特許 6779295 スパッタリングガス混合物中のトレースその場クリーニングガスを利用したイオン注入プラズマフラッドガン（ＰＦＧ）の性能の改善

(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】6779295

(24)【登録日】2020年10月15日

(45)【発行日】2020年11月4日

(54)【発明の名称】スパッタリングガス混合物中のトレースその場クリーニングガスを利用したイオン注入プラズマフラッドガン（ＰＦＧ）の性能の改善

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20201026BHJP

   H01J 37/077 20060101ALI20201026BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 B

   H01J37/077

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-533814(P2018-533814)

(86)(22)【出願日】2016年12月23日

(65)【公表番号】特表2019-500732(P2019-500732A)

(43)【公表日】2019年1月10日

(86)【国際出願番号】US2016068529

(87)【国際公開番号】WO2017117053

(87)【国際公開日】20170706

【審査請求日】2018年9月3日

(31)【優先権主張番号】62/271,278

(32)【優先日】2015年12月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505307471

【氏名又は名称】インテグリス・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ビショップ， スティーヴン イー．

【審査官】 大門 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８７０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０６９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０３９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０９００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１２９１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１２２９８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１０８８９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００２−５３９５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５５４８５４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／３０−３７／３６

Ｈ０１Ｊ ３７／０７７

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマフラッドガンにガスを供給するためのガス供給アセンブリであって、
前記プラズマフラッドガンの上流に配置されたイオン源から発生したイオン注入動作時に基板の表面電荷を変調するための電子を含む不活性ガスプラズマを発生させるためのプラズマフラッドガンであって、前記イオンを含むイオンビームが通過するプラズマフラッドガンに不活性ガスを供給するように構成された流体供給パッケージと、
前記不活性ガスと混合された、前記流体供給パッケージ内の、または前記プラズマフラッドガンへの不活性ガスの供給に関して、クリーニングガスを前記プラズマフラッドガンに同時にまたは逐次的に供給するように構成された別個のクリーニングガス供給パッケージ内の、クリーニングガスと
を含むガス供給アセンブリ。

【請求項2】

前記クリーニングガスは、前記不活性ガスと混合されて前記不活性ガス流体供給パッケージ内にある、請求項１に記載のガス供給アセンブリ。

【請求項3】

前記クリーニングガスは、Ｆ_２、Ｏ_２、Ｈ_２、ＨＦ、ＳｉＦ_４、ＧｅＦ_４、ＮＦ_３、Ｎ_２Ｆ_４、ＣＯＦ_２、Ｃ_２Ｆ_４Ｈ_２、およびＣ_ｘＯ_ｚＨ_ｙＦ_ｗからなる群から選択される少なくとも１つのガスを含み、ｗ、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ独立してゼロまたは非ゼロの化学量論的に適切な値である、請求項１に記載のガス供給アセンブリ。

【請求項4】

前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、キセノン、およびクリプトンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のガス供給アセンブリ。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のガス供給アセンブリを含むプラズマフラッドガン装置。

【請求項6】

請求項５に記載のプラズマフラッドガン装置を含むイオン注入システム。

【請求項7】

不活性ガス源からプラズマフラッドガンに流れる不活性ガスを受け取り、前記プラズマフラッドガンの上流に配置されたイオン源から発生したイオン注入される基板の表面電荷を中和するようにエネルギー的に適合する電子を含む不活性ガスプラズマを生成するように構成されたプラズマフラッドガンであって、前記イオンを含むイオンビームが通過するプラズマフラッドガンを動作させる方法であって、前記方法は、前記プラズマフラッドガン内の材料堆積物から揮発性の反応生成ガスを生成し、前記プラズマフラッドガン内のプラズマ生成フィラメントの再メタライゼーションを行うのに有効なクリーニングガスを、前記プラズマフラッドガンへの不活性ガスの流れに関して間欠的に、連続的に、または逐次的に、前記プラズマフラッドガンに導入するステップを含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般的にはイオン注入装置およびプロセスに関し、より具体的には、イオン注入プラズマフラッドガンの性能を改善するための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造分野において、イオン注入は、半導体デバイス製造の基本ユニット動作である。イオン注入装置は、広く様々なタイプのものでよく、ビームイオン注入システム、プラズマ浸漬システム、および他の様々なタイプのシステムを含むことができる。

【0003】

ビームイオン注入システムの使用では、正に荷電したイオンが注入されるウエハ基板に衝突し、この衝突により、ウエハ基板の絶縁領域に正電荷が蓄積され、正の表面電位が生じることがある。ウエハの帯電はまた、ウエハ基板からの電子の二次放出に起因する場合もある。ウエハ基板の表面電荷は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路などのウエハの集積回路の特徴に悪影響を与え、または永久にダメージを与えるほど十分に強いことがある。

【0004】

このような表面電荷の蓄積に対処するためにプラズマフラッドガン装置を使用して、低エネルギーの電子を含むプラズマを生成することにより、低エネルギーの電子をイオンビーム内に分散させてウエハ表面に輸送して、さもなければ生じるであろう電荷蓄積を中和することができる。

【0005】

プラズマフラッドガン装置は、様々なタイプのものであってもよいが、イオン化フィラメント要素で構成され、ソレノイドコイルによって囲まれたプラズマ管に結合され、イオンビームチャンバと連通するアークチャンバを特徴的に含む。アークチャンバ内のイオン化フィラメント要素は、しばしばタングステンである高融点金属で形成され、低エネルギー電子プラズマを形成するために使用されるガスは、とりわけアルゴン、クリプトン、またはキセノンなどの不活性ガスであることが特徴的である。中和電子をウエハの近傍に閉じ込めるために、ファラデーアセンブリを含めることができ、それによってウエハ基板の帯電を軽減することを助け、典型的には、電子線量、均一性、および電荷測定およびモニタリング構成要素を含む。

【0006】

このように、プラズマフラッドガン装置は、ビームイオン注入システムにおける動作上の問題に対処し、ビームプラズマ電荷を中和して粒子発生を制御し、ウエハ基板上のチャージアップ電圧を低減して薄膜集積回路素子の静電破壊を防止する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

