JPH01500942A - イオンビーム装置において入射角を一定にする方法および装置 - Google Patents

イオンビーム装置において入射角を一定にする方法および装置

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JPH01500942A JP62506412A JP50641287A JPH01500942A JP H01500942 A JPH01500942 A JP H01500942A JP 62506412 A JP62506412 A JP 62506412A JP 50641287 A JP50641287 A JP 50641287A JP H01500942 A JPH01500942 A JP H01500942A
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ペダーセン、ブジョルン オー
ポラック、ジョン ディー
モブレイ、リチャード エム
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ ンビーム 實において を− に る ゛お び 訝姐 本発明は、イオン光学の分野に関し、特にビームと製品の間の入射角を一定に保 持して、製品の表面全体にイオンビームを走査させる方法および装置に関する。
その製品は典型的には半導体ウェーハである。
i1改1 イオン注入は半導体ウェーハに不純物ドーパントを導入する標準的な技術となっ てきている。イオンビームが発生源で生成され、その加速度を変化させながらタ ーゲットウェーハに向けられる。イオン注入装置は、イオン源、不所望のイオン 種を除去し、ビームを集束させるイオン光学装置、イオンビームをターゲット領 域全体に偏向させる手段、およびウェーハを装着し取り除くエンドステーション を含む。
多くの場合は、イオンビームの断面積はターゲットウェーハの面積よりも実質的 に狭い、したがって、ウェーハとイオンビームとの間の相対的な運動は注入量を ウェーハ表面全体に分布させるために必要である。一連のイオン注入装置におい て、ウェーハは一度に一度注入され、イオンビームは静電偏向プレートにより製 品の表面にわたって二次元に走査される。ここで用いる“入射角”はイオ″;電 −ムとウェーハ表面との間の瞬間的な角度を意味する。その装置において、ウェ ーハにおけるビームの入射角は、ウェーハがきつかり取り付けられたときにビー ムの偏向角とともに変化する。ウェーハは、冷却を強めるために凸状あるいはド ーム状なった表面に留め着けられると、入射角は増加するよう変化する。入射角 の変化の結果、ウェーハの単位面積当たりの注入されるイオンの量は偏向角とと もに変化する。半導体ウェーハの直径は経済性から大きくなる傾向にある(8イ ンチ至っている)、ウェーハが大きくなると、その入射角、注入量も更に増加す る。注入量の変化を制限するために、走査装置の長さは、入射角をほぼ一定に保 つために増加させることができる。注入量の均一性の条件がより厳重になる一方 で、クリーンルームとすべく領域は大変貴重であるので、注入量の変化も、装置 を長くすることも望ましくない、空間走査技術半導体の走査角による注入量の変 化を補償するために使用することができる。かかる技術は米国特許第4,283 ,631号(1981年8月11日)、同第4.449゜051号(1984年 5月15日)に開示されている。しかし、そのような技術は複雑で、以下で説明 する効果にたいして補償するものではない。
あるエネルギを持った入射イオンがいろいろな結晶面に関する入射角に依存して いるいろな浸入距離でターゲツトウェーハの結晶格子の中に侵入していくことが 分かつている。ある侵入角に対して、チャネリングとして知られている効果が比 較的深い浸入深さとして生じる。走査されるイオンビームに対して入射角が変化 すると、侵入深さがいろいろになり、ウェーハの表面領域にわたってデバイスの 特性が対応して変化する。イオン注入の分野においである入射角を避け、それに よりチャネリングを最小にするために入射イオンビームに対してターゲットウェ ーハを僅かに傾けることが慣例となっている。
入射角の変化による他の不所望の効果がシャドウィングである。薬種回路の製造 において、いろいろなエツチングや付着工程後、しばしば平坦でなくなる。垂直 な壁を持つ縦穴のように不純物を注入することが必要であるとき、入射角の変化 は高いレベルを取り囲むことにより縦穴の一部にシャドウィングを生じさせ、不 均一に注入された縦穴を生成する。
