(57)【要約】  イオン注入システムのためのイオン源チャンバー１３２は、イオン源チャンバーの内壁上における膜の表面剥離を低減するために織目加工された表面を有している。熱膨張により生じた残留応力は、温度変化と、薄膜と基板（ライナー）との間の残留引張応力とによりずれてしまう。織目加工の特徴は、残留引張応力が破壊引張応力に達した際に膜が剥がれるように、膜の幅の厚さに対する比を変える。機械的な織目加工された表面は、イオン源チャンバーの表面上に堆積した膜の機械的連結を増強し、層間剥離を遅らせ、結果として生じる薄片のサイズを低減する。これにより、薄片がバイアスされた部材を基準地表面まで跨がせる可能性を低減させ、イオン源１３０の寿命を延ばすことができる。
2017523562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源を有するイオン注入システムであって、
前記イオン源は、
内壁を有するプラズマ閉じ込めチャンバーと、
前記プラズマ閉じ込めチャンバー内で支持されたカソード電極と、
前記プラズマ閉じ込めチャンバー内で支持されたリペラー電極とを備え、
前記プラズマ閉じ込めチャンバーの１つ以上の内表面は、前記表面上に堆積した膜の層間剥離を抑制するための織目パターンを有することを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
前記リペラー電極の少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記リペラー電極を支持する前記プラズマ閉じ込めチャンバーの端壁の少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記プラズマ閉じ込めチャンバーのスリットプレートの少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記プラズマ閉じ込めチャンバーの実質的に全ての内壁は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記リペラー電極は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記カソード電極は、前記織目パターンを有していないことを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記織目パターンは、約２．０ｍｍの正方形の格子パターンを有し、前記正方形の格子は、約０．５ｍｍの深さであり、間隔が約０．５ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
イオン注入システムのためのイオン源であって、
内壁を有するプラズマ閉じ込めチャンバーと、
前記プラズマ閉じ込めチャンバー内で支持されたカソード電極と、
前記プラズマ閉じ込めチャンバー内で支持されたリペラー電極とを備え、
前記プラズマ閉じ込めチャンバーの１つ以上の内表面は、前記表面上に堆積した膜の層間剥離を抑制するための織目パターンを有することを特徴とするイオン源。
【請求項１０】
前記リペラー電極の少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項９に記載のイオン源。
【請求項１１】
前記リペラー電極を支持する前記プラズマ閉じ込めチャンバーの端壁の少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項９に記載のイオン源。
【請求項１２】
前記プラズマ閉じ込めチャンバーのスリットプレートの少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項９に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記プラズマ閉じ込めチャンバーの実質的に全ての内壁は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項９に記載のイオン源。
【請求項１４】
前記リペラー電極は、前記織目パターンを有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】
前記織目パターンは、約２．０ｍｍの正方形の格子パターンを有し、前記正方形の格子は、約０．５ｍｍの深さであり、間隔が約０．５ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載のイオン源。
【請求項１６】
内表面上に堆積した膜の層間剥離を抑制するための織目パターンを有する１つ以上の前記内表面を備えることを特徴とする、イオン注入システムのためのイオン源のプラズマ閉じ込めチャンバー。
