JP2004513478A

JP2004513478A - イオン源内に発生したプラズマ中のイオンを検出するためのプローブアセンブリ

Info

Publication number: JP2004513478A
Application number: JP2002540179A
Authority: JP
Inventors: ビクター　モーリス　ベンベニステ
Original assignee: アクセリス　テクノロジーズ　インコーポレーテッド
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2004-04-30
Also published as: AU2002210709A1; EP1328961A2; US20020089332A1; KR20030051751A; US6833710B2; WO2002037525A3; TW518630B; WO2002037525A2

Abstract

イオンを有するプラズマを発生するイオン源（１２）及びプラズマ中のイオンを検出するためのプローブアセンブリ（３０）を用いるイオン注入システム（１０）に関係する方法及び装置。プローブアセンブリ（３０）は、プローブ本体（３６）と、プラズマからイオンを抽出するための集束装置（６０）と、プラズマから抽出されたイオンを濾過するためのフィルタ（４０）を含んでいる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
関連出願
この出願は、２０００年１０月２７日に出願された同時係属の米国仮出願番号６０／２４３，６９０に基づく優先権を主張するものであり、両出願に共通する主題を含む。上記米国仮出願の開示内容は、その全体が参考として本明細書に包含される。
【０００２】
技術分野
本発明は、イオン源および半導体製造工程に関し、特に、イオン源のパラメータを検出するための検出システムに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
背景技術
今日、半導体製造工程は、種々のシリコンベース素子を製造するために利用される。従来の半導体製造システムにおいて、イオン源はプラズマを発生し、このプラズマからイオンビームが引き出されて、半導体ウエハ等の基板に注入される。イオン源の作動中、プラズマパラメータを評価することが望ましい。例えば、半導体製造システムにおいて発生したプラズマがほぼ均質でないことが知られている。
【０００４】
それゆえ、プラズマ密度及び電子温度等の特定のプラズマ特性は、ラングミュアのプローブ等の従来装置を用いて、検出されかつマップが作られる。
この従来の検出方法の欠点は、イオンの組成及びプラズマの荷電状態の分布を得ることができないことである。
【０００５】
ここに、イオン源内で上記パラメータを図で表示（ｍａｐｐｉｎｇ）できるイオン注入システムのイオン源を用いるのに適した検出システムが、従来から必要となっている。
【０００６】
本発明は、好ましい実施形態と共に以下に記載される。しかし、当業者であれば、本発明の技術的思想及び請求の範囲から逸脱しないで、種々の変更及び修正が可能であることが明らかであろう。例えば、イオン源パラメータを検出するために適当な種々のシステム部品を用いる種々の検出システムを使用することができる。
【０００７】
発明の要約
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
イオン注入システム内に発生するプラズマのイオン組成を検出するためのプローブアセンブリが要求される。本発明は、この要求に取り組むために更なる解法を指向する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマを発生するためのイオン源を使用するイオン注入システムとともに、プラズマの局所部分において、イオンを検出するためのプローブアセンブリを提供する。このプローブアセンブリは、プローブ本体と、プラズマからイオンを抽出するための集束装置または集束要素と、プラズマから抽出されたイオンを濾過するためのフィルタとを含んでいる。ここで使用するように、「イオン」という言葉は、イオン源のプラズマ室内で作り出される適当なイオンまたはイオン種を含むことを意図している。
【００１０】
本発明の他の一般的なかつ更なる特定の目的は、部分的に明らかであり、また、以下に記載の説明および図面から部分的に明らかにされるであろう。
