JP4256142B2 - イオン注入装置のプラズマ発生装置及びイオン注入装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置のプラズマ発生装置、及び、これを用いたイオン注入装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板にイオンをドーピングするイオン注入装置においては、不純物イオンを生成するためにプラズマを発生する技術が用いられている。一般に、プラズマは、プラズマ発生装置におけるプラズマチャンバ内にガスを導入し、プラズマチャンバ内の電極に電圧を印加することで発生される。プラズマ発生装置としては、例えば、特許文献1に開示されているものが知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−283074号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献1に開示されているような従来のプラズマ発生装置でプラズマを発生させた場合、プラズマ中のイオン又は粒子によりプラズマチャンバの内壁面や電極がスパッタされ、プラズマチャンバ内にスパッタ粒子等が発生する。このスパッタ粒子等は、プラズマチャンバの内壁面に付着し、時には局所的な堆積が生じることがある。特に、絶縁部付近での堆積は、メンテナンスサイクルが短くなる等の問題を起こす。
【0005】
本発明は、以上を鑑みてなされたものであり、局所的な堆積を防止ないしは抑制することができるプラズマ装置、及びそれを用いたイオン注入装置等の半導体製造装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために、種々実験や検討を行ったところ、上記問題は、従来のプラズマ発生装置では、プラズマチャンバの内壁面が平滑であることに起因していることを見出した。本来、プラズマチャンバの内壁面は、アウトガスが少ないという理由等により研磨加工がなされている場合が多いが、そのため、スパッタ粒子等は、同一方向に反跳し、局所的に粒子が堆積する傾向があると考えられる。
【0007】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、イオン注入装置のプラズマ発生装置であって、当該プラズマ発生装置がプラズマチャンバを有し、プラズマチャンバは、プラズマを発生させるための互いに対向する陽極及び陰極を内部に有し、陽極及び陰極によってプラズマが発生される空間に向くプラズマチャンバの内壁面は、プラズマによって生じるスパッタ粒子が内壁面に衝突して反射する方向を多様とする凹凸を有することを特徴とする。
【0008】
かかる構成によると、プラズマチャンバの内壁面に凹凸が設けられているために、チャンバ内壁面にスパッタ粒子等が衝突しても、当該粒子等が特定方向のみに反射されることはない。従って、スパッタ粒子等の特定の位置への局所的な堆積傾向を緩和することができる。
【0009】
また、凹凸は溝により形成されることができる。溝は切削加工等により容易に形成できるので有利である。
【0010】
溝は0.1mm以上の深さであることが好ましい。これによって反射の方向をかなり変化させることができる。
【0011】
本発明は更に、上記プラズマ発生装置を有する半導体製造装置、例えばイオン注入装置に関する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプラズマ発生装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、便宜的に、「上」、「下」については図面の位置状態を基準とし、また、「前」、「後」、「左」、「右」については後述のイオンビームの進行方向を基準とする。
【0013】
図1は本発明を適用した半導体製造装置であるイオン注入装置10を概略的に示した構成図である。同図においてイオン注入装置10は、ソースガスをプラズマ化してイオンを生成するプラズマソース20と、プラズマソース20内のイオンを引き出すイオンビーム引き出し・前段加速系30と、引き出されたイオンビームから所望のイオン種のみを取り出す質量分析系40と、イオンビームの加速及び収束を行うイオンビームレンズ後段加速系50と、半導体ウェーハ等の基板70にイオンを照射するイオン注入チャンバ60とから主に構成されている。
【0014】
イオン注入装置10において、プラズマソース20で生成されたイオンは、イオンビーム引き出し・前段加速系30の引き出し電極に負電荷を印加することによってプラズマソース20外部に引き出されて、イオンビームIBを形成する。このイオンビームIBは、質量分析系40を通過し、所望のイオン種のみを含むイオンビームIBが取り出される。そして、イオンビームIBは、イオンビームレンズ後段加速系50で、加速及び収束が行われ、所望の加速エネルギ及びビーム径に調整され、イオン注入チャンバ60内で基板70に注入される。
【0015】
図2は、イオン注入装置10におけるプラズマソース20に含まれる、プラズマ発生装置100を分解して示した斜視図である。図3はプラズマ発生装置100の断面図である。
【0016】
図2及び図3に明示するように、プラズマ発生装置100は、略直方体形状のプラズマチャンバ102と、電極の陽極としてのフィラメント106と、それと対向して配置される陰極としてのカソードプレート104とを含んでいる。
【0017】
