JP2009524908A - リボン状イオンビームのイオン注入システムのアーキテクチャ - Google Patents

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Abstract

リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャが開示される。一実施形態では、アーキテクチャは、扇形リボン状イオンビームを受け、該扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化し、(そしてことによると加速または減速もし得る)ことにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速/減速平行化レンズシステムと、加速/減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。加速/減速平行化レンズシステムは、扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化する(そしてことによると加速または減速もし得る)レンズと、実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する加速/減速レンズとを含む。平行化レンズは、およそ200eVまでに下げることができるエネルギーにより、高電流リボン状イオンビームをワークピースに供給することができる。エネルギーフィルタシステムは、実質的にエネルギーコンタミネーションを含まない実質的に平行なリボン状イオンビームを提供することができる。
【選択図】図2

Description

本開示は、概ね、イオン注入に関し、より詳しくは、リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャに関する。
イオン注入は、導電率を変更する不純物を半導体ウェハに導入またはドーピングするための標準的な技術である。典型的なイオン注入プロセスは、強力なイオンビームを用いて不純物をワークピース、すなわち、半導体ウェハに導入する。周知のように、不純物を均一な深さおよび量でウェハに導入することにより、形成される半導体デバイスを正常に動作させることができる。
図1は、ウェハへの従来のイオン注入を三次元で表す概略図である。X軸およびY軸により横のイオンビーム走査平面が構成される。イオンビームは、(望ましくは)Z軸と平行に発射されてウェハの平面に衝突する。X軸は、Z軸と水平方向で直交する。リボン状イオンビームシステムでは、イオンビームは、X軸に沿うリボンである。Y軸は、イオンビーム平面(すなわちXZ座標平面)と垂直方向で直交する。ウェハは、ウェハを上下に動かすことにより、Y軸と平行な他の走査経路に沿って上下に走査される。
イオン注入システムを介しての低エネルギー(高電流)イオンビームの輸送は、イオンビームの空間電荷のデフォーカス効果が大きいので難しい。しかし、このことは、ビームを(例えば、およそ10kVを上回る)高エネルギーで抽出して質量分析し、その後、イオンビームがウェハに近づいたときおよそ200eVほどに低くなり得る最終エネルギーまでビームを減速させることにより軽減される。しかしながら、減速の直前および最中に中和されるイオンは、完全には減速されず、高エネルギーでウェハに衝突するので、結果として有害なエネルギーコンタミネーションが生じる。
結果として扇形リボン状イオンビームになるリボン平面に分散させることによるリボン状イオンビームの質量分析を含むシステムにとり、イオンビームの平行化も必要であり、それは現在、扇形の電磁石により実行されている。イオンビームの平行性または角度を制御することは、さまざまなタイプのデバイスおよびプロセスの正しい動作のために重要である。不純物が注入される深さは、イオンビームの望ましい方向、一般的には、半導体の結晶構造に対し垂直方向に沿った平行性に一部基づく。したがって、注入の間にイオンビームの角度を制御することによりウェハの結晶構造に関するイオン軌道の望ましい平行性(すなわち望ましい方向)を維持することが重要である。特に、再現可能な注入結果を得るべく、イオンビームの角度をわかっている必要があり、望ましい方向と平行な角度から1度を下回るエラー範囲に制御されなければならない。高エネルギー注入、および、チャネル注入の場合などは特にそうである。扇形リボン状イオンビームに関しては、レンズによる減速後に平行化が終了した場合、システムにおける輸送距離はさらに長くなり、低エネルギービームのウェハへの供給をさらに妨げる。このような扇形の平行化レンズは、かなり大きく、減速後、ビーム輸送距離を1mも長くすることがありえる。
上記に鑑み、イオン注入システムを拡張せずにリボン状イオンビームの加速/減速および平行化を提供する方法のための技術が要求される。
リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャが開示される。一実施形態では、アーキテクチャは、扇形リボン状イオンビームを受け、該扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化し、(そしてことによると加速または減速もし得る)ことにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速/減速平行化レンズシステムと、加速/減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。加速/減速平行化レンズシステムは、扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化する(そしてことによると加速または減速もし得る)レンズと、実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する加速/減速レンズとを含む。平行化レンズは、およそ200eVまでに下げることができるエネルギーにより、高電流リボン状イオンビームをワークピースに供給することができる。エネルギーフィルタシステムは、実質的にエネルギーコンタミネーションを含まない実質的に平行なリボン状イオンビームを提供することができる。
本発明の第1の側面は、イオン注入システムを提供することである。イオン注入システムは、扇形リボン状イオンビームを生成するリボン状イオンビーム発生器と、リボン状イオンビーム発生器の下流にあり、扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化することにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速/減速平行化レンズシステムと、加速/減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。
本発明の第2の側面は、ワークピースにイオン注入する方法を提供する。方法は、扇形リボン状イオンビームを生成することと、扇形リボン状イオンビームを実質的に同時に平行化して、加速または減速することにより、実質的に平行なリボン状イオンビームにすることと、平行化の直後にリボン状イオンビームからエネルギーコンタミネーションを除去することと、実質的に平行なリボン状イオンビームをワークピースに注入することと、を含む。
