特表 2024-517770 複数のバイアス電極を有するイオン源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-23

(54)【発明の名称】複数のバイアス電極を有するイオン源

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/30 20060101AFI20240416BHJP

   H01J 27/08 20060101ALI20240416BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

H01J37/30 A

H01J27/08

H01J37/08

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023566856

(86)(22)【出願日】2022-05-11

(85)【翻訳文提出日】2023-10-30

(86)【国際出願番号】 US2022028786

(87)【国際公開番号】W WO2022240998

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】17/318,325

(32)【優先日】2021-05-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】505413587

【氏名又は名称】アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】プラトウ，ウィルヘルム

(72)【発明者】

【氏名】シルバースタイン，ポール

(72)【発明者】

【氏名】バッサム，ニール

(72)【発明者】

【氏名】ファーリー，マービン

(72)【発明者】

【氏名】スポールダー，デヴィッド

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA25

5C101BB03

5C101DD03

5C101DD13

5C101DD20

5C101DD25

5C101DD30

(57)【要約】

イオン源は、第１端部および第２端部を有するアークチャンバと、チャンバ空間を包囲する開口プレートとを備える。引出開口は、第１端部と第２端部との間に配置されている。カソードはアークチャンバの第１端部に近接しており、リペラは第２端部に近接している。略Ｕ字状の第１バイアス電極は、チャンバ空間内において、引出開口の第１の側に位置している。略Ｕ字状の第２バイアス電極は、チャンバ空間内において、引出開口部の第２の側に位置している。第１バイアス電極と第２バイアス電極とは、引出開口に対する近位において第１距離だけ隔離されており、引出開口に対する遠位において第２距離だけ隔離されている。電極電源は、第１バイアス電極および第２バイアス電極に第１正電圧および第２正電圧を供給する。第１正電圧と第２正電圧とは、所定のバイアス差だけ異なっている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン源であって、
アークチャンバと、
開口プレートと、
カソードと、
リペラと、
第１バイアス電極と、
第２バイアス電極と、
電極電源と、を備えており、
前記アークチャンバは、第１端部と、前記第１端部とは反対側に位置している第２端部と、を有しており、
前記開口プレートは、前記アークチャンバに動作可能に接続されていることによって、チャンバ空間を概ね包囲し、
前記開口プレートは、前記アークチャンバの前記第１端部と前記第２端部との間に配置されている引出開口を含んでおり、
前記カソードは、前記チャンバ空間の内部において、前記アークチャンバの前記第１端部に近接して配置されており、
前記リペラは、前記チャンバ空間の内部において、前記アークチャンバの前記第２端部に近接して配置されており、
前記第１バイアス電極は、前記チャンバ空間の内部において、前記引出開口の第１の側に配置されており、
前記第１端部から見た場合に、前記第１バイアス電極は略Ｕ字状であり、
前記第２バイアス電極は、前記チャンバ空間の内部において、前記引出開口の第２の側に配置されており、
前記第１端部から見た場合に、前記第２バイアス電極は略Ｕ字状であり、
前記引出開口に対して近位の第１領域において、前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極とは、第１距離だけ隔離されてしており、
前記引出開口に対して遠位の第２領域において、前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極とは、第２距離だけ隔離されており、
前記電極電源は、前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極に電気的に接続されており、
前記電極電源は、前記第１バイアス電極に第１正電圧を供給するとともに、前記第２バイアス電極に第２正電圧を供給し、
前記第２正電圧は、所定のバイアス差だけ、前記第１正電圧とは異なっている、イオン源。

【請求項2】

前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極は、前記アークチャンバの前記第１端部および前記第２端部に近接しているそれぞれの位置の間において、所定の長さだけ延在している、請求項１に記載のイオン源。

【請求項3】

前記アークチャンバの前記第１端部から見た場合に、前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極は、アーチ形状を有している、請求項１に記載のイオン源。

【請求項4】

前記第１距離は、前記第２距離よりも大きい、請求項１に記載のイオン源。

【請求項5】

前記第１距離は、前記第２距離の約２倍である、請求項４に記載のイオン源。

【請求項6】

前記第１距離は、前記引出開口の幅よりも大きい、請求項４に記載のイオン源。

【請求項7】

前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極のそれぞれは、前記第１距離を定めるそれぞれのベベルを備えており、
各ベベルは、前記引出開口のそれぞれの近接エッジからそれぞれの前記第１電極および前記第２電極へと向かって延在しているラインに関連している、請求項１に記載のイオン源。

【請求項8】

前記アークチャンバは、前記アークチャンバの壁に画定されたガスホールをさらに備えており、
前記ガスホールは、前記第２領域に近接している前記アークチャンバの前記第１端部と前記第２端部との間に配置されており、
前記ガスホールは、ガス源に流体的に接続されている、請求項１に記載のイオン源。

【請求項9】

前記所定のバイアス差は、約１０ボルトのオーダである、請求項１に記載のイオン源。

【請求項10】

前記電極電源は、第１電源と第２電源とを含んでおり、
前記第１電源は、前記第１バイアス電極に前記第１正電圧を供給し、
前記第２電源は、前記第２バイアス電極に前記第２正電圧を供給する、請求項１に記載のイオン源。

【請求項11】

抵抗素子をさらに備えており、
前記抵抗素子は、前記電極電源と前記第２バイアス電極との間において電気的に接続されており、
前記抵抗素子の抵抗は、前記所定のバイアス差を定める、請求項１に記載のイオン源。

【請求項12】

前記抵抗素子は、選択的に可変な抵抗を有する可変抵抗器を含んでいる、請求項１１に記載のイオン源。

【請求項13】

前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極のそれぞれは、１つ以上のロッドによって支持されているプレートをそれぞれ備えており、
１つ以上の前記ロッドは、前記アークチャンバの壁を貫通するように延在しており、かつ、それぞれの電極クランプにクランプされており、
それぞれの前記クランプ、１つ以上の前記ロッド、および前記プレートは、前記アークチャンバから電気的に絶縁されている、請求項１に記載のイオン源。

