JP7033135B2 - 高速作動するシャッター動作を伴う２軸可変幅質量分解開口 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願の参照〕
本出願は、２０１６年１１月２９日に出願された「高速作動するシャッター動作を伴う２軸可変幅質量溶解開口（TWO-AXIS VARIABLE WIDTH MASS RESOLVING APERTURE WITH FAST ACTING SHUTTER MOTION）」というタイトルが付された米国特許出願第１５／３６３，７２８号の利益を主張し、その内容全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

〔本発明の分野〕
本発明は、概して、イオン注入システムに関し、より詳細には、イオン注入システムにおけるイオンビームの開口幅を制御するためのシステムおよび方法に関する。

〔本発明の背景〕
半導体デバイスの製造において、イオン注入は、半導体に不純物またはドーパントをドープ（ドーピング）するために使用される。イオン注入システム（イオン注入装置とも呼ばれる）は、一般に、ｎ型またはｐ型の外因性材料ドーピングを生成するために、または集積回路の製造中にパッシベーション層を形成するために、シリコンウエハなどの半導体ワークピースをイオンビームで処理するために使用される。半導体をドーピングするために使用されるとき、イオン注入装置は、選択された外因性イオン種を注入して、半導体材料に所望の特性を生成する。アンチモン、ヒ素、またはリンなどの原材料から生成されたイオンを注入すると、「ｎ型」の外因性材料ウエハが得られるが、「ｐ型」の外因性材料ウエハが所望される場合、ホウ素、またはインジウムなどの原材料で生成されたイオンを注入されてもよい。

典型的なイオンビーム注入装置は、イオン化可能な原材料から正に帯電したイオンを生成するためのイオン源を含む。生成されたイオンは、ビームに形成され、所定のビーム経路に沿ってエンドステーションに向けられる。イオンビーム注入装置は、イオン源とエンドステーションとの間に延在するビーム形成および整形構造を含んでいてもよい。ビーム形成および整形構造は、イオンビームを維持し、ビームがエンドステーションへのルートを通過する細長い内部キャビティまたは通路の境界となる。イオン注入装置を動作させるとき、この通路は、ガス分子との衝突の結果として所定のビーム経路からイオンが偏向される可能性を低減するために排気することができる。

磁場における所定の運動エネルギーの荷電粒子の軌道は、これらの粒子の異なる質量（または電荷対質量比）に対して異なる。したがって、望ましくない分子量のイオンがイオンビームから離れた位置に偏向されるので、一定の磁場を通過した後に半導体ウエハまたは他のターゲットの所望の領域に到達する抽出されたイオンビームの部分を純粋にすることができ、それによって、所望のもの以外の材料の注入を回避することができる。所望の電荷対質量比および望ましくない電荷対質量比のイオンを選択的に分離する処理は、質量分析として知られている。質量分析器は、典型的には、双極子磁場を生成する質量分析磁石を用いて、異なる電荷対質量比のイオンを効果的に分離する弓形の通路内の磁気偏向によって、イオンビーム内の様々なイオンを偏向させる。

いくつかのイオン注入システムでは、イオンビームの物理的サイズは、ターゲットワークピースよりも小さく、それによって、イオンビームは、ターゲットワークピースの表面を適切に覆うために、１つ以上の方向に走査される。概して、静電または磁気ベースのスキャナは、イオンビームを高速方向に走査し、機械的装置は、ターゲットワークピースの表面を横切るイオンビームの十分な適用範囲を提供するために、ターゲットワークピースを低速走査方向に移動させる。

〔本発明の概要〕
したがって、本開示は、イオン注入システムにおける質量分解開口の幅を選択的に制御し、イオンビームを選択的に阻止するためのシステムおよび装置を提供する。したがって、以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を提示する。この概要は、本発明の広い概略ではない。これは、本発明の鍵となるまたは重要な素子を識別するものでも本発明の範囲を詳細に叙述するものでもないことを示す。この目的は、後に述べるより詳細な説明の序文として、本発明のいくつかの概念を単純化した形で示すことにある。

本発明の態様は、イオン注入システムに追加のコンポーネントを追加することなく、角度調整を実行することによって、イオン注入を容易にする。これらの態様は、質量分析器を使用して、別個のおよび／または追加のコンポーネントを使用する代わりに、イオン注入中に選択された角度調整を実行する。

本発明の一態様によれば、イオン注入システムは、質量分析および角度補正の両方のために質量分析器を使用する。イオン源は、ビーム経路に沿ってイオンビームを生成する。質量分析器は、イオンビームの質量分析および角度補正を行うイオン源の下流に配置されている。分解開口アセンブリは、質量分析器のコンポーネントの下流に、ビーム経路に沿って配置されている。分解開口アセンブリは、第１のプレートおよび第２のプレートを含み、第１のプレートおよび第２のプレートは、それらの間に分解開口を概ね画定する。第２のプレートに対する第１のプレートの位置は、分解開口の幅を概ね画定する。

１つ以上のアクチュエータは、第１のプレートおよび第２のプレートのうちの１つ以上にさらに動作可能に結合され、１つ以上のアクチュエータは、１つ以上の第１のプレートおよび第２のプレートのそれぞれの位置を互いに対して選択的に変化させることにより、分解開口の幅を選択的に変化させるように構成されている。コントローラは、１つ以上のアクチュエータを制御することによって分解開口の幅を制御するようにさらに構成されており、分解開口の幅の制御は、イオンビームの１つ以上の所望の特性に少なくとも部分的に基づいている。

