JP2010516036A - イオン注入個所の磁界低減化技術 - Google Patents

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Abstract

イオン注入個所における磁界を低減させる技術を提供する。1つの特定の代表的な実施例では、この技術を、イオン注入個所における磁界を低減させる装置及び方法として実現しうる。この装置及び方法は、一組の磁気コア部材(402)と、この一組の磁気コア部材に沿って分布させた複数のコイル(408a,b,c)と、この一組の磁気コア部材の端部を互いに連結して方形の補正棒構造を形成する連結素子(404)とを具えている補正棒アセンブリ(400)を有することができる。前記補正棒アセンブリを磁気偏向器(101、509)の出射領域に配置して、この磁気偏向器から出射する複数のビームレットを有するリボンビーム(10)の均一性を改善し、前記方形の補正棒構造が所望の磁界クランプ作用を行うようにしうる。

Description

本発明は一般に、プラズマイオン注入に関するものであり、特にイオン注入個所の磁界を低減させる技術に関するものである。
イオン注入は、半導体製造において材料の導電性を変えるために広く用いられている。代表的なイオン注入装置では、イオン源から発生されたイオンが、1つ以上の分析磁石及び複数の電極を有する一連のビームライン構成要素を通過する。分析磁石は所望のイオン種を選択し、汚染イオン種や正しくないエネルギーを有するイオンを排除し、対象(ターゲット)となるウエハにおけるイオンビームの品質を調整する。イオンビームのエネルギー及び形状を修正するのに、適切な形状の電極を用いることができる。
製造に当たっては、代表的に半導体ウエハがイオンビームにより走査される。以後、イオンビームの「走査」は、イオンビームをウエハ又は基板の表面に対して相対的に移動させることを意味するものである。
イオンビームは代表的に、断面がほぼ円形又は楕円形の「スポットビーム」であるか、又は断面が方形の「リボンビーム」である。ここに開示する目的では、「リボンビーム」としては、固定リボンビーム又は走査リボンビームを言及しうる。後者の種類のリボンビームは、スポットビームを高周波で往復走査させることにより生ぜしめることができる。
スポットビームの場合には、ビーム経路を形成するためにスポットビームをウエハの端点間で往復掃引させ、これと同時にウエハをビーム経路を横切るように移動させることにより、ウエハの走査を達成しうる。或いはまた、スポットビームを固定させて、ウエハをこのスポットビームに対して二次元(2D)パターンに移動させるようにすることができる。リボンビームの場合には、リボンビームを固定させ、同時にこのリボンビームを横切るようにウエハを移動させることにより、ウエハの走査を達成しうる。リボンビームがウエハよりも幅広である場合には、ウエハの一次元(1D)移動により、リボンビームがウエハの全表面を覆うようにしうる。このより簡単な1D走査により、リボンビームが単一ウエハのイオン注入製造にとって所望の選択を行うようにする。
しかし、リボンビームは、スポットビームと同様に、固有の不均一問題を有するおそれがある。リボンビームは代表的に、複数のビームレットより成り、各ビームレットを理論的に1つのビームスポットとみなすことができる。リボンビーム内のビームレットは一般的に同じ方向に移動するが、何れかの2つのビームレットが正確に同じ方向に向わなくなるおそれがある。更に、各ビームレットは固有の角度の広がりを有するおそれがある。その結果、リボンビームによるイオン注入中、対象となるウエハ上の異なる個所が互いに異なるイオン入射角を受けるおそれがある。更に、ビームレットは、リボンビーム内で均等に広がらないおそれがある。ビームレットが密に分布しているリボンビームの一部は、ビームレットが粗に分布しているリボンビームの他の一部よりも多いイオンドーズ量を提供するおそれがある。従って、リボンビームは、角度の均一性及びイオンドーズ量の均一性の双方又はいずれか一方を欠如させるおそれがある。