【請求項14】

前記カソードは、ヒータフィラメントおよびキャップを備える間接加熱カソードを含んでおり、
前記ヒータフィラメントは、前記キャップを選択的に通電および加熱するヒータ電源に電気的に接続されている、請求項１に記載のイオン源。

【請求項15】

イオン源であって、
アークチャンバと、
間接加熱カソードと、
第１バイアス電極と、
第２バイアス電極と、
抵抗素子と、を備えており、
前記アークチャンバは、前記アークチャンバの第１端部から前記アークチャンバの第２端部まで延在している第１アークチャンバ壁を有しており、
前記第１壁は、前記第１壁の内部に画定された引出開口を有しており、
前記引出開口は、前記アークチャンバの前記第１端部と前記第２端部との間に配置されており、
前記間接加熱カソードは、前記アークチャンバの第１端部に近接して配置されており、
前記間接加熱カソードは、ヒータフィラメントおよびキャップを備えており、
前記ヒータフィラメントは、電力を受けて前記キャップを加熱し、
前記第１バイアス電極は、前記アークチャンバの第１の側において、前記第１端部と前記第２端部との間に配置されており、
前記第１端部から見た場合に、前記第１バイアス電極は略Ｕ字状であり、
前記第２バイアス電極は、前記アークチャンバの第２の側において、前記第１端部と前記第２端部との間に配置されており、
前記第１端部から見た場合に、前記第２バイアス電極は略Ｕ字状であり、
前記抵抗素子は、前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極のうちの１つ以上に関連しており、
前記抵抗素子の抵抗は、前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極との間の所定のバイアス差を定める、イオン源。

【請求項16】

前記引出開口に対して近位の第１領域において、前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極とは、第１距離だけ隔離されており、
前記引出開口に対して遠位の第２領域において、前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極とは、第２距離だけ隔離されており、
前記第１距離は、前記第２距離よりも大きい、請求項１５に記載のイオン源。

【請求項17】

前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極とに電気的に接続されている電極電源をさらに備えており、
前記電極電源は、前記第１バイアス電極に第１正電圧を供給するとともに、前記第２バイアス電極に第２正電圧を供給し、
前記第２正電圧は、前記所定のバイアス差だけ、前記第１正電圧とは異なっている、請求項１５に記載のイオン源。

【請求項18】

前記電極電源は、第１電源と第２電源とを含んでおり、
前記第１電源は、前記第１バイアス電極に前記第１正電圧を供給し、
前記第２電源は、前記第２バイアス電極に前記第２正電圧を供給し、
前記所定のバイアス差は、約１０ボルトのオーダである、請求項１７に記載のイオン源。

【請求項19】

前記抵抗素子は、前記電極電源と前記第２バイアス電極との間において電気的に接続されている、請求項１７に記載のイオン源。

【請求項20】

間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源におけるビーム電流を増加させる方法であって、
前記方法は、アークチャンバの内部に配置されている間接加熱カソードを電気的にバイアスするステップを含んでおり、
前記間接加熱カソードは、互いに対向する第１アークチャンバ壁および第２アークチャンバ壁に対してバイアスされており、
前記第１アークチャンバ壁は、前記アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている引出開口を備えており、
前記方法は、第１バイアス電極を第２バイアス電極に対して所定のバイアス差だけ電気的にバイアスするステップを含んでおり、
前記第１バイアス電極および前記第２バイアス電極は、前記アークチャンバの前記第１端部と前記第２端部との間に配置されており、
前記第１バイアス電極と前記第２バイアス電極とは、前記第１アークチャンバ壁に近接している第１ギャップと、前記第２アークチャンバ壁に近接している第２ギャップと、によって隔離されており、
前記方法は、前記引出開口を通じてイオンビームを引き出すステップを含んでおり、
前記所定のバイアス電位は、前記イオンビームのビーム電流を増加させる、方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

［技術分野］
本発明は、一般的にはイオン注入システムに関する。より詳細には、本発明は、複数のバイアス電極を利用することによって改善された電流、効率、および寿命を有するイオン源に関する。

【0002】

［背景］
半導体デバイスの製造においては、半導体に不純物をドープするためにイオン注入が用いられている。多くの場合、半導体ウェハなどのワークピースを、イオンビームに由来するイオンによってドープするために、イオン注入システムが利用される。これにより、ｎ型またはｐ型の材料ドーピングを生じさせることができる。あるいは、集積回路の製造時にパッシベーション層を形成できる。集積回路の製造時に半導体材料を生成するために、多くの場合、このようなビーム処理は、所定のエネルギーレベルで、かつ、制御された濃度で、特定のドーパント材料の不純物をウェハに選択的に注入するために使用される。イオン注入システムは、半導体ウェハをドープするために使用される場合、選択されたイオン種をワークピースに注入して所望の外因性材料を生成する。例えば、アンチモン、ヒ素、またはリンなどのソース材料から生成されたイオンを注入することは、「ｎ型」外因性材料ウェハを生じさせる。その一方、多くの場合、「ｐ型」外因性材料ウェハは、ホウ素（ボロン）、ガリウム、またはインジウムなどのソース材料を用いて生成されたイオンから生じる。

