(57)【要約】【課題】質量分析器の内側表面をより広くクリーニングできるようにしたイオン注入装置のクリーニング方法及びクリーニング装置を提供する。【解決手段】イオンビームを引出す引出し電極と、磁界により前記イオンビームの軌道を偏向させる質量分析器と、を備えるイオン注入装置のクリーニング方法であって、前記質量分析器の内側表面に前記イオンビームを照射する工程を含み、前記イオンビームを照射する工程では、前記引出し電極に印加する引出し電圧を変動させるとともに、前記磁界の強度を変動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを引出す引出し電極と、
磁界により前記イオンビームの軌道を偏向させる質量分析器と、を備えるイオン注入装置のクリーニング方法であって、
前記質量分析器の内側表面に前記イオンビームを照射する工程を含み、
前記イオンビームを照射する工程では、前記引出し電極に印加する引出し電圧を変動させるとともに、前記磁界の強度を変動させることを特徴とするイオン注入装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記イオンビームを照射する工程では、前記引出し電圧を周期的に変動させることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置のクリーニング方法。
【請求項３】
前記イオンビームを照射する工程では、前記磁界の強度を周期的に変動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記イオンビームを照射する工程では、前記磁界の強度を周期的に変動させるとともに、前記磁界の強度の変動周期を前記引出し電圧の変動周期と異ならせることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置のクリーニング方法。
【請求項５】
前記イオンビームは希ガスのイオンであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のイオン注入装置のクリーニング方法。
【請求項６】
前記イオンビームを照射する工程は、第一照射工程と、前記第一照射工程後に実施する第二照射工程と、を含み、
前記第一照射工程において照射するイオンビームは希ガスのイオンであるとともに、前記第二照射工程において照射するイオンビームはドーパントのイオンであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のイオン注入装置のクリーニング方法。
【請求項７】
イオンビームを引出す引出し電極と、
磁界により前記イオンビームの軌道を偏向させる質量分析器と、を備えるイオン注入装置であって、
前記イオン注入装置をクリーニングする際に、前記引出し電極に印加する引出し電圧を変動させるとともに、前記磁界の強度を変動させる制御部を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置のクリーニング方法及びクリーニング装置に関するものであり、詳しくは、イオン注入装置に備えられた質量分析器の内側表面を、イオンビームを用いてクリーニングする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームを引出す引出し電極を有するイオン源と、偏向磁界を発生する質量分析用磁石を有する質量分析器と、を備えたイオン注入装置が既に知られている。
このイオン注入装置を用いて、イオン源において一次的に生成したイオンをウエハ等の材料表面に注入する際、質量分析器を用いて所望の質量を有するイオンのみを選別して注入したにも関わらず、材料表面には意図しないイオンが注入される場合がある。これは、性能が均一な製品を大量に生産する上で課題となる。
【０００３】
このような課題が発生する主な原因は、質量分析器によりイオン選別をする際に、意図しないイオン（即ち、不純物イオン）が質量分析器の内側表面に衝突し、その結果、不純物イオンに起因する副生成物が前記した内側表面に堆積することにある。質量分析器の内側表面において、副生成物の堆積が進行すると、イオン選別時に不純物イオンが副生成物に衝突する。この衝突により前記の副生成物が分解することで、副生成物の構成元素を含んだ新たなイオンが二次的に生成され易くなる。この新たに生成したイオンがウエハ等の材料表面に到達すると、不純物イオンによる表面汚染やドーピング等が起こる。
このような課題を回避するために、従来技術では、偏向磁界の強度のみを変動させることで、質量分析器の内側表面にイオンビームを意図的に照射して、内側表面から副生成物を取り除くことが行われてきた。この様なクリーニング方法として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３６０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、質量分析器の内側表面においてクリーニングすることができる領域には限界があり、内側表面のより広い領域をクリーニングすることができていなかった。
