(57)【要約】  本発明は、プラズマ電源及び基板電源を備えたイオン注入装置ＡＰを制御する制御方法に関する。該基板電源は、  電圧発生器と、  該電圧発生器と該基板電源の出力端子との間に接続された第一のスイッチＳＷ１と、  該出力端子と中性化端子との間に接続された第二のスイッチと、を備え、  該方法は、注入段階Ａ−Ｄ及び中性化段階Ｅ−Ｈを含む。該方法は、該注入段階及び該中性化段階と重なり、該プラズマ電源を作動停止させる緩和段階Ｃ−Ｆを含む。さらに、該中性化段階は、該第二のスイッチを閉じるための予備ステップＥ−Ｆと、該予備ステップに続く、該プラズマ電源ＡＰを作動させるための相殺Ｆ−Ｇステップと、を含む。【選択図】図４
2014535130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ電源（ＡＰ）及び基板電源（ＰＳ）を備えたイオン注入装置を制御する制御方法であって、該基板電源は、
接地された正極を備えた電圧発生器（ＨＴ）と、
該電圧発生器（ＨＴ）の負極に接続された第一の極と、該基板電源の出力端子（Ｓ）に接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチ（ＳＷ１）と、
該出力端子（Ｓ）に接続された第一の極と、中性化端子（Ｎ）に接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチ（ＳＷ２）と、を備え、
該方法は、その間に、
該プラズマ電源を作動させ、
該第一のスイッチ（ＳＷ１）を閉じ、
該第二のスイッチ（ＳＷ２）を開ける、注入段階（Ａ−Ｄ）を含み、
該方法は、また、その間に、
該第一のスイッチ（ＳＷ１）を開け、
該第二のスイッチ（ＳＷ２）を閉じる、中性化段階（Ｅ−Ｈ）を含み、
該方法は、さらに、該注入段階及び該中性化段階と重なり、その間、該プラズマ電源（ＡＰ）を作動停止させる、緩和段階（Ｃ−Ｆ）を含み、
該中性化段階は、該第二のスイッチ（ＳＷ２）を閉じるための予備ステップ（Ｅ−Ｆ）と、該予備ステップに続く、該プラズマ電源（ＡＰ）を作動させるための相殺ステップ（Ｆ−Ｇ）と、を含む制御方法。
【請求項２】
該相殺ステップ（Ｆ−Ｇ）に、該プラズマ電源（ＡＰ）を作動停止させるための作動停止ステップ（Ｇ−Ｈ）が続く請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
該作動停止ステップ（Ｇ−Ｈ）に、該第二のスイッチ（ＳＷ２）を開ける中断ステップが続く請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
該注入段階は、該第一のスイッチを閉じるための初期化ステップ(Ａ−Ｂ)と、安定化期間の後に続く、該プラズマ電源を作動させるための作動ステップ(Ｂ−Ｃ)と、を含む請求項１から３のいずれかに記載の制御方法。
【請求項５】
該作動ステップ(Ｂ−Ｃ)に、該プラズマ電源（ＡＰ）を作動停止させるための消滅ステップ(Ｃ−Ｄ)が続く請求項４に記載の制御方法。
【請求項６】
該消滅ステップ(Ｃ−Ｄ)に、該第一のスイッチ（ＳＷ１）を開けるための休止ステップ(Ｄ−Ｅ)が続く請求項５に記載の制御方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかの制御方法を実現するための手段を含むイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧法用のプラズマ浸漬モードにおけるイオン注入装置の制御方法に関する。
【０００２】
本発明の技術分野は、プラズマ浸漬モードにおいて機能するイオン注入装置の技術分野である。
【背景技術】
【０００３】
ここで、基板中にイオンを注入することは、プラズマ中に基板を浸漬し、基板に、数十ボルトから数十キロボルト（一般的に１００ｋｖ未満）の負の電圧のバイアスをかけ、イオンが基板内に注入されるように、プラズマのイオンを基板に向かって加速させることのできる電界を生成する。このようにして注入された電子は、「ドーパント」と呼ばれる。
【０００４】
イオンの侵入深さは、その加速エネルギーによって定まる。それは、第一に、基板にかけられる電圧に、第二に、イオン及び基板のそれぞれの性質に依存する。注入された原子の濃度は、平方センチメータ当たりのイオンの数で表現される投与量、及び注入深さに依存する。
【０００５】
プラズマの物理に関連した理由により、電圧がかけられて数秒後、基板の周囲にイオンのシースが生成される。基板に向かってイオンを加速する原因である電圧差が、このシースの境界にわたって存在する。
【０００６】
時間の関数としてのこのシースの成長は、チャイルド・ラングミュアの式にしたがう。
