JP7350779B2 - イオン源ハウジングのための水素ブリードガス - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［関連出願の参照］
本願は、「HYDROGEN BLEED GAS FOR AN ION SOURCE HOUSING」というタイトルが付された２０１８年５月１１日に出願された米国仮出願Ｎｏ．６２／６７０，３０７の利益を主張する米国非仮出願である。当該米国仮出願の全ての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

［分野］
本発明は、一般的にはイオン注入システムに関する。より具体的には、本発明は、イオン注入システムのイオン源のための水素ブリードガスを有するイオン注入システムに関する。

［背景］
半導体デバイスの製造においては、半導体に不純物をドープするためにイオン注入が用いられる。多くの場合、イオン注入システムは、イオンビームに由来するイオンによってワークピース（例：半導体ウェハ）をドープするために利用される。これにより、（ｉ）ｎ型またはｐ型の材料ドーピングを生成すること、または、（ｉｉ）集積回路の製造時にパッシベーション層を形成することができる。集積回路の製造時に半導体材料を生成する目的において、所定のエネルギーレベルにおいて、かつ、制御された濃度において、特定のドーパント材料の不純物をウェハに選択的に注入するために、このようなビームの取り扱いがなされることが多い。イオン注入システムは、半導体ウェハをドーピングするために使用される場合、所望の外因性材料を生成するために、選択されたイオン種をワークピース内に注入する。例えば、アンチモン、ヒ素、またはリンなどのソース材料（源材料）から生成されたイオンを注入することにより、「ｎ型」の外因性材料ウェハが得られる。これに対し、「ｐ型」の外因性材料ウェハは、ホウ素（ボロン）、ガリウム、またはインジウムなどのソース材料によって生成されたイオンから得られる場合が多い。

典型的なイオン注入装置（イオン注入器）は、イオン源（イオンソース）、イオン引出デバイス、質量分析デバイス、ビーム輸送デバイス、およびウェハプロセスデバイス（ウェハ処理デバイス）を含んでいる。イオン源は、所望の原子または分子のドーパント種のイオンを発生させる。これらのイオンは、引出システム（典型的には、電極のセット）によって当該イオン源（the source）から引き出される。引出システムは、イオン源から到来したイオンの流れ（フロー）を励起しかつ方向付けることにより、イオンビームを生成（形成）する。所望のイオンは、質量分析デバイス（典型的には、引き出されたイオンビームの質量分散または質量分離を実行する磁気双極子（磁気ダイポール））内において、イオンビームから分離される。ビーム輸送デバイス（典型的には、一連の合焦デバイスを含む真空システム）は、イオンビームの所望の特性を維持しつつ、当該イオンビームをウェハプロセスデバイスへと輸送する。最終的に、半導体ウェハは、ウェハハンドリングシステムによってウェハプロセスデバイスの内外へと移動させられる。ウェハハンドリングシステムは、処理されるべきウェハをイオンビームの前面に配置し、かつ、処理された後のウェハをイオン注入装置から取り出すために、１つ以上のロボットアームを含んでいてもよい。典型的には、イオン注入装置内のイオン源は、アークチャンバ内においてソース材料をイオン化することによってイオンビームを発生させる。当該ソース材料の成分（コンポーネント）は、所望のドーパント元素である。続いて、所望のドーパント元素は、イオンビームの形態によって、イオン化されたソース材料から引き出される。一部の例において、所望のドーパント元素は、アルミニウムなどの金属のイオンを含みうる。

従来、アルミニウムイオンが所望のドーパント元素である場合、イオン注入のためのアルミニウムイオンのソース材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが用いられてきた。窒化アルミニウムまたはアルミナは、固体の絶縁材料である。当該固体の絶縁材料は、典型的には、（イオン源内において）プラズマが生成されるアークチャンバ内に配置される。従来、エッチャントガス（例えば、フッ素を含むガス）は、アルミニウム含有材料を化学的にエッチングするために導入されている。これにより、ソース材料がイオン化される。そして、アルミニウムは、引き出され、エンドステーション内に配置されたシリコンカーバイド（炭化ケイ素）のワークピースに向けて、ビームラインに沿って輸送され、当該ワークピースに注入される。しかしながら、このエッチングプロセスは、絶縁材料（例えば、ＡｌＦ_Ｘ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３など）を生じさせる。当該絶縁材料は、目的とされているアルミニウムイオンとともに、アークチャンバから放出される。このため、当該絶縁材料は、イオン注入システムの様々なコンポーネント間において有害なアーク放電を生じさせる場合がある。

［概要］
以下では、本開示の一部の態様についての基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を提示する。本概要は、本開示の広範な概観ではない。本概要は、本発明のキーポイント（key）または重要な要素を特定するものではないし、本発明の範囲を正確に規定するものでもない。本概要の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、本開示の一部のコンセプトを簡略化された形式において提示することにある。

本開示の態様は、ワークピース内にアルミニウムイオンを注入するためのイオン注入プロセスを容易化する。１つの例示的な態様によれば、イオン注入システムが提供される。上記イオン注入システムは、（ｉ）イオンビームを生成するイオン源と、（ｉｉ）上記イオンビームを選択的に輸送するビームラインアセンブリと、（ｉｉｉ）ワークピース内へのアルミニウムイオンの注入のためにイオンビームを受け入れるエンドステーションと、を有している。

ある例示的な態様では、イオン注入システムのためのターミナルシステムが提供されている。例えば、上記ターミナルシステムは、イオン源アセンブリを備えている。一般的には、上記イオン源アセンブリは、ハウジングおよび引出電極アセンブリを有している。上記引出電極アセンブリは、１つ以上の開口プレートを有している。例えば、ガスボックスは、上記イオン源アセンブリと電気的に接続されている。ガス源（ガスソース）は、上記ガスボックス内に配置されている。例えば、上記ガス源は、上記イオン源アセンブリと実質的に（substantially）同電位（同じ電位）のガスを供給するように構成されている。さらに、上記イオン源アセンブリに関連するブリードガスコンジット（抽気ガスコンジット）が設けられている。上記ブリードガスコンジットは、上記イオン源ハウジングの概ね内部、かつ、上記１つ以上の開口プレートのうちの１つ以上の上流の領域に上記ガスを導入するように構成されている。

