(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム装置であって，
ビーム進路に沿ってターゲットへ荷電粒子ビームを方向付けるための荷電粒子ビームソースと，
前記ビーム進路に沿って配置されたスリット組立体であって，
(i)互いに離隔され前記ビームの両反対側に配置された第１及び第２シリンダであり，前記ビーム進路に近接する第１及び第２シリンダの対向面が前記荷電粒子ビームの少なくとも一部を通過させ，前記第１及び第２シリンダはそれぞれ第１及び第２中心軸を有する，ところの第１及び第２シリンダと，
(ii) 前記荷電粒子ビームが前記第１及び第２シリンダへ入射している間、前記第１シリンダを前記第１中心軸の回りに回転させかつ前記第２シリンダを前記第２中心軸の回りに回転させるための駆動装置であって、その結果、前記第１及び第２シリンダが前記中心軸の回りに回転するに従い、荷電粒子ビームのエネルギーは前記第１及び第２シリンダ全体に分散される、ところの駆動装置と，
から成るスリット組立体と，
から成る装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダが前記ビーム進路に垂直で実質的に一定の幅を有する，
ところの装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダの第１及び第２中心軸が実質的に平行である，
ところの装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダを回転させるための駆動装置が前記ビーム進路に近接する第１及び第２シリンダの対向面を前記荷電粒子ビームソースの方向へ回転させるための手段を含む，
ところの装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダを回転させるための駆動装置が，モータ及び該モータと前記第１及び第２シリンダとの間に結合されたカプラーから成る，
ところの装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記カプラーが，前記モータに結合されかつモータによって駆動される第１ギヤ，前記第１シリンダに結合されかつ該第１ギヤに駆動される第２ギヤ，及び前記第２シリンダに結合されかつ該第２ギヤによって駆動される第３ギヤから成り，前記第１及び第２シリンダは前記モータが付勢されたとき逆方向へ回転する，
ところの装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記スリット組立体はさらに，前記第１及び第２シリンダの温度を制御するための冷却装置を含む，
ところの装置。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダは内部流路を有し，及び前記冷却装置は前記第１及び第２シリンダの該内部流路を通じて冷媒を循環させるための手段を含む，
ところの装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダの各々が前記冷媒の循環用の共軸流路を有する駆動シャフトによって前記駆動装置に結合される，
ところの装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の荷電粒子ビームであって，前記第１及び第２シリンダは内部空間を内包する円筒形シェル及び該内部空間内に配置されかつ該シェルと共軸の円筒形バッフルから成り，前記シェル及び前記円筒形バッフルはそれらの間に円筒形流路を画成し，前記冷却装置は前記第１及び第２シリンダのそれぞれの円筒形流路を通じて冷媒を循環させるための手段から成る，
ところの装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記第１及び第２シリンダはそれぞれ円筒形シェル及び該シェルを覆う円筒形のグラファイトスリーブとから成る，
ところの装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記グラファイトスリーブは前記シェルと熱接触状態にあり，真空状態で前記グラファイトスリーブと前記シェルとの間に高い熱伝導性をもたらす，
ところの装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記駆動装置はさらに前記ビーム進路に垂直な前記スリットの幅を調節するための手段を含む，
ところの装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記スリットの幅を調節するための前記手段が調節軸に関し前記第１及び第２シリンダを回転させるための手段から成る，
ところの装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記調節軸に関して前記第１及び第２シリンダを回転させるための前記手段が，前記第１及び第２中心軸の回りの回転用に前記第１及び第２シリンダを支持するためのプレートと，駆動モータと，該駆動モータと前記プレートとの間に結合されたカプラーとから成り，前記駆動モータが付勢されたとき前記調節軸の回りに回転するように前記プレートが載置されている，
ところの装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記荷電粒子ビームソースはイオンソースから成り，前記荷電粒子ビームはイオンビームから成る，
ところの装置。
【請求項１７】
イオン・インプランターであって，
ビーム進路に沿って処理体の方へイオンビームを方向付けるためのイオンソースと，
質量に応じて前記イオンビーム内のイオンを偏向させるために前記ビーム進路に沿って配置された質量分析磁石と，
前記イオンビーム内の選択されたイオン種を通過させるべく，前記質量分析磁石の下流で前記ビーム進路に沿って配置された質量分解スリット組立体であって，
(i)前記ビーム進路の両反対側に互いに離隔されて配置された第１及び第２シリンダであり，前記ビーム進路に近接する当該第１及び第２シリンダの対向面が前記選択されたイオン種を通過させるためのスリットを画成し，当該第１及び第２シリンダがそれぞれ第１及び第２中心軸を有するところの第１及び第２シリンダと，
