JP7752764B2 - イオン源ガス注入によるビーム整形 - Google Patents

Description

本出願は、2021年10月28日に出願された米国特許出願第17/513,245号の優先権を主張し、該米国特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

本開示の実施形態は、抽出されるイオンビームを整形するようにイオン源の中にガスを注入（inject）するシステムに関する。

半導体デバイスは複数の工程を使用して製造される。それらの工程のうちの幾つかは、ワークピースの中にイオンを注入（implant）する。様々なイオン源を使用して、イオンを生成することができる。１つのそのようなイオン源は、間接加熱カソード（IHC）イオン源である。IHCイオン源は、カソードの後方に配置されたフィラメントを備える。カソードは、フィラメントよりも正の電圧に維持され得る。フィラメントに電流を流すと、フィラメントから熱電子が放出され、それらの熱電子はより正に帯電したカソードに向けて加速される。これらの熱電子は、カソードを加熱するのに役立ち、次に、カソードにイオン源のチャンバの中へ電子を放出させる。カソードは、チャンバの一端に配置される。反射電極（repeller）が、典型的には、カソードに対向するチャンバの端に配置される。

特定の複数の実施形態では、IHCイオン源が、リボンイオンビームを抽出するように構成される。リボンイオンビームの幅は、リボンイオンビームの高さよりもかなり大きい。残念なことに、多くのシステムでは、イオン源内のプラズマ密度の不均一に起因して、抽出されるイオンビームの高さが一定でない。例えば、プラズマ密度がチャンバの中心付近で最も高い場合、リボンイオンビームの高さは、抽出開口の中心付近で最も大きい可能性がある。

イオンビームの高さが変化すると、注入量（implant dose）が不均一になる可能性があり、問題となり得る。したがって、幾つかのイオン注入システムでは、この問題を修正するために、レンズなどの更なる構成要素が使用される。しかし、これらの更なる構成要素は、コスト及び複雑さを追加する。

したがって、イオン源から抽出されているリボンイオンビームの高さの均一性を制御することができるシステムがあれば有益であろう。

高さの均一性が改善されたリボンイオンビームを抽出するためのイオン源が開示される。ガスノズルが、抽出開口に近接してチャンバ内に配置される。抽出開口付近に導入されるガスは、リボンイオンビームが抽出されるときに、その形状を整える役割を果たす。例えば、抽出されるイオンビームを高さ方向に圧縮するように、イオンビームの上下にガスを注入することによって、リボンイオンビームの高さを低くすることができる。幾つかの実施形態では、抽出開口付近に供給ガスが導入される。他の複数の実施形態では、不活性ガスなどのシールドガスが、抽出開口付近に導入される。

一実施形態によれば、イオン源が開示される。イオン源は、第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部とを接続する複数の壁を備えるチャンバであって、複数の壁のうちの１つは、その高さよりも大きい幅を有する抽出開口を有する抽出プレートである、チャンバ、チャンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ生成器、ガスチャネルに連通するガス入口、チャンバに供給ガスを供給するためにガス入口に連通する供給チャネル、並びに、抽出開口付近でチャンバ内に配置されたガスノズルであって、抽出開口付近に供給ガスの流れを提供するためにガスチャネルに連通するガスノズルを備える。幾つかの実施形態では、複数の壁が、抽出プレートに対向する底壁、及び抽出プレートに隣接する側壁を含み、ガスチャネルが側壁内に配置される。幾つかの実施形態では、複数の壁が、抽出プレートに対向する底壁、及び抽出プレートに隣接する側壁を含み、ガスチャネルが、側壁の内面又は外面に近接して配置されたチューブを含む。幾つかの実施形態では、イオン源が、抽出プレート内に配置されたプレートガスチャネルであって、ガスチャネルに連通するプレートガスチャネルを備え、ガスノズルが、抽出開口に近接した抽出プレートの内面に配置される。特定の複数の実施形態では、複数の壁が、抽出プレートに対向する底壁、及び抽出プレートに隣接する側壁を含み、ガスノズルが、抽出プレートに近接した側壁の内面に配置される。幾つかの実施形態では、抽出プレートが、面板、及びチャンバの内部と面板との間に配置された抽出ライナーを備え、抽出ライナーは、抽出ライナーと面板との間に間隙が存在するように形成され、間隙は、ガスチャネルに連通する。イオン源は、更に、抽出ライナー内に配置されたプレートガスチャネルであって、間隙に連通するプレートガスチャネルを備え、ガスノズルが、抽出開口に近接した抽出ライナーの表面に配置される。
幾つかの実施形態では、ガスノズルの寸法が、抽出されるリボンイオンビームの高さの均一性を改善するために、抽出開口の幅に沿って変化する。幾つかの実施形態では、プラズマ生成器が間接加熱カソード（IHC）を備える。

