KR20150090829A - 이온주입장치 및 이온주입장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

부하 전류의 발생에 의한 과전류로부터 전원을 보호하는 기술을 제공한다.
이온주입장치(10)에 있어서, 차단수단은, 빔라인의 도중에 이온빔(B)을 차단한다. 플라즈마샤워장치(40)는, 차단수단보다 빔라인의 하류측에 마련된다. 제어부(60)는, 플라즈마샤워장치(40)의 점화 개시 기간에 있어서, 차단수단에 이온빔(B)을 차단시킨다. 차단수단은, 적어도 1개 이상 마련되는 고전압 전계식의 전극부보다 빔라인의 상류측에 마련하여도 된다. 가스공급수단은, 플라즈마샤워장치(40)에 소스가스를 공급하여도 된다. 제어부(60)는, 차단수단에 이온빔(B)을 차단시킨 후에, 가스공급수단에 소스가스의 공급을 개시시켜도 된다.

Description

이온주입장치 및 이온주입장치의 제어방법{ION IMPLANTING DEVICE AND CONTROL METHOD OF ION IMPLANTING DEVICE}

본 출원은, 2014년 1월 29일에 출원된 일본 특허출원 제2014-014584호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 이온주입장치 및 이온주입장치의 제어방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서는, 도전성을 변화시킬 목적, 반도체 웨이퍼의 결정 구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정(이하, "이온 주입 공정"이라고 칭하는 경우가 있다.)이 표준적으로 실시되고 있다. 이온 주입 공정에서 사용되는 장치는, 이온주입장치로 불리며, 이온원에 의하여 이온화되어, 그 후 가속된 이온빔을 형성하는 기능과, 그 이온빔을 주입처리실까지 수송하여, 처리실 내의 웨이퍼에 이온빔을 조사하는 기능을 가진다.

이온주입장치는, 예를 들면, 이온원, 인출 전극, 질량분석 자석장치, 질량분석 슬릿, 가속/감속장치, 웨이퍼 처리실 등이, 빔라인을 따라 배치되어 있고, 반도체용 기판인 웨이퍼에 이온을 주입하도록 구성되어 있다. 이들 장치는, 전압을 인가한 전극 사이에 발생하는 전계나, 자석장치가 발생하는 자계를 이용하여 이온빔을 제어한다.

또, 주입처리실에는, 이온 주입에 의한 웨이퍼 표면의 대전을 방지하기 위하여, 플라즈마생성장치가 마련된다. 플라즈마생성장치는, 웨이퍼 표면에 플라즈마를 공급함으로써, 웨이퍼 표면에 대전하는 전하를 중화시킨다. 이러한 플라즈마생성장치로서, 예를 들면, 도입되는 소스가스 중에서 방전을 일으킴으로써 플라즈마를 생성하는 방전 기구가 주입처리실 내에 마련된다(특허문헌 1 참조).

일본 특허공개공보 평4－336421호

플라즈마생성장치는, 플라즈마샤워 작용 시에 있어서, 플라즈마의 생성에 소량의 정량적인 소스가스를 필요로한다. 특히, 플라즈마의 점화 기간에 있어서는, 플라즈마샤워 작용 시의 소량보다 다량의 소스가스를 도입하기 때문에, 주입처리실의 진공도가 악화됨과 함께, 주입처리실과 연결되는 빔라인에도 소스가스의 일부가 다량으로 유입될 수 있다. 이온빔을 빔라인에 수송하고 있는 상태에 있어서, 소스가스에 가속 에너지를 가지는 이온빔이 충돌하면, 소스가스가 전리하여 하전입자가 발생하므로, 소스가스의 일부가 유입되는 빔라인의 도중에 하전입자가 발생하게 된다. 빔라인에는, 고전압이 인가되는 전극이 마련되기 때문에, 발생한 하전입자는 전극에 흘러 들어가 부하 전류가 되어, 전극에 접속하는 전원에 과전류가 발생할 우려가 있다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 부하 전류의 발생에 의한 과전류로부터 전원을 보호하는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태의 이온주입장치는, 빔라인의 도중에 이온빔을 차단하는 차단수단과, 차단수단보다 빔라인의 하류측에 마련되는 플라즈마샤워장치와, 플라즈마샤워장치의 점화 개시 기간에 있어서, 차단수단에 이온빔을 차단시키는 제어부를 구비한다.

