JP2011526064A - ビーム相補スリットの形状を、ビーム形状にマッチングさせることにより、粒子および汚染物質を減少させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

イオン注入システムは、ビーム経路に沿ったイオンビームを生成するように構成されたイオンソースと、上記イオンビームの質量分析を実行するように構成され、上記イオンソースの下流側に配置された質量分析器と、上記ビーム経路に沿い、かつ、上記質量分析器の下流側に配置されたビーム相補スリットとを含み、上記ビーム相補スリットは、上記イオンビームの断面のビームエンベロープに対応するサイズおよび形状を有している。

Description

本発明は、一般に、イオン注入システムに関し、より具体的には、イオン注入システムにおいて、ビームを規定するスリットの形状を、イオンビームの形状にマッチングさせることにより、粒子や汚染物質を低減するためのシステムおよび方法に関する。

半導体装置の製造では、イオン注入が、ウエハおよび／またはワークピースに対して、不純物類またはドーパントによりドープするために使用される。イオンビーム注入機は、集積回路の製造の間において、ｎ型またはｐ型の外因性材料を製造するため、または、パッシベーション層類を形成するため、シリコンワークピースをイオンビームにより処理するために使用される。

アンチモン、砒素、または、リンといったソース材料から生成される、注入用のイオンでは、「ｎ型」の外因性材料のワークピースが結果として得られる。一方、「ｐ型」の外因性材料のワークピース類が所望される場合、一般に、ボロン、アルミニウム、または、ガリウムといったソース材料から生成されるイオンが注入される。

イオンビーム注入機は、また、水素、または、ヘリウムといった元素のイオンビームを用いてもよい、非ドーピング適用に使用される。非ドーピング適用の例は、シリコン内に、埋め込まれた水素層を生成し、その後、続く熱処理ステップにて、上記シリコンの上側を除去することによって可能となる、ウエハ分離である。水素発生の一般的なイオン注入システムは、標準的な高電流注入機にて実行される注入の主要なパラメータとは別の、独自のパラメータを有している。そのようなパラメータは、注入エネルギーである。一般的な高電流の注入機と比べて、上記エネルギーが、十分に深い位置に、注入された層を生成するために、より高い。第２に、ドースの要求量が、１×１０^１６イオン／ｃｍ^２から１×１０^１７イオン／ｃｍ^２までの範囲にて、一般的な注入機より高い。十分に高い生成アウトプットを確保するために、上記高いドース量は、例えば、３０ｍａ−６０ｍａのビーム電流にて、上記注入システムを動作することを要求する。

半導体処理のための、従来のイオン注入装置は、ワークピース内へ所望するイオン種を注入し、かつ、他の元素から生じるコンタミネーションのレベルを低減するために、元素の質量選択性を要求する。上記マス選択性は、荷電イオンビームを曲げた後、上記ビームを質量選択用の分析スリット（resolving aperture）を通すように、電磁石の使用により達成される。ビームエンベロープおよび電磁石と共に、上記分析スリットのサイズと形状もまた、上記イオン注入機における元素分解能を決定する。上記スリットのサイズと形状は、選択された質量の分析、および上記イオンビームの断面のエンベロープに影響する。

水平方向の分散平面を有する、一般的な高電流の注入機は、イオンビームを不均一にクリップする、長方形の分析スリットを有してデザインされている。質量分析用の電磁石に合わせて、一般に、上記スリットの幅は、上記システムの質量分析を規定する一方、上記スリットの高さは、単に、ワークピースのターゲットの位置での上記ビームの最大高さを規定するのみである。システムは、ワークピースの位置でのイオンビームの最終的なサイズをさらに規定する、上記分析スリットの上流側または下流側に、追加のビーム形成整形用のスリットを有するようにデザインされてもよい。上記各スリットは、一般に、上記ビームが上記各スリットの開口を通過するとき、ビームを、不均一に遮る。

それゆえ、イオン注入システムにおいて、ビームを規定するスリットの形状を、イオンビームの形状にマッチングさせることにより、粒子や汚染物質を低減するための、改善されたシステムおよび方法のための必要性が存在している。

本発明の簡略化された概要を、以下に、本発明に幾つかの観点に関する基本的な理解を提供するために示す。本概要は、広範囲の大要ではなく、本発明の重要で肝要な全ての要素を特定したり、本発明の権利範囲を限定したりすることを意図したものでもない。むしろ、本概要の目的は、後述する本発明のより詳細に説明の前触れとして、簡略化された形態にて、本発明の幾つかの概念を示すものである。

本発明の一観点によれば、イオン注入システムは、ビーム経路に沿った、イオンビームを生成するように構成されたイオンソースを含む。質量分析器が、上記イオンソースの下流側に配置され、上記イオンビームの質量分析を実行するように構成されている。ビーム相補用スリットが、上記質量分析器の下流側に、上記ビーム経路に沿って配置されている。上記ビーム相補用スリットは、上記イオンビームの、断面のビームエンベロープに対応したサイズおよび形状を有している。言い換えると、上記ビーム相補用スリットは、断面のビームエンベロープに対応、つまり、実質的に、上記ビームの断面の形状にマッチしている。上記ビーム相補用スリットの表面は、上記イオンビーム経路の軸に対して直交している。

本発明の他の観点によれば、イオン注入システムは、ビーム経路に沿った、イオンビームを生成するように構成されたイオンソースを含む。質量分析器が、上記イオンソースの下流側に配置され、上記イオンビームの質量分析するように構成されている。分析アッセンブリが、上記質量分析器の下流側に配置されている。上記分析アッセンブリは、プラズマ電子流アッセンブリ、分析スリット、および少なくとも１つのビーム相補用スリットを有している。上記分析アッセンブリは、上記分析スリット、および、上記少なくとも１つのビーム相補用スリットを、互いに特定の間隔にて支持するように構成されている。上記分析スリットは、上記質量分析器の構成要素の下流側に配置され、上記少なくとも１つのビーム相補用スリットは、上記分析スリットの下流側に、上記ビーム経路に沿った位置に配置され、上記イオンビームの断面のエンベロープに対応したサイズおよび形状を有している。

