(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームに伴う粒子の輸送を抑止するシステムであって、
このイオンビーム（１６）の経路（２０）に対して、前記イオンビーム（１６）中に存在する粒子（６６）を前記イオンビーム（１６）の前記経路（２０）からそらすように作用する電界（２８）を発生するための電界発生器（１２、１４）と、荷電された前記粒子（６６）の前記イオンビーム（１６）中への再進入を抑止するために、前記電界発生器（１２、１４）と結合して作動する粒子収容システム（４４、４６）と、を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記電界発生器（１２、１４）は、お互いに離間して配置された第１電極（１２）と第２電極（１４）とを備え、前記イオンビーム（１６）の前記経路（２０）は、前記第１電極（１２）と前記第２電極（１４）との間に存在する領域を貫通することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電界（２８）は、重力とほぼ同一方向であってかつ前記イオンビーム（１６）を横断する方向に発生され、重力と前記電界（２８）との協働によって、荷電された前記粒子（６６）を前記イオンビーム（１６）から引き出すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
イオンビームに伴う粒子の輸送を抑止するシステムであって、
電界（２８）を発生するための第１電極（１２）と第２電極（１４）とを備え、
前記電界は、前記第１電極と前記第２電極との間に、前記イオンビーム（１６）の移動の経路（２０）を横断する方向に発生され、
荷電された前記粒子（６６）の前記イオンビーム（１６）への再進入を抑止するために、前記第１電極（１２）と前記第２電極（１４）の少なくとも１つに結合して作動する粒子収容システム（４４、４６）をさらに備え、
前記粒子収容システム（４４、４６）は、前記第１電極（１２）および前記第２電極（１４）のそれぞれに結合して作動する複数の捕捉部材（４４、４６）を備えており、
前記イオンビーム（１６）中に存在する粒子（６６）は、前記電界（２８）の領域内において前記イオンビームに一致する極性に荷電され、前記電界（２８）は、荷電された前記粒子（６６）を前記イオンビーム（１６）の前記経路（２０）からそらすことを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記電界（２８）は重力とほぼ同一方向であり、重力と前記電界（２８）との協働によって、荷電された前記粒子（６６）を前記イオンビーム（１６）から引き出すことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記電界（２８）はプラズマ（５６）の前記電界（２８）内への下流方向の移動を抑止し、それによって前記イオンビーム（１６）内の前記粒子（６６）の荷電を促進する環境を形成することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１電極（１２）および前記第２電極（１４）のそれぞれは、移動の前記経路（２０）にほぼ平行に延在するほぼ半円筒形の側壁部分（３０、３２）を備え、それぞれの前記側壁部分（３０、３２）はお互いに離間して配置され、前記イオンビームはそれらの間を通過することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記粒子収容システム（４４、４６）は、それぞれの前記側壁部分（３０、３２）に結合して作動する複数の捕捉部材（４４、４６）を備え、複数の前記捕捉部材は、それぞれの前記側壁部分（３０、３２）の内面から、ほぼ上流方向かつ半径方向内向きに延在することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１、第２電極（１２、１４）に対して下流側に配置され、前記イオンビームを所望の大きさに加速するための加速電極（６０）をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
注入ステーション（２１６）に配置された基板を処理するイオンを放出するイオン源（２１０）と、
適切な質量のイオンを注入軌道に偏向する分析磁石システム（２１２）と、
この分析磁石システム（２１２）から偏向したイオンの流れに伴う粒子の輸送を抑止する粒子除去システム（２０２）と、
前記注入ステーション（２１６）に支持され、前記粒子除去システム（２０２）からのイオンを使用して処理される基板とを備え、
前記粒子除去システムは、電界を発生するための電界発生器（２５０、２５２）を備え、前記電界は、前記偏向されたイオンからなるイオンビーム中に存在する粒子を、前記イオンビームの移動の方向からそらすように作用し、かつ、前記電界発生器（２５０、２５２）は、前記電界を発生するための第１電極（２５０）と第２電極（２５２）とを備え、前記電界は、前記第１電極と前記第２電極との間に、前記イオンビームの前記移動の方向を横断する方向に発生し、
荷電された前記粒子の前記イオンビームへの再進入を抑止するために、前記第１電極（２５０）および前記第２電極（２５２）の少なくとも１つに結合して作動する粒子収容システム（２５４、２５６）をさらに備え、前記粒子収容システム（２５４、２５６）は、前記第１電極（２５０）および前記第２電極（２５２）のそれぞれに結合して作動する複数の捕捉部材（２５４、２５６）を備えており、
前記基板における粒子汚染が軽減されることを特徴とするイオン注入システム。
【請求項１１】
