JP5672297B2

JP5672297B2 - イオンビーム照射装置およびイオンビーム照射装置の運転方法

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Publication number: JP5672297B2
Application number: JP2012267674A
Authority: JP
Inventors: 武松本
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: JP2014026955A

Description

本発明は、シリコンウェーハやガラス基板へイオンビームの照射を行って、当該基板へのイオンビーム照射処理を実施するイオンビーム照射装置のクリーニングに関連する。

イオン注入装置やイオンドーピング装置、イオンビーム配向装置といったイオンビーム照射装置では、イオン源からイオンビームを引出す運転を長時間続けると、イオン源の引出電極系を構成する電極に堆積物が付着する。これを放置しておくと、電極間に異常放電を引き起こしてしまう。

この異常放電の発生回数が多くなると、装置の正常運転を維持することができなくなる。その為、定期的に装置の運転を停止させて、異常放電の原因となる堆積物を除去することが行われていた。

電極に付着した堆積物を除去する例としては、電極間にクリーニング用のガスを導入して、当該電極間でグロー放電を発生させる手法（特許文献１）が提案されている。

特開２０１２−３８６６８号公報（図１、図２、段落００２９、００４０）

特許文献１の手法では、堆積物の除去は期待できるもののイオン源の保守点検作業時に使用されるバルブを閉めて電極のクリーニングが行われている。通常、イオン源の保守点検作業は、装置の運転を停止させて行われている。その為、クリーニング効果は期待出来るものの、装置の通常運転を一旦停止させて、クリーニングを行う為に特別な時間を設ける必要がある。

クリーニングを全く行わずに装置を連続運転する場合に比べると、特許文献１に記載の手法を用いた場合、電極をクリーニングすることによって装置の運転状態を安定させることができるので、長期的には装置の稼働率を向上させることができる。ただし、装置の運転を停止している時間が存在している為に装置の稼働率を向上させるには限界がある。

そこで、本発明では、従来の手法に比べてイオンビーム照射装置の稼働率を格段に向上させることのできる新しいイオンビーム照射装置およびイオンビーム照射装置の運転方法を提供することを主たる目的とする。

本発明のイオンビーム照射装置は、複数枚の基板が収納されるカセットと、前記基板へのイオンビーム照射処理がなされる処理室と、前記カセットと前記処理室との間で、前記カセットに収納された未処理基板と前記処理室内でイオンビーム照射処理された処理済基板との基板交換を前記カセットに収納された全ての未処理基板に対してイオンビーム照射処理が実施されるまでに複数回行う基板搬送部と、イオンビームを発生させ、前記処理室内に当該イオンビームを供給するイオンビーム供給部と、を備えたイオンビーム照射装置であって、前記基板搬送部によって複数回行われる基板交換作業のうち、少なくとも１回の基板交換作業と並行して、前記イオンビーム供給部の運転パラメータを設定変更して、前記イオンビーム供給部内のクリーニングを行う。

このような装置であれば、基板搬送部での基板交換作業と並行して装置の稼働率を低下させる原因の除去を行うので、従来の手法に比べて、格段に装置の稼働率を向上させることができる。

また、前記イオンビーム照射装置は前記イオンビーム供給部内のクリーニングを行う為のクリーニング用の運転パラメータが格納された記憶装置を有しており、前記イオンビーム供給部内のクリーニング時には、前記記憶装置から前記クリーニング用の運転パラメータの読み出しが行われるように構成しておくことが望ましい。

このような構成であれば、イオンビーム供給部をクリーニングする際に、クリーニング用の運転パラメータを一から調整する必要がない。これにより、クリーングにかける時間を十分に確保することができるので、十分なクリーニング効果を得ることができる。その結果、より安定した状態でイオンビーム照射装置の運転を継続させることができる。

さらに、前記記憶装置には前記クリーニング用のクリーニング効果が異なる運転パラメータが複数格納されていて、前記記憶装置からの前記運転パラメータの読み出しは、前記イオンビーム照射装置の運転時間、イオンビーム照射条件、あるいは、前記イオンビーム供給部で発生した放電回数のいずれかに基づいて行われるように構成しておくことが望ましい。

このような構成を用いると、装置の運転状態に応じて、効率良くイオンビーム供給部のクリーニングを行うことができる。

イオンビーム供給部内のクリーニング後に、イオンビームの再立上げが正常に行われたどうかの確認にあたっては、次のようにして行われることが望ましい。前記イオンビーム照射装置は、前記処理室内に設けられ、前記イオンビームの電流を計測するイオンビーム電流計測器を備えていて、前記イオンビーム供給部内のクリーニングが終了してから所定時間経過後に、前記イオンビーム電流計測器での計測を開始する。