リボンビームの角度の均一性又はイオンドーズ量の均一性を改善する試みがなされたが、イオン注入による製造にとってイオンドーズ量及び角度の双方の均一性の条件を満足するリボンビームを提供しうる有効な解決策は得られていない。例えば、代表的に、リボンビームは、ウエハ平面において、変動が1%よりも少ないイオンドーズ量の均一性を、変動が0.5°よりも少ない角度の均一性と一緒に提供する必要があるということが要求されている。このような厳しい均一性の要求は達成させるのが困難である。その理由は、これらの双方の種類の均一性は満足させにくい為である。
これらの要求は、イオン注入が行われる対象ウエハの表面に亘る電子の移動を最少にする傾向がある。このようないかなる電子の移動によっても、かなり大きな局部的な電位差及びイオン注入の不均一性を生ぜしめ、これにより回路素子間の電気的な破壊を生ぜしめるおそれがある。その結果、対象ウエハにおける磁界が地球磁界よりもかなり大きくなると、電子分布が不均一となり、従って、電気的な破壊及び不均一なドーズ量の分布が生じるおそれがある。
図1は、対象ウエハ上にイオンを注入する一般的な構造100を示す。代表的に質量選択スリット(図示せず)から出射されるリボンビーム10が入射領域における磁気偏向器101に入射される。この磁気偏向器101は、到来するリボンビーム10を偏向させて、イオン注入ステーション102にある対象ウエハ103にイオン注入するのに適した質量分析ビームを生じる。この特定の構造100においては、磁気偏向器101の出射領域に補正棒の対104を導入して、対象ウエハに亘って均一性が得られるようにすることができる。
図2を参照するに、補正棒の対104は、上側のスチール(鋼)棒202及び下側のスチール棒204のような一対の水平磁気コア部材を有し、これらのスチール棒が、リボンビーム10を通すためのギャップ、すなわちスペース206を形成している。補正棒の対104は、所望の偏向磁界を生ぜしめるのに必要とする磁気支持構造体を提供する。上側のスチール棒202及び下側のスチール棒204に沿って、複数のコイル208を巻装させることができる。各コイル208は、電流により個々に又は独立して又はその双方で励起させ、専用の巻線なしに高次の複合成分を発生させることができる。各コイル208又は各複合コイルを個々に励起することにより、リボンビーム10内の1つ以上のビームレットを偏向させることができる。すなわち、磁界を局部的に変更することにより、リボンビーム10のイオン濃度又は形状の局部的な変化を補正することができる。これらの補正は、コンピュータ制御の下で且つ水平磁気コア部材202及び204内の渦電流の減衰率によってのみ制限される時間スケールで実行することができる。
図1に示すような、磁気偏向器101の出射領域と対象ウエハ103との間の距離106は、代表的には極めて短い。その結果、距離106が短いことにより、磁気偏向器101の頂部から生じるフリンジ磁界を不所望に強めてしまうおそれがある。
このようなフリンジ磁界を最小にする1つの一般的な解決策は、磁界抑圧を行う追加の構成素子をイオン注入用の構造、すなわち設計100内に一体化することにより達成される。
例えば、磁気偏向器101の出射領域の直後に挿入しうる磁気クランプ装置300を図3に線図的に示す。この磁気クランプ装置300は、第1の対の水平スチールプレート302と、これらを互いに連結する第2の対の垂直プレート304とを有する実質的に方形のボックスである。第2の対の垂直プレート304は、第1の対の水平スチールプレート302を互いに磁気的に短絡させる有効な技術を提供する。磁気クランプ装置300は、リボンビーム10を通すための開口、すなわち通路306をも有する。磁気偏向器101の磁極から生じるフリンジ磁束B308は上側の水平スチールプレート302に入り込み下側の水平スチールプレート302を通って出射し、フリンジ磁界を殆ど減衰させる。しかし、磁気クランプ装置を補正棒の対と一緒に使用するのは効率的でなく、前述した問題を適切に解決しない。
上述した点を考慮するに、上述した欠点を解決するようにした、イオン注入個所における磁界を低減させる技術を提供するのが望ましい。
