JP2878112B2 - 小型の高電流幅広ビームのイオン注入装置 - Google Patents

小型の高電流幅広ビームのイオン注入装置

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JP2878112B2 JP6066475A JP6647594A JP2878112B2 JP 2878112 B2 JP2878112 B2 JP 2878112B2 JP 6066475 A JP6066475 A JP 6066475A JP 6647594 A JP6647594 A JP 6647594A JP 2878112 B2 JP2878112 B2 JP 2878112B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置に関
し、さらに詳しく言うと、連続する製造ラインで半導体
ウエハのような大型の加工品にイオンを注入するための
高電流イオン注入装置の設計に関する。
【０００２】
【従来技術と解決課題】電気的に活性な元素を半導体に
添加することは、ほとんど排他的にイオン注入装置を使
って行われる。ここ数年の半導体技術の傾向は、イオン
注入装置の設計で所望されるいくつかの特徴を示唆して
いる。これらの傾向には、以下のようなものがある。加
工品がシリコンウエハである場合、標準的なウエハの寸
法は、２００ｍｍが今日の新たな設備において使用され
る標準的な直径となるまで数年に亘って増大した。製造
者達は、３００ｍｍとそれ以上について計画している。
加工品が平板パネル型ディスプレイである場合、寸法は
今では３００ｍｍを越え、より大きな寸法が期待されて
いるようである。ＤＲＡＭ内の記憶素子の密度が増大す
ると、高い投与量での注入エネルギーの要求量が減少す
る。２〜１０ｋｅＶの間のエネルギーでのホウ素の高い
投与量が将来のプロセスのツールに要求されるだろう。
いくつかのプロセスは、半導体基板上へのイオンビーム
の入射角度を調節する能力を必要とする。ウエハごとの
変動は、プロセスの失敗を招く恐れがある。
【０００３】高電流イオン注入装置は、広義には、イオ
ンビーム電流がイオン注入装置中を移送されるように空
間電荷が中和されなければならない程度に十分に大きい
クラスの機器として定義される。この特性は、一般に１
ｍＡを越える電流に対しては真理を維持する。普通の実
際的な応用の範囲と一致するには、典型的には、高電流
注入装置は、１５ｍＡと３０ｍＡとの間のｎ型ドーパン
トイオンまでと、６ｍＡと１２ｍＡとの間のホウ素イオ
ンまで供給するように特定される。１９９１年の時点で
市販されているすべての高電流注入装置は、一群のウェ
ハに注入を行うが、ウエハをスピニングディスクあるい
はホイールあるいはドラム上に配置して走査して一走査
方向を設定し、そしてビームに対して垂直な方向にウエ
ハの台を移動させるかあるいはビームを電磁気的に走査
して他の走査方向を達成することによって添加の均一性
を達成する。
【０００４】この種のバッチ（一括）処理システムは、
バッチ寸法が製造ロットの寸法と一致しないときには、
完全な１バッチがその都度処理されねばならないからプ
ロセスを試験するのが非常に高価になって、処理量が減
退するという欠点を招く。遠心力がウエハを保持するの
に使用される場合、回転ディスクアセンブリは円錐形状
でなければならず、注入角度の変動を引き起こし、そし
て注入角度の方向のこのような変動はスピニングディス
クバッチシステムでは避けることができない。３００ｍ
ｍあるいはそれ以上の大きさの基板が適当であるスピニ
ングディスクアセンブリの寸法は、禁止的な値となり、
単一ロットの固有の値も同様となろう。各加工品を個々
に処理するシステムは、連続システムとして知られてい
て、この技術が可能になる時これらのシステムは好まし
いものとなる。
【０００５】しかしながら、高均一性の高電流ビームを
作る際の困難さのために、工業用機械は、排他的でない
が、空間的平均化によって均一性を達成する大型の動力
アセンブリをもつバッチ処理機械に大部分を頼ってい
た。
【０００６】従って、工業用注入のタスクとして有用
で、連続方式で大きな領域を均一に注入する高電流イオ
ンビーム装置を開発することが所望されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】これは、本発明の一つの
様相によれば、分析されて、高度に平行かつ強度の均一
性の両性質をもつリボン形に拡大される高電流イオンビ
ームを提供し、線形もしくは準線形の移動でこのビーム
を横切る単一の加工品のステージを走査することによっ
て達成される。リボンビームは、実質的に１５０ｍｍ以
上、好ましいくは２００もしくは３００ｍｍ以上の幅を
