CN111640639B - 离子源及其清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离子源及其清洁方法，该离子源在宽范围内向电极表面照射离子束来除去电极上的沉积物。一种离子源(1)，向配置在等离子体容器(2)下游的抑制电极(3)照射由清洁气体生成的离子束(IB)来清洁抑制电极(3)，其中，离子源(1)具有驱动机构(5)，该驱动机构(5)调整等离子体容器(2)与抑制电极(3)之间的距离，离子源(1)包括控制装置(C)，该控制装置(C)在进行清洁之前，控制驱动机构(5)而使抑制电极(3)或等离子体容器(2)向第一方向移动，扩大等离子体容器(2)与抑制电极(3)之间的距离。

Description

离子源及其清洁方法
技术领域
本发明涉及离子源及其清洁方法。
背景技术
在离子注入装置中，在离子源的等离子体容器内，以含有卤素的气体或蒸气为原料生成等离子体，从该等离子体通过配置在等离子体容器下游侧的多片离子束引出用的电极(以下，称为引出电极)，进行离子束的引出。
作为等离子体生成所涉及的具体的原料，存在BF3、PF3、AlI3、AlCl3等，原料中所含的氟、碘、氯等卤素成分随着等离子体的生成而离子化，与等离子体腔室的内壁或配置在腔室前方的引出电极发生反应。
等离子体容器内有时也会产生等离子体，为较高的温度。由此，在上述的反应物生成于等离子体容器的壁面的情况下，会由于热量而从等离子体容器的壁面解离，并向容器内或其下游侧飞散。
另一方面，多数情况下，出于防止由热量引起的电极的变形的目的，配置在等离子体容器下游的引出电极被冷却，与容器温度相比成为较低的温度。由此，在引出电极表面存在容易沉积反应物的倾向。
另外，构成等离子体容器的Mo或W等金属通过利用等离子体进行的飞溅而飞散到等离子体内，它们也可能会与等离子体内的卤素成分结合而沉积在引出电极上。
另外，上述结合有时也会在等离子体容器和引出电极之间发生。
随着离子源的运转时间增加，引出电极上的沉积物的沉积量增加。由于该沉积物为绝缘物，所以成为引出电极的绝缘化、在等离子体容器与引出电极之间引起异常放电的原因。如果沉积量过多，则不能正常地运转离子源。
因此，如专利文献1那样，利用通过以稀有气体为原料的离子束进行的离子束飞溅，除去引出电极上的沉积物。
在该文献中，进行离子束的直径的调整，以使离子束飞溅的强度成为最大。
专利文献1：日本特开2004-363050
上述的反应物不仅沉积在进行离子束的引出的电极孔的周缘，而且还沉积在从该电极孔的周缘少许分离的部位。
在专利文献1的方法中，由于调整离子束的直径以使飞溅的强度成为最大，所以适合于效率地进行局部飞溅的情况，但并不面向在宽范围内向电极表面照射离子束来除去电极整体的沉积物的情况。
发明内容
在本发明中，以在宽范围内向电极表面照射离子束来除去电极上的沉积物的情况为所期望的课题。
一种离子源，为向配置在等离子体容器下游的抑制电极照射由清洁气体生成的离子束来清洁抑制电极的离子源，
所述离子源具有驱动机构，该驱动机构调整所述等离子体容器与所述抑制电极之间的距离，
所述离子源包括控制装置，该控制装置在进行清洁之前，控制所述驱动机构而使所述抑制电极向第一方向移动，扩大所述等离子体容器与所述抑制电极之间的距离。
由于在离子源的清洁之前，扩大等离子体容器与抑制电极之间的距离，所以能够使从等离子体容器引出的离子束的照射范围成为宽范围。其结果是，能够在宽范围内除去沉积物。
虽然可以根据清洁时间，判断清洁的继续、结束，但优选为，在确认抑制电极正在被正常地清洁的情况的基础上，
所述控制装置基于所述抑制电极的电位或流过所述抑制电极的电流来确定是否继续进行清洁。
为了进一步扩大照射到抑制电极的离子束的照射范围，
优选为如下结构，即：在所述抑制电极的清洁过程中或在进行清洁之前，
所述控制装置控制所述驱动机构而使所述抑制电极向与所述第一方向正交的第二方向移动。
另一方面，也可以为如下结构，即：在所述抑制电极的清洁过程中或在进行清洁之前，
所述控制装置控制所述驱动机构而使所述抑制电极绕与所述第一方向正交的第三方向旋转。
一种离子源的清洁方法，为向配置在等离子体容器下游的抑制电极照射由清洁气体生成的离子束，来进行抑制电极的清洁的离子源的清洁方法，
