JP7343445B2 - ビーム電流動作の広い範囲におけるイオンビームの制御 - Google Patents
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Description
インイオン注入機においてイオンビームを制御するためのコンポーネント及び方法に関す
る。
導体製造において、ドーパントは、電気的、光学的又は機械的特性を変えるために、導入
される。例えば、ドーパントは、基板の導電率のタイプ及びレベルを変えるために、固有
の半導体基板に導入することができる。集積回路(IC)の製造において、正確なドーピン
グプロファイルにより、向上したIC性能を供給する。意図したドーピングプロファイルを
実現するために、様々な線量及び様々なエネルギーレベルのイオンの形状において、1つ
以上のドーパントを注入することができる。
ることができる。イオン源は、意図したイオンが生成されるチャンバーを備えることがで
きる。イオン源は、チャンバーの近くに配置される電源及び引き出し電極アセンブリも備
えることができる。ビームラインコンポーネントは、例えば、質量分析器、第1の加速又
は減速ステージ、コリメータ、及び、第2の加速又は減速ステージを含むことができる。
光ビームを操作するための一連の光学レンズによく似て、ビームラインコンポーネントは
、意図した種、形状、エネルギー及び他の性質を有する、イオン又はイオンビームをフィ
ルタし、焦点に集め、及び、操作することができる。イオンビームはビームラインコンポ
ーネントを通過し、イオンビームをプラテン又はクランプの上に載せた基板の方へ向ける
ことができる。基板は、roplatと呼ばれることもある装置により、一次元以上の次元で動
かす(例えば、平行移動させ、回転させ、及び、傾ける)ことができる。
増大するために、ビーム電流を増大することは有用であり得る。ビームラインイオン注入
機は、例えば、1KeVと300KeVとの間のエネルギーの範囲にわたって基板に注入するた
めに、用いることができる。これにより、シリコンウェーハなどの基板を異なるイオンエ
ネルギーで様々な注入を予定して処理するために、柔軟性を与える。注入エネルギーを画
定するために、イオン源と注入すべき基板との間のビームラインイオン注入機の様々なコ
ンポーネント(例えば、加速器)により、イオンビームは、加速及び/又は減速を受ける
ことになり得る。
イオンビームを受ける。既存の加速器を備える以外に、例えば、ビーム電流が、195Ke
VのAs+ビームに対して9mAを上回って高すぎる場合、ビームは、集束に達し得ないで、し
たがって、ビームの伝送損失により、ビームラインを通って送ることができない。したが
って、ウェーハに注入するために使用できるビーム電流は限定され、不十分な製造スルー
プットの結果となる。他方、例えば、ビーム電流が、300KeVのB+ビームに対して0.
5mAを下回って低すぎる場合、ビームは、過度に集束し得て、したがって、ウェーハへ適
切に送ることができない。
ム及び方法が提供される。例示的アプローチにおいて、イオン注入システムは、イオンビ
ームを生成するためのイオン源と、端子に連結される端子抑制電極と、を含み、該端子抑
制電極は、該端子抑制電極のアパーチャを通って前記イオンビームを導き、第1の電圧源
から第1の電位を前記イオンビームへ印加するように構成される。前記システムは、さら
に、前記端子に連結され、前記端子抑制電極に隣接して配置されるレンズであって、該レ
ンズは、該レンズのアパーチャを通って前記イオンビームを導き、第2の電圧源から第2
の電位を前記イオンビームへ印加するように構成されるレンズを含む。例示的アプローチ
において、前記第1及び前記第2の電位は、各々、前記レンズは前記端子及び前記端子抑
制電極から電気的に絶縁され、独立に制御され、したがって、前記レンズが増大したビー
ム電流動作範囲に対して独立に駆動されることを可能にする。前記システムは、さらに、
該レンズから前記イオンビームを受けるように構成され、第3の電位を前記イオンビーム
