(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム発生器であって，
イオンビームを発生するイオンビームソースと，
該イオンビームのイオンを所望のエネルギーに加速または減速するための加速／減速カラムと，
前記ビームソースと前記加速／減速カラムの間に位置し，第一の不所望種を前記イオンビームから除去するためのソースフィルターと，
前記加速／減速カラムの下流に位置し，第二の不所望種を前記イオンビームから除去するための質量分析計と，
ソースエンクロージャーと，
含み，
前記イオンビームソースおよび前記ソースフィルターは，前記ソースエンクロージャー内に位置し，前記質量分析計は前記ソースフィルターよりも大きな偏向角で前記イオンビームのイオンを偏向し，前記質量分析計は前記ソースフィルターよりも高い分解能力をもつ，イオンビーム発生器。
【請求項２】
前記ソースエンクロージャーは，前記イオンビームソースを含む第一のコンパートメント，および前記ソースフィルターを含む第二のコンパートメント，ならびに前記第一および第二のコンパートメントを相互接続する通路を有する，請求項１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項３】
さらに，前記第一のコンパートメントに結合される第一の真空ポンプ，および第二のコンパートメントに連結される第二の真空ポンプを含み，
前記第一および第二のコンパートメントは，差分真空排気される，請求項２に記載のイオンビーム発生器。
【請求項４】
前記加速／減速カラムは，ターミナル電極，アース電極，前記ターミナル電極と前記アース電極との間に位置し，前記イオンビームを集束するための集束電極を含む，請求項１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項５】
前記加速／減速カラムは，前記イオンビームを集束するための集束電極，および該集束電極に結合される集束電源を含む，請求項１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項６】
前記集束電源により前記集束電極に適用される集束電圧が調節可能である，請求項５に記載のイオンビーム発生器。
【請求項７】
前記イオンビームソースは，イオンを発生するためのイオンソース，前記イオンビームを形成するために，前記イオンを前記イオンソースから抽出するための抽出電極を含む，ところの請求項４に記載のイオンビーム発生器。
【請求項８】
さらに，加速モードで操作するための手段を有し，
該加速度モードで操作するための手段が，前記イオンソースと前記抽出電極との間に結合され，前記抽出電極を前記イオンソースに関し負にバイアスするための抽出電源，および前記抽出電極とアースとの間に結合され，前記抽出電極をアースに関して正にバイアスする加速電源を含んで成る、請求項７に記載のイオンビーム発生器。
【請求項９】
さらに，減速モードで操作するための手段を有し，
該減速モードで操作するための手段が，前記イオンソースと前記抽出電極との間に結合され，前記抽出電極を前記イオンソースに関し負にバイアスするための抽出電源，および前記イオンソースとアースとの間に結合され，前記イオンソースをアースに関して正にバイアスする減速電源を含んで成る，請求項７に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１０】
前記抽出電極と前記ターミナル電極が接続される、請求項８又は９に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１１】
前記ソースフィルターは，所望のイオン種を25°偏向する第一の双極磁石，および前記所望のイオン種を通過させる第一の解像開口を含む，請求項１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１２】
前記質量分析計は，前記所望のイオン種を90°偏向する第二の双極磁石，および前記所望のイオン種を通過させるための第二の解像開口を含む，請求項１１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１３】
前記ソースフィルターは，2から10の分解能力を有し，前記質量分析計は80から250の分解能力を有する，請求項１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１４】
