JP2006518916A - 偏向用の加速／減速ギャップ - Google Patents

Abstract

【課題】イオンビームのイオンを加速／減速させる加速構造体及びその方法を提供する。
【解決手段】イオンビームのイオンを加速／減速させる加速構造体及びその方法を開示する。この構造体及び方法は、半導体の製造中にウエハの領域を選択的にドープするために加工物またはウエハ内にイオンを注入する際の使用に適している。イオンを加速／減速する際に、本発明の構成は、イオンビームのイオンを偏向させると共に集束させるのに役立つ。これは、電位を生じた電極間にイオンビームを通過させ、ビーム内の電気的に中性な汚染粒子だけを電位に影響されずにほぼイオンビームの基準経路に沿って進ませるので、イオンビームを浄化させることができる。電極は、ビームの移動距離が最小となるように配置し、これにより、ビームが発散するのを緩和する。

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適用可能な加速ギャップに関する。

イオン注入システムは、集積回路製造において、半導体に不純物を添加するのに使用される。このようなイオン注入システムでは、イオン源は、所望のドーパント要素をイオン化し、イオン源から抽出されたドーパント要素が所望エネルギーのイオンビーム形式で引き出される。このイオンビームは、半導体ウエハの表面へと指向され、ドーパント要素がウエハに注入される。イオンビームのイオンは、ウエハ内にトランジスタ素子を製造する場合のように、ウエハの表面を貫通して所望の導電率の領域を形成する。一般的なイオン注入装置は、イオンビームを発生させるためのイオン源、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器を含むビームアセンブリ、およびイオンビームによって注入されるべき半導体ウエハすなわち加工物を含むターゲット室を有している。

所定の応用例として所望のイオン注入を達成するために、注入されたイオンのドーズ量およびエネルギーを変えることができる。イオンのドーズ量は、所定の半導体材料に対して注入されるイオンの濃度を制御する。一般的に、高電流イオン注入装置は、高いドーズ量を注入するために使用され、一方、中電流イオン注入装置は、低いドーズ量を用いる場合に使用される。イオンエネルギーは、半導体素子における接合部の深さを制御するのに用いられる。このためのイオンビームのエネルギーレベルは、イオンが注入される程度、または注入されたイオンの深さを決定する。益々小さくなる半導体素子の傾向により、低エネルギーで高電流を与えるような機構が必要とされる。高ビーム電流は、必要なドーズ量レベルを与えるとともに、低エネルギーによって浅い注入を可能にする。

更に、半導体ウエハ上の素子の高密度化の傾向に伴って、加工物を横切って走査されるイオンビームの均一性を制御することが要求される。また、別の傾向は、半導体ウエハの寸法が、例えば、ウエハ径が３００ｍｍとなるように、益々大きくなっていることである。より高い素子密度に加えて、より大きなウエハ寸法は、個々のウエハのコストを押し上げる。その結果、イオン注入の均一性および他のパラメータにわたる制御は、スクラップ化するウエハに関連した費用を避けることまたは低減する場合よりもより重要である。

本発明の１つまたは他の構成を基本的に理解するために、以下において、本発明を単純化して要約する。
この要約は、本発明の外延的範囲を示すものではなく、また本発明の要部すなわち主要な構成を識別することを意図するものでもないし、また本発明の範囲を正確に規定するものでもない。さらに、この要約の主たる目的は、後でより詳細に説明する記述の序文となるように、単純化した形で本発明の概念を明らかにすることである。

本発明は、イオンビームのイオンを加速／減速させるための加速器または加速構造およびそれに関連する方法を提供することを目的としている。

この加速器およびその方法は、半導体製造中、ウエハの領域を選択的にドープするために、ウエハ内にイオンを選択的に注入するときに用いる場合に最適である。さらに、イオンを加速および／または減速する場合、本発明の構成は、イオンビームのイオンを偏向するとともに集束させるのに役立つ。これは、電極間に電位を有する複数の電極を介してイオンビームの経路を決めることによって達成される。このビーム内の電気的に中性の汚染物質は、電位によって影響を受けることなく、イオンビームの通常の経路に沿って進み続けるので、このイオンビームは汚染の影響が少ない。また、電極は、加速器を介して移動するビームの距離が最小化されるように、配置されている。これにより、ビームが広がる性質を低減させる。

本発明の１つの構成によれば、加工物内にイオンを注入する際の使用に適した加速器は、第１開口を有する第１電極と、第２開口を有する第２電極を含んでいる。第１、第２電極は、互いにほぼ平行となるように指向され、かつ第１、第２開口は、第１、第２電極にほぼ直交する軸線が、前記第１、第２開口間に形成されるギャップ、および第１、第２開口内の一致した点を通過するように整合している。

イオンビームが第１開口を通過し第２開口から出て行くとき、第１、第２電極間に生じた電位により、イオンビームのイオンは、電位のバイアスに従って加速または減速されるように、軸線に沿って移動する。また、加速器は、第１、第２電極の間に配置され、かつこのギャップの上方に位置した第１中間ギャップ電極と、前記第１、第２電極の間に配置され、かつこのギャップの下方に位置した第２中間ギャップ電極とを含んでいる。第１、第２中間ギャップ電極間に生じた電位により、イオンビーム内のイオンが軸線から離れて偏向する。

本発明の他の構成によれば、加工物内にイオンを注入するのに用いるのに適した加速器は、イオンビームのイオンを加速／減速する手段と、イオンブーム内のイオンを偏向させ、イオンビームの軌道に沿う中心軸線から離れるようにイオンビームを曲げる手段とを含む。この加速／減速する手段とイオンビームを曲げる手段は、互いに独立してイオンビームをそれぞれ加速／減速及び曲げるように作動する。

