(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理モード中に処理プラズマを発生し、洗浄モード中に洗浄プラズマを発生するためのイオン源チャンバであって、抽出開口を有するイオン源チャンバと、
抑制電極開口を有する抑制電極であって、前記抽出開口に近接して配置された抑制電極と、
バイアスシステムとを具え、
前記洗浄モード中に、前記抽出開口から抽出されたイオンビームが、前記抑制電極に当たるようにデフォーカスされ、
前記バイアスシステムは、前記洗浄モード中に、前記イオンビームを周期的に、前記抑制電極に当たらないように停止させ、前記イオンビームが周期的に停止している際に、前記抑制電極及び前記イオン源チャンバを接地するように構成されている、イオン源。
【請求項２】
グリッチ検出器を具え、前記処理モード中に、グリッチが検出されると、前記バイアスシステムは前記抑制電極及び前記イオン源チャンバを接地する、請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記処理モード中に、イオン源ガスを用いて前記処理プラズマを発生させ、前記洗浄モード中に、前記イオン源ガスとは異なる洗浄ガスを用いて、前記洗浄プラズマを発生する、請求項１に記載のイオン源。
【請求項４】
前記抑制電極と前記イオン源チャンバとの間の距離を変更することによって、前記イオンビームをデフォーカスさせる、請求項１に記載のイオン源。
【請求項５】
前記バイアスシステムが、
前記処理モード中に、第１の抽出電圧及び抽出電流を供給するように構成された抽出電源と、
前記抽出電源及び前記イオン源チャンバと導通する第１スイッチングデバイスであって、第１位置において、前記抽出電源を前記イオン源チャンバに電気的に結合し、第２位置において、前記イオン源チャンバを接地に結合する第１スイッチングデバイスと、
前記処理モード中に、第１の抑制電圧及び抑制電流を供給するように構成された抑制電源と、
前記抑制電源及び前記抑制電極と導通する第２スイッチングデバイスであって、第１位置において、前記抑制電源を前記抑制電極に電気的に結合し、第２位置において、前記抑制電極を接地に結合する第２スイッチングデバイスとを具え、
前記洗浄モード中に、前記第１スイッチングデバイス及び前記第２スイッチングデバイスが前記第１位置と前記第２位置との間で交互に切り換わり、前記第１位置において、前記イオンビームが前記抑制電極に当たり、前記第２位置において、前記イオンビームが一時的に停止し、前記抑制電極及び前記イオン源チャンバが接地される、請求項１に記載のイオン源。
【請求項６】
前記洗浄モード中に、前記第１抽出電圧とは異なる第２抽出電圧、及び前記第１抑制電圧とは異なる第２抑制電圧を供給することによって、前記イオンビームがデフォーカスされる、請求項５に記載のイオン源。
【請求項７】
グリッチ検出器をさらに具え、前記処理モード中に、グリッチを検出した場合に、前記第１スイッチングデバイス及び前記第２スイッチングデバイスの各々が前記第２位置を選択する、請求項５に記載のイオン源。
【請求項８】
イオン源を洗浄する方法であって、前記イオン源が、抽出開口を有するイオン源チャンバ、接地電極、及び前記イオン源チャンバと前記接地電極との間に配置された抑制電極を有する方法において、
洗浄ガスを前記イオン源チャンバ内に流入させるステップと、
前記洗浄ガスを用いて、前記イオン源チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、
前記イオン源チャンバから抽出したイオンビームを、当該イオンビームが前記抑制電極に当たるようにデフォーカスさせるステップと、
洗浄時間間隔中に、前記デフォーカスされたイオンビームが前記抑制電極から物質を除去するように、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極に一組の洗浄バイアス電圧でバイアスをかけるステップと、
前記洗浄時間間隔中に、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極を周期的に接地するステップと、
前記洗浄時間間隔中に、前記バイアスをかけるステップ及び前記接地するステップを複数回反復するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記デフォーカスさせるステップが、前記抑制電極を前記イオン源チャンバに対して移動させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記デフォーカスさせるステップが、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極に一組の洗浄電圧を印加することを含み、前記一組の洗浄電圧は、処理モード中に前記イオン源チャンバ及び前記抑制電圧に印加する電圧とは異なる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記バイアスをかけるステップ及び前記接地するステップを１kHzの周波数で実行する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
