(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを走査するための装置であって、
荷電粒子ビームが通過するためのギャップによって離隔された走査エレメントと、
走査原点を有するビームエンベロープに荷電粒子ビームを走査するための走査信号を生成するための、前記走査エレメントに接続された走査信号生成器と、
荷電粒子ビームの少なくともひとつのパラメータに基づいて前記走査エレメントを配置するための位置制御器と、
から成り、
前記走査エレメントは荷電粒子ビームの静電偏向用の静電走査プレートから成り、前記走査信号生成器は走査電圧生成器から成り、前記位置制御器は走査プレート間隔が増加するに従い荷電粒子ビームに関して上流側に前記走査プレートを移動するための手段から成る、ところの装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームの選択されたパラメータ値に対して走査原点の所望の位置を達成するよう前記走査エレメントを配置するための手段から成る、ところの装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームの異なるパラメータ値に対して走査原点の固定位置を達成するよう前記走査エレメントを配置するための手段から成る、ところの装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームのエネルギーが変化するに従い走査原点の所望の位置を達成するよう前記走査エレメントを配置するための手段から成る、ところの装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームの軸線に関して或る角度をなした直線経路に沿って上流側に前記走査プレートを移動するための手段から成る、ところの装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は前記走査プレート間隔が増加するに従い前記走査プレートを回転するための手段から成る、ところの装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームの軸線に関して反対の角度で配置された直線経路に沿って前記走査プレートを平行移動するための手段から成る、ところの装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームのパラメータに基づいて前記走査エレメントを自動的に配置するための手段から成る、ところの装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて２つ若しくはそれ以上の不連続な位置へ前記走査プレートを移動するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、前記位置制御器は荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて連続範囲の位置に沿って前記走査プレートを移動するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを走査するための装置であって、
荷電粒子ビームが通過するための第１のギャップによって離隔された第１走査エレメントと、
荷電粒子ビームが通過するための第２のギャップによって離隔された第２走査エレメントと、
走査原点を有するビームエンベロープに荷電粒子ビームを走査するための走査信号を生成するための、前記走査エレメントに接続された走査信号生成器と、
荷電粒子ビームの少なくともひとつのパラメータに基づいて前記走査信号生成器から前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントへ供給される走査信号を制御するための走査信号制御器と、
荷電粒子ビームの前記少なくともひとつのパラメータに基づいて前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントの一方若しくは両方を配置するための位置制御器と、
から成り、
前記位置制御器は、前記第１走査エレメントの位置を調節する第１走査エレメントポジショナーと、前記第２走査エレメントの位置を調節する第２走査エレメントポジショナーと、から成るところの装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントはそれぞれ荷電粒子ビームの静電偏向用の静電走査プレートから成り、前記走査信号生成器は走査電圧生成器から成る、ところの装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置であって、前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントはそれぞれ磁極片及び前記磁極片を付勢するための磁気コイルから成り、前記走査信号生成器は前記磁気コイルを付勢するための走査電流生成器から成る、ところの装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置であって、前記走査信号制御器は荷電粒子ビームの選択されたパラメータ値に対して走査原点の所望の位置を達成するよう前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントに供給される走査信号を制御するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の装置であって、前記走査信号制御器は荷電粒子ビームの異なるパラメータ値に対して走査原点の固定位置を達成するよう前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントに供給される走査信号を制御するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の装置であって、前記走査信号制御器は荷電粒子ビームのエネルギーが変化するに従い走査原点の所望の位置を達成するよう前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントに供給される信号を制御するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１７】
