(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源材料からイオンを発生させてそのイオンをイオンビーム(14)に形成するイオン源(12)を備え、イオンビームがイオン注入室(17)まで軌道に沿って脱気領域内を通るビーム経路を進むようにしたイオン注入装置(10)の内側表面に付着している汚染物質を除去する方法であって、
ａ）汚染物質を前記内側表面から離脱させるために、前記イオン注入装置(10)の脱気領域と接触している前記内側表面にイオンビーム(14)が衝突するように、イオンビーム径路に沿って配置される質量分析磁石(22)または電極組(24)によりイオンビーム(14)の方向を変更して、イオンビーム(14)の軌道を調節する調節工程と、
ｂ）前記方向変更されたイオンビーム(14)が、反復して掃引されるように、クリーニングすべき前記内側表面上を反復パターンで掃引する工程と、
ｃ)離脱した汚染物質を前記イオン注入装置(10)の脱気領域から除去する工程とを有しており、
前記イオン源材料として反応性ガスを用い、かつ前記汚染物質が離脱したときに、このイオン源材料から発生したイオンを、汚染物質と化学結合させるようにすることを特徴とする方法。
【請求項２】
汚染物質は、ホウ素アイソトープを有しており、イオン源材料は、酸素ガス及び水素ガスの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の汚染物質除去方法。
【請求項３】
汚染物質はフォトレジスト材を有しており、イオン源材料はフッ素ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の汚染物質除去方法。
【請求項４】
前記イオン注入装置(10)には、ビーム経路が通るイオンビーム中和器(44)が配置されており、該イオンビーム中和器(44)は、選択的に作動してイオンビーム(14)を発散させ、また選択的に作動してイオンビーム(14)を中和するために電子放出を生じさせ、軌道を調節する工程は、イオンビーム(14)を発散させることによって前記内側表面に衝突するように、イオンビーム(14)を指向させることを特徴とする請求項１に記載の汚染物質除去方法。
【請求項５】
前記調整工程と前記掃引する工程において、前記内側表面に衝突する方向にイオンビーム(14)を向けるために、前記電極組(24)のうちの少なくとも１つの電極の励起レベルを調節する工程と、イオンビーム(14)が前記内側表面のクリーニングすべき領域を反復掃引するように、少なくとも１つの電極の励起レベルを選択された反復パターンで変化させる工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の汚染物質除去方法。
【請求項６】
前記内側表面に衝突する方向にイオンビーム(14)を向ける前記調節工程は、ビームが衝突する領域を増加させるために、ビーム発散を増加させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の汚染物質除去方法。
【請求項７】
イオン注入装置(10)の前記内側表面に付着している汚染物質を除去する装置であって、
ａ）イオン源材料からイオンを発生してそのイオンをイオンビーム(14)に形成し、イオンビーム(14)がイオン注入室(17)まで軌道に沿って脱気領域内を通るビーム経路を進むようにする手段と、
ｂ）汚染物質を前記内側表面から離脱させるために、前記イオン注入装置(10)の脱気領域と接触している前記内側表面にイオンビーム(14)が衝突するように、イオンビーム径路に沿って配置される質量分析磁石(22)または電極組(24)によりイオンビーム(14)の方向を変更して、イオンビーム(14)の軌道を調節する調節手段と、
ｃ）前記方向変更されたイオンビーム(14)が、反復して掃引されるように、クリーニングすべき前記内側表面上を反復パターンで掃引する手段と、
ｄ) 離脱した汚染物質を前記イオン注入装置(10)の脱気領域から除去する手段(11)と、を有しており、
前記イオン源材料として反応性ガスを用い、かつ前記汚染物質が離脱したときに、このイオン源材料から発生したイオンを、汚染物質と化学結合させるようにすることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記調節手段は、イオンビーム(14)を前記イオン注入装置の前記内側表面に衝突する方向に向けるために、磁界を通過する時にイオンビーム(14)の方向を変更する手段(11)を有していることを特徴とする請求項７に記載の汚染物質除去装置。
【請求項９】
前記調節手段は、イオンビーム(14)を前記イオン注入装置(10)の前記内側表面に衝突させるために、前記電極組を通過するイオンビーム(14)の方向を変更できるように、少なくとも１つの電極を調節可能に励起する手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の汚染物質除去装置。
【請求項１０】
イオン源材料は、酸素ガス、水素ガス及びフッ素ガスのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載の汚染物質除去装置。
【請求項１１】
汚染物質は、ホウ素アイソトープを有しており、イオン源材料は、酸素ガスと水素ガスの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７に記載の汚染物質除去装置。
【請求項１２】
汚染物質は、フォトレジスト材を有しており、イオン源材料は、フッ素ガスを含むことを特徴とする請求項７に記載の汚染物質除去装置。
