(57)【要約】向上した寿命を有するイオン源が開示される。特定の実施態様において、イオン源はチャンバを備えるIHCイオン源であり、チャンバは、複数の導電性壁を有し、前記イオン源の壁に電気的に接続される陰極を有する。電極は前記イオン源の１つ以上の壁の上に配置される。バイアス電圧が、チャンバの壁に対して、少なくとも１つの電極に印加される。特定の実施態様において、より少ない正のイオンが陰極に引き付けられ、陰極が受けるスパッタリングの量を低減する。有利に、この技術を用いて、陰極の寿命は向上する。別の実施態様において、イオン源は、イオン源の壁に接続されたフィラメントの１つのリード線を持つフィラメントを有するチャンバを備えるベルナス（Bernas）イオン源を含む。
2019525392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傍熱型陰極イオン源であって、該傍熱型陰極イオン源は、
その中にガスが導入される複数の導電性壁を備えるチャンバと、
該チャンバの一端部の上に配置される陰極と、
該陰極の後方に配置されるフィラメントと、
前記チャンバを通過する磁界と、
引き出しアパーチャを有する頂部の壁と、
前記チャンバの中に前記チャンバの壁に沿って配置される電極と、を備え、
電圧が、前記チャンバに対して、前記電極に印加され、前記陰極は前記チャンバに電気的に接続される、傍熱型陰極イオン源。
【請求項２】
反射電極は、前記陰極と反対側の前記チャンバの第２の端部の上に配置され、前記チャンバに電気的に接続される、請求項１記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項３】
前記電極は、前記チャンバに対して正にバイアスをかけられる、請求項１記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項４】
前記電極は、前記磁界に平行に、側壁の上に配置される、請求項１記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項５】
前記電極と反対側の側壁の上の第２の電極を、さらに、備え、前記電極と前記第２の電極との間の電界と前記磁界は、互いに、垂直である、請求項４記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項６】
前記磁界及び前記電界は、前記引き出しアパーチャの方への力を正のイオンに加えるように構成される、請求項５記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項７】
前記第２の電極は、前記チャンバと電気通信する、請求項５記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項８】
前記電極は、前記引き出しアパーチャの反対側の前記頂部の壁の上に配置される、請求項１記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項９】
傍熱型陰極イオン源であって、該傍熱型陰極イオン源は、
その中にガスが導入される複数の導電性壁を備えるチャンバと、
該チャンバの１つの壁の上に配置される陰極と、
該陰極の後方に配置されるフィラメントと、
前記チャンバを通過する磁界と、
前記チャンバの中に前記陰極と反対側の壁の上に配置される電極と、を備え、
前記陰極は前記磁界に平行に壁の上に配置される、傍熱型陰極イオン源。
【請求項１０】
前記陰極は前記チャンバに電気的に接続される、請求項９記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項１１】
前記電極は、前記チャンバに対して正にバイアスをかけられる、請求項９記載の傍熱型陰極イオン源。
【請求項１２】
ベルナス（Bernas）イオン源であって、該ベルナスイオン源は、
その中にガスが導入される複数の導電性壁を備えるチャンバと、
該チャンバの一端部の上に配置されるフィラメントと、
前記チャンバを通過する磁界と、
引き出しアパーチャを有する頂部の壁と、
前記チャンバの壁に沿って配置される電極と、を備え、
電圧が、前記チャンバに対して、前記電極に印加され、前記フィラメントの１つのリード線は前記チャンバに電気的に接続される、ベルナスイオン源。
【請求項１３】
前記電極は、前記磁界に平行に、側壁の上に配置される、請求項１２記載のベルナスイオン源。
【請求項１４】
前記電極と反対側の側壁の上の第２の電極を、さらに、備え、前記電極と前記第２の電極との間の電界と前記磁界は、互いに、垂直である、請求項１３記載のベルナスイオン源。
【請求項１５】
前記第２の電極は、前記チャンバと電気通信する、請求項１４記載のベルナスイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はイオン源に関し、特に、本発明は、イオン源の寿命を向上するために、チャンバの壁に電気的に接続された陰極を有するイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理装置に用いられるイオンを創生するために、様々なタイプのイオン源を用いることができる。例えば、ベルナス（Bernas）イオン源は、電流がチャンバの中に配置されたフィラメントを通過することにより、動作する。フィラメントは、チャンバに導入されるガスを励起する電子を放出する。電子の経路を制限するために、磁界を用いることができる。特定の実施態様において、電極は、また、チャンバの１つ以上の壁の上に配置される。チャンバの中心の近くのイオン密度を増大するために、イオン及び電子の位置を制御するように、これらの電極は、正に又は負にバイアスをかけることができる。そこを通ってイオンを引き出すことができる引き出しアパーチャは、チャンバの中心の最も近くの別の側面に沿って配置される。
【０００３】
