(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入機のイオン源のための陰極であって、該陰極は作業面を具え、該作業面に複数の電子生成及び集束用溝が設けられ、
該複数の電子生成及び集束用溝の各々の底面は、前記作業面の平面部分に対して角度が付けられた傾斜面であり、
熱イオン放射により前記陰極から電子が放出される、陰極。
【請求項２】
前記複数の電子生成及び集束用溝は複数の同心円の溝を含む、請求項１記載の陰極。
【請求項３】
前記複数の溝の各々の前記傾斜面の角度は同じである、請求項１記載の陰極。
【請求項４】
前記複数の溝の各々の前記傾斜面は前記作業面から所定の距離に位置する焦点に面している、請求項１記載の陰極。
【請求項５】
前記距離は前記作業面から３０ｍｍである、請求項４記載の陰極。
【請求項６】
前記作業面の中心領域が前記作業面の外側領域より厚い、請求項１記載の陰極。
【請求項７】
前記作業面はほぼ均一の厚さを有する、請求項１記載の陰極。
【請求項８】
イオン注入機のためのイオン源であって、該イオン源は、
ソースガス注入口と、
作業面を具え、該作業面に複数の電子生成及び集束用溝が設けられている陰極と、
イオンプラズマ出口と、
を具え、
前記複数の電子生成及び集束用溝の各々の底面は、前記作業面の平面部分に対して角度が付けられた傾斜面であり、
熱イオン放射により前記陰極から電子が放出される、イオン源。
【請求項９】
前記複数の電子生成及び集束用溝は複数の同心円の溝を含む、請求項８記載のイオン源。
【請求項１０】
前記複数の溝の各々の前記傾斜面の角度は同じである、請求項８記載のイオン源。
【請求項１１】
前記複数の溝の各々の前記傾斜面は前記作業面から所定の距離に位置する焦点に面している、請求項８記載のイオン源。
【請求項１２】
前記距離は前記作業面から３０ｍｍである、請求項１１記載のイオン源。
【請求項１３】
出力開口を更に具え、前記焦点が前記出力開口に隣接している、請求項１１記載のイオン源。
【請求項１４】
前記作業面の中心領域が前記作業面の外側領域より厚い、請求項８記載のイオン源。
【請求項１５】
前記作業面は均一の厚さを有する、請求項８記載のイオン源。
【請求項１６】
作業面内に複数の電子生成及び集束用溝が設けられている反射電極を更に具える、請求項８記載のイオン源。
【請求項１７】
前記陰極の前記複数の電子生成及び集束用溝の各々は前記陰極の前記作業面の平面部分に対して角度が付けられた傾斜面を含み、前記反射電極の前記複数の電子生成及び集束用溝の各々は前記反射電極の前記作業面の平面部分に対して角度が付けられた傾斜面を含む、請求項１６記載のイオン源。
【請求項１８】
前記複数の電子生成及び集束用溝の各々の前記傾斜面は前記陰極及び反射電極の前記作業面から所定の距離に位置する焦点に面している、請求項１７記載のイオン源。
【請求項１９】
前記焦点は前記イオンプラズマ出口に隣接している、請求項１８記載のイオン源。
【請求項２０】
請求項８に記載のイオン源を具える、イオン注入機システム。
【請求項２１】
イオンプラズマを発生させる方法であって、
ソースガスを供給するステップと、
イオンプラズマを発生させるために前記ソースガスに隣接する陰極にバイアスを供給するステップとを具え、前記陰極は作業面を具え、該作業面に複数の電子生成及び集束用溝が設けられ、該複数の電子生成及び集束用溝の各々の底面は、前記作業面の平面部分に対して角度が付けられた傾斜面であり、
熱イオン放射により前記陰極から電子が放出される、
イオンプラズマ発生方法。
【請求項２２】
前記複数の電子生成及び集束用溝の各々の前記傾斜面の角度は同じである、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の溝の各々の前記傾斜面は前記作業面から所定の距離に位置する焦点に面している、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記距離は前記作業面から３０ｍｍである、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記作業面の中心領域が前記作業面の外側領域より厚い、請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
前記作業面は均一の厚さを有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