電荷を中和する低エネルギー電子を生成するためのプラズマフラッドガンシステムの動作において、不活性ガスは、プラズマフラッドガンフィラメントを偶発的にスパッタリングする可能性がある。スパッタされたフィラメント材料は、堆積した汚染物質としてイオン注入システムの絶縁体およびグラファイト成分上に堆積することができる気体材料となる。より一般的には、拡張された動作では、イオンビームおよび凝縮性ガス蒸気は、プラズマフラッドガンアークチャンバおよびその構成要素の中、上およびその周囲に堆積する。このような蒸気はまた、プラズマフラッドガンが電気的に結合されているファラデー（ドーズ量測定）アセンブリ上に堆積する。それらの堆積物は、その特定の起源に関わらず、プラズマフラッドガンシステムの性能に対して有害であり、システムの動作寿命に対して有害である。性能に関しては、例えば、これらの堆積物は、電気的短絡のために電気的故障を生じやすい。また、性能に関しては、スパッタリングされたフィラメント材料、例えばタングステンは、イオン注入されるウエハ基板内に入り、スパッタリングされたフィラメント材料、例えばタングステンを基板内の汚染物質として配置し、イオン注入システムおよびプロセスの製品歩留まりを低下させる。

【0008】

これらの堆積物はまた、プラズマフラッドガン放出電流を減少させ、フィラメント漏れ電流を増加させ、プラズマフラッドガンがドーズ量測定システムの一部であるために、ファラデーリーク電流を生成する可能性がある。フラッドガンのアークチャンバ内に堆積した汚染物質のこれらの影響の全ては、堆積した汚染物質のクリーニングを含む定期的なメンテナンスが必要となるような、動作中に累積的な影響を有する可能性があり、時間の経過とともにプラズマフラッドガンの有効寿命を短くするおそれがある。したがって、研究者は、上記の動作上の問題に対処しそれを解決するために、プラズマフラッドガン技術の改良を続けている。本開示は、一般的にはイオン注入装置およびプロセスに関し、より具体的には、イオン注入プラズマフラッドガンの性能を改善するための装置および方法に関する。

【0009】

クリーニングガスは、動作中にフラッドガンのアークチャンバ内に導入されたときに、動作中にフラッドガンアークチャンバ内で所望のクリーニング効果を生成するのに有効である。本明細書によれば、「クリーニング効果」は、クリーニングガスが望ましいか、有益であるか、有利であるフラッドガンのアークチャンバ内にクリーニングガスが有する効果であり、それによってクリーニングガスまたはその化学成分またはその誘導体が、プラズマフローガンまたは付属のイオン注入システムの短期性能特性、長期性能特性、または寿命のうちの１つまたは複数を向上させるように、フラッドガンフィラメントと、またはアークチャンバの内部に堆積した残留物と相互作用する。

【0010】

クリーニング効果のタイプの１つの例は、クリーニングガスが、プラズマフラッドガンの内部に存在し堆積する材料堆積物と相互作用することによって、揮発性反応生成ガスを発生させるのに有効であり得るということである。この効果により、材料堆積物はクリーニングガスによって揮発され、それによりアークチャンバの表面から除去される。除去される堆積物は、壁面に存在する堆積物および絶縁体に存在する堆積物であり得る。その結果、使用中にアークチャンバ内の表面に蓄積する残留物の量は、クリーニングガスが存在しない場合に表面に存在するであろう残留物の量に対して減少する。

【0011】

このタイプのクリーニング効果は、有利なことに、アークチャンバ内の残留物の蓄積を減少させることができる。この残留物の蓄積の直接的な結果は、プラズマフラッドガンの性能を改善することができる。チャンバ内、例えば、絶縁体における残留物の蓄積は、短絡による電気的故障を引き起こすおそれがあり、残留物のレベルの減少によって、短絡による電気的故障の発生が低減または防止される。

【0012】

異なるタイプのクリーニング効果は、アークチャンバ内の表面に存在する残留物を揮発させることによって、プラズマフラッドガンのフィラメントから生じ、クリーニングガスの使用によって揮発する残留物をフィラメント上に再堆積させることができ、プラズマフラッドガン内のフィラメントを効果的に再メタライズする。結果は、クリーニングガスの不存在下で使用されるフィラメントの寿命と比較して、プラズマフラッドガンフィラメントのフィラメント寿命を延ばすことができる。

【0013】

これに加えてまたはこれとは別に、クリーニング効果は、クリーニングガスがフィラメントのスパッタリングを低減するのに有効であることであり得る。スパッタリングされたフィラメント材料（例えば、タングステン）は、プラズマフラッドガンを含むプロセスによってイオン注入されている基板に汚染物質として注入され、プロセスの歩留まりを低下させるおそれがある。フィラメントのスパッタリングの減少は、フィラメント材料のイオン注入による基板汚染の可能性を低減させ、それにより、説明したようなクリーニングガスで動作されるプラズマフラッドガンを含むイオン注入方法の歩留まりを増加させる。

【課題を解決するための手段】

【0014】

一態様では、本発明は、プラズマフラッドガンにガスを供給するためのガス供給アセンブリに関する。ガス供給アセンブリは、イオン注入動作時に基板の表面電荷を変調するための電子を含む不活性ガスプラズマを発生させるためのプラズマフラッドガンに不活性ガスを供給する流体供給パッケージと、不活性ガスと混合された、不活性ガス流体供給パッケージ内の、またはプラズマフラッドガンへの不活性ガスの供給に関して、クリーニングガスをプラズマフラッドガンに同時にまたは逐次的に供給するように構成された別個のクリーニングガス供給パッケージ内の、クリーニングガスと、を含む。

【0015】

別の態様では、本発明は、不活性ガス源からプラズマフラッドガンに流れる不活性ガスを受け取り、イオン注入される基板の表面電荷を中和するようにエネルギー的に適合する電子を含む不活性ガスプラズマを生成するように構成されたプラズマフラッドガンを動作させる方法に関する。本方法は、方法は、プラズマフラッドガン内の材料堆積物から揮発性の反応生成ガスを生成し、プラズマフラッドガン内のプラズマ生成フィラメントの再メタライゼーションを行うのに有効なクリーニングガスを、プラズマフラッドガンへの不活性ガスの流れに関して間欠的に、連続的に、または逐次的に、プラズマフラッドガンに導入するステップを含む。

【0016】

本開示の様々な新規かつ発明的な主題の他の態様、特徴、および実施形態は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】プラズマフラッドガン装置の構成の詳細を示す概略図である。

【図2】イオン注入されるウエハ基板の上流のビームライン構造内のプラズマフラッドガン装置を利用するビームイオン注入システムの概略図である。

【図3】本開示の例示的な実施形態による、プラズマフラッドガンへのガスの供給のために構成されたガス供給アセンブリの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本開示は、一般的にはイオン注入装置およびプロセスに関し、より具体的には、イオン注入プラズマフラッドガンの性能を改善するための装置および方法に関する。