ベルナス（Bernas）イオン源に関連する１つの問題点はフィラメントの寿命である。フィラメントは、チャンバの中でさらされるため、その寿命を低減するスパッタリング及び他の現象を受けることになる。いくつかの実施態様において、ベルナス（Bernas）イオン源の寿命は、フィラメントの寿命により決定される。
【０００４】
イオン源の第２のタイプは、傍熱型陰極（IHC）イオン源である。IHCイオン源は、陰極の後方に配置されたフィラメントに電流を供給することにより、動作する。フィラメントは熱電子を放出し、熱電子は、陰極の方へ加速され陰極を加熱し、次に、陰極に電子をイオン源のチャンバの中へ放出させる。フィラメントは陰極により保護されるため、その寿命はベルナスイオン源に対して、延ばすことができる。陰極はチャンバの一端部に配置される。反射電極は、通常、陰極の反対側の端部に配置される。陰極及び反射電極は、電子を、反発し、チャンバの中心の方へ戻すように、バイアスをかけることができる。いくつかの実施態様において、さらに電子をチャンバ内に制限するために、磁界を用いる。
【０００５】
特定の実施態様において、電極は、また、チャンバの１つ以上の側壁の上に配置される。チャンバの中心の近くのイオン密度を増大するために、イオン及び電子の位置を制御するように、これらの電極は、正に又は負にバイアスをかけることができる。そこを通ってイオンを引き出すことができる引き出しアパーチャは、チャンバの中心の最も近くの別の側面に沿って配置される。
【０００６】
IHCイオン源に関連する１つの問題点は陰極が限られた寿命を有し得ることである。陰極は、電子からの衝撃を後面に受け、正に帯電したイオンからの衝撃を前面に受けることになる。イオンからの衝撃はスパッタリングをもたらし、スパッタリングは陰極の浸食を引き起こす。多くの実施態様において、IHCイオン源の寿命は、陰極の寿命により決定される。特定の実施態様において、プラズマからの化学蒸着により、負に帯電した陰極に、イオン源の接地壁に電気的に接続になるようにさせて、イオン源の機能停止を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、寿命が増大したイオン源は有用であり得る。さらに、イオン源が、電子生成のために用いるコンポーネントの上へのスパッタリングが、より少なくなれば、有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
向上した寿命を有するイオン源が開示される。特定の実施態様において、イオン源はチャンバを備えるIHCイオン源であり、チャンバは、複数の導電性壁を有し、前記イオン源の壁に電気的に接続される陰極を有する。電極は前記イオン源の１つ以上の壁の上に配置される。バイアス電圧が、チャンバの壁に対して、少なくとも１つの電極に印加される。特定の実施態様において、より少ない正のイオンが陰極に引き付けられ、陰極が受けるスパッタリングの量を低減する。有利に、この技術を用いて、陰極の寿命は向上する。別の実施態様において、イオン源は、イオン源の壁に接続されたフィラメントの一側面を持つフィラメントを有するチャンバを備えるベルナス（Bernas）イオン源を含む。
【０００９】
一実施態様により、傍熱型陰極イオン源が開示される。該傍熱型陰極イオン源は、その中にガスが導入される複数の導電性壁を備えるチャンバと、該チャンバの一端部の上に配置される陰極と、該陰極の後方に配置されるフィラメントと、前記チャンバを通過する磁界と、引き出しアパーチャを有する頂部の壁と、前記チャンバの中に前記チャンバの壁に沿って配置される電極と、を備え、電圧が、前記チャンバに対して、前記電極に印加され、前記陰極は前記チャンバに電気的に接続される。いくつかの実施態様において、前記電極は、前記磁界に平行に、側壁の上に配置される。さらなる実施態様において、前記電極と反対側の側壁の上の第２の電極を、さらに、備え、前記電極と前記第２の電極との間の電界と前記磁界は、互いに、垂直である。特定の実施態様において、前記電極は、前記引き出しアパーチャの反対側の前記頂部の壁の上に配置される。
【００１０】
第２の実施態様において、傍熱型陰極イオン源が開示される。該傍熱型陰極イオン源は、その中にガスが導入される複数の導電性壁を備えるチャンバと、該チャンバの１つの壁の上に配置される陰極と、該陰極の後方に配置されるフィラメントと、前記チャンバを通過する磁界と、前記チャンバの中に前記陰極と反対側の壁の上に配置される電極と、を備え、前記陰極は前記磁界に平行に壁の上に配置される。特定の実施態様において、前記陰極は前記チャンバに電気的に接続される。特定の実施態様において、前記電極は、前記チャンバに対して正にバイアスをかけられる。
【００１１】
第３の実施態様において、ベルナスイオン源が開示される。該ベルナスイオン源は、その中にガスが導入される複数の導電性壁を備えるチャンバと、該チャンバの一端部の上に配置されるフィラメントと、前記チャンバを通過する磁界と、引き出しアパーチャを有する頂部の壁と、前記チャンバの壁に沿って配置される電極と、を備え、電圧が、前記チャンバに対して、前記電極に印加され、前記フィラメントの１つのリード線は前記チャンバに電気的に接続される。特定の実施態様において、前記電極は、前記磁界に平行に、側壁の上に配置される。特定の実施態様において、第２の電極は、前記電極と反対側の側壁の上に配置され、前記電極と前記第２の電極との間の電界と前記磁界は、互いに、垂直である。
【００１２】
本発明のより良い理解のために、参照により本明細書に組み込まれる添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態による傍熱型陰極（IHC）イオン源である。
【図２】別の実施形態によるIHCイオン源である。
【図３】別の実施形態によるIHCイオン源である。
【図４】図１のIHCイオン源の断面図である。
【図５】別の実施形態によるIHCイオン源の断面図である。
【図６】別の実施形態によるIHCイオン源である。