イオン源を動作させる方法であって、前記イオン源が、抽出開口を有するイオン源チャンバ、接地電極、及び前記イオン源チャンバと前記接地電極との間に配置された抑制電極を具えている方法において、
処理モード中に、イオン源ガスを前記イオン源チャンバ内に流入させるステップと、
前記処理モード中に、前記イオン源ガスを用いて前記イオン源チャンバ内に処理プラズマを発生させるステップと、
前記処理モード中に、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極に一組の処理バイアス電圧を印加するステップと、
前記処理モード中に、基板に注入するように設定されたイオンビームを、前記抽出開口を通して抽出するステップと、
洗浄モード中に、洗浄ガスを前記イオン源チャンバ内に流入させるステップと、
前記洗浄モード中に、前記洗浄ガスを用いて、前記イオン源チャンバ内に洗浄プラズマを発生させるステップと、
前記洗浄モード中に、前記イオン源チャンバから抽出された前記イオンビームを、前記抑制電極に当たるようにデフォーカスさせるステップと、
前記洗浄モード中に、前記デフォーカスされたイオンビームが前記抑制電極から物質を除去するように、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極に一組の洗浄バイアス電圧でバイアスをかけるステップと、
前記洗浄モード中に、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極を周期的に接地して、蓄積された電荷を除去するステップと、
前記洗浄モード中に、前記バイアスをかけるステップ及び前記接地するステップを複数回反復するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記処理モード中にグリッチを検出するステップと、グリッチを検出した際に、前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極を接地するステップとを、さらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記デフォーカスさせるステップが、前記抑制電極を前記イオン源チャンバに対して移動させることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記デフォーカスさせるステップが、一組の洗浄バイアス電圧を前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極に印加することを含み、前記一組の洗浄バイアス電圧は、前記処理モード中に前記イオン源チャンバ及び前記抑制電極に印加する前記一組の処理バイアス電圧とは異なる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、パルスバイアスを用いて、特にイオン源内の引き出し電極アセンブリを洗浄する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、ドーパントまたは不純物を衝撃によって基板内に導入するプロセスである。半導体製造では、ドーパントを導入して電気的、光学的、または機械的性質を変化させる。例えば、ドーパントを真性半導体基板内に導入して、基板の導電性の型及びレベルを変化させることができる。集積回路（ＩＣ：integrated circuit）を製造するに当たり、精密なドーピング・プロファイルが、適切なＩＣ性能にとって重要であることが多い。所望のドーピング・プロファイルを実現するために、１つ以上のドーパントを、イオンの形態で、種々のドーズ量及び種々のエネルギーレベルで注入することができる。
【０００３】
一部の実現では、プラズマをイオン源チャンバ内に生成する。このプラズマは、正電荷のドーパントイオンを含む。引き出し電極アセンブリを、イオン源チャンバの外側に、当該イオン源チャンバに近接して配置することができる。この引き出し電極アセンブリは、少なくとも抑制電極及び接地電極を含むことができる。引き出し電極アセンブリ内の各電極は開口を有することができ、この開口を通して、正電荷イオンが通過することができる。これに加えて、これらの電極のうち１つ以上に負のバイアスをかけて、正電荷のドーパントイオンを、イオン源チャンバ内の抽出開口及び引き出し電極アセンブリ内の開口を通して誘引することができる。これらの抽出したドーパントイオンはイオンビームを形成し、このイオンビームはその後に基板に注入するために用いる。
【０００４】
イオン源の故障の１つの原因は、イオン源チャンバの内壁上、抑制電極上、及び接地電極上への物質の蓄積である。これに加えて、これらの物質は装置上に蓄積し得る。イオン源チャンバの内壁上に蓄積した場合、これらの物質は、イオンが発生する速度を低下させ、ビーム電流を低減し得る。
【０００５】
