(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを生成するように構成された、イオン源および抜き出しアセンブリと、
前記イオンビームを質量分析するように構成された質量分析磁石アセンブリと、
前記質量分析磁石アセンブリの下流に配置された質量分析開口であって、前記イオンビームから所望でない種をフィルタリングするように構成され、更に、前記質量分析開口を通過した後、全般的に前記イオンビームが発散する質量分析開口と、
前記質量分析磁石アセンブリの下流に配置された複合静電レンズシステムであって、前記イオンビームの経路を偏向し、さらに前記イオンビームから汚染物を全般的にフィルタリングし、同時に前記イオンビームを減速かつ平行化する複合静電レンズシステムと、
前記複合静電レンズシステムの下流に配置され、前記イオンビームの至る所に１つ以上の方向に加工物を選択的に並進させるように構成された、加工物ホルダーおよび並進システムと、を備え、
前記複合静電レンズシステムは、前記イオンビームを同時に平行化、減速、偏向、およびフィルタリングするように構成された複数の電極を含み、
前記複数の電極は、上部端子抑制電極および下部端子抑制電極を含み、
前記上部端子抑制電極の下流端の曲率は、前記下部端子抑制電極の下流端の曲率とは異なる、イオン注入システム。
【請求項２】
前記イオン源によって生成された前記イオンビームが、スポットイオンビームを含み、
前記イオン注入システムは、さらに前記質量分析磁石アセンブリの下流に配置された走査装置をさらに備え、
前記走査装置は、単一のビーム走査面に沿って前記スポットイオンビームを走査するように構成されることで走査イオンビームを規定する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記イオン源によって生成された前記イオンビームは、リボンビームを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記イオン源および抜き出しアセンブリは、前記リボンビームを規定する細長い抜き出し開口を含む、請求項３に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記質量分析開口の下流かつ前記複合静電レンズシステムの上流に配置された集束素子をさらに備え、
前記集束素子は、全般的に、前記イオンビームのサイズを決定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６】
前記イオン源および抜き出しアセンブリ、前記質量分析磁石アセンブリ、前記質量分析開口、前記複合静電レンズシステム、ならびに前記加工物ホルダーおよび並進システムのうちの１つ以上を、少なくとも部分的に、前記加工物に注入される所望のイオン照射量に依存して制御するように構成されたコントローラを備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記複合静電レンズシステムは、前記イオンビームを選択的に減速するように構成された減速フィルタを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記複合静電レンズシステムの下流に配置されたビーム・加工物中和システムを備え、
前記ビーム・加工物中和システムは、前記イオンビームを空間電荷中和するように構成される、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記ビーム・加工物中和システムは、加工物の帯電制御ができるように構成されている、請求項８に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記ビーム・加工物中和システムは、プラズマ電子フラッドシステムを含む、請求項８に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記複合静電レンズシステムと前記加工物との間に配置されたエネルギー分解システムをさらに備え、
前記イオンビームから所望でないエネルギーを有するイオンをフィルタリングすることによって前記イオンビームのエネルギーが均一化される、請求項１０に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
前記複数の電極は、前記上部端子抑制電極の下流に配置された上部湾曲電極と、前記下部端子抑制電極の下流に配置された下部湾曲電極と、をさらに備え、
上部湾曲電極の上流端の曲率と、下部湾曲電極の上流端の曲率とが異なる、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記複数の電極は、前記上部湾曲電極および下部湾曲電極の下流に配置された１つまたは複数の接地電極をさらに備える、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
