JP6772191B2 - イオン注入システム及びその場（ｉｎ ｓｉｔｕ）プラズマクリーニング方法 - Google Patents
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Description
本願は２０１５年６月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／１７４，９０６号の通常特許出願に基づいて優先権を主張し、その全内容が参照することにより本明細書に組み込まれる。
本発明は一般的に電子装置を製造する技術に関し、より詳しくは、プロセスチャンバ内の、性能を向上し、コンポーネントの耐用年限を延ばすための技術に関する。
イオン注入は、照射によりドーパント又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、光学的又は機械的特性を変えるために、導入される。例えば、ドーパントは、基板の導電性のタイプ及びレベルを変えるために、真性半導体基板に導入することができる。集積回路（IC）の製造において、正確なドーピングプロファイルは、向上したIC性能を提供する。所望のドーピングプロファイルを達成するために、１つ以上のドーパントは、様々なドーズで、及び、様々なエネルギーレベルで、イオンの形状で注入することができる。
イオン注入システムは、イオン源及び一連のビームラインコンポーネントを備えることができる。イオン源は、所望のイオンが生成されるチャンバを備えることができる。イオン源は、また、チャンバの近くに配置される電力源及び引き出し電極アセンブリも備えることができる。ビームラインコンポーネントは、例えば、質量分析器、第１の加速又は減速ステージ、コリメータ、及び、第２の加速又は減速ステージを含むことができる。光ビームを操作する一連の光学レンズによく似て、ビームラインコンポーネントは、所望の種、形状、エネルギー及び他の属性を有するイオン又はイオンビームをフィルタし、集束し、及び、操作することができる。イオンビームは、ビームラインコンポーネントを通過し、プラテン又はクランプの上に搭載された基板の方へ向けることができる。基板は、roplatとして呼ばれることもある装置により、１以上の次元（例えば、平行移動させる、回転させる及び傾ける）で、動かすことができる。
イオン注入機システムは、様々な異なるイオン種及び引き出し電圧に対して、安定した、きちんと定められたイオンビームを生成する。ソースガス（AsH3, PH3, BF3,及び他の種など）を用いる数時間の動作の後、ビーム構成物質は、ビーム光学系の上に堆積物を最終的に創生する。ウエハーの視線内のビーム光学系は、また、Si及びフォトレジスト化合物を含むウエハーからの残留物で覆われる。これらの残留物は、ビームラインコンポーネントの上に増大し、（例えば、電気的にバイアスされたコンポーネントの場合に、）動作中、DC電位にスパイクを引き起こす。最終的に、残留物は、はがれ落ち、ウエハーの上に微粒子の汚染の可能性が高いことを引き起こす。
材料の蓄積の効果を防ぐための１つの方法は、イオン注入システムのビームラインコンポーネントを断続的に交換することである。あるいは、ビームラインコンポーネントを、手作業で、きれいにすることができる。けれども、手作業のクリーニングは、イオン源の電源を切り、システム内の真空を解除することを伴う。ビームラインコンポーネントの交換又はクリーニングの後に、システムは、次いで、動作条件に達するために、排気され、電源が投入される。したがって、これらのメンテナンスプロセスは、非常に時間がかかり得る。さらに、ビームラインコンポーネントは、メンテナンスプロセス中、用いられない。そのようなものとして、頻繁なメンテナンスプロセスにより、IC製造に利用できる時間を低減し得て、したがって、全体の製造コストを増大する。
前述に鑑みて、本明細書において、イオン注入システムコンポーネント（例えば、イオンビーム光学系）のその場（in situ）プラズマクリーニングのためのシステム及び方法が提供され、その場（in situ）プラズマクリーニングは、通風し、及び／又は、前記イオンビーム光学系を手動で洗浄する、必要性を避けて、短時間に実施することができる。さらに、本明細書において、イオンビーム光学系のその場（in situ）プラズマクリーニングのためのシステム及び方法が提供され、プラズマは、洗浄される、まさに、それらのコンポーネントの周りの領域に局所的に生成され、したがって、他のコンポーネントに対する意図的でないエッチングを低減する。
本発明による例示的イオン注入システムは、該イオン注入システムのチャンバ内のコンポーネントと、該コンポーネントと連通する電源とを含んでもよい。該電源は、洗浄モード中、前記コンポーネントへ電圧及び電流を供給するように構成されてもよく、前記電圧及び前記電流が前記コンポーネントの導電ビーム光学系に印加され、該導電ビーム光学系の周りにプラズマを生成する。前記イオン注入システムは、前記導電ビーム光学系のエッチングを可能にするために、前記コンポーネントへ供給されるエッチャントガスを、さらに、含んでもよい。
