JP2005535097A - 質量分析されたリボン型イオンビームを発生させるための対称ビームライン装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン注入システム及びビームライン装置を提供する。
【解決手段】比較的大きなアスペクト比を有するリボンビームが質量分析されかつコリメートされ、１つ以上の加工物をイオン注入するのに用いる質量分析されたリボンビームを形成する。このビームライン装置12は、２つの類似の磁石22,24を含み、第１磁石22はリボンビームを質量分析して中間質量の分析されたイオンビームを与え、第２磁石24は中間質量のビームをコリメートして均一に質量分析されたリボンビームをエンドステーション18に供給する。この対称型システムは、細長いビーム幅をイオンが横切る等距離のビーム軌道41,43を与え、システムを通るビーム輸送における非線形性を和らげて、その結果として生じる質量分析されたビームが大いに均一化される。

Description

本発明は、一般的に、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いて質量分析されたリボン型イオンビームを発生するための対称ビームライン装置およびその方法に関する。

イオン注入システムは、集積回路製造において、不純物を用いて半導体をドーピングするために用いられる。このようなシステムにおいて、イオン源は、所望のドーパント要素をイオン化するものであり、このドーパント要素がイオン源から所望エネルギーを有するイオンビームの形で引き出される。このイオンビームは、半導体ウエハの表面に向けられ、ウエハにドーパント要素を注入する。ビームのイオンは、ウエハの表面を貫き、ウエハにトランジスタ素子等を製造するために所望の導電率を有する領域を形成する。この注入処理は、一般的に、高真空処理室内で行われ、残留ガス分子との衝突によってイオンビームの発散を防止し、また、空気中の分子によってウエハが汚染される危険を最小にする。

一般的なイオン注入装置は、イオンビームを発生するためのイオン源と、磁界を用いてイオンビームを質量分析するための質量分析装置を含むビームライン装置と、イオンビームによって集中される半導体ウエハが配置されるターゲット室を含んでいる。高エネルギー注入システムでは、質量分析磁石とターゲット室との間に、イオンを高エネルギーで加速するための加速装置が設けられている。

既定の適用に対して所望の注入を達成するために、注入イオン線量とエネルギーを変えることができる。イオン線量は、所定の半導体材料に対する注入イオンの集中を制御する。

一般的に、高電流イオン注入装置は、高線量注入のために用いられ、一方、中電流イオン注入装置は、低線量注入のために用いられる。イオンエネルギーは、半導体装置において接合深さを制御するのに用いられる。ビームイオンのエネルギーレベルは、注入されるイオンの深度を決定する。より小型化を図り、かつ複雑で高価なラスター走査装置を用いることなく、大きな（たとえば、３００ｍｍ）ウエハを処理することができる。この結果、本発明は、注入システムを単純化することができる。

さらに、本発明は、ビームライン装置の大部分において、比較的大きなイオンビーム断面積を与える。これにより、空間電荷が拡散され、低エネルギー注入装置において、ビーム強さを維持して高い導電性を与える。ビームライン装置が対称形であることによるもう１つの利点は、イオンの全経路長さ、即ち、イオン源からターゲットまでのイオン移動距離がリボンビームの全ての部分においてほぼ一定である。その結果、輸送損失は、ビーム間でほぼ均一であり、注入の均一性に対して影響を与えない。さらに、本発明の構成は、汚染を防止し、かつターゲットウエハに到達するイオン源からの粒子とイオンビームが少なくならないようにする。

それゆえ、イオン注入システム及びビームライン装置が設けられ、ここで、比較的大きなアスペクト比を有するリボンビームが質量分析され、そして、１つ以上の加工物を注入するための質量分析されたリボンビームを供給するために、平行なイオンビームにされる。このシステムは、対称ビーム経路を与え、この経路によって、リボンビーム形状は、初期ビームのアスペクト比を有し、質量分析されたイオンビームは、同一のものとなる。これに関して、ビームラインを通って通過するイオンは、等距離の飛翔経路を進むことになる。このため、各イオンの移動距離は、ビーム内の他のイオンと同一である。

１つの例では、ビームライン装置は、２つの類似した磁石からなり、第１の磁石は、リボンビームを質量分析して、質量分析された中間のイオンビームを供給し、また第２の磁石は、中間ビームを平行光にして質量分析された均一のリボンビームをエンドステーションに供給する。この対称システムは、等距離ビームの飛翔経路を与える。システム内を通過するビームの非直線性を軽減するように細長いビーム幅をイオンが横切るための等距離ビームの飛翔経路を与え、その結果として生じた、質量分析されたビームが大いに均一化される。

本発明の１つの形態によれば、イオン注入システムは、１つ以上の加工物をイオンビームを用いて注入するために設けられている。このシステムは、イオン源、質量分析器を含むビームライン装置、及び、１つ以上の加工物を支持および／または移送するためのシリアル式またはバッチ式の注入ステーションであるエンドステーションを含んでいる。イオン源は、細長い、即ち、縦横比が大きいアスペクト比を有する長手方向のビーム経路に沿う、リボン型イオンビームを発生させる。質量分析器は、細長いイオンビームを受け入れ、このビームを、分析開口に相当する狭いスリット内を通過するように合焦させる。異なる質量を有する各イオンは、開口に阻まれ、これにより、所望の質量のイオンのみが供給される。

本発明の１つのイオン注入処理において、ビームライン装置は、ビーム経路に沿って配置された電磁石等からなる、第１、第２のほぼ同等の磁石を含んでおり、第１磁石がイオン源からのビームを質量分析し、第２磁石が質量分析された中間のイオンビームをコリメートして平行なビームに形作る。そして、入力ビームに対して、同等または対応する幅とアスペクト比を有するリボンビームを供給し、このビームをエンドステーションにおいて加工物に分配する。

