特許 6453756 イオンビーム処理装置

(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】6453756

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】イオンビーム処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20190107BHJP

   H01J 37/04 20060101ALI20190107BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20190107BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20190107BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 Z

   H01J37/04 A

   H01J37/147 D

   H01L21/265 603Z

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-539715(P2015-539715)

(86)(22)【出願日】2013年10月22日

(65)【公表番号】特表2016-502733(P2016-502733A)

(43)【公表日】2016年1月28日

(86)【国際出願番号】US2013066160

(87)【国際公開番号】WO2014066375

(87)【国際公開日】20140501

【審査請求日】2016年8月16日

(31)【優先権主張番号】13/658,990

(32)【優先日】2012年10月24日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(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

(72)【発明者】

【氏名】チャン シュヨンウー

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０５０５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２５０２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００３３４５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｊ ３７／３０５

Ｈ０１Ｊ ３７／０４

Ｈ０１Ｊ ３７／１２

Ｈ０１Ｊ ３７／１４７

Ｈ０１Ｊ ３／１２

Ｈ０１Ｊ ３／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一の平面に対して垂直に配向され、間でイオンビームを伝達し前記第一の平面で前記イオンビームを走査するための領域を規定する走査電極の組と、
前記第一の平面に対して平行に配向された複数の電極を備える多重極静電レンズシステムと、を備え、
前記多重極静電レンズシステムは、前記多重極静電レンズシステムを構成する前記電極の、前記走査電極の組を構成する一対の前記走査電極の離間方向における幅が一対の前記走査電極の間隔よりも大きい状態で、前記走査電極の組に重なり、
前記多重極静電レンズシステム及び前記走査電極の組は、前記イオンビームが横断するビーム経路の同一の部分に沿って前記イオンビームを囲み、
前記多重極静電レンズシステムは、前記領域内の前記第一の平面に対して垂直な方向で前記イオンビームを整形するよう構成される、
イオンビーム走査組立体。

【請求項2】

前記多重極静電レンズシステムは、前記イオンビームを整形するよう構成される四重極静電レンズシステムであって、前記四重極静電レンズシステムは、
前記ビーム経路の前記部分の第一のセグメントにわたって前記ビーム経路の向かい合うサイドを囲むよう構成された第一及び第二の電極を備える、第一のレンズと、
前記ビーム経路に沿って前記第一のレンズの下流にある第二のレンズであって、前記ビーム経路の向かい合うサイドを囲むよう構成された第三の電極及び第四の電極を備える、前記第二のレンズと、
前記第一ないし第四の電極に複数のそれぞれの電圧を印加するよう構成され、前記複数の電圧は、前記ビーム経路に対して垂直な電場の組を発生させる電圧発生器の組と、を備える、
請求項１に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項3】

前記複数の電圧は、０から５０ｋＶの範囲内にあるＤＣ正電圧を含む、
請求項２に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項4】

前記複数の電圧は、０から−５０ｋＶの範囲内にあるＤＣ負電圧を含む、
請求項２に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項5】

前記複数の電圧は、−２５ｋＶから＋２５ｋＶの範囲内にある振幅及び１００から２０００Ｈｚの範囲内にある周波数を有する振動電圧を含む、
請求項２に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項6】

前記走査電極の組のうち１つ以上の組の電極が、ＤＣオフセット電圧と重ねられる振動電圧を各々含む電圧波形をそれぞれ１つ以上発生させるよう作用し、前記ＤＣオフセット電圧に対して前記振動電圧の振幅は、−２５ｋＶから＋２５Ｖの範囲内にあり、前記振動電圧の周波数は、１００から２０００Ｈｚの範囲内にあり、前記ＤＣオフセット電圧は−２５ｋＶから＋２５ｋＶの範囲内にある、
請求項１に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項7】

前記複数の電圧は、前記第一の平面に対して垂直な前記方向に前記イオンビームを広げるよう構成される、
請求項２に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項8】

前記複数の電圧は、前記第一の平面の方向に前記イオンビームを圧縮し、かつ、前記第一の平面に対して垂直な方向に前記イオンビームを引き伸ばすよう構成される、
請求項２に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項9】

前記走査電極の組のうち１つ以上の組の電極が、前記イオンビームを走査するためそれぞれ１つ以上の振動電場を印加するよう構成される、
請求項１に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項10】

前記走査電極の組のうち１つ以上の組の電極が、ＤＣオフセット電圧と重ねられる振動電圧を各々含む電圧波形をそれぞれ１つ以上発生させるよう構成され、前記振動電圧は、振動場を生成するよう構成され、前記ＤＣオフセット電圧は、前記イオンビームを整形するよう構成される、
請求項１に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項11】

前記複数の電圧は、０ボルトよりも大きく５０ｋＶまでの正電圧の範囲内にあるＤＣ正電圧を含む、
請求項３に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項12】

前記複数の電圧は、０ボルトよりも小さく−５０ｋＶまでの負電圧の範囲内にあるＤＣ負電圧を含む、
請求項４に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項13】

