イオンビーム注入装置用のプラズマ電子フラッドシステム
プラズマ電子フラッドシステムであって、気体を含むように構成されるハウジングを備え、細長抽出スリットと、カソードと、その中に存在する複数のアノードとを備え、上記細長抽出スリットは、イオン注入装置と直接連絡し、上記カソードは、複数のアノードの間の電位差を通じて上記複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、上記電子は、上記細長抽出スリットを介して、上記イオン注入装置内を移動するリボンイオンビームを中和する際に用いられる電子バンドとして放出される、プラズマ電子フラッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね、イオン注入システムに関し、より詳しくは、イオン注入システムにおいて用いられるイオンビームの均一な電荷の中和に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムは、集積回路の製造において半導体に不純物をドープするために用いられる。このようなシステムにおいて、イオンソースは、所望のエネルギーのイオンビームの形態でイオンソースから抽出される所望のドーパント要素を、イオン化する。そして、半導体ワークピースにドーパント要素を注入するために、イオンビームは該ワークピースの表面に方向付けられる。ビームのイオンは、ワークピースまたはウェハにおけるトランジスタ素子の組立てと同様に、所望の伝導率の領域を形成するために、ワークピースの表面を貫通する。注入処理は典型的に、残余の気体分子との衝突によるイオンビームの分散を防ぎ、空中の粒子によるワークピースの汚染のリスクを最小化する高真空処理チェンバーにおいて行われる。典型的なイオン注入装置は、イオンビームを生成するためのイオンソースと、磁界を用いるイオンビームを分解する、質量についての質量分析装置を含むビームラインシステムと、イオンビームによって注入が行われる半導体ワークピースを含むターゲットチェンバーとを有する。高エネルギー注入システムのために、加速装置が質量分析装置とターゲットチェンバーとの間に備えられ、イオンを高エネルギーに加速させる。
【０００３】
任意のアプリケーションについて所望のイオン注入を達成するために、注入されるイオンのドーズ量およびエネルギーは変化し得る。イオンドーズ量は、任意の半導体物質について注入されるイオンの濃度を制御することにより与えられる。典型的には、高電流注入装置が、高ドーズ量注入に用いられ、一方では、中電流注入装置がより低いドーズ量アプリケーションに用いられる。イオンエネルギーは、半導体装置における接合深さを制御するために用いられ、ビームイオンのエネルギーレベルは、注入されるイオンの深さの程度を判定する。より小さな半導体装置へという絶えることのない傾向において、より低いエネルギーで高いビーム電流を得る際に役立つビームライン構造を必要とする。高ビーム電流は、必要なドーズ量レベルを与え、一方では、より低いエネルギーによって浅い注入が可能となる。さらに、半導体ワークピースにおけるより高い装置密度を求める、絶えることのない傾向において、ワークピースを横切ってスキャンされる注入ビームの均一性を用心して制御することが求められる。
【０００４】
ゲート酸化膜によってバルク半導体から絶縁される電極を有する半導体ウェハのイオン注入の期間における効果は、ビームイオンの電荷により絶縁された構成が帯電することである。この効果は、共通して電荷と称するが、絶縁された構成（例えばゲート電極）に印加される電圧が、絶縁体（例えばゲート酸化膜）の絶縁破壊電圧を上回り、そのためゲート酸化膜に結果として損傷が発生する場合、半導体回路にとって不利である。帯電率および電圧が、ビーム電流とともに増加するということは、理解されるであろう。また、絶えず増加するビーム電流を用いるイオン注入は、処理上の困難が増加することを示すことも、理解されるであろう。
【０００５】
帯電における問題に歯止めをかけるために、イオンビームの電荷は、注入されるワークピースに逆特性の電荷を与えることによって補償される。正極イオンビームについて、単位時間あたりのイオンの量と等しい量の電子をワークピースに与えることは一般的な技術である。すなわち、イオンビーム電流と、ワークピースへ流れる電流に等しい電子電流と釣り合わせることは、一般的な技術である。これは典型的に、熱イオン放射、二次放射、放電、およびワークピースに直接電子を向けることなど、電子生成処理を通じて電子を生成する装置によってもたらされる。これらの装置は典型的に、設計された電子銃、二次電子フラッドシステム、プラズマ電子フラッドシステム等である。
【０００６】
他の絶えることのない傾向としては、直径が３００ｍｍであるウェハ等において、半導体ワークピースサイズがより大きくなることである。装置密度がより高いことに伴い、ワークピースのサイズがより大きくなると、個々のワークピースのコストが増加する。この結果、イオンビームに対する注入の均一性および他のパラメータを制御することは、ワークピース解体に関わるコストの削減または低減よりも重要である。イオンビームは、イオンソース抽出開口およびそれに続く成形装置に基づいて成形され、上記装置は例えば、質量分析器と、分解開口部と、４極磁石と、ワークピースまたはウェハを目標としてイオンビームを与えるイオン加速器とを備える。ビームおよび／または目標ワークピースは、ワークピースのイオンビームスキャニングに影響を及ぼすために、互いに対して平行移動される。
【０００７】
イオンビームにおけるビーム引き伸ばしを制限するために用いられる他の技術は、イオンビームの中に放出される電子を用いる均一電荷中和である。電荷減少について、放電装置は典型的に、イオン化処理を用いて電子を生成することと、それらの電子を活性化することと、それらをガスと衝突させることとを含む。上記活性化は、ＤＣ電界（例えば、ＤＣアーク放電により生じる）を用いて、または、時間的に変化する電界（例えば、ＡＣアーク放電、ＲＦ放電、マイクロ波放電等により生じる）を用いて行われ得る。用いられる放電の種類は、所望される電気的特性（例えば、密度分布、達成される密度等）に基づくことが多い。さらに、マイクロ波放電およびＲＦ放電（例えば、ＲＦプラズマ電子フラッド）は、大容量に規模が増加され得るが、維持をしようとするとより複雑かつ高価になり、回路とコスト的に高周波数の発電とを釣り合わせることが要求される。
【０００８】
図１〜図３、図４Ａ、図４Ｂ，および図５〜図７は、米国特許公報２００６／０１１３４９２に記載されている従来技術のウェハ電荷補償装置を示す。この例では、この従来技術の装置は、帯電される粒子ビームを用いるビーム処理システムにおける単一ウェハイオン注入システムに特に適用される。図１および図２はそれぞれ平面図と側面図であり、単一ウェハイオン注入システムの模式的構造を示す。
【０００９】
図示する従来技術のイオン注入システムは、イオンソースユニット１１（イオンソースおよび抽出電極を含む）と、質量分析磁石装置１２と、ビーム形成器１３と、スキャンニング用のデフレクター１４と、Ｐ（すなわち、平行化）レンズ１５と、加速／減速電極１６と、偏向エネルギーフィルター１７と、処理チェンバー１８とを備える。
【００１０】
この先行技術のイオン注入システムでは、イオンソースユニット１１において生成されるイオンは、イオンビームとして（以下、“ビーム”と称する）抽出電極（図示せず）を介して抽出される。抽出されたビームは、必要なイオン種のみが注入に際して選択されるように、質量分析磁石装置１２において質量分析にかけられる。必要なイオン種のみからなるビームは、ビーム形成器１３によって断面において形成される。ビーム形成器１３は、Ｑ（四分円または四極）レンズ等によって形成される。形成された断面を有するビームは、スキャニング用のデフレクター１４によって、図１の上側／下側方向に偏向される。デフレクター１４は、デフレクター１４の付近の上流および下流にそれぞれ配置される、少なくとも１つの遮蔽上流電極１４−１と、少なくとも１つの下流遮蔽電極１４−２とを有する。偏向スキャン電極は、この実施形態においてスキャンニング用のデフレクター１４として用いられるが、偏向スキャン磁石はそれらの代わりに用いられてもよい。
【００１１】
スキャンニング用のデフレクター１４によって偏向されるビームは、電極または磁石で形成されるＰ−レンズ１５によって平行化され、０度の偏向角度の軸に対して平行となる。図１では、デフレクター１４による相互に揺れるビームによるスキャンレンジは、太い黒線および二重破線で示される。Ｐ−レンズ１５からのビームは、１つ以上の加速／減速電極１６によって加速または減速され、偏向エネルギーフィルター１７に送られる。偏向エネルギーフィルター１７は、ビームのエネルギー分析を行い、必要なエネルギーを有するイオン種のみを選択する。図２に示すように、選択されたイオン種のみを、偏向エネルギーフィルター１７において、わずかに下方に偏向する。選択されたイオン種のみからなるビームは、処理チェンバー１８に導入される放射予定物体であるウェハ１９に注入される。ワークピース１９から逸脱するビームは、エネルギーが消費されるようにチェンバー１８に設けられるビームストッパー１８−１に入射する。ビームの輸送通路は全て、高真空状態で維持される。
【００１２】
図１では、ウェハ１９の隣に示される矢印は、ビームがこれらの矢印の方向にスキャニングされるよう偏向されることを示し、一方、図２では、ウェハ１９の隣に示される矢印は、ウェハ１９がこれらの矢印の方向に移動させられることを示す。特に、ビームがスキャンニングのために往復して、例えばｘ軸方向に偏向されると仮定すると、ウェハ１９は、駆動機構（図示せず）によって駆動され、ｘ軸方向に垂直なｙ軸方向に往復する。これによって、ウェハ１９の全表面にわたってビームを用いて放射することが可能になる。
【００１３】
上記のような方法で、図１および図２に示す従来技術のイオン注入システムにおいて、１つの方向に長い楕円形の断面、または長円形の連続する断面を有するビームは、円形の断面、楕円形の断面、または長円形の断面を有するビームを偏向することによって得られ、そして、後段エネルギー分析器として機能する偏向エネルギーフィルターを用いることによって、スキャン領域の任意の位置における均一な角度で曲げられ、最終的にウェハ１９の中に注入され得る。
【００１４】
従来技術に係る電荷補償装置３０は、デフレクター１４の下流側に設けられ、より詳しくは、偏向エネルギーフィルター１７の下流側に設けられる。電荷補償装置はまた、プラズマシャワーと称される。電荷補償装置３０は、図１および図２の処理チェンバー１８の外側に配置されるが、処理チェンバー１８の内側に配置されてもよい。
【００１５】
従来技術の図３、図４Ａ，および図４Ｂを参照すると、従来技術のイオンソースまたは電荷補償装置３０は、フィラメント３１を有する第１アークチェンバー３４と、ガス導入ポート３２と、１つ以上の第１抽出ホール３３と、第２アークチエンバー３５とを備える。第２アークチェンバー３５は、第２抽出穴３６を有し、チューブ状の、または中空円筒状の、または長方形の部材（フラッドボックス）４０であって、そのため、第２抽出穴３６は中空円筒状の、または長方形の部材４０の内側空間５０に晒され、スキャン領域における相互の揺れるビームが面する。中空円筒状の、または長方形の部材４０は、その入口側における処理チェンバー（図示せず）の一部であってもよく、または、処理チェンバーの中に配置されてもよい。いずれにしても、第２アークチェンバー３５は、中空円筒状の、または長方形の部材４０のだいたい全幅にわたって伸びる長さを有する。
【００１６】
図５では、記号ＳＡは、中空円筒状の、または長方形の部材４０におけるビームによるスキャンレンジまたは領域５０（偏向レンジまたは領域）を示す。この実施形態では、第２抽出穴３６は、スキャン領域ＳＡにおける第２アークチェンバー３５の長さの方向に一定の間隔で配置される複数の穴３６によって実現される。
【００１７】
または、第２抽出穴３６は、スキャン領域ＳＡにわたって伸びる単一のスリットによって実現し得る。複数の穴の場合、または単一のスリットの場合、開口部の分布または第２抽出穴３６の形状は、第２アークチェンバー３５における第２プラズマ密度分布に対応するように構成される。すなわち、開口部の密度は、プラズマ密度が低い部分においては高く、プラズマ密度が高い部分では開口部の密度は低いのが望ましい。具体的には、第２抽出穴３６が複数の穴で実現されるとき、穴の間隔は、プラズマ密度が低い部分では短くされ、プラズマ密度が高い箇所では広げられる。他方では、第２抽出穴３６が単一のスリットによって実現されるとき、プラズマ密度が低い部分ではスリットの幅が広げられ、プラズマ密度が高い部分ではスリットの幅は狭められる。
【００１８】
第１アークチェンバー３４は、第２アークチェンバー３５の壁に取り付けられ、そのため、第１抽出穴３３は、第２アークチェンバー３５の長さ方向における中間部分付近の位置において第２アークチェンバー３５に晒されるか、開放される。第１および第２アークチェンバー３４および３５の間の境界において、第１抽出穴３３に対応する位置において穴を有する第１抽出電極３７が設けられる。しかし、第１抽出電極３７は、省略されてもよい。この場合、後述する第２アーク電圧は、第２アークチェンバー３５において第２プラズマを生成するために、第１および第２アークチェンバー３４および３５の間に供給される。
【００１９】
複数の永久磁石３８は、第１アークチエンバー３４および第２抽出穴３６がそれぞれ設けられる領域を除いて、第２アークチェンバー３５の壁面に配置される。すなわち、永久磁石３８は、第２アークチェンバー３５の上方および下方壁面のそれぞれ、左右壁面、および両面端壁面において一定の間隔で配置される。永久磁石３８は、第２アークチェンバー３５において、限定磁界（限定のための尖点磁界）を形成する役割を果たす。このため、全ての永久磁石３８は、それらの磁極が第２アークチェンバー３５の内側に向けられ、隣接する永久磁石３８の磁極が互いに逆の状態で配置される。図５では、限定磁界を形成する磁気流束を矢印によって部分的に示す。
