(57)【要約】プラズマ生成室（５０）と、電荷交換室（５２）と、その間の仕切り構造（５６）とを備える改良二重室イオン源（４８）を開示する。電荷交換室（５２）は、外部に生成された磁場線に内部区画が暴露されることを低減するために、磁気遮蔽材（６６）を含む。二重区画イオン源（４８）は、プラズマ生成室（５０）の温度が増大することによって生じる悪影響を解決するために、遮熱材（７２）および／または冷却システム（７６）を含むことをさらに備える。仕切り構造（５６）は、電荷交換室（５２）における仕切り構造（５６）の表面積を低減する構成（８２、８４）を有する複数の開口（５８）を有する。
2004523867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源材料をイオン化させるための少なくとも１つの内部区画と、前記内部区画の内容物に影響を与えるように磁場を生成する手段と、周囲領域に対する磁場の影響を最小限に抑えるために、前記内部区画に隣接して配設される磁気遮蔽手段と
を備えるイオン源。
【請求項２】
前記内部区画が、第１種のイオンを生成するための少なくとも１つのプラズマ生成室と、第１種のイオンが、反応原子または分子の電荷交換を受けて第２種のイオンを生成する少なくとも１つの電荷交換室とを備える２つの別々の室に分割され、仕切りが、前記プラズマ生成室と前記電荷交換室の間に配設され、前記仕切りが、第１種のイオンを前記電荷交換室へ、前記仕切りを介して輸送するための少なくとも１つの開口を有する、請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記磁気遮蔽手段が、前記電荷交換室における磁場の影響を最小限に抑えるために、前記電荷交換室に配設される、請求項２に記載のイオン源。
【請求項４】
前記磁気遮蔽手段を冷却する手段をさらに備える、請求項１に記載のイオン源。
【請求項５】
前記磁気遮蔽手段を冷却する手段をさらに備える、請求項２に記載のイオン源。
【請求項６】
前記磁気遮蔽手段が、鉄ニッケル合金を備える、請求項１に記載のイオン源。
【請求項７】
前記磁気遮蔽手段が、鉄ニッケル合金を備える、請求項２に記載のイオン源。
【請求項８】
前記少なくとも１つの開口が、先細り突出構成を有する、請求項２に記載のイオン源。
【請求項９】
前記開口が、内部室の端部壁の付近において前記仕切りに配設され、前記仕切りの中心領域には、本質的に開口がない、請求項８に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記プラズマ生成室および前記電荷交換室が、個々に制御される温度調整手段を有する、請求項２に記載のイオン源。
【請求項１１】
少なくとも１つの仕切りによって少なくとも２つの室に分割される内部区画を備えるイオン源であって、前記２つの室が、第１種のイオンを生成するための少なくとも１つのプラズマ生成室と、第１種のイオンが、反応原子または分子との電荷交換を受けて第２種のイオンを生成する少なくとも１つの電荷交換室とを含み、仕切りが、第１種のイオンを前記電荷交換室の中に前記仕切りを通して輸送するための少なくとも１つの開口を有し、前記少なくとも１つの開口が、前記電荷交換室の仕切り領域を最小限に抑えるために、先細り突出構成を有するイオン源。
【請求項１２】
前記プラズマ生成室からの熱伝導を低減するために、前記電荷交換室に隣接し、かつ前記電荷交換室と前記プラズマ生成室の間に配設された少なくとも１つの遮熱手段をさらに備える、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記電荷交換室における外部磁場の影響を最小限に抑えるために、前記電荷交換室に隣接して配設された磁気遮蔽手段をさらに備える、請求項１２に記載のイオン源。
【請求項１４】
前記磁気遮蔽手段を冷却する手段をさらに備える、請求項１３に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記電荷交換室において外部磁場の影響を最小限に抑えるために、前記電荷交換室に隣接して配設された磁気遮蔽手段をさらに備える、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記磁気遮蔽手段を冷却する手段をさらに備える、請求項１５に記載のイオン源。
【請求項１７】
イオン源材料からイオンを生成するプラズマ生成手段を有するプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室に隣接して配設され、かつイオンが対象物に当たる電力効率を増大するために、前記プラズマ生成室から生成されたイオンを引き出す方向に場の成分を有する磁場を確立するように配向された磁気源とを備えるイオン源。
