JP6023170B2 - 動的ビーム形成を用いた改善された均一性制御のための方法および装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本開示は、概して、イオン注入システムに関し、特に、イオンビーム注入システムのドーズ（dose）の均一性および生産性を改善するためのシステムおよび方法に関する。

〔背景技術〕
イオン注入は物理的な工程であり、選択的に不純物を半導体ワークピースおよび／またはウェハーに注入するために、半導体装置の製作において用いられる。基板上または基板内において特定の性質を得るために（例えば、特定のタイプのイオンを注入することによって基板上の誘電体層の拡散率を制限すること）、種々の方法においてイオン注入を実行し得る。

典型的な一連の注入工程においては、ワークピースのある一軸方向にイオンビームを走査する一方で、ワークピースをその直交方向に移動させてもよい。または、あるいは静止したイオンビームに対して、２つの直行する軸に沿ってワークピースを移動させてもよい。

図１は、注入工程中においてイオンビーム１０６をワークピース１０２の一面にわたって走査する時、イオンビームの軌道から見た、直交する軸に沿って走査される例示的なイオンビームの経路１００の平面図を示している。特に、上記可動ステージ１０８（素材を保持する）が、高速走査軸１１０および通常において直交する低速走査軸１１２を有する行路１０４に沿って素材１０２を移動させることが操作可能な間に、イオンビーム１０６の焦点を可動ステージ１０８のある点に合わせてもよい。概して、高速走査軸１１０に沿って（高速走査方向ともいう）ワークピースを移動させる速度は低速走査軸１１２に沿って（低速走査方向ともいう）ワークピースを移動させる速度より、顕著に速い。

〔概要〕
次に、本開示の１以上の側面の基本的な理解を提供するために簡略化された概要を述べる。本概要は、本開示の広範囲の概観ではなく、かつ、本概要に、本開示の鍵となる要素あるいは重要要素を同定することを意図するものではない。また、本概要は、本開示の範囲を詳細に叙述するものではない。むしろ、本概要の主な目的は、後述のより詳細化された記述の前置きとして簡略化された形式において本開示のいくつかの概念を述べることである。

本開示は、イオンビームがワークピース（例えば、半導体ウェハー）の表面にわたって走査されている時にイオンビームのビーム電流密度を変化させるための方法および装置に関するものであり、ワークピースにおける改善されたドーパント均一性を得られる、改良されたイオンビーム電流プロファイルを有する時間平均化されたイオンビームを生じさせる。一実施形態において、ビームラインを備えるイオン注入システムは、イオンビームを、ワークピースを保持するように構成されるエンドステーションに向けるように構成される。注入中に、走査システムは、高速走査方向および低速走査方向（例えば、高速走査方向に対して垂直）から構成される２次元様式においてイオンビームが通過するようにエンドステーションを移動させる。ビーム焦点調節装置は、イオンビームがワークピースの表面にわたって移動する時に、それぞれが異なるビーム電流のプロファイルを有する複数の異なるイオンビーム電流密度を取得するために、イオンビームのビーム電流密度（例えば、断面形状）を変化（例えば、連続的に変化）させるように構成されている。イオンビームの異なるビーム電流密度が異なるビームプロファイル（例えば、ビームプロファイルに従って異なる位置にてピークを有する）をそれぞれ備えているので、イオンビームのビーム電流密度を迅速に変化させることによって、ワークピースに照射されるビーム電流の平滑化を生じさせる（例えば、個々のビームプロファイルに関するピークの減少を生じさせる）。生じた平滑化されたビーム電流のプロファイルは、改善されたビーム電流の均一性および改善されたワークピースドーズの均一性を実現する。

前述の目的および関連している目的を達成するために、後述の記載および添付されている図面は特定の例示となる側面および本開示の実施例を詳細に説明する。これらは、本開示の原理が適用され得るわずか数種類の方法を示しているに過ぎない。本開示の他の側面、利点および新規の特徴は、図面と共に考慮されることにより本開示の後述の詳細な記述から明白となる。

〔図面の簡単な説明〕
図１は、注入工程においてイオンビームがワークピース一面をわたって走査する時のイオンビームの軌跡から見た例示的なイオンビームの経路の平面図を例示している。

図２は、本発明の一実施形態に係るビーム焦点装置を有するイオン注入システムを例示するシステムレベル図である。

図３ａは、イオンビームの軌跡から見た例示的なイオンビーム経路の平面図である。イオンビームはイオンビーム断面形状を有し、イオンビームがワークピース一面にわたって走査する時に上記イオンビーム断面形状が変化させられる。

図３ｂは、ビームプロファイルの全体にわたってビーム電流の均一性が増進された時間平均化されたビーム電流を生じさせる変化する断面形状を有するイオンビームを例示する模式図である。

図４ａ−４ｂは、ワークピースに投射した断面的なイオンビーム形状を例示する。

図４ｃ−４ｄは、図４ａ−４ｂの断面的なイオンビーム形状に関するイオンビームのプロファイルを、それぞれ、例示する。

図４ｅは、図４ｃおよび４ｄに示されるイオンビームプロファイルの時間平均を含む時間平均化されたイオンビームのプロファイルを例示する。

図５は、垂直ビームプロファイルを示すグラフであり、静電四重極子（electrostatic quad）を用いて作成されており、異なる垂直焦点電極電圧を備え、ｙ軸上にビーム電極が示され、かつ、ｘ軸上にイオンビームの高さが示される。

図６は、ビームプロファイルの勾配を示すグラフであり、静電四重極子（electrostatic quad）を用いて作成されており、異なる垂直焦点電極電圧を示し、ｙ軸上にビーム電流の勾配が示され、かつ、ｘ軸上にイオンビームの高さが示される。

図７ａ−７ｄは、ビーム焦点調節素子の種々の実施形態を例示する。上記実施形態は制限を設けない。上記ビーム焦点素子を、本明細書で提供するようにイオンビームの断面形状を変化させるために使用してもよい。

