JP4305801B2 - イオンビームを走査しかつ集束するための方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明は荷電粒子ビームを制御するための方法および装置に関し，とくにイオン注入装置内でイオンビームを走査しかつ集束するための方法および装置に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は半導体ウエハ内に導電率を変更する不純物を導入するための標準技術となった。所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され，該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成すべく加速され，該イオンビームはウエハの表面に向けられる。ビーム内の強力なイオンは半導体材料のバルク内に進入し，所望の導電率領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
しばしば，イオン注入装置は気体若しくは固体材料を好ましいイオンビームに変換するためのイオンソースを含む。イオンビームは不所望のイオン種を除去するために質量分析され，所望のエネルギーに加速されおよびターゲット面に向けられる。ビームはターゲット領域にわたってビーム走査，ターゲット移動若しくはビーム走査およびターゲット移動の組み合わせによって分配される。従来のイオン注入装置例はEngeによる1981年6月30日に発行された米国特許第4,276,477号，Turnerによる1981年8月11日に発行された米国特許第4,283,631号，Freytsisらによる1990年2月6日に発行された米国特許第4,899,059号，Berrianらによる1990年5月1日に発行された米国特許第4,922,106号に開示されている。
【０００４】
半導体産業の周知の傾向はより小さく，より高速なデバイスに向かっている。とくに，半導体デバイス内の特徴物の側方寸法および深さは減少している。半導体デバイスの高級技術水準は1000Å以下の接合深さを要求しまたいつかは200Å若しくはそれ以下のオーダーの接合深さを要求し得る。
【０００５】
ドーパント材料の注入深さは少なくとも部分的に半導体ウエハ内に注入されたイオンのエネルギーによって決定される。浅い接合は低注入エネルギーによって得られる。典型的に，イオン注入装置は，例えば50keVから400keVの範囲の比較的高い注入エネルギーで有効に動作するように設計され，浅い接合注入に要求されるエネルギーにおいて有効に機能しない。低注入エネルギーにおいて，ウエハに到達する電流は所望より非常に低くある場合にはゼロに近い。結果として，特定のドーズ量に到達するために非常に長い注入時間が要求され，スループットは逆に影響される。そのようなスループットの減少は製造コストを増加させ，半導体デバイス製造業者には受け容れられない。
【０００６】
典型的に，半導体デバイス製造業者は，イオンビームが半導体ウエハに入射する一定の角度を有するところの平行走査技術の使用を要求する。平行走査を達成するためのひとつの周知技術は，ファン形状ビームを形成するために，電磁または静電スキャナーでもって，イオンビームを偏向することに関する。角度補正器がスキャナーに続くが，この補正器は走査されたイオンビームを形成するために，ファン形状ビームを平行な軌道へと偏向する。偏向されたイオンビームは，走査されたイオンビームの面に垂直な方向に，半導体ウエハを機械的に移動することにより半導体ウエハ全体に分配される。
【０００７】
典型的に，角度補正器は，走査されたイオンビームに垂直な方向に，僅かな距離をあけた一対の磁気ポールピースを含む。角度補正器により生成された磁場は，平行な軌道を形成するために，イオンビームを走査面に偏向する。低イオンビームエネルギーで，イオンビームは周知の空間電荷効果のために，広がる傾向があり，イオンビームの一部は角度補正器のポールピースに入射し，そのため，半導体ウエハに進む電流が減少する。減少したビーム電流および注入時間の増加に関する上記問題に加え，ビームラインにそっての強力なイオンの，表面への衝突によるスパッタリングにより，汚染物質が発生する。角度補正器のポールピースの間の間隙は，角度補正器の性能を低下させることなく広げることができない。
【０００８】
したがって，イオン注入装置の大きさおよびコストに，実質的に悪い影響を与えることなく，上記欠点のいくつかを軽減するために，イオンビームを制御する改良した方法および装置の需要がある。
【０００９】
発明の要約
本発明の第一の態様にしたがって，イオンビームのような荷電粒子ビームを制御する装置を提供する。本装置は，荷電粒子ビームを発生するための荷電粒子ソース，荷電粒子ビームの両側面に位置する走査電極および荷電粒子ビームに隣接し，走査電極に下流に配置された後走査電極を含む。後走査電圧が後電極に適用される。走査電圧発生器が，荷電粒子を第一の方向に走査するために，走査電極走査電圧に適用する。走査電圧は，負のDC電圧をもつ。荷電粒子ビームは，第一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される。装置は，ターゲットに進むイオンビーム電流を増加するために，イオン注入装置において使用され得る。
【００１０】
走査電極は，第一の方向で，荷電粒子ビームの両側に配置される第一および第二の走査プレートを含んでもよい。走査プレートは，平行な部分およびその平行な部分の下流で，次第に広がる部分を有してもよい。
【００１１】
後走査電極は，第二の方向で，荷電粒子ビームの両側に配置される第一および第二の電極部分を含んでもよい。後走査電極は，第一の方向に平行に長い，ほぼ矩形の開口をもってもよい。装置はさらに，後走査電圧を後走査電極に適用するための，後走査電圧発生器を有してもよい。後走査電圧は，荷電粒子ビームから走査電極に向かう電子の移動を阻止するために選択されてもよい。
【００１２】
走査電圧は，第一の方向に，荷電粒子ビームを走査する，のこぎり波形を含んでもよい。のこぎり波形は負のDC電圧オフセット有してもよい。DC電圧のオフセットは好適に，後走査電圧より，さらに負になってもよい。一つの実施例において，後走査電圧および走査電圧のDC電圧のオフセットは，約1キロボルトから10キロボルトだけ異なっている。装置は，荷電粒子ビームのエネルギーが変化したとき，走査電圧のDC電圧のオフセットを調節する手段を有してよい。