別の一実施形態によれば、イオン注入システムが開示される。イオン注入システムは、上述されたイオン源、質量分析器、及びプラテンを備える。

別の一実施形態によれば、イオン源が開示される。イオン源は、第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部とを接続する複数の壁を備えるチャンバであって、複数の壁のうちの１つは、その高さよりも大きい幅を有する抽出開口を有する抽出プレートである、チャンバ、チャンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ生成器、ガスチャネルに連通するガス入口、抽出開口付近に配置されたガスノズルであって、ガスチャネルに連通するガスノズル、並びに、チャンバに供給ガスを供給するために供給チャネルに連通する第２のガス入口を備える。供給チャネルとガスチャネルとは、互いに流体連通していない。幾つかの実施形態では、複数の壁が、抽出プレートに対向する底壁、及び抽出プレートに隣接する側壁を含み、ガスチャネルが側壁内に配置される。幾つかの実施形態では、複数の壁が、抽出プレートに対向する底壁、及び抽出プレートに隣接する側壁を含み、ガスチャネルが、側壁の内面又は外面に近接して配置されたチューブを含む。幾つかの実施形態では、イオン源が、抽出プレート内に配置されたプレートガスチャネルであって、ガスチャネルに連通するプレートガスチャネルを備え、ガスノズルが、抽出開口に近接した抽出プレートの内面に配置される。特定の複数の実施形態では、複数の壁が、抽出プレートに対向する底壁、及び抽出プレートに隣接する側壁を含み、ガスノズルが、抽出プレートに近接した側壁の内面に配置される。幾つかの実施形態では、抽出プレートが、面板、及びチャンバの内部と面板との間に配置された抽出ライナーを備え、抽出ライナーは、抽出ライナーと面板との間に間隙が存在するように形成され、間隙は、ガスチャネルに連通する。イオン源は、更に、抽出ライナー内に配置されたプレートガスチャネルであって、間隙に連通するプレートガスチャネルを備え、ガスノズルが、抽出開口に近接した抽出ライナーの表面に配置される。幾つかの実施形態では、イオン源が、ガス入口に流体連通する第１のガス容器、及び第２のガス入口に流体連通する第２のガス容器を備える。幾つかの実施形態では、イオン源が、第１のマスフローコントローラと第２のマスフローコントローラとに流体連通するガス容器を備え、第１のマスフローコントローラは、ガス入口を通る流量を制御し、第２のマスフローコントローラは、第２のガス入口を通る流量を制御する。幾つかの実施形態では、ガス入口を通る流量と第２のガス入口を通る流量とが、独立して制御される。幾つかの実施形態では、ガスノズルの寸法が、抽出されるリボンイオンビームの高さの均一性を改善するために、抽出開口の幅に沿って変化する。幾つかの実施形態では、プラズマ生成器が間接加熱カソード（IHC）を備える。

別の一実施形態によれば、イオン注入システムが開示される。イオン注入システムは、上述されたイオン源、質量分析器、及びプラテンを備える。

本開示をより良く理解するために、参照により本明細書に援用される添付の図面を参照する。

一実施形態によるイオン源のブロック図を示す。 図１のIHCイオン源を使用するイオン注入システムのブロック図である。 一実施形態によるイオン源の断面図を示す。 図３Ａのイオン源の側壁を示す。 別の一実施形態によるイオン源の断面図を示す。 図４Ａのイオン源の抽出プレートを示す。 図４Ａのイオン源の側壁を示す。 第３の実施形態によるイオン源の断面図を示す。 図５Ａのイオン源の抽出プレートを示す。 更なる実施形態によるイオン源の断面図を示す。 更なる実施形態によるイオン源の断面図を示す。 更なる実施形態によるイオン源の断面図を示す。

図１は、高さ方向の均一性が改善されたリボンイオンビームを抽出するために利用され得るIHCイオン源１０の断面図を示す。IHCイオン源１０は、２つの対向する端部、及びこれらの端部を接続する壁１０１を備える、チャンバ１００を含む。これらの壁１０１は、側壁１０１ａ、抽出プレート１０３、及び抽出プレート１０３に対向する底壁１０１ｂを含む。したがって、側壁１０１ａは、幅方向に沿って抽出プレート１０３に隣接する壁である。特定の複数の実施形態では、側壁１０１aと底壁１０１ｂとが、一体的な構成要素であってよい。対向する２つの端部は、高さ方向に沿って抽出プレート１０３に隣接している。

