(57)【要約】【課題】イオン注入システムで使用するためのリボン形イオンビームを供給する細長いスリットを有するイオン源を提供する。【解決手段】本発明に係るイオン源２は、円筒形のハウジング１０内にプラズマをＲＦ励起する同軸の誘導結合アンテナ２０と、ハウジング１０内に配置されて、プラズマ閉込用のマルチカスプ磁界４４を形成する磁石とを含んでいる。また、ハウジング１０の内側に内張り３２が設けられ、プラズマとハウジング１０の外部との間の断熱壁を形成して、プラズマ閉込チャンバー６内での凝縮を緩和または低減する。
2005535096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムにイオンビームを供給するためのイオン源において、
縦軸に沿って配置されてイオン源材料のイオン化により内部にプラズマを発生させる縦長のプラズマ閉込チャンバーを形成すると共に、第１端部および第２端部を有してそれらの間に縦方向に延在する略円筒形の導電性チャンバー壁を含み、該チャンバー壁は、縦方向に延在する細長い出口開口部を備えており、該出口開口部を通じて前記プラズマからイオンビームを引き出すことができるハウジングと、
第１端子および第２端子を含み、前記第２端子は、前記第２端部において前記チャンバー壁に電気的に接続され、前記第１端子と前記第２端子との間の部分は、前記プラズマ閉込チャンバーにエネルギーを結合するために前記プラズマ閉込チャンバー内に前記縦軸に沿って縦方向に延在しているアンテナと、
１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数範囲の高周波信号で前記アンテナを励起するための高周波電源であって、該高周波電源は、前記アンテナの前記第１端子に電気的に接続される第１出力と前記チャンバー壁の前記第１端部に電気的に接続される第２出力とを含み、前記高周波電源、前記アンテナ、および前記チャンバー壁が、前記プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導するために、前記アンテナの露出部分に交流電流を供給するほぼ同軸の電気回路を形成している高周波電源と、
を含むことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記高周波電源の前記第１出力と前記アンテナの前記第１端子との間に接続された第１キャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記チャンバー壁の第２端部と前記アンテナの前記第２端子との間に接続された第２キャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイオン源。
【請求項４】
前記チャンバー壁の第２端部と前記アンテナの前記第２端子との間に接続されたキャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項５】
前記アンテナを囲む絶縁管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項６】
前記プラズマ閉込チャンバー内に前記縦軸から半径方向に離れて配置され、かつ、縦方向に互いに離れて配置されて少なくとも１つの隣接対を形成する複数の磁石をさらに含み、それぞれの前記隣接対は、反対の磁極からなり、前記プラズマ閉込チャンバー内にプラズマを閉じ込めるために、前記チャンバー壁の近くに縦方向の磁界を形成することを特徴とする請求項３に記載のイオン源。
【請求項７】
前記複数の磁石のそれぞれは、前記チャンバー壁の内部の、前記出口開口部の両端の間の部分を取り囲んで円周方向に延在することを特徴とする請求項６に記載のイオン源。
【請求項８】
前記複数の磁石は、永久磁石であることを特徴とする請求項６に記載のイオン源。
【請求項９】
前記プラズマ閉込チャンバー内に前記縦軸から半径方向に離れて配置され、かつ、縦方向に互いに離れて配置されて少なくとも１つの隣接対を形成する複数の磁石をさらに含み、それぞれの前記隣接対は、反対の磁極からなり、前記プラズマ閉込チャンバー内にプラズマを閉じ込めるために、前記チャンバー壁の近くに方位角方向の磁界を形成することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記プラズマ閉込チャンバー内の、前記チャンバー壁と前記縦軸との間に配置され、内部でプラズマが発生する円筒形の内張りをさらに含み、該内張りは、前記プラズマと前記チャンバー壁との間の断熱壁を形成して、前記プラズマ閉込チャンバー内のイオン源材料の凝縮を防止することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１１】
前記内張りは、タングステンを含むことを特徴とする請求項１０に記載のイオン源。
【請求項１２】
前記チャンバー壁の外側の前記出口開口部の近くに配置された複数の引出電極をさらに含み、該引出電極には、前記プラズマ閉込チャンバーから前記出口開口部を通じて引き伸ばされたイオンビームを引き出すための電界を発生させるように、電圧が印加できることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１３】
イオン注入システムにイオンビームを供給するためのイオン源において、
縦軸に沿って配置されてイオン源材料のイオン化により内部にプラズマを発生させる略円筒形のプラズマ閉込チャンバーを形成すると共に、第１端部および第２端部を有してそれらの間に縦方向に延在する略円筒形の導電性チャンバー壁を含み、該チャンバー壁は、縦方向に延在する細長い出口開口部を備えており、該出口開口部を通じて前記プラズマからイオンビームを引き出すことができるハウジングと、
前記プラズマ閉込チャンバーにエネルギー放射するために、前記プラズマ閉込チャンバー内に部分的に延在するアンテナと、
前記アンテナと共に電気回路を形成し、前記プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導するために、前記アンテナに高周波交流電流を供給する高周波電源と、
前記プラズマ閉込チャンバー内に前記縦軸から半径方向に離れて配置され、かつ、縦方向に互いに離れて配置されて少なくとも１つの隣接対を形成する複数の磁石であって、それぞれの前記隣接対は、反対の磁極からなり、前記プラズマ閉込チャンバー内にプラズマを閉じ込めるために、前記チャンバー壁の近くに方位角方向の磁界を形成している複数の磁石と、
を含むことを特徴とするイオン源。