前記走査電極の組のうち１つ以上の組の電極が、５０から３００ｍｍの前記ビーム経路に沿った長さを有する、
請求項１に記載のイオンビーム走査組立体。

【請求項14】

前記走査電極の組のうち１つ以上の組の電極が、５０ｍｍから１５０ｍｍの前記ビーム経路に対して垂直な方向に高さを有する、
請求項１に記載のイオンビーム走査組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン注入装置、より具体的には、イオン注入機のレンズ部品に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体エレクトロニクス、太陽電池、及び他のテクノロジーにおける現代の製造は、シリコン及び他の種類の基板をドーピング又は他の改良をするために、イオン注入機システムに依存している。典型的なイオン注入機システムは、イオンビームを発生させ基板にそれを導くことでドーピングを行い、イオンはその表面下で停止する。様々な種類のイオン注入システムが、様々な応用に向けて開発されてきた。高電流イオン注入機システムは、半導体製造で広く使用される注入機システムの一種である。そのような注入機システムは、典型的には、２５ミリアンペア（ｍＡ）までの電流を生成し、高ドーズ量の注入種を基板に効率良く導くために採用される。

【0003】

中電流イオン注入機システムは、１マイクロアンペアから約５ｍＡ、エネルギーにして２キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）から９００ｋｅＶの範囲の強度を有するイオンビームを生成するために開発された。これらの種類のイオン注入システムは、約１Ｅ１３から５Ｅ１４ほどの密度範囲で基板にドーパントを導入する際に特に有益となる。一般的に、中電流注入機システムは、ウェハーにわたってスポットビームを走査することで動作するように開発されている。特に、多くの応用に対して、イオン注入中、走査経路に沿って均一なイオンドーズ量又はビーム電流分布を得ることが望ましい。これを達成するための１つのアプローチは、１つの平面内でスポットビームを走査する一方で、その平面に垂直な方向にターゲットウェハーを移動させて、ターゲットウェハーの全表面を処理することである。イオンビームの走査は、通常の軌道からイオンビームを制御可能に偏向させるよう採用される静電スキャナーにより実現するこができ、イオンビームの進行方向に対して垂直な方向に電場を変化させることでより広範囲に及ぶ。スキャナーの場の強さがイオンビームの通常の経路からの総偏向を決定するので、イオンビームはスキャナー部の電場の強さを変化させることで走査可能である。

【0004】

図１ａは、従来技術に従って配置されたイオン注入システム１００を示す。図示した通り、イオン注入システム１００は、注入用の正イオンを発生させるために典型的に用いられるイオン源１０２を有する。正イオンは、イオン源からの発生と加工される基板までの間に、偏向、加速、減速、整形、及び／又は走査されたイオンビームとして提供される。イオンビーム１２０は、図１に中心線軌道（ＣＲＴ）によって示されている。なお、イオンビームは有限の幅、高さ、及び形状を有しており、それらはイオン源１０２と基板１１２の間のビーム経路に沿って変化する可能性があることを、当業者は認識するであろう。図１ａはさらに、イオンビームを偏向させる質量アナライザー１０４、静電スキャナー１０６、コレクターマグネット１０８、及び基板１１２を操作できるエンドステーション１１０を示す。既知のシステムでは、静電スキャナー１０６は、イオンビーム１２０が静電スキャナー１０６を通過する際に、イオンビーム１２０の進行方向に対して一般的に垂直な電場を発生させる。

【0005】

図１ｂは、基板に注入するためにスポットビームを使用する、既知のシナリオを示す。示した例では、基板１１２は、シリコンウェハーのような円形のウェハーである。図１ｂは、基板１１２上に投影されたイオンビーム１２０の断面を示す。既知のシステムでは、静電スキャナー１０６のようなスキャナーは、（示したデカルト座標系のＸ軸に平行に示している）方向１２２のような方向に沿ってイオンビームを走査することが典型的である一方で、基板１１２は、第一の方向に対して垂直な（Ｙ軸に平行に示されている）第二の方向１２４に沿って独立に移動する。方向１２２に沿ったイオンビーム１２０の走査とともに、方向１２４に沿って基板を移動させる動作によって、イオンビーム１２０が、基板１１２全体をイオンにさらすことが可能となる。示した例では、イオンビーム１２０は、高さＨ_１及び幅Ｗ_１を有するスポットビームである。

【0006】

図１ｂに示した通り、イオンビーム１２０が方向１２２に沿って走査される時、イオンビーム１２０は走査エリア１２６をカバーする。イオンビーム１２０のサイズ及び形状並びに基板１１２の形状によって、基板１１２の全所望領域がイオンビーム１２０に確実にさらされるためには、イオンビーム１２０が、図示した基板１１２の端１２８を越えて走査されるのが典型的である。例えば、図１ｂに示されている通り、幅Ｗ_１と同等か又はよりいっそう大きい距離だけ端１２８を過ぎてイオンビーム１２０を走査する必要がある。このように、走査エリア１２６は、基板１１２の外側にあり、「無駄な」イオンドーズ量を表す、（明瞭のため、基板１１２の１つのサイドのみに沿って示されている）大きな領域１３０を有する。すなわち、領域１３０にあるイオンは、基板１１２の注入又は他の処理をするために使用されない。

【0007】

さらに、もしイオンビーム１２０の高さＨ_１が十分に大きくなければ、結果として注入ドーズ量の不均一が生じる可能性がある。高さＨ_１は、イオンビーム１２０を囲むように配置されるコレクターマグネットの磁極片のようなビームライン部品にイオンが衝突しない程度の大きさにするのが望ましい。しかしながら、もしＨ_１の値があまりに小さければ、基板１１２は、方向１２４に沿って移動する時に、不均一に注入される可能性がある。例えば、イオンビーム１２０は、基板が位置Ｐ１に位置する時、方向１２２内で振動して、基板１１２に当たる走査エリア１２６の一部に対応する基板１１２上のエリア内で注入される。その後、基板１１２は、方向１２４に沿って進むか走査され、静電スキャナー１０６の動作によって基板１１２にさらされた走査エリア１２６と同等のサイズの連続エリアが形成される。しかしながら、方向１２４に沿ったイオンビーム１２０の有限の広がり、すなわち高さＨ_１によって、方向１２２に沿ったイオンビーム１２０の走査でさらされた連続的なエリアのアンダーラップ又はオーバーラップが生じる可能性がある。

