(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム経路（３０５，４０５，５０５）に沿ってイオンビーム（２０４，３０４，４０４，５０４）を生成するイオンソース（２０２，３０２，４０２，５０２）と、
上記イオンビームに対して質量分析および角度補正を行う、上記イオンソース（２０２，３０２，４０２，５０２）の下流に設けられた質量分析部材（２１４，３１４，４１４，５１４）と、
ビームライン軸に沿って移動する上記イオンビーム（２０４，３０４，４０４，５０４）の一部を通すよう構成された上記質量分析部材の下流のリゾルビングアパーチャ（２１６，３１６，４１６，５１６）と、
上記リゾルビングアパーチャ（２１６，３１６，４１６，５１６）の下流に設けられ、上記ビームライン軸に対して垂直であるエンドステーションワークピース軸について回転するよう構成されたエンドステーションプロセスチャンバ（２２６，３２６，４２６，５２６）と、
上記リゾルビングアパーチャ（２１６，３１６，４１６，５１６）の下流における偏向部材（２１８，３１８，４１８，５１８）を出るイオンビーム（２０４，３０４，４０４，５０４）の角度を変化し、それにより偏向軸（３０７，５０７）において上記ビームライン軸から遠ざかるように上記イオンビーム（２０４，３０４，４０４，５０４）を偏向するよう構成された偏向部材（２１８，３１８，４１８，５１８）と、
上記偏向部材（２１８，３１８，４１８，５１８）の下流に設けられ、上記偏向軸（３０７，５０７）に沿って、上記イオンビーム（２０４，３０４，４０４，５０４）を減速させる減速電極と、
上記イオンビーム（２０４，３０４，４０４，５０４）の荷電イオンが注入されるワークピースの保持および位置決めを行う支持プラットフォーム（５２５）と、を有し、
上記偏向部材（２１８，３１８，４１８，５１８）および上記減速電極（２１９，３１９，４１９，５１９）は、上記エンドステーションプロセスチャンバ（２２６，３２６，４２６，５２６）内に存在するが、上記エンドステーションプロセスチャンバ（２２６，３２６，４２６，５２６）とともに回転せず、
上記支持プラットフォーム（５２５）は、上記エンドステーションプロセスチャンバ（２２６，３２６，４２６，５２６）内に存在し、上記エンドステーションプロセスチャンバ（２２６，３２６，４２６，５２６）とともに回転することを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
１０ｋｅＶよりも大きいエネルギーを使用するドリフトモードで動作可能であ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】
１０ｋｅＶ以下のエネルギーを使用する減速モードで動作可能であ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４】
上記質量分析部材に結合されて上記質量分析部材の磁場強度を調整する制御システムをさらに有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
上記エンドステーションは、固定されていないとともに、０°〜９０°だけ時計回りの向きにまたは反時計回りの向きに回転することができ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６】
上記リゾルビングアパーチャは、上記質量分析部材による可能な角度調節の範囲に応じた大きさおよび形状を有す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７】
上記質量分析部材は、コイルを備えた電磁石を有し、上記コイルを流れる電流が上記制御システムによって制御され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８】
上記イオンビームはペンシル型ビームまたはリボン型ビームを含む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９】
上記ワークピースの振り子式往復駆動装置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。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、主にイオン注入システムに関する。より詳しくは、高電流イオン注入装置のための低汚染、低エネルギービームラインアーキテクチャのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
半導体素子の製造では、イオン注入を用いて半導体に不純物またはドーパントをドープする。集積回路の加工中にｎ型またはｐ型の外因性材料のドーピングを行う、またはパッシベーション層を形成するために、イオンビーム注入装置を用いてイオンビームをシリコンウエハに衝突させる。半導体のドーピングに使用する場合、イオンビーム注入装置は、選択した外因性イオン種を注入して、所望の半導体材料を生成する。まず、図１に示した従来のイオン注入システム１００を参照されたい。アンチモンや砒素、リンなどのソース材料から生成されたイオンを注入することにより、ｎ型の外因性材料のウエハが得られる。一方、ｐ型の外因性材料のウエハが必要な場合、ホウ素やインジウムなどのソース材料を用いたイオンを注入してもよい。
【０００３】
イオンソース１０２は、縦方向のビーム経路１０６に沿って（例えばペンシル型イオンビーム、リボン型イオンビームなど）イオンビーム１０４を生成するためのイオンソースである。イオンビームソース１０２は、対応する電源を備えたプラズマソースと、引出し装置１１０とを有し、引出し装置１１０は、例えばイオンビーム１０４が引き出されるのであれば、如何なる設計であってもよい。以下の例は、本発明をより詳しく説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、プラズマソースは相対的に長いプラズマ閉じ込めチャンバを有していてもよく、このプラズマ閉じ込めチャンバから、引出し装置１１０における引出し開口部を介してイオンビームを引き出すことができる。ペンシル型、リボン型および他のタイプのイオンビームの形成は、当業者には周知な事項である。
【０００４】