もつ。高電流で動作している間、拡大されたビームの電
力密度は１００ｋＶより十分に低い、好ましくは約１２
ｋＶの範囲のエネルギーで動作することによって抑制さ
れる。第一磁気レンズは、単一次元沿いに均一な倍率を
達成するように設計される。単一次元は、ビームが二方
向に拡大する細長孔形のイオン引出口に平行なビームの
幅次元である。この分析レンズは、ビームを偏向して分
解開口をきれいに通過させる。より大きな磁極幅をもつ
第二磁石が、分解開口を離れる発散ビームを偏向して両
方向に平行にする。
【０００８】好ましくは、第一及び第二の両方の磁石
は、各々ビームを約７０度と９０度と（の間）の弧を描
いて同方向に偏向させる。その結果、拡大され分析され
た平行ビームは発生源方向へ向けられ、結果として小型
な注入アセンブリが得られる。少なくとも分析磁石は、
好ましくはビーム経路を横切るスロットとともに凹状の
入力面及び出力面をもち、かつ広い間隙をもつ。レンズ
の少なくとも一方で、収差が補正されて、ビームの幅寸
法方向沿いに実質的に一定の倍率（つまり、ビーム拡大
係数）を達成する。好ましくは、複数の移動可能な棒も
しくは極片が、スロット内で縦（垂直）方向に延長びて
いて、ビーム輪郭測定値に応答して過熱点を減ずるよう
に調整される制御された量の収差を導入するようにステ
ッパーによって調節される。ポールの間隙は、イオンビ
ーム曲線の曲率半径の１／４よりも大きい。分析スロッ
トが、第一磁石と第二磁石との間に位置している。これ
らの磁石は、針金で直列に接続されるのが好ましい。そ
の結果、瞬時電流は等しい。初めのイオン発生源は、イ
オンが細長孔の曲率半径の中心から放射状に発散するビ
ームとして引き出される凸状面状の細長孔をもつイオン
化チャンバである。
【０００９】詳細な説明 高均一性の特別な細長孔形発生源と、単一の平面内にお
いて収差を精密に制御してビームを拡大するための形状
及び態様の分析磁石と、ビームをさらに偏向しかつ平行
にする第二磁石とを使うことによって、本発明によるイ
オンビーム注入装置は、１ｍＡ以上の電流及び数ｋｅＶ
以上のエネルギーで高均一性の幅広リボン形ビームを達
成する。本装置のユニークな特性については、以下の考
察から理解しやすくなるだろう。
【００１０】ミリアンペアのビームをダイポール磁石を
使用して分析され偏向される２、３ｋｅＶのエネルギー
まで加速する装置が、同位体の分離に使用されるカルト
ロン（Ｃａｌｕｔｒｏｎ）に影響を及ぼすと報告されて
いる不安定性と生来的に密接に関連する不安定性を被り
やすいということを、本願発明者等は理解した。このよ
うな不安定性の理論的なモデルは、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉｅｎｃ
ｅ，Ｖｏｌ．ＰＳ−１１，Ｎｏ．２，１９８３年６月発
行、においてＩｇｎｏｒ Ａｌｅｘｅｆｆ によって開
示された。これらの不安定性は、約数百ｋＨｚの周波数
でのビーム伝達において著しいノイズ振動を引き起こし
たり、ビームの成長やその均一性の制御の損失起こした
りする。出願人は、以下に記述するように、本発明に従
って、このような不安定性の影響を最小にするイオン注
入装置を設計することを試みた。かくして、出願人は、
リボン形で高度に均一な、工業的に有用なビームを達成
することができる。その結果、単純な線形あるいは準線
形の走査により、連続システムにおいて大型の加工品に
均一に注入することができることになる。
【００１１】一般に、イオンビームの均一性はその長さ
沿いに変動するもので、制御することは非常にむつかし
い。本発明によれば、本願発明者等は、単一の横（横
断）方向において大型のリボン形ビームの均一性を制御
しかつ維持する。一般に、Ａｌｌｉｓｏｎが開示してい
るように、イオンあるいは電子ビームの均一性を両横断
方向において同時に制御することは更に相当難しい。そ
して、平行にする要件は、その問題をさらにもっと困難
にしている。そのため、従来の装置は、工業的に有用で
あるに十分に大きな領域に亘って許容レベルの均一性を
達成するために、ビーム構成と機械的な走査及び移送機
構との特別な組合せに大きく頼らざるを得なかった。
【００１２】この点に関して、ビームがイオン源を離れ
るとき実質的に均一であっても、ビーム内のイオンがさ
まざまな方向へ移動しつつあるために一般にその均一性
を維持しないということは理解される。当該技術分野の
人であれば御存じのように、光学要素における収差は、
ビーム内に輝線として観察できる火線を生じやすい。本
願発明者は、引き出されたイオンビームを拡大してビー
ムの角度の広がりを減ずることによってこの困難を処理
し、そして、ビーム用光学要素の注意深い設計によって
一次元の均一性には影響しない収差を犠牲にして対象と
なる平面内の収差を制御する。多極収差はゼロに近くに
