JP2020042959A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプヒータやフィラメント等の発熱体を使わずに、広範囲に真空容器壁面を加熱することで、壁面に付着した水成分を飛ばすことのできるイオンビーム照射装置を提供する。【解決手段】装置メンテナンスなどで大気開放した装置を復帰させた後、装置内でターゲット基板を処理するのに先立って、イオンビームの輸送路を成す真空容器３の壁面にイオンビームを走査し加熱することで、壁面に付着した水成分を蒸発させるイオンビーム照射装置。【選択図】図２

Description

真空容器壁面に付着した水成分を蒸発させるエイジング機能を備えたイオンビーム照射装置に関する。

装置メンテナンス時に装置内部を大気開放した際、真空容器壁面には大気中の水成分が付着する。この水成分がイオンビーム照射装置による基板処理時に蒸発すると、基板に照射されるイオンビームに悪影響が及ぼされ、基板処理が不良となりかねない。そこで、イオンビーム照射装置の大気開放後にはじめて行われる基板処理に先立って、真空容器壁面に付着した水成分を飛ばす処理が行われている。この処理はエイジングと呼ばれている。

エイジングでは、特許文献１に述べられているように、真空容器壁面近傍にランプヒータやフィラメント等の発熱体を配置し、同発熱体によって真空容器壁面を加熱して水成分を飛ばすことが行われている。

特開２００８−２４６３８０

しかしながら、特許文献１の手法では、水成分を飛ばしたい真空容器壁面近傍に対して発熱体を設けておかなければならず、対象が広範囲になるほど、数多くの発熱体が必要となり、コスト増となる。また、発熱体の数が増加することで、発熱体の設置、交換等の作業時間も増加する。

この発明は、ランプヒータやフィラメント等の発熱体を使わずに、広範囲に真空容器壁面を加熱して、水成分を飛ばすことのできるイオンビーム照射装置を提供する。

イオンビーム照射装置は、
大気開放後にはじめて行われる基板処理に先立って、
イオンビームを走査して、イオンビームの輸送路を成す真空容器壁面にイオンビームを照射する。

上記構成のイオンビーム照射装置であれば、走査されたイオンビームを真空容器壁面に照射する構成を採用しているので、真空容器壁面を広範囲にエイジングすることが可能となる。しかも、発熱体を用いていないため、発熱体の設置、交換等に要する作業時間が不要となる。

イオンビーム照射装置の一態様としては、
イオン源と、
前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電極系と、
前記引出電極系から引出されたイオンビームを質量分析する分析電磁石を具備し、
前記引出電極系または前記分析電磁石が、前記イオンビームを走査するものであることが望ましい。

引出電極系や分析電磁石は、エイジングだけでなく、通常の基板処理時にも利用されているので、従来の発熱体のようなエイジングのためだけに設けられた特別な部材を必要としない。

エイジングについては、
前記真空容器内の圧力を計測する真空計を具備し、
前記真空計での圧力が所定値以下になるまで、前記イオンビームの走査を継続する構成であることが望ましい。

また、真空計を複数備える場合には、次の構成を採用してもよい。
前記真空計は複数あり、
各真空計での圧力が所定値以下になるまで、前記イオンビームの走査を継続する。

さらに、イオンビームの走査速度については、
前記真空容器内の圧力を計測する真空計を具備し、
前記真空計で計測された圧力に応じて、前記イオンビームの走査速度を変更するようにしてもよい。

走査されたイオンビームを真空容器壁面に照射する構成を採用しているので、真空容器壁面を広範囲にエイジングすることが可能となる。しかも、発熱体を用いていないため、発熱体の設置、交換等に要する作業時間が不要となる。

イオンビーム照射装置の一構成例を示す平面図 イオンビームの走査に係る構成例を示す平面図 イオンビームの照射場所と真空容器内での圧力変動の関係を示す説明図 効率的なエイジングを行うための一構成例についての説明図 効率的なエイジングを行うための別の構成例についての説明図

図１はイオンビーム照射装置１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は周知のイオン注入装置である。以下、この装置の構成を簡単に説明する。

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から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。

処理室６では、ターゲット７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、同方向におけるターゲット７の寸法よりも大きく、ターゲット７を図に描かれる矢印の方向へ往復走査することで、ターゲット７の全面にイオンが注入される。

