(57)【要約】【課題】本発明の課題は、真空の解除，装置の分解，部品交換なしに、反応性の高いイオン種によって電極表面に堆積する絶縁被膜が除去できるイオンビーム発生装置及びそれのクリーニング方法を提供するにある。【解決手段】本発明は、プラズマ室内のプラズマからイオンビームを引き出す電極に高周波電圧を印加すると共に、該電極近傍に還元性ガスを導入し、前記高周波電圧によって前記電極近傍に前記還元性ガスのプラズマ及びラジカルを生成し、該プラズマ及びラジカルの還元作用によって前記電極に付着している被膜を除去することを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマを生成するプラズマ室と、該プラズマ室からイオンビームを引き出す電極と、該電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、該高周波電源からの高周波電源が印加される電極近傍に還元性ガスを導入する還元性ガス導入手段とを備えていることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項２】
内部にプラズマを生成するプラズマ室と、該プラズマ室からイオンビームを引き出す複数の電極と、該複数の電極のうち被膜を除去したい電極に接続されて高周波電圧を印加する高周波電源と、該高周波電源からの高周波電源が印加される電極近傍に還元性ガスを導入する還元性ガス導入手段とを備えていることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項３】
内部にプラズマを生成するプラズマ室と、該プラズマ室からイオンビームを引き出すプラズマ電極と、該プラズマ電極の下流側に設置され、前記プラズマ室との間で引き出し電界を形成する減速電極と、該減速電極の下流側に設置され、出口以降の空間を接地電位にする接地電極と、これら複数の電極のうち被膜を除去したい電極に接続されて高周波電圧を印加する高周波電源と、該高周波電源からの高周波電源が印加された電極近傍に還元性ガスを導入する還元性ガス導入手段とを備えていることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項４】
前記イオンビームは、酸素イオンビームであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項５】
前記還元性ガスは、水素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項６】
前記高周波電源は、前記減速電極に接続されていることを特徴とする請求項３記載のイオンビーム発生装置。
【請求項７】
前記電極は、ニオブ，タンタル，モリブデン，タングステンのいずれか１つの材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項８】
プラズマ室内のプラズマからイオンビームを引き出す電極に高周波電圧を印加すると共に、該電極近傍に還元性ガスを導入し、前記高周波電圧によって前記電極近傍に前記還元性ガスのプラズマ及びラジカルを生成し、該プラズマ及びラジカルの還元作用によって前記電極に付着している被膜を除去することを特徴とするイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【請求項９】
前記イオンビームは、酸素イオンビームであることを特徴とする請求項８記載のイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【請求項１０】
前記還元性ガスは、水素であることを特徴とする請求項８記載のイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオンビーム発生装置及びそれのクリーニング方法に係り、特に、酸素イオンビームの如く電極などの金属と化学反応して絶縁被膜を形成しやすいイオン種を扱うものに好適なイオンビーム発生装置及びそれのクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体のバルクシリコン中に酸素イオンを注入し、埋め込み酸化膜を形成するＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ　Ｏｘｙｇｅｎ）ウエハが高速低消費電力デバイス用ウエハとして注目されている。
【０００３】
このＳＩＭＯＸウエハを生産する酸素イオン注入装置には、大電流の酸素イオンビームを生成し、ビームとして引き出すイオン源が必要である。この時、取り扱うイオン種が酸素であるため、これがイオンビームの引き出しや加速に用いられるモリブテンなどからなる金属製電極と一部化学反応する。この反応により、金属性電極の表面には酸化モリブテンなどの絶縁被膜が形成される。電極の表面に絶縁被膜が形成されると、表面に付着した電荷を吸収できなくなるため、電極電位を維持できなくなる。これは放電や絶縁破壊の原因になるばかりでなく、ビームの加速や集束など、電極本来の役割を果たすことを妨げ、イオン源としての機能を損なう。
【０００４】
従来は、これをイオン源あるいはイオンビーム発生装置としての寿命ととらえ、装置を分解して電極を交換するなどしていた。しかし、装置を分解するには真空を解除しなければならず、また、高精度の取り付けを要する電極の再組立には、時間の掛る調整が必要となる。
【０００５】
