JP6073867B2 - 質量分析器可変出口開口 - Google Patents
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Description
〔技術分野〕
本発明は、イオン注入システムに関するものであり、より具体的には、不要な注入同位体がワークピースに伝播することを遮断するように形成された可変サイズ質量分析器出口開口を形成するための方法および装置に関するものである。
本発明は、イオン注入システムに関するものであり、より具体的には、不要な注入同位体がワークピースに伝播することを遮断するように形成された可変サイズ質量分析器出口開口を形成するための方法および装置に関するものである。
〔背景技術〕
イオン注入は、半導体基板（例えばワークピース、ウエハなど）にドーパントを選択的に注入するために半導体装置の製造工程で採用されている物理プロセスである。イオン注入は、基板上あるいは基板内に特定の特徴を付与するために、様々な方法で利用される。例えば、特定のタイプのイオンを基板に注入することにより、基板上の誘電層の拡散係数が制限される。
イオン注入は、半導体基板（例えばワークピース、ウエハなど）にドーパントを選択的に注入するために半導体装置の製造工程で採用されている物理プロセスである。イオン注入は、基板上あるいは基板内に特定の特徴を付与するために、様々な方法で利用される。例えば、特定のタイプのイオンを基板に注入することにより、基板上の誘電層の拡散係数が制限される。
注入時には、イオン源によって生成された１または複数のイオン種が質量分析器に供給される。上記質量分析器は、１または複数のイオン種を受け取り、特定のイオン種を選択するために上記イオン種に作用させる双極子磁場を上記イオンの電荷質量比に基づいて生成する。上記の特定のイオン種は下流のワークピースに与えられる。典型的な連続注入プロセスでは、上記イオンビームはワークピースの移動方向に直交する単一軸方向に走査されるか、あるいは、上記イオンビームは固定されてワークピースが直交する２方向に移動させられる。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、イオン注入システムの一例を示すブロック図である。
図１は、イオン注入システムの一例を示すブロック図である。
図２は、質量分析器可変出口開口を有する質量分析器を通るイオンビームの例を示している。
図３は、遮断構造を有する質量分析器可変出口開口を備えた質量分析器を通るイオンビームの例を示している。
図４Ａおよび図４Ｂは、質量分析器可変出口開口に用いられる遮断構造の２つの非限定的な実施例を示している。
図５は、不要な同位体をビーム廃棄部に転送するように構成された質量分析器出口開口の特定の実施例を示すブロック図である。
図６は、下流のイオンビーム監視システムに接続された制御システムによって制御される質量分析器可変出口開口を有する質量分析計を備えたイオン注入システムを示している。
図７Ａ〜図７Ｃは、イオンビーム内の異なる位置に配置された質量分析器出口開口遮断構造を示している。
図７Ｄは、ビーム電流とイオンビームの通過遮断率とを時間の関数で示したグラフである。
図８は、イオンビームラインからイオン注入種の不要な同位体を除去するための方法の実施例を示している。
図９は、イオンビームラインからイオン注入種の不要な同位体を除去するための方法のより詳細な実施例を示している。
〔詳細な説明〕
本発明について図面を参照しながら説明する。なお、同じ部材については各図面を通して同じ符号を用いる。
本発明について図面を参照しながら説明する。なお、同じ部材については各図面を通して同じ符号を用いる。
半導体装置のサイズが小型化するにつれて、より困難な新しい集積チップ製造技術が絶えず開発されている。そのような新しい製造技術の中には、注入に用いられるゲルマニウムなどの特定の種に対する依存度が高いものがある。ゲルマニウムは、原料ガス（四弗化ゲルマニウム（ＧｅＦ４））が狭い質量範囲に多くの同位体種を含まれている種である。本願発明者は、狭い質量範囲に異なるゲルマニウム同位体が存在しているために、既存の質量分析器では不要な同位体を効果的に濾過できないことを認識した（すなわち、質量分析器の標準的な出口開口は緊密に集中した種の不要な同位体が開口から出力されるのを防ぐように機能しない)。そのような不要な同位体が効果的に濾過されない場合、ビームライン成分の腐食を引き起こし、ワークピースの潜在的な汚染につながる。
