JPH11503560A

JPH11503560A - イオンの広範囲注入のためのデバイス

Info

Publication number: JPH11503560A
Application number: JP9526551A
Authority: JP
Inventors: ライナーショルク; ハイナーリッセル
Original assignee: フラウンホーファーゲゼルシャフトツアフォルデルンクデアアンゲヴァンテンフォルシュンクエーファウ
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1999-03-26
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: EP0876677A1; US6087615A; WO1997027613A1; EP0876677B1; JP3186066B2

Abstract

(57)【要約】標本に広範囲にイオンを注入するためのイオン源は、アノード（１０６）、それに向かってイオン源（１００）からイオンが放出される標本（１０４）と同じ物質から製造され、またはこの物質で被覆され、または前記標本（１０４）を汚染しない物質から製造されるカソード（１０８）、および前記アノード（１０６）および前記カソード（１０８）間に設けられる閉鎖されたプラズマチャンバ（１１０）を含み、前記カソード（１０８）は、バーまたは板によって分離される並列されたスロットを有するマルチスロット構造を含み、イオンが前記マルチスロット構造を通過することにより多帯域ビームが生成され、イオンビームに対して直角である電界を生成するための電圧は、多帯域ビームを抽出し、加速するためにカソードまたはそれに続くマルチスロット構造に印加可能であり、前記電圧は、バーが異なった極性を有するような方法で印加される。

Description

【発明の詳細な説明】イオンビームユニット用のイオン源本願発明は、特許請求項１の属概念の節によるイオンビームユニット用のイオン源に関する。イオン源は、広範囲の均質なイオンビームが必要な分野において技術的に使用される。これはたとえば半導体のドーピングのための広範囲のイオン注入、表面硬化のためのトライボロジーおよびイオンビームに補助されるコーティングの分野における場合である。高密度に集積されたマイクロエレクトロニクスのイオン注入の分野において、より広い注入表面とより小さいイオンエネルギーとの組み合わせが求められる傾向がある。回路毎に１０⁷の部品を超える最大集積化では、ｐｎ接合の深さの減縮が必要とされる。ＣＭＯＳ技術において、たとえば１００ｎｍより小さい深さを有する移しい数のｐｎ接合がドレーンとソースに必要である。ますます平坦なｐｎ接合の製造には、特にｐ⁺区域へのボロンの注入の場合に大きな技術的困難を伴う。この関係において、イオン注入により満たされなければならない要件、たとえば明らかに３０ｋｅＶを下回る低いイオンエネルギー、高いイオン電流および高い処理量、注入範囲が広く均質性が高い平行ビーム等が、現在入手可能な商業上のユニットでは満たされていない。将来の半導体製造デバイスのための更なる性能の特徴とは、いわゆる多室工程ユニットにおける集積可能性であり、それはまたクラスタシステムとも呼ばれる。これは中央ロボットによってプロセスウェーハが供給されることが可能である小さな工程モジュールの発展を必要とする。そのようなシステムは複数の工程ステップが１つのユニットにおいて実行されることが可能である限り有利である。半導体製造工程においてますます多くの工程ステップが実行されるため、および製造工程の融通性に関する限り満たされるべきより高度な要件のため、そのようなユニットはますます重要となっている。伝統的な注入ユニットは、その寸法が大きすぎるため、多室工程ユニットにおける集積化には適さない。商業上のユニットは、ますます複雑で高価になってきているが、これもまた多くの維持作業および広いクリーンルーム区域を必要とし、これは、その代わりに、結果として高価な操作費用を要する。上述の要件を満たすために、新しいイオンビーム技術が必要である。１つの可能性としては、ＰＩＩＩと略される、いわゆる「プラズマ浸入イオン注入」によってもたらされる。そのようなユニットにおいては、高周波電磁励起の手段で注入チャンバにおいてプラズマが形成される。この区域のイオン濃度は通常１０¹⁰ から１０¹¹ｃｍ^-3である。数キロボルトにまで達することが可能である負の電圧を印加することにより、陽イオンはプラズマから加工される標本の方向に加速される。ＰＩＩＩユニットは、たとえば高いイオン電流、低い加工コスト等の複数の利点を持ち、ほとんど維持作業を必要とせず、多室工程ユニットにおける使用に非常に適している小型のシステムである。ＰＩＩＩ工程が長期に渡って既に公知であるとはいえ、現在まで半導体技術の注入工程において容認されるには至っていない。この理由とは、拡散エネルギー分布（エネルギー汚染）、不均質な線量分布および重金属または望ましからぬ種類のイオンによる標本の汚染である。広範囲のイオンビームの生成のための公知のイオン源は、高周波および電子サイクロトロン共鳴イオン源である。高周波イオン源（ＲＦイオン源）が使用される場合、作業圧は約１０^-3から１０^-2ｍｂａｒである。これらのイオン源は、それらが単純な構造上のデザインであり、消費されるパワーが少量である限り有利である。高周波は容量的にまたは誘導的に結合される。必要とされるプラズマが非常に清浄でなければならない場合、使用されるプラズマリアクタは石英ドームで構成されるであろう。石英ドームの使用は、高周波における結合、および均一に分布されるようにガスをプラズマチャンバに導入することをより困難にする。不均質なイオン分布とより高い作業圧という結果となるこれらの不都合を避けるため、多くの製造者はプラズマチャンバにおいて金属部品を使用する。その代わり、この金属部品の使用は、プロセスウェーハ上の金属汚染という結果となり、広範囲のイオン注入にはこの種のイオン源の使用は排除される。それゆえ伝統的な広範囲のＲＦイオン源は、イオンエッチングにのみ適する。エッチングの場合、汚染は表面に現れるが、半導体には注入されないので、それらは除去され得る。電子サイクロトロン共鳴イオン源（ＥＣＲイオン源）は、電子サイクロトロン共鳴のため、高周波プラズマ（１０¹⁰から１０¹¹ｃｍ^-3）よりも高いプラズマ密度（１０¹²から１０¹³ｃｍ^-3）を示す。それゆえ、これらの源は１０^-5から１０^-2 ｍｂａｒの範囲内のより低い加工圧力で作動する。ＥＣＲイオン源の１つの不都合は、磁界により引き起こされるイオンビームの発散である。ＲＦ源の場合のように、ＥＣＲイオン源が半導体の分野で使用される場合、汚染を減少させるために石英ドームが必要とされる。これはまた、均一に分布されるようにガスを導入すること、およびマイクロ波において結合させることをより困難にするという影響を有する。それゆえ、プラズマチャンバにおいて金属部品を使用する製造者もいる。ＥＣＲ源は伝統的な（質量分離を伴う）イオン注入およびエッチング工程に使用される。現在まで、今までに解決されていない汚染の問題および高磁界を考慮して、広範囲のイオン注入にそれらを使用することは不可能であった。加えて、ほとんどの場合ＥＣＲの状態はプラズマの境界においてのみ満たされるので、サイズが大きくなるにつれてプラズマの均質性が減少する。そのようなＥＣＲイオン源は、例えばＤＥ３７０８７１６Ａ１から公知である。更なる公知のイオン源はいわゆるカウフマンイオン源であるが、それは汚染の理由によって多くの使用の場合において適さない。カウフマンイオン源が使用される場合に生ずる顕著な問題とは、熱電子カソードの腐食およびスパッタリングである。従来技術において、いわゆるイオンオプティクスを利用するイオンビームユニットが公知である。しかしながら、今までに公知の広範囲のイオンビームのイオンオプティクスとは、プラズマからのイオンの抽出および加速に限定される。これらの公知のイオンオプティクスは、イオンビームの均質性を減ずることなく、そしてイオンビームに付加的な汚染源を導入することなく、広範囲のイオンビームを偏向させるために使用することはできない。今までに公知のグリッドまたは偏向手段は金属またはグラファイトで構成されているので、イオンビームスパッタリングは除去されるべき物質を生じ、その後半導体標本を汚染する。今までに使用されてきたグリッドに関して生ずる更なる問題は、グリッド構造の像がプロセスウェーハ上に形成されることである。