(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムの微粒子汚染を制御するための方法であって、
前記イオン注入システム内のイオンビームにより汚染物が発生する注入電流のイオンビームを形成するように、イオン源にパワーを供給する段階と、
イオンビーム制御信号を供給する段階と、
前記イオンビーム制御信号に基づいて、前記イオンビームの電流が、前記注入電流と、前記イオン注入システム内の前記汚染物の発生が低減される、前記注入電流の０％と１０％の間の最小電流との間で、２０マイクロ秒以内に変調され、前記最小電流が、加工物にイオンが注入されていないときに使用されるように、前記イオン源のパワーを制御する段階と、を含み、
前記イオン源にパワーを供給する段階は、フィラメントカソードから射出される電子により前駆ガスをイオン化することによってイオンビームを形成するように、前記イオン源の前記フィラメントカソード、ミラー電極、及び、少なくとも１つのグリッドに電流を供給するステップを含み、前記イオン源のパワーを制御する段階は、前記少なくとも１つのグリッドに供給される電流を制御するステップを含んでおり、
前記イオンビームの１つまたは複数の特性を測定するように動作可能であり、縁部が曝されるのが最小出力のビームとなるように、前記イオンビームが最小出力のときに前記イオンビームを横切るように選択的に移動するファラデーカップを準備する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ミラー電極に供給される電流を制御するステップは、イオン化のために使用可能な電子数を制御するように、前記フィラメントカソードと前記ミラー電極との間の電位差を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イオンビームの電流は、前記フィラメントカソードに対して前記ミラー電極を正の電位で駆動することにより、前記注入電流から前記最小電流に低減することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記イオンビームの電流は、前記フィラメントカソードに対して前記ミラー電極を負の電位で駆動することにより、前記最小電流から前記注入電流に増大することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのグリッドに供給される電流を制御するステップは、イオン化のために使用可能な電子数を制御するように、前記フィラメントカソードと前記少なくとも１つのグリッドとの間の電位差を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記イオンビームの電流は、前記フィラメントカソードに対して前記少なくとも１つのグリッドを正の電位で駆動することにより、前記注入電流から前記最小電流に低減することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記イオンビームの電流は、前記フィラメントカソードに対して前記少なくとも１つのグリッドを負の電位で駆動することにより、前記最小電流から前記注入電流に増大することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記イオンビーム制御信号を供給する段階は、前記イオン注入システム内の加工物の位置を判別するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記イオンビーム制御信号は、加工物操作システムにより供給されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記イオンビーム制御信号は、前記イオンビームの経路に沿って配置された前記ファラデーカップにより供給されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
イオン注入システムの微粒子汚染を制御するための方法であって、
フィラメントカソード、ミラー電極、及びグリッドを含むイオン源を準備する段階と、
前記イオン注入システム内の加工物の位置を判別する段階と、
前記フィラメントカソードから射出される電子により前駆ガスをイオン化することによってイオンビームを形成し、前記イオンビームが注入電流のときに前記イオン注入システム内に汚染物が発生するように、前記イオン源の前記フィラメントカソード、前記ミラー電極、及び前記グリッドに電流を供給する段階と、
前記加工物の位置に少なくとも部分的に基づいて、前記イオンビームの電流を前記注入電流と、前記注入電流の０％と１０％の間の最小電流との間で変調し、前記最小電流は、前記加工物にイオンが注入されていないときに使用され、前記イオンビームが前記最小電流のときに前記イオン注入システム内に発生する前記汚染物が低減するように、前記ミラー電極に供給される電流を制御する段階と、