【請求項１４】
前記複数の磁石のそれぞれは、前記チャンバー壁の内部の、前記出口開口部の両端の間の部分を取り囲んで円周方向に延在することを特徴とする請求項１３に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記複数の磁石は、永久磁石であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記アンテナは、前記チャンバー壁と同軸関係を有するように前記縦軸に沿って配置されることを特徴とする請求項１３に記載のイオン源。
【請求項１７】
イオン注入システムにイオンビームを供給するためのイオン源において、
円筒形のチャンバー壁と、該円筒形のチャンバー壁の第１端部および第２端部に固着された第１端部壁および第２端部壁を含み、イオン源材料のイオン化により内部にプラズマを発生させる円筒形のプラズマ閉込チャンバーを形成すると共に、前記円筒形のチャンバー壁は、細長い出口開口部を備えており、該出口開口部を通じて前記プラズマからイオンビームを引き出すことができるハウジングと、
第１端子および第２端子を含み、前記第２端子は、前記第２端部壁に電気的に接続され、前記第１端子と前記第２端子との間の部分は、前記プラズマ閉込チャンバーにエネルギーを放射するために、前記チャンバー壁に対して同軸に配置されているアンテナと、
高周波信号で前記アンテナを励起するための高周波電源であって、該高周波電源は、前記アンテナの前記第１端子に電気的に接続される第１出力と前記第１端部壁に電気的に接続される第２出力とを含み、前記高周波電源、前記アンテナ、前記チャンバー壁、前記第１端部壁、および前記第２端部壁が、前記プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導するために、前記アンテナの露出部分に交流電流を供給する電気回路を形成している高周波電源と、
を含むことを特徴とするイオン源。
【請求項１８】
前記高周波電源の前記第１出力と前記アンテナの前記第１端子との間に接続されたキャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のイオン源。
【請求項１９】
前記第２端部壁と前記アンテナの前記第２端子との間に接続されたキャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のイオン源。
【請求項２０】
前記アンテナと前記キャパシタとで、前記高周波電源の周波数における共振回路を構成することを特徴とする請求項１９に記載のイオン源。
【請求項２１】
前記プラズマ閉込チャンバー内に前記縦軸から半径方向に離れて配置され、かつ、縦方向に互いに離れて配置されて少なくとも１つの隣接対を形成する複数の磁石をさらに含み、それぞれの前記隣接対は、反対の磁極からなり、前記プラズマ閉込チャンバー内にプラズマを閉じ込めるために、前記チャンバー壁の近くに縦方向の磁界を形成することを特徴とする請求項１７に記載のイオン源。
【請求項２２】
前記複数の磁石のそれぞれは、前記チャンバー壁の内部の、前記出口開口部の両端の間の部分を取り囲んで円周方向に延在することを特徴とする請求項２１に記載のイオン源。
【請求項２３】
前記プラズマ閉込チャンバー内の、前記チャンバー壁と前記縦軸との間に配置され、内部でプラズマが発生する円筒形の内張りをさらに含み、該内張りは、前記プラズマと前記チャンバー壁との間の断熱壁を形成して、前記プラズマ閉込チャンバー内のイオン源材料の凝縮を防止することを特徴とする請求項１７に記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連する特許出願）
本出願は、「制御可能な密度プロファイルを備えたリボン形ビームを供給するイオン源」と称する、２００２年５月１日に出願された米国特許出願第１０／１３６，０４７号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般的には、イオン注入装置に関し、より詳しくは、イオン注入システムにリボン形ビームを供給するイオン源に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入システムまたはイオン注入装置は、集積回路の製造やフラットパネルディスプレイの製造において、半導体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、イオン化されたドーパント元素は、所望のエネルギーのイオンビームとしてイオン源から引き出される。続いて、イオンビームは、加工物にドーパント元素を注入するために、半導体ウエハ等の加工物の表面に導かれる。ビーム中のイオンは、例えばウエハにトランジスタ素子を作製する場合には、加工物の表面を貫通して所望の導電率の領域を形成する。イオン注入処理は、通常、高真空の処理室内で実施され、それによって、残留ガス分子との衝突によるイオンビームの分散が防止されると共に、浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性が最小限に抑えられる。典型的なイオン注入装置には、イオンビームを発生するイオン源と、イオンビームを質量分析するための質量分析磁石を含むビームラインと、イオンビームが注入される半導体ウエハまたは他の基板を収容するターゲットチャンバーとが含まれる。ただし、フラットパネルディスプレイ用の注入装置には、通常、質量分析装置は含まれていない。高エネルギー注入システムでは、質量分析磁石とターゲットチャンバーとの間に、イオンを高エネルギーに加速するための加速装置が設けられている。
【０００４】
従来のイオン源にはプラズマ閉込チャンバーが含まれており、このプラズマ閉込チャンバーは、イオン化してプラズマにするガスを導入する入口開口部と、プラズマを引き出してイオンビームを形成するための出口開口部とを有している。ガスの一例はホスフィンである。ホスフィンは、例えば高エネルギー電子または高周波（ＲＦ）エネルギー等のエネルギー源に曝されると、加工物へのドーピング用の正に帯電したリンイオン（Ｐ+）と、水素イオンに解離する。通常、ホスフィンはプラズマ閉込チャンバーに導入され、次いで、エネルギー源に曝されてリンイオンと水素イオンの両方が生成される。このプラズマには、加工物に注入するための所望のイオンと共に解離およびイオン化処理の副産物である不要なイオンも含まれている。次に、リンイオンと水素イオンは、電圧が印加された引出電極を含む引出装置の使用により出口開口部を通じて引き出され、イオンビームが形成される。イオン源ガスを構成する他の典型的なドーパント元素の例は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）である。
