特許 7175393 静電フィルタおよび静電フィルタを用いてイオンビーム特性を制御するための方法

(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】

(24)【登録日】2022-11-10

(45)【発行日】2022-11-18

(54)【発明の名称】静電フィルタおよび静電フィルタを用いてイオンビーム特性を制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/05 20060101AFI20221111BHJP

【ＦＩ】

H01J37/05

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021526763

(86)(22)【出願日】2019-10-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-18

(86)【国際出願番号】 US2019059069

(87)【国際公開番号】W WO2020106426

(87)【国際公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-07-15

(31)【優先権主張番号】16/197,242

(32)【優先日】2018-11-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】リハンスキー， アレクサンドル

(72)【発明者】

【氏名】シンクレア， フランク

(72)【発明者】

【氏名】チャン， ションウー

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５０６３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０５

Ｈ０１Ｊ ３７／１２

Ｈ０１Ｊ ３７／１４７

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

メインチャンバと、
イオンビームを前記メインチャンバ内に導くための入口トンネルであって、第１の方向に沿って前記メインチャンバ内に延びる入口軸を有する入口トンネルと、
前記メインチャンバから出ていく前記イオンビームを導くための出口トンネルであって、前記出口トンネルは、前記メインチャンバに接続され出口軸を画定し、前記入口軸と前記出口軸は、両者の間に少なくとも３０度のビーム屈曲を画定する、出口トンネルと、
前記メインチャンバ内に配置され、前記入口トンネルと前記出口トンネルとの間にビーム経路を画定する電極アセンブリと、
を備える装置であって、
前記電極アセンブリは、前記ビーム屈曲の外側に対応する前記ビーム経路の第１の側に配置される１つの電極と、前記ビーム屈曲の内側に対応する前記ビーム経路の第２の側に配置される複数の電極とを備え、前記複数の電極は、少なくとも５つの電極を備える、装置。

【請求項2】

前記電極アセンブリに接続された電圧アセンブリをさらに備え、前記電圧アセンブリは、前記電極アセンブリに印加される電位の組を、前記複数の電極のうちのいずれの電極も接地電位に設定されていない第１の構成から、前記複数の電極のうちの少なくとも１つの電極が接地電位に設定されている第２の構成に変更するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第２の構成において、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極が、接地電位に設定される、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

１つの電極だけが前記ビーム経路の前記第１の側に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記入口トンネルは、前記メインチャンバの第１の側に沿って配置され、前記出口トンネルは、前記メインチャンバの前記第１の側に隣接した、前記メインチャンバの第２の側に沿って配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

プラズマフラッドガンをさらに備え、前記プラズマフラッドガンは、前記出口トンネルを含み、前記電極アセンブリの各電極は、前記プラズマフラッドガンの外部からは見えない、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記出口トンネルは接地電位に設定される、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

請求項１に記載の装置を用いて、イオンビームを制御するための方法であって、
前記イオンビームを、前記入口トンネルから前記メインチャンバを通って、前記出口トンネルに向けることと、
第１の動作において、前記複数の電極にそれぞれ、第１の複数の電極電圧を割り当てることであって、前記複数の電極のうちの第１の数の電極が接地電位に設定される、第１の複数の電極電圧を割り当てることと、
第２の動作において、前記複数の電極にそれぞれ、第２の複数の電極電圧を割り当てることであって、前記複数の電極のうちの第２の数の電極が接地電位に設定され、かつ、前記第２の数が前記第１の数よりも大きい、第２の複数の電極電圧を割り当てることと、
を含む、方法。

【請求項9】

前記第２の動作において、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極が接地電位に設定される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の動作において、前記イオンビームは、第１の最終エネルギーで前記メインチャンバから出て、前記第２の動作において、前記イオンビームは、前記第１の最終エネルギーよりも小さい第２の最終エネルギーで前記メインチャンバから出る、請求項８または９に記載の方法。

【請求項11】

メインチャンバと、
イオンビームを前記メインチャンバ内に導くための入口トンネルであって、第１の方向に沿って前記メインチャンバ内に延びる入口軸を有する入口トンネルと、
前記メインチャンバの下流側に配されたプラズマフラッドガンであって、前記イオンビームは、前記メインチャンバから出口トンネルを通って前記プラズマフラッドガン内を導かれ、前記出口トンネルは、前記メインチャンバに接続され出口軸を画定し、前記入口軸と前記出口軸は、両者の間に少なくとも３０度のビーム屈曲を画定する、プラズマフラッドガンと、
前記メインチャンバ内に配置され、前記入口トンネルと前記出口トンネルとの間にビーム経路を画定する電極アセンブリと、
を備えるハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリであって、
前記電極アセンブリは、前記ビーム屈曲の外側に対応する前記ビーム経路の第１の側に配置される１つの電極と、前記ビーム屈曲の内側に対応する前記ビーム経路の第２の側に配置される複数の電極とを備え、前記複数の電極は、少なくとも５つの電極を備え、
前記電極アセンブリの各電極は、前記プラズマフラッドガンの外部からは見えない位置に配置される、ハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリ。