図８は、イオンビームがワークピース一面にわたり走査される時にイオンビームのビーム電流密度を変化させることによって、２次元走査システムにおけるワークピースの一面にわたるイオンビーム電流およびドーズの均一性を改善する方法を例示するフローチャートである。

図９は、イオンビームがワークピース一面にわたり走査される時に、イオンビームのビーム電流密度を変化させることによって、２次元走査システムにおけるワークピースの一面にわたるイオンビーム電流およびドーズの均一性を改善するより詳細な方法を例示するフローチャートである。

〔詳細な説明〕
本開示を、図面を参照し説明する。上記図面においては、同様の要素に対しては同様の参照番号を終始使用する。例示および後述の記載は、本質的に、例証であり、制限するものではない。よって、例示されたシステム、方法、および本明細書の例示から離れた他の実施例の変形例が、本開示および付随する請求項の範囲内とみなされることが理解されるであろう。

本明細書にて提供される、「ビーム電流密度における変化」という用語は、制限を設けない用語であり、本発明の概念として、イオンビームのビーム電流密度またはイオンビームのビーム形状における任意の変化を含む（例えば、幅広い尾部（broad tail）を備えた鋭いピークを有するビーム電流からガウス形状（Gaussian shape）よりへの変化、両方のビーム電流は、ビームの端部（edge）の形状内に存在し、例えば、ビーム電流の９０％を含む輪郭によって測定すると同一の大きさか、あるいは、異なる大きさである）。

イオン注入では、ワークピース上における所望するドーズ（dose）の分布が、通常、高精度で規定される。したがって、ワークピースに対して適量を提供するために、少なくとも１つの寸法においてワークピースよりも小さいイオンビームに対し、イオンビームとワークピースとの間の相対的な動作を用いる。ドーズの均一性の制御は、一般的に、相対的な動作の速度、ならびに、イオンビームおよび／またはワークピースの経路を注意深く調整することによって達成される。相対的な動作が低速であり、イオンビームがワークピース上における所与の点をあまり通過しない場合、ドーズの均一性は、イオンビームの正確な電流分布にかなり依存し得る。ドーズ均一性を改善するためにビーム電流分布における鋭利な特性を平滑化する方法として、ビームの基本的な相対動作の開発よりも高頻度にビームの位置を調節（modulate）または「震わせる（dither）」ためのいくつかの方法が開発されている。しかし、イオンビームの大きさが実質的にビームラインを満たす場合において、多量の電流を損なうことなくビーム位置を震わせることは不可能であり得る。開口部を挟むため、その結果生じるビーム形状は、震わせない状態よりも悪い。また、ビーム位置を震わせることで得られるものよりも大きいビームの大きさに適応させることも不可能であり得る。

ワークピース一面にわたってイオンビームを走査させる時において、改善されたイオンビーム電流の均一性を有する（例えば、ビーム電流において低減されたピーク／スパイクを有する）時間平均化されたビーム電流プロファイルを生成するため、ビーム焦点調節素子（例えば、磁界を用いてイオンビームの焦点を調節するように構成されている一連の磁気４重極子（magnetic quadrupoles）を含む）を、ビーム電流密度を変化させる（例えば、１つ以上のビーム焦点調節素子を使用してイオンビームの断面形状を変化させることによって））ために用いることができることを、本発明者は理解するに至った。したがって、一実施形態において、それぞれに異なるビーム電流プロファイルを有する複数の異なるイオン電流密度を得るために、イオンビームのビーム電流密度を変化させるためのビーム焦点調節を行うことによって、ワークピースに注入されるドーズの均一性を改善するための方法および装置を本明細書にて提供する。イオンビームのビーム電流密度を変化させることは、複数の異なる瞬間的なイオンビーム電流プロファイルを有するイオンビームを提供するので、高頻度にてイオンビーム電流密度を継続的に変化させることは、個々のビームプロファイルが時間平均化されるような異なるビームプロファイルの間で、ビームプロファイルを変化させる。時間平均化されたビームプロファイルを生成することにより、個々のビーム電流プロファイルに存在する所望しない特性（例えば、スパイク）の強度を低減させる。したがって、ビームプロファイル全体をより平滑にさせ（例えば、スパイクおよび他の鋭利な特性の平均化）、これにより、ワークピース上のビーム電流および注入ドーズの均一性が増進する。

本発明の１つの例示的な側面に関し、図を参照する。図２は例示的なイオン注入システム２００を例示する。上記イオン注入システム２００は、イオンビームの経路を介してワークピースを機械的に走査するよう動作する走査システムを備えている。本発明の一実施形態によれば、ビーム焦点調節装置を有している。本発明の種々の側面が、図２の例示的なシステムを含む（限定はされない）任意の種類のイオン注入装置と合わせて実施されることが理解され得る。

イオン注入システム２００は、ソースターミナル（source terminal）２０２と、ビームラインアセンブリ（beamline assembly）２０４と、プロセスチャンバーを形成するエンドステーション２０６と、を備えている。上記プロセスチャンバーでは、イオンビーム２０８はワークピース２１０の位置に向けられる。パワーサプライ２１２によってソースターミナル２０２におけるイオンソース２１４に電力が供給され、抽出されたイオンビーム２０８をビームラインアセンブリ２０４に供給する。ソースチャンバーからイオンを抽出し、抽出されたイオンビーム２０８をビームラインアセンブリ２０４に向けるために、イオンソース２１４は１つ以上の引き出し電極（不図示）を備えている。

ビームラインアセンブリ２０４は、イオンソース２１４に近接する入口および分解開口部２２０を備える出口を有するビームガイド（beamguide）２１６を備えていてもよい。また、抽出されたイオンビーム２０８を受け入れ、双極性磁場を形成して、適切な質量‐エネルギー比率のイオンまたはその範囲内のイオン（例えば、所望の質量範囲のイオンを有する、質量解析されたイオンビーム２０８）を通過させる質量分析器２１８を備えていてもよい。ビームガイド２１６は、質量解析されたビーム２０８を、分解開口部２２０を通してワークピース２１０に向ける。上記ワークピース２１０は、エンドステーション２０６に付随するワークピース走査システム２２２の可動ステージ２２４上に載せられていてもよい。

