JP4239116B2

JP4239116B2 - イオンビーム中和器及びその中和方法

Info

Publication number: JP4239116B2
Application number: JP20895197A
Authority: JP
Inventors: チェンジオング; マウリスベンベニステビクター
Original assignee: アクセリステクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2017-08-04
Also published as: KR100354992B1; EP0822571A2; TW350974B; EP0822571A3; US5703375A; KR19980018332A; JPH1083783A; CN1179003A; CA2210383A1; CN1132227C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ等の加工物の処理に使われるイオンビーム中和器及びその中和方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビーム注入装置は、シリコンウェハをイオンビームで処理するために使われている。このような処理は、Ｎ型あるいはＰ型の不純物材料のドーピングを行い、また、集積回路を製造する際に不活性層を形成するために使用することができる。
【０００３】
イオンビーム注入装置が半導体をドーピングするために使用される場合は、選択されたイオン種が注入され、望ましい不純物材料が作られる。アンチモン、砒素（Ａｓ）、燐（Ｐ）のような材料源から生じたイオンを注入すると、Ｎ型の不純物材料ウェハとなる。Ｐ型の不純物材料ウェハが求められる場合は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような材料源から生じたイオン種が注入される。
【０００４】
イオンビーム注入装置は、イオン化しうる材料から正に荷電したイオンを発生させるためのイオン源を含んでいる。発生したイオンは、ビームに形成され、決められたビーム通路に沿って加速され、注入部に向かう。
【０００５】
イオンビーム注入装置は、イオン源と注入部の間に伸びているビームの形成・整形構造部を備えている。このビーム形成・整形構造部は、イオンビームを維持して、イオンビームが注入部まで進む途中に通過する細長い内部空洞すなわち内部領域を定めている。イオン注入装置を作動させる時、イオンが空気中の分子と衝突することによって、所定のビーム通路から逸れる可能性を低くするため、内部領域内は真空状態にされなければならない。
【０００６】
本発明の譲受人であるイートン社は、ＮＶ１０、ＮＶ−ＧＳＤ／２００、ＮＶ−ＧＳＤ／１６０、ＮＶ−ＧＳＤ／８０という製品の名称で高電流注入装置を販売している。これらの従来技術の注入装置の一つの問題点は、ウェハの帯電という問題である。イオンビームは、ウェハに接触するように照射されるので、ウェハは正に荷電したイオンがウェハ表面を叩くように帯電する。この帯電は、しばしば不均一で、ウェハ表面に大きな電界を作るために、ウェハに損傷を与え、半導体材料としての使用を不適当にする。
【０００７】
いくつかの従来技術の注入装置において、電子シャワー装置がイオンビームの空間電荷を中和するために使用される。既存の電子シャワー装置は、活発な電子が金属の表面に衝突した時に起こる二次電子放出を利用している。金属の表面から放出される低エネルギーの電子は、イオンビームに閉じ込められるか、またはウェハ表面に衝突するように照射され、それによって直接ウェハを中和する。
【０００８】
金属表面からの二次電子放出によって得られる電子の電流密度は、イオンビームと電子放射表面との電位差によって制限される。既存のイオン注入装置の中和装置は、イオンビームの外側領域から、電子がイオンビームによって捕獲されるイオンビーム中に電子を運ぶための電界を作用させている。電子がイオンビームによって捕獲されると、この電子はビームに沿って正のイオンビームの流れを打ち消す目標物の方向に自由に動くことができる。
【０００９】
電子をイオンビーム内に運ぶ電界もまた、集中したビーム通路から逸れていく方向にビームイオンを偏向させる。電子がビームによって捕獲されるためには、電子とビームプラズマ粒子（中性かつイオン化状態）の間に衝突が必要とされる。
【００１０】