抽出グリッドは、例えばＤＥ４３１５３４８Ａ１およびＤＥ３６０１６３２Ａ１に記述されている。従来技術において、注入ユニットは、標本と比較して細いイオンビームを生成するイオン源が設けられる場合において公知である。これらの公知の注入ユニットは、イオン源に加えて、質量分離、加速チューブ、偏向またはラスタユニットおよび注入チャンバを含む。これらの公知のイオン注入ユニットの質量分離ユニットは、２極によって画定され、その間にイオン源から放出される細いイオンビームが通過する真空ギャップを有するいわゆる分析磁石から構成される。磁石の影響により、イオンビームの分析は、イオンビーム中の特定のイオンが磁石により生成される影響のためより強くそれらの軌道から偏向され、その結果これらのイオンが分析区域に続いて配置される分離スロットを通過するのを妨げられるという方法で起こる。それゆえ、細いイオンビームは所望のイオンのみを含む。そのようなイオン注入ユニットは、例えばＥＰ０４０５８５５Ａ２およびＵＳ−Ａ −５，３９６，０７６において記述されている。これらの公知の注入ユニットの不都合は、これらの公知の注入ユニットにおいては、標本の複雑なラスタリングを省くことができるような広範囲のイオン注入を行うには適さないことである。更に、広範囲のイオンビームはこれらの公知の注入ユニットからは生成できず、結果的にこれらの注入ユニットは、そのような広範囲のイオンビームを偏向し、またはそのような広範囲のイオンビームの質量分離を行う可能性を提供するものではない。これらの公知のイオン注入ユニットの更なる不都合は、２つの磁極がその間を通過するイオンビームに影響を与えるために互いに対向する関係で設けられなければならない場合、それらは複雑な構造上のデザインを有するということである。加えて、所望のイオンビームを通過させるスロット構造は、分離ユニットの出力に設けられなければならない。生成ユニットの分離磁石は、数トンの重量を持ち、結果的にたとえば多室工程ユニット等の問題となるユニットの小型で現代的な構想は達成できない。この従来技術から始まって、本願発明の目的は、プロセスウェーハの汚染を確実に避けることができ、標本の広範囲のイオン注入を可能とし、プラズマがプロセスウェーハの直接上に配置される場合に生ずる不都合を確実に避ける場合のイオン源およびイオンビームユニットを提供することである。この目的は請求項１によるイオン源および請求項１１によるイオンビームユニットにより達成される。本願発明は、アノード、イオン源から放出されるイオンが向けられる標本と同じ物質から製造され、または前記標本を汚染しない物質から製造されるカソードを含み、更に前記アノードおよび前記カソードの間に配置される閉鎖されたプラズマチャンバであって、前記カソードはバーによって分離される並列のスロットを有するマルチスロット構造を含み、イオンが前記マルチスロット構造を通過することによって多帯域ビームが生成されるプラズマチャンバと、多帯域ビームを抽出加速するためにカソードまたはそれに続くマルチスロット構造に印加可能なイオンビームに対して直角に電界を生成するための電圧であって、前記電圧はバーが異なる極性を有するような方法で印加される電圧とを含む、標本への広範囲のイオン注入のためのイオン源を提供する。本願発明の利点は、この新種のイオンビームユニットは、汚染のないイオンビームを生成、抽出、偏向および加速させるために使用可能であり、生成、抽出、偏向および加速に関して必須であるイオン源およびイオンオプティクスの素子は、好ましい実施例によればシリコンで構成され、それゆえシリコン半導体技術の分野において非常に清浄な工程に適しているということである。また、本願発明は、本願発明によるイオンビームユニットの手段で、前述の公知の注入ユニットの欠点が減じられ、またはむしろ完全に排除されるかぎりにおいて、また高い処理量を有し、低い操作費用しか伴わない廉価で小型で集積可能なシステムが設けられるかぎりにおいて有利であり、前記システムは１０ｋｅＶより低いエネルギーで高い線量を注入するのに特に適している。別の利点は、例えばシリコンにより構成される新種のイオンオプティクスの手段で、イオンビームが汚染のない方法で、プロセスウェーハ上にグリッド構造の像が形成されることなく、抽出、加速および／または偏向されることが可能であるという事実により達成される。加えて、イオンビームの形状は、各々基板およびプロセスウェーハに調節されることが可能であり、この場合どの大きさでも可能である。それゆえ、本願発明によるイオン源は、例えばＬＣＤディスプレイ等の矩形の基板を加工するのにも適している。本願発明によるイオンビームユニットの更なる利点は、プラズマドーピングの利点を伝統的なイオン注入の利点と結合させることが今や可能であるという事実に見出される。低いエネルギーおよび高い線量でのますます高い処理量に関するイオン注入技術の分野において満たされるべき要件を満たす、現代的で効率的な半導体製造デバイスが設けられる。本願発明の更なる別の利点は、プラズマチャンバは例えば石英ガラスおよびシリコンによって完全に遮蔽されるので、非常に清浄なプラズマ、および結果的に汚染のないイオンビームが生成されるという事実によって達成される。加えて、電極が直接プラズマ上に配置され、プラズマチャンバを画定するので、最適な高周波結合が保証される。更なる別の利点は、非常に均質なプラズマが広範囲の場合においても生成され得るという事実に見出される。他のプラズマ源とは対照的に、並列板リアクタが使用された場合、範囲が増大するにつれて均質性が増す。更なる利点は、思い通りにイオンビームの形状が選択できるということであり、それゆえ加工される標本の形状に調節できることである。更に、シリコングリッドまたはスロットつきシリコングリッドの使用により、汚染のないプラズマからのイオンの減結合が保証される。いわゆるイオンビームのウォブリングまたは偏向により、プロセスウェーハ上のグリッドの像の形成が防げられる。本願発明の別の利点は、低廉な取得、維持および操作費用である廉価で小型で集積可能なシステムが設けられることにより達成される。更に、本願発明によるイオンビームユニットは、平坦なｐｎ接合が伝統的な注入ユニットにおいて生成される場合、低いイオンエネルギーがイオン電流の激減をもたらし、結果的に低い処理量となるのに対し、高い処理量と低廉な加工費用という利点をもたらす。本願発明の利点は、新しいイオン源の手段で、高い線量とともに非常に短い注入時間を達成することが可能であるという事実に存在する。本願発明によるイオンビームユニットの更に別の利点は、注入モジュールが例えば焼なましモジュールと結合された場合、１つのユニットにおける数種の工程ステップの遂行等の全く新しい技術的可能性をもたらす注入モジュールが設けられるという事実によって達成される。本願発明によるイオン源の更なる利点は、このイオン源は、（質量分離、偏向および集束ユニットなしで）標本上に直接加速され得る広範囲のイオンビームの使用が必要とされる場合に特に適しているという事実に見出される。また、本願発明によるイオンビームユニットは、今やプラズマドーピングの利点を伝統的なイオン注入の利点と結合させることが可能である限りにおいて有利である。低いエネルギーと高い線量でのますます高い処理量に関するイオン注入技術の分野において満たされるべき要件を満たす、現代的で効率的な半導体製造デバイスがもたらされる。本願発明の好ましい変形例によると、カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造が互いに平行に配置され交番電界が印加され得る板により画定される場合のイオン源が提供される。更なる変形例の１つによると、マルチスロットグリッド構造はカソードのマルチスロット構造またはそれに続く標本に面しているマルチスロット構造の端縁に配置され、前記マルチスロットグリッド構造はそのバーがイオンビームのビーム経路に位置するよう配置されている。これは重イオン（例えばＡｒ⁺）が軽イオン（例えばＢ⁺）から分離される場合に必要である。本願発明の更なる好ましい実施例は従属請求項において定義される。下記において、本願発明の好ましい実施例が添付の図面に基づいてより詳細に記述される。すなわち、図１は本願発明によるＲＦイオン源の第１の実施例を示し、図２はマルチスロットグリッド構造を示し、図３はマルチスロットグリッドくし歯構造を示し、図４はイオンオプティクスの手段でのイオンビームの偏向の概略図を示し、図５ａおよび図５ｂは本願発明によるイオンビームユニットの好ましい実施例を示し、図６は本願発明によるイオンビームユニットにおける集積された線量計測システムの好ましい実施例を示し、図７は従来技術によるＲＦプラズマ源を示し、図８ａは本願発明の更なる実施例に従って本願発明によるマルチプレートシステムの平面図を示し、図８ｂは図８ａのマルチプレートシステムの側面図を示し、図８ｃは図８ｂの側面図の拡大図を示す。