【００１３】
装置はさらに，荷電粒子ビームを実質的に平行な軌道に変換するための，後走査作電極の下流に位置する角度補正器，走査電圧のDC電圧オフセットを調節する手段（ここでは，軌道の平行性が調節される）を有してもよい。
【００１４】
本発明の他の態様にしたがって，イオンビームのような，荷電粒子ビームを制御する方法が提供される。この方法は，荷電粒子ビームを発生すること，荷電粒子ビームの両側に，走査電極を配置すること，および荷電粒子に隣接し，走査電極に下流に，後走査電極を配置することを含む。後走査電圧が，後走査電極に適用される。荷電粒子を第一の方向に走査する走査電圧が，走査電極に適用される。走査電圧は，負のDC電圧オフセットをもち，その結果荷電粒子ビームは，第一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される。
【００１５】
図１は，本発明を組み込んだイオン注入装置の例の簡単化したブロック図を示す。イオンビーム発生器10が所望種のイオンビームを発生し，イオンビーム中のイオンを所望のエネルギーに加速し，エネルギーおよび質量汚染を除去するために，イオンビームの質量/エネルギー分析を実行し，エネルギーおよび質量が低レベルの，強力なイオンビーム12を供給する。走査システム16（たとえば，スキャナー20および角度補正器24を含んでもよい）が，走査されたイオンビーム30を生成するために，イオンビーム12を偏向する。所望種のイオンが半導体ウエハ34に注入されるように，エンドステーション32が，半導体ウエハ34または他のワークピースを，走査されたイオンビーム30の経路で支持する。イオン注入装置は，当業者には周知の付加的な要素を含んでもよい。たとえば，典型的に，エンドステーション32は，ウエハをイオン注入装置へ導入し，注入後ウエハを除去するための，自動ハンドリング装置，ドーズ量測定装置，電子銃などを含む。イオン注入の間，イオビームが通過する全経路が排気されることは理解されよう。
【００１６】
図２は，走査システム16の実施例の略示ブロック図を示す。走査システムの詳細は，図４〜６に示されている。スキャナー20が，イオンビーム12の両側に位置する走査プレート40および42の走査電極を含む。後走査電極48が走査プレート40および42の下流に位置し，前走査抑制電極50が走査プレート40と42の上流に位置してもよい。後走査電極48が，抑圧電極48として参照される，抑圧電極として使用されてもよい。しかし，電極48が，抑圧電極として機能することを必要とされないことは理解されよう。ここで使用する用語“上流”，“下流”はイオンビーム移送方向に関する。したがって，抑圧電極48は，走査プレート40および42と，角度補正器24との間に位置し，抑圧電極50は走査プレート40および42と，イオンビーム発生器10との間に位置する。
【００１７】
好適実施例において，走査プレート40および42は，平行な上流プレート部分40aおよび42a，および次第に広がる下流プレート部分40bおよび42bを含む。X，YおよびZ基準方向は図１および図４〜６に示されているとおりである。好適実施例において，走査プレート40および42は，イオンビーム12を水平（X方向に平行な面において水平）に走査するために，垂直に（Y方向には平行である）配置されている。走査プレートは，イオンビーム12を走査するのに適した電場を形成するために，形状付けられ，間隔が離されている。イオンビームのファン形状ビームエンベロープの幅が，走査プレート40および42を通過するとき，X方向に増加する。好適に，走査プレート40および42は，ビームエンベロープ44から，比較的一定の距離をおくように形状つけられている。図６に示されているように，走査プレート40は，走査プレート40の上下端から，イオンビーム12へと内向きに伸びるフランジ40cおよび40dを含んでもよい。同様に，走査プレート42は，走査プレート42の上下端から，イオンビーム12へと内向きに伸びるフランジ42cおよび42dを含んでもよい。フランジ40c，40d，42c，および42dは，走査プレート40と42との間の領域の上端および下端において，より一様な電場を生成する。
【００１８】
走査プレート40は，走査増幅器60に接続され，走査プレート42は走査増幅器62に接続されている。走査増幅器60および62は走査発生器64から整相走査（phased scan）電圧を受信する。走査発生器64は，システム制御器68により制御されるが，この制御器68は，マイクロコンピュータからなってもよい。システム制御器68は，所望の走査電圧のデジタル記述を走査発生器64に与える。
【００１９】
図５は，イオンビーム移送方向から見た後走査抑圧電極48の実施例を示す。電極48はイオンビーム12の通過のための，矩形の開口80を有する伝導性要素を含んでもよい。開口80の寸法は，イオンビーム12によるスパッタリングを最小にするとともに，スキャナー20の下流のイオンビーム12の部分から走査プレート40および42に向かっての電子の移動を制御するのに十分な程度に，ビームエンベロープ44に，クリアランスを与えるために選択される。好適に，開口80は，スパッタリングおよびウエハ汚染を最小にするために，図２および図４に示されているように，ナイフエッジ82により画成される。図５によく示されているように，後走査抑圧電極48は，Y方向でイオンビーム12の上にある上方電極部分84と，Y方向でイオンビーム12の下にある下方電極部分86とを含む。後走査抑圧電極48は，後走査抑圧電圧発生器70に接続されてもよい。
【００２０】
前走査抑圧電極50は，イオンビーム12の通過のための開口90を有する伝導性要素を含んでもよい。イオンビーム12が，ビームラインのこの点で走査されないことから，開口90は後走査抑圧電極48の開口80より小さい寸法でもよい。開口90はスパッタリングおよびウエハ汚染を最小にするためのナイフエッジにより画成されてもよい。開口90の寸法は，スパッタリングを最小にするとともに，スキャナー20の下流のイオンビーム12の部分から走査プレート40および42に向かっての電子の移動を制御するのに十分な程度に，ビームエンベロープ44にクリアランスを与えるために選択される。電極50は前走査抑圧電圧発生器92に接続される。
【００２１】