抽出プレート１０３は、高さ、幅、及び厚さを有する。抽出プレート１０３は、厚さ方向において抽出プレート１０３を貫通する抽出開口１４０を含む。イオンが、抽出開口１４０を通して抽出される。抽出開口１４０は、高さ方向（Ｙ方向とも呼ばれる）においてよりも幅方向（Ｘ方向とも呼ばれる）においてかなり大きくてよい。Ｚ方向は、抽出プレート１０３の厚さに沿って規定され、リボンイオンビームの移動方向として規定される。例えば、抽出開口１４０は、幅方向において３インチよりも大きくてよく、高さ方向において０．３インチよりも小さくてよい。

特定の複数の実施形態では、抽出プレート１０３が、面板１０３ａと抽出ライナー１０３ｂとを含み得る。抽出ライナー１０３ｂは、チャンバ１００の内部と面板１０３ａとの間に配置される。抽出ライナー１０３ｂは、交換可能な部品であり得る。特定の複数の実施形態では、面板１０３ａと抽出ライナー１０３ｂとが、両方ともタングステンから構築されるが、他の適切な材料を使用してもよい。

チャンバ１００の壁１０１は、導電性材料で構築されてよく、互いに電気的に通じていてよい。カソード１１０が、チャンバ１００の第１の端部１０４においてチャンバ１００内に配置される。フィラメント１６０が、カソード１１０の後方に配置される。フィラメント１６０は、フィラメント電源１６５と通じている。フィラメント電源１６５は、電流をフィラメント１６０に流すように構成されている。それによって、フィラメント１６０は熱電子を放出する。カソードバイアス電源１１５が、フィラメント１６０をカソード１１０に対して負にバイアスする。したがって、これらの熱電子は、フィラメント１６０からカソード１１０に向けて加速され、これらの熱電子がカソード１１０の裏面に当たると、カソード１１０を加熱する。カソードバイアス電源１１５は、例えば、カソード１１０の電圧よりも負に２００Vから１５００Vの間にある電圧を有するように、フィラメント１６０をバイアスし得る。次いで、カソード１１０は、その前面からチャンバ１００の中に熱電子を放出する。

したがって、フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０に電流を供給する。カソードバイアス電源１１５は、フィラメント１６０をバイアスする。それによって、フィラメント１６０はカソード１１０よりも負になる。その結果、電子はフィラメント１６０からカソード１１０に向けて引き寄せられる。フィラメント１１０は、アーク電圧電源１１１と通じている。アーク電圧電源１１１は、チャンバ１００に対してカソードに電圧を供給する。このアーク電圧は、カソードで放出された熱電子をチャンバ１００の中に加速して、中性ガスをイオン化する。このアーク電圧電源１１１によって引き出される電流は、プラズマ１５０を通して駆動される電流量の測定値である。特定の複数の実施形態では、壁１０１が他の電源の接地基準となる。

この実施形態では、反射電極１２０が、カソード１１０に対向するチャンバ１００の第２の端部１０５においてチャンバ１００内に配置される。

反射電極１２０は、反射電極電源１２３と電気的に通じていてよい。その名が示すように、反射電極１２０は、カソード１１０から放出された電子を、チャンバ１００の中心に向けて反発させる役割を果たす。例えば、特定の複数の実施形態では、反射電極１２０が、電子を反発させるために、チャンバ１００に対して負の電圧にバイアスされてよい。例えば、特定の複数の実施形態では、反射電極１２０が、チャンバ１００に対して０と－１５０Vとの間にバイアスされる。特定の複数の実施形態では、反射電極１２０が、チャンバ１００に対して浮遊状態であってよい。言い換えると、反射電極１２０は、浮遊状態にあるときに、反射電極電源１２３にもチャンバ１００にも電気的に接続されていない。この実施形態では、反射電極１２０の電圧が、カソード１１０の電圧に近い電圧にドリフトする傾向がある。代替的に、反射電極１２０は、壁１０１と電気的に接続されてよい。

特定の複数の実施形態では、チャンバ１００内で磁場１９０が生成される。この磁場は、電子を１つの方向に沿って閉じ込めることを目的とする。磁場１９０は、通常、第１の端部１０４から第２の端部１０５まで、壁１０１に平行に通っている。例えば、電子は、カソード１１０から反射電極１２０までの方向（すなわち、Ｘ方向）に平行なカラム内に閉じ込められてよい。したがって、電子は、Ｘ方向に動く電磁力を受けない。しかし、他の方向における電子の移動は、電磁力を受ける可能性がある。

１以上のガス容器１０８が、ガス入口１０６を介してチャンバ１００と連通していてよい。各ガス容器１０８は、各ガス容器からのガスの流量を調節するために、マスフローコントローラ（MFC）１０７を含んでよい。

