JP6634021B2 - 可変エネルギー制御を伴うイオン注入システムおよび方法 - Google Patents
可変エネルギー制御を伴うイオン注入システムおよび方法 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2014年1月15日出願の米国仮出願第61/927,811号、発明の名称「ION IMPLANTATION SYSTEM AND METHOD WITH VARIABLE ENERGY CONTROL」の権利を主張し、本米国仮出願の内容は、内容全体を参考として引用されることによって組み込まれる。
本発明は、概してイオン注入システムに関し、より詳細には、被加工物のイオン注入中に、被加工物に供給されるイオンビームに、選択的に制御された可変エネルギーを提供するためのシステムおよび方法に関する。
半導体素子の製造において、イオン注入は、半導体に不純物をドープするために使用されている。イオン注入システムは、集積回路の製造の間に、n型材料もしくはp型材料のドーピングをもたらすために、または保護層を形成するために、イオンビームからのイオンを用いて、被加工物(例えばシリコンまたはゲルマニウムウエハ)をドープするためにしばしば利用されている。イオン注入システムは、半導体ウエハをドーピングするために用いられる場合、被加工物のバルク材料において所望の電気特性をもたらすために、選択されたイオン種を被加工物に注入する。原料物質(例えば、アンチモン、ヒ素、またはリン)から生成される、注入するイオンは、例えば、「n型」の材料特性を生じ、「p型」の材料特性は、原料物質(例えば、ホウ素、ガリウムまたはインジウム)を用いて生成されるイオンから生じる。
以下は、本発明の開示のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本発明の開示の簡略化された概要を示している。本概要は、本発明の外延的な全体像ではない。本発明の主要な、且つ重大な要素を特定することも、本発明の範囲を描写することも、意図されていない。本概要の目的は、後に示される、より詳細な説明の前置きとしての簡略化された形態において、本発明のいくつかの概念を示すことである。
図1は、その上に酸化層を有している被加工物の部分的な断面図であり、被加工物上での従来の化学機械的な平坦化または研磨(CMP)工程の効果を示している。
本開示は、概して、イオン注入システムにおいてイオンビームのエネルギーを変化させるための、システム、装置および方法を対象としている。1つの特定の実施形態において、イオンビームのエネルギーを変化させるための、上記システム、装置および方法は、Axcelis Technologies, Inc. (Beverly, MA) によって開発、製造および販売された型の、走査ペンシルビームシステムアーキテクチャと共に開示される。しかしながら、さらに記載されるように、本開示は、一般的に知られている、リボンビームまたはペンシルビームイオン注入システムアーキテクチャにおいて実行され得ることもまた期待される。
Claims (46)
- 選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを被加工物に提供するように構成されたイオン注入システムであり、
イオンビームを発生させるためのドーパント材料をイオン化するように構成されたイオン源;
質量分析されたイオンビームを提供するように構成された、上記イオン源の下流に位置付けられた質量分析器;
上記選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを生成するために、上記質量分析されたイオンビームを受け取るように構成された、上記質量分析器の下流に位置付けられた減速/加速ステージ;
上記減速/加速ステージの下流に位置付けられたエンドステーションであり、イオン注入のための選択的に変動可能なエネルギーイオンビームの前に、上記被加工物を選択的に位置付けるように構成された被加工物支持体を含んでいるエンドステーション;
上記イオンビームおよび上記被加工物支持体の内の1つ以上を互いに走査するように構成された走査装置;
イオン源、質量分析器、および減速/加速ステージの内の1つ以上に操作可能に連結された、1つ以上の電源;および、
上記1つ以上の電源に連結され、且つ上記イオンビームおよび/または被加工物支持体の走査と同時に、上記減速/加速ステージに供給された少なくとも1つのバイアス電圧を選択的に変化させるように構成されたコントローラであって、
選択的に変動可能なエネルギーイオンビームを上記被加工物に提供するために、上記減速/加速ステージに供給された上記少なくとも1つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、少なくとも一部分において、上記被加工物に関するイオンビームの位置に基づいているコントローラ;および、
上記エンドステーションに届けられる選択したエネルギーを有しているイオンビームを規定するために、選択したエネルギーを有しているイオンを偏向させるためのエネルギーフィルタ、を含み、
上記1つ以上の電圧の選択的な変化が、少なくとも一部分において、上記イオンビームの上記エネルギーに基づくように、上記コントローラは、それぞれ、上記イオンビームおよび/または被加工物支持体の走査と同時に、上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された1つ以上の電圧を選択的に変化させるようにさらに構成されていることを特徴とする、イオン注入システム。 - 上記少なくとも1つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、上記イオンビームおよび/または上記被加工物支持体の走査と同期して、上記被加工物支持体上に位置付けられた上記被加工物に向けて導かれた上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記少なくとも1つのバイアス電圧の選択的な変化は、走査パスに沿った上記イオンビームの場所に基づいていることを特徴とする、請求項2に記載のイオン注入システム。
- 上記少なくとも1つのバイアス電圧の選択的な変化は、操作者および上記被加工物の特徴付けの内の1つによって提供された1つ以上の予め定められた特性にさらに基づいていることを特徴とする、請求項2に記載のイオン注入システム。
- 上記走査装置は、上記イオンビームを、少なくとも第1走査軸に沿って、それぞれ、静電的におよび/または磁気的に走査するように構成された、静電的スキャナおよび/または磁気的スキャナを含んでいることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記走査装置は、上記被加工物支持体を、上記第1走査軸に平行ではない第2走査軸に沿って、機械的に走査するように構成された、機械的走査システムをさらに含んでいることを特徴とする、請求項5に記載のイオン注入システム。
