JP2002518807A - イオンビームを走査しかつ集束するための方法および装置 - Google Patents
イオンビームを走査しかつ集束するための方法および装置Info
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Abstract
Description
ン注入装置内でイオンビームを走査しかつ集束するための方法および装置に関す
る。
技術となった。所望の不純物材料は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べく加速され,該イオンビームはウエ
ハの表面に向けられる。ビーム内の強力なイオンは半導体材料のバルク内に進入
し,所望の導電率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。
変換するための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およびターゲット面に向け
られる。ビームはターゲット領域にわたってビーム走査,ターゲット移動若しく
はビーム走査およびターゲット移動の組み合わせによって分配される。従来のイ
オン注入装置例は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
,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,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,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。
とくに,半導体デバイス内の特徴物の側方寸法および深さは減少している。半導
体デバイスの高級技術水準は1000Å以下の接合深さを要求しまたいつかは200Å
若しくはそれ以下のオーダーの接合深さを要求し得る。
イオンのエネルギーによって決定される。浅い接合は低注入エネルギーによって
得られる。典型的に,イオン注入装置は,例えば50keVから400keVの範囲の比較
的高い注入エネルギーで有効に動作するように設計され,浅い接合注入に要求さ
れるエネルギーにおいて有効に機能しない。低注入エネルギーにおいて,ウエハ
に到達する電流は所望より非常に低くある場合にはゼロに近い。結果として,特
定のドーズ量に到達するために非常に長い注入時間が要求され,スループットは
逆に影響される。そのようなスループットの減少は製造コストを増加させ,半導
体デバイス製造業者には受け容れられない。
る一定の角度を有するところの平行走査技術の使用を要求する。平行走査を達成
するためのひとつの周知技術は,ファン形状ビームを形成するために,電磁また
は静電スキャナーでもって,イオンビームを偏向することに関する。角度補正器
がスキャナーに続くが,この補正器は走査されたイオンビームを形成するために
,ファン形状ビームを平行な軌道へと偏向する。偏向されたイオンビームは,走
査されたイオンビームの面に垂直な方向に,半導体ウエハを機械的に移動するこ
とにより半導体ウエハ全体に分配される。
離をあけた一対の磁気ポールピースを含む。角度補正器により生成された磁場は
,平行な軌道を形成するために,イオンビームを走査面に偏向する。低イオンビ
ームエネルギーで,イオンビームは周知の空間電荷効果のために,広がる傾向が
あり,イオンビームの一部は角度補正器のポールピースに入射し,そのため,半
導体ウエハに進む電流が減少する。減少したビーム電流および注入時間の増加に
関する上記問題に加え,ビームラインにそっての強力なイオンの,表面への衝突
によるスパッタリングにより,汚染物質が発生する。角度補正器のポールピース
の間の間隙は,角度補正器の性能を低下させることなく広げることができない。
えることなく,上記欠点のいくつかを軽減するために,イオンビームを制御する
改良した方法および装置の需要がある。
御する装置を提供する。本装置は,荷電粒子ビームを発生するための荷電粒子ソ
ース,荷電粒子ビームの両側面に位置する走査電極および荷電粒子ビームに隣接
