特許 7385809 イオンビーム照射装置のクリーニング方法

(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】

(24)【登録日】2023-11-15

(45)【発行日】2023-11-24

(54)【発明の名称】イオンビーム照射装置のクリーニング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20231116BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20231116BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 W

H01L21/302 201B

H01L21/265 Z

H01J37/317 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019161740

(22)【出願日】2019-09-05

(65)【公開番号】P2021040081

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-03-22

(73)【特許権者】

【識別番号】302054866

【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社

(72)【発明者】

【氏名】藤本 龍吾

(72)【発明者】

【氏名】國立 圭一

【審査官】桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０２６９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１６１００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０６５７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０３４４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９１８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１０１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１９４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４０１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６２２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０３６０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０７８９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハロゲン含有ガスを用いて被処理物へのイオンビーム照射処理を行うイオンビーム照射装置でのクリーニング方法で、
水素含有ガス由来のイオンビームをビームライン上の被照射物へ照射した後、
希ガス由来のイオンビームを前記被照射物へ照射することで、前記ビームライン内のパーティクルが減少し、安定化するまでの時間を短縮する、クリーニング方法。

【請求項2】

前記被照射物にはカーボン含有の部材が使用されており、
前記希ガス由来のイオンビームを前記被照射物へ照射した後、
さらに、ハロゲン含有ガスまたは酸素含有ガス由来のイオンビームを前記被照射物へ照射する、請求項１記載のクリーニング方法。

【請求項3】

クリーニングに使用されるガスの少なくとも１つを、イオンビーム照射処理時に用いられるガスと兼用する、請求項１または２記載のクリーニング方法。

【請求項4】

前記希ガス由来のイオンビームを前記被照射物へ照射した後、ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送する、請求項１記載のクリーニング方法。

【請求項5】

前記ハロゲン含有ガスまたは前記酸素含有ガス由来のイオンビームを前記被照射物へ照射した後、ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送する、請求項２記載のクリーニング方法。

【請求項6】

前記水素含有ガスと前記希ガスの少なくとも一方は、質量の異なる複数のガスからなる混合ガスであり、走査されたイオンビームを前記被照射物に照射する、請求項１または２記載のクリーニング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

イオンビーム照射装置のビームラインをクリーニングする方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イオンビーム照射装置では、経時的にビームラインを構成している電極や真空容器、スリット等の部材上に堆積物が生じる。この堆積物の除去にあたってはイオンビームを用いた物理的なスパッタリングが行われている。

【0003】

具体例を挙げると、特許文献１では、一対の偏向電極への印可電圧を調整して、アルゴンガスをもとにしたイオンビームを分析スリットに照射することで分析スリット上の堆積物を広範囲に除去している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－４８６６５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

クリーニング時に用いるガスの種類は様々で、特許文献１のようにアルゴンガスを用いてクリーニングを行っても必ずしも十分なクリーニングが行えるというものではない。また、クリーニングを通じて発生するビームライン中のパーティクル（ビームライン中に堆積物が飛散したゴミ等）量が多い状態では被処理物へのイオンビーム照射処理を行えば処理不良となりうるので、イオンビーム照射処理を即座に行うことができないといった問題がある。
そこで本発明では、ビームライン内のパーティクルを早期に低減し、安定化させることのできる効果的かつ効率的なクリーニングの方法を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のクリーニング方法は、
ハロゲン含有ガスを用いて被処理物へのイオンビーム照射処理を行うイオンビーム照射装置でのクリーニング方法で、
水素含有ガス由来のイオンビームを被照射物へ照射した後、
希ガス由来のイオンビームを被照射物へ照射する。

【0007】

上記方法であれば、ハロゲン元素由来の堆積物を水素成分で取り除き、残りの堆積物を希ガスによるビームスパッタリングで取り除くことができる。しかも、ビームライン内のパーティクルを減少させ、安定化するまでに比較的長い時間を要する水素含有ガスによるクリーニングを先に行っているので、イオンビーム照射装置を早期に稼働し、イオンビーム照射処理を実施することが可能となる。

【0008】

イオンビームが照射されるビームライン上の部位は、被処理物の金属汚染対策としてカーボンを含有する部材でシールドされている。
イオンビームを用いたクリーニングを実施したとき、このカーボン含有部材がスパッタリングされて、ビームラインにカーボン成分が浮遊し、これがイオンビーム照射処理の開始を遅らせるパーティクルの要因となることが懸念される。