本発明による例示的システムは、プラズマの生成のためのチャンバを含み、イオンビームラインに沿って配置された複数の導電ビーム光学系を含むエネルギー純化モジュール（EPM）を含んでもよい。前記システムは、該EPMと連通する電源であって、該電源は、処理モード中、前記複数の導電ビーム光学系へ第１の電圧及び第１の電流を供給するように構成され、洗浄モード中、前記複数の導電ビーム光学系へ第２の電圧及び第２の電圧及び第２の電流を供給するように構成され、前記第２の電圧及び前記第２の電流が１つ以上の前記複数の導電ビーム光学系に供給され、前記１つ以上の前記複数の導電ビーム光学系の周りにプラズマを生成する、電源を、さらに、含んでもよい。前記システムは、前記１つ以上の前記複数の導電ビーム光学系のエッチングを可能にするために、前記EPMへ供給されるエッチャントガスと、前記EPMへ供給される前記エッチャントガスの注入速度を調整するための流れコントローラと、を、さらに、含んでもよい。前記システムは、前記EPMの周りの環境の圧力を調整するためのポンプを、さらに、含んでもよい。
本発明による例示的方法は、プロセスチャンバのコンポーネントを提供するステップであって、前記プロセスチャンバはプラズマを生成するためである、ステップを含んでもよい。前記方法は、処理モード中、第１の電圧及び第１の電流を前記コンポーネントへ供給するステップと、洗浄モード中、第２の電圧及び第２の電流を前記コンポーネントへ供給するステップであって、前記第２の電圧及び前記第２の電流は、前記コンポーネントの導電ビーム光学系へ印加され、前記導電ビーム光学系の周りにプラズマを生成するステップと、をさらに、含んでもよい。
図面は必ずしも縮尺比に従っているとは限らない。図面は単に表現であり、本発明の特定のパラメータを描くことを意図していない。図面は、本発明の例示的実施形態を描写することを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとして考慮されない。図面において、同様の番号は同様の要素を表す。
本発明によるシステム及び方法を、システム及び方法の実施形態を示す添付図面を参照して本明細書の以下に、もっと充分に説明する。システム及び方法は、多くの異なった形態に具体化することが可能であり、本明細書に示す実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明を完全かつ完璧に、当業者に対してシステムと方法の範囲を充分に伝えられるように提供される。
利便性及び明確性のために、「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「垂直な」、「水平な」、「側部の」及び「長手方向の」などの用語が本明細書において用いられ、これらのコンポーネント及びそれらの構成部品の各々の図に示す半導体製造装置のコンポーネントの形状及び方向付けに対する相対的な配置及び方向付けが説明される。用語は、特別に挙げた語、その派生語及び類似の意味の語を含む。
本明細書で用いられるように、単数で挙げられ、語「a」又は「an」に続く要素又は動作は、そのような除外が明示的に挙げられるまで、複数の要素又は動作を除外するものではないとして、理解される。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙した特徴も含む追加の実施形態の存在を除外するとして、解釈することを意図するものではない。
上述のように、本明細書において提供するのは、イオン注入システムのコンポーネントのその場（in situ）プラズマクリーニングのためのアプローチである。１つのアプローチにおいて、コンポーネントは、１つ以上の導電性ビーム光学系を有するビームラインコンポーネントを含む。システムは、さらに、処理モード中に第１の電圧及び第１の電流をコンポーネントへ供給し、クリーニングモード中に第２の電圧及び第２の電流をコンポーネントへ供給するための電源を含む。第２の電圧及び電流は、１つ以上の導電性ビーム光学系のうちの１つ以上の周りに選択的にプラズマを生成するために、コンポーネントの導電性ビーム光学系に、並行して（例えば、個々に）、印加することができる。システムは、さらに、コンポーネントに供給されるエッチャントガスの噴射率を調整するための流量制御器、及び、コンポーネントの環境の圧力を調整するための真空ポンプを含むことができる。圧力及び噴射率を最適化することにより、コンポーネントを包囲するプラズマのもっと制御した分布を達成することができ、したがって、イオン注入システム内の後続のエッチングの精度を増大する。