請求項１１に記載の装置であって、前記走査信号制御器は前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントの実効長を変化させるよう前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントに供給される走査信号を制御するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１８】
請求項１１に記載の装置であって、前記走査信号制御器は前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントに供給される走査信号の比率を調節するための手段から成る、ところの装置。
【請求項１９】
請求項１１に記載の装置であって、前記走査信号制御器は高エネルギー荷電粒子ビームを走査するために第１及び第２走査エレメントへ走査信号を印加するための手段と、第１走査プレートに走査信号を印加しかつ低エネルギー荷電粒子ビームを走査するために第２走査プレートを接地するための手段とから成り、電場が荷電粒子ビームに印加されるところの実効長が低エネルギービームを走査するために短縮される、ところの装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、荷電粒子ビームは正イオンビームから成り、走査信号生成器は低エネルギービームを走査するために第１及び第２走査エレメントに対して負電圧若しくは接地電圧のみを印加する、ところの装置。
【請求項２１】
荷電粒子ビームを走査するための方法であって、
荷電粒子ビームを離隔された走査エレメント間に方向付ける工程と、
走査原点を有するビームエンベロープに荷電粒子ビームを走査するために前記走査エレメントに走査信号を与える工程と、
荷電粒子ビームの少なくとも一つのパラメータに基づいて前記走査エレメントの位置を制御する工程と、
から成り、
前記荷電粒子ビームを方向付ける工程が荷電粒子ビームを離隔された静電走査プレート間に方向付けることからなり、前記走査エレメントに走査信号を与える工程が走査電圧を前記走査プレートに接続することから成り、
前記走査エレメントの位置を制御する工程が荷電粒子ビームに関して上流側に前記走査プレートを移動しかつ走査プレート間隔を増加させることから成る、ところの方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記走査エレメントの位置を制御する工程が荷電粒子ビームの異なるパラメータ値に対して走査原点の固定位置を達成するよう前記走査エレメントを配置することから成る、ところの方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、前記走査エレメントの位置を制御する工程が荷電粒子ビームの異なるエネルギーに対して走査原点の固定位置を達成するよう前記走査エレメントを配置することから成る、ところの方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法であって、前記走査エレメントの位置を制御する工程が前記走査プレート間のギャップを変化させかつ前記走査プレートを回転させることから成る、ところの方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法であって、前記走査エレメントの位置を制御する工程が荷電粒子ビームの選択されたパラメータ値に対して走査原点の所望の位置を達成するよう前記走査エレメントを配置することから成る、ところの方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の方法であって、前記走査エレメントの位置を制御する工程が荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて２つ若しくはそれ以上の不連続な位置へ前記走査プレートを移動することから成る、ところの方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の方法であって、前記走査エレメントの位置を制御する工程が荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて連続範囲の位置に沿って前記走査プレートを移動することから成る、ところの方法。
【請求項２８】
荷電粒子ビームを走査するための方法であって、
離隔された第１走査エレメント及び離隔された第２走査エレメントの間に荷電粒子ビームを方向付ける工程と、
走査原点を有するビームエンベロープに荷電粒子ビームを走査するために前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントへ走査信号を印加する工程と、
荷電粒子ビームの少なくともひとつのパラメータに基づいて前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントに印加される走査信号を制御する工程と、
荷電粒子ビームの前記少なくともひとつのパラメータに基づいて前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントの一方若しくは両方の位置を制御する工程と、
