(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースにイオンを注入するイオン注入システムにおいて、
ワークピースが設置されるエンドステーションと、
ワークピースに注入するためのイオンを生成するイオンソースと、
上記イオンの質量を分析すると共に、イオンビームを規定する質量分析器であって、上記イオンビームを横断する磁場であって、所望の電荷質量比を有する個々のイオンをビームパスに沿って向き付けると共に、望まない電荷質量比を有するイオンを上記ビームパスから偏向することにより、上記イオンビームから、イオンの電荷質量比に従って様々な軌道を描くイオンを偏向するための磁場を供給する質量分析器と、
上記イオンビームを減速させる為に、上記質量分析器の下流側に設置された減速器と、
上記イオンビームを最終的に曲げることにより上記イオンビームから中性粒子をフィルタリングする４重極磁気エネルギーフィルター装置であって、上記減速器の下流側であり上記ワークピースの前に設置された４重極磁気エネルギーフィルター装置と、
を備え、
上記４重極磁気エネルギーフィルター装置は、
上記減衰器から出現する上記イオンビームを中性粒子から分離するように上記イオンビームを偏向する磁場を生成する双極性マグネットと、
上記イオンビームを集束するための重ね合わされた４重極磁場を生成する３つの磁気４重極レンズと、を含んでおり、
上記減速器と、４重極磁気エネルギーフィルターとは、焦点が合わせられており、
上記４重極磁気エネルギーフィルター装置は、上記磁気４重極レンズがフォーカス及びデフォーカスを交互に引き起こすように構成されており、上記減速器との組み合わせにより、上記イオンビームの周期的なフォーカシング／デフォーカシングを引き起こす一連の４つの無収差レンズを形成する、
ことを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
上記４重極磁気エネルギーフィルターは、
弧状のパスを通過するようにイオンを偏向し、不要な粒子をフィルタリングするように構成された上記双極性マグネットであって
（１）強磁性体により構成されている第一磁極片及び第二磁極片であって、上記イオンビームが通過する磁場領域により空間が設けられている、内向きの磁極表面を有する第一磁極片及び第二磁極片、
（２）上記第一磁極片及び上記第二磁極片の近傍に設置されている一又は複数の一次電流供給コイルであって、上記磁場領域における一次双極性磁場を、上記第一磁極片の内向きの磁極表面と上記第二磁極片の内向きの磁極表面との間に形成し、上記イオンビームの荷電粒子を、上記磁場領域を通る弧状のパスに沿って湾曲させる一又は複数の一次電流供給コイル、及び、
（３）上記イオンビームの弧状のパスに沿って伸びる、電流供給の為の一又は複数の付加的電流供給コイルであって、上記磁極片間の磁場領域における上記双極性磁場に４重極磁場を重ね合わせる一又は複数の付加的電流供給コイル、
を備えている双極性マグネットと、
上記マグネットの上記一次電流供給コイル、及び上記マグネットの上記付加的電流供給コイルに対して動作可能に結合されている制御装置であって、上記磁極表面間の上記磁場領域において、双極性成分及び４重極成分を共に有する磁場を形成する、上記一次電流コイル及び上記付加的電流コイルへの電圧印加を制御するように構成された制御装置と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
上記一又は複数の付加的な電流供給コイルは、上記第一磁極片及び上記第二磁極片に取り付けられており、上記一又は複数の付加的な電流供給コイルは、上記第一磁極片及び上記第二磁極片の上記内向きの磁極表面と上記磁場領域との間に設置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
上記内向きの磁極表面は、略平面であり、上記マグネットの磁場中央面の互いに反対側において間隔を有して配置されており、囲い込まれた磁場領域を規定する２つの一次電流供給コイルが、上記磁場中央面の互いに反対側において隣接して配置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
上記第一磁極片及び上記第二磁極片は、多重磁極片セグメントに細分化され、上記付加的電流供給コイルは、磁極片セグメントにより境界付けられた領域における４重極磁場を規定する特定の磁極片セグメントに対して動作可能に結合されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
上記マグネットを通る弧状のイオンビームの縁に沿って伸びるサドル型コイルを形成する２つの一次電流供給コイルを備えており、
上記サドル型コイルは、上記イオンビームが上記マグネットに進入する際に通過する入口開口部及び出口開口部において、上記イオンビームパスから離れるように湾曲している、
ことを特徴とする請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
