JP6928610B2 - イオンビーム装置内の汚染制御用の装置、システム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して電子機器を製造するための技術に関し、より具体的はイオン注入装置内の汚染を低減する技術に関する。

イオン注入は、衝撃により基板内にドーパント、添加物、又は不純物を導入するための処理である。公知のイオン注入システム又は装置は、イオン源及び連続した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、所望のイオンが発生するチャンバーを備えることができる。イオン源は、電源、及びチャンバーの近傍に引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、コリメーター、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ための、連続した光学レンズのように、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、及び他の性質を有するイオン又はイオンビームをフィルタリングし、当てさせ、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に取付けられている基板に向けることができる。基板は、ロプラット（roplat）といわれることもある装置によって、１以上の次元で（例えば、変位、回転、及び傾転）動くことができる。他のイオン注入装置は、基板がプラズマチャンバー内、又はプラズマチャンバーに隣接する処理チャンバー内に位置することができるコンパクトなイオン注入配置を含むことができる。

ビームラインイオン注入機において、イオン注入機システムは、安定し、よく規定された多様な異なるイオン種のイオンビームと、延長された期間にわたってイオン源を所望に操作する引き出し電圧とを発生させ、メンテナンス又は修復が必要となることを回避する。（ＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＢＦ_３、及び他の種などの）ソースガスを用いた通常動作の数時間後に、ビーム成分は、やがてビーム光学に堆積を生成することがある。注入されるウェハーの照準線内のビーム光学は、Ｓｉ及びフォトレジスト化合物を含むウェハーからの残基でコーティングされるようになることもある。これらの残基は、ビームラインコンポーネント上に積層し、通常動作中に、（例えば、電気的にバイアスされたコンポーネントの場合）ＤＣ電位においてスパイクを引き起こし、その結果、剥がれ落ちて、ウェハー上に微粒子の汚染のようなものが増加する。

フレーキングの問題を可能な限り軽減するために、積層を有するコンポーネントは、クリーニングするために定期的に取り外すことがあり、かなりのダウンタイムを要する。注入に用いられるイオンビームラインを別の目的に利用し、定期的にビームラインコンポーネントをエッチングし、フレーキングを低減することによって、本質的にフレーキングを回避することを助ける。この後者のアプローチの欠点は、イオンビームの直接の照準線内にない、コンポーネントにおける影面の存在であり、該影面はウェハーに面する表面を含み、イオンビームによってエッチングされないことがあり、これにより、影面上で積層及びフレーキングが発生する。

一実施形態において、装置は、第１の電圧に連結される、イオンビームを発生させるイオン源を含むことができる。装置は、イオン源と基板の位置との間に配置された停止エレメントと、停止エレメントに連結された停止電圧源と、停止電圧源に、停止電圧を停止エレメントに印加させる制御コンポーネントとをさらに含むことができ、停止電圧は、イオンビームが正イオンを含むときに第１の電圧と同じか第１の電圧より高く正であり、イオンビームが負イオンを含むときに第１の電圧と同じか第１の電圧より高く負であり、イオンビームの少なくとも一部は、停止電圧が停止エレメントに印加されると、偏向されたイオン（偏向イオン）として初期の軌道から後方に偏向する。

他の実施形態において、システムは、第１の電圧に連結される、イオンビームを発生させるイオン源と、基板を収容する、イオン源の下流に配置された基板ステージと、イオンビームを主イオンビームとして基板ステージに向ける少なくとも１つのビームラインコンポーネントと、イオン源の下流に配置された停止エレメントと、停止エレメントに連結された停止電圧源と、停止電圧源に、停止電圧を停止エレメントに対して印加させる制御コンポーネントとを備えることができ、停止電圧は、イオンビームが正イオンを含むときに第１の電圧と同じか第１の電圧より正であり、イオンビームが負イオンを含むときに第１の電圧と同じか第１の電圧より負であり、主イオンビームの少なくとも一部は、停止電圧が停止エレメントに印加されると、偏向イオンとして基板から離れてから後方に偏向する。

方法は、イオン源内でイオンを発生させるステップと、イオン源に第１の電圧を印加するステップと、イオン源からイオンを引き出すステップと、イオンを主ビームとして基板の位置に向けるステップと、クリーニング期間に、イオン源と基板の位置の間に配置された停止エレメントに停止電圧を印加するステップとを含むことができ、停止電圧は、主イオンビームが正イオンを含むときに第１の電圧と同じか第１の電圧より正であり、主イオンビームが負イオンを含むときに第１の電圧と同じか第１の電圧より負であり、主イオンビームの少なくとも一部は、偏向イオンとして初期の軌道から後方に偏向する。

本開示の実施形態による装置のブロック図である。 本開示の実施形態による装置のブロック図である。 本開示によるシステムの例示的な実施形態を示す図である。 本開示のさらなる実施形態による装置の側面図である。 本実施形態に合致するビームラインイオン注入システムの動作の一の概要を示す図である。 図４Ａの一般的な概要のもとで、＋１０ｋＶを印加したときの停止エレメントの動作のシミュレーションの結果を示す図である。 図４Ａの概要において発生するような、５ｋＶのアルゴンイオンビームのシミュレーションの結果を示すである。 図４Ｂの停止エレメントとは異なる停止エレメントに＋４０ｋＶの電圧を印加した場合の、図４Ａの一般的な概要に基づくシミュレーションを表す図である。 図４Ａの概要において発生することができるような、５ｋＶのアルゴンイオンビームのシミュレーションの結果を表す図である。 ビームラインイオン注入システムをブロック形式で示す図である。 図５Ａのイオン注入システムのビームラインの様々な部分での電位を表す、他の例示的な電圧曲線を示す図である。 図５Ａの状態下で処理されるイオンビームのシミュレーションを示す図である。 プラズマを発生させるプラズマチャンバーを用いるイオンビームシステムの実施形態を表す図である。 本開示の実施形態による例示的な処理フローを示す図である。