から成る方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、走査信号を制御する工程が荷電粒子ビームの選択されたパラメータ値に対して走査原点の所望の位置を達成するよう前記第１走査エレメント及び前記第２走査エレメントへ印加される走査信号を制御することから成る、ところの方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、イオンビームのような荷電粒子ビームを走査するための方法及び装置に関し、特に、荷電粒子ビームエネルギーの広範囲にわたって動作するスキャナーに関する。特に発明はイオン注入装置において有用であるが、その使用に限定されない。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は、半導体ウエハ内に導電率を変化させる不純物を導入するための標準的な技術となった。所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され、該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するべく加速され、該イオンビームはウエハの表面に向けられる。イオンビーム内の高エネルギーイオンは半導体材料のバルク内に入り込み、所望の導電率の領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
通常、イオン注入装置は気体若しくは固体材料を良く画成されたイオンビームに変換するためのイオンソースを含む。イオンビームは不所望のイオン種を除外するために質量解析され、所望のエネルギーに加速され、ターゲット面に向けられる。ビームはビーム走査、ターゲット移動若しくはビーム走査及びターゲット移動の組み合わせによってターゲット領域にわたって分配される。
【０００４】
イオン注入装置は注入されているウエハの面に対してイオンビームを偏向するための静電若しくは磁気スキャナーを含む。スキャナーはシステムの設計によって、一次元若しくは二次元でイオンビームを偏向する。静電及び磁気スキャナーの両方は当業者に周知である。
【０００５】
静電スキャナーはひとつ若しくはそれ以上のセットの走査プレートを含む。各セットの走査プレートはギャップを画成するよう離隔され、イオンビームは該ギャップを通じて方向付けられる。のこぎり波形を有する走査電圧が走査プレートに印加される。走査電圧は走査電圧波形にしたがってイオンビームを偏向する電場を走査プレート間に生成する。静電スキャナーはBerrianらによる1990年5月1日発行の米国特許第4,922,106号及びCorey,Jrらによる1988年6月14日発行の米国特許第4,751,393号に開示されている。
【０００６】
典型的に、磁気スキャナーは電磁石を構成する磁極片及びコイルを含む。磁極片はギャップを形成するべく離隔され、イオンビームは該ギャップを通じて方向付けられる。コイルに印加された走査電流はイオンビームを偏向する磁場をギャップ内に生成する。所望の走査波形にしたがってコイルに供給される電流を変化させることによって、ビームは磁気的に走査される。磁気スキャナーはHanleyらによる1983年1月4日発行の米国特許第4,367,411号に開示されている。
【０００７】
従来のビームスキャナーはビームエネルギーの所定の範囲にわたって動作するための固定走査プレート若しくは固定電磁石を有していた。静電スキャナーにおいて、走査プレート間隔は最大ビームエネルギーにおいて所望の偏向を生成するように選択される。低いビームエネルギーにおいて、ビームは空間電荷効果のために拡張し、ビームの一部のみが走査プレート間を通過する。結果として、ウエハに到達するビーム電流は減少し、しばしば許容できない程度まで注入時間は増大する。或る場合、ビーム電流はごくわずかなレベルにまで減少し、注入は実行不可能になる。典型的に、固定走査プレートを利用する従来の静電スキャナーは、例えば40keVから400keVまでのほぼ１オーダーの大きさのエネルギー範囲にわたって動作する。
【０００８】
ドーパント材料の注入深さは、少なくとも部分的には半導体ウエハ内に注入されるイオンのエネルギーによって決定される。より小さく、より高速なデバイスの半導体産業のトレンドにしたがって、半導体デバイスの横寸法及び深さの両方が減少している。半導体デバイスの技術段階は1000オングストローム以下の接合深さを要求し、ついには200オングストローム若しくはそれ以下のオーダーの接合深さを要求するかもしれない。1〜10keVのオーダーの非常に低い注入エネルギーがそのような浅い接合を達成するために要求される。エネルギー範囲の反対端において、1MeV若しくはそれ以上のオーダーの高エネルギーがシリコン基板からの電気的分離のようなデバイス特徴に対して要求される。したがって、注入エネルギーの広い範囲が要求される。
【０００９】
広範囲のイオンエネルギーにわたって動作するイオン注入装置を与えることが所望され、そうすればひとつの注入装置が半導体処理におけるすべて若しくはほとんどの注入に対して利用され得る。しかし、従来のビームスキャナーは上記理由により広範囲のエネルギーにわたって動作することができなかった。低エネルギーにおいてビーム伝達は容認できないほど低く、高エネルギーにおいてビーム偏向は不十分である。したがって、高いビーム伝達及び必要なビーム偏向を有する広範囲のビームエネルギーにわたって動作する改良されたビームスキャナーが要求される。
【００１０】
発明の要旨
発明の最初の態様にしたがって、荷電粒子ビームを走査するための装置が与えられる。装置は、荷電粒子ビームが通過するためのギャップによって離隔された走査エレメント、走査原点を有する走査パターン内で荷電粒子ビームを走査するための走査信号を生成するための走査エレメントに結合された走査信号生成器及び荷電粒子ビームの少なくともひとつのパラメータに基づいて走査エレメントを配置するための位置制御器から成る。例えば、走査エレメントは荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて配置される。