【０００５】
注入イオンの線量およびエネルギーは、所定の用途に応じた望ましい注入処理によって様々である。イオン線量によって、所定の半導体材料に注入されるイオンの濃度が制御される。典型的には、高線量注入には高電流注入装置が使用され、より低い線量の用途には中電流注入装置が使用される。イオンエネルギーは、半導体素子の接合深度を制御するために使用され、注入されるイオンの深さがイオンビーム中のイオンのエネルギーレベルによって定まる。半導体素子の微細化が進むにつれて、ビームライン構造体には、高ビーム電流を低エネルギーで供給することが要求されている。高ビーム電流によって必要な線量レベルが達成され、低エネルギーによって浅い注入が可能になる。加えて、半導体素子の複雑化が進むにつれて、加工物上を走査する注入ビームの均一性を入念に制御することが要求されている。
【０００６】
イオン源でのイオン化処理は、電子を励起し、イオン源のチャンバー内でその電子をイオン化材料と衝突させることによって達成される。従来、この励起は、熱陰極またはＲＦ励起アンテナを使用して達成されてきた。熱陰極が加熱されると電子を放出し、次いで、その電子がイオン化処理のために十分なエネルギーまで加速される。一方、ＲＦアンテナは、イオン化処理を持続するために十分なエネルギーまでプラズマ電子を加速する電界を発生させる。このアンテナは、イオン源のプラズマ閉込チャンバー内に露出している場合もあり、あるいは、誘電体ウィンドウで分離されてプラズマチャンバーの外部に配置される場合もある。アンテナには、高周波交流電流が印加されるため、プラズマ閉込チャンバー内には時間変動する磁界が誘導される。この磁界によって、今度は、イオン源のチャンバー内に自然発生している自由電子が占める領域に電界が誘導される。これらの自由電子は、誘導電界によって加速されてイオン源のチャンバー内のイオン化材料と衝突し、その結果、イオンチャンバー内にアンテナ中の電流に対してほぼ平行かつ反対方向のプラズマ電流が生じる。次いで、小さな出口開口部付近に配置された１つまたは複数の引出電極によりプラズマチャンバーからイオンを引き出すことができ、それによって、（加工物のサイズに対して）小さな断面を有するイオンビームが供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのイオン注入システムでは、ウエハターゲット上で所望の注入処理を実施するために、機械的走査または磁気的走査あるいはその両方を通じて円筒形のイオンビームがウエハターゲット上に与えられる。バッチ式注入装置では、複数のウエハが注入経路を横切るように制御されて回転し、それらのウエハに対して同時に注入処理が実施される。イオンビームは、イオン源の引出開口部、次いで、質量分析装置、分解開口部、四重極磁石、およびイオン加速装置等からなる整形装置に従って整形され、（加工物のサイズに対して）小さな断面を有するイオンビームが１つまたは複数のターゲットウエハに供給される。走査は、ビームまたはターゲットあるいはその両方が相対的に移動することによって実施される。しかしながら、このような注入システムの複雑性を低減するためには、走査機構を削減し、引き伸ばされたリボン形イオンビームを供給することが望ましい。縦方向に十分な長さを有するリボン形ビームの場合、機械的または磁気的なラスタ方式の走査装置を追加することなく、１回の機械的走査を使用してウエハ全体に注入することができる。したがって、このようなイオン注入装置で使用するために、縦方向の密度プロファイルが均一な引き伸ばされたイオンビームを供給するリボン形ビーム用イオン源を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、イオン注入システムのためのイオン源であって、半導体ウエハまたはフラットパネルディスプレイのような加工物に注入するための、均一または制御可能な密度プロファイルを有する引き伸ばされたまたはリボン形のイオンビームを供給することができるイオン源に関する。本発明は、縦長のプラズマ閉込チャンバー内で均一なプラズマが発生させるイオン源を提供するものであり、そこから、縦長の出口開口部または引出スリットを通じて比較的大きな縦横比を有するリボン形のイオンビームが引き出される。引き伸ばされたリボン形ビームは、１回の機械的走査で半導体ウエハに注入することができ、それによって、注入システムが単純化される。一例として、本発明を使用して最大で４００ｍｍの長さを有するリボン形ビームを供給することができ、それによって、３００ｍｍの半導体ウエハ加工物の注入を１回の走査で容易に実施することができる。
【０００９】
引き出されるイオンビームの均一性を制御するために、本発明において、略円筒形のイオン源チャンバー内で同軸的高周波（ＲＦ）励起を実施することが有利であり、それによって、均一な電離プラズマの発生を促進するものである。プラズマチャンバー内に閉じ込められたプラズマの均一性は、円周方向に延在してプラズマチャンバー内に方位角方向の磁界を形成するマルチカスプ型磁石を設けることによって、さらに改善される。また、縦長の引出電極の使用による引き出しによってリボン形ビーム形成するために、プラズマチャンバーには、縦長の出口開口部または引出スリットが設けられる。プラズマチャンバー内のイオンが均一であることによって、小サイズかつ高密度な構造物を有するウエハターゲットに均一に注入するための均一なリボン形ビームを容易に供給することができる。加えて、プラズマチャンバーには、例えば円筒形の内張りのような断熱壁が設けられており、プラズマチャンバー内での凝縮を緩和するためにプラズマ温度を上昇させることができる。これによって、従来のＲＦ励起による（例えば、コールドウォール型の）イオン源で一般的な凝縮による汚染を回避して、注入用の化学種を容易に別の化学種に変更することができる。
【００１０】
