(57)【要約】  イオン注入システムは、質量分析と角度修正との両方のために、質量分析器を採用する。イオン源は、ビーム経路に沿ってイオンビームを生成する。質量分析器は、前記イオン源の下流に位置し、前記イオンビームに対して質量分析と角度修正とを行う。開口組立体中の分解開口は、前記質量分析部材の下流に、前記ビーム経路に沿って位置する。前記分解開口が備える寸法および形状は、選択された質量分解能と前記イオンビームのビーム包絡線とに従う。角度測定システムは、前記分解開口の下流に位置し、前記イオンビームの入射角度の値を取得する。制御システムは、前記角度測定システムからの前記イオンビームの前記入射角度の値に従って、前記質量分析器のための磁場調整を導出する。
2017539062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームが抽出されるイオン源と、
前記抽出されたビームを質量分析するように構成された分析器磁石であって、質量分析されたビームを（ｉ）予定された入射角度において、被加工品と交差する第１軸と（ｉｉ）前記予定された入射角度と異なる調整された入射角度において、前記被加工品と交差する第２軸との一方に沿って、選択的に出力するように構成された分析器磁石と、
前記第２軸に沿う前記質量分析されたビームをドリフトモードと減速モードとの一方に、選択的に偏向するように構成された偏向部材と、
前記イオンビームを指向させるための移動可能な質量分解スリットと、
前記被加工品に前記質量分析されたビームからのイオンが注入されるように、前記被加工品を支持するように構成されたエンドステーションとを備えるイオン注入システム。
【請求項２】
前記開口組立体は、
複数の異なる分解開口を備える分解板と、
前記分解板に動作可能に連結された駆動装置であって、前記複数の異なる分解開口の１つを、前記選択されたビーム包絡線と選択された質量分解能との１つ以上に基づいて、前記質量分析器の射出ビーム経路に位置付けする駆動装置とを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記選択されたビーム包絡線と選択された質量分解能との１つ以上に基づいて、前記駆動装置を制御するように構成された制御システムをさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記角度調整は、０である請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記角度調整は、０ではない請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記質量分析器の下流、かつ、前記イオンビームを収束する前記開口組立体の上流に位置する焦点合わせ部材をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
被加工品近傍におけるビーム入射角度を確定するように構成された角度検出器、および、
前記確定されたビーム入射角度に基づいて、質量分析器に関連する磁場を変更することによって、前記角度調整を行うように構成された制御システムをさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記イオンビームの入射角度の値を取得する、前記開口組立体の下流の角度測定システム、および、
前記角度測定システムからの前記イオンビームの前記入射角度の値に従って、前記質量分析器のための磁場調整を導出する制御システムをさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記開口組立体を移動するために、前記開口組立体に連結された駆動装置をさらに備える請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御システムは、さらに、前記角度測定システムからの前記イオンビームの前記入射角度の値に従って、前記分解開口のための位置調整を導出し、
前記駆動装置は、前記位置調整に従って、前記開口組立体を移動させる請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の分解開口の前記１つが備える寸法および形状は、前記質量分析器による角度調整の可能範囲にさらに基づいている請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記質量分析器は、コイルを備える電磁石を備え、
前記コイルを流れる電流は、前記制御システムによって制御されている請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記開口組立体は、第２の分解開口をさらに備え、
前記第２の分解開口が備える寸法および形状は、第２の質量分解能および第２のビーム包絡線に基づいており、
前記制御システムは、前記開口組立体の１つを、したがって前記第２の分解開口を、前記ビーム経路に沿って位置付ける請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記角度測定システムは、（ｉ）前記イオンビームを横切って移動可能な、（ｉｉ）複数位置における複数の入射角度の値を測定する測定カップを備える請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
前記角度測定システムは、前記複数の入射角度の値から、前記入射角度の値を導出する請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記入射角度の値は、前記イオンビームの全域における入射角度の平均値である請求項８に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ビーム経路の一部を横切って時間変化する振動磁場を発生させる、前記分解開口部材の下流の磁気スキャナ、
