JP2001003154A - イオン注入装置における汚染された表面を洗浄するための方法および装置 - Google Patents

イオン注入装置における汚染された表面を洗浄するための方法および装置

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JP2001003154A JP2000135932A JP2000135932A JP2001003154A JP 2001003154 A JP2001003154 A JP 2001003154A JP 2000135932 A JP2000135932 A JP 2000135932A JP 2000135932 A JP2000135932 A JP 2000135932A JP 2001003154 A JP2001003154 A JP 2001003154A
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    • H01J2237/31701—Ion implantation

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオン注入装置の汚染された表面を洗浄して汚
染物質を取り除くようにした装置および方法を提供する
こと。 【解決手段】真空室の表面から汚染物質を洗浄するため
に、(a)反応種の構成要素を有するイオンビーム44を発
生し、(b)このイオンビームを洗浄される表面に向けて
指向し、(c)イオンビーム44が中和ガスの分子と衝突
し、イオンビームと中和ガス分子との間の電荷交換反応
の結果として、反応種の活性的な反応中性原子のイオン
ビームを作り出すような中和ガス70を、真空室内の洗浄
される表面の近くに導くことによってイオンビームを中
和し、(d)反応種の活性的な反応中性原子が汚染物質と
反応して、反応生成物を作ることによって前記表面を洗
浄し、(e)洗浄工程から生じる揮発性の反応生成物を真
空室67から取り除くための手段を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にイオン注
入装置に関し、特に、このような注入装置の汚染された
表面を洗浄するための改良された装置および方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入装置は、集積回路の大規模製
造において、半導体に不純物を混入させるために、産業
界に望ましい技術として発展してきた。イオン線量およ
びイオンエネルギーは、注入工程を形成するために使用
される最も重要な２つの変数である。
【０００３】イオン線量は、所定の半導体材料のための
注入されたイオンの集中に関する。一般的に、高電流イ
オン注入装置（イオンビーム電流が１０ｍＡ以上のも
の）は、高いイオン線量の注入のために用いられ、一
方、中電流イオン注入装置（イオンビーム電流が約１ｍ
Ａまでの能力を有するもの）は、低いイオン線量の利用
に用いられる。
【０００４】イオンエネルギーは、半導体素子における
ジャンクション深さを制御するのに用いられる良く知ら
れたパラメータである。イオンビームを作り上げるイオ
ンのエネルギーレベルは、注入されるイオンの深さの程
度により決まる。そのような高エネルギー処理では、半
導体素子にレトログレード・ウエル(retrograde wells)
を形成するために、注入において２〜３ミリオン電子ボ
ルト（ＭｅＶ）を必要とする。一方、浅いジャンクショ
ンでは、1000電子ボルト(１ＫｅＶ）以下の超低エネル
ギーレベル（ＵＬＥ）を必要とするだけである。
【０００５】一般的なイオン注入装置は、次の３つのセ
クション及びサブシステムを含む。 (a) イオンビームを出力するためのイオン源、(b) イオ
ンビームを質量分析するための質量分析磁石を含むビー
ムライン、(c) イオンビームによって注入されるべき
半導体ウエハまたは他の基板を含むターゲット室、
【０００６】イオン注入装置のイオン源は、一般的に、
イオン源室内でイオン源ガスまたは気化物質をイオン化
することによりイオンビームを発生し、イオン源ガスの
成分は、所望のドーパント要素であり、かつイオンビー
ムの形でイオン化ガスを引き出す。
【０００７】ビームラインに沿ってかつターゲット室内
に配置されたイオン注入装置の内部部品は、連続作業の
工程中に、イオン注入されるイオン種によって汚染され
る。汚染されやすい構成部品は、イオンビームが処理中
に衝突する部材である。ビームラインに沿う構成部品
は、汚染されやすく、これには、質量分析磁石内のスト
ライクプレート(strike plate)、加速電極、分析開口、
およびプラズマフラッド(plasma flood) 部品を含む。
少なくとも、高電流イオン注入装置のターゲット室で
は、ターゲットウエハがアルミニウム製ディスクの周囲