一例によれば、１つ以上のアクチュエータは、選択されたビームエンベロープおよび選択された質量分解能のうちの１つ以上に基づいて、分解開口を質量分析器の出射ビーム経路内に選択的に位置決めするように、第１のプレートおよび第２のプレートを選択的に位置決めするようにさらに構成されている。１つ以上のアクチュエータは、例えば、第１のプレートを第２のプレートに対して選択的に位置決めして、分解開口を選択的に閉じまたは遮断することによって、イオンビームが分解開口アセンブリの下流に移動することを選択的に防止するようにさらに構成されている。一例では、１つ以上のリニアアクチュエータは、１つ以上のサーボモータと、第１のプレートおよび第２のプレートのうちの１つ以上に動作可能に結合された１つ以上の空気圧シリンダとを含み、１つ以上のサーボモータは、分解開口の幅を正確に変化させるように構成されており、１つ以上の空気圧シリンダは、分解開口を選択的に閉じるように構成されている。

別の実施例によれば、感知装置は、イオンビームに関連する１つ以上の状態（条件）を検出するように構成されている。１つ以上の状態は、例えば、ビーム電流および／または１つ以上の故障状態に関連してもよく、コントローラは、１つ以上の故障状態を検出した場合に、空気圧シリンダを制御することによって分解開口を選択的に閉じるように構成されている。コントローラは、例えば、感知装置によって感知された１つ以上の状態に基づいて、１つ以上のアクチュエータを制御することによって、第１のプレートおよび第２のプレートを選択的に個別に移動させるようにさらに構成されている。

別の例では、下流位置アクチュエータは、イオンビームの経路に沿って分解開口の位置を選択的に変化させるように構成されており、コントローラは、イオンビームの１つ以上の所望の特性に少なくとも部分的に基づいて、イオンビーム経路に沿って分解開口の位置を制御するようにさらに構成されている。他のシステムおよび方法も開示される。

以下の説明および添付図面は、本発明の特定の例示的な態様および実装を詳細に記載する。これらは、本発明の原理を使用してもよいほんの少しの様々な方法を示すものである。

〔図面の簡単な説明〕
図１は、本開示の一態様に係る実施例のイオン注入システムを示す。

図２は、本開示の別の態様に係る例示的な分解開口アセンブリの斜視図である。

〔本発明の詳細な説明〕
本開示は、概して、イオン注入システムにおける質量分解開口の幅を選択的に制御するためのシステム、装置、および方法に関する。したがって、本発明は、図面を参照して説明され、全体を通して、同様の参照番号は、同様の素子を指すために使用されてもよい。本明細書で提供される説明は、単に例示的なものであり、この詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではないことが理解されるであろう。以下の説明では、説明の目的のために、本発明の完全な理解を提供すべく、様々な具体的な細部が記載されている。しかしながら、当業者には、本発明は、これらの具体的な細部のいくつかがなくても実施されてもよいことが明らかであろう。さらに、本発明の範囲は、添付の図面を参照して以下に説明される実施形態または実施例によって限定されることを意図するものではないが、添付の特許請求の範囲およびその実質的な均等物によってのみ限定されることを意図するものである。

また、図面は、本開示の実施形態のいくつかの態様の例示を与えるために提供されており、したがって、概略的なものとしてのみ見なされるべきであることにも留意されたい。特に、図面に示される素子は、互いに縮尺を合わせる必要はなく、図面における様々な素子の配置は、それぞれの実施形態の明確な理解を提供するように選択され、必ずしも、本発明の実施形態による実装における様々なコンポーネントの実際の相対位置の表現であると解釈されるべきではない。さらに、本明細書で説明される様々な実施形態および実施例の特徴は、特に断らない限り、互いに組み合わせてもよい。

また、以下の説明では、図面に示されるか、または本明細書で説明される機能ブロック、装置、コンポーネント、回路素子、または他の物理的もしくは機能的ユニット間の任意の直接接続または結合も、間接接続または結合によって実施できることもできることを理解されたい。さらに、図面に示される機能ブロックまたはユニットは、一実施形態において、別個の特徴または回路として実装されてもよく、さらにまたは代替的に、別の実施形態において、共通の特徴または回路において完全にまたは部分的に実装されてもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの機能ブロックは、シグナルプロセッサなどの一般的なプロセッサ上で動作するソフトウェアとして実装されてもよい。さらに、以下の明細書において有線ベースであるとして説明される任意の結合は、逆のことが言及されない限り、無線通信によって実施されてもよいことを理解されたい。

本開示は、質量分解開口アセンブリにイオンビームシャッタを組み込みながら、質量分解開口の可変幅を提供するように構成された質量分解開口アセンブリを提供する。したがって、質量分解開口を定義するプレートは、イオン注入システムのビームラインの複数の軸（例えば、ｘ軸およびｚ軸の両方）に沿って移動するように構成されている。したがって、本開示の質量分解開口アセンブリは、複数の軸に沿ったプレートの関節によって不要なアイソトープが存在するイオンビームの特定の領域内の不要なアイソトープを選択的に低減するように構成されている。さらに、質量分解開口アセンブリは、プレートの関節によってイオンビームを阻止または遮断するように構成されている。さらに、質量分解開口アセンブリは、プレートをｘ軸で選択的に移動または走査し、それに関連する結果として生じるイオンビーム電流の大きさを記録することによって、ｚ軸に沿った様々な点でイオンビーム特性を得るように構成されている。

本開示の一態様において、図１は、実施例のイオン注入システム１００を示す。システム１００は、文脈および例示の目的のために提示されており、本発明の態様は、説明されたイオン注入システムに限定されず、様々な構成の他の適切なイオン注入システムを使用することもできることを理解されたい。

