(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析器と、上記質量分析器の下流側に配置された減速レンズと、上記減速レンズの下流側に配置されたエネルギフィルタとを有するビームラインアッセンブリのイオンビーム経路からエネルギ混入物を除去する方法であって、
ワークピースから上記イオンビーム経路を見た視線内の上記イオンビーム経路における複数の中性粒子の複数の異なる軌道を計算する工程と、
上記ワークピースから上記イオンビーム経路を見た視線内の、上記エネルギフィルタの下流側において、上記イオンビーム経路を取り囲む壁部に複数の突出部を設ける工程とを含み、
複数の上記突出部は、複数の溝部によってそれぞれが分割された複数の表面領域を備えており、
上記複数の表面領域は、上記複数の中性粒子について計算された上記複数の異なる軌道に異なる角度で面しており、かつ、
上記複数の表面領域は、上記複数の異なる軌道にそれぞれ約９０°の角度で面しており、
上記突出部は、上記イオンビーム経路に対して横向きであることを特徴とする方法。
【請求項２】
上記ワークピースから上記イオンビーム経路を見た視線は、上記イオンビーム経路における減速レンズの下流側を含み、かつ、上記イオンビーム経路における上記減速レンズの上流側のビームトンネルの側面から上記ビームトンネルの終端部よりも前の点までの部分に及ぶことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の上記突出部は、それぞれ、上記イオンビーム経路に沿った位置に応じて異なる角度を有しており、中性粒子が、上記ビームラインアッセンブリ内で少なくとも１回以上当該突出部に衝突して、上記ワークピースから逸れる軌道、および／または、上記ビームラインアッセンブリ内でさらにもう１回以上当該突出部に衝突した後、上記ワークピースに注入される軌道に反射するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記各溝部は、深さ、サイズ、および／または当該溝部同士の間隔がそれぞれ異なっており、それぞれが中性粒子の前方散乱を減少させるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記ビームトンネルの終端部より前の点は、上記ビームトンネルにおける上記ワークピースから見えなくなる角度で湾曲している部分の側面よりも前の点を含み、上記複数の異なる軌道が上記壁部に対して複数の入射角で入射することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
複数の上記溝部は、１ｍｍから７ｍｍの範囲内の深さを有しており、減速レンズの下流側で上記イオンビーム経路を取り囲む壁部、および上記減速レンズの上流側の壁部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記突出部は、少なくとも１００個の溝部を備えており、
上記溝部は、減速レンズの上流側の壁部、上記減速レンズにおける少なくとも１つの電極、および上記減速レンズの下流側の壁部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記減速レンズは、複数の溝部によって分割された複数の表面領域を有する複数の突出部を備えた少なくとも１つの電極を備えており、
上記突出部は、中性粒子と衝突して、当該突出部に衝突した中性粒子を、上記ワークピースから逸れる軌道、あるいは、ビームラインアッセンブリ内で少なくとももう１回以上当該突出部に衝突した後で上記ワークピースに到達する軌道に反射するように形成されていていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
質量分析器と、上記質量分析器の下流側に配置された減速レンズと、上記減速レンズの下流側に配置されたエネルギフィルタとを有するビームラインアッセンブリのイオンビーム経路からエネルギ混入物を除去する方法であって、
ワークピースから上記イオンビーム経路を見た視線内の上記イオンビーム経路における複数の中性粒子の複数の異なる軌道を計算する工程と、
それぞれが上記ワークピースから見た上記イオンビーム経路の視線内に配置された複数の突出部を備えた複数の領域であって、当該複数の領域に衝突した中性粒子が上記ワークピースから逸れる方向に反射する形状を有する複数の領域を設ける工程とを含み、
上記各突出部は、複数の溝部によってそれぞれが分割された複数の表面領域を備えており、
上記複数の表面領域は、上記複数の中性粒子について計算された上記複数の異なる軌道に基づいて、上記複数の異なる軌道にそれぞれ約９０°の角度で面しており、かつ、
上記複数の表面領域は、上記複数の異なる軌道に互いに異なる角度で面しており、
上記複数の領域は、それぞれ突出部を備えており、上記突出部は、上記イオンビーム経路に沿った縦位置に応じて上記複数の領域間で角度が異なっており、
上記複数の領域のうちの第１の領域は、上記質量分析器の下流側、かつ、上記減速レンズの上流側にあり、また上記複数の領域のうちの第２の領域は、上記第１の領域から分離されて、上記エネルギフィルタの下流側にあることを特徴とする方法。
【請求項１０】