このような構成を用いることにより、正確にイオンビーム電流を計測することができる。ひいては、イオンビームの再立ち上げに要する時間を短縮することやその後に行われる基板へのイオンビーム照射処理を正常に実施することができる。

また、イオンビーム供給部内のクリーニング後にイオンビームの再立上げをスムーズに行って、放電の原因となる堆積物の付着を防止する為には、前記イオンビーム供給部は、ドーパントガスが導入され、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引出す為の複数枚の電極群から構成された引出電極系を備えていて、前記イオンビーム供給部内のクリーニングが終了した後で、かつ、前記プラズマ生成容器内に導入される前記ドーパントガスの導入量が所定量に達した後に、前記引出電極系に所定電圧が印加されることで前記イオンビームの引出しが行われるように構成しておくことが望ましい。

さらに、イオンビーム照射装置の運転方法としては、複数枚の基板が収納されたカセットと、前記基板へのイオンビーム照射処理がなされる処理室と、前記カセットと前記処理室との間で、前記カセットに収納された未処理基板と前記処理室内でイオンビーム照射処理された処理済基板との基板交換を前記カセットに収納された全ての未処理基板に対してイオンビーム照射処理が実施されるまでに複数回行う基板搬送部と、イオンビームを発生させ、前記処理室内に当該イオンビームを供給するイオンビーム供給部と、を備えたイオンビーム照射装置であって、前記基板搬送部によって複数回行われる基板交換作業のうち、少なくとも１回の基板交換作業と並行して、前記イオンビーム供給部内のクリーニングを行うものであればよい。

基板搬送部での基板交換作業と並行して装置の稼働率を低下させる原因の除去を行うので、格段に装置の稼働率を向上させることができる。

本発明で用いられるイオンビーム照射装置の一例である。本発明のイオンビーム照射装置で通常運転時に行われる一連の処理を表すフローチャートである。本発明のイオンビーム照射装置で行われる基板搬送の一例である。本発明のイオンビーム照射装置で行われる基板搬送の別の例である。本発明のイオンビーム照射装置における基板搬送の他の例である。本発明のイオンビーム照射装置における基板搬送のさらに異なる例である。本発明で用いられるイオンビーム照射装置の別の例である。図７のイオンビーム照射装置を９０度異なる方向から見たときの様子を表す。本発明で用いられるイオンビーム照射装置を一般化して描いた模式図である。

以下、本発明に係るイオンビーム照射装置の運転方法に関し、図面を参照して説明する。

イオンビーム照射装置の例として、図１にはイオン注入装置ＩＭ１が描かれている。簡単にこのイオンビーム照射装置ＩＭ１について説明する。このイオンビーム照射装置ＩＭ１は、プラズマ生成容器１にイオンビーム３の発生源となるドーパントガス９（例えば、三フッ化ホウ素やホスフィン等）を導入して、図示されない陰極から放出された熱電子によりこのガスを電離させ、プラズマ生成容器１に隣接配置された引出電極系２（加速電極２ａ、引出電極２ｂ、抑制電極２ｃ、接地電極２ｄ）を通してイオンビーム３を引出す構成の装置で、従来からバケット型イオン源の一種として知られている。

イオン源を構成するプラズマ生成容器１と引出電極系２を通して引出されたイオンビーム３は、処理室５内に配置された基板４（例えば、シリコンウェーハやガラス基板等）に照射される。ここでは、基板４は紙面奥手前方向にも長さを有しており、その長さは基板４に照射されるイオンビーム３の同方向における長さに比べて長い。この場合、基板４は紙面奥手前方向に向けて図示されない駆動手段により基板４の全面にイオンビーム３が照射されるように移動される。

処理室５の外側に配置されたカセット７には複数枚の基板４が収納されている。このカセット７から搬送ロボット８で基板４を取り出して、真空予備室６内に搬入する。次に、真空予備室６内を真空雰囲気にした後、処理室５内へ基板４の搬入が行われる。基板４にイオンビーム照射処理が施された後、処理済の基板４は処理室５から搬出されて、再び真空予備室６内に搬入される。その後、真空予備室６内の雰囲気を大気圧にして、真空予備室６から搬送ロボット８で処理済の基板４を取り出して、カセット７に収納する。