前記イオンビームの１つまたは複数の特性を測定するように動作可能であり、縁部が曝されるのが最小出力のビームとなるように、前記イオンビームが最小出力のときに前記イオンビームを横切るように選択的に移動するファラデーカップを準備する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記加工物の位置を判別する段階は、加工物操作システムから、前記加工物への注入の準備が整ったことを示す信号を供給するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加工物の位置を判別する段階は、前記加工物の下流に配置されたファラデーにより供給される信号を分析するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオンビームの電流は、前記注入電流と前記最小電流との間で２０マイクロ秒以内に変調されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ミラー電極に供給される電流を制御する段階は、イオン化のために使用可能な電子数を制御するように、前記フィラメントカソードと前記ミラー電極との間の電位差を制御するステップを含み、前記イオンビームの電流は、前記フィラメントカソードに対して前記ミラー電極を正の電位で駆動することにより、前記注入電流から前記最小電流に低減することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ミラー電極に供給される電流を制御する段階は、イオン化のために使用可能な電子数を制御するように、前記フィラメントカソードと前記ミラー電極との間の電位差を制御するステップを含み、前記イオンビームの電流は、前記フィラメントカソードに対して前記ミラー電極を負の電位で駆動することにより、前記最小電流から前記注入電流に増大することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
加工物にイオンを注入するためのシステムであって、
フィラメントカソード、ミラー電極、及びグリッドを含み、イオンビームを形成するように動作可能なイオン源と、
前記イオン源の前記フィラメントカソード、前記ミラー電極、及び前記グリッドにパワーを供給するための電源と、
イオン注入の間に、内部に前記加工物が配置されるエンドステーションと、
前記エンドステーション内の前記加工物の存在又は不在を示すイオンビーム制御信号を供給するように動作可能な加工物操作システムと、
前記イオンビーム制御信号に基づいて、前記イオンビームの電流を注入電流と、前記注入電流の０％と１０％の間の最小電流との間で２０マイクロ秒以内に変調し、前記最小電流は、前記加工物にイオンが注入されていないときに使用され、前記注入電流の前記イオンビームによって汚染物が発生し、前記汚染物の発生が前記最小電流で低減するように、前記電源から前記イオン源に供給されるパワーを制御するように動作可能なコントローラーと、
前記イオンビームの１つまたは複数の特性を測定するように動作可能であり、縁部が曝されるのが最小出力のビームとなるように、前記イオンビームが最小出力のときに前記イオンビームを横切るように選択的に移動するファラデーカップと、
を含むことを特徴とするイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年６月３日に出願され、「イオン注入における微粒子の防止」と題された米国特許仮出願第６０／６８７，５１４号の優先権及び利益を主張するものであり、その開示内容の全体は、参考として本説明に含まれる。
本発明は、一般的には、イオン注入システム及びイオンを加工物に注入するための方法に関し、より詳しくは、加工物の上流の様々位置においてイオンビーム内の微粒子汚染を軽減するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造において、イオン注入システムは、半導体ウエハ又は他の加工物に不純物をドーピングするために使用される。イオン注入システムでは、イオン源で所望のドーパント元素がイオン化され、イオンビームの形でイオン源から引き出される。イオンビームは、通常、質量分析されて所望の電荷対質量比を有するイオンが選択され、次いで、半導体ウエハの表面に導かれて、ウエハにドーパント元素に注入される。例えば、ウエハ中にトランジスタデバイスを製作する場合、ビーム中のイオンは、ウエハの表面を突き抜けて所望の導電性を有する領域を形成する。典型的なイオンビーム注入装置は、イオンビームを発生させるためのイオン源、磁界を使用してイオンビームを質量分析するための質量分析装置を含むビームライン・アセンブリー、及び、イオンビームが注入される半導体ウエハ又は加工物を保持するターゲットチャンバーを含む。
通常、イオン源から発生したイオンは、ビームとして整形され、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに導かれる。イオンビーム注入装置は、更に、イオン源と注入ステーションとの間に延在するビーム形成／整形構造体を含んでいる場合もある。このビーム形成／整形構造体は、イオンビームを維持し、ビームが注入ステーションに至る途中で通る細長い内部空洞又は通路の境界を形作るものである。イオン注入装置の作動時には、この通路は、イオンが空気分子と衝突した結果として所定のビーム経路から偏向される確率を低減するために、通常、排気されている。
