JP2021514533A - 内部加熱要素を含む電導性ビーム光学系 - Google Patents

Abstract

本明細書では、イオン注入装置内の粒子を減少させるためのアプローチが提供される。静電フィルタは、ハウジングと、当該ハウジング内の複数の導電性ビーム光学系と、を含みうる。導電性ビーム光学系が、ウエハに向かって方向付けられたイオンビームラインの周囲に配置され、ハウジングの入口開孔の近傍の入口開孔電極を含みうる。導電性ビーム光学系は、入口開孔電極から、イオンビームラインに沿って下流にあるエネルギー電極、及び、エネルギー電極から下流にある接地電極をさらに含みうる。エネルギー電極は、入口電極および接地電極よりもイオンビームラインから遠く離れて配置されており、よって、エネルギー電極が、ウエハから戻るバックスパッタ材料のエンベロープによる影響から物理的に遮断される。静電フィルタは、導電性ビーム光学系のそれぞれに電圧および電流を独立して供給するための電気システムをさらに備えうる。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、概して、イオン注入装置に関し、より詳細には、粒子蓄積を低減することによって、処理チャンバ内の構成要素の性能を改善し、当該構成要素の寿命を延ばすための導電性ビーム光学系に関する。

イオン注入は、衝突を介してドーパントまたは不純物を基板に導入するプロセスである。半導体製造において、ドーパントは電気的、光学的、または機械的特性を変えるために導入される。例えば、ドーパントが真性半導体基板に導入されて、基板の導電性の種類およびレベルが変更されうる。集積回路（ＩＣ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）の製造では、正確なドーピングプロファイルによって、改善されたＩＣ性能がもたらされる。所望のドーピングプロファイルを実現するために、１つ以上のドーパントが、様々なドーズ量および様々なエネルギーレベルでイオンの形態により注入されうる。

イオン注入システムは、イオン源と、一連のビームライン構成要素と、を備えうる。イオン源は、所望のイオンが生成されるチャンバを備えうる。イオン源は、チャンバの近くに配置された電源および抽出電極アセンブリも備えてよい。ビームライン構成要素は、例えば、質量分析器、第１の加速又は減速段、コリメータ、及び、第２の加速又は減速段を含みうる。光線を操作するための一連の光学レンズのように、ビームライン構成要素は、所望の種、形状、エネルギー、および他の性質を有するイオンまたはイオンビームをフィルタに掛け、集束させ、および操作することができる。イオンビームは、ビームライン構成要素を通過し、プラテンまたはクランプ上に取り付けられた基板またはウエハに向かって方向付けられうる。基板は、時にロープラットと呼ばれる装置によって、１つ以上の次元において動かされうる（例えば、平行移動、回転、および傾斜）。

イオン注入装置は、様々な異なるイオン種および抽出電圧について、安定的で良好に定められたイオンビームを生成する。ソースガス（例えば、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＢＦ_３、および他の種）を用いた数時間の操作の後で、ビーム成分が、最終的に、ビーム光学系上に堆積物を生成する。ウエハの照準線の範囲内にあるビーム光学系も、Ｓｉおよびフォトレジスト化合物を含む、ウエハからの残留物で覆われた状態になる。これらの残留物は、ビームライン構成要素上に蓄積し、例えば、（電気的にバイアスされた構成要素の場合には）動作中にＤＣ電位にスパイクを引き起こす。最終的に残留物は剥がれ落ち、ウエハ上の微粒子汚染の可能性が増大する。

材料蓄積の影響を防止する１つのやり方は、イオン注入装置システムのビームライン構成要素を周期的に交換することである。代替的に、ビームライン構成要素が手動で洗浄されてよく、これには、イオン源の電源を切ること、およびシステム内の真空を解放することが含まれる。ビームライン構成要素を交換または洗浄した後に、システムが排気され、稼働条件に達するよう電力供給される。従って、これらの保守プロセスには時間が掛かることがある。さらに、ビームライン構成要素は保守プロセス中には使用されない。したがって、頻繁な保守プロセスは、ＩＣ製造に利用可能な時間を減らし、よって、全体的な製造コストを増大させうる。

上記に鑑みて、本明細書では、エネルギーフィルターモジュール（ＥＰＭ：ｅｎｅｒｇｙ ｐｕｒｉｔｙ ｍｏｄｕｌｅ）内での粒子の蓄積を低減するように、ＥＰＭ内の複数の導電性ビーム光学系を構成するためのシステムおよび方法が提供される。１つ以上の実施形態において、ウエハにイオンビームを届けるための静電フィルタは、ハウジングと、当該ハウジング内にあり、イオンビームラインの周囲に配置された複数の導電性ビーム光学系であって、複数の導電性ビーム光学系のうちの少なくとも１つの導電性ビーム光学系は内部加熱要素を含む、複数の導電性ビーム光学系と、を備える。

