JP5333733B2 - 荷電ビームダンプ及び粒子アトラクター - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、イオンを加工物に注入するためのイオン注入システム、装置、および方法に関し、特に、イオンビームに関連した微粒子の汚染を防止するためのシステム、装置、及び方法に関する。

半導体デバイスの製造において、イオン注入システムは、半導体ウエハまたは他の加工物に不純物を添加するのに使用される。このようなイオン注入システムでは、所望のドーパント要素をイオン化するイオン源は、イオンビーム形式で引き出される。このイオンビームは、一般的に、所望の電荷質量比のイオンを選択するために質量分析され、そして、半導体ウエハの表面へと指向され、ドーパント要素がウエハに注入される。イオンビームのイオンは、ウエハ内にトランジスタ素子を製造する場合のように、ウエハの表面を貫通して所望の導電率の領域を形成する。一般的なイオン注入装置は、イオンビームを発生させるためのイオン源、磁界を用いてイオンビームを質量分析するための質量分析器を含むビームアセンブリ、およびイオンビームによって注入されるべき半導体ウエハすなわち加工物を含むターゲット室を有している。

一般的に、イオン源から発生したイオンは、イオンビームを形成し、そして、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに向かう。このイオンビーム注入機は、さらに、イオン源と注入ステーションとの間に延在するビーム形成及び整形構造体を含んでいる。このビーム形成／整形構造体は、イオンビームを維持し、かつ細長い内部キャビティ又は通路に拘束され、この通路を通って、イオンビームが注入ステーションへの経路を通過する。イオン注入機を作動させるとき、エア分子との衝突の結果としてイオンが所定のビーム経路から偏向される確率を少なくするために、この通路は、一般的に脱気される。

電荷に対するイオンの質量（すなわち、電荷質量比）は、静電界又は磁界によって軸方向及び径方向の両方に加速される度合いに影響する。それゆえ、半導体ウエハ又は他のターゲットの所望領域に到達するイオンビームは、不必要な分子量のイオンがイオンビームから離れた位置に偏向されるので、完全にピュアに作ることができ、所望の物質以外のイオンの注入を避けることができる。所望の電荷質量比のイオンとそうでない不要なイオンを選択的に分離する工程は、質量分析として知られている。質量分析器は、一般的に双極子磁界を作り出す質量分析磁石を用いて、異なる電荷質量比のイオンを有効に分離する弓形状通路内の磁界偏向を介してイオンビーム内の種々のイオンを偏向する。

イオンビームは、一般的に集束され、そして、加工物の所望の表面領域に向かう。一般的に、イオンビームの励起イオンは、所定のエネルギーレベルに加速されて加工物の塊を貫通する。イオンは、例えば、一般的に注入の深さを決定するイオンビームのエネルギーを用いて、ウエハ材料の結晶格子内に埋設されて、所望の導電率の領域を形成する。イオン注入システムの実例は、マサチューセッツ州のべバリーに在所するアクセリス テクノロジーズから市販されている。

しかし、一般的なイオン注入機又は他のイオンビーム装置（例えば、リニア加速器）の作動において、種々のイオン源から汚染粒子が発生することになる。例えば、汚染粒子は、約１μｍ未満の大きさで、注入された加工物に有害な影響を与える。汚染粒子は、例えば、イオンビーム内に伴出され、イオンビームとともに加工物に向けて運ばれる。

一般的なイオン注入システムにおいて、例えば、汚染粒子の発生源は、質量分析器を通過する通路に関連した物質である。例えば、質量分析器の通路は、一般的に、グラファイトに覆われ、または被覆され、ここで、不必要なイオンが通路に裏打ちされたグラファイトに衝突し、グラファイトの被膜内に入り込む。しかし、イオンは、グラファイト被膜に衝突し続けるので、時間が経過すると、グラファイト被膜の粒子が通路から落ちることになり、イオンビームの流れに乗って移動する。続いて、イオンビーム内のこれらの汚染粒子は、イオン注入中、加工物または他の基板に衝突し、そして、そこに固着する。さらに、半導体および処理された加工物に形成された超顕微鏡的なパターンを必要とする他の素子の製造において、生産量のロスの原因となる。