荷電された前記粒子の前記イオンビームへの再進入を抑止するために、前記電界発生器（２５０、２５２）に結合して作動する粒子収容システム（２５４、２５６）をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電界は重力とほぼ同一方向であり、重力と前記電界との協働によって、荷電された前記粒子を前記イオンビームの前記移動の方向からそらすことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電界はプラズマ（５６）の前記電界内への下流方向の移動を抑止し、それによって前記電界内における前記イオンビーム中に存在する前記粒子の荷電を促進する環境を形成し、また前記電界は、荷電された前記粒子を前記イオンビームの前記移動の方向からそらすことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記粒子除去システム（２０２）と前記注入ステーション（２１６）との間に配置され、前記イオンビームを所望のエネルギーレベルに加速するための加速電極（２６０）をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
イオンビームに伴う粒子の輸送を抑止するシステムであって、
電界（２８）を発生する手段（１２、１４）を備え、前記イオンビーム（１６）中に存在する粒子（６６）は、前記電界内（２８）において前記イオンビーム（１６）に一致する極性に荷電され、その後、前記イオンビーム（１６）の移動方向からそらされるとともに、前記粒子（６６）が前記イオンビーム（１６）から引き出された後の、前記粒子の前記イオンビーム（１６）中への再進入を抑止するための手段（４４、４６）をさらに備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
イオンビームに伴う粒子の輸送を抑止する方法であって、
電界を発生するステップ（３１０）と、
前記イオンビーム中に存在する粒子を、前記電界の領域内において前記イオンビームに一致する極性に荷電するステップ（３３０）と、
荷電された前記粒子の少なくとも１つを前記イオンビーム（１６）の移動方向からそらすステップ（３４０）と、
荷電された前記粒子の前記イオンビーム中への再進入を抑止するステップ（３５０）と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
電界を発生する前記ステップは、重力とほぼ同一方向に電界を発生するステップを含み、重力と前記電界との協働によって、荷電された前記粒子を前記イオンビームから引き出すことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
プラズマが前記イオンビームと共に前記電界内へ下流方向に移動することを抑止するステップをさらに備え、それによって前記粒子を荷電する前記ステップを促進する環境を形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記粒子をそらす前記ステップの後に、前記イオンビームを加速するステップ（３７０）をさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
複数の前記捕捉部材は、導電性材料からなる伸長された薄板であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項２１】
複数の前記捕捉部材は、荷電粒子の捕捉を容易にするために上流方向に傾斜していることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項２２】
複数の前記捕捉部材は、半径方向内向きに延在する湾曲した広がりを有し、下流方向の各捕捉部材は半径方向内向きに長さが延長されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項２３】
複数の前記捕捉部材は、それぞれの前記側壁部分に結合され、イオンビームをほぼ囲むように、ぞれぞれの前記側壁部分の内面からほぼ上流方向かつ半径方向内向きに延在することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１電極および前記第２電極は、前記移動の経路にほぼ平行に延在するほぼ半円筒形の側壁部分をさらに備え、それぞれの前記側壁部分はお互いに離間して配置され、前記イオンビームはそれらの間を通過することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項２５】
複数の前記捕捉部材は、それぞれの前記側壁部分に結合して作動し、イオンビームをほぼ囲むように、それぞれの前記側壁部分の内面からほぼ上流方向かつ半径方向内向きに延在することを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
複数の前記捕捉部材は、前記捕捉部材の間に複数の間隙を形成し、複数の前記間隙は、前記粒子の運動エネルギーを低減させ、かつ前記粒子を放電させるように作動することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記再進入を抑止するステップは、複数の前記捕捉部材に対して荷電された前記粒子を反跳させ、荷電された前記粒子から複数の前記捕捉部材へ接触によって運動エネルギーを伝達し、かつ荷電された前記粒子を中性電荷まで放電させるステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
注入ステーションに配置された基板を処理するイオンを放出するように作動するイオン源と、
適切な質量のイオンを前記イオン源から注入軌道に偏向するように作動する質量分析システムと、
前記質量分析システムの下流に配置され、前記注入ステーションに向かって偏向されたイオンの流れに伴う汚染粒子の輸送を抑止する汚染粒子除去システムとを備え、
前記汚染粒子除去システムは、上流端と下流端とをそれぞれ有する電界発生器を備え、前記電界発生器は、前記上流端における強さが前記下流端における強さよりも弱い電界を発生し、
前記電界は、前記基板が支持された前記注入ステーションに関連するプラズマシースをほぼ消滅させ、前記注入ステーションは、前記汚染粒子除去システムの下流に配置され、前記粒子除去システムの前記電界発生器の前記下流端から射出される偏向されたイオンの流れによる処理を受けるように作動し、