多重帯電イオンが発生される、請求項１に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１５】
イオン注入器であって，
イオンビーム発生器であって，
イオンビームを発生するイオンビームソースと，
該イオンビームのイオンを所望のエネルギーに加速または減速するための加速／減速カラムと，
前記ビームソースと前記加速／減速カラムの間に位置し，第一の不所望種を前記イオンビームから除去するためのソースフィルターと，
前記加速／減速カラムの下流に位置し，第二の不所望種を前記イオンビームから除去するための質量分析計と，
ソースエンクロージャーと，
を含むところのイオンビーム発生器，
エネルギーをもつイオンの前記ビームを偏向し，走査イオンビームを形成する走査組立体，および
半導体ウェーハを，前記走査イオンビームの経路で支持するためのエンドステーション
を有し，
前記イオンビームソースおよび前記ソースフィルターは，前記ソースエンクロージャー内に位置し，前記質量分設計は前記ソースフィルターよりも大きな偏向角で前記イオンビームのイオンを偏向し，前記質量分析計は前記ソースフィルターよりも高い分解能力をもち，
前記走査イオンビーム内のイオンが前記半導体ウェーハ内に注入される，ところのイオン注入器。
【請求項１６】
前記ソースエンクロージャーは，前記イオンビームソースを含む第一のコンパートメント，および前記ソースフィルターを含む第二のコンパートメント，ならびに前記第一および第二のコンパートメントを相互接続する通路を有する，請求項１５に記載のイオン注入器。
【請求項１７】
さらに，前記第一のコンパートメントに結合される第一の真空ポンプ，および第二のコンパートメントに連結される第二の真空ポンプを含み，
前記第一および第二のコンパートメントは，差分真空排気される，請求項１５に記載のイオン注入器。
【請求項１８】
前記加速／減速カラムは，ターミナル電極，アース電極，前記ターミナル電極と前記アース電極との間に位置する集束電極，および前記集束電極に結合される集束電源を含み，
前記集束電極は前記イオンビームを集束する，ところの請求項１５に記載のイオンビーム発生器。
【請求項１９】
前記集束電源により前記集束電極に適用される集束電圧が調節可能である，請求項１８に記載のイオン注入器。
【請求項２０】
前記イオンビームソースは，イオンを発生するためのイオンソース，前記イオンビームを形成するために，前記イオンを前記イオンソースから抽出するための抽出電極を含む，ところの請求項１８に記載のイオン注入器。
【請求項２１】
さらに，加速モードで操作するための手段を有し，
前記加速モードで操作するための手段が，前記イオンソースと前記抽出電極との間に結合され，前記抽出電極を前記イオンソースに関し負にバイアスするための抽出電源，および前記抽出電極とアースとの間に結合され，前記抽出電極をアースに関して正にバイアスする加速電源を含んで成る，請求項２０に記載のイオン注入器。
【請求項２２】
さらに，減速モードで操作するための手段を有し，
前記減速モードで操作するための手段が，前記イオンソースと前記抽出電極との間に結合され，前記抽出電極を前記イオンソースに関し負にバイアスするための抽出電源，および前記イオンソースとアースとの間に結合され，前記イオンソースをアースに関して正にバイアスする減速電源を含む，請求項２０に記載のイオン注入器。
【請求項２３】
前記抽出電極と前記ターミナル電極が接続される、請求項２１又は２２に記載のイオン注入器。
【請求項２４】
前記ソースフィルターは，所望のイオン種を25°偏向する第一の双極磁石，および前記所望のイオン種を通過させる第一の解像開口を含む，請求項１５に記載のイオン注入器。
【請求項２５】
前記質量分析計は，前記所望のイオン種を90°偏向する第二の双極磁石，および前記所望のイオン種を通過させるための第二の解像開口を含む，請求項２４に記載のイオン注入器。
【請求項２６】
前記ソースフィルターは2から10の分解能力を有し，前記質量分析計は80から250の分解能力を有する，請求項１５に記載のイオン注入器。
【請求項２７】
イオンビームを発生する方法であって，
イオンビームソースにイオンビームを発生する工程と，
第一の不所望種を前記イオンビームから，ソースフィルターで除去し，フィルターにかけたイオンビームを形成する工程と，
前記フィルターにかけたイオンビームを加速または減速し，所望のエネルギーをもつイオンビームを与える工程と，
質量分析計で，第二の不所望種を前記所望のエネルギーをもつイオンビームから除去し，前記エネルギーをもつイオンビームを与える工程と，