本発明のさらに他の観点によれば、ビーム相補スリットの形状を、ビーム形状にマッチングさせることにより、粒子および汚染物質を減少させるための方法を提供する。上記方法は、（ａ）イオンビームのソースの各パラメータを選択肢、（ｂ）フィールド強度を有する、質量分析器の各パラメータを選択し、（ｃ）分析スリットの位置を選択し、その後、（ｄ）ビーム相補用スリットが配置される位置において、イオンビームの断面のエンベロープを決定し、（ｅ）イオンビームの断面のエンベロープのほぼ合わせた上記ビーム相補用スリットを作成して、上記ビーム相補用スリットを実装し、（ｆ）重要なイオンビームファクターを測定し、上記測定された重要なイオンビームファクターが許容されない場合、（ｄ）に戻り、上記測定された重要なイオンビームファクターが許容される場合、上記方法が終了する。

以下の説明および添付した各図面は、本発明のさらに詳細なる各観点および各実装を示す。上記各観点および各実装は、本発明の各原理が採用され得る種々の各方法を示すが、上記各方法の幾つかを示すものである。

本発明の一観点によるイオン注入システムの例を示す概略図である。 本発明の一観点による、往復動するアームに搭載されたワークピースを示す、往復動する駆動システムをしめす概略図である。 本発明の一観点によるイオン注入システムに使用される、分析スリットおよびプラズマ電子流（ＰＥＦ）の外観を示す斜視図である。 本発明の一観点による、分析アッセンブリの一部の外観を示す分解斜視図である。 本発明の一観点による、分析アッセンブリにおける他の一部の外観を示す分解斜視図である。 本発明の一観点による、ＰＥＦボックスアッセンブリの外観を示す分解斜視図である。 本発明の一観点による、ＰＥＦボックスアッセンブリの外観を示す斜視図である。 本発明の一観点による、ビーム相補スリットの正面図である。 本発明の一観点による、イオン注入システムにおける、上記ビーム相補スリットのサイズおよび形状を調整する方法のフローチャートである。

本発明は、各図面を参照して説明されるであろう。同一の部材番号は、本明細書を通して、同一の機能を有する部材を参照するために使用される。図示された構造は、それらのスケールを必ずしも図示するものではない。

本発明に係るシステムおよび方法は、ビーム相補スリットの形状を、イオンビームの、実際に測定されまたは決定された形状にマッチングさせることにより、粒子および汚染物質を減少させるためのものである。言い換えると、上記ビーム相補用スリットは、断面のビームエンベロープに対応、つまり、実質的に、上記ビームの断面の形状にマッチしている。上記ビーム相補用スリットの表面は、上記イオンビーム経路の軸に対して直交している。

本発明の一観点による、１以上のワークピースの処理のためのイオン注入システム１００の例が、図１に示されている。上記システム１００は、ビーム相補スリット１３３を使用し、図示の目的にて表されている、本発明の各観点は、記述されたイオン注入システム１００に限定されず、種々な構成の他の好適なイオン注入システムが採用可能なことは認められる。ビーム相補スリット１３３は、本実施形態では、分析スリット１３２に加えて使用されることは明らかであろう。

イオン注入システム１００は、イオンビーム１０４に対して、ワークピース（例えば、半導体基板やウエハなど）１０２を往復動してスキャンして、上記スキャンによって上記ワークピース１０２内にイオンを注入する。イオン注入システム１００は、さらに、例えば、コントローラ１５０によって制御される。イオン注入システム１００の機能、および、ワークピーススキャンニングシステム１３８は、コントローラ１５０を介して制御される。

前述したように、本発明の種々な観点は、図１の模範例のシステム１００を含むが、それに限定されない何れのタイプのイオン注入装置に対して実装され得る。上記模範例のイオン注入システム１００は、ターミナル１０６、ビームラインアッセンブリ１０８、およびエンドステーション１１０を含む。エンドステーション１１０は、一般に、プロセス室１１２を形成する。プロセス室１１２内では、一般に、イオンビーム１０４は、ワークピース配置部１１４に配置されたワークピース１０２の位置に向かう。ターミナル１０６内のイオン化可能なソース材料からの正の荷電イオンを生成するためのイオンソース１１６は、電源１１８から電力が供給される。ソース１１６は、引き出されイオンビーム１２０をビームラインアッセンブリ１０８に供給するものである。イオンソース１１６は、上記ソースのチェンバーからイオンを取り出すための１以上の取り出し用の電極１２２を含む。引出し電極１２２によって、上記取り出されたイオンビームは、上記ビームラインアッセンブリ１０８に向かうように方向付けられる。

上記イオンを生成するために、イオン化されるドーパントガス（図示せず）が、イオンソース１１６の生成用のチェンバー内に配置される。上記ドーパントガスは、例えば、ガスソース（図示せず）から供給され得る。電源１１８に加えて、上記イオンの生成用のチェンバー内に、自由電子を励起するために好適な各機構（何れも図示せず）の何れもが使用され得ることは明らかであろう。上記好適な各機構としては、例えば、ＲＦまたはマイクロ波の励起源、電子ビームインジェクション源、電磁源、および／または、上記チェンバー内にアーク放電を生成するカソード源が挙げられる。励起された電子は、ドーパントガスの分子と衝突することによって、イオンが生成される。一般に、正の荷電イオンが生成される。しかしながら、本明細書の開示は、負の荷電イオンが同様に生成されるシステムにも適用可能である。

ビームラインアッセンブリ１０８は、例えば、ソース１１６側に入口１２６を、かつ、エンドステーション１１０内の分析スリットアッセンブリ１３５側に出口１２８を有するビームガイド１２４を含む。分析スリットアッセンブリ１３５は、プラズマ電子流（図示せず）を含み得る。プラズマ電子流は、イオンビームが通過する領域内にて、電子を中和しており、続く各図面により詳細に説明されるであろう。