第１磁石は、イオン源からの細長いイオンビームに第１の磁界を与えて、ビーム経路に沿って所望の質量の各イオンを指向させ、かつビーム経路から不必要な質量のイオンを引き離すようにする。分析開口は、第１磁石の下流に設けられ、第２磁石に所望質量のイオンのみを通過させる。第２磁石は、ビーム経路に沿って所望の質量のイオンに第２の磁界を与えて、このようなイオンを、イオン源ビームのアスペクト比と同等のアスペクト比を有する質量分析された細長いイオンビームとしてエンドステーションに向かわせる。

第１、第２の磁界は、対称的に作用して、イオン源とエンドステーションとの間でほぼ等しい距離を通過してエンドステーションに所望の質量の各イオンを導く。このビームライン装置は、さらに、このビームガイドを通してイオンビームが入口端から出口端を移動する、ビームキャビティを形成するビームガイドと、ビームガイド内でビームを閉じ込めかつ強さ高めるために分析開口のすぐ近くに配置された四極子磁石とをさらに含んでいる。マルチ−カスプド磁界は、ビームラインの少なくとも一部分に沿って形成することができ、ビームガイドに設けた導波管を介してＲＦまたはマイクロ波の励振と組み合わせて、分析開口の近くのビーム強さのために電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）状態を作り出す。

本発明のもう１つの形態によれば、イオン注入システムにおけるイオンビームを用いて加工物にイオンを注入するための方法を提供する。この方法は、第１アスペクト比を有する細長いイオンビームを作り出し、第１磁界を用いて細長いイオンビームを質量分析し、そして、第２磁界を用いて、このイオンビームをコリメートして平行光にし、第１アスペクト比とほぼ同一の第２アスペクト比を有する細長い質量分析されたイオンビームを供給する。この方法は、さらに、１つ以上の加工物に、細長い質量分析されたイオンビームの少なくとも一部分を与えて、この細長い質量分析されたイオンビームからのイオンを注入する。

上述したおよび関連する目的を達成するために、以下の説明と添付図面とは、本発明のある詳細な例示的構成を示している。しかし、これらの形態は、本発明の原理が採用され得るような種々の方式におけるいくつかを示しているだけである。本発明の他の目的、長所及び新規な特徴は、図面との関連で考えると、本発明の次の詳細な説明から明らかになる。

本発明は、図面を参照して説明するものであるが、同一の参照番号は、全体にわたって同一の要素を表す用いられる。本発明は、リボンビームを用いて、半導体ウエハ等の加工物をイオン注入するためのシステム及びその方法を提供する。本発明の１つの実施形態が図面に基づいて以下に例示されかつ記述される。これらの説明及び以下の記述は、本来的に例示のためのものであり、これに限定されるものではない。

それゆえ、ここで説明されたシステム及び方法の変形例、及びこれらのものから離れた他の実施形態は、本発明の技術的範囲及び添付の請求項に記載の範囲内にあるものと見なされることが明らかである。

さて図１、図２ａ〜図２ｃを参照すると、本発明のいおん注入システム２は、長手方向にビーム経路に沿う細長い（例えば、リボン形状）イオンビーム６を発生させるためのイオン源４を含んでいる。イオン源４は、ＲＦ励起パワー源９と引出装置１０とを有するプラズマ源８を含み、大きなアスペクト比を有する細長いイオンビーム６が供給される構造である。例えば、プラズマ源８は、比較的長いプラズマ閉じ込め室を含み、この室から、引出装置１０に設けた高いアスペクト比のスリット(図示略)を用いてリボンビームが引き出される。

図５ａおよび図５ｂに関して以下に詳細に説明するように、リボンビーム６は、リボンビーム６の第１アスペクト比を形成する横断幅６ａと横断高さ６ｂとを有する。この横断幅６ａ（図２ｂ）は、横断高さ６ｂよりもかなり大きい。図２ａ及び図２ｂに示されたイオンビーム６,１６の寸法は、必ずしも縮尺して記載されたものではない。例えば、例示のシステム２では、プラズマ源８から引き出された細長いイオンビーム６の幅６ａは、約３００ｍｍよりも大きく、例えば、約４００ｍｍであり、高さ６ｂは、僅か数ｍｍである。

ビームライン装置１２は、イオン源４からのビーム６を受け入れるためにイオン源４の下流側に設けられ、ビームを受け入れるためにビーム経路に沿って配置された質量分析器１４を含んでいる。この質量分析器１４は、ビーム経路を横断する磁界を与えるように作動し、ほぼ第１アスペクト比と同様の形状を有する第２アスペクト比を有する。そして、質量分析された細長いイオンビーム１６を供給するために、イオンビーム６からのイオンを、質量（例えば、電荷質量比）に従って軌道を変えるように偏向させる。

こうして、図２ｂに示すように、幅１６ａ（例えば、約４００ｍｍ）と高さ１６ｂの質量分析されたリボンビーム１６は、ほぼイオン源ビーム６のアスペクト比とほぼ同等である。エンドステーション１８は、注入システム２に設けられ、ビームライン装置１２からの質量分析されたイオンビーム１６を受け入れ、かつビーム経路に沿って半導体ウエハ等(図示略)の１つ以上の加工物を支持する。そして、質量分析されたイオンビーム１６を用いてイオン注入する。このエンドステーション１８は、１つ以上の目標加工物と細長いイオンビームを相対的に移動かつ走査する。ターゲット走査装置２０を有する。このターゲット走査装置２０は、バッチ式またはシリアル式の注入のために設けられている。

