特許 5808338 グレーデッド形静電レンズ内の荷電粒子ビームの偏向を制御するシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5808338

(24)【登録日】2015年9月18日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】グレーデッド形静電レンズ内の荷電粒子ビームの偏向を制御するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20151021BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20151021BHJP

   H01J 37/12 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 Z

   H01J37/147 D

   H01J37/12

【請求項の数】19

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-547237(P2012-547237)

(86)(22)【出願日】2010年12月28日

(65)【公表番号】特表2013-516046(P2013-516046A)

(43)【公表日】2013年5月9日

(86)【国際出願番号】US2010062225

(87)【国際公開番号】WO2011082163

(87)【国際公開日】20110707

【審査請求日】2013年12月24日

(31)【優先権主張番号】12/647,950

(32)【優先日】2009年12月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500239188

【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100153017

【弁理士】

【氏名又は名称】大倉 昭人

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】ピーター エル ケラーマン

(72)【発明者】

【氏名】フランク シンクレア

(72)【発明者】

【氏名】ヴィクター エム バンヴェニスト

(72)【発明者】

【氏名】ジュン ルー

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−２３３９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９０９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０２／０５２６０９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／０２、３７／０５、３７／０９−３７／１８、

３７／２１、３７／２４−３７／２４４、

３７／２５２−３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンビームの偏向を制御する方法であって、
複数の上部及び下部電極の対を含むレンズを設けるステップであって、各対の前記上部及び下部電極はイオンビームの両側に位置付けるステップと、
前記イオンビームの減速をグレーディングするステップと、
ビームの角度補正を得るために、前記レンズの長さに沿っての偏向因子関数を得るステップと、
前記イオンビームの中心光線軌跡を前記レンズの中心に位置づけるように、前記イオンビームの前記グレーディング、前記偏向因子及び集束を調整するために、前記複数の上部及び下部電極の対に対する電極の電圧を得るステップと、を有し、
前記偏向因子は、偏向アークに沿った特定の位置における上部及び下部電極の間の電圧の差の、前記特定の位置における中心光線のエネルギーに対する比例定数を含む、イオンビームの偏向を制御する方法。

【請求項2】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記ビームの集束及び残留エネルギー汚染を制御するステップを、さらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記イオンビームの上流の電子抑制を制御し、電子が前記イオンビームから奪われるのを抑えるステップを、さらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記イオンビームの偏向を制御し、前記レンズの出口で前記ビームを中心に置くステップを、さらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記複数の電極の対の内側及び外側の最終接地電極の電流を測定するステップと、
前記内側及び外側の最終接地電極の前記電流が等しくなるまで、ビームの偏向を変化させることにより、前記ビームを中心に置くステップと、をさらに有する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

ビームを中心に置くことを決定するために、前記レンズの出口アパーチャー内に垂直に中心のあるコリメート光センサを供給するステップを、さらに有する、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記イオンビームの最終偏向角を制御し、前記レンズの出口で前記イオンビームの位置を制約するステップを、さらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記イオンビームの減速をグレーディングする前記ステップは、
前記レンズの長さに沿っての前記ビームの中心光線軌跡のエネルギーを計算するステップを、さらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記複数の上部及び下部電極の対の外側の電極の電圧が負のままであるように、電極の電圧を前記上部及び下部電極の対に与える、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記複数の電極の外側の抑制電極は上流のビームライン電位より下のままである、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

イオンビームの偏向を制御するシステムであって、
複数の上部及び下部電極の対を含み、各対の前記上部及び下部電極が前記イオンビームの両側に位置付けられるレンズと、
前記複数の上部及び下部電極に加えられる電位の異なる組合せを制御するためのコントローラと、
コンピュータプログラムコードがプロセッサにより実行されるときに、前記プロセッサが以下の方法を実行するように、前記コンピュータプログラムコードがエンコードされたコンピュータ可読記憶媒体と、を備え、
前記方法は、
前記イオンビームの減速をグレーディングするステップと、
ビームの角度補正を得るために、前記レンズの長さに沿っての偏向因子関数を得るステップと、
前記イオンビームの中心光線軌跡を前記レンズの中心に位置づけるように、前記イオンビームの前記グレーディング、前記偏向因子及び集束を調整するために、前記複数の上部及び下部電極の対に対する電極の電圧を得るステップと、を有し、
前記偏向因子は、偏向アークに沿った特定の位置における上部及び下部電極の間の電圧の差の、前記特定の位置における中心光線のエネルギーに対する比例定数を含む、イオンビームの偏向を制御するシステム。

【請求項12】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記ビームの集束及び残留エネルギー汚染を制御するステップを、さらに有する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記イオンビームの上流の電子抑制を制御し、電子が前記イオンビームから奪われるのを抑えるステップを、さらに有する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項14】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記ビームの偏向を制御し、前記レンズの出口で前記ビームを中心に置くステップを、さらに有する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項15】

前記複数の上部及び下部電極の対の内側及び外側の最終接地電極の電流を測定するステップと、
前記内側及び外側の最終接地電極の前記電流が等しくなるまで、ビームの偏向を変化させることにより、前記イオンビームを中心に置くステップと、のための命令をさらに有する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

ビームを中心に置くことを決定するために、前記レンズの出口アパーチャー内に垂直に中心のあるコリメート光センサを供給するステップのための命令を、さらに有する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項17】