【００１１】
ひとつの実施例において、走査エレメントは荷電粒子ビームの静電偏向用の静電走査プレートから成り、走査信号生成器は走査電圧生成器から成る。他の実施例において、走査エレメントは磁極片及び該磁極片を付勢するための磁気コイルから成り、走査信号生成器は磁気コイルを付勢するための走査電流生成器から成る。
【００１２】
位置制御器は荷電粒子ビームの付与のパラメータ値に対して走査原点の所望の位置を達成するべく走査エレメントを配置するための手段から成る。走査エレメントは荷電粒子ビームの異なるエネルギーのような異なるパラメータ値に対して走査原点の固定位置を達成するよう配置される。走査エレメントが静電走査プレートである場合、走査原点の固定位置は走査プレート間の間隔が増加するように荷電粒子ビームに関して走査プレートを上流側に移動することによって達成される。特に、走査プレートは荷電粒子ビームの軸線に関して等しくかつ反対の角度で配置された直線経路に沿って平行移動される。他のアプローチにおいて、走査プレートは走査プレート間隔が変更されるに従い回転される。走査プレートは連続範囲の位置を有するか、２つ若しくはそれ以上の不連続の位置を有する。
【００１３】
発明の他の態様にしたがって、荷電粒子ビームを走査するための装置が与えられる。装置は、荷電粒子ビームを通過させるための第１ギャップによって離隔された第１走査エレメント、荷電粒子ビームを通過させるための第２ギャップによって離隔された第２走査エレメント、走査原点を有する走査パターン内で荷電粒子ビームを走査するための走査信号を生成するための第１走査エレメント及び第２走査エレメントに結合された走査信号生成器と、荷電粒子ビームの少なくとも一つのパラメータに基づいて走査信号生成器から第１走査エレメント及び第２走査エレメントへ供給された走査信号を制御するための走査信号制御器と、から成る。例えば、走査信号は荷電粒子ビームのエネルギーに基づいて制御される。
【００１４】
ひとつの実施例において、第１走査エレメント及び第２走査エレメントはそれぞれ荷電粒子ビームの静電偏向用の走査プレートから成り、走査信号生成器は走査電圧生成器から成る。他の実施例において、第１走査エレメント及び第２走査エレメントはそれぞれ磁極片及び該磁極片を付勢するための磁気コイルから成り、走査信号生成器は磁気コイルを付勢するための走査電流生成器から成る。
【００１５】
走査信号制御器は荷電粒子ビームの付与のパラメータ値に対して走査原点の所望の位置を達成するよう第１走査エレメント及び第２走査エレメントに供給される走査信号を制御するための手段から成る。ひとつの構成において、第１及び第２走査エレメントに供給される走査信号は、荷電粒子ビームの異なるエネルギーのような異なるパラメータ値に対して走査原点の固定位置を達成するよう制御される。他の構成において、第１及び第２走査エレメントに供給される走査信号は第１及び第２走査エレメントの実効長を変化させるよう制御される。走査信号制御器は第１走査エレメント及び第２走査エレメントに供給される走査信号の比率を調節する。
【００１６】
発明の他の態様にしたがって、荷電粒子ビームを走査するための方法が与えられる。該方法は、離隔された走査エレメント間に荷電粒子ビームを方向付ける工程と、走査原点を有する走査パターンで荷電粒子ビームを走査するために走査エレメントを付勢する工程と、荷電粒子ビームの少なくともひとつのパラメータに基づいて走査エレメントの位置を制御する工程と、から成る。
【００１７】
発明のさらに他の態様にしたがって、荷電粒子ビームを走査するための方法が与えられる。該方法は、離隔された第１走査エレメントと離隔された第２走査エレメントとの間に荷電粒子ビームを方向付ける工程と、走査原点を有する走査パターンで荷電粒子ビームを走査するために第１走査エレメント及び第２走査エレメントへ走査信号を印加する工程と、荷電粒子ビームの少なくとも一つのパラメータに基づいて第１走査エレメント及び第２走査エレメントに供給される走査信号を制御する工程と、から成る。
【００１８】
発明のさらに他の態様にしたがって、イオンビームを走査するための装置が与えられる。装置は、イオンビームを走査するための２つ若しくはそれ以上の対の走査プレート及び高エネルギービームを走査するべく２つ若しくはそれ以上の対の走査プレートに走査電圧を印加するための及び低エネルギービームを走査するべく２つ若しくはそれ以上のセットの走査プレートのサブセットへ走査電圧を印加するための走査生成器から成る。使用されない走査プレートは電気的に接地される。電場がイオンビームに印加されるところの実効長は低エネルギービームを走査するために短縮される。
【００１９】
詳細な説明
本発明の第１実施例に従うイオンビーム装置の単純化されたブロック図が図１に示される。イオンビーム生成器10は所望のイオン種のイオンビームを生成し、イオンビーム内のイオンを所望のエネルギーに加速し、エネルギー及び質量の混入物を除去するべくイオンビームの質量／エネルギー解析を実行し、高エネルギーイオンビーム12を供給する。スキャナー20は走査原点34を有する扇形ビームエンベロープ30を有する走査イオンビームを生成するようイオンビーム12を偏向する。スキャナー20は以下に説明するようにビーム操作装置の一部である。所望のイオン種のイオンが半導体ウエハ32内に注入されるように、半導体ウエハ32若しくは他の被処理体が走査イオンビームの経路内に配置される。走査されたイオンビーム内のイオンを平行な軌道に沿って方向付けるために角度補正器（図示せず）が使用される。
【００２０】
