特許 6207413 イオン注入装置及びイオン注入装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207413

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】イオン注入装置及びイオン注入装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 C

   H01J37/317 Z

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-14584(P2014-14584)

(22)【出願日】2014年1月29日

(65)【公開番号】特開2015-141834(P2015-141834A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2016年5月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183196

【氏名又は名称】住友重機械イオンテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】大浦 正英

(72)【発明者】

【氏名】今井 大輔

(72)【発明者】

【氏名】二宮 史郎

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３３６４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３６７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６２７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００２０４３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／００ −２７／２６

Ｈ０１Ｊ ３７／０４

Ｈ０１Ｊ ３７／０６ −３７／０８

Ｈ０１Ｊ ３７／２４８

Ｈ０１Ｊ ３７／３０ −３７／３６

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｃ２３Ｃ １４／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビームラインの途中でイオンビームを遮る遮断手段と、
前記遮断手段よりも前記ビームラインの下流側に設けられるプラズマシャワー装置と、 前記プラズマシャワー装置にソースガスを供給するガス供給手段と、
前記プラズマシャワー装置の点火開始期間において、前記遮断手段にイオンビームを遮らせることと、前記ガス供給手段に第１の流量でソースガスの供給を開始させることと、前記ガス供給手段に前記第１の流量よりも少ない第２の流量に切り替えてソースガスを供給させることと、前記遮断手段にイオンビームの遮断を解除させることと、を順に実行させる制御部と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。

【請求項2】

ビームラインの途中でイオンビームを遮る遮断手段と、
前記遮断手段よりも前記ビームラインの下流側に設けられるプラズマシャワー装置と、
前記プラズマシャワー装置にソースガスを供給するガス供給手段と、
前記プラズマシャワー装置の点火開始期間において、前記遮断手段にイオンビームを遮らせ、ソースガスの導入により上昇した前記ビームラインのガス濃度の低下に必要な所定時間が経過した後、前記遮断手段にイオンビームの遮断を解除させる制御部と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。

【請求項3】

少なくとも一つ以上設けられる高電圧電界式の電極部をさらに備え、
前記遮断手段を前記電極部よりもビームラインの上流側に設けることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。

【請求項4】

前記ビームライン上に入れ出し可能に配置され、イオンビームの電流を測定可能なビーム計測部を備え、
前記制御部は、前記ビーム計測部を前記ビームライン上に挿入させることにより、当該ビーム計測部を前記遮断手段として動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項5】

イオンビームの進行方向を変える偏向手段を備え、
前記制御部は、前記ビームライン上からイオンビームが外れるよう前記偏向手段を動作させることにより、当該偏向手段を前記遮断手段として動作させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項6】

イオン源から引き出されるイオンビームを注入処理室まで輸送するビームラインを構成するイオン注入装置の制御方法であって、
前記イオン注入装置は、前記注入処理室においてイオンビームに電子を供給するプラズマシャワー装置を備え、
前記プラズマシャワー装置は、前記注入処理室と連通するプラズマ生成室を有し、当該プラズマ生成室に導入されるソースガスを用いてプラズマを生成するよう構成され、
前記プラズマシャワー装置によるプラズマの生成を開始する際、前記ビームラインの途中でイオンビームを遮断することと、プラズマ生成室に第１の流量でソースガスの供給を開始させることと、プラズマ生成室に前記第１の流量よりも少ない第２の流量に切り替えてソースガスを供給させることと、イオンビームの遮断を解除させることと、を順に実行することを特徴とするイオン注入装置の制御方法。

