(57)【要約】  イオン注入装置に関する１つの形態である。イオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源だけではなく、第１の軸に沿ってワークピースの表面に亘ってイオンビームを走査するスキャナも含んでいる。上記イオン注入装置は、スキャナの下流部に、第２の軸に沿ってワークピースの表面に亘って、ディザリングしながら、イオンビームを走査する偏向フィルタも含んでいる。
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【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、
ワークピースの表面に亘って、上記イオンビームを、第１の軸に沿って往復して走査することにより、走査されたイオンビームを供給するスキャナと、
上記スキャナの下流部に、上記第１の軸を横切る第２の軸に沿って、上記走査されたイオンビームに対してディザリングを導入する偏向フィルタと、を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
上記偏向フィルタは、上記走査されたイオンビームに対して上記ディザリングを導入するだけでなく、上記走査されたイオンビームの時間非依存の偏向を提供するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
上記イオンビームは、走査周波数に従って上記第１の軸に沿って走査され、かつ、ディザリング周波数に従って上記第２の軸に沿ってディザリングされ、
上記ディザリング周波数は、上記走査周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
上記第２の軸に沿って、上記ワークピースを移動させる機械アセンブリをさらに備えていることにより、上記スキャナ、偏向フィルタおよび機械アセンブリは、上記ワークピースにイオンを注入するように、連携して動作することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
上記イオンビームは、間欠的にピーク走査速度に到達するように、上記第１の軸に沿って走査され、かつ、上記ワークピースは、上記ピーク走査速度より小さい移動速度で上記第２の軸に沿って移動することを特徴とする請求項４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
上記スキャナと上記偏向フィルタとの間に配置されているパラレライザをさらに備え、
上記パラレライザは、適切なタイミングで、複数の異なる衝突角度で上記走査されたイオンビームを受け取り、かつ、適切なタイミングで、平行化されたイオンビームを出力するために、上記走査されたイオンビームの上記異なる衝突角度を変更することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
上記偏向フィルタは、上記パラレライザの下流部にあることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
上記スキャナと上記偏向フィルタとの間に、上記走査されたイオンビームが通過する空洞を規定する内部表面を含むビーム通路をさらに備え、
上記空洞は、上記第１の軸に沿って第１の距離、および上記第２の軸上に第２の距離を有する断面積を有し、
上記第２の距離は、上記第１の軸よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
上記スキャナと上記偏向フィルタとの間に配置された４極子をさらに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装置。
【請求項１０】
上記スキャナは、第１の時変波長が供給される第１の電極セットを備え、
上記第１の時変波長は、上記第１の軸に沿って、上記ワークピースの上記表面に亘って走査するために、上記イオンビームを誘導することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
上記偏向フィルタは、第２の電極セットを備え、
第２の時変波長は、上記走査されたイオンビームに対して上記ディザリングを導入するために、上記第２の電極セットに供給されることを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
上記スキャナは、上記スキャナ内に第１の時変磁界を供給する１つ以上の磁石を備え、
上記第１の時変磁界は、上記第１の軸に沿って、上記ワークピースの上記表面に亘って走査するために、上記イオンビームを誘導することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
上記偏向フィルタは、上記スキャナの下流部に、第２の時変磁界を供給する１つ以上の磁石を備え、
