CN103928280A - 离子注入装置和离子注入装置的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在清洗离子源内部后在短时间内重新启动离子束的离子注入装置和该离子注入装置的运转方法。所述离子注入装置在进行离子注入处理时，向离子源（IS）内部导入工艺气体，使用由多块电极构成的引出电极***（2），从离子源（IS）引出带状的离子束（3），向配置在处理室（5）内的基板（4）照射离子束（3），并且在离子注入处理以外时，向离子源（IS）内部导入清洗气体，对该离子源（IS）内部进行清洗，在这样的离子注入装置（IM）中，在清洗结束后重新启动离子束（3）时，在引出电极***（2）上施加规定电压后，将离子源（IS）的运转参数设定为与作为处理对象的基板（4）的注入配方对应的运转参数。

Description

离子注入装置和离子注入装置的运转方法

技术领域

本发明涉及向硅晶片或玻璃基板照射离子束、向该晶片或基板实施离子注入处理的离子注入装置，特别涉及具有清洗功能的离子注入装置和该离子注入装置的运转方法。

背景技术

在离子注入装置中，如果长时间持续进行从离子源引出离子束的运转，则在构成离子源的引出电极***的电极和构成离子源的等离子体生成容器的内部附着堆积物。如果对此置之不理，就会在引出电极***的电极之间引起异常放电。

如果发生所述异常放电的次数增加，就会变得不能维持离子源的正常运转，所以要根据需要对离子源内部进行清洗。

作为该清洗的例子，专利文献1公开的方法是，在除了向试样进行离子注入时以外，把氢气导入离子源，在离子源内部产生氢等离子体，清洗离子源内部的堆积物。

专利文献1：日本专利公报第2956412号

在专利文献1的方法中记载了在对试样进行离子注入以外时，在离子源内部产生氢等离子体来进行清洗，但是对于此后如何重新启动离子束完全没有记载。

在离子注入装置中，对多块基板进行的离子注入处理是分多次、且每次以规定块数进行。在各离子注入处理之间，为了进行处理完的基板和未处理的基板的交换，需要暂时停止向基板进行离子注入处理。所以可以考虑在这样的基板交换期间，使用专利文献1中记载的技术，对离子源内部进行清洗，但是由于基板交换期间通常最多几分钟，因此要求进行清洗后尽快启动离子束。

发明内容

本发明提供能够在清洗后在短时间内重新启动离子束的离子注入装置和该装置的运转方法。

本发明的离子注入装置在进行离子注入处理时，向离子源内部导入工艺气体，使用由多块电极构成的引出电极***，从所述离子源引出带状的离子束，向配置在处理室内的基板照射所述离子束，并且在离子注入处理以外时，向离子源内部导入清洗气体，对所述离子源内部进行清洗，其特征在于，包括控制装置，在清洗结束后重新启动所述离子束时，在所述引出电极***上施加规定电压后，将所述离子源的运转参数设定为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数。

通过在引出电极***上施加规定电压，在各电极之间形成规定的电场分布，但是在形成所述电场分布之前，经过过渡状态。电极之间的电场在过渡状态时，如果在离子源内部生成与进行离子注入处理时生成的等离子体具有相同浓度的等离子体，则从所述等离子体引出与进行离子注入处理时所使用的离子束具有相同程度的离子束电流的离子束，其中大部分会冲击引出电极***。特别是在引出带状离子束的情况下，与点状的离子束相比，其离子束电流非常大，因此，因这样的离子束对引出电极***冲击，在用于对引出电极***施加电压的电源中会有过电流流过。因所述过电流而造成电源的输出电压不稳定，因此不能如所希望的那样尽快启动离子束。

考虑到上述方面，在本发明中，采用具有控制装置的结构，在重新启动离子束时，在引出电极***上施加规定电压后，将离子源的运转参数设定为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数。由此在构成引出电极***的电极之间形成规定的电场后，在离子源内部生成与进行离子注入处理时生成的等离子体具有相同浓度的等离子体，由此能够引出离子束，所以能够充分抑制具有比较大的离子束电流的离子束对引出电极***的冲击。其结果，由于在与引出电极***连接的电源中不会有过电流流过，所以能够尽快启动离子束。