このため、質量分析器出口開口を選択的に調整できる質量分析器可変出口開口（ＭＡＶＥＡ；mass analysis variable exit aperture）が開発されている。質量分析器出口開口のサイズを選択的に調整することにより、上記ＭＡＶＥＡはイオンビーム内の狭い質量範囲に存在する同位体を高精度に選択できる。上記ＭＡＶＥＡは、質量分析器に配置されており、イオンビーム内の同位体の軌道をその電荷質量比に応じて曲げるための磁場を生成する。上記ＭＡＶＥＡは、上記イオンビームの一部を遮断するために上記ビームライン中に遮断構造を選択的に挿入する。上記イオンビームの一部の遮断により、選択された注入同位体の通過を許容するとともに、緊密に集中した不要な同位体の通過を遮断するように、上記出口開口のサイズを効果的に制限する。
図１は、本発明にかかるイオン注入システム１００の例を示している。このイオン注入システム１００は、例示のためのものであり、本発明はこれに限るものではなく、他のイオン注入システムを用いることもできる。
イオン注入システム１００は、端部１０２、ビームライン機構１０４、および終端部１０６を備えている。端部１０２は、高圧電源１１０によって電力供給されるイオン源１０８を備えている。イオン源１０８は、抽出されてイオンビーム１１２中に形成され、ビームライン機構１０４中のビームラインに沿って終端部１０６へ導かれる注入同位体（すなわちイオン）を生成する。
ビームライン機構１０４は、ビームガイド１１４と質量分析器１１６とを備えている。質量分析器１１６は、この実施例では、約９０度の角度を成すように形成されており、磁場（双極子磁場）を確立するための１または複数の磁石（図示せず）を備えている。イオンビーム１１２が質量分析器１１６に入ると、当該イオンビーム中の注入同位体が磁場によって曲げられる。異なる電荷質量比を有する同位体はその質量に反比例した曲率半径で曲げられ、同様の質量の同位体同士が同じ領域に供給されるように上記イオンビームが広げられる。電荷質量比が大きすぎる同位体あるいは小さすぎる同位体は、ビームガイド１１４の側壁１１８に逸らされる。この方法により、質量分析器１１６は、イオンビーム１１２中における要求される電荷質量比を有する同位体が当該質量分析器１１６を通過し、質量分析器１１６の終端部に配置された開口を有する分離開口１２０を通って排出されること許容する。
質量分析器可変出口開口（ＭＡＶＥＡ）１２２は、ビームライン機構１０４内のビームラインに沿った位置に配置されている。ＭＡＶＥＡ１２２は、上記ビームライン中にイオンビーム１１２の一部を遮断するように配置される遮断構造を備えている。イオンビーム１１２の一部を遮断することにより、不要な同位体を上記ビームラインから効果的に除去できる。上記ＭＡＶＥＡ１２２は、分離開口１２０の上流に配置されていてもよい。上記ＭＡＶＥＡ１２２は、上記磁場によって広げられた後の上記ビームラインから不要な同位体を当該ＭＡＶＥＡ１２２により除去できるように質量分析器１１６内に配置されていてもよい。例えば、上記ＭＡＶＥＡ１２２は、質量分析器ＡＭＵ磁石の磁極間に順に取り付けられたビームガイドに取り付けられていてもよい。また、上記ＭＡＶＥＡ１２２は、上記ＡＭＵ磁石よりも上記ビームラインの下流における他の任意の位置に配置されていてもよい。
上記ＭＡＶＥＡ１２２は、上記質量分析器１１６の半径方向外側からイオンビーム１１２中に入り込むように形成された遮断構造を備えていてもよい。半径方向外側からイオンビーム１１２に入り込むことにより、上記ＭＡＶＥＡ１２２は、質量分析器１１６の磁場によって重い同位体（すなわち重い原子質量を有する同位体））よりも軽い同位体の方が大きく曲がるので、重い同位体を遮断するとともに軽い同位体が当該質量分析器開口を通過することを許容することができる。例えば、質量分析器１１６は、７３ａｍｕ（原子質量単位）あるいは７４ａｍｕのゲルマニウム同位体よりも７２ａｍｕのゲルマニウム同位体をより大きく曲げ、上記イオンビームの半径方向内側の曲率半径に沿わせる。したがって、半径方向外側からイオンビーム１１２に入り込むことにより、上記ＭＡＶＥＡ１２２は、７２ａｍｕの質量を有するゲルマニウム同位体が質量分析器開口から排出されることを許容するとともに、７３ａｍｕ、７４ａｍｕなどのゲルマニウム同位体を上記ビームラインから濾過することができる。