本発明によれば、イオン注入個所における磁界を低減させる技術を開示する。本発明の特定の一例では、この技術を、イオン注入個所における磁界を低減させる装置として実現しうる。この装置は、一組の磁気コア部材と、この一組の磁気コア部材に沿って分布させた複数のコイルと、この一組の磁気コア部材の端部を互いに連結して方形の補正棒構造を形成する連結素子とを具えている補正棒アセンブリを有することができる。この装置には、互いに平行な磁気コア部材の組を設けることもできる。この装置には、中央群のコイルと、この中央群のコイルの第1の側に配置した第1補助群のコイルと、この中央群のコイルの第2の側に配置した第2補助群のコイルとを有する複数のコイルを設けることもできる。
本発明の特定の代表的な例の他の態様によれば、前記補正棒アセンブリを磁気偏向器の出射領域に配置し、この磁気偏向器から出射する複数のビームレットを有するリボンビームの均一性を改善するようにする。
本発明の特定の代表的な例の他の態様によれば、中央群のコイルを別々に励起して少なくとも1つのビームレットを偏向させ、補正棒アセンブリを励起するリボンビームと関連するドーズ量及び角度の均一性が得られるようにする。
本発明の特定の代表的な例の他の態様によれば、前記第1補助群のコイル及び第2補助群のコイルにより、これらが発生する静磁位を、前記中央群のコイルにより発生される静磁位に加算するか又は前記中央群のコイルにより発生される静磁位から減算して、前記一組の磁気コア部材の長手部分に沿う静磁位の合計が零となるようにすることにより、前記中央群のコイルにより発生される静磁位に対する補償効果を得るようにする。
本発明の特定の代表的な例の他の態様によれば、前記連結素子は、高透磁率のスチール素子を有し、前記一組の磁気コア部材に対する短絡接続を行うようにする。
本発明の特定の代表的な例の他の態様によれば、前記方形の補正棒構造が、所望の磁界クランプ作用を行うようにする。
本発明の他の代表的な例によれば、磁界低減装置が更に、前記磁気偏向器と前記補正棒アセンブリとの間でこの磁気偏向器の出射領域に位置するスチールのスカート素子を有し、このスチールのスカート素子が前記磁気偏向器の偏向磁束とは反対方向に磁束を発生し、前記出射領域におけるフリンジ磁界効果及び前記補正棒アセンブリに悪影響を及ぼす漂遊磁界を無効にするようにする。
本発明の更に他の代表的な例によれば、前記磁界低減装置が更に、対象ウエハの直下に位置する高透磁率スチールの薄肉シートを有し、磁界がこの対象ウエハの表面に垂直に到達するようにする。
添付図面を用いて本発明を詳細に説明する。以下では、本発明を代表的な実施例につき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明の技術にアクセスする当業者は、本発明の範囲に含まれ本発明を有効に利用しうる追加の実施例及び変形例やその他の使用例を認識しうるものである。
図1は、従来のイオン注入構造を示す線図である。 図2は、従来の補正棒対構造を示す線図である。 図3は、従来の磁気クランプ構造を示す線図である。 図4は、本発明の実施例による補正棒構造を示す線図である。 図5は、本発明の実施例による、スチールスカート構造を有する磁気偏向器を示す線図である。 図6は、本発明の実施例によるイオン注入構造を示す線図である。
本発明の完全な理解を容易にするために、以下に添付図面を参照して本発明を説明するに、同様な素子には同じ符号を付してある。これらの図面は本発明を図面の実施例に限定するものではなく、例示的なものにすぎない。
本発明の実施例は、リボンビームにおけるドーズ量の均一性及び角度の均一性を得ることにより、前述した補正棒技術を改善するものである。更に、本発明の実施例はビームクランプ及びその他の補正棒工程を実施しうる補正棒構造を提供する。
図4を参照するに、補正棒アセンブリ400は、一組の磁気コア部材402と、この一組の磁気コア部材402に沿って分布させた複数のコイル408と、この一組の磁気コア部材402の端部を互いに連結して方形の補正棒構造を形成する連結素子404とを有しうる。この補正棒アセンブリ400は、リボンビーム10を通過させる開口、すなわち通路406をも有する。一実施例では、磁気コア部材402と連結素子404とを、高透磁率のスチール材料から形成することができる。他の実施例では、補正棒アセンブリ400を、磁気偏向器101の出射領域に配置し、この磁気偏向器101から出射する複数のビームレットを有するリボンビーム10の均一性を改善するようにすることができる。
