JP2010503964A - イオン注入装置におけるビーム角調整システムおよびその調整方法 - Google Patents

Abstract

イオン注入システムは、質量分析および角度補正の両方に対して質量分析装置を用いる。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。当該イオン源の後段には、質量分析装置が配置されている。当該質量分析装置は、上記イオンビームに対して質量分析および角度補正を行う。上記質量分析装置部品の後段および上記ビーム経路に沿って、開口アセンブリ内部に分解開口が配置されている。上記分解開口は、上記イオンビームの選択した質量分解能およびビームエンベロープに応じたサイズおよび形状を有している。上記分解開口の後段には、角度測定システムが配置されている。当該角度測定システムは、イオンビームの入射値の角度を取得する。制御システムは、上記角度測定システムからのイオンビームの入射値の上記角度に応じて、上記質量分析装置に対して磁界調整を行わせる。

Description

本発明は、一般的には、イオン注入システムに関し、特に、イオン注入システム内においてイオンビームのビーム角調整を行うビーム角調整システム、およびその調整方法に関する。

半導体デバイスの製造では、半導体に不純物またはドーパントをドープするために、イオン注入が用いられる。イオンビームを用いたシリコンウェハ処理には、集積回路の製造中にｎ型またはｐ型不純物材料ドーピングを生成するために、あるいは不活性化層を形成するために、イオンビーム注入装置が用いられる。イオンビーム注入装置は、半導体のドーピングに用いられる場合は、所望の半導体材料を製造するために、選択された外的イオン種を注入する。アンチモン、ヒ素、あるいはリンなどの原材料から生成されたイオンを注入した場合は、「ｎ型」不純物材料ウェハが形成される。一方、「ｐ型」不純物材料ウェハを所望の場合は、ホウ素またはインジウムなどの原材料から生成されたイオンが注入される。

典型的なイオンビーム注入装置は、イオン化可能な原材料から正電荷イオンを生成するためのイオン源を有している。生成されたイオンは、ビームに形成され、所定のビーム経路に沿って注入位置へ与えられる。イオンビーム注入装置は、イオン源と注入位置との間でのビーム形成および形状構成を有している場合がある。ビーム形成および形状構成は、イオンビームを維持し、また、注入位置へ与えられる際に通過する細長い内部空洞または通路との境界を形成する。この通路は、イオンが気体分子との衝突によって所定のビーム経路から逸れる可能性を低減するために、注入装置の動作時に空にすることができる。

磁界内における一定の運動エネルギーの荷電粒子の軌道は、これら粒子の質量（または質量電荷比）に応じて異なる。従って、定磁場を通過した後に半導体ウェハまたはその他のターゲットの所望の領域に到達する抽出されたイオンビーム部分を純粋にすることができる。これは、好ましくない分子量のイオンが、ビームから離れた位置に逸れるため、所望の材料以外の材料の注入が回避されるからである。所望する質量電荷比のイオンと所望しない質量電荷比のイオンとを選択的に分離する処理は、質量分析として知られている。質量分析装置は、通常は、双極子磁場を生成する質量分析マグネットを用いて、弓形の通路内においてイオンビーム内の様々なイオンを磁気偏向によって偏向させ、これによって質量電荷比の異なるイオンを効果的に分離する。

一部のイオン注入システムでは、ビームは、その物理的サイズがターゲット基材よりも小さいため、ターゲット基材の表面を適切に覆うために１つ以上の方向に走査される。一般的には、表面を十分に覆うために、静電または磁気ベースのスキャナによってイオンビームが速い方向に走査され、そして機械装置によってターゲット基材が遅い走査方向に移動される。

続いて、イオンビームは、ターゲット基材を保持するターゲットエンドステーションに与えられる。そしてイオンビーム内のイオンは、ターゲット基材に注入される（イオン注入）。イオン注入の重要な特徴の１つとして、ターゲット基材（例えば半導体ウェハ）の表面全体におけるイオン束の角度分布が均一であるという特徴がある。イオンビームの角度によって、垂直構造（例えばフォトレジストマスクまたはＣＭＯＳトランジスタゲート）下における結晶チャネリング効果または陰影効果による注入特性が規定される。イオンビームの不均一な角度分布または角度によって、注入特性が制御不可能となる、および／または、所望しない注入特性が得られる可能性がある。

イオンビームの角度は、ビーム診断機器を用いて測定することができる。そして、測定データを用いて、イオンビームの角度特性を調整することができる。しかし、従来の手法では、イオン注入システムの複雑性およびイオンビームが通過する経路の長さが増大する可能性がある。

以下では、本発明の一部の形態について基本的に理解するために、本発明の概要について簡単に説明する。本概要は、本発明の全容を説明するものではなく、本発明の主たるまたは必須の要素を特定するものでもなく、また、本発明の範囲を限定するものでもない。本概要は、後続のより詳細な説明の序文として、本発明の一部の概念を簡単に示すことを目的としている。

