JPH0254850A - イオン処理装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （７）技術分野 この発明は、マイクロ波を用いるイオン源を搭載したイ
オン処理装置の制御方法に関する。

特に、引出し電極の間でブレークが生じた時）ζ、直ち
にイオン源の動作を停止させるのではなく、中性化フィ
ラメントのエミッション電流を切り、ブレーク状態を解
除できるようにした制御方法に関する。

（イ）　マイクロ波を用いるイオン処理装置ＥＣＲ型と
もいうイオン処理装置の構成を第１図に示す。

真空チャンバ１の中に、ウェハディスク２が公転可能に
設けられる。ウェハディスク２の上に、多数枚のウェハ
３が取付けられる。これはウェハディスクに対して自転
可能に取付けである。

ディスク駆動装置４がウェハディスク２を回転させてい
る。

真空チャンバ１を真空に引くため、コンダクタンスバル
ブ５、ゲートバルブ６、真空ポンプ７が設けられる。

制御装置８は、イオン処理装置の各部分の装置や機構を
統一的に制御するものである。

さて、イオン処理装置は、反応性のある物質をイオン化
（リアクティブイオンビームエツチング）し、或は不活
性ガスをイオン化して、ビーム状とし、ウェハに当て、
これを、例えば、エツチングするものである。これは、
イオンを生ずるイオン発生機構と、これを加速してビー
ムにする引出電極系と、前述のウェハの保持機構と、真
空装置とを有する。

イオン処理の内容は、エツチングだけでなく、イオン打
ち込み、イオン蒸着、など多様である。

ＥＣＲ型の場合は、ＥＣＲＣＶＤ法にも使う事ができる
。

このように、イオンを発生し、ビームにして、対象物に
照射することをイオン処理と、広く呼ぶことにする。本
発明は、イオン源に対して、広く適用することができる
。

イオン源について述べる。

これは、コイル９、イオン源チャンバ１０、マイクロ波
発振器１１、導波管２１などよりなる。

マイクロ波発振器１１は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を生じ、導波管２１を経て、イオン源チャンバ１０に供
給する。

ガスボンベ２０から、マスフローコントローラ１２を通
って、イオン源チャンバ１０に、イオン化すべきガスが
供給される。これは、対象となるウェハ３によって異な
る。

コイル９は、イオン源チャンバ１０の内部に軸方向の磁
界を生ずる。この磁界Ｂによるサイクロトロン運動によ
り、電子が、気体の骨子、原子を励起する。

電子のサイクロトロン周波数が、マイクロ波の周波数に
ほぼ等しくなっている。

このため、Ｅ　ＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔ
ｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａ−ｎｃｅ　）というのである。

電子はマイクロ波から、エネルギーを吸収できるので、
気体を励起できる。励起されたものは、中性のラデイカ
ルになったり、イオンになったりする。

イオン源チャンバ１０の前方には、網目状或は多孔状の
加速電極２２、減速電極２３がある。

これらをあわせて引出し電極系と呼ぶ。

加速電極２２には、加速電源１５が接続されている。こ
れは正の電圧（たとえば＋７００Ｖ）が与えられている
。

減速電極２３には、減速電源１４が接続されている。こ
れは負電圧（たとえば−７００〜−３００Ｖ　）が与え
られている。

引出し電極の多孔部分又は網目をイオンが通過し、ビー
ム状になる。

この例では、広いビームを作って、ウェハを多数枚、同
時にエツチングするようにしている。このため、電極は
広い円板状になっている。

しかし、電極はもつと狭くてもよいし、狭いビームを生
ずることとしてもよい。

引出し電極を出たものはイオンである。

イオンがそのままウェハ３に当たると、ウェハ３が帯電
してしまう（チャージアップという）ので望ましくない
。

そこで、引出し電極系につづいて、中性化フィラメント
１８を設けている。これは、フィラメント電源１７によ
って抵抗加熱されて、熱電子を生ずる。熱電子がフィラ
メント１８の近傍に濃い密度で存在する。正イオンがフ
ィラメント１８の近傍を通るときに、電子を捕える。こ
うして、中性の原子、分子になる。