物質蓄積の影響を防止する１つの方法は、イオン源を間欠的に清浄なイオン源に置き換えることである。代わりの方法としては、イオン源全体の電源を落として真空を解除した後に、イオン源を手作業で洗浄しなければならない、ということがあり得る。しかし、これらの方策は、イオン源、あるいはイオン注入システム全体の電源を落として、システム内の真空を解除する必要がある。さらに、イオン注入システムは、イオン源チャンバを置き換えるか洗浄した後に、電源投入され真空排気されて動作状態に達しなければならない。従って、これらの保守プロセスは非常に時間を要し得る。これに加えて、イオン注入システムは、保守プロセス中には使用されない。このため、頻繁な保守プロセスは、ＩＣの生産時間を減少させると共に、その製造コストを増加させ、過度の経済的負担を製造業者に、最終的には消費者に与え得る。以上のことを考慮すれば、イオン源の性能を改善し寿命を延長させて、上述した不備及び短所を克服するための新たな技術を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
イオン源の性能を改善し寿命を延長させる方法を開示する。このイオン源は、イオン源チャンバ、抑制電極、及び接地電極を含む。処理モードでは、抑制電極に負電圧のバイアスをかけながらイオン源チャンバに第１正電圧のバイアスをかけて、正イオンをチャンバ内から開口を通してワークピース（加工片）に向けて誘引することができる。洗浄モードでは、イオンビームが抑制電極及び接地電極に当たるように、イオンビームをデフォーカス（焦点ぼけ）させる。イオン源チャンバ及びこれらの電極に印加する電圧をパルス化して、こうした洗浄モード中のグリッチの可能性を最小にする。
【０００７】
第１の好適例では、イオン源を開示する。このイオン源は、イオン源チャンバと、抑制電極と、バイアスシステムとを具え、イオン源チャンバは、処理モード中の処理プラズマの発生用、及び洗浄モード中の洗浄プラズマの発生用であり、抽出開口を有し、抑制電極は抽出開口に近接して配置され、洗浄モード中に抽出開口から抽出されたイオンビームは、抑制電極に当たるようにデフォーカスされ、バイアスシステムは、洗浄モード中に、イオンビームを周期的に、抑制電極に当たらないように停止させ、イオンビームが周期的に停止している際に抑制電極及びイオン源チャンバを接地するように構成されている。
【０００８】
第２の好適例では、イオン源を洗浄する方法を開示する。このイオン源は、抽出開口を有するイオン源チャンバと、接地電極と、イオン源チャンバと接地電極との間に配置された抑制電極とを具えている。この方法は、洗浄ガスをイオン源チャンバ内に流入させるステップと、この洗浄ガスを用いてイオン源チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、イオン源チャンバから抽出されたイオンビームを、抑制電極に当たるようにデフォーカスさせるステップと、洗浄時間間隔中に、デフォーカスされたイオンビームが抑制電極から物質を除去するように、イオン源チャンバ及び抑制電極に一組の洗浄バイアス電圧でバイアスをかけるステップと、洗浄時間間隔中に、イオン源チャンバ及び抑制電極を周期的に接地するステップと、洗浄時間間隔中に、上記バイアスをかけるステップ及び上記接地するステップを複数回反復するステップとを含む。
【０００９】
第３の好適例では、イオン源を動作させる方法を開示する。このイオン源は、抽出開口を有するイオン源チャンバと、接地電極と、イオン源チャンバと接地電極との間に配置された抑制電極とを具えている。イオン源を動作させる方法は、処理モード中に、イオン源ガスをイオン源チャンバ内に流入させるステップと、処理モード中に、イオン源ガスを用いてイオン源チャンバ内に処理プラズマを発生させるステップと、処理モード中に、一組の処理バイアス電圧をイオン源チャンバ及び抑制電極に印加するステップと、処理モード中に、基板に注入するように設定されたイオンビームを、抽出開口を通して抽出するステップと、洗浄モード中に、洗浄ガスをイオン源チャンバ内に流入させるステップと、洗浄モード中に、洗浄ガスを用いてイオン源チャンバ内に洗浄プラズマを発生させるステップと、洗浄モード中に、イオン源チャンバから抽出されたイオンビームを、抑制電極に当たるようにデフォーカスさせるステップと、洗浄モード中に、デフォーカスされたイオンビームが抑制電極から物質を除去するように、イオン源チャンバ及び抑制電極に一組の洗浄バイアス電圧でバイアスをかけるステップと、洗浄モード中に、イオン源チャンバ及び抑制電極を周期的に接地して、蓄積された電荷を除去するステップと、洗浄モード中に、上記バイアスをかけるステップ及び上記接地するステップを複数回反復するステップとを含む。
【００１０】
本発明をより良く理解するために、添付した以下の図面を参照し、これらの図面は参照する形で本明細書に含める。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態によるイオン源を示す図である。
【図２】洗浄モードで動作中の図１のイオン源を示す図である。
【図３】図３Ａは、イオン源の動作を説明するフローチャートである。図３Ｂは、イオン源の動作を説明するフローチャートである。
【図４】第２実施形態によるイオン源を示す図である。
【図５】第３実施形態によるイオン源を示す図である。
