(57)【要約】【課題】広い動作範囲を持つイオン源およびイオン生成方法を提供することにある。【解決手段】コールド動作モードで分子イオンを生成し、ホット動作モードで原子イオンを生成するイオン源と方法が提供される。いくつかの実施例では、第１と第２電子源がアークチャンバの両端に配置されている。第１の電子源はコールド動作モードでエネルギを付勢され、第２の電子源はホット動作モードで付勢される。他の実施例では、電子はコールド動作モードでは陰極の孔を通るように方向付けされ、ホット動作モードでは陰極に向かうように方向付けられる。更に他の実施例では、イオンビーム発生装置は分子イオン源と、原子イオン源と、２つのイオン源の１つを選択するスイッチング素子とを含む。【選択図】図１
2006140159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークチャンバを画定するアークチャンバ筐体と、
第１の動作モードにおいて第１のドーパント物質を前記アークチャンバに供給するように構成された第１のドーパント源と、
前記第１の動作モードにおいて前記第１のドーパント物質をイオン化するように構成された第１の電子源と、
第２の動作モードにおいて第２のドーパント物質を前記アークチャンバに供給するように構成された第２のドーパント源と、
前記第２の動作モードにおいて前記第２のドーパント物質をイオン化するように構成された第２の電子源とを具えるイオン源であって、前記第１の動作モードにおいて前記第１のドーパント物質のイオンを供給し、第２の動作モードにおいて前記第２のドーパント物質のイオンを供給することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記第１の電子源は、前記第１の動作モードにおいて前記第１のドーパント物質を比較的低温度でイオン化するように構成され、前記第２の電子源は、前記第２の動作モードにおいて前記第２のドーパント物質を比較的高温度でイオン化するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記第１のドーパント源は、低温蒸発器を具えることを特徴とする請求項２記載のイオン源。
【請求項４】
前記第１のドーパント源は、前記第１の動作モードにおいて前記第１のドーパント物質の分子を前記アークチャンバへ供給するように構成されていることを特徴とする請求項３記載のイオン源。
【請求項５】
前記第１の電子源は、前記アークチャンバの外に置かれるフィラメントと、前記フィラメントによって発生される電子を前記アークチャンバ内へと加速するための加速電極とを具えることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項６】
前記第２のドーパント源は、ガス源を有することを特徴とする請求項３記載のイオン源。
【請求項７】
前記第２の電子源は、間接加熱陰極と、該間接加熱陰極を加熱するように構成されたフィラメントとを具えることを特徴とする請求項６記載のイオン源。
【請求項８】
前記第２の電子源は、前記第１の動作モードにおいて前記第１の電子源のためのビームダンプとして構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項９】
前記第２の電子源は、前記第１の動作モードにおいて冷却されることを特徴とする請求項８記載のイオン源。
【請求項１０】
前記第１の電子源は、前記第２の動作モードにおいて電子を反発するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項１１】
前記第１および第２の電子源が前記アークチャンバの対向する両端に置かれていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項１２】
フィラメントを加熱する電流を供給するためのフィラメント電源と、前記フィラメントと前記陰極との間に結合されたバイアス電源と、前記陰極と前記アークチャンバ筐体との間に結合されたアーク電源とを更に具えることを特徴とする請求項７記載のイオン源。
【請求項１３】
前記フィラメントを加熱する電流を供給するフィラメント電源と、前記加速電極と前記フィラメントとの間に結合された加速電源とを更に具えることを特徴とする請求項５記載のイオン源。
【請求項１４】
前記第１の電子源は、フィラメントと、該フィラメントと前記アークチャンバとの間に置かれたフィラメントシールドとを具えることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項１５】
