JP2015503188A - イオン注入装置およびイオンを注入する方法 - Google Patents

Abstract

ドラムタイプの走査ホイールを用いるイオン注入装置は、６０?未満の全体の円錐角でウェハを保持する。たとえばＨ＋といったイオンのコリメートされた走査ビームが、走査ホイールの回転軸に対して少なくとも４５?の角度である最終ビーム路に沿って方向付けされる。走査または質量分析される前に、イオンが源から抽出され、線形加速路に沿って（５００ｋｅＶを超える）高注入エネルギーまで加速される。質量分析器は、回転軸の近くに配置され得、望まれないイオンが、走査ホイール上に搭載され得る環状ビームダンプに方向付けされる。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１１年１１月１５日に出願された米国特許出願番号第１３／２９６，４３６号の利益を請求する。

記載

発明の背景
光起電技術を用いる再生可能エネルギーについての要求が増加している。特に、光電池は一般的に、従来シリコンインゴットをスライスすることにより得られる結晶シリコンウェハ上に形成される。典型的に１１５μｍよりも厚いシリコンウェハを産出するこのプロセスでは、シリコン本体の５０％までカーフロスで消費することにより相当な量のシリコンが無駄になっている。結果得られるウェハはまた、有用な光起電装置に必要とされるよりもはるかに厚い。

より薄いシリコン薄層は、典型的にはＨ^＋イオンによる高ドーズのイオン注入の後で加熱することによる膜の剥離によって作製される。しかしながら、光起電用途のために剥離によって有用なシリコン薄層を作製するためには、脆弱層を十分な深さに作製するようイオンを高エネルギーで注入する必要がある。

さらに、相対的に高い生産性を提供するために、高いビーム電流を使用することが望ましい。イオン電流が１００ｍＡであるとともにエネルギーが１ＭｅＶである注入ビームがここで考慮される。注入される基板に送達される有効なビームパワーは、１００ｋＷ以上のオーダであり得る。このような高い注入ビームパワーによって基板が過剰な温度まで加熱されることを防止する必要性はかなりの困難を提示する。

公知のタイプのイオン注入具では、注入されるイオンのビームは、プロセスホイールの周辺部の周りに一群で搭載される基板（典型的にはシリコンウェハ）に方向付けられる。プロセスホイールまたは回転走査アセンブリは、ホイール上のウェハが順々にイオンビームを通過するように軸周りの回転のために搭載される。これにより、イオンビームのパワーは、プロセスホイール上で一群になっているウェハ同士の間で共有され得る。これらのウェハは、プロセスホイール上の基板ホルダ上に搭載される。基板ホルダは、ウェハを支持するための熱シンク表面を含む。熱シンク表面の強制冷却は典型的に水冷構造によって提供される。

ウェハと熱シンク支持表面との間の接触は、回転軸に向かうよう内方へ支持表面を傾けることにより維持され、これにより、ウェハは、プロセスホイールが回転すると、遠心力により支持表面に対して押圧される。

回転走査アセンブリを用いるこのような注入装置におけるウェハの冷却の有効性は、その下に存在する熱シンク表面にウェハが押圧される力に依存し得る。ドラムの形態にある回転走査アセンブリを提供する公知のイオン注入装置が存在しており、ドラムの内面の周りに実質的に回転軸に面してウェハが搭載される。この構成は、ウェハに対する遠心力の効果を最大化して、注入プロセスの間にウェハの冷却を最適化する。

回転ドラムタイプのイオン注入装置は、物理的に非常に大きくなり得る。回転ドラム自体の直径は、ドラムの周辺部が、一群で処理されるべき所要数の基板ウェハを収容することができるように、十分に大きくなければならない。回転ドラム上に搭載された基板ウェハは実質的にドラムの回転軸に面するので、イオンビームは、ドラムの回転軸に対して相対的に大きい角度で、ドラムの内周辺部の周りの基板に方向付けされなければならない。イオン注入器のビームライン構造に関する先行技術は典型的に、すべてがドラムの周辺部の外に位置するイオン源と、分析器磁石と、ビーム加速部とを含むビームラインの要素を必要とする。これにより、ビームは、ドラムの直径に亘るドリフト路に沿った直線に方向付けられ得る。この典型的な構造によって、ドラムタイプのイオン注入器が半導体作製設備のフロア上で相対的に大きい設置面積を占有するだけでなく、いくつかの適用例では、当該ドラムの直径に亘るイオンビームの長いドリフト路の長さによって困難さが引き起こされる。

概要
回転軸および周辺部を有する回転走査アセンブリを含むイオン注入装置が提供される。複数の基板ホルダが周辺部の周りに分散される。これらの基板ホルダは、回転軸の周りに全体の円錐角を規定するようそれぞれの平面基板を６０°未満の共通基板傾斜角度で保持するように構成される。