イオンを生成するために、電離すべきドーパント材料ガス（図示せず）をイオンビームソース１０２におけるプラズマチャンバ内に仕込む。ドーパントガスは、例えばガスソース（図示せず）からプラズマチャンバに供給される。電源に加えて、イオン生成チャンバ内において自由電子を励起させるのに好適な機構（いずれも図示せず）を用いてもよく、適用する機構の数については特に限定されない。好適な機構の例としては、ＲＦまたはマイクロ波励起源、電子ビーム注入源、電磁波源、および／または、チャンバ内においてアーク放電を生成する陰極などが挙げられる。励起された電子がドーパントガスの分子に衝突し、その中でイオンが生成される。本開示は陰イオンを生成するシステムにも適用可能だが、代表的には、陽イオンが生成される。
【０００５】
本例では、イオンは、イオン引出しアセンブリ（図示せず）によってイオンビームソース１０２における引出し装置１１０を介して、制御可能に引き出される。イオン引出しアセンブリは、複数の引出し電極、接地電極および抑制電極を有していてもよい。引出しアセンブリは、例えば、引出しおよび／または抑制電極にバイアスをかけてイオンソース１０２からのイオンを加速させる個別の引出し電源（図示せず）を有していてもよい。イオンビーム１０４が同じ電荷を帯びた粒子（like charged particle）を含むことから、同じ電荷を帯びた粒子が互いに反発しあうので、ビーム１０４は発散（ブローアップ）したり、もしくは進行軸に直交する方向へ膨らむ傾向があることを理解されたい。さらに、ビームの発散は、低エネルギーで高電流のビームでは激化し得る。低エネルギーで高電流のビームでは、多くの同じ電荷を帯びた粒子（例えば高電流）が、相対的にゆっくりと（例えば低エネルギーで）同じ方向に移動しており、粒子間の反発力が大きいものの、ビーム経路１０６の方向に粒子を移動させる運動量が殆ど存在しないことがわかる。したがって、引出しアセンブリ１１０は、一般に、ビーム１０４が発散しない（例えば、ビームの発散を招く反発力を超える運動量を粒子が有する）ようにビーム１０４が高エネルギーで引き出されるように構成されている。さらに、本例ではビーム１０４は、システム全体を通して相対的に高いエネルギーで輸送され、ワークピース１１６に衝突する直前に低減され、ビームの抑制を促進する。
【０００６】
ビームラインシステム１１２は、イオンビーム１０４を受容するイオンソース１０２の下流に設けられており、イオンビーム１０４を受容する経路に沿って配置された質量分析器１１４を有する。質量分析器１０８は、図１に示したように質量分析されたイオンビーム１０４を得るために、質量（例えば電荷と質量との比）に応じて変化する軌道でイオンビーム１０４からイオンを偏向させるための経路を横切る磁場を設けるように動作する。したがって、質量分析器１１４は、イオンビーム１０４の質量分析および角度補正／調節を行う。本例では質量分析器１１４は、約９０°の角度をもつように形成されており、中に（双極子）磁場を形成するように機能する１つ以上の磁石（図示せず）を有する。ビーム１０４が質量分析器１１４に入ると、不適切な電荷質量比のイオンが排除されるように、磁場によりビーム１０４が湾曲される。より詳しくは、過大または過小の電荷質量比をもつイオンは、質量分析器１１４の側壁に向かって偏向される。このようにして、質量分析器１１４は、ビーム１０４において所望の電荷質量比をもつイオンのみを通過させ、そのようなイオンのみがリゾルビングアパーチャ電極アセンブリ１２０のリゾルビングアパーチャ１１６を介して出て行くようにする。
【０００７】
質量分析器１１４は、磁気双極子場の振幅を制御または調節することによってイオンビーム１０４の角度補正を行うことができる。磁場の調節により、所望の／選択された電荷質量比をもつ選択されたイオンが、異なるまたは変更された経路に沿って移動する。リゾルビングアパーチャ電極アセンブリ１１０は、質量分析器１１４の下流およびビーム経路に沿って配置される。リゾルビングアパーチャ電極アセンブリ１１６は、選択された質量分解能およびイオンビーム１０４のビームエンベロープに応じた大きさおよび形状を有する。
【０００８】
１つ以上の減速電極１１８が、イオンビーム偏向部材の下流に配置され得る。減速電極を、高電流、超低エネルギーのイオン注入器に直接使用して、超低エネルギーでエネルギー汚染が少ない高電流イオンビームを生成することができる。システム１００におけるこの地点まで、ビーム１０４が相対的に高いエネルギーレベルで輸送され、ビームの発散傾向を軽減する。これは従来技術では周知である。ビームの発散は、走査頂点など、ビーム密度が高くなる地点において特に大きなものになり得る。減速電極は、ビーム１０４を減速させることができる１つ以上の電極を有する。電極は、典型的には開口部を有し、この開口部を介してビーム１０４が進行する。
【０００９】
なお、例示したイオン注入システム１００においては減速電極１１８のそれぞれを同一面上に開口部を有して互いに平行になるように図示してあるが、参照によりその内容が本願に含まれる米国特許公報第6,441,382号（Huang他）に記載されているように、これらの電極を、イオンを加速および／または減速させる、および、イオンビーム１０４を集束させる、湾曲させる、偏向させる、収束させる、発散させる、走査する、平行にする、および／または浄化するように配列されバイアスをかけられた電極を好適な数だけ有する構成としてもよい。
【００１０】
エンドステーション１０８がシステム１００に設けられている。エンドステーション１０８は、ビームラインシステム１１２から質量分析されたイオンビーム１０４を受け、質量分析された最終のイオンビーム１２２を用いて注入を行う経路に沿って、半導体ウエハなどの１つ以上のワークピース１１０を支持する。エンドステーション１０８は、１つ以上のターゲットワークピース１１０、およびイオンビーム１０４を互いに対して平行移動または走査させるためのターゲット走査システム１２６を有する。ターゲット走査システム１２６は、バッチ式注入または枚葉式注入を行うように備えられる。
【００１１】
システム１００においてイオンビームが他の粒子と衝突することにより、ビームの完全性が低下する可能性があることを理解されたい。したがって、１つ以上のポンプ（図示せず）を少なくともビームガイドおよび質量分析器１１４を真空排気するために備える構成としてもよい。
【００１２】
代表的なイオン注入システムは、イオン化ソース材料から正荷電イオンを生成するイオンソース１０２を有する。生成したイオンをイオンビーム１０４に形成し、既定のビーム経路１０６に沿って注入エンドステーション１０８に方向付ける。イオン注入システム１００は、イオンソース１０２と注入エンドステーション１０８との間に延びる、ビーム形成用およびビーム成形用構造を有していてもよい。ビーム形成用およびビーム成形用構造は、イオンビーム１０４を維持し、ビームが注入エンドステーション１０８へと到達する途上に通過する細長い内部キャビティまたは内部経路を形作る。注入器を作動させる場合、この経路は真空排気され、気体分子との衝突の結果、既定のビーム経路１０６からイオンが偏向される可能性を低減させる。