さて、図１を参照するに、本発明によるイオン注入システムの１つ以上のコンポーネントのその場（in situ）プラズマクリーニングを実施するためのシステム１０を実証する例示的実施形態が示される。イオン注入システム（以下、「システム」）１０は、数あるコンポーネントの中でも、イオンビーム１８を作るためのイオン源１４、イオン注入機及び一連のビームラインコンポーネントを含むプロセスチャンバを表す。イオン源１４は、ガス２４の流れを受け入れるためのチャンバを備えることができ、イオンを生成する。イオン源１４は、また、チャンバの近くに配置される電源及び引き出し電極アセンブリも備えることができる。ビームラインコンポーネント１６は、例えば、質量分析器３４、第１の加速又は減速ステージ３６、コリメータ３８、及び、第２の加速又は減速ステージに対応するエネルギー純化モジュール（EPM）４０を含むことができる。説明のために、ビームラインコンポーネント１６のEPM４０に対して、以下に記載したけれども、その場（in situ）プラズマクリーニングのため、本明細書で説明した実施形態は、また、システム１０の異なる／追加のコンポーネントに適用することもできる。
例示的実施形態において、ビームラインコンポーネント１６は、所望の種、形状、エネルギー及び他の性質を有するように、イオン又はイオンビーム１８をフィルタし、集束し、操作することができる。ビームラインコンポーネント１６を通過するイオンビーム１８は、プロセスチャンバ４６内のプラテン又はクランプの上に載せられた基板の方へ、向けることができる。基板は、１つ以上の次元で（例えば、平行移動させる、回転させる、及び、傾ける）動かすことができる。
図示のように、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があり得る。いくつかの実施形態において、供給源２８から供給される材料は原料及び／又は追加の材料を含むことができる。原料は、イオンの形で基板に導入されるドーパント種を含むことができる。その一方で、追加の材料は、原料と共にイオン源１４のイオン源チャンバに導入される希釈剤を含むことができ、イオン源１４のチャンバの中の原料の濃度を希釈する。追加の材料は、また、イオン源１４のチャンバに導入され、システム１０内を運ばれる洗浄剤（例えば、エッチャントガス）を含むことができ、１つ以上のビームラインコンポーネント１６を洗浄する。
様々な実施形態において、異なる種を、原料及び／又は追加の材料として用いることができる。原料及び／又は追加の材料の例は、ホウ素（B）、炭素（C）、酸素（O）、ゲルマニウム（Ge）、リン（P）、ヒ素（As）、シリコン（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）、塩素（Cl）を含む原子の又は分子の種を含むことができる。当業者は、上記に掲載された種は限定されず、他の原子の又は分子の種も用いることができることを認識するであろう。アプリケーションによって、種はドーパント又は追加の材料として用いることができる。特に、あるアプリケーションでドーパントとして用いられた種を、別のアプリケーションで追加の材料として用いることができ、又は、逆の場合も同じである。
例示的実施形態において、原料及び／又は追加の材料は、ガス又は蒸気の形でイオン源１４のイオン源チャンバの中へ供給される。原料及び／又は追加の材料がガスでない又は蒸気でない形である場合、気化器（図示せず）を供給源２８の近くに備えることができ、材料をガス又は蒸気の形に変える。その量及び速度を制御するために、原料及び／又は追加の材料をシステム１０の中に供給し、流速コントローラ３０を提供することができる。
EPM４０は、イオンビーム１８の、偏向、減速及び焦点を独立に制御するように構成されるビームラインコンポーネントである。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）又は静電フィルタ（EF）である。以下にもっと詳細に説明するように、EPM４０は、イオンビーム１８の上に配置される一組の上部電極及びイオンビーム１８の下に配置される一組の下部電極を備える電極構成を含むことができる。一組の上部電極及び一組の下部電極は、固定することができ、一定の位置を有する。一組の上部電極と一組の下部電極との間の電位の差は、また、中央イオンビームの軌道に沿って変えることができ、イオンビームの、偏向、減速及び／又は焦点を独立に制御するために、イオンビームのエネルギーを、中央イオンビームの軌道に沿う各点で、反射する。
図２Ａ〜２Ｂを参照して、例示的実施形態によるEPM４０をもっと詳細に説明する。図示のように、EPM４０は、EPM４０の上に延び、EPM４０を部分的に包み込むEPMチャンバ５０を含む。EPMチャンバ５０は、ガスを受け、その中にプラズマを生成するように構成される。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を通り抜けるガス注入口５２で、イオン源１４からガス２４（図１）の流れを受けることができる。別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の上部分６０を通り抜けるガス注入口５８で、ガス５６の流れを受けることができる。ガス５６は、イオン源１４からのガス２４の流れから分離している補充ガス源６２から供給することができる。本実施形態において、ガス５６のEPMチャンバ５０の中への注入速度を、流れコントローラ６４（例えば、バルブ）により制御することができる。
