(57)【要約】【課題】プラズマ生成容器内にクリーニングガスを供給し、そのクリーニングガスをプラズマ化することによりプラズマ生成容器内あるいは加速電極をクリーニングする際において、短時間で効果的にイオン源内の堆積物を除去することができるイオン源を提供する。【解決手段】クリーニング運転時において、前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように前記バイアス電圧を設定した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内にイオン源ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記プラズマ生成容器内においてイオン源ガス又はクリーニングガスを電離させてプラズマを生成する電離部材と、前記プラズマ生成容器の開口部近傍において当該プラズマ生成容器と絶縁して設けられており、前記プラズマからイオンビームを引き出すための加速電極と、前記電離部材に対する前記プラズマ生成容器の電圧であるアーク電圧を加えるためのアーク電源と、前記プラズマ生成容器に対する前記加速電極の電圧であるバイアス電圧を加えるためのバイアス電源とを備え、前記ガス供給機構がクリーニング運転時にクリーニングガスを前記プラズマ生成容器内に供給するように構成されたイオン源であって、
クリーニング運転時において、前記加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように前記バイアス電源を制御するバイアス電源制御部を備えたことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値の２倍以上となるように前記バイアス電源を制御する請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時におけるバイアス電圧を１００Ｖ以上となるように前記バイアス電源を制御する請求項１又は２記載のイオン源。
【請求項４】
クリーニング運転時におけるアーク電圧が、３０Ｖ以上１００Ｖ以下となるように前記アーク電源を制御するアーク電源制御部をさらに備えた請求項１乃至３いずれかに記載のイオン源。
【請求項５】
前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時において前記加速電極側に前記バイアス電源の負極を接続した後で、当該加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するように制御する請求項１乃至４いずれかに記載のイオン源。
【請求項６】
前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時において前記加速電極側に前記バイアス電源の負極を接続するとともに、前記バイアス電圧の絶対値が１００Ｖ以上となるように前記バイアス電源を制御する請求項５に記載のイオン源。
【請求項７】
クリーニング運転時において、長時間クリーニングモードと短時間クリーニングモードのいずれを実行するかを決定するクリーニングモード決定部をさらに備え、
前記クリーニングモード決定部が、前記プラズマ生成容器内の堆積物の残存量に関連する値であるクリーニング指標が予め定めた閾値を超えた場合には長時間クリーニングモードに決定し、それ以外の場合には短時間クリーニングモードに決定するように構成されている請求項１乃至６いずれかに記載のイオン源。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載のイオン源を備えたイオンビーム照射装置。
【請求項９】
内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内にイオン源ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記プラズマ生成容器内においてイオン源ガス又はクリーニングガスを電離させてプラズマを生成する電離部材と、前記プラズマ生成容器の開口部近傍において当該プラズマ生成容器と絶縁して設けられており、前記プラズマからイオンビームを引き出すための加速電極と、前記電離部材に対する前記プラズマ生成容器の電圧であるアーク電圧を加えるためのアーク電源と、前記プラズマ生成容器に対する前記加速電極の電圧であるバイアス電圧を加えるためのバイアス電源とを備え、前記ガス供給機構がクリーニング運転時にクリーニングガスを前記プラズマ生成容器内に供給するように構成されたイオン源に用いられるクリーニング方法であって、
クリーニング運転時において、前記加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように前記バイアス電圧を設定するバイアス電圧設定ステップを備えたことを特徴とするイオン源クリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばイオンビーム照射装置に用いられるイオン源においてクリーニングに関する機能を有したものや、そのクリーニング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばイオン注入装置に用いられるイオン源は、特許文献１に示されるように内部においてプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内に三フッ化ホウ素（ＢＦ３）又はホスフィン（ＰＨ３）等を含むイオン源ガスを供給するガス供給機構と、前記プラズマ生成容器内においてイオン源ガスを電離させてプラズマを生成するフィラメントと、前記プラズマ生成容器の開口部付近に設けられ、前記プラズマからイオンビームを引き出す加速電極とを備えたものがある。
