JP4256142B2

JP4256142B2 - イオン注入装置のプラズマ発生装置及びイオン注入装置

Info

Publication number: JP4256142B2
Application number: JP2002318769A
Authority: JP
Inventors: 敬仁上原; 秀夫佐々木; 幸隆白濱; 聡秋元
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004152694A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置のプラズマ発生装置、及び、これを用いたイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板にイオンをドーピングするイオン注入装置においては、不純物イオンを生成するためにプラズマを発生する技術が用いられている。一般に、プラズマは、プラズマ発生装置におけるプラズマチャンバ内にガスを導入し、プラズマチャンバ内の電極に電圧を印加することで発生される。プラズマ発生装置としては、例えば、特許文献１に開示されているものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２８３０７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示されているような従来のプラズマ発生装置でプラズマを発生させた場合、プラズマ中のイオン又は粒子によりプラズマチャンバの内壁面や電極がスパッタされ、プラズマチャンバ内にスパッタ粒子等が発生する。このスパッタ粒子等は、プラズマチャンバの内壁面に付着し、時には局所的な堆積が生じることがある。特に、絶縁部付近での堆積は、メンテナンスサイクルが短くなる等の問題を起こす。
【０００５】
本発明は、以上を鑑みてなされたものであり、局所的な堆積を防止ないしは抑制することができるプラズマ装置、及びそれを用いたイオン注入装置等の半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために、種々実験や検討を行ったところ、上記問題は、従来のプラズマ発生装置では、プラズマチャンバの内壁面が平滑であることに起因していることを見出した。本来、プラズマチャンバの内壁面は、アウトガスが少ないという理由等により研磨加工がなされている場合が多いが、そのため、スパッタ粒子等は、同一方向に反跳し、局所的に粒子が堆積する傾向があると考えられる。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、イオン注入装置のプラズマ発生装置であって、当該プラズマ発生装置がプラズマチャンバを有し、プラズマチャンバは、プラズマを発生させるための互いに対向する陽極及び陰極を内部に有し、陽極及び陰極によってプラズマが発生される空間に向くプラズマチャンバの内壁面は、プラズマによって生じるスパッタ粒子が内壁面に衝突して反射する方向を多様とする凹凸を有することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によると、プラズマチャンバの内壁面に凹凸が設けられているために、チャンバ内壁面にスパッタ粒子等が衝突しても、当該粒子等が特定方向のみに反射されることはない。従って、スパッタ粒子等の特定の位置への局所的な堆積傾向を緩和することができる。
【０００９】
また、凹凸は溝により形成されることができる。溝は切削加工等により容易に形成できるので有利である。
【００１０】
溝は０．１ｍｍ以上の深さであることが好ましい。これによって反射の方向をかなり変化させることができる。
【００１１】
本発明は更に、上記プラズマ発生装置を有する半導体製造装置、例えばイオン注入装置に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプラズマ発生装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、便宜的に、「上」、「下」については図面の位置状態を基準とし、また、「前」、「後」、「左」、「右」については後述のイオンビームの進行方向を基準とする。
