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(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】6281257
(24)【登録日】2018年2月2日
(45)【発行日】2018年2月21日
(54)【発明の名称】リボンイオンビームのエネルギーを変更するためのシステム
(51)【国際特許分類】
H01J 37/317 20060101AFI20180208BHJP
H01J 37/04 20060101ALI20180208BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20180208BHJP
【ＦＩ】
H01J37/317 Z
H01J37/04 A
H01L21/265 603B
【請求項の数】18
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2013-241688(P2013-241688)
(22)【出願日】2013年11月22日
(65)【公開番号】特開2014-183042(P2014-183042A)
(43)【公開日】2014年9月29日
【審査請求日】2016年8月18日
(31)【優先権主張番号】13/833,668
(32)【優先日】2013年3月15日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】302054866
【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088661
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 恵二
(72)【発明者】
【氏名】ハフト サミ・ケイ
(72)【発明者】
【氏名】濱本 成顕
(72)【発明者】
【氏名】井合 哲也
【審査官】
杉田 翠
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−０９７９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−３２７７１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０１８５７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ２７／００−２７／２６
３７／０４
３７／０６−３７／０８
３７／２４８
３７／３０−３７／３６
Ｈ０１Ｌ２１／２６−２１／２６８
２１／３２２−２１／３２６
２１／４２−２１／４２５
２１／４２８
２１／４７７−２１／４７９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リボンイオンビームのエネルギーを変更するためのシステムであって、
前記リボンイオンビームを受けて質量選択されたリボンイオンビームを発生させるための分析マグネットと、
前記分析マグネットからのリボンイオンビームの焦点付近に配置されていて、前記分析マグネットと協働して、質量選択されたリボンイオンビームが下流側へ通過することを可能にする質量分析スリットと、
前記質量分析スリットの下流側に配置されていて、前記質量選択されたリボンイオンビームを受けて当該イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するように構成された補正装置と、
前記質量分析スリットの下流側に配置されていて、前記質量選択されたイオンビームが通過する時に当該イオンビームを減速または加速するための減速／加速領域を画定している少なくとも一つの減速／加速要素と、
前記質量分析スリットの下流側に配置されていて、前記質量選択されたイオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるための集束レンズと、
前記減速／加速領域の下流側に配置されていて、前記質量選択されたイオンビームの偏向を生じさせるための静電偏向器とを備えている、ことを特徴とするシステム。
前記リボンイオンビームを受けて質量選択されたリボンイオンビームを発生させるための分析マグネットと、
前記分析マグネットからのリボンイオンビームの焦点付近に配置されていて、前記分析マグネットと協働して、質量選択されたリボンイオンビームが下流側へ通過することを可能にする質量分析スリットと、
前記質量分析スリットの下流側に配置されていて、前記質量選択されたリボンイオンビームを受けて当該イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するように構成された補正装置と、
前記質量分析スリットの下流側に配置されていて、前記質量選択されたイオンビームが通過する時に当該イオンビームを減速または加速するための減速／加速領域を画定している少なくとも一つの減速／加速要素と、
前記質量分析スリットの下流側に配置されていて、前記質量選択されたイオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるための集束レンズと、
前記減速／加速領域の下流側に配置されていて、前記質量選択されたイオンビームの偏向を生じさせるための静電偏向器とを備えている、ことを特徴とするシステム。
【請求項2】
前記補正装置は、間隔をあけた複数の電極対であって、前記イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられており、かつ各対の電極が前記イオンビームの通過のためのギャップを形成するように離れて配置されている複数の電極対を備えており、
前記電極対は、前記イオンビームをその前記縦寸法に沿って局所的に偏向させるために、当該電極対への静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されている、請求項１記載のシステム。
前記電極対は、前記イオンビームをその前記縦寸法に沿って局所的に偏向させるために、当該電極対への静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項3】
前記電極対は、前記イオンビームの進行方向および当該イオンビームの縦寸法で形成される平面と実質的に平行に配置された電極板を備えている、請求項２記載のシステム。
【請求項4】
前記静電電圧を前記補正装置の前記電極対に印加するための少なくとも一つの電圧源を更に備えている、請求項２記載のシステム。
【請求項5】
前記電極対への前記静電電圧の印加を制御するために前記少なくとも一つの電圧源と情報伝達する制御器を更に備えている、請求項４記載のシステム。
【請求項6】
前記集束レンズは、少なくとも一つの集束要素を備えている、請求項１記載のシステム。
【請求項7】
前記少なくとも一つの集束要素は、前記イオンビームを受けるためのギャップを形成するように間隔をあけた一対の電極を備えている、請求項６記載のシステム。
【請求項8】
前記少なくとも一つの集束要素および前記少なくとも一つの減速／加速要素は、それらの間にギャップを形成するように互いに配置されており、かつ当該ギャップを通しての前記イオンの通過が当該イオンの減速または加速を生じさせるような異なる電位に保たれる、請求項６記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも一つの減速／加速要素は、前記補正装置の下流側に配置されており、かつ前記少なくとも一つの集束要素は、前記減速／加速要素の下流側に配置されている、請求項６記載のシステム。
【請求項10】
前記集束要素は、前記静電偏向器の少なくとも一つの電極に対してそれと共にギャップを形成するように配置されており、前記集束要素および前記静電偏向器の少なくとも一つの電極は、前記イオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるのに適した電界を前記ギャップ中に発生させるように互いに異なる電位に保たれる、請求項６記載のシステム。
【請求項11】
前記制御器は、前記補正装置の前記電極対に印加される電圧を時間的に変化させて、前記縦寸法に沿う前記イオンビームの振動運動を生じさせるように構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項12】
前記制御器は、前記イオンビームの振動運動を生じさせるために、前記補正装置の前記縦寸法に沿う前記電極対に対して、直線的増大と直線的減少とが交互に現れる電圧を印加する、請求項１１記載のシステム。
【請求項13】
前記静電偏向器は、前記イオンビームの偏向を生じさせるように互いに異なる電位に保たれる内側電極およびそれに対向する外側電極を備えている、請求項１記載のシステム。
【請求項14】
前記静電偏向器は、前記内側電極の下流側に配置されかつ前記外側電極に対向している中間電極を更に備えており、前記内側電極および前記中間電極は、それらへの独立した電位の印加に適するように構成されている、請求項１３記載のシステム。
【請求項15】
前記外側電極は、互いに所定の角度で配置された上流側部分および下流側部分を備えており、当該下流側部分が前記イオンビーム中に存在する中性種の少なくとも一部分を捕捉することができるようにされている、請求項１３記載のシステム。
【請求項16】
