誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源内において異なる処理ガスを迅速に切り替える方法および構造
【課題】集束イオン・ビーム・カラム用のプラズマ源内の処理ガスの迅速な変更または汚染の迅速な除去を可能にする方法および装置を提供すること。
【解決手段】開閉式ガス通路は、荷電粒子ビーム・システムの誘導結合プラズマ源内の処理ガスまたは焼出しガスの迅速な排出を提供する。一般に源電極またはガス入口の一部に配置された弁は、プラズマ室を排気するために開いているときにガスの導通を増大させ、プラズマ源の動作中は閉じる。
【解決手段】開閉式ガス通路は、荷電粒子ビーム・システムの誘導結合プラズマ源内の処理ガスまたは焼出しガスの迅速な排出を提供する。一般に源電極またはガス入口の一部に配置された弁は、プラズマ室を排気するために開いているときにガスの導通を増大させ、プラズマ源の動作中は閉じる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束イオン・ビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）（ＦＩＢ）システム内で誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）（ＩＣＰ）イオン源を使用しているときの異なる処理ガス間の迅速な切替えを可能にする方法および構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
集束イオン・ビーム・システムは、集積回路の製造およびナノテクノロジ分野において、マイクロスコピックおよびナノスコピック構造を形成し、改変するさまざまな用途で使用されている。集束イオン・ビームは、イオンを生成するさまざまな源を使用することができる。液体金属イオン源は、高い分解能、すなわち小さなスポット・サイズを提供することができるが、一般に小さな電流を生成し、使用可能なイオンのタイプが限られている。異なるイオン種は異なる特性を有し、そのため、特定の用途に対してより好ましいイオン種とそうでないイオン種とが存在する。例えば、ヘリウム・イオンは画像化または弱い研磨に対して有用であり、キセノン・イオンは、バルク処理に有用なより高いミリング速度を提供する。プラズマ・イオン源は、多くの異なる種のイオンをより大きな電流で生成することができるが、しばしば、小さなスポットに集束させることができない。
【０００３】
プラズマ・イオン源はプラズマ室内でガスをイオン化し、イオンを引き出して、加工物の表面に集束させるビームを形成する。プラズマ・イオン源では、多くの異なるタイプのガスを使用して、異なるイオン種を提供することができる。ビームを形成するためにプラズマ源からイオンが引き出されるにつれて、プラズマを維持するために、プラズマ中のガスを補充しなければならない。プラズマ・イオン源のガス入口は一般に、プラズマ室内の圧力を維持するためにそこを通してガスが供給される小さな開口を有する。ガスは非常にゆっくりと使用されるため、ガスを補充するためのこの小さな開口は非常に小さい。ユーザが別のイオン種からビームを形成するためにプラズマ室内のガスを変更したいときに、一方のガスを除去し、プラズマ室に第２のガスを充填するのに３０分かかることもある。異なる処理ガスを使用して加工物を逐次的に処理する多くの用途において、この時間の長さは容認しがたい。
【０００４】
図１は、参照により本明細書に組み込まれている、本出願の譲受人に譲渡された「Ｍｕｌｔｉ−ｓｏｕｒｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１２／３７３，６７６号に記載されているものなどの集束イオン・ビーム・システムとともに使用される、一般的な先行技術の誘導結合プラズマ源１００を示す。ガスは、外部ガス供給管路１０４から、ガス・フィルタ１０６、次いで流量絞り（ｆｌｏｗ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）１１０を有する毛管（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｔｕｂｅ）１０８を通して、源管１０３（ｓｏｕｒｃｅ ｔｕｂｅ）内のプラズマ室１０２へ供給される。エネルギーは、アンテナ・コイル１１４によってＲＦ電源１１３からプラズマ室１０２へ供給され、イオンは、引出し電極１２０によって、源電極１１８の源電極アパーチャ（ｓｏｕｒｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ）１１６を通して引き出される。プラズマ室１０２内へのガスの導通およびプラズマ室１０２から外部へのガスの導通は、（源管１０３の頂部にある）毛管の流量絞り１１０および源電極１１８のアパーチャ１１６（一般に直径１７５μｍ）を通してなされる。弁１２３を介してガス供給管路１０４に接続されたポンプ１２２が、毛管１０８およびガス供給管路１０４を通してプラズマ室１０２からガスを除去する。イオン・カラム・ポンプ（図示せず）が、源電極アパーチャ１１６を通してプラズマ室１０２からガスを抜き取る。ガス貯蔵装置（ｇａｓ ｓｔｏｒａｇｅ）１３０Ａ、ガス貯蔵装置１３０Ｂ、ガス貯蔵装置１３０Ｃ、ガス貯蔵装置１３０Ｄなどの複数のガス源が、ガス供給管路１０４内へガスを供給する。ビーム電圧源１３２が、室１０２内のプラズマに高電圧を供給し、引出し電圧源１３４が、引出し電極１２０に電圧を供給する。引き出されたイオンまたは電子は、集束電極１３６によって集束する。集束カラムおよび試料室の他の詳細は示されていない。
【０００５】
プラズマ室の内部からガスを除去するためには、図示されているように、ガス供給管路１０４をポンピングして、毛管１０８の流量絞り１１０よりも上の源管内のガスを除去してもよい。主室の真空ポンプ（１つまたは複数）（図示せず）を使用して、源電極１１８よりも下のＦＩＢシステムの容積を適宜にポンピングしてもよい。
【０００６】
源電極アパーチャ１１６の直径および流量絞り１１０の直径はともに小さく、それに対応してガスのコンダクタンス（ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）も非常に小さいため、迅速に源管１０３の内部をポンプによって排気することは不可能である。このことは特に、生産用のＦＩＢシステムに関して欠点である。第１に、ベース圧力が、第２の処理ガスを導入するのに十分な低い圧力になるまで、源管１０３から第１の処理ガスを排出するのに、非常に長い時間がかかることがある。ガスの不十分な排気は、イオン化によるプラズマの汚染につながることがある。
【０００７】
第２に、焼出し（ｂａｋｅｏｕｔ）中に、源管１０３の内壁から熱により脱離させた汚染物質をポンプによって除去するのに長い時間がかかることがある。
【０００８】
ガスの迅速な変更を提供する集束イオン・ビーム・システム用のイオン源が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第１２／３７３，６７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、集束イオン・ビーム・カラム用のプラズマ源内の処理ガスの迅速な変更または汚染の迅速な除去を可能にする方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
好ましい一実施形態によれば、プラズマ・イオン源は、ガスのコンダクタンスを、処理に最適な低いレベルにすることができ、ついでプラズマ室内のガスを迅速に入れ替えられるよう増大することが可能なように、ガスのコンダクタンスを切り替えることができる。弁が、プラズマ室内のガスを迅速に除去するための代替ガス経路を開き、次いで、通常の処理のためにその代替ガス経路を閉じる。
【００１２】
上記では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１３】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】固定された源電極およびガス毛管を有する先行技術の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源を示す図である。
【図２】閉位置（下位置）にある可動構造物を有する、本発明のＩＣＰ源の一実施形態を示す図である。
【図３】開位置（上位置）にある可動構造物を有する、図２のＩＣＰ源を示す図である。
【図４】ＩＣＰイオン源の源管にガスを供給することを可能にするために押し下げられた毛管アセンブリと、毛管アセンブリをシールしているＯリング４０２とを有する、本発明のＩＣＰ源の他の実施形態を示す図である。