図１に示されるイオンビーム装置はイオン注入装置を表す。イオン注入装置は当業者に周知の付加的部品を含む。例えば、典型的に半導体ウエハ32は自動ウエハハンドリング器具、ドーズ量測定装置、電子銃等を含むエンドステーション内で支持される。イオンビーム生成器10はイオンソース、ビーム加速器及び質量解析器を含む。イオンビームによって横切られる全経路はイオン注入中に排気されることが理解されるであろう。
【００２１】
スキャナー20は第１走査エレメント40及び第２走査エレメント42を含む。走査エレメント40及び42は離隔され、イオンビーム12が通過するところのギャップ44を画成する。ひとつの実施例において、スキャナー20は静電スキャナーであり、走査エレメント40及び42は静電走査プレートである。イオンビーム12は静電プレート間のギャップ44を通過し、ギャップ44内の電場によって偏向される。静電走査の場合、イオンビーム12は走査プレート間の電場の方向に偏向される。したがって、水平ビーム走査を実行するために水平に離隔された走査プレートが利用される。
【００２２】
他の実施例において、スキャナー20は典型的に電磁石として実施される磁気スキャナーである。電磁石は走査エレメント40及び42に対応する磁極片及び該磁極片を付勢する磁気コイルを含む。イオンビーム12は磁極片間のギャップ44を通過し、ギャップ44内の磁場によって偏向される。磁気走査の場合、イオンビームは磁極片間の磁場の方向に垂直に偏向される。したがって、水平ビーム走査を実施するために垂直に離隔された磁極片が利用される。
【００２３】
さらに図１のビーム走査装置は、走査信号を走査エレメント40及び42に与える走査信号生成器50を含む。静電スキャナーの場合、走査信号生成器50は走査プレートに走査電圧を供給する。のこぎり波形から成る走査電圧はイオンビームを走査するために走査エレメント40及び42間に電場を生成する。磁気スキャナーの場合、走査信号生成器50は磁気スキャナーを構成する電磁石の磁気コイルへ走査電流を供給する。走査信号生成器50はユーザーが選択したビームパラメータ及び他の注入パラメータに応答してシステム制御器64によって制御される。
【００２４】
さらに図１のビーム走査装置は、走査エレメント40を配置するための走査エレメントポジショナー60及び走査エレメント42を配置するための走査エレメントポジショナー62を含む。走査エレメントポジショナー60及び62はそれぞれモーター及び該モーターと走査エレメント間の機械的結合のような機械的駆動システムを含む。走査エレメントポジショナー60及び62はイオンビームエネルギー及びイオンビーム種のようなユーザー選択ビームパラメータに応答してシステム制御器64によって制御される。以下で説明するように、走査エレメントポジショナー60及び62は走査エレメント40及び42間の間隔を調節し、走査エレメント40及び42をイオンビーム12に関して軸方向にイオンビーム生成器10方向若しくは反対方向へ移動し、走査エレメント40及び42を回転し、またはシステム制御器64の下でこれらの移動の組み合わせを与える。走査エレメントポジショナー60及び62は走査エレメント40及び42の連続範囲の位置を確立し若しくは走査エレメント40及び42の２つ若しくはそれ以上の不連続位置を確立する。
【００２５】
ひとつの実施例において、走査エレメント40及び42はイオンビーム12に関してそれぞれ角度＋α及び−αで傾斜した経路70及び72に沿って移動される。特に、走査エレメント40及び42の間隔が増加するに従い、走査エレメント40及び42はイオンビーム12に関して上流へイオンビーム生成器10方向へ移動される。以下に説明するように、経路70及び72は走査エレメント40及び42が移動されるとき走査原点34が固定位置にとどまることを保証するよう選択される。
【００２６】
図１のイオンビーム装置内で使用するための静電スキャナーの第１の実施例が図２及び３を参照して説明される。静電スキャナー100はギャップ114によって離隔された走査プレート110及び112を含む。走査プレート110及び112は図１の走査エレメント40及び42に対応する。走査プレート110及び112は、一定若しくは下流方向にわずかに発散する間隔Sを有する上流プレート部110a及び112a並びに発散する下流プレート部110b及び112bを含む。走査プレートはイオンビーム12を走査するのに適した電場を与えるよう成形されかつ配置される。走査イオンビームの扇形ビームエンベロープ116は走査プレート110及び112を通じて下流方向へ幅が増加する。典型的に、走査プレート110及び112の開度はビームエンベロープ116の形状に対応する。
【００２７】
走査プレート110及び112は一次元でイオンビーム12を偏向する。ある場合において、完全なスキャナーはウエハ32の全表面を覆うべく二次元でイオンビーム12を偏向するための走査プレートの第２セットを含む。他の場合において、二次元の走査はウエハ32の機械的移動によって達成される。
【００２８】
走査プレート110及び112は図１に示されるようにそれぞれ走査エレメントポジショナー60及び62並びに走査信号生成器50に結合される。走査信号生成器50はイオンビーム12を偏向するために走査プレート110及び112へ走査電圧を印加する。走査電圧は異なる振幅、周波数及び波形を有する。典型的にのこぎり走査波形が利用されるが、波形は半導体ウエハに当てられるイオンドーズ量の均一性を調節するよう修正される。走査電圧の振幅は走査プレート110及び112の長さ及び間隔ばかりでなくイオン種及びエネルギーに依存する。例として、走査電圧波形の周波数は１KHzのオーダーである。
【００２９】