- 上記第1走査軸は、上記第2走査軸に直交することを特徴とする、請求項6に記載のイオン注入システム。
- 上記走査装置は、上記被加工物支持体を、第1走査軸と当該第1走査軸に実質的に直交する第2走査軸との両方に沿って、機械的に走査するように構成された、機械的走査システムを含んでいることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記減速/加速ステージにそれぞれ供給された上記1つ以上の電圧の上記選択的な変化は、上記被加工物に関する上記イオンビームの上記位置を示している走査システムからのフィードバックに基づいていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された上記1つ以上の電圧の上記選択的な変化は、上記被加工物に関する上記イオンビームの上記位置を示している走査システムからのフィードバックに基づいていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記減速/加速ステージにそれぞれ供給された上記少なくとも1つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、予め定められていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記エネルギーフィルタにそれぞれ供給された上記1つ以上の電圧の選択的な変化は、予め定められていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 電極円柱およびエネルギーフィルタの内の1つ以上にそれぞれ供給された上記1つ以上の電圧の上記選択的な変化は、上記被加工物支持体上に位置付けられた被加工物のマップに基づいていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記被加工物の上記マップは、上記被加工物の面を横断する材料層の厚さのマップを含んでいることを特徴とする、請求項13に記載のイオン注入システム。
- 上記減速/加速ステージおよびエネルギーフィルタに供給された上記1つ以上の電圧の上記選択的な変化は、少なくとも一部分において、上記被加工物支持体上に位置付けられた被加工物に関連した1つ以上の特徴の場所にさらに基づいていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記1つ以上の特徴は、上記被加工物上に形成された層、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心および上記被加工物上の事前に規定した領域の内の1つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項15に記載のイオン注入システム。
- 電極円柱は、イオンビーム加速器およびイオンビーム減速器の内の1つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- 上記被加工物支持体上に位置付けられた被加工物の1つ以上の特性を検出するように構成された検出装置をさらに含み、
電極円柱およびエネルギーフィルタの内の1つ以上にそれぞれ供給された上記1つ以上の電圧の選択的な変化は、上記検出装置からのフィードバックにさらに基づいていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。 - 上記検出装置は、上記被加工物の厚さ、上記被加工物上に配置された層の厚さ、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心、および上記被加工物上の事前に規定した領域の内の1つ以上を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項18に記載のイオン注入システム。
- 上記被加工物支持体は、
上記被加工物支持体上に受け取られている上記被加工物の面に垂直な且つ交差している軸と一致する軸について、個別のステップにおいて上記支持体を回転させるように構成されたモーター;および、
上記被加工物に注入されたイオンのドーズを計測するためのドーズ計測デバイス、を含み、
上記コントローラは、上記モーターを制御するように構成されており、上記ドーズ計測デバイスからのドーズ情報信号を受信して、上記被加工物支持体の段階的な回転をさらに提供するための上記モーターに制御信号を送信するように操作可能であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。 - 上記モーターは、ステッパーモーターを含んでいることを特徴とする、請求項20に記載のイオン注入システム。
- 上記減速/加速ステージに供給された上記少なくとも1つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、反復的に異なるドーズ量で行われ、その結果、連鎖注入が規定され、
上記減速/加速ステージに供給された上記少なくとも1つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、少なくとも一部分において、操作者および上記被加工物の特徴付けの内の1つによって提供された1つ以上の予め定められた特性にさらに基づいていることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。 - 上記減速/加速ステージに供給された上記少なくとも1つのバイアス電圧の上記選択的な変化は、通常、連続的であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン注入システム。
- イオン注入のための方法であって、当該方法は、
イオンビームを被加工物に向けて導くこと;
上記イオンビームおよび上記被加工物の内の1つ以上を互いに走査すること;および、
上記イオンビームおよび上記被加工物の内の1つ以上を走査することと同時に、連続的に、上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させること、を含み、
上記被加工物へのイオンの注入の結果得られた深さは、上記被加工物の面に沿って変化され、
上記イオンビームにイオンビームエネルギーを与えるための電極円柱に供給された電圧を変化させることを含み、
