(57)【要約】  イオン源の性能を向上させ、寿命を伸ばすシステム及び方法を開示する。イオン源は、イオン源チャンバ、抑制電極、及びグランド電極を含む。処理モードにおいて、イオン源チャンバは第１の正電圧にバイアスされてもよく、一方で抑制電極は負の電圧にバイアスされて、開口を通してチャンバ内から複数の陽イオンを引きつけ、ワークピースへむかうようにする。クリーニングモードにおいては、イオン源チャンバは接地されてもよく、一方で抑制電極は、高い電流能力を有する電源を用いてバイアスされる。抑制電極に印加された電圧は、抑制電極とイオン源チャンバとの間、及び抑制電極とグランド電極との間にプラズマを生成する。
2015524606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理モード中にプラズマを生成し、一面上に配置された引出開口部を有するイオン源チャンバと、
内部に配置された抑制電極開口部を有する抑制電極であり、前記引出開口部の最も近くに配置された抑制電極と、
内部に配置されたグランド電極開口部を有するグランド電極であり、前記抑制電極の最も近くに配置されたグランド電極と、
前記イオン源チャンバと連通し、前記処理モード中に第１の引出電圧及び第１の引出電流を供給し、クリーニングモード中に第２の引出電圧及び第２の引出電流を供給する引出電源と、
前記抑制電極と連通し、前記処理モード中に第１の抑制電圧及び第１の抑制電流を供給し、前記クリーニングモード中に第２の抑制電圧及び第２の抑制電流を供給する抑制電源と、を備え、
前記第２の引出電圧と前記第２の抑制電圧との間の差は、前記引出開口部と前記抑制電極との間で画定される容積内でプラズマを生成するのに十分である
イオン源。
【請求項２】
クリーナを含み、前記イオン源チャンバと連通する供給源と、前記クリーナの流量を調整する流量制御器と、を備え、前記流量制御器は前記容積内で前記プラズマを生成するのに十分な、前記クリーナの流量を作る
請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記第２の抑制電流及び前記第２の引出電流のうちの少なくとも１つは、１アンペアと５アンペアとの間である
請求項１または２に記載のイオン源。
【請求項４】
前記グランド電極に連通し、前記処理モード中に第１のグランド電極電圧及び第１のグランド電極電流を供給し、前記クリーニングモード中に第２のグランド電極電圧及び第２のグランド電極電流を供給するグランド電極電源をさらに備える
請求項１から３の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項５】
前記グランド電極は前記クリーニングモード中及び前記処理モード中に接地される
請求項４に記載のイオン源。
【請求項６】
前記抑制電源は、処理用抑制電源と、クリーニング用抑制電源と、前記処理用抑制電源及び前記クリーニング用抑制電源のうちの１つをオペレーションモードに基づき前記抑制電極に結合するスイッチと、を備える
請求項１から５の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項７】
前記引出電源は、処理用引出電源と、クリーニング用引出電源と、前記処理用引出電源及び前記クリーニング用引出電源のうちの１つをオペレーションモードに基づき前記イオン源チャンバに結合するスイッチと、を備える
請求項１から６の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項８】
イオン源をクリーニングする方法であって、前記イオン源は、引出開口部を有するイオン源チャンバ、グランド電極、及び前記イオン源チャンバと前記グランド電極との間に配置された抑制電極を備え、
前記イオン源チャンバの中にクリーナを流し込む段階と、
前記抑制電極と、前記イオン源チャンバ及び前記グランド電極の各々との間の電圧差が、前記引出開口部と前記グランド電極との間で画定される容積内で、前記流し込むクリーナからプラズマを生成するのに十分であるように、前記イオン源チャンバ、前記抑制電極、及び前記グランド電極の各々にそれぞれの電圧を印加する段階と、を備え、
前記プラズマの前記生成により、前記引出開口部、前記抑制電極、及び前記グランド電極のクリーニングが行われる
方法。
【請求項９】
前記抑制電極は、１Ａと５Ａとの間の電流で、４００Ｖと１０００Ｖとの間の電圧が供給され、前記イオン源チャンバ及び前記グランド電極は接地される
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記クリーナは、酸素、ＮＦ３、及びアルゴンとフッ素との混合物からなる群から選択される
請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
磁場を印加して、前記引出開口部と前記グランド電極との間で画定される前記容積内に前記プラズマを閉じ込める
請求項８から１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
処理モード中にプラズマを生成し、一面上に配置された引出開口部を有するイオン源チャンバと、
内部に配置された抑制電極開口部を有する抑制電極であり、前記引出開口部の最も近くに配置された抑制電極と、
内部に配置されたグランド電極開口部を有するグランド電極であり、前記抑制電極の最も近くに配置され、接地されたグランド電極と、
前記イオン源チャンバと連通し、第１のスイッチ及び処理用引出電源を備えて、前記処理モード中に第１の引出電圧及び電流を供給する引出電源であり、前記第１のスイッチはクリーニングモード中に前記イオン源チャンバを接地させる引出電源と、
前記抑制電極と連通する抑制電源であり、前記処理モード中に第１の抑制電圧及び電流を供給する処理用抑制電源と、前記クリーニングモード中に第２の抑制電圧及び電流を供給するクリーニング用抑制電源と、前記処理用抑制電源と前記クリーニング用抑制電源とを選択する第２のスイッチと、を備える抑制電源と、
クリーナを含み、前記イオン源チャンバと連通する供給源と、
