JP5652582B2 - ハイブリッドイオン源 - Google Patents

Description

本発明は、概して、イオン注入システムに関し、特にイオン注入の際のハイブリッドイオン源におけるマルチプルモードの操作に使用されるシステム、装置に関するものである。

半導体装置やその製品の製造において、イオン注入システムは、半導体ウエハ、ディスプレイパネル、ガラス基板等へドーパント元素を注入するために使用される。代表的なイオン注入装置又はイオン注入機は、ｎ型及び／又はｐ型ドープ領域を作るため、又はワークピース内に保護層を形成するために、不純物のイオンビームをワークピースに注入する。半導体にドーピングするために使用される時、イオン注入システムは、所望の付帯的な材料特性を形成するために、ワークピース内へ選択されたイオン種を注入する。代表的には、ドーパント原子又は分子は、イオン化されて分離され、加速及び／又は減速され、ビームに形成されて、ウエハ内へ注入される。ドーパントイオンは、物理的にウエハの表面に衝突して入り込み、その後、ウエハ表面下にとどまる。

代表的なイオン注入システムは、概して、高度化されたサブシステムの集合であり、各サブシステムは、ドーパントイオンに関して特異な作用を行う。ドーパント原子は、ガス状態（例 プロセスガス）又は後に蒸発する固体状態で導かれ、そこでドーパント原子は、イオン化室内に配置されて、適当なイオン化工程によってイオン化される。例えば、イオン化室は、低圧（例 真空）に維持され、例えば、イオン化室内に配置されるフィラメントは、フィラメント源から電子が発生する程度まで加熱される。フィラメント源からの負に荷電された電子は、イオン化室内の逆の荷電の陽極に引き付けられる。そして、フィラメントから陽極まで走行中、電子は、ドーパント源の元素（たとえば、分子または原子）と衝突し、それら元素から複数の正に荷電されたイオンを創り出す。正に荷電されたイオンは、その後、引き出し電極を経由してイオン化室から引き出しスリットを通って”引き出され”、そしてイオンは、概して、イオンビーム経路に沿ってウエハの方へ向かう。

概して、シングルモードイオン源は、ウエハのそれぞれのバッチ内へいくつかの異なるドーパントイオン種を注入するために、イオン注入で使用され、そこで種の変化（例えば、第１の種又はプロセスガスから、第２の反応種又はプロセスクリーニングガスへの変化）は、特異なイオン注入や、イオン注入システムのクリーニングを行うために必要とされる。イオンの多くの種を注入するためにイオン源のシングルモードを使用する欠点は、時々、イオン源が低密度で操作されることが望ましく、それゆえ、イオン源内で使用される巨大分子の分離を防止するために出力低下となることである。処理量の実質的な改良は、例えば、デカボランやオクタデカボランのような、大きな個々に荷電されたイオンを使用して、低エネルギーのボロン注入のために行われている。しかしながら、またある時には、ボロントリフルオライド（ＢＦ_３）、フォスフィン（ＰＨ_３）及びアルシン（ＡｓＨ_３）のような標準イオン注入ガスを流すために、より高い出力でイオン源を流すことができることが望ましい。標準イオン注入ガスは、どちらかといえば高いイオン注入密度や、高い出力を持っているので、しばしば、より高い温度で使われる。操作の両方の領域のためのイオン源の設計は、問題があることが分かった。

さらに、デカボランやオクタデカボランのような巨大分子ガスでの操作の場合、フルオリンのような反応種での周期的なイオン源クリーニングが必要であることがわかっている
。現在の技術では、一般的には、外部のフルオリン発生器を使用しており、相当なコストとシステムの複雑さが加わっている。外部のフルオリンシステムは、例えば、プロセス変動、歩留まりの低下、流出量等の問題を生じている。
したがって、現在、ニーズは、より効率的なイオン源や装置にあり、そしてイオン源は、イオン注入産業での、より多くのニーズを満たすために、多くのモードで操作できることである。