【請求項１８】
前記プラズマ生成室の外部に生成された外部磁場の影響を最小限に抑えるために、前記プラズマ生成室の少なくとも一部に隣接して配設された磁気遮蔽手段をさらに備える、請求項１７に記載のイオン源。
【請求項１９】
前記磁気遮蔽手段が、鉄ニッケル合金を備える、請求項１７に記載のイオン源。
【請求項２０】
少なくとも１つの仕切り構造によって少なくとも２つの室に分割された内部区画であって、前記少なくとも２つの室が、第１イオン源材料から第１種のイオンを生成するプラズマ生成手段を有する少なくとも１つのプラズマ生成室と、第１種のイオンが、反応原子または分子との電荷交換を受けて第２種のイオンを生成する少なくとも１つの電荷交換室とを備え、前記少なくとも１つの仕切り構造が、第１種のイオンを前記電荷交換室の中にそれを通して輸送するための少なくとも１つの開口を有する内部区画と、物理仕切りの少なくとも１つの開口を通して前記電荷交換室の中に輸送されるイオンの電力効率を増大するために、前記プラズマ生成室に隣接して配設され、かつ前記プラズマ生成室から生成されたイオンの引出方向に場の成分を有する磁場を確立するように配向された磁気源とを備えるイオン源。
【請求項２１】
前記プラズマ生成室の外部に生成された外部磁場の影響を最小限に抑えるために、前記プラズマ生成室の少なくとも一部に隣接して配設された磁気遮蔽手段をさらに備える、請求項２０に記載のイオン源。
【請求項２２】
前記磁気遮蔽手段を冷却する手段をさらに備える、請求項２１に記載のイオン源。
【請求項２３】
前記磁気遮蔽手段が、鉄ニッケル合金を備える、請求項２１に記載のイオン源。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの開口が、電荷交換室における仕切り壁の表面積を最小限に抑えるために、先細り突出構成を有する、請求項２１に記載のイオン源。
【請求項２５】
前記プラズマ生成室からの熱伝導を低減するために、前記電荷交換室に隣接し、かつ前記電荷交換室と前記プラズマ生成室の間に配設された遮熱材をさらに備える、請求項２４に記載のイオン源。
【請求項２６】
前記プラズマ生成室からの熱伝導を低減するために、前記電荷交換室に隣接し、かつ前記電荷交換室と前記プラズマ生成室の間に配設された遮熱材をさらに備える、請求項２１に記載のイオン源。
【請求項２７】
少なくとも１つの仕切り構造によって少なくとも２つの室に分割された内部区画であって、前記少なくとも２つの室が、第１イオン源材料から第１種のイオンを生成するためのプラズマ生成手段を有する少なくとも１つのプラズマ生成室と、第１種のイオンが、反応原子または分子との電荷交換を受けて第２種のイオンを生成する少なくとも１つの電荷交換室とを備え、前記少なくとも１つの物理仕切りが、第１種のイオンを前記電荷交換室の中にそれを通して輸送するための少なくとも１つの開口を有する内部区画と、前記プラズマ生成室に隣接し、かつ前記プラズマ生成室から生成されたイオンの引出方向に対して横方向に場の成分を有する磁場を確立するように配向された磁気源手段とを備えるイオン源。
【請求項２８】
前記プラズマ生成室の外部に生成された外部磁場の影響を最小限に抑えるために、仕切りに配設された磁気遮蔽手段をさらに備える、請求項２７に記載のイオン源。
【請求項２９】
前記磁気遮蔽手段を冷却する手段をさらに備える、請求項２８に記載のイオン源。
【請求項３０】
前記磁気遮蔽手段が、鉄ニッケル合金を備える、請求項２８に記載のイオン源。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの開口が、前記仕切りの中心から離れて近傍に配設された少なくとも２つの開口である、請求項２８に記載のイオン源。
【請求項３２】
前記プラズマ生成室からの熱伝導を低減するために、前記電荷交換室に隣接し、かつ前記電荷交換室と前記プラズマ生成室の間に配設された遮熱材をさらに備える、請求項３１に記載のイオン源。
【請求項３３】
前記プラズマ生成室からの熱伝導を低減するために、前記電荷交換室に隣接し、かつ前記電荷交換室と前記プラズマ生成室の間に配設された遮熱材をさらに備える、請求項２７に記載のイオン源。
【請求項３４】
電荷交換によってイオンを生成する方法であって、
プラズマ生成室において第１種のイオンを生成するステップと、
第１種の生成イオンを、第２領域と前記プラズマ生成室の間の仕切りにある少なくとも１つの開口を除いて、前記プラズマ生成室から本質的に分離されている第２領域内に導入するステップであって、前記第２領域が、第１種のイオンとの電荷交換を受けて第２種のイオンを生成するように、イオン化することができる第２種を含むステップと
を含む方法。
【請求項３５】