【0008】

そのようなイオン注入システムでの不均一性を改善するために、断面内でイオンビームのビームサイズ及び／又は形状を変えることが望ましい。例えば、ビームのスポットサイズを増大させるレンズのように、ビーム形状を変えるためにビームラインに付加的なレンズ部を追加できる。しかしながら、付加的なレンズ部の導入は、イオンビーム経路長を増加させ、イオン注入システムのフットプリントを変えることになり、一般的にはどちらも望ましくない。さらに、イオンビームを整形するためのレンズ部のような構成部品に直列した静電スキャナーの導入によって、電子がイオンビームから電離する領域が増加する。知られている通り、電子が（正）イオンビームから電離するか、又は除去されると必ず、イオンビームは広がりやすくなる。これは、イオンビーム内の正イオンの相互斥力によって起きる。イオンビームから電子が電離すると必ず、低エネルギー電子は、任意の様々なビームライン部品に印加された高い正ポテンシャルによってイオンビームの外に引き付けられ、加速される。ビーム拡張の結果、基板に効果的に適用できるビーム電流は減少する。

【0009】

必要なことは、中電流イオン注入システムのようなイオン注入システムでより均一なビームを形成するための改善方法及び装置である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

この概要は、詳細な説明で以下にさらに述べる単純化した形態での概念の選択を紹介するために設けられ、請求の要旨の重要な特徴又は本質的な特徴を特定するものではなく、また請求の要旨の範囲を決定するためのものでもない。

【0011】

一実施形態では、イオンビーム走査組立体は、イオンビームを受け入れ、第一の平面でイオンビームを走査するために領域を定めた一組の走査電極を有する。多重極静電レンズシステムはまた、走査電極の組によって囲まれたイオンビームの進行経路の一部に沿って配置される複数の電極も備える。多重極静電レンズシステムは、第一の平面に対して垂直な方向でイオンビームを整形するよう構成される。

【0012】

さらなる実施形態では、イオンビームを処理する方法は、イオンビームのイオンビーム経路の一部にわたって、イオンビームに対して垂直な第一の平面に沿った１つ以上の振動電場を発生させることと、イオンビーム経路の一部に沿って、第一の平面に対して垂直な方向に一組の静電場を印加することと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1a】既知のイオン注入システムを示す。

【図1b】既存技術に従ったイオンビームを用いた基板加工を示す。

【図2】本開示の実施形態に従ったイオン注入システムを示す。

【図3a】本開示の実施形態に従ったイオンビーム走査組立体の実施形態を示す。

【図3b】本開示の実施形態に従ったイオンビーム走査組立体に印加する一組の振動電圧の例示的な波形を示す。

【図3c】本開示の実施形態に従ったイオンビーム走査組立体に印加する一組の振動電圧の例示的な波形をさらに示す。

【図3d】本開示の実施形態に従ったイオンビーム走査組立体の他の実施形態を示す。

【図4a】本実施形態と一致するイオンビームを加工するための１つのシナリオにおけるイオンビーム走査組立体の正面図を示す。

【図4b】図４ａのシナリオにおけるイオンビーム走査組立体の背面図を示す。

【図4c】図４ａ及び４ｂに示したイオンビーム走査組立体の構成要素に対応する例示的な波形を示す。

【図4d】図４ａ及び４ｂに示したイオンビーム走査組立体の構成要素に対応する例示的な波形を示す。

【図4e】図４ａ、４ｂの実施形態を用いて基板を加工する１つの例を示す。

【図5a】本実施形態と一致するイオンビームを加工するための１つのシナリオにおけるイオンビーム走査組立体の正面図を示す。

【図5b】図５ａのシナリオにおけるイオンビーム走査組立体の背面図を示す。

【図5c】図５ａ及び５ｂに示したイオンビーム走査組立体の構成要素に対応する例示的な波形を示す。

【図5d】図５ａ及び５ｂに示したイオンビーム走査組立体の構成要素に対応する例示的な波形を示す。

【図5e】図５ａ、５ｂの実施形態を用いて基板を加工する１つの例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ここで述べる実施形態は、イオン注入システムでイオンビームを処理するための装置及び方法を提供する。イオン注入システムの例は、ビームラインイオン注入システムを含む。本実施形態に包含されるイオン注入システムは、一般的なスポット形状である断面を有する「スポットイオンビーム」を発生させるシステムを含む。本実施形態では、ビームシェイパー部品（又はシステム）が、一組の走査電極を含む静電スキャナー部品に付加され、イオンビームを処理するイオンビーム走査組立体を形成することで、ビームシェイパー部品に対する付加的なフットプリントを必要とすることなくイオン注入装置の性能が改善される。