（発明の要約）
したがって、本発明は、低出力放電モード、高出力放電モードの双方、及び高出力クリーンモードで、イオン源を効率的に操作するシステム、装置を提供することによって従来技術の制限を打開するものである。このため、以下に本発明のいくつかの態様の基本的考えを与えるために、本発明の簡単な要約を示す。この要約は、本発明の広範な要旨ではない。本発明の重要な又は決定的に重要な意味を持つ要素を、確認（特定）するものでもなく、また、発明の範囲を線引きするものでもないことを目的としている。その目的は、後に示されるより詳細な記述への前置きとして、簡単な形式で発明のいくつかの概念を示すことである。

本発明は、概して、イオン注入システムに使用されるイオン源に向けられたものであり、前記イオン源は、一つの出力モードから他の出力モードへ、一つのイオン源材料から他のイオン源材料へ、効率的でタイムリな方法で移行可能であり、また、その場でのクリーニングを提供することができる。イオン源は、イオン化室内で、ＲＦ放電モード又は直流放電モード、又は両モードで設定されたハイブリッドイオン源を使用することによって、異なる出力モードを達成する。

本発明の一例示的態様によれば、イオン源室は、一つ以上の側壁を有するハウジングを含み、引き出しプレートが更に前記ハウジングと結合している。一つ以上の側壁と連結されている前記引き出しプレートは、概して、イオン源室の内部領域を取り囲んでいる。前記引き出しプレートは、更に引き出し開口を含み、前記イオン源室の内部領域内からのイオンは、概してそこから引き出され、イオンビームに形成される。一以上の注入口（インレット）が、更にハウジングと連結されており、前記一以上の注入口は、一以上のイオン化材料源とイオン源室の内部領域との間で流体連通を提供する。一例によれば、ｎ型第1材料源とｐ型第２材料源は、一以上の開口を介してイオン源室に導かれるように、操作可能である。

他の例では、イオン化室内で使用されるＲＦ加熱モードは、例えば、水冷銅製ＲＦアンテナを使用して実行される。前記ＲＦアンテナは、例えば、イオン源のイオン化室内でイオンを含むプラズマを創り出すために、誘導的に結合される。さらに、前記直流（ｄｃ）放電モードが、例えば、陰極ヒータフィラメントと二つの反射電極板、フィラメント電位の一方と陽極の他方を使用して実行される。前記ＲＦ加熱モードと直流放電モードは、特別な操作に基づいて、一緒に又は分離して実行できる。

本発明の他の例の態様によれば、一以上の材料源が、さらにイオン化室に連結され、前記一以上の材料源は、イオン化室の内部領域とイオン化室の外部領域の間で、流体連通を提供する。第１材料源及び／又は第２材料源からイオン化室への流体コンダクタンス（伝導率）は、著しく減少し、そこで、イオン材料源間の効率的で急速な移動を提供する。

前述の及び関連する目的のため、本発明は以下に完全に記載され、特に請求の範囲に指摘される特徴を含む。以下の記述及び付属の図面は、本発明のある実施形態を詳細に説明している。これらの実施形態は、本発明の原理が使用される多くの方法、しかし、その中
の２，３を示している。本発明の他の目的、利点や新しい特徴は、図面を参照して考えられる時、本発明の以下の詳細な記述から明らかになるであろう。

本発明は、改良されたイオン源装置、イオン注入システム、クリーニング工程、及びイオン注入において使用されるイオン種変更のための方法に向けられたものである。特に装置、システム及び方法は、イオン注入システムで使用される種々の放電モードや、イオン源ガスの急速な変更を提供する。したがって、本発明は図面を参照して記載されており、同一の参照番号は、初めから終りまで同一の要素を引用するために使用される。これら態様の記述は、単に説明だけであり、それらが限定する意味に解釈されるべきでないことは、理解されるべきである。以下の記述において、説明の目的で、多くの特別な細部は、本発明の完全な理解を提供するために説明されている。しかし、本発明が、これら特定の細目なしに実行されることは、当業者には明らかであろう。

