JPH03205740A

JPH03205740A - 荷電粒子源

Info

Publication number: JPH03205740A
Application number: JP51490A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Tanaka; 政信田中; Hideki Takahashi; 英希高橋; Kazuo Kobayashi; 一夫小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1991-09-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、イオン源や電子ビーム装置等、プラズマ中か
ら荷電粒子ビームを出射する荷電粒子源を対象とし、イ
オン注入装置等，装置を汚染したり、異物を生或するイ
オン化物質を使用する装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図に、イオン源の断面図を示している。イオン源は
，プラズマを生或するプラズマ室２及び、イオンを出射
するイオン出射スリット２及びイオンを加速しイオンビ
ームを生成する四枚の電極（引き出し電極３，中間電極
４，減速電極８，接地電極６）とそれらを保持する各電
極と同電位の真空容器１２ａ〜１２ｄ及び絶縁碍管１３
ａ〜１３ｃで構成され、バルブ１１及び真空ポンプ２０
により真空容器内が真空引きされる。このイオン源の運
転中に、プラズマ室の壁からのスバツタ粒子やイオン化
物質等の異物粒子がイオン出射スリットＳやプラズマ室
２の檗に堆積し、スリットＳが目づまりしてイオンビー
ム出射が不能となったり、プラズマが安定に点弧できな
くなる等の問題があるため、従来装置では定期的に、真
空容器の真空をリークし装置を解体して、プラズマ室２
を外部に取り出しクリーニングを行っていた。

特開昭６３−１０８６５４号公報では、スリットＳの通
電加熱による異物堆積防止方法，スリットＳを複数個も
つ板をスライドさせて使用する方法，二本の九捧でスリ
ットＳを形成し、九捧の回転により堆積物をかき落とす
方法等が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記異物堆積は，イオン打込み装置等、ボロンリン等の
汚損物質をイオン化物質として使用するイオン源では、
特に、顕著で、上記従来技術の様に装置の解体によるプ
ラズマ室のクリーニングを行うことは、ＬＳＩ等の半導
体製造プロセスにおいて、装置稼働率の低下要因となっ
ていた。又，特開昭６３−１０８６５４号公報の方法で
は、効果及び経済性は十分ではないことやかき落とした
異物が、スリットＳの外部に飛散し電極間の絶縁不良を
起こす可能性があることが問題であった．本発明の目的
は、堆積した異物を装置解体なしに除去すると共に異物
がスリットの外部に飛散することを防止することにより
、装置解体によるメインテナンスの回数を減らし，装置
稼働率を向上させるとともに、装置解体の手間を軽減す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上期目的を達成するために、荷電粒子生成室
の外部側から、ガス導入システム（例えば、ガスボンベ
，バルブ，ガス導入パイプ）によりガスを導入して、ビ
ームスリットに荷電粒子生成室外部から内部に向って高
速でガスが流れるようにして、ビームスリットや荷電粒
子生成室の異物を除去できるようにしたものである。又
異物除去の為の別の手段として、ノイブレーターにより
ビームスリットや荷電粒子生戒室を振動させるようにし
た。更に，別手段として、ビームを出射するための電極
内部にガス導入配管とノズルをつけたり、移動可能なノ
ズルを設置する等め方法を挙げた。除去した異物の逆流
防止の為には、仕切り板で仕切られた異物収納室の設置
，異物収納室と真空ポンプを接続する配管の設置を考案
した。又、荷電粒子生戒室外部に飛散した異物を除去す
るために、荷電粒子生戒室外部の真空容器底部等に、異
物除去口を設置した。異物除去を容易にするためには、
ガスを高温に加熱して供給する方法，荷電粒子生戒室を
荷電粒子を生成する放電によって又はヒータによって加
熱しなから、あるいは加熱直後に異物除去を行う方法、
ビームを出射する電極間で放電を起こしなから異物除去
を行う方法をとった。異物が飛散しないように異物除去
するためには、ボンベから供給されたガスを複数のノズ
ルを持つバツファタングを介して、荷電粒子源に導入す
るようにして、適切な方向から、ビームスリットに向っ
てガスが流れるようにした。又、捕収した異物の廃棄が
装置解体なしに、容易に行えるように，荷電粒子生成室
又は異物収納室と配管で接続された異物収納箱を荷電粒
子源外部に設置した。更に、異物廃棄を容易にするとと
もに、異物が配管やバルブにつまったり、真空ポンプに
吸いこまれるのを防止するため、異物収納室又は異物収
納箱内に異物捕収袋又はメッシュ状のフィルターを設置
した。適切な時期に自動的に異物除去を行なうためには
、ビーム電流の測定等により、ビーム出射スリットの目
づまりを検出するようにして、検出された場合、荷電粒
子源の運転を一時停止して自動的に異物除去を行うよう
にした。又、異物除去時間を節約するため、荷電粒子源
で処理する試料の着脱時に、異物除去処理を行うように
した。