プラズマチャンバ102には、プラズマチャンバ本体108(以下、チャンバ本体108という)が含まれ、チャンバ本体108は、枠体110、前蓋112及び外蓋114から構成されている。
【0018】
枠体110は、上壁部116、下壁部118、右側壁部120及び左側壁部122を有している。この枠体110は、プラズマソース20にベース180に適当な手段により固定されるようになっている。また、枠体110は、これらの壁部116〜122から一体成形された矩形の環状体となっており、その一方の開口には、更に後壁部124が配置されている。後壁部124の中央部は、ソースガスのガス導入口126として開口されている。下壁部118には下穴128が設けられ、フィラメント106が通されて配置されるようになっている。上壁部116には、カソードプレート104の支持導体130が通され配置される上穴132が設けられている。上穴132は、下壁部118の下穴128に対向している。従って、フィラメント106及び支持導体130が所定位置に取り付けられた場合、フィラメント106とカソードプレート104とは互いに対向して配置されるようになっている。なお、フィラメント106及びカソードプレート104の支持導体130はそれぞれ、プラズマソース20のベース180に設けられたブラケット182,184によって支持されている。
【0019】
前蓋112は、右前蓋部134及び左前蓋部136から構成されている。右前蓋部134及び左前蓋部136は、枠体110の前面に一体となって1つの矩形の板状体を形成するように配置され、中央部にイオン引き出し用の開口部142が形成される。
【0020】
外蓋114も、右外蓋部138及び左外蓋部140から構成されている。右外蓋部138及び左外蓋部140は、前蓋112の前面に一体となって1つの矩形の枠を形成するように配置され、中央部にイオン引き出し用の開口部144が形成される。なお、外蓋114の長縁部には、枠体110の右側壁部120及び左側壁部122に設けられたラッチ部(図示せず)と掛合する右掛合部146及び左掛合部148が設けられており、これにより枠体110、前蓋112及び外蓋114が分解可能に一体化されるようになっている。
【0021】
プラズマチャンバ102は、更に、チャンバ本体108の内面を保護し且つプラズマが発生される空間178を画成するための、各々矩形の後板150、下板152、上板154、右側板156及び左側板158を備えている。
【0022】
後板150は、枠体110の後壁部124に隣接配置され、その長縁部には、ソースガスの流入を可能とする切欠174が設けられている。下板152は、枠体110の下壁部118上に載置され、その中央部にはチャンバ本体108の下穴128に対応する下穴160が設けられており、フィラメント106が当該下穴160も貫通するようになっている。上板154は、枠体110の上壁部116の直下に隣接配置される。上板154の中央部には、チャンバ本体108の上穴132に対応する上穴162が設けられ、カソードプレート104の支持導体130が、当該下穴162も貫通するようになっている。下板152の上面の両短端部には段差部164,166が設けられ、上板154の下面の両短縁部には段差部168,170が設けられている。これらの段差部164〜170によって右側板156及び左側板158が位置決めされるようになっている。すなわち、右側板156の下側と上側の短縁部は下板152と上板154とに設けられた段差部164,168に係合され、左側板158の上下の短縁部は下板152と上板154とに設けられた段差部166及び170とに係合される。これによって、下板152、上板154、右側板156及び左側板158は矩形の環状体を構成し、枠体110内に配置された場合には、右側板156及び左側板158はそれぞれ枠体110の右側壁部120及び左側壁部122に隣接配置されるようになっている。なお、これらの後板150、下板152、上板154、右側板156及び左側板158は、ガスが流入できるように、隣接する板に対し、またチャンバ本体108に対して多少の隙間172をもって配置されている。
【0023】
図4〜図6はそれぞれ、本実施形態における下板152、上板154及び右側板156の平面図であり、プラズマ発生空間178側となる面(プラズマチャンバの内壁面)を示す図である。なお、左側板158は右側板156と同様な構成であるので、図示及び重複する説明は省略する。各板152〜158は、例えば、グラファイト系の材料又はタングステンで製造されており、その一面には、エッチング加工やローレット加工等の適当な手段によって溝176が形成されている。溝176は複数条あり、例えば一定の間隔で格子状に形成されている。チャンバ本体108の内部に各板152〜158が配置される場合、溝176が形成された面がプラズマ発生空間178に向くように配置される。
【0024】
図7は溝176の形状を示す右側板156の一部断面図である。なお、下板152、上板154及び左側板158における溝176も同様である。溝176の断面形状、深さD、幅W及び隣り合う溝176の間隔Sは適宜定められるが、本実施形態では、断面形状がV字状、深さDが0.1mm以上、幅Wが0.1mm以上、間隔Sが3〜4mm以上となっている。
【0025】