もし、このような衝突が起こらないと、電子は単に衝撃的な動きでビームを通り抜けたり、周りを回ったりして振動するだけである。イオンと電子間の衝突の割合は、衝突の確率を決める電子の密度によって限定されている。一般的には、電子とイオンの衝突の割合は、結果的に不完全な中和となり、正に帯電したイオンビームの残留空間電荷効果が重要となる。
【００１１】
「プラズマブリッジ」として知られている電子フラッドの型は、部分的にこれらの制約に対処している。イオンと電子のプラズマは、イオンビーム付近のキャビティで作られている。このキャビティは、一般的にイオンビームから離されているため、プラズマの生成を促進する高密度ガスをキャビティ内で使うことができる。プラズマは小さな開口部を通り抜けてキャビティからの「リーク」を可能にしている。高い電流が開口部からイオンビームプラズマに向かって流れる。この高電流がキャビティからビームに向かって流れ、プラズマブリッジでほぼ帯電が中和される。
【００１２】
プラズマブリッジを使用する場合であっても、電流を維持するためにブリッジに沿って電界が必要となる。プラズマブリッジはプラズマが生成されるキャビティの開口部から広がっているので、電子の拡散は電子搬送の一次モードとして衝撃動作によって置き換えられる。
【００１３】
既存のイオンビーム中和装置が、電子生成領域から電子がイオンビームに注入される領域まで電界を使用する程度までに、これらの電界はまた電子の運動エネルギーを増加させ、それによって電子の振動を促進し、イオンビーム内の捕獲を回避している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明は、１つ以上の加工物を正荷電イオンを用いて処理するイオン注入装置のイオンビーム中和器及びその中和方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。具体的には、本発明の好ましい実施の形態によれば、イオン注入装置は、イオン源、ビーム形成構造（電極）、イオンビーム中和器、及びイオン注入ステーションを含んでいる。
【００１６】
イオン源は、正イオンを放出し、ビーム形成電極によってイオンビームに形成される。イオン注入ステーションは、イオンがイオン注入ステーションに進入する時、１つ以上の加工物にイオンビームからのイオンが捕獲されるように位置している。
【００１７】
イオンビーム中和器は、イオンビーム通路に沿ってイオン注入ステーションの上流側に配置されている。本発明によれば、イオンビーム中和器は、イオンビーム通路に沿って取り囲まれる閉込本体、入口カバー、及び出口カバーを備えている閉込組立体で構成される。この閉込め組立体の両カバーは、入口プレート及び出口プレートを形成し、イオン注入ステーションで、１つ以上の加工物にイオンが打ち込まれる前に、イオンビームが中和領域を通過できるようにする。
【００１８】
プラズマ源は、中和領域内に電子を供給するために閉込本体内に位置決められる。この閉込本体は、さらに中和領域内に磁界を生じる一群の配列磁石を支持し、これらの磁石は、電子源から放出される電子を閉じ込め、それによって中和領域内に電子がより集中するようにする。
【００１９】
中和領域内で、電界はかなり小さく、電子は初めは高密度の領域から低密度の領域へ拡散によって移動する。自由電子は、イオンビーム自身の中で生成されるか、あるいは電界の作用しない周囲の領域からビーム内に拡散する。電子がビームによって捕らえられると、高電子流が、イオンビーム軌道上での電界に逆らって、イオンビームに沿ってイオン注入ステーションにある１つ以上の加工物に向けて流れる。
【００２０】
イオンビーム中和器は、電子の運動を支配するべく拡散処理のため、イオンビームのプラズマ密度よりもかなり高いプラズマ密度を有さねばならない。また、イオンビーム中和器は、イオンビームの過度の減衰を避けるために、低ガス圧で操作されねばならない。
【００２１】
本発明の他の特徴によれば、イオンビーム中和器は、閉込本体内に支持される複数の磁石を有しかつ軸方向に伸びている複数の金属フィルタロッドを有するフィルタロッド組立体を備えている。このフィルタロッドは、イオンビーム通路に沿って伸び、イオンビームの境界を定める磁界を形成する。
【００２２】
フィルタロッド組立体は、存在するイオンビームからのより活発な電子を閉じ込め、かつ低エネルギ−電子をイオンビームプラズマに沿って押し流す。このフィルタロッド組立体は、イオンビーム中和器においていくつかの利点を備えている。すなわち、フィルタロッドは、１つ以上の目標物となる加工物を最大可能な負に荷電することを制限する。さらには、フィルタロッド組立体は、イオンビーム中和器の上流部分近くで、イオンビームプラズマが加熱されることを最小にする。