へ印加するように構成される集束電極と、該集束電極から前記イオンビームを受けるよう
に構成される接地電極アセンブリと、を含む。
第1の電位を前記イオンビームへ印加するように構成される第1の電極を含んでもよい。
前記装置は、さらに、該第1の電極に隣接するレンズであって、該レンズは、該レンズの
アパーチャを通って前記イオンビームを導き、第2の電位を前記イオンビームへ印加する
ように構成され、前記第2の電位は前記第1の電位から独立に印加される、レンズを含む
。前記装置は、さらに、該レンズから前記イオンビームを受けるように構成される第2の
電極と、該第2の電極から前記イオンビームを受けるように構成される第3の電極アセン
ブリと、を含む。
連結される端子抑制電極と、を含んでもよい。該端子抑制電極は、該端子抑制電極のアパ
ーチャを通って前記イオンビームを導き、第1の電圧源から第1の電位を前記イオンビー
ムへ印加するように構成されてもよい。前記システムは、さらに、前記端子に連結され、
前記端子抑制電極に隣接して配置されるレンズであって、該レンズは、該レンズのアパー
チャを通って前記イオンビームを導き、第2の電圧源から第2の電位を前記イオンビーム
へ印加するように構成されるレンズを含む。前記第1及び前記第2の電位は、各々、独立
に制御され、前記レンズは前記端子抑制電極から電気的に絶縁されてもよい。前記システ
ムは、さらに、該レンズから前記イオンビームを受けるように構成され、第3の電位を前
記イオンビームへ印加するように構成される集束電極と、該集束電極から前記イオンビー
ムを受けるように構成される接地電極アセンブリと、を含む。
び、第1の電極のアパーチャを通って導くために、第1の電位を第1の電極に印加するス
テップと、前記イオンビームを、前記レンズのアパーチャを通って導くために、第2の電
位をレンズに印加するステップであって、前記レンズは前記第1の電極に隣接して配置さ
れ、前記第1の電位及び前記第2の電位は異なる電圧源により独立に生成される、ステッ
プと、を含んでもよい。前記方法は、さらに、前記イオンビームを第2の電極で受けるス
テップと、前記イオンビームを前記第2の電極から第3の電極アセンブリで受けるステッ
プと、を含んでもよい。
パラメータを表現することを意図していない。図面は、本発明の例示的実施形態を表現す
ることを意図しており、したがって、発明の範囲を限定するものとして考慮すべきではな
い。図面において、同様の番号は同様の要素を表わす。
ために、縮尺比に従わずに例示される。断面図は、例示的明確性のために、「真の」断面
図では見られる特定の背景線を省略する、「スライスの」又は「近視眼的な」断面図の形
式にすることができる。さらに、明確性のために、いくつかの参照番号は、特定の図面に
おいて、省略することができる。
面を参照して以下でより詳しく説明される。システム及び方法は多くの異なる形態に具体
化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきでない
。その代わりに、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全になり、システム及び方法
の範囲が当業者に十分に伝わるように提供される。
、これらのコンポーネント及びそれらの構成部分の相対的配置及び方向付けを説明するた
めに、利便性及び明確性のため、「頂部」、「底部」、「上部の」、「下部の」、「垂直
な」、「水平な」、「横方向の」及び「長手方向の」などの用語を本明細書で用いる。用
語は、特定言及語、その派生語及び類似のインポート語を含む。
る、要素又は動作は、その除外が明白に述べられるまでは、複数の要素又は動作を含むと
して、理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」の言及は、限定することを意
図していない。追加の実施形態も、記載した特徴を含むことができる。
オンビームを制御するための装置、システム及び方法である。例示的アプローチにおいて
、イオン注入システムは、イオンビームを生成するためのイオン源及び端子に連結される