【請求項１３】
前記調節手段は、ビーム経路が通るイオンビーム中和器(44)を有しており、該イオンビーム中和器(44)は、選択的に作動してイオンビーム(14)を発散させ、また選択的に作動してイオンビーム(14)を中和するために電子放出を生じさせ、前記軌道を調節する手段は、イオンビーム(14)を発散させることによって前記内側表面に衝突する方向にイオンビーム(14)を向ける手段を有していることを特徴とする請求項７に記載の汚染物質除去装置。
【請求項１４】
前記調節手段は、前記内側表面に衝突する方向にイオンビーム(14)を向けるように質量分析磁石(22)を制御し、前記掃引する手段は、イオンビーム(14)が前記内側表面のクリーニングすべき領域を反復掃引するように、前記質量分析磁石(22)の調整を選択された反復パターンで変化させる手段を含むことを特徴とする請求項８に記載の汚染物質除去装置。
【請求項１５】
イオンビーム(14)が前記イオン注入装置(10)の前記内側表面のクリーニングすべき領域を反復掃引するように、少なくとも１つの電極の励起レベルを選択された反復パターンで変化させることによって、前記内側表面に衝突する方向へイオンビーム(14)を向けるために、前記電極組(24)の少なくとも１つの電極の励起レベルを調節する手段(11)を有していることを特徴とする請求項９に記載の汚染物質除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置の内側表面に付着した汚染物質の除去、特にイオン注入装置内において汚染物質を除去するためにイオンビームを使用する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入装置は、ｎまたはｐ型不純物物質を作り出すために不純物をシリコンウェハに注入すなわち「ドーピング」するために使用される。ｎまたはｐ型不純物物質は、半導体集積回路の製造に使用される。その名前からわかるように、イオン注入装置は所望の不純物物質を作り出すために選択された種類のイオンをシリコンウェハに添加する。アンチモン、ヒ素またはリン等の原料物質から発生したイオンを注入することによってｎ型不純物物質ウェハが製造される。ｐ型不純物物質ウェハを望む場合は、ホウ素、ガリウムまたはインジウム等の原料物質から発生したイオンを注入する。
【０００３】
イオン注入装置は、イオン化できる物質から正荷電イオンを発生するイオン源を備えている。発生したイオンはビームになって、所定のビーム経路に沿って加速されて注入部へ進む。イオン注入装置は、イオン源と注入部との間に延在したビーム形成及び成形構造部を備えている。このビーム形成構造部はイオンビームを維持して、ビームが注入部まで進む途中に通過する細長い内部キャビティすなわち領域を定めている。注入装置を作動させる時、イオンが空気分子と衝突することによって所定のビーム経路から逸れる可能性を低くするため、内部領域を脱気しなければならない。
【０００４】
最近ではイオン注入装置を平形パネルディスプレイの製作に使用することが提案されている。平形パネルディスプレイはポータブルパソコンによく使用されている。そのようなコンピュータのディスプレイは、文書や図形を表示するために陰極管を設けていない。代わりに、ガラス基材に無定形シリコン固体の被膜を設けたものが、ディスプレイの個々の画素（ピクセル）を作動させるための電極アレイを支持している。製造するには、ガラスをフォトレジストのパターンで被覆してから注入室へ挿入して、イオン源から出たイオンビームが平形ディスプレイを処理できるようにする。イオン注入装置のこの使い方では、平形パネルディスプレイの全幅に注入するためにイオンビームの断面を大きくする必要がある。
【０００５】
既存の高電流イオン注入装置の場合、注入部のウェハは回転支持体の表面に取り付けられる。支持体が回転すると、ウェハがイオンビーム内を通過する。ビーム経路に沿って移動しているイオンが回転中のウェハと衝突してそれに注入される。ロボットアームが、処理すべきウェハをウェハカセットから引き出して、そのウェハをウェハ支持表面上に位置決めする。処理後、ロボットアームがウェハをウェハ支持表面から取り外して、処理済みウェハをウェハカセットへ戻す。提案されているように平形パネルディスプレイ用にイオン注入装置を使用する場合、パネルは支持体に取り付けられ、それはイオン源の多重出口開口によって形成された拡張面積のイオンビーム内にパネルを位置決めする。
【０００６】
イオン注入装置の作動によって、一定の汚染物質が発生する。これらの汚染物質は、注入装置ビーム形成及び成形構造部のイオンビーム経路に近接した表面やイオンビームに面するウェハ支持体の表面に付着する。汚染物質にはイオン源内で発生する望ましくない種類のイオン、すなわち異なった原子質量のイオンが含まれている。
【０００７】
別の汚染物質源は、異なった種類のイオンを連続注入作業で注入するために注入装置を作動させることに起因する。同じ注入装置を異なったイオンを用いた注入に使用することは一般的に行われている。例えば、ＡＭＵ（原子質量単位）が11であるホウ素イオンを一定量のウェハに注入するために注入装置を使用する。ホウ素注入の後に続いて、ＡＭＵが75のヒ素イオンの注入を行う。このように異なった種類のイオンを連続的に注入すると、第２注入ウェハが第１注入の際のイオンで汚染されることになるであろう。これは「イオン種間の混合汚染」と呼ばれる。
【０００８】
別の汚染物質はフォトレジスト材である。フォトレジスト材は、ウェハのイオンビーム処理前にウェハ表面上に被膜を形成して、完成した集積回路上に回路を形成する必要がある。イオンがウェハ表面に衝突すると、フォトレジスト被膜の粒子がウェハから離脱して、ウェハ支持表面またはビーム形成及び成形構造部の内側表面に隣接した位置に沈着する。