外部に生成された磁場から前記第２領域を遮蔽するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
外部に生成された熱から前記第２領域を隔離するステップをさらに備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記プラズマ生成室と前記第２領域の間におけるイオンの運動方向に場の成分を有する磁場線を生成するために、磁場を前記プラズマ生成室の回りに配向するステップをさらに備える、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、イオン源システムに関し、より詳細には、電荷交換により重気体分子イオンを効果的に提供する改良型二重室イオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
多くの半導体製造プロセスは、ホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）などのドーパント（不純物）を半導体基板に追加することによってｐ−ｎ接合を形成するイオン注入を使用する。イオン注入により、半導体基板上の目標箇所の中に拡散される不純物の濃度および深さを精確に制御することが可能になる。
【０００３】
通例、イオン注入装置は、注入される物質の原子または分子をイオン化するイオン源を含む。生成されたイオンは、加速されてイオン・ビームを形成し、イオン・ビームは、シリコン・チップまたはウエハなどの対象物に向けられて、対象物上の所望の領域またはパターンに当たる。全作業は、高真空において実施される。
【０００４】
半導体装置の傾向は、より小さくかつより薄くなっている。したがって、これらのより小さくかつより薄いという要件は、高濃度のイオンを半導体装置の浅い深さに注入するために必要な高注入量低エネルギーのイオン・ビームを作成するという課題を、現在のシステムの能力に呈示する。
【０００５】
イオン電流（流れ密度×面積）およびビーム・エネルギーは、注入ステップの基本的なプロセス変数である。イオン注入量および注入範囲は、結果的な装置変数である。イオン注入量は、半導体物質における注入イオンの濃度に関係する。さらに、イオン・ビームのエネルギーは、アニール・ステップの開始前に注入イオンの深さを決定する。注入速度と、したがってプロセス時間とは、ビーム電流に比例する。注入速度およびビーム・エネルギーは、独立したプロセス変数であることが理想的である。これは、深い注入に使用される高エネルギー・ビームではある程度正しい。しかし、浅い注入であるが、低ビーム・エネルギーにおける標準的なドーパント原子イオンに使用される低エネルギーイオン・ビームは、引出および輸送の損失に関連する物理的な制限によって制約されるイオン電流を有する。
【０００６】
現在のイオン注入装置は、約１０ｋｅＶから約２ＭｅＶのエネルギーで最適に動作する。しかし、より浅いイオン注入は、約２ｋｅＶから数百ｅＶなどのはるかに低いエネルギーにおいて、現在の注入装置と同様のビーム電流を必要とする。しかし、より薄い装置に適応するように、ビーム・エネルギーが減少する際に、ホウ素（Ｂ＋）、ヒ素（Ａｓ＋）、およびリン（Ｐ＋）などドーパントとして確定される標準的なイオンのビーム輸送は、ビーム空間電荷のために非効率的になる。ビーム空間電荷は、対象への輸送中に、イオン・ビームの同じ電荷と反発して、イオン・ビームを膨張させることによって確定することが可能である。その結果、エネルギー・レベルが下がるとき、ビーム輸送は大きく低減される。
【０００７】
重気相分子イオンの有用な流れを生成することが可能であることにより、注入装置において現在使用されているイオン源材料と比較して、有意な利点が提供される。例えば、１０のホウ素原子を有する重気体分子イオンであるデカボラン・イオン（Ｂ１０Ｈ１４＋）を使用することは、低エネルギー高電流ドーパント・ビームの輸送と比較して利点を有する。第１に、各個々のホウ素核のエネルギーは、イオンのエネルギーの１０分の１であり、それにより、ホウ素イオンのビーム・エネルギーの約１０倍において引出および輸送することが可能になる。例えば、Ｂ１０Ｈ１４＋の１０ｋｅＶのエネルギーは、ホウ素原子あたり１ｋｅＶ未満のドーパントを送達する。第２に、ドーパント核子電流は、イオン電流の１０倍である。したがって、わずかに約１ｍＡのＢ１０Ｈ１４＋が、１０ｍＡのホウ素を送達するために必要である。
【０００８】
したがって、具体的には浅い深さ用の注入装置システムにおいてイオンとして効果的であるような十分な注入量（流れ密度）で、イオンあたり複数のドーパント原子を有する重イオンを生成するイオン源を提供することが有利である。
【０００９】