【００２３】
電子フラッド（electron flood) の動きは、絶縁されている目標物から上流にあるイオンビームの中心における電圧測定により判断する。低電圧は、不完全な中和によるイオンビーム内での低残留空間電荷に相応する。好ましい実施例において開示されたイオンビーム中和器では、同様なイオンビームを用いる場合、他の従来の電子フラッドが、約１５ないし６０ボルトのビーム電圧を有するのに対して、約５〜７ボルトのビーム電圧であることが見いだされた。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、イオンビーム注入装置１０が描かれており、このイオンビーム注入装置１０は、注入ステーション１６へのビーム通路を移動するイオンビーム１４を形成するイオンを供給するために、「Ｌ」型支持台１５に装着されたイオン源１２を備えている。
【００２５】
電子制御装置（図示しない）は、注入ステーション１６において注入室１７内のウエハ（図示しない）によって受け入れられるイオンドーズ量を監視かつ制御している。
【００２６】
イオンビーム内のイオンは、所定の好ましいビーム通路に沿って進むが、ビームがイオン源１２と注入ステーション１６との間の距離を移動するにつれて発散する傾向にある。イオン源１２は、イオン源材料が注入される内部領域を形成しているプラズマ室１８を備えている。
【００２７】
イオン源材料は、ガスあるいは気化したイオン化可能な材料を含むことができる。固体のイオン源材料は、気化器の中に入れられた後、プラズマ室１８に注入される。
【００２８】
ｎ型の半導体ウエハ材料を望む場合は、ホウ素、ガリウム、或は、インジウムが用いられる。ガリウム及びインジウムは固体のイオン源材料であり、一方、ホウ素は、典型的には三フッ化ホウ素またはジボラン(diborane)のガスとしてプラズマ室１８に注入される。その理由は、ホウ素の蒸気圧は低過ぎるので単に加熱することによって使用可能な圧力に達することができるからである。
【００２９】
ｐ型の半導体ウエハ材料を生産する場合は、アンチモン、ヒ素、或は、リンが、固体のイオン源材料として選ばれる。プラズマ室１８内に正電荷イオンを発生させるためにイオン源材料にエネルギが印加される。正電荷イオンは、プラズマ室１８の開口側を覆っているカバープレートの楕円弧状のスリットを通してプラズマ室を出ていく。
【００３０】
イオンビーム１４は、イオン源１２から真空に脱気されている注入室１７へ脱気通路を通って移動する。ビーム通路の脱気は真空ポンプ２１でなされる。
【００３１】
本発明に係るイオン源１２は、「低」エネルギ注入装置において利用される。この種の注入装置におけるイオンビーム１４は、ビーム通路全体に拡散する傾向があるので、イオン注入装置は、イオン源１２から注入室１７まで比較的「短い」通路を有するように設計されてきた。
【００３２】
プラズマ室１８内のイオンは、プラズマ室のカバープレートの弧状スリットを通して引き出され、プラズマ室に隣接する一対の電極２４によって、支持台１５に固定された質量分析磁石２２に向かって加速される。
【００３３】
一対の電極２４は、プラズマ室内部からイオンを引き出し、質量分析磁石または質量分解磁石２２によって定められた領域内でイオンを加速する。磁石を通過するイオンビームの通路はアルミニウム製のビームガイド２６によって境界を定めている。
【００３４】
イオンビーム１４を作るイオンは、イオン源１２から質量分析磁石２２によって確立された磁界内を移動する。磁石２２によって生ずる磁界の強さと方向は、界磁巻線を介して電流を調整するために電磁接触器(magnet connector)９０に連結されている電子制御装置８０によって制御される。
【００３５】
質量分析磁石２２は、最適な電荷比の質量を有するイオンのみをイオン注入ステーション１６に到達させる。プラズマ室１８におけるイオン源材料のイオン化は、好ましい原子質量を有する正電荷のイオン種を発生させる。しかしながら、好ましいイオン種に加えて、イオン化工程では、最適な質量を有するイオン以外の質量を有するイオンをある程度発生させる。最適な原子質量以上または以下の原子質量を有するイオンは、イオン注入には適していない。
【００３６】
質量分析磁石２２によって発生される磁界は、イオンビーム内のイオンを曲線軌跡に沿って移動させる。電子制御装置８０によって形成された磁界によって、好ましいイオン種の原子質量と等しい原子質量を持つイオンだけが、注入ステーション室１７に向けて、曲線のビーム通路を移動する。