角度補正器24は，平行な軌道をもつ，走査されたビーム30を生成するために，ビームエンベロープ44のイオンの軌道を湾曲させるための磁気双極子を含んでもよい。図２および図４に示されているように，ビームエンベロープ44の上に位置する上方磁気ポールピース100と，ビームエンベロープ44の下に位置する下方磁気ポールピース102とを含んでもよい。ポールピース100および102は平行な軌道をもつ，走査されたイオンビーム30を生成するために，イオンビーム軌道を湾曲するための形状をもっている。ポールピース100および102は電磁気力（図示せず）により付勢される。磁気双極子を使用する角度補正器の設計および構成は当業者には知られており，本発明の範囲の外である。イオンビーム12はポールピース100および102の間の間隙104を通過する。間隙104はたとえば，約６0ミリメートルのオーダーの垂直方向の寸法をもつ。
【００２２】
走査プレート40と42，および電極48と50に適用される電圧は，図3に示されているが，電圧はキロボルト（kV）で，時間の関数となっている。走査電圧150および152は走査増幅器60および62により，走査プレート40および42にそれぞれ，出力される。走査電圧150および152はそれぞれAC要素およびDC要素を含む．図３の実施例では，走査電圧150および152は1キロボルトのピーク振幅を含む，ACのこぎり走査波形を含む。ACのこぎり波形は好適に，180°の位相のずれ，約1kHzの周波数をもってもよい。AC走査波形は，X方向にイオンビーム12を走査する走査プレート40と42との間にAC電場を生成する。
【００２３】
本発明の特徴にしたがって，走査電圧150および152は負のDC電圧オフセット154をもつ。DC電圧オフセットは，個々の走査波形の平均値で，好適には等しい。したがって，走査プレート40および42に適用される全走査電圧は，DC電圧オフセットおよびAC走査波形の総和である。図３に示されているように，走査電圧150および152は‐4kVの，負のDC電圧のオフセットをもつ。抑圧電極48および50は典型的に，‐1kVの，負のDCバイアス電圧156を有してもよい。
【００２４】
走査電極40および42への，負のDC電圧オフセットの適用が，図４によくしめされているように，Y方向にイオンビーム12を集束するDC電場を生成する。好適には，走査電圧150および152のDC電圧オフセット154が，後走査抑圧電極48に適用されたバイアス電圧156よりも，さらに負となっている。あるイオンビーム種およびエネルギーで，集束の程度は，後走査抑圧電極48におけるバイアス電圧および走査プレート40および42におけるDC電圧オフセットに依存する。その結果，イオンビームは，ポールピース100と102との間を通過するときに，このような集束がないときよりも，Y方向に僅かな寸法をもつ。ビーム集束がないとき，イオンビーム12は走査システムを通過するときに，伸張して，発散し，イオンビームの一部がポールピース100および102に衝突するようになる。集束により，角度補正器24を通過するイオンビーム12の伝送は増加し，ウエハ34に移送するイオンビーム電流は増加する。ウエハ34に移送するイオンビーム電流が増加することから，注入時間は減少する。さらに，ポールピース100および102のスパッタリングにより生じるウエハ34の汚染も減少する。
【００２５】
したがって，走査プレート40および42，ならびに電極48は，X方向へのビーム走査およびY方向のビーム集束の，結合した機能を達成する。これらの機能は，ただ走査のために使用する前記要素でもって達成され，付加的な電極および電源なしで実行される。
【００２６】
走査プレート40および42に適用される走査電圧，ならびに抑圧電極48に適用されるバイアス電圧は，注入されるイオン種およびエネルギーに依存して，変化せることができる。走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットは好適に，抑圧電極48に適用されるバイアス電圧よりも，さらに負となる。抑圧電極48に適用される電圧は，約0から‐3kVの範囲にあってもよく，典型的には，約‐1kVである。電極48はある応用例ではアース電圧であってもよい。走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットは約0から‐20kVの範囲にあってもよい。典型的な電圧オフセットは約‐2kVから約‐10kVの範囲にあり，好適には，約1kVから約10kVだけ抑圧電極48に適用されるバイアス電圧から異なる。これらの値が例示のためのもので，本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよう。
【００２７】
走査プレート40および42に適用されるAC走査波形は，種々の振幅，周波数および波形をもつことができる。のこぎり走査波形が典型的に利用されるが，波形はウエハに適用されるイオンゾーズ量の一様性を調節するために，通常は修正される。AC走査波形の振幅は，イオン種およびエネルギーに依存する。たとえば，5keVのホウ素イオンビームにおいて，2kVのピークツーピークAC走査波形および2kV電圧オフセットを利用することができる。この例において，抑圧電極48は‐1kVでバイアスされる。
【００２８】
本発明にしたがった例において，走査プレート40および42のZ方向の全長（図２）は135ミリメートル（mm）で，平行プレート部分40aおよび42aは36mmの間隔，35mmのZ方向の長さをもち，広がるプレート部分40bおよび42bは10°の角度c，Z方向に広がり，走査プレート40および42は140mmのY方向の高さをもつ。後走査抑圧電極48の開口80は幅が127mmで，高さが60mmである。抑圧電極48はZ方向にそって，約10mmだけ走査プレート40および42から離れる。上記の範囲の電圧により，イオンビーム12の，X方向の走査が，イオンビームのY方向の集束がなされる。
【００２９】
走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットが，走査されるビーム30のビーム軌道の平行性に効果をもたらす。しかし，ビーム平行性は0.7°の仕様を保持する。したがって，走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットの調節は，走査ビーム30の軌道の平行性への僅かな調節をなすために，使用することができる。
【００３０】