【図５】源管およびガス供給マニホルドの排気を可能にするために引き上げられた毛管アセンブリを有する、図４のＩＣＰ源を示す図である。
【図６】ラビリンス・シール（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ ｓｅａｌ）を備える毛管アセンブリを有する、本発明のＩＣＰ源の他の実施形態を示す図である。
【図７】Ｏリングまたはラビリンスによってシールされる変更された源管および毛管アセンブリを有する、本発明のＩＣＰ源の他の実施形態を示す図である。
【図８】源管およびガス供給マニホルドの排気を可能にするために格納された毛管アセンブリを有する、図７のＩＣＰ源を示す図である。
【図９】ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、ＩＣＰイオン源内における処理ガス間の比較的に迅速な切替えを可能にするいくつかの方法および対応する構造を含む。
【００１６】
好ましい１つのシステムは、１）ポンピング速度が遅いプラズマ発生構成と、２）ポンピング速度がはるかに速く、だいたい秒単位で、主真空室内またはガス供給マニホルド内へ源管を排気することができる源管ポンプアウト構成の、２つの選択可能な構成を有する。本発明の実施形態は、代替ガス経路と、この代替ガス経路を露出させまたはシールする可動構造物とを提供する。「代替ガス経路」とは、源電極アパーチャまたは入口流量絞りを通らないガス経路を意味する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、上記のことが、源電極がガス・ベント（ｇａｓ ｖｅｎｔ）として機能するか、または毛管アセンブリがポペット弁（ｐｏｐｐｅｔ ｖａｌｖｅ）として機能するようにＩＣＰイオン源を変更することによって達成される。ポペット弁とは、軸方向に変位する弁、すなわち弁が露出させる穴に対して垂直に変位する弁を意味する。いくつかの実施形態は、プラズマをバイアスすることができる源電極構造であって、プラズマ室の内部に対するガス・ベント弁の働きをするシール可能な穴をさらに含む源電極構造を使用する。他の実施形態では、プラズマ室内に取り付けられた垂直に移動することができる毛管アセンブリが、排気通路を開閉する可動構造物として機能する。これらの実施形態はいずれも、先行技術のイオン源において、最小限の費用の追加または複雑さを増すことで、実現することができる。
【００１８】
プラズマ室から主真空室を通してガスを排出する実施形態では、プラズマ室を通常動作させるために、源電極の１つもしくは複数の穴、あるいは源電極と同じ側のプラズマ室の端部のある構造物の１つもしくは複数の穴が、可動構造物によってシールされる。プラズマ発生中にシールを形成するため、いくつかの実施形態の源電極は、可動構造物がそこに位置することができる案内リングを含むように変更されている。案内リングに加えて、源電極は、ベント弁の機能を代替する所望の代替機能を提供する貫通穴を有することができる。
【００１９】
他の実施形態では、ガス入口と同じ側のプラズマ室の端部に可動構造物を含む弁が移動して、ガス管路ポンプに対してガス経路を露出させまたはシールする。この可動構造物は、通常動作中にそこを通ってガスが室に入る毛管アセンブリを含むことが好ましい。いくつかの実施形態では、可動部材と源電極の間のシールまたは可動部材とプラズマ室の他の部分の間のシールを、ラビリンス・シール、Ｏリング・シールまたは他のシールを使用して達成することができる。
【００２０】
図２および３は、プラズマ室２０４を排気するためにガスのコンダクタンスを選択的に増大させ、プラズマ室２０４内のプラズマを用いて動作するためにガスのコンダクタンスを選択的に低減させる弁２０２を有するプラズマ源２００を示す。図２は、弁２０２が閉じられた、すなわち動作位置にあるプラズマ源２００を示す。図３は、弁２０２が開いた、すなわちプラズマ室２０４からガスを迅速に排出する位置にあるプラズマ源２００を示す。ある角度をなす「リード（ｌｅａｄ）」を有する円形の案内リング２１０が、可動構造物２１４またはポペット弁を、源電極２１８の上面（シーリング面）２１６まで案内する。この実施形態では源電極２１８が、源管１０３の内部から源電極２１８の下の室へ通じる複数の貫通穴２２０を有する。図２では、可動構造物２１４が、源電極の上面２１６と接触した状態に配置されており、この接触が、源管１０３内のガス圧を、プラズマを発生させるのに必要な圧力に維持するのに十分なシールを提供する。プラズマ室２０４内のガス圧は概ね１トル（１．３ミリバール）未満であり、源電極２１８の下の室の圧力はそれよりも数桁低いため、可動構造物２１４の両側のガス圧は非常に小さく、いずれにせよ、存在する残留ガス圧は、可動構造物２１４を押し下げる傾向を有し、表面２１６に対してより良好なシールを形成する。
【００２１】
図３は、可動構造物２１４が上位置にあり、源電極２１８の貫通穴２２０が露出したプラズマ源２００を示す。可動構造物２１４を持ち上げると、プラズマ室２０４から主室へのさらなるガスの導通が生じる。これは、穴２２０を介したさらなる導通が、源電極２１８の中心穴１１６の導通よりもはるかに大きいためである（図１〜８においてこれらの穴は一律の尺度では示されていない）。矢印２２２は、貫通穴２２０を通ってイオン集束カラムに入り、システムの真空ポンプによって除去されるガス流を示す。可動構造物２１４を移動させる目的には異なるいくつかの方法を使用することができる。いくつかの実施形態では、デバイスはビーム電圧源１３２および／または引出し電圧源１３４からの高電圧の印加に起因する、源電極２１８からの可動構造物２１４の静電反発を使用する。他の実施形態では、ＲＦアンテナ１１４から出るＲＦ磁場によって生じる可動構造物２１４内の誘導渦電流に起因する、上方への磁気引力を使用する。この渦電流は次いで、Ｂ場の勾配に沿って（より高いＢ場の方に向かって）上方へ引き寄せられる。さらに他の実施形態では、プッシュ・ロッドを使用して、可動構造物２１４を機械的に上げ下げする。プッシュ・ロッド（図示せず）が、源電極２１８の下の室容積から上方へ延び、プラズマ室２０４の開口を通過すると、プッシュ・ロッドは、可動構造物２１４に上方への力を加え、それによって可動構造物２１４を源電極２１８から引き離し、図３に示した開位置まで持ち上げる。
【００２２】
図３は、均等に持ち上げられた、すなわち図２と同様に依然として水平に配向された可動構造物を示しているが、適切なポンピングのために必要なのは、可動構造物を持ち上げるということだけであり、可動構造物２１４の下面と源電極２１８の上面２１６との間の真空シールを破るものである限りにおいて、傾ける機構および垂直に持ち上げる機構も機能する。可動構造物は光学的機能を持たないため、可動構造物２１４を精確に配置する必要もないことに留意されたい。図１の先行技術のＩＣＰイオン源１００と同様に、（固定された）源電極２１８の穴１１６の精確なアライメントは依然として必要である。源電極２１８をプラズマ室にろう付けする場合、または源電極２１８をプラズマ室に恒久的に取り付ける場合には、ろう付けの前に可動構造物２１４が既にプラズマ室２０４内部に（すなわち固定されずに内側に）なければならない。穴は、源電極自体にある必要はない。穴は、真空ポンプに接続する経路に通じているべきである。例えば、穴が、プラズマ室２０４の内部とイオン光学カラムの間をつなぐ限りにおいて、電極支持体または他の構造物にこの穴を配置することができる。
【００２３】
図４および５は、プラズマ室４０４を排気するためにガスのコンダクタンスを選択的に増大させ、プラズマ室４０４内のプラズマを用いて動作するためにガスのコンダクタンスを選択的に低減させる弁４０２を有するプラズマ源４００を備える他の実施形態を示す。図４は、弁４０２が閉じられた、すなわち動作位置にあるプラズマ源４００を示す。図５は、弁４０２が開いた、すなわちプラズマ室４０４のガスを迅速に排出する位置にあるプラズマ源４００を示す。矢印は、排気のためプラズマ室４０４から流出するガスの流れを示す。
【００２４】
