(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にイオンビームを照射して処理を施すイオンビーム照射装置であって、プラズマ生成容器内に導入したプラズマ生成用ガスを高周波放電によって電離させてプラズマを生成して当該プラズマを前記基板の上流側近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制するプラズマ発生装置を備えるイオンビーム照射装置の運転方法において、
前記プラズマ発生装置においてプラズマを点火する際に、前記イオンビームを走らせておき、かつ前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込み、この引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火することを特徴とするイオンビーム照射装置の運転方法。
【請求項２】
基板にイオンビームを照射して処理を施すイオンビーム照射装置であって、プラズマ生成容器内に導入したプラズマ生成用ガスを高周波放電によって電離させてプラズマを生成して当該プラズマを前記基板の上流側近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制するプラズマ発生装置を備えるイオンビーム照射装置において、
前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込んでこの引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火する直流電源を備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項３】
基板にイオンビームを照射して処理を施すイオンビーム照射装置であって、プラズマ生成容器内に導入したプラズマ生成用ガスを高周波放電によって電離させてプラズマを生成して当該プラズマを前記基板の上流側近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制するプラズマ発生装置を備えるイオンビーム照射装置において、
（ａ）前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込んでこの引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火することと、（ｂ）前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して負電圧を印加して、当該プラズマ生成容器から放出する電子の量を制御することとを切り換えて行うことのできる直流電源を備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項４】
半導体基板にイオンビーム照射によってイオン注入を行って半導体デバイスを製造する方法において、
プラズマ生成容器内に導入したプラズマ生成用ガスを高周波放電によって電離させてプラズマを生成して当該プラズマを前記半導体基板の上流側近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う半導体基板表面の帯電を抑制するプラズマ発生装置を用い、
まず、前記イオンビームを走らせておき、かつ前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込んでこの引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火し、
次いで、前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して負電圧を印加した状態で、当該プラズマ生成容器からプラズマを放出させてそれを前記半導体基板の上流側近傍に供給してイオンビーム照射に伴う半導体基板の帯電を抑制しつつ半導体基板にイオンビームを照射することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム照射装置およびその運転方法、ならびに、半導体基板にイオンビーム照射によるイオン注入を行って半導体デバイスを製造する方法に関し、より具体的には、イオンビーム照射の際の基板表面の帯電（チャージアップ）を抑制する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入による半導体デバイスの製造等において、イオンビーム照射の際の基板表面の帯電を小さく抑制することが重要であり、その手段の一つとして、プラズマ発生装置から放出させたプラズマを基板の上流側近傍に供給して、当該プラズマ中の電子を、イオンビーム照射に伴う正電荷の中和に用いる技術が従来から提案されている。この技術は、フィラメントから放出させた電子やそれを物体に当てて放出される２次電子を用いる技術に比べて、低エネルギーの電子を基板に供給することができるので、基板の負帯電を小さくすることができるという利点を有している。