【０００３】
静電界や磁界によって軸方向及び横断方向の両方向にイオンが加速される度合は、イオンの電荷に対する質量（すなわち、電荷対質量比）に依存する。これによって、不要な分子量を有するイオンをビームから離れた位置に偏向し、半導体ウエハ又はターゲットの所望の領域に到達するビームの純度を向上させて、所望の物質以外の物質の注入を回避することができる。所望の電荷対質量比を有するイオンとそうでないイオンとを選択的に分離するこのプロセスは、質量分析として知られている。質量分析装置は、通常、双極子磁界を発生する磁石を使用して、アーチ状の通路内で磁界偏向によりイオンビーム中の種々のイオンを偏向させ、種々の電荷対質量比を有するイオンを効果的に分離するものである。
【０００４】
イオンビームは、加工物の所望の表面領域に集束されて導かれる。通常、イオンビーム中のイオンは、所定のエネルギーレベルにまで加速され、加工物の内部に貫入する。例えば、イオンは、材料の結晶格子中に埋め込まれて所望の導電性を有する領域を形成し、その際、注入の深度は、イオンビームのエネルギーによりほぼ決定される。このようなイオン注入装置は、例えば、米国マサチューセッツ州べバリーのアクセリス  テクノロジーズ社から市販されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、通常のイオン注入装置又は他のイオンビーム装置（例えば、線形加速装置）では、その動作の結果、汚染微粒子が発生する場合がある。汚染微粒子のサイズは、例えば、１μｍよりも小さいものである。微粒子に衝突するビーム中のイオンの運動量によって、通常はイオンの速度よりも非常に小さい速度ではあるものの、微粒子がビームとともに輸送される。その結果、イオンビームに同伴する微粒子は、ビームとともに加工物に向かって輸送され、ウエハに望ましくない汚染が生じることとなる。
【０００６】
したがって、イオンビームの利用率を増大し、それによってシステムの効率を向上するとともに、加工物の汚染の可能性を軽減することに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、加工物の汚染を低減するシステム及び方法を提供することにより、先行技術の限界を克服するものである。以下に、本発明のいくつかの態様の基本的な理解のために、本発明の簡単な要約を呈示する。この要約は、本発明の全範囲に亘る概要ではない。また、この要約は、本発明の主要な又は決定的な概念を明示するものでも、本発明の範囲を定めるものでもなく、後述するより詳細な説明の導入として、本発明のいくつかの概念を簡単に呈示することを目的とするものである。
【０００８】
本発明は、イオン注入システムにおける加工物の微粒子汚染を軽減するために、イオン源の出力を迅速に変調するための制御を備えたシステム及び方法に関する。本発明は、従来のイオン注入システムに関連する汚染を低減しつつ、イオン注入システムの、より効率的なデューティサイクルを提供するものである。イオン源の高速制御は、イオンチャンバーのフィラメントの熱制御又はアーク電圧の変化に基づくのではなく、イオン源チャンバー内の電子流を電気的に制御することによって達成される。
【０００９】
本発明の例示的な一実施態様に従って、微粒子汚染を制御するための方法が提供される。この方法において、イオン源は、制御信号に少なくとも部分的に基づいて、イオンビーム強度を注入電流と最小電流との間で高速に変調する。制御信号は、例えば、イオン注入システム内の加工物の存在又は不在を示すものである。例えば、イオン注入システム内の加工物の位置が判別され、その加工物の位置に基づいて、イオンビームの電流又は強度が、注入電流から最小電流に、又は、最小電流から注入電流に、変調される。更に、イオンチャンバー、前駆ガスをイオン化してイオンビームを形成するための電子を射出するように動作可能なフィラメントカソード、及び、イオンチャンバーの他側に配置され、電位を有するミラー電極を含むイオン源を備えている。ミラー電極は、例えば、そのフィラメントに対する電位を変動させるように動作可能であり、それによって、イオン化のためにイオンチャンバー内で使用可能な電子数が変動する。このようにして、制御信号に基づいて、イオンビームを高速に変調することができる。
【００１０】
本発明の別の実施態様によれば、イオン源は、イオンチャンバー、フィラメントカソード、ミラー電極、及び、フィラメントに対するグリッド電位を変動するように動作可能なグリッドを含んでいる。この場合、このグリッドが、イオン化のためにイオンチャンバー内で使用可能な電子数を制御するように動作可能なものである。本発明の別の例示的な態様に従って、イオンビームの電流は、最小電流と注入電流との間で２０マイクロ秒以内に変調可能であり、イオンビームの出力は、選択可能な態様で効率良くきれいに増大又は低下するように動作可能である。これによって、加工物の移送の間に注入出力のイオンビームを維持することに関連する汚染が軽減されるとともに、イオンチャンバーのフィラメントの熱制御又はアーク電圧の変化に基づいてイオンビームの強度を変調することによる有害な作用が軽減される。