【数１】
2014535130.tif 000003
ここで、
・ｊｃ は、電流密度、
・ε０ は、真空誘電率、
・ｅ は、イオンの電荷、
・Ｍ は、イオンの質量、
・Ｖ０ は、シースの両側の電圧差、
・ｓ は、シースの厚さである。
【０００７】
電流密度は、単位時間に、シースの境界を通過する電荷の量に等しいと規定すると、ｄｓ／ｄｔは、この境界の移動速度を表す。
【数２】
2014535130.tif 000004
上記の式において、Ｓ０は、以下によって与えられる。
【数３】
2014535130.tif 000005
u0=(2eV0/M)は、イオンの特性速度であり、n0は、プラズマの密度であると理解される。
【０００８】
シースの厚さは、主に、かけられる電圧、プラズマの密度、及びイオンの質量に関連している。
【０００９】
注入電流を決定する、プラズマの等価インピーダンスは、シースの厚さの二乗に直接比例する。この結果、シースが厚くなると、注入電流は非常に急速に減少する。
【００１０】
所定の長さの時間の後、再初期化を始める必要がある。シースが容器の壁に到達し、これによって、注入メカニズムが停止した場合に、これは、実際に必須となる。
【００１１】
システムを初期化するために、ほとんど全ての注入装置製造者は、点火されたプラズマを維持しながら、基板にかかる高電圧を遮断する。したがって、高電圧パルスを製造するパルス発生器を備える必要がある。
【００１２】
このように、図１を参照すると、特許文献１は、下記の電源によって基板にバイアスをかけることを提案している。電源は、
正極が接地された発生器ＧＥＮ、
発生器ＧＥＮと並列なキャパシタＣｔ、
発生器ＧＥＮの負極に接続された第１の極と、電源の出力端子Ｏに接続された第２の極と、を備える第１のスイッチＩＴ１、及び
出力端子Ｏに接続された第１の極と、接地された第２の極と、備える第２のスイッチＩＴ２を備える。
【００１３】
その方法は、
プラズマ電源を作動させ、
第１のスイッチＩＴ１が閉じられ、
第２のスイッチＩＴ２が開かれる、注入段階と、
第１のスイッチＩＴ１が開かれ、
第２のスイッチＩＴ２が閉じられる、中性化段階を含む。
【００１４】
容器内にプラズマが常に存在するので、以下の望ましくない副作用が生じる。
【００１５】
粒子が発生する。
熱が基板に伝わる。
容器が腐食させられ、処理されている部品が金属汚染を受ける危険が起こる。
マイクロエレクトロニクスの応用で特に問題となる、電荷効果が生成される。
基板にかけられる電圧が上昇し、下降する段階中に、安定化されない加速電圧で注入が起こる。
【００１６】
また、特許文献２は、以下の一連の動作を示している。
基板電源を作動させる。
所定の時間遅れの後、１パルスの期間、プラズマ電源を作動させる。
プラズマ電源を作動停止させる。
所定の時間間隔後、基板電源を作動停止させる。
【００１７】
上記の間隔中に、基板電源を作動させ、プラズマ電源を作動停止させることになる。これは、緩和段階に相当する。
【００１８】
注入段階の間に、基板及び電気的に絶縁されている区間は、正に帯電される。この現象は、徐々に生じる。注入プロセスへの妨害を生じるという理由のみからも、この現象が好ましくないのは言うまでもない。したがって、電子を供給することにより、これらの正の電荷を中性化するのが好ましい。
【００１９】
たとえば、フィラメントを供給することも可能であるが、フィラメントは気化しやすい。また、電子ガンを供給することも可能であるが、電子ガンは、比較的厄介な付加的な装置を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】WO01/15200
【特許文献２】US2007/069157
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、本発明の目的は正の電荷を中性化することを容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、プラズマ電源及び基板電源を備えたイオン注入装置を制御する制御方法を提供する。該基板電源は、
接地された正極を備えた電圧発生器と、
該電圧発生器の負極に接続された第一の極と、該基板電源の出力端子に接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチと、
該出力端子に接続された第一の極と、中性化端子に接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチと、を備え、
該方法は、その間に、
該プラズマ電源を作動させ、
該第一のスイッチを閉じ、
該第二のスイッチを開ける、注入段階を含み、
該方法は、また、その間に、