上記ワークピースから上記イオンビーム経路を見た視線内には、上記イオンビーム経路における減速レンズの下流側を取り囲む部分、および上記イオンビーム経路における上記ワークピースからの光学視野内にある、上記減速レンズの上流側の部分が含まれることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記各溝部は、深さ、サイズ、および／または当該溝部同士の間隔がそれぞれ異なっており、それぞれが中性粒子の前方散乱を減少させるように形成されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上記複数の領域内の上記突出部は、中性粒子と衝突して、当該突出部に衝突した中性粒子を、上記ワークピースから逸れる軌道、および／または、上記ビームラインアッセンブ
リ内で少なくとももう１回以上当該突出部に衝突した後で上記ワークピースに注入される軌道に反射するように形成されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
上記突出部の上記表面領域は、上記イオンビーム経路に沿った位置に応じて複数の上記領域間で形状が異なっていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
ビームラインアッセンブリであって、
ワークピースに注入するためのイオンビーム経路内にイオンビームを生成するイオンビーム源と、
上記イオンビーム経路における質量分析部の下流側にあり、生成された上記イオンビームを選択的に減速させる減速部と、
上記減速部の下流側にあるエネルギフィルタと、
上記エネルギフィルタの下流側に設けられた下流側ビームトンネルと、
上記減速部の上流側に設けられた上流側ビームトンネルとを備え、
上記下流側ビームトンネルは、上記イオンビーム経路を取り囲む壁部に配置された複数の突出部を有しており、
上記上流側ビームトンネルは、当該上流側ビームトンネルの一部に配置された複数の突出部を備えており、
上記上流側ビームトンネルの上記突出部および上記下流側ビームトンネルの上記突出部は、どちらも、上記イオンビーム経路に対して横向きであり、
上記複数の突出部は、複数の溝部によってそれぞれが分割された複数の表面領域を備えており、
上記複数の表面領域は、複数の中性粒子について計算された複数の異なる軌道に互いに異なる角度で面しており、かつ、
上記複数の表面領域は、上記複数の異なる軌道にそれぞれ約９０°の角度で面しており、
上記表面領域は、中性粒子と衝突して、当該表面領域に衝突した中性粒子を、上記ワークピースから逸れる軌道、および／または、上記ワークピースに注入される前に上記ビームラインアッセンブリ内で少なくとももう１回以上の衝突が生じる軌道に反射するように形成されていることを特徴とするビームラインアッセンブリ。
【請求項１５】
上記イオンビームからエネルギ混入物を除去し、上記イオンビームを上記ワークピースの方向へ向ける偏向フィルタを備えていることを特徴とする請求項１４に記載のビームラインアッセンブリ。
【請求項１６】
上記各突出部は、上記イオンビーム経路に沿った位置に応じて角度がそれぞれ異なっており、
上記各溝部は、深さ、サイズ、および当該溝部間の間隔が中性粒子の前方散乱を減少させるようにそれぞれ異なっていることを特徴とする請求項１４に記載のビームラインアッセンブリ。
【請求項１７】
上記減速部は、上記突出部を備えた少なくとも１つの電極を備えていることを特徴とする請求項１４に記載のビームラインアッセンブリ。
【請求項１８】
上記突出部は、上記イオンビーム経路に対して横向きであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【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、概略的にはイオン注入システムに関するものであり、より具体的には散乱粒子に起因するエネルギ混入物を減少させるためのシステムおよび方法に関するものである。
【０００２】
〔背景技術〕
イオン注入は、半導体装置の製造において半導体ワークピースおよび／またはウェハ材料中にドーパントを選択的に注入するために用いられる物理的プロセスである。したがって、注入する行為は、ドーパントと半導体材料との間の化学的な相互作用には依存しない。イオン注入のために、ドーパントの原子／分子がイオン化されて分離され、加速あるいは減速されてビームを形成し、ワークピースあるいはウェハを横切って走査される。ドーパントイオンはワークピースに物理的にぶつけられ、表面から入って典型的には表面より下層の結晶格子構造中に落ち着く。
【０００３】
イオン注入において、エネルギ混入物（ＥＣ；energy contamination）は、所望するエネルギとは異なるエネルギでウェハに注入されたトータルのドーズ量の一部であり、それによって注入深さが所望の深さより深くなったり浅くなったりしてしまう。例えば、ワークピースに到達する前にイオンビームを減速させるイオン注入装置では、ＥＣは装置性能の低下をもたらす大きな問題である。ＥＣはイオン注入システムにおける様々なプロセス（例えばビーム経路に沿って配置された加速器あるいは減速器内など）で引き起こされ、それによってイオンの初期電荷値が変化する（すなわち電荷変化反応が生じる）。高速のイオンが他の気体分子あるいは気体原子の近くを通ると、上記分子あるいは上記原子から電子を取り出すか（すなわち電子増加反応）、あるいは、上記分子あるいは上記原子に電子を放出する（すなわち電荷除去反応）。前者の反応はイオンの電荷を１つ減少させる（例えば、１価のイオンを中和、すなわち電気的に中性な原資にする）。後者は、イオンの電荷を１つ増加させる（例えば１価のイオンを２価のイオンにする）。ＥＣの大部分はイオンビームの電荷交換から生じるので、エネルギ混入物を低減するための従来の方法では電荷変化反応を最小化することに着目されていた。