本発明の上述したまた他の目的、特徴、及び利点は、以下の記載及びこれに付随する図面によって明らかにされるであろう。異なる図面において、同一の部品については、同等の参照符号を付す。本発明の原理を示す図面は、スケールが示されていないけれども、相対的な大きさが示されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、プローブアセンブリを用いるためのイオン注入システムを提供し、イオン源のプラズマ室内に発生したプラズマ中に、イオンが存在するか否かを検出し、読取り、識別または判定する。
【００１２】
このプローブアセンブリは、イオン源の壁に設けた適当な開口を介してイオン源のプラズマ室内に伸びて、イオンを抽出するプローブ装置または要素を含んでいる。このイオンは、フィルタへと運ばれて、そこで、イオンがイオン速度に従って、濾過され、そして、プローブアセンブリにより分析される。ここで、プローブアセンブリは、プラズマ室内のプラズマ中のイオン組成またはスペクトル成分を判定することができる。
【００１３】
図１は、イオン注入システム１０を形成するブロック図であり、この注入システムは、処理室（図示略）内に取り付けられる加工物に衝突するイオンビームを発生しかつ放射するイオン源１２を含んでいる。
【００１４】
図示されたイオン源１２は、標準の部品を含み、かつ特に、プラズマ室１４を形成する標準のハウジング１８を備えている。プラズマ室１４は、平行六面体またはバケット形の形状とすることができる。プラズマ室１４は、プラズマ内でイオン化される、ガス供給源２０からのガスを導くための入口開口と、プラズマがイオンビーム１３を形成するために引き出される出口開口（図示略）とを含む。プラズマ室１４は、適当な流体回路を介してガス供給源２０に連結することができる。プラズマは、エネルギーが変化する電子と共に、望ましい１つまたは複数のイオンを含んでいる。
【００１５】
イオン源１２は、さらに、エキサイタ２４（例えば、励起される電極）を含み、このエキサイタは、適当な電気接続により電源２２に接続される。エキサイタ２４は、イオン源１２内にプラズマを形成するために、荷電されないガスをイオン化する。例えば、三フッ化ボロンまたは五フッ化リン等の選択されたドーパントガスがガス供給源内に収納されている。
【００１６】
このガスは、プラズマ室１４内に導かれ、そしてプラズマを形成するためにエキサイタによってイオン化される。エキサイタ２４は、バイアスが加えられたタングステンフィラメントの形式とすることができ、このフィラメントが適当な温度に熱せられるとき、熱イオンによる電子を放出する。エキサイタによって発生した放出電子は、プラズマ室内にプラズマを形成するために解放されたガスと相互に作用してイオン化する。
【００１７】
エキサイタは、また、無線周波信号を放出することにより電子をイオン化するＲＦ集束装置または集束要素等の他のエネルギー源を導くことができる。例えば、励起用電極２０が動作時に電源２２によって励起される。イオン源、電極、電源、および流体回路の上述の構造は、従来技術として知られており、商業的に利用でき、また、これらの接続及び作動も当業者であれば明らかであろう。
【００１８】
イオン源１２は、さらに、イオン源の外壁の回りに取り付けられる磁石を含んでおり、これにより、マルチ−カスプ磁場を形成してプラズマをプラズマ室１４の中心に向かせるようにする。また、イオン源１２は、イオンビームがイオン源から引き出されるようにエキサイタの反対側にプラズマ電極（図示略）を有している。従来技術として知られるように、引出電極が、プラズマをプラズマ電極の開口を通して引き出すために、プラズマ室の外側に配置される。引き出されたプラズマは、加工物に向けられるイオンビーム１３を形成する。
【００１９】
図示されたイオン源１２は、さらにプローブアセンブリ３０を含んでおり、このプローブアセンブリは、プラズマ室１４内に取り付けられる先端部３４と、フィルタ４０に接続される基端部とを有するプローブ装置３２を有している。プローブ装置３２は、プラズマ室１４からイオンを引き出すために、プローブ装置内にフィールドを生じさせるための電極を備えることができる。プローブアセンブリは、適当な数の部品で構成することができ、図１に示された二次的な一組の部品または付加的な部品を有しており、プラズマ室からイオンを引き出して、プラズマ内のイオンの組成またはスペクトル成分を読取り、検出し、または判定することができる。