【0019】

本開示は、一態様では、プラズマフラッドガンにガスを供給するためのガス供給アセンブリを企図しており、イオン注入動作時に基板の表面電荷を変調するための電子を含む不活性ガスプラズマを発生させるためのプラズマフラッドガンに不活性ガスを供給する流体供給パッケージと、不活性ガスと混合された、不活性ガス流体供給パッケージ内の、またはプラズマフラッドガンへの不活性ガスの供給に関して、クリーニングガスをプラズマフラッドガンに同時にまたは逐次的に供給するように構成された別個のクリーニングガス供給パッケージ内の、クリーニングガスと、を含む。

【0020】

そのようなガス供給アセンブリにおいて、クリーニングガスは、様々な実施形態では、不活性ガスと混合されて不活性ガス流体供給パッケージ内にあってもよい。

【0021】

様々な実施形態では、クリーニングガスは、別個のクリーニングガス供給パッケージ内にあってもよく、アセンブリは、クリーニングガス供給パッケージからクリーニングガスを受け取り、不活性ガス流体供給パッケージから不活性ガスを受け取り、それらを混合してプラズマフラッドガンに分配するためのクリーニングガスと不活性ガスとの混合物を形成するように構成された流れ回路をさらに含む。

【0022】

様々な実施形態では、流れ回路は、クリーニングガスと不活性ガスとをそれぞれの流体供給パッケージから受け取り、それらを混合してプラズマフラッドガンに分配するためのクリーニングガスと不活性ガスとの混合物を形成するように配置された混合チャンバを含んでもよい。

【0023】

様々な実施形態では、流れ回路は、混合チャンバ内でクリーニングガスと不活性ガスとの混合を選択的に可能にするように、あるいは、クリーニングガスと不活性ガスとをプラズマフラッドガンに別々に流すことを選択的に可能にするように構成されたバルブを含んでもよい。

【0024】

様々な実施形態では、ガス供給アセンブリは、クリーニングガス供給パッケージからのクリーニングガスの分配および不活性ガス供給パッケージからの不活性ガスの別々の分配を制御するように構成されたプロセッサを含んでもよい。このようなアセンブリでは、プロセッサは、イオン注入中に不活性ガスが連続的に分配されるように、不活性ガスの分配を制御するように構成され、プロセッサは、不活性ガスの分配中にクリーニングガスが間欠的に分配されるように、クリーニングガスの分配を制御するように、または不活性ガスが分配された後にクリーニングガスが逐次的に分配されるように、クリーニングガスの分配を制御するように構成されてもよい。

【0025】

様々に上述したガス供給アセンブリにおいて、様々な方法の実施形態では、クリーニングガスは、プラズマフラッドガン内に存在する場合に、プラズマフラッドガン内の材料堆積物から揮発性反応生成ガスを発生させるのに有効である。その結果は、材料の堆積物をアークチャンバの表面から揮発させて除去することができ、場合によってはアークチャンバから搬出する（例えば、ポンプで搬出する）こともできるクリーニング効果であってもよい。クリーニングガスは、アークチャンバの壁面、絶縁体、または他の表面に存在する堆積物を除去するのに有効であり得る。このクリーニング効果により、使用中に存在し、アークチャンバ内の表面に蓄積する残留物の量は、表面に存在するであろう同じ残留物の量と比較して、クリーニングガスが存在しないことを除いて同じようにプラズマフラッドガンの動作によって減少する。アークチャンバ内の残留物が減少することにより、プラズマフラッドガンの性能を向上させることができる。一例として、絶縁体に存在する残留物は、絶縁体上の残留物の生成によって直接引き起こされ得る短絡による電気的故障の発生を低減または防止することができる。

【0026】

追加的または代替的に、アークチャンバの表面から堆積物を除去することにより、フィラメントの性能またはフィラメントの寿命を改善することもできる。例えば、アークチャンバ内の表面に存在する揮発性残留物は、これらの残留物がプラズマフラッドガンのフィラメントに由来する場合には、アークチャンバに再び入り、フィラメント上に再堆積し、プラズマフラッドガン内のフィラメントを効果的に再メタライズすることができる。結果は、反応チャンバ内にクリーニングガスを有さないことを除いて同じように、同一のプラズマフラッドガン動作の同一フィラメントのフィラメント寿命に対して、プラズマフラッドガンのフィラメントのフィラメント寿命を延ばすことができる。

【0027】

これに加えてまたはこれとは別に、異なる可能性のあるクリーニング効果は、クリーニングガスが、動作中にプラズマフラッドガンのフィラメントのスパッタリングを低減するのに効果的であるということであり得る。使用中にスパッタリングされてアークチャンバに入るフィラメント材料（例えば、タングステン）は、プラズマフラッドガンと関連して動作する注入ビーム内に入ることがある。一旦イオン注入ビームに入ると、フィラメント材料は、イオン注入されている基板に汚染物質として注入されるおそれがある。フィラメント材料は、基板に存在する場合には、イオン注入プロセスの歩留まりを低下させる汚染物質である。本開示のこのクリーニング効果、すなわちフィラメント材料のアークチャンバへのスパッタリングの低減は、フィラメント材料によるイオン注入基板の基板汚染の可能性を低減し、それにより、プラズマフラッドガン内のクリーニングガスを使用しない同一の方法と比較して、上述したクリーニングガスを用いて動作するプラズマフラッドガンを含むイオン注入方法の歩留まりを増加させる。

【0028】

ガス供給アセンブリおよびフラッドガンアセンブリを動作させる方法の様々な実施形態におけるクリーニングガスは、Ｆ_２、０_２、Ｈ_２、ＨＦ、ＳｉＦ_４、ＧｅＦ_４、ＮＦ_３、Ｎ_２Ｆ_４、ＣＯＦ_２、Ｃ_２Ｆ_４Ｈ_２、およびＣ_ｘＯ_ｚＨ_ｙＦ_ｗからなる群から選択される少なくとも１つのガスを含むことができ、ｗ、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ独立してゼロまたは非ゼロの化学量論的に適切な値である。例えば、組成Ｃ_ｘＯ_ｚＨ_ｙＦ_ｗにおいて、ｗは様々な実施形態において＞１であってもよい。

【0029】

例示的な実施形態では、クリーニングガスは、これらの例示的なガスのうちの任意の１つを単独で、またはこれらのガスの２つ以上の組み合わせで含むか、それらからなるか、または本質的にそれらからなることができる。本質的に特定のガスまたはこれらのガスの２つ以上の組み合わせからなるクリーニングガスは、他の成分のごく少量を含有しないクリーニングガスであり、これは、例えば、そのクリーニングガスがクリーニングガスとして本明細書では識別されない別の材料を５、３、２、１、０．５、または０．１体積％以下含有することを意味することができる。（一般に、本明細書で使用されるように、「本質的に１つまたは複数の同定された材料からなる」と言われる任意の材料または材料の組み合わせ、例えばガスは、識別された１つまたは複数の材料を含有するものであり、少なくとも５、３、２、０．５、または０．１体積％以下の異なる１つまたは複数の材料を含み、すなわち、組み合わせは、列挙した材料の少なくとも９５、９７、９８、９９、９９．５、または９９．９９体積％を含む）。