そこで、本発明の幾つかの態様は、このような課題に鑑みてなされたものであって、質量分析器の内側表面をより広くクリーニングできるようにしたイオン注入装置のクリーニング方法及びクリーニング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るイオン注入装置のクリーニング方法では、イオンビームを引出す引出し電極と、磁界により前記イオンビームの軌道を偏向させる質量分析器と、を備えるイオン注入装置のクリーニング方法であって、前記質量分析器の内側表面に前記イオンビームを照射する工程を含み、前記イオンビームを照射する工程では、前記引出し電極に印加する引出し電圧を変動させるとともに、前記磁界の強度を変動させることを特徴としている。
【０００７】
このようなクリーニング方法によれば、前記引出し電圧及び前記偏向磁界の強度をパラメーターとして、それぞれ独立に変動させることができる。２つのパラメーターから導かれる組み合わせの数は多様であり、従来技術と比べて、質量分析器の内側表面のより広い領域にイオンビームを照射することができる。従って、内側表面のより広い領域をクリーニングすることができる。これにより、例えばウエハ等の材料の表面汚染や意図しないイオンのドーピング等を抑制することが可能となる。
また、上記のクリーニング方法において、前記イオンビームを照射する工程では、前記引出し電圧を周期的に変動させることを特徴としても良い。
このようなクリーニング方法によれば、質量分析器の内側表面へのイオンビームの照射を反復して実施することができるので、より効果的に副生成物を取り除くことができる。
【０００８】
さらに、上記のクリーニング方法において、前記イオンビームを照射する工程では、前記磁界の強度を周期的に変動させることを特徴としても良い。
このようなクリーニング方法によれば、質量分析器の内側表面へのイオンビームの照射を反復して実施することができるので、さらに効果的に副生成物を取り除くことができる。
さらに、上記のクリーニング方法において、前記イオンビームを照射する工程では、前記磁界の強度を周期的に変動させるとともに、前記磁界の強度の変動周期を前記引出し電圧の変動周期と異ならせることを特徴としても良い。
【０００９】
このようなクリーニング方法によれば、前記した２つのパラメーターの変動周期は異なるため、そこから導かれるパラメーターの組み合わせの数はより多数化する。故に、質量分析器の内側表面におけるクリーニングイオンの照射領域を拡大させることができるので、効果的に副生成物を取り除くことができる。
さらに、上記のクリーニング方法において、前記イオンビームは希ガスのイオンであることを特徴としても良い。
このようなクリーニング方法によれば、従来技術で用いられてきた反応性の高いガスよりも安価な希ガスをクリーニングイオンとして用いることができるので、低いランニングコストでクリーニングを実施することができる。従って、一定のコストでクリーニングの実施頻度または反復回数を増加させることができるため、より効果的に副生成物を取り除くことができる。
【００１０】
また、上記のクリーニング方法において、前記イオンビームを照射する工程は、第一照射工程と、前記第一照射工程後に実施する第二照射工程と、を含み、前記第一照射工程において照射するイオンビームは希ガスのイオンであるとともに、前記第二照射工程において照射するイオンビームはドーパントのイオンであることを特徴としても良い。
このようなクリーニング方法によれば、クリーニングガスを用いて質量分析器の内側表面から副生成物を取り除いた後に、ドーパントイオンにより前記の内側表面をポストクリーニングすることができる。これにより、ドーパントイオンが内側表面に衝突した際、二次的に生成されるイオンはドーパントと同一の構成元素を有することとなる。従って、ドーパントをウエハ等の材料に注入する際、材料の表面汚染や意図しないイオンのドーピング等を効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
本発明の別の態様に係るイオン注入装置では、イオンビームを引出す引出し電極と、磁界により前記イオンビームの軌道を偏向させる質量分析器と、を備えるイオン注入装置であって、前記イオン注入装置をクリーニングする際に、前記引出し電極に印加する引出し電圧を変動させるとともに、前記磁界の強度を変動させる制御部を備えることを特徴としている。
このようなイオン注入装置によれば、前記引出し電圧及び前記偏向磁界の強度をパラメーターとして、それぞれ独立に変動させることができる。これにより、２つのパラメーターから導かれる組み合わせの数は多様となり、従来技術と比べて、質量分析器の内側表面のより広い領域にイオンビームを照射することができる。従って、内側表面のより広い領域をクリーニングすることができる。これにより、前記した材料の表面汚染や意図しないイオンのドーピング等を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の一形態に係る、イオン注入装置１００の構成を示した図。
【図２】イオン注入装置１００のクリーニング工程を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施の一形態に係る、引出し電圧と時間との関係を示した図。
【図４】本発明の実施の一形態に係る、偏向磁界強度と時間との関係を示した図。
