JP2004063194A

JP2004063194A - 異常放電検知装置

Info

Publication number: JP2004063194A
Application number: JP2002218059A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Noguchi; 野口　利彦; Kazuhisa Nishitsuji; 西辻　和央; Naomitsu Fujishita; 藤下　直光; Tomoyuki Kanda; 神田　智幸; Tatsuo Mizuno; 水野　達夫
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】異常放電の発生を確実に検出することが可能な異常放電検知装置を提供する。
【解決手段】このイオン注入機は、交流電圧を全波整流して直流電圧を生成しサプレッサ電極１に印加するサプレッサ電源３と、サプレッサ電源３の出力電圧を所定周期でサンプリングし、サンプリングした直流電圧が所定のしきい値電圧を超えたことに応じて異常検出信号φ５を活性化レベルの「Ｈ」レベルにするＤＭリレー５とを備える。したがって、異常放電が発生した場合は直流電圧が上昇した後に元に戻るので、それを検出することによって異常放電の発生を確実に検知することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は異常放電検知装置に関し、特に、低圧容器内に設けられた電極で異常放電が発生したことを検知する異常放電検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の半導体製造装置のイオン注入機の要部を示すブロック図である。図６において、このイオン注入機では、イオンビームＩＢは円筒状のサプレッサ電極５１内を通過してターゲット５２に照射される。サプレッサ電極５１およびターゲット５２は真空容器内に配置されている。サプレッサ電源５３は、サプレッサ電極５１に負電圧を印加する。イオン注入中にターゲット５２から放出された２次電子は、サプレッサ電極５１からの電界によってターゲット５２側に戻される。
【０００３】
サプレッサ電極５１で異常放電が発生すると、サプレッサ電源５３の出力電圧が小さくなる。ＡＭ（アナログメータ）リレー５４は、サプレッサ電源５３の出力電圧が所定値以下になったことに応じて、異常検出信号φ５４を活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。制御装置（図示せず）は、異常検出信号φ５４が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされたことに応じて、イオン注入を停止する。
【０００４】
サプレッサ電極５１で異常放電が発生したときにイオン注入を停止させるのは、異常放電による熱エネルギによってアルミニウム製のサプレッサ電極５１の一部が溶融し、発生した異物がターゲット５２に付着し、不良品が発生してしまうからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のイオン注入機では、異常放電によるサプレッサ電源５３の出力電圧の減少時間が１０ｍｓ程度と短いので、応答速度が数百ｍｓ程度（５０Ｖの減少を検出する場合）のＡＭリレー５４で異常放電を検知することは容易でなかった。
【０００６】
このため、イオン注入の終了後に別の検査装置でターゲット５２に異物が付着しているかどうかを抜取り検査することが必要になっていた。また、抜取り検査によって異物が付着したターゲット５２が発見された場合は、そのターゲット５２と同じ条件でイオン注入された全ターゲット５２を検査しなければならず、検査工数が莫大になるという問題があった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、異常放電の発生を確実に検知することが可能な異常放電検知装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る異常放電検知装置は、低圧容器内に設けられた電極で異常放電が発生したことを検知する異常放電検知装置であって、交流電圧を全波整流して直流電圧を生成し、その直流電圧を電極に印加する直流電源と、直流電圧を予め定められた周期でサンプリングするサンプリング回路と、サンプリング回路によってサンプリングされた直流電圧が予め定められたしきい値電圧を超えたことに応じて、電極で異常放電が発生したと判定する判定回路とを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、さらに、直流電圧を分圧してモニタ電圧を生成する分圧回路が設けられる。サンプリング回路は、直流電圧の代わりにモニタ電圧をサンプリングする。