上記第２の時変磁界は、上記走査されたイオンビームに対してディザリングを誘導することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
ワークピースにイオンを注入するための方法であって、
イオンビームを生成する工程と、
第１の走査レートで、上記イオンビームを、第１の軸に沿って往復して走査することにより、走査されたイオンビームを供給する工程と、
上記走査されたイオンビームを平行化することにより、平行化され、かつ走査されたイオンビームを供給する工程と、
上記平行化され、かつ走査されたイオンビームに対して、ディザリングを導入する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
上記イオンビームは、走査周波数に従って上記第１の軸に沿って走査され、かつ、ディザリング周波数に従って第２の軸に沿ってディザリングされ、
上記ディザリング周波数は、上記走査周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記ワークピースにイオンを注入するために、上記ワークピースが、ディザリングを示している上記平行化され、かつ走査されたイオンビームと連携して移動するように、上記第１の軸を横切る第２の軸に沿って、上記ワークピースを移動させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記イオンビームは、間欠的にピーク走査速度に到達するように、上記第１の軸に沿って走査され、かつ、上記ワークピースは、上記ピーク走査速度より小さい移動速度で上記第２の軸に沿って移動することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記第１の軸は、少なくとも実質的に、上記第２の軸に垂直であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
上記第１の軸に沿って走査する工程は、上記イオンビームに時変電界を印加することによって実現されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１の軸に沿って走査する工程は、上記イオンビームに時変磁界を印加することによって実現されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
ディザリングを導入する工程は、上記平行化され、かつ走査されたイオンビームに時変磁界を印加することによって実現されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
ディザリングを導入する工程は、上記平行化され、かつ走査されたイオンビームに時変電界を印加することによって実現されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
イオンビームを生成する手段と、
第１の軸に沿って往復して上記イオンビームを走査する手段と、
上記イオンビームを走査する手段の下流部に、走査された上記イオンビームにディザリングを導入する手段と、を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
イオン注入システムでは、ワークピースの結晶格子にイオンを注入するために、イオンビームはワークピース（例えば、半導体ウエハ、またはディスプレイパネル）に対して向けられる。ワークピースの結晶格子に一度組み込まれると、注入されたイオンは、ワークピースにおける注入された領域の物理的および／または化学的な特性を変える。このため、イオン注入は、半導体デバイス製造、金属加工、および物質科学の研究における様々な応用品に対して使用することができる。
【０００２】
イオンビームは、多くの場合、注入されるべきワークピースの表面積より十分に小さい断面積を有している。このため、典型的なイオンビームは、ワークピースにおいて、所望のドーピング分布（profile）が得られるまで、ワークピースの表面に亘って走査される。例えば、図１Ａは、従来のイオン注入システム１００の断面図を示している。図１Ａでは、ワークピース１０６の結晶格子にイオンを注入するために、イオンビーム１０２が走査経路１０４上に軌跡を描いている。走査経路１０４上にイオンビームが走査される間、上記イオン注入装置は、上記ワークピースの表面に亘っての２次元的な走査を全体的に容易にする第１軸１０８および第２軸１１０を使用する。このシステム１００においては、第２軸１１０（例えば、遅軸）上の小さい特性（例えば、図１Ｂに記載の小さい特性１５０）が、上記ワークピース全体に亘って適切に読み取られることを確実にするため、単位時間ごとに第１軸１０８（例えば速軸）に亘って十分な走査がなされる。しかしながら、上記遅い走査速度に近づけるために、上記速い走査速度を遅くする場合、非常に鋭い特性（例えば、小さい特性１５０）がビーム分布に存在する時に、線量均一性を確保するのは困難である。