システム１００は、ターミナル１０２と、ビームラインアセンブリ１０４と、エンドステーション１０６と、を有する。ターミナル１０２は、選択された種を有するイオンビーム１１２を生成してビームラインアセンブリ１０４に導く、高電圧電源１１０によって電力供給されるイオン源１０８を含む。イオン源１０８は、イオンビーム１１２に引き出されて形成される荷電イオンを生成し、イオンビーム１１２は、ビームラインアセンブリ１０４内のビーム経路に沿ってエンドステーション１０６に導かれる。

イオンを生成するために、イオン化されるドーパント材料（図示せず）のガスが、イオン源１０８の生成チャンバ（generation chamber）１１４内に配置されている。ドーパントガスは、例えば、ガス源（図示せず）から生成チャンバ１１４に供給することができる。電源１１０に加えて、例えば、ＲＦまたはマイクロ波励起源、電子ビーム入射源、電磁気源、および／またはチャンバ内にアーク放電を生成するカソードなど、任意の数の適切な機構（いずれも図示せず）を使用して、イオン生成チャンバ１１４内で自由電子を励起することができることを理解されたい。励起された電子は、ドーパントガス分子に衝突し、それによってイオンが生成される。典型的には、正イオンが生成されるが、本明細書の開示は、負イオンが生成されるシステムに対しても、同様に適用可能である。

イオンは、この実施例では、イオン引出アセンブリ１１８によって、生成チャンバ１１４内のスリット１１６を通して制御可能に引き出される。イオン引出アセンブリ１１８は、複数の引出電極１２０ａおよび／または抑制電極１２０ｂを含む。イオン引出アセンブリ１１８は、例えば、生成チャンバ１１４からのイオンを加速するために、引出電極１２０ａおよび／または抑制電極１２０ｂにバイアスをかけるための別個の引出電源（図示せず）を含むことができる。イオンビーム１１２は、同様の荷電粒子を含むので、ビームは、同様の荷電粒子が互いに反発するにつれて、放射状に外側にブローアップするまたは膨張する傾向を有していてもよいことを理解され得る。ビームのブローアップは、多くの同様の荷電粒子（例えば、高電流）が比較的ゆっくりと同じ方向（例えば、低エネルギー）に移動している低エネルギー、高電流（高パービアンス）のビームにおいて悪化し得、その結果、粒子間には反発力が存在するが、粒子がビーム経路の方向に移動し続けるのは粒子運動量がほとんどないことも理解され得る。したがって、引出アセンブリ１１８は、概して、ビームがブローアップされないように（例えば、粒子が、ビームのブローアップに導くことができる反発力に打ち勝つのに十分な運動量を有するように）、ビームが高エネルギーで引き出されるように構成されている。さらに、この実施例では、ビーム１１２は、概して、システム１００全体にわたって比較的高いエネルギーで伝達され、ビームの閉じ込めを促進するために、エンドステーション１０６内に配置されたワークピース１２２の直前で低減される。

本実施例におけるビームラインアセンブリ１０４は、ビームガイド１２４、質量分析器１２６、走査システム１２８、および平行化器および／または補正器コンポーネント１３０（一般に平行化器と呼ばれる）を有する。質量分析器１２６は、イオンビーム１１２の質量分析および角度補正／調整を行う。質量分析器１２６は、この実施例では、約９０度の角度で形成され、その中に（双極子）磁界を確立する働きをする１つ以上の磁石（図示せず）を含む。ビーム１１２が質量分析器１２４に入ると、それに対応して磁界によって曲げられ、その結果不適切な電荷対質量比のイオンが拒絶される。より詳細には、大きすぎるまたは小さすぎる電荷対質量比を有するイオンは、質量分析器１２６の側壁１３２に偏向される。このようにして、質量分析器１２６は、主に、所望の電荷対質量比を有するビーム１１２内のそれらのイオンをそこに通過させ、質量分解開口アセンブリ１３６の分解開口１３４を通って出ることができ、その詳細については以下でさらに説明する。

質量分析器１２６は、磁気双極子場の振幅を制御または調節することによって、イオンビーム１１２に対して角度補正を行うことができる。磁界のこの調整は、所望の／選択された電荷対質量比を有する選択されたイオンを、異なるまたは変更された経路に沿って移動させる。その結果、分解開口１３４は、変更された経路にしたがって調整することができる。一例では、質量分解開口アセンブリ１３６は、分解開口１３４を通る変更された経路を収容するように、ｘ方向（例えば、イオンビーム１１２を横切る方向）のあちこちに移動可能である。

イオンビーム１１２の、システム１００内の他の粒子との衝突は、ビームの完全性を低下させ得ることを理解されたい。したがって、少なくともビームガイド１２４および質量分析器１２６を排気するために、１つ以上のポンプ（図示せず）が含まれていてもよい。

図示された実施例における走査システム１２８は、磁気走査素子１３８と、集束および／またはステアリング素子１４０と、を含む。それぞれの電源１４２、１４４は、走査素子１３８および集束・ステアリング素子１４０に、より詳細にはそれぞれの電磁石ピース１４６ａ、１４６ｂおよびその中に位置する電極１４８ａ、１４８ｂに動作可能に結合される。集束・ステアリング素子１４０は、比較的狭い特性を有する質量分析イオンビーム１１２（例えば、図示されたシステム１００では「ペンシル」ビーム）を受け取る。電源１４４によってプレート１４８ａおよび１４８ｂに印加される電圧は、走査素子１３８の走査頂点１５０に向けて、ビームを集束およびステアリングさせるように動作する。次いで、電源１４２（理論的には１４４と同じ電源とすることができる）によって電磁石１４６ａおよび１４６ｂに印加される電圧波形は、ビーム１１２を前後に走査し、この実施例では、それによって走査イオンビーム１５２（「リボンビーム」と呼ばれることもある）を画定する。走査頂点１５０は、イオンビーム１１２の各ビームレットまたは走査された部分が、走査素子１３８によって走査された後に生じるように見える光路内の点として定義することができることが理解されたい。