図２に例示されているエンドステーション２０６は、イオン注入のためのビーム経路に沿ってワークピース２１０（例えば、半導体ウェハー、ディスプレイパネルまたは他の基板）が支持される真空プロセスチャンバーを備える“直列”型のエンドステーションを含む。本発明の１つの例示的な側面によると、イオン注入システム２００は、一般的な静止したイオンビーム２０８（例えば、スポットビーム（spot beam）またはペンシルビーム（pencil beam）として参照される）を供給する。ワークピース走査システム２２２は、静止したイオンビーム２０８に対して、概して、２つの直交する軸において、ワークピース２１０を移動させる（例えば、ワークピース２１０を保持または支持している可動ステージ２２４によって）。

注入中においてイオンビーム２０８がワークピース２１０の一面にわたって移動している時に、複数の異なる瞬間的なイオンビーム電流密度（異なるビーム電流プロファイルをそれぞれに有している）を取得するために時間変化方式においてイオンビーム２０８のビーム電流密度（例えば、断面形状）を変化（例えば、継続的に変化）させるように、ビーム焦点調節装置２２６は形成されている。イオンビームのビーム電流密度を変化させることにより、複数の異なる瞬間的なイオンビーム電流プロファイルを有するイオンビームを供給することができるので、継続的にイオンビーム電流密度を高頻度で変化させることによって、ビームプロファイルを個々のビームプロファイルの時間平均化を生じさせるような異なるビームプロファイル間において変化させる。したがって、ビーム電流の均一性および注入されるドーズの均一性が増進する。

１つ以上のビーム焦点調節／形成素子２２８を、イオン注入システムのビームラインに沿う任意の場所に位置させてもよいと理解され得る。例えば、種々の実施形態において、ビーム焦点調節装置２２６は、エンドステーション２０６、ビームラインアセンブリ２０４および／またはターミナル２０２内に設置した１つ以上のビーム焦点調節／形成素子２２８を含んでいてもよい。上記ビーム焦点調節装置２２６は、イオンビームがワークピース２１０に移送されている時、イオンビーム２０８のビーム電流密度における変化を実現するように構成されている（例えば、イオンビームの焦点のプロパティを変化させるように構成されている）。例えば、図２に例示されている実施形態において、ビーム焦点調節／形成素子２２８を、エンドステーション２０６と動作可能に連結（例えば、内部に設ける）させてもよい。また、別の実施形態では、ビーム焦点調節／形成素子２２８を、エンドステーション２０６の上流の位置に、動作可能に連結（例えば、内部に設ける）してもよい（例えば、ビームラインアセンブリ２０４および／またはターミナル２０２に沿った任意の場所に設置させる）。

一実施形態において、走査システム２２２がワークピース２１０を高速走査方向に沿って移動させる時に、ビーム焦点調節／形成素子２２８は、イオンビーム２０８の断面形状を変化させるように動作可能である。イオンビームの形状はビーム電流密度に関連しているので、イオンビームの形状を変化させることによってビーム電流密度を変化させてもよい。したがって、ビーム焦点調節装置２２６は、個々の断面形状のビームプロファイルを平均化するような作用を生じる、イオンビームの断面形状における変化を実現する。よって、個々（例えば、定位の）ビーム断面形状に対応する任意のビームホットスポット（beam hot spot）（例えば、スパイク、ピーク）の影響を低減し、それゆえ、ワークピース２１０一面にわたるビームドーズの均一性を改善する。

例えば、イオンビームプロファイルの中間においてビーム電流スパイクを生じる断面形状から、イオンビームプロファイルの中間においてビーム電流スパイクを生じさせない別の断面形状にイオンビーム２０８を迅速に変化させるようにビーム焦点調節装置２２６を構成してもよい。その結果として、イオンビームプロファイルの中間におけるビーム電流スパイクの強度を低減した、時間平均化されたビーム電流密度を有するイオンビームが得られる。すなわち、イオンビームをワークピースの一面に走査している時、時間変化方式によりイオンビームの断面形状を迅速に変化させることで、電流スパイクが低減された平均的なイオンビーム電流密度を生じさせる。

一実施形態において、時間変化パワーサプライ２３０は、ビーム焦点調節／形成素子に連結されており、ビーム焦点調節／形成素子２２８の操作を駆動するための時間変化信号（例えば、時間変化電圧、時間変化電流）を供給する。１つの特定の実施形態において、磁気４重極子を含むビーム焦点調節素子を操作するよう構成されたビーム焦点調節／形成素子２２８に時間変化信号が供給されることで、イオンビーム２０８に作用する時間変化の磁界を生じさせ、適時（例えば、それがワークピース２１０一面にわたって走査される時に）、ビーム電流密度を変化させる。

一実施形態において、所定の注入均一性基準より“良好な”ビーム均一性を示すイオンビームに関連付けられた予測されるドーズ均一性まで、イオンビームの焦点を反復的に調節するように、ビーム焦点調節装置２２６を構成してもよい。一実施形態において、注入の予測されるドーズ均一性を、測定されたビーム電流密度プロファイルからビーム焦点調節装置によって計算し、所定の注入均一性基準と比較してもよい。予測されるドーズ均一性が所定の注入均一性基準に違反しない場合、その後、注入が進行してもよい。しかし、予測されるドーズ均一性が所定の注入均一性基準に違反する場合、その後、ビーム焦点調節装置２２６は、予測されるドーズ均一性が、所定の注入均一性基準に違反しなくなるまで動的に調節されてもよい。