前記汚染粒子除去システムは、前記汚染粒子の再進入を軽減する複数の捕捉部材をさらに備え、前記基板における粒子汚染が軽減されることを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２９】
複数の前記捕捉部材は、導電性を有して前記電界発生器の一対の電極に接続され、前記一対の電極は、前記電界を発生するように作動することを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
複数の前記捕捉部材は、前記一対の電極から半径方向に延在し、前記各捕捉部材は下流端に向かってその長さが延長されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
複数の前記捕捉部材は、前記汚染粒子を中性電荷にまで放電させるように作動することを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、イオンビーム中の粒子の輸送を抑止することに関連し、より詳細には、イオンビームに伴う微粒子の輸送を抑止するための静電システムを備えたシステムおよび方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
半導体デバイスの製造において、イオン注入装置は、半導体ウエハまたはガラス基板に不純物をドーピングするために使用される。詳しくは、イオン注入装置は、イオンビームを使用してシリコンウエハを処理し、ｎ型またはｐ型の不純物半導体を製造したり、または集積回路の製造中に不活性層を形成するために使用される。半導体のドーピングに使用する場合、イオン注入装置は、選択されたイオン種を射出して所望の不純物半導体を製造する。アンチモン、砒素、燐といったイオン源材料から発生するイオンを注入すると“ｎ型”の不純物半導体ウエハが生成され、一方、“ｐ型”の不純物半導体ウエハを所望の場合には、ホウ素、ガリウム、またはインジウムなどのイオン源材料から発生するイオンが注入される。
【０００３】
一般的なイオン注入装置は、イオン化可能な原材料から正イオンを発生させるイオン源を備えている。発生した複数のイオンはビームに形成され、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに導かれる。イオン注入装置は、イオン源と注入ステーションとの間に延在する、ビーム形成／整形構造体を備えている場合もある。ビーム形成／整形構造体は、イオンビームを維持し、ビームが注入ステーションへの途上で通過する細長い内部空洞すなわち通路の境界を定めるものである。イオン注入装置の動作時には、この通路は、イオンが空気分子との衝突の結果として所定のビーム経路から偏向する確率を低減するために排気される。
【０００４】
イオンの電荷に対する質量（たとえば、比電荷）は、静電界や磁界によって軸方向と横方向の両方にイオンが加速される度合いに影響を及ぼす。したがって、望ましくない分子量のイオンはビームから離れた位置に偏向されるため、半導体ウエハまたは他のターゲットの所望の領域に到達するビームを極めて純度の高いものにすることができ、所望の物質以外の注入を回避できる。所望の比電荷を有するイオンとそうでないイオンとを選択的に分離するプロセスは、質量分析として知られている。質量分析装置は、通常、双極子磁界を発生する質量分析磁石を使用し、イオンビーム中の様々なイオンを、弓形の通路において磁気偏向を介して偏向させ、それによって比電荷の異なるイオンを効果的に分離するものである。
【０００５】
イオンビームは、基板表面の所望の領域に集束されて導かれる。通常、イオンビーム中の高エネルギーイオンは、所定のエネルギーレベルにまで加速され、加工物の内部に浸透する。イオンは、材料の結晶格子中に埋め込まれ、所望の導電率を有する領域を形成する。その際、注入の深さはビームエネルギーによって決定される。イオン注入システムの例として、Axcelis Technologies 社（Beverly, Massachusetts）から市販されているシステムが挙げられる。
【０００６】
イオン注入装置または他のイオンビーム装置（たとえば、線形加速器）の動作の結果、汚染粒子が生成される場合がある。汚染粒子には、たとえば、そのサイズが１μｍ以下のものもある。そして、通常その速度はイオンの速度よりもずっと遅いものではあるが、粒子に衝突するビーム中のイオンの運動量が要因となって粒子がビームと共に輸送される。したがって、イオンビームの流れに乗った粒子は、ウエハ（または他の基板）に向かってビームと共に輸送され、結果としてウエハの望ましくない汚染が生じる可能性がある。
【０００７】
イオン注入装置では、たとえば、汚染粒子源の１つはフォトレジスト材料である。フォトレジスト材料は、注入に先だってウエハの表面に被膜され、完成された集積回路上の回路構成を定めるために使用される。イオンがウエハの表面に衝突すると、フォトレジスト膜の粒子がウエハから飛び出してイオンビームの流れに乗る場合がある。イオン注入中に、半導体ウエハまたは他の基板に衝突して固着する汚染粒子は、処理中のウエハ上にサブミクロンのパターン精度が要求される半導体およびその他のデバイスの製造において、歩留まりを下げる要因となる可能性がある。
【０００８】
半導体デバイスが、高精度化を伴って微細化されたサイズにおいて製造されるにつれて、そのような半導体デバイスの製造装置には、より高い正確性および効率性が要求されている。したがって、ウエハの汚染を軽減するためにイオンビーム中の汚染粒子のレベルを低減することが望まれている。
【０００９】
（発明の開示）