(ii) 前記イオンビームが前記第１及び第２シリンダに入射している間、前記第１シリンダを前記第１中心軸の回りに回転させかつ前記第２シリンダを前記第２中心軸の回りに回転させるための駆動機構であって、その結果、前記第１及び第２シリンダが前記中心軸の回りに回転するに従い、前記第１及び第２シリンダ全体にイオンビームのエネルギーが分散される、ところの駆動機構と，
から成る質量分解スリット組立体と，
前記イオンビーム内のイオンを所望のエネルギーに加速するべく前記ビーム進路に沿って配置された加速器と，
前記イオンビームを処理体全体に分配するための手段と，
前記イオンソースと前記処理体の間の前記ビーム進路に沿って高真空に維持するための真空装置と，
から成るイオン・インプランター。
【請求項１８】
請求項１７に記載のイオン・インプランターであって，前記第１及び第２シリンダを回転させるための駆動機構が前記ビーム進路に近接する前記第１及び第２シリンダの対向面を前記イオンソース方向へ回転させるための手段を含む，
ところのイオン・インプランター。
【請求項１９】
請求項１７に記載のイオン・インプランターであって，前記第１及び第２シリンダを回転させるための前記駆動機構は，モータ，該モータに結合されかつモータによって駆動される第１ギヤ，前記第１シリンダに結合されかつ該第１ギヤにより駆動される第２ギヤ，及び前記第２シリンダに結合されかつ該第２ギヤによって駆動される第３ギヤから成り，前記第１及び第２シリンダは前記モータが付勢されたとき逆方向へ回転する，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２０】
請求項１７に記載のイオン・インプランターであって，前記質量分解スリット組立体はさらに前記第１及び第２シリンダを冷却するための冷却装置を含む，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２１】
請求項２０に記載のイオン・インプランターであって，前記第１及び第２シリンダが内部流路を有し，及び冷却装置が前記第１及び第２シリンダの該内部流路を通じて冷媒を循環させるための手段を含む，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２２】
請求項２０に記載のイオン・インプランターであって，前記第１及び第２シリンダの各々は冷媒を循環させるための共軸流路を有するドライブシャフトにより前記駆動機構に結合され，前記第１及び第２シリンダはそれぞれ内部空間を内包する円筒形シェル及び該シェルと共軸に前記内部空間内に配置された円筒形バッフルから成り，前記シェル及び前記円筒形バッフルがそれらの間に円筒形流路を画成し，前記冷却装置が前記第１及び第２シリンダの各々の円筒形流路を通じて前記冷媒を循環させるための手段から成る，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２３】
請求項１７に記載のイオン・インプランターであって，前記第１及び第２シリンダは各々円筒形シェル及び前記シェルを覆う円筒形グラファイトスリーブから成る，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２４】
請求項１７に記載のイオン・インプランターであって，前記駆動機構はさらに前記ビーム進路に垂直な前記スリットの幅を調節するための手段を含む，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２５】
請求項２４に記載のイオン・インプランターであって，前記スリットの幅を調節するための手段は調節軸に関して前記第１及び第２シリンダを回転させるための手段から成る，
ところのイオン・インプランター。
【請求項２６】
荷電粒子ビームがビーム進路に沿って方向付けられるところの荷電粒子ビーム装置において使用するためのスリット組立体であって，
互いに離隔された第１及び第２シリンダであり，前記ビーム進路に近接する前記第１及び第２シリンダの対向面が前記荷電粒子ビームを通過させるためのスリットを画成し，前記第１及び第２シリンダが第１及び第２中心軸をそれぞれ有する，ところの第１及び第２シリンダと，
前記荷電粒子ビームが前記第１及び第２シリンダへ入射している間、前記第１シリンダを前記第１中心軸の回りに回転させるための，及び前記第２シリンダを前記第２中心軸の回りに回転させるための駆動装置であって、その結果、前記第１及び第２シリンダが前記中心軸の回りに回転するに従い、荷電粒子ビームのエネルギーは前記第１及び第２シリンダ全体に分散される、ところ駆動装置と、
から成るスリット組立体。
【請求項２７】
請求項２６に記載のスリット組立体であって，前記駆動装置は前記ビーム進路に近接する前記第１及び第２シリンダの対向面を前記荷電粒子ビーム方向へ回転させるための手段を含む，
ところのスリット組立体。
【請求項２８】
請求項２６に記載のスリット組立体であって，さらに前記第１及び第２シリンダを冷却するための冷却装置を含む，
ところのスリット組立体。
【請求項２９】
請求項２８に記載のスリット組立体であって，前記第１及び第２シリンダは内部空間を内包する円筒形シェル及び該シェルと共軸に前記内部空間内に配置された円筒形バッフルから成り，前記シェル及び円筒形バッフルはそれらの間に円筒形流路を画成し，及び前記冷却装置が前記第１及び第２シリンダの各々の円筒形流路を通じて冷媒を循環させるための手段から成る，
ところのスリット組立体。
【請求項３０】
請求項２６に記載のスリット組立体であって，前記駆動装置がさらに前記ビーム進路に垂直な前記スリットの幅を調節するための手段を含む，
ところのスリット組立体。
【請求項３１】
ビーム進路に沿って方向付けられた荷電粒子を空間的にフィルタリングする方法であって，