【０００３】
この特許文献１のイオン源においては、所望のイオン種がより多くイオンビームに含まれるようにするために前記プラズマ生成容器に対する前記加速電極の電圧であるバイアス電圧を加えるためのバイアス電源が設けられている。例えばイオン源ガスがＢＦ３である場合には、加速電極側にバイアス電源の正極が接続された状態で所定のバイアス電圧が設定され、イオン源ガスがＰＨ３である場合には、加速電極側にバイアス電源の負極が接続された状態で所定の前記バイアス電圧が設定される。このようにすることで、イオンビームに含まれるホウ素イオン又はリンイオンの量を多くすることができる。
【０００４】
ところで、このようなイオン源ガスをプラズマ化し、前記イオン源からイオンビームを引き出すことを繰り返していると、前記プラズマ生成容器の内壁又は前記加速電極に対してイオン源ガスの成分が堆積してしまう。この堆積物が所定量を超えると、プラズマ生成容器内においてこの体積物に起因する異常放電の発生回数等が増加し、安定的にプラズマを生成することができなくなり、ひいては、所望のイオンビームを得ることができなくなってしまう。
【０００５】
そこで、特許文献２に示されるようにプラズマ容器内にイオン源ガスの代わりに水素ガスをクリーニングガスとして供給して、水素プラズマを生成することによってイオン源のクリーニングが定期的に行われる。このクリーニング方法により、プラズマ生成容器内の水素プラズマから出た水素イオンが堆積物に衝突して、その堆積物がスパッタリングされることによりプラズマ生成容器内又は加速電極に堆積している堆積物が除去される。
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、水素ガスをプラズマ生成容器内に供給し、水素プラズマを発生させることにより堆積物を除去できることは示されているものの、クリーニング時におけるイオン源の運転方法や、各種電源の設定方法については詳述されていない。
【０００７】
例えば単位時間あたりの基板の処理枚数を増加させるために、クリーニングにかかる時間はできるだけ短くしつつ、効果的に堆積物を除去できるようにしたいという技術課題があるが、これまでクリーニング時においてはどのような設定や運転を行うべきであるかについてはよく分かっていなかった。また、例えばプラズマ生成容器、あるいは、加速電極のいずれか一方について集中的に堆積物の除去を行いたい場合であっても、イオン源をどのように設定又は運転すればよいのかについても明らかではかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１１５５１１号公報
【特許文献２】特許２９５６４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、プラズマ生成容器内にクリーニングガスを供給し、そのクリーニングガスをプラズマ化することによりプラズマ生成容器内あるいは加速電極をクリーニングする際において、短時間で効果的にイオン源内の堆積物を除去することができるイオン源、イオンビーム照射装置、又は、イオン源のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明のイオン源は、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内にイオン源ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記プラズマ生成容器内においてイオン源ガス又はクリーニングガスを電離させてプラズマを生成する電離部材と、前記プラズマ生成容器の開口部近傍において当該プラズマ生成容器と絶縁して設けられており、前記プラズマからイオンビームを引き出すための加速電極と、前記電離部材に対する前記プラズマ生成容器の電圧であるアーク電圧を加えるためのアーク電源と、前記プラズマ生成容器に対する前記加速電極の電圧であるバイアス電圧を加えるためのバイアス電源とを備え、前記ガス供給機構がクリーニング運転時にクリーニングガスを前記プラズマ生成容器内に供給するように構成されたイオン源であって、クリーニング運転時において、前記加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように前記バイアス電源を制御するバイアス電源制御部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のイオン源のクリーニング方法は、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内にイオン源ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記プラズマ生成容器内においてイオン源ガス又はクリーニングガスを電離させてプラズマを生成する電離部材と、前記プラズマ生成容器の開口部近傍において当該プラズマ生成容器と絶縁して設けられており、前記プラズマからイオンビームを引き出すための加速電極と、前記電離部材に対する前記プラズマ生成容器の電圧であるアーク電圧を加えるためのアーク電源と、前記プラズマ生成容器に対する前記加速電極の電圧であるバイアス電圧を加えるためのバイアス電源とを備え、前記ガス供給機構がクリーニング運転時にクリーニングガスを前記プラズマ生成容器内に供給するように構成されたイオン源に用いられるクリーニング方法であって、クリーニング運転時において、前記加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように前記バイアス電圧を設定するバイアス電圧設定ステップを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、「通常運転時」とは例えばイオン源から所望の種類のイオン種を含むイオンビームが引き出され、例えば半導体等のワークに対して照射されている運転状態のことを指す。また、「クリーニング運転時」とは、例えばクリーニングガスがプラズマ生成容器内に所定量以上供給されており、クリーニングガスのプラズマによって堆積物の除去の効果が認められる運転状態のことを指す。