【０００９】
時間の経過に伴って、汚染物質はビーム形成（成形）構造部及びウェハ支持表面上に蓄積して、イオン注入装置の性能及び処理されたウェハの品質を低下させる。汚染物質が注入装置の構成部材の表面上に蓄積すると、汚染物質の上層が汚染物質に衝突するイオンによって剥がれ落ちる、すなわち離脱して、放電を発生してウェハの注入を汚染する。離脱汚染物質の一部はビーム経路に沿って注入部まで移動して、ウェハに注入される。そのような汚染物質はウェハの電気特性を変化させる。少量の汚染物質であっても、その注入処理ウェハは集積回路の製造上においてそれに意図された目的に対して不適になるであろう。
【００１０】
また、イオン注入装置の内側表面上に汚染物質が蓄積することで、一定のビーム形成部材の効率が低下する。例えば、イオンビームは、注入処理ウェハがビームで帯電しないように正荷電イオンビームを部分的に中和するイオンビーム中和器を通過する。イオンビーム中和器は、それを通過する正荷電イオンを部分的に中和するために二次電子放出を行う。イオンビーム中和器の内側表面に汚染物質が蓄積されると、二次電子放出処理が妨害される。
【００１１】
注入装置内側表面に付着した汚染物質は定期的に除去しなければならない。ビーム形成構造部やウェハ支持体から汚染物質を除去するためには、イオン注入装置を分解する必要がある。一部のドーパント材料は有害であるため、汚染された部品は注入装置から取り出されてクリーニング部へ運ばれる。部品表面を溶剤または研磨剤で擦って汚染物質を除去する。次に、注入装置を組み立て直して、ウェハ処理を再開する前にテストを行う。
【００１２】
このクリーニング手順は注入装置の停止時間の点から経済的コストが大きい。部品のクリーニングに必要な時間に加えて、注入装置の組み立て直しには時間が掛かる。注入装置を適正に作動させるため、注入装置部品を正確に整合させなければならない。また、作動前に注入装置の内部領域を再び真空にしなければならない。最後になるが、分解した注入装置はテストウェハに注入してそのウェハを評価することによって品質が再確認されるまで、その製造運転を行わないことが標準的な操作手順である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、イオン注入装置の内側表面に付着している汚染物質をその場所で除去する方法とそのための除去装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、イオン源材料からイオンを発生させてそのイオンをイオンビームに形成するイオン源を備え、イオンビームがイオン注入室まで軌道に沿って脱気領域内を通るビーム経路を進むようにしたイオン注入装置の内側表面に付着している汚染物質を除去する方法であって、ａ）汚染物質を内側表面から離脱させるために、注入装置の脱気領域と接触している内側表面にイオンビームが衝突するように、イオンビーム径路に沿って配置される質量分析磁石または電極組によりイオンビームの方向を変更して、イオンビームの軌道を調節する調節工程と、ｂ）前記方向変更されたイオンビームが、反復して掃引されるように、クリーニングすべき前記内側表面上を反復パターンで掃引する工程と、ｃ)離脱した汚染物質を注入装置の脱気領域から除去する工程とを有しており、前記イオン源材料として反応性ガスを用い、かつ前記汚染物質が離脱したときに、このイオン源材料から発生したイオンを、汚染物質と化学結合させるようにすることを特徴としている。
【００１５】
本発明の１つの実施例によれば、注入装置は、注入室まで進む途中のイオンビームが通過する磁界を発生する質量分析磁石を備えている。質量分析磁石は、イオンビームが磁界を通過する時にイオンビームの方向を変更できるように調整可能である。注入装置コントローラが、質量分析磁石のわずかなミス調整でイオンビームをビーム注入装置の内側表面に衝突させる。
【００１６】
注入装置はまた、イオンビーム経路の一部分の周囲に１組の電極を配置しており、これらを調節可能に励起することによって、電極組を通過するイオンビームの方向を変更することができる。コントローラは、電極電位を調節することによってイオンビームをビーム注入装置の内側壁に衝突させることができる。
【００１７】
好都合なことに、コントローラが質量分析磁石の調整を所定の反復パターンで変更することによって、イオンビームはクリーニングすべき表面上を反復掃引する。同様に、電極電位を反復変化させることによって、イオンビームがクリーニングすべき表面上を反復掃引することができる。
【００１８】
制御手段はまた、イオンビームが通過する二次電子放出界を発生するイオンビーム中和器を設けている。中和器が励起されることによって、電子界を通過するビームの発散が増大し、ビーム内のイオンがイオンビーム中和器の下流側表面及びウェハ支持表面のイオンビームに面する部分に衝突する。
【００１９】
本発明の１つの実施例に従って構成されたイオン注入装置は、１つまたは複数のイオン出口開口を備えたイオン源室からイオンを放出するイオン源を設けている。イオンは電極によってイオン源室から発生するが、電極は、イオン源室を出たイオンがイオンビームを形成するようにイオン源室の１つまたは複数の出口開口に対して位置決めされている。イオンビーム形成構造部は、電極構造部からイオンビームが移動する経路を形成する脱気領域に接している。イオン注入室には、イオン源からビーム移動経路を通ってイオン注入室まで進んだ後に注入室に入るイオンを捕捉する加工片を支持する構造部が設けられている。