본 발명의 다른 양태는, 이온주입장치의 제어방법이다. 이 방법은, 이온원으로부터 인출되는 이온빔을 주입처리실까지 수송하는 빔라인을 구성하는 이온주입장치의 제어방법으로서, 이온주입장치는, 주입처리실에 있어서 이온빔에 전자를 공급하는 플라즈마샤워장치를 구비한다. 플라즈마샤워장치는, 주입처리실과 연통하는 플라즈마생성실을 가지고, 당해 플라즈마생성실에 도입되는 소스가스를 이용하여 플라즈마를 생성하여, 플라즈마샤워장치에 의한 플라즈마의 생성을 개시할 때, 빔라인의 도중에 이온빔을 차단한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 부하 전류의 발생에 의한 과전류로부터 전원을 보호할 수 있다.

도 1에 있어서, 도 1(a)는, 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 상면도, 도 1(b)는, 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
도 2에 있어서, 도 2(a), (b)는, 비교예에 관한 전극부의 상태를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 3에 있어서, 도 3(a), (b)는, 실시형태에 관한 전극부의 상태를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 4에 있어서, 도 4(a), (b)는, 고진공 시에 있어서의 전극부의 상태를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5는 실시형태에 관한 이온주입장치의 동작 과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 이온빔의 차단에 의한 부하 전류의 억제 효과를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.

실시형태를 설명하기 전에, 본 발명의 개요를 설명한다. 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 이온원으로부터 인출되는 이온빔을 주입처리실까지 수송하는 빔라인을 구성하는 빔라인장치와, 주입처리실에 있어서 이온빔에 전자를 공급하는 플라즈마샤워장치를 구비한다. 플라즈마샤워장치는, 플라즈마의 생성 개시 시에 비교적 농도가 높은 소스가스를 다량으로 필요로 한다. 이로 인하여, 플라즈마 점화를 위해서 도입된 다량의 소스가스는, 주입처리실 내 및 빔라인장치 내의 진공도를 악화시킨다.

진공도의 악화에 의하여 소스가스분자가 비교적 많이 존재하는 빔라인장치 내를 이온빔이 통과하면, 소스가스분자에 이온빔이 충돌하여 전리하여, 하전입자(이온 및 전자)가 발생한다. 빔라인장치에는 전계의 작용에 의하여 이온빔을 편향시키는 편향수단 등의 전극부가 마련되는 것으로부터, 소스가스분자의 이온화에 의하여 발생한 하전입자는, 고전압이 인가되는 전극부에 흘러 들어가 부하 전류를 발생시킨다. 그러면, 전극부에 고전압을 인가하는 전원에 과전류가 흘러 버린다.

따라서, 본 실시형태에서는, 주입처리실 내에 플라즈마샤워장치를 구비하고, 주입처리실보다 상류에 있는 빔라인장치에 있어서, 빔라인장치 내의 진공도가 악화되는 원인이 될 수 있는, 주입처리실에 있는 플라즈마샤워장치의 플라즈마의 생성 개시 시에, 이온빔을 빔라인 상으로부터 일시적으로 퇴피시킨다. 구체적으로는, 빔라인 상에 마련되는 차단수단을 동작시켜, 고전압을 인가하는 전극부보다 상류의 위치에서 이온빔을 차단시킨다. 이로써, 진공도가 악화되는 빔라인의 하류에 있어서, 이온빔의 충돌에 의한 하전입자의 발생이 억제된다. 빔라인장치를 동작시킨 상태인 채로 플라즈마샤워장치를 병행하여 기동시킬 수 있어, 이온주입처리가 가능해질 때까지의 시동 시간을 단축할 수 있다.

도 1은, 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1(a)는, 이온주입장치(10)의 개략구성을 나타내는 상면도이고, 도 1(b)는, 이온주입장치(10)의 개략구성을 나타내는 측면도이다.