イオン注入システムにおいてイオンを加工物に注入する方法であって、
イオンビームを形成する工程と、
前記イオンビームを質量分析する工程と、
前記イオンビームを静電変化させる工程であって、前記イオンビームを、複合静電レンズシステムを介し、概ね同時に静電的に平行化、偏向、減速、およびフィルタリングさせる工程と、
前記イオンビームの至る所に前記加工物を走査する工程と、
前記加工物にイオンを注入する工程と、を含み、
前記複合静電レンズシステムは、前記イオンビームを同時に平行化、減速、偏向、およびフィルタリングするように構成された複数の電極を含み、
前記複数の電極は、上部端子抑制電極および下部端子抑制電極を含み、
前記上部端子抑制電極の下流端の曲率は、前記下部端子抑制電極の下流端の曲率とは異なる、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記イオンビームを静電変化させる工程は、
前記イオンビームの経路を偏向させ、かつ前記イオンビームから汚染物をフィルタリングすることと同時に、前記イオンビームを複数の平行なビームレットに減速および平行化する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
プラズマ電子フラッドを介して前記イオンビームを静電変化させた後に、前記イオンビームおよび前記加工物の１つ以上に対して空間電荷中和を行う工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
イオンビームは、低エネルギーのリボンビームを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記イオンビームを形成する工程は、
スポットビームを形成する工程を含み、
前記方法は、前記イオンビームを静電的に変化させる前に前記イオンビームを走査し、その結果、走査イオンビームを画定する工程をさらに含み、
前記イオンビームを静電変化させる工程は、前記走査イオンビームを、減速された速度で進行、かつ汚染物が全般的に除去された複数の平行なビームレットとなるよう、平行化する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願のクロスリファレンス］
本出願は、「イオン注入用の複合静電レンズシステム」と題された２０１４年１２月２６日に出願された米国特許出願第６２／０９６，９７５号に対してより優れかつ利益があることを請求するものであり、その全体が参照により本明細書に完全に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、イオン注入システムおよびその方法に関し、より詳細には、イオンビームを同時に静電的に偏向、減速、平行化、およびフィルタリングすることに関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入装置は、半導体加工物またはウェハ内に特定量のドーパントまたは不純物を配置するために従来から利用されている。典型的なイオン注入システムは、ドーパント材料がイオン化され、その中でイオンビームが生成される。イオンビームは、半導体ウェハの表面に向けられ、ウェハにイオンを注入する。イオンはウェハの表面に浸透し、その中に所望の導電性の領域を形成する。例えば、イオン注入は、半導体加工物におけるトランジスタの製造において特に使用される。典型的なイオン注入装置は、イオンビームを生成するためのイオン源と、ビーム内のイオンを指向付けおよび／またはフィルタリング（例えば質量分析）する質量分析装置を有するビームラインアセンブリと、処置されるべき１つ以上のウェハまたは加工物を収納するターゲットチャンバーとを備える。
【０００４】
種々のタイプのイオン注入装置は、加工物内で達成されるべき所望の特性に基づいて、種々の照射量およびエネルギーを有する各々のイオンを注入することを可能にする。例えば、高電流イオン注入装置は、高い照射量の注入のために典型的に使用され、中電流から低電流イオン注入装置は、低照射量の用途に利用される。イオンのエネルギーはさらに変化させることができ、このエネルギーによって、大抵の場合に、半導体デバイスの接合深さを制御するようにして、イオンが加工物内に注入される深さが決定される。典型的には、低電流から中電流の注入装置は、イオンビーム（イオン注入装置のビームラインとも呼ばれる）が加工物に衝突する前に、実質的な飛行距離を有する。しかし、高電流イオン注入装置は、典型的には、イオンビームに関係する低エネルギーに少なくとも部分的に影響するため、大分と短いビームラインを有し、ビームラインの長さが長いほど、高電流イオンビームは可干渉性を失う傾向がある。
