KR101453263B1 - 이온주입장치 및 이온주입장치의 운전 방법 - Google Patents

Abstract

이온원 내부의 클리닝 후에 시행되는 이온빔의 재가동 처리를 단시간에 끝낸다.
이온주입 처리시에 이온원(IS) 내부에 프로세스 가스를 도입하여 복수장의 전극으로 구성되는 인출 전극계(2)를 이용하여 이온원(IS)으로부터 리본 형상의 이온빔(3)을 인출하고, 처리실(5) 내에 배치된 기판(4)에 이온빔(3)을 조사하고, 그리고 이온주입 처리시 이외의 시간에 이온원(IS) 내부에 클리닝 가스를 도입하여 상기 이온원(IS) 내부를 클리닝하는 이온주입장치(IM)로서, 클리닝 종료 후에 이온빔(3)을 재가동할 때 인출 전극계(2)에 소정 전압을 인가한 후에 이온원(IS)의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판(4)의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정한다.

Description

이온주입장치 및 이온주입장치의 운전 방법{ION IMPLANTATION APPARATUS AND OPERATION METHOD OF ION IMPLANTATION APPARATUS}

본 발명은 실리콘 웨이퍼나 유리 기판에 이온빔을 조사하여, 상기 웨이퍼나 기판에 대한 이온주입 처리를 실시하는 이온주입장치로, 특히 클리닝 기능을 구비한 이온주입장치와 상기 이온주입장치의 운전 방법에 관한 것이다.

이온주입장치에서는 이온원에서 이온빔을 인출하는 운전을 장시간 계속하면, 이온원의 인출 전극계를 구성하는 전극이나 이온원을 구성하는 플라즈마 생성 용기의 내부에 퇴적물이 부착한다. 이를 방치해 두면 인출 전극계의 전극간에서 이상 방전을 일으킨다.

이 이상 방전의 발생 횟수가 많아지면 이온원의 정상 운전을 유지할 수 없게 되기 때문에 이온원 내부를 필요에 따라 클리닝했었다.

이 클리닝의 예로서 특허문헌 1에는 시료에 대한 이온주입시 이외의 시간에 이온원에 수소 가스를 도입하고, 이온원 내부에서 수소 플라즈마를 발생시켜서 이온 내부의 퇴적물을 클리닝하는 수법이 개시되어 있다.

일본국 특허 제2956412

특허문헌 1의 수법에서는 시료에 대한 이온주입시 이외의 시간에 이온원 내부에서 수소 플라즈마를 발생시켜서 클리닝하는 것이 기재되어 있지만, 그 후 이온빔을 어떻게 하여 재가동하면 좋을지에 대해 전혀 기재되어 있지 않다.

이온주입장치에서는 복수장의 기판에 대한 이온주입 처리가 소정 장수마다 복수회로 나누어 시행되고 있다. 각 이온주입 처리를 하는 사이, 처리 완료된 기판과 미처리 기판을 교환하기 위해 기판에 대한 이온주입 처리를 일단 정지하게 된다. 이러한 기판 교환 기간에 특허문헌 1에 기재된 기술을 이용하여 이온원 내부를 클리닝하는 것을 생각할 수 있는데, 기판 교환 기간은 보통 많아야 몇 분 정도이기 때문에 클리닝을 하고 나서 이온빔을 조기에 가동하는 것이 요구되고 있다.

그러므로 본 발명에서는 클리닝 후에 단시간에 이온빔을 재가동할 수 있는 이온주입장치와, 상기 장치의 운전 방법을 제공한다.

본 발명의 이온주입장치는 이온주입 처리시에 이온원 내부에 프로세스 가스를 도입하여 복수장의 전극으로 구성되는 인출 전극계를 이용하여 상기 이온원에서 리본 형상의 이온빔을 인출하고, 처리실 내에 배치된 기판에 상기 이온빔을 조사하고, 그리고 이온주입 처리시 이외의 시간에 이온원 내부에 클리닝 가스를 도입하여 상기 이온원 내부를 클리닝하는 이온주입장치로서, 클리닝 종료 후에 상기 이온빔을 재가동할 때, 상기 인출 전극계에 소정 전압을 인가한 후, 상기 이온원의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정하는 제어 장치를 구비하고 있다.