端子抑制電極を含み、端子抑制電極は、イオンビームを端子抑制電極のアパーチャを通っ
て導き、第1の電圧源から第1の電位をイオンビームに印加するように構成される。シス
テムは、さらに、端子に連結され、端子抑制電極に隣接して配置されるレンズを含み、レ
ンズは、イオンビームをレンズのアパーチャを通って導き、第2の電圧源から第2の電位
をイオンビームに印加するように構成される。
動され、したがって、ビーム電流の動作範囲の増大を可能にする。具体的には、端子抑制
電極を調整可能レンズから分離することにより、システムは、ビーム電流の動作範囲を、
例えば、0.1mAから25.7mAへ、増大することができ、したがって、電源デバイス製
造などの高ドーズ(例えば、60keVから300keVのビームエネルギー範囲で)アプリケ
ーションのために、中電流イオン注入機を用いることを可能にする。
態を説明する。加速器/減速器は、基板に提供するよう意図するイオンビームを制御する
ために、ビームラインイオン注入機に提供される装置とすることができる。加速器/減速
器は、各々が、イオンビームを送り、イオンビームに電位を印加するように構成される、
複数の電極を含むことができ、したがって、接地などの基準に対して、イオンビームの電
位(電圧)を増大する又は減少する結果となる。加速器/減速器は、したがって、イオン
ビームがイオン源から引き出されて、意図する注入エネルギーなどのターゲットエネルギ
ーにされた後に、イオンビームを加速する又は減速するように機能することができる。加
速器/減速器は、イオンエネルギー及びイオンビームのビーム電流の範囲にわたって、意
図するビーム光学を提供するように機能することもできる。したがって、加速器/減速器
は、各々が許容範囲のままである、意図する形状、サイズ、コリメーション、収束又は発
散を有するイオンビームを出力するように動作することができる。加速器/減速器は、さ
らに、以下に、もっと詳細に説明するように、調整可能なレンズを含む。
イオン注入機のブロック形式の頂面図である。イオン注入機100は、イオンビーム10
4を生成するように構成されるイオン源102を含む。イオンビーム104は、(図示の
デカルト座標のY方向に沿う)ビームの高さより大きい(X方向に沿う)ビームの幅の断
面を有するスポットビーム又はリボンビームとして提供することができる。本明細書で用
いる技術において、Z方向は、イオンビーム104の中央線軌跡に平行な軸の方向を言う
。したがって、(Z方向に垂直な)X方向だけでなく、Z方向の絶対方向は、図示のよう
に、イオン注入機100内の異なる点で、変わり得る。
ャンバーを含むことができる。このガスは、水素、ヘリウム、他の希ガス、酸素、窒素、
ヒ素、ホウ素、リン、アルミ二ウム、インジウム、アンチモン、カルボラン、アルカン、
別の大分子化合物、又は、他のp型又はn型ドーパントであり得るか、又は、それらを含
むことができる。生成されたイオンは、イオンビーム104を形成するために、一連の引
き出し電極(図示せず)により、イオンチャンバーから引き出すことができる。イオンビ
ーム104は、基板ステージ114の上に配置された基板116に衝突する前に、アナラ
イザー磁石106、質量分離スリット108、及び、コリメータ112を通って進むこと
ができる。基板ステージ114は、いくつかの実施形態において、基板116を少なくと
もY方向に沿ってスキャンするように構成することができる。
を供給するために、X方向に沿ってスキャナ110によりスキャンするスポットビームと
して、イオンビーム104を供給することができる。他の実施形態において、イオンビー
ム104をリボンビームとして供給することができる。図1の例において、イオン注入機
100の動作に有用な他のビームラインコンポーネントは、当業者に明らかであるので、
明確にするために省略する。
速器/減速器118は、イオン源102とアナライザー磁石106との間の点Aに配置す
ることができる。他の実施形態において、加速器/減速器118は、点B又は点Cなどの
イオン注入機100内の他の位置に配置することができる。加速器/減速器118は、他