【００２０】
電源５４は、選択された電位にプローブをバイアスするためにプローブ装置３２に接続することができる。１つの実例によれば、電源５４は、適当な電圧、例えば、−５００Ｖを加えることによってプローブ間に所定の電位を与える。プローブ装置３２は、その内部の圧力を減ずるために真空源５２に接続することができる。１つの実例によれば、真空源５２は、プローブ内に約１０−５トルの圧力を作り出す真空ポンプである。プローブ装置３２内に発生した磁場は、プラズマ室１４からイオンを引き出す。
【００２１】
引き出されたイオンは、フィルタ４０に導かれる。フィルタ４０は、選択されたパラメータ、例えば、イオン速度または質量に基づいてイオンを濾過する。フィルタ４０は、１つまたは複数のイオンパラメータに基づいたイオンを濾過するのに適当な選択されたフィルタ、例えば、ウイーンフィルタまたはＥＸＢフィルタとすることができる。
【００２２】
コントローラ５０は、フィルタ４０に連結され、イオンがフィルタを通過するとき、イオンを取り除くためにフィルタ内にフィールドを発生させることを助ける。このコントローラ５０は、プラズマ内の特定のイオンまたはイオン種が存在するか否かを判定、読取、検出することができる。コントローラは、好ましくは、フィルタ４０に電位を与えるための構造を有し、通過するイオンを濾過し、そして、特定のイオンの有無を判定、読取、検出または識別する。明確化のために、コントローラ５０は、イオンを検出するものとして言及するが、上述の１つまたは複数の機能が、この形式で使用されるとき、含まれることを意図している。コントローラは、適当な電源と計算装置とを含むことができる。ここで使用する計算装置とは、一組の命令を実行または特定組の命令に応答するプログラム可能なまたは非プログラム式の装置とする。
【００２３】
図２は、図１のプローブアセンブリ３０のプローブ装置３２を表す概略的な例示である。図示されたプローブ装置３２は、円錐形の先端部またはチップ３４を有する細長いプローブ本体３６を含んでいる。図示されたプローブ本体３６は、内部通路３８を有し、この通路は、プローブ装置３２の両端部間に伸びている。図示された通路３８は、プラズマ室１４内のプラズマ中に存在する１つまたは複数のイオンが通過できるような好ましい寸法を有している。本発明の実施形態に従う通路３８は、内径が約６ｍｍで、長さが２５ｃｍである。図示されたプローブ装置３２は、さらに、ある電界分布を生じるように適切に励起される一組の電極を含んでいる。この電界は、引き出されたイオンを通路３８内に閉じ込める。特に、８つの電極のねじれた組が、あらゆる方向にイオンを交互に集束させる回転四極子フィールドを形成する。
【００２４】
図３及び図４は、本発明におけるプローブ装置３２の部品及びアセンブリパーツを示す。図示された集束装置または集束要素６０は、支持体６４上に、多重の平行導電性ストリップ６２、即ち電極を作り出すことによって形成することができる。１つの実例によれば、図示した導電性ストリップ６２は、銅で形成することができ、また、支持体６４は、アルミニウム、例えば、デラウエア州　ウイルミングトンに在所するイー．アイ．デュポン　デ　ネモアス　アンド　カンパニー（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔＤｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙ）の登録商標「Ｍｙｌａｒ」、または他の薄い絶縁層から作ることができる。
【００２５】
当業者であれば、容易にわかるように、適当な数の導電性ストリップが本発明の集束装置６０を形成するために、支持体６４上に配置することができる。特に、好ましい集束装置は、４つまたはそれ以上の導電性ストリップを含み、さらには、図示するように、８つの導電性ストリップを含むことが好ましい。プローブ装置３２は、図３のプローブ本体３６内に集束装置要素６０を包み込むことにより形成することができ、これは、図示する導電性ストリップ６２を、プローブ本体３６内にスパイラル状に配置する。図４に示すように、集束装置６０の導電性ストリップ６２が、重なり合いかつ組み合う配置を有するプローブ本体３６内に巻きつけられるとき、イオン８０がプローブ本体３６を通って運ばれる。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、集束要素６０は、電源５４または他の適当な電源によって励起されるとき、集束要素６０は、プローブ本体３６内に適当な電界を作り出し、そして、好ましくは、その電界を通路３８内に作り出す。バイアスが加えられた電極に接続された円錐形のチップ３４は、プラズマからイオンを引き出すための適当な電界を発生させる。これにより、イオンがフィルタへと運ばれる。