ビームライン装置１２は、第１、第２磁石２２,２４と、ビーム経路に沿う分析装置３１に設けた分析開口２６とを備え、イオンビームの質量分析とビームを平行にする操作機能を有して、質量分析された細長いリボンイオンビーム１６を生じさせる。磁石２２,２４は、ベース２５に支持され、さらに、ビームライン装置１２の構成部品が支持フレーム２９を用いてエンクロージャ２７内に保持される。第１磁石２２は、第１、第２のコイル２２ａ、２２ｂを含んで、これらの磁石間に第１磁界を形成し、細長いイオンビーム６にこの磁界を与えて、図３ｄに関して以下に例示しかつ記述するように所望質量のイオンを分離する。

第１磁界を通過するイオンは、ビームライン装置１２のビーム経路に沿って所望の質量の各イオンを指向させる力を受け、これにより、不必要な質量のイオンをビーム経路から離れるように偏向させる。分析開口２６は、不必要なイオンを排除しながら、所望の質量のイオンのみを通過させる。第２磁石２４は、第１、第２のコイル２４ａ、２４ｂを含んで、これらの磁石間に第２磁界を形成し、この磁界により、質量分析された中間のイオンビーム６を平行光にする。質量分析された細長いイオンビーム１６は、第１アスペクト比とほぼ同等の第２アスペクト比を有するので、エンドステーション１８に所望質量の各イオンを指向させることができる。

本発明の例示における磁石２２,２４は、ほぼ同一であり、同様な第１磁界と第２磁界を与え、これにより、対称なビーム経路が、ビームライン装置１２に形成される。このように、第１、第２磁界は、各イオンがほぼ等しい距離を移動するように、イオン源４でのイオンビーム６の幅を横切る所望質量の各イオンをエンドステーション１８に導く。このように、第１磁石２２は、質量分析磁石として働き、第２磁石２４は、ビームコリメータ磁石として働き、均一な密度プロファイルと約４００ｍｍの幅を有する質量分析されたリボンビーム１６をエンドステーション１８に供給する。注入システム２は、さらに、ビーム経路に沿って配置されるビームガイド３０を備えており、このビームガイドは、イオンビーム６,１６が入口端３２から出口端３４へ移動するビームキャビティを形成する。磁石２２,２４は、ビームガイド３０のビームキャビティを通るビーム経路を横切る第１、第２の磁界を与える。これにより、入口段３２でイオンビーム６の幅を横切る所望質量の各イオンを、所望質量の各イオンが、ほぼ等しい距離を移動するように、ビームガイド３０を通って出口端３４へ導く。

図２ａにおいて、ビームガイド３０の入口端３２でのビーム６は、細長いリボンビームとしてイオン源から到達し、これらのイオンは、互いに平行に移動する（例えば、図２ａの下流方向に）。磁石２２によってビームガイド３０内に作り出される第１磁界にイオンが遭遇すると、このビーム６のイオンは、ほぼ図面の左側に向けられ、所望質量のイオンが分析開口を通過して移動する。そして、不必要なイオンが、分析装置又はビームガイド３０の側壁によって妨げられて他の軌道に沿って進む。この質量分離により、開口２６の下流側のイオンビームは、所望の質量のイオンのみを含むように質量分析される。磁石２４からの第２磁界により、質量分析されたイオンビームを平行光にしてリボンビーム１６に形成し、エンドステーション１８内で加工物をイオン注入するのに用いられる。

基本ビーム経路を説明するために、３つの例示的なイオン軌道４１,４２,４３が、所望質量の３つのイオン軌道に相当する図２ａにおいて破線で図示されている。ここで、軌道４１〜４３は、必ずしも縮尺して示されているわけではない。第１軌道４１は、第１及び第２の各半軌道４１ａ及び４１ｂからなり、第１軌道４１は、ビーム６の内側端から始まり、質量分析されたリボンビーム１６の外側端で終わる。ビームガイド３０の第１の半軌道において、半軌道４１ａに沿って移動するイオンは、磁石２２による第１磁界の作用によって９０°以下の角度５１ａで偏向される。

その後、軌道４１は、下方に傾斜する位置にある分析開口２６を通過し、第２の半軌道が始まる。磁石２４の第２磁界に入ると、軌道４１ｂ上のイオンは、９０°以上の第２角度５１ｂで偏向される。ここで、角度５１ａ、５１ｂの合計は、ビームライン装置１２の対称性により１８０°であり、ビームライン装置１２は、ほぼ同等の磁石２２、２４とこれに対応する第１、第２の磁界を含んでいる。このように、軌道４１に沿って移動する適当な質量のイオンは、ビームガイド３０の入口端３２にあるイオン源から下方に引き出され、質量分析され、そして、出口端３４にあるエンドステーション１８におけるターゲットウエハの位置において上方に向かう。

例示する中央軌道４２は、第１、第２の半軌道４２ａ、４２ｂからなり、軌道４２に沿って移動するイオンは、磁石２２,２４の各々による第１、第２の磁界によって角度５２ａ、５２ｂで９０°に等しい偏向を受ける。起動４１,４２に沿った全体の移動距離は、ほぼ等しいことに注目されたい。第３軌道４３も同一であり、第１、第２の半軌道４３ａ、４３ｂからなり、この軌道は、ビーム６の外側端から始まり、質量分析されたリボンビーム１６の内側端で終わる。ビームガイド３０の第１の半分において、半軌道４３ａに沿って移動するイオンは、第１磁界によって９０°以上の角度５３ａで偏向され、そして、上方の傾斜する位置にある分析開口２６を通過する。第２の半軌道４３ｂに沿って第２磁界に入ると、イオンは、９０°以下の第２角度５３ｂで上方に偏向される。その結果、角度５３ａ、５３ｂの合計が１８０°になる。