本発明の一態様において、イオン源は、縦軸に沿って配置されて内部にプラズマを発生される円筒形のプラズマ閉込チャンバーを形成するハウジングと、プラズマ閉込チャンバー内に縦軸に沿って同軸に配置されるアンテナと、アンテナを励起するための高周波（ＲＦ）電源とを含んでいる。ハウジングは、第１端部と第２端部との間に縦方向に延在する略円筒形の導電性チャンバー壁を含んでおり、チャンバー壁は、縦方向に延在する細長い出口開口部を備えて、この出口開口部を通じてプラズマからイオンビームを引き出すことができる。縦長の出口開口部は、縦方向に、例えば４００ｍｍなどの任意の長さを有することができ、また、引き伸ばされたリボン形イオンビームを供給するために、高い縦横比を有していてもよい。アンテナは、第１端子および第２端子を含んでおり、第１端子は高周波電源に接続され、第２端子はチャンバー壁の第２端部に電気的に接続されて、チャンバー壁は、第２端部において高周波電源への帰還路を提供する。アンテナの第１端子と第２端子との間の部分は、プラズマ閉込チャンバー内に縦軸に沿って縦方向に延在し、プラズマ閉込チャンバーにエネルギーを放射するものである。
【００１１】
同軸のアンテナによって、プラズマの均一な励起が促進されて均一なイオン源が形成され、そこからリボン形のイオンビームが引き出すことができる。高周波電源は、アンテナの第１端子に接続される第１出力と、チャンバー壁の第１端部に接続される第２出力とを含む２つの出力を有している。このようにして、高周波電源、アンテナ、およびチャンバー壁は、ほぼ同軸の電気回路を形成し、プラズマ閉込チャンバー内にイオン化電界を誘導するために、アンテナの露出部分に交流電流を供給する。高周波電源の第１出力とアンテナの第１端子との間、または、チャンバー壁の第２端部とアンテナの第２端子との間、あるいはそれらの両方に、キャパシタを設けてもよい。
【００１２】
本発明の別の態様において、イオン注入システムにイオンビームを供給するためのイオン源は、縦軸に沿って配置された円筒形のプラズマ閉込チャンバーを形成するハウジングを含んでいる。ハウジングは、縦方向に延在する細長い出口開口部を備えた略円筒形の導電性チャンバー壁と、プラズマ閉込チャンバー内に部分的に延在してプラズマ閉込チャンバーにエネルギーを放射するアンテナとを含んでいる。プラズマ閉込チャンバー内には、縦軸から半径方向に離れて配置され、かつ、縦方向に互いに離れて配置された複数の磁石が設けられる。隣接する磁石対は、反対の磁極からなり、プラズマ閉込チャンバー内にプラズマを閉じ込めるために、チャンバー壁の近くに縦方向の磁界を形成する。一具体例として、それぞれの磁石は、チャンバー壁の内部の、出口開口部の両端の間の部分を取り囲んで円周方向に延在する永久磁石からなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記目的および関連する目的を達成するために、以下の説明および添付図面には、本発明の特定の例示的な態様および実施形態が詳細に記載されているが、これらは、本発明の原理を使用可能な様々な態様のごく一部を示すものである。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面と共に考慮することによって、明らかになるであろう。
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。全体を通じて、同様の構成要素には同様の符号を付して参照する。本発明は、イオン注入システムにおいて、密度プロファイルの制御が可能でありかつイオン源内の電離プラズマの均一性を改善する他の新規な特徴を有する、引き伸ばされたイオンビームを生成するためのイオン源装置を提供するものである。以下、本発明の様々な態様のうちの一実施形態を図示および説明するが、それらの図および説明は例示的なものであって、本発明の１つ以上の態様または新規な特徴は、ここに図示および説明するシステムとは異なるシステムにおいて実施することもできる。
【００１５】
まず、図１Ａ〜図１Ｃ、および図２Ａを参照すると、本発明に係るイオン源２が示されており、このイオン源は、イオン注入システムで使用するための引き伸ばされたリボン形ビームを生成するために使用することができる。このイオン源は、ハウジング４を含み、このハウジングによって、縦軸８に沿って配置された縦長の略円筒形を有するプラズマ閉込チャンバー６が形成され、その内部でホスフィン（ＰＨ３）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）等のイオン源材料（図示せず）をイオン化することによりプラズマが発生する。ハウジング４は、第１端部１４と第２端部１６との間に縦方向に延在する略円筒形の導電性チャンバー壁１０を含んでおり、このチャンバー壁は、縦方向に延在する細長い出口開口部または引出スリット１８を備え、この出口開口部を通じてプラズマからイオンビームを引き出すことができる。開口部１８によって、引出装置の作用がチャンバー６に閉じ込められたプラズマに及び、そこから相当の長さ（例えば、４００ｍｍ）を有するリボン形のイオンビームを均一にまたは制御可能な方法で引き出すことができる。
【００１６】
本発明の一態様では、イオン源２におけるプラズマの均一化を促進するために、チャンバー６内でプラズマの同軸        励起が実施される。この目的のために、図示されたイオン源２では、第１端子２０ａおよび第２端子２０ｂを含み、縦軸８に沿って同軸に配置されたアンテナ２０が使用される。アンテナ２０と導電性チャンバー壁１０とを同軸または同心に配置することによって、プラズマの、イオン源２の縦方向の長さに沿った均一化が促進される。第１端子２０ａは、第１端部１４においてプラズマ発生用の高周波（ＲＦ）電源２２に接続され、第２端子２０ｂは、第２端部１６の終端点２１においてチャンバー壁１０に電気的に接続される。端子２０ａ、２０ｂは、それぞれキャパシタ２４ａ、２４ｂを使用してＡＣ結合されている。
【００１７】
チャンバー６は、アンテナの内側部分とキャパシタ２４との間のブッシング２７を使用して真空状態に維持される。アンテナ２０は、インダクタンスＬを有し、キャパシタ２４と共に共振回路を形成してイオン源ガスをＲＦ励起し、チャンバー６内にプラズマを発生させる。ここで、ＲＦ電源２２の出力の一方は、アンテナの端子２４ａに接続され、他方は、チャンバー壁１０の第１端部１４において終端点２３に接続される。このようにして、ＲＦ電源２２、アンテナ２０、キャパシタ２４、および導電性のチャンバー壁１０は、ほぼ同軸の電気回路を形成し、アンテナ２０の露出部分に交流電流を導通させて、プラズマ閉込チャンバー６内にイオン化電界を誘導する。アンテナ２０とキャパシタ２４との組合せにより、ＲＦ電源２２の周波数における直列共振回路が形成されており、その結果、この回路の両端間の電圧は最小化される。また、両方のキャパシタ２４の値が等しい限り、アンテナ２０の中央部分の電圧も最小化される。これは、アンテナ２０（またはアンテナのシールド）の材料のスパッタリングを最小限に抑えるために望ましいものである。
