(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極（７）またはイオン源内壁（１ａ）をスパッタリングするための直流電圧を発生するスパッタ電源（３２）と、アーク電源（２２）の正極をアノード電極（７）またはチャンバ内壁の一方に切り替え可能な第１切替装置（３４）と、スパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続／切断可能な第２切替装置（３６）と、スパッタ直流電源の負極をアノード電極またはチャンバ内壁の他方に切り替え可能な第３切替装置（３８）と、を備えたことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング装置。
【請求項２】
イオン源内壁（１ａ）をスパッタリングするための直流電圧を発生するスパッタ電源（３２）と、アーク電源（２２）の正極をイオン源内壁とスパッタ用電極に切り替え可能な第１切替装置（３４）と、スパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続／切断可能な第２切替装置（３６）と、スパッタ直流電源の負極をイオン源内壁と接続／切断可能な第３切替装置（３８）と、を備え、前記スパッタ用電極は、イオン源内壁と別に設けられている、ことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング装置。
【請求項３】
薄膜トランジスタ形成プロセスに使用するイオンドーピング装置において、請求項１に記載のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置を用い、
第１切替装置（３４）でアーク電源（２２）の正極をチャンバ内壁（１ａ）に切り替え、第２切替装置（３６）でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置（３８）でスパッタ直流電源の負極をアノード電極に切り替えることにより、負の電圧を印加したアノード電極を、プラズマから引き出した陽イオンでスパッタリングする、ことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング方法。
【請求項４】
薄膜トランジスタ形成プロセスに使用するイオンドーピング装置において、請求項２に記載のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置を用い、
第１切替装置（３４）でアーク電源（２２）の正極をスパッタ用電極（１６）と接続し、第２切替装置（３６）でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置（３８）でスパッタ直流電源の負極をイオン源内壁（１ａ）と接続することにより、負の電圧を印加したイオン源内壁を、プラズマから引き出した陽イオンでスパッタリングする、ことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング方法。
【請求項５】
クリーニング用のプラズマを発生させるガスとして、ドーピングに用いる材料ガス、アルゴンなどの希ガス、水素、あるいはそれらの混合ガスを用いる、ことを特徴とする請求項３または４に記載のセルフクリ−ニングイオンドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンドーピング装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ(LCD: Liquid Crystal Display)における、薄膜トランジスタ(TFT: Thin Film Tranistor)の形成プロセスにおいては、そのトランジスタ形成に不純物注入プロセスが必要である。この不純物注入プロセスは、対象となる被加工物（一般的にガラス基板）のサイズが半導体用のシリコンウエハーサイズより大型（３００×３００以上）のために、処理時間がかかり、その短縮化が課題であった。これを解決するために、半導体用のイオン注入装置に使用されている質量分離器（磁界によりリンまたはボロン以外の成分を取り除く機器）を使用しない非質量分離型のイオン注入装置（以下、イオンドーピング装置という）が使用されている。
【０００３】
なお、かかるイオンドーピング装置用のイオン源として、特開昭６２１２０２９号、特開平２１７２１３８号、特開平２２３９５５９号等が開示されている。
【０００４】
図４は、従来のイオンドーピング装置の全体構成図である。この図において、１はイオン源、２は絶縁体、３はプラズマ電極、４はイオン引出電極、５は加速電極、６は減速電極、７はアノード電極、８はフィラメント（カソード電極）、９はプラズマ室、１０は防着板（チャンバ内壁）、１１はプロセス室、１２は基板（被処理物）、１３はイオンビーム、１４は抵抗、２１はフィラメント電源、２２はアーク電源、２３は引出電源（DC１００V〜３KV）、２４は加速電源（DC５K〜１００KV）、２５は減速電源（DV２００〜１KV）である。