イオン注入システム１００は、ビームの形成用および整形用の各構造を、イオンソース１１６と、注入ステーションであるエンドステーション１１０との間に延びて含んでもよい。分析スリットアッセンブリ１３５の上記ビームの形成用および整形用の各構造は、イオンビーム１０４を維持し、長く延びた内部の空洞に対して境界を形成、つまり、ビーム１０４が、注入システムのエンドステーション１１０へと通過する途中の中間経路を形成する。

イオン注入システム１００を動作させるとき、上記中間経路は、ガス分子との衝突の結果として、予め決定されたビーム経路からそらされるイオンの確率を低減するために、減圧され得る。ビームガイド１２４は、例えば、質量分析器（例えば、質量分析用の磁石）１３０を含む。質量分析器１３０は、上記取り出したイオンビームを受け取り、エネルギーと質量との適切な比、つまり、分析スリット１３２を通してワークピース１０２に達するイオンのみを通過させる、ダイポール磁力線を生成する。分析スリット１３２は、ビームラインアッセンブリ１０８に組み付けられた種々なビームの形成用および整形用のスリット（図示せず）の上流側にあり、さらに、イオンビーム１０４が所望のビーム経路に沿って、ワークピース１０２に搬送されるときに、上記イオンビーム１０４を維持し、境界を付けるように設けられてもよい。

一実施例では、上記所望のイオンビーム１３４は、ワークピース１０２に向かって方向付けられる。ワークピース１０２は、一般に、エンドステーション１１０に組み付けられたワークピーススキャンニングシステム１３８を介して配置される。図１に図示されるエンドステーション１１０は、例えば、「枚葉」式のエンドステーションを含んでもよい。「枚葉」式のエンドステーションは、減圧された処理室１１２内にて、ワークピースの機械的なスキャンニングを提供する。上記減圧された処理室１１２内において、ワークピース１０２（例えば、半導体ワークピース１０２、ディスプレイパネル、または他のワークピース）は、ワークピーススキャンニングシステム１３８を介して、１以上の方向にて、上記ビーム経路１３６を通して、機械的に搬送される。

本発明の一観点の模範例によれば、イオン注入システム１００は、概して、安定なものとして、所望するイオンビーム１３４（例えば、「スポットビーム」または「ペンシルビーム」としても言及される）を提供する。ワークピーススキャンニングシステム１３８は、概して、安定なイオンビーム１０４に対して、２つの互いにほぼ直交する各軸に沿って、ワークピース１０２を搬送する。

バッチ式または他のタイプのエンドステーションが、代わりに採用され得ることを指摘している。複数のワークピース１０２が、同時にスキャンされ得る。そのようなエンドステーションは、本発明の権利範囲内のものとして考えられる。

他の実施例では、上記システム１００は、ワークピース１０２に対する、１以上のスキャン面に沿って、イオンビーム１０４をスキャン動作可能な、静電的ビームスキャンニングシステムを含んでもよい。静電的ビームの場合では、ビーム整形用またはビーム規定用のスリットは、上記スキャナの上流側に存在する。さらに、図１は、所定のイオンビーム１３４を遮るように、ワークピース１０２を往復動するスキャンアーム１４０と、イオンビームの各特性を測定するための、当業者であれば公知のファラデーカップ１５２とを示している。したがって、本発明は、さらに、何れのスキャンされるイオンビーム、および／または、非スキャンのイオンビーム１０４も、本発明の権利範囲内として考えられる。

本発明の一模範例の観点によれば、イオン注入システム１００は、共通の特許権者である米国特許第７，１３５，６９１（ヴァンダーポット他）に記載された、イオン注入システムおよびスキャンニング装置を含んでもよく、上記イオン注入システムおよびスキャンニング装置の内容は、本明細書において参照により組み込まれている。その上、イオン注入システム１００は、アクセリス社（ビバリー、マサチューセッツ）により製造された、オプチマＨＤスキャンシステムのような他のシステムを含んでもよい。

図２にてここで参照した本発明の他の実施形態によれば、図２に図示されたものは、本発明の一観点による、正面図として示された、往復動ドライブシステム２００である。図２の模範例の往復動ドライブシステム２００は、後にて詳述されるように、ワークピース２１６を、イオンビーム２０５により、２方向にてスキャン動作可能なものであることが理解されるであろう。本発明の一模範例の観点によれば、往復動ドライブシステム２００は、モータ（図示せず）を含む。上記モータは、プロセス室（エンドステーションとしても参照される）に対して動作可能に結合されている。上記プロセス室は、さらに、イオンビーム２０５を受け入れ可能に設けられている。

上記イオンビーム２０５は、例えば、スポットまたはいわゆる「ペンシルビーム」の形態を取る、互いに近接した、ほぼ平行な各軌道を共に移動する各イオンのグループを含んでもよく、また、当業者であれば公知な、何れかの好適なイオン注入システム（図示せず）によって形成されたものでもよい各イオンのグループを含んでもよい。上記何れかの好適なイオン注入システムの内容については、本明細書においてさらに検討しない。

本発明によれば、上記プロセス室は、一般に、気密状態の減圧室を含んでもよい。上記プロセス室内の内部環境は、上記プロセス室の外部の外部環境から、一般に、隔離されて動作するようになっている。例えば、上記減圧室は、実質的に低い圧力（例えば、真空）にて、内部環境が維持されるように構成および装備されてもよい。

上記プロセス室は、さらに、１以上のロードロック室に結合されてもよい。ワークピース２１６は、上記プロセス室の内部環境と、上記外部環境との間にて、上記プロセス室内の真空の実質的な損失無にて、搬送されてもよい。上記プロセス室は、代わりに、一般に、非気密状態のプロセス空間（図示せず）からなるようになっていてもよい。上記プロセス空間は、上記外部環境と一般につながっている。