【０００３】
したがって、本発明の態様は、走査されたイオンビームを使って、ビームの均一性を改善するための技術に関する。
【０００４】
［概要］
以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を助けるために、本発明の簡単な概要を示している。この概要は、本発明の広範囲の概説ではなく、また、本発明の主要な要素または重要な要素に特定しようとするものでもなければ、本発明の範囲を詳しく説明するものでもない。より正確に言えば、本概要の目的は、後述されている発明の詳細な説明への準備として、簡単な形式にていくつかの概念を示すことである。
【０００５】
１つの形態は、イオン注入装置に関するものである。イオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源だけではなく、第１軸に沿ってワークピースの表面に亘ってイオンビームを走査するスキャナも含んでいる。上記イオン注入装置は、エネルギーの悪影響（energy contamination）を減らし、かつ、第２軸に沿ってワークピースの表面に亘ってイオンビームをディザリングするために、スキャナの下流部に位置する偏向フィルタも含んでいる。
【０００６】
以下の説明および添付の図面は、ある実例となる本発明の態様および実施例を詳細に説明している。これらは、本発明の原理が採用される様々な方法の一部を示しているにすぎない。
【０００７】
［図面の簡単な説明］
図１Ａは、従来のイオン走査技術を示している。
【０００８】
図１Ｂは、従来のイオン走査技術によって得られたドーピング分布を示している。
【０００９】
図２は、いくつかの実施形態に係るイオン走査技術を示している。
【００１０】
図３は、いくつかの実施形態に係るイオン注入システムを示している。
【００１１】
図４Ａは、図４Ｃの上記走査技術と一致する電圧の波形を示している。
【００１２】
図４Ｂは、図４Ｃの上記走査技術と一致する電圧の波形を示している。
【００１３】
図４Ｃは、いくつかの実施形態に係る電界を使用するイオン走査技術を示している。
【００１４】
図４Ｄは、いくつかの実施形態において、図４Ｃのイオン走査技術が、ワークピースにイオンを注入するために、ワークピースの移動に連携してどのように動作するかを示している。
【００１５】
図５は、走査され、かつディザリングされた、別のイオンビームの側面を示している。
【００１６】
［発明の詳細な説明］
本稿では、本発明は、図面を参照して説明される。全体を通して、同様の部材を参照するために、同様の部材番号が使用されている。また、図示された構造は、必ずしも原寸に比例して描かれている必要はない。
【００１７】
図２は、本発明の各態様に対応する改善された走査経路を利用している走査技術を示している。図２に示す様に、ワークピースの表面２０６上に走査経路２０４を描き、それによってワークピース２０６にイオンを注入するために、イオンビーム２０２は、第１の軸２０８に亘って往復して走査されるとともに、第２の軸２１０に亘ってディザリングして走査される。この様に、イオンビーム２０２は、（図１Ａに示された従来の走査技術で実施されている様に）固定された一方向の速度で、第２の軸２１０に亘って走査されるのではなく、一定の速度、小さい振幅および速い振動が重なった状態で、第２の軸に亘って走査される。最も典型的な例では、上記ワークピースが機械的に第２の軸２１０に沿って移動する間、第１の軸２０８に沿って行われる上記ビームの走査は、電気または磁気スキャナにて実施される。しかしながら、上記ビームの速い振動（ディザリング）が電気または磁気ビームスキャナにて得られている間は、軸２０８および２１０の両方に沿って上記ワークピースを動かすことも可能である。この様に、この文脈内の“ディザリング”は、上記の手法に言及することができる。上記の手法では、既定された振動、ランダムな振動、または見かけ上の振動は、ドーピング分布における「バンディング」、「ストライピング」の様な、好ましくないと考えられる大規模なパターンを抑制するために使用される。鋭い特性（例えば、図１Ｂの鋭い特性１５０）は、ストライピングの原因となる可能性があるが、ディザリングは、これらの特性を効果的にぼやかし、それらを鋭くしない。それゆえ、注入されたドーピング分布の均一性に弊害をもたらさない。
【００１８】
図３は、本発明の各態様に対応する走査技術を実行することができるイオン注入システム３００の１つの態様を示している。イオン注入システム３００は、ソースターミナル３０２、ビームラインアセンブリ３０４、走査システム３０６およびエンドステーション３０８を備えている。イオン注入システム３００が備えている上記各部材は、所望の線量分布に従って、ワークピース３１０の結晶格子にイオン（ドーパント）を注入するように、一体となって配置されている。
【００１９】