前記クリーナの流量を調整する流量制御器と、を備え、
前記流量制御器は前記クリーニングモード中に少なくとも１０ＳＣＣＭの前記クリーナの流量を作り、
前記クリーニング用抑制電源は、１Ａと５Ａとの間の電流で、４００Ｖと１０００Ｖとの間の電圧を前記抑制電極に供給して、前記抑制電極と前記イオン源チャンバとの間、及び前記抑制電極と前記グランド電極との間にプラズマが生成されるようにする
イオン源。
【請求項１３】
前記引出開口部及び前記グランド電極によって画定される容積内に前記プラズマを閉じ込める磁場を生成するソースマグネットをさらに備える
請求項１２に記載のイオン源。
【請求項１４】
前記処理モードにおいてプラズマを生成すべく前記イオン源チャンバ内に配置されたフィラメント及び陰極と、コントローラと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを作動させて前記イオン源のオペレーションモードを制御し、前記コントローラは、前記クリーニングモード中に前記フィラメント及び前記陰極を無効にする
請求項１２または１３に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記クリーナは、酸素、ＮＦ３、及びアルゴンとフッ素との混合物からなる群から選択される
請求項１２から１４の何れか一項に記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年８月７日に出願された、米国仮特許出願第６１／６８０，５３９の優先権を主張するものであり、その開示は、全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して電子デバイスの製造技術に関し、特には、イオン源の性能を向上させ、イオン源の寿命を伸ばす技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入とは、衝撃によって複数のドーパントまたは複数の不純物を基板へ導入する処理である。半導体製造においては、電気的、光学的、または機械的特性を変化させるべく、複数のドーパントを導入する。例えば、基板のタイプ及び基板の導電性のレベルを変化させるべく、複数のドーパントを真性半導体基板に導入してもよい。集積回路（ＩＣ）の製造において、適切なＩＣ性能を得るためには正確なドーピングプロファイルが重要とされることが多い。所望のドーピングプロファイルを得るべく、１または複数のドーパントを、様々なドーズ量及び様々なエネルギーレベルの複数のイオンの形で注入してもよい。
【０００４】
図１を参照すると、従来のイオン注入システム１００が示してある。図に示すように、イオン注入システム１００はイオン源と、イオンビーム１０が通過する、複雑な一連の複数のビームライン構成要素と、を備えてもよい。イオン源は、複数の所望のイオンが生成されるイオン源チャンバ１０２を備えてもよい。イオン源は、電力源１０１、及びイオン源チャンバ１０２の近くに配置された引出電極集合体１０４も備えてよい。図に示すように、引出電極集合体１０４は、抑制電極１０４ａ及びグランド電極１０４ｂを含んでもよい。イオン源チャンバ１０２、抑制電極１０４ａ、及びグランド電極１０４ｂの各々は、開口部を含んでもよい。イオン源チャンバ１０２は引出開口部（図示せず）を、抑制電極は抑制電極開口部（図示せず）を、及びグランド電極はグランド電極開口部（図示せず）を、含んでもよい。それら複数の開口部は互いに連通し合って、複数のビームライン構成要素に向けて、イオン源チャンバ１０２において生成された複数のイオンが通過しうるようにしてもよい。以下では、抑制電極開口部及びグランド電極開口部を総称して引出電極開口部集合体と呼んでもよい。
【０００５】
一方、複数のビームライン構成要素は、例えば、質量分析器１０６、第１の加速または減速（Ａ１またはＤ１）ステージ１０８、コリメータ１１０、及び第２の加速または減速（Ａ２またはＤ２）ステージ１１２を含んでもよい。光ビームをマニピュレートする一連の光学レンズによく似て、複数のビームライン構成要素は、所望の種、形状、エネルギー、及び他の複数の特性を有する複数のイオン、またはイオンビーム１０を、フィルタ処理し、集束し、マニピュレートできる。複数のビームライン構成要素を通過するイオンビーム１０は、プラテン１１６またはクランプ上に取り付けられた基板１１４へ向けられてもよい。基板１１４は、装置により１または複数の次元（例えば、平行移動、回転及び傾斜）に移動してよく、「ロプラット（ｒｏｐｌａｔ）」と呼ばれるときもある。イオン注入中は、イオンビーム１０が通過する経路全体が、一般的に真空であることを、当業者は理解するべきである。
【０００６】
イオン源はイオン注入装置システム１００の重要な構成要素である。イオン源は、様々な、異なるイオン種及び引出電圧について、安定した、明瞭なイオンビーム１０を生成するために必要とされる。ゆえに、イオン源の稼働においては、長期間、メンテナンスまたは修繕の必要がないことが望ましい。イオン源の寿命、または平均故障時間（ＭＴＢＦ）は、イオン源の１つの性能基準であり、イオン注入装置システム１００の性能に対する重要なメトリックである。
【０００７】
イオン源の故障の一原因は、イオン源チャンバ１０２の内壁、抑制電極、及びグランド電極への複数の材料の蓄積である。加えて、複数の材料は複数の開口部にも蓄積しうる。複数の材料がイオン源チャンバ１０２の内壁に形成されると、その材料は複数のイオンの生成速度を減少させ、ビーム電流を減少させうる。
【０００８】
さらに、そのような条件下でイオン源から生成され、放出された複数のイオンは、最適なものではありえない。複数のイオン１０は、不安定になり得て、イオンビーム電流のドリフトを引き起こし、幾つかの場合においては、より高い頻度でグリッチを起こしうる。複数の材料が引出開口部または引出電極１０４に蓄積すると、イオン源チャンバ２０２から引き出されたイオンビーム１０の形状は歪みうる。例えば、ビーム１０の形状は、引出開口部、抑制電極開口部、及び／またはグランド電極開口部に蓄積された複数の材料の形状を反映しうる。ゆえに、イオン源は、安定した、明瞭なイオンビーム１０を生成し得ない。そのような歪みは、過度になると、複数のビームライン構成要素での修正が困難になりうる。従って、最適ではないＩＣが生成されることになりうる。