上述したように、上記ＭＡＶＥＡ１２２は、下流の分離開口１２０から識別可能に分離された構造を有している。例えば、上記分離開口が不適切な電荷質量比の同位体を遮断するように上記ビームラインに関連する位置に固定された構造を有しており、上記ＭＡＶＥＡ１２２が上記ビームラインの内部と外部とに移動可能な移動式の遮断構造を有していてもよい。上記ＭＡＶＥＡ１２２、および／または、分離開口１２０と上記ＭＡＶＥＡ１２２の組み合わせは、要求される電荷質量比を有する同位体が上記質量分析器１１６から排出されることを許容する質量分析出口開口を効果的に形成する。上記分離開口１２０は、様々な注入種（例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｃ（カーボン）などと同様に一般的な注入種であるＢ（ホウ素），Ｐ（リン）など）を許容する比較的大きなサイズを有し、上記ＭＡＶＥＡ１２２が上記の比較的大きなサイズの分離開口１２０を縮小する構成であってもよい。これにより、イオン注入システム１００を必要とされる濾過能力が異なる様々な注入種（例えばＢについては広い開口が要求され、およびＧｅについては狭い開口が要求される）に適用できる。
上記イオン注入システム１００は付加的な要素を備えていてもよい。例えば、図１に示すように、磁気走査部１２８と磁気あるいは静電フォーカス部材１２６とを備えた磁気走査システム１２４を質量分析器１１６の下流に配置してもよい。走査されたビーム１３０は、その後、平行化器１３２を通る。平行化器１３２は、２つの双極子磁石を有しており、走査されたビーム１３０の経路を、走査角度によらずにビーム軸に平行になるように変化させる。その後、終端部１６０は、ワークピース１３６に向けられる、走査されたビーム１３０を受け取る。終端部１０６は、注入工程前または注入工程中に較正測定を行うためにワークピースの近傍の位置に配置された計量測定システム１３８を備えていてもよい。
図２は、イオン注入システム２００のブロック図であり、典型的なイオンビーム中の不要な同位体を遮断するためのＭＡＶＥＡの動作を示している。イオン注入システム２００は、ワークピース２１２の上流に配置された質量分析器２０４を通過する典型的なイオンビーム２０２を含む。質量分析器２０４は、質量分析器２０４を通過するイオンビーム２０２に作用する磁場を形成するように備えられた１または複数の原子質量単位（ａｍｕ）磁石２０４ａ−２０４ｂを備えている。上記磁場によってイオンビーム２０２（例えば注入同位体）中の荷電粒子に力（すなわちＦ＝ｖ×Ｂ；Ｆは力、ｖは荷電粒子の速度、Ｂは磁界強度）が作用し、イオンビームの荷電粒子の動作経路が曲がる。
異なる注入同位体は異なる質量を有しているため、加速度が同じである場合には異なる運動量を有しているので、上記の曲げによってイオンビーム２０２における異なる注入同位体の広がり角度が角度θ以上に広がる。イオンビームにおける広がり角度の異なる領域には異なる注入同位体が含まれる。一般に、重い注入同位体の方が軽い注入同位体よりも質量分析器の磁場による曲げ量が小さい。すなわち、原子質量の大きい同位体の方が原子質量の小さい同位体よりも曲げ量が小さい。したがって、重い注入同位体はイオンビーム２０２の半径方向外側に配置され、軽い注入同位体はイオンビーム２０２の半径方向内側に配置される。例えば、イオンビーム２０２の角度θ１の領域には最も重い同位体が含まれ、角度θ２の領域には角度θ１の領域に含まれる同位体よりも軽い同位体が含まれ、角度θ３の領域には角度θ１および角度θ２に含まれる同位体よりも軽い同位体が含まれる。
質量分析器２０４は同位体を質量に応じて角度θにわたって分離するので、質量分析器可変出口開口２０６が遮断構造をビームライン中に挿入して出口開口のサイズを減少させることにより、選択された注入同位体の大部分がビームラインの下流へ伝播することを許容しつつ、不要な注入同位体を遮断することができる。図２に示したように、質量分析器可変出口開口２０６は、質量分析器２０４の出口に配置された分離開口２０８の上流側に配置されている。質量分析器可変出口開口２０６は、イオンビーム経路２０２の断面を、選択された注入同位体がビームラインの下流へ伝播することを許容する一方、不要な注入イオンがビームラインの下流へ伝播することを防止するように遮断する。