例えば、ビーム焦点調節装置２２６は、第一定位焦点調節値（例えば、１つ以上のビーム焦点調節素子２２６に供給される信号強度に相当する、１つ以上のビーム焦点調節素子２２６の集束強度（focusing strength）に相当する）に相当する測定されたビーム電流密度プロファイルから、注入の第一の予測されるドーズ均一性を計算するように構成されていてもよく、計算された第一の予測されるドーズ均一性を所定の注入均一性基準と比較するように構成されていてもよい。計算された第一の予測されるドーズ均一性が、所定の注入均一性基準に違反しない場合において、その後、注入が進行してもよい。しかしながら、計算された第一の予測されるドーズ均一性が所定の注入均一性基準に違反する場合において、その後、ビーム焦点調節装置２２６は、第二定位焦点調節値に調節されてもよい。ビーム焦点調節装置２２６は、その後、第二定位焦点調節値に相当する測定されたビーム電流密度プロファイルから、注入の第二の予測されるドーズ均一性を計算してもよく、計算された第二の予測されるドーズ均一性を所定の注入均一性基準と比較してもよい。計算された第二の予測されるドーズ均一性が、所定の注入均一性基準に違反しない場合において、その後、注入が進行してもよい。しかしながら、計算された第二の予測されるドーズ均一性が所定の注入均一性基準に違反する場合において、ビーム焦点調節装置２２６の焦点調節値は、第一定位焦点調節値と第二定位焦点調節値との間でビーム焦点が動的に変化するように設定されてもよい。

図３ａおよび３ｂは、イオンビームがワークピースの表面の一面を走査する時に、個々の断面形状電流プロファイルのビーム電流密度を平均化し、イオンビームホットスポットの効果を低減させるように、イオンビームの断面形状を例示的に変化させたときに生じ得るビーム電極密度の変化をより詳しく例示する。イオンビームの断面形状における変化が、イオンビームのビーム電流密度を変化させ得る１つの方法であることと理解され得るが、ビーム電流密度を変化させる方法を限定する例示であることを意図しない。本書において、「断面形状における変化」とは、任意のオンビームの断面形状における変化を含む。例えば、ビームの断面形状を変化させることは、イオンビームをより大きくさせる、より小さくさせる、より広くさせる、または、より狭くさせることを含む。

図３ａは、イオンビームの軌道から見たワークピース３０４の一面にわたって走査された例示的なイオンビーム経路３０２の平面図３００を例示し、経路３０２に沿った特定の位置のイオンビームの断面形状における変形例を示す。特に、イオンビームは、３つの異なる例示的な位置３０６、３０８、３１０にて例示されている。上記例示的な位置３０６、３０８、３１０は、それぞれ、３つの異なる期間におけるワークピース３０４に対するイオンビームの位置を表している。３つの例示的な位置のそれぞれにおけるイオンビームは、疑似的に示されており、走査中に１つ以上のビーム焦点調節／形成素子がイオンビーム断面形状を変化させる場合のイオンビームの３つの例示的な断面形状を表す。

図３ａにおいて示すように、イオンビームの断面形状における変化は、任意の単一方向（direction）または任意の複数方向（directions）に生じてもよい。１つの実施形態において、ビーム焦点調節装置は、イオンビームの長さおよび／または幅を変化させてもよい。上述したように、イオンビームの断面形状における変化（例えば、焦点のバリエーションによる）によって、ビーム電流密度においてイオンビームの電流の時間平均化を生じさせる変化が得られる（例えば、３つの疑似円の領域にわたってビーム電流を時間平均化し、その結果、本質的に、延伸された楕円形状を形成する）。

さらに、一実施形態における高速走査軸３１４に沿った高速走査の走査速度が第一走査周波数（例えば、１−２Ｈｚ）である間において、ビーム焦点調節装置が、第一周波数よりも実質的に大きい（例えば、５０−１００Ｈｚ）第二周波数にてイオンビームの断面形状を変化させるように構成してもよい。例えば、断面形状のバリエーションの周波数を、ビーム／ウェハー走査の周波数より大きい周波数において設定することによって、ビームプロファイルにおける変化が、注入されたドーズの空間的な分布において密着した空間的な構造を生成しないだけでなく、ビームプロファイルにおける変化は、ビーム電流における全体的な平滑化効果を奏し、かつ注入されたドーズの均一性の改善を成し得る。一実施形態において、ビーム形状調節周波数の第一走査周波数に対する比は、１０以上である。

一実施形態において、イオンビームの断面形状を、高速走査方向とは異なる方向を有する軸に沿って変化させてもよく、その結果、調節された効果的な高さ（height）を有する時間平均化されたイオンビームを生じる。例えば、低速走査方向と実質的に平行な方向においてイオンビームの形状を延伸すると、より大きな走査ピッチ（scan pitch）を許容し、これによるより高い機器生産性（tool productivity）および／またはドーズ均一性における改善を実現するような、より高い高さを有する平均化されたイオンビームが実現される。図３ｂにおいてこの特徴が良く理解できる。上記図３ｂにおいて、第一ビーム形状３０８ａは、第一寸法３１６を有し、一方で、第二ビーム形状３０８ｂは、より長い第二寸法３１８を有する。その結果、低速走査方向３１２に沿って長さを引き伸ばされた寸法を有する時間平均化されたビームを生じる。低速走査方向３１２においてより大きな効果的なビーム形状は、より大きな走査ピッチ３２０を許容する（図３ａ）。したがって、本明細書にて提供される方法および装置は、ワークピース３０４に対する全体的な走査における走査線の数の減少をもたらす、あるいは、同様または若干多い数の走査線にてドーズの均一性の改善を提供する。

図４ａ−４ｅは、イオンビームがワークピースの一面にわたって走査されている時にイオンビームの断面形状を迅速に変化させることによって（すなわち、複数の個々のイオンビームの断面形状のビーム電流プロファイルにわたって時間平均化させたビームプロファイルを生成することによる）得られたイオンビームプロファイルの平滑化効果を例示する。