図を参照すると、図１は、簡単で、例示的なイオン注入システム１００を説明しており、イオン注入システム１００は、本発明の１以上の態様を実行するのに適している。注目すべき点は、図１に描かれたイオン注入システム１００は、説明の目的のために提供されており、イオン注入システムの全ての態様、要素、及び特徴を含むことを意図していない、ということである。代わりに、例示的なイオン注入システム１００は、本発明のさらなる理解を容易にするために描かれている。

例えば、イオン注入システム１００は、イオン注入装置１０２（イオン注入機としても引用されている）は、操作可能にコントローラ１０４に接続されている。コントローラ（制御器）１０４は、例えば、イオン注入装置１０２の操作を、実質的に制御するように操作可能である。イオン注入装置１０２は、例えば、イオンビーム経路Ｐに沿って走行するように操作可能にイオンの質量を作るイオン源アッセンブリ１０６を含み、そのようにして、ウエハプラットフォーム（支持台）１１２上に保持されるワークピース１１０（例 半導体ウエハ、ディスプレイパネル等）にイオン注入するためのイオンビーム１０８を定める。イオン源アッセンブリ１０６は、例えば、イオン化室１１４（例 プラズマ室又はアーク室）を含み、低出力イオン及び高出力イオン（図示せず）は、第１イオン化材料源１１８によって供給される第１イオン化材料１１６又は第２イオン化材料源１２２によって供給される第２イオン化材料１２０から発生する。第２イオン化材料１２０は、例えば、イオン注入装置１０２をクリーニングするために使用される反応元素を含むことができる。荷電イオンは、概して、例えば、電源１２４から低出力直流放電装置１２６又は高出力ＲＦ放電装置１２８への出力の適用、又は双方への適用によって、イオン化室１１４内で形成される。第１イオン化材料１１６及び第２イオン化材料１２０は、一以上のイオン化するドーパントガス、蒸発する固体イオン化材料、及び／又は、すでに蒸発している他のドーパント種のような一以上のイオン化材料が含まれる。ワークピース１１０へｎ型のイオン注入のために、その材料は、ボロン、ガリウム又はインジウムでよい。ｐ型のイオン注入のために、その材料は、ヒ素、リン、アンチモン等でよい。

イオン源アッセンブリ１０６は、それと接続される引き出しアッセンブリ１３０を含み、荷電イオンは、引き出しアッセンブリ１３０への引き出し電圧の適用によって、イオン化室１１４内の引き出しスリット１３２を通して引き出される。ビームラインアッセンブリ１３４は、さらにイオン源アッセンブリ１０６の下流に備えられ、ビームラインアッセンブリ１３４は、概して、荷電イオンを受け取る。ビームラインアッセンブリ１３４は、例えば、ビームガイド１３６、質量分析器１３８、及び分解開口１４０を含み、ビームラインアッセンブリ１３４は、イオンビーム形状Ｐを形成するように操作可能でである。

質量分析器１３８は、例えば、さらに磁石（図示せず）のようなフイールド（場）生成
要素を含み、質量分析器１３８は、概して、イオンビーム１０８を横断する磁場を提供し、それによって、イオンの電荷質量比にしたがって軌跡が変化するイオンビーム１０８からイオンを偏向する。例えば、磁場中を走行するイオンは、所望の電荷質量比の個々のイオンをビーム経路Ｐに沿うように向けられ、ビーム経路１０８から望まれない電荷質量比のイオンを偏向させる力を受ける。質量分析器１３８を通ると、イオンビーム１０８は分析開口１４０に向けられ、このイオンビームは、エンドステーション１３２内に位置するワークピース１１０内へイオン注入のため選択される。

本発明の一例である態様にしたがって、ワークピース１１０へイオンを注入するためにイオン注入システム１００の操作に基づき、ドーパント種（例 第１イオン化材料１１６又は第２イオン化材料１２０）は、イオン化室１１４の内部表面に堆積（例えば、スパッタ）する傾向がある。したがって、例えば、第１イオン化材料１１６から第２イオン化材料１２０に切り替えるような、異なるドーパント種間で変える時、第２のドーパント種１２０によってイオン化室１１４の内表面から、スパッタされている第１ドーパント種と堆積する材料が一緒になることを許容するために、移行期間が用意される（例えば、イオン注入システム１００は、第２のイオン化材料１２０を使用してイオンビーム１０８を作る間の所定時間。）。

