(57)【要約】【課題】イオン注入装置の作動中、中性子放射の発生を抑止または最小限にするイオン注入装置のビームラインを提供すること。【解決手段】質量分析磁石アセンブリ１６がイオン注入装置１０に使用するために設けられる。この質量分析アセンブリは、（ｉ） イオンビーム１５が通過する内部領域４９を備え、イオン源１４によって出力されるイオンビーム１５を質量分析するための磁石４４と、（ｉｉ） 前記内部領域４９の外側境界を部分的に形成する少なくとも１つの衝突プレート４８とを有する。この少なくとも１つの衝突プレートは、炭素同位体として純粋な炭素系材料から構成される。炭素同位体として純粋な炭素系材料は、好ましくは、炭素Ｃ−１２同位体を９９％より多く含んでおり、イオン源１４から引き出される重陽子が衝突する際の中性子放射を抑止する。衝突プレート４８は、下部層５４の頂部に配置される炭素Ｃ−１２同位体の上部層５６を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置（１０）に使用する質量分析磁石アセンブリ（１６）であって、
（ｉ） 　イオンビーム（１５）が通過する内部領域（４９）を備え、イオン源（１４）によって出力されるイオンビームを質量分析するための磁石（４４）と、
（ｉｉ）　炭素同位体として純粋な炭素系材料から構成され、前記内部領域（４９）の外側境界を部分的に形成する少なくとも１つの衝突プレート（４８）とを有する質量分析磁石アセンブリ。
【請求項２】
炭素同位体として純粋な炭素系材料は、イオン源（１４）から引き出される重陽子が衝突する際の中性子放射を抑止することを特徴とする請求項１記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項３】
炭素同位体として純粋な炭素系材料は、大部分、炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体からなることを特徴とする請求項２記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項４】
炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体が、前記少なくとも１つの衝突プレートの質量に関して、９９％より多く含まれていることを特徴とする請求項３記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項５】
炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体が、前記少なくとも１つの衝突プレートの質量に関して、９９．５％より多く含まれていることを特徴とする請求項４記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項６】
少なくとも１つの衝突プレートは、２つの衝突プレート（４６，４８）を含んでいることを特徴とする請求項４記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項７】
少なくとも１つの衝突プレート（４８）は、下部層（５４）の頂部に配置される炭素Ｃ−１２同位体の上部層（５６）を含んでいることを特徴とする請求項４記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項８】
上部層（５６）は、約１２ミクロン（μｍ）の厚さ（Ｔ）を有することを特徴とする請求項７記載の質量分析磁石アセンブリ。
【請求項９】
イオン注入装置（１０）のビームライン（２０，２２，２３，３０）に用いるためのビームライン構成部品であって、
前記イオン注入装置（１０）のイオン源（１４）から出力されるイオンビーム（１５）によって衝突可能とされ、前記構成部品は、炭素同位体として純粋な炭素系材料からなることを特徴とするビームライン構成部品。
【請求項１０】
炭素同位体として純粋な炭素系材料は、イオン源（１４）から引き出される重陽子が衝突する際の中性子放射を抑止することを特徴とする請求項９記載のビームライン構成部品。
【請求項１１】
炭素同位体として純粋な炭素系材料は、大部分、炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体からなることを特徴とする請求項１０記載のビームライン構成部品。
【請求項１２】
炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体が、前記少なくとも１つの衝突プレートの質量に関して、９９％より多く含まれていることを特徴とする請求項１１記載のビームライン構成部品。
【請求項１３】
炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体が、前記少なくとも１つの衝突プレートの質量に関して、９９．５％より多く含まれていることを特徴とする請求項１２記載のビームライン構成部品。
【請求項１４】
ビームライン構成部品は、下部基板（５４）の頂部に配置された炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体の上部層（５６）を含んでいることを特徴とする請求項１２記載のビームライン構成部品。
【請求項１５】
上部層（５６）は、約１２ミクロン（μｍ）の厚さ（Ｔ）を有することを特徴とする請求項１４記載のビームライン構成部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にイオン注入装置に関し、さらに、このようなシステム、特に、高エネルギーイオン注入装置におけるビームライン内の中性子放射の発生を抑止するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入装置は、集積回路の大規模製造において、半導体に不純物を混入させるために、産業界に望ましい技術として発展してきた。高エネルギーイオン注入装置は、基板内に深く注入するために用いられる。このような深い注入は、例えば、レトログレード・ウエル（ｒｅｔｒｏｇｒａｄｅ ｗｅｌｌｓ）を形成するために必要とされる。
【０００３】
イートン社のＧＳＤ／ＨＥ，ＧＳＤ／ＶＨＥイオン注入装置は、このような高エネルギーイオン注入装置の一例である。これらの注入装置は、イオンビームを５ＭｅＶ（１００万電子ボルト）までエネルギーレベルを高めることができる。本発明の譲受人であるイートンコーポレーションに譲渡された米国特許第４，６６７，１１１号明細書には、このような高エネルギーイオン注入装置が記載されている。
【０００４】
イオン注入装置は、非常に高い電圧レベルで作動する。一般的に、イオンビーム内のイオンは、イオン注入装置内の電子及び異なる電圧レベルにある他の構成部品によって加速されかつ減速される。例えば、正イオンは、イオン源から引き出され、質量分析磁石を通過し、そして、負電位がかけられる電極によって加速される。高エネルギーイオン注入装置において、イオンビームは、高周波（ＲＦ）リニアアクセレータ（ライナック）を通過するとき加速される。このイオンビームは、ＲＦ電圧の周波数をイオンビーム速度に同期させることによって、加速磁界を発生させる一連の加速段階（共振モジュール）を通過することによりＲＦライナックを介して加速される。
【０００５】
砒素（Ａｓ）及び燐（Ｐ）は、ドーピング剤として半導体に注入される２つのイオン種である。砒素と燐は、一般的にアルシンガス（ＡｓＨ３）及びホスフィンガス（ＰＨ３）としてイオン源内に噴射される。これらのガスは、キャリアガスとして水素（Ｈ）を含んでいる。イオン化室内でのこれらのガスのイオン化は、水素の同位体である重陽子を少量生じさせる。イオン源から引き出されたイオンビームは、重陽子を含んでおり、この重陽子は、１つの陽子と１つの中性子からなる重水素の原子核である。この重陽子は、単位正電荷を有する亜原子粒子である。
【０００６】
イオン源から引き出される重陽子は、イオンビームと共に質量分析磁石に運ばれる。適切な電荷質量比を有する注入可能なイオン（例えば、Ａｓ＋，Ａｓ＋＋，Ｐ＋，Ｐ＋＋）は、質量分析磁石を通過し、そして、不適当な電荷質量比を有する（例えば、重陽子）を有する粒子は、質量分析磁石の内部壁に衝突する。これらの内部壁は、衝突プレートを一列に並べており、衝突プレートは、炭素（Ｃ）の六方晶系同素体であるグラファイトを用いて作られている。
【０００７】
炭素の公知の同位体であるＣ−１１からＣ−１５の中で、Ｃ−１２とＣ−１３の両方は、安定しており、最も豊富に存在する。炭素Ｃ−１２（または１２Ｃ）の数１２は、陽子（６）と中性子（６）の合計を表す。炭素Ｃ−１２は、地球上で見出される炭素同位体の９９％よりわずかに少ないパーセント量を占める。炭素Ｃ−１３（１３Ｃ）は、その原子核内に７つの中性子と６つの陽子を有している。全ての炭素原子の約１．１％は、この同位体から作られる。
【０００８】
一般的に、質量分析磁石の衝突プレートに使用されるグラファイトは、炭素Ｃ−１２とそれより少ない量の炭素Ｃ−１３からなる。しかし、重陽子が衝突プレートに衝突すると、Ｃ−１２とＣ−１３の複合体のグラファイト構造内で、付随する重陽子とＣ−１３の原子核を含んで核反応が起こる。このような核反応は、かなりのエネルギー（約５Ｍｅｖまでの）を用いて中性子を解放することができる。衝突プレートの表面から中性子を放射させることは望ましいことではない。重陽子と衝突プレート内の炭素Ｃ−１３同位体との衝突によって生じた中性子放射は、特に、高エネルギーイオン注入装置において問題となる。この注入機では、高イオンビームエネルギーが中性子放射の発生を増加させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、イオン注入装置の作動中、中性子放射の発生を抑止または最小限にするイオン注入装置のビームラインを提供することである。