図面は、必ずしも縮尺通りではない。図面は、代表にすぎず、本開示の特定のパラメータを表現することを意図していない。本図面は、本開示の典型的な実施形態を表すことを意図しており、そのため、発明の範囲を限定するとはみなされない。図面において、類似の符号は類似のエレメントを示す。

本開示によるシステム、装置、及び方法は、本システム、装置、及び方法の実施形態を示す添付の図面を参照して、以降において十分に説明される。本システム、本装置、及び本方法は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書で説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。代わりに、これらの実施形態が提供されるため、本開示は完成し、完全となり、当業者に本システム及び方法の範囲を十分に伝える。

単数で記載され、「１つの（”a” or “an”）」という用語に続くエレメント又は動作は、本明細書で用いられるとき、除外されることが明確に述べられていない限り、複数のエレメント又は動作を含むと理解されるべきである。さらに、本開示の「一実施形態」の参照によって限定することを意図していない。追加の実施形態も、記載された特徴を組み込むことができる。

様々な実施形態において、システム、装置、及び方法は、新規のやり方でイオンビームの軌道を制御するために提供され、イオンビーム装置内のコンポーネントのクリーニングが容易になる。

図１Ａ及び図１Ｂは、本開示の実施形態による装置１のブロック図を表す。装置１を「イオンビーム装置」ということがあり、通常、ビームイオン注入機又はイオンビーム発生小型装置と表す。したがって、明確性のために、イオンビーム装置における様々な公知のコンポーネントを省略することがある。示されているように、装置１は、イオン源２として示されるイオンビーム源を含む。イオン源２は、電源、及びイオン源２のチャンバー近傍に配置された引出し電極アセンブリ（不図示）を備えることもできる。

イオン源２は、電力発生器、プラズマエキサイター（plasma exciter）、プラズマチャンバー、及びプラズマそのものを含むことができる。プラズマ源は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、トロイダル型結合プラズマ源（ＴＣＰ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源、傍熱型陰極（ＩＨＣ）源、グロー放電源、イオン源で発生する電子ビーム、又は当業者に知られている他のプラズマ源とすることができる。

イオン源２は、基板１０を処理するためにイオンビーム６を発生させることができる。様々な実施形態において、（断面での）イオンビームは、従来、知られているようなスポットビーム又はリボンビームなどのようにターゲット形状を有することができる。示されたデカルト座標系において、イオンビームの伝播方向は、Ｚ軸に平行に表すことができ、イオンビーム６でのイオンの実際の軌道は変化することができる。基板１０を処理するために、イオン源２と基板１０との間の電圧（電位）差を形成することによってターゲットエネルギーを得るようにイオンビーム６を加速することができる。図１Ａに示すように、イオン源２は、Ｖ_Ｔとして示すようなターゲット電圧に連結することができ、Ｖ_Ｔは、電圧源４によって供給され、基板１０の処理中に、ターゲットイオンエネルギーをイオンに発生させるよう設計される。特に、イオンビーム６において、基板１０に衝突するときのイオンのイオンエネルギーは、Ｖ_Ｔと、基板電位であるＶ_Ｓの間の差によって決定することができる。基板の処理でのイオンエネルギーの例は、数百ｅＶから数十万ｅＶの範囲とすることができる。実施形態は、本文脈に限定されない。

動作の処理モードにおいて、装置１は、イオン源２内にプラズマを形成し、イオン源２に電圧Ｖ_Ｔを印加し、基板が基板電位Ｖ_Ｓに維持されている間にイオンビームを引き出すことによって、基板１０を処理するために用いることができる。これによって、図１Ａに示すように、イオンビーム６は基板１０に向かって加速される。イオンビーム６が物質をドープ又は蓄積する注入のために用いられる例において、イオンビーム６は、処理モード中にイオンビーム装置１内の様々な表面に凝縮しやすい種を含むことがある。これらは、イオンビーム６に衝突しない表面を含むことがあり、この結果、それらの表面での蓄積に至る。例えば、処理モード中に、装置１内の任意のコンポーネントを表すコンポーネント８、特にイオンビーム６に直接、露光されない表面に、ドーパント物質が蓄積されることがある。

ここで図１Ｂをみると、装置１は、動作のクリーニングモードにて示されている。本例において、Ｖ１として示される第１の電圧は、イオン源２に連結され、Ｖ１は、イオン源２に接続されたときに電圧源４によって発生する。したがって、公知の引出しコンポーネント（不図示）を用いて、イオンビーム６Ａは、イオン源２から引き出され、本例では図面のＺ軸に平行で右に向いている初期の軌道に沿って基板１０の方へ加速することができる。続く実施形態で詳細に述べられるように、電圧Ｖ１の大きさ及び符号の選択は、イオンビーム装置内のコンポーネントのクリーニングに合わせて調整することができる。いくつかの例では、イオンビーム６Ａは、イオンビーム６とは組成が異なっていてよい。例えば、イオンビーム６は、ドーパント種を含むことができるが、イオンビーム６Ａは、不活性ガスイオン（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ等）を含むことができる。他の実施形態において、イオンビーム６Ａは、表面から堆積物をクリーニングするために有用な、フッ素、ＮＦ_３を含むフッ素化合物、塩素、塩素化合物、酸素等のような反応性イオンを含むことができる。加えて、示されるように、装置１は、停止エレメント１２と、停止エレメント１２に連結した停止電圧源１４とを含む。装置１は、停止電圧源１４に、Ｖ_ＳＴとして示される停止電圧を停止エレメント１２に印加させる制御コンポーネント２０をさらに含むことができる。制御コンポーネント２０は、メモリと同様にロジックにおいて具体化することができ、電圧源４と同様に停止電圧源１４によって供給される電圧を調整するためのハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせを含むことができる。制御コンポーネント２０は、例えば、コントローラと、実行されると、イオンビーム装置の様々なコンポーネントを本明細書に開示されているように動作させる命令を含むコンピュータ可読記憶媒体とを含む半導体回路を含むことができる。この方法において、イオン源２及び停止エレメント１２に形成された電圧は変更され、動作におけるクリーニングモードから動作における処理モードに切り替えることができる。