【請求項7】

イオン源から引き出されるイオンビームを注入処理室まで輸送するビームラインを構成するイオン注入装置の制御方法であって、
前記イオン注入装置は、前記注入処理室においてイオンビームに電子を供給するプラズマシャワー装置を備え、
前記プラズマシャワー装置は、前記注入処理室と連通するプラズマ生成室を有し、当該プラズマ生成室に導入されるソースガスを用いてプラズマを生成するよう構成され、
前記プラズマシャワー装置によるプラズマの生成を開始する際、前記ビームラインの途中でイオンビームを遮断し、ソースガスの導入により上昇した前記ビームラインにおけるガス濃度が低下するのに必要な所定時間が経過した後、イオンビームの遮断を解除することを特徴とするイオン注入装置の制御方法。

【請求項8】

前記イオン注入装置は、前記ビームラインを通るイオンビームに電界を作用させるよう構成される少なくとも１つの電極部を有し、
前記少なくとも１つの電極部よりも前記イオン源に近いビームラインの上流側でイオンビームを遮断することを特徴とする請求項６または７に記載のイオン注入装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン注入装置及びイオン注入装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、半導体ウエハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを注入する工程（以下、「イオン注入工程」と称する場合がある。）が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオン化され、その後加速されたイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームを注入処理室まで輸送し、処理室内のウエハにイオンビームを照射する機能を有する。

【0003】

イオン注入装置は、例えば、イオン源、引出電極、質量分析磁石装置、質量分析スリット、加速／減速装置、ウエハ処理室等が、ビームラインに沿って配置されており、半導体用基板であるウエハにイオンを注入するように構成されている。これらの装置は、電圧を印加した電極間に生じる電界や、磁石装置が発生する磁界を用いてイオンビームを制御する。

【0004】

また、注入処理室には、イオン注入によるウエハ表面の帯電を防ぐため、プラズマ生成装置が設けられる。プラズマ生成装置は、ウエハ表面にプラズマを供給することで、ウエハ表面に帯電する電荷を中和させる。このようなプラズマ生成装置として、例えば、導入されるソースガス中で放電を起こすことでプラズマを生成する放電機構が注入処理室内に設けられる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平４−３３６４２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

プラズマ生成装置は、プラズマシャワー作用時において、プラズマの生成に少量の定量的なソースガスを必要とする。特に、プラズマの点火期間においては、プラズマシャワー作用時の少量よりも多量のソースガスを導入するため、注入処理室の真空度が悪化するとともに、注入処理室とつながるビームラインにもソースガスの一部が多量に流入しうる。イオンビームをビームラインに輸送している状態において、ソースガスに加速エネルギーを持つイオンビームが衝突すると、ソースガスが電離して荷電粒子が発生することから、ソースガスの一部が流入するビームラインの途中に荷電粒子が生じることとなる。ビームラインには、高電圧が印加される電極が設けられるため、発生した荷電粒子は電極に流れ込んで負荷電流となり、電極に接続する電源に過電流が生じるおそれがある。

【0007】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷電流の発生による過電流から電源を保護する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある態様のイオン注入装置は、ビームラインの途中でイオンビームを遮る遮断手段と、遮断手段よりもビームラインの下流側に設けられるプラズマシャワー装置と、プラズマシャワー装置の点火開始期間において、遮断手段にイオンビームを遮らせる制御部と、を備える。

【0009】

本発明の別の態様は、イオン注入装置の制御方法である。この方法は、イオン源から引き出されるイオンビームを注入処理室まで輸送するビームラインを構成するイオン注入装置の制御方法であって、イオン注入装置は、注入処理室においてイオンビームに電子を供給するプラズマシャワー装置を備える。プラズマシャワー装置は、注入処理室と連通するプラズマ生成室を有し、当該プラズマ生成室に導入されるソースガスを用いてプラズマを生成し、プラズマシャワー装置によるプラズマの生成を開始する際、ビームラインの途中でイオンビームを遮断する。

【0010】

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、負荷電流の発生による過電流から電源を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１（ａ）は、実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図、図１（ｂ）は、実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。