上記マグネットを通る弧状のイオンビームパスの縁に沿って伸びる弧状コイル片を形成する２つの一次電流供給コイルを備えており、
２つの一次電流供給コイルの有する弧状コイル片は、上記磁場領域を二等分するビーム中央面に沿って互いに隣り合っている、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
上記磁場領域を境界付ける、磁気透過性のビームガイドを更に備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
上記磁気透過性のビームガイドは、上記マグネットにより曲げられたとおりにイオンが進行する低圧力領域を維持する為の、囲い込まれた体積を境界付ける、
ことを特徴とする請求項８に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
上記第一磁極片及び第二磁極片は、上記マグネットの動径方向内側部分上の狭い部分から、上記マグネットの動径方向外側部分上の相対的に広い部分に広がる多重磁極片セグメントに細分化される、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
上記４重極磁気エネルギーフィルター装置は、４重極トリプレットを備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
ワークピースへのイオン注入の際に、イオンビームを磁気的にフィルタリングする方法であって、
イオンソースからイオンを放出すると共に、イオンビームを形成するように、当該イオンソースから離れるよう当該イオンを加速するステップと、
上記イオンビームを横断する磁場であって、所望の電荷質量比を有する個々のイオンをビームパスに沿って向き付けると共に、望まない電荷質量比を有するイオンを上記ビームパスから偏向することにより、上記イオンビームから、イオンの電荷質量比に従って様々な軌道を描くイオンを偏向するための磁場を供給することによりイオンが選択され、上記イオンビームを質量分析するステップと、
上記イオンビームが質量分析された後に、上記イオンビームを減速器により減速するステップと、
上記減速の下流側において、上記イオンビームを磁気的にフィルタリングする４重極磁気エネルギーフィルターを用いるステップであって、上記イオンビーム中の上記イオンを妨害するように磁場が形成され、上記イオンビームを最終的に曲げることにより減速器によって望まれないイオン及び高速の中性体を選択的にフィルタリングする４重極磁気エネルギーフィルターを用いるステップと、
上記減速器と、４重極エネルギーフィルターとの焦点を合わせるステップと、
を含み、
上記４重極磁気エネルギーフィルターは、
上記減衰器から出現する上記イオンビームを望まれないイオン及び高速の中性体から分離するように上記イオンビームを偏向する磁場を生成する双極性マグネットと、
上記イオンビームを集束するための重ね合わされた４重極磁場を生成する３つの磁気４重極レンズと、を備えており、
当該方法では、
上記４重極磁気エネルギーフィルターが、上記減衰器との組み合わせにより、イオンビームを周期的にフォーカス／デフォーカスする一連の４つの無収差レンズを形成するように、上記磁気４重極レンズによるフォーカシング及びデフォーカシングが交互に行われる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
上記イオンビームを磁気的にフィルタリングするステップは、
内向きの磁極表面が磁場中央面の反対側に位置するように、弧状に伸びている第一及び第二磁極片を、弧状のビーム飛行パスの両側に配置するステップと、
弧状に伸びている上記第一及び第二磁極片の一方から、弧状に伸びている上記第一及び第二磁極片の他方までの、上記磁場領域を横断するように広がる一次双極性磁場を生成するように、弧状に伸びている上記磁極片に沿って一次磁場生成コイルを配置するステップと、
上記第一及び第二弧状磁極片の内向きの表面と上記磁場領域との間に、４重磁場生成コイルを配置するステップと、
上記磁極片間の領域において制御された４重極磁場を供給するように、上記一次磁場生成コイル及び上記４重極磁場生成コイルを共に選択的に電圧印加するステップと、
を更に含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記第一磁極片及び第二磁極片は、多重の弧状磁極セグメントに配列され、磁極片の各磁極セグメントが、当該磁極セグメントの表面に沿って電流を発生させる為の４重極磁場生成コイルを支持し、
上記第一磁極片と第二磁極片との間において連続的に出現する磁場領域を通過するイオンのフォーカシング又はデフォーカシングを引き起こすように、反対側の磁極片セグメントに取り付けられた４重極磁場生成コイルに電圧を印加するステップを、
さらに含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
磁極片セグメントの第一ペアにより境界付けられた第一磁場領域内の特定の平面に向かうイオンをフォーカシングするステップと、