【0015】

図２は、本開示の実施形態に従ったイオン注入システム２００を示す。イオン注入システム２００は、イオン源１０２、質量アナライザー１０４、コレクターマグネット１０８、及びエンドステーション１１０を含む従来の構成部品を有する。様々な実施形態では、イオン注入システム１００は、静電スキャナー部品によって走査されるスポットタイプのイオンビームを発生させ、スポットタイプのイオンビームの断面積よりも大きい基板にわたってイオン注入を提供する。図２の例では、イオンビーム静電スキャナー／イオンビームシェイパー、又は単にイオンビーム走査組立体２０２は、磁気アナライザー１０４とコレクターマグネット１０８との間の位置でビームライン２０４に沿って設置される。イオンビーム走査組立体２０２は、イオン源１０２によって発生したイオンビーム２０６を受け、基板１１２に当たる前のコレクターマグネット１０８によってなされるように、さらに操作された走査及び整形ビームを生成するよう配置される。

【0016】

特に、磁気アナライザー１０４は、イオンビーム２０６から望まないイオンを除去できる。磁気アナライザー１０４は、イオンビーム２０６がイオン源１０２から発生する時に、イオンビーム２０６の荷電種を分離するよう既知の原理に従って動作する。分離は、イオンビーム２０６にある特定種の電荷に対する質量の比に従って行われるので、所望の質量／電荷比の荷電粒子（イオン）が磁気アナライザー１０４の出力から出射するように選択でき、イオンビーム２０６を元の方向とは異なる方向に向ける。このようにして、分析されたイオンビーム２０６ａは、イオンビーム走査組立体２０２に対して向かっていく。

【0017】

以下で詳説するように、イオンビーム走査組立体２０２は、分析されたイオンビーム２０６ａを操作し、形状、サイズ、及び／又は密度などを変えて、イオンビーム２０６の特徴を改善するように加工されたイオンビーム２０６ｂを生成する。様々な実施形態では、イオンビーム走査組立体２０２は、イオンビーム走査組立体２０２を通過する間に分析されたイオンビーム２０６ａのイオンビームスポットサイズ、スポット形状、及び／又はイオン密度を修正する多重極静電レンズの動作と静電スキャナーの動作とを兼ね備える。以下の図に関して詳説する特定の実施形態では、イオンビーム走査組立体２０２は、静電スキャナーに重ねられる四重極静電レンズを構成する。言い換えると、四重極静電レンズ及び静電スキャナーの構成部品は、イオンビーム２０６が通過するビーム経路の同一部分に沿ってイオンビーム２０６を囲む。

【0018】

図３ａは、本開示の実施形態に従った、イオンビーム走査組立体の実施形態の透視図を示す。図３ａでは、イオンビーム走査組立体３００は、前方レンズ３０２及び後方レンズ３０８を含む四重極静電レンズシステム３２０を有する。前方レンズ３０２は、二組の対向する電極３０４、３０６及び３１４ａ、３１６ａを有する一方で、後方レンズ３０８は、他の二組の対向する電極３１０、３１２及び３１４ｂ、３１６ｂを有する。イオンビーム走査組立体３００はまた、走査電極の組３１８のように具現化された静電スキャナー部品も含む。図３ａに示した実施形態では、走査電極の組３１８は、二組のプレート又は走査電極３１４ａ、３１６ａ及び３１４ｂ、３１６ｂを有する。図３ａに示した通り、四重極静電レンズシステム３２０の電極３０４、３０６、３１４ａ、３１６ａ、３１０、３１２、３１４ｂ、３１６ｂ及び走査電極の組３１８の走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂは、（示されていない）イオンビームを通して伝達する領域３３０を定めるよう相互に構成される。イオンビームが領域３３０を通過する時、イオンビームを整形及び走査するために、電極３０４、３０６、３１０、３１２及び３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂに一組の電圧が印加される。これらの電圧は、ビームエネルギー及びイオン種に基づいてビーム形状及びビーム偏向度を最適化するために調整される。

【0019】

図３ａに付加的に示した通り、走査電極の組３１８の走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂは、ＡＣ信号として印加されるそれぞれの電圧源Ｖ_３、Ｖ_３’、Ｖ_４、及びＶ_４’に接続される。図３ｂ及び３ｃでさらに示す通り、各ＡＣ電圧Ｖ_３、Ｖ_３’、Ｖ_４、及びＶ_４’は、それぞれの電圧波形３５０、３５２、３５４、３５６を構成し、それらは振動電圧成分又は単に振動電圧ＶｓｃａｎとＤＣオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔから成る。振動電圧Ｖ_３ｓｃａｎ、Ｖ_３’ｓｃａｎ、Ｖ_４ｓｃａｎ、Ｖ_４’ｓｃａｎは、それらのＤＣオフセット電圧Ｖ_３ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_３’ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_４ｏｆｆｓｅｔ、及びＶ_４’ｏｆｆｓｅｔに対してそれぞれ変動する。例えば、走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂに印加されるＡＣ電圧Ｖ_３、Ｖ_３’、Ｖ_４、Ｖ_４’は、走査電極３１４ａ、３１６ａに印加されるＤＣオフセット電圧Ｖ_３ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_３’ｏｆｆｓｅｔは同じ大きさ及び極性を有し、走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加されるＤＣオフセット電圧Ｖ_４ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_４’ｏｆｆｓｅｔは、同じ大きさ及び極性を有するように調整可能である。さらに、走査電極３１４ａ、３１６ａに印加される振動電圧Ｖ_３ｓｃａｎ、Ｖ_３’ｓｃａｎは、同じ振幅だが反対の位相角を有し、走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加される振動電圧Ｖ_４ｓｃａｎ、Ｖ_４’ｓｃａｎは、同じ振幅だが反対の位相角を有する。さらに、走査電極３１４ａ、３１６ａに印加される振動電圧Ｖ_３ｓｃａｎ、Ｖ_４ｓｃａｎは、同じ位相角を有し、走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加される振動電圧Ｖ_３’ｓｃａｎ、Ｖ_４’ｓｃａｎは同じ位相角を有する。このようにして、振動電場はＸ軸に沿って生成され、電場の方向及び大きさは時間とともに変化する。Ｘ軸は、領域３３０を通過するイオンビームの伝搬方向に対して垂直であるので、イオンビームは、一方では走査電極３１４ａ、３１４ｂに、他方では走査電極３１６ａ、３１６ｂに向かって交互方式にイオンビームを偏向する時間依存の偏向力を受ける。走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂに印加される振動電圧Ｖ_３ｓｃａｎ、Ｖ_３’ｓｃａｎ、Ｖ_４ｓｃａｎ、Ｖ_４’ｓｃａｎは、ビームエネルギーに基づいたビーム偏向度を最適化するために、＋／−２００Ｖから＋／−２５ｋＶの範囲内で調整可能である。いくつかの実施形態では、イオンビームはおよそ＋／−１０度の角度で偏向可能である一方、他の実施形態では、イオンビームはおよそ＋／−２０度までの角度で偏向可能である。図２もまた参照すると、この偏向により、イオンビームは基板１１２の幅Ｗにわたって走査される。