また、上記のような量産ウエハの生産に用いるイオン注入装置においては、このようなメンテナンスによる休止がトータルの生産スループットを大いに低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
大電流のイオン源は、一般にプラズマを生成するプラズマ生成室、これからビームを引き出すための孔を設けた第一電極（プラズマ電極），プラズマ室との間で引き出し電界を形成する第二電極（減速電極），イオン源出口以降の空間を接地電位にする第三電極（接地電極）で構成されることが多い。正イオンを引き出す場合は、例えば第一電極に２０ｋＶ、第二電極に−１ｋＶ、第三電極に０Ｖなどと電圧を印加する。第二電極にマイナス電位を与えるのは、ビーム中に捕捉された電子がイオン源内部に流入しないようにするためである。また、プラズマ電極と減速電極の間にもう一枚、ビーム集束を調整するための電極を設け、４電極にしたものもある。
【０００７】
このような構成において、最も絶縁被膜が形成されやすいのは、イオンを引きつける電位が与えられ、かつ、プラズマの引き出し面に対面している第二電極である。
【０００８】
ビーム応用装置で用いられるイオン源において、イオン源の電極をクリーニングすることを目的にした従来例には、以下のものがある。
【０００９】
即ち、特開昭６３−１２６２２５号公報には、イオンビームエッチングまたはイオンエッチング装置において、イオン源の任意の電極に高周波を印加して電極近傍にアルゴンなどのプラズマを生成し、このプラズマのスパッタ作用で電極に付着している堆積物を除去することが記載されている。
【００１０】
一方、特開平０６−２６７４７５号公報には、イオン注入時以外のときにイオン源のプラズマ室内で水素プラズマを生成し、プラズマ室内部の付着物を除去することが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開昭６３−１２６２２５号公報に記載されたものを用いた場合、スパッタ作用ではじき飛ばされた堆積物の分子、又はクラスタは、対向する電極面などに再付着する可能性が高く、再付着した電極面において上記で説明した問題を再度引き起こす可能性がある。また、堆積物が除去された電極を過剰にスパッタすると、電極の地肌である金属面がスパッタされ、この金属原子は、電極間を絶縁する碍子の表面などに付着してこれをメッキし、絶縁不良を起こす可能性がある。
【００１２】
一方、特開平０６−２６７４７５号公報を用いたものでは、イオン源の外側にある電極表面には水素プラズマが届きにくいため、イオン源の外側にある任意の電極表面の堆積物を除去するのは困難である。
【００１３】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、電極表面の酸化物の絶縁被膜を、装置を分解して電極を交換することなしに除去し、メンテナンスによる休止を大幅に短縮できるイオンビーム発生装置及びそれのクリーニング方法を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、内部にプラズマを生成するプラズマ室と、該プラズマ室からイオンビームを引き出す複数の電極と、該複数の電極のうち被膜を除去したい電極に接続されて高周波電圧を印加する高周波電源と、該高周波電源からの高周波電源が印加される電極近傍に還元性ガスを導入する還元性ガス導入手段とを備えているイオンビーム発生装置、及びプラズマ室内のプラズマからイオンビームを引き出す電極に高周波電圧を印加すると共に、該電極近傍に還元性ガスを導入し、前記高周波電圧によって前記電極近傍に前記還元性ガスのプラズマ及びラジカルを生成し、該プラズマ及びラジカルの還元作用によって前記電極に付着している被膜を除去するイオンビーム発生装置のクリーニング方法としたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。
【００１６】
まず図２を用いて、本発明を適用する前の従来の酸素イオン注入装置のイオン源における通常の動作、即ち酸素イオンビームの引き出しと、これを長時間行った際に起こる電極への酸化物付着について説明し、その後に、このイオン源に本発明を適用し、イオンビーム引き出し休止中に、本発明を用いて行うクリーニング動作について説明する。
【００１７】
図２は、３電極で構成したマイクロ波によるイオンビーム発生装置、即ちマイクロ波イオン源の断面を示す。
【００１８】
該図において、プラズマ室１には、本図には図示しない導波管によりマイクロ波２が導入され、また本図には図示しないコイルによって磁場３が印加される。マイクロ波２の振動電界と磁場３によって電子サイクロトロン共鳴が起き、プラズマ室１内にプラズマ４が生成する。このときプラズマ室１と第一電極（プラズマ電極）５には電源６により正の電位（数十ｋＶ）が印加されており、プラズマ４の空間電位もこれに近い値に維持される。第一電極５には、１つまたは複数の孔７が開けられている。第一電極５より下流には第二電極（減速電極）８が設置され、これには電源９により負の電位（−数ｋＶ）が印加され、同様に複数の孔７が開けられている。第二電極８より下流には同様に第三電極（設置電極）１０が設置され、接地電位に保たれる。これらの電極にはモリブテンなどが用いられる。各電極間には絶縁碍子１１が設けられ、高電圧の絶縁と電極の保持を担う。このときプラズマ室１のイオンは、第一電極（プラズマ電極）５の孔７から沁みこむ電界によって引き出され、イオンビーム１２となって下流に向かって飛行し、図示しないが、ウエハなどの被処理物に照射される。以上が本イオン源の通常の動作である。