しかし、標準的な単一イオン源において重ドーパント分子のイオンを生成する試みは、全般的に不首尾であった。高エネルギー電子との衝突、高温気体粒子との衝突、フィラメントまたは壁などの高温構成要素との接触、プラズマ放射、フィラメント放射など、大きな分子を分解する傾向があるいくつかの機構が、単一室源に存在することがある。これらのそれぞれにより、重分子は、イオン化される前、および／または対象基板上に注入される前に、分解することがある。さらに、重分子が分解しない場合でも、電荷移動がイオン・ビームにおいて生じ、それによりイオンが中和されることがある。
【００１０】
電荷移動または電子電荷交換は、中性粒子と帯電イオンの衝突の結果であり、イオン・ビーム・システムでは損失機構であると見なされる。最も簡単な種類の電荷移動は、中性粒子と１価に帯電したイオンとの衝突を含む：
Ａ＋＋Ｂ→Ａ＋Ｂ＋
上式で、Ａ、Ｂは、接地状態の中性粒子を表し、上付き文字「＋」は、１価の正の電荷状態を表す。この場合、イオンＢ＋は、原子ＢからイオンＡ＋に電子が移動することによって創出される。
【００１１】
電荷移動は、電荷移動が行われる領域に応じて、著しく異なるエネルギー・パターンをイオン・ビームに生じることがある。例えば、イオン注入装置の加速度ギャップに形成された移動産物イオンが経験する加速度ポテンシャルは、完全な加速度ポテンシャルより小さく、したがって、ギャップ全体を通って加速されたイオンとはエネルギーが異なる。したがって、電荷移動は、所望の衝撃エネルギーにおいて所望のイオンの電流密度を低減するので、一般に望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、注入装置システムにおいて効果的である十分な電流密度において、電荷移動機構により重気体分子イオンを生成するイオン源を提供し、同時に、重分子および／または分子イオンを分解する、標準的なプラズマ源に存在する機構を排除または著しく低減することが、注入装置の分野では著しく有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
したがって、本発明の主な目的は、改良電荷交換分子イオン源を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、対象基板を効果的に被覆するのに十分な密度を有するイオン流を提供するイオン源システムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、重分子イオンの浅い注入を提供する高エネルギー・イオン・ビームを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、注入装置システムにおいて効果的である十分な電流密度において、重気体分子を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、ビーム空間電荷によって生じる、ビーム損失を低減することによって、浅い接合注入用の低エネルギー・イオン・ビームの輸送効率を向上させることである。
【００１８】
これらおよび他の目的は、本明細書で開示する改良イオン源によって達成される。
【００１９】
本発明の一態様は、一般に、電荷移動を使用して所望の分子イオン種の生成を向上させる注入システムのイオン源に関する。イオン源は、物理障壁によって分離された２つの領域を最小限含み、電荷移動を使用して、所望の分子イオン種を生成する。物理障壁は、高エネルギー電子との衝突、高温気体粒子との衝突、フィラメントまたは壁などの高温構成要素との接触、熱エネルギー移動、プラズマ放射、およびフィラメント放射など、重分子およびイオンにとって破壊的である機構の影響を低減するのに役立つ。障壁は、少なくとも１つの開口を有し、開口により、イオンは、プラズマ室から電荷移動室に流れることが可能になる。障壁は、破壊的な機構を防止するのにも役立つ。
【００２０】
本発明の本質的な要素には、第１種のイオンを生成するための少なくとも１つのプラズマ室と、仕切り構造と、プラズマ室において生成された第１種のイオンが、第２種のイオンを生成するために、反応原子または分子との電荷交換または電荷移動を受ける少なくとも１つの電荷交換領域とが含まれる。
【００２１】
本発明の他の態様は、イオンを生成するためのプラズマ生成手段を有する少なくとも１つのプラズマ生成室を備えるイオン源を提供する。プラズマ生成室には、少なくとも１つの電荷交換室が隣接し、そこでは、プラズマ生成室から引き出された第１イオン化種から電荷移動することによって、分子種がイオン化される。電荷交換室は、内部に生成された第２イオン種を外部磁場から遮蔽するために、磁気遮蔽を備える。この実施形態は、磁気遮蔽を冷却する手段をさらに備えることが可能である。磁気遮蔽は、鉄などの磁性体を配設することによって、または磁場を創出してプラズマ源磁石からの局所的な磁場を変更する電気回路などの電気手段によって、創出することができる。