対称型のビームライン装置１２において、リボンビームの幅に沿う全てのイオンは、等距離の軌道に沿って輸送され、そして、それぞれ全体で１８０°偏向される。この対称型の一対一のターゲットウエハへのイオン源のイメージングは、大きな（例えば、３００ｍｍ）ウエハの単一走査のイオン注入の利用において、複雑でかつ高価なラスター走査装置を用いないで、ドーズ量の均一性と注入角度の完全性等のプロセスパラメータの制御を容易にする。

さらに、以下で説明するように、ビームライン装置の対称性により、ビームライン装置１２の大部分にわたり比較的大きなイオンビーム断面積を与える。この結果、空間電荷の発散が生じ、低エネルギーイオン注入の利用において、ビームの保全性を維持する。この点に関して、低エネルギーのシリアル式注入システム２の環境が説明されているが、本発明の特徴および状況が、バッチ式イオン注入システムと同様に、加速ステージ又はモジュールを用いて、高および／または中間エネルギーのイオン注入システムに適応可能である。

イオン源８からエンドステーションへの全体の経路長さ、即ち、イオンの移動距離は、リボンビーム６,１６の全ての部分に対して本質的に一定である。その結果、輸送損失は、イオンビーム１６間でほぼ均一であり、エンドステーション１８において、イオン注入の均一性に影響を与えない。さらに、図５ａ、５ｂ、及び図６で以下に説明するように、本発明は、また、ビーム形状調整装置を設けることを考慮する。この装置によってエンドステーション１８におけるビームの均一性をさらに容易にすることができる。例えば、イオン源ビーム６の密度プロファイルは、ビームライン装置１２内の輸送損失に対する補償を行うために調整することができる。注入用イオンビーム１６の均一なリボンビームの均一な密度プロファイルをもたらす。

さらに、注入システム２の構成は、イオン源からの汚染物質及粒子を防ぎ、イオンビームがエンドステーション１８に到達する際に低下するのを防止する。この点は、例示するシステム２、及びそのビームライン装置１２が全体で１８０°にわたるイオンの磁気偏向を与えるけれども、この全体の偏向角度が、本発明及び添付の特許請求の範囲内に入るもの考えられる。このように、本発明は、特に、対称型ビームライン装置を考慮しており、所望質量のイオンの全体の偏向角度が１８０°以上か以下のいずれかになるように第１、第２磁石が協働する。

図３ａ〜図３ｃにおいて、例示のイオンビーム６,１６は、さらに、システム２のビーム経路に沿って図示されている。システム２は、図示する軌道４１,４３を含んでいる。入口端３２にあるビームライン装置１２に入るイオンビーム６は、約４００ｍｍ幅の細長いリボンビーム形状を有し、第１磁石２２によって偏向され質量分析されて、質量分析された中間のイオンビーム６'を生じ、端部３２,３４でのリボンビーム６,１６の縦横比と異なるアスペクト比を有する。図３ａ〜図３ｃには、８つの例示するビーム軌道が示されているが、イオンビーム６、６'、１６は、ビーム経路に沿って移動するイオンの連続分布であり、イオン源４からエンドステーション１８に均一な密度プロファイルを有する。図３ｂにおいて、部分的な側面図で示すイオンビーム６、６'、１６の伝搬面が図示されている。そこには、種々の軌道が中心に集まる。

こうして、磁石２２によって生じる第１磁界は、ビームライン装置１２の中心に関して、伝搬面上で平行なイオンビームが１点に集束する形式（例えば、所望質量のイオンに対する）のフォーカシングを与えて、質量分析された中間のイオンビーム６'を作り出す。逆に、磁石２４の第２磁界は、質量分析された中間のイオンビーム６'において、イオンビームが１点から広がって平行光に偏向する形式のイオンの偏向を与えて、出口端３４において質量分析された細長いイオンビーム１６を供給する。図３ｃは、非発散面におけるイオンビーム６、６'、１６の頂部平面図を示し、ここで、所望質量のイオンがある平面上に留まるのが見られる。

図３ｄは、図３ｅの３ｄ−３ｄ線に沿って見た第２磁石２２の部分断面を示している。図３ｄにおける例示は、一般的な第２磁石の構成であり、第２磁石２４の詳細は、簡略化のために省略する。コイル２２ａ、２２ｂは、ビームガイド３０のいずれかの側に配置され、それぞれのコイルは、導電性コイル５２が巻き付けられた円筒コア５０からなる。直流電流が制御された方向で電源(図示略)を介してコイル５２に供給され、コア５０の対応面５０'にほぼ垂直な第１のダイポール磁界５４を生じさせる。この電流は、面５０'に位置するＮ極及びＳ極を作り出すために供給され、コイル２２ｂのＮ極がコイル２２ａのＳ極に対面する。第２磁石２４も同様な方法で構成され、ビームライン装置１２内に第２磁界を形成し、イオンビーム６'を平行にして質量分析された細長いリボンビーム１６にする。第１、第２磁界は、ここで図示されかつ記載された上記磁石２２,２４からの構造と異なる第１、第２磁石を用いて種々の方法で達成することができる。また、このような形態のすべては、本発明の範囲内に入ると見なされることは明らかである。