次に、本実施形態の作用を、図3を参照して説明する。ソースガスは、ベース180の後方よりベースに設けられた穴182を通り、チャンバ本体108のガス導入口126を通り、後板150とチャンバ本体との隙間172及び後板150に設けられた切欠174等を通って、上板154、後板150、下板152、右側板156及び左側板158、前蓋112で形成された内部空間178に流れ込む。ガスとしては、Si基板へのイオンを打ち込み用としてB+、P+及びAs+イオンを発生させるために、BF3、PH3、AsH3等が通常用いられる。次に、カソードプレート104とフィラメント106との間に高電圧が印加され、ガスがプラズマ状態にされる。プラズマ状態にされたガスは、引き出し・前段加速系30(図1参照)によって開口部142及び開口部144を通してプラズマソース20の外部に引き出される。
【0026】
この際に、発生したプラズマは、後板150、上板154、下板152、右側板156及び左側板158等で形成されたプラズマチャンバ102の内壁面に衝突して当該内壁面をスパッタし、スパッタ粒子等を発生させる。これらの粒子は帯電している場合もあり、カソードプレート104等の電極方向への速度を有し、ある程度方向性をもって内壁面と衝突する。従来技術によると、プラズマチャンバの内壁面は平滑であるため、これら粒子は、図8に示すように一定方向に反射されるが、本実施形態においては、プラズマチャンバ102の内壁面に溝176が設けられているために、衝突した粒子は、夫々衝突面の角度によって異なる方向へ反射される(図7参照)。このため、スパッタ粒子等の電極近傍への局所的な堆積傾向が緩和される。また、後板150、下板152、上板154、右側板156及び左側板158等の板は、電極とこれら板との短絡を防止するため、堆積物がある程度になると交換しなくてはならないが、本実施形態においては、局所的な堆積集中がないため、交換頻度を少なくすることができる。これによって、スループットの向上及びコストの低減を図ることができる。また、堆積物の剥離によるパーティクル発生も減少するため、イオン注入の品質、ひいては製品としての半導体デバイスの性能の向上を図ることもできる。
【0027】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
【0028】
例えば、上記実施形態では、溝によってプラズマチャンバの内壁面に凹凸を形成しているが、凹凸の形成手段としては、突起の形成、エンボス加工等の表面粗さを増加させるためのあらゆる処理が含まれる。また、溝の間隔も一定である必要はない。
【0029】
更に、上記実施形態では、チャンバ本体108の内壁保護用に設けられた、後板150、下板152、上板154、右側板156及び左側板158に溝を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、これらの保護用の板を使用しない場合は、チャンバ本体の壁自体を凹凸にしてもよい。なお、凹凸の範囲は、内壁の一部であっても全面であってもよい。
【0030】
また上では、イオン注入装置10のプラズマソース20に用いられるプラズマ発生装置について説明したが、これに限らず、プラズマを利用する他の半導体製造装置、例えばスパッタリング装置、エッチング装置、化学気相堆積(CVD)装置、物理気相堆積(PVD)装置においても本発明は適用可能である。なお、本発明でいうプラズマ発生装置は、上記した他の半導体製造装置における処理チャンバ等、内部でプラズマを発生するチャンバを含むものの全てを含む。
【0031】
【発明の効果】
本発明によると、表面に凹凸が設けられるために、壁面と衝突した粒子の反射が方向が多様になり、スパッタ粒子等の局所的な堆積傾向が緩和されるという効果がある。これによって、チャンバのメンテナンス頻度を低下させ、プラズマ発生装置のメンテナンスコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体製造装置であるイオン注入装置を概略的に示した構成図である。
【図2】図1のイオン注入装置で用いられる本発明によるプラズマ発生装置を分解して示した斜視図である。
【図3】図2のプラズマ発生装置の断面図である。
【図4】図2のプラズマ発生装置における下板の平面図である。
【図5】図2のプラズマ発生装置における上板の上面図である。
【図6】図2のプラズマ発生装置における右側板の上面図である。
【図7】本発明によるプラズマ発生装置の作用、特にプラズマチャンバの内壁面に粒子が衝突した場合の状態を示す断面図である。
【図8】従来のプラズマ発生装置の作用を示す、図7と同様な断面図である。
【符号の説明】
20…プラズマソース、100…プラズマ発生装置、102…プラズマチャンバ、104…カソードプレート、106…フィラメント、108…チャンバ本体、112…前蓋、114…外蓋、150…後板、152…下板、154…上板、156…右側板、158…左側板、176…溝。
Claims (2)
- イオン注入装置のプラズマ発生装置であって、
前記プラズマ発生装置は、プラズマチャンバを有し、
前記プラズマチャンバは、プラズマを発生させるための互いに対向する陽極及び陰極を内部に有し、
前記陽極及び前記陰極によってプラズマが発生される空間に向く前記プラズマチャンバの内壁面は、前記プラズマによって生じるスパッタ粒子が前記内壁面に衝突して反射する方向を多様とする凹凸を有し、
前記凹凸は、断面形状がV字状の溝が、格子状に形成されてなることを特徴とするイオン注入装置のプラズマ発生装置。 - 請求項1に記載のイオン注入装置のプラズマ発生装置を有するイオン注入装置。
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