【００１３】
磁場において既定の運動エネルギーをもつ荷電粒子の軌道は、これらの粒子の異なる質量（または電荷質量比）によって変化する。したがって、低磁場を通過した後に半導体のワークピース１１０の所望の領域、または他のターゲットの所望の領域に到達するイオンビーム１０４の抽出された部分は、比較的に純粋に生成される。これは、不要な分子量のイオンがビーム１０４の遠位になるように偏向され、所望の材料以外の注入を回避することができるためである。所望および不要な電荷質量比をもつイオンを選択的に分離する処理は、質量分析として知られている。質量分析器１１４は、典型的には双極子磁場を生成する質量分析磁石を使用し、異なる電荷質量比のイオンを効果的に分離する円弧状の経路における磁場偏向によってイオンビーム１０４中の様々なイオンを偏向させる。
【００１４】
あるイオン注入システムでは、ビーム１０４の物理的な大きさがターゲットワークピース１１６よりも小さいため、ターゲットワークピース１１６の表面に広く行渡らせるために１つ以上の方向にビームを走査する。概して、静電スキャナまたは磁気スキャナは、十分に行渡らせるために、高速方向にイオンビーム１０４を走査し、機械装置は、低速走査方向にターゲットワークピース１１６を移動させる。システムは、ファラデーカップ１２４などの電流密度センサを有し、ファラデーカップ１２４は、走査ビームの電流密度を測定する。このとき、電流密度は注入角度によって変化する（例えば、ビームとワークピースの構造上の表面との相対方位、および／または、ビームとワークピース１１６の結晶格子構造との相対方位）。電流密度センサは、概して、走査ビーム１０４に対して直交するように移動し、そのため、典型的にはビーム１０４を幅方向に横切る。一例では、ドーズ量測定システムは、ビーム密度分布および角度分布を測定する。
【００１５】
代表的な高電流イオン注入システムに対しては、様々な減速部材によってエネルギー汚染を低減させることができるとともに、低エネルギービーム電流を増大させることができる（例えば、米国特許公報第6,441,382号 （Huan他）を参照。この文献の内容は参照により本願に含まれる）。
【００１６】
しかし、イオン注入器への減速部材の搭載は、特定のイオン注入器のアーキテクチャの影響を強く受ける。したがって、システムは、低エネルギーでの低粒子汚染レベルを達成することができ、かつ、イオン注入器の他の性能要件を維持することができる必要がある。
【００１７】
〔発明の概要〕
以下は、本発明の実施形態の基本理解を促すための本発明の簡単な説明である。この要約は、本発明の広範囲に渡る概要ではなく、本発明の要および重要な点を特定する意図はなく、本発明の範囲を規定するものでもない。むしろ、要約の目的は、後に説明するより詳細な説明の前に、簡単な形で本発明の概念を提示することにある。
【００１８】
本発明に係る形態は、以下のイオン注入システムを含む。イオン注入システムは、ビーム経路に沿ってイオンビームを生成するイオンソースと、上記イオンビームに対して質量分析および角度補正を行う、上記イオンソースの下流に設けられた質量分析部材要素と、上記質量分析部材の下流および上記ビーム経路に沿って設けられ、選択された質量分解能およびビームエンベロープに応じた大きさおよび形状をもつリゾルビングアパーチャ電極と、上記リゾルビングアパーチャ電極の下流に設けられた偏向部材であって、上記偏向部材を出る上記イオンビームの角度を変更する偏向部材と、上記偏向部材の下流に設けられ、電荷中和を行い上記イオンビームを減速させる減速電極と、荷電イオンを用いてワークピースの保持および位置決めを行う、エンドステーション内部の支持プラットフォームと、を有する。上記エンドステーションは、偏向された上記イオンビームがワークピースに対して垂直になるように約８°だけ反時計回りの向きに傾けられて設けられている。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、イオン注入システムは、選択された種をもつイオンビームを生成するイオンソースと、選択された電荷質量比および角度調整に応じて磁場を生成する、イオンソースの下流に配置された質量分析器と、質量分析器の下流に設けられたリゾルビングアパーチャと、修正されたイオンビーム経路に沿うように約８°だけ反時計回りの向きにイオンビームを偏向させる偏向部材と、上記リゾルビングアパーチャの下流に設けられた減速部材とを有する。上記リゾルビングアパーチャは、分離されたイオンビームからイオン種を選択する。
【００２０】
本発明に係る他の実施形態は、イオン注入方法を含む。イオン注入方法は、イオンソースのイオンソースパラメータを選択するステップと、電荷質量比に応じて質量分析器の初期磁場強度を選択するステップと、選択されたイオンソースパラメータに応じてイオンビームを生成するステップと、質量分析器を用いてイオンビームに対して質量分析を行うステップと、リゾルビングアパーチャを用いてイオンビームを分解するステップと、偏向部材を用いてイオンビームを偏向させるステップと、減速部材を用いてイオンビームを減速させるステップとを含む。
【００２１】
以下の説明および添付の図面は、本発明の実施例および実施形態を詳述するものである。これらは本発明の本質を使用した様々な方法のうちのいくつかを説明するものである。
【００２２】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、従来技術のイオン注入システムを示す。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係るイオン注入システムを示す。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態に係る偏向部材および減速部材を含むイオン注入システムを示し、０°の角度でイオンをワークピースに注入することを示す。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に係るイオン注入システムの図であり、０°以外の角度でイオンビームをワークピースに注入することを示す。
【００２６】
図５は、本発明の一実施形態に係る高圧電源を備えたイオン注入システムの図であり、回転する処理チャンバ内の変化する経路に沿ってイオンビームが進行することを示す。
【００２７】
図６は、本発明の他の実施形態に係るイオン注入システムの往復運動機器の概略図である。
【００２８】
図７は、本発明の一実施形態に係るイオン注入角の調節方法を示すフローチャートである。