인출 전극계에 소정 전압을 인가함으로써 각 전극간에 소정의 전계 분포가 형성되는데, 이 전계 분포가 형성될 때까지는 과도적인 상태를 거친다. 전극간의 전계가 과도적인 상태일 때, 이온원 내부에서 이온주입 처리시 발생되는 플라즈마와 같은 농도를 가지는 플라즈마가 생성되어 있으면, 이 플라즈마로부터 주입시에 이용되는 것과 동일한 정도의 이온빔 전류를 가지는 이온빔이 인출되어서 그 대부분이 인출 전극계에 충돌한다. 특히, 리본 형상의 이온빔이 인출되는 경우, 스폿 형상의 이온빔에 비해 그 이온빔 전류는 매우 크기 때문에, 이러한 이온빔의 인출 전극계에 대한 충돌로 인해 인출 전극계에 전압을 인가하기 위한 전원에 과전류가 흘러 버린다. 이 과전류에 의해 전원의 출력 전압이 불안정해지고 조기에 원하는 이온빔의 가동을 할 수 없다.

상술한 점을 고려하여 본 발명에서는 이온빔을 재가동할 때, 인출 전극계에 소정 전압을 인가한 후에 이온원의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정하는 제어 장치를 구비한 구성을 채용했다. 이로 인해 인출 전극계를 구성하는 전극간에 소정의 전계가 형성된 후에 이온원 내부에서 이온주입 처리시에 생성되는 플라즈마와 동등한 농도를 가지는 플라즈마가 생성되고, 거기에서 이온빔을 인출할 수 있기 때문에 비교적 큰 이온빔 전류를 가지는 이온빔의 인출 전극계의 대한 충돌을 충분히 억제할 수 있다. 그 결과, 인출 전극계에 접속된 전원에 과전류가 유입되는 경우가 없기 때문에 조기에 이온빔을 가동할 수 있다.

복수장의 기판에 대한 이온주입 처리를 소정 장수마다 복수회로 나눠서 실시하는 이온주입장치로서, 상기 제어 장치는 모든 이온주입 처리가 끝날 때까지의 사이에 상기 이온원 내부의 클리닝을 적어도 1회 시행하는 것이면 된다.

이러한 구성을 채용하면 일련의 이온주입 처리에서 틈새 시간을 이용하여 이온원을 클리닝할 수 있기 때문에 이온원을 클리닝하기 위해 이온주입장치의 운전을 정지시킬 필요가 없다.

또 상기 이온빔을 재가동할 때에 상기 인출 전극계에 소정 전압을 인가할 때, 상기 이온원 내부에서는 플라즈마가 생성되지 않도록 해 두어도 좋다.

인출 전극계에 소정 전압을 인가할 때, 이온원 내부에서 플라즈마가 생성되어 있으면 거기에서 원하지 않는 이온빔이 인출된다. 이때 과도적인 전계의 작용에 의해 인출된 이온빔의 대부분이 인출 전극계에 충돌할 우려가 있다. 플라즈마 농도가 충분히 옅으면, 대전류의 이온빔이 인출되지 않으므로 인출 전극계에 접속된 전원에 과전류가 흘러서 전원의 출력 전압이 불안정하게 된다는 문제는 발생하지 않지만, 이온빔의 인출 전극계에 대한 충돌에 의해 다음의 경우가 우려된다.

이온빔의 인출 전극계에 대한 충돌에 의해 인출 전극계의 퇴적물이 스퍼터링되어 이것이 인출 전극계를 구성하는 전극간에서 방전을 일으키는 원인이 된다. 또 스퍼터링된 퇴적물이 이온빔의 수송 경로의 하류 측에 비산(飛散)하고, 이것이 기판에 혼입한 경우에는 기판이 주입 불량이 된다. 그러나 인출 전극계에 소정 전압을 인가할 때에 이온원 내부에서 플라즈마를 생성하지 않도록 해두면 상술한 바와 같은 이온빔의 인출 전극계에 대한 충돌을 방지할 수 있다.

보다 구체적인 이온원의 구성으로는 상기 이온원은 상기 클리닝 가스와 상기프로세스 가스가 도입되어 내부에서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 용기를 구비하고 있고, 상기 플라즈마 생성 용기 내에는 1 또는 복수의 캐소드가 배치되어 있어서, 상기 캐소드와 상기 플라즈마 생성 용기의 사이에는 양 부재 사이의 전위차를 조정하는 전원이 접속되어 있다.

또 상기 제어 장치는 상기 이온빔을 재가동할 때, 상기 인출 전극계에 접속된 전원의 출력 전압을 소정의 값으로 한 후, 상기 캐소드와 상기 플라즈마 생성 용기 사이에 접속된 전원의 출력 전압을 소정의 값으로 한다.