【0009】

上述したカーボン由来のパーティクル除去にあたっては、次の構成を用いることが望まれる。
前記被照射物にはカーボン含有の部材が使用されており、
前記希ガス由来のイオンビームを被照射物へ照射した後、
さらに、ハロゲン含有ガスまたは酸素含有ガス由来のイオンビームを被照射物へ照射する。

【0010】

上記手法であれば、カーボン由来のパーティクルとハロゲン元素や酸素のラジカルとが反応し、気体化されるので、ビームラインから排除することが容易になる。

【0011】

装置寸法の小型化やガス管理の煩雑さを避けるうえでは、
クリーニングに使用されるガスの少なくとも１つを、イオンビーム照射処理時に用いられるガスと兼用することが望ましい。

【0012】

クリーニング後にビームライン内に浮遊するパーティクルを減らし、早期に安定化させるために、前記希ガス由来のイオンビームを被照射物へ照射した後、ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送することが望ましい。また、前記ハロゲン含有ガスまたは前記酸素含有ガス由来のイオンビームを前記被照射物へ照射した後、ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送することが望ましい。

【0013】

ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送することで、ダミー基板にパーティクルが付着するため、これを回収することでビームライン内のパーティクルを早期に減らし、安定化させることが可能となる。

【0014】

クリーニング時間の短縮化を図るという点では、次の構成を用いてもよい。 前記水素含有ガスと前記希ガスの少なくとも一方は、質量の異なる複数のガスからなる混合ガスであり、走査されたイオンビームを前記被照射物に照射する。

【発明の効果】

【0015】

ハロゲン元素由来の堆積物を水素成分で取り除き、残りの堆積物を希ガスによるビームスパッタリングで取り除くことができる。しかも、ビームライン内のパーティクルを減少させ、安定化するまでに比較的長い時間を要する水素含有ガスによるクリーニングを先に行っているので、イオンビーム照射装置を早期に稼働し、イオンビーム照射処理を実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】イオンビーム照射装置の一構成例を示す平面図

【図2】イオンビームの走査に係る構成例を示す平面図

【図3】クリーニングに係る一実施例を示すフローチャート

【図4】クリーニングに係る別の実施例を示すフローチャート

【図5】クリーニングに係る他の実施例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１はイオンビーム照射装置IMの全体を示す模式的平面図である。同図に描かれているイオンビーム照射装置IMは周知のイオン注入装置を想定している。以下、この装置構成を簡単に説明する。

【0018】

プラズマ生成室１で生成されたプラズマから複数枚の電極で構成されている引出電極系２を通して、イオンビームＩＢの引出が行われる。引出されたイオンビームＩＢには様々なイオン種が含まれている。質量分析電磁石４と分析スリット５を通して所望イオン種の質量分析を行い、処理室６内にイオンビームＩＢを輸送する。

【0019】

処理室６では、被処理物７（例えば、シリコンウェハやガラス基板）が図示される矢印の方向に機械的に往復搬送されている。処理室６内に輸送されるイオンビームＩＢの紙面表裏方向の寸法は、同方向における被処理物７の寸法よりも大きく、被処理物７を図に描かれる矢印の方向（図中上下方向）へ往復走査することで、被処理物７の全面にイオンビームが照射される。

【0020】

イオンビームＩＢのビームラインは真空容器３で覆われていて、被処理物７が処理されている間、同容器内は真空に保たれている。
被処理物へのイオンビーム照射処理にあたっては、ハロゲン含有ガス（例えば、ＢＦ_３、気化したＡｌＩ_３やＡｌＦ_３等）であるプロセスガスＰがプラズマ室１に供給される。ビームライン内のクリーニングにあたっては、水素含有ガスＣ１や希ガスＣ２が選択的にプラズマ室１に供給される。

【0021】

本発明のクリーニングでは、クリーニング対象とする部材あるいは部位（被照射物）にイオンビームを照射することで行われる。対象となる部材が大きく、クリーニングを広範囲に行う必要がある場合には、図２に示すようなビーム走査を利用してもよい。