表１は，5keVのホウ素に対する，ビーム電流および平行性へのDC電圧オフセットの効果を示す。抑圧電極48は‐1kVの電圧に維持された。負の平行性角度は僅かに収束するビームを示す一方，正の角度は，僅かに発散するビームを示す。注意すべき重要な点は，（1）最良な平行性および最も大きなビーム電流がDC電圧オフセットの僅かに異なる値で達成され，（2）ビームの平行性がDC電圧オフセットの広い範囲にわたって0.7°の仕様内にあることである。
【００３１】
【表１】
【００３２】
図７は，低エネルギーのビーム電流，とくに20keVのリンにおけるDC電圧オフセットの効果を示す。ファラデー・プロファイラー（アンペア）により測定された電流が，300mmのウエハ上の半径方向の位置の関数で示されている。一様性について， DC電圧オフセットが三度，0kV，‐2kVおよび‐3kVでセットされた。抑圧電極48が‐1kVの電圧に維持された。三度の集積されたビーム電流は，0kVのオフセットで0.81ミリアンペア，‐2kVのオフセットで1.25ミリアンペア，‐3kVのオフセットで1.50ミリアンペアである。
【００３３】
本発明の好適な実施例を示して説明してきたが，当業者であれば，特許請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更，修正をなし得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は，本発明にしたがった，イオン注入装置の例の略示ブロック図である。
【図２】 図２は，ビームラインにそって上からみた，本発明にしたがったイオンビームを走査および集束をする装置例の略示ブロック図である。
【図３】 図３は，図２の後走査電極および走査プレートに適用する電圧例のグラフである。
【図４】 図４は，図２の走査および集束装置の部分側面図である。
【図５】 図５は，イオンビーム方向にそってみた後走査電極を示す。
【図６】 図６は，イオンビーム方向にそってみた走査プレートの断面図である。
【図７】 図７は，走査プレート上での異なる電圧のオフセットに対し，300ミリメータウエハ上の動径方向位置を関数とした，測定イオンビーム電流のグラフである。
【符号の説明】
10 イオンビーム発生器
12 イオンビーム
16 走査システム
20 スキャナー
24 角度補正器
30 イオンビーム
34 ウエハ
40 走査プレート
40a 平行プレート部分
40b 広がるプレート部分
42 走査プレート
42a 平行プレート部分
42b 広がるプレート部分
44 エンベロープ
48 電極
50 電極
60 走査増幅器
62 走査増幅器
64 走査発生器
68 システム制御器
70 後走査抑制電圧発生器
80 開口
82 ナイフエッジ
90 開口
92 前走査抑圧電圧発生器
102 ポールピース
発明の分野
本発明は荷電粒子ビームを制御するための方法および装置に関し，とくにイオン注入装置内でイオンビームを走査しかつ集束するための方法および装置に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は半導体ウエハ内に導電率を変更する不純物を導入するための標準技術となった。所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され，該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成すべく加速され，該イオンビームはウエハの表面に向けられる。ビーム内の強力なイオンは半導体材料のバルク内に進入し，所望の導電率領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
しばしば，イオン注入装置は気体若しくは固体材料を好ましいイオンビームに変換するためのイオンソースを含む。イオンビームは不所望のイオン種を除去するために質量分析され，所望のエネルギーに加速されおよびターゲット面に向けられる。ビームはターゲット領域にわたってビーム走査，ターゲット移動若しくはビーム走査およびターゲット移動の組み合わせによって分配される。従来のイオン注入装置例はEngeによる1981年6月30日に発行された米国特許第4,276,477号，Turnerによる1981年8月11日に発行された米国特許第4,283,631号，Freytsisらによる1990年2月6日に発行された米国特許第4,899,059号，Berrianらによる1990年5月1日に発行された米国特許第4,922,106号に開示されている。
【０００４】
半導体産業の周知の傾向はより小さく，より高速なデバイスに向かっている。とくに，半導体デバイス内の特徴物の側方寸法および深さは減少している。半導体デバイスの高級技術水準は1000Å以下の接合深さを要求しまたいつかは200Å若しくはそれ以下のオーダーの接合深さを要求し得る。
【０００５】
ドーパント材料の注入深さは少なくとも部分的に半導体ウエハ内に注入されたイオンのエネルギーによって決定される。浅い接合は低注入エネルギーによって得られる。典型的に，イオン注入装置は，例えば50keVから400keVの範囲の比較的高い注入エネルギーで有効に動作するように設計され，浅い接合注入に要求されるエネルギーにおいて有効に機能しない。低注入エネルギーにおいて，ウエハに到達する電流は所望より非常に低くある場合にはゼロに近い。結果として，特定のドーズ量に到達するために非常に長い注入時間が要求され，スループットは逆に影響される。そのようなスループットの減少は製造コストを増加させ，半導体デバイス製造業者には受け容れられない。
【０００６】
典型的に，半導体デバイス製造業者は，イオンビームが半導体ウエハに入射する一定の角度を有するところの平行走査技術の使用を要求する。平行走査を達成するためのひとつの周知技術は，ファン形状ビームを形成するために，電磁または静電スキャナーでもって，イオンビームを偏向することに関する。角度補正器がスキャナーに続くが，この補正器は走査されたイオンビームを形成するために，ファン形状ビームを平行な軌道へと偏向する。偏向されたイオンビームは，走査されたイオンビームの面に垂直な方向に，半導体ウエハを機械的に移動することにより半導体ウエハ全体に分配される。
【０００７】
