ワークピースの注入処理を制御可能に実行する装置および方法
プラズマ処理装置は、ワークピースに注入されるイオンを含むプラズマをプラズマチャンバ内に発生させるように構成されたプラズマ源を備える。本装置は、開孔構成を有する集束プレートも含み、該開孔構成は、該集束プレート近傍のプラズマのプラズマシースの形状を変更するように構成されている。本装置はさらに、ワークピースにおける集束イオンの静止時注入領域が開孔よりも実質的に狭くなるように集束プレートから離間されたワークピースを収容するプロセスチャンバも備える。本装置は、イオン注入中にワークピースを走査することによりワークピース内に複数のパターン化エリアを形成するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの注入処理（implantation）に関する。より詳細には、本発明は、ワークピースの集束型注入処理（focused implantation）を実行する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入（ion implantation）は、特性を改変するための不純物を基板に導入する標準的な技術である。所望の不純物材料がイオン源にてイオン化され、これらのイオンが加速されて所定のエネルギーのイオンビームが形成され、このイオンビームが基板の表面に振り向けられる。ビーム内のエネルギーイオンが基板材料の表面下に潜り込み、基板材料の結晶格子に埋め込まれることにより、所望の導電性または材料特性を有する領域が形成される。
【０００３】
太陽電池は、無料の天然資源を使用して無公害且つ平等に利用可能なエネルギーを提供する。環境上の懸念およびエネルギーコストの上昇により、シリコン基板から構成可能な太陽電池の重要性が地球規模で高まっている。高性能太陽電池の製造もしくは生産コストの削減または高性能太陽電池の効率の改善は、世界中の太陽電池の実装環境に良い影響を及ぼすはずである。その結果、このクリーンエネルギー技術のより広範な利用が可能となるはずである。
【０００４】
ドーピングにより太陽電池の効率が改善される可能性がある。かかるドーピングはイオン注入を使用して実施することができる。図１は、選択的エミッタ太陽電池１０の断面図である。選択的エミッタ太陽電池１０は、エミッタ２００のドーピングを行う太陽電池の効率（光が電気エネルギーに変換される割合）を向上させ、コンタクト２０２下の領域２０１に付加的なドーパントを提供し得る。領域２０１のドーピング濃度を増加させると導電性が改善され、コンタクト２０２間のドーピング濃度を低下させると電荷収集が改善される。コンタクト２０２間の間隔は約２〜３ｍｍであってよい。領域２０１の幅は約１００〜３００μｍであってよい。図２は、櫛形裏面電極（interdigitated back contact：ＩＢＣ）太陽電池２０の断面図である。ＩＢＣ太陽電池２０では、接合部が太陽電池の裏面に配置される。この特定の実施形態では、ドーピングパターンは、ｐ型ドーパント領域とｎ型ドーパント領域とを交互に配置したものである。ｐ＋型エミッタ２０３およびｎ＋型裏面電界２０４のドーピングが可能である。かかるドーピングによりＩＢＣ太陽電池の接合部を機能させること、または該接合部の効率を高めることが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高ドーズ注入を用いると、イオン注入機の所有コストを最小限に抑えることが可能となる。注入処理によっては、局所的もしくは選択的ドーピングまたは局所的もしくは選択的材料改質が必要となる可能性がある。リソグラフィと注入処理の併用は、選択的注入では追加的なステップが必要となる故にコストがかかりすぎる可能性がある。プラズマドーピング技術は、この種の用途では十分な検証がなされていない。ワークピースがプラズマ中のニュートラル（neutral）に直接晒されると、ワークピースの堆積物またはエッチングが発生し、追加的な洗浄ステップが必要となる可能性がある。したがって、当業界ではワークピースの改良型注入処理、より詳細にはワークピースの集束型注入処理を実行する、改良された方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、処理装置は、ワークピースに注入されるイオンを含むプラズマをプラズマチャンバ内で発生させるように構成されたプラズマ源を備える。本装置は、開孔を有する集束プレートであって、該開孔を出たイオンが集束イオンを画定するように該集束プレート近傍のプラズマシースの形状を変更するように構成された集束プレートも備える。本装置はさらに、集束イオンの注入幅が開孔より実質的に狭くなるように集束プレートから離間されたワークピースを収容するプロセスチャンバも備える。本装置は、イオン注入中にワークピースを走査することによりワークピース内に複数のパターン化エリアを形成するように構成される。
【０００７】
別の実施形態において、プラズマ処理システムにおいてワークピースの注入処理を実行する方法は、プラズマを収容したプラズマチャンバに隣接して、ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じてプラズマからイオンを抽出するように構成された開孔構成を有する集束プレートを設けるステップを含む。本方法はさらに、ワークピースホルダとプラズマとの間にバイアスをかけて、集束イオンがワークピースに引き寄せられるようにするステップと、ワークピースホルダを集束プレートに対して走査して、複数の選択的注入エリアが形成されるようにするステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
参照により本明細書に組み込まれる添付の図面を参照すれば、本開示のより良い理解が得られるであろう。
【０００９】
【図１】既知の選択的エミッタ太陽電池の断面図である。
【図２】既知の櫛形裏面電極太陽電池の断面図である。
【図３】プラズマシステム内の集束プレート構成の断面図である。
【図４】注入型太陽電池（implanted solar cell）の一実施形態の上面図である。
【図５】本開示の第１の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図６】本開示の第２の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図７】本開示の第３の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図８】本開示の第４の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図９】本開示の第５の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１０】本開示の第６の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１１】本開示の第７の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１２】本開示の第８の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１３】集束プレートの一実施形態の断面図である。
【図１４】注入処理中のステップ移動を示す断面図である。
【図１５】Ａ〜Ｄは、イオンドーズ量と走査速度との関係を示す図である。
【図１６】静電抑制の一実施形態を示す断面図である。
【図１７Ａ】磁気抑制の一実施形態を示す断面図である。
【図１７Ｂ】磁気抑制の一実施形態を示す断面図である。
【図１８】ＲＦまたはＤＣ同期を利用してワークピースの注入処理を二種のドーパントレベルで実行する本発明の一実施形態に関する例示的なステップを示す図である。
【図１９】ＲＦまたはＤＣ同期を利用してワークピースの注入処理を二種のドーパントレベルで実行する本発明の一実施形態に関する例示的なステップを示す図である。
【図２０Ａ】注入処理前のワークピースおよび集束プレートシステムの上面図である。
【図２０Ｂ】注入処理後のワークピースおよび集束プレートシステムの上面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａ〜図２０Ｂに示したワークピースの、注入処理後の注入エリアを示す概略上面図である。
【図２０Ｄ】注入処理中のワークピースおよび集束プレートシステムの上面図である。
【図２０Ｅ】図２０Ｄに示したワークピースの注入エリアを示す概略上面図である。
【図２１】プロセス制御装置の正面図である。
【図２２】本開示の第９の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図２３】パルス化注入処理（pulsed implantation）の一実施形態による例示的な電圧およびワークピース位置曲線を時間の関数として示す図である。
【図２４】パルス化注入処理の一実施形態による例示的な電圧およびワークピース位置曲線を時間の関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書では、太陽電池に関するシステムおよびワークピースの諸実施形態について説明する。しかしながら、本システムの諸実施形態は、例えば半導体ウェハ、化合物半導体基板もしくは薄膜、ビットパターン媒体、固体電池、フラットパネル、ＬＥＤ基板、ガラス基板等と共に使用することができる。したがって、本発明は後述の特定の実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
図３は、プラズマシステム内の集束プレート構成の断面図である。集束プレート１０１は、プラズマシース２４２内の電界を変化させてプラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界線２４１の形状を制御するように構成されている。したがって、プラズマ１４０からプラズマシース２４２を横切って引き寄せられるイオン１０２は、広範囲の入射角でワークピース１００に衝突する可能性がある。
【００１２】
プラズマ１４０は当業界で知られているように生成される。図３の実施形態において、集束プレート１０１は一対のパネル２１２および２１４を有し、パネル２１２とパネル２１４との間には水平方向間隔（Ｇ）を有する間隙が画定される。パネル２１２は絶縁体、半導体、導体のいずれであってもよい。他の実施態様において、集束プレート１０１は１枚のパネルだけを含むことも２枚以上のパネルを含むこともできる。一対のパネル２１２および２１４は、薄い平坦な形状を有する一対のシートであってもよい。他の実施形態において、一対のパネル２１２および２１４は、管状や楔状のような他の形状であってもよく、且つ／または間隙近傍に傾斜端縁を有してもよい。一対のパネル２１２および２１４は、ワークピース１００の前面によって画定される平面１５１の上方に垂直方向間隔（Ｚ）を空けて配置してもよい。一実施形態において、垂直方向間隔（Ｚ）は約２．０〜３．０ｍｍであってよい。
【００１３】
イオン１０２は、様々な機構体によりプラズマ１４０からプラズマシース２４２を横切って引き寄せることができる。一例では、ワークピース１００をバイアスすることによりイオン１０２がプラズマ１４０からプラズマシース２４２を横切って引き寄せられるようにすることができる。イオン１０２は、ｐ型ドーパント、ｎ型ドーパント、水素、希ガスまたは当業者に知られている他の種であってよい。
【００１４】
有利なことに、集束プレート１０１は、プラズマシース２４２内の電界を変化させてプラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界線２４１の形状を制御する。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界線２４１は、一例では平面１５１に対して凸形状を有してもよい。例えば、ワークピース１００をバイアスすると、イオン１０２がプラズマシース２４２を横切ってパネル２１２とパネル２１４との間の間隙を広範囲の入射角で通過するように引き寄せられる。例えば、軌道経路２７１を辿るイオンは、平面１５１に対して＋θ°の角度でワークピース１００に衝突する可能性がある。軌道経路２７０を辿るイオンは、同じ平面１５１に対して０°の角度でワークピース１００に衝突する可能性がある。軌道経路２６９を辿るイオンは、平面１５１に対して−θ°の角度でワークピース１００に衝突する可能性がある。したがって、入射角の範囲は約０°を中心として＋θ°〜−θ°とすることができる。また、経路２６９や経路２７１のようなイオン軌道経路の中には互いに交差するものも存在し得る。それだけに限らないが、パネル２１２とパネル２１４との間の水平方向間隔（Ｇ）、平面１５１の上方のパネル２１２およびパネル２１４の垂直方向間隔（Ｚ）、パネル２１２およびパネル２１４の誘電率、またはプラズマ１４０の他の処理パラメータを含めたいくつかの要因に応じて、入射角の範囲（θ）は約０°を中心として＋６０°〜−６０°であり得る。
【００１５】
図４は、注入型太陽電池の一実施形態の上面図である。図４の太陽電池５００は選択的エミッタ設計であるが、本明細書に開示する実施形態は、選択的エミッタ太陽電池だけに限定されるものではない。太陽電池５００は、例えば幅および高さが約１５６ｍｍまたは約１２５ｍｍであってよい。図１、より詳細には図４から分かるように、太陽電池５００は、ドーピングされたコンタクト領域５０１と、コンタクト領域５０１よりもやや低いドーズ量でドーピングされた、コンタクト領域５０１間のエミッタ５０２とを備える。一例では、コンタクト領域は約５Ｅ１５ドーパント原子／ｃｍ２でドーピングされ、エミッタ５０２は約１Ｅ１５ドーパント原子／ｃｍ２でドーピングされる。別の例において、コンタクト領域５０１は約２ｍｍ間隔であり、幅は約１００μｍである。１０ｋｅＶのリン注入を使用して、これらのコンタクト領域５０１は約３Ｅ１５でドーピングされ、エミッタ５０２は約１．５Ｅ１５でドーピングされる。太陽電池５００の表面全体に及ぶブランケット注入を実行してエミッタ５０２のドーピングを行うとともに、選択的注入またはパターン化注入によりコンタクト領域５０１のドーピングを行うことができる。
【００１６】