〔作用〕

真空引きした荷電粒子源の荷電粒子生威室の外部側から
ガスを導入することによって、荷電粒子生戒室内部より
外部の方が圧力が高くなり、荷電粒子生成室外部から内
部に向ってビームスリットを通って高速でガスが流れる
。この高速ガスの圧力でビームスリ′ットや荷電粒子生
成室内壁に付着した異物が除去され、又除去された異物
は荷電粒子生成室内部に収納されるため、外部のビーム
を出射するための電極上や碍子上に飛散して，電極間の
絶縁不良が発生することもない。ビームを出射するため
の電極の内部にガス導入配管とノズルを内蔵した場合、
ノズルの方向をビームスリットに向けることにより、ガ
スのジェット噴射が直接にビームスリットに照射され、
異物を除去するガス圧力が強化されるとともに、少ない
ガス量で効果的に異物除去ができる。バイブレータでビ
ームスリットや荷電粒子生成室を振動させることにより
、異物を篩い落とすことができる。又、同時にガス流で
異物除去を行うことにより，荷電粒子生成室外部への異
物飛散を防止しなから効率的に異物除去を行なえる。移
動可動なノズルを設置すると、異物除去時は、ノズルを
ビームスリット近傍に移動し、ビームスリットに付着し
た異物に、ノズルからのジェット噴射が直接照射される
ようにし、荷電粒子源の定常運転時には、ビーム出射の
ための絶縁に影響のない位置に移動することができる。

仕切り板で荷電粒子生成室と仕切られた異物収納室を設
置し、外部からの操作により，仕切り板を異物除去の時
だけ開くようにすると、一旦除去した異物が，ガスの逆
流等により逆戻りして、飛散することを防止できる．こ
の時、仕切り板がガスの圧力で開く構造にすると，異物
除去時，ガスを流した時だけ自然に仕切り板が開き、他
の時には開かず，外部からの制御なしに、異物の逆流を
防止できる。荷電粒子生成室２は異物収納室と直接に真
空ポンプを接続する配管を設置すると異物除去しなから
、真空引きすることにより、荷電粒子生戒室外部より内
部側の圧力を低く、又は荷電粒子生成室より異物収納室
の圧力を低く保つことができ、ガスの逆流が起きないた
め，除去した異物の逆流も起きないことになる。異物と
反応しやすいガスを供給した場合、例えばイオン注入装
置でＢを使用する場合、Ｈ２ガスにより以下のような反
応が起こり、異物（Ｂ）がガス化されたり、２Ｂ＋３Ｈ
ｚ→２ＢＨａ↑ 異物の付着力が弱くなり、異物が除去されやすくなる。