抽出電源１７０を使用して、IHCイオン源１０の壁１０１をビームライン内の残りの構成要素に対してバイアスすることができる。例えば、プラテン２６０（図２参照）は、接地などの第１の電圧であってよく、一方で、IHCイオン源１０がプラテン２６０よりも正にバイアスされるように、IHCイオン源１０に正電圧が印加される。したがって、抽出電圧と呼ばれる、抽出電源１７０によって供給される電圧は、IHCイオン源１０から抽出されるイオンのエネルギーを決定する。更に、抽出電源１７０によって供給される電流は、全抽出ビーム電流の尺度となる。

特定の複数の実施形態では、カソードバイアス電源１１５と抽出電源１７０との間にフィードバックループが存在する。具体的には、抽出ビーム電流を一定値に維持することが望ましい場合がある。したがって、抽出電源１７０から供給される電流がモニタされてよく、カソードバイアス電源１１５の出力を調整して、一定の抽出電流を維持することができる。このフィードバックループは、コントローラ１８０によって実行されよく、又は別のやり方で実行されてよい。

コントローラ１８０は、電源のうちの１以上と通じていてよい。それによって、これらの電源によって供給される電圧又電流が、モニタされてよく及び／又は修正されてよい。更に、コントローラ１８０は、チャンバ１００の中への各ガスの流量を調節するために、各ガス容器１０８のMFC１０７と通じていてよい。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、又は別の適切な処理ユニットなどの処理ユニットを含んでよい。コントローラ１８０はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、又は別の適切なメモリなどの非一時的なストレージ要素も含んでよい。この非一時的なストレージ要素は、コントローラ１８０が本明細書で説明される機能を実行することを可能にする指示命令及び他のデータを含み得る。例えば、コントローラ１８０は、IHCイオン源１０がフィラメント１６０に対してカソードに印加される電圧を変化させることを可能にするように、カソードバイアス電源１１５と通じていてよい。コントローラ１８０はまた、反射電極をバイアスするために反射電極電源１２３とも通じていてよい。更に、コントローラ１８０は、カソードバイアス電源１１５によって供給される電圧、電流、及び／又は電力をモニタすることができる。

図２は、図１のIHCイオン源１０を使用するイオン注入システムを示す。IHCイオン源１０の抽出開口の外側且つ近傍には、１以上の電極２００が配置されている。

電極２００から下流に、質量分析器２１０が配置されている。質量分析器２１０は、磁場を使用して、抽出されたリボンイオンビーム１の経路を導く。磁場は、それらのイオンの質量と電荷に従ってイオンの飛行経路に影響を与える。分解開口（resolving aperture）２２１を有する質量分解デバイス（mass resolving device）２２０が、質量分析器２１０の出力部（すなわち、遠位端）に配置される。磁場を適切に選択することによって、選択された質量及び電荷を有する抽出されたリボンイオンビーム１内のそれらのイオンのみが、分解開口２２１を通して導かれることとなる。他のイオンは、質量分解デバイス２２０又は質量分析器２１０の壁に衝突し、システム内でそれ以上移動することができないことになる。

コリメータ２３０が、質量分解デバイス２２０から下流に配置され得る。コリメータ２３０は、分解開口２２１を通過した抽出されたリボンイオンビーム１からのイオンを受け入れ、複数の平行な又は略平行なビームレットから生成されるリボンイオンビームを生成する。質量分析器２１０の出力部（すなわち、遠位端）と、コリメータ２３０の入力部（すなわち、近位端）とは、一定の距離だけ離隔し得る。質量分解デバイス２２０は、これら２つの構成要素間のスペースに配置される。

コリメータ２３０から下流に、加速／減速段２４０が配置されてよい。加速／減速段２４０は、エネルギー純度モジュールと呼ばれ得る。エネルギー純度モジュールは、イオンビームの偏向、減速、及び集束を独立して制御するように構成されたビームラインレンズ構成要素である。例えば、エネルギー純度モジュールは、垂直静電エネルギーフィルタ（VEEF）又は静電フィルタ（EF）であってよい。加速／減速段２４０から下流に、プラテン２６０が配置されている。ワークピースが、処理中にプラテン２６０上に配置される。

抽出されるリボンイオンビームの高さは、ガスを抽出開口１４０に向けることによって改善される。ガスの流れは、抽出されるビームの高さを低くする役割を果たす。これは、複数の異なるやり方で実現され得る。

図３Ａ～図３Ｂで示されている一実施形態では、IHCイオン源１０がガスチャネル１４１を含み得る。ガスチャネル１４１は、側壁１０１ａと抽出プレート１０３との間の接合部分又はその付近に配置されたガスノズル１４２において終端する。図３Ａは、この実施形態によるIHCイオン源１０の断面図を示す。一方で、図３Ｂは、この実施形態によるイオン源の側壁１０１ａを示す。この実施形態では、図３Ａで最も良く見られるように、供給ガスが、ガス容器１０８内に配置されている。この供給ガスは、ガス入口１０６を介してチャンバ１００に入る。供給ガスの流量は、MFC１０７によって制御される。ガス入口１０６は、供給ガスをチャンバ１００の内部に供給する１以上の供給チャネル１４３に連通し得る。特定の複数の実施形態では、供給チャネル１４３が、底壁１０１ｂに配置され得る。他の複数の実施形態では、供給チャネル１４３が、側壁１０１ａのうちの１以上に配置され得る。