【００２２】
本発明の他の態様は、少なくとも１つのプラズマ生成室および少なくとも１つの電荷交換室を備えるイオン源を提供する。電荷交換室は、仕切り構造によってプラズマ生成室から分離される。仕切り構造は、プラズマ生成室において生成されたイオンを電荷交換室の中に導入するための複数の開口を有し、開口は、イオンおよび気体が電荷交換室からプラズマ生成室へ後方移動するのを低減する構成を有する。
【００２３】
本発明の他の態様は、少なくとも１つのプラズマ生成室および少なくとも１つの電荷交換室を備えるイオン源を提供する。電荷交換室は、少なくとも１つの開口を有する仕切り構造によって、プラズマ生成室から分離される。プラズマ生成室からの熱伝導を低減するために、遮熱材が、電荷交換室とプラズマ生成室の間に設置される。
【００２４】
本発明の他の態様は、少なくとも１つのプラズマ生成室および少なくとも１つの電荷交換室を備えるイオン源を提供する。電荷交換室は、仕切り構造によってプラズマ生成室から分離される。仕切り構造は、プラズマ生成室において生成されたイオンを電荷交換室内に放出するための少なくとも１つの開口を有する。プラズマ室は、イオン源領域から電荷交換領域にイオンが進行する方向に対して横方向の磁場成分を確立するように配向された少なくとも１つの磁石をさらに備える。磁石は、磁束を戻し、かつ電荷交換室内への磁束漏れを最小限に抑えるように、ヨークをさらに備えることが可能である。
【００２５】
本発明の他の態様は、少なくとも１つのプラズマ生成室および少なくとも１つの電荷交換室を備えるイオン源を提供する。電荷交換室は、仕切り構造によってプラズマ生成室から分離される。仕切り構造は、プラズマ生成室において生成されたイオンを電荷交換室内に放出するための少なくとも１つの開口を有する。プラズマ室は、プラズマ生成室から電荷交換室にイオンが進行する方向に場の成分を有する磁場を確立するように配向された少なくとも１つの磁石をさらに備え、それにより、プラズマ生成室から電荷交換室内へのイオン移動効率を増大させる。
【００２６】
本発明の他の態様、特徴、および実施形態は、以下の開示および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
発明の詳細な説明およびその好ましい実施形態
本発明は、イオンＡ＋と中性重分子ＭＯＬの間で共振電荷交換を生成するために、二重領域イオン源を規定する。
【００２８】
Ａ＋＋ＭＯＬ→Ａ＋ＭＯＬ＋
重分子ＭＯＬは、イオンＡ＋との電荷交換によってイオン化される。イオンＡ＋は、まず、本発明のイオン源にあるプラズマ生成領域において創出される。イオンＡ＋は、電荷交換領域の中に流れ、そこで電子が移動する。電荷交換の結果、分子イオンが生成され、引出および加速されて、本発明の改良イオン源の出力を形成する。この文脈では、電荷交換プロセスは、原子、分子、クラスタ、または複数核のあらゆる他の群を含む、任意の物質粒子から気相イオンを創出することができることを理解されたい。
【００２９】
以下の議論は、注入する正イオンの形成に関するが、同様のプロセスが、負に帯電した原子、分子、クラスタ、および他の集合体の生成にも行われることを理解されたい。さらに、デカボランが、注入用にイオン化される適用可能な重分子として使用されるが、ドーパント原子を有する他の市販の分子も、本発明の実施に適応可能である。
【００３０】
ここで図面を参照すると、図１は、１０により全体を示した、先行技術のイオン注入装置を示し、このイオン注入装置は、通常、イオンが生成されるイオン源１２を含む。イオンは、引出電極１４によって引き出され、分離電磁石１６によってイオンの質量を分析する。イオンは、開口１８によって分離され、加速器２０によって最終エネルギーまでさらに加速または減速することが可能である。イオンのビームは、四重極レンズ２２によって、標的室３２に配設されたサンプル３０に集中され、イオン・ビームが標的３０の上に一様に分布するように、走査電極２４および２６によって走査される。偏向電極２８は、残留気体との衝突によって生じる帯電していない粒子を排除するために、イオン・ビームを偏向するように設計される。なお、構成要素１８、２０、２２、２４、２６、および２８のいずれも、特定の注入装置では任意選択とすることが可能であることに留意されたい。
【００３１】