【0030】

クリーニングガスがクリーニングガスと不活性ガスとの混合物としてプラズマフラッドガンに供給される実施形態では、混合物は、記載したクリーニングガス（単一のクリーニングガスまたは２つ以上の組み合わせ）、および記載した不活性ガスを含むか、それらからなるか、または本質的にそれらからなってもよい。本質的にクリーニングガスと不活性ガスからなる混合物（例えば、パッケージ内の、あるいは記載したシステムまたは方法で使用される）は、記載したクリーニングガスおよび不活性ガス以外の成分をほとんど含まない混合物であり、これは、例えば、混合物が５、３、２、１、０．５、または０．１体積％以下の、本明細書でクリーニングガスまたは不活性ガスとして識別されない別の材料を含有することを意味することができる。

【0031】

様々な実施形態における不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、キセノン、およびクリプトンのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0032】

プラズマフラッドガン装置は、本明細書に様々に記載されたガス供給アセンブリを含む本開示の幅広い実施のうちで様々に構成することができる。同様に、本開示は、様々に構成されたそのようなプラズマフラッドガン装置を含むイオン注入システムを企図している。

【0033】

さらなる態様における開示は、不活性ガス源からプラズマフラッドガンに流れる不活性ガスを受け取り、イオン注入される基板の表面電荷を中和するようにエネルギー的に適合する電子を含む不活性ガスプラズマを生成するように構成されたプラズマフラッドガンを動作させる方法を企図しており、方法は、プラズマフラッドガンへの不活性ガスの流れに関して間欠的に、連続的に、または逐次的に、プラズマフラッドガンに導入するステップを含む。

【0034】

電荷を中和する低エネルギー電子を生成するためのプラズマフラッドガンシステムの動作において、不活性ガスはプラズマフラッドガンフィラメントをスパッタリングする。スパッタリングされた材料は、イオン注入システムの絶縁体およびグラファイト成分上に堆積物を形成することができる気体フィラメント材料となる。継続的な動作により、イオンビームおよび凝縮性ガス蒸気は、プラズマフラッドガンアークチャンバおよびその構成要素の中、上およびその周囲に堆積する。このような蒸気はまた、プラズマフラッドガンが電気的に結合されているファラデー（ドーズ量測定）アセンブリ上に堆積する。本明細書に記載の方法およびクリーニングガスは、本明細書に記載されたクリーニング効果を生成することによって、これらの効果を低減、除去、または改善するのに有効である。クリーニング効果の１つのタイプは、記載した方法で使用されるとき、クリーニングガスが、プラズマフラッドガン内の材料堆積物から揮発性反応生成ガスを生成するのに有効であり得るということである。これは、アークチャンバ内のそのような材料堆積物の存在を低減させることができる、すなわち、クリーニングガスを使用しないことを除いて同一に動作する同一のアークチャンバに対してより清浄であるアークチャンバが得られる。材料堆積物の減少は、プラズマフラッドガンの短期性能を改善し、プラズマフラッドガンの製品寿命を延ばすことができる。これに加えてまたはこれとは別に、クリーニングガスのクリーニング効果は、プラズマフラッドガン内のプラズマ生成フィラメントの再メタライゼーションを行うことであってもよい。

【0035】

このような方法論の様々な実施形態では、クリーニングガスは、プラズマフラッドガンへの不活性ガスの流れに関して間欠的にプラズマフラッドガンに導入されてもよい。

【0036】

方法論の様々な実施形態では、クリーニングガスは、プラズマフラッドガンへの不活性ガスに関して連続的にプラズマフラッドガンに導入されてもよい。

【0037】

方法論の様々な実施形態では、クリーニングガスは、プラズマフラッドガンへの不活性ガスに関して逐次的にプラズマフラッドガンに導入されてもよい。

【0038】

方法論の様々な実施形態では、クリーニングガスは、不活性ガスと混合してプラズマフラッドガンに流れることができる。

【0039】

上述した方法は、別個のガス供給パッケージからプラズマフラッドガンに供給されるクリーニングガスおよび不活性ガスを用いて実施することができる。例えば、クリーニングガスおよび不活性ガスは、プラズマフラッドガンの外部で互いに混合することができる。例示的な方法では、混合物は、クリーニングガスおよび不活性ガス以外のガスを含まず、クリーニングガスおよび不活性ガス以外の他のガスがプラズマフラッドガンに供給されることがない、すなわち、プラズマフラッドガンに供給されるガスは、例えば、別々にまたは混合して、クリーニングガスおよび不活性ガスからなるか、または本質的にそれらからなる。

【0040】

本方法を実行することができ、クリーニングガスは、フッ素、酸素、水素、フッ化水素、二フッ化コバルト、またはこれらの組み合わせを含むか、これらからなるか、または本質的にこれらからなる。

【0041】

本方法を実行することができ、不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、キセノン、クリプトン、またはこれらの組み合わせを含むか、これらからなるか、または本質的にこれらからなる。

【0042】

本開示は、イオン注入システムがプラズマフラッドガンを含む、メンテナンスイベントの間の動作寿命を延ばすためにイオン注入システムを動作させる方法を企図し、本方法は、クリーニングガスの使用を含む、本明細書に様々に記載された任意のモードによりプラズマフラッドガンを動作させるステップを含む。

【0043】

本明細書の背景技術の項で説明したように、動作上の問題は、ビームイオン注入システムにおけるプラズマフラッドガン装置の使用を特徴づけており、それは、イオン注入システムの絶縁体およびグラファイト成分上のフィラメント由来のタングステンまたは他の高融点金属の堆積、ならびにこのようなイオン注入システムにおけるプラズマフラッドガンのアークチャンバおよびファラデーアセンブリ領域における他の望ましくない材料の堆積を含んでいる。

【0044】

一般的な動作プロトコルとして、プラズマフラッドガンは、例えば四半期ごとに定期的にメンテナンスされるように設計されているが、ほんの数週間程度の短期間の動作後に早期に交換する必要がでてくることが非常に頻繁にある。これは、プラズマフラッドガンがイオン注入システムのファラデー、ドーズ量、均一性および電荷モニタ構成要素の一部であり、各プラズマフラッドガンの真空破壊でウエハの再調整が必要となるため、不利である。