【００２０】
加工片のイオンビーム処理中に注入装置の脱気領域に接触している汚染物質と相互作用するイオン源材料がイオン源に導入される。注入コントローラが、イオン源からイオン注入室までの脱気領域を通って移動するイオンビームを制御する。ポンプが離脱汚染物質をイオン注入装置の脱気領域から除去する。
【００２１】
好ましくは、イオン源材料には、離脱汚染物質と化学結合してポンプで除去される揮発性の汚染物質を形成するイオンを発生するものを用いる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴は、添付の図面を参照した本発明の好適な実施の形態の詳細な説明から理解されるであろう。
【００２３】
注入装置の作用
次に、図面を参照しながら説明すると、図１はイオン注入装置10を示しており、これにはイオン源12、イオンビーム14を形成及び成形する構造部13及び注入部16が設けられている。制御電子装置11が、注入部16の注入室17内でウェハ（図示せず）が受け取るイオン添加量を監視及び制御する。イオンビーム内のイオンは、図１にＤで示されている所定の所望ビーム経路を進む。ビーム経路Ｄには、イオン源12から注入部16までの距離をビームが進む時に、様々な量でイオンビームが発散する。ビーム発散によって生じる所定のビーム経路Ｄの「限界」が図１にＤ’及びＤ”で示されている。
【００２４】
イオン源12には、イオン源材料が噴射される内部領域を形成しているプラズマ室18が設けられている。イオン源材料は、イオン化ガスまたは気化イオン源材料を含むことができる。固相のイオン源材料を１対の気化器19に投入する。次に、気化したイオン源材料をプラズマ室内へ噴射する。ｎ型不純物ウェハ材を望む場合、ホウ素、ガリウムまたはインジウムを使用する。ガリウム及びインジウムは固形のイオン源材料であるが、ホウ素は気体として、一般的に三フッ化ホウ素または二ホウ酸塩としてプラズマ室内へ噴射されるが、これはホウ素蒸気圧が低すぎるために加熱するだけでは有効圧力が生じないからである。
【００２５】
ｐ型不純物物質を形成しようとする場合、固形原材料としてアンチモン、ヒ素またはリンを選択できる。イオン源材料にエネルギを加えると、正荷電イオンがプラズマ室18内に発生する。正荷電イオンは、プラズマ室18の開放側に重ねられたカバープレート20の楕円形アークスリットを通ってプラズマ室内部から出る。
【００２６】
イオン源材料をイオン化するためにマイクロ波エネルギを利用したイオン源が、1994年９月26日に出願された米国特許出願第08/312,142号に開示されており、これは本出願の譲受人に譲渡されている。米国特許出願第08/312,142号は参考として全体が本説明に含まれる。イオンビーム14はイオン源12から脱気経路を通って注入室17まで進み、注入室17も脱気されている。ビーム経路の脱気は真空ポンプ21で行われる。
【００２７】
プラズマ室18内のイオンはプラズマ室のカバープレート20のアークスリットから引き出されて、プラズマ室のカバープレート20に近接した複数の電極24によって質量分析磁石22に向けて加速される。電極24はプラズマ室内部からイオンを引き出して、加速して質量分析または分解磁石22によって定められた領域内へ進める。電極組24には抑制電極26と、３つの球形絶縁体30（図１には１つだけが示されている）で抑制電極26から離された抽出電極28とが設けられている。注入装置の作動中に、抑制電極26は負電圧で励起されて、プラズマ室18から出たイオンの逆流を最小限に抑える。プラズマ室18は高い正電位で制御電子装置11によって励起され、抽出電極28は接地電位に設定されて、プラズマ室18から正イオンを引き出す。各電極26、28は対応の半円形ディスクで構成され、その間にイオンが通過するギャップが形成されている。
【００２８】
イオンビーム14に沿って移動する際のイオンは、イオン源12から出て、質量分析磁石22によって形成された磁界に入る。質量分析磁石はイオンビーム形成構造部13の一部であって、磁石ハウジング32内に支持されている。磁界の強さ及び向きは制御電子装置11によって制御される。質量分析磁石22は、界磁巻線（図示せず）によって形成された磁石ヨーク（やはり図示せず）を備えている。磁界は、磁石の界磁巻線を流れる電流を調節することによって制御される。質量分析磁石22から注入部16までのイオンビーム移動経路に沿って、イオンビーム14はさらに成形及び評価される。質量分析磁石ハウジング32の高圧から接地された注入室17までの電位降下によってイオンが加速される。
【００２９】
質量分析磁石22は、適当な質量を備えたイオンだけがイオン注入部16に到達できるようにする。プラズマ室18内のイオン源材料のイオン化で所望の原子質量の正荷電イオンが発生する。しかし、所望のイオンに加えて、イオン化処理によって適当な原子質量以外のイオンも一部発生する。適当な原子質量より高いか低い原子質量のイオンは注入に適しておらず、望ましくない種類と言える。
【００３０】
質量分析磁石22によって発生する磁界によってイオンビーム内のイオンが湾曲軌道で移動する。磁界は、所望種類のイオンの原子質量と等しい原子質量を有するイオンだけがビーム経路を注入室17まで進むように形成される。。
【００３１】
所望種類のイオンは経路Ｄに沿って、もっと正確に言えば同様な荷電イオン（イオンはすべて正電荷を有している）の反発力の結果としてある程度のビーム発散が常にあるためにＤ’及びＤ”によって定められるイオンビーム経路「エンベロープ」内を移動する。
【００３２】