より具体的には、動作中、ドーパント分子（例えば、気体のドーパント分子）をイオン化することによりペンシルイオンビームを形成するために、ソースターミナル３０２内のイオン源３１６は、高電圧電力供給源３１８へ連結されている。
【００２０】
ソースターミナル３０２からワークピース３１０に対してペンシルビーム３２０を誘導するために、ビームラインアセンブリ３０４は質量分析器３２２を有している。質量分析器３２２には、分解口径３２４を通って適切な電荷質量比のイオンだけを通過させるために、双極子磁界が形成されている。適切でない電荷質量比を有するイオンは側壁３２６ａ、３２６ｂに衝突する。その結果、分解口径３２４を通過するイオンとしては、適切な電荷質量比を有するイオンのみが残る。ビームラインアセンブリ３０４は、イオン源３１６およびエンドステーション３０８の間に延伸する、様々なビームを形成する構造を含んでいても構わない。その構造は、ペンシルビーム３２０がワークピース３１０へ移動するときに通る細長い空洞または通路内部に、ペンシルビーム３２０を維持する。真空ポンプシステム３２８は、一般に、空気分子との衝突を通じて、上記ビーム経路から偏向されるイオンの確率を減らすために、真空状態の通路をイオンビームが輸送する状態を維持する。
【００２１】
上記ペンシルビームを受け取ると、上記走査システム３０６内のスキャナ３３０は、走査されたイオンビーム３３２を供給するために、適切なタイミングで、（例えば、水平方向に）往復して、上記ペンシルビームを横に向けるか「走査」する。いくつかの文脈においては、このタイプの走査されたペンシルビームは、リボンビームとして言及されていても構わない。図示された形態では、スキャナ３３０は、走査されたビーム３３２を挟んで、対向する両側に配置されている１組の電極３３４ａおよび３３４ｂを含んでいる電気スキャナである。制御システム３３６は、電極３３４ａおよび３３４ｂ上の時変電流または時変電圧を供給するために、可変電力源３３８における変更を含んでいる。その結果、上記ビーム経路の領域で振動する時変電界を誘発し、正しいタイミングで、上記イオンビームを往復して走査する。他の実施形態では、スキャナ３３０は、上記ビーム経路の領域に時変磁界を供給し、正しいタイミングで上記イオンビームを走査する磁力スキャナでも構わない。いくつかの実施形態では、（１組の電極ではなく）１つの電極のみが使用されていても構わない。
【００２２】
上記走査システムに備わっているパラレライザ３４０は、上記ワークピースの全表面に亘って、同じ入射角度で、上記イオンビームをワークピース３１０の表面に衝突させるために、走査されたイオンビーム３３２の進行方向を変えることができる。
【００２３】
制御システム３３６に制御され、かつ可変電力源３４４によって電力が供給されている偏向フィルタ３４２は、例えば第１の軸に対して垂直である第２の軸に沿って、平行化され、走査されたイオンビームの方向を転換する。例えば、図３において、第２の軸は、図３の紙面内へ、または紙面外へ延伸してもよい。偏向フィルタ３４２は、時間非依存の偏向、および時間依存の「ディザリングされた」偏向を分け与えることができる。なぜなら、偏向フィルタ３４２は、パラレライザ３４０の下流部にあり、ワーキングギャップを有するコレクタであるからである。また、偏向フィルタ３４２は、スキャナが、コレクタの前で、上記イオンビームを２次元に走査するために用いられる手法と比較して、制限されているからである。このため、パラレライザ３４０および偏向フィルタ３４２を簡略化することにより、上記ビームラインのコストを減らすことができる。また、この手法は、真空引きされる量をも制限するために、いくつかの例においては、真空度を改善することができる。この改善がイオンと空気分子との間の衝突を制限することにより、ビームの分解能および精度を改善することができる。
【００２４】
図５は、他の形態を示すものである。この形態では、スキャナ電極５０２Ａおよび５０２Ｂが、イオンビームを往復して走査し、偏向フィルタ電極５０４Ａおよび５０４Ｂが、上記ビームを偏向し、上記走査されたイオンビームにディザリングを導入する。電極５０２Ａ、５０２Ｂ、５０４Ａおよび５０４Ｂに発生する電圧は、上記走査されたイオンビームが、上記スキャナの下流部にあるビーム分解スリット５０６の中心を通過するように、上記ビームの軌道を変える。
【００２５】
図４Ａは、上記スキャナ電極（例えば、図３の３３４ａ、３３４ｂ）に印加される第１の走査電圧４０２の例を示している。一方、図４Ｂは、上記偏向フィルタ電極に印加される第２の走査電圧４０４を示している。いくつかのシステムでは、遅い走査方向２６２における安定した相対的な動きは、上記ワークピースを機械的に動かすことに起因する。一方、他のシステムでは、これらの走査電圧は、全体的に、図４Ｃに示されている走査経路上にイオンビームの軌跡を描く。いくつかのシステムでは、第１の走査電圧４０２は、第１の軸上において、適切なタイミング（例えば、図４Ｃの点Ａおよび点Ｇの間）で、イオンビーム２０２を往復して走査する。一方、第２の走査電圧４０４は、ディザリング（例えば、図４Ｃの縦方向の変位）を導入することができる。図４Ｄに示すように、ワークピース３１０が、第２の軸に沿って５００に移動し（例えば、図４Ｄでは、ワークピース３１０の上端が点  から点  へ動き）、第１および第２の走査電圧が同時に上記ビームに印加される時、上記イオンビームは、効果的に、上記ワークピースの表面を覆う２次元の走査経路上に軌跡を描く。