次いで、走査ビーム１１２は、図示された実施例では２つの双極子磁石１５４ａ、１５４ｂを含む平行化器／補正器１３０を通過する。２つの双極子磁石１５４ａ、１５４ｂは、例えば、実質的に台形であり、ビーム１１２を実質的にｓ字形に曲げるように互いに鏡像になるように配向される。言い換えると、２つの双極子磁石１５４ａ、１５４ｂは、等しい角度および半径、ならびに反対の曲率の方向を有する。

平行化器１３０は、走査角度に関係なくイオンビームがビーム軸に平行に移動するように、走査ビーム１１２にその経路を変更させる。その結果、注入角度は、ワークピース１２２を横切り比較的均一である。

この実施例では、１つ以上の減速ステージ１５６が平行化器１３０の下流に配置されている。システム１００におけるこの点まで、イオンビーム１１２は、概して、ビームのブローアップの傾向を緩和するために比較的高いエネルギーレベルで輸送され、例えば、走査頂点１５０などでビーム密度が上昇する場合に特に高くなり得る。１つ以上の減速ステージ１５６は、例えば、ビーム１１２を減速するように動作可能な１つ以上の電極１５８ａ、１５８ｂを含んでいる。１つ以上の電極１５８ａ、１５８ｂは、典型的には、イオンビーム１１２が移動する開口であり、図１において直線として描かれてもよい。

それにもかかわらず、２つの電極１２０ａおよび１２０ｂ、１４６ａおよび１４６ｂ、１４８ａおよび１４８ｂ、ならびに１５８ａおよび１５８ｂは、それぞれ、例示的なイオン引出アセンブリ１１８、走査素子１３８、集束およびステアリング素子１４０、ならびに減速ステージ１５６に示され、これらの素子は、それぞれ、イオンを加速および／または減速するように、ならびに、Ｒａｔｈｍｅｌｌらによる米国特許第６，７７７，６９６号（この全ては参照することにより本明細書に含まれる）に提供されるように、イオンビーム１１２を集束、屈曲、偏向、収束、発散、走査、平行化および／または浄化するように配置および／またはバイアスをかけられた電極を任意の適切な数含んでいてもよいことを理解されたい。さらに、集束およびステアリング素子１４０は、静電偏向プレート（例えば、その１つ以上のペア）、ならびにイオンビームを集束させるためのアインツェルレンズ、四重極、および／または他の集束素子を含んでいてもよい。

次いで、エンドステーション１０６は、ワークピース１２２に向けて導かれたイオンビーム１１２を受け取る。異なるタイプのエンドステーション１０６が注入装置１００に使用されてもよいことが理解される。例えば、「バッチ」タイプのエンドステーションは、回転支持構造上に複数のワークピース１２２を同時に支持することができ、ワークピースは、全てのワークピースが完全に注入されるまで、イオンビーム１１２のビーム経路１６０（ビームラインとも呼ばれる）を通って回転される。一方、「直列」タイプのエンドステーションは、注入のためにビーム経路１６０に沿って単一のワークピース１２２を支持し、複数のワークピースが直列方式で一度に１つずつ注入され、各ワークピースは、次のワークピースの注入が始まる前に完全に注入される。ハイブリッドシステムでは、ワークピース１２２を、第１の方向（ｙ方向またはいわゆる「低速走査」方向）に機械的に移動させる一方、イオンビーム１１２を、第２の方向（ｘ方向またはいわゆる「高速走査」方向）に走査させて、ワークピース１２２全体にわたってビーム１１２を与えてもよい。

図示された実施例におけるエンドステーション１０６は、注入のためにビーム経路１６０に沿って単一のワークピース１２２を支持する「直列」タイプのエンドステーションである。線量測定システム１６２は、例えば、イオンビーム１１２の測定のために、ワークピース１２２の位置の近くのエンドステーション１０６に含まれる（例えば、測定は、注入操作の前に実行されてもよい）。較正中、ビーム１１２は線量測定システム１６２を通過する。線量測定装置１６２は、例えば、プロファイラ経路１６６を連続的に横断し得る１つ以上のプロファイラ１６４を含み、それによって、走査イオンビーム１５２のプロファイルを測定する。

１つ以上のプロファイラ１６４は、例えば、走査イオンビーム１５２の電流密度を測定するファラデーカップなどの電流密度センサを含んでいてもよく、電流密度は、注入の角度（例えば、イオンビームとワークピース１２２の機械的表面との間の相対的な向き、および／またはイオンビームとワークピースの結晶格子構造との間の相対的な向き）の関数である。電流密度センサは、例えば、走査イオンビーム１５２に対して概ね直交の様式で移動し、したがって、典型的には、スキャビングされたイオンビームの幅を横切る。線量測定システム１６２は、一例では、ビーム密度分布および角度分布の両方を測定する。

イオン源１０８、質量分析器１３２、質量分解開口アセンブリ１３６、磁気スキャナ１３８、平行化器１３０、および線量測定システム１６２を制御、通信、および／または調整するために、制御システム１６８（コントローラとも呼ばれる）がさらに提供される。制御システム１６８は、コンピュータ、マイクロプロセッサなどを含んでいてもよく、イオンビーム１１２の特性の測定値を取得し、それに応じてパラメータを調整するように動作可能であってもよい。制御システム１６８は、イオンビーム１１２が生成されるターミナル１０２、また、ビームラインアセンブリ１０４の質量分析器１２６、（例えば、電源１４２によって）走査素子１３８、（例えば、電源１４４によって）集束・ステアリング素子１４０、および減速ステージ１５４に結合することができる。したがって、これらの素子のいずれも、所望のイオン注入を容易にするために、制御システム１６８によって調整することができる。例えば、イオンビーム１１２のエネルギーレベルは、例えば、イオン引出アセンブリ１１８および減速ステージ１５４内の電極に印加されるバイアスを調節することによって、接合深さを調節するように適合されてもよい。