１つ以上の実施形態において、加工物にイオンビームを届けるためのエネルギーフィルターモジュール（ＥＰＭ）は、ウエハの近傍の出口を有するハウジングと、複数の導電性ビーム光学系と、を含みうる。複数の導電性ビーム光学系は、ハウジングの入口開孔の近傍の一組の入口開孔電極と、一組の入口開孔電極から、イオンビームラインに沿って下流にある一組のエネルギー電極と、を含みうる。複数の導電性ビーム光学系は、一組のエネルギー電極のイオンビームラインに沿って下流にある一組の接地電極をさらに含んでよく、一組のエネルギー電極は、一組の入口開孔電極及び一組の接地電極よりも、イオンビームラインから遠く離れて配置される。複数の導電性ビーム光学系の少なくとも１つは、内部加熱要素を含む。

１つ以上の実施形態において、イオン注入システムは、ウエハにイオンビームを届けるための静電フィルタを含みうる。静電フィルタは、ウエハの近傍の出口を有するハウジングと、ハウジング内の複数の導電性ビーム光学系と、を含んでよく、複数の導電性ビーム光学系は、イオンビームラインの周囲に配置されている。複数の導電性ビーム光学系は、ハウジングの入口開口の近傍の一組の入口開口電極と、一組の入口開口電極から、イオンビームラインに沿って下流にある一組の高エネルギー電極と、を含みうる。複数の導電性ビーム光学系は、一組のエネルギー電極のイオンビームラインに沿って下流にある一組の接地電極をさらに含みうる。一組のエネルギー電極は、一組の入口開孔電極および一組の接地電極よりも、イオンビームラインから遠く離れて配置されており、複数の導電性ビーム光学系の少なくとも１つは、内部加熱要素を含む。イオン注入システムは、静電フィルタと連通する電気システムをさらに含んでよく、電気システムは、複数の導電性ビーム光学系に電圧および電流を供給するよう構成されている。

本開示の実施形態に係るイオン注入システムを示す概略図である。 本開示の実施形態に係る、図１に示したイオン注入システムの構成要素を示す半透視等角図である。 本開示の実施形態に係る、図１に示したイオン注入システムの構成要素を示す半透視等角図である。 本開示の実施形態に係る、図２の構成要素を示す側方断面図である。 本開示の実施形態に係る、内部加熱要素を含む導電性ビーム光学系の透視図である。 本開示の実施形態に係る、図４Ａの導電性ビーム光学系の端面図である。 本開示の実施形態に係る、電気システムにより動作する図３の構成要素を示す側方断面図である。 本開示の実施形態に係る、気体供給により動作する図３の構成要素を示す側方断面図である。 本開示の実施形態に係る、一組のリレーにより動作する図３の構成要素を示す側方断面図である。 本開示の実施形態に係る、一組のリレーにより動作する図３の構成要素を示す側方断面図である。 本開示の実施形態に係る例示的な方法を示すフロー図である。

図面は、必ずしも縮尺どおりではない。図面は、単なる表現であり、本開示の特定のパラメータを表すことを意図しない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すことを意図しており、したがって、範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面では、同様の番号が同様の要素を表す。さらに、図面のいくつかにおける特定の要素は、説明を明確にするために、省略されるか、または縮尺通りには図示されていないことがある。さらに、明確にするために、いくつかの参照番号は、或る特定の図面で省略されていることがある。

ここで、本開示に係るシステムおよび方法を、システムおよび方法の実施形態が示された添付の図面を参照しながら、以下により完全に説明する。システムおよび方法は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと見做されない。その代わりに、上記実施形態は、本開示が一貫しておりかつ完全となるように提供され、当業者にシステムおよび方法の範囲を完全に伝える。

便宜上および明確にするために、「上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」、「下方（ｌｏｗｅｒ）」、「垂直方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「横方向（ｌａｔｅｒａｌ）」、および「縦方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」といった用語は、本明細書では、図に見られるように、様々な構成要素およびそれらを構成する部分の相対的な配置および配向を説明するために使用される。専門用語には、具体的に言及された単語、その派生語、および、同様の重要度の単語が含まれる。

本明細書では、単数形で列挙され、「ａ」または「ａｎ」という単語が続く要素または動作は、複数の要素または動作を除外しないものとして、そのような除外が明示的に記載されないうちは理解される。さらに、本開示の「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、列挙された特徴も組み込む追加的な実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図しない。

本明細書では、イオン注入装置内の粒子を低減させるためのアプローチが提供される。静電フィルタは、ハウジングと、当該ハウジング内の複数の導電性ビーム光学系と、を含みうる。導電性ビーム光学系は、ウエハに向かって方向付けられたイオンビームラインの周囲に配置されており、ハウジングの入口開孔の近傍の入口開孔電極を含みうる。導電性ビーム光学系は、入口開孔電極から、イオンビームラインに沿って下流にあるエネルギー電極、及び、エネルギー電極から下流にある接地電極をさらに含みうる。エネルギー電極は、入口電極および接地電極よりも、イオンビームラインから遠く離れて配置されており、よって、エネルギー電極は、ウエハから戻るバックスパッタ材料のエンベロープにより覆われることから物理的に遮断され又は護られる。静電フィルタは、導電性ビーム光学系のそれぞれに電圧および電流を供給するための電気システムをさらに含みうる。