【０００９】
材料の蓄積による影響を防ぐ一方法は、断続的にイオン源をクリーンなイオン源で置き換えることである。または、イオン注入装置全体の電源を落として、真空を解放した後、イオン源を手動でクリーニングしなくてはならないこともある。しかしながら、これらの方法は、イオン源またはイオン注入装置システム１００全体の電源を落とし、システム１００内の真空を解放する必要がある。さらに、イオン源の置き換え、またはクリーニングの後、イオン注入装置システム１００に電力供給し、真空にして、稼働条件に達するようにしなければならない。従って、これらのメンテナンスプロセスは非常に時間がかかるといえる。加えて、イオン注入装置システム１００は、複数のメンテナンスプロセス中に用いられない。そのようであるから、頻繁な複数のメンテナンスプロセスは、製造コストを増大させ、過度の経済的負担を製造業者に、最終的には消費者に、にかける一方で、ＩＣの製造時間を減少させうる。前述したことから、イオン源の性能を向上させ、イオン源の寿命を伸ばす新しい技術を提供し、上述した複数の不適正な部分、及び複数の欠点を克服することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
イオン源の性能を向上させ、イオン源の寿命を伸ばすシステム及び方法を開示する。イオン源は、イオン源チャンバ、抑制電極、及びグランド電極を含む。処理モードでは、イオン源チャンバは第１の正電圧にバイアスされてよく、一方で、抑制電極は負の電圧にバイアスされて、開口部を通してチャンバ内から複数の陽イオンを引きつけ、ワークピースへ向かうようにする。クリーニングモードでは、イオン源チャンバは接地されてよく、一方で、抑制電極は、高い電流能力を有する電源を用いてバイアスされる。抑制電極に印加された電圧は、抑制電極とイオン源チャンバとの間、及び抑制電極とグランド電極との間にプラズマを生成する。
【００１１】
第１の実施形態により、イオン源が開示される。  このイオン源は、処理モード中にプラズマを生成し、一面上に配置された引出開口部を有するイオン源チャンバと、内部に配置された抑制電極開口部を有する抑制電極であり、引出開口部の最も近くに配置された抑制電極と、内部に配置されたグランド電極開口部を有するグランド電極であり、抑制電極の最も近くに配置されたグランド電極と、処理モード中は第１の引出電圧及び電流を、及びクリーニングモード中は第２の引出電圧及び電流を供給すべく構成され、イオン源チャンバと連通する引出電源と、処理モード中は第１の抑制電圧及び電流を、及びクリーニングモード中は第２の抑制電圧及び電流を供給すべく構成され、抑制電極と連通する抑制電源と、を備え、第２の引出電圧と第２の抑制電圧との差は、引出開口部と抑制電極との間で画定される容積内でプラズマを生成するのに十分である。
【００１２】
第２の実施形態により、イオン源のクリーニング方法が開示される。イオン源は、引出開口部を有するイオン源チャンバと、グランド電極と、イオン源チャンバとグランド電極との間に配置された抑制電極と、を備える。この方法は、イオン源チャンバの中にクリーナを流し込む段階と、抑制電極と、イオン源チャンバ及びグランド電極の各々との間の電圧差が、引出開口部とグランド電極との間で画定される容積内で、流し込むクリーナからプラズマを生成するのに十分であるように、イオン源チャンバ、抑制電極、及びグランド電極の各々に、それぞれの電圧を印加する段階と、を備え、そのプラズマの生成により、引出開口部、抑制電極、及びグランド電極のクリーニングが行われる。
【００１３】
第３の実施形態により、処理モード中にプラズマを生成し、一面上に配置された引出開口部を有するイオン源チャンバと、内部に配置された抑制電極開口部を有する抑制電極であり、引出開口部の最も近くに配置された抑制電極と、内部に配置されたグランド電極開口部を有するグランド電極であり、抑制電極の最も近くに配置され、接地されたグランド電極と、イオン源チャンバと連通し、第１のスイッチ及び処理用引出電源を備えて、処理モード中に第１の引出電圧及び電流を供給する引出電源であり、第１のスイッチはクリーニングモード中にイオン源チャンバを接地させる引出電源と、抑制電極と連通する抑制電源であり、処理モード中に第１の抑制電圧及び電流を供給する処理用抑制電源と、クリーニングモード中に第２の抑制電圧及び電流を供給するクリーニング用抑制電源と、処理用抑制電源とクリーニング用抑制電源とを選択する第２のスイッチと、を備える抑制電源と、クリーナを含み、イオン源チャンバと連通する供給源と、クリーナの流量を調整する流量制御器と、を備え、流量制御器は、クリーニングモード中に少なくとも１０ＳＣＣＭのクリーナ流量を作るべく構成され、クリーニング用抑制電源は、１Ａと５Ａとの間の電流で、４００Ｖと１０００Ｖとの間の電圧を抑制電極に供給して、プラズマが、抑制電極とイオン源チャンバとの間、及び抑制電極とグランド電極との間に生成されるようにするイオン源が開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示をより良く理解すべく、添付の複数の図面を参照する。図面は本明細書中に参照として組み込まれる。
【００１５】
【図１】従来技術によるイオン注入システムである。
【図２】第１の実施形態によるイオン源である。
【図３ａ】処理モードにおいて稼働する、図２のイオン源を示す。
【図３ｂ】クリーニングモードにおいて稼働する、図２のイオン源を示す。
【図４】第２の実施形態によるイオン源を示す。