【００１０】
また好ましくは、判定回路のしきい値電圧および分圧回路の分圧比は変更可能になっている。
【００１１】
また好ましくは、判定回路は、電極で異常放電が発生したことに応じて直流電源を非活性化させる。
【００１２】
また好ましくは、電極は、イオンビーム照射装置においてターゲットから放出された２次電子をターゲット側に戻すためのサプレッサ電極である。直流電圧は負極性である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体製造装置のイオン注入機の要部を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、このイオン注入機では、イオンビームＩＢは円筒状のサプレッサ電極１内を通過してターゲット２に照射される。サプレッサ電源３は、サプレッサ電極１に負電圧を印加する。サプレッサ電極１およびターゲット２は、真空容器内に配置されている。イオン注入中にターゲット２から放出された２次電子は、サプレッサ電極１からの電界によってターゲット２側に戻される。
【００１５】
サプレッサ電極１で異常放電が発生すると、サプレッサ電源３の出力電圧が小さくなる。ＡＭリレー４は、サプレッサ電源３の出力電圧が所定値以下になったことに応じて、異常検出信号φ４を活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。ＤＭ（デジタルメータ）リレー５は、１０ｍｓ以下の所定周期（たとえば７ｍｓ）でサプレッサ電源３の出力電圧をサンプリングし、サンプリングした電圧が所定値以下であることに応じて、異常検出信号φ５を活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。制御装置（図示せず）は、異常検出信号φ４，φ５のうちの少なくとも１つの信号が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされたことに応じて、イオン注入を停止させる。
【００１６】
このイオン注入機は、サプレッサ電極１で発生した異常放電を確実に検出することができる。以下、その理由について説明する。図２は、図１に示したサプレッサ電源３の要部を示す回路図である。図２において、サプレッサ電源３は、商用周波数６０Ｈｚの交流電圧を変圧して４３０Ｖの交流電圧を出力する交流電源１０と、交流電源１０の出力電圧を全波整流するブリッジ接続された４つのダイオード１１〜１４と、ダイオード１１〜１４で生成された電圧を平滑化する抵抗素子１５およびコンデンサ１６とを含む。負電圧端子Ｔ１はサプレッサ電極１に接続され、基準電圧端子Ｔ２はファラデー部（シールド部）１７に接続される。
【００１７】
４つのダイオード１１〜１４からなる全波整流回路の電流供給能力は、１／６０・２≒８．３３ｍｓごとに０になる。したがって異常放電が発生した場合、図３に示すように、サプレッサ電源３の出力電圧が減少して８．３３ｍｓ以内に放電が消滅する。放電が消滅した後、サプレッサ電源３の出力電圧が回復する速さは、サプレッサ電源３内のＲＣ時定数で決定される。たとえば、抵抗素子１５の抵抗値Ｒを５Ｋオームとし、コンデンサ１６の容量値Ｃを２μＦとすると、Ｒ・Ｃ＝１０ｍｓとなる。この場合は、サプレッサ電源３の出力電圧が、電圧の減少開始から１０ｍｓで回復する。したがって、サプレッサ電源３の出力電圧を１０ｍｓ以下の周期でサンプリングし、サンプリングした電圧が所定のしきい値を超えたことを検出することにより、異常放電の発生を確実に検出することができる。
【００１８】
なお、１０ｍｓ程度の周期で高速にサンプリングすることが可能な回路であれば、ＤＭリレー５以外の回路を用いてもよいことは言うまでもない。
【００１９】
［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態２による半導体製造装置のイオン注入機の要部を示す断面図である。図４において、このイオン注入機では、イオンビームＩＢは、スリット２１、リング状のサプレッサ電極２２およびイオンビーム導入管２３を介してイオン注入室２４に照射される。イオン注入室２４には、イオンビーム導入管２３と直交する方向にターゲット導入管２５が設けられている。ターゲット導入管２５はイオン注入室２４を貫通している。ターゲット導入管２５の両端部には、それぞれ筒状のサプレッサ電極２６，２７が設けられている。
【００２０】