本発明の形態は、角度調整を行うことによって、イオン注入システムに部品を追加することなくイオン注入を容易にする。これらの形態では、別々の部品および／または追加的な部品を用いることなく、イオン注入中に質量分析装置を用いて、所望の角度調整が行われる。

本発明の一形態では、質量分析および角度補正の両方に対して、イオン注入システム内において質量分析装置が用いられる。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。当該イオン源の後段には、イオンビームの質量分析および角度補正を行う質量分析装置が配置されている。当該質量分析装置部品の後段およびビーム経路に沿って、開口アセンブリ内に分解開口が配置されている。当該分解開口は、イオンビームの選択された質量分解能およびビームエンベロープに応じたサイズおよび形状を有している。当該分解開口の後段には、角度測定システムが配置されている。当該角度測定システムは、イオンビームの入射値の角度を取得する。制御システムは、上記角度測定システムからのイオンビームの入射値角度に応じて、質量分析装置に対して磁界調整を行う。他のシステムおよび方法が開示されている。

以下の説明および添付図面は、本発明の特定の形態および態様について詳細に例証する。しかしこれらは、本発明の原理を用いることのできる様々な方法の一部のみを示すものである。

本発明の一形態に係るイオン注入システムの一例を示す図である。 質量分析および角度補正のための質量分析装置を採用した、本発明の一形態に係るイオン注入システムを示す図である。 イオンビームがベース経路または公称経路（nominal path）に沿って進む、本発明の一形態に係るイオン注入システムの一部を示す図である。 イオンビームが変更された経路に沿って進む、本発明の一形態に係るイオン注入システムの一部を示す図である。 イオンビームが変更された経路に沿って進む、本発明の一形態に係るイオン注入システムの一部を示す他の図である。 本発明の一形態に係る分解開口アセンブリの側面図である。 本発明の一形態に係る注入角度の調整方法を示すフローチャートである。

本発明について、図面を参照しながら以下に説明する。これらの図面では、同様の箇所を示すために同様の参照符号が用いられている。図示されている構造は、必ずしも互いに相対的な縮尺とはなっていない。

本発明の形態は、質量分析に加えて角度補正／角度調整を行う質量分析装置を用いることによってイオン注入を容易にする。この結果、ビームラインに沿って追加的な部品を使用することなく、注入角度の角度補正を行うことができる。

図１は、本発明の一形態に係るイオン注入システム１１０の一実施例を示している。システム１１０は、例証するために示されている。本発明の形態は、説明されているイオン注入システムに限定されるものではなく、様々な構造を有する他の適切なイオン注入システムを用いることができることについて理解されたい。

システム１１０は、端子１１２、ビームラインアセンブリ１１４、およびエンドステーション１１６を有している。端子１１２は、イオン源１２０を有している。イオン源１２０は、高電圧電源１２２によって電源供給されており、ビームラインアセンブリ１１４に対してイオンビーム１２４を生成および供給する。イオン源１２０は、抽出されてイオンビーム１２４に形成された荷電イオンを生成し、これをビームラインアセンブリ１１４内のビーム経路に沿ってエンドステーション１１６へ向ける。

イオンを生成するためには、イオン源１２０の生成チャンバ１２１内部に、イオン化されるドーパント材料（図示せず）が配置される。ドーパントガスを、例えば、ガス源（図示せず）からチャンバ１２１内に供給することができる。イオン生成チャンバ１２１内部の自由電子を励起するために、電源１２２に加えて、任意数の適切な機構（いずれも図示せず）を用いることができることについて理解されたい。このような機構としては、例えば、ＲＦまたはマイクロ波励起源、電子ビーム注入源、電磁波源、および／または、チャンバ内部においてアーク放電を生成するカソードが含まれる。励起電子は、ドーパントガス分子と衝突し、これによってイオンが生成される。通常は陽イオンが生成されるが、本願では、陰イオンが生成されるシステムにも適用される。

本実施例では、イオンは、イオン抽出アセンブリ１２３によって、チャンバ１２１内の開口１１８を介して制御しながら抽出される。イオン抽出アセンブリ１２３は、複数の抽出および／または抑制電極１２５を含んでいる。抽出アセンブリ１２３は、抽出および／または抑制電極１２５にバイアスをかけてイオンを生成チャンバ１２１から加速するために、例えば別々の抽出電源（図示せず）を有していてよい。イオンビーム１２４は同様の荷電粒子を含んでいるため、これら同様の荷電粒子が互いに反発すると、ビームは、外側に向かって放射状に発散または拡大する傾向があることについて理解されたい。また、ビーム発散は、エネルギーが低く電流が高い（パービアンスが高い）ビームでは悪化する可能性があることについて理解されたい。これは、このようなビームでは、（例えば高電流の）多くの同様の荷電粒子が同一方向に向かって比較的ゆっくりと（例えば低エネルギーで）移動し、粒子間に多量の反発力が存在するものの、粒子をビーム経路の方向に移動させ続ける粒子運動量が存在しないからである。従って抽出アセンブリ１２３は、一般的には、ビームが発散しないように（例えば、粒子が、ビーム発散を引き起こし得る反発力を克服できる十分な運動量を持つように）ビームが高エネルギーで抽出されるように構成される。さらにビーム１２４は、本実施例では、一般的にはシステム内において比較的高いエネルギーで移動され、基材１３０の手前において低減され、これによってビーム閉じ込めが促進される。