第２のドーパント種１２０は、反応材料、例えば、ナイトロジェン トリ−フルオライド（ＮＦ_３）であり、それによって、例えば、外部から供給されるクリーニングシステムを必要とせずに、イオン注入機をそのままクリーンに使用できる。プラズマ内に発生する前記フルオライドラジカルは、イオン源アッセンブリ１０６の内表面や光学系を、化学的にクリーンにするように使用できる。クリーニング移行期間経過後、得られたイオンビーム１０８は、ワークピース１１０中へのイオン種と一緒である所望の特性を与えるように操作可能である。そのような移行期間は周知であり、引き出しスリット１４０を通る、望まれないスパッタされる種を追い出すことによって、従来のイオン源室を”パージする（清める）”又は”クリアする（取り除く）”ために利用されている。

そのような高出力及び低出力イオン化室１１４を備えることによって、例えば、以前のドーパント種の堆積材料を、イオン源アッセンブリ１０６の室内から急速に抜き出すことを可能にする。堆積した材料は、引き出しスリット１３２を経由して出て行くばかりでなく、拡散開口１３０を通して有利に拡散する。そのような拡散は、概して、イオン注入システム１００の安定性や自動調整時間を増加させるばかりでなく、例えば、ボロン トリフルオライド（ＢＦ_３）を含む第１のイオン化材料１１６から、クリーニングするニトライド テトラ−フルオライド（ＮＦ_３）を含む第２イオン化材料１２０への変更のような、特定のドーパント種間の変更を寄り早くすることを可能とする。

図２は、図１で１０６で示す例示的なイオン源アッセンブリ２００の簡単な図を示すものであり、本発明のいくつかの例示的な態様がさらに示されている。イオン源アッセンブリ２００は、イオン源アッセンブリ本体２０２を含み、該本体２０２は、フィラメント２０４と反射板２０６間の領域、及びＲＦアンテナ１２８のアーム間で、イオン・プラズマ２１４を創り出すように設定されるイオン化室を備える。ＲＦアンテナ１２８は、例えば、水冷であり、また、セラミックチューブ２２５、例えばサファイアによって囲まれた銅等から作ることができる。イオン源アッセンブリ本体２０２は、例えば、図示されるような水の流入口２１８と流出口２２２を備えるウオータジャケット２１６を使用して、水冷にすることができる。図２のイオン源室２１２は、例えば、その中に低出力直流放電要素１２６と、高出力放電要素であるＲＦアンテナ１２８の双方を含む。この例において、低出力放電要素である１２６は、カソードヒータフィラメント２０４、第１反射板２０６及び第２反射板２０８を含む。イオン化室２１２は、イオン化材料１１６及び１２０が供給され、上述したように、第１バルブ２２４又は第２バルブ２２６、あるいは双方によって
制御できる。固体材料は、それぞれ２２８、２３２で図示されている。

一例において、多くのｎ型のイオン注入は、図１のイオン注入システム１００を使用して繰り返し、達成することができ、第１イオン化材料１１６は第１イオン化材料源１１８からイオン注入のために使用でき、また、引き続くｐ型イオン注入への変更は、第２イオン化材料源１２２からイオン化材料１２０を使用することが望まれる。しかし、第１イオン化材料１１６を使用して繰り返されたイオン注入は、図２のイオン化室２１２の内部表面にドーパント種を堆積させる。したがって、移行期間が過ぎると、第１イオン化材料１１６と一緒の堆積した材料が、第２イオン化材料１２０（例 フルオリン）によってイオン化室２１２から移動し、そして、図２のシステム２００は、例えば、ｐ型の第２のドーパント種でウエハ１１０（図１）にイオン注入するより前に、安定化する。本発明者は、外部のクリーニングシステムから供給するより、あるがままの状態でクリーニングする利点に気づいた。この例で、ポンプ（図示せず）は、イオン化室２１２内の実質的な真空圧を提供するばかりでなく、図２の第１イオン化材料１１６と第２イオン化材料１２０の間の移行を容易にするために使用される。