前記静電偏向器の下流側に配置された他の補正装置を更に備えており、当該他の補正装置は、前記イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項17】
前記他の補正装置は、間隔をあけた複数の電極対であって、前記イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられており、かつ各電極対が前記イオンビームの通過のためのギャップを形成するように離れて配置されている複数の電極対を備えており、
前記電極対は、前記イオンビームをその縦寸法に沿って局所的に偏向させるために、当該電極対への静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されている、請求項１６記載のシステム。
前記電極対は、前記イオンビームをその縦寸法に沿って局所的に偏向させるために、当該電極対への静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されている、請求項１６記載のシステム。
【請求項18】
前記イオンビームの前記横寸法に沿う発散を減少させるために前記他の補正装置の下流側に配置された他の集束レンズを更に備えている、請求項１６記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般的にイオン注入システムおよびイオン注入方法に関し、リボンイオンビームの電流密度を調整してそのプロファイル均一性を高めるシステムおよび方法を含んでいる。更に、リボンイオンビームのエネルギーを変更するためのシステムおよびイオン注入システムを含んでいる。
【背景技術】
【0002】
イオン注入技術は、集積回路を製作する目的でイオンを半導体中に注入するために、３０年以上に亘って採用されている。伝統的には、三つのタイプのイオン注入装置がそのようなイオン注入に採用されている。即ち、中電流、大電流および高エネルギーの注入装置である。大電流のイオン注入装置に組み込まれているイオン源は、典型的には、空間電荷効果を改善するために、高アスペクト比を有するスロットの形状をした引出し開口を含んでいる。そのようなイオン源から引き出された１次元のイオンビームは、当該ビームが入射するウェーハの位置で実質的に丸いビームプロファイルを作り出すために、楕円形のプロファイルに集束させることもできる。
【0003】
最近の幾つかの商業上の大電流イオン注入装置は、いわゆるリボンイオンビーム（これは公称上は１次元プロファイルを示す）をウェーハに照射してそこにイオンを注入する。そのようなリボンイオンビームの使用は、ウェーハ処理に幾つかの利点を提供する。例えば、リボンイオンビームは、ウェーハの直径を超える長い寸法を有することができ、それ故に、ウェーハ全体に亘ってイオンを注入するために、ウェーハをイオンビームの進行方向と直交する１次元のみで走査している間に、当該イオンビームを静止状態に保つこともできる。更に、リボンイオンビームは、ウェーハの位置でより大電流を見込むこともできる。
【0004】
リボンイオンビームを発生することのできるイオン源の例が、特許文献１および特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許第６，６６４，５４７号公報
【特許文献2】米国特許第７，７９１，０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
イオン注入のためのリボンイオンビームの使用は、しかしながら、幾つかの課題を引き起こす。例として、イオンビームの縦方向プロファイルの高い均一性が、注入されたイオンの満足できる注入均一性を得るためには必要である。ウェーハ寸法が増大するにつれて（例えば、次世代の４５０ｍｍウェーハが現在有力な３００ｍｍウェーハに取って代わるにつれて）、そのようなウェーハの処理に用いられるリボンイオンビームの満足できる縦方向均一性を達成することがより難しくなる。
【0007】
幾つかの従来のイオン注入システムでは、ビーム輸送中のイオンビームの電荷密度を部分的に変えるために、補正用光学系がイオンビームラインに組み込まれている。この方法は、しかしながら、イオンビームプロファイルがイオン源からの引き出し時に強い非均一性を示す場合や、空間電荷の作用またはビーム輸送光学系によって引き起こされる収差が原因の場合、十分なイオンビーム均一性を作り出すことは通常はできない。
【0008】
従って、所望のエネルギーおよび高度なプロファイル均一性を持つリボンイオンビームを発生させるための強化されたシステムおよび方法を含めて、イオン注入のための改良されたシステムおよび方法に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
一つの局面では、リボンイオンビームのエネルギーを変更するためのシステムが開示されており、当該システムは、リボンイオンビームを受けてその縦寸法（換言すれば長手方向寸法。以下同様）に沿う電流密度プロファイルを調整するように構成された補正装置と、前記イオンビームが通過する時にそれを減速または加速するための減速／加速領域を画定している少なくとも一つの減速／加速要素と、前記イオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるための集束レンズと、前記イオンビームの偏向を生じさせるために前記減速／加速領域の下流側に配置された静電偏向器とを備えている。
【0010】
幾つかの実施形態では、前記補正装置は、間隔をあけた複数の電極対であって、前記イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられており、かつ各対の電極が前記イオンビームの通過のためのギャップを形成するように離れて配置されている複数の電極対を含んでいても良く、そして当該電極対は、それへの静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されていて、前記イオンビームをその前記縦寸法に沿って局所的に偏向させるようにしている。様々な異なった電極タイプを採用しても良い。幾つかの実施形態では、前記電極対は、前記イオンビームの進行方向および当該イオンビームの縦寸法で形成される平面と実質的に平行または垂直に配置された電極板を含んでいても良い。前記エネルギー変更のためのシステムは、前記静電電圧を前記補正装置の前記電極対に印加するための少なくとも一つの電圧源を更に含んでいても良い。
【0011】
前記少なくとも一つの電圧源と情報伝達する制御器は、前記電極対への前記静電電圧の印加を制御することができる。例として、前記制御器は、前記イオンビームの少なくとも一部分を局所的に偏向させるために前記電圧源に対して前記静電電圧を前記電極対に印加するように指令して、前記イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルの均一性を高めるように構成されていても良い。
【0012】
前記制御器は、例えば分析マグネットを通過した後またはビームが照射される基板の面近くで測定した前記イオンビームの電流密度プロファイルに基づいて、前記補正装置の電極対に印加するための前記静電電圧を決定するように構成されていても良い。
【0013】
幾つかの実施形態では、前記制御器は、時間的に変化する電圧を前記補正装置の電極対に印加するように構成されている。例えば、前記制御器は、前記補正装置の電極対に印加される電圧を時間的に変化させて、縦寸法に沿ってイオンビームの振動運動を生じさせるように構成されていても良い。そのようなイオンビームの振動運動は、例えば、約２０ｍｍ以下の、より具体的には約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲内の振幅を示すことができる。例として、前記振動の周波数は、約１Ｈｚから約１ｋＨｚの範囲内であっても良い。
【0014】
前記集束レンズは、少なくとも一つの集束要素、例えば前記イオンビームを受けるためのギャップを形成するように間隔をあけた一対の相対する電極を含んでいても良い。更に、前記減速／加速要素は、前記イオンビームを受けるための横方向のギャップを形成するように間隔をあけた一対の電極を含んでいても良い。前記集束要素および前記減速／加速要素は、それらの間にギャップを形成するように互いに配置されていても良く、かつ互いに異なる電位に保たれて、前記ギャップを通しての前記イオンの通過が当該イオンの減速または加速を生じさせるようにされていても良い。
【0015】
幾つかの実施形態では、前記集束電極の少なくとも一つは、前記イオンビームの縦寸法に沿う発散を減少させるように構成されている湾曲した上流側端面を備えていても良い。例えば、前記集束電極の当該上流側端面は、約１ｍから約１０ｍの範囲内の曲率半径を有する凹面であっても良い。
【0016】
幾つかの実施形態では、前記少なくとも一つの減速／加速要素は、前記補正装置の下流側に配置されており、かつ前記少なくとも一つの集束要素は、前記減速／加速要素の下流側に配置されている。
【0017】
前記集束要素は、前記静電偏向器に対してそれと共にギャップを形成するように配置されていても良く、そして前記集束要素および前記静電偏向器は、前記イオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるのに適した電界を前記ギャップ中に発生させるように互いに異なる電位に保たれる。
【0018】