【００１１】
上述した目的及び関連する目的を達成するため、本発明には、本明細書で詳述され、また、請求項において特に指摘された特徴が含まれる。以下の記載および添付された図面において、本発明の特定の例示的な態様を詳細に説明しているが、これらの態様は、本発明の原理を使用できる様々な方法のうちの僅かな例を示すものに過ぎない。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴については、以下の詳細な説明を図面との関連において検討することによって、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、イオンビームを注入する加工物の微粒子汚染を防止するためのシステム、装置、方法に関する。以下、図面を参照して本発明を説明するが、以下の説明を通じて同様の構成要素を参照する際には同様の参照符号を使用する。尚、本発明の様々な態様についての以下の説明は例示的なものであり、本発明を限定するものではない。又、説明を目的として、本発明の完全な理解に供するための多くの特定の詳細事項が記載されているが、本発明が、これらの特定の詳細事項を用いることなく実現可能であることは、当業者にとって明らかである。
【００１３】
通常、イオン注入システムは連続運転される。すなわち、イオン注入システム内には、加工物が注入のための定位置にあるか否かに関わらず、イオンビームが形成される。例えば、加工物に対するイオン注入処理後、イオンビームは、通常、加工物の上流にあるファラデーカップにより遮断され、イオンビームがファラデーカップに衝突している間に、加工物の交換が実施される。しかしながら、本発明者等は、この交換の間に加工物はイオンビームの作用から遮断されるものの、ファラデーカップの上流にあるイオン注入システムの残りの部分は、注入に使用されている時と同一又は類似する出力（パワー）のイオンビームに曝されている点に着目した。したがって、加工物のイオン注入処理が実施されていなくとも、ファラデーカップの上流において汚染微粒子の発生及び／又はイオンビームへの混入は継続している。
【００１４】
例えば、イオン注入システムの質量分析装置内において、その通路は、通常、グラファイトにより被覆されており、不要な分子量を有するイオンは、通路を内張りするグラファイトに衝突し、グラファイト被膜内に混入する。しかし、時間の経過に伴って、イオンがグラファイト被膜に衝突を続け、グラファイト被膜の微粒子が通路から剥落し、イオンビーム中に混入する場合がある。この結果、イオンビーム中のこれらの汚染微粒子が他の構成要素に衝突及び付着し、最終的にはイオン注入の間に加工物又は他の基板にまで移動することにより、処置する加工物上のパターンに極めて高い精細度が要求される半導体及び他のデバイスの製造において、歩留まり低下の要因となるおそれがある。
【００１５】
従来のイオン注入システムでは、典型的には、製造運転の開始時（例えば、一日の始業時）に、イオンを供給するイオン源の起動及び調整が実施され、イオン源は、加工物にイオンが注入されているか否かに関わらず、製造運転の全体を通して全出力でイオンビームを形成し続ける。しかし、このような全出力でのイオンビームの連続形成には、本発明者等が着目した次のような欠点がある。例えば、典型的なイオン注入システムにおけるイオンビームの利用率は約５０％であり、加工物にイオンが注入されている時間は、イオン注入システム内に全出力のイオンビームが存在している時間の約半分である。したがって、加工物を注入システムの内／外に移送する遷移期間のような残りの時間は、イオン源に供給するエネルギー及び材料は浪費されている。
【００１６】
本発明者等は、更に、全出力でのイオンビームの連続稼動に伴って、加工物にイオンが注入されているか否かに関わらず、汚染物がシステム内に連続的に累積される点にも着目した。従来、このような汚染物の累積は、無視できるか、及び／又は、不可避であると見なされ、全出力でイオンビームを連続的に稼動することは、イオン注入処理にとって不可欠であると考えられてきた。しかし、本発明者等は、このような汚染物の累積は無視できるものではなく、結果として生じる加工物の汚染は、イオン源に断続的なデューティサイクルを設けることにより軽減することができることを見出した。以下、その詳細を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一態様に従う例示的なイオン注入システム１００の簡略化された平面図である。尚、図１に示すイオン注入システム１００は、本発明の上位概念による理解に供するためのものであり、必ずしも実際の縮尺通りに描かれてはいない。また、明確化のために、様々な構成要素が追加又は省略されている。図示された様々な構造は、様々な形状及びサイズとすることも、又は、すべてを省略することもできる。そのような形状、サイズ、省略の全ては、本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