真空予備室６と処理室５との間、真空予備室６の大気側の面（図示される処理室５と反対側の面）には、２つの空間を仕切る図示されないバルブが設けられていて、真空予備室６内の雰囲気に基づいて開け閉めがなされるように構成されている。また、真空予備室６には室内の真空度を調整する機構として図示されない真空ポンプ等が取り付けられている。さらに、真空予備室６と処理室５との間には基板４を搬送する為の真空ロボット等の搬送手段が、真空予備室６と処理室５のいずれか一方に設けられている。

通常、カセット７内に収納された基板４に対しては、同一条件でイオンビーム３が照射されるので、上述した基板４の搬送と基板４へのイオンビーム３の照射はカセット７に収納された全ての基板４に対するイオンビーム３の照射が終了するまで繰り返して行われる。この一連の処理に係るフローチャートが図２に描かれている。なお、ここで言う同一条件とは、基板４に照射されるイオンビーム３のイオン種、エネルギー、照射量といった条件が同じであることを意味している。

図２を参照して、上述の処理を説明する。まず、処理Ｓ１にて同一条件でイオンビーム照射処理される基板４の枚数を設定する。次に、処理Ｓ２で、所定枚数の基板４を処理室５内に搬入する。ここで所定枚数とは、処理室５内に搬入されて、一度に又は連続してイオンビーム照射処理がなされる基板４の枚数である。この枚数は１枚以上の枚数であって、処理室５、真空予備室６、搬送ロボット８等の構成に応じて、イオンビーム照射処理装置ごとに決められている。

処理Ｓ３で処理室５内に搬入された基板４へのイオンビーム３の照射が開始される。その後、処理Ｓ４で基板４へのイオンビーム３の照射が終了する。イオンビーム照射処理が終わると、処理Ｓ５で処理対象とする全ての基板に対するイオンビーム３の照射が完了したかどうかの確認がなされる。

処理Ｓ５で、処理対象にした全ての基板４へのイオンビーム３の照射が終了していれば、一連の処理は終了する。一方で、処理Ｓ５で未処理の基板４が他にあると判断されると、処理Ｓ６で処理済基板と未処理基板との基板交換がなされる。この基板交換は、処理済の基板４を処理室５から搬出してカセット８に収納し、未処理の基板４をカセット７から取り出して処理室５に搬入する一連の基板交換作業である。処理Ｓ６の基板交換により未処理の基板４が処理室５に搬入されて、再び処理Ｓ３、処理Ｓ４、処理Ｓ５が順に行われる。

本発明では、上述した処理Ｓ６に係る基板交換作業の間にクリーニング等の処理を行っている。基板交換作業の間、イオンビーム照射装置は運転状態にあるが、この時、処理室５内にはイオンビーム３が供給されている必要はない。つまり、処理室５内でのイオンビーム照射処理が終了してから、次に照射対象となる基板４へのイオンビーム照射処理が開始されるまでの間、イオンビーム３は発生させていてもいいし、発生させていなくてもいい。本発明ではこの隙間の時間を有効に活用して装置内部のクリーニング等を行っている。

クリーニングの手法については、様々な手法が考えられるが、もっとも簡単で効果的な手法としては、次に述べる手法が挙げられる。

イオンビーム照射処理用のイオンビーム３を生成するドーパントガス９とは別に、図１に描かれているようなクリーニング用のガス１０（例えば、水素ガスやアルゴンガス等）を封入したガス源を設けておく。このような構成のもと、基板４へのイオンビーム照射処理の終了後、即座にイオンビーム３の発生を停止させる。イオンビーム３の発生を停止させるには、例えば、ドーパントガス９の供給を停止させ、引出電極系２に接続されている図示されない電源の出力を停止し、図示されない陰極に接続されている電源の出力を停止するといったことを行えばいい。その後、イオンビーム照射装置の運転パラメータをクリーニング用の運転パラメータに切り換える。つまり、通常の運転パラメータから、イオンビーム３の発生を停止させる運転パラメータへの切り換えを経て、クリーニング用の運転パラメータへの設定変更が行われる。この切り換えを行う為の指令信号は、例えば、図１に記載されているイオンビーム照射装置に備えられた制御装置２０から発生させるようにしておけばいい。