【０００３】
このようなプラズマ発生装置の一つに、プラズマ生成容器内に導入したプラズマ生成用ガスを高周波放電によって電離させてプラズマを生成する高周波放電型のものがある。この技術は、フィラメントを用いて放電を生じさせるタイプに比べて、（ａ）寿命が長い、（ｂ）ガス圧を低くして運転することができるため処理室内の真空度低下が少ない、等の利点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなプラズマ生成に高周波放電を用いる高周波放電型のプラズマ発生装置の一つの課題として、プラズマの点火が挙げられる。
【０００５】
高周波放電型のプラズマ発生装置は、通常、プラズマ生成容器内に高周波を導入するアンテナ等の電極（容量結合の場合）またはコイル（誘導結合の場合）を備えている。また通常は、プラズマ生成容器内にプラズマの生成および維持用の磁界が印加されている。
【０００６】
この場合、プラズマが点火するためには、プラズマ生成容器内にトリガ用に少なくとも１個の電子が存在する必要がある。この電子が、高周波電界によって加速され、プラズマ生成用ガスの原子や分子と衝突してそれをイオン化し、それによって放出された電子が順次他の原子や分子をイオン化することによって、ある時点で一挙にプラズマが生成される。即ちプラズマが点火する。
【０００７】
一般的に、この最初の電子は宇宙から飛来する高エネルギー粒子線がガスを電離することによって生成すると考えられている。しかし、このような電子を種にして上記衝突によって生成される電子の数は、例えばフィラメントから放出される熱電子（これは通常、数ｍＡある）に比べれば圧倒的に少なく、従って、単にプラズマ生成容器内に高周波を導入するだけでは、プラズマの確実な点火は難しい。
【０００８】
従って、高周波プラズマの確実な点火のために、従来は通常は次のような方法を採用している。
【０００９】
（１）プラズマ生成容器内に放電ギャップを設けておいて、これに高電圧を印加して放電を起こさせ、この放電によって多量の電子を発生させてプラズマを点火する。
【００１０】
（２）プラズマ生成容器内に高エネルギー密度のレーザ光を導入し、このレーザ光でプラズマ生成用ガスを直接熱電離させることによってプラズマを点火する。
【００１１】
しかし、上記（１）の方法の場合は、プラズマ生成容器内に金属部が露出した放電ギャップ電極を少なくとも一つ設ける必要があり、かつこれに高電圧を印加するための高電圧電源も必要になるので、構成が複雑になる。ひいては装置のコストアップを招く。
【００１２】
しかもプラズマ点火後、この放電ギャップ電極がプラズマに曝されてスパッタリングされるため、スパッタ粒子（金属粒子）が基板にまで到達して基板の金属汚染（メタルコンタミネーション）を招く。
【００１３】
また、放電によってサージ電圧が発生するので、これが例えば周辺の低耐圧の制御機器に悪影響を及ぼす恐れもある。
【００１４】
上記（２）の方法の場合は、レーザ光源およびそれからのレーザ光をプラズマ生成容器内へ導入するためのレーザ光透過用窓が必要になるので、構成が複雑になる。ひいては装置のコストアップを招く。
【００１５】
しかも、上記レーザ光透過用窓にはプラズマ生成によって発生する堆積物が付着し、これがレーザ光を遮るようになれば点火不能となるので、メインテナンスを頻繁に行わなければならずメインテナンスが煩雑になる。
【００１６】
そこでこの発明は、上記のような基板の帯電抑制用の高周波放電型のプラズマ発生装置において、簡単で、かつ上記のような金属汚染等の諸問題を惹き起こすことがなく、しかも確実にプラズマを点火することのできる方法および装置を提供することを主たる目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る運転方法は、前記プラズマ発生装置においてプラズマを点火する際に、前記イオンビームを走らせておき、かつ前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込み、この引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火することを特徴としている（請求項１）。
