リボンビームで半導体ウエハのシリーズ処理するための放射走査アーム及びコリメータ
【課題】単一ウェハを処理するハイブリッド走査型イオン注入装置であって、均一注入ができて、単純な構造で、耐久性、及び信頼性に優れた装置を提供する。
【解決手段】ウェハは、第１のピボット１５０に接続され途中で曲げられたアーム１１０の一端に第２のピボット１４０によって取り付けられたウェハホルダ１２０に載置される。ウェハは第２のピボットによって任意の角度にチルトされ、かつ第１のピボットによって円弧状に機械的走査される。電流密度を第１のピボットからの距離に比例させたリボンビーム２０をコリメータによって形成し、ウェハに照射することにより均一な注入を行なう。
【解決手段】ウェハは、第１のピボット１５０に接続され途中で曲げられたアーム１１０の一端に第２のピボット１４０によって取り付けられたウェハホルダ１２０に載置される。ウェハは第２のピボットによって任意の角度にチルトされ、かつ第１のピボットによって円弧状に機械的走査される。電流密度を第１のピボットからの距離に比例させたリボンビーム２０をコリメータによって形成し、ウェハに照射することにより均一な注入を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本発明は、“走査ビームを用いた半導体ウエハのシリーズ処理のための放射走査アーム及びコリメータ”と題する、２００４年２月６日に出願された米国仮特許出願第６０／５４２，５７０号の主題として最初に出願された。
【０００２】
本発明は、イオンビームによるワークピースの処理に適する。より具体的には、本発明は、平行連続リボンイオンビーム又は走査リボンイオンビームで、シリコンウエハのようなワークピースのイオンインプランテーションに関し、イオンとワークピースの全体のインプラントされた表面との間の角度のより大きな制御を与え且つ線量の均一性における制御の改良を可能とするようにワークピースがアーク形状パスに亘ってイオンビームを通るように通過する。
【背景技術】
【０００３】
イオンインプランテーションのための既存の装置と方法は、単独で又はバッチでウエハを処理する。バッチ処理は、通常、ウエハをイオンビームに通過させるスピニングディスク上で実行される。２００又は３００ｍｍ直径の単一ウエハを直列処理するために使用される大部分のイオンインプランタは、イオンビームを一方向に走査することによって動作する。他のイオンインプランタは、ウエハを連続平行均一リボンビームに通過させることによって動作する。ある種の最近の商用装置は、固定イオンビームを通るようにラスターパターンにおける二次元のウエハを走査するためのスキームを利用している。これらの異なる種類のイオンインプランタ及びシステムについての種々の動作及び構造的な詳細は、米国特許第４，２３４，７９７号、第４，９２２，１０６号、第４，９８０，５６２号、第４，２７６，４７７号、第５，８３４，７８６号、第６，３１３，４７４号、第５，００３，１８３号、第５，０４６，１４８号、第５，１８０，９１８号、及び第６，３１３，４８４号に記述されている。各引用特許の明細書並びにその中で引用されている出版物は、参照によって、ここに明白に組み込まれる。
【０００４】
単一のウエハハイブリッドイオンインプランテーション技術
【０００５】
ウエハがリボン成形イオンビームを通るように少なくとも一方向に機械的に走査される従来の公知単一ウエハハイブリッドイオンインプランテーション技術は特に興味深い。リボンビームは、直交する方向により高い周波数で走査されるか、或いは、ウエハは、走査が必要ない十分な幅の連続イオンビームを通るように移動される。
【０００６】
ワークピースに達する前に、イオンビームは、通常、焦点がビーム走査デバイスの中心又は連続ビームの発生点と一致する焦点調整デバイス（例えば、ダイポール磁石や静電レンズ）と通過し、それによって、ビーム軌跡が実質的に平行にされる。
【０００７】
単一のウエハシステムでは、ウエハの機械的走査は、通常、リボンイオンビーム中への一定速度でのウエハの複数回の通過よりなる。各通過中、ウエハの一エッジがリボンビームの位置を実質的に通過するまで、一定速度が維持される。次に、ウエハの速度は、ゼロまで迅速に減速され、次に、ウエハが次のリボンイオンビームを通過するために、反対方向に一定速度まで加速される。このように、ウエハは、望ましい線量のイオンがウエハにインプラントされるまで、リボンイオンビームを通るように反対方向へ複数回通過される。
【０００８】
従来技術の図１は、シリコンウエハがイオンビームを通るように垂直方向に機械的に走査され、このウエハが水平方向へ静電的に走査される従来の公知のハイブリッド走査単一ウエハ装置を示す。動作において、イオンビームが、コンマ１°内で固定軸に常に平行であるように、イオンビームは、走査される。ウエハは、空気ベアリングを貫通するように延出する垂直シャフトに取り付けられたホルダにそのウエハを取り付けることによって、走査される。走査速度は、典型的には１秒当り２５ｃｍまでである。ウエハ表面の異なる部分でのイオンビームの入射角のばらつきを最小にすることが望ましい。また、一つ又はそれより多くのチルト軸を提供することによってこの入射角を制御し変化することが求められる。
【０００９】
このような従来の公知インプランタ装置は、１時間当り１００を超えるウエハを処理することが求められ、ある場合では、１時間当り３００を超えるウエハを処理し、各ウエハ処理は、幾回かのイオンビームへのウエハの通過を含むことが出来る。従って、装置にとって典型的に１０年の寿命にわたって、走査機構が１０００万サイクルを超えて動作出来る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
単一ウエハハイブリッドイオンインプランテーションにおける装置の問題点
【００１１】
単一ウエハハイブリッドイオンインプランテーションを実行するためのエンジニアリング耐久性装置において困難なことは、（ａ）剛性を保持しながら移動アセンブリの質量を最小にする必要性；（ｂ）処理が発生する真空と大気圧との間で信頼出来るシールを提供する必要性；（ｃ）ビーム軸に関してウエハを傾ける手段を提供する必要性；及び（ｄ）同時に、機構を単純で、信頼でき、且つサービスのためにアクセス可能に維持する必要性を含む。
【００１２】
しかしながら、真空で移動する機構は、潤滑が困難であり、大気中における磨耗よりもより迅速な磨耗を受ける。更に、潤滑剤は、処理を汚染する可能性があり、且つ真空での摩擦はウエハを汚染する可能性のある粒子を発生する。真空内で摩擦を最小或いは更には排除し、全てのベアリング及び摩擦、潜在的磨耗、及び間欠的接触を含む他の機構をこれらのベアリング及び機構が処理かれ隔離され且つ潤滑とメンテナンスの従来の方法が自由に使用され得る大気中に配置することが望ましい。
【００１３】
更に、空気ベアリングは、信頼性があるが高価である。空気ベアリングアセンブリの移動パーツの質量は、高く、機械的走査の効率を最大化するために、そのアセンブリを迅速に減速及び加速することがより困難になる。
【００１４】
従来から利用可能な他の代替のタイプのイオンインプランタ
【００１５】
バッチイオンプランターは、スピニングディスク上のウエハの速度が、ディスク上でその半径方向座標に従って変化する場合でも、シリコンウエハの均一なイオンドーシングを成功裏に提供出来且つ提供する。イオン均一性は、（ｉ）ディスクがイオンビームを通るように平行移動される速度、又は（ｉｉ）イオンビームがスピニングディスクを横切るように平行移動する速度を変化することによって達成される。なお、その速度は、１／Ｒに比例し、そこでのＲは、スピン軸に対するディスク上のビームの中心軌道の半径方向座標である。このアプローチは、従来の技術の図２に示される従来技術のハイブリッド走査バッチシステムで使用されており、そこでは、ウエハは、スピニングディスク上に取り付けられ、ビームが磁気的に走査され、且つ１／Ｒ走査の依存性が、磁気走査波形によって発生する。
【００１６】
従来の技術の図３は、米国特許第５，８３４，７８６号によって開示された装置を示し、そこでは、連続リボンビームが使用され、ウエハは、スピニングディスク上に取り付けられる。この例では、要求された半径方向依存性は、リボンビームの長手寸法に沿った強度プロファイル中に存在し、それは、ダイポール解析磁石中の適切に成形されたポールによって生成される。
【００１７】
また、イオンビームの電流密度の均一性を制御するための従来から利用可能なアセンブリと技術の中には、以下のものがある。
【００１８】
（Ａ）米国特許第５，３５０，９２６号によって開示された発明は、イオンビームを解析し、成形し、且つ平行にするための磁石の使用、並びにビームの均一性を制御するためにマルチポール要素（曲げ磁石と一体化されるか又は別個のアセンブリとしての）の使用を教示している。
【００１９】
（Ｂ）Ｍｉｔｓｕｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ（三井造船株式会社）によって売られている商用インプランタ（ＭＤＩ−１００）において、ディスクリートマルチポールデバイスは、イオンビームを囲む、ヨーク上に取り付けられた鉄ポール片の矩形アレイとして存在する。各ポール片は、その回りに巻かれた別個のコイルによって個々に励磁される。得られる磁界は、リボン成形イオンビームが通過する中心矩形孔に印加され、この磁界は、空間的に変化する磁界コンポーネントよりなり、それは、それを通過するイオンに対して軌道の局所的僅かな偏向を引き起こす。この構成の更なる詳細は、例えば、米国特許第５，８３４，７８６号及び米国特許第５，３５０，９２６号を参照のこと。
【００２０】
（Ｃ）従来の技術の図４は、米国特許第５，００３，１８１号によって開示されたＮｏｇａｍｉ等の装置を示しており、そこでは、ウエハチャックは、半径方向アームに取り付けられ、このチャックの回転モータは、ウエハの運動がリボンビームに対して垂直な速度の均一投影を有するようにウエハを逆回転（従来の技術の図４の軸Ｆ）するように使用される。この装置及びそれを制御する方法は、本発明が回避しようとする幾つかの不利益を被る。即ち、
【００２１】
（ｉ）ウエハを逆に回転する回転機構は、高デューティサイクルで連続的に動作する。それは、大きな精度と低いバックラッシュを有することが必要である。
【００２２】
（ｉｉ）インプラント位置から負荷位置までの運動は、ウエハが確実に保持されることを保障するために順当な加速を必要とする複雑で長い運動であり、それによって、インプラントシステムの全体のスループットを制限する。
【００２３】
（ｉｉｉ）負荷位置は、ビームから十分に離れてはおらず、器具のための空間を制限する。
【００２４】
（ｉｖ）要求される回転運動は、直線への速度の均一な投影を達成するためにウエハがビーム中を通過中の能動的減速と加速を含む。これは、残念ながら、バックラッシュ発生速度エラーの高リスクを導入する。
【００２５】
（Ｄ）他の最近の従来の技術の装置では、ウエハよりも小さいビームスポットが使用され、そのウエハは、２次元ラスターパターンでビームを機械的に通過させられる。これは、高加速を含むが、イオンビームとウエハ表面との間のシステム的ばらつきが殆ど又は全く無く均一なインプランテーションを可能とする。リボンビームの均一性の制御をすることが困難で遂行出来ないことが分かると、非常に低いエネルギーで且つ高電流で信頼を持って使用されることが出来る。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、複数の態様を有する。第１の態様は、フラットプレーナワークピースのイオンインプランテーション装置を提供し、当該装置は、
【００２７】
望ましいスピーシーズとエネルギーのイオンビームを発生する手段を備え、
【００２８】
このイオンビームをコリメートして、長手軸に平行に移動し且つ主横軸の沿った長手寸法と副横軸に沿った短手寸法を有する平行リボンビームを形成する手段を備え、
【００２９】
第１のピボットに取り付けられたアームを備え、このピボットのピボット軸は、ビームに隣接し、前記長手軸に平行で、且つ前記長手軸と前記主横軸を含む平面内に又は近接して位置され、
【００３０】
平行リボンビームの電流密度を制御し、且つこの電流密度を前記第１のピボットの軸からの距離に比例させる手段を備え、
【００３１】
第２のピボットによって前記アームに取り付けられた、インプリントされるべきワークピースのためのチャックを備え、この第２のピボットの軸は、第１のピボットに対して傾斜され、インプラントされるべきワークピースは、前記チャックに取り付けられ、
【００３２】
前記第２のピボットを調節してビーム方向に対して望ましい角度にワークピースの表面を傾斜する手段を備え、
【００３３】
ある角度を通るようにアームを回転する手段を備え、それによって、ワークピースのプレーナ表面に望ましい実質的に均一な線量のイオンをインプラントするのに効果的であるように、望ましい角速度でアーク状のパス上を、リボンイオンビームを通るようにワークピースを移動する。
【００３４】
本発明の第２の態様は、リボンイオンビームでワークピースをインプラントする方法を提供し、当該方法は、
【００３５】
単一のワークピースをアームに取り付けられたチャックに取り付けるステップを備え、アームは、ワークピースがアーク形状のパスを移動され得るように第１のピボットに取り付けられ、
【００３６】
第１の軸に対して傾斜された第２の軸の回りに、ワークピースの露出平表面が第１の軸に対して望ましい角度であるようにワークピースが保持されるまで、チャックを旋回するステップを備え、静電又は磁気レンズを通るようにリボンイオンビームを通過させるステップを備え、
【００３７】
この電界又は磁界は、イオン軌跡を第１のピボット軸と略平行にするように成形され、及び
【００３８】
第１のピボット回りにアームを回転して一定の角速度でリボンイオンビームを通るようにワークピースを移動して、それによって、均一な線量のイオンでワークピースをインプラントし、望ましい角度でワークピースにインプラントされる。
【００３９】