に配置されている。このディスクは、イオンビームがウ
エハの全表面にイオンを注入するように、固定のイオン
ビームに対して回転運動と並進移動を共に行なう。その
結果、ウエハによって覆われないディスク部分は、ドー
パント用のイオン種で汚染されるようになる。
【０００８】イオン注入装置は、種々の処理方法を用い
て操作されるので、種々のタイプのイオン源ガスがイオ
ン源に流れ込んで、所望のドーパントイオンのイオン種
からなるイオンビームが作られる。しかし、ターゲット
ディスク（または他のビームライン構成要素）は、前の
処理工程中にイオン種の注入またはスパッタリングによ
って汚染される場合(例えば、１つのイオン種としてリ
ンが含まれる）、後の処理工程（例えば、1つには、砒
素を含む）により、この相互汚染によって逆の影響が生
じることがある。
【０００９】例えば、アルミニウムのディスク表面また
はビームライン構成要素の表面上にスパッタされ、また
は注入されたリンは、処理中の汚染の結果により生じ
る、後に続く砒素のイオンビームによって除去すること
ができる。
【００１０】イオン注入装置の内側部分を洗浄するため
に、連続的な注入処理工程間で、フッ素等の反応性イオ
ン種（反応種）からなるイオンビームを発生させること
が知られている(例えば、ブレイク(Blake)に付与された
米国特許第５５５４８５４号を見よ）。しかし、ブレイ
クは、このような洗浄を実行するためにイオン化したフ
ッ素を用いることを提案しているが、イオンビームは、
注入装置を介して運ばれるようにイオン化(正に）され
なければならない。ブレイクの装置は、イオン注入装置
の内側構成要素を洗浄するための中性原子の反応種(rea
ctive species)を用いることを示唆するものではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明は、表面を洗浄して汚染を取り除くようにし
た装置および方法を提供することを目的としている。
【００１２】また、本発明の更なる目的は、洗浄ガスの
反応性の中性原子基(neutral atomic radicals)を発生
するために、イオンビームを用いてイオン注入装置の内
側構成要素を洗浄するための装置及び方法を提供するこ
とである。また、別の目的は、シリコン被膜または被膜
されていないイオン注入装置の内側構成要素のいずれに
おいても洗浄に用いるための装置および方法を提供する
ことである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明
の方法および装置は、真空室の表面からの汚染物質を洗
浄するためのものであり、(a)反応種(例えば、フッ素）
の構成要素を有するイオンビームを発生し、(b)このイ
オンビームを洗浄される表面に向けて指向し、(c) イオ
ンビームが中和ガスの分子と衝突し、イオンビームと中
和ガス分子との間の電荷交換の反応の結果として、反応
種の活性的な反応中性原子のイオンビームを作り出すよ
うな、中和ガス(例えば、キセノン）を洗浄される表面
の近くの真空室内に導入することによってイオンビーム
を中和し、(d)前記反応種の活性的な反応中性原子が汚
染物質と反応して、反応生成物を作ることによって前記
表面を洗浄し、(e)洗浄工程から生じる揮発性の反応生
成物を前記真空室から取り除くための各手段を含んでい
る。
【００１４】この中和ガスは、別の反応種の構成要素を
含み、この中和ガスの分子は、イオンビームと衝突した
際に反応性の原子的な中性原子に分離する。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、参照符号１０で示すイオン注入
装置が開示されており、このイオン注入装置１０は、イ
オン源１２、質量分析磁石１４、ビームラインアセンブ
リ１６、及びターゲット、即ち端部ステーション１８か
ら構成されている。
【００１６】本発明の１つの利用は、図１に示すような
低エネルギーイオン注入装置であり、この装置では、低
エネルギービームが伝播中に拡散(即ち、ブローアッ
プ）する性質により、ビームラインアセンブリ１６は、
その長さが比較的短い。
【００１７】イオン源１２は、プラズマ室２２とイオン
引き出しアセンブリ２４を形成するハウジング２０を含
んでいる。ビームラインアセンブリ１６は、真空ポンプ
２８によって排気される分析ハウジング２６と、プラズ
マフラッド(plasma flood)３８を含むビーム中和器３６
を有する。分析ハウジング２６は、ターミナル開口３
０、分析開口３２、フラグファラデー３４、及び分析ハ
ウジング内に配置されるいくつかのポスト加速器又は他
の電極を含んでいる。ビーム中和器３６は、本発明の一
部を構成していない。
【００１８】ビーム中和器３６の下流側には、端部ステ
ーション１８が設けられ、この端部ステーションは、デ