【０００５】
デバイスの形状が縮小し続けるにつれて、浅い接合コンタクト領域においては、イオンビームがますます低いエネルギーとなることが要求される。
【０００６】
さらに、正確にドーパントを配置するための要求は、結果として、ビーム内および基板表面全体の両方でビームの角度の変動を最小化することが求められ、一層厳しくなってきている。例えば、ある特定の用途では、エネルギーによる汚染を最小限に抑えながら、同時に、加工物全体同様、イオンビーム内での角度変動を精密に制御し続け、かつ高い加工物の処理能力を提供する場合には、３００電子ボルトまでのエネルギーの注入が望ましい。
【０００７】
現在、低エネルギーを達成するためのいくつかの構造が存在するが、これらの構造は、通常、質量分析の後にイオンビームを平行化するために磁石を利用する。しかしながら、現在の磁石および必要な構成では、所望の長さよりも長いビームラインが条件となる傾向があり、従って、装置を通過するイオンビームを単に伝搬させるためにより高いビーム電流またはエネルギーが必要となる。従って、ビームラインの長さを最小限にした低照射量の注入を提供するためには、改善されたビームライン構造が望ましいことは理解され得るものとする。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、比較的短いビームラインを備える低エネルギー注入のために純度、角度、および照射量を制御することができるシステム、装置、および方法を提供することによって、従来技術の制約を克服する。従って、本発明のいくつかの態様についての基本的な理解をもたらすために、以下では、単純化された発明の概要を提示する。本概要は、本発明の広範囲な上位概念とは限らない。本概要は、本発明の解決の鍵または重大な素子を特定する意図もなければ、本発明の範囲を線引きする意図もない。本概要の目的は、後述する、より詳細な説明の前置きとして、単純化された形態にて、本発明のいくつかの概念を提示することである。
【０００９】
本発明によれば、イオン注入システムを提供し、このイオン注入システムは、イオンビームを生成するように構成されたイオン源を構成する。イオン源は、例えば、スポットイオンビームまたはリボンビームを生成するように構成してよい。イオン注入システムはさらに、イオンビームを質量分析するように構成された質量分析器または質量分析磁石をさらに備える。質量分析開口は、質量分析器の後続にさらに配置され、質量分析開口は、イオンビームから所望でない種をフィルタリングするように構成される。
【００１０】
本発明の１つの例示的な態様によれば、複合静電レンズシステムを提供し、複合静電レンズシステムは、質量分析磁石の後続に配置される。複合静電レンズシステムは、質量分析磁石の後続のイオンビームの経路を制御し、かつイオンビームから汚染物を全般的にフィルタリングし、同時にイオンビームを減速および平行化するように構成されている。一例によれば、イオン注入システムは、質量分析磁石の後続に配置されたビーム走査システムをさらに備え、ビーム走査システムは、単一ビーム走査平面に沿ってスポットイオンビームを走査し、その中で走査イオンビームを画定する。従って、複合静電レンズシステムは、走査イオンビームを、減速された速度で進行させ、かつ汚染物が全般的に除去された複数の平行ビームレットとさせるため、平行化できるように構成される。さらに、複合静電レンズシステムは、イオンビームを選択的に減速するように構成された静電減速フィルタを含むことができる。
【００１１】
イオン注入システムは、質量分析開口の後続および複合静電レンズシステムの上流に配置した集束素子をさらに備えてもよく、集束素子は一般にイオンビームのサイズを決定する。別の例では、イオン注入システムは、複合静電レンズシステムの後続に配置された空間電荷中和システムをさらに備え、空間電荷中和システムは、イオンビームを空間電荷中和するように構成される。複合静電レンズシステムと空間電荷中和システムとの間に、１つ以上のエネルギー開口をさらに設けることができ、イオンビームから所望でないエネルギーを有するイオンをフィルタリングすることによって、イオンビームのエネルギーを均一化する。
【００１２】
前述の目標および関連する目標の達成のために、本発明は、後にすべて説明される特徴、とりわけ、請求項において示される特徴を備える。以下の説明および添付の図面は、本発明の例示的な特定の実施形態を詳細に陳述する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の本質が採用されてもよい様々な様式のうちの少数を示すに過ぎない。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、図面と併せて考慮されたときに、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１態様に係る複合静電レンズシステムを有する例示的な注入装置のシステムの概略図である。