例示的な一態様によれば、線量測定システム１６２は、例えば、測定されたビーム電流が、特定のイオン注入のためのプロセスレシピに設定された許容範囲外である場合、注入中にビーム１２２を遮断するために利用することができる。例えば、＋－１０％の所定の範囲で２０ｍａの所望のビーム電流を指定するプロセスレシピでは、制御システム１６８は、測定されたビーム電流が１８ｍａを下回るか、または２２ｍａを超える場合に、分解開口アセンブリ１３６を閉じて、注入物を遮断し、保持するように構成されてもよい。追加の測定システム（図示されていないが、線量測定システム１６２と同様である）は、線量測定システム１６２によって検出されないであろうビーム１２２の高速過渡現象または不具合を検出するために、線量測定システム１６２と共にさらに使用されてもよい。不具合の間、例えば、ビーム１２２はスイッチオフされ、分解開口アセンブリ１３６は閉じるか、または遮断し、イオンビームが安定するまで、注入は保持され続け得る。

例えば、Ｗｅｉｇｕｏらによる米国特許第７，５０７，９７７号には、イオンビームの不具合に応答してイオンビームを制御するシステムおよび方法が記載されている。

質量分析器１２６内に生成される磁場の強度および向きは、例えば、ビームの電荷対質量比を変化させるために、その中の界磁巻線を流れる電流の量を調節することなどによって、調節されることができる。注入の角度は、質量分析器１２６内で生成される磁界の強度または振幅を、質量分解開口アセンブリ１３６と協調して調節することによって制御されることができる。制御システム１６８は、この実施例では、プロファイラ１６４からの測定データにしたがって、質量分析器１２６の磁界および分解開口１３４の位置を調節することができる。制御システム１６８は、必要に応じて、追加の測定データによって調整を検証し、質量分析器１２６および分解開口１３４によって追加の調整を実行することができる。

別の態様によれば、本開示の分解開口アセンブリ１３６は、分解開口１３４のための高速シャッター動作を提供し、分解開口の幅は、さらに可変である。したがって、本開示の分解開口アセンブリ１３６は、質量分析器に対する分解開口１３４の幅および位置を制御するように動作可能であるだけでなく、イオンビーム１１２がエンドステーション１０６に向かってさらに下流に移動することを遮断または阻止するようにさらに動作可能である。

従来、イオンビームのシャッタリングおよび分解開口の幅の制御を達成するために、２つの明確に別れたアセンブリ、すなわち、ボールバルブに類似した回転可能なシャッターと、１つ以上の固定幅開口を有する分解プレートとが設けられており、それによって、所望の開口が概ねビームラインの中心に配置されている。多孔板の例は、Ｖａｎｄｅｒｂｅｒｇらの同一所有者の米国特許第７，３９９，９８０号に提供されており、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。このような複数有孔プレートは、いくつかの別個の幅の分解開口を提供する一方で、イオンビームの角度配向を修正または補正するために、イオンビームを横切って分解開口を移動させる能力をさらに提供する。しかしながら、ワークピースの配置中、イオンビーム内で検出された欠陥等のような種々の状況においてイオンビームを遮断するために、付加的な別個の遮断機構がＶａｎｄｅｒｂｅｒｇ等のシステムに従来から設けられている。

本開示のいくつかの態様によれば、単一の分解開口アセンブリ１３６は、分解開口１３４の幅の選択的な変動を提供し、ビームライン１６０を横切る（例えば、ｘ方向に横断する）およびビームライン１６０に沿った（例えば、ｚ方向に）分解開口の相対位置を選択的に変動させ、さらに、イオンビーム１１２が分解開口アセンブリを越えて輸送されることを選択的に遮断または阻止するように構成されている。固定された開口幅を有する従来の分解開口アセンブリとは異なり、本開示の分解開口アセンブリ１３６は、幅が連続的に変わる分解開口１３４を提供する。本開示の分解開口１３４は、ビームライン１６０を横切ってさらに有利に移動または通過させることができ、その結果、分解開口は、イオンビームの幅を横切る様々な位置においてイオンビーム１１２をプロファイルするように配置され得る。

図１の分解開口アセンブリ１３６の一例が、例示的な分解開口アセンブリ２００として図２に示されており、分解開口アセンブリは、図１の質量分析器１２６の下流に配置されている。図２に示すように、分解開口アセンブリ２００は、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４を備え、第１のプレートおよび第２のプレートは、概して、それらの間に分解開口２０６を画定する。したがって、第２のプレート２０４に対する第１のプレート２０２の位置２０８は、概して、分解開口２０６の幅２１０を画定し、分解開口の幅は、以下でさらに説明するように、選択的に可変である。

一例によれば、１つ以上のアクチュエータ２１２は、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４のうちの１つ以上に動作可能に結合される。この実施例では、１つ以上のアクチュエータ２１２は、第１のプレート２０２に動作可能に結合された第１のアクチュエータ２１４と、第２のプレート２０４に動作可能に結合された第２のアクチュエータ２１６とを含む。１つ以上のアクチュエータ２１２は、図１のビームライン１６０に対する第１のプレート２０２および第２のプレート２０４の位置２０８をそれぞれ選択的に、および／または互いに変化させるように構成されている。例えば、本開示の１つ以上のアクチュエータ２１２と共に、図２の分解開口アセンブリ２００の第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、有利には、互いに独立してまたは一斉に移動される第１および第２のプレートのそれぞれを提供し、それによって、分解開口２０６の幅２１０の１つ以上を選択的に変化させるか、または分解開口のビームライン位置２１８を、図１のイオンビーム１１２を横切って端から端へ（例えば、ｘ方向に）選択的にシフトさせる。