クリーニング用の運転パラメータに切り換わると、クリーニング用のガス１０がプラズマ生成容器１内に供給される。そして、プラズマ生成容器１内の図示されない陰極から放出された熱電子によってクリーニング用のガス１０がプラズマ生成容器１内で電離されてプラズマ状態になる。このプラズマによって、プラズマ生成容器１の内部や引出電極系２を構成する加速電極２ａや引出し電極２ｂ等の表面に付着した堆積物の引き剥しが行われる。このようなクリーニング方法はプラズマクリーニングと呼ばれており、従来からよく用いられている。

クリーニングの開始から所定時間経過後、新たな基板４へのイオンビーム照射処理を行う為に、一旦、クリーニングを停止させる運転パラメータに設定変更された後、通常運転時の運転パラメータに設定変更される。このようにして、基板４の搬送状態に応じて通常運転時の運転パラメータとクリーニング時の運転パラメータを切り換えてやることで、隙間の時間を利用して、装置内部のクリーニングを実現することができる。

一方、クリーニングの手法としては、特許文献１で述べられているグロー放電を用いたクリーニング方法やフッ素系の反応性ガスをプラズマ生成容器１や引出電極系２等に導入するクリーニング方法を用いても良い。いずれの手法を用いるのかは、クリーニングに用いることのできる時間や堆積物が付着している度合いとの兼ね合いによる。

図３〜図６にはイオンビーム照射装置における基板の搬送例が描かれている。図３には、１つの搬送ロボットと１つの真空予備室を備えたイオンビーム照射装置で、基板４を１枚ずつ搬送する例が描かれている。基板１、基板２に対して図示されている矢印は時間軸であり、矢印の方向は時間の経過を表している。

時間軸上に記載されたＡ〜Ｆの各点はある時間での基板の位置を表している。まず、基板１がＡ点でカセットから取り出される。その後、搬送ロボットによって搬送された基板はＢ点で真空予備室内に搬入され、Ｃ点で真空予備室から取り出されて、処理室内に搬入される。処理室内に搬入された基板にはイオンビーム照射処理が施され、ＩＢＦ点に基板が到達したときに基板へのイオンビーム照射処理が完了する。処理済基板はＤ点で処理室から真空予備室内に搬送され、Ｅ点で真空予備室から搬出される。そして、Ｆ点でカセット内に収納される。

一方、基板２は基板１がカセットに収納された後に、Ａ点で搬送ロボットによってカセットより取り出されて、Ｂ点で真空予備室に搬入される。その後の各点での処理は、基板１について述べた処理と同様である。なお、基板２の時間軸上にあるＩＢＳ点に基板２が到達した時に基板２へのイオンビーム照射処理が開始される。

この例において、クリーニングは図示されている基板１の時間軸上にあるＩＢＦ点から基板２の時間軸上にあるＩＢＳ点の間の期間である期間Ｔ中に行われる。

その他、図４〜図６に描かれている搬送例にも本発明を適用することができる。各図に描かれているＡ点〜Ｆ点、ＩＢＦ点ならびにＩＢＳ点の意味については、図３で説明したものと同じである為、各図の説明において重複する説明は省略する。

図４の搬送例では、２つの搬送ロボットと１つの真空予備室を備えたイオンビーム照射装置で、カセットと真空予備室との間に２つの搬送ロボットを設けておき、各搬送ロボットによる基板の搬送経路は上下で干渉しないように構成されている。これにより、カセットと真空予備室との間で２枚の基板を各搬送ロボットによって同時に搬送することができる。このような搬送例であっても、図示されるように期間Ｔが存在しているので、この時間を利用して装置のクリーニングを行うことができる。

図５の搬送例では、２つの搬送ロボットに加えて、それぞれの搬送ロボットに対応する２つの真空予備室を備えている。この例において、処理室への基板の搬入と搬出はそれぞれ個別の真空予備室を介して行われる。その為、基板１が処理室を出たときに、基板２を処理室に入れることができる。

また、図６の搬送例では、図５の搬送例において、基板の枚数を増やした場合を想定している。この例では、基板は２枚ずつ同時に、あるいは、連続して搬送される。また、処理室内では各基板に対して同時に、あるいは、順番にイオンビームが照射される。基板へのイオンビームの照射方法によって、図６の搬送例におけるＩＢＦ点、ＩＢＳ点の意味が若干異なるので、この点について説明しておく。

複数枚の基板に同時にイオンビーム照射処理がなされる場合、これまでと同様に基板に対するイオンビームの照射処理が終了した時点がＩＢＦ点となる。また、基板に対するイオンビームの照射処理が開始された時点がＩＢＳ点となる。

