビーム１２を減速させる。減速段８０の下流電極８６は接地され、その結果、イオンがウエハ７２に注入される前に、イオンビームは電源装置１４によって確定された最終エネルギーＥＦ＝ｑｉ（Ｖ０）に更に減速される。
【００３０】
図２は、ビームラインに沿った距離の関数としてのビームエネルギーのグラフである。曲線１３０はイオン注入装置のビームエネルギーを表し、参照符号２０，２２，５２，５４，５６，８２，８４，８６はビームラインに沿うその符号に対応する電極の位置を示す。イオンビーム１２は、電源装置１４，１０２，１０３によりそれぞれ供給される電位の合計Ｖ０＋Ｖ１＋ＶＳ０によってイオン源１０から抽出される。次にイオンビーム１２は、質量分析器３０に入る前に、第１の伝送エネルギーＥ１Ｔ＝ｑｉ（Ｖ０＋Ｖ１）に減速される。ビーム１２はビームラインモジュール１００から出る際、エネルギーの増大１３２によって示すように、抑制電極５４におけるバイアスによってエネルギーＥ＝ｑｉ（Ｖ０＋Ｖ１＋ＶＳ１）に加速される。次に、イオンビームは電極５６で、第２伝送エネルギーＥ１Ｔ＝ｑｉ（Ｖ０＋Ｖ２）に減速される。ここで、Ｖ２は電源装置１２２によって決定される。ビームは、第２伝送エネルギーＥ２Ｔで角度補正磁石６０を通して伝送される。ビームはビームラインモジュール１２０を出る際、エネルギーの増大１３４によって示すように、抑制電極８４におけるバイアスによってエネルギーＥ＝ｑｉ（Ｖ０＋Ｖ２＋ＶＳ２）に加速される。次に、イオンビーム１２は電極８６で、最終エネルギーＥＦ＝ｑｉ（Ｖ０）に減速され、そして、ビームは最終エネルギーＥＦで最終段７０のウエハ７２に照射される。ウエハ７２に照射される最終注入エネルギーは、抽出電源装置１４によって確定されるイオン源電位Ｖ０のイオン電荷ｑｉ倍である。
【００３１】
要するに、第１電源装置１４は第１電圧Ｖ０生じ、第２電源装置１０２は第２電圧Ｖ１を生じ、第３で電源装置１２２は第３電圧Ｖ２を生じる。イオンビーム１２は、第１伝送エネルギーＥ１Ｔ＝ｑｉ（Ｖ０＋Ｖ１）で分析器３０を通して伝送され、第２伝送エネルギーＥ２Ｔ＝ｑｉ（Ｖ０＋Ｖ２）で角度補正磁石６０を通して伝送され、最終エネルギーＥＦ＝ｑｉ（Ｖ０）でウエハ７２照射される。
【００３２】
イオン注入装置は更に、リボン状のイオンビーム６２を図１に示される平面においてその幅が実質的に均一となるように調整するビーム検出兼制御アセンブリを具えることができる。ビーム検出兼制御アセンブリは多極素子１０６と、ビームプロファイラ１０８と、多重コントローラ１１０とを具えている。多極素子１０６は多極コントローラ１１０からの制御信号に応答してリボン状のイオンビーム６２の均一性を調整する。ビームプロファイラ１０８は、リボン状のイオンビーム６２を捕捉するように配置され、リボン状のイオンビーム６２の均一性を検出し、多極コントローラ１１０に検出信号を配給する。
【００３３】
上記の如く、イオンビームの空間電荷の膨張は、特にイオンビームのエネルギーが低い場合に著しいものとなる。イオンビームの空間電荷の膨張を制限する１つの方法は、イオンビームの通過領域を中性化し、これにより空間電荷の膨張をもたらす傾向がある電界を減らす曇を形成する電子を生ぜしめる方法である。電子源またはプラズマフラッドガン（ＰＦＧ）の形態の１つ以上の電子発生器をイオン注入装置で用いて、空間電荷に生じるビームの膨張の影響を減らすことができる。図１に示すように、プラズマフラッドガン１１２をウエハ７２の前方に配置して空間電荷の膨張を制限するとともに、ウエハ７２の表面に電荷のビルドアップを制限することができる。分析磁石３２の入射口にプラズマフラットガン１１４を配置するか、または分析磁石３２の出射口にプラズマフラットガン１１６を配置するか、或いはこれらの双方を行うことができる。角度補正磁石６０の入射口にはプラズマフラットガン１１８を配置することができる。