質量分析器可変出口開口２０６は、出口開口のサイズを、下流に配置された質量分析器２０４の出口に配置された分離開口２０８のサイズ以下に狭めることができる。したがって、上記質量分析器可変出口開口２０６は、固定サイズの分離開口２０８よりも不要な同位体をより高精度に濾過することができる。例えば、上記質量分析器可変出口開口２０６は、出口開口のサイズをサイズＳ２まで（すなわちイオンビームの一部を切り取る位置まで）縮小してイオンビーム経路の遮断を行うように形成されている。これに対して、固定サイズの分離開口２０８のサイズは、質量分析器可変出口開口２０６の出口開口のサイズＳ２よりも大きいサイズＳ１になっている。
上記ＭＡＶＥＡ２０６は、１または複数の側面からイオンビーム２０２に侵入するように形成されている。例えば、１つの実施例として、上記ＭＡＶＥＡ２０６がイオンビーム２０２の半径方向外側（すなわちイオンビームの「長い」経路側）を遮断するように形成されていてもよい。この実施例により、一般に、注入種における重い同位体をＭＡＶＥＡ２０６によって除去できる。逆に、上記ＭＡＶＥＡ２０６がイオンビーム２０２における半径方向内側（すなわちイオンビームの「短い」経路側）を遮断するように形成されていてもよい。この実施例により、一般に、注入種における軽い同位体をＭＡＶＥＡ２０６によって除去できる。さらに他の実施例として、ＭＡＶＥＡ２０６がイオンビーム２０２における半径方向外側および半径方向内側の両方を遮断するように形成してもよく、これにより、注入種における軽い同位体と重い同位体の両方を除去できる。
このように、質量分析器可変出口開口２０６は、分離開口２０８に対する上流側の質量分析器可変出口開口２０６のサイズを制御することにより、イオンビームから見た質量分析器出口開口のサイズを縮小できるように形成されている。これにより、狭い範囲の原子質量を有する注入種から不要な同位体を除去できるように開口サイズを縮小するために上流の質量分析器可変出口開口２０６をイオンビームから見た出口開口のサイズを縮小できるように形成し、様々な注入種（例えばＢ（ホウ素）、Ｐ（リン）などの一般的な注入種）に適用できるように分離開口２０８のサイズを比較的大きくできる。
図３は、機械的駆動機構３０４によってイオンビーム３０２中の不要なイオンの経路中（例えばイオンビーム３０２の不要な注入種が大部分を占める断面を遮断するための位置）に移動可能な遮断構造３０６（すなわち遮断シールド）を有する質量分析器可変出口開口を示している。上記機械的駆動機構３０４は、イオンビーム３０２内における遮断構造３０６の位置を段階的に動的に調整するように形成されている。例えば、上記機械的駆動機構３０４は、遮断構造３０６をイオンビーム３０２の内部と外部とに移動できるように形成されていてもよい。一実施例として、上記機械的駆動機構３０４が、例えばウォームギア駆動機構などのリニアアクチュエータを備えていてもよい。
上記質量分析器出口開口は、遮断構造３０６と分離開口３０８との組み合わせにより、遮断構造３０６が分離開口３０８のサイズを通常の固定サイズ以下に効果的に縮小できるようにした構成であってもよい。例えば、上記機械的駆動機構は、イオンビーム３０２に半径方向外側から侵入し、イオンビーム３０２から不要な種を除去させる構成であってもよい。その結果得られるイオンビームは、イオンビーム３０２の一部をさらに遮断する分離開口３０８に供給され、当該イオンビーム３０２から不要な種がさらに除去される。したがって、分離開口３０８から排出されるイオンビーム３０２は、遮断構造３０６および分離開口３０８の両方によって濾過されたものである。
上記遮断構造としては、多様な形状、サイズ、および材質のものを用いることができる。一実施例として、上記遮断構造は、黒鉛を主成分とする材質であってもよい。
図４Ａ〜図４Ｂは、本明細書で提案している質量分析器可変出口開口に用いられる遮断構造の２つの非限定的な実施例を示している。
一実施例として、図４Ａに示したように、上記遮断構造４０２が、イオンビーム４０８から遠ざかる方向に傾斜した傾斜面４０４を有する楔形形状を有していてもよい。上記傾斜面４０４は、不要な同位体４０６をイオンビーム４０８から遠ざける方向に逸らす。例えば、図４Ａに示したように、上記楔形形状の遮断構造は、不要な同位体を傾斜面４０４によってイオンビーム４０８から遠ざける方向に逸らすように、イオンビーム経路の半径方向外側からイオンビーム４０８に挿入される。
他の実施例として、図４Ｂに示したように、遮断構造４０２が不要なイオン４０６をイオンビーム４０８から遠ざけてビームラインの下流に進まないように逸らすための鋸刃状表面４１２を備えていてもよい。例えば、図４Ｂに示したように、上記鋸刃状表面４１２は、遮断構造４０２の「先端」（すなわち遮断構造における最初にイオンビーム４０８に挿入される部分）に配置されてもよい。
