(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを被加工物に提供するように構成されたイオン注入システムであり、
イオンビームを発生させるためのドーパント材料をイオン化するように構成されたイオン源；
質量分析されたイオンビームを提供するように構成された、上記イオン源の下流に位置付けられた質量分析器；
上記選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを生成するために、上記質量分析されたイオンビームを受け取るように構成された、上記質量分析器の下流に位置付けられた減速／加速ステージ；
上記減速／加速ステージの下流に位置付けられたエンドステーションであり、イオン注入のための選択的に変動可能なエネルギーイオンビームの前に、上記被加工物を選択的に位置付けるように構成された被加工物支持体を含んでいるエンドステーション；
上記イオンビームおよび上記被加工物支持体の内の１つ以上を互いに走査するように構成された走査装置；
イオン源、質量分析器、および減速／加速ステージの内の１つ以上に操作可能に連結された、１つ以上の電源；および、
上記１つ以上の電源に連結され、且つ上記イオンビームおよび／または被加工物支持体の走査と同時に、上記減速／加速ステージに供給された少なくとも１つのバイアス電圧を選択的に変化させるように構成されたコントローラであって、
選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを上記被加工物に提供するために、上記減速／加速ステージに供給された上記少なくとも１つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、少なくとも一部分において、上記被加工物に関するイオンビームの位置に基づいているコントローラ；および、
上記エンドステーションに届けられる選択したエネルギーを有しているイオンビームを規定するために、選択したエネルギーを有しているイオンを偏向させるためのエネルギーフィルタ、を含み、
上記１つ以上の電圧の選択的な変化が、少なくとも一部分において、上記イオンビームの上記エネルギーに基づくように、上記コントローラは、それぞれ、上記イオンビームおよび／または被加工物支持体の走査と同時に、上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された１つ以上の電圧を選択的に変化させるようにさらに構成されていることを特徴とする、イオン注入システム。
【請求項２】
上記少なくとも１つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、上記イオンビームおよび／または上記被加工物支持体の走査と同期して、上記被加工物支持体上に位置付けられた上記被加工物に向けて導かれた上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させ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】
上記少なくとも１つのバイアス電圧の選択的な変化は、走査パスに沿った上記イオンビームの場所に基づい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】
上記少なくとも１つのバイアス電圧の選択的な変化は、操作者および上記被加工物の特徴付けの内の１つによって提供された１つ以上の予め定められた特性にさらに基づい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】
上記走査装置は、上記イオンビームを、少なくとも第１走査軸に沿って、それぞれ、静電的におよび／または磁気的に走査するように構成された、静電的スキャナおよび／または磁気的スキャナを含んで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６】
上記走査装置は、上記被加工物支持体を、上記第１走査軸に平行ではない第２走査軸に沿って、機械的に走査するように構成された、機械的走査システムをさらに含んで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】
上記第１走査軸は、上記第２走査軸に直交することを特徴とする、請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
上記走査装置は、上記被加工物支持体を、第１走査軸と当該第１走査軸に実質的に直交する第２走査軸との両方に沿って、機械的に走査するように構成された、機械的走査システムを含んで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９】
上記減速／加速ステージにそれぞれ供給された上記１つ以上の電圧の上記選択的な変化は、上記被加工物に関する上記イオンビームの上記位置を示している走査システムからのフィードバックに基づい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１０】
上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された上記１つ以上の電圧の上記選択的な変化は、上記被加工物に関する上記イオンビームの上記位置を示している走査システムからのフィードバックに基づい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１１】
上記減速／加速ステージにそれぞれ供給された上記少なくとも１つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、予め定めら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システム。
【請求項１２】
上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された上記１つ以上の電圧の選択的な変化は、予め定めら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システム。
【請求項１３】
電極円柱およびエネルギーフィルタの内の１つ以上にそれぞれ供給された上記１つ以上の電圧の上記選択的な変化は、上記被加工物支持体上に位置付けられた被加工物のマップに基づい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１４】
上記被加工物の上記マップは、上記被加工物の面を横断する材料層の厚さのマップを含んでいることを特徴とする、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
上記減速／加速ステージおよびエネルギーフィルタに供給された上記１つ以上の電圧の上記選択的な変化は、少なくとも一部分において、上記被加工物支持体上に位置付けられた被加工物に関連した１つ以上の特徴の場所にさらに基づい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１６】
上記１つ以上の特徴は、上記被加工物上に形成された層、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心および上記被加工物上の事前に規定した領域の内の１つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項１５に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
電極円柱は、イオンビーム加速器およびイオンビーム減速器の内の１つ以上を含んで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１８】
上記被加工物支持体上に位置付けられた被加工物の１つ以上の特性を検出するように構成された検出装置をさらに含み、
電極円柱およびエネルギーフィルタの内の１つ以上にそれぞれ供給された上記１つ以上の電圧の選択的な変化は、上記検出装置からのフィードバックにさらに基づい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１９】
上記検出装置は、上記被加工物の厚さ、上記被加工物上に配置された層の厚さ、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心、および上記被加工物上の事前に規定した領域の内の１つ以上を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１８に記載のイオン注入システム。
【請求項２０】
上記被加工物支持体は、
上記被加工物支持体上に受け取られている上記被加工物の面に垂直な且つ交差している軸と一致する軸について、個別のステップにおいて上記支持体を回転させるように構成されたモーター；および、
上記被加工物に注入されたイオンのドーズを計測するためのドーズ計測デバイス、を含み、
上記コントローラは、上記モーターを制御するように構成されており、上記ドーズ計測デバイスからのドーズ情報信号を受信して、上記被加工物支持体の段階的な回転をさらに提供するための上記モーターに制御信号を送信するように操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２１】
上記モーターは、ステッパーモーターを含んでいることを特徴とする、請求項２０に記載のイオン注入システム。
【請求項２２】
上記減速／加速ステージに供給された上記少なくとも１つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、反復的に異なるドーズ量で行われ、その結果、連鎖注入が規定され、
上記減速／加速ステージに供給された上記少なくとも１つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、少なくとも一部分において、操作者および上記被加工物の特徴付けの内の１つによって提供された１つ以上の予め定められた特性にさらに基づい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２３】
上記減速／加速ステージに供給された上記少なくとも１つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、通常、連続的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２４】
イオン注入のための方法であって、当該方法は、
イオンビームを被加工物に向けて導くこと；
上記イオンビームおよび上記被加工物の内の１つ以上を互いに走査すること；および、
上記イオンビームおよび上記被加工物の内の１つ以上を走査することと同時に、連続的に、上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させること、を含み、
上記被加工物へのイオンの注入の結果得られた深さは、上記被加工物の面に沿って変化され、
上記イオンビームにイオンビームエネルギーを与えるための電極円柱に供給された電圧を変化させることを含み、
上記イオンビームのエネルギーを変化させることは、１つ以上の電圧の選択的な変化が、少なくとも一部分において、上記イオンビームの上記エネルギーに基づくように、上記イオンビームおよび／または被加工物支持体の走査と同時に、上記電極円柱内に一体化されたエネルギーフィルタに供給された電圧を変化させることをさらに含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２５】
上記電極円柱に供給された電圧を変化させることは、上記イオンを上記被加工物に注入する前に、スポットイオンビームに関連した最終的なエネルギーを制御することを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