半導体デバイスは、更なる精度でもって寸法を極小化して製造されるので、このような半導体デバイスの製造に対して、装置のより高い精度と効率が必要とされる。従って、加工物の汚染を緩和するために、加工物の上流での種々の位置において、イオンビーム内の汚染粒子のレベルを減少させることが望ましい。

本発明は、加工物の上流の種々の位置において、イオンビームに関連した汚染を制御するための装置、システム、及び方法を提供することによって、従来技術の限界を克服する。そのために、本発明のいくつかの構成を基本的に理解するために、以下において、本発明の単純化した要約を提示する。

この要約は、本発明の外延的範囲を示すものではない。また本発明の要部すなわち主要な構成を識別することを意図するものでもないし、また本発明の範囲を正確に規定するものでもない。さらに、この要約の主たる目的は、後でより詳細に説明する記述の序文となるように、単純化した形で本発明の概念を明らかにすることである。

本発明の１つの例示的な構成によれば、ビームダンプアセンブリが、イオン注入システムにおけるイオンビームの汚染を軽減するために設けられ、このアセンブリは、粒子コレクター、粒子アトラクター、及びシールドを含んでいる。粒子アトラクターの電位は、イオン注入システムによって形成されるイオンビームを引き寄せかつゆっくり移動するように操作される。ここで、汚染粒子は、不要のイオンビームに関連した汚染粒子が粒子コレクター内に抑制される。例えば、粒子アトラクターの電位がイオンビームと正反対の電位であると、不要のイオンビームは、粒子コレクター内の粒子アトラクターに引き寄せられる。

シールドは、１つの例では、粒子コレクターの外側で、イオン注入システムにおける質量分析器の内部領域内にあるイオンビームから、粒子アトラクターに関連した電位を保護するように作動可能である。このシールドは、さらに、穿孔され、不要なイオンビームの大部分が粒子コレクターに入るようにして、イオン注入システムの他のものから粒子アトラクターの電位を保護する。例えば、このシールドは、電気的に接地され、あるいは、質量分析器の壁面と同一の電位となっており、イオンビームがシールドを通過しなければ、質量分析器内のイオンビームが、粒子アトラクターの電位によって影響されない。しかし、一旦不要のイオンビームが（穿孔したシールドを通過して）粒子アトラクターに入ると、不要のイオンビームに関連した粒子汚染が、粒子アトラクターと不要のイオンビームとの間の電位差によって、粒子コレクター内に束縛される。

本発明によれば、粒子コレクターは、凹形状のハウジングからなり、その内部領域は、グラファイト等の炭素含有材料で被膜されている。粒子コレクターの被膜は、例えば、不要なイオンビームに関連した重い粒子または固体粒子を実質的に束縛するように作動する。別の例では、ポンプが設けられ、このポンプは、粒子コレクターの収集領域と流体連通し、さらに、粒子コレクター内の気体状粒子および／または浮遊粒子が、ビームダンプアセンブリから排出される。その結果、粒子汚染を軽減する。

本発明の別の例示によれば、ビームダンプアセンブリは、さらに、絶縁体を含み、この絶縁体は、１つ以上の粒子コレクター、粒子アトラクター、シールド、及びイオン注入システムの１つ以上の構成要素、例えば、イオン注入システムの壁を、互いに電気的に絶縁する。

上述の及びこれ関係した目的を達成するために、本発明は、以下に十分に説明され、かつ特許請求の範囲に特定された特徴を含んでいる。以下の記載及び添付の図面は、本発明の詳細な実施形態を説明する。しかし、これらの実施形態は、種々の方法のうちの僅かであるが、本発明の原理を用いるものである。本発明の他の目的、利点、及び新規な特徴が、図面を参照して本発明の詳細な記述から明らかになるであろう。

本発明は、イオンビームに曝される加工物の微粒子的な汚染を軽減するためのシステム、装置、及び方法を指向する。従って、本発明は、図面を参照して記載され、全体を通して同一の参照番号は、同等の要素に対して用いられる。これらの記載は、例示的なものであって、限定するものではない。以下の記載において、説明のために、多くの特定の詳細が説明されて、本発明の完全な理解を与えるものとなる。しかし、当業者であれば、これらの特定の詳細なしで本発明を実施することができることは、明らかであろう。