を含み，
前記質量分析計は前記ソースフィルターよりも大きな偏向角で前記イオンビームのイオンを偏向し，前記質量分析計は前記ソースフィルターよりも高い分解能力をもつ，方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は，半導体ウェーハのイオン注入のためのシステムおよび方法に関し，とくに，高純度のエネルギーをもったイオンビームを発生するビームライン構造物に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入が，伝導性を変える不純物を半導体ウェーハに導入するための標準的な技術となってきている。所望の不純物がイオンソース内でイオン化され，そのイオンは所期のエネルギーをもつイオンビームを形成するために加速され，イオンビームはウェーハの表面に向けられる。ビーム中のエネルギーをもつイオンは，半導体材料の塊内に突き進み，半導体材料の結晶格子に埋め込まれ，所望の伝導性をもつ領域を生成する。
【０００３】
イオン注入システムは通常，ガスまたは固体材料を，よく画成されたイオンビームに変換するために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去するために質量分析され，所望のエネルギーに加速され，ターゲットプレーンへと向けられる。ビームは，ビームの走査により，ターゲットの移動により，またはビーム走査とターゲットの移動との組み合わせにより，ターゲット領域にわって分配される。従来技術のイオン注入の例は，Engeによる1981年6月30日に発行された米国特許第4,276,477号に，Turnerによる1981年8月11日に発行された米国特許第4,283,631号に，Freytsisらによる1990年2月6日に発行された米国特許第4,899,059号に，Berrianらによる1990年5月1日に発行された米国特許第4,922,106号に開示されている。
【０００４】
半導体産業での周知の傾向は，より小さく，より高速のデバイスに向けられている。とくに，半導体デバイスの特徴の深さおよび横方向の寸法の両方が減少している。デバイス製造者は，注入されたドーパントの深さ分布を微妙に制御しなければならない。これを達成するために，イオン注入器は，ウェーハ表面に当たるイオンのエネルギーを微妙に制御しなければならない。エネルギーの制御の条件は，電源の安定性のような多くの条件に影響を与える。しかし，イオン注入器の性能は，明らかではないが，エネルギー汚染（所望の注入エネルギーとは異なるエネルギーをもつ粒子のイオンビームに存在する）の原因により制限される。エネルギー汚染は，ビーム中のイオンと，システム中の残留ガス分子との間の相互作用による。イオンビームがシステム内で中性分子と相互作用をするとき，電荷交換作用が，イオンビームの電荷状態を変化せるかもれない。予想されるように，生じるこのような交換の可能性は中性のガス密度，したがってシステムの圧力に依存する。このような作用の後，ビームが電場により加速されると，電荷状態を変えたイオンは，一層の分析を受けることなく，正しくないエネルギーをもってターゲットに衝突する。これは，加速または減速電場を横切るイオンにより得たエネルギーがイオンの電荷状態に比例するためである。
【０００５】
イオン注入器のエネルギー範囲は，しばしば，ソースにより生成される多重に帯電したイオンを移すために，システムを同調することにより広がる。こうして，たとえば，200keVの一重帯電イオンを注入するための200KV加速器を使用する代わりに，400keVの二重帯電イオンを適切な同調でもって注入することができる。このアプローチは，しかし，ソースにより生成された分子イオンのために問題がある。たとえば，ターゲット上の必要なイオンがP++である場合を考えてみる。そのソースを，P++イオンの生成を最大にするために使用することができるが，それは他のイオン，とくにP2+イオンを発生する。この分子イオンは，必要なP++イオンのエネルギーの，ほぼ正確に四分の一で，P+イオンを形成するためにばらばらになるために，エネルギー汚染のソースであると知られている。磁気分析は，そのエネルギーの四分の一のエネルギーで，P++イオンとP+イオンとの間の区別をつけることができず，必要なエネルギーよりも低い，このようなイオンがターゲットに到達する。
【０００６】
必要な種類のイオンと一緒に，注入器はしばしば汚染をウェーハ表面にもたらす。汚染は，他の種類の粒子またはイオンおよび分子を形成する。汚染は，イオンソースにより形成され，ビームラインを通して移動し，またはビームラインにある表面への，エネルギーをもったイオンの衝突によりスパッタすることにより発生するであろう。