【0020】

図３ａでさらに示した通り、各電極３０４、３０６、３１０、３１２は、それぞれの電圧源（ＤＣ電圧発生器）Ｖ_１又はＶ_２に接続され、ポテンシャル（ＤＣ電圧）を受ける。電極３０４及び３０６に印加されるＤＣ電圧Ｖ_１は、走査電極３１４ａ、３１６ａに印加されるＤＣオフセット電圧、Ｖ３ｏｆｆｓｅｔ及びＶ３’ｏｆｆｓｅｔのように、同じ大きさだが反対の極性をＶ_１が有するように調整可能である。電極３１０及び３１２に印加されるＤＣ電圧Ｖ_２は、走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加されるＤＣオフセット電圧、Ｖ_４ｏｆｆｓｅｔ及びＶ_４’ｏｆｆｓｅｔのように、同じ大きさだが反対の極性をＶ_２が有するように調整可能である。電極３０４、３０６に印加されるＤＣ電圧Ｖ_１の第一の組及び走査電極３１４ａ、３１６ａに印加されるＶ３ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_３’ｏｆｆｓｅｔは、（示されていない）静電場を生成し、領域３３０内で第一の四重極静電レンズを形成できる。電極３１０、３１２に印加されるＤＣ電圧Ｖ_２の第二の組及び走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加されるＶ_４ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_４’ｏｆｆｓｅｔは、（示されていない）他の静電場を生成し、領域３３０内で第二の四重極静電レンズを形成できる。特に、図３ａの配置では、（示されていない）イオンビームの伝搬方向はＺ軸に沿う。従って、第一及び第二の四重極静電レンズを有する四重極静電レンズシステム３２０は、イオンビームの伝搬方向に対して垂直な一組の電場を発生させるよう形成され、イオンビームが領域３３０を通過する時にそれを整形する。電極３０４、３０６に印加されるＤＣ電圧Ｖ_１の第一の組及び走査電極３１４ａ、３１６ａに印加されるＶ_３ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_３’ｏｆｆｓｅｔ並びに電極３１０、３１２に印加されるＤＣ電圧Ｖ_２の第二の組及び走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加されるＶ_４ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ_４’ｏｆｆｓｅｔは、−２０ｋＶから＋２０ｋＶの範囲内で協働して調整可能であり、ビームエネルギー及びイオン種に基づいてビーム形状を最適化する。

【0021】

イオンビームを走査することに加えて、イオンビーム走査組立体３００は、四重極静電レンズシステム３２０によって生成される電場の動作によってイオンビームを整形する。従って、イオンビームがイオンビーム走査組立体３００から出射する時、イオンビームは、イオンビーム走査組立体３００に入射する前のイオンビームの形状、サイズ、及び／又はイオン密度に比べて異なる形状、サイズ、及びイオン密度を有する。

【0022】

図３ｄは、図３ａのイオンビーム走査組立体３００の変形を示す。図３ｄに示す通り、走査電極の組３１８の走査電極３１４ｂ、３１６ｂはＹ軸に沿って見るとフレア状となり、走査電極３１４ｂ、３１６ｂの間の間隔Ｄが、イオン源サイド３３４の間隔Ｄと比べて、走査電極の組３１８の基板サイド３３２に向かってより大きくなる。上述した通り、電圧源Ｖ_３はＡＣ信号を発生し、それによって、一方では走査電極３１４ａ、３１６ａ間に、他方では３１６ａ、３１６ｂ間に印加された電圧の極性が切り替わり、領域３３０を通過する（示されていない）イオンのビームが、方向３３６と３３８の間で方向が入れ替わる偏向場を受ける。この入れ替わりの偏向場によって、イオンのビームは大きく広がり、イオンビームの伝搬方向に対して＋／−１０度かそれ以上の角度範囲をたどる。