【００１３】
このようなものであれば、クリーニング運転時において前記加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するとともに、前記プラズマ生成容器に対する前記加速電極の電圧であるバイアス電圧の大きさが通常運転時に比べてその絶対値が高くなるように設定されるので、前記プラズマ生成容器内に生成されるクリーニングガスのプラズマの当該プラズマ生成容器に対する電圧であるシース電圧をより高くすることができ、クリーニングガスの成分のイオンによって前記プラズマ生成容器の内壁に堆積している堆積物を高エネルギーでスパッタリングすることができる。すなわち、前記プラズマ生成容器内に堆積した堆積物に対して、高エネルギーのイオンを衝突させることができるので、十分なクリーニング効果を得ることができる。
【００１４】
また、前記加速電極側に前記バイアス電源の正極が接続されているので、例えば水素ガスや希ガス等のクリーニングガスがプラズマ化した場合、そのイオンは加速電極との間で斥力が生じることになり、主にプラズマ生成容器内側に堆積した堆積物をスパッタリングすることになる。従って、堆積物の除去を行う対象を略前記プラズマ生成容器に限定することができ、クリーニング効果を集中させるとともにより精密なクリーニングを実現できる。
【００１５】
さらに、例えば電離部材に印加される電圧やその周波数等を変更してシース電圧を高めるのに比べて、前記バイアス電圧の絶対値を通常運転時に比べてクリーニング運転時は高くするようにする方法はそれほど高電圧にしなくてもシース電圧を高めてクリーニング効果を向上させられる。
【００１６】
加えて、本発明は、従来通常運転時においてイオンビームに所望のイオンが含まれる割合を高めるために用いられていたバイアス電圧を、クリーニング時において通常運転時とは別の値に設定することにより高いクリーニング効果が得られることを本願発明者らが鋭意検討の結果見出したことにより初めてなされたものであり、例えば特許文献１及び２を組み合わせることによって容易に想到されるようなものでは決してない。
【００１７】
プラズマ生成容器の内部に堆積している堆積物に対して高いクリーニング効果が得られる具体的な構成例の１つとしては、前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値の２倍以上となるように前記バイアス電源を制御するものが挙げられる。
【００１８】
前記プラズマ生成容器内の堆積物を効果的に除去するためのバイアス電圧を設定できるより好ましい具体的構成例としては、前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時におけるバイアス電圧を１００Ｖ以上となるように前記バイアス電源を制御するものであればよい。
【００１９】
前記プラズマ生成容器内において生成されるクリーニングガスのプラズマが連続して確実に点灯するようにして、堆積物のクリーニング効果が十分に表れるようにするには、クリーニング運転時におけるアーク電圧が、略３０Ｖ以上１００Ｖ以下となるように前記アーク電源を制御するアーク電源制御部をさらに備えたものであればよい。
【００２０】
クリーニング運転時において最初から前記加速電極側に前記プラズマ電極の正極を接続すると、当該加速電極に付着している堆積物によって初期放電が不安定となり、バイアス電源に過電流が流れ、保護回路が働き電源出力がオフになってしまう恐れがある。そして、バイアス電源がオフになってしまうと、復旧作業等が必要となりクリーニングに要する時間が長くなってしまう。また、過電流に対応できるように前記バイアス電源に電源容量の大きなものを使用する事も考えられるが、これは製造コストの上昇を招くため好ましくない。これらのような問題が生じないようにするためには、前記バイアス電源制御部が、クリーニング運転時において前記加速電極側に前記バイアス電源の負極を接続した後で、当該加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続するように前記バイアス電源を制御するものであればよい。このようなものであれば、まず前記加速電極のクリーニングが行われて、堆積物が除去されるので、前記加速電極の極性を正にして前記プラズマ生成容器内のクリーニングを開始した時に初期放電を安定化させ、過電流が前記バイアス電源に流れるのを防ぐことができる。
【００２１】
加速電極のクリーニングを行う場合においても、クリーニングガスのプラズマと前記加速電極との間で十分なポテンシャルを発生させ、高エネルギーのイオンによって、加速電極に堆積した堆積物がスパッタリングされるようにし、十分なクリーニング効果が得られるようにするには、前記バイアス電圧の絶対値が１００Ｖ以上となるように前記バイアス電源を制御するものであればよい。
【００２２】
全運転時間におけるクリーニング運転を行っている時間の占める割合を低減しつつ、十分なクリーニング効果を得ながらも例えば単位時間当たりに処理できる基板の枚数を増加させ、生産効率を向上させられるようにするには、クリーニング運転時において、長時間クリーニングモードと短時間クリーニングモードのいずれを実行するかを決定するクリーニングモード決定部をさらに備え、前記クリーニングモード決定部が、前記プラズマ生成容器内の堆積物の残存量に関連する値であるクリーニング指標が予め定めた閾値を超えた場合には長時間クリーニングモードに決定し、それ以外の場合には短時間クリーニングモードに決定するように構成されていればよい。