発明の態様にしたがって、走査プレート110及び112間の間隔Sはイオンビームエネルギーのようなひとつ若しくはそれ以上のイオンビームパラメータの関数として調節される。図２は比較的高いイオンビームエネルギーの場合を示す。高イオンビームエネルギーに対して、イオンビームを偏向するのに強力な電場が要求される。したがって、走査電圧振幅は比較的高くなければならず、また走査プレート110及び112の間の領域に強力な電場を形成するために走査プレート110及び112間の間隔Sは比較的小さくなければならない。低イオンビームエネルギーに対して、走査プレート110及び112に印加される走査電圧の振幅は減少される。しかし上記したように、低エネルギーのイオンビームは空間電荷効果によって広がる傾向があり、イオンビームの多くの破片は小さい間隔Sを有する走査プレート110及び112の間を通過できない。結果として、ウエハに伝達されるイオンビーム電流は大きく減少する。これによって注入時間が増加しかつスループットが減少する。従来、スキャナーは付与のイオンビーム及びスキャナーパラメータに対してスキャナーを通過するイオンビームの破片を表すビーム受容量によって特徴づけられる。図３に示されるように、低エネルギーにおいて減少したビーム受容量は走査プレート110及び112間の間隔Sを増加することによって少なくとも部分的に克服される。走査電圧は走査プレート110及び112間の選択された間隔において所望のビーム偏向を与えるよう調節される。
【００３０】
ビームエンベロープ116は走査原点120によって特徴付けられる。走査原点120はビームエンベロープ116内のイオン軌道が交わるところの点である。走査プレート110及び112間の間隔Sが異なるイオンビームパラメータを収容するよう調節される際、走査原点120はイオンビーム12の軸線に沿って移動する。図２及び３に示されるように、走査プレート110及び112間の間隔がイオンビーム12に垂直に走査プレートを移動することによって増加するに従い、走査原点120は距離122だけイオンビーム生成器10から離れて下流方向へ移動する。走査原点120のシフトはイオン注入器構成に問題を生じさせる。例えば、典型的にイオン注入器はスキャナーの下流に配置された角度補正器を利用する。該角度補正器はスキャナーによって生成された発散イオン軌道を半導体ウエハ32上に入射するための平行なイオン軌道に変換する。角度補正器は走査原点の特定の位置に基づいて設計されかつ配置される。走査原点がシフトする際、角度補正器から出力されるイオン軌道はもはや平行ではない。
【００３１】
発明のさらなる態様にしたがって、走査プレート110及び112の移動は横成分及び軸成分の両方を含む。横成分はイオンビーム12に垂直であり、軸成分はイオンビーム12に平行である。特に、走査プレート110及び112間の間隔が増加するに従い走査プレート110及び112は経路70及び72に沿ってイオンビーム12に関して上流に移動される。図１に示されるように、経路70及び72はイオンビーム12の軸線に関してそれぞれ＋α及び−αの角度で方向付けられる。間隔Sの変化を生じさせる走査プレートの横成分は所望のビーム偏向及びビーム受容を与えるべく選択される。走査プレート移動の軸成分は走査原点120の所望の位置を与えるよう選択される。好適実施例において、走査プレート間の間隔Sが変化するに従いビームエンベロープ116の走査原点120を固定位置に維持するよう軸方向移動が選択される。
【００３２】
例として、図２の構成は1.55MeVのエネルギーを有するイオンビームに対して12mmの走査プレート110及び112間の間隔Sを利用する。図３の構成は750keVのビームエネルギーに対して40mmの走査プレート110及び112間の間隔Sを利用する。この例において、走査原点120は37mmの走査プレート移動の軸成分を要求してほぼ37mmだけイオンビーム12に沿ってシフトする。
【００３３】
走査プレート配置の一例に対する走査原点(mm)とプレート間隔(mm)との関数のグラフが図４に示される。線140は付与の走査プレート配置に対する走査プレート間隔の関数として走査原点120のシフトを表す。図４のグラフは特定の走査プレート配置を表し、他の走査プレート配置は異なる線で表されることが理解されるであろう。
【００３４】
図１のイオンビーム装置内で使用するための静電スキャナーの第２の実施例が図５及び６を参照して説明される。静電スキャナー148はギャップ154だけ離隔された走査プレート150及び152を含む。図１に示される走査エレメント40及び42に対応する走査プレート150及び152は、イオンビーム12の下流方向に発散する間隔Sを有する。図５は比較的高いエネルギーのイオンビームに適した構成を表し、図６は比較的低いエネルギーのイオンビームに適した構成を表す。図６に示されるように、低いエネルギーのイオンビームに対して、走査プレート150及び152間の間隔Sが増加し、走査プレート150及び152の下流部分はイオンビーム12から離れて回転する。走査プレート150及び152の回転と組み合わせられた間隔Sの増加はビーム受容量の増加及び走査原点シフト制御の組み合わせ効果を生む。特に、走査プレート150及び152の回転はビームエンベロープの走査原点の固定位置を達成するよう間隔Sの付与の変更に対して選択される。
【００３５】
異なる走査プレート間隔に対する走査プレート角度と走査原点位置の関数のグラフが図７に示される。特に、線160は29mmの走査プレート150及び152間隔に対する走査プレート角度と走査原点位置の関数を表す。同様に、線162、164、166及び168はそれぞれ30mm、43mm、57mm及び77mmのプレート間隔に対する走査プレート角度と走査原点位置との関数を表す。図７のグラフは特定の走査プレート配置を表し、他の走査プレート配置は異なる線の組み合わせで表されることが理解されよう。上記したような走査エレメント位置の制御は手動若しくは自動である。制御が自動の場合には、システム制御器64（図１）はイオンビームのユーザー選択パラメータに基づいて走査エレメント40及び42の要求された位置を決定する。そのようなパラメータはイオンビーム種及びエネルギーを含む。システム制御器64は選択されたビームパラメータに基づいて走査エレメント40及び42の要求された位置を決定し、位置制御信号を走査エレメントポジショナー60及び62へ与える。続いて、走査エレメントポジショナー60及び62は走査エレメント40及び42の位置を調節する。手動モードにおいて、ユーザーは所望の走査エレメント位置をシステム制御器64へ与え、システム制御器64は対応する位置制御信号を走査エレメントポジショナー60及び62へ与える。典型的に、走査エレメント40及び42の位置はイオンビーム生成器10がオフされた状態で注入用のセットアップ時間中に調節されることが理解されよう。