図面を参照すると、図１は、典型的なイオン注入システム１００の単純化した斜視図を示している。図１のイオン注入システム１００は、本発明の上位レベルの理解を与えるために示され、必ずしも寸法のとおりに描かれたものではない。従って、種々の構成要素は、明確にするために示されたものまたはそうでないものもある。図１は、質量分析器１０６（「磁石」とも呼ばれる）の主磁界１０４内にある真空室１０２の上面図を示している。ここで、磁界の中心１０８が示されている。イオンビーム１１０がイオン源１１２から質量分析器の入口１１４を通って質量分析器１０６に入る。そして、この磁石は、少なくとも部分的にイオンビームの分子量に基づいて、イオンビームの分離を開始する。

質量分析器１０６は、イオンビーム１１０から選択された元素（例えば、ボロン）の光線、すなわち選択されたビーム１１５を抽出するために作動可能である。選択されたビームのイオンが、エンドステーション１１７内に配置された加工物１１６（例えば、半導体基板）の中に望ましく注入される。選択された元素よりも少ない分子量を有する、より軽い元素（例えば、水素）は、第１領域１１８の向かって曲がる傾向にある。一方、選択された元素よりも分子量が大きい元素は、第２領域１１９に向かって曲がる傾向にある。第１領域１１８に衝突する最も軽い元素は、真空室の壁１２０に衝突するとき、真空室１０２に損傷を生じさせる。一方、第２領域１１９内の真空室の壁１２０に衝突する重い元素は、少なくとも部分的により重い質量によって、もっと大きなダメージを生じさせる。

選択された分子量でない元素（すなわち、選択されたビーム１１５中にない不必要な元素）は、不要ビーム１２２と呼ばれる。それは、これらが、エンドステーション１１７内に配置された加工物１１６内に注入されない物質からなるビームだからである。真空室１０２の壁面１２０は、グラファイト１２８で被膜されており、この壁面に不要のビーム１２２が衝突するとき、不要ビームを構成する元素は、グラファイト内に取り込まれる。

しかし、不要ビームの化学的性質および／または物理的性質と同様に、不要ビーム１２２が壁面のグラファイト１２８に衝突するときの角度により、不要ビームの元素は、壁面内に取り込まれず、いくつかのグラファイトを壁面から離れて飛散されることになる。多くの場合、イオンビーム１１０は、反応性の高い物質、すなわち、フッ素等の元素を含み、この反応性の高い物質は、さらに壁面１２０からの物質を取り除く。それゆえ、不要ビーム１２２は、汚染粒子のクラウド（clouds）１３０（例えば、化学的に反応性の高い粒子）を生じて、真空室１０２内に打ち上げるようになる。時間が経過すると、汚染物質のクラウド１３０は、堆積し、その結果、壁面及び他の内部構成要素上に有害物質のフレーク１３２を生じる。

最終的に、これらのフレーク１３２は、壁面１２０および他の内部構成要素から剥がれ落ち、選択されたイオンビーム１１５とともに移動して、その結果、加工物１１６の汚染を導くようになる。さらに、クラウド１３０が真空室１０２内に広がる。このクラウド１３０は、さらに、イオン注入システム１００内のイオンビームに衝突し、そして、荷電したクラウド、または浮遊する荷電粒子を作り出す。これらの荷電粒子は、さらに、加工物１１６に到達するまでビームによって押し出され、さらに、加工物上に粒子汚染を導くことになる。

本発明では、イオン源１１２は、選択されたイオンビーム１１５を与えるためにイオンビーム１１０の調整を必要としており、この調整は、イオン源が稼動中、実行される（例えば、電力及び気体がイオン源に供給されて、イオンビーム１１０を形成する。）。例えば、イオンビーム１１０は、質量分析器１０６の入口１１４では、未だ、分化または分析されておらず、イオンビームの全ての構成要素が存在する。イオンビーム１１０は、ボロン（Ｂ）、フッ素（Ｆ）、二フッ化ボロン（ＢＦ₂）及び質量分析器１０６に入る前の他の構成要素を含む気体又は物質から構成することができる。そして、イオン源１１２の調整において、これらの気体または物質の混合及び電位は、コントローラ１３４によって所望の設定、すなわちダイアル調整される。