一実施形態では、上記プロセス室は、上記外部環境に対して回転可能であってもよい。本発明では、ワークピース２１６を処理するのに使用され得る、何れのプロセス室およびプロセス媒体であってもよい。上記プロセス室は、気密式、非気密式、固定式、または、一時的なものの何れでもよい。以上のような何れのプロセス室およびプロセス媒体も、本発明の権利範囲内と考えられる。プロセス室の一タイプの例示は、米国特許第７，１３５，６９１号明細書に記載されている。上記例示も、本明細書において参照により組み込まれている。

図２は、模範例の時計の振り子式の往復動ドライブシステム２００を示す。シャフト２２８の模範例の回転２４４は、第１軸２２４を中心としており、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２７８およびワークピース２１６は、さらに、第１軸２２４を中心として回転される。したがって、ワークピース２１６は、イオンビーム２０５（例えば、第１軸２２４を中心としたシャフト２２８の、１以上の円状の対向回転を介して）に対して第１スキャン経路２４６に沿って往復動され得る。上記イオンビーム２０５は、図２の紙面内に向かうように図示されている。

第１軸２２４を中心としたシャフト２２８の回転２４４（および／または、対向回転）は、本明細書において後述するように、エンドエフェクタ２７８を、均一な方法にて振動または往復動するように制御され得るという利点を有する。図２は、さらに、エンドエフェクタ２７８の回転２４８が、第２軸２４０を中心として、上記の回転と同様に、行われることを図示している。エンドエフェクタ２７８の回転２４８は、その結果として、第２軸２４０を中心としたワークピース２１６の回転は、第１軸２２４つまりイオンビーム２０５に対する、ワークピース２１６の回転方向を維持するために制御され得る（例えば、イオンビーム２０５に対するワークピース２１６の回転方向により、三角形２５０にて示される抽出用の電極が、ワークピース２１６に対して固定される）。

イオンビーム２０５からワークピース２１６内へのイオンの均一な注入といった、ワークピース２１６を均一に処理するために、第１スキャン経路２４６に沿って移動するとき、エンドエフェクタ２７８の制御された、関節によりつながれた動き、つまり、概して、一定の移動速度を維持することが重要である。ワークピース２１６が、イオンビーム２０５を通過するとき、エンドエフェクタ２７８の制御された、関節によりつながれた動き、つまり、概して、一定の移動速度を維持することは、例えば、ワークピース２１６への、ほぼ均一なイオン注入量を提供する。それゆえ、ワークピース２１６の均一な処理は、振り子型の動きにおいて、上記ワークピース２１６が、第１スキャン経路２４６に沿って移動するとき達成される。

それゆえ、本発明のさらに他の実施形態では、概して一定の速度、つまり、制御された、関節によりつながれた動きは、イオンビーム２０５を通過するワークピース２１６の動きに関連した所定のスキャンニング範囲２５４において所望される。所定のスキャンニング範囲２５４は、一般に、ワークピース２１６の物理的な各寸法に関連している（例えば、上記スキャンニング範囲は、ワークピース２１６の直径より大きい）。本実施例では、所定のスキャンニング範囲２５４は、ワークピース２１６の直径にイオンビーム２０５の幅を足した合計より大きな距離を移動するワークピース２１６により概して規定される。ワークピース２１６は、第１スキャン経路２４６に沿って、イオンビーム２０５を通過するように移動し、イオンビーム２０５は、ワークピース２１６の両端部２５６間がスキャンされる。

さらに他の実施形態によれば、所定のスキャンニング範囲２５４内にてワークピース２１６のための所望される速度プロファイルが規定されてもよい。所望される速度プロファイルは、概して、往復動ドライブシステム２００の構成に依存する。例えば、ワークピース２１６が、スキャンアーム２３２に対して固定されているか、回転可能であるかに依存して、スキャンアーム２３２の回転２４４の概して一定の速度または変化可能速度（それゆえ、第１スキャン経路２４６に沿ったワークピース２１６の概して一定の速度または変化可能な速度）が所望されてもよい。

例えば、ワークピース２１６が、第１スキャン経路２４６に沿った回転方向を維持するために、スキャンアーム２３２に対して回転される場合、上記曲線に沿った経路に沿ったワークピース２１６へのイオンのほぼ均一な注入量を提供するために、所定のスキャンニング範囲２５４の各端部２５５の近くにイオンビーム２０５が達したとき、第１軸２２４を中心とするスキャンアームの回転速度を変化（例えば、所定のスキャンニング範囲２５４の各端部に近いところ１０％程度の速度を増加）させてもよい。

スキャンアーム２３２の速度を変化させることの他の代替物として、または、上記変化させることに追加して、イオンビーム電流といったイオンビーム２０５の各物性を、ワークピース２１６に対する、概して均一なイオンの注入量を作成するために変化させることも可能である。

上述した各実施形態の一つに示されているように、ワークピース２１６は、ほぼ、均一にイオンビーム２０５に曝すために、所定のスキャンニング範囲２５４内にてほぼ一定の速度を維持すること、一般に望ましい。しかしながら、第１スキャン経路２４６に沿った、往復動、交互の反転するワークピース２１６の動きにより、第１軸２２４を中心としたシャフト２２８の時計方向および反時計方向（対向回転）の間のように、ワークピース２１６の加速、減速が不可避である。

それゆえ、スキャンアーム２３２、エンドエフェクタ２７８およびワークピース２１６の加速および減速を適合するために、第１スキャン経路２４６に沿った、最大の各位置２６０、２６２の間の対向する各端部により移動される最大スキャン距離２５８がさらに規定され得る。上記加速および減速は、イオンビーム２０５がワークピース２１６に接触しないとき、または、イオンビーム２０５の一部がワークピース２１６に接触しないときの何れにおいても、オーバーシュート領域２６４において生じ得る。