この実施例では、図２の第１のアクチュエータ２１４および第２のアクチュエータ２１６は、それぞれの第１のプレート２０２および第２のプレート２０４を、独立して、または同時に、選択的に移動させるように構成されている。したがって、本開示の分解開口アセンブリ２００は、イオンビームに関連する望ましくないアイソトープを探索する場合など、図１のイオンビーム１１２を、その幅に沿った（例えば、ｘ方向に）ほぼ任意の位置においてプロファイルすることが可能である点で有利である。

制御システム１６８は、例えば、１つ以上のアクチュエータ２１２を制御することによって、図２に示す第１のプレート２０２および第２のプレート２０４のうちの１つ以上の位置２０８を制御するようにさらに構成されている。別の例では、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、イオンビーム１１２のビームライン１６０に概ね平行に（例えば、ｚ軸に沿って）移動して、注入に利用される様々な種のイオンに適用できるように構成されている。例えば、イオンビームが質量分析器１２４を出るとき、ホウ素Ｂ－１１およびＢ－１０アイソトープやヒ素アイソトープのように種によって、イオンビーム１１２のウエストまたは最小部分は異なる。例えば、ホウ素Ｂ－１１およびＢ－１０アイソトープの場合、ウエストはビームライン１６０の下方に或る一定の距離にあり、一方、ヒ素などの種の場合、ウエストはビームラインに沿って異なる位置にある。したがって、分解開口アセンブリ１３６は、注入される所望の種に基づいて、ビームライン１６０に沿った様々な位置に分解開口１３４を移動することができるように構成されている。

一例によれば、図１の制御システム１６８は、例えばビームライン１６０に対する図２の分解開口２０６の幅２１０および位置２０８のうちの１つ以上を制御するように構成することができ、分解開口の幅は、少なくとも部分的には、イオンビーム１１２の１つ以上の所望の特性に基づいて制御される。イオンビーム１１２の１つ以上の所望の特性は、例えば、選択されたイオンビームエンベロープ（例えば、所望のイオンビーム幅）およびイオンビームの選択された質量分解能を含む。例えば、図２の１つ以上のアクチュエータ２１２は、選択されたビームエンベロープおよび選択された質量分解能のうちの１つ以上に基づいて、分解開口２０６を質量分析器１２４の出射ビーム経路内に選択的に位置決めするように、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４を選択的に位置決めするように構成されている。

一例によれば、図２の１つ以上のアクチュエータ２１２は、１つ以上のリニアアクチュエータ２１８を含む。分解開口アセンブリ２００に関連付けられた１つ以上のアクチュエータ２１８は、例えば、第１のプレート２０２を第２のプレート２０４に対して位置決めして、分解開口２０６を選択的に閉鎖または遮断するように構成されていることによって、図１のイオンビーム１１２が分解開口アセンブリの下流に移動することを選択的に防止する。図２の第１のプレート２０２および第２のプレート２０４に関連する１つ以上のリニアアクチュエータ２１２は、例えば、第１のプレートおよび第２のプレートの１つ以上に動作可能に連結されたサーボモータ２２０および空気圧シリンダ２２２の１つ以上を備える。この実施例では、第１のサーボモータ２２４および第１の空気圧シリンダ２２６は、第１のプレートに動作可能に結合され、第２のサーボモータ２２８および第２の空気圧シリンダ２３０は、第２のプレートに動作可能に結合される。第１のサーボモータ２２４および第２のサーボモータ２２８は、ビームラインに沿って分解開口の幅２１０および位置２０８を正確に変化させるように構成されている一方、第１の空気圧シリンダ２２６および第２の空気圧シリンダ２３０は、分解開口２０６を迅速に閉鎖および／または開放するように構成されている。

例えば、イオンビーム不具合に関連するエラーからの回復に関連する場合、ワークピース上でエラーが発生したワークピース上の位置が分かる。これにより、エラー回復時には、注入をホールド状態とし、イオンビームを遮断する。制御システムは、エラーが発生した既知の位置にワークピースを再位置決めするようにさらに構成されており、ワークピースが既知の位置に到着するとすぐに分解開口２０６が第１の空気圧シリンダ２２６および第２の空気圧シリンダ２３０のうちの１つ以上によって迅速に開かれることにより、イオンの注入がほぼ切れ目なく続けられる。

第１のサーボモータ２２４および第２のサーボモータ２２８は、例えば、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４を互いにまたはイオンビームに対して独立して位置決めすることによって、開口２０６の位置２０８および幅２１０を独立して変化させるようにさらに構成されている。

さらに、１つ以上のリニアポテンショメータ２３２は、位置フィードバックを提供するために、１つ以上のリニアアクチュエータ２１２とさらに関連付けることができ、１つ以上のリニアポテンショメータは、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４のうちの１つ以上の位置を図１のコントローラ１６８に提供するように構成されている。１つ以上のリニアアクチュエータ２１２は、サーボモータおよび／または空気圧シリンダとして説明されているが、様々な他の種類の電気モータ駆動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、および油圧リニアアクチュエータも、本開示の範囲内に含まれるものと考えられることに留意されたい。同様に、１つ以上のリニアポテンショメータ２３２が具体的に説明されているが、位置情報をコントローラに提供するために、様々な他のフィードバック機構が企図される。１つ以上のリニアポテンショメータ２３２は、例えば、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４に関連する初期基準位置を示すために、制御システム１６８に信号をさらに提供することができる。初期基準位置が分かると、第１のサーボモータ２２４および第２のサーボモータ２２８は、それぞれの線形位置情報を提供することができる。