ビームラインアセンブリ１１４は、ビームガイド１３２、質量分析装置１２６、走査システム１３５、およびパラレライザ１３９を有している。質量分析装置１２６は、イオンビーム１２４に対して質量分析および角度補正／角度調整を行う。本実施例では、質量分析装置１２６は、約９０度の角度で形成されており、また、内部に（双極子）磁界を構築するマグネット（図示せず）を１つ以上含んでいる。ビーム１２４は、質量分析装置１２６に入射すると、不適切な質量電荷比を有するイオンが拒絶されるように、磁界によって屈曲される。より具体的には、質量電荷比が過度に大きいまたは小さいイオンが、質量分析装置１２６の側壁１２７内に偏向される。このようにして質量分析装置１２６は、ビーム１２４内の所望の質量電荷比を有するイオンのみを質量分析装置１２６内を通過させ、そして開口アセンブリ１３３の分解開口１３４から出す。

質量分析装置１２６は、磁気双極子場の振幅を制御および調整することによって、イオンビーム１２４に対して角度補正を行うことができる。この磁界調整によって、所望の／選択した質量電荷比を有する選択したイオンが、異なる経路または変更された経路に沿って進む。この結果、分解開口１３４は、変更された経路に従って調整可能となる。一実施例では、開口アセンブリ１３３は、開口１３４を通過する変更された経路に適応するようにｘ方向に移動可能である。別の実施例では、開口１３４は、変更された経路の選択した範囲に適応するように成型されている。質量分析装置１２６および分解開口１３４は、システム１１０に対する適切な質量分解能を維持しながら、磁界および結果として得られる変更された経路の変動を可能にする。以下において、適切な質量分析装置および分解開口システムのより詳細な実施例について説明する。

システム１１０内においてイオンビームと他の粒子とが衝突することによって、ビームの結合性が劣化し得ることについて理解されたい。このため、１つ以上のポンプ（図示せず）を設けて、少なくともビームガイド１３２および質量分析装置１２６を空にすることができる。

図示されている実施例における走査システム１３５は、磁気走査部１３６、および収束および／または誘導部１３８を有している。各電源１４９、１５０は、走査部１３６および収束および誘導部１３８に動作可能なように結合されている。より具体的には、各電源１４９、１５０は、その内部に配置された各電磁石片１３６ａ，１３６ｂおよび電極１３８ａ，１３８ｂに動作可能なように結合されている。収束および誘導部１３８は、比較的狭い特性を有する、質量分析されたイオンビーム１２４（例えば、図示されているシステム１１０では「ペンシル」ビーム）を受け取る。電源１５０によってプレート１３８ａおよび１３８ｂに印加された電圧は、走査部１３６の走査頂点（scan vertex）１５１にビームを収束および誘導する。本実施例では、（理論的には電源１５０と同一であってよい）電源１４９によって電磁石１３６ａおよび１３６ｂに印加された電圧波形は、ビーム１２４を前後に走査する。走査頂点１５１は、走査部１３６によって走査された後に、各ビームレットまたは走査されたビーム部分が生じるように見える光路地点として規定することができることについて理解されたい。

走査されたビーム１２４は、図示されている実施例では２つの双極子磁石１３９ａ，１３９ｂを含んでいるパラレライザ／補正部１３９を通過する。これらの双極子は、実質的に台形であり、またビーム１２４が実質的にＳ型に屈曲するように互いに鏡映するように配向されている。言い換えると、これらの双極子は角度および半径が等しく、屈曲方向が反対である。

走査されたビーム１２４は、パラレライザ１３９によって、走査角度に関わらずビーム軸と平行に進むようにその経路を変更する。この結果、基材１３０全体において注入角度が比較的均一となる。

本実施例では、パラレライザ部品１３９の後段に、減速段１５７が１つ以上配置されている。ビーム１２４は、システム１１０内のこの地点までは、ビーム発散の可能性を低減するために比較的高いエネルギー準位で到達する。ビーム発散の可能性は、ビーム濃度が例えば走査頂点１５１まで上昇した場合に、特に高くなり得る。減速段１５７は、ビーム１２４を減速させることのできる１つ以上の電極１５７ａ，１５７ｂを含んでいる。これらの電極１５７は、通常は、ビームが通過する（図１に直線で示されている）開口を形成する。