典型的に，角度補正器は，走査されたイオンビームに垂直な方向に，僅かな距離をあけた一対の磁気ポールピースを含む。角度補正器により生成された磁場は，平行な軌道を形成するために，イオンビームを走査面に偏向する。低イオンビームエネルギーで，イオンビームは周知の空間電荷効果のために，広がる傾向があり，イオンビームの一部は角度補正器のポールピースに入射し，そのため，半導体ウエハに進む電流が減少する。減少したビーム電流および注入時間の増加に関する上記問題に加え，ビームラインにそっての強力なイオンの，表面への衝突によるスパッタリングにより，汚染物質が発生する。角度補正器のポールピースの間の間隙は，角度補正器の性能を低下させることなく広げることができない。
【０００８】
したがって，イオン注入装置の大きさおよびコストに，実質的に悪い影響を与えることなく，上記欠点のいくつかを軽減するために，イオンビームを制御する改良した方法および装置の需要がある。
【０００９】
発明の要約
本発明の第一の態様にしたがって，イオンビームのような荷電粒子ビームを制御する装置を提供する。本装置は，荷電粒子ビームを発生するための荷電粒子ソース，荷電粒子ビームの両側面に位置する走査電極および荷電粒子ビームに隣接し，走査電極に下流に配置された後走査電極を含む。後走査電圧が後電極に適用される。走査電圧発生器が，荷電粒子を第一の方向に走査するために，走査電極走査電圧に適用する。走査電圧は，負のDC電圧をもつ。荷電粒子ビームは，第一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される。装置は，ターゲットに進むイオンビーム電流を増加するために，イオン注入装置において使用され得る。
【００１０】
走査電極は，第一の方向で，荷電粒子ビームの両側に配置される第一および第二の走査プレートを含んでもよい。走査プレートは，平行な部分およびその平行な部分の下流で，次第に広がる部分を有してもよい。
【００１１】
後走査電極は，第二の方向で，荷電粒子ビームの両側に配置される第一および第二の電極部分を含んでもよい。後走査電極は，第一の方向に平行に長い，ほぼ矩形の開口をもってもよい。装置はさらに，後走査電圧を後走査電極に適用するための，後走査電圧発生器を有してもよい。後走査電圧は，荷電粒子ビームから走査電極に向かう電子の移動を阻止するために選択されてもよい。
【００１２】
走査電圧は，第一の方向に，荷電粒子ビームを走査する，のこぎり波形を含んでもよい。のこぎり波形は負のDC電圧オフセット有してもよい。DC電圧のオフセットは好適に，後走査電圧より，さらに負になってもよい。一つの実施例において，後走査電圧および走査電圧のDC電圧のオフセットは，約1キロボルトから10キロボルトだけ異なっている。装置は，荷電粒子ビームのエネルギーが変化したとき，走査電圧のDC電圧のオフセットを調節する手段を有してよい。
【００１３】
装置はさらに，荷電粒子ビームを実質的に平行な軌道に変換するための，後走査作電極の下流に位置する角度補正器，走査電圧のDC電圧オフセットを調節する手段（ここでは，軌道の平行性が調節される）を有してもよい。
【００１４】
本発明の他の態様にしたがって，イオンビームのような，荷電粒子ビームを制御する方法が提供される。この方法は，荷電粒子ビームを発生すること，荷電粒子ビームの両側に，走査電極を配置すること，および荷電粒子に隣接し，走査電極に下流に，後走査電極を配置することを含む。後走査電圧が，後走査電極に適用される。荷電粒子を第一の方向に走査する走査電圧が，走査電極に適用される。走査電圧は，負のDC電圧オフセットをもち，その結果荷電粒子ビームは，第一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される。
【００１５】
図１は，本発明を組み込んだイオン注入装置の例の簡単化したブロック図を示す。イオンビーム発生器10が所望種のイオンビームを発生し，イオンビーム中のイオンを所望のエネルギーに加速し，エネルギーおよび質量汚染を除去するために，イオンビームの質量/エネルギー分析を実行し，エネルギーおよび質量が低レベルの，強力なイオンビーム12を供給する。走査システム16（たとえば，スキャナー20および角度補正器24を含んでもよい）が，走査されたイオンビーム30を生成するために，イオンビーム12を偏向する。所望種のイオンが半導体ウエハ34に注入されるように，エンドステーション32が，半導体ウエハ34または他のワークピースを，走査されたイオンビーム30の経路で支持する。イオン注入装置は，当業者には周知の付加的な要素を含んでもよい。たとえば，典型的に，エンドステーション32は，ウエハをイオン注入装置へ導入し，注入後ウエハを除去するための，自動ハンドリング装置，ドーズ量測定装置，電子銃などを含む。イオン注入の間，イオビームが通過する全経路が排気されることは理解されよう。
【００１６】
図２は，走査システム16の実施例の略示ブロック図を示す。走査システムの詳細は，図４〜６に示されている。スキャナー20が，イオンビーム12の両側に位置する走査プレート40および42の走査電極を含む。後走査電極48が走査プレート40および42の下流に位置し，前走査抑制電極50が走査プレート40と42の上流に位置してもよい。後走査電極48が，抑圧電極48として参照される，抑圧電極として使用されてもよい。しかし，電極48が，抑圧電極として機能することを必要とされないことは理解されよう。ここで使用する用語“上流”，“下流”はイオンビーム移送方向に関する。したがって，抑圧電極48は，走査プレート40および42と，角度補正器24との間に位置し，抑圧電極50は走査プレート40および42と，イオンビーム発生器10との間に位置する。
【００１７】
好適実施例において，走査プレート40および42は，平行な上流プレート部分40aおよび42a，および次第に広がる下流プレート部分40bおよび42bを含む。X，YおよびZ基準方向は図１および図４〜６に示されているとおりである。好適実施例において，走査プレート40および42は，イオンビーム12を水平（X方向に平行な面において水平）に走査するために，垂直に（Y方向には平行である）配置されている。走査プレートは，イオンビーム12を走査するのに適した電場を形成するために，形状付けられ，間隔が離されている。イオンビームのファン形状ビームエンベロープの幅が，走査プレート40および42を通過するとき，X方向に増加する。好適に，走査プレート40および42は，ビームエンベロープ44から，比較的一定の距離をおくように形状つけられている。図６に示されているように，走査プレート40は，走査プレート40の上下端から，イオンビーム12へと内向きに伸びるフランジ40cおよび40dを含んでもよい。同様に，走査プレート42は，走査プレート42の上下端から，イオンビーム12へと内向きに伸びるフランジ42cおよび42dを含んでもよい。フランジ40c，40d，42c，および42dは，走査プレート40と42との間の領域の上端および下端において，より一様な電場を生成する。