作業面内に複数の電子生成及び集束用溝が設けられている反射電極を更に具える、請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にはイオン注入、特にはイオン注入機のイオン源のための、電子生成及び集束用溝を有する陰極に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入機のイオン源内には、ソースガス内に電子を注入することによってイオンプラズマを発生させるために陰極及び反射電極が配置される。反射電極は陰極と同じ電位に維持されるが、加熱されず、その目的は電子を反射してプラズマへ戻すことによって電子がプラズマから逃げないように止することにある。しかし、イオン源が使用されるにつれて、それらの作業面、特に陰極の作業面が浸食されて凹面になる。この凹面は、特に陰極がその寿命の終わりに近づくにつれてイオン源の出力を増大するように作用する。特に、陰極の凹面は熱イオン電子をプラズマの中心部に集束し、出力を増大する。しかしながら、あいにく、増大された出力の持続期間は陰極がその有効寿命の終わりに近づくために制限される。
【０００３】
増大された出力をうまく利用する一つの方法は凹面を有する陰極を組み込むことである。しかし、この方法はいくつかの理由で支持できない。第１に、凹面陰極は中心部が薄くなるため陰極の寿命が短くなる。一般に、陰極の中心部に障害が生じる。更に、凹面陰極は高い熱容量を示す構造を必要とし、例えば陰極表面のエッジが厚くなる場合、その加熱と制御が難しくなる。
【発明の概要】
【０００４】
イオン注入機システムのイオン源のための、電子生成及び集束用溝を有する陰極、イオン源及び関連方法を開示する。一実施形態において、陰極は作業面を具え、該作業面に複数の電子生成及び集束用溝が設けられている。イオン源の反射電極も同様の構造にすることができる。
【０００５】
本発明の第１の態様はイオン注入機のイオン源のための陰極を提供し、該陰極は作業面を具え、該作業面に複数の電子生成及び集束用溝が設けられている。
【０００６】
本発明の第２の態様はイオン注入機のイオン源を提供し、該イオン源は、ソースガス注入口と、複数の電子生成及び集束用溝が設けられた作業面を具える陰極と、イオンプラズマ出口とを具えている。
【０００７】
本発明の第３の態様はイオンプラズマを発生させる方法を提供し、該方法は、ソースガスを供給するステップと、イオンプラズマを発生させるために前記ソースガスに隣接する陰極にバイアスを供給するステップとを具え、前記陰極は複数の電子生成及び集束用溝が設けられた作業面を具えている。
【０００８】
本発明のこれらの実施態様は本明細書に記載された問題及び／又は検討されてない問題を解決するように設計される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるイオン注入機システムの概略図を示す。
【図２】本発明によるイオン源の断面図を示す。
【図３】イオンプラズマ出口カバーが除去された図２のイオン源の上面図を示す。
【図４】本発明による陰極の等角投影図を示す。
【図５】図４の陰極の部分断面図を示す。
【図６】図４−５の陰極の代替実施例の上面図を示す。
【図７】図４−６の陰極の代替実施例の部分断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面は一定の寸法比で描かれていない点に注意されたい。図面は本発明の典型的な特徴のみを示すことを目的としており、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。
【００１１】
イオン源用の陰極、イオン源及び関連方法が開示される。はじめに、図１は本発明によるイオン注入機システム１００を例示する。イオン注入機システム１００は、イオンビーム１０４を発生しイオン注入チャンバ１０８内のターゲット１０６に送るイオンビーム発生器１０２を含む。イオンビーム発生器１０２は、現在知られている又はその後開発された任意のイオンビーム発生器、例えばヴァリアン  セミコンダクター  イクイップメント  アソシエイツ社から市販されているイオンビーム発生器とすることができる。一般に、ターゲット１０６はプラテン１１４の上に装着された一つ以上の半導体ウェハを含む。プラテン１１４及び従ってターゲット１０６の特性は、ターゲット１０６、即ちウェハを回転させるプラテン駆動アセンブリ１１６とターゲット１０６の垂直位置を制御するターゲット垂直スキャン位置コントローラ１１８とによって制御することができる。駆動アセンブリ１１６及び位置コントローラ１１８は両方ともシステムコントローラ１２０に応答する。
【００１２】
イオンビーム発生器１０２は、上述のコンポーネントに加えて、ガスフロー１４０と、ソースマグネット１４４及びソースバイアス電圧コントローラ１４６を含むイオン源１４２と、抑制電極１４８、抽出電極１５０及び電極１４８，１５０のための一つ以上のマニピュレータモータと、分析マグネット１５４と、加速集束電極１５６と、加速抑制電極１５８と、質量スリット１６０と、前段スキャン抑制電極１６２と、水平スキャンプレート１６４と、後段スキャン抑制電極１６６と、窒素（Ｎ２）ブリード１６８と、補正マグネット１７０と、限界開口１７２と、プロファイラシステム１１２とを含むことができる。上述の各コンポーネントはシステムコントローラ１２０により監視され、このコントローラに応答する。イオン注入機システム１００の動作は既知であるため、これ以上の詳細については記載しない。
【００１３】