【００２３】
また、上述してきたようなイオン源を備えたイオンビーム照射装置であれば、常にイオン源のクリーニングが好適に行われているので、所望のイオンビームを得ることができ、例えば半導体に対するイオン注入を恒常的に精度よく行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明のイオン源、イオンビーム照射装置、及び、イオン源のクリーニング方法によれば、従来は引き出されるイオンビームに含まれるイオン種の量を増加させるために用いられていたバイアス電圧をクリーニング運転用の特別な電圧に設定することにより、従来よりも好適にイオン源内の堆積物を除去することができる。より具体的には、バイアス電圧により十分なエネルギーが与えられたクリーニングガスのイオンによって堆積物がスパッタリングされるので、堆積物のクリーニング効果を大幅に向上させることができる。さらに前記加速電極側に前記バイアス電源の正極を接続することにより、主に前記プラズマ生成容器内に堆積した堆積物のみをプラズマ中のイオンにスパッタリングすることができる。つまり、本発明はクリーニングする場所を明確に限定し、クリーニング効果を集中させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の模式的全体図。
【図２】第１実施形態におけるイオン源の構造を示す模式図。
【図３】第１実施形態の通常運転時におけるイオン源の構成を示す簡易模式図。
【図４】第１実施形態のクリーニング運転時におけるイオン源の構成を示す簡易模式図。
【図５】第１実施形態の変形例におけるイオン源の構成を示す簡易模式図。
【図６】第２実施形態のクリーニング運転時におけるイオン源の構成を示す簡易模式図。
【図７】その他の実施形態におけるイオン源の構成を示す簡易模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及びイオン源１００について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
このイオンビーム照射装置は、例えばフラットパネルディスプレイ用の基板ＰＬ（ガラス基板）の表面にイオンビームIBを照射し、イオンを基板ＰＬ内に注入し、その基板ＰＬの特性を所望のものにするために用いられるイオン注入装置２００である。
【００２８】
図１は第１実施形態に係るイオン注入装置２００を示す概略平面図である。このイオン注入装置２００は、イオン源１００から引き出されたイオンビームIBを、質量分析器１０１により質量分析したのちに、基板駆動装置１０２に固定されている基板ＰＬに対して照射し、所望のイオン種を基板ＰＬに対して注入するものである。なお、イオン源１００から基板駆動装置１０２までのイオンビームIBの経路は図示しない真空容器により囲まれており、イオン注入時は真空に保たれている。
【００２９】
前記イオン源１００から引き出されるイオンビームIBは、基板ＰＬに入射する直前の進行方向をＺ軸方向とした場合、図１において紙面表裏方向であるＹ軸方向の幅Ｗが、それに直交する方向であるＸ軸方向の厚さよりも十分に大きいシート状をしている、いわゆるリボン状のイオンビームIBである。また、前記基板駆動装置１０２により、基板ＰＬはＸ軸方向又はＹ軸方向に駆動され、イオンビームIBの厚さ方向を横切らせるように走査することにより、基板ＰＬの全面にイオンビームIBが照射されるようにしてある。
【００３０】
また、このイオン源１００は少なくとも２つの運転態様があり、基板ＰＬに対してイオン注入を行うために外部へとイオンビームIBが引き出される通常運転と、通常運転によりイオン源１００の内部に堆積したイオン源ガスの成分等からなる堆積物を除去するクリーニング運転とを行うことができる。このクリーニング運転とは、クリーニングガスを供給してプラズマＰを生成し、クリーニングガスのイオンによるスパッタリングによってイオン源１００内の堆積物を除去するための運転である。
【００３１】
次にイオン源１００の詳細について説明する。
【００３２】
前記イオン源１００は、内部でプラズマＰが生成されるプラズマ生成容器１と、前記プラズマ生成容器１内にイオン源ガス又はクリーニングガスを供給するためのガス供給機構２と、前記プラズマ生成容器１内においてイオン源ガス又はクリーニングガスを電離させてプラズマＰを生成する電離部材を構成する１又は複数のフィラメント３と、前記プラズマ生成容器１の開口部１１付近において当該プラズマ生成容器１と前縁して設けられており、前記プラズマＰからイオンビームIBを引き出すための加速電極４１とを備えている。さらに、このイオン源１００は、プラズマＰの生成及び維持、イオンビームIBの引き出し、あるいは、クリーニングといった動作を制御するための機構として、各前記フィラメント３に対する前記プラズマ生成容器１の電圧であるアーク電圧を加えるためのアーク電源６と、前記プラズマ生成容器１に対する前記加速電極４１の電圧であるバイアス電圧を加えるためのバイアス電源７と、少なくとも前記ガス供給機構２、前記アーク電源６、前記バイアス電源７を制御する制御機構８とを備えている。
【００３３】
各部について詳述する。
【００３４】