本発明のまた別の構成によれば、加工物内にイオンを注入するのに適したイオンの加速／減速方法は、イオンビームのイオンを加速／減速するために、第１対の電極間に電位を与え、かつ前記イオンビームのイオンを偏向するために、第２対の電極間に電位を与える、各ステップを含んでいる。上述の及び関連した目的を達成するために、本発明の詳細な例示的構成を示す記載及びこれに添付する図面が与えられている。これらは、種々の方法のうちの僅かであるが、これらは、本発明の原理を用いるものである。本発明の他の構成、利点、及び新規な構成が明らかになり、図面を参照して本発明の詳細な記述から明らかになるであろう。

本発明は、図面を参照して記載され、全体を通して同一の参照番号は、同等の要素に対して用いられる。図面および以下の記載は、例示的なものであって、限定するものではない。それゆえ、上述したシステムおよび方法、さらに上記したものとは異なる他の構成も、本発明の範囲および請求項に記載の構成に包含されるものと見なされるであろう。

本発明は、イオンビームのイオンを加速／減速するための加速器およびその方法に関係する。この加速器およびその方法は、半導体の製造中に、ウエハの領域に選択的にドーピングするために、加工物すなわちウエハにイオンを選択的に注入する場合に適している。
更に、本発明の構成によれば、イオンを加速および／または減速することは、イオンビームのイオンを偏向すると共に集束させるのに役立つ。

これは、電極間に生じる電位を有する電極を介してイオンビームのイオンを移動させることによって達成される。また、イオンビーム内部に電気的な中性粒子である汚染物質が電位によって影響を受けないで、ほぼイオンビームの通常経路に沿って直線的に移動し続けるとき、イオンビームは浄化される。また、電極は、イオンビームが移動しなければならない距離を最小にするように配置され、これにより、イオンビームが拡散する機会を少なくする。

最初に、図１を参照すると、本発明の１つ以上の実施形態で実現できるイオン注入システム１００が、ブロック図で示されている。このシステム１００は、ビーム経路に沿ってイオンビーム１０４を生じさせるためのイオン源１０２を含む。イオン源１０２は、例えば、関連した電源１０８を有するプラズマ源１０６を含む。このプラズマ源１０６は、例えば、イオンビームが引き出される、比較的長いプラズマ閉じ込め室からなっている。

イオン源１０２の下流には、イオンビーム１０４を受け入れるためのビームラインアセンブリ１１０が設けられる。ビームラインアセンブリ１１０は、加速構造体１１４と共に質量分析器１１２を含み、加速構造体１１４は、例えば、本発明の１つ以上の実施形態によれば、１つまたはそれ以上のギャップを含む。ビームラインアセンブリ１１０は、イオンビーム１０４を受け入れるための経路に沿って配置される。質量分析器１１２は、磁石(図示略)等の磁界発生要素を含み、ビーム経路間に磁界を与えるように作動して、イオンビーム１０４からのイオンを質量（例えば、電荷質量比）に従って変化する軌道において偏向させる。磁界を通って移動するイオンは力を受け、所望質量の個々のイオンが、ビーム経路に沿って方向付けられ、不必要な質量のイオンをビーム経路から引き離す。

加速ギャップすなわちギャップ１１４は、加工物における所望の注入深さを達成するために、イオンビーム内のイオンを加速および／または減速するように操作可能であり、さらに、イオンビームを曲げ、そして、以下で詳述するように、イオンビームから汚染している中性粒子を分離することによってイオンビームの汚染を低下させるように操作可能である。さらに、加速ギャップ１１４は、イオンビームを集束させるように操作可能である。

従って、用語「加速器および／または加速ギャップ」は、本発明の１つ以上の実施形態の記載において利用できることが理解されるであろう。このような用語は、「加速」についての文言上の解釈に限定されるように狭く解釈されることを意図するものではなく、他の事柄として方向を変えることと共に減速をも含むものである。更に、加速／減速手段１１４は、質量分析器１１２によって磁気的な分析の戦後に提供し得るものであることが理解できる。

エンドステーション１１６は、質量分析されて浄化されたイオンビーム１０４をビームラインアセンブリ１１０から受け入れるために、システム１００に設けられている。このエンドステーション１１６は、半導体ウエハ(図示略)等の１つ以上の加工物を支持し、質量分析されて浄化されたイオンビーム１０４を用いてイオン注入するためのビーム経路上に配置される。エンドステーション１１６は、互いに対して、１つ以上の目標加工物を転回し、かつイオンビームを走査させるためのターゲット走査システム１１８を含む。このターゲット走査システム１１８は、例えば、望ましい一定の環境、作動パラメータ、および／または対象物が得られるように、バッチまたはシリアル式のイオン注入に対して設けられている。

図２Ａにおいて、例示するイオン注入システム２００は、本発明の１つ以上の実施形態を実現するために適当なものであり、より詳細に示されている。このシステム２００は、イオン源２０２、ビームラインアセンブリ２０４、およびターゲットまたはエンドステーション２０６を含む。拡張可能なステンレス鋼のベローズアセンブリ２０８は、ビームラインアセンブリ２０４に対してエンドステーション２０６の動きを可能にするもので、エンドステーション２０６およびビームラインアセンブリ２０４に連結されている。

イオン源２０２は、プラズマ室２１０とイオン引出しアセンブリ２１２を有する。プラズマ室２１０内にイオンを発生させるために、イオン化可能なドーパントガスにエネルギーが与えられる。一般的に、正のイオンが発生するが、本発明は、イオン源２０２によって負のイオンが発生するシステムにおいても適用可能である。正のイオンは、複数の電極２１４を含むイオン引出しアセンブリ２１２によって、プラズマ室２１０に設けたスリットを介して引き出される。従って、イオン引出しアセンブリ２１２は、プラズマ室２１０から正のイオンのビーム２１６を引き出す機能を有し、さらに、引き出されたイオンをビームラインアセンブリ２０４内で加速させる。この加速は、特に、ビームラインアセンブリ２０４内の質量分析磁石において行われる。