中性の原子、分子になったビームが、ウェハ３に当り、
これを化学的或は物理的にエツチングする。

ビームシャッタ１９は、ビームを通したり、止めたりす
るものである。

エミッション電源１６は、中性化フィラメント１８を負
電位に保つものである。これは例えば−３００〜−１０
０ｖ程度である。

制御装置８は、ディスク駆動装置４、コンダクタンスパ
ルプ５、ビームシャッタ１９、フィラメント電源１７、
エミッション電源１６、加速電源１５、減速電源１４、
コイル電源１３、マスフローコントローラ１２、マイク
ロ波発振器１１を制御している。

（ロ）従来技術 第２図は従来のイオン処理装置の制御方法を示す電圧電
流波形図である。

（ａ）は加速電圧Ｖａ、（ｂ）は加速電流Ｉａ、（ｃ）
は減速電圧Ｖｄ、（ｄ）は減速電流Ｉｄ、（６）はエミ
ッション電流Ｉｅである。横軸は全て時間を表わす。

加速電流Ｉａというのは、加速電源Ｖａを通って流れる
電流である。減速電流Ｉｄ４同様である。

停止時は、これらの電流、電圧はＯである。この装置の
使用を始めると、この図に示すように、電圧、電流が一
定値に保たれる。

正常に運転されている間は問題ない。

しかし、加速電極２２と、減速電極２３の間でブレーク
が発生することがある。これは、画電極の間の抵抗が急
激に減少する事である。

ブレークが発生すると、加速電流Ｉａが大幅に増加する
（イ点）。減速電流Ｉｄも、大幅に増加する（ハ点）。

減速電圧ＶｄはＯになる（四点）。

加速電圧は殆んど変わらない。

に）　発明が解決しようとする問題点 イオン源が正常に運転されている時、減速電源に流れる
電流Ｉｄは、加速電源に流れる電流Ｉａに比べれば僅か
である。

このため、加速電源は大容量のもの、減速電源は小容量
のものを使用する。

この例では、加速電源の定格はＩＡ、減速電源の定格は
０．２人である。

このため、加速、減速電極の間でブレークが生じると（
ｔｌ）　、減速電源の方が弱いので、この電圧は殆どＱ
Ｖになってしまう。加速、減速電流ともに増加する。

加速電源の電流の大部分が減速電源に流れこむので、減
速電流Ｉｄが特に著しく増加する。

制御装置８は、減速電源過負荷と判断する。そうすると
、制御装置８は、イオン源の動作停止の指令を出し、各
部の機能を中断させる（ｔ２）。

そうすると、ウェハ３からみれば、イオン照射が中断さ
れたことになる。

このように、イオン処理が中断されるという事は、処理
されるウェハの再現性に問題を生ずる。

生産用イオン処理装置としては適さない。

ＧＯ目　　　　　　　的 ブレークが生じた時に、直ちに停止するのではなく、ブ
レークの原因を除去し、処理を続行する方が望ましい。

本発明は、電極間でブレークが生じた時に、直ちにブレ
ークの原因を除き、イオン処理をひきつづき持続できる
ようにしたイオン処理装置の制御方法を提供することを
目的とする。

（２）本発明の方法 加速電極と減速電極の閏で、なぜブレークが発生するの
か？という事を考える。

中性化フィラメント１８で生じた熱電子は左右に飛ぶが
、この一部がイオン源の方向に飛んで、電極間でブレー
クを引起すのである。熱電子が減速電極に当り二次電子
を生ずると、これが、加速電極へ引張られる。すると、
電極間で放電が生じてブレーク状態となる。

だとすれば、熱電子の発生を一時中断すれば、ブレーク
の原因が除かれ、ブレーク状態から回復することになる
。

そこで、本発明に於ては、ブレークが発生した時に、中
性化フィラメント１８のエミッション電流Ｉｅ又はフィ
ラメント電流Ｉｆを、−時的に、０に、或はＯに近い値
に減少させる。