前記ビーム進路の両反対側に第１及び第２シリンダを配置する工程であって，前記第１及び第２シリンダは互いに離隔されその結果前記ビーム進路に近接する前記第１及び第２シリンダの対向面が前記荷電粒子ビームの少なくとも一部を通過させるためのスリットを画成し，前記第１及び第２シリンダはそれぞれ第１及び第２中心軸を有する，ところの工程と，
前記第１シリンダを前記第１中心軸の回りに回転させる工程と，
前記荷電粒子ビームが前記第１及び第２シリンダに入射している間、前記第２シリンダを前記第２中心軸の回りに回転させる工程と，
から成る方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって，前記第１及び第２シリンダを回転させる工程は，前記ビーム進路に近接する前記第１及び第２シリンダの対向面が前記荷電粒子ビームソース方向へ回転するように前記第１シリンダ及び前記第２シリンダを逆方向へ回転させる工程を含む，
ところの方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって，さらに前記第１及び第２シリンダを通じて冷媒を循環させる工程を含む，
ところの方法。
【請求項３４】
請求項３１に記載の方法であって，さらに調節軸に関して前記第１及び第２シリンダを回転させることにより，前記ビーム進路に垂直な前記スリットの幅を調節する工程を含む，
ところの方法。
【請求項３５】
荷電粒子ビーム装置であって，
ビーム進路に沿ってターゲットへ荷電粒子ビームを方向付けるための荷電粒子ビームソースと，
前記ビーム進路に沿って配置されたビーム画成組立体であって，
(i)前記荷電粒子ビームの第１部分が前記ビーム画成エレメント上に入射し，前記荷電粒子の第２部分が前記ビーム進路に沿ってターゲット方向へビーム画成エレメントを通過するように前記ビーム進路に沿って配置されたビーム画成エレメントであり，中心軸を有するところのビーム画成エレメントと，
(ii)前記ビーム画成エレメントが回転するに従い前記ビーム画成エレメントの異なる表面領域が前記荷電粒子ビームにさらされるように，前記荷電粒子ビームが前記ビーム画成エレメントに入射している間、前記中心軸の回りに前記ビーム画成エレメントを回転させるための駆動装置と，
から成るビーム画成組立体と，
から成る装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の荷電粒子ビーム装置であって，前記ビーム画成エレメントはシリンダから成る，
ところの装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はイオン・インプランターのような荷電粒子ビーム装置に関し，特にスリットを画成するために回転シリンダを利用するビーム画成スリット組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン・インプランテーションは，今や導電率を変化させる不純物を半導体ウエハ内に注入するための標準的技術となった。所望の不純物材料が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，該イオンビームがウエハ表面に方向づけられる。ビーム内で付勢されたイオンは半導体材料のバルク内に侵入し，所望の導電性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】
典型的に，イオンソースは異なる質量を有する二つ以上のイオン種を生成する。例えば，ボロンは原子量10及び11のイオン種を生成する。通常のイオン・インプランターはイオンソース内で生成されたイオン種から所望のイオン種を選択するための質量分析磁石及び質量分解スリットを含む。該分析磁石は質量に応じて各イオンの進路を曲げる磁場を生成する。分析磁石はまた質量分解スリットの平面内にイオンビームを集束させる。磁場は所望のイオン種のみが分解スリットを通過するように調節される。残りのイオン種は分解スリットを画成するエレメントによって遮られ，イオンビームから分離される。質量分析磁石及び分解スリットを有するイオン・インプランターは，例えば1990年12月25日に登録されたBerrianらの米国特許第4,980,562号，1981年8月11日に登録されたTurnerの米国特許第4,283,631号，1978年10月3日に登録されたMcKennaらの米国特許第4,118,630号，及び1986年3月25日に登録されたAitkenの米国特許第4,578,589号に開示されている。イオン・インプランテーションで使用するためのイオンビームセパレータは，1977年4月12日に登録されたFreemanの米国特許第4,017,413号に開示されている。Freemanにより開示されたスリットは，スリットの通過を許されたビームの幅を調節するために，ビームの高さ方向と平行な軸の回りに回転可能である。
【０００４】
イオン・インプランターのトレンドは，インプランテーション時間を削減しそれによってスループットを増加させるためにより高いビーム電流へと向かっている。高ビーム電流が利用されれば，質量分解スリットでの電流及び電力密度は非常に高い。30ミリアンペアのオーダーのビーム電流に対し，分解スリットでの電力密度は１平方センチあたり500から700ワット(W/cm2)のオーダーである。均整のとれたビームにおいて，ビーム電力の約20％のみがスリットを通過する。もし質量分解スリットが輻射のみによって冷却されていれば，入射電力は質量スリット温度を2000℃以上に上昇させるのに十分である。最大電力密度がスリットの一方または他方に入射されれば，それより高い温度がチューニング工程で発生する。温度をいくらか下げるために伝導冷却が使用可能である。しかし，伝導冷却及び輻射冷却の両方はスリットの端からスリット画成エレメントの内部に向かって極端な温度勾配を生じさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高い動作温度のために，質量分解スリットとして，タングステン，モリブデン及びタンタルのような耐火性材料がときどき使用されてきたが，通常はグラファイトからなる。これらすべての材料は明白な結晶粒組織を有する。高電流イオン・インプランテーション用のビーム画成アパーチャとして使用されるとき，結晶粒界を横切るストレスが破損及び材料の微視的粒子の突き出しを生じさせる。グラファイトの場合，ガラス質炭素のようなアモルファス構造は侵食速度を減少させるが，ガラス質グラファイトが非均質であるため侵食はスパッタリングよりスポーリング(spalling)によって支配されている。