【００３７】
磁石２２の下流には分解プレート４０が配置されている。分解プレート４０は、ガラス状のグラファイトから構成されており、イオンビーム１４内のイオンが通過する細長い開口を形成している。分解プレート４０の場所では、イオンビームの分散、ビーム包絡線の幅が最小になっている。
【００３８】
分解プレート４０は、質量分析磁石２２と協動して、イオンビーム１４からの好ましくないイオン種、すなわち、好ましいイオン種の原子質量と同じではないが、好ましいイオン種の原子質量に近い原子質量のイオン種を排除する。
【００３９】
上述したように、質量分析磁石２２の磁界の強さと方向は、電子制御装置８０によって定まっているので、好ましいイオン種の原子量と等しい原子量を有するイオンだけが、注入ステーション１６に向って所定の好ましいビーム通路を移動する。
【００４０】
好ましい原子質量より大きいか、または小さい原子質量を有する好ましくないイオン種は、強く偏向され、ビームガイド２６または分解プレート４０で形成されたスリットに衝突する。
【００４１】
調整可能な分解スリット４１及びファラデーフラッグ(Faraday flag)４２は、分解開口４０とイオンビーム中和器４４との間に配置されている。ファラデーフラッグ４２は、ビームラインを形成するハウジング５０に可動に連結されている。ファラデーフラッグ４２は、ビーム特性を測定するためにイオンビーム１４と交差する位置で直線的に動くことができ、測定が満足できるものであれば、注入室１７のウエハ注入を妨げないようにビームラインの外へ揺動する。
【００４２】
ビーム形成体は、一般に電子シャワーとして言及されるビーム中和器４４を備えている。１９９２年１１月１７日にベンベニステ（Benveniste) に発行された米国特許第５，１６４，５９９号は、イオンビーム注入装置における電子シャワー装置を開示しており、その全ての開示内容は参考としてここに包含される。
【００４３】
プラズマ室１８から引き出されたイオンは、正電荷を帯びている。イオンの正電荷がウエハの注入前に中和されないと、ドーピングされたウエハは正味の正電荷を示すことになる。米国特許第５，１６４，５９９号に説明されているように、ウエハ上の正味の正電荷は好ましくない特性を有している。
【００４４】
中和器４４の下流端は、イオンが注入されるウエハがある注入室１７に隣接している。注入室１７内にはディスク型のウエハ支持台６０が備えられている。処理されるウエハは、ウエハ支持台の外端の近くに位置され、ウエハ支持台はモータ６２によって回転される。モータ６２の出力軸は、ベルト６６を介して支持駆動軸６４に連結されている。
【００４５】
イオンビーム１４は、円形軌道を回転するウエハに衝突する。注入ステーション１６は、中和器４４に対して軸支されており、伸縮自在のベローズ７０を介してハウジング５０に連結されている。（図１）
図２ないし図２３には、本発明に関連するイオンビーム中和器４４の最適な実施の形態が示されている。図２はビーム中和器４４の分解透視図である。
【００４６】
ビーム中和器４４は、互いに連結された、金属製の入口カバー１００、金属製の閉込本体１２０、及び金属製の出口カバー１４０を備えている閉込組立体で構成される。この閉込組立体は、図１に示す位置で注入装置１０に装着されるので、ビーム１４は閉込本体１２０を通過する。
【００４７】
閉込本体１２０は、その周面に細長い外部磁石１２４を等間隔に配列して支持している。カバー１００、１４０の各々は、カバー１００、１４０及び閉込本体１２０を通してイオンビーム１４を通過させるように、細長いほぼ矩形の開口１０５、１４５を有している。カバー１００、１４０は、規則正しい間隔で配置された複数の外部磁石１６４を保持している。
【００４８】
閉込本体１２０、カバー１００、１４０及び磁石１２４、１６４は、閉込磁界を形成し、カバー１００、１４０及び閉込本体１２０によって形成された領域内で移動する電子を閉込めるようにして、これらの電子をイオンビームの電位によって捕獲できるようにする。
【００４９】
図３を参照すると、金属製（典型的には、アルミニウム）の閉込本体１２０は、内部領域１３０を有する円筒体である。好適な実施の形態によれば、閉込本体１２０は周面上に凸条１２２の列を有している。凸条１２２は、細長い磁石１２４（図１６参照）が配置される溝１２３で隔てられている。
【００５０】
図２３ａに概念的に示すように、磁石１２４は、閉込本体１２０の周面上に磁極が互い違いになるように方向づけられている。合成された磁気閉込領域１９１は、図２３ａにおいて、点線で示されている。磁石１２４の長さとほぼ等しい長さの保持ロッド１２７（図２１参照）が磁石１２４に隣接して取付けられている。