さらに、本例において、本発明者は、少なくとも３つの分離したモード、すなわち低出力モード２１０、標準高出力モード２２０及び高出力クリーンモード２３０からなるモードで、イオン源２００を操作する利点に気づいた。低出力モード２１０は、１０ミリアンペア以下の代表的な引き出し電流で、デカボラン（Ｂ₁₀Ｈ₁₄）、オクタデカボラン（Ｂ₁₈Ｈ₂₂）等のような巨大分子のガスを含む、イオン源アッセンブリ２０２の生成を含む。低放電出力モード２１０は、上述した巨大分子の分離（diassociation）を防止するために要求される。約5ワットの最大放電出力、略１００ボルト以下、最大５０ｍＡカソード電流が要求される。

標準高出力モード２２０は、イオン注入において代表的なモノトニック（monotonic）ガスや小分子ガスでのイオン源アッセンブリ操作を含む。前記モノトニックガスは、少なくとも、ボロン（Ｂ）、コバルト（Ｃｏ）、アルゴン（Ａｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、オキシジェン（Ｏ）、およびリン（Ｐ）を含む。前記小分子のガスは、少なくとも以下の一つ、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ボロントリ−フルオライド（ＢＦ_３）、リン ハイドライド（ＰＨ_３）、ゲルマニウム テトラフルオライド（ＧｅＦ_４）、シリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ_４）、リン トリフルオライド（ＰＦ _３）及びアルシン（ＡｓＨ_３）等を含む。イオン注入に使用される前記モノトニックガスや小分子ガスは、当業者には周知である。

高出力クリーンモード２３０は、イオン源が、例えば、ナイトロジェン トリフルオライド（ＮＦ_３）のような反応ガスと作用するように、設定されている。プラズマ内に生成されるこのフルオライドラジカルは、装置２２０の内壁、光学系等を化学的にクリーンにする（汚れをなくす）ように作用する。クリーンモード２３０は、通常、イオンビーム引き出しなしで操作される。放電出力は、典型的には、標準高出力モードと同じ範囲であるが、ガス圧力は、略１００ｍトール（ｍｍＴｏｒｒ）以上、高い。矢印２３６で示されるようにイオンは、開口２３８を通ってイオン源アッセンブリを離れることが示されており、それらは、例えば、ビームガイド（図１）に入射できる。

図３は、移動する引き出し開口を有するＲＦイオン源３００で使用されるイオン源アッセンブリ本体３０２の斜視図である。例示的なイオン源本体アッセンブリは、例えば、イオン源本体３０２を含み、そこには、ＲＦアンテナがあり、該ＲＦアンテナはプラズマ室内にあってサファイアチューブ２２５に包まれており、アンテナ１２８の外側とサファイアチューブ２２５の内側との間の円周には隙間（ギャップ）がある。合成サファイアチューブ２２５は、チタニウムオキサイド（ＴｉＯ_２）が混じる溶融アルミニウムオキサイド
（Ａｌ_２Ｏ_３）から作られ、この材料は、この出願での高温や厳しい環境に耐えられる。イオン源アッセンブリ本体３０２は、前記チューブ２２５のサファイア以外の他の材料、例えば、水晶、シリコンオキサイド（ＳｉＯ_２）等を使用できることは、分かっている。