【００１８】
この運転方法によれば、プラズマ生成容器内に、プラズマを確実に点火するのに必要な量の２次電子を引き込むことができるので、プラズマ発生装置において確実にプラズマを点火することができる。
【００１９】
しかもこの運転方法は、基板を処理するために元々存在するイオンビームを２次電子発生ひいてはプラズマ点火に有効利用するものであり、これとプラズマ生成容器に正電圧を印加することとでプラズマ点火を行うことができるので、非常に簡単であり、複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。
【００２０】
この発明に係るイオンビーム照射装置の一つは、前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込んでこの引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火する直流電源を備えていることを特徴としている（請求項２）。
【００２１】
このイオンビーム照射装置によれば、プラズマ生成容器内に、プラズマを確実に点火するのに必要な量の２次電子を引き込むことができるので、プラズマ発生装置において確実にプラズマを点火することができる。
【００２２】
しかもこのイオンビーム照射装置は、基板を処理するために元々存在するイオンビームを２次電子発生ひいてはプラズマ点火に有効利用するものであり、その他のプラズマ点火のために必要な手段は、プラズマ生成容器に正電圧を印加する直流電源だけであるので、非常に簡単であり、複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。
【００２３】
この発明に係るイオンビーム照射装置の他の一つは、（ａ）前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込んでこの引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火することと、（ｂ）前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して負電圧を印加して、当該プラズマ生成容器から放出する電子の量を制御することとを切り換えて行うことのできる直流電源を備えていることを特徴としている（請求項３）。
【００２４】
このイオンビーム照射装置によれば、上記直流電源によって、上述したようなプラズマ点火動作だけでなく、プラズマ点火後にプラズマ生成容器から放出する電子の量の制御を行うことができる。そしてこの放出電子量制御によって、基板表面の帯電をより小さく抑えて、基板表面の帯電電圧をより低くすることが可能になる。しかも、一つの直流電源を、プラズマ点火動作と放出電子量制御とに兼用することができるので、互いに別の電源を設ける場合に比べて、より構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００２５】
この発明に係る半導体デバイスの製造方法は、半導体基板にイオンビーム照射によってイオン注入を行って半導体デバイスを製造する方法において、プラズマ生成容器内に導入したプラズマ生成用ガスを高周波放電によって電離させてプラズマを生成して当該プラズマを前記半導体基板の上流側近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う半導体基板表面の帯電を抑制するプラズマ発生装置を用い、まず、前記イオンビームを走らせておき、かつ前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して正電圧を印加して、前記プラズマ生成容器から前記イオンビームの経路に流出した前記プラズマ生成用ガスと前記イオンビームとの衝突によって発生する２次電子を当該正電圧によって前記プラズマ生成容器内に引き込んでこの引き込んだ２次電子をトリガにして前記プラズマ生成容器内においてプラズマを点火し、次いで、前記プラズマ生成容器にグラウンドに対して負電圧を印加した状態で、当該プラズマ生成容器からプラズマを放出させてそれを前記半導体基板の上流側近傍に供給してイオンビーム照射に伴う半導体基板の帯電を抑制しつつ半導体基板にイオンビームを照射することを特徴としている（請求項４）。
【００２６】