上記電極円柱は、イオンビーム加速器およびイオンビーム減速器の内の１つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
上記エネルギーフィルタは、上記イオンビームの所望のエネルギーを区別し、且つ上記イオンビームを、上記所望のエネルギーに向けて導くことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
上記被加工物の面の所望のエネルギーマップを提供することをさらに含み、
上記イオンビームのエネルギーを変化させることは、上記所望のエネルギーマップに基づいていることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
上記イオンビームおよび上記被加工物の内の１つ以上を互いに走査することに関連した場所フィードバックを提供することをさらに含み、
上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、上記場所フィードバックに基づき、電極円柱およびエネルギーフィルタの内の１つ以上に供給された上記１つ以上の電圧を選択的に変化させることを包含していることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
上記ビームのエネルギーの選択的な変化と関連した上記被加工物へのイオンの注入の深さを変化させることは、エネルギーの上記変化に基づいて、上記被加工物の面と関連した１つ以上の層を、それぞれ、弱化または強化することを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
上記１つ以上の層は、酸化層を含んでいることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
上記被加工物の面上に化学機械的な研磨またはエッチングを施すことをさらに含み、
上記酸化層は、平坦化されていることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、予め定められた様式において、電極円柱およびエネルギーフィルタの内の１つ以上にそれぞれ供給された１つ以上の電圧を選択的に変化させることを含んでいることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
上記電極円柱およびエネルギーフィルタの内の１つ以上にそれぞれ供給された１つ以上の電圧を選択的に変化させることは、上記被加工物のマップに基づいていることを特徴とする、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
上記被加工物のマップは、上記被加工物の面を横断する酸化層の厚さまたは材料層の厚さのマップを含んでいることを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
上記被加工物の面上に化学機械的な研磨またはエッチングを施すことをさらに含み、これによって上記被加工物の面を平坦化することを特徴とする、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、少なくとも一部分において、上記被加工物に関連した１つ以上の特徴の場所に基づいていることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
上記１つ以上の特徴は、上記被加工物上に形成された層、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心、および上記被加工物上の事前に規定した領域の内の１つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
上記被加工物の１つ以上の特性を検出することをさらに含み、
上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、検出装置からのフィードバックにさらに基づいていることを特徴とする、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
上記被加工物の上記１つ以上の特性は、上記被加工物の厚さ、上記被加工物上に配置された層の厚さ、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心、および上記被加工物上に事前に規定した領域の内の１つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
上記イオンビームおよび被加工物の内の１つ以上を互いに走査することは、上記イオンビームを、１つ以上の軸に沿って、静電的におよび／または磁気的に走査することを含んでいることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項４２】
上記イオンビームおよび被加工物の内の１つ以上を互いに走査することは、上記被加工物を、１つ以上の軸に沿って、機械的に走査することを含んでいることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項４３】
上記イオンビームおよび被加工物の内の１つ以上を互いに走査することは、スポットイオンビームを、第１軸に沿って、静電的におよび／または磁気的に走査し、且つ上記被加工物を、第２の軸に沿って、機械的に走査することを含んでいることを特徴とする、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
上記被加工物の面に垂直な且つ交差している軸と一致する軸に関して、個別のステップにおいて上記被加工物を回転させること；
上記被加工物に注入されたイオンのドーズを計測すること；および、
少なくとも一部において、上記被加工物に注入されたイオンの上記ドーズの上記計測に基づいて、上記被加工物の上記回転を制御することを含んでいることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項４５】
被加工物にイオンを注入するための方法であって、当該方法は、
スポットイオンビームを提供すること；
エネルギーフィルタを提供すること；
上記スポットイオンビームを質量分析すること；
上記スポットイオンビームおよび被加工物の内の１つ以上を互いに走査すること；および、
連続的に、走査することと同時に、上記スポットイオンビームのエネルギーを変化させること、を含み、
上記被加工物へのイオンの注入の深さは、上記被加工物に関する上記イオンビームの位置の関数として、上記被加工物の面を横断して変化し、
供給された電圧の選択的な変化が、少なくとも一部分において、上記イオンビームの上記エネルギーに基づくように、上記イオンビームおよび／または被加工物の走査と同時に、上記エネルギーフィルタに供給された電圧を変化させることを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項４６】
走査することと同時に、上記スポットイオンビームのドーズを変化させることをさらに含み、
上記被加工物に注入されたイオンの量は、上記被加工物に関するイオンビームの位置の関数として、上記被加工物の面を横断して変化することを特徴とする、請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本出願は、２０１４年１月１５日出願の米国仮出願第６１／９２７，８１１号、発明の名称「ION IMPLANTATION SYSTEM AND METHOD WITH VARIABLE ENERGY CONTROL」の権利を主張し、本米国仮出願の内容は、内容全体を参考として引用されることによって組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、概してイオン注入システムに関し、より詳細には、被加工物のイオン注入中に、被加工物に供給されるイオンビームに、選択的に制御された可変エネルギーを提供するためのシステムおよび方法に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
半導体素子の製造において、イオン注入は、半導体に不純物をドープするために使用されている。イオン注入システムは、集積回路の製造の間に、ｎ型材料もしくはｐ型材料のドーピングをもたらすために、または保護層を形成するために、イオンビームからのイオンを用いて、被加工物（例えばシリコンまたはゲルマニウムウエハ）をドープするためにしばしば利用されている。イオン注入システムは、半導体ウエハをドーピングするために用いられる場合、被加工物のバルク材料において所望の電気特性をもたらすために、選択されたイオン種を被加工物に注入する。原料物質（例えば、アンチモン、ヒ素、またはリン）から生成される、注入するイオンは、例えば、「ｎ型」の材料特性を生じ、「ｐ型」の材料特性は、原料物質（例えば、ホウ素、ガリウムまたはインジウム）を用いて生成されるイオンから生じる。
【０００４】
典型的なイオン注入システムは、イオン化可能な原料物質から電荷を帯びたイオンを生成するためのイオン源を含んでいる。生成されたイオンは、上記イオン源からイオンを取り出すために、強い磁界を利用して高速ビームへと形成され、イオンを注入するエンドステーションへの予め決められているビームパスに沿って導かれ、被加工物が上記ビームの上記パスに搬送されることを可能にする。イオン注入器は、上記イオン源と上記エンドステーションとの間に伸びている、ビーム形成構造およびビーム成形構造を含んでもよい。上記ビーム形成構造およびビーム成形構造は、イオンビームを維持し、上記イオンビームが上記エンドステーションに向かう途中で通過する細長い内部空洞または通路と、境界をなしている。操作の間、当該通路は、気体分子との衝突の結果として、予め決められているビームパスからイオンが逸れる可能性を低減させるために、通常は排気されている。
【０００５】
イオン注入システムにおいて注入される被加工物は、イオンビームのサイズよりもはるかに大きいサイズを有する半導体ウエハであることが通常である。イオン注入に関するほとんどの出願において、注入の目的は、被加工物またはウエハの面の全面積を均一に覆う、正確に制御された量のドーパントを供給することである。被加工物の面積よりも著しく小さいサイズを有するイオンビームを利用して、ドーピングの均一性を実現するために広く使用される技術は、いわゆるハイブリッドスキャンシステムである。当該ハイブリッドスキャンシステムにおいて、小サイズの被加工物は、一方向において前後に素早く通過、または走査され、上記被加工物が、走査されるイオンビームの直交する方向に沿って機械的に移動される。
【０００６】
あるいは、上記イオン源からの縦方向のイオンビームを提供するリボンビームシステムが知られている。当該リボンビームシステムにおいて、上記ビームは、上記被加工物の方へ進むにつれてさらに分岐してもよく、そうすることによって、上記被加工物が上記縦方向のイオンビームの直交する方向に沿って機械的に移動されるとき、上記被加工物の全幅を横断してイオンを分散させる。さらに別の手段では、いわゆる「ペンシルビーム」システムが知られており、イオンビームは、被加工物が二次元で走査される間、点の形状で、上記被加工物に存在し、そうすることによって、ウエハ全体をペンシルビームからのイオンで「塗る」。
【０００７】
イオンビームによって被加工物に注入されるイオンの注入量は、従来、走査速度の変化によって制御されている（例えば、上記イオンビームに対する上記被加工物の速度、または逆の場合もまた同様）。例えば、Ｂｅｒｒｉａｎ他の、米国特許第４，９２２，１０６号は、上記被加工物上の、選択されたビーム電流および対応するイオン量を獲得するために、イオンビームが、制御された方法で被加工物上を走査または行き来される、イオン注入システムを開示している。Ｂｅｒｒｉａｎ他のさらなる特徴は、上記被加工物の表面全体上に極めて均一な注入量を得る特定の対象物を用いて、被加工物での選択されたイオン注入量を獲得するために、被加工物でのイオンビームの入射を検知するための、および被加工物に対するイオンビームの照射を制御するための方法および装置である。