の電極に対して加速器/減速器118内の電極の位置を調整するために、動作可能な駆動
システム120に連結することができる。これにより、数ある中でも、イオンビーム10
4の所定のイオンエネルギーで、イオンビーム104内のビーム電流を調整することが可
能になる。
のイオンに対する60keVから300keVの注入エネルギー範囲に対応する、60kVから3
00kVの電圧範囲に対して、イオンビームを供給するように、イオン注入機100を構成
することができる。以下に論じるように、加速器/減速器118のレンズは、端子抑制電
極から電気的に絶縁され、独立に駆動され、したがって、イオン注入機100のビーム電
流の動作範囲の増大を可能にする。
図を示す。一実施形態において、加速器/減速器118は、第1の電極122及び第1の
電極122に隣接して配置されたレンズ130を内蔵する端子124を含み、端子124
は、イオン源102からのイオンビーム104(図1)を受けるように構成される。一実
施形態において、第1の電極122は、端子124に連結され、その中に形成されたアパ
ーチャ126を通ってイオンビーム104を導くように構成される端子抑制電極とするこ
とができる。イオンビーム104を、第1の電極122の下流に隣接して位置づけられた
レンズ130へ、イオンビームラインに沿って、通すために、第1の電極122は、第1
の電圧源123からの第1の電極電位(Vsupp)を、イオンビーム104へ印加するよう
に構成される。レンズ130は、また、端子124に連結され、レンズ130のアパーチ
ャ134を通ってイオンビーム104を導くように構成され、第2の電圧源125からの
第2の電位(Vlens)を、イオンビーム104へ印加するように構成される。
に構成される集束電極144などの第2の電極144を含み、第2の電極144は、第3
の電圧源127から第3の電位(Vfocus)を印加するように構成される。第2の電極1
44は、接地電極アセンブリなどの第3の電極アセンブリ148へイオンビーム104を
供給することができる。一実施形態において、第3の電極アセンブリ148は、その中に
形成されるアパーチャを有する接地電極152、接地抑制電極154、及び接地コンポー
ネント156を含む。第3の電極アセンブリ148は、さらに、加速器/減速器118を
イオン注入機100内の隣接コンポーネントに固定するための連結器158を含む。接地
電極152、接地抑制電極154、及び接地コンポーネント156は、全体で、イオンビ
ーム104へ、第4の電圧源129から第4の電位(Vaccel)を印加するように構成さ
れる。
kVなどのターゲット引き出し電圧で、イオンビーム104をイオン源102から引き出す
ことができる(図1)。これにより、ターゲットのビーム電流又はビーム線量を基板11
6へ送るために(図1)、イオン源102に直接隣接したイオンビーム104のための、
適切な引き出しビーム電流を供給することができる。加速器/減速器118は、注入のた
めに意図するエネルギーをイオンビーム104へ与えるために、引き出したイオンビーム
の電圧(電位)を変えることにより、引き出し電極により生成されたイオンビーム104
の最初のビーム電位を調整することができる。
おいて、レンズ130は、イオン源102からのイオンビーム104(図1)などのビー
ムを供給するための端子レンズである。用語「端子」は、イオンビーム104を当てる最
後のレンズを参照するために用いられる。イオンビーム104は、一般的に、端子レンズ
130から生じるのではなく、その代わりに、端子レンズ130から出力され、第2の電
極144などの別のデバイス又はコンポーネントへ照射される。例えば、レンズ130の
正確な動作は変わり得るけれども、レンズ130は、一般的に、イオンビーム104に電
界及び/又は磁界を当てるために、意図する種をレンズ130を通して第2の電極の上へ
選択し又は向けるために、動作する。そこから照射されるイオンビーム104は、集束さ
れ、平行にされ、又はそうでない特定の方法で、出力することができる。一実施形態にお
いて、イオンビーム104のイオン又は電子がアパーチャ134を通り抜ける時間中、レ