図３ｅ及び図４ａにおいて、入口端３２から分析装置３１までのビームライン装置１２の最初の部分は、図３ｅにおいて図示されている。ビームガイド３０は、入口端３２から分析開口２６まで伸びるセクション３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃからなり、ビームイオンが移動するビーム経路を形成している。ビームガイド３０(図４ａ）の第２部分は、分析装置３１と出口端３４との間に伸びる補完的なセクション３０Ｃ、３０ｂ、３０ａからなる。イオンが分析装置３１の近くのイオンビーム６'において集束すると、ビームライン装置１２は、ビームの保全を維持するためにビーム閉じ込め特性を与える。この目的に向かって、例示するビームライン装置１２は、空間電荷作用においてビームウエスト６'の配置を調整するために、分析開口２６のいずれかの側のビームガイド部分３０ｃの回りに配置された四極子磁石６０を含んでいる。

さらに、ビームガイド３０は、セクション３０ｃの１つ以上の内壁上に永久磁石(図示略)等の複数の磁石をさらに設けており、これにより、分析開口２６の近くにビーム閉じ込めるための、少なくとも部分的なビーム経路に沿ってマルチ−カスプド磁界を与える。図４ｂにおいて、ビームガイド３０は、さらに、分析開口２６に隣接するセクション３ｃ内に導波管(図示略)を含む。この導波管にＲＦまたはマイクロ波電源(図示略)をマイクロ波フィード６２を介して接続することができる。このような形態において、マイクロ波源とマルチ−カスプド磁界は、分析開口２６の近くのビームガイド３０内にビーム経路に沿ってビームを閉じ込めるために、ビームガイド３０内で相互作用して電子サイクロン共振（ＥＣＲ）状態を形成する。

図５ａ及び図５ｂにおいて、本発明は、適切なイオンビーム源４を用いて実行することができ、横断高さ６ｂよりもかなり大きな横断幅６ａを有する細長いイオンビーム６を供給する。例示するリボンビーム源４は、ほぼ円筒のプラズマ閉じ込め室８'を形成する細長い外側壁を有するプラズマ源８を含んでいる。そして、プラズマは、プラズマ閉じ込め室内で、アンテナ(図示略)とＲＦプラズマ発振器９を用いてソースガスのＲＦ励起源によって発生する。引出装置１０は、細長い引出スリット又は開口１０ｂを有する複数の引出電極１０ａを介して電界を供給する。ここで、引出電極１０ａ、スリット１０ｂ、および引出されたリボンビーム６は、必ずしも縮尺で描かれてはいない。イオン源４は、上述したようにビームガイド３０の入口端３２に設けられて、横断幅６ａに沿う均一な密度プロファイルを有するイオンビーム６を供給する。

本発明の別の実施形態によれば、注入システム２は、リボンビーム源４から引き出される細長いイオンビーム６に関連した密度プロファイルを選択的に調整するための制御装置７０を含むことができる。この制御装置７０は、プラズマ源の壁を開けられて、ビーム６が引き出される引出出口の近くに設けた複数の磁石対８０を含んでいる。この磁石対８０は、各々、励磁可能な巻線を有する上側磁石８０ａと下側磁石８０ｂとを含み、電流が制御された方法で導かれて、磁石８０ａ、８０ｂ間に調整可能な磁界８２を形成する。

磁石８０ａ、８０ｂは、プラズマ源８の出口開口と引出電極１０ｄの間の引出領域内に調整可能な磁界８２を供給するために、出口開口のいずれかの側に配置され、引き出されたリボンビーム６の密度プロファイルを調整する。この電磁石８０は、第１磁石８０ａが、第２磁石８０ｂに対面する第１の磁性の磁極（例えば、例示された例ではＮ極）と、第２磁石８０ｂが、第１磁石８０ａに対面する第２の磁性の磁極（Ｓ極）を与える。このように、各磁石対の磁石８０ａと磁石８０ｂが協働して、引出領域内に調整可能な磁界８２を与える。

各対の磁石８０と関連した磁界８２は、各電磁石８０に関連したコイル巻線を励磁するために、直流電源７４に制御信号を送る制御システム７２を用いて個々に調整することができる。この制御システム７２は、電源７４に接続され、磁石対に供給される電流をそれぞれ制御し、引き出されたイオンビーム６のための所望のプラズマ密度プロファイルに従って、引出領域に設けた磁石対８０によって生じる磁界８２を個々に調整する。

個々の磁界８２にわたるこの制御により、引出領域で役立つイオン化されたプラズマの量に対して選択的に制限され、与えられた磁石対に関連した磁界８２を増加させることにより、この磁石対に近接するプラズマ室８'から流出するプラズマの量を減少させる。

こうして、リボンビーム６の横断幅６ａは、８つの部分に分割され、各々の部分は、磁石対８０に関連する。分割された各部分に対してプラズマ室８'から流れ出るプラズマ流を選択的に制限する能力は、結果として引き出されるイオンビーム６の密度プロファイル全体を制御することを可能にする。

図６において、イオンビーム密度プロファイルの制御は、イオン源４での所望のプロファイルに従って、または、フィードバック、フィードフォワード、予想的、または他の形式に制限されない公知の制御アルゴリズムを用いてエンドステーションでの下流側の所望のプロファイルに従って行うことができる。これは、例えば、注入システム２のイオン源４または下流側の装置における非均一性を修正又は補償する効用を与える。

こうして、イオン注入システム２は、エンドステーション１８に配置されたビームプロファイル検出器９０を含んで、ターゲットウエハ又は複数のウエハに注入されるイオンビーム１６の密度プロファイルを測定することができ、また、制御装置７０の制御システム７２に対応する測定信号を供給する。制御システム７２は、次に電磁石８０（例えば、電源７４を用いて）を励磁するために適当な調整を実行し、加工物に所望のプロファイルからの偏差を修正する。このビームプロファイル検出器９０は、エンドステーション１８に配置した、たとえば、複数のファラデーカップ等の適当な形式のものとすることができ、質量分析した細長いイオンビーム１６に関連する実際の密度プロファイルを検出する。