本発明は、イオンビームの流れに乗った粒子の輸送を抑止するためのシステムおよび方法に関する。粒子がイオンビームと共に電界中を移動するにつれてその粒子は荷電され、イオンビームに一致する極性の電荷が増大する。電界は、荷電された粒子をイオンビームから引き出し、電界発生器に結合して作動する粒子収容システムにその粒子を引き込むことができる。粒子収容システムは、粒子がビームから引き出された後にイオンビーム中に再進入することを抑止するように構成されるものである。粒子収容システムはまた、荷電された粒子を中性電位に至るまで放電させるためもしくは粒子の運動エネルギーを低減させるため、またはその両方のための機構を備え、それによって粒子のビームへの再進入を抑止する。その結果、本発明においてイオンビームから粒子を除去もしくは偏向することができ、それによって加工物の汚染が軽減される。
【００１０】
別の観点では、本発明はイオンビームに伴う粒子の輸送を抑止するためのシステムを提供するものである。このシステムは第１電極と第２電極とを備え、それらの間に、通常はイオンビームの移動経路を横断する方向に電界を発生する。イオンビーム中に存在する粒子は、電界の領域内においてイオンビームに応じた極性に荷電され、それによって電界はその粒子をイオンビームから引き出すことができる。
【００１１】
さらに別の観点では、本発明はイオン注入システムを提供するものである。このシステムは、注入ステーションに配置された基板を処理するためのイオンを放出するイオン源を備えている。分析磁石システムは、適切な質量のイオンを注入軌道に偏向するものである。イオン注入システムはまた、分析磁石システムから偏向されたイオンの流れに伴う粒子の輸送を抑止するための粒子除去システムも備えている。粒子除去システムは一対の電極を含み、それらの間に、通常は偏向されたイオンの移動方向を横断する方向に電界を発生する。偏向されたイオンから形成されるイオンビームの流れに乗った粒子は、電界の領域内で偏向されたイオンとの相互作用によって荷電され、それによって電界は荷電された粒子をイオンビームから引き出すことができる。基板は注入ステーションに支持され、粒子除去システムからのイオンを使用して処理される。その結果、基板における粒子汚染が軽減される。
【００１２】
別の観点では、本発明はイオンビームに伴う粒子の輸送を抑止するシステムを提供するものである。このシステムは、通常はイオンビームの経路を横断する方向に電界を発生する手段を備えている。イオンビームの流れに乗った粒子は、電界内でイオンビームに一致する極性に荷電され、それによって電界は荷電された粒子をイオンビームから引き出すことができる。
【００１３】
さらに別の観点では、本発明はイオンビームに伴う粒子の輸送を抑止する方法を提供するものである。この方法には、通常はイオンビームの経路を横断する方向に電界を発生するステップと、イオンビーム中に存在する粒子を電界の領域内においてイオンビームに一致する極性に荷電するステップとが含まれる。その後、荷電粒子の少なくとも一部は、イオンビームから引き出される。
【００１４】
上述した目的およびそれに関連する目的を達成するために、以下の説明と添付した図面と関連させて、ここで、本発明の特定の例示的な形態を説明する。ただし、これらの形態は、本発明の原理を使用可能なさまざまな方法のいくつかのみを示すものであって、本発明は、すべてのそのような形態およびそれらと同等なものを含むものである。本発明のその他の利点および新規な特徴は、以下の詳細な説明を図面と共に考慮することから明らかになるだろう。
【００１５】
（発明の実施の形態）
本発明は、イオン注入装置との関連において使用することができるような、イオンビームから汚染粒子を除去するシステムおよび方法を提供するものである。しかし、本発明は、ここに記載した用途以外の用途においてイオンビームから汚染粒子を除去するために使用できるため、イオン注入装置における使用よりも広い応用を有することを理解されたい。さらに、図１〜図６に関連して例示され、説明される例は、正イオンビームからの粒子の除去用として構成されているが、本発明が負イオンビームに対して同様に適用可能なことは当業者にとって明らかである。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態における粒子除去システム１０を示す。このシステム１０には電界発生器が含まれ、この電界発生器は、イオンビーム１６を挟んでほぼ対向する側に離間して配置された一対の電極１２、１４として例示されている。イオンビーム１６は、２０で示されるビーム方向に沿って輸送される。詳しくは、電極１２は、適切な直流電源２２に電気的に接続された負電極である。この電源２２は、システム１０の接地電位２４に対して負の電圧を電極１２に印加するものである。反対側の電極１４はたとえば端子電極２６に電気的に接続され、この端子電極は、接地電位２４に対して正の電圧を電極１４、２６に印加する別の電源２７に接続されている。その結果、２８に模式的に示すように、一対の対向する電極の間に電極１４から電極１２に向かう電界が定まり、この電界は、通常はビーム方向に対して横向きである。電極１２と電極１４との電位差は、正電極１４から負電極１２への電界を定めるために、たとえば約４０ｋＶに設定してもよい。
【００１７】
たとえば、それぞれの電極１２、１４は、ビーム方向にほぼ平行に延在する半円筒形の側壁部分３０、３２を有するものである。側壁部分３０は上流端３４と下流端３６との間に軸方向長さ（たとえば、約１００ｍｍ）を有して延在する。他方の側壁部分３２も、対向する側壁部分３０と同様な延長をもって、上流端３８と下流端４０との間に延在する。それぞれの電極１２、１４の下流端３６、４０の間には開口部４２が形成され、イオンビーム１６はこの開口部を通過することができる。それぞれの側壁３０、３２から、複数の捕捉部材４４、４６がイオンビーム１６を囲むようにほぼ半径方向に内向きに延びている。捕捉部材４４、４６は、導電性材料からなる伸張された薄板であってもよい。捕捉部材は、下流方向に移動する粒子の捕捉を容易にするために、図に示すように上流方向に傾斜していてもよい。
【００１８】
