特許 7183415 静電フィルタを用いてイオンビームを制御するための装置および方法

(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】2022-11-25

(45)【発行日】2022-12-05

(54)【発明の名称】静電フィルタを用いてイオンビームを制御するための装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20221128BHJP

   H01J 37/05 20060101ALI20221128BHJP

【ＦＩ】

H01J37/317 Z

H01J37/05

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021526764

(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】 US2019059075

(87)【国際公開番号】W WO2020106427

(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】16/197,249

(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】特開２００７－０５９３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０９２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１８８９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００２－５２５８２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０５

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

(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、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、前記入口トンネルよりも下流側において交差して、両者の間に２５度未満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の側に配置される第１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第２の電極とを備え、前記複数の第２の電極は、少なくとも３つの電極を備える、装置。

【請求項2】

前記電極アセンブリが１つだけの第１の電極を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１の電極は、前記第１の側から前記第２の側へ向かう方向の厚さが、前記ビーム経路に沿った方向の寸法よりも薄くされている、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記電極アセンブリの各電極が、前記ビーム経路の前記第２の側に相当する前記出口トンネルの内面を、前記メインチャンバ内に延長した面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ている、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記第１の電極は、前記延長した面から第１の距離に配置され、前記複数の第２の電極のうちの最も下流側の電極は、前記延長した面から、前記第１の距離に満たない第２の距離に配置されている、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記入口トンネルは、前記ビーム経路の前記第２の側に相当する部分が、前記ビーム経路の前記第１の側に相当する部分よりもさらに広い範囲まで前記メインチャンバ内に延びている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の装置を用いる、イオンビームの制御方法であって、
第１の電位にあるイオンビームを、前記入口トンネルを通じて前記メインチャンバ内に導くことと、
前記電極アセンブリを用いて、前記イオンビームを第２の電位まで加速しつつ、前記イオンビームを、前記ビーム経路の前記第１の側の方向に偏向させることと、
前記電極アセンブリを用いて、前記イオンビームを第３の電位まで減速しつつ、前記イオンビームを、前記ビーム経路の前記第２の側の方向に偏向させることであって、前記イオンビームは、前記出口トンネルを通じて前記メインチャンバから出る、偏向させることと、
を含む、イオンビームの制御方法。

【請求項8】

前記第３の電位は、前記第１の電位を下回る、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記イオンビームは、リボンイオンビームを含む、請求項７または８に記載の方法。

【請求項10】

前記イオンビームを前記出口トンネルに沿って基板まで導くことをさらに含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記メインチャンバ内で、前記基板からスパッタリングされた粒子を遮断することをさらに含み、前記スパッタリングされた粒子は、前記電極アセンブリに衝突しない、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

イオンビームを生成するイオン源と、
前記イオンビームを制御するため、前記イオン源の下流に配置された静電フィルタと、
を備えるイオン注入装置であって、前記静電フィルタは、
メインチャンバと、
前記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、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、前記入口トンネルよりも下流側において交差して、両者の間に２５度未満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であって、前記ビーム屈曲の内側に対応する側の前記出口トンネルの内面を、前記メインチャンバ内に延長した面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ている、電極アセンブリとを備える、イオン注入装置。

【請求項13】

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の側に配置された第１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の側に配置された複数の第２の電極とを備える、請求項１２に記載のイオン注入装置。

【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、イオンが生成されるチャンバを含むことができる。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および静電フィルタとして機能しうる。静電モジュールは、イオンビームの伝播方向を変えながら、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。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］ 静電モジュールのいくつかの構成では、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、静電モジュールのメインチャンバ内でイオンビームを偏向、減速、および集束させるために、５つまたは７つの電極ペアなど、所与の数の電極を使用することができる。電極を適切な動作順序に維持するために、定期的なメンテナンスを実行して、メインチャンバならびに電極を洗浄し、フレークなどの破片、または静電モジュールの使用中に蓄積する他の材料を除去することができる。例えば、基板からの材料は、注入中に再スパッタリングされ、静電モジュール内の電極の表面または他の表面上に戻されることがある。そのような材料は、材料のフレーキングやその他の浸食が進むような状態で電極上に蓄積することがあり、浸食された材料は部分的に、原子レベル、微視的または巨視的な粒子または破片として基板上に運ばれることがある。

【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、装置が提供される。装置は、メインチャンバ、入口トンネル、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、および、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みうる。入口トンネルと出口トンネルは、両者の間に２５度未満のビーム屈曲を画定しうる。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３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方法が提示される。方法は、第１の電位にあるイオンビームを、第１のビーム軌道に沿ってチャンバ内に導くことを含んでもよい。方法は、第１の方向にイオンビームを偏向させる一方で、第２の電位までイオンビームを加速させることと、第１の方向と反対の第２の方向にイオンビームを偏向させる一方で、第３の電位までイオンビームを減速させることとを含んでもよい。したがって、イオンビームは、第１のビーム軌道とは異なる第２のビーム軌道に沿ってチャンバから出てもよい。