【０００８】
より改良された集積回路製造技術において、不均一な方法でのイオン注入による注入過程の制御は、異なるドーズ量で注入される、被加工物上の複数の領域を作り出すために有利であり得る。例えば、Ｉｗａｓａｗａ他の、米国特許第６，７５０，４６２号は、複数のイオン注入ステップが、被加工物の駆動速度を変化させることによって行われる、イオン注入方法および装置を開示している。さらに、回転ステップは、各注入ステップ間の規定の角度によって、被加工物の中心を中心点として被加工物を回転させるために提供されており、上記イオンビームは、被加工物の表面を横断して選択的に制御されたイオン注入量を有する注入された被加工物を提供するために、上記被加工物に加えられない。
【０００９】
典型的に、被加工物の表面を横断して注入されたイオンの均一なエネルギー配分を維持することが望ましい。しかしながら、Ｒｏｕｈ他の、米国特許第７，５７６，３３９号は、注入されるウエハの領域に基づいて、上記イオンビームのイオン注入エネルギーを制御するための、エネルギー制御特性を有する注入システムを開示している。Ｒｏｕｈ他によって開示されているように、イオンが、相対的に高い注入エネルギーで第１領域に注入されるように、且つイオンが、相対的に低い注入エネルギーで第２領域に注入されるように、ウエハへのイオン注入エネルギーの分配は、上記ウエハ上の個々のまたは限られた領域によって、個々に（限定的に）変えられる。Ｒｏｕｈ他の実施形態において、ウエハの第１の個々の領域は、個々の、低い注入エネルギーで注入され、第２の個々の領域は、個々の、高い注入エネルギーで注入され、且つ第３領域は、また、低い注入エネルギーで注入される。また、上記イオン注入エネルギーは、上記ウエハの個々の領域に基づいて個々に変えられる。
【００１０】
〔発明の概要〕
以下は、本発明の開示のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本発明の開示の簡略化された概要を示している。本概要は、本発明の外延的な全体像ではない。本発明の主要な、且つ重大な要素を特定することも、本発明の範囲を描写することも、意図されていない。本概要の目的は、後に示される、より詳細な説明の前置きとしての簡略化された形態において、本発明のいくつかの概念を示すことである。
【００１１】
本開示は、被加工物およびイオンビームを互いに移動させると同時に、被加工物に注入されるイオンエネルギーを選択的で持続的に変化させるための、システム、装置および方法を、概して対象としている。
【００１２】
イオン注入システムが提供されており、当該イオン注入システムは、ドーパントガスを多数のイオンにイオン化し且つイオンビームを形成するように構成されたイオン源と、上記イオン源の下流に位置付けられ、且つ上記イオンビームの質量分析を行うように構成された質量分析器とを備えている。電極ステージは、上記イオンビームに印加されるバイアス電圧に応じて上記イオンビームを加速または減速させるために、上記質量分析器の下流に位置付けられている。さらに、エネルギーフィルタは、上記イオンビームを偏向させるために提供され、出力偏向角度は、上記イオンビームのエネルギーに従って上記エネルギーフィルタに印加されるバイアス電圧を選択的に変化させることによって維持され得る。エンドステーションは、上記エネルギーフィルタの下流に位置付けられ、上記エンドステーションは、当該エンドステーションと関連付けられた被加工物支持体を有する。
【００１３】
好適な実施形態において、本開示は、１つ以上のイオンビームおよび／または被加工物支持体を互いに走査するように構成された走査装置をさらに備えている。１つ以上の電源は、１つ以上の上記イオン源、質量分析器、電極ステージおよびエネルギーフィルタに、動作可能に接続されている。コントローラがさらに提供され、そして、当該コントローラは、スポットイオンビームおよび／または被加工物支持体の走査と同時に、１つ以上の上記電極ステージおよび上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された１つ以上の電圧を選択的に変化させるように構成されている。ここでは、１つ以上の電圧の選択的な変化は、上記被加工物支持体に関する上記イオンビームの位置に、少なくともある程度、基づいている。
【００１４】
本開示の別の実施形態において、被加工物の、選択的且つ持続的な可変エネルギーイオン注入を提供するための方法が提供されている。上記方法は、イオンビームを被加工物の方へ導く動作、上記イオンビームおよび被加工物の内の１つ以上を互いに走査する動作、並びにスポットイオンビームおよび被加工物の内の１つ以上を走査すると同時に上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させる動作を含んでいる。従って、上記被加工物へのイオン注入の結果生じる深さは、制御され、且つ被加工物の面に沿って、連続して選択的に変化させられる。
【００１５】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、その上に酸化層を有している被加工物の部分的な断面図であり、被加工物上での従来の化学機械的な平坦化または研磨（ＣＭＰ）工程の効果を示している。
【００１６】
図２は、本開示の一態様に従って連続的に変動可能な深さのイオン注入を提供するために、走査と同時にイオンエネルギーにおける変動を有しているイオン注入を受けている、例となる被加工物の断面図を説明している。
【００１７】
図３は、本開示に従った変化可能な深さ／エネルギーのイオン注入および前の記載に従ったＣＭＰ工程を経ている、例となる被加工物の断面図であり、本開示の１つの有利な用途を説明している。
【００１８】
図４は、本開示のいくつかの態様に従った例となるイオン注入システムのブロック図である。
【００１９】
図５は、本開示のいくつかの態様に従った例となるイオン注入システムに組み込まれ得る、例となるスキャナの概略図である。
【００２０】
図６は、図５のスキャナに典型的に適用されたタイプの、三角形状または「鋸歯状」の電圧波形の描画である。
【００２１】
図７は、いくつかの個別の点で調子を合わせて被加工物にぶつかっている、シングルスキャンイオンビームおよびそのいくつかの個別の点を説明している斜視図である。
【００２２】
図８は、端面図であり、イオン注入のための、被加工物の面を横断してイオンビームを走査するための典型的な走査パターンを説明している。
【００２３】
図９は、本開示の他の態様に従って、例となるイオン注入器の減速ステージ／角のあるエネルギーフィルタデバイスにおいて使用された型の電極円柱によって付与された、減速効果および曲げ効果を描写している図である。
【００２４】
図１０は、さらに他の態様に従って、走査イオンビーム注入器におけるスポットイオンビームのエネルギーを変化させるための方法論を説明している。
【００２５】
〔詳細な説明〕
本開示は、概して、イオン注入システムにおいてイオンビームのエネルギーを変化させるための、システム、装置および方法を対象としている。１つの特定の実施形態において、イオンビームのエネルギーを変化させるための、上記システム、装置および方法は、Axcelis Technologies, Inc. (Beverly, MA) によって開発、製造および販売された型の、走査ペンシルビームシステムアーキテクチャと共に開示される。しかしながら、さらに記載されるように、本開示は、一般的に知られている、リボンビームまたはペンシルビームイオン注入システムアーキテクチャにおいて実行され得ることもまた期待される。
【００２６】
本開示は、種々のイオン注入器に適用でき、且つ種々のイオン注入器において実行することが期待される。例えば、本開示は、３つのタイプのイオン注入器に適用できる：被加工物を横断して二次元で動くイオンビームを用いるイオン注入器であり、リボン型イオンビームは、当該イオンビームによって照射される被加工物の幅よりも大きい縦方向の寸法を有していると規定されるもの；比較的一定した断面寸法を有しているイオンビームを用いるイオン注入器であり、被加工物が、二次元において、イオンビームに対して相対的に動かされるもの；およびハイブリッドシステムを用いるイオン注入器であり、イオンビームが、被加工物に対して第一方向に沿って振動または走査され、そして当該被加工物が、上記第一方向に対して横向きである第二方向に沿って動かされるもの。
【００２７】
開示されたイオン注入工程におけるエネルギー分布の選択的な可変の制御は、具体的に、対象の被加工物の面を横断して連続的な様式における注入エネルギーの選択的な可変の制御を、今まで開示または検討していない。従って、本開示は、対象の被加工物を横断して、連続的な様式において、イオンビームによって注入されたイオンのエネルギー分布を変化させるための、システム、装置および方法を提供する。
【００２８】
本開示は、高度な集積回路製造において存在している特定の問題に対する解決策を提供する。最近では、集積回路製造業は、適応性のあるパターニング工程を採用しており、それは、多くの場合、半導体被加工物の上に堆積された材料の除去を、補助的な工程に頼っている。例えば、シリコンウエハは、酸化層（またはポリシリコン、または窒化物層）を備えて提供され得る。酸化層（またはポリシリコン、または窒化物層）は、例えば、水素（例えば、通常、表面を剥離するために用いられる）またはフッ素もしくは塩素等の活性イオン（例えば、通常、酸化層の化学組成を変更するために用いられる）を介して、注入ステップに曝されてもよい。半導体被加工物の上に堆積した材料を取り除くための１つの好ましい工程は、いわゆる化学機械的な平坦化または研磨（ＣＭＰ）であり、これは、化学的な力および機械的な力の組み合わせを用いて面を滑らかにするための工程である。ＣＭＰは、ケミカルエッチングおよび遊離砥粒研磨のハイブリッドであると考えることができ、そして、平面的または均一な様式において基板から材料を除去するための好ましい方法である。なぜなら、ＣＭＰは、例えば、半導体ウエハ上に形成された銅と酸化物絶縁層との間の重要な界面において、特に、正確且つ再現性よく、材料の除去を停止する能力を提供するためである。
【００２９】
ＣＭＰ工程の種々の利点にもかかわらず、ＣＭＰ工程は、いくつかの材料層については、必ずしも、ウエハの面を横断して均一に除去するわけではない点で劣っている。より具体的には、除去される被覆層（例えば、通常、酸化層）は、曲がった外形を有することがあり、ウエハの中央においてより分厚く、そして端部においてより薄く、結果として凸面層となることが見出されている。
【００３０】
本開示は、ＣＭＰステップの前に上記層にイオン注入ステップを受けさせることによって、結果として生じたＣＭＰ処理層がより均一な厚さを有し得ることを、現在、認識している。特に、除去される層のイオン注入は、ＣＭＰ材料の除去率を変化させ得る。より具体的には、上記材料除去率は、イオンが注入される深さによって調節され得、これにより、イオンが注入される深さは、注入されるイオンのエネルギーに直接的に比例する。
【００３１】
同様の手法はまた、不均一な層が被加工物を横断して形成されるときに、被加工物の面の平滑化を制御するためのエッチング工程に適用可能である。表面層の厚さに従って被加工物の異なる部分に供給された異なるエネルギーを用いるイオン注入は、材料のエッチング率を、異なる深さで改善することができる。従って、異なるウエハの位置での除去層をエッチングする最終的な深さは、元の不均一性に応じて制御され得る。これによって、エッチング後により均一な層を生じる。
【００３２】