一例として、上記ブリードガスコンジットは、１つ以上のフィードスルーを備えている。上記１つ以上のフィードスルーは、上記イオン源アセンブリの本体部（body）を貫通するように延びている。例えば、上記１つ以上のフィードスルーは、上記イオン源アセンブリの取付フランジ（装着フランジ）（mounting flange）内に穴を有していてもよい。例えば、上記取付フランジは、管状部分を有していてもよい。上記管状部分は、当該管状部分内に画定されたチャネルを有している。別の例では、上記ブリードガスコンジットは、ガス分配装置をさらに備えている。例えば、上記ガス分配装置は、ガス分配リングを備えていてもよい。一例として、上記ガス分配リングは、上記取付フランジの上記管状部分を概ね取り囲んでいる。

別の例において、上記ガス分配装置は、複数の分配穴（distribution holes）を有している。上記複数の分配穴は、上記ガス分配装置の周縁の周り（around a circumference thereof）に配置されている。例えば、上記ガス分配装置は、上記イオン源アセンブリの外部、かつ、上記引出電極アセンブリの接地プレートの上流に配置されていてもよい。

本開示のさらに別の例示的な態様において、上記ガス源は、水素発生器（水素ジェネレータ）を含んでいる。一例として、上記イオン源および上記ガスボックスは、複数の電気絶縁体によって、上記ターミナルシステムの残りの部分（残余部）から電気的に絶縁されている。別の例では、複数の絶縁スタンドオフが提供されている。上記複数の絶縁スタンドオフは、上記ターミナルシステムをアース接地（earth ground）から電気的に絶縁する。上記ガスは、反応性ガスまたは不活性ガス（希ガス）の一方を含みうる。例えば、上記反応性ガスおよび上記不活性ガスはそれぞれ、水素ガスおよびキセノンである。

他の例示的な態様によれば、上述のターミナルを備えたイオン注入システムが提供されている。別の例示的な態様では、イオン源の寿命を延ばすための方法が提供されている。例えば、上記方法は、上記イオン源のハウジング内にガスを注入する工程を含んでいる。例えば、上記ガスは、上記イオン源の内部でのイオン生成における望ましくない副生成物と反応するように設定されている。上記反応は、上記イオン源ハウジングの内部および上記イオン源アセンブリの外部の１つ以上の表面上に、望ましくない汚染物質が生成することを防止するように設定されている。例えば、上記ガスは、水素を含みうる。例えば、上記１つ以上の表面は、上記イオン源に関連する絶縁体表面を含みうる。さらに、上記ガスを注入する工程は、複数の分配穴を有するガス分配リングに上記ガスを供給する工程を含んでいてもよい。この場合、上記ガス分配リングは、上記イオン源の上記ハウジングの内部、かつ、引出電極接地プレートの上流に配置されている。

上述の概要は、本開示の一部の実施形態に関する一部の構成についての簡単な概要を与えることを単に意図したものである。他の実施形態は、上述の構成に対して、付加的な構成および／または異なる構成を含んでいてもよい。特に、本概要は、本願の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。従って、上述の目的および関連する目的を達成するために、本開示は、以下に記載されている構成、特に特許請求の範囲において記載されている構成を含んでいる。以下の説明および添付の図面は、本開示の特定の例示的な実施形態を詳細に開示している。しかしながら、これらの実施形態は、本開示の原理が採用されうる様々な方法のうちの一部を示している。本開示の他の目的、利点、および新規な構成は、以下の本開示の詳細な説明を図面と併せて考慮することによって、明らかになるであろう。

［図面の簡単な説明］
図１は、本開示の複数の態様に係る水素発生器を利用する例示的な真空システムのブロック図である。

図２は、本開示の別の態様に係るイオン源およびガスボックスを備えている例示的なターミナルの斜視図を示す。

図３は、本開示の別の態様に係るイオン源およびガスボックスを備えている例示的なターミナルの平面図を示す。

図４は、本開示の別の態様に係る例示的なガスボックスの斜視図を示す。

図５は、本開示の別の態様に係る例示的なブリードガスコンジットの斜視図を示す。

図６は、本開示の別の態様に係る例示的なイオン源の斜視図を示す。

図７は、本開示の別の態様に係る図６のイオン源の一部についての部分的な拡大図（blown-up view）を示す。

［詳細な説明］
本開示は、（ｉ）イオン注入システム、および、（ｉｉ）当該イオン注入システムに関連するイオン源に水素ガスを供給するためのソースを、一般的に対象としている。より詳細には、本開示は、イオン注入システムのために水素を発生させ、かつ、引出開口または電極アセンブリの上流に配置されたイオン源アセンブリのハウジング内の位置に水素ガスを供給するための水素発生コンポーネントに関する。本開示では、イオン源アセンブリに関連するガスボックス内に水素ガス発生器を配置されている。これにより、ガスボックスが上昇電位（elevated voltage）に維持される。従って、ガスボックスエンクロージャ（ガスボックス筐体）の収容（containment）および安全性の態様は、有益であることに、２重化されたハードウェアおよびガス供給配管を改善する。別の方法は、アークチャンバ本体ガス注入口（inlet）に先んじて水素プロセスガスフローを分割し、固定式または可変式の測定デバイスを使用して、水素プロセスガスフローを釣り合わせることである。

さらに、本開示によれば、接地電位（グラウンド電位）および／またはリターン電位（復帰電位）（ground and/or return potential）にあるソースハウジングチャンバ内に水素ガスブリードを導入することが可能である。ガスボックス内に水素ガスブリードを供給することにより、ガスボックスエンクロージャの収容および安全性の態様を利用することができる。これにより、有益であることに、２重化されたハードウェアを避ける（選択しない）ことができる。一例として、ブリードガス材料は、接地電位またはリターン電位の２次的なガスボックス内に封入されていてもよい。ブリードガス材料がエンクロージャ内に配置されているか否かによらず、当該ブリードガス材料は、接地電位またはリターン電位に設定されうる。