前記アンテナ１２８は、イオン源アッセンブリ本体３０２の頂部と底部で、アンテナ支持板３０６を使用して、正確に設置される。この支持板３０６は、例えば、位置合わせピン（図示せず）を使用して、正確に設置される。支持板３０６は、例えば、機械加工可能なセラミックス、セラミックスが挿入されたアルミニウム等から作ることが可能である。サファイアチューブ２２５は、その端部を正確に接地し、イオン源アッセンブリ本体３０２の本体内の穴に精密に取り付けられるか、又は挿入される。配置、例えば、外径3.18ｍｍ（1／8インチ）の銅管（アンテナ２２５の）と、8ｍｍの内径のサファイアチューブは、熱遮蔽のための2.41ｍｍの真空ヤップを提供できる。さらに、サファイアチューブ２２５は、ハーメチックシールをする必要はなく、イオン源からガスが流出するのを制限するように設計されている。

さらに図３のイオン源アッセンブリ（ＲＦイオン源）３００は、フィラメント２０４と反射板２０６の間の領域と、プラズマ室内のＲＦアンテナ１２８の二つのアーム間の領域で、イオン・プラズマを創り出すように配置されたイオン化室を備える、イオン源アッセンブリ本体３０２を含んでいる。

本発明に従えば、イオン源アッセンブリ（ＲＦイオン源）３００は、少なくとも３つの異なるモードで実行される。上述のように、第１モードは低出力（放電）モード２１０であり、第２モード２２０は標準高出力モードであり、第３モードは高出力クリーンモード２３０である。第１の低出力モード２１０の操作は、デカボラン（Ｂ₁₀Ｈ₁₄）、オクタデカボラン（Ｂ₁₈Ｈ₂₂）等のような巨大分子ガスを含むイオン生成を10ミリアンペア以下の励起電流で、行うことを含む。低出力モード放電モード２１０は、上述の巨大分子の分離を防止するために要求される。約５ワットの最大放電出力、約１００ボルト以下及び最大１００ｍＡのカソード電流が要求される。第１モードは低出力モード２１０の間、典型的には、カソード電流は約５０−１００ＶＤＣであり、典型的なカソード電流は、例えば、５０−１００ミリアンペアＡＤＣである。典型的なイオン注入源で、最大カソード電流は最大電流よりもずっと低いので、カソード領域は典型的領域より、ずっと小さく、1／10以下である。これは、カソード上の巨大分子の分離の問題を減少させる。さらに、イオン源の熱負荷は、同様に減少し、壁上の分子の分離の問題を軽減する。

標準高出力モード２２０は、イオン注入において、モノトニックガスと小分子ガスでイオン源アッセンブリの操作をすることを含む。このモノトニックガスは、少なくとも以下のものを含む：ボロン（Ｂ）、コバルト（Ｃｏ）、アルゴン（Ａｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、オキシゲン（Ｏ）、及びリン（Ｐ）。前記小分子ガスは、少なくとも以下の一つを含む：シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ボロン トリフルオライド（ＢＦ_３）、リン ハイドライド（ＰＨ_３）、ゲルマニウム テトラフルオライド（ＧｅＦ_４）、シリコン テトラフルオライド（ＳｉＦ_４）、リン トリフルオライド（ＰＦ _３）及びアルシン（ＡｓＨ_３）等。

イオン注入に使用されるモノトニックガスと小分子ガスは、当業者に周知である。ＲＦ放電及び直流放電は、普通、ＲＦアンテナ１２８の放電出力を含む。直流放電の機能は、ＲＦ放電の急速な開始を容易にする。純粋なＲＦ放電は、外部電子源が必要であるので、開始しにくい。純ＲＦ放電において、イオン源は、イオン源電極間で自然放射又はスパークがあり、この状態は、信頼できないスターティングをもたらす。直流放電は、信頼できる電子源を備え、急速で、再現可能なスタートアップとなる。これは、イオン源操作のいくつかのタイプで重要であり、例えば、計画の練り直しになる。

直流放電は、最初に電子を供給することを要せず、電子エネルギーがないので、このモード２２０において、カソード電圧は、低出力モード２１０での典型的カソードのそれよりあまり多くない。このモードでのカソード電圧の減少は、高出力モード２２０のスパッタリングによるカソードの腐食率を減少させる。