【図７】別の実施形態によるイオン源である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記のように、特に、電子を生成するために用いるコンポーネントの上へのスパッタリングの効果により、イオン源は寿命が短くなることの影響をうけやすくなり得る。通常は、時間と共に、これらのコンポーネントは機能停止となる。特定の実施形態において、IHCイオン源の機能停止は、陰極とイオン源の壁との間の電気短絡により、又は、反射電極とイオン源の壁との間の電気短絡により、引き起こされる。同様に、ベルナス（Bernas）イオン源は、フィラメントの上へのスパッタリングの効果により、寿命が短くなることの影響をうけやすくなり得る。
【００１５】
図１は、これらの問題点を克服するIHCイオン源１０を示す。図４はIHCイオン源１０の断面図である。IHCイオン源１０は、２つの向かい合った端部、及び、これらの端部を接続する側壁１０１を備えるチャンバ１００を含む。チャンバ１００は、また、底部の壁１０２及び頂部の壁１０３を含む。チャンバの壁は導電性材料から作ることができ、互いに電気通信することができる。陰極１１０は、チャンバ１００の第１端部１０４におけるチャンバ１００の中に配置される。フィラメント１６０は陰極１１０の後方に配置される。フィラメント１６０はフィラメントの電源１６５に連通する。フィラメントの電源１６５は、フィラメント１６０が熱電子を放出するように、電流をフィラメント１６０に通すように構成される。陰極バイアス電源１１５は、フィラメント１６０に、陰極１１０に対して負にバイアスをかけ、それ故に、熱電子が陰極１１０の後面に当たるときに、これらの熱電子は、フィラメント１６０から陰極１１０の方へ加速され、陰極１１０を加熱する。陰極バイアス電源１１５は、フィラメント１６０にバイアスをかけることができ、それ故に、フィラメント１６０は、陰極１１０の電圧よりもっと負の、例えば、２００Ｖと１５００Ｖとの間の電圧を有する。陰極１１０は、次いで、熱電子をその前面に放出しチャンバ１００の中に入れる。
【００１６】
したがって、フィラメントの電源１６５は、電流をフィラメント１６０に供給する。陰極バイアス電源１１５は、フィラメント１６０に陰極１１０よりもっと負のバイアスをかけ、それ故に、電子はフィラメント１６０から陰極１１０の方へ引き付けられる。さらに、陰極１１０は、チャンバ１００の壁と同じ電圧になるように、チャンバ１００に電気的に接続される。特定の実施形態において、チャンバ１００は電気接地に接続される。
【００１７】
本実施形態において、反射電極１２０は、陰極１１０と反対側のチャンバ１００の第２端部の上でチャンバ１００の中に、配置される。反射電極１２０は反射電極電源１２５と連通することができる。名称が示唆するように、反射電極１２０は、陰極１１０から放出された電子を反発して、チャンバ１００の中心の方へ戻すのに役立つ。例えば、反射電極１２０は、電子を反発するために、チャンバ１００に対して負の電圧にバイアスをかけられ得る。例えば、反射電極電源１２５は、他の電圧を用いることができるけれども、０Ｖから−１５０Ｖの範囲の出力を有することができる。特定の実施形態において、反射電極１２０は、チャンバ１００に対して０Ｖと−１５０Ｖとの間でバイアスをかけられる。特定の実施形態において、反射電極１２０は、チャンバ１００に対して浮かすことができる。言い換えれば、浮かんでいるとき、反射電極１２０は、反射電極電源１２５に、又は、チャンバ１００に、電気的に接続されていない。本実施形態において、反射電極１２０の電圧は、陰極１１０の電圧に近い電圧の方に漂う傾向がある。
【００１８】
特定の実施形態において、磁界１９０がチャンバ１００の中に生成される。この磁界は、電子を一方向に制限することを目的としている。磁界１９０は、通常、第１端部１０４から第２端部１０５へ側壁１０１に平行に及ぶ。例えば、電子は、陰極１１０から反射電極１２０の方向に平行な（すなわち、ｙ方向）列の中に制限することができる。したがって、電子は、ｙ方向に動かすためのどんな電磁力も受けない。しかしながら、他の方向への電子の動きは、電磁力を受けることができる。
【００１９】
図１に示す実施形態において、電極１３０ａ、１３０ｂは、電極１３０ａ、１３０ｂがチャンバ１００内にあるように、チャンバ１００の側壁１０１の上に配置することができる。電極１３０ａ、１３０ｂは、電源により、バイアスをかけることができる。特定の実施形態において、電極１３０ａ、１３０ｂは、共通電源と連通することができる。しかしながら、他の実施形態において、IHCイオン源１０の出力を調整するため、最大の順応性及び機能性を可能にするために、電極１３０ａ、１３０ｂは、各々、それぞれの電極電源１３５ａ、１３５ｂに連通することができる。
【００２０】
反射電極電源１２５のように、電極電源１３５ａ、１３５ｂは、チャンバ１００に対して電極１３０ａ、１３０ｂにバイアスをかけるために役立つ。特定の実施形態において、電極電源１３５ａ、１３５ｂは、チャンバ１００に対して正に又は負に電極１３０ａ、１３０ｂにバイアスをかけることができる。特定の実施形態において、少なくとも１つの電極１３０ａ、１３０ｂに、チャンバ１００に対して４０ボルトと５００ボルトとの間で、バイアスをかけることができる。
【００２１】
陰極１１０、反射電極１２０及び電極１３０ａ、１３０ｂの各々は、金属などの導電性材料から作ることができる。
【００２２】
頂部の壁１０３といわれるチャンバ１００の別の側面の上に配置することができるのは、引出しアパーチャ１４０である。図１において、引出しアパーチャ１４０は、Ｘ−Ｙ平面に平行な（ページに平行な）側面の上に配置される。さらに、図示されないが、IHCイオン源１０は、また、イオン化すべきガスがそこを通ってチャンバ１００へ導入されるガス注入口を備える。
【００２３】