従って、本開示は、材料修飾の分野における問題を有利に解決し、これによって、高度な集積回路製造技術を可能にする。発明者によって検討された特定の解決法に関して、図１〜３が、説明に役立つ例として提供される。図１は、例えば、半導体製造工程の最初のステップにおいて、被加工物基板として使用されるタイプの従来のシリコンウエハのような、被加工物１００を現している。この説明に役立つ例において、予め定められた厚さ１０４を有している酸化層１０２は、被加工物１００の面１０６に形成されている。この酸化層１０２は、特定の特徴を獲得するために、ＣＭＰによって後に処理されてもよい。
【００３３】
典型的なＣＭＰ工程は、研磨パッドと共に、研磨用且つ腐食性の化学的スラリー（例えば、コロイド）を用いる。研磨パッドおよび被加工物１００は、異なる回転軸で回転される（すなわち、同心ではない）動的研磨ヘッドによって、共にプレスされる。ＣＭＰ工程の目的は、材料を除去すること、および任意の不規則なトポグラフィーを平らにすることであり、これにより、ウエハを平らにまたは平面的にする。これは、追加の回路素子をその後に形成するためのウエハを準備するために、ときには必要である。例えば、ＣＭＰ工程は、全体の面をフォトリソグラフィーシステムの分野における深さの中に収めるために、または位置に基づいて材料を選択的に除去するために、実施されてもよい。
【００３４】
材料を除去するのに効果的であるが、ＣＭＰ工程は、被加工物１００上に残っている残存層において、中心から端部の厚さの不均一性を生じることが見出された。図１において説明されたように、この問題は、通常凸状である酸化層１０２において現れる。例えば、ＣＭＰ工程後の酸化層１０２は、被加工物１００の外周１１０に近接している外周域１０８において薄く（例えば、厚さ１０４Ａとして説明される）、そして、被加工物の中心に近接している中心領域１１２において厚い（例えば、厚さ１０４Ｂとして説明される）。この問題を取り扱うために、特に、本開示は、ＣＭＰ材料の除去率を変化させるために、変動する深さで酸化層内にイオンを注入するための、システムおよび方法を検討する。
【００３５】
イオン注入の深さは、注入されたイオンのエネルギーに直接的に関連している。望まれるＣＭＰ除去率の改善に対応するようにイオン注入の深さを制御することによって、本開示は、ウエハの面を横断する材料の除去を有利に調整し、これによって、望まれる均一な厚さおよびそのトポグラフィーを提供する。従って、図２および図３の例となる被加工物２００において説明するように、本発明の１つの例となる態様が検討される。ここでは、イオンは、上記被加工物の端部または外周２１０に沿って、浅い深さ２０８で、酸化層２０６に注入され（例えば、走査イオンビームは、図２における被加工物に対する走査方向２０４に移動する矢印２０２として説明されている）、一方で、イオンは、より深い深さ２１２で、上記被加工物の中心２１４に向けて注入される。結果として、酸化層２０６の後続の化学機械的研磨において、酸化層の厚さ２１６は、研磨された厚さ２１８として図３に説明するように、端部または外周２１０から中心２１４まで、被加工物２００を横断して均一にされ得る。そのような変動可能な深さのイオン注入は、イオン注入におけるイオン注入エネルギーを連続的且つ選択的に変化させるための、本開示のシステムおよび方法によって可能になる。
【００３６】
前述の用途は、本開示の、連続的且つ変動可能な深さによるイオン注入システムおよび方法によって可能となる、種々の工程および用途のほんの１つであることが理解されるであろう。本開示および請求の範囲は、この問題のための解決法に限定されるものではなく、また、凸形状、凹形状もしくは他の任意の形状または上記被加工物の他の外形において、変動可能な深さの注入を提供するための処理に限定されない。本開示の、可変的、連続的、且つ不均一なイオンエネルギー注入工程は、望まれる任意の様式において実施され得る。これにより、非連続的な変動可能な注入の深さの外形に加えて、連続的な変動可能な注入の深さの外形を提供することができる。例えば、本開示は、任意の望まれる用途において利用され得ることが期待される。当該用途においては、イオン注入エネルギーの選択的な変更によって、選択的な変動可能なイオン注入の深さが要求される。被加工物の面を横断して、異なる深さ／エネルギーで注入することには、以下の理由を含む複数の理由があるが、これらの理由に限定されるものではない：被加工物を横断する閾値電圧の変動；被加工物の走査幅を横断する注入のエネルギープロファイルにおける、系統的なプロファイル変化；および、単一ウエハ上に、異なる電気的特性の複数のダイを注入する能力。
【００３７】
従って、前述の且つ関連した目的を達成するために、本発明は、以下に完全に記載され、そして請求項中に特に示された特徴を含んでいる。以下の記載および添付図は、本発明の特定の説明となる実施形態を詳細に説明する。これらの実施形態は、しかしながら、本研究の原理が採用され得るほんのわずかな種々の方法を示している。本研究の他の目的、利点および新しい特徴は、図面と共に考えたときに、以下の発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００３８】
従って、本発明は、図を参照してこれから記載されるであろう。ここでは、類似の参照数字は、類似の要素に言及するために全体にわたって使用され得る。これらの態様の説明は単に例証であり、これらは限定的な意味とし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。以下の記載において、説明の目的のために、多数の具体的な詳細が、本発明の全体にわたる理解を提供するために説明される。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに本発明が実行されてもよいことは、当業者にとって明らかであろう。
【００３９】
図４は、例となるイオン注入システム４１０を説明しており、ここでは、本明細書中に記載されたように、イオンビームエネルギーは、選択的に変化させられおよび／または制御され得る。システム４１０は、ターミナル４１２、ビームラインアセンブリ４１４、およびエンドステーション４１６を有している。ターミナル４１２は、高電圧電源４２２により動力を配給されるイオンソース４２０を含み、高電圧電源４２２は、イオンビーム４２４を生じさせて、ビームラインアセンブリ４１４に導く。この点において、イオンソース４２０は、荷電イオンを生成する。上記荷電イオンは、抽出アセンブリ４２３によって上記ソースから抽出されて、そしてイオンビーム４２４に形成される。イオンビーム４２４は、その後、ビームラインアセンブリ４１４におけるビームパスに沿って、エンドステーション４１６へと導かれる。
【００４０】
イオンを生成するために、イオン化されるドーパント材料（図示しない）は、イオンソース４２０の生成チャンバー４２１内に提供される。上記ドーパント材料は、例えば、ガスソース（図示しない）から、チャンバー４２１へと供給され得る。一例において、電源４２２に加えて、ＲＦまたはマイクロウェーブ励起ソース、電子ビームインジェクションソース、電磁気ソースおよび／または上記チャンバー内でアーク放電を生じる正極のような、適切な機構（図示しない）をいくつでも、イオン生成チャンバー４２１内で自由電子を励起するために使用され得ることが理解されるであろう。励起された電子は、ドーパントガス分子と衝突し、これによってイオンを生成する。一般的に、陽イオンが生成されるが、本明細書中における開示はまた、陰イオンを生成するシステムに適用可能である。
【００４１】
イオンは、イオン抽出アセンブリ４２３によって、イオンチャンバー４２１におけるスリット４１８を通して、制御可能に抽出される。ここでは、上記イオン抽出アセンブリは、複数の抽出および／または抑制電極４２５を含んでいる。イオン抽出アセンブリ４２３は、例えば、生成チャンバー４２１からのイオンを加速させるための抽出および／または抑制電極４２５にバイアスを掛けるために、分離した抽出電源（図示しない）を含み得る。イオンビーム４２４は類似の電荷粒子を含んでいるので、当該イオンビーム内の類似の電荷粒子が互いに反発するため、当該イオンビームは、半径方向外向きに広がるかまたはビームが「膨らむ」傾向があることが理解され得る。ビームが膨らむこの現象は、低エネルギーで高電流（例えば、高パービアンス）のビームにおいて増幅され得ることもまた理解され得る。低エネルギーで高電流（例えば、高パービアンス）のビームにおいて、多くの類似の電荷粒子は、相対的に遅く、同方向に動く。そして、上記ビームでは、粒子間の反発力は豊富であるが、ビームパスの方向に上記粒子を動かし続けるための粒子の運動量は小さい。
【００４２】
従って、上記イオンビームが膨らまないように（例えば、上記粒子が、上記ビームの膨張を引き起こし得る反発力に打ち勝つための、十分な運動量を有するように）、抽出アセンブリ４２３は、通常、イオンビーム４２４が高エネルギーで抽出されるように構成される。さらに、上記システム全体に比較的高エネルギーにおいてビーム４２４を移動させることは、一般的に有利であり、ここでは、ビームの封じ込め（beam containment）を促進するために、このエネルギーは、被加工物４３０へのイオンの注入の直前に、望まれる通りに低減され得る。比較的高エネルギーで移動させ得るがより低い同等のエネルギーによって注入される、分子またはクラスターイオンを生成して移動させることもまた有利である。なぜなら、分子またはクラスターのエネルギーは、分子のドーパント原子間で分割されるためである。
【００４３】
ビームラインアセンブリ４１４は、ビームガイド４３２、質量分析器４２６、走査システム４３５、パラレライザ（parallelizer）４３９、並びに１つ以上の加速もしくは減速および／またはフィルタリングサブシステム４５７を含んでいる。質量分析器４２６は、約９０°の角度を有するように構成され、そして、１つ以上の磁石（図示しない）を含んでいる。１つ以上の磁石は、（双極子）磁界をそこに構築するために役立つ。イオンビーム４２４が質量分析器４２６に入射すると、望まれるイオンがビームパスの下流に移動するが、適切ではない電荷対質量の比のイオンが拒絶されるように、イオンビーム４２４は、磁界によって相応に曲がる。より具体的には、大きすぎるまたは小さすぎる電荷対質量の比を有しているイオンは、不十分にまたは極度に偏向され、これにより質量分析器４２６の側壁４２７に導かれる。その結果、上記質量分析器は、望まれる電荷対質量の比を有しているビーム４２４中のこれらのイオンが、分解アパーチャー（resolving aperture）４３４を通過して出射されることを可能にする。
【００４４】
走査システム４３５がさらに説明され、当該走査システムは、例えば、走査エレメント４３６と、集束および／または誘導エレメント４３８とを含んでいる。走査システム４３５は、Ｂｅｒｒｉａｎ他の米国特許第４，９８０，５６２号、Ｄｙｋｓｔｒａ他の米国特許第５，０９１，６５５号、Ｇｌａｖｉｓｈの米国特許第５，３９３，９８４号、Ｂｅｎｖｅｎｉｓｔｅ他の米国特許第７，５５０，７５１号、Ｖａｎｄｅｒｂｅｒｇ他の米国特許第７，６１５，７６３号において実証されたような、種々の走査システムを含み得る。これらの文献は、その全体が参照により本明細書中に組み入れられる。
【００４５】
例となる走査システム４３５において、それぞれの電源４４９、４５０は、走査エレメント４３６並びに集束および誘導エレメント４３８に（より具体的には、そこに位置する、それぞれの電極４３６ａ、４３６ｂおよび４３８ａ、４３８ｂに）、動作可能に連結されている。集束および誘導エレメント４３８は、比較的狭いプロファイルを有している、質量分析されたイオンビーム４２４（例えば、説明されたシステム４１０における「ペンシル」ビーム）を受け取る。ここでは、電源４５０によってプレート４３８ａおよび４３８ｂに印加された電圧は、最適な点（好ましくは、走査エレメント４３６の走査頂点４４１）へとイオンビームを集束し且つ導くように作動する。電源４４９（例えば、電源４５０はまた、電源４４９としても機能し得る）によって、走査プレート４３６ａおよび４３６ｂに印加された電圧波形は、その後、引き伸ばされた「リボン」ビーム（例えば、走査ビーム４２４）へとビーム４２４を広げるために、ビーム４２４を前後に走査する。上記引き伸ばされた「リボン」ビームは、関係する被加工物よりも、少なくとも同じ幅またはより広い幅を有している。走査頂点４４１は、光学パスにおける点として規定され得ることが理解されるであろう。上記リボンビームの各ビームレットまたは走査部位は、走査エレメント４３６によって走査された後に、上記光学パスにおける点から生じているように見える。