本発明の１つの例示的な態様に従って、イオン注入システム１００は、質量分析装置１０６（「磁石」ともいう）の主磁界１０４内に配置された真空チャンバー１０２を含む。イオン源１０８は、イオンビーム１１９を形成するように動作可能なものであり、イオンビームは、イオン源の出口開口部１１２から出射し、質量分析装置の入口１１４を通じて質量分析装置１０６内に入る。質量分析装置１０６は、当業者にとって周知のように、イオンビームに含まれる元素の分子量に少なくとも部分的に基づいて、イオンビーム１１０を分離するように動作可能なものである。このように、質量分析装置１０６は、イオンビーム１１０から、選択された元素（例えば、ホウ素）からなる選択されたイオン線又はビーム１１５を引き出すように動作可能なものであり、その際、この選択された元素よりも分子量の小さい軽量元素（例えば、水素）は、第１領域１１６に向かって方向転換し、一方、この選択された元素よりも分子量の大きい重量元素は、第２領域１１８に向かって方向転換する。通常、第１領域１１６に衝突する最軽量元素は、チャンバー１０２の壁１２０に衝突することによって大きな損傷を与えることはないが、チャンバーの第２領域１１８の壁１２０に衝突する重量元素は、その大きな質量が少なくとも部分的な要因となり、より大きな損傷を与える傾向を有する。
【００１９】
選択された分子量を有さない（すなわち、選択されたビーム１１５に含まれない）元素は、不要な材料からなり、エンドステーション１２６に配置された加工物１２４に意図的に注入されることがないため、廃棄ビーム１２２と呼ばれる。従来、チャンバー１０２の壁１２０はグラファイト１２８により内張りされており、廃棄ビーム１２２が壁に衝突することにより、廃棄ビームに含まれる元素は、そのグラファイトに混入される。但し、壁１２０のグラファイト１２８に衝突する角度によっては、元素が壁に埋め込まれない場合や、更に、多少のグラファイトをスパッタリングする場合もある。更に、多くの場合、イオンビーム１１０は、例えばフッ素のような高反応性材料を含んでおり、この高反応性元素が更に壁１２０から材料を除去して、化学的に活性の微粒子からなるクラウド（cloud）１３０が真空チャンバー１０２の内部に貯蔵されることになる。時間が経過するにつれて、汚染物からなるクラウド１３０は累積され、壁１２０及び他の内部の構成要素上に汚染物のフレーク(flake)（図示は省略する）が形成されて密集する。このフレークは、いずれは壁及び他の構成要素から剥落するため、加工物１２４が汚染される可能性につながる。
【００２０】
本発明は、イオン源１０８に断続的なデューティサイクルを設けることにより、このような汚染を最小限に留めるものである。イオンビーム１１０を、注入出力（例えば、加工物１２４へのイオン注入の間のイオンビーム強度）から「最小出力」（例えば、注入出力の０％と１０％の間）まで、実質的に「消去する」又は低下させるように動作可能とすることで、例えばエンドステーション１２６の内／外への加工物１２４の交換の間のような製造造運転中の様々な時間において、イオンビームによる有害な汚染を最小限に留めることができる。このように、イオンが加工物１２４に注入されていない時には、イオンビームが相当に低下しているため、それに比例して、イオン注入システム１００全体で発生する微粒子が低減する。
【００２１】
本発明に従って、コントローラー１３２（例えば、コントロールシステム）が設けられ、このコントローラーは、１つ又は複数の入力に基づいて、イオンビーム１１０の出力を注入出力と最小出力との間で変調するように動作可能なものである。例えば、コントローラー１３２は、イオンビームの出力を、高出力から相当の低出力まで制御するように動作可能なものであり、この制御は、エンドステーション１２６内の加工物１２４の存在又は不在、操作者による入力、又は、種々の他の入力のような、様々な入力により起動することができる。あるいは、イオンビームの出力は、更に、バーリン（Ｂｅｒｒｉｅｎ）による米国特許第６，６６１，０１６号明細書の教示に従って変調することも可能であり、その開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００２２】
以下に説明するように、本発明に係るイオンビーム１１０は、イオン源１０８を制御することによって、先行技術に見られる多くの有害な作用を伴うことなく、任意の時間に、注入出力と最小出力との間で殆ど瞬時に変調することができる。例えば、選択されたイオンビーム１１５を分析したい場合、イオンビームの１つ又は複数の特性を測定するように動作可能なファラデーカップ１３４を、イオンビームが最小出力のときに、（矢印１３６によって示されているように）イオンビームを横切るように選択的に移動させることができる。この場合、ファラデーカップ１３４の縁部１３８が曝されるのは、最小出力のビームであるため、ファラデーカップの縁部から汚染物のフレークが剥落する問題（これは、従来のイオン注入システムに共通の問題であった）が生じる可能性が低減する。所望の場合、イオンビーム１１０は、殆ど瞬時に全出力状態に変更することができ、ファラデーカップ１３４による測定を実施することができる。ファラデーカップ１３４は、更に、コントローラー１３２に結合され、これによって、イオン源１０８に対する指令の設定に使用するビーム電流密度を追跡及び監視するものであってもよい。