【００２０】
図６および図７は、第２アークチェンバー３５の両面端壁面の１つにおける永久磁石３８の配置を示す。本明細書では、端壁面の形状が正方形なので、異なるサイズを有し複数の、正方形フレーム形状永久磁石３８が、同心円状に配置され、正方形永久磁石３８は、最も内側のフレーム形状永久磁石３８に配置される。これらの永久磁石３８はまた、それらの磁極が第２アークチェンバー３５の内側に向けられ、隣接する永久磁石３８の磁極が互いに逆になる状態で配置される。永久磁石３８は、三角形状を含め、他の多角形状を有してもよい。端壁面の形状が円形である場合、永久磁石３８は環状であってもよい。
【００２１】
なお、第１および第２アークチェンバー３４および３５は、アークチェンバー支持部３９（図３）によって支持される。電力は、アークチェンバー支持部３９に取り付けられるフィラメントフィード４１を介してフィラメント３１に供給される。図１および図２では、電荷補償装置３０は、ビームがわずかに下方に偏向される位置に配置される。一方、図５では、中空円筒状の、または長方形の部材４０が水平状態で示されている。電荷補償装置３０を図１および図２に示すように配置するために、装置全体が、ビームの偏向角度を適合させるために傾けられる。
【００２２】
アルゴン等の気体は、気体導入ポート３２を介して第１アークチェンバー３４に導入される。フィラメント３１を高温に熱し、熱イオン放射を介して電子を生成するために、電力は、フィラメント電力供給部４２から、第１アークチェンバー３４に配置されたフィラメント３１へ供給される。熱イオン的に放出される電子は、第１アーク電力供給部４３から、フィラメント３１と第１アークチェンバー３４との間に供給される第１アーク電圧によって加速される。加速される電子は、導入された気体と衝突し、第１プラズマが第１アークチェンバー３４において生成される。第１アークチェンバー３４は、１つ以上の第１抽出穴３３を備え、第１抽出電極３７はその外側に配置される。第１抽出電力供給部４４から、第１抽出電極３７および第１アークチェンバー３４の間に第１抽出電圧を供給することによって、第１電子が第１アークチェンバー３４から抽出される。
【００２３】
第２アークチェンバー３５は、スキャン領域ＳＡと対応する長さを有している。スキャン領域ＳＡには、第１アークチェンバー３４においてイオン化することなく第１抽出穴３３から放出された中性気体と、第１アークチェンバー３４から抽出された第１電子とが導入される。フィラメント３１の材料が蒸発等により散乱させなければならない場合においても、第１抽出穴３３のサイズが小さいので、散乱させられた物質は、第１アークチェンバー３４の中に留まり、そのため第２アークチェンバー３５に導入されない。
【００２４】
第２アークチェンバー３５に導入された第１電子は、第２アーク電力供給部４５から、第２アークチェンバー３５および第１抽出電極３７の間に供給される第２アーク電圧によって加速される。加速された電子は、第１アークチェンバー３４から導入された気体と衝突し、密度の高い第２プラズマが第２アークチェンバー３５において生成される。
【００２５】
複数の永久磁石３８は、限定磁界を形成するように第２アークチェンバー３５の壁面に配置されるので、それらの壁面において電子損失を抑制することができ、第２アークチェンバー３５におけるスキャン方向におけるプラズマ均一性を向上することができる。
【００２６】
永久磁石３８の温度をキュリー温度よりも下に維持するために、すなわち、永久磁石の熱消磁を防ぐために、第２アークチェンバー３５は水冷却等によって冷却される。第２アークチェンバー３５は、ビーム通過領域に面する位置において第２抽出穴３６を備える。この実施形態では、上記のように、第２抽出穴３６は、ビームのスキャン領域ＳＡに対応するように配置される複数の穴の形態を有する。または、第２抽出穴３６は、上記のスキャン領域ＳＡにわたって伸びる単一のスリットの形態を有する開口部によって実現され得る。第２アークチェンバー３５は、第２抽出穴３６以外からの気体の漏れを防ぐように構成され、これによって、プラズマ生成効率を向上させるよう第２アークチェンバー３５内の気体圧力の減少を防ぐ。
【００２７】
ビームが第２抽出穴３６の近くを通過するとき、第２電子はビームの正極電位によって第２アークチェンバー３５から抽出される。抽出された第２電子は、第１および第２アークチェンバー３４および３５においてイオン化を行うことなく第２抽出穴３６から放出された中性気体と衝突する。その結果、プラズマ（プラズマブリッジ）が、ビーム（相互に揺れるビーム）と第２アークチェンバー３５（正確には第２抽出穴３６）との間に形成される。第２アークチェンバー３５における第２電子は、プラズマブリッジを介してビームに独立して供給される。第２抽出穴３６が、スキャン領域ＳＡに対応する領域に存在するので、ビームの位置がスキャンニングのための偏向によって移動しても、プラズマブリッジは、ビームと第２アークチェンバー３５との間に絶えず形成されており、これによって独立した電子供給を達成する。第２アークチェンバー３５は、第２抽出電力供給部４６からの接地電位との間の第２抽出電圧が供給されるように構成される。この構成によると、ビームに供給される電子の、量及びエネルギーを調節することができる。
【００２８】
第２アーク電力供給部４５と第２抽出電力供給部４６との間の電流値（アーク電流）を測定してもよく、一定のアーク電流を達成するための電力供給を制御するようにフィードバックされる。
【００２９】
第２抽出穴３６および、周辺のビームによるスキャン領域は、中空円筒状の、または長方形の部材４０で覆われる。第２アークチェンバー３５から抽出され、ウェハに供給される第２電子の量の調節を可能にするように、中空円筒状の、または長方形の部材４０の電位は、第２アークチェンバー３５の電位とは異なって設定されてもよい、または、単純な構造を達成するために第２アークチェンバー３５の電位と等しく設定されてもよい。
【００３０】
中空円筒状の、または長方形の部材４０の内側壁５０（ビームと接触する面）はのこぎり状に形成され、これによって内側壁の表面全体における絶縁汚れの付着を防ぐ。また、中空円筒状の、または長方形の部材４０のビーム上流側において、バイアス電力供給部４７から負極電圧が印加され得るバイアス電極４８が配置される。これによって、ビーム上流方向の電子の散乱を防ぐことが可能になり、電子を下流側に（ウェハに）効率的に搬送することが可能となる。中空円筒状の、または長方形の部材４０は、磁気遮蔽部をさらに備え、これによって外部磁界、例えば、偏向エネルギーフィルター１７からの磁界を遮蔽する。これは、外部磁界が強いときにその磁界の線の周りに電子が密集し、ウェハに届く前に電子が消失してしまうからである。
【００３１】
上記構造によって、第２抽出穴３６は、スキャン領域ＳＡに対応する領域に存在する。したがって、プラズマが第２アークチェンバー３５において生成されるとき、ビームの位置がスキャンニングのための偏向によって移動する場合でも、プラズマブリッジがビームと第２アークチェンバー３５との間に絶えず形成され、安定した電子供給を行う。さらに、限定磁界が第２アークチェンバー３５内で生成されるので、第２アークチェンバー３５の内側壁表面における電子の損失が低減される。このため、プラズマ生成効率を向上させることができ、第２アークチェンバー３５内のプラズマ均一性を向上させることができる。これによって、幾分かビームのスキャン位置に関係なく、ビームに十分電子を供給することが可能となる。
【００３２】
しかしながら、このプラズマソース構成は、分散に依存し、第２アークチェンバーにおけるプラズマの等しいプラズマ特性を保証するものではない。すなわち、磁石の使用および構成、並びに詳細な設計によって、比較的コストが高い。したがって、帯電防止および向上した均一電荷中和装置と、コストは低いが組み立てるのが困難な半導体ワークピースの注入に均一なイオンビームが用いられ得る方法とを提供するのが望ましい。
【発明の概要】
【００３３】
以下では、本発明の１つ以上の態様の基本的理解を促すために、単純化した概要を説明する。この概要は、本発明の広範な概要を説明するものではなく、本発明の鍵となる要素または重要な要素を特定する意図もなく、それらの範囲を線引きする意図もない。むしろ、本概要の主要目的は、後述するより詳細な説明の前置きとして単純な形式で本発明のいくつかの概念を説明することである。本発明は、イオンビームを用いてワークピースに注入を施すための、方法および装置に関し、それらによって上記方法と、従来技術に関連付けられる他の欠点が克服または緩和され得る。特に、本発明は注入システムを提供し、該注入システムにおいて、時間平均リボンビームにスキャンされるリボンビームまたはペンシルビーム等の相対的に広いイオンビームは、イオンソースによって生成され、中和されて帯電される。
【００３４】
本発明の一態様によると、プラズマ電子フラッドシステムであって、気体を含むように構成される放電チェンバーを有するハウジングであって、放電チェンバーの中に存在する、細長抽出スリット、カソード、および複数のアノードを有するハウジングを備え、上記細長抽出スリットは、イオン注入システムと直接連絡し、上記カソードフィラメントは、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出する。放射された電子の一部は、イオン注入システム内を移動するイオンビームを中和する際に用いられる電子のバンドとして、細長抽出スリットを介して放出される。
【００３５】
本発明の他の構成では、縦方向の通路に沿って相対的に広いイオンビームを生成するイオンソースと、質量に応じて変化する軌道においてビームのイオンを偏向するために上記通路にわたって磁界を形成する質量分析器とを備えるイオン注入システムを含む。端部ステーションは、ビームラインシステムから質量分析されたイオンビームを受け取り、質量分析されたイオンビームを用いて注入のための上記通路に沿って少なくとも１つのワークピースを支持する。上記ハウジング内の放電チェンバーは、複数のアノードと、カソードと、細長抽出スリットとを有し、上記カソードは、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出する。上記細長抽出スリットは、細長バンドとして上記電子の一部をイオンビームの中に放出する。
【００３６】
本発明のさらに他の態様は、電子をリボンイオンビームに導入する方法であって、放電チェンバー内でカソードフィラメントに電圧を加える工程と、上記カソードと、放電チェンバーハウジングと、アノードとをバイアスする工程と、細長抽出スリットを介して電子をリボンイオンビームに放出する工程とを含む。
【００３７】
本発明の他の態様は、イオン注入システムにおいて、静的リボンイオンビームまたは時間平均リボンイオンビームを用いてワークピースに注入を施す方法であって、リボンイオンビームを生成する工程と、上記リボンイオンビームを質量分析する工程とを含む。上記方法はさらに、電子の細長バンドをリボンイオンビームに供給する工程と、少なくとも１つのワークピースに、上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記少なくとも１つのワークピースに供給する工程とを含む。
【００３８】
本発明の他の構成では、イオンビームを用いてワークピースに注入を施すイオン注入システムであって、リボンイオンビームを生成するための手段と、上記リボンイオンビームを質量分析するための手段と、電子の細長バンドを上記質量分析されたリボンイオンビームに供給するための手段と、ワークピースに上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記ワークピースに供給するための手段とを備えるイオン注入システムを含む。
【００３９】
上記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の図面は、本発明におけるある解説的態様および構成を詳細に記載する。これらは、本発明の原理が用いられ得る様々な方法にうちのいくつかを示している。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴は、図面とともに考察するとき、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】イオン注入システムの模式的構造を示す、従来技術の平面図および従来技術の側面図である。
【図２】イオン注入システムの模式的構造を示す、従来技術の平面図および従来技術の側面図である。
【図３】電荷補償装置の構造を説明するための従来技術の垂直断面図である。
【図４Ａ】図３に示される装置における、従来技術の断面透視図である。
【図４Ｂ】図３に示される装置における、従来技術の部分透視図である。
【図５】図３に示される第２アークチェンバーの両端部表面のうちの１つにおいて永久磁石を形成する限定磁界の構成を示す従来技術の図である。
【図６】図５に示される第２アークチェンバーの両端部表面のうちの１つにおいて永久磁石を形成する限定磁界の構成を示す従来技術の図である。
【図７】図３に示される第２アークチェンバーの上方、下方、左、および右壁表面において永久磁石を形成する限定磁界の他の構成を示す従来技術の図である。
【図８】本発明の一態様に係る、プラズマ電子フラッドシステム（ＰＥＦ）を示す部分透視分解図である。
【図９Ａ】本発明のさらに他の実施形態に係る、図８に示されるハウジングにおける断面を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の他の態様に係るリボンイオンビームへ、図８の細長抽出スリットを介して電子が流れ込む状態をさらに示す部分透視図である。
【図１０】本発明の他の使用を含む方法をさらに示す模式図である。