【０００６】
質量分解スリットから放出された粒子は，運動量を粒子に分け与えるところのイオンビーム内の衝突イオンによる力を経験する。粒子へのイオン衝撃力は小さい粒子に対する重力を小さく見せる。程々の初期速度に対し，ほとんどの小さい粒子はイオン衝撃によって経験する大きな加速によってビーム内に留まる。より大きな粒子は，それらの初期運動量のために簡単にビームから脱出する。それにもかかわらず，イオン・インプランター内のスリット侵食のためにウエハはかなり汚染される。注入される半導体ウエハの汚染は非常に不所望なことである。さらに，汚染の基準は半導体素子の特徴サイズが減少するに伴い非常に厳密になってきた。
【０００７】
質量分解スリットの侵食の他の欠点は，スリット自身の作業寿命が制限されることである。高ビーム電流に対し，分解スリットの寿命は非常に短い。分解スリットの交換のための休止時間は半導体製造のコスト高になる。質量分解スリットの侵食を削減する従来の努力は，高密度を有しゆえに低い温度勾配と小さい侵食を有するグレードの高いグラファイトを得ることに集中してきた。しかし，これらの努力によっても満足のいく結果は得られなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の第１の態様に従い，荷電粒子ビーム装置が与えられる。該装置は荷電粒子をビーム進路に沿ってターゲットへ方向付けるための荷電粒子ビームソース及びビーム進路に沿って配置されたスリット組立体から成る。該スリット組立体はビーム進路の両反対側に配置され互いに離隔された第１及び第２シリンダから成る。ビーム進路に近接する第１及び第２シリンダの対向面は荷電粒子ビームの少なくとも一部が通過するためのスリットを画成する。さらにスリット組立体は第１シリンダをその中心軸で回転させ，第２シリンダをその中心軸で回転させるための駆動装置から成る。
【０００９】
好適には，ビーム進路に近接した第１及び第２シリンダの対向面は，荷電粒子ビームソースの方へ向かって互いに逆方向に回転する。それによってシリンダから侵食された粒子は荷電粒子ビームソース方向への初期速度を有し，ターゲットを汚染する確率が減少する。
【００１０】
駆動装置は好適には，モータ及び，モータと第１及び第２シリンダとの間に結合されたカプラーとから成る。該カプラーはモータに結合され駆動される第１ギヤ，第１シリンダに結合され第１ギヤにより駆動される第２ギヤ，及び第２シリンダに結合され第２ギヤにより駆動される第３ギヤから成る。第１及び第２シリンダは互いに逆方向に回転する。
【００１１】
さらにスリット組立体は好適には第１及び第２シリンダの温度を制御するための冷却装置を含む。冷却装置は第１及び第２シリンダ内の内部流路を通って冷媒を循環させるための手段を含む。好適実施例において，第１及び第２シリンダはそれぞれ内部空間を包含するシェル及び該シェルと共軸に内部空間内に配置された円筒バッフルから成る。シェル及び円筒バッフルはそれらの間に円筒形水路を画成する。冷媒は各シリンダの円筒形水路を通じて循環する。
【００１２】
第１及び第２シリンダは各々円筒形シェル及び該シェルを覆う円筒形グラファイトスリーブから成る。該グラファイトスリーブは真空においてグラファイトスリーブとシェルとの間に低い熱伝導性を与えるべくシェルと熱接触状態にある。
【００１３】
好適には駆動装置はさらにビーム進路に正確に垂直なスリット幅を調節するための手段を含む。第１及び第２シリンダは調節軸に関して回転され得る。第１及び第２シリンダを回転させるための手段は，中心軸の回りに回転させるべく第１及び第２シリンダを支持するためのプレート，駆動モータ及び該駆動モータとプレートとの間に結合されたカプラーから成る。該プレートは駆動モータが付勢されたとき調節軸の回りに回転するように載置されている。
【００１４】
本願の他の態様に従って，イオン・インプランターは，イオンビームをビーム進路に沿って処理体の方へ方向付けるためのイオンソースと，質量に応じてイオンビーム内のイオンを偏向させるためにビーム進路に沿って配置された質量分析磁石と，イオンビーム内の選択イオン種を通過させるために質量分析磁石の下流にビーム進路に沿って配置されたスリット組立体と，イオンビーム内のイオンを所望のエネルギーに加速するためにビーム進路に沿って配置された加速器と，処理体にイオンビームを分配する手段と，イオンソースと処理体の間においてビーム進路に沿って高真空を維持するための真空装置とから成る。スリット組立体はビーム進路の両反対側に配置されかつ互いに離隔された第１及び第２シリンダから成る。ビーム進路に近接する第１及び第２シリンダの対向面は選択イオン種を通過させるためのスリットを画成する。第１及び第２シリンダはそれぞれ第１及び第２中心軸を有する。さらにスリット組立体は第１シリンダを第１中心軸の回りに，第２シリンダを第２中心軸の回りにそれぞれ回転させる機構から成る。
【００１５】
本願のさらに他の態様に従って，ビーム進路に沿って方向づけられた荷電粒子ビームを空間的にフィルタリングする方法が与えられる。該方法は第１及び第２シリンダをビーム進路の両反対側にに配置する工程から成る。第１及び第２シリンダは，ビームに近接する対向面が少なくとも一部の荷電粒子ビームを通過させるためのスリットを画成するようにお互いに離隔されている。第１及び第２シリンダはそれぞれ第１及び第２中心軸を有する。さらに方法は第１シリンダを第１中心軸の回りに回転させ，第２シリンダを第２中心軸の回りに回転させる工程を含む。
【００１６】
本願のさらに他の態様に従って，荷電粒子ビーム装置内で使用するためのスリット組立体が与えられる。該スリット組立体は，互いに離隔された第１及び第２シリンダ及び第１及び第２シリンダをそれぞれの中心軸の回りに回転させるための駆動装置から成る。ビーム進路に近接する第１及び第２シリンダの対向面は荷電粒子ビームを通過させるためのスリットを画成する。