【0045】

本開示は、このような動作上の問題に対する様々な解決策を提供する。様々な実施形態において、その場（ｉｎ ｓｉｔｕ）クリーニングガスは、プラズマフラッドガンのアークチャンバに流れる不活性ガスと混合される。そのような混合は、不活性ソースガス（不活性ガス）をプラズマフラッドガンのアークチャンバに供給するために使用される単一のガス供給容器内に対応する混合物を供給することを含み、その結果、混合物がこのような単一のガス供給容器からプラズマフラッドガンに分配される。他の実施形態では、不活性ソースガスの別個のガス供給容器およびその場クリーニングガスを使用することができ、クリーニングガスと不活性ソースガスとを別々のラインでアークチャンバに同時に流して混合して混合ガスを形成するか、あるいは、それぞれのクリーニングガスおよび不活性ソースガスを混合チャンバに流して混合ガスを形成し、混合ガスを供給ラインでプラズマフラッドガンのアークチャンバに流すか、あるいは、クリーニングガスを別個のガス供給容器からガス供給ラインに流し、ガス供給ラインが不活性ガスを別個のガス供給容器からプラズマフラッドガンのアークチャンバへ輸送して、クリーニングガスが供給ライン内で不活性ソースガスと混合され、混合されたガスでプラズマフラッドガンのアークチャンバに供給される。さらなる変形として、クリーニングガスは、プラズマフラッドガンのアークチャンバまたはアークチャンバへの不活性ガス供給ラインに定期的に注入されてもよい。本方法の結果、すなわち、クリーニング効果は、動作中にプラズマフラッドガンの表面または構成要素における堆積した残留物の継続するまたは進行中の蓄積を低減すること、プラズマフラッドガンのアークチャンバのフィラメントの（例えば、定期的な）再メタライゼーション（例えば、再タングステン化）を行うこと、あるいはプラズマフラッドガンおよび関連するイオン注入システム構造からの望ましくない堆積物の定期的除去を行うこと、であり得る。

【0046】

このように、本開示は、このようなアークチャンバへの不活性ソースガスの同時連続的な流れの間に、クリーニングガスのプラズマフラッドガンのアークチャンバへの連続的な流れを、例えば、ソース容器からの予混合ガス混合物として、あるいは、不活性ガスおよびクリーニングガスの別々のガス供給容器がそれぞれのガスをアークチャンバに直接供給する、様々な同時流れ配置において、あるいは、アークチャンバの上流の混合構造（専用の混合チャンバまたは不活性ガスがプラズマフラッドガンのアークチャンバに流入するための供給ラインへのクリーニングガスの注入）へ提供することを含む方法実施形態を企図している。本開示はまた、そのようなアークチャンバへの不活性ソースガスの連続的または間欠的な流れの間に、クリーニングガスのプラズマフラッドガンアークチャンバへの定期的（例えば、周期的または非周期的）な供給を企図している。

【0047】

不活性ガスおよびクリーニングガスが、単一のガス供給容器内にパッケージングされた単一ガス混合物中に予混合される場合には、不活性ガスとクリーニングガスの相対的な割合は、望ましくは、例えばプラズマフラッドガンアセンブリおよびイオン注入システムの関連するビームライン領域における堆積物の連続的または間欠的な除去をもたらすために、所望のクリーニング効果を生み出すようなものであり、フィラメントを再メタライズすることによってフィラメントからのフィラメント材料（例えばタングステン）の損失の修復を最適に抑制し、場合によってはスパッタリングによるフィラメント材料の損失がプラズマフラッドガンの動作中に最小限に抑えられるかまたは除去される平衡を確立する。

【0048】

同様に、不活性ガスとクリーニングガスの別々の供給の他のモードでは、クリーニングガスの不活性ガスに対する相対的な割合は、そのような連続的または間欠的な堆積物の除去、およびプラズマフラッドガンのアークチャンバにおけるフィラメントからの損失の抑制または修復を達成するために、対応して選択される。

【0049】

したがって、クリーニングガスがプラズマフラッドガンのアークチャンバに同時に連続的に流れる場合に、不活性ガスと比較してクリーニングガスの濃度を相対的に小さくすることができ、不活性ガス中へのクリーニングガスの定期的注入は、プラズマフラッドガンのアークチャンバ内のフィラメントの所望のクリーニング効果または再メタライゼーション（例えば、再タングステン化）を達成するために、相対的に大きな濃度のクリーニングガスを使用する必要があり得ることを理解されたい。

【0050】

したがって、本開示は、所望のクリーニング効果をもたらすために、例えば、タングステンなどのフィラメント材料をプラズマフラッドガンフィラメントに輸送するために、あるいは、得られた反応生成ガスをイオン注入システムから容易に除去することができるように、より一般的には堆積物との反応による揮発性反応生成ガス、例えばフルオロ化合物クリーニングガスの場合の揮発性フッ化物を形成するために、不活性ガスとその場クリーニングガスを混合するための様々な技術を企図している。特定の実施形態によって、揮発性反応生成ガスをプラズマフラッドガンのアークチャンバから除去することは、イオン注入システムからの流出ガスの通常の排出において行うことができ、揮発性反応生成ガスは、システムから他の流出ガスとともに排出される。これに加えて、またはこれとは別に、ポンピング動作は、例えば、プラズマフラッドガンのアークチャンバに流れる不活性ガス中にクリーニングガスを定期的に注入するステップ中に、アークチャンバからガスをポンプ排気するなどして、揮発性反応生成ガスを除去するように行われてもよい。

【0051】

上述したクリーニングガスと不活性ガスは、一体化したガス供給容器内で混合されてもよいし、クリーニングガスと不活性ガスの各々のための別々の容器を用いてもよい。いずれの場合もガス供給容器は任意の適切なタイプのものでよく、例えば高圧ガスボンベ、または商標ＶＡＣ（登録商標）によりＥｎｔｅｇｒｉｓ社（米国マサチューセッツ州ビレリカ）から市販されているような内部圧力調整ガス供給容器、または商標ＳＤＳ（登録商標）によりＥｎｔｅｇｒｉｓ社（米国マサチューセッツ州ビレリカ）から市販されているような吸着剤ベースのガス供給容器を含んでもよい。