その結果、望ましいイオンビーム１１５は、加工物１１６内にイオンを注入する前に実質的に安定しかつ所望の品質を有している。イオン注入システム１００の運転開始時の冷えた状態における、イオン源１１２の調整時、イオンビーム１１０は、正しい作動をせず、スパーク、フラター、及び種々の有害な反応が生じる。このようなイオンビーム１１０の調整中の不法動作は、真空室１０２内の汚染粒子のクラウド１３０の発生を加速することになる。これらの汚染粒子は、質量分析器１０６を通過し、質量分析器の出口１３８において、選択されたイオンビーム１１５を選択的に阻止するように配置されるフラグファラデー１３６内に捕捉される。しかし、イオンビーム１１５が加工物１１６を通過するように、設置されたフラグファラデー１３６が位置付けられている場合、最終的に、汚染粒子は、イオン注入中、加工物に向けて前進し、注入された加工物の生産量及び性能を悪くさせる。

本発明は、質量分析器１０６を出る汚染物質の量を最小化、すなわち、加工物１１６の汚染を最小化することに向けられている。本発明の１つの構成によれば、例示的なイオン注入システム２００が図２に示されている。ここで、イオン注入システムは、本発明のいくつかの新規な構成を示している。図示された種々の特徴は、種々の形状、寸法、あるいは他のすべてのものを有しており、このような形状、寸法、及び他のもの全ては、本発明の範囲に入ると考えられる。図１のイオン注入システム１００と同様に、図２のイオン注入システム２００は、質量分析器２０４内に配置された真空室２０２を含み、ここで、イオンビーム２０６は、イオン源２０８から質量分析器の入口２１０を通って質量分析器に入るように作動可能である。質量分析器２０４は、イオンビーム２０６の選択されたイオンビーム２１２を引き出し、そして、エンドステーション２１４に向けて選択されたイオンビームを指向させる。エンドステーションの中に加工物２１６が存在する。イオンビーム２０６の構成要素は、選択されたイオンビーム２１２と同一種ではなく、選択されたイオンビームよりもより大きいまたはより小さい円弧軌道を形成し、その結果、種々の不要ビーム径路２１８に従う。

本発明によれば、図１を参照して上述したような、選択されたイオンビーム２１２の不要な粒子汚染は、今説明したように、図２の質量分析器２０４内に汚染物質を閉じ込めることによって改善される。本発明によれば、イオン注入システム２００は、一例では、ビームダンプアセンブリ２２０を含み、このアセンブリは、ビームダンプアセンブリ内の不要ビーム径路２１８に関連した不要の汚染粒子２２２を閉じ込めるように作動する。複数のダンプアセンブリ２２０は、イオン注入システム２００内の種々の所定位置に位置決められ、選択されたイオンビーム２１２の粒子汚染を効率よく軽減する。例えば、複数のビームダンプアセンブリ２２０は、望まない不要のビーム径路２１８が、１つ以上のビームダンプアセンブリに交差するように配置される。従って、上述した図１の汚染粒子及びフレーク１３２の有害なクラウド１３０は、以下に記載するように、ビームダンプアセンブリ２２０を介して有効に閉じ込められ、および／または図２のイオン注入システム２００から除去される。

本発明の１つの例示的な構成によれば、各ビームダンプアセンブリ２２０は、１つの粒子コレクター２２４（また物質吸収体とも呼ばれる）、粒子アトラクター２２６、及びシールド２２８を含んでいる。このビームダンプアセンブリは、その中に汚染粒子２２２を静電的に引き付けかつ閉じ込めるように作動可能である。１つの例では、粒子コレクター２２４は、１つ以上の望まない不要なイオンビーム径路２１８（例えば、イオンは、選択されたイオンビーム２１２の質量より大きい質量を有する）にほぼ指向するように、質量分析器２０４の壁面２３０に沿って配置されている。粒子コレクター２２４は、例えば、ほぼ凹状のハウジング２３２を含み、この内部に収集領域２３４が形成される。ハウジング２３２は、例えば、金属又はグラファイト等の導電性のハウジング材料から構成され、このハウジング材料は、イオンビームの化学的性質に基づいて選択される（例えば、化学的に適当な金属は、イオンビーム２０６の形成に用いられるイオン源ガス２３６に対して反応しないものである。）。例えば、ハウジング２３２と質量分析器２０４の壁面２３０との間に、さらに絶縁体２３８が設けられる。この絶縁体２３８は、壁面からハウジングを電気的に絶縁する。絶縁体２３８は、例えば、さらに、１つ以上の粒子コレクター２２４、粒子アトラクター２２６、シールド２２８、およびイオン注入システム２００の壁面２３０を互いから電気的に分離する。ハウジング２３２は、例えば、さらに、ハウジングの内部表面を覆う被膜２４０を含み、この被膜は、炭素（たとえば、グラファイト）等のイオン吸収材料からなる。代わりに、被膜２４０は、炭化けい素等の他の種々の材料から構成することができる。