【０００５】
液晶ディスプレイにおける薄膜トランジスタ形成用の不純物注入には、主にリン、ボロン等を含むガスがイオン源１としてプラズマ室９に充填される。プロセス室１１内は、減速電極６とケーシングが接地されて０Vであり、加速電極５、イオン引出電極４、及びプラズマ電極３がそれぞれ減速電源２５、加速電源２４、
引出電源２３により所定の電圧に印加されている。この状態でフィラメント電源２１によりフィラメント（カソード電極）８を加熱して熱電子を放出させ、次いでアーク電源２２によりアノード電極７とカソード電極８の間で放電を起こさせると、この放電でイオン源１が加熱されてプラズマ室９にプラズマが形成される。このプラズマはリン、ボロン等の陽イオンと電子が混在した状態であり、陽イオンは、負の電圧に印加されている引出電源２３、加速電源２４、減速電源２５により、プラズマから引き出され、加速、減速され、プロセス室１１内の基板（被処理物）１２の表面に照射され、不純物イオンが注入されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したイオンドーピング装置では、薄膜トランジスタのｎ型、ｐ型に対応してそれぞれイオン源内に導入するガスをｎ型ではリン系（ホスフィン:PH3）、ｐ型ではボロン系（ジボラン:B2H6）を使用する必要がある。
【０００７】
そのため２種類（ｎ型、ｐ型）のトランジスタ形成を行うためには、使用するガスも、ホスフィン、ジボランと切り替える必要がある。しかし、研究・試作設備や小規模な量産設備では、各型専用の装置を保有することは、装置コストと装置運用時間から考えて不経済である。そのため、１台のドーピング装置で材料ガスを切り替えることによって、各型に使い分ける必要がある。また、大規模量産設備の場合であっても、片方の装置が故障したときやメンテナンス期間中のバックアップのために、材料ガスを切り替えてドーピングを行わなければならない場合がある。
【０００８】
しかしこれらの場合、材料ガスを交換すると、それまでに使用していた材料ガスによる堆積物のために、イオン源プラズマを放電により励起させているアノード電極の放電特性が劣化する。このため、大面積ビームの面内均一性の悪化や、ドーピングを行おうとするイオン種以外のイオン種の混合（クロスコンタミネーション）が発生する問題点があった。言い換えれば、上述した装置を使用する場合には、ｎ型トランジスタ、Ｐ型トランジスタ用にイオン源に導入するガスとして、リン系ガス（ＰＨ３他）とボロン系ガス（Ｂ２Ｈ６他）を使用するため、ガス交換時に前回使用したガスのイオン源内への吸着、付着によるコンタミネーションが問題となっていた。
【０００９】
またＬＣＤの大規模な量産設備にあっては、各トランジスタに対して専用のイオンドーピング装置を使用することができるが、同じ不純物ドーピング条件でイオンドーピング装置を使用した場合、イオン源内部には材料ガスプラズマによる堆積が生じる。この堆積物は、イオン源内部のアノード電極にも当然堆積する。この堆積物の量が多くなるとイオン源特性を劣化させることになる。そのため、大規模な量産設備であっても、堆積が進むとイオン源を大気開放して、イオン源のメンテナンスをしなければならない問題点があった。
【００１０】
さらに、イオン源をフィラメント交換などのためや、その他真空内の機器／装置のメンテナンスなどにより大気開放した場合、イオン源内部表面の堆積物は酸化され酸化膜などの絶縁性の膜が生じる。アノード電極に堆積しているこの膜は、放電特性を劣化させプラズマの不均一性をもたらし、イオン源特性を悪化させる問題点がある。
【００１１】
この膜は、非常に薄い場合、アーク放電を起こしプラズマを保持していれば、アノード電極に流入するアーク放電電流により除去することが可能であるが、アーク放電電流は電子の流れのため除去の効果が非常に弱く、除去するまでの時間が非常に長くなってい、装置稼動率を悪くしてしまう。また、メンテナンスに時間がかかると、厚い膜ができてしまい、イオン源を大気開放してメンテナンスをしなければならなくなる。
【００１２】
本発明は上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、イオン源内部のアノード電極を装置を大気開放してメンテナンスすることなく、クリーニングすることができ、これにより、不純物注入特性の信頼性を向上し、歩留まりを向上することができ、さらに装置のメンテナンスサイクルおよびアノード電極の交換サイクルを延ばし、生産性を向上させることができるイオンドーピング装置とその方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、アノード電極（７）またはイオン源内壁（１ａ）をスパッタリングするための直流電圧を発生するスパッタ電源（３２）と、アーク電源（２２）の正極をアノード電極（７）またはチャンバ内壁の一方に切り替え可能な第１切替装置（３４）と、スパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続／切断可能な第２切替装置（３６）と、スパッタ直流電源の負極をアノード電極またはチャンバ内壁の他方に切り替え可能な第３切替装置（３８）と、を備えたことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング装置が提供される。