【0023】

図３ｄは、いくつかの変形のうち二組の電極３０４、３０６、３１４ａ、３１６ａ及び３１０、３１２、３１５ｂ、３１６ｂを構成するイオンビーム走査組立体３００を示すが、イオンビーム走査組立体３００は、既知の静電スキャナーや四重極静電レンズのように、一組の電極又は三組以上の電極を含む可能性もある。様々な実施形態では、走査電極の組３１８及び四重極静電レンズシステム３２０によって発生する電場によって、領域３３０を通過するイオンビームの断面が変化し、イオン源サイド３３４でのイオンビームの断面形状は、基板サイド３３２での断面形状とは異なる。

【0024】

図４ａ及び図４ｂは、本実施形態と一致するイオンビームを加工（処理）するための１つのシナリオをまとめて示す。図４ｂは、図４ａに示したものと同じシナリオに対するイオンビーム走査組立体３００の背面図を示す。図４ｃ及び４ｄは、図４ａ及び４ｂにそれぞれ示したイオンビーム走査組立体の構成要素に対応する、例示的な波形４２０、４２２をそれぞれ示す。特に、波形４２０、４２２は各々、図３ｂ及び３ｃに関して上述したように、振動電圧Ｖｓｃａｎ及びＤＣオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔから成る。図４ａでは、イオンビーム走査組立体３００の正面図が、イオンビームの進行方向下流に向かって見るように示されている。イオンビーム４０２は、それがイオン源サイド３３４でイオンビーム走査組立体３００に入射する時の断面で示されている。図４ａに示した通り、イオンビーム４０２は、高さＨ_２及び幅Ｗ_２によって特徴付けられるスポットビームである。イオンビーム４０２がイオンビーム走査組立体３００に入射すると、イオンビーム４０２は、様々な電極３０４、３０６、３１０、３１２、３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂによって発生する電場（Ｅ）を受ける。走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂは、ＡＣ電圧が印加され、示したデカルト座標系のＸ軸に対して平行な方向４０４に沿った振動電場を発生する。図４ａはイオンビーム４０２の１つの位置のみを示すが、走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂによって生成された振動電場によって、イオンビーム４０２がイオンビーム走査組立体３００を通過する時に、ビームの位置は時間とともに変化する。

【0025】

いくつかの実施形態では、イオンビーム走査組立体３００は、イオンビームを加工するために使用され、２ｋｅＶから９００ｋｅＶのイオンエネルギーで基板までイオンビームが到達する。いくつかのケースでは、走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂに印加される電圧の絶対値は、２００Ｖから３５ｋＶの範囲内にある。実施形態は、この状況に限定されない。図４ａに示した例では、一方では走査電極３１４ａ、３１４ｂに、他方では３１６ａ、３１６ｂに印加される変動電圧は、＋１０ｋＶのＤＣオフセット電圧と重ねられる。走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂに印加されるピーク電圧の絶対値は、＋１０ｋＶのオフセット電圧に対して２５ｋＶであり、いくつかのケースではおよそ＋／−１０度の角度範囲でイオンビーム４０２を偏向できる。図４ｃ及び４ｄに示した通り、図４ａ及び４ｂでは＋／−２５ｋＶが振動電圧となり、＋１０ｋＶのオフセット電圧に対して２５ｋＶ変動し、−／＋２５ｋＶが、＋／−２５ｋＶに対して反対の位相角を有する振動電圧となる点に注意すべきである。

【0026】

図４ａは、−１０ｋＶの静的なＤＣ電圧が、走査電極３１４ａ、３１６ａと結合する電極３０４、３０６に印加され、四重極静電レンズシステム３２０の前方レンズ３０２を形成する例をさらに示す。走査電極３１４ａ、３１６ａの＋１０ｋＶのＤＣオフセット電圧と結合して、電極３０４、３０６に対する負の電圧印加によって、イオンビーム４０２へ力を働かせる一組の電場が生じ、方向４０４に対して垂直な方向４０６に沿ってイオンビーム４０２を広げやすくなる。このようにして、イオンビーム４０２がイオンビーム走査組立体３００を通過することで、イオンビーム４０２の断面形状が変化する。

【0027】

図４ｂは、図４ａに示したものと同じシナリオに対する、イオンビーム４０２の進行方向とは反対にある上流に向いて見たイオンビーム走査組立体３００の背面図を示す。示した例では、−１０ｋＶの静電圧が、走査電極３１４ｂ、３１６ｂと結合する電極３１０、３１２に印加され、四重極静電レンズシステム３２０の後方レンズ３０８を形成する。走査電極３１４ｂ、３１６ｂの＋１０ｋＶのＤＣオフセット電圧と結合して、電極３１０、３１２に対する負の電圧印加によって、イオンビーム４０２へ力をさらに働かせる他の電場の組が生じ、方向４０４に対して垂直な方向４０６に沿ってイオンビーム４０２を引き伸ばしやすくなる。このようにして、図４ｂに示した通り、イオンビーム４０２がイオンビーム走査組立体３００から出射する時、イオンビーム４０２は、図４ａに示したイオンビーム走査組立体３００に入射する時の形状に比べて方向４０６に沿って長くなる。このように、イオンビーム４０２は、（入射）イオンビーム４０２のＨ_２よりも大きな高さＨ_３で出射する。