幾つかの実施形態では、前記静電偏向器は、互いに異なる電位に保たれる内側電極およびそれに対向する外側電極を備えていて、前記イオンビームの偏向を生じさせるようにされている。前記静電偏向器は、前記内側電極の下流側に配置されかつ前記外側電極に対向している中間電極を更に備えていても良く、そして前記内側電極および前記中間電極は、それらへの独立した電位の印加に適するように構成されている。幾つかの場合では、前記外側電極および前記中間電極は、同一の電位に保たれても良い。
【0019】
幾つかの実施形態では、前記静電偏向器の前記外側電極は、互いに所定の角度で配置された上流側部分および下流側部分を含んでおり、当該下流側部分が前記イオンビーム中に存在する中性種の少なくとも一部分を捕捉することができるようにされている。前記上流側部分および下流側部分は、一体的に前記外側電極を形成していても良く、あるいはそれらは電気的に接続された別の部分でも良い。
【0020】
幾つかの実施形態では、前記エネルギー変更のためのシステムは、前記静電偏向器の下流側に配置された他の補正装置（ここではまた第２の補正装置とも呼ぶ）を更に備えていても良く、当該他の補正装置は、前記イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するように構成されている。幾つかの実施形態では、当該下流側補正装置は、間隔をあけた複数の電極対であって、前記イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられており、かつ各対の電極が前記イオンビームの通過のためのギャップを形成するように離れて配置されている複数の電極対を含んでいても良く、そして当該電極対は、それへの静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されていて、前記イオンビームをその前記縦寸法に沿って局所的に偏向させるようにしている。
【0021】
幾つかの実施形態では、前記補正装置の前記電極対は、前記イオンビームの縦寸法に沿って互いに千鳥状に配置されている。例えば、前記下流側補正装置の電極対は、前記上流側補正装置の各電極対に対して縦方向において（ビームの縦寸法に沿って）ずらして、例えば前記補正装置の電極の縦方向の高さの半分（半ピクセル寸法）だけずらして配置しても良い。
【0022】
幾つかの実施形態では、前記エネルギー変更のためのシステムは、前記他の補正装置の下流側に配置されていて、前記イオンビームの前記横寸法に沿う発散を減少させるための他の集束レンズ（ここではまた第２の集束レンズとも呼ぶ）を更に含んでいても良い。更に、幾つかの場合では、電気的に接地された要素を前記他の集束レンズの下流側に配置しても良い。当該電気的に接地された要素は、例えば、互いに離れて配置されていてその間をイオンビームが通過することを許容するための一対の電気的に接地された電極を含んでいても良い。当該第２の集束レンズは、前記接地要素に対してそれと共にギャップを形成するように配置された少なくとも一つの集束要素を含んでいても良く、そして当該集束要素と前記接地要素との間の電位差は、前記イオンビームの前記横寸法に沿う発散を減少させるための電界を前記ギャップ中に発生させる。
【0023】
他の局面では、リボンイオンビームを減速させるためのシステムが開示されており、当該システムは、前記リボンイオンビームを受けるための領域を画定しておりかつそのイオンを減速させるための少なくとも一つの減速要素と、互いに離して配置されていてその間に前記減速されたイオンビームを受けかつそれの偏向を生じさせるための少なくとも一対の偏向電極と、前記減速されたイオンビームの通過のための経路を提供しかつ当該イオンビームの電流密度プロファイルを非分散面において調整するように構成された補正装置とを備えている。
【0024】
幾つかの実施形態では、前記補正装置は、間隔をあけた複数の電極対であって、前記イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられており、かつ各対の電極が前記イオンビームの通過のためのギャップを形成するように離れて配置されている複数の電極対を含んでいても良く、そして当該電極対は、それへの静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されていて、前記イオンビームをその前記縦寸法に沿って局所的に偏向させるようにしている。幾つかの実施形態では、前記間隔をあけた複数の電極対は、内側電極、それに対向する外側電極および前記内側電極の下流側に配置されかつ前記外側電極に対向している中間電極を含んでいても良く、そして前記外側電極、内側電極および中間電極は、独立した電位に保たれるように構成されている。例として、前記内側電極および外側電極は、前記イオンビームの偏向を生じさせるように異なった電位に保たれても良く、一方、前記外側電極および中間電極は同一の電位に保たれても良い。前記外側電極は、上流側部分および下流側部分を含んでいても良く、そして前記下流側部分は、前記上流側部分に対して、前記イオンビーム中の中性種を捕捉するような角度で配置されている。幾つかの実施形態では、前記外側電極の上流側部分および下流側部分は、前記外側電極を一体的に形成している。
【0025】
前記減速のためのシステムは、前記補正装置の前記電極対に前記静電電圧を印加するための少なくとも一つの電圧源を更に含んでいても良い。当該少なくとも一つの電圧源と情報伝達する制御器を、前記補正装置の前記電極対に印加される電圧を調整するために設けていても良い。例として、前記制御器は、例えば前記受けたイオンビームの測定された電流密度プロファイルに基づいて、前記補正装置の前記電極対に印加する電圧を決定しても良い。
【0026】
前記減速のためのシステムは、前記イオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるように構成された集束レンズを更に含んでいても良い。当該集束レンズは、少なくとも一つの集束要素、例えばイオンビームの通過を許容するように間隔をあけた一対の電極を含んでいても良い。幾つかの実施形態では、電気的に接地された要素、例えば一対の間隔をあけた電極が前記集束要素の下流側に配置されている。前記電気的に接地された要素は、前記集束要素に対してそれらの間にギャップを形成するように配置されていても良い。前記接地要素および集束要素は、前記イオンビームの前記横寸法に沿う発散を減少させるのに適した電界を前記ギャップ中に発生させるために異なった電位に保たれても良い。
【0027】
他の局面では、イオン注入システムが開示されており、当該イオン注入システムは、リボンイオンビームを発生させるように構成されたイオン源と、前記リボンイオンビームを受けて質量選択されたリボンイオンビームを発生させるための分析マグネットと、前記質量選択されたリボンイオンビームを受けてその縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整して、前記縦寸法に沿う実質的に均一な電流密度プロファイルを有する出力リボンイオンビームを発生させるように構成された補正システムとを備えている。
【0028】
幾つかの実施形態では、前記補正システムは更に、前記受け取った質量選択されたイオンビームのイオンを減速または加速して、前記縦寸法に沿う実質的に均一な電流密度プロファイルを有する減速／加速された出力リボンイオンビームを発生させるように構成されていても良い。幾つかの実施形態では、前記出力リボンイオンビームは、約５％以下の２乗平均平方根（ＲＭＳ。実効とも呼ぶ）偏差（即ち非均一性）を有する前記縦寸法に沿う電流密度プロファイルを示す。例えば、前記出力リボンイオンビームは、約４％以下の、または約３％以下の、または約２％以下の、または約１％以下のＲＭＳ偏差（即ち非均一性）を有する前記縦寸法に沿う電流密度プロファイルを示すことができる。
【0029】
幾つかの実施形態では、前記イオン注入システム中の前記補正システムは、前記リボンイオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるための集束レンズを更に含んでいても良い。更に、幾つかの実施形態では、前記補正システムは、前記質量選択されたイオンビーム中に存在する、中性の原子および／または分子のような中性種の少なくとも一部分を除去するように構成されていても良い。例えば、前記補正システムは、前記イオンビーム中のイオンの進行方向を変更し、一方、中性種をその進行方向に沿って進行させ続けて、例えば当該静電偏向器の外側電極の一部分のようなビーム止めで捕捉されるようにするための静電偏向器を含んでいても良い。
【0030】
前記イオン注入システムは、例えばウェーハのような基板を保持するためのエンドステーションを更に含んでいても良く、そして前記出力リボンイオンビームは、前記基板に入射するように当該エンドステーションに向かって進行する。幾つかの実施形態では、前記補正システムは、前記イオンビームの進行方向を調整して、前記出力リボンイオンビームが基板表面に対して所望の角度、例えば９０度の角度を形成する方向に沿って入射するように構成されていても良い。
【0031】
幾つかの実施形態では、前記イオン注入システムの前記補正システムは、前記出力リボンイオンビームによって前記基板中に注入されたイオンの注入均一性を改善するように前記イオンビームの振動運動を生じさせることができる。
【0032】