一実施例として、図５に示すように、質量分析器５０２が遮断構造５０６によってイオンビーム５０８から遠ざかる方向に逸らされた不要な同位体を収集するためのビーム廃棄部５０４を備えていてもよい。ビーム廃棄部５０４は、遮断構造５０６から逸らされた同位体を受け取る部分に空洞部を有している。例えば、図５に示したように、上記ビーム廃棄部５０４は、遮断構造５０６の楔形面で逸らされた不要な同位体を収集するための位置に配置される。上記ビーム廃棄部５０４によって不要な同位体を収集することにより、逸らされて収集された同位体がビームラインに再入射することを確実に防止できる。
ある実施例では、上記質量分析器可変出口開口の下流において１または複数のイオンビームの特性（例えばイオンビーム電流あるいはイオンビーム形状など）を監視する。監視される特性（例えばイオンビーム電流あるいはイオンビーム形状など）は、上記遮断構造の最適な位置を決定するために用いられる。図６は、遮断構造６１０の下流側に配置されたイオンビーム計測部６０４に接続された制御ユニット６０６によって制御される遮断構造６１０を備えた質量分析器可変出口開口を有する質量分析器６０２を備えたイオン注入システム６００の構成を示している。
ある実施例では、上記イオンビーム計測部６０４は、上記質量分析器６０２の下流において上記イオンビームの１または複数の特性（例えばビーム電流、ビーム輪郭、ビーム形状など）を測定することによって上記イオンビームの状態を判定する。一実施例として、上記イオンビーム計測部６０４は、ファラデーカップなどのビーム電流測定手段であってもよい。他の実施例として、上記イオンビーム計測部６０４は、連続的に経路の輪郭を横切って走査する１または複数の輪郭検出部によって、走査されるビームの輪郭を測定するものであってもよい。
測定されたイオンビームの特性は、制御ユニット６０６に供給される。制御ユニット６０６は、測定された上記ビームの特性を解析し、イオンビーム６１２内の遮断構造６１０の位置を調整するための制御信号ＳＣＴＲＬを選択的に生成する。一実施例として、上記制御ユニット６０６が、測定された上記イオンビームの特性に応じて遮断構造６１０のイオンビーム６１２内における位置を繰り返し変化させる構成であってもよい。ある実施例では、制御ユニット６０６は、測定されたビーム特性と予め設定された閾値とを比較する。測定されたビームの特性が上記の予め設定された閾値よりも大きい場合、上記制御信号ＳＣＴＲＬは、イオンビームにおける遮断される領域の断面積を増加させるように上記遮断構造６１０を移動させる。測定されたビームの特性が上記の予め設定された閾値よりも小さい場合、上記制御信号ＳＣＴＲＬは、イオンビームにおける遮断される領域の断面積を減少させるように上記遮断構造６１０を移動させる。
ある実施例では、上記制御信号ＳＣＴＲＬは、機械的駆動機構６０８に供給される。上記機械的駆動機構６０８は、遮断構造６１０の位置を制御できるように構成されており、遮断構造６１０をイオンビーム６１２の内外に移動させてビーム電流を累進的に漸増（例えばイオンビーム経路の閉鎖度合を小さくする）あるいは漸減（例えばイオンビーム経路の閉鎖度合を大きくする）させ、所望のビーム電流（例えば予め設定された閾値に基づくビーム電流）に近づける。上記遮断構造６１０の最終的な位置は、上記遮断構造６１０を不適切なビーム電流の減少が観察されるまで（例えばイオンビーム電流が予め設定された閾値に違反するまで）イオンビーム経路中でゆっくりと移動させ、その過程で安定したビーム電流が観察された位置に決定される。その後、上記遮断構造６１０を、許容可能な最小ビーム電流が再び得られる位置までわずかに後退させる。
図７Ａ〜図７Ｄは、下流に配置されたビーム電流測定装置に接続された制御システムによって可変制御される質量分析器可変出口開口のより詳細な実施例を示している。図７Ａ〜図７Ｃは、質量分析器のビーム経路内における異なる位置に配置された質量分析器出口開口の遮断構造を示している。図７Ｄは、ビーム電流（Ｙ軸）を時間（Ｘ軸）の関数として示したグラフ、および遮断されるイオンビームのパーセンテージ（Ｙ軸）を時間（Ｘ軸）の関数として表したグラフである。
図７Ａに示したように、第１時刻ｔ＝ｔ１では、遮断構造７００はイオンビーム７０２の外部に配置されている。図７Ｄに示したように、時刻ｔ１では、遮断されるイオンビームのパーセンテージは０（グラフ７０４）であり、イオンビーム電流は定ビーム電流Ｃ１（グラフ７０６）である。