이온주입장치(10)는, 피처리물(W)의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물(W)을 기판(W)이라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입 처리의 대상을 특정의 물체로 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.

이온주입장치(10)는, 빔스캔 및 메커니컬 스캔 중 적어도 일방에 의하여 기판(W)의 전체에 걸쳐서 이온빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다. 본 서에서는 설명의 편의상, 설계상의 이온빔(B)의 진행 방향을 z방향이라고 하고, z방향에 수직인 면을 xy면이라고 정의한다. 후술하는 바와 같이 이온빔(B)을 피처리물(W)에 대하여 주사하는 경우에는 주사 방향을 x방향이라고 하고, z방향 및 x방향에 수직인 방향을 y방향이라고 한다. 따라서, 빔스캔은 x방향으로 행해지고, 메커니컬 스캔은 y방향으로 행해진다.

이온주입장치(10)는, 이온원(12)과, 빔라인장치(14)와, 주입처리실(16)을 구비한다. 이온원(12)은, 이온빔(B)을 빔라인장치(14)에 부여하도록 구성되어 있다. 빔라인장치(14)는, 이온원(12)으로부터 주입처리실(16)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 또, 이온주입장치(10)는, 이온원(12), 빔라인장치(14), 및 주입처리실(16)에 원하는 진공 환경을 제공하기 위한 진공 배기계(도시하지 않음)를 구비한다.

도시되는 바와 같이, 빔라인장치(14)는 예를 들면, 상류로부터 순서대로, 질량분석부(18), 빔정형부(20), 빔계측부(22), 빔스캐너(24), 패럴랠렌즈(30) 또는 빔평행화장치, 및, 각도에너지필터(AEF；Angular Energy Filter)(34)를 구비한다. 다만, 빔라인장치(14)의 상류란, 이온원(12)에 가까운 측을 나타내고, 하류란 주입처리실(16)(또는 빔스토퍼(38))에 가까운 측을 나타낸다.

질량분석부(18)는, 이온원(12)의 하류에 마련되어 있고, 이온원(12)으로부터 인출된 이온빔(B)으로부터 필요한 이온 종을 질량분석에 의하여 선택하도록 구성되어 있다. 빔정형부(20)는, 사중극 수속 장치(Q렌즈) 등의 수속 렌즈를 구비하고 있으며, 이온빔(B)을 원하는 단면 형상으로 정형하도록 구성되어 있다.

빔계측부(22)는, 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되며, 이온빔의 전류를 측정하는 인젝터 플래그 패러데이컵이다. 빔계측부(22)는, 빔 전류를 계측하는 패러데이컵(22b)과, 패러데이컵(22b)을 상하로 이동시키는 구동부(22a)를 가진다. 도 1(b)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 빔라인 상에 패러데이컵(22b)을 배치한 경우, 이온빔(B)은 패러데이컵(22b)에 의하여 차단된다. 한편, 도 1(b)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 패러데이컵(22b)을 빔라인 상으로부터 제거한 경우, 이온빔(B)의 차단이 해제된다. 따라서, 빔계측부(22)는, 이온빔(B)의 차단수단으로서 기능한다.

빔스캐너(24)는, 빔스캔을 제공하도록 구성되어 있고, 정형된 이온빔(B)을 x방향으로 주사하는 편향수단이다. 빔스캐너(24)는, x방향으로 떨어져 마련되는 스캐너전극(26)을 가진다. 스캐너전극(26)은 가변전압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 스캐너전극(26)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 전극 사이에 발생하는 전계를 변화시켜 이온빔(B)을 편향시킨다. 이렇게 하여, 이온빔(B)은, x방향의 주사범위에 걸쳐서 주사된다. 다만, 도 1(a)에 있어서 화살표 X에 의하여 빔스캔 및 그 주사범위를 예시하고, 주사범위의 일단 및 타단에서의 이온빔(B)을 일점 쇄선으로 나타내고 있다.