【図５】本発明の実施の一形態に係る、制御部を有するイオン注入装置１００’の構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の一形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置１００の構成例を示す概念図である。図１に示すように、クリーニングの対象となるイオン注入装置１００は、イオン源１と質量分析器２とを含み、イオン源１は熱電子発生用フィラメント１１１を有するイオン生成部１１と引出し電極１２とで構成され、質量分析器２は質量分析用磁石２１と質量分析管２２とで構成される。さらに、質量分析用磁石２１は質量分析用磁石ハウジング内（図示せず）に支持されるとともに、質量分析管２２の周囲に設置される。ここで、質量分析用磁石２１とは、例えば磁気コイル（図示せず）に電流を流すことで偏向磁界を発生させるものを指す。また、質量分析管２２とは、例えば、非磁性の材料で形成され、その形状は略扇形の外観を有する管であり、この管の内部をクリーニング用のイオンが移動できるものを指す。さらに、「質量分析器の内側表面」とは、質量分析器２が有する質量分析管２２の内側表面、より詳しくは質量分析器２が有する質量分析管２２において、クリーニングイオンの移動経路に面した表面を指す。なお、イオン注入装置１００の内部は所望する真空度に保たれている。
【００１４】
次に、実施の一形態に係るその場クリーニングの工程手順を図２に示したフローチャートを用いて説明する。ここで述べる「その場クリーニング」とは、質量分析器２の使用環境下において、副生成物が堆積した部分に対して実施するクリーニングのことを指す。
図２のＡ〜Ｄは、本願発明に係るクリーニング方法における各工程を示す工程図である。本明細書では、図１に示したイオン注入装置１００が備える質量分析器２を、イオン源１で生成したクリーニングイオン３を用いて、図２のＡ〜Ｄ工程に沿ってその場クリーニングする場合を想定する。図２に示すように、このクリーニング方法は、ガス導入工程（Ａ）と、イオン化工程（Ｂ）と、イオン引出し工程（Ｃ）と、イオン衝突工程（Ｄ）と、から構成される。
【００１５】
図２のＡ工程では、イオン生成部１１にクリーニングイオン３の原材料となるガス（即ち、クリーニングガス）を所望の流量で連続的に導入する。ここで、用いるクリーニングガスとしては希ガスが好適である。従来技術では、酸素、水素、フッ素といった高い反応性を有するガスがクリーニングガスとして用いられてきた。しかしながら、本発明においては、反応性の高いガスより安価な希ガスをクリーニングガスとして用いることが好ましい。これにより、低いランニングコストでクリーニングを実施することができ、一定のコスト内におけるクリーニングの実施頻度または反復回数を増加させることができる。また、本発明においては、副生成物の構成元素よりも重い元素であっても、これをガスとしてイオン生成部１１に導入することで、クリーニングガスとして用いることができる。
【００１６】
次に、図２のＢ工程では、図２のＡ工程でイオン生成部１１に導入したクリーニングガスに、熱電子発生用フィラメント１１１から発生した熱電子を衝突させる。これにより、導入したクリーニングガスがイオン化する。
そして、図２のＣ工程では、引出し電極１２に所望の電圧を印加することで、図２のＢ工程で生成したクリーニングイオン３をイオン生成部１１から引出し、イオンビーム４を形成する。形成されたイオンビーム４は質量分析器２へ入射される。入射の際、引出し電極１２に印加する引出し電圧を周期的に変動させると、イオンビーム４の、質量分析器２への入射エネルギーも周期的に変動する。ここで、周期的変動としては、図３に示したように、引出し電圧は正弦波電圧または三角波電圧で良い。さらに、引出し電圧と変動周期は、例えば印加電圧の最小値を３０キロボルト程度、最大値を１００キロボルト程度とし、変動周期を１秒程度としても構わない。
【００１７】
原理的に、質量分析器２内におけるイオンビーム４の軌道の偏向度は、クリーニングイオン３の質量及び電荷が一定の場合、質量分析用磁石２１が発生する偏向磁界の強度と、イオン源１からの引出し電圧（即ち、質量分析器２への入射エネルギー）と、の組み合わせに応じて一義的に決定される。ここで述べる「軌道の偏向度」とは、クリーニングイオン３の軌道が磁界によって曲げられる度合いのことを指す。クリーニングイオン３の質量及び電荷が一定の場合であり、かつ偏向磁界の強度が一定の場合には、イオンビーム４の軌道の偏向度は入射エネルギーの値に依存する。従って、引出し電圧を周期的に変動させることで、質量分析器２の内側表面にクリーニングイオン３のイオンビーム４を反復して衝突させることができるので、効果的なクリーニングを実施することができる。
【００１８】
次に、図２のＤ工程では、クリーニングイオン３のイオンビーム４の軌道を質量分析用磁石２１が発生する偏向磁界によって偏向させ、イオンビーム４を質量分析器２の内側表面に衝突させる。この工程では、まず、質量分析用磁石２１に備えた磁気コイル（図示せず）に流す電流量を周期的に変動させ、質量分析用磁石２１が発生する偏向磁界の強度を周期的に変動させる。磁界強度の変動周期は、引出し電圧の変動周期と異なることが好ましい。ここで述べる「変動周期が異なる」とは、磁界強度の変動周期は引出し電圧の変動周期の一倍よりも長いことを指す。本願発明の実施の一形態においては、例えば、磁界強度の変動周期を引出し電圧の変動周期の１０倍よりも長くすることが好ましい。より好ましくは、磁界強度の変動周期を１０秒よりも長くするとともに、引出し電圧の変動周期の１０倍よりも長くする。つまり、引出し電圧の変動周期を１秒とした場合には、磁界強度の変動周期を１０秒よりも長くしてもいいし、引出し電圧の変動周期を１０秒とした場合には、磁界強度の変動周期を１００秒よりも長くしてもいい。なお、磁界強度の変動周期を１０秒よりも長くすることで、磁界強度を変動させる際に発現する残留磁化の影響が少なくなり、より効果的なクリーニングが実施できる。