し,走査電極に下流に配置された後走査電極を含む。後走査電圧が後電極に適用
される。走査電圧発生器が,荷電粒子を第一の方向に走査するために,走査電極
走査電圧に適用する。走査電圧は,負のDC電圧をもつ。荷電粒子ビームは,第一
の方向に対して垂直な第二の方向に集束される。装置は,ターゲットに進むイオ
ンビーム電流を増加するために,イオン注入装置において使用され得る。
二の走査プレートを含んでもよい。走査プレートは,平行な部分およびその平行
な部分の下流で,次第に広がる部分を有してもよい。
第二の電極部分を含んでもよい。後走査電極は,第一の方向に平行に長い,ほぼ
矩形の開口をもってもよい。装置はさらに,後走査電圧を後走査電極に適用する
ための,後走査電圧発生器を有してもよい。後走査電圧は,荷電粒子ビームから
走査電極に向かう電子の移動を阻止するために選択されてもよい。
でもよい。のこぎり波形は負のDC電圧オフセット有してもよい。DC電圧のオフセ
ットは好適に,後走査電圧より,さらに負になってもよい。一つの実施例におい
て,後走査電圧および走査電圧のDC電圧のオフセットは,約1キロボルトから10
キロボルトだけ異なっている。装置は,荷電粒子ビームのエネルギーが変化した
とき,走査電圧のDC電圧のオフセットを調節する手段を有してよい。
査作電極の下流に位置する角度補正器,走査電圧のDC電圧オフセットを調節する
手段(ここでは,軌道の平行性が調節される)を有してもよい。
御する方法が提供される。この方法は,荷電粒子ビームを発生すること,荷電粒
子ビームの両側に,走査電極を配置すること,および荷電粒子に隣接し,走査電
極に下流に,後走査電極を配置することを含む。後走査電圧が,後走査電極に適
用される。荷電粒子を第一の方向に走査する走査電圧が,走査電極に適用される
。走査電圧は,負のDC電圧オフセットをもち,その結果荷電粒子ビームは,第一
の方向に対して垂直な第二の方向に集束される。
す。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,イオンビームの質量/エネルギー分析を実行し,エネルギーおよび質量が低
レベルの,強力なイオンビーム12を供給する。走査システム16(たとえば,スキ
ャナー20および角度補正器24を含んでもよい)が,走査されたイオンビーム30を
生成するために,イオンビーム12を偏向する。所望種のイオンが半導体ウエハ34
に注入されるように,エンドステーション32が,半導体ウエハ34または他のワー
クピースを,走査されたイオンビーム30の経路で支持する。イオン注入装置は,
当業者には周知の付加的な要素を含んでもよい。たとえば,典型的に,エンドス
テーション32は,ウエハをイオン注入装置へ導入し,注入後ウエハを除去するた
めの,自動ハンドリング装置,ドーズ量測定装置,電子銃などを含む。イオン注
入の間,イオビームが通過する全経路が排気されることは理解されよう。
細は,図4〜6に示されている。スキャナー20が,イオンビーム12の両側に位置
する走査プレート40および42の走査電極を含む。後走査電極48が走査プレート40
および42の下流に位置し,前走査抑制電極50が走査プレート40と42の上流に位置
してもよい。後走査電極48が,抑圧電極48として参照される,抑圧電極として使
用されてもよい。しかし,電極48が,抑圧電極として機能するためには,必要と
されないことは理解されよう。ここで使用する用語"上流","下流"はイオンビー
ム移送方向に関する。したがって,抑圧電極48は,走査プレート40および42と,
角度補正器24との間に位置し,抑圧電極50は走査プレート40および42と,イオン
ビーム発生器10との間に位置する。
aおよび42a,および次第に広がる下流プレート部分40bおよび42bを含む。X,Yお
よびZ基準方向は図1および図4〜6に示されているとおりである。好適実施例
において,走査プレート40および42は,イオンビーム12を水平(X方向に平行な
面において水平)に走査するために,垂直に(Y方向には平行である)配置され
ている。走査プレートは,イオンビーム12を走査するのに適した電場を形成する
ために,形状付けられ,間隔が離されている。イオンビームのファン形状ビーム