【図２】図２は、複合静電レンズシステムの例示的な実施例の３次元概略図である。
【図３】図３は、例示的な走査イオンビームの軌道を示すために、上部電極が取り除かれた、図２の複合静電レンズシステムの概略図の上面図である。
【図４】図４は、例示的な走査イオンビームの軌道を示すために、２つの側面電極が取り除かれた、図２の複合静電レンズシステムの概略図の側面図である。
【図５】図５は、本発明のさらなる例示的な態様による、イオンを加工物に注入するための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、全体として、イオンビームを全般的に同時に静電的に平行化、偏向、減速し、さらにフィルタリングされたイオンを加工物に注入するためのイオン注入システムおよび方法に関する。従って、本発明は、同様の参照番号が全体を通して同様の構成素子の参照に使用されてもよく、図面の参照と共に記載されるだろう。これらの態様の記載は、単なる解説に過ぎず、これらは制限の意味において解釈されるべきではないことが理解されるべきである。下記の記載において、説明の目的のため、多くの固有の詳細は、本発明の十分な理解を提供する目的のために示される。しかしながら、本発明はこれらの固有の詳細を伴わずに実行できることが当業者には明らかだろう。
【００１５】
ここで図面を参照すると、図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一態様による例示的なイオン注入システム１００を示す。当業者であれば、図は簡略化されており、すべてのサブシステム（例えば、機能的注入装置のための真空システムなど）を示すものではないことを理解するであろう。例えば、イオン注入システム１００（イオン注入装置とも呼ばれる）は、イオン源および抜き出しアセンブリ１０１、質量分析磁石アセンブリ１０２、質量分析開口１０３、集束および／またはステアリング素子１０４、走査装置１０５、複合静電レンズシステム１０６（並列化偏向減速フィルタとも呼ばれる）、エネルギー分解システム１０７、ビーム・加工物中和システム１０８、ならびに加工物１０９、さらに加工物ホルダーおよび並進システム１１０を含む。
【００１６】
イオン源および抜き出しシステム１０１は、定義されたエネルギーでイオンビーム１１１を生成するように動作可能であり、イオンビーム１１１は、その後、一連の光学素子（例えば、質量分析磁石アセンブリ１０２、質量分析開口１０３、集束および/またはステアリング素子１０４、及び走査装置１０５）に運ばれる。複合静電レンズシステム１０６では、イオンビーム１１１のエネルギーを低くされてよく、または同じにされてもよく、それによりイオンビームがさらに加工物１０９に直進する。イオンビーム１１１は、比較的狭いプロファイル（例えば、伝搬方向に対して垂直な、全般的に円形形状の断面）であってよく、これを以後、別名として“ペンシル”または“スポット”イオンビームと呼び、または細長いプロファイル（例えば、伝搬方向に対して垂直な、全般的に楕円形状または長方形の断面）であってもよく、これを以後、別名として“リボン”イオンビームと呼ぶ。イオンビーム１１１がペンシルイオンビームである場合、走査装置１０５は、ペンシルビームが加工物１０９を横切って掃引されるよう、イオンビームを公称ビームが伝播する方向に垂直な方向に曲げるように構成される。イオンビーム１１１がリボンビームである場合、走査装置１０５は、イオンビームのビーム電流の不均一性を低減するため、リボンビームを僅かな距離動かすようにのみ構成されてもよい。
【００１７】
本発明は、空間電荷拡張（ビームブローアップとも呼ばれる）の衝撃を低減するため、ビームライン（例えば、イオン源および抜き出しアセンブリ１０１から加工物１０９までのイオンビーム１１１の長さ）が比較的短く保たれた、低エネルギー注入を利用したイオン注入システム１００を考案したものである。例えば、イオン注入システム１００は、１００ｅＶと６０ｋｅＶとの間のエネルギーを取り得るよう構成されている。空間電荷膨張の衝撃をさらに低減するために、イオンビーム１１１を、イオン源および抜き出しシステム１０１内で、所望の注入エネルギーよりも高いエネルギーで生成することができる。イオンビーム１１１は、上記のより高いエネルギーによって、可能な限り多くのイオン注入システム１００を通って輸送され、これにより、上記注入エネルギーでイオンビームが同じ距離を通過するシナリオと比較して、空間電荷の拡張を低減される。従って、注入前に、イオンビーム１１１のエネルギーは、所望の注入エネルギーまで低減される。
【００１８】