図１において、「Ｈ」で示されている経路は、原子質量が注入中の所望種類のイオンよりもはるかに重い（約50％重い）望ましくないイオンの軌道経路を示している。「Ｌ」で示されている経路は、原子質量が注入中の所望種類のイオンよりもはるかに軽い（約50％軽い）望ましくないイオンの軌道経路を示している。所望種類のイオンの原子質量よりはるかに軽いか、はるかに重い原子質量を有する望ましくないイオンは、質量分析磁石の磁界を通過する時に所定の所望ビーム経路Ｄから大きく逸れて、質量分析磁石ハウジング32に衝突する。
【００３３】
イオンビーム形成構造部13は、さらに四重極(quadruple) レンズアセンブリ40と、回動ファラディーカップ42と、イオンビーム中和器44とを有している。四重極アセンブリ40は、イオンビーム14の周囲に向けられた磁石組46を備えており、それらが制御電子装置（図示せず）によって選択的に励磁されることによってイオンビーム14の高さを調節する。四重極アセンブリ40は、室17と磁石22との間に配置されたハウジング50内に支持されている。
【００３４】
ファラディーカップ42に面した四重極アセンブリ40の端部にイオンビーム分解プレート52が連結されている。分解プレート52はガラス質グラファイトで構成されており、図３に示されている。分解プレート52には、イオンビーム14内のイオンが四重極アセンブリ40から出る時に通過する細長い開口56が設けられている。分解プレート52には４つの座ぐり穴58も設けられている。ねじ（図示せず）が分解プレート52を四重極アセンブリ40に締着する。分解プレート52で、エンベロープＤ’、Ｄ”の幅によって定められるイオンビーム発散が最小になる、すなわちイオンビーム14が分解プレート開口56を通過する位置でＤ’、Ｄ”の幅が最小になる。
【００３５】
分解プレート52は質量分析磁石22と協働して、所望種類のイオンの原子質量に近いが同一ではない原子質量の望ましくない種類のイオンをイオンビーム14から除去する。前述したように、質量分析磁石の磁界の強さ及び向きは、所望種類の原子質量と同じ原子質量のイオンだけが所定の所望ビーム経路Ｄを注入部16まで進むように制御回路11によって定められる。所望イオンの原子質量よりはるかに大きいか、はるかに小さい原子質量を有する望ましくない種類のイオンは大きく逸れて、ハウジング50に衝突する。
【００３６】
しかし、望ましくないイオンの原子質量が所望種類の原子質量に「近い」場合は、望ましくないイオンの軌道は所望ビーム経路Ｄからわずかに逸れるだけである。所望ビーム経路Ｄからわずかに逸れただけのそのような望ましくないイオンは、分解プレート52の上流側に面した表面に衝突するであろう。時間の経過に伴って、分解プレート52に衝突する望ましくない種類のイオンがプレート上に蓄積する。
【００３７】
例えば、ｐ型不純物物質を生成するためにウェハにホウ素イオンを注入することは一般的な注入装置の作動である。所望種類の注入イオンはホウ素11を含有するイオン、すなわち質量が11原子質量単位のホウ素を有するイオンである。しかし、プラズマ室18内の気化ホウ素を含むイオン化イオン源材料は、別のホウ素アイソトープであるホウ素10、すなわち質量が10原子質量単位のホウ素を有するイオンも発生することが経験からわかっている。ホウ素10を含むイオンは望ましくないイオンである。
【００３８】
２つのアイソトープ（ホウ素10及びホウ素11）の原子質量は10％しか違っていないので、ホウ素10アイソトープを含む望ましくない種類のイオンの軌道は望ましいホウ素11イオンビーム線Ｄの軌道に近い。しかし、質量の違いのため、ホウ素10を含むイオンは所望のビーム線Ｄからわずかに外れ、従って分解プレート52に衝突する。ホウ素10アイソトープを含むイオンは、注入部16に達してウェハに注入されることが分析プレート52によって妨げられる。
【００３９】
四重極アセンブリ40は支持ブラケット60及び支持プレート62によって支持されている。支持ブラケット60はハウジング50の内側表面に連結されているのに対して、支持プレート62は複数のねじでハウジング50の端部に連結されている（支持プレート62をハウジング50に締結する２つのねじ63が図２に示されている）。支持プレート62に四重極アセンブリシールドプレート64（図４に示されている）が取り付けられている。四重極アセンブリシールドプレート64はガラス質グラファイトで形成されており、矩形の開口66と４つの座ぐり穴68とを備えている。座ぐり穴68にはめ込まれたねじが四重極アセンブリシールドプレート64を支持プレートに固定する（座ぐり穴68の２つに挿通されて支持プレート62内にはまった２つのねじ71が図２に示されている）。
【００４０】
四重極アセンブリシールドプレート64は、質量分析磁石磁界を通過した後にハウジング50と衝突することを避けることができるほどに十分に所望種類のイオンの原子質量に「近い」が、磁界によって分解プレート52と衝突するイオンよりも大きく逸れるほどに所望種類のイオンの原子質量とは異なっている原子質量を有する望ましくないイオンの衝突から四重極アセンブリ40を保護する。注入装置10の作動中に、四重極アセンブリシールドプレート64の上流側に面する表面に衝突する望ましくないイオンがプレート上に蓄積する。
【００４１】
図１に示されているように、ファラデーカップ42は四重極アセンブリ40とイオンビーム中和器44との間に配置されている。ファラデーカップは、ビーム特性を測定するためにイオンビーム14を遮る位置へ回動できるように、ハウジング50に回動可能に連結されている。ビーム特性がイオン注入に満足できるものであると制御電子装置11が決定すると、電子装置11は注入室17でのウェハ注入を邪魔しないようにファラデーカップをビーム線から離れた位置へ搖動させる。