この製造方法によれば、請求項１記載の発明と同様に、プラズマ発生装置において確実にプラズマを点火することができると共に、プラズマ点火に複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。特に、半導体デバイスの製造においては、半導体基板の金属汚染は重大な問題であるが、これを防止することができるので、半導体デバイスの性能向上、半導体デバイス製造の歩留まり向上を図ることができる。
【００２７】
しかも、半導体基板にイオンビームを照射するときは、プラズマ生成容器に負電圧を印加することによって、プラズマ生成容器から放出する電子の量の制御を行うことができるので、半導体基板の帯電をより小さく抑えて、半導体基板表面の帯電電圧をより低くすることが可能になる。その結果、イオンビーム照射中の半導体デバイスの絶縁破壊を防止して、半導体デバイス製造の歩留まりを向上させることができる。また、半導体デバイスの微細化にも対応することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオンビーム照射装置の一例を示す断面図である。
【００２９】
このイオンビーム照射装置は、真空容器（処理室容器）８内において、ホルダ６に保持された基板（例えば半導体基板）４にイオンビーム２を照射して、当該基板４にイオン注入等の処理を施すよう構成されている。
【００３０】
基板４の全面に均一にイオンビーム２を照射するために、イオンビーム２の照射時に、イオンビーム２および基板４の少なくとも一方を走査する場合がある。この例では、両者２、４を互いに直交するＸ、Ｙ方向にそれぞれ走査するようにしている。
【００３１】
上記基板４の上流側近傍であってイオンビーム２の経路の近くに、高周波放電によってプラズマ１６を発生させてそれを基板４の上流側近傍に供給して、より具体的には基板４の上流側近傍およびそこを通るイオンビーム２の近傍に供給して、イオンビーム２の照射に伴う基板４の表面の帯電を抑制する高周波放電型のプラズマ発生装置１０が設けられている。
【００３２】
このプラズマ発生装置１０は、プラズマ生成容器１２内に導入したプラズマ生成用ガス１８を、アンテナ２０から放射される高周波による高周波放電によって電離させてプラズマ１６を生成し、それをプラズマ生成容器１２に設けたプラズマ放出孔１４から放出して上記のように供給する構造をしている。この放出されるプラズマ１６には、電子とイオンとが含まれている。
【００３３】
プラズマ放出孔１４は、１個に限られるものではなく、複数個設けても良い。例えば、この例のようにイオンビーム２が走査される場合は、その走査方向Ｘにプラズマ放出孔１４を複数個並べても良い。あるいは、プラズマ放出孔１４を、Ｘ方向に長いスリット状のものにしても良い。
【００３４】
アンテナ２０には、高周波電源２２からインピーダンス整合器２４を経由して高周波が供給される。この高周波は、例えば１３．５６ＭＨｚ程度の高周波でも良いし、例えば２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波でも良い。即ちこの明細書では、高周波はマイクロ波を含む広い概念である。
【００３５】
アンテナ２０は、図示例のような棒状のものに限らず、ループ状でも良いし、平板電極状のもの等でも良い。また、アンテナの代わりに、誘導結合用のコイルを用いてプラズマ１６を発生させるようにしても良い。
【００３６】
プラズマ生成用ガス１８には、プラズマ生成容器１２の汚れ防止や、有機物質発生防止の観点から、化学的反応性に乏しいガスを用いるのが好ましい。例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガス（希ガス）が好ましい。
【００３７】
プラズマ生成容器１２内には、プラズマ１６の生成および維持を促進する磁界を印加するのが好ましい。この例では、このような磁界を発生させる磁界発生器の一例として、プラズマ生成容器１２の周りに磁気コイル２６を設けている。但し、磁気コイル２６の代わりに永久磁石を用いても良い。上記磁界発生器が発生する磁界の方向は、特定の方向に限定されるものではないけれども、プラズマ放出孔１４からプラズマ１６を放出する方向（即ち軸方向）に沿う方向が好ましい。そのようにすれば、プラズマ１６の放出が容易になると共に、後述する２次電子４０のプラズマ生成容器１２内への引き込みも容易になる。上記磁気コイル２６はこのような方向の磁界を発生する。
【００３８】
プラズマ生成容器１２の内壁およびアンテナ２０は、プラズマ１６のスパッタリングによる金属汚染およびアンテナ２０にその導電性スパッタ物が付着することを防止するために、この例のように、絶縁物３０、３２で覆っておくのが好ましい。
【００３９】