入射角を一定にすることは、米国特許第4.101.813号(1978年6月 18日)および米国特許第4,117,339号(1978年9月26日)に示 されているように磁気および静電二重偏向走査を使用することにより、イオンビ ームの従来技術において達成されている。二重偏向装置は、電子流が偏かであり 、電子の質量が小さいために電子ビームの場合に利用されている。二重偏向装置 の欠点は、それらが時間とともに変化する電気信号を偏向要素に注意深く同期さ せる必要があることである。
二重偏向装置は理論的にイオンビーム装置に応用することができるが、これらの 装置には、幾つかの実際的な制限がある。イオン注入装置は、100ミリアンペ アに至る範囲のビームで作業することおよび高い質量が要求される。高電流イオ ンビームは、電荷の斥力によるビームの膨張または伸張を避けるために移動する 電子により空間電荷の中性化が行われなければならない、静電偏向要素を使用す ると、中性化電子および空間電荷の斥力による受け入れがたい電子流の膨張を除 去する必要がある。
イオン注入装置に使用する磁気二重偏向装置が米国特許第4 、367 、41 1号(1983年1月4日)に開示されている。開示された装置はノーマルビー ムを一次元に走査するものである0重いイオンを二次元の二重走査をするために は、極端に大きく、実施不可能な要素を必要とする。
イオンビームリソグラフは製品の表面全体にわたって偏向されるイオンビーム非 常に集束されたイオンビームを利用する。入射角を一定にして走査することはイ オン注入に関連して述べたと同じ理由によりイオンビームリソグラフに適してい る。
本発明の目的は、イオンビームを走査する改良された方法および装置を提供する ことである。
本発明の他の目的は、イオンビームと製品との間の入射角を一定にするイオンビ ーム装置を提供することである。
本発明の目的は、薄く、柔軟な製品を、入射角を一定にするような所望な走査パ ターンと整合するように変形するイオンビーム処理方法および装置を提供するこ とである。
ル曹F11丞一 本発明にしたがい、これらおよび他の目的は、薄く、柔軟な製品に対して入射角 および一定にして荷電粒子をビームを走査する装置において成し遂げられる1本 装置は、荷電粒子を形成する手段、実質的に入射角を一定にして第1の軸にそっ て製品全体にわたってビームを偏向する走査手段、製品から距離Rのところを偏 向中心としてその第1の軸線に垂直な第2の軸にそって製品全体にわたってビー ムを偏向する第2の走査手段、およびイオンビームの経路中に製品を配置する取 り付は手段から成る。その取り付は手段は第1の軸線に平行な偏向中心を通過す る軸線を有し、半径Rの仮想シリンダーの表面と一致する凹状形に製品を変形す る手段を含む。
好3!1與施例において、第1の走査手段は、ビームを偏向する第1の静電偏向 器、および走査されるイオンビームを平行に向ける、静電偏向器の下流に配置さ れた角度補正磁石を有する。その取り付は手段は、凹状表面を有する支持プラテ ン、および凹状表面に製品を留め着けるための留め着ける手段を有する。
本発明の特徴は、荷電粒子ビームを形成する手段、製品から距M玉のところを偏 向中心として二次元のパターンで製品の表面全体にわたってビームを偏向する走 査手段、および製品をビームの経路の中に配置する取付する手段から成る、薄く 柔軟な製品に対し実質的に入射角を一定にして荷電粒子ビームを走査する装置を 提供することである。その取付手段は、偏向中心に中心を有し、半径がRの仮想 球の表面と一致する凹状表面を有するように製品を変形する手段を有する。
本発明の他の特徴は、薄く柔軟な製品に対して、実質的に入射角を一定にして荷 電粒子ビームを走査する方法を提供することである。その方法は、荷電粒子ビー ムを形成する工程、イオンビームの経路の中に製品を配置する工程、予め定めら れた二次元のパターンにビームを走査する工程、および偏向されたビームと製品 との間の入射角を一定にするために選択された凹状表面へと製品を変形する工程 とから成る。
・ の、 t;日 第1図は、本発明を実施したイオン注入装置の平面1第3Aおよび第3Bは、第 1および第2図の装置における製品取り付は機構を図示する。
第4図は、静電的に取付をなす製品取付を図示する。
第5図は、本発明の他の実施例を図示する。
B f−めの のン。