磁極片の第二ペアにより境界付けられた第二磁場領域であって、上記イオンが上記第一磁場領域に続いて進入する第二磁場領域内の上記特定の平面から離れるイオンをデフォーカシングするステップと、
を含んでおり、
上記２つのステップは、磁極片の上記第一ペア及び第二ペアに取り付けられた４重極磁場生成コイルへの印加電圧を制御することにより行われる、
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連文献の参照〕
本出願は、米国特許仮出願第６１／０７５，６５７（発明の名称「POST-DECEL MAGNETIC ENERGY FILTER FOR ION IMPLANTATION SYSTEMS」、出願日２００８年６月２５日）に基づく優先権主張を伴う。その内容は、本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、一般にイオン注入システムに関する。より具体的には、イオン注入システムにおける減速器の下流側の低エネルギーイオンビームをフィルタリングするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体装置及び他の製品の製造において、イオン注入システムはドーパント元素として知られている不純物を半導体ウェハー、ディスプレイパネル、又は他のワークピースに与える為に用いられる。従来のイオン注入システム又はイオン注入器は、ｎ型ドープ領域又はｐ型ドープ領域を生成したり、ワークピース中にパッシベーション層を形成したりするために、イオンビームを用いてワークピースを処理する。半導体をドープするために用いられる場合、上記イオン注入システムは、選択されたイオン種を、所望の外因性物質を生成するように注入する。例えば、アンチモン、ヒ素、又はリンなどのソース物質から生成されるイオンを注入することで、結果としてｎ型の外因性物質ウェハーになる。代わりに、ホウ素、ガリウム、又はインジウムのような物質から生成されるイオンを注入することで、半導体ウェハー内にｐ型の外因性物質領域を作り出す。
【０００４】
従来のイオン注入システムは、所望のドーパント元素をイオン化するイオンソースを含んでおり、上記ドーパント元素は処方されたエネルギーのイオンビームを形成するように加速される。上記イオンビームは、ワークピースにドーパント元素を注入するように、ワークピースの表面に向き付けられる。上記イオンビームとしてエネルギーを与えられたイオンはワークピースの表面を突き抜け、所望の伝導性領域を形成するようにワークピースマテリアルの結晶格子中に埋め込まれる。上記注入プロセスは、残存ガス分子との衝突によりイオンビームが散乱することを防ぐ為に、及び空気伝送する粒子によるワークピースの汚染の危険性を最小限にする為に、典型的には高真空プロセスチェンバー中で行われる。
【０００５】
イオンのドース量及びエネルギーは、イオン注入を規定にする為に通常用いられる変数である。上記イオンドース量は、与えられた半導体物質に対して注入されるイオンの濃度と関連する。典型的には、高電流注入器（概して、イオンビーム電流が１０mA（ミリアンペア）よりも大きいもの）は高ドース注入用に使用され、中電流注入器（概して、イオンビーム電流が最大で１mAまでのもの）は低ドース注入用に使用される。イオンエネルギーは、半導体デバイス中の接合領域の深さを制御するために用いられる。イオンビームを構成するイオンのエネルギーは、注入イオンの深さの度合いを決定する。半導体デバイス中にレトログレードウェルを形成するために用いられる高エネルギープロセスでは、典型的には数百万電子ボルト(MeV)のエネルギーでの注入が必要になるが、浅い接合領域には一千電子ボルト(keV)に満たないエネルギーが必要になるだけである。
【０００６】
より小さな半導体デバイスを求める傾向が続いているため、低エネルギーにおいて高ビーム電流を供給するイオンソースを伴う注入器が必要となっている。上記高ビーム電流は必要なドースレベルを提供し、低いエネルギーレベルにより、浅い注入を行うことができる。例えば、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）中のソース／ドレイン接合領域では、このような高電流であり低エネルギーでの注入が必要である。従って、上記ビームラインは、高電流を提供するように長さが短く保たれており、注入に先立ちイオンを減速させる減速器をワークピースの直上流側に有している。上記ビームラインは、低エネルギービームに関連したビームブローアップを低減するように長さが短く保たれる。しかしながら、汚染物質はしばしばイオンソースに起因し、このような低エネルギーシステムでは、イオンソースにワークピースが近いため、不純物がワークピースに到達する可能性が高まる。
【０００７】