【００４６】
本明細書中に記載したタイプのイオン注入システムは、異なるタイプの走査システムを採用してもよいことが理解されるであろう。例えば、静電システムまたは磁気システムは、本発明において用いられ得る。静電走査システムの典型的な実施形態は、走査プレートまたは電極４３６ａおよび４３６ｂに連結された電源を含んでいる。ここでは、スキャナ４３６は、走査ビームを提供する。スキャナ４３６は、比較的狭いプロファイルを有している、質量分析されたイオンビーム（例えば、説明された上記システムにおける「ペンシル」ビーム）を受け取り、そして電源４４９によってスキャナプレート４３６ａおよび４３６ｂに印加された電圧波形は、引き伸ばされた「リボン」ビーム（例えば、走査ビーム）へと上記ビームを広げるために、Ｘ方向（走査方向）において、ビームを前後に走査するように作動する。上記引き伸ばされた「リボン」ビームは、有効なＸ方向の幅を有しており、これは、関係する被加工物よりも、少なくとも同じ幅またはより広い幅である。同様に、磁気走査システムにおいて、高電流源は、電磁石のコイルに連結される。磁界は、ビームを走査するために調節される。この開示の目的のために、全ての異なるタイプの走査システムが検討され、そして、上記静電システムは、説明のために使用される。走査ビーム４２４は、その後、パラレライザ４３８を通過する。パラレライザ４３８は、ビームをエンドステーション４１６へと導く。エンドステーション４１６は、通常、Ｚ方向に平行である（例えば、通常、被加工物の表面に垂直である）。
【００４７】
図５および６を参照して、ビームスキャナ４３６の静電バージョンおよび電圧ソース４５０が、図５においてさらに説明される。ビームスキャナ４３６の静電バージョンは、ビームパスのどちらかの側面上に一組の走査プレートまたは電極４３６ａおよび４３６ｂを有している。電圧ソース４５０は、図６において「鋸歯型」波形図４６０で説明されるように、電極４３６ａおよび４３６ｂに交流電圧を提供する。走査電極４３６ａおよび４３６ｂの間の時間によって変動する電圧は、これらの間のビームパスを横断して、時間によって変動する電界を生じさせる。これによって、ビームは、走査方向（例えば、図５におけるＸ方向）に沿って、曲げられるかまたは偏向（例えば、走査）される。スキャナ電界が電極４３６ａから電極４３６ａの方向にある（例えば、図６における「ｅ」、「ｆ」および「ｇ」の時点のように、電極４３６ａの電位は、電極４３６ｂの電位よりも、より正である）とき、ビーム４２４の正荷電イオンは、負のＸ方向において（例えば、電極４３６ｂに向かって）、横方向の力を受ける。電極４３６ａおよび４３６ｂが、同じ電位である（例えば、図６における「ｄ」の時点のように、スキャナ４３６における０電界）とき、スキャナ４３６を通過するビーム４２４は、変更されない。上記電界が、電極４３６ｂから電極４３６ａの方向にある（例えば、図６における時点「ａ」、「ｂ」および「ｃ」）とき、ビーム４２４の正荷電イオンは、正のＸ方向において（例えば、電極４３６ａに向かって）、横方向の力を受ける。説明の目的のために、図５は、図６の時点「ａ」および「ｇ」に一致するように標識された最遠のビームレット４２４ａおよび４２４ｇによる走査の間に、いくつかの個別の点で調子を合わせて、走査ビーム４２４がスキャナ４３６を通過するときの、走査ビーム４２４の偏向を示す。
【００４８】
低エネルギー注入器は、通常、およそ８０〜１００ｋｅＶまでの、数千エレクトロンボルト（ｋｅＶ）のイオンビームを提供するようデザインされるが、質量分析されたビーム４２４をより高いエネルギー（通常、数百ｋｅＶ）へと加速するために、高エネルギー注入器は、図４における質量分析器４２６とエンドステーション４１６との間に、ＲＦ線形加速（リニアック）装置（図示しない）を採用し得る。ここでは、ＤＣ加速もまた可能である。高エネルギーイオン注入は、一般的に、被加工物４３０におけるより深い注入のために採用される。逆に、高電流で低エネルギー（高パービアンス）のイオンビーム４２４は、通常、高ドーズで浅い深さのイオン注入のために採用され、この場合、イオンビームの高パービアンスは、イオンビーム４２４の均質性を維持することを一般的に困難にする。
【００４９】
図４を再び参照して、走査ビーム４２４は、次に、パラレライザ４３９を通過する。種々のパラレライザシステム４３９は、Ｄｙｋｓｔｒａ他の米国特許第５，０９１，６５５号、Ｄｙｋｓｔｒａ他の米国特許第５，１７７，３６６号、Ｉｎｏｕｅの米国特許第６，７４４，３７７号、Ｒａｔｈｍｅｌｌ他の米国特許第７，１１２，８０９号、およびＶａｎｄｅｒｂｅｒｇ他の米国特許第７，５０７，９７８号によって実証されている。これらの文献は、その全体が参照により本明細書中に組み入れられる。名前が暗示するように、パラレライザ４３９は、注入パラメーター（例えば、注入角度）が被加工物４３０を横断して均一になるように、発散している光線またはビームレットを有している入射走査ペンシルビームを、平行な光線またはビームレット４２４ａへと偏向させる。現在説明された実施形態において、パラレライザ４３９は、２つの双極子磁石４３９ａ、４３９ｂを含んでいる。ここでは、上記双極子は、実質的に台形であり、そして、ビーム４２４を実質的に「Ｓ型」に曲げるために、当該双極子は、互いを映すように向けられている。好ましい実施形態において、上記双極子は、等しい角度と逆の曲げ方向とを有している。
【００５０】
上記双極子の第一の目的は、走査頂点４４１から生じる複数の発散している光線またはビームレットを、相対的に薄い、引き伸ばされたリボン型ビームの形態を有している、複数の実質的に平行な光線またはビームレットへと変えることである。２つの対称な双極子の使用は、本明細書中で説明されるように、ビームレットパス長、並びに一次およびより高次の集束性の観点において、リボンビームを横断する対称性をもたらす。さらに、質量分析器４２６の作用と同様に、Ｓ型の曲げは、イオンビーム４２４を浄化する役目を果たす。特に、質量分析器４２６の下流でイオンビーム４２４に入る、中性粒子および／または他の混入物質（例えば、環境粒子）の軌道は、一般的には、上記双極子によって影響を受けない（または、ごくわずかに影響を受ける）。その結果、これらの粒子は、元のビームパスに沿って移動し続け、これによって、相対的に量が多い中性粒子は曲げられないかまたはごくわずかに曲げられ、その結果、被加工物４３０に衝突しない（例えば、上記被加工物は、曲げられたイオンビーム４２４を受け取るように配置される）。そのような混入物質は、誤った電荷を有しているかもしれない等の理由で、そのような混入物質をイオンビーム４２４から取り除くことが重要であることが理解されるであろう。一般的に、そのような混入物質は、システム４１０における減速段階および／または他の段階によって影響を受けない（または、非常に低い程度に影響を受ける）であろう。そうであるから、これらは、ドーズおよび角度の均質性の観点において、被加工物４３０に、著しい（意図的でなく且つ一般的に望ましくないが）影響を及ぼし得る。これにより、今度は、不測且つ望ましくないデバイス性能を、結果として生じ得る。
【００５１】
図７は、図６において示された対応する時点において被加工物４３０に衝突している、走査され且つ平行なビーム４２４を説明している。図７における走査され且つ平行なイオンビーム４２４ａは、図６における時点「ａ」での印加された電極電圧に対応している。そして、次に、Ｘ方向において被加工物４３０を横断する単独の概して水平な走査のために、図６の対応する時点「ｂ」〜「ｇ」での走査電圧について、ビーム４２４ｂ〜４２４ｇが、図７において説明されている。図８は、被加工物４３０を横断する、ビーム４２４の直線的な走査を説明している。ここでは、スキャナ４３６によるＸ方向（例えば、高速走査方向）の走査の間に、機械的作動（図示しない）が、被加工物４３０を正のＹ方向（例えば、低速走査方向）に移動させ、これによって、ビーム４２４が、被加工物４３０の全露出面上に与えられる。
【００５２】
図４を再び参照して、平行化部品４３９の下流に、１つ以上の減速ステージ４５７が提供される。減速および／または加速システムの例は、Ｄｙｋｓｔｒａ他の米国特許第５，０９１，６５５号、Ｈｕａｎｇの米国特許第６，４４１，３８２号、およびＦａｒｌｅｙ他の米国特許第８，１２４，９４６号によって実証されている。これらの文献は、その全体が参照により本明細書中に組み入れられる。前に示したように、システム４１０におけるこの地点までは、ビーム４２４は、ビームが膨らむ傾向を緩和するために、一般的に、比較的高エネルギーレベルにて搬送される。ビームが膨らむ傾向は、例えば、分解アパーチャー４３４のような、ビーム密度が高いところにおいて、特に高い。イオン抽出アセンブリ４２３、走査エレメント４３６、並びに集束および誘導エレメント４３８と同様に、減速ステージ４５７は、ビーム４２４を減速させるために操作可能な、１つ以上の電極４５７ａ、４５７ｂを含んでいる。
【００５３】
２つの電極４２５ａおよび４２５ｂ、４３６ａおよび４３６ｂ、４３８ａおよび４３８ｂ、並びに４５７ａおよび４５７ｂは、それぞれ、例となるイオン抽出アセンブリ４２３、走査エレメント４３６、集束および誘導エレメント４３８、並びに減速ステージ４５７において説明され、これらのエレメント４２３、４３６、４３８および４５７は、Ｒａｔｈｍｅｌｌ他の米国特許第６，７７７，６９６号において提供されるように、イオンビーム４２４を、集束させる、曲げる、偏向させる、集める、発散させる、走査する、平行化するおよび／または浄化することに加えて、イオンを加速および／または減速させるように、配列され且つバイアスを掛けられた任意の適切な数の電極を含んでいてもよいことが理解されるであろう。Ｒａｔｈｍｅｌｌ他の米国特許第６，７７７，６９６号は、その全体が参照により本明細書中に組み入れられる。さらに、集束および誘導エレメント４３８は、イオンビームを集束するために、Ｅｉｎｚｅｌレンズ、四極子および／または他の集束エレメントに加えて、静電偏向プレート（例えば、１つ以上の静電偏向プレートのペア）を含んでもよい。必須ではないが、電圧をエレメント４３８内の偏向プレートに印加してこれらをゼロに平均化することは有利であり、この効果は、エレメント４３８の集束アスペクトの歪みを軽減するために、追加のＥｉｎｚｅｌレンズを導入すべきことを回避することができる。ビームの方向は、誘導電圧およびプレートの長さに比例し、且つビームエネルギーに反比例するので、イオンビーム４２４を「誘導すること」は、特に、プレート４３８ａ、４３８ｂの寸法およびそこに印加される誘導電圧の関数であることが理解されるであろう。
【００５４】