【0010】

［００１０］ 別の実施形態では、イオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源と、イオンビームを制御するためイオン源の下流に配置された静電フィルタとを含みうる。静電フィルタは、入口トンネルを含んでもよく、入口トンネルは、静電フィルタのメインチャンバ内に延びる入口軸を有する。静電フィルタは、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、入口トンネルおよび出口トンネルは、両者の間に２５度未満のビーム屈曲を画定する。イオン注入装置は、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く、電極アセンブリは、出口トンネルの下側に配置される。

【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2】本開示の実施形態による、静電フィルタの例示的な実施形態を断面で示す。

【図3A】本開示の例示的な実施形態による、インビームを輸送するための、ある動作モードでの静電フィルタを示す。

【図3B】本開示の例示的な実施形態による、インビームを輸送するための、図３Ａとは異なる動作モードでの静電フィルタを示す。

【図4A】本開示の実施形態による、ある動作モード下での例示的な静電フィルタにおける静電位および高エネルギー中性粒子の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例示的な静電フィルタにおける静電位および高エネルギー中性粒子の分布のシミュレーションを示す。

【図5A】本開示の他の実施形態による、ある動作モード下での例示的な静電フィルタにおけるスパッタリングされた粒子の分布のシミュレーションを示す。

【図5B】本開示の他の実施形態による、図５Ａとは異なる動作モード下での例示的な静電フィルタにおけるスパッタリングされた粒子の分布のシミュレーションを示す。

【図6】本開示のさらなる実施形態による、１つの動作モード下での例示的な静電フィルタにおける負の粒子分布のシミュレーションを示す。

【図7】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】

［００１８］ 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做されない。図面では、同様の番号が同様の要素を表す。

【0013】

［００１９］ 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】

［００２０］ 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】

［００２１］ 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】

［００２２］ 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】

［００２３］ 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システム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、リボンイオ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。

【0018】

［００２４］ 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）。

【0019】

［００２５］ 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少なくとも１つの上方電極と、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。少なくとも１つの上方電極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、チューナ電圧アセンブリの動作は後述される。

【0020】

［００２６］ 図１にさらに示されるように、システム１０は、静電フィルタ４０のすぐ上流に配置されるか、または静電フィルタ４０の上流部分を形成して、イオンビーム１８を静電フィルタ４０に案内する入口トンネル５２を含んでもよい。システム１０はさらに、静電フィルタ４０のメインチャンバのすぐ下流に配置されるか、または静電フィルタ４０の一部を形成する出口トンネル１２４を含んでもよい。以下の実施形態において開示されるように、入口トンネル５２、出口トンネル１２４、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てもよい。

【0021】

［００２７］ 本開示の実施形態によれば、静電フィルタ４０は、比較的低いビーム電流から高いビーム電流まで、比較的低いビームエネルギーから高いビームエネルギーまで、広範囲の条件にわたって、ビームライン動作のために配置されてもよい。後述する種々の実施形態によれば、静電フィルタ４０は、入口トンネルと出口トンネルとが整列され、両者の間に２５度以下のビーム屈曲を画定するように配置されてもよい。この低ビーム屈曲配置は、多くの既知のビームライン設計との適合を容易にする。

【0022】

［００２８］ 図２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２には、静電フィルタ４０、入口トンネル５２、および出口トンネル１２４の側断面図が示されている。図示されるように、静電フィルタ４０は、静電フィルタ４０の上方を延び、静電フィルタ４０を部分的に包むメインチャンバ１０２を含む。静電フィルタ４０は、電極１１０、電極１１２、電極１１４、および電極１１６を含む、電極アセンブリ１０８を含む。図２に示すように、複数の電極は、非対称構成で配置される。例えば、図２に示す具体的な実施形態では、電極アセンブリ１０８は、電極１１０として示される、１つだけの上方電極を備える。いくつかの実施形態では、上方電極は、図２に示されるように、細長い断面を有してもよい。

【0023】

［００２９］ 細長い断面を設けることにより、上方電極を垂直方向に沿って比較的薄くすることができ、基板からの見通し線の外に保持することができる。同時に、一般的に水平方向に沿った延びていることによって、過度に高い電圧を必要とすることなく、上方電極は入射ビームを曲げることができる。加えて、細長い断面は、静電応力を最小化するために、図示のように丸い角を有してもよい。