前記プラズマ生成容器１は、内部が図示しない真空源により所定の真空度に保たれており、供給されたガスのプラズマＰを内部で維持するためのものである。より具体的には、前記プラズマ生成容器１は図２に示されるようにＹ軸方向を長辺方向とする概略直方体形状の内部空間を有する容器であって、１つの側面に前記ガス供給機構２から各種ガスが供給されるガス供給口１２が形成してあるとともに、その同じ側面を取付面として大気側から当該プラズマ生成容器１内へと前記フィラメント３が取り付けてある。また、前記プラズマ生成容器１は、前記取付面と対向する側面が開口としてあり、この開口部１１の近傍外側に前記加速電極４１が開口を塞ぐように取り付けてある。さらに、前記プラズマ生成容器１の各側面及び端面の大気側には、プラズマ生成容器１の内壁付近に生成されたプラズマＰを当該プラズマ生成容器１内で閉じ込めるためのカスプ磁場を形成するための複数の磁石５が配置してあり、いわゆるバケット側イオン源を構成している。なお、この磁石５は、永久磁石であっても電磁石であってもよい。
【００３５】
前記ガス供給機構２は、前記プラズマ生成容器１のガス供給口１２と接続され、イオン源ガス又はクリーニングガスを当該プラズマ生成容器１内に供給するためのものである。このガス供給機構２は、例えば、後述する制御機構８からの運転切替指令に基づいてイオン源ガスが封入された第１ボトルと、クリーニングガスが封入された第２ボトルのいずれかと、前記ガス供給口１２とを接続するものである。より具体的には、通常運転時には前記イオン源ガスが封入された第１ボトルと前記ガス供給口１２とが接続され、クリーニング運転時にはクリーニングガスが封入された第２ボトルと前記ガス供給口１２とが接続される。前記イオン源ガスは、注入したいイオン種に応じて変更されるものであり、例えばホウ素を注入したい場合には、ＢＦ３（三フッ化ホウ素）ガスが用いられ、リンを注入したい場合にはＰＨ３（ホスフィン）ガスが用いられる。一方、前記クリーニングガスとしては、水素ガス、各種希ガスが用いられる。
【００３６】
前記加速電極４１は、多数の穴もしくはスリットを有した概略平板状の金属板であり、図２に示すように前記プラズマ生成容器１の開口部１１を塞ぐようにその開口部１１の外側近傍に設けてある。そして、この加速電極４１は、さらに外側に順番に設けられた平板状の引き出し電極４２、抑制電極４３、接地電極４４とともに引き出し電極系４を構成している。この引き出し電極系４を構成する各電極については各電極の端部を絶縁体Zにより前記プラズマ生成容器１から支持して取り付けてあり、各電極の電圧を独立に制御できるように構成してある。さらに、前記加速電極４１は、通常運転時においてはイオン注入したいイオンの種類に応じて接続される前記バイアス電源の極が変更され、クリーニング運転時においては通常運転時とは異なる電圧が印加されることになる。この詳細については後述するバイアス電源制御部８３において説明する。
【００３７】
前記アーク電源６は、可変電圧電源であって前記フィラメント３側の極性が負、前記プラズマ生成容器１側の極性が正となるように設けられるものである。このアーク電源６により印加される電圧であるアーク電圧を所定の値にすることにより、前記プラズマ生成容器１内において生成されるプラズマＰを安定的に点灯させることができる。
【００３８】
前記バイアス電源７も、可変電圧電源であってその極性についても変更可能に構成してある。このバイアス電源７により印加される電圧を変化させることにより、通常運転時においてはより多くのイオンがイオンビームIBとして引き出されるようにし、クリーニング運転時においては、クリーニング対象となる部位を限定するとともに、より効果的に堆積物が除去されるようにする。
【００３９】
前記制御機構８は、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力手段等からなるいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されているプログラムを実行することにより少なくともガス供給機構制御部８１、アーク電源制御部８２、バイアス電源制御部８３としての機能を発揮するものである。なお、以下の各電源の電圧に関する説明に関しては、図２を簡略表記した模式図であり、今回の発明に特に関係するプラズマ生成容器１、フィラメント３、加速電極４１、アーク電源６、バイアス電源７についてのみ記載した図３乃至５を参照しながら説明する。
【００４０】
前記ガス供給機構制御部８１は、通常運転時において前記ガス供給機構２からイオン源ガスを所定流量で供給させるとともに、クリーニング運転時においてはクリーニングガスを所定流量で供給させるように構成してある。
【００４１】
前記アーク電源制御部８２は、運転モードや使用されているイオン源ガス又はクリーニングガスの種類ごとに前記アーク電源６によりアーク電圧を適切な値へと制御するものである。例えば、前記アーク電源制御部８２は、通常運転時においては図３に示すようにアーク電圧として１２０Ｖが加えられるように前記アーク電源６を制御する。また、当該アーク電源制御部８２は図４に示すようにクリーニング運転時において水素ガスがクリーニングガスとして用いられている場合は、図４示すようにクリーニングガスのプラズマＰが安定的に点灯するようにアーク電圧として３０Ｖ以上１００Ｖ以下の電圧が加えられるように前記アーク電源６を制御する。
【００４２】
前記バイアス電源制御部８３も、運転モードや使用されているイオン源ガス又はクリーニングガスの種類ごとに前記バイアス電源７を適切な状態に制御するものである。より具体的には、前記バイアス電源制御部８３は、通常運転時においてＢＦ３がイオン源ガスとして用いられている場合には、図３に示すように前記プラズマ生成容器１側に前記バイアス電源７の負極を接続し、前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の正極を接続してバイアス電圧を印加し、バイアス電圧の値として１５Ｖを印加するように前記バイアス電源７を制御する。また、通常運転時においてＰＨ３がイオン源ガスとして用いられている場合には、前記プラズマ生成容器１側に前記バイアス電源７の正極を接続し、前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の負極を接続してバイアス電圧を印加するように前記バイアス電源制御部８３は構成してある。このように前記バイアス電源制御部８３は、通常運転時においては前記バイアス電源７の極性をイオン源ガスの種類に応じて変更するとともに、そのガスの種類ごとに効率よくイオンがイオンビームIBとして引き出される絶対値の電圧をバイアス電圧として前記バイアス電源７が加えるように制御している。