本発明の他の態様は、フラットウエハのようなワークピースをアームの一端に取り付けられたチャックに取り付ける手段を提供することであり、このアームの他端は、ｚ方向に位置合わせされた走査ピボット軸回りに回転する走査ピボットに取り付けられ、ｙ軸に局所的に位置合わせされた方向にイオンビームを通るように真空中のワークピースを通過させるように、アーク形状のパスで制御された速度でアームを移動するための走査アクチュエータを提供し、ピボットは、真空シールを組み込み、ベアリングとアクチュエータは、真空の外側の大気中に位置される。
【００４０】
本発明の更なる態様は、走査ピボットからの距離に比例してイオンビームを電流密度において変化させる手段を提供することであり、それによって、走査速度の半径方向のばらつきにかかわらず、均一な線量のイオンが付されることが出来る。このばらつきは、一つ又はそれより多くのイオン光学要素において非線形伝達関数の手段によって達成される。これらの要素は、磁石ポール又はポールエッジ、或いは磁気及び静電コンポーネントを含む種々のタイプのマルチポールレンズであってもよい。
【００４１】
本発明の更に他の態様は、アームの長手に対して傾斜されたチルト軸回りにウエハチャックを傾ける手段を提供し、それによって、ワークピースが水平面にロードされ、水平とイオンビームの方向に直交する方向との間の任意の角度に対して傾斜されるように配置される。走査面に対する及び走査ピボット軸に対するこのチルト軸の傾斜は、ビームに対するウエハチルト角度の望ましい範囲と水平方向ローディングの便利さを組み合わせるように選択される。
【００４２】
本発明の更に他の態様は、適切なリボン形状ビームが利用できず、代わりに、ワークピースよりも小さい横方向寸法のイオンビームが利用可能な場合に上記の態様が利用可能とされる。この態様は、スライディングシール機構に大気中に取り付けられる垂直方向線形ベアリング及び走査アクチュエータを提供し、走査機構全体が、ワークピースの寸法を越える距離を介して垂直方向に走査されることが出来、イオンビームを通るように２Ｄラスターパターンに機械的にワークピースを走査するのに有効なように、片持ち支持様式で真空壁のスロットを介して上述の走査機構が取り付けられ得るプレートを組み込み、それによって、均一な線量のイオンをワークピースの表面に対して指定の角度で与える。
【００４３】
本発明の更なる態様は、ワークピースのインプラント表面に垂直な軸回りにワークピースを保持するチャックを回転する手段を提供する。これは、二つの機能、即ち、（ｉ）ワークピースに対するイオンビームの向きを変更すること、例えば、ワークピースに対して“クワッドモード”チルトインプラントを実行すること、及び／又は（ｉｉ）全線量の半分をインプラントした後に、ワークピースを１８０°回転することを満たすようにビームを介したウエハの通過と次の通過との間に起動され、それによって、電流密度の必要な線形変化におけるエラーに起因するシステム的線量の非均一性が少なくとも部分的に相殺される。
本発明は、添付の図面と共に考察すると、より容易に理解され且つより良く評価される。
【発明の効果】
【００４４】
本発明は、以下の動作機能を実行し、大きな利点及び利益を提供する。これらの内の幾つかは以下の通りである。
１．本発明は、アーク形状パスでビームを通過するようにウエハを走査する。
２．本発明は、ビームとウエハの表面に対する垂線との間の角度を０°と４５°を大幅に超える角度との間で調節する手段を提供する。
３．本発明は、ウエハ平面を横切るビームの入射角度における走査依存性変化を排除する。
４．本発明は、ウエハホルダを水平位置へ傾けてウエハのローディング及びアンローディングを、好ましくは、イオンビーム位置から及びその上方にシールドされる位置で可能とする従来の手段を提供する。
５．本発明は、リボンビーム強度を補正してアーク形状のパスの中心からの距離でウエハ走査速度の半径方向変化を補償し、それによって、ウエハの表面上の全てのポイントに対する均一な線量を提供する。
６．本発明は、比較的短いアームと低質量移動部品を提供し、それによって、迅速な減速と加速がより低い電力モータ及びより少ない機械的ストレスで達成されることが出来る。
７．本発明は、標準の、コンパクトな、低コストの回転機構の使用が可能となり、そこでは、スライディングシールや高価な線形ドライブが無く、全てのベアリングが真空外に配置され、それによって、コストを減少し、信頼性を向上し、且つウエハの汚染を回避する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
Ｉ． 本発明の目標及び目的
【００４６】
本発明は、イオンビームを通るように第１次元で半導体ウエハのようなワークピースを走査するためのシステムを提供する。本発明のシステムは、以下の目標及び目的を満たすように設計される。
【００４７】
処理中のビームとウエハ表面との間のチルト角度の変化がないこと；
【００４８】
０°と少なくとも４５°との間でのチルト角度の制御；
【００４９】
処理中ツイスト角（図５ｂ参照）の変化がないこと；
【００５０】
線形真空貫通を排除し、回転シールで置換し、シールの数を最小化する。
【００５１】
真空の外側で大気中に全てのアクチュエータ、モータ、ケーブル、及びベアリングを配置し；
【００５２】
単純で、信頼でき且つ低コストの機構で要求された運動を達成し；及び
【００５３】
移動パーツの質量を最小化して、機械的走査運動の終わりでの迅速な減速と加速が、より低い動力モータ且つより少ない機械的ストレスで達成され得る。
【００５４】
これらの目標は、リボンビームとの使用のために最適化される走査に関連するが、リボンビームが利用できない或いは均一性が十分ではない状況がしばしばあり、均一なドーピングでは、２次元機械的走査が必要とされる。従って、更なる目標では、任意ではあるが、２次元機械的走査のための可能性を提供するように第１の方向に直交する第２の方向において上記目標を満たす全体の走査システムを移動するための手段を提供することである。
【００５５】
これらの機械的目標に加えて、ウエハが非水平面で走査される場合でも、ウエハホルダを水平態様でローディング機構に提供することが望ましいと思われる。また、超純粋な処理のために、イオンビームから守る位置でウエハをロード及びアンロードしてイオンビームに対して或いはイオンビームが衝突する表面に対して不用意な露出からウエハ前面を完全に遮断することが望ましい。
【００５６】
ＩＩ.定義
言語のあいまいさを回避し且つ本発明の明確で正確な理解を提供するために、一セットの技術用語と適切な定義を以下に提供する。これらの技術用語と適切な定義は、専門用語と本発明の詳細を適切に記述する言語を制御する性質があり、以降において繰り返し且つ一貫性を持って使用される。
【００５７】
イオンビーム：ここで使用されるこの用語は、電子、正又は負のイオン、分子、クラスタ、又は素粒子を含む帯電粒子の任意のビームを含む。
【００５８】
リボンビーム：長手寸法と短手寸法によって特徴付けられる横断面を有するイオンビームであり、長手寸法は、短手寸法の少なくとも二倍であり、通常、短手寸法の少なくとも５倍である。この長手寸法は、通常、ビームで処理されるべきワークピースの面の寸法よりも長い。
【００５９】
走査リボンビーム：非走査断面が円形、楕円形、低いアスペクト比を有する矩形に近いイオンビームであるが、平面内で走査され、それによって、走査ビームの時間平均エンベロープがリボンビームの定義に対応する横断面を有する。走査波形は、平面でのビームの時間平均均一性を定義する。
【００６０】
連続リボンビーム：非走査横断面がリボンビームの定義に対応するビームであり、そこでは任意の点での電流は、少なくともビームで一つのワークピースを処理するのに必要な時間の間連続している。
【００６１】
平行リボンビーム：全ての軌跡が実質的に平行であり、主横及び副横軸を有するイオンビームである。主横軸は、典型的にビームを処理するために使用されるワークピースの一寸法の長さを越える。
【００６２】
ｘ、ｙ、及びｚ座標：図５によって示されるように、ｚ座標は、イオンビームの意図された移動方向である。ｘ座標は、意図されたビームエンベロープの大きい方の横断面寸法と一致し、ｙ座標は、より小さい方の寸法を有する。原点は、リボンビームの重心に沿った点にある。（走査リボンビームに対する走査面に等価な）リボンビームの長手寸法は、平面ｙ＝０にあることが続く。
【００６３】
チルト角度：図５ｂに示されるように、入射イオンビームの方向とインプラントされる表面に対する垂線との間の角度。この角度は、図５ｂでは参照番号１６０としてラベル付けされる。
【００６４】
ツイスト角度：図５ｂによって示されるように、チルト角度の軸に対する垂線と基準軸との間のインプラントされたワークピースのフレームでの角度は、時々ワークピース上のノッチ（参照番号１７１）で示される。この角度は、図５ｂでは参照番号１７０としてラベル付けされる。
【００６５】
ＩＩＩ．本発明の全体としての主題
本発明の主題は、種々なタイプのリボンイオンビーム、平行及び非平行、連続又は走査タイプのものでのインプランテーションに適用可能であり、且つ空間におけるシステムの向きの変動が可能であることも評価されるべきである。汎用性が失われないことは、特定の例での用語“走査された”“垂直な”“水平な”“振り子”の使用によって意図されている。
【００６６】
また、言語の単純化と本発明の特定の態様の理解度を向上するために、以下の記述内で、ワークピースがイオンビーム内にある時に、半径方向走査アームは、略垂直方向に向いていることを前提とする。しかしながら、簡便のために、本発明の全体は、いずれの向きに取り付けられてもよく、汎用性が失われないことが、この形態の言語を使用することによって意図されている。
【００６７】
更に、以下の実施の形態において、本発明は、平行リボンビームを特に参照して記述される。しかしながら、本発明は、連続リボンビームや走査リボンビームと共に十分に等しく使用されることが出来、明細書に列挙される細部は、本発明の適用をいずれかのタイプのビームに制限する意図は全くないことに留意され且つ評価されるべきである。
【００６８】
Ａ．例示の構成
【００６９】
図５ａ及び５ｂに示されるように、平行リボンビームは、ｚ方向に移動しており、ビームの主横軸は、平面ｙ＝０にある。ワークピース、典型的には、シリコンウエハは、ピボット（“アームピボット”）に取り付けられた半径方向走査アーム１１０の手段によってｙ方向にビームを通過させられる。アームピボットは、ｙ＝０平面内又はその近くに位置され、その軸１５０は、ｚ軸に平行になっている。シリコンウエハのようなプレーナワークピースは、アームの反対側の端部でプラテン上に保持される。リボンビームのエンベロープは、ｘ方向においてウエハの直径よりも僅かに広いので、ビームに曝されるウエハの表面全体がインプラントされる。
【００７０】
ウエハの表面での線量率（平方センチメートル当りのイオンの数）は、イオンビーム電流に、及びｚ軸（ビーム方向）とウエハ表面に対する垂線との間の角度のコサインに比例する。ワークピースの各ポイントでの線量は、アームの半径方向の運動によって付されるウエハの表面上のそのポイントの速度に反比例し、速度は、走査ピボット軸からの各ポイントの距離に比例する。走査ビームの場合、線量は、ビームが走査される側の速度に反比例する。連続リボンビームの場合、線量は、局所電流密度に比例する。
【００７１】
リボンイオンビーム２０の電流密度は、ピボット軸からの距離に比例して変化されることが好ましい。成形磁石ポールの使用によって、適切な変動を生成でき（且つ走査ビームに対して以下で詳細に記述される）が、本質的に、同じ方法が、連続リボンイオンビームに対して等しく使用されることが出来る。湾曲磁石ポールは、六極及びそれより高次の磁界コンポーネントをダイポール磁界に重ねる。任意の形態の六極は、必要な電流密度の線形変化を発生するために使用されることは出来るが、同時に、二つの六極の組合せが、ビームの平行性を維持するために必要とされる。
【００７２】
本発明と従来の技術の図４に図示されるＮｏｇａｍｉの発明との違いと差異の大きな点は、本発明は、ビームが非均一である、好ましくは、その主寸法に沿って線形に非均一であることが必要であることである。反対に、従来の技術のＮｏｇａｍｉフォーマットと構造では、イオンビームがこの寸法に沿って均一であることが必要である。
【００７３】
角度の変化
【００７４】
イオンビームの重心のウエハ表面への入射角は、二つの角度、即ち、図５ｂの角度１６０であり、ウエハに対する垂線とｚ軸（ビーム方向）の間に位置する“チルト”と、図５Ｂの角度１７０であり、ウエハ表面の基準フレームで定義される“ツイスト”（方位角）によって特徴付けられ、０°の基準は、通常図５ｂのノッチ１７１、或いはフラット、レーザスクライブ、又は他の周辺マークによって示される。チルト角度及びツイスト角度の両方が、インプラントされた全領域に亘って一定のままであることが望ましい。走査ピボット軸は、ｚ軸に平行であるので、ビーム重心が、意図された通りに、ｚ軸へ平行に常に移動しているならば、アームピボット回りのアームの回転は、チルトやツイスト角度を変化させない。
【００７５】
チルト角度は、第２のピボット軸をアームに設けることによって、０°から変化させることが出来る。この第２のピボット軸（ここでは、“チルトピボット”と呼ばれる）は、図６，７、８及び１０の夫々チルトピボット１４０として示されており、アームピボット軸に対して傾斜されなければならないが、特定の角度が、９０°である必要は無い。インプラントのためのチルト角度は、チルトピボットの手段によって制御されることが出来る。ツイスト角度は、プラテンへのローディング前にウエハを事前に配向することによって、或いは、任意ではあるが、ウエハプラテンをウエハ中心に対して垂直な軸の回りに回転する手段を設けることによって制御されることが出来る。
【００７６】
注意深い考察によって、ウエハが非ゼロであるが一定のチルト角度で、ウエハにビームを通過させるようにアーム１１０が走査ピボット軸回りに回転される時に、ウエハの平坦な表面上の任意のポイントでチルト角度又はツイスト角度で変化が無いことが示される。この状態は、この分野に知識がある人によってよく理解され得る。
【００７７】
しかしながら、この状態は、以下の状態のいずれかによって損なわれる可能性がる。
【００７８】
ウエハの湾曲やゆがみ
【００７９】
平行走査ビーム発生のために使用される集束ダイポール磁石の欠陥
【００８０】
ピボット軸及びビーム重心の方向との間のずれ（これは、チルト角度の静的エラーを引き起こすのみならず、アームをピボット軸回りに回転すると、ウエハフレームのツイスト角度が変化する）。