減ぜられ、その後それらの正確な値はステッパーによっ
て調節されて、特定の位置でのイオンビームの電流密度
の空間的な変動の細かい制御を行う、具体的に言えば、
ストリップビームの均一性を制御する。
【００１３】本発明によって構成されるイオン注入器
は、Ｆｒｅｅｍａｎ、ＢｅｒｎａｓあるいはＭｉｃｒｏ
ｗａｖｅ ｓｏｕｒｃｅのようなイオン発生源を有す
る。イオンビームは、発生源内で維持されるプラズマか
ら平行な側部を有する凸状の細長孔を通って引き出され
る。プラズマは、当該技術分野の専門家に知られた方
法、例えば、イオン発生源の磁界内で高度の均一性を保
証することによって、細長孔の長さ沿いに実質的に均一
にされる。細長孔を通って引き出されたリボン形ビーム
は、両方の次元で拡大する。重要なことには、以下でさ
らに例示するように、その大きい方の次元は、ビームが
引き出される凸状細長孔の曲率の中心から放射状に発散
することである。
【００１４】その後、分析磁石は、両次元でビームを収
束させ、偏向させ、そしてビームが分解開口をうまく通
過するように調整される。ビーム内の不都合な成分は、
伝達されないで拒絶される。同様の次元だがより大きな
磁極幅の第二磁石は、分解開口を離れる発散ビームを受
け入れ、偏向し、両次元において平行にする。
【００１５】このような偏向磁石を使用して収束特性と
二次収差とを制御する装置の設計は、好ましくは良く知
られ容易に入手できるコンピュータプログラムＴＲＡＮ
ＳＰＯＲＴ（Ｋ．Ｌ．ＢｒｏｗｎによりＴｈｅ Ｓｔａ
ｎｆｏｒｄ ＬｉｎｅａｒＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｃ
ｅｎｔｅｒの出版物に開示されている）を使用して実行
される。一般に、このプログラムを使用すると、イオン
がプラズマを離れるイオン源での位置と加工品の平面で
のビーム内の位置との間で１対１の対応があるように調
整可能になる。しかしながら、本発明のイオンビームの
ための磁気要素を設計する際には、本願発明者等は、こ
の１対１の対応状態が、後述される好ましい実施例での
水平方向のことである単一の次元では維持されることを
特定している。それから、これらの状態のもとでは、加
工品におけるビームの均一性は、この一つの次元でのプ
ラズマの均一性を反映する。ＴＲＡＮＳＰＯＲＴプログ
ラムは、変動をさらに低減するための後述の能動手段を
使用せずに、変動を４％以下に維持して出力ビームを作
る。
【００１６】本発明の好ましい実施例によると、このレ
ベルのビームの均一性は、ビーム輪郭測定値に応答して
六極（ｓｅｘｔｕｐｏｌｅ）およびより高次の多極の構
成要素を調節するための調節器（コントローラ）を組み
込むことによって加工品を横切って１％の変動を達成す
るように改良され調整される。六極およびより高次の多
極の構成要素は、分析磁石の設計に含まれてもよいし、
あるいは分離型で別個の調節可能な電磁多極レンズを使
用することによって提供されてもよい。
【００１７】注入位置での電流密度Ｊｉは、一般に水平
横方向座標Ｘｉの関数である。ここでの下付文字ｉは注
入位置を示す。次の分析は、縦方向の電流の分布がビー
ムの高さによって集積された場合の、電流密度の水平方
向の変動を説明する。厳密にはイメージング系に対して
のみ論述されるべきである用語「倍率（ｍａｇｎｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎ）」が、論述される系が必ずしもイメージ
ング系でなくてもが使用されるのは、倍率の概念が議論
を進めるのに有用であるからである。これは、
【数１】 Ｊｉ＝Ｊｓ／Ｍ である。ここでの下付文字ｓは、イオン発生源の位置を
示し、Ｍは倍率である。ビームの減衰効果はこの分析で
は無視される。倍率は、定義により、
【数２】 Ｍ＝ｄｘｉ／ｄｘｓ である。
【００１８】倍率自体は、ｘの関数にできる。このよう
なイオンの光学系の光学特性は、変換行列形式によって
都合よくは二次、原則として任意の次数で表され得ると
いうことは良く知られていて、これがコンピュータコー
ドＴＲＡＮＳＰＯＲＴにおいて使用される。ＴＲＡＮＳ
ＰＯＲＴは、下記の変換の関係でｘｉを決定する係数の
決定を可能にする。
【数３】 角度の効果ｘ’は、イメージング系としてはゼロである
が、一般にはより正確を 期すには考慮し得る。ｘ’を無
視すると、
【数４】 Ｍ＝ａ１１＋２ａ１１１ｘｓ
【００１９】かくして、倍率は、二次そしてそれ以上の
次数の変換係数に依存してｘ座標に関して変わり得る。
ビームの電流密度は、倍率に反比例していて、その結果
二次そしてそれ以上の次数の変換係数によって制御でき
る。変換係数は、別個の六極および他の多極レンズによ
って、あるいはＷｏｌｌｎｉｋによって論文に開示され