上述した図示のイオン注入システム２は、シリアル式のイオン注入用のエンドステーション１８と共に有効に用いられ、ほぼ矩形状の横断プロファイルを有するとともに均一な密度を有する細長いリボンビームを供給する。このような利用において、結果として生じる質量分析されたリボンビーム１６は、例えば、ターゲットウエハ(図示略)の単一走査による機械的移送を用いて、ウエハ表面を横断して走査することができる。

本発明は、また、バッチ式の注入型のターゲット走査システム２０と関連する応用が認められる。ここでは、複数のウエハが、質量分析された細長いイオンビーム１６の経路を通って角度的に移送することができる。このような応用において、引出装置１０の引出スリット１０ｂは、ウエハ表面の角度走査を適合するために台形とすることができ、これにより、ウエハへ均一な注入を与えることができる。このような他の多くの変形例は、例示した装置およびシステムに対して本発明の範囲から逸脱することなく作ることができる。

本発明を或る用途及び実施に対して図示して説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の当業者にも同等の変更や修正を行うことができるであろう。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するのに使用される用語（「手段」に対する引用を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たせば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。

この点に関して、本発明は、コンピュータの実行命令を有するコンピュータの読み出し可能な媒体を含み、本発明における種々の方法のステップを実行することが認められる。さらに、本発明の特徴は、いくつかの実施形態の１つに限って説明したが、このような特徴は、他の実施形態における１つ以上の他の特徴と組み合わせることができ、所望の利点を有することができる。
。更に、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の「構成されている」と同様に内包的であると理解すべきである。

図１は、本発明の形態に従うイオン注入システムを説明するためのブロック図である。 図２ａは、本発明に従う例示的なイオン注入システムを説明するための前側平面図である。 図２ｂは、図２ａのイオン注入システムをさらに説明する頂部平面図である。 図２ｃは、図２ａ及び図２ｂのイオン注入システムをさらに説明するための端面図である。 図３ａは、図２ａ〜２ｃのビームライン装置を通る例示的なビーム経路を説明するための一部斜視図である。 図３ｂは、図３ａのビーム経路をさらに説明する一部側面図である。 図３ｃは、図３ａ及び図３ｂのビーム経路をさらに説明する部分的な頂部平面図である。 図３ｄは、イオン注入システムの１つの磁石及びこれに関連した磁界を断面で説明するための一部頂部平面図である。 図３ｅは、イオン注入システムの分析開口の近くにある四極子磁石及び導波管とともに、図３ａ〜図３ｃのビーム経路の一部分を説明するための一部側面図である。 図４ａは、分析開口の近くに配置された四極子磁石を有するイオン注入システムのビームガイドを説明するための単純化した斜視図である。 図４ｂは、ビーム経路に沿うビーム閉じ込め用の分析開口に近接する導波管を有する、図４ａのブームガイドを説明するための単純化した斜視図である。 図５ａは、イオン注入システムにおける細長いイオンビームに関連した密度プロファイルを選択的に調整するための密度プロファイル制御装置を有する例示的なリボンビーム減を説明するための底面図である。 図５ｂは、イオン源から引き出された細長いリボン型イオンビームを説明するための図５ａのイオン源の底部側面を示す単純化した斜視図である。 図６は、イオン注入システムにおけるビームプロファイル検出器およびプロファイル制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

２ イオン注入システム
４ イオン源
６、６'、１６ イオンビーム
１０ 引出装置
１２ ビームライン装置
１４ 質量分析器
１８ エンドステーション
２２,２４ 磁石
２６ 分析開口
３０ ビームガイド
３２ 入口端
３４ 出口端
４１,４２,４３ 軌道
８０ 電磁石
８０ａ、８０ｂ 磁石
８２ 磁界

Claims (29)