【００８１】
幾つかの構成では、ウエハをアンロードすることなくインプラント中にツイスト角度を意図的に変化することが望ましい。希望のツイスト角度の変化は、連続的でも、段階的であっても良い（例えば、インプラントは、各段階で９０°のツイスト角度変化を有する４段階に分割されることが出来る）。ツイスト角度変化は、ウエハ中心を通りその表面に垂直な軸回りにウエハを回転させるプラテン内に追加の機構を設けることによって達成される。あるいは、軸が第１のチルトピボットに垂直な第２のチルトピボットによって達成される。これらの追加の機構にいずれかの使用は、本発明の範囲内に包含される。
【００８２】
向き
【００８３】
空間における図５ａの直交座標系の向きは、ビーム中心にある。ビームが水平方向に、垂直方向に、上向きに、又は下向きに移動しているか否かに関する前述の議論は重要ではない。また、走査平面が水平、垂直、又はある中間の角度であるか否かは重要ではない。水平方向に対して特定の方向を必要とする唯一の動作は、ウエハをローディングしそれをアンローディングする動作である。ウエハローディングの好適な方法は、水平面（そこでは、ウエハのエッジとの接触を回避することが可能である）又は垂直面（これは、ウエハのエッジ把持を必要とする）にある。どちらが好ましいか決定することは、ウエハの超クリーンフロント表面を汚染する可能性のある粒子を発生する何らかの接触の傾向に関連する。本発明は、任意の向きで使用されることが出来る。
【００８４】
チルトピボット軸とアームの半径方向との間の関係は、実際に、空間におけるビームの向きとチルトピボット軸がウエハをローディング且つアンローディングするために望ましい平面にプラテンを傾けることが出来ることの要請によって決定される。このポイントは、特定の好適な実施の形態を考察することによって明確化され、これらの実施の形態の各々では、負荷平面は、水平である。他の向きで本発明を実施する手段は、真空中で、処理ステーション同士間で半導体ウエハを移動する技術の熟練者には自明であり、これらの手段は、本発明の範囲内にある。
【００８５】
Ｂ．第１の好適な実施の形態
【００８６】
図６に描かれる第１の実施の形態において、リボンビーム２０は、水平に移動しており、その長手寸法は、水平面内にある。これは、ｘとｚ軸が水平であり、ｙ軸が垂直であることを意味する。インプラントされるべきワークピースは、３００ｍｍのシリコンウエハである。半径方向走査アーム１１０は、４５０ｍｍの長さであり、そのピボットは、平面ｙ＝０内にある。走査ピボット軸は、勿論、ビームｚ軸と位置合わせされがとられ、この位置合わせは、［２００４年３月２４日に出願された米国特許出願シリアル番号第１０／８０７，７７２号に記述された方法によって又はその他の方法によって］確認される。
【００８７】
チルトピボット軸１４０は、ｚ軸に対して傾斜される平面内にあり、走査ピボット軸と交差しない。その向きは、以下のように定義される。ウエハのエッジがイオンビームをクリアするためには、アームは、その角度の正弦が（１５０ｍｍ／４５０ｍｍ）を超える角度を通過するように、即ち、+／−１９．５°だけ旋回しなければならない。ビームの有限なｙ方向範囲（多分、+／−３０ｍｍ）を可能とするために、アームは、+／‐２５°の角度を通過するように回転されなければならない。
【００８８】
幾つかの機械的クリアランスを許容とするために、実際には、半径方向走査アームは、+／−３０°を通過して旋回出来ることを前提としている。この第１の実施の形態では、アームは、ウエハをローディング及びアンローディングするために３０°上方に回転されることが意図的に選択された。また、チルトピボット軸１４０の向きは、この位置にあるアーム１１０に関して水平であるように意図的に選択された。
【００８９】
図６において、ウエハ表面がｚ軸に対して垂直に傾けられ、ウエハ中心がｚ軸と一致すると、ピボットアームが水平であることは要求されないことに留意されるべきである。この物理的アームアラインメントは、ピボット同士間の関係がここに記述されている通りであるとすると、ピボット機構の設計に依存し得る。この第１の実施の形態において、アームは、約１０°上方へ傾斜され、それによって、アームがチルトピボット機構に入るので、アームに４０度のエルボーがある。
【００９０】
構造設計
【００９１】
図９ａに示されるように、半径方向走査アームは、中空であることが好ましく、チルトピボットは、真空シール１４５を組み込んでいる。走査ピボットが、真空シール１５５を通過することによって、プラテンがイオンビームの真空環境内を移動しているが、ピボットベアリング（図示せず）は、通常大気において真空壁の外側に位置されることが出来る。更に、中空アーム内及びチルトピボットベアリングを収容する空間内には通常大気圧がある。スライディング真空シールのみが回転シールであり、全てのベアリングとアクチュエータは、通常大気内に収容されることが出来、そこでは、それらは容易に冷却されることが出来、真空を犠牲にすることなく従来の潤滑剤を使用出来る。
【００９２】
この機械的設計は、最小の運動を使用し、ベアリングを真空環境の外側に配置し、且つ回転真空シールのみを使用して、上で概説された機械的目標を達成する。
【００９３】
ウエハは、ウエハのエッジに近接するバックサイド接点を主として使用するが、通常の運動中にウエハがロボットアームから滑り落ちることが無いようにする浅いくぼみを有するロボットアーム（図示せず）によってロードされる。このウエハは、静電クランピングによってプラテンへ保持される。ウエハノッチ、フラット、又はスクライブは、チルトピボット軸に対して指定された角度に位置合わせされ、ロード平面でのその向きは、水平面におけるｚ軸に単純に垂直であるように、ウエハは事前に配向される。ウエハのローディング後、プラテンは、（９０°+／−希望チルト角度）の角度を通過するようにチルトピボット軸回りに回転され、それによって、ウエハは、ビームに面しており、インプラントは、アームをそのピボット軸回りに均一な角速度でビームを通過するように回転することによって実行される。アームの加速と減速は、ｓ曲線運動を使用してジャークを最小にし、且つ走査速度での望ましくない振動を回避するように実行される。また、その設計は、そのシステムでの慣性を最小にする目標を満たし、迅速で滑らかな回転及び配置での良好な精度を可能とする。
【００９４】
また、この第１の実施の形態において、ウエハは、イオンビーム面より十分上の面にロード及びアンロードされることを留意すべきである。それによって、ビームによって又はビームが衝突する表面によって発生する粒子は、ウエハが水平負荷位置にある間、ウエハに落下してウエハの汚染を防止する。また、（ウエハの下エッジがイオンビームをクリアする時に、）機械的走査の最上位置からロード位置に達するためには、アームの小さな角回転のみが必要であることに留意すべきである。これは、ウエハをロードしアンロードするための時間を最小にし、それによってインプラント処理の効率を最大にするので有利である。
【００９５】
Ｃ．第２の好適な実施の形態
【００９６】
図７に示されるように、この第２の実施の形態において、リボンビームも、水平に移動しているが、その長手寸法は、垂直面にある。これは、ｙとｚ軸が水平であり、ｘ軸が垂直であることを意味している。アームは、４５０ｍｍの長さであり、そのピボットは、ビームｚ軸と位置合わせされた平面ｙ＝０にある。この場合のチルトピボット軸は、半径方向アームに位置合わせされる。半径方向アームの長手がｙ軸に平行になるように半径方向アームを９０°回転し、次に、ウエア表面が水平になるようにチルトピボット軸回りに９０°回転することによって、ウエハ走査の中間点から、ロード／アンロード位置へ到達される。これらの回転は、逐条的に定義されたが、実際には、これらの回転は、時間を節約するために同時に発生する。
【００９７】
アームピボット軸は、ビームの上又は下に位置される。しかしながら、ビームの上の位置（図７に示されるように）は、好ましく、それによって、ビームによって又はそのビームが衝突する表面によって発生する粒子がウエハ上に落ちることが防止される。
【００９８】
Ｄ．第３の好適な実施の形態
【００９９】
図８は、反転された振り子として配置された走査アームの使用を描いている。この場合のイオンビームは、その長手寸法が垂直方向であり、水平に移動している連続リボンビームである。イオンビーム中の電流密度は、下から上へ線形に増加する。これは、“Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ，Ｈｉｇｈ Ｍａｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｍａｇｎｅｔ ｆｏｒ Ｒｉｂｂｏｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍｓ”と題するＮｉｃｈｏｌａｓ Ｒ．Ｗｈｉｔｅ（ニコラス アール．ホワイト）氏による本願と共に係属している特許出願された出願に記載された装置と方法を使用して達成される。
【０１００】
また、電流密度の増加は、幾つかの他の手段のいずれかによって達成されることが出来る。使用される方法の原理は、各々が非線形集束要素を有する、集束の２つの（又はそれより多くの）領域を提供することである。これらの集束領域の六極磁界コンポーネントは、電流密度プロファイルを変更する手段となる。Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｒ．Ｗｈｉｔｅ（ニコラス アール．ホワイト）氏による本願と共に係属している特許出願は、このようなシステムの幾つかの実施の形態を記述している。このようなシステムの動作は、図１１に描かれており、そこでは、イオンビーム（これは、発散してもしなくてもよいが、発散しているように示されている）は、二つのレンズを連続して通過する。第１のレンズ１８０の六極コンポーネントは、第２のレンズ１８１の主面で、電流密度が望ましいプロファイルへ変更されように調節される。レンズ１８１は、軌跡を平行にするように調節され、これによって、レンズ１８１の下流で、望ましい電流密度プロファイルを保持する。共に係属中の米国特許出願シリアル番号第１０／８０７，７７０号及び第１０／８０７，７７２号（参照によってここに明確に組み込まれる）において、適切なマルチポールレンズの構造と動作のための種々な方法が記述される。
【０１０１】
図８に示されるように、ロボット（図示せず）は、チャックが軸１４０回りに傾くことによって水平位置へ傾けられている間に、静電チャック１２０からウエハをロード及びアンロードする。各ウエハのクランプ後、チャックは、インプラントのために軸１４０回りに望ましいチルト角度回転される。チャックは、それがウエハ中心に対する垂線回りに回転され得るようにピボットとアクチュエータを介して取り付けられ、これは、ツイスト角度（図５ｂで角度１７０として示されている）を変化するために使用されることが出来る。このように、事前配向機構は必要とされない。代わりに、ウエハがチャックにロードされるとウエハを観察するためにカメラが使用され、次に、チャックは、インプラントを開始する前に必要な角度まで回転される。
【０１０２】
１ｋｅＶより下で高い電流のエネルギーで連続リボンビームの均一性を制御することは、困難である。この理由のために、ビームを比較的小さなスポットに再集束し且つウエハに２次元パターンでこのビームを通過させて均一なドーシングを達成することがより生産的であると判断される。
【０１０３】
追加の機構は、２次元機械的走査を提供する手段として本発明のこの又は他の実施の形態と共に使用されることが出来る。この目標を満たすために、この第３の実施の形態は、半径方向アーム走査アセンブリ全体を垂直方向へ移動するのに有効な移動可能スライド上に取り付けられることが出来る。従って、現在二つの直交する方向へウエハを機械的に走査するために使用されることが出来、これは、十分に均一なリボンビームを得る事が困難である幾つかの条件（例えば、１ｋｅＶよりも非常に低いエネルギーで数ｍＡの高電流）下で非常に有用である。この場合、図１０に描かれるように、略円形又は矩形であるビーム２１が使用され得る。
【０１０４】
また、低エネルギービームは、そのサイズをかなり減少するようにマルチポールレンズによって操作されることが出来る。図１０は、この配置の構造を描いている。ここで見られるように、スライディングシールは、デルリン（ｄｅｌｒｉｎ）や類似のプラスチックの入れ子シールを使用して構成されることが出来から、差動排気された介在空間を有する。このような構造は、約１９８０年以来この工業界で知られており、米国特許第４，２３４，７９７号に記述されているように、Ｅａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（イートン社）によって後に商業的に販売されたインプランタである、ＮＶ−１０インプランタに組み込まれた。
【０１０５】
図１０の構造的配置内で、スライディングシールの移動は、実質的に３００ｍｍを超えることが必要であり、４５０ｍｍでは、比較的大きなイオンビームを過走査するための空間を許容し且つ加速及び減速のための追加の空間を許容とする。これには、真空壁２１０におけるスロットの各側でスライディングシール領域において４５０ｍｍより大きなオーバーラップを必要とする。移動アセンブリ２２０は、ボール螺子とモータ（図示せず）によって駆動されることが出来、且つ従来の商業的に入手可能なボールスライドに取り付けられることが出来る。この機構は、低い速度と加速度を有する比較的低いデューティサイクルで使用され、従って、信頼性の要求を満足している。
【０１０６】
Ｅ．第４の好適な実施の形態
【０１０７】
この第４の好適な実施の形態（図９ａ及び９ｂに示されるように）において、リボンビームは、水平に対して約４０°の角度で上方に移動しており、その長手寸法は、垂直面にある。ｙ軸は、水平であり、アームピボット軸は、ｚ方向に平行な垂直なｘ−ｚ平面にある。チルトピボット軸は、半径方向アームと位置合わせされる。チルトピボット軸が水平面になるまで半径方向アームを回転し、次に、ウエハ表面が水平になるまでチルトピボット軸回りに回転することによって、ウエハ走査の中間点から、ロード／アンロード位置は到達される。これらの回転は、逐次的に定義されたが、実際の動作において、これらの動作は、時間を節約するために同時に発生するということに留意すべきである。