以下では、図面を参照して本発明を説明する。以下の説明において、同様の参照番号は全体を通して同様の要素（部材）を指すために使用されてもよい。これらの態様の説明は単に例示的なものであり、限定的な意味合いで解釈されるべきではないことを理解されたい。以下の説明では、説明を目的として、本発明についての十分な理解を提供すべく、様々な特定の詳細が開示されている。当業者であれば、本発明は、これらの特定の詳細がなくとも実施されうることが明らかであろう。さらに、本発明の範囲については、添付の図面を参照して以下に説明される実施形態または例によって限定されることは意図されていない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが意図されている。

また、図面は、本開示の実施形態の一部の態様についての例示を与えるために提供されており、概略的なものにすぎないと見なされるべきであることにも留意されたい。特に、図面に示される部材は必ずしも互いにスケール通りではない。また、図面における様々な部材の配置は、各実施形態についての明確な理解を提供するように選択されており、本発明の実施形態に係る実装における様々なコンポーネントの実際の相対的な位置を表現したものであると必ずしも解釈されるべきではない。さらに、本明細書において説明されている様々な実施形態および例における各構成は、特に明示されない限り、互いに組み合わせられてよい。

また、以下の説明では、図面にて図示されている、または本明細書において記載されている、機能ブロック、デバイス、コンポーネント、回路素子、あるいは他の物理的または機能的ユニット間の任意の直接的な連結または接続（結合）も、間接的な連結または接続によっても実施されうることを理解されたい。さらに、図面にて図示されている機能ブロックまたはユニットは、ある実施形態では個別の構成（機構）または回路として実施されていてもよく、あるいは代替的には、別の実施形態では共通の構成または回路によって完全にまたは部分的に実施されてもよいことを理解されたい。例えば、一部の機能ブロックは、共通のプロセッサ（例：シグナルプロセッサ）上において実行されるソフトウェアとして実装されてもよい。さらに、以下の記載において有線ベースとして説明されている任意の接続は、特に明示されない限り、無線通信として実装されうることが理解されるべきである。

本開示の一態様によれば、図１は、例示的な真空システム１００を示す。本例における真空システム１００は、イオン注入システム１０１を備えている。但し、プラズマ処理システム、または他の半導体処理システムなど、他の様々な真空システムも考慮されている。例えば、イオン注入システム１０１は、ターミナル１０２、ビームラインアセンブリ１０４、およびエンドステーション１０６を備えている。

一般的には、ターミナル１０２内のイオン源アセンブリ１０８は、電源１１０に接続されている。これにより、ドーパント材料を複数のイオンへとイオン化し、イオン源アセンブリから発せられるイオンビーム１１２を生成できる。

本例におけるイオンビーム１１２は、ビームステアリングデバイス１１４を通過して、開口１１６から出て、エンドステーション１０６に向かうように、方向付けられている。エンドステーション１０６では、イオンビーム１１２がワークピース１１８（例：シリコンウェハ、表示パネルなどの半導体）に衝突する。ワークピース１１８は、チャック１２０（例：静電チャックまたはＥＳＣ）に選択的にクランプされている、または取り付けられている。注入されたイオンがワークピース１１８の格子内に埋め込まれると、当該注入されたイオンは当該ワークピースの物理的特性および／または化学的特性を変化させる。このため、イオン注入は、半導体デバイスの製造および金属の仕上げ加工、さらには材料科学の研究における様々な用途に利用されている。

本開示におけるイオンビーム１１２は、イオンがエンドステーション１０６へと導かれる任意の形態、例えば、ペンシルビームまたはスポットビーム、リボンビーム、走査ビーム、あるいは任意の他の形態を取ることができる。このような形態の全ては、本開示の範囲内であると考慮されている。

ある例示的な態様によれば、エンドステーション１０６は、プロセスチャンバ１２２（例：真空チャンバ１２４）を含む。プロセス環境１２６は、当該プロセスチャンバに関連している。プロセス環境１２６は、プロセスチャンバ１２２内に全般的に存在している。一例では、プロセス環境１２６は、真空源（真空ソース）１２８（例：真空ポンプ）によって生じた真空を含んでいる。真空源１２８は、プロセスチャンバに接続されており、当該プロセスチャンバを十分に（substantially）排気するように構成されている。真空源１２８は、１つ以上の真空ポンプを備えていてもよい。当該１つ以上の真空ポンプは、ターミナル１０２、ビームラインアセンブリ１０４、およびエンドステーション１０６のうちの１つ以上を選択的に排気するために、これらと動作可能に接続されている。さらに、真空システム１００を選択的に制御するために、コントローラ１３０が設けられている。

本開示では、自身の表面に形成されたシリコンカーバイドベースのデバイスを有するワークピース１１８は、特に高電圧および高温のデバイスに使用される用途（例：電気自動車）において、シリコンベースのデバイスよりも優れた熱的特性および電気的特性を有していることが見出されてきたと考慮している。しかしながら、シリコンカーバイドへのイオン注入では、シリコンによって構成されたワークピース１１８に対して使用されるクラスとは異なるクラスの注入ドーパントが利用される。多くの場合、シリコンカーバイド注入では、例えば、アルミニウムおよび窒素の注入が実行される。例えば、窒素注入は、窒素をガスとして導入できるので、比較的簡単であり、かつ、比較的容易な調整、クリーニング（清掃，浄化）などがもたらされる。しかしながら、アルミニウムについては今のところ既知の良好な気溶体（gaseous solutions）がほとんど存在していないので、アルミニウムの場合はさらに困難である。

本開示によれば、イオンビーム１１２に関連するイオンを発生させるために、イオン源アセンブリ１０８のアークチャンバ１３４に、イオンソース材料１３２がさらに提供される。例えば、以下でさらに詳細に説明する通り、イオンソース材料１３２は、（ｉ）アルミニウム（ＩＩＩ）ヨウ化物（ＡｌＩ_３）（ヨウ化アルミニウム）などのヨウ化物ベースのドーパント、（ｉｉ）ＳｂＦ_３などのハロゲンベースのドーパント、および、（ｉｉｉ）とりわけＡｌＣｌ_３などの塩素ベースのドーパントを、含みうる。