【００１８】
アンテナ２０の端子２０ａ、２０ｂ間の中央部分は、縦軸８に沿って縦方向に延在してエネルギーをチャンバー６に結合するものであり、それによって、アンテナ２０を導通するＲＦ交流電流によりプラズマ閉込チャンバー６内に時間変動する磁界が発生する。この磁界によって、今度は、チャンバー６内に自然発生している自由電子が（初期的に）占める領域に電界が誘導されて、それらの自由電子が加速される。次いで、加速された電子がイオン化材料に衝突する結果、より多くの電子が発生し、それらの電子もＲＦ電界によって加速されてプラズマが確立する。定常状態において、ＲＦ誘導によるイオン化は、不完全な閉込の結果として生じるチャンバー壁へのプラズマ損失および他の損失機構を補償するものである。チャンバー６内のプラズマ電流は、アンテナ２０中の電流に対してほぼ平行かつ反対方向である。
【００１９】
別の変形例では、アンテナは、ブッシング２７の代りに、真空隔壁（vacuum partition）を形成可能な絶縁管によって囲まれているものである。この場合、アンテナおよびキャパシタは、プラズマから隔離されて大気圧環境下にある。この構成によれば、プラズマの汚染を考慮する必要がないため、アンテナ材料の選択肢が広がると共に、アンテナとプラズマとの間のキャパシタンスを最小化することができる。例示されたイオン源２は、円筒形のプラズマ閉込チャンバー６を含むものであるが、本発明の範囲内において他の縦長の略円筒形を使用することもできる。本明細書で使用される「略円筒形」という用語は、引き伸ばされたリボン形イオンビームを引き出すために、均一にプラズマを励起する同軸の励起アンテナを配置可能な他の縦長の形状を含むものである。
【００２０】
図１Ａおよび図１Ｂには、イオン源２の一態様が示されており、このイオン源には縦方向に延在する永久磁石４０が配置されて、チャンバー６内にプラズマ閉込用のマルチカスプ磁界が形成される。図１Ｃ〜図５には、イオン源２の別の態様が示されており、円周方向に延在する永久磁石４６を使用して、チャンバー６内に方位角方向の閉込磁界が形成される。以下に詳述するように、このようなプラズマ閉込磁界をチャンバー６の内壁付近に発生させて、対象とするプラズマをチャンバー６内の特定の領域に閉じ込めることができる。次いで、プラズマからのイオンは、出口開口部１８付近に配置された１つまたは複数の引出電極２６ａ〜２６ｅ（図１Ｂおよび図１Ｃ）によって、引出前領域５６から引き出すことができ、それによって、ほぼリボン形のイオンビームが形成される。ここで、電極２６には、電源２８を使用して電圧が印加される。電極２６には縦長の引出スリット３０が含まれており、それを通じてビームを引き出すことによって、大きな縦横比を有するリボン形のビームが形成される。本発明において、任意の適切な引出装置を使用することができる。また、引出電極２６とスリット３０は、必ずしも実際の縮尺通りには図示されていない。さらに、アンテナ２０のインダクタンスＬとキャパシタ２４のキャパシタンスは、任意の適切な無線周波数（ＲＦ）で共振条件を満たすように選択することができ、本発明の様々な態様を実行するために任意の従来のＲＦ電源２２を使用することができる。
【００２１】
図２Ｃ〜図２Ｆに示すように、アンテナ２０と電源２２との容量結合は、本発明に従って様々な構成により実現することができる。図２Ｃ（図１Ｃと同様の例）は、その一構成例を簡略に示す図であり、図２Ｄはこの構成を図式的に示す図である。この構成は、アンテナの中央部分をＲＦグランドに非常に近い状態（仮想グランド）で動作させることが可能である点で有利なものである。これによって、プラズマへの電力結合の均一性が増大する。したがって、このアンテナ構成によれば、プラズマチャンバー６の縦方向の長さに沿って十分な量の電離プラズマが確実に得られるため、容易に均一なビームを引き出すことができる。また、図２Ｃおよび図２Ｄにおいて、アンテナ２０からグランドへの直流経路は存在しないため、イオン源２における望ましくないプラズマ電流の減衰が防止される。別の可能な構成が図２Ｅおよび図２Ｆに示されており、この構成では、第１端部１４に１つのキャパシタ２４が備えられ、アンテナ２０の第２端子２０ｂは、チャンバー壁１０の第２端部１６に（例えば溶接によって）接地されている。本発明の範囲内において、ここに図示および説明されたものとは異なる他の構成も可能である。
【００２２】
再び図１Ｃおよび図２Ａを参照すると、図示されたイオン源２には、さらに内張り３２が含まれ、ハウジング４に対する円筒形の内壁として、閉込チャンバー６内のプラズマと導電性のチャンバー壁１０との間の断熱壁を形成する。プラズマは、チャンバー６内のプラズマ励起によって加熱される。従来、プラズマチャンバーの内壁は、縦方向に延在する永久磁石が正常に機能できるように、比較的低温に維持されていた。しかし、チャンバー壁とプラズマとの間のこの温度勾配は、凝縮の要因となる。イオン源の使用後に、そのイオン源を別の注入化学種用に変更すると、以前のイオン源ガスから凝縮した材料が汚染物質として残留することになる。本発明では、内張り３２によって、チャンバー６内部のガス温度を上昇させることができる（例えば、３１５．６°Ｃ（華氏６００度））ため、このような凝縮を緩和することができる。
【００２３】
この点に関して、導電性のチャンバー壁１０は、アルミニウムから形成され、一方、内張り３２は、好ましくはタングステンまたは他の同様の材料からなるものである。チャンバー６は真空状態で動作するため、内張り３２とチャンバー壁１０との間の熱結合は非常に小さく、したがって、それらの間の熱伝導率は非常に小さい。例えば、イオン源材料としてヒ素を用いた場合、ヒ素は気体として維持され、内張り３２上に凝縮することはない。内張り３２には、他の材料を使用することもできる。しかし、タングステンの質量は、典型的な注入材料よりもはるかに大きく、その結果、後の質量分析によって分離され、最終的な注入ターゲット上に与えられるビームを汚染する可能性が低いため、図示されたイオン源２では、タングステンを使用している。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、イオン源２は、縦方向に延在する永久磁石４０を含んでいてもよく、これらの永久磁石は、交互に配置されたＮ極面およびＳ曲面が内張り３２の内面にほぼ揃えられて、円周方向に互いに約４５度の角度４２をおいて配置されている。磁石４０ａは、チャンバー６の内側にＮ極を向け、磁石４０ｂは、チャンバー６の内側にＳ極を向けている。このような配置により、縦方向に延在する永久磁石４０は、図１Ａに示すような、マルチカスプ磁界４４を形成する。磁界４４は、ほぼ内張り３２の内壁付近に集中し、それによって電離プラズマを内張り３２から遠ざけるように閉じ込め、その結果、電離プラズマのプラズマチャンバー６の中心方向に向けた濃縮または半径方向の閉込が達成される。以下に詳述するように、イオン源２には、複数の電磁石対５０も含まれ、これらの電磁石対は、チャンバー６の引出前領域５６に個別に調整可能な磁界を発生させて、イオン源２から引き出されるビームの密度プロファイルを制御するものである。