【0024】

［００３０］ 図２にさらに示されるように、電極アセンブリ１０８は、出口トンネル１２４のちょうど下側に配置される。電極アセンブリ１０８はさらに、電極１１０を意味する「上方電極」が出口トンネル１２４の十分下に配置されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、電極アセンブリの上方電極は、出口トンネル１２４の下方の第１の距離に配置され、複数の下方電極の最後の電極（電極１１６参照）は、出口トンネル１２４の下方の第２の距離（第１の距離未満）に配置される。この構成は、上方電極を、出口トンネル１２４に最も近い下方電極よりもさらに下方に配置し、後述するように、汚染をさらに低減するのに役立っている。

【0025】

［００３１］ 様々な実施形態では、入口トンネル５２は、非対称構造を有するように構成されてもよく、ここで、入口トンネル５２の下部は、図２に図示されるように、上部よりもさらに広がってメインチャンバ１０２内に延びる。この構成は、メインチャンバ１０２の入口側により近い電極１１０の配置を可能にし、この配置は、後述する静電フィルタ４０を通してイオンビームを成形および輸送する際に有利となりうる。

【0026】

［００３２］ 図３Ａ～図３Ｂは、静電フィルタ１４０として示される静電フィルタ４０の１つの変形例の動作を示す。動作は、２つの異なる動作モードについて示され、図３Ａでは、静電フィルタ１４０は、比較的低いビームエネルギーのために動作されるが、図３Ｂでは、静電フィルタ１４０は、比較的高いビームエネルギーで動作される。静電フィルタ１４０はさらに、メインチャンバ１０２に隣接して配置され、出口トンネル１２４を包含するプラズマフラッドガン１２２を含む。プラズマフラッドガン１２２は、既知のプラズマフラッドガンの原理に従って動作するように構成することができる。

【0027】

［００３３］ 図３Ａは、低エネルギーリンイオンビームの輸送のシミュレーションを示し、イオンビーム１４２は３ｋＶの最終ビームエネルギーを有する。このシミュレーション、および後続の図に従う他のシミュレーションでは、入口トンネル５２は、下側が上側よりもメインチャンバ１０２内にさらに延びる非対称構造で配置される。シミュレーションを目的として、下側は丸みを帯びた突出部（実線）を有するように示されているが、実際の実施形態では、下側は、破線で示されているように丸みを帯びた遠位端５３を呈してもよい。

【0028】

［００３４］ 特に、図３Ａのシミュレーションでは、イオンビーム１４２は、初期イオンポテンシャル２８ｋＶで静電フィルタ１４０のメインチャンバ１０２に導かれ、静電フィルタ１４０で処理された後、最終イオンエネルギー３ｋＶで基板１２６に導かれる。イオンビーム１４２は、入口トンネル５２を通って第１のビーム軌道に沿ってメインチャンバ１０２内に導かれ、このシミュレーションにおいて水平（Ｘ－Ｙ平面）に対して約２０度の角度を形成する。イオンビーム１４２は、図３Ａに示されるように、水平に沿ったような第１のビーム軌道とは異なる第２のビーム軌道に沿ってメインチャンバ１０２から出る。したがって、低ビーム屈曲は、第１の軌道と第２の軌道との間で画定され、この場合、２０度のビーム屈曲である。この構成により、静電フィルタ１４０を、コリメータ３８および基板１５などのビームライン構成要素の相対的配置が、静電フィルタを介して処理されるときに、ビーム軌道における比較的小さな偏差を要求するビームライン内に挿入することができる。

【0029】

［００３５］ 図３Ａにさらに示されるように、イオンビーム１４２は、メインチャンバ１０２に入った後、第１の方向（左または上方へ）に偏向され、その後、メインチャンバから出る前に、第２の方向（右または下方へ）に偏向される。

【0030】

［００３６］ 図３Ｂのシミュレーションでは、イオンビーム１４２はヒ素（Ａｓ＋）イオンビームであり、初期電位６０ｋＶで静電フィルタ１４０のメインチャンバ１０２に導かれ、静電フィルタ１４０で処理された後、最終電位６０ｋＶで基板１２６に導かれる。イオンビーム１４２は、入口トンネル５２を通して、第１のビーム軌道に沿ってメインチャンバ１０２内に導かれ、第２のビーム軌道は、図３Ａの場合と同様である。これらのシミュレーションでは共に、３２ｍＡの電流が静電フィルタ１４０を通って基板１２６に運ばれる。

【0031】

［００３７］ 図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、図３Ａおよび図３Ｂの動作条件に対応する静電位および高エネルギー中立軌道（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ ｎｅｕｔｒａｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ）のシミュレーションを示す。図４Ａにおいて、チャンバ壁１２０および出口トンネル１２４、ならびに電極１１６は、接地電位に設定され、一方、電極１１０、電極１１２、および電極１１４は、負電位に設定される。図４Ｂにおいて、チャンバ壁１２０および出口トンネル１２４は、接地電位に設定され、一方、電極１１０、電極１１２、電極１１４、および電極１１６は、負電位に設定される。