従来、イオン注入のためのアルミニウムイオンのソース材料１３２としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが用いられている。窒化アルミニウムまたはアルミナは、一般的には、固体の絶縁材料である。イオンのプラズマが生成されるイオン源アセンブリ１０８のアークチャンバ１３４内に、窒化アルミニウムまたはアルミナがソース材料１３２として提供されてよい。例えば、アルミニウムを含むソース材料１３２は、アルミニウムイオンを生成するために、アークチャンバ１３４内に何らかの形態のエッチャントガス（例：ＢＦ_３、ＰＦ_３、ＮＦ_３など）を供給して使用されることが一般的である。このため、一例として、アルミニウム含有ソース材料１３２を化学的にエッチングするために、フッ素などのエッチャントガスがアークチャンバ１３４内に導入される。その結果、アルミニウムがイオン化される。そして、アルミニウムイオンは、ビーム１１２の形態によって引き出され、エンドステーション１０６内に配置されたワークピース１１８（例：シリコンカーバイドワークピース）に向けて、ビームラインに沿って輸送される。しかしながら、これらの材料は、絶縁材料（例：ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３など）を生じさせるという望ましくない（unfortunate）副作用を伴う。当該絶縁材料は、目的とされているアルミニウムイオンとともに、アークチャンバから放出される。

例えば、引出開口１４０を介してイオン源アセンブリ１０８からイオンを引き出すために、１つ以上の電極１３８を備える引出電極アセンブリ１３６が提供される。この場合、（ｉ）イオン源アセンブリに近接した中和電子の逆流、または、（ｉｉ）中和電子の引出電極への帰還を抑制するために、当該引出開口に近接した当該１つ以上の電極がバイアスされうる。その結果、例えば、その後、上述の絶縁材料は、様々な電極およびコンポーネント（例：イオン源アセンブリ１０８に関連する引出電極アセンブリ１３６）をコーティング（被覆）しうる。このような絶縁材料によるコーティングは、電荷を蓄積させ、これらの電極の静電気的特性（静電特性）を好ましくない（都合の悪い）ように変化させる場合がある。

このような絶縁材料の蓄積は、他のコンポーネントおよび／または電気的接地に対する蓄積電荷アークとして、電極間（例：１つ以上の電極１３８間）におけるグリッチ（グリッチング）またはアーク（アーキング）と一般に称される挙動をもたらしうる。極端なケースでは、このようなアークに起因して、電源１１０の挙動が変化させられ、かつ、歪められる場合がある。このため、（ｉ）イオンビーム１１２の予測不可能な挙動、（ｉｉ）ビーム電流の減少、および、（ｉｉｉ）これらのコンポーネントをクリーニングするための高頻度の予防保全（予防メンテナンス）が生じる。さらに、これらの材料から生じたフレーク（剥片）および他の残留物が、イオン源アセンブリ１０８のアークチャンバ１３４内に形成されうる。このため、（ｉ）イオン源アセンブリの動作特性の変化、（ｉｉ）イオン源アセンブリに対する高頻度のクリーニング、メンテナンス、および／または交換（リプレース）が生じる。

本開示では、原子状のアルミニウムイオンを生成するために、アルミニウム（ＩＩＩ）ヨウ化物（ＡｌＩ_３）を含むソース材料１３２について考慮している。これにより、本開示では、有益であることに、上述の絶縁材料、フレークなどの形成および／または蓄積を軽減または排除することができる。ソース材料１３２として固体状態のアルミニウム（ＩＩＩ）ヨウ化物（ＡｌＩ_３）または他の金属ヨウ化物の化合物を使用する場合、ソース材料を最初に蒸発させるために、気化器（ヴェポライザ）１４４が使用されてよい。その結果、ヨウ化物の副生成物（例：ヨウ素）が生成されうる。当該副生成物の生成については、対応策はない。その後、当該副生成物は、イオン源アセンブリ１０８のイオン源ハウジング１４６および引出電極アセンブリ１３６を、絶縁コーティングによって被覆しうる。

従って、有益であることに、本開示は、イオン源アセンブリ１０８および関連する電極の寿命を延長する。その結果、より安定なイオンビーム１１２がもたらされ、以前に認識されていたよりも十分に高いビーム電流の実現が可能になる。例えば、本開示は、ソース材料１３２としての固体のアルミニウム（ＩＩＩ）ヨウ化物（ＡｌＩ_３）から、単一原子のアルミニウムイオンを生成するために利用されてよい。これにより、シリコンカーバイド、シリコン、または他の材料によって構成されたワークピースを、室温から１０００℃までの温度において、従来の技術よりも改善されたソース寿命、ビーム電流、および動作特性によって、電気的にドープすることが可能となる。

本開示では、イオン注入プロセスにおいて、ハロゲンベースのドーパントガスまたは化合物（例：ＢＦ_３、ＧｅＦ_４、ＳｉＦ_４、ＰＦ_３、ＳｂＦ_３、ＮＦ_３、およびその他）が利用されてもよいと考慮している。この場合、これらの化合物のクラッキングは、フッ素副生成物を生成する。当該フッ素副生成物は、電気陰性度が高く、かつ、イオン源アセンブリ１０８および引出電極アセンブリ１３６を構成する種々の耐熱金属（refractory metals）、グラファイト、およびセラミック成分と容易に反応する。

このようなドーパント副生成物の有益でない（negative）影響を、軽減、最小化、または排除するために、イオン源アセンブリ１０８のイオン源ハウジング１４６内または近傍に、水素ブリードガスが流し込まれてよい。この場合、水素ブリードガスは、残留フッ素と反応して、ＨＦおよび／またはＨ_２Ｆを発生させる。この場合、フッ素化炭素（ＣＦ_ｘ）およびフッ素化タングステン（ＷＦ_ｘ）がその後生成されにくくなるので、残留フッ素の有害性を低減できる。フッ素化炭素およびフッ素化タングステンは、揮発性かつ導電性の腐食性ガスである。従って、様々な絶縁体と反応しうるこのような物質の量を少なくすることは、イオン源アセンブリ１０８の寿命にとって有益である。例えば、ヨウ化物ベースの金属化合物の場合、得られるＨＩガスは揮発性である。このため、イオン源アセンブリ１０８の様々なコンポーネント上にヨウ化物を堆積させるのではなく、イオン源アセンブリ１０８に関連する真空源１２８を用いて、ＨＩガスが除去されうる。