又、供給するガスを高温に加熱すると、異物の加熱や高
温の異物の温度低下防■ヒにより異物の付着力を弱くし
て、異物が除去されやすくなる。

又，ビームを出射する電極間で放電を起こしなから異物
除去を行うと、放電によるガスや異物の加熱により、異
物の付着力を弱くして異物除去を要易にできる。ボンベ
から、供給したガスを複数のノズルを持つパッファタン
クを介して，荷電粒子源内に導入するようにした場合、
例えば、ノズルを真空容器の円筒の周囲に一様に配置す
るようにすれば、周囲からビームスリットに向って一様
にガスが流れ、異物が飛散することなく、又、効果的な
ガスの流れにより効率よく異物を除去できる。

荷電粒子生成室又は異物収納室と配管で接続された異物
収納箱を設置した場合、収納した異物を廃棄する場合に
、荷電粒子源の解体なしに配管をはずすだけで要易に異
物を廃棄できる。又、収納箱と配管の間にバルブを取り
つけると、バルブを閉じることにより、荷電粒子源の真
空をリークせずに、異物を廃棄できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。同図
中、２はプラズマを生成するプラズマ室、Ｓはプラズマ
室からイオンを出射するイオン出射スリット，３，４，
５．６はプラズマ室よりイオンを引き出し加速してイオ
ンビームを形或する電極、１　２　ａ　〜１　２　ｄは
真空容器、１　３　ａ　〜１　３　ｃは１２ａ〜１２ｄ
の各真空容器間を絶縁するための確管、ｌｌａ，ｌｌｂ
はバルブ、２０ａは高真空用真空ポンプ、２０ｂは粗引
き用真空ポンプ、以上が、通常のイオン源の構成部分で
ある。本発明の、イオン源では、スリットＳに堆積する
異物Ａを除去するための高速のガス流１を発生するため
に、バルブ７，減圧弁８，ガスボンベ９，配管１０、除
去した異物Ｂを捕収するための異物捕収室１５及び配管
やバルブの目づまりを防止するためのフィルタ１５ａを
設置している。

異物捕収室１５の壁には、配管１８が接続され、バルブ
１９ｂ，絶縁配管２ｌｂ、を介して、ロータリーポンプ
等の粗引き用真空ポンプ２６でイオン源を異物捕収室側
から真空引きすることができる６バルブ１９ａ及び絶縁
配管２１ａを介して、真空ポンプ２０ａでも、真空引き
できる。又、プラズマ室２を振動させるためのパイブレ
ータ１４を設置している。以上の構成の異物除去捕収装
置付きイオン源において、第３図の様に、装置の解体な
しに異物除去を行うことができる。まず、定常運転時は
、バルブ１１及びバルブ１９を開き、真空ポンプ２０に
より、真空引きしている。異物除去処理時には、最初に
、バルブ１１とバルブ１９を閉じ、次に減圧弁８の２次
側の圧力を適切に調整し、バルブ７を関いて、ガスボン
ベ９のガスを真空容器内に導入すると、プラズマ室２の
内部と外部の圧力差で、高速のガス流１がスリットＳを
通り、ガス流の力で異物Ａが除去され、異物捕収室１５
に除去された異物Ｂが捕収される。更に、バルブ１９ｂ
を開くと、導入されたガスは、配管１８及び２ｌｂを介
して、真空ポンプ２０ｂに吸引され、高速のガス流１を
維持でき、異物Ａの除去を連続して行なえるとともに、
捕収された異物Ｂの逆流を防げる。又、異物除去時に、
バイブレータ−１４で、プラズマ室を振動すると，異物
が除去されやすくなる。

定常運転復帰時には、まず，バルブ７を閉じ、残留ガス
を真空ポンプ２０ｂで排気する。真空度が上がったら、
バルブ１９ｂを閉じ、バルブ１９ａを開いて、真空ボン
プ２０ａで高真空に真空引きする。更に、バルブｌｌａ
を開いて、定常運転状態に戻る。