ターゲット（たとえばシリコンウェハ）２９は、アーム２８の先端部にイオンビーム源（図示せず）側に向けて搭載される。アーム２８は、イオン注入室２４、ターゲット導入管２５およびサプレッサ電極２６，２７内をターゲット導入管２５の軸方向に移動可能に設けられている。少なくともサプレッサ電極２２，２６，２７およびターゲット２９の間の空間は真空に保持される。
【００２１】
アーム２８が駆動されてターゲット２９がイオン注入室２４内に配置され、イオンビームＩＢが照射されると、ターゲット２９にイオンが注入される。サプレッサ電極２２，２６，２７にはそれぞれ所定の負電圧Ｖ１（−６００Ｖ），Ｖ２（−１００Ｖ），Ｖ３（−１００Ｖ）が印加される。イオン注入中にターゲット２９から放出された２次電子は、サプレッサ電極２２，２６，２７からの電界によってターゲット２９側に戻される。
【００２２】
図５は、図４に示した負電圧Ｖ１の生成に関連する部分を示す回路ブロック図である。図５において、このイオン注入機は、制御装置３１、スイッチ３２、サプレッサ電源３３、ＡＭリレー３４、分圧回路３５、可変抵抗素子３６、ＤＭリレー３７、およびランプ３８を備える。
【００２３】
制御装置３１は、所定のタイミングでサプレッサ電源３３およびＤＭリレー３７の各々を制御するとともに、ＡＭリレー３４およびＤＭリレー３７からの異常検出信号φ３４，φ３７のうちの少なくとも１つの信号が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされたことに応じてサプレッサ電源３３およびイオンビーム源（図示せず）を非活性化させる。スイッチ３２がオンされた場合は異常放電検出機能は働かず、異常放電が発生した場合でもサプレッサ電源３３およびイオンビーム源は非活性化されない。
【００２４】
サプレッサ電源３３は、制御装置３１によって制御され、６０Ｈｚの商用交流電圧を変圧、全波整流および平滑化して負電圧Ｖ１（−６００Ｖ）を生成し、サプレッサ電極２２に印加する。ＡＭリレー３４は、負電圧Ｖ１が所定値（たとえば−５５０Ｖ）よりも高くなったことに応じて異常検出信号φ３４を活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。ただし、従来技術の欄でも述べたとおり、ＡＭリレー３４の応答速度は遅い。
【００２５】
分圧回路３５は、負電圧Ｖ１（−６００Ｖ）を分圧してモニタ電圧ＶＭ（−４．２Ｖ）を生成し、ＤＭリレー３７に与える。分圧回路３５の分圧比ＶＭ／Ｖ１は、可変抵抗素子３６の抵抗値を変えることによって変更可能になっている。モニタ電圧ＶＭのレベルを変えることによって異常放電の有無の判定のＳＮ比を調整することができる。
【００２６】
ＤＭリレー３７は、制御装置３１によって活性化／非活性化が制御され、分圧回路３５の出力電圧ＶＭを１０ｍｓ以下の所定の周期（たとえば７ｍｓ）でサンプリングし、サンプリングした電圧が許容範囲を外れたことに応じて異常検出信号φ３７を活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。ＶＭの許容範囲の上限値ＶＨ（たとえば−４．０Ｖ）および下限値ＶＬ（たとえば−４．４Ｖ）は外部から印加および変更可能になっている。ランプ３８は、異常検出信号φ３７の活性化レベルの「Ｈ」レベルにされたことに応じて点灯し、３つのサプレッサ電極２２，２６，２７のうちのサプレッサ電極２２で異常放電が発生したことを報知する。
【００２７】
サプレッサ電極２６，２７に印加する負電圧Ｖ２，Ｖ３（−１００Ｖ）も、負電圧Ｖ１と同様に生成、モニタおよび制御される。ただし、Ｖ２，Ｖ３のモニタ電圧ＶＭは、たとえば−２Ｖに設定され、ＶＨ，ＶＬはそれぞれ−１．８Ｖ，−２．２Ｖに設定される。
【００２８】
この実施の形態２でも、ＤＭリレー３７でサプレッサ電源３３の出力電圧を高速でサンプリングし判定するので、サプレッサ電極２２，２６，２７で発生した異常放電を確実に検出することができる。したがって、ターゲット２９の異物検査の工数を削減することができる。
【００２９】
なお、この実施の形態２では、ＤＭリレー３７でモニタ電圧３７が許容範囲を外れたか否かを判定したが、ＤＭリレー３７でサンプリングした電圧が許容範囲を外れたか否かを制御装置３１で判定してもよい。
【００３０】
また、以上の実施の形態１，２では、この発明が半導体製造装置のイオン注入機に適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、イオンビーム分析装置のようなイオンビーム応用装置であればどのような装置にも適用可能であることは言うまでもない。また、イオンビーム応用装置に限らず、交流を全波整流して電極に供給し、異常放電が発生したときに電極の電圧が低下するようないかなる装置にも適用可能である。