プラズマ生成容器１２は、この例では絶縁物２８を用いて、グラウンド（接地電位部）から電気的に絶縁している。真空容器８は通常は接地電位にある。そしてこのプラズマ生成容器１２とグラウンドとの間に直流電源３６を接続している。
【００４０】
この直流電源３６は、プラズマ生成容器１２内においてプラズマ１６を点火するためには、プラズマ生成容器１２にグラウンドに対して正電圧を印加する通常の直流電源でも良い。しかしこの例では、プラズマ生成容器１２に、グラウンドに対して正電圧と負電圧とを切り換えて印加することができる直流電源としている。その理由は後述する。このような直流電源３６は、正負両極性の直流電圧を出力することのできる両極性電源でも良いし、通常の単極性の直流電源と出力極性反転用のスイッチ回路とを組み合わせたものでも良い。
【００４１】
このイオンビーム照射装置の運転方法の一例を図２を参照しながら説明する。但しこの図２はあくまでも一例であり、これに限定されるものではない。
【００４２】
（１）プラズマ点火までの工程
プラズマ発生装置１０においてプラズマ１６を点火するときは、当然、プラズマ生成容器１２にプラズマ生成用ガス１８を導入する（ステップ５０）。かつ、イオンビーム２を発生させてそれを図１に示すようにプラズマ発生装置１０の前方に走らせておく（ステップ５１）。このとき、中和されていないイオンビーム２が基板４に照射されるのを防止するために、基板４およびホルダ６をイオンビーム２から退避させておくのが好ましい。
【００４３】
プラズマ生成容器１２内に導入されたプラズマ生成用ガス１８は、図１に示すように、そのプラズマ放出孔１４を通してイオンビーム２の経路に流出してイオンビーム２と衝突する。より具体的には、流出したプラズマ生成用ガス１８の原子または分子に、イオンビーム２を構成するイオンが衝突する。この衝突によって、プラズマ生成用ガス１８の一部が電離を起こし、２次電子４０が発生する。発生した２次電子４０の一部は、イオンビーム２を構成するイオンに引き寄せられてイオンビーム２内に取り込まれ、また一部はイオンビーム２の外側に放出される。これは、生成される２次電子４０がある程度の運動エネルギーを持っているからである。
【００４４】
このとき、プラズマ生成容器１２に直流電源３６から正電圧を印加しておくと（ステップ５２）、イオンビーム２の外側に放出された２次電子４０は、この正電圧によってプラズマ生成容器１２に向けて引き寄せられ（加速され）、その一部はプラズマ放出孔１４を通してプラズマ生成容器１２内に引き込まれる。これがプラズマ点火のトリガ電子となる。これは、前述した宇宙からの粒子線によって自然に生成される電子よりかは遙かに多量の電子である。
【００４５】
その状態で、プラズマ生成容器１２内にアンテナ２０を経由して高周波を導入すると、上記引き込まれた２次電子４０がトリガとなって、プラズマ１６は確実に点火する（ステップ５４）。
【００４６】
従って、プラズマ点火用に、前述したような放電ギャップを用いる必要もないし、高エネルギー密度のレーザ光を照射する必要もない。従ってそれらに伴う諸問題を一挙に解消することができる。即ち、プラズマ点火に必要な手段は、プラズマ生成容器１２に少なくとも正電圧を印加することのできる直流電源３６のみであり、複雑な手段を必要としない。従って装置の低コスト化も可能である。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。
【００４７】
上記直流電源３６からプラズマ生成容器１２に印加する正電圧は、発生した２次電子４０をプラズマ生成容器１２内に多く引き込むと共に、２次電子４０を加速してそのエネルギーを高める作用をする。この印加電圧について更に述べると、プラズマ生成容器１２内に引き込む２次電子４０は、ある程度以上のエネルギーを有していないと、トリガ電子にはならない。なぜなら、プラズマ生成用ガス１８を電離するためには、そのプラズマ生成用ガス１８を構成する原子または分子の第１電離エネルギー以上のエネルギーがなければならないからである。従って、このプラズマ生成用ガス１８を構成する原子の第１電離エネルギーをＥ1 ［ｅＶ］、イオンビーム２との衝突によって発生した２次電子４０が元々有しているエネルギーをＥ2 ［ｅＶ］とすると、プラズマ生成容器１２に印加する正電圧は、即ち直流電源３６の出力電圧ＶD ［Ｖ］は、次式の関係を満たす値にすることが好ましい。ｅは電子素量であり、右辺をこれで割ることによってエネルギーを電圧に換算している。
【００４８】
【数１】
ＶD ≧（Ｅ1 −Ｅ2 ）／ｅ    ［Ｖ］
【００４９】