典型的なイオン抽出アセンブリ１２３、走査部１３６、収束および誘導部１３８、および減速段１５７内には、２つの電極１２５ａおよび１２５ｂ、１３６ａおよび１３６ｂ、１３８ａおよび１３８ｂ、１５７ａおよび１５７ｂがそれぞれ示されている。しかし、
これらの部材１２３、１３６、１３８、および１５７には、任意の適切な数の電極を配置して、イオンの加速および／または減速のみならず、イオンビーム１２４の収束、屈曲、偏向、収束、逸脱、走査、並行処理、および／または除染を行うためにバイアス印加することができることについて理解されたい。これは、例えば、Rathmellらによる米国特許第６,７７７,６９６号明細書に記載されている。本特許文献の全内容は、本明細書に参照として援用される。さらに、収束および誘導部１３８は、静電偏向プレート（例えば、その１つ以上の対）、アインツェルレンズ、四極子、および／または、イオンビームを収束させる他の収束部を含んでいてよい。

エンドステーション１１６は、基材１３０に向けられたイオンビーム１２４を受け取る。注入装置１１０において、異なるタイプの複数のエンドステーション１１６を用いることができることについて理解されたい。例えば、「バッチ」タイプのエンドステーションは、回転支持構造上に、複数の基材１３０を同時に支持することができる。当該エンドステーション内では、基材１３０は、全ての基材１３０に完全に注入が行われるまでイオンビームの経路内において回転される。一方、「連続」タイプのエンドステーションは、注入のために、ビーム経路に沿って１つの基材１３０を支持する。当該エンドステーション内では、複数の基材１３０に１つずつ連続して注入が行われ、各基材１３０への注入は、次の基材１３０への注入が始まる前に完全に行われる。ハイブリッドシステム内では、基材１３０は、第１の（Ｙまたは低速走査）方向に機械的に平行移動され、一方、ビームは、第２の（Ｘまたは高速走査）方向に走査されて、基材１３０全体にビーム１２４が与えられる。

図示されている実施例のエンドステーション１１６は、注入のために、ビーム経路に沿って１つの基材１３０を支持する「連続」タイプのエンドステーションである。エンドステーション１１６内には、基材付近に線量測定システム１５２が備えられている。線量測定システム１５２は、注入動作前に、較正測定を行うためのものである。較正中、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を有している。プロファイラ１５６は、プロファイラ経路１５８を連続的に横断し、これによって走査されたビームの形状を測定する。

本実施例のプロファイラ１５６は、走査されたビームの電流密度を測定する、例えばファラデーカップなどの電流密度センサを含んでいる。ここで、電流密度は、注入角度（例えば、ビームと基材の機械的表面との相対的配向、および／または、ビームと基材の結晶格子構造との相対的配向）に応じている。当該電流密度センサは、一般的には、走査されたビームに対して直角に移動するため、通常はリボンビームの幅を横断する。一実施例では、線量測定システムは、ビーム濃度分布と角度分布との両方を測定する。

イオン源１２０、質量分析装置１２７、開口アセンブリ１３３、磁気走査部１３６、パラレライザ１３９、および線量測定システム１５２を制御、通信、および／または調整するために、制御システム１５４が備えられている。制御システム１５４は、コンピュータ、マイクロプロセッサ等を含んでいてよく、ビーム特性の測定値を用いてパラメータを調整することができる。制御システム１５４は、イオンビームが生成される端子１１２、ビームラインアセンブリ１１４の質量分析装置１２６、（例えば電源１４９を介して）走査部１３６、（例えば電源１５０を介して）収束および誘導部１３８、パラレライザ１３９、および減速段１５７に結合することができる。従って、これら部材のいずれも、制御システム１５４によって調整して、所望のイオンを得ることができる。例えば、イオン抽出アセンブリ１２３および減速段１５７内の電極に印加されるバイアスを調整することによって、ビームのエネルギー準位を変更して、接合深さを調整することができる。

質量分析装置１２６内において生成された（複数の）磁界の強度および配向は、例えば、その界磁巻線に流れる電流量を調節してビームの質量電荷比を変更することによって調整可能である。注入角度は、質量分析装置１２６内において生成された（複数の）磁界の強度または振幅を調節することによって、開口アセンブリ１３３との調整により制御可能である。制御システム１５４は、本実施例ではプロファイラ１５６からの測定データに従って、質量分析装置１２６の（複数の）磁界および分解開口１３４の位置を調整することができる。制御システム１５４は、必要であれば、追加的な測定データを用いて調整を照合することができ、また質量分析装置１２６および分析開口１３４を用いて追加的な調整を行うことができる。

図２は、本発明の一形態に係る質量分析および角度補正のための質量分析装置を用いた、イオン注入システム２００を示す図である。システム２００は一実施例として示されているのであって、本発明の別の形態では、他の態様および構成を用いることができることについて理解されたい。

システム２００は、イオンビーム２０４を生成するイオン源２０２、質量分析装置２０６、分解アセンブリ２１０、アクチュエータ２１４、制御システム２１６、および角度測定システム２１８を有している。イオン源２０２は、アークを用いたイオン源、ＲＦを用いたイオン源、電子銃を用いたイオン源等であってよく、選択したドーパントまたはイオン種を有する注入用のイオンビーム２０４をビーム経路に沿って生成することができる。イオン源２０２は、初期エネルギーおよび初期電流を有するイオンビーム２０４を供給する。