本発明を実施したイオンビーム注入装置が第1および第2図に示されている。高 電圧ターミナル10は、高電源12によりアースに対して高電圧に保持されてい る。ターミナル10は所望の種類のイオンビームを形成するために必要なイオン 源装置を含む、実施上、イオン源14はガス取り扱い装置から導出されたガスま たは固体材料を気化させることで形成される蒸気のいずれもイオン化するために 設けられている。典型的なイオン源14はイオン放電を維持し、放電領域を交差 するように軸方向の磁場をかけ、イオン源の開口の所に電場を成型し、したがっ てイオン源から良く限定された高電流イオンビームを効果的に抽出するために電 源を必要とする。いろいろなイオン源は従来から知られている。たとえば、Ai tkenによる“イオン源1″(イiLン」Lス」1術−1Springer− VerIag+1982年)を参照。
イオン源14からイオンビーム18が分析電源(図示せず)から付勢される分析 磁石20において運動量分析される。
分析されたビームは分析器の出口スリット24を通過し、加速器管26に至る。
ビームはそこでターミナル10からアースへの注意深く設計された場の傾斜を受 ける。四重様トリプレットまたは他の集束要素を形成する四重様レンズ28のよ うな光学要素はターゲット30のところで空間的かつエネルギ的な集束を達成す るように動作する。ターゲット30は典型的に半導体ウェーハである。X軸の静 電偏向プレート36、y軸の静電偏向プレート38および角度補正磁石40から 成る偏向装置がビームをターゲット30の所望の領域にわたって走査する。iN 向プレート36.38に印加される波形および所望の走査パターンを形成するた めのそれらの同期化は走査制御装置42により生成される。
偏向装置の動作については以下で詳細に説明する。ビームエ8は残部ガスと荷電 粒子との間の電荷交ta衝突から主に生じる中性成分からビームを完全に分離す るのに十分な、ビーム軸44から固定された角度だけ偏向される。典型的なイオ ン注入装置において、ターゲットウェー八30はビーム制限口、ビームモニタお よび集積装置並びに半導体ウェーハを真空システムの中に導入し、イオン注入の 間ウェーハを配置し、冷却する装置を有するターゲットチェンバの中に配置され る。ターゲット30のユニークな取り付は装置は以下で説明する。イオンビーム 18が横切る、イオン源とターゲットの間の全体の領域は、真空ボンピング装置 (図示せず)により高度の真空にされる。
偏向装置およびターゲット30取り付は装置を除き、上述の装置はモデル305 Dイオン注入装置(バリアン製)として市販されている。
本発明によれば、偏向装置はX方向では入射角を一定にし、X方向では偏向中心 46に関して通常の走査をなす。
X方向の走査はX軸の偏向プレート36と角度補正磁石40とを組み合わせるこ とで達成される。ビーム18は偏向プレート36により通常の方法で偏向され、 そのプレートは走査をなすためにランプ電圧を利用し、ビーム軸44に関して固 定したオフセットを与えるためにDC電圧を利用して付勢される。角度補正磁石 40は走査ビームを遮るように偏向プレート36の下流に配置されている。角度 補正磁石40はほぼ扇型の磁極片40aおよび40bから成る。それら磁極片は 間隙40cが空けられ、巻き線40dおよび40eにより付勢せれる。磁石要素 はy軸に平行で時間に関して変化しない磁場をその間隙40cを形成する。′F 4正磁石40により形成されるビームを曲げ、操作することでビームの偏向を変 化させ、そこから出ていくビームが走査されるときにそのビームが平行な経路を たどるようにする。
その結果、ビームは、それがX軸の偏向プレート36により走査されるとき、入 射角が一定となってターゲット30に当たる、平行走査を実施する扇型の磁石の 動作は従来から知られている。たとえば、米国特許第4,367.441号を参 照、入射角が一定の走査がX方向においてなされることから、ターゲット30は X方向においては平坦に維持される。角度補正磁石から出た後、y軸方向の偏向 プレート38の間を通過する。典型的には、X方向の走査電圧の場合より低周波 数のランプ走査電圧が偏向中心46に関してX方向の走査を行うために、偏向プ レート38に印加される。(ii向中心46からターゲット30までの距離はR で示されていC0通常は、偏向装置により形成される合成走査パターンは四角、 矩形または円形となりうるラスタタイプの走査パターンであり、ターゲットウェ ーハの表面を覆い、均等性およびビーム検知に必要な程度までその端部をオーバ ーラツプする。