本発明の目的は、低エネルギービームラインアセンブリにおいて、粒子性の汚染物質を十分に減少させ、汚染物質を効果的に抑制することのできるシステム及び方法を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５５４，８５７号明細書（１９９６年９月１０日登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、イオン注入システム、特に低エネルギーイオン注入システムにおいて、粒子性の汚染物質を減少する方法及びシステムを提供することにより、先行技術における限界を克服する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、本発明の幾つかの側面を基本的に理解するための概要を示す。この概要は、発明の広範囲な概観ではない。そして、発明の鍵又は重要な要素を特定することを意図するものでもなく、発明の範囲を詳述するものでもない。むしろ、この概要の主たる目的は、後述する詳細な説明に対する前置きとして、簡単な形での発明の幾つかの概念を提示することである。
【００１１】
本発明は、低エネルギーでワークピースにイオンを注入する為のイオン注入システムにおいて、減速器の下流側に磁気エネルギーフィルターを用いるイオン注入システムにおける粒子性汚染物質を低減させる為のシステム及び方法に関するものである。本発明の一側面によれば、上記イオン注入システムは、一般的にワークピースが設置されているエンドステーションを含む。イオンソースはイオンを放出する為に供給され、質量分析器は当該イオンの質量を分析すると共に、実質上、高エネルギー状態でのイオンビームを規定するように供給されると共に構成される。また、上記イオンビームを減速するように、減速器が質量分析器の下流側に更に供給される。その上、４重極磁気エネルギーフィルター装置が、上記減速器の下流側であり上記ワークピースの上流側に設置される。ここで、上記４重極磁気エネルギーフィルターは、上記イオンビームから中性イオンを更にフィルタリングするように構成される。
【００１２】
上記目的及び関連する目的の達成に向けて、本発明は、以下に詳述され、請求項において示される特徴を含む。以下の記述及び添付の図面は、本発明のある実例的な実施形態を詳述する。しかしながら、この実例的な実施形態は、本発明の原理が用いられた様々な方法のごく一部を示すものである。本発明の他の目的、利点、及び優れた特徴は、図面と共に考慮すれば、本発明の以下の詳細な説明より明らかとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るイオン注入システムによれば、低エネルギービームラインアセンブリにおいて、粒子性汚染物質を十分に減少させ、汚染物質を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一側面に係る、ある例示的なイオン注入システムのシステムレベルでのブロック図である。
【図２】本発明の他の側面に係る、ある例示的なイオン注入装置の平面図である。
【図３】本発明の他の側面に係る、ある例示的なイオン注入装置のＸ−Ｚ平面図である。
【図４】本発明の他の側面に係る、ある例示的な４重極磁気エネルギーフィルターの斜視図である。
【図５】本発明の他の側面に係る、他の例示的なイオン注入装置のＸ−Ｚ平面図である。
【図６】本発明の他の側面に係る、ある例示的なイオン注入装置の斜視図である。
【図７】本発明の他の例示的な側面に係る、一又は複数のワークピースにイオンを注入する際に汚染物質を減少させる為の、ある例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、一又は複数のワークピースにイオンを注入する際に粒子性汚染物質を減少させる為の方法及び装置についてのものである。特に、本発明に係るシステム及び方法は、上記イオン注入システム中の加速器／減速器の下流側のイオンビームを磁気的にフィルタリングする技術を提供する。以下、本発明について、添付の図面を参照しながら説明する。それらの図において、同様の要素に対しては同様の符号を用いるものとする。これらの側面に関する記述は、単に実施例に過ぎず、如何なる意味においても制限的であることを意図するものではないことが理解されるものとする。以下の記述において、説明の為、本発明の完全なる理解の為に、多数の特徴的な詳細が記述されるが、これらの特徴的な詳細がなくとも本発明が実行できることは、当業者にとっては明白である。
【００１６】
本発明をより良く理解するために、図１に例示的なイオン注入システム１００のブロック図を示す。上記例示的なイオン注入システムは、本発明の一又は複数の側面を実施するために適している。システム１００は、イオンソース１０２を含むイオン注入装置１０１を含んでいる。イオンソース１０２は、イオンビームパスＰに沿って飛行可能なイオンを多量に生成し、ワークピース１０４(例えば、半導体ワークピースやディスプレイパネル等)にイオン注入する為のイオンビーム１０３を規定する。例えば、イオンソース１０２は、概して、プラズマチェンバー１０５、プロセスガスチェンバー１０６、及び電源１０８を含んでおり、電源から電力を適用することで、プラズマチェンバー内のプロセスガスから正に荷電されたイオンが生成される。プロセスガスソース１０６は、イオン化可能なガス、気化した固体ソースマテリアルや種などの、既に気化されたソースマテリアルを含む。ワークピース１０４へのｎ型注入としては、例えば、ソースマテリアルはホウ素、ガリウム、又はインジウムを含み、ｐ型注入としては、例えば、ソースマテリアルはヒ素、リン又はアンチモンを含む。