幾つかの実施形態では、前記イオン注入システムの補正システムは、前記イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するための少なくとも一つの補正装置を備えていても良い。そのような補正装置は、例えば、間隔をあけた複数の電極対であって、前記イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられており、かつ各対の電極が前記イオンビームの通過のためのギャップを形成するように離れて配置されている複数の電極対を含んでいても良く、そして当該電極対は、それへの静電電圧の印加によって個々にバイアス可能に構成されていて、前記イオンビームを非分散面において局所的に偏向させるようにしている。前記イオン注入システムはまた、前記補正装置の前記電極対に電圧を印加するための少なくとも一つの電圧源と、当該少なくとも一つの電圧源と情報伝達して前記電極対に印加される電圧を調整するための制御器とを含んでいても良い。
【0033】
幾つかの局面では、リボンイオンビームのエネルギーを変更するための方法が開示されており、当該方法は、リボンイオンビームをそのイオンを減速または加速するための電界が存在している領域を通して通過させるステップと、前記リボンイオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するステップと、前記リボンイオンビームの横寸法に沿う発散を減少させるステップとを備えている。当該イオンビームの発散を減少させるステップは、集束レンズを通して前記イオンビームを通過させるステップを含んでいても良い。
【0034】
幾つかの実施形態では、前記リボンイオンビームは、約１０から約１００ｋｅＶの範囲内の初期エネルギーを有していても良い。幾つかの実施形態では、前記イオンビームのイオンを減速または加速する前記ステップは、前記イオンビームのエネルギーを約１から約３０倍の範囲内で変更する。
【0035】
前記イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するステップは、前記イオンビームを前記縦寸法に沿って局所的に偏向させるように構成されていて、前記縦寸法に沿う実質的に均一な電流密度プロファイルを発生させるようにしている補正装置を利用するステップを含んでいても良い。
【0036】
幾つかの局面では、基板にイオンを注入する方法が開示されており、当該方法は、イオン源からリボンイオンビームを引き出すステップと、質量選択されたリボンイオンビームを発生させるために前記リボンイオンビームを分析マグネットを通して通過させるステップと、縦寸法に沿う実質的に均一な電流密度プロファイルを有する出力リボンイオンビームを発生させるために前記質量選択されたリボンイオンビームの電流密度プロファイルを少なくともその縦寸法に沿って調整するステップと、前記出力リボンイオンビームを基板の方へ、当該基板にイオンを注入するために向けるステップとを備えている。
【0037】
幾つかの実施形態では、補正装置が、前記質量選択されたリボンイオンビームの電流密度プロファイルを調整する前記ステップを実行するように構成されていても良い。例として、補正装置は、前記質量選択されたリボンイオンビームの電流密度プロファイルを調整して、実質的に均一な電流密度プロファイルを示すイオンビームを得るようにしているものでも良い。
【0038】
幾つかの実施形態では、前記イオン注入方法は、前記出力リボンイオンビームが前記質量選択されたリボンイオンビームとは異なるエネルギーを有するように、前記質量選択されたリボンイオンビームを減速または加速するステップを更に含んでいても良い。
【0039】
幾つかの実施形態では、前記注入されたイオンの注入量は、約１０12ｃｍ-2から約１０16ｃｍ-2の範囲内であっても良い。前記イオン電流は、例えば、数十マイクロアンペア（例えば２０マイクロアンペア）から数十ミリアンペア（例えば６０ミリアンペア）の範囲内、より具体的には約５０マイクロアンペアから約５０ミリアンペアの範囲内、または約２ミリアンペアから約５０ミリアンペアの範囲内であっても良い。
【0040】
本開示の様々な局面の更なる理解は、以下に簡単に説明している添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】リボンイオンビームを示す概略図である。
【図2A】本開示の実施形態に係るイオン注入システムを示す概略図である。
【図3A】リボンイオンビームを発生させるためのイオン源の部分概略図である。
【図5】本開示の実施形態における使用に適している補正システムを示す概略図である。
【図6】本開示の実施形態に係る補正装置を通過するリボンイオンビームを示す概略図である。
【図7A】本開示の実施形態に係る補正装置を通過するリボンイオンビームを示す概略図であり、当該補正装置はイオンビームの少なくとも一部分に横方向の電界を印加するように構成されている。
【図7B】本開示の実施形態に係る補正装置を通過するリボンイオンビームを示す概略図であり、当該補正装置はイオンビームに縦方向の電界を印加して当該イオンビームの偏向を生じさせるように構成されている。
【図8A】本開示の実施形態に係る補正装置を通過するリボンイオンビームを示す概略図であり、当該補正装置はイオンビームの縦方向の振動運動を生じさせるように構成されている。
【図10A】未補正のリボンイオンビームのシミュレートした電流プロファイルを高さの関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0042】
幾つかの局面では、本開示は、リボンイオンビームを発生させるためのイオン源を含むイオン注入システム（ここではまたイオン注入装置とも呼ぶ）、および、リボンイオンビームが、当該ビームが入射する基板の位置で少なくともその縦寸法に沿って実質的に均一な電流密度プロファイルを確実に示すようにするための修正システムに向けられている。幾つかの場合では、補正システムは、イオン注入システムのビームライン中の他の光学系に加えて、イオン源から引き出されたリボンイオンビームがイオン注入のために基板に輸送される間に、当該リボンイオンビームのプロファイルを実質的に維持する（例えば約５％またはそれより良い範囲内に）ために採用しても良い。
【0043】
幾つかの実施形態では、本開示に係るイオン注入システムは、２ステージ（段）を有するビームラインを含んでいる。即ち、ビーム注入器ステージと、それに続くビーム補正ステージであり、後者はまた、任意選択で、イオンビームを減速または加速するための機構を含んでいても良い。ビーム注入器ステージは、ビーム発生および質量選択を含んでいても良い。幾つかの実施形態では、ビーム補正ステージは、減速／加速光学系に加えて、補正アレイを含んでいても良い。幾つかの実施形態では、ビームラインは、イオンを３００ｍｍ基板（例えば、高さが約３５０ｍｍのリボンイオンビームによって）または４５０ｍｍ基板（例えば、高さが約５００ｍｍのリボンイオンビームによって）に注入するように構成することもできる。例えば、ビームラインは、異なった基板寸法に対応するために、取り替え可能なイオン光学系構成機器を含んでいても良い。当該イオン光学系構成機器は、例えば、イオン注入エンドステーション内の取替えエンドエフェクタおよびＦＯＵＰ（前面開放統合ポッド）のような基板ハンドリング要素に加えて、イオン源からイオンビームを引き出すための引出し電極、補正アレイおよび減速／加速ステージ光学系を含んでいても良い。
【0044】
本開示の様々の例示的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の説明に用いられている用語は、当該技術分野における通常の意味を有している。以下の用語は、より明瞭にするために定義している。
【0045】
ここで用いている用語「リボンイオンビーム」は、その最大寸法（ここではまたビームの縦寸法とも呼ぶ）と最小寸法（ここではまたビームの横寸法とも呼ぶ）との比率として定義されるアスペクト比を有しているイオンビームを表しており、当該アスペクト比は少なくとも約３、例えば１０以上、または２０以上、または３０以上である。リボンイオンビームは、様々な異なる断面プロファイルを示すことができる。例えば、リボンイオンビームは、長方形または楕円の断面プロファイルを有していても良い。
【0046】
図１は、縦寸法（ここではまた高さとも呼ぶ）Ｈおよび横寸法（ここではまた幅とも呼ぶ）Ｗを有する例示的なリボンイオンビーム８を概略的に示している。一般性を失うことなしに、本発明の様々な実施形態についての以下の説明において、イオンビームの進行方向は、その縦寸法が直交座標系のｙ軸に沿い、横寸法がｘ軸に沿う状態で、ｚ軸に沿うものと想定している。以下により詳しく説明しているように、多くの実施形態において、イオンビームをその進行方向に垂直な平面内で分散させるために分析マグネットが採用されている。この面はここではまた分散面と呼ぶ。以下の実施形態では、分散面はｘｚ平面に相当している。この分散面に垂直な平面は非分散面と呼ぶ。以下の実施形態では、非分散面はｙｚ平面に相当している。
【0047】
用語「電流密度」は、ここでは、単位面積、例えばイオンの進行方向に垂直な単位面積を通して流れるイオンに関連する電流を表すために、当該技術分野における使用と一致させて使用している。
【0048】
ここで用いている用語「電流密度プロファイル」は、ビームに沿う位置の関数としてのビームのイオン電流密度を表している。例えば、ビームの縦寸法に沿うイオン電流密度は、イオンビームの縦寸法に沿うある基準点（例えば、ビームの上端、または下端、または中心）からの距離の関数としてのイオン電流密度、または、縦寸法に沿う単位長さを通して流れるイオンに関連する電流を表している。