【００４２】
ビーム形成構造部13は、一般的に電子シャワーと呼ばれるイオンビーム中和器44も設けている。1992年11月17日にベンベニスト(Benveniste)に許可された米国特許第5,164,599 号がイオン注入装置内の電子シャワー装置を開示しており、その開示内容全体が参考として本説明に含まれる。プラズマ室18から引き出されたイオンは正帯電している。イオンビームの実効正電荷がウェハの注入前に中和されない場合、ドーピングを行ったウェハは実効正電荷を示す。第5,164,599 特許に記載されているように、そのようなウェハ上の実効正電荷は望ましくない特性を備えている。
【００４３】
図５に示されているイオンビーム中和器44は、バイアス開口70と、ターゲット72と、延長管74とを備えている。バイアス開口70、ターゲット72及び延長管74の各々は中空であって、組み付けた時に開放端部を有する円筒形内部領域を形成し、それをイオンビーム14が通過して、二次電子放出によって中和される。中和器44は、ハウジング50に接続した取り付けフランジ76によってハウジング50に対して位置決めされている。
【００４４】
取り付けフランジ76からは、バイアス開口70用の支持部材78が延出している。ターゲット72が支持部材78に固定されている。延長管74がターゲット72に結合されているが、それから電気的に絶縁されている。延長管74はアース端子Ｇに接続して接地されている。バイアス開口70は負電荷Ｖ−によって励起される。支持部材78は冷却流体の循環用の内部通路（図示せず）を形成している。
【００４５】
支持部材78はまた、１組のフィラメント（図示せず）に電気接続されたフィラメント送り80を支持している。フィラメントはターゲット72内へ延出して、励起時に高エネルギ電子を放出し、それらは加速されてターゲット72の内部領域内へ送り込まれる。高エネルギ電子はターゲット72の内部壁に衝突する。高エネルギ電子がターゲットの内側壁に衝突する結果、低エネルギ電子が放出される、すなわち言い換えると二次電子放出が生じる。
【００４６】
イオンビーム14内の正荷電イオンがバイアス開口70の内部領域内に形成された負に帯電した電界を通過する時、ビームはビーム発散度を増加させる。正荷電イオンは、同種の電荷とは互いに対して固有反発力を備えている。ビーム14がバイアス開口を通過することで、ビーム発散が増加する。
【００４７】
イオンビーム14内のイオンと残留ガス原子との衝突によって低エネルギ電子が発生し、それが高密度イオンビームの搬送を可能にする。この空間電荷中和にもかかわらず、ビーム電位は所望以上に高くなる。ドーピング処理したウェハ上にエッチングされた回路（図示せず）は、高すぎるビーム電位から正荷電による破損を受けやすい。イオンビーム中和器44によって発生した低エネルギ二次電子が正荷電イオンビーム14に引き付けられて、さらにビーム電位を低下させる。これによって回路の荷電破損の可能性が低減する。バイアス開口70は、ウェハ上に蓄積した正電荷が中和電子のイオンビーム中和器44の上流側でイオンビーム14を減損させることを防止するゲートとして機能する。そのような減損が発生すれば、空間電荷のためにイオンビーム14が拡大して搬送が非常に非効率的になる。
【００４８】
ガス送り管82が取付けプレート76及びターゲット72を貫通している。低濃度のアルゴンガスがガス送り管82でターゲットの内部領域に噴射される。アルゴンガスの存在で二次電子の放出が促進される。
【００４９】
図１に示されているように、延長管の下流側端部は、ウェハ支持体83（図８）によって支持されたウェハにイオンが注入される注入室17に隣接している。ウェハには多くの場合に選択的にイオンビーム処理前にフォトレジスト材の被膜が設けられる。フォトレジストは主に炭化水素材である。イオンがウェハ表面に衝突すると、フォトレジスト被膜の粒子がウェハから離脱して、ウェハ支持体83上に付着する。延長管74が注入室17に隣接しているため、注入装置の作動中にフォトレジストが延長管74の内外表面上でも濃縮される。
【００５０】
注入室17内にディスク形ウェハ支持体83が回転可能に支持されている。処理すべきウェハは室17内へ挿入されて、ウェハ支持体の周縁部付近に位置決めされ、支持体はモータ（図示せず）で約1200ＲＰＭで回転する。イオンビーム14が円形経路で回転中のウェハに衝突してそれを処理する。注入部16はハウジング50に対して回動可能であり、それに可撓性ベローズ92（図１）で連結されている。注入部16が回動できることによって、ウェハ注入表面に対するイオンビーム14の入射角を調節することができる。
【００５１】
注入装置の現場クリーニング
注入装置10の作動中に、ドーパント材料及び望ましくない種類のイオンの形の汚染物質がイオンビーム14に近接した注入装置部材の表面上に、例えば分解プレート52の上流側に面した表面や四重極アセンブリシールドプレート64の上流側に面した表面上に蓄積する。また、ビーム中和器のイオンビーム中和器ターゲット72及び延長管74の内側表面にフォトレジスト材が蓄積する。
【００５２】
イオンビーム中和器44上に蓄積した残留フォトレジストはその装置の適正な作動を妨害する。分解プレート52及び四重極アセンブリシールドプレート64上に蓄積した汚染物質は最終的には剥がれて、放電及び粒子の問題を発生する。また、分解プレート開口56の周囲に蓄積した残留物によって、ビーム経路Ｄ’、Ｄ”の外側限界付近の望ましいイオンが蓄積残留物に衝突してそれを離脱させる。残留物にビームが衝突することで、イオン及び中和原子の両方がスパッタリングで離脱する。この離脱イオンは後段分析加速場で加速され、そのためにウェハに注入されるようになることがある。離脱した中和原子はウェハ表面へ漂着して埋め込まれる可能性がある。