【請求項１７】
リペラー電極を支持するように構成された前記プラズマ閉じ込めチャンバーの端壁の少なくとも一部分は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ閉じ込めチャンバー。
【請求項１８】
スリットプレートの少なくとも一部は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ閉じ込めチャンバー。
【請求項１９】
前記プラズマ閉じ込めチャンバーの実質的に全ての内壁は、前記織目パターンを有することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ閉じ込めチャンバー。
【請求項２０】
前記織目パターンは、約２．０ｍｍの正方形の格子パターンを有し、前記正方形の格子は、約０．５ｍｍの深さであり、間隔が約０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ閉じ込めチャンバー。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景〕
本開示はイオン注入システムに関連するものであり、特に、イオン源の内面上に堆積した膜の層間剥離を低減するために、織目加工された表面を有するイオン注入源に関する。
【０００２】
イオン注入システムは、イオン注入機としても知られており、集積回路の製造およびフラットパネルディスプレイの製造において、不純物を有する半導体をドーピングすることに広く使用されている。これらのシステムでは、添加ガスはイオン源に導入され、当該イオン源は、当該ガスがイオン化されたプラズマ状態に励起されるプラズマ閉じ込めチャンバーを含む。イオンビームは、チャンバーから磁場または電場をもって抽出され、添加要素を加工品に注入するために加工品へと導かれる。コンピュータのチップの製造では、例えばイオンビームにシリコンウェハーの表面を貫通させることにより、ウェハー内にトランジスタおよび集積回路の他の構成要素を加工するために、望ましい導電性を有する領域を形成する。典型的なイオン注入機は、イオンビームを生成するイオン源と、イオンビームの質量分解のための質量分析磁石を含むビームラインと、イオンビームによって注入される半導体ウェハーまたは他の加工品を含むターゲットチャンバーとを含む。高いエネルギー注入システムのために、イオンを高いエネルギーに加速させる加速器を、質量分析磁石とターゲットチャンバーとの間に追加的に備えていてもよい。
【０００３】
プラズマ閉じ込めチャンバー内では、高強度無線周波数（ＲＦ）のエネルギーは、通常添加ガスをイオン化しプラズマ状態にするために利用される。添加ガスは通常、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、または他の容易にイオン化される物質を含む。添加ガスをプラズマ状態に励起することで高い温度および高いエネルギー状態のイオンを生成する。イオン源の材料は、その自然状態で導電性を有し得るまたは有し得ないが、使用中の添加材料の全ては、イオン化したプラズマ状態に分解（断片化）される際に極度に腐食化する。結果として、イオンスパッタ、ラジカル形成、およびその他の付着物の供給源は、イオン源の表面上に堆積された膜の原因になることが知られている。例えば、タングステン、タンタル、またはモリブデンのような超硬合金から製造されるイオン源チャンバーでは、チャンバーの壁の膜またはイオン源の他の内部部材に沈殿凝集するフッ化物をもたらすハロゲンサイクルとして知られるプロセスにおいて、プラズマ閉じ込めチャンバー内で六フッ化物の堆積が起き得る。膜の応力と層間剥離とは、イオン源の内面を急速かつ破壊的に腐食させがちである。そのため、現代のイオン注入システムの高い腐食環境において、改善した持続性を示す改善されたイオン源が求められる。
【０００４】
〔概要〕
本発明の実施形態は、表面の膜の層間剥離を低減するため、織目加工された内面を有するイオン源を含むイオン注入システムで実現することができる。織目加工された表面は、プラズマ閉じ込めチャンバーの表面上に堆積する膜の機械的な連結を増加させることにより、層間剥離を遅らせて、膜が層間剥離する間に薄片のサイズを制御し、結果として当該薄片がバイアスされた部材を基準地表面まで跨がせる可能性を低減し、イオン源の寿命を増加させる。例として、高純度のタングステンから加工されたイオン源は、約５０ｍｍ×１００ｍｍのチャンバーと、カソード電極と、当該カソード電極に対向し、ヘッドの直径が９．０ｍｍのリペラー電極とを有する。例として、織目加工された表面は、カソード電極とチャンバーの壁との表面を覆うメッシュパターンであって、メッシュが約０．５ｍｍの深さの約０．５ｍｍ間隔である約２．０ｍｍのメッシュパターンを有する。織目加工された表面は、機械切り、レーザー切断、エッチング、もしくは他の適切な方法で分けられていてもよい。特定の材料と織目パターンとは、設計の仕様に合わせて変更してもよい。