これによって、元々Ｅ2 のエネルギーを有している２次電子４０を電圧ＶD によって更に加速して、第１電離エネルギーＥ1 以上のエネルギーにしてプラズマ生成容器１２内に引き込むことができるので、確実なプラズマ点火が可能になる。
【００５０】
プラズマ生成用ガス１８を構成する原子の第１電離エネルギーＥ1 は、例えば、アルゴンの場合で約１６ｅＶ、クリプトンの場合で約１４ｅＶ、キセノンの場合で約１２ｅＶである。また、衝突によって外部に放出される２次電子４０が有しているエネルギーＥ1 は、例えばイオンビーム２が７０ｋｅＶのリン（Ｐ+ ）イオンビーム、プラズマ生成用ガス１８がキセノンの場合で、最大で約８ｅＶ程度である。従ってこの場合は、上記出力電圧ＶD は、上記数１から、１２−８＝４［Ｖ］以上にするのが好ましい。
【００５１】
もっとも、実用上は、上記出力電圧ＶD は、数１を満たすものの内でも、ある程度高い方が好ましい。これは次の理由による。
【００５２】
（ａ）一般的に、電子によるプラズマ生成用ガス１８の電離断面積は、電子のエネルギーが上記第１電離エネルギーＥ1 の２〜３倍程度で最大となる。従って、２次電子４０のエネルギーがその辺りになるように出力電圧ＶD を決めるのが好ましい。
【００５３】
（ｂ）イオンビーム２とプラズマ生成用ガス１８との衝突によって放出される２次電子４０は、低いエネルギーでほぼ等方的に放出される。従って、出力電圧ＶD が大きいほど、プラズマ生成容器１２に向かう２次電子４０の量を増やすことができる。
【００５４】
（ｃ）プラズマ生成容器１２には通常は前述したように磁界が印加されており、その磁界の方向によっては、２次電子４０の軌道が偏向を受けてプラズマ生成容器１２内に引き込まれにくくなる場合がある。その場合、上記出力電圧ＶD をある程度大きくして２次電子４０をプラズマ生成容器１２に向けて強く加速すると、磁界による偏向の影響が少なくなる。もっとも、この例のように、磁界をプラズマ放出孔１４からプラズマ１６を放出する方向に沿う方向に印加しておくと、この磁界によって２次電子４０をプラズマ放出孔１４を通してプラズマ生成容器１２内に引き込みやすくなるので、磁界は好ましい方向に作用する。
【００５５】
より具体例を挙げると、プラズマ生成容器１２内に導入するキセノンガス１８の流量が０．２ｃｃｍ、真空容器８内の真空度が１．２×１０-3Ｐａ、７０ｋｅＶのＰ+ イオンビーム２のビーム電流が１ｍＡ、イオンビーム２から見ることのできるプラズマ生成容器の有効面積が約１０ｃｍ2 の場合、上記出力電圧ＶD を１０Ｖにすると、２次電子４０がプラズマ生成容器１２に衝突することによって直流電源３６に流れる電流は約５０μＡとなり、これはかなり大きな値である。このように、プラズマ生成容器１２に正電圧を印加すれば、多量の２次電子４０がプラズマ生成容器１２に引き寄せられることが分かる。その一部が、プラズマ放出孔１４を通してプラズマ生成容器１２内に引き込まれてトリガ電子となりプラズマ点火作用をする。
【００５６】
（２）基板処理までの工程
上記のようにしてプラズマ発生装置１０においてプラズマ１６が点火すると、圧力差等によって自然にプラズマ放出孔１４から真空容器８内にプラズマ１６が放出される（ステップ５５）。放出されたプラズマ１６は広がり、基板４の上流側近傍およびそこを通るイオンビーム２の近傍に供給される。
【００５７】
プラズマ放出孔１４からプラズマ１６が放出されるということは、電子とイオンの両方が放出されるということである。この電子は通常は低エネルギーである。このとき、直流電源３６の出力極性を切り換えて、プラズマ生成容器１２にグラウンドに対して負電圧を印加することによって（ステップ５６）、直流電源３６の出力電圧ＶD はプラズマ生成容器１２から電子を引き出す方向に作用するので、プラズマ発生装置１０から放出する電子の量を制御することができる。より具体的には、直流電源３６の出力電圧ＶD を調整することによって、放出する電子の量を制御することができる。
【００５８】
基板４にイオンビーム２を照射して処理を施す際に、上記のようにして、イオンビーム２および基板４の近傍にプラズマ１６を供給すると、当該プラズマ１６中の電子が、イオンビーム照射に伴って正に帯電している基板表面に引き込まれて正電荷を中和する。プラズマ１６中の電子は、ビームプラズマを形成するイオンビーム２に取り込まれて、基板４が帯電しているとその電位によって当該ビームプラズマ中を基板４側へ移動して正電荷を中和するという作用もある。基板表面の正電荷が中和されれば、基板４への電子の引き込みは自動的に止まる。このようにして、イオンビーム照射に伴う基板表面の帯電を抑制することができる。（ステップ５７）。
【００５９】