本発明において、イオンビーム中への粒子の再進入を抑止するために、上記電極に結合して作動する他の捕捉機構が使用できることは、当業者にとって明らかである。説明を簡単にするために、図１にはそれぞれの電極１２、１４上の捕捉部材４４、４６が８つの場合を示しているが、本発明において使用する捕捉部材の数を増減できることも当業者にとって明らかである。本発明において使用する電界を発生するために、他の構成からなる電界発生器を使用できることも当業者にとって明らかである。
【００１９】
図２に、図１の２−２断面線に沿った電極１２の典型的な断面図を示す。上述したように、円筒形の側壁３０は湾曲した断面を有し、そこから各捕捉部材が延びている。それぞれの捕捉部材４４も、半径方向内向きに延在する湾曲した広がりを有し、下流方向の各捕捉部材は半径方向内向きに長さが延長される。対向する電極１４を電極１２と概ね同様の寸法および構成にできることは、当業者にとって明らかである。
【００２０】
図１に戻って参照すると、それぞれの電極１２、１４の下流端３６、４０は、導電性を有する環状の支持アセンブリ５０に接続されていてもよい。端子電極２６も支持アセンブリ５０に接続される。電気的に絶縁性の材料からなるスペーサ５４が負電極１２と端子電極２６および支持アセンブリ５０との間に挟まれ、電極１２を端子電極２６から絶縁する。端子電極２６は、図に示すように一対の電極を囲んでいる。
【００２１】
大部分が気体媒質の電子であるプラズマシース５６は、電極１２と電極１４との間の電界を定める領域の外側に存在する。プラズマシース５６は、イオンビーム１６によって生じる空間電荷を中性化する傾向があり、このプラズマシースがなければビームを発散させる可能性のある横方向電界を大幅に消去する。プラズマシース５６はまたビームの汚染を増大させる。イオンビーム１６およびプラズマシース５６は、符号２０で示す方向に移動して電界２８と相互作用する。電界２８はプラズマシース５６を消滅させ（または、吹き消し）、それによってプラズマシースと両電極１２、１４間の電界との境界５８を形成する（たとえば、プラズマ領域からプラズマが無い領域まで遷移部分が作り出される）。電極１２と電極１４との間にプラズマシース５６が存在しないことによって、本発明の一実施形態においてイオンビーム１６に対して粒子を偏向させるために好ましい環境が作り出される。
【００２２】
粒子除去システム１０から電気的に絶縁された可変分解電極６０を下流に配置してもよい。可変分解電極６０は、イオンビーム１６中のイオンを所望のエネルギーレベルにまで加速するように作用するものである。可変分解電極６０は、イオンビーム１６が通過する開口部（たとえば、可変分解開口部）６２を備えている。端子電極２６に電気的に接続された支持アセンブリ５０と可変分解電極６０によって加速システムが形成される。可変分解電極６０は、たとえば、支持アセンブリ５０に対して十分低い電位に保持され、支持アセンブリ５０と電極６０との間でイオンビーム１６中のイオンを加速する。イオンビーム１６中のイオンの加速用として十分大きな加速電界６０を発生するために、たとえば、可変分解電極６０を支持アセンブリ５０に対して約 -４０ｋＶに設定してもよい。
【００２３】
図１の粒子除去システム１０中の粒子６６の軌道の例を図３に示す。ここで、上記記載において図１に示した部分は同じ符号で参照される。イオンビーム１６中の粒子の速度は、通常、ビーム中のイオンの速度よりも何桁も小さい。したがって、ビーム１６に伴う粒子６０の移動は、ビームのイオンから粒子への運動量移行を少なくとも部分的な要因とするものである。
【００２４】
たとえば、粒子６６は、イオンビーム１６の外側のプラズマシース５６内の位置からその軌道を開始する。プラズマシース５６中では多数の自由電子がビーム１６中のイオンよりも高速に移動しており、そのため粒子６６に対する電子の衝突率はイオンの衝突率よりも大きい。したがって、粒子６６はプラズマシース５６内では負電荷を受け取る傾向がある。粒子６６がイオンビーム１６に進入すると、イオンの運動量によってビーム方向２０に駆動されて境界５８を越える。
【００２５】
粒子６６が、ほぼプラズマが存在しない電極１２と電極１４との間の領域に進入した後は、イオンビーム１６のイオンが十分な頻度と速度とをもって粒子に衝突し、そのため粒子はイオンビームの極性に一致する電荷を受け取り始める。たとえば、図３に示すように、粒子６６の電荷は負（プラズマシース５６内）から中性（粒子６６Ａ）に変化する。高速イオンから粒子へ運動エネルギーが移行し、それによって電子が粒子から“解き放たれる”。イオンとの衝突の繰り返しによって、粒子６６は、今度は正に荷電される。粒子６６の質量はビーム１６中のイオンの質量よりもずっと大きいため、粒子は、高速に移動する正イオンとの衝突に応答して、より多くの正電荷を蓄積することができる。その結果、ビーム１６中のイオンは、粒子６０Ｂに正電荷をもって衝突することを継続し、粒子６０Ｂを下流方向２０に移動させる。このようにして、粒子は、粒子６６Ｃおよび粒子６６Ｄとして示すようにその正電荷を増大させる。
【００２６】
粒子が十分な量の正電荷を蓄積（たとえば、粒子６６Ｂ）した後、電界２８は粒子を一方の電極１２に向けて電界方向に移動させる。電極１２と電極１４は、電界２８が重力とほぼ同一方向になるようにお互いに向き付けられていてもよい。この場合、粒子６６に作用する電界２８による力と重力とが協働し、粒子をイオンビーム１６から引き出すものである。
【００２７】
図３の例に示すように、粒子６６Ｄはビームの輸送方向２０からそらされ、ビーム１６から引き出される。特に、粒子は、隣接する１組の捕捉部材４４間に存在する間隙６８内に引き込まれる。間隙６８において粒子６６Ｄは捕捉部材間を反跳して運動エネルギーを減少させ、この運動エネルギーは、接触によって捕捉部材４４に伝達される。電極１２の捕捉部材４４との接触によって、粒子６６Ｅの放電も生じて中性電荷へと至る。粒子６６Ｅは、今度は、ビーム１６の直接の視野に入らないほぼ電界の無い領域７０（たとえば、側壁３２と捕捉部材４４の接合部）内で安定する。
【００２８】