たものに類似する配置によって理論的に制御できる。け
れども、高電流イオン注入装置においては、これらは過
渡の空間を占有し、かなりの複雑さとコストがかかる。
【００２０】本発明の好ましい実施例において、これら
高次の項の調節のための手段は、六極あるいは高次の磁
石要素を特別な形のダイポール彎曲磁石へ直接組み込む
ことによって提供される。固定された六極構成要素は、
Ｗｈｉｔｅ と Ｐｕｒｓｅｒ とＫｏｗａｌｓｋｉと
によってＰｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ２５
８（１９８７）、４３７〜４４２頁のＮｕｃｌｅａｒ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ に
記載されているように多年に亘って使用されてきた。六
極要素の磁界を調節する一つの手段は、賦型コイルを磁
石磁極面に組み込むことである。別の手段は、励磁電流
が独立しているという利点を持ち、複数の物理的に調節
可能に配置されたスチール性磁極シムを提供することで
ある。
【００２１】以下に記述するように、本発明は、低エネ
ルギーでの伝送電流を意識的に最大にしようとする設計
プロセスによって工業的に有用な大型の均一性ビームを
達成する。電流が「最大化される」という意味は、以下
で理解されるだろう。
【００２２】低エネルギーで高電流のイオンビームを伝
達するには、ビームを乱して拡大する傾向のあるビーム
の空間電荷がビーム内のトラッピング電子によって中和
されることを必要とする。空間電荷の中和されたビーム
は、プラズマの形式からなり、この認識に基づいて、出
願人は、約３０ｋｅＶ以下のエネルギーで現行の工業用
イオン注入装置のビーム電流を限界ずけるビームの拡大
が、通常、ビームのプラズマの不安定性によるものであ
って、信じられていたような空間電荷の中和化損による
ものでないと決定した。この形式のビーム拡大は、ビー
ムが分析磁石の磁界中を通るとききびしく限定された電
流密度限界を越える時に生じる。測定値は、ビーム拡大
が空間電荷の中和化されるビームでさえ起こるというこ
とを示す。このビーム拡大は、約１００ｋＨｚと数ＭＨ
ｚの間の周波数でのイオンの軌跡の乱れからなる。
【００２３】一群のこれらのビームプラズマの不安定性
（ファミリ）は、Ｃａｌｕｔｒｏｎにおける同位体の分
離についてＩ．ＡＬｅｘｅｆｆによって探究された。Ｇ
ｒｅｙ Ｍｏｒｇａｎとともに出願人であるＷｈｉｔｅ
は、さらにこれらの不安定性がイオン注入装置のビーム
で起こり得ることを示すデータを提示した（１９９１年
６月４日、ウイリアムスバーグにおいて、ＩＥＥＥ Ｐ
ｌａｓｍａ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅで提示された報
告）。この不安定性は、イオンプラズマ周波数がイオン
サイクロトロン周波数を越えるときに生じる。これら二
つの量は次の式で定義される。イオンプラズマ周波数ω
ｐｉ；
【数５】 イオンサイクロトロン周波数ωｃｉ；
【数６】 ここで、ｑはイオンの電荷、ηｏはイオンの体積密度、
εｏは自由空間の誘電率、Ｍはイオンの質量、Ｊはイオ
ンの電流密度、Ｖはイオンが加速された電位、Ｂは磁
界、Ｒは磁界中のイオンの曲線の半径である。実験によ
って、出願人は、プラズマ周波数がシリアスなビームの
爆発が起こる前に１．４と２との間の係数だ けサイクロ
トロン周波数を越しているに違いないということを発見
した。
【００２４】プラズマの、不安定性により誘発されるビ
ーム拡大を避けるための要件は、
【数７】 Ｊ ＜ ２Ｖ３／２εｏ（２ｑ／ｍ）１／２／Ｒ２ であると上述から示すことができる。
【００２５】ビームの拡大をもたらす不安定性を避けな
がら工業的に有用な出力レベルを発生するために、出願
人は次のように要約できるある手法をこの装置の設計に
用いた。 ・磁石の彎曲半径を最小にする、 ・磁石内のビームの断面積を最大にする、 ・イオンビームの電流密度をできるだけ均一に維持す
る、 ・分析磁石の中心から高いポンピングスピードを維持す
る。
【００２６】本発明による物理的解決法は、磁石ポール
の間隙がイオン奇跡の曲率半径である０．２５よりも大
きいイオンビーム装置を含んでいる。磁石ポールの幅
は、およそ彎曲半径に等しい。これら二つの特徴は、結
合して、できるだけ遠くへビームを伝達する能力を最大
にし、さらに最終的なビームの平行性の優れた制御を可
能にする。
【００２７】上記考察を頭に入れて、本発明の例示され
る実施例の詳細な説明を次に示す。
【００２８】
【実施例】図１では、注入装置システム１００は、イオ
ンビーム１がイオン発生源２によって発生されるように
動作する。ＦｒｅｅｍａｎあるいはＢｅｒｎａｓあるい