本例における質量分析磁石アセンブリ１０２は、全般的に約９０°の角度で形成され、１つ以上の磁石（図示せず）を備え、１つ以上の磁石は全般的に質量分析器内に双極子磁界を発生することができる。イオンビーム１１１が質量分析磁石アセンブリ１０２に入射すると、イオンビーム１１１は、正しくない電荷対質量比を有するイオンを全般的に退けるよう、結果として磁場を介して曲げられる。より詳細には、正しい電荷対質量比を有するイオンのみが質量分析開口１０３を通過し、ビームラインをそのまま進ませることができる。正しい電荷対質量比を持たない他のイオンは、質量分析磁石アセンブリ１０２および／または質量分析開口１０３の壁（図示せず）と衝突する。イオンビーム１１１は、例えば、質量分析開口１０３を通過した後、全般的に発散する。
【００１９】
質量分析開口１０３の後続で、集束および／またはステアリング素子１０４を追加して設けてもよく、集束および／またはステアリング素子は、質量分析されたイオンビーム１１１を受け取り、イオンビームを選択的に集束および／またはステアリングするように構成される。集束および／またはステアリング素子１０４は、例えば、１つ以上の四極子磁石（図１Ａおよび図１Ｂには図示せず）などを含んでいてもよく、両方の局面において、イオンビーム１１１が伝搬する方向を横断するような集束特性を有するように設計されてもよく、上記集束により、ビームサイズの拡大を抑えることができ、従って、真空エンクロージャ、開口などのビームラインの絞りを介することでイオンビームの良好な透過を提供することができる。
【００２０】
走査システム１０５は、集束および／またはステアリング素子１０４の後続にさらに設けられる。例えば、イオンビーム１１１がペンシルビームである場合、例えば、走査装置１０５は、ペンシルビームが加工物１０９の全体を走査するように、公称ビームの伝搬方向に垂直な方向にイオンビームを曲げるように構成される。走査速度を変えることによって、所望の照射プロファイルを加工物１０９に注入されてもよい。大抵の場合、加工物１０９に均一に注入することが望ましいが、場合によっては、ある特定の不均一な照射プロファイルが望ましいこともある。イオンビーム１１１がリボンビームである場合、例えば、イオンビームは、加工物１０９の全幅に対して注入するのに十分な幅を有していてもよい。例えば、走査システム１０５は、リボンビームをわずかな距離だけ動かして、イオンビーム１１１内のビーム電流の不均一性を低減し、所望の照射プロファイルを達成するように構成されてもよい。
【００２１】
中性ビーム原子は、イオンとバックグラウンド粒子または残留粒子との間の電荷交換衝突によって、複合静電レンズシステム１０６の上流の領域に生成される。イオンビーム１１１が所望の注入エネルギーよりも高いエネルギーで生成される場合、上記の中性ビーム原子は、全般的に、所望の注入エネルギーよりも高いエネルギーを有する。より詳細には、上記粒子は電気的に中性であるので、影響を受けずに（例えば、加速、減速、集束、曲げ、または速度および／または方向を変化させることなく）複合静電レンズシステム１０６を通過することができる。上記粒子が加工物１０９に到達することが可能な場合、上記の（影響を受けていない）エネルギーが所望の注入エネルギーよりも高いので、上記の粒子が望ましくない深さで加工物に注入される場合がある。この中性粒子による汚染は、エネルギー汚染と呼ばれ、結果として、半導体デバイスの所望の性能を著しく低下させる可能性がある。
【００２２】
本発明の１つ以上の態様は、イオンをビーム内の中性汚染物からそらすために、少なくとも、複合静電レンズシステムの１つ以上の電極を有するイオンビームを曲げることによって、中性粒子による汚染の対策をとることである。汚染物が除去されたイオンビームは、例えば、汚染物の通過する経路から約１０〜３０°の角度だけ偏向されている場合で、汚染物は電気的に中性であることより、電極によって全般的に影響を受けないので、上記経路は（汚染された）イオンビームの大元の経路となり得る。加工物の選択された領域がドープされるよう、イオンビームは、加工物上に向けられ、中に入り込む。汚染物が加工物またはウェハ中に入り込むことを防止するために、あるバリア種を、例えば中性粒子の流路の正面に配置することができることについて理解されるものとする。
【００２３】
加工物１０９の全ての部分に同じ角度で複数のイオンを衝突させ注入することに利点がある。例えば、イオンビーム１１１がリボンビームである場合、リボンビームは分析開口から広がることができ、リボンを構成するビームレットが、リボンビーム全体の角度範囲を補うこととなる。イオンビーム１１１が走査ペンシルビームである場合、走査ペンシルビームは、イオンビームが加工物１０９全体を走査できる類似の角度分布を有することもできる。イオンビーム１１１の両方のタイプでは、リボンビームのすべてのビームレットを平行にするため、または走査ペンシルビームを各瞬間時に他のビームと平行にするために、イオンビームを平行化させることが望ましい。