共通軸に平行に前記イオンビームを再指向させる、前記磁気スキャナの下流の平行化器、および、
前記イオンビームを受ける、前記平行化器部材の下流に位置するエンドステーションを、さらに備える請求項８に記載のシステム。
【請求項１８】
前記制御システムは、
選択された注入角度と、前記角度測定システムからの前記入射角度の値と、から角度調整を導出し、
前記角度調整に従って、前記磁場調整を導出する請求項８に記載のシステム。
【請求項１９】
前記磁場調整は、閾値によって限定されている請求項８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記偏向部材は、前記第２軸に沿う前記質量分析されたビームを、ドリフトモードと減速モードとの一方に、選択的に偏向するように構成された請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本出願は、２０１４年１２月２６日出願の米国仮出願第６２／０９６，９６１号、発明の名称「SYSTEMS AND METHODS FOR BEAM ANGLEADJUSTMENT IN ION IMPLANTERS WITH BEAM DECELERATION」の優先権および利益を主張し、本米国仮出願の内容は、内容全体を参考として引用されることによって組み込まれる。
〔技術分野〕
本発明は、概ね、イオン注入システムに関し、特に、イオン注入システムにおけるイオンビームのビーム角度調整を行うシステムおよび方法に関する。
〔背景技術〕
半導体デバイスの製造において、イオン注入は、半導体を不純物すなわちドーパントでドープするために、用いられている。集積回路の制作中に、ｎ型またはｐ型の外因性材料ドーピングを実現する目的で、あるいは、パッシベーション層を形成する目的で、イオンビーム注入器は、シリコンウェハをイオンビームで処理するために用いられている。半導体をドーピングするために用いられているとき、イオンビーム注入器は、所望の半導体材料を実現するために、選択された外因種を射出する。アンチモン、砒素または燐などのソース材料から発生した注入イオンは、結果として、「ｎ型」の外因性材料ウェハになる。一方、「ｐ型」の外因性材料ウェハが要求される場合、ホウ素またはインジウムなどのソース材料で、イオンは発生する。
【０００２】
典型的なイオンビーム注入器は、イオン化可能なソース材料から正電荷のイオンを発生させるためのイオン源を含む。発生したイオンは、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へ指向される。イオンビーム注入器は、イオン源と注入ステーションとの間を延伸するビーム形成構造およびビーム成形構造を備えてもよいビーム形成構造およびビーム成形構造は、イオンビームを維持すると共に、注入ステーションへの途中でビームが通過する細長い内部空洞すなわち通路の境界となる。注入器を走査するとき、この通路は、気体分子との衝突の結果として所定のビーム経路からイオンが変更する確率を低減するために、排気されることができる。
【０００３】
磁場における所与の運動エネルギーの荷電粒子の軌道は、該粒子の異なる質量（すなわち、異なる電荷対質量比）のために、異なるであろう。そのため、定常磁場を通過した後に、半導体ウェハまたは他の標的の所望エリアに到達する、抽出されたイオンビームの一部は、純粋な状態になることができる。なぜならば、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し、所望材料以外の注入を避けることができるからである。電荷対質量比が望ましいイオンと望ましくないイオンとに選択的に分離するプロセスは、質量分析として周知である。質量分析器が典型的に備える質量分析磁石は、弓状通路中の磁気偏向によって、イオンビーム中の様々なイオンを偏向する双極磁場を発生させ、異なる電荷対質量比のイオンを効果的に分離することができる。
【０００４】
一部のイオン注入システムでは、ビームの物理的寸法は、標的被加工品よりも小さいので、標的被加工品の表面を的確に網羅する目的で、ビームは、１つ以上の方向にスキャンされる。概ね、静電気または磁気に基づくスキャナは、イオンビームを高速方向にスキャンし、機械的デバイスは、低速方向に標的被加工品を動かして、十分に網羅する。
【０００５】
その後、イオンビームは、標的被加工品を保持する標的のエンドステーションに向って施行される。イオンビーム中のイオンは、標的被加工品に注入され、これがイオン注入となる。イオン注入の重要な特徴の１つは、半導体ウェハのような標的被加工品の表面の全域で、イオン流束の角度分布が均一なことである。イオンビームの角度内容は、フォトレジストマスクまたはＣＭＯＳトランジスタゲートなどの垂直構造下の結晶チャネル効果またはシャドウ効果によって、注入特性を規定する。イオンビームの不均一な角度分散または角度内容は、制御されていないおよび／または望ましくない注入特性に到る。
【０００６】
角度修正は、エネルギー汚染のリスクを防止する目的で、偏向減速レンズが導入された場合に、用いられることがある。エネルギー汚染は、被加工品中の不適切なドーパント配置に帰結する望ましくないエネルギー（典型的には、望ましいエネルギーより高いエネルギー）を伴うイオンの内容と、見なすことができる。これは、望ましくないデバイス性能を、またはデバイス損傷さえをも、さらに引き起こすことがある。
【０００７】
ビーム診断設備は、イオンビームの角度内容を測定するために、用いられることができる。そして、測定データは、イオンビームの角度特性を調整するために、用いられることができる。しかしながら、従来のアプローチでは、イオン注入システムの複雑度が増し、望ましくないことに、イオンビームが走る経路の長さが伸びる。
