JPH04230944A - 巾広ビームでイオンインプランテーションを行なう方法及び装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームを用いて
均一のイオンインプランテーションを行なう巾広ビーム
のイオンインプランテーション装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば、半導体材料で構成され
たウェハや、金属や、基体上の薄膜のような被加工片は
、これにイオンビームを照射することによってドープさ
れる。イオンビームのインプランテーションでは、ドー
プされる種の純度、ドーピングの密度及びドーピングの
深さについて厳密に制御することができる。イオンビー
ムインプランテーション技術の概要については、例えば
、デレク・アイケン氏の「イオンインプランテーション
装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　Ｆｏｒ　ＩｏｎＩｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）」と
題する米国特許第４，５７８，５８９号、及びフレデリ
ック・ロビンソン氏等の「半導体ウェハのイオンインプ
ランテーション装置及び方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ
　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａ
ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗａｆ
ｅｒｓ）」

【０００３】公知技術では、一般に、比較的半径の小さ
いイオンビームがインプランテーションに使用されてい
る。イオンビームは、被加工片の二次元表面を系統的に
走査する。或いは又、イオンビームの位置を固定し、イ
オンビームを通して被加工片を系統的に移動し、被加工
片の二次元表面を走査するようにしてもよい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】イオンビーム走査の上
記方法は、被加工片の表面積が非常に小さいときに最も
良好に機能する。しかしながら、例えば、固定ソースの
イオンビームで８インチのウェハを走査してウェハを均
一にドープするときには、イオンビームがウェハに当た
る角度が実質的に変化するために、ウェハの巾全体にわ
たって均一な処理を得ることが非常に困難となる。

【０００５】第１の方向に被加工片の巾にわたってその
表面に垂直に一貫して当たるようなイオンビームを形成
することにより処理の均一性を高めるための少なくとも
１つの技術が試みられている。完全な走査を行なうため
に、上記第１の方向に垂直な方向に被加工片が機械的に
移動される。ピータ・ハンレイ氏等の「荷電粒子ビーム
を二重偏向走査する一体的な電磁石（Ｕｎｉｔａｒｙ　
Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ　ｆｏｒ　ＤｏｕｂｌｅＤ
ｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｈａ
ｒｇｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｂｅａｍ）」と題する米
国特許第４，３６７，４１１号、及び‘Ｎｕｃｌｅａｒ
　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　
ｉｎ　ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ’　　Ｂ３７／
３８（１９８９年）の第５００ないし５０３頁に掲載さ
れたＤ　　Ｗ　　ベリアン氏、Ｒ　　Ｅ　　カイム氏、
Ｊ　　Ｗ　　バンダーポット氏及びＪＦ　　Ｍウエステ
ンドープ氏著の「ＡＳＭ−２２０媒体電流プランター（
Ｔｈｅ　ＡＳＭ−２２０　Ｍｅｄｉｕｍ　Ｃｕｒｒｅｎ
ｔ　Ｉｍｐｌａｎｔｅｒ）」と題する論文を参照された
い。

【０００６】更に、ウェハより巾の広いイオンビームを
通してウェハを機械的に移動させるイオンインプランテ
ーションシステムが形成されている。公知技術において
は、マルチアパーチャのイオンソースが利用されており
、そしてドーピングの均一性要求が厳密でない用途に対
してのみこの技術が使用されている。これについては、
‘Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　
Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｒｅｓｅａｒ
ｃｈ’　　Ｂ２１（１９８７年）の第２２９ないし２３
４頁に掲載された「大電流、高電圧酸素イオンインプラ
ンター（Ａ　Ｈｉｇｈ　Ｃｕｒｒｅｎｔ，　Ｈｉｇｈ　
Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎ
ｔｅｒ）」と題するジョン　　Ｐ　　ラッフェル氏、Ｄ
　　Ｈ　　ダーグラス−ハミルトン氏、及びＲ　　Ｅカ
イム氏の論文、並びに‘Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕ
ｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ’　　Ｂ２１（１９８７年）の
第３２４ないし３２７頁に掲載された「大電流酸素イン
プランターのための最終ステーション設計のウェハ品質
管理方式（Ｅｎｄ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｗ
ａｆｅｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　
ａ　Ｈｉｇｈ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　ＯｘｖｇｅｎＩｍｐｌ
ａｎｔｅｒ）」と題するＤ　　Ｈ　　ダーグラス−ハミ
ルトン氏、ジョン　　Ｐ　　ラッフェル氏、及びＲ　　
Ｅ　　カイム氏の論文を参照されたい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
によれば、ターゲットに一定のイオンビームを照射する
方法及び装置が提供される。単一アパーチャのイオンソ
ースがイオンビームを発生する。イオンソースのアパー
チャにおいてイオンビームは垂直方向に収斂し、水平方
向に発散する。