【０００７】
そのため，エネルギーの汚染が低く，汚染物質の量が少なく，イオンビームが半導体ウェーハ内に注入されるイオン注入器の必要性がある。
【０００８】
要約
本発明の一態様にしたがって，イオンビーム発生器が提供される。そのイオンビーム発生器は，イオンビームを発生するイオンビームソース，イオンビームを必要なエネルギーに選択的に加速または減速するための，加速／減速カラム，イオンビームソースと加速／減速カラムの間に位置し，第一の不所望種をイオンビームから除去するためのソースフィルター，および加速／減速カラムの下流に位置し，第二の不所望種をイオンビームから除去する質量分析計を含む。
【０００９】
ソースフィルターは所望のイオン種を偏向するための，第一の双極磁石および所望のイオン種を通過させる第一の解像開口を含んでもよい。質量分析計は，所望のイオン種を偏向するための第二の双極磁石および所望のイオン種を通過させる第二の解像開口を含んでもよい。好適な実施例において，第一の双極磁石は，約25°だけ所望のイオン種を偏向し，第二の双極磁石は，約90°だけ所望のイオン種を偏向する。好適には，ソースフィルターは比較的低い分解能力をもち，質量分析計は比較的高い分解能力をもつ。
【００１０】
ソースフィルターは好適に，イオンビームソースの近傍に位置するが，イオンビームソースとともに，ソースエンクロージャー内に位置する。好適実施例において，ソースエンクロージャーは，イオンビームソースを含む第一のコンパートメント，およびソースフィルターを含む第二のコンパートメントを有する。第一と第二のコンパートメントが互いに通路により連結されている。第一の真空ポンプが第一のコンパートメントに連結され，第二の真空ポンプが第二のコンパートメントに連結され，その結果第一および第二のコンパートメントは差分的に真空排気される。
【００１１】
イオンビームソースは，イオンを発生するためのイオン，およびイオンビームを形成するために，イオンソースからイオンを抽出するための電極を含む。抽出電源は，イオンソースと抽出電極との間に連結され，抽出電極をイオンソースに関して負にバイアスする。加速モードの操作において，加速電源が抽出電極とアースとの間に結合され，抽出電極をアースに関して正にバイアスする。減速モードの操作において，減速電源がイオンソースとアースとの間に結合され，イオンソースを，アースに関して正にバイアスする。
【００１２】
加速／減速カラムは，ターミナル電極，アース電極およびターミナル電極とアース電極との間に配置された集束電極を含む。集束電圧が，イオンビームを集束するために，集束電極に結合する。集束電圧は調節可能である。
【００１３】
本発明の他の態様にしたがって，イオン注入器が設けられる。イオン注入器はエネルギーをもつイオンのビームを発生するためのイオンビーム発生器，走査イオンビームを形成するために，エネルギーをもつイオンのビームを偏向するための走査組立体，走査イオンビームの経路にある半導体ウェーハを支持するためのエンドステーションを含み，その結果走査されたイオンビーム内のイオンは半導体ウェーハに注入される。イオンビーム発生器は，イオンビームを発生するためのイオンビームソース，イオンビーム中のイオンを所望のエネルギーに，選択可能に加速／減速するための加速／減速カラム，イオンビームソースと加速／減速カラムとの間に位置し，第一の不所望種をイオンビームから除去するためのソースフィルター，加速／減速カラムの下流に位置し，第二の不所望種をイオンビームから除去するための質量分析計を含む。
【００１４】
本発明の他の態様にしたがって，エネルギーをもつイオンのビームを発生する方法が提供される。本方法は，イオンビームソースにイオンビームを発生し，フィルターにかけられたイオンビームを与えるためのソースフィルターにより，イオンビームから第一の不所望種を除去し，エネルギーをもったイオンビームを与えるために，質量分析計においてイオンビームから第二の不所望種を除去する工程を含む。
【００１５】
詳細な説明