本開示の別の模範的な態様によれば、図１の線量測定システム１６２は、イオンビーム１１２に関連する１つ以上の状態を検出するための感知装置２３４として構成することができる。１つ以上の状態は、例えば、１つ以上の故障状態（例えば、イオンビーム１１２の望ましくない電流）を含むことができ、コントローラ１６８は、１つ以上の故障状態を検出した場合に、図２の１つ以上の空気圧シリンダ２２２を制御することによって分解開口１３４を選択的に閉じるように構成されている。

さらに、コントローラ１６８は、検知装置２３４によって検知された１つ以上の状態（望ましくないアイソトープがイオンビーム１１２に存在することを示す検知装置からの指摘）に基づいて、１つ以上のアクチュエータ２１２を制御することによって、図２の第１のプレート２０２および第２のプレート２０４を選択的に個別に移動させるように構成することができる。

したがって、分解開口アセンブリ２００の第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、１つ以上のアクチュエータ２１２によって任意の開口幅２１０からイオンビーム１１２を迅速かつ選択的に遮断または阻止するように構成されており（例えば、ピンチング運動またははさみのような動作で）、一方で、分解開口２０６の位置２０８および幅２１０の前述の独立した変化をさらに有利に提供する。

したがって、本開示によれば、分解開口アセンブリ２００の第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、例えば、シャッターと考えることができ、それによって、それぞれの第１のプレートおよび第２のプレートの第１のエッジ部２４０および第２のエッジ部２４２は、互いに向かって収束して重なり合うように構成されている（図示せず）。例えば、第１のエッジ部２４０および第２のエッジ部２４２のうちの１つ以上は、ウサギの容貌を成しており（図示せず）、それによって、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、互いに重なり合う（例えば、ともにウサギの容貌をもつ第１のプレートおよび第２のプレートの場合は、重なり距離の半分）。例えば、第１のプレート２０２と第２のプレート２０４との合計６ｍｍの重複に対して、各ウサギ耳に相当する部分は約３ｍｍの深さを有する。したがって、図１のイオンビーム１１２のシャッタリングまたは完全な阻止を達成することができる。

別の実施例によれば、図２の第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、それぞれの第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２に結合され、それによって、１つ以上のアクチュエータ２１２は、それぞれの第１の回転軸および第２の回転軸を移動させるように構成されている。第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、例えば、それぞれの第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２に固定的に結合される。

さらに、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、概して、図１のイオンビーム１１２に曝され、それによって、第１のプレートおよび第２のプレートは、イオンビームによって加熱され得ることに留意されたい。したがって、例えば、図２の第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２をさらに冷却することができ、それによって、冷却流体（例えば、水）が、それぞれの第１の回転軸および第２の回転軸のチャネル（図示せず）を通過する。第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２は、例えば、金属から構成されており、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、グラファイトから構成されており、それによって、当該金属が、熱伝導によって、それぞれの第１のプレートおよび第２のプレートを冷却する。第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２は、例えば、真空フィードスルーによってビームラインアセンブリ１０４を概して囲むチャンバの壁に動作可能にさらに結合され得、それによって、冷却流体の循環は、外部環境におけるポンプまたは他の機構によって達成され得る。

したがって、第１のプレート２０２および第２のプレート２０４は、第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２によって間接的に冷却される。例えば、第１の回転軸２５０および第２の回転軸２５２は、それぞれの真空フィードスルーを通過することができ、それによって、１つ以上のアクチュエータ２１２を外部環境に設けることもできる。

したがって、本開示は、高速シャッタリング機能と共に、可変幅質量分解開口を有する分解開口アセンブリ２００を提供するものであり、当該質量分解開口アセンブリは、ビームラインに沿って分解開口を移動させるようにさらに構成されている。

本発明は、１つ以上の実施形態に関して例示および説明されてきたが、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、例示された例に対して変更および／または修正を行うことができる。特に、上述のコンポーネントまたは構造（ブロック、ユニット、エンジン、アセンブリ、機器、回路、システムなど）によって実行される様々な機能に関して、そのようなコンポーネントを説明するために使用される用語（「手段」への言及を含む）は、別段の指示がない限り、本明細書に例示された本発明の例示的な実施形態において機能を実行する開示された構造と構造的に同等ではないが、（例えば、機能的に同等である）説明されたコンポーネントの特定された機能を実行する任意のコンポーネントまたは構造に対応することが意図されている。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施態様のうちの１つだけに関して開示されているが、そのような特徴は、任意の所与のまたは特定の用途に望ましく、有利であり得るように、他の実施態様の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。本明細書で使用される「例示的な」というタームは、最良または優れたものとは対照的に、実施例を意味することが意図される。さらに、用語「含む」、「含む」、「有する」、「有する」、「有する」、「有する」、またはそれらの変形例が、詳細な説明および特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、用語「備える」と同様の方法で包括的であることが意図される。

本開示の一態様に係る実施例のイオン注入システムを示す。 本開示の別の態様に係る例示的な分解開口アセンブリの斜視図である。

Claims (19)