将对多块基板进行的离子注入处理分多次、且每次对规定块数进行的离子注入装置中，所述控制装置在整个离子注入处理结束之前的期间，至少对所述离子源内部进行一次清洗就可以。

采用这样的构成，在一系列的离子注入处理中，能够利用间隙的时间对离子源进行清洗，所以不需要为了清洗离子源停止离子注入装置的运转。

此外，在重新启动所述离子束时，在所述引出电极***上施加规定电压时，所述离子源内部可以没有生成等离子体。

在引出电极***上施加规定电压时，如果在离子源内部生成有等离子体，由此引出所不希望的离子束。此时，因过渡电场的作用，引出的离子束的大部分可能会冲击引出电极***。如等离子体浓度足够低，则由于不能引出大电流的离子束，所以不会发生在引出电极***上连接的电源中有过电流流过而造成电源的输出电压不稳定的问题，但担心因离子束对引出电极***的冲击造成如下的情况。

因离子束对引出电极***的冲击，使引出电极***的堆积物溅射，而成为在构成引出电极***的电极之间引起放电的原因。此外，溅射的堆积物向离子束的输送路径的下游侧飞散，在混入到基板的情况下，导致基板注入不良。可是在引出电极***上施加规定电压时，如果使离子源内部不生成等离子体，则能够防止上述那样的离子束对引出电极***的冲击。

作为更具体的离子源的构成，所述离子源包括等离子体生成容器，导入所述清洗气体和所述工艺气体，在内部生成等离子体，在所述等离子体生成容器内配置有一个或多个阴极，在所述阴极和所述等离子体生成容器之间，连接有调整两个构件之间的电位差的电源。

此外，所述控制装置在重新启动所述离子束时，在使连接在所述引出电极***上的电源的输出电压为规定的值后，使连接在所述阴极和所述等离子体生成容器之间的电源的输出电压为规定的值。

本发明的离子注入装置的运转方法是，在离子注入装置中，在进行离子注入处理时，向离子源内部导入工艺气体，使用由多块电极构成的引出电极***，从所述离子源引出带状的离子束，向配置在处理室内的基板照射所述离子束，并且在离子注入处理以外时，向离子源内部导入清洗气体，对所述离子源内部进行清洗，在这样的离子注入装置中，在清洗结束后重新启动所述离子束时，在所述引出电极***上施加规定电压后，将所述离子源的运转参数设定为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数。

在使电极之间的电场分布成为规定的电场分布后，将离子源的运转参数变更为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数，所以能够充分抑制具有比较大的离子束电流的离子束对引出电极***的冲击。其结果，由于在连接在引出电极***上的电源中不会有过电流流过，所以能够尽快启动离子束。

附图说明

图1是离子注入装置IM的俯视图。

图2是表示重新启动离子束的第一个处理例子的流程图。

图3是表示重新启动离子束的第二个处理例子的流程图。

图4是表示重新启动离子束的第三个处理例子的流程图。

图5是表示重新启动离子束的第四个处理例子的流程图。

附图标记说明

1    等离子体生成容器

2    引出电极***

3    离子束

4    基板

5    处理室

9    第一储气瓶

91   第二储气瓶

IM   离子注入装置

IS   离子源

P    等离子体

具体实施方式

下面参照附图对本发明的离子注入装置和它的运转方法进行说明。

图1表示本发明使用的一个离子注入装置IM的俯视图。对所述离子注入装置IM的整体构成进行简单说明。此外，图示的XYZ轴的方向相互垂直。

等离子体生成容器1是图示的Y轴方向尺寸比X轴方向尺寸长的、大体为立方体形的容器，从第一储气瓶9向容器内提供工艺气体（BF3或PH3等）。此外，用加速电源Vacc把等离子体生成容器1的电位固定在规定的电位。此外，把阴极F导入等离子体生成容器1内，用电弧电源Varc在阴极F和等离子体生成容器1之间设定规定的电位差。此外，在阴极F和等离子体生成容器1之间设置有未图示的绝缘体，用所述绝缘体把两个构件之间电隔离。