本願発明の好ましい実施例を下記において詳細に記述する前に、まずエッチング工程に使用される伝統的なＲＦプラズマ源について図７に基づき簡単に記述する。図７において、伝統的なプラズマ源は一般的に参照番号７００によって示される。ＲＦプラズマ源は、アースに接続されるいわゆるシャワー電極７０２を含む。カウンタ電極は、加工される標本７０６が載置される標本ホルダ７０４により画定される。電極７０４およびシャワー電極７０２との間にいわゆるプラズマチャンバ７０８が設けられる。前記プラズマチャンバ７０８において、矢印７１０により示されるようにガスを前記プラスマチャンバ７０８に供給し、高周波電圧を標本ホルダ７０４に印加することにより、プラズマ７１２が生成される。図７において示されるＲＦプラズマ源は、非常に均質なプラズマを生成する簡単な方法を示す。これはシャワー電極７０２および電極７０４との間に高周波電圧Ｕ_HFを印加することにより達成される。この原理はしばしばエッチングモジュールにおいて利用され、エッチングされるシリコンウェーハ７０６は既に金属板電極７０４上に載置されている。プラズマ７１２はシリコンウェーハ７０６の上部に直接形成され、２つの板電極７０２（図７におけるシャワー電極）および７０４は金属で構成されるので、そのようなシステムにおいては、シリコンウェーハ表面上の放射線損傷および金属汚染が生じる。それゆえ、この種のプラズマ生成は、エッチング工程またはプラズマの補助による層蒸着にのみ使用され得る。図１に基づき、イオンオプティクスの第１の好ましい実施例が下記に詳細に記述され、前記イオンオプティクスは本願発明によるイオン源と協働する。下記における本願発明の記述において用いられる参照番号は、同様の素子を示すのに図面においても用いられるということに言及しておく。図１において、本願発明によるイオン源は一般的に参照番号１００によって示される。本願発明によるイオン源１００に加えて、イオン源１００から標本１０４に向かって放出されるイオンを抽出および／または偏向するために使用されるイオンオプティクス１０２等、イオンビームユニットのその他の素子もまた図１に示される。図１から分かるように、本願発明によるイオン源１００は、アースに接続されるアノード１０６および高周波電圧Ｕ_HFが印加されることが可能であるカソード１０８を含む。前記アノード１０６および前記カソード１０８との間にプラズマチャンバ１１０が設けられる。本願発明によるイオン源が作動している場合、図１における矢印１１２によって示されるように、イオン化されるガスがプラズマチャンバ１１０に導入される。プラズマチャンバ１１０へのガスの導入の形態を考慮して、アノード１０６もまたシャワー電極と呼ばれる。例えばアノードおよび壁面１２６との間のアニューラガス入口により、ガス入口をアノードから分離することも可能である。プラズマチャンバ１１０内でプラズマ１１４を生成するために、高電圧Ｕ_HFが、例えばグリッド電極として与えられるカソード１０８に印加される。本願発明によるイオン源の上記の記述から明らかであるように、このイオン源は、下記においてより詳細に記述され、決定的に重要である、付加物つきのいわゆる並列板リアクタを含む。本願発明によるアノードおよびカソード、すなわち電極１０６、１０８は、金属ではなく、標本１０４と同じ物質から構成される。図１に示される実施例によれば、電極１０６、１０８は半導体物質から構成され、最下部電極１０８は、例えばグリッドの形状で与えられるか、または適切な性質の多孔構造を有するか、または複数のスロットを有するシリコン小板から構成される。プラズマの生成に加えて、電極１０８はまたプラズマチャンバ１１０からのイオンの抽出をも可能にする。図１から分かるように、プラズマ１１４は標本１０４の直接上で燃焼せず、それと一定間隔を置いて配置される。グリッド電極１０８（またはスロットつき電極）を使用するため、並列板リアクタがイオン源となる。図１から分かるように、イオンオプティクス１０２は、イオン源１００および標本ホルダ１０６上に載置される標本１０４との間に配置される。イオンオプティクス１０２は、イオン源１００により生成され、標本１０４に向かって放出されるイオンを抽出し、偏向する抽出グリッド１１８およびイオン偏向手段１２０を含む。これは図１においてイオンビーム１２２によって示される。抽出電極１１８は、そこに抽出電圧Ｕ_EXを印加させるように調節される。電極１１８は例えばグリッドまたはスロットつき電極として与えられることが可能であることに言及しておく。イオンビーム１２２は偏向手段１２０の補助により偏向される。イオンオプティクス１０２の作動の形態は、下記により詳細に記述される。図１に示される本願発明による２つの主要な部品、すなわちイオン源１００およびイオンオプティクス１０２の結合は、イオンビームユニット１２４の１つの実施例を示す。しかしながら、イオン源１００の意図される使用によれば、イオンオプティクス１０２は完全にまたは部分的に省かれることが可能であることが指摘される。換言すれば、例えば図１に示される抽出グリッド１１８および例えばグリッドの形状で存在することが可能であるイオン偏向手段１２０は必ずしも設けられなければならないわけではない。なぜならば、一方で上部および下部電極１０６、１０８の間のプラズマ１１４において生成される電圧がイオンの抽出に用いられることが可能であり、また一方で、抽出の目的でグリッド電極１０８と標本ホルダ１１６との間に電圧が印加されることが可能であるからである。更に、各々の使用の場合によって、イオン源１００とともにイオンオプティクスの一部分のみが設けられることが可能である。例えば、イオン偏向手段１２０を省き、抽出グリッド１１８のみが設けられることが可能である。しかしながら、もし抽出電圧が前述の方法で生成された場合は、抽出グリッド１１８を省き、偏向手段１２０のみを設けることもまた可能である。前述のカソードの構造に加えて、カソード１０８もまたマルチスロット構造を有してもよい。図１に付加的に示されるように、プラズマチャンバ１１０は、アノード１０６またはカソード１０８のいずれによっても画定されない区域において非金属構造１２６により画定され、前記非金属構造１２６は、例えば石英構造である。下記において、前述のイオンオプティクス１０２は、図２から図４に基づいてより詳細に記述される。既に前述したように、今までに公知の広範囲のイオンビーム用のイオンオプティクスは、イオンの抽出およびイオンの加速にのみ使用され得る単金属またはグラファイトのグリッドである。これらのグリッドシステムは、それらがイオン注入に関して使用される限り、２つの決定的な不都合がある。第１にそれらは汚染源であり、第２にそれらは影を落とす、すなわちイオンビームが、注入が行われる標本上にグリッドの像を形成するということである。図１に基づいて既に簡単に記述したように、イオンオプティクス１０２は手段１１８、１２０を含み、それらの補助によりイオン源１００から標本１０４に向かって放出されるイオンが抽出および／または偏向される。所望の応用により、この場合、抽出のみまたは偏向のみまたは抽出および偏向が行われ得る。図２および図３は、使用されるグリッド構造２００および３００の好ましい実施例を示す。イオンオプティクス１０２（図１）は、抽出手段１１８およびイオン偏向手段１２０を含む。抽出手段はマルチスロットグリッド構造２００（図２）により画定される。グリッド構造２００は、固体周縁部２０２および前記周縁部２０２により保持される複数の導電バー２０４を含む。周縁部２０２は、複数の構造２００が互いに絶縁されるように配置されることが可能であるように、絶縁物質から製造されることが好ましい。更に、バー２０４に電圧が印加されることが可能であるように、グリッド構造２００には、図２には示されていない接続デバイスが設けられる。イオンオプティクス１０２のイオン偏向手段は、互いに絶縁される複数のマルチスロットグリッド構造により画定される。イオン偏向手段１２０のマルチスロットグリッド構造は、例えば図２に示される種類の複数の積載マルチスロットグリッド構造により形成されることが可能である。更なる実施例によれば、図３から分かるように、マルチスロットグリッド構造はくし歯構造として与えられる。図３において示されるマルチスロットグリッド構造３００は、構造３００の外周の一部の周囲に延びる周縁部３０２を含む。