【００２３】
別の例では、ファラデー１４０を加工物１２４の下流に配置することもできる。このファラデーは、後述するように、エンドステーション１２６内に加工物が存在するか否かを示す信号１４２（例えば、イオンビーム制御信号）を供給するように動作可能なものである。あるいは、イオン注入システム１００に関連する加工物操作システム１４４（例えば、移送ロボットシステム）、ファラデーカップ１３４、又は、他のハードウェア及び／又はソフトウェアにより、イオン注入システム内の加工物の位置を示す信号１４２を供給するものであってもよい。このような信号供給手段は、全て本発明の範囲に含まれる。
【００２４】
図２は、本発明の参考例として、例えば図１に示すイオン源１０８のような例示的なイオン源２００を示す。図２に示すイオン源２００では、そのイオン源におけるイオン化のために使用可能な電子数を高速に制御することができ、それによって、イオンビーム１１０は、上述したように迅速に応答するものである。例えば、イオン源２００は、互いに対向する第１の側部２０４及び第２の側部２０６と、互いに対向する第１の壁２０８及び第２の壁２１０とを有するイオンチャンバー２０２を含む。第１及び第２の側部と第１及び第２の壁は、全体としてイオンチャンバー２０２を形成し、更に、米国特許出願第２００２／００５３６４２号に記載されているように、イオン源２００のアノード２１２を形成する（この出願の開示内容は、参考として本説明に含まれる）。例えば、フィラメントカソード２１４（フィラメントともいう）が第１の側部２０４を通じて延在してフィラメント電源２１６に結合され、第２の側部２０６には、ミラー電極２１８が配置されている。更に、引出電極アセンブリー２２０は、例えば、イオンチャンバー２０２の第２の壁２１０に形成された出口スリット２２２を通じてイオンビーム１１０を引き出すように動作可能なものである。これによって、バーナス（Bernas）型イオンチャンバーにおける従来の方法に従って、引き出されたイオンビーム１１０（及び関連するアーク電流及びイオンプラズマ）が発生する。別の例では、イオンチャンバー２０２は、更に、イオン前駆ガス供給部２２４を含むものであってもよい。また、フィラメントカソード２１４（例えば、直接加熱カソード）を間接加熱カソードに代替できることは、当業者にとって明らかである。
【００２５】
本発明の一態様に従って、アーク電源２２６は、フィラメントカソード２１４並びに第１及び第２の壁２０８、２１０に電気的に結合される。ミラー制御回路２２８は、フィラメント電源２１６、アーク電源２２６、及びミラー電極２１８に電気的に結合される。ミラー制御回路は、フィラメントカソード２１４に対するミラー電極の電位を制御するように動作可能なものである。詳しくは、ミラー制御回路２２８は、フィラメント２１４とミラー電極２１８との間に補足される電子数を制御し、それによって、ガスのイオン化率、及びその結果として生じるイオンビーム１１０の電流を制御するように動作可能なものである。例えば、ミラー制御回路２２８は、ミラー電極２１８の電位を、フィラメント２１４の電位に近づくように駆動するか（イオンビーム１１０の強度を増大させる場合）、又は、第１及び第２の壁２０８、２１０の電位に近づくように駆動する（イオンビームの強度を減少させる場合）。誤差信号２３０の電位がフィラメント２１４の電位に近づくと、ミラー電極２１８に印加される電位により、電子がイオンチャンバー２０２の中央部に向けて押し戻されるため、イオン化のために使用可能な電子数が増大する。誤差信号２３０の電位が第１及び第２の壁２０８、２１０の電位に近づき、また、フィラメント２１４に対して誤差信号の電位が正である場合、電子は、ミラー電極２１８に引き付けられて吸収される。したがって、イオン化のために使用可能な電子数が減少し、それによって、ガスのイオン化率も同様に低減する結果、イオンビーム１１９の強度の所望の低下が達成される。
【００２６】
イオンビーム１１０の電流の低下は、チャンバーの第１及び第２の壁２０８、２１０の電位に近づくようにミラー電極２１８の電位を駆動することによって達成することができる。詳しくは、ビーム電流、従ってビーム強度は、ミラー電極の電位を、フィラメントに印加される電位からチャンバーの壁に印加される電位に駆動することにより低下させることができる。このビーム電流の調整において、先行技術のイオン注入システムと本発明との間の、イオンチャンバーシステムの応答時間の相違が顕著に現れる。先行技術におけるフィラメントの加熱及び冷却は、フィラメントの熱容量のため、通常約０．５秒の時定数を有する。それに対して、アークチャンバーを横断する電子の走行時間は、マイクロ秒単位で測定されるものであり、したがって、このシステムによる電子流の制御によれば、応答時間は、１０〜２０マイクロ秒以内であることが予測される。
【００２７】