【０００５】
本開示は、これから述べる本開示の様々な構成に関する詳細な説明と、その説明に含まれる例示とを参照してより容易に理解される。
【０００６】
〔いくつかの図面の簡単な説明〕
いくつかの図面において類似の要素に対して同様に番号付けされた図面をこれから参照していく。
【０００７】
図１は、本開示に従って加工されたイオン源の１つの実施形態を含むイオン注入システムの概略図である。
【０００８】
図２は、イオン源の１つの実施形態の外面の斜視図である。
【０００９】
図３は、プラズマ閉じ込めチャンバーの内壁上の織目加工された表面を曝すためにスリットプレートを取り除いたイオン源のもう一つの実施形態の上面図である。
【００１０】
図４は、イオン源の弧状のスリットプレート上の織目加工された表面を示すものである。
【００１１】
図５は、リペラー電極上の織目加工された表面と、プラズマ閉じ込めチャンバーの端壁とを示すものである。
【００１２】
図６は、イオン源のプラズマ閉じ込めチャンバーの側壁上の織目パターンを示すものである。
【００１３】
図７は、イオン源のリペラー電極上の織目パターンを示す斜視図である。
【００１４】
〔詳細な説明〕
本発明の実施形態は、プラズマ閉じ込めチャンバーの内壁上および他の内部部材（例えばスリットプレートおよびリペラー電極）上における膜の層間剥離を低減するために、織目加工された内面を有するイオン源を含むイオン注入システムにおいて実現してもよい。イオン注入システムについて説明している米国出願番号１４，１３５，７５４（タイトル「イオン注入システムのための低減された微量金属の汚染源」、２０１４年１月１５日出願）、Ｓｆｅｒｌａｚｚｏらの米国特許５，４９７，００６、さらにＣｌｏｕｔｉｅｒらの米国特許５，７６３，８９０は、参照によって本開示に組み込まれる。出願番号１４，１３５，７５４では、本発明の実施形態が実施され得るイオン注入システムの一具体例を説明している。しかしながら、これは本発明の実施形態の１つを利用するシステムの一例であり、本開示で説明される織目加工されたイオン源は、上記のような特別の環境に限定されることなく、プラズマイオン源および関連したシステムで一般に使用されてもよい。
【００１５】
米国特許５，４９７，００６では、基体によって支持されたカソード電極を有し、イオン化した電子をガス閉じ込めチャンバーへ放出するためのガス閉じ込めチャンバーに配置されたプラズマイオン源について説明している。上記の特許のカソード電極は、環状の導電物体であり、ガス閉じ込めチャンバー内に部分的に延在するエンドキャップである。フィラメントは、環状物体内で支持されており、電子衝突を介してエンドキャップを熱する電子を放出し、ガス閉じ込めチャンバー内にイオン化された電子を熱的に放出する。Ｃｌｏｕｔｉｅｒらの米国特許５，７６３，８９０は、イオン注入機において使用されるアークイオン源をさらに開示している。この特定のイオン源は、ガスのイオン化領域を規定する導電体チャンバー壁を有するガス閉じ込めチャンバーを含む。ガス閉じ込めチャンバーは、イオンをチャンバーから放出させることを可能にする出口を有する。基体は、ガス閉じ込めチャンバーから放出されるイオンからイオンビームを形成させる構造体に対して相対的にガス閉じ込めチャンバーを配置させる。
【００１６】
既存の注入機において使用される、イオンビームを生成するイオン源は、通常はアークイオン源と呼ばれ、ウェハーの処理のために適切なイオンビームの形になるようイオンを形成する加熱されたフィラメントカソードを含む。従来のイオン源は、イオン化させるガスをプラズマ中に導入するための吸気口と、イオンビームが抽出されるスリット状のプレートのような排気口とを有するプラズマ閉じ込めチャンバーを含む。ホスフィンガスは、プラズマ源材料の１つの例である。プラズマ源のガスを構成するその他の一般的な不純物元素の例として、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはボロン（Ｂ）がある。励起した電子または無線周波数（ＲＦ）エネルギーのようなエネルギー源にリンが曝されると、リンは、正に帯電したリンイオン（Ｐ＋）と水素イオン（Ｈ＋）とのプラズマを形成しながら解離する。一般的には、リンガスは、プラズマ閉じ込めチャンバー内に導入され、正に帯電したリンイオンと水素イオンとを生成する高強度のＲＦエネルギーに曝される。正に帯電したイオンは、それから排気口から取り出され、エネルギー抽出電極を含んだ抽出器具を用いてイオンビームを生成する。抽出されたイオンビームは、加工品へと導かれる。