EPM４０は、さらに、１つ以上の真空ポンプ６６（図１）と共に動作して、EPMチャンバ５０の圧力を調整する。例示的実施形態において、真空ポンプ６６は処理チャンバ４６に連結し、１つ以上の流路６８により、EPMチャンバ５０内の圧力を調整する。別の実施形態において、EPM４０は、EPMチャンバ５０にもっと直接に連結した１つ以上の追加のポンプを含むことができる。
図３〜４を参照するに、本発明によるEPM４０の構造及び動作を実証する例示的実施形態が示される。図に示すように、EPM４０は、イオンビームライン／軌道７２に沿って配置された複数の黒鉛ロッドを含む１つ以上の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎを含む。本実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは対称の構成で配置され、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｂは一組の入り口電極を表し、導電ビーム光学系７０Ｃ〜Ｄは一組の出口電極を表し、残りのビーム光学系７０Ｅ〜Ｎはいくつかの組の抑制／集束電極を表す。別の実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは非対称の構成で配置することができる。図示のように、電極対の各組は、空間／開口を提供し、イオンビーム（例えば、リボンビーム）が通過することを可能にする。例示的実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、ハウジング７４の中に設けられる。上記のように、真空ポンプ６６は、ハウジング７４に直接的に又は間接的に接続することができ、ハウジング７４の中の環境７５の圧力を調整する。
例示的実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは互いに電気的に連結される導電ピースの対を含む。あるいは、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、各々がイオンビームが通過するためのアパーチャを含む一連の単一の構造であり得る。図示の実施形態において、各電極対の上部及び下部の部分は、各電極対を通過するイオンビームを偏向させるために、異なる電位0（例えば、分離導電ピースにおける）を有することができる。導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、７つの対（例えば、五組の抑制／集束電極をを有する）として描かれるけれども、異なる数の要素（すなわち、電極）を利用することができる。例えば、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの構成は、３から１０の範囲の組の電極を利用することができる。
いくつかの実施形態において、イオンビームライン７２に沿う電極を通過するイオンビームは、ホウ素又は他の元素を含むことができる。イオンビームの静電集束は、いくつかの薄い電極（例えば、導電ビーム光学系７０Ｅ〜Ｎの抑制／集束電極）を用いることにより、達成することができ、イオンビームライン７２に沿う電位の勾配を制御する。図示の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの構成において、高減速比も提供することができる。結果として、入力イオンビームの使用は、非常に低エネルギーの出力ビームに対してさえ、より高品質のビームを可能にするエネルギー範囲で使用することができる。１つの限定されない例において、イオンビームは導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの電極を通過するので、イオンビームは、６keVから０．２keVへ減速することができ、１５°に偏向させることができる。この限定されない例において、エネルギー比は３０／１とすることができる。
上記のように、システム１０（図１）の劣化の１つの原因は、使用中のビーム構成要素により生成される堆積物又は副生成物の過度の蓄積であり得る。例えば、堆積物は、システム１０の他のコンポーネントの上だけでなく、EPM４０の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの上にも蓄積し得る。いくつかの実施形態において、この物質の蓄積は、例えば、原料としてカルボラン、SiF4又はGef4が用いられるときに、もっと重大になり得る。過度の蓄積を防ぐために、本実施形態のシステム１０は、処理モード及び洗浄モードの２つのモードで動作することができる。処理モード中、システム１０は、イオンビーム１８を生成するために、通常に動作することができる。洗浄モード中、EPM４０、又は、ビームラインコンポーネント１６などのシステム１０の任意の他のコンポーネントは、その場（in situ）洗浄することができる。