只要在进行清洁之前，使所述抑制电极向第一方向移动，扩大所述等离子体容器与所述抑制电极之间的距离即可。
发明效果
由于在离子源的清洁之前，与通常运转时相比扩大了等离子体容器与抑制电极之间的距离，所以从等离子体容器引出的离子束的照射范围成为宽范围。其结果是，能够在宽范围内除去沉积物。
附图说明
图1为离子源的结构例所涉及的示意性的俯视图。
图2为清洁所涉及的流程图。
图3为电极位置的变更所涉及的说明图。
图4为离子源的另一结构例所涉及的示意性的俯视图。
标号说明
1 离子源
2 等离子体容器
3 抑制电极
4 接地电极
5 驱动机构
E 引出电极
C 控制装置
具体实施方式
图1为本发明的离子源的示意性的俯视图。图示的Z方向为离子束的引出方向，Y方向为外形呈长方体状的等离子体容器2的长度方向。X方向与Y方向及Z方向这两个方向正交。
离子源1具备：等离子体容器2，在一个端面形成有多孔或单孔的离子引出孔H；两个气体瓶，向等离子体容器2供给BF3、PH3、AsF2等掺杂气体11和氩气、氙气等清洁气体12；以及引出电极E，从在等离子体容器2的内部通过电弧放电或高频放电而生成的等离子体进行离子束IB的引出。
引出电极E由防止二次电子向等离子体容器2侧的流入的抑制电极3和接地电位的接地电极4构成。
在离子束IB的引出时，通过使用未图示的引出电源使等离子体容器2的电位高于引出电极E的电位，从而从等离子体容器2的等离子体引出带正电的离子束。
与等离子体容器2同样地，在抑制电极3和接地电极4形成有供离子束IB通过的离子引出孔H。
抑制电极3和接地电极4经由绝缘部件连结。两个电极构成为，作为一组结构物而通过驱动机构5向U方向(第一方向)、V方向(第二方向)移动，并绕Y轴方向(第三方向)向箭头W的方向旋转。
对于驱动机构5，作为用于进行引出电极的位置或倾斜调整的控制器，使用以往已知的机构。
在本发明中，离子源可以使用任何类型的离子源。例如，可以采用桶式、伯纳斯(Bernas)式、弗里曼(Freeman)式、旁热式、高频式中的任一结构。
图1(A)是使用掺杂气体11进行离子源的运转时的情况，在本发明中，将此时的离子源的运转称为通常运转。另一方面，图1(B)是使用清洁气体12进行离子源的运转时的情况，在本发明中，将此时的离子源的运转称为清洁运转。
通过比较两图可知，在清洁运转时，引出电极E的位置与通常运转时的引出电极E的位置相比向Z方向侧产生了移动。换言之，等离子体容器2与引出电极E之间的距离扩大。
在本发明中，从等离子体容器2引出的离子束IB有意地或者由于空间电荷效应的影响而发散。
当等离子体容器2与引出电极E之间的距离扩大时，从等离子体容器2引出的离子束IB照射到抑制电极3的照射面积增大。
通过照射面积的扩大，能够在宽范围内除去抑制电极3的沉积物。
另外，离子源1具备控制装置C。构成为可通过该控制装置C自动地进行从通常运转向清洁运转的变更。
例如，关于两个运转的切换，对在等离子体容器2与抑制电极3之间产生的故障(glitch)的次数进行计数，在该次数超过基准次数的情况下，进行从通常运转向清洁运转的切换。
另外，也可以根据离子源的通常运转时的运转时间，在使用离子束的基板处理的前后的定时进行运转的切换。
相反地，在从清洁运转向通常运转的转换时，监控抑制电极3的电位，确认是否成为应施加于抑制电极3的设定电位而进行判断。
为了将二次电子向下游侧赶回而在抑制电极3施加有规定的负电压。在反应物沉积于抑制电极3的阶段，由于由沉积物引起的电绝缘的影响，不能测定正确的施加电压。相反地，如果沉积物被正常地飞溅，则该实测值成为设定值，或者成为接近设定值的值，所以监控抑制电极的电位，切换运转状态。
在上述的实施方式中，对监控抑制电极3的电位而从清洁运转向通常运转切换的情况进行了描述，但监控的对象也可以为电流以代替电位。
由于在抑制电极3被沉积物覆盖的期间，沉积物成为障碍物，离子束未照射到抑制电极3的表面，因此，与没有沉积物的情况相比，在与抑制电极3连接的抑制电源中流通的抑制电流变低。在清洁不断进展，沉积物被正常除去时，在抑制电源中流通的抑制电流稳定，最终成为恒定值。
由此，在监控电流的情况下，可以在电流值为恒定值，或者在电流值稳定的阶段，判断为抑制电极上的沉积物被正常地飞溅，由此进行运转状态的切换。