そうすると、多くの場合、ブレークが解除される。

もとの状態に戻ったわけであるから、エミッション電流
Ｉｅ、又はフィラメント電流Ｉｆをもとの値に復帰させ
る。ブレークが解除されない場合は、何回か同じことを
繰返す。

第３図に本発明の制御方法を与える波形図を示す。これ
はエミッション電流Ｉｅを制御する例であるが、フィラ
メント電流Ｉｆを制御してもよい。

（ａ）はビーム電流Ｉｂである。これは加速電流Ｉａか
ら減速電流Ｉｄを引いたものである。

Ｉｂ　＝　Ｉａ　−Ｉｄ （ロ）は加速電圧Ｖａ、（Ｃ）は加速電流Ｉａ、（ｄ）
は減速電圧Ｖｄ　、（ｅ）は減速電流工ｄ、（ｆ’）は
エミッション電流Ｉｅを示す。

エミッション電流Ｉｅが制御変数になっていることに注
意すべきである。

また、ビーム電流Ｉｂが観測量として採用されている事
にも注意すべきである。

ビーム電流Ｉｂは、従来に於ても、モニタされていたの
であるが、それは単に状態変数としてモニタされていた
だけである。

本発明においては、ビーム電流Ｉｂを、ブレーク発生検
出に使う。ブレーク発生時に、ビーム電流Ｉｂは急激に
増加する。そこで、正常運転時のビーム電流Ｉｂｏのた
とえば、１．２倍を閾値として、Ｖｔｈ　　＝　　１．
２　Ｉｂ。

ｖｂ　≧　ｖｔｈ であれば、ブレークと判定する。（２）の定数の値は、
１．２に限らず１．１〜１，５でもよい。

すると、第３図（ａ）の二点、ヲ点でブレークが発生し
たという事が分る。

ブレークに伴ない、加速電流が増加（イ点）する。減速
電流も増加（ハ点）する。減速電圧はほぼＱＶになる（
四点）。

ブレークが検出されたので、エミッション電流Ｉｅを、
０又はそれに近い値に落す（ホ点）。これはフィラメン
ト電流Ｉｆを落すことにしてもよい。

こうすると、ブレーク状態が解除されることが多い。

つまり、ビーム電流が元の値に戻り（へ点）、加速電流
、減速電流も元のレベルに戻る（ト点、す点）、減速電
圧も回復する（チ点）。エミッション電流を元に戻す（
ヌ点）０ 第４図はビーム電流と、エミッション電流の波形だけを
示す。

エミッション電流をＯ又は０に近い値にする時間を、エ
ミッション遮断時間ΔＴ１と呼ぶことにする。

これは短すぎると、ブレーク状態が解除されない。反対
に長ずざると、イオン発生が長く停止することになるの
で望ましくない。たとえばΔＴ１は０゜５　ｓｅｃ程度
とする。もちろん、０．１〜１０ｓｅｃであってもよい
。

第４図で、エミッション電流の下降分ΔＩｅは、正常時
のエミッション電流Ｉｅの１．０〜０．８程度テある。

この例では、ΔＩ６１　＝　０．９９Ｉｅである。

第４図で左側の波形ワ、力は、１回のエミッション電流
遮断によってブレークが解除される場合を示す。

１回ではブレークが解除されない場合もある。

この場合は１第４図右側に示すように、エミッション電
流を、１回遮断しくし点）、ΔＴ１後に、元に戻す（ソ
点）。しかし、ビーム電流ＩｂがＩｔｈより大きいまま
なので、ΔＴ２後に、再びエミッション電流を遮断（ツ
点）する。

ΔＴｌ後に、エミッション電流を回復する（ネ点）。

これでもブレークが解除されない時は、三たびエミショ
ン電流を遮断する（す点）。

このように、遮断、回復を繰返すと、やがて、ブレーク
が解除されて、ビーム電流が元の値に戻る（夕点）。

回復時間ΔＴ２は短い方がよい。長いと電源に負担がか
かるからである。しかし、あまりに短いと、ビーム電流
の測定ができない。そこで、ΔＴ２は０．１〜５　ｓｅ
ｃ程度でよい。この例では０．５ｓｅｃとなっている。