【００２９】
〔発明の詳細な説明〕
図面を参照しながら、本発明について説明する。同様の部材番号は、全図を通して同様の部材を表すのに使用しており、図示した構造は必ずしも縮尺どおりではない。
【００３０】
本発明の形態により、高電流注入のための、低汚染、低エネルギーのビームラインアーキテクチャが促進される。
【００３１】
図２は、本発明に係る第一実施形態を示す。第一実施形態では、イオン注入システム２００が、縦方向のビーム経路に沿って（ペンシル型のイオンビーム、リボン型のイオンビームなどの）イオンビーム２０４を生成するイオンソース２０２を有する。イオンビームソース２０２は、対応する電源２０８を備えたプラズマソース２０６、および引出し装置２１０を有する。引出し装置２１０は如何なる構成であってもよく、例えば高いアスペクト比をもつ細長いリボン型のイオンビーム２０４が引き出される。本発明をさらに詳しく説明するために以下の例を挙げているが、これは本発明の範囲を限定するものではない。例えば、プラズマソース２０６は比較的長いプラズマ閉じ込めチャンバを有していてもよく、このプラズマ閉じ込めチャンバから、引出し装置２１０における高アスペクト比の引き出しスリットを用いてリボン型のイオンビーム２０４を引き出すことができる。イオンビーム２０４は、第１のアスペクト比を規定する進行方向に直交する方向の幅および進行方向に直交する方向の高さを有し、上記横幅は上記高さよりもずっと長い。例えば、プラズマソース２０６から引き出された細長いイオンビーム２０４の上記幅は、約１００ｍｍであり、上記高さは１０ｍｍである。リボン型イオンビームおよび他のタイプのイオンビームの形成は、当業者には周知である。
【００３２】
ビームラインシステム２１２は、イオンソース２０２の下流に設けられており、イオンソース２０２からビーム２０４を受光する。ビームラインシステム２１２は、ビーム２０４を受光する経路に沿って配置された質量分析器２１４、質量分析器２１４の下流のリゾルビングアパーチャ２１６、偏向部材２１８、および加速および／または減速部材２１９を有する。質量分析器２１４は、経路を横断する磁場を与えるように動作し、これにより質量（例えば電荷質量比）に応じて変化する軌道でイオンビーム２０４からイオンを偏向させる。これは、第２のアスペクト比、および、第１のアスペクト比とほぼ同じプロファイルをもつ、質量分析された細長いイオンビーム２０４を得るためである。この実施形態では、質量分析器２１４内の磁場によってイオンビーム２０４を約９０°湾曲させることができる。予め選択した化学種のイオンがリゾルビングアパーチャ２１６を通過できるように、質量分析器２１４の経路の下流に質量分離リゾルビングアパーチャ２１６を設けてもよい。不要なイオンを、リゾルビングアパーチャを通過させないようにすることにより分離する。そして、絞られたリボン型のイオンビーム２０４は偏向部材２１８を通過し、図示したように、反時計回りの向きに偏向される。その後、イオンビーム２０４は減速部材２１９に入り、減速部材２１９の減速電極を通過するときにイオンビーム２０４を減速させることができる。
【００３３】
システム２００には、約８°の一定角度に設定可能なエンドステーション２２６が設けられている。しかし、エンドステーション２２６を０°〜９０°のあらゆる角度に設定することができることに留意されたい。エンドステーション２２６は、ビームラインシステム２１２から質量分析されたイオンビームを受光し、質量分析および偏向されたイオンビーム２０４を用いて、注入経路に沿って半導体ワークピースなどの１つ以上のワークピース２２２を支持する。エンドステーション２２６は、１つ以上の対象のワークピース２２２および細長いイオンビーム２０４を互いに対して平行移動させる、または走査するターゲット走査システム２２０を有する。ターゲット走査システム２２０は、バッチ式注入または枚葉式注入を行うことができる。ターゲット走査システムは当業者には周知であることを理解されたい。
【００３４】
発明者は、本発明に係るビームライン２１２が従来のビームラインシステムよりも優れた少なくとも２つの利点を実現することを発見した。第一に、新たなビームライン２１２は、電気的な屈曲を与える部材すなわち偏向部材２１８、および偏向部材２１８の上流から流れてくる不要な粒子を遮断するブロックとして機能する減速部材２１９を有する。これらの粒子は、通常、イオンビーム２０４の運動量によって下流に押し出され、その大半はまっすぐ前方に移動する。したがって、ビームラインの偏向により、下流のワークピース２２２に到達する粒子の数が低減される。さらに、偏向部材２１８は、上流の中性粒子と、下流の経路に続く粒子とを分離させる中性粒子分離部として機能する。第二に、本発明に係るビームライン２１２は、低いビームエネルギー電流を大幅に増大させることができる減速部材２１９を有する。結果として得られるシステム２００により、従来のイオン注入システムにみられる典型的な汚染よりもエネルギー汚染が低減される。
【００３５】
図３および図４には、本発明のさらなる実施形態として２つの運転モードすなわち動作モードが図示されている。イオン注入システム３００および４００の両方において、イオンビーム３０４が、図３に示した第１のモード３０１または図４に示した第２のモード４０１において、第１のイオンビーム経路３０５または第２のイオンビーム経路３０７に沿って移動する。
【００３６】
図３に示した第１のモード３０１では、エンドステーション３２６は、イオンビーム３０４が０°の適切な角度でワークピース３２２に衝突する、言い換えればワークピース３２２に対して垂直に衝突するように配置または設定されている。
【００３７】
図４の第２のモード４０１では、エンドステーション４２６は、イオンビーム３０４が平均して０°よりも大きい角度でワークピース４２２に衝突するように配置または設定されている。これを達成するため、エンドステーション４２６は、湾曲空隙３２５（図３）または４２５（図４）によって規定された軌道に沿って回転することができる。米国特許公報第6,231,054号（Allen他）にはこのようなエンドステーションが記載されており、当該文献は参照により本願に含まれる。第１のモード３０１では、システムはドリフトビームモードと減速ビームモードという２つの動作モードで動作する。ドリフトモードではビームエネルギーは１０ＫｅＶよりも大きく、一方、減速モードではビームエネルギーは１０ＫｅＶ以下である。処理制御に関して、図３に示したビームライン３１２は従来のビームラインよりも優れた利点を多数持っている。ビームライン３１２によって、ドリフトモードに調整された相対的に速いビームが可能となる。ドリフトモードでは、１０ＫｅＶを上回るエネルギーでビーム３０４を引き出すことができ、減速部材３１９を接地電圧に調整することができる。減速モードでは、低エネルギーでビーム電流を増大させるように減速部材３１９を容易に調整することができる。さらに、上流における電気的な屈曲により、エネルギー汚染が低減される。ビームライン３１２により、ワークピース３２２に対する正確なドース量制御が可能となり、中性粒子の大半が、下流の偏向部材３１８においてイオンビーム３０４から分離される。第２のイオンビーム経路３０７に示されたイオンビーム３０４での湾曲により、図示したように角度制御が行われる。