また、本発明の目的は、改良した質量分析磁石の衝突プレートにより形成されるビームラインを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
イオン注入装置に用いるために質量分析磁石アセンブリが設けられる。このアセンブリは、（ｉ） イオンビームが通過する内部領域を備え、イオン源によって出力されるイオンビームを質量分析するための磁石と、
（ｉｉ）　前記内部領域の外側境界を部分的に形成する少なくとも１つの衝突プレートとを含んでいる。
【００１１】
この衝突プレートは、炭素同位体として純粋な炭素系材料から作られる。この炭素系材料は、好ましくは、炭素Ｃ−１２が９９％よりも多く含まれることが望ましい。この衝突プレートは、イオン源から引き出された重陽子によって衝突されるとき、中性子放射を抑止する。衝突プレートは、下部基板の頂部に配置した炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２同位体の上部層を含んでいる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には、高エネルギーイオン注入装置１０の概略的な平断面図が示されている。本発明は、高エネルギーイオン注入装置の質量分析磁石アセンブリ内に包含されるものとして記載されているけれども、質量分析磁石アセンブリ以外のイオン注入装置構成部品として包含させることができ、また、高エネルギー以外の他のイオン注入装置の中に包含させることも可能である。
【００１３】
このイオン注入装置１０は、５つの部分すなわちサブ装置として、イオンビーム１５を発生するためのイオン源（電流源）１４およびイオンビームを質量分析するための質量分析磁石１６を含むインジェクタ１２と、イオンビームを高エネルギーで加速する複数の共振器モジュール２０ａ−２０ｎを含む高周波（ＲＦ）リニア加速器（ｌｉｎａｃ）１８と、加速されたイオンビームの質量分析を実行するための最終エネルギー磁石（ＦＥＭ）２２と、イオンビームの最終分解及び調整のための分解ハウジング２３と、イオンビームによって注入されるウエハＷを支持する回転ディスク２６を含む端部ステーション２４とを含んでいる。回転ディスク２６は、シリアルイオン注入装置の単一ウエハの受け台に置き換えることができる。
【００１４】
Ｌｉｎａｃ（ライナック）１８の入口にある質量分析磁石１６の後に連続的に可変できる開口アセンブリ３０が配置されており、この可変開口アセンブリ３０は、ライナック１８に通過するイオンビーム電流の量を制御する。可変開口アセンブリ３０の直後に、開口アセンブリ３０から出てライナックに入るビーム電流を測定するための第１フラッグファラデー３１が配置される。また、第２フラッグファラデー３５が、分解ハウジング２３内に配置されてウエハＷ内にイオンを注入する前にイオンビームの電流を測定する。
【００１５】
イオン源１４から引き出されるイオンビーム１５は、質量分析磁石アセンブリ１６に入る前にイオン源に形成する開口３６（図２にも示されている）を通過する。質量分析磁石１６を通過するイオンビームは、一般的に、単一の同位体からなり、ＲＦライナック１８の中を通過して、付加的なエネルギーが与えられる。ＲＦライナック１８は、粒子を加速する磁界を生じ、時間に対して磁界を周期的に変化させ、その位相は、異なる速度を有する粒子と同様に異なる原子量の粒子を収容するために調整することができる。ＲＦライナック１８における複数の共振器モジュール２０の各々は、前のモジュールで達成されるエネルギーを越えるエネルギーでイオンをさらに加速する機能を有する。
【００１６】
各共振モジュール２０の中間には、静電四極レンズ４０がある。この静電四極レンズ４０は、通過するイオンビームを再集束させ、イオンビームが特定の共振モジュール２０を通過するとき、正味の半径方向への発散作用に対抗する。図１には示されていないが、四極レンズは、ＲＦライナック１８の前後に配置することもできる。
【００１７】
図２は、より詳細な質量分析磁石アセンブリ１６を示す。この磁石アセンブリ１６は、ハウジング４４内に閉じ込めた磁石４２を含む。磁石４２は、界磁コイル（図示略）によって定められたヨーク（図示略）を含む。コイルを流れる電流は、磁界の強さとその方向を制御する。ハウジング４４の内部の一方側には、衝突プレート４６が一列に並び、他方側の部分には、衝突プレート４８が一列に並んでいる。