【図５】第３の実施形態によるイオン源を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に、イオン源の性能を向上させ、イオン源の寿命を伸ばす新しい技術を開示する。明確に、及び簡潔にする目的で、本開示は、リボンビームイオン注入システムにおける、間接加熱陰極（ＩＨＣ）源の性能を向上させ、寿命を伸ばす技術に焦点を当てうる。本開示が、しかしながら、特定のイオン源、または特定のイオン注入システムに限定されないことを、当業者は認識するであろう。本開示は、例えば、複数のビームライン構成要素を有する、または有さない、複数のウエハ（例えば、バッチ）スポットビームイオン注入システムまたはプラズマベースのイオン注入システムを含む、複数の他のタイプのイオン注入システムにおいて、例えば、ベルナス（Ｂｅｒｎａｓ）源またはＲＦプラズマ源を含む、他のタイプのイオン源に等しく適応可能であり得る。加えて、本開示は複数の他のプラズマベースの基板処理システム、または複数のイオンを用いる複数の他のシステムに等しく適応可能である。
【００１７】
図２を参照すると、本開示の一実施形態による、例示的イオン源２００の簡略化された例が示してある。イオン源２００は、図に示されるようなＩＨＣイオン源であってもよいし、または複数の他のタイプのイオン源であってもよい。ＩＨＣイオン源２００はイオン源チャンバ２０２を含んでもよい。イオン源チャンバ２０２の前側に引出開口部２０４を配置してもよい。陰極２０６及びリペラ電極２０８（または対陰極）を、イオン源チャンバ２０２の対向する両側に配置してもよい。陰極２０６を加熱すべく、フィラメント２１０をイオン源チャンバ２０２の外部かつ陰極２０６のすぐそばに配置してもよい。イオン源チャンバ２０２内に磁場Ｂ（矢印Ｂ参照）を生じさせるべく、１または複数のソースマグネット（図示せず）を設けてもよい。
【００１８】
イオン源チャンバ２０２の近くに、１または複数の供給源２１８があってもよい。本開示において、供給源２１８から供給される材料は、源材料及び／または追加材料を含んでもよい。源材料は、複数のイオンの形態で基板へ導入されうる（図１参照）ドーパント種を含んでもよい。一方、追加材料は希釈剤を含んでもよい。希釈剤は、チャンバ２０２内の源材料の濃度を希釈すべく、源材料と共にイオン源チャンバ２０２へ導入されてもよい。追加材料は、イオン源チャンバ２０２をクリーニングすべく、源材料を伴い、または伴わず、イオン源チャンバ２０２へ導入されうるクリーナも含んでもよい。
【００１９】
本開示において、さまざまな種を、源材料、及び／または追加材料として用いてもよい。源材料及び／または追加材料の複数の例としては、ボロン（Ｂ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ケイ素（Ｓｉ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、及び塩素（Ｃｌ）を含む、原子種または分子種を含んでもよい。上記の種は全ての種を網羅しているわけではなく、他の原子種または分子種も用いてもよいことを、当業者は認識するであろう。複数の用途に応じて、種をドーパントまたは追加材料として用いてもよい。特に、一用途においてドーパントとして用いる一種を、別の用途においては追加材料として用いてもよいし、逆も同様である。
【００２０】
源材料及び／または追加材料は、ガス状または蒸気状でイオン源チャンバ２０２に供給されるのが好ましい。源材料及び／または追加材料が非ガス上または非蒸気状ならば、材料をガス状または蒸気状に気化させるべく、ベーパライザ（図示せず）を供給源２１８のそばに設けてもよい。源材料及び／または追加材料がイオン源チャンバ２０２に供給される量及び速さを制御すべく、流量制御器３３４を設けてもよい。
【００２１】
イオン源チャンバ２０２の最も近く、引出開口部２０４のそばに、引出電極集合体２１４を配置してもよい。本実施形態において、引出電極集合体２１４は、抑制電極２１４ａ及びグランド電極２１４ｂを備えるとしてよい。抑制電極２１４ａ及びグランド電極２１４ｂの各々は、イオン源チャンバ２０２の引出開口部２０４と連通する開口を有してもよい。抑制電極２１４ａにおいて、抑制電極開口部２１４ａ―１が存在してよく、グランド電極開口部２１４ｂ―１は、グランド電極２１４ｂにおいて配置及び画定されてよい。以下、抑制電極開口部２１４ａ―１及びグランド電極開口部２１４ｂ―１は総称して引出電極開口部集合体と呼んでもよい。これらはイオン源チャンバ２０２の引出開口部２０４と連通している。
【００２２】
イオン源チャンバ２０２、陰極２０６、フィラメント２１０、リペラ電極２０８、抑制電極２１４ａ、及び／またはグランド電極２１４ｂに電力を供給すべく、１または複数の電源を設けてもよい。明確に、及び簡潔にする目的で、電源は３つのみ示してある。当業者は認識するであろうように、複数の電源が存在してもよく、その各々は、イオン源２００の複数の異なる構成要素と電気的に結合されてもよい。もしくは、電源が複数存在してよく、その複数の電源のうちの１つが複数の構成要素と電気的に結合されてもよい。さらに別の実施形態においては、複数の出力を有する単一の電源を、システム２００内の複数の構成要素の全てに電力供給すべく用いてもよい。本開示では、電源２５３、２５４、２５５は、連続またはパルスの交流電流（ＡＣ）または直流電流（ＤＣ）を供給してもよい。電源２５３、２５４、２５５は、正または負のバイアス電圧も供給してよい。さらに、電源２５３、２５４、２５５は、イオン源チャンバ２０２、陰極２０６、フィラメント２１０、リペラ電極２０８、抑制電極２１４ａ、及び／またはグランド電極２１４ｂが接地されうる経路も提供してよい。
【００２３】
グランド電極２１４ｂはグランド電極電源２５５によりバイアスされてよい。幾つかの実施形態においては、グランド電極２１４ｂは接地され、それによりグランド電極電源２５５の必要性をなくしている。抑制電極２１４ａは抑制電源２５３により電力供給されてよい。引出電源２５４は、イオン源２０２の複数の壁をバイアスすべく用いられる。幾つかの実施形態において、抑制電源２５３及び／または引出電源２５４はグランド電極２１４ｂを基準にしてもよい。
【００２４】