コントローラ１８０は、これらの電源により供給される電圧又は電流を変更することができるように、１つ以上の電源と連通することができる。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パソコン、専用コントローラ、又は、別の適切な処理装置などの処理装置を含むことができる。コントローラ１８０は、また、半導体メモリ、磁気メモリ、又は、別の適切なメモリなどの非一時的記憶要素も含むことができる。この非一時的記憶要素は、コントローラ１８０に、本明細書において説明する機能を実施させる命令及び他のデータを含むことができる。
【００２４】
コントローラ１８０は、陰極バイアス電源１１５、フィラメントの電源１６５、電極電源１３５ａ、１３５ｂ、及び、反射電極電源１２５により供給されるべき最初の電圧又は電流を選択するために、用いることができる。この最初の電圧は、用いられているガスのタイプに基づくことができ、又は、IHCイオン源１０から引き出すべきイオンのタイプに基づくことができる。さらに、特定の実施形態において、コントローラ１８０は、また、引き出したイオンビームの電流をモニターすることができる。モニターした引き出し電流に基づいて、所望の引き出し電流を達成するために、フィラメントの電源１６５により供給される少なくとも電流を変えることができる。
【００２５】
動作中、フィラメントの電源１６５は、電流をフィラメント１６０に通し、電流は、フィラメント１６０に熱電子を放出させる。これらの電子は、陰極１１０の後面に当たり、陰極１１０は、フィラメント１６０よりもっと正であり得て、陰極１１０を加熱させ、次に、陰極１１０に電子を放出させて、チャンバ１００の中へ入れる。これらの電子は、ガス分子と衝突し、ガス分子は、ガス注入口を通ってチャンバ１００の中へ供給される。これらの衝突は、プラズマ１５０を形成する正のイオンを創生する。プラズマ１５０は、反射電極１２０及び電極１３０ａ、１３０ｂにより創生される電界により、閉じ込め、かつ、操作することができる。さらに、特定の実施形態において、電子及び正のイオンは、磁界１９０により少し閉じ込めることができる。特定の実施形態において、プラズマ１５０は、チャンバ１００の中心の近くで、引出しアパーチャ１４０の最も近くに閉じ込められる。
【００２６】
陰極１１０は、チャンバ１００に対して、バイアスをかけられないため、より少ない正のイオンが陰極１１０に引き付けられ、これらのイオンはより低いエネルギーを有し、それ故、より少なくスパッタする。したがって、スパッタリングの量は低減することができ、陰極１１０の寿命は延ばすことができる。さらに、スパッタリングがあるとしてでも、陰極１１０はチャンバ１００の壁と同じ電圧なので、電気短絡のリスクは除去される。
【００２７】
本実施形態において、電子は、チャンバ１００に対して、正にバイアスをかけられ得る電極１３０ａに引き付けられる。しかしながら、電子は、磁界１９０を横切るために、電磁力を克服する必要がある。したがって、磁界１９０の強さ、及び、電極電源１３５ａにより加えられる正の電圧を選択することにより、電子が電極１３０ａに引き付けられるときの、電子の速度及びエネルギーを決定する。電極１３０ａに加えられる低い正のバイアス電圧を有する、より大きい磁界により、磁界１９０を横切ることができる電子の量を低減する。対照的に、電極１３０ａに加えられる、より大きいバイアス電圧に結合する、弱い磁界により、より高速で動くより多くの電子に、電極１３０ａの方に向かわさせる。
【００２８】
したがって、磁界１９０の強さ、及び、電極電源１３５ａにより加えられる電圧を変えることにより、電子の速度及びエネルギーを操作することができる。これにより、IHCイオン源１０が、多数の電荷イオン、モノマー及びイオン化分子に対して、有用であることを可能にする。
【００２９】
例えば、単一電荷イオンに対して、弱い磁界と共に、濃厚ガスを用いることができる。特定の実施形態において、電極電源１３５ａにより第１の電圧を加えることができる。多数の電荷イオンに対して、強い磁界と共に、希薄ガスを用いることができる。本実施形態において、電極１３０ａに加えられる電圧は、第１の電圧より大きくすることができる。より強い磁界により、より多くの衝突が起きることを引き起こし、多数の電荷種を創生する。
【００３０】
図１は、IHCイオン源１０の実施形態を示し、陰極１１０はチャンバ１００に電気的に接続され、一方、反射電極１２０及び電極１３０ａ、１３０ｂは、全て、それぞれ、反射電極電源１２５及び電極電源１３５ａ、１３５ｂを用いて、チャンバ１００に対して、個々にバイアスをかけられる。図２は、別の実施形態によるIHCイオン源１１である。同様のコンポーネントには、同一の参照番号を与えている。IHCイオン源１１は、両方ともに、チャンバ１００に電気的に接続される、陰極１１０及び反射電極１２０を有する。さらに、電極１３０ｂの内の１つも、チャンバ１００に電気的に接続される。言い換えれば、陰極１１０、反射電極１２０、電極１３０ｂ及びチャンバ１００の壁は、全て、同じ電圧である。それ故に、電極電源１３５ｂ及び反射電極電源１２５は除去することができる。
【００３１】
本実施形態において、電極１３０ａのみが、チャンバ１００に対して、バイアスをかけられる。電極１３０ａは、チャンバ１００に対して、４０ボルトと５００ボルトとの間で正にバイアスをかけることができる。したがって、チャンバ１００内の電界が、電極１３０ａだけにより、創生される。さらに、電極１３０ａ、１３０ｂ間の電界は、磁界１９０に対して垂直である。特に、磁界１９０はＹ方向であり、一方、電極１３０ａ、１３０ｂ間の電界は、Ｘ方向である。それ故に、電磁力は主として、Ｚ方向である。いくつかの実施形態において、電磁力は、引出しアパーチャ１４０に向かって上昇する。
【００３２】
図３は、図２に例示するIHCイオン源１１の変形を示す。図３において、IHCイオン源１２の反射電極は除去されている。図２に示す反射電極１２０は、チャンバ１００と同じ電圧のため、図３における反射電極の除去により、IHCイオン源１２の動作を変更しない。言い換えれば、陰極１１０と反対側の第２端部１０５は、両方の実施形態において、チャンバ１００の壁と同じ電圧でバイアスをかけられる。