基板傾斜角度は、基板の中心を通り回転走査アセンブリの周辺部に対して接線方向である軸の周りの、軸走査アセンブリの回転軸と平行であるとともに当該接線軸を含む面に対する基板の面の回転角度として規定される。

回転走査アセンブリ上に搭載される平面基板の全体の円錐角は、当該技術の当業者には公知である技術用語である。回転走査アセンブリの基板ホルダ上に搭載された平面基板の、上で規定されたような共通基板傾斜角度がαであれば、全体の円錐角は２αである。したがって、回転走査アセンブリ上のホルダ上に搭載された平面基板によって形成される全体の円錐角が６０°未満になるために、これらの基板の共通傾斜角度は３０°未満であるべきということが分かり得る。

イオン注入装置は、基板ホルダ上の平面基板における注入のためにイオンのビームを提供するビームラインアセンブリをさらに含む。ビームラインアセンブリは、回転軸に対して少なくとも４５°の角度である最終ビーム路に沿った所定のイオン注入方向にビームを方向付けするよう構成される。

装置の動作において、回転走査アセンブリが回転すると、基板ホルダ上の平面基板は、移動方向において連続的に最終ビーム路を遮る。

ビームラインアセンブリはさらに、イオン源と、イオン加速器と、ビーム湾曲磁石とをイオンビーム方向において連続して含む。イオン加速器は、少なくとも５００ｋｅＶの所望の注入エネルギーを有する加速ビームを作り出すよう、イオン源からのイオンを加速するために有効である。ビーム湾曲磁石は、加速ビームを受け取るようビーム入口を有する。イオン源と、加速器と、ビーム入口とは、イオン源からビーム湾曲磁石のビーム入口まで線形であるビーム加速路を規定する。

平面基板にイオンを注入する方法も提供される。平面基板は回転走査アセンブリの周辺部の周りに分散される基板ホルダ上に搭載される。回転走査アセンブリ上の基板ホルダは、回転軸の周りに全体の円錐角を規定するようそれぞれの平面基板を６０°未満の共通基板傾斜角度で保持する。

本発明の方法は、
ａ）注入に望ましいイオンを含むイオンの源を生成するステップと、
ｂ）源からのイオンを抽出し、線形加速路に沿って加速して少なくとも５００ｋｅＶのエネルギーを有する加速イオンビームを作り出すステップと、
ｃ）回転軸に対して少なくとも４５°の角度である最終ビーム路に沿った所定の注入方向に、注入に望ましいイオンの加速ビームを方向付けするよう加速ビームを湾曲するステップと、
ｄ）基板が移動方向において連続的にビーム路を遮るように回転走査アセンブリを回転するステップとを含む。

本発明を具現化するイオン注入装置の例の概略平面図である。 本発明のある実施例に従った、回転走査アセンブリ上に搭載されたイオンビームダンプを示す、図１の注入装置の回転走査アセンブリの概略図である。 本発明のある実施例に従った、回転走査アセンブリ上に搭載されたイオンビームダンプを示す、図１の注入装置の回転走査アセンブリの概略図である。

発明の詳細な説明
イオン注入装置の一実施例では、ビームラインアセンブリは、ビーム加速路の後に位置するとともに、加速ビームにおいて異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のイオン同士の間に角度分離部を作り出すよう動作する分析器磁石を含む。

ある実施例では、分析器磁石は、注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを、最終ビーム路に沿って所定のイオン注入方向に方向付けするよう動作する。この実施例では、イオン注入装置はさらに、回転走査アセンブリ上に搭載され、かつ回転走査アセンブリとともに回転する環状ビームダンプ領域を形成するイオンビームダンプを含む。分析器磁石は、望ましいｍ／ｅよりも大きなｍ／ｅを有するイオンを環状ビームダンプ領域に向かうように方向付けするよう動作する。

さらに別の実施例では、ビーム湾曲磁石は、加速ビームをある範囲の偏向角度によりある繰返し率で偏向して、最終ビーム路が基板ホルダの移動方向に対して横断方向に走査されるように走査ビームを作り出すよう動作するビーム走査磁石である。この実施例では、ビームラインアセンブリは、上記範囲の偏向角度に亘るビーム走査磁石からの走査ビームを受け取るよう配置される分析器磁石を含んでもよい。次いで、分析器磁石は、異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のビームイオン同士の間に角度分離部を作り出すよう動作する。

ある例では、分析器磁石は、コリメートされた走査ビームでの注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを、ビーム路に沿った所定のイオン注入方向に方向付けするよう動作し得る。

実施例は、回転走査アセンブリ上に搭載され、かつ回転走査アセンブリとともに回転される環状ビームダンプ領域を形成するイオンビームダンプをさらに含み得る。分析器磁石は、当該望ましいｍ／ｅよりも大きなｍ／ｅを有する加速ビームのイオンを環状ビームダンプ領域に向かうように方向付けするよう動作する。