而且，也可以基于清洁运转所需的时间来切换运转状态。但是，在基于清洁运转所需的时间的情况下，由于是否正常地进行了清洁是不明确的，所以对上述的抑制电极3的电压值或电流值进行实际测量，根据实测值进行运转状态的切换的方式更优。
图2为表示本发明的清洁所涉及的处理的简易流程图。
在清洁运转开始时，从掺杂气体向清洁气体切换气体种类(S1)。在切换气体种类时，进行与各气体的储气瓶连接的阀的开闭操作。
接着，变更引出电极E的电极位置(S2)。通过该电极位置的变更，等离子体容器2与抑制电极3之间的距离扩大，成为图1(B)所示的状态。
若清洁运转的准备完成，则向抑制电极照射离子束(S3)。然后，进行抑制电极3的电位是否相对于基准值(设定值)在给定范围(α)内的判断(S4)，在电位成为基准值附近的值的阶段结束清洁。
在图3中，描绘了在清洁运转时向抑制电极3照射离子束的情况。图3(A)如图1(B)那样，与扩大了等离子体容器2与抑制电极3之间的距离时的照射到抑制电极3的离子束相对应。
图3(B)除了图3(A)的结构之外，还与在通过驱动机构5向图1的V方向变更了引出电极E的位置时照射到抑制电极3的离子束相对应。
图3(C)除了图3(A)的结构之外，还与在通过驱动机构5使引出电极E向图1的箭头W的方向旋转时照射到抑制电极3的离子束相对应。
在图3(B)、图3(C)中，与图3(A)相比，照射到抑制电极3的离子束的照射区域变宽。为了在更宽的范围内除去抑制电极3的沉积物，除了扩大等离子体容器2与抑制电极3之间的距离之外，还可以并用在与离子束的引出方向垂直的方向上变更抑制电极3的位置或倾斜的方式。
另外，也可以将图3(B)、图3(C)所示的两个结构与图3(A)的结构组合。另外，可以在进行清洁之前，如图3(B)、图3(C)所示那样设定抑制电极3的位置或倾斜，但也可以一边使抑制电极3的位置或倾斜连续变化一边进行抑制电极3的清洁。
在上述实施方式中，对使用控制装置C自动地切换运转状态的结构进行了说明，但也可以由装置的操作者手动地进行切换。
另外，在上述实施方式中，在图2的流程图中依次进行了气体种类的切换和电极位置的变更，但也可以同时进行这些步骤。而且，也可以从流程图所记载的步骤使顺序相反，以在变更电极位置之后，切换气体种类。
在上述实施方式中，通过利用驱动机构5使引出电极E移动，从而变更了等离子体容器2与引出电极E之间的距离，但在变更距离时，也可以使等离子体容器2侧移动。
具体而言，如图4所示，通过驱动机构5使等离子体容器2移动，并将引出电极E固定。即使在这种结构中，也能够实现上述的本发明的效果。
此外，本发明不限于前述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变形，这是不言而喻的。

Claims (5)

1.一种离子源，向配置在等离子体容器下游的抑制电极持续照射由清洁气体生成的离子束至作出清洁结束的判断为止，从而清洁所述抑制电极，其中，
所述离子源具有驱动机构，该驱动机构调整所述等离子体容器与所述抑制电极之间的距离，
所述离子源包括控制装置，该控制装置在进行清洁之前，控制所述驱动机构而使所述抑制电极向第一方向移动，扩大所述等离子体容器与所述抑制电极之间的距离。
2.根据权利要求1所述的离子源，其中，
所述控制装置基于所述抑制电极的电位或流过所述抑制电极的电流来确定是否继续进行清洁。
3.根据权利要求1或2所述的离子源，其中，
在所述抑制电极的清洁过程中或在进行清洁之前，
所述控制装置控制所述驱动机构而使所述抑制电极向与所述第一方向正交的第二方向移动。
4.根据权利要求1或2所述的离子源，其中，
在所述抑制电极的清洁过程中或在进行清洁之前，
所述控制装置控制所述驱动机构而使所述抑制电极绕与所述第一方向正交的第三方向旋转。
5.一种离子源的清洁方法，向配置在等离子体容器下游的抑制电极持续照射由清洁气体生成的离子束至作出清洁结束的判断为止，从而进行所述抑制电极的清洁，其中，
在进行清洁之前，使所述抑制电极向第一方向移动，扩大所述等离子体容器与所述抑制电极之间的距离。
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