【0049】
用語「実質的に均一な電流密度プロファイル」は、多くて５％のＲＭＳ偏差を示すイオン電流密度プロファイルを表している。
【0050】
図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して、本開示の実施形態に係るイオン注入システム１０は、リボンイオンビーム８を発生させるイオン源１２と、当該イオン源からのイオンビームの引き出しを促進するように電気的にバイアスされた引出し電極１４とを含んでいる。抑制電極１６が、イオン源への中性化電子（例えば、イオンビームによる周囲のガスの中性化を経て生成された電子）の逆流を抑制するように電気的にバイアスされている。集束電極１８は、イオンビームの発散を減少させるように電気的にバイアスされている。接地電極１９は、イオンビームに対する基準接地を画定している。集束電極１８の下流側に配置された分析マグネット２０は、上記リボンイオンビーム８を受けて質量選択されたイオンビームを発生させる。
【0051】
幾つかの実施形態では、イオン源ハウジングおよび分析マグネット枠組立体は、接地電位から電気的に絶縁しておいても良い。例えば、それらは、接地電位よりも下に、例えば−３０ｋＶまで浮かせても良い。幾つかの場合では、上記浮動電圧は、イオン注入のためにイオンビームが入射する基板の位置でのエネルギーよりも高いエネルギーで、イオンビームをイオン源から引き出しかつ質量分析するように選択しても良い。代わりに、イオンビームは、基板により高いエネルギーで入射するように、イオン源から引き出されかつ質量分析され、かつその後に加速されても良い。
【0052】
上記の例示的なイオン注入システム１０は、リボンイオンビーム８の少なくとも縦寸法（例えば、イオンビームの非分散面における寸法）に沿う電流密度プロファイルを調整して、少なくとも縦寸法に沿う実質的に均一な電流密度プロファイルを示す出力リボンイオンビームを発生させる補正システム２２を更に含んでいる。これについては以下でより詳細に論じる。更に、補正システム２２は、イオンビームの横寸法を調整して、例えばイオンビームの横寸法（例えば分散面における寸法）に沿う発散を減少させて、出力リボンビームが所望の寸法を確実に有するようにすることができる。
【0053】
幾つかの実施形態では、以下に論じているように、補正システム２２は、更に、質量選択されたリボンイオンビーム８の減速／加速を実現することができる。このような方法で、所望のエネルギーおよび実質的に均一な電流密度プロファイルを有する出力リボンイオンビームを得ることができる。一般性を失うことなしに、以下に論じている実施形態では、補正システム２２はまた、減速／加速システムとも呼んでいる。しかし、幾つかの実施形態では、補正システム２２は、イオンビームのいかなる減速または加速も実現しない場合があることが理解されるべきである。
【0054】
例示的なイオン注入システム１０は、エンドステーション２４を更に含んでおり、当該エンドステーション２４は、補正システム２２を出るリボンイオンビーム８の経路において基板２６を保持するための基板ホルダー２５を含んでいる。出力リボンイオンビーム８は、基板２６に入射してそこにイオンを注入する。この実施形態では、基板ホルダー２５は、当該技術分野における既知の方法でイオンビーム８の進行方向と直交する１次元に沿って走査して、基板にイオンを注入するために基板の異なる部分をイオンビームに曝すようにしても良い。幾つかの実施形態では、イオンビーム８の縦寸法は、基板２６の直径よりも大きく、それによってイオンビームの進行方向に垂直な次元に沿う基板の直線運動は、基板全体に亘るイオン注入を生じさせることができる。出力リボンイオンビームの電流密度の実質的な均一性は、注入されたイオンの均一な注入量が基板全体に亘って確実に達成されるようにする。
【0055】
リボンイオンビームを発生させることのできる様々な異なったイオン源をイオン源１２として採用することができる。リボンイオンビームを発生させることのできるイオン源の幾つかが、「制御可能な密度プロファイルを有するリボンビーム用イオン源」と題する米国特許第６，６６４，５４７号（前記特許文献１）および「イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法」と題する米国特許第７，７９１，０４１号（前記特許文献２）に記載されており、これらの特許はその全部がここに参照組み込みされている。
【0056】
この実施形態において採用しているイオン源１２は、本出願の譲受人に譲渡された、「イオン源」および「イオン源のための磁界源」と題する同時係属特許出願に詳しく記載されており、これらの出願は本出願と同時に出願されており、かつその全部がここに参照組み込みされている。簡単に言えば、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃを参照して、このイオン源は、細長く長方形のイオン化室３２（イオン源本体）の両端部に配置された二つの相対する外部の電子銃２８／３０を含んでいても良い。各電子銃は、傍熱陰極（ＩＨＣ）２８ａ／３０ａおよび陽極２８ｂ／３０ｂを含んでいても良い。図３Ｃに示すように、板状のプラズマ電極３４は、当該イオン源からのイオン引き出しを可能にする形をした開口を含んでいる（例えば、当該開口は４５０ｍｍ×６ｍｍのスロットでも良い）。イオン引き出しは、プラズマ電極３４と同様の形をした引出し電極３６によって助けられ、当該引出し電極３６は１以上の電気絶縁スペーサ（図示せず）によってプラズマ電極３４から離して配置されている。幾つかの実施形態では、引出し電極３６は、イオン源本体３２およびプラズマ電極３４に対して−５ｋＶまでバイアスされても良い。このような構成によってリボンイオンビーム８を発生させることができる。
【0057】
図３Ｂを参照して、イオン源本体３２は、電磁コイル組立体３８によって発生された軸方向磁界中に浸される。この実施形態では、コイル組立体３８は、三つの副コイルを備えており、当該副コイルは、イオン源本体３２の長軸に沿って分散配置されており、そして独立していて部分的に重なった磁界をイオン源本体３２の頂部、中間部および底部に発生させる。上記磁界は、電子銃２８、３０によって発生された１次電子を閉じ込め、それによって、十分に境界限定されたプラズマ柱をイオン化室３２の軸に沿って生成する。三つのコイルセグメントの各々によって発生される磁束密度は、引き出されたイオンビームの電流密度が実質的に非均一性のないものになることを確実にするように独立して調整されても良い。
【0058】
図３Ｃを参照して、イオン源本体３２の長軸に沿って分散配置されていて、それぞれがそれ用の流量調節器（ＭＦＣ）を有している五つの別個のガス供給部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび４０ｅを、プラズマ柱に沿うイオン密度を調整するために利用しても良い。この実施形態では、電子銃２８、３０の陽極および陰極は、プラズマ電極３４および引出し電極３６と同様に、グラファイトで作られている。イオン化室３２はアルミニウムで作られていて、その内面はグラファイトで覆われている。
【0059】
引き出されたイオンビーム８は、イオン源ハウジング内に位置している引込み式のビームプロファイラーによって分析することができる。実例として、図４は、上記のようなイオン源の原型によって発生されたリボンイオンビームのビーム電流を、その垂直（縦）位置の関数として示している。縦寸法に沿う電流密度プロファイルは、約２．７２％のＲＭＳ非均一性を示している。
【0060】
再び図２Ａを参照して、この実施形態では、イオン源１２によって発生されたイオンビーム８は、引き出されて、かつ分析マグネット２０に入る前に所望のエネルギー（例えば５から８０ｋｅＶ）に加速される。分析マグネット２０は、異なる質量対電荷比を有するイオンを分散面において分離するために、イオンビーム８に非分散面において磁界を印加し、それによって分析マグネット２０の焦点の位置で分散面内においてくびれを有する質量選択されたイオンビームを発生させる。以下に論じているように、ビームくびれの近くに配置された可変寸法の質量分析スリット２０ａは、所望の質量対電荷比を有するイオンが当該イオン注入システムの他の要素に向けて下流側へ通過することを可能にする。これについては以下により詳細に論じる。
【0061】
当該技術分野において知られている様々な分析マグネットを利用することができる。この実施形態では、分析マグネット２０は、６００ｍｍの磁極ギャップ、約９０度の曲げ角度および９５０ｍｍの曲げ半径を有する鞍型コイル設計を有しているけれども、他の磁極ギャップ、曲げ角度および曲げ半径もまた利用することができる。配置されている可変寸法の質量分析スリット２０ａは、所望の質量対電荷比のイオンが減速／加速システム２２に向けて下流側へ通過することを可能にする。換言すれば、分析マグネット２０は、減速／加速システム２２によって受け取られる質量選択されたリボンイオンビームを発生させる。
【0062】
続けて図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して、減速／加速システム２２は、質量選択されたリボンイオンビームを受けるためのスロット４０を含んでいる。スロット４０は、イオンビームの縦寸法に適応するように高さが十分に高く（例えば幾つかの実例ではスロット４０は高さが６００ｍｍ）、かつ選択された範囲内（例えば約５ｍｍから約６０ｍｍの間）で連続的に可変の横寸法（例えば分散面における寸法）を有している。