ンズ130は特定の電圧(Vlens)に保持される。他の実施形態において、レンズ130
は、加速器/減速器118から意図する出力を供給するために、イオン注入機100の1
つ以上の追加レンズ及び他のコンポーネントと連動して、動作することができる。
端子124に対して-50kVから+50kVの範囲に設定することができる。例えば、レン
ズ130の電位が端子124及び第1の電極122に対して、正であるとき、イオンビー
ム104は、最初に、第1の電極122からレンズ130へ減速され、次いで、レンズ1
30から第2の電極144へ加速される。結果として、加速器/減速器118の集束力は
有益に増大する。
32kVに設定され、第2の電極144への集束電圧(Vfocus)が(端子124に対して
)-125kVに設定され、第1の電極122への抑制電圧(Vsupp)が(端子124に対
して)-2.4kVに設定されるとき、加速器/減速器118は、25.7mAのAs+ビー
ムを70keVから195keVへ加速することができる。例えば、シミュレーションしたイオ
ンビーム104により示されるように、イオンビーム104が加速器/減速器118から
出るとき、イオンビーム104は、したがって、加速器/減速器118の長さ方向の軸1
60に平行、又は、ほぼ平行である。
負であるとき、イオンビーム104は、最初に、第1の電極122からレンズ130へ加
速され、次いで、レンズ130から第2の電極(例えば、集束電極)144へ再び加速さ
れる。結果として、加速器/減速器118の集束力は顕著に低減される。図5Bに示す一
実施形態において、レンズ130へのレンズ電圧(Vlens)が-7kVに設定され、第2の
電極144への集束電圧(Vfocus)が-70kVに設定され、第1の電極122への抑制
電圧(Vsupp)が(端子124に対して)-7kVに設定されるとき、加速器/減速器11
8は、0.5mAのB+ビームを80keVから300keVへ加速するように構成され、シミ
ュレーションしたイオンビーム104により示されるように、加速器/減速器118から
出るとき、その間に、イオンビーム104を、長さ方向の軸160に平行、又は、ほぼ平
行にさせる。
ポーネントを含むことができる。例えば、図6は、レンズ130と第2の電極144との
間に配置される第4の電極(例えば、端子電極)166を含む加速器/減速器118を例
示する。第4の電極166は、それらの間の混信を防ぐことにより、集束電源127(す
なわち、第3の電圧源)及び第1の電圧源123への保護を提供することができる。図6
に示す加速器/減速器118は、同様に、第1の電極122、レンズ130、及び、端子
124を通って伸びる第1及び第2のコネクタ140、142を含む絶縁体138を、含
む。第1のコネクタ140は、第1の電極122及び第1の電圧源123に連結され、第
2のコネクタ142は、レンズ130及び第2の電圧源125に連結され、そのようにし
て、第1及び第2の電位Vsupp及びVlensの独立制御を可能にするように、レンズ130
は、端子124及び第1の電極122から電気的に絶縁される。
めの例示的方法170を例示するフロー図が示される。方法170を、図1~6に示す表
示と共に、説明する。
で受けるステップを含む。いくつかの実施形態において、イオン源はイオン注入機の一部
として示される。
ラインに沿って、及び、第1の電極のアパーチャを通って導くために、第1の電位を第1
の電極に印加するステップを含む。いくつかの実施形態において、第1の電極は端子抑制
電極である。
ーチャを通って導くために、第2の電位をレンズに印加するステップを含む。一実施形態
において、レンズは第1の電極に隣接して配置され、第1の電位及び第2の電位は、各々
、異なる電圧源により生成される。一実施形態において、第1の電極は、絶縁体を通って
伸びる第1のコネクタにより第1の電圧源に連結され、レンズは、絶縁体を通って伸びる
第2のコネクタにより第2の電圧源に連結され、絶縁体は第1の電極をレンズから電気的
に絶縁する。