【００２５】
ここで、図１Ｃ、図２Ａ、および図２Ｂに示す本発明の別の一態様は、円周方向に延在する複数の永久磁石４６を使用して、内張り３２の内面の近くに方位角方向の閉込磁界を形成するものである。複数の永久磁石は、チャンバー６内の縦軸８から半径方向に離れた位置に、縦方向に互いに離れて配置されており、磁石４６ａは縦軸８方向にＮ極を向け、磁石４６ｂは縦軸方向にＳ極を向けている。磁石４６は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、反対の磁極からなる隣接対を形成するように構成されている。これらの隣接対は、プラズマ閉込チャンバー６内にプラズマを閉じ込めるために、内張り３２付近に方位角方向の磁界４８を形成する。あるいは、反対側に受動的なリターンヨークを備えた一列の磁石（Ｎ極またはＳ極）を使用することもできる。磁石４６は、チャンバー６の（例えば、縦軸８に沿った）中央部に相対的に弱い磁界を発生させ、内張り３２付近に相対的に強い磁界を発生させる。このようにして、内張り３２の縁部から縦軸８へ大きな勾配が形成される。この勾配は、円筒形のチャンバー６の中央部付近ではプラズマを自由に移動させる一方、内張り３２から離れて中央部に向かってプラズマ閉じ込める傾向を有する。チャンバー６の中央部において自由に移動できることは、イオン源２の縦方向の長さに沿ったプラズマの均一性を増大させる点で有利なものである。
【００２６】
ここで、図１Ａおよび図１Ｂに示す縦方向に延在する磁石４０の角度方向の配置方法（約４５度の角度４２）は、図示されたイオン源２において対称的である。出口開口部１８付近を除く周囲の大部分における磁石４０間の角度は、より小さくすることができる。引出部にカスプ磁界４４が割り込むことによって引き起こされる非対称性は、イオン源２の中央部に向けて大きな磁界が侵入することの原因となる。したがって、縦方向に延在する閉込用磁石４０のピッチは限定される。しかし、図１Ｃ〜図５に示す円周方向に延在する磁石４６の数および互いの近さに制限はない。したがって、本発明に従って任意の数のこのような磁石４６を設けることができ、それによって、イオン源２の内部に任意の所望の閉込磁界のプロファイルを得ることができる。その結果、磁石４６を使用して、磁界勾配が内張り３２付近で任意の所望の値になるように設計することができる。したがって、図示の例は、このような磁石４６を１６個有するものとして示されているが、本発明は、任意の数のこのような磁石の使用を含むものであり、それによって、特に出口開口部１８付近において、より良好な閉込制御を達成することができる。さらに、図示の例では、磁石４６は、内張り３２の全周を囲むように延在するものとして示されているが、本発明には、磁石４６の他の構成（図示せず）も含まれるものである。
【００２７】
本明細書に図示および説明された例示的な実施形態には、縦方向に延在する閉込磁石４０と円周方向に延在する閉込磁石４６の両方が含まれるが、方位角方向の磁界４８は、磁石４０によって形成される閉込磁界４４とは別に形成するものであってもよく、または、閉込磁界４４と共に形成するものであってもよい。この点に関して、本発明に係るイオン源は、磁石４０および／または磁石４６の任意の組合せを含むことができる。さらに、例示されたイオン源２は、円周方向に延在する磁石４６と同軸の励起アンテナ２０とを組み合わせて使用するものであるが、本発明は、これらの特徴の１つまたは両方、あるいはそれらの同等物を有する他の実施形態を含むものである。
【００２８】
ここで、図３Ａ、図３Ｂ、図５に示す本発明の別の一態様は、プラズマ閉込チャンバー６から引き出される縦方向に引き伸ばされたイオンビームに関連する密度プロファイルを、選択的に調整するための制御装置６０を提供すものである。本発明の密度プロファイル調整機能は、任意のリボン形ビーム用イオン源と共に使用することができ、そのようなイオン源には本明細書に図示および記載されたものが含まれるが、それに限定されるものではない。さらに、本発明において、プロファイル調整機能は、上述した同軸励起および／または方位角方向の閉込機能とは別個に使用することも、または、それらの機能と組み合わせて使用することもできる。制御装置６０は、イオン源２から引き出されるリボン形ビームが通過する引出開口部１８および引出前領域５６付近の複数の磁石対を含む。
【００２９】
それぞれの磁石対は、励磁巻線を有する上側電磁石５０ａと下側電磁石５０ｂとを含み、この巻線には、磁石５０ａと磁石５０ｂとの間に調整可能な磁界５２を発生させるように制御された方式で電流を導通させることができる。磁石５０ａおよび磁石５０ｂは、出口開口部１８のいずれかの側に配置されて、出口開口部１８付近のチャンバー６内の引出前領域５６に調整可能な磁界５２を発生し、引き出されたリボン形ビームの密度プロファイルを調整するものである。電磁石５０には、第１の磁石５０ａが第１の極性（例えば、図示の例ではＮ極）を有する磁極を第２の磁石５０ｂに対向させ、第２の磁石５０ｂが反対の第２の極性（Ｓ極）を有する磁極を第１の磁石５０ａに対向させるように、電流が流される。このようにして、それぞれの磁石対の磁石５０ａと磁石５０ｂとが共に動作して、引出前領域５６に調整可能な磁界５２を発生させる。磁石対５０ａ、５０ｂは、イオン源２のハウジング４上に配置されているが、本発明は、引出電極２６付近の引出前領域内に選択的に変動可能または調整可能な磁界を発生させる他の配置を含むものである。
【００３０】