【図６】第４実施形態によるイオン源を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、パルスバイアスを用いて引き出し電極アセンブリを洗浄する新たな方法を開示する。簡単明瞭にする目的で、本開示は、傍熱陰極（ＩＨＣ：indirectly heated cathode）をイオン発生器として有するイオン注入装置で用いられる方法に焦点を当てることがある。しかし、本発明は特定のイオン発生器または特定のイオン注入システムに限定されないことは、通常の当業者が認める所である。本発明は、例えば、バーマス（Bermas）型イオン源またはＲＦプラズマイオン源を含む他の種類のイオン発生器にも、そして、例えば多重ウェハー（例えばバッチ型）のスポットビーム型イオン注入システム、あるいは、ビームライン要素有りまたは無しのプラズマ系イオン注入システムを含む他の種類のイオン注入システムでも、同等に適用可能であり得る。これに加えて、本発明は、他のプラズマ系基板処理システム、あるいはイオンを使用する他のシステムにも同等に適用可能であり得る。
【００１３】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による好適なイオン源１００の略図が示されている。イオン源１００は、図中に例示するＩＨＣ、または他の種類のイオン発生器を含むことができる。イオン源１００は、イオン源チャンバ１０２を含むことができる。イオン源チャンバ１０２の前面に抽出開口１０４を配置することができる。陰極（カソード）１０６及びリペラー（反射）電極１０８（または対陰極（アンチカソード））を、イオン源チャンバ１０２の対向する側面に配置することができる。フィラメント１１０を、イオン源チャンバ１０２の外側に、かつ陰極１０６に近接して配置して、陰極１０６を加熱することができる。１つ以上のイオン源磁石（図示せず）を設けて、磁界Ｂ（矢印Ｂ参照）をイオン源チャンバ１０２内に生成することもできる。
【００１４】
イオン源チャンバ１０２の付近には、１つ以上の供給源１１８が存在することができる。本発明では、供給源１１８から供給された物質が、イオン源ガス及び洗浄ガスを含むことができる。イオン源ガスはドーパント種を含むことができ、これらのドーパント種は、通常動作モード中にイオンの形態で基板内に導入することができる。洗浄ガスは、洗浄モード中に使用するガスを含むことができる。
【００１５】
本発明では、種々の種をイオン源ガスとして用いることができる。イオン源ガスの例は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、等を包含する原子種または分子種を含むことができる。洗浄ガスの例は、アルゴン（Ａｒ）を含むことができる。上記の種は排他的ではなく、他の原子種または分子種を用いることもできることは、通常の当業者が認める所である。
【００１６】
イオン源ガス及び／または洗浄ガスは、気体または蒸気の形態でイオン源チャンバ内に供給することが好ましい。イオン源ガス及び／または洗浄ガスが非ガスまたは非蒸気の形態であれば、気化器（図示せず）を供給源１１８の付近に設けて、上記物質を気体または蒸気の形態に変換することができる。イオン源の物質及び／または追加的な物質をイオン源チャンバ１０２内に供給する量及び速度を制御するために、流量コントローラ１３４を設けることができる。
【００１７】
イオン源チャンバ１０２に近接して、抽出開口１０４の付近に、引き出し電極アセンブリ１１４を配置することができる。本実施形態では、引き出し電極アセンブリ１１４が抑制電極１１４ａ及び接地電極１１４ｂを具えることができる。抑制電極１１４ａ及び接地電極１１４ｂの各々は、イオン源チャンバ１０２の抽出開口１０４と連通する開口を有することができる。抑制電極１１４ａには抑制電極開口１１４ａ−１が存在することができるのに対し、接地電極１１４ｂには接地電極開口１１４ｂ−１を配置して規定することができる。以下では、抑制電極開口１１４ａ−１及び接地電極開口１１４ｂ−１を集合的に引き出し電極開口と称することがあり、この引き出し電極開口はイオン源チャンバ１０２の抽出開口１０４と連通する。
【００１８】
イオン源チャンバ１０２、陰極１０６、フィラメント１１０、リペラー電極１０８、抑制電極１１４ａ、及び／または接地電極１１４ｂに給電するために、１つ以上の電源を設けることができる。簡単明瞭にする目的で、３つの電源のみを示す。複数の電源が存在し、それらの各々をイオン源１００の異なる構成要素に電気的に結合することができることは、通常の当業者が認める所である。あるいは、複数の電源が存在し、これらの電源の１つを複数の構成要素に電気的に結合することができる。さらに他の実施形態では、複数の出力端子を有する単一の電源を用いて、システム１００内のすべての構成要素に給電することができる。本発明では、電源１５３、１５４、１５５が、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）を、連続して、あるいはパルス化して供給することができる。電源１５３、１５４、１５５は、正または負のバイアス電圧を供給することもできる。
【００１９】
接地電極１１４ｂは、接地電極電源１５５によってバイアスをかけることができる。一部の実施形態では、接地電極１１４ｂを接地し、これにより接地電極電源１５５の必要性をなくす。抑制電極１１４ａは、抑制電源１５３によって給電することができる。抽出電源１５４を用いて、イオン源チャンバ１０２の壁面にバイアスをかける。一部の実施形態では、抑制電源１５３及び／または抽出電源１５４が接地電極１１４ｂを基準とすることができる。
【００２０】