【００２４】
図２は、図１Ａおよび図１Ｂの複合静電レンズシステム１０６の一例を示し、複合静電レンズシステムは、イオンビーム１１１を平行化、減速、偏向、およびフィルタリングするように構成された一組の代表電極１５０を含む。この例では、図１Ａおよび図１Ｂのイオンビーム１１１は、図２の複合静電レンズシステム１０６に左側から入り、右側へ出ていく。例えば、上部端子電極１５１、下部端子電極１５２、および側面端子電極１５３、１５４（側面端子電極１５４は図３に示される）は、全般的に、ビームラインの壁または線を画定し、接地電位（正に荷電されたイオンビーム１１１に対して）よりも、一層負側の電位にバイアスされる。例えば、上部端子抑制電極１５５、下部端子抑制電極１５６、および側面端子抑制電極１５７、１５８（側面端子抑制電極１５８は図３に示される）は、複数の機能を果たす。例えば、上部端子抑制電極１５５、下部端子抑制電極１５６、および側面端子抑圧電極１５７、１５８は、平均して、端子電極よりも一層負側の電位にバイアスされる。
【００２５】
端子電極１５１、１５２、１５３、１５４と端子抑制電極１５５、１５６、１５７、１５８との間で生じる電界は、全般的に電子が電極間の境界を離れることを防止し、従って、図１Ａおよび図１Ｂの複合静電レンズシステム１０６の上流のイオンビーム１１１内でビームが分解されることを回避できる。この例では、上部および下部の各端子抑制電極１５５、１５６の下流端部１６８、１６９は、湾曲している。例えば、上部および下部の各端子抑制電極１５５、１５６の下流端部１６８、１６９は、さらに、上部湾曲電極１５９および下部湾曲電極１６０の各々の上流端部１７０、１７１に噛合っていてもよい。
【００２６】
上部湾曲電極１５９は、例えば、バイアスされていても接地されていてもよいが、どちらの場合も、下部湾曲電極１６０およびいかなる端子抑制電極１５５、１５６、１５７、１５８よりも大きくプラスとなる。下部湾曲電極１６０は、例えば、負にバイアスされ、上部湾曲電極１５９よりも一層負となるが、いかなる端子抑制電極１５５、１５６、１５７、１５８よりも大きくプラスとなる。上記電極の領域内（例えば、端子抑制電極１５５、１５６、１５７、１５８及び湾曲電極１５９、１６０）で生成した電界は、イオンビームから中性物質をフィルタリングするために、例えば、図１Ａおよび図１Ｂのイオンビーム１１１を平行化、減速、および曲げさせるように作用する。
【００２７】
図２および図３に示すように、上部および下部端子抑制電極１５５、１５６の各々の下流端部１６８、１６９の曲率、および上部湾曲電極１５９および下部湾曲電極１６０の各々の上流端部１７０、１７１の曲率は、端子抑止電極１５５、１５６、１５７、１５８と上部湾曲電極、下部湾曲電極、および側面湾曲電極１６１、１６２との間の電位差と関連し、イオンビームを平行化するように作用する。平均的な電位差は、曲率に関わらず、さらに、図１Ａおよび図１Ｂのイオンビーム１１１を減速させるように働く。一例によれば、上部端子抑制電極１５５の下流端部１６８の曲率は、下部端子抑制電極１５６の下流端部１６９の曲率と異なっている。さらに、別の例では、上部湾曲電極１５９の上流端部１７０の曲率は、下部湾曲電極１６０の上流端部１７１の曲率と異なる。下流端部１６８、１６９および各上流端部１７０、１７１の種々の構成および異なる曲率は、好適に組み合わせることで、複合静電レンズシステム１０６における所望の平行化、減速、偏向、およびフィルタリングの質を確保することができる。図２および図３の上部湾曲電極１５９と下部湾曲電極１６０との間の電界は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂのイオンビーム１１１を下流に曲げさせるように働く。このようなイオンビーム１１１の曲がりは、図４のビーム軌道１６７に示されている。
【００２８】
上部湾曲電極１５９と下部湾曲電極１６０との間の電界は、実質的に上部から下部に向かうので、イオンビーム１１１は、上部に向かってよりも下部に向かう方がより多くのエネルギーを有する。従って、平行化の力が上部から下部で異なっており、平行化部分の形状（例えば、上部及び下部端子抑制電極１５５、１５６の各々の下流端部１６８、１６９の曲率と上部湾曲電極１５９および下部湾曲電極１６０の各々の上流端部１７０、１７１）は異なる。このような形状の差異は、例えば、図２および図３に示すような、曲率のずれによって簡単に与えることができ、または図３のページ内またはページ外へ向かう曲率であってもよい。別の例では、端子電極１５１、１５２、１５３、１５４、端子抑制電極１５５、１５６、１５７、１５８、および湾曲電極１５９、１６０、１６１、１６２は、連続した断片（図示せず）の種々の組み合わせにより提供され、所望の電界構成を提供するために、それぞれが個別にバイアスされてもよい。