例示されたイオン源２には、このような磁石対５０が８個示されていが、本発明に従って、任意の数のこのような磁石対５０を設けることができる。また、リボン形ビームのプロファイルを制御するための複数の調整可能な磁界が得られるような、他の種類の磁石（例えば、永久磁石）を使用するものであってもよい。図３Ａおよび図５に示すように、それぞれの磁石対５０に関連する磁界５２は、制御システム６２を使用してそれぞれの電磁石５０に関連する巻線を励磁する直流電源６４に制御信号を供給することによって、個別に調整することができる。制御システム６２は、電源６４に接続されており、磁石対により引出前領域５６に発生した磁界を、引き出されるイオンビームの所望の密度プロファイルに従って個別に調整するために、磁石対に供給される電流を個別に制御するものである。個別の磁界５２を制御することによって、引出前領域５６で得られる電離プラズマの量を選択的に制限することが可能となり、これによって、所定の磁石対５０に関連する磁界を増大することにより、チャンバーのその磁石対付近から流れ出るプラズマの量を低減することができる。
【００３１】
このように、図示された実施形態では、イオン源２の縦方向の長さ（すなわち、結果として生じるリボン形ビームの幅）は、８つの部分またはスライス部分に区分され、それぞれの部分が磁石対５０ａ、５０ｂに関連している。出口開口部１８からのプラズマの流量をそれぞれのスライス部分に対して選択的に制限できることによって、ビームが引出前領域５６においてプラズマチャンバー６から引き出される際に、形成されるビームの密度プロファイルを制御することができる。この制御は、周知の制御アルゴリズムを使用して、イオン源２における所望の密度プロファイル、または、下流の注入ターゲット（図示せず）における所望の密度プロファイルに応じて実施することができる。周知の制御アルゴリズムには、フィードバック制御、フィードフォワード制御、予測制御、およびその他が含まれるが、これらに限定されるものではない。これらの制御を使用して、例えば、イオン源２または注入システム全体内の後続の（例えば、下流側の）装置における非均一性を補正または補償することができる。例えば、引出前領域５６における均一性が許容範囲内である場合でも、イオン源２とターゲットウエハまたはフラットパネルディスプレイ（図示せず）との間で、後続する質量分析段階または加速段階における非均一性を補償するために、磁石対５０ａ、５０ｂの一部またはすべてを使用することができる。この点に関して、制御システム６２は、さらに、ファラデーカップのようなイオン検出器を含んでいてもよく、イオン検出器は、引出前領域５６付近または注入される加工物（図示せず）付近あるいはその両方に配置されていてもよい。
【００３２】
このように、イオン源２および密度プロファイル制御装置６０を使用する注入システムは、適切なセンサおよびフィードバック装置（図示せず）を備え、ビームがターゲット加工物に与えられる際に、そのビームプロファイルを測定して対応する測定信号を制御システム６２に供給するものであってもよい。次いで、制御システム６２は、加工物における所望のプロファイルからの偏差を補正または補償するために、（例えば、電源６４を使用することにより）電磁石５０を励磁するための適切な調整を実施することができる。あるいは、電源６４は手動で調整可能なものであってもよく、さらに、それぞれの磁石対に対して個別の出力を備えた単一の電源に組み込まれていてもよい。また、それぞれの磁石対の磁石５０ａおよび５０ｂは同一の電流により励磁され、それぞれの磁石対に対して単一の（例えば、調整可能な）電源を使用するものであってもよい。
【００３３】
ここで、図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、プロファイル制御装置６０の動作がより詳細に示されており、電磁石のそれぞれ異なる調整レベルにおけるイオン源２の２つのスライス部分または縦方向部分が断面図で示されている。図４Ａには、第１レベルに励磁された磁石５０ａ’、５０ｂ’を含む磁石対が示されており、これによって、引出電極２６によるチャンバー６からのイオンの引出に対して第１レベルの制限が設定されている。異なる磁界強度を有する４つの領域７１、７２、７３、７４に対して等磁界線が描かれており、ここで、内張り３２に近い領域７１には相対的に強い磁界が発生し、領域７２から領域７３、領域７４へと次第に磁界強度が低下している。上述したように、領域７２〜７４の磁界強度は、円周方向の閉込磁石４６によって発生する方位角方向の磁界と、図４Ａに示すスライス部分の電磁石５０ａ’、５０ｂ’によって発生する制御磁界５２との累積による結果である。磁界が最も弱い場所（例えば、領域７４）では、チャンバー６内の電離プラズマの密度が最大になるため、プラズマ密度が最大なのは領域７４であり、一方、プラズマ密度が最小なのは内張り３２に近い領域７１である。
【００３４】
チャンバー６内の電離プラズマは、領域７４の磁界強度が最も低いため、領域７４において最も自由に移動可能となり、一方、外側の領域７１には、電離プラズマは殆どあるいは全く存在しない。図４Ａにおいて、電磁石５０ａ’、５０ｂ’は、比較的高いレベルに励磁され、引出前領域を通じて引出電極２６に流入するイオンの流量を制限している。したがって、引き出されるイオンビームのスライス部分８０’には、主として領域７３からイオンが引き出される。しかし、本発明によれば、リボン形ビーム８０の縦方向の長さに沿った他のスライス部分には、異なる調整を実施することができる。ここで、図４Ｂを参照すると、イオン源２の隣接するスライス部分が断面図で示されており、ここでは、電磁石５０ａ”、５０ｂ”は、より低いレベルに励磁されて、引出前領域５６に設定されるイオン引出への制限は弱くなっている。図４Ｂから分かるように、引き出されるイオンビームのスライス部分８０”には、磁界強度がより低い領域７４からイオンが引き出される。本発明では、プロファイル制御装置６０の複数の磁石対に対する相対的な励磁レベルの任意の組合せを実施することができる。さらに、そのような磁石対を任意の個数だけ設けることができ、それによって、任意の所望のビーム密度プロファイルを達成するものである。
【００３５】
図５を参照すると、イオン源２が簡略化されて示されており、分かり易くするために、電源および制御システムのような詳細の図示は省略されている。イオン源２は、大きな縦横比の長さ８２および幅８４を有する引き伸ばされたリボン形ビーム８０を供給する。ビームは、制御装置６０の８対の磁石対５０ａ、５０ｂによって８つの部分またはスライス部分に区画化され、それによって、ビーム８０の密度プロファイルは、特定の用途に応じて調整される。一実施形態では、ビームの長さ８２は約４００ｍｍであり、３００ｍｍのウエハターゲットまたはフラットパネルディスプレイに対して、容易に１回の走査で注入することができる。ただし、本発明の範囲内で任意の所望のビームの長さ８２が可能である。さらに、イオン源ハウジング４の出口開口部１８のサイズ、および、引出電極２６のスリット３０のサイズを適切に設定することによって、任意の所望の幅８４を達成することもできる。さらに、引出電極２６は任意の適切な方式で実装することができ、例えば、引出電極２６は５枚である必要はない。また、図示された電極２６は必ずしも実際の縮尺に従って描かれたものではない。