本開示の実施形態によれば、停止電圧は、第１の電圧Ｖ１と等しいか、第１の電圧Ｖ１より高く正とすることができる。電圧（電位）について本明細書で用いられる「より高く正である」又は「より低く正である」という用語は、２つの異なるエンティティの相対的な電圧を指すことができる。したがって、０Ｖは−５ｋＶ「より高く正」であり、＋１０ｋＶは０Ｖ「より高く正」である。さらに、−１０ｋＶは、−５ｋＶ「より低く正」である。「より低く負である」又は「より高く負である」という用語は、相対的な電圧を指すこともできる。例えば、０ｋＶは、＋５ｋＶより高く負であるということができ、＋１０ｋＶは＋５ｋＶより低く負である。

停止電圧が第１の電圧と等しいか、第１の電圧Ｖ１より高く正である状況において、停止電圧が停止エレメント１２に印加されると、イオンビーム６Ａの少なくとも一部は、偏向イオン１６として初期の軌道から後方に偏向することができる。イオンビーム６Ａの後方への偏向イオンの一部は、イオン１６として示される。有利なことに、イオン１６の軌道によって、イオン１６は、イオンビーム６Ａ、すなわちイオンビーム６に露光されていない表面に衝突することができる。これらの表面は、明確性のために、図２Ｂにおいて、影面領域１９として示される。上述したように、このような領域には、図１Ｂに堆積物１８として示したように、動作の処理モード中に物質が蓄積しやすい。適切な軌道でイオン１６を発生させることによって、堆積物１８は、十分なドーズ量のイオン１６の露光後に除去され、外部クリーニングのために装置１からコンポーネント８を取り外す必要がなくなる。

ここで図２を参照するに、本開示によるシステム３０を説明する例示的な実施形態が示されている。システム３０は、他のコンポーネントの間に、イオンビーム６を製造するためのイオン源２と、ビームラインコンポーネントを収容するビームラインイオン注入システムとして構成することができる。イオン源２は、ガスのフローを受け、イオンを発生させるためのチャンバーを備えることができる。イオン源２は、電源、及びチャンバー（不図示）近傍に配置された引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３４と、第１の加速又は減速ステージ３６と、コリメーター３８と、イオンビーム６を加速又は減速するための静電フィルター（ＥＦ）４０と、イオンビーム６を中性化するためのプラズマフラッド源４２とを含むことができる。ガス源１７、いくつかの実施形態では反応性ガス源は、ガスをプラズマフラッド源４２に供給することができる。加えて、制御コンポーネント２０は、停止電圧が停止エレメント１２に印加されると、プラズマフラッド源４２内でプラズマを発生させる信号を送信するためのロジックを含むことができる。

例示的な実施形態において、ビームラインコンポーネントは、所望の種、形状、軌道、エネルギー、および他の性質を有するように、イオンビーム６をフィルタリングし、当て、操作する。イオンビーム６は、少なくとも１つのビームラインコンポーネントによって、基板チャンバー、又は基板ステージ、図２の特定の例においては、基板ステージ４６として示される、プラテン又はクランプに取り付けられた基板４８に向けることができる。基板４８は、１以上の次元で動く（例えば、変位、回転、及び傾転）ことができる。

示されるように、イオン源２のチャンバーに連結された、源５２、源５４、及び源５６として示される１つ以上の供給源があってもよい。いくつかの実施形態において、供給源から提供される物質は、注入、堆積、又はクリーニングのための原料物質を含むことができる。原料物質は、イオンの形成において基板に導入されるドーパント種を含むことができる。クリーニング物質は、イオン源２のチャンバーに導入されるクリーニング剤（例えば、エッチングガス又は反応性ガス）も含み、イオンビーム６の一部を形成して１つ以上のビームラインコンポーネントをクリーニングすることができる。

上述したように、停止電圧源１４は、クリーニングモードにおいて、イオンビーム６の少なくとも一部を向け直すように停止コンポーネント（不図示）に電圧を印加するために用いることができ、この結果、選択したビームラインコンポーネントをその場でクリーニングする。停止コンポーネントは、例えば、位置Ｒに位置付けられると、位置Ｒの上流に位置付けられた、プラズマフラッド源４２又は静電フィルター４０などのコンポーネントの影面をクリーニングするのに有効である。

様々な実施形態において、停止エレメントは、静電フィルター内に配置された第１の一対のロッドとして構成された電極を備えることができる。ロッドは、電気的に伝導性である。静電フィルターは、第２の一対のロッドを有し、停止エレメントの上流に配置された少なくとも１つの追加電極を含むことができる。少なくとも１つの追加電極は、主ビームに露光される影面領域を含むことができる。以下に説明するように、停止エレメントの適切な動作によって、少なくとも１つの追加電極における影面領域は停止エレメントによって発生した偏向イオンを遮ることができる。