上記のように、イオン源２００の故障の一原因は、長期使用中の複数の材料の過度の蓄積でありうる。例えば、複数の材料は、とりわけイオン源チャンバ２０２の複数の壁、引出開口部２０４、抑制電極開口部２１４ａ―１、及びグランド電極開口部２１４ｂ―１に蓄積しうる。幾つかの実施形態において、源材料として、カルボラン、ＳｉＦ４、またはＧｅＦ４を用いる場合、この材料の蓄積はより深刻になりうる。過度の蓄積を防ぐべく、本実施形態のイオン源２００は、処理モード及びクリーニングモードの２つのモードで稼働してもよい。処理モード中、イオン源２００は複数のドーパントイオンを生成しうる。クリーニングモード中、イオン源２００はインサイチュでクリーニングされてもよい。本開示において、イオン源２００は処理モード及びクリーニングモードにおいて稼働してもよい。
【００２５】
図３ａを参照すると、本開示の一実施形態による、処理モード下で稼働するイオン源２００が示してある。図２に図示する複数の構成要素の全てが図３ａに組み込まれることが理解されるべきである。そのようであるから、図３ａにおける複数の構成要素は、図２の複数の構成要素に関連して理解されるべきである。
【００２６】
処理モード中、ドーパント種を含む源材料は、供給源２１８からイオン源チャンバ２０２へ導入されてもよい。幾つかの実施形態において、追加材料も、源材料と独立に、または源材料と共に、イオン源チャンバ２０２に導入されてよい。その間、熱電子放出によって複数の電子が陰極２０６に向けて放出されるべく、フィラメント２１０に電力供給してもよい。次に陰極２０６がイオン源チャンバ２０２内で複数の電子を放出し得て、とりわけ複数のドーパントイオンを含む第１のプラズマ２２０を生成する。
【００２７】
グランド電極２１４ｂは、イオン源チャンバ２０２から複数のイオン１０を引き出すべく、処理用グランド電極電源２５５ａによってバイアスされてもよい。幾つかの実施形態において、グランド電極２１４ｂは、接地されてもよく、電源とは連通していない。そのような複数のイオン１０は、基板の方へ向けられてもよい（図１）。一実施形態においては、処理用抑制電源２５３ａは抑制電極２１４ａに＋／−のバイアス電圧及び連続／パルスのＡＣ／ＤＣを供給してもよい。１つの特定の実施形態においては、処理用抑制電源２５３ａは抑制電極２１４ａに、約１００ｍＡで約−５００Ｖから−３０ｋＶを供給してもよい。引出電源２５４ａはイオン源２０２に約０．５ｋＶと７０ｋＶとの間の電圧を供給してもよい。引出電源２５４ａは、０．５ｍＡと最大約２００ｍＡとの間の電流を供給してもよい。
【００２８】
処理モードでは、イオンビーム１０内の複数の電子の過度な動きを抑えながら、複数のイオンがイオン源チャンバ２０２から引き出されてもよい。上記電圧及び電流は、例としてのみ与えたものであって、本開示の範囲に関して限定を与えるものではないことが理解されるであろう。また、電源２５３ａ、２５４ａ、２５５ａが供給する電圧及び電流は一定、または変動する。
【００２９】
図３ｂを参照すると、本開示の一実施形態による、クリーニングモード下で稼働するイオン源２００が示してある。図２に図示する複数の構成要素のほとんどが、図３ｂへ組み込まれることが理解されるべきである。そのようであるから、図３ｂの複数の構成要素のほとんどは、図２の複数の構成要素に関連して理解されるべきである。
【００３０】
クリーニングモード中、イオン源はインサイチュでクリーニングされてもよい。本実施形態において、クリーナを高流量でイオン源チャンバ２０２に導入してもよい。  例えば、クリーナを約２５ＳＣＣＭ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）から約２００ＳＣＣＭの流量で導入してもよい。クリーナを約５０ＳＣＣＭから約１００ＳＣＣＭで導入してもよく、イオン源チャンバ２０２と電極集合体２１４との間で高圧を維持するのが好ましい。しかしながら、本開示は、クリーナを、少なくとも約２５ＳＣＣＭの流量で導入するシナリオを排除しない。別の実施形態においては、クリーナを少なくとも１０ＳＣＣＭの流量で導入する。
【００３１】
さまざまな種がクリーナとして導入されてもよい。クリーナは化学反応性の高い種を含む、原子種または分子種であってよい。そのような種は、イオン化されると、イオン源の壁の開口部に蓄積された複数の材料と、または引出電極開口部集合体付近に蓄積された複数の材料と、化学的に反応しうる。化学反応性の種を有するクリーナが好ましいが、本開示は化学的に不活性な種の使用を排除しない。別の実施形態では、クリーナは、イオン化されると高い原子質量単位（ａｍｕ）を有する複数のイオンを形成しうる重い原子種を含んでもよい。重い原子種を含む種が好ましいが、本開示はＨｅなどの軽い種の使用を排除しない。クリーナの複数の例としては、Ｈ、Ｈｅ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｃｌ、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅ、またはそれらの組み合わせを含む原子種または分子種を含んでもよい。好ましくは、クリーナとして、ＮＦ３、Ｏ２、Ａｒ及びＦ２の混合物、またはそれらの組み合わせを用いてもよい。上記以外の種もクリーナとして用いてよいことが理解されるべきである。
【００３２】
このクリーニングモードにおいては、フィラメント２１０及び陰極２０６にはエネルギーを与えず、イオン源チャンバ２０２内にプラズマが生成されないようにする。
【００３３】
イオン源に、第２のプラズマ、すなわちクリーニングプラズマ、２２２が生成されてもよい。本実施形態において、イオン源チャンバ２０２からグランド電極２１４ｂへ延在するエリア内で第２のプラズマ２２２を生成させてもよい。幾つかの実施形態において、第２のプラズマ２２２は、グランド電極２１４ｂとビームライン構成要素との間のエリア内で、グランド電極２１４ｂを超えて拡散しうる。ゆえに、本実施形態では、第２のプラズマ２２２を引出開口部２０４とグランド電極２１４ｂとの間で画定される容積内において生成しうる。しかしながら、本開示は、引出開口部２０４と抑制電極２１４ａとの間で画定される容積内での第２のプラズマ２２２の生成を排除しない。本実施形態において、第２のプラズマ２２２はクリーナの複数のフラグメントを含みうる（例えば、複数の電子、複数のイオン、複数の中性物質、他の複数のラジカル、など）。しかしながら、第２のプラズマ２２２は複数のドーパントイオンを含む源材料の複数のフラグメントも含むことを当業者は認識するであろう。例えば、クリーニングプロセス中に、源材料のこれらのフラグメントを複数の電極２１４の複数の表面から除去しうる。幾つかの実施形態においては、第２のプラズマ２２２内に含まれる複数の化学種またはフラグメントは、基板１１４（図１）を処理すべく生成させた第１のプラズマ２２０に含まれる化学種と同一でありうる。さらに他の複数の実施形態においては、第２のプラズマ２２２は他の複数の追加材料の複数のフラグメントも含みうる。