【００４３】
次に前記バイアス電源制御部８３のクリーニング運転時における構成及び動作について説明する。前記バイアス電源制御部８３は、クリーニング運転時において、特に前記プラズマ生成容器１内の堆積物の除去を行うことを目的とする場合には、前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように前記バイアス電源７を制御するように構成してある。すなわち、前記バイアス電源制御部８３は、第１実施形態においてはイオン源ガスがＢＦ３の場合、クリーニング運転時には１５Ｖよりも絶対値が大きい電圧をバイアス電圧として印加するように構成してある。
【００４４】
より具体的には、前記バイアス電源制御部８３は、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時におけるバイアス電圧の絶対値の２倍以上、より好ましくは１００Ｖ以上となるように前記バイアス電源７を制御するように構成してある。この第１実施形態においては、図４に示すように１００Ｖ以上の電圧である１２０Ｖをバイアス電圧として印加するように前記バイアス電源制御部８３は構成してある。
【００４５】
このようにクリーニング運転時において、前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の正極を接続するとともに通常運転時よりも絶対値の大きい電圧がバイアス電圧として印加されることによるクリーニング効果が向上することについて定性的に説明する。
【００４６】
図４に示されるようにクリーニング運転時において前記加速電極４１にバイアス電圧として１２０Ｖが加えられていると、前記プラズマ生成容器１に対して前記加速電極４１が高電位の状態となっていることになる。従って、プラズマ生成容器１に対するクリーニングガスのプラズマＰの電圧であるシース電圧もこの加速電極４１の電位につられて高くなる。つまり、図４に示しているように、シース電圧は加速電圧の電位である１２０Ｖを上限として所定の値までその値が引き挙げられ、高電位の状態となっている。このことから、プラズマＰとプラズマ生成容器１との間のシース電圧が高い状態となっているので、クリーニングガスのプラズマＰ中の水素イオンは高エネルギー状態で当該プラズマ生成容器１に堆積した堆積物をスパッタリングすることができる。言い換えると、高エネルギーの水素イオンがプラズマ生成容器１内に付着している堆積物に対して衝突することになるので、堆積物が効果的に除去される。また、前記加速電極４１と前記プラズマ生成容器１との間においても放電が起こりやすくなることも、クリーニングガスのプラズマＰを高エネルギー状態で生成するのに寄与し、クリーニング効果を高めていると考えられる。
【００４７】
このように第１実施形態のイオン源１００及びイオン注入装置２００によれば、通常運転時においてイオンビームIBが引き出される際にイオンビームIBに含まれるイオン種を増やすために適宜調整が行われていたバイアス電圧について、クリーニング運転時においては通常運転時と比較して高い正電圧が前記加速電極４１に印加されるように構成してあるので、シース電圧を大きくし、クリーニングガスのイオンの堆積物に対する衝突エネルギーを大きくして、クリーニング効果を高めることができる。
【００４８】
しかも、前記加速電極４１が前記プラズマ生成容器１に対して高電位の状態となっているので、ほとんどのイオンは前記プラズマ生成容器１に堆積した堆積物をスパッタリングすることになるので、クリーニング対象を略前記プラズマ生成容器１に集中させ、そのクリーニング効果を高めることができる。また、このようにイオン源１００におけるクリーニング箇所を明確に限定してクリーニングを行うことができるので、例えば、イオン源１００の部位ごとに堆積物の量に応じて適切なクリーニング時間を設定する事などが可能となり、より好ましいクリーニング運転が可能となる。
【００４９】
また、クリーニング運転時において前記アーク電源制御部８２が、アーク電圧を３０Ｖ〜１００Ｖに維持するように前記アーク電源６を制御するので、クリーニングガスのプラズマＰを安定的に点灯させて、クリーニング運転中に堆積物へのイオンの衝突が途切れることがなく、短時間でクリーニングを終了させることができるようになる。
【００５０】
これらのことから、本発明のイオン注入装置２００であれば、イオン源１内の堆積物に対するクリーニング効果が高く、常に所望のイオンビームIBを得ることができ、また、クリーニング運転にかかる時間が短いので、安定した精度でのイオン注入を行いつつ、単位時間当たりの基板ＰＬの処理枚数を多くすることができる。
【００５１】
第１実施形態の変形例について図５を参照しながら説明する。
【００５２】
図３、図４に示した前記バイアス電源７は可変電圧電源であったため、通常運転時とクリーニング運転時において当該バイアス電源７のみで、バイアス電圧の絶対値を変更するようにしていたが、例えば、固定電圧電源でもクリーニング運転時に前記加速電圧４１側に前記バイアス電源７の正極を接続するとともに、通常運転時よりも高い電圧を加えられるようにするには、図５に示すように前記アーク電源６の接続先が通常運転時にはプラズマ生成容器１であり、クリーニング運転時には加速電極４１となる切替回路７１を設ければよい。