【００３４】
図２に示した上記のイオン注入装置の動作モードは、「二重減速」モードとして知られるものである。「エンハンスド(増強)ドリフト」モードとして知られる他の運転モードにおいては電源装置１２２及び１２４のターンオフ及び分離の双方またはいずれか一方が行われ、ビームラインモジュール１２０及び抑制電極８４は接地されている。イオンビーム１２は比較的高いエネルギーでビームラインモジュール１００を通して伝送されるので、ビームの膨張は制限される。図１に示した上記の構成の特別な場合である他の動作モードにおいては、ビームラインモジュール１００及びビームラインモジュール１２０を互いに電気的に接続して１段の減速システムを形成する。「プロセス室減速」として知られるこの動作モードにおいては、ビームラインモジュール１００及び１２０は電源装置１０２及び１２２のうちの１つによってバイアスされ、イオンビームの減速が減速段８０で起こる。「ドリフト」モードとして知られる。さらに他の動作モードにおいては、ビームラインモジュール１００及び１２０は、両方とも接地される。従って、イオンビーム１２は電源装置１４によって確定された最終エネルギーＥＦ＝ｑｉ（Ｖ０）でビームラインの構成要素を通して伝送されて、最終エネルギーＥＦでウエハ７２に照射される。
【００３５】
本発明の第１実施例によるイオン注入装置のビームラインの断面図を図３に示す。磁気スティーラ２００は、分解アパーチュア３６の上流に配置され、イオンビーム１２の磁気的なステアリングを行うように構成されている。磁気スティーラ２００は、イオンビーム１２のビーム経路からの不所望なずれを少なくとも部分的に補正することができる。ビーム経路は、イオン注入装置が許容範囲で動作している場合に、イオンビーム１２がイオン源１０からウエハ７２までイオン注入装置のイオン光学素子を通ってたどる公称経路である。磁気スティーラ２００は、ビーム経路に沿う挿入長が比較的短いことに特徴があり、その構成に応じて、垂直ステアリング及び水平ステアリングの双方またはいずれか一方を行うことができる。例えば、磁気スティーラ２００は、分解アパーチュア３６を通り、減速段５０の電極５２，５４及び５６を通り、角度補正磁石６０の磁極片間にいたるイオンビーム１２のステアリングを行うことができる(図１)。磁石の変更の角度に対して垂直な平面におけるステアリング補正は、通常、イオン源の近くの抽出マニピュレータによる部分補正と共になされる。ビーム分散方向の補正は、質量分解アパーチュア(スリット)の受入角に合致するように偏向磁石の偏向量のわずかな変化と共になされる。以下、磁気スティーラ２００を詳細に説明する。
【００３６】
本発明の第２実施例によるイオン注入装置のビームラインの断面図を図４に示す。図４の実施例においては、減速段５０が、少なくとも１つのグリッド電極で構成されている。図４に示される減速段５０は上流電極２１０、抑制電極２１２及び減速電極２１４を具えており、各々グリッド電極として構成されている。一般に、グリッド電極は、ビーム経路に沿って比較的小さい寸法を有するとともに、イオンビーム１２を通すための複数の開口部を有する導体である。各々のグリッド電極は、適切なバイアス電圧の点に電気的に接続されている。
【００３７】