たとえ粒子が１つの捕捉部材４４、４６の半径方向内側の端に接触したとしても、その後、下流側の開口部４２から出る前に別の一対の捕捉部材の間に引き込まれる可能性がかなり高いことを理解されたい。粒子が電極１２と電極１４との間を下流側に移動するにしたがって、電界２８によって粒子に作用する力は増大する。すなわち、電界強度は粒子除去システム１０を通じて距離の関数として増大する。電界強度のこの増大の要因としては、開口部の近くで電極１２と電極１４との間の距離が減少することと共にプラズマシース５６からの距離が増大することが挙げられる（たとえば、開口部４２付近の自由電子数は上流端３４、３８でのそれよりも少ない）。
【００２９】
粒子６６が間隙６８に進入する可能性は、粒子除去システム１０のビーム輸送方向２０に沿った軸方向長さを延長する（たとえば、側壁部分３０、３２を延長する）ことによって増大する。この軸方向長さの延長によって、粒子は電界領域においてより大きな電荷を蓄積すると共に間隙に進入する機会が増大することになる。
【００３０】
本発明のための背景技術を提供するために、図４に本発明の一実施形態における粒子除去システム１０２を使用したイオンビーム処理システム１００の機能ブロック図を示す。システム１００は、たとえばイオン注入システム、粒子加速器、またはイオンビーム（正または負）を使用するその他のシステムであって、イオンビームからの汚染粒子の除去もしくは偏向またはその両方を実施することが望ましいシステムであってもよい。
【００３１】
このシステム１００には、イオンビーム１０６を形成するイオンを放出するイオン源１０４が含まれる。イオン源１０４には、イオン化可能ガスや気化材料のようなイオン源材料が射出されるチャンバが含まれる。イオン源材料にエネルギーを供給してイオンを発生させ、次に、そのイオンはチャンバを出てイオンビーム１０６（正または負）を形成する。イオン源は当業者にとって周知であり、簡潔のためそれについての詳述を省略する。イオン源材料をイオン化するためにマイクロ波のエネルギーを使用するイオン源の例が米国特許第５５２３６５２号に開示されており、この特許は参考として本説明に含まれる。他のイオン源を、それが付加的な処理を受けるあるいは受けないにかかわらず、本発明の一実施形態における粒子除去システム１０２と関連して使用されるイオン源として使用できることは、当業者にとって明らかである。
【００３２】
本発明の一実施形態において、イオン源１０４はビーム１０６を粒子除去システム１０２に供給する。粒子除去システム１０２は、電界１０８を使用して、イオンビーム１０６の流れに乗った粒子の除去を可能にする。たとえば、粒子除去システム１０２は、イオンビーム１０６を挟んでほぼ対向する両側に離間して配置された一対の電極を有する電極アセンブリを備えている。電極には電圧が印加されて電界１０８を発生する。本発明の一実施形態において、電界１０８はビーム方向にほぼ直交するものである。さらに、電界１０８は、重力とほぼ同一方向に粒子を移動させるように揃えられていてもよい。この場合、電界からの力と重力とは協働して汚染粒子をビーム１０６から引き出すものである。
【００３３】
たとえば、電界１０８は、イオンビーム１０６が通過する粒子除去システム１０２に近接するプラズマシースを消滅させる（または、吹き消す）。これによって、プラズマシースと捕捉システム１０２内の領域との間に障壁が定まる。プラズマが存在しないことによって、本発明の一実施形態における粒子除去機能を容易にするような環境が粒子除去システム１０２内に作り出される。イオンビーム１０６中の多数のイオンは、粒子よりもずっと高速に下流側に移動し、ビーム１０６の流れに乗った粒子に正電荷を与える。電界１０８は、正に荷電された粒子をビームから偏向させる。粒子の正電荷が増大するにしたがって、粒子がビームから偏向される度合いは大きくなる。結果として、ビームが粒子除去システム１０２を出る際に、イオンビーム１０６'と共に汚染粒子が引き続いて輸送されることが抑止される。電界は、イオンビームの発散が粒子の発散と比較して小さくなるように選択するのが有利である。
【００３４】
粒子除去システム１０２は、ビームをほぼ取り囲む粒子収容システムをさらに備え、ビームから引き出された後の粒子の下流側への進行を物理的に抑止するものであってもよい。イオンビームから引き出された後に汚染粒子を捕獲するためのシステムまたは方法の１つの例は、図１および図２に関して上述した捕捉部材４４、４６である。イオンビームから引き出された後に汚染粒子を捕獲するためのシステムまたは方法の別の例は、“負イオン注入装置の内部領域から汚染粒子を捕獲および除去するための装置”と称する、米国特許第５６５６０９２号に開示されており、この特許は参考として本説明に含まれる。
【００３５】
図４に戻って参照すると、粒子除去システム１０２は、ビーム１０６'をイオンビーム加速システム１１０、または他の分析もしくは処理システム（たとえば、質量分析システム、集束システム）に供給してもよい。イオンビーム加速システム１１０は、たとえばビーム軸に沿って電位勾配を定める一群の電極によって形成され、ビームの所望のエネルギーレベルまでの加速もしくは減速、またはその両方を選択して実施するものである。加速／減速電極は、さらにイオンビーム１０６'の集束に使用され、ターゲット領域に渡ってほぼ均一な強度を有する集束された加速ビーム１０６''を供給するものであってもよい。
【００３６】
加速ビーム１０６''は、次に処理ステーション１１２に供給される。処理ステーション１１２は、たとえば（イオン注入のための）注入ステーション、（基板分析のための）分析ステーション、またはイオンビームを使用するその他のシステムであってもよい。
【００３７】
制御装置１２０が、イオン源１０４、粒子除去システム１０２、イオンビーム加速装置１１０、および処理ステーション１１２のそれぞれと接続されて作動するもであってもよい。制御装置１２０は、処理ステーション１１０に供給されるイオンビームの特性を監視し、制御するものであってもよい。制御装置１２０は、イオンビーム１０６のパラメータを制御するシステム１００のさまざな部分について所望の制御を実施するためにプログラムされるかもしくは構成されたソフトウェアもしくはハードウェア、またはその両方であってもよい。