【００１７】
注入されたイオンの吸収量とエネルギーとは、所定の用途に好適な注入に応じて変わる。イオンの吸収量は、所定の半導体材料のための注入イオンの濃度を制御する。通常、高い電流の注入機は高いドーズ量を注入するために使用される一方で、中位の電流の注入機は低いドーズ量の用途のために使用される。イオンエネルギーは、半導体デバイス内の接合深さを制御するために使用され、ビーム内のイオンのエネルギーレベルは、注入されたイオンの深さの度合いを決定する。継続するより小型の半導体デバイスへの傾向により、低エネルギー状態の高いビーム電流を伝達することができるビームライン構造が要求される。高いビーム電流は、必要なドーズ量を提供し、低いエネルギーにより浅い注入が可能となる。さらに、継続するデバイスのより高い複雑性に対する傾向により、加工品全体をスキャンする注入ビームの不均一性を綿密に制御することが要求される。
【００１８】
イオン源におけるイオン化プロセスは、電子の励起によって実現され、電子は、その後プラズマ閉じ込めチャンバー内のイオン化可能な材料と衝突する。この励起は、通常、加熱されたカソード電極、またはＲＦ励起アンテナを用いて実現される。カソード電極は、電子を放出するために加熱され、放出された電子は、その後イオン化プロセスのために十分なエネルギー状態に達するまで加速される。ＲＦアンテナは、イオン化プロセスを維持するために十分なエネルギー状態にするまでプラズマ電子を加速させるための電界を生成する。アンテナは、イオン源のプラズマ閉じ込めチャンバー内で露出していてもよいし、誘電体窓によって分離されるようにして、プラズマチャンバーの外側に位置していてもよい。アンテナは、通常、プラズマ閉じ込めチャンバー内で時間的に変化する磁界を誘起させるＲＦ交流電流によって電圧が印加される。この磁界は、次にイオン源のチャンバー内で自然に発生する自由電子によって占有された領域内に電界を誘起する。これらの自由電子は、誘起された電界により加速され、プラズマ閉じ込めチャンバー内のイオン化可能な材料と衝突することにより、チャンバー内にプラズマ電流を生じさせる。このプラズマ電流は、アンテナ内の電流の方向に概ね平行または逆方向に流れる。イオンは、その後小さな排気口に近接する強磁界または強電界を形成する１つ以上の電圧印加された電極によってプラズマチャンバーから取り出されることにより、（加工品のサイズに対して）小サイズの断面のイオンビームをなす。
【００１９】
バッチ式イオン注入機は、イオンビーム中で複数のシリコンウェハーを移動させるための回転ディスク支持体を含む。イオンビームは、支持体がイオンビーム中でウェハーを回転させる間、ウェハーの表面に衝撃を与える。連続式の注入機は、ウェハーを１つずつ処理する。ウェハーは、カセット内で担持され、１つずつ引き出された後、支持体上に設置される。ウェハーは、その後イオンビームが１つのウェハーに当たるように注入方向に配置される。これらの連続式注入機は、ビームの初期軌道から当該ビームを偏光させるために、ビーム整形電子機器を利用する。また、連続式注入機は、ウェハー表面を選択的にドーピングまたは処理するため、調整された、ウェハーの支持移動と連動してよく使用される。
【００２０】
プラズマ閉じ込めチャンバーおよびイオン源のその他の部材は、現在の技術では超硬合金および／またはグラファイトから製造される。より頻繁に使用される超硬合金は、高温特性に優れ、かつ、半導体チップ製造メーカーから一般引き受けがあることから、タングステン、モリブデン、タンタル、およびグラファイトを含む。これらの材料の腐食は、イオン化フッ素をベースとした化合物（例えば、ＢＦ３、ＧｅＦ４、ＳｉＦ４、Ｂ２Ｆ４）、および／または酸素をベースとした化合物（例えば、ＣＯおよびＣＯ２）の存在下で起こり得る。これらは、イオン源の寿命を劇的に短くでき、イオンビームに有害な不純物を導入することができる。例えば、フッ化物を含む化合物のイオン化は、フッ化イオンを生成でき、当該フッ化イオンは、使用中の超硬合金であるタングステン、モリブデン、タンタル、グラファイト等を含んでいる露出表面と反応し得る。例えば、ＭｏＦｘ、ＷＦｘ、ＴａＦｘ等は、Ｆ−イオンに曝すことで形成できる（ここで、ｘは、多くの場合、１から６までの整数である）。これらの材料は、自然に腐食し、これらの腐食材料がプラズマ閉じ込めチャンバー内に存在することにより、これらの材料がプラズマの外に沈殿し、凝集し、堆積し、そして最終的にはイオン源の内表面から剥がれ落ちることを誘起するハロゲンサイクルを伝搬させることができる。このハロゲンサイクルは、部材の動作寿命を劇的に短くする。ＣＯおよびＣＯ２等の酸素をベースとした化合物をイオン化する際は、対応する耐熱性酸化物を形成することにより、カソード電極、ライナー、カソード電極の遮蔽板、リペラー電極（言い換えれば、アノード電極または非カソード電極）、ソース開口スリット（言い換えれば、イオン源光学プレート）等を含む（ただし、これらに限定されない）プラズマチャンバー内のイオン源部材の腐食をさらに引き起こし得、結果として動作寿命が短時間になり、取り換えが必要になる。