図４の実施形態では、毛管アセンブリ４１０を上方へ移動させて、図５に示すように、毛管アセンブリ４１０を囲む隙間５０２を開けることによって、ガスが入る側と同じ側のプラズマ室４０４の端部を通してガスが排出される。図４には、閉じた状態の弁４０２が示されている。毛管アセンブリ４１０は、プラズマ管４１６のカウンタボア（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）４１４上に配置されており、毛管アセンブリをシールするためにＯリング４１２に対してシールされている。毛管アセンブリ４１０がこの下位置にあるときに、毛管アセンブリ４１０内の毛管４１９の流量絞り４１８を通して、プラズマ室４０４に処理ガスを充填することができる。次いで、ＲＦ電源１１３によってＲＦアンテナ１１４にＲＦ電力を印加して、プラズマ室４０４内においてプラズマを励起する。Ｏリング４１２を持ち上げてカウンタボア４１４から引き離すために、毛管アセンブリ４１０にはロッド４２０が取り付けられている。弁４０２の作動、すなわち毛管アセンブリ４１０の持上げは、手動で、またはソレノイド、空気圧アクチュエータもしくは他の手段を使用して実行することができる。ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）４２２は、ロッド４２０の、源の内部領域から延びる部分をシールする。
【００２５】
図５には、毛管アセンブリの周囲の円形の排気チャネル５０４を開くために機械的に引き上げられた毛管アセンブリ４１０が示されている。隙間５０２を通過した源管の内部からの処理ガスおよび脱離したガス（焼出し時）は、排気チャネル５０４を通過して上方へ流れることができ、最終的には、示されているように、ポンプ１２２によって、ガス供給／ポンプアウト管路１０４および弁１２３を通して排気される。一部のガスは、カラムのポンプ・システム（図示せず）によって、源引出し電極２１８の穴１１６を通してシステムから排出される。
【００２６】
図６は、図５のプラズマ源に似ているが、毛管アセンブリ４１０と源管４１６の間にＯリングの代わりにラビリンス・シール６０２を使用したプラズマ源６００を有する荷電粒子ビーム・システムを示す。ラビリンス・シール６０２は、プラズマ発生中に源管４１６内への漏れの原因となりうる化学的または機械的な損傷を受けることがあるＯリングを排除する。毛管アセンブリ４１０とプラズマ源管４１６との接触面がＯリングよりも硬いため、ラビリンス・シール６０２はより多くのガス漏れを許す可能性がある。ラビリンス・シール６０２は、ガス供給管路１０４の環境とプラズマ室４０４との間をシールするため、この弁の漏れが、流量絞り４１８を通したガス流に比べて小さい場合には、この弁の漏れは許容しうる。希望する場合には、ガス供給管路１０４とプラズマ室４０４の間の導通が全体として同じになるように補償するため、ラビリンス・シール６０２を通した少量のガス漏れを較正し、流量絞り４１８のサイズを調整することができる。いくつかの実施形態では、毛管４１９を排除し、較正されたラビリンス・シールを通して全てのガスがプラズマ室に入るようにすることができる。
【００２７】
図７および８は、本発明の第３の実施形態の２つの動作モードを示す。図７は、プラズマを発生させるように構成されたＦＩＢシステムを示し、図８は、源管から迅速に排気するように構成された同じＦＩＢシステムを示す。この第３の実施形態でも、第２の実施形態と同様に、ガスが入る側のプラズマ管７０６の端部を通してプラズマ室７０４が排気される。この実施形態の場合には、動作モードに応じて、毛管アセンブリ７１０自体が、毛管アセンブリ７１０を上位置または下位置に自動的に配置する。排気中は、ばね７１２が、毛管アセンブリ７１０を持ち上げ、毛管アセンブリ７１０を源管７０６から引き離して、シール７１４を開く。プラズマ発生時（図７）には、処理ガスによって、毛管アセンブリ７１０が、ばねの力に逆らって押し下げられる。処理ガスは一般に、毛管アセンブリ７１０の上方において、２００トル（２７０ミリバール）より高い圧力を有する。示した例では、毛管アセンブリ７１０を源管７０６に対してシールするのに、Ｏリング７２０が使用されている。図６に示したようなラビリンス・シールまたは開閉可能な他のタイプのシールを使用してもよい。源管７０６および毛管アセンブリ７１０は、毛管アセンブリ７１０が下位置にあるときにアセンブリ７１０が源管７０６と同一の面をなすような態様で係合する円錐形の面を有する。この構成は、シール７１４上に毛管アセンブリ７１０を案内し、源管７０６の円錐形の表面と毛管アセンブリ７１０の円錐形の表面との間に追加のシールを形成し、源管室７０４からの不要な漏れを防ぐ。プラズマ動作時、処理ガスはフィルタ７１１を通過し、次いで流量絞り４１８を備える毛管４１９へ入る。
【００２８】
図８に示すように、プラズマ室７０４からガスを排出するためには、ガス供給源１３０Ａないし１３０Ｄの弁をオフに切り替えることによって処理ガス圧をオフにし、排出弁１２３を開く。その結果、引上げばねとプラズマ室内のガス圧の合わさった力によって、毛管アセンブリ７１０が上昇して下部シール７１４を破り、ガスを切り替えるときにプラズマ室７０４から処理ガスを排出すること、または焼出し中に脱離したガスを排出することが可能になる。一部のガスは、源電極２１８のアパーチャ１１６を通してプラズマ室７０４から排出される。他の実施形態では、プラズマ室７０４の内部とガス供給管路１０４の間の別の経路を、別の可動構造物が開くことができる。例えば、毛管アセンブリ以外の可動構造物によってガス入口の隣の経路を開閉することができる。
【００２９】
図９は、好ましい一実施形態を使用してＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法を説明する流れ図を示す。始めに、ステップ９０２で、ガス供給源の弁を開くことによってプラズマ室に第１の処理ガスを供給する。ステップ９０４で、プラズマ室内に配置されたプラズマに点火する。点火した後、ステップ９０６で、プラズマ室からイオンを引き出す。イオンを引き出した後、ステップ９０７でガス供給弁を閉じ、ステップ９０８でプラズマを消火する。プラズマ室から第１の処理ガスを排出するため、ステップ９１０で、開閉式ガス通路を開く。ステップ９１２で、第１のガスを排出する。処理ガスを完全に排出した後、開閉式ガス通路を閉じる。ステップ９１４の後、このプロセスが完了している場合には、作業は停止する。そうでなければ、ステップ９０２と同様に、プラズマ室に新たな処理ガスを導入する。この新たな処理ガスは第１の処理ガスでも、または第１の処理ガスとは異なる第２の処理ガスでもよい。この開閉式ガス弁は焼出し中にも開かれて、汚染物質の除去速度を速める。この開閉式ガス弁は、源アパーチャたはガス入口絞りのガスのコンダクタンスよりも大きなガスのコンダクタンスを有する経路を通して、プラズマ室の内部をポンプに接続する。このポンプは、１５分未満、より好ましくは１０分未満、最も好ましくは５分未満で、プラズマ室から排気することができることが好ましい。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、誘導結合プラズマ・イオン源は、プラズマを維持するプラズマ室と、プラズマ室にガスを供給するガス導管（ｇａｓ ｌｉｎｅ ｃｏｎｄｕｉｔ）と、そこを通してプラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャと、プラズマ室からのガス・コンダクタンスを選択的に増大させる弁であり、動作中は第１の位置に置かれており、プラズマ室からガスをより迅速に除去するために第２の位置に置かれる弁とを備える。
【００３１】
いくつかの実施形態では、プラズマ室からのガスのコンダクタンスを選択的に増大させる弁が、源電極と同じ側のプラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える。いくつかの実施形態では、この弁が、変位可能な部材によって覆うことができる源電極の開口を備える。いくつかの実施形態では、この部材が、電場または磁場によって変位する。いくつかの実施形態では、この電場が、プラズマ電極電圧源または引出し電極電圧源によって供給された電圧によって提供される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、この弁が、ガス入口と同じ側のプラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える。いくつかの実施形態では、この弁が、第１の位置ではシールを形成し、第２の位置ではプラズマ室内へガスを通過させる可動構造物を含む。いくつかの実施形態では、ガス入口の一部分が、プラズマ室をシールしまたはプラズマ室のシールを解除するように変位可能である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、この誘導結合プラズマ・イオン源が、プラズマ室に入るガスを調節する毛管をさらに備え、可動構造物がこの毛管を支持している。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ガス圧の差が、バイアス力（ｂｉａｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）に逆らい、バイアス力に打ち勝って、動作している間、可動構造物をシールされた位置に維持する。