静電フィルタは、バックスパッタ材料がエネルギー電極に到達しにくくなるように、複数のエネルギー電極が接地電極の奥に「隠されている」エネルギーフィルターモジュールでありうる。いくつかの実施形態では、ＥＰＭの１つ以上の導電性ビーム光学系は内部加熱要素を含み、内部加熱要素は、上記１つ以上の導電性ビーム光学系の温度を上げるよう動作可能である。ＥＰＭ内でガス放出からのその場での洗浄および化学エッチングによってさらに、エネルギー電極および開孔が、バックスパッタ材料の堆積から免れるように保たれる。その結果、イオン注入装置の性能及び精度が向上する。

ここで図１を参照すると、ウエハまたは加工物にイオンビームを届け、静電フィルタ内の導電性ビーム光学系といった１つ以上の構成要素の、その場でのプラズマ洗浄を実行するためのイオン注入装置またはイオン注入システム（以下、「システム」）１０を示す例示的な実施形態が示されている。システム１０は、他の構成要素のうち、イオンビーム１８を生成するためのイオン源１４と、イオン注入装置と、一連のビームライン構成要素と、を含むプロセスチャンバを表している。イオン源１４は、ガス流２４を受け取りイオンを生成するためのチャンバを備えうる。イオン源１４は、上記チャンバの近くに配置された電源および抽出電極アセンブリも備えてもよい。ビームライン構成要素１６は、例えば、質量分析器３４、第１の加速又は減速段３６、コリメータ３８、及び、第２の加速又は減速段に対応するエネルギーフィルターモジュール（ＥＰＭ）４０を含みうる。説明のために、以下では、ビームライン構成要素１６のＥＰＭ４０に関して説明するが、その場でのプラズマ洗浄について本明細書で記載する実施形態は、システム１０の様々な／追加の構成要素にも適用可能である。

例示的な実施形態では、ビームライン構成要素１６は、イオンまたはイオンビーム１８を、所望の種、形状、エネルギー、および他の性質を有するように、フィルタに掛け、集束させ、操作しうる。ビームライン構成要素１６を通過するイオンビーム１８は、処理チャンバ４６内のプラテン又はクランプ上に取り付けられた基板に向かって方向付けられうる。基板は、１つ以上の次元において動かされうる（例えば、平行移動、回転、および傾斜）。

図示されるように、イオン源１４のチャンバと共に動作可能な１つ以上の供給源２８があってもよい。いくつかの実施形態では、供給源２８から供給される材料は、ソース材料および／または追加の材料を含みうる。ソース材料は、イオンの形態で基板に導入されるドーパント種を含みうる。一方、追加の材料は、ソース材料と共にイオン源１４のイオン源チャンバに導入される希釈剤を、イオン源１４の上記チャンバ内のソース材料の濃度を希釈するために含むことが可能である。追加の材料は、洗浄剤（例えば、エッチャントガス）であって、イオン源１４のチャンバ内に導入され、システム１０内で搬送されて、１つ以上のビームライン構成要素１６を洗浄する洗浄剤も含んでよい。

様々な実施形態において、様々な種が、供給源および／または追加の材料として使用されてよい。ソース材料および／または追加の材料の例には、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ケイ素（Ｓｉ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、及び、塩素（Ｃｌ）を含有する原子種又は分子種が含まれうる。当業者であれば、先に列挙した種は非限定的であり、他の原子種または分子種も使用されうることが分かるであろう。用途に従って、上記種がドーパントまたは追加の材料として使用されうる。具体的には、１の用途においてドーパントとして使用される１の種が、他の用途において追加の材料として使用されてよく、またはその逆も然りである。

例示的な実施形態では、ソース材料および／または追加の材料は、気体または蒸気の形態でイオン源１４のイオン源チャンバ内に供給される。ソース材料および／または追加の材料が気体または蒸気の形態ではない場合には、気化器（図示せず）を供給源２８の近くに設けて、材料を気体状または蒸気の形態に変換することができる。ソース材料および／または追加の材料がシステム１０に供給される量および速度を制御するために、流量コントローラ３０が設けられうる。

ＥＰＭ４０は、イオンビーム１８の偏向、減速、及び焦点を別々に制御するよう構成されたビームライン構成要素である。一実施形態において、ＥＰＭ４０は、垂直静電エネルギーフィルタ（ＶＥＥＦ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｆｉｌｔｅｒ）または静電フィルタ（ＥＦ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｉｌｔｅｒ）である。以下でより詳細に説明するように、ＥＰＭ４０は、イオンビーム１８の上方に配置された一組の上方電極と、イオンビーム１８の下方に配置された一組の下方電極と、を含む電極構成を含みうる。一組の上部電極および一組の下部電極は固定的であり、固定の位置を有しうる。一組の上部電極と一組の下部電極との間の電位差も、イオンビームの偏向、減速、および／または焦点を独立して制御するため、中心イオンビーム軌道に沿って各ポイントでイオンビームのエネルギーを反射させるために、中心イオンビーム軌道に沿って変更することが可能である。