【０００８】イオンビームは分析磁石の磁極を通過する
。この分析磁石において垂直方向にイオンビームのくび
れが生じる。分析磁石は、イオンビームを水平方向に収
斂させる。

【０００９】イオンビームは、ターゲットに当たる直前
に、収束磁石に通され、イオンビームの軌跡が実質的に
平行にされる。イオンソースとターゲットとの間におい
て、イオンビームは必要に応じて１つ以上の分析スリッ
トに通され、イオンビームを切断されると共に、収束さ
れた均一のビームがターゲットに達するよう確保される
。

【００１０】分析磁石は、イオンソースのアパーチャの
長手方向の反転像をターゲット又はその付近に投影する
。更に、イオンビームの断面は、リボンの形状をしてお
り、該リボンの長さはターゲットよりも大きい。コンベ
ヤを用いて、ターゲットはイオンビームに通され、均一
のイオンインプランテーションが行なわれる。

【００１１】

【実施例】図１において、イオンビーム１はイオンソー
ス９によって発生される。イオンソース９は、例えば、
フリーマン（Ｆｒｅｅｍａｎ）ソースである。これにつ
いては、例えば、デレク・アイケン氏の「イオンインプ
ランテーション装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａ
ｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｆｏｒ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔ
ａｔｉｏｎ）」と題する米国特許第４，５７８，５８９
号の説明を一般に参照されたい。イオンビーム電流は、
一般に、２ないし８０ＫｅＶにおいて０．１ないし１０
ミリアンペアである。図示されていないが、イオンビー
ム１の一般的な後段加速を用いて、エネルギを２００Ｋ
ｅＶの典型的なレベルまで上昇させることができる。イ
オンビーム１はビーム抽出アパーチャ２に発生される。 このアパーチャ２は一般的に若干カーブしており、典型
的に、高さが６０ないし９０ミリメータで、巾が３ない
し６ミリメータである。好ましい実施例では、アパーチ
ャの高さが７５ミリメータで、巾が３ミリメータである
。アパーチャ２から始まって、イオンビーム１は垂直（
ｙ）方向に収斂し、そして水平（ｘ）方向に発散する。

【００１２】イオンビーム１は分析磁石３の磁極間に通
される。分析磁石３は、９０°以下の角度、例えば、好
ましい実施例では９０°の角度でイオンビーム１を偏向
する。分析磁石３の磁極は、７０ミリメータの典型的な
距離だけ離間されている。分析磁石３の軌道半径は、典
型的に、約２５０ミリメータである。発生磁界は、イオ
ンビーム１のエネルギとイオンの形式とによって変化す
る。典型的に、磁界は、１テスラ程度である。垂直方向
（ｙ）の収斂度は、分析磁石３の中心付近にビームのく
びれを形成するように選択される。一般に、イオンソー
ス９は、分析磁石３から約４００ミリメータ離れている
が、システムの部品間の距離は、プロセスパラメータや
サイズによって異なる。

【００１３】イオンビーム１はスリット４を通過する。 分析磁石３は、典型的に、８００ミリメータないし２５
００ミリメータの距離だけスリット４から離れている。 スリット４の各側のプレート５は、耐火材料、例えば、
カーボンの１／４インチ素材で形成される。分析磁石３
のビーム光学特性は、イオンビーム１の水平面をスリッ
ト４で収束させるように選択される。磁石の光学系につ
いての一般的な資料は、Ｋ　　Ｌ　　ブラウン氏の米国
特許第４，１９１，８８７号に開示されたように、「Ｔ
ＲＡＮＳＰＯＲＴ／３６０；荷電粒子ビーム搬送システ
ムを設計するためのコンピュータプログラム（Ａ　Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｏｒ　Ｄｅｓｉｇｎ
ｉｎｇ　Ｃｈａｒｇｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｂｅａｍ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）」と題して同氏が
ＳＬＡＣレポート９１に掲載した方法を参照されたい。 又、‘Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎ
ｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｒｅｓｅ
ａｒｃｈ’Ｂ２１（１９８７年）の第３３９ないし３４
９頁に掲載されたＮ　　Ｒ　　ホワイト氏の「イオンビ
ーム光学系のコンピュータ及び設計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎｏｆ　Ｉｏｎ　Ｂｅ
ａｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）」と題する論
文も参照されたい。スリット４は、モーメントが不適当
なイオンをイオンビーム１から除去する。これは、従来
のイオンインプランテーション装置及びアイソトープ分
離装置で行なわれているものと同様である。