エンベロープの幅が,走査プレート40および42を通過するとき,X方向に増加す
る。好適に,走査プレート40および42は,ビームエンベロープ40から,比較的一
定の距離をおくように形状つけられている。図6に示されているように,走査プ
レート40は,走査プレート40の上下端から,イオンビーム12へと内向きに伸びる
フランジ40cおよび40dを含んでもよい。同様に,走査プレート42は,走査プレー
ト42の上下端から,イオンビーム12へと内向きに伸びるフランジ42cおよび42dを
含んでもよい。フランジ40c,40d,42c,および42dは,走査プレート40と42との
間の領域の上端および下端において,より一様な電場を生成する。
に接続されている。走査増幅器60および62は走査発生器64から整相走査(phased
scan)電圧を受信する。走査発生器64は,システム制御器68により制御される
が,この制御器64は,マイクロコンピュータからなってもよい。システム制御器
68は,所望の走査電圧のデジタル記述を走査発生器64に与える。
極48はイオンビーム12の通過のための,矩形の開口80を有する伝導性要素を含ん
でもよい。開口80の寸法は,イオンビーム12によるスパッタリングを最小にする
とともに,スキャナー20の下流のイオンビーム12の部分から走査プレート40およ
び42に向かっての電子の移動を制御するのに十分な程度に,ビームエンベロープ
44に,クリアランスを与えるために選択される。好適に,開口80は,スパッタリ
ングおよびウエハ汚染を最小にするために,図2および図4に示されているよう
に,ナイフエッジ82により画成される。図5によく示されているように,後走査
抑圧電極48は,Y方向でイオンビーム12の上にある上方電極部分84と,Y方向でイ
オンビーム12の下にある下方電極部分86とを含む。後走査抑圧電極48は,後走査
抑圧電圧発生器70に接続されてもよい。
素を含んでもよい。イオンビーム12が,ビームラインのこの点で走査されないこ
とから,開口90は後走査抑圧電極48の開口80より小さい寸法でもよい。開口90は
スパッタリングおよびウエハ汚染を最小にするためのナイフエッジにより画成さ
れてもよい。開口90の寸法は,スパッタリングを最小にするとともに,スキャナ
ー20の下流のイオンビーム12の部分から走査プレート40および42に向かっての電
子の移動を制御するのに十分な程度に,ビームエンベロープ44にクリアランスを
与えるために選択される。電極50は前走査抑圧電圧発生器92に接続される。
ビームエンベロープ44のイオンの軌道を湾曲させるための磁気双極子を含んでも
よい。図2および図4に示されているように,ビームエンベロープ44の上に位置
する上方磁気ポールピース100と,ビームエンベロープ44の下に位置する下方磁
気ポールピース102とを含んでもよい。ポールピース100および102は平行な軌道
をもつ,走査されたイオンビーム30を生成するために,イオンビーム軌道を湾曲
するための形状をもっている。ポールピース100および102は電磁気力(図示せず
)により付勢される。磁気双極子を使用する角度補正器の設計および構成は当業
者には知られており,本発明の範囲の外である。イオンビーム12はポールピース
100および102の間の間隙104を通過する。間隙104はたとえば,約60ミリメート
ルのオーダーの垂直方向の寸法をもつ。
いるが,電圧はキロボルト(kV)で,時間の関数となっている。走査電圧150お
よび152は走査増幅器60および62により,走査プレート40および42にそれぞれ,
出力される。走査電圧150および152はそれぞれAC要素およびDC要素を含む.図3
の実施例では,走査電圧150および152は1キロボルトのピーク振幅を含む,ACの
こぎり走査波形を含む。ACのこぎり波形は好適に,180°の位相のずれ,約1kHz
の周波数をもってもよい。AC走査波形は,X方向にイオンビーム12を走査する走
査プレート40と42との間にAC電場を生成する。
4をもつ。DC電圧オフセットは,個々の走査波形の平均値で,好適には等しい。
したがって,走査プレート40および42に適用される全走査電圧は,DC電圧オフセ