【0028】

図４ａ、４ｂの実施形態によってもたらされる１つの利点は、基板の連続エリアがイオンビーム４０２でさらされる時に、イオンビーム４０２の増大した高さＨ_３によってより均一なイオンドーズ量が得られる点である。しかしながら、アングルコレクターの磁極片のようなイオン注入システムの下流にある構成部品にイオンビーム４０２の一部が衝突するような大きさ以下で高さＨ_３を維持するように、イオンビーム走査組立体３００に印加する電圧を設定する必要がある点に注意すべきである。図４ｅは、図４ａ、４ｂの実施形態を用いて基板１１２を加工する１つの例を示す。イオンビーム４０２が、走査電極３１４ａ、３１４ｂ、３１６ａ、３１６ｂを用いて静電的に走査される一方で、基板が方向４０６に沿って異なる２つの位置に配置される時に形成される２つのイオン照射エリア４１０、４１２が示されている。このように、基板１１２は、２つのイオン照射エリア４１０、４１２を形成するために、２つの異なる位置の間で位置を変えることが可能である。図４ｅに示した通り、オーバーラップ領域４１４は、イオン照射エリア４１０、４１２の間に存在する。イオンビーム４０２は、増大した高さＨ_３を有するので、オーバーラップ領域４１４（又はアンダーラップ領域）の制御は、四重極静電レンズシステム３２０がないケースであって、ビーム高さがＨ_２だけになるケースに比べてより良くなる。これにより、基板１１２の全体にわたって、より均一なイオンドーズ量を与えることができる。さらに、四重極静電レンズシステム３２０は、走査電極の組３１８によって占有される部分と同じイオンビーム４０２のビーム経路部分に沿って配置されるので、それによりイオンビーム走査組立体は、イオンビーム走査組立体３００を収容したイオン注入システムに対してより大きなフットプリントを必要としない。

【0029】

基板でのイオンドーズ量の均一性を改善することに加えて、更なる実施形態では、イオンビーム走査組立体３００は、イオン注入過程に対するビーム電流利用率を増大させるために使用される。ここで用いた「ビーム電流利用率」という言葉は、イオンビーム電流の割合、すなわち基板まで到達するイオンビームのイオンの割合のことである。図５ａ及び図５ｂは、本実施形態と一致するイオンビームを加工（処理）するための更なるシナリオをまとめて示す。図５ａには、イオンビーム走査組立体３００の正面図が示され、一方で、図５ｂには、イオンビーム走査組立体３００の背面図が示される。図５ｃ及び５ｄは、図５ａ及び５ｂにそれぞれ示したイオンビーム走査組立体の構成要素に対応する、例示的な波形５２２、５２４をそれぞれ示す。特に、波形５２２、５２４は各々、図３ｂ及び３ｃに関して上述したように、振動電圧Ｖｓｃａｎ及びＤＣオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔから成る。

【0030】

図５ａのシナリオでは、イオンビーム５０２は、イオンビーム走査組立体３００に入射する前のイオンビーム４０２と同じ大きさの高さＨ_２及び幅Ｗ_２を有するように示したスポットビームである。図４ａのシナリオと同様に、図５ａに示した例では、走査電極３１４ａ、３１６ａに印加される変動電圧は、−２０ｋＶのＤＣオフセット電圧と重ねられる。走査電極３１４ａ、３１６ａに印加されるピーク電圧の絶対値は、−２０ｋＶのオフセット電圧に対して２５ｋＶであり、いくつかのケースではおよそ＋／−１０度の角度範囲でイオンビーム４０２を偏向できる。図５ｃに示した通り、図５ａでは＋／−２５ｋＶが振動電圧となり、−２０ｋＶのオフセット電圧に対して２５ｋＶ変動し、−／＋２５ｋＶが、＋／−２５ｋＶに対して反対の位相角を有する振動電圧となる点に注意すべきである。

【0031】

しかしながら、図４ａ、４ｂのケースとは異なり、図５ａ、５ｂのシナリオでは、後方レンズ３０８に印加される電圧に比べて、異なる電圧が前方レンズ３０２に印加される。特に、図５ａでは、＋２０ｋＶの静電圧が、走査電極３１４ａ、３１６ａと結合する電極３０４、３０６に印加され、四重極静電レンズシステム３２０の前方レンズ３０２を形成する。走査電極３１４ａ、３１６ａの−２０ｋＶのＤＣオフセット電圧と結合して、電極３０４、３０６に対する正の電圧印加によって、イオンビーム５０２へ力を働かせる一組の電場が生じ、方向４０４に沿ってイオンビーム５０２を圧縮しやすくなる。このようにして、イオンビーム５０２がイオンビーム走査組立体３００を通過することで、イオンビーム５０２の断面形状がさらに変化する。

【0032】

図５ｂは、図５ａに示したものと同じシナリオに対するイオンビーム走査組立体３００の背面図を示す。示した例では、走査電極３１４ｂ、３１６ｂに印加される変動電圧は、＋２０ｋＶのＤＣオフセット電圧と重ねられ、−２０ｋＶの静電圧が、走査電極３１４ｂ、３１６ｂと結合する電極３１０、３１２に印加され、図４ｂの状況と同様に後方レンズ３０８を形成する。走査電極３１４ａ、３１６ａの＋２０ｋＶのＤＣオフセット電圧と結合して、電極３１０、３１２に対する負の電圧印加によって、イオンビーム５０２に対して力が働き、方向４０４に対して垂直な方向４０６に沿ってイオンビーム５０２を引き伸ばしやすくなる。このようにして、図５ｂに示した通り、イオンビーム５０２がイオンビーム走査組立体３００から出射する時、イオンビーム５０２は、図５ａに示したイオンビーム走査組立体３００に入射する時の形状と比べて方向４０６に沿って長くなり、かつ、方向４０４に対して圧縮される。このように、イオンビーム５０２は、（入射）イオンビーム５０２のＨ_２よりも大きな高さＨ_３及び（入射）イオンビーム５０２の幅Ｗ_２よりも小さな幅Ｗ_３で出射する。さらに、走査電極３１４ｂ及び３１６ｂに印加されるピーク電圧の絶対値は、＋２０ｋＶのオフセット電圧に対して２５ｋＶであり、いくつかのケースではおよそ＋／−１０度の角度範囲でイオンビーム４０２を偏向できる。図５ｂでは＋／−２５ｋＶが振動電圧となり、＋２０ｋＶのオフセット電圧に対して２５ｋＶ変動し、−／＋２５ｋＶが、＋／−２５ｋＶに対して反対の位相角を有する振動電圧となる点に注意すべきである。