【００１７】
イオンソース１０２は、更に引出し装置１０９を含んでおり、引出し電圧ＶExtractを印加することにより、荷電イオンが上記イオンソースから引き出される。引出し電源１１０は、上記引出し電圧ＶExtractを供給することが可能であり、当該引出し電圧は変更可能である。更に、ビームラインアセンブリ１１２が、イオンソース１０２の下流側に配置され、通常、荷電されたイオンを受ける。例えば、ビームラインアセンブリ１１２は、ビームガイド１１６、質量分析器１１８、及び開口部１２０のような一又は複数の要素１１４を含み、上記一又は複数の要素はイオンビーム１０３を形成することが可能である。
【００１８】
質量分析器１１８は、例えば、マグネット(図示せず)のような磁場を生成する要素を更に含み、当該質量分析器は、一般的にイオンビーム１０３を横断する磁場を供給する。これにより、上記イオンビームから、イオンの電荷質量比に従って様々な軌道を描くイオンを偏向する。例えば、磁場を通過中のイオンは、所望の電荷質量比を有する個々のイオンを上記ビームパスＰに沿って向き付ける磁力であって、望まない電荷質量比を有するイオンを上記ビームパスから偏向するような磁力を受ける。イオンビーム１１３は、質量分析器１１８を一端通過すると、開口部１２０を通過するように向き付けられ、開口部１２０において、上記イオンビームは、一般にワークピース１０４に注入する為の簡潔なビームを生成するために制限される。
【００１９】
イオン注入システム１００は、概して、ワークピース１０４が設置されるエンドステーション１２４を更に含む。集積回路デバイス、ディスプレイパネル、及び他の製品の製造において、ワークピース１０４の表面全体にドーパントを均一に注入することが望まれている。例えば、イオン注入装置１０１は、エンドステーション１２４に配置されている基台又はチャック(図示せず)上に設置されている、単一のワークピース１０４にイオンを注入するように構成されている(例えば、「枚葉式」のイオン注入器)。イオンソースからイオンを引出し可能であり、一及び複数のワークピースにイオンを注入可能なイオン注入装置の何れも、本発明の範囲に含まれる。
【００２０】
更に例を挙げると、イオン注入装置１０１は、質量分析器１１８の下流側に配置されている減速器１２６（加速器／減速器レンズ又は「ディセル」レンズとも呼ばれる）を含む。減速器に到達するまでに、イオンビーム１０３はかなりの高エネルギーであり、一般に、減速器は、低エネルギーイオン注入できるように、上記イオンビームのエネルギーを低減する。
【００２１】
本発明に従って、イオン注入装置１０１は、イオンビーム１０３のパスＰに沿って、減速器１２６の下流側に配置された磁気エネルギーフィルター１２８を更に含む。
【００２２】
イオン注入装置１０１は、例えば、概してイオンビーム１０３のパスＰに沿って、ワークピース１０４の下流側に配置されているディープファラデー１３０を更に含む。例えば、ディープファラデー１２６は、概して上記エンドステーションに存在し、実質的に中空の構成要素を含む。例えば、ディープファラデー１３０は、エンドステーション１２４における粒子性汚染物質を略最小限にするように、一般にイオンビーム１０３を制限する。例えば、ディープファラデー１３０は、イオンビーム１０３のパスＰに沿ってワークピース１０４が存在しない時に、一般的にイオンビーム１０３を捕獲したり、制限したりするように構成されている。ディープファラデー１３０は、実質的にイオンビーム１０３を制限する為の、及び／又は上記イオンビームを分析するための測定要素を供給する為の、一又は複数の目的に適う。ディープファラデー１３０の代わりに、標準ファラデー又はビームダンプを用いても良い。
【００２３】
イオン注入システム１００は、イオン注入装置１０１を制御可能な制御装置１３２を更に含む。例えば、制御装置１３２は、上記イオンを生成するための電源１０８及び引出し電源１１０を制御可能である。それらにおいて、一般的にイオンビームパスＰが制御される。制御装置１３２は、とりわけ質量分析器１１８における磁場の強度及び方向性を調節可能である。他の例を挙げると、ディープファラデー１３０からのフィードバックは、イオン注入装置１０１を更に制御する為に、制御装置１３２に供給される。制御装置１３２は、減速器１２６、磁気エネルギーフィルター１２８、及びワークピーススキャニングシステム(図示せず)を制御するように構成されている。制御装置１３２は、プロセッサー、コンピュータシステム、及び／又はシステム１００の全体的な制御をする制御手段(例えば、制御手段による入力を伴うコンピュータシステム)を含んでも良い。
【００２４】
図２には、図１の装置１０１のような、例示的なイオン注入装置２００が図示されており、例示的なイオン注入装置がより詳しく説明されている。イオン注入装置２００は、一例として図示されているが、本発明は、他の様々なタイプのイオン注入装置、及び、高エネルギーシステム、低エネルギーシステム、又は他の注入システムなどのシステムを用いても実現可能であり、そのような全てのシステムも本発明の範囲に含まれる。