ットおよびAC走査波形の総和である。図3に示されているように,走査電圧150
および152は‐4kVの,負のDC電圧のオフセットをもつ。抑圧電極48および50は典
型的に,‐1kVの,負のDCバイアス電圧156を有してもよい。
れているように,Y方向にイオンビーム12を集束するDC電場を生成する。好適に
は,走査電圧150および152のDC電圧オフセット154が,後走査抑圧電極48に適用
されたバイアス電圧156よりも,さらに負となっている。あるイオンビーム種お
よびエネルギーで,集束の程度は,後走査抑圧電極48におけるバイアス電圧およ
び走査プレート40および42におけるDC電圧オフセットに依存する。その結果,イ
オンビームは,ポールピース100と102との間を通過するときに,このような集束
がないときよりも,Y方向に僅かな寸法をもつ。ビーム集束がないとき,イオン
ビーム12は走査システムを通過するときに,伸張して,発散し,イオンビームの
一部がポールピース100および102に衝突するようになる。集束により,角度補正
器24を通過するイオンビーム12の伝送は増加し,ウエハ34に移送するイオンビー
ム電流は増加する。ウエハ34に移送するイオンビーム電流が増加することから,
注入時間は減少する。さらに,ポールピース100および102のスパッタリングによ
り生じるウエハ34の汚染も減少する。
走査およびY方向のビーム集束の,結合した機能を達成する。これらの機能は,
ただ走査のために使用する前記要素でもって達成され,付加的な電極および電源
なしで実行される。
れるバイアス電圧は,注入されるイオン種およびエネルギーに依存して,変化せ
ることができる。走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットは好適
に,抑圧電極48に適用されるバイアス電圧よりも,さらに負となる。抑圧電極48
に適用される電圧は,約0から‐3kVの範囲にあってもよく,典型的には,約‐1k
Vである。電極48はある応用例ではアース電圧であってもよい。走査プレート40
および42に適用されるDC電圧オフセットは約0から‐20kVの範囲にあってもよい
。典型的な電圧オフセットは約‐2kVから約‐10kVの範囲にあり,好適には,約1
kVから約10kVだけ抑圧電極48に適用されるバイアス電圧から異なる。これらの値
が例示のためのもので,本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよ
う。
び波形をもつことができる。のこぎり走査波形が典型的に利用されるが,波形は
ウエハに適用されるイオンゾーズ量の一様性を調節するために,通常は修正され
る。AC走査波形の振幅は,イオン種およびエネルギーに依存する。たとえば,5k
eVのホウ素イオンビームにおいて,2kVのピークツーピークAC走査波形および2kV
電圧オフセットを利用することができる。この例において,抑圧電極48は‐1kV
でバイアスされる。
2)は135ミリメートル(mm)で,平行プレート部分40aおよび42aは36mmの間隔
,35mmのZ方向の長さをもち,広がるプレート部分40bおよび42bは10°の角度c,
Z方向に広がり,走査プレート40および42は140mmのY方向の高さをもつ。後走査
抑圧電極48の開口80は幅が127mmで,高さが60mmである。抑圧電極48はZ方向にそ
って,約10mmだけ走査プレート40および42から離れる。上記の範囲の電圧により
,イオンビーム12の,X方向の走査が,イオンビームのY方向の集束がなされる。
30のビーム軌道の平行性に効果をもたらす。しかし,ビーム平行性は0.7°の仕
様を保持する。したがって,走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセ
ットの調節は,走査ビーム30の軌道の平行性への僅かな調節をなすために,使用
することができる。
トの効果を示す。抑圧電極48は‐1kVの電圧に維持された。負の平行性角度は僅
かに収束するビームを示す一方,正の角度は,僅かに発散するビームを示す。注
意すべき重要な点は,(1)最良な平行性および最も大きなビーム電流がDC電圧