はマイクロ波イオン源を含む種々のイオン源２が使用で
きる。例示されているのはＦｒｅｅｍａｎの発生源であ
る。イオンビーム１は、リボン形で、イオン源内の湾曲
した細長孔にあるとき、初めは５０〜７５ｍｍの幅でま
たほんの２〜５ｍｍの高さである。
【００２９】イオン発生源２は、図２（ａ）に「Ａ」で
総括的に示される細長孔形状の開口に亘って空間的に均
一なイオン分布を提供し、そして図示されるように、加
熱フィラメント（指示番号なし）を介して電流を送るた
めの電力源２５と放出される電子を束縛する磁石用電源
２４によってエネルギー供給される磁石１０とを含んで
いる。その結果、発生源チャンバ内のイオン種は、効率
的かつ均一にイオン化される。細長孔をもつ三つのグリ
ッド１１、１２、１３の配列は、発生源からのイオンを
絞って引き出しそして加速するように働く。
【００３０】図２（ａ）〜（ｃ）により詳細に図示され
るように、好ましい発生源では、引き出しグリッド１１
は、外側へ凸状に湾曲しており、上側及び下側の縁が平
行で両わきに近付くにつれて狭くなっている細長い孔を
もつ。前面から後面にかけて斜めに切られているため
に、細長孔の縁は、図２（ｂ）の縦断面図に見えるよう
に、ナイフエッジのようになっている。イオンビーム１
がイオン発生源２のプラズマから引き出される細長孔１
１は湾曲している。そのために、ビーム内のイオンは、
イオン源グリッド１１のおよそ１５０ｍｍ後方に位置す
る曲率の中心点から発散し且つ水平面において±５度よ
り大きな角度で発散する曲線に沿って面に垂直な方向に
初めに加速される。細長孔は、水平方向に平行に湾曲し
た側面と、２〜５ｍｍの高さとをもつ。第二グリッド１
２は、厚いグラファイトあるいは金属のストックから形
成され、グリッド１１の外形に平行になっている後方の
発生源向きの面をもつ。そのため、放出されるイオンは
外側へ放射状に、すなわち、グリッド１１の面の外形に
垂直に加速される。グリッド１２は、平坦な前面をも
つ。グリッド１２の細長孔の開口は、グリッド１１の開
口よりもわずかに大きい。そのため、第二グリッドは、
放出されたイオンによって腐食されない。高電圧引き出
し電源２０によってエネルギー供給される前方のグリッ
ド１３は、扁平プレートで、グリッド１２の前面に平行
で、グリッド１２の細長孔に整合した細長孔をもつ。抑
制電力源２２は、グリッド１２と１３との間に接続され
て、中間グリッドをイオン発生源２に対して大きな電位
差に維持する。その結果、引き出しビームのエネルギー
は、グリッド１２からグリッド１３へ送る際に減少され
る。そしてこのビームは、僅かに平行にされる。代表的
な値が、８０ｋｅＶの装置であると表示されてあったと
しても、実際には、その装置は、８０ｋｅＶ以下のある
エネルギー値のイオンを転送するように調節できること
は理解されるだろう。またその場合、抑制電源は、例え
ばグリッド遮断電流を最小にする電圧レベルに応じて調
節される。
【００３１】引き続き図１を参照して、リボン形イオン
ビーム１は、磁界が概して縦方向に向いている分析電磁
石３のポール間に侵入する。磁界は、このビーム１を曲
率の平均半径が３００ｍｍでおよそ９０度の角度だけ偏
向する。この磁石は、従来の注入装置のものより徹底的
な離脱を表している。電磁石３のポールの形状は、上述
したコンピュータコードＴＲＡＮＳＰＯＲＴを使って設
計されて、一次的な収束をするばかりでなく二次的な収
差をも制御し、そしてイオンビーム１が約５ｍｍの幅を
もつ分解スリット４を通過できるようにする狭い焦点に
イオンビーム１を収束するように形成される。異なるモ
ーメントをもつ不都合なイオンは、磁界によって異なる
角度で偏向される。その結果、イオンは、分解スリット
の両側面で遮断される。偏向磁石と分解開口とを使用す
ることは、イオンビームの発散及び収束の角度の大きさ
を除けば比較的従来型である。これらは、二次そしてそ
れ以上の次数の収差の補正が正確に行われることを必要
としている。
【００３２】イオンビーム１は、分解スリット４を通過
後再び発散し、第二電磁石５のポールの間を通る。第二
磁石５は、ビーム１を曲率の平均半径が５１２ｍｍでさ
らに７０度の角度だけ偏向する。電磁石３及び５の両方
のポールは、ＴＲＡＮＳＰＯＲＴを使って設計されて、
その幅方向の電流が均一であることと、およそ±１度以
内で平行であることと、不都合なイオン種及び不正確な
エネルギーのイオンに無縁であること等の特性を出てく
るイオンビーム６に提供する。
【００３３】出てくるイオンビーム１０の均一性は、電
磁石３の二次そしてそれ以上の次数の変換係数を修正
し、そして電磁石５の二次そしてそれ以上の次数の変換
係数をそれより少ない程度で修正することによってこれ
らの限界内に制御される。好ましい実施例では、これ