ここで図２Ａ〜図２Ｂを参照して、例示的な実施形態に係るＥＰＭ４０をより詳細に説明する。図示されるように、ＥＰＭ４０は、ＥＰＭ４０の上方を延在しＥＰＭ４０を部分的に包むＥＰＭチャンバ５０を含む。ＥＰＭチャンバ５０は、ガスを受け取って、その中でプラズマを生成するよう構成される。一実施形態において、図２Ａに示すように、ＥＰＭチャンバ５０は、側壁５４を通るガス入口５２で、イオン源１４からガス流２４（図１）を受け取りうる。他の実施形態において、図２Ｂに示すように、ＥＰＭチャンバ５０は、ＥＰＭチャンバ５０の上部６０を通るガス入口５８で、ガス流５６を受け取りうる。ガス５６は、イオン源１４からのガス流２４とは別に、補助ガス源６２から供給されうる。例示的な実施形態では、ＥＰＭチャンバ５０へのガス５６の注入速度は、流量コントローラ６４（例えば、バルブ）によって制御されうる。

ＥＰＭ４０はさらに、ＥＰＭチャンバ５０の圧力を調整するために、１つ以上の真空ポンプ６６（図１）により稼働する。例示的な実施形態では、真空ポンプ６６はプロセスチャンバ４６に結合されており、圧力が、１つ以上の流路６８を通じて、ＥＰＭチャンバ５０内で調整される。他の実施形態において、ＥＰＭ４０は、ＥＰＭチャンバ５０により直接的に結合された１つ以上の追加のポンプを含みうる。

ここで図３を参照すると、本開示に係るＥＰＭ４０の構造および動作を示す例示的な実施形態が示されている。図示されるように、ＥＰＭ４０は、イオンビーム１８の互いに対向し合う側に沿って配置された複数のグラファイト電極棒のような、複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐを含みうる。イオンビーム１８が、ＥＰＭ４０を通ってイオンビームラインに沿って届けられ、ハウジング４９の入口開孔５３から入って出口４７を出て、ウエハ５７及び線量カップ５９と衝突する。図示されるように、複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、イオンビーム１８（例えば、リボンビーム）を通過させるための空間／開口を提供する。上述のように、真空ポンプ６６が、ハウジング４９へと、その内部の環境の圧力を調節するために直接的または間接的に接続されうる。

例示的な実施形態では、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、互いに電気的に結合された一対の導電片を含む。代替的に、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、イオンビームを通過させるための開孔をそれぞれが含む一連の一体構造であってよい。図示される実施形態では、各電極対の上方部分および下方部分は、そこを通過するイオンビームを偏向させるために、（例えば、別個の導電片において）異なる電位を有しうる。複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、１６個の要素を含むものとして描かれているが、異なる数の要素（または電極）が利用されてよい。例えば、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの構成は、３〜１０組の範囲の電極を利用しうる。

非限定的な一実施形態において、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、ハウジング４９の入口開孔５３の近傍の、一組の入口開孔電極または開孔端子７０Ａ〜７０Ｂを含みうる。一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂの下流には、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆが存在する。一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂと一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆとの間には、一組の端子電極７０Ｇ〜７０Ｈを設けてもよい。複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐをさらに含んでよく、接地電極７０Ｍ、７０Ｎ、７０Ｏ、および７０Ｐは、出口４７の近傍に配置された一組の出口開孔を表しうる。示されるように、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆは、一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂおよび一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐよりも、イオンビーム１８から遠く離れて配置されている。

さらに図示されるように、ハウジング４９は、当該ハウジング４９から延びる一組の出口プレート４５を含みうる。いくつかの実施形態において、一組の出口開孔プレート４５はそれぞれ、イオンビーム１８の進行方向にほぼ平行に配向されている。示されるように、接地電極７０Ｏおよび７０Ｐといった第１の一対の出口開孔が、一組の出口プレート４５の下流端５１の近傍に配置されている。接地電極７０Ｍおよび７０Ｎといった第２の一対の出口開孔が、一組の出口プレート４５の上流端４１の近傍に配置されている。第１および第２の対の出口開孔は、イオンビーム１８をウエハ５７へと届けるように、及び、ウエハ５７から、イオンビーム１８の方向に沿ってＥＰＭ４０の中へと跳ね返る材料を制御するように動作可能である。

例えば、使用中に、ウエハ５７上のイオンビーム１８の衝突によって、イオンビーム１８に沿って上流へと及びＥＰＭ４０の中へと進む傾向のある材料が発生する。一組の出口開孔７０Ｍ〜７０Ｐが、バックスパッタ材料の最大エンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ：範囲）６１と、ウエハ５７から出口４７を通って進むバックスパッタ材料の実際のエンベロープ６３と、を一組の出口開孔７０Ｍ〜７０Ｐの間で画定する。いくつかの実施形態において、最大エンベロープ６１は、ＥＰＭ４０内の出口開孔７０Ｏと７０Ｐとの間及び接地電極７０Ｋと７０Ｌとの間の領域によって画定される。実際のエンベロープ６３は、例えばハウジング４９の出口４７の近傍の、イオンビーム１８の上方端／上方エッジ及び下方端／下方エッジによって画定されうる。