【請求項12】

前記電極アセンブリの各電極は、前記出口軸の一方の側であって、前記入口トンネルに近い一方の側のみに配置される、請求項１１に記載のハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリ。

【請求項13】

前記ビーム屈曲は、４０度から９０度の間である、請求項１１または１２に記載のハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］ 本開示は概して、基板への注入を行うための装置および技術に関し、より具体的には、イオンビーム用に改良されたエネルギーフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］ イオン注入は、衝突によってドーパントまたは不純物を基板に導入する処理である。半導体製造において、ドーパントは電気的、光学的、または機械的特性を変えるために導入される。

【0003】

［０００３］ イオン注入システムは、イオン源と一連のビームライン構成要素とを備えうる。イオン源は、所望のイオンが生成されるチャンバを備えうる。イオン源は、チャンバの近くに配置された電源および抽出電極アセンブリも備えうる。ビームライン構成要素は、例えば、質量分析器、第１の加速または減速ステージ、コリメータ、および、第２の加速または減速ステージを含んでもよい。光ビームを操作するための一連の光学レンズと同じように、ビームライン構成要素は、特定の核種、形状、エネルギー、および／または他の性質を有するイオンまたはイオンビームをフィルタにかけ、集束させ、かつ操作することができる。イオンビームは、ビームライン構成要素を通過し、プラテンまたはクランプ上に取り付けられた基板に向かって方向付けられうる。基板は、ロプラットとも称される装置によって、１つまたは複数の次元で動かされうる（例えば、平行移動、回転、および傾斜）。

【0004】

［０００４］ 多くのイオン注入装置では、下流の静電モジュールは、イオンビームエネルギー、イオンビーム形状、およびイオンビームサイズを制御するための静電レンズとして機能しうる。静電モジュールは、イオンビームの方向を変えながら、最終エネルギーまでイオンビームを加速または減速することができる。イオンビームの方向を変えることによって、エネルギー中性粒子を遮蔽し、その結果、十分に画定されたエネルギーを有する最終的なビームとなる。

【0005】

［０００５］ 公知の静電モジュールは、例えば、ペアで配置された７つの上下の電極など、複数の電極ペアを採用してもよく、電極はそこを通って進行するイオンビームを抑制して誘導する。電極は、イオンビームから等間隔に離したロッドとして配置されてもよい。ロッド／電極電位は、イオンビームを減速し、偏向させ、イオンビームを集束させるような電場を、静電モジュールに作り出すように設定される。

【0006】

［０００６］ 静電モジュールの公知の構成の例では、基板に当たる前に最終的なビームエネルギーで出て行く前に、イオンビームを偏向、減速、および集束させるため、５つまたは７つの電極ペアを使用することができる。７つの電極ペアなど、より多数の電極を使用することは、イオンビームの減速中に静電応力を許容可能なレベルに維持するために、３０ｋｅＶを超えるような比較的高いエネルギーを処理するのに有用である。減速レンズに関するスケーリング則に基づくと、静電レンズを通る最大輸送ビーム電流は、減速長の二乗にほぼ反比例する。したがって、多数の電極ペアおよび長い減速長を有する電極構成は、輸送ビーム電流の量を制限する傾向がある。

【0007】

［０００７］ これらの留意事項および他の留意事項に関連して、本開示が提供される。

【発明の概要】

【0008】

［０００８］ 一実施形態では、装置は、メインチャンバと、第１の方向に沿ってメインチャンバ内に延びる入口軸を有する入口トンネルと、メインチャンバに接続され出口軸を画定する出口トンネルとを含んでもよい。入口トンネルと出口トンネルは、両者の間に少なくとも３０度となるビーム屈曲を画定する。装置は、メインチャンバ内に配置され、入口トンネルと出口トンネルとの間にビーム経路を画定する電極アセンブリを含んでもよい。電極アセンブリは、ビーム経路の第１の側に配置される下方電極と、ビーム経路の第２の側に配置される複数の電極とを含んでもよく、複数の電極は少なくとも５つの電極を含む。

【0009】

［０００９］ さらなる実施形態では、イオンビームを制御するための方法は、入口トンネルから静電フィルタのメインチャンバを通って、メインチャンバに連結された出口トンネル内にイオンビームを導くことを含んでもよい。この方法は、第１の動作において、複数の電極にそれぞれ第１の複数の電極電圧を割り当てることを含んでもよく、複数の電極は、メインチャンバ内に配置され、複数の電極のうちの第１の数の電極は、接地電位に設定される。この方法はまた、第２の動作において、複数の電極にそれぞれ第２の複数の電極電圧を割り当てることを含んでもよく、複数の電極のうちの第２の数の電極は、接地電位に設定され、第２の数は、第１の数よりも大きい。