再び図３を参照するに、処理モード中、電源７６（例えば、DC電源）は、第１の電圧及び第１の電流をEPM４０に供給する。もっと具体的に言うと、EPMチャンバ５０（図２Ａ〜２Ｂ）内にプラズマを生成するために、電圧／電流を導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎに供給する。様々な実施形態において、電源７６により供給される電圧及び電流は、一定又は変動とすることができる。一実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、０．１keVから１００keVの一連のDC電位に保持される。
再び図４を参照するに、本発明の一実施形態による洗浄モード下で動作するEPM４０を示す。本実施形態において、EPM４０は処理モードから洗浄モードへ切り替えられる。これを達成するために、システム１０は、手動で電力ケーブルを切り替えなければならないことを避けるために、処理モードと洗浄モードとの間を切り替えるためのリレースイッチ（図示せず）を含むことができる。一実施形態において、処理モードから洗浄モードへの切り替えは、例えば、所定の閾値（例えば、ビーム異常の設定回数）が得られた場合、自動的に実施される。別の実施形態において、切り替えはオペレータにより動作させることができる。
洗浄モード中、第２の電圧及び第２の電流をEPM４０の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎに供給する。一実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、並列に（例えば、個々に）又は直列に電気的に駆動することができ、それらの均一な及び／又は独立の洗浄を可能にする。第２の電圧及び第２の電流は、DC電源７６又は無線周波（RF）電源８０により供給することができる。処理モードのDC電源７６から洗浄モード中のRF電源８０への切り替えにより、洗浄サイクル中に破壊的にアーチ状に曲げる機会を最小にすることができる。
例示的実施形態において、EPM４０は、洗浄モード中、その場（in situ）洗浄することができる。これを達成するために、エッチャントガス（例えば、ガス２４、５６）を、選択した流速／注入速度でEPM４０に導入することができる。例えば、エッチャントガスを、約２５立方センチメートル毎分（SCCM）から約２００SCCMの流速で導入することができる。一実施形態において、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの回りの高圧流を保持するために、エッチャントガスを、約５０SCCMから約１００SCCMで導入することができる。
様々な種を、エッチャントガスの洗浄剤として導入することができる。洗浄剤は、化学反応種を含む原子種又は分子種とすることができる。そのような種は、イオン化されると、１つ以上の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの上に蓄積された堆積物と化学反応を起こすことができる。化学反応種を有する洗浄剤を本明細書で説明するけれども、本発明は、化学不活性種を利用することを除外しない。別の実施形態において、洗浄剤は、イオン化された時に、高い原子質量単位（amu）を有するイオンを形成するために、重い原子種を含むことができる。洗浄剤の限定されない例は、H、He、N、O、F、Ne、Cl、Ar、Kr、及び、Xe、又はそれらの組合せを含む原子種又は分子種を含むことができる。一実施形態において、NF3、O2、又は、Ar及びF２の混合物、又は、それらの組合せを洗浄剤として用いることができる。
エッチャントガスの組成は、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの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に選択することができる。例えば、フッ素ベースのプラズマは、B、P又はAsを含むビーム化学成分をエッチングするために用いることができ、一方、酸素ベースのプラズマは、フォトレジスト材料をエッチングするために用いることができる。一実施形態において、Ar又は他の重い種をプラズマ混合物に加えることにより、イオンの照射を増大し、化学的に改良されたイオンスパッタリングプロセスを用いる時に、堆積物を導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎから除去する速度の向上という結果になる。プラズマ又はイオンの照射は、また、化学エッチング速度を促進し、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの表面から堆積物をかき混ぜるのに役立つように、表面の加熱を引き起こす。