【図2】図２（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る電極部の状態を模式的に示す図である。

【図3】図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る電極部の状態を模式的に示す図である。。

【図4】図４（ａ）、（ｂ）は、高真空時における電極部の状態を模式的に示す図である。

【図5】実施の形態に係るイオン注入装置の動作過程を示すフローチャートである。

【図6】イオンビームの遮断による負荷電流の抑制効果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

【0014】

実施の形態の説明する前に、本発明の概要を述べる。本実施の形態に係るイオン注入装置は、イオン源から引き出されるイオンビームを注入処理室まで輸送するビームラインを構成するビームライン装置と、注入処理室においてイオンビームに電子を供給するプラズマシャワー装置と、を備える。プラズマシャワー装置は、プラズマの生成開始時に比較的濃度の高いソースガスを多量に必要とする。そのため、プラズマ点火のために導入された多量のソースガスは、注入処理室内およびビームライン装置内の真空度を悪化させる。

【0015】

真空度の悪化によりソースガス分子が比較的多く存在するビームライン装置内をイオンビームが通過すると、ソースガス分子にイオンビームが衝突して電離し、荷電粒子（イオンおよび電子）が発生する。ビームライン装置には電界の作用によりイオンビームを偏向させる偏向手段などの電極部が設けられることから、ソースガス分子のイオン化により生じた荷電粒子は、高電圧が印加される電極部に流れ込んで負荷電流を発生させる。そうすると、電極部に高電圧を印加する電源に過電流が流れてしまう。

【0016】

そこで、本実施の形態では、注入処理室内にプラズマシャワー装置を備え、注入処理室よりも上流にあるビームライン装置において、ビームライン装置内の真空度が悪化する原因となりうる、注入処理室にあるプラズマシャワー装置のプラズマの生成開始時に、イオンビームをビームライン上から一時的に退避させる。具体的には、ビームライン上に設けられる遮断手段を動作させて、高電圧を印加する電極部よりも上流の位置でイオンビームを遮断させる。これにより、真空度が悪化するビームラインの下流において、イオンビームの衝突による荷電粒子の発生を抑制される。ビームライン装置を動作させた状態のままプラズマシャワー装置を並行して起動させることができ、イオン注入処理が可能となるまでの立ち上げ時間を短縮することができる。

【0017】

図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す図である。図１（ａ）は、イオン注入装置１０の概略構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。

【0018】

イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物Ｗを基板Ｗと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。

【0019】

イオン注入装置１０は、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方により基板Ｗの全体にわたってイオンビームＢを照射するよう構成されている。本書では説明の便宜上、設計上のイオンビームＢの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。後述するようにイオンビームＢを被処理物Ｗに対し走査する場合には走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。よって、ビームスキャンはｘ方向に行われ、メカニカルスキャンはｙ方向に行われる。

【0020】

イオン注入装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、を備える。イオン源１２は、イオンビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、イオン注入装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、及び注入処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。

【0021】

図示されるように、ビームライン装置１４は例えば、上流から順に、質量分析部１８、ビーム整形部２０、ビーム計測部２２、ビームスキャナ２４、パラレルレンズ３０又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルター（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３４を備える。なお、ビームライン装置１４の上流とは、イオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ３８）に近い側を指す。

【0022】

質量分析部１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出されたイオンビームＢから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。ビーム整形部２０は、四重極収束装置（Ｑレンズ）などの収束レンズを備えており、イオンビームＢを所望の断面形状に整形するよう構成されている。

【0023】

ビーム計測部２２は、ビームライン上に出し入れ可能に配置され、イオンビームの電流を測定するインジェクタフラグファラデーカップである。ビーム計測部２２は、ビーム電流を計測するファラデーカップ２２ｂと、ファラデーカップ２２ｂを上下に移動させる駆動部２２ａを有する。図１（ｂ）の破線で示すように、ビームライン上にファラデーカップ２２ｂを配置した場合、イオンビームＢはファラデーカップ２２ｂにより遮断される。一方、図１（ｂ）の実線で示すように、ファラデーカップ２２ｂをビームライン上から外した場合、イオンビームＢの遮断が解除される。したがって、ビーム計測部２２は、イオンビームＢの遮断手段として機能する。