【0010】

［００１０］ 追加の実施形態では、ハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリは、メインチャンバと、入口トンネルと、第１の方向に沿ってメインチャンバ内に延びる伝播軸を有する入口トンネルと、プラズマフラッドガンとを含んでもよい。プラズマフラッドガンは、メインチャンバに接続され、出口軸を画定する出口トンネルを含んでもよく、入口トンネルと出口トンネルは、両者の間で少なくとも３０度となるビーム屈曲を画定する。ハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリはまた、メインチャンバ内に配置され、入口トンネルと出口トンネルとの間にビーム経路を画定する電極アセンブリも含みうる。電極アセンブリは、ビーム経路の第１の側に配置される下方電極と、ビーム経路の第２の側に配置される複数の上方電極とを含んでもよく、複数の上方電極は、少なくとも５つの電極を含み、電極アセンブリは、入口トンネルの最上部側に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態による、イオン注入システムを実証する例示的な実施形態を示す。

【図2A】本開示の例示的実施形態による、ある動作モード下での静電フィルタにおける電位分布のシミュレーションを示す。

【図2B】本開示の例示的実施形態による、図２Ａとは異なる動作モード下での静電フィルタにおける電位分布のシミュレーションを示す。

【図3A】図２Ａに対応する動作モード下でのリンイオンビームのビームプロファイルのシミュレーションを示す。

【図3B】図２Ｂに対応する動作モード下でのリンイオンビームのビームプロファイルのシミュレーションを示す。

【図4A】本開示のさらなる実施形態による、ある異なる動作モード下での別の静電フィルタにおける電位分布のシミュレーションを示す。

【図4B】本開示のさらなる実施形態による、図４Ａとは異なる動作モード下での別の静電フィルタにおける電位分布のシミュレーションを示す。

【図5A】図４Ａに対応する動作モード下でのリンイオンビームのビームプロファイルのシミュレーションを示す。

【図5B】図４Ｂに対応する動作モード下でのリンイオンビームのビームプロファイルのシミュレーションを示す。

【図6A】図４Ａに対応する動作モード下でのリンイオンビームについての再スパッタリングされた粒子分布のシミュレーションを示す。

【図6B】図４Ｂに対応する動作モード下でのリンイオンビームについての再スパッタリングされた粒子分布のシミュレーションを示す。

【図7A】図４Ａに対応する異なる動作モード下でのリンイオンビームの負の粒子軌道分布のシミュレーションを示す。

【図7B】図４Ｂに対応する異なる動作モード下でのリンイオンビームの負の粒子軌道分布のシミュレーションを示す。

【図8】本開示のいくつかの実施形態による例示的な処理フローを示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［００１９］ 図面は、必ずしも縮尺どおりではない。図面は、単なる表現であり、本開示の特定のパラメータを表すことを意図しない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すことを意図しており、したがって、範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面では、同様の番号が同様の要素を表す。

【0013】

［００２０］ ここで、本開示によるシステムおよび方法を、システムおよび方法の実施形態が示された添付の図面を参照しながら、以下でより完全に説明する。システムおよび方法は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと見做されない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が一貫した完全なものであり、システムおよび方法の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。

【0014】

［００２１］ 便宜上および明確にするために、「最上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」、「下方（ｌｏｗｅｒ）」、「垂直方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「横方向（ｌａｔｅｒａｌ）」、および「縦方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」といった用語は、本明細書では、図に見られるように、これらの構成要素およびこれらを構成する部分の相対的な配置および配向を説明するために使用される。専門用語には、具体的に言及された単語、その派生語、および、同様の重要度の単語が含まれる。

【0015】

［００２２］ 本明細書で使用されているように、「ａ」または「ａｎ」という単語に続いて、単数形で列挙される要素または動作は、同様に複数の要素または動作を含む可能性があるものとして、理解される。さらに、本開示の「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、列挙された特徴も組み込む追加的な実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図しない。

【0016】

［００２３］ 本明細書で提供されるのは、例えば、静電フィルタとして機能する静電モジュールの動作および信頼性を改善するための手法である。例示的な実施形態では、静電フィルタは、静電モジュールのメインチャンバ内の電極アセンブリの新しい配置を含む新しいアーキテクチャを有することが開示される。

【0017】

［００２４］ 本明細書で提供されるのは、例えば、静電フィルタとして機能する静電モジュールの動作および信頼性を改善するための手法である。例示的な実施形態では、静電フィルタは、静電モジュールのメインチャンバ内の電極アセンブリの新しい配置を含む新しいアーキテクチャを有することが開示される。