〔発明の概要〕
以下に、本発明の幾つかの態様の基礎的理解を提供する目的で、本発明の簡単な概要を提示する。本概要は、本発明の拡張された概観ではなく、本発明の主要なまたは決定的な要素を特定することを意図したものでも、本発明の範囲を線引きすることを意図したものでもない。むしろ、本概要の目的は、後述するより詳細な説明の前触れとして、簡単な様式で本発明のコンセプトを提示することである。
【０００８】
本発明の態様は、イオン注入システムに追加される追加部材無しで、角度調整することによって、イオン注入を容易にする。該態様は、別個のおよび／または追加の部材を採用する代わりに、イオン注入中に選択された角度調整を実行する質量分析器を採用する。
【０００９】
本発明の一態様によれば、イオン注入システムは、質量分析と角度修正との両方のために質量分析器を採用する。イオン源は、ビーム経路に沿うイオンビームを生成する。質量分析器は、イオン源の下流に位置し、イオンビームに質量分析と角度修正とを実行する。開口組立体内部の分解開口は、質量分析器部材の下流に、ビーム経路にそって位置する。分解開口は、選択された質量分解能およびイオンビームのビーム包絡線に応じた寸法および形状を有する。加えて、偏向部材は、減速後モードおよびドリフトモードの操作を選択的に提供する目的で、質量分析器の下流のイオンビームを、剪達可能に減速できるように構成されている。減速後モードにおいて、例えば、後減速電極は、質量分析器の後で、イオンビームのエネルギーを選択的に低減するように設けられる。ドリフトモードにおいて、イオンビームのエネルギーは、質量分析器の後で、変化しない。
【００１０】
角度測定システムは、さらに、分解開口の下流に位置し、イオンビームの入射角度の値を取得する。制御システムは、角度測定システムからのイオンビームの入射角度の値に従って、質量分析器のための磁場調整を誘導する。他のシステムおよび方法も開示されている。
【００１１】
以下の説明および添付図面は、本発明のある例証的な態様および実施を詳細に示す。これらは、本発明の本質を採用できる様々なやり方を示唆するが、そのほんの一部に過ぎない。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一例を図示する。
【００１２】
図２は、本発明の一態様に係る質量分析および角度修正のための質量分析器を採用するイオン注入システムを示す図である。
【００１３】
図３Ａは、基礎的なすなわち予定された経路に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の概観を示す図である。
【００１４】
図３Ｂは、変更された経路に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の概観を示す図である。
【００１５】
図３Ｃは、変更された経路に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の別の概観を示す図である。
【００１６】
図４は、本発明の一態様に係る分解開口組立体を示す側面図である。
【００１７】
図５は、本発明の一態様に係る注入角度を調整する方法を示すフロー図である。
〔本発明の詳細な説明〕
以下、本発明について、図面を参照して説明する。類似の参照符号は、全体に亘って、類似の要素を参照するために用いられる。また、例示された構造は、必ずしも正しい縮尺で図示されてはいない。
【００１８】
本発明の態様は、質量分析に加えて角度修正／調整を実行する質量分析器を採用するイオン注入を容易にする。結果として、注入角度の角度修正は、ビームラインに沿った追加部材無しで、実行されることができる。
【００１９】
図１は、本発明の一態様に係るイオン注入システム１１０の例を示す。システム１１０は、例示目的で提示されており、本発明の態様は、記述されたイオン注入システムに限定されるものではなく、様々な構成の他の適切なイオン注入システムが、採用されてもよいものである。
【００２０】
システム１１０は、端末１１２、ビームライン組立体１１４、およびエンドステーション１１６を備える。端末１１２は、高電圧電源１２２で動くイオン源１２０を含み、イオンビーム１２４をビーム組立体１１４に向って生成および指向する。イオン源１２０は、抽出されてイオンビーム１２４に形成される荷電イオンを生成し、イオンビームは、ビームライン組立体１１４中のビーム経路に沿って、エンドステーションへ指向される。
【００２１】
イオン生成のために、イオン化されるドーパント材料（不図示）の気体は、イオン源１２０の生成チャンバ１２１の内部に位置する。ドーパント気体は、例えば、気体源（不図示）からチャンバ１２１内へ供給される。なお、電源１２２に加えて、例えば、イオン生成チャンバ１２１内部で自由電子を励起するために、ＲＦ源またはマイクロ波励起源、電子ビーム射出源、電磁源、ならびに／もしくはチャンバ内部にアーク放電を生じさせるカソードなどの適切な機構（不図示）を幾つ用いてもよい。励起された電子は、ドーパント気体分子と衝突するので、イオンが生成される。典型的には、陽イオンが生成されるが、本開示は、陰イオンが生成されるシステムにも適用可能である。
【００２２】
イオンは、本例において、イオン抽出組立体１２３によってチャンバ１２１中のスリット１１８を通って、制御可能に抽出される。イオン抽出組立体１２３は、複数の抽出および／または抑制電極１２５を備える。抽出組立体１２３は、例えば、生成チャンバ１２１からイオンを加速するために、抽出および／または抑制電極１２５にバイアスをかける個別抽出電源（不図示）を備えてもよい。なお、イオンビーム１２４は、同種の荷電粒子を含むので、同種の荷電粒子が互いに反発するように、ビームは、外向きに膨張し拡大する傾向を有することもある。また、多くの同種の荷電粒子（例えば、高電流）が同一方向に比較的遅く（例えば、低エネルギー）で移動する低エネルギー、高電流（高パービアンス）ビームでは、粒子間反発力は豊富だが、粒子がビーム経路の方向に移動し続けるための粒子モーメントはほとんどないので、ビームの膨張は悪化することがある。したがって、抽出組立体１２３は、概ね、ビームが膨張しないように、ビームが高エネルギーで抽出されるように（例えば、ビームの膨張を誘う反発力圧倒するに十分なモーメントを、粒子が有するように）、構成される。さらに、ビーム１２４は、本例では、システム全体に渡って比較的高ネネルギーで移動し、ビーム束縛を促進する被加工品１３０の直前で減速されることができる。