ィスク形状のウエハ支持ディスク４０を備え、このディ
スク上に、処理されるべきウエハＷが取り付けられる。
ここに使用されるウエハＷは、イオンビームで注入され
るどんな種類の基板も包含されるであろう。
【００１９】エネルギーがイオン化可能なドーパントガ
スまたは気化物質に与えられて、プラズマ室２２内にイ
オンを発生させる。一般的に、正のイオンが発生する
が、本発明では、イオン源によって負のイオンが発生す
るシステムにも利用可能である。複数の電極を含むイオ
ン引き出しアセンブリ２４によってプラズマ室２２に設
けたスリットを介して正のイオンが引き出される。した
がって、イオン引き出しアセンブリは、プラズマ室から
引き出し開口プレート４６を介して正のイオンのビーム
４４を引き出し、さらに、引き出されたイオンを質量分
析磁石１４に向けて加速するように機能する。
【００２０】質量分析磁石１４は、適当な電荷対質量比
のイオンのみをビームラインアセンブリ１６に通過させ
るように機能する。質量分析磁石１４は、湾曲したビー
ム通路４８を含み、この通路は、イオン源１２に接続さ
れたビームガイド、すなわちストライクプレート５０に
よって形成される。この通路の排気は、真空ポンプ２
８，５４によって与えられる。この通路に沿って伝播す
るイオンビーム４４は、質量分析磁石１４によって発生
した磁界によって影響される。
【００２１】磁界は、イオンビーム４４を湾曲したビー
ム通路４８に沿って、第１の、即ち、イオン源に近い入
口軌道５６から第２の、即ち、分析ハウジングに近い出
口軌道５８に移動する。不適当な電荷対質量比を有する
イオンからなるビーム４４の部分４４’と４４”は、湾
曲した軌道から離れて、アルミニウムのビームガイド、
即ち、ストライクプレート５０の壁に向かって偏向す
る。このように、質量分析磁石１４は、ビーム４４内で
所望の電荷対質量比を有するイオンのみをビームライン
アセンブリ１６に通過させる。
【００２２】端部ステーションにあるウエハ支持ディス
ク４０は、モータ６２によって回転する。ディスク形状
の支持ディスク４０は、そこに取り付けられたウエハＷ
を有し、モータ６２によって一定の角速度で回転し、さ
らに、モータ６４及びリードネジ(図示略）によって図
１を貫通する方向に垂直移動する。このように、ウエハ
の全表面は、ある一定の時間でウエハの小さい部分のみ
をカバーする固定のビームによってイオン注入される。
ディスク４０とこれに配置されたウエハは、処理室ハウ
ジング６６内に置かれ、その内部室６７が簡単なポンプ
６８によって排気される。
【００２３】本発明は、分析ハウジング２６内に含まれ
るストライクプレート５０、開口３０、３２、または他
の電極等のイオン注入装置１０の構成要素、また、通常
作業時にイオンビームと接触するようになるプラズマフ
ラッド３８またはウエハ支持ディスクの構成要素におけ
るそれぞれの内部表面を洗浄するのに使用することがで
きる。
【００２４】本発明は、(i)フッ素等の反応性のイオン
種（反応種）を用いてイオンビームを発生し、そして、
キセノン等の不活性イオン種を用いて、イオンビームが
当たる洗浄される表面の領域の近くで、イオンビームを
中和する。(ii) 原初の、ＮＦ3等の洗浄ガスを、イオン
ビームが当たる洗浄される表面の領域近くに導き、そし
て、このガスを、キセノン等の不活性イオン種から発生
したイオンビームを用いて分離する。いずれの方法を用
いても、フッ素等の反応性の中性原子基が発生して、所
望のイオン注入装置の構成要素の表面を洗浄する。
【００２５】本発明は、下記で説明するように、イオン
注入装置１０における種々の場所で実行されるが、ウエ
ハ支持ディスク４０での実行は、図面およびこの明細書
において十分に説明される。ウエハ支持ディスク４０
(図２ないし図４を参照）は、イオン注入工程中アルミ
ニウム表面の汚染の量を減少させるために、アルミニウ
ムまたはシリコン被膜したアルミニウムのいずれかで作
られる。
【００２６】本発明は、イオンビームと相互に作用し合
うガス供給源７０の形で具体化されており、イオンビー
ムを用いて、被覆されないディスク(図４）のアルミニ
ウム表面を洗浄するか、または、シリコン層(図２およ
び図３）内に注入されるいかなる汚染物質も除去できる
ように、シリコン被膜されたディスクから有限のシリコ
ン層を制御しながら取り除くかのいずれかを行なう。こ
こで使用される用語「侵食」、「洗浄」、「エッチン
グ」、「取り除く」及び「脱着」等は、全て、ウエハ支
持ディスク４０等の表面から汚染物質を選択的に取り除
くことを意味する。
【００２７】ガス供給源７０は、ディスク４０を洗浄す
るために選択された機構に依存して、フッ素等の反応性
要素を含むガス、またはキセノンやアルゴン等の不活性
ガスを蓄える。このガスは、処理室ハウジング６６の内
部室６７に供給される。ガスの入口手段の一例は、高い