【００５１】
保持ロッド１２７の両端部には、ねじ穴１２９があり、カバー１００、１４０の周縁に配置された孔１２１を介して固着具１２８が挿入されている。固着された保持ロッド１２７は、隣接する磁石１２４によって半径方向外側に動けないようにしている。
【００５２】
図４及び図５を参照すると、閉込本体１２０は、一対の開口１２５ａ，１２５ｂを有しており、一対の電子源１２６（図２４ａ）、または電子励起源１９９（図１に１つだけを示す。）を収容している。電子源、または電子励起源は、金属製の閉込本体１２０で形成された中和領域１３０内で半径方向内方に伸びている。
【００５３】
好適な実施の形態によれば、図２３ｂに概念的に示すように、電子励起源は、共振周波数アンテナ１９９を構成しており、電源１９９ａは、電磁エネルギを放射して、中和領域１３０内の自由電子を加速し、これらの自由電子がイオンビームプラズマ１４の電位によって捕獲される。
【００５４】
他の実施の形態が概念的に図２４ａ及び図２４ｂに示されており、ここでは閉込本体１２０は、ほぼ矩形に構成されている。この実施の形態においては、電子源１２６は、フィラメントカソード２９９と、イオンビーム１４が通過する中和領域１３０内に電子を注入するための電源２９９ａを有している。
【００５５】
第２の電源２９９ｂは、接地された中和器本体とフィラメントカソード２９９との間のバイアス電圧を維持する。図２４ｂに概念的に示すように、磁石１２４は、閉込本体１２０の周囲に、磁極が互い違いになるように方向づけられている。合成された磁気閉込領域２９１は、図２４ａ及び図２４ｂに点線で示されている。磁気閉込領域２９１は、エネルギー電子３００を閉込め、低エネルギー電子３０１をイオンビーム１４に沿ってドリフトさせる。
【００５６】
閉込本体１２０は、更に、前後表面１２０ａ、１２０ｂを有し、各々の表面にＯリング１３６（図２においては１つだけしか示されていない）を収納する溝１３５、及び複数の固着具１３８を収容するねじ穴１３９を有している。金属製のカバー１００、１４０は、カバー１００、１４０の直径方向に配置された穴１３１を通して挿入される固着具１３８によって閉込本体１２０の対応する表面１２０ａ，１２０ｂに連結されている。
【００５７】
図１に示すように、イオンビーム中和器４４の閉込本体１２０の外表面及びカバー１００、１４０の少なくとも１つの外表面は、大気にさらされている。好適な実施の形態において、Ｏリング１３６は、閉込本体１２０とカバー１００、１４０との間に圧縮されており、イオンビーム中和器４４内の真空と大気圧を密閉している。
【００５８】
図６ないし図１０には、金属製の入口カバー１００が、図１１ないし図１５には、金属製の出口カバー１４０が示されている。入口カバー１００及び出口カバー１４０は、閉込本体１２０に対して、軸方向に離れて、かつ同中心にある。カバー１００、１４０の各々は、磁石１６４と対の関係を有する寸法の、規則正しい間隔の複数のスロット１０８、１４８を有している。
【００５９】
図６に示すように、入口カバー１００上のスロット１０８の配置及び磁石１６４のサイズによって、スロット１０８は１つ以上の磁石１６４を支持する。図１１に示す出口カバー１４０においても同様である。図２３ｂに概念的に示すように、各磁石１６４は、１つの磁石１６４と隣接する磁石１６４の磁極が互い違いになるように方向づけられている。
【００６０】
スロット１０８、１４８及び磁石１６４は、図２３ｂに点線で示される磁気閉込「壁」２０１を、電子源１２６、または、励起源１９９によって放射される自由エネルギー電子を閉込めるように配置されている。
【００６１】
図２に示すように、磁気閉込プレート（入口プレート）１１１は入口カバー１００に、また、第２の磁気閉込プレート（出口プレート）１５１は出口カバー１４０に、カバー１００、１４０のねじ穴１６９に挿入される固着具１６８によって取付けられている。プレート１１１、１５１は、カバー１００、１４０内に磁石１６４をしっかりと固定する。銅製のテープ状体１６５は磁石１６４の外表面に取付けられ、スロット１０８内の磁石１６４の動きをなくすか減少させ、磁石１６４からの熱伝導を促進する。
【００６２】
カバー１００、１４０の各々は、冷却剤の通路１１４、１５４（図８及び図１３を参照）を確定するフランジ部を有しており、カバー１１０、１４０の周面の回りに冷却液を循環させている。好適な実施の形態において、冷却液は、高エネルギーイオンがカバー１００、１４０及び閉込本体１２０に衝突することによって発生する熱を消滅させる。