図５は、本開示の第１の実施形態による処理装置のブロック図である。システム４００は、プラズマ源４０１、集束プレート１０１（またはシースエンジニアリングプレート）およびプロセスチャンバ４０２を含む。プラズマ源４０１にはガス源４０４が連結されている。プラズマ源４０１またはシステム４００の他の構成要素をターボポンプ等のポンプ（図示せず）に連結することもできる。プラズマ１４０を生成するプラズマ源４０１は、例えばＲＦプラズマ源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、傍熱陰極（indirectly heated cathode：ＩＨＣ）または当業者に知られている他のプラズマ源であってよい。この特定の実施形態において、プラズマ源４０１は、ＲＦ源ジェネレータ４０８およびＲＦ源ジェネレータ４０９を有するＲＦプラズマ源である。この特定の実施形態において、プラズマ源４０１は筐体４１１に取り囲まれ、筐体４１１はＤＣブレーク４１０によってプロセスチャンバ４０２から分離される。プロセスチャンバ４０２、プラズマ源４０１またはプラテン４０３は接地可能である。
【００１７】
集束プレート１０１は、ワークピース１００に注入されるイオン４０６を抽出するのに使用される。集束プレート１０１は冷却可能である。このプラズマ源４０１からのプラズマ１４０の抽出は、連続（ＤＣ）抽出でもパルス抽出でもよい。プラズマ源４０１はバイアス可能である。また、イオン４０６を抽出するための連続バイアスまたはパルスバイアスを基板に提供するバイアス電源（図示せず）を設けることも可能である。
【００１８】
図５の例では複数の開孔４０７を示しているが、集束プレート１０１は少なくとも１つの開孔４０７を含むことができる。図２０に関して後で詳述するように、開孔４０７はワークピース１００内の所望の注入パターンに対応する配列の形で配置することができる。集束プレート１０１は冷却可能であり、または他の何らかの方法でそれ自体の熱特性を制御することができる。プラズマ源４０１内の圧力とプロセスチャンバ４０２内の圧力とを略等しくすることによりアークを発生させることができる。当業者なら、異なる電位の物体間の距離を増加させることにより、また可能であれば構成要素の平滑表面を利用することにより、高電圧アークを最小限に抑えることができることを理解するであろう。ワークピース１００内の注入領域の寸法は、システム４００内の各種構成要素のパラメータに応じて異なる可能性がある。
【００１９】
太陽電池であってもよい１つまたは複数のワークピース１００が、プロセスチャンバ４０２内のプラテン４０３上に配置される。集束プレート１０１の熱膨張は、集束プレート１０１とワークピース１００との間の距離を制御することによって補償可能である。これらのワークピース１００は、ワークピース１００が横にＮ個、縦にＮ個並ぶ配列または行列の形に配置可能である（幅寸法の変数「Ｎ」と長さ寸法の変数は異なることもある）。図５には、１×３のワークピースで構成される行列を示してある。垂直向きに配置されるプラテン４０３は、静電クランピングもしくは機械クランピングまたは静電クランピングと機械クランピングの組合せを使用してワークピース１００を保持することができる。ワークピース１００は、プラテン４０３を使用して走査可能である。図５の実施形態において、プラテン４０３は方向４０５に走査可能である。しかしながら、プラテン４０３はワークピース１００上の所望の注入パターンに応じて１Ｄ走査または２Ｄ走査を実行することができる。例えば、２Ｄ走査を実行してワークピース１００内にスポット状またはドット状の注入領域を形成することができる。一代替実施形態において、集束プレート１０１は、静止したワークピース１００に対して走査を行う。ワークピース１００は、様々な積み降ろし機構体を使用してプラテン４０３上に配置することができる。一例では、プラテン４０３は、ワークピース１００に対して背面ガス冷却を実行するように構成可能である。ワークピース１００は、注入処理前または注入処理中に、プラテン４０３または他の何らかの装置を使用して様々な温度に加熱または冷却可能である。
【００２０】
プラズマ源４０１のパルスは、集束プレート１０１および／またはワークピース１００の走査と同期可能である。この走査は、イオンの所望のドーズ量および分散がワークピース１００全体で達成されるように構成可能である。抽出のパルス性を利用してイオン４０６を形成することは、ワークピース１００の電荷中和を改善する可能性がある。一例では、二次的な電子コレクタプレートを使用してもよい。
【００２１】
図６は、本開示の第２の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態において、プラテン４０３は集束プレート１０１の下方に配設され、方向６０５に移動する。重力を使用してワークピース１００を支持するとプラテン４０３が単純化されるが、ワークピースに堆積物または落下粒子が発生する可能性がある。
【００２２】
図７は、本開示の第３の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態において、プラテン４０３は集束プレート１０１の上方に配設され、方向６０５に移動する。これによりワークピース１００上の堆積物または粒子の形成リスクが解消されるが、プラテン４０３は、システム４００内の処理中にワークピース１００を上下逆向きに保持するのに十分なクランプ力を必要とする。
【００２３】
図８は、本開示の第４の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態のワークピース１００はコンベヤベルト８００上に配設され、コンベヤベルト８００は垂直方向であってもよい方向４０５に移動する。
【００２４】
図９は、本開示の第５の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。ワークピース１００はコンベヤベルト８００上に配設され、コンベヤベルト８００は水平方向であってもよい方向６０５に移動する。このシステム４００は、図６の実施形態の場合と同様に、ワークピース１００上に堆積物または粒子が形成される可能性がある。
【００２５】
図１０は、本開示の第６の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。ワークピース１００は、方向６０５に移動するコンベヤベルト８００上に配設される。コンベヤベルト４０５は、ワークピース１００が上下逆向きに保持されるようにワークピース１００を把持することができる。本実施形態は、ワークピース１００上の堆積物または粒子の形成リスクを解消する。
【００２６】
図５〜図１０の各実施形態ではコンベヤベルト８００およびプラテン４０３を図示してあるが、他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。したがって、本明細書に開示する実施形態は、コンベヤベルト８００またはプラテン４０３だけに限定されるものではない。コンベヤベルト８００を使用するいくつかの実施形態は、差動ポンプを使用してプロセスチャンバ４０２内の真空を維持することができる。
【００２７】
図１１は、本開示の第７の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態において、少なくともコンベヤベルト８００および集束プレート１０１は傾斜しており、ワークピース１００は水平から垂直までの角度であってよい方向１１０５に移動する。システム４００の残りの部分は傾斜させなくてもよいが、図１１の実施形態ではシステム４００全体が傾斜するように図示してある。コンベヤベルト８００を図示してあるが、プラテン４０３または他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。傾斜構成を用いるとワークピース１００の重力アラインメント（gravity alignment）が可能になるとともに、ワークピース１００をコンベヤベルト８００上に保持する機構が単純化される。
【００２８】
図１２は、本開示の第８の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。システム１２００では、プラズマ源４０１およびプラズマ源１２０３を図示してある。プラズマ源１２０３は、ガス源１２０２からプラズマ１２０１を形成する。一例では、プラズマ１２０１はｐ型、即ちワークピース１００にｐ型ドーパント種を供給するプラズマであり、プラズマ１４０はｎ型、即ちワークピース１００にｎ型ドーパント種を供給するプラズマであるが、プラズマ１４０およびプラズマ１２０１がかかる構成に限定されるわけではない。特定の一実施形態では、システム１２００を使用して図２に示したＩＢＣ太陽電池が形成される。したがって、プラテン４０３は、プラズマ源４０１とプラズマ源１２０３との間でワークピース１００を平行移動させて、ＩＢＣ太陽電池のｎ型領域とｐ型領域の両方のドーピングを行う。プラズマ源４０１、１２０３は注入期間中にオン・オフを切り替えてもよく、またワークピース１００におけるカウンタードーピング効果と連続的に作用させてもよい。バイアスの強さを調整してカウンタードーピング効果を最小限に抑えることも可能である。換言すると、ワークピースのｎドーピングすべき部分がプラズマ１２０１に晒されたとき、およびワークピースのｐドーピングすべき部分がプラズマ１４０に晒されたときに、プラズマとワークピースとの間のバイアスを減少させることができる。
【００２９】
プラテン４０３を図示してあるが、コンベヤベルトまたは他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。
【００３０】
図２２は、本開示の第９の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。システム２２００は、プラズマ源４０１とプラズマ源２２０１の両方を有する。プラズマ源２２０１は、ガス源２２０３からプラズマ２２０２を形成する。プラテン４０３を図示してあるが、コンベヤベルトまたは他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。本実施形態のプラテン４０３は、プラズマ源４０１とプラズマ源２２０１との間で回転または旋回可能である。別の実施形態では、プラテン４０３または他の何らかの搬送機構体を用いてワークピース１００の対向する２つの側面への注入処理を可能にすることができる。別の実施形態では、プラズマ源４０２とプラズマ源２２０１が異なる高さに配置されることもある。
【００３１】
図１２および図２２の実施形態では、それぞれ２つのプラズマ源を図示してある。３つ以上のプラズマ源を使用してもよい。システム１２００および２２００を垂直構成として図示したが、本明細書に開示する他の実施形態に類する他の構成も可能である。ブランケット注入と選択的注入、ドーピングと材料改質注入または他の構成のために２つのプラズマ源を使用する他のシステムも可能である。
【００３２】
本明細書に開示する諸実施形態では、プラズマ源４０１のようなプラズマ源を連続動作させてもよい。これによりプラズマ１４０の生成に要する時間が短縮される。集束プレート１０１は、システム４００内でｉｎ‐ｓｉｔｕ洗浄可能である。一例では、プラズマ源４０１において洗浄用プラズマを発生させることができる。この予防的メンテナンスは、例えばいくつかの注入サイクルを経た後に実行してもよい。このような洗浄により、堆積物を発生させ得る種がプラズマ源４０１において使用される場合に、イオン４０６の所望の特徴または寸法を経時的に維持することが可能となる。集束プレート１０１の熱制御により集束プレート１０１上の堆積物を減少させることができる。この熱制御は集束プレートの加熱または冷却を含む可能性がある。
【００３３】
本発明のプラズマ処理装置の諸実施形態は、複数のマスクまたは複雑な注入手法を必要とせずに、選択的な小エリアとブランケット注入の両方を容易にする。これを達成するために、開孔およびワークピース構成は、幅が収束するイオンビームであって、その領域が形成されている開孔と比較して幅がかなり狭い（つまり開孔幅の約７５％未満である）領域で基板を捕捉（intercept）するイオンビームを形成する集束イオンの抽出が容易となるように、適切なプラズマパラメータと共に設計することができる。
【００３４】
図１３は、イオン集束の詳細を示す集束プレートの一実施形態の断面図である。集束プレート１０１は、開孔４０７間を距離Ｄ１だけ離間させることができる。距離Ｄ１は約１ｃｍであってよい。開孔４０７の長さＤ２は約２ｍｍであってよい。ワークピース１００は、集束プレート１０１と約１ｃｍの距離Ｄ３だけ離間可能である。集束プレート１０１を使用するワークピース１００内の注入領域の幅Ｄ４は、約１００μｍであってよい。集束プレート１０１は、（図１３の紙面に対して垂直方向に）約１５６ｍｍ超の高さを有する開孔４０７を含むことができる。集束プレート１０１自体の幅は１５６ｍｍ超であってよい。かかる集束プレート１０１は、１０ｋｅＶ注入用の各開孔４０７から約０．２Ａ／ｍのイオン４０６を抽出することができる。ワークピース１００を集束プレート１０１から約１ｃｍ離間させた場合は、ワークピース１００におけるイオン４０６の注入幅を１００μｍまで絞ることができる。このことは、１５個の開孔４０７が存在するとした場合に、ワークピース１００上に４６８ｍＡのイオン４０６電流が存在することと等価である。長さＤ２を約１ｍｍとし、且つプラズマ源を５ｋｅＶにバイアスし、且つワークピース１００を接地した場合は、イオン４０６を最大１０倍以上に集束させることができる。したがって、本発明の諸実施形態は、約１０μｍの長さＤ４を有する領域の注入処理に使用可能である。他の集束レベルも可能である。
【００３５】
したがって、本発明の諸実施形態は、ミリメートルオーダーの幅の開孔を使用して数ミクロン〜数百ミクロンのオーダーの静止時注入幅（stationary implant width）（つまり、ワークピースを集束イオンに対して走査していないときに得られる注入領域の幅）をもたらすことができる。したがって、静止時注入幅と同じ幅または静止時注入幅より大きい幅（走査を使用する場合）を有する狭い選択的注入領域を形成することが可能となる。さらに、集束イオン４０６は、幅Ｄ２の比較的大きい開孔から抽出されるので、ワークピース１００における静止時注入幅Ｄ４の全体にわたって高いイオン流束（電流）をもたらす。この結果、ブランケット注入の必要な注入レベルを得るために妥当なワークピース走査レートを実現する十分な高さのイオン電流を提供することにより、より小さいエリアにおける高ドーズ注入に加えて、急速なブランケット注入も容易に実行することが可能となる。
【００３６】