一実施例では、最終ビーム路は、回転走査アセンブリの周辺部の直径よりも小さい合計イオンドリフト距離を有する。たとえば合計ドリフト距離は、周辺部の直径の半分よりも小さくてもよい。

さらに実施例では、上記の加速路は、回転走査アセンブリの回転軸と整列している。
イオン注入装置および方法の具体的な適用例は、シリコンのような結晶半導体材料の薄層の生産を含む。このようなシリコン薄層は光電池の生産に使用され得る。記載された装置および方法のこのような適用例において、注入されるべきイオンは典型的にΗ^＋イオンである。

イオン注入装置１が図１に示される。イオン注入装置１は、注入装置のプロセスチャンバを形成する真空容器１２内における回転軸１１周りの回転のために搭載される回転走査アセンブリ１０を含む。

回転走査アセンブリ１０が概略的に示される。回転走査アセンブリ１０は、駆動モータにより回転軸１１の周りの高速度での回転を可能にするよう回転軸受上に搭載される。回転軸受および駆動モータは、単純さのために図面に示されない。回転走査アセンブリ１０は、回転走査アセンブリ１０の周辺部１４の周りに分散される基板ホルダ１３を有する走査ホイール２を含む。基板ホルダ１３は、ウェハとも称されるそれぞれの平面基板１５を保持するよう配される。典型的に、平面基板１５は、注入のためのシリコンのウェハである。イオン注入装置１の一例では、ウェハは、約１５６ｍｍ^２であり、丸くされた角部を有する。回転走査アセンブリ１０の周辺部１４は、約３１００ｍｍの直径を規定するので、約６０個のウェハが、重なることなく当該周辺部の周りに収容され得る。

基板ホルダ１３は平面基板またはウェハ１５を保持するので、露出面は回転軸１１に向かうよう内方に方向付けられる。図１に示されるように、基板ホルダ１３は、ウェハ１５を傾斜角度αにて支持する。傾斜角度αは、ウェハ１５の面が回転走査アセンブリ１０の周辺部１４に対して接線方向である軸の周りを、接線軸を含む回転軸１１と平行な面に対して回転する角度として規定される。図１では、ウェハ１５が回転される接線軸は、示されるウェハ１５の位置にて紙面から直接的に外方に延在する。ウェハ１５についての傾斜角度αは、ウェハ１５の面の整列を示す第１のライン１６と、回転軸１１に平行に引かれている第２のライン１７との間の角度によって示される。

回転走査アセンブリ１０の周辺部１４の周りに分散される各基板ホルダ１３は、同じ傾斜角度αにてそれぞれのウェハ１５を保持するよう構成される。単純さのため、図１には、ただ１つの基板ホルダ１３ａが示される。この基板ホルダ１３ａは、最初に言及した基板ホルダ１３と、回転走査アセンブリ１０上のウェハ１５と直径方向において反対に配置される。上記のように、基板ホルダ１３ａは、ウェハ１５ａの面における第１のライン１８と、回転軸１１に平行に整列された第２のライン１９との間の角度として傾斜角度αでウェハ１５ａを保持する。

図１において分かり得るように、第１のライン１６および１８は、当該図において左に連続しており、その交点は回転軸１１上に存在する。回転走査アセンブリ１０の周辺部１４の周りに支持される他のウェハ１５の面における対応するラインはさらに、回転軸１１上の同じ点にて交わる。これらのラインのすべては、回転軸１１上に円錐軸を有するとともに全体の円錐角２αを有する円錐の表面上に存在する。

円錐角は、回転走査アセンブリ上のウェハが回転軸に向かうよう傾斜される角度を説明するよう用いられる、イオン注入の技術において公知の用語である。全体の円錐角が相対的に小さいイオン注入装置における回転走査アセンブリは、ドラムタイプの走査アセンブリと称され得る。なぜならば、低い円錐角の場合、ウェハは、ドラムの内表面の周りに分散されるとみなされ得るからである。本実施例は、基板支持部の合計の円錐角が６０°未満であるドラムタイプの回転走査アセンブリを用いるイオン注入装置を提供する。

このような構造により、ドラムホイール１０とも称される回転走査アセンブリ１０が十分に高速度で回転されると、ウェハ１５は、遠心力だけによりドラムホイール１０の周辺部１４の周りで、基板ホルダ１３上に支持され得る。約６０°未満の円錐角を用い、したがって各ウェハの傾斜角度αが約３０°であることにより、ウェハ１５と基板ホルダ１３のその下に存在する支持表面との間に十分な摩擦が存在し得、これにより処理の間にウェハ１５が基板ホルダ１３から滑り落ちるのが防止される。さらに、低い円錐角では、ウェハ１５と基板ホルダ１３のその下に存在する支持表面との間の良好な熱接触を確実にする遠心力の効果が最大化される。これは、注入プロセスの間に高パワーのイオンビームが用いられる場合には重要であるので、ウェハ１５に届けられたビームパワーによる熱が、基板ホルダ１３の熱シンク特性により、十分に除去され得る。典型的に、基板ホルダ１３は水冷される。