図４、５Ａ〜５Ｂを参照するに、例示的実施形態によるEPM４０内のプラズマ８２の生成が示される。本実施形態において、プラズマ８２は、連続の又はパルス状のAC/DC電圧を導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの黒鉛電極へ供給することにより、ハウジング７４により画定される容積の中に創生することができる。例えば、約１Ａから約５Ａの電流で約４００Ｖから１ｋＶを、DC電源７６又はRF電源８０を用いて、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎへ供給することができる。電力は、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎに対するAC電圧又はパルス状のDC電圧の形にすることができる。上述のように、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの各々は、プラズマ８２の独立的かつ選択的生成を可能にするために、並列に駆動することができる。
EPM４０内のプラズマ８２の密度及び局所化を増大するために、EPM４０内の圧力を増大することができる。具体的に言うと、図５Ａ〜５Ｂに示すように、EPM４０に対する、ガス注入速度を増大するか、それとも、ポンプを使う速度を低減するかにより、洗浄プロセスに対する圧力設定点を増大することにより、プラズマ８２は、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎから、電圧／電流を受ける（‘Ｘ’により示す）それらの電極ロッドの周りに局所化される。例えば、図５Ａに示すプラズマ分布は２０mTorrでの拡散プラズマ８２を実証し、一方、図５Ｂに示すプラズマ分布は、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの４つの電力を供給された電極ロッドの周りの領域８６において、１Torrでの局所プラズマ８２を実証する。
重い金属（例えば、鋼）の部分の腐食及び損傷を防ぐために、選択的プラズマ生成は、有害なラジカル（例えば、フッ素）のEPM４０の他の部分への影響を最小にするのに有用である。EPM４０を通る流速をより高くすることにより、エッチング副生成物を新たな反応物質にもっと速く替えることができ、もっと効率的な洗浄プロセスを生じる。
さらに、１つ以上の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの近くで、プラズマを生成することにより、かつ、最適流速でEPM４０へエッチャントガスを供給することにより、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、効率的に洗浄することができる。例えば、図６Ａ〜６Ｂに示すように、プラズマ８２に含まれる化学反応性ラジカルは、化学反応により、導電ビーム光学系７０Ｅ〜Ｎの１つの表面上に蓄積された堆積物９０を除去することができる。例示的実施形態において、導電ビーム光学系７０Ｅ〜Ｎは、例えば、図６Ａに示すように、Si、リン及びフォトレジストなどの表面堆積物９０を含む黒鉛電極ロッドである。表面堆積物９０は、例えば、図６Ｂに示すように、洗浄プロセスにより除去される。
いくつかの実施形態において、プラズマ８２の中のイオンは、イオンスパッタリングプロセスにより蓄積された堆積物９０を除去することができる。洗浄プラズマ８２から発生する熱は、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの上に蓄積された堆積物が、熱により除去することができ、又は、温度の増大と共にもっと揮発性になることができるので、洗浄プロセスも向上することができる。例えば、上記のように、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、１Ａと５Ａとの間の電流で４００Ｖと１０００Ｖとの間の電圧を有することができる。したがって、最大約５ｋＷまでの熱を発生することができる。高度に反応性の及び／又は重い洗浄種を提供し、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの近くでプラズマ８２を生成することにより、効果的なプラズマ洗浄を実施することができる。上記のように、EPM４０に導入される洗浄材料の高い流速は、洗浄プロセスを向上することができる。
図７を参照して、ハウジング７４内の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの断面図をもっと詳しく説明する。本実施形態において、洗浄モード中、導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎとハウジング７４との間に配置された電極グリッド９２に、第２の電圧（DC、AC、RFなど）を増加的に又は交互に印加することができる。例えば、電極グリッド９２は、ハウジング７４と共に、処理モード中、接地されたグリッド入りライナーとすることができる。導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎは、洗浄モード中、電極グリッド９２への電源７６、８０から供給される電力に対して、０ボルト（又は、別の一定のボルト）にすることができる。処理モードが洗浄モードに切り替えられる時、図示のように、プラズマ８２が生成される。