【００１９】
本イオン源を酸素イオン注入装置などに用いるには、プラズマ室１に酸素を供給し、酸素ビームを出射する。このときイオンビーム１２中の酸素イオンの一部は、ビーム内に滞在する中性ガスと衝突して反跳され、電極面に衝突する。また、これら反跳イオンが電極近傍に滞在する酸素と衝突して、さらに酸素イオンや酸素ラジカルを生成することもある。これらの酸素イオンや酸素ラジカルは電極のモリブテンを酸化させ、電極表面に酸化モリブテンの被膜を形成する。
【００２０】
このような問題を解決するため、本発明を用いる。本発明の構成を図１に示す。図１では、図２で説明したイオン源に、本発明の構成要件である電極への高周波印加手段と、クリーニング用のガス供給手段とを追加している。
【００２１】
図１に示す本実施形態は、被膜を除去する対象の電極として、第二電極８を選んだ場合についてである。
【００２２】
クリーニング時は、第一電極５の印加電圧をスイッチ１３，第二電極８の電圧印加をスイッチ１４によって解除し、第二電極８には高周波電源１５を電気的に接続する。一方、第二電極８が存在する空間が位置する絶縁碍子１１にはクリーニングガス供給口１８を設け、これにバルブ１７のついた配管２１が接続され、この配管２１を介して第二電極８が存在する空間に水素ガス１９を供給する。高周波電源１５から１３．５６ＭＨｚ　程度の周波数の高周波を印加すると、第二電極８の表面において水素プラズマ２０が生成する。このとき、水素イオンと電子が発生する。また、電子が水素ガスに衝突する際のエネルギーにより中性の水素ガスが励起され、水素ラジカルＨ２＊も同時に発生することになる。そのとき電極表面の酸化モリブテン被膜上では下記のような還元反応が進行する。
【００２３】
６Ｈ＋＋６ｅ＋ＭｏＯ３　→　Ｍｏ＋３Ｈ２Ｏ　　　　　　　　（反応式（１））
３Ｈ２＊＋ＭｏＯ３　→　Ｍｏ＋３Ｈ２Ｏ　　　　　　　　　　（反応式（２））
反応式（１）は水素イオンによる反応、反応式（２）は水素ラジカルによる反応である。このように酸化モリブテンが還元反応により分解され、電極表面の酸化モリブテン被膜は除去される。このとき生成したＨ２Ｏ　は真空ポンプにより排気する。
【００２４】
アルゴンなどの重いイオンを使い、バイアス電圧を印加することにより大きな運動エネルギーを与えてイオン衝突させるスパッタ方式においては、酸化モリブテンが分子やクラスタ状態で飛散し、電極の対向面などに再付着するが、上記反応式のような還元反応では、析出したモリブテン原子Ｍｏは電極のモリブテン表面に残され電極と結合する。また反応が進行して酸化モリブテン被膜が完全に除去されれば、還元反応はこれ以上進まず、スパッタ方式のように過剰処理によりモリブテン原子Ｍｏがスパッタされて飛散することはほとんど起こらない。このためモリブテン原子が絶縁碍子の表面に付着して、沿面放電を起こしやすくなるなどの弊害を避けることができる。
【００２５】
高周波電源を接続する電極を任意に選ぶことにより、どの電極の近傍にも水素イオンや水素ラジカルを生成できるため、イオン源から離れた電極でもクリーニングすることができる。
【００２６】
処理のシーケンスとしては、処理済みのウエハを交換する際に毎回クリーニングする。その場合、酸化被膜はあまり堆積していないため、短時間のクリーニングで済む。これによりウエハ交換時間内で毎回クリーニングを終了し、装置のスループットを落とすことなく連続的に稼動できるようになる。
【００２７】
電極に用いられる高融点金属にはニオブ，タンタル，モリブテン，タングステンなどがある。このうちニオブ，タンタルは５Ａ族に属し、モリブテン，タングステンは６Ａ族に属する。５Ａ族は水素に対する固溶度（固体内に取り込まれる度合い）が大きく、６Ａ族はこれが極めて小さい。例えばモリブテンの水素固溶度は重さ当り０．１ｐｐｍと、ニオブの９００００分の１、タンタルの４００００分の１である。このことから、モリブテンあるいはタングステンの電極を用いることで、水素に対する脆化は極めて小さくすることができる。
【００２８】
このように本実施例とすることにより、真空の解除，装置の分解・再組立なしに絶縁被膜を除去することができ、イオン源の寿命を延ばすことができるようになる。これにより半導体製造ラインで重要なスループットを大幅に向上できる。またクリーニングされた酸化物が電極の対向面などに再付着して問題を再発させたり、スパッタされた金属原子が絶縁碍子表面に付着して、沿面放電を起こしやすくなるなどの弊害を避けることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、電極表面の酸化物の絶縁被膜を、装置を分解して電極を交換することなしに除去することが可能となり、メンテナンスによる休止を大幅に短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における酸素イオン注入装置の構成と作用を説明する断面図である。
【図２】従来の酸素イオン注入装置における装置の構成と通常の作用を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…プラズマ室、２…マイクロ波、３…磁場、４…プラズマ、５…第一電極、６，９…電源、７…孔、８…第二電極、１０…第三電極、１１…絶縁碍子、１２…イオンビーム、１３，１４…スイッチ、１５…高周波電源、１７…バルブ、
１８…クリーニングガス供給口、１９…水素ガス、２１…配管。
【図１】
2004076140.tif 000003
【図２】
2004076140.tif 000004