【0033】

図５ｅは、図５ａ、５ｂの実施形態を用いて基板１１２を加工する１つの例を示し、図５ａ、５ｂの実施形態によってもたらされる利点、すなわち増大したビーム電流利用率を示す。特に、高さＨ_３及び幅Ｗ_３によって特徴付けられる断面形状を有する図５ｂのイオンビーム５０２は、基板１１２に当たるように示されている。イオンビーム５０２は、走査電極３１４、３１６を用いて静電的に走査され、照射エリア５１０を形成する。図５ｅに示した通り、照射エリア５１０は、基板１１２を区切る照射エリア５１０の一部を表す照射基板エリア５１２を含む。照射エリア５１０は、イオンが基板１１２に衝突しない照射エリア５１０の一部を表すオフ基板エリア５１４ａ、５１４ｂをさらに含む。照射エリア５１０に対する照射基板エリア５１２の比は、ビーム電流利用率の測定とみなすことができる。イオンビーム５０２は、図５ａ、５ｂに示した四重極静電レンズシステム３２０の動作なしにイオンビーム５０２の幅Ｗ_２よりも狭い幅Ｗ_３を有するので、基板１１２の端５１８、５２０を越えてさらにイオンビーム５０２を走査する必要はなく、イオンビーム幅がＷ_２である状況（例えば、オフ基板エリア４１６、４１８がより大きい図４ｃを参照）に比べて、基板１１２への全体照射が保証される。従って、図５ａ、５ｂのシナリオでは、ビーム電流利用率は高まる。

【0034】

本実施形態によってもたらされる上述した利点に加えて、走査レンズ部品及び四重極レンズ部品の共同配置により、イオンビームを操作するためのシステムがコンパクトになり、構成部品が共同配置ではない構成に比べて、イオンビーム経路に沿った電子が電離する領域の長さを減らす。言い換えると、スキャナー及び四重極部品は電子を引き付け、それによって、通過するイオンビームから電子を剥ぎ取るので、コンパクトなシステムでのそれらの共同配置によって、仮にスキャナー部品及び四重極レンズ部品がビームラインに沿って直列方式で配置された場合の電子が電離する可能性のあるイオンビームの長さが減る。

【0035】

本開示は、ここで述べた所定の実施形態による範囲に限定されるものではない。事実、ここで述べた実施形態に加えて、他の様々な本開示の実施形態及び本開示に対する修正が、先の記述及び付随した図から当業者にとっては明白であろう。このように、そのような他の実施形態及び修正は本開示の範囲内にあるものとする。さらに、特定の目的のために、特定の環境で、特定の実施という面で本開示がここでは述べられているが、その有用性はそれに限定されるものではなく、本開示はいくつもの目的のために、いくつもの環境で、有利な方法で実施されることを当業者は認識するだろう。従って、以下で明示する請求項は、ここで述べた本開示の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0036】

１００ イオン注入システム
１０２ イオン源
１０４ 磁気アナライザー（質量アナライザー）
１０６ 静電スキャナー
１０８ コレクターマグネット
１１０ エンドステーション（基板ステージ）
１１２ 基板
１２０ イオンビーム
１２２ 方向
１２４ 方向
１２６ 走査エリア
１２８ 端
１３０ 領域
２００ イオン注入システム
２０２ イオンビーム走査組立体
２０４ ビームライン
２０６ イオンビーム
２０６ａ イオンビーム
２０６ｂ イオンビーム
３００ イオンビーム走査組立体
３０２ 前方レンズ
３０４ 電極
３０６ 電極
３０８ 後方レンズ
３１０ 電極
３１２ 電極
３１４ａ 走査電極（電極）
３１４ｂ 走査電極（電極）
３１６ａ 走査電極（電極）
３１６ｂ 走査電極（電極）
３１８ 走査電極の組
３２０ 四重極静電レンズシステム
３３０ 領域
３３２ 基板サイド
３３４ イオン源サイド
３３６ 方向
３３８ 方向
３５０ 電圧波形
３５２ 電圧波形
３５４ 電圧波形
３５６ 電圧波形
４０２ イオンビーム
４０４ 方向
４０６ 方向
４１０ イオン照射エリア
４１２ イオン照射エリア
４１４ オーバーラップ領域
４１６ オフ基板エリア
４１８ オフ基板エリア
４２０ 波形
４２２ 波形
５０２ イオンビーム
５１０ 照射エリア
５１２ 照射基板エリア
５１４ａ オフ基板エリア
５１４ｂ オフ基板エリア
５１８ 端
５２０ 端
５２２ 波形
５２４ 波形

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図5e】