図１に示される例示的な装置１はさらに、イオン源２０と、イオン加速器２１と、ビーム湾曲磁石２２とを含むビームラインアセンブリ３を含む。イオン源２０は、注入に望ましいイオンを含むイオンの源を提供する。一例では、イオン源２０はΗ^＋イオンの源であってもよい。イオン加速器２１は、イオン源からのイオンを抽出し加速して、所望の注入エネルギーを有する加速イオンビームを作り出すのに有効である。イオン加速器２１は、少なくとも５００ｋｅＶのエネルギーを有する加速イオンビームを作り出すのに有効である。一例では、５００ｋｅＶを超えるエネルギーのΗ^＋イオンを含むイオンビームが、脆弱面を作り出すよう、シリコンウェハへの注入のために用いられ得、これにより注入されたウェハの表面からシリコンの薄い薄層が剥離されることが可能になる。このような薄層は、光起電性の太陽電池の製造に有用である。他の例では、イオン加速器２１は、１ＭｅＶ以上までの注入エネルギーを有する加速ビームを作り出し得る。

図１に示される例では、ビーム湾曲磁石２２は、加速ビームをある繰返し率である範囲の偏向角度により偏向するよう動作するビーム走査磁石である。走査ビームが作り出され、当該ビームは図１において２３で示される。走査イオンビームを作り出すビーム走査磁石は、当業者には周知である。

図１に示される例では、ビームラインアセンブリ３は、角度のある走査ビーム２３をビーム湾曲磁石２２から受け取るよう配置された分析器磁石２４を付加的に含む。分析器磁石２４は、全偏向角度範囲に亘って、角度のある走査ビーム２３を収容するのに十分な入口開口部を有するので、当該角度のある走査ビーム２３の全体が、分析器磁石２４を通過する。分析器磁石２４は、異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のビームイオンの間に角度分離部を作り出すよう構成および動作する。イオンビームを質量分析するための分析器磁石は、イオン注入の分野において周知である。分析器磁石における均質の磁界を通過する個々のイオンの飛行経路の曲率は、同じエネルギーを有するイオンの場合、当該ビームにおけるイオンのｍ／ｅの関数である。当業者には周知のように、ｍ／ｅがより高いイオンの飛行経路は、より曲率半径が大きくなる。

本例では、分析器磁石２４は、注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを、コリメートされた走査ビーム２５として分析器から出るように、方向付けするように動作する。したがって、分析器磁石２４は、ビーム湾曲磁石２２からの角度のある走査ビーム２３における異なる偏向角度のイオンが、分析器磁石２４を通過する際に、さらなる角度の偏向の量をちょうど受けて、図１においてライン２６により示される最終ビーム路に沿った所定のイオン注入方向に平行なコリメートされた走査ビーム２５として、分析器磁石２４から発生するように形状決めされる。

示される特定の例では、Η^＋イオンを注入する場合に、イオン源２０は、ある割合のＨ_２ ^＋イオンを作り出し得る。Ｈ_２ ^＋イオンの各陽子のエネルギーはＨ^＋イオンからの陽子のエネルギーの半分になるので、これらのＨ_２ ^＋イオンが望ましいΗ^＋イオンとともにウェハ１５に注入されるのは望ましくない。結果として、Ｈ_２ ^＋イオンの陽子は、注入の際、ウェハにおいて半分だけの深さに入り込み得る。ビーム湾曲磁石２２からの角度のある走査ビーム２３におけるＨ_２ ^＋イオンは、分析器磁石２４におけるΗ^＋イオンの曲率半径の２倍である当該磁石における曲率半径を有することになるので、Ｈ_２ ^＋がΗ^＋イオンから角度をなして分離される。

分析器磁石２４は、磁石の分離面（図１における紙面）において十分に大きい、磁石を通過するビームのための出口開口部を有するよう設計されており、これによりΗ^＋イオンのコリメートされた走査ビーム２５が、図１に示されるようにコリメートされたビームとして発生するだけでなく、Ｈ_２ ^＋イオンの別個の走査ビームがビーム２７にて示されるように分析器磁石２４から発生することが可能になる。これにより、Ｈ_２ ^＋は、角度のある走査ビーム２３から分離され、最終ビーム路２６に沿って分析器磁石２４によって方向付けされるコリメートされた走査ビーム２５の部分を形成しない。分析器磁石２４によって分離される望まれないイオンは、さらに以下に詳細に記載されるビームダンプに方向付けられる。