【００２１】
使用されるイオン源のガスは、自然状態で導電性であってもよりし、導電性がなくてもよいが、一度分解（断片化）されると、イオン化されたガスの副産物は大抵非常に腐食性が強い。一例として、ボロン１１またはＢＦ２イオンビームを生成するイオン源のガスとして使用されるボロン三フッ化物（ＢＦ３）が挙げられる。３つのフッ化遊離基は、イオン化されたＢＦ３分子から生成される。モリブデンおよびタングステン等の超硬合金金属は、通常、７００℃付近の動作温度において構造上の完全性を維持するために、イオンアーク源を構築するために使用される。しかしながら、超合金フッ化化合物は揮発性であり、室温においてさえも非常に高い蒸気圧を有する。イオンチャンバー内で形成されたフッ化遊離基は、タングステン金属（モリブデンまたはグラファイト）を攻撃し、六フッ化物（ＷＦ６）（モリブデンまたはフッ化炭素）を形成する。
ＷＦ６    Ｗ＋＋ ６Ｆ または （ＭｏＦ６  Ｍｏ＋ ＋ ６Ｆ−）［式１］
タングステン六フッ化物は、チャンバー壁、式１で示したハロゲンサイクルとして知られているプロセスにおけるリペラー電極およびアークスリット光学素子等の加熱した表面上で分解する。フッ化イオンは、プラズマの外で沈殿し、アークチャンバー壁（ライナー）およびアークスリットに戻り凝集する傾向がある。内部アークチャンバー部材上に堆積された材料の第２のソースは、間接的に加熱されたカソード電極（通常タングステンまたはタンタル）であり、熱電子の放出を介してイオン源がプラズマ状態になることを開始させ維持する。カソード電極とリペラー電極（アノード電極または非カソード電極）とは、それぞれアークチャンバー本体に対して負の電位を帯びており、イオン源チャンバーの内壁面上に堆積された膜に寄与するイオン化されたガスによってスパッタされる傾向がある。膜の応力と層間剥離とは、イオン源の寿命を短くする、イオンソースチャンバーの内壁の腐食を急速および破壊的に進める。
【００２２】
イオン源チャンバーの内壁の表面状態は、膜の堆積が形成されることにおいて重要な役割を担う。ロンドン分散力は、様々な事象に関連する一過性双極子または多極子間の微弱な相互作用を表し、ファンデルワールス引力の主要部分の原因となる。これらのプロセスの解析は、異なる金属基板上の原子および分子の吸収に関するよりよい理解を導くことができた。運動速度方程式解析を利用したマルチスケールのモデル統合第一原理計算は、１０００℃から２５０〜３００℃下がる温度の推移で激しい減少が起きることを示している。
【００２３】
膜の固着問題の取り組みは、堆積した材料とライナー表面との間の界面領域の本質的な検討が必要となる。一般的な滑らかなアークチャンバーライナーとリペラー電極との表面は、薄膜の層間剥離に影響を与えやすく、当該層間剥離は、カソード電極またはリペラー電極回路を電気的に短絡させ、装置の不稼働時間をもたらす。界面領域内において、強い原子結合は形成されにくいため、基板（ライナー／リペラー電極）と堆積された材料との間の熱膨張係数の差異、高電力ビームと低電力ビームとの間で遷移する際の熱サイクル、および一様でないプラズマ境界内に残留する注入材料の分離によって、初期故障が引き起こされることがある。これらの堆積物の残留応力には２つのタイプがあり、１つは、膜の成長の間の不完全成長に起因したものであり、もう１つは、基板と堆積した膜との間の熱膨張係数の不一致に起因するものである。膜厚が増大すると、張力または圧縮応力のどちらかが閾値レベルに達することになり、剥離が引き起こされる。イオン源チャンバーの内表面上に堆積した膜の層間剥離は、機械的結合性を高めるために、影響を受ける全ての表面をわざと粗面化することで劇的に遅らせたり、防いだりすることができる。
【００２４】