【００５３】
分解プレート52の上流側に面した表面や四重極アセンブリシールドプレート64の上流側に面した表面やイオンビーム中和器44の内側表面上に蓄積した汚染物質は、イオンビーム14の方向を変えてイオンビームをクリーニングすべき表面上の汚染物質に衝突させることによって現場クリーニングすることができる。方向変更イオンビームに沿って移動したイオンは汚染物質に衝突してそれらを離脱させる。イオンビーム14の方向変更は、好ましくは質量分析磁石22の調整を変更ことによって行われ、それがイオンビームをクリーニングすべき内側表面に衝突する方向に向ける。
【００５４】
磁石22の調整（チューニング）変更は、制御電子装置11によって磁石22の界磁巻線を流れる電流を変化させることで行われる。好都合なことに、制御電子装置は磁気コイルを流れる電流を連続変化する反復パターンで調節するようにプログラムされ、それによってイオンビーム15は、注入装置の内側表面のクリーニングすべき領域を反復掃引することができる。クリーニング領域には、その領域の表面に付着しているすべての汚染物を離脱させることができる十分な回数の掃引が行われる。
【００５５】
あるいは、電極組24の抑制電極26に加えられるバイアス電圧を反復パターンで変化させることによって、イオンビーム14の方向を変更してそれがクリーニング領域を掃引して汚染物質に衝突するようにしてもよい。
【００５６】
注入装置10の作動中、多くの場合にアルゴンガスがイオンを発生するためにプラズマ室へ導入される原料ガスとして使用される。イオンビームで汚染物をクリーニングする場合、アルゴンをイオンビーム原料ガスとして使用することは望ましくないことがわかっている。アルゴンはスパッタリングだけで汚染物質を離脱させる。しかし、スパッタリングされた物質の一部が凝縮によって他の注入装置表面に再付着する。このため、アルゴンイオンビームを使用した注入装置部材の現場クリーニングでは、真空ポンプで注入装置から除去できる前に付着する場合、汚染物質が再分散することになるであろう。
【００５７】
現場クリーニングを行う時には原料ガスとしてアルゴンを使用する代わりに、酸素、水素、フッ素等の反応性ガスを原料ガスとして使用する。そのようなイオンビームで汚染物質を離脱させると、イオンビーム14内のイオンと汚染物質との間に化学反応が起きる。その化学反応によって、揮発性の汚染物質が生成される。この揮発性の汚染物質は真空ポンプ21で注入装置から吸い出して注入装置の外へ排除することができる。例えば、ホウ素10が分解プレート52に付着した汚染物質である場合、原料ガスとして水素を使用すると、離脱汚染物質がＢ2 Ｈ6 に変化し、これは注入装置から容易に汲み出すことができる。あるいは、フッ素を原料ガスとして使用した場合、離脱したホウ素10汚染物質はＢＦ3 に変化して、注入装置から汲み出されるであろう。
【００５８】
炭化水素原子を含有している一部のフォトレジスト汚染物質の場合、酸素を原料ガスとして使用することができる。離脱したフォトレジスト材はＣＯ2とＨ2Ｏに変化する。
【００５９】
磁石22のチューニング変更に加えて、イオンビームを発散させることによってイオンビーム14が衝突して掃引する面積を増加させることもできる。バイアス開口70をオンにし、ターゲット72をオフにした状態で電子シャワー44を作動させることによって、ビームを発散させることができる。この作動モードはバイアス開口70を通過するイオンビーム14を「ブローアップ」させ、イオンビームはその後にターゲット72及び延長管74内を通過する時に電子放出で中和されないので、イオンは正荷電されたままとなり、延長管内及び延長管の下流ではイオンが同じ電荷であるためにさらにもっと広く発散しようとする。
【００６０】
化学反応ガスイオンを使用して汚染物を離脱させる方法は、ニューヨーク、オレンジバーグのマテリアルズ・リサーチ・コーポレーション(Materials Research Corporation)が1984年に著作権を所有したダビッド・Ｃ．ヒンソン(David C. Hinson) 博士の「プラズマの基礎」(Basics of Plasmas) と題する論文に説明されており、これは参考として本説明に含まれる。
【００６１】
拘束プラズマでは、自由電子がプラズマを取り囲む導電性表面へ逃げようとして、プラズマからこれらの表面へ向かう実効負電流を生じる。そのプラズマ内のこの負電荷損失によってプラズマが正電位Ｖp まで帯電する。電子はイオンと再結合するので、正荷電イオンと電子とは同一体積内に決して共存できない。これはすなわち、プラズマを維持するため、イオン及び電子を外部エネルギ源によってプラズマ内に常に発生させていなければならないことを意味している。
【００６２】
プラズマ暗黒部シースは、プラズマを包囲して、そのプラズマからの電子損失を遅らせるために電界が形成されている領域であると言える。このシースはプラズマを包囲している導電体に電位を加えることによって生じる。暗黒部シース内では、電子が外部印加電圧または大地に対するプラズマの電位の電界によって「拒絶」される。この領域は、グロー放電と呼ばれる光を発するためにイオンと再結合できる電子が欠如しているために暗黒部と呼ばれる。
【００６３】
プラズマ内のイオンが、暗黒部シース界によって境界表面に向けて加速される。反応性イオンエッチングでは、化学反応性ガスイオンがエッチング表面に向けられ、そこで表面材料と結合して揮発性化合物を形成し、それがガスと共に汲み出される。イオンビーム14内のイオンはイオン源から注入室へ移動するために注入装置の表面に衝突するので、イオン注入装置ではイオンに作用する「暗黒部」の吸引力がさほど重要ではない。