バー３０４は前記周縁部３０２から延び、前記バー３０４は、互いに一定間隔が置かれ、前記周縁部に接続されている。バーは、適当なデバイスの手段で電圧源（示されない）に接続されることが可能である。図３に示される種類のグリッド構造が用いられる場合、イオン偏向手段１２０は、複数のマルチスロットグリッドくし歯構造を含み、それは（バー３０４の形状である）くし歯構造が交互配置されるように設けられる。本願発明によれば、イオンオプティクスの必須の素子は、イオンビーム１２０の抽出および／または偏向に使用され、標本１０４と同じ物質から構成される。例えばシリコンから構成されるマルチスロットイオンオプティクスの使用は、シリコン標本が処理される場合、イオンオプティクス１２０がプロセスウェーハまたは標本１０４に対する汚染源を構成しないという利点がある。なぜなら、それら両方とも同じ物質から構成されるからである。イオンビームによりスパッタされる物質は、例えばシリコンである。マルチスロットシステムが使用される場合、イオンは抽出され、加速され、および／または偏向され得る。この目的で、２つの積載され、互いに絶縁されたマルチスロットディスク２００または２つの交互配置されたくし歯構造３００が使用され、それによって電界がイオンビームの方向に垂直に生成されることが可能であり、それゆえ広範囲のイオンビームがその均質性が損なわれることなく偏向されることが可能である。これは、交互配置されたくし歯構造３００および積載された平坦なスロットつきのグリッド２００を各々通過する陽イオンビーム１２０が示される図４から明確に理解される。極性を示すことにより単純な形で示されているイオンビームの方向に直角な電界の生成のため、イオンビームは矢印４００により示されるように偏向される。すなわち、イオンオプティクスは広範囲ビームのウォブリング手段の一種、すなわち本件においては、シリコンプロセスウェーハ１０４上のグリッド構造２００および３００（抽出グリッド、加速グリッド）の像の形成を簡単な方法で防ぐ、例えばシリコンの広範囲ビームのウォブリング手段を示す。前述のイオンオプティクスの１つの利点は、熱膨張に感応しないこと、および結果的に機械的ストレスが生じず、調節不良が避けられることである。別の利点は構造２００および３００各々の簡単な製造であり、それは、組み立てられた後、所定の厚みの適切なディスクを得るために、ダイヤモンドソーにより切断される。下記において、図５ａおよび図５ｂを参照しながら、本願発明によるイオンビームユニット１２４の更なる好ましい実施例が記述される。先行の図面に基づいて既に記述された素子は、図５においても同じ参照番号で示され、書換えの記述は省く。図５に示される実施例によれば、図５において示されるイオンビームユニット１２４において、シリコンアノード１０６およびスロットつきシリコンカソード１０８との間の区域にプラズマ１１４が形成され、プラズマチャンバ１１０は石英リング１２６により外部に対して遮蔽される。それゆえ、プラズマ１１４はシリコンまたは石英の表面とのみ接触し、これは金属汚染を防ぐ。シリコン抽出グリッド１１８に負の外部直流電圧を印加することにより、加工されるウェーハ１０４上に陽プラズマイオンが抽出され、加速される。シリコンイオンオプティクス１２０によりビームは偏向され、また例えば示されていない付加的なピンホール孔により集束およびデフォーカスされることが可能である。シリコンアノード１０６は、シャワーアノードとも呼ばれるが、金属ホルダ５０２および石英リングホルダ５０４を含み、前記アノード１０６、前記金属ホルダ５０２および前記石英リングホルダ５０４は、閉鎖されたガス配気チャンバ５０６を画定する。金属ホルダ５０２および石英リングホルダ５０４の間の接続ポイントにおいて、適切な封止素子５０８が配置され、それによりガス配気チャンバ５０６が封止される。ガス入口５１０を介して、ガスはガス供給源５１２からガス配気チャンバ５０６へと導入される。ガス配気チャンバ５０６は、最適なガスの配気を保証し、それはまたプラズマ１１４が完全に金属部品から隔離されることが保証されるように、金属ホルダおよびシリコンアノード１０６が物理的に分離されることを確実にする。図５から分かるように、アノード１０６は金属ホルダ５０２にタングステンスプリング５１４によって固着され、それは石英リングホルダ５０４の突起５１６に向かってスプリングが配設される。ガスは、ガス配気チャンバ５０６からプラズマチャンバ５１０へとシリコンウェーハ１０６中または突起５１６およびシリコンウェーハ１０６の間に均等に設けられた複数の孔によって導入される。金属ホルダ５０２およびシリコンアノード１０６は共に接地されている。金属ホルダ５０２は、入水口５１８および出水口５２０に接続され、それによって前記金属ホルダ５０２が水によって冷却される。シリコンカソードの配置は、ガラスリング５２２上を占めており、それは基板および電気的絶縁として働く。更に、シリコンリングが設けられ、それはアルミニウム接触リング５２６および５２７をプラズマチャンバ１１０から絶縁する。図５ｂから分かるように、アルミニウム接触リング５２６は、各々の電圧を電極１０８および１１８に印加するよう働く。電極１０８および１１８間の短絡を避けるため、これらの電極はテフロンリング５２８により互いに絶縁される。図５から分かるように、アノード構造は石英ガラスリングの壁面１２６を介してカソード構造に接続され、プラスマチャンバ１１０は、アノード構造が固着されている場合、テフロン封止部５３０および石英ガラスリングの壁面１２６とともに石英リングホルダ５０４により外部に向かって完全に封止されている。必要な高周波電圧がアルミニウム接触部５２６を介してシリコンカソード１０８に印加される。生成されるイオンビーム１２２は、既に記述したように、イオンオプティクス１２０によって偏向またはウォブリングされ、その結果グリッド構造の像がシリコンウェーハ１０４上に形成されることがない。加えて、イオンビームが僅かに広げられ、または集束されるようにピンホール孔が設けられることが可能であり、前記ピンホール孔は図５には示されていない。図面に示されていない更なるスロットつきグリッドおよび標本ホルダ１１６各々への電圧の印加によって、加速電圧が抽出電圧から減結合され、広い範囲から自由に選択できるように所望のイオンビームのエネルギーが確立される。この実施例において、標本ホルダ１１６はスパッタリングによる汚染を避けるためシリコンで被覆されている。今までに記述した配置は、真空カバー５３４とともに水で冷却された壁面５３２を有する真空ハウジング中に設けられる。壁面には、観察窓、電圧および計測ブッシングとして使用可能なフランジ５３６が設けられる。ハウジングの底面５３８は、間に孔部５４２が形成される２つのフランジ５４０を含み、前記フランジ５４０は、ハウジングが真空ポンプに接続されることを可能にする。ハウジングの壁面５３２の１つの上には、加工されるウェーハにイオンビームユニットをチャージするためのロボット手段５４６の使用を可能にする真空バルブ５４４が設けられる。イオン源はガラスリング５２２の手段で適当な固定素子５４８を介して壁面５３２に固着される。また、標本ホルダ１１６は、絶縁サスペンション５５０の手段でハウジングの壁面５３２に固着される。標本ホルダ１１６は、その中に複数のファラデーコレクタ５５２が集積される。これらのコレクタ５５２の手段で、加工作業中のイオンビームのイオン電流および均質性が計測され得る。加工時間中イオン電流を統合することにより、イオン線量が決定されることが可能であり、それはイオン注入加工において重要な特徴的量である。下記において、線量計測ユニットが、図６に基づいてより詳細に記述される。既に先行の図面に基づいて記述された素子は図６において同じ参照番号で示され、これらの素子の詳細な記述は省かれている。集積された線量計測は、図６から分かるように、プロセスウェーハホルダ１１６に配置される複数のファラデーコレクタ５５２の手段で実行される。これらのファラデーコレクタは、加工中または個々の工程ステップの間に、イオンビームのイオン電流および均質性を計測するのに使用される。加工時間中にイオン電流を統合することにより、イオン線量が決定され、それはイオン注入工程において重要な特徴的量である。図６から分かるように、個々のファラデーコレクタ５５２は、ライン６０２を介してホルダ１１６内に配置される計測アンプ６０４に接続される。計測アンプは、線量計測ユニット６１０に、データライン６０６およびエネルギーライン６０８を介して接続される。