【００３８】
図４を参照すると、イオン注入システム４００は、図３のイオン注入システム３００と殆ど同じように機能する。唯一の違いは、エンドステーション４２６が、ワークピース４２２が０°よりも大きい角度でイオンビーム３０７のほうを向くように回転することにある。イオン注入システム４００では、図４に示したように、イオンビーム３０４は、第１のモード３０１または第２のモード４０１において第１のイオンビーム経路３０５または第２のイオン経路３０７に沿って移動する。ドリフトモードでは、イオンビームエネルギーが１０ＫｅＶよりも大きく、減速モードでは、ビームエネルギーは１０ＫｅＶ以下である。処理制御に関して、ビームライン４１２は、従来のビームラインよりも優れた多くの利点を有する。ビームライン４１２によって、ビームをより速くドリフトモードに調整することができ、ビーム４０４が１０ＫｅＶを上回るエネルギーで引き出される。ビームライン４１２によって、ワークピース４２２に対する正確なドーズ量制御が可能となり、中性粒子の大半が、下流の偏向部材４１８においてイオンビーム４０４から分離される。減速部材４１９によって、低エネルギーでビーム電流を増大させ、エネルギー汚染を低減させるように容易に調整することができる。第２のイオンビーム経路３０７として示したイオンビーム４０４における湾曲により、図示したように角度制御が行われる。図４のエンドステーション４２６は、図示したように、イオンビーム４０４が第２のイオンビーム経路３０７に対して垂直な角度以外の角度でワークピース４２２に衝突するように回転する。
【００３９】
図５は、本発明の一実施形態に係るイオン注入システム５００の一例を示す。イオン注入システム５００は、例示目的で提示されており、本発明の形態は、記載したイオン注入システム５００に限定されるものではなく、異なる形態をもつ他の適したイオン注入システムを使用してもよいことを理解されたい。
【００４０】
イオン注入システム５００は、縦方向の第１のイオンビーム経路５０５または第２のイオンビーム経路５０７に沿って（例えばペンシル型のイオンビームまたはリボン型のイオンビームなどの）イオンビーム５０４を生成するためのイオンソース５０２を有する。イオンビームソース５０２は、連結された引出し電源５３０を備えたプラズマソースと、引出し装置５１０とを有する。引出し装置５１０は、当該装置によってイオンビーム５０４が引き出される如何なる構成をとっていてもよい。以下の例は本発明をより詳しく説明するものであるが、本発明の範囲を限定する意図はない。例えば、プラズマソースは比較的長いプラズマ閉じ込めチャンバであってもよく、そこから、引出し装置５１０における引出し開口を用いてイオンビーム５０４を引き出すことができる。ペンシル型、リボン型および他のタイプのイオンビームの形成は当業者には周知である。
【００４１】
イオンを生成するために、イオン化すべきドーパント材料ガスをイオンビームソース５０２におけるプラズマソース内に配置する。ドーパントガスを例えばガスソース（図示せず）からプラズマソースに供給する。電源５３０に加えて、ＲＦまたはマイクロ波励起源、電子ビーム注入源、電磁波源、および／または、チャンバ内においてアーク放電を生成する陰極などの、任意の数の好適な装置（いずれも図示せず）を用いて、イオン生成チャンバ内で自由電子を励起させてもよい。励起された電子がドーパントガスの分子に衝突し、それによってイオンが生成される。本開示では代表して陽イオンを生成しているが、陰イオンを生成するシステムにも適用可能である。
【００４２】
イオン引出しアセンブリ（図示せず）によって、イオンビームソース５０２における引出し装置５１０の引出し開口からイオンが制御されて引き出される。イオン引出しアセンブリは、複数の引出し電極、接地電極および抑制電極を有していてもよい。イオンビーム５０４が同じ電荷を帯びた粒子を含むことから、ビーム５０４は、同じ電荷を帯びた粒子が互いに反発しあうので、ビーム５０４は発散（ブローアップ）したり、もしくは進行軸に直交する方向へ膨らむ傾向があることを理解されたい。さらに、ビームの発散は、低エネルギーで高電流（高パービアンス）のビームでは激化し得る。低エネルギーで高電流のビームでは、多くの同じ電荷を帯びた粒子（例えば高電流）が、比較的ゆっくりと（例えば低エネルギーで）同じ方向に移動しており、粒子間の反発力が大きいものであることを理解されたい。したがって、引出しアセンブリは、概して、ビーム５０４が高エネルギーで引き出され、ビームの発散が最小化されるように構成される。さらに減速モードでは、本実施例のビーム５０４は、イオン注入システム５００を介して比較的高エネルギーで輸送され、ビーム汚染を促すワークピース５２２との衝突の直前に設けられた減速部材５１９において低減される。
【００４３】
ビームライン５１２は、イオンソース５０２の下流に設けられており、イオンソース５０２からビーム５０４を受ける。ビームライン５１２は、ビーム５０４を受ける経路に沿って配置された質量分析器５１４を有する。質量分析器５１４は、図５に示したように質量分析されたイオンビーム５０４を得るために、質量（例えば電荷と質量との比）に応じて変化する軌道でイオンビーム５０４からイオンを偏向させるための経路を横切るように磁場を設けるように動作する。質量分析器５１４は、イオンビーム５０４の質量分析および角度補正／調節を行う。本例では質量分析器５１４は、約９０°の角度をもつように形成されており、中に（双極子）磁場を形成するように機能する１つ以上の磁石（図示せず）を有する。ビーム５０４が質量分析器５１４に入ると、不適切な電荷質量比のイオンが排除されるように、磁場によりビーム５０４が対応して湾曲される。より詳しくは、過大または過小の電荷質量比をもつイオンが、質量分析器５１４の側壁に向うように偏向される。このようにして、質量分析器５１４により、所望の電荷質量比をもつ、ビーム５０４におけるイオンのみが通過し、リゾルビングアパーチャ電極５１６のリゾルビングアパーチャを介して出る。
【００４４】