【０００４】
しかしながら、電荷変化の最小化にのみ着目すると、他の要因によるＥＣを見落としてしまう場合がある。このため、ＥＣをさらに最小することができ、より高精度な注入を行うのに適したシステムおよび方法が求められている。
【０００５】
〔発明の概要〕
以下に、本発明の１または複数の態様の基本的な理解を促進するために簡単な概要を示す。この発明の概要欄の記載は、本発明の全てを示すものではなく、本発明の重要な要素あるいは臨界的な要素を特定するものでも本発明の範囲の外縁を規定するものでもない。むしろ、この発明の概要欄の目的は、後述するより詳細な説明の前に、本発明の概念のいくつかを単純化した形態で示すことにある。
【０００６】
本明細書では、注入性能に悪影響を及ぼす中性粒子の前方散乱の総数を低減あるいは除去するための、鋸刃状の切り込みあるいは壁部を掘り込んだ溝を有する複数の突出部を備えた構造（例えばビームトンネル）を有するビームラインアッセンブリを開示する。上記複数の突出部は、サイズ、形状、および角度が上記ビームトンネルに沿った当該突出部の位置に応じて変化する表面領域を備えていてもよい。上記各溝部は、上記ビームトンネルに沿った位置に応じて間隔が変化していてもよい。
【０００７】
他の実施形態では、粒子の軌道を計算することによってエネルギ混入物を減少させるための方法を提供する。複数の突出部は、当該突出部同士の間に溝部が形成されており、イオンを衝突させて計算された軌道から反射させるために、ワークピースから見た視線内にイオンビーム経路に沿って形成されている。上記ワークピースからの上記視線内には、例えば、減速レンズの下流側、上記減速レンズの上流側および／または上記減速レンズ内の装置の一部が含まれる。
【０００８】
上述した目的および関連する目的を完成させるために、以下に示す説明および添付図において本発明の態様および実装例を詳細に示す。本発明の原理について様々な方法のうちのいくつかの例を示す。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴は、以下に示す本発明の詳細な説明および図面を考慮することにより明らかになるであろう。
【０００９】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムに備えられる部材を概略的に示したブロック図である。
【００１０】
図２は、本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムの終端部近傍のビームラインアッセンブリ部分を概略的に示した図である。
【００１１】
図３は、本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムにおける、例えば減速要素の下流側のビームラインアッセンブリ内のビームガイドの一部を概略的に示した図である。
【００１２】
図４は、本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムに備えられる部材、より具体的にはビームガイドに沿った第１および第２ビームトンネルを示す図である。
【００１３】
図５および図６は、本発明の１または複数の態様にかかるエネルギ混入物を除去するための方法を示すフローチャートである。
【００１４】
〔詳細な説明〕
本発明について図面を参照しながら説明する。同じ部材には同じ符号を付している。以下に示す図および説明は典型例を示すものであって本発明を制限するものではない。したがって、図示したシステムの変形例や図示したものとは異なる実装例も本発明および特許請求の範囲の概念に含まれる。
【００１５】
現在の半導体製造プロセスにおいて実行されるイオン注入の多くは、作成されるデバイスに対する結合深さが浅いおよび／または極浅である、浅い注入および／または極浅注入である。これらの浅い注入および／または極浅注入は、典型的には低いエネルギ（例えば１ｋｅＶ）が用いられるが、比較的高いビーム電流が必要になる。一般に、高電流かつ低エネルギのイオンビームは、イオンビーム源から比較的高いエネルギでイオンビームを抽出することによって得られる。その後、上記イオンビームは質量精製されて対象のワークピースに比較的近い位置に送られる。その後、上記イオンビームは選択された低エネルギレベルまで減速され、対象のワークピースに送られる。しかしながら、上記イオンビームは減速の影響を受けないエネルギ混入物（例えば帯電されていない中性粒子など）を含む場合があり、それによって所望するレベルとは異なるレベルで対象のワークピースに注入される場合がある。その結果、上記エネルギ混入物によって対象のワークピースの基本部材および／または一部が損傷し、プロセス制御の潜在的な損失を生じさせる場合がある。
【００１６】