【００２３】
ビームライン組立体１１４は、ビームガイド１３２、質量分析器１２６、スキャンシステム１３５、および平行化器１３９を備える。質量分析器１２６は、イオンビーム１２４に対して、質量分析と、角度修正／調整を行う。質量分析器１２６は、本例で、約９０度に形成されており、（双極）磁場を内部に生じさせる１つ以上の磁石（不図示）を備える。ビーム１２４は、質量分析器１２６に入ると、磁場によって、磁場に応じて湾曲するので、不適切な荷電対質量比のイオンは、撥ねられる。また特に、荷電対質量比が過大または過少であるイオンは、質量分析器１２６の側壁１２７へと変更する。このように、質量分析器１２６によって、所望の電荷対質量比を有するビーム１２４中のイオンのみが、質量分析器１２６を通過し、開口組立体１３３の分解開口１３４を通って射出されることができる。
【００２４】
質量分析器１２６は、双極磁場の振幅を制御すなわち調整することによって、イオンビーム１２４について角度調節を行うことができる。磁場のこの調整によって、所望の／選択された電荷対質量比を有する選択されたイオンは、異なるすなわち変更された経路に沿って走る。結果として、分解開口１３４は、変更された経路に応じて調整されることができる。一例において、開口組立体１３３は、開口１３４を通る変更された経路を受け入れられるように、Ｘ方向について移動可能である。別の一例において、開口１３４は、変更された経路の選択範囲を受け入れられるように、成形される。質量分析器１２６および分解開口１３４は、システム１１０の適切な質量分解能を維持しながら、磁場における変化および結果として変更された経路を可能にする。以下に、適切な質量分析器および分解開口システムのより詳細な例を示す。
【００２５】
なお、システム１１０内のイオンビームと他粒子との衝突は、ビーム完全性を低下させることがある。したがって、１つ以上のポンプ（不図示）が、ビームガイド１３２および質量分析器１２６を少なくとも排気するために、備えられてもよい。
【００２６】
図示された例におけるスキャンシステム１３５は、磁気スキャン要素１３６と、焦点合わせおよび／または操舵要素１３８を備える。各電源１４９，１５０は、スキャン要素１３６と焦点合わせおよび操舵要素１３８とに操作可能に結合されており、より具体的には、その中の各電磁ピース１３６ａ，１３６ｂと電極１３８ａ，１３８ｂとに接続されている。焦点合わせおよび操舵要素１３８は、質量分析されて比較的狭いプロファイルを有するイオンビーム１２４（例えば、図示されたシステム１１０における「鉛筆」ビーム）を受ける。電源１５０によって板１３８ａ，１３８ｂへ印加される電圧は、スキャン要素１３６のスキャン頂点１５１へビームを焦点合わせおよび操舵するように、機能する。そして、本例において、（理論的には電源１５０と同一である）電源１４９によって電磁石１３６ａ，１３６ｂへ印加される電圧波形は、ビーム１２４を前後にスキャンする。なお、スキャン頂点１５１は、光学系路中の点として規定されるものであり、各ビームレットすなわちビームのスキャンされた各部分は、スキャン要素１３６によってスキャンされた後にスキャン頂点１５１から生じるように見える。
【００２７】
そして、スキャンされたビーム１２４は、図示された例における２つの双極磁石１３９ａ，１３９ｂを備える平行化器／修正器１３９を通過する。双極子は、略台形で互いに鏡像になるように指向されているので、ビーム１２４を略Ｓ形に湾曲させる。別の言い方をすれば、双極子は、同等の角度および半径と反対向きの曲率とを備える。
【００２８】
平行化器／修正器１３９によって、スキャン角度に無関係にビーム１２４がビーム軸に平行に走るように、スキャンされたビーム１２４はその経路を変更する。結果として、注入角度は、被加工品１３０の全域で、比較的均一である。一例において、平行化器の上流で生成された中性物質が予定された経路を流れず、エンドステーション１１６および被加工品１３０に中性物質が、到達する確率が小さいように、１つ以上の平行化器１３９が偏向部材として機能する。
【００２９】
１つ以上の減速ステージ１５７は、本例において、平行化部材１３９の下流に位置する。システム１１０中でこの点まで、ビーム１２４は概ね、ビームの膨張傾向を緩和するために、比較的高エネルギー水準で移動する。ビームの膨張傾向は、特に、例えばスキャン頂点１５１などのビーム密度が高くなる位置で高くなる。減速ステージ１５７は、ビーム１２４を減速するために操作可能な１つ以上の電極１５７ａ、１５７ｂを備える。電極１５７は、ビームが通って走る典型的な開口であり、図１に直線で描かれてもよい。
【００３０】
そうは言うものの、なお、２つの電極１２５ａおよび１２６ｂ、１３６ａおよび１３６ｂ、１３８ａおよび１３８ｂ、ならびに１５７ａおよび１５７ｂは各々、例示的なイオン抽出組立体１２３、スキャン要素１３６、焦点合わせおよび操舵要素１３８、および減速ステージ１５７中に図示されているが、要素１２３、１３６、１３８および１５７は、イオンビーム１２４を焦点合わせ、湾曲、偏向、収束、発散、スキャン、平行化および／または浄化するためと同様に、イオンを加速および／または減速するために、配列され、バイアスをかけられた電極を、Ｒａｔｈｍｅｌｌらの米国特許第６，７７７，６９６に示されるように、任意の適切な数備えてもよい。本米国特許の内容は、内容全体を参照として引用されることによって組み込まれる。