質量分析器５１４は、磁気双極子場の振幅を制御または調節することによってイオンビーム５０４の角度補正を行うことができる。磁場の調節により、所望／選択された電荷質量比をもつ選択されたイオンが、異なるまたは変化する経路に沿って移動する。リゾルビングアパーチャ５１６は、選択された質量分解能およびイオンビーム５０４のビームエンベロープに応じた大きさおよび形状を有する。
【００４５】
ビームライン５１２は、例えばワークピース５２２への注入前に減速を使用する低エネルギーでの利用のために、イオンビーム偏向部材５１８をさらに備えていてもよい。偏向部材５１８は、例えばイオンビーム５０４をイオンビーム経路５０５から遠ざかるように、変化するイオンビーム経路５０７に偏向させる偏向電極を有する。この偏向により、（偏向場の存在下において偏向できないことによる）エネルギー汚染を招く可能性がある中性粒子をイオンビーム５０４から除去することができる。偏向部材５１８は、下流のイオンビーム５０４から上流の中性粒子を分離する中性粒子分離器として機能する。さらに、原則として、偏向部材５１８は粒子ブロックとして機能し、下流に移動する粒子の大部分を遮断する。
【００４６】
減速部材５１９を形成する１つ以上の減速電極は、本実施例におけるイオンビーム偏向部材５１８の下流に配置される。高電流、超低エネルギーのイオン注入器に減速電極を直接使用して、超低エネルギーであってかつエネルギー汚染を低減させながら、高電流のイオンビームを生成することができる。概して、イオン注入システム５００におけるこの地点まで、ビーム５０４が相対的に高いエネルギーレベルで輸送され、ビームの発散傾向を軽減する。減速電極は、ビーム５０４を減速させることができる１つ以上の電極を有する。当該電極は、典型的には開口部を有し、この開口部を介してビーム５０４が進行する。
【００４７】
なお、当該イオン注入システム５００においては、それぞれの減速電極が同一面上に開口部を有して互いに平行になるように図示してある。これらの電極は、参照により本願に含まれる米国特許公報第6,441,382号（Huang他）に記載されたように、イオンを加速および／または減速させる、および、イオンビーム３０４を集束させる、湾曲させる、偏向させる、収束させる、発散させる、走査する、平行にする、および／または浄化するように配列されバイアスをかけられた如何なる数の適した電極を有していてもよい。
【００４８】
エンドステーション５２６がイオン注入システム５００に設けられている。エンドステーション５２６は、ビームラインシステム５１２から質量分析されたイオンビーム５０４を受けし、質量分析された最終のイオンビーム５２２を用いた注入の経路に沿って半導体ウエハなどの１つ以上のワークピース５２２を支持する。エンドステーション５２６は、１つ以上のターゲットワークピース５２２、およびイオンビーム５０４を互いに対して平行移動または走査させるためのターゲット走査システム５２０を有する。ターゲット走査システム５２０は、バッチ式注入または枚葉式注入を行うことができる。
【００４９】
イオン注入システム５００においてイオンビームが他の粒子と衝突することにより、ビームの完全性が低下する可能性があることを理解されたい。したがって、１つ以上のポンプ（図示せず）が少なくともビームラインシステム５１２および質量分析器５１４を真空排気するように含まれていてもよい。
【００５０】
抑制電源および引出し電源５２８、５３０はそれぞれ、抑制電極およびイオンソース５０２に結合して動作する。そして、エンドステーション５２６がイオンビーム５０４を受け、イオンビーム５０４がワークピース５２２に向けて照射される。イオン注入器５００に他のタイプのエンドステーションを用いてもよいことを理解されたい。例えば、「バッチ」型のエンドステーションは、回転する支持構造上にて複数のワークピース５２２を同時に支持することができ、ワークピース５２２は全てのワークピース５２２へのイオン注入が完了するまでイオンビームの経路上で回転している。一方、「枚葉」型の末端ステーションは、注入のためのビームライン軸５１４に沿って単一のワークピース５２２を支持し、複数のワークピース５２２を１つずつ時系列で注入し、次のワークピース５２２の注入が始まる前に各ワークピース５２２への注入を完全に終らせる。ハイブリッドシステムでは、ワークピース５２２を第１の（Ｙまたは低速走査）方向に機械的に平行移動させる一方、ビームを第２の（Ｘまたは高速走査）方向に走査して、ワークピース５２２全体を覆うようにビーム５０４を移動させる。
【００５１】
減速モードでは、減速電源５２７が、ビームガイド５１４、電気的な屈曲を与える部材５１８における屈曲用プレートのうちの一方、前方の減速電極、および、引出しシステムにおける後方の接地電極と接続される。ドリフトモードでは、減速電源５２８は、接地線によってバイパスされている。屈曲用電源５５５は、電気的な屈曲を与える部材５１８の他方のプレートに接続される。減速抑制電源５５７は減速部材の中央の電極に接続される。これらの電源は、期待するイオンビームの性能、正しい曲げ角度、最終のイオンビームエネルギー、および最適な収束を与えるように調整される。
【００５２】
本例では分析装置は、ファラデーカップ５２４などの電流密度センサを有し、ファラデーカップ５２４は、イオンビーム５０４の電流密度を測定する。このとき、電流密度は注入角度によって変化する（例えば、ビームとワークピースの構造上の表面との相対方位、および／または、ビームとワークピース５２２の結晶格子構造との相対方位）。電流密度センサは、概して、走査ビーム５０４に対して直交するように移動し、そのため、一般にはビーム５０４を幅方向に横切るように構成されている。一例では、ドーズ量測定システムは、ビーム密度分布および角度分布を測定する。ウエハ動作制御部５２５を用いてウエハを移動させる。
【００５３】
イオンソース５０２、質量分析器５１４、開口アセンブリ、電気的な屈曲を与える部材、減速部材、およびドーズ量測定システムを制御する、これらと通信する、および／またはこれらを調整する制御システム５３２が存在する。制御システム５３２はコンピュータ、マイクロプロセッサなどを有し、ビーム特性の測定値を入手し、それに従ってパラメータを調整するように動作可能である。制御システム５３２は、イオンビーム５０２が生成される端子、およびビームラインシステム５１２の質量分析器５１４、および減速部材５１９に結合されていてもよい。したがって、制御システム５３２、または所望のイオンを促進する任意の数の制御装置によってこれらの部材のいずれかを調整してもよい。例えば、イオン引出し装置５１０および減速部材５１９における電極に適用されるバイアスを調整することによって、接合深さを調整するためにビーム５０４のエネルギーレベルを使用してもよい。