【００１４】
上記本発明の構成によれば、第１切替装置（３４）でアーク電源（２２）の正極をイオン源内壁（１ａ）に切り替え、第２切替装置（３６）でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置（３８）でスパッタ直流電源の負極をアノード電極に切り替えることにより、イオン源内壁（１ａ）とフィラメント８の間でプラズマを発生させ、このプラズマを利用し、負に印加したアノード電極をスパッタリングすることができる。また同様に、切替装置の切り替えにより、イオン源内壁（１ａ）をスパッタリングすることができる。このクリーニング操作により、アノード電極上およびチャンバ内壁の堆積物を除去し、放電面を清浄化するので、常に初期状態に維持でき、良好なイオン源特性を得ることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、薄膜トランジスタ形成プロセスに使用するイオンドーピング装置において、上記のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置を用い、第１切替装置（３４）でアーク電源（２２）の正極をチャンバ内壁（１ａ）に切り替え、第２切替装置（３６）でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置（３８）でスパッタ直流電源の負極をアノード電極に切り替えることにより、負の電圧を印加したアノード電極を、プラズマから引き出した陽イオンでスパッタリングする、ことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング方法が提供される。
【００１６】
この方法によれば、プラズマを発生させ、このプラズマを利用し、プラズマから引き出した陽イオンをアノード電極（７）またはイオン源内壁（１ａ）にスパッタリングすることにより、アノード電極上およびチャンバ内壁の堆積物を除去し、放電面を清浄化するので、常に初期状態に維持でき、良好なイオン源特性を得ることができる。
【００１７】
本発明によれば、イオン源内壁（１ａ）をスパッタリングするための直流電圧を発生するスパッタ電源（３２）と、アーク電源（２２）の正極をイオン源内壁とスパッタ用電極に切り替え可能な第１切替装置（３４）と、スパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続／切断可能な第２切替装置（３６）と、スパッタ直流電源の負極をイオン源内壁と接続／切断可能な第３切替装置（３８）と、を備え、前記スパッタ用電極は、イオン源内壁と別に設けられている、ことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング装置が提供される。この構成により、特にアノード電極のないドーピング装置の場合でも、スパッタ用電極（１６）を陽極としてプラズマを安定に発生させ、イオン源内壁（１ａ）を負極としてスパッタリングによりクリーニングすることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、薄膜トランジスタ形成プロセスに使用するイオンドーピング装置において、上記のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置を用い、第１切替装置（３４）でアーク電源（２２）の正極をスパッタ用電極（１６）と接続し、第２切替装置（３６）でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置（３８）でスパッタ直流電源の負極をイオン源内壁（１ａ）と接続することにより、負の電圧を印加したイオン源内壁を、プラズマから引き出した陽イオンでスパッタリングする、ことを特徴とするセルフクリ−ニングイオンドーピング方法が提供される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、クリーニング用のプラズマを発生させるガスとして、ドーピングに用いる材料ガス、アルゴンなどの希ガス、水素、あるいはそれらの混合ガスを用いる。この方法により、単にガスを交換するだけで、スパッタリングによるクリーニングを最適化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置の第１実施形態を示す図である。この図に示すように、本発明のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置は、スパッタ電源３２、第１切替装置３４、第２切替装置３６、および第３切替装置３８を備えている。