いくつかの実施形態では、プラズマ源から排気しているときに、弁を手動で移動させる必要なしに、バイアス力によって弁が開く。いくつかの実施形態では、ばねがバイアス力を提供する。いくつかの実施形態では、弁がラビリンス・シールを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、この誘導結合プラズマ・イオン源が、プラズマ室を排気しているときに、弁を自動的に開くバイアス手段をさらに備える。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法は、排気可能なプラズマ室、流量絞りを含むガス入口であり、プラズマ室にガスを供給するガス入口、そこを通してプラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャ、およびプラズマ室からの選択的な開閉式ガス通路であり、流量絞りおよびアパーチャ以外を通るガス通路を有するＩＣＰイオン源システムを提供するステップと、第１のガス源からプラズマ室内へ処理ガスを供給するステップと、プラズマ室内でプラズマに点火するステップと、源電極のアパーチャを通してプラズマ室からイオンを引き出すステップと、プラズマ室内のプラズマを消火するステップと、開閉式ガス通路を開くステップと、開閉式通路を通してプラズマ室からガスをポンピングするステップとを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法がさらに、開閉式通路を通してプラズマ室をポンピングするステップの後に、開閉式通路を閉じるステップと、流量絞りを含むガス入口を通してプラズマ室内へ第２の処理ガスを供給するステップと、プラズマ室内でプラズマに点火するステップとを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、開閉式ガス通路を開くステップが、源アパーチャの穴を露出させるステップを含む。いくつかの実施形態では、開閉式ガス通路を開くステップが、ガス入口を移動させて通路のシールを解除するステップを含む。いくつかの実施形態では、開閉式ガス通路を開くステップが、ガス供給管路を通してガスを排出しているときに、ガス入口を自動的に開いて通路のシールを解除するステップを含む。
【００３９】
代替ガス経路の特定の位置および代替ガス経路に対する特定のシールを例として説明したが、本発明は、代替ガス経路の特定の位置、または代替ガス経路を露出させシールする特定のタイプの装置に限定されない。さらに、本発明はプラズマ・イオン源だけに限定されず、例えばプラズマ電子源に対しても使用することができる。
【００４０】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
２００ プラズマ源
２０２ 弁
２０４ プラズマ室
２１２ 案内リング
２１４ 可動構造物
２１６ 源電極の上面
２１８ 源電極
２２０ 貫通穴
２２２ ガス流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束イオン・ビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）（ＦＩＢ）システム内で誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）（ＩＣＰ）イオン源を使用しているときの異なる処理ガス間の迅速な切替えを可能にする方法および構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
集束イオン・ビーム・システムは、集積回路の製造およびナノテクノロジ分野において、マイクロスコピックおよびナノスコピック構造を形成し、改変するさまざまな用途で使用されている。集束イオン・ビームは、イオンを生成するさまざまな源を使用することができる。液体金属イオン源は、高い分解能、すなわち小さなスポット・サイズを提供することができるが、一般に小さな電流を生成し、使用可能なイオンのタイプが限られている。異なるイオン種は異なる特性を有し、そのため、特定の用途に対してより好ましいイオン種とそうでないイオン種とが存在する。例えば、ヘリウム・イオンは画像化または弱い研磨に対して有用であり、キセノン・イオンは、バルク処理に有用なより高いミリング速度を提供する。プラズマ・イオン源は、多くの異なる種のイオンをより大きな電流で生成することができるが、しばしば、小さなスポットに集束させることができない。
【０００３】
プラズマ・イオン源はプラズマ室内でガスをイオン化し、イオンを引き出して、加工物の表面に集束させるビームを形成する。プラズマ・イオン源では、多くの異なるタイプのガスを使用して、異なるイオン種を提供することができる。ビームを形成するためにプラズマ源からイオンが引き出されるにつれて、プラズマを維持するために、プラズマ中のガスを補充しなければならない。プラズマ・イオン源のガス入口は一般に、プラズマ室内の圧力を維持するためにそこを通してガスが供給される小さな開口を有する。ガスは非常にゆっくりと使用されるため、ガスを補充するためのこの小さな開口は非常に小さい。ユーザが別のイオン種からビームを形成するためにプラズマ室内のガスを変更したいときに、一方のガスを除去し、プラズマ室に第２のガスを充填するのに３０分かかることもある。異なる処理ガスを使用して加工物を逐次的に処理する多くの用途において、この時間の長さは容認しがたい。
【０００４】
図１は、参照により本明細書に組み込まれている、本出願の譲受人に譲渡された「Ｍｕｌｔｉ−ｓｏｕｒｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１２／３７３，６７６号に記載されているものなどの集束イオン・ビーム・システムとともに使用される、一般的な先行技術の誘導結合プラズマ源１００を示す。ガスは、外部ガス供給管路１０４から、ガス・フィルタ１０６、次いで流量絞り（ｆｌｏｗ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）１１０を有する毛管（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｔｕｂｅ）１０８を通して、源管１０３（ｓｏｕｒｃｅ ｔｕｂｅ）内のプラズマ室１０２へ供給される。エネルギーは、アンテナ・コイル１１４によってＲＦ電源１１３からプラズマ室１０２へ供給され、イオンは、引出し電極１２０によって、源電極１１８の源電極アパーチャ（ｓｏｕｒｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ）１１６を通して引き出される。プラズマ室１０２内へのガスの導通およびプラズマ室１０２から外部へのガスの導通は、（源管１０３の頂部にある）毛管の流量絞り１１０および源電極１１８のアパーチャ１１６（一般に直径１７５μｍ）を通してなされる。弁１２３を介してガス供給管路１０４に接続されたポンプ１２２が、毛管１０８およびガス供給管路１０４を通してプラズマ室１０２からガスを除去する。イオン・カラム・ポンプ（図示せず）が、源電極アパーチャ１１６を通してプラズマ室１０２からガスを抜き取る。ガス貯蔵装置（ｇａｓ ｓｔｏｒａｇｅ）１３０Ａ、ガス貯蔵装置１３０Ｂ、ガス貯蔵装置１３０Ｃ、ガス貯蔵装置１３０Ｄなどの複数のガス源が、ガス供給管路１０４内へガスを供給する。ビーム電圧源１３２が、室１０２内のプラズマに高電圧を供給し、引出し電圧源１３４が、引出し電極１２０に電圧を供給する。引き出されたイオンまたは電子は、集束電極１３６によって集束する。集束カラムおよび試料室の他の詳細は示されていない。
【０００５】
プラズマ室の内部からガスを除去するためには、図示されているように、ガス供給管路１０４をポンピングして、毛管１０８の流量絞り１１０よりも上の源管内のガスを除去してもよい。主室の真空ポンプ（１つまたは複数）（図示せず）を使用して、源電極１１８よりも下のＦＩＢシステムの容積を適宜にポンピングしてもよい。
【０００６】
源電極アパーチャ１１６の直径および流量絞り１１０の直径はともに小さく、それに対応してガスのコンダクタンス（ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）も非常に小さいため、迅速に源管１０３の内部をポンプによって排気することは不可能である。このことは特に、生産用のＦＩＢシステムに関して欠点である。第１に、ベース圧力が、第２の処理ガスを導入するのに十分な低い圧力になるまで、源管１０３から第１の処理ガスを排出するのに、非常に長い時間がかかることがある。ガスの不十分な排気は、イオン化によるプラズマの汚染につながることがある。