【００３３】
図４は、図１の線AAに沿ってとられた図１のIHCイオン源１０の断面図を示す。本図において、陰極１１０をIHCイオン源１０の第１端部１０４を背景に示す。電極１３０ａ、１３０ｂは、チャンバ１００の向かい合う側壁１０１の上に示される。磁界１９０はＹ方向に、ページから外へ向けて示される。特定の実施形態において、電極１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、絶縁体１３３ａ、１３３ｂの使用により、チャンバ１００の側壁１０１から離すことができる。電極電源１３５ａ、１３５ｂから電極１３０ａ、１３０ｂへの電気的接続は、導電性材料をチャンバ１００の外部から絶縁体１３３ａ、１３３ｂを通って、各々の電極１３０ａ、１３０ｂへ通すことにより、することができる。特定の実施形態において、電極１３０ｂはチャンバ１００と電気通信することができる。これらの実施形態において、絶縁体１３３ｂを用いなくともよく、電極１３０ｂを側壁１０１に対して配置することができる。さらに、特定の実施形態において、電極１３０ｂは側壁１０１と同じ電圧であるため、電極１３０ｂは除去することができる。
【００３４】
さらに、特定の実施形態において、絶縁体１３３ａ、１３３ｂは用いない。むしろ、電極１３０ａにチャンバ１００に対してバイアスをかける場合、電極１３０ａは、チャンバ１００の壁から相隔たることができる。
【００３５】
図１〜４は、全て、電極１３０ａ、１３０ｂが、チャンバ１００の向かい合う側壁１０１に沿って配置されることを示すが、他の実施形態も可能である。図５はそのような実施形態を示す。図５は、IHCイオン源１４の断面図である。このIHCイオン源１４は、電極２３０の配置を除いて、ほとんどの点において、他のIHCイオン源と類似である。本実施形態において、電極２３０は、引出しアパーチャ１４０が配置される、チャンバ１００の頂部の壁１０３の上に配置される。電極２３０は、絶縁体２３３を用いて、頂部の壁１０３から絶縁することができる。いくつかの実施形態において、電極２３０はチャンバ１００内に配置することができ、引出しアパーチャ１４０の全体を包囲することができる。他の実施形態において、電極２３０はチャンバ１００内の引出しアパーチャ１４０の向かい合う側面の上に配置することができる。したがって、電界は、引出しアパーチャ１４０に近接して最も強い。この構成は、図４の構成に対して、イオンビームの電流又はエネルギーを増大することができる。
【００３６】
図６は、IHCイオン源１５の別の実施形態を示す。本実施形態において、陰極２１０及びフィラメント１６０は、IHCイオン源１５の端部から、電極１３０ａと反対側の側壁１０１へ動かしている。言い換えれば、陰極２１０は、磁界１９０に平行である側壁１０１の上へ配置される。したがって、より前の実施形態とは異なって、陰極２１０から放出される電子は、磁界１９０に直ちに接触する。したがって、電極電源１３５ａにより電極１３０ａへ印加される電圧は、磁界１９０を横切って放出した電子を引きつけるために、十分に大きくすることができる。あるいは、又は、さらに、磁界１９０は、電子に、電極１３０ａの方へ磁界を横切らせるには、比較的、弱くすることができる。本実施形態において、通常は、陰極及び反射電極を含む、IHCイオン源１５の２つの端部は、存在しないかもしれない。
【００３７】
本願の上記の実施形態は、多くの優位性を有することができる。第１に、陰極はチャンバに電気的に接続されているため、陰極とチャンバの壁との間の短絡は問題ではなく、IHCイオン源の機能停止の一般的原因を除去する。第２に、陰極はチャンバに電気的に接続されているため、より少ない正のイオンが陰極に引き付けられて、陰極がさらされるスパッタリングの量を低減する。第３に、イオン源の電力は、同等の引出し電流に対して、従来のIHCイオン源と比べて、低減され、その上、より長いイオン源の寿命に寄与する。さらに、本明細書において説明する実施形態によるイオン源は、多価の、モノマー及び分子の種に対して、等しく良く機能する。実験によって得られるデータは、本明細書において説明するイオン源が、最大で３０％まで、より少ないイオン源の電力で、最大で４０％まで、より多いビーム電流を供給することを示している。
【００３８】
電子生成のために用いるコンポーネントを、チャンバの電圧に、又はその近くに維持する概念は、他のイオン源にも同様に適用することができる。図７は、一実施形態によるベルナス（Bernas）イオン源３００を示す。
【００３９】
図３に示すIHCイオン源のように、ベルナスイオン源３００は、複数の導電性壁を有するチャンバ３１０を含む。ベルナスイオン源３００は、反射電極を有してもよく、又は、有しなくてもよい。さらに、電極３３０ａ、３３０ｂを向かい合う側壁３０１の上に配置することができる。ベルナスイオン源３００は、フィラメントの電源３６５と連通するフィラメント３６０を含む。フィラメントの電源３６５の正の端子は、フィラメント３６０の１つのリード線と連通し、また、チャンバ３１０の壁とも連通する。フィラメントの電源３６５の負の端子は、フィラメント３６０の他のリード線と連通する。フィラメント３６０のリード線を通した電圧は、１０Ｖより低くすることができる。フィラメント３６０は、チャンバ３１０の第１の端部３０４に配置することができる。
【００４０】
磁界３９０は、また、ベルナスイオン源３００の第１の端部３０４から第１の端部３０４の反対側の第２の端部３０５の方へ、加えることができる。上記のIHCイオン源と共のように、電子は、Ｙ方向に置かれた列に少し制限することができる。電極３３０ａは、チャンバ３１０に対し正にバイアスをかけることができ、側壁３０１の上に配置することができる。
【００４１】