【0003】

典型的なイオン注入装置は、イオン源と、イオン引出デバイスと、質量分析デバイスと、ビーム輸送デバイスと、ウェハ処理デバイスとを含んでいる。イオン源は、所望の原子または分子のドーパント種のイオンを発生させる。これらのイオンは、引出システム（典型的には電極のセット）によってソース（源）から引き出される。引出システムは、当該ソースに由来するイオンの流れにエネルギーを与え、イオンビームを形成する。所望のイオンは、質量分析デバイス（典型的には、引き出されたイオンビームの質量分散または分離を実行する磁気双極子）の内部において、イオンビームから分離させられる。ビーム輸送デバイス（典型的には、一連の合焦デバイスを含む真空システム）は、イオンビームの所望の特性を維持または改善しつつ、当該イオンビームをウェハ処理デバイスへと輸送する。最終的に、半導体ウェハは、ウェハハンドリングシステムを介して、ウェハ処理デバイスの内外へと輸送される。ウェハハンドリングシステムは、処理されるべきウェハをイオンビームの正面に配置するとともに、処理された後のウェハをイオン注入装置から取り出すために、１つ以上のロボットアームを含みうる。

【0004】

イオン源（一般的にはアークイオン源と称される）は、注入装置において使用されるイオンビームを発生させる。イオン源は、ウェハ処理のために適切なイオンビームへと成形されるイオンを発生させるために、加熱フィラメントカソードを含んでいてよい。例えば、Ｓｆｅｒｌａｚｚｏらの米国特許第５，４９７，００６号は、カソードを有するイオン源を開示している。当該カソードは、ベースによって支持されており、ガス収容チャンバに対して配置されており、かつ、当該ガス収容チャンバの内部に向けてイオン化電子を放出する。Ｓｆｅｒｌａｚｚｏらのカソードは、ガス収容チャンバの内部に向かって部分的に延在しているエンドキャップを有する管状導電体である。フィラメントは管状ボディの内部において支持されており、エンドキャップを加熱する電子を、電子衝突によって放出する。このように、フィラメントは、イオン化電子をガス収容チャンバの内部へと熱電子的に放出する。

【0005】

従来では、フィラメントは、チャンバの片側に配置されている。普及している多くのイオン源では、間接加熱カソード（indirectly heated cathode，ＩＨＣ）が実装されている。この場合、タングステンキャップがフィラメントの上方に配置されており、フィラメントが当該キャップを加熱する。その一方、当該キャップはイオン源の寿命を増加させるためにフィラメントを保護する。しかしながら、キャップまたはカソードは、時間の経過に伴いスパッタされ除去される。このため、キャップの厚さは大きく設定されている。この場合、フィラメントは、かなりの量の電子を放出するために高温まで加熱される。したがって、この例におけるキャップは、電子を放出するためのフィラメントと同様に振る舞うが、その著しい厚さに起因して、より長い寿命が実現可能である。

【0006】

より高い電荷状態において引き出されたイオンビームのビーム電流を増加させるために、１つ以上のバイアス電極がイオン源チャンバ内にさらに設けられている。バイアス電極を有するイオン源チャンバの様々な構成が、以前から提供されている。当該構成は、例えば、Ｌｏｗらの米国特許第８，３３０，１２７号、Ｔｉｅｇｅｒらの米国特許第９，６９１，５８４号、および、Ｋａｗａｇｕｃｈｉの米国特許公開第２０１８／０２５４１６６号に記載されている。しかしながら、これらの従来のアークチャンバは、典型的にはアークチャンバに接地されるべき複数のバイアス電極のうちの１つ以上を提供している。

【0007】

バイアス電極が設けられていない状況では、カソードはアークチャンバに対して負にバイアスされる。したがって、カソードによって熱的に放出された電子は、負電位からアークチャンバ内へと駆動される。バイアス電極を追加することによって、正電圧によってこれらの電子を引きつけることができる。そして、カソードを接地し、バイアス電極のみをバイアスすることによって、カソードの寿命を増加させることができる。ただし、この場合においても、複数のバイアス電極のうちの少なくとも１つは、従来のシステムにおいて接地されている。

【0008】

［概要］
イオン源は、イオン注入システムの主要なコンポーネントである。したがって、スループット、アップタイム、グリッチレートに加えて、所望の注入パラメータなどの、イオン注入システムに関連する様々なメトリック（測定量）は、イオン源の性能に影響を及ぼす。本開示は、イオン源の内部において独立してバイアスされた複数の電極を提供している。これにより、複数荷電イオン（多価イオン）に応じて増加したビーム電流を実現しつつ、イオン源に関連する他のパラメータの改善を容易化して、イオン源の寿命を有利に増加させることができる。

【0009】

そこで、本開示は、イオン源によって生じる効率およびイオンビーム電流を増加させるためのシステムおよび装置を提供する。本開示は、イオン源のアークチャンバの内部に配置されている少なくとも２つの電極を提供している。少なくとも２つの電極は、それぞれ個別に電気的にバイアスされている。本開示のイオン源は、従来のイオン源におけるイオンビーム電流の２倍よりも大きいイオンビーム電流を提供できるので、複数荷電イオン種にとって特に有益である。加えて、本開示のイオン源は、従来の間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源と比較して、ノイズおよびいわゆるグリッチ速度が低下した間接加熱カソードを提供している。このため、本開示のイオン源は、従来のＩＨＣイオン源と比較して、イオン源に関連する所望のビーム電流と増加した寿命とのバランスを提供できる。

【0010】

そこで、以下では、本発明の複数の態様についての基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を提示する。この概要は、本発明の広範な概観ではない。本概要は、本発明の重要な要素を特定することを意図していないし、本発明の範囲を規定することも意図していない。本概要の目的は、後に記載する詳細な説明の序文として、本発明の複数のコンセプトを単純化した形で提示することにある。

【0011】

本開示の一態様によれば、イオン源が提供されている。イオン源は、第１端部と、当該第１端部とは反対側に位置している第２端部と、を有しているアークチャンバを備えている。開口プレートは、アークチャンバに動作可能に接続されていることによって、チャンバ空間（chamber volume）を概ね包囲する。開口プレートは、アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている引出開口を備えている。カソードは、チャンバ空間内において、アークチャンバの第１端部に近接して配置されている。リペラ（例：アンチカソード）は、チャンバ空間内において、アークチャンバの第２端部に近接して配置されている。例えば、カソードは、ヒータフィラメントおよびキャップを備えた間接加熱カソードを含みうる。ヒータフィラメントは、キャップを選択的に通電して当該キャップを加熱するように構成されているヒータ電源に電気的に接続されている。