【００６３】
更に、入口カバー１００は、フィルタロッド組立体２００を支持する開口１０５を有している。フィルタロッド組立体２００は、カバー１００のねじ穴１７９に挿入される固着具（図示しない）によってカバー１００に取付けられる。好適な実施の形態において、Ｏリング２３６は、カバー１００とフィルタロッド組立体２００により圧縮され、イオンビーム中和器４４内の真空を大気圧から密閉する。
【００６４】
図１８、図１９及び図２０に示されるフィルタロッド組立体２００は、開口２０５を有する金属製のフランジ２０２を備え、この開口２０５の周囲の近辺に、複数の軸方向に延びる金属製のフィルタロッド２０８を備えている。好適な実施の形態において、フランジ２０２及びフィルタロッド２０８は、アルミニュウムのような導電部材で構成されている。
【００６５】
フィルタロッド２０８は、閉込本体１２０の長さにわたって延びており、下流端２０９にテーパが形成されて、カバー１４０の対応する穴１４９（図１２）に支持される。フィルタロッド２０８は、電子源１２６から半径方向内方に離されており、イオンビーム通路１４の方向とほぼ平行に向けられている。
【００６６】
図２０に示すように、フィルタロッド２０８は、穴が開けられ、細長い磁石２２４（典型的には、サマリウム、コバルト製）を収容する内部通路２０６備えている。図２３ａに概念的に示すように、磁石２２４は自己整列されているので、フィルタロッド組立体２００の周辺の、１つの磁石２２４の磁極が隣接する磁石２２４の反対の磁極に対向しようとする。ねじ穴２２９は、ロッド２０８内に磁石２２４を保持するために固着具２２８（図２参照）を収容する。
【００６７】
フィルタ磁界１８１（図２３ａに点線で示されている）を形成する開口２０５及びフィルタロッド２０８は、イオンビーム１４を形成する。フィルタ磁界１８１は、イオンビーム領域から離れる高エネルギ電子を閉込め、閉込本体１２０内でイオンビーム１４に沿って低エネルギ電子をドリフトさせる。
【００６８】
この現象は、エー．ジェー．ティー．ホルメス(A.J.T.Holmes)による「磁極アーク放電における横断磁界中の電子流（Rev.Sci.Instrum.53(10), 1982年10月,P1517）」の論文により詳細に説明されており、ここに参考として包含される。
【００６９】
フィルタロッドは、１つ以上の目標物である加工物が負電荷を帯びることを制限する。更に、フィルタロッド組立体２００は、イオンビーム中和器４４の上流位置に近いイオンビームプラズマ１４の熱を最小にする。高エネルギ電子は、運動エネルギーに変換する「クーロン(Coulomb) 衝突」を介して、ビームプラズマ電子に衝突する。
【００７０】
図２２を参照すると、出口フランジ２５０は、出口カバー１４０の穴２４１及び出口フランジ２５０のねじ穴２５９を介して挿入される固着具（図示しない）によって出口カバー１４０に装着される。出口フランジ２５０（典型的には、ガラス状のグラファイトで作られている）は、イオンの衝突からカバ−１４０をシールドしている間、出口カバー１４０を通してイオンビーム１４を通過させる開口２５５を有している。
【００７１】
本発明の好適な実施の形態における説明から、当業者であれば、本発明の改良、変更及び修正が可能である。そのような全ての改良、変更及び修正は、添付された特許請求の範囲に記載の構成の中に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転支持台上に取付けたシリコンウェハ等の加工物をイオンビームで処理するためのイオン注入装置の概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態に従って構成したイオンビーム中和器の分解斜視図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した閉込本体を示す正面図である。
【図４】図３を４−４線の方向に見た図である。
【図５】図３の５−５線の方向に見た断面図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した閉込本体の第１カバーの正面図である。
【図７】図６のカバーの背面図である。
【図８】図６を８−８線の方向に見た図である。
【図９】図６の９−９線の方向に見た断面図である。
【図１０】図６の１０−１０線の方向に見た断面図である。