【0024】

ビームスキャナ２４は、ビームスキャンを提供するよう構成されており、整形されたイオンビームＢをｘ方向に走査する偏向手段である。ビームスキャナ２４は、ｘ方向に離れて設けられるスキャナ電極２６を有する。スキャナ電極２６は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、スキャナ電極２６に印加される電圧を変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームＢを偏向させる。こうして、イオンビームＢは、ｘ方向の走査範囲にわたって走査される。なお、図１（ａ）において矢印Ｘによりビームスキャン及びその走査範囲を例示し、走査範囲の一端および他端でのイオンビームＢを一点鎖線で示している。

【0025】

ビームスキャナ２４は、スキャンされたイオンビームＢが通過する開口部２４ａの外側に設けられるビームダンパー２８を有する。ビームダンパー２８は、ビームスキャンされるｘ方向の走査範囲を超えてイオンビームＢを偏向させた場合に、イオンビームＢが衝突する箇所に設けられる。ビームダンパー２８は、イオンビームの衝突によるスパッタが生じにくいグラファイト（Ｃ）などの材料で構成される。なお、図１（ａ）において破線の矢印Ｂ’によりビームダンパー２８に衝突する場合のイオンビームの軌跡を示している。

【0026】

イオンビームＢがビームダンパー２８に衝突するようにビームスキャナ２４を動作させた場合、イオンビームＢはビームラインから外れて、途中で遮断されることとなる。したがって、ビームスキャナ２４は、イオンビームＢの遮断手段としても機能する。なお、イオンビームＢが通常の走査範囲でスキャンされるようにビームスキャナ２４を動作させれば、イオンビームＢの遮断が解除される。

【0027】

パラレルレンズ３０は、走査されたイオンビームＢの進行方向を平行にするよう構成されている。パラレルレンズ３０は、中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状のＰレンズ電極３２を有する。Ｐレンズ電極３２は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームＢに作用させて、イオンビームＢの進行方向を平行に整える。

【0028】

角度エネルギーフィルタ３４は、イオンビームＢのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３４は、磁界偏向用の磁石装置（図示せず）と、電界偏向用のＡＥＦ電極３６とを有する。ＡＥＦ電極３６には、高圧電源（図示せず）に接続される。図１（ｂ）において、上側のＡＥＦ電極３６に正電圧、下側のＡＥＦ電極３６に負電圧を印加させることにより、イオンビームＢを下方に偏向させる。

【0029】

このようにして、ビームライン装置１４は、基板Ｗに照射されるべきイオンビームＢを注入処理室１６に供給する。なお、上述のスキャナ電極２６、Ｐレンズ電極３２、およびＡＥＦ電極３６は、それぞれビームラインを通るイオンビームに電界を作用させるよう構成される高電圧を印加する電極部の一つである。

【0030】

注入処理室１６は、１枚又は複数枚の基板Ｗを保持し、イオンビームＢに対する例えばｙ方向の相対移動（いわゆるメカニカルスキャン）を必要に応じて基板Ｗに提供するよう構成されている物体保持部（図示せず）を備える。図１において矢印Ｙによりメカニカルスキャンを例示する。また、注入処理室１６は、ビームストッパ３８を備える。イオンビームＢ上に基板Ｗが存在しない場合には、イオンビームＢはビームストッパ３８に入射する。

【0031】

注入処理室１６には、イオンビームＢに電子を供給するプラズマシャワー装置４０が設けられる。プラズマシャワー装置４０は、プラズマ生成室４２、アンテナ４４、ガス導入管４６を有する。プラズマシャワー装置４０は、ガス導入管４６を通じてプラズマ生成室４２に導入されるソースガスに、アンテナ４４からの高周波を印加することでプラズマＰを生成する。プラズマＰが生成されると、注入処理室１６と連通する引出開口４２ａを通じてプラズマ中の電子が引き出され、注入処理室１６に電子が供給される。