例えば、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ_４）が、水素とともにイオン源アセンブリ１０８内の共ガス（補助ガス）（co-gas）として使用された場合、以下の反応が生じうる：

および、

ＧｅＦ_４が、水素なしで共ガスとして使用された場合、以下の反応が生じうる：

および、

熱的に言えば、式（４）の結果は一般的には不安定である。このため、元素タングステン（Ｗ）に戻る分解およびプラズマに戻るＦの放出が生じうる。

アルミニウム（ＩＩＩ）ヨウ化物ＡｌＩ_３が、水素とともに共ガスとして使用された場合、以下の反応が生じうる：

式（５）における水（Ｈ_２Ｏ）は、例えば、チャンバウェル内の湿気から生じる。例えば、ヨウ化物および水素に由来する上記反応のキネティクス（反応動力学，反応速度論）は、好都合である。当該反応は、揮発性のガス副生成物（ＨＩ）を発生させた後の全体的なエネルギーを減少させるためである。揮発性のガス副生成物は、その発生に伴って、連続的にポンプ除去される。

イオン源アセンブリ１０８（例：イオン源ハウジング１４６）またはアークチャンバ１３４に対して水素ガスを供給または生成するための複数のオプションが採用可能である。例えば、水素を含んだ高圧のボトルが、ガス源１４８として使用されてよい。この場合、高圧のボトルは、イオン源アセンブリ１０８に流体接続（流体的に接続）されうる。このような例では、ガス源１４８の出力部における小型のオリフィス（不図示）を利用して、当該ガス源に関連する主要な故障が生じた場合に、大量のガスが放出されることを防止できる。イオン源アセンブリ１０８またはイオン源ハウジング１４６に水素ガスを供給するためのガス源１４８の別の代替的な例は、真空活性化ボトル（vacuum-activated bottle）を含みうる。当該真空活性化ボトルは、低圧ボトル（不図示）を利用するセーフティデリバリーシステム（Safety Delivery System，ＳＤＳ）として機能する。この場合、イオン源アセンブリ１０８へのガス供給ライン（ガスデリバリーライン）は、真空源１２８によって真空下に維持される。

イオン源アセンブリ１０８、イオン源ハウジング１４６、またはアークチャンバ１３４のうちの１つ以上に水素ガスを供給するためのさらに別の代替例は、水素発生器１５０を含む。なお、水素ガスおよび水素発生器１５０が具体的に記載されているが、任意のガスおよび関連するガス源１４８（例：ガスボトル、ガス発生器、または任意のガスの他の源）が、本開示の範囲内に含まれると考慮されていることを理解されたい。一例として、水素発生器１５０は、直列に接続された１つ以上の電解セルを用いて、水を解離させてよい。図示されていないが、当業者であれば、各電解セルが、アノード電極（例：酸素発生用）、カソード電極（例：水素発生用）、およびダイアフラム（例：酸素と水素との分離用）を含みうることを理解するであろう。従って、水素発生器１５０のリザーバは、プロセスに必要とされる十分な水素のみを保存する。このため、水素発生器は、高圧水素ボトルの存在が懸念となる用途における安全な代替品となる。

本開示では、ターミナル１０２に関連するガスボックス１５２内に水素発生器１５０を設けることが考慮されている。この場合、ガスボックスは、イオン源アセンブリ１０８の引出電位にある（例えば、ガスボックスは、イオン源と同じ高電位または引出電位にある）。そして、水素発生器の出力部は、共ガスとしての使用のために、導電性チューブ１５４（例：ステンレス鋼のチューブ）を用いて、イオン源アセンブリ内に直接的に配管されてよい。このため、ガスボックス１５２について安全性および収容の機構を利用できる。その結果、高電圧ギャップを非導電性チューブによってブリッジする懸念を回避できる。例えば、非導電性チューブは容易に損傷しうる。このため、イオン源ハウジング１４６内であるものの、イオン源アセンブリ１０８の外部の近傍において、可燃性の水素および／または有毒のドーパントが放出される可能性がある。例えば、図４などに示されているガスボックス１５２は、図１～図２に示されているターミナル１０２内のエンクロージャ（収容物）である。そして、ガスボックス１５２は、イオン源アセンブリ１０８に関連している。このため、注入に関連する様々なガスを含んだ加圧ガスボトルが、さらに配置されてもよい。水素発生器１５０を（既に電気的接地に対して上昇電位にある）ガスボックス１５２内に配置することによって、ガスボックスエンクロージャの封入および安全性の態様を利用できる。このため、ガス供給配管を含む２重化された設計／ハードウェアを回避できる。

従来、ガスボックスは、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶまでの範囲をとりうる引出電位（例：大地に対する上昇電位）に維持されている。本開示は、従来では、イオン源のための水素共ガスを発生させるための独立型水素発生器（不図示）を実装する場合、当該独立型水素発生器はターミナルの外部の接地電位において、床上に配置されていると考えている。このような接地電位では、独立型水素発生器がイオン源に比べて著しく低い電位をとりうる。このため、従来では、電気的接地とターミナルとの間の高電圧ギャップを横切るために、ポリエチレン（例：Poly-Flo（登録商標））チューブまたはテフロン（Teflon（登録商標））チューブなどの非導電性チューブが使用されてきた。非導電性チューブによれば、ガスをガスボックス内へと輸送してフローコントローラ（流量制御器）に接続し、水素ガスをイオン源の内部自体に流すことができる。しかしながら、本開示では、高電圧ギャップを横切るための非導電性チューブをそのように使用することは、トリップハザードだけでなく、潜在的に爆発性の水素ガスを近傍の環境に漏洩する可能性をもたらすなど、様々な有害な欠点をもたらすと考えている。