【００３１】
加えて、焦点合わせおよび操舵要素１３８は、イオンビームを焦点合わせするために、アインツェルレンズ、四極子および／または他の焦点合わせ要素と同様に、静電偏向板（例えば、１対以上の静電偏向板）を含んでもよい。故に、減速レンズと共に、平行化器１３９は、エネルギー汚染を低減するための偏向器としても機能する。なお、付加的な方向における付加的な偏向フィルタも、導入されてもよい。例えば、図１の減速ステージ１５７は、注入のエネルギー純度を増すために、ｙ方向にビームを偏向する。
【００３２】
加えて、偏向減速要素１６０は、質量分析器１２６の下流でイオンビーム１２４を選択的に減速して、走査の減速後モードおよびドリフトモードを選択的に提供するように、設けられると共に構成されている。減速後モードにおいて、例えば、減速後電極１５７ａ，１５７ｂは、質量分析器１２６の後で、イオンビーム１２４のエネルギーを選択的に低減するように設けられている。ドリフトモードにおいて、イオンビーム１２４のエネルギーは、質量分析器１２６の後で変更されない。
【００３３】
そして、エンドステーション１１６は、被加工品１３０を指向するイオンビーム１２４を受ける。なお、異なるタイプのエンドステーション１１６が、注入器１１０に採用されてもよい。例えば、「バッチ」タイプのエンドステーションは、回転支持構造上の複数の被加工品１３０を同時に支持でき、この場合、全ての被加工品１３０が完全に注入されるまで、イオンビームの経路を通るように被加工品１３０は、回転される。対して、「直列」タイプのエンドステーションは、注入のためのビーム経路に沿って１つの被加工品を指示し、この場合、複数の被加工品１３０は直列に１つずつ注入され、各被加工品の注入は、次の被加工品１３０の注入が始まる前に、完了する。複合システムにおいて、被加工品１３０全域にわたりビーム１２４を照射するために、被加工品１３０が、第１（Ｙすなわち低速スキャン）方向に機械的に移動されながら、ビームが、第２（Ｘすなわち高速スキャン）方向にスキャンされてもよい。
【００３４】
図示された例におけるエンドステーション１１６は、注入のためのビーム経路に沿って１つの被加工品１３０を支持する「直列」タイプのエンドステーションである。線量測定システム１５２は、注入操作前の校正測定のために、被加工品位置近くのエンドステーション１１６に備えられている。校正中、ビーム１２４は線量測定システム１５２を通過する。線量測定システム１５２は、１つ以上のプロファイラ１５６を含み、プロファイラ１５６は、プロファイル経路１５８を連続的に行き来することによって、スキャンされたビームのプロファイルを測定してもよい。
【００３５】
プロファイラ１５６は、本例において、例えば、スキャンされたビームの電流密度を測定するファラデイカップなどの電流密度センサを備えてもよく、電流密度は、注入角度（例えば、ビームと被加工品の機械的表面との間の相対的方向、および／または、ビームと被加工品の結晶格子構造との間の相対的方向）の関数である。電流密度センサは、スキャンされたビームに対して略直交に移動し、そのため、典型的には、リボンビームの幅を行き来する。線量測定システムは、一例において、ビーム密度分布と角度分布との両方を測定する。
【００３６】
制御システム１５４は、イオン源１２０、質量分析器１２７、開口組立体１３３、磁気スキャナ１３６、平行化器１３９および線量測定システム１５２を制御したり、これらと通信したり、これらを調整したりするように、設けられている。制御システム１５４は、コンピュータやマイクロプロセッサなどを含んでもよく、ビーム特性および調整パラメータの測定値を適宜取るように、操作可能であってもよい。制御システム１５４は、ビームライン組立体１１４の質量分析器１２６、スキャン要素１３６（例えば、電源１４９経由で）、焦点合わせおよび操舵要素１３８（例えば、電源１５０経由で）、平行化器１３９および減速ステージ１５７と同様に、イオンビームが生成される端末１１２に接続されることができる。したがって、これらの要素の何れも、所望のイオン注入を容易にする制御システム１５４によって、調整されることができる。例えば、ビームのエネルギー水準は、例えばイオン抽出組立体１２３および減速ステージ１５７中の電極に印加されるバイアスを調整することによって、接合深さに適合されることができる。
【００３７】
質量分析器１２６中に生成された磁場の強度および方向は、例えばビームの電荷対質量比を変更するために、内部のフィールド巻線を走る電流量を調節することなどによって、調整されることができる。注入角度は、開口組立体１３３と調整しながら、質量分析器１２６における磁場の強度または振幅を調整することによって、制御されることができる。制御システム１５４は、質量分析器１２６の磁場と分解開口１３４の位置とを、本例においてはプロファイラ１５６からの測定データに従って、調整することができる。制御システム１５４は、付加的な測定データによって調整を検証することができ、必要ならば、質量分析器１２６および分解開口１３４によって追加調整を行うことができる。
【００３８】
図２は、本発明の一態様に係る質量分析および角度修正のための質量分析器を採用するイオン注入システムを示す図である。システム２００は、一例として設けられている。なお、他の変形および構成が、本発明の別の態様に採用されてもよい。
【００３９】
システム２００は、イオンビーム２０４が発生するイオン源２０２、質量分析器２０６、分解組立体２１０、駆動装置２１４、制御システム２１６、および角度測定システム２１８を備える。イオン源２０２は、アーク型源、ＲＦ型源、電子銃型源、および類似物であってもよく、注入のためのイオンの選択されたドーパントすなわち種を含むイオンビーム２０４を、ビーム経路に沿って生成する。イオン源２０２は、当初エネルギーおよび電流を有するイオンビーム２０４を提供する。