第４図に、第１図の実施例の変形例を示す。この実施例
では、フィルター１５ａが除去され、代わりに、配管１
８の先に、異物捕収箱２５及びフィルター２５を設置し
ている。除去された異物は、異物捕収箱２５に捕収され
るので、イオン源の解体することなしに、異物捕収箱２
５に留った異物を捨てたり，フィルター２５を交換する
ことができることが特徴となっている。

第５図は、第４図の変形例で，この実施例では、バルブ
２２を設けるとともに異物捕収箱の設置場所を変えてい
る。この場合、バルブ２２，１９ｂを閉じることにより
、イオン源の真空度を保ったまま，異物捕収箱２５に留
ったゴミを捨てたり、フィルタ２５を交換することがで
きる。

第６図は、第１図の実施例の変形例であり、プラズマ室
２と異物捕収室ｌ５を仕切る仕切り板５０及び支持捧５
１，ピストン５２，シリンダー５３，ピストンリミツタ
ー５４ａ，５４ｂ，配管５５ａ，５５ｂ，ガス流切り替
えバルブ５６，高圧ガスタンク５７が設置されている。

通常時は、配管５５ｂ側に高圧ガスが送られ、５５ａ側
の高圧ガスはリークされ、ピストン５２が、リミッター
５４ａの位置にあり、仕切り板５０はプラズマ室と異物
捕収室間を遮断しており、プラズマ室から異物捕収室へ
のプラズマの漏れ及び捕収した異物Ｂの逆流を防止して
いる。異物除去処理時には、ガス流切り替えバルブを操
作することによって，配管５５ａに高圧ガスが送られ、
配管５４ａ側の高圧ガスはリークされ、ピストン５２は
リミッタ５４ｂの位置まで移動し、仕切り板５０が開く
。

第７図は、第６図の変形例で、仕切り板１６は、バネ１
７を支持され，異物捕収時のみガスの圧力で仕切り板が
開くため、外部からの操作なしに、自動的に、プラズマ
の漏れの防止と、捕収した異物Ｂの逆流を防ぐことがで
きる。

第８図は、第６図の仕切り板１６及びバネ１７を詳細に
示した一実施例であり，仕切り板１６は、取り付けネジ
２７でパネ１７と接続され、バル１７はネジ２８で異物
捕収室の底部に固定されている。仕切り板の先端部と、
プラズマ室の開口部にはテーパーがついており、仕切り
板のわずかの移動で異物除去ガスが容易に流れるととも
に、移動除去処理後、仕切り板が閉じ易くなっている。

第９図は、第８図の変形例で，仕切り板ガイド２９を設
置して、仕切り板１６のずれを防止している。

第１０図は、第１図の実施例の変形例であり、電極４の
内部に配管３２及びノズル３４が内蔵され、電極支持板
３９には、その内部に配管３３が、電極との接触面に真
空シール用パッキング溝４０及びパッキング４１が設け
られ、外部のガスボンベ３８から、減圧弁３７，バルブ
３６を介してガスが送られ、ノズル３４から、ガスジェ
ット３１を噴射できる構或になっている。この実施例で
は、ノズルからのジェット噴射を異物Ａに直接照射する
ため、異物除去の力が強く、又、供給するガスを節約で
きる。

第１１図は、第１０図の実施例の電極４の一実施例であ
る。この電極では，内蔵の配管３２を３２Ａ，３２Ｂ，
３２Ｃに分割し、配管の製作方法を容易にしている。３
２Ａ，３２Ｂ，３２Ｇの各配管は、電極にドリルを使用
して穴をあけるとともに穴の端部にタップを切り、ネジ
４２で穴の端部を閉じることによって容易に製作するこ
とができる。