本発明は、イオンビーム（特に低エネルギのイオンビーム）からエネルギ混入物を低減あるいは除去することにより、イオン注入を促進する。本発明のイオン注入システムあるいはビームラインアッセンブリは、エネルギ混入物に影響する中性粒子を衝突させるための、異なる領域内に設けられた複数の溝を用いる。上記各溝は、異なる領域間で変化する突出部を分離しており、ワークピースからの視線内で中性粒子の軌道に対して略直角な方向に並べられている。
【００１７】
図１は、本発明の１または複数の態様に実装するのに適したイオン注入システム１００を示すブロック図である。上記イオン注入システム１００は、ビーム経路に沿うイオンビーム１０４を生成するためのイオンビーム源１０２を備えている。イオンビーム源１０２は、例えば、プラズマ源１０６とそれに対応する電力源１０８とを備えている。プラズマ源１０６は、例えば、比較的長いプラズマ閉じ込め室を有しており、このプラズマ閉じ込め室からイオンビームが抽出される。
【００１８】
ビームラインアッセンブリ１１０は、イオンビーム源１０２の下流側に設けられており、イオンビーム源１０２からイオンビーム１０４を受け取る。ビームラインアッセンブリ１１０は、質量分析器１１２、減速部１１４（例えば１または複数の隙間を有していてもよい）、および角度エネルギフィルタ１１６を備えている。ビームラインアッセンブリ１１０はイオンビーム１０４を受け取るための経路に沿って配置されている。質量分析器１１２は、磁場発生部（例えば磁石（図示せず）など）を備えており、イオンビーム１０４からイオンを質量に応じて（例えば電荷質量比に応じて）異なる軌道で曲げるために上記ビームの経路を横断する磁場を発生させる。イオンは磁場を通って搬送され、所望する質量のイオンをビーム経路に沿って進ませ、所望する質量とは異なるイオンをビーム経路から逸らす力が付与される。
【００１９】
減速部１１４内の減速ギャップは、ワークピースへの所望の深さの注入を達成できるようにビーム内のイオンを減速させるための操作が可能であってもよい。したがって、本明細書では、減速部および／または減速ギャップという用語を１または複数の態様を記述する際に用いるが、これらの用語は減速という文字通りに制限して解釈されるべきではなく、方向の変化とともに加速させるような他の構成を含めて、広義に解釈されるべきである。加速手段／減速手段は、質量分析器１１２によって磁場の解析が行われる前に適用されてもよく、後に適用されてもよい。
【００２０】
混入粒子（エネルギ混入物質ともいう）には、イオンビーム１０４内で他のイオンおよびバックグラウンドあるいは残余の粒子に衝突することによって生成される、中性および／または他の非選択のエネルギ範囲の粒子が含まれる。このような遭遇により、イオンの電荷がバックグラウンドあるいは他の粒子と交換され、中性粒子あるいは混入物質が生じる。それらの中性粒子はウェハ上のイオンがドープされる領域に注入される場合があり、それによってドーピングのレベルが意図したレベルより低下し、ドーピングプロセスに悪影響を及ぼす場合がある。より重要なことは、これらの粒子は電気的に中性であり減速部を通過し得ること、より具体的には、例えば電極によって生成される静電気フィールドに影響されずに（例えば加速、減速、集束、曲げ、あるいは、速度および／または方向の変化を生じずに）減速部を通過し得ることである。このため、これらの粒子は、エネルギレベルが、加速部／減速部を通ることで調整されるイオンビーム中のイオンを曲げ、集束、加速および／または減速させるためのエネルギレベルとは異なるので、ウェハ中に所望しない深さで注入されてしまう場合がある。この中性粒子混入物質は、半導体デバイスの性能を著しく低下させる。
【００２１】
角度エネルギフィルタ１１６は、加速／減速されたイオンを減速部１１４から受け取り、特定のエネルギ範囲内のイオンを選択し、中性粒子および他のエネルギを有するイオンを含む混入粒子をイオンビーム１０４から排除する。角度エネルギフィルタ１１６は、所定のエネルギ範囲内のイオンの経路を変化させてそれらのイオンがスリットあるいは開口部を通過できるようにするために、偏向板、集束電極、およびエッジ電極を備えている。これがなければ、非選択のイオンはスリットを通過することができず、ウェハへの混入を防止できない。上記偏向板は、選択されたイオンを選択された角度でエネルギ混入物質の経路からそらすことができるが、エネルギ混入物は電気的に中性なので、偏向板の影響を受けず、中性エネルギ混入物の経路はイオンビーム１０４のもともとの経路と同じになる。イオンのビームは、ワークピース上のドープすべき領域に向けられる。例えば、エネルギ混入物の経路に、当該混入物がワークピースあるいはウェハに到達することを防止するために、混入物の集積手段（図示せず）とともに何らかのバリアを設けてもよい。
【００２２】
エネルギフィルタ１１６はエネルギ混入物を好適にフィルタリングすることができるが、散乱によって生じる問題がまだ残っている。例えば、大部分のイオンは妨げられることなく当該注入装置のビームラインを移動するが、一部のイオンは開口部およびその内部の壁部に命中する。例えば、ビームが分離開口（例えば質量分離開口）における吸引手段あるいは穴部の表面に衝突するまで、空間電荷力によってイオンビームの断面積のサイズを増大させてもよい。イオンが表面に衝突すると、衝突したイオンは表面より下層の材料中に埋め込まれるか、あるいは表面で反射してビーム中に再び戻る。この反射は一般に「散乱」と呼ばれ、散乱後の粒子の方向が内部方向である場合、当該散乱は「前方散乱」と呼ばれる。
【００２３】