次に図９を見ると、本開示の１つ以上の態様に従った例となる減速／加速ステージ４５７が、電極円柱５００として、より詳細に説明される。電極円柱５００は、第一電極５０２および第二電極５０４と、中間電極プレート５１４および５１６のペアとを含んでいる。第一電極５０２および第二電極５０４は、互いに実質的に平行であり、そして第一アパーチャー５０６および第二アパーチャー５０８をそれぞれ規定する。ギャップ５１０は、アパーチャー５０６、５０８の間で規定され、そして、第一電極５０２および第二電極５０４に対して実質的に垂直である軸５１２が、ギャップ５１０並びに第一アパーチャー５０６および第二アパーチャー５０８を通過するように、電極５０２、５０４は、配置される。中間電極プレートは、上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６を含んでいる。第一上方サブギャップ領域５１８は、第一電極５０２と上方ミッドギャップ電極５１４と間に規定される。第一下方サブギャップ領域５２０は、第一電極５０２と下方ミッドギャップ電極５１６との間に規定される。同様に、第二上方サブギャップ領域５２２は、第二電極５０４と上方ミッドギャップ電極５１４との間に規定され、そして、第二下方サブギャップ領域５２４は、第二電極５０４と下方ミッドギャップ電極５１６との間に規定される。イオンビーム５２６は、ギャップ５１０を通過し、そして、例えば約１２°、軸５１２から偏向され、ギャップ５１０の下流の点５２８で集束される。
【００５５】
説明された例において、加速器５００の作用の議論を促すために、特定のバイアスが描かれている。しかしながら、本開示の目的のために、望まれる結果（例えば、加速の度合い、減速の度合いおよび／または偏向の度合い）を達成するために、任意の適切なバイアスが電極の間に印加されてもよいことが理解されるであろう。実際、変動可能なイオンビームエネルギーが望まれる結果であるという本開示の文脈において、これらの電極に印加されたバイアス電圧の変動は不可欠であることが理解されるであろう。図９におけるバイアス値は、しかしながら、イオンビーム５２６の減速を実証するために効果的である。
【００５６】
イオンビーム５２６、より詳しくはそこに含まれる陽イオンは、最初のエネルギー準位（例えば、説明された例において、６ｋｅＶ）を備えて、第一アパーチャー５０６を通ってギャップ５１０に入射する。第一電極５０２および第二電極５０４の間に電位の違いが存在し、そして、イオンが第一電極５０２および第二電極５０４の間のギャップ５１０を通過するときに、対応するエネルギーにおける増加または減少を経験するように、上記ビームにおけるイオンを加速または減速させるために、第一電極５０２および第二電極５０４は、異なるバイアスを掛けられる。例えば、図９において提示された例において、イオンビームの陽イオンは、−４ＫＶのバイアスを有している第一電極５０２から、ゼロ電位を有している（例えば、接地されている）第二電極５０４へと通過するときに、４ｋｅＶのエネルギードロップを経験する。従って、正の６ｋｅＶである元のイオンビームエネルギーは、イオンがギャップ５１０を通過し、且つ４ｋｅＶのエネルギードロップを経験するときに、２ｋｅＶに減少する。イオンビーム５２６がギャップ５１０を出て、ギャップ５１０の下流の中性領域５３０に入ると、イオンビーム５２６は、その結果、特定の結果として生じるエネルギーレベル（例えば、説明された例において、２ｋｅＶ）を有するであろう。
【００５７】
上記パスに関係なく、イオンがギャップ５１０を通過するために取り込まれ得ることは真実であることが理解されるであろう。例えば、説明される例において、第一電極５０２と下方ミッドギャップ電極５１６との間にある下のサブギャップ５２０に入るイオンは、第一電極５０２と上方ミッドギャップ電極５１４との間にある上のサブギャップ５１８に入るイオンが加速される速度よりも速い速度で加速され得る。これは、第一電極５０２と下方ミッドギャップ電極５１６との間に、第一電極５０２と上方ミッドギャップ電極５１４との間よりも大きい電位差が存在するからである（例えば、下のサブギャップ５２０では−２．５ＫＶ（−４ＫＶから−６．５ＫＶを減じる）であり、上のサブギャップ５１８では０．５ＫＶ（−４ＫＶから−４．５ＫＶを減じる）である）。
【００５８】
この加速における差は、しかしながら、上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６と、第二電極５０４との間の対応する電位差によって相殺される。例えば、説明される例では、第二電極５０４は、ゼロにバイアスが掛けられている（例えば、接地されている）。それゆえ、第一下方サブギャップ５２０から来るイオンは、第一上方サブギャップ５１８から来るイオンよりも大きな度合いに減速される。これにより、イオンがギャップを出るときに全てのイオンが実質的に同じエネルギー（例えば、２ｋｅＶ）を保持するように、イオンがギャップに入るときにイオンの加速の差が相殺される。第一下方サブギャップ５２０から来るイオンは、第二下方サブギャップ５２４を横断しながら−６．５ＫＶ（例えば、下方ミッドギャップ電極５１６の−６．５ＫＶのバイアスから第二電極５０４の０Ｖのバイアスを減じる）を動かなければならないため、より大きな度合に減速されるだろう。対して、第一上方サブギャップ５１８から来るイオンは、第二上方サブギャップ５２２を横切りながら−４．５ＫＶ（例えば、上方ミッドギャップ電極６１４の−４．５ＫＶのバイアスから第二電極５０４の０Ｖのバイアスを減じる）を動かなければならないだけであるため、より小さな度合に減速されるだろう。従って、進んだパスの違いおよび通り抜けたエネルギーレベルに関わらず、イオンは、実質的に同じエネルギーレベル（例えば、２ｋｅＶ）においてギャップの効果が現れる。
【００５９】
上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６は、イオンビームを加速または減速させるために、およびビームをフィルタリングする目的のためにビームの偏向を提供するために、ビームをギャップ５１０へ引き入れるという二重の目的を提供することが理解されるであろう。例えば、ミッドギャッププレート５１４および５１６は、概して、互いに異なるバイアスを掛けられる。これにより、電極のバイアスの大きさに依存し且つイオンビームのエネルギーに関連して、上向きおよび下向きのどちらかに、または変動する大きさで、ビームを曲げるまたは偏向させるように、これらのミッドギャッププレートの間に静電界が発生する。記載された例において、例えば、上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６は、それぞれ、−４．５ＫＶおよび−６．５ＫＶにバイアスを掛けられる。ビームが正に荷電したイオンを含んでいると仮定すると、この電位差は、ギャップ５１０を通過する正に荷電したイオンを、より負に荷電した下方ミッドギャップ電極５１６に向かって下向きに押し出し、最終的には、ビーム５２６を下向き（例えば、約１２°）に曲げるまたは偏向させる。エネルギービームの変化を考慮してこの例となる１２°の偏向を維持するためには、ミッドギャップ電極５１４および５１６に印加されるバイアスも、対応する方法において変化させなければならないことが理解されるであろう。
【００６０】
例えば、任意のバイアス値が本開示によって検討されるが、イオンビームの加速は、電極５０２および５０６を＋４０ＫＶにバイアスを掛ける一方で、電極５３４および５３６を−４ＫＶにバイアスを掛けることによって誘導され得る。このバイアスの組み合わせは、中性領域５３０へと広がる負の電位障壁を作り出す。これらのバイアスによって装置の操作に印加される電圧は、ビーム５２６が減速ではなく加速されることを除くと、図５を参照して説明されるものと実質的に類似することが理解されるであろう。これらの例となる値は、ビームのエネルギーレベルを例えば８０ｋｅＶから１２０ｋｅＶに増加させ、ビームを１．５倍に加速させる。ここで、ビーム５２６における陽イオンは、第二上方サブギャップ領域５２２および第二下方サブギャップ領域５２４を移動するときに加速されるであろう。
【００６１】
上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６の配置、構成および／または形状は、ビームのレンズ効果に対する制御が容易になるように調整され得ることが理解されるであろう。例示として、図９において表した説明図において、下方ミッドギャップ電極５１６は、上方ミッドギャップ電極５１４と比べて幅がわずかに小さくなっており、そしてまた、わずかに面取りされた角５３２を有している。これらの調整は、下方ミッドギャップ電極５１６の近くにあるイオンが、印加されたバイアスの差に起因するより強力な加速および／または減速を受けるときに、当該イオンが経験するレンズ効果の増加に本質的に逆らう。しかしながら、本開示の目的のために、これらの電極５１４および５１６が任意の適切な構成（同一の形状が挙げられる）を有し得ることが理解されるであろう。さらに、ビームの屈曲の主な原因である上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６は、ビーム５１０の加速／減速の主な原因である第一電極５０２および第二電極５０４を実質的に独立して操作するので、加速、減速および／またはドリフト（例えば、０加速／減速）モードにおいてビームが曲げられ得ることが理解されるであろう。
【００６２】
全ての電位差の全体的な正味の効果は、ビーム５２６におけるイオンの集束、減速（または加速）および偏向である。ビームにおける中性粒子（電極の作用によって妨げられない）が軸５１２と平行な元のビームパスに沿って移動し続けるときに、イオンビームの偏向はエネルギーの浄化を提供する。混入物質は、その後、例えば、それらの前進を止め且つ任意の被加工物を混入物質から遮る数種類の障壁または吸収構造（図示しない）に衝突する。対して、偏向したイオンビーム５２６の軌道は、ビームを、被加工物（図示しない）の選択領域に適切に衝突させてドープさせる。
【００６３】
電極の配置（例えば、上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６は、第一電極５０２および第二電極５０４の中間にある）はまた、この構成が、ビーム５２６がウエハに衝突する前に移動しなければならない距離をできる限り短くするにつれて、ビームの膨らみを緩和させることに役立つことが理解されるであろう。ビーム５２６を曲げるステージとビーム５２６を集束させるステージとを連続的に配置するよりもむしろ、ビーム５２６を集束させながら（例えば、第一電極５０２および第二電極５０４によって）、同時にビーム５２６を曲げることによって（例えば、上方ミッドギャップ電極５１４および下方ミッドギャップ電極５１６によって）、エンドステーションは、イオン注入システムの減速器ステージの近くに位置付けられ得る。
【００６４】
説明される例において、図４の減速ステージ４５７の動きのより良い理解を容易にするために、特定のバイアスが描かれている。しかしながら、本開示の目的のために、所望の結果（加速、減速および／または偏向の度合いなど）を達成するために、任意の適切なバイアスが電極の間に印加され得ることが理解されるであろう。さらに、本開示の選択的に変動可能なエネルギー制御を達成するために、選択的に変えることができ且つ制御される方法において、特定のバイアスが印加される。しかしながら、図９において説明されているバイアス値は、イオンビーム５２６の減速を説明するのに効果的である。
【００６５】
バイアス電圧の選択的な変動は、さらに、作業者および図４の被加工物４３０の特徴付けの内の１つによって提供される１つ以上の予め決められた特徴に基づき得ることに留意すべきである。例えば、「連鎖注入（chain implant）」が行われ得る。ここでは、可変のドーズ（例えば、複数の「鎖（chain）」）を有する不連続の数の注入が、被加工物４３０に提供される。各「鎖」は、例えば、注入前に被加工物４３０の測量マップを通して、予め決定され得る。それゆえ、全体的な効果は、不均一な、被加工物４３０を横断する可変のドーピング深さのプロファイルであり、それゆえエネルギーパターニング注入を規定する。例えば、異なるエネルギーの連鎖が反復的に行われ得る。ここでは、各鎖において提供される被加工物を横断するドーズおよびドーピング深さのプロファイルは均一である。あるいは、注入と同時におよび／または注入の鎖と鎖との間で、バイアス電圧を選択的に変えるために、トポグラフィーフィードバックが利用され得る。
【００６６】