【００１８】
質量分析磁石アセンブリ１６は、イオン源１４によって発生した適切な電荷質量比を有するイオンのみがＲＦライナック１８を通過する機能を備えている。この質量分析磁石アセンブリ１６が必要とされる理由は、イオン源が、適切な電荷質量比のイオンを発生させるとともに、注入するのに適したイオンよりも電荷質量比が大きいかあるいは小さいイオンをも発生させるからである。不適当な電荷質量比を有するイオンは、ウエハへの注入に対して好ましくない。質量分析磁石の内部領域４９を通過するイオンビームは、ＲＦライナック１８に入る前に分解開口５０で集束される。
【００１９】
適切な電荷質量比を有する望ましいイオンは、経路１５ａ、１５ｃによって囲まれるビーム経路内でより正しい経路１５ｂに沿って移動する。ビームの発散度は、イオンビーム内の荷電されたような（正の）イオンの反発力の結果として起こる。Ｌで示された経路は、好ましくないイオンの軌道示しており、このイオンは、注入されるイオン種の望ましい電荷質量比よりもより大きい（例えば、イオンの原子質量が低い、即ち軽い）電荷質量比を有する。Ｈで示された経路は、望ましくないイオンの軌跡を示しており、このイオンは、注入されるイオン種の望ましい電荷質量比よりもより小さい（例えば、イオンの原子質量があまりに高い、即ち重い）電荷質量比を有する。
【００２０】
軽いイオン（経路Ｌ）の軌跡は、望ましいイオンの軌跡よりも磁界により影響され、これらの軽いイオンは、衝突プレート４６に衝突する。重いイオン（経路Ｈ）の軌跡は、望ましいイオンの軌跡ほど磁界によって影響されず、これらの重いイオンは、衝突プレート４８に衝突する。衝突プレート４６に衝突する軽いイオン内には、イオン源から引き出された重陽子を含んでいる。いくつかの重陽子は、また、経路Ｈに沿うイオンビームの中和部分と共に運ばれ、衝突プレート４８に衝突する。これらの衝突プレート４６，４８は、部分的に、質量分析磁石の内部領域４９のための外側境界を形成する。
【００２１】
本発明において、少なくとも衝突プレート４８（及び好ましくは衝突プレート４６もまた）は、重陽子が衝突したときに中性子放射を生じない炭素系材料から作られる。例えば、衝突プレートは、Ｃ−１３同位体を含まない（または大いに減少した）、純炭素Ｃ−１２同位体から作ることができる。最小限、これらの衝突プレートの表面は、この種の材料で覆われている（図３参照）。図３に示すように、基板５４は、炭素Ｃ−１２及び炭素Ｃ−１３の同位体からなる複合材料からなっている。この基板の頂部には、炭素同位体として純粋な炭素Ｃ−１２（Ｃ−１３を含まない）の薄い層５６がある。炭素同位体として純粋であることは、通常の含まれる炭素Ｃ−１３の含有量（約１．１％）よりも少ない質量が含まれていることを意味する。
【００２２】
従って、層５６は、好ましくは、炭素Ｃ−１３を１％より少ない質量だけ含み、さらに望ましくは、０．５％より少ない。この層５６は、約１２ミクロン（μｍ）の厚さ（Ｔ）を有する。図３には示されていないが、衝突プレート４６は、同様な方法で構成することができる。
【００２３】
本発明は、質量分析磁石のための衝突プレートについて記載してきたが、炭素同位体として純粋なＣ−１２同位体は、イオン注入装置内の他の構成部品を構成するために用いることが可能である。例えば、開口プレート、電極、及び四極子が、この材料で構成することができる。本発明は、通過するイオンビームが衝突するイオン注入装置の構成部品を構成するために、炭素同位体として純粋なＣ−１２同位体を利用して、イオン注入装置のビームラインに沿って中性子放射の発生を抑止することができる。
【００２４】
従って、イオン注入装置のビームラインにおいて、中性子放射を抑止するための機構の好ましい実施形態を説明してきた。しかし、上述した記載によれば、これらの記載は、単に例示としてのみ作成されたものであり、本発明は、ここに記載の特定の実施形態に制限されず、また、本発明の請求項およびその等価物によって定められるような本発明の技術的範囲から逸脱しないで、種々の再構成、変更及び修正が実現できることが理解されるあろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明に組み入れる高エネルギーイオン注入装置の概略構成ブロック図である。
【図２】
図２は、図１のブロック図で示されている質量分析磁石アセンブリの内部を示す平面図である。
【図３】
図３は、線３−３に沿って見た図２の質量分析磁石内に含まれる衝突プレートの断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004513495.tif 000018
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