特定の実施形態においては、連続したクロスハッチは、壁面ライナー、アークスリット、リペラー電極（カソードリペラまたはカソード遮蔽体として知られるカソード電極およびその周辺の環状形状の遮蔽体を除く）を含むイオン源の全ての内表面に切り分けられる。上昇した領域の物理的なサイズは、リペラー電極からライナー電極（基準地）までの距離、およびカソード電極の遮蔽体からアークスリット（基準地）までの距離によって決定される。特定の実施形態では、約２ｍｍに渡る大きさの薄片の層間剥離を大きく低減するために、２ｍｍ×２ｍｍの格子パターンが選択される。上昇した領域間の０．５ｍｍ幅および０．５６ｍｍ深さの切断は、層間剥離する薄片のサイズを制御するためにも選択される。この実施形態では、織目加工された表面は、ロボット式のダイカッターを使用して機械的に切断してもよい。他の最適な織目加工技術を利用してもよく、例えばレーザーカッティング、エッチング、および他のいかなる適当な織目加工技術を利用してもよい。様々な実施形態において、全体の織目加工のパターンは異なっていてもよいし、特定の領域においてパターンが変わっていてもよい。例えば、小間隔の格子パターン（例として、１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）は、リペラー電極およびスリット開口部の周辺領域等、高い応力を受ける特定の領域上に用いられてもよい。したがって、織目パターンは、設計上の選択に応じてイオン源内で選択され得、異なり得るものであることを理解されたい。
【００２５】
続いて、図面を参照すると、図１は、織目加工された内部部材を有するイオン源１２を含むイオンビーム注入システム１０の一例を示す概略図である。本注入システム１０はさらに、イオン源１２によって放出されたイオンビーム１４による注入のために、半導体ウェハー等の加工品２４が配置される内部領域を画定する真空チャンバーまたは注入チャンバー２２を含む。制御器４１として一般的に示される制御電子機器は、加工品２４が受けたイオンドーズ量をモニタリングし制御する。終端ステーション２０の近傍に配置されたユーザー制御コンソール２６は、制御電子機器に対する操作入力を受け付ける。１つ以上の真空ポンプ２７は、イオン源１２と注入チャンバー２２との間で延在するビームラインを、イオンビームがシステム内を通る際の発散を最小限にするため低い圧力に維持する。
【００２６】
イオン源１２は、不純物のソース材料が注入される内部領域を画定するプラズマ閉じ込めチャンバーを含む。ソース材料は、通常、イオン化可能なガスまたは蒸発したソース材料を含む。プラズマチャンバー内で生成されたイオンは、イオンを加速させる磁界または電界を作るための複数の金属電極を含むイオンビーム抽出アセンブリ２８によってチャンバーから抽出される。
【００２７】
ビームの経路１６に沿って配置された分析磁石３０は、イオンビーム１４を曲げ、ビームシャッター３２内へと導く。ビームシャッター３２に続き、ビーム１４は、ビーム１４を集光する四極レンズシステム３６を通過する。ビームはその後、制御器４１によって制御される偏向磁石４０を通過する。制御器４１は、磁石４０の導電性巻線に交流電流信号を供給し、これにより磁石４０は、イオンビーム１４に数百ヘルツの周波数で繰り返し偏向または左右にスキャンさせる。１つの開示された実施形態では、２００から３００ヘルツのスキャン周波数が用いられる。この偏向または左右のスキャニングにより、薄い扇形をしたひも状のイオンビーム１４ａが生成される。
【００２８】
扇形をしたひも状のビーム内のイオンは、磁石４０を離れてから枝分かれした経路を進む。イオンは、平行磁石４２へと進み、ビーム１４ａを構成するイオンは、様々な程度に再び曲げられることにより、概ね平行なビーム経路に沿って平行磁石４２から出ていく。イオンは、その後自身の帯電により下方に偏向させるエネルギーフィルター４４に進む。これにより、上流ビームの成形時にビームに侵入した中性子粒子が取り除かれる。
【００２９】
平行磁石４２から出たイオンビーム１４ａは、基本的には非常に狭い角度の断面を有するイオンビームである。つまり、ビームは、１つの方向に伸びており、例えば限られた垂直方向の広がり（例えば、約１／２インチ［１２．７ｍｍ］）を有し、シリコンウェハーのような加工品の直径を完全に覆うために、磁石４０によるスキャニングまたは偏向によって外向きに広がる直交方向の広がりを有している。一般的には、ひも状のイオンビーム１４ａの広がりは、スキャニングされる際、水平方向のサイズが３００ｍｍ（または直径３００ｍｍ）であるウェハーのような加工品２４の全表面を注入するために十分である。磁石４０は、ビームが注入チャンバー２２内の加工品２４の注入表面に衝突した際に、ひも状のイオンビーム１４ａの水平方向の広がりが少なくとも３００ｍｍになるように偏向させる。
【００３０】