の電極で受けるステップを含む。一実施形態において、第2の電極は集束電極である。一
実施形態において、イオンビームを第2の電極のアパーチャを通って導くために、第3の
電位を第2の電極に印加する。
第3の電極アセンブリで受けるステップを含む。一実施形態において、第3の電極アセン
ブリは、接地電極、接地抑制電極及び接地を含む。一実施形態において、イオンビームを
第3の電極アセンブリを通って導くために、第4の電位を第3の電極アセンブリに印加す
る。
る。第1に、幅広のビーム電流動作でイオンビームを加速するための、構成が提供され、
したがって、向上した製造スループットをもたらす。特に、端子抑制電極と集束電極との
間に配置される端子レンズを提供することにより、且つ、独立電源をレンズに提供するこ
とにより、中位電流イオン注入機の製造機能は、約60keVから300keVのエネルギー範
囲で約0.1mAから25mAの電流動作範囲を有する電源デバイスの製造へ拡張することが
できる。これは、1mAから9mAの比較的狭い電流動作範囲を有する従来の加速器に対する
改良である。
限度のコンポーネントの変更を有する電源デバイスの製造へ拡張することができ、したが
って、コストを低減し、スループットを向上し、又は、維持する。
電圧だけが調整可能である、従来のイオンビームの加速器/減速器とは違って、本明細書
の実施形態は、5つの電極を有する加速器/減速器を有利に提供する。特に、本実施形態
の加速器/減速器は、端子電極、レンズ抑制電極、レンズ、集束電極及び接地電極を含み
、したがって、3つの電圧(すなわち、レンズ抑制電極の電圧、レンズの電圧及び集束電
極の電圧)を可能にする。これらの電圧の各々は、独立に調整可能であり、したがって、
イオンビームの加速器/減速器がビーム光学のより大きい制御を有することを可能にする
。
るであろう。多くの変形、変更及び均等アレンジだけでなく、本明細書で特別に説明した
もの以外の本発明の多くの実施形態及び適合は、本開示及びそれらの前述の記載により、
又は、合理的に示唆されて、明らかであろう。したがって、本発明は、例示的実施形態に
関連して、本明細書で詳細に説明しているが、当業者は、本開示が、本発明の例示であり
、本発明の十分で可能な開示を提供する目的のためだけになされることを理解するであろ
う。前述の開示は、本発明を限定する、又はそうではなく、そのような他の実施形態、適
合、変形、変更、又は均等アレンジを不可能にすると解釈することを意図するものではな
く、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲又はそれらの均等物によってのみ限定さ
れる。特別の用語を本明細書で用いるけれども、用語は、包括的で説明的な意味でのみ用
いることができ、限定の目的のために用いるものではない。
Claims (6)
- アパーチャを含むレンズ本体を備え、端子に内蔵されるように配置される端子レンズであって、前記端子は、加速器又は減速器において、イオン源からのイオンビームを受けるように構成される端子であり、
前記レンズ本体は円環形を有し、
前記レンズ本体は、端子から電気的に絶縁され、端子に物理的に接触せず、
前記レンズ本体は、前記アパーチャを通ってイオンビームを導き、電圧源から電位を前記イオンビームへ印加するように構成される、端子レンズ。 - 前記レンズ本体は第2の主要面と反対側の第1の主要面を有し、前記イオンビームは前記第1の主要面又は前記第2の主要面により画定される平面に垂直な方向に沿って導かれる、請求項1記載の端子レンズ。
- 前記アパーチャは、前記レンズ本体の外周に対して中心にある、請求項1記載の端子レンズ。
- 前記電位は-50kVと+50kVとの間である、請求項1記載の端子レンズ。
- 前記レンズ本体は、前記端子を通って伸びるコネクタに連結される、請求項1記載の端子レンズ。
- 前記レンズ本体は、前記イオンビームが前記アパーチャを通って導かれるときに、一定の電圧を受ける、請求項1記載の端子レンズ。
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