ここで図３を参照するに、さらなる実施形態による装置１００の側面図が示されている。装置１００は、より詳細に説明されるように、図２に示すシステム３０の静電フィルター４０を含むことができる。様々な実施形態において、以下で開示される、静電フィルター４０、及び静電フィルターの類似の実施形態は、Ｙ軸に沿うとともに、Ｚ軸及びＸ軸に沿って数十センチメートル延在することができる。本実施形態はこの文脈に限定されない。例示的な実施形態において、静電フィルター４０は、イオンビーム７２の偏向、減速、及び焦点を独立して制御するように構成されたビームラインコンポーネントである。以下でより詳細に説明されるように、静電フィルター４０は、イオンビーム７２の上に配置される上部電極のセットと、イオンビーム７２の下に配置される下部電極のセットとを有する静電エレメント（例えば、イオンビーム光学）の構成を含むことができる。上部電極のセット及び下部電極のセットは静的であってよく、固定の位置にあってよい。上部電極のセット及び下部電極のセットの間の電位の差は、中心イオンビーム軌道に沿って変化し、イオンビームの偏向、減速、及び／又は焦点を独立して制御するように、中心イオンビーム軌道に沿った各点でイオンビームのエネルギーを反射することができる。

示されるように、静電フィルター４０は、複数のビームライン電極（例えば、グラファイト電極ロッド）に相当する、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎとして示される複数の伝導性静電エレメント（電極）を含む。一実施形態において、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎは、示されるように、イオンビームラインに沿って配置された伝導性ビーム光学である。本実施形態において、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎは、対照的な構成に配置され、静電エレメント７０−Ａ及び７０−Ｂは入口電極のセットを表し、静電エレメント７０−Ｃ及び７０−Ｄは出口電極のセットを表し、残りの静電エレメント７０−Ｅから７０−Ｎは、数セットの抑制電極／集束電極を表す。示されるように、電極対の各セットは、イオンビーム７２（例えば、リボンビーム）を通過させる空間／ギャップを提供する。例示的な実施形態において、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎは、チャンバー７４内に提供される。

一実施形態において、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎは、電気的に互いに連結される対となる伝導性部品を含む。代わりに、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎは、イオンビームが通過する孔をそれぞれ含む、連続した一体構造とすることができる。示された実施形態において、各電極対の上部及び下部は、通過するイオンビームを偏向するために（例えば、別々の伝導性部品において）異なる電位を有することができる。静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎは、（例えば、５セットの抑制／集束電極を用いる）７つの一対として記載されているが、任意数のエレメント（すなわち、電極）を様々な実施形態において利用することができる。例えば、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎの構成は、３から１０の範囲の電極セットを利用することができる。

いくつかの実施形態において、処理モードにおいて、イオンビームラインに沿って静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎを通過するイオンビーム７２は、基板への注入あるいは基板１０上での濃縮のためのホウ素又は他の元素を含むことができる。これによって、図１Ｂを参照して上記で示され、説明された堆積物１８が形成されることがある。クリーニングモードにおいて、通常、図３に示すように、いくつかの実施形態において、イオンビーム７２は、反応性イオン、不活性ガスイオン、又は２つの組み合わせを含むことができる。クリーニングモード中に、停止電圧は、停止エレメントに印加され、示されるようにイオンビーム７２の方向を変える。特に、イオンビーム７２の少なくとも一部は、（Ｚ軸に沿って右を差す）初期軌道から離れて後方に向けることができる。この結果は、イオン７６にみられ、イオン７６の軌道は、特に、影面領域１９に、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎの様々なエレメントによって遮られる。この方法において、静電フィルター４０から取り外すことなく、静電エレメント７０−Ａから７０−Ｎをクリーニングすることができる。図３の特定の実施形態において、静電エレメント７０−Ｃ及び静電エレメント７０−Ｄは、上述したように停止エレメントを構成することができる。静電エレメント７０−Ｃ及び静電エレメント７０−Ｄは、電気的に互いに接続することができ、停止電圧源１４に連結して停止電圧Ｖ_ＳＴを受けることができ、停止電圧は、第１の電圧Ｖ１と等しいか、第１の電圧より高く正である。これによって、イオンビーム７２内のイオンは減速することができ、示されるようにそれらの軌道を反転する。図３の実施形態は、クリーニングモード中の停止エレメントとしての、エネルギーフィルターの出口電極の使用を例示しているが、他の実施形態では、専用の停止エレメントを含むことができ、専用の停止エレメントは、通常、処理モード中にイオンビームを調整するためには用いられない。

ここで図４Ａをみると、イオン注入システム１５０として示されている、本実施形態に合致するビームラインイオン注入システムの動作の１つの概要が示される。図４Ａにも、イオンビーム１８２と、イオン注入システム１５０のビームラインの様々な位置での電位を表す例示的な電圧曲線１８０とが示されている。示されているように、イオン注入システム１５０は、ガスボックス１６２と、イオン源１６４と、分析器１６６と、質量分析スリット（ＭＲＳ）と、コリメーター１６８と、静電フィルター４０と、プラズマフラッド源１７０と、基板１０とを含む公知のコンポーネントを含むことができる。例示を目的として、コンポーネントは線形に配置されて示されているが、コンポーネントの相対位置のより正確な表示は、例えば図２に示されている。図４Ａの実施形態において、イオン源１６４は、＋５ｋＶの電位にバイアスされ、一方、分析器１６６及びコリメーター１６８のような、ビームラインの中間領域でのビームラインコンポーネントは、−１０ｋＶにバイアスされている。静電フィルター４０の静電エレメントの少なくともいくつかも負にバイアスされるが、正の電圧は停止エレメントに印加される。本例において、停止エレメント１２に印加される停止電圧は、＋１０ｋＶから＋３０ｋＶまでの範囲とすることができる。実施形態は、本文脈に限定されない。最後に、基板１０は、本例では０Ｖの電位である。