前記フィラメントシールドは、前記フィラメントによって発生される電子を通すための多数の孔を具えることを特徴とする請求項１４記載のイオン源。
【請求項１６】
前記第２の電子源は、間接加熱陰極と、該間接加熱陰極を加熱するように構成されたフィラメントを具えることを特徴とする請求項１４記載のイオン源。
【請求項１７】
アークチャンバを画定するアークチャンバ筐体と、
コールド動作モードにおいて第１のドーパント物質を前記アークチャンバに供給するように構成された低温蒸発器と、
前記コールド動作モードにおいて前記第１のドーパント物質をイオン化するように構成された第１の電子源と、
ホット動作モードにおいて第２のドーパント物質を前記アークチャンバへ供給するように構成されたガス源と、
前記アークチャンバ内に置かれた間接加熱陰極及び該陰極を加熱するためのフィラメントを含む第２の電子源とを具え、前記第２の電子源は前記ホット動作モードにおいて前記第２のドーパント物質をイオン化するように構成されたイオン源であって、前記コールド動作モードにおいて前記第１のドーパント物質のイオンを供給し、前記ホット動作モードにおいて前記第２のドーパント物質のイオンを供給することを特徴とするイオン源。
【請求項１８】
アークチャンバ内でイオンを発生させる方法であって、
第１の動作モードで第１のドーパント物質を前記アークチャンバへ供給するステップと、
前記第１の動作モードにおいて第１の電子源を用いて前記第１のドーパント物質をイオン化するステップと、
第２の動作モードにおいて第２のドーパント物質をアークチャンバへ供給するステップと、
前記第２の動作モードにおいて第２の電子源を用いて前記第２のドーパント物質をイオン化するステップとを具え、前記第１の動作モードにおいて前記第１のドーパント物質のイオンを供給し、前記第２の動作モードにおいて前記第２のドーパント物質のイオンを供給することを特徴とするイオン発生方法。
【請求項１９】
前記第１の動作モードにおいて前記第２の電子源を電子ビームダンプとしてバイアスするステップを更に具えることを特徴とする請求項１８記載のイオン発生方法。
【請求項２０】
前記第１の動作モードにおいて前記第２の電子源を冷却するステップを更に具えることを特徴とする請求項１９記載のイオン発生方法。
【請求項２１】
前記第２の動作モードにおいて電子を反発するために前記第１の電子源をバイアスするステップを更に具えることを特徴とする請求項１８記載のイオン発生方法。
【請求項２２】
前記第１の動作モードにおいて前記アークチャンバを比較的低温度に維持するステップと、前記第２の動作モードにおいて前記アークチャンバを比較的高温度に維持するステップとを更に具えることを特徴とする請求項１８記載のイオン発生方法。
【請求項２３】
前記第１のドーパント物質をイオン化するステップは、比較的低温度で分子イオンを発生することを特徴とする請求項１８記載のイオン発生方法。
【請求項２４】
前記第２のドーパント物質をイオン化するステップは、比較的高温度で原子イオンを発生することを特徴とする請求項２３記載のイオン発生方法。
【請求項２５】
アークチャンバを画定するアークチャンバ筐体と、
第１の動作モードにおいて第１のドーパント物質を前記アークチャンバへ供給するように構成された第１のドーパント源と、
第２の動作モードにおいて第２のドーパント物質を前記アークチャンバへ供給するように構成された第２のドーパント源と、
前記アークチャンバ内に位置する陰極と、電流で付勢されたとき電子を発生するように構成されたフィラメントと、第１の動作モードにおいて前記電子を前記アークチャンバ内へ向けさせ、第２の動作モードにおいて前記電子を前記陰極の加熱のために前記陰極に向けさせるよう構成された制御素子とを有する電子源と、
を具えることを特徴とするイオン源。
【請求項２６】
前記電子源は、前記第１の動作モードにおいて前記第１のドーパント物質を比較的低温度でイオン化し、前記第２の動作モードにおいて前記第２のドーパント物質を比較的高温度でイオン化するように構成されることを特徴とする請求項２５記載のイオン源。
【請求項２７】
前記第１のドーパント源は、低温蒸発器を含むことを特徴とする請求項２５記載のイオン源。
【請求項２８】
前記第１のドーパント源は、前記第１の動作モードにおいて前記アークチャンバ内へ前記第１のドーパント物質の分子を供給するように構成されることを特徴とする請求項２７記載のイオン源。
【請求項２９】