【0018】

［００２５］ ここで図１を参照すると、システム１０を示す例示的な実施形態が示されており、システム１０は、本開示によるイオン注入のために使用されてもよい。システム１０は、他の構成要素のうち、リボンビームまたはスポットビームなどのイオンビーム１８を生成するためのイオン源１４と、一連のビームライン構成要素とを含む。イオン源１４は、ガス流２４を受け取るためのチャンバを備えることが可能であり、イオンを生成する。イオン源１４は、上記チャンバの近くに配置された電源および抽出電極アセンブリも備えてもよい。イオン源１４から静電フィルタ４０に延びるビームラインは、上流ビームライン１２とみなすことができる。いくつかの非限定的な実施形態では、上流ビームラインのビームライン構成要素１６は、例えば、質量分析器３４、第１の加速または減速ステージ３６、および静電フィルタ４０の上流に配置されたコリメータ３８を含むことができ、この静電フィルタは、イオンビーム１８を減速および／または加速することができる。

【0019】

［００２６］ 例示的な実施形態では、ビームライン構成要素１６は、イオンまたはイオンビーム１８をフィルタ処理し、集束させ、操作して、これらが所望の核種、形状、エネルギー、および／または他の性質を有するようにすることができる。ビームライン構成要素１６を通過するイオンビーム１８は、処理チャンバ４６内のプラテンまたはクランプ上に取り付けられた基板１５に向けることができる。基板は、１つまたは複数の次元で動かされうる（例えば、平行移動、回転、および傾斜）。

【0020】

［００２７］ 静電フィルタ４０は、イオンビーム１８の偏向、減速、および焦点を独立して制御するよう構成されたビームライン構成要素である。一実施形態では、静電フィルタ４０は、垂直静電エネルギーフィルタ（ＶＥＥＦ）または静電フィルタ（ＥＦ）である。以下でより詳細に説明するように、静電フィルタ４０および同様の静電フィルタは、少なくとも１つの電極構成を画定する電極アセンブリとして配置されてもよい。電極構成は、静電フィルタ４０を通してイオンビーム１８を処理するために、ビームラインに沿って直列に配置された複数の電極を含んでもよい。いくつかの実施形態では、静電フィルタは、イオンビーム１８の上方に配置された一組の上方電極と、イオンビーム１８の下方に配置された一組の下方電極と、を含みうる。上方電極の組と下方電極の組との間の電位差はまた、中心光線軌道（ＣＲＴ；ｃｅｎｔｒａｌ ｒａｙ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）に沿った様々な点でイオンビームを偏向させるため、中心イオンビーム軌道に沿って変更可能である。システム１０はさらに、電極電圧アセンブリ５０として示された電極電圧源、並びに静電フィルタ４０に連結された入口トンネル５２を含んでもよく、静電フィルタ４０に関する入口トンネルの構成は後述される。以下の様々な実施形態において開示されるように、入口トンネル５２は、静電フィルタ４０の一部を形成してよく、入口トンネルおよび静電フィルタ４０内の電極は、システム１０の動作を改善するために、新しい構成で配置される。

【0021】

［００２８］ 図１でさらに示されるように、システム１０は、コントローラ５１を含んでもよく、コントローラ５１は、電極電圧アセンブリ５０に連結されて、静電フィルタ４０の電極のうちの１つに設定された電位を再構成するための信号を生成してもよい。

【0022】

［００２９］ 図２Ａを参照すると、静電フィルタ４０の１つの変形例の構造が示されている。図２Ａには、入口トンネル５２、プラズマフラッドガン１２２、電圧源５０、およびコントローラ５１とともに、静電フィルタ１４０として示される静電フィルタ４０の変形例の側断面図が示されている。このように、これらの構成要素は、ハイビーム屈曲静電フィルタアセンブリを構成しうる。明確にするために、静電フィルタ１４０の詳細な特徴は省略されてもよい。図示したように、静電フィルタ１４０は、静電フィルタ４０の上方に延び、部分的に取り囲むメインチャンバ１０２を含み、入口開孔５４および出口開孔５６は、そこを通ってイオンビームを導くようになっている。静電フィルタ１４０は、複数の電極ペアを含む電極アセンブリ１０８を含む。これらの電極は、電極１１０Ａ、電極１１０Ｂ、電極１１２Ａ、電極１１２Ｂ、電極１１４Ａ、電極１１４Ｂ、電極１１６Ａ、電極１１６Ｂ、電極１１７Ａ、電極１１７Ｂ、電極１１８Ａ、電極１１８Ｂ、電極１１９Ａ、および電極１１９Ｂとして示されている。

【0023】

［００３０］ 図２Ａに示されているように、プラズマフラッドガン１２２は、メインチャンバ１０２から通じる出口トンネル１２４を画定する。静電フィルタ１４０の構成は、７つの電極ペアを含み、所与のペアは上方電極および下方電極を含む。他の実施形態では、より少ないまたはより多い数の電極が含まれてもよい。