【００２７】
図５は、図１のフィルタ４０の部分断面図である。フィルタ４０は、支持要素４４内に配置される一連の磁石４２を含む。図示された支持体は、磁石４２と互換性を持つ適当な材料、好ましくは、スチールから構成することができる。支持体４４は、フィルタの内部部分４８内に磁石４２によって発生した磁界を集中させる機能を有する。
【００２８】
図示されたフィルタ４０は、フィルタの内部部分に磁界をさらに集中させるために、支持体要素４４内に取り付けられる複数のスチールストリップ４６をさらに含んでいる。この内部部分は、フィルタを通って伸びる通路として構成することができ、この通路は、磁石４２によって取り囲まれている。スチールストリップは、通路内に電位の傾きまたは均一な電界を生じるために、異なる電圧にバイアスをかけることができるように、互いにかつ磁石から分離している。
【００２９】
当業者であれば容易にわかるように、フィルタ４０は、コントローラ５０によって励起されるとき、１つまたは複数のパラメータ、例えば、イオン速度または質量に従って、入来するイオンを濾過または分離することができる。コントローラ５０は、つぎに、上述のパラメータに従って特定のイオンを検出、読取、識別する。例えば、磁石４２，４２が励磁され、イオンがフィルタ４０を通過するとき、その間に電位差が生じる。イオン速度によってイオンが分離されると、イオン速度は、加えられる電界又は磁界に比例する。このことは、当業者であれば容易に認められるであろう。その結果、特定のイオンを速度により選択するために、フィルタ４０内に発生した電界が、コントローラ５０によって変化、調整、または制御される。
【００３０】
プローブ装置３２の重要な利点は、プラズマ室からイオンを引き出すために、プローブの一部分を、プラズマ室内に直接配置することができることである。プローブアセンブリ３０は、さらに、プラズマ室から引き出されたイオンを濾過して、プラズマ中のイオンの組成またはスペクトル成分を判定し、または特定のイオンを識別することができるという利点を有している。
【００３１】
上述の記載から明らかにされるように、本発明は、上記した目的を効率よく達成することが理解できるであろう。上記構成において、本発明の範囲から逸脱することなく、ある程度の変更が可能であることから、本発明は、図示されかつ限定する意味ではなく説明された上述の記載およびこれに付随して示された図面に含まれる全ての事柄を包含することを意図している。
【００３２】
特許請求の範囲は、ここに記載の本発明の全ての包括的なかつ特定の特徴を包含しており、本発明の請求項に記載の内容は、言語上からも上述したことを含むものであることが理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の技術に従って、プラズマ室内のイオンを検出するためのプローブアセンブリを用いるイオン源の概略的ブロック図である。
【図２】
図２は、イオン源のプラズマ室からイオンを抽出するために適当なプローブ装置の概略図である。
【図３】
図３は、本発明の技術に従う図２のプローブ装置のプローブ本体を示す概略図である。
【図４】
図４は、図３のプローブ装置内に包含された電極の斜視図である。
【図５】
図５は、図１のプローブアセンブリのフィルタの部分断面図である。

Claims

プラズマ内のイオンの有無を判定するためのシステム（１０）であって、
イオンが内部に存在するプラズマを発生するために、所定寸法のプラズマ室（１４）を有するイオン源（１２）と、
前記プラズマ内の前記イオンを検出するために、前記イオン源に連結されたプローブアセンブリ（３０）と、を含むことを特徴とするシステム。
プローブアセンブリ（３０）は、前記プラズマからの前記イオンを引き出すために、前記プラズマ室（１４）内に伸びるプローブ装置（３２）を含んでいることを特徴とする請求項１記載のシステム。
プローブ装置（３２）は、プラズマ室（１４）内に配置され、かつ円錐チップ（３４）を有するプローブ本体（３６）と、
このプローブ本体（３６）に取付けられ、かつ励起されたときのフィールドを発生する集束要素（６０）と、を含んでいることを特徴とする請求項２記載のシステム。