線量計測ユニットは、制御部、線量表示部およびパワー供給ユニットを含み、それは計測電流アンプおよび制御コンピュータ６１２のインターフェースをもたらす。制御コンピュータ６１２は、線量計測デバイスを制御するために使用され、加えて図５に示されるイオンビームユニットの制御にも使用される。図６から分かるように、計測アンプおよび線量計測デバイス間の接続は、ライン６０６および６０８の手段で確立され、それらのラインは、ウェーハホルダ１１６を壁面５３２に固着させるサスペンション５５０中の絶縁されたブッシングを通して導かれる。ウェーハホルダ１１６の内部は、ハウジング５３２の内部を満たす真空から絶縁される。図６に示される電流インテグレータは、複数のファラデーコレクタ５５２および各々のファラデーコレクタにおける１つ以上のアンプユニット６０４から構成され、前記アンプユニットは、高電圧電位にあり、両方の部品は、ホルダ１１６内で集積されている。既に記述したように、線量計測デバイスおよびコンピュータが設けられる。アンプ信号は、光学導波管を介して線量計測デバイスに伝えられ、線量制御部においては信号は加工時間中に統合され、線量に変換される。前もって設定された線量が達せられたとき、注入工程は制御コンピュータ６１２を介して制御部により切断される。線量制御は、手動または制御コンピュータ６１２を介して設定されることが可能である。複数のコレクタが注入表面の境界に対照的に配置されるので、均質性の計測値は、工程中の個々の計測された計測値の偏差値を介して得られる。ウェーハが交換された場合、すなわちロボット５４６（図５）がウェーハ１０４を取り除き、新しいウェーハを持ってきた場合、正確な均質性の決定は、加工中シリコンウェーハによって被覆される１つまたは複数の更なるコレクタの補助で、ウェーハがホルダ上に保持される位置で直接実行されることが可能である。上記の線量計測システムの利点は、線量の計測がシリコンウェーハの位置で直接行われ、またビームの均質性の計測が、機械で移動する部品を使用することなくウェーハがホルダ上に保持される位置で直接実行されるという事実に見出される。計測信号はコレクタ５５２の後で直接増幅され、それから後でのみ線量制御部に導かれるので、記述される線量計測システムは、高度に干渉に耐久性がある。また、当該システムは、ファラデーコレクタおよびアンプが線量制御部から直流的に分離され、それゆえ異なった電位であり得るかぎり有利である。これは、ファラデーコレクタが２０ｋＶであり、制御部が接地電位である場合でさえ、線量の計測を可能にする。本願発明の好ましい実施例の上記の記述において言及された標本は、シリコンで構成されていることが好ましいが、記述されたシリコンの代わりに、例えば砒化ガリウムまたはゲルマニウム等の他の物質で構成された標本を用いることもまた可能であることが指摘される。処理されるプロセスウェーハの汚染を避けるため、イオン源およびイオンビームユニットの上述の素子は、この場合、加工される標本と同じ物質、またはＳｉＣ標本の場合のＳｉまたはＣ等の標本を汚染しない物質で構成される。下記において、広範囲のイオンビームの簡単な質量分離のための多帯域ビームシステムの部品の実施例が図８に基づいて示される。図８ａにおいて、互いに平行に配列される複数の板８０４とともにアルミニウム接触リング８０２を含むマルチスロット構造８００が示される。板８０４はその反対側の端縁においてアルミニウム接触リング８０２に接続される。板８０４は、交番電界が個々の板の間に印加されることが可能であるように、それ自体も導電材料から生成されるか、または導電層（示されない）で被覆されるかのいずれかである。汚染を防ぐため、板の材料は、可能であるならば、注入される標本の材料に相当するか、または板がこの材料で被覆されるべきである。図８ｂにおいて、マルチプレートシステム８００の側面図が示される。図８ｂから分かるように、本願発明の好ましい実施例によると、マルチプレートシステム８００は第１の従属部品８００ａおよび第２の従属部品８００ｂにより画定される。従属部品８００ａおよび８００ｂは、絶縁体８０６により互いに絶縁される。また、絶縁体８０６は、部品８００ａおよび８００ｂ間に所定の間隔を調節するよう働く。好ましい実施例によると、絶縁体またはスペーサ８０６はテフロンから生成されることが可能である。図８ｂから分かるように、従属部品８００ａおよび８００ｂは、アルミニウム接触リング８０２ａおよび８０２ｂを含む。しかしながら、この関係において、アルミニウム接触リングは絶対的に使用されなければならないわけではないということに言及する。また、その他の導電材料が使用されることも可能である。更に、接触構造８０２ａおよび８０２ｂは、全体的または部分的に導電層で被覆される非導電材料から製造されることも可能である。接触リング８０２ａおよび８０２ｂは、その上に個々の板８０４ａおよび８０４ｂが配置される。前述のように、板８０４ａおよび８０４ｂは、導電材料または導電層で被覆された非導電材料のいずれかにより構成されることが可能である。従属部品８００ａおよび８００ｂは、板が互いに平行に配置され、接触リングから同じ方向に延びるように与えられる。これは、図８ｂにおいて示される従属部品８００ａおよび８００ｂのくし歯構造という結果になる。従属部品８００ａおよび８００ｂは、第１の従属部品８００ａの板８０４ａが第２の従属部品８００ｂの板８０４ｂの間に挿入されて、今や隣接している板８０４ａおよび８０４ｂの間に所定の間隔が置かれるような方法で、互いの近傍に配置される。多帯域ビーム８０８は、イオン源から放出され、配置８００内に入り、個々のサブビーム８０８ａは２つの従属部品８００ｂおよび８００ａの平行板８０４ｂおよび８０４ａの間を通過し、板８０４ａおよび８０４ｂが互いに関して対向する関係で延びる区域において、前記サブビームは、配置８００の出口において、標本に向けられる濾過された広範囲のビーム８１０が得られるように、ユニット８００に印加される交番磁界によって影響される。板８０４ａおよび８０４ｂの間の交番磁界は、第１の従属部品８００ａの接続８１２ａおよび第２の従属部品８００ｂの接続８１２ｂへ交流電圧を印加することによって生成される。図８ｂで示される配置８００のくし歯様構造は、本願発明の好ましい実施例のみを示す。その他の実施例もまた可能であることを指摘する。電圧が印加される２つの従属部品８００ａおよび８００ｂは、例えば、１つの部品のみに置きかえられることが可能である。この場合、電圧を印加するための２つの接続が設けられなければならない。そのような配置の手段で質量分離を行うために、前記配置の板は、交流電圧を印加するために、ある場合には第１の接続に、その他の場合は第２の接続に交互に接続されること、および隣接する板は、前記板間の必要な交番磁界を生成するために互いに絶縁されることが必要であろう。下記において、本願発明の根底にある機能上の原理が、配置８００の詳細の拡大図を示す図８ｃに基づいてより詳細に説明される。図８ｃにおいて、第１の従属部品８００ａの板８０４ａおよび第２の従属部品８００ｂの板８０４ｂが示され、前記板はそこに交番電界が印加される。多帯域ビーム８０８のイオンビームは、板８０４ａおよび８０４ｂ間に入り、前記板８０４ａおよび８０４ｂ間を通過し、そうするうちに、交番電界によって影響され、結果として板８０４ａおよび８０４ｂの出口において濾過されたイオンビーム８１０が現れる。図８ｂおよび図８ｃで示される実施例において、板８０４ａおよび８０４ｂは、イオンビームによって作用を受けるシリコン標本が板から漏れ出る粒子によって汚染されることを防ぐために、シリコンから製造される。図８ｃで示される方法で、単帯域またはイオンビーム８１４が、互いに絶縁される板８０４ａおよび８０４ｂ間を通過する場合、この帯域またはイオンビーム８１４は、板８０４ａおよび８０４ｂ間に印加される交番電界によって電波経路上に押しやられることが可能である。これはまたウォブリングとも呼ばれる。帯域またはイオンビームの偏向の振幅Ｙは、下記の数式で表されるように、交流電圧の周波数ｆ、板間の間隔ｄ、交流電圧の振幅Ｕ₀、およびイオンの質量ｍならびに電荷ｑに依存する。印加される交流電圧のため、図８ｃから分かるように、より軽いイオン８１６、例えばＨ⁺は、より重いイオン８１８、例えばＰ⁺よりも強く偏向される。板間の間隔ｄが、軽イオンの偏向よりも小さいが重イオンの偏向よりも大きくなるように選択された場合、板８０４ａおよび８０４ｂとの衝突のため、軽イオンは重イオンから分離される。この方法で、例えばプラズマガスとしてＰＨ₃を使用すること、および本願発明によるマルチプレートシステムの手段で水素だけを濾過することが可能である。