質量分析磁石２１８は、金属(例えば、アルミニウム）ビームガイドで定められる通路２２２内の湾曲したビーム経路２２０を含む。通路２２２は、側壁２２４を有し、このビームガイド内の排気は、真空ポンプ２２６によって与えられる。このビーム経路２２０に沿って伝達されるイオンビーム２１６は、質量分析磁石２１８によって発生される磁界に影響され、不適当な電荷質量比のイオンを排除する。この双極子磁界の強さと方向は、磁石コネクタ２３０を介して磁石２１８の界磁巻線を流れる電流を調整する電子制御装置２２８によって制御される。

双極子磁界により、イオン源２０２近くの第１すなわち入口軌道２３２から、通路２２２の出口近くの第２すなわち出口軌道２３４へ通じる湾曲したビーム経路２２０に沿って、イオンビーム２１６を移動させる。不適当な電荷質量比を有するイオンを含むイオンビーム２１６の部分２３６,２３８は、湾曲した軌道から離れて偏向され、ビームガイドの側壁２２４に向かう。このように、磁石２１８は、所望の電荷質量比を有するイオンビーム２２０内のイオンのみが通路２２２を通って移動できるようにする。

ビームラインアセンブリ２０４は、本発明の１つ以上の実施形態に従う加速器２４０を含んでいるということができる。この加速器２４０は、以下で詳細に説明するように、イオンビームを集束、曲げ、および浄化させるとともに、イオンを加速および／または減速するように配置されかつバイアスされた複数の電極を含んでいる。

ファラデーフラグ２４４等のドーズ量指示器は、イオンビームのサンプル電流を検出するために備えることもできる。また、プラズマ源２４６は、正の電荷を中性化するためのプラズマシャワー２４８を備えることができ、もし、プラズマシャワーがなければ、目標加工物は、正に帯電したイオンビーム２１６によって注入されるので、目標加工物上に正の電荷が蓄積されることになる。更に加速器２４０内を排気するために真空ポンプ２５０を設けることもできる。

加速器２４０の下流にはエンドステーション２０６があり、このエンドステーションは、１つ以上のウエハ２５４または他の処理されるべき加工物が取り付けられる支持体２５２を有する。このウエハ支持体２５２は、図示および記載されたものとは異なる角度に指向することができるけれども、注入されるイオンビームの方向にほぼ垂直に向けられたターゲット平面内にある。また、ウエハ支持体は、例えば、イオンビームが通過するウエハまたは回転ディスクを移動できる機械式アームの形式を採用することもできる。図２Ａは、エンドステーション２０６において、モータ２５６によって回転するディスク形状のウエハ支持体２５２を示している。ウエハが円形経路内を移動するとき、イオンビームは、支持体に取り付けられたウエハに衝突する。エンドステーション２０６は、イオンビームの経路２６０とウエハ２５４とが交差する点２５８の回りに旋回する。その結果、ターゲット平面は、この点２５８に関して調整可能である。

中性の汚染粒子は、加速器の上流領域において、イオン間、および背景粒子すなわち残留粒子間の衝突によって、生じるであろうことが理解できる。このような状況下では、いくらかのイオンは、背景粒子すなわち他の粒子との間で電荷の交換を生じさせて、中性粒子即ち、汚染物質となる。この中性粒子は、イオンを用いてドーピングされる領域のウエハ上に注入されることにより、意図したドーピングのレベルを減じ、また、ドーピング工程に悪影響を与える。更に重要なことは、これらの中性粒子は、電気的に中性であるため、加速器を通過でき、特に電極によって発生した静電界に影響されない（例えば、加速され、減速され、集束され、屈曲されることもなく、また、速度および／または方向を変えることもない。）。

このようにして、（影響されない）中性粒子のエネルギーレベルは、加速器によって調整され、そこを通過したイオンビームの中で、屈曲され、集束され、加速され、および／または減速されたイオンのエネルギーレベルと異なるので、これらの粒子は、望まない深さでウエハ内に注入される。この中性粒子の汚染は、半導体素子に生じる所望の性能を大いに減退させることになる。

本発明の１つ以上の実施形態において、少なくとも、加速器の1つ以上の電極２４２を用いてイオンのビームを曲げることによって、イオンをビーム内の中性汚染物質から離す方向に偏向させる。浄化されたイオンビームは、例えば、汚染物質の経路から約５〜２５度の間の角度に偏向されることになる。一方、汚染物質の経路は、汚染物質が電気的に中性であるので、電極によって汚染物質は影響を受けずに、汚染されたイオンビームの基準経路のままである。イオンのビームは、加工物上に向けられ、加工物の選択された領域に侵入してドーピングされる。ある形式の障壁は、例えば、中性粒子の流れの前側に配置されるので、汚染物質が加工物またはウエハに遭遇するのを防止する。

本発明の１つ以上の構成によれば、イオンビームの発散に関係した問題を提起することになるであろう。イオンビームの発散は、荷電された粒子の面倒な特性の結果として生じる。正に荷電したイオンは、いわゆる空間電荷力により互いに反発し合うイオンビームを形成する。空間電荷作用は、イオンビームエネルギーの二乗に逆比例し、その結果、イオンビーム内のイオンが減速され、分散または発散する傾向を更に助長する。空間電荷力のために、イオンビームの横方向への広がりは、
（√ｍ／√ｑ）×（Ｉｚ²／Ｕ^3/2）
に比例する。ここで、ｍはイオンの質量、ｑはイオンの電荷、Ｉはビーム電流、Ｕはビームエネルギー、ｚはイオンビームの移動距離であり、イオンビームは均一でかつ円形の断面積を有するものとする。

イオンビームの発散の可能性は、ビームが移動する距離が増加すればそれだけ大きくなることは理解できるであろう。従って、イオンビームのウエハまでの移動距離が長いと、全てのイオンがウエハに到達することが難しくなる。特に、イオンビームが減速する場合には、そうであり、また、ビーム電流が大きく、あるいはイオンビーム内のイオンの集中が起こる。本発明の１つ以上の構成によれば、ビームの発散が生じ、少なくとも、加速器内の電極を配置により、イオンビームは、目標ウエハに到達する距離を最小にすると共にイオンビームを集束させて、空間電荷に対抗して誘導されるビームの分散を抑える。