偏向プレート38により行われる走査は、平坦なターゲット30に対し入射角に 変化をもたらす0本発明に従うと、薄く多少柔軟なものであるターゲット30は 凹状に変形される。第1および第2図の実施例において、ターゲット30は仮想 シリンダーの表面に一致するように成型される。
そのシリンダーはX軸に平行で偏向中心46を通過する軸を有し、偏向中心46 と製品30に表面との間の距離Rに等しい半径を有する。その結果、ターゲット 30はX軸に平行なシリンダ表面の一部となる形状となる。
上述したシリンダ面を与える取り付は装置が第3Aおよび第3B図に示されてい る。その装置は所望の凹状面を有するウェーハ支持プラテン50、およびターゲ ットウェーハ30をプラテン面に周囲から留め着ける留め着はリング52から成 る。第3A図はy軸に沿った断面を示すが、第3B図はX軸に沿った断面を示す 、留め着はリング52はウェーハ30をそのプラテン面に押し付け、それを所定 の位置に保持する。プラテン50の凹状形が、過度の曲げによりウェーハを破損 させない程度の僅かな曲率を有していることは理解されよう0本発明の実施例に おいて、偏向中心46とウェーハ表面との間の距離発明は約64インチ(165 ,58cm)である、従って、直径が20011II11のウェーハの中心にお ける偏向は約0.125インチ(0,3175c輪)だけである。
取り付は装置の他の実施例において、周囲からの留め着けは第4図に示されてい るように静電的な留め着けにで置き換えられる。を源60がウェーハ62と電極 との間に接続されている。その電極は伝導性のプラテンからできていてもよく、 ウェーハ62とプラテン表面とを静電的に引き付けさせるために誘電体層により ウェーハ62から離されている。静電的留め着けは、留め着けに伴う表面のロス が無く、ウェーハの全表面を露出させ、真空中でも動作を為しうるという利点が ある。
周囲から留め着けることおよび静電的に留め着けることの両方も、プラテン表面 に配置された光学的真空チャック70により関連着けることができ、第4図に示 されている真空ポンプ72に接続することができる。真空ポンプ7Zが動作する と、真空チャック70がウェーハ62をプラテン表面に対して引き付ける。真空 チャック70が単に動作している間処理チェンバまたは処理ロックがウェーハ交 換の間比較的高圧であり、装置が真空排気されているときに封鎖されていること も理解されよう、しかし、真空チャックは、周囲留め着けまたは静電的留め着け がイオンビーム処理の間ウェーハを所定の位置に保持するために使用された1& に、ウェーハをプラテン表面の凹状面の所定の位置に固定するために使用するこ とができる。
従来知られているウェーハ冷却技術のどれでも、本発明の装置に適用することが できる。たとえば、1から50トールの範囲の圧力を持つガスが、ガス源フ4か ら導入されプラテン50(第3Aおよび第3B図)の通路を通りウェーハ30と プラテン表面との間の熱移送領域内へと導かれる。このことは米国特許第4,4 57,359号(1984年6月3日)に示されている。熱移送領域はプラテン 表面において環状0リング78によりシールされている。また、熱伝導性のラバ ーパッド(図示せず)が熱伝導性を強化するためにウェーハとプラテン表面との 間に配置することができる。さらに、プラテン50はウェーハから移動してきた 熱を取り除くために、冷却水をプラテン50の通路80内を循環させることによ り冷却することができる3本発明の好適実施例において必要とされるシリンダー 状面には幾つかの利点がある。必要とされるウェーハの変形が一次元方向のみで あり、したがってウェーハの損傷といったリスクが限定される。さらに、シリン ダー状形が周囲リングにより容易に留め着けることができる。最後に、既知の冷 却技術はこの装置に利用することができる。
いろいろな光学要子が走査されたイオンビームを平行経路にするための角度補正 磁石40の適所に利用すること。
空間電荷レンで、ソレノイドレンズがある。空間電荷レンズは次の文献に示され ている。 IEEE Trans、Nucl、Sci。