前記電子源は、前記アークチャンバの外に置かれたフィラメントと、該フィラメントによって発生された前記電子を前記アークチャンバへと加速する加速電極とを具えることを特徴とする請求項２５記載のイオン源。
【請求項３０】
前記陰極は開口部を含み、前記電子源は前記第１の動作モードにおいて前記電子を前記陰極の開口部を経て前記アークチャンバ内へと方向付ける集束電極を更に含むことを特徴とする請求項２５記載のイオン源。
【請求項３１】
アークチャンバ内でイオンを生成する方法であって、
第１の動作モードにおいて第１のドーパント物質を前記アークチャンバへ供給するステップと、
第２の動作モードにおいて第２のドーパント物質を前記アークチャンバへ供給するステップと、
前記第１の動作モードにおいて電子を前記アークチャンバ内へ方向付けさせることにより前記第１のドーパント物質をイオン化するステップと、
前記第２の動作モードにおいて前記電子を前記アークチャンバ内に置かれた陰極へ向けさせ該陰極を加熱することにより前記第２のドーパント物質をイオン化することを特徴とするイオン発生方法。
【請求項３２】
前記第１のドーパント物質をイオン化するステップは比較的低温度で分子イオンを発生し、前記第２のドーパント物質をイオン化するステップは比較的高温度で原子イオンを発生することを特徴とする請求項３１記載のイオン発生方法。
【請求項３３】
第１の動作モードにおいて分子イオンを生成するように構成された分子イオン源と、
第２の動作モードにおいて原子イオンを生成するように構成された原子イオン源と、
前記第１の動作モードにおいて前記分子イオン源から分子イオンをビームラインに沿う方向に方向付け、前記第２の動作モードにおいて前記原子イオン源からの原子イオンを前記ビームラインに沿う向きに方向付けるスイッチング素子と、
を具えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項３４】
前記分子イオン源は比較的低温度で働き、前記原子イオン源は比較的高温度で働くことを特徴とする請求項３３記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３５】
前記スイッチング素子はスイッチ可能なマグネットを含むことを特徴とする請求項３３記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３６】
前記分子イオン源および前記原子イオン源のそれぞれの出力を選択的に遮断する第１および第２の遮断素子を更に具えることを特徴とする請求項３３記載のイオンビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンインプランタ用に好適なイオン源、特に種々の用途においてイオン化した分子、イオン化したクラスタ及びイオン化した単一原子を生成しうるイオン源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン源はイオンインプランタの重要な構成部分である。イオン源はイオンインプランタのビームラインを通過するイオンビームを生成し、半導体ウェハに到達する。イオン源は、さまざまなイオン種子および抽出電圧に対して、安定で明確なビームを生成するものが必要とされる。半導体生産設備において、イオン源を含むイオンインプランタは、保全や修繕を必要とせず長い期間、作動することが要求される。
【０００３】
イオンインプランタは、直接加熱陰極を有するイオン源を一般的に使用しており、このイオン源では電子を放出するフィラメントがイオン源のアークチャンバに取り付けられ、アークチャンバで非常に腐食性のあるプラズマにさらされる。このように直接加熱陰極は、比較的小さな直径のワイヤーフィラメントを含み、その結果アークチャンバ内の腐食性環境で比較的短時間で劣化し断線する。間接的に加熱された陰極イオン源はイオン源の寿命を改善するために開発されたものである。間接加熱陰極は、フィラメントからの電子の衝撃によって加熱され、熱イオン的に電子を放出する比較的大きな陰極を含む。フィラメントはアークチャンバ内でプラズマから隔離され、それにより長い寿命を持つ。前記陰極の比較的大きな構造は、長期間の動作を保証する。
【０００４】