図２は、先行技術の単一室フリーマン・タイプ（Ｆｒｅｅｍａｎ−ｔｙｐｅ）・イオン源１２を示す。フリーマン・タイプ・イオン源は、内部室３１に取り付けられ、かつ引出スリット３８の面に対してほぼ平行に配設されたロッド形カソード・フィラメント３４から熱電子を放出することによって、プラズマを生成する。熱電子は、気体取込み線３３において導入されたイオン化可能源材料と相互作用する。内部室に導入された気体は、主に電子衝撃によってイオン化するが、電荷交換および他の機構も役割を果たす。プラズマ室に対する引出電極３６の偏向によって創出された電場によって、イオンが引出ギャップ３８の領域内に入るとき、イオンは加速される。
【００３２】
非変動磁場が、永久磁石４０によって、フィラメント３４に平行に生成されるが、ソース磁場は、コイルの電流によって生成することもできる。磁石の位置合わせによって生成される磁場は、イオン源から引き出される際のイオンの運動方向に直交する。非変動磁場は、カソード・フィラメント３４を流れる電流によって生成される場と共に、フィラメントから放出された後の電子の運動方向に影響を与える。さらに、生成イオンは、引出開口において加速されるように、磁場を通過して横断しなければならず、引出スリットに隣接する内部イオン化室の壁と中和衝突する。これらの中和衝突により、イオン化効率が減少する。さらに、イオンを放出する方向に直交する磁場の向きは、らせんまたは乱流軌跡となる。これは、イオンが室を出るのを妨げる傾向があり、それにより、イオン・ビームの電流密度が低減される。
【００３３】
図３は、本発明の一態様により修正されたフリーマン・タイプ・イオン源を示す。イオン源４８は、第１種イオンが生成されるプラズマ生成室５０と、電荷移動により第２種イオンが生成される電荷交換室５２との２つの室を備える。プラズマ生成室と電荷交換室を分離する仕切り構造５６が配設される。この仕切り構造は、２つの室間に伝達チャネルを提供するように、内部に少なくとも１つの開口スリット５８を有する。仕切り５６は、室間の熱移動を低減するように、複数の層で構築することが可能である。
【００３４】
室仕切り５６は、分子気体密度を最大にし、かつ分子気体をプラズマ放射、主電子、およびプラズマ生成室５０の熱から隔離し、それにより好ましくない相互作用を最小限に抑えて、プラズマ生成室５０と電荷交換室５２の間の電荷交換を促進するのに役立つ。室仕切り５６は、図３Ａに示すように、２つの室を電気的に分離するために、電気絶縁材をさらに備えることが可能である。これにより、図３に示すようにワイヤで２つの室を接続することによって共通モードで、または電荷交換室をプラズマ室に対して電気的に絶縁またはバイアスして、動作することが可能になる。
【００３５】
プラズマ生成室は、室仕切り５６に関して軸方向に配設されたフィラメント５４を含む。永久磁石６０が、プラズマ生成室の側壁に対して平行に配設され、それにより、経路Ａに沿ったイオンの放出方向に直交する磁場Ｂ→が創出される。あるいは、電磁石も、ソース磁場に対して使用することができる。
【００３６】
電荷移動が、電荷交換室において行われる際に、引出開口６８に向かって移動する新しく創出されたイオンは、プラズマ生成室の回りに創出された磁場の影響を受けると考えられる。さらに、イオンが、電荷交換室の体積を通って引出開口６８に移動するとき、イオンは、磁場を横断しなければならず、移動イオンは、磁場の帯電粒子の自然なジャイロ運動を経験する。イオンが引出スリット６８に到達する時間までに、イオンは、有意な非直交運動量を有する。その結果、帯電粒子の可動性は、付随するイオン電流密度と共に、引出方向において低減される。
【００３７】
上記の問題を解決するために、プラズマ生成室の周囲およびプラズマ生成室における生成磁場から電荷交換室を遮蔽するために、磁気遮蔽材の層が、電荷交換室５２の内部の少なくとも一部に配設される。磁気遮蔽を含むことにより、磁場の悪影響が大きく低減され、かつ、イオンが開口６８を通して引き出される率が増大することが有利である。
【００３８】
磁気遮蔽は、抵抗の低い磁路を干渉磁場に提供し、磁束線を引き付け、かつ小さい保磁力場を有するあらゆる材料から製作することが可能である。強磁性金属を使用することが好ましく、２／３の鉄と１／３のニッケルを備える合金を使用することがより好ましい。
【００３９】
静磁気遮蔽効果は、遮蔽の厚さに正比例するが、その理由は、磁束に対する遮壁の磁気抵抗が、厚さに反比例するからである。したがって、遮蔽材の厚さは、磁場の強度に依存することになり、当業者なら、適用可能な厚さを事実上決定することができる。材料の所与の全厚さによって達成される遮蔽の程度は、少なくとも材料の厚さだけ分離した２つ以上のシートに遮蔽材を分割することによって増大することができる。また、異なる透磁率の材料を層にして使用することが可能であり、層では、最低の透磁率を有する材料が、場ソースに最も近く配設される。さらに、小さい永久磁石または電磁石を使用して、電荷交換室内において、プラズマ源からの磁場を局所的に消去することが可能である。
【００４０】