【0024】

［００３１］ 本開示の実施形態によれば、静電フィルタ１４０は、接地された電極の数が変化し得る複数の異なるモードで動作されてもよい。この手法の利点は、大幅に異なる最終イオンエネルギーなど、広く異なる特性を有するイオンビームにビーム処理を適応させる能力である。図２Ａの構成では、様々な電極に電力が供給され、電極は、電位輪郭（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｔｏｕｒｓ）で示されるように、負電位に設定されている。図２Ａの構成は、例えば、３ｋｅＶのＰ＋イオンビームを基板１２６に送達するのに適した基準モードと見なすことができる。この例では、電極１１０Ａ、電極１１０Ｂ、電極１１２Ａ、電極１１２Ｂ、電極１１４Ａ、電極１１４Ｂ、電極１１６Ａ、電極１１６Ｂ、電極１１７Ａ、および電極１１７Ｂに電力が供給されている。電極１１２Ａおよび電極１１２Ｂは、この構成において、これらの電極に印加される負電圧が最大となる抑制電極として作用する。電極１１４Ａと電極１１４Ｂ、電極１１６Ａと電極１１６Ｂなどのように連続する電極ペアでは、負電圧の絶対値は低減され、最終ビームエネルギーに向けてイオンビームの減速をもたらす。電圧の変化は、電位輪郭によって示されるように、比較的緩やかであってもよく、ほぼ出口開孔５６近くまで延びる。その結果、電極１１２Ａおよび電極１１２Ｂのペアと電極１１９Ａおよび電極１１９Ｂのペアとの間の比較的長い減速長は、電極アセンブリ１０８の電極上に比較的低い静電応力をもたらす。

【0025】

［００３２］ 図２Ｂを参照すると、静電フィルタ１４０は異なる動作モードで示されており、電極アセンブリ１０８に割り当てられる電圧は、図２Ａの構成とは異なる。この構成は、基板１２６への３ｋｅＶのＰ＋イオンビームの輸送にも適している。この例では、電極１１０Ａ、電極１１０Ｂ、電極１１２Ａ、電極１１２Ｂ、電極１１４Ａ、電極１１４Ｂ、電極１１６Ａ、電極１１６Ｂに電力供給され、一方、電極１１７Ａ、電極１１７Ｂ、電極１１８Ａ、電極１１８Ｂ、電極１１９Ａ、および電極１１９Ｂは接地電位に設定されている。図２Ａでは、電極１１２Ａおよび電極１１２Ｂは、これらの電極に印加される負電圧が最大となる抑制電極として作用する。電極１１４Ａおよび電極１１４Ｂ、電極１１６Ａおよび電極１１６Ｂなどの連続した電極ペアでは、負電圧の絶対値が低減される。電極１１７Ａおよび電極１１７Ｂは接地されているため、この構成では減速長はより小さい。原理的には、この減少した減速長は、電極アセンブリ１０８内の電極上に増大した静電応力を発生させうるが、静電応力のレベルは許容可能でありうる。

【0026】

［００３３］ 図２Ｂの構成の利点は、静電フィルタ１４０を通って運ばれる比較的大きいビーム電流である。電極１１０Ａ～１１６Ｂに印加される電圧が、図２Ａと図２Ｂとの間でほぼ一定のままである一組の条件下では、図２Ｂにおける６つの電極１１７Ａ～１１９Ｂの接地は、図２Ａの構成と比較して、基板１２６において、およそ６０％大きいビーム電流を生成しうる。

【0027】

［００３４］ 図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、図２Ａおよび図２Ｂの静電構成の下で処理された３ｋｅＶのリンイオンビームの図を示す。上述のように、図３Ｂのリンイオンビームは、同じイオンエネルギーで、図３Ａのリンイオンビームよりも６０％多くの電流を基板１２６に運ぶ。

【0028】

［００３５］ 上記の結果を考慮すると、静電フィルタ１４０は、以下のように有利に動作させることができる。３０ｋｅＶを超えるような比較的高い最終イオンビームエネルギーの場合には、最小数の電極が接地されている（例えば、最後の電極ペアのみ）、または接地されている電極がない静電構成を設定することができる。比較的低い最終イオンビームエネルギーの場合には、静電構成は、少なくとも２つの電極、最後の４つの電極、最後の６つの電極などが接地されるように設定されてもよい。

【0029】

［００３６］ 図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本開示のさらなる実施形態による、２つの異なる動作モード下での別の静電フィルタにおける電位分布のシミュレーションが示されている。これらの実施形態では、静電フィルタ２４０は、メインチャンバ２０２の最上部側に配置された入口トンネル２５２を含み、入口トンネル２５２は、最上部からメインチャンバ２０２内にイオンビームを導くように配置される。図４Ａにさらに示されるように、入口トンネル２５２は、第１の方向に沿ってメインチャンバ２０２内に延びる入口軸６０によって特徴付けられうる。図４Ａには出口トンネル１２４も示されており、出口トンネル１２４は出口軸６２を画定している。図４Ａの実施形態では、入口軸６０および出口軸６２は、両者間の少なくとも３０度のビームク曲を画定する。ビーム屈曲は、図４Ａに角度βとして示されている。いくつかの実施形態では、ビーム屈曲は３０度の小さな値であってよく、他の実施形態では、ビーム屈曲は４０度から９０度の間であってもよい。したがって、図４Ａの装置は、ハイビーム屈曲静電フィルタと呼ぶことができ、以下でさらに説明するように、汚染が最小限に抑え、保守を改善すべき場合の使用に適しうる。