【０００７】
第２に、焼出し（ｂａｋｅｏｕｔ）中に、源管１０３の内壁から熱により脱離させた汚染物質をポンプによって除去するのに長い時間がかかることがある。
【０００８】
ガスの迅速な変更を提供する集束イオン・ビーム・システム用のイオン源が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第１２／３７３，６７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、集束イオン・ビーム・カラム用のプラズマ源内の処理ガスの迅速な変更または汚染の迅速な除去を可能にする方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
好ましい一実施形態によれば、プラズマ・イオン源は、ガスのコンダクタンスを、処理に最適な低いレベルにすることができ、ついでプラズマ室内のガスを迅速に入れ替えられるよう増大することが可能なように、ガスのコンダクタンスを切り替えることができる。弁が、プラズマ室内のガスを迅速に除去するための代替ガス経路を開き、次いで、通常の処理のためにその代替ガス経路を閉じる。
【００１２】
上記では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１３】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】固定された源電極およびガス毛管を有する先行技術の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源を示す図である。
【図２】閉位置（下位置）にある可動構造物を有する、本発明のＩＣＰ源の一実施形態を示す図である。
【図３】開位置（上位置）にある可動構造物を有する、図２のＩＣＰ源を示す図である。
【図４】ＩＣＰイオン源の源管にガスを供給することを可能にするために押し下げられた毛管アセンブリと、毛管アセンブリをシールしているＯリング４０２とを有する、本発明のＩＣＰ源の他の実施形態を示す図である。
【図５】源管およびガス供給マニホルドの排気を可能にするために引き上げられた毛管アセンブリを有する、図４のＩＣＰ源を示す図である。
【図６】ラビリンス・シール（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ ｓｅａｌ）を備える毛管アセンブリを有する、本発明のＩＣＰ源の他の実施形態を示す図である。
【図７】Ｏリングまたはラビリンスによってシールされる変更された源管および毛管アセンブリを有する、本発明のＩＣＰ源の他の実施形態を示す図である。
【図８】源管およびガス供給マニホルドの排気を可能にするために格納された毛管アセンブリを有する、図７のＩＣＰ源を示す図である。
【図９】ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、ＩＣＰイオン源内における処理ガス間の比較的に迅速な切替えを可能にするいくつかの方法および対応する構造を含む。
【００１６】
好ましい１つのシステムは、１）ポンピング速度が遅いプラズマ発生構成と、２）ポンピング速度がはるかに速く、だいたい秒単位で、主真空室内またはガス供給マニホルド内へ源管を排気することができる源管ポンプアウト構成の、２つの選択可能な構成を有する。本発明の実施形態は、代替ガス経路と、この代替ガス経路を露出させまたはシールする可動構造物とを提供する。「代替ガス経路」とは、源電極アパーチャまたは入口流量絞りを通らないガス経路を意味する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、上記のことが、源電極がガス・ベント（ｇａｓ ｖｅｎｔ）として機能するか、または毛管アセンブリがポペット弁（ｐｏｐｐｅｔ ｖａｌｖｅ）として機能するようにＩＣＰイオン源を変更することによって達成される。ポペット弁とは、軸方向に変位する弁、すなわち弁が露出させる穴に対して垂直に変位する弁を意味する。いくつかの実施形態は、プラズマをバイアスすることができる源電極構造であって、プラズマ室の内部に対するガス・ベント弁の働きをするシール可能な穴をさらに含む源電極構造を使用する。他の実施形態では、プラズマ室内に取り付けられた垂直に移動することができる毛管アセンブリが、排気通路を開閉する可動構造物として機能する。これらの実施形態はいずれも、先行技術のイオン源において、最小限の費用の追加または複雑さを増すことで、実現することができる。
【００１８】
プラズマ室から主真空室を通してガスを排出する実施形態では、プラズマ室を通常動作させるために、源電極の１つもしくは複数の穴、あるいは源電極と同じ側のプラズマ室の端部のある構造物の１つもしくは複数の穴が、可動構造物によってシールされる。プラズマ発生中にシールを形成するため、いくつかの実施形態の源電極は、可動構造物がそこに位置することができる案内リングを含むように変更されている。案内リングに加えて、源電極は、ベント弁の機能を代替する所望の代替機能を提供する貫通穴を有することができる。
【００１９】
他の実施形態では、ガス入口と同じ側のプラズマ室の端部に可動構造物を含む弁が移動して、ガス管路ポンプに対してガス経路を露出させまたはシールする。この可動構造物は、通常動作中にそこを通ってガスが室に入る毛管アセンブリを含むことが好ましい。いくつかの実施形態では、可動部材と源電極の間のシールまたは可動部材とプラズマ室の他の部分の間のシールを、ラビリンス・シール、Ｏリング・シールまたは他のシールを使用して達成することができる。
【００２０】
図２および３は、プラズマ室２０４を排気するためにガスのコンダクタンスを選択的に増大させ、プラズマ室２０４内のプラズマを用いて動作するためにガスのコンダクタンスを選択的に低減させる弁２０２を有するプラズマ源２００を示す。図２は、弁２０２が閉じられた、すなわち動作位置にあるプラズマ源２００を示す。図３は、弁２０２が開いた、すなわちプラズマ室２０４からガスを迅速に排出する位置にあるプラズマ源２００を示す。ある角度をなす「リード（ｌｅａｄ）」を有する円形の案内リング２１０が、可動構造物２１４またはポペット弁を、源電極２１８の上面（シーリング面）２１６まで案内する。この実施形態では源電極２１８が、源管１０３の内部から源電極２１８の下の室へ通じる複数の貫通穴２２０を有する。図２では、可動構造物２１４が、源電極の上面２１６と接触した状態に配置されており、この接触が、源管１０３内のガス圧を、プラズマを発生させるのに必要な圧力に維持するのに十分なシールを提供する。プラズマ室２０４内のガス圧は概ね１トル（１．３ミリバール）未満であり、源電極２１８の下の室の圧力はそれよりも数桁低いため、可動構造物２１４の両側のガス圧は非常に小さく、いずれにせよ、存在する残留ガス圧は、可動構造物２１４を押し下げる傾向を有し、表面２１６に対してより良好なシールを形成する。
【００２１】
図３は、可動構造物２１４が上位置にあり、源電極２１８の貫通穴２２０が露出したプラズマ源２００を示す。可動構造物２１４を持ち上げると、プラズマ室２０４から主室へのさらなるガスの導通が生じる。これは、穴２２０を介したさらなる導通が、源電極２１８の中心穴１１６の導通よりもはるかに大きいためである（図１〜８においてこれらの穴は一律の尺度では示されていない）。矢印２２２は、貫通穴２２０を通ってイオン集束カラムに入り、システムの真空ポンプによって除去されるガス流を示す。可動構造物２１４を移動させる目的には異なるいくつかの方法を使用することができる。いくつかの実施形態では、デバイスはビーム電圧源１３２および／または引出し電圧源１３４からの高電圧の印加に起因する、源電極２１８からの可動構造物２１４の静電反発を使用する。他の実施形態では、ＲＦアンテナ１１４から出るＲＦ磁場によって生じる可動構造物２１４内の誘導渦電流に起因する、上方への磁気引力を使用する。この渦電流は次いで、Ｂ場の勾配に沿って（より高いＢ場の方に向かって）上方へ引き寄せられる。さらに他の実施形態では、プッシュ・ロッドを使用して、可動構造物２１４を機械的に上げ下げする。プッシュ・ロッド（図示せず）が、源電極２１８の下の室容積から上方へ延び、プラズマ室２０４の開口を通過すると、プッシュ・ロッドは、可動構造物２１４に上方への力を加え、それによって可動構造物２１４を源電極２１８から引き離し、図３に示した開位置まで持ち上げる。
【００２２】