빔스캐너(24)는, 스캔된 이온빔(B)이 통과하는 개구부(24a)의 외측에 마련되는 빔댐퍼(28)를 가진다. 빔댐퍼(28)는, 빔스캔되는 x방향의 주사범위를 넘어 이온빔(B)을 편향시켰을 경우에, 이온빔(B)이 충돌하는 개소에 마련된다. 빔댐퍼(28)는, 이온빔의 충돌에 의한 스퍼터가 발생하기 어려운 그라파이트(C) 등의 재료로 구성된다. 다만, 도 1(a)에 있어서 파선의 화살표(B')에 의하여 빔댐퍼(28)에 충돌하는 경우의 이온빔의 궤적을 나타내고 있다.

이온빔(B)이 빔댐퍼(28)에 충돌하도록 빔스캐너(24)를 동작시킨 경우, 이온빔(B)은 빔라인으로부터 벗어나, 도중에 차단되게 된다. 따라서, 빔스캐너(24)는, 이온빔(B)의 차단수단으로서도 기능한다. 다만, 이온빔(B)이 통상의 주사범위에서 스캔되도록 빔스캐너(24)를 동작시키면, 이온빔(B)의 차단이 해제된다.

패럴랠렌즈(30)는, 주사된 이온빔(B)의 진행 방향을 평행으로 하도록 구성되어 있다. 패럴랠렌즈(30)는, 중앙부에 이온빔의 통과 슬릿이 마련된 원호형상의 P렌즈전극(32)을 가진다. P렌즈전극(32)은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 전압 인가에 의하여 발생하는 전계를 이온빔(B)에 작용시켜, 이온빔(B)의 진행 방향을 평행으로 조정한다.

각도에너지필터(34)는, 이온빔(B)의 에너지를 분석하여 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향하여 주입처리실(16)로 유도하도록 구성되어 있다. 각도에너지필터(34)는, 자계 편향용의 자석장치(도시하지 않음)와 전계 편향용의 AEF 전극(36)을 가진다. AEF 전극(36)은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 1(b)에 있어서, 상측의 AEF 전극(36)에 정전압, 하측의 AEF 전극(36)에 부전압을 인가시킴으로써, 이온빔(B)을 하방으로 편향시킨다.

이와 같이 하여, 빔라인장치(14)는, 기판(W)에 조사되어야 할 이온빔(B)을 주입처리실(16)에 공급한다. 다만, 상기 서술한 스캐너전극(26), P렌즈전극(32), 및 AEF 전극(36)은, 각각 빔라인을 통과하는 이온빔에 전계를 작용시키도록 구성되는 고전압을 인가하는 전극부 중 하나이다.

주입처리실(16)은, 1매 또는 복수 매의 기판(W)을 지지하며, 이온빔(B)에 대한 예를 들면 y방향의 상대 이동(이른바 메커니컬 스캔)을 필요에 따라서 기판(W)에 제공하도록 구성되어 있는 물체 지지부(도시하지 않음)를 구비한다. 도 1에 있어서 화살표(Y)에 의하여 메커니컬 스캔을 예시한다. 또, 주입처리실(16)은, 빔스토퍼(38)를 구비한다. 이온빔(B) 상에 기판(W)이 존재하지 않는 경우에는, 이온빔(B)은 빔스토퍼(38)에 입사한다.

주입처리실(16)에는, 이온빔(B)에 전자를 공급하는 플라즈마샤워장치(40)가 마련된다. 플라즈마샤워장치(40)는, 플라즈마생성실(42), 안테나(44), 가스도입관(46)을 가진다. 플라즈마샤워장치(40)는, 가스도입관(46)을 통하여 플라즈마생성실(42)에 도입되는 소스가스에, 안테나(44)로부터의 고주파를 인가함으로써 플라즈마(P)를 생성한다. 플라즈마(P)가 생성되면, 주입처리실(16)과 연통하는 인출개구(42a)를 통하여 플라즈마 내의 전자가 인출되어, 주입처리실(16)에 전자가 공급된다.

가스도입관(46)은, 매스플로(48)를 통하여 가스공급부(50)에 접속된다. 매스플로(48)는, 가스공급부(50)로부터 가스도입관(46)을 통하여 플라즈마생성실(42)에 공급하는 소스가스의 유량을 제어한다. 매스플로(48)는, 제어부(60)로부터의 제어 신호에 근거하여 동작한다.