【００３４】
上述したように、幾つかの実施形態においては、クリーナの流量は少なくとも５０ＳＣＣＭとしてよい。しかしながら、他の複数の実施形態においては、１０ＳＣＣＭまたは２５ＳＣＣＭなどの低流量が用いられてもよい。第２のプラズマ２２２をイオン源チャンバ２０２とグランド電極２１４ｂとの間で画定される容積内で生成させることを保証するのに十分な流量で、クリーナを供給してもよい。
【００３５】
本実施形態において、連続またはパルスのＡＣまたはＤＣ電圧を抑制電極２１４ａに供給することによって、第２のプラズマ２２２を生成しうる。例えば、クリーニング用抑制電源２５３ｂを用いて、約１Ａから約５Ａの電流で、約４００Ｖから１ｋＶの電圧を抑制電極２１４ａに供給してもよい。その電力は、抑制電極２１４ａに印加されるＡＣ電圧またはパルスＤＣ電圧の形態であってよい。この電力は、図３ａにおいて用いられるのと同じ抑制電源によって供給されてもよく、または以下に詳しく説明するように、異なる電源によって供給されてもよい。その間、イオン源チャンバ２０２及びグランド電極２１４ｂのうちの少なくとも１つは接地されてもよい。これは、クリーニング電源２５４ｂ、２５５ｂから０Ｖを出力することで実現されてもよい。別の実施形態において、イオン源チャンバ２０２及び／またはグランド電極２１４ｂは、スイッチを介して、等により、直接接地されてもよい。他の複数の実施形態では、クリーニング用引出電源２５４ｂ及びクリーニング用グランド電極電源２５５ｂは、それらの複数の構成要素の各々に非ゼロ電圧を供給してもよい。
【００３６】
第２のプラズマ、すなわちクリーニングプラズマ２２２の密度を高めるべく、１または複数のソースマグネットを作動させて、抑制電極２１４ａ付近に磁場Ｂ（矢印Ｂを参照）を生成してもよい。磁場Ｂは、イオン源チャンバ２０２とグランド電極２１４ｂとの間で画定される容積内にクリーニングプラズマ２２２を閉じ込める働きもしうる。
【００３７】
プラズマ２２２が抑制電極２１４ａとイオン源２０２との間に生成されるが、それはこれら２つの構成要素間の電位差によるものであることを当業者は認識するであろう。  同様に、プラズマ２２２が抑制電極２１４ａとグランド電極２１４ｂとの間に生成されるが、それはこれら２つの構成要素間の電位差によるものである。このように、本開示は、イオン源２０２及びグランド電極２１４ｂの接地を保持しながら、抑制電極２１４ａに電圧を印加してプラズマ２２２を生成することを説明するが、他の複数の実施形態も可能である。例えば、抑制電極２１４ａの代わりに、またはそれに加えて、グランド電極２１４ｂに同様の電流及び／または電圧を印加して、グランド電極２１４ｂ付近に第２のプラズマ２２２を生成してもよい。
【００３８】
引出開口部２０４、抑制電極２１４ａ、抑制電極開口部２１４ａ―１、グランド電極２１４ｂ、及びグランド電極開口部２１４ｂ―１付近の第２のプラズマ、すなわちクリーニングプラズマ２２２を生成することによって、複数の電極及び複数の開口がクリーニングされうる。例えば、クリーニングプラズマ２２２に含まれる化学反応性の複数のラジカルは、化学反応によって、複数の電極２１４の壁面及び複数の開口部に蓄積された複数の材料を除去しうる。加えて、クリーニングプラズマ２２２内の複数のイオンは、スパッタリングプロセスによって、蓄積した複数の材料を除去しうる。クリーニングプラズマ２２２から生じる熱は、クリーニングプロセスを増進もする。なぜなら、チャンバの複数の壁及び複数の開口部に蓄積された複数の材料は、その熱によって除去され得て、温度上昇につれ、より揮発性を持つようになりうるからである。例えば、上述したように、抑制電極２１４ａには、１アンペアと５アンペアの間の電流で、４００Ｖから１０００Ｖの間の電圧が供給されてもよい。ゆえに、この抑制電源２５３ｂを用いて、１ｋＷから最大５ｋＷの熱を発生させることが可能である。このように、反応性の高い、及び／または重いクリーニング種を供給することによって、及び、イオン源チャンバ２０２、抑制電極２１４ａ、及びグランド電極２１４ｂ付近に第２のプラズマ２２２を生成することによって、効果的なプラズマクリーニングを実施しうる。上記のように、複数のクリーニング材料がイオン源チャンバ２０２に導入される流量が高いと、クリーニングプロセスを増進しうる。この技術は複数の従来技術とは異なり、インサイチュで実施でき、本開示のイオン源２００は電源を落とす必要がなく、イオン源２００付近、またはイオン注入装置全体の真空は維持されうる。
【００３９】
このように、このクリーニングモードは引出領域のクリーニングにとって有益な４つの条件を生成しうる。すなわち、高いガス流量、化学反応性の種の形成、イオンスパッタリング、及び表面の加熱、であり、これら全てがクリーニングプロセスに寄与する。
【００４０】
処理用抑制電源２５３ａとクリーニング用抑制電源２５３ｂとに異なる指示子を用いたのは、抑制電極２１４ａに供給される電力がオペレーションモードに応じて異なり得ることを示すためである。しかしながら、幾つかの実施形態においては、両方の電力の要件を満たすことのできる、単一の電源２５３が、両電圧を供給してもよい。他の複数の実施形態においては、以下により詳細に説明するように、各モードにおいて異なる電源が用いられる。同じことが、処理用引出電源２５４ａ及びクリーニング用引出電源２５４ｂにも、さらに、処理用グランド電極電源２５５ａ及びクリーニング用グランド電極電源２５５ｂにも当てはまる。