【００２９】
さらに、別の例では、接地電極１６３、１６４、１６５、１６６が設けられてもよく、その名称が示すように、接地電極は、電気的に接地されてよく、または、仮にいかなる湾曲電極１５９、１６０、１６１、１６２が正にバイアスされる場合、電子抑制を提供するために負にバイアス（平均化）されてもよい。
【００３０】
さらに別の例によれば、図１Ａおよび図１Ｂの複合静電レンズシステム１０６は、イオンビーム１１１から中性物質および望ましくないエネルギーの他のイオンを選択的にさらにフィルタリングするように構成されており、ここで所望のエネルギーのイオン種は、イオンビームの所望の経路に追従し続けることとなり、複合静電レンズシステムの減速段階を介して、選択的に減速、または加速されてもよい。また、複合静電レンズシステム１０６は、イオンビーム１１１を選択的に集束させる静電偏向板（例えば、１つまたは複数からなる対）をさらに備えることができる。複合静電レンズシステム１０６は、イオンビーム１１１を集束または操作するために、アインツェルレンズ、四重極および／またはその他の集束素子をさらに含むことができる。
【００３１】
（正に）帯電したイオンビーム１１１によって注入された結果、別の方法で加工物１２２上に蓄積された正の空間電荷を中和するために、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、プラズマ電子フラッド（ＰＥＦ）成分またはプラズマシャワーのようなビーム・加工物中和システム１０８を、複合静電レンズシステムの下流にさらに設けてもよい。１つ以上のエネルギー分解開口（図示せず）は、複合静電レンズシステム１０６と、ビームと、加工物と、中和システム（空間電荷中和システム等）との間のエネルギー分解システム１０７によって、さらに設けることができ、イオンビーム１１１のエネルギーは、イオンビームから所望でないエネルギーを有するイオンをフィルタリングすることによって均一化される（例えば、空間電荷中和システム）。複合静電レンズシステム１０６を排気するために、真空ポンプ（図示せず）をさらに設けてもよい。
【００３２】
従って、本発明の複合静電レンズシステム１０６は、その構成の少なくとも一部に起因して、より短い全体ビームラインと組み合わせた、より優れた制御可能性を提供するので、従来の磁石ベースシステムよりも有利である。
【００３３】
本発明の別の例示的な態様によれば、図１Ａおよび図１Ｂに示される加工物１０９および加工物ホルダーおよび並進システム１１０は、例えば、単一の加工物がイオン注入のための加工物走査システムを介してイオンビーム１１１の経路を通って平行移動する「シリアル」タイプのエンドステーションを含む。あるいは、加工物および加工物ホルダーおよび並進システム１１０は、複数の加工物を回転ディスク（図示せず）上に配置し、イオンビーム１１１を通過させることができる「バッチ」タイプのエンドステーションを備えることもできる。好ましい実施形態では、加工物ホルダーおよび並進システム１１０は、単一の加工物１０９を支持し、イオンビーム１１１を通るイオンビーム経路にほぼ直交する、１つ以上の寸法または方向で単一の加工物を機械的に走査するように構成される。加工物ホルダーおよび並進システム１１０は、例えば、Ｂｅｒｒｉａｎらの米国特許第７，１３５，６９１号に記載されている２次元走査システムを含むことができ、その内容は参照により本明細書にその全体が組み込まれる。あるいは、イオンビーム経路に対して直交または非直交の１つ以上の方向でイオンビーム１１１の経路を介して１つ以上の加工物１０９を平行移動させることができる、いかなる加工物走査システムも、本発明の範囲内に含まれるものと考えられることとする。
【００３４】
本開示のさらに別の例示的な態様によれば、コントローラ１８０は、システムの制御のためにイオン注入システム１００に動作可能に結合される。例えば、コントローラ１８０は、イオン源および抜き出しアセンブリ１０１、質量分析磁石アセンブリ１０２、質量分析開口１０３、合焦および／またはステアリング素子１０４、走査装置１０５、複合静電レンズシステム、エネルギー分解システム１０７、ビーム・加工物中和システム１０８、および加工物ホルダーおよび平行移動システム１１０の内１つ以上に動作および制御可能に連結されている。
【００３５】