このような改良にもかかわらず、イオン源は、ある動作状態においては、満足な性能を提供しない。現在の半導体デバイスの技術は、低いインプラントエネルギで得られる極めて浅い接合部の深さを必要とする。しかし、イオンインプランタは、比較的高いインプラントエネルギで効率的に動作するように一般的に設計され、極めて浅い接合部に必要とされるエネルギでは効率的に動作しない。低いインプラントエネルギでは、ウェハに到達する電流は、所望の値より以上に非常に低く、場合により殆どゼロになる。結果として、極めて長いインプラント時間が、指定の放射線量を達成するために必要とされ、スループットが低下する。イオン源は低い抽出電圧で非能率的に働くため、小さなイオン電流がウェハに到達する。更に、イオンビームは、イオンインプランタのビームラインを経て運ばれるにつれて広がり、目標の半導体ウェハよりむしろイオンインプランタの構成部へ衝突する。
【０００５】
低エネルギ生産性は、重い分子や原子のクラスタを走行させることで、著しく改良される。従来のホット陰極イオン源は、高出力の単一原子を生成するが、クラスタや分子を分解する傾向があり、生産性の改善を低減する。分子やクラスタを生成するイオン源は２００２年９月１７日に特許されたホースキのＵＳ特許第６，４５２，３３８号に開示されている。この公開イオン源は分子やクラスタを分解させずにイオン化するために電子ビームに依存している。前記特許には、電子エネルギの範囲を２０−１２００ｅＶとし、最も高いエネルギは分子を完全に分解し多価イオンを生成するために使用することが記載されている。このイオン源では抽出電流はイオン源内にプラズマがないために制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体製造装置は、多数のイオンインプランタの必要性を低減するために広範囲にわたるインプラントパラメータで働くことが望まれる。もっと具体的に言えば、イオンインプランタは、浅い接合深さを達成するための極めて低いエネルギを含む広範囲のイオンエネルギで動作する必要がある。従来技術のイオン源は動作範囲が制限される。従って、改良されたイオン源およびイオン生成方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態によれば、イオン源が提供される。このイオン源は、アークチャンバを画定するアークチャンバ筐体と、第１の動作モードで第１のドーパント物質をアークチャンバへ供給するように構成された第１のドーパント源と、第１の動作モードで第１のドーパント物質をイオン化するように構成された第１の電子源と、第２の動作モードで第２のドーパント物質をアークチャンバへ供給するように構成された第２のドーパント源と、第２の動作モードで第２のドーパント物質をイオン化するように構成された第２の電子源とを含み、またイオン源は第１の動作モードで第１のドーパント物質のイオンを供給し、第２の動作モードで第２のドーパント物質のイオンを供給する。
【０００８】
第１の電子源は、第１の動作モードで比較的低温度で第１のドーパント物質をイオン化するように構成し、第２の電子源は、第２の動作モードで比較的高温度で第２のドーパント物質をイオン化するように構成することができる。第１のドーパント源は、第１の動作モードで第１のドーパント物質の分子をアークチャンバへ供給するように構成することができる。
【０００９】
本発明の第２の形態によれば、アークチャンバでイオンを生成する方法が提供される。この方法は、第１の動作モードでアークチャンバに第１のドーパント物質を供給し、第１の電子源を用いながら第１の動作モードで第１のドーパント物質をイオン化し、第２の動作モードでアークチャンバに第２のドーパント物質を供給し、第２の電子源を用いながら、第２の動作モードで第２のドーパント物質をイオン化するように構成し、イオン源は、第１の動作モードで第１のドーパント物質のイオンを供給し、第２の動作モードで第２のドーパント物質のイオンを供給する。
【００１０】
本発明の第３の形態によれば、イオン源は、アークチャンバを画定するアークチャンバ筐体と、第１の動作モードで第１のドーパント物質をアークチャンバに供給するように構成された第１のドーパント源と、第２の動作モードで第２のドーパント物質をアークチャンバへ供給するように構成された第２のドーパント物質と、アークチャンバに置かれた陰極を含む電子源と、電子電流で電圧を印加された時、電子を引き起こすように構成されたフィラメントと第１の動作モードで電子をアークチャンバへ方向付け、第２の動作モードにおいて加熱するために陰極へ電子を方向付けるように構成された制御素子とを含む。
【００１１】