【００１４】次いで、イオンビーム１はくさび型磁石６
の磁極に通される。この磁石６は、典型的に、分析磁石
３から約３メータ離れたところにある。一般に、このく
さび型磁石６の磁極間には、約７０ミリメータのギャッ
プがある。磁石６の磁極の高さはビームの高さよりも若
干大きくなければならない。それ故、３００ミリメータ
の標準的なウェハの場合、磁極の高さは３５０ミリメー
タ程度となる。イオンビーム１は、直径３００ミリメー
タのウェハを処理する場合、典型的に、高さが３２０ミ
リメータで巾が４０ミリメータとなる。磁石６は、平均
角度で約１０°だけイオンビーム１を下方に曲げるよう
に構成される。これは、イオンビーム１をほぼ平行なビ
ームに収束させる。

【００１５】くさび型磁石６の磁極を通過した後に、イ
オンビーム１はターゲット７に当たる。ターゲット７は
、一般に、分析磁石３から３ないし４メータ離れている
。典型的に、ターゲット７は、例えば、シリコンで形成
されたウェハで、イオンをインプランテーションするこ
とが所望されるものである。ターゲット７において、イ
オンビーム１はリボンの形状となり、例えば、高さが３
２０ミリメータで、巾が４０ミリメータとなる。

【００１６】図４に示す機械装置３０は、イオンビーム
１に対してターゲット７を横に移動させ、ターゲット７
の全露出前面にわたってイオンを均一にプランテーショ
ンさせるのに用いられる。機械装置３０の実施例として
は、「ターゲットチャンバの改良（Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅ
ｎｔ　ｉｎ　ｏｒ　Ｒｅｌａｔｉｎｇ　ｔｏ　Ｔａｒｇ
ｅｔ　Ｃｈａｍｂｅｒ）」と題するジェオフェリー・ラ
イディング氏の英国特許第１，３８９，２９４号を参照
されたい。イオンビーム１を通して機械装置３０がター
ゲット７を移動する速度は、均一であってもよいし、イ
オンビーム１のイオン電流に比例したものであってもよ
い。後者の場合には、イオン電流が増加するときに、タ
ーゲット７がイオンビーム１を横切って移動する速度が
比例的に増加されることによりインプランテーションの
均一な密度が確保される。

【００１７】矢印８は、抽出アパーチャ２におけるイオ
ンビーム１の反転像であるイオン光学像の位置を概略的
に示している。この像は、理想的には、ターゲット７の
表面のすぐ前に形成される。

【００１８】分析磁石３の光学系に実質的な収差がない
場合には、矢印８の位置におけるイオンビーム１の電流
密度プロファイルが、アパーチャ２におけるイオンビー
ムの電流密度プロファイルと同程度の均一性となる。イ
オンビーム１の系統的な非均一性は、プレート５を適当
な形状に定めることによって修正できる。このように形
状を定めることは、プレート５をより小さなプレートに
細分化し、調整機構を設けることを含む。

【００１９】図２は、垂直（収斂）平面におけるイオン
ビーム１のプロファイルを示している。イオンソース９
の位置である位置１１においては、イオンビーム１が収
斂する。分析磁石３の中心である位置１２は、イオンビ
ーム１の垂直方向の焦点である。次いで、イオンビーム
は、磁石６の位置１３まで垂直方向に発散する。矢印１
４は、位置１３における垂直方向のイオンビーム１の断
面が、位置１１（アパーチャ２）において矢印１０で示
されたイオンビーム１の断面の反転像であることを表わ
している。破線１６は、所望の収斂軌道とは若干異なる
角度でイオンソース９を出るイオンビーム１内のイオン
軌道を表わしている。この軌道をターゲット上の所望の
位置へ戻す際の分析磁石３の作用について説明する。

【００２０】図３は、水平（発散）面におけるイオンビ
ームのプロファイルを示している。イオンソース９は、
水平面において発散するようにイオンビーム１を発生す
る。イオンビーム１は、分析磁石３によって再収束され
る。スリット４は、ターゲット７の位置１５に比較的接
近して配置され、イオンビーム１が水平面内で適度に収
束されるようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例によるイオンビームシ
ステムの概略図である。