要約すると、イオン源２０と、イオン加速器２１と、ビーム湾曲磁石２２と、分析器磁石２４とを含むビームラインアセンブリ３は、最終ビーム路２６に沿った所定のイオン注入方向に所望のイオンのコリメートされた走査ビーム２５を方向付けするよう構成される。最終ビーム路２６は、回転走査アセンブリ１０の回転軸１１に対して少なくとも４５°の角度にある。実際には、回転軸１１とのこの角度はこれよりも大きくてもよく、典型的には約７０°を超えており、一例では約７８°である。

最終ビーム路２６は、回転軸１１に対して若干傾斜し得るので、最終ビーム路２６の後方への延長部分を形成する直線は回転軸１１と交わらない。この場合、最終ビーム路２６と回転軸１１との間の角度は、この特許の目的について、回転軸１１と、回転軸１１および回転走査アセンブリ１０の周辺部１４に対する最終ビーム路２６の交点を含む面への最終ビーム路２６の投射影との間の角度として規定される。したがって、最終ビーム路２６と回転軸１１との間の角度は、図１の紙面に現れる際には、回転軸１１と、最終ビーム路２６の後方への延長部分を形成する破線３７との間の角度３６であるということが示される。

ビーム湾曲磁石２２は、イオン加速器２１からの加速イオンビーム３１を受け取るよう入口３０を有する。図１に示されるように、イオン源２０からイオン加速器２１を介してビーム湾曲磁石２２の入口３０へのビーム加速路は線形である。実際、これは、イオン源２０から抽出された実質上すべてのイオンがイオン加速器２１を通過し、したがって所望の注入エネルギーにまで加速されることを意味する。これにより、イオン源から抽出されるイオンビームが質量分析される場合、記載された実施例のビームラインは、典型的な先行技術のビームラインと区別され、必要とされるイオンをビーム加速器へと通過させて必要とされるイオンを所望の注入エネルギーにする前に、注入に必要とされるイオンのみ選択する。

一実施例では、イオン加速器２１は静電加速器であるので、イオン源２０は、必要とされる注入ビームエネルギーに対応する高電位である。たとえば、必要とされる注入ビームエネルギーが５００ｋｅＶである場合、イオン源２０は、通常はグラウンド電位である注入チャンバの真空容器１２に対して＋５００ｋＶである。イオン源２０、イオン加速器２１を含み、ビーム湾曲磁石２２の入口３０までの直線路を提供することにより、イオン源２０の電位に近い高電位に分析器磁石２４を定める必要がなくなる。これは、適切な静電絶縁性能を達成しつつイオン加速器２１の物理的サイズを制限するためにイオン源２０およびイオン加速器２１はＳＦ_６のような絶縁性ガスを含むチャンバ３２に封入され得るので、重要な利点である。

イオン加速器２１は、イオンビームの通過のための真空気密内部空間を提供する加速器カラムを含む。ビーム湾曲磁石２２は、回転走査アセンブリ１０を含む真空容器１２の内部と連通する真空チャンバ部３３に配置される。次いで、真空チャンバ部３３は、ＳＦ_６チャンバ３２の端壁における開口部を通じてイオン加速器２１のカラムの内部に連通しているので、イオン源自体および加速器カラムは、真空チャンバ部３３との接続により効果的に真空にされる。

図１に示される例では、磁気四極子アセンブリ３４が、ＳＦ_６チャンバ３２においてイオン加速器２１の高エネルギー端にて間に配置される。磁気四極子アセンブリ３４は、最終ビーム路２６を通る基板ウェハ１５上の所望のビーム面積を提供するために、必要に応じて、加速ビームの形状を修正するよう動作する。

ＳＦ_６のような絶縁性ガスの筐体におけるイオン源およびイオン加速器アセンブリのさらなる詳細は、２０１０年１２月８日に出願された、この出願の同じ譲受人に譲受された同時係属出願番号第１２／９６２，７２３号から得られ得る。この同時係属出願の開示は、すべての目的について本願明細書において全文参照により援用される。

上述したように、分析器磁石２４は、望ましいｍ／ｅを有するビーム湾曲磁石２２からの走査ビームにおけるイオンを、より高い値のｍ／ｅを有するイオンから分離するのに有効である。この例では、望ましいイオンは、Ｈ^＋イオンであり、これらは分析器磁石２４によって、コリメートされた走査ビーム２５において最終ビーム路２６に沿うように方向付けされ、回転走査アセンブリ１０の周辺部１４の周りの基板ホルダ１３上の基板ウェハ１５に注入される。

この例では、望ましくないイオン種は主としてＨ_２ ^＋イオンであり、ビームダンプ４０に衝突するよう分析器磁石２４からビーム２７に沿って生じる。図２および図３は、回転走査アセンブリ１０上のイオンビームダンプ４０をより詳細に示す。イオンビームダンプ４０は、回転走査アセンブリ１０に搭載されており、回転走査アセンブリ１０とともに回転する環状ビームダンプ領域４１を形成する。