在阴极F的两端连接有阴极电源Vf，从用所述电源加热的阴极F释放出热电子。如果所述热电子冲击从第一储气瓶9提供的工艺气体，则工艺气体电离，生成等离子体P。

在等离子体生成容器1的Z轴方向一侧的面上形成开口，为了从等离子体P引出带状的离子束3（在此例子中为Y轴方向尺寸比X轴方向尺寸长的离子束），配置有引出电极***2。引出电极***2由多个电极构成，例如，如图1所示，由四块电极构成。从等离子体生成容器1侧依次排列有加速电极2a、引出电极2b、抑制电极2c、接地电极2d，各电极相互电隔离。在这些电极上形成有用于使离子束3通过的多个圆孔、多个狭缝或单一的狭缝。

在此例子中，加速电极2a与阴极F电位相同，接地电极2d被电接地。此外，为了防止从引出离子束3的Z轴方向侧向等离子体生成容器1侧流过电子，在抑制电极2c上连接有在电极上施加负电压的抑制电源Vsup。

从引出电极***2引出的离子束3由分析磁铁10和分析狭缝11进行质量分析后，入射到处理室5内。

用搬运机器人8把基板4从位于处理室5外侧的盒7搬运到予真空室6内。把基板4搬运到予真空室6后，用未图示的泵抽真空，使予真空室6内的空气从大气向真空变化。在达到规定的真空度后，打开予真空室6的处理室5侧的门，把基板4搬运到处理室5内。此外，在对予真空室6抽真空时，关闭予真空室6的大气侧（配置有盒7的一侧）的门。

用未图示的转动机构来改变搬运到处理室5内的基板4的姿势，使被离子束3照射的被照射面大体与Y轴方向平行。此后，用未图示的搬运机构沿X轴方向进行基板4的扫描。此外，在基板4的扫描时，离子束3横穿基板4的次数可以是一次，也可以是多次。此外，基板4的扫描方向也可以不是X轴方向。即，只要是与作为离子束3的行进方向的Z轴方向交叉的方向、通过基板4的扫描能够对基板4的整个面进行离子注入的方向即可。

如图所示，离子束3在Y轴方向上的尺寸比基板4的尺寸长，因此通过在X轴方向对基板4进行扫描，可以对基板4的整个面进行离子注入。在向基板4进行离子注入处理后，把基板4沿着与搬运到处理室5内的路径相反的路径装到盒7内。此外，在处理室5中设置有离子束电流测量仪12，它是在向基板4照射离子束3之前，确认离子束3是否具有所希望的特性时使用。

在处理完的基板被收纳在盒7之后，由搬运机器人8把未处理的基板从盒7中取出，再搬运到处理室5内之后，对基板4进行离子注入处理。反复进行这样的处理完的基板和未处理的基板的交换，直到对装在盒7内的多块基板结束离子注入处理。

在进行基板交换期间，由于在处理室5内没有作为处理对象的基板4，因此不需要照射离子束3。在本发明中，在反复进行的一系列离子注入处理中，在多次的基板交换中，至少对离子源IS进行一次清洗。

在离子注入装置IM上设置有控制装置20。控制装置20具有发送信号S1、用未图示的搬运机构控制基板4的扫描的功能。控制装置20通过控制搬运机构，得到基板4的位置信息，并根据所述位置信息，把信号S2～S6发送给阴极电源Vf、电弧电源Varc、引出电源Vext、第一储气瓶9、第二储气瓶91，对各部分进行控制。此外，在对加速电源Vacc的输出电压值进行控制的情况下，还发送与所述电源有关的控制信号。