該第一のスイッチを開け、
該第二のスイッチを閉じる、中性化段階を含み、
該方法は、さらに、該注入段階及び該中性化段階と重なり、その間、該プラズマ電源を作動停止させる、緩和段階を含み、
該中性化段階は、該第二のスイッチを閉じる予備ステップと、該予備ステップに続く、該プラズマ電源を作動させる相殺ステップと、を含む。
【００２３】
したがって、相殺ステップの間に、基板の正の電荷は、プラズマの電子によって中性化される。
【００２４】
該相殺ステップに、該プラズマ電源を作動停止させる作動停止ステップが続くのが有利である。
【００２５】
該作動停止ステップに、該第二のスイッチを開ける中断ステップが続くのが好ましい。
【００２６】
さらに、プラズマが点火されている間に、基板にかけられる電圧が変化すると、それにしたがって、注入パラメータが変化する。このことは、加速電圧に直接依存する、ドーパントの侵入深さに、特に、あてはまる。
【００２７】
したがって、本発明の第二の目的は、注入パラメータを安定化させることである。
【００２８】
本発明によれば、該注入段階は、該第一のスイッチを閉じる初期化ステップと、安定化期間の後に続く、該プラズマ電源を作動させる作動ステップと、を含む。
【００２９】
この結果、基板支持部にかけられる電圧が安定化した後に、プラズマが点火される。
【００３０】
好ましい実施態様において、該作動ステップに、該プラズマ電源を作動停止させる消滅ステップが続く。
【００３１】
さらに、該消滅ステップに、該第一のスイッチを開ける休止ステップが続く。
【００３２】
この結果、基板支持部にかけられる電圧は、プラズマにエネルギーが与えられている間を通じて、一定に維持される。
【００３３】
本発明は、また、上述の制御方法を実現するための手段を含むイオン注入装置を提供する。
【００３４】
本発明は、説明の目的で、添付の図面を参照しながら与えられた実施態様の以下の説明からより詳細に表現される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術の高電圧電源を示す図である。
【図２】制御モジュールを備えたイオン注入装置を示す図である。
【図３】本発明による高電圧電源を示す図である。
【図４】本発明を図示するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
二以上の図面に存在する構成要素には、それぞれの図面で同じ符号が与えられている。
【００３７】
図２を参照すると、イオン注入装置は、真空容器ＥＮＶの内側及び外側に配置された複数の構成要素を含む。マイクロエレクトロニクスの応用には、鉄、クロム、ニッケルまたはコバルトなどの金属元素による汚染を制限することが望ましい場合には、アルミナ合金製の容器を使用することがすすめられる。ケイ素または炭化ケイ素の被覆を使用することもできる。
【００３８】
基板支持テーブルＰＰＳは、水平面において円板の形状であり、円板はその鉛直軸ＡＸＴの周りに回転可能であり、イオン注入を受ける基板ＳＵＢを収納する。
【００３９】
容器ＥＮＶの上部は、プラズマ源本体ＣＳを収納する。プラズマ源本体ＣＳは円筒状であり、鉛直軸ＡＸＰ上に位置する。この本体は、水晶製である。この本体は、外側において、第一に、閉じ込めコイルＢＯＣｉ及びＢＯＣｊにより、第二に、外部無線周波数アンテナＡＮＴにより囲まれている。プラズマ発生ガス用の入口ＩＮＧは、プラズマ源本体ＣＳの鉛直軸ＡＸＰと同軸である。この鉛直軸ＡＸＰは、イオン注入用の基板ＳＵＢがその上に置かれる基板支持テーブルＰＰＳの面に交わる。
【００４０】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ヘリコン、マイクロ波、アークなど、どのような種類のパルスプラズマ源を使用することもできる。これらのプラズマ源は、高電圧のテーブルＰＰＳと接地電圧の容器ＥＮＶとの間で生成される電界が、プラズマ源のパルス動作を妨害しうる放電プラズマを発火させないことを保証するのに十分低い圧力レベルで動作する必要がある。
【００４１】
イオン注入装置の制御モジュールは、本質的に３個の構成要素を含む。
【００４２】
基板ＳＵＢへ高電圧を出力する基板電源ＰＳ、
無線周波数アンテナＡＮＴと閉じ込めコイルＢＯＣｉ及びＢＯＣｊへ電力を供給するプラズマ電源ＡＰ、及び
両方の電源を制御するための制御回路ＣＣである。
【００４３】
図３を参照すると、基板電源ＰＳは、
接地された正極を備えた高電圧発生器ＨＴ、
高電圧発生器ＨＴの負極に接続された第一の極と、基板電源の出力端子Ｓに接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチＳＷ１、