ここで図４Ｂ及び図４Ｃをみると、図４Ａの一般的な概要のもとでの、停止エレメント１２の動作のシミュレーションの結果が示されている。図４Ｂの特定の例において、停止エレメントは、静電フィルター４０内で具体化され、１０ｋＶの停止電圧が印加される。示されるように、静電エレメント７０−Ｃ及び静電エレメント７０−Ｄは、一般的に上述されたように達成するが、本変形では、停止エレメント８０といわれる停止エレメントとして振る舞う。本実施形態及び様々な他の実施形態において、停止エレメント８０を除いて、静電フィルター４０の電極に印加される電圧は、ビーム処理モードで用いられるこれらの電圧に類似してよく、これによりイオンビームは静電フィルター４０を通過して伝播することができる。例えば、複数の別々の電圧源（別々には示されていない）を有する電圧源アセンブリ１２２は、停止エレメント８０とは別に、静電フィルター４０の電極に個別に電圧を供給することができる。電圧は、負の電圧とすることができ、公知の静電フィルター内でのように異なる電極間で変更することができる。電圧源アセンブリ１２２によって印加される電圧は、特に停止電圧に対して負とすることができる。停止エレメント８０に印加される１０ｋＶの電圧は、他の電極に印加される電圧と同じように、連続した等電位曲線１２０によって表される電界を発生させる。これらの等電位曲線は、そのため、静電フィルター４０の様々な電極に印加された異なる電圧に関する。例えば、約−２６ｋＶの電位は、静電エレメント７０−Ｅの近傍の領域を囲み、静電エレメント７０−Ｅに印加される電圧を示す。電位は、右に向かって正に増加する。停止エレメント８０に印加された＋１０ｋＶの電圧は、静電エレメント７０−Ｃと静電エレメント７０−Ｄの間の領域１１２に延在する数千ボルトの正の電位を発生させる効果を有する。

ここで図４Ｃをみると、図４Ａの概要において発生することができるような、図４Ｂに示す静電フィルター４０の状態下で静電フィルター４０を通って伝播する５ｋＶのアルゴンイオンビームのシミュレーションの結果が示されている。示されているように、アルゴンイオンビーム１０２は、静電フィルター４０内に伝播する。停止エレメント８０によって発生する電界は、イオンビーム１０２の一部を止めて、イオン１１０を静電フィルター４０の他の電極の方に後方に向けるのに十分である。イオン１１０は、示されているように、順次、静電フィルター４０の他の静電エレメントに引き付けられるようになる。とりわけ、イオン１１０の軌道は、静電フィルター内の異なる電極に印加された異なる電位の集合によって発生した電界の形状にしたがって曲がることができる。下流の位置から上流の方向における、後方への、及び通常の、イオンの偏向は、イオンビーム１０２が基板１０の方に伝播するときにイオンビーム１０２に露光されない静電エレメントの影面領域をクリーニングする効果を有する。図４Ｃに示すように、イオンビーム１０２の一部は、本概要において、基板１０に伝播もする。

静電フィルターが、例えば、入口電極、及び入口電極の下流に配置された出口電極を含む場合の様々な追加の実施形態において、停止エレメントは、は、入口電極と出口電極との中間に配置することができる。例えば、図４Ｂにおいて、停止エレメントは、静電フィルター４０の出口の前の最後の電極対で具体化されるが、他の実施形態において、静電フィルター４０内の他の電極を停止エレメントとして用いることができる。

図４Ｄに示すシミュレーションにおいて、図４Ａの一般的な概要は同じままであるが、＋３０ｋＶの電圧が、この場合では、静電エレメント７０−Ｎ及び静電エレメント７０−Ｍで形成される停止エレメント９０に印加される。図４Ｅに示すように、この高電圧は、静電エレメント７０Ｎ及び静電エレメント７０−Ｍの間の、イオンビームが伝播することができる近くの領域に約１０ｋＶの電界を発生させる。

ここで図４Ｅをみると、図４Ａの概要において発生することのできる、図４Ｄに示す静電フィルター４０の状態下で静電フィルター４０を通って伝播する５ｋＶのアルゴンイオンビームのシミュレーションの結果が示されている。示されているように、イオンビーム、この場合のアルゴンイオンビーム２００は、静電フィルター４０内に伝播する。停止エレメント９０によって発生する電界は、アルゴンイオンビーム２００の一部を止め、静電フィルターの他の電極の方へ後方にイオン２１０を向けるのに十分である。イオン２１０は、示されるように、順次、静電フィルター４０の他の静電エレメントに引き付けられるようになる。これによって、静電エレメントの影の部分をクリーニングする効果を有することができる。示されているように、アルゴンイオンビーム２００のより小さい部分は、この概要においては基板１０に伝播することができる。図４Ｃ及び図４Ｅの結果によって示唆されているように、十分に高い正の電圧が停止エレメントに印加される場合、十分に高い電位が、停止電極間の中心領域に発生することができ、そのため、イオンビームの全体を停止することができる。

静電フィルターが入口電極、及び入口電極の下流に配置された出口電極とともに構成される追加の実施形態において、停止エレメントを、入口電極及び出口電極の中間の任意の位置に配置することができる。