図１４は、本発明の方法による注入処理中のステップ移動を示す断面図である。ワークピース１００は、イオン４０６に対して方向４０５に移動する。これによりワークピース１００内に高ドープ領域１４００と低ドープ領域１４０１とが形成される。高ドープ領域１４００を形成する際は、低ドープ領域１４０１の注入処理中に比べてプレート１０１に対するワークピース１００の走査速度を遅くする。かかるプロセスをワークピース１００の表面全体に対して繰り返すことができる。
【００３７】
図１５Ａ〜図１５Ｄを参照すると、基板１００において受け取られるイオンドーズ量１５０４と、集束プレート１０１と基板１００との間で提供可能な可変走査速度との間の関係が詳細に示されている。静止した基板１００に対して集束プレート１０１を走査することにより、または静止した集束プレート１０１に対して基板１００を走査することにより、または基板と集束プレートの両方を同時に走査することにより、可変走査速度（またはレート）を実現することができる。注入処理中に走査速度を変更することにより、注入レベルが相対的に高い領域と、注入レベルが相対的に低い領域とを形成することが可能となる。図１５Ａ〜図１５Ｄに示す実施形態では、可変走査レートを利用して、可変イオンドーズ量１５０４が基板１００に沿ったＸ方向の位置の関数として示される。図１５Ａに示すように、集束プレート１０１を使用してプラズマ１４０からイオンが抽出され、イオン４０６が基板１００に衝突したときに焦点形状が形成される。イオン４０６が基板１００に注入されたときは、基板１００におけるイオンの電流密度１５００は、図１５Ｂに示す形をとり得る。図示のとおり、幅１ｃｍの開孔４０７を通じて抽出されるイオンの電流密度は狭いピークを持ち、イオンが基板１００に衝突するときのイオンの幅は約１００μｍである可能性がある。
【００３８】
図１５Ｃは、集束プレート１０１で使用可能な１つの走査レートシーケンス１５０２を示す。本実施形態では、走査レートシーケンスを滞留時間関数１５０４（単位：秒／ｃｍ）として示す。この滞留時間関数１５０４では、滞留時間関数１５０４のピーク１５０６が、走査レートが相対的に遅い領域を表し、ベース部分１５０８が、走査レートが相対的に速い領域を表す。したがって、領域１５０６では、領域１５０８と比較して、集束イオン１５００が基板１００の端から端まで相対的に低速に走査されるので、より高いイオンドーズ量が受け取られることになる。この遅い走査レートと速い走査レートの間の変動が図１５Ｃに示すように周期的に繰り返されるようにすることにより、基板１００内のイオンドーズ量１５０４の周期的な変動をもたらすことが可能となり、したがってＸ方向にイオンドーピング量が相対的に高い領域と相対的に低い領域とを形成することが可能となる。
【００３９】
本発明の諸実施形態は、パルスプラズマ注入を利用してワークピースの様々な領域のドーピングレベルを変更することができる。パルス化ＤＣまたはＲＦ注入の場合、諸代替実施形態では、パルス長またはパルス周波数を増加させて高ドープ領域１４００を形成することができる。これらの代替実施形態では、ワークピース１００の走査レートを一定に保ちながら、相対的に短いパルスまたは低いパルスレートに晒される領域１４０１よりもドーピング濃度が高められる領域１４００にイオン４０６が衝突するときに、パルスプラズマのパルスレート（または長さ）を相対的に大きくすることができる。
【００４０】
本発明の諸実施形態では、図５に開示したような装置を使用して、パルスイオン注入処理に関連する各種パラメータが所望のドーピングレベルに従って変更可能となるように、ワークピースの注入処理を実行することができる。これらのパラメータは、ソースパルスおよび基板パルスのパルス持続時間、パルス周波数および同期化を含むことができる。パルス化の例としては、パルス電位をプラズマに印加すること、またはパルス電位をワークピースに印加することが挙げられる。
【００４１】
図１８および図１９は、それぞれＲＦ同期またはＤＣ同期を使用してワークピースの注入処理を複数の異なるドーパントレベルで実行する本発明の方法に関与する例示的なステップを示す。無論、図１８および図１９に示したのと異なる方法も可能である。どちらの方法でも周期的な注入パルスを生成しながらターゲット１８００を開孔板１０１等の開孔板に対して走査することができる。図１８および図１９の各実施形態によれば、注入パルスの「オン」期間中にワークピースとプラズマとの間に電位、例えば負電位を印加し、それによりプラズマ１４０からの正イオンが集束プレート１０１を通じて加速され、ワークピース１００上に届くようにすることができる。
【００４２】
本発明の特定の実施形態では、既知の技術に従ってプラズマ１４０をプラズマパルス源によりパルス状に生成することもできる。特に、パルスプラズマは、ワークピース１００にバイアスを印加する必要がない構成要素（図示せず）を使用して生成することも可能である。必要に応じて、注入パルスとソースパルスとが全体的に一致するような周期性を有する注入パルスを生成することも可能である。したがって、注入パルスが生成されるときはプラズマ１４０も「オン」になり、これによりプラズマ１４０からのイオンが注入パルスによってワークピースに対して加速され、ワークピース１００に注入されることになる。基板の異なる領域で異なるドーパントレベルが達成されるようにするために、注入パルスの同期化を異なる形で実施することができる。
【００４３】
特に図１８を参照すると、図示の方法は、高ドーズ領域および低ドーズ領域に対応する、ワークピース内の２つの異なるドーピングレベルの領域を形成するのに利用することができる。本方法を使用してターゲット１００を開孔板１０１に対して走査することにより、１つまたは複数のドーピングレベルが相対的に高い領域と、１つまたは複数のドーピングレベルが相対的に低い領域とをターゲット（ワークピース１００）内に形成することが可能となる。ステップ１８００で、ソースパルスタイミングが生成される。例えば、イオン注入システムに結合されたパルス発生器が１００μｓ毎に５０μｓの持続時間ＴＯＮを有するパルスを生成してもよい。
【００４４】
ステップ１８０２で、所与の領域に高イオンドーズ量を加えるべきかそれとも低イオンドーズ量を加えるべきかが決定される。例えば、集束プレート１０１の開孔を通って加速されるイオンを使用して低イオンドーズ量領域を形成することが企図される初期ポイントに、ワークピースを集束プレート１０１に対して配置することができる。したがって、現在のワークピース位置と適用すべき所望の低ドーズ注入とを相関付けるプログラムまたは命令セットをプロセッサによって実行してもよい。
【００４５】
ステップ１８０４および１８０６で、低イオンドーズ量レベルまたは高イオンドーズ量レベルに応じて、対応するエンコーダパルスがｉパルス毎またはｊパルス毎に１つ生成される。例えば、低ドーズ（１８０４）の場合は、エンコーダパルスを２００μｓ毎に相当する２ソースパルス毎に１つ生成し、高ドーズ（１８０６）の場合は、エンコーダパルスを１０００μｓ毎に相当する２０ソースパルス毎に１つ生成するようにしてもよい。
【００４６】
一実施形態では、ステップ１８０８に示すようにモータエンコーダカウントが増分され、且つステップ１８１０に示すように移動メッセージが走査システムモータに送られるまで、ワークピース１００を静止状態に保つことができる。エンコーダパルス間ではワークピースを静止状態としてもよい。したがって、低ドーズの場合のワークピース１００への注入処理は、プラズマ１４０がオンのときの２ソースパルスで構成される。この注入レシピは、ワークピース１００への注入処理がワークピース１００の移動前の１０ソースパルス中に実行される高ドーズの場合と対照的である。したがって、高ドーズ領域が低ドーズ領域の５倍の数の注入パルスに晒されたとすると、高ドーズ領域は低ドーズ領域の５倍のドーズ量を受け取ることになる。
【００４７】
図１９に示す方法は図１８の方法と同様であるが、同期化を適用してワークピース上の異なる領域につき任意の数の異なるドーピングレベルを達成するのに使用される点が異なる。ステップ１８００からステップ１９０２に進むと、注入処理対象領域に対応する適切なイオン注入ドーズ量が判定される。この判定後、判定した注入対象ドーズ量レベルに対応する代替ステップ（参照符号１９０４〜１９０８）のうちの１つに進み、適切なエンコーダパルスシーケンスが生成される。この場合も所望のエリアの注入処理が所望のドーピングレベルに従って達成されるまで、ワークピース１００を走査しながらエンコーダパルスシーケンスを印加することができる。図１８の場合と同様に、図１９の方法は、所望のドーピングレベルに従って、例えば１つ、２つまたは３つのソースパルスが生成されるたびにエンコーダパルスを生成するステップを含む。
【００４８】
別の実施形態では、ワークピース１００の走査時に、ワークピース１００内のドーズ量制御にパルス化ＲＦまたはパルス化ＤＣを使用することができる。このパルス化の時間スケールはマイクロ秒であってよい。例えば、ワークピース１００に加えるドーズ量を２％減少させるために、パルス持続時間ＴＯＮを５０μｓから４９μｓに調整してもよい。
【００４９】
また別の実施形態では、ワークピース１００の走査を図１４に示す方向４０５に一定速度で実行する一方、高ドープ領域１４００を形成するためにパルス持続時間またはパルスレートを増加させる。例えば、低ドープ領域１４０１の注入処理と比較して５倍長いパルスまたは５倍高いパルスレートでは、高ドープ領域１４００に５倍のドーズ量がもたらされることになる。ＲＦソースパルス化とＤＣソースパルス化の併用も可能である。かかる併用は、ＤＣパルス中にＲＦソースのデューティサイクルを修正することによっても、ＤＣパルス中にＲＦソースの電力レベルを修正することによっても実現可能である。
【００５０】
図２３および図２４は、それぞれパルス化注入システムで適用可能な例示的な電圧曲線２３００および２４００を時間の関数として示している。上記のとおり、これらの電圧パルスは注入パルスまたはソースパルスを表し得る。図２３および図２４は、それぞれワークピース位置曲線２３１０および２４１０も時間の関数として示している。図２３ではワークピースが一定速度で移動しているが、ワークピース内の高ドーズ領域は、パルス２３２０のようなより長いパルス持続時間によって形成される。ワークピース内の低ドーズ領域は、パルス２３３０のようなより短いパルス持続時間によって形成される。
【００５１】
図２４では、ワークピースは線形曲線２４１０で示されるとおり一定速度で移動する。ワークピース内の高ドーズ領域２４２０はより高いパルスレートによって形成され、低ドーズ領域２４３０はより低いパルスレートによって形成される。図２３と図２４のいずれの実施形態でも、低ドーズ領域を例えば太陽電池のコンタクト間の領域とし、高ドーズ領域を例えば太陽電池のコンタクト下方の領域とすることができる。
【００５２】
図２０Ａ〜図２０Ｃは、ブランケット注入と選択的注入の両方を実行するように構成された集束プレートシステム１２１０の上面図である。図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、ワークピース１００は方向１２０４に走査される。集束プレートシステム１２１０の実施形態は、第１の開孔１２０２を有する第１の集束プレート１２００を含む。第１の開孔１２０２は、例えば方向１２０４における走査を行う（ブランケット開孔として機能する）ことにより、ワークピース１００の幅全体にわたるブランケット注入を実行し、それにより図２０Ｃに示すようなブランケット領域１２２０を形成する。第２の集束プレート１２０１は第２の開孔１２０３を有する。これら第２の開孔１２０３は、例えば各開孔１２０３を同じ方向１２０４に走査することによりワークピース１００のパターン化注入または選択的注入を実行して、パターン化領域１２２２を形成することができる。この文脈における走査とは、開孔１２０２および開孔１２０３に対するワークピース１００の相対運動を指し、ワークピース１００もしくは集束プレート１２００、１２０１を移動させること、またはワークピース１００および集束プレート１２００、１２０１を移動させることにより達成することができる。図２０Ａおよび図２０Ｂの実施形態では２枚の集束プレートを示しているが、本発明の範囲は、第１の開孔１２０２と第２の開孔１２０３を両方有し得る単一の集束プレートもカバーする。図示の例では、集束プレート１２００と集束プレート１２０１が共に、ポイントＡからポイントＢまでの距離と等しい距離だけ方向１２０４に沿って走査される。図２０Ｂは、走査完了後の集束プレート１２００と集束プレート１２０１の相対位置を示す。パターン化領域１２２２は、走査距離を必要に応じて増加させることによりワークピース１００の各端縁まで延在させることができる。図２０Ｃは、図２０Ａに示した初期位置および図２０Ｂに示した最終位置を有する集束プレートの走査を行った後の、ワークピース１００の注入ジオメトリの詳細を示す。走査方向１２０４と直交する方向１２１２に沿って、第２の開孔１２０３は第１の開孔１２０２の一部分と重なるので、第２の開孔１２０３の下方に露出する注入領域１２２２はより高いイオンドーズ量を受け取ることになる。
【００５３】
本発明によれば、図２０Ｄおよび図２０Ｅに示すように、これらブランケット注入および選択的注入は少なくとも部分的に同時に行ってもよい。図２０Ｄは、開孔１２０２および開孔１２０３が同じ集束プレートに含まれる集束プレートシステム１２１０の一実施形態を示す。図２０Ｄに示すように、集束プレート１２１０は、方向１２０４に沿って左に、位置Ｃまで走査してもよい。図２０Ｄに示す構成は注入走査の途中の一時点を表すものであってもよく、集束プレート１２１０を引き続きワークピース１００に対して左に移動させてもよい。図２０Ｅは、図２０Ｄに示した時点までに集束プレート１２１０によって形成されたイオン注入のパターンを示す。したがって、位置Ｃにおけるブランケット集束用開孔１２０２の前縁に相当する前縁１２３０ａを有するブランケット領域１２３０が形成されている。走査が進行するとともに、ブランケット領域１２３０は、図２０Ｃに示した状況と同様にワークピース１００全体に延在するようにしてもよい。図２０Ｅは、開孔１２０３を使用して少なくとも部分的に形成された選択的注入領域１２３２も示している。さらに、集束プレートでは、例えばドット状、スポット状または他の形状の注入処理を実現する他の開孔構成も可能である。このように、開孔の形状は所望の注入ジオメトリに関連する円形、楕円形または任意の形状とすることができる。
【００５４】