【0030】

［００３７］ 図４Ａにさらに示されるように、複数の電極が、非対称構成を特徴とする電極アセンブリ２０８内に配置される。非対称構成が具現化されるのは、電極（電極２１０Ｂ）が１つだけビーム経路の下側に配置されるこの場合である（代表的なビーム経路については、図５Ａのイオンビーム２６０および図５Ｂのイオンビーム２６２をそれぞれ参照）。図４Ａの構成では、電極２１０Ａ、電極２１２Ａ、電極２１４Ａ、電極２１６Ａ、および電極２１８Ａで示される５つの電極がビーム経路の上側に配置される。図示した構成では、電極アセンブリ２０８のすべての電極は、出口トンネル１２４の上方、すなわち、出口トンネル１２４の上面を表す水平面Ｐより上方に配置される。

【0031】

［００３８］ 静電フィルタ１４０と同様に、静電フィルタ２４０は、後述する異なる動作モードで動作されてもよい。図４Ａの構成では、電極２１０Ａおよび電極２１０Ｂは、すべての電極のうち負の最大電位が電極２１０Ａおよび電極２１０Ｂに対して設定される抑制電極として作用する。図４Ａの構成では、電極２１６Ａおよび電極２１８Ａは接地電位に設定されるが、チャンバ壁１２０も接地電位に設定される。したがって、この構成では、低エネルギーの大電流イオンビームを処理するのに適切な、比較的短い減速長が確立される。

【0032】

［００３９］ 図４Ｂを参照すると、電極アセンブリ２０８のすべての電極に電力が供給される、別の動作モードのための静電構成が示されている。この例では、電極２１６Ａおよび電極２１８Ａはまた、イオンビーム（例えば、イオンエネルギーが３０ｋｅＶ以上となりうる高エネルギーイオンビーム）を屈曲させるのに十分な経路長を可能にするために、比較的高い電圧で電力が供給される。同時に、チャンバ壁１２０は接地されたままであってもよい。イオンビームエネルギーに従った静電構成の調整により、静電フィルタ２４０は、１ｋｅＶ～７５ｋｅＶのような広範囲に変化するエネルギーのイオンビームを処理することができ、その一方で、より低いエネルギー範囲であっても、基板１２６に送達されるビーム電流の許容可能なレベルを依然として得ることができる。

【0033】

［００４０］ 図５Ａおよび図５Ｂはそれぞれ、図４Ａおよび図４Ｂの静電構成下で処理された、３ｋｅＶリンイオンビームおよび６０ｋｅＶリンイオンビームの実例を示している。図５Ａを参照すると、基板１２６に５６ｍＡの電流を送達する、高電流Ｐ＋３ｋＶビームのシミュレーションが断面図で示されている。図示のように、イオンビーム２６０は、入口トンネル２５２から出て出口トンネル１２４のほぼ全高を占めた後、（瞬間的な伝播方向に垂直な方向に沿って）より高くなる。静電フィルタ２４０などの減速レンズを通って運ばれる最大ビーム電流は、減速長の二乗にほぼ反比例するので、長い減速長を有する構成と比較して、減速長を短くすると、はるかに高いビーム電流を発生させることができる。

【0034】

［００４１］ 図５Ｂは、６０ｋＶで生成されたイオンビーム２６２を示し、図４Ｂの静電構成は、イオンビームを適切な角度を通して曲げながら、比較的短いイオンビームを生成する。

【0035】

［００４２］ 静電フィルタ２４０の電極構成の１つの際立った特徴は、入口トンネル２５２、出口トンネル１２４の配置、並びに出口トンネル１２４に対する電極の配置である。特に、入口トンネル２５２は、メインチャンバ２０２の第１の側に沿って配置され、出口トンネル１２４は、メインチャンバ２０２の第１の側に隣接した、メインチャンバ２０２の第２の側に沿って配置される。加えて、電極アセンブリ２０８の電極は、出口トンネル１２４の上方に配置されるため、電極は、以下で説明するように、基板１２６から放出され、出口トンネル１２４を通って戻る核種から保護されうる。