従来の２次元のスキャンニングシステムでは、ワークピースの移動方向の反転の間、加速および減速の許容可能な量は、慣性力、および慣性力に関連する従来の上記スキャンニングシステムの残部へ伝達される反応応力を最小化するために、ほぼ限定されている。米国特許第７，１３５，６９１号明細書は、イオンビームを通過させてワークピースをスキャンするための往復動ドライブを記載し、本明細書において参照によって組み込まれている。

図１、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂは、質量分析のための質量分析器（図示せず）および本発明の観点による角度補正を採用しているイオン注入システム１００に用いられる分析アッセンブリ３００の種々な分解および斜視図である。

図示されていないが、四極レンズまたは他の集束機構が、質量分析器１３０（図１）の下流側に配置され得て、イオンビーム１０４（図１）に関するビームのブローアップの衝撃（インパクト）を補償する、つまり軽減する。イオン注入処理から、結果として共通に生じる事件は、ワークピース１０２の荷電である。上記荷電は、イオンビーム１０４からの正のイオンが、ワークピース１０２に打ち込まれ、マスキング層内に蓄積する。このことは、ワークピース１０２上に過剰な荷電が積み上げられる原因となり、イオンビーム１０４内にて、荷電のアンバランスを導き、かつ、ビームブローアップとして公知の状態を導き、その結果、ワークピース１０２を横断する方向のイオン分布の変化を招来する。

上記過剰な荷電の積み上げは、また、ゲート酸化物を含む、表面の酸化物に対してダメージを与え、デバイスの信頼性の問題を導き、その結果、ワークピース１０２の内部での、絶縁層などの絶縁破壊を生じ、デバイスの歩留りの低下を招く。

図３は、本発明の少なくとも一つの実施形態による分析アッセンブリ３００（図１では、アッセンブリ１３５として図示された）の斜視図である。分析アッセンブリ３００については、本明細書において、詳細には説明されないが、当業者には、分析アッセンブリとして公知なものである。分析アッセンブリは、プラズマ電子流（ＰＥＦ）アッセンブリ３０２を含む。ワークピース１０２の荷電は、ワークピース１０２を、安定で、高密度のプラズマ環境にさらす、プラズマ電子流（ＰＥＦ）アッセンブリ３０２を用いて、制御され得る。

荷電の中和システムを通した、イオン注入ステーションへのイオンビームの生成すると共に搬送するための好適な装備は、例えば、米国特許第５，１６４，５９９号明細書（ベンベニステ）、米国特許第５，５３１，４２０号明細書（ベンベニステ）、米国特許第５，６３３，５０６号明細書（ブレーク）、米国特許第５，６９１，５３７号明細書（チェン他）、米国特許第５，７０３，３７５号明細書（チェン他）に開示されている。

アーク室（図示せず）が、プラズマ電子流（ＰＥＦ）アッセンブリ３０２の下に配置され得る。プラズマ電子流（ＰＥＦ）アッセンブリ３０２は、図示されているように、ＰＥＦボックスベース３３１（図５）に取り付けられている。アーク室は、フィラメント、ガス導入ポート、アーク室ＰＥＦカバー３３９を含むことができる。取り出し用の穴（ホール）を有するカバー３３９は、アーク室をＰＥＦボックスの内部表面に対して露出させる。分析アッセンブリ３００を、相違する構成にて作成することが可能であり、それら全ての構成が本明細書において本発明として考えられることは明らかである。示された実施形態は、示された実施形態の意味に限定して解釈されるべきではない。

低エネルギーの電子が、アーク室内のプラズマから取り出され、イオンビーム１０４内に導入される。上記イオンビーム１０４は、上記電子をワークピース１０２へ搬送した結果、上記ワークピース１０２の表面荷電は中和される。上記電子のエネルギーは、上記ワークピース１０２を負に荷電することを防止するために、十分に低い。

上記イオンが注入されたワークピース１０２上の正の荷電を中和するためのプラズマ電子流（ＰＥＦ）アッセンブリ３０２は、ノコギリ歯状の各側壁３１２を有する、ＰＥＦボックス３０３を含む。各側壁３１２は、ノコギリ歯状によって、絶縁性の汚染物質を、上記各側壁の内表面の全体に付着することを防止するが、上記各壁の一部に対してのみ取り付ける。ＰＥＦボックス３０３は、図１に示されるような、イオンビームソース１１６からプロセス室１１２へと通過するイオンビーム１３４（図１）が通る、内部領域２２２を規定する。

斜視図にて示された、少なくとも一つの実施形態の分析アッセンブリ３００が、質量分析器１３０の出口１２８（図１）とプロセス室１１２の間に配置され、プラズマ電子流（ＰＥＦ）アッセンブリ３０２、分析スリット３０４、ＰＥＦ高電流フィードスルーアッセンブリ３０６、絶縁体ＰＥＦフィティング３０７、ビームガイド出口シールド３０８およびビームガイド出口側開口３１０（図４Ａ）を含む。

分析アッセンブリ３００は、さらに、ノーズタワーシールド３１６により部分的に囲まれたノーズタワー３１４を含む。ノーズタワー３１４は、スペーサ３１８により分析スリット３０４に結合されている。スペーサ３１８は、分析スリット３０４およびノーズタワー３１４をボルトにて固定する。シールド管スプールタワー３２０が、スプールタワー３２２の内部に同軸状に配置され、その配置位置にて機械的に保持されている。上記スプールタワーのｔ字状端部が、スプールタワー３２２にボルトにて固定されている。ｏ−リング３２４（図４Ａ）が、スプールタワー３２２とタワーリング隔膜マウント３２６との間に配置され、しっかりと取り付けられている。ビームガイド出口側開口３１０は、ビームガイド出口シールド３０８と共に、スプールタワー３２２の末端部内に対して気密状態にて取り付けられている。