図２１は、プロセス制御装置の正面斜視図である。本実施形態において、プロセス制御装置２１００はプラテン４０３およびワークピース１００上またはこれらの近傍に配設される。このプロセス制御装置２１００は、イオン流束、集束プレートを離れるイオンの寸法または拡散、イオンの場所またはワークピース１００に対するイオンの平行度を測定するように構成可能である。第１の開孔２１０１の長さ寸法は、イオンの長さ寸法よりも大きい。全イオン測定のために、第１の開孔２１０１の裏側には、磁気抑制または電気抑制可能なファラデーカップ（図示せず）が配設される。第１の開孔２１０１によって形成される領域を分割して、水平方向のイオン均一性を判定することができる。開孔アレイ２１０２は互い違いの開孔列を含む。開孔アレイ２１０２内の各開孔は、想定イオン幅の約１／１０である。各開孔アレイ２１０２の裏側には、磁気抑制または電気抑制可能なファラデーカップ（図示せず）が配設される。水平方向に離間された付加的なアレイセットが、幅または平行度の変化に関する情報を与える。プロセス制御装置２１００の領域は、イオンビームが衝突したときにルミネセンスが増加する材料で被覆してもよい。かかるルミネセンスは光学的に監視可能である。第２の開孔２１０３をプラテン４０３の周辺に配設して実時間のドーズ量測定を行うこと、および第２の開孔２１０３を走査速度補正に使用することができる。第２の開孔２１０３の裏側には、それぞれ分割可能な抑制ファラデーカップ（図示せず）が配設される。
【００５５】
本システムの諸実施形態を使用して二次電子を生成することができる。ワークピース１００の帯電は、イオン４０６内のイオンの軌道に影響を及ぼす可能性がある。二次電子は、集束プレート１０１の焦点に影響を及ぼす可能性があり、集束プレート１０１のエッチングを発生させる可能性があり、集束プレート１０１の加熱を増加させる可能性がある。二次電子は、ワークピース１００より低い電位の略透明な電極により抑制することも、ワークピース１００の裏側の磁石により抑制することも可能である。図１６は、静電抑制の一実施形態を示す断面図である。絶縁体もしくは導体または絶縁層と導電層の組合せであってよい少なくとも１枚の抑制プレート１６００が集束プレート１０１上に配設される。図１７Ａおよび図１７Ｂは、磁気抑制の２つの実施形態を示す断面図である。磁石１７００および磁石１７０１はそれぞれ逆の極性を有するものであってよく、ワークピース１００の裏面（図１７Ａ）または集束プレート１０１とワークピース１００との間（図１７Ｂ）に配設して、二次電子に影響を及ぼすことができる。図１７Ａにおいて、磁石１７００、１７０１はプラズマ源に対して固定であっても可動であってもよい。図１７Ｂでは、磁石１７００、１７０１を集束プレート１０１の上部に配設することも、少なくとも部分的に集束プレート１０１の内部に配設することもできる。図１７Ｂの磁石１７００、１７０１を固定とすることにより動作を単純化することができる。
【００５６】
本明細書に開示の各実施形態は、ワークピース１００のドーピングまたはワークピース１００の結晶格子の改質に使用可能である。一例では、水素および／またはヘリウム注入を実行してワークピース１００の劈開を可能にし、ワークピース１００全体に様々なドーズ量の水素および／またはヘリウムを行き渡らせることができる。アモルファス化のような他の材料改質も実行可能である。本明細書に開示の各実施形態を使用した注入処理は、半導体または他の用途に適用可能である。
【００５７】
本開示は、本明細書に記載した特定の実施形態によって範囲が限定されるものではない。実際、上記の説明を添付図面と併せて読んだ当業者なら、本明細書に記載したものだけでなく本開示の他の様々な実施形態および修正形態を理解するであろう。したがって、このような他の実施形態および修正形態も本開示の範囲に含まれるものとする。さらに、本明細書では特定の環境、特定の目的および特定の実施形態の文脈で本発明の説明を行ってきたが、本発明の有用性はこれらに限定されるものではなく、本発明は任意の数の環境および任意の数の目的で有利に実施可能であることが当業者には理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の記載は本明細書に記載した本発明の範囲および趣旨に鑑みて解釈すべきものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの注入処理（implantation）に関する。より詳細には、本発明は、ワークピースの集束型注入処理（focused implantation）を実行する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入（ion implantation）は、特性を改変するための不純物を基板に導入する標準的な技術である。所望の不純物材料がイオン源にてイオン化され、これらのイオンが加速されて所定のエネルギーのイオンビームが形成され、このイオンビームが基板の表面に振り向けられる。ビーム内のエネルギーイオンが基板材料の表面下に潜り込み、基板材料の結晶格子に埋め込まれることにより、所望の導電性または材料特性を有する領域が形成される。
【０００３】
太陽電池は、無料の天然資源を使用して無公害且つ平等に利用可能なエネルギーを提供する。環境上の懸念およびエネルギーコストの上昇により、シリコン基板から構成可能な太陽電池の重要性が地球規模で高まっている。高性能太陽電池の製造もしくは生産コストの削減または高性能太陽電池の効率の改善は、世界中の太陽電池の実装環境に良い影響を及ぼすはずである。その結果、このクリーンエネルギー技術のより広範な利用が可能となるはずである。
【０００４】
ドーピングにより太陽電池の効率が改善される可能性がある。かかるドーピングはイオン注入を使用して実施することができる。図１は、選択的エミッタ太陽電池１０の断面図である。選択的エミッタ太陽電池１０は、エミッタ２００のドーピングを行う太陽電池の効率（光が電気エネルギーに変換される割合）を向上させ、コンタクト２０２下の領域２０１に付加的なドーパントを提供し得る。領域２０１のドーピング濃度を増加させると導電性が改善され、コンタクト２０２間のドーピング濃度を低下させると電荷収集が改善される。コンタクト２０２間の間隔は約２〜３ｍｍであってよい。領域２０１の幅は約１００〜３００μｍであってよい。図２は、櫛形裏面電極（interdigitated back contact：ＩＢＣ）太陽電池２０の断面図である。ＩＢＣ太陽電池２０では、接合部が太陽電池の裏面に配置される。この特定の実施形態では、ドーピングパターンは、ｐ型ドーパント領域とｎ型ドーパント領域とを交互に配置したものである。ｐ＋型エミッタ２０３およびｎ＋型裏面電界２０４のドーピングが可能である。かかるドーピングによりＩＢＣ太陽電池の接合部を機能させること、または該接合部の効率を高めることが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高ドーズ注入を用いると、イオン注入機の所有コストを最小限に抑えることが可能となる。注入処理によっては、局所的もしくは選択的ドーピングまたは局所的もしくは選択的材料改質が必要となる可能性がある。リソグラフィと注入処理の併用は、選択的注入では追加的なステップが必要となる故にコストがかかりすぎる可能性がある。プラズマドーピング技術は、この種の用途では十分な検証がなされていない。ワークピースがプラズマ中のニュートラル（neutral）に直接晒されると、ワークピースの堆積物またはエッチングが発生し、追加的な洗浄ステップが必要となる可能性がある。したがって、当業界ではワークピースの改良型注入処理、より詳細にはワークピースの集束型注入処理を実行する、改良された方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、処理装置は、ワークピースに注入されるイオンを含むプラズマをプラズマチャンバ内で発生させるように構成されたプラズマ源を備える。本装置は、開孔を有する集束プレートであって、該開孔を出たイオンが集束イオンを画定するように該集束プレート近傍のプラズマシースの形状を変更するように構成された集束プレートも備える。本装置はさらに、集束イオンの注入幅が開孔より実質的に狭くなるように集束プレートから離間されたワークピースを収容するプロセスチャンバも備える。本装置は、イオン注入中にワークピースを走査することによりワークピース内に複数のパターン化エリアを形成するように構成される。
【０００７】
別の実施形態において、プラズマ処理システムにおいてワークピースの注入処理を実行する方法は、プラズマを収容したプラズマチャンバに隣接して、ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じてプラズマからイオンを抽出するように構成された開孔構成を有する集束プレートを設けるステップを含む。本方法はさらに、ワークピースホルダとプラズマとの間にバイアスをかけて、集束イオンがワークピースに引き寄せられるようにするステップと、ワークピースホルダを集束プレートに対して走査して、複数の選択的注入エリアが形成されるようにするステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
参照により本明細書に組み込まれる添付の図面を参照すれば、本開示のより良い理解が得られるであろう。
【０００９】
【図１】既知の選択的エミッタ太陽電池の断面図である。
【図２】既知の櫛形裏面電極太陽電池の断面図である。
【図３】プラズマシステム内の集束プレート構成の断面図である。
【図４】注入型太陽電池（implanted solar cell）の一実施形態の上面図である。
【図５】本開示の第１の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図６】本開示の第２の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図７】本開示の第３の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図８】本開示の第４の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図９】本開示の第５の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１０】本開示の第６の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１１】本開示の第７の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１２】本開示の第８の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１３】集束プレートの一実施形態の断面図である。
【図１４】注入処理中のステップ移動を示す断面図である。
【図１５】Ａ〜Ｄは、イオンドーズ量と走査速度との関係を示す図である。
【図１６】静電抑制の一実施形態を示す断面図である。
【図１７Ａ】磁気抑制の一実施形態を示す断面図である。
【図１７Ｂ】磁気抑制の一実施形態を示す断面図である。
【図１８】ＲＦまたはＤＣ同期を利用してワークピースの注入処理を二種のドーパントレベルで実行する本発明の一実施形態に関する例示的なステップを示す図である。
【図１９】ＲＦまたはＤＣ同期を利用してワークピースの注入処理を二種のドーパントレベルで実行する本発明の一実施形態に関する例示的なステップを示す図である。
【図２０Ａ】注入処理前のワークピースおよび集束プレートシステムの上面図である。
【図２０Ｂ】注入処理後のワークピースおよび集束プレートシステムの上面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａ〜図２０Ｂに示したワークピースの、注入処理後の注入エリアを示す概略上面図である。
【図２０Ｄ】注入処理中のワークピースおよび集束プレートシステムの上面図である。
【図２０Ｅ】図２０Ｄに示したワークピースの注入エリアを示す概略上面図である。
【図２１】プロセス制御装置の正面図である。
【図２２】本開示の第９の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。
【図２３】パルス化注入処理（pulsed implantation）の一実施形態による例示的な電圧およびワークピース位置曲線を時間の関数として示す図である。
【図２４】パルス化注入処理の一実施形態による例示的な電圧およびワークピース位置曲線を時間の関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書では、太陽電池に関するシステムおよびワークピースの諸実施形態について説明する。しかしながら、本システムの諸実施形態は、例えば半導体ウェハ、化合物半導体基板もしくは薄膜、ビットパターン媒体、固体電池、フラットパネル、ＬＥＤ基板、ガラス基板等と共に使用することができる。したがって、本発明は後述の特定の実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
図３は、プラズマシステム内の集束プレート構成の断面図である。集束プレート１０１は、プラズマシース２４２内の電界を変化させてプラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界線２４１の形状を制御するように構成されている。したがって、プラズマ１４０からプラズマシース２４２を横切って引き寄せられるイオン１０２は、広範囲の入射角でワークピース１００に衝突する可能性がある。
【００１２】
プラズマ１４０は当業界で知られているように生成される。図３の実施形態において、集束プレート１０１は一対のパネル２１２および２１４を有し、パネル２１２とパネル２１４との間には水平方向間隔（Ｇ）を有する間隙が画定される。パネル２１２は絶縁体、半導体、導体のいずれであってもよい。他の実施態様において、集束プレート１０１は１枚のパネルだけを含むことも２枚以上のパネルを含むこともできる。一対のパネル２１２および２１４は、薄い平坦な形状を有する一対のシートであってもよい。他の実施形態において、一対のパネル２１２および２１４は、管状や楔状のような他の形状であってもよく、且つ／または間隙近傍に傾斜端縁を有してもよい。一対のパネル２１２および２１４は、ワークピース１００の前面によって画定される平面１５１の上方に垂直方向間隔（Ｚ）を空けて配置してもよい。一実施形態において、垂直方向間隔（Ｚ）は約２．０〜３．０ｍｍであってよい。