本発明を組み込むイオン注入器の，簡単化されたブロック図が図１に示されている。イオンビーム発生器10が所望種のイオンビームを発生し，イオンビーム中のイオンを所望のエネルギーに加速し，エネルギーおよび質量汚染を除去するために，イオンビームを質量／エネルギー分析を行い，低レベルのエネルギーおよび質量汚染をもつ，エネルギーをもったイオンビーム12を供給する。イオンビーム発生器10は以下で説明される。走査システム16（たとえば，スキャナー20および角度コレクター（corrector）24を含むことができる）が走査イオンビーム30を生成するために，イオンビーム12を偏向する。エンドステーション32が走査イオンビーム30の経路で半導体ウェーハ34または他のワークピースを支持し，所望種のイオンが半導体ウェーハ34に注入される。イオン注入器は，当業者には周知の付加的な要素を含み得る。たとえば，エンドステーション32は典型的に，ウェーハをイオン注入器に導入し，注入後ウェーハを取り除くための自動ウェーハハンドリング装置，ドーズ量測定器，電子投射銃などを含む。イオンビームが横切る全経路はイオン注入の間排気される。
【００１６】
イオンビーム発生器10の実施例のブロック図が図２に示されている。イオンビーム発生器10の主要な要素は，イオンビームソース40，ソースフィルター42，加速／減速カラム44および質量分析計50を含む。ソースフィルター42は好適に，イオンビームソース40の近傍に配置されている。加速／減速カラム44はソースフィルター42と質量分析計50との間に配置されている。ソース40が，抑制電極64を含むことができる。イオンビームソース40の例において，イオンソース60からのイオンが，抽出電極62により，約20‐80keVのエネルギーへと加速される。イオンビームソースの構成および操作は当業者には周知である。
【００１７】
ソースフィルター42は双極磁石70および解像開口73を有するマスク72を含む。ソースフィルター42はイオンビームソース40とともにターミナル74内に収納されている。ターミナル74は抽出電極の電位で維持されている。双極磁石70は，イオンビームソース40からの抽出直後，所望の角度，典型的に25°，荷電粒子ビームを偏向する，コンパクトなイオン光学系要素である。双極磁石70の，磁極の間の磁極間隙が，比較的狭く，たとえば30ミリメートルであり，これにより磁石の全体の寸法が減少する。小さな磁極間隙は，磁石がイオンビームソース40に近接して配置されていることから，可能となっており，その結果イオンビームの寸法は，イオンビームが双極磁石70に入る前に，著しく広がることがない。
【００１８】
所望の質量およびエネルギーをもつイオンは，解像開口73を通過するように，双極磁石70により偏向される。異なる質量およびエネルギーをもつ不所望のイオンが異なる角度で偏向され，マスク72により遮られる。したがって，ソースフィルター42は所望のイオンを通過させ，不所望のイオンを除去する。ソースフィルター42は双極磁石70の磁石コイルに適用される電流を調節することにより，所望種のイオンを通すことができ，その結果所望のイオンは解像開口73と通過する。下述するように，ソースフィルター42は好適に，比較的低い分解能力をもつ。
【００１９】
双極磁石70は，イオンビームを焦点へともたらさない。かわりに，ビームエンベロープへの衝突を最小にし，これによりイオンビームの25°の偏向を除き，単純なドリフト空間となるように，とくに設計される。ビームが焦点へともたらされないことにより，解像開口73で跳ね除けられるビームのパワー密度は，非常に減少する。このことは，マスク72の浸食，ならびに浸食による粒子の発生，スパッタリングによる交差汚染を最小にする。
【００２０】
ソースフィルター42および，ターミナル74の出口76の近くに位置する解像開口73は，比較的低い分解能力をもつように構成される。好適には，ソースフィルター42は，下述するように，約2から10の範囲の分解能力をもち，好適実施例において，約4の分解能力をもつ。4の分解能力でもって，質量分析計42は1.25より大きく，または0.75より小さい正規化剛性をもつイオンを跳ね除ける。分解能力および正規化剛性は次のとおりに定義される。
【００２１】
双極磁場において，イオンが，その電荷（q）により分割したモーメンタム（p）に等しい磁気剛性（Br）により決定される経路をたどる。これらは順に，イオン質量（m），エレクトロンボルト単位のエネルギー（E），電荷状態（n）および電子の電荷（e）に関連つけられる。
【００２２】
Br＝p／q＝√（2mE／n2e）（非相対論的なイオンに対して）
不所望の剛性をもつイオンが関連した解像開口を通過して伝わることを防止する磁石の能力は解像度により特徴つけられる。解像度はしばしば質量またはモーメンタムによって定義されるが，解像度を剛性により定義する。
【００２３】
Br＝p／q＝√（2mE／n2e）（非相対論的なイオンに対して）