前記グレーディング及び前記偏向因子を調整するために電圧を得るステップは、前記イオンビームの最終偏向角を制御し、前記レンズの出口で前記イオンビームの位置を制約するステップを、さらに有する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項18】

前記イオンビームの減速をグレーディングする前記ステップは、
前記レンズの長さに沿っての前記ビームの中心光線軌跡のエネルギーを計算するステップを、さらに有する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項19】

前記複数の上部及び下部電極の対の外側の電極の電圧が負のままであるように、前記電極の電圧を前記複数の上部及び下部電極の対に与える、請求項１１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施態様は、半導体構造を形成するためのイオン注入の分野に関する。特に、本発明は、グレーデッド(graded)形静電レンズ内の荷電粒子ビームの偏向を制御する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イオン注入機は、半導体製造において、材料の導電率を選択的に変えるために広く用いられる。典型的なイオン注入機では、イオン源から生成されるイオンを、１つ以上のアナライザマグネット及び複数の電極を備えることができる一連のビームラインコンポーネント中を通過させる。アナライザマグネットは、所望のイオン種を選択し、汚染種及び所望しないエネルギーを有するイオンをろ過して除去し、ターゲットウエハーでのイオンビーム品質を調整する。適切に形成した電極は、イオンビームのエネルギー及び形状を修正することができる。

【0003】

図１は、従来のイオン注入機１００を示し、イオン注入機１００は、イオン源１０２、引き出し電極１０４、９０°マグネットアナライザ１０６、第１の減速（D1）ステージ１０８、７０°マグネットアナライザ１１０、第２の減速（D2）ステージ１１２を含む。D1及びD2の減速ステージ（「減速レンズ」としても知られる）は、各々、イオンビームを通過させる規定のアパーチャーを有する多数の電極を備える。電位の異なる組み合わせを多数の電極に印加することにより、D1及びD2の減速レンズは、イオンエネルギーを操作して、イオンビームを所望のエネルギーでターゲットウエハーに当てることができる。

【0004】

上記のD1又はD2の減速レンズは、典型的に静電トライオード（triode）（又はテトロード（tetrode））減速レンズである。図２は、従来の静電トライオード減速レンズ２００の斜視図を示す。静電トライオード減速レンズ２００は、３セットの電極、すなわち、入り口電極２０２（「ターミナル電極」ともいう）、抑制電極２０４（又は「集束電極」）及び出口電極２０６（必ずしも接地しないけれども、「接地電極」ともいう）を備える。従来の静電テトロード減速レンズは、テトロードレンズが、抑制電極２０４と出口電極２０６との間に、追加の１セットの抑制電極（又集束電極）を有することを除いて、静電トライオード減速レンズ２００に類似している。静電トライオード減速レンズ２００では、各セットの電極は、イオンビーム２０が（例えば、ビームの方向に沿って＋ｚの方向に）そこを通過することを可能にするスペース／ギャップを有することができる。図２に示すように、各セットの電極は、同じ電位を共有するように互いに電気的に結合した２つの導電ピースを備えることができる。その代わりに、各セットの電極は、イオンビーム２０がそこを通過するアパーチャーを有する１ピースの構造にすることができる。このため、各セットの電極は、事実上、単一の電位を有する単一の電極である。簡単にするために、各セットの電極は、本明細書では、単数として見なされる。すなわち、（複数の）入り口電極２０２は「（単数の）入り口電極２０２」といい、（複数の）抑制電極２０４は「（単数の）抑制電極２０４」といい、（複数の）出口電極２０６は「（単数の）出口電極２０６」という。

【0005】

動作中、入り口電極２０２、抑制電極２０４及び出口電極２０６には、イオンビーム２０のエネルギー及び／又は形状を以下の方法で操作するように、独立にバイアスをかける。イオンビーム２０は、入り口電極２０２を通って静電トライオード減速レンズ２００に入ることができ、例えば、１０−２０keVの初期エネルギーを有することができる。イオンビーム２０内のイオンは、入り口電極２０２と抑制電極２０４との間で加速することができる。抑制電極２０４に到達すると、イオンビーム２０は、例えば、約３０keV以上のエネルギーを有することができる。抑制電極２０４と出口電極２０６との間で、イオンビーム２０内のイオンは、典型的に、ターゲットウエハーのイオン注入のために用いるものにより近いエネルギーに減速することができる。一例では、イオンビーム２０は、静電トライオード減速レンズ２００から出る時に、約３〜５keV以下のエネルギーを有することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

静電トライオード減速レンズ２００内で起こるイオンエネルギーの大幅な変化は、イオンビーム２０の形状に大きな影響を与えることができる。例えば、エネルギー中性をろ過して除去するための共局在の偏向を与えることができる減速レンズ２００は、偏向角及びビーム集束の制御に関連する課題に直面することができる。イオンビーム２０の偏向を制御するために必要な電圧は、（例えば、入力と出力の両方とも）ビームのエネルギーに依存することができ、これに対して、イオンビーム２０の集束を制御するための電圧を、イオンビームに異なる電流と高さを供給するために、変化させることができる。イオンビーム２０の位置も変化し続ける場合、イオンビーム２０のサイズの調整（集束）は、容易に実現可能でないかもしれないため、これは、イオンビーム２０の調整に困難をもたらし得る。従来のシステム及び方法は、共局在の偏向及び減速レンズ内のイオンビームの偏向及び／又は集束を独立に制御するための解決手段を提供しない。上述を考慮するに、現状のイオン注入技術に関連する重大な問題及び欠点があることが分る。