【図１１】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した閉込本体の第２カバーの正面図である。
【図１２】図１１のカバーの前面図である。
【図１３】図１１を１３−１３線の方向に見た図である。
【図１４】図１１の１４−１４線の方向に見た断面図である。
【図１５】図１１の１５−１５線の方向に見た断面図である。
【図１６】閉込本体に取り付けられた磁石の斜視図である。
【図１７】第１，第２カバーに取り付けられた磁石の斜視図である。
【図１８】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した複数の磁気フィルタロッドの多数を含むフィルタロッド組立体の正面図である。
【図１９】図１８の１９−１９線の方向に見た図である。
【図２０】図１９の２０−２０線の方向に見た、１つのフィルタロッドの断面図である。
【図２１】閉込本体に磁石を保持するのに使用するリテーナロッドの図である。
【図２２】出口フランジ部の背面図である。
【図２３】(a)は、閉込磁界とフィルタ磁界を示すイオンビーム中和器の模式正面図であり、(b)は、その模式側面図である。
【図２４】(a)は、閉込磁界を示すイオンビーム中和器の模式側面図であり、(b)は、その模式正面図である。

Claims

イオン注入装置と共に用いるイオンビーム中和器(44)であって、（ａ）イオンビームの通路に対して支持され、イオンビームの通路に沿って伸びる側壁を有する金属製の閉込本体(120)を備え、さらにイオンビームを前記閉込本体(120)によって定められた中和領域に入れるための開口を有する入口カバー(100)、及び前記イオンビームを前記中和領域を通過して１つ以上の加工物に衝突するためにイオンビームを前記閉込本体(120)から出すための開口を有する出口カバー(140)を備える閉込組立体と、（ｂ）イオンビームが前記閉込本体を通過するときに前記中和領域に電子を供給するための電子源と、（ｃ）前記電子源からの電子を前記閉込本体内に閉じ込めるための閉込磁界を前記中和領域内に形成するために、前記閉込本体 (120) により支持され、かつ前記入口カバー(100)、出口カバー(140)、及び側壁に対して離設された複数の磁石(124,164)と、（ｄ）軸方向に伸びる複数の金属製フィルタロッド (208) を含み、該フィルタロッドのそれぞれは細長い磁石 (224) を収容し、前記複数のフィルタロッドがイオンビーム移動路の方向にほぼ平行に向けられて前記電子源から半径方向内方に離設されるように前記中和領域内に配置されたフィルタロッド組立体 (200)とを備えていることを特徴とするイオンビーム中和器。
閉込本体(120)は、ほぼ円筒形状であることを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
少なくともいくつかの磁石(124)が、前記閉込本体(120)の周面に軸方向に配置されていることを特徴とする請求項２のイオンビーム中和器。
入口カバー(110)と出口カバー(140)のそれぞれに取付けられる入口プレート(111)と出口プレート(151)をさらに含み、これらのプレートは、前記両カバー(110,140)の各開口と同中心の開口を有し、閉込磁界を形成するために、前記両カバーの外側対向面に対して磁石を保持する内側対向面を有することを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
入口カバー(100)は、開口を有する金属製フランジと、軸方向に伸びる複数の金属製フィルタロッド(208)とを備える１つのフィルタロッド組立体を支持し、前記フィルタロッド(208)は、前記開口の周辺に隣接してイオンビーム移動路に沿って伸び、閉込本体(120)の側壁によって支持されている磁石(124)に対して半径方向内方に複数の磁石(224) を支持していることを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
フィルタロッド(208)は、フィルタロッド用の磁石(224)を収容するために穴ぐり加工されていることを特徴とする請求項５のイオンビーム中和器。
フィルタロッド(208)は、閉込本体(120)とほぼ同等の長さを有していることを特徴とする請求項６のイオンビーム中和器。
磁石(124,164)は、永久磁石であることを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