出力端子Ｓに接続された第一の極と、直接、または、典型的に１キロオーム（ｋΩ）の抵抗値を有する放電抵抗Ｒｄを経由して中性化端子Ｎに接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチＳＷ２、及び
好ましくは、高電圧発生器ＨＴに並列に接続された調整キャパシタＣｒを含む。
【００４４】
出力端子Ｓは、注入装置の基板支持テーブルＰＰＳへ接続される。
【００４５】
中性化端子は接地してもよい。中性化端子は、同様に、接地された負極を有する電圧源の正極へ接地してもよい。一般的に０から１００ボルト（Ｖ）の範囲である、この正の電圧は、しばしば、＋１０Ｖから＋２０Ｖの範囲であるプラズマ電圧に実質的に等しくなるように選択するのが有利である。
【００４６】
図４を参照すると、制御回路ＣＣは、プラズマ電源ＡＰ、ならびに、基板電源ＰＳの２個のスイッチＳＷ１及びＳＷ２を、以下のように制御する。
【００４７】
初期状態において、これらの３個の構成要素は、以下のように構成されている。
プラズマ電源は、作動停止され、
第１のスイッチＳＷ１は、開かれ、
第２のスイッチＳＷ２は、開かれている。
【００４８】
サイクルの最初に、図４のポイントＡによって表される初期化ステップによって始まる注入段階が起こる。
【００４９】
この初期化ステップは、第１のスイッチＳＷ１を閉じることによって開始する。初期化ステップは、典型的には１マイクロ秒（μｓ）から５μｓの範囲で継続する安定化期間にわたり続く。
【００５０】
この初期化ステップの後に、作動ステップ（図４のポイントＢ）が続く。作動ステップにおいて、プラズマ電源ＡＰを作動させる。この作動ステップの継続時間は、典型的には、５μｓから１００μｓの範囲である。
【００５１】
消滅ステップ（図４のポイントＣ）が続く。消滅ステップの最初に、プラズマ電源ＡＰが作動停止させられる。プラズマが消滅させられるこのステップは、典型的には、２０μｓから２００μｓ継続する。このステップは、注入段階を終了させる。
【００５２】
休止ステップ（図４のポイントＤ）は、第１のスイッチＳＷ１を開くことによって開始し、中性化段階の最初で終了する。このステップは相対的に短くてよいが、第１のスイッチＳＷ１が完全に開かない間、及びプラズマが完全に消滅しない間は継続する必要がある。休止ステップの継続時間は、０．１μよりも大きく、典型的には、１μｓから１０μｓの範囲である。
【００５３】
中性化段階は、予備ステップ（図４のポイントＥ）とともに開始する。予備ステップの最初に第２のスイッチＳＷ２が閉じられる。この予備ステップは、基板支持テーブルが、中性化端子Ｎへかけられる電圧に戻らない間は継続する。予備ステップの継続時間は、典型的には、１μｓから４０μｓの範囲である。
【００５４】
プラズマ電源ＡＰが作動させられる相殺ステップ（図４のポイントＦ）が続く。プラズマの電子は、正に帯電された基板のゾーンへ向かって引き寄せられ、その電荷を中性化する。この相殺ステップの継続時間は、典型的には、１μｓから８０μｓの範囲である。
【００５５】
作動停止ステップ（図４のポイントＧ）が続く。作動停止ステップの最初に、プラズマ電源が作動停止させられる。このステップの継続時間は、典型的には、数十マイクロ秒である。
【００５６】
サイクルは、中断ステップ（図４のポイントＨ）とともに終了する。中断ステップは、第２のスイッチＳＷ２を開いたときに開始する。この中断ステップは、初期化ステップに戻るために、第２のスイッチＳＷが完全に開いていない間、及びプラズマが完全に消滅していない間、継続する。
【００５７】
その後、新たなサイクルを開始することができる。
【００５８】
プラズマ電源ＡＰが作動停止させられる緩和段階（図４のポイントＣとＦとの間）は、注入段階及び中性化段階と重なることがわかる。
【００５９】
本発明の上述の実施態様は、具体的な性質のために選択されたものである。しかし、本発明に含まれるすべての可能な実施態様を、網羅的に挙げることは可能ではない。特に、記述されたいずれかのステップ、またはいずれかの手段は、本発明の範囲を超えることなく、均等なステップまたは均等な手段に置き換えてもよい。
【図１】
2014535130.tif 000006
【図２】
2014535130.tif 000007
【図３】
2014535130.tif 000008
【図４】
2014535130.tif 000009
【国際調査報告】
2014535130.tif 000010
2014535130.tif 000011
2014535130.tif 000012
2014535130.tif 000013
2014535130.tif 000014
2014535130.tif 000015