本願発明の更なる好ましい実施例によれば、スロットつきグリッド８２０はマルチプレートシステムの出口、すなわち標本に面しているマルチプレートシステムの端縁に配置されることが可能である。参照番号８２０は図８ｃにおいてたとえばシリコンから製造されるマルチスロットグリッドのバーを示す。マルチプレートシステムの出口においてシリコンマルチスロットグリッドを設けること、および予め画定されるバーの幅を与えることにより、Ａｒ⁺などのしばしばキャリヤガスとして使用されるより重イオンもまた、参照番号８１８で図８ｃに示されるように、Ｂ⁺またはＰ⁺などのより軽イオンから分離されることが可能である。質量分離に加えて、本願発明によるマルチプレートシステムは、１つのマルチスロットグリッドのみから構成される構造が使用される場合とは対照的に、グリッドの像の形成を避けるために行われるウォブリングがより低いウォブリング電圧で実行されることが可能であるという更なる利点をもたらす。なぜなら、自らの軌道にそって移動するイオンが、より長時間飛行の方向への横電界にさらされるからである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１２月１８日【補正内容】イオンの広範囲注入のためのデバイス明細書本願発明は、特許請求項１の属概念の節によるイオン注入ユニット用のイオンの広範囲注入のためのデバイスに関する。イオン源は、広範囲の均質なイオンビームが必要な分野において技術的に使用される。これはたとえば半導体のドーピングのための広範囲のイオン注入、表面硬化のためのトライボロジーおよびイオンビームに補助されるコーティングの分野における場合である。属概念の節によるデバイスは、ＪＰ−Ａ−２−２００１８から公知である。高密度に集積されたマイクロエレクトロニクスのイオン注入の分野において、より広い注入表面とより小さいイオンエネルギーとの組み合わせが求められる傾向がある。回路毎に１０⁷の部品を超える最大集積化では、ｐｎ接合の深さの減縮が必要とされる。ＣＭＯＳ技術において、たとえば１００ｎｍより小さい深さを有する移しい数のｐｎ接合がドルーンとソースに必要である。ますます平坦なｐｎ接合の製造には、特にｐ⁺区域へのボロンの注入の場合に大きな技術的困難を伴う。この関係において、イオン注入により満たされなければならない要件、たとえば明らかに３０ｋｅＶを下回る低いイオンエネルギー、高いイオン電流および高い処理量、注入範囲が広く均質性が高い平行ビーム等が、現在入手可能な商業上のユニットでは満たされていない。将来の半導体製造デバイスのための更なる性能の特徴とは、いわゆる多室工程ユニットにおける集積可能性であり、それはまたクラスタシステムとも呼ばれる。その間にイオン源から放出される細いイオンビームが通過する真空ギャップを有するいわゆる分析磁石から構成される。磁石の影響により、イオンビームの分析は、イオンビーム中の特定のイオンが磁石により生成される影響のためより強くそれらの軌道から偏向され、その結果これらのイオンが分析区域に続いて配置される分離スロットを通過するのを妨げられるという方法で起こる。それゆえ、細いイオンビームは所望のイオンのみを含む。そのようなイオン注入ユニットは、例えばＥＰ０４０５８５５Ａ２およびＵＳ−Ａ−５，３９６，０７６において記述されている。これらの公知の注入ユニットの不都合は、これらの公知の注入ユニットにおいては、標本の複雑なラスタリングを省くことができるような広範囲のイオン注入を行うには適さないことである。更に、広範囲のイオンビームはこれらの公知の注入ユニットからは生成できず、結果的にこれらの注入ユニットは、そのような広範囲のイオンビームを偏向し、またはそのような広範囲のイオンビームの質量分離を行う可能性を提供するものではない。これらの公知のイオン注入ユニットの更なる不都合は、２つの磁極がその間を通過するイオンビームに影響を与えるために互いに対向する関係で設けられなければならない場合、それらは複雑な構造上のデザインを有するということである。加えて、所望のイオンビームを通過させるスロット構造は、分離ユニットの出力に設けられなければならない。生成ユニットの分離磁石は、数トンの重量を持ち、結果的にたとえば多室工程ユニット等の問題となるユニットの小型で現代的な構想は達成できない。この従来技術から始まって、本願発明の目的は、プロセスウェーハの汚染を確実に避けることができ、標本の広範囲のイオン注入を可能とし、プラズマがプロセスウェーハの直接上に配置される場合に生ずる不都合を確実に避ける場合のイオンの広範囲注入のためのデバイスおよびイオンビームユニットを提供することである。この目的は請求項１によるデバイスおよび請求項１１によるイオンビームユニットにより達成される。本願発明は、アノード、イオン源から放出されるイオンが向けられる標本と同じ物質から製造され、または前記標本を汚染しない物質から製造されるカソードを含み、更に前記アノードおよび前記カソードの間に配置される閉鎖されたプラズマチャンバであって、前記カソードはバーによって分離される並列のスロットを有するマルチスロット構造を含み、イオンが前記マルチスロット構造を通過することによって多帯域ビームが生成されるプラズマチャンバと、多帯域ビームを抽出加速するためにカソードまたはそれに続くマルチスロット構造に印加可能なイオンビームに対して直角に電界を生成するための電圧であって、前記電圧はバーが異なる極性を有するような方法で印加される電圧とを含む、標本への広範囲のイオン注入のためのデバイスを提供する。本願発明の利点は、この新種のイオンビームユニットは、汚染のないイオンビームを生成、抽出、偏向および加速させるために使用可能であり、生成、抽出、偏向および加速に関して必須である下記の記述ではイオン源とも呼ばれるイオンの広範囲注入のためのデバイスおよびイオンオプティクスの素子は、好ましい実施例によればシリコンで構成され、それゆえシリコン半導体技術の分野において非常に清浄な工程に適しているということである。また、本願発明は、本願発明によるイオンビームユニットの手段で、前述の公知の注入ユニットの欠点が減じられ、またはむしろ完全に排除されるかぎりにおいて、また高い処理量を有し、低い操作費用しか伴わない廉価で小型で集積可能なシステムが設けられるかぎりにおいて有利であり、前記システムは１０ｋｅＶより低いエネルギーで高い線量を注入するのに特に適している。別の利点は、例えばシリコンにより構成される新種のイオンオプティクスの手段で、イオンビームが汚染のない方法で、プロセスウェーハ上にグリッド構造の像が形成されることなく、抽出、加速および／または偏向されることが可能であるという事実により達成される。加えて、イオンビームの形状は、各々基板およびプロセスウェーハに調節されることが可能であり、この場合どの大きさでも可能である。それゆえ、本願発明によるデバイスは、例えばＬＣＤディスプレイ等の矩形の基板を加工するのにも適している。本願発明によるイオンビームユニットの更なる利点は、プラズマドーピングの利点を伝統的なイオン注入の利点と結合させることが今や可能であるという事実に見出される。低いエネルギーおよび高い線量でのますます高い処理量に関するイオン注入技術の分野において満たされるべき要件を満たす、現代的で効率的な半導体製造デバイスが設けられる。本願発明の更なる別の利点は、プラズマチャンバは例えば石英ガラスおよびシリコンによって完全に遮蔽されるので、非常に清浄なプラズマ、および結果的に汚染のないイオンビームが生成されるという事実によって達成される。加えて、電極が直接プラズマ上に配置され、プラズマチャンバを画定するので、最適な高周波結合が保証される。更なる別の利点は、非常に均質なプラズマが広範囲の場合においても生成され得るという事実に見出される。他のプラズマ源とは対照的に、並列板リアクタが使用された場合、範囲が増大するにつれて均質性が増す。更なる利点は、思い通りにイオンビームの形状が選択できるということであり、それゆえ加工される標本の形状に調節できることである。更に、シリコングリッドまたはスロットつきシリコングリッドの使用により、汚染のないプラズマからのイオンの減結合が保証される。いわゆるイオンビームのウォブリングまたは偏向により、プロセスウェーハ上のグリッドの像の形成が防げられる。本願発明の別の利点は、低廉な取得、維持および操作費用である廉価で小型で集積可能なシステムが設けられることにより達成される。