動作中、フィラメントの電源３６５は、電流をフィラメント３６０に通し、電流は、フィラメント３６０に熱電子を放出させる。これらの電子はガスの分子と衝突し、ガスの分子は、ガス注入口を通って、チャンバ３１０の中へ供給される。これらの衝突は、プラズマ３５０を形成する正のイオンを創生する。プラズマ３５０は、電極３３０ａ、３３０ｂにより創生される電界により閉じ込め、操作することができる。IHCイオン源のように、電極３３０ａは、電極電源３３５ａと連通することができる。さらに、特定の実施形態において、電子及び正のイオンは、磁界３９０により、少し閉じ込めることができる。特定の実施形態において、プラズマ３５０は、チャンバ３１０の中心の近くで、引出しアパーチャ３４０の最も近くに閉じ込められる。
【００４２】
コントローラ１８０の機能は、上記のようにすることができる。
【００４３】
フィラメント３６０の１つのリード線は、チャンバ３１０に電気的に接続されるため、より少ない正のイオンがフィラメント３６０に引き付けられる。したがって、スパッタリングの量を低減することができ、フィラメント３６０の寿命を延ばすことができる。
【００４４】
図７は、チャンバ３１０に電気的に接続された電極３３０ｂを有し、反射電極を有しない、ベルナスイオン源３００を示すが、他の実施形態も可能である。例えば、図１及び２の陰極１１０、陰極バイアス電源１１５、フィラメント１６０及びフィラメントの電源１６５は、図７に示すフィラメント３６０及びフィラメントの電源３６５に交換することができる。言い換えれば、特定の実施形態において、ベルナスイオン源３００は、チャンバ３１０に接地することができる反射電極、又は、反射電極電源に連通する反射電極を含むことができる。さらに、特定の実施形態において、電極３３０ｂは電極電源に連通することができる。
【００４５】
さらに、図７のベルナスイオン源３００は、図５に示すように、電極３３０ａを頂部の壁の上に配置することにより、変更することができる。
【００４６】
前に説明したIHCイオン源のように、本願の上記のベルナスイオン源の実施形態は、多くの優位性を有することができる。例えば、フィラメントの１つのリード線は、チャンバに電気的に接続されるため、より少ない正のイオンがフィラメント３６０に引き付けられ、フィラメントがさらされるスパッタリングの量を低減する。このスパッタリングの低減により、フィラメントの寿命を延ばすことができる。
【００４７】
本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本発明の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本発明は、特定の環境における特定の目的のための特定の実装の文脈にて本明細書中で説明したけれども、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでないことを認識するであろう。本発明の実施形態は任意の数の環境における任意の数の目的のために有益に実装し得る。従って、以下に記載する特許請求の範囲は本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈しなければならない。
【図１】
2019525392.tif 000003
【図２】
2019525392.tif 000004
【図３】
2019525392.tif 000005
【図４】
2019525392.tif 000006
【図５】
2019525392.tif 000007
【図６】
2019525392.tif 000008
【図７】
2019525392.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月6日(2019.2.6)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図１に示す実施形態において、電極１３０Ａ、１３０Ｂは、電極１３０Ａ、１３０Ｂがチャンバ１００内にあるように、チャンバ１００の側壁１０１の上に配置することができる。電極１３０Ａ、１３０Ｂは、電源により、バイアスをかけることができる。特定の実施形態において、電極１３０Ａ、１３０Ｂは、共通電源と連通することができる。しかしながら、他の実施形態において、IHCイオン源の出力を調整するため、最大の順応性及び機能性を可能にするために、電極１３０Ａ、１３０Ｂは、各々、それぞれの電極の電源１３５Ａ、１３５Ｂに連通することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
反射電極電源１２５のように、電極電源１３５Ａ、１３５Ｂは、チャンバ１００に対して電極１３０Ａ、１３０Ｂにバイアスをかけるために役立つ。特定の実施形態において、電極電源１３５Ａ、１３５Ｂは、チャンバ１００に対して正に又は負に電極１３０Ａ、１３０Ｂにバイアスをかけることができる。特定の実施形態において、少なくとも１つの電極１３０Ａ、１３０Ｂに、チャンバ１００に対して４０ボルトと５００ボルトとの間で、バイアスをかけることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
陰極１１０、反射電極１２０及び電極１３０Ａ、１３０Ｂの各々は、金属などの電導材料から作ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
コントローラ１８０は、陰極バイアス電源１１５、フィラメントの電源１６５、電極電源１３５Ａ、１３５Ｂ、及び、反射電極電源１２５により供給されるべき最初の電圧又は電流を選択するために、用いることができる。この最初の電圧は、用いられているガスのタイプに基づくことができ、又は、IHCイオン源１０から引き出すべきイオンのタイプに基づくことができる。さらに、特定の実施形態において、コントローラ１８０は、また、引き出したイオンビームの電流をモニターすることができる。モニターした引き出し電流に基づいて、所望の引き出し電流を達成するために、フィラメントの電源１６５により供給される少なくとも電流を変えることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