更に、ガス入口１０６は、壁１０１の内側に配置された１以上のガスチャネル１４１に連通し得る。例えば、ガスチャネル１４１は、側壁１０１ａ内に１以上のチャネルを機械加工することによって生成され得る。別の一実施形態では、ガスチャネル１４１が、側壁１０１ａの内面又は外面に沿って配置されたチューブを設けることによって生成され得る。いずれの実施形態においても、ガスは、抽出プレート１０３に最も近い側壁１０１ａの端部に向けられる。

この実施形態では、ガスチャネル１４１が、側壁１０１ａと抽出プレート１０３との間の接合部分に近接した側壁１０１ａの上面で終端する。ガスチャネル１４１は、側壁１０１ａ内に配置され得る。したがって、この実施形態では、図３Ａにおいて矢印１４４によって示されているように、供給ガスが、側壁１０１ａ内のガスノズル１４２を介してガスチャネル１４１を出て、抽出開口１４０に到達する前に、抽出プレート１０３の内面に沿って流れる。例えば、図３Ｂで示されているように、複数のガスノズル１４２が、抽出プレート１０３の両側の側壁１０１ａの内面に配置され得る。それは、抽出プレート１０３が、側壁１０１ａに接触するところである。ガスチャネル１４１は、Ｘ方向において側壁１０１ａに沿って延在する水平溝１４６内の側壁１０１ａの上面で終端する。ガスノズル１４２は、各々、水平溝１４６に連通する。更に、各ガスノズル１４２のサイズは、幾つかの実施形態では同じであり得る。他の複数の実施形態では、ガスノズル１４２が、実行されるべき高さ調整の量に基づいて変化し、寸法決定され得る。例えば、抽出されるリボンイオンビーム１の高さが、抽出開口１４０の中心で最も高い場合、抽出開口１４０の中心に位置合わせされるガスノズル１４２は、他のガスノズル１４２よりも大きくなり得る。このやり方で、より多くのガスが、これらのより大きいノズルを通って流れ、抽出されるリボンイオンビーム１を抑制する。この実施形態では、抽出プレート１０３が変化しないことに留意されたい。

側壁１０１ａの内面又は外面に沿って供給ガスを運ぶためにチューブが使用される場合、そのチューブは水平溝１４６内で終端し得ることに留意されたい。

関連する一実施形態では、供給チャネル１４３が存在しなくてもよい。この実施形態では、イオン化される供給ガスが、ガスノズル１４２を通って入る。

図４Ａ～図４Ｃは、第２の実施形態を示す。図４Ａは、この実施形態によるIHCイオン源１０の断面図を示し、図４Ｂは、この実施形態による抽出ライナー１０３ｂを示し、図４Ｃは、この実施形態によるイオン源の側壁１０１ａを示す。

この実施形態では、図４Ａで最も良く見られるように、供給ガスが、ガス容器１０８内に配置されている。この供給ガスは、ガス入口１０６を介してチャンバ１００に入る。供給ガスの流量は、MFC１０７によって制御される。ガス入口１０６は、供給ガスをチャンバ１００の内部に供給する１以上の供給チャネル１４３に連通し得る。特定の複数の実施形態では、供給チャネル１４３が、底壁１０１ｂに配置され得る。他の複数の実施形態では、供給チャネル１４３が、側壁１０１ａのうちの１以上に配置され得る。

更に、ガス入口１０６は、壁１０１の内側に配置された１以上のガスチャネル１４１に連通し得る。例えば、ガスチャネル１４１は、側壁１０１ａ内に１以上のチャネルを機械加工することによって生成され得る。別の一実施形態では、ガスチャネル１４１が、側壁１０１ａの内面又は外面に沿って配置されたチューブを設けることによって生成され得る。いずれの実施形態においても、ガスは、抽出プレート１０３に最も近い側壁１０１ａの端部に向けられる。

この実施形態では、ガス流路１４１は、側壁１０１ａと抽出プレート１０３との間の接合部分に近接した側壁１０１ａの上面で終端する。ガスチャネル１４１は、側壁１０１ａ内に配置され得る。図４Ｃで示されているように、ガスチャネル１４１は、Ｘ方向に沿って延在する水平溝１４６内の側壁１０１ａの上面で終端する。