グリッド電極は、いくつかの効果を提供する。電位は、長さがほぼゼロである電極において規定しうるので、実効的な全レンズ長と中性化復元（deneutralization）の領域とは、最低限に減少しうる。グリッド電極はギャップの視野レンズの分散部分を除去し、結果としてレンズの収束を強め、レンズが空間電荷非補償領域によって生じる発散をより一層有効に解消する作用を行うようにすることができる。（他の素子が適切な集束を行うために）集束を行う必要がない場合には、ギャップの外側電極をグリッド状にすることよって、レンズ系のいずれのギャップ焦合しないようにすることができる。焦点距離は基本的なアパーチュアの寸法に対応しているので、更なる焦点調整は、外側電極のアパーチュアを変化させることによって、単一のグリッド電極システムにおいて達成される。ビームエネルギーや電流に関係なく、グリッドの開口部を、ギャップの分離距離に比べて小さい場合には、電位をグリッドの形状に合わせる必要があるので、単一の或いは二重のグリッドを三次元に成形して、入射されたビームの収差をある程度補償するようにすることができる。この種のレンズを使用することにより、最終平行化磁石の所定の極の幾何学的形状に対する適応能力を最大にする。
【００３８】
本発明の第３実施例によるイオン注入装置のビームラインの断面図を図５に示す。図５の実施例においては、磁気スティーラ２００が分解アパーチュア３６の上流に位置し、減速段５０がグリッド電極２１０、２１２及び２１４を具えている。その結果、イオン注入装置による低エネルギーのイオンビームの伝送を達成するのに、磁気スティーラ２００の利点とグリッド電極２１０、２１２及び２１４の利点とが加わる。
【００３９】
磁気スティーラ２００及びこれに関連するシステム素子の実施例の線図を図６に示す。磁気スティーラ２００は、図６ではイオンビームの伝送方向で見たものである。磁気スティーラ２００は磁気フレーム２５０とこの磁気フレーム２５０に巻装し、１つ以上の電気コイルを具えている。図６の実施例は、ｘ方向の磁界Ｂｘを生じるコイル２５２及び２５４と、ｙ方向の磁界Ｂｙを生じるコイル２５６及び２５８とを具えている。
【００４０】
磁気フレーム２５０は、イオンビームを通すための中央開口部２６０を有する閉ループ細状のスチール或いはその他の磁性材料とすることができる。図６の実施例においては、磁気フレーム２５０は、上面セグメント２６２、底面セグメント２６４、左側面セグメント２６６及び右側面セグメント２６８を具えた方形の形状をしている。コイル２５２は、上面セグメント２６２巻装され、コイル２５４は底面セグメント２６４に巻装され、コイル２５６は、左側面セグメント２６６に巻装され、コイル２５８は右側面セグメント２６８に巻装されている。
【００４１】
コイル２５２及び２５４は電源装置２７０に接続することができ、コイル２５６及び２５８は電源装置２７２に接続することができる。コイル２５２及び２５４は、開口部２６０においてｘ方向の磁界Ｂｘを生じるために接続され、コイル２５６及び２５８は、開口部２６０内にｙ方向の磁界Ｂｙを生じるように接続されておいる。特に、コイル２５２及び２５４は、磁気フレーム２５０内に互いに逆方向のこれらの磁界を生じるように巻装されているとともに電源装置２７０によって附勢される。互いに逆方向の磁界は開口部２６０を通る復帰路を有する。同様に、コイル２５６及び２５８は、磁気フレーム２５０の互いに逆方向の磁界を生じるように巻装されているとともに、電源装置２７２によって附勢される。互いに逆方向のこれらの磁界は開口部２６０を通る復帰路を有する。結果として生じる磁界Ｂｒは磁界Ｂｘ及び磁界Ｂｙのベクトル和である。当該技術分野で既知のように、ｘ方向の磁界Ｂｘはイオンビームのｙ方向のステアリングを生じ、ｙ方向の磁界Ｂｙはイオンビームのｘ方向のステアリングを生じる。
【００４２】
図６に示す上記の磁気スティーラは、ｘ方向の磁界Ｂｘ及びｙ方向の磁界Ｂｙを生じうる。ある用途では、ｘ方向のステアリングだけが必要とされ、コイル２５２及び２５４を磁気スティーラから省略しうる。他の用途では、ｙ方向のステアリングだけが必要とされ、コイル２５６及び２５８を省略しうる。一方向の磁界で充分である場合には、磁気フレーム２５０が永久磁石を有し、コイルによってできる磁界の均質性及び強度を改善するようにすることができる。
【００４３】