そこで、本開示の例示的な一態様では、スロットにフィット（適合）するようにサイズが設定された水素発生器１５０が設けられている。この場合、従来のガスボトルがガスボックス１５２内に配置される。従って、様々な安全機構が提供される。その結果、イオン源アセンブリと同電位の水素ガスが、イオン源アセンブリ１０８内に注入されうる。例えば、ガスボックス１５２は、複数の電気絶縁体１５６上に載置される。このため、イオン源アセンブリ１０８のためのガスボックスおよび様々なコントローラ（不図示）は、イオン源と同電位である。このように、水素発生器１５０をガスボックス１５２内に配置することによって、水素発生器とイオン源アセンブリ１０８との間における電圧降下が存在しなくなる。さらに、有益であることに、ガスボックス１５２内の水素発生器１５０からイオン源１０８への流体接続は、導電性チューブ１５４（例：ステンレス鋼チューブ）を含みうる。この場合、図５に示される通り、当該導電性チューブは、水素発生器とイオン源との間における堅牢（ロバスト）かつ安全な流体結合を提供する。

このように、本開示は、有益であることに、接地リファレンスに対して上昇電位にあるガス（例：水素ガス）を提供する。それゆえ、可燃性ガスの低流量に関連するスパーク（火花）を緩和するために、様々な封入装置および制御装置などを２重化することが不要となる。あるいは、イオン源アセンブリ１０８にガスを供給するために、図３または図４のガスボックス１５２内に、高圧ガスボトル（例：水素ボトル）が配置されてもよい。例えば、図３の水素発生器１５０は、約１０ｓｃｃｍというレートによって水素ガスを流すことができる。一例として、水素発生器１５０は、約７０ｐｓｉ以下という比較的小さい格納キャパシティを有している。従って、水素ガスは、典型的には上述の高圧ガスボトルに関連する高い圧力（例：２０００ｐｓｉ）では格納されない。さらに、水素発生器１５０は、イオン源アセンブリ１０８と同電位（例：上述の電気的接地よりも高い上昇電位）に維持される。当該上昇電位は、接地電位に対して約１ｋｅＶから６０ｋｅＶまで高くなりうる。

別の例示的な態様によれば、本開示は、イオン注入システム１０１のためのターミナルシステム１５８を提供する。この場合、ターミナルシステムは、イオン源アセンブリ１０８と同電位である水素発生器１５０を備える。例えば、ターミナルシステム１５８は、複数の絶縁スタンドオフ１５９によってアース接地から電気的に絶縁されていてもよい。ターミナルシステム１５８は、絶縁スタンドオフ１５９によってアース接地から電気的に絶縁されているので、当該ターミナルシステムは接地リファレンス（例：リターンリファレンス）であると考慮されてよい。このため、ターミナル１０２は、様々な電圧（例：アース接地に対して正のほぼ３００ｋｅＶ）へとバイアスされうる。例えば、ガスボックス１５２とイオン源アセンブリ１０８とは、上述の導電性チューブ１５４に接続されている。従って、ガスボックスとイオン源アセンブリとは、互いに同電位である。その結果、ガスボックスおよびイオン源の両方が、電気絶縁体１５６によってターミナルからさらに絶縁されつつ、ターミナル１０２よりも高い上昇電位（例：６０ｋｅＶ）をとりうる。これにより、接地電位よりも電位が３００ｋｅＶ高いガスボックスおよびイオン源が提供される。

本開示はさらに、図６に示されるブリードガスコンジット１６０を介して、イオン源アセンブリ１０８の（例えば、アース接地電位、ターミナル電位、および／またはリターン電位にある）ハウジング１４６内にブリードガスを導入するための装置および方法をさらに提供する。この場合、（例えば、引出電位などの上昇電位にある）ガスボックス１５２に関連する安全性および封入が利用される。ブリードガスは、ガスボックス１５２または任意のブリードガス源（不図示）のうちの１つ以上から供給されうる。

例えば、ブリードガスは、反応性ガス（例：水素）を含みうる。この場合、ブリードガスは、主要なドーパントのクラッキングに関連する望ましくない副生成物と反応する。例えば、ブリードガスは、水素を含みうる。この場合、水素は、ヨウ化アルミニウムの主要なドーパント種に関連するヨウ化物と反応する。あるいは、ブリードガスは、不活性ガス（例：キセノン）を含みうる。不活性ガスは、電子の供給および空間電荷の低減などの役割を果たすことにより、イオンビームの安定化に寄与する。例えば、ブリードガスは、（ｉ）電子を容易に放出する不活性ガス、および／または、（ｉｉ）主要なドーパントのクラッキングに関連する１つ以上の望ましくない副生成物と反応させるための反応性ガス、のうちの１つ以上を含みうる。例えば、イオン源アセンブリ１０８およびイオン源ハウジング１４６の様々なコンポーネントにおけるエッチングまたは他の有害な反応を防止することを目的として、フッ素と反応させるために、水素がブリードガスとして利用されてよい。この場合、フッ素は、ブリードガスに由来する水素と反応し、排気される。

例えば、ブリードガスは、１つ以上のフィードスルー１６２を有するブリードガスコンジット１６０を介して導入されてよい。図６に例示されている通り、１つ以上のフィードスルー１６２は、（ｉ）イオン源アセンブリ１０８の本体部１６４と、（ｉｉ）当該本体部に関連する取付コンポーネント（例：イオン源の取付フランジ１６６）と、を貫通する。これらはすべて、上昇電位（例：引出電位）にある。一例として、１つ以上のフィードスルー１６２は、イオン源アセンブリ１０８の取付フランジ１６６内に穴１６８を有している。穴１６８は、取付フランジの管状部分１７０の断面を貫くように延びている（continue）。この場合、１つ以上のフィードスルー１６２（it）は、ガス分配装置１７２にさらに接続されている。例えば、ブリードガスコンジット１６０は、イオン源アセンブリ１０８のイオン源ハウジング１４６内の任意の位置へとブリードガスを供給するように構成された任意のコンジット（例：チューブ、チャネル、ラインなど）であってよい。例えば、ガスボックス１５２内の水素発生器１５０は、アークチャンバ１３４およびイオン源アセンブリ１０８の両方に共ガスおよびブリードガスの両方を供給するように構成されている。例えば、１つ以上のコンジットまたはフィードライン（供給ライン）は、共ガスおよびブリードガスの両方を、アークチャンバ１３４内およびイオン源アセンブリ１０８内にそれぞれ供給する。一例として、アークチャンバ１３４およびイオン源アセンブリ１０８へのそれぞれの流れを分離するために、ティー（tee）（不図示）が利用されてもよい。同様に、ガスのそれぞれの流れを制御するために、それぞれフローコントローラ（不図示）が利用されてもよい。