Vol、N5−26 No、3(1979年6月)pp、3112−3114( モブレイらによる) 、 Nucl、Instrrum、NeLhods、Vo l、151、(1978年)I)Gl−143−147(ブースらによる)一般 的に、光学要子は、走査されたビームを平行経路にするためにX軸の偏向プレー ト36の偏向中心にその焦点をもっていく0本発明の他の実施例は第5図に示さ れている。イオンビーム18がX軸の偏向プレート84並びにy軸の偏向プレー ト86および88により二次元の走査がなされる。前の実施例において、ウェー ハ90が取り付は装置により走査されたビームの経路に配置される。y軸の偏向 プレート86および88について、プレート86はX軸のプレート84の上流に 、プレート88はX軸のプレート84の下流に別けて配置される。このように別 けて配置することにより、二次元の走査をなすための偏向中心を一点にする。取 る着は装置92は偏向中心94に中心を有し、その偏向中心94からウェーハ表 面までの距離に等しい半径を有する仮想球の表面と一致する凹状形にウェーハ9 0を変形する。この装置の一実施例において、偏向中心94とウェーハ表面との 間の距離は約64インチ(162,56cm)である、ウェーハ90が上述した ような凹状の球形に変形されると、走査されたビームはウェーハ表面領域全体に わたって一定の角度でウェーハ表面に入射する。
第5図に示された取り付は装置において、ウェーハ支持ブレテン96が上述した ような凹状球形となる1球形とすると、周囲からの留め着けは、端部において曲 げるためのモーメントを必要とすることから比較的効果的なものというかとがで きない、静電的な留め着けは、留め着は力がウェーハ表面全体にわたって作用す ることから、第5図に示されたように球形の場合でも有効に利用することができ る。さらに、真空チャックも上述したように静電的な留め着けも関連してそのプ ラテンに利用することができる。
本発明の好適実施例を説明してきたけれども、当業者であれば賄求の範囲により 画成される発明内でいろいろに変形、変更することができることは理解できよう 。
FIG、5 閑@調査報告 り重〜−−^帥−−^H叡PCτlυ587102506す 力合衆国マサチューセッツ州 イブスウィッチ、777寸−・・ロード40

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.薄く柔軟な製品に対して一定な入射角で荷電粒子ビームを走査する装置であ って。 予め定められたパラメータの荷電粒子を形成する手段と、 入射角を実質的に一定にして第1の軸にそって製品全体にわたりビームを偏向す る第1の走査手段と、第1の軸に垂直な第2の軸にそって、製品から距離Rのと ころを偏向中心として、製品全体にビームを偏向する第2の走査手段と、 製品をビームの経路内に配置する取り付け手段と、から成り、 前記取り付け手段が、前記第1の軸に平行で偏向中心を通過する軸を有し、半径 Rを有する仮想シリンダの表面と一致する凹成形に製品を変形する手段を含む、 ところの装置。
  2. 2.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記第1の走査手段が第1の 軸にそってビームを偏向する第1のビーム偏向器、および該偏向器から下流には 位置される角度補正磁石を有し、 前記角度補正磁石が、第1の偏向器からのビームをそのビームが走査されるとき に、平行な経路にもっていくための磁場の傾斜および磁極の形を有する、ところ の装置。
  3. 3.請求の範囲第2項に記載された装置であって、第1のビーム偏向器が静電的 走査ブレートを有する、ところの装置。
  4. 4.請求の範囲第3項に記載された装置であって、第2の走査手段が、前記角度 補正磁石の下流に配置される静電偏向ブレートから成る、ところの装置。
  5. 5.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記取り付け手段が、前記凹 状形の表面を有する製品支持プラテン、および製品の周囲端をプラテン表面に対 して留め着けるための留め着けリングを有する、ところの装置。
  6. 6.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記取り付け手段が、前記凹 状形の表面を有する製品支持プラテン、および製品をプラテン表面に静電的に留 め着ける手段を有する、ところの装置。
  7. 7.請求の範囲第6項に記載された装置であって、前記取り付け手段が、さらに 、前記プラテン表面に配置され、装置を真空排気する前に前記製品を前記プラテ ン表面に吸引するための真空チャック手段を含む、ところの装置。
  8. 8.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記取り付け手段が前記荷電 粒子ビームによる処理の間、前記製品を冷却する手段を有する、ところの装置。