【００１９】
磁界強度の変動に関しては、例えば図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、単純増加であっても構わないし、単純減少であっても構わない。また、正弦波的に増減させても構わない。原理的に、クリーニングイオン３の質量及び電荷が一定の場合であり、かつ入射エネルギーが一定の場合には、イオンビーム４の軌道の偏向度は偏向磁界の強度に依存する。従って、磁界強度の周期的に変動させることで、質量分析器２の内側表面にクリーニングイオン３のイオンビーム４を反復して衝突させることができる。
【００２０】
次に、前記の偏向磁界中を、図２のＣ工程で引出したイオンビーム４を通過させる。偏向磁界強度の変動周期と引出し電圧の変動周期とを異ならせることで、偏向磁界強度及び引出し電圧の設定値から導かれる組み合わせの数は従来技術の場合と比較して増大し、質量分析管２２内におけるイオンビーム４の軌道の偏向度も多様となる。具体的には、偏向磁界強度が大きく、かつ引出し電圧が小さい場合には、イオンビーム４の軌道の偏向度は大きくなるため、図１に示すように、質量分析器２の入射口付近４１にイオンビーム４が衝突する。対照的に、偏向磁界強度が小さく、かつ引出し電圧が大きい場合には、イオンビーム４の軌道の偏向度は小さくなるため、質量分析器２の出射口付近４２にイオンビーム４が衝突する。つまり、偏向磁界強度及び引出し電圧をともに変動させることで、イオンビーム４を質量分析器２の内側表面のクリーニングすべき領域に反復して衝突させることができる。偏向磁界強度及び引出し電圧の変動を開始するタイミングについては、この２つを同時に変動させても構わないし、偏向磁界強度を変動させた後に引出し電圧を変動させても構わない。また、引出し電圧を変動させた後に偏向磁界強度を変動させても構わない。イオンビーム４の反復衝突を繰り返すことにより、クリーニング領域に付着している副生成物をより効果的に取り除くことができる。故に、前記したイオン注入装置１００に設置した材料の表面汚染やドーピング等の問題も解決され、性能が均一である製品を大量に生産することが可能となる。
【００２１】
（応用例１）
上記実施形態において、図５に示した制御部３１を組み込むことで、前記した引出し電圧及び偏向磁界強度を自動的に変動させることも可能である。制御部３１には、本願発明の実施の一形態に係るクリーニング方法の各工程をシーケンス制御するプログラムが組み込まれている。従って、例えば、引出し電圧及び偏向磁界強度の変動周期や引出し電圧の最大値及び最小値、質量分析用磁石２１に含まれる磁気コイルに流す電流量等を予め設定することで、自動的にクリーニングを実施することができる。従って、メンテナンス時に、人手による作業負荷を軽減することができる。
【００２２】
（応用例２）
上記実施形態において、クリーニングガス３を用いてその場クリーニングした質量分析器２の内側表面を、ドーパントイオンを用いて被覆すること（即ち、ポストクリーニング）も可能である。ポストクリーニングする際には上記実施形態と同一の手続きをする。ここで述べる「ドーパント」とは、イオン注入装置１００に設置したウエハ等の材料に意図して注入する元素のことを指し、ドーパントイオンとは、前記元素のイオンを指す。
【００２３】
クリーニング後の製品処理で質量分析器２を用いて質量選別する際、予めポストクリーニングされた質量分析器２の内側表面にドーパントイオンが衝突すると、ドーパントと同一元素で構成されたイオンが二次的に生成する。本明細書で述べる「二次的に生成」とは、イオン源１における一次的なイオン生成とは異なり、クリーニングイオン３またはドーパントイオンが質量分析器２の内側表面に衝突し、その結果、前記の内側表面に堆積した副生成物が分解することでイオン生成することを指す。このドーパントと同一元素で構成されたイオンがイオン注入装置１００内に設置した材料の表面に到着し付着したとしても、前記の表面汚染やドーピング等の問題は起こりにくい。故に、前記問題も解決され、性能が均一である製品を大量に生産することが可能となるとともに、ウエハ等における不純物混入の可能性をより一層低減することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  イオン源，２  質量分析器，３  クリーニングガス，４  イオンビーム，１１  イオン生成部，１２  引出し電極，２１  質量分析用磁石，２２  質量分析管，３１  制御部，４１  偏向度が大きい場合にクリーニングガスが衝突する部分，４２  偏向度が小さい場合にクリーニングガスが衝突する部分，１００，１００’  イオン注入装置，１１１  熱電子発生用フィラメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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