前面側シールドＰＥＦ３２７が、前面側シールドスペーサＰＥＦ３２９に結合され得る。ノコギリ歯状の各側壁３１２は、ＰＥＦボックス基部３３１のベース（基部）側、ＰＥＦボックス上壁３３７およびＰＥＦバックシールドスペーサ３３５に取り付けられている。上記取り付けには、スクリューまたはその類似品を含む固定具が使用されている。ＰＥｆビームライン出口開口（例えば、グラファイト製）つまりビーム相補スリット３３０といった、本発明の重要な部品が、ＰＥＦバックシールドスペーサ３３５に結合され得、その結果、ビーム相補スリット３３０は、分析アッセンブリ３００内に適切に配置される。

本発明者らは、ビーム形状（例えば、「バナナ形状」）に緊密に対応するビーム相補スリット３３０を用いることによって、粒子の数および汚染物質が、極めて減少できたことを認めた。この場合、スリットのサイズおよび形状は固定されている。イオンビームの経路に対して直交する平面に衝突するイオンビームの断面を含む、イオンビームの断面エンベロープを測定するための、一般的な方法が存在している。上記測定は、ビームを垂直方向および水平方向の双方にてスウィープする、分割された各ディテクタを備えたシステムを用いて達成される。

上記方法の代替では、上記測定は、２つの各次元でのイメージを提供するビームにより、プレート内にパターン化されるラセン状のホールを回転させることによってなされ得る。さらに他の方法では、上記イメージは、適切な材料上に、単にビームを焼き付けることによって決定され得る。上記ビームの各端部は、上記ビームの近接位置内へ、フローティング開口を移動させることによって検出され得る。

上記イオンビーム相補スリット３３０は、数多くの注入製品やシステムに使用され得ることが、当業者には明らかであろう。例えば、イオンリボンビームまたはスキャンされたイオンビームの注入機において、上記イオンビーム相補スリット３３０は、コリメータまたはスキャン１３８）図１）の上流側にて使用され得る。上記イオンビーム相補スリット３３０は、種々な形状やサイズを含み得、それら全てが本発明内と考えられることは当業者であれば明らかであろう。

他の実施形態では、イオンビームの形状およびサイズは、種々なおよび／または電子機械的なシステムを用いて決定され得る。電子機械的なシステムは、センサ類、コントローラシステムおよび取り付け位置にて動的に制御されて変化可能なスリット（図示せず）を含む。上記変化可能なスリットは、上記イオンビーム相補スリットおよびその類似品によって遮断された電流を測定することにより上記ビームの各端部を検出する。本実施形態では、上記変化可能なイオンビーム相補スリット（図示せず）は、上記イオンビームの形状およびサイズを、上記スリットにほぼ合わせるように構成され得る。

質量分析器１３０の出口の位置のビーム規定用開口１２３は、ビーム規定用開口１２３の許容される形状が、上記ビーム内に異常を生じさせる電磁石といった光学素子の一組を通る、イオンソースから生じるビームの放射を、狭い幅および比較的高い高さを備えたスリットに合わすように設定される。上記異常は、例えば、イオンビームが搬送される磁界において、ビーム内の各イオンの軌道の曲率半径が変動するような上記磁界のグラディエント（不均一性、変化）に起因する。

上記スリット状のビームの高さ方向での磁界のグラディエントの他の例として、ソースの磁化または質量分析のダイポールにおける大きなポールギャップといったものは、拡散方向内の位置のビーム内にて、非拡散方向内の位置での機能として、上記スリット状のビームをシフトさせる。上記得られたビーム形状は、上記ダイポールフィールド内のイオンビームの回転の中心に対して曲げられた形状のようになる。

イオンビーム相補スリット３３０の理想的な開口形状（例えば、バナナ状のスリット）は、イオンビームの形状に合わせて、上記スリット上にて生じるビームとの衝突を最小にする。

逆に、従来のシステムは、上記のようなビーム形状を考慮せず、長方形の質量分析ビーム開口を備えて設定されている。そのようなビーム開口は、寸法において単に合っていないことにより、ビームを過剰にまたは非均一的にクリップする（遮断する、または、抜き取る）。

それゆえ、イオンビーム相補スリット３３０は、上記ビームの放射形状に合わせて、ビームクリッピングの最適な量を提供するように設定され得る。イオンビーム相補スリット３３０のサイズや形状は、当業者により知られた何れのイオンビームの形状やサイズに合わせるようにできる。さらに、イオンビーム相補スリット３３０または他のビーム規定用のスリットは、上述された、実際のビームサイズに緊密に合わせるように上記スリットのサイズを、その取り付け位置にて調整可能な、種々な電子機械的な実施形態において設定可能なものである。

ビームサイズの上記制御方法は、ワークピースを必要な時間を減少させることによってプロセスのスループットを改善し、また、上記プロセス室内のビームの不要な衝突を防止するように上記ビームサイズを限定する。上記ビームサイズの限定の機能に加えて、分析スリットおよび規定用スリットは、イオンビームのエンベロープ内に混入してきた荷電粒子をクリップする（抜き取る）ことが可能となる。それゆえ、上記各端部の上記クリッピングは、上記混入した粒子をブロック（遮断）し、上記ターゲットのプロセス室へ搬送される粒子量を低減する。

最後に、従来の分析用開口およびビーム規定用開口を用いる際の、過剰なビームの衝突は、スパッタされた（飛ばされた）材料を生成し得、二次電子を生成し得る。上記スパッタされた材料は、追加の粒子を生成し得、および／または、以前のプロセスに用いたイオン種からの汚染物質を放出することがある。

それゆえ、本発明の分析スリットおよびビーム規定用スリットは、スパッタされる材料を最小化する一方、十分な、質量分析、ビームカレント、粒子クリッピングを提供するというトレードオフのバランスをとるように設定される。本実施形態では、バナナ形状の半径および長さは、例えば、２０ｋｅＶを超える動作にて生じるビーム損失を、例えば、最小となるように構成されている。