【0032】

ガス導入管４６は、マスフロー４８を介してガス供給部５０に接続される。マスフロー４８は、ガス供給部５０からガス導入管４６を通じてプラズマ生成室４２に供給するソースガスの流量を制御する。マスフロー４８は、制御部６０からの制御信号に基づき動作する。

【0033】

マスフロー４８は、プラズマを点火する場合やプラズマを生成維持する場合などのプラズマシャワー装置４０の動作状態に合わせて、必要となる流量のソースガスをプラズマ生成室４２に供給する。特にプラズマを点火させる場合には、プラズマを生成維持する場合と比べてプラズマ生成室４２内のソースガス濃度を高める必要がある。そこで、プラズマの生成を開始する点火開始期間には相対的に流量の高い第１の流量でソースガスの供給を開始し、その後、プラズマが生成された後は、第１の流量よりも少ない第２の流量でソースガスの供給を継続する。プラズマを生成しない場合には、ソースガスの供給を停止する。

【0034】

制御部６０は、イオン注入装置１０を構成する各機器の動作を制御する。制御部６０は、アンテナ４４やマスフロー４８の動作を制御して、プラズマシャワー装置４０におけるプラズマの生成を制御する。また、制御部６０は、イオンビームＢの遮断手段として機能しうるビーム計測部２２やビームスキャナ２４などの動作を制御してイオンビームＢをビームラインの途中で遮断させる。

【0035】

制御部６０は、プラズマシャワー装置４０を起動してプラズマＰの生成を開始させる際、遮断手段を動作させてイオンビームＢを途中で遮断させる。制御部６０は、イオンビームＢを遮断させた後に、プラズマ生成室４２にプラズマ点火のためのソースガスを一気に導入させる。つまり、ビームライン装置１４のうち注入処理室１６に近い下流付近で真空度が悪化する前にイオンビームを遮断する。これにより、ビームライン装置１４の下流付近に存在する高濃度のソースガスにイオンビームＢが衝突してイオン化し、生じた荷電粒子が電極部に流れ込んで負荷電流となることを防ぐ。このときの電極部の状態について、図２および図３を参照しながら説明する。

【0036】

図２（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る電極部の状態を模式的に示す図であり、ソースガスの導入開始時にイオンビームＢを遮断しない場合の電極部の状態を示す。図２（ａ）は、パラレルレンズ３０のＰレンズ電極３２ａ〜３２ｄを示し、正電圧が印加される第１Ｐレンズ電極３２ａ、３２ｂと、負電圧が印加される第２Ｐレンズ電極３２ｃ、３２ｄを示している。図２（ｂ）は、角度エネルギーフィルタ３４のＡＥＦ電極３６ａ、３６ｂを示し、正電圧が印加される第１ＡＥＦ電極３６ａと、負電圧が印加される第２ＡＥＦ電極３６ｂを示している。なお、本図に示すＰレンズ電極３２ａ〜３２ｄおよびＡＥＦ電極３６ａ、３６ｂに印加される電圧は例示であり、正負が逆の電圧が印加されていてもよいし、接地電位とされてもよい。なお、後述する図３、図４においても同様である。

【0037】

図２（ａ）、（ｂ）は、プラズマ点火のため導入されたガス分子７０が、プラズマ生成室４２から注入処理室１６を通ってビームライン装置１４へ流れ込んだ状態を示しており、多くのガス分子７０の存在により電極部付近の真空度が悪化した状態を示している。ガス分子７０が多く存在する中をイオンビームＢが通過すると、ガス分子７０はイオンビームＢとの衝突により電離し、イオン７２と電子７４を生成する。正の電荷を有するイオン７２は、負に印加された第２Ｐレンズ電極３２ｃ、３２ｄや第２ＡＥＦ電極３６ｂに流れ込む。一方、負の電荷を有する電子７４は、正に印加された第１Ｐレンズ電極３２ａ、３２ｂや第１ＡＥＦ電極３６ａに流れ込む。これにより、Ｐレンズ電極３２ａ〜３２ｄの間や、ＡＥＦ電極３６ａ、３６ｂの間には、負荷電流が流れることとなり、これらの電極部に接続される電源に過電流が生じるおそれがある。