粒子アトラクター２２６は、粒子コレクターの収集領域２３４内に存在し、それぞれの不要なビーム径路２１８に関連した汚染粒子２２２を静電的に引き寄せるように作動可能である。たとえば、粒子アトラクター２２６は、抑制電極２４４を含み、この抑制電極は、粒子２２２の各々からの電位差又は電気的環境の差を与えるように使用できる。たとえば、イオン注入システム２００の作動中、汚染粒子２２２は、一般的に、イオンビーム２０６のチャージと同様に荷電される（たとえば、汚染粒子がイオンビームの正電荷によって正に帯電する。）。従って、粒子アトラクター２２６は、イオンビーム２０６の電荷と正反対に荷電される（例えば、粒子アトラクターに負の電荷）。この場合の電位差により、粒子アトラクターと汚染粒子２２２の間の静電気引力を生じる。

従って、各ビームダンプアセンブリ２２０は、収集領域２３４内に抑制電極２４４を介して電界を与えるように作動できる。その結果、この電界は、不要なビーム径路２１８に沿って汚染粒子２２２を引き付けてゆっくり移動させ、さらに、粒子２２２が質量分析器２０４の内部領域２４６に再進入するのを防止する。汚染粒子２２２が空中に浮遊するように、さらに、電位が調整される。汚染粒子２２２が、粒子コレクター２２４の収集領域２３４内にあるか、あるいは「物質吸収（material bump）」状態にあると、汚染粒子がポンプを介してさらに排出することができる（例えば、汚染粒子が気体又は気体中に浮遊した状態にある場合）。代わりに、汚染粒子２２２が固体状態にある場合、汚染粒子は、ハウジング２３２の内部表面２４２の被膜２４０に衝突するであろう。ここで、汚染粒子は、被膜内または被膜に固着することになる。

抑制電極２４４（例えば、静電集塵機又は減速電極）は、汚染粒子が物質吸収体の収集領域２３４内にあると、汚染粒子２２２が物質吸収体２２４から離れないように選択される電界を与える。本発明の別の実施形態によれば、シールド２２８は、真空室２０２の内部領域２４６内にある、選択されたイオンビーム２１２と不要のビーム２１８の両方を、一般的にシールドするために設けられ、抑制電極２４４の電圧の影響を受けないようにする。シールド２２８は、たとえば、電気的に接地され、ビームダンプアセンブリ２２０によって生じた静電界をイオンビーム等から遮蔽する。１つの例によれば、シールド２２８は、一般的に穿孔され、接地グリッド２５０を構成する。この接地グリッドは、不要ビーム２１８内の汚染粒子２２２の大部分が接地グリッド２５０を通過できるようにする。このような汚染粒子が接地グリッドを通過すると、これらは、物質吸収体２２４内の電界によってのみ影響される。不要ビーム２１８の汚染粒子２２２によって見られる電界内のこのようの変化により、汚染粒子は、粒子コレクター２２４（物質吸収体）の収集領域２３４内に捕捉されることになる。

図３は、典型的なビームダンプアセンブリ２２０を図示しており、このアセンブリは、不要ビーム２１８の汚染粒子２２２が接地グリッド２５０を通過し、抑制電極２４４に引き寄せられる粒子コレクター２２４を含んでいる。固体状態（例えば、固体粒子２２２Ａ）にある汚染粒子２２２より大きい慣性を有し、ハウジング２３２の被膜２４０内に取り込まれる。しかし、これらの固体粒子２２２Ａは、抑制電極２４４（図２のコントローラ２５２を介して）に印加される電位Ｖを介してゆっくり移動する。その結果、被膜２４０に対する粒子の衝突力が最小化される。気体状態または質量が軽い粒子２２２（例えば、図３の気体粒子２２２Ｂ）は、粒子コレクター２２４の収集領域２３２内に浮遊し、そして、図２のポンプ２４８に流体結合されたポート２５４を介して収集領域２３２から排出される。