本発明のさらに他の観点によれば、イオンビーム相補スリットのサイズおよび形状をイオンビームのサイズおよび形状に合わせることによる粒子および汚染物質の減少方法は、図７に図示されているように、参照番号７００として示されて提供される。方法７００は図示され、一連の各動作および各イベントとして後述されるけれども、本発明は、以上のような各動作および各イベント図示された順番によって限定されないことは明らかであろう。例えば、幾つかの各動作は、本発明の１以上の観点に基づき、本明細書において図示されたものおよび／または記載されたものと、相違する順番および／または、異なる動作やイベントと同時であってもよい。

本発明のさらに他の観点によれば、イオンビーム相補スリットのサイズおよび形状をイオンビームのサイズおよび形状に合わせることによる粒子および汚染物質の減少方法は、図７に図示されているように、参照番号７００として示されて提供される。方法７００は図示され、一連の各動作および各イベントとして後述されるけれども、本発明は、以上のような各動作および各イベント図示された順番によって限定されないことは明らかであろう。例えば、幾つかの各動作は、本発明の１以上の観点に基づき、本明細書において図示されたものおよび／または記載されたものと、相違する順番および／または、異なる動作やイベントと同時であってもよい。

さらに、本発明に係る方法を実行するために、図示されないステップが要求されてもよい。その上、本発明に係る方法は、本明細書において図示され、記載された構造の形成および／または処理と共に実行されてもよく、また、図示されない他の構造と共に実行されてもよい。

上記方法が、他の図１−３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを参照して以下に説明される。方法７００は、例えば、イオンソース１１６（図１）内のイオンビームパラメータを選択することを備えた７０２にて開始する。イオンビーム１０４は、７０２にて取り出され、質量分析器１３０に向かって方向付けられる。上記イオンビーム１０４は、ペンシルビーム、拡散ビーム、リボンビーム、およびそれらの類似品で有り得る。７０４にて、上記質量分析器１３０（図１）における、磁界強度などのパラメータが選択される。

７０６にて、イオン注入システム１００内のイオンビーム相補スリット３３０以外の上記スリットの各位置が選択される。この選択は、７０８にて、生成されたイオンビーム１０４がイオン注入システム１００内を通して移動することを可能にし、その結果、７１０にて、上記イオンビーム１０４のサイズおよび断面の形状が、測定され得、かつ、エンドステーション１１において正確に決定される。

本実施形態では、上記イオンビーム相補スリット３３０は、固定された、つまり一定のサイズおよび形状のものである。本実施形態では、上記形状は、バナナ形状のスリット６００であるが、上記スリット６００は、何れのイオンビームのサイズおよび断面形状に合わせて作製され得ることは明らかであろう。

前述したように、イオンビームの経路に対して直交する平面に衝突するイオンビームの断面を含むイオンビームの断面のエンベロープを測定するための一般的な方法が存在している。上記測定は、垂直方向および水平方向の双方のビームをスウィープする分割された各ディテクタを備えたシステムを用いて達成され得る。

他の方法では、上記測定は、２つの各次元でのイメージを提供するビームにより、プレート内にパターン化されるラセン状のホールを回転させることによってなされ得る。さらに他の方法では、上記イメージは、適切な材料上に、単にビームを焼き付けることによって決定され得る。上記ビームの各端部は、上記ビームの近接位置内へ、フローティング開口を移動させることによって検出され得る。

さらに他の実施形態では、上記変化可能なイオンビーム相補スリット（図示せず）は、上記イオンビームの形状およびサイズを、上記スリットにほぼ合わせて調整可能なように構成され得る。イオンビームの形状は、電子機械的なシステムを用いて正確に決定され得る。電子機械的なシステムは、センサ類、コントローラシステムおよび取り付け位置にて動的に制御されて変化可能なスリット（図示せず）を含む。上記変化可能なスリットは、上記イオンビーム相補スリットおよびその類似品によって遮断された電流を測定することにより上記ビームの各端部を検出する。

９１２にて、上記イオンビーム相補スリット３３０は、イオンビームの断面形状の対応して作製される。つまり、上記イオンビーム相補スリット３３０の形状は、上記スリットがイオンビームの形状およびサイズに対応するように上記スリットを調製するように構成された電子機械的なシステムを通して生成される。

７１４にて、イオンビームの重要な各因子が測定され、上記各因子が許容され得ない場合、方法７００は、７１２に戻り、上記各因子が許容される場合、上記方法は終了する。上記イオンビームの重要な各因子は、ビーム電流、粒子、汚染物質などを含む。

本発明は、１以上の各実施例に関して図示され記載されているけれども、各代替物および／または各変形例を、添付された特許請求の範囲の権利範囲および精神から離れない限り、図示された実施例に施してもよい。

特に、上述された各部品や各構造（各ブロック、各ユニット、各エンジン、各アッセンブリ、各デバイス、各回路、各システムなど）、以上の部品を記載するために使用された各語句（「手段」への参照を含む）により実行される種々な各機能に関しては、他の指示が無い限り、上述された部品（例えば、機能的に等価物）の特定された機能を実行する何れの部品または構造にも対応することが意図されている。上記何れの部品または構造は、本明細書において、本発明の図示され、模範例の各実施例に記載の機能を実行する開示された構造と構造的に等価でなくともよい。

さらに、本発明の特別な特徴は、幾つかの各実施例の１つにのみにて開示されていても、そのような特徴は、何れの所定のまたは特定の適用例にとって所望され、かつ有利な他の各実施例の１以上の他の特徴と組み合わされてもよい。本明細書において使用される「模範例」の語句は、ベストまたは最高に対抗されるような例示を暗示することが意図されている。その上、「含有する」、「有する」、「備える」またはそれらの変形の各語句は、本明細書の詳細な説明および特許請求の範囲の何れにも使用され、以上の各語句は、「含む」との語句と同様な意味を包含することが意図されている。

Claims (20)