【0052】

その場クリーニングガスは、プラズマフラッドガンアセンブリの表面における堆積物の堆積を除去または防止するために、プラズマフラッドガンアセンブリのタングステンフィラメントのスパッタリングによる脱金属化を抑制または修復するために、またはこれらの組み合わせのために、本明細書に記載されているようなクリーニング効果を生じさせるのに有効な任意の適切なタイプのものであってもよい。特定の実施形態では、その場クリーニングガスは、例えば、Ｆ_２、Ｏ_２、Ｈ_２、ＨＦ、ＳｉＦ_４、ＧｅＦ_４、ＮＦ_３、Ｎ_２Ｆ_４、ＣＯＦ_２、Ｃ_２Ｆ_４Ｈ_２、およびＣ_ｘＯ_ｚＨ_ｙＦ_ｗからなる群から選択される１つまたは複数のガスを含むか、それらからなるか、または本質的にそれらからなってもよく、ここでｗ、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ独立して、ゼロまたは非ゼロの化学量論的に適切な値である。クリーニングガスが組成Ｃ_ｘＯ_ｚＨ_ｙＦ_ｗのガスを含む用途では、様々な実施形態においてｗは＞１であってもよい。他の実施形態では、クリーニングガスは、前述のガス種の２つ以上の任意の混合物を含むか、それらからなるか、または本質的にそれらからなってもよい。

【0053】

同様に、不活性ガスは、イオン注入システムのウエハ表面で電荷中和のための低エネルギーの電子を生成するために、プラズマフラッドガンアセンブリに有効に使用される任意の適切なタイプのものであってもよい。具体的な実施形態では、不活性ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素、キセノン、クリプトンなど、ならびにそのようなガス種の２つ以上の混合物を含むか、それらからなるか、または本質的にそれらからなってもよい。

【0054】

その場でクリーニングガス／不活性ガス混合物は、これらのガスを任意の適切な濃度および相対比率で含むか、それらからなるか、または本質的にそれらからなってもよい。様々な実施形態では、（その場クリーニングガスおよび不活性ガスの）ガス混合物全体の総体積に基づいて、０．０１％〜６０％の濃度のその場クリーニングガス（単一成分でも多成分組成でもよい）を使用することが有利であり得る。他の実施形態では、その場クリーニングガスの濃度は、下限が体積で０．１、０．５％、１％、２％、５％、１０％、１２％、１５％、１８％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、または５０％であり、上限は下限を超える範囲であってもよく、様々な組成では体積で１％、２％、５％、１０％、１２％、１５％、１８％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、または６０％であってもよく、パーセンテージは、ガス混合物全体の総体積に基づく。特定の用途では、その場でクリーニングガスの濃度は、０．０５％〜２０％の範囲、または０．５％〜１２％の範囲、または１％〜５％の範囲、または（その場クリーニングガスと不活性ガスの）全ガス混合物の全体積に基づいて、上で特定された下限値のうちの１つと上で特定された上限値のうちの１つを含む任意の他の適切な範囲であってもよい。

【0055】

したがって、本開示の所与の用途に使用される特定のガス組成は、特定のプラズマフラッドガンイオン注入装置、プラズマフラッドガン動作寿命、放出電流、フィラメントリーク電流、ファラデーリーク電流、および装置の他の動作特性、ならびに装置の動作中に基板ウエハに注入される特定のイオンビーム種に応じて実質的に変化してもよいことが理解されよう。

【0056】

その場クリーニングガスが最初に不活性ガスと混合して供給される場合に、そのような混合形態で単一の流体供給容器から分配するために、プラズマフラッドガンのアークチャンバに流れるその場クリーニングガス／不活性ガス混合物の流量は、本開示の幅広い実施において広範囲に変化してもよい。半導体製品の製造のための様々なプラズマフラッドガンイオン注入動作では、混合物の流量は、例えば、０．５〜１標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の範囲であってもよい。フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）注入動作では、その場クリーニングガス／不活性ガス混合物の流量は、特定の実施形態では３〜５ｓｃｃｍの範囲であってもよい。

【0057】

その場クリーニングガスおよび不活性ガスが（少なくとも最初に）別々の流れで供給される場合に、それぞれの別個の流れの流量を相応に変化させてプラズマフラッドガンアセンブリ内の堆積物の除去、その中のフィラメントの再メタライゼーション（例えば、再タングステン化）を行いつつ、不活性ガスからの低エネルギー電子の電荷中和生成を行うなどの、本明細書に記載したクリーニング効果をもたらすのに十分なそのような流れに由来するガスの相対濃度を達成するように、決定することができる。

【0058】

したがって、上述したように、様々な実施形態において、不活性ガスおよびその場クリーニングガスは、単一ガス供給容器からのガス混合物として最初に供給されてもよい。他の実施形態では、不活性ガスおよびその場クリーニングガスは、プラズマフラッドガンおよびイオン注入装置の場所で別々の容器に供給され、別々の容器が、装置内で混合するために、それぞれのガスをプラズマフラッドガンおよびイオン注入装置への別々の流れラインに分配してもよい。あるいは、別々の分配ラインは、プラズマフラッドガンおよびイオン注入装置の上流の共通の供給ラインにガスを分配することができ、その結果、それぞれのガスは、共通の供給ラインを通るその流れの中で混合される。さらに別の代替例として、別々の容器は、それぞれのガスを混合チャンバに分配することができ、混合チャンバから混合ガス流が単一の供給ラインを通ってプラズマフラッドガンおよびイオン注入装置に流れる。したがって、同時流れ配置だけでなく、単一のガス混合流体供給が企図され、それぞれのガスが、プラズマフラッドガンおよびイオン注入装置またはそれらの上流で混合され、不活性ガスからの低エネルギー電子の生成ならびにプラズマフラッドガンのクリーニング、プラズマフラッドガンのフィラメントの再メタライゼーション、またはその両方のまめの混合ガスを供給することだけが必要となる。

【0059】

その場クリーニングガスおよび不活性ガスが別々の供給源から供給され、プラズマフラッドガン装置の使用時点で混合される他の例では、プラズマフラッドガンを高強度で清浄にするために、不活性ガスが流れていない間に、その場クリーニングガスのみをイオン注入装置に流す能力をガス供給回路に設けることが有利であり得る。これは、プラズマフラッドガン装置内へのその場クリーニングガスのパージ流を可能にするように構成された供給容器およびマニホルド配置によって適応することができ、その装置から他のガスを掃き出し、間欠的なクリーニング動作としてプラズマフラッドガンのクリーニング動作が行うことを可能にすることができる。

【0060】

このような間欠的な高強度クリーニングは、装置の動作寿命を延ばすために様々な実施形態において好ましいものであってもよく、プラズマフラッドガンイオン注入装置の予防保守の一部として統合されてもよい。