例えば、ガス分配装置１７２は、所望の方向に、または所望の装置に向けて（例：イオン源引出電極アセンブリ１３６または取付フランジ１６６に向けて）、あるいは所望の位置に向けて、ブリードガスを導くように構成されている。引出電極アセンブリ１３６は、１つ以上の複数の開口プレート（例：接地プレート）を備えていてもよい。例えば、ブリードガスコンジット１６０は、イオン源アセンブリ１０８のイオン源ハウジング１４６の概ね内部、かつ、１つ以上の開口プレート（例：引出電極アセンブリ１３６に関連する開口プレート）のうちの１つ以上の上流（例：接地プレートの上流）の領域にガスを導入するように構成されていてもよい。図６～図７に例示されている本例では、ガス分配装置１７２は、引出電極アセンブリ１３６の上流に位置するように図示されている。但し、他の例において、ガス分配装置は、イオン源アセンブリ１０８のイオン源のハウジング内の任意の位置に配置されてよい。代替的には、ガス分配装置１７２は、分配バーを備えていてもよい。分配バーは、ブリードガスを分配するために、当該分配バー内に画定された１つ以上の穴を有している。例えば、１つ以上の穴は、ブリードガスが１つ以上の所望の方向（例：イオン源アセンブリ１０８の上流および／または下流を向く方向）に導かれるように、ガス分配装置１７２内に画定されていてもよい。例えば、ガス分配装置１７２は、所望の方向を向いた１つ以上のチューブまたは他のコンジットを含みうる。１つ以上のチューブのそれぞれは、所望の方向またはハウジング内の所望の位置に向けてブリードガスの流れを導くために、少なくとも１つのオリフィスを有している。ガス分配装置１７２は、図１のビームガイド１１４の上流の任意の位置に配置されたイオン発生源のハウジング１４６内に設けられてよい。

図７により詳細に示される通り、ある特定の例では、ガス分配装置１７２は、ガス分配リング１７４を備えている。例えば、ガス分配リング１７４は、当該ガス分配リングの周縁１７８の周りに配置された複数の分配穴１７６を有している。例えば、複数の分配穴１７６は、ガス分配リング１７４の外径内に画定されてよい。また、複数の分配穴１７６は、ガス分配チューブ（不図示）内に１つ以上のオリフィス、スルーホール（貫通穴）、または開口を有していてもよい。当該１つ以上のオリフィス、スルーホール、または開口は、ブリードガスを均一または不均一に分配するために、イオン源アセンブリ１０８に対して前方および／または後方に向けて、または当該イオン源アセンブリ１０８に対し任意の角度を成すように、当該ブリードガスの流れを方向付けるように構成（設定）されている。

例えば、ガス分配リング１７４は、イオン源アセンブリ１０８のハウジング１４６内に配置されている。従って、冗長な安全性および封止対策（containment measures）に関連する付加的なコストが軽減または排除される。このため、ガス分配リング１７４は、他のタイプまたは種のブリードガスとともにさらに利用されてよい。これに伴い、主要なドーパントガスの望ましくない１つ以上の副生成物は、化学的に、「反応によって除去」（reacted out）されうる。例えば、図６のガス分配リング１７４および／または１つ以上のフィードスルー１６２は、未反応の副生成物が問題となりうる絶縁体および／または他の表面に望ましくない副生成物が到達する前に、当該望ましくない副生成物が有利に「反応によって除去」されるか、または、当該望ましくない副生成物の有害性を低下させる確率を増加させることができる。

例えば、ガス分配装置１７２は、接地電位、アース接地に対するリターン電位、または上昇電位におけるリターン電位などの、様々な電位において提供されてよい。ガス分配装置１７２に向かうブリードガスの流れは、例えば、複数のブリード流量に調整されてよい。例えば、二荷イオン（double-charged ion）の場合、水素は二荷の電荷を中和し、ビーム電流を減少させる傾向にある。この場合、約３ｓｃｃｍの流量で十分であろう。例えば、一荷イオン（single-charged ion）の場合、流量は約８ｓｃｃｍに調整されてよい。このように、ブリードガスの流量は、（ｉ）注入の種、（ｉｉ）電荷状態、および、（ｉｉｉ）実行されるべき所望の注入に関連するエネルギー、のうちの１つ以上に基づいて決定されてよい。さらに、ブリードガスの流量および／または圧力は、特定の高電圧ギャップ間のガス圧力に関連するパッシェン曲線（Paschen curve）に少なくとも部分的に基づいていてもよい。例えば、ブリードガスに対し圧力リミット（圧力限界）が設けられてもよい。この場合、ブリードガスの圧力は、安全閾値圧力を下回るように（例えば、ブリードガス圧力が５×１０^－４Ｔｏｒｒを超えないように）制限されてよい。

例えば、本開示の水素発生器１５０は、イオン源ハウジング１４６内に水素ブリードガスを供給するようにさらに構成されていてもよい。この場合、イオン源ハウジングは、アース接地電位またはターミナル電位（例：接地リファレンス電位またはリターン電位）に達しうる。例えば、図１に示される通り、チャンバブリードとしての水素発生装置１８０がさらに設けられてもよい。当該水素発生器は、水素ガスを分配するために、ガスリングまたは１つ以上のガス管に動作可能に接続されていてもよい。例えば、水素発生装置１８０は、ガスボックス１５２内に配置される必要はない。この場合、当該水素発生装置は、（ｉ）アース接地、および／または、（ｉｉ）大地（グラウンド）よりも高い電位にある接地リファレンスまたはリターンリファレンスに、電気的に接続されてよい。