매스플로(48)는, 플라즈마를 점화하는 경우나 플라즈마를 생성 유지하는 경우 등의 플라즈마샤워장치(40)의 동작 상태에 맞추어, 필요한 유량의 소스가스를 플라즈마생성실(42)에 공급한다. 특히 플라즈마를 점화시키는 경우에는, 플라즈마를 생성 유지하는 경우와 비교하여 플라즈마생성실(42) 내의 소스가스 농도를 높일 필요가 있다. 따라서, 플라즈마의 생성을 개시하는 점화 개시 기간에는 상대적으로 유량이 많은 제1 유량으로 소스가스의 공급을 개시하고, 그 후, 플라즈마가 생성된 후에는, 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 소스가스의 공급을 계속한다. 플라즈마를 생성하지 않는 경우에는, 소스가스의 공급을 정지한다.

제어부(60)는, 이온주입장치(10)를 구성하는 각 기기의 동작을 제어한다. 제어부(60)는, 안테나(44)나 매스플로(48)의 동작을 제어하여, 플라즈마샤워장치(40)에 있어서의 플라즈마의 생성을 제어한다. 또, 제어부(60)는, 이온빔(B)의 차단수단으로서 기능할 수 있는 빔계측부(22)나 빔스캐너(24) 등의 동작을 제어하여 이온빔(B)을 빔라인의 도중에 차단시킨다.

제어부(60)는, 플라즈마샤워장치(40)를 기동하여 플라즈마(P)의 생성을 개시시킬 때, 차단수단을 동작시켜 이온빔(B)을 도중에 차단시킨다. 제어부(60)는, 이온빔(B)을 차단시킨 후에, 플라즈마생성실(42)에 플라즈마 점화를 위한 소스가스를 한번에 도입시킨다. 즉, 빔라인장치(14) 중 주입처리실(16)에 가까운 하류 부근에서 진공도가 악화되기 전에 이온빔을 차단한다. 이로써, 빔라인장치(14)의 하류 부근에 존재하는 고농도의 소스가스에 이온빔(B)이 충돌하여 이온화하여, 발생한 하전입자가 전극부에 흘러 들어가 부하 전류가 되는 것을 방지한다. 이 때의 전극부의 상태에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다.

도 2(a), (b)는, 비교예에 관한 전극부의 상태를 모식적으로 나타내는 도이고, 소스가스의 도입 개시 시에 이온빔(B)을 차단하지 않는 경우의 전극부의 상태를 나타낸다. 도 2(a)는, 패럴랠렌즈(30)의 P렌즈전극(32a~32d)을 나타내며, 정전압이 인가되는 제1 P렌즈전극(32a, 32b)과, 부전압이 인가되는 제2 P렌즈전극(32c, 32d)을 나타내고 있다. 도 2(b)는, 각도에너지필터(34)의 AEF 전극(36a, 36b)을 나타내며, 정전압이 인가되는 제1 AEF 전극(36a)과, 부전압이 인가되는 제2 AEF 전극(36b)을 나타내고 있다. 다만, 본 도면에 나타내는 P렌즈전극(32a~32d) 및 AEF 전극(36a, 36b)에 인가되는 전압은 예시이며, 정부가 반대인 전압이 인가되어 있어도 되고, 접지 전위로 되어 있어도 된다. 다만, 후술하는 도 3, 도 4에 있어서도 동일하다.

도 2(a), (b)는, 플라즈마 점화를 위하여 도입된 가스분자(70)가, 플라즈마생성실(42)로부터 주입처리실(16)을 통과하여 빔라인장치(14)로 흘러 들어간 상태를 나타내고 있고, 많은 가스분자(70)의 존재에 의하여 전극부 부근의 진공도가 악화된 상태를 나타내고 있다. 가스분자(70)가 많이 존재하는 내부를 이온빔(B)이 통과하면, 가스분자(70)는 이온빔(B)과의 충돌에 의하여 전리하여, 이온(72)과 전자(74)를 생성한다. 정의 전하를 가지는 이온(72)은, 부로 인가된 제2 P렌즈전극(32c, 32d)이나 제2 AEF 전극(36b)에 흘러 들어간다. 한편, 부의 전하를 가지는 전자(74)는, 정으로 인가된 제1 P렌즈전극(32a, 32b)이나 제1 AEF 전극(36a)에 흘러 들어간다. 이로써, P렌즈전극(32a~32d)의 사이나, AEF 전극(36a, 36b)의 사이에는, 부하 전류가 흐르게 되어, 이들 전극부에 접속되는 전원에 과전류가 발생할 우려가 있다.