示されるように、一組の出口開孔７０Ｍ〜７０Ｐ、並びに接地電極７０Ｉ、７０Ｊ、７０Ｋ、及び７０Ｌに対する一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆの位置によって、バックスパッタ材料の最大エンベロープ６１とバックスパッタ材料の実際のエンベロープ６３との双方が、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆに達することが防止される。上記の他のやり方では、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆが、イオンビーム１８から離れて配置されており、これにより、上流のまたは反対側のイオンビーム方向に沿って、一組の出口開孔７０Ｍ〜７０Ｐ、並びに接地電極７０Ｉ、７０Ｊ、７０Ｋ、及び７０Ｌの奥に隠されまたはブロックされる。

ここで図４Ａ〜図４Ｂを参照しながら、本開示の実施形態に係る加熱要素を含む導電性ビーム光学系７０Ｘについてより詳細に説明する。導電性ビーム光学系７０Ｘは、図３に示した導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの１つ以上を表しうる。いくつかの実施形態において、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐのそれぞれが、内部加熱要素を含む。他の実施形態では、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆのみがそれぞれ、内部加熱要素を欠いている。さらに別の実施形態では、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆだけがそれぞれ、内部加熱要素を含む。

図示されるように、代表的な導電性ビーム光学系７０Ｘは、導体８７および１つ以上の電源に電気的に接続された管状石英加熱ランプといった、内部加熱要素８５を含みうる。ガラス状炭素またはグラファイトといった中空のシェル８８が、内部加熱要素を同心円状に取り囲んでいる。ガラス状炭素は、有利には、低い電気抵抗、高い硬度、高い耐熱性、およびケミカルアタックに対する耐性を有する。さらに示されるように、絶縁体８９が、中空のシェル８８の各末端の開口９０Ａ〜９０Ｂ内に配置されうる。

内部加熱要素８５は、中空のシェル８８の外面上に形成される如何なる固体バックスパッタ材料も蒸発させる。非限定的な一実施形態において、内部加熱要素８５は、導電性ビーム光学系７０Ｘの温度を約２００oＣ〜９００oＣにまで上げて、導電性ビーム光学系７０Ｘ上およびその周囲のすべての固体バックスパッタ材料を蒸発させる。

ここで図５を参照しながら、本開示の実施形態に係るＥＰＭ４０と連通する電気システム６５についてより詳細に説明する。図示されるように、電気システム６５は、複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐのそれぞれに電圧および電流を供給するよう動作可能である。いくつかの実施形態では、複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐがそれぞれ、電気システム６５を介して並列に接続され、電圧及び電流の独立した供給／調整が可能となる。いくつかの実施形態では、電気システム６５は、第１の電源６７（例えば、端子）および第２の電源６９（例えば、接地）を含みうる。第１の電源６７及び第２の電源６９は、内部加熱要素８５を含む導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐのうちのいずれかを含む複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐへと、高電圧（例えば、２００Ｖ）を供給するよう動作可能である。より具体的には、第１の電源６７は、第１の電気経路７３を介して、一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂと、一組の端子電極７０Ｇ〜７０Ｈと、に電気的に接続されうる。その一方、第２の電源６９は、第２の電気経路７５を介して、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆのそれぞれと、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐのそれぞれと、に接続されうる。本明細書では、エネルギー電極という用語は、第１の電源６７または第２の電源６９から高電圧を受け取る電極を指す。

いくつかの実施形態において、複数の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの少なくとも１つの導電性ビーム光学系は、内部加熱要素８５を含み、内部加熱要素８５は、上記少なくとも１つの導電性ビーム光学系の温度を上げるよう動作可能である。例えば、内部加熱要素８５は、一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂのうちの１つ以上の中にあってよく、かつ、一組の端子電極７０Ｇ〜７０Ｈのうちの１つ以上の中にあってもよい。内部加熱要素８５はまた、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐのそれぞれの中にあってもよい。図示されるように、内部加熱要素８５は、第３電気経路７７および第４電気経路７９を介して給電されうる。いくつかの実施形態では、内部加熱要素８５は、各電極内に埋設された石英ヒータランプであってよく、固体のバックスパッタ材料７８を蒸発させてＥＰＭ４０から圧送して出しうる気体状とする。

図５の非限定的な実施形態では、４つのエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆが設けられている。エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆは、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐの奥に「隠れる」ように配置されており、よって、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆが、最大エンベロープ６１および／または実際のエンベロープ６３の範囲内で、バックスパッタ材料の飛散および被覆から護られる。バックスパッタ材料は、一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂ、一組の端子電極７０Ｇ〜７０Ｈ、及び、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐによって止められて集められる。一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂ、一組の端子電極７０Ｇ〜７０Ｈ、および／または、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐのうちの１つ以上の中に埋設された加熱要素８５は、固体バックスパッタ材料７８を蒸発させて、ＥＰＭ４０から圧送して出しうる気体状としうる。

いくつかの実施形態では、固体バックスパッタ材料の蓄積は、例えば、カルボラン、ＳｉＦ４、またはＧｅＦ４がソース材料として使用される場合には、より深刻でありうる。過剰な蓄積を防止するために、本開示のＥＰＭ４０は、処理モードと洗浄モードとの２つのモードで動作しうる。処理モードの間には、ＥＰＭ４０は、イオンビーム１８を処理するよう通常のように稼働しうる。洗浄モードの間には、ＥＰＭ４０がその場で洗浄されうる。非限定的な一実施形態において、第２の電圧及び第２の電流が、ＥＰＭ４０の導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐに供給されうる。導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐは、並列で（例えば、個別に）または直列で電気的に駆動することが可能であり、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの均一なおよび／または独立した洗浄が可能となる。第２の電圧および第２の電流が、第１の電源６７によって供給されてよい。