【課題を解決するための手段】

【0007】

ビームのアーチ形の動きを保持する減速／偏向レンズ内に電極電圧を与え、グレーデッド形減速／偏向レンズの対称性を適合させる方法を、開示する。偏向角の微調整は、レンズの端部で急激になされるよりもむしろ、レンズ全体にわたっての電圧の微調整により、なだらかになされる。垂直位置をレンズの出口で又はウエハー平面で制約することができ、ウエハーでのビームの位置と角度とを独立に調整することを可能にする。垂直静電エネルギーフィルタ（ＶＥＥＦ）内でビームの垂直位置検出を組み込むいくつかの方法を開示する。

【0008】

イオンビームの偏向を制御する方法であって、複数の上部及び下部電極の対を含む電極の構成を設けるステップであって、各対の上部及び下部電極はイオンビームの両側に位置付けるステップと、イオンビームの減速をグレーディングするステップと、ビームの角度補正を得るために、レンズの長さに沿っての偏向因子関数を得るステップと、イオンビームの中心光線軌跡（ＣＲＴ）をレンズの中心に位置づけるように、イオンビームのグレーディング、偏向因子及び集束を調整するために、複数の上部及び下部電極の対に対する電極の電圧を得るステップと、を有し、グレーディング及び偏向因子を調整するステップは、イオンビームの少なくとも１つのパラメータを調整する少なくとも１つの仮想ノブを用いて達成される、イオンビームの偏向を制御する方法を、開示する。

【0009】

荷電粒子ビームの偏向を制御するシステムは、複数のセットの電極を含み、各セットの電極が、荷電粒子ビームがそこを通過することを可能にするギャップにより相隔たる、グレーデッド形レンズと、複数のセットの電極に加えられる電位の異なる組合せを制御するためのコントローラと、コンピュータプログラムコードがプロセッサにより実行されるときに、プロセッサが以下の方法を実行するように、コンピュータプログラムコードがエンコードされたコンピュータ可読記憶媒体と、を備える。その方法は、イオンビームの減速をグレーディングするステップと、ビームの角度補正を得るために、レンズの長さに沿っての偏向因子関数を得るステップと、イオンビームの中心光線軌跡（ＣＲＴ）をレンズの中心に位置づけるように、イオンビームのグレーディング、偏向因子及び集束を調整するために、複数の上部及び下部電極の対に対する電極の電圧を得るステップと、を有し、グレーディング及び偏向因子を調整するステップは、イオンビームの少なくとも１つのパラメータを調整する少なくとも１つの仮想ノブを用いて達成される。

【0010】

添付図面は、その方法の原理の実際的応用に対してこれまで考えた開示方法の望ましい実施形態を例示する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】従来のイオン注入機を示す図である。

【図2】従来の静電トライオードレンズを示す図である。

【図3】グレーデッド形レンズ構成の側面図である。

【図4A】グレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフを示す図である。

【図4B】グレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフを示す図である。

【図4C】グレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフを示す図である。

【図4D】グレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフを示す図である。

【図5】例示的グレーデッド形レンズ構成の幾何学的表現の図である。

【図6】図５のグレーデッド形レンズのイオンビームエネルギー対電極の位置のグラフを示す図である。

【図7】図５のグレーデッド形レンズにより生成されるイオンビームのアーチ形の動きの幾何学的表現の図である。

【図8】図５のレンズの長さに沿ってビームの偏向の曲率半径の変化を示すグラフの図である。

【図9】Ａは、１５０ｍｍのレンズの長さにわたり変化するｆ_avの影響を例示するグラフの図である。Ｂは、１５０ｍｍのレンズの長さにわたり変化するβの影響を例示するグラフの図である。

【図10】変化する偏向角によって異なるイオンビームの経路のグラフの図である。

【図11】レンズ出口からの距離Ｄで、制約されるｙで、変化するdθによって異なるイオンビームの経路のグラフの図である。

【図12】電子抑制の失敗によるイオンビームの爆発を例示するグラフの図である。

【図13】Ｉ_iとＩ₀とが等しくなるようにＦ₀を変化させる、例示的グレーデッド形レンズ構成の幾何学的表現の図である。

【図14】イオンビームの垂直位置を測定するための配置の略図である。

【図15】Ａは、平均垂直位置及び平均垂直角度対Ｆ_defl及びθ_corの応答／感度を例示するグラフの図である。Ｂは、平均垂直位置及び平均垂直角度対Ｆ_defl及びθ_corの応答／感度を例示するグラフの図である。

【図16】ごまかしレンズ構成の偏向、減速及び／又は集束の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

従来のレンズ構成の課題を解決するために、改善した静電レンズ構成は、１つ以上の可変制御抑制／集束電極を含むことができる。これらの電極は、互いに対して独立に又は分離して制御され／バイアスをかけられる、様々な形状、曲率、位置、材料及び／又は構成を含むことができ、それにより、ビームの形状及びエネルギーの柔軟性のある効果的な操作を提供する。