1. イオンビームによって１つ以上の加工物を注入するためのイオン注入システムであって、
   長手方向のビーム経路に沿って細長いイオンビームを発生させ、該イオンビームが横断幅と横断高さを有する第１アスペクト比を形成し、この第１アスペクト比は横断幅と横断高さの比からなり、前記横断幅が横断高さよりも大きくなる、イオン源と、
   このイオン源から前記ビーム経路に沿う下流側に配置されて前記細長いイオンビームを受け入れる質量分析器を含み、この質量分析器が、前記ビーム経路を横切る磁界を与えて、前記イオンビームからイオンを所望質量のイオンを含む質量分析された細長いイオンビームを供給するために質量に従って変化する軌道でイオンを偏向させ、前記質量分析されたイオンビームが前記第１アスペクト比と類似の第２アスペクト比を有するように構成したビームライン装置と、
   前記質量分析されたイオンビームを前記ビームライン装置から受け入れ、かつ前記質量分析されたイオンビームを用いてイオン注入するために、前記ビーム経路に沿って少なくとも１つの加工物を支持するエンドステーションと、を含んでいることを特徴とするイオン注入システム。
2. 前記ビームライン装置は、
   前記イオン源からの細長いイオンビームに第１磁界を与える第１磁石と、
   前記ビーム経路に沿って前記第１磁石の下流に配置され、前記第１磁石とエンドステーションとの間の前記ビーム経路に沿って所望質量のイオンに対して第２磁界を与える第２磁石とを含み、
   前記第１磁界は、前記ビーム経路に沿って所望質量の各イオンを指向させ、かつ不要な質量のイオンを前記ビーム経路から離れるように指向させるように働き、
   前記第２磁界は、前記質量分析された細長いイオンビームが前記第１アスペクト比と類似の第２アスペクト比からなるように、前記エンドステーションに向けて所望質量の各イオンを指向させるように働くことを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
3. 前記第１、第２磁石は、前記第１、第２磁界を形成して、所望質量の各イオンを前記イオン源でのイオンビームの幅を横切って前記エンドステーションに導き、前記所望質量の前記各イオンが前記イオン源と前記エンドステーションの間でほぼ等しい距離を移動することを特徴とする請求項２記載のイオン注入システム。
4. 前記第１磁石は質量分析磁石からなり、前記第２磁石はコリメータ磁石からなることを特徴とする請求項２記載のイオン注入システム。
5. 前記第１、第２磁石は、互いに類似していることを特徴とする請求項２記載のイオン注入システム。
6. 前記細長いイオンビームの横断幅は、前記イオン源の近くで約４００ｍｍであり、前記質量分析された細長いイオンビームは、エンドステーションの近くで約４００ｍｍの横断幅を有することを特徴とする請求項３記載のイオン注入システム。
7. 前記細長いイオンビームの横断幅は、前記イオン源の近くで約４００ｍｍであり、前記質量分析された細長いイオンビームは、エンドステーションの近くで約４００ｍｍの横断幅を有することを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
8. 前記質量分析器は、前記ビーム経路に沿って配置されたビームガイドを含み、このビームガイドは、ビームキャビティを形成し、このビームキャビティを通って、前記イオンビームが、入口端から出口端を移動し、そこで、前記質量分析器は、前記ビームガイドの少なくとも一部分を通り前記ビーム経路を横切る磁界を与え、所望質量の各イオンを前記入口端でのイオンビームの幅を横切って前記ビームガイドを介して前記出口端へ導き、前記所望質量の各イオンが、前記ビームガイドの入口端と出口端との間でほぼ等しい距離を移動することを特徴とする請求項１記載のイオン注入システム。
9. 前記質量分析器は、第１、第２磁石と、前記ビーム経路に沿う前記第１、第２磁石間の分析開口を有するビームガイドとを含み、
   前記第１磁石は、前記ビームガイドの入口端近くに配置され、前記入口端と前記分析開口の間のビーム経路に沿う第１磁界を形成し、質量に従って変化する軌道でイオンビームからイオンを偏向させ、前記第１磁界が、所望質量の各イオンを前記ビーム経路に沿って前記分析開口を通るように指向させ、かつ不要な質量のイオンを前記分析開口から離れるように偏向させる働きをし、
   前記分析開口は、前記ビーム経路に沿う前記第１磁石の下流に配置され、分析開口を形成する横断幅と横断高さを有し、前記第１、第２アスペクト比と異なる分析開口のアスペクト比を有しており、
   前記第２磁石は、前記ビーム経路に沿うビームガイドの出口端の近くに配置され、前記分析開口を通って移動する所望質量のイオンを受入れ、前記分析開口と前記出口端の間のビーム経路に沿って第２磁界を形成しており、前記第２磁界は、所望質量の各イオンを前記ビーム経路に沿って前記分析開口から前記出口端へ指向させ、前記第１アスペクト比に類似の第２アスペクト比を有する前記質量分析したイオンビームを供給するように働きをすることを特徴とする請求項８記載のイオン注入システム。
10. 前記第１、第２磁石は、前記第１、第２磁界を形成して、所望質量の各イオンを前記イオン源でのイオンビームの幅を横切って前記エンドステーションに導き、前記所望質量の前記各イオンが前記イオン源と前記エンドステーションの間でほぼ等しい距離を移動することを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
11. 前記第１磁石は質量分析磁石からなり、前記第２磁石はコリメータ磁石からなることをことを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
12. 前記第１、第２磁石は、互いに類似していることを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
13. 前記細長いイオンビームの横断幅は、前記イオン源の近くで約４００ｍｍであり、前記質量分析された細長いイオンビームは、エンドステーションの近くで約４００ｍｍの横断幅を有することを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
14. エンドステーションは、さらに前記質量分析された細長いイオンビームに関連した密度プロファイルを検出するビームプロファイル検出器を含み、前記イオン源は、質量分析された細長いイオンビームに関連して前記エンドステーションで検出された密度プロファイルに従って、前記イオン源近くの細長いイオンビームに関連した密度プロファイルを調整するように操作可能なビームプロファイル制御装置を含むことを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
15. 前記ビームプロファイル検出器は、前記エンドステーションに配置された複数のファラデーカップからなり、質量分析された細長いイオンビームに関連した実際の密度プロファイルを検出することを特徴とする請求項１４記載のイオン注入システム。
    