【００５４】
図６には、本発明の一形態に係る例示のイオン注入システム６００の側面図が図示されている。図６に示した往復駆動システム６００は、以下に詳述するように、ワークピース６１６にイオンビーム１０５の中を２次元的に走査するように動作させることが可能であることを理解されたい。本発明に係る一実施形態によると、往復駆動システム６００は、処理チャンバ（エンドステーションとも呼ばれる）に結合して動作するモータを有し、当該処理チャンバは、イオンビーム６０５にさらに結合される。イオンビーム６０５は、例えば、近接したほぼ平行な軌道に沿ってともに移動するイオン群を有し、このイオン群は、スポット状またはいわゆる「ペンシル型ビーム」の形状をとり、ここでは詳しく述べないが、当業者に周知のあらゆる適したイオン注入システム（図示せず）によって形成されるようなものである。
【００５５】
本発明によると、処理チャンバは一般的な密閉真空チャンバであってもよく、この場合、処理チャンバ内の内部環境を処理チャンバ外の外部環境から隔離して動作することが可能である。例えば、上記真空チャンバは、内部環境を実質的に低圧（例えば真空）下に維持するように構成および装備されていてもよい。処理チャンバは、１つ以上のロードロックチャンバ（図示せず）に連結されていてもよく、このチャンバにおいて、ワークピース６１６は、処理チャンバ内の真空を実質的に失うことなく、処理チャンバの内部環境と外部環境との間を移送される。または、処理チャンバは、一般的な密閉されていない処理空間（図示せず）からなっていてもよく、この処理空間は、一般に外部環境に連結されている。
【００５６】
一実施形態では、処理チャンバは、外部環境を基準として回転する。この実施形態を例えば第２のモード（図４）とする。本発明は、ワークピース６１６の処理に使用するように動作可能な任意の処理チャンバ５０２および処理媒体を想定しており、処理チャンバは密閉されている、密閉されていない、固定されている、または移動可能である。このような全ての処理チャンバおよび処理媒体が本発明の範囲内であると想定される。或るタイプの処理チャンバの一例は、米国特許公報第7,135,691号（Vanderpot他）に記載されており、当該文献は参照により本願に含まれる。
【００５７】
さらに、図６に、振り子式往復駆動装置６００を示す。当該往復駆動装置６００において、第１の軸６２４の周りをシャフト６２８が回転し（６４４）、走査アーム６３２、エンドエフェクタ６７８、およびワークピース６１６が第１の軸６２４の周りをさらに回転する。したがって、ワークピース６１６は、イオンビーム６０５に対して第１の走査経路６４６に沿って（例えば、第１の軸６２４周りをシャフト６２８が１回以上、反時計回りに回転して）往復運動しながら移動される。このイオンビーム６０５を図６のページに示す。第１の軸６２４周りのシャフト４２８の回転４４４（および／または反時計回りの回転）は、以下に記載するように均一に第１の走査経路６４６に沿ってエンドエフェクタ６７８を振動もしくは往復運動させるように適宜制御可能である。図６に、上述したような第２の軸６４０周りのエンドエフェクタ６７８の回転６４８を示す。エンドエフェクタ６７８が回転し、それによって、第２の軸６４０の周りのワークピース６１６が、第１の軸６２４またはイオンビーム６０５に対して回転するときの方位を維持するようにさらに制御される（例えば、イオンビーム６０５の引出し電極に対するワークピース６１６の回転における方位は、ワークピース６１６に対して固定された三角６５０として表される）。
【００５８】
イオンビーム６０５からワークピース６１６にイオンを均等に注入するなど、ワークピース６１６を均等に処理するために、第１の走査経路６４６に沿って移動しながらエンドエフェクタ６７８の略一定の移動速度を維持することが重要である。例えばワークピース６１６がイオンビーム６０５を通過する間に、エンドエフェクタ６７８の速度を略一定に保つことにより、ワークピース６１６に略均一量のイオンを与えることができる。したがって、ワークピース６１６が第１の走査経路６４６に沿って振り子式の動きで移動するにつれ、ワークピース６１６の均一な処理が完了する。
【００５９】
したがって、本発明の他の実施形態では、イオンビーム６０５を通るワークピース６１６の動きに関する既定の走査幅６５４について略一定の速度が求められる。既定の走査幅６５４は、ワークピース６１６の物理的寸法に概ね関連している（例えば、走査幅は、ワークピース６１６の直径よりも大きい）。本実施例では、既定の走査幅６５４は、概して、ワークピース６１６がワークピース６１６の直径とイオンビーム６０５の幅とを合わせた合計よりも長い距離移動するように規定される。ワークピース６１６が第１の走査経路６４６に沿ってイオンビーム６０５を介して移動し、イオンビーム６０５がワークピース６１６の両端６５６の間を走査される。
【００６０】
さらなる他の実施形態によると、既定の走査幅６５４の範囲内にてワークピース６１６の所望の速度プロファイルが規定されていてもよく、所望の速度プロファイルは、概して、往復駆動装置６００の形態によって異なる。例えば、ワークピース６１６が走査アーム６３２に対して固定されているか、または回転可能かによって、走査アーム６３２の回転６４４について略一定の速度若しくは変化する速度（そして、第１の走査経路６４６に沿ったワークピース６１６の略一定の速度もしくは変化する速度）が求められる可能性がある。例えば、第１の走査経路６４６に沿った回転における方位６５０を維持するためにワークピース６１６を走査アーム６３２に対して回転させる場合、第１の一軸６２４周りの走査アーム６３２の回転速度は、イオンビーム６０５が規定の走査幅６５４の末端６５５に近づいたときに変化する（例えば、既定の走査幅の末端に近づくと約１０％速度が増大する）。これは、曲線経路に沿ってワークピース６１６に略均一のイオンを与えるためである。または走査アーム６３２の速度を変化させる代わりに、またはそれに加えて、イオンをワークピース６１６に略均一に注入するためにイオンビーム電流などのイオンビーム６０５の特性を変化させてもよい。
【００６１】