上記のように、イオンビームの断面形状を変化させることは、イオンビームに対して始終異なるビームプロファイルを有する複数の異なる瞬間的なビーム電流密度を提供する。例えば、第一の断面的ビーム形状は、ビームプロファイルに沿った第一の位置にてスパイクを有している第一のビームプロファイルを有してもよく、一方、第二の断面的ビーム形状は、第一の位置とは異なるビームプロファイルに沿った第二の位置にてスパイクを有している第二のビームプロファイルを有してもよい。例えば、図４ａは、ワークピース４０２に入射した第一イオンビーム形状４０２を例示する。図４ｃは、第一イオンビーム形状４０２に関するビーム電流プロファイル４０８を例示する。上記ビーム電流プロファイル４０８は、位置Ｐ_１にて振幅（amplitude）Ａ_１を有する電流ピーク／スパイクを含む。図４ｂは、ワークピース４０４に入射した第二イオンビーム形状４０６を例示する。図４ｄは、第二イオンビーム形状４０６に関するビーム電流プロファイル４１０を例示する。上記ビーム電流プロファイル４１０は、位置Ｐ_２にて振幅Ａ_２を有する電流ピーク／スパイクを含む。

イオンビームの断面形状を迅速に変化させることによって、ビーム電流プロファイルにおいてスパイクを減少させる時間平均化されたビームプロファイルが生成されるように、異なるビームプロファイル間においてビーム電流密度を変化させてもよい（例えば、スパイクおよび他の鋭利な特性を平均化することによって）。言い換えると、第一の位置Ｐ_１において大きなスパイクを伴う電流プロファイルを有するイオンビーム形状４０２から、異なる位置Ｐ_２において大きなスパイクを伴う電流プロファイルを有するイオンビーム形状４０６へ変化することによって、相対的に短い期間、電流スパイクを異なる位置に出現させ、これにより、時間平均化されたビーム電流プロファイルにおける電流スパイクを低減させる。例えば、図４ｅはビーム電流プロファイル４０８および４１０の時間平均を有する時間平均化されたビーム電流プロファイル４１２を例示する。時間平均化されたビーム電流プロファイルは、位置Ｐ_２にて振幅Ａ’_２（Ａ’_２はＡ_２より小さい）を有する電流ピーク／スパイクおよび位置Ｐ_１にて振幅Ａ’_１（Ａ’_１はＡ_１より小さい）を有する振幅を有する電流ピーク／スパイクを含む。

したがって、迅速にイオンビームの断面形状を変化させることによって、ビーム電流プロファイルを有する数種の異なるビーム電流密度を用いてビームをワークピースに照射することができる。個々のビーム形状が“良好”なビーム電流プロファルを現していなくても（例えば、最小の電流スパイクである）、特定のビーム電流プロファイルから別のものに迅速に変化させることによって、ワークピースに対して、異なるビーム電流プロファイルを平均したものを照射することとなり、これにより、イオンビームによって供給された注入ドーズの均一性を増大させる。したがって、イオンビームがワークピースの一面にわたって走査する時、イオンビームの断面形状を迅速に変化させることにより、個々の形状によって生成された任意のビームプロファイルよりも望ましいビームプロファイルを有するイオンビームを生成することができる。

図５は、垂直ビームプロファイルを示すグラフである。当該垂直ビームプロファイルは、静電四重極子を用いて生じさせており、異なる垂直焦点電極電圧を用いている（ｙ軸にビーム電流を示し、イオンビームの高さをｘ軸に示す）。具体的には、図５は、焦点調節素子の焦点強度の変化が、ビーム電流プロファイルのビーム電流密度およびイオンビームのビーム電流の両方に与える影響について示している。

例えば、ビームプロファイルの傾向線５０４および５０６は、ビーム焦点調節装置によって定位に操作されたイオンビームのビーム電流を表わしている。具体的には、グラフは、静電四重極子の調節プレートにおける最大電圧に相当するビームプロファイルの傾向線５０６および静電四重極子の調節プレートにおける最小電圧に相当するビームプロファイルの傾向線５０４を表わしている。最大および最小電圧に相当するイオンビームプロファイルのピークは、それぞれ、相対的に鋭利なピークとなっている。

対照的に、ビームプロファイルの傾向線５０２は、ビーム焦点調節装置によって動的に操作されたイオンビームのビーム電流プロファイルを表わしている（例えば、上記電流プロファイルは焦点調節装置によって、適時、最大から最小電圧に変化させられた断面形状を有する）。

平滑化効果は、焦点調節素子の集束強度において種々の作用になり得ることが理解され得る。例えば、グラフ５００の形成において使用される垂直焦点調節電圧の範囲は、小さかった（例えば、＋／−１０％）。したがって、イオンビームのビーム電流密度において相対的に小さい変化を生じ、これによりビーム電流に対して相対的に小さな平滑化効果を生じる。

図６は、ビーム電流プロファイル５０６および時間平均化されたビーム電流プロファイル５０２の勾配（すなわち、傾斜）を示すグラフである。傾向線６０４は、調節プレートにおける最大電圧を有する静電四重極子に対するイオンビームプロファイルの勾配である（ビーム電流プロファイル５０６に対応する）。イオンビームのビーム電流密度を変化させると、傾向線６０２（ビーム電流プロファイル５０２に対応する）が得られる。傾向線６０２は、概ね、傾向線６０４の平均値以下の平均値を有している（例えば、ビームの断面形状を変化させることによってビーム全体のビーム電流を平均化することによりプロファイルに丸みをつける）
この明細書にて提供されるビーム調節装置は、図２−４とともに記述したように、任意の種類のイオンビームの焦点を調節するための操作が可能なビーム焦点調節素子を備えてもよい。図７ａ−ｂは、本明細書にて提供されるイオンビームのビーム電流密度を変化させるために用いられるビーム焦点調節素子の種々の制限を受けない実施形態を例示する。

図７ａは、本明細書にて提供される、イオンビーム焦点調節装置７００の一実施形態を例示しており、イオンビーム７０８を取り囲む複数の巻き線（winding）を有するソレノイド７０６を含んでいる。時間による変化信号（例えば、電圧、電流）を供給するために、時間変化電源７０４がソレノイド７０６に連結されており、ソレノイド７０６に時間変化の磁界を生じさせる。