この実施形態では、図４Ｂで示されているように、側壁１０１ａ内の水平溝は、抽出プレート１０３内の対応する水平プレート溝１４７に連通する。水平プレート溝１４７は、抽出プレート１０３内に配置された複数のプレートガスチャネル１４５に連通する。特定の複数の実施形態では、水平プレート溝１４７及びプレートガスチャネル１４５が、抽出ライナー１０３ｂ内に配置される。水平プレート溝１４７は、組み立てられたときに側壁１０１ａ内の水平溝１４６と重なるように配置され得る。このやり方で、側壁１０１ａ内のガスチャネル１４１は、水平プレート溝１４７に結合された水平溝１４６に供給ガスを供給する。次いで、供給ガスは、抽出プレート１０３内のプレートガスチャネル１４５に入る。次いで、供給ガスは、ガスノズル１４２を通ってプレートガスチャネル１４５を出る。ガスノズル１４２は、０．２５インチ以内などの抽出開口１４０付近で、抽出プレート１０３の内面に配置される。幾つかの実施形態では、ガスノズル１４２が、抽出開口１４０の０．１インチ以内に配置され得る。この実施形態では、ガスノズル１４２が、図３A～図３Ｂで示されている一実施形態よりも抽出開口１４０に近く、抽出されるリボンイオンビーム１の整形においてより効果的であり得る。様々なガスノズル１４２の寸法は、上述された通りであってよい。

側壁１０１ａの内面又は外面に沿って供給ガスを運ぶためにチューブが使用される場合、そのチューブは、水平溝１４６又は水平プレート溝１４７内で終端し得ることに留意されたい。

関連する一実施形態では、供給チャネル１４３が存在しなくてもよい。この実施形態では、イオン化される供給ガスが、ガスノズル１４２を通って入る。

図５Ａ～図５Ｂは、別の一実施形態を示す。図５Ａは、IHCイオン源１０の断面図を示し、一方、図５Ｂは、抽出ライナー１０３ｂを示す。この実施形態では、図５Ａで示されているように、抽出ライナー１０３ｂが、次のように形成される。すなわち、側壁１０１ａの上面と面板１０３ａとの間に間隙１４８が存在する。抽出ライナー１０３ｂ内の孔１４９が、ガスチャネル１４１と間隙１４８との間の流体連通を可能にする。

間隙１４８は、抽出ライナー１０３ｂ内に配置された複数のプレートガスチャネル１４５に連通する。この実施形態では、水平溝１４６が存在しなくてよい。むしろ、ガスチャネル１４１は、供給ガスが間隙１４８の中に直接的に流れることを可能にするように孔１４９と整列し得る。この実施形態の他の複数の態様は、図４Ａ～図４Ｂで示されている一実施形態に関して説明されたものと同様であってよい。

図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａは、全て、同じガス入口１０６に連通するガスチャネル１４１と供給チャネル１４３を示している。しかし、他の複数の実施形態では、２つのガス入口が存在してよい。その場合、各ガス入口に入るガスの流量は、別個のマスフローコントローラ（MFC）１０７を使用して独立して制御されてよい。このやり方で、抽出開口１４０付近に導入されるガスの流量は、イオン化のために使用される供給ガスの流量に関連付けられなくてよい。

図６Ａ～図６Cは、ガス入口が分離されている３つの実施形態を示す。これらの実施形態は、それぞれ、図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａの実施形態に対応する。

上述されたように、ガス容器１０８からのガスの流量は、MFC１０７によって制御される。次いで、ガスは、ガス入口１０６を通過し、ガスチャネル１４１に入る。図６Ａでは、図３Ａに関連して上述されたように、ガスチャネル１４１が、側壁１０１ａと抽出プレート１０３との間の接合部分付近で終端している。図６Ｂでは、図４Ａに関連して上述されたように、プレートガスチャネル１４５が、抽出プレート１０３内に配置されている。図６Ｃでは、図５Ａに関連して上述されたように、プレートガスチャネル１４５が、抽出ライナー１０３ｂ内に配置されている。

しかし、これらの実施形態では、チャンバ１００に供給ガスを供給するために、第２のガス入口１１６が使用される。具体的には、供給ガスが、第２のガス容器１１８内に貯蔵され得る。供給ガスの流量は、第２のMFC１１７によって制御される。供給ガスは、第２のガス入口１１６を介して入る。第２のガス入口１１６は、供給チャネル１４３に連通している。したがって、２つのガス入口を通るガスの流量は、別々に制御され得る。

これらの実施形態では、ガスチャネル１４１と供給チャネル１４３とが、完全に分離されている。それによって、供給チャネル１４３とガスチャネル１４１との間に流体連通は存在しない。