【0012】

例えば、第１バイアス電極は、チャンバ空間内において、引出開口の第１の側に配置されている。第１端部から見た場合に、第１バイアス電極は略Ｕ字状（概ねＵ字状）である。さらに、第２のバイアス電極が、チャンバ空間内において、引出開口の第２の側に配置されている。第１端部から見た場合に、第２バイアス電極は略Ｕ字状である。例えば、第１バイアス電極と第２バイアス電極とは、引出開口に対して近位の第１領域において、第１距離だけ隔離されている。さらに、第１バイアス電極と第２バイアス電極とは、引出開口に対して遠位の第２領域において、第２距離だけ隔離されている。

【0013】

さらに、例えば、電極電源は、第１バイアス電極および第２バイアス電極に電気的に接続されている。電極電源は、第１バイアス電極に第１正電圧を供給するとともに、第２バイアス電極に第２正電圧を供給するように構成されている。例えば、第２正電圧は、所定のバイアス差だけ、第１正電圧と異なっている。例えば、所定のバイアス差は、約１０ボルトのオーダである。

【0014】

一例として、第１バイアス電極および第２バイアス電極は、アークチャンバの第１端部および第２端部に近接しているそれぞれの位置の間において、所定の長さだけ延在している。別の例では、アークチャンバの第１端部から見た場合に、第１バイアス電極および第２バイアス電極はアーチ形状を有している。

【0015】

別の例では、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間の第１距離は、第２距離よりも大きい。例えば、第１距離は、第２距離の約２倍である。別の例では、第１距離は、引出開口の幅よりも大きい。

【0016】

別の例によれば、第１バイアス電極および第２バイアス電極のそれぞれは、第１距離を画定するそれぞれのベベルを備えている。各ベベルは、引出開口のそれぞれの近接エッジからそれぞれの第１電極におよび第２電極に向かって延びているライン（線）に関連している。

【0017】

別の例では、アークチャンバは、ガスホール（ガス孔）をさらに備えている。ガスホールは、アークチャンバの壁に画定されている。例えば、ガスホールは、第２領域に近接しているアークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている。ガスホールは、ガス源に流体的に接続されている。

【0018】

別の例によれば、電極電源は、第１電源と第２電源とを含んでいる。例えば、第１電源は、第１正電圧を第１バイアス電極に供給するように構成されている。第２電源は、第２正電圧を第２バイアス電極に供給するように構成されている。別の例では、抵抗素子が、電極電源と第２バイアス電極との間に電気的に接続されている。抵抗素子の抵抗は、所定のバイアス差を定める。例えば、抵抗素子は、選択的に可変な抵抗を有する可変抵抗器を含みうる。

【0019】

例えば、第１バイアス電極および第２バイアス電極のそれぞれは、１つ以上のロッドによって支持されているプレートをそれぞれ備えていてよい。１つ以上のロッドは、アークチャンバの壁を貫通するように延在している。例えば、１つ以上のロッドは、それぞれの電極クランプにクランプされている。それぞれのクランプ、１つ以上のロッド、およびプレートは、アークチャンバから電気的に絶縁されている。

【0020】

別の提示的な態様によれば、イオン源が提供されている。アークチャンバは、当該アークチャンバの第１端部から当該アークチャンバの第２端部まで延在している第１アークチャンバ壁を有している。例えば、第１壁は、当該第１壁の内部に画定された引出開口を有している。引出開口は、アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている。例えば、間接加熱カソードは、アークチャンバの第１端部に近接して配置されている。間接加熱カソードは、ヒータフィラメントおよびキャップを備えている。ヒータフィラメントは、電力を受けてキャップを加熱するように構成されている。

【0021】

例えば、第１バイアス電極は、引出開口の第１の側において、アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている。第１端部から見た場合に、第１バイアス電極は略Ｕ字状である。さらに、第２バイアス電極が、引出開口の第２の側において、アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている。第１端部から見た場合に、第２バイアス電極は略Ｕ字状である。例えば、抵抗素子は、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間に電気的に接続されている。抵抗素子の抵抗は、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間の所定のバイアス差を定める。所定のバイアス差は例えば、約１０ボルトのオーダである。

【0022】

一例として、第１バイアス電極と第２バイアス電極とは、引出開口に対して近位の第１領域において第１距離だけ隔離されており、かつ、引出開口に対して遠位の第２領域において第２距離だけ隔離されている。第１距離は、第２距離よりも大きい。

【0023】

さらに別の例では、電極電源は、第１バイアス電極および第２バイアス電極に電気的に接続されている。電極電源は、第１正電圧を第１バイアス電極に供給するとともに、第２正電圧を第２バイアス電極に供給するように構成されている。第２正電圧は、所定のバイアス差だけ、第１正電圧と異なっている。

【0024】

別の態様では、間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源内におけるビーム電流を増加させるための方法が提供されている。当該方法は、例えば、アークチャンバの内部に配置されている間接加熱カソードを電気的にバイアスするステップを含んでいる。間接加熱カソードは、互いに対向する第１アークチャンバ壁および第２アークチャンバ壁に対してバイアスされている。第１アークチャンバ壁は、アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている引出開口を備えている。第１バイアス電極は、第２バイアス電極に対して所定のバイアス差だけ電気的にバイアスされている。第１バイアス電極および第２バイアス電極は、アークチャンバの第１端部と第２端部との間に配置されている。第１バイアス電極と第２バイアス電極とは、第１アークチャンバ壁に近接している第１ギャップと、第２アークチャンバ壁に近接している第２ギャップと、によって隔離されている。さらに、イオンビームは、引出開口を通じて引き出される。所定のバイアス電位は、イオンビームのビーム電流を増加させる。