【００１３】
イオン１０２は、様々な機構体によりプラズマ１４０からプラズマシース２４２を横切って引き寄せることができる。一例では、ワークピース１００をバイアスすることによりイオン１０２がプラズマ１４０からプラズマシース２４２を横切って引き寄せられるようにすることができる。イオン１０２は、ｐ型ドーパント、ｎ型ドーパント、水素、希ガスまたは当業者に知られている他の種であってよい。
【００１４】
有利なことに、集束プレート１０１は、プラズマシース２４２内の電界を変化させてプラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界線２４１の形状を制御する。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界線２４１は、一例では平面１５１に対して凸形状を有してもよい。例えば、ワークピース１００をバイアスすると、イオン１０２がプラズマシース２４２を横切ってパネル２１２とパネル２１４との間の間隙を広範囲の入射角で通過するように引き寄せられる。例えば、軌道経路２７１を辿るイオンは、平面１５１に対して＋θ°の角度でワークピース１００に衝突する可能性がある。軌道経路２７０を辿るイオンは、同じ平面１５１に対して０°の角度でワークピース１００に衝突する可能性がある。軌道経路２６９を辿るイオンは、平面１５１に対して−θ°の角度でワークピース１００に衝突する可能性がある。したがって、入射角の範囲は約０°を中心として＋θ°〜−θ°とすることができる。また、経路２６９や経路２７１のようなイオン軌道経路の中には互いに交差するものも存在し得る。それだけに限らないが、パネル２１２とパネル２１４との間の水平方向間隔（Ｇ）、平面１５１の上方のパネル２１２およびパネル２１４の垂直方向間隔（Ｚ）、パネル２１２およびパネル２１４の誘電率、またはプラズマ１４０の他の処理パラメータを含めたいくつかの要因に応じて、入射角の範囲（θ）は約０°を中心として＋６０°〜−６０°であり得る。
【００１５】
図４は、注入型太陽電池の一実施形態の上面図である。図４の太陽電池５００は選択的エミッタ設計であるが、本明細書に開示する実施形態は、選択的エミッタ太陽電池だけに限定されるものではない。太陽電池５００は、例えば幅および高さが約１５６ｍｍまたは約１２５ｍｍであってよい。図１、より詳細には図４から分かるように、太陽電池５００は、ドーピングされたコンタクト領域５０１と、コンタクト領域５０１よりもやや低いドーズ量でドーピングされた、コンタクト領域５０１間のエミッタ５０２とを備える。一例では、コンタクト領域は約５Ｅ１５ドーパント原子／ｃｍ２でドーピングされ、エミッタ５０２は約１Ｅ１５ドーパント原子／ｃｍ２でドーピングされる。別の例において、コンタクト領域５０１は約２ｍｍ間隔であり、幅は約１００μｍである。１０ｋｅＶのリン注入を使用して、これらのコンタクト領域５０１は約３Ｅ１５でドーピングされ、エミッタ５０２は約１．５Ｅ１５でドーピングされる。太陽電池５００の表面全体に及ぶブランケット注入を実行してエミッタ５０２のドーピングを行うとともに、選択的注入またはパターン化注入によりコンタクト領域５０１のドーピングを行うことができる。
【００１６】
図５は、本開示の第１の実施形態による処理装置のブロック図である。システム４００は、プラズマ源４０１、集束プレート１０１（またはシースエンジニアリングプレート）およびプロセスチャンバ４０２を含む。プラズマ源４０１にはガス源４０４が連結されている。プラズマ源４０１またはシステム４００の他の構成要素をターボポンプ等のポンプ（図示せず）に連結することもできる。プラズマ１４０を生成するプラズマ源４０１は、例えばＲＦプラズマ源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、傍熱陰極（indirectly heated cathode：ＩＨＣ）または当業者に知られている他のプラズマ源であってよい。この特定の実施形態において、プラズマ源４０１は、ＲＦ源ジェネレータ４０８およびＲＦ源ジェネレータ４０９を有するＲＦプラズマ源である。この特定の実施形態において、プラズマ源４０１は筐体４１１に取り囲まれ、筐体４１１はＤＣブレーク４１０によってプロセスチャンバ４０２から分離される。プロセスチャンバ４０２、プラズマ源４０１またはプラテン４０３は接地可能である。
【００１７】
集束プレート１０１は、ワークピース１００に注入されるイオン４０６を抽出するのに使用される。集束プレート１０１は冷却可能である。このプラズマ源４０１からのプラズマ１４０の抽出は、連続（ＤＣ）抽出でもパルス抽出でもよい。プラズマ源４０１はバイアス可能である。また、イオン４０６を抽出するための連続バイアスまたはパルスバイアスを基板に提供するバイアス電源（図示せず）を設けることも可能である。
【００１８】
図５の例では複数の開孔４０７を示しているが、集束プレート１０１は少なくとも１つの開孔４０７を含むことができる。図２０に関して後で詳述するように、開孔４０７はワークピース１００内の所望の注入パターンに対応する配列の形で配置することができる。集束プレート１０１は冷却可能であり、または他の何らかの方法でそれ自体の熱特性を制御することができる。プラズマ源４０１内の圧力とプロセスチャンバ４０２内の圧力とを略等しくすることによりアークを発生させることができる。当業者なら、異なる電位の物体間の距離を増加させることにより、また可能であれば構成要素の平滑表面を利用することにより、高電圧アークを最小限に抑えることができることを理解するであろう。ワークピース１００内の注入領域の寸法は、システム４００内の各種構成要素のパラメータに応じて異なる可能性がある。
【００１９】
太陽電池であってもよい１つまたは複数のワークピース１００が、プロセスチャンバ４０２内のプラテン４０３上に配置される。集束プレート１０１の熱膨張は、集束プレート１０１とワークピース１００との間の距離を制御することによって補償可能である。これらのワークピース１００は、ワークピース１００が横にＮ個、縦にＮ個並ぶ配列または行列の形に配置可能である（幅寸法の変数「Ｎ」と長さ寸法の変数は異なることもある）。図５には、１×３のワークピースで構成される行列を示してある。垂直向きに配置されるプラテン４０３は、静電クランピングもしくは機械クランピングまたは静電クランピングと機械クランピングの組合せを使用してワークピース１００を保持することができる。ワークピース１００は、プラテン４０３を使用して走査可能である。図５の実施形態において、プラテン４０３は方向４０５に走査可能である。しかしながら、プラテン４０３はワークピース１００上の所望の注入パターンに応じて１Ｄ走査または２Ｄ走査を実行することができる。例えば、２Ｄ走査を実行してワークピース１００内にスポット状またはドット状の注入領域を形成することができる。一代替実施形態において、集束プレート１０１は、静止したワークピース１００に対して走査を行う。ワークピース１００は、様々な積み降ろし機構体を使用してプラテン４０３上に配置することができる。一例では、プラテン４０３は、ワークピース１００に対して背面ガス冷却を実行するように構成可能である。ワークピース１００は、注入処理前または注入処理中に、プラテン４０３または他の何らかの装置を使用して様々な温度に加熱または冷却可能である。
【００２０】
プラズマ源４０１のパルスは、集束プレート１０１および／またはワークピース１００の走査と同期可能である。この走査は、イオンの所望のドーズ量および分散がワークピース１００全体で達成されるように構成可能である。抽出のパルス性を利用してイオン４０６を形成することは、ワークピース１００の電荷中和を改善する可能性がある。一例では、二次的な電子コレクタプレートを使用してもよい。
【００２１】
図６は、本開示の第２の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態において、プラテン４０３は集束プレート１０１の下方に配設され、方向６０５に移動する。重力を使用してワークピース１００を支持するとプラテン４０３が単純化されるが、ワークピースに堆積物または落下粒子が発生する可能性がある。
【００２２】
図７は、本開示の第３の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態において、プラテン４０３は集束プレート１０１の上方に配設され、方向６０５に移動する。これによりワークピース１００上の堆積物または粒子の形成リスクが解消されるが、プラテン４０３は、システム４００内の処理中にワークピース１００を上下逆向きに保持するのに十分なクランプ力を必要とする。
【００２３】
図８は、本開示の第４の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態のワークピース１００はコンベヤベルト８００上に配設され、コンベヤベルト８００は垂直方向であってもよい方向４０５に移動する。
【００２４】
図９は、本開示の第５の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。ワークピース１００はコンベヤベルト８００上に配設され、コンベヤベルト８００は水平方向であってもよい方向６０５に移動する。このシステム４００は、図６の実施形態の場合と同様に、ワークピース１００上に堆積物または粒子が形成される可能性がある。
【００２５】
図１０は、本開示の第６の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。ワークピース１００は、方向６０５に移動するコンベヤベルト８００上に配設される。コンベヤベルト４０５は、ワークピース１００が上下逆向きに保持されるようにワークピース１００を把持することができる。本実施形態は、ワークピース１００上の堆積物または粒子の形成リスクを解消する。
【００２６】
図５〜図１０の各実施形態ではコンベヤベルト８００およびプラテン４０３を図示してあるが、他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。したがって、本明細書に開示する実施形態は、コンベヤベルト８００またはプラテン４０３だけに限定されるものではない。コンベヤベルト８００を使用するいくつかの実施形態は、差動ポンプを使用してプロセスチャンバ４０２内の真空を維持することができる。
【００２７】
図１１は、本開示の第７の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。本実施形態において、少なくともコンベヤベルト８００および集束プレート１０１は傾斜しており、ワークピース１００は水平から垂直までの角度であってよい方向１１０５に移動する。システム４００の残りの部分は傾斜させなくてもよいが、図１１の実施形態ではシステム４００全体が傾斜するように図示してある。コンベヤベルト８００を図示してあるが、プラテン４０３または他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。傾斜構成を用いるとワークピース１００の重力アラインメント（gravity alignment）が可能になるとともに、ワークピース１００をコンベヤベルト８００上に保持する機構が単純化される。
【００２８】
図１２は、本開示の第８の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。システム１２００では、プラズマ源４０１およびプラズマ源１２０３を図示してある。プラズマ源１２０３は、ガス源１２０２からプラズマ１２０１を形成する。一例では、プラズマ１２０１はｐ型、即ちワークピース１００にｐ型ドーパント種を供給するプラズマであり、プラズマ１４０はｎ型、即ちワークピース１００にｎ型ドーパント種を供給するプラズマであるが、プラズマ１４０およびプラズマ１２０１がかかる構成に限定されるわけではない。特定の一実施形態では、システム１２００を使用して図２に示したＩＢＣ太陽電池が形成される。したがって、プラテン４０３は、プラズマ源４０１とプラズマ源１２０３との間でワークピース１００を平行移動させて、ＩＢＣ太陽電池のｎ型領域とｐ型領域の両方のドーピングを行う。プラズマ源４０１、１２０３は注入期間中にオン・オフを切り替えてもよく、またワークピース１００におけるカウンタードーピング効果と連続的に作用させてもよい。バイアスの強さを調整してカウンタードーピング効果を最小限に抑えることも可能である。換言すると、ワークピースのｎドーピングすべき部分がプラズマ１２０１に晒されたとき、およびワークピースのｐドーピングすべき部分がプラズマ１４０に晒されたときに、プラズマとワークピースとの間のバイアスを減少させることができる。
【００２９】
プラテン４０３を図示してあるが、コンベヤベルトまたは他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。
【００３０】
図２２は、本開示の第９の実施形態によるプラズマ処理装置のブロック図である。システム２２００は、プラズマ源４０１とプラズマ源２２０１の両方を有する。プラズマ源２２０１は、ガス源２２０３からプラズマ２２０２を形成する。プラテン４０３を図示してあるが、コンベヤベルトまたは他のワークピース１００用搬送機構体を使用してもよい。本実施形態のプラテン４０３は、プラズマ源４０１とプラズマ源２２０１との間で回転または旋回可能である。別の実施形態では、プラテン４０３または他の何らかの搬送機構体を用いてワークピース１００の対向する２つの側面への注入処理を可能にすることができる。別の実施形態では、プラズマ源４０２とプラズマ源２２０１が異なる高さに配置されることもある。
【００３１】
図１２および図２２の実施形態では、それぞれ２つのプラズマ源を図示してある。３つ以上のプラズマ源を使用してもよい。システム１２００および２２００を垂直構成として図示したが、本明細書に開示する他の実施形態に類する他の構成も可能である。ブランケット注入と選択的注入、ドーピングと材料改質注入または他の構成のために２つのプラズマ源を使用する他のシステムも可能である。
【００３２】
本明細書に開示する諸実施形態では、プラズマ源４０１のようなプラズマ源を連続動作させてもよい。これによりプラズマ１４０の生成に要する時間が短縮される。集束プレート１０１は、システム４００内でｉｎ‐ｓｉｔｕ洗浄可能である。一例では、プラズマ源４０１において洗浄用プラズマを発生させることができる。この予防的メンテナンスは、例えばいくつかの注入サイクルを経た後に実行してもよい。このような洗浄により、堆積物を発生させ得る種がプラズマ源４０１において使用される場合に、イオン４０６の所望の特徴または寸法を経時的に維持することが可能となる。集束プレート１０１の熱制御により集束プレート１０１上の堆積物を減少させることができる。この熱制御は集束プレートの加熱または冷却を含む可能性がある。