補正棒アセンブリ400の一組の磁気コア部材402は、互いに平行にすることができる。更に、磁気コア部材402の長手部分に沿って分布させた複数のコイル408には、中央群のコイル408bと、この中央群のコイルの一方の側に位置する第1補助群のコイル408aと、この中央群のコイルの他方の側に位置する第2補助群のコイル408cとを有しうる。
一実施例では、中央群のコイル408bを個別的に励起させて少なくとも1つのビームレットを偏向させ、これにより補正棒アセンブリ400を出射するリボンビーム10と関連するドーズ量の均一性を得るようにすることができる。他の実施例では、中央群のコイル408bを個別的に励起させて少なくとも1つのビームレットを偏向させ、これにより補正棒アセンブリ400を出射するリボンビーム10と関連する角度の均一性を得るようにすることができる。
又、連結素子404を囲んで追加のコイル410を巻装し、複合成分が発生されている場合に、磁気的な短絡回路を排除するようにすることもできる。これらの追加のコイル410を独立的に励起させて、磁気コア部材402間でY方向に純粋な双極子磁場を生ぜしめるようにすることもできる。これらの追加のコイル410がスイッチオフされると、磁気コア部材402に沿うX方向に双極子磁場を発生させることができる。これらのX方向又はY方向の双極子磁場を用いてリボンビーム10を又はこのリボンビーム内の個々のビームレットを操作することもできる。
複数のコイル408及び410の個々の励起は、制御装置(図示せず)により行うことができる。この制御装置には、励起レベルを校正するのに有効な測定装置を含めて、少なくとも1つのビームレットに対する所望量の偏向を生ぜしめるようにすることもできる。
第1補助群のコイル408aと、第2補助群のコイル408cとは、これらにより発生される静磁位を、中央群のコイル408bにより発生される静磁位に加算するか又は中央群のコイル408bにより発生される静磁位から減算して、一組の磁気コア部材の長手部分に沿う静磁位の合計が零となるようにすることにより、中央群のコイル408bにより発生される静磁位に対する補償効果を得るようにしうる。第1補助群のコイル408a及び第2補助群のコイル408cのこの補償効果により、補正棒アセンブリ400の端部における磁束を著しく減少させることができる。その結果、磁束が磁気コア部材402の各々の端部から放出されないようにしうる。更に、磁気コア部材402の互いに平行な組で得られる補償効果により、一組の磁気コア部材402間の対称面を横切る個々の磁界を増強し、磁場ベクトルBの発散が零となるようにマクスウエルの方程式の連続性の条件を満足する補正棒アセンブリ400が得られるようにしうる。その結果、磁気偏向器又は双極子磁石101が附勢されない場合に、連結素子404により一組の平行な磁気コア部材402の端部を連結して、磁束が磁気コア部材402の端部を殆ど通過しない方形の補正棒構造を形成するようにしうる。
しかし、磁気偏向器101が附勢されると、この磁気偏向器101により図3に示すように生ぜしめられるフリンジ磁界308が磁気コア部材402の組に入るおそれがある。しかし、磁気コア部材402を連結して方形の補正棒構造を形成する連結素子404が「短絡回路」を有効に構成する為、補正棒アセンブリ400はビームクランプ作用をも有効に実行しうる。その結果、磁気偏向器101からのフリンジ磁界をビームクランプすることにより生じる磁界と、個々に励起される複数のコイル408による均一性の補正とを直線的に重ね合わせることができる。ただし、磁界はスチール材料の飽和効果に対し無視しうるほど小さいものとする。更に、補正棒アセンブリ400の構造には、スチール材料の断面積を適切にして磁気コア部材402及び連結素子404に沿って殆どの磁束が通るようにすることをも含めることができること勿論である。スチール材料内の磁気密度がスチール材料の飽和効果に対し無視しうるほど低い限り、スチール材料の断面積を適切にするための寸法は種々に選択しうる。
しかし、飽和効果が補正棒アセンブリ400のビーム均一性及びクランプ作用に悪影響を及ぼす程度に大きい場合には、非直線性問題を更に回避するための追加のスチール材料の断面が必要となる。