図３は、均等に持ち上げられた、すなわち図２と同様に依然として水平に配向された可動構造物を示しているが、適切なポンピングのために必要なのは、可動構造物を持ち上げるということだけであり、可動構造物２１４の下面と源電極２１８の上面２１６との間の真空シールを破るものである限りにおいて、傾ける機構および垂直に持ち上げる機構も機能する。可動構造物は光学的機能を持たないため、可動構造物２１４を精確に配置する必要もないことに留意されたい。図１の先行技術のＩＣＰイオン源１００と同様に、（固定された）源電極２１８の穴１１６の精確なアライメントは依然として必要である。源電極２１８をプラズマ室にろう付けする場合、または源電極２１８をプラズマ室に恒久的に取り付ける場合には、ろう付けの前に可動構造物２１４が既にプラズマ室２０４内部に（すなわち固定されずに内側に）なければならない。穴は、源電極自体にある必要はない。穴は、真空ポンプに接続する経路に通じているべきである。例えば、穴が、プラズマ室２０４の内部とイオン光学カラムの間をつなぐ限りにおいて、電極支持体または他の構造物にこの穴を配置することができる。
【００２３】
図４および５は、プラズマ室４０４を排気するためにガスのコンダクタンスを選択的に増大させ、プラズマ室４０４内のプラズマを用いて動作するためにガスのコンダクタンスを選択的に低減させる弁４０２を有するプラズマ源４００を備える他の実施形態を示す。図４は、弁４０２が閉じられた、すなわち動作位置にあるプラズマ源４００を示す。図５は、弁４０２が開いた、すなわちプラズマ室４０４のガスを迅速に排出する位置にあるプラズマ源４００を示す。矢印は、排気のためプラズマ室４０４から流出するガスの流れを示す。
【００２４】
図４の実施形態では、毛管アセンブリ４１０を上方へ移動させて、図５に示すように、毛管アセンブリ４１０を囲む隙間５０２を開けることによって、ガスが入る側と同じ側のプラズマ室４０４の端部を通してガスが排出される。図４には、閉じた状態の弁４０２が示されている。毛管アセンブリ４１０は、プラズマ管４１６のカウンタボア（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）４１４上に配置されており、毛管アセンブリをシールするためにＯリング４１２に対してシールされている。毛管アセンブリ４１０がこの下位置にあるときに、毛管アセンブリ４１０内の毛管４１９の流量絞り４１８を通して、プラズマ室４０４に処理ガスを充填することができる。次いで、ＲＦ電源１１３によってＲＦアンテナ１１４にＲＦ電力を印加して、プラズマ室４０４内においてプラズマを励起する。Ｏリング４１２を持ち上げてカウンタボア４１４から引き離すために、毛管アセンブリ４１０にはロッド４２０が取り付けられている。弁４０２の作動、すなわち毛管アセンブリ４１０の持上げは、手動で、またはソレノイド、空気圧アクチュエータもしくは他の手段を使用して実行することができる。ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）４２２は、ロッド４２０の、源の内部領域から延びる部分をシールする。
【００２５】
図５には、毛管アセンブリの周囲の円形の排気チャネル５０４を開くために機械的に引き上げられた毛管アセンブリ４１０が示されている。隙間５０２を通過した源管の内部からの処理ガスおよび脱離したガス（焼出し時）は、排気チャネル５０４を通過して上方へ流れることができ、最終的には、示されているように、ポンプ１２２によって、ガス供給／ポンプアウト管路１０４および弁１２３を通して排気される。一部のガスは、カラムのポンプ・システム（図示せず）によって、源引出し電極２１８の穴１１６を通してシステムから排出される。
【００２６】
図６は、図５のプラズマ源に似ているが、毛管アセンブリ４１０と源管４１６の間にＯリングの代わりにラビリンス・シール６０２を使用したプラズマ源６００を有する荷電粒子ビーム・システムを示す。ラビリンス・シール６０２は、プラズマ発生中に源管４１６内への漏れの原因となりうる化学的または機械的な損傷を受けることがあるＯリングを排除する。毛管アセンブリ４１０とプラズマ源管４１６との接触面がＯリングよりも硬いため、ラビリンス・シール６０２はより多くのガス漏れを許す可能性がある。ラビリンス・シール６０２は、ガス供給管路１０４の環境とプラズマ室４０４との間をシールするため、この弁の漏れが、流量絞り４１８を通したガス流に比べて小さい場合には、この弁の漏れは許容しうる。希望する場合には、ガス供給管路１０４とプラズマ室４０４の間の導通が全体として同じになるように補償するため、ラビリンス・シール６０２を通した少量のガス漏れを較正し、流量絞り４１８のサイズを調整することができる。いくつかの実施形態では、毛管４１９を排除し、較正されたラビリンス・シールを通して全てのガスがプラズマ室に入るようにすることができる。
【００２７】
図７および８は、本発明の第３の実施形態の２つの動作モードを示す。図７は、プラズマを発生させるように構成されたＦＩＢシステムを示し、図８は、源管から迅速に排気するように構成された同じＦＩＢシステムを示す。この第３の実施形態でも、第２の実施形態と同様に、ガスが入る側のプラズマ管７０６の端部を通してプラズマ室７０４が排気される。この実施形態の場合には、動作モードに応じて、毛管アセンブリ７１０自体が、毛管アセンブリ７１０を上位置または下位置に自動的に配置する。排気中は、ばね７１２が、毛管アセンブリ７１０を持ち上げ、毛管アセンブリ７１０を源管７０６から引き離して、シール７１４を開く。プラズマ発生時（図７）には、処理ガスによって、毛管アセンブリ７１０が、ばねの力に逆らって押し下げられる。処理ガスは一般に、毛管アセンブリ７１０の上方において、２００トル（２７０ミリバール）より高い圧力を有する。示した例では、毛管アセンブリ７１０を源管７０６に対してシールするのに、Ｏリング７２０が使用されている。図６に示したようなラビリンス・シールまたは開閉可能な他のタイプのシールを使用してもよい。源管７０６および毛管アセンブリ７１０は、毛管アセンブリ７１０が下位置にあるときにアセンブリ７１０が源管７０６と同一の面をなすような態様で係合する円錐形の面を有する。この構成は、シール７１４上に毛管アセンブリ７１０を案内し、源管７０６の円錐形の表面と毛管アセンブリ７１０の円錐形の表面との間に追加のシールを形成し、源管室７０４からの不要な漏れを防ぐ。プラズマ動作時、処理ガスはフィルタ７１１を通過し、次いで流量絞り４１８を備える毛管４１９へ入る。
【００２８】
図８に示すように、プラズマ室７０４からガスを排出するためには、ガス供給源１３０Ａないし１３０Ｄの弁をオフに切り替えることによって処理ガス圧をオフにし、排出弁１２３を開く。その結果、引上げばねとプラズマ室内のガス圧の合わさった力によって、毛管アセンブリ７１０が上昇して下部シール７１４を破り、ガスを切り替えるときにプラズマ室７０４から処理ガスを排出すること、または焼出し中に脱離したガスを排出することが可能になる。一部のガスは、源電極２１８のアパーチャ１１６を通してプラズマ室７０４から排出される。他の実施形態では、プラズマ室７０４の内部とガス供給管路１０４の間の別の経路を、別の可動構造物が開くことができる。例えば、毛管アセンブリ以外の可動構造物によってガス入口の隣の経路を開閉することができる。
【００２９】
図９は、好ましい一実施形態を使用してＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法を説明する流れ図を示す。始めに、ステップ９０２で、ガス供給源の弁を開くことによってプラズマ室に第１の処理ガスを供給する。ステップ９０４で、プラズマ室内に配置されたプラズマに点火する。点火した後、ステップ９０６で、プラズマ室からイオンを引き出す。イオンを引き出した後、ステップ９０７でガス供給弁を閉じ、ステップ９０８でプラズマを消火する。プラズマ室から第１の処理ガスを排出するため、ステップ９１０で、開閉式ガス通路を開く。ステップ９１２で、第１のガスを排出する。処理ガスを完全に排出した後、開閉式ガス通路を閉じる。ステップ９１４の後、このプロセスが完了している場合には、作業は停止する。そうでなければ、ステップ９０２と同様に、プラズマ室に新たな処理ガスを導入する。この新たな処理ガスは第１の処理ガスでも、または第１の処理ガスとは異なる第２の処理ガスでもよい。この開閉式ガス弁は焼出し中にも開かれて、汚染物質の除去速度を速める。この開閉式ガス弁は、源アパーチャたはガス入口絞りのガスのコンダクタンスよりも大きなガスのコンダクタンスを有する経路を通して、プラズマ室の内部をポンプに接続する。このポンプは、１５分未満、より好ましくは１０分未満、最も好ましくは５分未満で、プラズマ室から排気することができることが好ましい。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、誘導結合プラズマ・イオン源は、プラズマを維持するプラズマ室と、プラズマ室にガスを供給するガス導管（ｇａｓ ｌｉｎｅ ｃｏｎｄｕｉｔ）と、そこを通してプラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャと、プラズマ室からのガス・コンダクタンスを選択的に増大させる弁であり、動作中は第１の位置に置かれており、プラズマ室からガスをより迅速に除去するために第２の位置に置かれる弁とを備える。