1. イオン注入システムであって、
   選択された種を有するイオンビームを生成するイオン源と、
   選択された電荷対質量比および角度調整に従って磁界を生成し、かつ、イオン源の下流に配置された質量分析器と、
   前記質量分析器の下流に配置された分解開口アセンブリと、
   コントローラと、を含み、
   前記分解開口アセンブリは、
   第１のプレートおよび第２のプレートと、
   前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの１つ以上に動作可能に結合された１つ以上のアクチュエータと、を含み、
   前記第１のプレートおよび前記第２のプレートは、それらの間に分解開口を画定し、
   前記第２のプレートに対する前記第１のプレートの位置は、前記分解開口の幅を画定し、
   前記１つ以上のアクチュエータは、１つ以上の前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのそれぞれの位置を互いに対して選択的に変化させることにより、前記分解開口の前記幅を選択的に変化させるように構成されており、
   前記コントローラは、
   前記１つ以上のアクチュエータを制御することによって前記分解開口の前記幅を制御するように構成されており、
   前記分解開口の前記幅の制御は、前記イオンビームの１つ以上の所望の特性に少なくとも部分的に基づいており、
   前記１つ以上のアクチュエータは、前記第１のプレートを前記第２のプレートに対して位置決めして、前記分解開口を選択的に閉じ、前記イオンビームが前記分解開口アセンブリの下流に移動することを選択的に防止するようにさらに構成されており、
   前記１つ以上のアクチュエータは、
   サーボモータと、
   前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの１つ以上に動作可能に結合された空気圧シリンダと、を含み、
   前記サーボモータは、前記分解開口の前記幅を正確に変化させるように構成されており、
   前記空気圧シリンダは、前記分解開口を選択的に閉じるように構成されている、イオン注入システム。
2. 前記イオンビームの前記１つ以上の所望の特性は、選択されたイオンビームエンベロープと、前記イオンビームの選択された質量分解能と、を含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記１つ以上のアクチュエータは、選択された前記ビームエンベロープおよび選択された前記質量分解能のうちの１つ以上に基づいて、前記分解開口を前記質量分析器の出射ビーム経路内に選択的に位置決めするように、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートを選択的に位置決めするようにさらに構成されている、請求項２に記載のイオン注入システム。
4. 前記１つ以上のアクチュエータは、１つ以上のリニアアクチュエータを含む、請求項３に記載のイオン注入システム。
5. 前記イオンビームに関連する１つ以上の状態を検出するように構成された感知装置をさらに含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 前記１つ以上の状態は、１つ以上の故障状態に関連し、
   前記コントローラは、前記１つ以上の故障状態を検出した場合に、前記空気圧シリンダを制御することによって前記分解開口を選択的に閉じるように構成されている、請求項５に記載のイオン注入システム。
7. 前記１つ以上の故障状態は、前記イオンビームの望ましくない電流に関連する、請求項６に記載のイオン注入システム。
8. 前記コントローラは、前記感知装置によって感知された前記１つ以上の状態に基づいて、前記１つ以上のアクチュエータを制御することによって、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートを選択的に個別に移動させるように構成されている、請求項５に記載のイオン注入システム。
9. 前記１つ以上の状態は、望ましくないアイソトープに関連するイオンビーム電流を含む、請求項８に記載のイオン注入システム。
10. 前記質量分析器および前記分解開口の下流に配置された集束コンポーネントをさらに含み、
    前記集束コンポーネントは、前記イオンビームを集束させるように構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
11. 前記集束コンポーネントは、前記分解開口に近接する位置において前記イオンビームを最小値に集束させるように構成されている、請求項１０に記載のイオン注入システム。
12. 前記１つ以上のアクチュエータは、
    サーボモータと、
    前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの１つ以上に動作可能に結合された空気圧シリンダと、を含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
13. １つ以上のリニアポテンショメータをさらに含み、
    前記１つ以上のリニアポテンショメータは、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの１つ以上の位置を、前記コントローラに提供するように構成されている、請求項１２に記載のイオン注入システム。
14. 前記サーボモータおよび前記空気圧シリンダは、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの位置を互いに対して独立して変化させるように構成されている、請求項１２に記載のイオン注入システム。
15. 前記イオンビームの経路に沿って前記分解開口の位置を選択的に変化させるように構成された下流位置アクチュエータをさらに含み、
    前記コントローラは、前記イオンビームの１つ以上の所望の特性に少なくとも部分的に基づいて、前記イオンビームの前記経路に沿って前記分解開口の前記位置を制御するようにさらに構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
16. イオン注入システムのための分解開口アセンブリであって、
    前記分解開口アセンブリは、
    第１のプレートと、
    第２のプレートと、
    前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの１つ以上に動作可能に結合された１つ以上のアクチュエータと、を含み、
    前記第１のプレートおよび前記第２のプレートは、それらの間に分解開口を画定し、
    前記第２のプレートに対する前記第１のプレートの位置は、前記分解開口の幅を画定し、
    前記１つ以上のアクチュエータは、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの位置を互いに対して選択的に変化させることにより、前記分解開口の前記幅を選択的に変化させるように構成されており、
    前記１つ以上のアクチュエータは、１つ以上のリニアアクチュエータを含み、
    前記１つ以上のリニアアクチュエータは、サーボモータおよび空気圧シリンダを含み、
    前記サーボモータおよび前記空気圧シリンダは、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの位置を互いに対して独立して変化させるように構成されている、分解開口アセンブリ。
17. １つ以上のリニアポテンショメータをさらに含み、
    前記１つ以上のリニアポテンショメータは、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのうちの１つ以上の位置を決定するように構成されている、請求項１６に記載の分解開口アセンブリ。
18. 前記サーボモータは、前記分解開口の前記幅を正確に変化させるように構成されており、
    前記空気圧シリンダは、前記分解開口を選択的に閉じるように構成されている、請求項１６に記載の分解開口アセンブリ。
19. 前記１つ以上のアクチュエータを制御することによって、前記分解開口の前記幅を選択的に変化させるように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１６に記載の分解開口アセンブリ。

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