【０１０８】
また、この第４の実施の形態において、ウエハは、下方に面する前面でインプラントされ、それは、ビームによって又はビームが衝突する表面によって発生する粒子がインプラント中にウエハ上に落下することを防止する点で有利である。
【０１０９】
図９ａは、半径方向アームピボットが、集束磁石２３を通るビームパスの外側に配置される場合を描き、図９ｂは、半径方向アームピボットが、集束磁石を通るビームパスの内側に配置される場合を描いている。このように、走査リボンビームの場合（図９ａ及び９ｂに描かれてるように）及び異なるピボット位置の結果として、要求される１／Ｒビーム走査速度分布は、これら２つの場合では顕著に異なっている。
【０１１０】
スキャナープレート６６を駆動する電圧発生器からの適切な走査波形を使用して要求された１／Ｒ分布を発生することが出来る。しかしながら、電圧波形は、通常インプラント均一性を微細に調整するために使用され、この方法に依存して一定の１／Ｒ変化を提供することは、電圧供給のコストと電力消費を増加し、各インプラントに対して要求された波形をセットアップするために必要な時間を増加する。集束磁石２３の磁界形状は、全てのインプラントに適切な１／Ｒ走査速度分布を生成するように集束磁石２３を設計することが好ましい。要求される磁界形状は、図９ａと９ｂに示される異なる磁石ポール形状によって描かれているように、二つのアームピボット位置に対して異なっている。連続リボンビームの場合、同じ磁石ポール形状は、半径方向位置に比例する、電流密度において望ましい線形変化を発生する。
【０１１１】
或いは、均一に発散する連続リボンビーム源が、図９ａと９ｂのスキャナーの代わりに用いられると、磁石は、類似の機能を実行して電流密度における望ましい線形変化を引き起こし、均一なインプラントが達成可能とされる。
【０１１２】
最後に、磁石の欠陥又はビームの固有の非均一から発生する残留システム的線形非均一性は、インプランテーション処理の途中でワークピースを１８０°回転することによって減少又は除去され得る。モータ駆動回転チャックが、これを達成するために設けられる。
【０１１３】
ＩＶ．本発明の動作機能と大きな利点
【０１１４】
本発明は、以下の動作機能を実行し、大きな利点及び利益を提供する。これらの内の幾つかは以下の通りである。
【０１１５】
１．本発明は、アーク形状パスでビームを通過するようにウエハを走査する。
【０１１６】
２．本発明は、ビームとウエハの表面に対する垂線との間の角度を０°と４５°を大幅に超える角度との間で調節する手段を提供する。
【０１１７】
３．本発明は、ウエハ平面を横切るビームの入射角度における走査依存性変化を排除する。
【０１１８】
４．本発明は、ウエハホルダを水平位置へ傾けてウエハのローディング及びアンローディングを、好ましくは、イオンビーム位置から及びその上方にシールドされる位置で可能とする従来の手段を提供する。
【０１１９】
５．本発明は、リボンビーム強度を補正してアーク形状のパスの中心からの距離でウエハ走査速度の半径方向変化を補償し、それによって、ウエハの表面上の全てのポイントに対する均一な線量を提供する。
【０１２０】
６．本発明は、比較的短いアームと低質量移動部品を提供し、それによって、迅速な減速と加速がより低い電力モータ及びより少ない機械的ストレスで達成されることが出来る。
【０１２１】
７．本発明は、標準の、コンパクトな、低コストの回転機構の使用が可能となり、そこでは、スライディングシールや高価な線形ドライブが無く、全てのベアリングが真空外に配置され、それによって、コストを減少し、信頼性を向上し、且つウエハの汚染を回避する。
【０１２２】
本発明は、形状において制限されるべきでなく、且つここに添付の特許請求の範囲による場合を除いて範囲を制限されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】Ｖａｒｉａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｉｎｃ．（バリアン アソシエーツ社）によってＥ２２０として販売されているハイブリッドシリアルイオンインプランタの図である（従来の技術）。
【図２】Ｖａｒｉａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｉｎｃ．によって１２０−１０として販売されているハイブリッドバッチイオンインプランタの図である（従来の技術）。
【図３】ＳＯＩ製造のための提案された連続リボンビームバッチインプランタの図である（従来の技術）。
【図４】Ｎｉｓｓｉｎ Ｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍによって製造されたより複雑な半径方向アーム走査装置の図である（従来の技術）。
【図５ａ】ビーム上に中心がある直交座標系の図である。
【図５ｂ】用語チルトとツイスト（オリエント又は方位とも言う）と呼ばれるインプラントされるべきウエハ上に中心を置く極座標の図である。原点は、ウエハ中心にあり、ツイスト角度は、中心からの線からウエハ上のアラインメントマークまで時計回り方向に測定される。
【図６】水平方向の主横軸を有する、水平方向へ移動するリボンビームと共に使用される本発明の半径方向走査アームの単純な実施の形態の図である。
【図７ａ】垂直方向の主横軸を有するリボンビームと共に使用される本発明の半径方向走査アームの単純な実施の形態の図であり、走査ピボット軸は、ビームの上方に位置される。
【図７ｂ】垂直方向の主横軸を有するリボンビームと共に使用される本発明の半径方向走査アームの単純な実施の形態の図であり、走査ピボット軸は、ビームの上方に位置される。
【図８】垂直方向の主横軸を有するリボンビームと共に使用されるための本発明の半径方向走査アームの他の実施の形態の図であり、走査ピボット軸は、ビームの下方に位置される。
【図９ａ】ビームパスの外側への半径方向アームピボットを有する本発明のためのビーム走査構成の実例である。
【図９ｂ】ビームパスの内側への半径方向アームピボットを有する本発明のためのビーム走査構成の実例である。
【図１０】固定非リボンイオンビームと共に使用されるための、２次元機械的走査を経済的に達成するための半径方向走査アームの使用を示す。
【図１１】任意の初期発散と均一なプロファイルを有するイオンビームが六極コンポーネントを有する２つのレンズを通過して本質的に平行にされると共に上から下へ電流密度の強力な変化を表すことを示す。（各軌跡は、従来のように等量の電流を表し、間隔の変化が局所的電流密度に反比例する。間隔は、下から上へ約１．８係数だけ変化する）。
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本発明は、“走査ビームを用いた半導体ウエハのシリーズ処理のための放射走査アーム及びコリメータ”と題する、２００４年２月６日に出願された米国仮特許出願第６０／５４２，５７０号の主題として最初に出願された。
【０００２】
本発明は、イオンビームによるワークピースの処理に適する。より具体的には、本発明は、平行連続リボンイオンビーム又は走査リボンイオンビームで、シリコンウエハのようなワークピースのイオンインプランテーションに関し、イオンとワークピースの全体のインプラントされた表面との間の角度のより大きな制御を与え且つ線量の均一性における制御の改良を可能とするようにワークピースがアーク形状パスに亘ってイオンビームを通るように通過する。
【背景技術】
【０００３】
イオンインプランテーションのための既存の装置と方法は、単独で又はバッチでウエハを処理する。バッチ処理は、通常、ウエハをイオンビームに通過させるスピニングディスク上で実行される。２００又は３００ｍｍ直径の単一ウエハを直列処理するために使用される大部分のイオンインプランタは、イオンビームを一方向に走査することによって動作する。他のイオンインプランタは、ウエハを連続平行均一リボンビームに通過させることによって動作する。ある種の最近の商用装置は、固定イオンビームを通るようにラスターパターンにおける二次元のウエハを走査するためのスキームを利用している。これらの異なる種類のイオンインプランタ及びシステムについての種々の動作及び構造的な詳細は、米国特許第４，２３４，７９７号、第４，９２２，１０６号、第４，９８０，５６２号、第４，２７６，４７７号、第５，８３４，７８６号、第６，３１３，４７４号、第５，００３，１８３号、第５，０４６，１４８号、第５，１８０，９１８号、及び第６，３１３，４８４号に記述されている。各引用特許の明細書並びにその中で引用されている出版物は、参照によって、ここに明白に組み込まれる。
【０００４】
単一のウエハハイブリッドイオンインプランテーション技術
【０００５】
ウエハがリボン成形イオンビームを通るように少なくとも一方向に機械的に走査される従来の公知単一ウエハハイブリッドイオンインプランテーション技術は特に興味深い。リボンビームは、直交する方向により高い周波数で走査されるか、或いは、ウエハは、走査が必要ない十分な幅の連続イオンビームを通るように移動される。
【０００６】
ワークピースに達する前に、イオンビームは、通常、焦点がビーム走査デバイスの中心又は連続ビームの発生点と一致する焦点調整デバイス（例えば、ダイポール磁石や静電レンズ）と通過し、それによって、ビーム軌跡が実質的に平行にされる。
【０００７】
単一のウエハシステムでは、ウエハの機械的走査は、通常、リボンイオンビーム中への一定速度でのウエハの複数回の通過よりなる。各通過中、ウエハの一エッジがリボンビームの位置を実質的に通過するまで、一定速度が維持される。次に、ウエハの速度は、ゼロまで迅速に減速され、次に、ウエハが次のリボンイオンビームを通過するために、反対方向に一定速度まで加速される。このように、ウエハは、望ましい線量のイオンがウエハにインプラントされるまで、リボンイオンビームを通るように反対方向へ複数回通過される。
【０００８】
従来技術の図１は、シリコンウエハがイオンビームを通るように垂直方向に機械的に走査され、このウエハが水平方向へ静電的に走査される従来の公知のハイブリッド走査単一ウエハ装置を示す。動作において、イオンビームが、コンマ１°内で固定軸に常に平行であるように、イオンビームは、走査される。ウエハは、空気ベアリングを貫通するように延出する垂直シャフトに取り付けられたホルダにそのウエハを取り付けることによって、走査される。走査速度は、典型的には１秒当り２５ｃｍまでである。ウエハ表面の異なる部分でのイオンビームの入射角のばらつきを最小にすることが望ましい。また、一つ又はそれより多くのチルト軸を提供することによってこの入射角を制御し変化することが求められる。
【０００９】
このような従来の公知インプランタ装置は、１時間当り１００を超えるウエハを処理することが求められ、ある場合では、１時間当り３００を超えるウエハを処理し、各ウエハ処理は、幾回かのイオンビームへのウエハの通過を含むことが出来る。従って、装置にとって典型的に１０年の寿命にわたって、走査機構が１０００万サイクルを超えて動作出来る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
単一ウエハハイブリッドイオンインプランテーションにおける装置の問題点
【００１１】
単一ウエハハイブリッドイオンインプランテーションを実行するためのエンジニアリング耐久性装置において困難なことは、（ａ）剛性を保持しながら移動アセンブリの質量を最小にする必要性；（ｂ）処理が発生する真空と大気圧との間で信頼出来るシールを提供する必要性；（ｃ）ビーム軸に関してウエハを傾ける手段を提供する必要性；及び（ｄ）同時に、機構を単純で、信頼でき、且つサービスのためにアクセス可能に維持する必要性を含む。
【００１２】
しかしながら、真空で移動する機構は、潤滑が困難であり、大気中における磨耗よりもより迅速な磨耗を受ける。更に、潤滑剤は、処理を汚染する可能性があり、且つ真空での摩擦はウエハを汚染する可能性のある粒子を発生する。真空内で摩擦を最小或いは更には排除し、全てのベアリング及び摩擦、潜在的磨耗、及び間欠的接触を含む他の機構をこれらのベアリング及び機構が処理かれ隔離され且つ潤滑とメンテナンスの従来の方法が自由に使用され得る大気中に配置することが望ましい。
【００１３】
更に、空気ベアリングは、信頼性があるが高価である。空気ベアリングアセンブリの移動パーツの質量は、高く、機械的走査の効率を最大化するために、そのアセンブリを迅速に減速及び加速することがより困難になる。
【００１４】
従来から利用可能な他の代替のタイプのイオンインプランタ
【００１５】
バッチイオンプランターは、スピニングディスク上のウエハの速度が、ディスク上でその半径方向座標に従って変化する場合でも、シリコンウエハの均一なイオンドーシングを成功裏に提供出来且つ提供する。イオン均一性は、（ｉ）ディスクがイオンビームを通るように平行移動される速度、又は（ｉｉ）イオンビームがスピニングディスクを横切るように平行移動する速度を変化することによって達成される。なお、その速度は、１／Ｒに比例し、そこでのＲは、スピン軸に対するディスク上のビームの中心軌道の半径方向座標である。このアプローチは、従来の技術の図２に示される従来技術のハイブリッド走査バッチシステムで使用されており、そこでは、ウエハは、スピニングディスク上に取り付けられ、ビームが磁気的に走査され、且つ１／Ｒ走査の依存性が、磁気走査波形によって発生する。
【００１６】
従来の技術の図３は、米国特許第５，８３４，７８６号によって開示された装置を示し、そこでは、連続リボンビームが使用され、ウエハは、スピニングディスク上に取り付けられる。この例では、要求された半径方向依存性は、リボンビームの長手寸法に沿った強度プロファイル中に存在し、それは、ダイポール解析磁石中の適切に成形されたポールによって生成される。
【００１７】
また、イオンビームの電流密度の均一性を制御するための従来から利用可能なアセンブリと技術の中には、以下のものがある。
【００１８】
（Ａ）米国特許第５，３５０，９２６号によって開示された発明は、イオンビームを解析し、成形し、且つ平行にするための磁石の使用、並びにビームの均一性を制御するためにマルチポール要素（曲げ磁石と一体化されるか又は別個のアセンブリとしての）の使用を教示している。