【００３１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る異常放電検知装置は、低圧容器内に設けられた電極で異常放電が発生したことを検知するものである。この異常放電検知装置では、交流電圧を全波整流して直流電圧を生成し、その直流電圧を電極に印加する直流電源と、直流電圧を予め定められた周期でサンプリングするサンプリング回路と、サンプリング回路によってサンプリングされた直流電圧が予め定められたしきい値電圧を超えたことに応じて、電極で異常放電が発生したと判定する判定回路とが設けられる。したがって、異常放電が生じた場合は、直流電圧が小さくなって放電が消えた後に直流電圧が元に戻るので、所定周期でサンプリングした直流電圧が予め定められた値を超えたことに応じて異常放電が発生したと判定することにより、異常放電の発生を確実に検知することができる。
【００３３】
好ましくは、さらに、直流電圧を分圧してモニタ電圧を生成する分圧回路が設けられ、サンプリング回路は直流電圧の代わりにモニタ電圧をサンプリングする。この場合は、直流電圧のサンプリングおよび判定を容易に行なうことができる。
【００３４】
また好ましくは、判定回路のしきい値電圧および分圧回路の分圧比は変更可能になっている。この場合は、判定の制度の向上を図ることができる。
【００３５】
また好ましくは、判定回路は、電極で異常放電が発生したことに応じて直流電源を非活性化させる。この場合は、異常放電の熱エネルギによって電極が溶融されることを防止することができる。
【００３６】
また好ましくは、電極は、イオンビームの照射装置においてターゲットから放出された２次電子をターゲット側に戻すためのサプレッサ電極であり、直流電圧は負極性である。この発明は、この場合に特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体製造装置のイオン注入機の要部を示すブロック図である。
【図２】図１に示したサプレッサ電源の構成を示す回路図である。
【図３】図１および図２に示したイオン注入機の動作を示すタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２による半導体製造装置のイオン注入機の要部を示す断面図である。
【図５】図４に示したサプレッサ電極２２に印加する負電圧Ｖ１の生成に関連する部分の構成を示す回路ブロック図である。
【図６】従来の半導体製造装置のイオン注入機の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＩＢ　イオンビーム、１，２２，２６，２７，５３　サプレッサ電極、２，２９，５２　ターゲット、３，３３，５３　サプレッサ電源、４，３４，５４　ＡＭリレー、５，３７　ＤＭリレー、１０　交流電源、１１〜１４　ダイオード、１５　抵抗素子、１６　コンデンサ、１７　ファラデー部、２１　スリット、２３　イオンビーム導入管、２４　イオン注入室、２５　ターゲット導入管、２８アーム、３１　制御装置、３２　スイッチ、３５　分圧回路、３６　可変抵抗素子。

Claims

低圧容器内に設けられた電極で異常放電が発生したことを検知する異常放電検知装置であって、
交流電圧を全波整流して直流電圧を生成し、該直流電圧を前記電極に印加する直流電源、
前記直流電圧を予め定められた周期でサンプリングするサンプリング回路、および
前記サンプリング回路によってサンプリングされた直流電圧が予め定められたしきい値電圧を超えたことに応じて、前記電極で異常放電が発生したと判定する判定回路を備える、異常放電検知装置。
さらに、前記直流電圧を分圧してモニタ電圧を生成する分圧回路を備え、
前記サンプリング回路は、前記直流電圧の代わりに前記モニタ電圧をサンプリングする、請求項１に記載の異常放電検知装置。
前記判定回路のしきい値電圧および前記分圧回路の分圧比は変更可能になっている、請求項２に記載の異常放電検知装置。
前記判定回路は、前記電極で異常放電が発生したことに応じて前記直流電源を非活性化させる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の異常放電検知装置。
前記電極は、イオンビーム照射装置においてターゲットから放出された２次電子をターゲット側に戻すためのサプレッサ電極であり、
前記直流電圧は負極性である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の異常放電検知装置。