또한 본 발명의 이온주입장치의 운전 방법은 이온주입 처리시에 이온원 내부에 프로세스 가스를 도입하여 복수장의 전극으로 구성되는 인출 전극계를 이용하여 상기 이온원에서 리본 형상의 이온빔을 인출하고, 처리실 내에 배치된 기판에 상기 이온빔을 조사하고, 그리고 이온주입 처리시 이외의 시간에 이온원 내부에 클리닝 가스를 도입하여 상기 이온원 내부를 클리닝하는 이온주입장치로서, 클리닝이 끝난 후에 상기 이온빔을 재가동할 때, 상기 인출 전극계에 소정 전압을 인가한 후 상기 이온원의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정한다.

전극간의 전계 분포가 소정의 것이 된 후에 이온원의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 변경하도록 했기 때문에 비교적 큰 이온빔 전류를 가지는 이온빔의 인출 전극계에 대한 충돌을 충분히 억제할 수 있다. 그 결과, 인출 전극계에 접속된 전원에 과전류가 유입되는 일이 없기 때문에 조기에 이온빔을 가동할 수 있다.

도 1은 이온주입장치(IM)의 평면도이다.
도 2는 이온빔을 재가동함에 따른 제1 처리예를 나타내는 순서도이다.
도 3은 이온빔을 재가동함에 따른 제2 처리예를 나타내는 순서도이다.
도 4는 이온빔을 재가동함에 따른 제3 처리예를 나타내는 순서도이다.
도 5는 이온빔을 재가동함에 따른 제4 처리예를 나타내는 순서도이다.

본 발명에 따른 이온주입장치 및 그 운전 방법에 관하여 도면을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1에는 본 발명에서 사용되는 하나의 이온주입장치(IM)의 평면도가 기재되어 있다. 이 이온주입장치(IM)의 전체 구성에 대해 간단하게 설명한다. 또한 도시된 XYZ축의 방향은 서로 직교하고 있다.

플라즈마 생성 용기(1)는 도시된 X축 방향의 치수에 비해서 Y축 방향의 치수가 긴 대략 입방체 형상의 용기로, 제1 가스봄베(9)에서 용기 내에 프로세스 가스(BF3이나 PH3 등)의 공급이 이루어진다. 또 플라즈마 생성 용기(1)의 전위는 가속 전원(Vacc)에 의해 소정 전위에 고정되어 있다. 또한 플라즈마 생성 용기(1) 내에는 음극(F)이 도입되어 있고 아크 전원(Varc)에 의해 음극(F)과 플라즈마 생성 용기(1)의 사이에는 소정의 전위차가 설정되어 있다. 또한 음극(F)과 플라즈마 생성 용기(1)의 사이에는 도시되어 있지 않은 절연체가 마련되어 있어서 이 절연체에 의해 양 부재 사이는 전기적으로 이간되어 있다.

음극(F)의 양단에는 음극 전원(Vf)이 접속되어 있어서 이 전원에 의해 가열된 음극(F)에서 열전자가 방출된다. 이 열전자가 제1 가스봄베(9)에서 공급된 프로세스 가스에 충돌하면 프로세스 가스가 전리되어 플라즈마(P)가 생성된다.

플라즈마 생성 용기(1)의 Z축 방향측의 면에는 개구가 형성되어 있고, 플라즈마(P)에서 리본 형상의 이온빔(3)(이 예에서는 X축 방향보다 Y축 방향의 치수가 긴 이온빔)을 인출하기 위한 인출 전극계(2)가 배치되어 있다. 인출 전극계(2)는 복수의 전극으로 구성되어 있고 예를 들면 도 1에 기재되어 있는 바와 같이 4장의 전극으로 구성되어 있다. 플라즈마 생성 용기(1)측에서부터 가속 전극(2a), 인출 전극(2b), 억제 전극(2c), 접지 전극(2d)이 순서대로 정렬되어 있으며, 각 전극은 서로 전기적으로 이간하고 있다. 이들 전극에는 이온빔(3)을 통과시키기 위한 복수의 원형 구멍이나 복수의 슬릿, 혹은 단일 슬릿이 형성되어 있다.

이 예에서는, 가속 전극(2a)은 음극(F)과 같은 전위이며, 접지 전극(2d)은 전기적으로 접지되어 있다. 또 억제 전극(2c)에는 이온빔(3)이 인출되는 Z축 방향의 측에서 플라즈마 생성 용기(1)측에 대한 전자의 유입을 방지하기 위해 전극에 부전압을 인가하는 억제 전원(Vsup)이 접속되어 있다.