【００６４】
クリーニングすべき表面へイオンを引き付ける方法のこの背景を踏まえて、イオン注入室の拡大断面図である図８を参照しながら説明する。注入室17が内側壁110 で形成されており、ウェハ支持体83の領域から離れた位置に切り欠き部112 が設けられている。イオン反応クリーニングの第１技法によれば、支持体83が負の対電極として使用されている。この場合、金属支持体83がイオン衝撃を受けてクリーニングされる。第２技法では、切り欠き部112 内に支持された導電性電極120 を追加して、ディスク83を注入室17から電気絶縁状態に維持しながら電極120 に電気バイアスを掛けることによって陽極として使用する。この第２技法は、ディスク83及び注入室内部を共に陰極にして、注入室内部及びウェハのディスク支持体の両方をクリーニングすることができる。これには絶縁電気フィードスルー122 と高圧入力部124 とが必要である。高圧入力部は約200 ボルトの電圧を与え、注入室及び支持ディスクは接地されている。
【００６５】
ビーム線のイオン源から注入室までの他の部分でも、ビーム14に直接的には隣接していない表面へイオンを引き付けるために相対バイアスを掛けることができる。ビーム中和器40は、その部材へのイオンの吸引を制御するために相対バイアスを掛けることができる電気接続部を備えている。また、残留汚染物のクリーニングを行うために、イオン源12に近接した電極24、26、28に相対バイアスを掛けて、イオン源が放出するイオンを引き付けることができるようにしてもよい。
【００６６】
図６及び図７は、平形パネルディスプレイのイオン注入に用いるイオン注入装置200 を示している。平形パネル202 はロードロック204 によって処理室210 内へ送り込まれ、イオン注入中は処理室が脱気されている。パネルは、図１〜図５に説明した注入装置10で処理するシリコンウェハよりはるかに大きい寸法である。例えば、不定形シリコンで被覆したガラスパネルの寸法は約55×80cmにすることができる。
【００６７】
注入装置200 にはイオン化ガスプラズマを発生するためのイオン源室220 が設けられている。イオン源室220 内のイオンは多重開口から出てそれぞれイオンビーム片となり、それらが結合して注入室内のパネル202 の小さい方の寸法よりわずかに広い幅のリボン形のイオンビーム222 を形成する。
【００６８】
図６及び図７の注入装置200 は、パネル202 を均一に処理するためにパネルが制御速度でビームを通過移動できるようにするパネルコンベヤ230 を備えている。プラズマを発生するガスが供給源240 からイオン源室220 に接続された導管242 へ送られる。供給源には複数の異なったガス原料が設けられている。これによって、多数の異なったガスをイオン源室220 内でイオン化することができる。
【００６９】
ビーム222 はイオン源室220 から短いほぼ直線状の経路で注入室210 へ進む。イオンビーム222 を曲げる磁石は必要ない。従って、フォトレジスト等の汚染物がイオン源室220 の領域に達することができる。このため、イオン源室からイオンビーム片を引き付けるために使用されている抽出電極に相対バイアスを掛けることができることが重要になる。これらの電極に相対バイアスを掛けることによって、電極の化学エッチングを行うことができる。
【００７０】
イオン源室内へ循環させる材料の選択は他の処理変数の制御と共に、注入装置の側部の操作盤250 でコマンドを入力するオペレータによって行われる。この操作盤250 は、汚染物クリーニングを行う方法を平形パネルを処理する手段と共に制御するためにも使用できる。
【００７１】
以上に本発明をある程度特定化して説明してきたが、添付の請求項に限定されている発明の特許請求の範囲内において追加、変更、削除を加えることができることは当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン源、ビーム形成及び成形構造部及び注入室を備えたイオンビーム注入装置の、一部断面図で示す上面図である。
【図２】図１のイオンビーム注入装置の四重極レンズアセンブリの拡大上面図である。
【図３】図２の四重極アセンブリのイオンビーム分解プレートの、図２の３−３線で示された平面から見た前面図である。
【図４】図２の四重極アセンブリのシールド板の、図２の４−４線で示された平面から見た前面図である。
【図５】図１のイオンビーム注入装置のイオンビーム中和器の拡大上面図である。
【図６】平形パネルディスプレイに使用する平形パネルの注入に使用されるイオンビーム注入装置の上面図である。
【図７】平形パネルディスプレイに使用する平形パネルの注入に使用されるイオンビーム注入装置の正面図である。
【図８】イオン注入室のグロー放電クリーニングを実施するための電極を備えたイオンビーム室の一部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
10  イオンビーム注入装置
12  イオン源
14  イオンビーム
17  イオン注入室
21  真空ポンプ
22 質量分析磁石
24 電極
44 中和器
【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】
0004117507.tif 000007
【図７】
0004117507.tif 000008
【図８】
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