両カバー(100,140)の各々は、高エネルギーイオン衝突によって発生する熱を消散させるために、閉込本体(120)とともに、冷却用流体を流す冷却用通路を形成することを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
閉込本体(120)の壁は、少なくとも１つの開口を有し、かつ中和領域内に電子を供給する電子源が、前記中和領域内に直接電子を放出するために、前記閉込本体(120)の中和領域内に直接取付けられた少なくとも１つの電流搬送用の電子源(126)からなることを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
電子源は、電流をフィラメントカソードに流すために、前記フィラメントカソードと電源(299a)を備えていることを特徴とする請求項１０のイオンビーム中和器。
閉込本体(120)の壁は、少なくとも１つの開口を有し、かつ中和領域内に電子を供給する電子源が、前記閉込本体(120)の中和領域内に自由電子を励起するための共振周波数アンテナ(199)と電源(199a)を備えていることを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
イオン注入装置と共に用いるイオンビーム中和器(44)であって、（ａ）中和領域を定める円筒形状の金属製の閉込本体(120)の周面に等間隔に置かれて支持された、軸方向に伸びた複数の磁石(124)と、（ｂ）前記閉込本体(120)に対して同中心の開口を有し、かつイオンビームがカバー(100,140)と前記閉込本体(120)を通過するように寸法が決められた一対の軸方向に離間した金属製のカバー(100,140)と、（ｃ）前記カバーにより支持された、等間隔に配置された複数の磁石(164)と、（ｄ）中和領域内に支持されて、イオンビームが前記閉込本体を通過するとき、前記中和領域に電子を供給するための電子源 (199)と、（ｅ）軸方向に伸びる複数の金属製のフィルタロッド (208) を含み、該フィルタロッドのそれぞれは細長いフィルタ磁石 (224) を収容し、前記複数のフィルタロッドがイオンビーム移動路の方向にほぼ平行に向けられて前記電子源から半径方向内方に離設されるように前記中和領域内に配置されたフィルタロッド組立体 (200)と備えていることを特徴とするイオンビーム中和器。
フィルタロッドは、閉込本体の長さとほぼ同等の長さを有していることを特徴とする請求項１３のイオンビーム中和器。
フィルタロッド(208)は、少なくとも１つのフィルタ磁石(224)をカプセル封入するために穴ぐりされていることを特徴とする請求項１３のイオンビーム中和器。
一対のカバー(100,140)は、閉込本体(120)とともに、イオン衝突によって生じた熱を消散させるために冷却剤を流すためのフランジ構造を形成していることを特徴とする請求項１３のイオンビーム中和器。
閉込本体(120)は、この本体内に高エネルギーの電子(300)を供給するために、半径方向内側に突出している電子源を設けるための開口(125a)を形成していることを特徴とする請求項１３のイオンビーム中和器。
正荷電イオンを放出するためのイオン源(12)と、イオンビーム(14)を前記正荷電イオンから形成する構造と、１つ以上の加工物を位置決めて、その場所でイオンビーム内のイオンを衝突させるためのイオン注入ステーション(16)とを有するイオン注入装置内で、前記加工物の処理位置からイオンビーム通路に沿う上流位置で、イオンビーム内に電子を放出するイオンビームの中和方法であって、
前記注入ステーションで１つ以上の加工物にイオンを衝突させる前にイオンビーム(14)が中和領域を通過できるように、入口及び出口を有する閉込本体(120)によってイオンビームの境界を定め、
前記イオンビームが前記閉込本体(120)内を通過するとき、電子源から中和領域内に電子を供給し、
電子源(126,199)からの電子を、前記閉込本体の側壁、入口、及び出口に対して離設された複数の磁石 (124,164) により前記中和領域内に形成される閉込磁界によって前記閉込本体(120)内に閉じ込めるとともに、軸方向に伸びる複数の金属製のフィルタロッド (208) を含み、該フィルタロッドのそれぞれは細長いフィルタ磁石 (224) を収容し、複数のフィルタロッドがイオンビーム移動路の方向にほぼ平行に向けられて前記電子源から半径方向内方に離設されるように前記中和領域内に配置されるフィルタロッド組立体 (200) により形成されるフィルタ磁界によって、高エネルギ電子を閉じ込め、低エネルギー電子をドリフトさせる、各ステップを有することを特徴とするイオンビームの中和方法。