プローブアセンブリ（３０）は、
プラズマから１つまたは複数のイオンを抽出するプローブ装置（３２）と、
前記プラズマから前記プローブ装置（３２）によって抽出された前記１つまたは複数のイオンを濾過するために前記プローブ装置（３２）に連結されたフィルタ（４０）と、を含んでいることを特徴とする請求項１記載のシステム。
フィルタ（４０）は、少なくとも１つのウイーンフィルタ及びＥＸＢフィルタからなることを特徴とする請求項４記載のシステム。
フィルタ（４０）は、内部に磁界を集中させるために、複数のスチールストリップ（４６）を含むことを特徴とする請求項４記載のシステム。
複数のスチールストリップ（４６）は、通路（３８）内に電位の傾きおよび均一な電界の一方を生じさせるために、異なる電圧にバイアスをかけることを特徴とする請求項６記載のシステム。
１つまたは複数のイオンをイオン速度に基づいて分離するために、前記フィルタ内に電界を発生させるための手段（６２）をさらに含んでいることを特徴とする請求項４記載のシステム。
プラズマ室（１４）から前記イオンの抽出を容易にする、選択された圧力状態を作り出すために、前記プローブ装置（３２）に連結される真空源をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
プローブアセンブリ（３０）は、プローブ本体（３６）を含むプローブ装置（３２）を有し、前記プローブ本体の一部分は、前記プラズマ室（１４）内に伸びるようになっており、かつ前記プローブ本体（３６）内にフィールドを形成するための一組の電極（６２）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
プローブアセンブリ（３０）は、前記プラズマ室から１つまたは複数のイオンを抽出するためのプローブ装置（３２）と、前記イオンを濾過するフィルタ（４０）と、前記１つまたは複数のイオンを検出するためのコントローラ（５０）とを含んでいることを特徴とする請求項１記載のシステム。
イオン源（１２）のプラズマ室（１４）内のプラズマ中でイオンを検出するために、前記イオン源（１２）とともに用いるのに適したプローブアセンブリ（３０）であって、
前記イオン源（１２）のプラズマ室（１４）内に少なくとも一部分が伸びるプローブ本体（３６）と、
このプローブ本体（３６）内に選択されたフィールドを発生させるために、前記プローブ本体（３６）に連結される集束要素（６０）と、
前記プローブ本体（３６）を通過し、そして前記プラズマ室（１４）から抽出されるする前記イオンを濾過するために、前記プローブ本体（３６）に連結されるフィルタ（４０）と、を含んでいることを特徴とするプローブアセンブリ。
プローブ本体（３６）は、イオンが通過できる寸法を有する通路（３８）を含み、前記プローブ本体（３６）は、前記プラズマ室（１４）内に伸びる円錐形の一端部を有することを特徴とする請求項１２記載のプローブアセンブリ。
一組の電極（６２）は、フィールドを形成するために、前記プローブ本体（３６）に結合されていることを特徴とする請求項１２記載のプローブアセンブリ。
電極（６２）は、前記プラズマ室（１４）から前記イオンのためのフィールドを前記プローブ本体（３６）内に発生させるために、四極子の集束要素からなることを特徴とする請求項１４記載のプローブアセンブリ。
フィルタは、ＥＸＢフィルタからなることを特徴とする請求項１２記載のプローブアセンブリ。
イオン源（１２）のプラズマ室（１４）内に発生したプラズマ中でイオンを検出する方法であって、
前記イオン源（１２）からのイオンをプローブ装置（３２）を用いて抽出し、
前記プラズマ室（１４）から抽出された前記イオンを検出する、各ステップを有することを特徴とする方法。
検出ステップの前に、前記イオン源（１２）から抽出された１つまたは複数のイオンを濾過するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１７記載の方法。
濾過するステップは、イオン速度に基づいて１つまたは複数のイオンを濾過するように、フィールドを変化させるステップを含んでいることを特徴とする請求項１７記載の方法。
イオンが全ての方向に交互に集束させる回転四極子フィールドを生じさせるために、一組の電極（６２）をねじるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１７記載の方法。