図７Ｂに示すように、第２時刻ｔ＝ｔ２では、遮断構造７００はイオンビーム７０２の一部を遮断する位置に配置されている。図７Ｄに示したように、時刻ｔ２では、遮断されるイオンビームのパーセンテージは時刻ｔ１よりも増加しており（グラフ７０４）、イオンビーム電流は定ビーム電流Ｃ１よりも減少している（グラフ７０６）。
図７Ｃに示すように、第３時刻ｔ＝ｔ３では、遮断構造７００はイオンビーム７０２の一部を遮断する位置に配置されている。図７Ｄに示したように、時刻ｔ３では、遮断されるイオンビームのパーセンテージは時刻ｔ２よりも増加しており（グラフ７０４）、イオンビーム電流は定ビーム電流Ｃ１よりもさらに減少している（グラフ７０６）。
遮断されるイオンビームのパーセンテージは、測定されたイオンビーム電流が予め設定した閾値ＶＴＨに違反するまで減少する。例えば、図７Ｄに示したように、時刻ｔ４では、イオンビーム電流（グラフ７０６）は、予め設定された閾値ＶＴＨ以下に低下する。イオンビーム電流が予め設定された閾値ＶＴＨに違反すると、ビーム電流が予め設定された閾値ＶＴＨに違反しない、より大きな電流値になるように、遮断されるイオンビームのパーセンテージは増加する。
図８は、イオンビームラインからイオン注入種の不要な同位体を減少させるための典型的な一実施例にかかる方法８００を示している。この方法では、選択された不要な同位体種が質量分析器から排出されるのを防止するために、出口開口のサイズをイオンビームの一部を遮断するように漸増的に変化させる。
本明細書に示す方法（例えば方法８００および９００）では、一連の動作あるいはイベントを示すが、これらの動作やイベントの順序は限定的に解釈されるべきではない。例えば、それらの図示および／または説明とは異なる順序で実行してもよく、複数の動作あるいはイベントを同時に実行してもよい。また、必ずしも本明細書に開示する態様あるいは実施例の全てを実行する必要はない。また、本明細書に示す１または複数の動作は、１または複数の動作および／または段階に分割して実行してもよい。
ステップ８０２において、イオンビームを生成する。上記イオンビームは原子質量が異なる複数の同位体を含んでいる。例えば、イオンビームは、質量範囲が７２〜７４ａｍｕであるゲルマニウムの同位体を含んでいる。上記イオンビームは、ビームラインに沿って伝播するように構成されている。
ステップ８０４では、上記イオンビームに磁場を印加する。上記磁場は、上記イオンビーム内の帯電した同位体の軌道を上記同位体の質量に反比例して曲げる。一実施例として、上記磁場は、質量の異なる同位体を異なる角度で曲げるように形成された、質量分析器によって生成される双極子磁場であってもよい。これにより、上記イオンビームの断面における異なる領域に異なる注入同位体が含まれるように角度範囲が広がったイオンビームが形成される。
ステップ８０６では、質量分析器可変出口開口のサイズを調整する。質量分析器可変出口開口のサイズは、選択された同位体種が質量分析器の出口から排出されることを防止するために上記イオンビームの一部を遮断するように調整される。一実施例として、上記質量分析器可変出口開口が、分離開口と協同して質量分析器可変出口開口のサイズを動的に調整するようにしてもよい。また、一実施例として、上記質量分析器可変出口開口を繰り返し調整するようにしてもよい。
図９は、イオンビームからイオン注入種の不要な同位体を減少させるためのより詳細な方法９００を示している。
ステップ９０２において、帯電した複数の同位体を含むイオンビームを生成する。一実施例として、帯電した同位体を生成するために、イオン化されるドーパント剤の気体内の自由電子を除去するようにしてもよい。自由電子を励起させる方法としては、高周波（ＲＦ）あるいはマイクロ波などの励起源、電子ビーム照射源、電磁供給源、および／またはチャンバ内でアーク放電を生成させる陰極（カソード）など、様々な適切な機構を用いることができる。励起された電子はドーパント気体分子と衝突し、帯電した同位体を生成する。典型的には正に帯電した同位体が生成されるが、本発明は負に帯電した同位体であっても同様に用いることができる。
ステップ９０４では、イオンビームに磁場を印加する。上記磁場は、イオンビーム内の帯電粒子に磁力を印加することによりイオンビーム内の同位体を曲げる。上記磁力は、同位体の軌道を、それら同位体の質量に応じて、質量の軽い同位体の方が質量の重い同位体よりも大きく曲げる。