高出力クリーンモード２３０はＲＦ放電のみを使用し、イオン源は、例えば、ナイトロジェン トリフルオライド（ＮＦ_３）のような、反応ガスで動作するように配置されている。プラズマ内で生成されるフルオライドラジカルは、化学的に、イオン源アッセンブリ３０２の内壁、光学系等をクリーンにするように作用する。イオン源アッセンブリの圧力は、このモード２３０では略100ｍトール（ｍｍＴｏｒｒ）と高いので、ＲＦ放電の起動は、より容易であり、フィラメントカソードは止められる。もし、カソードが起動に必要ならば、高圧力放電での腐食を最小にするために、開始後、直ちに止められなければならない。上記クリーンモード２３０は、通常、イオンビームの引き出しなしに操作される。放電出力は、典型的には、標準高出力モード２２０と同じ範囲であるが、ガス圧力は、おそらく上述のようにより高く、略１００ｍトールか、それ以上である。

本発明の他の態様に従えば、図４は、イオン注入システムにおいて、低出力又は高出力モードを用いてプラズマを発生させるかどうかを、決定する方法４００を説明する。本発明にしたがって、いくつかのステップが、ここに示され、記載されていることとは別に、他のステップと異なる順序及び／又は同時に起ってよいので、例示的方法が、一連の行為又は事象として説明され、記載されているが、本発明は、そのような行為又は事象の図示の順序によって、制限されないことは認識されている。さらに、説明されていない全てのステップは、本発明にしたがう手順を実装することが要求される。さらに、前記方法は、個々に説明され、記載されたシステムばかりでなく、図示されていない他のシステムと関連して実装されてよいことが理解されるであろう。

図４に示すように、方法４００は、操作モードが低出力モードか、高出力モードかを決定して開始する。イオン源室は、ＲＦアンテナ（高出力装置）（図２参照）と、陰極フィラメントと関連する反射板（図２参照）を含む。イオン化室は、例えば、図１のイオン注入室１００のような、イオン注入システム内で使用される。図４のステップ４０２で、操作モードが、低出力モードか、高出力モードかが決定される。もし、操作モードが低出力であるように決定されるなら、方法はステップ４０４に進む。そして、プラズマは、低出力を使用するイオン化室内で生成される。プラズマは、約50−100ｍＡ ＤＣのカソード電流、約50−100ＶＤＣの範囲の電圧を使用して、イオン源室で形成される。もし、操作が低出力モードであったら、方法４００は終了する。

ステップ４０２で、操作モードが高出力モードであることが決定されると、方法はステップ４０６に進み、モードが高出力クリーンモードであるかどうかを決定する。もし、モードが高出力クリーンモードであるならば、方法はステップ４０８へ続き、イオン源がＲＦ放電のみで操作することができる。圧力源は、このモードでは高く（約100ｍトールかそれ以上）、それゆえ、ＲＦ放電のスタートアップは、より容易であり、フィラメントカソードは、オフのままである。もし、カソードがスタートアップのために必要であり、又は有利であるならば、高圧放電領域で腐食を最小にするために、開始後直ちに止めることができる。

ステップ４０６で、操作モードが標準高出力であることが決定されるなら、ＲＦ及びＤＣ放電が使用される。出力の大部分がＲＦアンテナからもたらされ、ＤＣ放電の機能は、上述のようにＲＦ放電を急速に開始することであろう。そこから、方法は達成される。

本発明は、ある好ましい実施形態について記載されているけれども、均等物への変更や改良は、可能であり、本明細書及び付属の図面を読み、理解に基づき当業者に思いつかせることは明らかである。特に、上記記載された要素（アッセンブリ、装置、回路等）によって達成される多くの機能に関して、そのような要素を記載するために使用された用語（”手段”への言及を含む）は、本発明のここに図示された例示的な実施形態で機能を達成する開示された構造に、たとい構造的に等しくなくても、もし他に示されていなければ、記載された要素（例えば、それは機能的に等しい）の特定の機能を達成する如何なる要素にも相応することが意図されている。さらに本発明の特定の特徴が、いくつかの実施形態の一つにのみについて開示されたけれども、そのような特徴は、如何なる与えられた適用に対して、望ましくかつ有利である、他の実施形態の一つ以上の他の特徴と組み合わせることが可能である。