【００３８】
本発明のための背景技術をさらに提供するために、図５に本発明の一実施形態における粒子除去システム２０２を使用するように構成されたイオン注入システム２００の例を示す。イオン注入システム２００は、イオン源２１０、質量分析磁石２１２、ビームラインアセンブリ２１４、およびターゲットまたはエンドステーション２１６を備えている。展開可能なステンレス鋼のベローズアセンブリ２１８は、ビームラインアセンブリ２１４に対してエンドステーション２１６が移動可能なように、エンドステーション２１６とビームライン２１４とを連結している。図５に示したのは超低エネルギー（ＵＬＥ）イオン注入システムの例であるが、本発明に係る粒子除去システムは、他のタイプの注入装置に対しても同様に適用することができる。
【００３９】
イオン源２１０は、プラズマチャンバ２２０およびイオン引出しアセンブリ２２２を備えている。イオン性のドーパントガスにエネルギーが与えられ、プラズマチャンバ２２０内にイオンが発生する。一般に正イオンが発生するが、本発明は、イオン源２１０によって負イオンが発生するシステムにも適用可能である。正イオンは、複数の電極２２４からなるイオン引出しアセンブリ２２２によって、プラズマチャンバ２２０内のスリットから引き出される。複数の電極２２４は負電位を有するように荷電され、プラズマチャンバのスリットから遠ざかるにしたがってその大きさが増大するように設定される。したがって、イオン引出しアセンブリ２２２は、プラズマチャンバ２２０から正イオンのビーム２２８を引き出すように機能し、引き出されたイオンを質量分析磁石２１２へ加速する。
【００４０】
質量分析磁石２１２は、適切な比電荷を有するイオンがビームラインアセンブリ２１４を通過するように機能し、ビームラインアセンブリは、分解ハウジング２２９およびビーム中性化装置２３０を備えている。質量分析磁石２１２は、弓形の円筒側壁を有するアルミニウムのビームガイド２３４によって定められる曲線状のビーム経路２３２を備え、排気ポンプ２３８によって排気される。この経路２３２に沿って伝播するイオンビーム２２８には、質量分析磁石２１２によって発生する不適切な比電荷を有するイオンを阻止するための磁界の作用が及ぼされる。この双極子磁界の強さおよび方向は、電子制御装置２４４によって、磁石コネクタ２４６を通じて磁石２１２の界磁巻線を流れる電流を調整することによって制御される。
【００４１】
イオンビーム２２８は、双極子磁界によって、イオン源２１０の近くの第１の軌道すなわち入口軌道２４７から、分解ハウジング２２４の近くの第２の軌道すなわち出口軌道２４８まで、曲線状のビーム経路２３２に沿って移動する。（不適切な比電荷を有するイオンを含む）ビーム２２８の一部２２８'、２２８''は、曲線状の軌道からアルミニウムビームガイド２３４の壁に偏向される。このようにして、磁石２１２は、ビーム２２８中の所望の比電荷を有するイオンのみを分解ハウジング２２９へと通過させる。
【００４２】
たとえば、粒子除去システム２０２は分解ハウジング２２９内に配置されるが、本発明に係る粒子除去システムは、イオン注入システム２００の他の部分に配することもできることを理解されたい。イオンビームの加速装置を使用する場合、粒子除去システムはその前に配置することが望ましい。それによって、ビーム中の加速された汚染粒子の輸送を妨げるのに十分なポテンシャル障壁を発生するために、電界強度を増大させる必要がなくなるためである。
【００４３】
粒子除去システム２０２は、質量分析磁石２１２および（たとえばファラデーフラッグ２５８のような）線量指示器との間であって、ビーム２２８を挟んでほぼ対抗する両側に離間して配置された電極２５０、２５２の配列を備えている。たとえば、電極２５０は、接地電位に対して負の電界を発生するために適切な直流電源に電気的に接続された負電極である。他の電極２５２は、電極２５０と電極２５２との間に電界が定まるように、ある電位（たとえば、接地電位または電極２５０に対して正の電位）に電気的に接続されている。電極２５０と電極２５２は、電界が重力と同一方向になるようにお互いに向き付けられていてもよく、それによって重力と電界とが協働して荷電粒子をイオンビーム２２８から移動させるものである。複数の捕捉部材２５４、２５６を、ほぼ半径方向内向きに、かつイオンビームに対して上流方向に傾斜するように延在させてもよい。この捕捉部材２５４、２５６は、粒子が電界によってビームから引き出された後に、イオンビーム２２８に再進入することを抑止するものである。
【００４４】
ビーム２２８が通過する質量分析磁石２１２と粒子除去システム２０２との間に、プラズマシースが存在する場合がある。電極２５０と電極２５２との間の電界は、このプラズマシースを消滅させ、本発明の一実施形態における汚染粒子の偏向のために好ましい環境を作り出す。詳しくは、プラズマシースが存在しないことによって、ビーム２２８の流れに乗った粒子は、ビーム中の正に荷電されたイオンとの衝突により正に荷電される。
【００４５】
粒子は電極２５０、２５２の下流端に到達する前に十分に正に荷電され、電界は粒子を電界方向に移動させるように作用する（図３参照）。粒子は、ビーム２２８から接地電極２５２の方へ引き出される場合もある。本発明の一実施形態において、偏向された粒子はビームから引き出され、所定の電極の一対の捕捉部材２５４（または捕捉部材２５６）の間に存在する間隙に引き込まれる。次に、粒子は、運動エネルギーの量が減少してビーム２２８の直接の視野に入らない領域内で安定するまで、この間隙中を反跳する場合もある。本発明の一実施形態において、イオンビーム２２８への粒子の再進入を抑止するために、捕捉部材２５４、２５６とは異なる他の粒子収容システムを使用できることを理解されたい。粒子除去システム２０２の出口開口部よりも低い電位に保持された可変分解開口部電極２６０を備え、それによってビーム中のイオンを加速するためにイオンビーム２２８の方向に所望の電界勾配を定めることによって、さらなる加速を実施するかどうかを任意に選択できる。