本発明の別の実施形態によれば、図２の真空室２０２の壁面２３０は、電気的に接地されており、所望のビーム（及び不要ビーム２１８）が、真空室の内部領域２４６内の電位差の影響を受けないので、シールド２２８（例えば、接地グリッド２５０）は、真空室内の選択されたイオンビーム２１２に影響を与えない。

従って、接地グリッド２５０は、クランプとして作動し、質量分析器２０４に関連した他の電圧からの電界が、接地グリッドを貫通するのを防止する。接地グリッド２５０は、メッシュ、穿孔プレート、ワイヤフェンス、平行ワイヤ、または他の材料または形状等の種々の穿孔した材料から構成されており、不要ビーム２１８が粒子コレクター２２４内に入るように作動でき、真空室２０２の内部領域２４６内に再進入するのを防止する。

本発明の別の実施形態によれば、ビームダンプアセンブリ２２０は、真空室２０２の内側又は外側の種々の他の位置と関連させることができる。例えば、ビームダンプアセンブリ２２０は、質量分析器２０４の入口２１０または出口２５８にある開口２５６と関連させることができ、このビームダンプアセンブリは、粒子２２２または不要なイオンを取り込むように作動する。その結果、選択されたイオンビーム２１２の汚染を防止する。従って、ビームダンプアセンブリは、イオン注入システム２００内の、選択されたイオンビーム２１２の汚染に関係しているどの位置にも配置することができる。

さらに、図４は、本発明の他の実施形態に従う、例示的な方法３００の概略的なブロック図であり、図２のイオン注入システム２００等のイオン注入システム内の微粒子汚染を制御するための方法を示す。例示的な方法は、ここに一連の動作及び事象として、図示されかつ記載されているが、本発明は、このような動作及び事象の図示された順序によって限定されるものではなく、いくつかのステップが、本発明に従って、異なる順序および／またはここに示されかつ記載されたものとは別のステップと同時に発生することができる。さらに、図示されたステップが、必ずしも本発明に従う方法を実行するために必要とされるものではないが、この方法は、説明されていない他のシステムに関連するものと同様に、ここに図示されかつ記載されたシステムに関連して実行できる。

図４に示すように、方法３００は、動作３０５において、関連したビームダンプアセンブリを有するイオン注入システム内にイオンビームを形成することから開始される。動作３１０において、ビームダンプアセンブリに関連した粒子アトラクターに、ある電位が供給される。この電位は、イオンビームの電位と正反対のものである。粒子アトラクターに電位が印加されると、ビームダンプアセンブリ（例えば、図２の不要イオンビーム２１８）に入るイオンまたは粒子は、動作３１５において、ビームダンプアセンブリ内に取り込まれる。動作３２０において、イオンまたは粒子は、ビームダンプアセンブリ内に気体状態で浮遊し、ビームダンプアセンブリから排出される。その結果、イオン注入システム内の汚染を軽減する。

従って、本発明は、イオン注入産業において、現在得られていない粒子制御レベルを提供する。本発明は、好ましい１つの実施形態または複数の実施形態に関して図示しかつ説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の同業者には同等の変更や修正ができることが明らかである。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。さらに、本発明の特定の特徴が幾つかの実施の内のただ一つに対して開示され得てきたが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。

本発明の1つの構成に従う典型的なイオン注入システムの平面図である。 本発明の別の構成に従うイオンビームダンプアセンブリを含む典型的なイオン注入システムの平面図である。 本発明のさらに別の構成に従う典型的なイオンビームダンプアセンブリの部分斜視図である。 本発明の別の典型的な構成に従うイオン注入システムにおける汚染を制御するための方法を示すブロック図である。

Claims (28)