アスペクト比(長さ対直径）を有する、長くて薄いガス
入口管７２によって与えられる。供給源７０からこの入
口管７２までのガス流は、制御装置７４によって監視さ
れかつその流量が決められる。
【００２８】入口管７２を介して処理室内に入るガスの
流れは、処理室ハウジング６６を貫通する長手軸線７６
（図５参照）を有する。この軸線７６は、処理室ハウジ
ングに設けた入口８０を貫通するイオンビームの軌道５
８と点７８で交差する。洗浄されるイオン注入装置の構
成要素の場所近くの供給源７０からガスを導入すること
により、ガス流の速度は、最小化され、同時に、排気さ
れた処理室６７内の低圧の周囲領域８４内に、高圧（お
よびガス集中）の局部的領域８２を残す。入口管７２か
らのガス流の発散は、入口管のアスペクト比が増加する
に従って減少する。その結果、局所領域８２にある高い
ガス流の集中により、イオンビームと衝突する反応性の
原子をより多く生じる。
【００２９】本発明により与えられる洗浄機構は、２つ
の機構のいずれかを用いて、フッ素等の洗浄ガスによる
反応性の原子的なイオン種の高集中を作り出す。第１の
反応性の原子的なイオン種は、例えば、ＮＦ3，ＢＦ3，
ＸeＦ2，ＣＦ4，SiＦ4，Ｃ2Ｆ6等の供給源ガスから供給
源１２で発生し、さらに処理室の入口８０を通って指向
される、フッ素のイオンビームを用いることによって作
り出すことができる。
【００３０】イオン可能なイオンビームは、入口管７２
と通るキセノン等の不活性の中和ガスを噴射することに
よって中和される。キセノンは、ウエハ上にある半導体
素子に対して害にならず、かつイオンビームと衝突する
ための電位を高める大きな電荷交換断面積を有するので
好ましい。これにより、活性的で、反応性を有するフッ
素の中性原子が、中和ガス分子と活性イオンビームとの
間に電荷交換反応(charge-exchange reactions)を作り
出す。
【００３１】この第１の洗浄機構のサブセットとして、
中和ガスは、上記した一覧のイオン源ガスの１つから選
択することができる。中和ガスとして反応性成分（例え
ば、フッ素）を含むガスを用いると、イオンビームと衝
突することによってもたらされる分子の分離の結果、中
和ガス自体が反応的となる付加的な利点が与えられる。
【００３２】これとは別に、非反応性でエネルギーのあ
る(energetic non-reactive)イオンビーム(例えば、キ
セノン）は、イオン源において発生し、さらに，処理室
の入口８０を介して指向することができる。このイオン
ビームは、衝突するために使用され、そのために、入口
管を通して導かれるＮＦ3等の反応性成分を含む洗浄ガ
スを分離する。ガスとイオンビームが衝突することから
生じる衝突による副産物は、活性的な、反応性のフッ素
の中性原子の供給を作り出す。
【００３３】この代替的な洗浄機構のサブセットとし
て、高い粘着係数を有する洗浄ガスは、入口管７２を通
って導かれ、そして、ディスク４０の表面上に集めら
れ、この表面内に吸収される。この非反応性でエネルギ
ーのあるイオンビームに吸収された分子の化学的結合を
破壊するために使用することができる。これにより、表
面に固着するガス分子を分離して、反応性の中性原子を
作り出す。このような分離の例は、不活性の非反応的な
ＣＦ4分子を破壊してＣＦ3，ＣＦ2，ＣＦ，及びＦ原子
にする。（フッ素は、ＮＦ3，ＢＦ3，ＸeＦ2，S iＦ4，
Ｃ2Ｆ6ガスの形で供給することができる。）
【００３４】これらの反応性原子基(reactive radical
s)は、表面から脱着し、そしてポンピングによって取り
除かれる揮発性の副産物を形成するために汚染物質と続
いて反応する。この表面の化学的反応と副産物の脱着の
両方は、イオンビームによって与えられたエネルギーに
よって加速される。リンの汚染物質を取り除く場合、反
応副産物は、容易に排出できる揮発性のフツ化リン(pho
sphorous fluorides)となるであろう。
【００３５】本発明によって与えられる洗浄機構は、イ
オン注入装置の被覆されていない(例えば、アルミニウ
ム製の）内部要素あるいは被覆された(例えば、シリコ
ン被膜）を洗浄するために用いられる。また、イオンビ
ームは、洗浄される内部構成要素により、固定式または
走査式のいずれであっても良い。さらに、供給源７０か
らのガスは、洗浄される内部構成要素により、イオン注
入装置１０に沿う種々の場所に導くことができる。上述
した両方の機構に用いられる洗浄ガスは、フッ素である
が、他の洗浄ガス(例えば、塩素ガス）も考えられる。
【００３６】本発明の洗浄機構は、他のイオン注入装置
の構成要素にも利用できるが、ここでは、シリコン被膜
の支持ディスク４０の洗浄に関して固定式のイオンビー
ムを用いた場合について、以下に詳述する。ここに記載
した機構は、上述の第２の洗浄機構である。即ち、イオ
ン源１２で発生し、処理室の入口８０を介して指向され