【図１１】本発明の他の方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図面を参照して本発明をここで説明するが、同様の参照番号は、本明細書を通して同様の要素を説明するために用いられる。本発明は、半導体ワークピース等のワークピースにイオン注入のためのプラズマ電子フラッドイオンビームを供給するための方法およびシステムを提供する。本発明における１つの構成を、図面を参照して以下に解説し説明する。解説および以下の説明はそもそも例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、解説するシステムおよび方法の変形、また、本明細書において解説されるそれらの事項から離れた他の構成も、本発明および添付の請求項の範囲内と見なされることは分かるであろう。
【００４２】
まず図８を参照すると、本発明の分解部分図を示すが、この発明は、例えば放電チェンバー８１６内のバルブ（図示せず）によって導入される気体を含むように構成されるハウジング８０２を備えるプラズマ電子フラッドシステム（ＰＥＦ）８００を提供する。ＰＥＦシステム８００のハウジング８０２は、任意の所望の押し出し長さ８２４、例えば、３００または４５０ミリメートルまで押し出し可能な所望のカットアウト（例えば、内径８２２）を有する、８１８と８２０とからなる寸法の断面を有する。ハウジング８０２はまた、機械加工が可能である、レーザーで切断が可能であるなどということを理解しなければならない。
【００４３】
プラズマ電子フラッドシステム８００は、放電チェンバーの中に存在する、細長抽出スリット８０６、カソードアセンブリ８０８、複数のアノード８１０、および細長カソードフィラメント８１４とをさらに備える。この実施形態では、細長抽出スリット８０６はスリットプレート８１２の中に形成され、細長抽出スリット８０６は、イオン注入装置（図示せず）と直接連絡し得る。カソードアセンブリ８０８は、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子をカソードフィラメント８１４から放出するように電圧を加えられる。上記電子は、およそ、イオン注入装置内を移動するリボンイオンビームを中和する際に用いられる電子バンドとして、細長抽出スリット８０６を介して放出される。本発明者は、このように電子を導入することによって、電子がペンシルイオンビーム、ワイドイオンビーム、またはリボンイオンビームに到達するための等しい通路長さが存在し、独特の通路長さに対して、ポイント−ソースタイプ技術があり、電荷中和は、例えばイオンビームの幅にわたってより均一であることを見出した。
【００４４】
放電チェンバー８１６とリボンイオンビームとの内側における汚染を最小化するために、カソードフィラメント８１４および複数のアノード８１０はグラファイトを含み得る。この技術において共通に用いられるタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、および他の耐熱材料も用いられ得ることは理解できるであろう。
【００４５】
一実施形態では、図８および図９Ａを参照すると、反射性形状、すなわち、相対的に小さいアノード領域を、アノード８１０に向けて加速される電子がアノード８１０を遮る傾向が低くなるように用いて、複数のアノード８１０（図８および図９Ａ）を構成している。カソードフィラメント８１４からアノード８１０への主要電子の搬送時間は増加され、これによって電子中性衝突の数が増え、そのため、電子生成と、プラズマの放電密度とが増加する。これらはプラズマ電子フラッドシステム８００を、放電チェンバー８１６内において低圧力にて作動させる。放電チェンバー８１６は、大きな直径８２２（例えば、１００ｍｍ以上）を有し得、カソードフィラメント８１４は、例えば０．９ｍｍの直径を有する。カソードフィラメント８１４の電流は、４０Ａに設定でき、その結果、カソードフィラメント８１４の温度は約２５００℃であり、相対的に低い自己磁化（例えば、１００ガウスよりも低い）を有する。３つのアノード８１０が存在し得、例えばそれぞれは、３ｍｍの直径を有し、そのため、アノード８１０は反射性形状を生成するには十分小さい直径を有し、さらに、プラズマ放電の安定性を確実にするには十分大きい。上記気体は例えばキセノンを含み、プラズマ電子フラッドシステム１００の放電チェンバー１１６内における分圧が、約５×１０−５から１×１０−４Ｔｏｒｒである状態にて作動する。キセノンの代りに、上記気体はまた、アルゴンを含み得る。例えばハウジング１０２と同じ静電位のカソード８１０を用いて、主要電位は静電的に限定され、これによって次に、プラズマ閉じ込めおよびプラズマ密度の両方を増加する。
【００４６】
プラズマ電子フラッドシステム８００は、タウンゼント放電モードにおいて低い圧力にてＤＣ放電を行うものとして作動し得、進行中の放電を維持するために、電子はカソードフィラメント８１４から注入される。これにより、キセノンガスの圧力は低く（例えば、５ｅ−５Ｔｏｒｒより低く）維持され得、例えば、これによってシステムにおけるキセノンの分圧を低下させることが可能であり、イオンビームがより高い圧力において（例えば、５ｅ−６Ｔｏｒｒより高い圧力において）受ける電荷交換の不利な効果のいくつかを最小化することができる。アノード８１０を電気的に正極にバイアスし、カソードフィラメント８１４およびハウジング８０２を電気的に接地することによって、電子エネルギーフィルタリングを実現し、これにより、衝突する、または熱中性子化される電子は、例えば細長抽出スリット開口部８０６を介して放電チェンバー８１６から出ることができる。
【００４７】
ここで図９Ｂ（特に倍率を基に描いているわけではない）を参照すると、例えば図示するように電子細長抽出スリット８０６がイオンビーム８０２の伝搬方向を横切るようにハウジング８０２（図１）は構成することができ、抽出された電子の細長いバンドは、図９Ｂに示されるように、リボンイオンビームの長さを横断するリボンイオンビームの中に配される。これによって、電荷中和の均一性が確実にされ、電子９０２が、スリットプレート８１２における細長抽出スリット８０６にずっと沿ってプラズマ電子フラッドシステム（ＰＥＦ）９５０から出ることができる。スリットプレート８１２における細長抽出スリット８０６が、例えば図示されるよりも、ＰＥＦ９００（図９）における不可欠な部分であり得ることが分かるであろう。スリット９１６の長さは、例えばイオンビームの均一性を助長するために、リボンイオンビーム９０４の幅９１０と適合するようにすることができる。さらに、スリット９１６の長さは、例えば当業者に周知のマスキングまたは他の技術を用いて、ウェハサイズに基づいて、自動的に調節可能にすることができる。
【００４８】
図１０を参照すると、本発明は、細長（例えば、ペンシルイオンビーム、リボン状等の）イオンビーム１００４を縦方向のビーム路に沿って生成するためのイオンソース１００２を含むイオン注入システム１０００を提供する。イオンビームソース１００２は、関連する電源１００８および抽出装置１０１０を有するプラズマソース１００６を有し、それらは、例えば縦横比を有する細長リボンイオンビーム１００４を抽出する任意の設計であってもよい。以下の例は、より十分に本発明を説明するために提供されるが、その範囲を限定するように構成されているものではない。例えば、プラズマソース１００６は、抽出装置１０１０において高い縦横比の抽出スリットを用いてリボンビーム１００４を抽出し得る、比較的長いプラズマ閉じ込めチェンバーを備えてもよい。リボンビーム１００４は、第１縦横比を規定する横断幅および横断高さを有し、横断幅は、横断高さよりもはるかに大きい。例えば、プラズマソース１００６から抽出される細長イオンビーム１００４の幅は、例えば約４００ｍｍであり得、高さは例えば１０ｍｍであり得る。リボンイオンビームおよび他の種類のイオンビームを形成することは、当業者にとっては周知である。
【００４９】
そこからビーム１００４を受け取るためのイオンソース１００２の下流に、ビームラインシステム１０１２が設けられ、ビームラインシステム１０１２は、ビーム１００４を受け取るための通路に沿って位置する質量分析器１０１４を含む。質量分析器１０１４は、第２縦横比と、第１縦横比に略同様のプロフィールとを有し、質量分析された細長のイオンビーム１００４を提供するために、質量（例えば、質量比に対する電荷）に基づいて変化する軌道におけるイオンビーム１００４からのイオンを偏向するように、通路にわたる磁界を与えるように作動する。端部ステーション１０２２は、システム１０００の中に設けられ、ビームラインシステム１０１２から質量分析されたイオンビーム１００４を受け取り、質量分析されたイオンビーム１００４を用いて注入用の通路に沿う半導体ワークピース等の１つ以上のワークピースを支持する。端部ステーション１０２２は、互いに相対する、１つ以上の目標ワークピースおよびイオンビーム１００４を、平行移動するまたはスキャニングするために目標スキャニングシステム１０２０を含む。目標スキャニングシステム１０２０は、一括注入または連続注入を行い得る。
【００５０】
本発明の他の態様によると、図１１は、プラズマチェンバー内で生成される複数の電子を、プラズマフラッド電子システム１００（図１）と関連されるリボンイオンビームに伝達するための例示的方法１１００を示す。例えば図１に示されるシステム１００は、図１１の方法１１００に基づいて操作され得る。プラズマフラッド電子システム１００（図１）内で行われる動作は、同時に（平行して）または連続して行われ得るということを注意しなければならない。また、例示的方法が一連の動作または事象として本明細書に示され説明される一方、本発明に基づいて、いくつかの工程が異なる順序で行われるとき、および／または、本明細書に示され説明されるものとは別個の他の工程が同時に行われるとき、本発明はそのような動作または事象における説明される順序によって限定されないことは理解できるであろう。さらに、必ずしも説明される全ての工程が、本発明に基づいて方法を実行するために必要なわけではない。さらに、図示されない他のシステムとの関連し、かつ、本明細書に示され説明されるシステム１００と関連して上記方法が実行され得ることは、理解されるであろう。
【００５１】
図１１に示されるように、方法１１００は１１０２において開始し、当業者によって周知の技術を用いてリボンイオンビームを生成する。本発明は、縦方向のビーム路に沿って、細長（例えば、リボン状等の）イオンビーム１００４を（図１０）生成するためのイオンソース１００２（図１０）を提供する。イオンビームソース１００２（図１０）は、例えば大きな縦横比の細長リボンイオンビーム１００４を抽出する任意の設計がなされており、関連する電源１００８（図１０）および抽出装置１０１０（図１０）を有するプラズマソース１００６を備える。上記のように、より完全に本発明を示すために以下の例を提示するが、それらの範囲に限定するものと解釈してはならない。例えば、プラズマソース１００６は、抽出装置１０１０における縦横比が高い抽出スリットを用いて、リボンイオンビーム１００４が抽出され得る、相対的に長いプラズマ閉じ込めチェンバーを有する。リボンビーム１００４は、第１縦横比を規定する横断幅および横断高さを備え、上記横断幅は、横断高さよりもはるかに大きい。例えば、プラズマソース１００６から抽出される細長イオンビーム１００４の幅が約４００ｍｍである場合、上記高さは、例えば１０ｍｍであり得る。
【００５２】
１１０４において、リボンビームは質量分析され、所望の電荷−質量比のイオンを選択する。イオンビームを質量分解するための質量分析装置は、磁界を用いる。そこの電荷（例えば、電荷−質量比）に相対するイオンの質量は、静電界または磁界によって軸方向におよび横方向にイオンが加速される程度に影響をおよぼす。よって、半導体ウェハまたは他の目標における所望の領域に到達するビームは、高純度にすることができる。それは、好ましくない分子量のイオンが、ビームから離れるように偏向され、所望の物質以外の注入を避けることができるからである。質量分析器は、電荷−質量比が異なるイオンを効果的に分離するアーチ形の通路における磁気偏向を介するイオンビームの様々なイオンを偏向するために、双極性磁界を生成する質量分析磁石を用い得る。質量分析技術は、当業者には周知である。
【００５３】
１１０６では続いて、プラズマフラッド電子システム８００（図８）の放電チェンバー内のカソードと、複数のアノードとに電圧が加えられる。カソード８１０の電流は４０Ａに設定され、その結果、カソード８１０の温度は約２５００℃であり、相対的に低い自己磁化（例えば、１００ガウスよりも低い）を有する。複数のアノード８１０（例えば３つ）のそれぞれは、例えば３ｍｍの直径を有する。プラズマチェンバー８１６内の気体は、例えばキセノンを含み得、プラズマ電子フラッドシステム８００（図８）のプラズマチェンバー１１６(図１)内で、５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒにて作動し得る。
【００５４】
コンポーネント８１０、８０２、および８１４は、放電プラズマの静電制限と、抽出スリット８０６を介して出る電子のエネルギーフィルタリングを行うために、静電的にバイアスされ得る。例えば、カソード８１０（図１）および放電チェンバーハウジング８０２は接地電位にバイアスされ得、アノード８１０（図１）は１００ボルトにバイアスされ得る。カソード８１０（図８）を出る電子は、ゼロ（０）電子−ボルト初期運動エネルギーに近くなり、それがアノード１１０（図１）に到達するとき、運動エネルギー（１００ｅＶ）における１００電子−ボルトを得ているであろう。電子がアノードへの通路における原子と衝突する場合、それはせいぜい１００ｅＶの運動エネルギー、プラス、例えば１ｅＶの原子のエネルギーを獲得し得る。これによって、トータルの最大エネルギー１０１ｅＶを有することになる。このような電子、または、１００ｅＶよりも大きい総エネルギーを獲得する任意の電子は、１００ｅＶのエネルギーを失い、例えば典型的に１ｅＶの運動エネルギーを残して、抽出スリットを介して放電チェンバーを出ることができる。１１０６では、典型的に衝突する、熱中性子化される、または二次電子と称されるこのような多くの電子が、この状態で、リボンイオンビーム２０２（図２）に届けられる。衝突する電子は特に、ワークピースにおける注入の前にイオンビーム２０２を中和させるためには有効である。放電チェンバー内で生成される電子は、細長スリットを通過する電子の細長バンドとして、リボンイオンビームに導入され得る。