【００１７】
本願のさらに他の態様に従って，荷電粒子ビーム装置は，荷電粒子をビーム進路に沿ってターゲットへ方向付けるための荷電粒子ビームソース及びビーム進路に沿って配置されたビーム画成組立体から成る。該ビーム画成組立体はビーム進路に沿って配置されたビーム画成エレメントから成り，その結果荷電粒子ビームの第１部分がビーム画成エレメント上に入射し，荷電粒子ビームの第２部分がビーム進路に沿ってターゲット方向へビーム画成エレメントを通過する。さらにビーム画成エレメントは中心軸の回りにビーム画成エレメントを回転させるための駆動装置から成る。ビーム画成エレメントの異なる表面領域はビーム画成エレメントが回転するに従い荷電粒子ビームにさらされる。
【００１８】
本願発明をより理解するために，参考として以下の図面が添付されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
従来技術のイオン・インプランターのブロック図が図１(A)に示されている。イオンソース10はイオンビーム12をビーム進路に沿ってターゲット典型的には半導体ウエハへ方向付ける。イオンビーム12は偏向され質量分析磁石20によって集束させられる。イオンビームは質量分解スリット組立体22の平面内に集束させられる。イオンビーム20は加速器24により所望のエネルギーに加速され，ターゲットチャンバ26内に配置されたターゲット14上に入射する。イオンソース10とターゲット14との間の全領域はイオン注入の間高真空に維持される。イオンビーム12は，ビームに関してターゲット14を機械的にスキャンすることによって，ターゲットに関しイオンビームをスキャンすることによって，またはこれらの技術を組み合わせることによってターゲット14の表面全体に分配される。ターゲットチャンバ26は，イオン注入のために及びイオン注入後にターゲットチャンバからウエハを除去するために半導体ウエハを一つ以上のターゲットポジションに自動的にロードするための装置を含む。ウエハは例えばイオン注入中は回転ディスク上に載置されている。イオン・インプランターの構造及び動作は当業者に周知である。
【００２０】
質量分解スリット組立体22の拡大図が図１(B)に示されている。壁30及び32は質量分解スリット34を画成する。周知のように，イオンビーム12内の異なるイオン種は質量分析磁石20により異なる角度で偏向させられる。所望のイオン種が質量分解スリット34を通過してターゲット14に達する。不所望のイオン種は質量スリット組立体の壁30及び32によって遮られる。壁30及び32は典型的に高密度グラファイトから成る。図１(B)に示されるように，壁30及び32に入射したイオンビーム部分が壁30及び32を加熱し，壁30及び32を侵食して粒子36を生成する。粒子36はイオンビーム12内のイオンによる衝突によってターゲット方向へ加速され，それによってターゲット14が汚染される。さらに，質量分解スリット22からの粒子の侵食によりスリットが破損し寿命が短くなる。上記したように，これらの問題は高電流イオンビーム12の場合にはより深刻になる。さまざまな異なるイオン・インプランター構成が周知である。しかし，ほとんどすべてのイオン・インプランターは，注入用の所望のイオン種を選択するために質量分析磁石及び質量分解スリットを利用している。
【００２１】
本願発明に組み込まれるイオン・インプランターのブロック図が図２(A)に示されている。図１と同じ部品は同じ符号で示す。図２(A)において，質量分解スリット組立体40はビーム進路の両反対側に配置された第１シリンダ42及び第２シリンダ44から成る。質量分解スリット組立体40の拡大図が図２(B)に示されている。質量分解スリット50はシリンダ42及び44の間隔によって画成される。シリンダ42は中心軸52を有し，シリンダ44は中心軸54を有する。動作中，シリンダ42は中心軸52の回りに回転し，シリンダ44は中心軸54の回りに回転する。イオンビーム12はスリット50を通過する部分と，シリンダ42のバンド56及び／またはシリンダ44のバンド58上に入射する部分とから成る。特に，イオンビーム12は全体的にまたは部分的にひとつまたは両方のシリンダ42及び44に衝突し，または全イオンビーム12がスリット50を通過する。バンド56及び58のディメンジョンはイオンビーム12の性質に依存して変化し得る。さらに，バンド56及び58は異なるサイズを有し得る。イオンビーム12はシリンダ42及び44が回転するに従いシリンダ42及び44の異なる表面領域上に入射するため，イオンビームのエネルギーはシリンダ42及び44の円筒形表面全体に分散する。結果として，シリンダ42及び44は円周の回りに多少均一に加熱され，温度上昇は従来の固定型質量分解スリットよりもかなり低減される。質量分解スリットを画成するエレメントの温度上昇を制御することによって，深さ方向への温度勾配が減少し，それによりそれらのエレメントの侵食が非常に削減される。
【００２２】
発明の他の特徴が図２(B)に示されている。好適実施例において，シリンダ42及び44は互いに逆方向へ回転し，その結果スリット50に近接するシリンダ42及び44の対向面はイオンビーム12すなわちイオンソースの方へ回転する。図２(A)及び(B)の例で言えば，シリンダ42が時計回りに回転し，シリンダ44が反時計回りに回転することを意味する。シリンダがスリット付近の表面の回転を伴ってビーム内へカウンター回転するとき，シリンダから放出された粒子はビームに関して上流向きの初速度をもつ。シリンダの回転により，放出粒子の上流方向初速度は大きい。例えば，シリンダ回転速度が1800rpmでシリンダ直径が2.75インチの場合には，接線方向速度が毎秒660センチメートルである。放出粒子はビーム内へ真っ直ぐに飛び込むよりはむしろビームに対しある角度で入射するため，粒子にはビームから逃げるチャンスがある。そこで，カウンター回転の構成が好適である。しかし，温度の低下，温度勾配の減少，侵食の減少及び汚染の減少の利点はシリンダの回転方向とは無関係に回転シリンダ42及び44について得られる。