인출 전극계(2)에서 인출된 이온빔(3)은 분석 전자석(10)과 분석 슬릿(11)에 의해 질량 분석된 후 처리실(5) 내에 입사한다.

기판(4)은 처리실(5)의 외측에 있는 카세트(7)로부터 반송 로봇(8)에 의해 진공 예비실(6) 내에 반송된다. 진공 예비실(6)에 기판(4)이 반송되면 도시되지 않는 펌프에 의해 에어퍼지(air purge)되어 진공 예비실(6) 내의 분위기가 대기에서 진공으로 변화한다. 그리고 소정의 진공도에 도달한 후, 진공 예비실(6)의 처리실(5)측의 문이 열리고 처리실(5) 내에 기판(4)이 반송된다. 또한 진공 예비실(6)을 에어퍼지할 때, 진공 예비실(6)의 대기측(카세트(7)가 배치되어 있는 측)의 문은 닫혀 있다.

처리실(5) 내에 반송된 기판(4)은 도시되지 않는 회전기구에 의해 이온빔(3)에 의한 피조사면이 대략 Y축 방향에 평행이 되도록 그 자세가 변경된다. 그 후, 도시되지 않는 반송기구에 의해 X축 방향을 따라 기판(4)의 주사(走査)가 실시된다. 또한 기판(4) 주사시에, 이온빔(3)을 기판(4)이 가로지르는 횟수는 1회여도 되고, 복수회여도 된다. 또 기판(4)의 주사 방향은 X축 방향이 아니어도 된다. 즉, 이온빔(3)의 진행 방향인 Z축 방향과 교차하는 방향으로서, 기판(4)의 주사에 의해 기판(4)의 전면(全面)에 이온주입이 이루어지는 방향이면 어떤 것이라도 무관하다.

도시되어 있는 바와 같이 Y축 방향에 있어서 이온빔(3)의 치수는 기판(4)의 치수보다 길기 때문에 X축 방향에 기판(4)이 주사됨으로써 기판(4)의 전면에 이온주입이 시행된다. 기판(4)에 대한 이온주입 처리 후, 기판(4)은 처리실(5) 내에 반송된 경로와 반대 경로로 가서 카세트(7) 내에 수납된다. 또 처리실(5)에는 이온빔 전류 계측기(12)가 마련되어 있고, 이는 기판(4)에 대한 이온빔(3)의 조사 전에 이온빔(3)이 원하는 특성을 가지는 것인지를 확인할 때에 이용된다.

카세트(7)에 처리 완료된 기판이 수납된 후, 미처리 기판이 카세트(7)로부터 반송 로봇(8)에 의해 꺼내져서, 다시 처리실(5) 내에 반송된 후 기판(4)에 대한 이온주입 처리가 시행된다. 이러한 처리 완료된 기판과 미처리 기판의 교환이 카세트(7) 내에 수납되어 있는 복수장의 기판에 대한 이온주입 처리가 끝날 때까지 반복하여 시행된다.

기판 교환이 이루어지고 있는 동안은 처리실(5) 내에는 처리 대상으로 하는 기판(4)이 없으므로, 이온빔(3)을 조사해 둘 필요는 없다. 본 발명에서는 반복되어 이루어지는 일련의 이온주입처리에서 복수회 이루어진 기판 교환 도중에 이온원(IS)의 클리닝을 적어도 1회 실시하고 있다.

이온주입장치(IM)에는 제어 장치(20)가 마련되어 있다. 제어 장치(20)는 신호(S1)를 송신하여 도시되지 않는 반송기구에 의한 기판(4)의 주사를 제어하는 기능을 가지고 있다. 제어 장치(20)는 반송기구의 제어를 통해 기판(4)의 위치 정보를 얻고 있으며, 이 위치 정보에 기초하여 신호(S2~S6)를 음극 전원(Vf), 아크 전원(Varc), 인출 전원(Vext), 제1 가스봄베(9), 제2 가스봄베(91)에 송신하고 각 부분을 제어한다. 또 가속 전원(Vacc)의 출력 전압값도 제어하는 경우에는 이 전원에 관한 제어 신호의 송신도 이루어진다.

기판(4)에 대한 이온주입 처리의 종료로부터 이온원(IS) 내부를 클리닝하여 클리닝 후에 이온빔(3)을 재가동할 때까지 복수의 처리방법을 생각할 수 있다. 각 처리 방법에 대해서 공통하여 말할 수 있는 것은 클리닝 후에 이온빔(3)을 재가동할 때, 일단 먼저 인출 전극계(2)에 접속된 전원(도 1의 예에서는 인출 전원(Vext)과 억제 전원(Vsup))에 의해 각 전극에 소정 전압(기판(4)에 대한 이온주입 처리시에 설정되는 전압)이 인가된다.