【００４０】
質量分析器２０６は、イオン源２０２の下流に位置し、イオンビーム２０４に対して質量分析および角度修正を行う。質量分析器２０６が発生させる磁場によって、選択された電荷対質量比を有する粒子／イオンは、所望の経路に沿って走る。磁場は、角度修正すなわち調整を齎す所望の経路を変更するために、角度修正に順応するように調整されることもできる。
【００４１】
図示しないが、四極子レンズまたは他の焦点合わせ機構は、質量分析器２０６の下流に位置して、イオンビーム２０４におけるビームの膨張の衝撃を補償または緩和することができる。
【００４２】
分解組立体２１０は、質量分析器２０６の下流に位置する。分解組立体２１０は、イオンビーム２０４が通過する分解開口２１２を備える。開口２１２を、選択されたドーパント／種は通過できるが、他の粒子は通過できない。加えて、分解組立体２１０は、イオンビーム２０４の経路を横切る軸に沿って、移動できる。このため、分解開口２１２は、質量分析器２０６を通るイオンビームの所望の経路の変更に応じて、移動できる。駆動装置２１４は、質量分析器２０６によって行われた角度調整に応じて、分解開口２１２がイオンビームの経路に一致するように、分解組立体２１０を機械的に移動させる。本発明の別の態様において、駆動装置２１４は、他の分解能および／または他の寸法のビームを受け入れる他の分解組立体を選択することもできる。
【００４３】
概ね、分解開口２１２は、イオンビーム２０４のビーム包絡線を受け入れるように、寸法調整される。しかし、代わりの態様においては、分解開口２１２は、可能なビーム経路の範囲の全域でビーム包絡線を受け入れるように、寸法調整されることができる。
【００４４】
制御システム２１６は、質量分析の制御と同様に、イオン注入中の角度調整の制御および開始を担う。制御システム２１６は、質量分析器２０６と駆動装置２１４とに連結されており、両部材を制御する。別の部材、角度測定システム２１８は、イオンビームの入射角度の値を測定し、必要な調整角度を判断する。角度測定システム２１８は、測定された入射角度の値を取得するために、ファラデイカップまたは他の適切な測定装置を採用できる。加えて、角度測定システム２１８は、イオンビーム２０４の入射角度の平均値を導出または測定することができる。そして、角度測定システム２１８は、（ｉ）測定または導出された入射角度の値と（ｉｉ）所望のまたは選択された入射角度の値とに基づいて、調整角度の値または修正値を制御システム２１６へ提供する。
【００４５】
まず、制御システム２１６は、（ｉ）予定されたすなわち基礎的な角度の値（例えば、０）と（ｉｉ）選択された電荷対質量比とに、質量分析器２０６の磁場を設定する。加えて、制御システム２１６は、基礎的な角度の値と関連する予定された経路２２０と一致するように、分解開口２１２の初期位置を設定する。注入中、０ではない調整角度は、角度測定システム２１８から受信されることができる。調整角度に基づいて、制御システム２１６は、選択された電荷対質量比を有する選択された種が、調整角度に応じて変更された経路に沿って走るように、質量分析器の磁場を調整する。加えて、制御システム２１６は駆動装置によって分解開口２１２の位置も、変更された経路に応じて調整する。その後、角度測定システム２１８は、注入角度の更なる調整のために、追加調整角度を提供できる。
【００４６】
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の一態様に係る変更されたビーム経路および角度調整の図解のために提供されるイオン注入の一部を示す図である。図は、図解目的のために、本発明の理解を容易にする目的で例として、提供される。
【００４７】
図３Ａは、基礎的なすなわち予定された経路３２０に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の概観３０１を示す図である。
【００４８】
質量分析器３０６は、イオン源（不図示）の下流に位置し、イオンビームに対して質量分析と角度修正とを行う。質量分析器３０６が発生させる磁場によって、選択された電荷対質量比を有する粒子／イオンは、所望の経路に沿って走る。磁場は、角度修正すなわち調整を齎す所望の経路を変更するために、角度修正に順応するように調整されることもできる。本例において、イオンビームが沿って走る基礎的なすなわち予定された経路３２０は、（ｉ）選択された荷電対質量比と（ｉｉ）予定された角度調整すなわち０角度調整とに関連する。焦点合わせ機構（不図示）は、質量分析器３０６の下流に配置されて、イオンビーム３０４について、ビームの膨張の衝撃を補償または緩和することができる。
【００４９】
分解組立体３１０は、レンズ３０８の下流に位置する。分解組立体３１０は、イオンビーム３０４が通過する分解開口３１２を備える。開口３１２を、選択されたドーパント／種は通過できるが、他の粒子は通過できない。加えて、分解組立体３１０は、イオンビームの経路を横切る軸に沿って、移動できる。
【００５０】
予定された経路３２０に関し、分解組立体３１０は、予定された位置に配置されるので、分解開口３１２をイオンビームは通過できるが、他の粒子の通過は遮断される。
【００５１】
図３Ｂは、変更された経路３２２に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の概観３０２を示す図である。
【００５２】