【００５５】
アノードとカソードとの両方は、スパッタリングおよび蒸着されることが可能なので、カソードフィラメント８１４はグラファイトを含み得、タングステン（Ｗ）とモリブデン（ＭＯ）の両方、およびタンタル（Ｔａ）は例えば任意の材料である。これによって、カソード物質からのウェハ汚染のリスクは最小化することができる。アノード８１０は、シリコンウェハへの汚染リスクがほとんどないグラファイトまたはアルミニウム（Ａｌ）、またはモリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）等を含み得る。
【００５６】
１１０８では、質量分析されたリボンイオンビームは、少なくとも１つのワークピースｗ／イオンを注入するために、少なくとも１つのワークピースに与えられ、上記方法は終了する。
【００５７】
本発明を特定の態様と構成について示し、説明してきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、当業者は等価の代替物や変更が思いつくであろう。特に、上記構成要素（アセンブリー、装置、回路、システム等）によって行われる様々な機能について、このような構成要素を説明するために用いられる用語（“手段”で表されるものも含む）は、特に記載しない限り、本発明において示される例示的構成における機能を果たす開示の構造に構造的に等しくなくても、開示の構成要素（すなわち、機能的に等価なもの）における特定の機能を果たすいかなる構成要素にも対応するものとして意図される。この点では、本発明の様々な方法における工程を行うためのコンピュータ実施可能な指示を有するコンピュータ読み取り可能な媒体を、本発明が含むということも認識されるであろう。さらに、いくつかの構成のうちのただ１つに対して本発明の特定の特徴が開示される一方、このような特徴は、いかなる任意の、または特定の応用について所望され、有利であるように、他の構成における１つ以上の他の特徴と組み合わされ得る。さらに、“含む”、“有する”、“用いる”およびその変形である用語が詳細な説明または請求項において用いられる程度について、これらの用語は“備える”という用語と同じように包括的であることを意図している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね、イオン注入システムに関し、より詳しくは、イオン注入システムにおいて用いられるイオンビームの均一な電荷の中和に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムは、集積回路の製造において半導体に不純物をドープするために用いられる。このようなシステムにおいて、イオンソースは、所望のエネルギーのイオンビームの形態でイオンソースから抽出される所望のドーパント要素を、イオン化する。そして、半導体ワークピースにドーパント要素を注入するために、イオンビームは該ワークピースの表面に方向付けられる。ビームのイオンは、ワークピースまたはウェハにおけるトランジスタ素子の組立てと同様に、所望の伝導率の領域を形成するために、ワークピースの表面を貫通する。注入処理は典型的に、残余の気体分子との衝突によるイオンビームの分散を防ぎ、空中の粒子によるワークピースの汚染のリスクを最小化する高真空処理チェンバーにおいて行われる。典型的なイオン注入装置は、イオンビームを生成するためのイオンソースと、磁界を用いるイオンビームを分解する、質量についての質量分析装置を含むビームラインシステムと、イオンビームによって注入が行われる半導体ワークピースを含むターゲットチェンバーとを有する。高エネルギー注入システムのために、加速装置が質量分析装置とターゲットチェンバーとの間に備えられ、イオンを高エネルギーに加速させる。
【０００３】
任意のアプリケーションについて所望のイオン注入を達成するために、注入されるイオンのドーズ量およびエネルギーは変化し得る。イオンドーズ量は、任意の半導体物質について注入されるイオンの濃度を制御することにより与えられる。典型的には、高電流注入装置が、高ドーズ量注入に用いられ、一方では、中電流注入装置がより低いドーズ量アプリケーションに用いられる。イオンエネルギーは、半導体装置における接合深さを制御するために用いられ、ビームイオンのエネルギーレベルは、注入されるイオンの深さの程度を判定する。より小さな半導体装置へという絶えることのない傾向において、より低いエネルギーで高いビーム電流を得る際に役立つビームライン構造を必要とする。高ビーム電流は、必要なドーズ量レベルを与え、一方では、より低いエネルギーによって浅い注入が可能となる。さらに、半導体ワークピースにおけるより高い装置密度を求める、絶えることのない傾向において、ワークピースを横切ってスキャンされる注入ビームの均一性を用心して制御することが求められる。
【０００４】
ゲート酸化膜によってバルク半導体から絶縁される電極を有する半導体ウェハのイオン注入の期間における効果は、ビームイオンの電荷により絶縁された構成が帯電することである。この効果は、共通して電荷と称するが、絶縁された構成（例えばゲート電極）に印加される電圧が、絶縁体（例えばゲート酸化膜）の絶縁破壊電圧を上回り、そのためゲート酸化膜に結果として損傷が発生する場合、半導体回路にとって不利である。帯電率および電圧が、ビーム電流とともに増加するということは、理解されるであろう。また、絶えず増加するビーム電流を用いるイオン注入は、処理上の困難が増加することを示すことも、理解されるであろう。
【０００５】
帯電における問題に歯止めをかけるために、イオンビームの電荷は、注入されるワークピースに逆特性の電荷を与えることによって補償される。正極イオンビームについて、単位時間あたりのイオンの量と等しい量の電子をワークピースに与えることは一般的な技術である。すなわち、イオンビーム電流と、ワークピースへ流れる電流に等しい電子電流と釣り合わせることは、一般的な技術である。これは典型的に、熱イオン放射、二次放射、放電、およびワークピースに直接電子を向けることなど、電子生成処理を通じて電子を生成する装置によってもたらされる。これらの装置は典型的に、設計された電子銃、二次電子フラッドシステム、プラズマ電子フラッドシステム等である。
【０００６】
他の絶えることのない傾向としては、直径が３００ｍｍであるウェハ等において、半導体ワークピースサイズがより大きくなることである。装置密度がより高いことに伴い、ワークピースのサイズがより大きくなると、個々のワークピースのコストが増加する。この結果、イオンビームに対する注入の均一性および他のパラメータを制御することは、ワークピース解体に関わるコストの削減または低減よりも重要である。イオンビームは、イオンソース抽出開口およびそれに続く成形装置に基づいて成形され、上記装置は例えば、質量分析器と、分解開口部と、４極磁石と、ワークピースまたはウェハを目標としてイオンビームを与えるイオン加速器とを備える。ビームおよび／または目標ワークピースは、ワークピースのイオンビームスキャニングに影響を及ぼすために、互いに対して平行移動される。
【０００７】
イオンビームにおけるビーム引き伸ばしを制限するために用いられる他の技術は、イオンビームの中に放出される電子を用いる均一電荷中和である。電荷減少について、放電装置は典型的に、イオン化処理を用いて電子を生成することと、それらの電子を活性化することと、それらをガスと衝突させることとを含む。上記活性化は、ＤＣ電界（例えば、ＤＣアーク放電により生じる）を用いて、または、時間的に変化する電界（例えば、ＡＣアーク放電、ＲＦ放電、マイクロ波放電等により生じる）を用いて行われ得る。用いられる放電の種類は、所望される電気的特性（例えば、密度分布、達成される密度等）に基づくことが多い。さらに、マイクロ波放電およびＲＦ放電（例えば、ＲＦプラズマ電子フラッド）は、大容量に規模が増加され得るが、維持をしようとするとより複雑かつ高価になり、回路とコスト的に高周波数の発電とを釣り合わせることが要求される。
【０００８】
図１〜図３、図４Ａ、図４Ｂ，および図５〜図７は、米国特許公報２００６／０１１３４９２に記載されている従来技術のウェハ電荷補償装置を示す。この例では、この従来技術の装置は、帯電される粒子ビームを用いるビーム処理システムにおける単一ウェハイオン注入システムに特に適用される。図１および図２はそれぞれ平面図と側面図であり、単一ウェハイオン注入システムの模式的構造を示す。
【０００９】
図示する従来技術のイオン注入システムは、イオンソースユニット１１（イオンソースおよび抽出電極を含む）と、質量分析磁石装置１２と、ビーム形成器１３と、スキャンニング用のデフレクター１４と、Ｐ（すなわち、平行化）レンズ１５と、加速／減速電極１６と、偏向エネルギーフィルター１７と、処理チェンバー１８とを備える。
【００１０】
この先行技術のイオン注入システムでは、イオンソースユニット１１において生成されるイオンは、イオンビームとして（以下、“ビーム”と称する）抽出電極（図示せず）を介して抽出される。抽出されたビームは、必要なイオン種のみが注入に際して選択されるように、質量分析磁石装置１２において質量分析にかけられる。必要なイオン種のみからなるビームは、ビーム形成器１３によって断面において形成される。ビーム形成器１３は、Ｑ（四分円または四極）レンズ等によって形成される。形成された断面を有するビームは、スキャニング用のデフレクター１４によって、図１の上側／下側方向に偏向される。デフレクター１４は、デフレクター１４の付近の上流および下流にそれぞれ配置される、少なくとも１つの遮蔽上流電極１４−１と、少なくとも１つの下流遮蔽電極１４−２とを有する。偏向スキャン電極は、この実施形態においてスキャンニング用のデフレクター１４として用いられるが、偏向スキャン磁石はそれらの代わりに用いられてもよい。
【００１１】
スキャンニング用のデフレクター１４によって偏向されるビームは、電極または磁石で形成されるＰ−レンズ１５によって平行化され、０度の偏向角度の軸に対して平行となる。図１では、デフレクター１４による相互に揺れるビームによるスキャンレンジは、太い黒線および二重破線で示される。Ｐ−レンズ１５からのビームは、１つ以上の加速／減速電極１６によって加速または減速され、偏向エネルギーフィルター１７に送られる。偏向エネルギーフィルター１７は、ビームのエネルギー分析を行い、必要なエネルギーを有するイオン種のみを選択する。図２に示すように、選択されたイオン種のみを、偏向エネルギーフィルター１７において、わずかに下方に偏向する。選択されたイオン種のみからなるビームは、処理チェンバー１８に導入される放射予定物体であるウェハ１９に注入される。ワークピース１９から逸脱するビームは、エネルギーが消費されるようにチェンバー１８に設けられるビームストッパー１８−１に入射する。ビームの輸送通路は全て、高真空状態で維持される。
【００１２】
図１では、ウェハ１９の隣に示される矢印は、ビームがこれらの矢印の方向にスキャニングされるよう偏向されることを示し、一方、図２では、ウェハ１９の隣に示される矢印は、ウェハ１９がこれらの矢印の方向に移動させられることを示す。特に、ビームがスキャンニングのために往復して、例えばｘ軸方向に偏向されると仮定すると、ウェハ１９は、駆動機構（図示せず）によって駆動され、ｘ軸方向に垂直なｙ軸方向に往復する。これによって、ウェハ１９の全表面にわたってビームを用いて放射することが可能になる。
【００１３】
上記のような方法で、図１および図２に示す従来技術のイオン注入システムにおいて、１つの方向に長い楕円形の断面、または長円形の連続する断面を有するビームは、円形の断面、楕円形の断面、または長円形の断面を有するビームを偏向することによって得られ、そして、後段エネルギー分析器として機能する偏向エネルギーフィルターを用いることによって、スキャン領域の任意の位置における均一な角度で曲げられ、最終的にウェハ１９の中に注入され得る。
【００１４】
従来技術に係る電荷補償装置３０は、デフレクター１４の下流側に設けられ、より詳しくは、偏向エネルギーフィルター１７の下流側に設けられる。電荷補償装置はまた、プラズマシャワーと称される。電荷補償装置３０は、図１および図２の処理チェンバー１８の外側に配置されるが、処理チェンバー１８の内側に配置されてもよい。
【００１５】
従来技術の図３、図４Ａ，および図４Ｂを参照すると、従来技術のイオンソースまたは電荷補償装置３０は、フィラメント３１を有する第１アークチェンバー３４と、ガス導入ポート３２と、１つ以上の第１抽出ホール３３と、第２アークチエンバー３５とを備える。第２アークチェンバー３５は、第２抽出穴３６を有し、チューブ状の、または中空円筒状の、または長方形の部材（フラッドボックス）４０であって、そのため、第２抽出穴３６は中空円筒状の、または長方形の部材４０の内側空間５０に晒され、スキャン領域における相互の揺れるビームが面する。中空円筒状の、または長方形の部材４０は、その入口側における処理チェンバー（図示せず）の一部であってもよく、または、処理チェンバーの中に配置されてもよい。いずれにしても、第２アークチェンバー３５は、中空円筒状の、または長方形の部材４０のだいたい全幅にわたって伸びる長さを有する。
【００１６】