終端部１１８は、イオン注入システム１００内に設けられており、ビームラインアッセンブリ１１０から質量分析されて浄化されたイオンビーム１０４を受け取る。終端部１１８は、質量分析されて浄化されたイオンビーム１０４を用いた注入を行うために、半導体ウェハ等の１または複数のワークピース（図示せず）をビーム経路に沿って支持する。終端部１１８は、１または複数の対象のワークピースとイオンビーム１０４とを相対的に移動あるいは走査するための対象物走査システム１２０を備えている。対象物走査システム１２０は、例えば、操作パラメータおよび／または目的などの条件に応じて、バッチ方式で注入を行う構成としてもよく、連続方式で注入を行う構成としてもよい。
【００２４】
図２は、本発明の一態様にかかるビームラインアッセンブリ２００の横断面図である。ビームラインアッセンブリ２００は、入射イオンビームのエネルギレベルを所望のレベルまで引き下げ、当該イオンビームからエネルギ混入物を除去し、当該イオンビームを対象物（例えばウェハあるいはワークピース２６０）に向ける。本発明の一実施例では、ビームラインアッセンブリ２００は、例えば、散乱してワークピース２６０に衝突する高エネルギ粒子の数を減少させてエネルギ混入物をさらに低減するために、連続する突出部あるいは複数の突出部２１４を備えている。ビームラインアッセンブリ２００は減速部２２０を備えており、環状集束部材２２４をさらに備えていてもよい。減速部２２０は、イオンビーム経路２１２に沿って減速部２２０を通過するように入ってくるイオンビームを連続的に減速させる多数の段を備えている。上記各段はイオンを減速（あるいは加速）させるために配置された、電圧が印加される電極を備えている。環状集束部材２２４は、絶縁体を介して減速部２２０に支持されており、イオンビームをイオンビーム経路２１２に沿って垂直方向に集束させるとともに、イオンが実質的に環状集束部材２２４内にある間は環状集束電圧の電位によって最終的なエネルギよりも高いエネルギを維持しつつイオンビームをより減速させることを可能にする負の電位が個別に印加される。環状集束部材２２４は、例えば水平方向の幅が広い矩形形状であってもよい。接地板２３２は、例えば、環状集束部材２２４の他方の側で電界を終結させるように設けられていてもよい。
【００２５】
ビームラインアッセンブリ２００が、エネルギ混入物をイオンビームからフィルタリングするために環状集束部材２２４に接続することが可能な角度静電フィルタ２３０あるいは偏向フィルタを備えていてもよい。角度静電フィルタ２３０は、例えば、入口電極２３４、出口電極２３８、上部偏向板２４２、下部偏向板２３６、エッジ電極２４４、および出口スリット２４０を備えている。入口電極２３４および出口電極２３８は、イオンビームが通過する開口部を備えている。入口電極２３４および出口電極２３８は、イオンビームを偏向領域内へ加速させ、偏向領域の交流側でビームを減速させる。
【００２６】
エネルギ混入物（中性混入物を含む）は曲げられず（あるいは特定の角度で曲げられず）、その結果、中性混入物の大部分は出口スリット２４０および／または対象物の近傍に配置されたより制限されたスリットを通過しない。下部偏向板２３６の屈曲部により、比較的大部分のビームを当該下部偏向板に衝突させることなく所望の経路に曲げることができ、選択されたイオンの適切な偏向を促進させることができる。出口スリット２４０には例えば０Ｖあるいはグランド電位が印加されており、それによって出口電極（出口集束電極）２３８を通過した後にビームが減速する。ビームは最終的なエネルギまで減速されて偏向板２４２，２３６および出口電極２３８の電界の外部に放出される。また、偏向の曲げが完了する。軌道にこれらの短い部分を設けるだけで、高電位のイオンを中性化することができ、遮蔽スリットを通過するのに十分な曲げを完成させることができる。この短い経路により、従来の装置よりも中性粒子が対象物に向かう可能性を低減でき、減速ギャップの前で一定のエネルギで大きなドリフト距離を得ることができる。
【００２７】
前方散乱された中性粒子は、上述したように注入装置の電界や磁界の影響を受けないので、一般に、ビームイオンの軌道に従わない。例えば、減速レンズあるいは減速部２２０の前あるいは後に配置された電界曲げフィルタを用いて、高エネルギな荷電粒子をイオンビーム経路２１２から除去することができるが、高エネルギな中性粒子の軌道を修正することはできない。前方散乱された中性粒子は、高エネルギである場合、ワークピースに到達してエネルギ混入を引き起こす。
【００２８】
本発明の一態様では、イオンビーム経路２１２に沿った複数の突出部を有するビームラインアッセンブリ２００によって前方散乱する中性粒子を減少させることができる。なお、突出部は、図２に示した構成に限らず、様々な形状、サイズ、および角度を有していてもよい。例えば、複数の突出部２１４は、減速部２２０の前のビームトンネルあるいはビームガイド２１０内に配置されていてもよく、減速部内に配置されていてもよく、ビームガイド２５０の壁を取り囲む突出部２６２のように、減速部２２０の後の第２ビームガイド（あるいはトンネル）２５０内に配置されていてもよい。これらの突出部２１４は、例えば、表面領域２１６と表面領域２１６同士の間に設けられた溝部２１８とを有する鋸刃状の切り込みを有していてもよい。
【００２９】