更に、本願発明によるイオンビームユニットは、平坦なｐｎ接合が伝統的な注入ユニットにおいて生成される場合、低いイオンエネルギーがイオン電流の激減をもたらし、結果的に低い処理量となるのに対し、高い処理量と低廉な加工費用という利点をもたらす。本願発明の利点は、新しいデバイスの手段で、高い線量とともに非常に短い注入時間を達成することが可能であるという事実に存在する。本願発明によるイオンビームユニットの更に別の利点は、注入モジュールが例えば焼なましモジュールと結合された場合、１つのユニットにおける数種の工程ステップの遂行等の全く新しい技術的可能性をもたらす注入モジュールが設けられるという事実によって達成される。本願発明によるデバイスの更なる利点は、このデバイスは、（質量分離、偏向および集束ユニットなしで）標本上に直接加速され得る広範囲のイオンビームの使用が必要とされる場合に特に適しているという事実に見出される。また、本願発明によるイオンビームユニットは、今やプラズマドーピングの利点を伝統的なイオン注入の利点と結合させることが可能である限りにおいて有利である。低いエネルギーと高い線量でのますます高い処理量に関するイオン注入技術の分野において満たされるべき要件を満たす、現代的で効率的な半導体製造デバイスがもたらされる。本願発明の好ましい変形例によると、カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造が互いに平行に配置され交番電界が印加され得る板により仕切られる場合のデバイスが提供される。更なる変形例の１つによると、マルチスロットグリッド構造はカソードのマルチスロット構造またはそれに続く標本に面しているマルチスロット構造の端縁に配置され、前記マルチスロットグリッド構造はそのバーがイオンビームのビーム経路に位置するよう配置されている。これは重イオン（例えばＡｒ⁺）が軽イオン（例えばＢ⁺）から分離される場合に必要である。本願発明の更なる好ましい実施例は従属請求項において定義される。下記において、本願発明の好ましい実施例が添付の図面に基づいてより詳細に記述される。すなわち、図１は本願発明によるイオンの広範囲注入のためのデバイスの第１の実施例を示し、図２はマルチスロットグリッド構造を示し、図３はマルチスロットグリッドくし歯構造を示し、図４はイオンオプティクスの手段でのイオンビームの偏向の概略図を示し、図５ａおよび図５ｂは本願発明によるイオンビームユニットの好ましい実施例を示し、図６は本願発明によるイオンビームユニットにおける集積された線量計測システムの好ましい実施例を示し、図７は従来技術によるＨＦプラズマ源を示し、図８ａは本願発明の更なる実施例に従って本願発明によるマルチプレートシステムの平面図を示し、図８ｂは図８ａのマルチプレートシステムの側面図を示し、図８ｃは図８ｂの側面図の拡大図を示す。本願発明の好ましい実施例を下記において詳細に記述する前に、まずエッチング工程に使用される伝統的なＨＦプラズマ源について図７に基づき簡単に記述する。この伝統的なＨＦプラズマ源はたとえばＪＰ−Ａ−２−２００１８から公知である。図７において、伝統的なプラズマ源は一般的に参照番号７００によって示される。ＨＦプラズマ源は、アースに接続されるいわゆるシャワー電極７０２を含む。カウンタ電極は、加工される標本７０６が載置される標本ホルダ７０４により画定される。電極７０４およびシャワー電極７０２との間にいわゆるプラズマチャンバ７０８が設けられる。前記プラズマチャンバ７０８において、矢印７１０により示されるようにガスを前記プラスマチャンバ７０８に供給し、高周波電圧を標本ホルダ７０４に印加することにより、プラズマ７１２が生成される。図７において示されるＨＦプラズマ源は、非常に均質なプラズマを生成する簡単な方法を示す。これはシャワー電極７０２および電極７０４との間に高周波電圧Ｕ_HFを印加することにより達成される。この原理はしばしばエッチングモジュールにおいて利用され、エッチングされるシリコンウェーハ７０６は既に金属板電極７０４上に載置されている。プラズマ７１２はシリコンウェーハ７０６の上部に直接形成され、２つの板電極７０２（図７におけるシャワー電極）および７０４は金属で構成されるので、そのようなシステムにおいては、シリコンウェーハ表面上の放射線損傷および金属汚染が生じる。それゆえ、この種のプラズマ生成は、エッチング工程またはプラズマの補助による層蒸着にのみ使用され得る。図１に基づき、イオンオプティクスの第１の好ましい実施例が下記に詳細に記述され、前記イオンオプティクスは本願発明によるデバイスと協働する。下記における本願発明の記述において用いられる参照番号は、同様の素子を示すのに図面においても用いられるということに言及しておく。図１において、本願発明によるデバイスまたはイオン源は一般的に参照番号１００によって示される。本願発明によるイオン源１００に加えて、イオン源１００から標本１０４に向かって放出されるイオンを抽出および／または偏向するために使用されるイオンオプティクス１０２等、イオンビームユニットのその他の素子もまた図１に示される。図１から分かるように、本願発明によるイオン源１００は、アースに接続されるアノード１０６および高周波電圧Ｕ_HFが印加されることが可能であるカソード１０８を含む。前記アノード１０６および前記カソード１０８との間にプラズマチャンバ１１０が設けられる。本願発明によるイオン源が作動している場合、図１における矢印１１２によって示されるように、イオン化されるガスがプラズマチャンバ１１０に導入される。プラズマチャンバ１１０へのガスの導入の形態を考慮して、請求の範囲１．アノード（１０６）、それに向かってイオン源（１００）からイオンが放出される標本（１０４）と同じ物質から製造され、またはこの物質で被覆され、または前記標本（１０４）を汚染しない物質から製造されるカソード（１０８）、および前記アノード（１０６）および前記カソード（１０８）間に配置されるプラズマチャンバ（１１０）を含む、標本（１０４）への広範囲のイオン注入のためのデバイスにおいて、プラズマチャンバは閉鎖されており、カソード（１０８）はバーによって分離される並列されたスロットつきのマルチスロット構造を含み、イオンが前記マルチスロット構造を通過することにより多帯域ビームが生成され、さらにイオンビームに対して直角に電界を生成するための電圧は、多帯域ビームを抽出し、加速するためにカソードまたはそれに続くマルチスロット構造に印加可能であり、前記電圧はバーが異なった極性を有するような方法で印加されることを特徴とする、デバイス。２．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、互いに絶縁された複数のマルチスロットグリッド構造（２００；３００）により画定されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。３．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、複数の積載されたマルチスロットグリッド構造（２００）により画定されることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。４．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、くし歯構造（３００）を有する複数のマルチスロットグリッド構造を含み、前記マルチスロットグリッドくし歯構造（３００）は交互配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。５．少なくとも反応ガスの場合、アノード（１０６）もまた標本（１０４）と同じ物質から製造され、または標本（１０４）を汚染しない物質から製造されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のデバイス。６．プラズマチャンバ（１１０）がアノード（１０６）またはカソード（１０８）のいずれによっても画定されない区域において、前記プラズマチャンバ（１１０）は、たとえば石英構造のような非金属構造（１２６）により画定され、それによって付加的な誘電高周波結合が可能となることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のデバイス。７．ガス配気チャンバ（５０６）に有効に接続され、前記ガス配気チャンバ（５０６）はアノード（１０６）によりプラズマチャンバ（１１０）から分離されている、ガス入口（５１０）によって特徴付けられる、請求項１ないし６のいずれかに記載のデバイス。８．