1. ビーム経路に沿ったイオンビームを生成するように構成されたイオンソースと、
   上記イオンビームの質量分析を実行するように構成され、上記イオンソースの下流側に配置された質量分析器と、
   上記ビーム経路に沿い、かつ、上記質量分析器の下流側に配置されたビーム相補スリットとを含み、
   上記ビーム相補スリットは、上記イオンビームの断面のビームエンベロープに対応するサイズおよび形状を有している、イオン注入システム。
2. 上記ビーム相補スリットは、分析スリットの上流側に配置されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 上記ビーム相補スリットは、分析スリットの下流側に配置されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 上記ビーム相補スリットは、上記イオンビームの形状にほぼ合うように、サイズおよび形状に関して、電子機械的に制御されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 上記ビーム相補スリットは、ほぼバナナ形状である、請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 上記イオンビームの形状は、電子機械的なシステムを用いて正確に決定されるものであり、
   上記電子機械的なシステムは、各センサ、コントロールシステム、および、取り付け位置にて動的に制御されて変化可能なスリットを有し、
   上記電子機械的なシステムは、上記変化可能なスリットにより遮られる電流を測定することによって上記イオンビームの各端部を検出するように構成され、上記変化可能なスリットのサイズおよび形状を調整するものである、請求項１に記載のイオン注入システム。
7. 上記イオンビームの断面のビームエンベロープは、
   上記イオンビームを垂直方向および水平方向の双方にてスウィープする分割された各ディテクタを備えたシステムを用いて測定され、
   ２つの各次元での上記イオンビームのイメージを提供するように構成され、プレート内にパターン化される、回転するラセン状のホールを用いて測定され、
   材料上に、単にビームを焼き付けて測定され、または、
   イオンビームの近接位置内へ、フローティング開口を移動させることによって上記イオンビームの各端部を検出することによって測定される、請求項１に記載のイオン注入システム。
8. ビーム経路に沿ったイオンビームを生成するように構成されたイオンソースと、
   上記イオンビームの質量分析を実行するように構成され、上記イオンソースの下流側に配置された質量分析器と、
   上記質量分析器の下流側に配置され、プラズマ電子流アッセンブリ、分析スリット、および、少なくとも１つのビーム相補スリットとを有する分析アッセンブリとを含み、
   上記分析アッセンブリは、上記分析スリット、および、上記少なくとも１つのビーム相補スリットとを所定の間隔にて支持するように構成され、
   上記分析スリットは、上記質量分析器の部品の下流側に配置され、
   上記少なくとも１つのビーム相補スリットは、上記ビーム経路に沿った、上記分析スリットから下流側にあり、
   上記少なくとも１つのビーム相補スリットは、上記イオンビームの断面のエンベロープに対応するサイズおよび形状を有している、イオン注入システム。
9. 上記少なくとも１つのビーム相補スリットは、上記分析スリットの上流側に配置されている、請求項８に記載のイオン注入システム。
10. 上記少なくとも１つのビーム相補スリットは、上記分析スリットの下流側に配置されている、請求項８に記載のイオン注入システム。
11. 上記少なくとも１つのビーム相補スリットは、変更可能に構成され、上記イオンビームの断面のエンベロープにほぼ対応するサイズおよび形状に、電子機械的に制御され得るものである、請求項８に記載のイオン注入システム。
12. 上記少なくとも１つのビーム相補スリットは、ほぼバナナ形状である、請求項８に記載のイオン注入システム。
13. 上記イオンビームの形状は、電子機械的なシステムを用いて正確に決定されるものであり、
    上記電子機械的なシステムは、各センサ、コントロールシステム、および、取り付け位置にて動的に制御されて変化可能なスリットを有し、
    上記電子機械的なシステムは、上記変化可能なスリットにより遮られる電流を測定することによって上記イオンビームの各端部を検出するように構成され、上記変化可能なスリットのサイズおよび形状を調整するものである、請求項８に記載のイオン注入システム。
14. ビーム相補スリットのサイズをイオンビームのサイズおよび形状に合わせることによって粒子および汚染物質を低減する方法であって、
    （ａ）イオンビームのソースの各パラメータを選択し、
    （ｂ）質量分析器の、フィールド強度を含む各パラメータを選択し、
    （ｃ）分析スリットの位置を選択し、
    （ｄ）イオンビームの断面のエンベロープを決定し、
    （ｅ）上記イオンビームの断面のエンベロープとほぼ同じビーム相補スリットを作製し、かつ、上記ビーム相補スリットを実装し、
    （ｆ）イオンビームの重要な各因子を測定し、
    上記測定されたイオンビームの重要な各因子が許容されない場合、（ｅ）に戻り、
    方法を終了する、方法。
15. 上記ビーム相補スリットを、上記分析スリットの上流側とする、請求項１４に記載の方法。
16. 上記ビーム相補スリットを、上記分析スリットの下流側とする、請求項１４に記載の方法。
17. 上記ビーム相補スリットを、ほぼバナナ形状とする、請求項１４に記載の方法。
18. 上記イオンビームの形状を、電子機械的なシステムを用いて正確に決定し得、
    上記電子機械的なシステムは、各センサ、コントロールシステム、および、取り付け位置にて動的に制御されて変更可能なスリットを有し、
    上記変更可能なスリットは、上記ビーム相補スリットにより遮られる電流を測定することによって上記イオンビームの各端部を検出する、請求項１４に記載の方法。
19. 上記イオンビームの断面のビームエンベロープを、
    上記イオンビームを垂直方向および水平方向の双方にてスウィープする分割された各ディテクタを備えたシステムを用いて測定する、
    ２つの各次元での上記イオンビームのイメージを提供するように構成され、プレート内にパターン化される、回転するラセン状のホールを用いて測定する、
    材料上に、単にビームを焼き付けて測定する、または、
    イオンビームの近接位置内へ、フローティング開口を移動させることによって上記イオンビームの各端部を検出することによって測定する、請求項１４に記載の方法。
20. 上記ビーム相補スリットを、変更可能に構成し、上記イオンビームの断面のエンベロープにほぼ対応するサイズおよび形状に、電子機械的に制御し得る、請求項１４に記載の方法。

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