도 3(a), (b)는, 실시형태에 관한 전극부의 상태를 모식적으로 나타내는 도이며, 소스가스의 도입 개시 시에 이온빔(B)을 상류에서 차단한 경우의 전극부의 상태를 나타낸다. 비교예와 마찬가지로, 전극부의 부근에 있어서는, 플라즈마 점화를 위하여 도입된 가스분자(70)에 의하여 진공도가 악화된 상태가 되어 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 패럴랠렌즈(30)나 각도에너지필터(34)보다 상류에 마련되는 빔계측부(22)나 빔스캐너(24) 등의 차단수단에 의하여 이온빔이 차단된다. 따라서, 전극부 부근에 가스분자(70)가 많이 존재하고 있었다고 하여도, 가스분자(70)의 전리에 의한 하전입자의 발생이 억제된다. 이로써, 전극부로 흘러 들어가는 부하 전류를 억제하여, 전극부에 접속되는 전원을 보호할 수 있다.

그 후, 제어부(60)는, 플라즈마(P)가 생성되어, 빔라인장치(14)의 진공도가 회복된 시점에서 이온빔(B)의 차단을 해제시킨다. 먼저, 제어부(60)는, 플라즈마(P)가 생성되면, 플라즈마생성실(42)로의 소스가스의 공급을 제2 유량으로 감소시킨다. 플라즈마의 생성이 확인될 때까지의 시간은, 대략 1초 미만의 시간이다.

제어부(60)는, 소스가스의 공급을 제2 유량으로 전환하고 나서 소정 시간이 경과한 후, 이온빔(B)의 차단을 해제시킨다. 유량이 적은 제2 유량으로 전환하고 나서 잠시 후에, 진공 배기계에 의하여 플라즈마의 점화 개시 기간에 도입한 다량의 소스가스가 배기되어, 가스 농도가 저하되고, 진공도가 회복되기 때문이다. 이 진공도의 회복에 필요한 시간은, 소스가스의 공급량이나 진공 배기계의 처리 능력 등에 따르지만, 예를 들면 10초~60초 정도이며, 구체적으로 들자면 20초 정도이다. 다만, 제어부(60)는, 빔라인장치(14)에 마련되는 진공계(도시하지 않음)의 값을 계측하여, 그 값이 소정의 임계값 이하가 되었을 경우에 진공도가 회복된 것으로 하여 이온빔(B)의 차단을 해제시켜도 된다.

도 4(a), (b)는, 고진공 시에 있어서의 전극부의 상태를 모식적으로 나타내는 도이며, 플라즈마샤워장치(40)의 기동 후에 진공도가 회복되어, 이온빔(B)의 차단이 해제된 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 전극부 부근에 가스분자(70)가 거의 존재하지 않기 때문에, 가스분자(70)에 이온빔(B)이 충돌하기 어렵고, 만일 충돌하여 가스분자(70)가 이온화하였다고 하여도, 발생하는 하전입자의 양이 매우 적기 때문에, 전극부에 흘러 들어가는 부하 전류는 작다. 이와 같이, 진공도가 회복된 후에 이온빔(B)의 차단을 해제함으로써, 부하 전류의 발생을 방지하여, 전극부에 고전압을 인가하는 전원을 보호할 수 있다.