【0061】

他の動作モードでは、混合されたその場クリーニングガスと不活性ガスの同時供給を伴う専用のクリーニング動作を行う代わりに、通常のプラズマ生成動作のために、プラズマフラッドガンイオン注入装置内に流入する不活性ガス中にある量のその場クリーニングガスを定期的にパージすること、あるいはその場クリーニングガスの量をプラズマフラッドガンのアークチャンバにある量のその場クリーニングガスを直接定期的にパージすることにより、その場クリーニングガスによるその場クリーニングが、自動的かつ定期的に実行されることが望ましい場合がある。これは、例えば、サイクルタイマープログラムおよびその場クリーニングガスを不活性ガスに混合するように構成されたガスキャビネットまたはバルブマニホールドボックス（ＶＭＢ）を利用して、クリーニングガス／不活性ガス混合物中のクリーニングガスの所定の濃度を達成することによって適応することができる。

【0062】

その場クリーニングガスを不活性プロセスガスとともに同時に、間欠的にまたは逐次的に（交互に）使用して、タングステンなどのスパッタリングされたフィラメント材料の堆積したビルドアップおよび他の堆積した残留物を反応的に除去し、プラズマフラッドガンと注入装置の性能を改善し、プラズマフラッドガン内のフィラメントを再メタル化し、または両方を行う本開示のアプローチは、当技術分野において実質的な進歩を達成する。本明細書に記載のクリーニングガスを使用せずに動作される同一のプラズマフラッドガンの同一の動作に対して、クリーニングガスの使用の利点は、イオン注入装置におけるプラズマフラッドガンの動作寿命を改善し、そのような装置のメンテナンスイベントを低減し、注入装置の性能を著しく低下させる可能性があるプラズマフラッドガンの有害な動作の発生を低減することを含む。

【0063】

ここで図面を参照すると、図１は、その構成の詳細を示すプラズマフラッドガン装置１００の概略図である。

【0064】

プラズマフラッドガン装置は、アークチャンバの壁に絶縁体１４０によって支持され、フィラメント電源２６０に電気回路によって結合されたフィラメント１３０が配置されるアークチャンバ１２０を含む。通電されると、フィラメント１３０は、アークチャンバ１２０内にプラズマ１５０を生成する。アークチャンバは、その外面に磁石１２２を伴って設けられる。アークチャンバは、図示するように、アーク電源２５０と電気的に結合される。アークチャンバは、ソレノイドコイル電源２３０によって通電されるソレノイドコイル１７０によって外接されるプラズマ管１６０に結合される。プラズマ管１６０には、プラズマ管用のメンテナンスバルブ１８０が取り付けられている。プラズマ管は、ビームプラズマ２１０を含むイオンビームチャンバ２００と連通する。プラズマ管１６０から放射される磁場１９０は、イオンビームチャンバ内のイオンビーム２２０の方向に角度を付けられている。イオンビームチャンバ２００は、プラズマフラッドガン装置の電源回路の一部として外部電源２４０と結合される。プラズマ管１６０は、アイソレータによってイオンビームチャンバ２００から電気的に絶縁されている。

【0065】

動作中、図１のプラズマフラッドガン装置は、アークチャンバに導入された不活性ガスからの低エネルギー電子を含むプラズマを形成するようにフィラメントが通電された状態で動作し、低エネルギー電子は、イオンビーム中のイオンビームウエハ基板（図１には示されていない）の表面における電荷の中和のために、イオンビームチャンバ２００内に分散される。

【0066】

図２は、イオン注入されるウエハ基板の上流のビームライン構造内のプラズマフラッドガン装置を利用するビームイオン注入システム３００の概略図である。

【0067】

図示するシステム３００において、イオン注入チャンバ３０１は、ライン３０２からのドーパントソースガスを受け取るイオン源３１６を含み、イオンビーム３０５を生成する。イオンビーム３０５は、必要とされるイオンを選択し、選択されていないイオンを排除する質量分析器ユニット３２２を通過する。

【0068】

選択されたイオンは加速電極アレイ３２４を通り、次に偏向電極３２６を通過する。得られた集束イオンビームは次にプラズマフラッドガン３２７を通過し、プラズマフラッドガン３２７は低エネルギー電子をイオンビームに分散させるように作用し、そのような低エネルギーの電子で増強されたイオンビームは、スピンドル３３２に取り付けられた回転可能なホルダ３３０上に配置された基板要素３２８に衝突する。それにより、ドーパントイオンのイオンビームは、所望のように基板をドープしてドーピング構造を形成し、低エネルギー電子は、基板要素３２８の表面上の電荷蓄積を中和する働きをする。

【0069】

イオン注入チャンバ３０１のそれぞれのセクションは、それぞれポンプ３２０、３４２、３４６によってライン３１８、３４０、３４４を介して排出される。

【0070】

図３は本開示の例示的な実施形態による、プラズマフラッドガンへのガスの供給のために構成されたガス供給アセンブリの概略図である。

【0071】

プラズマフラッドガン４８０は、ガス供給アセンブリの様々な動作様式を実証するために、３つのガス供給パッケージ４１４、４１６、４１８に流体受容関係で配置されているものとして図３に示されている。ガス供給パッケージ４１８は、ガス供給ライン４６０に結合された排出ポート４３６を有するバルブヘッドアセンブリ４３４を備えた容器４３２を含む。バルブヘッドアセンブリ４３４には、バルブヘッドアセンブリ内のバルブを手動で調整するためのハンドホイール４４２が設けられ、必要に応じて、全開位置と全閉位置との間で平行移動し、分配動作を実行するか、あるいは容器４３２内のガス混合物の閉じた保管を行う。ハンドホイール４４２は、バルブヘッドアセンブリ、例えば、ＣＰＵ４７８に作動可能に連結された空気圧バルブアクチュエータ内のバルブの設定を変調するように自動的に制御されるバルブアクチュエータによって置換されてもよい。

【0072】

容器４３２は、その場クリーニングガス／不活性ガス混合物を含み、それは例えばその場クリーニングガスとして５体積％のフッ素ガスと、不活性ガスとして９５体積％のキセノンと、を含むことができる。図示するガス供給ライン４６０は、その中に流量制御バルブ４６２を含む。流量制御バルブ４６２は、アクチュエータをＣＰＵ４７８に接続する信号伝送ライン４６６を有する自動バルブアクチュエータ４６４を含み、それによってＣＰＵ４７８は信号伝送ライン４６６の制御信号をバルブアクチュエータに送信してバルブ４６２の位置を変調することができ、それに応じて容器４３２からプラズマフラッドガンアセンブリ４８０へのクリーニングガス／不活性ガス混合物の流れを制御することができる。