図５では、記号ＳＡは、中空円筒状の、または長方形の部材４０におけるビームによるスキャンレンジまたは領域５０（偏向レンジまたは領域）を示す。この実施形態では、第２抽出穴３６は、スキャン領域ＳＡにおける第２アークチェンバー３５の長さの方向に一定の間隔で配置される複数の穴３６によって実現される。
【００１７】
または、第２抽出穴３６は、スキャン領域ＳＡにわたって伸びる単一のスリットによって実現し得る。複数の穴の場合、または単一のスリットの場合、開口部の分布または第２抽出穴３６の形状は、第２アークチェンバー３５における第２プラズマ密度分布に対応するように構成される。すなわち、開口部の密度は、プラズマ密度が低い部分においては高く、プラズマ密度が高い部分では開口部の密度は低いのが望ましい。具体的には、第２抽出穴３６が複数の穴で実現されるとき、穴の間隔は、プラズマ密度が低い部分では短くされ、プラズマ密度が高い箇所では広げられる。他方では、第２抽出穴３６が単一のスリットによって実現されるとき、プラズマ密度が低い部分ではスリットの幅が広げられ、プラズマ密度が高い部分ではスリットの幅は狭められる。
【００１８】
第１アークチェンバー３４は、第２アークチェンバー３５の壁に取り付けられ、そのため、第１抽出穴３３は、第２アークチェンバー３５の長さ方向における中間部分付近の位置において第２アークチェンバー３５に晒されるか、開放される。第１および第２アークチェンバー３４および３５の間の境界において、第１抽出穴３３に対応する位置において穴を有する第１抽出電極３７が設けられる。しかし、第１抽出電極３７は、省略されてもよい。この場合、後述する第２アーク電圧は、第２アークチェンバー３５において第２プラズマを生成するために、第１および第２アークチェンバー３４および３５の間に供給される。
【００１９】
複数の永久磁石３８は、第１アークチエンバー３４および第２抽出穴３６がそれぞれ設けられる領域を除いて、第２アークチェンバー３５の壁面に配置される。すなわち、永久磁石３８は、第２アークチェンバー３５の上方および下方壁面のそれぞれ、左右壁面、および両面端壁面において一定の間隔で配置される。永久磁石３８は、第２アークチェンバー３５において、限定磁界（限定のための尖点磁界）を形成する役割を果たす。このため、全ての永久磁石３８は、それらの磁極が第２アークチェンバー３５の内側に向けられ、隣接する永久磁石３８の磁極が互いに逆の状態で配置される。図５では、限定磁界を形成する磁気流束を矢印によって部分的に示す。
【００２０】
図６および図７は、第２アークチェンバー３５の両面端壁面の１つにおける永久磁石３８の配置を示す。本明細書では、端壁面の形状が正方形なので、異なるサイズを有し複数の、正方形フレーム形状永久磁石３８が、同心円状に配置され、正方形永久磁石３８は、最も内側のフレーム形状永久磁石３８に配置される。これらの永久磁石３８はまた、それらの磁極が第２アークチェンバー３５の内側に向けられ、隣接する永久磁石３８の磁極が互いに逆になる状態で配置される。永久磁石３８は、三角形状を含め、他の多角形状を有してもよい。端壁面の形状が円形である場合、永久磁石３８は環状であってもよい。
【００２１】
なお、第１および第２アークチェンバー３４および３５は、アークチェンバー支持部３９（図３）によって支持される。電力は、アークチェンバー支持部３９に取り付けられるフィラメントフィード４１を介してフィラメント３１に供給される。図１および図２では、電荷補償装置３０は、ビームがわずかに下方に偏向される位置に配置される。一方、図５では、中空円筒状の、または長方形の部材４０が水平状態で示されている。電荷補償装置３０を図１および図２に示すように配置するために、装置全体が、ビームの偏向角度を適合させるために傾けられる。
【００２２】
アルゴン等の気体は、気体導入ポート３２を介して第１アークチェンバー３４に導入される。フィラメント３１を高温に熱し、熱イオン放射を介して電子を生成するために、電力は、フィラメント電力供給部４２から、第１アークチェンバー３４に配置されたフィラメント３１へ供給される。熱イオン的に放出される電子は、第１アーク電力供給部４３から、フィラメント３１と第１アークチェンバー３４との間に供給される第１アーク電圧によって加速される。加速される電子は、導入された気体と衝突し、第１プラズマが第１アークチェンバー３４において生成される。第１アークチェンバー３４は、１つ以上の第１抽出穴３３を備え、第１抽出電極３７はその外側に配置される。第１抽出電力供給部４４から、第１抽出電極３７および第１アークチェンバー３４の間に第１抽出電圧を供給することによって、第１電子が第１アークチェンバー３４から抽出される。
【００２３】
第２アークチェンバー３５は、スキャン領域ＳＡと対応する長さを有している。スキャン領域ＳＡには、第１アークチェンバー３４においてイオン化することなく第１抽出穴３３から放出された中性気体と、第１アークチェンバー３４から抽出された第１電子とが導入される。フィラメント３１の材料が蒸発等により散乱させなければならない場合においても、第１抽出穴３３のサイズが小さいので、散乱させられた物質は、第１アークチェンバー３４の中に留まり、そのため第２アークチェンバー３５に導入されない。
【００２４】
第２アークチェンバー３５に導入された第１電子は、第２アーク電力供給部４５から、第２アークチェンバー３５および第１抽出電極３７の間に供給される第２アーク電圧によって加速される。加速された電子は、第１アークチェンバー３４から導入された気体と衝突し、密度の高い第２プラズマが第２アークチェンバー３５において生成される。
【００２５】
複数の永久磁石３８は、限定磁界を形成するように第２アークチェンバー３５の壁面に配置されるので、それらの壁面において電子損失を抑制することができ、第２アークチェンバー３５におけるスキャン方向におけるプラズマ均一性を向上することができる。
【００２６】
永久磁石３８の温度をキュリー温度よりも下に維持するために、すなわち、永久磁石の熱消磁を防ぐために、第２アークチェンバー３５は水冷却等によって冷却される。第２アークチェンバー３５は、ビーム通過領域に面する位置において第２抽出穴３６を備える。この実施形態では、上記のように、第２抽出穴３６は、ビームのスキャン領域ＳＡに対応するように配置される複数の穴の形態を有する。または、第２抽出穴３６は、上記のスキャン領域ＳＡにわたって伸びる単一のスリットの形態を有する開口部によって実現され得る。第２アークチェンバー３５は、第２抽出穴３６以外からの気体の漏れを防ぐように構成され、これによって、プラズマ生成効率を向上させるよう第２アークチェンバー３５内の気体圧力の減少を防ぐ。
【００２７】
ビームが第２抽出穴３６の近くを通過するとき、第２電子はビームの正極電位によって第２アークチェンバー３５から抽出される。抽出された第２電子は、第１および第２アークチェンバー３４および３５においてイオン化を行うことなく第２抽出穴３６から放出された中性気体と衝突する。その結果、プラズマ（プラズマブリッジ）が、ビーム（相互に揺れるビーム）と第２アークチェンバー３５（正確には第２抽出穴３６）との間に形成される。第２アークチェンバー３５における第２電子は、プラズマブリッジを介してビームに独立して供給される。第２抽出穴３６が、スキャン領域ＳＡに対応する領域に存在するので、ビームの位置がスキャンニングのための偏向によって移動しても、プラズマブリッジは、ビームと第２アークチェンバー３５との間に絶えず形成されており、これによって独立した電子供給を達成する。第２アークチェンバー３５は、第２抽出電力供給部４６からの接地電位との間の第２抽出電圧が供給されるように構成される。この構成によると、ビームに供給される電子の、量及びエネルギーを調節することができる。
【００２８】
第２アーク電力供給部４５と第２抽出電力供給部４６との間の電流値（アーク電流）を測定してもよく、一定のアーク電流を達成するための電力供給を制御するようにフィードバックされる。
【００２９】
第２抽出穴３６および、周辺のビームによるスキャン領域は、中空円筒状の、または長方形の部材４０で覆われる。第２アークチェンバー３５から抽出され、ウェハに供給される第２電子の量の調節を可能にするように、中空円筒状の、または長方形の部材４０の電位は、第２アークチェンバー３５の電位とは異なって設定されてもよい、または、単純な構造を達成するために第２アークチェンバー３５の電位と等しく設定されてもよい。
【００３０】
中空円筒状の、または長方形の部材４０の内側壁５０（ビームと接触する面）はのこぎり状に形成され、これによって内側壁の表面全体における絶縁汚れの付着を防ぐ。また、中空円筒状の、または長方形の部材４０のビーム上流側において、バイアス電力供給部４７から負極電圧が印加され得るバイアス電極４８が配置される。これによって、ビーム上流方向の電子の散乱を防ぐことが可能になり、電子を下流側に（ウェハに）効率的に搬送することが可能となる。中空円筒状の、または長方形の部材４０は、磁気遮蔽部をさらに備え、これによって外部磁界、例えば、偏向エネルギーフィルター１７からの磁界を遮蔽する。これは、外部磁界が強いときにその磁界の線の周りに電子が密集し、ウェハに届く前に電子が消失してしまうからである。
【００３１】
上記構造によって、第２抽出穴３６は、スキャン領域ＳＡに対応する領域に存在する。したがって、プラズマが第２アークチェンバー３５において生成されるとき、ビームの位置がスキャンニングのための偏向によって移動する場合でも、プラズマブリッジがビームと第２アークチェンバー３５との間に絶えず形成され、安定した電子供給を行う。さらに、限定磁界が第２アークチェンバー３５内で生成されるので、第２アークチェンバー３５の内側壁表面における電子の損失が低減される。このため、プラズマ生成効率を向上させることができ、第２アークチェンバー３５内のプラズマ均一性を向上させることができる。これによって、幾分かビームのスキャン位置に関係なく、ビームに十分電子を供給することが可能となる。
【００３２】
しかしながら、このプラズマソース構成は、分散に依存し、第２アークチェンバーにおけるプラズマの等しいプラズマ特性を保証するものではない。すなわち、磁石の使用および構成、並びに詳細な設計によって、比較的コストが高い。したがって、帯電防止および向上した均一電荷中和装置と、コストは低いが組み立てるのが困難な半導体ワークピースの注入に均一なイオンビームが用いられ得る方法とを提供するのが望ましい。
【発明の概要】
【００３３】
以下では、本発明の１つ以上の態様の基本的理解を促すために、単純化した概要を説明する。この概要は、本発明の広範な概要を説明するものではなく、本発明の鍵となる要素または重要な要素を特定する意図もなく、それらの範囲を線引きする意図もない。むしろ、本概要の主要目的は、後述するより詳細な説明の前置きとして単純な形式で本発明のいくつかの概念を説明することである。本発明は、イオンビームを用いてワークピースに注入を施すための、方法および装置に関し、それらによって上記方法と、従来技術に関連付けられる他の欠点が克服または緩和され得る。特に、本発明は注入システムを提供し、該注入システムにおいて、時間平均リボンビームにスキャンされるリボンビームまたはペンシルビーム等の相対的に広いイオンビームは、イオンソースによって生成され、中和されて帯電される。
【００３４】
本発明の一態様によると、プラズマ電子フラッドシステムであって、気体を含むように構成される放電チェンバーを有するハウジングであって、放電チェンバーの中に存在する、細長抽出スリット、カソード、および複数のアノードを有するハウジングを備え、上記細長抽出スリットは、イオン注入システムと直接連絡し、上記カソードフィラメントは、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出する。放射された電子の一部は、イオン注入システム内を移動するイオンビームを中和する際に用いられる電子のバンドとして、細長抽出スリットを介して放出される。
【００３５】
本発明の他の構成では、縦方向の通路に沿って相対的に広いイオンビームを生成するイオンソースと、質量に応じて変化する軌道においてビームのイオンを偏向するために上記通路にわたって磁界を形成する質量分析器とを備えるイオン注入システムを含む。端部ステーションは、ビームラインシステムから質量分析されたイオンビームを受け取り、質量分析されたイオンビームを用いて注入のための上記通路に沿って少なくとも１つのワークピースを支持する。上記ハウジング内の放電チェンバーは、複数のアノードと、カソードと、細長抽出スリットとを有し、上記カソードは、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出する。上記細長抽出スリットは、細長バンドとして上記電子の一部をイオンビームの中に放出する。
【００３６】
本発明のさらに他の態様は、電子をリボンイオンビームに導入する方法であって、放電チェンバー内でカソードフィラメントに電圧を加える工程と、上記カソードと、放電チェンバーハウジングと、アノードとをバイアスする工程と、細長抽出スリットを介して電子をリボンイオンビームに放出する工程とを含む。
【００３７】
本発明の他の態様は、イオン注入システムにおいて、静的リボンイオンビームまたは時間平均リボンイオンビームを用いてワークピースに注入を施す方法であって、リボンイオンビームを生成する工程と、上記リボンイオンビームを質量分析する工程とを含む。上記方法はさらに、電子の細長バンドをリボンイオンビームに供給する工程と、少なくとも１つのワークピースに、上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記少なくとも１つのワークピースに供給する工程とを含む。
【００３８】
本発明の他の構成では、イオンビームを用いてワークピースに注入を施すイオン注入システムであって、リボンイオンビームを生成するための手段と、上記リボンイオンビームを質量分析するための手段と、電子の細長バンドを上記質量分析されたリボンイオンビームに供給するための手段と、ワークピースに上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記ワークピースに供給するための手段とを備えるイオン注入システムを含む。