계속해서, 플라즈마샤워장치(40)의 기동 시에 있어서의 제어부(60)의 동작을 설명한다. 도 5는, 이온주입장치(10)의 동작 과정을 나타내는 플로우차트이다. 빔라인장치(14)를 기동한 후(S10), 플라즈마샤워장치(40)의 기동이 필요한 경우(S12의 Y), 차단수단을 동작시켜 빔라인의 도중에 이온빔을 차단시킨다(S16). 이온빔을 차단시킨 후, 제1 유량으로 플라즈마생성실(42)에 소스가스의 도입을 개시하고(S16), 안테나(44)에 고주파를 인가하여 플라즈마를 점화한다(S18).

플라즈마생성실(42)에 있어서 플라즈마가 생성된 경우(S20의 Y), 플라즈마생성실(42)에 도입하는 소스가스의 유량을 제2 유량으로 줄인다(S22). 그 후, 빔라인장치(14)의 진공도가 원하는 값으로 회복된 경우(S24의 Y), 이온빔의 차단을 해제한다(S28). S20에 있어서 플라즈마가 생성되기 전인 경우(S20의 N), 플라즈마의 생성을 기다린다. S24에 있어서 진공도가 회복되기 전인 경우(S24의 N), 진공도의 회복을 기다린다. 또, 플라즈마샤워장치(40)의 기동이 불필요한 경우(S12의 N), S14부터 S28의 처리를 스킵한다.

이상의 동작에 의하여, 이온주입장치(10)는, 빔라인장치(14)와 플라즈마샤워장치(40)를 병행하여 기동하는 경우이더라도, 플라즈마의 점화 개시 기간에 이온빔을 도중에 차단하여, 빔라인장치(14)의 전극부 부근에서의 하전입자의 발생을 억제할 수 있다. 또, 플라즈마샤워가 불필요한 이온주입 조건으로부터 플라즈마샤워가 필요한 이온주입 조건으로 이온빔을 그대로 하여 전환하는 경우이더라도, 플라즈마의 점화 개시 기간에 이온빔을 차단함으로써, 전극부 부근에서의 하전입자의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 빔라인장치(14)와 플라즈마샤워장치(40)를 병행 기동할 수 있어, 이온주입장치(10)의 시동에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 특히, 빔계측부(22)나 빔스캐너(24) 등의 차단수단은, 빔라인을 고속으로 차단할 수 있으므로, 플라즈마샤워장치(40)의 시동에 수반하는 타임 러그를 짧게 할 수 있다. 이로써, 이온주입장치(10)의 가동률을 높여, 이온주입처리의 생산성을 높일 수 있다.

도 6은, 이온빔의 차단에 의한 부하 전류의 억제 효과를 나타내는 그래프이다. 본 도면은, 플라즈마샤워장치(40)를 기동하여, 플라즈마생성실(42)에 소스가스의 도입을 개시한 후에 있어서의 전극부의 부하 전류의 추이를 나타내고 있다. 이온빔의 "차단 없음"의 경우, 소스가스의 도입 개시 후 잠깐의 시간이 경과하여 빔라인장치(14)의 내부의 진공도가 악화됨으로써, 부하 전류가 커져 버린다. 한편, 이온빔의 "차단 있음"의 경우, 소스가스의 도입 개시에 의하여 진공도가 악화되어도, 부하 전류가 변화하지 않는다. 이로써, 소스가스의 도입 개시 시에 이온빔을 차단함으로써, 부하 전류의 발생을 억제하는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 상기 서술의 각 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 서술의 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순번을 적절히 재조합하는 것이나 각종의 설계 변경 등의 변형을 실시형태에 대하여 더하는 것도 가능하고, 그러한 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