【００５３】
このようなものであっても、クリーニング時のみ加速電極４１に加えられるバイアス電圧を高くし、クリーニング効果を高めることができる。また、このような回路構成であれば、結線の結び直しを簡単にすることができる。
【００５４】
次に本発明の第２実施形態について図６を参照しながら説明する。なお、第２実施形態の説明において前記第１実施形態と共通又は対応する部材については同じ符号を付すこととする。
【００５５】
第２実施形態のイオン源１００は、第１実施形態と比較して前記バイアス電源制御部８３の構成がさらに追加されている点で異なっている。
【００５６】
より具体的には、第２実施形態のバイアス電源制御部８３は、まず加速電極４１のクリーニングを行った後にプラズマ生成容器１のクリーニングが行われるように、図６に示すようにクリーニング運転時においてバイアス電圧を最初は前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の負極が接続されるように前記バイアス電源７を制御し、所定時間経過後に前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の正極を接続するように制御するものである。また、クリーニング運転時において前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の負極が接続されている間においては、前記バイアス電源制御部８３は前記バイアス電圧の絶対値が１００Ｖ以上となるように前記バイアス電源７を制御している。第２実施形態では具体的にはバイアス電圧の絶対値が１２０Ｖとなり、前記加速電極４１側にバイアス電源７の負極が接続されるように制御している。このようにバイアス電圧が制御されると、シース電圧は１０Ｖ程度までしか上昇しないものの、前記加速電極４１に対するプラズマＰの電圧は第１実施形態の説明とは反対の関係となって１２０Ｖを上限として高められることになる。従って、高エネルギーのイオンが、加速電極４に堆積している堆積物をスパッタリングすることになり、加速電極４１に堆積している堆積物が好適に除去されることになる。
【００５７】
このように第２実施形態のイオン源１００及びイオン注入装置２００によれば、前記バイアス電源制御部８３が、クリーニング運転時においてまず前記加速電極４１側に前記バイアス電源７の負極を接続し、しかもバイアス電圧の絶対値が通常運転時よりも大きな値となるようにバイアス電源７を制御するので、加速電極４１に集中して堆積物を好適に除去することができる。そして、加速電極４１のクリーニングが終わった後で、前記加速電極４１に前記バイアス電源７の正極を接続して、前記プラズマ生成容器１内のクリーニングが開始されるので、初期放電の安定性を向上させることができ、バイアス電源７に対して過電流が流れるのを防ぐことができる。したがって、バイアス電源７の保護回路が動作し、電源出力がオフになってしまい復旧に時間がかかるためにクリーニング時間が長くなってしまうといった問題が生じないようにすることができる。また、クリーニング運転時における異常放電によって過電流がバイアス電源７に流れないようにすることができるので、バイアス電源７として電源容量の大きなものを使用しなくてもよく製造コストを低減することができる。
【００５８】
その他の実施形態について説明する。
【００５９】
図７に示すように前記バイアス電源７を交流電源としてクリーニング運転時に前記加速電極４１に接続されるバイアス電源７の極を所定時間ごとに変更するように構成しても構わない。すなわち、クリーニング運転時において、加速電極４１のクリーニングとプラズマ生成容器１のクリーニングを交互に行うように構成しても構わない。この実施形態では図７に示すようにバイアス電圧として−１２０Ｖ〜１２０Ｖの電圧が印加されることになるので、シース電圧はこのバイアス電圧の変化に応じて変化することになる。具体的には、バイアス電圧として−１２０Ｖが印加されている場合にはシース電圧は−１２０Ｖを下限として所定の電圧まで引き下げられることになり、バイアス電圧として１２０Ｖが印加されている場合にはシース電圧は図４の場合と同じく１２０Ｖを上限として所定の電圧まで引き上げられる。
【００６０】
前記各実施形態において示したアーク電圧及びバイアス電圧は一例であって示された値に限られるものではない。例えば、プラズマ生成容器のクリーニングを行いたい場合には、通常運転時において使用されているイオン源ガスの種類にかかわらず、前記加速電極にバイアス電源の正極を接続するとともに、クリーニング運転時におけるバイアス電圧の絶対値が通常運転時のバイアス電圧の絶対値よりも大きくなるように設定すれば、クリーニング効果を高めることができる。
【００６１】
また、前記各実施形態においては、クリーニング運転時において加速電極４１側に接続されるバイアス電源の極と印加される電圧の絶対値を工夫することにより、イオン源１と加速電極４１のいずれかを集中的にクリーニングしてクリーニング効果を高めることができていたが、引き出し電極系４を構成する他の電極に加えられる電圧を変更することによって前記実施形態と同様に顕著なクリーニング効果を得ることができる。
【００６２】
すなわち、クリーニング運転時において引き出し電極系４を構成する電極のいずれかを通常運転時とは異なる電圧が印加される電圧変更対象電極として、その電圧変更対象電極に電源の正極を接続するとともに、所定値以上の電圧が印加されるようにし、かつ、電圧変更対象電極よりもプラズマ生成容器１側に配置されている電極に印加されている電圧よりも高い電圧にしてもよい。ここで所定値以上とは例えば１００Ｖ以上の電圧である。