【0013】

図３は、例示的なグレーデッド形レンズ構成３００の側面図である。グレーデッド形レンズ構成３００は、数セットの電極を含むことができる。例えば、グレーデッド形レンズ構成は、１セットの入り口電極３０２、１以上のセットの抑制／集束電極３０４及び１セットの出口電極３０６を含むことができる。各セットの電極は、イオンビーム３０（例えば、リボンビーム）がそこを通過することを可能にするスペース／ギャップを有することができる。

【0014】

いくつかの実施形態では、これらの電極（例えば、入り口電極３０２、抑制／集束電極３０４及び出口電極３０６）は、ハウジング３０８内に備えることができる。ポンプ３１０を直接的に又は間接的にハウジング３０８に接続することができる。一実施形態では、ポンプ３１０は、高真空環境又は他の制御環境を供給するための真空ポンプにすることができる。他の実施形態では、ハウジング３０８は、１つ以上のブッシング３１２を含むことができる。これらのブッシング３１２は、ハウジング３０８を他のコンポーネントから電気的に絶縁するために、用いることができる。他の様々な実施形態も提供することができる。

【0015】

図３に示すように、各セットの入り口電極３０２及び出口電極３０６は、互いに電気的に結合した２つの導電ピースを備えることができ、又は、イオンビーム３０がそこを通過するアパーチャーを有する１ピースの構造にすることができる。いくつかの実施形態では、抑制／集束電極３０４の上部及び下部は、そこを通過するイオンビーム３０を偏向するために、（例えば、別個の導電ピース内で）異なる電位を有することができる。簡単にするために、各セットの電極は、単数として見なすことができる。すなわち、（複数の）入り口電極３０２は「（単数の）入り口電極３０２」といい、（複数の）抑制／集束電極３０４は「（単数の）抑制／集束電極３０４」といい、（複数の）出口電極３０６は「（単数の）出口電極３０６」という。グレーデッド形レンズ構成３００は、（例えば、５セットの抑制／集束電極３０４を有する）７つの要素のレンズ構成として示されるけれども、任意の数の要素（又は電極）を利用することができることを認識すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、グレーデッド形レンズ構成３００は、３セットから１０セットの範囲の電極を利用することができる。他の様々な実施形態も提供することができる。いくつかの実施形態では、電極を通過するイオンビーム３０は、ボロン又は他の元素を含むことができる。イオンビーム３０の静電集束は、イオンビームの経路又はビームライン３０に沿っての電位の勾配を制御するいくつかの薄い電極（例えば、抑制／集束電極３０４）を用いることにより達成することができる。グレーデッド形レンズ構成３００では、オーバー集束を避ける間に、高減速比率も提供することができる。

【0016】

その結果、入力イオンビーム３０の使用は、非常に低いエネルギーの出力ビームに対してさえ、より高い品質のビームを可能にするエネルギーの範囲で使用することができる。一実施形態では、イオンビーム３０がレンズ構成３００の電極を通過する時に、イオンビーム３０は、６keVから０．２keVに減速させることができ、グレーデッド形レンズ構成３００の電極により１５°で偏向させることができる。この例では、エネルギー比率は３０／１にすることができる。他の様々な実施形態も提供することができる。

【0017】

なお、減速、偏向及び／又は集束を分離して独立に制御することは、以下の（１）及び（２）により達成することができる。
（１）イオンビーム３０の中心光線軌跡（ＣＲＴ）について電極（例えば、入り口電極３０２、抑制／集束電極３０４及び出口電極３０６）の対称性を維持すること。
（２）偏向角３５でＣＲＴに沿っての各点でのビームエネルギーを反射するために、イオンビーム３０のＣＲＴに沿って偏向電圧を変化させること。
イオンビーム３０のＣＲＴについての電極の対称性により、イオンビーム３０に最も近い上部及び下部の電極の端部は、イオンビーム３０のＣＲＴから等しい（又はほとんど等しい）垂直距離に保持することができる。例えば、イオンビーム３０の上部及び下部の電極の電圧の差（例えば、V_def(z)=V_upper(z)-V_lower(z)）は、電界の偏向成分（例えば、(V_upper(z)-V_lower(z))/gap(z)）がその点でのビームエネルギーの一定の比率／係数（電極又はレンズに沿って変化し得る）（例えば、factor^*E_beam(z)）になるように構成することができる。例えば、これは、以下の式１のように表すことができる。
V_def(z)/gap(z)=factor^*E_beam(z) 式１

【0018】

いくつかの実施形態では、この偏向電圧を上部及び／又は下部に対して非対称に印加することができる（例えば、zでＣＲＴでの電位に対して+/-V_def(z)）。他の実施形態では、例えば、偏向電圧をイオンビーム３０の片側だけに２倍の偏向電圧を印加することができる。なお、頂部及び底部の電極の電圧の間の関係は、一定の配置に対して一定にできるため、この関係を回路ネットワーク又は他の同様のネットワークに実装することができる。従って、電源の数を２倍にする必要性、及び／又は、この関係をハードウェアに設定することは、完全に除外しないけれども、低減することができる。他の様々な実施形態も提供することができる。