次に図６を参照すると、ＥＰＭ４０は、洗浄モードの間にその場で洗浄されうる。洗浄を実現するために、エッチャントガス（例えば、Ｈ_２またはＯ_２）が、ガス供給構成要素８１から、選択された流量／注入速度で、ＥＰＭ４０に導入されうる。例示的な実施形態では、ガス供給構成要素８１は、ガス放出装置であり、エッチャントガスがＥＰＭ４０の中で分配されることを可能とするよう複数の開孔が形成された導管を含んでいる。例えば、ガス放出装置を通して、１〜５標準立方センチメートル／分（ＳＣＣＭ：ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）の、Ｏ２またはＨ２といったガスをＥＰＭチャンバに導入して、一組の入口開孔電極７０Ａ〜７０Ｂ、一組の端子電極７０Ｇ〜７０Ｈ、および、一組の接地電極７０Ｉ〜７０Ｐから、バックスパッタ材料７８の堆積物を化学的にエッチング除去しうる。他の非限定的な例では、エッチャントガスが、約２５ＳＣＣＭ〜約２００ＳＣＣＭの流量で導入されうる。一実施形態では、エッチャントガスは、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの周囲の高圧流を維持するために、約５０ＳＣＣＭ〜約１００ＳＣＣＭで導入されうる。

エッチャントガスの洗浄剤として、様々な種が導入されうる。洗浄剤は、化学的に反応性の種を含有する原子種または分子種であってよい。そのような種は、イオン化されると、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの１つ以上に蓄積された堆積物と化学的に反応しうる。化学的に反応性の種を有する洗浄剤が本明細書では記載されるが、本開示では、化学的に不活性の種を利用することが排除されない。他の実施形態では、洗浄剤は、イオン化されると、高い原子質量単位（ａｍｕ）を有するイオンを形成するために、重い原子種を含みうる。洗浄剤の非限定的な例には、Ｈ、Ｈｅ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｃｌ、Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅ、またはこれらの組み合わせを含有する原子種または分子種が含まれうる。一実施形態では、ＮＦ_３、Ｏ_２、若しくは、ＡｒとＦ_２の混合物、または、これらの組合せが、洗浄剤として使用されうる。

エッチャントガスの組成は、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐ上に形成される堆積物の組成に基づいて化学エッチングを最適化するよう選択することが可能である。例えば、フッ素系のプラズマが、Ｂ、Ｐ、およびＡｓを含有するビーム成分をエッチングするために使用されてよく、酸素系のプラズマが、フォトレジスト材料をエッチングするために使用されてよい。一実施形態では、Ａｒまたは他の重い種をプラズマ混合物に添加することにより、イオン衝突が増大し、結果的に、化学的に強化されたイオンスパッタリングプロセスが使用される場合に、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐからの堆積物の除去速度が改善される。プラズマまたはイオン衝突はまた、表面の加熱を引き起こし、化学エッチング速度を支援し、かつ、導電性ビーム光学系７０Ａ〜７０Ｐの表面から堆積物を振り落とすことを支援する。

次に、図７〜図８を参照しながら、本開示の実施形態に係るＥＰＭ４０内の一組のリレー８４Ａ〜８４Ｄの動作について、より詳細に説明する。図示されるように、ＥＰＭ４０は、高電圧の第１の電源６７と第２の電源６９（接地）との間で、一組のエネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆのそれぞれを切り替えるよう動作可能な一組のリレー８４Ａ〜８４Ｄを含みうる。図示される構成では、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆは、中に埋設された内部発熱素子８５を有しうる。このように、一組のリレー８４Ａ〜８４Ｄは、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆの各内部加熱要素８５への電圧および電流を制御するよう動作可能でありうる。イオン注入の間、図７に描かれているように、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆは、高電圧電源６７に接続され、内部加熱要素８５はＯＦＦにされる。

図８に示されるように、ビームのセットアップ中、または注入装置がアイドル状態の期間中には、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆが第２の電源６９に接続され、内部加熱要素８５がオンにされうる。いくつかの実施形態では、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆは、注入中に２００oＣを上回るよう維持され、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆが、気体状のバックスパッタ材料の凝縮による堆積から免れることを保証する。ＥＰＭ４０内のガス供給構成要素８１からの、その場での洗浄および化学エッチングによって、エネルギー電極７０Ｃ〜７０Ｆ、並びに、出口開孔７０Ｍ、７０Ｎ、７０Ｏ、及び７０Ｐが、バックスパッタ材料の堆積から免れる。その結果、イオン注入装置の性能及び精度が向上する。

ここで図９を参照すると、本開示の実施形態に係るイオン注入装置内の粒子を低減するための方法１００を示すフロー図が示されている。方法１００は、図１〜８に示された図に関連して記載される。