図２Ｂは、本発明の１つ以上の実施形態を実現するのに適した別のイオン注入システム２６２を示している。このシステム２６２は、モジュール式のガスボックス２６４、補助的なガスボックス２６６、及びガスボックス遠隔操作用のパージ制御パネル２６８を含んでいる。ガスボックス２６４，２６８は、他の物質の中でドーパント物質を含む１つ以上のガスを含み、ガスボックス２６４、２６８は、システム２６２内に設けた長寿命のイオン源内に複数のガスを選択的に配給するのを容易にする。このシステム内の複数のガスは、システム２６２内に選択的に運ばれるウエハ又は加工物内に注入するために適当なイオンを発生させるためにイオン化することができる。ガスボックスの遠隔制御パネル２６８は、換気用または洗浄用ガス或いは他の物質を、必要とされる程度又は所望の基準において、システムから外部に排出するのを容易にする。

他の構成として、高電圧の終端出力の分配器２７２及び高電圧絶縁変圧器２７４が含まれ、これらのものは、ドーパントガスを電気的に活性化させてエネルギーを与えて、このドーパントガスからイオンを発生させる。イオンビーム引出アセンブリ２７６は、イオン源２８２からイオンを引き出し、さらに質量分析磁石２８０を含むビームライン２７８内でイオンを加速する。質量分析磁石２８０は、不適当な電荷質量比のイオンを分離、すなわち排除するように操作可能である。特に、質量分析磁石２８０は、湾曲した側壁を有するビームガイドを含み、この側壁に不要な電荷質量比のイオンを衝突させ、質量分析磁石２８０の磁石によって発生した１つ以上の磁界によってビームガイドを通過してイオンが伝播される。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、コンポーネント２８４が、走査されたイオンビームの角度制御を補助するために設けられている。このコンポーネントは、他のもの、即ち、走査角度補正レンズを含む。加速／減速コラム２８６が、イオンビーム内のイオンの速度を制御しかつ調整し、さらにイオンの集束を容易にする。コンポーネント２８８は、本発明の１つ以上の実施形態に従って、ウエハまたは加工物への汚染物質の進入を少なくするために、最終のエネルギーフィルタ等の汚染物質を取り除くように動作する。

本発明の例示は、１つの構造の中に加速／減速コラム２８６及びコンポーネント２８８の効果を包含させるものである。

ウエハまたは加工物２９０は、複数のイオンを選択的に注入するためにエンドステーション室２９２に配置される。機械的な走査駆動装置２８４が室２９２内のウエハを動かしてイオンビームが選択的にウエハに容易に進入できるようにする。ウエハまたは加工物２９０は、ウエハハンドリング装置２９６によってエンドステーション室２９２内に移動される。このウエハハンドリング装置は、たとえば、１つ以上の機械式アームまたはロボットアーム２９７を備えている。オペレータは、オペレータ操作盤２９８により、このシステム２６２の１つ以上のコンポーネントを選択的に制御してイオン注入処理を調整することができる。最後に、全体のシステム２６２に出力を供給するために、出力分配ボックス２９９が設けられている。

図３を参照して論じられかつ図示されている加速器３００は、本発明の１つ以上の実施形態に従って、イオンビームを集束させる特性を備えている。この加速器は、第１電極３０２及び第２電極３０４を備えており、それぞれの電極に対応した第１開口３０６及び第２開口３０８が形成されている。第１電極３０２及び第２電極３０４は、ほぼ互いに平行に配置され、かつ第１、第２開口は、第１、第２電極３０２，３０４の間にギャップ３１０を形成し、ギャップを通る軸線３１２は、ほぼ電極３０２，３０４に直交しており、第１開口３０６及び第２開口３０８を横切って通過する。ギャップ３１０は、第１電極及３０２及び第２電極３０４の間の距離にほぼ等しい幅３１４と、第１開口３０６と第２開口３０８との間の距離に等しい高さ３１６とを有する。

しかし、図３（ここに示す他の全ての図面と同様に）に示した、構成要素、特徴、コンポーネント、および／または項目は、互いに関して正しい比率で寸法付けられているものではない。例えば、ギャップ３１０及び開口３０６，３０８は、実際の寸法に対して図３では、かなり拡大されている。

動作において、異なるバイアス３２０，３２２を第１電極及び第２電極に加えることによって、静電界３１８が電極３０２，３０４間に発生する。内部電界が開口３０６，３０８を通って漏れるので、開口３０６,３０８は、電界分布の影響を受ける。このように、開口３０６,３０８を形成する電極３０２，３０４の端部３２６の周りで静電界が湾曲するので、電気力線３２４はギャップ３１０内で曲がっている。

図３に示す例では、電気力線３２４の矢印の方向が示すように、第２電極３０４から第１電極３０２へ電気力線が指向するので、電極３０２，３０４は、ギャップ３１０を通過するイオンは減速するようにバイアスされる。

ギャップを通過するイオンビーム内のイオンの２つの軌跡３２８，３３０は、集束効果を説明するために図３に示されている。これらの軌跡は説明的なものであり、実際のイオンの軌跡は、軌跡３２８，３３０とは幾分異なるかもしれない。減速中、イオンは、第１開口３０６を通ってギャップ３１０内に入るので、電気力線３２４は、ギャップ３１０を貫通する軸線３１２から離れるようにイオンに作用する。しかし、イオンが最初にギャップ３１０に入るとき、イオンは、大きなエネルギーと運動量を有しており、簡単には減速されない。