上述したように、イオン源１００の故障の１つの原因は、その長期の使用中の、物質の過剰な蓄積である。例えば、物質は、とりわけイオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂ上に蓄積し得る。過剰な蓄積を防止するために、本実施形態のイオン源１００は、２つのモード：即ち、処理モード及び洗浄モードで動作することができる。処理モード中には、イオン源１００がドーパントイオンを発生することができ、これらのドーパントイオンは、イオンビーム１０の下流に配置された基板内に注入される。洗浄モード中には、イオン源１００がそのままの状態で洗浄される。本発明では、イオン源１００が処理モード及び洗浄モードで動作することができる。
【００２１】
処理モードでは、ドーパント種を含有するイオン源ガスを、供給源１１８からイオン源チャンバ１０２内に導入することができる。その間に、フィラメント１１０に給電して、電子を熱電子放出により陰極１０６に向けて放出することができる。陰極１０６は、電子をイオン源チャンバ１０２内に放出して、とりわけドーパントイオンを含むプラズマを発生することができる。
【００２２】
接地電極１１４ｂに、接地電極電源１５５によってバイアスをかけて、イオン１０をイオン源チャンバ１０２から抽出することができる。一部の実施形態では、接地電極１１４ｂを接地することができ、接地電極１１４ｂは電源と導通しない。こうしたイオン１０を基板に向けて指向させることができる。一実施形態では、抑制電源１５３が、＋／−のバイアス電圧、及び連続した／パルス化されたＡＣ／ＤＣを抑制電極１１４ａに供給することができる。１つの特定実施形態では、抑制電源１５３が、約−２kV〜−３０kVを約１００mAで抑制電極１１４ａに供給することができる。抽出電源１５４は、約１０kV〜７０kVをイオン源チャンバ１０２の壁面に供給することができる。抽出電源１５４は、２５mAから約２００mAまでの間の電流を供給することができる。
【００２３】
処理モードでは、イオンをイオン源チャンバ１０２から、フォーカス（焦点合わせ）されたイオンビーム１０として抽出することができる。上記の電圧及び電流は、ほんの一例として挙げるに過ぎず、本発明の範囲について限定を加えるものではないことは明らかである。また、電源１５３、１５４、１５５によって供給される電圧及び電流は、一定にも可変にもすることができることも明らかである。
【００２４】
図２を参照すれば、洗浄モード下で動作する、本発明の一実施形態によるイオン源１００が示されている。図２に例示する構成要素の大部分が図３に含まれることは明らかである。このため、図３中の構成要素の大部分は、図２中の構成要素に関連付けて理解するべきである。
【００２５】
洗浄モード中には、イオン源１００をそのままの状態で洗浄することができる。本実施形態では、洗浄ガスをイオン源チャンバ１０２内に導入することができる。上述したように、種々の種を洗浄ガスとして導入することができる。
【００２６】
処理モードで行われるように、洗浄プラズマ２２０はイオン源チャンバ１０２内に生成される。しかし、処理モード中に生成されるプラズマ１２０とは異なり、この洗浄プラズマ２２０はドーパントを含まない。むしろ、洗浄ガスは、引き出し電極アセンブリ１１４上にスパッタしてそこから物質を除去することにおける、その有効性に基づいて選択することができる。
【００２７】
これに加えて、洗浄モードでは、イオンビーム２１０をデフォーカスさせる。このデフォーカスは多数の方法で実現することができる。一実施形態では、引き出し電極アセンブリ１１４と抽出開口１０４との間の距離を変化させる。一実施形態では、これらの構成要素間の距離を増加させる。他の実施形態では、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び／または接地電極１１４ｂに印加するバイアス電圧を変更することによってデフォーカスを実現する。例えば、一例では、イオン源チャンバ１０２の壁面に約５kVのバイアスをかけ、抑制電極１１４ａに−７kVのバイアスをかけ、接地電極１１４ｂを接地する。他の実施形態では、これらの技法の組合せによってデフォーカスを実現し、この組合せによれば、抽出開口１０４と引き出し電極アセンブリ１１４との間の距離を変更し、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂのうち少なくとも１つに印加するバイアス電圧も変更する。
【００２８】
図２に例示するように、イオンビーム２１０のデフォーカスによって、イオンが引き出し電極アセンブリ１１４、特に抑制電極１１４ａ及び接地電極１１４ｂに当たる。これらの表面に当たる高エネルギーイオンは、処理モード中に引き出し電極アセンブリ１１４上に蓄積した物質を除去する働きをすることができる。
【００２９】
しかし、一部の場合には、高エネルギーイオンによる引き出し電極アセンブリ１１４への持続的な衝突が、隣接する２つの構成要素間にアーク（電弧）を生じさせることがある。例えば、アークは、イオン源チャンバ１０２の壁面と抑制電極１１４ａとの間に生成され得る、というのは、これらの構成要素は異なる電圧のバイアスをかけられているからである。同様に、アークは、抑制電極１１４ａと接地電極１１４ｂとの間に生成され得る。
【００３０】