以下に、この実施形態の作業について記述する。反応プラズマ形成気体を、プラズマ生成室５０の中に導入する。水素気体などのこの気体は、気体入口６２において導入することができ、または開口５８を介して電荷交換室から入ることができる。デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）などの重気体分子ＭＯＬを、気体供給源６４を通して電荷交換室５２の中に導入する。プラズマ生成室５０においてフィラメント５４によって生成された高エネルギー主電子が、第１種Ｈ＋イオンを生成する。これらのイオンは、Ｂ１０Ｈ１４と電荷を交換するために、室仕切り５６の開口５８を通って電荷交換室の中にドリフトする。電荷交換の結果、複数のドーパント原子を含んでいる分子イオンＢｘＨｙ＋が生成される。ＢｘＨｙ＋イオンは、引出開口６８において引き出され、加速されて、ＢｘＨｙ＋イオン・ビームを形成する。
【００４１】
図３の二重区画イオン源に磁気遮蔽が追加されているので、外部磁場が、電荷交換室の回りに向くことが有利である。イオンが横断しなければならない磁束を低減することにより、引出開口６８におけるイオン電流密度が増大し、それにより、対象基板に当たるイオン・ビームのイオン電流密度が増大する。
【００４２】
電荷交換室の消磁を補助するために、この実施形態は、図４に示すように、磁気遮蔽材を冷却するシステムをさらに備えることが可能である。プラズマ生成室において生成されたプラズマは、磁気遮蔽材を消磁するのに十分な熱を創出することが可能である。磁気遮蔽を低温に維持するために、磁気遮蔽ライニング６６とプラズマ生成室５０の間に遮熱材７２を挿入することが可能である。
【００４３】
電荷交換室とプラズマ生成室の間に遮熱材を含むことにより、室間の壁の温度が低減され、それにより、イオン化のために電荷交換室の中に導入される燃料の熱消費が低減されるという追加の利点が提供される。無益な燃料消費は費用がかかるが、これは、燃料のコストが高いという直接的な理由だけでなく、イオン源に燃料補給するには、機器をオフラインにする必要があり、これは、費用効果が高くないからである。また、残留粒子が、ビームラインを汚染して、点検間隔が短くなることがある。
【００４４】
２つの室間に配設された遮熱材は、金属、ガラス・ファイバ、アスベスト・ファイバ、カーボンおよびグラファイト・ファイバ、絶縁耐火れんが材料などを含めて、熱流を低減する任意の断熱材料から製作することが可能である。遮熱層の厚さは、プラズマ生成室において生成される温度に依存し、当業者によって決定することが可能である。
【００４５】
磁気遮蔽ライニングを冷却システムで冷却することが、さらに考慮される。冷却システムは、磁気遮蔽材を十分に冷却し、かつ消磁の可能性を最小限に抑えるために、熱移動の原理を使用する。冷却方法は、限定としてではなく、自然にまたは人為的により低温の固体、液体、または気体媒体への熱移動による冷却があり、固体、液体、または気体媒体のより低い温度は、放射、顕熱または潜熱による物理効果、吸熱化学効果、熱電効果、および／または磁気効果に由来する。冷流、融解している氷、および昇華している固体二酸化炭素などの効果も含まれる。さらに、冷却装置は、「ＴＨＥＲＭＡＬ  ＲＥＧＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の同時係属米国特許出願第０９／５９６，８２８号に開示されており、この内容は、使用するすべての目的のために、本明細書に組み込まれている。
【００４６】
図４に示すように、磁気遮蔽層６６は、プラズマ生成室から移動した熱を吸収し、それにより磁気遮蔽層を冷却する熱シンクとして作用する冷却システムを含む。冷却システムは、外部源に移動する熱を吸収する熱吸収流体を輸送する配管システムを含む。
【００４７】
図５は、熱吸収流体の流れを循環させるための内部に含まれた管７４を有する層６６のセクションを示す。熱吸収流体の選択は、その流体が機能しなければならない温度範囲に依存する。熱吸収能力を有する流体は、配管システムを通って移動して、熱を吸収し、次いで、蒸気圧縮冷却システム７６を循環して、内部の蒸発装置表面と接触することによって冷却する。熱吸収流体は、イオン源が許容可能な温度に到達するまで、連続的に再循環させることが可能である。
【００４８】
本発明の他の態様では、図６に示す仕切り５６は、仕切りに沿って最適に位置する複数の開口をさらに備えることが可能である。開口は、プラズマ室の端部または端部付近に配設され、仕切りの中心セクションには、本質的に開口がないことが好ましい。有利なことに、フィラメントおよびプラズマ室壁の端部付近において仕切りにおけるイオンの移動領域を増大し、同時に室間の仕切りの中心付近における移動領域を低減または排除することにより、逆方向気体フラックスに対する順方向イオンの比を増大することが、本発明者によって判明している。