第１２図は、イオン打込み装置の連続運転中に、イオン
源異物除去処理を行う、イオン打ち込み装置制御方法の
フローチャートの一実施例を示したものである。本実施
例では、イオン打込み開始から終了までのイオンビーム
電流Ｉを測定しておき、ウエーハ交換時に、工の最小値
がＩｏより小さかった場合には、イオン源異物除去処理
を行い、ウエーハ交換及び異物除去処理が終了した後に
、イオン打込みを再開するようにしている。この実施例
では異物除去処理をウエーハ交換と同時に行うため、異
物除去処理に要する時間を節約できる。

第１３図は、第１２図の変形例であり、ウエーハ交換時
には、必ず同時にイオン源異物除去処理を行い，イオン
源の異物堆積を防止する制御方法である。

第１４図は、第１２図のもうｌつの変形例であり、イオ
ン打込み中に、イオンビーム電流工がＩｏより小さくな
った場合，直ちに、イオン打ち込みを一時停止し、イオ
ン源異物除去処理を行い、終了後イオン打込み再開する
ようにしている。本実施例では、異物堆積が過剰となら
ないうちに早期に異物を除去できる。

第１５図に、第１図のイオン源に、超音波発生装置６４
を付加した実施例を示す。ガスベンベ９から供給される
ガスはイオン源内に導入される前に、超音波発生装Ｒ６
４を通る。これにより、超音波６５は導入されるガスに
より、異物Ａまで伝達し、異物Ｓを振動させ、Ｓに付着
していた異物Ａが除去される。この場合、付着力の強い
異物も除去されやすくなるという効果がある．第１６図
は、複数のガス出射孔５２を持つ、バツファタンク６ｌ
を付加した実施例である。ガスは、配管１０から，バツ
ファタンク６１に導入され，複数の出射孔６２からイオ
ン源内に導入される。この場合、真空容器１２ａの周囲
から一様にガスが導入されるようにすることができ、ガ
スは周辺全体から、中心部にあるスリットＳへ向って１
のように流れるため、流れの乱れも少なく、周辺からス
リット内部に向って確実にガスが流れ込み、異物除去効
果が高くなり、異物の飛散も少なくなる効果がある。第
１７図は、異物除去口６３を真空容器１２ａの下部に設
置した実施例である。碍管１３ａの底部に飛散した異物
Ｃは、異物除去口６３へ向って流れるガス流により除去
される。この実施例では、飛散して底部に留った異物も
除去できる効果がある。

第１８図は、電極３及び４間で放電を起こすことにより
、異物を除去しやすくした実施例である。

電極３及び４の間に直流電圧又は交流電圧又は高周波電
圧を印加することにより、電極間で６６の様に放電を発
生させると、異物Ａや導入されたガスが加熱され異物Ａ
が除去されやすくなったり、放電の衝撃で異物Ａが除去
される等、異物除去力を高めることができる。

第１９図は、移動可能なノズル付き配管５８を設置した
実施例である。配管６８は先端にノズルを持っており、
ガスの高速ジェット６９を先端から出射でき、又、真空
シールコネクタ７０を介して，前後移動及び回動が可能
であり、イオン源の通電運転時は、点先の位置にあり、
異物除去時は、先端のノズルが異物Ｓの付近に位置する
ように移動する。バルブ７と減圧弁８は変形可能な配管
７１により結ばれ、配管６８の移動を容易にしている。

この実施例では、異物Ｓに直接にガスのジェット噴射を
照射でき、異物除去力が高くなるとともに，小量のガス
で効率よく異物除去を行える効果がある。

下記の反応式（１）は、異物Ａを除去するために供給す
るガスに異物Ａと反応して異物が気体となるガスＧを使
用した時の反応式を示し、反応式（２）は異物がボロン
でガスにフッ素を使用した場合の反応式を、反応式（３
）は異物がリンでガスに水素を使用した場合の反応式で
ある。このように、異物と反応しやすいガスにより異物
除去を行なったＡ十Ｇ→ＡＧ↑ ２　Ｂ　＋３　Ｆ　２→２ＢＦｓ↑ ２Ｐ＋３Ｈｚ→２ＰＨａ↑ 場合、ガスの圧力だけでなく、ガスの化学反応の効果に
よって異物除去が行なわれ、異物除去力を強化すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、荷電粒子生成室のビーム出射スリット
や内壁に付着した異物を荷電粒子生戒室外部のビーム引
き出し電極部に飛散することなく除去できるので、異物
により電極間耐圧が低下することを防止できる効果があ
る。