从对基板4进行的离子注入处理结束，到清洗离子源IS内部、清洗后重新启动离子束3，可以考虑多个处理方法。可以说各处理方法的共同之处是，在进行清洗后重新启动离子束3时，首先用连接在引出电极***2上的电源（在图1的例子中，是引出电源Vext和抑制电源Vsup）对各电极施加规定电压（对基板4进行离子注入处理时设定的电压）。

然后，将离子源IS的运转参数设定为与作为处理对象的基板4的注入配方对应的运转参数。离子源IS的运转参数根据离子源IS的结构不同而不同，按图1的例子说，电弧电源Varc的输出电压值、阴极电源Vf的输出电压值、加速电压Vacc的输出电压值、来自第一储气瓶9的工艺气体流量、来自第二储气瓶91的清洗气体流量相当于离子源IS的运转参数。

在对基板4进行离子注入时，根据基板4的种类和注入工艺的种类决定注入配方。这里所说的注入配方是指对基板4注入的剂量、离子种类、离子束的能量。其中，剂量由基板4的扫描速度和对基板4照射的离子束3的离子束电流决定。

在图1的例子中，离子束电流由施加在引出电极***2上的电压值和离子源IS内部的等离子体浓度决定，等离子体浓度由电弧电源Varc的输出电压值、阴极电源Vf的输出电压值、加速电源Vacc的输出电压值、从第一储气瓶9提供的工艺气体流量、从第二储气瓶91提供的清洗气体流量决定。

如上所述，用连接在引出电极***2上的电源（在图1的例子中为引出电极Vext和抑制电源Vsup）在引出电极***2上施加规定电压（对基板4进行离子注入处理时设定的电压）后，将离子源IS的运转参数设定为与作为处理对象的基板4的注入配方对应的运转参数，因此在重新启动离子束3时，可以充分抑制具有比较大的离子束电流的离子束3对引出电极***2的冲击。

离子束3对引出电极***2的冲击由以下引起。因在引出电极***2上施加电压，在各电极之间形成规定的电场分布，但是在形成所述电场分布之前，经过过渡状态。电极之间的电场在过渡状态时，如果在离子源IS内部，生成与进行离子注入处理时生成的等离子体具有相同浓度的等离子体P，则从所述等离子体P引出与进行离子注入处理时所使用的离子束具有相同程度的离子束电流的离子束3，其中大部分会冲击引出电极***2。

特别是在引出带状离子束3的情况下，与点状的离子束相比，其离子束电流非常大。因此，因这样的带状的离子束3对引出电极***2的冲击，在用于对引出电极***2施加电压的电源中会有过电流流过。由于所述过电流而造成电源的输出电压不稳定，因此不能如所希望的那样尽快启动离子束3。

考虑到上述方面，在本发明中，在重新启动离子束3时，在引出电极***2上施加规定电压后，将离子源IS的运转参数设定为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数。由此在构成引出电极***2的电极之间形成规定的电场后，在离子源IS内部生成与进行离子注入处理时生成的等离子体P具有相同浓度的等离子体P，由此能够引出离子束3，可以充分抑制具有比较大的离子束电流的离子束3对引出电极***2的冲击。其结果，由于不会在与引出电极***连接的电源中流过过电流，所以可以得到能够尽快启动离子束3的效果。

从离子束3的重新启动到实际开始对基板4进行离子注入处理之前，用离子束电流测量仪12测量从引出电极***2引出的离子束3的离子束电流。其中，如果得到了所希望的离子束电流，则立刻对基板4进行离子注入处理，在没有得到所希望的离子束电流的情况下，可以对上述的离子源IS的运转参数和引出电极***2的施加电压进行微调。

下面参照图2～图5，对从结束对基板4进行离子注入处理到清洗离子源IS内部、清洗后重新启动离子束3的具体的处理例子进行说明。

图2是第一个处理例子。由于结束了对基板4的离子注入处理，在T1中熄灭离子源IS内的等离子体P。然后在T2中停止由第一储气瓶9提供工艺气体，开始由第二储气瓶91提供清洗气体。在离子注入装置IM中设置有未图示的真空泵，利用所述真空泵对注入装置内部抽真空，所以停止提供工艺气体后的残留气体用所述泵排出到装置外。此外，伴随停止提供后面叙述的清洗气体，残留在离子源IS内的清洗气体也用上述的真空泵排出到装置外。