【００２３】
本願発明に従う質量分解スリット組立体の実施例が図３から図８に示されている。質量分解スリット組立体の主なコンポーネントは，シリンダ42及び44，及び該シリンダ42及び44を中心軸52及び54の回りにそれぞれ回転させるための駆動装置を含む。該駆動装置は好適にはスリット50の幅を図３の最大値Gmaxから図４の最小値G=0まで調節するためのイオンビーム12に垂直方向に厳密な機構を有する。好適にはスリット組立体はさらに動作中アクティブにシリンダ42及び44を冷却するための冷却装置を含む。
【００２４】
シリンダ42及び44を中心軸52及び54の回りにそれぞれ回転させるための駆動装置が図３から６に示されている。シリンダ42及び44はイオン・インプランターの高真空領域内に配置され，一方駆動装置の主なコンポーネントは真空領域の外側に配置される。図６に示される真空チャンバ壁60はシリンダ42及び44が配置されている高真空領域を大気圧の外環境から分離する。シリンダ42はシャフト62及びプレート66を貫通する強流体シール64によってギヤ68に結合されている。同様に，シリンダ44はシャフト72及びプレート66を貫通する強流体シール74によってギヤ78に結合されている。プレート66は真空チャンバの壁の一部を形成し以下に説明するようにスリット50の幅を調節する間に回転する。強流体シール64及び74は高真空シールを維持しながら回転運動を送り出す従来のコンポーネントである。プレート66は以下に説明するようにプレート80に回動可能に載置される。次にプレート80は真空チャンバ壁60に関して固定位置に載置されかつ真空にシールされる。
【００２５】
モータ90はドライブシャフトに取り付けられたギヤ92を有する。ギヤ92はギヤ78と歯合し，ギヤ78はギヤ68と歯合する。モータ90が付勢されると，ギヤ92がギヤ78を駆動し，ギヤ78がギヤ68を駆動してシリンダ42及び44を回転させる。ギヤ68及び78が等しい直径と等しい数の歯を有するとき，シリンダ42及び44は逆方向へ等しい速度で回転する。
【００２６】
モータ90はレール100及び102に固定されたプレート96に載置されている。レール100及び102はボルト104によりプレート66へ固定されている。モータ90をプレート66に載置することによって，ギヤ68，78及び92並びにモータ90を含むシリンダ42及び44用の駆動装置は，スリット50の幅が調節されるに従いプレート66とともに回転する。
【００２７】
ディスク106はモータ90の軸に取り付けられモータ90が付勢されると回転する。センサ108がディスク106に近接して載置されディスク106の回転を検知する。センサ108はモータ90の回転速度を表す電気信号を与える。例えば，光学または磁気センサーが利用される。
【００２８】
動作中において，モータ90はイオン注入の間連続的に付勢されシリンダ42及び44が回転させられる。好適実施例において，シリンダ42及び44は1700rpmで回転する。しかし他の回転速度も本願発明の態様の範囲内で利用され得る。さらに上記したように，好適には各シリンダはスリット50に近接した対向面42a及び44aがイオンビームの方向（イオンソースの方向）へ回転するように，互いに逆方向へ回転する。図３から７に示される駆動装置によって，同速度で逆方向の回転が与えられる。イオンソース方向への表面42a及び44aの回転が有利であるが，異なる回転方法も本願発明の態様の範囲で利用され得る。本願発明の主な利点はイオンビームのエネルギーがシリンダ表面全体に分配されるところの回転シリンダを与えることにより達成され，それによって温度上昇及びスリット50を画成するシリンダの侵食が減少する。
【００２９】
上記したように，好適には駆動装置はスリット50の幅を調節するための機構を含む。イオン・インプランターは異なるイオン種，異なるイオンエネルギー等のさまざまな異なる条件のもとで使用されるため，スリット幅の調節が所望される。スリット50の幅は以下のように調節される。プレート66は円形であり，プレート80に関して回転するように載置されている。ベアリング120はリテーナ122及び124をベアリングすることによりプレート80及びプレート66の間に固定されており，それによってプレート66はプレート80と相対的に回転することができる。さらに，エラストマシール126及び128がプレート66と80の間に載置されている。好適には，エラストマシール126及び128は離隔され，シール126と128の間の環状スペース130は差動的に真空排気される。この構成は外環境から真空チャンバ内への漏れを最小化する。
【００３０】
プレート66は，スリット調節モータ140によって調節軸138の回りにプレート80に関して回転させられる。ギヤ142はスリット調節モータ140の駆動シャフト上に載置され，セクタギヤ144はプレート66に載置される。モータ140が付勢されたときプレート66が調節軸138の回りに回転するように，ギヤ142がセクタギヤ144と歯合する。プレート66の回転によりシリンダ42及び44がビーム進路に関して回転させられ，その結果ビーム進路に垂直なスリット50の幅が調節される。好適実施例において，プレート66は約45°の範囲で回転し，スリット50は全閉(G=0)から全開(Gmax)まで変化する。好適実施例において，スリット50の最大幅Gmaxは約１インチである。上記したように，シリンダ42及び44をそれらの中心軸52及び54の回りに回転させるための駆動装置は，プレート66上に載置されかつ図３及び図４に示されるようにそれらとともに回転する。したがってシリンダ42及び44は，スリット50が調節されるところの幅に無関係にそれらの中心軸に関して回転する。
【００３１】
プレート80に関するプレート66の位置は典型的に線形電位差計であるセンサ150によって決定される。該センサ150の一端はプレート80上に載置されたブラケット152に結合され，センサ150の他端はレール100上に載置されたブラケット154に結合されている。センサ150はプレート80に関するプレート66の位置角度を表ししたがってスリット50の幅を表す信号を出力する。リミットスイッチ156及び158はプレート66の回転限界に対応する位置にプレート80上へ載置される。カム160はセクタギヤ144に載置される。該カム160は軌道の限界でスイッチ156及び158を作動させる。スイッチ156及び158のいずれかが作動するやいなや，モータ140の付勢が解除される。