【0063】
補正装置４２が、スロット４０を通過するリボンビーム８を受けるためにスロット４０の下流側に配置されている。この実施形態では、図５に概略的に示すように、補正装置４２は、イオンビーム８の縦寸法に沿って（即ちｙ軸に沿って）積み重ねられかつ間隔をあけた複数の電極対Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８、Ｅ９およびＥ１０を含んでおり、そして各電極対は独立して電気的にバイアス可能である。より具体的には、この実施形態では、静電電圧源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９、Ｖ１０が各電極対に独立した電圧を印加して、イオンビームの１以上の部分を局所的に偏向させるためにリボンイオンビーム８の縦寸法に沿う成分を有する電界を発生させるようにして、イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルを調整するようにしている。この実施形態では、電流密度プロファイルの上記のような調整は、イオンビームの縦寸法に沿う（例えば非分散面における）電流密度の均一性を高めるために行われる。上記電圧源Ｖ１〜Ｖ１０は、独立した電圧源でも良いし、単一の電圧源の異なるモジュールでも良い。
【0064】
各電極対は、電極Ｅ１ａおよびＥ１ｂなどの二つの電極を備えており、それらは、イオンビーム８の進行方向とその縦寸法とで定義される平面に実質的に平行に配置されている。対を成す電極は、横方向のギャップであってそれを通してイオンビームが通過することのできるギャップを実現するように離れて配置されている。電極対の数は、例えば特に、イオンビームの縦寸法、イオンビームの縦方向プロファイル中の非均一性を補正するのに要求される分解レベル、イオンビーム中のイオンのタイプに基づいて選択することができる。幾つかの実施形態では、電極対の数は、例えば約１０から約３０の範囲内であっても良い。
【0065】
電圧源Ｖ１〜Ｖ１０と情報伝達する制御器４４は、１以上の電極対の間を通過しているイオンビームの１以上の部分を選択された角度で局所的に偏向させるために、以下でより詳細に論じる方法で、補正装置４２の電極対に印加されるべき電圧（例えば静電電圧）を決定することができ、それによってイオンビーム８の縦寸法に沿う電流密度を調整することができる。
【0066】
例として、図６は、三つの電極対Ｅ５、Ｅ６およびＥ７が、電極対Ｅ６に印加される電圧が電極対Ｅ５およびＥ７に印加される電圧よりも大きくなるようにそれらへの静電電圧の印加によってバイアスされて、矢印で示す電界成分を所定の領域に発生させて、当該領域を通して、イオンビーム８の陰影をつけた部分（これはイオンビームの他の部分よりも電荷密度が高いことを表している）が通過することを示している（この例では、他の電極対は接地電位に保たれている）。イオンビームの上記陰影をつけた部分に印加された電圧は、当該部分の上部部分の上向きの偏向を生じさせ、かつ当該部分の下部部分の下向きの偏向を生じさせ、それによって縦寸法に沿う電流密度プロファイルの均一性を改善するように前記部分における電荷密度を減少させる。
【0067】
図７Ａを参照して、この実施形態では、補正装置４２は、イオンビーム８に横方向の電界（即ち、イオンビームの横寸法に沿う成分を有する電界）を印加して、イオンビームの横方向の偏向を生じさせるように、例えばイオンビームの進行方向を変更するように構成されていても良い。より具体的には、補正装置４２は、電極対の各電極が独立してバイアス可能なように構成されていても良い。例えば、この実施形態では、電圧源Ｖ１〜Ｖ２０は、それぞれ、電極対の電極に独立した電圧（例えば静電電圧）を印加することができる（例えば、電圧源Ｖ１およびＶ１１は、電極対Ｅ１の電極Ｅ１ａおよびＥ１ｂに独立した電圧を印加するように構成されていることを参照）。
【0068】
例として、１以上の電極の相対する電極対間の電位差は、イオンビーム８の１以上の部分の局所的な横方向の偏向を実現するように選定しても良い。例えば、図７Ａに示すように、この例では、電圧源Ｖ２およびＶ１２が電極Ｅ２ａおよびＥ２ｂに異なった電圧ｖ２およびｖ１２を印加して（ｖ１２＜ｖ２）、これらの相対する電極間を通過しているイオンビームの部分に対して電極Ｅ２ｂの方への局所的な偏向を生じさせるようにしている。同時に、電圧源Ｖ４およびＶ１４は、電極Ｅ４ａおよびＥ４ｂに異なった電圧ｖ４およびｖ１４を印加して（ｖ１４＞ｖ４）、これらの相対する電極間を通過しているイオンビームの部分に対して電極Ｅ４ａの方への局所的な偏向を生じさせるようにしている。幾つかの実施形態では、二つの相対する電極間の電位差は、約０Ｖから約４ｋＶの範囲内でも良い。
【0069】
幾つかの場合では、イオンビーム全体を、例えばその進行方向を変えるために、イオンビームの一方側にある全ての電極に一つの電圧を印加し、かつその反対側にある全ての電極に他の電圧を印加することによって、横方向に偏向することもできる。
【0070】
図７Ｂおよび図７Ｃを参照して、幾つかの実施形態では、補正装置４２は、イオンビーム８全体を縦寸法に沿って（即ちｙ軸に沿って垂直に）偏向させるように構成されていても良い。例えば、図７Ｃに示すように、制御器４４は、電圧源Ｖ１〜Ｖ１０に、電極対Ｅ１〜Ｅ１０に対して傾斜電圧を印加させて、イオンビームの縦寸法に沿う成分を有する電界（図７Ｂ中に矢印Ａ１によって概略的に示す）を発生させることができ、それによってイオンビームの縦方向の偏向を生じさせることができる。
【0071】
電圧源Ｖ１〜Ｖ２０と情報伝達する制御器４４は、例えばイオンビーム８の所望の局所的なまたは全体的な偏向角度に基づいて、上記電極に印加すべき電圧を決定することができる。制御器４４は、当該技術分野における既知の方法で、例えばイオンビーム中のイオンの電荷や所望の偏向角度に基づいて、必要な電圧を決定することができる。幾つかの場合では、制御器４４は、イオンビームの横方向および縦方向の両方の偏向を実現するように、電極対の電極への電圧の印加を実施することができる。例えば、異なる電極対間の電位差は、例えば図６に関連して上に論じた方法で、局所的な縦方向の偏向を生じさせることができ、一方、電極対の電極間の電位差は、局所的な横方向の偏向を生じさせることができる。
【0072】
図８Ａを参照して、幾つかの実施形態では、補正装置４２は、イオンビーム８に対してその縦寸法に沿う振動運動を生じさせることができる。制御器４４の制御下にある波形発生器１００は、イオンビームの縦寸法に沿う（ｙ軸に沿う）成分で変動電界を生じさせるために、１以上の電極対に変動電圧を印加することができ、それによってイオンビームの時間変動偏向をも生じさせることができる。幾つかの場合では、イオンビームの上記のような時間変動偏向は、イオンビームのその縦寸法に沿う周期的な振動の形であっても良い。幾つかの場合では、上記のような振動の振幅は、例えば、約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲内であっても良い。
【0073】
例として、波形発生器１００は、イオンビーム８にその縦軸に沿う周期振動を生じさせるために、図８Ｂに概略的に示すように、三角電圧波形を電極対Ｅ１〜Ｅ１０に印加することもできる。イオンビームのそのような「小刻み振動」は、イオンビームが入射する基板中に注入されるイオンの注入均一性を改善することができる。振動の周波数は、例えば入射イオンビームに対して基板が動かされる速度に基づいて、変えても良い。幾つかの実施形態では、上記振動周波数は、例えば、約１Ｈｚから約１ｋＨｚの範囲内であっても良い。
【0074】
再び図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して、減速／加速システム２２は、下流側の集束要素４８から離れて配置されていてギャップ領域５０を画定する減速／加速要素４６を更に含んでいる。減速／加速要素４６は、二つの相対する同電位の電極４６ａおよび４６ｂを備えていて、それらはイオンビーム８の通過のための経路をその間に提供している。同様に、集束要素４８は、二つの同電位の相対する電極４８ａおよび４８ｂを含んでいて、それらはイオンビーム８の通過のための経路をその間に提供している。
【0075】
減速／加速要素４６と集束要素４８との間への電位差の印加は、ギャップ領域５０内にイオンビームの減速または加速のための電界を発生させる。減速／加速要素４６と集束要素４８との間の電位差は、取り分け、イオンのエネルギーにおける所望の変化、イオンビームのイオンのタイプ、イオンビームが利用される特定の用途に基づいて、当業者に知られている方法で選定しても良い。
【0076】
例として、幾つかの実施形態では、約０から約−３０（マイナス３０）ｋＶの範囲内の電圧、または約０から約＋３０ｋＶの範囲内の電圧を減速／加速電極４６ａ／４６ｂに印加しても良く、かつ約０から−５（マイナス５）ｋＶの範囲内の電圧を集束電極４８ａ／４８ｂに印加しても良い。
【0077】
図２Ｃを参照して、この実施形態では、集束電極４８ａ／４８ｂの一方または両方の上流側面（ＵＦ）は、イオンビーム８の非分散面における（例えばイオンビームの縦寸法に沿う）発散を相殺するための電界成分を上記ギャップ領域５０に発生させるように湾曲している。実例として、図２Ｃは、ギャップ５０を通過しているイオンビーム８を示しており、当該イオンビームは、反発する空間電荷効果によって、その非分散面における縦方向の端部付近のイオンの発散を見せている。集束電極４８ａ／４８ｂの上流側端（上流側面）の湾曲した形状は、イオンビームのイオンの実質的に平行な進行を確実なものにする補正力を、上記のような発散するイオンに加えることになる電界パターンを発生させることを容易にするように構成されていても良い。例として、集束電極４８ａ／４８ｂの上流側端は、通常、約１ｍから約１０ｍの範囲内の曲率半径を有する窪んだ形状（上流側方向から見たとき）を有していても良い。