質量分析装置２０６は、イオン源２０２の後段に配置されており、イオンビーム２０４に対して質量分析および角度補正を行う。質量分析装置２０６は、選択した質量電荷比を有する粒子／イオンが所望の経路に沿って進むようにする磁界を生成する。また、この磁界を調節して、所望の経路が角度補正または角度調整を行うように変化させて角度補正に適応させることができる。

図示されていないが、質量分析装置２０６の後段に四重極レンズあるいはその他の収束機構を配置して、イオンビーム２０４のビーム発散を補償または緩和することができる。

質量分析装置２０６の後段に、分解アセンブリ２１０が配置されている。分解アセンブリ２１０は、イオンビーム２０４が通過する分解開口２１２を有している。開口２１２は、選択したドーパント／種を通過させる一方で、他の粒子を通過させないようにすることができる。分解アセンブリ２１０はさらに、イオンビーム２０４の経路を横断する軸に沿って移動させることができる。これによって、分解開口２１２を、質量分析装置２０６内のイオンビームの所望の経路内における変化に応答して移動させることができる。アクチュエータ２１４は、質量分析装置２０６によって行われる角度調整に対応して分解開口２１２とイオンビームの経路とが適合するように、分解アセンブリ２１０を機械的に移動させることができる。本発明の他の形態では、アクチュエータ２１４はまた、他の分解能および／または他のサイズのビームを調整する他の分解アセンブリを選択することができる。

一般的には、分解開口２１２は、イオンビーム２０４のビームエンベロープに対応するサイズにされる。しかし別の形態では、分解開口２１２は、考えられるビーム経路の範囲全体においてビームエンベロープに対応するサイズにすることができる。

制御システム２１６は、イオン注入中における角度調整の制御ならびに初期化、および質量分析の制御を担う。制御システム２１６は、質量分析装置２０６およびアクチュエータ２１４に結合されており、これら両部品を制御する。別の部品、すなわち角度測定システム２１８は、イオンビームの入射値の角度を測定して、必要な調整角度を決定する。角度測定システム２１８は、ファラデーカップまたは他の適切な測定装置を用いて、入射値の測定された角度を取得することができる。角度測定システム２１８はさらに、イオンビーム２０４の入射値の平均角度を取得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、測定または取得された入射値の角度、および、所望の入射値の角度または選択した入射値の角度に基づいて、調整角度または補正値を制御システム２１６へ供給する。

まず制御システム２１６は、質量分析装置２０６の磁界を公称角度値またはベース角度値（例えばゼロ）に設定し、そして選択した質量電荷比を設定する。制御システム２１６はさらに、分解開口２１２の初期位置を、基準角度値に関連する公称経路と適合するように設定する。注入中に、角度測定システム２１８から、非ゼロ調整角度を受け取ることができる。制御システム２１６は、調整角度に基づいて、質量分析装置の磁界を調節する。このとき制御システム２１６は、選択した質量電荷比を有する選択した種が、調整角度に対応して変更された経路に沿って進むように質量分析装置の磁界を調節する。制御システム２１６はさらに、変更された経路に従って、アクチュエータ２１４を介して分解開口２１２の位置を調節する。その後、角度測定システム２１８は、注入角度をさらに調整するための追加的な調整角度を行うことができる。

図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の一形態に係る、変更されたビーム経路および角度調整を示すイオン注入の一部の図である。これらの図は、本発明への理解を促進するための一実施例として示されている。

図３Ａは、本発明の一形態に係る、イオンビームが基準または公称経路３２０に沿って進むイオン注入システムの一部の図３０１である。

イオン源（図示せず）の後段には、質量分析装置３０６が配置されている。質量分析装置３０６は、イオンビームに対して質量分析および角度補正を行う。質量分析装置３０６は、選択した質量電荷比を有する粒子／イオンを所望の経路に沿って進ませる磁界を生成する。さらに、この磁界を、角度補正に適応するように調節して、所望の経路を変更して角度補正または角度調整を行うことができる。この図では、イオンビームは、選択した質量電荷比および公称またはゼロ角度調整に関連する基準または公称経路３２０に沿って進む。質量分析装置３０６の後段において収束機構（図示せず）を用いて、イオンビーム３０４のビーム発散の影響を補償または緩和することができる。レンズ３０８の後段には、分解アセンブリ３１０が配置されている。

分解アセンブリ３１０は、イオンビーム３０４が通過する分解開口３１２を有している。開口３１２は、選択したドーパント／種を通過させる一方で、他の粒子は通過させない。分解アセンブリ３１０はさらに、イオンビームの経路を横断する軸に沿って移動することができる。