【００１９】
（Ｂ）Ｍｉｔｓｕｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ（三井造船株式会社）によって売られている商用インプランタ（ＭＤＩ−１００）において、ディスクリートマルチポールデバイスは、イオンビームを囲む、ヨーク上に取り付けられた鉄ポール片の矩形アレイとして存在する。各ポール片は、その回りに巻かれた別個のコイルによって個々に励磁される。得られる磁界は、リボン成形イオンビームが通過する中心矩形孔に印加され、この磁界は、空間的に変化する磁界コンポーネントよりなり、それは、それを通過するイオンに対して軌道の局所的僅かな偏向を引き起こす。この構成の更なる詳細は、例えば、米国特許第５，８３４，７８６号及び米国特許第５，３５０，９２６号を参照のこと。
【００２０】
（Ｃ）従来の技術の図４は、米国特許第５，００３，１８１号によって開示されたＮｏｇａｍｉ等の装置を示しており、そこでは、ウエハチャックは、半径方向アームに取り付けられ、このチャックの回転モータは、ウエハの運動がリボンビームに対して垂直な速度の均一投影を有するようにウエハを逆回転（従来の技術の図４の軸Ｆ）するように使用される。この装置及びそれを制御する方法は、本発明が回避しようとする幾つかの不利益を被る。即ち、
【００２１】
（ｉ）ウエハを逆に回転する回転機構は、高デューティサイクルで連続的に動作する。それは、大きな精度と低いバックラッシュを有することが必要である。
【００２２】
（ｉｉ）インプラント位置から負荷位置までの運動は、ウエハが確実に保持されることを保障するために順当な加速を必要とする複雑で長い運動であり、それによって、インプラントシステムの全体のスループットを制限する。
【００２３】
（ｉｉｉ）負荷位置は、ビームから十分に離れてはおらず、器具のための空間を制限する。
【００２４】
（ｉｖ）要求される回転運動は、直線への速度の均一な投影を達成するためにウエハがビーム中を通過中の能動的減速と加速を含む。これは、残念ながら、バックラッシュ発生速度エラーの高リスクを導入する。
【００２５】
（Ｄ）他の最近の従来の技術の装置では、ウエハよりも小さいビームスポットが使用され、そのウエハは、２次元ラスターパターンでビームを機械的に通過させられる。これは、高加速を含むが、イオンビームとウエハ表面との間のシステム的ばらつきが殆ど又は全く無く均一なインプランテーションを可能とする。リボンビームの均一性の制御をすることが困難で遂行出来ないことが分かると、非常に低いエネルギーで且つ高電流で信頼を持って使用されることが出来る。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、複数の態様を有する。第１の態様は、フラットプレーナワークピースのイオンインプランテーション装置を提供し、当該装置は、
【００２７】
望ましいスピーシーズとエネルギーのイオンビームを発生する手段を備え、
【００２８】
このイオンビームをコリメートして、長手軸に平行に移動し且つ主横軸の沿った長手寸法と副横軸に沿った短手寸法を有する平行リボンビームを形成する手段を備え、
【００２９】
第１のピボットに取り付けられたアームを備え、このピボットのピボット軸は、ビームに隣接し、前記長手軸に平行で、且つ前記長手軸と前記主横軸を含む平面内に又は近接して位置され、
【００３０】
平行リボンビームの電流密度を制御し、且つこの電流密度を前記第１のピボットの軸からの距離に比例させる手段を備え、
【００３１】
第２のピボットによって前記アームに取り付けられた、インプリントされるべきワークピースのためのチャックを備え、この第２のピボットの軸は、第１のピボットに対して傾斜され、インプラントされるべきワークピースは、前記チャックに取り付けられ、
【００３２】
前記第２のピボットを調節してビーム方向に対して望ましい角度にワークピースの表面を傾斜する手段を備え、
【００３３】
ある角度を通るようにアームを回転する手段を備え、それによって、ワークピースのプレーナ表面に望ましい実質的に均一な線量のイオンをインプラントするのに効果的であるように、望ましい角速度でアーク状のパス上を、リボンイオンビームを通るようにワークピースを移動する。
【００３４】
本発明の第２の態様は、リボンイオンビームでワークピースをインプラントする方法を提供し、当該方法は、
【００３５】
単一のワークピースをアームに取り付けられたチャックに取り付けるステップを備え、アームは、ワークピースがアーク形状のパスを移動され得るように第１のピボットに取り付けられ、
【００３６】
第１の軸に対して傾斜された第２の軸の回りに、ワークピースの露出平表面が第１の軸に対して望ましい角度であるようにワークピースが保持されるまで、チャックを旋回するステップを備え、静電又は磁気レンズを通るようにリボンイオンビームを通過させるステップを備え、
【００３７】
この電界又は磁界は、イオン軌跡を第１のピボット軸と略平行にするように成形され、及び
【００３８】
第１のピボット回りにアームを回転して一定の角速度でリボンイオンビームを通るようにワークピースを移動して、それによって、均一な線量のイオンでワークピースをインプラントし、望ましい角度でワークピースにインプラントされる。
【００３９】
本発明の他の態様は、フラットウエハのようなワークピースをアームの一端に取り付けられたチャックに取り付ける手段を提供することであり、このアームの他端は、ｚ方向に位置合わせされた走査ピボット軸回りに回転する走査ピボットに取り付けられ、ｙ軸に局所的に位置合わせされた方向にイオンビームを通るように真空中のワークピースを通過させるように、アーク形状のパスで制御された速度でアームを移動するための走査アクチュエータを提供し、ピボットは、真空シールを組み込み、ベアリングとアクチュエータは、真空の外側の大気中に位置される。
【００４０】
本発明の更なる態様は、走査ピボットからの距離に比例してイオンビームを電流密度において変化させる手段を提供することであり、それによって、走査速度の半径方向のばらつきにかかわらず、均一な線量のイオンが付されることが出来る。このばらつきは、一つ又はそれより多くのイオン光学要素において非線形伝達関数の手段によって達成される。これらの要素は、磁石ポール又はポールエッジ、或いは磁気及び静電コンポーネントを含む種々のタイプのマルチポールレンズであってもよい。
【００４１】
本発明の更に他の態様は、アームの長手に対して傾斜されたチルト軸回りにウエハチャックを傾ける手段を提供し、それによって、ワークピースが水平面にロードされ、水平とイオンビームの方向に直交する方向との間の任意の角度に対して傾斜されるように配置される。走査面に対する及び走査ピボット軸に対するこのチルト軸の傾斜は、ビームに対するウエハチルト角度の望ましい範囲と水平方向ローディングの便利さを組み合わせるように選択される。
【００４２】
本発明の更に他の態様は、適切なリボン形状ビームが利用できず、代わりに、ワークピースよりも小さい横方向寸法のイオンビームが利用可能な場合に上記の態様が利用可能とされる。この態様は、スライディングシール機構に大気中に取り付けられる垂直方向線形ベアリング及び走査アクチュエータを提供し、走査機構全体が、ワークピースの寸法を越える距離を介して垂直方向に走査されることが出来、イオンビームを通るように２Ｄラスターパターンに機械的にワークピースを走査するのに有効なように、片持ち支持様式で真空壁のスロットを介して上述の走査機構が取り付けられ得るプレートを組み込み、それによって、均一な線量のイオンをワークピースの表面に対して指定の角度で与える。
【００４３】
本発明の更なる態様は、ワークピースのインプラント表面に垂直な軸回りにワークピースを保持するチャックを回転する手段を提供する。これは、二つの機能、即ち、（ｉ）ワークピースに対するイオンビームの向きを変更すること、例えば、ワークピースに対して“クワッドモード”チルトインプラントを実行すること、及び／又は（ｉｉ）全線量の半分をインプラントした後に、ワークピースを１８０°回転することを満たすようにビームを介したウエハの通過と次の通過との間に起動され、それによって、電流密度の必要な線形変化におけるエラーに起因するシステム的線量の非均一性が少なくとも部分的に相殺される。
本発明は、添付の図面と共に考察すると、より容易に理解され且つより良く評価される。
【発明の効果】
【００４４】
本発明は、以下の動作機能を実行し、大きな利点及び利益を提供する。これらの内の幾つかは以下の通りである。
１．本発明は、アーク形状パスでビームを通過するようにウエハを走査する。
２．本発明は、ビームとウエハの表面に対する垂線との間の角度を０°と４５°を大幅に超える角度との間で調節する手段を提供する。
３．本発明は、ウエハ平面を横切るビームの入射角度における走査依存性変化を排除する。
４．本発明は、ウエハホルダを水平位置へ傾けてウエハのローディング及びアンローディングを、好ましくは、イオンビーム位置から及びその上方にシールドされる位置で可能とする従来の手段を提供する。
５．本発明は、リボンビーム強度を補正してアーク形状のパスの中心からの距離でウエハ走査速度の半径方向変化を補償し、それによって、ウエハの表面上の全てのポイントに対する均一な線量を提供する。
６．本発明は、比較的短いアームと低質量移動部品を提供し、それによって、迅速な減速と加速がより低い電力モータ及びより少ない機械的ストレスで達成されることが出来る。
７．本発明は、標準の、コンパクトな、低コストの回転機構の使用が可能となり、そこでは、スライディングシールや高価な線形ドライブが無く、全てのベアリングが真空外に配置され、それによって、コストを減少し、信頼性を向上し、且つウエハの汚染を回避する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
Ｉ． 本発明の目標及び目的
【００４６】
本発明は、イオンビームを通るように第１次元で半導体ウエハのようなワークピースを走査するためのシステムを提供する。本発明のシステムは、以下の目標及び目的を満たすように設計される。
【００４７】
処理中のビームとウエハ表面との間のチルト角度の変化がないこと；
【００４８】
０°と少なくとも４５°との間でのチルト角度の制御；
【００４９】
処理中ツイスト角（図５ｂ参照）の変化がないこと；
【００５０】
線形真空貫通を排除し、回転シールで置換し、シールの数を最小化する。
【００５１】
真空の外側で大気中に全てのアクチュエータ、モータ、ケーブル、及びベアリングを配置し；
【００５２】
単純で、信頼でき且つ低コストの機構で要求された運動を達成し；及び
【００５３】
移動パーツの質量を最小化して、機械的走査運動の終わりでの迅速な減速と加速が、より低い動力モータ且つより少ない機械的ストレスで達成され得る。
【００５４】
これらの目標は、リボンビームとの使用のために最適化される走査に関連するが、リボンビームが利用できない或いは均一性が十分ではない状況がしばしばあり、均一なドーピングでは、２次元機械的走査が必要とされる。従って、更なる目標では、任意ではあるが、２次元機械的走査のための可能性を提供するように第１の方向に直交する第２の方向において上記目標を満たす全体の走査システムを移動するための手段を提供することである。
【００５５】
これらの機械的目標に加えて、ウエハが非水平面で走査される場合でも、ウエハホルダを水平態様でローディング機構に提供することが望ましいと思われる。また、超純粋な処理のために、イオンビームから守る位置でウエハをロード及びアンロードしてイオンビームに対して或いはイオンビームが衝突する表面に対して不用意な露出からウエハ前面を完全に遮断することが望ましい。
【００５６】
ＩＩ.定義
言語のあいまいさを回避し且つ本発明の明確で正確な理解を提供するために、一セットの技術用語と適切な定義を以下に提供する。これらの技術用語と適切な定義は、専門用語と本発明の詳細を適切に記述する言語を制御する性質があり、以降において繰り返し且つ一貫性を持って使用される。
【００５７】
イオンビーム：ここで使用されるこの用語は、電子、正又は負のイオン、分子、クラスタ、又は素粒子を含む帯電粒子の任意のビームを含む。
【００５８】
リボンビーム：長手寸法と短手寸法によって特徴付けられる横断面を有するイオンビームであり、長手寸法は、短手寸法の少なくとも二倍であり、通常、短手寸法の少なくとも５倍である。この長手寸法は、通常、ビームで処理されるべきワークピースの面の寸法よりも長い。
【００５９】
走査リボンビーム：非走査断面が円形、楕円形、低いアスペクト比を有する矩形に近いイオンビームであるが、平面内で走査され、それによって、走査ビームの時間平均エンベロープがリボンビームの定義に対応する横断面を有する。走査波形は、平面でのビームの時間平均均一性を定義する。
【００６０】
連続リボンビーム：非走査横断面がリボンビームの定義に対応するビームであり、そこでは任意の点での電流は、少なくともビームで一つのワークピースを処理するのに必要な時間の間連続している。
【００６１】
平行リボンビーム：全ての軌跡が実質的に平行であり、主横及び副横軸を有するイオンビームである。主横軸は、典型的にビームを処理するために使用されるワークピースの一寸法の長さを越える。
【００６２】
ｘ、ｙ、及びｚ座標：図５によって示されるように、ｚ座標は、イオンビームの意図された移動方向である。ｘ座標は、意図されたビームエンベロープの大きい方の横断面寸法と一致し、ｙ座標は、より小さい方の寸法を有する。原点は、リボンビームの重心に沿った点にある。（走査リボンビームに対する走査面に等価な）リボンビームの長手寸法は、平面ｙ＝０にあることが続く。
【００６３】
チルト角度：図５ｂに示されるように、入射イオンビームの方向とインプラントされる表面に対する垂線との間の角度。この角度は、図５ｂでは参照番号１６０としてラベル付けされる。
【００６４】
ツイスト角度：図５ｂによって示されるように、チルト角度の軸に対する垂線と基準軸との間のインプラントされたワークピースのフレームでの角度は、時々ワークピース上のノッチ（参照番号１７１）で示される。この角度は、図５ｂでは参照番号１７０としてラベル付けされる。
【００６５】
ＩＩＩ．本発明の全体としての主題