図5は、本発明の実施例による磁気偏向器のアセンブリ500を示す。この磁気偏向器のアセンブリ500は、磁気偏向器501と、附勢されると一次偏向磁束又は双極子磁束503を発生する複数の励起コイル502とを有しうる。(一次双極子磁束503の結果として、図3に示すようにフリンジ磁界308が発生する。)磁気偏向器のアセンブリ500には、励起コイル502の外側の磁気偏向器501の出射領域と、補正棒アセンブリ400との間に位置するスチールのスカート素子504をも設け、一次双極子磁束503とは反対方向に進む補償磁界又は磁束505が得られるようにもしうる。一実施例では、磁気偏向器501とスチールのスカート素子504との間の間隙506と、スチールのスカート素子504相互間の間隙507とを調整することにより、磁気偏向器のアセンブリ500が、磁気偏向器501の出射領域における不所望なフリンジ磁界の影響を無効にするとともに、他の隣接する構成素子、例えば、補正棒アセンブリ400に悪影響を及ぼす漂遊磁界を著しく低減させることができる。
図6は、本発明の他の実施例によるイオン注入構造600を示す。本例では、金属、例えば透磁率の高いスチールより成る薄肉シート601を、イオン注入ステーション102内で対象ウエハ103の直下に配置することができる。この薄肉シート601を設けることにより、イオン注入個所における磁界が対象ウエハの表面に対し垂直に到達し、イオン注入を満足にするのを更に確実にしうる。一実施例では、薄肉シート601を、パーマロイ材料のような高透磁率材料から形成しうる。
上述した本発明の実施例は、イオン注入個所における磁界を低減させるものであるが、他の目的にも同様に適用しうること勿論である。例えば、磁界を低減させる上述した技術は、磁気偏向又は他の何らかのビーム同調システムを用いる他の種々のイオン注入システムにも適用しうる。
本発明は、上述した特定の実施例に限定されるものではない。上述した実施例以外に他の種々の例及び変更が上述した説明及び添付図面から可能であること、当業者にとって明らかである。従って、このような他の種々の例及び変更は本発明の範囲内に入るものである。更に、特定の目的に対する特定の環境における特定の実施との関連で本発明を説明したが、その有効性はこれに限定されるものではなく、本発明はその他の種々の目的に対する種々の環境において有効に実現しうること、当業者にとって明らかである。従って、上述した本発明の範囲及び精神を完全に考慮した上で、特許請求の範囲を解釈すべきものである。

Claims (22)

  1. イオン注入個所における磁界を低減させる磁界低減装置であって、この磁界低減装置が、補正棒アセンブリを有し、この補正棒アセンブリは、一組の磁気コア部材と、この一組の磁気コア部材に沿って分布させた複数のコイルと、この一組の磁気コア部材の端部を互いに連結して方形の補正棒構造を形成する連結素子とを具えている当該磁界低減装置において、
    前記一組の磁気コア部材の磁気コア部材が互いに平行であり、
    前記複数のコイルが、中央群のコイルと、この中央群のコイルの第1の側に配置した第1補助群のコイルと、この中央群のコイルの第2の側に配置した第2補助群のコイルとを有している磁界低減装置。
  2. 請求項1に記載の磁界低減装置において、前記補正棒アセンブリが磁気偏向器の出射領域に配置されて、この磁気偏向器から出射する複数のビームレットを有するリボンビームの均一性を改善するようになっている磁界低減装置。
  3. 請求項2に記載の磁界低減装置において、中央群のコイルを別々に励起して少なくとも1つのビームレットを偏向させるようになっている磁界低減装置。
  4. 請求項3に記載の磁界低減装置において、中央群のコイルを別々に励起して少なくとも1つのビームレットを偏向させ、補正棒アセンブリを励起するリボンビームと関連するドーズ量及び角度の均一性が得られるようになっている磁界低減装置。
  5. 請求項1に記載の磁界低減装置において、前記第1補助群のコイル及び第2補助群のコイルは、これらにより発生される静磁位を、前記中央群のコイルにより発生される静磁位に加算するか又は前記中央群のコイルにより発生される静磁位から減算して、前記一組の磁気コア部材の長手部分に沿う静磁位の合計が零となるようにすることにより、前記中央群のコイルにより発生される静磁位に対する補償効果を得るようになっている磁界低減装置。
  6. 請求項5に記載の磁界低減装置において、前記補償効果により前記補正棒アセンブリの端部における磁束を著しく低減させるようになっている磁界低減装置。