図７ｂは、イオンビーム焦点調節装置７１０の別の実施形態を例示する。本明細書にて提供されるように、上記イオンビーム焦点調節装置７１０は、イオンビームラインの周りに配置された４つの電磁石７１２ａ‐７１２ｄ、を有する４重極磁石を備える。時間変化電源７０４は電磁石７１２ａ‐７１２ｄに連結され、時間変化信号（例えば、電圧、電流）を供給するように構成されており、電磁石７１２ａ‐７１２ｄに１以上の時間変化する磁界を生じさせる。上記磁界は、イオンビームがワークピース一面にわたって走査する時に、イオンビーム電流密度を変化させるために作用する。４つの電磁石を有する４重極磁石を図７ｂに示すが、複数の電磁石を有する多極磁石が、ビーム焦点調節装置として使用されてもよいことが理解され得る。

図７ｃは、イオンビーム焦点調節装置７１４の別の実施形態を例示する。本明細書にて提供するように、上記イオンビーム焦点調節装置７１４は、イオンビーム７０８の両側面に配置され、ビーム経路に略平行に延伸する導電性の焦点調節電極またはプレート７１６ａおよび７１６ｂの対を有する抑制電極（suppression electrode）を備える。時間変化電源７０４は電極７１６ａおよび７１６ｂに連結されており、時間変化（例えば、通常モード）電位を焦点調節電極に供給するように構成されており、プレート７１６ａと７１６ｂとの間、および、構造体（図示せず）の周りに時間変化電界を生じさせ、イオンビームがワークピース一面にわたり走査する時に、ビーム電流密度を変化させる。

図７ｄは、イオンビーム焦点調節装置７１８の別の実施形態を例示する。本明細書にて提供するように、上記イオンビーム焦点調節装置７１８は、静電レンズを備える。具体的には、図７ｄは、イオンビーム７０８の周りに延伸する導電性のアインツェルレンズ（Einzel lens）７２０（例えば、単一レンズ電極）を含む静電レンズ、および、時間変化の電位をアインツェルレンズ７２０に供給する時間変化電源７０４を例示する。

アインツェルレンズ７２０は、時間変化電圧による電圧が印加され、アインツェルレンズ７２０の入り口および出口において時間変化電界を生じさせて、焦点が調整されたイオンビーム７０８の焦点特性を調整する。

図８および９は、ワークピースの表面の一面にわたりビームが走査される時にイオンビームのビーム電流密度を変化させることにより電流注入のドーズ均一性を改善する方法を示すフローチャート８００および９００を例示する。これらの方法８００および９００を、一連の動作または事象として例示し、以下に記述するが、本開示は上記動作または事象の例示された順序に限定されることはない。例えば、異なる順序によって、ならびに／または、本明細書の例示および／もしくは記述から離れた他の動作または事象と同時に、特定の動作が発生してもよい。さらに、例示されている動作の全てを必要とするわけではなく、波形の形状は単なる例示である。その他の波形は、例示された波形から大幅に異なっていてもよい。さらに、本明細書にて記述された１以上の動作を、１以上の分離した動作または段階において実行してもよい。

図８は、ワークピース一面にわたってイオンビームが走査される時にイオンビームのビーム電流密度を変化させることによって２次元走査システムにおいて、イオンビーム電流、および、ワークピースの一面にわたるドーズの均一性を改善する方法８００を例示するフローチャートである。

８０２にて、イオンビームを供給する。イオンビームを、ビームラインに沿って、ワークピースを保持または支持するように構成されたエンドステーションに対して向けてもよい。

８０４にて、ワークピース一面にわたってイオンビームを走査する時にイオンビームのビーム電流密度を変化させることによって、時間平均化されたイオンビーム電流プロファイルを生じさせる。異なるビーム電流プロファイルを有する複数の異なるビーム電流密度を得るために、時間変化方式においてイオンビームのビーム電流密度を迅速に変化させることによって、時間平均化されたイオンビーム電流プロファイルを生じさせてもよい。一実施形態において、異なるビーム電流密度を有する異なる断面形状の間でイオンビームの形状を変化させることによって時間平均化されたビーム電流プロファイルを生じさせてもよい。時間平均化されたイオンビームを生じさせることによって、時間平均化されたビーム電流が、個々の断面形状の任意のビームプロファイルよりも、より均一なドーズ分布を実現するビームプロファイルを結果的に有することが理解され得る。一実施形態（ブロック８０６に示すように）では、時間変化方式においてイオンビームのビーム電流密度を変化させるために、ビーム焦点調節装置を制御するように形成された時間変化電圧を生成し、１つ以上のビーム焦点調節装置に供給してもよい。

８０８において、時間平均化されたビーム電流プロファイルをワークピースに適用する。一実施形態において、迅速に変化する断面形状を有するイオンビームをワークピースに向けることによって、時間平均化されたイオンビーム電流プロファイルを、ワークピースに適用してもよい。一実施形態において、時間平均化されたイオンビーム電流プロファイルをワークピースに適用することは、２次元方式（例えば、高速走査方向を有する高速走査軸に沿った、および、実質的に高速走査方向と直交する低速走査方向を有する低速走査軸に沿った）において時間平均化されたイオンビームに対して、ワークピースを保持するよう構成成されているエンドステーションを移動させることを含む。

図９は、ワークピース一面にわたってイオンビームが走査される時のイオンビームのビーム電流密度を変化させることによって２次元走査システムにおいて、ワークピースの一面にわたるドーズの均一性を改善する方法をより詳細に例示するフローチャートである。

９０２にて、イオンビームを供給する。イオンビームを、ビームラインに沿って、ワークピースを保持または支持するために構成されたエンドステーションに対して向けてもよい。

９０４にて、焦点調節装置を第一定位焦点調節値にセットする。一実施形態において、第一定位焦点調節値は、１つ以上の焦点調節素子に供給される信号強度に相当していてもよい（例えば、焦点電圧）。別の実施形態において、第一定位焦点調節値は、１つ以上の焦点調節の集束強度に相当していてもよい。定位焦点調節値は、イオンビームのビーム電流密度における変化を生じさせ、ビーム電流における平滑化効果を実現する。

９０６にて、ビームのビーム電流密度プロファイルが測定され、予測されるドーズ均一性が計算され、注入均一性基準と比較される。１つの実施形態において、ビーム電流密度プロファイルは、少なくとも低速走査方向において測定される。