一方、複数枚の基板に対して順番にイオンビーム照射処理がなされる場合、ＩＢＦ点は最後（図６の場合、２番目）に処理される基板に対するイオンビーム照射処理が終了した時点を意味している。そして、ＩＢＳ点は最初に処理される基板に対するイオンビーム照射処理が開始された時点を意味している。

図５や図６に描かれているように、このような搬送例においても期間Ｔが存在している。その為、このような例でも、この期間Ｔを利用して装置内部のクリーニングを行うことができる。なお、処理室内に搬送される基板の枚数は３枚以上であってもいい。この場合、ＩＢＦ点とＩＢＳ点についての考え方は、図６の例で説明した考え方が適用される。

図１のイオンビーム照射装置ＩＭ１の構成では、基板４を移動させながら、その全面にイオンビーム３を照射する方式の装置であったが、複数枚の基板４に対して同時にイオンビーム照射処理をする場合、図１の構成に代えて、例えば、イオンビーム３が照射される基板４の全面よりも大きな面積のイオンビーム３を発生させるイオン源を備えたイオンビーム照射装置を用いることが考えられる。

クリーニングの手法としては、これまでに述べたような種々の方法が考えられるが、イオンビーム照射装置の通常運転時の運転パラメータとは別に、最適なクリーニングができる装置の運転パラメータを前もって実験等で求めておき、これをイオンビーム照射装置に記憶させておいても良い。

通常、イオンビーム照射装置には装置の運転を制御する制御装置（例えば、図１に記載の制御装置２０）が設けられているので、この制御装置内の一部に記憶装置としての機能を設けるようにしておくか、制御装置とは別に記憶装置を設けておくことが考えられる。このような記憶装置にクリーニング用の運転パラメータを格納しておき、期間Ｔの間に制御装置によって記憶装置内に格納されたクリーニング用の運転パラメータを読み出して、イオンビーム照射装置のクリーニングを行うように構成しておくことが考えられる。

クリーニング用の運転パラメータとしては、使用するクリーニングの手法によって様々なパラメータが存在する。例えば、先述したプラズマクリーニングであれば、クリーニングガスの流量、陰極に流れる電流量やプラズマ生成容器に印加される電圧の値等がこれに相当する。

このような手法であれば、装置のクリーニングの度に、クリーニング用の運転パラメータを一から調整する必要がない。これにより、クリーングにかける時間を十分に確保することができるので、十分なクリーニング効果を得ることができる。その結果、より安定した状態でイオンビーム照射装置の運転を継続させることができる。

また、イオンビーム照射装置の運転時間、イオンビーム照射条件、あるいは、イオンビーム照射装置で発生した放電回数等によってクリーニングにかける時間を長くしたり、クリーニング時に発生させるプラズマ密度を濃くしたりすることが考えられる。この為、クリーニング用の運転パラメータを複数設けておき、これを装置の状態に応じて使い分けるようにしておくことが考えられる。

イオンビーム照射装置の運転時間については、運転時間が長くなればそれだけ堆積物の量も多くなることが考えられるので、例えば、トータルの運転時間が３時間経過するたびに、クリーニング用の運転パラメータを変更して、より密度の濃いプラズマを発生させるようにするか、クリーニング時間が長くなるようにすることが考えられる。また、条件に応じて、クリーニング用の運転パラメータが標準のものから別のクリーニング用の運転パラメータに変更された場合、保守点検の為に装置を停止させて行われる特別なクリーニングが実施された際に、標準として設けられたクリーニング用の運転パラメータに切り替えられるようにしておいてもいい。

また、イオンビームの発生に用いられるドーパントガスの種類に応じて堆積物の種類が異なることが考えられるので、クリーニング用のガスを複数設けておき、例えば、ドーパントガスの種類に応じてクリーング用のガスの種類を切り換えるように構成してもいい。

放電回数については、引出電極系を構成する電極に流れる電流量や電極に印加されている電圧値を常時モニターしておき、モニター値と予め設定された基準値との比較を行って、当該基準値を越える度に放電が発生したものとして、放電回数をカウントしておくことが考えられる。そして、この放電回数に応じて標準として設けられたクリーニング用の運転パラメータを、適宜、別のクリーニング用の運転パラメータに変更するようにしても良い。