ある例では、磁気フレーム２５０は、外形寸法が７．５インチ（１インチは２．５４cm）×７．５インチ×２インチ、厚さが０．７５インチであって、型番１０１８のスチール製造した。コイル２５２、２５４、２５６及び２５８の各々は、Ｎｏ．１６ＡＷＧワイヤの３００巻回を有し、電源装置２７０及び２７２は０〜１５Aの出力電流を有する。磁気スティーラ２００のビーム経路に沿う寸法は約３インチであり、１．２Ａのコイル電流で、１２ｋｅＶのＢ＋イオンビームを約０．６４度偏向させた。磁気フレームの寸法及び材料やコイルの構成は本発明の範囲内で種々に変更することができることに注意すべきである。ある例においては、磁気フレーム２５０のセグメント２６２，２６４、２６６及び２６８をそれぞれ別々に製造し、その上に各々のコイルを設置し、その後これらセグメントをボルトで連結して磁気スティーラ２００を形成した。
【００４４】
動作条件次第では、磁気スティーラ２００が、アクティブクーリングを必要とする場合がある。図３，５及び６に示す実施例においては、磁気フレーム２５０は、流体管路２８２及び２８４（図６）によって冷却液供給源２８６に連結された流体路２８０を具えている（図3及び５）。動作中、水のような冷却液を流体路２８０を経て循環させて、磁気スティーラ２００の温度上昇を制限することができる。冷却は、中空の磁石ワイヤに冷却剤を通すことによって、またはコイル巻線に近接して冷却チュービングを巻き付けることによって行うこともできる。
【００４５】
磁気スティーラ２００は、ビーム経路からのイオンビーム１２の不所望なずれを少なくとも部分的に補正するように構成するということに注意すべきである。磁気スティーラ２００は、通常は、イオンビーム１２を走査するためにも、イオンビーム１２を大きけ偏向させるためにも利用されるものではない。イオンビーム１２の不所望なずれは、例えば、イオン源１０における磁界からまたは分析磁石３２における収差から生じるおそれがある。磁気スティーラ２００は、分解アパーチュア３６、減速段５０におけるのギャップ及び角度補正磁石６０の入射アパーチュアのいずれか又はこれらの任意の組み合せに対して、イオンビーム１２をセンタリングするのに利用することができる。磁気スティーラ２００は、分析磁石３２の分析平面に対し垂直な方向又は分析表面に対し平行な方向、或いはこれら双方の方向におけるイオンビームの不所望なずれを補正するように構成することができる。
【００４６】
イオン注入装置は、一般に、異なるイオン種、異なるイオンエネルギー及び異なるビーム電流に対しては、異なる時間で動作させる必要がある。イオンビーム１２の不所望なずれは、異なるイオンビームパラメータに対して異なる可能性がある。従って、イオンビームパラメータが変わると、電源装置２７０及び２７２の一方または双方を調整して、イオンビーム方向の所望の補正を行うようにすることができる。１組の選択したイオンビームパラメータで動作させる場合、電源装置２７０及び２７２の出力を固定に保つことができる。
【００４７】
上述したところでは、磁気スティーラ２００を分解アパーチュア３６の上流に位置するものとして、示し説明した。他の実施例においては、ビーム経路からのイオンビームの不所望なずれを少なくとも部分的に補正するために、磁気スティーラを、ビーム経路に沿ったどの点にも配置しうる。磁気スティーラは、入射アパーチュアを有するイオン光学素子の上流に配置しうる。磁気スティーラの磁界を調整して、イオンビームを入射アパーチュアに対して位置決めすることができる。例えば、磁気スティーラは、角度補正磁石６０（図１）のような磁石の磁極片間のギャップに対してイオンビームをセンタリングすることができる。
【００４８】