【0019】

図４Ａ〜４Ｄは、図３の例示的実施形態によるグレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフ４００Ａ〜４００Ｄを示す。これらの例示的グラフ４００Ａ〜４００Ｄでは、イオンビーム３０を、様々な集束条件を生成する各電極で、異なる放射率及び電圧／バイアスで、示すことができる。なお、各例示的グラフは、（式１で上記したように）０．１６の偏向係数を用いることができ、同一の又は類似の偏向（例えば、２０°の偏向）を生成することができる。例えば、図４Ａは、０の放射率のイオンビームを用いたグレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフ４００Ａを示し、図４Ｂは、０でない放射率のイオンビームを用いたグレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフ４００Ｂを示し、図４Ｃは、０でない放射率の収束するイオンビームを用いたグレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフ４００Ｃを示し、図４Ｄは、異なる集束電圧を用いたグレーデッド形レンズ構成での偏向、減速及び／又は集束の例示的グラフ４００Ｄを示す。大抵の状況では、式１の偏向係数は、０．１６として保持することができる。他の様々な実施形態も提供することができる。

【0020】

その出願の全体が本明細書に参照により組み込まれる、ドケット番号２００８−１０９の発明の名称”Techniques for Independently Controlling Deflection, Deceleration and Focus of an Ion Beam”（イオンビームの偏向、減速及び集束を独立に制御するための技術）の２００９年１月２日に出願された同時係属出願番号１２／３４８，０９１に開示された他のグレーデッド形レンズ構成が提供されることも認識される。

【0021】

上述の通り、グレーデッド形減速−偏向静電レンズは、各々が別個の電源に接続された多くの電極を含む。例えば、７段レンズは、典型的に、（主減速供給に加えて）１０個の高電圧電源を必要とする。電極の電圧は、以下の（１）〜（４）を一緒に達成するように、変化させなければならない。（１）ビームの集束を制御するための減速のグレーディング、（２）レンズのセンターライン上のビームの中心光線軌跡（ＣＲＴ）のセンタリング、（３）ビームの最終偏向角の調整、（４）エネルギー汚染の最小化。

【0022】

全ての電極の電圧は、電子電流を防ぐために、上流のビームラインに対し負のままであるという制約を維持する間に、上記を達成すべきである。

【0023】

この多数の電源を制御することは、重要な制御課題である。従って、上記の目的を直接、反映する少数の「仮想ノブ」を生じるためのこれらの電源制御を組み合わせる方法を開示する。そのようなパラメータ化は、この複雑な装置の制御を単純化し可能にする。

【0024】

開示方法は、独立にイオンビームを減速し偏向することができる静電レンズ（「垂直静電エネルギーフィルタ」又はＶＥＥＦとも呼ぶ）の電極に電圧を与えることに言及する。図５に概略的に示すこの配置は、約２０°の偏向アークθを中心とする７つの内側の電極及び外側の電極（０から６まで番号付けされる）を含む。この例では、（入力ビームからの高エネルギー中性物が高電圧電極に当たらないように、）電極の位置を扇形に広げ、電極の角度の間隔は均一である。最初の電極「０」（内側及び外側）は、上流（高エネルギー）ビームラインにかかわり、最後の電極「０」（内側及び外側）は、下流（低エネルギー）ビームラインにかかわる。上流ビームラインと下流ビームラインとの間の電位の差は、レンズの減速電圧である。開示の実施形態では、追加的に、他の電極に接続された１０個の他の電源がある。（偏向アークに沿っての特定の位置での）内側の電極と外側の電極との間の電圧の差は、その点でのビームのＣＲＴのエネルギーに比例する。偏向電圧の差とＣＲＴのエネルギーとの間の比例定数を、偏向因子Ｆ_deflと呼ぶ。

【0025】

そのようなグレーデッド形偏向／減速静電レンズ又はＶＥＥＦに電圧を与える技術は、以下のいくつかの側面を含む。

【0026】

１．電極電圧を与えるための方法（少数の「仮想ノブ」に基づいて）

【0027】

ａ．レンズに沿ってのビームのＣＲＴのエネルギーを計算することを伴う、減速をグレーディングすること。

【0028】

ｂ．（レンズ形状の幾何学的角度を超えて）角度補正を得るために、レンズに沿っての偏向因子関数を計算すること。

【0029】

ｃ．全ての電圧を（下流ビームラインに対して）負に維持する間に、ビームのＣＲＴがレンズのセンターに近いままであるような方法での、角度補正で、グレーデッド形の減速及び偏向を得るために、電極電圧を計算すること。

【0030】

２．ＶＥＥＦの出口でビームの垂直位置を、識別するための装置

【0031】

３．ビームのＣＲＴをレンズ内の中心に維持する間に、所望の偏向及び集束を得るために、これらの「仮想ノブ」を調整するための方法。

【0032】

上記の各々を以下に、順次、説明する。

【0033】

１．電極電圧を与えるための方法

【0034】

ａ．減速をグレーディングすること

【0035】

入力ビームラインにかかわらない最初の電極（図５で１が番号付けされる）は、上流のビームプラズマ電子がビームから奪われるのを抑えるので、抑制電極として知られる。この抑制電極と最終の接地電極との間で、ビームのエネルギーは、電極２〜５の電位に従って、減少する。この減速電界のグレーディングは、ビームの正味集束の他に残留エネルギー汚染（ＥＣ）にも影響する。開示方法により、このグレーディングは、以下の式２により定義されるように、単一のパラメータαにより具体化される、べき法則により説明される。