다음으로 이온원(IS)의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판(4)의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정한다. 이온원(IS)의 운전 파라미터는 이온원(IS)의 구성에 따라 다르지만, 도 1의 예로 말하자면 아크 전원(Varc)의 출력 전압값, 음극 전원(Vf)의 출력 전압값, 가속 전압(Vacc)의 출력 전압값, 제1 가스봄베(9)로부터의 프로세스 가스의 유량, 제2 가스봄베(91)로부터의 클리닝 가스의 유량이 이온원(IS)의 운전 파라미터에 상당한다.

기판(4)에 대한 이온주입을 시행할 때, 기판(4)의 종류나 주입 과정의 종류에 따라 주입 레시피가 결정된다. 여기서 말하는 주입 레시피란, 기판(4)에 주입되는 도스양, 이온 종류, 이온빔의 에너지를 가리킨다. 이 중 도스양은 기판(4)의 주사 속도와 기판(4)에 조사되는 이온빔(3)의 이온빔 전류로 결정된다.

도 1의 예에서는 이온빔 전류는 인출 전극계(2)에 인가된 전압값과 이온원(IS) 내부의 플라즈마 농도로 결정되고, 플라즈마 농도는 아크 전원(Varc)의 출력 전압값, 음극 전원(Vf)의 출력 전압값, 가속 전원(Vacc)의 출력 전압값, 제1 가스봄베(9)로부터 공급되는 프로세스 가스의 유량, 제2 가스봄베(91)로부터 공급되는 클리닝 가스 유량으로 결정된다.

상술한 바와 같이 인출 전극계(2)에 접속된 전원(도 1의 예에서는 인출 전원(Vext)과 억제 전원(Vsup))에 의해 인출 전극계(2)에 소정 전압(기판(4)에 대한 이온주입 처리시에 설정되는 전압)을 인가한 후에, 이온원(IS)의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판(4)의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정하도록 하고 있으므로, 이온빔(3)을 재가동할 때에 비교적 큰 이온빔 전류를 가지는 이온빔(3)의 인출 전극계(2)에 대한 충돌을 충분히 억제할 수 있다.

이온빔(3)의 인출 전극계(2)에 대한 충돌은 다음과 같이 하여 일어난다. 인출 전극계(2)에 전압을 인가함으로써 각 전극간에 소정의 전계 분포가 형성되는데,이 전계 분포가 형성되기까지는 과도적인 상태를 거친다. 전극간의 전계가 과도적인 상태일 때에 이온원(IS) 내부에서 이온주입 처리시에 생성되는 플라즈마와 동등한 농도를 가지는 플라즈마(P)가 생성되어 있으면, 이 플라즈마(P)에서 이온주입 처리시에 이용되는 것과 같은 정도의 이온빔 전류를 가지는 이온빔(3)이 인출되어 그 대부분이 인출 전극계(2)에 충돌한다.

특히, 리본 형상의 이온빔(3)이 인출되는 경우, 스폿 형상의 이온빔에 비해 그 이온빔 전류는 매우 크다. 그렇기 때문에 이러한 리본 형상의 이온빔(3)의 인출 전극계(2)에 대한 충돌로 인해 인출 전극계(2)에 전압을 인가하기 위한 전원에 과전류가 흐른다. 이 과전류에 의해 전원의 출력 전압이 불안정하게 되어 조기에 원하는 이온빔(3)을 가동할 수 없게 된다.

상술한 점을 고려하여 본 발명에서는 이온빔(3)을 재가동할 때 인출 전극계(2)에 소정 전압을 인가한 후에 이온원(IS)의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정하도록 구성하고 있다. 이로 인해 인출 전극계(2)를 구성하는 전극간에 소정의 전계가 형성된 후에 이온원(IS) 내부에서 이온주입 처리시에 발생되는 플라즈마(P)와 동등한 농도를 가지는 플라즈마(P)가 생성되고, 거기에서 이온빔(3)을 인출할 수 있기 때문에 비교적 큰 이온빔 전류를 가지는 이온빔(3)의 인출 전극계(2)에 대한 충돌을 충분히 억제할 수 있다. 그 결과, 인출 전극계에 접속된 전원에 과전류가 유입되는 일이 없으므로 조기에 이온빔(3)을 가동할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이온빔(3)의 재가동으로부터 실제로 기판(4)에 대한 이온주입 처리가 시작되기 전에 이온빔 전류 계측기(12)로 인출 전극계(2)에서 인출된 이온빔(3)의 이온빔 전류의 계측이 이루어진다. 여기서 원하는 이온빔 전류가 얻어져 있다면 즉시 기판(4)에 대한 이온주입 처리가 이루어지지만, 원하는 이온빔 전류가 얻어져 있지 않은 경우, 상술한 이온원(IS)의 운전 파라미터나 인출 전극계(2)에 대한 인가 전압의 미(微)조정이 이루어진다.