【0025】

上述の目的および関連する目的を達成するために、本開示は、以下において十分に説明されており、かつ、特許請求の範囲において特に挙示されている構成を含んでいる。以下の記載および添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を詳細に開示している。ただし、これらの実施形態は、本発明の原理を用いる様々な手法の一部を示しているにすぎない。本発明の他の目的、利点、および新規な構成は、図面を参照して、本発明の詳細な記載から明らかになるであろう。

【0026】

［図面の簡単な説明］
図１は、本開示の複数の態様に係るイオン源を利用する例示的な真空システムのブロック図である。

【0027】

図２Ａは、本開示の複数の態様に係る例示的なアークチャンバの上面視におけるブロック図である。

【0028】

図２Ｂは、本開示の複数の態様に係る例示的なアークチャンバの側面視におけるブロック図である。

【0029】

図３は、本開示の複数の態様に係るバイアス電極間の様々なバイアス電圧差を使用して実現される様々なビーム電流を示すグラフである。

【0030】

図４は、本開示の様々な態様に係るイオン源の斜視図を示す。

【0031】

図５は、図４のイオン源の部分斜視断面図を示す。

【0032】

図６は、本開示の様々な態様係るアークチャンバの斜視断面側面図を示す。

【0033】

図７は、本開示の様々な態様に係る例示的なアークチャンバの斜視断面上面図を示す。

【0034】

図８は、本開示の様々な態様に係る例示的なアークチャンバの断面平面図を示す。

【0035】

図９は、本開示の様々な態様に係る例示的なアークチャンバの断面立面図を示す。

【0036】

［詳細な説明］
本開示は、一般的には、イオン注入システムおよびそれに関連するイオン源を対象としている。より詳細には、本開示は、イオンビーム電流およびイオン源の寿命を増加させるためのシステムおよび装置を対象としている。そこで、図面を参照して本発明が説明されている。全体を通して、同様の参照番号が同様の要素を指すために使用されてよい。これらの態様の説明は単なる例示であり、限定的な意味で解釈されるべきでないことを理解されたい。以下の説明では、説明を目的として、本発明についての十分な理解を提供すべく、様々な特定の詳細が記載されている。当業者であれば、本発明は、これらの特定な詳細がなくとも実施されてもよいことが明らかであろう。さらに、本発明の範囲は、添付の図面を参照して以下に説明されている実施形態または例によって限定されることを意図しているのではなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることを意図している。

【0037】

図面は、本開示の実施形態の複数の態様についての例示を与えるために提供されているので、概略的なものに過ぎないと見なされるべきであることにも留意されたい。特に、図面に示されている各要素は必ずしも互いに一定のスケール（縮尺）ではなく、図面における様々な要素の配置は、それぞれの実施形態についての明確な理解を提供するために選択されており、本発明の実施形態に係る具現化における様々なコンポーネントの実際の相対的な位置を表現していると必ずしも解釈されるべきではない。さらに、本明細書に記載されている様々な実施形態および例の構成は、別段の定めがない限り、互いに組み合わせ可能である。

【0038】

以下の説明において、図面に示されている、または、本明細書において説明されている、機能ブロック、デバイス、コンポーネント、回路素子、または他の物理的もしくは機能的なユニット間の任意の直接的な接続または結合は、間接的な接続または結合によっても具現化されうることも理解されたい。さらに、図面に示されている機能ブロックまたはユニットは、ある実施形態では個別の構成またはコンポーネントとして具現化されてよく、あるいは代替的に、別の実施形態では共通の構成またはコンポーネントとして完全にまたは部分的に具現化されてもよいことを理解されたい。

【0039】

本開示についての理解を得るために、図１は、例示的な真空システム１００を示している。例示的な当該真空システムは、本開示の様々な装置、システム、および方法を具現化しうる。この例における真空システム１００は、イオン注入システム１０１を備えている。ただし、プラズマ処理システムまたは他の半導体処理システムなどの様々な他のタイプの真空システムも考慮されている。イオン注入システム１０１は、例えば、ターミナル１０２と、ビームラインアセンブリ１０４と、エンドステーション１０６とを備えている。

【0040】

一般的には、ターミナル１０２内のイオン源１０８は、電源１１０に接続されている。この場合、イオン源に供給されるソースガス１１２（ドーパントガスとも称される）が、複数のイオンへとイオン化されることにより、イオンビーム１１４が形成される。この例におけるイオンビーム１１４は、ビームステアリング装置１１６を通って、開口１１８を出てエンドステーション１０６に向かうように導かれる。エンドステーション１０６において、イオンビーム１１４は、ワークピース１２０（例：シリコンウェハなどの半導体、ディスプレイパネル）に衝突する。ワークピースは、チャック１２２（例：静電チャックまたはＥＳＣ）に選択的にクランプされる、または、取り付けられる。注入されたイオンは、ワークピース１２０の格子に埋め込まれると、ワークピースの物理的特性および／または化学的特性を変更させる。このため、イオン注入は、半導体デバイスの製造および金属仕上げのみならず、材料科学研究における様々な用途にも用いられている。

【0041】

本開示のイオンビーム１１４は、ペンシルビームもしくはスポットビーム、リボンビーム、走査ビーム、またはイオンがエンドステーション１０６に導かれる任意の他の形態など、任意の形態を取りうる。全てのそのような形態は、本開示の範囲内に含まれるものとして考慮されている。

【0042】

例示的な一態様によれば、エンドステーション１０６は、プロセスチャンバ１２４（例：真空チャンバ１２６）を備えている。プロセス環境１２８は、プロセスチャンバに関連している。プロセスチャンバ１２４内のプロセス環境１２８は、例えば真空を含んでいる。プロセスチャンバに接続されており、当該プロセスチャンバを実質的に（十分に）排気するように構成された真空源１３０（例：真空ポンプ）によって、真空が発生させられる。さらに、真空システム１００の全体的な制御のために、コントローラ１３２が設けられている。