図１は、本発明の一態様に従う例示的なイオン注入システムのシステムレベルの図である。 図２は、本発明の他の態様に従う例示的なイオン源の略図である。 図３は、本発明の他の態様に従う例示的なイオン源の側面図である。 図４は、本発明の他の例示的態様に従うイオン源での、モード変換の例示的方法のブロックダイアグラムである。

符号の説明

１００ イオン注入システム
１０８ イオンビーム
１１０ ワークピース
１１４ イオン化室
１１６ 第１イオン化材料
１２０ 第２イオン化材料
１２６ ＤＣ（直流）放電要素
１２８ ＲＦアンテナ
２０４ フィラメント
２０６ 第１反射板
２０８ 第２反射板
２１４ イオン・プラズマ
２１６ ウオータジャケット
２２８ 固体材料
２３６ イオン

Claims (10)

1. そこでイオン化材料からイオンプラズマを創り出すように配置されているイオン源本体と、
   モノトニックガス、小分子ガス、巨大分子ガス、及び反応ガスのうちの一つからなる前記イオン化材料と、
   前記イオン源本体と操作可能に結合している低出力プラズマ生成要素、
   前記イオン源本体と操作可能に結合している高出力プラズマ生成要素、
   前記イオン源本体からイオンプラズマのイオンを引き出すように配置されている引出開口とを含み、
   さらに、選択された操作モードに基づき、前記低出力プラズマ生成要素と高出力プラズマ生成要素とを選択的に操作するように設定されたコントローラを含み、
   前記イオン化材料が巨大分子である時、前記選択された操作モードを低出力モードで、前記低出力プラズマ生成要素のみを作動し、
   前記イオン化材料が反応ガスである時、前記選択された操作モードを高出力クリーンモードで、前記高出力プラズマ生成要素のみを作動し、
   前記イオン化材料がモノトニックガス又は小分子ガスである時、前記選択された操作モードを標準高出力モードで、前記低出力プラズマ生成要素と前記高出力プラズマ生成要素の双方を作動させることを特徴とするハイブリッドイオン源。
2. 前記低出力プラズマ生成要素は、カソードヒータフィラメント、フィラメント電位の反射板、および陽極反射板を含む請求項１記載のハイブリッドイオン源。
3. 前記高出力プラズマ生成要素は、RF アンテナを含むことを特徴とする請求項１記載のハイブリッドイオン源。
4. 前記RFアンテナは、水冷であることを特徴とする請求項３記載のハイブリッドイオン源。
5. 前記RFアンテナは、少なくとも部分的に絶縁管によって囲まれていることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドイオン源。
6. 前記イオン化材料がモノトニックガスであって、ボロン（B）、コバルト（Co）、アルゴン（Ar）、チタニウム（Ti）、オキシジェン（O）、およびリン（P）のうちの一つからなることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドイオン源。
7. 前記イオン化材料が小分子ガスであって、ゲルマニウム テトラフルオライド（ＧｅＦ_４）、シリコン テトラフルオライド（ＳｉＦ_４）、ボロントリフルオライド（BF_３）、リン トリフルオライド（PF _３）、フォスフィン（PH_３）、およびアルシン（AsH_３）のうちの一つからなることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドイオン源。
8. 前記イオン化材料が反応ガスであって、オキシジェン（O_２）、フルオリン（F）及びナイトロジェン トリフルオライド（NF_３）のうちの一つからなることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドイオン源。
9. 前記イオン化材料が巨大分子ガスであって、デカボラン（B_１０H_１４）、オクタデカボラン（B_１８H_２２）のうちの一つからなることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドイオン源。
10. 前記引出開口が結合された引出装置を含み、この引出装置は、イオンビームをビーム経路領域と結合して形成するように、引出開口を通して前記イオン源本体からイオンを引き出すように操作可能であることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドイオン源。