이하, 도 2~도 5를 참조하여 기판(4)에 대한 이온주입 처리의 종료로부터 이온원(IS) 내부를 클리닝하고, 클리닝 후에 이온빔(3)을 재가동할 때까지의 구체적인 처리예에 대해서 설명한다.

도 2는 제1 처리예이다. 기판(4)에 대한 이온주입 처리가 끝났으므로 T1에서 이온원(IS) 내의 플라즈마(P)를 소등한다. 다음으로 T2에서 제1 가스봄베(9)에 의한 프로세스 가스의 공급을 정지시키고, 제2 가스봄베(91)에 의한 클리닝 가스의 공급을 시작한다. 이온주입장치(IM)에는 도시되지 않는 진공 펌프가 마련되어 있어서 이 진공 펌프에 의해 주입 장치 내부는 에어퍼지되어 있으므로, 프로세스 가스의 공급이 정지된 후의 잔류 가스는 이 펌프에 의해 장치 밖으로 배출된다. 또 후술하는 클리닝 가스의 공급 정지에 따라 이온원(IS) 내에 잔류하고 있는 클리닝 가스도 상술한 진공 펌프에 의해 장치 밖으로 배출된다.

T3에서는 이온원(IS) 내에서 플라즈마(P)의 점등이 이루어지고, 이 플라즈마(P)에 의해 이온원(IS) 내부의 클리닝이 시행된다. 또한 여기서 생성되는 플라즈마(P)는 클리닝 가스를 원료로 한 것이다. 또 플라즈마(P)의 점등과 소등은 제어 장치(20)에 의해 음극 전원(Vf), 아크 전원(Varc)의 출력 전압이 소정의 값으로 설정됨으로써 시행된다. 또한 이온원(IS) 내부를 클리닝할 때, 이온빔(3)의 인출은 불필요하기 때문에 제어 장치(20)에 의해 적어도 인출 전원(Vext)의 출력 전압은 0 또는 이온빔(3)의 인출이 이루어지지 않을 정도의 값으로 설정되어 있다. 이러한 점에 대해서는 후술하는 도 3~5의 예에서도 마찬가지이다.

T4에서는 클리닝 가스에 의한 플라즈마(P)의 소등이 이루어진다. 그 후 T5에서 제2 가스봄베(91)에 의한 클리닝 가스의 공급이 정지됨과 동시에 제1 가스봄베(9)에 의한 프로세스 가스의 공급이 시작된다. 또한 도 2의 예에 있어서 T5의 시점에서는 음극 전원(Vf), 아크 전원(Varc)의 출력 전압값은 0 또는 이온원(IS) 내에서 플라즈마(P)가 점등하지 않을 정도의 값으로 설정되어 있다.

다음으로 T6에서 인출 전극계(2)를 구성하는 각 전극에 소정 전압이 인가된다. 이때의 전압값은 기판(4)에 대한 이온주입 처리시에 설정되는 전압값으로, 처리 대상으로 하는 기판(4)의 주입 레시피에 따라 미리 결정되어 있다. 그 후 T7에서 이온원(IS)의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판(4)의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정한다. 구체적으로는 제1 가스봄베(9)에 의한 프로세스 가스의 공급량을 소정의 것으로 하고, 제2 가스봄베(91)에 의한 클리닝 가스의 공급량을 0으로 한다. 또 음극 전원(Vf), 아크 전원(Varc)의 출력 전압값을 소정의 것으로 설정한다. 또한 앞의 이온주입 처리의 종료로부터 이온빔(3)의 재가동까지의 사이에 가속 전원(Vacc)의 출력 전압값을 변경하고 있는 경우에는 이를 이온주입 처리시에 이용되는 소정의 값으로 되돌려 놓는다.

이 T7의 처리가 이루어짐으로써 프로세스 가스에 의한 소정의 농도를 가지는 플라즈마(P)가 이온원(IS) 내에서 생성되고, 여기에서 기판(4)에 대한 이온주입 처리에 이용되는 이온빔(3)과 동등한 이온빔 전류를 가지는 이온빔(3)을 인출할 수 있다.