また、図３〜図６を用いて説明した期間Ｔを利用したクリーニングは、１回の基板交換時に出現する期間Ｔの度に行うのではなく、期間Ｔが所定回数（例えば、２回や３回）出現した後の期間Ｔを利用してクリーニングを行うようにしても良い。つまり、１つのカセットに収納されている複数枚の基板を処理している間、基板交換は複数回行われるので、そのうちの少なくとも１回の基板交換時に出現する期間Ｔを利用してクリーニングを行うようにしておいても良い。もちろん、毎回の基板交換時にクリーニングを行ってもいい。その方が装置内部に堆積した堆積物を除去する効果は高くなる。

図７と図８には、イオンビーム照射装置の別の例が描かれている。図７にはイオンビーム照射装置ＩＭ２を横から見たときの様子が描かれていて、図８にはイオンビーム照射装置ＩＭ２を上から見たときの様子が描かれている。これらの図において、図１に記載の部材と同一のものには同一の符号が付記されている。図７と図８に例示されるイオンビーム照射装置ＩＭ２は質量分析電磁石１１と分析スリット１３を備えた質量分析型のイオンビーム照射装置である。このイオンビーム照射装置ＩＭ２は、さらにイオンビーム電流計測器１４を備えている。このイオンビーム電流計測器１４によって、イオンビーム３のイオンビーム電流の計測が行われ、この計測結果に応じて所望するイオンビーム電流量やイオンビーム電流密度分布が得られるようにイオンビーム照射装置ＩＭ２の運転パラメータの調整が行われる。

質量分析電磁石１１の内部には、電磁石内部を保護する為の分析管１２が設けられている。基板４に照射されるべき所望のイオン以外の成分は、質量分析電磁石１１を通過せず、分析管１２の内壁に衝突して、分析管１２の内壁に付着したり、分析管１２の内壁をスパッタリングしたりして、分析管１２内に不要な堆積物を発生させる原因となる。

この衝突が何度も繰り返されるうちに、堆積物は大きな塊となり、ある時に不所望なイオンとの衝突によって処理室５側に飛散してしまう恐れがある。処理室５側に飛散した場合、基板４に照射されるイオンビーム３とは異なる成分のイオンが基板４に混入することになるので、基板４の製造不良を発生させてしまう。製造不良が発生した場合、イオンビーム照射装置を停止させて製造不良を引き起こす原因を取り除く作業が必要となる。このような作業によって、イオンビーム照射装置の稼働率が低下してしまうことが懸念される。

このような製造不良によるイオンビーム照射装置の稼働率の低下を予防する為に、次のような手法を用いて、分析管１２内の堆積物を除去することが考えられる。例えば、引出電極系２を構成する加速電極２ａや引出電極２ｂに印加される電圧の値を調整して、引出されるイオンビーム３の寸法が通常よりも大きい寸法になるようにしておいて、このようなイオンビームをわざと分析管１２の内壁に衝突させるようにしたり、質量分析電磁石１１の図示されないコイルに流れる電流量を調整して、引出されたイオンビーム３の進行方向をわざと分析管１２の内壁に衝突させる方向に向けたりする。

このようにしてイオンビーム３を分析管１２の内壁にわざと衝突させることで、分析管１２内に堆積している堆積物を処理室５側に飛散させることができる。飛散した堆積物については、真空ポンプ１５で吸い寄せて、イオンビーム３の通常の飛行経路から取り除いておく。

分析管１２内のクリーニングの場合、クリーニング用のガス１０を用いてイオンビーム３を発生させるようにしてもいいし、通常のイオンビーム照射処理で用いられるドーパントガス９を用いてイオンビーム３を発生させるようにしておいてもいい。ドーパントガス９を用いる場合には、クリーニング用のガス１０が不要となるので、クリーニング用のガス１０を導入する機構や当該機構を配置する為のスペースを必要としないといったメリットがある。このような分析管１２のクリーニングを図３〜図６の例で述べた期間Ｔ中に行うようにしてもよい。

クリーニング用のガス１０を用いてクリーニングを行う場合、基板４へのイオンビーム照射処理に用いられるイオンビーム３は発生していない。その為、クリーニング後に再びイオンビーム照射処理を行う為に、イオンビーム３を再立ち上げさせることが必要となる。このイオンビーム３の再立ち上げにあたっては、次のような工夫を行うことが考えられる。

イオンビーム３の再立ち上げ時にはイオンビーム電流はしばらく不安定な状態となる。これはプラズマ生成容器１内に導入されるドーパントガス９の流量が十分に供給されていなかったり、ポンプによる排気は行ってはいるもののイオンビーム３の輸送経路にしばらくクリーニング用のガス１０が残留していて、この残留ガスに再立ち上げされたイオンビーム３が衝突したりする等の理由による。