【００４６】
ビーム中性化装置２３０は、プラズマシャワー２１６を備え、正イオンビーム２２８の注入の結果としてターゲットウエハ上に蓄積した正電荷を中性化するものである。ビーム中性化装置２３０および分解ハウジング２２９は、排気ポンプ２６８によって排気される。
【００４７】
ビーム中性化装置２３０の下流にはエンドステーション２１６があり、処理されるウエハがマウントされるディスク型のウエハ支持体２７０を備えている。ウエハ支持体２７０は、通常は注入ビームに対して垂直に向き付けられたターゲット平面に存在する。モーター２７２は、エンドステーション２１６においてディスク型のウエハ支持体２７０を回転させるものである。このようにして、イオンビームは、支持体にマウントされたウエハが円状の経路を移動している時にウエハに衝突する。エンドステーション２１６は、イオンビームの経路２７６とウエハＷとの交点であるポイント２７４回りに旋回するため、ターゲット平面をこのポイント回りに調整することができる。
【００４８】
図６は、本発明の一実施形態において、イオンビーム中の粒子の輸送を抑止する方法の例を示すフローチャートである。簡単のため、図６の方法は一連のステップとして記載されているが、本発明は、ステップの順序によって限定されないことを理解されたい。本発明では、ここに記載されたステップのいくつかを異なる順序で実行することも、あるいは他のステップと同時に実行することも、またはその両方を実施することもできる。さらに、本発明の一実施形態における方法を実行するために、図示されたすべてのステップが必要なわけではない。
【００４９】
図６を参照すると、図示された方法はステップ３１０から開始し、ここではイオンビームの経路を横断する方向に電界を発生させる。電界を重力とほぼ同一方向に発生させ、重力と電界とが協働してイオンビームから粒子を引き出すようにしてもよい。この電界はまた、イオンビームが通過するプラズマシースを消滅させるように作用する（ステップ３２０）。プラズマシースは負に荷電された環境を作り出し、粒子にも負電荷を与える傾向を有している。プラズマシースが存在しないことによって、粒子およびイオンはビーム方向に沿って下流側への移動を継続する。
【００５０】
ステップ３３０では、粒子はイオンビーム中のイオンとの相互作用によって正電荷を受け取り始める。次に、ステップ３４０では、荷電された粒子は電界の方向に偏向し、イオンビームから引き出される。本発明の一実施形態において、粒子は粒子収容システムに向かって偏向するものであってもよい。この粒子の移動は、上述したように重力によって促進することもできる。この後、処理はステップ３５０に進行し、ここでは一方の電極または両方の電極に結合して作動する粒子収容システムとの相互作用などによって、粒子のイオンビームへの再進入が抑止される。電極もしくは粒子収容システム、またはその両方との相互作用は、粒子から電子を引き出す（ステップ３６０）作用も有しており、それによって粒子は中性化されて運動エネルギーが減少する。その結果、下流の基板における粒子汚染が軽減される。
【００５１】
イオンビームから粒子が除去された（イオンビームから脱落するか、または変更された軌道上にそれた）後、処理をステップ３７０に進行させてもよい。ステップ３７０では、イオンビームは、所望の加速のレベルに整合的な適切な電界勾配を設定することなどによって、所望のエネルギーレベルに加速される。本発明の一実施形態において、加速は、粒子の除去の前に実施することもでき、あるいは加速を実施しなくともよいことを理解されたい。
【００５２】
本発明を、特定の実施形態に関連して開示および説明してきたが、本明細書および添付図面の読解に基づいて、当業者が同等な変更および修正の着想に至るのは自明のことである。特に、上述した要素（アセンブリ、装置、回路、システムなど）によって実行されるさまざまな機能について、そのような要素を記述するために使用された用語（“手段”への言及を含む）は、特に指示のない限り、上述した要素の指定された機能を実行する任意の要素であって、たとえ開示された構造と構造的に同等でなくとも、ここに示された本発明の典型的な実施形態における機能を実行する要素に対応する（すなわち、機能的に同等である）ことを意図したものである。この点について、本発明は、本発明のさまざまな方法のステップを実行する、コンピュータで実行可能な指令を備えたコンピュータ読出し可能な媒体を含むことを認識されたい。加えて、本発明の特定の機能が、いくつかの実施形態のうちの唯一の形態に関連して開示された場合であっても、そのような機能は、所望の場合には他の実施形態の１つまたは複数の他の機能と組み合わせることもでき、任意の所定のまたは特定の用途に対して有利である場合もある。さらに、詳細な説明または請求項のいずれにおいても、「〜を含む」、「〜を備える」、「〜を有する」およびそれらの変化形である用語の意味の範囲について、これらの用語は、「〜を要素として構成される（comprising）」と類似のしかたで対象を含むことを意図したものである。
【００５３】
（産業上の利用可能性）
本装置およびそれに関連する方法は、イオンビーム処理の分野において使用でき、イオンビームに対する汚染粒子の除去システムおよび方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る粒子除去システムの側方断面図である。
【図２】  図１に示す電極の２−２断面線に沿った部分断面図である。
【図３】  図１のシステムの別の断面図であり、本発明に係る粒子軌道の例を示すものである。
【図４】  本発明に係る粒子除去システムを使用するイオン注入装置のブロック図である。
【図５】  本発明に係る粒子除去システムを使用するイオン注入装置の例を示す部分断面図である。
【図６】  イオンビームに伴う粒子の輸送を抑止する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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