【0043】

本開示は、上述のイオン注入システム１０１におけるイオン源のダウンタイムを減少させつつ、イオン源１０８のビーム電流および稼働率を増加させるように構成された装置を提供している。本開示の装置は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＭＯＣＶＤ、エッチング装置、および様々な他の半導体処理装置などの様々な半導体処理装置において具現化されてもよく、全てのそのような具現化は、本開示の範囲内に含まれるものとして考慮されていることを理解されたい。本開示の装置は、予防保全サイクル間のイオン源１０８の使用の長さをさらに有利に増加させる。したがって、当該装置は、システム真空１００の全体的な生産性および寿命を増加させる。

【0044】

イオン源１０８は、例えばイオン注入システム１０１において大きな役割を果たす。したがって、イオン源１０８の性能は、スループット、アップタイム、グリッチレート、ならびに所望のイオン種のエネルギー状態などの所望の注入パラメータなど、イオン注入システム１０１に関連するメトリックにおいて大きな役割を果たしうる。

【0045】

次いで、図２Ａ～２Ｂを参照する。これらの図では、図１のイオン源１０８の例示的なハードウェア構成および動作原理が、本開示の様々な態様に従って提示されている。図２Ａは、例えば、イオンビーム２０２を形成するためのイオン源２００を示している。図２Ｂは、イオンビームに直交する断面２０４を示している（例えば、イオンビームは、図２Ｂのページ内へと向けられている）。この例のイオン源２００は、アークチャンバ２１２内に配置されている様々なＩＨＣコンポーネント（例：カソード２０８およびリペラ２１０）を備えている。イオンビーム２０２は、引出開口２１４を通じて引き出される。したがって、例えば、カソード２０８およびリペラ２１０を用いて、磁界（例えば、図２Ａでは「Ｂ」として示されている）がイオン源２００の長手方向に（例えば、図２Ａのページ内外へと）印加されうる。

【0046】

この例では、図２Ａ～図２Ｂは、第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２２１６Ｂとして識別されている一対のバイアス電極をさらに示している、図２Ｂのアークチャンバ２１２の端部２１７から見た場合に、一対のバイアス電極は略Ｕ字状である。第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂは、例えば、１つ以上の電気絶縁体２１８Ａ，２１８Ｂによって、アークチャンバ２１２から電気的に絶縁されている。一例として、１つ以上の電気絶縁体２１８Ａ，２１８Ｂは、以下に説明する通り、アークチャンバ２１２の外部に提供されている。この場合、１つ以上の絶縁体に対するイオン源材料によるコーティングが概ね軽減される。したがって、バイアス電極２１６Ａ，２１６Ｂのアークチャンバへの電気的短絡を概ね防止できる。

【0047】

図２Ａに示す通り、例えば、電極電源２２０が設けられている。当該電極電源は、第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂのそれぞれを、アークチャンバ２１２に対して正にバイアスするように構成されている。例えば、電極電源２２０は、第１電源２２２Ａおよび第２電源２２２Ｂを含んでいる。当該第１電源および当該第２電源は、それぞれの第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂに電気的に接続されており、第１バイアス電極に第１正電圧２２４Ａを、第２バイアス電極に第２正電圧２２４Ｂを、それぞれ供給するように構成されている。本開示によれば、第１正電圧２２４Ａは、所定のバイアス差（例：１０Ｖ）だけ、第２正電圧２２４Ｂと異なっている。

【0048】

一代替例として、電極電源２２０は、第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂのそれぞれに電気的に接続されている単一のバイアス電源を含んでいてもよい。この場合、固定抵抗または可変抵抗を有する抵抗器（不図示）が、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間に接続されている。したがって、抵抗器が固定抵抗器である場合、抵抗器の両端間の電圧降下は、所定のバイアス差について固定値を供給しうる。あるいは、抵抗器が可変抵抗器である場合、所定のバイアス差は選択的に変更されうる。

【0049】

本開示によれば、第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂは、引出開口２１４に対して概ね反対側に位置している領域２２８において互いに近接するように構成されている。本開示では、例えば、引出開口２１４とは反対側の領域２２８内において第１距離２３０（例：約数ミリメートルのギャップ）だけ互いに近接している第１バイアス電極２１６Ａと第２バイアス電極２１６Ｂとが、従来のイオン源よりも増大されたイオンビーム電流を有利に提供できると理解している。

【0050】

引出開口２１４に近接している引出領域２３２において、例えば、第１バイアス電極２１６Ａと第２バイアス電極２１６Ｂとは、第２距離２３４だけ離間していてよい。当該第２距離は、第１距離２３０よりも大きい。第２距離２３４は、例えば、引出開口２１４の引出開口幅２３６の約２倍である。１つの非限定的な例では、約５ｍｍの引出開口幅２３６の場合、第２距離２３４は約１０ｍｍである。

【0051】

別の態様によれば、本開示は、第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂのそれぞれを、接地電位よりも高い正のそれぞれの第１バイアス電圧および第２バイアス電圧に、独立して（例：個別に）バイアスすることを考慮している。これにより、イオンビーム２０２のビーム電流は、接地されている少なくとも１つのバイアス電極を有する従来のイオン源よりも、または印加される同じバイアス電圧を有する複数のバイアス電極よりも、有利に増加する。