上記イオンビームのエネルギーを変化させることは、1つ以上の電圧の選択的な変化が、少なくとも一部分において、上記イオンビームの上記エネルギーに基づくように、上記イオンビームおよび/または被加工物支持体の走査と同時に、上記電極円柱内に一体化されたエネルギーフィルタに供給された電圧を変化させることをさらに含んでいることを特徴とする方法。 - 上記電極円柱に供給された電圧を変化させることは、上記イオンを上記被加工物に注入する前に、スポットイオンビームに関連した最終的なエネルギーを制御することを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記電極円柱は、イオンビーム加速器およびイオンビーム減速器の内の1つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記エネルギーフィルタは、上記イオンビームの所望のエネルギーを区別し、且つ上記イオンビームを、上記所望のエネルギーに向けて導くことを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記被加工物の面の所望のエネルギーマップを提供することをさらに含み、
上記イオンビームのエネルギーを変化させることは、上記所望のエネルギーマップに基づいていることを特徴とする、請求項24に記載の方法。 - 上記イオンビームおよび上記被加工物の内の1つ以上を互いに走査することに関連した場所フィードバックを提供することをさらに含み、
上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、上記場所フィードバックに基づき、電極円柱およびエネルギーフィルタの内の1つ以上に供給された上記1つ以上の電圧を選択的に変化させることを包含していることを特徴とする、請求項24に記載の方法。 - 上記ビームのエネルギーの選択的な変化と関連した上記被加工物へのイオンの注入の深さを変化させることは、エネルギーの上記変化に基づいて、上記被加工物の面と関連した1つ以上の層を、それぞれ、弱化または強化することを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記1つ以上の層は、酸化層を含んでいることを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 上記被加工物の面上に化学機械的な研磨またはエッチングを施すことをさらに含み、
上記酸化層は、平坦化されていることを特徴とする、請求項31に記載の方法。 - 上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、予め定められた様式において、電極円柱およびエネルギーフィルタの内の1つ以上にそれぞれ供給された1つ以上の電圧を選択的に変化させることを含んでいることを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記電極円柱およびエネルギーフィルタの内の1つ以上にそれぞれ供給された1つ以上の電圧を選択的に変化させることは、上記被加工物のマップに基づいていることを特徴とする、請求項33に記載の方法。
- 上記被加工物のマップは、上記被加工物の面を横断する酸化層の厚さまたは材料層の厚さのマップを含んでいることを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 上記被加工物の面上に化学機械的な研磨またはエッチングを施すことをさらに含み、これによって上記被加工物の面を平坦化することを特徴とする、請求項35に記載の方法。
- 上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、少なくとも一部分において、上記被加工物に関連した1つ以上の特徴の場所に基づいていることを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記1つ以上の特徴は、上記被加工物上に形成された層、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心、および上記被加工物上の事前に規定した領域の内の1つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項37に記載の方法。
- 上記被加工物の1つ以上の特性を検出することをさらに含み、
上記イオンビームのエネルギーを選択的に変化させることは、検出装置からのフィードバックにさらに基づいていることを特徴とする、請求項38に記載の方法。 - 上記被加工物の上記1つ以上の特性は、上記被加工物の厚さ、上記被加工物上に配置された層の厚さ、上記被加工物上のダイパターン、上記被加工物の端部、上記被加工物の中心、および上記被加工物上に事前に規定した領域の内の1つ以上を含んでいることを特徴とする、請求項39に記載の方法。
- 上記イオンビームおよび被加工物の内の1つ以上を互いに走査することは、上記イオンビームを、1つ以上の軸に沿って、静電的におよび/または磁気的に走査することを含んでいることを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記イオンビームおよび被加工物の内の1つ以上を互いに走査することは、上記被加工物を、1つ以上の軸に沿って、機械的に走査することを含んでいることを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- 上記イオンビームおよび被加工物の内の1つ以上を互いに走査することは、スポットイオンビームを、第1軸に沿って、静電的におよび/または磁気的に走査し、且つ上記被加工物を、第2の軸に沿って、機械的に走査することを含んでいることを特徴とする、請求項42に記載の方法。
- 上記被加工物の面に垂直な且つ交差している軸と一致する軸に関して、個別のステップにおいて上記被加工物を回転させること;
上記被加工物に注入されたイオンのドーズを計測すること;および、
少なくとも一部において、上記被加工物に注入されたイオンの上記ドーズの上記計測に基づいて、上記被加工物の上記回転を制御することを含んでいることを特徴とする、請求項24に記載の方法。 - 被加工物にイオンを注入するための方法であって、当該方法は、
スポットイオンビームを提供すること;
エネルギーフィルタを提供すること;
上記スポットイオンビームを質量分析すること;
上記スポットイオンビームおよび被加工物の内の1つ以上を互いに走査すること;および、
連続的に、走査することと同時に、上記スポットイオンビームのエネルギーを変化させること、を含み、
上記被加工物へのイオンの注入の深さは、上記被加工物に関する上記イオンビームの位置の関数として、上記被加工物の面を横断して変化し、
供給された電圧の選択的な変化が、少なくとも一部分において、上記イオンビームの上記エネルギーに基づくように、上記イオンビームおよび/または被加工物の走査と同時に、上記エネルギーフィルタに供給された電圧を変化させることを含んでいることを特徴とする方法。 - 走査することと同時に、上記スポットイオンビームのドーズを変化させることをさらに含み、
上記被加工物に注入されたイオンの量は、上記被加工物に関するイオンビームの位置の関数として、上記被加工物の面を横断して変化することを特徴とする、請求項45に記載の方法。
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