【００３３】
本発明のプラズマ処理装置の諸実施形態は、複数のマスクまたは複雑な注入手法を必要とせずに、選択的な小エリアとブランケット注入の両方を容易にする。これを達成するために、開孔およびワークピース構成は、幅が収束するイオンビームであって、その領域が形成されている開孔と比較して幅がかなり狭い（つまり開孔幅の約７５％未満である）領域で基板を捕捉（intercept）するイオンビームを形成する集束イオンの抽出が容易となるように、適切なプラズマパラメータと共に設計することができる。
【００３４】
図１３は、イオン集束の詳細を示す集束プレートの一実施形態の断面図である。集束プレート１０１は、開孔４０７間を距離Ｄ１だけ離間させることができる。距離Ｄ１は約１ｃｍであってよい。開孔４０７の長さＤ２は約２ｍｍであってよい。ワークピース１００は、集束プレート１０１と約１ｃｍの距離Ｄ３だけ離間可能である。集束プレート１０１を使用するワークピース１００内の注入領域の幅Ｄ４は、約１００μｍであってよい。集束プレート１０１は、（図１３の紙面に対して垂直方向に）約１５６ｍｍ超の高さを有する開孔４０７を含むことができる。集束プレート１０１自体の幅は１５６ｍｍ超であってよい。かかる集束プレート１０１は、１０ｋｅＶ注入用の各開孔４０７から約０．２Ａ／ｍのイオン４０６を抽出することができる。ワークピース１００を集束プレート１０１から約１ｃｍ離間させた場合は、ワークピース１００におけるイオン４０６の注入幅を１００μｍまで絞ることができる。このことは、１５個の開孔４０７が存在するとした場合に、ワークピース１００上に４６８ｍＡのイオン４０６電流が存在することと等価である。長さＤ２を約１ｍｍとし、且つプラズマ源を５ｋｅＶにバイアスし、且つワークピース１００を接地した場合は、イオン４０６を最大１０倍以上に集束させることができる。したがって、本発明の諸実施形態は、約１０μｍの長さＤ４を有する領域の注入処理に使用可能である。他の集束レベルも可能である。
【００３５】
したがって、本発明の諸実施形態は、ミリメートルオーダーの幅の開孔を使用して数ミクロン〜数百ミクロンのオーダーの静止時注入幅（stationary implant width）（つまり、ワークピースを集束イオンに対して走査していないときに得られる注入領域の幅）をもたらすことができる。したがって、静止時注入幅と同じ幅または静止時注入幅より大きい幅（走査を使用する場合）を有する狭い選択的注入領域を形成することが可能となる。さらに、集束イオン４０６は、幅Ｄ２の比較的大きい開孔から抽出されるので、ワークピース１００における静止時注入幅Ｄ４の全体にわたって高いイオン流束（電流）をもたらす。この結果、ブランケット注入の必要な注入レベルを得るために妥当なワークピース走査レートを実現する十分な高さのイオン電流を提供することにより、より小さいエリアにおける高ドーズ注入に加えて、急速なブランケット注入も容易に実行することが可能となる。
【００３６】
図１４は、本発明の方法による注入処理中のステップ移動を示す断面図である。ワークピース１００は、イオン４０６に対して方向４０５に移動する。これによりワークピース１００内に高ドープ領域１４００と低ドープ領域１４０１とが形成される。高ドープ領域１４００を形成する際は、低ドープ領域１４０１の注入処理中に比べてプレート１０１に対するワークピース１００の走査速度を遅くする。かかるプロセスをワークピース１００の表面全体に対して繰り返すことができる。
【００３７】
図１５Ａ〜図１５Ｄを参照すると、基板１００において受け取られるイオンドーズ量１５０４と、集束プレート１０１と基板１００との間で提供可能な可変走査速度との間の関係が詳細に示されている。静止した基板１００に対して集束プレート１０１を走査することにより、または静止した集束プレート１０１に対して基板１００を走査することにより、または基板と集束プレートの両方を同時に走査することにより、可変走査速度（またはレート）を実現することができる。注入処理中に走査速度を変更することにより、注入レベルが相対的に高い領域と、注入レベルが相対的に低い領域とを形成することが可能となる。図１５Ａ〜図１５Ｄに示す実施形態では、可変走査レートを利用して、可変イオンドーズ量１５０４が基板１００に沿ったＸ方向の位置の関数として示される。図１５Ａに示すように、集束プレート１０１を使用してプラズマ１４０からイオンが抽出され、イオン４０６が基板１００に衝突したときに焦点形状が形成される。イオン４０６が基板１００に注入されたときは、基板１００におけるイオンの電流密度１５００は、図１５Ｂに示す形をとり得る。図示のとおり、幅１ｃｍの開孔４０７を通じて抽出されるイオンの電流密度は狭いピークを持ち、イオンが基板１００に衝突するときのイオンの幅は約１００μｍである可能性がある。
【００３８】
図１５Ｃは、集束プレート１０１で使用可能な１つの走査レートシーケンス１５０２を示す。本実施形態では、走査レートシーケンスを滞留時間関数１５０４（単位：秒／ｃｍ）として示す。この滞留時間関数１５０４では、滞留時間関数１５０４のピーク１５０６が、走査レートが相対的に遅い領域を表し、ベース部分１５０８が、走査レートが相対的に速い領域を表す。したがって、領域１５０６では、領域１５０８と比較して、集束イオン１５００が基板１００の端から端まで相対的に低速に走査されるので、より高いイオンドーズ量が受け取られることになる。この遅い走査レートと速い走査レートの間の変動が図１５Ｃに示すように周期的に繰り返されるようにすることにより、基板１００内のイオンドーズ量１５０４の周期的な変動をもたらすことが可能となり、したがってＸ方向にイオンドーピング量が相対的に高い領域と相対的に低い領域とを形成することが可能となる。
【００３９】
本発明の諸実施形態は、パルスプラズマ注入を利用してワークピースの様々な領域のドーピングレベルを変更することができる。パルス化ＤＣまたはＲＦ注入の場合、諸代替実施形態では、パルス長またはパルス周波数を増加させて高ドープ領域１４００を形成することができる。これらの代替実施形態では、ワークピース１００の走査レートを一定に保ちながら、相対的に短いパルスまたは低いパルスレートに晒される領域１４０１よりもドーピング濃度が高められる領域１４００にイオン４０６が衝突するときに、パルスプラズマのパルスレート（または長さ）を相対的に大きくすることができる。
【００４０】
本発明の諸実施形態では、図５に開示したような装置を使用して、パルスイオン注入処理に関連する各種パラメータが所望のドーピングレベルに従って変更可能となるように、ワークピースの注入処理を実行することができる。これらのパラメータは、ソースパルスおよび基板パルスのパルス持続時間、パルス周波数および同期化を含むことができる。パルス化の例としては、パルス電位をプラズマに印加すること、またはパルス電位をワークピースに印加することが挙げられる。
【００４１】
図１８および図１９は、それぞれＲＦ同期またはＤＣ同期を使用してワークピースの注入処理を複数の異なるドーパントレベルで実行する本発明の方法に関与する例示的なステップを示す。無論、図１８および図１９に示したのと異なる方法も可能である。どちらの方法でも周期的な注入パルスを生成しながらターゲット１８００を開孔板１０１等の開孔板に対して走査することができる。図１８および図１９の各実施形態によれば、注入パルスの「オン」期間中にワークピースとプラズマとの間に電位、例えば負電位を印加し、それによりプラズマ１４０からの正イオンが集束プレート１０１を通じて加速され、ワークピース１００上に届くようにすることができる。
【００４２】
本発明の特定の実施形態では、既知の技術に従ってプラズマ１４０をプラズマパルス源によりパルス状に生成することもできる。特に、パルスプラズマは、ワークピース１００にバイアスを印加する必要がない構成要素（図示せず）を使用して生成することも可能である。必要に応じて、注入パルスとソースパルスとが全体的に一致するような周期性を有する注入パルスを生成することも可能である。したがって、注入パルスが生成されるときはプラズマ１４０も「オン」になり、これによりプラズマ１４０からのイオンが注入パルスによってワークピースに対して加速され、ワークピース１００に注入されることになる。基板の異なる領域で異なるドーパントレベルが達成されるようにするために、注入パルスの同期化を異なる形で実施することができる。
【００４３】
特に図１８を参照すると、図示の方法は、高ドーズ領域および低ドーズ領域に対応する、ワークピース内の２つの異なるドーピングレベルの領域を形成するのに利用することができる。本方法を使用してターゲット１００を開孔板１０１に対して走査することにより、１つまたは複数のドーピングレベルが相対的に高い領域と、１つまたは複数のドーピングレベルが相対的に低い領域とをターゲット（ワークピース１００）内に形成することが可能となる。ステップ１８００で、ソースパルスタイミングが生成される。例えば、イオン注入システムに結合されたパルス発生器が１００μｓ毎に５０μｓの持続時間ＴＯＮを有するパルスを生成してもよい。
【００４４】
ステップ１８０２で、所与の領域に高イオンドーズ量を加えるべきかそれとも低イオンドーズ量を加えるべきかが決定される。例えば、集束プレート１０１の開孔を通って加速されるイオンを使用して低イオンドーズ量領域を形成することが企図される初期ポイントに、ワークピースを集束プレート１０１に対して配置することができる。したがって、現在のワークピース位置と適用すべき所望の低ドーズ注入とを相関付けるプログラムまたは命令セットをプロセッサによって実行してもよい。
【００４５】
ステップ１８０４および１８０６で、低イオンドーズ量レベルまたは高イオンドーズ量レベルに応じて、対応するエンコーダパルスがｉパルス毎またはｊパルス毎に１つ生成される。例えば、低ドーズ（１８０４）の場合は、エンコーダパルスを２００μｓ毎に相当する２ソースパルス毎に１つ生成し、高ドーズ（１８０６）の場合は、エンコーダパルスを１０００μｓ毎に相当する２０ソースパルス毎に１つ生成するようにしてもよい。
【００４６】
一実施形態では、ステップ１８０８に示すようにモータエンコーダカウントが増分され、且つステップ１８１０に示すように移動メッセージが走査システムモータに送られるまで、ワークピース１００を静止状態に保つことができる。エンコーダパルス間ではワークピースを静止状態としてもよい。したがって、低ドーズの場合のワークピース１００への注入処理は、プラズマ１４０がオンのときの２ソースパルスで構成される。この注入レシピは、ワークピース１００への注入処理がワークピース１００の移動前の１０ソースパルス中に実行される高ドーズの場合と対照的である。したがって、高ドーズ領域が低ドーズ領域の５倍の数の注入パルスに晒されたとすると、高ドーズ領域は低ドーズ領域の５倍のドーズ量を受け取ることになる。
【００４７】
図１９に示す方法は図１８の方法と同様であるが、同期化を適用してワークピース上の異なる領域につき任意の数の異なるドーピングレベルを達成するのに使用される点が異なる。ステップ１８００からステップ１９０２に進むと、注入処理対象領域に対応する適切なイオン注入ドーズ量が判定される。この判定後、判定した注入対象ドーズ量レベルに対応する代替ステップ（参照符号１９０４〜１９０８）のうちの１つに進み、適切なエンコーダパルスシーケンスが生成される。この場合も所望のエリアの注入処理が所望のドーピングレベルに従って達成されるまで、ワークピース１００を走査しながらエンコーダパルスシーケンスを印加することができる。図１８の場合と同様に、図１９の方法は、所望のドーピングレベルに従って、例えば１つ、２つまたは３つのソースパルスが生成されるたびにエンコーダパルスを生成するステップを含む。
【００４８】
別の実施形態では、ワークピース１００の走査時に、ワークピース１００内のドーズ量制御にパルス化ＲＦまたはパルス化ＤＣを使用することができる。このパルス化の時間スケールはマイクロ秒であってよい。例えば、ワークピース１００に加えるドーズ量を２％減少させるために、パルス持続時間ＴＯＮを５０μｓから４９μｓに調整してもよい。
【００４９】
また別の実施形態では、ワークピース１００の走査を図１４に示す方向４０５に一定速度で実行する一方、高ドープ領域１４００を形成するためにパルス持続時間またはパルスレートを増加させる。例えば、低ドープ領域１４０１の注入処理と比較して５倍長いパルスまたは５倍高いパルスレートでは、高ドープ領域１４００に５倍のドーズ量がもたらされることになる。ＲＦソースパルス化とＤＣソースパルス化の併用も可能である。かかる併用は、ＤＣパルス中にＲＦソースのデューティサイクルを修正することによっても、ＤＣパルス中にＲＦソースの電力レベルを修正することによっても実現可能である。
【００５０】
図２３および図２４は、それぞれパルス化注入システムで適用可能な例示的な電圧曲線２３００および２４００を時間の関数として示している。上記のとおり、これらの電圧パルスは注入パルスまたはソースパルスを表し得る。図２３および図２４は、それぞれワークピース位置曲線２３１０および２４１０も時間の関数として示している。図２３ではワークピースが一定速度で移動しているが、ワークピース内の高ドーズ領域は、パルス２３２０のようなより長いパルス持続時間によって形成される。ワークピース内の低ドーズ領域は、パルス２３３０のようなより短いパルス持続時間によって形成される。
【００５１】
図２４では、ワークピースは線形曲線２４１０で示されるとおり一定速度で移動する。ワークピース内の高ドーズ領域２４２０はより高いパルスレートによって形成され、低ドーズ領域２４３０はより低いパルスレートによって形成される。図２３と図２４のいずれの実施形態でも、低ドーズ領域を例えば太陽電池のコンタクト間の領域とし、高ドーズ領域を例えば太陽電池のコンタクト下方の領域とすることができる。
【００５２】