【００１３】
図１は本発明を適用した半導体製造装置であるイオン注入装置１０を概略的に示した構成図である。同図においてイオン注入装置１０は、ソースガスをプラズマ化してイオンを生成するプラズマソース２０と、プラズマソース２０内のイオンを引き出すイオンビーム引き出し・前段加速系３０と、引き出されたイオンビームから所望のイオン種のみを取り出す質量分析系４０と、イオンビームの加速及び収束を行うイオンビームレンズ後段加速系５０と、半導体ウェーハ等の基板７０にイオンを照射するイオン注入チャンバ６０とから主に構成されている。
【００１４】
イオン注入装置１０において、プラズマソース２０で生成されたイオンは、イオンビーム引き出し・前段加速系３０の引き出し電極に負電荷を印加することによってプラズマソース２０外部に引き出されて、イオンビームＩＢを形成する。このイオンビームＩＢは、質量分析系４０を通過し、所望のイオン種のみを含むイオンビームＩＢが取り出される。そして、イオンビームＩＢは、イオンビームレンズ後段加速系５０で、加速及び収束が行われ、所望の加速エネルギ及びビーム径に調整され、イオン注入チャンバ６０内で基板７０に注入される。
【００１５】
図２は、イオン注入装置１０におけるプラズマソース２０に含まれる、プラズマ発生装置１００を分解して示した斜視図である。図３はプラズマ発生装置１００の断面図である。
【００１６】
図２及び図３に明示するように、プラズマ発生装置１００は、略直方体形状のプラズマチャンバ１０２と、電極の陽極としてのフィラメント１０６と、それと対向して配置される陰極としてのカソードプレート１０４とを含んでいる。
【００１７】
プラズマチャンバ１０２には、プラズマチャンバ本体１０８（以下、チャンバ本体１０８という）が含まれ、チャンバ本体１０８は、枠体１１０、前蓋１１２及び外蓋１１４から構成されている。
【００１８】
枠体１１０は、上壁部１１６、下壁部１１８、右側壁部１２０及び左側壁部１２２を有している。この枠体１１０は、プラズマソース２０にベース１８０に適当な手段により固定されるようになっている。また、枠体１１０は、これらの壁部１１６〜１２２から一体成形された矩形の環状体となっており、その一方の開口には、更に後壁部１２４が配置されている。後壁部１２４の中央部は、ソースガスのガス導入口１２６として開口されている。下壁部１１８には下穴１２８が設けられ、フィラメント１０６が通されて配置されるようになっている。上壁部１１６には、カソードプレート１０４の支持導体１３０が通され配置される上穴１３２が設けられている。上穴１３２は、下壁部１１８の下穴１２８に対向している。従って、フィラメント１０６及び支持導体１３０が所定位置に取り付けられた場合、フィラメント１０６とカソードプレート１０４とは互いに対向して配置されるようになっている。なお、フィラメント１０６及びカソードプレート１０４の支持導体１３０はそれぞれ、プラズマソース２０のベース１８０に設けられたブラケット１８２，１８４によって支持されている。
【００１９】
前蓋１１２は、右前蓋部１３４及び左前蓋部１３６から構成されている。右前蓋部１３４及び左前蓋部１３６は、枠体１１０の前面に一体となって１つの矩形の板状体を形成するように配置され、中央部にイオン引き出し用の開口部１４２が形成される。
【００２０】
外蓋１１４も、右外蓋部１３８及び左外蓋部１４０から構成されている。右外蓋部１３８及び左外蓋部１４０は、前蓋１１２の前面に一体となって１つの矩形の枠を形成するように配置され、中央部にイオン引き出し用の開口部１４４が形成される。なお、外蓋１１４の長縁部には、枠体１１０の右側壁部１２０及び左側壁部１２２に設けられたラッチ部（図示せず）と掛合する右掛合部１４６及び左掛合部１４８が設けられており、これにより枠体１１０、前蓋１１２及び外蓋１１４が分解可能に一体化されるようになっている。
【００２１】
プラズマチャンバ１０２は、更に、チャンバ本体１０８の内面を保護し且つプラズマが発生される空間１７８を画成するための、各々矩形の後板１５０、下板１５２、上板１５４、右側板１５６及び左側板１５８を備えている。
【００２２】