本発明の第４の形態によれば、アークチャンバ内でイオンを生成する方法が提供される。この方法は第１の動作モードで第１のドーパント物質をアークチャンバへ供給し、第２の動作モードで第２のドーパント物質をアークチャンバへ供給し、電子をアークチャンバへ方向付けることによって、第１の動作モードで第１のドーパント物質をイオン化し、電子をアークチャンバに置かれた陰極へ方向付けることで、第２の動作モードで陰極を加熱するために第２のドーパント物質をイオン化するように構成される。
【００１２】
本発明の第５の形態によれば、イオン源は第１の動作モードで分子イオンを生成するように構成された分子イオン源と、第２の動作モードで原子イオンを生成するように構成された原子イオン源と、第１の動作モードでビームラインに沿って分子イオン源から分子イオンを方向付けるように構成されたスイッチング素子と、第２の動作モードでビームラインに沿って原子イオン源から原子イオンを方向付けるように構成されたスイッチング素子とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施例によるイオン源が図１に示される。このイオン源は、イオン化分子およびイオン化クラスタを生成するためのコールド動作モードと、イオン化単一原子および他の一般的なイオン種を生成するためのホット動作モードとを有する。ホット動作モードはプラズマの発生を伴うが、コールド動作モードはプラズマの発生が回避される。
【００１４】
抽出開口１２を持つアークチャンバ筐体１０はアークチャンバ１４を画成する。陰極２０はアークチャンバ１４内の一端に配置される。陰極２０に近接したアークチャンバ１４の外に置かれたフィラメント３０は、ホット動作モードで陰極２０を加熱する。陰極２０は間接加熱陰極として構成される。陰極２０とフィラメント３０は、ホット動作モードで電子源として機能する。ホット動作モードでイオン化すべき物質は、蒸発器／ガス源４０からアークチャンバ１４へ供給される。
【００１５】
アーク電源５０は、アークチャンバ筐体１０に接続された正極と陰極２０へ接続された負極を有する。アーク電源５０は、陰極２０によって放射される電子をアークチャンバ１４のプラズマ内へと加速する。
【００１６】
バイアス電源５２は、陰極２０に接続される正極とフィラメント３０に接続される負極を有する。バイアス電源５２は、フィラメント３０によって放出される電子を陰極２０へ加速することで、ホット動作モードにて陰極２０を加熱する。
【００１７】
フィラメント電源５４はフィラメント３０に接続された出力端子を有する。フィラメント電源５４は、フィラメント３０を発熱させて電子を発生させる。発生した電子は陰極２０へ加速され陰極２０を加熱する。
【００１８】
ソースマグネット(図示していない)はアークチャンバ１４内に矢印６２で示す方向に磁場Ｂを発生する。このソースマグネットは、アークチャンバ１４の両端に磁極を有する。このソースマグネットは、マグネット電源(図示していない)へと接続される。前記磁場はホット動作モードにおいて陰極２０により放出された電子とアークチャンバ１４内のプラズマとの相互作用を増加させる。このソースマグネットはコールド動作モードでは減勢される。
【００１９】
コールド動作モードで動作する電子源１００は、陰極２０からみてアークチャンバ１４の反対端に位置する。電子源１００は、アークチャンバ１４の外側に位置するフィラメント１１０と、アークチャンバ１４内に位置する加速電極１１２と、集束電極１１４とを含む。フィラメント１１０は、フィラメント１１０を加熱するためにフィラメント電源１２０へと接続される。加速電源１２２は、フィラメント１１０によって発生された電子を加速して電子ビームにするために加速電極１１２とフィラメント１１０との間に接続される。集束電源１２４は、電子をアークチャンバ筐体１０の開口部を経てアークチャンバ１４内へと集束させるために集中電極１１４とフィラメント１１０との間に接続される。加速電源１２２はフィラメントにより発生された電子を加速して約２０から１０００電子ボルトの範囲のエネルギを付与することが出来る。コールド動作モードでイオン化すべき物質は、蒸発器／ガス源３２からアークチャンバ１４へと供給される。
【００２０】