電気力線３２４は、イオンの軌跡にわずかの影響を与え、イオンは、電気力線３３２，３３４に示すように軸線３１２からわずかに離れる。しかし、イオンはギャップを通過し続けるので、イオンはだんだん大きな角度で減速され、電気力線３２４は、それぞれのイオンの軌跡に沿って大きく影響を受ける。イオンがギャップ３１０の半分の距離までいくと、電気力線３２４は、イオンを、電気力線３３６，３３８に示すように、軸線３１２の方向に押し出す。イオンが第２開口３０８に接近すると、イオンは、かなり減速され、運動量も大いに減少される。その結果、電気力線３２４イオンが線３４０で示すように軸線３１０の方に集束させるように、より大きくイオンの軌跡に影響を与える。全体の作用として、イオンブームを集中させ、即ち集束させることになる。図３において説明したように、集中度の程度は、説明のために誇張されている点を理解してほしい。

このイオンビーム集束の全体の作用は、イオンビームが加速される場合も同様に維持される。これは、図４に示されており、第１、第２電極３０２,３０４は、電気力線３２４が第１電極３０２から第２電極３０４の方向に向かい、ギャップ３１０の全体においてイオンを加速するようにバイアスされる。イオンが第１開口を通ってギャップ３１０に入ると、イオンは、線３４２，３４４に示すように、軸線３１２の方に電気力線３２４によって押し出される。この場所では、イオンは、初期的な動きよりもゆっくりかつ小さな運動量なので僅かに押し出される。しかし、このギャップをイオンが通過し続けると、イオンの速度がギャップ３１０を通って第２開口に達するまで上昇するので、イオンの軌跡に対して電気力線の影響は少ない。その結果、全体の作用は、線３４６で示すように説明の目的で誇張されているが、イオンビームの集中がもう一度起こる。

次に、図５を参照すると、本発明の１つ以上の実施形態に従う加速器５００が詳細に示されている。この加速器５００は、第１電極５０２、第２電極５０４、及び一対の中間電極プレートを有する。第１、第２電極５０２，５０４は、互いにほぼ平行に配置され、それぞれ第１、第２開口５０６，５０８を含んでいる。第１、第２開口５０６，５０８間に形成されるギャップ５１０は、第１、第２電極５０２，５０４にほぼ直交する軸線５１２が通るように配置され、この軸線は、ギャップ５１０と第１、第２開口５０６，５０８を通過している。

中間電極プレートは、上側中間ギャップ電極５１４と下側中間ギャップ電極５１６を含む。第１の上側サブギャップ領域５１８は、第１電極５０２と上側中間ギャップ電極５１４の間に形成される。第１の下側サブギャップ領域５２０は、第１電極５０２と下側中間ギャップ電極５１６の間に形成される。同様に、第２の上側サブギャップ領域５２２は、第２電極５０４と上側中間ギャップ電極５１４の間に形成される。第２の下側サブギャップ領域５２４は、第２電極５０４と下側中間ギャップ電極５１６の間に形成される。イオンビーム５２６は、ギャップ５１０を通過し、約１２度で軸線５１から偏向する。そして、例えば、ギャップ５１０から下流の点５２８に集束する。

例示した例では、加速器５００の動作を理解しやすくするために、特定のバイアスが示されている。しかし、これは、本発明の目的のため、他の適当なバイアス値が電極間に適用され、これにより、所望の結果が達成される（例えば、加速、減速、および／または偏向の程度）。しかし、図５において、このバイアス値は、イオンビーム５２６の減速を説明するのに効果的である。

イオンビーム５２６、より詳しくは、この中に含まれる特定のイオンが、第１開口５０６を通って、初期エネルギーレベル（例えば、図示の例では、６ＫｅＶ）を有してギャップ５１０内に入る。イオンビーム内のこれらのイオンを加速または減速するために、第１、第２電極５０２，５０４は、異なる電位にバイアスされ、その結果、電極間に異なる電位が存在するので、イオンは、第１、第２電極５０２，５０４巻のギャップ５１０を通過するとき、対応するエネルギーの増加または減少を呈する。

例えば、図５に示す例では、−４ＫＶの電位を有する第１電極５０２から０電位（例えば、アースに接続されている）を有する第２電極５０４にイオンが進む時は、イオンは、−４ＫＶのエネルギー降下を生じる。ギャップ５１０内をイオンが通過するときは、４ＫｅＶのエネルギー降下を生じるので、６ＫｅＶの元のエネルギーが、２ＫｅＶに減少される。それゆえ、ギャップ５１０からイオンが排出され、そして、ギャップ５１０から下流の中性領域５３０に入るとき、イオンビーム５２６は、特定のエネルギーレベルを有することになる（例えば、図示した例では、２ＫｅＶ）。

これは、経路に関わらず、イオンは、ギャップ５１０を通過することを必要とする。例えば、図示の例では、第１電極５０２と下側中間ギャップ電極５１６との間の下側サブギャップ５２０に入るイオンは、第１電極５０２と上側中間ギャップ電極５１４との間の上側サブギャップ５１８に入るイオンが加速される場合よりも、早い速度で加速されることになる。これは、第１電極５０２と下側中間ギャップ電極５１６との間の電位差が、第１電極５０２と上側中間ギャップ電極５１４との間の電位差よりも大きいからである。（即ち、下側サブギャップ５２０対して−２．５ＫＶ（−４kVマイナス−6.5kV）と、上側サブギャップ５１８に対して−０．５ＫＶ（−４kVマイナス−4.5kV）だからである）。

しかし、この加速における差は、上側中間ギャップ電極５２０と下側中間ギャップ電極５１６との電位差、及び第２電極５０４間の電位差によって埋め合わされる。例えば、図示の例では、第２電極５０４は、ゼロ電位（例えば、アースに接地される）にバイアスされる。その結果、第１の下側サブギャップ電極５２０から入来するイオンは、第１の上側サブギャップ電極５１８から入来するイオンよりもより大きく減速される。

これにより、イオンがギャップ内に入るとき、イオンの加速における電位差を補い合って。全てのイオンは、ほぼ同一のエネルギー（例えば、２ＫｅＶ）を有するようになる。
第１の下側サブギャップ電極５２０に入来するイオンは、より大きな角度で第２の下側サブギャップ電極５２４を横切りながら減速する。この理由は、イオンが、−６．５ＫＶの電位において、第２の下側サブギャップ電極５２４を横切るからである（例えば、下側中間ギャップ電極５１６の電位が−６．５ＫＶであり、第２電極５０４の電位が０Ｖであり、その差は−６．５ＫＶとなる。）。