質量分析器３０６は、イオンビームの経路を変更する目的で、図３Ａに示される質量分析器３０６から様々な場を発生させる。一例において、質量分析器３０６は、生成する磁場の振幅を増加する。その結果、イオンビームは、予定された経路３２０の代わりに変更された経路３２２に沿って、走る。変更された経路３２２は、第１角度調整すなわちオフセットに対応する。変更された経路３２２は、分解組立体３１０に向って、レンズ３０８を通過する。概観３０２において、例えば、イオンビームが、変更された経路３２２に沿って分解開口３１２を通過できるように、分解組立体３１０は正方向に移動している。同様に、図３Ｃは、変更された経路３２４に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の別の概観３０３を示す図である。
【００５３】
同様に重ねて、質量分析器３０６は、イオンビームの経路を変更する目的で、図３Ａおよび図３Ｂに示される質量分析器３０６から様々な場を発生させる。一例において、質量分析器３０６は、生成する磁場の振幅を低減する。その結果、イオンビームは、予定された経路３２０の代わりに変更された経路３２４に沿って、走る。変更された経路３２４は、第２角度調整すなわちオフセットに対応する。変更された経路３２４は、分解組立体３１０に向って、レンズ３０８を通過する。本例において、イオンビームが、変更された経路３２４に沿って分解開口３１２を通過できるが、選択されていない種および欲しくない粒子が遮断されるように、分解組立体３１０は負方向に位置している。
【００５４】
上述のように、分解開口組立体は、イオンビームが通る分解開口を備える。分解開口の形状および寸法は、所望のイオンビームの質量分解能と寸法と形状とに概ね依存し、ビーム包絡線としても参照される。分解開口が大きいほど、このような開口を通過できる欲しくない粒子およびイオンが、多くなるので、ビーム分解能は、低くなる。同様に、分解開口が小さいほど、このような開口を通過できる欲しくない粒子およびイオンが、少なくなるので、ビーム分解能は、高くなる。しかし、分解能が高いほど、分解開口を通過できない選択されたすなわち所望の種が多くなるので、望ましくないビーム電流損失が引き起こされる。故に、分解開口は、所望の質量分解能およびビーム包絡線に従って、典型的には寸法調整される。
【００５５】
加えて、本発明の分解開口は、角度調整の可能範囲に対応する様々なビーム経路を受け入れるように、設計されることもできる。上記図３Ａ〜図３Ｃは、可能な様々の経路の一部の例を示す。分解開口は、このように様々なビーム経路を受け入れるように、適宜寸法調整されることができる。
【００５６】
図４は、本発明の一態様に係る分解開口組立体４００を示す側面図である。図は、一例として提供され、本発明を限定するものではない。組立体４００は、本例において、採用される分解開口を変更できる除去可能な板を、受け入れることができる。加えて、組立体４００は、本例において、様々な形状のビームおよび／または様々な質量分解能で動作することができる。このため、異なる寸法のビームを、このようなシステムに採用することができ、異なる板を、様々なビーム包絡線を受け入れるように採用することができる。加えて、異なるプレートを、様々な分解能および角度調整の範囲に順応するように、採用することができる。
【００５７】
図４において、組立体４００は、分解板４０４を保持するアーム４０２を備える。分解板４０４は、複数の分解開口４０６、４０８、４１０を備える。複数の分解開口４０６、４０８、４１０が有する寸法および形状は、選択されたビーム包絡線、選択された分解能、および／または角度調整の範囲に対応することができる。
【００５８】
第１開口４０６が有する選択された寸法および形状は、ビーム包絡線、選択された分解能、および／または角度調整の範囲に対応する。本例において、第１開口４０６のｙ方向の寸法（例えば、高さ）は、十分に大きいので、イオンビームのｙ方向の通過を塞がないが、第１開口４０６のｘ方向の寸法（例えば、幅）は、比較的小さい。このため、第１開口４０６は、ｘ方向の寸法すなわち幅が比較的小さいイオンビームを受け入れることができる。
【００５９】
第２開口４０８が有する第２の選択された寸法および第２の形状は、第２のビーム包絡線、第２の選択された分解能、および／または第２の角度調整の範囲に対応する。一例として、第２開口４０８は、中程度の幅のイオンビームを受け入れることができる。
【００６０】
第３開口４１０が有する第３の選択された寸法および第３の形状は、第３のビーム包絡線、第３の選択された分解能、および／または第３の角度調整の範囲に対応する。一例として、第３開口は、比較的幅広のイオンビームを受け入れることができる。
【００６１】
なお、開口４０６、４０８、４１０についてｙ方向は、図示目的のために同様に描かれているが、本発明の態様は、ｙ方向における多様さも含むことができる。加えて、本発明の態様は、１つの板に含む開口の数が、より多くてもより少なくてもよい。
【００６２】
動作中、開口のうちの１つが、イオンビームの経路に沿って位置して、イオンビームから不純物すなわち選択されない材料を除去するように、組立体４００は位置する。選択された開口は、選択されたビーム包絡線および／または選択された質量分解能に対応する。なお、ビームの材料または部分は、選択されなかった開口のうちの１つを通過するかもしれないが、該部分は、概ね、標的被加工品へ伝播されず、有益なことに、追加開口によって遮断されることができる。例えば、図示しないが、このような追加開口は、所望のビーム経路を中心として、他のビームを遮断することができる。
【００６３】
図５は、本発明の一態様に係る注入角度を調整する方法５００を示すフロー図である。方法５００は、注入角度を修正すなわち調整することによって、イオン注入中に被加工品の表面の全域で、イオン流束の角度分布を容易に均一にすることができる。なお、上述の図および説明は、方法５００についても参照されることができる。
【００６４】