図４に再び戻って、異なるタイプのエンドステーション４１６が注入器４１０において採用され得ることが理解されるであろう。例えば、「バッチ」タイプのエンドステーションは、複数の被加工物４３０を回転支持構造上に同時に支持することができ、ここでは、被加工物４３０は全ての被加工物が完全に注入されるまでイオンビームのパスを循環する。「連続」タイプのエンドステーションは、一方、１つの被加工物４３０を注入のためのビームパスに沿って支持し、ここでは、複数の被加工物４３０は、１つずつ連続的に注入され、各被加工物４３０は次の被加工物４３０の注入が開始される前に完全に注入される。ハイブリッドシステムにおいて、ビーム４２４が被加工物４３０全体に与えられるように、被加工物４３０は、第一（Ｙまたは低速走査）方向に機械的に移送されてもよく、一方で、ビームが第二（Ｘまたは高速走査）方向に走査されてもよい。対して、当該技術分野において公知であり、Optima HDTM Ion Implantation System（Axcelis Technologies, Inc. (Beverly, MA) によって製造販売されている）によって例証される、いわゆる二次元の機械式走査アーキテクチャでは、ビーム４２４が被加工物４３０全体に与えられるように、被加工物４３０は、第一（低速）走査方向において、固定位置イオンビームの前方に機械的に移送されてもよく、一方で、当該被加工物は、実質的に直交する第二（高速）走査方向において同時に走査されてもよい。
【００６７】
説明される例におけるエンドステーション４１６は、注入のためのビームパスに沿って１つの被加工物４３０を支持する「連続」タイプのエンドステーションである。線量測定システム４５２は、注入操作前の較正測定のために、被加工物の位置の近くのエンドステーション４１６に含まれている。較正の間、ビーム４２４は、線量測定システム４５２を通過する。線量測定システム４５２は、プロファイラーパス４５８を連続的に横切ることによって走査ビームのプロファイルを測定し得る、１つ以上のプロファイラー４５６を含む。プロファイラー４５６は、ファラデーカップ等の電流密度センサー（例えば、注入の角度の関数（例えば、ビームと被加工物の機械的平面との間の相対的方向および／またはビームと被加工物の結晶格子構造との間の相対的方向）である走査ビームの電流密度を測定する）を含み得る。電流密度センサーは、概して、走査ビームに対して直交するように移動し、それゆえ、典型的にはリボンビームの幅を横切る。線量測定システムは、一例において、ビームの密度分布および角度分布の両方を測定する。ビーム角度の測定には、文献に記載されているような、スロットを備えたマスクの背後の電流を感知する移動式プロファイラーが用いられ得る。短いドリフト後のスロット位置からの各ビームレットの変位は、ビームレットの角度を算出するために用いられ得る。この変位が当該システムにおけるビーム診断法の較正基準として参照され得ることが理解されるであろう。
【００６８】
線量測定システム４５２は、制御システム４５４から指令信号を受信し、制御システム４５４に測定値を提供するように、制御システム４５４と操作可能に連結されている。例えば、制御システム４５４（コンピュータ、マイクロプロセッサ等を含み得る）は、線量測定システム４５２からの測定値を取得し、被加工物を横切る走査リボンビームの平均角度分布を算出する操作が可能であり得る。同様に、制御システム４５４は、イオンのビームが生成されるターミナル４１２、並びに、ビームラインアセンブリ４１４の質量分析器４２６、走査エレメント４３６（例えば、電源４４９を介して）、集束および誘導エレメント４３８（例えば、電源４５０を介して）、パラレライザ４３９および減速／加速ステージ４５７と操作可能に連結されている。従って、これらのエレメントの何れも、線量測定システム４５２または他の任意のイオンビーム測定デバイスもしくはモニタリングデバイスによって提供される値に基づいて、所望のイオン注入を容易にするように、制御システム４５４によって調整され得る。また、制御信号は、記憶モジュールに保存されているルックアップテーブル（典型的には実験を通じて収集された経験的データに基づく）を介して生成され得る。
【００６９】
一例として、まず、イオンビームが、予め決められたビームチューニングパラメータ（例えば、制御システム４５４へと保存／ロードされる）に従って確立され得る。次いで、線量測定システム４５２からのフィードバックに基づき、パラレライザ４３９は、ビームのエネルギー水準を変えるように調整され得、例えば、イオン抽出アセンブリ４２３および減速ステージ４５７における電極に印加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よう適合され得る。それに応じて、スキャナにおいて生成された磁界または電界の強度および方向が調整され得る（例えば走査電極に印加されるバイアス電圧を調節することによって、等）。さらに、注入の角度は、例えば、誘導エレメント４３８または減速／加速ステージ４５７に印加される上記電圧を調整することによって、制御され得る。
【００７０】
本開示の一態様に従って、制御システム４５４は、被加工物４３０上に予め定められた走査パターンを確立するように提供され且つ構成される。ここでは、上記被加工物は、走査システム４３５の制御によって、スポットイオンビームに曝される。制御システム４５４は、イオンビームに関連した他の性質（特に、そのエネルギー）に加えて、例えば、イオンビームの種々の性質（例えば、ビーム密度およびイオンビームの流れ）を制御するように構成される。さらに、コントローラ４５４は、被加工物４３０の走査の速さを制御するように構成される。最も重要なことに、イオン注入システムにおいて選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを提供するための本開示の文脈において、制御システム４５４は、イオン注入システムにおける種々のサブシステムに印加されたバイアス電圧を改変し且つ調整するように構成される。本明細書中に上述した例となるイオン注入システム４１０に対して、上記制御システムは、スキャナ４３５に印加された走査電圧を改変し且つ変化させるように構成され、そして、さらに、イオンビームのエネルギーおよび偏向をそれに応じて調整するために、走査電圧と同期して、減速／加速ステージ４５７に印加されたバイアス電圧を改変し且つ変化させるように構成される。走査電圧およびバイアス電圧のそのような改変は、例えば、連続的である（例えば、個別ではない）。それゆえ、公知のシステムおよび方法論に対する種々の利益を提供する。
【００７１】
本開示の特定の目的は、被加工物の選択的に制御された可変のエネルギーイオン注入を提供することであり、この分野で公知の他のイオン注入システムアーキテクチャにおいて実行され得る。例えば、いわゆるリボンビームアーキテクチャを使用して、本明細書において上述したものと同様の選択的に制御された可変のエネルギーイオン注入結果を取得することができる。ここでは、ウエハの直径に及ぶ幅を有している幅広いイオンビームが、当該イオンビームを通して一次元的走査においてウエハを動かすエンドステーションに届けられる。この性質の１つの周知のイオン注入システムは、商品名VIISta HCとして、Varian Semivonductor Equipment Associatesによって製造および販売されている。同様に、いわゆる二次元の機械的な走査アーキテクチャを使用して、本明細書中で上述した結果と同様の選択的に制御された可変のエネルギーイオン注入結果を取得することができる。ここでは、固定されたスポットイオンビームは、イオンビームを使用した二次元においてウエハを動かすエンドステーションに届けられる。この性質の１つの周知のイオン注入システムは、商品名Optima HDとして、Axcelis Technologies., Inc.によって製造および販売されている。
【００７２】
リボンビームまたは二次元の機械的な走査アーキテクチャにおいて、本開示の所望の結果を達成するために、上記システムは、米国特許第４，９２９，８４０号（全てのコンテンツが、参照によって本明細書中に組み込まれる）に記載された解決法と同様の様式において、ウエハ回転制御を組み込むように改変され得る。ここでは、半導体ウエハに注入されたイオンドーズを制御するための方法および装置が記載されている。上記特許において、ウエハまたは被加工物は、例えば、ステッパーモーターを用いて、個別のステップにおいて回転されるプラテン上に配置される。最初のパスに沿って走査しながら、ウエハによって蓄積されたドーズが測定される。測定されたドーズが、注入される全てのドーズを、注入が実行される予め定められた数のステップによって割ったものに等しいとき、モーターは、１つのインクリメントを進ませる。このプロセスは、その後、全ての所望のドーズが達成されるまで繰り返される。
【００７３】
同様の様式において、ウエハがビームパスを上部から下部に通過するときにエネルギーが変化するように、ウエハが固定されたイオンビームを通過するときに、ウエハは、可変エネルギーを有しているイオンビームを通って、一次元的または二次元的走査パスに運ばれ得る。例えば、上記ビームは、ウエハ走査の開始時に、低エネルギーで提供され得て、そして、次第に（例えば、継続的に）、固定されたビームに向かってウエハの中心を動かすにつれて増加し、イオンの最初のドーズは、ウエハによって蓄積される。増分の測定されたドーズが、注入される全てのドーズを、注入が実行される予め定められた数のステップによって割ったものに等しいとき、モーターは、１つのインクリメントを進ませる。このプロセスは、その後、全ての所望のドーズが達成されるまで繰り返される。それぞれの段階的なインクリメントのための同一の可変エネルギープロファイルを維持することによって、変動可能なエネルギーイオン注入が、ウエハにおいて達成され得る。
【００７４】
従って、リボンビームまたは二次元的スポットビームにおける個別のステップにおいて、例えば、図４のステッパーモーター４７０を介して、ウエハ支持体上のウエハの面に垂直であり且つ交差している軸と一致する軸について、ウエハ支持体を回転させることは、ウエハのイオン注入のエネルギープロファイルを選択的に変化させるために使用され得る。そのようなアプローチは、例えば、ドーズ情報信号を取得し、そして、当該ドーズ情報信号に応じて支持手段の段階的な回転を提供するように構成された制御システムを含んでいる。上記の要求を満足するために、そして、上記のタイプのイオン注入システムアーキテクチャにおいてウエハの回転を制御するためのシステムを提供するために、イオン注入器は、例えば、注入中または注入と注入との間にウエハを回転させる能力を提供する。
【００７５】
上記目的を満たすために、本開示は、ウエハ軸に関してウエハ受取りプラテンを回転させるためのステッパーモーター４７０と、０〜９０程度の次数であり得る個別のステップの数において（または、連続的に）ウエハを回転させることによって、上記ステッパーモーターを制御するためのシステムとを含み得る。それゆえ、ウエハの低速走査方向の関数として、複数回回転させることおよびエネルギーを変化させることによって、上記エネルギーは、上端から中心へそして背面から下端へと変動され得る。一例において、ドーズは、１／ｎインクリメントで累積することが理解されるであろう（ｎは、個別の回転数である）。それぞれのステップは、例えば、角回転の関数として均一なドーズ分配を提供するために、ファラデーカップによって測定されるビーム電流に関して制御される。回転駆動システムは、好ましくは、ウエハ面に垂直な且つその中心を通る軸に関してプラテンアセンブリを回転させるように操作可能であるステッパーモーターを含んでいる。操作において、所望の全てのドーズおよびプラテンアセンブリの所望の回転数は、ステッパーモーターコントローラに入力される。ここでは、上記所望のドーズは、モーターステップ毎に注入されるドーズを決定するために、注入のステップの全数によって分割される。
【００７６】