ブロック１０１において、方法１００は、ＥＰＭのハウジングの入口開孔の近傍に配置された一組の入口開孔電極を設けることを含みうる。いくつかの実施形態では、ＥＰＭは、一組の入口開孔電極を含む複数の導電性ビーム光学系を備える。いくつかの実施形態では、複数の導電性ビーム光学系は、複数の電極棒を含む。いくつかの実施形態では、複数の導電性ビーム光学系のうちの１つ以上が、内部加熱要素を含み、内部加熱要素は、上記複数の導電性ビーム光学系のうちの１つ以上の温度を上げるよう動作可能である。内部加熱要素は、中空のシェルによって取り囲まれ導体に電気的に接続された、石英加熱ランプといった加熱ランプでありうる。

ブロック１０３において、方法１００は、一組の入口開孔電極から、イオンビームラインに沿って下流に配置された一組のエネルギー電極を設けることを含みうる。ブロック１０５において、方法１００は、一組のエネルギー電極のイオンビームラインに沿って下流に配置された一組の接地電極を設けることを含んでもよく、一組のエネルギー電極は、一組の入口開孔電極、および、一組の接地電極よりも、イオンビームラインから遠く離れて配置されている。

いくつかの実施形態では、方法１００のブロック１０５は、出口の近傍の一組の接地電極の一組の出口開孔を設けるステップと、ハウジングから延びる一組の出口プレートを設けるステップと、を含んでよく、一組の出口開孔は、イオンビームラインとほぼ平行に配向される。方法１００のブロック１０５は、一組の出口プレートの下流端の近傍に、一組の出口開孔の第１の対の出口開孔を配置するステップをさらに含んでよく、ここで、一組の出口開孔の第２の対の出口開孔が、一組の出口プレートの上流端の近傍に配置される。一組の出口開孔は、ウエハから、その後出口開孔を通って進むバックスパッタ材料のエンベロープを画定しうる。

ブロック１０７において、方法１００は、電気システムが、複数の導電性ビーム光学系のそれぞれに電圧および電流を独立して供給することを可能とすることを含みうる。いくつかの実施形態では、処理モードの間に、第１の電圧及び第１の電流が複数の導電性ビーム光学系に供給される。いくつかの実施形態では、第１の電圧および第１の電流は、直流（ＤＣ）電源によって供給される。いくつかの実施形態では、方法１００は、処理モードから洗浄モードへと切り替えることをさらに含む。いくつかの実施形態では、ブロック１０７は、所定の閾値、例えばビームグリッチの最大許容数に達した場合に、処理モードから洗浄モードに自動的に切り替えるステップを含む。

洗浄モードの間には、第２の電圧および第２の電流が、導電性ビーム光学系に供給されうる。いくつかの実施形態では、第２の電圧および第２の電流が、プラズマを生成するために導電性ビーム光学系に印加される。幾つかの実施形態では、第２の電圧および第２の電流は、直流（ＤＣ）電源または無線周波数（ＲＦ）電源から供給される。

ブロック１０９において、方法１００は、イオン注入装置内の粒子を低減し及びエッチングを可能にするために、エッチャントガスを供給すること、および／または、複数の導電性ビーム光学系のうちの１つ以上の温度を調整することを含みうる。いくつかの実施形態では、エッチャントガスの注入速度が調整される。いくつかの実施形態では、エッチャントガスの組成は、構成要素の表面上に形成される堆積物の組成に基づいて構成要素のエッチングを最適化するよう選択される。いくつかの実施形態では、複数の導電性ビーム光学系の少なくとも１つの導電性ビーム光学系が、内部加熱要素を含み、内部加熱要素は、上記少なくとも１つの導電性ビーム光学系の温度を上げるよう動作可能である。

上記に鑑みて、本明細書に開示される実施形態によって、少なくとも以下の利点が実現される。第１の利点において、ＥＰＭは、ＥＰＭ電極および開孔へのバックスパッタ材料の堆積を解消しまたは大幅に低減することによって粒子を低減し、したがって、イオン注入装置のデバイス歩留まりおよび生産性を改善する。第２の利点において、ＥＰＭは、接地電極および開孔の奥に隠された、たった４つのエネルギー電極を含むことが可能であり、よって、エネルギー電極が、バックスパッタ材料の飛散および被覆から護られる。バックスパッタ材料は、接地電極／開孔、及び端子電極／開孔によって止められ、集められる。第３の利点において、導電性ビーム光学系の１つ以上が、バックスパッタ材料を蒸発させて気体状にしてＥＰＭから圧送して出すために、内部に埋設されたヒータランプを含みうる。隠されたエネルギー電極に加えて、セルフ洗浄及びその場での洗浄の仕組みによって、全てのＥＰＭ電極及び開孔が、注入中に堆積するバックスパッタ材料から免れることが支援される。

本開示の特定の実施形態が本明細書に記載されてきたが、当該技術分野が許す限り範囲が広く本明細書が同様に解されるため、本開示はこれらに限定されない。したがって、上記の説明は、限定として解釈されるべきではない。当業者は、本明細書に添付された特許請求の範囲および思想の範囲内での他の変更を想定するであろう。