本発明の主題は、種々なタイプのリボンイオンビーム、平行及び非平行、連続又は走査タイプのものでのインプランテーションに適用可能であり、且つ空間におけるシステムの向きの変動が可能であることも評価されるべきである。汎用性が失われないことは、特定の例での用語“走査された”“垂直な”“水平な”“振り子”の使用によって意図されている。
【００６６】
また、言語の単純化と本発明の特定の態様の理解度を向上するために、以下の記述内で、ワークピースがイオンビーム内にある時に、半径方向走査アームは、略垂直方向に向いていることを前提とする。しかしながら、簡便のために、本発明の全体は、いずれの向きに取り付けられてもよく、汎用性が失われないことが、この形態の言語を使用することによって意図されている。
【００６７】
更に、以下の実施の形態において、本発明は、平行リボンビームを特に参照して記述される。しかしながら、本発明は、連続リボンビームや走査リボンビームと共に十分に等しく使用されることが出来、明細書に列挙される細部は、本発明の適用をいずれかのタイプのビームに制限する意図は全くないことに留意され且つ評価されるべきである。
【００６８】
Ａ．例示の構成
【００６９】
図５ａ及び５ｂに示されるように、平行リボンビームは、ｚ方向に移動しており、ビームの主横軸は、平面ｙ＝０にある。ワークピース、典型的には、シリコンウエハは、ピボット（“アームピボット”）に取り付けられた半径方向走査アーム１１０の手段によってｙ方向にビームを通過させられる。アームピボットは、ｙ＝０平面内又はその近くに位置され、その軸１５０は、ｚ軸に平行になっている。シリコンウエハのようなプレーナワークピースは、アームの反対側の端部でプラテン上に保持される。リボンビームのエンベロープは、ｘ方向においてウエハの直径よりも僅かに広いので、ビームに曝されるウエハの表面全体がインプラントされる。
【００７０】
ウエハの表面での線量率（平方センチメートル当りのイオンの数）は、イオンビーム電流に、及びｚ軸（ビーム方向）とウエハ表面に対する垂線との間の角度のコサインに比例する。ワークピースの各ポイントでの線量は、アームの半径方向の運動によって付されるウエハの表面上のそのポイントの速度に反比例し、速度は、走査ピボット軸からの各ポイントの距離に比例する。走査ビームの場合、線量は、ビームが走査される側の速度に反比例する。連続リボンビームの場合、線量は、局所電流密度に比例する。
【００７１】
リボンイオンビーム２０の電流密度は、ピボット軸からの距離に比例して変化されることが好ましい。成形磁石ポールの使用によって、適切な変動を生成でき（且つ走査ビームに対して以下で詳細に記述される）が、本質的に、同じ方法が、連続リボンイオンビームに対して等しく使用されることが出来る。湾曲磁石ポールは、六極及びそれより高次の磁界コンポーネントをダイポール磁界に重ねる。任意の形態の六極は、必要な電流密度の線形変化を発生するために使用されることは出来るが、同時に、二つの六極の組合せが、ビームの平行性を維持するために必要とされる。
【００７２】
本発明と従来の技術の図４に図示されるＮｏｇａｍｉの発明との違いと差異の大きな点は、本発明は、ビームが非均一である、好ましくは、その主寸法に沿って線形に非均一であることが必要であることである。反対に、従来の技術のＮｏｇａｍｉフォーマットと構造では、イオンビームがこの寸法に沿って均一であることが必要である。
【００７３】
角度の変化
【００７４】
イオンビームの重心のウエハ表面への入射角は、二つの角度、即ち、図５ｂの角度１６０であり、ウエハに対する垂線とｚ軸（ビーム方向）の間に位置する“チルト”と、図５Ｂの角度１７０であり、ウエハ表面の基準フレームで定義される“ツイスト”（方位角）によって特徴付けられ、０°の基準は、通常図５ｂのノッチ１７１、或いはフラット、レーザスクライブ、又は他の周辺マークによって示される。チルト角度及びツイスト角度の両方が、インプラントされた全領域に亘って一定のままであることが望ましい。走査ピボット軸は、ｚ軸に平行であるので、ビーム重心が、意図された通りに、ｚ軸へ平行に常に移動しているならば、アームピボット回りのアームの回転は、チルトやツイスト角度を変化させない。
【００７５】
チルト角度は、第２のピボット軸をアームに設けることによって、０°から変化させることが出来る。この第２のピボット軸（ここでは、“チルトピボット”と呼ばれる）は、図６，７、８及び１０の夫々チルトピボット１４０として示されており、アームピボット軸に対して傾斜されなければならないが、特定の角度が、９０°である必要は無い。インプラントのためのチルト角度は、チルトピボットの手段によって制御されることが出来る。ツイスト角度は、プラテンへのローディング前にウエハを事前に配向することによって、或いは、任意ではあるが、ウエハプラテンをウエハ中心に対して垂直な軸の回りに回転する手段を設けることによって制御されることが出来る。
【００７６】
注意深い考察によって、ウエハが非ゼロであるが一定のチルト角度で、ウエハにビームを通過させるようにアーム１１０が走査ピボット軸回りに回転される時に、ウエハの平坦な表面上の任意のポイントでチルト角度又はツイスト角度で変化が無いことが示される。この状態は、この分野に知識がある人によってよく理解され得る。
【００７７】
しかしながら、この状態は、以下の状態のいずれかによって損なわれる可能性がる。
【００７８】
ウエハの湾曲やゆがみ
【００７９】
平行走査ビーム発生のために使用される集束ダイポール磁石の欠陥
【００８０】
ピボット軸及びビーム重心の方向との間のずれ（これは、チルト角度の静的エラーを引き起こすのみならず、アームをピボット軸回りに回転すると、ウエハフレームのツイスト角度が変化する）。
【００８１】
幾つかの構成では、ウエハをアンロードすることなくインプラント中にツイスト角度を意図的に変化することが望ましい。希望のツイスト角度の変化は、連続的でも、段階的であっても良い（例えば、インプラントは、各段階で９０°のツイスト角度変化を有する４段階に分割されることが出来る）。ツイスト角度変化は、ウエハ中心を通りその表面に垂直な軸回りにウエハを回転させるプラテン内に追加の機構を設けることによって達成される。あるいは、軸が第１のチルトピボットに垂直な第２のチルトピボットによって達成される。これらの追加の機構にいずれかの使用は、本発明の範囲内に包含される。
【００８２】
向き
【００８３】
空間における図５ａの直交座標系の向きは、ビーム中心にある。ビームが水平方向に、垂直方向に、上向きに、又は下向きに移動しているか否かに関する前述の議論は重要ではない。また、走査平面が水平、垂直、又はある中間の角度であるか否かは重要ではない。水平方向に対して特定の方向を必要とする唯一の動作は、ウエハをローディングしそれをアンローディングする動作である。ウエハローディングの好適な方法は、水平面（そこでは、ウエハのエッジとの接触を回避することが可能である）又は垂直面（これは、ウエハのエッジ把持を必要とする）にある。どちらが好ましいか決定することは、ウエハの超クリーンフロント表面を汚染する可能性のある粒子を発生する何らかの接触の傾向に関連する。本発明は、任意の向きで使用されることが出来る。
【００８４】
チルトピボット軸とアームの半径方向との間の関係は、実際に、空間におけるビームの向きとチルトピボット軸がウエハをローディング且つアンローディングするために望ましい平面にプラテンを傾けることが出来ることの要請によって決定される。このポイントは、特定の好適な実施の形態を考察することによって明確化され、これらの実施の形態の各々では、負荷平面は、水平である。他の向きで本発明を実施する手段は、真空中で、処理ステーション同士間で半導体ウエハを移動する技術の熟練者には自明であり、これらの手段は、本発明の範囲内にある。
【００８５】
Ｂ．第１の好適な実施の形態
【００８６】
図６に描かれる第１の実施の形態において、リボンビーム２０は、水平に移動しており、その長手寸法は、水平面内にある。これは、ｘとｚ軸が水平であり、ｙ軸が垂直であることを意味する。インプラントされるべきワークピースは、３００ｍｍのシリコンウエハである。半径方向走査アーム１１０は、４５０ｍｍの長さであり、そのピボットは、平面ｙ＝０内にある。走査ピボット軸は、勿論、ビームｚ軸と位置合わせされがとられ、この位置合わせは、［２００４年３月２４日に出願された米国特許出願シリアル番号第１０／８０７，７７２号に記述された方法によって又はその他の方法によって］確認される。
【００８７】
チルトピボット軸１４０は、ｚ軸に対して傾斜される平面内にあり、走査ピボット軸と交差しない。その向きは、以下のように定義される。ウエハのエッジがイオンビームをクリアするためには、アームは、その角度の正弦が（１５０ｍｍ／４５０ｍｍ）を超える角度を通過するように、即ち、+／−１９．５°だけ旋回しなければならない。ビームの有限なｙ方向範囲（多分、+／−３０ｍｍ）を可能とするために、アームは、+／‐２５°の角度を通過するように回転されなければならない。
【００８８】
幾つかの機械的クリアランスを許容とするために、実際には、半径方向走査アームは、+／−３０°を通過して旋回出来ることを前提としている。この第１の実施の形態では、アームは、ウエハをローディング及びアンローディングするために３０°上方に回転されることが意図的に選択された。また、チルトピボット軸１４０の向きは、この位置にあるアーム１１０に関して水平であるように意図的に選択された。
【００８９】
図６において、ウエハ表面がｚ軸に対して垂直に傾けられ、ウエハ中心がｚ軸と一致すると、ピボットアームが水平であることは要求されないことに留意されるべきである。この物理的アームアラインメントは、ピボット同士間の関係がここに記述されている通りであるとすると、ピボット機構の設計に依存し得る。この第１の実施の形態において、アームは、約１０°上方へ傾斜され、それによって、アームがチルトピボット機構に入るので、アームに４０度のエルボーがある。
【００９０】
構造設計
【００９１】
図９ａに示されるように、半径方向走査アームは、中空であることが好ましく、チルトピボットは、真空シール１４５を組み込んでいる。走査ピボットが、真空シール１５５を通過することによって、プラテンがイオンビームの真空環境内を移動しているが、ピボットベアリング（図示せず）は、通常大気において真空壁の外側に位置されることが出来る。更に、中空アーム内及びチルトピボットベアリングを収容する空間内には通常大気圧がある。スライディング真空シールのみが回転シールであり、全てのベアリングとアクチュエータは、通常大気内に収容されることが出来、そこでは、それらは容易に冷却されることが出来、真空を犠牲にすることなく従来の潤滑剤を使用出来る。
【００９２】
この機械的設計は、最小の運動を使用し、ベアリングを真空環境の外側に配置し、且つ回転真空シールのみを使用して、上で概説された機械的目標を達成する。
【００９３】
ウエハは、ウエハのエッジに近接するバックサイド接点を主として使用するが、通常の運動中にウエハがロボットアームから滑り落ちることが無いようにする浅いくぼみを有するロボットアーム（図示せず）によってロードされる。このウエハは、静電クランピングによってプラテンへ保持される。ウエハノッチ、フラット、又はスクライブは、チルトピボット軸に対して指定された角度に位置合わせされ、ロード平面でのその向きは、水平面におけるｚ軸に単純に垂直であるように、ウエハは事前に配向される。ウエハのローディング後、プラテンは、（９０°+／−希望チルト角度）の角度を通過するようにチルトピボット軸回りに回転され、それによって、ウエハは、ビームに面しており、インプラントは、アームをそのピボット軸回りに均一な角速度でビームを通過するように回転することによって実行される。アームの加速と減速は、ｓ曲線運動を使用してジャークを最小にし、且つ走査速度での望ましくない振動を回避するように実行される。また、その設計は、そのシステムでの慣性を最小にする目標を満たし、迅速で滑らかな回転及び配置での良好な精度を可能とする。
【００９４】
また、この第１の実施の形態において、ウエハは、イオンビーム面より十分上の面にロード及びアンロードされることを留意すべきである。それによって、ビームによって又はビームが衝突する表面によって発生する粒子は、ウエハが水平負荷位置にある間、ウエハに落下してウエハの汚染を防止する。また、（ウエハの下エッジがイオンビームをクリアする時に、）機械的走査の最上位置からロード位置に達するためには、アームの小さな角回転のみが必要であることに留意すべきである。これは、ウエハをロードしアンロードするための時間を最小にし、それによってインプラント処理の効率を最大にするので有利である。
【００９５】
Ｃ．第２の好適な実施の形態
【００９６】
図７に示されるように、この第２の実施の形態において、リボンビームも、水平に移動しているが、その長手寸法は、垂直面にある。これは、ｙとｚ軸が水平であり、ｘ軸が垂直であることを意味している。アームは、４５０ｍｍの長さであり、そのピボットは、ビームｚ軸と位置合わせされた平面ｙ＝０にある。この場合のチルトピボット軸は、半径方向アームに位置合わせされる。半径方向アームの長手がｙ軸に平行になるように半径方向アームを９０°回転し、次に、ウエア表面が水平になるようにチルトピボット軸回りに９０°回転することによって、ウエハ走査の中間点から、ロード／アンロード位置へ到達される。これらの回転は、逐条的に定義されたが、実際には、これらの回転は、時間を節約するために同時に発生する。
【００９７】
アームピボット軸は、ビームの上又は下に位置される。しかしながら、ビームの上の位置（図７に示されるように）は、好ましく、それによって、ビームによって又はそのビームが衝突する表面によって発生する粒子がウエハ上に落ちることが防止される。
【００９８】
Ｄ．第３の好適な実施の形態
【００９９】
図８は、反転された振り子として配置された走査アームの使用を描いている。この場合のイオンビームは、その長手寸法が垂直方向であり、水平に移動している連続リボンビームである。イオンビーム中の電流密度は、下から上へ線形に増加する。これは、“Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ，Ｈｉｇｈ Ｍａｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｍａｇｎｅｔ ｆｏｒ Ｒｉｂｂｏｎ Ｉｏｎ Ｂｅａｍｓ”と題するＮｉｃｈｏｌａｓ Ｒ．Ｗｈｉｔｅ（ニコラス アール．ホワイト）氏による本願と共に係属している特許出願された出願に記載された装置と方法を使用して達成される。