【００３２】
シリンダ42の好適構成が図８に示されている。シリンダ44も同一の構成を有する。シェル170は好適にはアルミニウムのような熱伝導性金属から成る。シェル170は円筒形側壁171を含み，天井壁182によって上端部が閉止されている。キャップ172はシェル170の下端部と螺嵌し，エラストマリング173によりシェル170へシールされる。該シェル170は以下に説明するように冷媒を循環させるための内部空間174を画成する。シャフト62はキャップ172に取り付けられ，内管176及び共軸の外管178を含む共軸構造を有する。内管176は内部空間174の上部まで伸張する。さらにシリンダ42は内部空間174内に載置された円筒形バッフル180を含む。円筒形バッフル180は円筒形側壁171と共軸であり，シェル170の天井壁182より少し下の位置まで伸張する。円筒形流路184が円筒形側壁171と円筒形バッフル180の間に画成される。円筒形流路184はキャップ172とバッフル180の下側との間の流路186を通ってシャフト62の外管178へ接続される。
【００３３】
シリンダ42のさらに重要なコンポーネントは，円筒形外部スリーブ190である。該外部スリーブ190は好適には高密度グラファイトから成り，円筒形側壁171の外側面と熱的に接触している。外部スリーブ190用の他の適当な材料としてシリコン火炎噴霧(flame sprayed)アルミニウムがある。動作中，外部スリーブ190上に入射するイオンビームのエネルギーは円筒形側壁171を通じて円筒形流路184を循環する冷媒に伝導される。概して，外部スリーブ190は装置の作動状態において低スパッタリングを示すことが要求される。好適実施例において，グラファイト外部スリーブ190は，真空においてシェル170との間に高い熱伝導性を達成するためにシェル170へ押し付けられる。
【００３４】
上記したように，本願発明のスリット組立体は好適にはシリンダ42及び44を能動的に冷却するための冷却装置を含む。図６及び図７に示されるように，シャフト62はギヤ68の下まで伸張し，回転管継手194及び196とともに与えられる。回転管継手194はシャフト62の外管178（図８）への接続をもたらし，回転管継手196はシャフト62の内管176への接続をもたらす。管継手194及び196は，図７に略示されているようにコンジット200及び204により冷媒循環及び冷却装置210へ接続される。冷媒循環及び冷却装置210はシリンダ42を通じて典型的には水である冷媒を循環させるためのポンプ及びシリンダ42から戻った熱湯を冷却するための熱変換器を有する。そのような冷媒循環及び冷却装置は当業者に周知である。冷媒循環及び冷却装置210は回転管継手212及び214（図６）によってシリンダ44に接続されている。
【００３５】
動作中，冷媒はコンジット，管継手196及び内管176を通じてシリンダ42内に流入する。熱せられた冷媒はシリンダ42から流路186，外管178，管継手194及びコンジット200を通じて冷媒循環及び冷却装置210に戻る。図８を参照して，冷媒は内管176を通じてシリンダ42の内部空間174に入り，円筒形バッフル180の上端とシェル170の天井壁182の間の間隙を通過する。その後冷媒は側壁171とバッフル180の間の円筒形流路184を通じて循環し，外管178を通じて排出される。イオンビームにより外部スリーブ190へ与えられた熱エネルギーは，効果的な熱移動を与えながら側壁171を通じて円筒形流路184内の冷媒へ伝導される。
【００３６】
好適実施例において，各シリンダ42及び44は約3インチの直径及び約5インチの長さを有する。グラファイト外部スリーブは約1/4インチの厚さを有し，好適には高密度グラファイト材料から成る。シェル170は好適にはアルミニウムであり，約1/4インチの厚さを有する。好適実施例において，円筒形流路184の半径方向の長さは約1/10インチである。冷媒は各シリンダ42を通じて毎分1.2ガロンの速度で循環する。この構成は35ミリアンペアかつ3000ワットの電力までのイオンビームに対して非常に満足できる性能を与えた。
【００３７】
ひとつのシリンダ全体に集束されたイオンビームによる冷媒の温度以上のシリンダの温度上昇がフィルム冷却係数の関数として図９に示されている。これは通常の動作状態を表してはいないが，装置がセットアップされる間にスリットの片面上にイオンビームが集束されることは可能である。熱設計は条件を修正しなければならない。図９のグラフは2500ワットのイオンビームに対する外壁温度（曲線220）及び内壁温度（曲線222）を示す。これは80kVの抽出電圧で30ミリアンペアのビーム電流にほぼ匹敵する。図９に示されるように，外壁は内壁に比べ約8℃高温である。もし内壁温度が100℃を超えると，境膜沸騰(film boiling)が発生する。したがって，内壁温度は100℃以下に維持するのが好適である。水の初期温度を20℃と仮定して，バルク加熱用に10℃のマージンを許容すれば，このことは内壁温度が70℃以上に上昇してはならないことを意味する。図９から，このことはフィルム冷却係数が0.35W/cm2/℃を超えることを要求する。
【００３８】
ひとつのシリンダへビームが完全に進むところのアルミニウムシリンダに対する最大の１パス温度上昇が，異なるシリンダ回転速度に関して，表面からアルミニウム内部への距離の関数として図１０に示されている。図１０に示されるように，１パス表面温度上昇は，特に高回転速度で非常におだやかである。加熱パルスの終端で，熱は厚さ0.64cmのアルミニウムを通過して半分以下に拡散してしまう。結果として，図１０に示された加熱ピークは水冷に対するフィルム冷却係数に依存しない。特に，シリンダの温度上昇は，準定常状態の温度上昇と過渡的上昇との線形な重ね合わせである。