本発明の第3の側面は、リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャを提供する。アーキテクチャは、扇形リボン状イオンビームを受け、該扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化することにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速/減速平行化レンズシステムと、加速/減速平行化レンズシステムの下流であって、実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムとを備える。
本発明の実例となる側面は、本願明細書中に記載される問題、および、ここでは検討されない他の問題を解決することを目的としていることは、当業者であれば理解できよう。
本発明の特徴は、本発明のさまざまな実施形態を示す添付の図面と共に取り上げられる、以下の本発明のさまざまな側面の詳細な説明からさらに容易に理解できよう。
ウェハへのイオンビーム注入を示す三次元図である。
本発明の一実施形態におけるアーキテクチャを含むリボン状イオンビームのイオン注入システムを示す。
本発明におけるイオン注入方法の一実施形態のフローチャートである。
本発明の図面は、共通の尺度で示されていないことに注意されたい。図面は、本発明の典型的な側面を示すことを意図しているに過ぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとしてみなされるべきでない。図面を通じて、同様の参照番号は、同様の構成要素を表す。
図2を参照すると、本発明の一実施形態におけるアーキテクチャ100を含むリボン状イオンビームのイオン注入システム102が示されている。イオン注入システム102は、リボン状イオンビーム発生器104を含む。リボン状イオンビーム発生器104は、例えば、イオン源106、質量分析マグネット108、および、質量分析スリット110を含み得る。イオン注入システム102は、例えば、10ミリアンペア(mA)以上でイオンビームを供給する高電流システムであり得る。図に示すように、初期のイオンビームは、従来の狭いスリット抽出のポイントツーポイント光学部品(逸れている実線)、または、長いスリット抽出のパラレルツーポイント光学部品(平行な点線)を用いて生成され得る。いずれにせよ、質量分析マグネット108は、初期のイオンビームから不純物を取り除く。上記のリボン状イオンビーム発生器104は、例示に過ぎず、他のシステムも本発明の範囲内で用いられ得ることを理解されたい。
一実施形態では、アーキテクチャ100は、加速/減速平行化レンズシステム120と、エネルギーフィルタシステム122とを含む。加速/減速平行化レンズシステム120(以降「レンズシステム120」と称する)は、扇形リボン状イオンビーム124を受ける。すなわち、リボン状イオンビーム発生器104、特に、質量分析スリット110から受ける。扇形リボン状イオンビーム124は、例えば、およそ35cmまで広がる。「リボン状」という用語は、イオンビームが実質的に横方向に延びることを示す。レンズシステム120は、扇形リボン状イオンビーム124を少なくとも平行化して実質的に平行なリボン状イオンビーム112にし、加速または減速させてもよい。レンズシステム120は、扇形リボン状イオンビーム124を平行化して、ことによると加速または減速もし得る一組の湾曲した静電プレート126と、実質的に平行なリボン状イオンビーム112を加速または減速させる一組の加速/減速レンズ130とを含む。質量分析スリット110は、一組の湾曲した静電プレート126において高さが均一の扇形リボン状イオンビーム124を提供するので、これら静電プレート(レンズ)126のスロットは、均一な幅であることが要求される。レンズシステム120の下流にあるエネルギーフィルタシステム122は、実質的に平行なリボン状イオンビーム112が注入されるワークピース128の前でエネルギーコンタミネーションを除去する。エネルギーフィルタシステム122は、現在知られている、または、後に開発される任意の磁気または静電(あるいはそれらの組み合わせ)エネルギーフィルタリングシステムを含み得る。このシステムは、中性のイオンを除去すべく、実質的に平行なリボン状イオンビーム112を通常屈曲させる。
ワークピース128までの距離が短いので、レンズシステム120は、(減速後)ワークピース128の前でおよそ200eVまで下げられるエネルギーで実質的に平行なリボン状イオンビーム112をワークピース128に供給することができる。これは、低エネルギー化の達成という点で従来のシステムより勝る。エネルギーフィルタシステム122は、エネルギーコンタミネーションを実質的に含まない実質的に平行なリボン状イオンビーム112を提供する。さらに、少なくとも平行化する(ことによると加速または減速もし得る)レンズ126、および、加速/減速レンズ128の組は、一体化されるので、実質的に平行なリボン状イオンビーム112のワークピース128までの移動距離は、従来のシステムに比べ短くなる。例えば、一実施形態では、レンズシステム120は、およそ25cm以上30cm以下の長さを有し得る。また、一実施形態では、エネルギーフィルタシステム122の長さは、およそ20cmくらいであってよい。さらに、アーキテクチャ100は、50cm以下の長さを有してよく、これは、扇形の平行化レンズ単独での従来の長さ1mに比べて著しく短い。
図3のフローチャートに示す他の実施形態において、本発明は、ワークピースにイオン注入する方法を含む。第1のステップS1において、例えばリボン状イオンビーム発生器104を用いて扇形リボン状イオンビーム124が生成される。一実施形態では、リボン状イオンビーム発生器は、イオン源106、質量分析マグネット108、および、質量分析スリット110を有し、これらが協働して扇形リボン状イオンビーム124を生成する。次に、ステップS2において、扇形リボン状イオンビーム124は、例えば、レンズシステム120を用い、実質的に同時に平行化されて、加速または減速されることにより実質的に平行なリボン状イオンビーム112になる。ステップS3において、平行化の直後に、例えば、エネルギーフィルタシステム122を用いることにより、実質的に平行なリボン状イオンビーム112からエネルギーコンタミネーションが除去される。最後に、ステップS4において、実質的に平行なリボン状イオンビーム112がワークピース128に注入される。
上記の本発明のさまざまな側面は、例示および説明の目的で示されてきたのであって、排他的または本発明を開示されるとおりの形式に限定することを意図しない。
そして、多くの修正および変更がなされ得ることは明らかである。当業者にとっては明らかなこのような修正および変更は、添付の請求項の範囲により定義される本発明の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (15)