【００１８】
走査プレート40は，走査増幅器60に接続され，走査プレート42は走査増幅器62に接続されている。走査増幅器60および62は走査発生器64から整相走査（phased scan）電圧を受信する。走査発生器64は，システム制御器68により制御されるが，この制御器68は，マイクロコンピュータからなってもよい。システム制御器68は，所望の走査電圧のデジタル記述を走査発生器64に与える。
【００１９】
図５は，イオンビーム移送方向から見た後走査抑圧電極48の実施例を示す。電極48はイオンビーム12の通過のための，矩形の開口80を有する伝導性要素を含んでもよい。開口80の寸法は，イオンビーム12によるスパッタリングを最小にするとともに，スキャナー20の下流のイオンビーム12の部分から走査プレート40および42に向かっての電子の移動を制御するのに十分な程度に，ビームエンベロープ44に，クリアランスを与えるために選択される。好適に，開口80は，スパッタリングおよびウエハ汚染を最小にするために，図２および図４に示されているように，ナイフエッジ82により画成される。図５によく示されているように，後走査抑圧電極48は，Y方向でイオンビーム12の上にある上方電極部分84と，Y方向でイオンビーム12の下にある下方電極部分86とを含む。後走査抑圧電極48は，後走査抑圧電圧発生器70に接続されてもよい。
【００２０】
前走査抑圧電極50は，イオンビーム12の通過のための開口90を有する伝導性要素を含んでもよい。イオンビーム12が，ビームラインのこの点で走査されないことから，開口90は後走査抑圧電極48の開口80より小さい寸法でもよい。開口90はスパッタリングおよびウエハ汚染を最小にするためのナイフエッジにより画成されてもよい。開口90の寸法は，スパッタリングを最小にするとともに，スキャナー20の下流のイオンビーム12の部分から走査プレート40および42に向かっての電子の移動を制御するのに十分な程度に，ビームエンベロープ44にクリアランスを与えるために選択される。電極50は前走査抑圧電圧発生器92に接続される。
【００２１】
角度補正器24は，平行な軌道をもつ，走査されたビーム30を生成するために，ビームエンベロープ44のイオンの軌道を湾曲させるための磁気双極子を含んでもよい。図２および図４に示されているように，ビームエンベロープ44の上に位置する上方磁気ポールピース100と，ビームエンベロープ44の下に位置する下方磁気ポールピース102とを含んでもよい。ポールピース100および102は平行な軌道をもつ，走査されたイオンビーム30を生成するために，イオンビーム軌道を湾曲するための形状をもっている。ポールピース100および102は電磁気力（図示せず）により付勢される。磁気双極子を使用する角度補正器の設計および構成は当業者には知られており，本発明の範囲の外である。イオンビーム12はポールピース100および102の間の間隙104を通過する。間隙104はたとえば，約６0ミリメートルのオーダーの垂直方向の寸法をもつ。
【００２２】
走査プレート40と42，および電極48と50に適用される電圧は，図3に示されているが，電圧はキロボルト（kV）で，時間の関数となっている。走査電圧150および152は走査増幅器60および62により，走査プレート40および42にそれぞれ，出力される。走査電圧150および152はそれぞれAC要素およびDC要素を含む．図３の実施例では，走査電圧150および152は1キロボルトのピーク振幅を含む，ACのこぎり走査波形を含む。ACのこぎり波形は好適に，180°の位相のずれ，約1kHzの周波数をもってもよい。AC走査波形は，X方向にイオンビーム12を走査する走査プレート40と42との間にAC電場を生成する。
【００２３】
本発明の特徴にしたがって，走査電圧150および152は負のDC電圧オフセット154をもつ。DC電圧オフセットは，個々の走査波形の平均値で，好適には等しい。したがって，走査プレート40および42に適用される全走査電圧は，DC電圧オフセットおよびAC走査波形の総和である。図３に示されているように，走査電圧150および152は‐4kVの，負のDC電圧のオフセットをもつ。抑圧電極48および50は典型的に，‐1kVの，負のDCバイアス電圧156を有してもよい。
【００２４】
走査電極40および42への，負のDC電圧オフセットの適用が，図４によくしめされているように，Y方向にイオンビーム12を集束するDC電場を生成する。好適には，走査電圧150および152のDC電圧オフセット154が，後走査抑圧電極48に適用されたバイアス電圧156よりも，さらに負となっている。あるイオンビーム種およびエネルギーで，集束の程度は，後走査抑圧電極48におけるバイアス電圧および走査プレート40および42におけるDC電圧オフセットに依存する。その結果，イオンビームは，ポールピース100と102との間を通過するときに，このような集束がないときよりも，Y方向に僅かな寸法をもつ。ビーム集束がないとき，イオンビーム12は走査システムを通過するときに，伸張して，発散し，イオンビームの一部がポールピース100および102に衝突するようになる。集束により，角度補正器24を通過するイオンビーム12の伝送は増加し，ウエハ34に移送するイオンビーム電流は増加する。ウエハ34に移送するイオンビーム電流が増加することから，注入時間は減少する。さらに，ポールピース100および102のスパッタリングにより生じるウエハ34の汚染も減少する。
【００２５】
したがって，走査プレート40および42，ならびに電極48は，X方向へのビーム走査およびY方向のビーム集束の，結合した機能を達成する。これらの機能は，ただ走査のために使用する前記要素でもって達成され，付加的な電極および電源なしで実行される。
【００２６】