【０１００】
また、電流密度の増加は、幾つかの他の手段のいずれかによって達成されることが出来る。使用される方法の原理は、各々が非線形集束要素を有する、集束の２つの（又はそれより多くの）領域を提供することである。これらの集束領域の六極磁界コンポーネントは、電流密度プロファイルを変更する手段となる。Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｒ．Ｗｈｉｔｅ（ニコラス アール．ホワイト）氏による本願と共に係属している特許出願は、このようなシステムの幾つかの実施の形態を記述している。このようなシステムの動作は、図１１に描かれており、そこでは、イオンビーム（これは、発散してもしなくてもよいが、発散しているように示されている）は、二つのレンズを連続して通過する。第１のレンズ１８０の六極コンポーネントは、第２のレンズ１８１の主面で、電流密度が望ましいプロファイルへ変更されように調節される。レンズ１８１は、軌跡を平行にするように調節され、これによって、レンズ１８１の下流で、望ましい電流密度プロファイルを保持する。共に係属中の米国特許出願シリアル番号第１０／８０７，７７０号及び第１０／８０７，７７２号（参照によってここに明確に組み込まれる）において、適切なマルチポールレンズの構造と動作のための種々な方法が記述される。
【０１０１】
図８に示されるように、ロボット（図示せず）は、チャックが軸１４０回りに傾くことによって水平位置へ傾けられている間に、静電チャック１２０からウエハをロード及びアンロードする。各ウエハのクランプ後、チャックは、インプラントのために軸１４０回りに望ましいチルト角度回転される。チャックは、それがウエハ中心に対する垂線回りに回転され得るようにピボットとアクチュエータを介して取り付けられ、これは、ツイスト角度（図５ｂで角度１７０として示されている）を変化するために使用されることが出来る。このように、事前配向機構は必要とされない。代わりに、ウエハがチャックにロードされるとウエハを観察するためにカメラが使用され、次に、チャックは、インプラントを開始する前に必要な角度まで回転される。
【０１０２】
１ｋｅＶより下で高い電流のエネルギーで連続リボンビームの均一性を制御することは、困難である。この理由のために、ビームを比較的小さなスポットに再集束し且つウエハに２次元パターンでこのビームを通過させて均一なドーシングを達成することがより生産的であると判断される。
【０１０３】
追加の機構は、２次元機械的走査を提供する手段として本発明のこの又は他の実施の形態と共に使用されることが出来る。この目標を満たすために、この第３の実施の形態は、半径方向アーム走査アセンブリ全体を垂直方向へ移動するのに有効な移動可能スライド上に取り付けられることが出来る。従って、現在二つの直交する方向へウエハを機械的に走査するために使用されることが出来、これは、十分に均一なリボンビームを得る事が困難である幾つかの条件（例えば、１ｋｅＶよりも非常に低いエネルギーで数ｍＡの高電流）下で非常に有用である。この場合、図１０に描かれるように、略円形又は矩形であるビーム２１が使用され得る。
【０１０４】
また、低エネルギービームは、そのサイズをかなり減少するようにマルチポールレンズによって操作されることが出来る。図１０は、この配置の構造を描いている。ここで見られるように、スライディングシールは、デルリン（ｄｅｌｒｉｎ）や類似のプラスチックの入れ子シールを使用して構成されることが出来から、差動排気された介在空間を有する。このような構造は、約１９８０年以来この工業界で知られており、米国特許第４，２３４，７９７号に記述されているように、Ｅａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（イートン社）によって後に商業的に販売されたインプランタである、ＮＶ−１０インプランタに組み込まれた。
【０１０５】
図１０の構造的配置内で、スライディングシールの移動は、実質的に３００ｍｍを超えることが必要であり、４５０ｍｍでは、比較的大きなイオンビームを過走査するための空間を許容し且つ加速及び減速のための追加の空間を許容とする。これには、真空壁２１０におけるスロットの各側でスライディングシール領域において４５０ｍｍより大きなオーバーラップを必要とする。移動アセンブリ２２０は、ボール螺子とモータ（図示せず）によって駆動されることが出来、且つ従来の商業的に入手可能なボールスライドに取り付けられることが出来る。この機構は、低い速度と加速度を有する比較的低いデューティサイクルで使用され、従って、信頼性の要求を満足している。
【０１０６】
Ｅ．第４の好適な実施の形態
【０１０７】
この第４の好適な実施の形態（図９ａ及び９ｂに示されるように）において、リボンビームは、水平に対して約４０°の角度で上方に移動しており、その長手寸法は、垂直面にある。ｙ軸は、水平であり、アームピボット軸は、ｚ方向に平行な垂直なｘ−ｚ平面にある。チルトピボット軸は、半径方向アームと位置合わせされる。チルトピボット軸が水平面になるまで半径方向アームを回転し、次に、ウエハ表面が水平になるまでチルトピボット軸回りに回転することによって、ウエハ走査の中間点から、ロード／アンロード位置は到達される。これらの回転は、逐次的に定義されたが、実際の動作において、これらの動作は、時間を節約するために同時に発生するということに留意すべきである。
【０１０８】
また、この第４の実施の形態において、ウエハは、下方に面する前面でインプラントされ、それは、ビームによって又はビームが衝突する表面によって発生する粒子がインプラント中にウエハ上に落下することを防止する点で有利である。
【０１０９】
図９ａは、半径方向アームピボットが、集束磁石２３を通るビームパスの外側に配置される場合を描き、図９ｂは、半径方向アームピボットが、集束磁石を通るビームパスの内側に配置される場合を描いている。このように、走査リボンビームの場合（図９ａ及び９ｂに描かれてるように）及び異なるピボット位置の結果として、要求される１／Ｒビーム走査速度分布は、これら２つの場合では顕著に異なっている。
【０１１０】
スキャナープレート６６を駆動する電圧発生器からの適切な走査波形を使用して要求された１／Ｒ分布を発生することが出来る。しかしながら、電圧波形は、通常インプラント均一性を微細に調整するために使用され、この方法に依存して一定の１／Ｒ変化を提供することは、電圧供給のコストと電力消費を増加し、各インプラントに対して要求された波形をセットアップするために必要な時間を増加する。集束磁石２３の磁界形状は、全てのインプラントに適切な１／Ｒ走査速度分布を生成するように集束磁石２３を設計することが好ましい。要求される磁界形状は、図９ａと９ｂに示される異なる磁石ポール形状によって描かれているように、二つのアームピボット位置に対して異なっている。連続リボンビームの場合、同じ磁石ポール形状は、半径方向位置に比例する、電流密度において望ましい線形変化を発生する。
【０１１１】
或いは、均一に発散する連続リボンビーム源が、図９ａと９ｂのスキャナーの代わりに用いられると、磁石は、類似の機能を実行して電流密度における望ましい線形変化を引き起こし、均一なインプラントが達成可能とされる。
【０１１２】
最後に、磁石の欠陥又はビームの固有の非均一から発生する残留システム的線形非均一性は、インプランテーション処理の途中でワークピースを１８０°回転することによって減少又は除去され得る。モータ駆動回転チャックが、これを達成するために設けられる。
【０１１３】
ＩＶ．本発明の動作機能と大きな利点
【０１１４】
本発明は、以下の動作機能を実行し、大きな利点及び利益を提供する。これらの内の幾つかは以下の通りである。
【０１１５】
１．本発明は、アーク形状パスでビームを通過するようにウエハを走査する。
【０１１６】
２．本発明は、ビームとウエハの表面に対する垂線との間の角度を０°と４５°を大幅に超える角度との間で調節する手段を提供する。
【０１１７】
３．本発明は、ウエハ平面を横切るビームの入射角度における走査依存性変化を排除する。
【０１１８】
４．本発明は、ウエハホルダを水平位置へ傾けてウエハのローディング及びアンローディングを、好ましくは、イオンビーム位置から及びその上方にシールドされる位置で可能とする従来の手段を提供する。
【０１１９】
５．本発明は、リボンビーム強度を補正してアーク形状のパスの中心からの距離でウエハ走査速度の半径方向変化を補償し、それによって、ウエハの表面上の全てのポイントに対する均一な線量を提供する。
【０１２０】
６．本発明は、比較的短いアームと低質量移動部品を提供し、それによって、迅速な減速と加速がより低い電力モータ及びより少ない機械的ストレスで達成されることが出来る。
【０１２１】
７．本発明は、標準の、コンパクトな、低コストの回転機構の使用が可能となり、そこでは、スライディングシールや高価な線形ドライブが無く、全てのベアリングが真空外に配置され、それによって、コストを減少し、信頼性を向上し、且つウエハの汚染を回避する。
【０１２２】
本発明は、形状において制限されるべきでなく、且つここに添付の特許請求の範囲による場合を除いて範囲を制限されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】Ｖａｒｉａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｉｎｃ．（バリアン アソシエーツ社）によってＥ２２０として販売されているハイブリッドシリアルイオンインプランタの図である（従来の技術）。
【図２】Ｖａｒｉａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｉｎｃ．によって１２０−１０として販売されているハイブリッドバッチイオンインプランタの図である（従来の技術）。
【図３】ＳＯＩ製造のための提案された連続リボンビームバッチインプランタの図である（従来の技術）。
【図４】Ｎｉｓｓｉｎ Ｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍによって製造されたより複雑な半径方向アーム走査装置の図である（従来の技術）。
【図５ａ】ビーム上に中心がある直交座標系の図である。
【図５ｂ】用語チルトとツイスト（オリエント又は方位とも言う）と呼ばれるインプラントされるべきウエハ上に中心を置く極座標の図である。原点は、ウエハ中心にあり、ツイスト角度は、中心からの線からウエハ上のアラインメントマークまで時計回り方向に測定される。
【図６】水平方向の主横軸を有する、水平方向へ移動するリボンビームと共に使用される本発明の半径方向走査アームの単純な実施の形態の図である。
【図７ａ】垂直方向の主横軸を有するリボンビームと共に使用される本発明の半径方向走査アームの単純な実施の形態の図であり、走査ピボット軸は、ビームの上方に位置される。
【図７ｂ】垂直方向の主横軸を有するリボンビームと共に使用される本発明の半径方向走査アームの単純な実施の形態の図であり、走査ピボット軸は、ビームの上方に位置される。
【図８】垂直方向の主横軸を有するリボンビームと共に使用されるための本発明の半径方向走査アームの他の実施の形態の図であり、走査ピボット軸は、ビームの下方に位置される。
【図９ａ】ビームパスの外側への半径方向アームピボットを有する本発明のためのビーム走査構成の実例である。
【図９ｂ】ビームパスの内側への半径方向アームピボットを有する本発明のためのビーム走査構成の実例である。
【図１０】固定非リボンイオンビームと共に使用されるための、２次元機械的走査を経済的に達成するための半径方向走査アームの使用を示す。
【図１１】任意の初期発散と均一なプロファイルを有するイオンビームが六極コンポーネントを有する２つのレンズを通過して本質的に平行にされると共に上から下へ電流密度の強力な変化を表すことを示す。（各軌跡は、従来のように等量の電流を表し、間隔の変化が局所的電流密度に反比例する。間隔は、下から上へ約１．８係数だけ変化する）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦なプレーナワークピースのイオンインプラント装置であって、当該装置は、望ましいスピーシーズのイオンビームを発生する手段と、イオンビームをコリメートして、長手軸に平行に移動すると共に主横軸に沿う長手寸法と副横軸に沿う短手寸法を有する平行リボンビームを形成するエネルギー手段とを備え；ビームに隣接すると共に前記長手軸に平行なピボット軸を有する第１のピボットに取り付けられ、前記長手軸と前記主横軸を含む平面内又はそれに近接して配置されるアームを備え；平行リボンビームの電流密度を制御し、この密度を前記第１のピボットの軸からの距離に比例させる手段を備え、インプラントされるべきワークピースのためのチャックが前記第１のピボットに対して傾斜された軸を有する第２のピボットによって前記アームに取り付けられ、そこで、インプラントされるべきワークピースが、前記チャックに取り付けられ、前記第２のピボットを調節してビーム方向に対して望ましい角度にワークピースの表面を傾斜させる手段を備え、アームをある角度を通過するように回転する手段を備え、それによって、望ましい角速度で、アーク形状パス上でリボンイオンビームを通過するようにワークピースを移動し、ワークピースのプレーナ表面に望ましい実質的に均一な線量のイオンをインプラントするのに有効である、イオンインプラント装置。
【請求項２】
イオンビームをコリメートする前記手段は、リボンイオンビームの電流密度プロファイルを変更するように入口及び出口ポールエッジと磁界プロファイルが成形される磁石であり、それによって、ビームがワークピースに衝突する異なる位置での電流密度が、第１のピボット軸からの各位置の距離に比例する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