【００３９】
もしシリンダ42及び44の回転速度が十分に速いならば，発生する熱はシリンダの全表面にわたって本質的に均一である。したがって，温度上昇は非常に低減される。スパッタリングが大きな表面領域で発生するので，表面侵食も減少する。イオンビームとシリンダ表面との間の大きなターゲット角度のために，シリンダ表面上の電力密度が減少する。回転によりさらされる時間が短縮されたことと相まって，従来の質量分解スリットに比べ表面温度勾配は非常に低減される。このことは結晶粒界に沿った表面材料の破損を防止するのに役立つ。高密度グラファイトの固定スリットに関し，入射イオンあたり1500から2000原子の有効侵食比が観測された。この数値は入射角度に依存する3から10のスパッタリング係数を遥かに超えており，グラファイト侵食が熱応力により支配されていることを示している。同じ品質のグラファイトから成る回転シリンダに関して，有効侵食比は入射イオンあたりたった６原子のみであった。したがって，侵食は２５０倍以上削減された。さらに，温度上昇が非常に低いため，材料の選択幅が増加する。要約すれば，回転シリンダの利点は，(1)大きな有効表面による侵食及びメンテナンスの減少，(2)単純かつ効果的な水冷，(3)粒子の生成を極端に減少させる熱応力の削減，(4)スリットを画成するための材料の選択幅の増加，を含む。
【００４０】
本願発明の質量分解スリット組立体は従来技術の質量スリット構成に比べ非常に改良された性能を与えた。質量分解スリットにおいて約3000W/cm2の電力密度を伴うイオンビームを有するイオン・インプランターに対し，従来技術の固定スリット構成は10分のオーダーの寿命しか有しない。同一の条件で，本願発明の質量分解スリット組立体は，スパッタリング及びウエハ汚染の劇的な減少を示して，１年以上の寿命を有する。
【００４１】
本願発明の態様の範囲内にさまざまな変化が含まれている。例えば，さまざまな異なる駆動機構が利用され得る。シリンダ42及び44をそれぞれの中心軸の回りで回転させることが可能なあらゆる駆動機構が利用され得る。シリンダは他のスリット画成エレメントと交換可能である。中心軸の回りに回転可能なあらゆるスリット画成エレメントが利用可能である。スリット画成エレメントの形状及びそれらの相対位置は，イオンビームが通過するところのスリットのサイズ及び形状を決定する。スリット組立体はイオンビームに関する使用に限定されない。スリット組立体はあらゆる荷電粒子ビームを画成しまたは空間的にフィルタリングするのに使用される。２つのシリンダが利用される必要はない。所望であれば，スリットの片側が従来の固定壁により画成され得る。概して，発明は荷電粒子を空間的にフィルタリングする，すなわち部分的にブロッキングするための少なくともひとつの回転エレメントの使用を含む。スリット幅を調節するための異なる技術が利用され得る。例えば，シリンダ42及び44はスリットの幅を調節するべくお互いに近づきまたは離れて移動することもできる。もし固定幅のスリットが許容されれば，スリット調節のための装置はずべて消去され得る。さらに，冷却装置を使用せずに許容動作温度が達成できる場合には，冷却装置を消去することもできる。本願発明のビーム画成スリット組立体は図２に示されるような構成を有するイオン・インプランター内での使用に限定されず，ビーム画成スリットが必要なイオン・インプランター内で，より一般的にはあらゆる荷電粒子ビーム装置内で使用可能である。
【００４２】
本願発明の好適実施例について以上説明してきたが，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(A)は従来技術のイオン・インプランターの簡単なブロック図である。図１(B)は(A)に示された質量分解スリットの拡大図である。
【図２】図２(A)は本願発明に従う質量分解スリット組立体を組み込んだイオン・インプランターの簡単なブロック図である。図２(B)は(A)に示された質量分解スリット組立体の拡大図である。
【図３】図３は本願発明に従う質量分解スリット組立体の平面図であって，最大幅に調節された状態を示す。
【図４】図４は本願発明に従う質量分解スリット組立体の平面図であって，スリットが完全に閉じた状態を示す。
【図５】図５は，本願発明に従う質量分解スリット組立体の底面図である。
【図６】図６は，図５の線6-6で切断した質量分解スリット組立体の断面図である。
【図７】図７は，図５の線7-7で切断した質量分解スリット組立体の断面図である。
【図８】図８は，図６の線8-8で切断したシリンダの拡大断面図である。
【図９】図９は，フィルム冷却係数の関数として示された平衡回転シリンダ温度上昇のグラフである。
【図１０】図１０は，異なる回転速度に関し，表面からアルミニウム内部への距離の関数として回転スリットの１パス温度上昇を示したグラフである。
【符号の説明】
10            イオンソース
12            イオンビーム
14            ターゲット
20            質量分析磁石
24            加速器
26            ターゲットチャンバ
40            質量分解スリット組立体
42            第１シリンダ
44            第２シリンダ
50            スリット
52            第１中心軸
54            第２中心軸
56            バンド
58            バンド
【図１】
0003919131.tif 000002
【図２】
0003919131.tif 000003
【図３】
0003919131.tif 000004
【図４】
0003919131.tif 000005
【図５】
0003919131.tif 000006
【図６】
0003919131.tif 000007
【図７】
0003919131.tif 000008
【図８】
0003919131.tif 000009
【図９】
0003919131.tif 000010
【図１０】
0003919131.tif 000011