は、磁石３の上方及び下方の磁極片の両方の中央領域で
特別に賦型された磁極差し込み片を移動させて、磁石の
六極、八極そしてそれ以上の次数の磁石の磁界要素の変
動を導入することによって達成される。これらの磁石の
磁界要素は、ここで総括的に多極要素と呼ぶことにす
る。別の実施例では、別々に制御された電流が通過させ
られる磁石ポールの凹所に配置される成型コイルによっ
て同一の補正効果が達成できる。例えばＷｏｌｌｎｉｋ
によって記述されるような、より従来の電磁多極レンズ
も、ある種の補正を達成できる。
【００３４】本発明のこの態様によれば、制御ユニット
３６は、細かな調節効果を得るために、ビームプロフィ
ーラ３７から線路３６ａを介してビーム強度の情報を受
信して、制御信号を線路３６ｂを介して送信して磁石３
内のマルチポール要素を制御するか、あるいは線路３６
ｃを介して送信してビームトリマーを制御する。プロフ
ィーラは、処理実行の間、あるいは数週間もしくは数か
月の期間断続的に動作されて、要素の老化と電力供給の
変化とにより必要となった補正を決定できる。調節ユニ
ット３６は、その後マルチポール要素を調節する。この
手法での動的調節は、固定の設計磁石だけで達成される
よりも出力ビーム６の非常に高度の均一性を達成する。
【００３５】注入位置では、ターゲット７は、ステージ
７ａ上で制御される速度で上下移動される。イオンビー
ム６は、時間に関して大きさに変動がない。そのため、
均一な注入が、出力ビーム６中を速度一定の縦方向成分
でターゲット７を移動することによって達成される（こ
こで言う縦方向とはビームの広い方の寸法を単純に横切
り且つビーム軸と交わるという意味に理解される）。タ
ーゲット７がビーム６を横切って通過中回転しないので
あれば、ターゲット７が直線移動するか曲線経路上を移
動するかは重要ではない。
【００３６】一般に、イオンビーム１は、達成されるべ
き注入する応用に応じて２〜８０ｋｅＶ間のエネルギー
でイオン源２から引き出される。全電流は、およそ６０
ｍＡまでの数直としてよく、スリット４を通り抜ける分
析されたビーム６が所望のイオン種の少なくとも１５ｍ
Ａまで含むことを保証する。利用できる種類は、Ｂ＋と
ＢＦ２とＰ＋とＡｓ＋その他を含むことができる。
【００３７】本発明の好ましい特徴の一つによれば、分
析イオンビーム６内の不都合なスパッタされる汚染物の
量は、互いに同一電流で動作するように二つの電磁石３
および５を設計し、それらを直列に接続することによっ
て低減される。これは、第一磁石３を通過する全てのイ
オンがさらに第二磁石５を通って正しく伝達されること
を保証する。故障、高電圧スパーク、あるいは装置の正
しい動作を一時的に乱す一時的な事象の場合には、磁石
５内の真空のチャンバの壁に当たる可能性のあるイオン
ビームは、分解開口４を通って伝達されることはないだ
ろう。そのため、不都合なスパッタされる材料は、注入
されるターゲット７に向かって下流へ進めない。この構
成は、機械の損耗あるいはプロセス汚染の主な原因を除
去する。
【００３８】図３は、磁石３の一つのポール片の具体例
の現在好ましいと考えられる形状を図示する。図では頂
面である内面は平坦であるため、磁界はクロスカットあ
るいは角度のある切欠３０が設けられる中央部を除いて
名目上均一である。好ましい実施例では、クロスカット
３０は、ビーム方向に対して横方向の二つのカットから
なる。各カットは、９０度のきょう角をもつ。すなわ
ち、各カットは、カット部の底辺をポール面に対して約
２０〜２５度の角度になるように９０度カッターで削っ
て傾斜する谷を形成する。出入口のポールの縁３２は、
およそ０．３５ｍの半径で対称的に曲げられて凹形の入
出力面を形成する。それにより、ビーム幅に亘っての異
なる位置でビームが横断する磁気間隙の形状及び面積に
影響を及ぼす。クロスカットと曲げられたポールの縁と
は、二次収差が装置の質量分解能を低下させる大きさに
達しないように計算される六極の項を提供する。半値全
幅でＭ／ΔＭとして表される質量分解能は、６０を越え
る。二次そしてそれ以上の次数の変換係数の優れた調節
は、好ましくは複数の鉄棒３１によって達成される。こ
れら複数の鉄棒３１は、クロスカットの底辺にビームに
対して横方向に配置され、独立して調節可能な局所用ポ
ール片として働く。各棒３１の一端において、位置決め
ユニット３５ａ、３５ｂが、位置制御信号に応答して、
棒を上下移動させて間隙内の磁界を変化させる。各棒状
ポール片は、縦方向に移動されてポールの縁沿いの異な
る点での磁界の強さを差動的に増大もしくは減少させ、
それによって、一束の隣接するビームの軌跡の方向に対
して僅かの修正を選択的に生ぜしめる。
【００３９】イオンビーム６の均一性をさらに改善する
ためには、二次的な、非磁性の、ビーム調節、つまりビ