又、装置解体なしに異物を除去できるので，異物除去に
要する時間が節減され、装置のスルーブットを向上する
効果がある。また、解体に要する、労力を減らすことが
でき，運転のコストを低減する効果がある。更に，本発
明の大部分では、機械的な複雑な駆動機構を必要としな
いため，製作を容易に低コストで行なえ、又，故障や誤
動作も少ないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のイオン源の系統図、第２図
は、従来のイオン源の系統図、第３図は，第１図の装置
による異物除去操作のフローチャート、第４図ないし第
７図及び第１０図及び第１５図ないし第１９図は、第１
図の実施例の変形例の系統図、第８図及び第９図は、第
８図の実施例の仕切り板１６の詳細な実施例の側面図、
第１１図は第１０図の実施例のノズル付き電極の詳細な
実施例の側面図、第１２図ないし第１４図は、イオン源
の連続運転中に異物除去処理を実施する装置運転手順の
フローチャートである。１・・・高速ガス流、２・・・プラズマ室、３〜６・・
・電極、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・異物、Ｓ・・・ビーム出射ス
リット、９・・・ガスボンベ、１４・・・バイブレータ
．２０ａ，２０ｂ・・・真空ポンプ、１５・・・異物捕
収室、２４・・・異物捕収箱、１６・・・仕切り板、３
４・・・ノズル、５２・・・ピストン、６１・・・バッ
ファタング、６３・・・異物除去口、６４・・・超音波
発生・器，６５・・・超音波、第２ ω 竿３図第４口竿６口茅８図２第９閉２竿ｌ０図箒ｌｌ国４２子ｌ２口芋ｌ４図第１７図

Claims

【特許請求の範囲】１、荷電粒子を生成する荷電粒子生成室と荷電粒子生成
室から荷電粒子ビームを引き出すためのビームスリット
を持つ荷電粒子源において、前記荷電粒子生成室外部の
ガス圧力を内部より高くすることによつて、前記荷電粒
子生成室のビーム出射スリットを外部から内部に向つて
ガスが流れるようにして、前記ビーム出射スリットに付
着する異物を除去するとともに除去した異物が外部に飛
散することを防止した異物除去捕収装置を設けたことを
特徴とする荷電粒子源。２、荷電粒子源において、荷電粒子源真空容器内の荷電
粒子生成室外部からガスを導入できるガス導入システム
を設置することにより、荷電粒子生成室外部から内部に
向つてビームスリットにガスが流れるようにして、ビー
ムスリットの目づまりの原因となる異物を荷電粒子生成
室内部に吹き飛ばし、スリットの目づまりを防ぐことを
特徴とする荷電粒子源。３、荷電粒子源において、ビームスリットや荷電粒子生
成室内壁に付着した異物を除去する時に、除去した異物
がビームスリットを通つて荷電粒子生成室外部に飛散す
ることを防止した異物除去捕収装置を有することを特徴
とする荷電粒子源。４、荷電粒子源において、ビームスリットに高速で気体
を流すことによつて、ビームスリットに付着した異物を
除去することを特徴とした荷電粒子源。５、荷電粒子源において、荷電粒子ビームを出射するた
めの複数の電極のうち、少なくとも一つの電極の内部に
ガス導入管とノズルを設け、真空容器外部からガスを導
入して、ノズルからガスをジェット噴射できるようにし
、荷電粒子生成室のビームスリットや電極に付着した異
物をジェット噴射により除去できることを特徴とした荷
電粒子源。