公称経路３２０に対して、分解アセンブリ３１０は、公称位置に配置されている。これによって、イオンビームが分解開口３１２を通過できる一方で、他の粒子は通過できない。

図３Ｂは、本発明の一形態に係る、イオンビームが変更された経路３２２に沿って進むイオン注入システムの一部を示す図３０２である。

質量分析装置３０６は、イオンビームの経路を変更するために、図３Ａに図示および説明されている磁界とは異なる磁界を生成する。一実施例では、質量分析装置３０６は、生成される磁界の規模を大きくする。この結果、イオンビームは、公称経路３２０ではなく、変更された経路３２２に沿って進む。変更された経路３２２は、第１の角度調整または補正に対応している。変更された経路３２２は、分解アセンブリ３１０に向かってレンズ３０８を通過する。

図３０２では、分解アセンブリ３１０は、正方向に移動される。このとき分解アセンブリ３１０は、分解開口３１２が、変更された経路３２２に沿ってイオンビームを通過させるように移動される。

図３Ｃも同様に、本発明の一形態に係る、イオンビームが変更された経路３２４に沿って進むイオン注入システムの一部を示す別の図３０３である。

ここでもまた質量分析装置３０６は、イオンビームの経路を変更するために、図３Ａおよび図３Ｂに図示および説明されている電界とは異なる電界を生成する。一実施例では、質量分析装置３０６は、生成される磁界の規模を小さくする。この結果、イオンビームは、公称経路３２０ではなく、変更された経路３２４に沿って進む。変更された経路３２４は、第２の角度調整または補正に対応している。変更された経路３２４は、分解アセンブリ３１０に向かってレンズ３０８を通過する。本実施例における分解アセンブリ３１０は、変更された経路３２４に沿ってイオンビームが分析スリット３１２を通過させる一方で、選択していない種および所望しない粒子の通過を阻止するように、分解開口３１２が負方向に配置されている。

前述したように、分解開口アセンブリは、イオンビームが通過する分解開口を含んでいる。分解開口の形状およびサイズは、一般的には、所望のイオンビームの質量分解能、および、サイズ並びに形状（ビームエンベロープとも称される）に依存している。分解開口が大きいほど得られるビーム分解能は小さくなり、開口を通過する所望しない粒子およびイオンが増加する。一方、分解開口が小さいほどビーム分解能は大きくなり、スリットを通過する所望しない粒子およびイオンが減少する。しかしまた、分解能が高いことによって、選択した種または所望の種が分解開口を通過できず、これによって好ましくない電流損失が生じ得る。従って分解開口は、通常は、所望の質量分解能およびビームエンベロープに従ってサイズが決定される。

さらに、本発明の分解開口は、角度調整の範囲に対応した様々なビーム経路に適応するように設計することができる。図３Ａ〜図３Ｃは、考えうる様々な経路の一部の実施形態を示している。分解開口は、このような様々なビーム経路に適切に適応するサイズとすることができる。

図４は、本発明の一形態に係る分解開口アセンブリ４００の側面図である。図４は、一実施例として示されているものであり、本発明を限定するものではない。本実施例におけるアセンブリ４００は、用いられている分解開口を変化させることのできる着脱可能なプレートを収容することができる。さらに、本実施例におけるアセンブリ４００は、様々に成型されたビームおよび／または様々な質量分解能に適応することができる。従って、このようなシステムでは、サイズの異なる複数のビームを用いることができ、また、様々なプレートを用いて様々なビームエンベロープに適応することができる。さらに、様々なプレートを用いて、様々な分解能および角度調整範囲に適応することができる。

図４では、アセンブリ４００は、分解プレート４０４を保持するアーム４０２を含んでいる。分解プレート４０４は、選択したサイズおよび形状を有する複数の分解スリット４０６，４０８，４１０を有している。これらの分解スリットは、選択したビームエンベロープ、選択した分解能、および／または角度調整範囲に適応することができる。

第１のスリット４０６は、ビームエンベロープ、選択した分解能、および／または角度調整範囲に対応した、選択したサイズおよび形状を有している。本実施例では、第１のスリットのｘ方向は比較的小さい。従って、例えば第１のスリット４０６は、比較的薄いリボンまたは走査されたイオンビームに対応することができる。

第２のスリット４０８は、第２のビームエンベロープ、第２の選択した分解能、および／または第２の角度調整範囲に対応した、第２の選択したサイズおよび第２の形状を有している。一実施例として、第２のスリット４０８は、中程度の厚さのリボンまたは走査されたイオンビームに対応することができる。

第３のスリット４１０は、第３のビームエンベロープ、第３の選択した分解能、および／または第３の角度調整範囲に対応した、第３の選択したサイズおよび第３の形状を有している。一実施例として、第３のスリットは、比較的厚いリボンまたは走査されたイオンビームに対応することができる。

スリット４０６，４０８，４１０のｙ方向は、例示する目的で同様に示されているが、本発明の形態は様々なｙ方向を含んでいてよいことに留意されたい。さらに、本発明の形態は、ある程度のスリットを単一プレート上に有していてよい。