ームトリミング手段、例えば、磁石３あるいは磁石５に
接近してイオンビーム１に対してほぼ横方向に配置され
る複数の重複ビームスクレーパが、更に付加されるのが
好ましい。このようなスクレーパは、ある理由でマルチ
ポール調整要素の調整では調整できない電流密度のピー
クが起こることがわかっている場合に局地的に電流を減
ずるように使用できる。差し込み３１の最終的な調整
は、ビームプロフィーラ３７が出力ビーム内の点配列に
おけるビーム強度を測定して所望の補正レベルを決定し
た後に行われる。
【００４０】上記装置を使用すると、出力ビーム６は、
数百ｍｍを大幅に上回るビーム幅に亘って平行かつ均一
にされ、しかもイオンを注入するのに適当な電力密度及
びエネルギーをもつようにされる。注入位置でのステー
ジ７ａは、平行ビームを横切ってターゲットを移動させ
てウエハもしくはパネルの全領域を走査する。とりわ
け、各々がビームを四分の一回転偏向する二つの磁石を
使用することによって、出力ビームは発生源の方向へ曲
げられた。そして非常に小型の器機が得られる。例え
ば、０．２〜０．３ｍのビーム幅Ｗの場合、基本的な発
生源と二つのダイポール磁石とステージの全ては、短い
全長と３０Ｗ２以下の面積とをもつ投影内にぴったりは
まる。これは、非常に幅広いビームというばかりでなく
従来の注入器よりかなり小さいビーム線をもつ。両方の
磁石は、各磁石の磁気回路の一部である単一のスチール
基板上に構成されるのが好ましく、そしてこれは、二つ
の磁石の整列をより安定にする形態である。
【００４１】本発明の好ましい実施例と現在考えられる
ものを図示し説明してきたけれども、当業者であれば、
本発明の技術思想から逸脱することなく種々の変更及び
修正が可能であることは明白であろう。この装置は、そ
の規模に応じて増大あるいは減少でき、ビーム形成し賦
型する要素の方向は、水平方向の代わりに縦方向であっ
てもよく、開示した形態の種々の反映と修正がなされう
る。二つの磁石は、同一方向に曲げる必要はない。コン
ベア用ベルトを含む種々の配置は、ターゲット７をイオ
ンビーム６中を通すように使用できる。イオンビーム６
の方向に対してターゲット７の方向を変える手段を含む
こともできる。ポール片の外縁に対して配置されかつイ
オンビームに対して横方向に配列される縦方向に調節可
能な鉄棒ような別個に調節できる六極手段が使用でき
る。かかる変更及び修正は全て本発明の技術思想に包含
されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるイオンビーム装置の部分略図を含
む全体図である。
【図２】図１の装置のイオン源内の引き出しグリッドの
図である。
【図３】図１の装置の分析磁石の一つのポール片の斜視
図である。
【符号の説明】
１、６ イオンビーム ２ イオン発生源 ３、５ 電磁石 ４ 分解スリット ７ ターゲット ７ａ ステージ １０ 磁石 １１、１２、１３ グリッド ２０ 電源 ２２ 抑制電力源 ２４ 磁石用電源 ２５ 電力源 ３０ 切欠 ３１ 鉄棒 ３５ａ、３５ｂ 位置決めユニット ３６ 制御ユニット ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ 線路 ３７ ビームプロフィーラ １００ 注入装置システム Ａ 細長孔形状の開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アントニー・レノー アメリカ合衆国マサチューセッツ州ウェ ストニューバリー、メイン・ストリート 323 (56)参考文献 特開 昭60−105153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−232844（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/317 H01L 21/265

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一定投与量のイオンを加工品へ注入する
    ためのイオン注入装置において、 横断方向の長さ及び幅の次元をもつ形状を有し、長さと
    幅の両次元で発散し、少なくとも一つの横方向次元で電
    流密度が実質的に一定であるビームを発生するイオン源
    と、 前記ビームを分解開口中へ収束させて前記ビームの不都
    合な成分を拒絶するための分析磁石と、 前記分解開口中への伝達後前記ビームを受け入れ、偏向
    し、前記加工品に注入するための出力ビームに賦型する
    ための第二磁石とを備え、 前記分析磁石と第二磁石とが相俟ってイオン源によって
    発生されるビームの軌跡を拡大し変更して、それにより
    前記出力ビームが、実質的に平行なイオン軌跡のリボン