対照的に、第１の上側サブギャップ電極５１８から入来するイオンは、より小さな角度で減速される。これは、イオンが、−４．５ＫＶの電位において、第２の上側サブギャップ電極５２２を横切るからである。（例えば、上側中間ギャップ電極５１４の電位が−４．５ＫＶであり、第２電極５０４の電位が０Ｖであり、その差は−４．５ＫＶとなる。）。
従って、イオンは、イオンが通過する経路が異っていても、ギャップの作用により、ほぼ同一のエネルギーレベル（例えば、２ＫｅＶ）で出現する。

上側中間ギャップ電極５１４と下側中間ギャップ電極５１６は、少なくとも２つの目的、即ち、ビームを曲げること、及びビームをギャップ５１０内に引き込みビームの発散を緩和することのために役立つものである。この中間ギャップ電極プレート５１４，５１６は、互いに異なる電位にバイアスされ、その間に広がる電界は、バイアス電位に従ってイオンビームを上方又は下方に曲げる。例えば、図示の例では、上側及び下側の中間ギャップ電極５１４，５１６は、それぞれ、−４．５ｋＶおよび−６．５ＫＶにバイアスされる。イオンビームが正電荷のイオンからなるとすると、この電位差により、静電界のイオンは、負に荷電した下側中間ギャップ電極５１６に向けて下方に曲げられるように進み、最終的に、イオンビーム５２６は、下方に曲げられて偏向する（例えば、約１２度の角度で）。

上側及び下側の中間ギャップ電極５１４，５１６間及び第１、第２電極５０２，５０４間の電位差は、ギャップ５１０に進入するイオンビーム５２６内のイオンにどのように影響するかによってビームの発散を和らげる。入来するイオンビームは、最大のビーム電流（例えば、イオンの集中）またはそれに近い値であることが必要であり、その結果、特に空間電荷が増加する静電界の領域に入ると、半径方向外側に分散、即ち発散する性質が大きくなる。

例えば、図５に図示する例では、上側及び下側の中間ギャップ電極５１４，５１６が、第１電極５０２の電圧対して負の電位にバイアスされる（例えば、＝４ＫＶに対してそれぞれ、−４．５ＫＶおよび＝６．５ＫＶ）。この電位差は、イオンビーム５２６内のイオンをギャップ５１０内に引き寄せる。このように、イオンビーム５２６は、第１の上側及び下側のサブギャップ電極５１８，５２０内で加速され、これによりイオンビームの発散が緩和される。これは、ビーム集束作用（図３及び図４）と結合して、イオンビーム５２６が汚染されることなく、イオンビーム５２６が加速器構造５００内のギャップ５１０を通過しやすくする。

上側及び下側の中間ギャップ電極５１４，５１６の配置、外形および／または形状は、イオンビームのレンズ作用全体にわたる制御を容易にするように調整することができる。例えば、図５に示す例示では、下側中間ギャップ電極５１６は、上側中間ギャップ電極５１４の幅よりもわずかに減じた幅を有しており、また、わずかに傾斜した角部５３２を有している。これらの調整は、より強いレンズ作用によって起こるもので、印加された電位差によって、下側中間ギャップ電極５１６に近いイオンが、より強い加速および／または原則を引き起こすことになる。

しかし、本発明の目的は、これらの電極５１４，５１６が同一形状を含む、適当な外形状とすることが可能である。イオンビームは、加速、減速および／またはドリフトモード（例えば、ゼロ加速／ゼロ減速）で曲げられ、ビームの偏向に対して主に関係する上側及び下側の中間ギャップ電極５１４，５１６が、イオンビーム５２６の加速／減速に主に関係する第１、第２電極５０２，５０４に対して独立に作動する。

電位差の全体のうち、真に影響を与える点は、イオンビーム５２６内のイオンの集束と偏向である。イオンビームの浄化は、電極の作用を受けないイオンビーム内の中性粒子が、軸線５１２に平行な基準ビーム経路に沿って進む場合に起こる。それゆえ、汚染物質が、例えば、いくつかの形式のバリアまたは吸収構造体(図示略)に衝突して、その前進を阻まれ、また、汚染物質から加工物を遮蔽することができる。対照的に、偏向したイオンビーム５２６の軌道は、加工物(図示略)の選択された領域にイオンを衝突させてドーピングさせる。この形状は、ウエハに衝突する前に移動しなければならないイオンビーム５２６の距離を最小にさせるので、これらの電極の配置（例えば、上側及び下側の中間ギャップ電極５１４,５１６が第１、第２電極５０２，５０４を介在させる）は、イオンビームの発散を和らげるのに役立つ。

偏向されるイオンビーム５２６（例えば、上側及び下側中間ギャップ電極５１４，５１６によって）とともに、同時に集束されるイオンビーム（例えば、第１、第２電極５０２，５０４によって）を有することによって、これらの偏向段階及び集束段階を直列に配置した場合よりも、エンドステーションは、加速器により近くに配置することができる。

本発明の１つ以上の構成によれば、加速器５００は、上側及び下側の抑制電極５３４，５３６を含むことができる。この抑制電極は、ウエハ間に電位障壁および中性領域５３０の上流側電位を作り出すのに役立つ。

本発明では、如何なる電位も考えられるが、例えば、イオンビームの加速を示す図６を見ると、抑制電極５３４，５３６は、−４ＫＶに各々バイアスされる。このバイアス電位を有する配置は、中性領域５３０内に広がる負の電位障壁５３８を作り出す。このような抑制電極５３４，５３６及び電位障壁５３８がないと、他の電極から正の電位５４０は、エンドステーション(図示略)に隣接する中性領域を貫き、ウエハ上又はウエハの近くに存在する電子及びイオンビーム５２６から電子を引き出す。