加工品支持体５０は、加工品２４の注入表面全体にイオンが均一に注入されるように、注入の間ひも状のイオンビーム１４に対して加工品２４を支持し、（Ｙ軸方向の上下方向に）移動させる。注入チャンバーの内部領域は真空であるため、加工品はロードロック６０を介してチャンバーから出し入れされなければならない。注入チャンバー２２内に装着されたロボットアーム６２は、自動的にウェハーの加工品をロードロック６０内に出し入れする。加工品２４は、図１のロードロック６０内では、水平位置に示されている。アームは、加工品を回転させながら弓状の経路を通って、加工品２４をロードロック６０から支持体５０まで移動させる。注入より前に、加工支持体５０は、注入のために、加工品２４を垂直または略垂直位置に回転させる。もし加工品２４が垂直であれば、つまりイオンビーム１４に対して垂直であれば、イオンビーム間の注入角度または入射角度と加工品表面に対して垂直な方向とがなす角度は０度である。
【００３１】
通常の注入動作では、ドーピングされていない加工品（通常の半導体ウェハー）は、加工品２４を露光装置８４へ移動させる２つのロボット８０，８２のうちの１つによって、複数のカセット７０〜７３の１つから回収される。露光装置８４において、加工品２４は、特定の位置へ回転される。ロボットアームは、上記のように配置された加工品２４を回収し、ロードロック６０内へ移動させる。ロードロックは、閉じて所望の真空度までポンプダウンされた後、注入チャンバー２２の方へ通じるように開く。ロボットアーム６２は、加工品２４を掴み注入チャンバー２２内へと運び、加工品の支持体５０の静電容量式のクランプまたはチャックの上へ置く。静電容量式クランプは、注入の間、加工品２４を所定の位置で保持するように電圧が印加される。好適な静電容量式クランプは、ブレイクらの米国特許５，４３６，７９０（１９９５年７月２５日発行）と、ブレイクらの米国特許５，４４４，５９７（１９９５年８月２２日発行）に開示されており、両方とも本発明の譲受人に譲渡されている。これらの米国特許５，４３６，７９０および５，４４４，５９７の両方は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３２】
加工品２４のイオンビーム処理の後、加工品支持体５０は、加工品２４を水平な位置に戻し、静電容量式クランプは、加工品を離すように動力源が断たれる。アーム６２は、このようなイオンビーム処理の後、加工品２４を掴み、支持体５０から移動させてロードロック６０内に戻す。代替の設計に従えば、ロードロックは、独立して真空引きおよび加圧される上部領域と下部領域とを含み、この代替の実施形態では、注入ステーション２０における第２のロボットアーム（図示しない）が注入された加工品２４を掴み、注入チャンバー２２から移動させてロードロック６０に戻す。ロードロック６０からは、ロボットのロボットアームの１つが注入された加工品２４をカセット７０〜７３の１つに戻す。この際、通常は、最初に加工品２４が回収されたカセットに当該加工品２４を戻す。
【００３３】
図２に示すように、イオン生成源１２は、ソース１２を注入機から取り出すことが可能なハンドル１１４を有するフランジ１１２によって支持されたソースブロック１１０を含む。ソースブロック１１０は、１２０で図示されたプラズマアークチャンバーを概ね支持する。高密度のプラズマアークチャンバー１２０は、イオンがソースから出ていく際に通る出射ソース口１２６であって、長い略楕円形状の出射ソース口１２６をプレート１２８内に有する。従来のイオン源に関連する追加の内容は、ベンベニスタらの米国特許５，０２６，９９７に開示されている。この特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、参照によって本明細書に組み込まれる。イオンがアークチャンバー１２０から移動する際、出射口と相対的な位置に配置されたビーム抽出アセンブリにより構築された電界によって、当該イオンはチャンバー１２０から遠ざかるように加速される。
【００３４】
図３は、プラズマ閉じ込めチャンバー１３２、カソード電極１３４、およびリペラー電極１３６（アノード電極または非カソード電極と言うこともある）を含むイオン源１３０の他の実施形態の上面図である。本図では、スリットプレートは、プラズマ閉じ込めチャンバー１３２の内壁上の織目加工された表面を示すために取り除かれている。本実施形態におけるプラズマ閉じ込めチャンバーは、図２で示されるチャンバー１２０より幾分か長方形に近い形状を有しているが、チャンバー１２０と同じ基本的案機能を実施する。
【００３５】