16. 前記複数のファラデーカップは、イオン注入される加工物に近接して配置されることを特徴とする請求項１５記載のイオン注入システム。
17. 前記ビームライン装置は、さらに、前記分析開口に近接して配置された複数の四極子磁石を含み、これらの四極子磁石は、前記ビーム経路に沿ってビームウエスト位置を調整することを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
18. 前記ビームガイドは、さらに、前記分析開口近くのビームガイド内のビーム経路に沿ってビームを閉じ込めるためのビーム経路の少なくとも一部分に、マルチ−カスプド磁界を形成する複数の磁石を含んでいることを特徴とする請求項９記載のイオン注入システム。
19. 前記ビームガイドは、さらに、前記分析開口に近接する導波管と、この導波管に接続されたマイクロ波パワー源を含み、このマイクロ波パワー源は、前記分析開口近くのビームガイド内のビーム経路に沿ってビームを閉じ込めるための導波管にマイクロ波出力を供給することを特徴とする請求項１８記載のイオン注入システム。
20. マイクロ波出力とマルチ−カスプド磁界は、前記ビームガイド内で相互に作用し、前記分析開口近くのビームガイド内のビーム経路に沿ってビームを閉じ込めるために、電子サイクロトロン共振を与えることを特徴とする請求項１９記載のイオン注入システム。
21. イオン注入システムにおいて、エンドステーションに質量分析された細長いイオンビームを供給するためのビームライン装置であって、
    ビーム経路に沿って第１アスペクト比を有する細長いイオンビームを受け入れ、前記細長いイオンビームに作用する第１磁界を形成し、所望質量の各イオンを前記ビーム経路に沿って指向させ、かつ不要な質量のイオンを前記ビーム経路から離れるように偏向させる、質量分析器に設けた第１磁石と、
    前記ビーム経路に沿って前記第１磁石の下流に配置され、前記第１磁石と前記エンドステーションとの間のビーム経路に沿って所望質量のイオンに対して第２磁界を形成し、前記第１アスペクト比に類似の第２アスペクト比を有する質量分析された細長いイオンビームの形で、前記エンドステーションに所望質量の各イオンを指向させるための第２磁石と、を含んでいることを特徴とするビームライン装置。
22. 入口端と出口端を有し、前記第１磁石が、前記入口端近くで細長いイオンビームを受け入れ、前記第２磁石が出口近くで質量分析された細長いイオンビームを形成し、そして、前記第１、第２磁石が第１、第２磁界を形成して、前記イオン源でのイオンビームの幅を横切って所望質量の各イオンを出口端に導き、これらの所望質量の各イオンが前記入口端と出口端の間でほぼ等しい距離を移動することを特徴とする請求項２１記載のビームライン装置。
23. 前記第１、第２磁石は、互いに類似していることを特徴とする請求項２１記載のビームライン装置。
24. 前記ビーム経路に沿って配置されたビームガイドをさらに含み、このビームガイドは、ビームキャビティを形成し、このビームキャビティを通って、細長いイオンビームが、入口端から出口端を移動し、そこで、前記第１、第２磁石が、前記ビームガイドの第１、第２の一部分を通るビーム経路を横切る第１、第２磁界を与え、所望質量の各イオンを前記入口端でのイオンビームの幅を横切って前記ビームガイドを介して前記出口端へ導き、前記所望質量の各イオンが、前記ビームガイドの入口端と出口端との間でほぼ等しい距離を移動することを特徴とする請求項２１記載のビームライン装置。
25. さらに、前記ビーム経路に沿って前記第１、第２磁石間に配置された分析開口を含み、
    前記第１磁石は、前記ビームガイドの入口端近くに配置され、前記入口端と前記分析開口の間のビーム経路に沿う第１磁界を形成し、質量に従って変化する軌道で細長いイオンビームからイオンを偏向させ、前記第１磁界が、所望質量の各イオンを前記ビーム経路に沿って前記分析開口を通るように指向させ、かつ不要な質量のイオンを前記分析開口から離れるように偏向させる働きをし、
    前記分析開口は、前記ビーム経路に沿う前記第１磁石の下流に配置され、分析開口を形成する横断幅と横断高さを有し、前記第１、第２アスペクト比と異なる分析開口のアスペクト比を有しており、
    前記第２磁石は、前記ビーム経路に沿うビームガイドの出口端の近くに配置され、前記分析開口を通って移動する所望質量のイオンを受入れ、前記分析開口と前記出口端の間のビーム経路に沿って第２磁界を形成しており、前記第２磁界は、所望質量の各イオンを前記ビーム経路に沿って前記分析開口から前記出口端へ指向させ、前記第１アスペクト比に類似の第２アスペクト比を有する前記質量分析したイオンビームを供給するように働くことを特徴とする請求項２４記載のビームライン装置。
26. イオン注入システムにおいて、イオンビームを用いて加工物をイオン注入する方法であって、
    第１アスペクト比を有する細長いイオンビームを作り出し、
    第１磁界を用いて細長いイオンビームを質量分析し、
    第２磁界を用いて前記イオンビームをコリメートして、前記第１アスペクト比と類似の第２アスペクト比を有する、前記質量分析された細長いイオンビームを供給し、
    前記質量分析された細長いイオンビームの少なくとも一部分を少なくとも１つの加工物に与え、前記質量分析されたイオンビームからのイオンを用いて少なくとも１つの加工物にイオン注入する、各ステップを含んでいることを特徴とする加工物をイオン注入する方法。
27. 細長いイオンビームを質量分析及びコリメートするステップは、前記第１、第２磁界を与えてイオン源から少なくとも１つの加工物へ所望質量のイオンを指向させ、前記所望質量の各イオンが、前記イオン源と少なくとも１つの加工物との間でほぼ等しい距離を移動することを特徴とする請求項２６記載の方法。
28. イオンビームを用いて加工物にイオンを注入するためのイオン注入システムであって、
    第１アスペクト比を有する細長いイオンビームを作り出す手段と、
    第１磁界を用いて前記細長いイオンビームを質量分析する手段と、
    前記第１アスペクト比にほぼ同一の第２アスペクト比を有する質量分析された細長いイオンビームを供給するために、前記第２磁界を用いて前記イオンビームをコリメートする手段と、
    少なくとも１つの加工物に質量分析された細長いイオンビームの少なくとも一部分を供給し、質量分析された細長いイオンビームからイオンを用いて少なくとも１つの加工物にイオン注入するための手段と、を含んでいることを特徴とするイオン注入システム。
29. 細長いイオンビームを質量分析する手段が第１磁石を含み、イオンビームをコリメートするための手段が前記第１磁石に類似する第２磁石を含み、前記第１、第２磁石が、それぞれ類似する第１、第２磁界を形成することを特徴とする請求項２８記載のイオン注入システム。
    
    

Images