図６Ａ～図６Ｃは、２つの異なるガス容器を示しているが、単一のガス容器からのガスが供給チャネル１４３とガスチャネル１４１の両方にガスを供給するために使用されるように、１つのガス容器が両方のMFCに連通し得ることを理解されたい。言い換えると、MFC１０７を使用して、ガスノズル１４２を通るガスの流量を調節することができ、一方で、第２のMFC１１７を使用して、供給チャネル１４３を通るチャンバ１００の中への供給ガスの流量を独立して制御する。このやり方で、２つの流量は、別々に制御され、それらのそれぞれの機能向けに最適化され得る。

特定の複数の実施形態では、２つの別個のガス入口を使用することによって、２つの異なるガスを使用することが可能になる。例えば、供給ガスが、第２のガス容器１１８内に提供され得る。供給ガスとは異なるシールドガスが、ガス容器１０８内に貯蔵され得る。シールドガスは、アルゴン又はキセノンなどの不活性種であり得る。

更に、図６Ａ～図６Ｃは、イオン源の底壁１０１ｂに配置された供給チャネル１４３を示しているが、供給チャネル１４３の位置は変更され得ることを理解されたい。例えば、供給チャネル１４３は、側壁１０１ａを介してチャンバ１００に入り得る。

上述されたのは、IHCイオン源であるイオン源である。しかし、他のイオン源も、ガスノズル１４２と共に使用され得る。例えば、磁化DCプラズマ源、管状カソード源、ベルナスイオン源、及び誘導結合プラズマ（ICP）イオン源も、ガスチャネル及びガスノズルを使用することができる。したがって、抽出プレートは、様々な異なるプラズマ生成器を有するイオン源と共に使用されてよい。

動作中、図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａで示されている複数の実施形態のための供給ガス又は図６Ａ～図６Ｃで示されている複数の実施形態のためのシールドガスであり得るガスは、ガスチャネル１４１に供給され得る。ガスは、ガスチャネル１４１を通って移動し、ガスノズル１４２を通って出る。抽出開口１４０付近を流れるガスは、抽出開口１４０を通して抽出されているリボンイオンビームを圧縮する傾向がある。抽出されるイオンビームの高さの均一性を改善するために、Ｘ方向に沿った抽出開口１４０の異なる部分において、その流量は異なり得る。例えば、抽出されるイオンビームの高さが従来最も大きかった領域において、大きなガスノズルが採用され得る。図６Ａ～図６Ｃで示されているような幾つかの実施形態では、ガスノズル１４２を通るガスの流量が、第２のMFC１１７によって制御される供給ガスの流量とは独立して、MFC１０７を使用して調節され得る。

本システムは、多くの利点を有する。抽出開口付近でガス（供給ガス又はシールドガスのいずれか）を流すことができれば、抽出されているリボンイオンビームの整形が容易になり得る。具体的には、高さ方向においてイオンの流れが圧縮され得る。従来、イオン源から抽出されるリボンイオンビームは、プラズマの形状及びイオン源の内側の化学的性質の結果として、高さが不均一になることがあった。一般的な不均一プロファイルを考慮してイオンの一部の流れを圧縮又はブロックすることによって、高さ方向においてより均一なリボンイオンビームを抽出することが実現され得る。

本開示は、本明細書で説明される特定の複数の実施形態による範囲には限定されない。実際、本明細書に記載のものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び修正例が、前記載及び添付図面から当業者には明らかだろう。このため、そのような他の実施形態及び修正例は、本開示の範囲内に含まれると意図される。更に、本明細書では、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実施態様の文脈で説明したが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下で説明される特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の範囲及び精神を最大限広く鑑みた上で解釈されたい。

Claims (20)