イオンビームＩＢの輸送路は、真空容器３で覆われていて、ターゲット７が処理されている間、同容器内は真空に保たれている。

装置内部のメンテナンス時に装置内部を大気開放することで、真空容器壁面には水成分が付着する。この水成分の除去にあたって、本発明ではイオンビームを利用する。具体的な構成について、図２で説明する。

まず、アルゴンやネオン等の不活性ガスを用いて、イオンビームを生成する。次に、真空容器３の壁面に付着している水成分の除去を行うために、処理室６に至るイオンビームＩＢの輸送路でイオンビームＩＢを電場あるいは磁場により走査しながら、真空容器３の壁面に照射して、真空容器３の壁面に付着した水成分の除去が行われる。

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、図示される矢印のごとく、広範囲にわたって、イオンビームＩＢを質量分析電磁石内部の真空容器壁面に照射することが可能となる。

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を真空容器壁面に照射することが可能となる。

上述した構成は、電場あるいは磁場を用いてイオンビームを走査して、真空容器壁面に付着した水成分を蒸発させる構成の一態様を述べたものであり、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。

このように、本発明ではイオンビームを走査することで広範囲にわたるエイジングが可能となる。よって、従来技術のような複数の発熱体を使用する必要がなく、発熱体を複数配置することによるコストの増加や数多くの設置、交換作業を省略することができる。

ところで、正弦波や余弦波のような制御波形でイオンビームを走査する構成を採用してもいいが、水成分は真空容器３の全ての壁面にわたって必ずしも均一に付着しているとは限らない。

例えば、図３のようにイオンビームＩＢが照射される場所によって、真空容器内の圧力が変化することが起こり得る。図３（Ａ）には、質量分析電磁石４の磁場Ｂを調整することで、真空容器の特定の場所（Ａ）〜（Ｋ）にイオンビームが照射されているときの様子が描かれている。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に記載のイオンビームの照射位置とそこにイオンビームが照射されているときの圧力の関係を表している。

真空容器壁面における水成分の付着量の違いは、質量分析時に分析された不要イオン成分による真空容器壁面のスパッタリング作用等に起因している。
理由としては、水成分は、スパッタリング作用等によって発生した真空容器壁面の堆積物に付着する傾向があるという点が挙げられる。
このことから、真空容器壁面に不均一に付着している水分を、効率的に蒸発させるという点では、イオンビームを単純な正弦波あるいは余弦波に従って走査するというだけでは不十分と言える。

そこで、水成分の効率的な除去を行うため、図４または図５に示すようにイオンビームの走査を制御することが考えられる。各図とも、図３（Ｂ）に示す場所Ｅ、Ｉの真空容器壁面含まれる水成分量が多く、これらの場所にイオンビームが照射されることで容器内の圧力が高くなるという例を前提にして説明する。

図４の横軸は時間を表し、同図の縦軸（左側）は真空容器内の圧力を表している。また、縦軸（右側）は真空容器内での場所を表している。図中の太線はある時間におけるイオンビームの照射位置を表している。短時間でイオンビームの照射位置が大きく変化する領域ではイオンビームの走査速度は速く、反対に緩やかに変化する領域ではイオンビームの走査速度は遅くなる。

この例では、場所Ｅと場所Ｉにイオンビームが照射されているとき、イオンビームの走査速度を大きく減速して、ゆっくりと時間をかけて該当部位に対するイオンビーム照射を行うようにしている。一方、場所Ｅと場所Ｉ以外の場所では、壁面に付着した水分量が少ないので、イオンビームの照射時間が短くなるよう、イオンビームの走査速度を速くしている。このようにして、イオンビームを走査することで、壁面に付着した水成分の効率的な除去が可能となる。

壁面に付着している水成分量の特定は、次に示す方法を用いてもよい。
例えば、最初は単純な正弦波や余弦波を用いてイオンビームを走査する。この走査の際、真空容器内の圧力変動を記録しておく。そして、その後に行われるイオンビームを走査するときに、記録した圧力変動のデータに応じて、イオンビームを走査する。

また、予め圧力変動の傾向がわかっている場合には、圧力変動を実測することなく、従前に把握している傾向を踏まえてイオンビームを走査するようにしてもいい。

イオンビームの走査速度を遅くした場合、特定の場所にイオンビームが長時間照射される。長時間にわたるイオンビームの照射によって、照射場所の温度が上昇し、熱によって損傷してしまうことが懸念される。
この点を考慮して、イオンビームの照射時間に上限値を設けておき、上限値を超えた場合には、圧力が十分に下がっていなかったとしても、次の場所へのイオンビームの照射が行われるように構成しておくことが望まれる。