ボックス９０８を参照すると、計算された予測されるドーズ均一性が注入均一性基準に違反しない場合（例えば、注入均一性基準未満でない）、条件を満たし、９１０にて注入が進行してもよい。計算された予測されるドーズ均一性が注入均一性基準に違反する場合（例えば、注入均一性基準未満である）、条件を満たさず、９１２にて焦点調節装置は、異なる第二定位焦点調節値に調節される。

９１４にて、ビーム電流密度プロファイルが再度測定され、第二の予測されるドーズ均一性が計算され、注入均一性基準と比較される。ボックス９１６を参照すると、計算された第二の予測されるドーズ均一性が条件を満たす場合、９１８にて注入が進行する。計算された第二の予測されるドーズ均一性が条件を満たさない場合、９２０にて、焦点調節素子が、第一および第二定位焦点調節値の間で動的に変化するように設定されてもよい。

９２４にて、ビーム電流プロファイルが再度測定され、第三の予測されるドーズ均一性が計算され、注入均一性基準と比較される。ボックス９２４を参照すると、計算された第三の予測されるドーズ均一性が条件を満たす場合、９２６にて注入が進行してもよい。計算された第三の予測されるドーズ均一性が条件を満たさない場合、ステップ９１２に進行してもよい。方法９００において例示される過程は、上記のように、条件を満たすような、予測されるドーズ均一性に到達するまで、反復して、進行してもよい。

上述したように特定の側面および実施について、本開示は例示および記載されているが、本明細書および添付の図面の読解に基づき当該分野の当業者が均等物への変更および改良することが理解され得る。特に、上記の構成要素（アッセンブリ、装置、回路、システム等）によって実施される種々の機能において、上記構成要素の記述のために使用される用語（「手段」を含む）は、他に記載されているものがなくとも、所望の構成要素（すなわち、機能的に同一）の特定の機能を実施する任意の構成要素に相当し、たとえ、開示された構造と構造的に同一でないものであったとしても、本明細書にて示された本開示の例示的な実施例における機能を実施する構成に相当することが意図される。この点において、本開示が、本開示の種々の方法のステップを実施するためのコンピュータが実行可能な指令を有するコンピュータ読み取り可能なメディアを含むことも認識され得る。さらに、本開示の特定の特徴は、いくつかの実施例のうち１つの実施例のみにおいて開示されてきたかもしれないが、任意の所与または特定の応用に関して、望ましい、または、有利であるように、上記特徴を１以上の他の実施例の他の特徴と組み合せてもよい。さらに、用語「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（has）」、「有している（having）」、「ともなう（with）」およびそれらの別形は、詳細な説明または請求項の両方において使用され、それらの用語は、用語「備えている（comprising）」と同様包括的であることを意図する。本明細書にて利用されている、用語「例示的な（exemplary）」は、最善の実施例よりもむしろ、単に例を意味する。

図１は、注入工程においてイオンビームがワークピース一面を走査する時のイオンビームの軌跡から見た例示的なイオンビームの経路の平面図を示している。 図２は、本発明の一実施形態に係るビーム焦点装置を有するイオン注入システムを例示するシステムレベル図である。 図３ａは、イオンビームの軌跡から見た例示的なイオンビーム経路の平面図である。イオンビームはイオンビーム断面形状を有し、イオンビームがワークピース一面を走査する時に上記イオンビーム断面形状は変化させられる。 図３ｂは、ビームプロファイルの全体にわたって増進されたビーム電流の均一性を有する時間平均化されたビーム電流を生じる変化する断面形状を有するイオンビームを例示する模式図である。 図４ａは、ワークピースに投射した断面的なイオンビーム形状を例示する。 図４ｂは、ワークピースに投射した断面的なイオンビーム形状を例示する。 図４ｃは断面的なイオンビーム形状に関するイオンビームのプロファイルを例示する。 図４ｄは断面的なイオンビーム形状に関するイオンビームのプロファイルを例示する。 図４ｅは、図４ｃおよび４ｄに示されるイオンビームプロファイルの時間平均を含む時間平均化されたイオンビームのプロファイルを例示する。 図５は、垂直ビームプロファイルを示すグラフであり、静電四重極子を用いて作成されており、異なる垂直焦点電極電圧を示し、ｙ軸上にビーム電極が示され、かつ、ｘ軸上にイオンビームの高さが示される。 図６は、ビームプロファイルの勾配を示すグラフであり、静電四重極子を用いて作成されており、異なる垂直焦点電極電圧を示し、ｙ軸上にビーム電流の勾配が示され、かつ、ｘ軸上にイオンビームの高さが示される。 図７ａは、ビーム焦点調節素子の種々の実施形態を例示する。上記実施形態は制限を設けない。上記ビーム焦点素子を、本明細書で提供するようにイオンビームの断面形状を変化させるために使用してもよい。 図７ｂは、ビーム焦点調節素子の種々の実施形態を例示する。上記実施形態は制限を設けない。上記ビーム焦点素子を、本明細書で提供するようにイオンビームの断面形状を変化させるために使用してもよい。 図７ｃは、ビーム焦点調節素子の種々の実施形態を例示する。上記実施形態は制限を設けない。上記ビーム焦点素子を、本明細書で提供するようにイオンビームの断面形状を変化させるために使用してもよい。 図７ｄは、ビーム焦点調節素子の種々の実施形態を例示する。上記実施形態は制限を設けない。上記ビーム焦点素子を、本明細書で提供するようにイオンビームの断面形状を変化させるために使用してもよい。 図８は、イオンビームがワークピース一面にわたり走査される時にイオンビームのビーム電流密度を変化させることによって、２次元走査システムにおけるワークピースの一面にわたるイオンビーム電流およびドーズの均一性を改善する方法を例示するフローチャートである。 図９は、イオンビームがワークピース一面にわたり走査される時に、イオンビームのビーム電流密度を変化させることによって、２次元走査システムにおけるワークピースの一面にわたるイオンビーム電流およびドーズの均一性を改善するより詳細な方法を例示するフローチャートである。