走査プレート40および42に適用される走査電圧，ならびに抑圧電極48に適用されるバイアス電圧は，注入されるイオン種およびエネルギーに依存して，変化せることができる。走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットは好適に，抑圧電極48に適用されるバイアス電圧よりも，さらに負となる。抑圧電極48に適用される電圧は，約0から‐3kVの範囲にあってもよく，典型的には，約‐1kVである。電極48はある応用例ではアース電圧であってもよい。走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットは約0から‐20kVの範囲にあってもよい。典型的な電圧オフセットは約‐2kVから約‐10kVの範囲にあり，好適には，約1kVから約10kVだけ抑圧電極48に適用されるバイアス電圧から異なる。これらの値が例示のためのもので，本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよう。
【００２７】
走査プレート40および42に適用されるAC走査波形は，種々の振幅，周波数および波形をもつことができる。のこぎり走査波形が典型的に利用されるが，波形はウエハに適用されるイオンゾーズ量の一様性を調節するために，通常は修正される。AC走査波形の振幅は，イオン種およびエネルギーに依存する。たとえば，5keVのホウ素イオンビームにおいて，2kVのピークツーピークAC走査波形および2kV電圧オフセットを利用することができる。この例において，抑圧電極48は‐1kVでバイアスされる。
【００２８】
本発明にしたがった例において，走査プレート40および42のZ方向の全長（図２）は135ミリメートル（mm）で，平行プレート部分40aおよび42aは36mmの間隔，35mmのZ方向の長さをもち，広がるプレート部分40bおよび42bは10°の角度c，Z方向に広がり，走査プレート40および42は140mmのY方向の高さをもつ。後走査抑圧電極48の開口80は幅が127mmで，高さが60mmである。抑圧電極48はZ方向にそって，約10mmだけ走査プレート40および42から離れる。上記の範囲の電圧により，イオンビーム12の，X方向の走査が，イオンビームのY方向の集束がなされる。
【００２９】
走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットが，走査されるビーム30のビーム軌道の平行性に効果をもたらす。しかし，ビーム平行性は0.7°の仕様を保持する。したがって，走査プレート40および42に適用されるDC電圧オフセットの調節は，走査ビーム30の軌道の平行性への僅かな調節をなすために，使用することができる。
【００３０】
表１は，5keVのホウ素に対する，ビーム電流および平行性へのDC電圧オフセットの効果を示す。抑圧電極48は‐1kVの電圧に維持された。負の平行性角度は僅かに収束するビームを示す一方，正の角度は，僅かに発散するビームを示す。注意すべき重要な点は，（1）最良な平行性および最も大きなビーム電流がDC電圧オフセットの僅かに異なる値で達成され，（2）ビームの平行性がDC電圧オフセットの広い範囲にわたって0.7°の仕様内にあることである。
【００３１】
【表１】
図７は，低エネルギーのビーム電流，とくに20keVのリンにおけるDC電圧オフセットの効果を示す。ファラデー・プロファイラー（アンペア）により測定された電流が，300mmのウエハ上の半径方向の位置の関数で示されている。一様性について， DC電圧オフセットが三度，0kV，‐2kVおよび‐3kVでセットされた。抑圧電極48が‐1kVの電圧に維持された。三度の集積されたビーム電流は，0kVのオフセットで0.81ミリアンペア，‐2kVのオフセットで1.25ミリアンペア，‐3kVのオフセットで1.50ミリアンペアである。
【００３３】
本発明の好適な実施例を示して説明してきたが，当業者であれば，特許請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更，修正をなし得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は，本発明にしたがった，イオン注入装置の例の略示ブロック図である。
【図２】 図２は，ビームラインにそって上からみた，本発明にしたがったイオンビームを走査および集束をする装置例の略示ブロック図である。
【図３】 図３は，図２の後走査電極および走査プレートに適用する電圧例のグラフである。
【図４】 図４は，図２の走査および集束装置の部分側面図である。
【図５】 図５は，イオンビーム方向にそってみた後走査電極を示す。
【図６】 図６は，イオンビーム方向にそってみた走査プレートの断面図である。
【図７】 図７は，走査プレート上での異なる電圧のオフセットに対し，300ミリメータウエハ上の動径方向位置を関数とした，測定イオンビーム電流のグラフである。
【符号の説明】
10 イオンビーム発生器
12 イオンビーム
16 走査システム
20 スキャナー
24 角度補正器
30 イオンビーム
34 ウエハ
40 走査プレート
40a 平行プレート部分
40b 広がるプレート部分
42 走査プレート
42a 平行プレート部分
42b 広がるプレート部分
44 エンベロープ
48 電極
50 電極
60 走査増幅器
62 走査増幅器
64 走査発生器
68 システム制御器
70 後走査抑制電圧発生器
80 開口
82 ナイフエッジ
90 開口
92 前走査抑圧電圧発生器
102 ポールピース
Claims (26)
- 荷電粒子ビームを制御する装置であって，
荷電粒子ビームを発生するための荷電粒子ビームソースと，
荷電粒子ビームの両側に配置された走査電極と，
荷電粒子ビームに隣接し，前記走査電極の下流に配置され，後走査電圧を有する後走査電極と，
荷電粒子ビームを第一の方向に走査するための走査電圧を，前記走査電極に適用する走査電圧発生器と，を含み，
該走査電圧発生器は負のDC電圧オフセットを有する走査電圧を適用するものであり，前記負のDC電圧オフセットは前記後走査電圧よりもさらに負となり，前記走査電極にそれぞれ等しい負のDC電圧オフセットが適用され，前記荷電粒子ビームは前記第一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，
前記走査電極は，前記第一の方向にあり，前記荷電粒子ビームの両側に位置する第一および第二の走査プレートを含む，ところの装置。 - 請求項２に記載の装置であって，
前記走査プレートは，平行部分と，前記平行な部分の下流にある広がり部分を含む，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，