本開示のさらなる実施形態において、ビームラインイオン注入システムは、様々なビームラインコンポーネントに印加される電圧が従来のビームライン注入システムとは異なるよう構成することができる。ここで図５Ａをみると、イオン注入システム１５０として示されるビームラインイオン注入システムがブロック形式で示されている。図５Ａには、イオン注入システム１５０のビームラインの様々な位置での電位を表す例示的な電圧曲線２５０も示されている。本例において、公知のビームラインイオン注入処理におけるように、イオン源を正の電位でバイアスする代わりに、−５ｋＶの電位がイオン源１６４に印加され、一方、ビームラインの中間領域における、分析器１６６及びコリメーター１６９などのビームラインコンポーネントは、−２０ｋＶにバイアスされる。静電フィルター４０の静電エレメントの少なくともいくつかも負にバイアスされ、一方、０Ｖの停止電圧が停止エレメント１２に印加される。とりわけ、イオン源１６４は、（停止エレメント１２だけでなく）基板１０より高く負にバイアスされるため、イオンビーム２５２は、停止エレメント１２の近傍を横切ると、完全に停止することができる。これによって、クリーニング処理中に、任意の不所望のイオンが、基板領域に入るのを防ぐという利点を与えることができる。

ここで図５Ｂをみると、イオン注入システム１５０のビームラインの様々な位置での電位を表す他の例示的な電圧曲線２６０が示されている。本例において、公知のビームラインイオン注入処理におけるようにイオン源を正の電位でバイアスする代わりに、イオン源１６４に０ｋＶ（接地）電位が印加され、ビームラインの中間領域で、分析器１６６及びコリメーター１６８のようなビームラインコンポーネントが−２０ｋＶにバイアスされる。静電フィルター４０の静電エレメントの少なくともいくつかも負にバイアスされ、０Ｖの停止電圧が停止エレメント１２に印加される。とりわけ、イオン源１６４は、基板１０と同じ電位にバイアスされるため、イオンビーム２６２も、停止エレメント１２の近くを横切ると完全に停止することができる。これによって、イオン源１６４に電圧を印加する必要なく、クリーニング処理中に、任意の不所望のイオンが、基板領域に入るのを防ぐという利点を与えることができる。

図５Ａの状態下で処理されたイオンビーム２７０のシミュレーションが図６に示されている。例示されているように、イオンビーム２７０は、図の右の方へ伝播し、停止エレメント１２（０Ｖ）の位置で停止し、イオン２７２を発生させ、イオン２７２は、示されるように後方に向けられる。イオンビーム２７０は、ほとんど、あるいはまったく基板１０に伝播しない。

追加の実施形態によれば、停止エレメントは、基板ホルダーとすることができる。この方法において、基板ホルダー、又は基板ホルダーに位置する基板は、近づいてくるイオンビームを停止させ、イオンビームを後方に偏向させることができる。したがって、基板ホルダーの近傍を横切るイオンビームから生成された偏向イオンは、イオン源と基板ホルダーとの間に位置する少なくとも１つのコンポーネントに衝突することができる。これによって、基板の上流に位置する領域でのクリーニングが容易になり、このような領域は、通常、処理モード中に、イオンビームによって衝突されない。

他の実施形態において、停止エレメントは、小型のイオンビームシステム内に配置することができる。図７は、イオンビームシステム３００が、プラズマ３０４を発生させるプラズマチャンバー３０２を用いる場合のイオンビームシステム３００の実施形態を表す。プラズマチャンバー３０２は、任意の公知の設計とすることができ、プラズマ３０４は、任意の公知のプラズマ装置によって発生することができる。図７に示すように、引き出しアセンブリ３０６は、プラズマチャンバー３０２に隣接して提供され、イオンビーム３０８を引き出すプラズマチャンバーに対して負にバイアスすることができる。一実施において、プラズマチャンバー３０２は、基板を処理する動作中に、接地（電圧源４によって０Ｖを印加）してもよい。加えて、停止エレメント３１８は、処理チャンバー３２０内に位置付けられてもよい。動作の処理モードにおいて、基板ホルダー（別々には示されていない）は、負にバイアスされ、プラズマ３０４から正イオンを引き付けることができる。動作のクリーニングモード下において、いくつかの実施形態では基板ホルダーと同じ停止エレメント３１８は、プラズマチャンバー３０２に対して正にバイアスすることができる。このバイアスは、イオンビーム３０８を止めることができ、偏向イオン３１０を発生させ、ゼロ電圧面３１２から引き出しアセンブリ３０６に向かう後方に向けることができる。このモードにおいて、通常はイオンビーム３０８に露光されない引き出しアセンブリ３０６及び他の部分は、スパッタエッチング、リアクティブエッチング、又は偏向イオン３１０によって生じる他のエッチングによってクリーニングすることができる。

追加の実施形態において、停止電圧は、異なる方法で静電フィルターの電極に印加することができる。例えば、停止エレメントが一対のロッドからなる電極として構成される静電フィルターにおいて、静電フィルターは、第２の一対のロッドを含む第２の電極と、第３の一対のロッドを含む第３の電極とを有することができる。この構成において、一実施形態によれば、停止電極に印加される停止電圧に加えて、第２の電極に第２の電圧を印加することができ、第３の電極に第２の電圧とは異なる第３の電圧を印加することができる。第２の電圧及び第３の電圧は、停止電圧より低く正とすることができ、負の電位を有することができ、偏向イオンを引き付ける。異なる電圧のために、第２の電極によって遮られた偏向イオンの第１のフラックスは、第３の電極によって遮られた偏向イオンの第２フラックスとは異なっていてもよい。この方法において、静電フィルターの第２の電極、第３の電極、及び他の電極の電圧を調整することによって、静電フィルター内で異なる電極に向けられたイオンの量は、所与の電極でクリーニングするターゲット量によって合わせることができる。