【0052】

図３は本発明の様々な態様に係る例示的な三重荷電ヒ素（すなわち、Ａｓ^＋＋＋またはＡｓ^３＋）イオンビームにおいて実現されるイオンビーム電流を示すグラフ３００を例示している。グラフ３００は、例えば、バイアス電極電圧３０２の範囲に対してイオン源から引き出されるイオンビームのイオンビーム電流３０１を示している。ベースライン３０３は、従来のＩＨＣイオン源を使用している比較のために提供されている。この例では、両電極が電気的に接地されている場合に、一定のイオンビーム電流３０１が観察されうる。対照的に、図３では、図２Ａ～図２Ｂにおける第１バイアス電極２１６Ａに印加されるそれぞれの複数の第１バイアス電極電圧３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８に関連するイオンビーム電流３０１は、第２バイアス電極２１６Ｂが０Ｖから＋６０Ｖまでの範囲の様々な第２バイアス電極電圧３０２によって通電される場合に観察されうる。

【0053】

図３では、例えば、第１バイアス電極電圧３１６は、第１バイアス電極２１６Ａに印加されている＋５０Ｖの電位バイアスを、第２バイアス電極電圧３０２の上記範囲に亘って示している。この例では、第２バイアス電極電位が約＋４０Ｖにバイアスされている場合に、イオンビーム電流３０１に最大値またはピーク３２２（例：約１７９０μＡ）が観察される。この場合、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間の電位差は約１０Ｖである。

【0054】

別の例では、図３の第１バイアス電極電圧３１８は、図２Ａ～図２Ｂの第１バイアス電極２１６Ａが＋６０Ｖで正にバイアスされている一方、第２バイアス電極２１６Ｂが＋５０Ｖで正にバイアスされている場合に実現されるイオンビーム電流３０１に、最大値またはピーク３２４（例：約１８２０μＡ）を生じさせる。この例においても、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間の電位差は、約１０Ｖである。同様に、最大イオンビーム電流を生じさせる同様の１０Ｖの電位差は、第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂに印加される様々な他の電圧スキームにおいても観察される。これらは、例えば、イオンをプラズマから引出開口２１４に移動させる、いわゆるＥ×Ｂドリフト効果によって裏付けられている。

【0055】

このように、図３は、図２Ａ～図２Ｂにおける第１バイアス電極２１６Ａおよび第２バイアス電極２１６Ｂが約１０Ｖの電位差を有している場合に最大ビーム電流が実現されうる、本開示の実験結果の例を示している。本開示は、他の実験において、様々な他のイオン源パラメータ（例：ソース磁石電力、ガスフローレートなど）を調整し、例えば、＋５５Ｖの第１バイアス電極電圧および＋４５Ｖの第２バイアス電極電圧により、Ａｓ^＋＋＋イオンビームに最適な最大イオンビーム電流を生じさせることができることを示した。この場合、これらの値を超えて電圧を増加させた場合には、リターンの減少が概ね生じることも示された。

【0056】

本開示では、他のイオン種（例：Ａｓ^２＋、Ａｓ^４＋、Ｂ^２＋、Ｂ^３＋、Ｐ^２＋、Ｐ^３＋など）を利用しつつ、第１バイアス電極２１６Ａと第２バイアス電極２１６Ｂとの差動バイアスを提供することが、バイアス電極を有していない従来の装置、等しくバイアスされたバイアス電極を有している従来の装置、または接地された１つのバイアス電極を有している従来の装置におけるイオンビーム電流に比べて、１．５倍～３．５倍のイオンビーム電流の増大を有利に提供するとさらに考慮している。このように、本開示は、第１バイアス電極２１６Ａと第２バイアス電極２１６Ｂとの所定の差動バイアスを考慮している。この場合に、第１電極と第２電極との両方が正にバイアスされることは、予見されない新規な発見である。

【0057】

このように、本開示は、所定のバイアス差によって個別に正にバイアスされるように構成されているバイアス電極２１６Ａ，２１６Ｂのペアを提供している。これにより、三重荷電ヒ素（Ａｓ^３＋）などの複数荷電イオンを用いて、イオンビーム電流の増加を実現できる。（例えば、アークチャンバ２１２に接地された）第１バイアス電極２１６Ａの電気的接地および第２バイアス電極２１６Ｂの正バイアスとは対照的に、本開示は、第１バイアス電極と第２バイアス電極との両方に電気的バイアスを供給している。その結果、第１バイアス電極と第２バイアス電極との間に所定のバイアス差が供給されており、第１電極と第２電極との両方が電気的接地に対して正にバイアスされている。１つの好ましい実施形態では、第１バイアス電極２１６Ａと第２バイアス電極２１６Ｂとの間に約１０Ｖの所定のバイアス差が供給される一方、正のアーク電圧（例：１００Ｖ）がカソード２０８に供給されてもよい。この場合、従来観察されているよりも大きいイオンビーム電流がもたらされる。

【0058】

図４は、例示的なイオン源４００を示している。図４によれば、本開示の様々なさらなる態様が理解されるであろう。イオン源４００は、例えば、ＩＨＣイオン源４０２を含んでいる。この例では、所望の種のイオンを発生させるために、カソード４０４（例：間接加熱カソード４０６）がアークチャンバ４１０のチャンバ空間４０８内に配置されている。カソード４０４は、例えば、アークチャンバ４１０の第１端部４１２に近接して配置されている。リペラ４１４は、チャンバ空間４０８内において、アークチャンバ４１０の第２端部４１６に近接して配置されている。この例では、当該第２端部は、第１端部４１２の概ね反対側に位置している。

【0059】

図５は、図４のＩＨＣイオン源４００におけるアークチャンバ４１０のブローアップ（膨張）部分４１８を例示している。図５では、様々な態様がより詳細に示されている。図５に示す通り、例えば、開口プレート４２０は、アークチャンバ４１０に動作可能に接続されており、チャンバ空間４０８を概ね包囲している。この例では、開口プレート４２０は、アークチャンバ４１０の第１端部４１２と第２端部４１６との間に配置されている引出開口４２２を備えている。この例では、開口プレート４２０の引出開口４２２は、細長いビーム（不図示）を生じさせるように設定されている。ただし、引出開口の他の形状も、本開示の範囲内に含まれるものと考慮されている。さらに、アークチャンバが正のターミナル電位に維持されている間に、アークチャンバ４１０からイオンビームを引き出すために、不図示の様々な抑制電極および接地（グランド）電極が設けられてもよい。