【数1】

ここで、ｉ＝レンズに沿っての位置を説明するインデックス、Ｅ_crt＝各点ＩでのＣＲＴ上のイオンのエネルギー、Ｅ_f＝ビームの最終のエネルギー、Ｅ₀＝ビームの最初のエネルギー、Ｖ_s＝抑制電極の位置でのＣＲＴ上の電位、及びｅ＝電子の電荷である。

【0036】

従って、式２から、図６に例示するように、α＝１の場合、ＣＲＴ上のイオンのエネルギーは、Ｅ₀＋ｅＶ_sからＥ_fへ直線的に変化し、α＞１の場合、そのエネルギーは、もっと速く減少する。一般的に、大きいαはビームを速く減速し、高エネルギー中性化イオンのウエハーに到達することからの変化を減少し（すなわち、低ＥＣという結果になる）、一方、小さいαはビームのより大きい集束という結果になる。

【0037】

ｂ．偏向角補正

【0038】

アーチ形の動き

【0039】

内側の電極と外側の電極との間の電圧の差は、粒子の動きに垂直な電界を与え、従って、局所的な円形又はアーチ形の動きを生成する（図７を参照）。ビームが内側の電極と外側の電極との間の中心にあるように、曲率半径及びアークの長さ（及び従って正味偏向角）は、レンズの形状に適合させなければならず、それにより、収差及び集束と偏向との間の結合を最小化する。

【0040】

Ｆ_deflがＶＥＥＦの長さにわたって一定である場合、ビームの中心光線軌跡（ＣＲＴ）は完全に円形であり、その長さＬにわたって正味偏向角θという結果になる。このアーチ形の動きからの最小の偏差を引き起こす間に、入力ビームアラインメントの変化及び空間電荷の効果に適合させるために、正味偏向角を微調整することができることが望ましい。本発明の方法により、ビームの偏向の曲率半径をレンズの長さに沿って直線的に調整することによって、これが行われる。従って、単一のパラメータＦ_deflを、Ｆ_deflの平均値ｆ_av及び勾配βの２つのパラメータで置き換える（図８及び以下の式３を参照）。

【数2】

【0041】

偏向経路に沿って各点で、差分偏向は、

【数3】

【0042】

これを０とｚとの間で積分すると、正味の偏向θ（ｚ）を生じる。

【数4】

【0043】

垂直変位は、式６により、角偏向と関係している。

【数5】

【0044】

従って、（長さＬの）レンズの出口で、

【数6】

【0045】

図９Ａ及び９Ｂは、長さＬ＝１５０ｍｍのレンズにわたり変化するｆ_av及びβの影響を実証する、ＶＥＥＦの中を通ってのイオンビームの軌跡を示す。変化するｆ_av単独では、最終角度の他にビームの位置にも影響を及ぼし、一方、変化するβ単独では、最終角度は変わらないままで、位置のみに影響を及ぼす。

【0046】

ｆ_av及びβを共に変化させることにより、垂直位置をビームの軌跡Ｚ_cに沿うある点で不変のままにする間に、正味の偏向角を変化させることができる。これを実現するために必要なｆ_avとβとの間の制約は、式９の全微分を考慮することにより、見出すことができる。

【数7】

【0047】

レンズの出口での位置（dy(L)=0）を制約して、正味の偏向角θ(dθ)の所望の変化とｆ_av及びβ(dｆ_av, dｆ_av) の必要な変化との間の関係を得る。

【数8】

【0048】

従って、偏向がＶＥＥＦ（図４）内の電極２〜６の間で起こる場合に、これらの電極の位置での偏向因子Ｆ_defl (i) が以下の式となるように、Ｆ₀ (=「β=0の時のｆ_av」)及びθ_cor(=式１１のdθ)を規定することができる。

【数9】

【0049】

図１０は、ＶＥＥＦ出口（図でＬ＝３００ｍｍ）に制約されるｙで、変化するθ_cor(図１０のdθ)によって異なるビームの経路を示す。

【0050】

あるいは、ＶＥＥＦ内の正味の偏向をdθだけ変化させる間に、その位置をＶＥＥＦ出口からさらに下流に（例えば、距離Ｄ）制約することができ、ＶＥＥＦ出口での位置を−dθDだけ平行移動させる。

【数10】

【0051】

従って、式１３のβのθ_corへの依存は、式１５のように変わる。

【数11】

【0052】

図１１は、レンズ出口からの距離Ｄで、制約されるｙで、変化するdθによって異なるビームの経路を示す。

【0053】

ｃ．偏向電位を与えること

【0054】

（出口のｙ又はウエハーのｙでの適切な制約と共に、）Ｆ₀及びθ_corを規定した後に、所望のアーチ形の動きを達成するために、上部及び下部電極に電極電圧を与える。図７で示したように、電極電圧は、式１６により、ビームのＣＲＴに沿う位置で、偏向因子により決定される。

【数12】

ここで、Ｖ_crtは、式２により、Ｖ_crt＝E_f−Ｅ_crtを用いて計算される。しかしながら、式１６により、外側電極は正になることができ、これにより、図１２に例示するように、電子抑制の失敗を引き起こすことができ、（減速レンズの前に又は後に、ビームの爆発を引き起こし、）図１２は、ＶＥＥＦの端部で、外側電極電位がどのようにして正になり、それにより、下流のビームプラズマから電子を奪うかを示す。