図１に示すイオン源は、イオン源を２つのモードで動作可能にする効率的な構成を提供し、コールド動作モードは分子とクラスタの穏やかなイオン化と保存を目的とし、ホット動作モードはプラズマの形成とイオン源の内容物の完全分解とイオン化を目標とする。この構成は、高いエネルギだけでなく低いエネルギでも、インプランタの全性能範囲に亘って高い生産性を維持出来るようにする。その基本コンセプトは、電子源をアークチャンバの両端に配置することにある。１つの電子源は、ホット動作モードで電子源として働く間接加熱陰極を含んでいる。他の電子源は、コールド動作モードでアークチャンバに供給する分子のソフトイオン化のための電子源を含んでいる。コールド動作モードで動作するための電子源に関する追加の詳細は、２００２年９月１７日に特許されたホースキのＵＳ特許第６，４５２、３３８号に開示されている。非使用状態の電子源は、イオン源内の電子の寿命を向上するためのリペラとして働くように常にバイアスすることができる。従って、ホットモードでは、電子源１００の構成部を、電子リペラとして働くようにバイアスすることができ、コールドモードでは陰極２０を電子リペラとして働くようにバイアスすることができる。
【００２１】
図１を参照すると、コールドモード構成部１４０は、蒸発器／ガス源３２、加速電源１２２、集束電源１２４、フィラメント電源１２０、フィラメント１１０及び集束電極１１４を有する。ホットモード構成部１４２は、蒸発器／ガス源４０、アーク電源５０、バイアス電源５２とフィラメント電源５４を有する。アークチャンバ筐体１０及びその関連構成部は、コールドモードとホットモードで働く。このイオン源がコールドモードで働く時、ホットモード構成部１４２は滅勢され、抑制され、且つ又切り離される。このイオン源がホットモードで働く場合には、逆にコールドモード構成部１４０が滅勢され、抑制され、且つ又切り離される。
【００２２】
本発明の第２の実施例を図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３の実施例は、陰極２０及びフィラメント３０を必要とせず、電子源１００がコールドとホットの両方の動作モードで電子を発生する以外は、図１の実施例に類似している。図２及び図３に、電子源１００の基本構成部が示されている。加速電極１１２Ａは、電子ビーム１３２の通過のための開口部１３０を有する環状陰極として構成される。
【００２３】
図２で示されるコールド動作モードにおいて、集束電極１１４は、電子ビームを集束して加速電極１１２Ａの開口部１３０を経てアークチャンバ１４（図１）へと通すようにバイアスされる。加速電極１１２Ａはコールド動作モードにおいて良い電子放出特性を有するタングステンや他の物質で製造することができる。電子ビーム１３２はアークチャンバ１４内で、プラズマを発生することなく、イオン化された分子やイオン化されたクラスタを生成する。
【００２４】
図３で示されるホット動作モードでは、フィラメント１１０で発生された電子は集束電極１１４によりデフォーカスされ、加速電極１１２Ａに衝突する。電子は電極１１２Ａを加熱し、アークチャンバ１４内へ電子を放出する。このように、ホット動作モードでは、加速電極１１２Ａは間接加熱陰極として働く。
【００２５】
本発明の追加の実施例では、インプランタ構造を、２つ以上のイオン源を含み、便利で実用的なものとする。この実施例では、２つのイオン源は設計及び動作原理が大きく相違するものとすることができる。低エネルギ生産性を改善する、特にホウ素用のクラスタや分子イオン源が開発されている。しかし、特に高出力の分子イオンを生成するイオン源は、慣用のイオン種、特に多価イオンの生成が少ないのが典型的である。分子イオン源の選択は基本的には専用の低エネルギホウ素ツールを作るための選択であり、市場では魅力的でない。これらの実施例は、どのようにして慣用のイオン種の高出力機能を維持しながら、分子イオン源の低エネルギ生産性の利点を得る問題を解決する。
【００２６】
本発明の第３の実施例を図４を参照して説明する。図４の実施例は、ビームラインに既に存在する要素を主に用いて、インプランタが２つのイオン源の出力を切り替えることができるようにする。このイオンインプランタは慣用の原子イオン源を有する。分子イオン源をこのインプランタに付加する。
【００２７】
分子イオン源を、Varian Semiconductor Equipment Associates社によって製造され販売されているVIISta８１０のようなイオンインプランタに付加する。分子イオン源は、動作時にその出力が加速カラムの軸方向に方向づけられるような位置に付加する。この場合、フィルタマグネットはターンオフする。このフィルタマグネットは、２つのイオン源間の選択を可能にする。フィルタマグネットがＯＮの場合、慣用のイオン源が選ばれ、フィルタマグネットがＯＦＦの場合、分子イオン源が選ばれる。この構成は、フィルタマグネットの低質量エネルギ積が分子イオン源に供給できる抽出電圧を制限するので、イオン源の好適な構成である。
【００２８】