【００３６】
以上、本発明を特定の態様および実施形態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理解に基づいて、当業者が同等な変更および修正に想至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（組立体、装置、回路、システム等）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上述し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、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものである。この点に関して、本発明は、本発明の様々な方法のステップを実施するためのコンピュータで実行可能な指令を有する、コンピュータで読取り可能な媒体を含むものである。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、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ように、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。さらに、用語「含む（include）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有している（having）」、及びそれらの変化形が発明の詳細な説明または請求項で使用されている範囲に関して、これらの用語は、用語「含んでいる（comprising）」と同様な意味で包含的なものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一態様に従って、同軸誘導励起アンテナを有する例示的なイオン源を断面で示す端部立面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、出口開口部付近に配置された一連の引出電極を備えた図１Ａのイオン源を断面で示す別の端部立面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明に従って、同軸誘導励起アンテナを有する別の例示的なイオン源を断面で示す端部立面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ｃの２ａ−２ａ線に沿った断面で示す底部平面図であり、本発明の別の態様に従って、同軸誘導励起アンテナおよびチャンバー内に方位角方向の磁界を発生させるための円周方向に配置されたプラズマ閉込磁石構成を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ｃの２ｂ−２ｂ線に沿った断面で示す底部部分平面図であり、プラズマ閉込チャンバー内のプラズマ閉込磁石と方位角方向の磁界をより詳細に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の別の態様に従って、両端で容量結合された同軸励起アンテナの一実施形態を断面で示す簡略化された底部平面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃの同軸励起アンテナの電気回路を図式的に示す簡略化された底部平面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、一端で容量結合された同軸励起アンテナの別の例示的な実施形態を断面で示す簡略化された底部平面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図２Ｅの同軸励起アンテナの電気回路を図式的に示す簡略化された底部平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１Ｃの３ａ−３ａ線に沿った断面で示す底部平面図であり、本発明の別の態様に従って、イオン源のプラズマ閉込チャンバーから引き出される縦方向に引き伸ばされたイオンビームに関する密度プロファイルを、選択的に調整するための密度プロファイル制御装置を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのイオン源を断面で示す端部立面図であり、密度プロファイル制御装置により発生する調整可能な磁界を示す図である。
【図４Ａ】図３Ａおよび図３Ｂに示すイオン源を断面で示す端部立面図であり、密度プロファイル制御装置の２つの異なる設定のうちの１つに対してプラズマ閉込チャンバー内の等磁界線を示す図である。
【図４Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂに示すイオン源を断面で示す端部立面図であり、密度プロファイル制御装置の２つの異なる設定のうちの別の１つに対してプラズマ閉込チャンバー内の等磁界線を示す図である。
【図５】図５は、本発明に従って、例示的なイオン源とイオン源から引き出された引き伸ばされたリボン形イオンビームを示す簡略化された透視図である。
2005535096.tif 000003
【図１Ｂ】
2005535096.tif 000004
【図１Ｃ】
2005535096.tif 000005
【図２Ａ】
2005535096.tif 000006
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【図２Ｃ】
2005535096.tif 000008
【図２Ｄ】
2005535096.tif 000009
【図２Ｅ】
2005535096.tif 000010
【図２Ｆ】
2005535096.tif 000011
【図３Ａ】
2005535096.tif 000012
2005535096.tif 000013
【図４Ａ】
2005535096.tif 000014
【図４Ｂ】
2005535096.tif 000015
【図５】
2005535096.tif 000016
【国際調査報告】
2005535096.tif 000017
2005535096.tif 000018
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