さらに図示されるように、ハウジング４９は、当該ハウジング４９から延びる一組の出口プレート４５を含みうる。いくつかの実施形態において、一組の出口プレート４５はそれぞれ、イオンビーム１８の進行方向にほぼ平行に配向されている。示されるように、接地電極７０Ｏおよび７０Ｐといった第１の一対の出口開孔が、一組の出口プレート４５の下流端５１の近傍に配置されている。接地電極７０Ｍおよび７０Ｎといった第２の一対の出口開孔が、一組の出口プレート４５の上流端４１の近傍に配置されている。第１および第２の対の出口開孔は、イオンビーム１８をウエハ５７へと届けるように、及び、ウエハ５７から、イオンビーム１８の方向に沿ってＥＰＭ４０の中へと跳ね返る材料を制御するように動作可能である。

Claims (14)

1. ウエハにイオンビームを届けるための静電フィルタであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内にあり、イオンビームラインの周囲に配置された複数の導電性ビーム光学系であって、前記複数の導電性ビーム光学系のうちの少なくとも１つの導電性ビーム光学系は内部加熱要素を含む、複数の導電性ビーム光学系と
   を備える、静電フィルタ。
2. 前記内部加熱要素は、加熱ランプであり、
   前記少なくとも１つの導電性ビーム光学系は、
   前記加熱ランプを取り囲む中空のシェルと、
   前記加熱ランプと電気的に接続された導体と
   をさらに含む、請求項１に記載の静電フィルタ。
3. 前記中空のシェルはガラス状炭素である、請求項２に記載の静電フィルタ。
4. 前記中空のシェルがグラファイトである、請求項２に記載の静電フィルタ。
5. 前記中空のシェルの各末端の内部に配置された絶縁体をさらに備える、請求項２に記載の静電フィルタ。
6. 前記複数の導電性ビーム光学系は、
   前記ハウジングの入口開孔の近傍の一組の入口開孔電極と、
   前記一組の入口開孔電極から前記イオンビームラインに沿って下流にある一組のエネルギー電極と、
   前記一組のエネルギー電極の前記イオンビームラインに沿って下流にある一組の接地電極と
   を含み、
   前記一組のエネルギー電極は、前記一組の入口開孔電極および前記一組の接地電極よりも前記イオンビームラインから遠く離れて配置される、請求項１に記載の静電フィルタ。
7. 前記一組のエネルギー電極のそれぞれが内部加熱要素を含む、請求項６に記載の静電フィルタ。
8. 前記複数の導電性ビーム光学系と連通する電気システムをさらに備え、前記電気システムは、前記複数の導電性ビーム光学系のそれぞれに電圧及び電流を独立して供給するよう構成される、請求項１に記載の静電フィルタ。
9. 前記電気システムは、前記内部加熱要素への前記電圧および前記電流を制御するよう動作可能な一組のリレーを備える、請求項８に記載の静電フィルタ。
10. イオン注入システムであって、
    ウエハにイオンビームを届けるための静電フィルタを備え、
    前記静電フィルタは、
    前記ウエハの近傍の出口を有するハウジングと、
    前記ハウジング内にあり、イオンビームラインの周囲に配置された複数の導電性ビーム光学系であって、
    前記ハウジングの入口開孔の近傍の一組の入口開孔電極、
    前記一組の入口開孔電極から前記イオンビームラインに沿って下流にある一組のエネルギー電極、および、
    前記一組のエネルギー電極の前記イオンビームラインに沿って下流にある一組の接地電極
    を含み、
    前記一組のエネルギー電極が、前記一組の入口開孔電極および前記一組の接地電極よりも前記イオンビームラインから遠く離れて配置され、前記複数の導電性ビーム光学系の少なくとも１つが内部加熱要素を含む、
    複数の導電性ビーム光学系と、
    前記静電フィルタと連通する電気システムであって、前記複数の導電性ビーム光学系に電圧および電流を供給するよう構成された電気システムと
    を備える、イオン注入システム。
11. 前記内部加熱要素は加熱ランプであり、前記内部加熱要素を含む前記複数の導電性ビーム光学系の前記少なくとも１つは、
    前記加熱ランプを同心円状に取り囲む中空のシェルと、
    前記加熱ランプと電気的に接続された導体であって、前記電気システムの一部である導体と、
    前記中空のシェルの各末端の開口内に配置された絶縁体と
    を含む、請求項１０に記載のイオン注入システム。
12. 前記複数の導電性ビーム光学系のそれぞれは、前記電圧及び前記電流の独立した調整を可能にするために並列に接続されている、請求項１０に記載のイオン注入システム。
13. 前記ハウジングから延びる一組の出口プレートをさらに備え、前記一組の出口プレートは、前記イオンビームの進行方向とほぼ平行に配向される、請求項１０に記載のイオン注入システム。
14. 前記一組の接地電極は、前記出口の近傍の一組の出口開孔を備え、前記一組の出口開孔が、前記ウエハから前記出口を通って進むバックスパッタ材料の最大エンベロープを、前記一組の出口開孔の間で画定し、前記一組の出口開孔の第１の対の出口開孔が、前記一組の出口プレートの下流端の近傍に配置され、前記一組の出口開孔の第２の対の出口開孔が、前記一組の出口プレートの上流端の近傍に配置される、請求項１３に記載のイオン注入システム。

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