図２にもっともよく示されるように、ビーム湾曲磁石２２（図２に示さず）からの角度のある走査ビーム２３が分析器磁石２４に入る。分析器磁石２４における磁界により、回転走査アセンブリ１０の周辺部１４と交わるよう最終ビーム路２６に沿って方向付けされるコリメートされた走査ビーム２５が作り出される。動作において、回転走査アセンブリ１０は、周辺部１４の周りの基板ホルダ１３上に搭載される基板ウェハ１５がコリメートされた走査ビーム２５を連続的に遮るように、たとえば矢印４２の方向に高速度で回転される。ビームは、コリメートされた走査ビーム２５が一例では約１５３ｍｍであるウェハ１５の幅に亘って均一に延在するように、ビーム湾曲磁石２２によって十分に走査される。

この例では、コリメートされた走査ビーム２５は実質的にΗ^＋イオンのみを含む。Ｈ_２ ^＋イオンは、ビームダンプ４０の環状ビームダンプ領域４１に方向付けられるビーム２７に沿って分析器磁石２４から出現する。イオン源２０からのすべてのイオンが所望の注入エネルギー（５００ＫｅＶを超え典型的には１ＭｅＶ）に加速されているので、Ｈ_２ ^＋イオンのビーム２７は相当量のビームパワーをビームダンプ４０に送達し得る。たとえば、イオン注入装置１は、エネルギーが約１ＭｅＶでありビーム電流が少なくとも１００ｍＡであるΗ^＋イオンのビームを、注入されるウェハに送達するよう設計されてもよい。したがって、注入ビーム２５によって送達されるパワーは１００ｋＷを超え得る。イオン源２０から抽出されるビームの１０％のみがＨ_２ ^＋イオンを含んでいても、ビームダンプ４０に衝突するＨ_２ ^＋イオンのビーム２７は、ビームダンプ４０に１０ｋＷを超えるパワーを送達し得る。

回転走査アセンブリ１０とともに回転する環状ビームダンプ領域４１を有するようビームダンプ４０を構成することにより、このビームパワーは、ビームダンプ４０の全環状表面に亘って分散し得る。一実施例では、ビームダンプ４０は、ビーム２７によって送達されるパワーが除去され得るように水冷される。

再び図１を参照して、示されるイオン注入装置１の構造は、有意な利点を提供する多くの特徴を有する。分析器磁石２４は、回転走査アセンブリ１０またはドラムホイール１０の軸方向プロファイル内に配置される。結果として、分析器磁石２４の出口とドラムホイール１０の周辺部１４との間のコリメートされた走査ビーム２５の最終ビーム路２６は相対的に短くなり得る。この最終ビーム路２６に亘って、イオンビームは概して、ゼロ電界またはゼロ磁界の領域にある。電磁界のない領域におけるビーム路の長さは、イオンドリフト距離と称される。ドリフト距離上でイオンビームを制御する問題を最小化するようイオンビームのドリフト距離を可能な限り短く保つことが一般に望ましい。本例では、最終ビーム路２６のドリフト距離は、ドラムホイール１０の直径よりも小さい。示される例において、より特定的には、分析器磁石２４はドラムホイール１０の回転軸１１の近くに配置されるので、最終ビーム路２６のドリフト距離はドラムホイール１０の半径よりも小さい。

また、示される例において、イオン源２０からビーム湾曲磁石２２の入口３０までのビーム加速路は、ドラムホイール１０の回転軸１１と実質的に平行に整列される。この例では、加速イオンビーム３１の路も回転軸１１の近くに配置される。結果として、イオン源２０、イオン加速器２１、磁気四極子アセンブリ３４、ビーム湾曲磁石２２、および分析器磁石２４を含む全ビームラインアセンブリは、イオン注入装置１のドラムホイール１０の軸方向プロファイル内に物理的に含まれる。これにより、イオン注入装置１の空間的な占有面積を最小に保つことが可能になり、作製設備の製造フロア上のスペースを節約する。

上記の実施例は、光電池の製造における使用のためのシリコンの薄い薄層を剥離する目的で、シリコンウェハにおけるＨ^＋イオンの注入を特に参照して記載された。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載される特徴は、イオン注入の分野においてより一般的な用途を有する。

一実施例では、基板ウェハ１５がドラムホイール１０の周辺部１４の周りに支持される傾斜角度αは約１０°であり、最終ビーム路２６は、ドラムホイール１０の回転軸１１に対して約７８°の角度を有する。しかしながら、本発明の利益を得つつ、他の傾斜角度も考慮され得る。