従って、一実施形態によれば、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂの各々に印加しているバイアス電圧をすべて無効にし、これらの構成要素の各々を接地に直接接続する。こうした接地への直接の接続は、これらの構成要素の表面上に蓄積されたあらゆる電気エネルギーを除去して、生成された可能性があるあらゆるアークを消散させることができる働きをする。これらの構成要素を十分な時間だけ接地した後に、各構成要素のバイアス電圧を元に戻す。
【００３１】
例えば、洗浄モードは、引き出し電極アセンブリ１１４を随意的に移動させて、イオン源チャンバ１０２、抑制電極１１４ａ、及び／または接地電極１１４ｂに印加するバイアス電圧を変更することによって開始することができる。第１の継続時間後に、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂをすべて接地する。これにより、これらの構成要素の表面上に蓄積され得たあらゆる電荷が除去される。第２の継続時間後に、これらの構成要素のバイアス電圧を元に戻す。この手順は、洗浄モードの全体にわたって反復することができる。パルス化されたバイアス電圧のデューティサイクルは、当該バイアス電圧を印加する期間を経過時間全体で除算した値として定義され、変化させることができる。一部の実施形態では、このデューティサイクルが５０％未満である。一部の実施形態では、このデューティサイクルを１０〜２５％にすることができる。
【００３２】
従って、イオン源は図３Ａに示すように動作させることができる。まず、イオン源を、第１の動作期間だけ処理モードで動作させる（ボックス３１０参照）。一部の実施形態では、この第１の動作期間を２０〜５０時間とすることができ、特に４０〜５０時間とすることができる。この時間中に、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂのそれぞれに、一組の処理バイアス電圧でバイアスをかける。イオン源ガスを用いて、イオンビーム用に用いるプラズマ１２０を生成する。
【００３３】
この第１の動作期間後に、第２の動作期間にわたる洗浄モード（ボックス３２０参照）に入る。この第２の動作期間は、第１の動作期間よりずっと短く、例えば１時間未満である。一部の実施形態では、第２の動作期間を、３０分未満、例えば約２０分未満にすることができる。上述したように、洗浄モードは、処理モード中に用いた動作パラメータに対するいくつかの変更を含む。例えば、プラズマを生成するために用いたイオン源ガスを洗浄ガスに置き換える。これに加えて、抽出開口１０４と引き出し電極アセンブリ１１４との間の間隔の変化、種々の構成要素のバイアス電圧の変化、あるいはこれら２つの動作の組合せのいずれかによって、イオンビームをデフォーカスさせる。
【００３４】
こうした処理モードと洗浄モードとのサイクルは、無制限に、あるいはイオン源が予防保守のためにオフライン状態にされるまで反復することができる。
【００３５】
図３Ｂに、洗浄モード中のイオン源の動作を示す。まず、ボックス３２１に示すように、デフォーカスされたイオンビームを発生して、引き出し電極１１４を洗浄する。イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂのそれぞれに、一組の洗浄電圧でバイアスをかける。この第１の洗浄期間中に、デフォーカスされたイオンビームは、蓄積された物質を引き出し電極アセンブリ１１４から除去する働きをする。第１の洗浄期間後には、ボックス３２２に示すように、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂのすべてを、第２の洗浄期間だけ接地に直接接続する。このステップは、これらの構成要素上に蓄積されたあらゆる電荷を除去する働きをする。イオン源が洗浄モードである間に、こうした一連の洗浄ステップ３２１、３２２を反復する。１つの実施形態では、こうした一連の洗浄ステップを約１kHzの周波数で実行するが、他の周波数も本発明の範囲内である。上述したように、一部の実施形態では、上記デューティサイクル（即ち、第１の洗浄期間を、第１の洗浄期間と第２の洗浄期間との合計で除算した値）を５０％未満にすることができる。一部の実施形態では、このデューティサイクルを１０〜２５％にすることができる。他の実施形態では、このデューティサイクルを１〜８０％にすることができる。
【００３６】
種々の実施形態を用いて、本明細書に記載したイオン源を作製することができる。図４に、イオン源４００の第１実施形態を示す。本実施形態では、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地選局１１４ｂの各々が、それぞれのスイッチングデバイス４１０ａ〜ｃと導通する。各スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃの一方の端子は、それぞれ、関連する電源１５３、１５４、１５５と導通している。各スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃの他方の端子は接地に接続されている。従って、スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃが第１位置にある際には、これらの構成要素の各々が、それぞれの電源によって決まるそれぞれのバイアス電圧のバイアスをかけられる。スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃが第２位置にある際には、これらの構成要素の各々が接地される。