【００３９】
上記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の図面は、本発明におけるある解説的態様および構成を詳細に記載する。これらは、本発明の原理が用いられ得る様々な方法にうちのいくつかを示している。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴は、図面とともに考察するとき、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】イオン注入システムの模式的構造を示す、従来技術の平面図および従来技術の側面図である。
【図２】イオン注入システムの模式的構造を示す、従来技術の平面図および従来技術の側面図である。
【図３】電荷補償装置の構造を説明するための従来技術の垂直断面図である。
【図４Ａ】図３に示される装置における、従来技術の断面透視図である。
【図４Ｂ】図３に示される装置における、従来技術の部分透視図である。
【図５】図３に示される第２アークチェンバーの両端部表面のうちの１つにおいて永久磁石を形成する限定磁界の構成を示す従来技術の図である。
【図６】図５に示される第２アークチェンバーの両端部表面のうちの１つにおいて永久磁石を形成する限定磁界の構成を示す従来技術の図である。
【図７】図３に示される第２アークチェンバーの上方、下方、左、および右壁表面において永久磁石を形成する限定磁界の他の構成を示す従来技術の図である。
【図８】本発明の一態様に係る、プラズマ電子フラッドシステム（ＰＥＦ）を示す部分透視分解図である。
【図９Ａ】本発明のさらに他の実施形態に係る、図８に示されるハウジングにおける断面を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の他の態様に係るリボンイオンビームへ、図８の細長抽出スリットを介して電子が流れ込む状態をさらに示す部分透視図である。
【図１０】本発明の他の使用を含む方法をさらに示す模式図である。
【図１１】本発明の他の方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図面を参照して本発明をここで説明するが、同様の参照番号は、本明細書を通して同様の要素を説明するために用いられる。本発明は、半導体ワークピース等のワークピースにイオン注入のためのプラズマ電子フラッドイオンビームを供給するための方法およびシステムを提供する。本発明における１つの構成を、図面を参照して以下に解説し説明する。解説および以下の説明はそもそも例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、解説するシステムおよび方法の変形、また、本明細書において解説されるそれらの事項から離れた他の構成も、本発明および添付の請求項の範囲内と見なされることは分かるであろう。
【００４２】
まず図８を参照すると、本発明の分解部分図を示すが、この発明は、例えば放電チェンバー８１６内のバルブ（図示せず）によって導入される気体を含むように構成されるハウジング８０２を備えるプラズマ電子フラッドシステム（ＰＥＦ）８００を提供する。ＰＥＦシステム８００のハウジング８０２は、任意の所望の押し出し長さ８２４、例えば、３００または４５０ミリメートルまで押し出し可能な所望のカットアウト（例えば、内径８２２）を有する、８１８と８２０とからなる寸法の断面を有する。ハウジング８０２はまた、機械加工が可能である、レーザーで切断が可能であるなどということを理解しなければならない。
【００４３】
プラズマ電子フラッドシステム８００は、放電チェンバーの中に存在する、細長抽出スリット８０６、カソードアセンブリ８０８、複数のアノード８１０、および細長カソードフィラメント８１４とをさらに備える。この実施形態では、細長抽出スリット８０６はスリットプレート８１２の中に形成され、細長抽出スリット８０６は、イオン注入装置（図示せず）と直接連絡し得る。カソードアセンブリ８０８は、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子をカソードフィラメント８１４から放出するように電圧を加えられる。上記電子は、およそ、イオン注入装置内を移動するリボンイオンビームを中和する際に用いられる電子バンドとして、細長抽出スリット８０６を介して放出される。本発明者は、このように電子を導入することによって、電子がペンシルイオンビーム、ワイドイオンビーム、またはリボンイオンビームに到達するための等しい通路長さが存在し、独特の通路長さに対して、ポイント−ソースタイプ技術があり、電荷中和は、例えばイオンビームの幅にわたってより均一であることを見出した。
【００４４】
放電チェンバー８１６とリボンイオンビームとの内側における汚染を最小化するために、カソードフィラメント８１４および複数のアノード８１０はグラファイトを含み得る。この技術において共通に用いられるタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、および他の耐熱材料も用いられ得ることは理解できるであろう。
【００４５】
一実施形態では、図８および図９Ａを参照すると、反射性形状、すなわち、相対的に小さいアノード領域を、アノード８１０に向けて加速される電子がアノード８１０を遮る傾向が低くなるように用いて、複数のアノード８１０（図８および図９Ａ）を構成している。カソードフィラメント８１４からアノード８１０への主要電子の搬送時間は増加され、これによって電子中性衝突の数が増え、そのため、電子生成と、プラズマの放電密度とが増加する。これらはプラズマ電子フラッドシステム８００を、放電チェンバー８１６内において低圧力にて作動させる。放電チェンバー８１６は、大きな直径８２２（例えば、１００ｍｍ以上）を有し得、カソードフィラメント８１４は、例えば０．９ｍｍの直径を有する。カソードフィラメント８１４の電流は、４０Ａに設定でき、その結果、カソードフィラメント８１４の温度は約２５００℃であり、相対的に低い自己磁化（例えば、１００ガウスよりも低い）を有する。３つのアノード８１０が存在し得、例えばそれぞれは、３ｍｍの直径を有し、そのため、アノード８１０は反射性形状を生成するには十分小さい直径を有し、さらに、プラズマ放電の安定性を確実にするには十分大きい。上記気体は例えばキセノンを含み、プラズマ電子フラッドシステム１００の放電チェンバー１１６内における分圧が、約５×１０−５から１×１０−４Ｔｏｒｒである状態にて作動する。キセノンの代りに、上記気体はまた、アルゴンを含み得る。例えばハウジング１０２と同じ静電位のカソード８１０を用いて、主要電位は静電的に限定され、これによって次に、プラズマ閉じ込めおよびプラズマ密度の両方を増加する。
【００４６】
プラズマ電子フラッドシステム８００は、タウンゼント放電モードにおいて低い圧力にてＤＣ放電を行うものとして作動し得、進行中の放電を維持するために、電子はカソードフィラメント８１４から注入される。これにより、キセノンガスの圧力は低く（例えば、５ｅ−５Ｔｏｒｒより低く）維持され得、例えば、これによってシステムにおけるキセノンの分圧を低下させることが可能であり、イオンビームがより高い圧力において（例えば、５ｅ−６Ｔｏｒｒより高い圧力において）受ける電荷交換の不利な効果のいくつかを最小化することができる。アノード８１０を電気的に正極にバイアスし、カソードフィラメント８１４およびハウジング８０２を電気的に接地することによって、電子エネルギーフィルタリングを実現し、これにより、衝突する、または熱中性子化される電子は、例えば細長抽出スリット開口部８０６を介して放電チェンバー８１６から出ることができる。
【００４７】
ここで図９Ｂ（特に倍率を基に描いているわけではない）を参照すると、例えば図示するように電子細長抽出スリット８０６がイオンビーム８０２の伝搬方向を横切るようにハウジング８０２（図１）は構成することができ、抽出された電子の細長いバンドは、図９Ｂに示されるように、リボンイオンビームの長さを横断するリボンイオンビームの中に配される。これによって、電荷中和の均一性が確実にされ、電子９０２が、スリットプレート８１２における細長抽出スリット８０６にずっと沿ってプラズマ電子フラッドシステム（ＰＥＦ）９５０から出ることができる。スリットプレート８１２における細長抽出スリット８０６が、例えば図示されるよりも、ＰＥＦ９００（図９）における不可欠な部分であり得ることが分かるであろう。スリット９１６の長さは、例えばイオンビームの均一性を助長するために、リボンイオンビーム９０４の幅９１０と適合するようにすることができる。さらに、スリット９１６の長さは、例えば当業者に周知のマスキングまたは他の技術を用いて、ウェハサイズに基づいて、自動的に調節可能にすることができる。
【００４８】
図１０を参照すると、本発明は、細長（例えば、ペンシルイオンビーム、リボン状等の）イオンビーム１００４を縦方向のビーム路に沿って生成するためのイオンソース１００２を含むイオン注入システム１０００を提供する。イオンビームソース１００２は、関連する電源１００８および抽出装置１０１０を有するプラズマソース１００６を有し、それらは、例えば縦横比を有する細長リボンイオンビーム１００４を抽出する任意の設計であってもよい。以下の例は、より十分に本発明を説明するために提供されるが、その範囲を限定するように構成されているものではない。例えば、プラズマソース１００６は、抽出装置１０１０において高い縦横比の抽出スリットを用いてリボンビーム１００４を抽出し得る、比較的長いプラズマ閉じ込めチェンバーを備えてもよい。リボンビーム１００４は、第１縦横比を規定する横断幅および横断高さを有し、横断幅は、横断高さよりもはるかに大きい。例えば、プラズマソース１００６から抽出される細長イオンビーム１００４の幅は、例えば約４００ｍｍであり得、高さは例えば１０ｍｍであり得る。リボンイオンビームおよび他の種類のイオンビームを形成することは、当業者にとっては周知である。
【００４９】
そこからビーム１００４を受け取るためのイオンソース１００２の下流に、ビームラインシステム１０１２が設けられ、ビームラインシステム１０１２は、ビーム１００４を受け取るための通路に沿って位置する質量分析器１０１４を含む。質量分析器１０１４は、第２縦横比と、第１縦横比に略同様のプロフィールとを有し、質量分析された細長のイオンビーム１００４を提供するために、質量（例えば、質量比に対する電荷）に基づいて変化する軌道におけるイオンビーム１００４からのイオンを偏向するように、通路にわたる磁界を与えるように作動する。端部ステーション１０２２は、システム１０００の中に設けられ、ビームラインシステム１０１２から質量分析されたイオンビーム１００４を受け取り、質量分析されたイオンビーム１００４を用いて注入用の通路に沿う半導体ワークピース等の１つ以上のワークピースを支持する。端部ステーション１０２２は、互いに相対する、１つ以上の目標ワークピースおよびイオンビーム１００４を、平行移動するまたはスキャニングするために目標スキャニングシステム１０２０を含む。目標スキャニングシステム１０２０は、一括注入または連続注入を行い得る。
【００５０】
本発明の他の態様によると、図１１は、プラズマチェンバー内で生成される複数の電子を、プラズマフラッド電子システム１００（図１）と関連されるリボンイオンビームに伝達するための例示的方法１１００を示す。例えば図１に示されるシステム１００は、図１１の方法１１００に基づいて操作され得る。プラズマフラッド電子システム１００（図１）内で行われる動作は、同時に（平行して）または連続して行われ得るということを注意しなければならない。また、例示的方法が一連の動作または事象として本明細書に示され説明される一方、本発明に基づいて、いくつかの工程が異なる順序で行われるとき、および／または、本明細書に示され説明されるものとは別個の他の工程が同時に行われるとき、本発明はそのような動作または事象における説明される順序によって限定されないことは理解できるであろう。さらに、必ずしも説明される全ての工程が、本発明に基づいて方法を実行するために必要なわけではない。さらに、図示されない他のシステムとの関連し、かつ、本明細書に示され説明されるシステム１００と関連して上記方法が実行され得ることは、理解されるであろう。
【００５１】
図１１に示されるように、方法１１００は１１０２において開始し、当業者によって周知の技術を用いてリボンイオンビームを生成する。本発明は、縦方向のビーム路に沿って、細長（例えば、リボン状等の）イオンビーム１００４を（図１０）生成するためのイオンソース１００２（図１０）を提供する。イオンビームソース１００２（図１０）は、例えば大きな縦横比の細長リボンイオンビーム１００４を抽出する任意の設計がなされており、関連する電源１００８（図１０）および抽出装置１０１０（図１０）を有するプラズマソース１００６を備える。上記のように、より完全に本発明を示すために以下の例を提示するが、それらの範囲に限定するものと解釈してはならない。例えば、プラズマソース１００６は、抽出装置１０１０における縦横比が高い抽出スリットを用いて、リボンイオンビーム１００４が抽出され得る、相対的に長いプラズマ閉じ込めチェンバーを有する。リボンビーム１００４は、第１縦横比を規定する横断幅および横断高さを備え、上記横断幅は、横断高さよりもはるかに大きい。例えば、プラズマソース１００６から抽出される細長イオンビーム１００４の幅が約４００ｍｍである場合、上記高さは、例えば１０ｍｍであり得る。
【００５２】