【0073】

図３のガス供給アセンブリは、容器４３２内に予混合形態で存在するような、その場クリーニングガス／不活性ガス混合物をプラズマフラッドガンに供給する代わりに、流体供給パッケージ４１４が容器４２０内に不活性ガスを含み、流体供給パッケージ４１６が容器４２６内にクリーニングガスを含む、代替的な構成を含む。

【0074】

流体供給パッケージ４１４は、先に説明したように、容器４２０から不活性ガスを分配するために、ガス供給ライン４４４に結合された排出ポート４２４を有するバルブヘッドアセンブリ４２２を有する容器４２０を含む。バルブヘッドアセンブリは、流体供給パッケージ４１８の場合と同様に、ＣＰＵ４７８に動作可能に連結された自動バルブアクチュエータと置き換えられ得るハンドホイール４３８を備えている。

【0075】

同様に、流体供給パッケージ４１６は、前述したように、容器４２６からクリーニングガスを分配するために、ガス供給ライン４５２に結合された排出ポート４３０を有するバルブヘッドアセンブリ４２８を有する容器４２６を含む。バルブヘッドアセンブリは、ＣＰＵ４７８に動作可能に連結された自動バルブアクチュエータと置き換えられ得るハンドホイール４４０を備えている。

【0076】

図３のシステムでは、不活性ガス供給ライン４４４は、信号伝送ライン４５０によってＣＰＵ４７８に動作可能に連結されたアクチュエータ４４８を備えた流量制御バルブ４４６を含む。対応して、クリーニングガス供給ライン４５２は、信号伝送ライン４５８によってＣＰＵ４７８に動作可能に連結されたバルブアクチュエータ４５６を備えた流量制御バルブ４５４を含む。このような構成により、ＣＰＵ４７８は、不活性ガス供給容器４２０からの不活性ガスの分配動作と、所望によりクリーニングガス供給容器４２６からのクリーニングガスの分配動作を実行するようにプログラム可能に構成することができる。

【0077】

図３に示すように、流量制御バルブ４４６の下流の不活性ガス供給ライン４４４は、混合チャンバ４８６に結合された端子供給ラインセクション４８２を含む。同様に、流量制御バルブ４５４の下流のクリーニングガス供給ライン４５２は、混合チャンバ４８６に結合された端子供給ラインセクション４８４を含む。この構成によって、不活性供給ガスおよびクリーニングガスを、混合チャンバへのそれぞれの端子供給ラインセクション内に導入して、それらを混合し、続いてガス供給ライン４８８の混合チャンバ４８６からプラズマフラッドガン４８０に流入させることができる。混合チャンバ４８６から排出された混合物のそれぞれの不活性ガスおよびクリーニングガス成分の相対的比率は、それぞれのガス供給ライン４４４、４５２における流量制御バルブ４４６、４５４の適切な変調によって制御可能に設定することができる。

【0078】

図３のシステムのさらなる代替例として、不活性ガス供給ライン４４４は、不活性ガスをプラズマフラッドガン装置に直接導入するために、例えばそのような装置のアークチャンバに直接導入するために、破線で示される不活性ガス供給ライン４９０に接続されてもよい。これに対応して、クリーニングガス供給ライン４５２は、クリーニングガスをプラズマフラッドガン装置に直接導入するために、例えばそのような装置のアークチャンバに直接導入するために、破線で示されるクリーニングガス供給ライン４９２に接続されてもよい。このようにして、同時流入された不活性ガス流およびクリーニングガス流は、プラズマフラッドガンに直接導入され、装置のアークチャンバ内で互いに混合される。

【0079】

図３のシステムはまた、プラズマフラッドガン４８０が配置された注入装置のイオン注入動作中に、容器４２０からの不活性ガスがプラズマフラッドガン４８０に連続的に流れ、同時に、容器４２６からのクリーニングガスは、例えば所定の周期的間隔で間欠的にのみプラズマフラッドガンに導入されて、そのような所定の周期的な間隔で、または周期的な方法で、フィラメントのクリーニング作用および再メタライゼーションが行われるように、動作することができる。

【0080】

図３のシステムのさらに別の変形例として、クリーニングガス供給ライン４５２、４９２および／または端子供給ラインセクション４８４における適切なバルブによるクリーニングガスは、プラズマ溶射ガンへの不活性ガスの同時流れ中に、あるいはプラズマ溶射ガンへの不活性ガスの流れが終了した後にクリーニングガスのみがプラズマ溶射ガン装置に流れるように、周期的な間隔で、または必要に応じてプラズマフラッドガンに別々に流すことができる。バルブは、プラズマフラッドガンへの不活性ガスの同時流入を伴わずに、クリーニングガス流のこのような別々の独立した動作に対応することができ、バルブは、例えば、ＣＰＵ４７８への適切なリンクによって、別の動作モードとして、混合チャンバに流入した不活性ガスと混合するためにクリーニングガスを混合チャンバ４８６に切り替えるように調整することができる。

【0081】

したがって、図３のシステムは、複数の動作モードに対応するように様々に構成することができ、それは、単一のガス供給容器からの予混合された不活性ガス／クリーニングガスの流れ、プラズマフラッドガンへの不活性ガスおよびクリーニングガスの同時流れ、プラズマフラッドガンの上流の混合チャンバへの不活性ガスとクリーニングガスの同時流れ、プラズマフラッドガンへの同時の不活性ガス流の有無に関わらずプラズマフラッドガンへのクリーニングガスの周期的導入（周期的またはインターバルクリーニングモード）、あるいは、混合チャンバを介した不活性ガス流へのクリーニングガスの周期的導入を含むことが理解されよう。これに対応して、このようなシステムに例示的に示されているＣＰＵ４７８は、専用のプログラムされたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、マイクロプロセッサなどを含む任意の適切なタイプのプロセッサを含むことができ、ＣＰＵは、クリーニングガスを含む前述の動作モードのいずれかを実行することが理解されよう。

【0082】

最後に、本明細書に様々に開示されているプラズマフラッドガン動作におけるクリーニングガスの利用は、プラズマフラッドガンの動作寿命を実質的に増加させることを可能にし、イオン注入システムの全体的な効率を高めることができ、当該技術分野において実質的な進歩を達成する。

【0083】

本開示は、特定の態様、特徴および例示的な実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本開示の有用性は、このように限定されるものではなく、本明細書の記載に基づいて、本開示の分野における当業者に示唆するように、むしろ多数の他の変形、修正および代替的な実施形態に及び、それらを包含することが理解されよう。これに対応して、以下に請求される開示は、その趣旨および範囲内でそのような変形、修正および代替的な実施形態の全てを含むものとして広く解され、解釈されることを意図する。

【図1】

【図2】

【図3】