在T3中，在离子源IS内点燃等离子体P，用所述等离子体P清洗离子源IS内部。此外，在此生成的等离子体P以清洗气体为原料。此外，利用控制装置20把阴极电源Vf、电弧电源Varc的输出电压设定为规定的值，由此进行等离子体P的点燃和熄灭。此外，在清洗离子源IS内时，由于不需要引出离子束3，所以由控制装置20至少把引出电源Vext的输出电压设定为零，或设定为不引出离子束3程度的值。关于这方面在后面叙述的图3～图5的例子中也一样。

在T4中，熄灭由清洗气体形成的等离子体P。此后，在T5中停止由第二储气瓶91提供清洗气体，并且开始由第一储气瓶9提供工艺气体。此外在图2的例子中，在T5的时刻，把阴极电源Vf、电弧电源Varc的输出电压值设定为零，或设定为在离子源IS内不点燃等离子体P的程度的值。

然后在T6中，在构成引出电极***2的各电极上施加规定电压。此时的电压值为对基板4进行离子注入处理时设定的电压值，可以根据作为处理对象的基板4的注入配方预先确定。此后在T7中将离子源IS的运转参数设定为与作为处理对象的基板4的注入配方对应的运转参数。具体说，使由第一储气瓶9提供的工艺气体的提供量为规定的提供量，使由第二储气瓶91提供的清洗气体的提供量为零。此外，设定阴极电源Vf、电弧电源Varc的输出电压值为规定电压值。此外，在从结束前面的离子注入处理到重新启动离子束3的期间，在变更加速电源Vacc的输出电压值的情况下，将其恢复成离子注入处理时使用的规定的值。

通过进行所述T7的处理，可以利用工艺气体在离子源IS内生成具有规定浓度的等离子体P，由此可以引出与对基板4进行离子注入处理所使用的离子束3具有相同的离子束电流的离子束3。

图3表示第二个处理例子。在图3和后面叙述的图4、图5中所述的处理例子中，与在图2的处理例子中使用的符号相同的符号的处理，是与在图2中说明的处理相同的处理。因此在对图3～图5进行说明时，着眼于与图2所述的处理不同的处理进行说明。

图2的处理例子和图3的处理例子的不同点在于是否进行T8的处理。在图3的例子中，在T7中生成规定浓度的等离子体P之前，在T8中点燃浓度比它低的等离子体P。所述等离子体P的点燃是通过利用控制装置20控制阴极电源Vf和电弧电源Varc的输出电压值来进行的，但是在此点燃的等离子体P的浓度比对基板4进行离子注入处理时在离子源IS内生成的等离子体P的浓度非常低。

如图3的例子那样，也可以在完成重新启动离子束处理之前的期间，点燃这样稀薄的等离子体P。在这样的构成中，在T6中在引出电极***2的各电极上施加规定电压时，由于过渡电场的作用，从浓度低的等离子体P引出的离子束3的大部分会冲击构成引出电极***2的电极，但是由于等离子体P的浓度非常低，所以引出的离子束3的离子束电流小，因此不会发生在引出电极***2上连接的电源中有过电流流过而造成电源的输出电压不稳定的问题。

可是，因为从这样的浓度低的等离子体P引出的离子束3对引出电极***的冲击，使堆积在引出电极***2上的堆积物溅射，有可能在构成引出电极***2的电极之间产生放电。此外，溅射的堆积物向离子束3的输送路径的下游侧飞散，在混入到基板4的情况下，导致基板注入不良。

考虑到这些问题，与图3所述的处理例子相比，最好如图2所述的处理例子那样，在引出电极***2的各电极上施加规定电压之前，使离子源IS内的等离子体P熄灭。

图4表示第三个处理例子。与图2的处理例子的不同点在于把T4和T5的处理顺序颠倒。在图4的处理例子中，在T3中对离子源IS内进行清洗后，在离子源IS内点燃由清洗气体生成的等离子体的状态时，在T5中停止由第二储气瓶91提供清洗气体，开始由第一储气瓶9提供工艺气体。此后，使离子源IS内的等离子体P熄灭。