本発明は１つ以上の特定の実施形態に関して図示および説明されているが、上述の各実施形態は本発明の一部の実施形態についての実装のための例としてのみ機能し、本発明のアプリケーションはこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。特に、上述のコンポーネント（アセンブリ、デバイス、回路など）によって実行される様々な機能に関して、そのようなコンポーネントを説明するために使用されるターム（「手段」（means）への言及を含む）は、特に明示されない限り、本明細書において示されている本発明の例示的な実施形態において機能を実行する開示された構造と構造的に同等ではないにもかかわらず、説明されたコンポーネントの特定の機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意のコンポーネントに対応することが意図されている。さらに、本発明の特定の構成が複数の実施形態のうちの１つのみに対して開示されてきたが、そのような構成はいずれかの所定のまたは特定のアプリケーションにとって望ましくかつ有利な他の実施形態における１つ以上の構成と組み合わせられてよい。従って、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが意図されている。

本開示の複数の態様に係る水素発生器を利用する例示的な真空システムのブロック図である。 本開示の別の態様に係るイオン源およびガスボックスを備えている例示的なターミナルの斜視図を示す。 本開示の別の態様に係るイオン源およびガスボックスを備えている例示的なターミナルの平面図を示す。 本開示の別の態様に係る例示的なガスボックスの斜視図を示す。 本開示の別の態様に係る例示的なブリードガスコンジットの斜視図を示す。 本開示の別の態様に係る例示的なイオン源の斜視図を示す。 図７は、本開示の別の態様に係る図６のイオン源の一部についての部分的な拡大図を示す。

Claims (20)

1. イオン注入システムのためのターミナルシステムであって、
   イオン源ハウジングと、
   上記イオン源ハウジング内に配置されたイオン源アセンブリと、
   上記イオン源アセンブリと電気的に接続されたガスボックスと、
   上記ガスボックス内に配置されたガス源と、
   ブリードガスコンジットと、を備えており、
   上記イオン源アセンブリは、１つ以上の開口プレートを有する引出電極アセンブリを備えており、
   上記ガス源は、上記イオン源アセンブリと同電位のガスを供給し、
   上記ブリードガスコンジットは、上記イオン源ハウジングの内部、かつ、上記イオン源アセンブリの外部の領域に上記ガスを導入する、ターミナルシステム。
2. 上記ブリードガスコンジットは、上記イオン源アセンブリの本体部を貫通するように延びている１つ以上のフィードスルーを備えている、請求項１に記載のターミナルシステム。
3. 上記１つ以上のフィードスルーは、上記イオン源アセンブリの取付フランジ内に穴を有している、請求項２に記載のターミナルシステム。
4. 上記取付フランジは、管状部分を有しており、
   上記管状部分は、当該管状部分内に画定されたチャネルを有している、請求項３に記載のターミナルシステム。
5. 上記ブリードガスコンジットは、ガス分配装置をさらに備えている、請求項４に記載のターミナルシステム。
6. 上記ガス分配装置は、ガス分配リングを備えている、請求項５に記載のターミナルシステム。
7. 上記ガス分配リングは、上記取付フランジの上記管状部分を概ね取り囲んでいる、請求項６に記載のターミナルシステム。
8. 上記ガス分配装置は、当該ガス分配装置の周縁の周りに配置された複数の分配穴を有している、請求項５に記載のターミナルシステム。
9. 上記ガス分配装置は、上記イオン源アセンブリの外部、かつ、上記引出電極アセンブリの接地プレートの上流に配置されている、請求項５に記載のターミナルシステム。
10. 上記ガス源は、水素ガスを発生させる水素発生器を含んでいる、請求項１に記載のターミナルシステム。
11. 上記イオン源および上記ガスボックスは、複数の電気絶縁体によって、上記ターミナルシステムの残りの部分から電気的に絶縁されている、請求項１に記載のターミナルシステム。
12. 上記ターミナルシステムをアース接地から電気的に絶縁する複数の絶縁スタンドオフをさらに備えている、請求項１に記載のターミナルシステム。
13. 上記ガスは、反応性ガスまたは不活性ガスの一方を含んでいる、請求項１に記載のターミナルシステム。
14. 上記反応性ガスは、水素ガスを含んでいる、請求項１３に記載のターミナルシステム。
15. 上記不活性ガスは、キセノンを含んでいる、請求項１３に記載のターミナルシステム。
16. イオン源アセンブリであって、
    （ｉ）上記イオン源アセンブリを収容するイオン源ハウジング、および、（ｉｉ）当該イオン源ハウジングと共に配置されている引出電極アセンブリと、
    上記イオン源アセンブリと同電位の水素ガスを供給する水素ガス源と、
    ブリードガスコンジットと、を備えており、
    上記引出電極アセンブリは、１つ以上の開口プレートを有しており、
    上記ブリードガスコンジットは、上記イオン源ハウジングの内部、かつ、上記イオン源アセンブリの外部の領域に上記水素ガスを導入する、イオン源アセンブリ。
17. 上記ブリードガスコンジットは、水素ガス源と流体接続されたガス分配リングを備えており、
    上記ガス分配リングは、上記イオン源ハウジングの管状部分を概ね取り囲んでいる、請求項１６に記載のイオン源アセンブリ。
18. 上記ガス分配リングは、当該ガス分配リングの周縁の周りに配置された複数の分配穴を有しており、
    上記ガス分配リングは、上記イオン源ハウジングの内部、かつ、上記引出電極アセンブリの接地プレートの上流に配置されている、請求項１７に記載のイオン源アセンブリ。
19. 上記水素ガス源は、水素発生器を含んでいる、請求項１６に記載のイオン源アセンブリ。
20. イオン注入システムであって、
    ターミナルと、
    ビームラインアセンブリと、
    エンドステーションと、を備えており、
    上記ターミナルは、
    水素ガスを発生させる水素発生器を有するガスボックスと、
    イオンビームを形成するイオン源アセンブリと、を備えており、
    上記イオン源アセンブリは、イオン源ハウジングの内部に位置しており、かつ、アークチャンバおよび引出電極アセンブリを有しており、
    上記イオン源アセンブリは、上記イオン源ハウジングの内部、かつ、上記イオン源アセンブリの外部、かつ、上記引出電極アセンブリの上流の領域にガスを導入するブリードガスコンジットをさらに備えており、
    上記イオン源アセンブリと上記ガスボックスとは、同電位であり、
    上記ビームラインアセンブリは、上記イオンビームを選択的に輸送し、
    上記エンドステーションは、ワークピース内へのイオンの注入のために上記イオンビームを受け入れる、イオン注入システム。

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