次に本発明の一実施例によるイオン源１４２につき説明すると、イオン源１４２は、例えばガスフロー１４０（図１）に結合されたソースガス注入口２００及びカバー２０４内のイオンプラズマ出口２０２（図２のみ）を含む。図２はイオン源１４２の断面図を示し、図３はイオン出口カバーを除去した上面図を示す。イオン源１４２は、イオン源１４２に流入するガスにバイアスを与えてイオンプラズマ出口２０２から射出するイオンプラズマ（図示せず）を生成するために陰極２１０及び反射電極２１２も含む。
【００１４】
図４及び図５に最もよく示されるように、陰極２１０は複数の電子生成及び集束用溝２１６が設けられた作業面２１４を有する。図４−５において、電子生成及び集束用溝２１６はほぼ同心円の溝を構成している。イオン源１４２をクランプ２１７（図２）に結合するためにマウント２１５が作業面２１４の裏面に結合される。図５は陰極２１０の部分断面図を示す。複数の電子生成及び集束用溝２１６の各々は作業面２１４の平面部分２２０に対して角度が付けられた傾斜面２１８を含む。図２に示されるように、各溝２１６の傾斜面２１８は作業面２１４から距離Ｄに位置する焦点ＦＰに面する。即ち、各傾斜面２１８からのほぼ垂直延長線は焦点ＦＰで交差する。焦点ＦＰはイオンプラズマ出口２０２に隣接させることができる。一実施例では、各溝２１６の傾斜面２１８の角度は、例えばそれらの傾斜面がすべて焦点ＦＰに面するように、又は陰極２１０の経年変化とともにできるだけ長い期間に亘って焦点ＦＰに面するように相違させることができる。しかし、これは必須の事項ではなく、各溝２１６の傾斜面２１８の角度は、例えば製造を容易にするためにほぼ同一にしてもよい。更に、傾斜面２１８は図に示されるように平面にする必要はなく、発生されたプラズマを集束する他の構成（例えば凹面）にしてもよい。一実施例では、距離Ｄは作業面２１４から約３０ｍｍにすることができる。この距離はイオン源１４２の寸法に応じて変えることができること勿論である。
【００１５】
図６は、電子生成及び集束用溝２１６はほぼ同心的に配置されてない、即ち同心円ではなく不連続である代替実施例を示す。それにもかかわらず、図６の電子生成及び集束用溝２１６はここに記載される利点と同様の利点を提供する。図４−図６は所定数（例えば３つ）の溝２１６を示すが、任意の数の溝を使用してもよいことが理解されよう。
【００１６】
図４及び図５において、作業面２１４はほぼ均一の厚さを有する。即ち、溝２１６以外の厚さは同じである。従って、作業面全体はほぼ均一な厚さを有する。図７は、作業面２１４の中心領域２３０が作業面２１４の外側領域２３２より厚い代替実施例を示す。
【００１７】
図２に戻り説明すると、イオン源１４２は陰極２１０とほぼ同一の構造を有する反射電極２１２を含むこともできる。即ち、反射電極２１２は複数の電子集束用溝３１６が配設された作業面３１４を有することができる。反射電極２１２の溝３１６の各々は反射電極２１２の作業面３１４の平面部分３２０に対して角度が付けられた傾斜面３１８を含む。この場合には、各溝２１６、３１６の傾斜面２１８、３１８が陰極２１０及び反射電極２１２の作業面２１４、３１４から距離Ｄにある焦点ＦＰに対面させることができる。
【００１８】
動作状態では、イオン源１４２によってイオンプラズマ２５０（図２）が発生される。特に、ソースガスがガスフロー１４０（図１）からイオン源１４２に供給される。イオンプラズマを生成するためにソースガスに隣接する陰極２１０にバイアスが印加される。電子を反発させるためにソースガスに隣接する反射電極２１２にもバイアスが印加される。一実施例では、反射電極２１２及び陰極２１０は同じ電位にするが、これは必須ではない。作業面２１４はあたかも凹面であるかのように熱イオン電子をイオンプラズマ２５０の中心領域に集束し、出力を増大する。このやり方では、陰極２１０は光学系で使用されるフレネル型レンズと同様に作用する。しかし、陰極２１０は、（経年変化した最初平面の陰極のように）作業面２１４が大幅に薄くなり、その寿命が短くなることはない。陰極２１０は完全に平面の陰極の使用開始時の出力に比較して約４０−５０％大きい出力をもたらすことができる。陰極２１０が使用されるにつれて、溝２１６の深さが時間とともに減少し、陰極２１０は凹面になる。
【００１９】
上記の本発明の様々な態様の説明は本発明の説明及び開示のために提示した。これは包括的記載を意図するものでなく、また本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものでもなく、多くの変更及び変形が可能であること明らかである。当業者に明らかなこのような変更及び変形は添付の特許請求の範囲により特定される発明の範囲に含まれる。
【図１】
0005481375.tif 000002
【図２】
0005481375.tif 000003
【図３】
0005481375.tif 000004
【図４】
0005481375.tif 000005
【図５】
0005481375.tif 000006
【図６】
0005481375.tif 000007
【図７】
0005481375.tif 000008