ハウジング７４内のプラズマ８２の密度及び局所化を増大するために、環境７５の圧力を増大することができる。具体的に言うと、ハウジング７４に対する、ガス注入速度を増大するか、それとも、ポンプを使う速度を低減するかにより、洗浄プロセスに対する圧力設定点を増大することにより、プラズマ８２は、１つ以上の導電ビーム光学系７０Ａ〜Ｎの周りに局所化することができる。
さて、図８を参照するに、本発明によるイオン注入システムの１つ以上のコンポーネントのその場（in situ）プラズマクリーニングのための例示的方法１００を例示するフロー図が示される。方法１００を図１〜７に示す表示と併せて説明する。
ブロック１０１に示すように、方法１００は、プラズマを生成するためのイオン注入機のチャンバと共に動作できるコンポーネントを提供することを含む。いくつかの実施形態において、コンポーネントは、エネルギー純化モジュール（EPM）などのビームラインコンポーネントである。いくつかの実施形態において、EPMは１つの導電ビーム光学系を含む。いくつかの実施形態において、EPMは複数の導電ビーム光学系を含む。いくつかの実施形態において、複数の導電ビーム光学系は複数の電極ロッドを含む。
ブロック１０３に示すように、方法１００は、さらに、処理モード中、コンポーネントに第１の電圧及び第１の電流を供給することを含む。いくつかの実施形態において、第１の電圧及び第１の電流は、直流（DC）電源により供給される。
ブロック１０５に示すように、方法１００は、さらに、処理モードから洗浄モードへの切り替えを含む。いくつかの実施形態において、方法１００は、所定の閾値（例えば、ビーム異常の最大許容数）が得られた場合、処理モードから洗浄モードへの自動切り替えを含む。
ブロック１０７に示すように、方法１００は、さらに、洗浄モード中、コンポーネントに第２の電圧及び第２の電流を供給することを含む。いくつかの実施形態において、第２の電圧及び第２の電流は、導電ビーム光学系の周りにプラズマを生成するために、コンポーネントの導電ビーム光学系に印加される。いくつかの実施形態において、第２の電圧及び第２の電流は、直流（DC）電源又は無線周波（RF）電源から供給される。
ブロック１０９に示すように、方法１００は、さらに、複数の導電ビーム光学系のエッチングを可能にするために、エッチャントガスをビームラインコンポーネントに供給することを含む。いくつかの実施形態において、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において、コンポーネントの表面の上に形成された堆積物の組成に基づいて、コンポーネントのエッチングを最適にするように、エッチャントガスの組成を選択する。
ブロック１１１に示すように、方法１００は、さらに、コンポーネントの環境の圧力を調整することを含む。いくつかの実施形態において、コンポーネントの周りの環境の圧力は、１つ以上の導電ビーム光学系の周りの領域のプラズマを局所化するために、増大にする。
ブロック１１３に示すように、方法１００は、さらに、処理モード中、導電ビーム光学系の上に形成された堆積物を除去するために、コンポーネントをエッチングすることを含む。いくつかの実施形態において、導電ビーム光学系はイオンスパッタリングプロセスを用いてエッチングされる。
前述に鑑みて、少なくとも以下の優位性が、本明細書で開示する実施形態により達成される。第１に、プラズマ洗浄は、通風し、及び／又は、コンポーネントを手動で洗浄する、必要性を避けて、短時間に実施することができる。第２に、その場（in situ）プラズマクリーニング中、プラズマ密度は、洗浄されるそれらのコンポーネントの周りよりも、もっと大きく、したがって、ビームライン及び／又はシステムの他のコンポーネントに対する意図的でないエッチングを低減する。
本発明の特定の実施形態を本明細書で説明したが、本発明は、技術が可能であり、本明細書が同様に読むことができるのと同じくらい範囲は広いので、本発明はそれらに限定されない。したがって、上記の説明は限定的であると解釈すべきではない。当業者は、本明細書に添付の特許請求の範囲及び精神内で他の変更を想定するであろう。
Claims (14)
- イオン注入システムのチャンバ内のコンポーネントであって、該コンポーネントは、イオンビームラインに沿って配置される複数の導電ビーム光学系を含む静電フィルタである、コンポーネントと、
該コンポーネントと連通し、処理モード中、前記コンポーネントへ第１の電圧及び第１の電流を供給し、洗浄モード中、前記コンポーネントへ第２の電圧及び第２の電流を供給する電源であって、前記第１の電圧及び前記第１の電流が前記コンポーネントの前記複数の導電ビーム光学系の各々に独立に印加される、電源と、を備え、
前記コンポーネントは、電極グリッドを含み、該電極グリッドは、イオンビームの上に及び下に配置され、前記イオンビームに平行に延び、前記導電ビーム光学系及び前記静電フィルタのハウジングに直接、隣接し、前記電極グリッドは、前記洗浄モード中、前記第２の電圧を受け、１つ以上の前記導電ビーム光学系の周りにプラズマを生成し、