その場合、上記のように直流電源３６からプラズマ生成容器１２に負電圧を印加して放出電子量制御を行うことによって、基板４により過不足なく電子を供給して、基板表面の帯電をより小さく抑えて、基板表面の帯電電圧をより低くすることが可能になる。
【００６０】
なお、プラズマ点火と放出電子量制御の両方を行う場合、プラズマ生成容器１２に上記のような正電圧を印加する直流電源と上記のような負電圧を印加する直流電源とを別に設けても良いけれども、この例のように、一つの直流電源３６を、プラズマ点火動作と放出電子量制御とに兼用することによって、互いに別の電源を設ける場合に比べて、より構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００６１】
直流電源３６から出力する直流電圧の極性の切換えおよび大きさは、例えば、制御器３８によって制御するようにしても良い。
【００６２】
上記プラズマ発生装置１０は、イオンビーム２により近づけるために、真空容器８内に設けても良い。あるいは、真空容器８内に挿入した筒状容器内に設けても良い。いずれにしても、プラズマ生成容器１２は、それに前述したような電圧を印加するために、グラウンドから電気的に絶縁しておく。
【００６３】
次に、イオンビーム照射によるイオン注入によって半導体デバイスを製造する方法を、図３に示すような半導体デバイス６０を製造する場合を例に説明する。この半導体デバイス６０は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、より具体的にはＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ形電界効果トランジスタ）の例である。このような半導体デバイス６０を製造する場合、前述した基板４として半導体基板（例えばシリコン基板）４を用い、その表面の所定領域にゲート酸化膜６２および分離用酸化膜６４を形成し、ゲート酸化膜６２の表面にゲート電極６６を形成しておく。
【００６４】
このような半導体基板４に、イオンビーム２を照射して、ドーパントイオン（例えばホウ素、リン、ヒ素等）を注入する。これによって、半導体基板４の表層部であってゲート電極６６およびゲート酸化膜６２の両側に、二つの不純物注入層６８が形成される。この不純物注入層６８は、例えば、ドーパントイオンとしてホウ素を注入した場合はｐ形になり、リンまたはヒ素を注入した場合はｎ形になる。半導体基板４が例えばｎ形の場合、ｐ形の不純物注入層６８を形成することによってｐｎ接合が形成され、一方の不純物注入層６８がソース、他方の不純物注入層６８がドレインとなり、半導体デバイス６０として、ｐチャネル形ＭＯＳＦＥＴが形成される。半導体基板４が例えばｐ形の場合、ｎ形の不純物注入層６８を形成することによってｐｎ接合が形成され、半導体デバイス６０として、ｎチャネル形ＭＯＳＦＥＴが形成される。このような半導体デバイス６０が、半導体基板４の表面に多数形成される。
【００６５】
このようなイオンビーム照射による半導体デバイス６０の製造の際に、プラズマ発生装置１０を用いた上記帯電抑制技術を用いる。これを要約して再度説明すると次のとおりである（図１も参照）。
【００６６】
即ち、まず、イオンビーム２を走らせておき、かつプラズマ生成容器１２にグラウンドに対して直流電源３６から正電圧を印加して、プラズマ生成容器１２からイオンビーム２の経路に流出したプラズマ生成用ガス１８とイオンビーム２との衝突によって発生する２次電子４０を当該正電圧によってプラズマ生成容器１２内に引き込み、この引き込んだ２次電子４０をトリガにしてプラズマ生成容器１２内においてプラズマを点火する。
【００６７】
次いで、プラズマ生成容器１２にグラウンドに対して直流電源３６から負電圧を印加した状態で、プラズマ生成容器１２からプラズマ１６を放出させてそれを半導体基板４の上流側近傍に供給してイオンビーム照射に伴う半導体基板４の帯電を抑制しつつ半導体基板４にイオンビームを照射する。
【００６８】
この製造方法によれば、前述したように、プラズマ発生装置１０において確実にプラズマ１６を点火することができると共に、プラズマ点火に複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。特に、半導体デバイスの製造においては、半導体基板の金属汚染は重大な問題であるが、これを防止することができるので、半導体デバイスの性能向上、半導体デバイス製造の歩留まり向上を図ることができる。
【００６９】