減速段５０の第１実施例の線図を図７に示す。減速段５０は、グリッド電極２１０（上流電極）、グリッド電極２１２（抑制電極）及びグリッド電極２１４（減速電極）を具える。グリッド電極２１０は、電圧V１を生じる電源装置１０２（図１）に接続されている。電源装置１０４は、電源装置１０２と関連しており、約−１ｋＶかそれ以上の電圧Ｖｓ１によって電圧Ｖ１よりも負にグリッド電極２１２をバイアスすることができる。グリッド電極２１４は、負電圧Ｖ２を生じる電源装置１２２（図１）に接続されている。一般的な構成においては、グリッド電極 ２１０及び２１２間の間隔Ｓ１は約０．２インチ〜２インチの範囲にでき、グリッド電極２１２及び２１４間の間隔Ｓ２は約０．５インチ〜３インチの範囲にしうる。
【００４９】
減速段５０の第２実施例の線図を図８に示す。この図８の実施例においては、減速段５０は、通常の上流電極３００、グリッド抑制電極３０２及び通常の減速電極３０４を具える。上流電極３００は電圧Ｖ１の点に接続され、グリッド電極は電圧ＶＳ１の点に接続され、減速電極３０４は、電圧Ｖ２の点に接続される。図８の実施例においては、グリッド電極３０２は、電子に対する閉じ込め領域を形成して空間電荷がストリッピングする領域を最小にするとともに、システムの加速ギャップと減速ギャップとの双方において集束を強くするという利点を有する。通常、減速段５０の電極の１つ以上は、グリッド電極として構成されうる。
【００５０】
ビームの伝送方向に沿って見たグリッド電極の第１実施例を図９に示す。グリッド電極３５０は、互いに離間させたｘ方向の導体３５２，３５４，３５６等と、互いに離間させたｙ方向の導体３６２、３６４、３６６等とを具えて、これらがイオン１２を通すための、開口部３７０、３７２、３７４、３７６等のアレイを画成するようにしうる。ｘ方向の導体３５２、３５４、３５６等は互いに平行にできる。ｙ方向の導体３６２、３６４、３６６等は互いに平行に且つ、ｘ方向の導体に対し直交するようにしうる。グリッド電極はこの構成に限るものでないことに注意すべきである。グリッド電極３５０の導体は、電極
全体が１つの電位になるように、導電性フレーム３８０によって支持されるようにしうる。グリッド電極３５０のパラメータには、導体の直径と、導体間の間隔が含まれる。これらのパラメータは、開口部３７０、３７２、３７４、３７６の寸法やイオンビーム１２がグリッド電極の導体によって遮断される程度を決定する。
【００５１】
導体寸法サイズ及び導体間隔の選択は、通常、イオンビーム１２が横切る領域を可能な限り多く単一電位の導体によって満す必要性と、イオンビームの遮断を回避する必要性との間の妥協によって決定される。ビームが遮断されるも、標的に与えられる電流の合計が減少する。更に、導体によって、標的に照射されるイオンビームに空間的な非均一性を電位的に生じるおそれのあるシャドーイングを生ぜしめる。さらにまた、グリッド電極の導体は、高エネルギーイオンビームによってスパッタリングされるおそれがあり、頻繁に取り替える必要を制限するために充分大きな寸法にする必要がある。グリッド電極導体のスパッタリングは、若干のビーム汚染をもたらすおそれがある。しかしながら、汚染は、角度補正磁石６０（図１）を通る際に、イオンビームから分離される。
【００５２】
多くの用途では、グリッド電極導体３５２、３５４、３５６、３６２、３６４、３６６等の太さは、約０．００１インチ〜０．０２インチの範囲とし、これら導体間の間隔は約０．０２インチ〜０．５のインチの範囲としうる。適切な材料には、タングステン、炭素及びタンタルが含まれる。
【００５３】
ビームの伝送方向で見たグリッド電極の第２実施例を図１０に示す。当該グリッド電極４００は互いに離間した導体４０２、４０４、４０６等を有し、これらは導電性フレーム４２０によって支持されている。導体４０２、４０４、４０６等は、ｘ方向の導体またはｙ方向の導体にでき、これらは互いに平行にしうる。図１０の実施例は、図９に示した上記のグリッド電極３５０と比べ、標的にかけるイオンビームの非均一性をそれほど生じないという利点を有しうる。ある用途においては、電極４０２、４０４、４０６等は、リボン状のイオンビーム断面の長手方向に対して平行にする。導体の直径及び間隔の選択に関して上述したことは、図１０の実施例にもあてはまる。