【００３６】
発明の第２の実施例にしたがうイオンビームシステムの単純化されたブロック図が図８に示される。イオンビーム生成器210は所望のイオン種のイオンビームを生成し、イオンビーム内のイオンを所望のエネルギーに加速し、エネルギー及び質量の混入物を除去するべくイオンビームの質量／エネルギー解析を実行し、高エネルギーイオンビーム212を供給する。スキャナー220は走査原点232を伴うビームエンベロープ230を有する走査イオンビームを生成するようイオンビーム212を偏向する。スキャナー220は以下に説明するようにビーム走査装置の一部である。半導体ウエハ234若しくは他の被処理体はイオンビーム212の経路内に配置される。
【００３７】
スキャナー220は走査エレメント240及び242の第１セット及び走査エレメント250及び252の第２セットを含む。走査エレメント240及び242は離隔され、イオンビーム212が通過するところのギャップ244を画成する。走査エレメント250及び252は離隔され、イオンビーム212が通過するところのギャップ254を画成する。走査エレメント240及び242並びに走査エレメント250及び252は、イオンビームに関して直交して配置されイオンビームの二次元走査を実行する走査プレートのセットと区別されて、一次元でイオンビーム212を偏向するために配置される。スキャナー220は２セット以上の走査プレートを含んでも良いことが理解されよう。一つの実施例において、スキャナー220は静電スキャナーであり、走査エレメント240、242、250、252は静電走査プレートである。上記したように、各セット内の走査プレートは水平ビーム走査用に水平に離隔されている。他の実施例において、スキャナー220は磁気スキャナーであり、走査エレメント240及び242は第１電磁石の磁極片であり、走査エレメント250及び252は第２電磁石の磁極片である。上記したように、各電磁石の磁極片は水平ビーム走査用に垂直に離隔されている。
【００３８】
図８のビーム走査装置はさらにシステム制御器260、走査信号生成器262及び走査信号制御器264を含む。システム制御器260はユーザーによって選択されたビームパラメータを受信し、走査信号生成器262及び走査信号制御器264へ制御信号を与える。走査信号生成器262は、静電スキャナーの場合には走査電圧であり、磁気スキャナーの場合には走査電流である走査信号を生成する。走査信号制御器264は第１走査エレメント240及び242並びに第２走査エレメント250及び252へ走査信号を与える。走査信号生成器262及び走査信号制御器264は走査生成器266を構成する。第１走査エレメント240及び242並びに第２走査エレメント250及び252に与えられた走査信号は別々に制御される。したがって、走査信号制御器264は、第１走査エレメント240及び242並びに第２走査エレメント250及び252に与えられた走査信号を所望の結果を達成するべくゼロと最大値との間で変化させる。ひとつの例において、走査エレメント240及び242並びに走査エレメント250及び252へ供給される走査信号の比率は走査原点232の位置を制御するために調節される。他の例において、走査エレメント240及び242のような走査エレメントの１セットは低エネルギーのイオンビームが利用される際に電気的に接地される。
【００３９】
図８のビーム走査装置はさらに、走査エレメント240に接続された走査エレメントポジショナー270、走査エレメント242に接続された走査エレメントポジショナー272、走査エレメント250に接続された走査エレメントポジショナー280及び走査エレメント252に接続された走査エレメントポジショナー282を含む。走査エレメントポジショナー270、272、280及び282はシステム制御器260の制御の下でそれぞれの走査エレメントの位置を調節する。システム制御器260はイオン種及びエネルギーのようなビームパラメータの関数として位置制御信号を与える。走査エレメントポジショナー270及び272はそれぞれギャップ244を調節するためにイオンビーム212に関して走査エレメント240及び242を移動する。走査エレメントポジショナー280及び282はそれぞれギャップ254を調節するためにイオンビーム212に関して走査エレメント250及び252を移動する。
【００４０】
図８のイオンビーム装置内で使用するための静電スキャナーの第１実施例が図９を参照して説明される。静電スキャナー300はギャップ314によって離隔された走査プレート310及び312の第１セット及びギャップ324によって離隔された走査プレート320及び322の第２セットを含む。走査プレート310及び320はイオンビーム212の一方側に配置され、互いに電気的に分離されている。走査プレート312及び322はイオンビーム212の反対側に配置され、互いに電気的に分離されている。走査プレート310及び312並びに走査プレート320及び322は下流方向に発散する間隔を有し、走査電圧に応答して一次元でイオンビーム212を走査するのに適した電場を生成する。走査原点332を有する扇形ビームエンベロープ330の幅はスキャナー300を通じて下流方向に増加する。
【００４１】