る非反応性でエネルギーのあるイオンビーム(例えば、
キセノン）を用い、また、入口管７２を介して導かれる
ＮＦ3等の反応性成分を含む洗浄ガスを分離するための
イオンビームを用いている。
【００３７】図２に示すように、支持ディスク４０は、
アルミニウムからなるほぼ円形部材であり、この場合、
ウエハＷが保持できるようにわずかに持ち上がった１３
個のワーク受け台８６を有する。図２に示すように、ウ
エハＷは、支持ディスク上に位置決めされていない。ク
ランプピン８８とストップ９０がディスク上でウエハと
噛み合い位置にある。ディスクの流れスロット９２は、
イオンビームの一部が分析されるべきディスクを貫通で
きるようにし、また、チャージセンサ９４は、ウエハの
チャージングに関する情報を与える。
【００３８】図３に示すように、ウエハ支持ディスク４
０は、シリコンの層９８で被覆されている。このシリコ
ンは、ウエハが配置されるワーク受け台８６と隣接する
ワーク受け台の間およびその回りのディスク部分を除い
たディスク全体を被覆する。シリコンの層９８は、プラ
ズマ強化型の化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって付着さ
れる。
【００３９】アメリカ合衆国、マサチューセッツ、バー
リングトンのサーメット社は、このようなＰＥＣＶＤシ
リコン被膜を提供する企業である。プラズマまたは火炎
溶射によるシリコンの被膜では、予想できないエッチン
グ特性を有するかなりざらざらした表面を与えるのに対
して、ＰＥＣＶＤによるシリコンの被膜では、予想可能
なエッチング速度を示す祖粒構造において、同種均質な
表面を与えることができる。好ましくは、祖粒の寸法
は、十分に細かくかつ十分に高密度であり、Ｒa＝0.2〜
0.4ミクロン(μｍ）の表面あらさを与えて、その結果、
予想可能な均一性と繰り返し可能なシリコンの除去を確
実にする。
【００４０】ディスク４０の表面に約２５ミクロンの厚
さを有する層が形成されるように、シリコン被膜が付着
する。この厚さは、かなりのものであるが、ディスク４
０上に形成される層は、これと異なる厚さであってもよ
い。シリコン層の選択された厚さは、通常の作業時間で
本発明の洗浄装置および方法を用いて、均一に除去する
ことができることが予想される。
【００４１】イオン注入中に、ワーク受け台６８に配置
されたウエハと、隣接するワーク受け台の間およびその
回りのディスク部分１００の両方が、ドーパントイオン
でイオン注入される。ウエハが配置された外側のディス
ク部分１００内に注入されたイオンは、後に続く注入に
おいて汚染問題を呈することになる。
【００４２】注入されたイオン(例えば、ボロンまたは
リン）は、約1000オングストロームまたは0．1ミクロン
までの厚さでディスク部分１００に注入される。しか
し、約５００オングストローム（0.05μｍ）だけシリコ
ン層を除去することにより、注入されたイオン種の大部
分がディスク４０から取り除かれることがわかってき
た。シリコン層９８は、約２５ミクロン（一般的に、１
８〜３５ミクロンの範囲内）の元の厚さを有するので、
理論的に、ディスク４０は、シリコン層９８の全体がエ
ッチングで取り除かれる前に、５００回まで剥ぎ取るこ
とができる。
【００４３】供給源７０で使用される好ましいガスは、
例えば、ＮＦ3，ＢＦ3，ＣＦ4，またはＣ2Ｆ6等のガス
が商業的に利用可能である。また、硫黄の汚染物質が増
加しないように抑えることが望ましいが、ＳＦ6の使用
も可能である。また、Ｆ2は、別に可能なフッ素源であ
り、このような形式も取り扱いの困難性を小さくする。
【００４４】好ましい実施形態では、フッ素含有ガス
が、供給源７０に貯えられ、そして、処理室６７に導か
れる非反応性のガスである。強力な非反応性のイオンビ
ーム(例えば、キセノンまたはアルゴン）がフッ素含有
ガスに衝突して、プラズマ、または他の分離した反応性
のフッ素原子基(atomic fluorine radicals)を有する供
給源のいずれかを作り出す。フッ素含有ガスが、反応性
のフッ素原子基に分離されると、プラズマ内で反応性の
フッ素原子基がシリコン層９８の部分と反応し、そして
このシリコン層を消滅させる。
【００４５】ダミーウエハＤＷが、ワーク受け台８６上
に設けられ、その結果、ディスク４０のウエハ支持部分
は汚染されていないことから洗浄されない。こうして、
ワーク受け台８６の間とその回りのディスク部分１００
だけが、シリコン除去処理を受ける。非反応性のイオン
ビームは、固定式のままで、ディスク４０が、回転しか
つ垂直に移動するので、ディスク部分１００の全体が、
シリコン除去を成し遂げるためにプラズマ内の反応性の
原子種にさらされる。
【００４６】シリコンの制御された除去作業のための機
構は、(a)反応性のフッ素原子基をシリコン表面に吸収