図２０Ａ〜図２０Ｃは、ブランケット注入と選択的注入の両方を実行するように構成された集束プレートシステム１２１０の上面図である。図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、ワークピース１００は方向１２０４に走査される。集束プレートシステム１２１０の実施形態は、第１の開孔１２０２を有する第１の集束プレート１２００を含む。第１の開孔１２０２は、例えば方向１２０４における走査を行う（ブランケット開孔として機能する）ことにより、ワークピース１００の幅全体にわたるブランケット注入を実行し、それにより図２０Ｃに示すようなブランケット領域１２２０を形成する。第２の集束プレート１２０１は第２の開孔１２０３を有する。これら第２の開孔１２０３は、例えば各開孔１２０３を同じ方向１２０４に走査することによりワークピース１００のパターン化注入または選択的注入を実行して、パターン化領域１２２２を形成することができる。この文脈における走査とは、開孔１２０２および開孔１２０３に対するワークピース１００の相対運動を指し、ワークピース１００もしくは集束プレート１２００、１２０１を移動させること、またはワークピース１００および集束プレート１２００、１２０１を移動させることにより達成することができる。図２０Ａおよび図２０Ｂの実施形態では２枚の集束プレートを示しているが、本発明の範囲は、第１の開孔１２０２と第２の開孔１２０３を両方有し得る単一の集束プレートもカバーする。図示の例では、集束プレート１２００と集束プレート１２０１が共に、ポイントＡからポイントＢまでの距離と等しい距離だけ方向１２０４に沿って走査される。図２０Ｂは、走査完了後の集束プレート１２００と集束プレート１２０１の相対位置を示す。パターン化領域１２２２は、走査距離を必要に応じて増加させることによりワークピース１００の各端縁まで延在させることができる。図２０Ｃは、図２０Ａに示した初期位置および図２０Ｂに示した最終位置を有する集束プレートの走査を行った後の、ワークピース１００の注入ジオメトリの詳細を示す。走査方向１２０４と直交する方向１２１２に沿って、第２の開孔１２０３は第１の開孔１２０２の一部分と重なるので、第２の開孔１２０３の下方に露出する注入領域１２２２はより高いイオンドーズ量を受け取ることになる。
【００５３】
本発明によれば、図２０Ｄおよび図２０Ｅに示すように、これらブランケット注入および選択的注入は少なくとも部分的に同時に行ってもよい。図２０Ｄは、開孔１２０２および開孔１２０３が同じ集束プレートに含まれる集束プレートシステム１２１０の一実施形態を示す。図２０Ｄに示すように、集束プレート１２１０は、方向１２０４に沿って左に、位置Ｃまで走査してもよい。図２０Ｄに示す構成は注入走査の途中の一時点を表すものであってもよく、集束プレート１２１０を引き続きワークピース１００に対して左に移動させてもよい。図２０Ｅは、図２０Ｄに示した時点までに集束プレート１２１０によって形成されたイオン注入のパターンを示す。したがって、位置Ｃにおけるブランケット集束用開孔１２０２の前縁に相当する前縁１２３０ａを有するブランケット領域１２３０が形成されている。走査が進行するとともに、ブランケット領域１２３０は、図２０Ｃに示した状況と同様にワークピース１００全体に延在するようにしてもよい。図２０Ｅは、開孔１２０３を使用して少なくとも部分的に形成された選択的注入領域１２３２も示している。さらに、集束プレートでは、例えばドット状、スポット状または他の形状の注入処理を実現する他の開孔構成も可能である。このように、開孔の形状は所望の注入ジオメトリに関連する円形、楕円形または任意の形状とすることができる。
【００５４】
図２１は、プロセス制御装置の正面斜視図である。本実施形態において、プロセス制御装置２１００はプラテン４０３およびワークピース１００上またはこれらの近傍に配設される。このプロセス制御装置２１００は、イオン流束、集束プレートを離れるイオンの寸法または拡散、イオンの場所またはワークピース１００に対するイオンの平行度を測定するように構成可能である。第１の開孔２１０１の長さ寸法は、イオンの長さ寸法よりも大きい。全イオン測定のために、第１の開孔２１０１の裏側には、磁気抑制または電気抑制可能なファラデーカップ（図示せず）が配設される。第１の開孔２１０１によって形成される領域を分割して、水平方向のイオン均一性を判定することができる。開孔アレイ２１０２は互い違いの開孔列を含む。開孔アレイ２１０２内の各開孔は、想定イオン幅の約１／１０である。各開孔アレイ２１０２の裏側には、磁気抑制または電気抑制可能なファラデーカップ（図示せず）が配設される。水平方向に離間された付加的なアレイセットが、幅または平行度の変化に関する情報を与える。プロセス制御装置２１００の領域は、イオンビームが衝突したときにルミネセンスが増加する材料で被覆してもよい。かかるルミネセンスは光学的に監視可能である。第２の開孔２１０３をプラテン４０３の周辺に配設して実時間のドーズ量測定を行うこと、および第２の開孔２１０３を走査速度補正に使用することができる。第２の開孔２１０３の裏側には、それぞれ分割可能な抑制ファラデーカップ（図示せず）が配設される。
【００５５】
本システムの諸実施形態を使用して二次電子を生成することができる。ワークピース１００の帯電は、イオン４０６内のイオンの軌道に影響を及ぼす可能性がある。二次電子は、集束プレート１０１の焦点に影響を及ぼす可能性があり、集束プレート１０１のエッチングを発生させる可能性があり、集束プレート１０１の加熱を増加させる可能性がある。二次電子は、ワークピース１００より低い電位の略透明な電極により抑制することも、ワークピース１００の裏側の磁石により抑制することも可能である。図１６は、静電抑制の一実施形態を示す断面図である。絶縁体もしくは導体または絶縁層と導電層の組合せであってよい少なくとも１枚の抑制プレート１６００が集束プレート１０１上に配設される。図１７Ａおよび図１７Ｂは、磁気抑制の２つの実施形態を示す断面図である。磁石１７００および磁石１７０１はそれぞれ逆の極性を有するものであってよく、ワークピース１００の裏面（図１７Ａ）または集束プレート１０１とワークピース１００との間（図１７Ｂ）に配設して、二次電子に影響を及ぼすことができる。図１７Ａにおいて、磁石１７００、１７０１はプラズマ源に対して固定であっても可動であってもよい。図１７Ｂでは、磁石１７００、１７０１を集束プレート１０１の上部に配設することも、少なくとも部分的に集束プレート１０１の内部に配設することもできる。図１７Ｂの磁石１７００、１７０１を固定とすることにより動作を単純化することができる。
【００５６】
本明細書に開示の各実施形態は、ワークピース１００のドーピングまたはワークピース１００の結晶格子の改質に使用可能である。一例では、水素および／またはヘリウム注入を実行してワークピース１００の劈開を可能にし、ワークピース１００全体に様々なドーズ量の水素および／またはヘリウムを行き渡らせることができる。アモルファス化のような他の材料改質も実行可能である。本明細書に開示の各実施形態を使用した注入処理は、半導体または他の用途に適用可能である。
【００５７】
本開示は、本明細書に記載した特定の実施形態によって範囲が限定されるものではない。実際、上記の説明を添付図面と併せて読んだ当業者なら、本明細書に記載したものだけでなく本開示の他の様々な実施形態および修正形態を理解するであろう。したがって、このような他の実施形態および修正形態も本開示の範囲に含まれるものとする。さらに、本明細書では特定の環境、特定の目的および特定の実施形態の文脈で本発明の説明を行ってきたが、本発明の有用性はこれらに限定されるものではなく、本発明は任意の数の環境および任意の数の目的で有利に実施可能であることが当業者には理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の記載は本明細書に記載した本発明の範囲および趣旨に鑑みて解釈すべきものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理装置であり、
ワークピースに注入されるイオンを含むプラズマをプラズマチャンバ内に発生させるように構成されたプラズマ源と、
開孔を有する集束プレートであって、該開孔を出たイオンが集束イオンを画定するように該集束プレート近傍のプラズマシースの形状を変更するように構成された集束プレートと、
前記集束イオンの注入幅が前記開孔より実質的に狭くなるように前記集束プレートから離間されたワークピースを収容するプロセスチャンバと
を備え、注入処理中に前記ワークピースを走査することにより前記ワークピース内に複数のパターン化エリアを形成するように構成されることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記集束プレートは複数の開孔を含む請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記複数の開孔はブランケット開孔と１組の選択的開孔とを含み、前記ブランケット開孔および前記１組の選択的開孔は、前記ワークピースが第１の方向に沿って走査されるときに、前記ワークピースのブランケット注入および前記ワークピースの選択的なエリアにおける注入を可能にするように構成されている請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
ワークピースを二方向に走査するように構成されたワークピースホルダをさらに備える請求項１に記載の処理装置。
【請求項５】
前記ワークピースホルダは、水平ホルダ、垂直ホルダ、傾斜ホルダおよび上下逆向きホルダのうちの１つである請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
前記開孔の幅は約０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、前記注入幅は約５μｍ〜約２ｍｍである請求項１に記載の処理システム。
【請求項７】
所与の走査において前記ワークピースの第１の方向に沿って可変走査レートで走査を行うように構成されたワークピースホルダをさらに備え、前記第１の方向における走査後に、イオン注入レベルが異なる複数の注入領域が形成され、前記複数のパターン化エリアのうちの少なくとも１つが形成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項８】
前記プラズマの前記イオンはドーパント種と関連付けられ、前記第１の方向における走査後に、ドーパント濃度が異なる複数の注入領域が形成される請求項７に記載の処理装置。
【請求項９】
前記プラズマ源はパルスプラズマを生成するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記ワークピースにパルスバイアスを供給するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマにパルスバイアスを供給するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記開孔は、前記ワークピース内の前記複数のパターン化エリアのうちの少なくとも１つに関する所望の注入パターンに対応するアレイを含む請求項１に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマチャンバ内の前記イオンは第１の型のイオン種であり、
前記処理装置は、
ワークピースホルダと、
第２のプラズマ源と、
開孔を有する第２の集束プレートであって、該開孔は、該開孔を出たイオンが集束イオンを画定するように該第２の集束プレート近傍のプラズマシースの形状を変更するように構成されている、第２の集束プレートと、
前記第２のプラズマ源に結合され、第２の型のイオン種を供給するように構成された第２のプラズマチャンバと
を備え、
前記ワークピースホルダは、前記第１の型のイオン種および前記第２の型のイオン種にそれぞれ対応する第１の領域および第２の領域が前記ワークピースに選択的に注入されるように、前記集束プレートおよび前記第２の集束プレートの下方を走査するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１４】
前記第１の型のイオン種はｎ型ドーパントであり、前記第２の型のイオン種はｐ型ドーパントである請求項１４に記載の処理装置。
【請求項１５】
前記ワークピースホルダ上またはその近傍に配設されるとともに、イオンドーズ量を実時間で測定するように構成された開孔構成および検出器を含むプロセス制御装置をさらに備える請求項４に記載の処理装置。
【請求項１６】
前記第１の型のイオン種はｎ型ドーパントであり、前記第２の型のイオン種はｐ型ドーパントである請求項１４に記載の処理装置。
【請求項１７】
ワークピースの注入処理を実行する方法であり、
プラズマを収容したプラズマチャンバに隣接して、前記ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じて前記プラズマからイオンを抽出するように構成された集束プレートを設けるステップと、
ワークピースホルダと前記プラズマとの間にバイアスをかけて、前記集束イオンが前記ワークピースホルダ上に配設された前記ワークピースに引き寄せられるようにするステップと、
前記ワークピースを前記集束プレートに対して走査して、複数の選択的注入エリアが形成されるようにするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記集束プレートは、ブランケット開孔と、１組の選択的開孔とを含み、単一走査における前記ワークピースの走査が、第１のイオンドーズ量における前記ワークピースのブランケット注入と、より高い第２のイオンドーズ量における前記ワークピースの１組の領域の選択的注入との両方を実現する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１のパルス周波数を有するソースパルスを前記プラズマに供給するステップと、
前記集束プレートの開孔が前記ワークピースの第１の領域を覆う位置に配置されたときに、第１のバイアスパルス周波数を有し前記ソースパルスと同期された第１のバイアスパルスセットを提供するステップと、
前記集束プレートの前記開孔が前記ワークピースの第２の領域を覆う位置に配置されたときに、前記第１のバイアスパルス周波数と異なる第２のバイアスパルス周波数を有し、前記ソースパルスと同期された第２のバイアスパルスセットを提供するステップと
をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ワークピースを走査する前記ステップは、前記ワークピースの第１の領域を第１の走査レートで走査するステップと、前記ワークピースの第２の領域をより高い第２の走査レートで走査するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ワークピースを走査する前記ステップは、前記プラズマに対して第１のパルスレートのパルスを印加しながら第１の領域を走査するステップと、前記プラズマに対してより高い第２のパルスレートのパルスを印加しながら第２の領域を走査するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記ワークピースを走査する前記ステップは、前記プラズマに対して第１のパルス持続時間のパルスを印加しながら第１の領域を走査するステップと、前記プラズマに対して第２のパルス持続時間のパルスを印加しながら第２の領域を走査するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
プラズマ処理システムにおいてワークピースの注入処理を実行する方法であり、
ｎ型ドーパントイオンを有する第１のプラズマを収容した第１のプラズマチャンバに隣接して、前記ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じて前記プラズマからイオンを抽出するように構成された第１の集束プレートを設けるステップと、
ｐ型ドーパントイオンを有する第２のプラズマを収容した第２のプラズマチャンバに隣接して、前記ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じて前記プラズマからイオンを抽出するように構成された第２の集束プレートを設けるステップと、
前記ワークピースと前記第１のプラズマおよび第２のプラズマとの間にそれぞれバイアスを印加しながら、前記ワークピースを前記第１の集束プレートおよび前記第２の集束プレートに対して走査するステップと
を含み、選択的にｎドーピングされる１組のエリアと、選択的にｐドーピングされる別の１組のエリアとが、前記ワークピース内に形成されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記第１のプラズマチャンバおよび前記第２のプラズマチャンバは、前記ｐドーピングされるエリアにｐ型ドーパントイオンだけが注入され、前記ｎドーピングされるエリアにｎ型ドーパントイオンだけが注入されるように、注入処理中に前記第１および第２のプラズマのオン・オフを切り替えるように構成される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
印加される前記バイアスの強さは、前記ｐ型ドーパントイオンが前記ｎドーピングされるエリアよりも前記ｐドーピングされるエリアの方に多く注入され、前記ｎ型ドーパントイオンが前記ｐドーピングされるエリアよりも前記ｎドーピングされるエリアの方に多く注入されるように調整される請求項２３に記載の方法。
【請求項１】
処理装置であり、
ワークピースに注入されるイオンを含むプラズマをプラズマチャンバ内に発生させるように構成されたプラズマ源と、
開孔を有する集束プレートであって、該開孔を出たイオンが集束イオンを画定するように該集束プレート近傍のプラズマシースの形状を変更するように構成された集束プレートと、
前記集束イオンの注入幅が前記開孔より実質的に狭くなるように前記集束プレートから離間されたワークピースを収容するプロセスチャンバと
を備え、注入処理中に前記ワークピースを走査することにより前記ワークピース内に複数のパターン化エリアを形成するように構成されることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記集束プレートは複数の開孔を含む請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記複数の開孔はブランケット開孔と１組の選択的開孔とを含み、前記ブランケット開孔および前記１組の選択的開孔は、前記ワークピースが第１の方向に沿って走査されるときに、前記ワークピースのブランケット注入および前記ワークピースの選択的なエリアにおける注入を可能にするように構成されている請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
ワークピースを二方向に走査するように構成されたワークピースホルダをさらに備える請求項１に記載の処理装置。
【請求項５】
前記ワークピースホルダは、水平ホルダ、垂直ホルダ、傾斜ホルダおよび上下逆向きホルダのうちの１つである請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
前記開孔の幅は約０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、前記注入幅は約５μｍ〜約２ｍｍである請求項１に記載の処理システム。
【請求項７】
所与の走査において前記ワークピースの第１の方向に沿って可変走査レートで走査を行うように構成されたワークピースホルダをさらに備え、前記第１の方向における走査後に、イオン注入レベルが異なる複数の注入領域が形成され、前記複数のパターン化エリアのうちの少なくとも１つが形成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項８】
前記プラズマの前記イオンはドーパント種と関連付けられ、前記第１の方向における走査後に、ドーパント濃度が異なる複数の注入領域が形成される請求項７に記載の処理装置。
【請求項９】
前記プラズマ源はパルスプラズマを生成するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記ワークピースにパルスバイアスを供給するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマにパルスバイアスを供給するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記開孔は、前記ワークピース内の前記複数のパターン化エリアのうちの少なくとも１つに関する所望の注入パターンに対応するアレイを含む請求項１に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマチャンバ内の前記イオンは第１の型のイオン種であり、
前記処理装置は、
ワークピースホルダと、
第２のプラズマ源と、
開孔を有する第２の集束プレートであって、該開孔は、該開孔を出たイオンが集束イオンを画定するように該第２の集束プレート近傍のプラズマシースの形状を変更するように構成されている、第２の集束プレートと、
前記第２のプラズマ源に結合され、第２の型のイオン種を供給するように構成された第２のプラズマチャンバと
を備え、
前記ワークピースホルダは、前記第１の型のイオン種および前記第２の型のイオン種にそれぞれ対応する第１の領域および第２の領域が前記ワークピースに選択的に注入されるように、前記集束プレートおよび前記第２の集束プレートの下方を走査するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項１４】
前記第１の型のイオン種はｎ型ドーパントであり、前記第２の型のイオン種はｐ型ドーパントである請求項１４に記載の処理装置。
【請求項１５】
前記ワークピースホルダ上またはその近傍に配設されるとともに、イオンドーズ量を実時間で測定するように構成された開孔構成および検出器を含むプロセス制御装置をさらに備える請求項４に記載の処理装置。
【請求項１６】
前記第１の型のイオン種はｎ型ドーパントであり、前記第２の型のイオン種はｐ型ドーパントである請求項１４に記載の処理装置。
【請求項１７】
ワークピースの注入処理を実行する方法であり、
プラズマを収容したプラズマチャンバに隣接して、前記ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じて前記プラズマからイオンを抽出するように構成された集束プレートを設けるステップと、
ワークピースホルダと前記プラズマとの間にバイアスをかけて、前記集束イオンが前記ワークピースホルダ上に配設された前記ワークピースに引き寄せられるようにするステップと、
前記ワークピースを前記集束プレートに対して走査して、複数の選択的注入エリアが形成されるようにするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記集束プレートは、ブランケット開孔と、１組の選択的開孔とを含み、単一走査における前記ワークピースの走査が、第１のイオンドーズ量における前記ワークピースのブランケット注入と、より高い第２のイオンドーズ量における前記ワークピースの１組の領域の選択的注入との両方を実現する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１のパルス周波数を有するソースパルスを前記プラズマに供給するステップと、
前記集束プレートの開孔が前記ワークピースの第１の領域を覆う位置に配置されたときに、第１のバイアスパルス周波数を有し前記ソースパルスと同期された第１のバイアスパルスセットを提供するステップと、
前記集束プレートの前記開孔が前記ワークピースの第２の領域を覆う位置に配置されたときに、前記第１のバイアスパルス周波数と異なる第２のバイアスパルス周波数を有し、前記ソースパルスと同期された第２のバイアスパルスセットを提供するステップと
をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ワークピースを走査する前記ステップは、前記ワークピースの第１の領域を第１の走査レートで走査するステップと、前記ワークピースの第２の領域をより高い第２の走査レートで走査するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ワークピースを走査する前記ステップは、前記プラズマに対して第１のパルスレートのパルスを印加しながら第１の領域を走査するステップと、前記プラズマに対してより高い第２のパルスレートのパルスを印加しながら第２の領域を走査するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記ワークピースを走査する前記ステップは、前記プラズマに対して第１のパルス持続時間のパルスを印加しながら第１の領域を走査するステップと、前記プラズマに対して第２のパルス持続時間のパルスを印加しながら第２の領域を走査するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
プラズマ処理システムにおいてワークピースの注入処理を実行する方法であり、
ｎ型ドーパントイオンを有する第１のプラズマを収容した第１のプラズマチャンバに隣接して、前記ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じて前記プラズマからイオンを抽出するように構成された第１の集束プレートを設けるステップと、
ｐ型ドーパントイオンを有する第２のプラズマを収容した第２のプラズマチャンバに隣接して、前記ワークピースに向かって集束イオンを提供する少なくとも１つの開孔を通じて前記プラズマからイオンを抽出するように構成された第２の集束プレートを設けるステップと、
前記ワークピースと前記第１のプラズマおよび第２のプラズマとの間にそれぞれバイアスを印加しながら、前記ワークピースを前記第１の集束プレートおよび前記第２の集束プレートに対して走査するステップと
を含み、選択的にｎドーピングされる１組のエリアと、選択的にｐドーピングされる別の１組のエリアとが、前記ワークピース内に形成されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記第１のプラズマチャンバおよび前記第２のプラズマチャンバは、前記ｐドーピングされるエリアにｐ型ドーパントイオンだけが注入され、前記ｎドーピングされるエリアにｎ型ドーパントイオンだけが注入されるように、注入処理中に前記第１および第２のプラズマのオン・オフを切り替えるように構成される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
印加される前記バイアスの強さは、前記ｐ型ドーパントイオンが前記ｎドーピングされるエリアよりも前記ｐドーピングされるエリアの方に多く注入され、前記ｎ型ドーパントイオンが前記ｐドーピングされるエリアよりも前記ｎドーピングされるエリアの方に多く注入されるように調整される請求項２３に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ−２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ−２０Ｅ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ−２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ−２０Ｅ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公表番号】特表２０１３−５１１８２３（Ｐ２０１３−５１１８２３Ａ）
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３９０８０（Ｐ２０１２−５３９０８０）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６９５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２９４５
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５００２３９１８８）ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド (69)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６９５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２９４５
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５００２３９１８８）ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド (69)
【Ｆターム（参考）】
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