【００２１】
スパッタ電源３２は、アノード電極７またはイオン源内壁１ａをスパッタリングするための直流電圧を発生する電源である。
【００２２】
第１切替装置３４は、図１の例では、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３からなり、アーク電源２２の正極をアノード電極７またはイオン源内壁１ａのいずれか一方に切り替え可能になっている。
【００２３】
第２切替装置３６と第３切替装置３８は、図１の例では、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ５−１，Ｓ５−２，Ｓ５−３，Ｓ５−４からなる。第２切替装置３６は、スパッタ電源３２の正極をアーク電源２２の正極と接続／切断可能になっている。すなわち、図１のようにＳ３がＯＮの状態でＳ５−１をＯＮすることで、スパッタ電源３２の正極をアーク電源２２の正極と接続できる。また、Ｓ１とＳ５−２をＯＮすることで、同様にスパッタ電源３２とアーク電源２２の正極を接続できる。
【００２４】
第３切替装置３８は、スパッタ電源３２の負極をアノード電極７またはイオン源内壁１ａの他方（アーク電源２２の正極と接続されない側）に切り替え可能になっている。すなわち、図１のように、Ｓ５−３をＯＮすることで、スパッタ電源３２の負極をアノード電極７に切り替え、Ｓ５−４をＯＮすることで、イオン源内壁１ａに切り替えることができる。
【００２５】
なお、図１でＳ４は、アーク電源２２と引出電源２３の正極を接続／切断するＯＮ／ＯＦＦスイッチである。また、上述した、第１切替装置３４、第２切替装置３６、および第３切替装置３８は、例示の回路構成に限定されず、同一の機能を有する限りで別の回路であってもよい。
【００２６】
上述した本発明の構成によれば、第１切替装置３４でアーク電源２２の正極をイオン源内壁１ａに切り替え、第２切替装置３６でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置３８でスパッタ直流電源の負極をアノード電極に切り替えることにより、イオン源内壁１ａとフィラメント８の間でプラズマを発生させ、このプラズマを利用し、負に印加したアノード電極をスパッタリングすることができる。また同様に、切替装置の切り替えにより、イオン源内壁１ａをスパッタリングすることができる。このクリーニング操作により、アノード電極上およびチャンバ内壁の堆積物を除去し、放電面を清浄化するので、常に初期状態に維持でき、良好なイオン源特性を得ることができる。
【００２７】
図２は、本発明のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置の第２実施形態を示す図である。この例のドーピング装置では、図１のアノード電極７がなくイオン源内壁をアノードとしてプラズマを発生させるようになっている。本発明の装置では、プラズマを安定に発生させるために、イオン源内壁と別に設けられたスパッタ用電極１６を備える。
【００２８】
この例では、第１切替装置３４は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ８、Ｓ９からなり、アーク電源２２の正極をイオン源内壁１ａとスパッタ用電極１６に切り替え可能になっている。また第２切替装置３６は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ６とＳ９（共用）からなり、スパッタ電源３２の正極を直接アーク電源２２の正極と接続／切断可能になっている。更に、第３切替装置３８は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳ７からなり、スパッタ電源３２の負極をイオン源内壁１ａに切り替え可能になっている。
【００２９】
図２に示した構成によっても、第１切替装置３４でアーク電源２２の正極をスパッタ用電極１６に切り替え、第２切替装置３６でスパッタ電源の正極をアーク電源の正極と接続し、第３切替装置３８でスパッタ直流電源の負極をイオン源内壁１ａに切り替えることにより、スパッタ用電極１６とフィラメント８の間でプラズマを発生させ、このプラズマを利用し、負に印加したイオン源内壁１ａをスパッタリングすることができる。このクリーニング操作により、アノード電極上およびチャンバ内壁の堆積物を除去し、放電面を清浄化するので、常に初期状態に維持でき、良好なイオン源特性を得ることができる。
【００３０】
図３は、本発明の方法を実施するフロー図である。この図に示すように、イオン源大気開放時（Ｓ１），材料ガス交換時（Ｓ２），長時間運転後のクリーニング時（Ｓ３）に、上述したアノード電極クリーニング（Ｓ４），イオン源内壁クリーニング（Ｓ５）を行い、イオン源特性の回復、例えばビーム均一性５％以下、を確認し（Ｓ６）、本発明のクリーニングを終了する。