【００３７】
電源１５３、１５４、１５５の各々は、２つ以上の異なる出力電圧間で切り換えることができる、可変またはプログラマブルな電源とすることができる。一実施形態では、電源１５３、１５４、１５５の各々がコントローラ４２０と導通する。コントローラ４２０は処理装置及びメモリ装置を含む。このメモリ装置は、コントローラ４２０が本明細書で説明したステップ及び機能を実行することを可能にする命令を含む。
【００３８】
例えば、このコントローラは、電源１５３、１５４、１５５の各々に出力信号を供給して、これらの電源に、処理モードと洗浄モードとの間で切り換えることを命令する。従って、電源１５３、１５４、１５５に、一組の処理バイアス電圧と一組の洗浄バイアス電圧との間で切り換えることを命令することができる。これに加えて、コントローラ４２０は、スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃと導通することができる。コントローラ４２０は、スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃに出力信号を供給して、関連する電源に接続された端子と接地に接続された端子との間で切り換えることを、これらのスイッチングデバイスに命令する。
【００３９】
コントローラ４２０は、流量コントローラと導通して、イオン源チャンバ１０２に供給されるガスを選択することもできる。例えば、コントローラ４２０は、処理モード中のイオン源ガス、及び洗浄モード中の洗浄ガスを選択することができる。一実施形態では、コントローラ４２０がアクチュエータ（図示せず）と導通することもでき、このアクチュエータを用いて、引き出し電極アセンブリ１１４のイオン源チャンバ１０２に対する位置を移動させる。従って、コントローラ４２０を用いて、図３Ａ及び３Ｂに示すフローチャート中に例示するステップを実現することができる。
【００４０】
他の実施形態では、コントローラ４２０が１つ以上のグリッチ検出器（図示せず）と導通することができる。これらのグリッチ検出器は、各構成要素におけるバイアス電圧を監視することができ、あるいは、それぞれの電源１５３、１５４、１５５によって供給される電流を監視することができる。これらのグリッチ検出器は、別個の構成要素とすることができ、あるいは、それぞれの電源内に統合することができる。バイアス電圧が特定閾値より下に低下すると（あるいは、電流が特定閾値より上に増加すると）、グリッチ検出器は、グリッチが発生したことを検出することができる。この情報はコントローラ４２０に入力される。その結果、コントローラ４２０は、イオン源チャンバ１０２の壁面、抑制電極１１４ａ、及び接地電極１１４ｂを接地するように切り換えることを、スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃに命令することができる。こうすることによって、グリッチをより迅速に解消し、これにより、影響を受けた電源の遮断を防止することができる。一部の実施形態では、グリッチの検出及び修正の技法を、処理モードのみにおいて実行する。
【００４１】
異なる実施形態では、引き出し電極アセンブリ１１４をイオン源チャンバ１０２に対して移動させることのみによって洗浄モードを実行する。本実施形態では、電源１５３、１５４、１５５がプログラマブルではなく、両モード中に単に定電圧を出力することができる。本実施形態では、洗浄モード中に、引き出し電極アセンブリ１１４をイオン源チャンバ１０２に対して移動させる。上述したように、コントローラ４２０は、洗浄モード中にスイッチングデバイス４１０ａ〜ｃと相互作用して、上記構成要素に対するバイアス電圧をパルス化する。
【００４２】
他の実施形態では、図５のイオン源５００内に例示するように、プログラマブルな電源１５３、１５４、１５５を、別個の処理電源及び洗浄電源に置き換える。例えば、スイッチングデバイス５１０ａが３つの端子を有することができ、１つは抽出処理電源５５４ａと導通し、２つ目は抽出洗浄電源５５４ｂと導通し、３つ目は接地と導通する。これら３つの端子のいずれかを選択して、イオン源チャンバ１０２の壁面と導通させることができる。
【００４３】
同様に、スイッチングデバイス５１０ｂが３つの端子を有し、１つは抑制処理電源５５３ａと導通し、２つ目は抑制洗浄電源５５３ｂと導通し、３つ目は接地と導通する。これら３つの端子のいずれかを選択して、抑制電極１１４ａと導通させることができる。
【００４４】
スイッチングデバイス５１０ｃは３つの端子を有することができ、１つは接地電極処理電源５５５ａと導通し、２つ目は接地電極洗浄電源５５５ｂと導通し、３つ目は接地と導通する。これら３つの端子のいずれかを選択して、接地電極１１４ｂと導通させることができる。上述したように、一部の好適例では、接地電極１１４ｂを恒久的に接地に接続し、これにより、スイッチングデバイス５１０ｃ、接地電極処理電源５５５ａ、及び接地電極洗浄電源５５５ｂの必要性をなくすことができる。
【００４５】