イオンビーム電流計測器１４で不安定なイオンビーム電流を計測した場合、基板４に照射されるべき電流量のイオンビーム３が発生していないと誤認識してしまい、イオンビーム照射装置がエラー信号を発生して、装置の運転が停止されてしまう恐れがある。また、基板４へのイオンビーム照射処理の実施前に装置運転に関わる各種パラメータの調整を行ってイオンビーム電流量やイオンビーム電流密度分布の調整を行う機能を備えたイオンビーム照射装置の場合、不安定なイオンビーム電流の計測によって制御がスムーズに収束しない恐れがある。

上述した問題を解決する為に、本発明ではクリーニングが終了してから所定時間経過した後にイオンビーム電流を計測するようにしている。ここで言う所定時間とは、予め実験等で求められた時間でイオンビーム電流が実質的に安定状態になるまでの時間のことを意味している。このような構成を採用することにより、クリーニングの終了後に続くイオンビームの再立ち上げ処理と再立上げされたイオンビームによるイオンビーム照射処理を支障なく実現することが可能となる。

なお、所定時間経過前にイオンビーム電流計測器１４にイオンビーム３は照射されている状態であっても良い。その場合には、イオンビーム電流の計測値として所定時間経過後のものを使用するようにしておく。また、図７と図８の例では、イオンビーム電流計測器１４は処理室５内の所定位置に固定されていたが、これに代えて、イオンビーム３が照射される経路に出入りする移動式のイオンビーム電流計測器を用いても良い。

また、クリーニング後に行われるイオンビーム３の再立ち上げ時には、ドーパントガス９の流量が十分でない為、この状態でイオンビーム３の引出しを行うと、引出電極系２を構成する引出電極２ｂに引き出されるイオンビーム３の大半が衝突してしまう。このイオンビーム３の引出電極２ｂへの衝突が、引出電極２ｂ上に堆積物を生成する原因となる。

このような原因を取り除く為に、本発明ではクリーニング後で、かつ、ドーパントガス９のプラズマ生成容器１内への導入量が安定した後に、イオンビームの引出しを行うようにしている。なお、ドーパントガス９のプラズマ生成容器１内への導入量が安定したかどうかは、予め実験をしてどれぐらいの時間で安定したイオンビームの引き出しを行うことができるのかを計測しておき、計測された時間をもとにイオンビーム３を引出すようにしておいても良い。

＜その他の変形例＞
これまでに述べた本発明で用いられるイオンビーム照射装置の例としては、カセット７を大気側に配置しておくタイプのものであったが、カセット７を真空予備室６内に導入するタイプのイオンビーム照射装置にも適用できる。この場合、これらまでの例と同様に未処理基板と処理済基板との交換の際にクリーニングを行うようにしてもいいし、これとは別に、処理済基板が収納されたカセット７と未処理基板が収納されたカセット７との交換の間に、装置内部のクリーニングを行うようにしてもいい。

また、同一条件でのイオンビーム照射処理は、１つのカセットだけでなく複数のカセットに収納された基板にまたがって行われる場合もある。本発明はこのような複数のカセットにまたがって行われるイオンビーム照射処理の際にも用いることができる。

さらに、本発明が適用されるイオンビーム照射装置としては、様々な変形が考えられる。これを一般的なものとして描いた場合、図９に描かれている模式図のようになる。本発明が適用されるイオンビーム照射装置の例としては、複数枚の基板４が収納されたカセット７と、基板４へのイオンビーム照射処理がなされる処理室５と、カセット７と処理室５との間で、カセット７に収納された未処理基板と処理室５内でイオンビーム照射処理された処理済基板との基板交換を複数回行う基板搬送部１０２（搬送ロボット８、真空予備室６、図示されない真空ロボット等から構成される部位に相当する。）と、イオンビーム３を発生させ、処理室５内にイオンビーム３を供給するイオンビーム供給部１０１（プラズマ生成容器１、引出電極系２、分析電磁石１１等から構成される部位に相当する。）を備えたイオンビーム照射装置である。

このようなイオンビーム照射装置において、基板搬送部１０２によって複数回行われる基板交換作業のうち、少なくとも１回の基板交換作業と並行して、イオンビーム供給部１０１内のクリーニングを行うように構成されたイオンビーム照射装置であるため、装置の稼働率を格段に向上させることができる。