スキャナー300は、走査プレートのひとつ若しくは両方のセット内の走査プレートの位置を調節することによって、若しくは走査プレートのセットに印加される相対的な走査電圧を調節することによってまたはその両方によって制御される。例えば、低エネルギービームを収容するべく、走査プレート310と312との間隔は増加され、走査プレート320と322との間隔は増加される。さらに、走査プレート310及び312並びに走査プレート320及び322に印加される走査電圧の比率は、走査プレート間隔が調節されるに従い走査原点332の位置を制御するよう調節される。特に、上流の走査プレート310及び312に印加される走査電圧は、走査プレート間隔が増加するに従い下流の走査プレート320及び322に印加される走査電圧に関して増加される。走査プレートのひとつ若しくは両方のセット内の走査プレートの位置を調節することによって及び走査プレートのセットに印加される相対的走査電圧を調節することによって、広いダイナミックレンジ及び高度のフレキシビリティが得られることが理解されよう。走査プレート位置の調節及び相対的走査プレート電圧の調節は別々に若しくは組み合わせて利用される。
【００４２】
図８のイオンビーム装置内で使用するための静電スキャナーの第２の例が図１０を参照して説明される。静電スキャナー400は、ギャップ414によって分離された走査プレート410及び412の第１セット、ギャップ424によって分離された走査プレート420及び422の第２セット及びギャップ434によって分離された走査プレート430及び432の第３セットを含む。走査プレート410、420及び430はイオンビーム212の一方側に配置され、走査プレート412、422及び432はイオンビーム212の反対側に配置される。走査プレートは下流方向に発散する間隔を有し、一次元でイオンビーム212を走査するのに適した電場を生成する。走査原点442を有する扇形ビームエンベロープ440の幅は下流方向へ増加する。上記したように、走査プレートのひとつ若しくは両方のセット内の走査プレート間隔が調節され、また走査プレートのセットに印加された相対的走査電圧が所望の動作を達成するよう調節される。
【００４３】
高エネルギー動作に対して、走査プレートは小さい間隔で配置され、同一極性のすべての走査プレートが一緒に接続される。低エネルギー動作に対して、走査プレート間隔は増加され、比較的大きい直径のイオンビームが通過することができる。走査プレート410及び412並びに走査プレート430及び434は電気的に接地（ゼロ走査電圧）され、走査プレート420及び422のみが使用される。走査プレート配置の適当な選択によって、高エネルギー及び低エネルギー動作に対する走査原点位置は同一となる。すなわち、比較的大きな間隔を有する走査プレート420及び422に対する走査原点位置は、比較的小さい間隔を有する走査プレート410、412、420、422、430及び432に対する走査原点位置と同一である。
【００４４】
スキャナー400の実効長は走査プレートのひとつ若しくはそれ以上のセットが接地されるとき短縮することが観測される。スキャナーの実効長のこの短縮はウエハへのビーム伝達を減少させる空間電荷力を弱めるように作用する。好適実施例は低エネルギーで正イオンビームを走査するために電気的に接地されるか若しくは負にバイアスされた走査プレートのみを使用する。このことがビームへの空間電荷力を最小化し、大きいプレート間隔及びウエハへの高ビーム伝達を与える。そのような空間電荷力はビームサイズを増加させ、続いてウエハへのビーム伝達を減少させるという不所望な効果を有する。
【００４５】
現時点で考えられる発明の好適実施例について示しかつ説明してきたが、特許請求の範囲に記載された発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の第１実施例に従うビーム走査装置のブロック図である。
【図２】  図２は、高エネルギーイオンビームを走査するために配置された走査プレートを有する図１の装置内で使用するための静電走査プレート配置の第１実施例を示す。
【図３】  図３は、低エネルギーイオンビームを走査するために配置された走査プレートを有する図２の走査プレート配置を示す。
【図４】  図４は、走査原点位置と走査プレート間隔との関数のグラフである。
【図５】  図５は、高エネルギーイオンビームを走査するために配置された走査プレートを有する図１の装置内で使用するための静電走査プレート配置の第２実施例を示す。
【図６】  図６は、低エネルギーイオンビームを走査するために配置された走査プレートを有する図５の走査プレート配置を示す。
【図７】  図７は、異なる走査プレート間隔に対する走査原点位置とプレート角度との関数のグラフである。
【図８】  図８は、本発明の第２の実施例に従うビーム走査装置のブロック図である。
【図９】  図９は、図８の装置に対する走査プレート配置の第１実施例を示す。
【図１０】  図１０は、図８の装置に対する走査プレート配置の第２実施例を示す。
【符号の説明】
10    イオンビーム生成器
12    イオンビーム
20    スキャナー
30    エンベロープ
32    半導体ウエハ
34    走査原点
40    第１走査エレメント
42    第２走査エレメント
44    ギャップ
50    走査信号生成器
60    走査エレメントポジショナー
62    走査エレメントポジショナー
64    システム制御器
70    直線経路
72    直線経路
【図１】
0004730932.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004730932.tif 000006
【図６】
0004730932.tif 000007
【図７】
0004730932.tif 000008
【図８】
0004730932.tif 000009
【図９】
0004730932.tif 000010
【図１０】
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