追加の実施形態において、プラズマフラッド源１７０のようなプラズマフラッド源に反応性ガスを流すことができ、プラズマフッド源は、停止電極と基板の位置の間に配置される。この方法において、プラズマフラッド源からの反応種は、クリーニングでは停止エレメントとして用いられない少なくとも１つの追加の電極に衝突することができる。これによって、影面領域に向かって後方に向きを変えたイオンによって生じたエッチングに加えて、電極から物質を除去するのを助ける。スパッタクリーニングと反応性イオンエッチングのバランスは、プラズマフラッド源を流れる反応性ガスの量に応じて調整することができる。

ふたたび図２を参照するに、さらなる実施形態において、停止エレメントの下流に配置された、プラズマフラッド源４２のようなプラズマ源を用いて第２のイオンビームが発生することができる。この方法において、第２のイオンビームと、加えて、停止エレメントによって生じる偏向イオンとは、クリーニングされる電極又は他の表面に向かうことができる。

さらなる実施形態において、クリーニングイオンビームを、静電エレメントだけでなく、既に存在するマグネット又は追加のマグネットによっても、ビームをビームラインの見通し外の（又は他の）領域に向けるために操作することができる。

他の追加の実施形態において、本明細書の以上で概して開示された装置及び技術は、その場でのクリーニングを行うために、負のイオンとともに用いることができる。これらの追加の実施形態において、イオン源は、負のイオンを有するイオンビームを発生させることができ、第１の電圧がイオン源に印加される。停止電圧源に、停止電圧を停止エレメントに印加させることができ、停止電圧は、第１の電圧と等しいか、第１の電圧より高く負である。

図８をみると、本開示の実施形態による例示的な処理フロー８００が示されている。ブロック８０２で、イオンはイオン源内で発生する。イオン源は、例えば、ビームラインイオン注入機内のイオン源、又は小型イオンビーム装置内のプラズマチャンバーとすることができる。実施形態は本文脈に限定されない。ブロック８０４で、第１の電圧がイオン源に印加される。ブロック８０６で、イオンはイオン源から引き出され、主イオンビームとして所与のイオンビーム装置内の基板の位置に向けられる。ブロック８０８で、クリーニング期間中に、停止電圧がイオン源と基板の位置の間に配置された停止エレメントに印加され、停止エレメントは、第１の電圧と等しいか、第１の電圧より高く正である。様々な実施形態において、停止エレメントは、静電フィルターの電極、基板ホルダー、又は基板のようなビームラインのコンポーネントとすることができる。実施形態は、本文脈に限定されない。この方法において、主イオンビームの少なくとも一部を偏向イオンとして初期の軌道から後方に偏向することができる。

上記に照らして、本明細書に開示された実施形態によって、少なくとも次の利点が達成される。第一に、停止エレメントを提供することによって、処理中に物質が蓄積しやすい、イオンビーム装置内の表面のその場でのクリーニングが容易になる。第二に、いくつかの実施形態は、イオンビーム装置内にある電極又はコンポーネントを利用し、ビームラインイオン注入システムのような装置の内側に過度の再設計又はコンポーネントの追加を要することなく、その場でクリーニングを行うことができる。第三に、様々な実施形態は、クリーニングモード中にクリーニングイオンビームが基板の位置に衝突するのを防ぐ、停止エレメントの能力を提供し、クリーニング中に不所望なイオン露光から基板ホルダー及び基板を保護する。

本開示は、発明の範囲において本明細書に記載された特定の実施形態によって限定されない。実際に、本開示の他の様々な実施形態および変形例は、本明細書に記載された実施形態に加えて、上記の説明及び添付の図面から当業者にとって明らかである。そのため、このような他の実施形態及び変形例は、本開示の範囲内にあることを意図している。さらに、本開示は、本明細書では、特定の目的のために特定の環境における特定の実施の文脈において記載されているが、当業者には、本実施形態の有用性がこれらに限定されず、本実施形態は任意数の目的のために任意数の環境で有益に実施することができることを理解されるであろう。そのため、以降の請求項は、本明細書に記載された本開示に照らして十分に広く解釈されるべきである。

Claims (12)