【００４９】
代替実施形態では、本発明者によって、図６Ａに示すように、電荷交換側の仕切りの壁領域を低減することによって、電荷交換室におけるイオン損失を低減する開口構成を提供することが構想される。これは、電荷交換室に配設された開口のより広い開口部８４と、プラズマ生成側の開口のより狭い先細り端部８０とを有する先細り突出として開口を構成することによって達成することが可能である。
【００５０】
図７は、プラズマ生成室から電荷交換室にイオンが引き出される方向に平行な有意な場の成分を有する磁場を提供するように配設された磁石の好ましい配置を示す。上記で議論したように、先行技術の図２に示したような磁石の配設によって生成される磁場は、プラズマ・イオンの移動に影響を及ぼして、引出スリットに隣接するプラズマ生成室の壁との中和衝突を生じさせ、それによりイオン化の効率を低減することがある。さらに、磁場の向きが、イオンの放出方向に直交することにより、イオンが磁場を横断する際に、イオンの軌跡がらせんまたは乱流となる。これは、イオンが室を出るのを妨害する傾向があり、それによりイオン・ビームの電流密度が低減される。
【００５１】
図７では、プラズマ増強磁石６０は、磁気軸が、開口スリット５８を通って引き出されるイオンの進行方向と平行に位置合わせされて配設される。したがって、磁石は、線９０によって示した磁場成分を生成する。平行な磁場成分は、直交磁場の有害な影響を低減するのに役立ち、磁気遮蔽の必要性を制限する可能性があるが、その理由は、アーク電力に対する引出電流密度の比によって測定したイオン源の電力効率が増大するからである。
【００５２】
放出イオンの運動方向に対して直行する磁場の向きに関連する問題は、プラズマ・ソース磁場を制限することによって解決することが可能である。例えば、図８に示すように、磁気材料で作成された仕切り５６のインサート９４は、遮蔽／ヨークとして作用して、ソース磁場を内部に封入する。永久磁石２０が、一端から他端に延びる磁場線９２を生成するように位置合わせされる。この実施形態では、遮蔽／ヨーク・インサートは、磁場をプラズマ生成室においてのみ維持し、または向け直すことによって、本質的に磁束を捕獲し、かつ電荷交換室において磁場成分を制限することにより、磁場線の漏れを最小限に抑える。その結果、電荷交換室におけるイオンの運動との干渉は、大きく低減される。
【００５３】
好ましい実施形態について説明してきたが、説明は、単に例示を目的としており、添付の特許請求の範囲内にあるすべての修正および変更は、本明細書に包含されることを意図していることを理解されたい。例えば、本発明の二重室イオン源システムにおける電荷交換の原理は、他の分子についても対応して適用することができる。デカボランの例は、正のイオンに関してであるが、同様のプロセスが、負の電荷種を有する原子および分子に対しても行われる。正のイオンは、イオン注入の応用の対象によりなり易く、したがって、非限定的な例として使用した。
【００５４】
さらに、二重室イオン源は、電荷交換室の電子またはイオンを冷却することが必要であれば、別々の室の温度を制御して、室間の温度差を提供するために、別々の電源を備えることが可能である。さらに、電荷交換室は、デカボランのイオン化中に形成される水素気体など、室の内部での気体の形成による内部圧力を軽減するために、換気システムを装備することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】先行技術のイオン注入装置の様々な構成要素を示す断面図である。
【図２】先行技術のフリーマン・タイプ・イオン源を示す断面図である。
【図３】本発明の二重室構成を有する修正フリーマン・タイプ・イオン源を示す断面図である。
【図３Ａ】室を分離する電気絶縁材料を備える二重室構成を有する修正フリーマン・タイプ・イオン源を示す断面図である。
【図４】プラズマ生成室と電荷交換室の間に配設された遮熱プレートを示す断面図である。
【図５】電荷交換室の磁気遮蔽ライナの中に組み込まれた冷却システムの断面図である。
【図６】室仕切りにおける開口の配置の好ましい実施形態の図である。
【図６Ａ】先細り突出構成を有する複数の開口を示す図である。
【図７】プラズマ生成室から電荷交換室へのイオンの移動を増大するように配設された永久磁石の修正した向きを示す断面図である。
【図８】プラズマ生成室に隣接して配設された永久磁石と、磁気遮蔽／ヨークとして機能する、２つの室間の磁気障壁とを示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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