【００２５】
イオン注入システム２００は、例えば、ターミナル２１２、ビームラインアセンブリ２１４、及びエンドステーション２１６を含んでおり、上記ターミナルは、ソース電源２２２により作動するイオンソース２２０を含む。ターミナル２１２は、イオンソース２２０からイオンを引き出す為の引出し電源２２６により作動する引出しアセンブリ２２４を更に含み、引き出されたイオンビーム２１０は、ビームラインアセンブリ２１４に供給される。ビームライン２１４に関連する引出しアセンブリ２２４は、
例えば、与えられたエネルギーレベルでの注入をすべく、エンドステーション２１６におけるエンドエフェクタ２２９上のワークピース２２８に、イオンを向き付けることが可能である。
【００２６】
一実施例において、イオンソース２２０は、プラズマチェンバー(図示せず)を含み、上記プラズマチェンバーにおいて、プロセスガスのイオン又はイオン種が、高い正電位Ｖsourceによりエネルギーを与えられる。一般的には、正のイオンが生成されるが、イオンソース２２０により負のイオンが生成される場合のシステムに対しても本発明は適用できる。引出しアセンブリ２２４は、プラズマ電極２３０、及び、一又は複数の引出し電極２３２を更に含み、上記プラズマ電極は、一又は複数の引出し電極に対してバイアスされているが、イオンソース２２０におけるプラズマに対して電位的に浮いている(例えば、典型的にアースされているワークピース２２８に対して１２０kVのプラズマ電極)。一又は複数の引出し電極２３２は、例えば、プラズマ電極２３０の電圧よりも低い電圧(例えば、０〜１００kVの引出し電圧ＶExtract)でバイアスされる。一又は複数の引出し電極２３２の、プラズマに対する相対的に負の電位は、イオンソース２２０の外へ正のイオンを引出し及び加速することが可能な静電場を生成する。例えば、一又は複数の引出し電極２３２は、一又は複数の引出し開口部２３４を有する。正の荷電イオンは、一又は複数の引出し開口部を通過し、イオンソース２２０を離れ、イオンビーム２１０を形成する。上記引出しイオンの速度は、一般的に上記一又は複数の引出し電極に供給される上記電位ＶExtractにより決定される。
【００２７】
本発明の一側面に従って、ビームラインアセンブリ２１４はビームガイド２３５を含む。ビームガイド２３５は、イオンソース２２０付近に入口(例えば、引出し開口部２３４に関連している入口)を有し、リゾルビングプレート２３６を有する出口を有している。また、ビームガイド２３５は、引き出されたイオンビーム２１０を受ける質量分析器であって適正な電荷質量比又は適正な電荷質量比の範囲にあるイオン(例えば、所望の質量範囲にあるイオンを有する、質量分析されたイオンビーム)のみをエンドステーション２１６に設置されているワークピース２２８に送る双極性磁場を生成する質量分析器２３８を有している。イオンソース２２０においてソースマテリアルがイオン化することで、所望の原子質量を有する正の荷電イオン種を生成する。しかしながら、イオン化プロセスにおいては、所望のイオン種に加え、他の原子質量を有するイオンが一定の比率で生成される。適正な原子質量よりも軽い原子質量を有するイオン又は適正な原子質量よりも重い原子質量を有するイオンは、注入のためには適正ではなく、望まれない種と呼ばれる。質量分析器２３８により生成される上記磁場により、イオンビーム２１０中のイオンが曲線の軌道を描く。つまり、所望のイオン種の原子質量と同じ原子質量を有するイオンのみが、上記ビームパスＰを通過し、エンドステーション２１６に到達するように、上記磁場が生成されるのである。
【００２８】
本発明の他の例示的な側面に従って、イオン注入装置２００は、自身に結合されたディープファラデー２３９を備えている。上記ディープファラデーは、イオンビーム２１０のパスＰに沿って、概してワークピース２２８の下流側に設置され、ワークピースがイオンビームのパスと交差しない時にイオンビームと交差可能である。したがって、ディープファラデー２３９は、イオンビームの特性を測定するように、及び／又はワークピースの下流側のエンドステーション２１６中のイオンビーム２１０を制限するように構成される。例えば、図１の制御装置１２８が機能的に結合されたディープファラデー２３９である。上記制御装置は、イオンビームの特性がイオン注入に適するか否かを決定することが出来る。例えば、図２のディープファラデー２３９は、概して、グラファイトが並べられた中空のシリンダーを含む。上記シリンダーは、実質上、イオンビームが一般にディープファラデー中で捕獲されるほどの深さを有する。したがって、ディープファラデー２３９は、浅いファラデーを有する従来のシステムに見られるような粒子性汚染物質を実質的に低減する。ディープファラデー２３９は、標準ファラデー又はビームダンプでも代替可能である。
【００２９】