閉じ込めチャンバー１３２とリペラー電極１３６との内壁は、正方形の格子パターンで織目加工されており、これによりこれらの表面に堆積した膜の層間剥離を抑制する。本実施形態では、図３〜５においては大体の尺度で示されているが、チャンバー１３２は、約５０ｍｍ×１００ｍｍであり、リペラー電極のヘッド部は、直径約９．０ｍｍである。本実施形態におけるプラズマ閉じ込めチャンバー１３２は、高純度（９９．９５％）のタングステンから作られ、一方リペラー電極１３６は、高純度（９９．９０％）のタンタルから作られる。織目加工された表面は、約２．０ｍｍの正方形の格子パターンを有し、当該正方形の格子は、約０．５ｍｍ深さを有し、約０．５ｍｍ間隔であり、リペラー電極とプラズマ閉じ込めチャンバーとの内壁面の概ね全てを覆っている。この織目パターンは、機械切断されることが好適であるが、任意の最適な織目加工技術を利用することができる。
【００３６】
本実施形態では、カソード電極１３４は、部分的にカソード遮蔽体によって覆われており、織目加工されていない。しかしながら、カソード電極遮蔽体は、必要であれば織目加工されていてもよい。例えば、カソード電極遮蔽体は、加圧またはその他の方法で遮蔽体内にパターンを形成してもよく、当該パターンは、通常比較的薄い材料により製造される。
【００３７】
図４は、図３に示されたチャンバーの一部分上に嵌合するスリットプレート１４０上の織目加工された表面を示している。スリットプレートは、プラズマ閉じ込めチャンバーを部分的に形成し、本実施形態においては、チャンバーの残留物と同じ高純度（９９．９５％）のタングステンから製造される。イオンビームは、スリットプレートを介して、通常は磁界または電界によってプラズマチャンバーから引き出される。図５は、リペラー電極１３６を支持するプラズマ閉じ込めチャンバーの端壁１４２を示しており、リペラー電極と端壁とが四角の織目格子状パターンで覆われていることを図示している。図６は、本実施形態における特定の寸法（ｍｍで表される）で構成されたプラズマ閉じ込めチャンバーの側壁１４４上の織目パターンを示している。側壁１４４は、不純物ソース材料をプラズマソースチャンバー内に注入するためのソース材料引込口１４６を含む。図７は、イオン源のリペラー電極上の織目パターンを示す。同じ２ｍｍ×２ｍｍの四角の織目パターンが、スリットプレート、リペラー電極、およびチャンバーの内壁面に適用される。
【００３８】
プラズマ閉じ込めチャンバー１３２の全ての内壁（スリットプレート１４０を含む）とリペラー電極１３４とは、図示した実施形態では同じ織目パターンで概ね覆われているが、これらの部材の一部分だけが織目加工されていてもよく、他の部分には異なる織目パターンが適用されてもよいし、その異なる織目パターンは、特定の部材、表面または領域に適用されていてもよいことを理解されたい。例えば、必要に応じて、内壁のみ、スリットプレートのみ、および／またはリペラー電極のみが織目加工されていてもよい。加えて、織目パターンは、全体的に、または特定の部材において、あるいは部材の一部において異なっていてもよい。多くの可能な例の１つを提供すると、１．０ｍｍの格子は、必要に応じて、リペラー電極および／またはスリットプレートの開口部近傍等の高い応力の領域に適用してもよい。他の潜在的な変形例と改良例とは、当業者にとっては明確である。
【００３９】
本明細書の説明では、ベストモードを含む複数の例は、本発明の開示のために使用されていると共に、当業者が本発明を改良し、使用できるようにするためのものである。本発明の特許を受ける範囲は、請求項によって定義され、当業者によって想定される他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、請求項の語句と相違しない構造体を含んでいるか、請求項の語句と実体的に差異がない等価な構造体を含んでいれば、請求項の範囲内であることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本開示に従って加工されたイオン源の１つの実施形態を含むイオン注入システムの概略図である。
【図２】図２は、イオン源の１つの実施形態の外面の斜視図である。
【図３】図３は、プラズマ閉じ込めチャンバーの内壁上の織目加工された表面を曝すためにスリットプレートを取り除いたイオン源のもう一つの実施形態の上面図である。
【図４】図４は、イオン源の弧状のスリットプレート上の織目加工された表面を示すものである。
【図５】図５は、リペラー電極上の織目加工された表面と、プラズマ閉じ込めチャンバーの端壁とを示すものである。
【図６】図６は、イオン源のプラズマ閉じ込めチャンバーの側壁上の織目パターンを示すものである。
【図７】図７は、イオン源のリペラー電極上の織目パターンを示す斜視図である。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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