【００４１】
図４を参照すると、本開示の別の実施形態による、別の例示的イオン源４００の簡略化された例が示してある。本実施形態において、イオン源４００は電源を落とすことなく、連続して処理モード及びクリーニングモードで稼働しうる。図２の複数の構成要素のうちの多数は、図４に組み込まれることが理解されるべきである。そのような複数の構成要素及びそれらの動作は、図２の複数の構成要素に関連して理解されるべきである。
【００４２】
図に示すように、イオン源４００は、図に示すような間接加熱陰極（ＩＨＣ）イオン源または他の複数のタイプのイオン源であってもよい。図２、図３ａ、及び図３ｂに示すＩＨＣと同様に、本実施形態のＩＨＣイオン源４００は、前面に引出開口部２０４が配置されたイオン源チャンバ２０２を含んでもよい。イオン源４００は、陰極２０６、フィラメント２１０、及びリペラ電極２０８（または対陰極）を備えてもよい。１または複数のソースマグネット（図示せず）を、イオン源チャンバ２０２内に磁場Ｂ（矢印Ｂ参照）を生じさせるべく設けてもよい。
【００４３】
イオン源４００は、引出電極集合体２１４も含んでよい。この引出電極集合体は、抑制電極２１４ａ及びグランド電極２１４ｂを含んでもよい。源材料及び追加材料を供給すべく、1または複数の供給源２１８をイオン源チャンバ２０２の近くに設けてもよい。さらに、源材料及び／または追加材料を非ガスまたは非蒸気状から、ガス状または蒸気状に気化させるべく、ベーパライザ（図示せず）も設けてよい。
【００４４】
抑制電極２１４ａに電力を供給すべく、抑制電源２５３を設けてもよい。抑制電源２５３は、オペレーションの、複数の異なるモード中に抑制電極２１４ａに電気的に結合される、処理用抑制電源２５３ａ（図３ａに示すような）及びクリーニング用抑制電源２５３ｂ（図３ｂに示すような）を備えてもよい。処理モード中、抑制電極２１４ａは、第１のスイッチ４３４によって処理用抑制電源２５３ａに電気的に結合されてもよい。一方、クリーニングモード中は、抑制電極２１４ａは、第１のスイッチ４３４によってクリーニング用抑制電源２５３ｂに電気的に結合されてもよい。電源２５３は、処理用抑制電源２５３ａ及びクリーニング用抑制電源２５３ｂとは独立した第１の接地経路２５３ｃを任意で含んでもよい。この経路により、抑制電極２１４ａは接地されうる。この経路が備わっていないならば、処理用抑制電源２５３ａ及びクリーニング用抑制電源２５３ｂのうちの少なくとも１つが、抑制電極２１４ａが接地されうる経路を提供してもよい。
【００４５】
イオン源チャンバ２０２を、２つの異なる電源の間で切り替えることもできる。例えば、処理モード及びクリーニングモード中に電力を供給すべく、引出電源２５４を用いてもよい。処理用引出電源２５４ａ（図３ａに図示するような）とクリーニング用引出電源２５４ｂ（図３ｂに図示するような）とを切り替えるべく、スイッチ４３６を用いてもよい。幾つかの実施形態において、イオン源チャンバ２０２はクリーニングプロセス中、接地されてもよく、それによりクリーニング用引出電源２５４ｂを別個に持つ必要性をなくしている。この実施形態において、スイッチ４３６は、処理用引出電源２５４ａか、または接地の何れかを選択すべく用いられるであろう。
【００４６】
同様に、グランド電極２１４ｂを、２つの異なる電源の間で切り替えてもよい。例えば、処理モード及びクリーニングモード中に電力を供給すべく、グランド電極電源２５５を用いてもよい。処理用グランド電極電源２５５ａ（図３ａに示すような）とクリーニング用グランド電極電源２５５ｂ（図３ｂに示すような）とを切り替えるべく、スイッチ４３７を用いてもよい。幾つかの実施形態においては、同じグランド電極電源が、処理モード及びクリーニングモードの両方において用いられる。例えば、両モードにおいて、グランド電極２１４ｂは接地されてもよい。この実施形態においては、グランド電極電源２５５は必要としなくともよく、グランド電極２１４ｂは単に接地されるのみである。
【００４７】
処理モード／クリーニングモード中に、イオン源チャンバ２０２、フィラメント２１４、陰極２０６、及びグランド電極２１４ｂに電力を供給する１または複数の電源（図示せず）を追加もできることを当業者は認識するであろう。
【００４８】
本実施形態において、抑制電極２１４ａに供給される電流及び電圧を含む、処理用抑制電源２５３ａの動作は、処理モード中の、図２及び図３ａにおいて説明した電源２５３ａの動作と同様であってよい。抑制電極２１４ａは、処理モード中、処理用電源２５３ａから電力供給されてよく、複数のイオン１０がイオン源チャンバ２０２から引き出されるとき、複数のイオン１０の中の複数の電子の動きを抑えうる。同様に、クリーニング用抑制電源２５３ｂの動作は、クリーニングモード中の、図３ｂで説明した電源２５３ｂの動作と同様であってよい。抑制電極２１４ａは、クリーニング電源２５３ｂが供給する電流及び／または電圧を有する第２のプラズマ２２２を生成しうる。望むならば、抑制電極２１４ａの接地を可能にすべく、一方で第１の接地経路２５３ｃを設けてもよい。
【００４９】
第１のスイッチ４３４は、抑制電極２１４ａを、処理用抑制電源２５３ａ、クリーニング用抑制電源２５３ｂ、及び第１の接地経路２５３ｃのうちの１つに結合しうる。一方で、イオン源チャンバ２０２を、処理用引出電源２５４ａ及びクリーニング用引出電源２５３ｂのうちの１つに結合すべく、第２のスイッチ４３６も設けてよい。グランド電極２１４ｂを、処理用グランド電極電源２５５ａ及びクリーニング用グランド電極電源２５５ｂのうちの１つに結合すべく、第３のスイッチ４３７をも設けてよい。上述したように、幾つかの実施形態においては、グランド電極２１４ｂは、両オペレーション中は同じ電圧に維持され、第３のスイッチ４３７は必要としなくともよい。第１、第２、及び第３のスイッチ４３４、４３６および４３７は、コントローラ４３８が制御してもよい。
【００５０】