【0078】
再び図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して、減速／加速システム２２は、集束要素４８の下流側に配置されていて、それからギャップ５３だけ離して配置されている静電偏向器５２を更に含んでいる。集束要素４８と静電偏向器５２（例えば当該偏向器５２の１以上の電極）との間の電位差は、ギャップ５３に、リボンイオンビーム８の横寸法に沿う発散を減少させるための電界を発生させることができる。換言すれば、集束要素４８と静電偏向器５２との間のギャップ５３は、イオンビーム８の横寸法に沿う発散を減少させるための集束レンズとして機能する。１以上の電圧源を、例えば前述した制御器４４の制御の下で、当該技術分野における既知の方法で、減速／加速要素４６および集束要素４８に電圧を印加するために用いても良い。
【0079】
この実施形態では、静電偏向器５２は、外側電極５２ａおよびそれに対向する内側電極５２ｂを有しており、これらに対して、これらの電極を分離している横方向のギャップを通してイオンビーム８が通過する間に当該イオンビームの偏向を生じさせるように異なる電位を印加することができる。例として、イオンビームの偏向角度は、約１０度から約９０度の範囲内、より具体的には２２．５度であっても良い。
【0080】
この実施形態では、静電偏向器５２は、中間電極５２ｃを更に含んでおり、当該中間電極５２ｃは、内側電極５２ｂの下流側に配置されており、かつそれから電気的に絶縁されていて（例えばギャップを経て）、内側電極５２ｂに印加される電圧から独立した電圧を当該中間電極５２ｃに印加することを可能にしている。例として、この実施形態では、外側電極５２ａおよび中間電極５２ｃは、同一電位に保たれる。幾つかの実施形態では、外側電極５２ａに印加される電圧は、約０から約−２０（マイナス２０）ｋＶの範囲内であっても良く、かつ内側電極５２ｂに印加される電圧は、約−５（マイナス５）ｋＶから約−３０（マイナス３０）ｋＶの範囲内であっても良い。
【0081】
外側電極５２ａは、上流側部分（ＵＰ）および下流側部分（ＤＰ）を含んでいて、それらは、当該外側電極５２ａに曲げ形状を分け与えるために互いに正確な角度で配置されている。外側電極５２ａの上流側部分と下流側部分との間の上記角度は、取り分け、幾何学上の制限や、イオンビームが減速／加速システム２２に入るときの横方向の発散に基づいて選定しても良い。この実施形態では、外側電極５２ａの上流側部分と下流側部分との間の上記角度は約２２．５度である。この実施形態では、前記上流側部分および下流側部分は一体的に外側電極５２ａを形成しているけれども、他の実施形態では、当該上流側部分および下流側部分は、電気的に等電位になるように接続された別個の電極であっても良い。
【0082】
上述したように、外側電極５２ａと内側電極５２ｂとの間の電位差は、これらの電極間の空間に、イオンビーム８中のイオンを偏向させるための電界を発生させる。電気的に中性の種（中性の原子および／または分子）がイオンビーム８中に存在していたとしても、当該中性種は、偏向されずに、それらが静電偏向器５２に入ったときの進行方向に沿って進行し続ける。その結果、これらの中性種は、または少なくともその一部分は、外側電極５２ａの下流側部分（ＤＰ）に衝突してイオンビーム８から除去される。
【0083】
イオンビーム８の縦寸法に沿う（非分散面において）電流密度を調整するための他の（第２の）補正装置５４を、任意選択で、静電偏向器５２の下流側に配置しても良い。この実施形態では、補正装置５４は、上流側の補正装置４２と同様の構造を有している。特に、補正装置５４は、上流側の補正装置４２に関連して図５中に示した電極対のような間隔をあけた複数の電極対を含んでおり、当該電極対は、各対の電極がイオンビーム８の通過のための横方向のギャップを形成した状態で、イオンビームの縦寸法に沿って積み重ねられている。上流側の補正装置４２と同様に、第２の補正装置５４の各電極対は、それへの電圧の印加によって、例えば補正装置４２に関連して図５中に示した電圧源Ｖ１〜Ｖ１０と同様の複数の電圧源によって、個々にバイアス可能に構成されていても良い。この実施形態では、第２の補正装置５４は、イオンビーム８の縦寸法に沿う電流密度の均一性を更に改善するために、イオンビーム８の１以上の部分を局所的に偏向させることができる。このような方法で、二つの補正装置４２および５４は、共同で、減速／加速システム２２を出るリボンイオンビーム８がその縦寸法に沿う高度の電流密度均一性を示すことを確かなものにする。
【0084】
上記制御器４４はまた、第２の補正装置５４の電極対に電圧を印加する電圧源と情報伝達する。当該制御器４４は、上記電極対に印加されるべき電圧を例えば以下でより詳細に論じている方法で決定することができ、かつ当該電圧源に、上記電圧を上記電極対に対して印加させることができる。
【0085】
上流側の補正装置４２と同様に、第２の下流側の補正装置５４は、イオンビーム８の横方向の偏向および／または上述した方法でイオンビームの縦寸法に沿う振動運動を生じさせるように構成することもできる。更に、下流側の補正装置５４はまた、例えば上流側の補正装置４２に関連して上で議論した方法で、イオンビーム全体の縦方向の（垂直の）偏向を生じさせるように構成することもできる。
【0086】
上述したように、この実施形態では、外側電極５２ａおよび中間電極５２ｃは、同一電位に保たれる。このことは、イオンビーム８が静電偏向器５２と第２の補正装置５４との間のギャップを通過する時の不所望な電界成分によるイオンビーム８の何らかの乱れを改善し、かつ好ましくはそれを防ぐことができる。
【0087】
この実施形態では、下流側の第２の補正装置５４の電極対は、上流側の補正装置４２の電極対に対して、イオンビーム８の縦寸法に沿って千鳥状に配置されている。換言すれば、補正装置５４の各電極対は、上流側の補正装置４２の各電極対に対して垂直に（即ちイオンビームの縦寸法に沿って）中心をずらして配置されている。そのような片寄り（オフセット）は、例えば、補正装置の電極の縦方向の高さの半分（半ピクセル寸法）であっても良い。このような方法で、補正装置４２および５４は、イオンビーム８の様々な部分の局所的な偏向を、より高い分解能で、例えば半ピクセル寸法に相当する分解能で生じさせることができる。
【0088】
この実施形態では、補正装置４２および５４は、それらの電極対に印加される電圧を約２ｋＶ未満に制限するために互いに十分に離されており、それによって当該補正装置の動作の安定性を改善することができ、かつまた縦寸法に沿う電極対の接近した配置を可能にすることができる。
【0089】
この実施形態では二つの補正装置４２、５４を採用しているけれども、他の実施形態では、イオンビームの縦寸法に沿う電流密度の均一性を改善するために、単一の補正装置のみを採用しても良く、例えば、補正装置４２または補正装置５４のいずれか一方を採用しても良い。例えば、分析マグネット２０から受け取ったイオンビーム８を減速させる実施形態においては、下流側の補正装置５４のみを採用しても良い。
【0090】
続けて図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して、他の（第２の）集束要素５６が、第２の補正装置５４の下流側に任意選択で配置されており、当該集束要素５６は、補正装置５４からギャップ５８によって離されている。上流側の集束要素４８と同様に、この第２の集束要素５６は、一対の相対する電極５６ａおよび５６ｂを含んでおり、それらはイオンビーム８の通過のための経路をそれらの間に提供する。第２の補正装置５４の１以上の電極対と第２の集束電極５６ａ／５６ｂとの間の電位差は、ギャップ５８内に電界を生じさせることができ、当該電界は、イオンビーム８がギャップ５８を通過する時に当該イオンビームの横寸法に沿う発散を減少させることができる。
【0091】
幾つかの実施形態では、集束電極５６ａおよび５６ｂに印加される電圧は、約０から約−１０（マイナス１０）ｋＶの範囲内であっても良い。
【0092】
当該補正システムは、接地要素６０を更に含んでおり、当該接地要素６０は、第２の集束電極５６ａおよび５６ｂの下流側に配置されていて、それらからギャップ６２を形成するように離されている一対の相対する電気的に接地された電極６０ａおよび６０ｂを有している。当該相対する電気的に接地された電極６０ａおよび６０ｂは、電気的に接地されたダクトであって、それを通してイオンビーム８が減速／加速システム２２をエンドステーション２４に向かって出て行くダクトを形成している。
【0093】
幾つかの実施形態では、減速／加速システム２２は、第２の補正装置５４および第２の集束要素５８を有していない。
【0094】
集束電極５６ａおよび５６ｂと接地された電極６０ａおよび６０ｂとの間の電位差は、ギャップ６２内に電界成分を発生させることができ、当該電界成分は、イオンビーム８が当該ギャップ６２を通過する時に当該イオンビームの横寸法に沿う発散を減少させることができる。更に、この実施形態では、電極６０ａおよび６０ｂの上流側面（上流側端）は、イオンビーム８の縦寸法に沿う発散を減少させるために、例えば電極４８ａ／４８ｂの上流側面（上流側端）と同様に湾曲している。従って、レンズギャップ５８および６２は、共同で、イオンビーム８の横寸法および縦寸法に沿う発散を減少させるための第２の集束レンズを提供している。