  7. 請求項1に記載の磁界低減装置において、前記連結素子は、高透磁率のスチール素子を有している磁界低減装置。
  8. 請求項1に記載の磁界低減装置において、前記連結素子は、前記一組の磁気コア部材に対する短絡接続を行うようになっている磁界低減装置。
  9. 請求項1に記載の磁界低減装置において、前記方形の補正棒構造は、所望の磁界クランプ作用を行うものである磁界低減装置。
  10. 請求項2に記載の磁界低減装置において、この磁界低減装置が更に、前記磁気偏向器と前記補正棒アセンブリとの間でこの磁気偏向器の出射領域に位置するスチールのスカート素子を有し、このスチールのスカート素子が前記磁気偏向器の偏向磁束とは反対方向に磁束を発生し、前記出射領域におけるフリンジ磁界効果及び前記補正棒アセンブリに悪影響を及ぼす漂遊磁界を無効にするようになっている磁界低減装置。
  11. 請求項2に記載の磁界低減装置において、この磁界低減装置が更に、対象ウエハの直下に位置する高透磁率スチールの薄肉シートを有し、磁界がこの対象ウエハの表面に垂直に到達するようにした磁界低減装置。
  12. イオン注入個所における磁界を低減させる磁界低減方法であって、
    一組の磁気コア部材と、この一組の磁気コア部材に沿って分布させた複数のコイルと、この一組の磁気コア部材の端部を互いに連結して方形の補正棒構造を形成する連結素子とを具えている補正棒アセンブリを設ける工程を有する磁界低減方法において、
    前記一組の磁気コア部材の磁気コア部材を互いに平行にし、
    前記複数のコイルが、中央群のコイルと、この中央群のコイルの第1の側に配置した第1補助群のコイルと、この中央群のコイルの第2の側に配置した第2補助群のコイルとを有するようにする磁界低減方法。
  13. 請求項12に記載の磁界低減方法において、前記補正棒アセンブリを磁気偏向器の出射領域に配置し、この磁気偏向器から出射する複数のビームレットを有するリボンビームの均一性を改善するようにする磁界低減方法。
  14. 請求項13に記載の磁界低減方法において、前記中央群のコイルを別々に励起して少なくとも1つのビームレットを偏向させる磁界低減方法。
  15. 請求項14に記載の磁界低減方法において、前記中央群のコイルを別々に励起して少なくとも1つのビームレットを偏向させ、補正棒アセンブリを励起するリボンビームと関連するドーズ量及び角度の均一性を得る磁界低減方法。
  16. 請求項12に記載の磁界低減方法において、前記第1補助群のコイル及び第2補助群のコイルにより、これらが発生する静磁位を、前記中央群のコイルにより発生される静磁位に加算するか又は前記中央群のコイルにより発生される静磁位から減算して、前記一組の磁気コア部材の長手部分に沿う静磁位の合計が零となるようにすることにより、前記中央群のコイルにより発生される静磁位に対する補償効果を得る磁界低減方法。
  17. 請求項16に記載の磁界低減方法において、前記補償効果により前記補正棒アセンブリの端部における磁束を著しく低減させる磁界低減方法。
  18. 請求項12に記載の磁界低減方法において、前記連結素子が高透磁率のスチール素子を有するようにする磁界低減方法。
  19. 請求項12に記載の磁界低減方法において、前記連結素子により前記一組の磁気コア部材に対する短絡接続を行う磁界低減方法。
  20. 請求項12に記載の磁界低減方法において、前記方形の補正棒構造により所望の磁界クランプ作用を行う磁界低減方法。
  21. 請求項13に記載の磁界低減方法において、この磁界低減方法が更に、前記磁気偏向器と前記補正棒アセンブリとの間でこの磁気偏向器の出射領域に、スチールのスカート素子を位置させる工程を有し、このスチールのスカート素子により前記磁気偏向器の偏向磁束とは反対方向に磁束を発生させ、前記出射領域におけるフリンジ磁界効果及び前記補正棒アセンブリに悪影響を及ぼす漂遊磁界を無効にする磁界低減方法。
  22. 請求項13に記載の磁界低減方法において、この磁界低減方法が更に、対象ウエハの直下に、高透磁率スチールの薄肉シートを設け、磁界をこの対象ウエハの表面に垂直に到達させる磁界低減方法。
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