【0060】

図６および図７にさらに示す通り、チャンバ空間４０８内において、第１バイアス電極４２４は、引出開口４２２の第１の側４２６に配置されている。例えば、図７に示す通り、図６のアークチャンバ４１０の第１端部４１２から見た場合に、第１バイアス電極４２４は略Ｕ字状である。図７に示す通り、例えば、チャンバ空間４０８内において、第２バイアス電極４２８は、引出開口４２２の第２の側４３０にさらに配置されている。図６のアークチャンバ４１０の第１端部４１２から見た場合に、第２バイアス電極も略Ｕ字状である。本開示では、Ｕ字状の第１バイアス電極４２４および第２バイアス電極４２８が例示されているが、様々な他のアーチ状（弓状）、角度付き、または他のＵ字状の構成が、本開示の範囲内に含まれるものとして考慮されている。

【0061】

図８に示す通り、例えば、第１バイアス電極４２４と第２バイアス電極４２８とは、引出開口４２２に対して近位の第１領域４３４において、第１距離４３２だけ隔離されている。さらに、例えば、第１バイアス電極４２４と第２バイアス電極４２８とは、引出開口部４２２に対して遠位の第２領域４３８において、第２距離４３６だけ隔離されている。図２Ａの電極電源２２０は、例えば、図８の第１バイアス電極４２４および第２バイアス電極４２８に電気的に接続されてよい。当該電極電源は、第１正電圧２２４Ａを第１バイアス電極に供給するとともに、第２正電圧２２４Ｂを第２バイアス電極に供給するように構成されている。上述の通り、第２正電圧は、所定のバイアス分だけ、第１正電圧と異なっている。

【0062】

図９に示す通り、第１バイアス電極４２４および第２バイアス電極４２８は、例えば、アークチャンバ４１０の第１端部４１２および第２端部４１６に近接しているそれぞれの位置の間において、所定の長さ４４０だけ延在している。例えば、所定の長さ４４０は、引出開口４２２の長さ４４１よりも長い。

【0063】

別の例によれば、図８に示されている第１距離４３２は、第２距離４３６よりも大きい（例えば、当該第２距離の約２倍である）。例えば、第１距離４３２は、引出開口の幅４４２よりも大きい。一例として、第１バイアス電極４２４および第２バイアス電極４２８のそれぞれは、第１距離４３２を画定するそれぞれのベベル（面取り部）４４４を備えている。各ベベルは、引出開口４２２のそれぞれの近接エッジ４４６からそれぞれの第１電極および第２電極に向かって延びているライン（不図示）に関連付けられる。

【0064】

図９に示す通り、本開示では、アークチャンバ４１０がガスホール４４６をさらに備えていることを考慮している。当該ガスホールは、アークチャンバの壁４４８に画定されている。当該ガスホールは、アークチャンバ４１０の第１端部４１２と第２端部４１６との間に配置されている。一例として、ガスホール４４６は、第２領域４３８に近接している。当該ガスホールは、アークチャンバ４１０にソースガスを提供するためのガス源（不図示）に流体的に接続されていてもよい。

【0065】

別の例では、図８に示されている第１バイアス電極４２４および第２バイアス電極４２８のそれぞれは、プレート４５０Ａ，４５０Ｂをそれぞれ備える。プレート４５０Ａ，４５０Ｂは、アークチャンバ４１０の壁４５４を貫通するように延在している１つ以上のロッド４５２Ａ，４５２Ｂによって支持されている。例えば、１つ以上のロッド４５２Ａ，４５２Ｂは、それぞれの電極クランプ４５６Ａ，４５６Ｂにクランプされている。それぞれのクランプ、１つ以上のロッド、およびプレート４５０Ａ，４５０Ｂは、アークチャンバ４１０から電気的に絶縁されている。

【0066】

本発明は特定の実施形態に関して図示および説明されているが、上述の実施形態は本発明の一部の実施形態の具現化のための例としての役割のみを果たしており、本発明の適用範囲はこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。特に、上述のコンポーネント（アセンブリ、デバイス、回路、システムなど）によって実行される種々の機能に関して、当該コンポーネントを説明するために使用される用語（「手段」（means）に対する言及も含む）は、別段の定めがなければ、たとえ開示されている構成と構造的に同等でなくとも本明細書において例示されている本発明の例示的な実施形態においてその機能を果たすものであれば、説明されているコンポーネントの特定の機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）いずれかのコンポーネントに相当すると意図されている。さらに、本発明の特定の構成は、複数の実施形態のただ１つに対して開示されているが、当該構成はいずれかの所与または特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における１つ以上の構成と組み合わせられてよい。したがって、本発明は、上述の実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0067】

【図1】本開示の複数の態様に係るイオン源を利用する例示的な真空システムのブロック図である。

【図2A】本開示の複数の態様に係る例示的なアークチャンバの上面視におけるブロック図である。

【図2B】本開示の複数の態様に係る例示的なアークチャンバの側面視におけるブロック図である。

【図3】本開示の複数の態様に係るバイアス電極間の様々なバイアス電圧差を使用して実現される様々なビーム電流を示すグラフである。

【図4】本開示の様々な態様に係るイオン源の斜視図を示す。

【図5】図４のイオン源の部分斜視断面図を示す。

【図6】本開示の様々な態様係るアークチャンバの斜視断面側面図を示す。

【図7】本開示の様々な態様に係る例示的なアークチャンバの斜視断面上面図を示す。

【図8】本開示の様々な態様に係る例示的なアークチャンバの断面平面図を示す。

【図9】本開示の様々な態様に係る例示的なアークチャンバの断面立面図を示す。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】