従って、イオン注入システム１００は、特性線量測定システム（図示せず）によって影響される１つ以上の測定された特性に基づくことと同様に、イオン注入の所望の照射量、電流、および／またはエネルギーに基づいて所望のイオン注入を促進するために、コントローラ１８０を介して調節することができる。一例によれば、イオンビーム１１１は、所定のビーム調整パラメータ（例えば、所定のビーム調整パラメータをコントローラ１８０に記憶/ロードすることができる）に従って最初に確立することができる。次いで、線量測定システムからのフィードバックに基づいて、複合静電レンズシステム１０６は、イオンビーム１１１の平行化、減速、偏向、および／またはフィルタリングの制御をするように調節することができる。同様に、イオンビーム１１１のエネルギーレベルは、例えば、イオン源および抜き出しアセンブリ１０１の抜き出し電極および／または複合静電レンズシステム１０６の電極に印加されるバイアス電圧を制御することによって、接合深さを調節するように適合できる。別の例では、質量分析磁石アセンブリ１０２で生成される磁場の強度および配向は、それに関連する界磁巻線を通って流れる電流の量を調整するように、さらに制御することができ、その中で、電荷とイオンビーム１１１の質量比が変化する。注入の角度および注入の様々な他の特徴は、本開示を見た当業者に理解されるように、コントローラを介してさらに制御され得る。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、図５は、イオンを加工物に注入するための例示的な方法２００を示す。典型的な方法は、一連のアクトまたはイベントとして図示および説明されるが、本発明によれば一部のステップは、図示および本詳細な説明に記載されているのと、異なる順序でおよび／または離れている別の一部のステップと同時に、起こってもよく、本発明は、このようなアクトまたはイベントの図示された順序によって限定されないと理解されるであろう。加えて、図示される全てのステップが、本発明に係る方法論を実施するために、必要とされるわけではない。さらに、該方法は、図示および本詳細な説明に記載されているシステム、ならびに、図示されていない別のシステムに関連して実施されてもよいと認められるであろう。
【００３７】
方法２００は、動作２０２で始まり、例えば、図１Ａおよび図１Ｂの注入システム１００を介して形成されるように、イオンビーム１１１が形成される。動作２０２で形成されるイオンビームは、例えば、低エネルギー／高電流イオンビームであってもよい。図４の動作２０４では、イオンビームは質量分析され、所望の電荷対質量比のイオンが選ばれる。動作２０６において、イオンビームは、静電的に変形され、一般に、複合静電レンズシステムを介して、同時に、静電的平行、偏向、減速、フィルタリングが行われる。
【００３８】
例えば、動作２０６でイオンビームを静電的に変化させる工程は、イオンビームの経路を偏向させ、汚染物をイオンビームからフィルタリングすることと、同時に、ビームレットが減速した速度で進行するように、イオンビームを複数の平行なビームレットに減速させ平行化させることも含む。別の例では、動作２０２においてイオンビームを形成する工程は、例えばスポットビームを形成することを含み、ステップ２０６において、イオンビームを静電的に変更させるより前にイオンビームを走査する工程を含み、これにより走査イオンビームが規定される。従って、動作２０６においてイオンビームを静電的に変化させることは、さらに、イオンビームの経路を偏向させること、およびイオンビームから汚染物をフィルタリングすることと同様に、走査イオンビームを平行化することを含み、同時にイオンビームを減速させることとも含む。動作２０８では、イオンビームは加工物に衝突し、イオンが加工物に注入され、この加工物は、例えば、イオンビームによって１つ以上の方向に走査されることができる。
【００３９】
本発明はある好ましい実施形態に関して示され、かつ説明されているが、この明細書および添付された図面を読んで理解した当業者にとって、同等の代替および改良が想到されるだろうことは明らかである。具体的には、上述にて説明された素子（アセンブリ、装置、回路など）によって実施される様々な機能に関して、このような素子を説明するために用いた用語（手段への言及を含む）は、他に指示がない限り、ここで記載された本発明の模範的な実施形態における機能を実施する開示された構造と構造的には同等でないとしても、説明された素子の特定の機能を実施する（例えば機能的に同等な）任意の素子に相当することが意図されている。追加して、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施形態のうちのただ１つに対して開示されていてもよい。このような特徴は、必要に応じて、また、任意または特定の用途に有利である場合に、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。
【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４】
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【図５】
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