JP2821751B2 - イオン注入装置のクリーニング方法 - Google Patents

イオン注入装置のクリーニング方法

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JP2821751B2 JP63308573A JP30857388A JP2821751B2 JP 2821751 B2 JP2821751 B2 JP 2821751B2 JP 63308573 A JP63308573 A JP 63308573A JP 30857388 A JP30857388 A JP 30857388A JP 2821751 B2 JP2821751 B2 JP 2821751B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はイオン源クリーニング方法及びイオン注入装
置のクリーニング方法に関する。
(従来の技術) イオン源例えばイオン注入装置のイオン源は、チャン
バー内のイオン源のフィラメントに通電し、フィラメン
トの加熱により放出される熱電子が、チャンバー内に導
入したガスをプラズマ化、このプラズマ中のイオンを取
り出し、ウエハに対するイオン注入を実行している。こ
こで、イオン注入実行中にイオン注入用の原稿等による
汚れがイオン発生チャンバーや引出し電極等に付着し電
極間放電が発生するため、イオン源を定期的に洗浄する
必要がある。このためイオン源を装置より取り出し分解
し、手作業で、汚染部をヤスリや、高圧によるサンドブ
ラストにより削り取って清掃していた。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、イオン源のクリーニングは600℃程に
高温になつているイオン源を十分に冷却した後イオン源
をイオン注入装置から取り出し、分解・清掃を行い、再
組み立てし、再びイオン注入装置にセットし、動作確認
等を行う一連のクリーニング作業が行われている。この
ため1回のクリーニング作業は長時間を要し、また、ク
リーニングを行う周期は4〜5日間の短い間隔で行われ
る。また、その都度、長時間の作業時間を要するための
装置の稼働率が下がり生産性が低下する問題があった。
また、イオン注入に使用する原料、例えばAsH3ガス等は
有毒物で有るためこれらの生成物等が付着したイオン源
のクリーニング作業は危険が伴うため安全面での細心の
注意を必要としている。この発明は上記点を改善するた
めに成されたもので、イオン源電極等の汚れや付着物等
のクリーニングを、イオン源を装置から取り外すことな
く短時間で安全に行えるイオン源クリーニング方法を提
供しようとするものである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 請求項1の発明によれば、イオンの注入を行う工程以
外の工程に、三フッ化塩素ガス(ClF3)を用いたドライ
エッチング洗浄工程を組み込んだことを特徴とする。請
求項2の発明によれば、少なくとも2回以上のイオン注
入工程を実施した後に三フッ化塩素ガス(ClF3)を用い
たドライエッチング洗浄工程を組み込んだことを特徴と
する。請求項3の発明によれば、前記三フッ化塩素ガス
(ClF3)の濃度が、不活性ガスにより、10%以上に希釈
されているとともに、処理室内の温度は100℃以上であ
ることを特徴とする。
(作用) 三フッ化塩素ガス(ClF3)は、プラズマレスで、しか
も低濃度でドライエッチングが可能であり、他の物質を
フッ素化する能力が極めて高いため、上記ガスを用いて
イオン源をドライエッチングすることにより、イオン源
を装置から取り外す事なく短時間に安全にクリーニング
する事ができる。
(実施例) 以下本発明イオン源クリーニング方法をイオン注入装
置に適用した一実施例について図面を参照して説明す
る。
まず、イオン源の構成について説明する。
イオンソース部(1)内のイオン源(2)はイオン源
を取り出す為の取っ手(3)を設けたフランジ(4)
に、平行に離間配置した4本の支持棒4(5)によっ
て、アークチャンバー(6)を固定している。この、ア
ークチャンバー(6)は例えばモリブデン製で、イオン
の通過口を形成する開口部(7)が設けられ、かつ、そ
の中にはインシュレータ(8)によつて両端を絶縁して
アークチャンバー(6)に支持された例えばタングステ
ンから成るフィラメント(9)が設けられている。この
フィラメント(9)に通電するため、上記フィラメント
(9)の両端は電極ロッド(10)に電気的接続例えば、
各々ネジ止め固定されている。この電極ロッド(10)は
その端部がフランジ(4)に絶縁支持されている。ま
た、上記電極ロッド(10)の上記フランジ(4)の取っ
手(3)側の突出部はボルトにより大電流例えば50〜15
0アンペアを流すことができる図示しない端子可能とな
っている。また、上記アークチャンバー(6)の前方に
はアークチャバー(6)内のイオンを引き出すための例
えばカーボングラファイトから成る引出し電極(12)が
所定の間隔例えば10〜15mm程度離間して設けられてい
る。そして、この引出し電極(12)の前方には、引出し