動作中、フィラメントの電源１６５は、電流をフィラメント１６０に通し、電流は、フィラメント１６０に熱電子を放出させる。これらの電子は、陰極１１０の後面に当たり、陰極１１０は、フィラメント１６０よりもっと正であり得て、陰極１１０を加熱させ、次に、陰極１１０に電子を放出させて、チャンバ１００の中へ入れる。これらの電子は、ガス分子と衝突し、ガス分子は、ガス注入口を通ってチャンバ１００の中へ供給される。これらの衝突は、プラズマ１５０を形成する正のイオンを創生する。プラズマ１５０は、反射電極１２０及び電極１３０Ａ、１３０Ｂにより創生される電界により、閉じ込め、かつ、操作することができる。さらに、特定の実施形態において、電子及び正のイオンは、磁界１９０により少し閉じ込めることができる。特定の実施形態において、プラズマ１５０は、チャンバ１００の中心の近くで、引出しアパーチャ１４０の最も近くに閉じ込められる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本実施形態において、電子は、チャンバ１００に対して、正にバイアスをかけられ得る電極１３０Ａに引き付けられる。しかしながら、電子は、磁界９０を横切るために、電磁力を克服する必要がある。したがって、磁界９０の強さ、及び、電極電源１３５Ａにより加えられる正の電圧を選択することにより、電子が電極１３０Ａに引き付けられるときの、電子の速度及びエネルギーを決定する。電極１３０Ａに加えられる低い正のバイアス電圧を有する、より大きい磁界により、磁界９０を横切ることができる電子の量を低減する。対照的に、電極１３０Ａに加えられる、より大きいバイアス電圧を有する、弱い磁界により、より高速で動くより多くの電子に、電極１３０Ａの方に向かわさせる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
したがって、磁界１９０の強さ、及び、電極電源１３５Ａにより加えられる電圧を変えることにより、電子の速度及びエネルギーを操作することができる。これにより、IHCイオン源１０が、多数の電荷イオン、モノマー及びイオン化分子に対して、有用であることを可能にする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
例えば、単一電荷イオンに対して、弱い磁界と共に、濃厚ガスを用いることができる。特定の実施形態において、電極電源１３５Ａにより第１の電圧を加えることができる。多数の電荷イオンに対して、強い磁界と共に、希薄ガスを用いることができる。本実施形態において、電極１３０Ａに加えられる電圧は、第１の電圧より大きくすることができる。より強い磁界により、より多くの衝突が起きることを引き起こし、多数の電荷種を創生する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図１は、IHCイオン源１０の実施形態を示し、陰極１１０はチャンバ１００に電気的に接続され、一方、反射電極１２０及び電極１３０Ａ、１３０Ｂは、全て、それぞれ、反射電極電源１２５及び電極電源１３５Ａ、１３５Ｂを用いて、チャンバ１００に対して、個々にバイアスをかけられる。図２は、別の実施形態によるIHCイオン源１１である。同様のコンポーネントには、同一の参照番号を与えている。IHCイオン源１１は、両方ともに、チャンバ１００に電気的に接続される、陰極１１０及び反射電極１２０を有する。さらに、電極１３０Ｂの内の１つも、チャンバ１００に電気的に接続される。言い換えれば、陰極１１０、反射電極１２０、電極１３０Ｂ及びチャンバ１００の壁は、全て、同じ電圧である。それ故に、電極電源１３５Ｂ及び反射電極電源１２５は除去することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
本実施形態において、電極１３０Ａのみが、チャンバ１００に対して、バイアスをかけられる。電極１３０Ａは、チャンバ１００に対して、４０ボルトと５００ボルトとの間で正にバイアスをかけることができる。したがって、チャンバ１００内の電界が、電極１３０Ａだけにより、創生される。さらに、電極１３０Ａ、１３０Ｂ間の電界は、磁界１９０に対して垂直である。特に、磁界１９０はＹ方向であり、一方、電極１３０Ａ、１３０Ｂ間の電界は、Ｘ方向である。それ故に、電磁力は主として、Ｚ方向である。いくつかの実施形態において、電磁力は、引出しアパーチャ１４０に向かって上昇する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図４は、図１の線ＡＡに沿ってとられた図１のIHCイオン源１０の断面図を示す。本図において、陰極１１０をIHCイオン源１０の第１端部１０４を背景に示す。電極１３０Ａ、１３０Ｂは、チャンバ１００の向かい合う側壁１０１の上に示される。磁界１９０はＹ方向に、ページから外へ向けて示される。特定の実施形態において、電極１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれ、絶縁体１３３Ａ、１３３Ｂの使用により、チャンバ１００の側壁１０１から離すことができる。電極電源１３５Ａ、１３５Ｂから電極１３０Ａ、１３０Ｂへの電気的接続は、導電材料をチャンバ１００の外部から絶縁体１３３Ａ、１３３Ｂを通って、各々の電極１３０Ａ、１３０Ｂへ通すことにより、することができる。特定の実施形態において、電極１３０Ｂはチャンバ１００と電気通信することができる。これらの実施形態において、絶縁体１３３Ｂを用いなくともよく、電極１３０Ｂを側壁１０１に対して配置することができる。さらに、特定の実施形態において、電極１３０Ｂは側壁１０１と同じ電圧であるため、電極１３０Ｂは除去することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