【0022】

ハロゲン含有のプロセスガスを使用した際、ハロゲン成分がビームラインに配置された部材と反応してハロゲン化物が生成される。このハロゲン化物は、時間の経過とともに部材上に堆積されて、部材の絶縁化や部材間で異常放電が発生する原因となる。
これを除去するために、真空容器３内の真空を破らずにイオンビームによるビームスパッタリングを実施する。

【0023】

図２（Ａ）では、質量分析電磁石４の紙面奥側に向けて発生する磁場Ｂの強さを時間的に変化させることで、イオンビームＩＢを走査している。この走査によって、矢印で描かれるようにイオンビームの軌道を変化させて、イオンビームＩＢを広範囲に照射することが可能となる。
なお、図２（Ａ）の例では、真空容器３の消耗を防ぐために容器壁面に沿ってカーボンライナーＳが配置されている。

【0024】

図２（Ｂ）では、引出電極系２を構成する真ん中の電極を上下一組の電極で構成して、各々の電極に高周波電源を接続している。各電源から出力される高周波電圧の波形は180度位相が異なっているため、イオンビームＩＢを図の上下方向へ大きく走査して、イオンビームＩＢを真空容器壁面へ広範囲に照射することが可能となる。
なお、場合によっては、金属汚染を避けるために引出電極系２をカーボン製の電極で構成することもある。

【0025】

上述した構成は、質量分析電磁石４や引出電極系２を用いてイオンビームＩＢを走査する構成を述べたものであるが、イオンビーム照射装置の構成によっては、別の光学要素を用いてイオンビームの走査を行うようにしてもよい。
なお、本発明では、イオンビームの時間的な走査は必須ではなく、イオンビームが所定箇所に照射されるように所定角度をもってイオンビームを偏向できる構成であればよい。

【0026】

上記したイオンビームを用いたクリーニングにおいて、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、使用するガス種によってビームライン内のパーティクルが減少し、安定化するまでに要する時間が異なることを発見した。

【0027】

彼らの実験によれば、水素ガスを用いた場合とアルゴンガスを用いた場合で比較すると、時間にして２倍程度、水素ガスを用いてクリーニングをした場合の方が、パーティクルが減少し、安定化するまでに要する時間が長くなることがわかっている。

【0028】

このことを踏まえて、本発明では図３に示す手順でビームラインをクリーニングしている。具体的には、クリーニングの始めに水素含有ガス（例えば、水素ガス、ＰＨ_３等、あるいはこれらの混合ガス）を用いて被照射物であるビームラインに配置された本発明の被照射物である部材（引出電極系を構成する電極、真空容器壁面や質量分析電磁石内のライナー等の部材）にイオンビームを照射する（S1）。次に、クリーニングガスをアルゴンやキセノン等、あるいはこれらの混合ガスからなる希ガスに切り替えて、同じ部材や部位にイオンビームを照射する(S2)。
なお、本発明では、上述した水素含有ガスからプラズマを生成して、このプラズマから引き出されたイオンビームのことを、水素含有ガス由来のイオンビームと呼んでおり、後述する他のガス種についても同様の表現を用いている。

【0029】

このようにしてクリーニングを実施することで、ハロゲン由来の堆積物を水素成分で取り除き、残りの堆積物は希ガスを用いたビームスパッタリングによって取り除くことができるので、アルゴンガスのみを用いる場合に比べて効果的なクリーニングが実現できる。
しかも、ビームラインのパーティクルが減少し、安定化するまでに要する時間が比較的長い水素含有ガスによるクリーニングを先に行っているため、クリーニングの順序を逆転させた場合に比べてイオンビーム照射装置を早期に稼働し、イオンビーム照射処理を実施することが可能となる。

【0030】

イオンビームが照射されるビームライン上の部位は、被処理物の金属汚染対策としてカーボンを含有する部材でシールドされている。
また、引出電極系２を構成する電極をカーボンで構成することもある。

【0031】

イオンビームを用いたクリーニングを実施したとき、これらのカーボン含有部材がスパッタリングされて、ビームライン内にカーボン成分が浮遊し、これがイオンビーム照射処理の開始を遅らせるパーティクルの要因となることが懸念される。