図３には、本発明に従う例示的なイオン源３００が示されている。イオン源３００は、第１及び第２の側部３０４、３０６と第１及び第２の壁３０８、３１０とを有するイオン源チャンバー３０２を含み、第１及び第２の側部と第１及び第２の壁によりイオン源チャンバーが形成され、更に、イオン源２００のアノード３１２が形成されている。図２に示すイオン源２００と同様に、図３に示すイオン源チャンバー３０２は、第１の側部３０４を通じて延在するフィラメント３１４（カソードとして機能する）、フィラメント３１４に結合するフィラメント電源３１４、ガス供給部３２４、及び、第１の側部３０６に配置されたミラー電極３１８を含む。発生するイオンビーム１１０は、第２の壁３１０に配置された出口スリット３２２を通過する。但し、イオン源３００は、更に、グリッド電極３３２を含み、このグリッド電極は、図３に示すように、円形のグリッド部３３４と外向きに延びる支持脚部３３６を含んでいる。グリッド部３３４は、ループ部３４０によって形成される開口部３３８有し、この開口部は、フィラメント３１４とイオンチャンバーの残りの部分との間に配置される。支持脚部３３６は、例えば、第１の壁３０８を貫通するとともにその第１の壁に固定されており、それによって、グリッド電極３３２を、グリッド部３３４がフィラメント３１４付近に配置されるように、イオン源チャンバー２０２内に配置することができる。グリッド電極３３２は、例えば、従来の真空管におけるグリッドと同様に動作するように構成されており、本発明の範囲を逸脱することなく、イオン源３００内で１つ以上のグリッドを使用可能なことは、当業者にとって明らかである。
【００２８】
本発明に従って、アーク電源３２６は、フィラメント３１４（カソード）、第１及び第２の壁３０８、３１０（アノード）、フィラメント電源３１６、及びミラー電極３１８に電気的に結合される。例えば、アーク電源３２６は、更に、フィラメント３１４に対してグリッド電極３３２の電位を負又は正で駆動するように動作可能なものである。詳しくは、グリッド電極３３２には、グリッド制御回路３２８が電気的に結合されており、グリッド制御回路は、イオンビーム１１０の所望の強度を生成するために選択された信号３３０を受信する。グリッド制御回路３２８は、例えば、信号３３０に応じて、グリッド電極３３２をフィラメント３１４に対して負にバイアスするように動作可能なものであり、それによって、フィラメントから射出される電子を阻止してイオン源チャンバー３３２の中央領域３４２に流れる電子数を減少させ、その結果、イオン化率が低減する。あるいは、図２を参照して説明した場合と同様に、フィラメントからミラー電極３１８に電子が流れることができるようにするために、グリッド電極３３２をフィラメント３１４の電位又はそれに近い電位に駆動することもできる。更に、図２に示すミラー電極の動作と同様に電子を吸収するために、フィラメント３１４に対してグリッド電極３３２の電位を正に設定することもできる。
【００２９】
このように、図３に示すイオン源３００は、図２に示すイオン源２００に関連する制御に対して、制御の幅が広いものである。詳しくは、図３に示すグリッド電極３３２によれば、イオン源３００では、イオンの発生をほぼゼロに低下するまで絞ることが可能になる。このような制御をしない場合には空間電荷によって制限される電子流は、その固有の特性として、温度によって制限される電子流よりもノイズが少ないものであり、結果として生じるイオンビーム１１０も、対応してノイズの少ないものになる。このように、本発明は、イオン注入で使用するためのイオン源の出力を高速に制御するための制御システムを提供するものである。本発明に係る制御システムでは、イオンチャンバーのフィラメントの熱制御又はアーク電圧の変化に基づくのではなく、イオンチャンバー内の電子流を電気的に制御することにより、優れた安定性と制御の高速性が実現される。
【００３０】
図１に示すシステムは、本発明に従って、例えば加工物１２４の交換の間のような様々な時間におけるイオン注入システム１００内の汚染を低減するために、図１に示すコントローラー１３２により（例えば、図２に示すイオン源２００又は又は図３に示すイオン源３００のような）イオン源１０８を制御することによって、イオンビーム１１０の電流又は出力（例えば、強度）を選択的に低下させるものである。例えば、イオン注入システム１００内の加工物１２４の位置（例えば、エンドステーション１２６内の加工物の存在又は不在）に基づいて、イオンビーム１１０を迅速に増大又は低下させることができる。
【００３１】
例えば、加工物１２４のイオン注入システム１００への挿入又はイオン注入システムからの取り出しの間、又は、イオンビーム１１０を注入電流に維持することが望ましくない任意の時間には、イオンビームの電流を、ほぼゼロ電流出力（例えば、注入出力又は注入電流の、０％と１０％の間の最小出力又は最小電流）にまで選択的に低下するように制御することができる。これによって、イオン注入システム１００内における汚染の発生が低減する。従来、イオンビームは、加工物の位置に関わらず注入出力に維持されていたため、上述したようなイオン源１０８の制御によるイオンビーム１１０の電流の低下は、先行技術には存在しない方法により、有利に汚染を低減するものである。
【００３２】