도 3에는 제2 처리예가 기재되어 있다. 도 3과 후술하는 도 4, 도 5에 기재된 처리예에서, 도 2의 처리예에서 이용되고 있는 부호와 같은 부호의 처리는 도 2에서 설명한 처리와 마찬가지 처리이다. 그렇기 때문에 도 3~도 5를 설명할 때는 도 2에 기재된 처리와 다른 처리에 착안하여 설명한다.

도 2의 처리예와 도 3의 처리예의 차이는 T8의 처리를 하는지의 여부이다. 도 3의 예에서는 T7에서 소정 농도의 플라즈마(P)를 발생시키기 전에, T8에서 그보다 농도가 옅은 플라즈마(P)를 점등시키고 있다. 이 플라즈마(P)의 점등은 제어 장치(20)에 의해 음극 전원(Vf)과 아크 전원(Varc)의 출력 전압값을 제어함으로써 이루어지는데, 여기에서 점등되는 플라즈마(P)의 농도는 기판(4)에 대한 이온주입 처리를 시행하는 경우에 이온원(IS) 내에서 발생되는 플라즈마(P)의 농도와 비교하여 충분히 옅은 것이다.

도 3의 예와 같이 이온빔의 재가동 처리가 완료될 때까지의 사이에 이러한 옅은 플라즈마(P)를 점등시켜 두어도 좋다. 이러한 구성에서는 T6에서 인출 전극계(2)의 각 전극에 소정 전압이 인가되었을 때, 과도적인 전계의 작용에 의해 농도가 옅은 플라즈마(P)에서 인출된 이온빔(3)의 대부분이 인출 전극계(2)를 구성하는 전극에 충돌해 버리지만, 플라즈마(P)의 농도가 충분히 옅은 것에서 인출된 이온빔(3)의 이온빔 전류는 작기 때문에 인출 전극계(2)에 접속된 전원에 과전류가 흘러 전원의 출력 전압이 불안정하게 되는 등의 문제는 발생하지 않는다.

그러나 이러한 농도가 옅은 플라즈마(P)에서 인출된 이온빔(3)의 인출 전극계에 대한 충돌로 인하여 인출 전극계(2)에 퇴적되어 있는 퇴적물이 스퍼터링되어, 인출 전극계(2)를 구성하는 전극간에서 방전이 발생할 우려가 있다. 또 스퍼터링된 퇴적물이 이온빔(3)의 수송 경로의 하류측에 비산하여 이것이 기판(4)에 혼입한 경우, 기판이 주입 불량이 된다.

이러한 문제를 고려하면 도 3에서 언급한 처리예보다 도 2에서 언급한 처리예와 같이 인출 전극계(2)의 각 전극에 소정 전압을 인가하기 전에는 이온원(IS) 내의 플라즈마(P)를 소등해 두는 것이 좋다.

도 4에는 제3 처리예가 기재되어 있다. 도 2의 처리예와의 차이는 T4와 T5의 처리 순서가 반대로 되어 있는 점이다. 도 4의 처리예에서는 T3에서 이온원(IS) 내부를 클리닝한 후, 이온원(IS) 내에서 클리닝 가스에 의한 플라즈마가 점등되어 있는 상태일 때에 T5에서 제2 가스봄베(91)에 의한 클리닝 가스의 공급을 정지하고, 제1 가스봄베(9)에 의한 프로세스 가스의 공급을 시작한다. 그 후, 이온원(IS) 내의 플라즈마(P)를 소등시키고 있다.

도 5에는 제4 처리예가 기재되어 있다. 도 2의 처리예와의 차이는 T5와 T6의 처리 순서가 반대로 되어 있는 점이다. 도 5의 처리예에서는 인출 전극계(2)의 각 전극에 소정 전압을 인가한 후에 클리닝 가스의 공급을 정지하고 프로세스 가스의 공급을 시작하고 있다. 이 도 5의 처리예와 같이 프로세스 가스 공급의 타이밍을 도 2의 처리예에서 변경해도 된다.

<기타 변형예>

도 2에서 도 5까지 언급한 처리예에서는 클리닝 가스 공급의 정지와 프로세스 가스 공급의 시작을 동시에 하도록 구성하고 있었지만, 이들을 개별적으로 시행하도록 해 두어도 된다. 예를 들면 도 2의 처리예에서 T4에서 이온원(IS) 내에서의 플라즈마를 소등시킬 때, 제2 가스봄베(91)에 의한 클리닝 가스의 공급을 정지시켜둔 뒤, T5의 처리로서 제1 가스봄베(9)에 의한 프로세스 가스의 공급을 시작하도록 구성해 두어도 된다.