すること、(b)シリコンの表面と反応性のフッ素原子基
と反応させて、フッ化シリコン等の揮発性反応生成物を
形成すること、(c)この反応生成物を脱着させてガス相
に変えること、の３つのステップ工程を有すると考えら
れる。さらに、反応生成物は、揮発性でありかつガス状
のものであるので、これらは、排気ポンプ６８によって
処理室６７から連続的に取り除かれる。
【００４７】被膜のないアルミニウムディスク（図４）
の場合、リンのイオンビームを用いて前工程でイオン注
入した結果として、リン（P)等の汚染物質９９がディス
ク上に飛散する。反応性のフッ素原子基とリンが反応し
て、反応生成物(例えば、フッ化リン）を作り出す。こ
れらの揮発性の反応生成物は、排気ポンプ６８によって
処理室６７から連続的に除去される。
【００４８】さらに、被膜されないアルミニウムディス
クの表面で、反応性のフッ素原子基とアルミニウムが反
応して、安定で不活性のフッ化アルミニウム化合物の層
を作り出し、ディスクの表面上に残る。このような層が
形成されると、フッ素原子は、もはやアルミニウム表面
と反応しなくなる。この不活性層は、非揮発性であり、
処理室から排気されない。アルミニウムディスクの表面
の下側で、フッ素原子の反応は起こらない。
【００４９】非イオン化されなかったフッ素原子は、除
去される（図３）またはディスク(図４）から取り除か
れるべきリンの汚染物質９９を有するシリコン層９８の
部分１００と最も良く反応することがわかっている。Ｆ
2、Ｆ＋およびＦ−イオンは、より反応が低くなること
がわかる。反応性のフッ素原子がシリコン層をエッチン
グまたはリンの汚染物質と反応する方法およびその反応
速度は、いくつかの作業パラメータを監視しかつ制御す
ることによって注意深く制御することができる。
【００５０】第１に、タンク７０から処理室６７へのガ
ス流の速度は、反応性のフッ素原子基に分離するのに役
立つガス量を決定するために制御することが可能であ
る。このガス流の速度は、排気ポンプ６８の速度と処理
室の６７の容積が固定されたままであるので、一般的
に、処理室６７の内圧を決定することになる。
【００５１】他のファクターは、洗浄及びエッチングの
方法と速度を決定する。例えば、処理室６７に導かれる
ガスは、アルゴンまたは窒素等の不活性ガスで希釈する
ことにより、分離のために役立つフッ素の量を減少する
ことができる。ガスが処理室内に導入される時の圧力
は、部分的に、分離速度を決定する。また、分離速度を
決定するために、イオンビーム電流、エネルギー、およ
びイオン種の組成が、制御される。さらに、シリコン層
９８または汚染物質９９が反応性のフッ素原子にさらさ
れる間の所要時間が制御される。この露出時間と関連さ
せて、ディスク４０の回転及び並進速度を制御可能に変
えることができる。
【００５２】総合的な制御装置１０２または個別の制御
装置を用いて、これらのいくつかまたは全てのパラメー
タを監視しかつ制御して、シリコン層９８のエッチング
速度または汚染物質９９の除去を正確に制御する。発光
分光学（ＯＥＳ）装置を用いて、処理室ハウジング６６
内のディスクの表面に存在するガスの構成要素を監視す
る。例えば、リンの汚染物質が被覆されたディスク(図
３）または被覆されないディスク(図４）のシリコン層
９８にある場合、作り出された反応生成物は、フッ化リ
ン(例えば、ＰＦ、ＰＦ2、またはＰＦ3）の族の中にあ
る。
【００５３】監視工程のある時点では、リンの汚染物質
の大部分が、シリコン層９８またはディスク表面からの
いずれかにより取り除かれることを示すフッ化リンの量
は、低下するであろう。このように、洗浄工程は、フッ
化リンのレベルが、上述のレベルに以下に降下した時に
処理が完了できるように、最適化される。
【００５４】本発明は、上記に一実施形態として詳述し
てきたが、非反応性でエネルギーのある(energetic non
-reactive)のイオンビーム(例えば、キセノン）が反応
性成分(例えば、フッ素）を含む不活性ガスと衝突し
て、反応性のフッ素原子基を作り出す。また、本発明
は、反応性でエネルギーのある(energetic reactive)の
イオンビーム(例えば、フッ素）を用いて、これが不活
性ガス(例えば、キセノン）または反応性成分を含む不
活性ガスと衝突して、同じ反応性のフッ素原子基を作り
出すことも意図している。
【００５５】さらに、本発明は、イオン注入装置の構成
要素（ディスク４０）が固定式のイオンビームに関して
移動する上述した実施形態として詳細に説明してきた。
また、本発明は、イオン注入装置の固定の構成要素を洗
浄するために走査されるイオンビームを用いることも考
えられる。このような装置において、モータ６４に出力
する制御装置７４は、その代わりにイオンビームの走査
制御機構に出力することになる。
【００５６】例えば、米国特許第５５５４８５４号に示