【0036】

［００４３］ 図６Ａは、本開示の実施形態による、静電フィルタ２４０内の、３ ｋＶＰ＋イオンビームによって基板１２６から再スパッタリングされた粒子２７０の軌道のシミュレーションを示す。図６Ａのシミュレーションは、図４Ａに示された静電構成下の基板１２６から放出されるスパッタリングされた材料の分布を示す。スパッタリングされた材料は、基板１２６に最初に配置された材料を表し、基板１２６に３ｋＶイオンを注入するために使用される入射リンイオンビームは、基板１２６の表面上またはその近傍に位置するある量の材料を再スパッタリングしうる。図６Ａのシミュレーションは、プラズマフラッドガン１２２と基板１２４との間に配置された下流領域１２８の至る所に再スパッタリングされた材料が存在することを示している。加えて、プラズマフラッドガン１２２によって画定される出口トンネル１２４は、再スパッタリングされた粒子で充満し、粒子が基板１２６から静電フィルタ２４０のメインチャンバ１０２に向かって戻ることを示している。

【0037】

［００４４］ 図６Ａにさらに示されるように、再スパッタリングした粒子のシミュレーションは、メインチャンバ１０２内に高密度のプルームを形成し、出口トンネル１２４と並んである程度より高密度な部分を有する。プルームの密度の低い部分は、メインチャンバ１０２内に上方に広がる。次いで、スパッタリングされた粒子のプルームは、メインチャンバ１０２のチャンバ壁１２０の様々な位置に付着しうる。このシミュレーションでは、再スパッタリングされた粒子が電極アセンブリ１０８の電極上に付着することは、たとえあったとしても、わずかである。したがって、図６Ａの構成は、電極アセンブリ１０８の電極上に、少なくとも基板１２６からの直接の再スパッタリングによって、再スパッタリングされた材料が蓄積する可能性は低い。

【0038】

［００４５］ 図６Ｂは、本開示の実施形態による、静電フィルタ２４０内の６０ｋＶ Ｐ＋イオンビームによって基板１２６から再スパッタリングされた粒子２８０の軌道のシミュレーションを示す。図６Ｂのシミュレーションは、図４Ｂに示された静電構成下の基板１２６から放出されるスパッタリングされた材料の分布を示す。スパッタリングされた材料は、基板１２６に最初に配置された材料を表し、基板１２６に６０ｋＶイオンを注入するために使用される入射リンイオンビームは、基板１２６の表面上またはその近傍に位置するある量の材料を再スパッタリングしうる。図６Ｂのシミュレーションは、プラズマフラッドガン１２２と基板１２４との間に配置された下流領域１２８の至る所に再スパッタリングされた材料が存在することを示している。加えて、プラズマフラッドガン１２２によって画定される出口トンネル１２４は、再スパッタリングされた粒子で充満し、粒子が基板１２６から静電フィルタ２４０のメインチャンバ１０２に向かって戻ることを示している。

【0039】

［００４６］ 図６Ｂにさらに示されるように、再スパッタリングされた粒子のシミュレーションは、メインチャンバ１０２の下部に膨張するプルームを形成する。次いで、スパッタリングされた粒子のプルームは、メインチャンバ１０２のチャンバ壁１２０の様々な位置に付着しうる。このシミュレーションでは、再スパッタリングされた粒子が電極アセンブリ１０８の電極上に付着することは、たとえあったとしても、わずかである。したがって、図６Ｂの構成は、電極アセンブリ１０８の電極上に、少なくとも基板１２６からの直接の再スパッタリングによって、再スパッタリングされた材料が蓄積する可能性は低い。

【0040】

［００４７］ 次に図７Ａを参照すると、図４Ａの静電条件下での静電フィルタ２４０の動作のさらなるシミュレーションが示されている。具体的には、図７Ａは、図４Ａのように電圧が電極に印加されたときに、電極アセンブリ１０８の電極から放出される負に帯電した粒子の軌道を示す。負に帯電した粒子の軌道は、所定の電極から離れる傾向があり、異なる電極に印加される個々の電圧に応じて複雑なパターンを形成する。注目すべきことに、いずれの負に帯電した粒子軌道も、電極アセンブリ１０８の電極の位置に関する出口トンネル１２４の幾何学的形状によってもたらされる遮蔽のために、基板１２６には至らない。

【0041】

［００４８］ 次に図７Ｂを参照すると、図４Ｂの静電条件下での静電フィルタ２４０の動作のさらなるシミュレーションが示されている。具体的には、図７Ｂは、図４Ｂのように電圧が印加されたときに、電極アセンブリ１０８の電極から放出される負に帯電した粒子の軌跡を示す。負に帯電した粒子の軌道は、所定の電極から離れる傾向があり、異なる電極に印加される個々の電圧に応じて複雑なパターンを形成する。注目すべきことに、いずれの負に帯電した粒子軌道も、電極アセンブリ１０８の電極の位置に関する出口トンネル１２４の幾何学的形状によってもたらされる遮蔽のために、基板１２６には至らない。

【0042】

［００４９］ 様々な実施形態に従って、電極アセンブリ１０８の電極は、示されるデカルト座標系のＸ軸に沿って細長くされてもよい。したがって、電極は、Ｘ軸に沿って細長い断面を有するリボンビームを制御するのに有用となることがあり、リボンビームは、Ｘ軸に沿って幅が数十センチメートルであってよく、数センチメートル程度の高さを有してもよい。実施形態は、この状況に限定されない。