  9. 9.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記第1の走査手段が、ビー ムを前記第1の軸にそって走査する第1の偏向器、および該第1の偏向器の下流 に配置され、ビームが前記第1の偏向器により走査されるときに、ビームを平行 経路に操作するための四重極レンズを有する、ところの装置。
  10. 10.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記第1の走査手段が、ビ ームを前記第1の軸にそって走査する第1の偏向器、および該第1の偏向器の下 流に配置され、ビームが前記第1の偏向器により走査されるときに、ビームを平 行経路に操作するための空間電荷レンズを有する、ところの装置。
  11. 11.請求の範囲第1項に記載された装置であって、前記第1の走査手段が、ビ ームを前記第1の軸にそって走査する第1の偏向器、および該第1の偏向器の下 流に配置され、ビームが前記第1の偏向器により走査されるときに、ビームを平 行経路に操作するためのソレノイドレンズを有する、ところの装置。
  12. 12.請求の範囲第1項に記載された装置であって、その装置が半導体ウェーハ のイオン注入装置である、ところの装置。
  13. 13.薄く柔軟な製品に対して一定な入射角で荷電粒子ビームを走査する装置で あって。 予め定められたパラメータの荷電粒子を形成する手段と、 製品から距離Rのところを偏向中心として、製品表面全体にわたって二次元のパ ターンにビームを偏向する走査手段と、 製品をビームの経路内に配置する取り付け手段と、から成り、 前記取り付け手段が、前記偏向中心に中心を有し、半径Rを有する仮想シリンダ ーの表面と一致する凹状形に製品を変形する手段を含む、ところの装置。
  14. 14.請求の範囲第13項に記載された装置であって、前記操作手段が、X軸の 静電走査プレートおよびy軸の静電走査プレートを有し、さらに走査電圧を前記 走査プレートに印加する手段を有する、ところの装置。
  15. 15.請求の範囲第13項に記載された装置であって、前記取り付け手段が、前 記凹状形の表面を有する製品支持プラテン、および製品をプラテン表面に静電的 に留め着ける手段を有する、ところの装置。
  16. 16.請求の範囲第13項に記載された装置であって、前記取り付け手段が、さ らに、前記プラテン表面に配置され、装置を真空排気する前に前記製品をそこに たいして吸引するための真空チャック手段を含む、ところの装置。
  17. 17.請求の範囲第16項に記載された装置であって、前記取り付け手段が、さ らに前記荷電粒子ビームによる走査の間、前記製品を冷却する手段と有する、と ころの装置。
  18. 18.請求の範囲第16項に記載された装置であって、その装置が半導体ウェー ハのイオン注入装置である、ところの装置。
  19. 19.薄く柔軟な製品に対して一定な入射角で荷電粒子ビームを走査する方法で あって。 予め定められたパラメータの荷電粒子を形状する工程と、 製品をビームの経路内に配置する工程と、走査されるイオンビームの製品の表面 における入射角を一定にするために選択された凹状形に製品を変形する工程と、 から成る方法。
  20. 20.請求の範囲第19項に記載された方法であって、前記走査工程が、入射角 を実質的に一定にして第1の軸にそって製品全体にわたりビームを偏向すること 、および第1の軸に垂直な第2の軸にそって、製品から距離Rのところを偏向中 心にして、製品全体にビームを偏向することを含み、 前記製品が、前記第1に軸に平行で偏向中心を通過する軸を有し、半径Rを有す る仮想シリンダの表面と一致する凹状形となるように変形される、ところの方法 。
  21. 21.請求の範囲第19項に記載された方法であって、ビームが、製品かち距離 Rのところを偏向中心として、製品表面全体にわたって二次元のパターンに偏向 され、 前記製品が、偏向中心を中心とし、直径Rを有する仮想球の表面と一致する凹状 形となるように変形される、 ところの方法。
JP62506412A 1986-10-08 1987-09-29 イオンビーム装置において入射角を一定にする方法および装置 Pending JPH01500942A (ja)

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