イオン注入装置はさらに、次の特徴の組合せを有することが開示される。
Ａ）イオン注入装置であって、回転軸、および直径を規定する周辺部を有する回転走査アセンブリと、周辺部の周りに分散され、回転走査アセンブリが軸の周りを回転する際に周辺部の周りを移動する複数の基板ホルダとを含み、基板ホルダは回転軸の周りに全体の円錐角を規定するようそれぞれの平面基板を６０°未満の共通基板傾斜角度で保持するように構成されており、イオン注入装置はさらに、基板ホルダ上の平面基板における注入のためにイオンのビームを提供するビームラインアセンブリを含み、ビームラインアセンブリは、合計ドリフト距離を有する最終ビーム路に沿った所定のイオン注入方向にビームを方向付けするよう構成されており、最終ビーム路は回転軸に対して少なくとも４５°の角度であり、ドリフト距離は直径未満であり、基板ホルダ上の平面基板は、回転走査アセンブリが回転すると、移動方向において最終ビーム路を連続的に遮り、ビームラインは、最終ビーム路が基板ホルダの移動方向に対して横断方向に繰返し率で走査されるようにある繰返し率でビームを偏向するビーム走査部を含む、イオン注入装置。

Ｂ）イオン注入装置であって、回転軸および周辺部を有する回転走査アセンブリと、周辺部の周りに分散され、回転走査アセンブリが軸の周りを回転する際に周辺部の周りを移動する複数の基板ホルダとを含み、基板ホルダは回転軸の周りに全体の円錐角を規定するようそれぞれの平面基板を６０°未満の共通基板傾斜角度で保持するように構成されており、イオン注入装置はさらに、基板ホルダ上の平面基板における注入のためにイオンのビームを提供するビームラインアセンブリを含み、ビームラインアセンブリは、最終ビーム路に沿った所定のイオン注入方向にビームを方向付けするよう構成されており、基板ホルダ上の平面基板は、回転走査アセンブリが回転すると、最終ビーム路を連続的に遮り、ビームラインアセンブリは、異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のビームイオン同士の間に角度分離部を作り出し、かつ最終ビーム路に沿った所定のイオン注入方向に、望ましいｍ／ｅを有するイオンを方向付けするよう動作する分析器磁石を含んでおり、イオンビームダンプが、回転走査アセンブリ上に搭載され、回転走査アセンブリとともに回転する環状ビームダンプ領域を形成しており、分析器磁石は、望ましいｍ／ｅよりも大きいｍ／ｅを有するイオンを環状ビームダンプ領域に向かうように方向付けするよう動作する。

明瞭さおよび完全さのために複数の実施例が提供された。この明細書によって情報が与えられた場合に、当業者には本発明の他の実施例が明らかであろう。注入装置および注入方法について詳細な構成およびパラメータの範囲が本願明細書において記載されたが、添付の特許請求の範囲の範囲以内に該当する他の構成およびパラメータ設定が用いられ得る。

前述の詳細な説明は、この発明が取り得る多くの形態のいくつかのみを記載している。このため、詳細な説明は、限定目的ではなく例示目的であることが意図される。本発明の範囲を定義するように意図されるのは、すべての等価物を含む添付の特許請求の範囲である。

Claims (20)