【0043】

［００５０］ １つの電極がビーム経路の片側に配置され、５つの電極がビーム経路の反対側に配置される、図４Ａ～図７Ｂの電極の具体的な構成は、広範囲の最終的なイオンビームエネルギーおよびビーム電流にわたってイオンビームを処理するために、特に適切であり得る。例えば、これらの構成は、上述したように、１ｋｅＶ～７５ｋｅＶの動作に適しうる。比較的高いパービアンス条件が存在しうる１０ｋＶ未満などのより低い電圧での動作では、１つまたは複数の電極を接地して、減速長を短くし、基板へのより高いビーム電流の輸送を容易にすることができる。３０ｋＶを超えるような比較的高いエネルギーでの動作の場合には、イオンビームを適切に操縦するように、ほとんどの、あるいはすべての電極に電力を供給することができる。さらに、上記の実施形態は、ビーム経路の一方の側に５つの電極を有する構成を示すが、他の構成では、４つの電極、６つの電極、またはそれ以上をビーム経路の一方の側に配置することができる。加えて、上記の実施形態は、ビーム経路の反対側に１つだけの電極を示しているが、他の実施形態では、複数の電極がビーム経路の反対側に配置されてもよい。

【0044】

［００５１］ また、電極が６０度、７０度、８０度、または９０度などのより急角度のビーム屈曲、あるいは３０度などのより緩やかなビーム屈曲を画定するように配置される構成が可能である。これらの他の構成では、メインチャンバの形状、電極の位置、および出口トンネルの位置の配置は、基板から再スパッタリングされた粒子が電極に衝突するのを防止または大幅に低減し、負に帯電した粒子が電極から出て基板に衝突するのを防止または低減するようなものとすることができる。

【0045】

［００５２］ ここで図８を参照すると、本開示の実施形態による例示的な処理フロー８００が示されている。

【0046】

［００５３］ ブロック８０２では、イオンビームは、静電フィルタのメインチャンバを通って、入口トンネルから、メインチャンバに連結された出口トンネル内に導かれる。静電フィルタは、種々の実施形態に従って、イオンビームを偏向、集束、減速、および／または加速するように構成されてもよい。

【0047】

［００５４］ ブロック８０４では、第１の動作において、第１の複数の電極電圧が、メインチャンバ内に配置されたそれぞれの複数の電極に割り当てられる。様々な実施形態によれば、第１の動作において、複数の電極のうちの第１の数の電極は、接地電位に設定され、第１の数は、ゼロ以上であってもよい。このように、イオンビームは、メインチャンバを通過する際に、比較的長い減速長を介して処理されてもよい。

【0048】

［００５５］ ブロック８０６では、第２の動作において、第２の複数の電極電圧が、メインチャンバ内に配置された複数の電極にそれぞれ割り当てられる。様々な実施形態では、第２の動作において、複数の電極のうちの第２の数の電極は、接地電位に設定され、第２の数は、第１の数よりも大きい。このように、イオンビームは、メインチャンバを通過する際に、比較的短い減速長を介して処理されてもよい。第２の動作は、１０ｋｅＶ未満のエネルギーの場合など、比較的低いエネルギーのイオンビームで、かつ比較的高い電流のイオンビームが静電フィルタを通って処理されるべき場合に実行されてもよい。

【0049】

［００５６］ 上記に鑑みて、本明細書に開示される実施形態によって、少なくとも以下の利点が達成される。本実施形態は、１つのタイプの静電フィルタを使用して、イオン注入装置の動作が広範囲のイオンビームエネルギーおよびイオンビーム電流に及ぶという点で、第１の利点を提供する。静電フィルタの接地電極構成を調整することによって、動作はイオンエネルギーに応じて調整されうる。本開示の実施形態によって提供される別の利点は、フィルタ電極に発生した負に帯電した粒子が基板に衝突する能力を排除することによって、静電フィルタからの基板の直接汚染を低減することである。さらに、本実施形態によって提供される別の利点は、静電フィルタの電極上の基板から再スパッタリングされた材料の蓄積によって生じる間接的な基板汚染、さらなる汚染源が電極からのその後のスパッタリングまたはフレーキングに対して引き起こす間接的な基板汚染の排除である。

【0050】

［００５７］ 本開示の範囲は、本明細書に記載した具体的な実施形態に限定されるものではない。実際、本明細書に記載されたものに加えて、本開示に対する他の様々な実施形態および修正は、前述の説明および添付の図面から当業者には明らかであろう。このため、そのような上記以外の実施形態および変形例は、本開示の範囲に含まれるものである。さらに、本明細書では、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実装の状況で説明したが、当業者は、有用性がそれに限定されず、本開示は、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装されうることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本開示のすべての範囲および主旨を考慮して解釈されるべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】