不所望の剛性をもつイオンが関連した解像開口を通過して伝わることを防止する磁石の能力は分解能力により特徴つけられる。解像度はしばしば質量またはモーメンタムによって定義されるが，分解能力を剛性により定義する。
【００２４】
磁石によりイオンが伝えられかどうかを決定するための単純な規準を定義することができる。イオンの規格化剛性を，必要なイオン（Bro）の剛性で割ったイオン（Br）の剛性として定義すると，
規格化剛性＝Brnorm＝Br／Bro＝(p／q)(q0／p0)＝(n0／n)√(mE／m0E0)
ここで，添え字0は必要なイオンに関連し，イオンが，以下の場合のみ分析システムにより伝えられる。
【００２５】
｜ΔBr｜＜｜（ΔBr）critical｜またはより有用に，
1‐（1／Rp）＜Brnorm＜1+（1／Rp）
図２の例では，加速／減速カラム44はターミナル電極100，アース電極102および電極100と102との間に配置された集束電極104を含む。ターミナル電極100および集束電極102は間隙108により間隔があけられている。電極102はアース電位で，好適には，ウェーハ34（図１）と同じ電位である。ターミナル電極100はターミナル74と同じ電位となる。集束電極104は集束電源132（図３）により形成される電位となる。
【００２６】
加速／減速カラム44は二つの基本的な機能をもつ。第一は，イオンビームのイオンを抽出から最終エネルギーまで加速または減速することである。最終エネルギーは，下述するように，抽出電圧および加速／減速電圧により決定される。二つ目の機能は，ビーム電流およびエネルギーとは独立に，ビームが質量分析計50に入るとき，全ビームが同様の光学系の作用を受けることを確実にすることである。電極104に適用される集束電圧はビーム光学系を制御する。一般的に，ターミナル74に関し，より負となる集束電圧がほとんど発散しないビームを生成し，質量分析計50から離れた仮想物点をつくる。逆に，ほとんど負でない集束電圧がより発散するビームを生成し，質量分析計50の近くの仮想物点をつくる。集束電圧は，加速／減速カラム44に残るビームの最終エネルギーに影響を及ぼさない。
【００２７】
イオンソースからのイオン抽出についての物理法則は，低抽出電圧で有用なビーム電流を多量に抽出することを難しくする。たとえば，5KV抽出電圧で抽出された有用なビーム電流は，40KV抽出電圧のものよりも実質的に小さい。この制限を解消するために，本発明のイオンビーム発生器は，加速／減速カラム44がイオンビームの加速または減速のいずれかを行えるように構成され，これにより十分に高い抽出電圧を，ターゲット上で必要な最終エネルギーに依存することなく使用することができる。好適に，抽出電圧は約20KVから80KVの範囲で，好適には40KV（十分な量の有用なビーム電流を，すべてエネルギーをもって抽出することができる）である。より高いまたはより低い抽出電圧を，本発明の範囲内で使用することができる。
【００２８】
加速モードでのイオンビーム発生器10を操作の構成が図３に示されている。図１‐３における同様の要素は，同じ符号が付されている。加速／減速カラム44のアース電極がアースプレーン120に接続されている。抽出電極62（図２）を含むターミナル74はターミナル電位にある。抽出電源124が，ターミナル74および抽出電極62をイオンソース60に関し，負の電圧Vxにバイアスするために，ターミナル74とイオンソース60の間に接続されている。加速電源130が，ターミナル74をアースに関し正の電圧Vaにバイアスするために，ターミナル74とアースプレーン120との間に接続されている。集束電源は132が集束電極を，ターミナル74に関して負の電圧Vfにバイアスするために，ターミナル74と電極104との間に接続されている。
【００２９】
ウェーハ34がアース電位となる。したがって，一重帯電イオンに対する注入エネルギーは，加速電圧プラス抽出電圧（Va+Vx）である，イオンソース60の電位により与えられる。ターミナルのビームエネルギーはVx電子ボルトである。ビームが加速／減速カラム44を通過すると，Va電子ボルトを得る。集束電圧Vfは，ビームの集束に，カラム44の中心のエネルギーのみを変化することにより影響を与える。集束電圧は最終エネルギーに影響を与えない。
【００３０】