上述した実施形態において示したように、ワークピース６１６をイオンビーム６０５に略均一に露出させるためには、ワークピース６１６が第１の走査経路６４６に沿って既定の走査幅６５４の範囲内にほぼ一定の速度を保つようにすることが望ましい。しかし、第１の走査経路６４６に沿ったワークピース６１６の反転を繰り返して往復する運動により、例えば第１の軸６２４周りのシャフト６２８の時計回りおよび反時計回りの回転（例えば反時計回りの回転）の間などでのワークピース６１６の加速および減速は避けられない。したがって、走査アーム６３２、エンドエフェクタ６７８、およびワークピース６１６の加速および減速を調整するために、第１の走査経路６４６に沿った最大位置６６０と６６２との間のワークピース６１６の両端６５６によって、移動する最大走査距離６５８がさらに規定される。イオンビーム６０５がワークピース６１６と接触していないときか、またはイオンビーム６０５の少なくとも一部がワークピース６１６と接触していないとき、オーバシュート領域６６４において加速および減速が起こる。
【００６２】
従来の二次元走査システムでは、従来の走査システムの残りの部分に伝達される慣性力および関連する反作用の力を最小化するためには、ワークピースの方向の反転の間における加速および減速の許容量が実質的に制限されていることに留意されたい。米国特許公報第7135691号には、イオンビームを介してワークピースを走査するための往復駆動装置が記載されており、この文献は参照により本願に含まれる。
【００６３】
また、本願において一連の行為または事象として例示の方法を図示および記載しているが、当然のことながら、本発明はそのような例示された行為または事象の順序に制限されることはなく、いくつかのステップは、本発明に従って、異なる順序、および／または本願に図示および記載されたステップとは別の他のステップと同時に起こる可能性があることに留意されたい。さらに、例示のステップの全てが本発明に係る方法を実行する必要があるわけでもない。また、方法は、本願に図示および記載されたシステム１００に関して、および図示されていない他のシステムに関して実施されてもよいことを理解されたい。
【００６４】
方法７００は、イオンソースのパラメータが所望のイオン種、エネルギー、電流などに従って選択されるステップ７０２から始まる。イオンソース２０２（図２参照）は、ＲＦまたは電子銃ベースのイオンソース２０２などのアークベースまたは非アークベースイオンソース２０２であってもよい。イオン種は、イオンソース２０２に１つ以上のソース材料を選択することによって選択されてもよい。例えば電力値および／または電極を調整することによって電流を選択してもよい。質量分析器２１４（図２参照）の初期磁場強度は、電荷質量比に従って選択されてもよい。イオンビーム２０４（図２参照）はステップ７０６において生成され、第１のビーム経路５０５に沿って平行移動する（図５参照）。ソース開口部の寸法は、或る実施形態では高さ約２ｍｍ、幅１００ｍｍであり、質量分析磁石５１５（図５）を入れる前の幅とほぼ平行である。
【００６５】
質量分析器２１４（図２）は、イオンソース２０２（図２）の下流に設けられており、イオンソース２０２からイオンビーム２０４を受け、イオンビーム２０４に対して質量分析および角度補正を行う。リゾルビングアパーチャ２１６（図２）は、質量分析器２１４（図２）の下流にあり、ビーム経路２０４（図２）に沿った少なくとも１つの電極を有し、その大きさおよび形状は選択された質量分解能およびビームエンベロープに基づく。
【００６６】
ステップ７０８では、第１の経路３０５（図３）に沿って移動するイオンビーム２０４が、偏向部材２１８（図２）によって第２の経路３０７（図３）に沿って偏向される。ステップ７１０では、偏向部材の下流に設けられた減速電極がイオンビーム２０４（図２）を減速させる。ステップ７１２では、エンドステーション５２６内の支持プラットフォーム５２５（図５）が、ワークピース５２２を保持および位置決めし、該ワークピース５２２に荷電イオンを注入する。エンドステーションは、偏向されたイオンビーム５０４がワークピース５２２に対して垂直になるように約８°だけ反時計回りの向きに傾けられて設けられている。その後、処理が完了する。
【００６７】
本発明の１つ以上の実施例について図示および説明してきたが、添付の請求項の本質および範囲から逸脱することなく、実施例に対して変形および／または修正を加えてもよい。特に上述した構成要素または構造（ブロック、ユニット、エンジン、アセンブリ、装置、回路、システムなど）によって実施される様々な機能に関して、上記構成要素を表すのに用いられる（「手段」という用語を含む）用語は、特に指定されない限りは、本発明の実施例に記載された機能を実施する上記構造と構造的に同等ではなかったとしても、上述した構成要素の特定の機能を実施する（例えば機能的に同等の）あらゆる構成要素または構造を指す。さらに、本発明の具体的な特徴は、複数の実施例のうちの１つのみについて開示されているが、当該特徴は、既定または特定の用途において必要であり好適であるように他の実施例の１つ以上の他の特徴と組み合わせてもよい。本願において使用する「例示の」という用語は、最良または優れたという意味ではなく、例を表す。さらに、「含んでいる」「含む」「備えている」「備える」またはそれらの変形が詳細な説明または請求項に用いられているが、当該用語は「有している」と同様に包括的に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来技術のイオン注入システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るイオン注入システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る偏向部材および減速部材を含むイオン注入システムを示し、０°の角度でイオンをワークピースに注入することを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るイオン注入システムの図であり、０°以外の角度でイオンビームをワークピースに注入することを示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る高圧電源を備えたイオン注入システムの図であり、回転する処理チャンバ内の変化する経路に沿ってイオンビームが進行することを示す。
【図６】本発明の他の実施形態に係るイオン注入システムの往復運動機器の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るイオン注入角の調節方法を示すフローチャートである。
【図１】
0005689410.tif 000002
【図２】
0005689410.tif 000003
【図３】
0005689410.tif 000004
【図４】
0005689410.tif 000005
【図５】
0005689410.tif 000006
【図６】
0005689410.tif 000007
【図７】
0005689410.tif 000008