【００５４】
ある実施例では、グリッド電極を、平面状にし、イオンビームの伝送方向に対して垂直に装着しる。他の実施例においては、グリッド電極を、所望の結果をもたらす形状、または輪郭にする。例えば、グリッド電極は、円筒状または球面形状にすることができ、または任意の非平面状にすることができる。非平面状の形状を用い、イオンビームの異なる領域に対し、異なる集束力を与えることによって、イオンビームの非対称性の収差を補正することができる。グリッド電極は、発散し、または収束するイオン軌道に対して垂直になるような輪郭形状にしうる。
【００５５】
ある実施例では、グリッド電極は、上述したような複数の導体を有しうる。例えば、グリッド電極を編んだ構成にでき、網の形態にすることができる。他の実施例においては、グリッド電極を、複数の開口部を有する単一の導体を有するようにしうる。
【００５６】
グリッド電極は、減速段５０に用いる場合につき上述したものである。他の実施例においては、１つ以上のグリッド電極を、ビーム経路に沿った他の位置に用いることができる。標的汚染、ビーム電流の減少及びドーズ量の均一性の低減を許容範囲内で、調節するように、注意を払う必要がある。
【００５７】
グリッド電極には、空間電荷の中性化により生じるビームのブローアップの減少を伴う集束の強化が得られるという利点がある。ビーム経路に沿った電極間の間隔は、比較的小さくしうる。従って、イオンビームと電界とが相互作用する領域が減少し、空間電荷の中性化が減少する。
【００５８】
ここまで本発明の少なくとも一つの実施例につき幾つかの観点を説明したが、様々な変更、修正及び改善を当業者によって容易に達成しうるものである。そうした変更、修正及び改善は上述した開示の一部となるものであり、本発明の精神及び範囲内に含まれるものである。したがって、上述術した図面に関する説明は、実施例にすぎないものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、イオン注入装置の一実施例を簡略化して示す線図である。
【図２】図２は、図１のイオン注入装置におけるビームラインに沿った距離の関数としてのビームエネルギーを示すグラフ線図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例によるイオン注入装置のビームラインの断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施例によるイオン注入装置のビームラインの断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施例によるイオン注入装置のビームラインの断面図である。
【図６】図６は、イオンビームの伝送方向に見た磁気スティーラ及びこれに関連するシステム素子の一実施例を示す線図である。
【図７】図７は、グリッド電極を用いた減速段の第１実施例を示す線図である。
【図８】図８は、グリッド電極を用いた減速段の第２実施例を示す線図である。
【図９】図９は、イオンビームの伝送方向で見たグリッド電極の第１実施例を示す線図である。
【図１０】図１０は、イオンビームの伝送方向で見たグリッド電極の第２実施例を示す線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2007516578.tif 000016
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