【0095】
多くの実施形態では、減速／加速システム２２を出る出力リボンイオンビームは、約５％以下の、または約４％以下の、または約２％以下の、更に好ましくは１％未満のＲＭＳ非均一性を有する縦寸法に沿う電流密度プロファイルを示す。そのようなリボンビームは、それが入射する基板の直径よりも大きい（例えば、約３００ｍｍよりも大きい、または約４５０ｍｍよりも大きい）縦寸法を有することができる。従って、横寸法に沿う基板の直線運動は、基板内に実質的に均一な注入量のイオン注入を生じさせることができる。
【0096】
幾つかの実施形態では、出力リボンイオンビームは、基板に約１０12から１０16ｃｍ-2の範囲内のイオン注入量を注入することに用いることもできる。そのような幾つかの実施形態では、基板に入射するリボンイオンビームの電流は、例えば、数十マイクロアンペア（例えば約２０マイクロアンペア）から数十ミリアンペア（例えば約６０ミリアンペア）の範囲内、より具体的には約５０マイクロアンペアから約５０ミリアンペアの範囲内、または約２ミリアンペアから約５０ミリアンペアの範囲内であっても良い。
【0097】
幾つかの実施形態では、補正装置４２および５４に印加される電圧は次の方法で決定しても良い。分析マグネット２０を出る質量選択されたリボンイオンビーム（ここではまた未補正イオンビームとも呼ぶ）の電流密度を初めに測定しても良い。これは、例えば、イオンビーム８を実質的に元のままでエンドステーション２４へ導くために、静電偏向器５２の電極のみに電圧を印加した状態で未補正イオンビームを減速／加速システム２２を通過させることによって達成することができる。
【0098】
エンドステーション２４内に配置された電流測定装置は、未補正イオンビームの電流密度プロファイルを測定することに利用することができる。例として、図９は、イオン注入システムのエンドステーション２４内に引き込み式に配置されたプロファイラー１０２を概略的に示す。様々なビーム電流プロファイラーを採用することができる。例えば、この実施形態では、ビーム電流プロファイラー１０２は、ビームの電流プロファイルを高さの関数として測定するためのファラデーカップのアレイを含んでいても良い。他の実施形態では、ビームプロファイラーは、イオンビームを横切って動かすことのできる電流測定板を含んでいても良い。ビームプロファイラーは、イオンビーム８の縦寸法に沿う電流プロファイルに関する情報を提供するために、制御器４４と情報伝達する。制御器４４は、この情報を、補正装置および／または他の要素（例えば集束要素）に印加されるべき必要な電圧を決定するために利用することができる。例えば、制御器４４は、イオンビームの縦寸法に沿う電流密度プロファイルの均一性を改善するために、補正装置の電極対に印加されるべき電圧を決定するためにこの情報を利用することができる。
【0099】
例として、図１０Ａは、４０ｋＶのエネルギーおよび３０ｍＡの全電流を有する未補正リンイオンビームの幾つかの高さ値域におけるシミュレートしたイオン電流を表すヒストグラムを示している。このヒストグラムは、均一性窓に対して、イオンビームの局所的な非均一性を示している。この例では、未補正ビームは、異なる高さ値域のイオン電流において約１２．５％のＲＭＳ変動を示している。
【0100】
再び図９を参照して、制御器４４は、ビームプロファイラー１０２から未補正ビームの電流密度プロファイルに関する情報（例えば上記ヒストグラムに表された情報）を受け取ることができ、かつ、当該情報を、前記補正装置の内の一つの電極対に印加されるべき電圧を決定して（例えば、図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃに関連して説明した例においては下流側の補正装置５４を初めに設定する）、イオンビーム８の縦寸法に沿う電流密度の第１の補正を実現するために利用することができる。
【0101】
幾つかの実施形態では、制御器４４は、各高さ窓における測定電流を基準値と比較することができる。上記測定電流と基準値との差がしきい値（例えば１または２％）を超える場合、制御器４４は、１以上の電圧源に、１以上の電極対であってその高さ窓に相当するビーム部分がその間を通過する電極対に対して電圧を印加させて、当該ビーム部分における電流を基準値に近づけるようにすることができる。上に詳述したように、このことは、イオンビーム８の縦寸法に沿う局所的な偏向を生じさせることによって達成することができる。
【0102】
例として、制御器４４は、第２の補正装置５４の電極対に接続された電圧源に、イオンビーム８をその中央で発散させかつその上端で集束させるための図１０Ｂに示す電圧を上記電極対に対して印加させることができる。例えば、６０−９０ｍｍの高さ窓に相当するビーム部分が通過する電極対に対して、当該ビーム部分における電流密度を低下させるための電圧を印加することができる。このような方法で、イオンビーム８の電流密度の均一性を改善することができる。
【0103】
補正装置の一つ（例えば、この例では下流側の補正装置５４）による補正を受けるイオンビームの部分的に補正された電流密度プロファイルは、その後、例えば未補正イオンビームの電流密度の測定に関連して上述した方法で測定することができる。
【0104】
例として、図１０Ｂに示すヒストグラムは、上記図１０Ａ中に示す未補正ビームの電流密度を改善するために、第２の補正装置５４のみを用いて得られたイオンビームの縦寸法に沿う高さ窓の関数としてシミュレートしたイオン電流を表している。この部分的に補正されたイオンビームは、均一性窓内において約３．２％のビーム電流のＲＭＳ偏差を示している（未補正ビームによって示される１２．５％の変動に比べて改善されている）。なお、図１０Ｂ、図１０Ｃ中のアレイ１は第１の補正装置４２、アレイ２は第２の補正装置５４、アレイ電圧はそれらの電極対に印加する電圧のことである。
【0105】
再び図９を参照して、制御器４４は、上流側の補正装置４２の電極対に印加される電圧を決定して、ビームプロファイルの均一性を更に高めるために、部分的に補正されたイオンビームの電流密度プロファイルに関する情報を受け取ることができる。換言すれば、上流側の補正装置４２は、ビームプロファイルの微補正を実現することができる。
【0106】
例として、図１０Ｃは、均一性窓内のビームプロファイルの均一性を更に高めるために第１の補正装置４２に印加することができる電圧を示している。この図はまた、図１０Ａに示すビームプロファイルを有する未補正ビームの非均一性を補正するために第１の補正装置４２および第２の補正装置５４の両者を採用したときのイオンビームのシミュレートしたプロファイルを示すヒストグラムを表している。このヒストグラムは、上記二つの補正装置４２、５４の組み合わせの補正効果が、約１．２％の均一性窓内のイオン電流のＲＭＳ偏差を有する電流密度プロファイルを生じさせることを示している。換言すれば、この例では、二つの補正装置の組み合わせの補正効果は、イオンビーム８の縦寸法に沿う電流密度プロファイルの均一性において１桁の大きさの改善を生じさせている。
【0107】
他の実施形態では、上流側の補正装置４２は、質量分析器２０を出るリボンビーム８の電流密度プロファイルの粗い補正を実現するように構成しても良く、かつ、下流側の補正装置５４は、その後、イオンビーム８の電流密度プロファイルのより細かい補正を実現するように構成しても良い。
【0108】
上述したように、減速／加速システム２２は、様々な異なる方法で構成することができる。例として、幾つかの実施形態では、減速／加速電圧は、減速／加速システム２２が、イオンビーム中のイオンの加速および／または減速を生じさせないで補正システムとしてのみ機能するようにゼロに設定されても良い。
【0109】
本開示に係るイオン注入システムは、様々な基板に様々なイオンを注入することに採用することができる。そのようなイオンの例には、リン、ヒ素、ホウ素、ＢＦ2 、Ｂ18Ｈx+ およびＣ7Ｈx+ などの分子イオンを含むが、それに限定されるものではない。基板の幾つかの例としては、シリコン、ゲルマニウム、（ポリシリコン被覆のような）エピタキシャルウェーハ、絶縁膜上シリコン（ＳＩＭＯＸ）ウェーハ、ＳiＣまたはＳiＮなどのセラミック基板、太陽電池、およびフラットパネルディスプレイ製造に用いられる基板を含むが、それに限定されるものではない。基板形状の幾つかの例は、円形、正方形または長方形を含む。
【0110】
当業者は、本発明の範囲から離れることなしに、上記実施形態に様々な変更を加え得ることを理解できるであろう。
【符号の説明】
【0111】
８ リボンイオンビーム１０ イオン注入システム
１２ イオン源
２０ 分析マグネット
２２ 補正システム（減速／加速システム）
２４ エンドステーション
２５ 基板ホルダー
２６ 基板
４２ 補正装置
４４ 制御器
４６ 減速／加速要素
４６ａ、４６ｂ 電極
４８ 集束要素
４８ａ、４８ｂ 電極
５２ 静電偏向器
５２ａ 外側電極
５２ｂ 内側電極
５２ｃ 中間電極
５４ 他の補正装置
５６ 他の集束要素
５６ａ、５６ｂ 電極
６０ 接地要素
６０ａ、６０ｂ 電極
Ｈ 縦寸法
Ｗ 横寸法
Ｅ１〜Ｅ１０ 電極対
Ｖ１〜Ｖ２０ 静電電圧源
Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ 対を成す電極