エイジングを自動的に行う場合、イオンビームの走査を停止するための何らかの条件が必要となる。この条件については、例えば、１走査間での圧力変動量が基準範囲内に収まっているか、１走査間で計測された圧力値が常に基準値以下であるか等が考えられる。
また、効率的なエイジングを考慮しないのであれば、単にエイジング開始からの経過時間が基準時間以上となった段階で、イオンビームの走査を停止するようにしてもいい。
なお、必ずしもエイジングは自動的に行われる必要はなく、装置のオペレーターが真空容器内の圧力や経過時間をモニターしながら、エイジングの終了可否を判断するようにしてもいい。

図４の構成例では、水分量の多い場所ではイオンビームの走査速度を遅くする構成であったが、同場所においてイオンビームの走査を一時的に停止してもいい。
図５の横軸および縦軸は図４と同一である。イオンビームの走査を一時的に停止して、同じ場所にイオンビームを照射し続けた場合、先に説明した通り、加熱による損傷が起こり得ることから、イオンビームの照射時間については時間的な制限を設けるようにしてもいい。

水成分量を特定するため、最初に単純な正弦波や余弦波でイオンビームを走査させながら、圧力変動をモニターする構成について説明したが、圧力変動を測定しながら、リアルタイムにイオンビームの走査速度を初回の走査から変更するようにしてもいい。

例えば、図５の構成において、圧力の基準値として、走査再開圧力Ｐ１と走査停止圧力Ｐ２とを予め設定しておく。この構成では、イオンビームの走査を行いつつ圧力をモニターして、モニター値が走査停止圧力Ｐ２を超えた段階で、イオンビームの走査を一時的に停止している。その後、モニター値が走査再開圧力Ｐ１を下回った段階で、イオンビームの走査を再開する。
このような手法でも、図４の構成と同様に、水成分の除去を効率的に行うことができる。

また、図５の構成では、イオンビームの走査を停止する前に、イオンビームの位置を進行方向とは逆側へわずかながら後退させている。このようなイオンビーム照射位置の後退は、イオンビームが照射されてから水成分が蒸発することによる圧力変動が測定されるまでに生じるわずかな応答時間の遅れを考慮してのものである。
このような応答時間の遅れによる影響が無視できる程度に小さいものであれば、ここで述べたイオンビームの照射位置の後退を行う必要はない。

圧力変動を測定するための真空計は、エイジングが行われる場所の近傍に配置しておく。真空計の個数は複数でも単数でも構わない。
複数の真空計を使用する場合には、各真空計での測定結果を平均したものを真空計でのモニター値としてもよく、複数の真空計をイオンビームが走査される場所に応じて切替えて使用するようにしてもよい。

他、上述した実施形態では、イオンビーム照射装置としてイオン注入装置を例に説明したが、本発明が適用できるイオンビーム照射装置はイオン注入装置に限られない。例えば、イオンビームエッチング装置や集束イオンビーム装置といった他のイオンビーム照射装置にも、本発明を適用することができる。

上述した実施形態では、引出電極系の電極を一組の電極として、各々の電極に１８０度位相の異なる電圧波形が印加される構成について説明したが、一方の電極の電位を固定し、他方の電極への印加電圧を正弦、余弦等の時間変化する電圧にしてもよい。

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。

ＩＭ イオン注入装置
ＩＢ イオンビーム
１ イオン源
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 ターゲット

Claims (5)

1. 大気開放後の基板処理に先立って、
   イオンビームの輸送路を成す真空容器壁面に、イオンビームを走査するイオンビーム照射装置。
2. イオン源と、
   前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電極系と、
   前記引出電極系から引出されたイオンビームを質量分析する分析電磁石を具備し、
   前記引出電極系または前記分析電磁石が、前記イオンビームを走査する請求項１記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記真空容器内の圧力を計測する真空計を具備し、
   前記真空計での圧力が所定値以下になるまで、前記イオンビームの走査を継続する請求項１または２記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記真空計は複数あり、
   各真空計での圧力が所定値以下になるまで、前記イオンビームの走査を継続する請求項１または２記載のイオンビーム照射装置。
5. 前記真空容器内の圧力を計測する真空計を具備し、
   前記真空計で計測された圧力に応じて、前記イオンビームの走査速度を変更する請求項１または２記載のイオンビーム照射装置。