【0032】

そこで、図４に示すフローチャートのように、希ガスを使ったビームクリーニングを実施した後、クリーニングガスをハロゲン含有ガスや酸素含有ガスに切り替えて、これらのガスを使ったビームクリーニングを実施する（S3）。
このようなビームクリーニングを実施することで、イオンビーム中に含まれるハロゲンラジカルや酸素ラジカルがカーボン由来のパーティクルと反応し、パーティクルが気体化されるので、ビームラインからカーボン由来のパーティクルを排除することが容易になる。
なお、図４や後述する図５のフローチャートにて、図３と同じ符号が使用されている処理は図３のフローチャートで説明した内容と同一であり、ここでは重複する説明は割愛する。

【0033】

さらに、クリーニング後にビームラインに浮遊するパーティクルを減らし、早期に安定化させるために、図５に示すフローチャートのように、イオンビームを用いたクリーニングを実施した後に、ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送する（S4）、ことを行ってもよい。

【0034】

ダミー基板を基板処理時のイオンビーム照射位置まで搬送することで、ダミー基板にパーティクルが付着するため、これを回収することでビームライン内のパーティクルを早期に減らし、安定化させることが可能となる。
なお、ここで言うダミー基板とは、イオンビーム照射処理を施されない基板のことである。

【0035】

上述した図３乃至図５のフローチャートでは、水素含有ガスや希ガス以外のガスを用いる構成について言及しているが、この場合には図１に示した装置の構成例でプラズマ生成室１に供給するガス供給源の数を増やしておけばいい。
ただし、ガス供給源の数を増加させると、装置寸法が大型となることやガス管理が煩雑になることが懸念される。

【0036】

この点を考慮すれば、ハロゲン含有ガスや酸素含有ガスは、クリーニングガスとして特別なガスを設けるよりも、プロセスガスとして利用しているものと兼用できるようにしておくことが望ましい。
なお、イオンビーム照射処理にあたって、プロセスガス以外にプラズマ生成をアシストするためのアシストガスや放電抑制用のコガスを用いる場合には、これらのガスをクリーニングガスと兼用させてもよい。

【0037】

上記実施形態で述べたイオンビーム照射装置の構成は一例であり、ビームライン内に図１に開示されていない構成要素を加えてもよい。例えば、ビーム電流密度分布の調整を行うビーム光学要素やイオンビームのエネルギーを調整するための加減速管、不要なエネルギー成分の除去を行うエネルギーフィルター等の種々の構成要素を追加するようにしてもよい。

【0038】

また、本発明で想定しているイオンビーム照射装置は、イオン注入装置に限らず、イオンビームを使った表面改質装置であってもよい。

【0039】

上記実施形態で述べたクリーニングの手法は、装置のオペレーターが適宜手動でガス種の切り替えを行って実施してもよいが、自動化してもよい。
自動化する場合、イオンビーム照射装置のビーム照射やガス切り替え等を制御する制御装置にクリーニングを実施するためのプログラムを搭載しておく。

【0040】

また、図３乃至図５のフローチャートに示す一連のクリーニングについては、複数回繰り返して行うようにしてもよい。
さらに、一連のクリーニングを複数回行う場合、クリーニングガスのガス量やクリーニングにかける時間を各回で変化させてもよい。

【0041】

上記実施形態ではプロセスガスとしてハロゲン含有ガスが使用される旨を述べたが、イオンビーム照射装置としてハロゲン含有ガスのみを用いたプロセスを行う専用装置だけを想定しているものではない。
つまり、本発明で言う、ハロゲン含有ガスを用いて被処理物へのイオンビーム照射処理を行うイオンビーム照射装置とは、ハロゲン含有ガスの他にもプロセスガスを有し、様々なガスを用いて複数のプロセスに対応したイオンビーム照射装置も想定している。

【0042】

また、上記実施形態において、水素含有ガスや希ガスを質量の異なる複数種類のガスを混合したガスにすることとイオンビームの走査とを組み合わせることで、質量の違いによって走査量に差が生じるために、イオンビームが照射される範囲が広がることから、クリーニング時間の短縮化を図ることができる。

【0043】

その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。

【符号の説明】

【0044】

ＩＭ イオンビーム照射装置
ＩＢ イオンビーム
１ プラズマ生成室
２ 引出電極系
３ 真空容器
４ 質量分析電磁石
５ 分析スリット
６ 処理室
７ 被処理物
Ｐ プロセスガス
Ｃ１ 水素含有のクリーニングガス
Ｃ２ 希ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】