【００３１】
いくつかの実施形態では、プラズマ室からのガスのコンダクタンスを選択的に増大させる弁が、源電極と同じ側のプラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える。いくつかの実施形態では、この弁が、変位可能な部材によって覆うことができる源電極の開口を備える。いくつかの実施形態では、この部材が、電場または磁場によって変位する。いくつかの実施形態では、この電場が、プラズマ電極電圧源または引出し電極電圧源によって供給された電圧によって提供される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、この弁が、ガス入口と同じ側のプラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える。いくつかの実施形態では、この弁が、第１の位置ではシールを形成し、第２の位置ではプラズマ室内へガスを通過させる可動構造物を含む。いくつかの実施形態では、ガス入口の一部分が、プラズマ室をシールしまたはプラズマ室のシールを解除するように変位可能である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、この誘導結合プラズマ・イオン源が、プラズマ室に入るガスを調節する毛管をさらに備え、可動構造物がこの毛管を支持している。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ガス圧の差が、バイアス力（ｂｉａｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）に逆らい、バイアス力に打ち勝って、動作している間、可動構造物をシールされた位置に維持する。いくつかの実施形態では、プラズマ源から排気しているときに、弁を手動で移動させる必要なしに、バイアス力によって弁が開く。いくつかの実施形態では、ばねがバイアス力を提供する。いくつかの実施形態では、弁がラビリンス・シールを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、この誘導結合プラズマ・イオン源が、プラズマ室を排気しているときに、弁を自動的に開くバイアス手段をさらに備える。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法は、排気可能なプラズマ室、流量絞りを含むガス入口であり、プラズマ室にガスを供給するガス入口、そこを通してプラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャ、およびプラズマ室からの選択的な開閉式ガス通路であり、流量絞りおよびアパーチャ以外を通るガス通路を有するＩＣＰイオン源システムを提供するステップと、第１のガス源からプラズマ室内へ処理ガスを供給するステップと、プラズマ室内でプラズマに点火するステップと、源電極のアパーチャを通してプラズマ室からイオンを引き出すステップと、プラズマ室内のプラズマを消火するステップと、開閉式ガス通路を開くステップと、開閉式通路を通してプラズマ室からガスをポンピングするステップとを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法がさらに、開閉式通路を通してプラズマ室をポンピングするステップの後に、開閉式通路を閉じるステップと、流量絞りを含むガス入口を通してプラズマ室内へ第２の処理ガスを供給するステップと、プラズマ室内でプラズマに点火するステップとを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、開閉式ガス通路を開くステップが、源アパーチャの穴を露出させるステップを含む。いくつかの実施形態では、開閉式ガス通路を開くステップが、ガス入口を移動させて通路のシールを解除するステップを含む。いくつかの実施形態では、開閉式ガス通路を開くステップが、ガス供給管路を通してガスを排出しているときに、ガス入口を自動的に開いて通路のシールを解除するステップを含む。
【００３９】
代替ガス経路の特定の位置および代替ガス経路に対する特定のシールを例として説明したが、本発明は、代替ガス経路の特定の位置、または代替ガス経路を露出させシールする特定のタイプの装置に限定されない。さらに、本発明はプラズマ・イオン源だけに限定されず、例えばプラズマ電子源に対しても使用することができる。
【００４０】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
２００ プラズマ源
２０２ 弁
２０４ プラズマ室
２１２ 案内リング
２１４ 可動構造物
２１６ 源電極の上面
２１８ 源電極
２２０ 貫通穴
２２２ ガス流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを維持するプラズマ室と、
前記プラズマ室にガスを供給するガス導管と、
そこを通して前記プラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャと、
前記プラズマ室からのガス・コンダクタンスを選択的に増大させる弁であり、動作中は第１の位置に置かれており、前記プラズマ室からガスをより迅速に除去するために第２の位置に置かれる弁と
を備える誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項２】
前記弁が、前記源電極と同じ側の前記プラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項３】
前記弁が、変位可能な部材によって覆うことができる前記源電極の開口を備える、請求項２に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項４】
前記部材が、電場または磁場によって変位する、請求項３に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項５】
前記電場が、プラズマ電極電圧源または引出し電極電圧源によって供給された電圧によって提供される、請求項４に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項６】
前記弁が、前記ガス入口と同じ側の前記プラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項７】
前記弁が、第１の位置ではシールを形成し、第２の位置では前記プラズマ室内へガスを通過させる可動構造物を含む、請求項６に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項８】
前記プラズマ室に入るガスを調節する毛管をさらに備え、前記可動構造物が前記毛管を支持している、請求項７に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項９】
前記ガス入口の一部分が、前記プラズマ室をシールしまたは前記プラズマ室のシールを解除するように変位可能である、請求項６に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１０】
ガス圧の差が、バイアス力に逆らい打ち勝って動作している間、前記可動構造物をシールされた位置に維持する、請求項６に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１１】
排気しているときに、前記弁を手動で移動させる必要なしに、前記バイアス力によって前記弁が開く、請求項１０に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１２】
ばねが前記バイアス力を提供する、請求項１０または請求項１１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１３】
前記弁がラビリンス・シールを含む、請求項１０から１２のいずれかに記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１４】
前記プラズマ室を排気しているときに、前記弁を自動的に開くバイアス手段をさらに備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１５】
ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法であって、
排気可能なプラズマ室、
流量絞りを含むガス入口であり、前記プラズマ室にガスを供給するガス入口、
そこを通して前記プラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャ、および
前記プラズマ室からの選択的な開閉式ガス通路であり、前記流量絞りおよび前記アパーチャ以外を通るガス通路
を有するＩＣＰイオン源システムを提供するステップと、
第１のガス源から前記プラズマ室内へ処理ガスを供給するステップと、
前記プラズマ室内でプラズマに点火するステップと、
源電極の前記アパーチャを通して前記プラズマ室からイオンを引き出すステップと、
前記プラズマ室内の前記プラズマを消火するステップと、
前記開閉式ガス通路を開くステップと、
前記開閉式通路を通して前記プラズマから前記ガスをポンピングするステップと
を含む方法。
【請求項１６】
前記開閉式通路を通して前記プラズマ室をポンピングする前記ステップの後に、
前記開閉式通路を閉じるステップと、
流量絞りを含む前記ガス入口を通して前記プラズマ室内へ第２の処理ガスを供給するステップと、
前記プラズマ室内でプラズマに点火するステップと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記開閉式ガス通路を開く前記ステップが、前記源アパーチャの穴を露出させるステップを含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記開閉式ガス通路を開く前記ステップが、前記ガス入口を移動させて通路のシールを解除するステップを含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記開閉式ガス通路を開く前記ステップが、前記ガス供給管路を通してガスを排出しているときに、前記ガス入口を自動的に開いて通路のシールを解除するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
プラズマを維持するプラズマ室と、
前記プラズマ室にガスを供給するガス導管と、
そこを通して前記プラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャと、
前記プラズマ室からのガス・コンダクタンスを選択的に増大させる弁であり、動作中は第１の位置に置かれており、前記プラズマ室からガスをより迅速に除去するために第２の位置に置かれる弁と
を備える誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項２】
前記弁が、前記源電極と同じ側の前記プラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項３】
前記弁が、変位可能な部材によって覆うことができる前記源電極の開口を備える、請求項２に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項４】
前記部材が、電場または磁場によって変位する、請求項３に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項５】
前記電場が、プラズマ電極電圧源または引出し電極電圧源によって供給された電圧によって提供される、請求項４に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項６】
前記弁が、前記ガス入口と同じ側の前記プラズマ室の端部に、開閉可能な開口を備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項７】
前記弁が、第１の位置ではシールを形成し、第２の位置では前記プラズマ室内へガスを通過させる可動構造物を含む、請求項６に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項８】
前記プラズマ室に入るガスを調節する毛管をさらに備え、前記可動構造物が前記毛管を支持している、請求項７に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項９】
前記ガス入口の一部分が、前記プラズマ室をシールしまたは前記プラズマ室のシールを解除するように変位可能である、請求項６に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１０】
ガス圧の差が、バイアス力に逆らい打ち勝って動作している間、前記可動構造物をシールされた位置に維持する、請求項６に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１１】
排気しているときに、前記弁を手動で移動させる必要なしに、前記バイアス力によって前記弁が開く、請求項１０に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１２】
ばねが前記バイアス力を提供する、請求項１０または請求項１１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１３】
前記弁がラビリンス・シールを含む、請求項１０から１２のいずれかに記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１４】
前記プラズマ室を排気しているときに、前記弁を自動的に開くバイアス手段をさらに備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ・イオン源。
【請求項１５】
ＩＣＰイオン源システムから処理ガスを排出する方法であって、
排気可能なプラズマ室、
流量絞りを含むガス入口であり、前記プラズマ室にガスを供給するガス入口、
そこを通して前記プラズマ室からイオンが引き出されるアパーチャ、および
前記プラズマ室からの選択的な開閉式ガス通路であり、前記流量絞りおよび前記アパーチャ以外を通るガス通路
を有するＩＣＰイオン源システムを提供するステップと、
第１のガス源から前記プラズマ室内へ処理ガスを供給するステップと、
前記プラズマ室内でプラズマに点火するステップと、
源電極の前記アパーチャを通して前記プラズマ室からイオンを引き出すステップと、
前記プラズマ室内の前記プラズマを消火するステップと、
前記開閉式ガス通路を開くステップと、
前記開閉式通路を通して前記プラズマから前記ガスをポンピングするステップと
を含む方法。
【請求項１６】
前記開閉式通路を通して前記プラズマ室をポンピングする前記ステップの後に、
前記開閉式通路を閉じるステップと、
流量絞りを含む前記ガス入口を通して前記プラズマ室内へ第２の処理ガスを供給するステップと、
前記プラズマ室内でプラズマに点火するステップと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記開閉式ガス通路を開く前記ステップが、前記源アパーチャの穴を露出させるステップを含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記開閉式ガス通路を開く前記ステップが、前記ガス入口を移動させて通路のシールを解除するステップを含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記開閉式ガス通路を開く前記ステップが、前記ガス供給管路を通してガスを排出しているときに、前記ガス入口を自動的に開いて通路のシールを解除するステップを含む、請求項１８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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２０９５４（Ｐ２０１３−２０９５４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１３１４４６（Ｐ２０１２−１３１４４６）
【出願日】平成２４年６月１０日（２０１２．６．１０）
【出願人】（５０１４１９１０７）エフ・イ−・アイ・カンパニー (78)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３１４４６（Ｐ２０１２−１３１４４６）
【出願日】平成２４年６月１０日（２０１２．６．１０）
【出願人】（５０１４１９１０７）エフ・イ−・アイ・カンパニー (78)
【Ｆターム（参考）】
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