処理モード中、抑制電極２１４ａは第１のスイッチ４３４によって、処理用抑制電源２５３ａに電気的に結合されてよい。イオン源チャンバ２０２において生成される複数のイオン１０は、抑制電極２１４ａ及びグランド電極２１４ｂによって引き出されうる。その間、イオン源チャンバ２０２は処理用引出電源２５４ａによってバイアスされてよい。
【００５１】
クリーニングモード中、抑制電極２１４ａは第１のスイッチ４３４によって、クリーニング用抑制電源２５３ｂに電気的に結合されてよい。その間、イオン源チャンバ２０２は第２のスイッチ４３６によって、クリーニングモード中はクリーニング用引出電源２５４ｂに接続されてよい。任意で、両オペレーション中に、グランド電極２１４ｂは接地されてもよい。
【００５２】
図に示すように、本実施形態のクリーニング用抑制電源２５３ｂは、抑制電極２１４ａに結合されてよく、第２のプラズマ２２２が抑制電極２１４ａの何れかの側面上に生成されうる。例えば、抑制電極２１４ａと、イオン源チャンバ２０２及びグランド電極２１４ｂの各々との間のバイアス電圧の差によって、抑制電極２１４ａの何れかの側面上に第２のプラズマ２２２が生成されうる。第２のプラズマ２２２は、抑制電極２１４ａ及びグランド電極２１４ｂ付近に蓄積された複数の材料の効果的な除去を可能にしうる。
【００５３】
図５は、１つの特定の実施形態において用いられる様な、イオン源の実施形態を示している。図４に図示した複数の構成要素のうちの多数は、図５に組み込まれることが理解されるべきである。そのような複数の構成要素及びその動作は、図４の複数の構成要素に関連して理解されるべきである。この実施形態において、処理モード及びクリーニングモードの両モード中、グランド電極２１４ｂは接地される。イオン源チャンバ２０２は、処理モード中に用いる処理用引出電源２５４ａと、クリーニングモード中に用いる接地とに切り替えられる。抑制電極２１４ａは、処理用抑制電源２５３ａと、クリーニング用抑制電源２５３ｂとに切り替えられる。上述したように、クリーニング用抑制電源は、約１Ａと５Ａとの間の電流で、４００Ｖと１０００Ｖとの間の電圧を供給しうる。２つのスイッチ４３４、４３６を用いて、それぞれ、抑制電極２１４ａ及びイオン源チャンバ２０２を切り替える。複数モード間の切り替えは、コントローラ４３８を用いて実現される。
【００５４】
幾つかの実施形態においては、クリーニング用抑制電源２５３ｂにおいてＡＣ電圧またはパルスＤＣ電圧を用いると有益であることに注意されたい。抑制電極２１４ａの電圧が、イオン源チャンバ２０２及びグランド電極２１４ｂの電圧よりも正電位である場合、プラズマ２２２からのエネルギーを有する複数の正イオンは、抑制電極２１４ａから遠ざけられて、これらのより電位の低い複数の構成要素へと向かうであろう。ＡＣ電圧を用いることにより、抑制電極の電圧がグランド電極２１４ｂ及びイオン源チャンバ２０２の電圧よりも負である場合、エネルギーを有する複数の正イオンは、まず抑制電極２１４ａの両側面から離れて、後に抑制電極２１４ａに向かって移動する。これが全ての構成要素の効果的なクリーニングを可能にする。パルスＤＣ電圧は同様な効果を有しうる。加えて、クリーニング電圧を変化させれば、プラズマ２２２内の複数のイオン及び複数の電子の連続的な再分布をもたらす。
【００５５】
図５は、イオン源チャンバ２０２及びグランド電極２１４ｂは両方とも接地されながら、クリーニングモード中に抑制電極２１４ａが電力供給される実施形態を示している。しかしながら、他の複数の実施形態も可能である。例えば、図４を参照すると、イオン源チャンバ２０２は、図５における抑制電極２１４ａに対して上述したものと同様なクリーニング電圧を供給されてもよく、一方で抑制電極２１４ａは接地されてもよい。この構成は、イオン源チャンバ２０２と抑制電極２１４ａとの間に第２のプラズマ２２２の生成をもたらすであろう。同様に、グランド電極２１４ｂは、図５における抑制電極２１４ａに対するものと同様なクリーニング電圧を供給されてもよく、一方で、抑制電極２１４ａは接地されてもよい。この構成は、グランド電極２１４ｂと抑制電極２１４ａとの間に第２のプラズマ２２２の生成をもたらすであろう。さらに別の実施形態では、抑制電極２１４ａが接地される一方で、イオン源チャンバ２０２及びグランド電極２１４ｂに複数のクリーニング電圧が印加されてもよい。別の実施形態においては、これらの構成要素３つ全てに、複数のクリーニング電圧が印加されてもよい。例えば、全ての３つの構成要素にＡＣのクリーニング電圧を印加してもよい。この場合、抑制電極２１４ａに印加される電圧の位相は、イオン源チャンバ２０２及びグランド電極２１４ｂに印加される電圧とは１８０°位相が異なる。さらに別の実施形態では、３つの構成要素に３つの異なる電圧を印加して、いずれの隣接する２つの構成要素間においても電位差が生まれるようにする。例えば、グランド電極２１４ｂは接地するとし、抑制電極は４００Ｖから１０００Ｖの間であるとし、イオン源チャンバは８００Ｖから２０００Ｖの間であるとしてよい。この構成は、第２のプラズマ２２２の生成に必要な複数の構成要素間の望ましい電位差も生み出す。
【００５６】
本開示は本明細書にて説明した複数の具体的実施形態によって、範囲を限定されるものではない。実際、本明細書で説明された複数の実施形態に加え、本開示の、他の様々な実施形態及び変更形態が、前述の説明及び添付の図面から、当業者には明らかであろう。ゆえに、そのような他の複数の実施形態及び複数の変更形態は、本開示の範囲内にあることが意図される。さらに、本開示は、特定の目的に対する特定の環境における特定の実施に即して本明細書にて説明されたが、当業者は、その有用性はそれに限定されず、本開示はいかなる数の目的に対するいかなる数の環境においても有益に実施され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載する複数の特許請求の範囲は、本明細書にて説明したような本開示の全容及び趣旨を考慮の上解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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