ビームガイド２１０内の突出部２１４およびビームガイド２５０内の突出部２６２、および／または減速部２２０内の少なくとも１つの電極は、徐々に変化する形状であってもよく、イオンビーム経路２１２に沿った位置に応じて他の領域（図示せず）と異なる形状であってもよい。例えば、突出部の表面領域を、前方散乱を防止するために、イオンビーム経路内の中性粒子の軌道に面する形状にしてもよい。例えば、表面領域は、中性粒子の軌道に対して９０°の角度に形成されていてもよい。中性粒子およびイオンの軌道は、ビームラインアッセンブリの壁部が特定のイオンビーム軌道に衝突するように様々な角度にモデル化できる。したがって、上記突出部は、一例として、中性粒子がワークピースから逸れる異なる軌道に反射すること、および／または、ワークピース２６０に埋め込まれる前にビームラインアッセンブリ内で少なくとも１回衝突する軌道内に配置されることを保証するように、モデル化あるいは計算された中性粒子の軌道に面していてもよい。
【００３０】
ビームガイド２１０，２５０内、および／または減速部２２０内における上記突出部の位置は、ワークピース２６０からの視線内であってもよい。上記の視線内である位置は、ワークピースからの光軸内あるいはワークピースからの接続線内に配置された、イオンビーム経路２１２に沿って他の構造あるいは部材と交差しない壁や部材であってもよい。例えば、上記突出部は、ワークピース２６０から見て、ビームガイド２５０の壁を囲んでいてもよく、ビームガイド２１０の側面あるいは壁に沿っていてもよい。
【００３１】
図３は、本発明の一態様にかかるビームガイド３００の一部の側面図である。ビームガイド３００は、イオンビーム経路３５０に沿った壁部３３０を備えており、壁部３３０内をイオンビームが移動する。上記壁部３３０は、ビームガイド３００の周囲を覆うように形成された突出部３６０を支持している。突出部３６０は、ワークピース３４０から逸れた軌道（例えば軌道３１０）内の中性粒子に衝突して反射させるように、および／または、ワークピース３４０に注入される前にビームラインアッセンブリ内で少なくとも１回以上衝突する軌道３２０内に形成されていてもよい。
【００３２】
ビームトンネル３５０は、例えば、ビームラインアッセンブリ内の減速レンズ（図示せず）の下流に配置されていてもよい。例えば、突出部３６０は、ビームトンネルの壁部３３０を切り込むかあるいはエッチングした、鋸刃状の切り込みあるいは溝３７０であってもよい。上記溝３７０は、中性粒子の軌道３１０に対して約９０°の角度を成すように形成されていてもよい。例えば、入射角βをイオンビーム経路に応じて変化させてもよく、中性粒子が衝突する表面領域３６５の角度θを様々な粒子の軌道が約９０°で衝突するように変化させてもよい。なお、突出部３６０をビームトンネル３５０内に図示しているが、エネルギ混入物を低減するためにワークピース３４０からの光学的視界内のビームラインアッセンブリの他の部材や他の部分に同様の特徴を有する他の突出部（図示せず）を設けてもよい。
【００３３】
イオンビーム経路３５０に沿った位置に応じて溝３７０を変化させてもよい。例えば、突出部３６０をイオンビーム経路３５０に沿って徐々に変化させてもよい。また、突出部３６０を領域毎に変化させてもよい。例えば、複数セットの互いに異なる突出部を設け、領域３８０の突出部における溝および表面領域の角度、サイズ、深さ、および／または突出部同士の間隔を他の領域３９０の突出部と異ならせてもよい。粒子の軌道のモデル化により、粒子が光学的に衝突してワークピースから逸れる軌道に反射するように、および／または、粒子の軌道がワークピースに注入される前にビームラインアッセンブリ内で少なくとも１回以上衝突する軌道になるように、突出部の領域３８０および３９０をそれぞれ設計してもよい。具体的には、溝３６５を中性粒子の前方散乱を防止および／または減少させることができるように形成してもよい。例えば、上記突出部の深さは特に限定されるものではないが、１ｍｍから７ｍｍの範囲内（例えば３ｍｍ）であってもよい。また、上記突出部は表面に数百個の突出部を備えていてもよい。例えば、それぞれの溝部およびワークピース３４０からの視線内で粒子が衝突する表面領域に、４００個の突出部が形成されていてもよい。本発明の一態様では、例えばアクセリステクノロジー社が権利を有する米国特許７，３５８，５０８および米国公開公報２０１１／０，０１２，０３３などで述べられている構成など、あらゆる表面形状を用いることができる。これらの文献の全体は参照によって本願明細書に組み込まれる。
【００３４】
図４は、エネルギフィルタを備えていない、本発明の一実施形態にかかるイオン注入システム４００の例を示している。上記イオン注入システム４００は例示のためのものであり、本発明はイオン注入システム４００の構成に限定されるものではなく、上述したシステムと同様、様々な変形や改良が可能である。
【００３５】
イオン注入システム４００は、縦方向のイオンビーム経路４０５に沿ったイオンビーム４０４を生成するイオンビーム源４０２を備えている。イオンビーム源４０２は、電力源４３０と関連付けられたプラズマ源と、抽出装置４１０とを備えている。抽出装置４１０はイオンビーム４０４を抽出できる構成であればどのような構成でもよい。
【００３６】