도 1에서 언급한 이온주입장치(IM)의 구성에서는 프로세스 가스가 봉입된 가스봄베는 제1 가스봄베(9) 뿐이었지만, 다른 종류의 프로세스 가스가 봉입된 가스봄베를 복수 마련해 두고, 이를 기판(4)의 주입 레시피에 따라 구별해서 사용하도록 해두어도 좋다. 예를 들면 가스봄베로서 BF3이 봉입된 것과, PH3이 봉입된 것을 개별로 마련해 두고, 기판(4)의 주입 레시피에서 이온 종류가 B이면 BF3이 봉입되어 있는 가스봄베로부터 프로세스 가스를 공급하도록 해 둔다.

또 도 1에서 언급한 이온주입장치(IM)의 구성에서는 이온원(IS)의 플라즈마 생성 용기(1) 내에 단일 음극(F)이 배치되어 있지만, 이 음극(F)의 수를 복수로 해도 된다. 복수의 음극(F)을 마련하는 경우, 하나의 음극 전원(Vf)을 각 음극(F)에 대해 공통화하여 사용하도록 해도 되고, 각 음극(F)에 대해 개별적으로 음극 전원(Vf)을 마련해 두고, 복수의 음극(F)을 개별적으로 제어할 수 있도록 구성해 두어도 된다.

또한 이온원(IS)의 종류로는 종래부터 알려져 있는 방열형의 이온원이어도 되고, 고주파형의 이온원이어도 된다.

또 한번에 이온주입 처리되는 기판의 장수는 1장이어도 되고 복수장이어도 된다.

물론 전술한 것 이외에 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경해도 된다.

1 플라즈마 생성 용기
2 인출 전극계
3 이온빔
4 기판
5 처리실
9 제1 가스봄베
91 제2 가스봄베
IM 이온주입장치
IS 이온원
P 플라즈마

Claims (6)

1. 이온주입 처리시, 이온원 내부에 프로세스 가스를 도입하여 복수장의 전극으로 구성되는 인출 전극계를 이용하여 상기 이온원으로부터 리본 형상의 이온빔을 인출하고, 처리실 내에 배치된 기판에 상기 이온빔을 조사(照射)하고, 그리고 이온주입 처리시 이외의 시간에 이온원 내부에 클리닝 가스를 도입하여 상기 이온원 내부를 클리닝하는 이온주입장치로서,
   클리닝 종료 후에 상기 이온빔을 재가동할 때 상기 인출 전극계에 소정 전압을 인가한 후에, 상기 이온원의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
2. 제1항에 있어서,
   복수장의 기판에 대한 이온주입 처리를 소정 장수마다 복수회로 나누어 시행하는 이온주입장치로서, 상기 제어 장치는 모든 이온주입 처리가 종료될 때까지의 사이에 상기 이온원 내부의 클리닝을 적어도 1회 시행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 이온빔 재가동시에 상기 인출 전극계에 소정 전압을 인가할 때, 상기 이온원 내부에서는 플라즈마가 생성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 이온원은 상기 클리닝 가스나 상기 프로세스 가스가 도입되어 내부에서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 용기를 구비하고 있고,
   상기 플라즈마 생성 용기 내에는 1 또는 복수의 캐소드가 배치되어 있고,
   상기 캐소드와 상기 플라즈마 생성 용기 사이에는 양 부재 사이의 전위차를 조정하는 전원이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어 장치는 상기 이온빔 재가동시, 상기 인출 전극계에 접속된 전원의 출력 전압을 소정 값으로 한 후, 상기 캐소드와 상기 플라즈마 생성 용기 사이에 접속된 전원의 출력 전압을 소정 값으로 하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
6. 이온주입 처리시에 이온원 내부에 프로세스 가스를 도입하여 복수장의 전극으로 구성되는 인출 전극계를 이용하여 상기 이온원으로부터 리본 형상의 이온빔을 인출하고, 처리실 내에 배치된 기판에 상기 이온빔을 조사하고, 그리고 이온주입 처리시 이외의 시간에 이온원 내부에 클리닝 가스를 도입하여 상기 이온원 내부를 클리닝하는 이온주입장치의 운전 방법에 있어서,
   클리닝 종료 후에 상기 이온빔을 재가동할 때 상기 인출 전극계에 소정 전압을 인가한 후에 상기 이온원의 운전 파라미터를 처리 대상으로 하는 기판의 주입 레시피에 따른 운전 파라미터로 설정하는 이온주입장치의 운전 방법.

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