1. イオン注入装置であって、
   回転軸および周辺部を有する回転走査アセンブリと、
   前記周辺部の周りに分散される複数の基板ホルダとを含み、前記基板ホルダは前記回転軸の周りに全体の円錐角を規定するようそれぞれの平面基板を６０°未満の共通基板傾斜角度で保持するように構成されており、前記イオン注入装置はさらに、
   前記基板ホルダ上の前記平面基板における注入のためにイオンのビームを提供するビームラインアセンブリを含み、前記ビームラインアセンブリは、イオン源と、少なくとも５００ｋｅＶの所望の注入エネルギーを有する加速ビームを作り出すよう前記イオン源からのイオンを加速させるのに有効なイオン加速器と、前記加速ビームを受け取るようビーム入口を有するビーム湾曲磁石とをイオンビーム方向に連続して含み、前記イオン源、前記加速器および前記ビーム入口は、前記イオン源から前記ビーム湾曲磁石の前記ビーム入口まで線形であるビーム加速路を規定しており、
   前記ビームラインアセンブリは、前記回転軸に対して少なくとも４５°の角度である最終ビーム路に沿った所定のイオン注入方向に前記ビームを方向付けするよう構成されており、
   前記基板ホルダ上の前記平面基板は、前記回転走査アセンブリが回転すると、移動方向において前記最終ビーム路を連続的に遮る、イオン注入装置。
2. 前記ビームラインアセンブリは、前記ビーム加速路の後に配置され、かつ前記加速ビームにおいて異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のイオン同士の間に角度分離部を作り出すよう動作する分析器磁石を含む、請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記分析器磁石は、前記最終ビーム路に沿った前記所定のイオン注入方向に、注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを方向付けするよう動作し、
   前記注入装置はさらに、前記回転走査アセンブリ上に搭載され、かつ前記回転走査アセンブリとともに回転する環状ビームダンプ領域を形成するイオンビームダンプを含み、
   前記分析器磁石は、前記望ましいｍ／ｅよりも大きいｍ／ｅを有するイオンを前記環状ビームダンプ領域に向かうように方向付けするよう動作する、請求項２に記載のイオン注入装置。
4. 前記ビーム湾曲磁石は、ある範囲の偏向角度によりある繰返し率で前記加速ビームを偏向して、前記最終ビーム路が前記基板ホルダの前記移動方向に対して横断方向に走査されるように走査ビームを作り出すよう動作するビーム走査磁石である、請求項１に記載のイオン注入装置。
5. 前記ビームラインアセンブリは、前記範囲の偏向角度に亘って前記ビーム走査磁石からの前記走査ビームを受け取るよう配置されるとともに、異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のビームイオン同士の間に角度分離部を作り出すよう動作する分析器磁石を含む、４に記載のイオン注入装置。
6. 前記分析器磁石は、コリメートされた走査ビームにおける、注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを前記最終ビーム路に沿った前記所定のイオン注入方向に方向付けするよう動作する、５に記載のイオン注入装置。
7. 前記回転走査アセンブリ上に搭載され、かつ前記回転走査アセンブリとともに回転する環状ビームダンプ領域を形成するイオンビームダンプをさらに含み、前記分析器磁石は、前記望ましいｍ／ｅよりも大きいｍ／ｅを有する前記加速ビームのイオンを前記環状ビームダンプ領域に向かうように方向付けするよう動作する、請求項６に記載のイオン注入装置。
8. 前記最終ビーム路は、前記回転走査アセンブリの前記周辺部の直径よりも小さい合計イオンドリフト距離を有する、請求項１に記載のイオン注入装置。
9. 前記合計ドリフト距離は前記直径の半分未満である、請求項８に記載のイオン注入装置。
10. 前記加速路は、前記回転走査アセンブリの前記回転軸に整列する、請求項１に記載のイオン注入装置。
11. 回転走査アセンブリの周辺部の周りに分散される基板ホルダ上に搭載される平面基板にイオンを注入する方法であって、前記基板ホルダは、前記回転走査アセンブリの前記回転軸の周りに全体の円錐角を規定するよう前記平面基板を６０°未満の共通基板傾斜角度で保持しており、前記方法は、
    ａ）注入に望ましいイオンを含むイオンの源を生成するステップと、
    ｂ）前記源からの前記イオンを抽出し、線形加速路に沿って加速して少なくとも５００ｋｅＶのエネルギーを有する加速イオンビームを作り出すステップと、
    ｃ）前記回転軸に対して少なくとも４５°の角度である最終ビーム路に沿った所定の注入方向に、注入に望ましい前記イオンの加速ビームを方向付けするよう前記加速ビームを湾曲するステップと、
    ｄ）前記基板が移動方向において連続的に前記ビーム路を遮るように前記回転走査アセンブリを回転するステップとを含む、方法。
12. 異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のイオン同士の間に角度分離部を提供するよう分析器磁石を用いて前記加速ビームを分析するステップをさらに含む、請求項１１に記載のイオンを注入する方法。
13. 前記分析器磁石は前記最終ビーム路に沿った前記所定のイオン注入方向に、注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを方向付けし、
    前記分析器磁石は、前記望ましいｍ／ｅよりも大きいｍ／ｅを有するイオンをビームダンプの環状ビームダンプ領域に向かうよう方向付けする、請求項１２に記載のイオンを注入する方法。
14. ある範囲の偏向角度によりある繰返し率で前記加速ビームを偏向して、前記最終ビーム路が前記基板の前記移動方向に対して横断方向に走査されるように走査ビームを作り出すステップをさらに含む、請求項１１に記載のイオンを注入する方法。
15. 分析器磁石において前記範囲の偏向角度に亘って前記走査ビームを受け取るステップと、
    異なる質量／電荷比（ｍ／ｅ）のビームイオン同士の間に角度分離部を作り出すよう前記分析器磁石を用いて前記走査ビームを分析するステップとをさらに含む、請求項１４に記載のイオンを注入する方法。
16. 前記分析器磁石は、コリメートされた走査ビームにおける、注入に望ましいｍ／ｅを有するイオンを前記最終ビーム路に沿った前記所定のイオン注入方向に方向付ける、請求項１５に記載のイオンを注入する方法。
17. 前記分析器磁石は、前記望ましいｍ／ｅよりも大きいｍ／ｅを有するイオンを、前記回転走査アセンブリ上に搭載されるイオンビームダンプの環状ビームダンプ領域に向かうように方向付けする、請求項１６に記載のイオンを注入する方法。
18. 注入されるべきイオンは、前記回転走査アセンブリの前記周辺部の直径よりも小さい合計イオンドリフト距離に亘って、前記最終ビーム路に沿ってドリフトする、請求項１１に記載のイオンを注入する方法。
19. 前記合計イオンドリフト距離は、前記直径の半分未満である、請求項１８に記載のイオンを注入する方法。
20. 前記線形加速路は、前記回転走査アセンブリの前記回転軸に整列する、請求項１１に記載のイオンを注入する方法。

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