【００３１】
すなわち、イオン源動作時は、イオン源内を真空排気した後、材料ガスを導入する。ここで、フィラメント８を陰極、イオン源内壁１ａをアノード電極としてフィラメント８から放出される熱電子を利用しアーク放電を発生させる。ドーピングには、アーク放電によって生じたプラズマ中のイオンを引き出し、必要なエネルギーまで加速し、基板１２に照射する。アノード電極は、イオン源内壁１ａだけの場合とアーク放電面を特定領域に保持しやすくするための補助的な電極７を設ける場合とがある。
【００３２】
図１に示したイオン源内壁のほかに補助的なアノード電極７を用いる場合のクリーニングでは、ドーピングに用いる材料ガス、アルゴンなどの希ガス、水素、あるいはそれらの混合ガスを導入し、フィラメント８をカソードとし、イオン源内壁１ａをアノードとして用いプラズマを発生させる。ここで、アノード電極７にプラズマに対して負のバイアス電圧を加えることにより、プラズマ中の正イオンをアノード電極に加速し、スパッタさせる。このスパッタ作用により、アノード電極上の堆積物は除去され、清浄なアノード電極表面を作ることができるので、均一な放電を起こさせることができ、イオン源特性を改善することができる。
【００３３】
また、プラズマ放電用の電源２２とクリーニング用の電源３２の配線を変更し、イオン源内壁１ａとアノード電極７の電位を変更することによって、フラメント８とアノード電極７の間でプラズマを維持し、イオン源内壁１ａに負バイアス電圧をかけて、イオン源内壁１ａをスパッタクリーニングすることができる。これにより、イオン源内壁１ａをアノード電極として動作させる場合の放電の均質化、安定化ができ、イオン源特性を改善できる。
【００３４】
すなわち、図２のように、補助的なアノード電極を用いない場合では、独立したプラズマ放電用の電極（スパッタ用電極１６）を設置し、フィラメント８とこの電極１６の間でプラズマを発生させ、イオン源内壁１ａを負バイアスにすることにより、スパッタリングを行う。
【００３５】
クリーニングの手法として、以下に記述する時期にクリーニング操作を行うと、イオンビーム特性を向上させ、クロスコンタミネーションを防止することができる。
（１）  フィラメント交換などのイオン源を大気開放させた後の装置再立ち上げ時。
（２）  それまでと異なる型の不純物をドーピングするために材料ガスを切り替えた時。
（３）  長時間使用し続け、堆積物の堆積量が増加し、イオンビーム特性の劣化が認められる時。
（４）  （３）のビーム特性を未然に防止するために、定期的に（一定時間が過ぎた後に）クリーニングを行いたい時。
【００３６】
上記時期にクリーニング操作を行うことにより、クリーニング操作を行わないときに比べて、良質なイオンビーム特性を短時間で得ることができ、あるいは、常に良質なイオンビーム特性を得ることができるので、イオンドーピング装置の稼動率を長くすることができる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置およびその方法は、以下の効果を有する。
（１）  イオン源内面をスパッタクリーニングすることにより、従来よりもクリーニング効果が高まるため、イオン源メンテナンス後の再立ち上げ時間を短縮できる。
（２）  真空容器を大気開放せずに、イオン源内をクリーニングできるので、長時間連続運転などによるイオン源内部の堆積物によるイオン源性能劣化を、大気開放なしに回復できる。
（３）  大気開放なしにイオン源のクリーニングが行えるので、イオン源内部表面の酸化などによるイオン源性能劣化が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明のセルフクリ−ニングイオンドーピング装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】本発明の方法を実施するフロー図である。
【図４】従来のイオンドーピング装置の構成図である。
【符号の説明】
１  イオン源
２  絶縁体
３  プラズマ電極
４  イオン引出電極
５  加速電極
６  減速電極
７  アノード電極
８  フィラメント（カソード電極）
９  プラズマ室
１０  防着板（チャンバ内壁）
１１  プロセス室
１２  基板（被処理物）
１３  イオンビーム
１４  抵抗
１６  スパッタ用電極
２１  フィラメント電源
２２  アーク電源
２３  引出電源
２４  加速電源
２５  減速電源
３２  スパッタ電源
３４  第１切替装置
３６  第２切替装置
３８  第３切替装置
【図１】
0004182535.tif 000002
【図２】
0004182535.tif 000003
【図３】
0004182535.tif 000004
【図４】
0004182535.tif 000005