【００２６】
図４Ａ〜図４Ｂは、上記ビームを走査するための時変電界を形成する電圧を表現しているが、時変磁界が他の形態で使用できることも認識されるだろう。いくつかの形態では、上記スキャナは時変電界を使用することができ、さらに上記偏向フィルタは、時変磁界を使用することができ、逆もまた同様である。
【００２７】
本発明は、１つ以上の実施例に関して図示され、かつ説明されてきたが、添付されている請求項の精神および範囲から逸脱していなければ、図示されている例に変更及び／または修正が施されても構わない。例えば、異なるタイプのエンドステーション１０８が、イオン注入システム３００において用いられる。いくつかの形態では、「バッチ」タイプのエンドステーションは、複数のワークピースを、回転する支持構造上に同時に支持してもよい。上記ワークピースは、全てのワークピースに完全に注入されるまで、上記イオンビームの経路を介して回転する。一方、「シリアル」タイプのエンドステーションは、他の形態において使用されてもよい。シリアルタイプのエンドステーションは、単一のワークピースを、注入のためのビーム経路に沿って支持する。シリアル方式では、複数のワークピースは、次のワークピースの注入が始まる前に各ワークピースに完全に注入されている様に、一つずつ注入される。さらに、図３には、次のようなイオン注入システムが図示されている。すなわち、このイオン注入システムでは、上記ビームが電気的または磁気的に第１（Ｘまたは速い走査）の方向に走査される一方で、上記ワークピースが、上記走査されたイオンビームを分け与えるために、ワークピース全体に亘って、機械的に第２（Ｙまたは遅い走査）の方向に走査される。一方、他のシステムにおいては、電気的または磁気的な移動を用いるのではなく、２つの異なる軸に沿って、機械的に上記イオンビームを走査してもよい。
【００２８】
特に、上記に記載された部材または構造（ブロック、ユニット、エンジン、アセンブリ、デバイス、回路、システム等）によって実行される様々な機能に関し、その様な部材を記載するために使用される上記用語（“手段”への言及を含む）は、他で示されていない限り、ここで図示されている本発明の模範的な実施例において機能を実行する、上記開示されている構造と構造的に同等でなくても、記載されている部材（例えば、機能的に同等のもの）の特定の機能を実行するあらゆる部材または構造に対応させることを意図している。加えて、本発明特有の特徴は、いくつかの実施例のうちの１つのみに関して開示されてもよいが、そのような特徴は、既知または特定のあらゆる製品に対して望まれ、かつ有利であれば、他の実施例の、１つ以上の他の特徴と結び付けられてもよい。ここで使用される“模範的な”という用語は、最良の、またはより優れたという意味とは対照的に、例えば、という意味を暗示している。さらに、“含んでいる”、“含む”、“有している”、“有する”、“有し”、またはその変形が、上記詳細な説明および請求項のいずれかで使用されている範囲においては、その様な用語は、ある意味では、“備えている、含む（comprising）”という用語と同様の意味を含んでいることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
図１Ａは、従来のイオン走査技術を示している。
【００３０】
図１Ｂは、従来のイオン走査技術によって得られたドーピング分布を示している。
【００３１】
図２は、いくつかの実施形態に係るイオン走査技術を示している。
【００３２】
図３は、いくつかの実施形態に係るイオン注入システムを示している。
【００３３】
図４Ａは、図４Ｃの上記走査技術と一致する電圧の波形を示している。
【００３４】
図４Ｂは、図４Ｃの上記走査技術と一致する電圧の波形を示している。
【００３５】
図４Ｃは、いくつかの実施形態に係る電界を使用するイオン走査技術を示している。
【００３６】
図４Ｄは、いくつかの実施形態において、図４Ｃのイオン走査技術が、ワークピースにイオンを注入するために、ワークピースの移動に連携してどのように動作するかを示している。
【００３７】
図５は、走査され、かつディザリングされた、別のイオンビームの側面を示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2014509778.tif 000013
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