【0055】

従って、以下の制約を加える。

【0056】

１．全ての外側電極電圧は、下流のビームライン電位より下のままである（通常０）。

【0057】

２．外側抑制電極は、上流のビームライン電位より下のままである。（抑制供給の基準は、通常、上流のビームラインとするため、これは、電源構造の要件にもなり得る。）

【0058】

制約１は、ＣＲＴに沿って（至る所で）、一定の電位δＶを差し引くことにより、満たすことができる。δＶは、ビームのエネルギーを増加させるため、以下の式を満たすように計算される。

【数13】

【0059】

δＶは、式２から得られるＶ_crtから差し引かれ、上部及び下部電極の電圧が式１３により計算される。

【0060】

制約２は、抑制電圧をＣＲＴ上に規定するよりも、外側抑制電圧を０より大きく規定することにより、満たすことができる。すなわち、規定されたＶ_s,upperからＶ_s,crtを計算するために、式１３を用いることができる。なお、基準をＶ₀（上流ビームラインの電位）とする、（正の）抑制電源値Ｖ_S,VFを、通常、規定する。
すなわち、Ｖ_S,VF≡Ｖ₀−Ｖ_s,upper

【数14】

【0061】

Ｅ_crt（なお、Ｖ_s,crt＝Ｖ_crt（１）＝Ｖ₀−Ｅ_crt（１））を規定するために、この計算したＶ_s,crtをαアルゴリズムで用いる。

【0062】

仮想ノブ

【0063】

減速／偏向レンズへの規定した入力ビーム及びレンズの規定したエネルギー減速に対して、レンズ内の電極上の電位を制御する電源は、ビームの集束及び偏向を制御する。開示方法によって、以下の「仮想ノブ」によりこれらの電源を制御する。

【0064】

（１）α−ビームの集束の他に残留エネルギー汚染も制御する。

【0065】

（２）Ｖ_S−上流の電子抑制を制御し、電子が上流ビームから奪われるのを防ぐ。

【0066】

（３）Ｆ₀−レンズの出口でビームを中心に置くために用いられて（θ_cor＝０で）、ビームの偏向を制御する。

【0067】

（４）θ_cor−位置をレンズの出口に制約する間に、ビームの最終偏向角の微調整を提供する。

【0068】

２．偏向レンズの出口でビームを中心に置くための装置

【0069】

偏向レンズの出口でビームを中心に置くために、Ｆ₀を調整することができることは、有利である。入力ビームのアラインメント及び空間電荷の効果のわずかな変化により、そのような動的調整は重要であり得る。

【0070】

アプローチ１：電流センサとしての最終接地電極の使用

【0071】

内側及び外側の最終接地電極の電流の測定により、Ｉ_iとＩ₀とが等しくなるまで、Ｆ₀を変化させることにより、ビームを中心に置くことができる（図１３を参照）。両方の最終接地電極に電流を生じるには、ビームが狭すぎる場合、電極に同一電流を達成するＦ₀の２つの値に到達するまで、Ｆ₀を変化させることができ、次いで、これらの２つの値の間にＦ₀を設定する。

【0072】

アプローチ２：出口アパーチャー内に垂直に中心のあるコリメート光センサの使用
残留ガス中を通過するイオンビームは、光を生成する（残留ガス分子は、励起されて、その基底状態に戻るので）。ビームの垂直位置を測定するために、これを用いることができる。

【0073】

図１４に示すように、「単一光子」の検出ができるＣＣＤ（電荷結合素子）又はＩＣＣＤ（強化電荷結合素子）の使用により、光センサを非常に精度を高くすることができる。ビームの垂直プロファイルを得るために、ＣＣＤの一次元アレイを用いることができる。ビームのない画像を撮ることにより、任意の背景光（例えば、下流のプラズマ・フラッド・ガンからの）を差し引くことができる。

【0074】

３．「仮想ノブ」を調整するための方法

【0075】

方法１：ＶＥＥＦの出口の制約された位置でθ_corを用いること

【0076】

最終ビームの所望のエネルギー、電流及び集束を達成するために、減速比率α及びＶ_sを設定する。これらの値を決定するプロセスは、２００９年１月２日に出願された、発明の名称”Techniques for Independently Controlling Deflection, Deceleration and Focus of an Ion Beam”（イオンビームの偏向、減速及び集束を独立に制御するための技術）の米国特許出願番号１２／３４８，０９１に記載されている。ＶＥＥＦの出口で中心ビームを達成するために、Ｆ_θパラメータを設定する。

【0077】

上記の２つのアプローチ（最終接地電極の電流センサ、又は中心にある光センサ）の内の１つを用いて、ＶＥＥＦの出口でのビームの垂直位置を識別する間に、これは、Ｆ_θを調整することにより、なされる。一旦、これがなされると、次いで、θ_corを用いて、ビームをウエハー表面で中心に置くことができる（ＶＥＥＦの出口で制約された垂直位置で）。ビームをＶＥＥＦの出口で両方とも中心に置き、ＶＥＥＦを正しい角度（すなわち、ビームラインが設定される曲げ角度）で起動することを、これが確実にする。ウエハー平面でのビームのセンタリングは、二次元プロファイラ又はビームの垂直位置を検知するための他の周知技術を用いて達成される。