【0038】

図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る電極部の状態を模式的に示す図であり、ソースガスの導入開始時にイオンビームＢを上流で遮断した場合の電極部の状態を示す。比較例と同様、電極部の付近においては、プラズマ点火のため導入されたガス分子７０により真空度が悪化した状態となっている。しかしながら、本実施の形態では、パラレルレンズ３０や角度エネルギーフィルタ３４よりも上流に設けられるビーム計測部２２やビームスキャナ２４などの遮断手段によりイオンビームが遮断される。したがって、電極部付近にガス分子７０が多く存在していたとしても、ガス分子７０の電離による荷電粒子の発生が抑制される。これにより、電極部に流れ込む負荷電流を抑制し、電極部に接続される電源を保護することができる。

【0039】

その後、制御部６０は、プラズマＰが生成され、ビームライン装置１４の真空度が回復した時点でイオンビームＢの遮断を解除させる。まず、制御部６０は、プラズマＰが生成されると、プラズマ生成室４２へのソースガスの供給を第２の流量に減少させる。プラズマの生成が確認されるまでの時間は、概ね１秒未満の時間である。

【0040】

制御部６０は、ソースガスの供給を第２の流量に切り替えてから所定時間が経過した後、イオンビームＢの遮断を解除させる。流量の少ない第２の流量に切り替えてからしばらくすると、真空排気系によりプラズマの点火開始期間に導入した多量のソースガスが排気されて、ガス濃度が低下し、真空度が回復するためである。この真空度の回復に必要な時間は、ソースガスの供給量や真空排気系の処理能力などによるが、例えば１０秒〜６０秒程度であり、具体的に挙げるとすると２０秒程度である。なお、制御部６０は、ビームライン装置１４に設けられる真空計（図示せず）の値を計測し、その値が所定の閾値以下となった場合に真空度が回復したとしてイオンビームＢの遮断を解除させてもよい。

【0041】

図４（ａ）、（ｂ）は、高真空時における電極部の状態を模式的に示す図であり、プラズマシャワー装置４０の起動後に真空度が回復し、イオンビームＢの遮断が解除された状態を示している。この状態では、電極部付近にガス分子７０がほとんど存在しないため、ガス分子７０にイオンビームＢが衝突しにくく、仮に衝突してガス分子７０がイオン化したとしても、発生する荷電粒子の量が極めて少ないため、電極部へ流れ込む負荷電流は小さい。このように、真空度が回復した後にイオンビームＢの遮断を解除することで、負荷電流の発生を防いで、電極部に高電圧を印加する電源を保護することができる。

【0042】

つづいて、プラズマシャワー装置４０の起動時における制御部６０の動作を説明する。図５は、イオン注入装置１０の動作過程を示すフローチャートである。ビームライン装置１４を起動した後（Ｓ１０）、プラズマシャワー装置４０の起動が必要な場合（Ｓ１２のＹ）、遮断手段を動作させてビームラインの途中でイオンビームを遮断させる（Ｓ１６）。イオンビームを遮断させた後、第１の流量でプラズマ生成室４２にソースガスの導入を開始し（Ｓ１６）、アンテナ４４に高周波を印加してプラズマを点火する（Ｓ１８）。