ステップ９０６では、遮断構造をイオンビームの断面内に移動させる。質量の異なる同位体は一般に磁場によってビーム経路の角度が広がっているので、イオンビームの一部を遮断することで、所望する同位体種への影響を最小限に抑えつつ、不要な同位体を大幅に低減することができる。例えば、遮断構造をイオンビームの半径方向外側に挿入することにより、所望する同位体の減少を最小限に抑えつつ、重い同位体（すなわち所望する同位体よりも重い同位体種）の数を大幅に低減できる。
ステップ９０８では、上記イオンビームの１または複数の特性を計測する。一実施例として、上記の１または複数の特性に、イオンビームのビーム電流が含まれていてもよい。また、上記イオンビーム電流をファラデーカップによって計測するようにしてもよい。また、一実施例として、上記イオンビームの１または複数の特性を遮断構造の下流で測定するようにしてもよい。
ステップ９１０では、測定した上記ビーム特性を予め設定した閾値と比較する。測定した上記ビーム特性が上記の予め設定された閾値に違反しない場合（例えば同値である場合）、上記遮断構造を移動させずに当該方法を終了する。
一方、測定した上記ビーム特性が上記の予め設定された閾値に違反する場合（例えば同値ではない場合）、上記遮断構造を移動させる。具体的には、測定した上記特性が上記の予め設定された閾値未満である場合、ステップ９１２において、上記遮断構造を、より大きな断面積を遮断する位置に移動させる。また、測定した上記特性が上記の予め設定された閾値を超える場合、ステップ９１４において、上記遮断構造を、遮断される部分の断面積がより小さくなるよう（例えば移動前よりも小さくなるように）に移動させる。
その後、ステップ９０８において、１または複数のビーム特性（例えば、電流密度、輪郭など）を再計測し、遮断構造の位置が最適な位置になるまで（すなわちビーム特性の計測結果が閾値と同じになるまで）、ステップ９１０〜９１４の処理を繰り返す。
本発明の特定の態様および適用例について説明したが、当業者であれば等価な代替例や変形例を適用可能であることは本明細書および添付図面に基づいて理解できるであろう。
上述した部材（アッセンブリ、装置、回路、システムなど）によって実行される様々な機能やそれらの部材に用いられる用語は、特に言及しない限り、上述した構造と構造的に等価でなくても、本明細書に示した本発明の実施例の機能を実行する、上述した部材について示した機能を実行できるいかなる部材（すなわち機能的に等価な部材）にも対応することを意図している。例えば、本発明の様々な方法の工程を実行するためのコンピュータが実行可能な命令を記憶したコンピュータ読取可能な記録媒体も本発明の範疇に含まれる。また、本発明の特徴について複数の実施例のうちのほんの一部を説明しているが、当該特徴を他の実施例における１または複数の他の特徴と好適あるいは有利な形態で組み合わせてもよい。さらに、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」といった用語は、明細書中あるいは請求項中で「備えている」という用語と同様の意味で用いられている。
上述した部材（アッセンブリ、装置、回路、システムなど）によって実行される様々な機能やそれらの部材に用いられる用語は、特に言及しない限り、上述した構造と構造的に等価でなくても、本明細書に示した本発明の実施例の機能を実行する、上述した部材について示した機能を実行できるいかなる部材（すなわち機能的に等価な部材）にも対応することを意図している。例えば、本発明の様々な方法の工程を実行するためのコンピュータが実行可能な命令を記憶したコンピュータ読取可能な記録媒体も本発明の範疇に含まれる。また、本発明の特徴について複数の実施例のうちのほんの一部を説明しているが、当該特徴を他の実施例における１または複数の他の特徴と好適あるいは有利な形態で組み合わせてもよい。さらに、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」といった用語は、明細書中あるいは請求項中で「備えている」という用語と同様の意味で用いられている。
Claims (11)
- イオン注入システムであって、
ビームラインに沿って伝播する複数の同位体を含むイオンビームを生成するイオン源と、
上記イオンビーム中のそれぞれの同位体の軌道を当該同位体の電荷質量比に応じて曲げる磁場を生成する質量分析器と、
上記イオンビームの断面の一部に含まれる同位体がビームラインの下流に伝播することを防止するための移動式遮断構造を上記イオンビーム中に挿入する質量分析器可変出口開口と、