イオンビーム４０４は荷電粒子を含んでいるので、荷電粒子同士が斥け合うため、放射方向外側に噴出あるいは拡張する傾向がある。また、ビームの噴出は、粒子間の斥力が強い、同極性の帯電粒子（例えば高電流）が同じ方向に比較的ゆっくり（例えば低エネルギ）と移動する高電流（高パービアンス）ビームにおいて特にひどくなる。このため、抽出アッセンブリは、一般に、ビームの噴出を最小限にできるように高いエネルギでイオンビーム４０４を抽出できるように形成される。そうでなければ、空間電荷力によってビームの断面積が吸引部の表面あるいは分離部の開口部に衝突するまで増大し、それによって、例えば、イオンが表面に衝突して中性粒子としてイオンビーム経路４０５に再入射してしまう。また、減速モードにおいて、イオンビーム４０４は、この例では、ビームの封じ込めを促進するために上記イオン注入システム４００を比較的高いエネルギで移動し、ワークピース４２２に衝突する前に減速部４１９で減速させられる。
【００３７】
第１ビームトンネル４１２は、イオンビーム源４０２からのイオンビーム４０４を受け取るようにイオンビーム源４０２の下流に設けられており、受け取ったイオンビーム４０４の経路に沿って配置された質量分析器４１４を備えている。第２ビームトンネル４２０は、エネルギ混入物をさらに減少させるために減速部４１９の下流に設けられている。第１ビームトンネル４１２は複数の突出部４１７を備えており、第２ビームトンネル４２０は複数の突出部４２１を備えている。複数の突出部４１７および４２１は、それぞれ、中性粒子をワークピース４２２から逸らす方向に反射させるか、あるいはワークピース４２２に衝突する前に少なくとも１回以上表面に衝突させるための、表面領域および溝部を備えている。
【００３８】
突出部４１７および４２１は、第１ビームトンネルの壁部および側面、減速部４１９、および第２ビームトンネル４２０に沿ったイオンビーム経路４０５内の質量分析／曲げより前の第１ビームトンネル４１２内の点４２８を含む、ワークピース４２２からの視線内に配置されていてもよい。図４には、イオンビーム経路４０５を取り囲む突出部４２１と、第１ビームトンネル４１２の一方の壁部に形成された突出部４１７とが図示されている。エネルギ混入物を減少させるための突出部（図示せず）を、例えば、減速部４１９内の陽極（プラス電極）上などに設けてもよい。ワークピース４２２からの視線内の各突出部は、サイズ、形状、深さ、およびイオンビーム経路に沿ったそれらの位置に応じた間隔が互いに異なっていてもよい。また、上記突出部は、中性粒子軌道４２４などの中性粒子の軌道に対して約９０°の角度を有する表面領域を備えていてもよい。できるだけ表面が中性粒子の軌道の方を向くようにすることで、上記突出部を、衝突した中性粒子がワークピースから逸れる方向に反射するように、および／または、ワークピース４２２に注入される前にビームラインアッセンブリ４００内で少なくとも１回以上衝突する軌道内に形成できる。
【００３９】
混入をさらに防止するために、減速部４１９を形成する１または複数の減速電極をエネルギフィルタの上流側または下流側に設けてもよく、あるいは図４に示すようにエネルギフィルタを設けなくてもよい。また、イオン注入システム４００には終端部４２６が設けられている。終端部４２６は、質量分析されたイオンビーム４０４を第１ビームトンネル４１２から受け取るようになっており、対象スキャンシステムが１または複数のワークピース４２２（半導体ウェハなど）を、最終的に質量分析されたイオンビーム４０４を用いて注入を行うために上記経路に沿って支持するようになっている。減速抑制電源４３２は、減速部の中間電極に接続されている。これらの電源の供給電力は、所望のイオンビーム性能、適切な曲げ角度、最終的なイオンビームエネルギ、および最適な集束が得られるように調整される。
【００４０】
本発明のさまざまな態様にかかる方法は、上述した図および説明を参照して上述した構造的および機能的な特徴を考慮するとより理解できるであろう。説明の簡略化のために、以下に示す方法の説明では連続的に実行するように記載しているが、本発明の方法は図示した順序に限るものではなく、異なる順序で実行してもよく、および／または、本明細書に開示する他の処理と同時に実行してもよい。また、本発明の態様にかかる方法では、必ずしも図示された全ての特徴を実行する必要はない。
【００４１】
図５および図６は、本発明の一態様にかかる、イオンビーム経路からエネルギ混入物を除去するための典型的な方法５００および６００を図示したものである。方法５００および６００では、処理あるいはイベントを連続的に示しているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、本発明の態様において、処理の一部を異なる図示した順序と異なる順序で行ってもよく、および／または他の処理と同時に行ってもよい。また、本発明では、必ずしも図示した全てのステップを実行する必要はない。また、本明細書において図示した構成および／または処理を他の図示されていない構造と組み合わせてもよい。
【００４２】
図５の方法５００は、「開始」ブロックで初期化されてブロック５０２から開始される。ブロック５０２では、ワークピースからのイオンビーム経路の視線内の粒子の軌道（例えば中性粒子の軌道）を計算する。ワークピースからイオンビーム経路を見た視線は、減速レンズの下流のイオンビーム経路を含んでいてもよく、減速レンズの上流のイオンビーム経路におけるビームトンネルの終端部より前の点までの部分に及んでいてもよい。また、ビームトンネルの端部よりも前の点は、ビームトンネルにワークピースから見えなくなる角度で湾曲している部分の側面より前の点を含んでいてもよい。