動作中に、アセンブリ４００は、複数のスリットのうちいずれか１つが、イオンビームの経路に沿って配置されて、汚染物質または選択していない材料がイオンビームから除去されるように、配置される。選択したスリットは、選択したビームエンベロープおよび／または選択した質量分解能に対応している。ビームの材料または一部が、選択していないスリットのうちいずれか１つを通過する場合があるが、これらの部分は、一般的にはターゲット基材に伝播することはないことについて理解されたい。

図５は、本発明の一形態に係る、注入角度を調節する方法５００のフローチャートである。方法５００は、イオン注入中に注入角度を補正または調節することによって、基材表面全体におけるイオン束の均一な角度分布を促進することができる。上記の図および説明は、方法５００にも適用されることについて理解されたい。

方法５００は、ブロック５０２において開始される。ブロック５０２では、イオン源のパラメータが、所望の種、エネルギー、電流等に従って選択される。イオン源は、アークまたは非アークを用いたイオン源であってよく、例えばＲＦまたは電子銃を用いたイオン源であってよい。イオン源に対して１つ以上の原材料を選択することによって、種または複数の種を選択することができる。また、電力値および／または電極を調節することによって、電流を選択することができる。

質量分析装置のパラメータは、選択した種、基準、または公称角度に対応する質量電荷比に従って、ブロック５０４において選択される。コイル巻線に流される電流などのパラメータは、選択した種を公称角度に対応した公称または基準経路に沿って進んで質量分析装置を通過させる磁界を生成するように設定される。

分解開口の最初の位置決めもまた、ブロック５０６において選択される。最初の位置決めは、基準経路に対応しており、選択した質量分解能に従った分解開口の通過を可能にする。

イオンビームは、ブロック５０８におけるイオン注入の開始時に生成される。イオンビームの平均入射角度は、ブロック５１０において得られる。一実施例では、平均入射角度を測定することができる。別の実施例では、複数のビーム角測定値が得られて、これらから平均値が得られる。他のビーム測定値および角度値を用いることもできることに留意されたい。例えば、加速および／または減速の影響を適宜考慮しながら、イオン注入装置の光学トレインを通過する平均角度の計算を用いることができる。

ブロック５１２において、選択した注入角度および平均角度から、角度調整が行われる。例えば、選択した角度と平均角度とが等しい場合、角度調整はゼロである。ブロック５１４において、角度調整に従って磁界補正および開口位置補正が決定および適用される。磁界補正によってイオンビームの経路が調節され、これによってイオンビームの角度が補正される。開口位置補正によって、選択した種が通過できるように分解開口が移動される。

角度調整および／または磁界補正は、過度の調整が行われないように制限することができることに留意されたい。また、角度調整誤差は、反復補正アルゴリズムを用いることによって低減することができる。このような場合、適切な角度補正によって多数の通過（pass）が必要となり得る。

ブロック５１６において、磁界および位置補正を適用した後、補正された平均注入角度が得られる。補正された平均注入角度は、ブロック５１０のように得られる。ブロック５１８において、第２の平均角度が選択した注入角度と十分に近似していない場合、あるいは許容範囲内にない場合、上記方法はブロック５１０に戻り、イオンビームの平均角度が選択した角度の許容範囲内に収まるまで反復される。

方法５００は、本発明の理解を促進するために上述の順番で説明されていることについて理解されたい。しかし方法５００は、本発明に従って他の適切な順番で行うことができる点に留意されたい。さらに、本発明の他の形態では、一部のブロックを省略し、他の追加的な機能を実施することができる。

本発明について、１つ以上の態様に照らして図示および説明したが、請求項の精神および範囲から逸脱することなく、図示されている実施例に変化および／または変形を加えることができる。特に、前述した部品または構造（ブロック、ユニット、エンジン、アッセンブリ、デバイス、回路等)によって実行される様々な機能に関し、このような部品を説明するために用いられている用語（「意味している」という表現を含む）は、本明細書に示されている本発明の典型的な態様における機能を実行する開示された構造と構造的に同等ではない場合であっても、別段の記載がない限りは、説明されている当該部品の特定の機能を実行する（すなわち、機能的に同等である)あらゆる部品に対応するものとして用いられている。さらに、本発明の特定の特徴について、複数ある態様のいずれか１つのみに照らして開示されている場合がある。しかしこのような特徴は、所定あるいは特定のアプリケーションにおいて望ましく有利である場合には、他の態様の１つ以上の別の特徴と適宜組み合わせることができる。本明細書において用いられている「典型的な」という表現は、一実施例を示すための表現であって、最良または優位な実施例を示す表現ではない。さらに、詳細な説明および特許請求の範囲において、「有している」、「有する」、「備えている」、「備える」、「〜を持つ」、あるいは同様の表現が用いられているが、これらの表現は、「含んでいる」という表現と同様に包括的な意味で用いられている。

Claims (24)