本発明の他の側面に従って、図２におけるビームガイド２３５の出口に設置されたリゾルビングプレート２３６は、イオンビーム２１０から、所望のイオン種の原子質量に近い原子質量を有するイオン種であって、所望のイオン種の原子質量とは同一でない原子質量を有する望まれないイオン種を排除するように、質量分析器２３８に関連して作動する。例えば、リゾルビングプレート２３６は、更に、ガラス状のグラファイト、又は、タングステン又はタンタルのような他の物質により形成される。上記リゾルビングプレートは、一又は複数の細長い開口部２４０を含む。イオンビーム２１０のイオンは上記開口部を通過し、ビームガイド２３５を出て行く。リゾルビングプレート２３６において、イオンビーム２１０のパスＰからのイオンの分散(例えば、Ｐ’として図示)は最小値である。イオンビーム２１０がリゾルビング開口部２４０を通過する際、イオンビームの幅(Ｐ’−Ｐ’)は最小である。
【００３０】
リゾルビング開口部２４０の下流側に減速器２４２があり、上記減速器は、イオンビーム２１０が減速器を通過する際に、イオンビーム２１０を静電気的に加速又は減速する。例えば、減速器２４２は、概して、イオンビームを高電流及び高エネルギー(５kV〜１０kV)の状態にて構成要素の上流側を飛行させ、減速器の上流側におけるイオンビーム２１０のブローアップを軽減させ、低エネルギーイオン注入をする為に、ワークピース２２８の上流側におけるイオンビームのエネルギーを減少させる。従来、ワークピース２２８は、ディセル後におけるビームブローアップを軽減する為に減速器の直下流に設置されていた。しかしながら、短所としてはイオンビームの光学的な質の減少が挙げられる。イオンビーム２１０は、ディセル後において低エネルギーを有するので、イオンビームのブローアップ又はイオンビームのコヒーレンスの消失は、空間電荷のせいでより大きくなる。上記ビームは、自然に拡散する傾向にある。このため、ビームの横断面領域における増加を防ぐ為に、ディセルレンズからワークピースまでの距離が、典型的に、出来る限り短く維持されねばならない。更に、速い中性体からのエネルギー汚染物質、及びエネルギーを持たない他の望まれない荷電イオンが依然としてディセル後に存在する。
【００３１】
本発明は、ディセル後におけるビームの大きさ及びビーム角度を制御する為に、減速器２４２の下流側に４重極磁気エネルギーフィルター２５０を提供し、更に、ワークピース２２８への注入に先立ち、イオンビーム２１０からの望まれないイオン及び速い中性体をフィルタリングする。一実施例において、４重極磁気エネルギーフィルター２５０は、双極性フィルターマグネット中に集積された４重極トリプレットレンズと光学的に整合がとれている加速器／減速器レンズを含む。例えば、上記双極性フィルターマグネットは、正しいエネルギーであるイオン及び正しい電荷状態であるイオンを選択する。上記レンズは、ビームがフィルターを通過しワークピース２２８に到達するまでの間、ビームの大きさ及びビーム角度を制御する。
【００３２】
一実施例に従うと、４重極磁気エネルギーフィルター２５０は、共有の米国特許第５，５５４，８５７号に記述されている質量分析マグネットのような質量分析マグネットの形を取る。なお、当該米国特許の内容全体は、それを参照することによって、本明細書に組み込まれるものとする。
【００３３】
他の実施例では、４重極磁気エネルギーフィルター２５０は、図３に示されている。上記４重極磁気エネルギーフィルターは、分散平面上又は分散平面に直交する平面上のどちらかにおいて、イオンビームを最終的に曲げる。４重極磁気エネルギーフィルター２５０（例えば、複数の４重極を有する双極性マグネット）は、概して、速い中性体を軽減する為にイオンビームを偏向する(例えば、＋／−１２度〜１５度)ことに加え、概してイオンビーム２１０を集束する重ね合わされた４重極磁場を有する偏向マグネットのように動く。例えば、減速器２４２及び４重極磁気エネルギーフィルター２５０は、最良の性能となるように焦点が合わせられている。更に、４重極磁気エネルギーフィルター２５０は、イオンビームのパスＰの長さを増加させる。これは、従来、ビームブローアップのため不可能であった。これにより、ワークピース２２８をイオンソース２１２から遠くに離すことができる。当該実施例において、３つの４重極(４重極トリプレットとも呼ばれる)２５２、２５４、及び２５６が、図４に示されるように供給されている。一実施例において、各４重極において可変のリゾルビングスリット(図示せず)が、付加的なビーム制御をする為に供給されている。
【００３４】
図５には、多重極エネルギーフィルター２５０(Ｘ−Ｚ平面図)が図示される。双極性領域を有する３つの磁気４重極レンズ２５２、２５４、及び２５６が４重極磁場の上に重ね合わされており、静電気的な加速／減速レンズ２４２と光学的に合わされている。例えば、加速／減速レンズ２４２は、Ｘ方向及びＹ方向におけるダブルフォーカシング、又はＸ方向におけるシングルフォーカシングのどちらかである。磁気４重極レンズ２５２、２５４、及び２５６は、フォーカシング及びデフォーカシングが交互になっている。これらの磁気４重極レンズは、加速／減速レンズ２４２と組み合わせることにより、周期的なフォーカシング／デフォーカシングを生み出す無収差レンズ２６０であって、最終的にイオンビーム２１０をダブルフォーカシングができる一連の４つの無収差レンズ２６０を形成する。