されているようなビーム走査装置は、質量分析磁石１４
の磁界およびイオンビームの偏向能力を変えるのに使用
される。ガス供給入口７２は、磁石入口、出口、または
キャビティ内の近くに配置することができる。入口７２
に導入されたガスと衝突することによって作り出された
反応性の中性原子は、イオンと異なり、湾曲した軌道を
たどらない。これらの反応性の中性原子は、その代わ
り、イオンが中和する前に通過する方向に配置される洗
浄される表面に当たる。ストライクプレートの広い可変
領域は、磁石キャビティの異なる領域内の圧力を変える
ことによって洗浄することができる。ストライクプレー
トの特定の表面に当たる多数の反応性の中性原子は、磁
石キャビティの異なる領域内の圧力を変えることによっ
て制御することができる。
【００５７】質量分析磁石の下流側の領域に対して、開
口３０および／または３２は、その寸法を変えることが
でき、その結果、走査されるビームは、より大きな表面
領域を洗浄することができる。このように、拡張された
開口は、例えば、プラズマフラッド構成要素を洗浄する
のに利用できる。イオン注入装置の通常に作業中に、寸
法を変更できる開口は、イオンビームの質量分析を高め
るためにより制限的な位置にリセットすることができ
る。このようなイオンビームの走査機構を含む装置にお
いて、ガス供給源７０は、洗浄される構成要素の近くに
配置される。
【００５８】この洗浄機構は、上述したものと同一の構
成とすることができる。例えば、上記で説明したよう
に、質量分析磁石１４内のストライクプレート５０を洗
浄するために、イオンビームは、ストライクプレートを
横切って走査され、また、ガス供給源は、洗浄される表
面の近くに入口を設けるようにしてもよい。同様に、分
析ハウジング２６内の開口または電極が洗浄される場
合、イオンビームは、このような開口及び電極を横切っ
て走査され、またガス供給源は、入口近くに設けるよう
にしてもよい。
【００５９】以上、汚染されたイオン注入装置の構成要
素を選択的にかつ制御した洗浄を行なうための方法及び
装置の好ましい実施形態について説明してきた。しか
し、上述の記載は、一例としてのみ作られたものであ
り、本発明は、ここに記載した特定の実施形態に制限さ
れるものではなく、種々の再構成、修正、置換が、特許
請求の範囲およびこれに等価な構成によって限定される
ものである限り、本発明の範囲から逸脱しないで作るこ
とができることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従って構成された洗浄装置の一
実施形態を包含するイオン注入装置の断面図である。
【図２】２‐２線に沿って見た図１のイオン注入装置に
おけるウエハ支持ディスクの平面図である。
【図３】３‐３線に沿って見た図２のウエハ支持ディス
クにおけるシリコン被膜形式の断面図である。
【図４】３‐３線に沿って見た図２のウエハ支持ディス
クにおける被膜のない形式の断面図である。
【図５】図１のイオン注入装置の一部拡大詳細図であ
る。
【符号の説明】
１０ イオン注入装置 １２ イオン源 １４ 質量分析磁石 １６ ビームラインアセンブリ １８ 端部ステーション ２２ プラズマ室 ２４ イオン引き出しアセンブリ ２６ 分析ハウジング ３６ ビーム中和器 ４０ ウエハ支持ディスク ４４ イオンビーム ６７ 処理室 ６８ ワーク受け台 ７０ 供給源(洗浄ガス） ７４ 制御装置 １００ ディスク部分(洗浄される表面）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ピーター ミルティアディス コパリディ ス アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02474 アーリントン アパートメント ６ アリゾナ テラス 19 (72)発明者 ブリアン スコット フリーア アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02155 メドフォード ナンバー４ スト ラスモア ロード 11

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空室の表面から汚染物質を洗浄する方法
    であって、 (a)反応種の構成要素を有するイオンビーム（44）を発
    生し、 (b)このイオンビームを洗浄される表面（100）に向けて
    指向し、 (c)イオンビーム（44）が中和ガスの分子と衝突し、イ
    オンビームと中和ガス分子との間の電荷交換反応の結果
    として、反応種の活性的な反応中性原子のイオンビーム
    を作り出すような中和ガス（7 0）を、真空室内の洗浄
    される表面の近くに導くことによってイオンビームを中
    和し、 (d)前記反応種の活性的な反応中性原子が汚染物質と反