1. 第１の電圧に連結された、イオンビームを発生させるイオン源と、
   前記イオン源及び基板の位置の間に配置された停止エレメントと、
   前記停止エレメントに連結された停止電圧源と、
   前記停止電圧源に、停止電圧を前記停止エレメントに印加させ、前記停止電圧は、前記イオンビームが正イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より高く、前記イオンビームが負イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より低い、制御コンポーネントと、を備え、
   前記停止電圧が前記停止エレメントに印加されると、前記イオンビームの少なくとも一部は、偏向イオンとして初期の軌道から後方に偏向され、
   前記停止エレメントは、第１の一対のロッドとして構成される電極を有し、前記電極は、静電フィルター内に配置され、前記静電フィルターは、第２の一対のロッドを有する少なくとも１つの追加の電極をさらに有して前記停止エレメントの上流に配置され、前記少なくとも１つの追加の電極は、前記イオンビームに露光されない影面領域を有し、前記影面領域は、前記偏向イオンを遮ることを特徴とする、イオンビーム装置内の汚染制御用の装置。
2. 前記静電フィルターは、入口電極、及び前記入口電極の下流に配置された出口電極を備え、前記停止エレメントは、前記入口電極と前記出口電極の中間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用の装置。
3. 前記イオンビームは正イオンを含み、第３の電圧が前記停止エレメントに印加されると後方に偏向せず、前記第３の電圧は、前記停止電圧より低いことを特徴とする、請求項１に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用の装置。
4. 第１の電圧に連結した、イオンビームを発生させるイオン源と、
   基板を収容する、前記イオン源の下流に配置された基板ステージと、
   前記イオンビームを主イオンビームとして前記基板ステージの方に向ける少なくとも１つのビームラインコンポーネントと、
   前記イオン源の下流に配置された停止エレメントと、
   前記停止エレメントに連結した停止電圧源と、
   前記停止電圧源に、停止電圧を前記停止エレメントに印加させ、前記停止電圧は、前記イオンビームが正イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より高く、前記イオンビームが負イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より低い、制御コンポーネントと、を備え、
   前記停止電圧が前記停止エレメントに印加されると、前記主イオンビームの少なくとも一部が偏向イオンとして前記基板から離れて後方に偏向され、
   前記停止エレメントは、第１の一対のロッドとして構成される電極を有し、前記電極は、静電フィルター内に配置され、前記静電フィルターは、第２の一対のロッドを有する少なくとも１つの追加の電極をさらに有して前記停止エレメントの上流に配置され、前記少なくとも１つの追加の電極は、前記主イオンビームに露光されない影面領域を有し、前記影面領域は、前記偏向イオンを遮ることを特徴とする、イオンビーム装置内の汚染制御用のシステム。
5. 前記静電フィルターは、入口電極、及び前記入口電極の下流に配置された出口電極を備え、前記停止エレメントは、前記入口電極と前記出口電極の中間に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用のシステム。
6. 前記停止エレメントと前記基板ステージの間に配置されたガス源をさらに備え、反応種が前記ガス源から前記影面領域に向けられることを特徴とする、請求項４に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用のシステム。
7. 前記停止エレメントと前記基板ステージの間に配置されたプラズマ源をさらに備え、前記制御コンポーネントは、前記停止電圧が前記停止エレメントに印加されると、前記プラズマ源内にプラズマを発生させるための信号を送るロジックを含み、前記停止電圧は前記停止エレメントに印加され、第２のイオンビームが前記プラズマ源から引き出され、前記静電フィルターに向けられることを特徴とする、請求項４に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用のシステム。
8. 第１の電圧に連結した、イオンビームを発生させるイオン源と、
   基板を収容する、前記イオン源の下流に配置された基板ステージと、
   前記イオンビームを主イオンビームとして前記基板ステージの方に向ける少なくとも１つのビームラインコンポーネントと、
   前記イオン源の下流に配置された停止エレメントと、
   前記停止エレメントに連結した停止電圧源と、
   前記停止電圧源に、停止電圧を前記停止エレメントに印加させ、前記停止電圧は、前記イオンビームが正イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より高く、前記イオンビームが負イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より低い、制御コンポーネントと、を備え、
   前記停止電圧が前記停止エレメントに印加されると、前記主イオンビームの少なくとも一部が偏向イオンとして前記基板から離れて後方に偏向され、
   前記停止エレメントは、前記基板を保持する前記基板ステージ上に配置された基板ホルダーをさらに備えることを特徴とする、イオンビーム装置内の汚染制御用のシステム。
9. 前記イオンビームは、反応性イオンを含むことを特徴とする、請求項４に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用のシステム。
10. イオン源内でイオンを発生させるステップと、
    前記イオン源に第１の電圧を印加するステップと、
    前記イオン源からイオンを引き出し、前記イオンを主イオンビームとして基板の位置の方へ向けるステップと、
    クリーニング期間中に、停止エレメントに停止電圧を印加するステップであって、前記停止エレメントは前記イオン源と基板の位置の間に配置される、ステップと、
    前記停止電圧は、前記主イオンビームが正イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より高く、前記主イオンビームが負イオンを含むと前記第１の電圧と等しいか、前記第１の電圧より低く、
    前記主イオンビームの少なくとも一部が偏向イオンとして初期の軌道から後方に偏向され、
    前記停止エレメントは、第１の一対のロッドとして構成される電極を有し、前記電極は、静電フィルター内に配置され、前記静電フィルターは、第２の一対のロッドを有する少なくとも１つの追加の電極をさらに有して前記停止エレメントの上流に配置され、前記少なくとも１つの追加の電極は、前記主イオンビームに露光されない影面領域を有し、前記影面領域は、前記偏向イオンを遮ることを特徴とする、イオンビーム装置内の汚染制御用の方法。
11. 前記少なくとも１つの追加の電極は、第２の一対のロッドを有する第２の電極と、第３の一対のロッドを有する第３の電極とを備え、
    前記方法は、
    前記第２の電極に第２の電圧を印加するステップと、
    前記第３の電極に第２の電圧とは異なる第３の電圧を印加するステップであって、前記第２の電圧及び前記第３の電圧は、前記停止電圧より低い、ステップと、をさらに含み、
    前記第２の電極によって遮られる前記偏向イオンの第１のフラックスは、前記第３の電極によって遮られる前記偏向イオンの第２フラックスとは異なることを特徴とする、請求項１０に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用の方法。
12. 前記静電フィルターは、入口電極、及び入口電極の下流に配置された出口電極を備え、前記停止エレメントは、前記入口電極と前記出口電極の中間に配置されたことを特徴とする、請求項１０に記載のイオンビーム装置内の汚染制御用の方法。

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