【0078】

方法１ａ：ＶＥＥＦの出口の制約された位置でθ_corを用いて、ウエハー平面での位置及び角度の両方を測定すること

【0079】

ビームの垂直位置が、たとえ、ＶＥＥＦの出口で直接、識別されなくとも、ビームの位置を調整するために、（ＶＥＥＦの出口で制約された位置で）パラメータθ_corを用いることは、有利である。θ_cor及びＦ₀の両方を最適値に設定することができるように、２つのパラメータを測定する。本方法では、ビームの、平均垂直位置Ｙ及び平均垂直角度Ｙ′の両方をウエハー平面で測定する。これらのパラメータの変動するθ_cor及びＦ₀に対する応答又は感度を、特定のケースに対し、図１５のＡ及びＢに示し、直線状であることを明らかに理解することができる。

【0080】

丁度３点を用いて実験的に偏微分を決定することができる。

【数15】

【0081】

これらを用いてＹ（Ｆ，θ）及びＹ′(Ｆ，θ)の一般的表現を得ることができる。

【数16】

【0082】

設定＝０のとき、どれもが、ウエハーで及びＶＥＥＦの出口で、ビームを中心にするのに必要なＦ及びθの値を生じさせる。

【数17】

【0083】

Ｆ及びθに対しこれらを解くと、

【数18】

【0084】

方法２：ウエハー平面の制約された位置でθ_corを用いること

【0085】

最終ビームの所望のエネルギー、電流及び集束を達成するために、減速比率α及びＶ_sを設定する。次いで、ウエハー平面でビームを中心にするために、Ｖ₀を調整する（二次元プロファイラ又はビームの垂直位置を検知する他の周知手段を用いて達成される。）。次いで、（ウエハー平面の制約された垂直位置と共に）θ_corを変化させることにより、ビームの角度をウエハー平面で規定の曲げ角度になるように調整することができる。ビームをＶＥＥＦの出口で中心に置くこと、かつ、ビームがＶＥＥＦから正しい角度で出ることの両方を、これが確実にする。

【0086】

１．開示した調整方法の他のレンズの他の幾何学的配置への適用

【0087】

なお、開示した方法は、任意の特定のレンズの幾何学的配置への適用に限定されない。むしろ、様々な異なるレンズの幾何学的配置を用いるアプリケーションに適用することができる。

【0088】

減速及び偏向を組み合わせる任意の静電レンズに対し、曲げが単一であろうと、多重であろうと、（集束が最大である）レンズの出口で、ビームが中心にあることは、以下のいくつかの理由から、重要である。

【0089】

（１）それは、収差を最小化する。

【0090】

（２）それは、角度調整と集束との間の相互作用を減少する。

【0091】

（３）それは、整合的な調整を維持し、整合的な残留エネルギー汚染をもたらす。

【0092】

図１６に例示する「ごまかしレンズ」の例を考慮する。ビームがなお偏向される間に、最終の減速が起こるため、最終の曲げ内に形成する中性物により、常に、残留エネルギー汚染が存在する。出口ビームの角度の調整を行うために、最終の曲げの曲率半径を調整する必要がある。ビームを出口位置に保持する間に、これを行うことが望ましく、これにより、ウエハーに到達する中性物の軌跡の変化を最小化する。いくつかの最終電極に独立電位を加えることにより、（かつ、おそらく、もっと多くの電極を加えることにより、）同時にビームのグレーディング及び偏向を成し遂げることにより、かつ、本明細書で説明する調整方法を適用できるようにすることにより、これを達成することできる。

【0093】

本発明をある実施形態を参照して開示したが、添付の特許請求の範囲で規定しているような本発明の範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に対する多くの修正及び変更は可能である。従って、本発明は説明した実施形態に限定されず、本発明は以下の特許請求の範囲及びその均等物の言語により規定される全範囲を有することを意図している。

【0094】

例えば、命令を実行することができるコンピュータにより読み込むことができるコンピュータ可読記憶媒体に、命令のプログラムを具体的に体現することにより、本明細書で説明した方法を自動化することができる。汎用コンピュータは、そのようなコンピュータの一例である。技術的に周知の適切な記憶媒体の限定されない例示的なリストは、読み込み可能又は書き込み可能ＣＤ、フラッシュメモリチップ（例えば、サムドライブ）、様々な磁気記憶媒体等のような装置を含む。

【0095】

本明細書の機能及びプロセスステップは、ユーザコマンドに応じて、自動的に、又は全体的に、又は部分的に、実行することができる。自動的に行われるアクティビティ（ステップを含む）は、ユーザのアクティビティの直接の始動なしに、実行可能な命令又は装置の動作に応じて行われる。

【0096】

なお、開示したシステム及び方法は、限定されるものではない。他のシステム及び方法は、同一の目的を達成するための本発明の原理に従って、導くことができる。本発明を特定の実施形態を参照して説明したけれども、本明細書で示し説明した実施形態及び変形は、例示的目的のみのためであると、理解すべきである。現在の設計に対する変更は、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者により実行することができる。代替の実施形態では、プロセス及びアプリケーションは、開示システムの要素をつなぐネットワークにアクセスする１つ以上の（例えば、分散した）処理装置に置くことができる。さらに、図で与えた任意の機能及びステップは、ハードウェア、ソフトウェア又は両方の組合せに実装することができ、開示システムの要素をつなぐネットワーク又はインターネットを含む別のリンクさせたネットワークの任意の位置に配置した１つ以上の処理装置に存在することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】