後板１５０は、枠体１１０の後壁部１２４に隣接配置され、その長縁部には、ソースガスの流入を可能とする切欠１７４が設けられている。下板１５２は、枠体１１０の下壁部１１８上に載置され、その中央部にはチャンバ本体１０８の下穴１２８に対応する下穴１６０が設けられており、フィラメント１０６が当該下穴１６０も貫通するようになっている。上板１５４は、枠体１１０の上壁部１１６の直下に隣接配置される。上板１５４の中央部には、チャンバ本体１０８の上穴１３２に対応する上穴１６２が設けられ、カソードプレート１０４の支持導体１３０が、当該下穴１６２も貫通するようになっている。下板１５２の上面の両短端部には段差部１６４，１６６が設けられ、上板１５４の下面の両短縁部には段差部１６８，１７０が設けられている。これらの段差部１６４〜１７０によって右側板１５６及び左側板１５８が位置決めされるようになっている。すなわち、右側板１５６の下側と上側の短縁部は下板１５２と上板１５４とに設けられた段差部１６４，１６８に係合され、左側板１５８の上下の短縁部は下板１５２と上板１５４とに設けられた段差部１６６及び１７０とに係合される。これによって、下板１５２、上板１５４、右側板１５６及び左側板１５８は矩形の環状体を構成し、枠体１１０内に配置された場合には、右側板１５６及び左側板１５８はそれぞれ枠体１１０の右側壁部１２０及び左側壁部１２２に隣接配置されるようになっている。なお、これらの後板１５０、下板１５２、上板１５４、右側板１５６及び左側板１５８は、ガスが流入できるように、隣接する板に対し、またチャンバ本体１０８に対して多少の隙間１７２をもって配置されている。
【００２３】
図４〜図６はそれぞれ、本実施形態における下板１５２、上板１５４及び右側板１５６の平面図であり、プラズマ発生空間１７８側となる面（プラズマチャンバの内壁面）を示す図である。なお、左側板１５８は右側板１５６と同様な構成であるので、図示及び重複する説明は省略する。各板１５２〜１５８は、例えば、グラファイト系の材料又はタングステンで製造されており、その一面には、エッチング加工やローレット加工等の適当な手段によって溝１７６が形成されている。溝１７６は複数条あり、例えば一定の間隔で格子状に形成されている。チャンバ本体１０８の内部に各板１５２〜１５８が配置される場合、溝１７６が形成された面がプラズマ発生空間１７８に向くように配置される。
【００２４】
図７は溝１７６の形状を示す右側板１５６の一部断面図である。なお、下板１５２、上板１５４及び左側板１５８における溝１７６も同様である。溝１７６の断面形状、深さＤ、幅Ｗ及び隣り合う溝１７６の間隔Ｓは適宜定められるが、本実施形態では、断面形状がＶ字状、深さＤが０．１ｍｍ以上、幅Ｗが０．１ｍｍ以上、間隔Ｓが３〜４ｍｍ以上となっている。
【００２５】
次に、本実施形態の作用を、図３を参照して説明する。ソースガスは、ベース１８０の後方よりベースに設けられた穴１８２を通り、チャンバ本体１０８のガス導入口１２６を通り、後板１５０とチャンバ本体との隙間１７２及び後板１５０に設けられた切欠１７４等を通って、上板１５４、後板１５０、下板１５２、右側板１５６及び左側板１５８、前蓋１１２で形成された内部空間１７８に流れ込む。ガスとしては、Ｓｉ基板へのイオンを打ち込み用としてＢ＋、Ｐ＋及びＡｓ＋イオンを発生させるために、ＢＦ₃、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃等が通常用いられる。次に、カソードプレート１０４とフィラメント１０６との間に高電圧が印加され、ガスがプラズマ状態にされる。プラズマ状態にされたガスは、引き出し・前段加速系３０（図１参照）によって開口部１４２及び開口部１４４を通してプラズマソース２０の外部に引き出される。
【００２６】