イオンビームをコリメートする前記手段と電流密度を制御する前記手段は、二つのレンズ又は電界又は磁界の領域よりなり、各々は、六極の電界又は磁界のコンポーネントを有し、前記コンポーネントは、イオンビームをコリメートすることとイオンビームがワークピースに衝突する位置でイオンビームの主横軸に沿って電流密度の線形変化を提供することの両方に有効である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２のピボットの傾斜は、イオンビームがない位置で、ワークピースをチャックからロードし且つそれからアンロードするためにチャックを望ましい便利な向きに回転させるように選択され、この向きは、任意的に水平面である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ワークピースのプレーナ表面に対して垂直な軸回りにチャックを回転するための手段が設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記チャックは、望ましい線量の５０％がワークピースにインプラントされた時に、１８０°回転され、それによって、そうでない場合、リボンイオンビームの電流密度プロファイルから起こる線量の不均一なシステム的エラーを実質的に相殺する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
一定のイオンビームを介してラスターパターンで２次元ワークピースを走査するための装置であって、当該装置は、ビーム軸に沿って移動する一定のイオンビームを発生するための手段を備え、ビーム軸に平行でありビームに隣接する前記ピボット軸を有する第１のピボットに取り付けられたアームを備え、アームを前記ピボット軸回りにある角度を通過するように回転する手段を備え、前記角度は、第１と第２の角度制限によって画定され、第１のピボットをビーム軸に垂直な方向へ平行移動し且つ第１と第２の角度制限間の角度を略二等分する手段を備え、第１のビポットに対して傾斜された軸を有する第２のピボットによって前記アームに取り付けられたインプラントされるべきワークピース用の支持体を備え、インプラントされるべきワークピースは、前記支持体に取り付けられ、前記第２のピボットは、ビーム方向に対して望ましき角度にワークピースの表面を傾斜するように調節され、次に固定され、ワークピースをある角度を通過するように回転して、それによって望ましい速度でアーク形状パス上をリボンイオンビームが通過するようにワークピースを移動すると共に、略直交する方向にピボット（第１のピボットか第２のピボットか不明？）をゆっくりと平行移動し、それによってイオンビームを通過するようにアーク形状ラスターパターン中にワークピースを移動させることによって、望ましい均一な線量のイオンでワークピースのプレーナ表面がインプラントされる装置。
【請求項８】
第１のピボットの平行移動は、イオンビームの外側のアームによるワークピースの平行移動中のみの移動によって、有限インクリメントで達成される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
リボンイオンビームをワークピースにインプラントする方法であって、前記方法は、アームに取り付けられたチャックへ単一のワークピースを取り付けるステップを備え、このアームは、ワークピースがアーク形状パス中を移動され得るように第１のピボットへ取り付けられ；第１の軸に対して傾斜された第２の軸の回りに、ワークピースが、第１の軸に対して望ましい角度にその露出平面が保持される迄チャックを回転するステップを備え；リボンイオンビームを静電又は磁気レンズを通過させるステップを備え、静電界又は磁界は、イオン軌道を第１のピボット軸と略平行にするように成形され；一定の角速度でリボンイオンビーム中を通過するようにワークピースを移動するように第１のピボット回りにアームを回転して、それによって、均一な線量のイオンをワークピースにインプラントし、望ましい角度でワークピースにインプラントされる方法。
【請求項１０】
少なくとも二つのレンズ又は磁界又は電界の異なる形状の領域でビームを通過させるステップと；前記レンズの少なくとも一つを調節してその主軸に沿ってリボンイオンビームの電流密度を変更するステップと；同時にイオンビーム軌跡を第１のピボット軸に実質的に平行に維持するステップとを更に備え、それによって、イオンビームがワークピース表面に異なる位置で衝突すると、各位置の電流密度が、第１のピボット軸からの距離に比例する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
一定のイオンビームでワークピースにインプラントする方法であって、単一のワークピースをアームに取り付けられたチャックに取り付けるステップを備え、ワークピースが、アーク形状のパスを移動され得るようにアームが、第１のピボットに取り付けられ、第１の軸に対して傾斜した第２の軸回りに、ワークピースの露出平面が第１の軸に対して望ましい角度であるようにワークピースが保持されるまで、ホルダを回転するステップを備え、アームを第１のピボット回りに回転して一定の角速度でアーク状のパスで走査されたイオンビームを通るようにワークピースを移動するステップを備え、イオンビームに対して垂直な方向で、ワークピースのアーク状運動の中間点に対して略垂直な方向に第１のピボットを平行移動するステップを備え、それによって、望ましい角度で均一な線量のイオンをワークピースにインプラントする方法。
【請求項１】
平坦なプレーナワークピースのイオンインプラント装置であって、当該装置は、望ましいスピーシーズのイオンビームを発生する手段と、イオンビームをコリメートして、長手軸に平行に移動すると共に主横軸に沿う長手寸法と副横軸に沿う短手寸法を有する平行リボンビームを形成するエネルギー手段とを備え；ビームに隣接すると共に前記長手軸に平行なピボット軸を有する第１のピボットに取り付けられ、前記長手軸と前記主横軸を含む平面内又はそれに近接して配置されるアームを備え；平行リボンビームの電流密度を制御し、この密度を前記第１のピボットの軸からの距離に比例させる手段を備え、インプラントされるべきワークピースのためのチャックが前記第１のピボットに対して傾斜された軸を有する第２のピボットによって前記アームに取り付けられ、そこで、インプラントされるべきワークピースが、前記チャックに取り付けられ、前記第２のピボットを調節してビーム方向に対して望ましい角度にワークピースの表面を傾斜させる手段を備え、アームをある角度を通過するように回転する手段を備え、それによって、望ましい角速度で、アーク形状パス上でリボンイオンビームを通過するようにワークピースを移動し、ワークピースのプレーナ表面に望ましい実質的に均一な線量のイオンをインプラントするのに有効である、イオンインプラント装置。
【請求項２】
イオンビームをコリメートする前記手段は、リボンイオンビームの電流密度プロファイルを変更するように入口及び出口ポールエッジと磁界プロファイルが成形される磁石であり、それによって、ビームがワークピースに衝突する異なる位置での電流密度が、第１のピボット軸からの各位置の距離に比例する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
イオンビームをコリメートする前記手段と電流密度を制御する前記手段は、二つのレンズ又は電界又は磁界の領域よりなり、各々は、六極の電界又は磁界のコンポーネントを有し、前記コンポーネントは、イオンビームをコリメートすることとイオンビームがワークピースに衝突する位置でイオンビームの主横軸に沿って電流密度の線形変化を提供することの両方に有効である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２のピボットの傾斜は、イオンビームがない位置で、ワークピースをチャックからロードし且つそれからアンロードするためにチャックを望ましい便利な向きに回転させるように選択され、この向きは、任意的に水平面である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ワークピースのプレーナ表面に対して垂直な軸回りにチャックを回転するための手段が設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記チャックは、望ましい線量の５０％がワークピースにインプラントされた時に、１８０°回転され、それによって、そうでない場合、リボンイオンビームの電流密度プロファイルから起こる線量の不均一なシステム的エラーを実質的に相殺する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
一定のイオンビームを介してラスターパターンで２次元ワークピースを走査するための装置であって、当該装置は、ビーム軸に沿って移動する一定のイオンビームを発生するための手段を備え、ビーム軸に平行でありビームに隣接する前記ピボット軸を有する第１のピボットに取り付けられたアームを備え、アームを前記ピボット軸回りにある角度を通過するように回転する手段を備え、前記角度は、第１と第２の角度制限によって画定され、第１のピボットをビーム軸に垂直な方向へ平行移動し且つ第１と第２の角度制限間の角度を略二等分する手段を備え、第１のビポットに対して傾斜された軸を有する第２のピボットによって前記アームに取り付けられたインプラントされるべきワークピース用の支持体を備え、インプラントされるべきワークピースは、前記支持体に取り付けられ、前記第２のピボットは、ビーム方向に対して望ましき角度にワークピースの表面を傾斜するように調節され、次に固定され、ワークピースをある角度を通過するように回転して、それによって望ましい速度でアーク形状パス上をリボンイオンビームが通過するようにワークピースを移動すると共に、略直交する方向にピボット（第１のピボットか第２のピボットか不明？）をゆっくりと平行移動し、それによってイオンビームを通過するようにアーク形状ラスターパターン中にワークピースを移動させることによって、望ましい均一な線量のイオンでワークピースのプレーナ表面がインプラントされる装置。
【請求項８】
第１のピボットの平行移動は、イオンビームの外側のアームによるワークピースの平行移動中のみの移動によって、有限インクリメントで達成される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
リボンイオンビームをワークピースにインプラントする方法であって、前記方法は、アームに取り付けられたチャックへ単一のワークピースを取り付けるステップを備え、このアームは、ワークピースがアーク形状パス中を移動され得るように第１のピボットへ取り付けられ；第１の軸に対して傾斜された第２の軸の回りに、ワークピースが、第１の軸に対して望ましい角度にその露出平面が保持される迄チャックを回転するステップを備え；リボンイオンビームを静電又は磁気レンズを通過させるステップを備え、静電界又は磁界は、イオン軌道を第１のピボット軸と略平行にするように成形され；一定の角速度でリボンイオンビーム中を通過するようにワークピースを移動するように第１のピボット回りにアームを回転して、それによって、均一な線量のイオンをワークピースにインプラントし、望ましい角度でワークピースにインプラントされる方法。
【請求項１０】
少なくとも二つのレンズ又は磁界又は電界の異なる形状の領域でビームを通過させるステップと；前記レンズの少なくとも一つを調節してその主軸に沿ってリボンイオンビームの電流密度を変更するステップと；同時にイオンビーム軌跡を第１のピボット軸に実質的に平行に維持するステップとを更に備え、それによって、イオンビームがワークピース表面に異なる位置で衝突すると、各位置の電流密度が、第１のピボット軸からの距離に比例する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
一定のイオンビームでワークピースにインプラントする方法であって、単一のワークピースをアームに取り付けられたチャックに取り付けるステップを備え、ワークピースが、アーク形状のパスを移動され得るようにアームが、第１のピボットに取り付けられ、第１の軸に対して傾斜した第２の軸回りに、ワークピースの露出平面が第１の軸に対して望ましい角度であるようにワークピースが保持されるまで、ホルダを回転するステップを備え、アームを第１のピボット回りに回転して一定の角速度でアーク状のパスで走査されたイオンビームを通るようにワークピースを移動するステップを備え、イオンビームに対して垂直な方向で、ワークピースのアーク状運動の中間点に対して略垂直な方向に第１のピボットを平行移動するステップを備え、それによって、望ましい角度で均一な線量のイオンをワークピースにインプラントする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２７８３１６（Ｐ２００６−２７８３１６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−２５０００（Ｐ２００６−２５０００）
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（５０６０３６５８５）アドバンスト イオン ビーム テクノロジー インク (4)
【氏名又は名称原語表記】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】８１ Ｄａｇｇｅｔｔ Ｄｒｉｖｅ Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ ９５１３４，Ｕ．Ｓ．Ａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５０００（Ｐ２００６−２５０００）
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（５０６０３６５８５）アドバンスト イオン ビーム テクノロジー インク (4)
【氏名又は名称原語表記】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】８１ Ｄａｇｇｅｔｔ Ｄｒｉｖｅ Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ ９５１３４，Ｕ．Ｓ．Ａ
【Ｆターム（参考）】
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