注入が進むと、蓄積されたイオンドーズは、ファラデーカップによって収集される。当該ファラデーカップは、上記蓄積されたドーズを示すビーム電流信号をコントローラに提供する。増分の蓄積されたドーズが算出されたステップ毎のドーズに等しいとき、信号は、ウエハを１ステップ回転させるために、ステッパーモーターに送信される。蓄積されたドーズが所望の全てのドーズに等しくなるまで（このとき、注入が完成され、そして、ビームは、ゲートコントローラへの信号を用いてゲート「オフ」される）、注入はこの様式で続行される。
【００７７】
本開示は、イオン注入中にイオン注入プロセスのさらに大きな変動性を提供するために、この分野で公知の特徴と組み合わせられ得ることが理解されるであろう。例えば、前に示したように、注入の変動可能なドーズ制御を提供する特徴を対象とした従来技術における開示がある。注入プロセスの選択的に変動可能なエネルギー制御を提供するための本開示の特徴は、選択的に変動可能なエネルギーおよびウエハの面を横断するドーズイオン注入を達成するために、イオン注入プロセスの選択的に変動可能なドーズ制御を提供するための特徴と組み合わせられ得る。
【００７８】
本開示に従って、本明細書中に記載したシステムは、図１０におけるフローチャート形式において説明したように、変化している深さでイオンを注入するための方法を可能にする。尚、例となる方法が、一連の行為または事象として本明細書中に説明され且つ記載されるが、本開示は、そのような行為または事象の説明された順序によって限定されないことが理解されるであろうことに留意すべきである。その結果、本開示に従って、いくつかのステップは、異なる順序で生じてもよくおよび／または本明細書中で示され且つ記載された順序別として、他のステップと同時に起こってもよい。さらに、全ての説明されたステップが、本開示に従った方法論を実行するために要求されなくてもよい。さらに、上記方法は、説明されていない他のシステムと関連するだけでなく、本明細書中に説明且つ記載されたシステムと関連して実行されてもよいことが理解されるであろう。
【００７９】
図１０の方法６００は、支持体上に被加工物を提供すると、行為６０２を開始する。行為６０４において、イオンビーム（例えば、スポットイオンビームのような）が提供され、そして、行為６０６において、イオンビームが質量分析される。行為６０８において、被加工物およびイオンビームの内の１つ以上が、他方に対して走査される。例えば、上記被加工物は、行為６０８において、２つの直交する方向において機械的に走査される。他の代替手段において、上記イオンビームは、第１方向において、静電的にまたは磁気的に走査され、そして、第２方向において機械的に走査される。さらに他の代替手段において、上記イオンビームは、２つの平行ではない方向において静電的に走査される。
【００８０】
行為６１０において、イオンビームのエネルギーは、連続的に、行為６０８の走査と同時に選択的に変化させられる。その結果、被加工物へのイオンの注入の結果得られた深さは、被加工物の面に沿って変化させられる。
【００８１】
従って、本開示は、イオンビームが被加工物を横断して進むかまたは逆もまた同様であるときにイオンビームのエネルギーを変化させるためのイオン注入システムおよび方法を対象としている。本開示は、加速／減速電極に印加されたバイアス電圧を変化させることによって可能となり、その結果、被加工物において予め定められた可変のエネルギーパターンを達成するために、被加工物に届けられたイオンのエネルギーを選択的に変化させ得る。好ましい実施形態において、本開示は、被加工物を横断してマップされ且つマトリクスにマップされた連続的な関数に応じて、連続的に変動可能なエネルギーパターンを提供するであろう。当該マトリクスは、被加工物を横断する場所の関数としてのビームのエネルギーをプログラミングするために使用され得る。例えば、本開示は、メモリにおける空間的マップを作成することによって実行され得る。ここでは、メモリの場所のそれぞれのセルは、被加工物上のｘ位置およびｙ位置に対する固有のエネルギーに相当する。本開示は、連続的に変動可能なエネルギーの形態において、可変のエネルギー注入を提供するためのシステムに組み込まれ得て、ステップ関数は、エネルギーまたは他のものにおいて変化することが理解されるであろう。被加工物の面を横断するエネルギープロファイルにおける変動は、対称であり得る。そして、被加工物の面を横断するエネルギープロファイルにおける変動はまた、象限または他のものであり得る（例えば、特定の場所Ｑ１におけるＸ１エネルギー、Ｑ２におけるＸ２エネルギー等）。
【００８２】
説明目的のために本明細書中に記載した例となるイオン注入システムアーキテクチャは、走査スポットビームを組み込んでいる図４のシステム４１０において、被加工物の面を横断するイオンビームエネルギーにおける選択的変化を可能にするために、特に十分に適している。ここでは、ビームは、被加工物の面を横断して電子的にまたは磁気的に走査される。スポットビームのこの走査は、ビームが走査されるときに、イオンビームエネルギーの選択的変化の調節を可能にする。従って、ビームが、ウエハ上の選択された位置にぶつかるように走査されたときに、ビームは、ビームラインの全ての光学素子を通過する。ここでは、ビームは、ウエハを打つ前に、そのエネルギーを選択したエネルギーに変化させるように修正され得る。有利に、走査されたビームのエネルギーがｘおよびｙの関数として変化し得るように、ビームエネルギーにおける変化は、スキャナおよび／またはエンドステーションのｘおよびｙの走査関数と同期して達成され得る。さらに、イオンビームのエネルギーの変動とは無関係に、ビームがウエハへの同一のパス上を伝わることを強いられ得るように、減速／加速させ且つ偏向させるエネルギーフィルタ面に印加されたバイアス電圧は、走査ビームのｘおよびｙの位置の関数として選択的に変化され得る。
【００８３】
コンポーネントおよびサブシステムに選択的なバイアスを掛けることの全ては、制御システム４５４を介して達成され得て、そして、走査システムから出力されるビームの場所に基づき、エネルギーフィルタのみならず加速／減速ステージに入力されるフィードバックループを介して実行され得ることが理解されるであろう。しかしながら、前もってプログラムされたイオンビームエネルギープロファイルもまた、本開示の選択的に変動可能なエネルギーイオン注入を実行するために有利に実行され得るので、フィードバックループは、本開示の選択的に変動可能なエネルギーイオン注入の特徴を可能にするための要件ではないことが理解されるであろう。そのようなものとして、イオンビームエネルギーは、ダイまたはいくつかの他の特徴もしくは領域毎に、ウエハ上のビームのｘ，ｙ座標位置のためのフィードバックループを介して、またはいくつかの予め定められた所望のパターンを介して、選択的に変動させられ得る。
【００８４】
本開示の選択的に変動可能なエネルギーイオン注入はまた、被加工物のマップを通して実行され得る。ここでは、電極円柱における電極および／またはエネルギーフィルタの内の１つ以上にそれぞれ供給された１つ以上の電圧の選択的変化は、被加工物支持体上に配置された被加工物のマップに基づく。他の代替手段において、本開示のイオン注入システムは、被加工物支持体上に位置付けられた被加工物の１つ以上の特性を検出するように構成された、１つの検出装置または複数の検出装置を備えて提供され得る。ここでは、減速／加速ステージの電極円柱および／またはエネルギーフィルタの内の１つ以上にそれぞれ供給された１つ以上の電圧の選択的変化は、さらに、検出装置からのフィードバックに基づく。この代替手段の実施形態に従って、検出装置または複数の検出装置は、好ましくは、被加工物の厚さ、被加工物上に配置された層の厚さ、被加工物上のダイパターン、被加工物の端部、被加工物の中心、または被加工物上の事前に規定した領域の内の１つ以上を検出するように構成され得る。ここでは、検出された情報は、イオンビームのエネルギーを選択的に変化させるためのインプットとして提供される。
【００８５】
本発明は、１つ以上の実施例に関して説明および記載されたが、添付された請求項の精神および範囲から逸脱することなく、説明された例に、変更および／または修正が行われてもよいことが理解されるであろう。特に、上述したコンポーネントまたは構造（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）によって実行された種々の機能に関して、そのようなコンポーネントを説明するために使用された用語（「手段」へのあらゆる言及を包含している）は、特に断りがない限り、任意のコンポーネントまたは構造と対応することを意味している。任意のコンポーネントまたは構造は、本明細書中に説明された本発明の例示的な実施例における機能を実施する、開示されている構造と構造的に等価ではなくとも、説明されているコンポーネントの特定の機能を実施する（例えば、機能的に等価である）。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施例の内の１つのみについて開示されていてもよいが、そのような特徴は、所定または特定の任意の用途に所望され且つ利点を有し得るように、他の実施例の１つ以上の他の特徴と組み合わせられ得る。さらに、用語「含んでいる（including）」、「含む（includes）」、「有している（having）」、「有する（has）」、「備えている（with）」、またはその変形は、詳細な説明および請求項において使用される範囲で、そのような用語は、用語「含んでいる（comprising）」と類似した様式に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、その上に酸化層を有している被加工物の部分的な断面図であり、被加工物上での従来の化学機械的な平坦化または研磨（ＣＭＰ）工程の効果を示している。
【図２】図２は、本開示の一態様に従って連続的に変化可能な深さのイオン注入を提供するために、走査と同時にイオンエネルギーにおける変動を有しているイオン注入を受けている、例となる被加工物の断面図を説明している。
【図３】図３は、本開示に従った変化可能な深さ／エネルギーのイオン注入および前の記載に従ったＣＭＰ工程を経ている、例となる被加工物の断面図であり、本開示の１つの有利な用途を説明している。
【図４】図４は、本開示のいくつかの態様に従った例となるイオン注入システムのブロック図である。
【図５】図５は、本開示のいくつかの態様に従った例となるイオン注入システムに組み込まれ得る、例となるスキャナの概略図である。
【図６】図６は、図５のスキャナに典型的に適用されたタイプの、三角形状または「鋸歯状」の電圧波形の描画である。
【図７】図７は、いくつかの個別の点で調子を合わせて被加工物にぶつかっている、シングルスキャンイオンビームおよびそのいくつかの個別の点を説明している斜視図である。
【図８】図８は、端面図であり、イオン注入のための、被加工物の面を横断してイオンビームを走査するための典型的な走査パターンを説明している。
【図９】図９は、本開示の他の態様に従って、例となるイオン注入器の減速ステージ／角のあるエネルギーフィルタデバイスにおいて使用された型の電極円柱によって付与された、減速効果および曲げ効果を描写している図である。
【図１０】図１０は、さらに他の態様に従って、走査イオンビーム注入器におけるスポットイオンビームのエネルギーを変化させるための方法論を説明している。
【図１】
0006634021.tif 000002
【図２】
0006634021.tif 000003
【図３】
0006634021.tif 000004
【図４】
0006634021.tif 000005
【図５】
0006634021.tif 000006
【図６】
0006634021.tif 000007
【図７】
0006634021.tif 000008
【図８】
0006634021.tif 000009
【図９】
0006634021.tif 000010
【図１０】
0006634021.tif 000011