方法５００が始まるブロック５０２において、イオン源のパラメータは、所望の種、エネルギー、および電流等に従って、選択される。イオン源は、アーク型イオン源でも、ＲＦ型イオン源または電子銃型イオン源などの非アーク型のイオン源でもよい。１つ以上の種は、イオン源のための１つ以上のソース材料を選択することによって、選択されることができる。電流は、仕事率の値および／または電極を変調することによって選択されることができる。
【００６５】
ブロック５０４で、質量分析器のパラメータは、（ｉ）選択された種および（ｉｉ）基礎的なすなわち予定された角度に対応する電荷質量比に従って、選択される。コイル巻線に印加される電流などのパラメータは、選択された種を、（ｉ）予定された角度に対応する予定されたすなわち基礎的な経路に沿って走らせ、（ｉｉ）質量分析器を通過させる磁場を齎すように、設定される。
【００６６】
ブロック５０６で、分解開口の初期位置も選択される。初期位置は、基礎的な経路に対応し、選択された質量分解能に従って通過可能である。
【００６７】
ブロック５０８でイオン注入が開始されると、イオンビームは生成される。ブロック５１０で、イオンビームの入射角度の平均は、取得される。入射角度の平均は、一例において測定されることができる。別の一例において、複数のビーム角度の測定値が、取得され、平均値がそこから導出される。なお、他のビーム測定値および角度の値も、採用されることができる。例えば、イオン注入器の光学列を通る平均角度の算出は、適用可能なときはいつでも、加速および／または減速の効果を考慮に入れた、採用されることができる。
【００６８】
ブロック５１２で、角度調整は、選択された注入角度および取得された平均角度から導出される。例えば、選択された角度が、平均角度に等しい場合、角度調整は、０である。ブロック５１４で、磁場修正および開口位置修正は、角度調整に従って判断および適用される。磁場修正は、イオンビームの角度を修正するために、イオンビームの経路を調整する。開口位置修正は、選択された種が通過できるように、分解開口を移動させる。
【００６９】
なお、過剰調整防止のために、角度調整および／または磁場調整は、制限されることができる。また、角度調整における誤差は、反復修正アルゴリズムを採用することによって、低減されることができる。このような事例において、適切な修正角度は、幾つもの段階を経てもよい。
【００７０】
ブロック５１６で、フィールド修正および位置修正の後に、修正された注入角度の平均が取得される。修正された注入角度の平均は、ブロック５１０におけるのと同様に、取得される。もしも、第２の平均角度が、選択された注入角度に十分に近くにない、すなわち、許容可能な誤差範囲内にないと、ブロック５１８で判断されたならば、方法は、ブロック５１０に戻り、イオンビームの平均角度が選択された角度の許容可能な誤差範囲内になるまで、反復し続ける。
【００７１】
なお、方法５００は、本発明の理解を容易にする目的で、上述されている。また、方法５００は、本発明に係る他の適切な順序で実行されてもよい。加えて、本発明の他の態様においては、一部のブロックが省略されてもよく、他の付加的機能が実行されてもよい。
【００７２】
本発明は、１つ以上の実施の各々に関して図示および記載されてきたが、添付の請求項の精神および範囲から逸脱しない範囲において、図示された例を改変および／または変形してもよい。上述の部材または構造（ブロック、ユニット、エンジン、組立体、デバイス、回路、システム、など）によって実行される様々な機能に関して特に、このような部材を記載するために用いられた用語（「手段」への言及を含む）は、そうでないと指示されている場合を除き、記載された部材の指定された機能を実行する任意の部材または構造（例えば、機能的等価物）に、たとえ、本明細書において図示された例示的な本発明の実施における機能を実行する開示された構造に対して、構造的等価物でないとしても、対応することが意図されている。加えて、本発明の特定の特徴が、幾つかの実施の内の１つのみに関して開示されたかもしれないが、このような特徴は、所与のすなわち特定の適用例の何れかについて望まれ有益なように、他の実施の他の１つ以上の特徴と組み合わされてもよい。本明細書に用いられている「例示的な」という用語は、最善または優越ではなく、一例を意味することを意図する。さらに、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｈａｓ」、「ｗｉｔｈ」という用語またはその活用は、詳細な説明か請求項かで用いられている範囲で、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語と同様に包含的に意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一態様に係るイオン注入システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の一態様に係る質量分析および角度修正のための質量分析器を採用するイオン注入システムを示す図である。
【図３Ａ】基礎的なすなわち予定された経路に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の概観を示す図である。
【図３Ｂ】変更された経路に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の概観を示す図である。
【図３Ｃ】変更された経路に沿ってイオンビームが走る、本発明の一態様に係るイオン注入システムの一部の別の概観を示す図である。
【図４】本発明の一態様に係る分解開口組立体を示す側面図である。
【図５】本発明の一態様に係る注入角度を調整する方法を示すフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
2017539062.tif 000009
【国際調査報告】
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