電極(12)により引出されたイオンを加速するための例
えばカーボングラファイトから成る加速電極(13)が設
けられ、この加速電極(13)で加速されたイオンビーム
の発散を防ぐ為の例えばアルミ製のグランド電極(14)
が設けられている。そして、アークチャンバー(6)と
引出し電極(12)との間には高圧の引出し電源(15)が
例えばアークチャンバー(6)側をプラス(+)として
60KVの直流電圧が印可できるが如く設けられている。ま
た、引出し電極(12)とグランドとの間に加速電源(1
6)が例えば引出し電極(12)側をプラス(+)として6
0KVの直流電圧が印可できるが如く設けられている。即
ちアークチャンバー(6)にはグランドからみると引出
し電極(15)と加速電源(16)が加算された電圧例えば
60+60=120KVの電圧が印可できるが如く配置されてい
る。また、加速電極(13)とグランドとの間にはサプレ
ッション電源(17)が例えば加速電極(13)側をマイナ
ス(−)として10KVの直流電圧が印可できるが如く設け
られている。そしてグランド電極(14)はグランドに接
地されている。また、イオンソース部(1)内を排気す
ると共にドーピングガス等を排出する排気口(19)が設
けられ、図示しない排気装置により排気処理される。以
上のようにイオン源が構成されている。
また、次にクリーニングの構成に付いて説明する。イ
オンソース部(1)を1つの気密室として仕切りできる
が如く仕切り例えばゲートバルブ(20)が設けられてい
る。また、上記ドーピングガス導入管(11)の取っ手
(3)側は配管(21)により複数のドーピングガス(2
2)例えばBF3,PH3,AsH3や不活性ガス(23)例えばArや
エッチングガスClF3(24)等のガス供給源と、例えばバ
ルブ等による切り替え及び流量コントローラ装置(MF
C)等により制御可能な如く接続されている。
次に動作について説明する。
イオンソース部(1)内を排気口(19)より図示しな
い排気措置により所望の圧力例えば10-3〜10-6Torrに真
空排気する。そして、電極ロッド(10)を介し、フィラ
メント(9)に電流例えば80〜150Aを流しフィラメント
(9)を加熱し熱電子を放出させる。この熱電子にガス
導入管(11)よりドーピングガス(22)例えばBF3をア
ークチャバー(6)内に導入し、アークチャンバー
(6)内にプラズマを発生させる。そして、アークチャ
ンバー(6)と引出し電極(12)間に引出し電極(15)
により高圧例えば60KV、また、引出し電極(15)とグラ
ンド間に加速電源(16)により例えば60KV、また、加速
電極(13)とグランド間に負の電圧例えば10KVをかけ
る。これらの電圧をかけることによりアークチャバー
(6)内のプラズマ中のイオンが引出し電極(12)によ
り引き出され、加速電極(12)で加速され、グランド電
極(14)により発散傾向にあるイオンビームが絞り込ま
れると共に、引出し電圧と加速電圧の加算された電圧例
えば60+60=120KVに加速されたイオンビームが得られ
る。このイオンビームによりウエハへイオン注入をおこ
なう。
ところが、アークチャンバー(6)内へ導入したドー
ピングガス(22)例えばBF3はプラズマ化されBF3から解
離したフッ素とスパタリングされ飛散したアークチャン
バー(6)のモリブデンとの反応生成物例えばMoF3やス
パッタリングされたフィラメント(9)のタングシテン
の生成物等が高電圧の引出し電極(12)表面に付着して
ゆく。イオン注入操作を続けてゆくと、これら付着物が
引出し電極(12)等やアークチャンバー表面に付着・堆
積してゆき、徐々に剥離、飛散しやすい状態になってく
る。即ち汚れがひどくなってくる。この状態になると例
えば剥離、飛散しやすい付着物の先端部等の電荷が高く
なる等種々の要因によりアークチャバー(6)と引出し
電極(12)との間に放電が起き、適正なイオン注入が出
来なくなってしまう現象が起きる。この様な状態を回避
するため、イオン源のクリーニングは以下のように行
う。
フィラメント(9)への加熱電源、引出し電源(1
5)、加速電源(16)及びサプレッション電源(17)を
切る。ゲートバルブ(20)を閉じイオンソース部(1)
だけの気密室を形成する。(イオンソース部(1)の圧
力をほとんど変化させないときにはゲートバルブ(20)
は閉じなくてもよい。)次に、ドーピングガス(22)の
供給を止め、不活性ガス(23)及びClF3(24)ガスを所
望の希釈した濃度例えば5〜30%に流量コントロール装
置により制御し、ドーピングガス(22)と同一のガス供
給ライン即ち、配管(21)を介し、ガス導入(11)から
アークチャンバー(6)内に供給する。アークアンバー
(6)内に供給されたClF3(24)ガスはイオンソース部
(1)内のアークチャバー(6)、引出し電極(12)加
速電極(13)グランド電極(14)その他部品をドライエ
ッチングし、排気口(19)より排気・排出される。この
様に希釈したClF3(24)ガスをイオンソース部(1)内
に流す事により、アークチャンバー(6)や引出し電極
(12)や他の電極及び部品類に付着した付着物を取り除