图5表示第四个处理例子。与图2的处理例子的不同点在于把T5和T6的处理顺序颠倒。在图5的处理例子中，在引出电极***2的各电极上施加规定电压后，停止提供清洗气体，开始提供工艺气体。如图5的处理例子那样，可以从图2的处理例子变更提供工艺气体的时刻。

＜其他变形例子＞

在从图2到图5所述的处理例子中，使停止提供清洗气体和开始提供工艺气体同时进行，但也可以使它们分开进行。例如在图2的处理例子中，可以在T4中使离子源IS内的等离子体熄灭时，停止由第二储气瓶91提供清洗气体，此后作为T5的处理，开始由第一储气瓶9提供工艺气体。

在图1所示的离子注入装置IM的结构中，封装了工艺气体的储气瓶仅有第一储气瓶9，但也可以设置多个封装有不同种类的工艺气体的储气瓶，把它们按照基板4的注入配方分开使用。例如作为储气瓶，分别设置封装有BF3的储气瓶和封装有PH3的储气瓶，如果在基板4的注入配方中离子种类为B，则从封装有BF3的储气瓶提供工艺气体。

此外，在图1所示的离子注入装置IM的结构中，在离子源IS的等离子体生成容器1内配置了单一的阴极F，但所述阴极F的数量也可以是多个。在设置多个阴极F的情况下，可以把一个阴极电源Vf在各阴极F上通用，也可以对各阴极F分别设置阴极电源Vf，并且分别控制多个阴极F。

此外，作为离子源IS的种类，可以是以往所知道的旁热式离子源，也可以是高频型离子源。

此外，一次离子注入处理所处理的基板块数可以是一块，也可以是多块。

除了前面叙述的以外，在不脱离本发明宗旨的范围内，当然可以进行各种改进和变更。

Claims (6)

1.一种离子注入装置，在进行离子注入处理时，向离子源内部导入工艺气体，使用由多块电极构成的引出电极***，从所述离子源引出带状的离子束，向配置在处理室内的基板照射所述离子束，并且在离子注入处理以外时，向离子源内部导入清洗气体，对所述离子源内部进行清洗，其特征在于，

包括控制装置，在清洗结束后重新启动所述离子束时，在所述引出电极***上施加规定电压后，将所述离子源的运转参数设定为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，将对多块基板进行的离子注入处理，分多次、且每次对规定块数进行，所述控制装置在整个离子注入处理结束之前的期间，至少对所述离子源内部进行一次清洗。

3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，在重新启动所述离子束时，在所述引出电极***上施加规定电压时，在所述离子源内部没有生成等离子体。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子源包括等离子体生成容器，所述等离子体生成容器导入所述清洗气体或所述工艺气体，在内部生成等离子体，

在所述等离子体生成容器内配置有一个或多个阴极，

在所述阴极和所述等离子体生成容器之间，连接有调整两个构件之间的电位差的电源。

5.根据权利要求4所述的离子注入装置，其特征在于，所述控制装置在重新启动所述离子束时，在使连接在所述引出电极***上的电源的输出电压为规定的值后，使连接在所述阴极和所述等离子体生成容器之间的电源的输出电压为规定的值。

6.一种离子注入装置的运转方法，

所述离子注入装置，在进行离子注入处理时，向离子源内部导入工艺气体，使用由多块电极构成的引出电极***，从所述离子源引出带状的离子束，向配置在处理室内的基板照射所述离子束，并且在离子注入处理以外时，向离子源内部导入清洗气体，对所述离子源内部进行清洗，所述离子注入装置的运转方法的特征在于，

在清洗结束后重新启动所述离子束时，在所述引出电极***上施加规定电压后，将所述离子源的运转参数设定为与作为处理对象的基板的注入配方对应的运转参数。