【００４３】
ブロック５０４では、ワークピースからのイオンビーム経路の視線内の壁部に突出部を設ける。上記突出部は、溝部によって分割された、それぞれが上記の計算された軌道に対して約９０°の角度で面する複数の表面領域を備えていてもよい。上記突出部は、イオンビーム経路に沿った位置に応じてそれぞれ異なる角度を有していてもよい。上記突出部は、軌道中の中性粒子に衝突してワークピースから逸れる方向に反射させるように、および／または、ワークピースに注入される前にビームラインアッセンブリ内で少なくとも１回以上の衝突するように軌道内に形成されていてもよい。また、突出部間の溝部は、中性粒子の前方散乱を防止できるように、深さ、サイズ、および／または間隔がそれぞれ異なっていてもよい。上記溝部および上記突出部の平坦面は、本発明の一実施例に従って掘り込まれたものであってもよい。上記溝部は、例えば、１ｍｍから７ｍｍの範囲内の深さを有し、減速レンズの下流のイオンビーム経路を取り囲む壁部および減速レンズの上流の壁部に配置されていてもよい。例えば、上記減速レンズは、突出部が配置された少なくとも１つの電極（例えば陽極（プラス電極））を備えていてもよい。また、上記溝部は、１００個以上の溝を備えていてもよい。また、上記軌道が、ワークピースからの視線内のビームライン経路に沿ったビームラインアッセンブリの壁部に対して異なる入射角で入射する構成であってもよい。上記方法は「終了」ブロックで完了する。
【００４４】
図６の方法は、「開始」ブロックで初期化される。上記方法６００は、ブロック６０２において、ワークピースからのイオンビーム経路の視線内の粒子の軌道を計算する。上記軌道を、それらの経路がビームラインアッセンブリ内においてワークピースからの視線内になるようにモデル化してもよい。
【００４５】
ブロック６０４では、突出部を有する複数の領域をそれぞれ設ける。上記領域は、ワークピースからのイオンビーム経路の視線内に配置されており、中性粒子の大部分をそこで反射する形状に形成されている。上記粒子は、溝部によって分割された、計算された軌道に約９０°の角度で面する表面領域を有する突出部によってワークピースから逸れる方向に反射される。複数の上記領域が、イオンビーム経路に沿った位置に応じて領域毎に角度が異なる突出部を備えていてもよい。上記方法は「終了」ブロックで完了する。
【００４６】
本発明の実施例および実装例について図示および説明したが、当業者であれば、本明細書および添付図面を読んで理解することにより、同等な変更や修正を施してもよいことを理解できるであろう。具体的には、上述した部材（アッセンブリ、装置、回路、システムなど）によって実行される様々な機能、それらの部材を説明するために用いた用語（「手段」という表現を含む）は、特に言及しない限り、記載した部材の機能を実行できる（すなわち機能的等価性を有する）他の部材と、たとえ記載した部材と構造的に等価でなくても本明細書の実施例に開示した機能を実行可能であれば置換可能であることを意図している。この点に関し、本開示が、コンピュータに示した様々な方法のステップを実行させるためのコンピュータが実行可能な命令を記憶したコンピュータ読取可能な記録媒体を含み得ることを理解できるであろう。また、実装例のうちの１つでのみ説明した特定の特徴であっても、その特徴を１または複数の他の実装例における他の特徴と、適宜有利なように組み合わせることが可能である。また、詳細な説明や請求項で用いられる、「含む」、「含んでいる」、「持っている」、「備えている」、「有している」等の用語やそれらの変形は、「包含する」という用語と同様、包括的な意味を意図している。また、「典型的」という用語は、単に実施例を示すものであり、最善の手段であることを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムに備えられる部材を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムの終端部近傍のビームラインアッセンブリ部分を概略的に示した図である。
【図３】本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムにおける、例えば減速要素の下流側のビームラインアッセンブリ内のビームガイドの一部を概略的に示した図である。
【図４】本発明の１または複数の態様にかかるイオン注入システムに備えられる部材、より具体的にはビームガイドに沿った第１および第２ビームトンネルを示す図である。
【図５】本発明の１または複数の態様にかかるエネルギ混入物を除去するための方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の１または複数の態様にかかるエネルギ混入物を除去するための方法を示すフローチャートである。
【図１】
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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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【図６】
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