１１０４において、リボンビームは質量分析され、所望の電荷−質量比のイオンを選択する。イオンビームを質量分解するための質量分析装置は、磁界を用いる。そこの電荷（例えば、電荷−質量比）に相対するイオンの質量は、静電界または磁界によって軸方向におよび横方向にイオンが加速される程度に影響をおよぼす。よって、半導体ウェハまたは他の目標における所望の領域に到達するビームは、高純度にすることができる。それは、好ましくない分子量のイオンが、ビームから離れるように偏向され、所望の物質以外の注入を避けることができるからである。質量分析器は、電荷−質量比が異なるイオンを効果的に分離するアーチ形の通路における磁気偏向を介するイオンビームの様々なイオンを偏向するために、双極性磁界を生成する質量分析磁石を用い得る。質量分析技術は、当業者には周知である。
【００５３】
１１０６では続いて、プラズマフラッド電子システム８００（図８）の放電チェンバー内のカソードと、複数のアノードとに電圧が加えられる。カソード８１０の電流は４０Ａに設定され、その結果、カソード８１０の温度は約２５００℃であり、相対的に低い自己磁化（例えば、１００ガウスよりも低い）を有する。複数のアノード８１０（例えば３つ）のそれぞれは、例えば３ｍｍの直径を有する。プラズマチェンバー８１６内の気体は、例えばキセノンを含み得、プラズマ電子フラッドシステム８００（図８）のプラズマチェンバー１１６(図１)内で、５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒにて作動し得る。
【００５４】
コンポーネント８１０、８０２、および８１４は、放電プラズマの静電制限と、抽出スリット８０６を介して出る電子のエネルギーフィルタリングを行うために、静電的にバイアスされ得る。例えば、カソード８１０（図１）および放電チェンバーハウジング８０２は接地電位にバイアスされ得、アノード８１０（図１）は１００ボルトにバイアスされ得る。カソード８１０（図８）を出る電子は、ゼロ（０）電子−ボルト初期運動エネルギーに近くなり、それがアノード１１０（図１）に到達するとき、運動エネルギー（１００ｅＶ）における１００電子−ボルトを得ているであろう。電子がアノードへの通路における原子と衝突する場合、それはせいぜい１００ｅＶの運動エネルギー、プラス、例えば１ｅＶの原子のエネルギーを獲得し得る。これによって、トータルの最大エネルギー１０１ｅＶを有することになる。このような電子、または、１００ｅＶよりも大きい総エネルギーを獲得する任意の電子は、１００ｅＶのエネルギーを失い、例えば典型的に１ｅＶの運動エネルギーを残して、抽出スリットを介して放電チェンバーを出ることができる。１１０６では、典型的に衝突する、熱中性子化される、または二次電子と称されるこのような多くの電子が、この状態で、リボンイオンビーム２０２（図２）に届けられる。衝突する電子は特に、ワークピースにおける注入の前にイオンビーム２０２を中和させるためには有効である。放電チェンバー内で生成される電子は、細長スリットを通過する電子の細長バンドとして、リボンイオンビームに導入され得る。
【００５５】
アノードとカソードとの両方は、スパッタリングおよび蒸着されることが可能なので、カソードフィラメント８１４はグラファイトを含み得、タングステン（Ｗ）とモリブデン（ＭＯ）の両方、およびタンタル（Ｔａ）は例えば任意の材料である。これによって、カソード物質からのウェハ汚染のリスクは最小化することができる。アノード８１０は、シリコンウェハへの汚染リスクがほとんどないグラファイトまたはアルミニウム（Ａｌ）、またはモリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）等を含み得る。
【００５６】
１１０８では、質量分析されたリボンイオンビームは、少なくとも１つのワークピースｗ／イオンを注入するために、少なくとも１つのワークピースに与えられ、上記方法は終了する。
【００５７】
本発明を特定の態様と構成について示し、説明してきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、当業者は等価の代替物や変更が思いつくであろう。特に、上記構成要素（アセンブリー、装置、回路、システム等）によって行われる様々な機能について、このような構成要素を説明するために用いられる用語（“手段”で表されるものも含む）は、特に記載しない限り、本発明において示される例示的構成における機能を果たす開示の構造に構造的に等しくなくても、開示の構成要素（すなわち、機能的に等価なもの）における特定の機能を果たすいかなる構成要素にも対応するものとして意図される。この点では、本発明の様々な方法における工程を行うためのコンピュータ実施可能な指示を有するコンピュータ読み取り可能な媒体を、本発明が含むということも認識されるであろう。さらに、いくつかの構成のうちのただ１つに対して本発明の特定の特徴が開示される一方、このような特徴は、いかなる任意の、または特定の応用について所望され、有利であるように、他の構成における１つ以上の他の特徴と組み合わされ得る。さらに、“含む”、“有する”、“用いる”およびその変形である用語が詳細な説明または請求項において用いられる程度について、これらの用語は“備える”という用語と同じように包括的であることを意図している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ電子フラッドシステムであって、
気体を含むように構成される放電チェンバーを有するハウジングであって、放電チェンバーの中に存在する、細長抽出スリット、カソードフィラメント、カソードアセンブリ、および複数のアノードとを有するハウジングを備え、
上記細長抽出スリットは、イオン注入システムと直接連絡し、
上記カソードフィラメントは、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
上記電子の一部は、上記イオン注入システム内で移動するイオンビームを中和する際に用いられる電子バンドとして、上記細長抽出スリットを介して抽出される、プラズマ電子フラッドシステム。
【請求項２】
上記カソードフィラメントの直径は、約０．５ミリメートルから３ミリメートルまでであり、
上記カソードフィラメントは、２４０ミリメートルから５００ミリメートルまでの長さを有し、
上記アノードの直径のそれぞれは、約１ミリメートルから１０ミリメートルまでであり、
上記アノードのそれぞれは、２４０ミリメートルから５００ミリメートルまでの長さを有する、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項３】
上記放電チェンバーは円筒状であり、約３０ミリメートルから２００ミリメートルまでの内径を有する、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項４】
上記放電チェンバーは円筒状であり、約３０ミリメートルから２００ミリメートルまでの内径を有し、
上記放電チェンバーは、２４０ミリメートルから５００ミリメートルまでの長さを有し、
上記抽出スリットは、約１ミリメートルから５０ミリメートルまでの幅と、約２００ミリメートルから４５０ミリメートルまでの長さを有する、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項５】
上記カソードフィラメントは、グラファイト、タングステン、モリブデン、またはタンタルからなる材料で製造されており、
複数のアノードは、グラファイト、アルミニウム、タングステン、またはモリブデンからなる材料で製造されている、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項６】
上記放電チェンバー内のキセノンガスの分圧は、約５×１０−５から１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記放電チェンバー内の気体は、キセノン、アルゴン、またはキセノンとアルゴンの混合物を含む、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項７】
上記カソードと上記ハウジングとはおよそ同じ電位にあり、上記アノードは、上記カソードおよび上記ハウジングに対して陽極電圧にてバイアスされる、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項８】
イオン注入システムであって、
縦方向の通路に沿ってイオンビームを生成するイオンソースと、
質量に応じて変化する軌道においてイオンビームのイオンを偏向するために上記通路にわたって磁界を形成するビームラインシステムと、
電子をイオンビームに与えるためのプラズマ電子フラッドシステムとを備え、
上記プラズマ電子フラッドシステムは、複数のアノードと、カソードフィラメントと、カソードアセンブリと、細長抽出スリットとを有するハウジング内に放電チェンバーを備え、
上記カソードフィラメントは、電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
上記細長抽出スリットは、上記電子の一部を細長バンドとしてイオンビームの中へ放出し、
質量分析され中和されたイオンビームを上記ビームラインシステムから受け取り、質量分析され中和されたイオンビームを用いて、注入のための通路に沿って少なくとも１つのワークピースを支持する端部ステーションを備える、イオン注入システム。
【請求項９】
上記カソードフィラメントの直径は約０．９ミリメートルであり、
上記アノードの直径は約３ミリメートルである、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
上記イオンビームは、幅と高さとを有するリボンイオンビームを構成し、
上記幅は上記高さよりも大きい、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
電子の細長バンドは、上記イオンビームの長さを横断するイオンビームに成形される、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
上記放電チェンバー内のキセノンの分圧は約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記放電チェンバー内の気体はキセノンとアルゴンとを含み、
上記カソードフィラメントは、グラファイト、タングステン、モリブデン、またはタンタルからなる材料で製造されており、
上記複数のアノードは、グラファイト、アルミニウム、タングステン、またはモリブデンで製造されている、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
カソードフィラメント電流は約１５から８０ａｍｐｓである、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
電子をリボンイオンビームに導入する方法であって、
放電チェンバー内でカソードフィラメントに電圧を加える工程と、
上記カソードと、放電チェンバーハウジングと、アノードとをバイアスする工程と、
細長抽出スリットを介して電子をリボンイオンビームに放出する工程とを含む、方法。
【請求項１５】
アノード電圧よりも低い電圧に、上記カソードの電圧と上記放電チェンバーの電圧とをバイアスする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
上記放電チェンバーは気体を含み、
上記放電チェンバー内の圧力は約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記気体はキセノンとアルゴンとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記方法は、タウンゼント放電モードで実行される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
カソード電流は約４０ａｍｐｓであり、
上記カソードおよび放電チェンバーハウジングは、周囲と比べて−２０ボルトから２０ボルトまでの間にあり、
上記アノード電圧は３０ボルトから１００ボルトまでの間である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
イオン注入システムにおいてリボンイオンビームを用いてワークピースに注入を施す方法であって、
リボンイオンビームを生成する工程と、
上記リボンイオンビームを質量分析する工程と、
電子の細長バンドを上記リボンイオンビームに供給する工程と、
少なくとも１つのワークピースに、上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記少なくとも１つのワークピースに供給する工程とを含む、方法。
【請求項２０】
電子の細長バンドを供給する工程は、
プラズマ電子フラッドシステムを供給する工程を含み、上記プラズマ電子フラッドシステムは、気体を含むように構成される放電チェンバーを有するハウジングを備え、また、細長抽出スリット、カソードアセンブリ、カソードフィラメント、およびその中に存在する複数のアノードとを備え、
上記細長抽出スリットは、上記イオン注入システムと直接連絡しており、
上記カソードフィラメントは、上記複数のアノードの間の電位差を通じて上記複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
電子の細長バンドは、上記イオン注入システム内を移動する上記リボンイオンビームを中和する際に用いられる上記細長抽出スリットを介して放電される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２１】
上記カソードの電圧と上記放電チェンバーハウジングの電圧とが、上記アノードの電圧よりも低い電圧にバイアスされ、
上記放電チェンバー内の圧力は、約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記気体はキセノンを含み、