  1. 扇形リボン状イオンビームを生成するリボン状イオンビーム発生器と、
    前記リボン状イオンビーム発生器の下流に配置され、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化して実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速/減速平行化レンズシステムと、
    前記加速/減速平行化レンズシステムの下流であって、前記実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムと、
    を備えるイオン注入システム。
  2. 前記加速/減速平行化レンズシステムは、およそ25cm以上30cm以下の長さを有する、請求項1に記載のイオン注入システム。
  3. 前記エネルギーフィルタシステムは、およそ20cmほどの長さを有する、請求項1に記載のイオン注入システム。
  4. 前記加速/減速平行化レンズシステムは、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化して前記実質的に平行なリボン状イオンビームにする一組の湾曲した静電プレートと、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する一組の加速/減速レンズとを含む、請求項1に記載のイオン注入システム。
  5. 前記一組の湾曲した静電プレートは、さらに、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速させる、請求項4に記載のイオン注入システム。
  6. 前記実質的に平行なリボン状イオンビームは、前記ワークピースの前でおよそ200eVほどの低いエネルギーを有する、請求項1に記載のイオン注入システム。
  7. 前記実質的に平行なリボン状イオンビームは、エネルギーコンタミネーションを実質的に含まない、請求項1に記載のイオン注入システム。
  8. ワークピースにイオン注入する方法であって、
    扇形リボン状イオンビームを生成することと、
    前記扇形リボン状イオンビームを実質的に同時に平行化して、加速または減速させることにより、実質的に平行なリボン状イオンビームにすることと、
    前記平行化の直後に前記リボン状イオンビームからエネルギーコンタミネーションを除去することと、
    前記実質的に平行なリボン状イオンビームをワークピースに注入することと、
    を含む、方法。
  9. リボン状イオンビームのイオン注入システムのためのアーキテクチャであって、
    扇形リボン状イオンビームを受け、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化することにより実質的に平行なリボン状イオンビームにする加速/減速平行化レンズシステムと、
    前記加速/減速平行化レンズシステムの下流であって、前記実質的に平行なリボン状イオンビームが注入されるワークピースの前に配置されるエネルギーフィルタシステムと、
    を備えるアーキテクチャ。
  10. 前記加速/減速平行化レンズシステムは、およそ25cm以上30cm以下の長さを有する、請求項9に記載のイオン注入システム。
  11. 前記エネルギーフィルタシステムは、およそ20cmほどの長さを有する請求項9に記載のイオン注入システム。
  12. 前記加速/減速平行化レンズシステムは、前記扇形リボン状イオンビームを少なくとも平行化して前記実質的に平行なリボン状イオンビームにする一組の湾曲した静電プレートと、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速する一組の加速/減速レンズとを含む、請求項9に記載のイオン注入システム。
  13. 前記一組の湾曲した静電プレートは、さらに、前記実質的に平行なリボン状イオンビームを加速または減速させる、請求項12に記載のイオン注入システム。
  14. 前記実質的に平行なリボン状イオンビームは、前記ワークピースの前でおよそ200eVほどの低いエネルギーを有する、請求項9に記載のイオン注入システム。
  15. 前記実質的に平行なリボン状イオンビームはエネルギーコンタミネーションを実質的に含まない、請求項9に記載のイオン注入システム。
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