    状ビームであって、前記出力ビームの前記横方向次元の
    一方が前記加工品よりも長く前記横方向次元の他方が前
    記加工品よりも実質的に短く、そして前記長い方の次元
    沿いに電流密度が実質的に一定であるようなリボン状ビ
    ームとなされることを特徴とするイオン注入装置。
  2. 【請求項２】 前記分析磁石と前記第二磁石の内の少な
    くとも一方に多亟集束部材が組み込まれた請求項１に記
    載のイオン注入装置。
  3. 【請求項３】 ターゲットにイオンビームを注入する方
    法であって、所望種のイオンが、空間電荷が中和された
    イオンビームを真空状態において一つもしくはそれ以上
    の磁石を通過させることによって分離され、前記イオン
    ビームの中心での所望種のイオンの軌跡が半径ｒの彎曲
    路に沿って移動し、イオンビーム電流が、イオンビーム
    のイオンのプラズマ周波数がイオンサイクロトロン周波
    数に近いかそれを越すに十分に高電流であるものにおい
    て、 前記磁石の磁極間隙がｒ／４を越えるように調整する段
    階と、 前記ビームに対して横方向に測定される前記磁石の磁極
    幅がｒを越えるように調整する段階と、前 記磁石内での前記イオンビームの断面積が前記磁極幅
    と前記磁極間隙と前記真空チャンバの壁とによって限定
    される磁石磁極間の全使用可能空間を実質的に占有する
    ように調整する段階と、 達成可能な分解能力を低減することになる二次収差を低
    減するように磁石磁極を賦型する段階と、 を含むことを特徴とするイオンビーム注入方法。
  4. 【請求項４】 加工品にイオンビームを注入する方法に
    おいて、 所望のイオン種を含み二つの方向に発散するイオンビー
    ムを発生し、前記イオンビームを第一磁石を通過させて
    該磁石により前記所望種のイオンを分解スリット中へ収
    束し、それによって不都合なイオン種を拒絶して前記所
    望種のビームを形成する段階と、 前記所望のイオン種の前記ビームを第二磁石を通過させ
    て、該第二磁石のイオン−光学特性により所望イオン種
    の前記ビームを、注入されるべき前記加工品の面よりも
    大きい長い方の横方向寸法と前記加工品と比較すると小
    さい短い方の横方向寸法とをもつリボン形の出力ビーム
    であって、そのイオンが約１度以内で平行にされかつ前
    記長い方の寸法沿いの電流が前記加工品の幅全体に亙り
    約４％以内に均一にされた出力ビームに形成する段階
    と、前記イオンビームの方向に関して 選択された角度及び配
    向で走査機構上に前記加工品を取りつける段階と、 前記加工品を前記イオンビームで一回もしくはそれ以上
    の回数、イオンビーム電流に関して、角度及び方向及び
    単位面積当たりの投与量が実質的に一均一であるある投
    与量のイオンを前記加工品へ注入するに有効な速度で走
    査する段階とを含むイオンビーム注入方法。
  5. 【請求項５】 入力ビームを形成するためのイオン源
    と、 分析開口と、 選択した成分が前記分析開口を通過するように前記ビー
    ムを偏向するための第一磁石と、 前記選択成分を出力ビームとなるように偏向するための
    第二磁石とを有し、 前記第一及び第二磁石が同一電流で動作するように設計
    されて互いに電気的に直列に接続され、それにより電力
    の過渡変動が生じると、ビームは分析開口を通過せずに
    下流のスパッタリングが阻止されることを特徴とするイ
    オンビーム装置。
  6. 【請求項６】 一定投与量のイオンを加工品へ注入する
    ためのイオン注入装置において、 横方向の長さ及び幅の次元を有し、長さと幅の両次元で
    発散し、少なくとも一つの横方向次元で電流密度が実質
    的に均一であるビームを発生するイオン源と、 前記イオンビームを変更し、実質的に平行なイオン軌跡
    のリボン状の出力ビームであって、一つの横方向次元に
    おいて加工品より長く、他の横方向次元において実質的
    に短く、前記長い方の次元に沿って電流密度が実質的に
    均一である出力ビームに賦型する少なくとも一つの磁石
    と、 前記出力ビームの均一性を測定するビームプロファイラ
    手段と、 少なくとも一つの多極部材を含み、前記ビームプロファ
    イラ手段からのデータに応答してコントローラにより前
    記出力ビームの均一性を調節するための手段とを有する
    ことを特徴とするイオン注入装置。
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