상기 서술의 실시형태에 있어서는, 빔계측부(22) 또는 빔스캐너(24)를 차단수단으로서 이용하는 경우에 대하여 나타냈다. 변형예에 있어서는, 빔계측부(22)보다 상류에 마련되는 질량분석부(18)나 빔정형부(20)를 차단수단으로서 이용하는 것으로 하여도 된다. 질량분석부(18)나 빔정형부(20)는, 빔스캐너(24)와 마찬가지로 이온빔을 편향시키는 편향수단으로서 기능하기 때문에, 빔라인 상으로부터 벗어나도록 이온빔을 편향시킴으로써, 차단수단으로서 기능시킬 수 있다. 빔라인의 상류에서 이온빔을 차단함으로써, 상기 서술의 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기 서술한 실시형태에 있어서는, 이온빔을 차단한 후에 플라즈마생성실로 소스가스의 도입을 개시하는 것으로 하였다. 변형예에 있어서는, 소스가스의 도입을 개시한 직후에 이온빔을 차단시키는 것으로 하여도 된다. 그 시간은, 예를 들면, 5초 이내이며, 적합하게는 3초 이내이다. 플라즈마생성실에 도입한 소스가스가 빔라인장치(14)에 들어갈 때까지는 다소의 시간차가 있어, 빔라인장치(14)의 진공도가 악화되기 전에 이온빔을 차단할 수 있으면 되기 때문이다. 차단의 타이밍이 달라도, 빔라인장치(14)의 진공도가 악화되기 전에 이온빔을 차단함으로써, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

B 이온빔
10 이온주입장치
12 이온원
14 빔라인장치
16 주입처리실
22 빔계측부
24 빔스캐너
26 스캐너전극
30 패럴랠렌즈
32 P렌즈전극,
34 각도에너지필터,
36 AEF 전극
40 플라즈마샤워장치
42 플라즈마생성실
60 제어부
72 이온
74 전자
P 플라즈마

Claims (12)

1. 빔라인의 도중에 이온빔을 차단하는 차단수단과,
   상기 차단수단보다 상기 빔라인의 하류측에 마련되는 플라즈마샤워장치와,
   상기 플라즈마샤워장치의 점화 개시 기간에 있어서, 상기 차단수단에 이온빔을 차단시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   적어도 1개 이상 마련되는 고전압 전계식의 전극부를 더욱 구비하고,
   상기 차단수단을 상기 전극부보다 빔라인의 상류측에 마련하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 플라즈마샤워장치에 소스가스를 공급하는 가스공급수단을 더욱 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 차단수단에 이온빔을 차단시킨 후에, 상기 가스공급수단에 소스가스의 공급을 개시시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 가스공급수단에 제1 유량으로 소스가스의 공급을 개시시킨 후, 상기 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 소스가스의 공급을 계속시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제어부는, 소스가스의 도입에 의하여 상승한 상기 빔라인의 가스 농도의 저하에 필요한 소정 시간이 경과한 후, 상기 차단수단에 이온빔의 차단을 해제시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되어, 이온빔의 전류를 측정 가능한 빔계측부를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 빔계측부를 상기 빔라인 상에 삽입시킴으로써, 당해 빔계측부를 상기 차단수단으로서 동작시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   이온빔의 진행 방향을 바꾸는 편향수단을 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 빔라인 상으로부터 이온빔이 벗어나도록 상기 편향수단을 동작시킴으로써, 당해 편향수단을 상기 차단수단으로서 동작시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
8. 이온원으로부터 인출되는 이온빔을 주입처리실까지 수송하는 빔라인을 구성하는 이온주입장치의 제어방법으로서,
   상기 이온주입장치는, 상기 주입처리실에 있어서 이온빔에 전자를 공급하는 플라즈마샤워장치를 구비하고,
   상기 플라즈마샤워장치는, 상기 주입처리실과 연통하는 플라즈마생성실을 가지며, 당해 플라즈마생성실에 도입되는 소스가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고,
   상기 플라즈마샤워장치에 의한 플라즈마의 생성을 개시할 때, 상기 빔라인의 도중에 이온빔을 차단하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 이온주입장치는, 상기 빔라인을 통과하는 이온빔에 전계를 작용시키도록 구성되는 적어도 1개의 전극부를 가지고,
   상기 적어도 1개의 전극부보다 상기 이온원에 가까운 빔라인의 상류측에서 이온빔을 차단하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    이온빔을 차단한 후에, 상기 플라즈마생성실로 소스가스의 공급을 개시시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 플라즈마생성실로 제1 유량으로 소스가스의 공급을 개시한 후, 상기 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 소스가스의 공급을 계속하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
12. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    소스가스의 도입에 의하여 상승한 상기 빔라인에 있어서의 가스 농도가 저하되는 데에 필요한 소정 시간이 경과한 후, 이온빔의 차단을 해제하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.

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