【0043】

プラズマ生成室４２においてプラズマが生成された場合（Ｓ２０のＹ）、プラズマ生成室４２に導入するソースガスの流量を第２の流量に減らす（Ｓ２２）。その後、ビームライン装置１４の真空度が所望の値に回復した場合（Ｓ２４のＹ）、イオンビームの遮断を解除する（Ｓ２８）。Ｓ２０においてプラズマが生成される前である場合（Ｓ２０のＮ）、プラズマの生成を待つ。Ｓ２４において真空度が回復する前である場合（Ｓ２４のＮ）、真空度の回復を待つ。また、プラズマシャワー装置４０の起動が不要な場合（Ｓ１２のＮ）、Ｓ１４からＳ２８の処理をスキップする。

【0044】

以上の動作により、イオン注入装置１０は、ビームライン装置１４とプラズマシャワー装置４０を並行して起動する場合であっても、プラズマの点火開始期間にイオンビームを途中で遮断し、ビームライン装置１４の電極部付近での荷電粒子の発生を抑制することができる。また、プラズマシャワー不要のイオン注入条件からプラズマシャワー要のイオン注入条件にイオンビームをそのままにして切り替える場合であっても、プラズマの点火開始期間にイオンビームを遮断することで、電極部付近での荷電粒子の発生を抑制することができる。その結果、ビームライン装置１４とプラズマシャワー装置４０を並行起動することができ、イオン注入装置１０の立ち上げに必要な時間を短縮することができる。特に、ビーム計測部２２やビームスキャナ２４などの遮断手段は、ビームラインを高速に遮断することができるので、プラズマシャワー装置４０の立ち上げに伴うタイムラグを短くすることができる。これにより、イオン注入装置１０の稼働率を上げて、イオン注入処理の生産性を高めることができる。

【0045】

図６は、イオンビームの遮断による負荷電流の抑制効果を示すグラフである。本図は、プラズマシャワー装置４０を起動し、プラズマ生成室４２にソースガスの導入を開始した後における電極部の負荷電流の推移を示している。イオンビームの「遮断なし」の場合、ソースガスの導入開始後しばらく経過してビームライン装置１４の内部の真空度が悪化することにより、負荷電流が大きくなってしまう。一方、イオンビームの「遮断あり」の場合、ソースガスの導入開始により真空度が悪化しても、負荷電流が変化しない。このように、ソースガスの導入開始時にイオンビームを遮断することで、負荷電流の発生を抑制することがわかる。

【0046】

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。

【0047】

上述の実施の形態においては、ビーム計測部２２またはビームスキャナ２４を遮断手段として用いる場合について示した。変形例においては、ビーム計測部２２よりも上流に設けられる質量分析部１８やビーム整形部２０を遮断手段として用いることとしてもよい。質量分析部１８やビーム整形部２０は、ビームスキャナ２４と同様にイオンビームを偏向させる偏向手段として機能するため、ビームライン上から外れるようにイオンビームを偏向させることで、遮断手段として機能させることができる。ビームラインの上流でイオンビームを遮断することにより、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0048】

上述の実施の形態においては、イオンビームを遮断した後にプラズマ生成室へソースガスの導入を開始することとした。変形例においては、ソースガスの導入を開始した直後にイオンビームを遮断させることとしてもよい。その時間は、例えば、５秒以内であり、好適には３秒以内である。プラズマ生成室へ導入したソースガスがビームライン装置１４に入り込むまでは多少の時間差があり、ビームライン装置１４の真空度が悪化する前にイオンビームを遮断できればよいためである。遮断のタイミングが異なっても、ビームライン装置１４の真空度が悪化する前にイオンビームを遮断することで、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0049】

Ｂ…イオンビーム、１０…イオン注入装置、１２…イオン源、１４…ビームライン装置、１６…注入処理室、２２…ビーム計測部、２４…ビームスキャナ、２６…スキャナ電極、３０…パラレルレンズ、３２…Ｐレンズ電極、３４…角度エネルギーフィルタ、３６…ＡＥＦ電極、４０…プラズマシャワー装置、４２…プラズマ生成室、６０…制御部、７２…イオン、７４…電子、Ｐ…プラズマ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】