上記質量分析器の下流に配置された固定サイズの開口部を有する分離開口とを備え、
上記開口部は、上記イオンビームに対して、不適切な電荷質量比のイオンを遮断する位置に配置されており、
上記移動式遮断構造は、選択された電荷質量比の同位体を上記ビームラインから逸らすように形成された楔型構造を有していることを特徴とするイオン注入システム。 - 上記質量分析器可変出口開口は、上記分離開口の上流に配置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。
- 上記質量分析器可変出口開口は、上記質量分析器内に配置されている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。
- 上記移動式遮断構造によって上記ビームラインから逸らされた同位体を収集し、収集した同位体が上記ビームラインに再入射することを防止するビーム廃棄部を備え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。
- イオン注入システムであって、
ビームラインに沿って伝播する複数の同位体を含むイオンビームを生成するイオン源と、
上記イオンビーム中のそれぞれの同位体の軌道を当該同位体の電荷質量比に応じて曲げる磁場を生成する質量分析器と、
上記イオンビームの断面の一部に含まれる同位体がビームラインの下流に伝播することを防止するための移動式遮断構造を上記イオンビーム中に挿入する質量分析器可変出口開口と、
上記質量分析器の下流に配置された固定サイズの開口部を有する分離開口とを備え、
上記開口部は、上記イオンビームに対して、不適切な電荷質量比のイオンを遮断する位置に配置されており、
上記移動式遮断構造は、選択された電荷質量比を有する同位体を上記ビームラインから逸らすための鋸刃状表面を有していることを特徴とするイオン注入システム。 - 上記質量分析器可変出口開口の下流に配置され、上記イオンビームの１または複数の特性を計測するイオンビーム監視システムと、
測定された上記イオンビームの１または複数の特性を受け取り、当該特性に基づいて、上記移動式遮断構造の上記イオンビームの断面内における位置を調整するための制御信号を生成する制御ユニットとを備え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。 - 上記イオンビーム監視システムは、上記イオンビームの状態を判定するイオンビーム計測部を備えていることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
- イオンビームからイオン注入種の不要な同位体を除去する方法であって、
複数の同位体を含み、ビームラインに沿って伝播するイオンビームを生成する工程と、
重い同位体を半径方向外側に沿って進ませ、軽い同位体を半径方向内側に沿って進ませるように上記イオンビームに磁場を印加する工程と、
第１質量を有する同位体が上記ビームラインの下流に伝播することを許容するとともに、質量が類似する他の同位体が上記ビームラインの下流に伝播することを遮断するように質量分析器可変出口開口のサイズを減少させるための遮断構造を上記イオンビームの断面内に移動させる工程とを含み、
上記遮断構造は、選択された電荷質量比を有する同位体を上記ビームラインから逸らすように形成された楔型構造を有していることを特徴とする方法。 - 上記遮断構造は、選択された注入同位体種よりも重い同位体、あるいは軽い同位体を遮断するように、半径方向外側から上記イオンビーム中に挿入されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 上記遮断構造によって上記ビームラインから逸らされた同位体を収集し、収集したイオンが上記ビームラインに再入射することを防止する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 上記遮断構造の下流の位置で上記イオンビームのイオンビーム電流を計測する工程と、
測定した上記イオンビーム電流と予め設定された閾値とを比較し、測定した上記イオンビーム電流が予め設定した閾値に違反するまで上記遮断構造を上記イオンビーム中でさらに移動させる工程とを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
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