これは、エンドステーションの近くのビーム内に電子を供給するプラズマフラッドによって影響される空間電荷制御を妨げる。この目的は、ウエハ内に正電荷のイオンを注入する結果として起こるであろうウエハの電荷を減少または中和させることである。エンドステーションの上流側の正の電位５４０は、ウエハから離れた電子を中和するプラズマを引き寄せることができる。その結果、電位ビームを発散させ、ウエハの荷電を増加させる。抑制電極５３４，５３６によって作られる負電位の障壁５３８は、電位５４０によってエンドステーションから離れるように引き出される電子の回りに形成される。

第３の電極５４２は、本発明の他の構成に従う装置５００内に含まれる。図５と図６の両方に示された例では、第３の電極は、ゼロ電位を有する（例えば、アースに接続される。）。この電極の電位は、抑制電極５３４，５３６からの電界５３８を終端させる効果がある。抑制電極は、曲げられたイオンビーム５２６のいずれかの側からもほぼ等距離にあり、本発明によって考えられるどの配置においても、対称的な障壁構造を作り出す。

さらに、図６は、抑制電極５３４，５３６を記述するために参照してきたが、この装置の作動は、図５で説明されるものと同様であるが、イオンビーム５２６は、減速よりも加速され、このイオンビーム５２６の焦点は、図面の外にあることを理解してほしい。図６に記載の数値は、イオンビームエネルギーを８０ＫeＶから１２０ＫeＶに増加させる役目を果たし、イオンビームを１．５倍だけ加速する。イオンビーム５２６内の正電荷は、イオンが第２の上側サブギャップ領域５２２と下側サブギャップ領域５２４を横切るとき加速されることになる。

図７において、本発明の１つ以上の実施形態に従う例示の加速器７００の断面斜視図が示されている。この加速器は、互いにほぼ平行に配置された第１、第２、第３電極７０２，７０４，７０６を有する。電極７０２，７０４，７０６の各々は、それぞれ開口７０８，７１０，７１２を形成している。開口７０８，７１０，７１２は、加速器７００を貫くギャップ７１４を形成し、このギャップ７１４を通過する軸線７１６は、開口７０８，７１０，７１２の中心点を横切る。

上側及び下側の中間ギャップ電極７１８，７２０は、ギャップ７１４の上側及び下側に位置する第１、第２電極７０２，７０４の間に並置される。同様に、上側及び下側の良く絵師電極７２２，７２４は、ギャップの上下に位置する第２、第３電極間にそれぞれ並置される。図示する例では、下側中間ギャップ電極７２０は、傾斜した角部７２６、即ち、異常な集束を低減するように形状が調整されている。

次に図８において、本発明の１つ以上の実施形態に従うイオンビームのイオンを加速／減速するための例示的な方法が示されている。このような加速／減速は、例えば、半導体製造中に、ウエハの領域に不純物を添加するために、加工物またはウエハ内にイオンを選択的に注入するために用いるのに適している。

この方法３００は、一連の動作または事象として以下で説明されるが、本発明は、このような動作または事象の例示された順序に限定されるものではない。例えば、いくつかの動作は、本発明の１つ以上の実施形態に従って、ここ図示されかつ記載されたのものとは別の動作または事象で、異なる順序および／または同時に起こるかもしれない。さらに、例示された以外のステップが、本発明に従う方法を実行するために、必要となる場合もある。さらに、本発明に従う方法が、ここに図示されかつ記載された形態および／または処理に関連して実行することができ、また、図示されない他の構造と関連されて実行することもできる。

この方法は、先ず、ステップ８０２から始まり、ここで、イオンビームのイオンを加速／減速させるために第１対の電極間に電位が印加される。イオンビームのイオンは、この加速／減速するための電位によって集束することが理解できるであろう。ステップ８０４において、さらに、イオンビームのイオンを偏向させるために、第２対の電極間に電位が印加される。

ステップ８０６では、第１、第２電極対から下流側の第３対の電極間に電位が印加され、第１、第２対の電極からの電位が中性領域内に広がらないように抑制する。そして、この方向が終了する。

イオンビームは、印加された電位によって影響を受けない中性粒子を含んでいることを理解してほしい。従って、この中性粒子は、イオンビームの基準軌道から離れて偏向しないし、また電位によって集束または加速／減速されないので、イオンビームのイオンから分離されることになる。さらに、理解してほしいのは、イオンビームは、第１、第２電極内にそれぞれ形成された第１、第２開口管に形成されるギャップを通して移動することである。第１対の電極及び第２対の電極を形成する開口は、ギャップの上方に第１対の電極間に位置する第１電極を含み、ギャップの下方に第１対の電極間に位置する第２電極を含んでいる。この配置は、電極の構造をコンパクトにし、移動しなければならないイオンビームの距離を最小化するので、イオンビームの発散を緩和させることができる。

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同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。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ために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）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すものであれば、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、本発明は、コンピュータで読出し可能な媒体を含み、この媒体は、本発明の種々の方法の各ステップを実行するためにコンピュータから引出し可能な命令を有する。

さらに、本発明の特定の特徴が幾つかの実施の内のただ一つに対して開示され得てきたようであるが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。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』と同様に包含されるものであると理解すべきである。また、個々で用いられる『典型的な』は、
最も良い従来例というよりも単なる手段としての例示を意味している。

本発明の1つ以上の実施形態に従うイオン注入システムの構成要素を示す概略ブロック図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従うイオン注入システムを示す側方断面図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従うイオン注入システムの概略図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従う減速モードにおける電極の集束効果を示す図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従う加速モードにおける電極の集束効果を示す図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従う減速モードにおける電極の屈曲効果を示す図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従う加速モードにおける電極の屈曲効果を示す図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従う加速器の一例を示す斜視的に透視断面図である。 本発明の1つ以上の実施形態に従うイオンビームのイオンを加速／減速するための方法を説明する流れ図である。