図４につき説明すると、イオンビーム発生装置２００は所望のイオン種のイオンビームを生成し、イオンビーム内のイオンを所望のエネルギまで加速し、イオンビームの質量／エネルギ分析を行なって、エネルギ及び質量汚染を取り除き、低レベルのエネルギ及び質量汚染を有する高エネルギのイオンビーム２１２を供給する。イオンビーム発生装置２００の主な構成部は、慣用の原子イオン源２２０と、分子イオン源２２４と、ソースフィルタ２３０と、加減速カラム柱２３２と、質量分析２４０とを有する。慣用のイオン源２２０はソースフィルタ２３０の入力軸に沿って置き、ソースフィルタ２３０を付勢する。分子イオン源２２４は加減速カラム２３２の軸に沿って置き、ソースフィルタ２３０を滅勢する。単一イオン源を持つイオンビーム発生装置に関する追加の詳細が、２０００年１０月１０日に特許されたレナウ他のＵＳ特許第６，１３０，４３６号に開示されている。分子イオン源２２４は、例えば前記ＵＳ特許第６，４５２，３３８号に記載されたタイプのものとしてもよい。
【００２９】
分子イオン源は、イオンインプランテーションに使用される全てのプロセスガスと互換性はない。1つのイオン源構造では、標準のインプラントガスからのみならず８価のデカボランや他の高分子量先駆ガスからも効率的にイオンビームを生成することはできない。他の実施例では、２つの物理的に分離したイオン源の間で、両イオン源を機械的に動かすことなく、イオンビームを切り替えるシステムがある。この実施例では、VIISta８１０イオンインプランタで使用されるようなフィルタマグネット又は事前分析マグネットを、２つの異なるイオン源からの左右からのビームを受けるように変更する。利用されるソースは、マグネットの磁場を反対にすることで、切り替えられる。１つのソースは従来からある原子イオン源であり、その他のソースは分子イオン源である。
【００３０】
本発明の第４の実施例を図５につき説明する。分子イオン源３００と原子イオン源３０２はバキュームチャンバ３１０内に取り付けられている。分子イオン源３００と原子イオン源３０２はビーム軸３１２に対して対称角で置かれている。フィルタマグネット３２０はバキュームチャンバ３１０内に分子イオン源３００と原子イオン源３０２の下流に配置されている。フィルタマグネット３２０によって発生される磁場は、マグネット電流の極性を反対にすることで、逆にすることが出来る。移動可能なファラデービームセンサ３３０は分子イオン源３００の出力端子に置かれ、移動可能なファラデービームセンサ３３２は原子イオン源３０２の出力端子に置かれる。ビームセンサ３３０と３３２は、それぞれイオン源３００と３０２によって発生されるイオンビームの通路内及び通路外へ移動可能である。フィルタマグネット３２０は、イオン源３００または３０２によって発生されるイオンビーム３４０をイオンインプランタのビームラインへ出力する。
【００３１】
イオン源３０２が使用される時、ビームが調整され、フィルタマグネット３２０がターンオンされて上向きの (図５の平面に垂直の) 磁場を発生する。これにより、イオン源３０２によって生成されたイオンビームがフィルタマグネット３２０によって偏向され、イオンインプランタへと向けられる。イオン源３００へ切り替えるには、磁場が下向きに反転され、イオン源３００からのイオンビームがイオンインプランタへと向けられる。移動可能なファラデービームセンサ３３０と３３２で使用されないソース出力を遮断することによって調整ビームをオンのままにすることができる。この形態はスイッチング時間を高める。
【００３２】
本発明の第５の実施例を図６及び図７につき説明する。分子イオン源としてのコールド動作モードでの動作が図６に示されている。原子イオン源としてのホット動作モードでの動作が図７に示されている。
【００３３】
抽出開口部４１２を有するアークチャンバ筐体４１０は、アークチャンバ４１４を画定する。種々の蒸発器／ガス源が、コールド動作モードとホット動作モードでの動作のために、図１につき記載したように、アークチャンバ４１４に接続されている。
【００３４】
冷却されたフィラメントシールド４２０とフィラメント４２２がアークチャンバ４１４の一端に置かれている。フィラメントシールド４２０は、フィラメント４２２からの電子をアークチャンバ４１４へと通すために多数の孔４２４を有する。フィラメント電源４２６は、フィラメント４２２へ接続される出力端子を有する。アーク電源４２８は、アークチャンバ筐体４１０とフィラメント４２２へと接続される出力端子を有する。間接加熱陰極４３０とフィラメント４３２は、アークチャンバ４１４の反対端に位置している。電源５０、５２及び５４は、ホット動作モードに関連して記載した図１で示されている電源５０、５２及び５４に相当する。