図４は、本発明の更に別の例示的な態様に従う例示的な方法４００を示すブロック図である。この方法は、イオンビームの消去のための断続的なデューティサイクルを示すものであり、微粒子制御のための方法ともいう。ここで、例示した方法が一連の動作及び事象として図示及び説明されていても、本発明は、そのような動作又は事象の図示された順序によって限定されるものではない。例えば、本発明に従って、図示及び説明したものとは異なる順序で生じる動作、及び／又は、他の動作又は事象と同時に生じる動作があってもよい。加えて、本発明に従う方法を実施するために、必ずしも全てのステップが必要なわけではない。更に、本発明に従う方法は、図示及び説明したシステムに関連させて実施するだけでなく、図示されていない他のシステムに関連させて実施することもできる。
【００３３】
図４に示すように、方法４００は、動作段階４０５においてイオン源にパワーを供給することから開始し、これによって、イオンビームが形成される。例えば、動作段階４０５は、図３に示すフィラメントカソード３１４、ミラー電極３１８、及びグリッド電極３３２のうちの１つ又は複数にパワー又は電流を供給することを含むものであってもよい。動作段階４１０において、イオンビーム制御信号が供給される。イオンビーム制御信号は、例えば、図１に示すような、加工物操作システム１４４又は他の信号供給デバイスからの信号１４２を含むものであってもよく、この信号は、イオン注入システム１００内の加工物の位置をコントローラー１３２に通知するものである。あるいは、イオンビーム制御信号は、例えば、イオンビームを注入出力条件とすることが望ましいことを示す操作者による入力のような、任意の信号とすることができる。
【００３４】
図４に示す動作段階４１５において、イオンビーム制御信号に少なくとも部分的に基づいて、イオン源のパワー又は電流が制御される。この制御は、イオンビームの電流又はパワーを、制御信号に基づいて、約２０マイクロ秒以内に注入電流と最小電流との間で変調するものである（例えば、イオンビーム電流は、注入電流の０％と１０％との間の最小電流から注入電流まで変調される）。例えば、注入出力のイオンビームでイオン注入が実施され、加工物へのイオンの注入が完了した（例えば、供給されるイオンビーム制御信号が注入完了を示した）後、動作段階４１５において、図２に示すミラー電極２１８に供給される電流が制御され、イオンビーム１１０の電流が、注入電流から最小電流（例えば、ほぼ０％出力）に選択的に変調される。イオンビームが最小電流になった後、例えば、加工物１２４をエンドステーション１２６から取り出すことができ、この加工物の取り出しの間に汚染は殆ど発生しない。同様に、イオンビームが最小電流である間に、新たな加工物をエンドステーション内に挿入することができ、これによって、動作段階４１０において、制御信号は、再び加工物が定位置に着いたことを示すものとなる。この制御信号を受信すると、ミラー電極に供給される電流を再度制御することによって、注入のための電流が、最小電流から注入電流に再度変調される。
【００３５】
別の方法では、図４に示す動作段階４１５において、図３に示すグリッド３３２が上述したように制御され、イオンビーム１１０の電流の強度が同様に迅速に変調される。更に、例えば加工物がエンドステーション内に再度配置された後、イオン源を、注入出力に変調することができる。このように、従来のイオン注入システムと比較して、イオン源のデューティサイクルが大幅に短縮され、イオン注入システム内の汚染が大幅に軽減される。
【００３６】
このように、本発明は、微粒子汚染を軽減し、現在のイオン注入の技術分野には存在しない水準の微粒子制御を提供するものである。以上、本発明を特定の用途および態様に関連させて図示および説明してきたが、本明細書および添付された図面の読了と理解に基づいて、当業者が同等な変更および修正に想到し得ることは理解されるであろう。特に、上述した構成要素（アセンブリー、デバイス、回路等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する説明された構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとい開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものと意図されている。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、任意の所定のまたは特定の用途のために望ましくかつ有利であるために、そのような特徴を他の態様の１つまたはそれ以上の特徴と組み合わせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一態様に従う例示的なイオン注入システムを示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の一態様に従う例示的なイオン源の部分断面図である。
【図３】図３は、本発明に別の態様に従う別の例示的なイオン源の部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の例示的な態様に従う加工物の汚染を軽減する方法を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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