    応して、反応生成物を作ることによって前記表面（10
    0）を洗浄し、 (e)洗浄工程から生じる揮発性の反応生成物を前記真空
    室から取り除く各工程を含むことを特徴とする洗浄方
    法。
  2. 【請求項２】反応種が、フッ素であることを特徴とする
    請求項１記載の洗浄方法。
  3. 【請求項３】中和ガス（70）が不活性であることを特徴
    とする請求項１記載の洗浄方法。
  4. 【請求項４】不活性な中和ガス（70）は、キセノンであ
    ることを特徴とする請求項３記載の洗浄方法。
  5. 【請求項５】中和ガス（70）は、前記中和ガスの分子が
    イオンビーム（44）と衝突して反応性の中性原子に分離
    されるような、別の反応種の構成要素を含むことを特徴
    とする請求項１記載の洗浄方法。
  6. 【請求項６】別の反応種の構成要素は、フッ素であるこ
    とを特徴とする請求項５記載の洗浄方法。
  7. 【請求項７】真空室は、イオン注入処理室（67）であ
    り、洗浄される表面（100）は、ウエハを支持するディ
    スク（40）であることを特徴とする請求項１記載の洗浄
    方法。
  8. 【請求項８】洗浄される表面（100）は、アルミニウム
    であることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
  9. 【請求項９】アルミニウムの前記表面は、シリコン被膜
    されていることを特徴とする請求項８記載の洗浄方法。
  10. 【請求項１０】汚染物質は、リンであることを特徴とす
    る請求項１記載の洗浄方法。
  11. 【請求項１１】イオンビーム（44）は、洗浄される表面
    （100）を横切って走査されることを特徴とする請求項
    １記載の洗浄方法。
  12. 【請求項１２】真空室の表面から汚染物質を洗浄する装
    置であって、 (a)反応種の構成要素を有するイオンビーム（44）を発
    生するためのイオン源（12）と、 (b)イオン源からのイオンビームを引き出し、さらに、
    このイオンビームを洗浄される表面（100）に向けて指
    向するための引き出しアセンブリ（24）と、 (c)イオンビーム（44）と中和ガスの分子との衝突によ
    りイオンビームを中和するために、イオンビームと中和
    ガス分子との間の電荷交換反応の結果として、反応種の
    活性的な反応中性原子のイオンビームが作り出されて、
    前記洗浄される表面上で汚染物質と反応し、反応生成物
    を作り出すように、真空室内の洗浄される表面の近くに
    中和ガス（70）を導くための供給源と、 (d)洗浄工程から生じる揮発性の反応生成物を前記真空
    室から取り除くための手段（68）とを含むことを特徴と
    する洗浄装置。
  13. 【請求項１３】反応種が、フッ素であることを特徴とす
    る請求項１２記載の洗浄装置。
  14. 【請求項１４】中和ガス（70）が不活性であることを特
    徴とする請求項１２記載の洗浄装置。
  15. 【請求項１５】不活性な中和ガス（70）は、キセノンで
    あることを特徴とする請求項１４記載の洗浄装置。
  16. 【請求項１６】中和ガス（70）は、前記中和ガスの分子
    がイオンビーム（44）と衝突して反応性の中性原子に分
    離されるような、別の反応種の構成要素を含むことを特
    徴とする請求項１２記載の洗浄装置。
  17. 【請求項１７】別の反応種の構成要素は、フッ素である
    ことを特徴とする請求項１６記載の洗浄装置。
  18. 【請求項１８】真空室は、イオン注入処理室（67）であ
    り、洗浄される表面（100）は、ウエハを支持するディ
    スク（40）であることを特徴とする請求項１２記載の洗
    浄装置。
  19. 【請求項１９】洗浄される表面（100）は、アルミニウ
    ムであることを特徴とする請求項１２記載の洗浄装置。
  20. 【請求項２０】アルミニウムの前記表面は、シリコン被
    膜されていることを特徴とする請求項１９記載の洗浄装
    置。
  21. 【請求項２１】汚染物質は、リンであることを特徴とす
    る請求項１２記載の洗浄装置。
  22. 【請求項２２】洗浄される表面（100）を横切ってイオ
    ンビームを走査するためのラスタ制御機構を更に含んで
    いることを特徴とする請求項１２記載の洗浄装置。
  23. 【請求項２３】前記中和ガス（70）の供給が、高アスペ
    クト(長さ対直径）比を有するガスの入口管（72）によ
    って真空室内に導入されることを特徴とする請求項１２
    記載の洗浄装置。
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