しかも、半導体基板４にイオンビーム２を照射するときは、プラズマ生成容器１２に負電圧を印加することによって、プラズマ生成容器１２から放出する電子の量の制御を行うことができるので、半導体基板の帯電をより小さく抑えて、半導体基板表面の帯電電圧をより低くすることが可能になる。その結果、イオンビーム照射中の半導体デバイスの絶縁破壊を防止して、半導体デバイス製造の歩留まりを向上させることができる。また、半導体デバイスの微細化が進むにつれて、当該デバイスの絶縁破壊防止のために、イオン注入の際の基板表面の帯電電圧をできるだけ低く抑える必要があるが、この製造方法によればそれが可能であるので、半導体デバイスの微細化にも対応することができる。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００７１】
請求項１記載の発明によれば、プラズマ生成容器内に、プラズマを確実に点火するのに必要な量の２次電子を引き込むことができるので、プラズマ発生装置において確実にプラズマを点火することができる。
【００７２】
しかもこの発明は、基板を処理するために元々存在するイオンビームを２次電子発生ひいてはプラズマ点火に有効利用するものであり、これとプラズマ生成容器に正電圧を印加することとでプラズマ点火を行うことができるので、非常に簡単であり、複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。
【００７３】
請求項２記載の発明によれば、プラズマ生成容器内に、プラズマを確実に点火するのに必要な量の２次電子を引き込むことができるので、プラズマ発生装置において確実にプラズマを点火することができる。
【００７４】
しかもこの発明は、基板を処理するために元々存在するイオンビームを２次電子発生ひいてはプラズマ点火に有効利用するものであり、その他のプラズマ点火のために必要な手段は、プラズマ生成容器に正電圧を印加する直流電源だけであるので、非常に簡単であり、複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。
【００７５】
請求項３記載の発明によれば、上記直流電源によって、上述したようなプラズマ点火動作だけでなく、プラズマ点火後にプラズマ生成容器から放出する電子の量の制御を行うことができる。そしてこの放出電子量制御によって、基板表面の帯電をより小さく抑えて、基板表面の帯電電圧をより低くすることが可能になる。しかも、一つの直流電源を、プラズマ点火動作と放出電子量制御とに兼用することができるので、互いに別の電源を設ける場合に比べて、より構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００７６】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、プラズマ発生装置において確実にプラズマを点火することができると共に、プラズマ点火に複雑な手段を必要としない。しかも、前述したような金属汚染、サージ電圧発生、メインテナンスの煩雑さという問題を惹き起こすこともない。特に、半導体デバイスの製造においては、半導体基板の金属汚染は重大な問題であるが、これを防止することができるので、半導体デバイスの性能向上、半導体デバイス製造の歩留まり向上を図ることができる。
【００７７】
しかも、半導体基板にイオンビームを照射するときは、プラズマ生成容器に負電圧を印加することによって、プラズマ生成容器から放出する電子の量の制御を行うことができるので、半導体基板の帯電をより小さく抑えて、半導体基板表面の帯電電圧をより低くすることが可能になる。その結果、イオンビーム照射中の半導体デバイスの絶縁破壊を防止して、半導体デバイス製造の歩留まりを向上させることができる。また、半導体デバイスの微細化にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオンビーム照射装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１のイオンビーム照射装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】半導体デバイスの一例を拡大して示す概略断面図である。
【符号の説明】
２  イオンビーム
４  基板（半導体基板）
８  真空容器
１０  プラズマ発生装置
１２  プラズマ生成容器
１６  プラズマ
１８  プラズマ生成用ガス
２２  高周波電源
３６  直流電源
４０  ２次電子
６０  半導体デバイス
【図１】
0003758520.tif 000002
【図２】
0003758520.tif 000003
【図３】
0003758520.tif 000004