【００６３】
例えば、クリーニング運転時において前記引き出し電極４２側に電源の正極を接続するとともに、その引き出し電極４２に印加される電圧が前記プラズマ生成容器１及び加速電極４１よりも高い電圧を印加してもよい。このようなものであれば、クリーニング部分をプラズマ生成容器１の内壁と前記加速電極４１の両方にしつつ、従来よりも高いクリーニング効果を得られる。また、別の例としてはクリーニング運転時において前記抑制電極４３側に電源の正極を接続するとともに、所定値以上の電圧が印加されており、その抑制電極４３に印加される電圧が、前記プラズマ生成容器１、加速電極４１、及び、引き出し電極４２よりも高い電圧を印加しているものが挙げられる。このようなものでも、クリーニング部分をプラズマ生成容器１の内壁と加速電極４１の両方としつつ、高いクリーニング効果を得ることができる。さらにこれらのように電圧を印加すれば、前記加速電極４１の裏側（プラズマ生成容器１とは逆側の面）に堆積した堆積物の除去も可能となる。
【００６４】
また、引き出されるイオンビームの性質を所望のものに保ちつつ、できる限り全運転時間におけるクリーニング運転時間の占める割合を小さくし、イオン注入や製品の生産効率を向上させるには、前記制御機構が、クリーニング運転時において、長時間クリーニングモードと短時間クリーニングモードのいずれを実行するかを決定するクリーニングモード決定部をさらに備え、前記クリーニングモード決定部が、前記プラズマ生成容器内の堆積物の残存量に関連する値であるクリーニング指標が予め定めた閾値を超えた場合には長時間クリーニングモードに決定し、それ以外の場合には短時間クリーニングモードに決定するように構成されていればよい。
【００６５】
すなわち、上述したような前記クリーニングモード決定部によって、イオンビームの性質にそれほど影響が出ない間は前記イオン源内に堆積物が微小ながらも残留してしまうラフな短時間クリーニングモードを継続して生産効率を向上させることができる。そして、堆積物の量が多くなりすぎ、異常放電等が頻繁に生じるようになり、イオンビームの性質を維持できなくなる直前には完全な長時間クリーニングを行うことでイオン源内の堆積物を略完全に取り除き品質も保つことができる。
【００６６】
前記クリーニングモード決定部においてモニタリングされる堆積物の残存量に関連する値であるクリーニング指標としては、例えば、基板の処理枚数や、イオン源内における放電回数が挙げられる。
【００６７】
より具体的には、短時間クリーニングでは基板の処理枚数が増えるほどイオン源内の堆積物の量は増加していくことになるので、処理枚数が閾値を超えるまでの間は、所定枚数ごと、例えば１ロットごとに短時間クリーニングが実行され、閾値の基板処理枚数又は所定ロット数を超えた時点で長時間クリーニングが実行されるように前記クリーニングモード決定部を構成すればよい。なお、長時間クリーニングが実行された後は基板の処理枚数のカウントがリセットされ、以後同じ動作を繰り返せばよい。
【００６８】
また、基板の処理枚数よりもさらに堆積物の量を反映させることができるクリーニング指標としては、イオン源内における放電回数が挙げられる。このクリーニング指標は、堆積物が増えるほどイオン源内における異常放電の発生頻度が高まることを利用している。異常放電の検出には、例えばアーク電源やバイアス電源の電圧値をモニタリングしておき、その値が急激に変化した場合に放電として前記クリーニングモード決定部がカウントするように構成すればよい。
【００６９】
このようなものであれば、さらに正確にイオン源の堆積物の量に関する状態を把握することができるので、ぎりぎりまで短時間クリーニングを繰り返すことができ、クリーニング運転の時間を短縮し、生産効率を向上させやすい。
【００７０】
本発明のイオン源は、イオンビームを引き出して利用する装置であれば様々なものに利用可能である。すなわち、本発明のイオンビーム照射装置は、例えばイオンビーム注入装置、イオンドーピング装置、イオンビームデポジション装置、イオンビームエッチング装置等様々な用途を含む概念である。また、イオンビームが照射される基板としては半導体基板に限られるものではなく、シリコンウェーハや、ガラス基板等であっても構わない。
【００７１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行ってもかまわない。
【符号の説明】
【００７２】
２００    ：イオン注入装置（イオンビーム照射装置）
１００    ：イオン源
１        ：プラズマ生成容器
１１      ：開口部
１２      ：ガス供給口
２        ：ガス供給機構
３        ：フィラメント
４        ：引き出し電極系
４１      ：加速電極
４２      ：引き出し電極
４３      ：抑制電極
４４      ：接地電極
５        ：磁石
６        ：アーク電源
７        ：バイアス電源
８        ：制御機構
８１      ：ガス供給機構制御部
８２      ：アーク電源制御部
８３      ：バイアス電源制御部
１０１    ：質量分析器
１０２    ：基板駆動装置
ＰＬ      ：基板
Ｐ        ：プラズマ
【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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【図６】
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【図７】
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