【００３５】
加速／減速レンズ２４２を一連の４重極レンズ２５２、２５４、及び２５６に合わせることにより、イオンビーム２１０の光学的な質が効果的に回復される。４重極磁気エネルギーフィルター２５０における双極性要素は、加速／減速レンズ２４２から出現する所望の低エネルギービーム２６２を、望まれない中性ビーム２６４から分離するように用いられる。例えば、低エネルギー輸送を補強する為の付加的な空間電荷補償を供給する為に、２つのプラズマ電子ソース(図示せず)がレンズ２５２とレンズ２５４との間、及びレンズ２５４とレンズ２５６との間に挿入される。更に、イオンビームパスＰの上及び下において磁性が互い違いになっているカスプを生成するマグネットの配列が供給されることにより、電子の反射が起こり、低エネルギーイオンビームに起因して発生する空間電荷電位が更に低減される。図６には、４重極磁気エネルギーフィルター２５０を含んでいるイオン注入システム１００であり、例示的な発明的イオン注入システム１００の他の図面が示されている。
【００３６】
静電気エネルギーフィルタリングは、イオンビーム２１０の周りの「プラズマシース」と呼ばれるものを消失させる傾向にあることが知られている。上記プラズマシースは、一般に、イオンビーム２１０の周りの残存ガスにより発生する。従って、静電気エネルギーフィルタリングを用いると、イオンビームのコヒーレンスを維持する為の自由電子がほとんど存在しない空間電荷を維持することは出来ない。しかしながら、本発明の４重極磁気フィルター装置２５０に関連した磁場、及び本発明の４重極磁気フィルター装置２５０に関連した電子は、磁力線に沿って動くので、プラズマを消失させない。従って、本発明の４重極磁気エネルギーフィルター２５０は、空間電荷をより良く中性化する傾向にある。
【００３７】
これにより、本発明の他の側面に従って、図５には、イオン注入システムにおける粒子性汚染物質を低減させる方法３００が示されている。例示的な方法が、本明細書において一連の動作又は一連の出来事として図示され記述されているが、本発明は、それらの動作について図示された順序付けに制限されるものではない。いくつかのステップは、異なった順序付けで起こるものとしてもよいし、本明細書に示され記述されたステップとは異なる他のステップと同時に起こるものとしてもよい。加えて、図示されたステップの全てが、本発明に従った方法論を実行にする為に必要である訳ではない。更に、上記方法は、本明細書において図示され記述されたシステムに従って実行されるだけでなく、本明細書において図示されていないシステムに従っても実行される。
【００３８】
図５に示されているように、上記方法３００は、ステップ３０５において、質量分析されたイオンビームを供給することから始まる。ここで、例えば、上記イオンビームは、図１〜図３及び図５に示されているイオン注入システム１００、及びイオン注入システム２００のようなイオン注入システムにより形成される。ステップ３１０において、上記イオンビームは、質量分析された後、減速される。ここで、上記イオンビームのエネルギーは、一般に、軽減される。ステップ３１５において、上記減速されたイオンビームは、一般に、望まれないイオン及び望まれない中性体を取り除くために磁気的にフィルタリングされる。このフィルタリングは、減速器の下流側でありワークピースの前に設置された４重極磁気エネルギーフィルター装置などによって行われる。ステップ３２０において、上記ワークピースに、減速及びフィルタリングされたイオンビームからのイオンが注入される。汚染物質は最小にされる。
【００３９】
本発明は、優先権のある一及び複数の実施形態について示され、記述されたが、本明細書及び添付の図面を読み、理解することにより、当業者は同等の変更を行うことができることは明白である。特に、上記の要素(アセンブリ、装置、回路等)により実行される様々な機能に関して、そのような要素を記述するために使われた用語(「手段」として参照されるものも含む)は、ここで示されている本発明の例示的な実施例における機能を実行する開示された構造と構造的に同等でないとしても、他の方法が示されない場合には、上述の要素の明細書中に記述された機能を実行するどの要素(つまり、機能的に同等である要素)にも対応するものとする。加えて、本発明の特定の特徴は、様々な実施例の内の一つに関して開示したが、そのような特徴は、他の実施例の一又は多数の他の特徴と結び付けることが出来、どの既存の適用例又はどの特定の適用例に対しても所望なものとなり、かつ利点を有するものとなる。
【図１】
0005689415.tif 000002
【図２】
0005689415.tif 000003
【図３】
0005689415.tif 000004
【図４】
0005689415.tif 000005
【図５】
0005689415.tif 000006
【図６】
0005689415.tif 000007
【図７】
0005689415.tif 000008