【図２】図１に示されたイオンビームシステムが垂直（
非発散）平面においていかに機能するかを示す図である
。

【図３】図１に示されたイオンビームシステムが水平（
発散）平面においていかに機能するかを示す図である。

【図４】図１に示すイオンビームシステム内にあってウ
ェハを移動するのに用いる機械装置を示す図である。

【符号の説明】

１　　イオンビーム ２　　アパーチャ ３　　分析磁石 ４　　スリット ５　　プレート ６　　くさび型磁石 ７　　ターゲット ９　　イオンソース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】　　ターゲットにイオンビームを照射する
   方法において、（ａ）単一アパーチャのイオンソースを
   用いて実質的に一定のイオンビームを発生し、イオンビ
   ームの断面は、その長さがターゲットより長く、その巾
   が上記長さより実質的に小さいものであり、そして（ｂ
   ）上記実質的に一定のイオンビームを通してターゲット
   を移動するという段階を含むことを特徴とする方法。 【請求項２】　　前記段階（ａ）は、 （ａ１）上記単一アパーチャイオンソースのアパーチャ
   から上記実質的に一定のイオンビームを発生し、該実質
   的に一定のイオンビームが垂直方向に収斂し、水平方向
   に発散するようにし、 （ａ２）上記実質的に一定のイオンビームを分析磁石の
   磁極に通し、この分析磁石において上記実質的に一定の
   イオンビームが垂直方向にくびれるようにすると共に、
   この分析磁石により上記実質的に一定のイオンビームを
   水平方向に収斂させ、そして （ａ３）上記実質的に一定のイオンビームを収束磁石に
   通すことにより該イオンビームの軌道を実質的に平行に
   するという段階を含む請求項１に記載の方法。 【請求項３】　　前記段階（ａ）は、更に、（ａ４）上
   記実質的に一定のイオンビームを少なくとも１つの分解
   スリットに通すという段階を含む請求項２に記載の方法
   。 【請求項４】　　前記段階（ａ）において、上記分析磁
   石の非点収差光学パラメータは、上記単一アパーチャイ
   オンソースのアパーチャ像がターゲットに生じるように
   選択される請求項２に記載の方法。　　　　【請求項５
   】　　前記段階（ａ）において、上記分析磁石の非点収
   差光学パラメータは、上記単一アパーチャイオンソース
   のアパーチャ像がターゲットの付近に生じるように選択
   される請求項２に記載の方法。 【請求項６】　　前記段階（ｂ）において、上記実質的
   に一定のイオンビームを通して均一の速度でターゲット
   を移動する請求項１に記載の方法。 【請求項７】　　前記段階（ｂ）において、上記実質的
   に一定のイオンビームのイオン電流に比例して変化する
   速度で上記実質的に一定のイオンビームを通してターゲ
   ットを移動する請求項１に記載の方法。 【請求項８】　　ターゲットにイオンをインプランテー
   ションするのに用いる装置において、イオンビームを発
   生するためのイオンビーム発生手段を具備し、上記イオ
   ンビームの断面は、その長さがターゲットより大きく、
   その巾が該長さより実質的に小さいものであり、更に、
   このイオンビーム発生手段は単一アパーチャのイオンソ
   ースを含んでおり、そして更に、ターゲットをのせて、
   イオンビームを通して搬送するコンベヤ手段を具備する
   ことを特徴とする装置。 【請求項９】　　上記イオンビーム発生手段は、更に、
   上記単一アパーチャイオンソースとコンベヤ手段との間
   に配置された分析磁石を備え、上記イオンビームはこの
   分析磁石の磁極に通され、この分析磁石においてイオン
   ビームが垂直方向にくびれるようにされると共に、この
   分析磁石によりイオンビームが水平方向に収斂され、そ
   して更に、上記分析磁石とターゲットとの間に配置され
   て、イオンビームがターゲットに当たる前にイオンビー
   ムの軌道を実質的に平行にさせるのに用いる収束磁石を
   備えている請求項８に記載の装置。 【請求項１０】　　上記イオンソースとターゲットとの
   間のイオンビーム路に配置された少なくとも１つの分解
   スリットを更に備えた請求項９に記載の装置。 【請求項１１】　　上記分析磁石の非点収差光学パラメ
   ータは、単一アパーチャイオンソースのアパーチャ像が
   ターゲットに生じるように選択される請求項９に記載の
   装置。 【請求項１２】　　上記分析磁石の非点収差光学パラメ
   ータは、単一アパーチャイオンソースのアパーチャ像が
   ターゲット付近に生じるように選択される請求項９に記
   載の装置。 【請求項１３】　　コンベヤ手段がイオンビームを通し
   てターゲットを均一の速度で移動させる請求項８に記載
   の装置。 【請求項１４】　　上記イオンビームのイオン電流に比
   例して変化する速度でコンベヤ手段がイオンビームを通
   してターゲットを移動させる請求項８に記載の装置。