オフセットの僅かに異なる値で達成され,(2)ビームの平行性がDC電圧オフセ
ットの広い範囲にわたって0.7°の仕様内にあることである。
セットの効果を示す。ファラデー・プロファイラー(アンペア)により測定され
た電流が,300mmのウエハ上の半径方向の位置の関数で示されている。一様性に
ついて, DC電圧オフセットが三度,0kV,‐2kVおよび‐3kVでセットされた。抑
圧電極48が‐1kVの電圧に維持された。三度の集積されたビーム電流は,0kVのオ
フセットで0.81ミリアンペア,‐2kVのオフセットで1.25ミリアンペア,‐3kVの
オフセットで1.50ミリアンペアである。
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。
。
を走査および集束をする装置例の略示ブロック図である。
る。
ウエハ上の動径方向位置を関数とした,測定イオンビーム電流のグラフである。
Claims (27)
- 【請求項1】荷電粒子ビームを制御する装置であって, 荷電粒子ビームを発生するための荷電粒子ビームソースと, 荷電粒子ビームの両側に配置された走査電極と, 荷電粒子ビームに隣接し,前記走査電極の下流に配置され,後走査電圧を有す
る後走査電極と, 荷電粒子ビームを第一の方向に走査するための走査電圧を,前記走査電極に適
用する走査電圧発生器と, を含み,前記走査電圧が負のDC電圧オフセットを有し,荷電粒子ビームは前記第
一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される,ところの装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の装置であって, 前記走査電極は,前記第一の方向にあり,荷電粒子の両側に位置する第一およ
び第二の走査プレートを含む,ところの装置。 - 【請求項3】請求項2に記載の装置であって, 前記走査プレートは,平行部分と,前記平行な部分の下流にある広がり部分を
含む,ところの装置。 - 【請求項4】請求項1に記載の装置であって, 前記後走査電極は,前記第二の方向にあり,荷電粒子の両側に位置する第一お
よび第二の電極部分を含む,ところの装置。 - 【請求項5】請求項4に記載の装置であって, 前記後走査電極は,前記第一の方向に平行して長い,ほぼ矩形の開口部を画成
する,ところの装置。 - 【請求項6】請求項1に記載の装置であって, 前記走査電圧は荷電粒子ビームを走査するための,のこぎり波形を有し,前記
のこぎり波形は負のDC電圧オフセットを有する,ところの装置。 - 【請求項7】請求項1に記載の装置であって, 前記走査電圧発生器は,整相走査電圧を発生するための走査発生器,および前
記整相走査電圧を増幅し,増幅された走査電圧を前記走査電極に適用する第一お
よび第二の走査増幅器を含む,ところの装置。 - 【請求項8】請求項1に記載の装置であって, 前記走査電圧のDC電圧オフセットは,前記後走査電圧より,さらに負となって
いる,ところの装置。 - 【請求項9】請求項8に記載の装置であって, 前記後走査電圧および前記走査電圧のDC電圧オフセットは,約1キロボルトか
ら約10キロボルトだけ異なる,ところの装置。 - 【請求項10】請求項1に記載の装置であって,さらに 前記荷電粒子ビームのエネルギーが変化するとき,前記走査電圧のDC電圧オフ
セットを調節する手段を含む,ところの装置。 - 【請求項11】請求項1に記載の装置であって,さらに 走査された荷電粒子ビームを実質的に平行な軌道に変換するための,前記後走
査電極の下流に配置された角度補正器,および前記走査電圧のDC電圧オフセット
を調節する手段を含む,ところの装置。 - 【請求項12】請求項1に記載の装置であって,さらに 前記後走査電圧を前記後走査電極に適用する後走査抑圧電圧発生器を含み, 前記後走査電圧は,荷電粒子ビームから前記走査電極への電子移動を抑圧する
ために選択される,ところの装置。 - 【請求項13】請求項1に記載の装置であって,さらに 荷電粒子ビームに隣接し,前記走査電極の上流に位置する前走査抑圧電極,お
よび荷電粒子ビームから前記走査電極への電子移動を抑圧するために選択された