1. ビーム経路に沿ってイオンビームを生成するイオン源と、
   上記イオン源の下流に位置しており、上記イオンビームに対して質量分析および角度補正を行う質量分析装置と、
   上記質量分析装置部品の後段の開口アセンブリ内部および上記ビーム経路に沿って位置しており、選択した質量分解能およびビームエンベロープに応じたサイズおよび形状を有する分解開口と、
   上記分解開口の後段に位置しており、上記イオンビームの入射値の角度を取得する角度測定システムと、
   上記角度測定システムからの上記イオンビームの入射値の上記角度に応じて上記質量分析装置に対して磁界調整を行わせる制御システムとを含んでいるイオン注入システム。
2. 上記開口アセンブリを移動させるために上記開口アセンブリに結合されたアクチュエータをさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
3. 上記制御システムはさらに、上記角度測定システムからの上記イオンビームの入射値の上記角度に応じて、上記分解開口に対して位置調整を生じさせ、
   上記アクチュエータは、上記位置調整に応じて上記開口アセンブリを移動させる請求項２に記載のシステム。
4. 上記分解開口は、さらに、上記質量分析装置によって可能な角度調整の範囲に応じたサイズおよび形状を有する請求項１に記載のシステム。
5. 上記質量分析装置は、コイルを有する電磁石を含んでおり、当該コイルに流れる電流は上記制御システムによって制御される請求項１に記載のシステム。
6. 第２の開口アセンブリ内部に、第２の質量分解能および第２のビームエンベロープに応じたサイズおよび形状を有する第２の分解開口をさらに含んでおり、
   上記制御システムは、上記開口アセンブリおよび上記第２の開口アセンブリのいずれか１つを上記ビーム経路に沿って配置する請求項１に記載のシステム。
7. 上記角度測定システムは、上記イオンビーム全体において移動可能であると共に複数の位置において入射値の複数の角度を測定する測定カップ（measurement cup）を含んでいる請求項１に記載のシステム。
8. 上記角度測定システムは、入射値の上記複数の角度から入射値の上記角度を導き出す請求項７に記載のシステム。
9. 入射値の上記角度は、上記イオンビーム全体における入射値の平均角度である請求項１に記載のシステム。
10. 上記分析スリット部品の後段に位置しており、経時変化する振動磁界を上記ビーム経路の一部に生成する磁気スキャナと、
    上記磁気スキャナの後段に位置しており、上記イオンビームを共通軸と平行に向け直すパラレライザと、
    上記パラレライザ部品の後段に位置しており、上記イオンビームを受け取るエンドステーションとをさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
11. 上記制御システムは、選択した注入角度から角度調整を、上記角度測定システムから入射値の上記角度を、上記角度調整に応じて上記磁界調整を生じさせる請求項１に記載のシステム。
12. 上記磁界調整は閾値によって制限される請求項１に記載のシステム。
13. 選択した種を有するイオンビームを生成するイオン源と、
    上記イオン源の後段に位置しており、選択した質量電荷比および角度調整に応じた磁界を生成する質量分析装置と、
    分解開口を有する、複数の開口プレートと、
    上記質量分析装置の後段に位置しており、上記複数の開口プレートのいずれか１つが上部に取り付けられている開口アセンブリとを含んでいるイオン注入システム。
14. 上記角度調整はゼロである請求項１３に記載のシステム。
15. 上記角度調整はゼロではない請求項１３に記載のシステム。
16. 上記質量分析装置の後段および上記開口アセンブリの前段に位置しており、上記イオンビームを収束させる収束部品をさらに含んでいる請求項１３に記載のシステム。
17. イオン源に対してイオン源パラメータを選択する工程と、
    質量電荷比に応じて、質量分析装置に対する初期の磁界強度を選択する工程と、
    選択した上記イオン源パラメータに応じて、イオンビームを生成する工程と、
    上記質量分析装置によって、上記イオンビームに対して質量分析を行う工程と、
    上記イオンビームに対して、入射値の角度を取得する工程と、
    取得した上記入射値の角度および選択した注入角度に応じて、角度調整値を引き出す工程と、
    生じた上記角度調整に応じて、磁界補正を生じさせる工程とを含んでいるイオン注入方法。
18. 分解開口の初期位置を設定する工程をさらに含んでいる請求項１７に記載の方法。
19. 質量分析の実施後に、上記イオンビームの選択されていない部分を除去する工程をさらに含んでいる請求項１８に記載の方法。
20. 生じた上記角度調整に応じて、上記分解開口に対して位置調整値を導き出す工程と、
    上記位置調整を上記分解開口に適用する工程とをさらに含んでいる請求項１９に記載の方法。
21. 上記磁界補正を上記質量分析装置に適用する工程をさらに含んでいる請求項１７に記載の方法。
22. 上記イオンビームに対する入射値の補正された角度を取得する工程をさらに含んでいる請求項２１に記載の方法。
23. 上記補正された入射の角度と、上記選択された上記注入角度とを比較して、追加的な角度補正が必要であるかを決定する工程をさらに含んでいる請求項２２に記載の方法。
24. 入射の上記角度を取得する上記工程は、ターゲット基材に近接する１つ以上の位置において角度を測定する工程を含んでいる請求項１７に記載の方法。

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