【００３５】
図６に示されるコールド動作モードでは、フィラメント４２２が電子を発生し、発生した電子は冷却されたフィラメントシールド４２０の孔４２４を通過し、アークチャンバ４１４内でドーパント物質をイオン化して分子イオンを生成する。コールド動作モードでは、陰極４３０は冷却されリペラ電極として働く。コールド動作モードでは、フィラメント４２２とフィラメントシールド４２０が電子源として機能する。
【００３６】
図７に示されるホット動作モードでは、フィラメント４３２が電子を発生して熱陰極４３０を加熱し、アークチャンバ４１４内に電子を発生させ、ドーパント物質をイオン化して原始イオンを生成する。ホット動作モードでは、フィラメントシールド４２０はリペラ電極として働く。ホット動作モードでは、フィラメント４３２と間接加熱陰極４３０が電子源として働く。
【００３７】
いくつかのイオンインプランタはイオンプランテーションのためにリボンイオンビームを使用する。この技術は、８価のデカボランのような重ガスを使用する分子源に拡張することが可能である。アークチャンバとグランド電極の変更により、分子イオン源からイオンインプランテーションで使用するためにリボンイオンビームを抽出するのを可能にできる。
【００３８】
現行のリボンイオンビーム源技術は分子種を解離するが、高電流分子ビームを形成できない。適切なアークチャンバデザインを持つ分子イオン源は、イオンインプランテーション応用に十分な電流の高分子量ビームの抽出を可能にする。
【００３９】
本発明のさまざまな実施例を詳細に記載したが、さまざまな変更や改良が当業者に容易に考えられる。このような変更や改良は、本発明の精神や範囲内に含まれるものと意図される。更に、当業者にとっては、ここに記載された全てのパラメータは一例であって、実際のパラメータは本発明のシステムが使用されるための特定の用途に依存することは容易に理解されるところである。従って以上の記載は、例示にすぎず、限定を意図するものではない。本発明は、以下の請求項によって特定されるもの及びその同等物によってのみ制限される。    
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施例によるイオン源の概要ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例による電子源の概要ブロック図であり、コールド動作モードを示している。
【図３】図２の電子源の概要ブロック図であり、ホット動作モードを示している。
【図４】本発明の第３の実施例よるイオンビーム発生装置の概要ブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施例によるイオンビーム発生装置の概要ブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施例によるイオン源の概要図であり、コールド動作モードが示されている。
【図７】図６のイオン源の概要図であり、ホット動作モードが示されている。
【符号の説明】
【００４１】
１０  アーク空間筐体
１２、１３０  隙間
１４  アーク空間
２０  陰極
３０  フィラメント
３２、４０  蒸発器
５０  アーク電源
５２  バイアス電源
５４  フィラメント電源
６２  矢印
１００  電子ソース
１１０  フィラメント
１１２、１１２Ａ  加速電極
１１４  フォーカス電源
１２０  フィラメント電源
１２２  電子加速電源
１２４  集束電源
１３２  フォーカス電子ビーム
２００  イオンビーム発生器
２１２  活発なイオンビーム
２２０  従来からあるイオンビーム
２２４  分子イオンソース
２３０  ソースフィルタ
２３２  加減速柱
２４０  巨大分析
３００  分子イオンソース
３０２  原子イオンソース
３１０  真空空間
３１２  ビーム軸
３２０  フィルターマグネット
３３０、３３２  ファラデービームセンサ
３４０  出力イオンビーム
４１０  アーク空間筐体
４１２  抽出隙間
４１４  アーク空間
４２０  フィラメントシールド
４２２  フィラメント
４２４  マルチプルホールズ
４２６  フィラメント電圧供給
４２８  アーク電圧
４３０  間接的に熱せられたカソード
４３２  フィラメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2006140159000001.pdf