前記後走査電極は，前記第二の方向にあり，前記荷電粒子ビームの両側に位置する第一および第二の電極部分を含む，ところの装置。 - 請求項４に記載の装置であって，
前記後走査電極は，前記第一の方向に平行して長い，ほぼ矩形の開口部を画成する，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，
前記走査電圧は前記荷電粒子ビームを走査するための，のこぎり波形を有し，前記のこぎり波形は負のDC電圧オフセットを有する，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，
前記走査電圧発生器は，整相走査電圧を発生するための走査発生器，および前記整相走査電圧を増幅し，増幅された走査電圧を前記走査電極に適用する第一および第二の走査増幅器を含む，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，
前記後走査電圧および前記走査電圧のDC電圧オフセットは，約1キロボルトから約10キロボルト，異なる，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，さらに
前記荷電粒子ビームのエネルギーが変化するとき，前記走査電圧のDC電圧オフセットを調節する手段を含む，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，さらに
走査された荷電粒子ビームを実質的に平行な軌道に変換するための，前記後走査電極の下流に配置された角度補正器，および前記走査電圧のDC電圧オフセットを調節する手段を含む，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，さらに
前記後走査電圧を前記後走査電極に適用する後走査抑圧電圧発生器を含み，
前記後走査電圧は，前記荷電粒子ビームから前記走査電極への電子移動を抑圧するために選択される，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，さらに
前記荷電粒子ビームに隣接し，前記走査電極の上流に位置する前走査抑圧電極，および前記荷電粒子ビームから前記走査電極への電子移動を抑圧するために選択された前走査抑圧電圧を前記前走査抑圧電極に適用するための，前走査抑圧電圧発生器を含む，ところの装置。 - 請求項１に記載の装置であって，
前記荷電粒子ビームは，イオンビームを含む，ところの装置。 - 荷電粒子ビームを制御する方法であって，
荷電粒子ビームを発生する工程と，
走査電極を，荷電粒子ビームの両側に配置する工程と，
後走査電極を，荷電粒子ビームに隣接し，前記走査電極の下流に配置する工程と，
前記後走査電極に後走査電圧を適用する工程と，
荷電粒子を第一の方向に走査するための走査電圧を，前記走査電極に適用する工程と，を含み，
前記走査電圧は負のDC電圧オフセットを有し，該負のDC電圧オフセットは前記後走査電圧よりさらに負となり，前記走査電極にそれぞれ等しい負のDC電圧オフセットが適用され，荷電粒子ビームは前記第一の方向に対して垂直な第二の方向に集束される，ところの方法。 - 請求項１４に記載の方法であって，さらに
前記荷電粒子ビームのエネルギーおよび種に基づき，前記走査電圧のDC電圧オフセットを調節する工程を含む，ところの方法。 - 請求項１４に記載の方法であって，
前記走査電圧を適用する工程は，前記第一の方向に前記荷電粒子ビームを走査するための，のこぎり走査波形を適用することを含み，前記のこぎり走査波形は負のDC電圧オフセットを有する，ところの方法。 - 請求項１４に記載の方法であって，
前記後走査電圧を適用する工程は，整相走査電圧を発生すること，整相走査電圧を増幅すること，および増幅された走査電圧を前記走査電極に適用することを含む，ところの方法。 - 請求項１４に記載の方法であって，さらに
前記走査された荷電粒子ビームを実質的に平行な軌道に変換すること，および前記走査電圧のDC電圧オフセットを調節することを含み，
前記軌道の平行性が調節される，ところの方法。 - 請求項１４に記載の方法であって，
前記走査電圧を適用する工程は，前記後走査電圧より，さらに負となっているDC電圧オフセットを適用することを含む，ところの方法。 - イオンビームを制御する装置であって，
イオンビームを発生するためのイオンビームソースと，
イオンビームの両側に配置された走査プレートと，
イオンビームに隣接し，前記走査プレートの下流に配置される後走査電極と，
前記後走査電極に後走査電圧を適用する後走査電圧発生器と，
イオンビームを第一の方向に走査するための走査電圧を，走査プレートに適用する走査電圧発生器と，を含み，
前記走査電圧発生器は，負のDC電圧オフセットを有する走査電圧を適用するもので，前記負のDC電圧オフセットは前記後走査電圧よりさらに負となり，前記走査プレートにそれぞれ等しい負のDC電圧オフセットが適用され，前記イオンビームは前記第一の方向に垂直な第二の方向に集束される，ところの装置。 - 請求項２０に記載の装置であって，
前記走査電圧は前記イオンビームを前記第一の方向に走査するための，のこぎり波形を有し，前記のこぎり波形は負のDC電圧オフセットを有する，ところの装置。 - 請求項２０に記載の装置であって，
前記走査電圧のDC電圧オフセットは，前記後走査電圧より，さらに負となっている，ところの装置。 - 請求項２１に記載の装置であって，
前記後走査電圧および前記走査電圧のDC電圧オフセットは，約1キロボルトから約10キロボルト，異なる，ところの装置。 - 請求項２０に記載の装置であって，さらに
前記イオンビームのエネルギーが変化するとき，前記走査電圧のDC電圧オフセットを調節する手段を含む，ところの装置。 - 請求項２０に記載の装置であって，
前記後走査電圧は，前記イオンビームから前記走査プレートへの電子移動を抑圧するために選択される，ところの装置。 - 請求項２０に記載の装置であって，さらに
前記イオンビームに隣接し，前記走査プレートの上流に位置する前走査抑圧電極，および前記イオンビームから前記走査プレートへの電子移動を抑圧するために選択された前走査抑圧電圧を前記前走査抑圧電極に適用するための，前走査抑圧電圧発生器を含む，ところの装置。
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