上記システムはタウンゼント放電モードで作動する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
カソード電流は約４０ａｍｐｓであり、
上記カソードおよび上記放電チェンバーハウジングは、ゼロボルトに設定され、
上記アノードの電圧は１００ボルトに設定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
イオンビームを用いてワークピースに注入を施すためのイオン注入システムであって、
リボンイオンビームを生成するための手段と、
リボンイオンビームを質量分析するための手段と、
電子の細長バンドを、上記質量分析されたリボンイオンビームに供給するための手段と、
ワークピースに上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記ワークピースに供給するための手段とを備える、イオン注入システム。
【請求項２４】
電子の細長バンドを供給するための手段は、
少なくとも１つの気体と、カソードアセンブリと、カソードフィラメントと、その中に存在する複数のアノードとを含むように構成される細長電子スリットを放電チェンバーに設けることを含み、
上記細長抽出スリットは、上記イオン注入システムと直接連絡し、
上記カソードフィラメントは、複数のアノードの間の電位差を通じて上記複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
上記カソードの電圧と上記放電チェンバーハウジングの電圧とを、上記アノードの電圧よりも低い電圧にバイアスし、
上記放電チェンバー内の圧力は約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記システムはタウンゼント放電モードで作動する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
【請求項１】
プラズマ電子フラッドシステムであって、
気体を含むように構成される放電チェンバーを有するハウジングであって、放電チェンバーの中に存在する、細長抽出スリット、カソードフィラメント、カソードアセンブリ、および複数のアノードとを有するハウジングを備え、
上記細長抽出スリットは、イオン注入システムと直接連絡し、
上記カソードフィラメントは、複数のアノードの間の電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
上記電子の一部は、上記イオン注入システム内で移動するイオンビームを中和する際に用いられる電子バンドとして、上記細長抽出スリットを介して抽出される、プラズマ電子フラッドシステム。
【請求項２】
上記カソードフィラメントの直径は、約０．５ミリメートルから３ミリメートルまでであり、
上記カソードフィラメントは、２４０ミリメートルから５００ミリメートルまでの長さを有し、
上記アノードの直径のそれぞれは、約１ミリメートルから１０ミリメートルまでであり、
上記アノードのそれぞれは、２４０ミリメートルから５００ミリメートルまでの長さを有する、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項３】
上記放電チェンバーは円筒状であり、約３０ミリメートルから２００ミリメートルまでの内径を有する、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項４】
上記放電チェンバーは円筒状であり、約３０ミリメートルから２００ミリメートルまでの内径を有し、
上記放電チェンバーは、２４０ミリメートルから５００ミリメートルまでの長さを有し、
上記抽出スリットは、約１ミリメートルから５０ミリメートルまでの幅と、約２００ミリメートルから４５０ミリメートルまでの長さを有する、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項５】
上記カソードフィラメントは、グラファイト、タングステン、モリブデン、またはタンタルからなる材料で製造されており、
複数のアノードは、グラファイト、アルミニウム、タングステン、またはモリブデンからなる材料で製造されている、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項６】
上記放電チェンバー内のキセノンガスの分圧は、約５×１０−５から１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記放電チェンバー内の気体は、キセノン、アルゴン、またはキセノンとアルゴンの混合物を含む、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項７】
上記カソードと上記ハウジングとはおよそ同じ電位にあり、上記アノードは、上記カソードおよび上記ハウジングに対して陽極電圧にてバイアスされる、請求項１に記載のプラズマ電子フラッドシステム。
【請求項８】
イオン注入システムであって、
縦方向の通路に沿ってイオンビームを生成するイオンソースと、
質量に応じて変化する軌道においてイオンビームのイオンを偏向するために上記通路にわたって磁界を形成するビームラインシステムと、
電子をイオンビームに与えるためのプラズマ電子フラッドシステムとを備え、
上記プラズマ電子フラッドシステムは、複数のアノードと、カソードフィラメントと、カソードアセンブリと、細長抽出スリットとを有するハウジング内に放電チェンバーを備え、
上記カソードフィラメントは、電位差を通じて複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
上記細長抽出スリットは、上記電子の一部を細長バンドとしてイオンビームの中へ放出し、
質量分析され中和されたイオンビームを上記ビームラインシステムから受け取り、質量分析され中和されたイオンビームを用いて、注入のための通路に沿って少なくとも１つのワークピースを支持する端部ステーションを備える、イオン注入システム。
【請求項９】
上記カソードフィラメントの直径は約０．９ミリメートルであり、
上記アノードの直径は約３ミリメートルである、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
上記イオンビームは、幅と高さとを有するリボンイオンビームを構成し、
上記幅は上記高さよりも大きい、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
電子の細長バンドは、上記イオンビームの長さを横断するイオンビームに成形される、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
上記放電チェンバー内のキセノンの分圧は約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記放電チェンバー内の気体はキセノンとアルゴンとを含み、
上記カソードフィラメントは、グラファイト、タングステン、モリブデン、またはタンタルからなる材料で製造されており、
上記複数のアノードは、グラファイト、アルミニウム、タングステン、またはモリブデンで製造されている、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
カソードフィラメント電流は約１５から８０ａｍｐｓである、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
電子をリボンイオンビームに導入する方法であって、
放電チェンバー内でカソードフィラメントに電圧を加える工程と、
上記カソードと、放電チェンバーハウジングと、アノードとをバイアスする工程と、
細長抽出スリットを介して電子をリボンイオンビームに放出する工程とを含む、方法。
【請求項１５】
アノード電圧よりも低い電圧に、上記カソードの電圧と上記放電チェンバーの電圧とをバイアスする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
上記放電チェンバーは気体を含み、
上記放電チェンバー内の圧力は約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記気体はキセノンとアルゴンとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記方法は、タウンゼント放電モードで実行される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
カソード電流は約４０ａｍｐｓであり、
上記カソードおよび放電チェンバーハウジングは、周囲と比べて−２０ボルトから２０ボルトまでの間にあり、
上記アノード電圧は３０ボルトから１００ボルトまでの間である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
イオン注入システムにおいてリボンイオンビームを用いてワークピースに注入を施す方法であって、
リボンイオンビームを生成する工程と、
上記リボンイオンビームを質量分析する工程と、
電子の細長バンドを上記リボンイオンビームに供給する工程と、
少なくとも１つのワークピースに、上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記少なくとも１つのワークピースに供給する工程とを含む、方法。
【請求項２０】
電子の細長バンドを供給する工程は、
プラズマ電子フラッドシステムを供給する工程を含み、上記プラズマ電子フラッドシステムは、気体を含むように構成される放電チェンバーを有するハウジングを備え、また、細長抽出スリット、カソードアセンブリ、カソードフィラメント、およびその中に存在する複数のアノードとを備え、
上記細長抽出スリットは、上記イオン注入システムと直接連絡しており、
上記カソードフィラメントは、上記複数のアノードの間の電位差を通じて上記複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
電子の細長バンドは、上記イオン注入システム内を移動する上記リボンイオンビームを中和する際に用いられる上記細長抽出スリットを介して放電される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２１】
上記カソードの電圧と上記放電チェンバーハウジングの電圧とが、上記アノードの電圧よりも低い電圧にバイアスされ、
上記放電チェンバー内の圧力は、約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記気体はキセノンを含み、
上記システムはタウンゼント放電モードで作動する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
カソード電流は約４０ａｍｐｓであり、
上記カソードおよび上記放電チェンバーハウジングは、ゼロボルトに設定され、
上記アノードの電圧は１００ボルトに設定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
イオンビームを用いてワークピースに注入を施すためのイオン注入システムであって、
リボンイオンビームを生成するための手段と、
リボンイオンビームを質量分析するための手段と、
電子の細長バンドを、上記質量分析されたリボンイオンビームに供給するための手段と、
ワークピースに上記リボンイオンビームからのイオンを注入するために、上記質量分析されたリボンイオンビームを上記ワークピースに供給するための手段とを備える、イオン注入システム。
【請求項２４】
電子の細長バンドを供給するための手段は、
少なくとも１つの気体と、カソードアセンブリと、カソードフィラメントと、その中に存在する複数のアノードとを含むように構成される細長電子スリットを放電チェンバーに設けることを含み、
上記細長抽出スリットは、上記イオン注入システムと直接連絡し、
上記カソードフィラメントは、複数のアノードの間の電位差を通じて上記複数のアノードに引き込まれる電子を放出し、
上記カソードの電圧と上記放電チェンバーハウジングの電圧とを、上記アノードの電圧よりも低い電圧にバイアスし、
上記放電チェンバー内の圧力は約５×１０−５Ｔｏｒｒから１×１０−４Ｔｏｒｒであり、
上記システムはタウンゼント放電モードで作動する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１１−５０３８０１（Ｐ２０１１−５０３８０１Ａ）
【公表日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３３１１２（Ｐ２０１０−５３３１１２）
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２５９９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６１４８５
【国際公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（５０５４１３５８７）アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド (53)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２５９９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６１４８５
【国際公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（５０５４１３５８７）アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド (53)
【Ｆターム（参考）】
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