この際に、発生したプラズマは、後板１５０、上板１５４、下板１５２、右側板１５６及び左側板１５８等で形成されたプラズマチャンバ１０２の内壁面に衝突して当該内壁面をスパッタし、スパッタ粒子等を発生させる。これらの粒子は帯電している場合もあり、カソードプレート１０４等の電極方向への速度を有し、ある程度方向性をもって内壁面と衝突する。従来技術によると、プラズマチャンバの内壁面は平滑であるため、これら粒子は、図８に示すように一定方向に反射されるが、本実施形態においては、プラズマチャンバ１０２の内壁面に溝１７６が設けられているために、衝突した粒子は、夫々衝突面の角度によって異なる方向へ反射される（図７参照）。このため、スパッタ粒子等の電極近傍への局所的な堆積傾向が緩和される。また、後板１５０、下板１５２、上板１５４、右側板１５６及び左側板１５８等の板は、電極とこれら板との短絡を防止するため、堆積物がある程度になると交換しなくてはならないが、本実施形態においては、局所的な堆積集中がないため、交換頻度を少なくすることができる。これによって、スループットの向上及びコストの低減を図ることができる。また、堆積物の剥離によるパーティクル発生も減少するため、イオン注入の品質、ひいては製品としての半導体デバイスの性能の向上を図ることもできる。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、溝によってプラズマチャンバの内壁面に凹凸を形成しているが、凹凸の形成手段としては、突起の形成、エンボス加工等の表面粗さを増加させるためのあらゆる処理が含まれる。また、溝の間隔も一定である必要はない。
【００２９】
更に、上記実施形態では、チャンバ本体１０８の内壁保護用に設けられた、後板１５０、下板１５２、上板１５４、右側板１５６及び左側板１５８に溝を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、これらの保護用の板を使用しない場合は、チャンバ本体の壁自体を凹凸にしてもよい。なお、凹凸の範囲は、内壁の一部であっても全面であってもよい。
【００３０】
また上では、イオン注入装置１０のプラズマソース２０に用いられるプラズマ発生装置について説明したが、これに限らず、プラズマを利用する他の半導体製造装置、例えばスパッタリング装置、エッチング装置、化学気相堆積（ＣＶＤ）装置、物理気相堆積（ＰＶＤ）装置においても本発明は適用可能である。なお、本発明でいうプラズマ発生装置は、上記した他の半導体製造装置における処理チャンバ等、内部でプラズマを発生するチャンバを含むものの全てを含む。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によると、表面に凹凸が設けられるために、壁面と衝突した粒子の反射が方向が多様になり、スパッタ粒子等の局所的な堆積傾向が緩和されるという効果がある。これによって、チャンバのメンテナンス頻度を低下させ、プラズマ発生装置のメンテナンスコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体製造装置であるイオン注入装置を概略的に示した構成図である。
【図２】図１のイオン注入装置で用いられる本発明によるプラズマ発生装置を分解して示した斜視図である。
【図３】図２のプラズマ発生装置の断面図である。
【図４】図２のプラズマ発生装置における下板の平面図である。
【図５】図２のプラズマ発生装置における上板の上面図である。
【図６】図２のプラズマ発生装置における右側板の上面図である。
【図７】本発明によるプラズマ発生装置の作用、特にプラズマチャンバの内壁面に粒子が衝突した場合の状態を示す断面図である。
【図８】従来のプラズマ発生装置の作用を示す、図７と同様な断面図である。
【符号の説明】
２０…プラズマソース、１００…プラズマ発生装置、１０２…プラズマチャンバ、１０４…カソードプレート、１０６…フィラメント、１０８…チャンバ本体、１１２…前蓋、１１４…外蓋、１５０…後板、１５２…下板、１５４…上板、１５６…右側板、１５８…左側板、１７６…溝。

Claims

イオン注入装置のプラズマ発生装置であって、
前記プラズマ発生装置は、プラズマチャンバを有し、
前記プラズマチャンバは、プラズマを発生させるための互いに対向する陽極及び陰極を内部に有し、
前記陽極及び前記陰極によってプラズマが発生される空間に向く前記プラズマチャンバの内壁面は、前記プラズマによって生じるスパッタ粒子が前記内壁面に衝突して反射する方向を多様とする凹凸を有し、
前記凹凸は、断面形状がＶ字状の溝が、格子状に形成されてなることを特徴とするイオン注入装置のプラズマ発生装置。
請求項１に記載のイオン注入装置のプラズマ発生装置を有するイオン注入装置。