一実施形態では、コントローラ５２０がスイッチングデバイス５１０ａ〜ｃと導通して、上記３つの端子のうち１つをイオン源５００の動作モードに基づいて選択することを、これらのスイッチングデバイスに命令する。第１位置では、スイッチングデバイス５１０ａ〜ｃが、上記構成要素を、それぞれの処理電源５５３ａ、５５４ａ、５５５ａに接続する。第２位置では、スイッチングデバイス５１０ａ〜ｃが、上記構成要素を、それぞれの洗浄電源５５３ｂ、５５４ｂ、５５５ｂに接続する。第３位置では、スイッチングデバイス５１０ａ〜ｃが、上記構成要素の各々を接地に接続する。これに加えて、前述したように、グリッチ検出器（図示せず）を利用して、処理モード中に発生するグリッチを検出することができる。グリッチが発生した場合、コントローラ５２０は、第３位置に切り換えることをスイッチングデバイス５１０ａ〜ｃに命令し、これにより、上記構成要素を接地してグリッチを除去することができる。
【００４６】
上述したように、コントローラ５２０は、流量コントローラと導通して、イオン源チャンバ１０２内に供給されるガスを選択することもできる。これに加えて、コントローラ５２０は、引き出し電極アセンブリ１１４をイオン源チャンバ１０２に対して移動させるアクチュエータと導通することができる。
【００４７】
図６に、イオン源６００の他の実施形態を示す。本実施形態では、接地電極１１４ｂが接地に結合されている。これに加えて、スイッチングデバイス６１０ａ〜ｂが変調器６６０内に配置されている。この変調器はコントローラ６２０と導通し、これにより、コントローラ６２０からの出力信号に基づいて、変調器６６０内のスイッチングデバイス６１０ａ〜ｂは共に、第１位置でそれぞれの電源６５３、６５４を選択するか、第２位置で接地接続を選択するかのいずれかを行う。
【００４８】
前述したように、コントローラ６２０は、流量コントローラと導通して、イオン源チャンバ１０２に入るガスを選択することもできる。これに加えて、コントローラ６２０は、引き出し電極アセンブリ１１４をイオン源チャンバ１０２に対して移動させるために用いるアクチュエータ（図示せず）と導通することもできる。
【００４９】
随意的に、グリッチ検出器を用いて、処理モード中にグリッチの存在を検出することができる。上述したように、このことは、それぞれの電源６５３、６５４から出力される電流または電圧のいずれかを監視することによって実現することができる。グリッチ検出器は、それぞれの電源６５３、６５４内に統合することができ、あるいは別個の装置とすることができる。コントローラ６２０は、これらのグリッチ検出器から入力信号を受信して、グリッチが検出された場合に、スイッチングデバイス６１０ａ〜ｂを第２位置（即ち、接地接続）に切り換えることを、変調器６６０に命令することができる。グリッチが解消されると、変調器６６０内のスイッチングデバイス６１０ａ〜ｂは第１位置に戻る。
【００５０】
図４〜６に示す各々の実施形態では、上記の抽出電源、抑制電源、スイッチングデバイス、及び変調器がバイアスシステムを構成する。具体的には、図４では、このバイアスシステムが、抽出電源１５４、抑制電源１５３、電極電源１５５、スイッチングデバイス４１０ａ〜ｃ、及びコントローラ４２０を含むことができる。図５では、このバイアスシステムが、抽出処理電源５５４ａ、抽出洗浄電源５５４ｂ、抑制処理電源５５３ａ、抑制洗浄電源５５３ｂ、電極処理電源５５５ａ、電極洗浄電源５５５ｂ、スイッチングデバイス５１０ａ〜ｃ、及びコントローラ５２０を含むことができる。図６では、このバイアスシステムが、抽出電源６５４、抑制電源６５３、変調器６６０、スイッチングデバイス６１０ａ〜ｂ、及びコントローラ６２０を含むことができる。これらの構成の各々では、上記バイアスシステムが、洗浄モード中に、イオンビームを周期的に、抑制電極１１４ａに当たらないように停止させるように構成されている。イオンビーム２１０が停止すると、上記バイアスシステムは、抑制電極１１４ａ及びイオン源チャンバ１０２を接地して、これらの構成要素上に蓄積されたあらゆる電荷を除去するように構成されている。さらに、グリッチ検出器も含む実施形態では、上記バイアスシステムを用いて、処理モード中にイオンビームを一時的に停止させて、検出したグリッチを除去することができる。このことは、洗浄モード中に行なわれるように、イオン源チャンバ１０２及び抑制電極１１４ａを接地して、蓄積した電荷を除去することによって行うことができる。
【００５１】
本発明は、本明細書に記載した特定実施形態によって範囲を限定されるべきものではない。実際に、本明細書に記載したものに加えて、本発明の他の種々の実施形態及び変形例は、以上の説明及び添付した図面より、通常の当業者にとって明らかである。従って、こうした他の実施形態及び変形例は、本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本明細書では、本発明を、特定環境における特定目的での特定の実現に関連して説明してきたが、本発明の有用性はこれらの実現に限定されず、本発明は、大多数の環境において大多数の目的で有益に実現することができることは、通常の当業者が認める所である。従って、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載した本発明の広がり及び精神の全体を考慮して解釈するべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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