Claims (19)

1. １つ以上のワークピースを保持するために構成されているエンドステーションにイオンビームを向けるように構成されたビームラインと、
   高速走査方向および低速走査方向において上記ワークピースにわたって上記イオンビームを走査するように構成された走査システムと、
   ビーム焦点調節装置とを備え、
   イオン注入中、上記イオンビームが上記ワークピースの表面上を移動する時、上記ビーム焦点調節装置は、上記イオンビームのビーム電流密度を時間的に連続的に変化させ、複数の瞬間的なビーム電流プロファイルを取得することにより、上記複数の瞬間的なビーム電流プロファイル同士の間で、上記イオンビームのプロファイルを変化させ、上記複数の瞬間的なビーム電流プロファイルを時間的に平均化することを特徴とするイオン注入システム。
2. 上記イオンビームの上記ビーム電流密度を変化させる周波数が、上記高速走査方向に沿って上記イオンビームを走査する周波数よりも、実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 上記高速走査方向に沿って上記イオンビームを走査する上記周波数に対する上記ビーム電流密度を変化させる上記周波数の比が１０よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
4. 上記ビーム焦点調節装置が、エンドステーション内、ビームラインアセンブリ内またはターミナル内に配置された１つ以上のビーム焦点調節素子を備えており、上記１つ以上のビーム焦点調節素子が上記イオンビームの上記ビーム電流密度を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 上記１つ以上のビーム焦点調節素子が、
   上記イオンビームの周りに配置されるソレノイド、
   上記イオンビームの周りに配置される多極磁石、
   上記イオンビームの周りに配置される多極静電レンズ、
   上記イオンビームの周りに配置される抑制電極、および、
   アインツェルレンズ
   のうち１つ以上を備えていることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入システム。
6. さらに、時間変化信号を上記ビーム焦点調節装置に供給するように構成された時間変化電源を備えており、それによって、上記イオンビームが上記ワークピースの上記表面上を移動する時に、上記複数の瞬間的なビーム電流プロファイルを取得するために、上記イオンビームの上記ビーム電流密度を連続的に変化させることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入システム。
7. 上記ビーム焦点調節装置は、所定の注入均一性基準に違反しない、測定されたビーム電流密度から計算された予測されるドーズ均一性まで上記イオンビームの上記ビーム電流密度を反復して調節するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
8. イオンビームを供給するステップと、
   イオンビームをワークピース一面にわたって走査するステップと、
   異なるビーム電流プロファイルを各々有する複数の異なる瞬間的なビーム電流密度を取得するために、時間変化方式において上記イオンビームのビーム電流密度を変化させ、上記異なるビーム電流プロファイル同士の間で、上記イオンビームのプロファイルを変化させて、上記ビーム電流プロファイルを時間的に平均化するステップとを含むことを特徴とするワークピースへの均一的なドーピングの方法。
9. 上記ビーム電流密度を変化させるステップが、焦点調節装置の強度を変化させることによって上記イオンビームの断面形状を変化させることを含むことを特徴とする請求項８に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
10. 複数の異なるイオンビーム断面形状の異なるビーム電流プロファイルの時間平均を含む時間平均化されたビーム電流プロファイルを取得するように、上記焦点調節装置が迅速に上記イオンビームの断面形状を変化させることを特徴とする請求項９に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
11. 上記焦点調節装置を第一定位焦点調節値に設定するステップと；
    ビーム電流プロファイルを測定し、予測されるドーズ均一性を算出するステップと；
    算出された上記予測されるドーズ均一性を注入均一性基準と比較するステップと；
    算出された上記予測されるドーズ均一性が上記注入均一性基準に違反する場合、第一定位焦点調節値を調節するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
12. 上記ビーム電流プロファイルを測定し、第二の予測されるドーズ均一性を算出するステップと、
    算出された上記第二の予測されるドーズ均一性が上記注入均一性基準に違反する場合、上記焦点調節装置を上記第一定位焦点調節値および第二定位焦点調節値の間で動的に変化するように調節するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
13. 高速走査方向に沿って上記イオンビームを走査する周波数に対する上記ビーム電流密度を変化させる周波数の比が１０よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
14. 上記時間変化方式において上記イオンビームの上記ビーム電流密度を変化させるようにビーム焦点調節装置を制御するように設定された時間変化電圧を生じさせるステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
15. 上記時間変化方式において上記イオンビームの上記ビーム電流密度を変化させるようにビーム焦点調節装置を制御するように設定された時間変化電流を生じさせるステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のワークピースへの均一的なドーピングの方法。
16. イオンビームを供給するステップと、
    異なるビームプロファイルをそれぞれが有する異なる個々のビーム電流密度間においてイオンビームのビーム電流密度を迅速に、連続的に変化させるためのビーム焦点調節方法を用いることによって時間的に平均化されたビーム電流プロファイルであって、上記個々のビーム電流密度の任意のビーム電流より均一なビーム電流を有する時間的に平均化されたビーム電流プロファイルを生じさせるステップと、
    上記時間的に平均化されたイオンビーム電流をワークピースに適用するステップとを含むことを特徴とする均一なビーム電流プロファイルを有するイオンビームを生じさせるための方法。
17. 上記イオンビームの上記ビーム電流密度を変化させるための周波数が、実質的に、高速走査方向に沿ったイオンビームの走査するための周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の均一なビーム電流プロファイルを有するイオンビームを生じさせるための方法。
18. 上記イオンビームのビーム電流密度を、迅速に、連続的に変化させることは、高速走査方向においてワークピース一面にわたってイオンビームが走査される時に、上記イオンビームの断面形状を継続的に変化させることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の均一なビーム電流プロファイルを有するイオンビームを生じさせるための方法。
19. 時間変化方式において上記イオンビームの上記ビーム電流密度を変化させるようにビーム焦点調節装置を制御するように設定された時間変化信号を生じさせるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の均一なビーム電流プロファイルを有するイオンビームを生じさせるための方法。

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