1. イオン注入システムのイオンビーム内の汚染粒子のレベルを軽減するための装置であって、該装置は前記イオン注入システムの質量分析器内に配置され、
   内部に形成した収集領域を有する粒子コレクターと、
   前記粒子コレクターの収集領域内に配置された粒子アトラクターと、
   前記粒子コレクターの収集領域内に前記粒子アトラクターに関連した電位を抑制するように作動するシールドと、を含むことを特徴とする装置。
2. 前記粒子コレクターは、凹部形状のハウジングからなり、このハウジングの内部領域は、前記収集領域を定めることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ハウジングは、導電性材料からなることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記導電性材料は、金属からなることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記ハウジングは、その内側表面を覆う被膜を含むことを特徴とする請求項２記載の装置。
6. 前記被膜は、炭素を含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記被膜は、グラファイトと炭化珪素の１つまたはそれ以上からなることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. さらに、絶縁体を含み、この絶縁体は、前記粒子コレクター、前記粒子アトラクター、前記シールド、及び前記イオン注入システムの壁面の１つまたはそれ以上を互いに電気的に絶縁することを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 前記粒子アトラクターは、抑制電極を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
10. 前記抑制電極は、グリッド、メッシュ、穿孔プレート、ワイヤフェンス、及び平行ワイヤの１つまたはそれ以上から構成されることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記シールドは、電気的に接地されかつ穿孔された材料からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 前記シールドは、グリッド、メッシュ、穿孔プレート、ワイヤフェンス、及び平行ワイヤの１つまたはそれ以上からなることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. イオン源、エンドステーション、及び前記イオン源と前記エンドステーションの間に配置された質量分析器を含むイオン注入システムであって、
    前記質量分析器は、イオンビームダンプアセンブリを含み、このイオンビームダンプアセンブリが、粒子コレクター、該粒子コレクター内に配置された粒子アトラクター、及び前記粒子コレクター内に前記粒子アトラクターの電位を抑制するように作動するシールドを含んでいることを特徴とするイオン注入システム。
14. 前記粒子アトラクターは、抑制電極を含むことを特徴とする請求項１３記載のイオン注入システム。
15. 前記シールドは、電気的に接地されかつ穿孔された材料からなることを特徴とする請求項１３記載のイオン注入システム。
16. 前記穿孔された材料は、接地グリッドを構成することを特徴とする請求項１５記載のイオン注入システム。
17. 前記イオンビームダンプアセンブリは、１つ以上の質量分析器に関連していることを特徴とする請求項１３記載のイオン注入システム。
18. 前記粒子コレクターは、導電性を有しかつ略凹形状のハウジングから構成され、その内部に収集領域を形成することを特徴とする請求項１３記載のイオン注入システム。
19. 前記ハウジングは、その内側表面を覆う炭素被膜を含んでいることを特徴とする請求項１８記載のイオン注入システム。
20. さらに、前記ビームダンプアセンブリと質量分析器の壁面との間に配置された絶縁体を含み、この絶縁体は、前記ビームダンプアセンブリを前記質量分析器から電気的に絶縁することを特徴とする請求項１３記載のイオン注入システム。
21. さらに、前記ビームダンプアセンブリに流体結合されるポンプを含み、このポンプは、前記ビームダンプアセンブリ内から汚染粒子を排気するように作動することを特徴とする請求項１３記載のイオン注入システム。
22. イオン注入システム内の汚染を制御する方法であって、
    イオンビームを質量分析する質量分析器を用い、所望のイオンビームと１つ以上の不要なイオンビームを定め、
    １つ以上の前記不要なイオンビームの径路に沿う前記質量分析器内に配置された粒子コレクター内に所定の電位を印加し、
    前記粒子コレクター内の電位が所望のイオンビームの径路に重大な影響を与えないように、前記粒子コレクターを電気的にシールドし、
    １つ以上の前記不要なイオンビームが前記粒子コレクター内に入った後、粒子コレクター内の電位を介して１つ以上の前記不要なイオンビームに関連した汚染粒子を取り込む、各工程を含んでいることを特徴とする方法。
23. 前記粒子コレクター内に印加される電位は、前記イオンビームと電荷の正負が反対の電位であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 前記汚染粒子が前記粒子コレクターから排出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
25. 前記粒子コレクターを電気的にシールドする工程は、１つ以上の前記不要なイオンビームの径路に沿って前記粒子コレクターの前に配置されるシールドを電気的に接地する工程を含んでいることを特徴とする請求項２２記載の方法。
26. 前記粒子コレクター内に配置された粒子アトラクターに電位を与える工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
27. 前記粒子コレクター内に印加した電位は、前記粒子アトラクターに印加される電位とは異なることを特徴とする請求項２６記載の方法。
28. 前記粒子コレクターおよび前記粒子アトラクターに印加される１つまたはそれ以上の電位は、前記イオンビームのエネルギー以下の範囲であることを特徴とする請求項２６記載の方法。

Images