前記電極グリッドは、前記処理モード中、接地され、前記洗浄モード中、前記第２の電圧を供給され、
前記複数の導電ビーム光学系は、前記洗浄モード中、０ボルトであり、
前記複数の導電ビーム光学系の洗浄を可能にするために、エッチャントガスが前記コンポーネントへ供給される、イオン注入システム。 - 前記エッチャントガスを前記チャンバへ供給するためのガス注入口を、さらに備える、請求項１記載のイオン注入システム。
- 前記エッチャントガスの注入速度を調整するための流れコントローラを、さらに備える、請求項１記載のイオン注入システム。
- 前記チャンバの圧力を調整するための真空ポンプを、さらに備える、請求項１記載のイオン注入システム。
- 前記第２の電圧及び前記第２の電流は、直流（DC）電源及び無線周波（RF）電源の内の１つから供給される、請求項１記載のイオン注入システム。
- 前記コンポーネントはエネルギー純化モジュールを備える、請求項１記載のイオン注入システム。
- プラズマの生成のためのチャンバを含む静電フィルタであって、該静電フィルタは、
イオンビームラインに沿って配置された複数の導電ビーム光学系と、
前記複数の導電ビーム光学系及び前記静電フィルタのハウジングに直接、隣接して延びる電極グリッドであって、前記イオンビームラインの上に及び下に配置された電極グリッドと、を備える、静電フィルタと、
該静電フィルタと連通し、処理モード中、前記静電フィルタへ第１の電圧及び第１の電流を供給し、洗浄モード中、前記静電フィルタへ第２の電圧及び第２の電流を供給する電源であって、前記第１の電圧及び前記第１の電流が前記静電フィルタの前記複数の導電ビーム光学系の各々に独立に印加される、電源であって、
前記電極グリッドは、前記洗浄モード中、前記第２の電圧及び第２の電流を受け、前記複数の導電ビーム光学系のうちの１つ以上の周りにプラズマを生成し、
前記電極グリッドは、前記処理モード中、接地され、前記洗浄モード中、前記第２の電圧を供給され、
前記電極グリッドは、前記処理モード中、接地され、前記洗浄モード中、前記第２の電圧を供給され、
前記複数の導電ビーム光学系は、前記洗浄モード中、０ボルトである、電源と、
前記洗浄モード中、前記静電フィルタへ供給されるエッチャントガスの注入速度を調整するための流れコントローラと、を備える、イオン注入システム。 - 前記複数の導電ビーム光学系は複数の電極ロッドを備える、請求項７記載のイオン注入システム。
- 前記第１の電圧及び前記第１の電流は、直流（DC）電源により供給され、前記第２の電圧及び前記第２の電流は、DC電源及び無線周波（RF）電源の内の１つにより供給される、請求項７記載のイオン注入システム。
- プロセスチャンバのコンポーネントを提供するステップであって、前記プロセスチャンバはプラズマを生成するために動作でき、前記コンポーネントは、イオンビームラインに沿って配置される複数の導電ビーム光学系を含む静電フィルタである、ステップと、
処理モード中、第１の電圧及び第１の電流を前記コンポーネントへ供給するステップと、
洗浄モード中、第２の電圧及び第２の電流を前記コンポーネントへ供給するステップであって、前記第１の電圧及び前記第１の電流が前記コンポーネントの前記複数の導電ビーム光学系の各々に独立に印加される、ステップと、を有し、
前記コンポーネントは、電極グリッドを含み、該電極グリッドは、イオンビームの上に及び下に配置され、前記イオンビームに平行に延び、前記導電ビーム光学系及び前記静電フィルタのハウジングに直接、隣接し、前記電極グリッドは、前記洗浄モード中、前記第２の電圧を受け、１つ以上の前記導電ビーム光学系の周りにプラズマを生成し、
前記電極グリッドは、前記処理モード中、接地され、前記洗浄モード中、前記第２の電圧を供給され、
前記複数の導電ビーム光学系は、前記洗浄モード中、０ボルトである、その場（in situ）プラズマクリーニング方法。 - 前記導電ビーム光学系のエッチングを可能にするために、前記コンポーネントへエッチャントガスを供給するステップを、さらに、有する請求項１０記載のその場（in situ）プラズマクリーニング方法。
- 前記処理モード中、前記コンポーネントの上に形成された堆積物をエッチングするステップを、さらに、有する請求項１１記載のその場（in situ）プラズマクリーニング方法。
- 前記導電ビーム光学系の上に形成された前記堆積物の組成に基づいて、前記エッチャントガスの組成を選択するステップを、さらに、有する請求項１２記載のその場（in situ）プラズマクリーニング方法。
- 前記処理モードから前記洗浄モードへ切り替えるステップであって、前記第１の電圧及び前記第１の電流は、直流（DC）電源により供給され、前記第２の電圧及び前記第２の電流は、DC電源及び無線周波（RF）電源の内の１つにより供給される、ステップを、さらに、有する請求項１０記載のその場（in situ）プラズマクリーニング方法。
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