【0032】

［００３８］ 中性線束（ｎｅｕｔｒａｌ ｆｌｕｘ）１４６および中性線束１４８はそれぞれ、イオンビーム１４２またはイオンビーム１４４の初期ビームエネルギーに匹敵するエネルギーを有する、メインチャンバ１０２に入る高エネルギー中性粒子の経路を表す。示されるように、高エネルギー中性粒子は、変動する静電位によって生成される電場に影響されないので、高エネルギー中性粒子は、直線軌道を移動し、出口トンネル１２４の上部、ならびに電極の一部によって遮断される。

【0033】

［００３９］ 次に図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、それぞれ図３Ａおよび図３Ｂの条件下で、基板１２６から放出されるスパッタリングされた材料１３０およびスパッタリングされた材料１３２の二次元空間分布をシミュレートするシミュレーションのペアが示されている。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にイオンを注入するために使用される入射イオンビームは、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。特に図５Ａを参照すると、入射イオンビームは、３ｋｅＶのエネルギーを有するリンイオンビームであるのに対し、図５Ｂでは、入射イオンビームは、６０ｋｅＶのエネルギーを有する砒素イオンビームである。

【0034】

［００４０］ 図５Ａのシミュレーションは、プラズマフラッドガン１２２と基板１２６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１４０のメインチャンバ１０２に向かって戻ることを示している。

【0035】

［００４１］ 図５Ａ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、出口トンネル１２４と整列したメインチャンバ１０２内に密なプルームを形成し、再スパッタリングされた粒子の大部分は、出口トンネルの上方のメインチャンバ１０２の最上部に留まる。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の電極に付着することは全くない。したがって、図５Ａ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。

【0036】

［００４２］ 図５Ｂのシミュレーションは、プラズマフラッドガン１２２と基板１２６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１４０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】

［００４３］ 図５Ｂ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、出口トンネル１２４と整列したメインチャンバ１０２内に密なプルームを形成し、再スパッタリングされた粒子の大部分は、出口トンネルの上方のメインチャンバ１０２の最上部に留まる。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の電極に付着することは全くない。したがって、図５Ｂ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】

［００４４］ 次に図６を参照すると、図３Ａの静電フィルタ４０の変形例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６は、電極アセンブリ１０８の電極から離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。

【0039】

［００４５］ さらに、静電フィルタ１４０を減速モードで動作させ、正イオンビームを初期エネルギーからより低い最終エネルギーに減速させると、正粒子軌道が電極アセンブリ１０８によって生成される。

【0040】

［００４６］ 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軸に沿って引き延ばされてもよい。したがって、電極は、Ｘ軸に沿って引き延ばされた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。

【0041】

［００４７］ ビーム経路の片側に１つの電極が配置され、ビーム経路の反対側に３つの電極が配置される、図４Ａ～図３Ｃの電極の具体的な構成は、低～中程度の最終イオンビームエネルギーのイオンビームを処理するために特に適切となりうる。例えば、これらの構成は、５０ｋｅＶ未満の動作に適していてもよく、比較的低い電圧および静電応力が電極上に存在してもよく、イオンビームを減速および誘導するために、より少ない電極（例えば、３つの電極だけ）を使用することができる。このより少ない数の電極は、よりコンパクトなメインチャンバ設計を可能にし、再スパッタリングされる基板材料から、また逆に、基板に衝突しうる望ましくない負に帯電した粒子の生成から、電極を「隠す」という点で、なお有効である。

【0042】

［００４８］ さらに、上記の実施形態は、ビーム経路の一方の側に３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、５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。

【0043】

［００４９］ 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。

【0044】

［００５０］ 図７に、例示的な処理フロー７００を示す。ブロック７０２では、イオンビームが、第１のエネルギーで静電フィルタのメインチャンバ内に向けられる。イオンビームは、入口トンネルを通って方向付けられてもよい。ブロック７０４では、イオンビームは、第２のエネルギーまで加速されながら、第１の方向に偏向されてもよい。ブロック７０６では、イオンビームは、第３のエネルギーまで減速されながら、第１の方向と反対の第２の方向に沿って偏向されてもよい。イオンビームの偏向は、電極が静電フィルタの下流に配置された基板からの見通し線に並ばないように位置決めされた電極を有する静電アセンブリを用いて行われうる。

【0045】

［００５１］ 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、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が低減されるという第１の利点を提供する。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。さらなる利点は、静電フィルタの低ビーム屈曲構成であり、基板近傍の低ビーム屈曲アーキテクチャ用に設計されたイオン注入装置ビームラインに容易に組み込むことができる。

【0046】

［００５２］ 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2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】