減速モードでのイオンビーム発生器10の操作の構成が図４に示されている。図１‐４における同様の要素は，同じ符号が付されている。抽出電源124および集束電源132は，図３に関連して説明したのと同様に接続される。減速電源140がイオンソース60とアースプレーン120との間に接続され，イオンソース60は，アースプレーンに関して正の電圧Vdにバイアスされる。したがって，イオンソース60の電位は，減速電圧Vdである。抽出電源124はターミナル74を，イオンソース60に関して負で，かつアースに関してVd‐Vxの電位にバイアスする。ターミナル74のビームのエネルギーは，Vx電子ボルトで，加速モードの場合と同じである。しかし，ビームは，加速／減速カラム44を通過すると，Vd電子ボルトの最終注入エネルギーを与えるために，Vx‐Vd電子ボルトを失う。
【００３１】
図２に示されているように，質量分析計50は，双極分析磁石160および解像開口163をもつマスク162を含む。双極磁石160はイオンビームに所望のイオンを90°だけ偏向され，その結果，ビーム12は解像開口163を通過する。不所望の粒子が，90°とは異なる角度で偏向され，マスク162により遮られる。質量分析計50（加速／減速カラム44に続いている）はアース電位である。双極磁石160は最終エネルギーをもつビームを，解像開口163にある焦点にもたらす。好適実施例において，マスク162は，1997年5月13日に発行した米国特許第5,629,528号に開示されているように，回転質量スリットを含んでもよい。質量分析計50は好適に，約80から250の範囲にある，上記定義した分解能力を有し，好適実施例においては約170の分解能力を有する。170の分解能力では，質量分析計50は，1.006より大きいか，または0.994より小さい正規化剛性のイオンを跳ね除ける。
【００３２】
図２のイオンビーム発生器の，操作の例を示す。第一の例において，ホウ素がソースガスとして，BF3を使用して，半導体ウェーハ34に注入される。所望のイオンは“11B+”である。ソースにより生成された，抽出の後，正規化剛性をもつ他の主要なイオンは以下の表１に示されている。
【００３３】
【表１】
0004521850.tif 000002
必要とされた11B+およびそのアイソトープ10B+のみがソースフィルター伝送条件0.75＞Brnorm＜1.25を満たすことが測定される。他のイオンのすべてが跳ね除けられる。この例は図５〜６に示されている。
【００３４】
図５は，ソースフィルターをもたない従来技術のイオン注入器の質量分析計に入るビームの構成成分を示す。ビームの構成成分は，磁石のコイル電流の関数で（電流を変化させて），伝送されてビーム電流をプロットすることにより識別される。従来の装置では，ホウ素の二つのアイソトープおよびフッ化物の誘導体の全が，質量分析計への入力ビームに存在する。
【００３５】
図６は図２のイオンビーム発生器の，ビームの構成成分を示す。ソースフィルター42はBF3ソースビームからのホウ素の，二つのアイソトープ11B+および10B+を除き，全てを除去した。このことは，加速／減速カラム44により加速される前になされる。
【００３６】
必要な11B+イオンを除き，10B+のみが，カラム44により最終エネルギーへと加速される。質量分析計50はつぎに，10B+イオンが解像開口163を通過して伝わることを防止する。10B+イオンの正規化剛性は，0.953（質量分析計50を通過して伝わるには余りにも小さい）である。10B+イオンのみが最終エネルギーで除去されることから，スパッタおよび粒子の汚染の危険性を実質的に減少した。他のソースの生成物の全てが，ビームがソースエンクロージャーを去る前，低エネルギーで，ソースフィルター42により，そしてウェーハから離れて除去される。
【００３７】
第二の実施例は，ソース供給ガスとして，PH3を使用してP++イオンの注入に関する。所望のイオンは，31P++である。ソースにより生成される他の主要なイオンおよび規格化剛性は，以下の表２に示されている。抽出電圧は70KVとする。
【００３８】
【表２】
0004521850.tif 000003
表２の最終コラムは，分子P2+（P0およびP+（ともにもともとの分子エネルギーの約半分を獲得）を形成するために，抽出後壊れる）による。
【００３９】
ソースフィルター42につづいて，ビームはカラム44により加速される。たとえば，加速電圧が150kvのとき，ソースフィルター42により跳ね除けられなかったこれらイオンの剛性は以下の表３に示されている。
【００４０】
【表３】
0004521850.tif 000004
必要なP++のみが，質量分析計50の剛性伝送条件を満たし，ウェーハに伝えられる。
【００４１】