ここではエミッション電流Ｉｅ′Ｉｔ遮断することにつ
いて説明した。

しかし、エミッション電流にかえて、フィラメント電流
を遮断することにしてもよい。

フィラメント電流の場合は、熱電子放出の強さが電流に
対し非線型であるため、電流の減少量は少なくてすむ。

３０９６程度減すだけで、熱電子放出を完全に停止でき
る。つまり、フィラメント電流を制御する場合は制御範
囲を狭くすることができる。

なお、一定時間経過（遮断、回復を数サイクル繰返）し
ても、ブレークが解除されない場合には、上述した二次
電子以外の異常に起因すると考えられるので、その後直
ちに運転を停止するようにしてもよいのは勿論である。

（→効　果 ブレーク発生時に於て、従来は、イオン源の機能が自動
的に停止するようになっていた。このため、対象となる
ウェハに悪影響を与えていた。それに、ブレークの原因
を除くため、点検、修繕の手数がかかることもあった。

本発明に於ては、エミッション電流又はフィラメント電
流を短時間遮断させブレーク状態を自動的に解除するよ
うにしている。このため、ブレークが発生しても、イオ
ン源を実効的に停止させる事なく運転することができる
。

ウェハの品質が一定し、量産機として望ましいものにな
る。また、処理時間を実効的に短くできるから、生産性
が上る。

【図面の簡単な説明】

第１図はマイクロ波を使ったイオン処理装置の全体構成
図。 第２図は従来の制御方法を示す各部分の電圧電流波形図
。 第３図は本発明の制御方法を示す各部分の電圧電流波形
図。 第４図は本発明の制御方法を示すためのビーム電流、エ
ミッション電流の電流波形図。 １・・・・・・真空チャンバ ２・・・・・・ウェハディスク ３……ウエハ ４・・・・・・デイクク駆動装置 ５・・・・・・コンダクタンスバルブ ６・・・・・・ゲートパルプ ７・・・・・・真空ポンプ ８・・・・・・制御装置 ９・・・・・・コイル １０・・・・・・イオン源チャンバ １１・・・・・・マイクロ波発振器 １２・・・・・・マスフローコントローラ１３・・・・
・・コイル電源 １４・・・・・・減速電源 １５・・・・・・加速電源 １６・・・・・・エミッション電源 １７・・・・・・フィラメント電源 １８・・・・・・中性化フィラメント １９・・・・・・ビームシャッタ ２０・・・・・・ガスボンベ ２１・・・・・・導波管 ２２・・・・・・加速電極 ２３・・・・・・減速電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気体を導入しこれをイオン化するためのイオン源チャン
   バ１０と、イオン源チャンバ１０内に磁界を与えるため
   のコイル９と、コイル磁界によつて決まる電子のサイク
   ロトロン周波数に近い周波数のマイクロ波をイオン源チ
   ャンバ１０に与えるマイクロ波発振器１１と、イオンを
   引出すためイオン源チャンバ１０に続いて設けられる加
   速電極２２、減速電極２３と、これらに電圧を印加する
   加速電源１５、減速電源１４と、加減速電極２２、２３
   を通過したイオンを中性化するため熱電子を放出する中
   性化フィラメント１８と、中性化フィラメント１８を加
   熱するためのフィラメント電源１７と、中性化フィラメ
   ント１８を負電位に保つためのエミッション電源１６と
   、真空チャンバ１と、各電源を制御するための制御装置
   とよりなり、マイクロ波によつてプラズマを発生せしめ
   イオンビームとし、これを中性化してウェハに照射する
   イオン処理装置において、加速電流Ｉａから減速電流Ｉ
   ｄを差引いた値であるビーム電流Ｉｂがある閾値Ｉｔｈ
   を越えることによつてブレーク状態であることを検出し
   、ブレーク状態になつた時は、遮断時間ΔＴ＿１だけ中
   性化フィラメント１８のエミッション電流Ｉｅ又はフィ
   ラメント電流Ｉｆを減少させた後もとの値に回復させる
   ことを特徴とするイオン処理装置の制御方法。