符号の説明

１００、２００、２６２ イオン注入システム
１０２、２０２ イオン源
１０４、２１６、５２６ イオンビーム
１０６ プラズマ源
１０８ 電源
１１０、２０４ ビームラインアセンブリ
１１４ 加速構造体
２２０ ビーム経路
２４０、３００、５００、７００ 加速器
２９０ ウエハ
３０２、５０２ 第１電極
３０４、５０４ 第２電極
３０６、５０６ 第１開口
３０８、５０８ 第２開口
３１０、５１０ ギャップ
３１２ 軸線

Claims (20)

1. 加工物内にイオンを注入する際の使用に適した加速構造体であって、
   第１開口を有する第１電極と、
   第２開口を有する第２電極とを含み、
   前記第１、第２電極は互いにほぼ平行であり、かつ前記第１、第２電極にほぼ直交する軸線が、前記第１、第２開口間に形成されるギャップ及び前記第１、第２開口を通過するように、前記第１、第２開口が整合しており、
   イオンビームが前記第１開口を通過して第２開口から出るとき、前記第１、第２電極間に生じた電位によって前記軸線に沿って移動するイオンビームのイオンが、前記電位のバイアスにより加速または減速され、
   さらに、前記第１、第２電極間にあって、前記軸線の上方に位置する第１中間ギャップ電極と、
   前記第１、第２電極間にあって、前記軸線の下方に位置する第２中間ギャップ電極とを含み、
   前記第１、第２中間ギャップ電極間に生じる電位によって、イオンビーム内のイオンが前記軸線から離れて偏向することを特徴とする加速構造体。
2. 前記イオンビームは、電気的に中性な粒子を含んでおり、前記第１、第２中間ギャップ電極間に生じる電位が前記中性粒子に影響を与えることなく、前記中性粒子が前記ギャップを通過して前記軸線にほぼ平行な方向に進み、これにより、偏向したイオンビームから分離されることを特徴とする請求項１記載の加速構造体。
3. 前記第１、第２中間ギャップ電極間に生じる電位が前記中性粒子に影響を与えることなく、その結果、前記中性粒子が加速器によって加速も減速もされないことを特徴とする請求項２記載の加速構造体。
4. 前記第１、第２電極間に生じる電位によって、前記イオンビーム内のイオンを集束させることを特徴とする請求項３記載の加速構造体。
5. 前記中性粒子が、偏向して集束するイオンビームから分離されるように、集束しないで前記軸線にほぼ平行な方向に進むことを特徴とする請求項４記載の加速構造体。
6. 前記第１、第２中間ギャップ電極は、互いにほぼ平行であることを特徴とする請求項１記載の加速構造体。
7. 前記第１、第２中間ギャップ電極の一方は、傾斜した角部を有することを特徴とする請求項１記載の加速構造体。
8. 前記第１、第２中間ギャップ電極は、異なる幅を有することを特徴とする請求項１記載の加速構造体。
9. 前記第１中間ギャップ電極の下流で前記ギャップの上方に配置された第１抑制電極と、
   前記第２中間ギャップ電極の下流で前記ギャップの下方に配置された第２抑制電極とを更に含み、
   前記第１、第２抑制電極間に生じた電位は、前記ギャップ内の電位が前記加速器の下流の中性領域内に広がることを防止する障壁を形成することを特徴とする請求項５記載の加速構造体。
10. 内部に第３開口を有する第３電極を更に含み、
    該第３電極は、前記第１、第２電極にほぼ平行であり、かつ前記第３開口は、前記軸線が前記第１、第２および第３開口における一致点を通過するように、前記第１、第２開口に整合し、
    前記第３電極に印加される電位は、前記第１、第２抑制電極によって形成される障壁を終了させる働きをすることを特徴とする請求項９記載の加速構造体。
11. 加工物にイオン注入する場合に適した加速構造体であって、
    イオンビームのイオンを加速／減速するための手段と、
    イオンビームの通常進路に沿う軸線から離れる方向に、イオンビーム内のイオンを偏向させることによって、前記イオンビームを曲げるための手段とを含み、
    前記加速／減速するための手段と前記イオンビームを曲げるための手段は、それぞれ、イオンビームを加速／減速および曲げるために、互いに独立して作動することを特徴とする加速構造体。
12. 前記加速／減速するための手段は、前記イオンビームのイオンを集束させることを特徴とする請求項１１記載の加速構造体。
13. 前記イオンビームは、さらに、中性粒子を含み、該中性粒子は、前記加速／減速のための手段および前記イオンビームを曲げるための手段により影響を受けることなく、前記中性粒子が、前記軸線に沿ってほぼ真直ぐに進み、これにより、イオンビーム内のイオンから分離されることを特徴とする請求項１２記載の加速構造体。
14. 前記イオンビームを曲げるための手段は、加速／減速するための手段の構成要素間に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の加速構造体。
15. 加工物にイオン注入する場合に適するイオンを加速／減速するための方法であって、
    イオンビームのイオンを加速／減速させるために、第１組の電極間に電位を生じさせ、
    前記イオンビームのイオンを偏向させるために、第２組の電極間に電位を生じさせる、各工程を含むことを特徴とする方法。
16. 電位が中性領域内に広がらないように前記第１、第２組の電極からの電位を抑制するために、第３組の電極間に電位を生じさせる工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１組の電極間に生じる電位は、また、前記イオンビームのイオンを集束させることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 前記イオンビームは、さらに中性粒子を含み、該中性粒子は、前記第１、第２組の電極から生じる電位により影響を受けることなく、前記中性粒子が、前記イオンビームの基準経路に沿ってほぼ真直ぐに進み、これにより、イオンビーム内のイオンから分離されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
19. 第２組の電極は、前記第１組の電極における第１、第２電極間に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記イオンビームは、それぞれ前記第１、第２電極内に形成された第１、第２開口間に形成されるギャップを通過し、第２組の第１電極は、前記ギャップの上方に配置され、かつ第２組の第２電極は、前記ギャップの下方に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
    

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