要するに，ソースフィルター42は，到達する前に壊れない二量体イオンを除去し，質量分析計50は，ソースフィルター42に達する前に，壊れたこれらイオンを除去する。加速システムの実施において，質量分析計50は初期に壊れた二量体イオンを必要なビームから区別することができる。加速分析の前後に関係なく，二量体の壊れた汚染物質は，磁気分析計によっては除去されない。
【００４２】
この実施例に対する汚染物質の除去を行う際の，ソースフィルター42，加速／減速カラム44および質量分析計50の操作の組み合わせは図７に略示されている。解離しない二量体P2+は加速の前に，ソースフィルター42により除去される。P2+イオンが壊れたP+生成物は加速後に質量分析計50により除去される。ソースフィルター42が利用されないと，P2+イオンは加速の後のビーム内に存在し，分析される前に壊れ，ウェーハに伝えられる。
【００４３】
ターミナル74に対する適切な構成のブロック図が図８に示されている。ターミナル74は，抽出電極62に電気的に接続されたソースエンクロージャー200を含む。イオンビームソース40の領域における圧力は，イオン発生工程の副産物により比較的高い。イオンビームソース40の領域において発生したガスが，ビーム方向の下流からウェーハ34に移ることを妨げることが望ましい。好適な構成において，ソースエンクロージャー200は，イオンビームソース40を含む第一のコンパートメント210，およびソースフィルター42を含む第二のコンパートメント212を有する。コンパートメント210および212は，開口部218（これは直径が20ミリメートルのオーダーで，イオンビームをイオンビームソース40からソースフィルター42へと通過させる）を有する壁216により分離されている。イオンビームはコンパートメント212から開口76を通って出る。第一のコンパートメント210は，真空ポンプ220へと適切な導管により連結され，第二のコンパートメント212は，真空ポンプ222へと適切な導管いより連結されている。図８の構成は，コンパートメント212の圧力が，コンパートメント210に圧力より低く，開口76を通って逃げたガスの量が比較的低くなるように，コンパートメント210および212を差分真空排気することを行えるようになっている。
【００４４】
本発明の好適な実施例をここに示し，記述してきたが，当業者であれば，請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更，修正をなし得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は，本発明にしたがったン注入器の，単純化したブロック図である。
【図２】  図２は，本発明の実施例にしたがった，図１のイオンビーム発生器のブロック図である。
【図３】  図３は，ビームの加速を示すイオン注入器のブロック図である。
【図４】  図４は，イオンソースからの抽出に続いてビームを減速することを示すイオン注入器のブロック図である。
【図５】  図５は，従来技術のホウ素イオンビームの存在する種類を示す，分析磁石の電流を関数としたビーム電流のグラフである。
【図６】  図６は，本発明のしたがって，ホウ素イオンビームの存在する種類を示す，分析磁石の電流を関数としたビーム電流のグラフである。
【図７】  図７は，図２のイオンビーム発生器で，二重帯電亜リンイオンの発生を示す，イオンビーム発生器の略示ブロック図である。
【図８】  図８は，差分真空排気を示す，イオンビームソースおよびソースフィルターのブロック図である。
【符号の説明】
10    イオンビーム発生器
40    イオンビームソース
42    ソースフィルター
44    加速／減速カラム
50    質量分析計
60    イオンソース
62    抽出電極
64    抑制電極
66    イオンビーム
70    双極磁石
72    マスク
73    開口
74    ターミナル
100    ターミナル電極
102    アース電極
104    集束電極
106，108    間隙
160    双極磁石
162    マスク
163    開口
【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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【図７】
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【図８】
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