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、互いに平行に配置され、交番電界を生成するために交流電圧が印加されることが可能である板（８０４；８０４ａ，８０４ｂ）により画定され、それによって軽イオンが多帯域ビームから濾過されることが可能であることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のデバイス。９．カソードのマルチスロット構造またはそれに続く標本に面するマルチスロット構造の端縁に配置されるマルチスロットグリッド構造であり、前記マルチスロットグリッド構造はそのバー（８２０）がイオンビーム（８１４）のビーム経路に設けられる方法で配置され、それによってより軽いイオンおよびより重いイオンが多帯域ビームにおける所望のイオンから分離されることが可能である、マルチスロットグリッド構造によって特徴付けられる、請求項８に記載のデバイス。１０．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、くし歯構造（８０４ａ，８０４ｂ）を有する複数のマルチスロットグリッド構造を含み、前記マルチスロットグリッドくし歯構造（８００ａ，８０４ｂ）は交互配置されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のデバイス。１１．請求項１ないし１０のいずれかに記載のデバイス（１００）を含む、イオンビームユニット。１２．標本（１０４）を載置するための標本ホルダ（１１６）によって特徴付けられる、請求項１１に記載のイオンビームユニット。１３．イオン源（１００）によって放出されるイオンビーム（１２２）の線量および前記イオンビーム（１２２）の均質性を計測するための線量計測ユニット（５５２，６０４，６１０）によって特徴付けられる、請求項１１または１２に記載のイオンビームユニット。１４．線量計測ユニットはファラデーコレクタ（５５２）を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のイオンビームユニット。１５．線量計測ユニットは標本ホルダ（１１６）中に集積されており、さらにその場の線量および均質性計測が実行され得ることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のイオンビームユニット。１６．標本（１０４）はシリコンで構成されることを特徴とする、請求項１１ないし１５のいずれかに記載のイオンビームユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ (31)優先権主張番号１９６１８７３４．６ (32)優先日 1996年５月９日 (33)優先権主張国ドイツ（ＤＥ） (31)優先権主張番号１９７００８５６．９ (32)優先日 1997年１月13日 (33)優先権主張国ドイツ（ＤＥ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．アノード（１０６）、それに向かってイオン源（１００）からイオンが放出される標本（１０４）と同じ物質から製造され、またはこの物質で被覆され、または前記標本（１０４）を汚染しない物質から製造されるカソード（１０８）、および前記アノード（１０６）および前記カソード（１０８）間に配置されるプラズマチャンバ（１１０）を含む、標本（１０４）への広範囲のイオン注入のためのイオン源において、プラズマチャンバは閉鎖されており、カソード（１０８）はバーによって分離される並列されたスロットつきのマルチスロット構造を含み、イオンが前記マルチスロット構造を通過することにより多帯域ビームが生成され、さらにイオンビームに対して直角に電界を生成するための電圧は、多帯域ビームを抽出し、加速するためにカソードまたはそれに続くマルチスロット構造に印加可能であり、前記電圧はバーが異なった極性を有するような方法で印加されることを特徴とする、イオン源。２．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、互いに絶縁された複数のマルチスロットグリッド構造（２００；３００）により画定されることを特徴とする、請求項１に記載のイオン源。３．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、複数の積載されたマルチスロットグリッド構造（２００）により画定されることを特徴とする、請求項２に記載のイオン源。４．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、くし歯構造（３００）を有する複数のマルチスロットグリッド構造を含み、前記マルチスロットグリッドくし歯構造（３００）は交互配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のイオン源。５．少なくとも反応ガスの場合、アノード（１０６）もまた標本（１０４）と同じ物質から製造され、または標本（１０４）を汚染しない物質から製造されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のイオン源。６．プラズマチャンバ（１１０）がアノード（１０６）またはカソード（１０８）のいずれによっても画定されない区域において、前記プラズマチャンバ（１１０）は、たとえば石英構造のような非金属構造（１２６）により画定され、それによって付加的な誘電高周波結合が可能となることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のイオン源。７．ガス配気チャンバ（５０６）に有効に接続され、前記ガス配気チャンバ（５０６）はアノード（１０６）によりプラズマチャンバ（１１０）から分離されている、ガス入口（５１０）によって特徴付けられる、請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン源。８．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、互いに平行に配置され、交番電界を生成するために交流電圧が印加されることが可能である板（８０４；８０４ａ，８０４ｂ）により画定され、それによって軽イオンが多帯域ビームから濾過されることが可能であることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のイオン源。９．カソードのマルチスロット構造またはそれに続く標本に面するマルチスロット構造の端縁に配置されるマルチスロットグリッド構造であり、前記マルチスロットグリッド構造はそのバー（８２０）がイオンビーム（８１４）のビーム経路に設けられる方法で配置され、それによってより軽いイオンおよびより重いイオンが多帯域ビームにおける所望のイオンから分離されることが可能である、マルチスロットグリッド構造によって特徴付けられる、請求項８に記載のイオン源。１０．カソードのマルチスロット構造および／またはそれに続くマルチスロット構造は、くし歯構造（８０４ａ，８０４ｂ）を有する複数のマルチスロットグリッド構造を含み、前記マルチスロットグリッドくし歯構造（８００ａ，８０４ｂ）は交互配置されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のイオン源。１１．請求項１ないし１０のいずれかに記載のイオン源（１００）を含む、イオンビームユニット。１２．標本（１０４）を載置するための標本ホルダ（１１６）によって特徴付けられる、請求項１１に記載のイオンビームユニット。１３．イオン源（１００）によって放出されるイオンビーム（１２２）の線量および前記イオンビーム（１２２）の均質性を計測するための線量計測ユニット（５５２，６０４，６１０）によって特徴付けられる、請求項１１または１２に記載のイオンビームユニット。１４．線量計測ユニットはファラデーコレクタ（５５２）を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のイオンビームユニット。１５．線量計測ユニットは標本ホルダ（１１６）中に集積されており、さらにその場の線量および均質性計測が実行され得ることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のイオンビームユニット。１６．標本（１０４）はシリコンで構成されることを特徴とする、請求項１１ないし１５のいずれかに記載のイオンビームユニット。