前走査抑圧電圧を前記前走査抑圧電極に適用するための,前走査抑圧電圧発生器
を含む,ところの装置。 - 【請求項14】請求項1に記載の装置であって, 前記荷電粒子ビームは,イオンビームを含む,ところの装置。
- 【請求項15】荷電粒子ビームを制御する方法であって, 荷電粒子ビームを発生する工程と, 走査電極を,荷電粒子ビームの両側に配置する工程と, 後走査電極を,荷電粒子ビームに隣接し,前記走査電極の下流に配置する肯定
と, 前記後走査電極に後走査電圧を適用する工程と, 荷電粒子を第一の方向に走査するための走査電圧を,前記走査電極に適用する
工程と, を含み,前記走査電圧が負のDC電圧オフセットを有し,荷電粒子ビームは前記第
一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される,ところの方法。 - 【請求項16】請求項15に記載の方法であって,さらに 前記荷電粒子ビームのエネルギーおよび種に基づき,前記走査電圧のDC電圧オ
フセットを調節する工程を含む,ところの方法。 - 【請求項17】請求項15に記載の方法であって, 前記走査電圧を適用する工程は,前記第一の方向に荷電粒子ビームを走査する
ための,のこぎり走査波形を適用することを含み,前記のこぎり走査波形は負の
DC電圧オフセットを有する,ところの方法。 - 【請求項18】請求項15に記載の方法であって, 前記後走査電圧を適用する工程は,整相走査電圧を発生すること,整相走査電
圧を増幅すること,および増幅された走査電圧を前記走査電極に適用することを
含む,ところの方法。 - 【請求項19】請求項15に記載の方法であって,さらに 前記走査された荷電粒子ビームを実質的に平行な軌道に変換すること,および
前記走査電圧のDC電圧オフセットを調節することを含み, 前記軌道の平行性が調節される,ところの方法。 - 【請求項20】請求項15に記載の方法であって, 前記走査電圧を適用する工程は,前記後走査電圧より,さらに負となっている
DC電圧オフセットを適用することを含む,ところの方法。 - 【請求項21】イオンビームを制御する装置であって, イオンビームを発生するためのイオンビームソースと, イオンビームの両側に配置された走査プレートと, イオンビームに隣接し,前記走査プレートの下流に配置される後走査電極と, 前記後走査電極に後走査電圧を適用する後走査電圧発生器と, イオンビームを第一の方向に走査するための走査電圧を,走査プレートに適用
する走査電圧発生器と, を含み,前記走査電圧が負のDC電圧オフセットを有し,イオンビームが前記第一
の方向に垂直な第二の方向に集束される,ところの装置。 - 【請求項22】請求項21に記載の装置であって, 前記走査電圧はイオンビームを前記第一の方向に走査するための,のこぎり波
形を有し,前記のこぎり波形は負のDC電圧オフセットを有する,ところの装置。 - 【請求項23】請求項21に記載の装置であって, 前記走査電圧のDC電圧オフセットは,前記後走査電圧より,さらに負となって
いる,ところの装置。 - 【請求項24】請求項22に記載の装置であって, 前記後走査電圧および前記走査電圧のDC電圧オフセットは,約1キロボルトか
ら約10キロボルトだけ異なる,ところの装置。 - 【請求項25】請求項21に記載の装置であって,さらに 前記イオンビームのエネルギーが変化するとき,前記走査電圧のDC電圧オフセ
ットを調節する手段を含む,ところの装置。 - 【請求項26】請求項21に記載の装置であって, 前記後走査電圧は,イオンビームから前記走査プレートへの電子移動を抑圧す
るために選択される,ところの装置。 - 【請求項27】請求項21に記載の装置であって,さらに イオンビームに隣接し,前記走査プレートの上流に位置する前走査抑圧電極,
およびイオンビームから前記走査プレートへの電子移動を抑圧するために選択さ
れた前走査抑圧電圧を前記前走査抑圧電極に適用するための,前走査抑圧電圧発
生器を含む,ところの装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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