くことができる。また、放電の要因と成っている付着物
もイオン源構成上引出し電極(12)及びアークチャンバ
ー(6)表面に多く飛散・堆積してゆくが、特に、上記
ガス流路によりClF3(24)ガスが導入されるため、アー
クチャバー(6)表面及び引出し電極(12)表面近傍は
ガスが多く流れエッチング効果もよい。なお、上記ClF3
ガスを不活性ガス例えばArガスで希釈しているが、これ
はClF3を高濃度例えば100%とするエッチング反応が激
しすぎ他の部品例えば気密保持のためのシーリング部材
例えばフッ素系O−リング等を劣化させてしまう為であ
る。なお、高濃度で使用するときはシーリング剤として
耐薬品性及び耐熱性を有するカルレッツ(デュポン社;
商品名)を使用することが望ましい。また、ClF3のエッ
チング反応は常温よりも高温例えば100℃以上の方がエ
ッチング効率が良く、イオンソース部(1)の運転を止
めた直後はイオン源(2)の周辺の温度は数百度の温度
を有し、徐々に冷え室温になるまでに1時間以上かかる
ため、このイオンソース部(1)の高温の期間に例えば
30〜90分のエッチングを行うのが効率的である。また、
イオンソース部(1)内を減圧の状態例えば、イオン源
(2)の運転得の高真空例えば10-3程度から100Torr程
度の減圧状態でエッチングを行うと効果的である。ま
た、このクリーニング方法は、イオンビームを取り出す
為のドーピングガス(22)を不活性ガス(23)とClF
3(24)に切り換えるだけで行えるため、ウエハにイオ
ン注入を行う以外の工程例えば、注入するイオン種を換
える間に、上記ガスの切り替えを行うことにより一連の
イオン注入工程内で僅かに時間を増加する程度でイオン
ソース部(1)のクリーニング工程を組み込む事ができ
る。また、何回かのイオン注入を行った後に上記クリー
ニング工程をマニュアルまたはプラグラム(レシピー)
コントロールで行ってもよい。
また、BF3をドーピングガスとして使用した時の主な
付着物であるMoF3について下記条件にて実験クリーニン
グ(エッチング)した。処理温度25℃,処理圧力10Tor
r,ClF3:0.21/分,Ar:19.81/分,濃度1%,エッチング時
間60分おこなった結果は殆ど変化なし。次に処理温度50
℃,圧力及びClF3は上記と同じ,濃度を5%で20分,100
%で7分行ったが結果殆ど変化なし。また、処理温度10
0℃,圧力及びClF3は上記と同じ,濃度を10%で60分,10
0%で30分行った結果は処理前の総重量8.833gから処理
後7.149g結果1.684gがエッチング除去された。上記実験
及び上記以外の目視等の定性的実験から処理温度は高温
例えば100℃以上、濃度は10%以上で良好な結果がえら
れた。
上記実施例ではイオン注入装置のイオン源に適用した
例に付いて説明したが、不用な質量のイオンを捕集する
質量分析器のクリーニングを実行してもよいし、その他
付着位置であれば何れでもよい。
なお、本は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例
えばCVDや電子ビーム加工用イオン源などにも効果があ
る。
以上説明したように本実施例によればイオン源を装置
から取り外す事なくガスの切り替えだけで安全にイオン
ソース部全体をクリーニングでき、またクリーニングだ
けの為の特別な時間を設けなくても他の工程と同時にク
リーニングでき、装置の稼働率も向上する。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、イオンの注入を行う工
程以外の工程に、クリーニング工程を取り組むことが出
来るので、装置の稼働率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するためのイオン注入
装置のイオンソース部の構成図である。 2……イオン源 6……アークチャンバー 9……フィラメント、11……ガス導入管 12……引出し電極、13……加速電極 14……グランド電極、19……排気口 23……不活性ガス、24……ClF3ガス

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオンの注入を行う工程以外の工程に、三
    フッ化塩素ガス(ClF3)を用いたドライエッチング洗浄
    工程を組み込んだことを特徴とするイオン注入装置のク
    リーニング方法。
  2. 【請求項2】少なくとも2回以上のイオン注入工程を実
    施した後に、三フッ化塩素ガス(ClF3)を用いたドライ
    エッチング洗浄工程を組み込んだことを特徴とするイオ
    ン注入装置のクリーニング方法。
  3. 【請求項3】前記三フッ化塩素ガス(ClF3)の濃度が、
    不活性ガスにより、10%以上に希釈されているととも
    に、処理室内の温度は100℃以上であることを特徴とす
    る請求項1又は請求項2に記載のイオン注入装置のクリ
    ーニング方法。
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