なお、本発明では基板交換作業と並行してイオンビーム供給部１０１内のクリーニングが行われるが、ここで述べた並行とは、基板交換作業の間、常にクリーニング等が行われているという意味で用いられているものではない。基板交換作業が行われている途中で、クリーニングの処理を終えてもいい。また、図３〜図６の例で述べたように、本発明では基板交換作業が行われていない間に、クリーニングがなされていてもいい。基板へのイオンビーム照射処理が終了した直後や次の基板にイオンビーム照射処理がなされる直前のタイミングでは、厳密には基板交換作業は行われていない。この場合、基板交換作業が開始されようとしているか、基板交換作業が完了した状態にある。このようなタイミングと重複するような時間帯でクリーニング等を実施するようにしておいてもいい。つまり、本発明で行われるクリーニングは基板交換作業が行われている時間と少なくとも部分的に並行して行われていればいい。

また、上述した実施形態では、プラズマ生成容器１の内部でプラズマを生成する手法として電子衝撃型の構成を例に挙げて説明したが、このような手法に代えて、高周波型のものであってもいい。高周波型のものを用いる場合、イオンビームの発生を停止される際、陰極に接続された電源の出力を停止させる代わりに、アンテナに接続された高周波電源の出力を停止させるようにすればいい。

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。

１・・・プラズマ生成容器
２・・・引出電極系
３・・・イオンビーム
４・・・基板
５・・・処理室
６・・・真空予備室
７・・・カセット

Claims

複数枚の基板が収納されるカセットと、
前記基板へのイオンビーム照射処理がなされる処理室と、
前記カセットと前記処理室との間で、前記カセットに収納された未処理基板と前記処理室内でイオンビーム照射処理された処理済基板との基板交換を前記カセットに収納された全ての未処理基板に対してイオンビーム照射処理が実施されるまでに複数回行う基板搬送部と、
イオンビームを発生させ、前記処理室内に当該イオンビームを供給するイオンビーム供給部と、を備えたイオンビーム照射装置であって、
前記基板搬送部によって複数回行われる基板交換作業のうち、少なくとも１回の基板交換作業と並行して、前記イオンビーム供給部の運転パラメータを設定変更して、前記イオンビーム供給部内のクリーニングを行うことを特徴とするイオンビーム照射装置。
前記イオンビーム照射装置は前記イオンビーム供給部内のクリーニングを行う為のクリーニング用の運転パラメータが格納された記憶装置を有しており、
前記イオンビーム供給部内のクリーニング時には、前記記憶装置から前記クリーニング用の運転パラメータの読み出しが行われることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム照射装置。
前記記憶装置には前記クリーニング用のクリーニング効果が異なる運転パラメータが複数格納されていて、
前記記憶装置からの前記運転パラメータの読み出しは、前記イオンビーム照射装置の運転時間、イオンビーム照射条件、あるいは、前記イオンビーム供給部で発生した放電回数のいずれかに基づいて行われることを特徴とする請求項２記載のイオンビーム照射装置。
前記イオンビーム照射装置は、前記処理室内に設けられ、前記イオンビームの電流を計測するイオンビーム電流計測器を備えていて、
前記イオンビーム供給部内のクリーニングが終了してから所定時間経過後に、前記イオンビーム電流計測器での計測を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビーム照射装置。
前記イオンビーム供給部は、
ドーパントガスが導入され、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引出す為の複数枚の電極群から構成された引出電極系を備えていて、
前記イオンビーム供給部内のクリーニングが終了した後で、かつ、前記プラズマ生成容器内に導入される前記ドーパントガスの導入量が所定量に達した後に、前記引出電極系に所定電圧が印加されることで前記イオンビームの引出しが行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオンビーム照射装置。
複数枚の基板が収納されたカセットと、
前記基板へのイオンビーム照射処理がなされる処理室と、
前記カセットと前記処理室との間で、前記カセットに収納された未処理基板と前記処理室内でイオンビーム照射処理された処理済基板との基板交換を前記カセットに収納された全ての未処理基板に対してイオンビーム照射処理が実施されるまでに複数回行う基板搬送部と、
イオンビームを発生させ、前記処理室内に当該イオンビームを供給するイオンビーム供給部と、を備えたイオンビーム照射装置であって、
前記基板搬送部によって複数回行われる基板交換作業のうち、少なくとも１回の基板交換作業と並行して、前記イオンビーム供給部内のクリーニングを行うことを特徴とするイオンビーム照射装置の運転方法。