さらに、特定の実施形態において、絶縁体１３３Ａ、１３３Ｂは用いない。むしろ、電極１３０Ａにチャンバ１００に対してバイアスをかける場合、電極１３０Ａは、チャンバ１００の壁から相隔たることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図１〜４は、全て、電極１３０Ａ、１３０Ｂが、チャンバ１００の向かい合う側壁１０１に沿って配置されることを示すが、他の実施形態も可能である。図５はそのような実施形態を示す。図５は、IHCイオン源１４の断面図である。このIHCイオン源１４は、電極２３０の配置を除いて、ほとんどの点において、他のIHCイオン源と類似である。本実施形態において、電極２３０は、引出しアパーチャ１４０が配置される、チャンバ１００の頂部の壁１０３の上に配置される。電極２３０は、絶縁体２３３を用いて、頂部の壁１０３から絶縁することができる。いくつかの実施形態において、電極２３０はチャンバ１００内に配置することができ、引出しアパーチャ１４０の全体を包囲することができる。他の実施形態において、電極２３０はチャンバ１００内の引出しアパーチャ１４０の向かい合う側面の上に配置することができる。したがって、電界は、引出しアパーチャ１４０に近接して最も強い。この構成は、図４の構成に対して、イオンビームの電流又はエネルギーを増大することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図６は、IHCイオン源１５の別の実施形態を示す。本実施形態において、陰極２１０及びフィラメント１６０は、IHCイオン源１５の端部から、電極１３０Ａと反対側の側壁１０１へ動かしている。言い換えれば、陰極２１０は、磁界１９０に平行である側壁１０１の上へ配置される。したがって、より前の実施形態とは異なって、陰極２１０から放出される電子は、磁界１９０に直ちに接触する。したがって、電極電源１３５Ａにより電極１３０Ａへ印加される電圧は、磁界１９０を横切って放出した電子を引きつけるために、十分に大きくすることができる。あるいは、又は、さらに、磁界１９０は、電子に、電極１３０Ａの方へ磁界を横切らせるには、比較的、弱くすることができる。本実施形態において、通常は、陰極及び反射電極を含む、IHCイオン源１５の２つの端部は、存在しないかもしれない。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図３に示すIHCイオン源のように、ベルナスイオン源３００は、複数の電気的導電壁を有するチャンバ３１０を含む。ベルナスイオン源３００は、反射電極を有してもよく、又は、有しなくてもよい。さらに、電極３３０Ａ、３３０Ｂを向かい合う側壁３０１の上に配置することができる。ベルナスイオン源３００は、フィラメントの電源３６５と連通するフィラメント３６０を含む。フィラメントの電源３６５の正の端子は、フィラメント３６０の１つのリード線と連通し、また、チャンバ３１０の壁とも連通する。フィラメントの電源３６５の負の端子は、フィラメント３６０の他のリード線と連通する。フィラメント３６０のリード線を通した電圧は、１０Ｖより低くすることができる。フィラメント３６０は、チャンバ３１０の第１の端部３０４に配置することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
磁界３９０は、また、ベルナスイオン源３００の第１の端部３０４から第１の端部３０４の反対側の第２の端部３０５の方へ、加えることができる。上記のIHCイオン源と共のように、電子は、Ｙ方向に置かれた列に少し制限することができる。電極３３０Ａは、チャンバ３１０に対し正にバイアスをかけることができ、側壁３０１の上に配置することができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
動作中、フィラメントの電源３６５は、電流をフィラメント３６０に通し、電流は、フィラメント３６０に熱電子を放出させる。これらの電子はガスの分子と衝突し、ガスの分子は、ガス注入口を通って、チャンバ３１０の中へ供給される。これらの衝突は、プラズマ３５０を形成する正のイオンを創生する。プラズマ３５０は、電極３３０Ａ、３３０Ｂにより創生される電界により閉じ込め、操作することができる。IHCイオン源のように、電極３３０Ａは、電極電源３３５Ａと連通することができる。さらに、特定の実施形態において、電子及び正のイオンは、磁界３９０により、少し閉じ込めることができる。特定の実施形態において、プラズマ３５０は、チャンバ３１０の中心の近くで、引出しアパーチャ３４０の最も近くに閉じ込められる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図７は、チャンバ３１０に電気的に接続された電極３３０Ｂを有し、反射電極を有しない、ベルナスイオン源３００を示すが、他の実施形態も可能である。例えば、図１及び２の陰極１１０、陰極バイアス電源１１５、フィラメント１６０及びフィラメントの電源１６５は、図７に示すフィラメント３６０及びフィラメントの電源３６５に交換することができる。言い換えれば、特定の実施形態において、ベルナスイオン源３００は、チャンバ３１０に接地することができる反射電極、又は、反射電極電源に連通する反射電極を含むことができる。さらに、特定の実施形態において、電極３３０Ｂは電極電源に連通することができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
さらに、図７のベルナスイオン源３００は、図５に示すように、電極３３０Ａを頂部の壁の上に配置することにより、変更することができる。
【国際調査報告】
2019525392.tif 000010
2019525392.tif 000011
2019525392.tif 000012
2019525392.tif 000013
2019525392.tif 000014
2019525392.tif 000015