1. イオン源であって、
   第１の端部、第２の端部、及び前記第１の端部と前記第２の端部とを接続する複数の壁を備えるチャンバであって、前記複数の壁のうちの１つは、高さよりも大きい幅を有する抽出開口を有する抽出プレートである、チャンバ、
   前記チャンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ生成器、
   ガスチャネルに連通するガス入口、
   前記チャンバに供給ガスを供給するために前記ガス入口に連通する供給チャネル、並びに、
   前記イオン源から抽出されたイオンビームを整形するために前記抽出開口付近に前記供給ガスの流れを提供するように、前記チャンバ内で前記抽出開口付近に配置され前記ガスチャネルに連通するガスノズル
   を備える、イオン源。
2. 前記複数の壁は、前記抽出プレートに対向する底壁、及び前記抽出プレートに隣接する側壁を含み、前記ガスチャネルは前記側壁内に配置されている、請求項１に記載のイオン源。
3. 前記複数の壁は、前記抽出プレートに対向する底壁、及び前記抽出プレートに隣接する側壁を含み、前記ガスチャネルは、前記側壁の内面又は外面に近接して配置されたチューブを含む、請求項１に記載のイオン源。
4. 前記抽出プレート内に配置されたプレートガスチャネルであって、前記ガスチャネルに連通するプレートガスチャネルを更に備え、前記ガスノズルは、前記抽出開口に近接した前記抽出プレートの内面に配置されている、請求項１に記載のイオン源。
5. 前記複数の壁は、前記抽出プレートに対向する底壁、及び前記抽出プレートに隣接する側壁を含み、前記ガスノズルは、前記抽出プレートに近接した前記側壁の内面に配置されている、請求項１に記載のイオン源。
6. 前記抽出プレートは、面板、及び前記チャンバの内部と前記面板との間に配置された抽出ライナーを備え、前記抽出ライナーは、前記抽出ライナーと前記面板との間に間隙が存在するように形成され、前記間隙は、前記ガスチャネルに連通し、前記イオン源は、更に、前記抽出ライナー内に配置されたプレートガスチャネルであって、前記間隙に連通するプレートガスチャネルを備え、前記ガスノズルは、前記抽出開口に近接した前記抽出ライナーの表面に配置されている、請求項１に記載のイオン源。
7. 前記ガスノズルの寸法は、抽出されるリボンイオンビームの高さの均一性を改善するために、前記抽出開口の前記幅に沿って変化する、請求項１に記載のイオン源。
8. 前記プラズマ生成器は、間接加熱カソード（IHC）を備える、請求項１に記載のイオン源。
9. 請求項１に記載のイオン源、
   質量分析器、及び
   プラテンを備える、イオン注入システム。
10. イオン源であって、
    第１の端部、第２の端部、及び前記第１の端部と第２の端部とを接続する複数の壁を備えるチャンバであって、前記複数の壁のうちの１つは、高さよりも大きい幅を有する抽出開口を有する抽出プレートである、チャンバ、
    前記チャンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ生成器、
    ガスチャネルに連通するガス入口、
    前記イオン源から抽出されたイオンビームを整形するために、前記チャンバ内で前記抽出開口付近に配置され前記ガスチャネルに連通するガスノズル、並びに
    前記チャンバに供給ガスを供給するために供給チャネルに連通する第２のガス入口
    を備え、
    前記供給チャネルと前記ガスチャネルとは、互いに流体連通していない、イオン源。
11. 前記複数の壁は、前記抽出プレートに対向する底壁、及び前記抽出プレートに隣接する側壁を含み、前記ガスチャネルは前記側壁内に配置されている、請求項１０に記載のイオン源。
12. 前記複数の壁は、前記抽出プレートに対向する底壁、及び前記抽出プレートに隣接する側壁を含み、前記ガスチャネルは、前記側壁の内面又は外面に近接して配置されたチューブを含む、請求項１０に記載のイオン源。
13. 前記抽出プレート内に配置されたプレートガスチャネルであって、前記ガスチャネルに連通するプレートガスチャネルを更に備え、前記ガスノズルは、前記抽出開口に近接した前記抽出プレートの内面に配置されている、請求項１０に記載のイオン源。
14. 前記複数の壁は、前記抽出プレートに対向する底壁、及び前記抽出プレートに隣接する側壁を含み、前記ガスノズルは、前記抽出プレートに近接した前記側壁の内面に配置されている、請求項１０に記載のイオン源。
15. 前記抽出プレートは、面板、及び前記チャンバの内部と前記面板との間に配置された抽出ライナーを備え、前記抽出ライナーは、前記抽出ライナーと前記面板との間に間隙が存在するように形成され、前記間隙は、前記ガスチャネルに連通し、前記イオン源は、更に、前記抽出ライナー内に配置されたプレートガスチャネルであって、前記間隙に連通するプレートガスチャネルを備え、前記ガスノズルは、前記抽出開口に近接した前記抽出ライナーの表面に配置されている、請求項１０に記載のイオン源。
16. 前記ガス入口に流体連通する第１のガス容器、及び前記第２のガス入口に流体連通する第２のガス容器を更に備える、請求項１０に記載のイオン源。
17. 第１のマスフローコントローラと第２のマスフローコントローラとに流体連通するガス容器を更に備え、前記第１のマスフローコントローラは、前記ガス入口を通る流量を制御し、前記第２のマスフローコントローラは、前記第２のガス入口を通る流量を制御し、前記ガス入口を通る前記流量と前記第２のガス入口を通る前記流量とは、独立して制御される、請求項１０に記載のイオン源。
18. 前記ガスノズルの寸法は、抽出されるリボンイオンビームの高さの均一性を改善するために、前記抽出開口の前記幅に沿って変化する、請求項１０に記載のイオン源。
19. 前記プラズマ生成器は、間接加熱カソード（IHC）を備える、請求項１０に記載のイオン源。
20. 請求項１０に記載のイオン源、
    質量分析器、及び
    プラテンを備える、イオン注入システム。