JPH07312201A - イオンド−ピング装置におけるイオンビ−ム運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 イオンビ−ムの引出、停止を加速電源の駆動
非駆動によって行なっていたので時間がかかり遷移状態
において低いエネルギ−のイオンビ−ムが発生するた
め、１回当たりの処理時間を短縮できる装置を提供す
る。 【構成】 チャンバの電位に対して負電圧を与える引出
電源の極性を正逆に変えて、加速電極の電圧を、チャン
バより高電圧にしたり低電圧にしたりできるようにす
る。チャンバより高電圧にするとプラズマがチャンバに
閉じ込められる。加速電極をチャンバより低電圧にする
とイオンビ−ムが発生する。引出電源と、加速電極の接
続を変えるだけによってイオンビ−ムの生成停止を制御
することができる。イオンド−ピングの処理時間を著し
く短縮することができる。またイオンビ−ムのエネルギ
−のばらつきを減らすこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、イオンド−ピング装
置において、イオンビ−ムの立ち上がり速度を速くし、
装置の処理能力を向上させ、ビ−ムエネルギ−を正確に
規定できるような改良に関する。イオンド−ピング装置
というのは、基板にイオンを注入する装置である。イオ
ン注入装置と同義に使われることもあるが、区別される
こともある。基板の電気的性質を変えるための不純物を
イオンビ−ムとして打ち込むので特にイオンド−ピング
という。

【０００２】対象である基板は広いガラスの上にアモル
ファスＳｉを堆積させたもの等である。これの上に選択
的にｎ型領域、ｐ型領域、電極などを形成し、縦横に多
数のトランジスタを作製し、液晶パネルなどに用いる。
ｎ型、ｐ型の不純物ド−ピングのためにイオンド−ピン
グが利用される。１枚の基板が広いので、枚葉式の処理
機構（１枚づつ処理すること）を採用している。広い対
象物に不純物をド−ピングするのであるから、イオンビ
−ムは広い断面を持つものである必要がある。１枚の基
板に対して広いビ−ムを一定時間照射して、全面に不純
物を打ち込む。

【０００３】広い断面のイオンビ−ムを使い、基板を１
枚ずつ非連続的に処理する。ビ−ムを走査しない。イオ
ン注入装置は多くの場合、細いビ−ムを走査することに
より広い面積にイオンをド−プする。走査の有無により
イオンド−ピングとイオン注入を区別するようである。
また対象物がコンベヤによって真空中を搬送され連続的
に処理されるというものではない。ビ−ムを遮断するシ
ャッタのようなものもない。太いイオンビ−ムであるか
ら質量分析も行なわない。

【０００４】

【従来の技術】例えば、広いガラス基板（１辺が３００
ｍｍ〜５００ｍｍ程度の長方形）の上にアモルファスＳ
ｉを膜形成し、これをフォトリソグラフィにより選択的
に不純物をド−ピングし、ｎ型領域やｐ型領域を形成す
る。これにより薄膜トランジスタができる。縦横に等価
な多数の薄膜トランジスタを形成すると、これにより液
晶に電圧を印加したり電圧を切ったりできる。従ってコ
ントラストの高い、画質に優れた液晶パネルを得ること
ができる。イオンド−ピングはこの時にアモルファスＳ
ｉへ選択的にｎ型、ｐ型の不純物をド−プする時に使わ
れる。イオンビ−ムはド−ピングすべき不純物に依存す
る。ｎ型不純物をド−プしたい時は、フォスフィンガス
（ＰＨ₃ ）を使う。ｐ型不純物をド−プしたいときは、
ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用いる。

【０００５】１枚づつ処理するから、同じ工程をはじめ
から終わりまで何度も繰り返す必要がある。この場合、
生産性を上げるためには１回当たりの処理時間が短い方
が良い。だからプラズマの立ち上がり時間が短いという
ことが重要である。さらにまた、処理物の品質が一定に
なるように、イオンビ−ムのエネルギ−が正確に決まっ
ているということが望まれる。

【０００６】図１にイオンド−ピング装置の概略構成を
示す。イオン源１は導入された原料ガス（例えばＰＨ
₃ 、Ｂ₂ Ｈ₆ ）をプラズマにする装置である。イオン源
１の開口部には、引出電極２、加速電極３、減速電極４
が連続して設けられる。電極の間にはリング状の絶縁体
があって電極間を離隔し、かつ内部空間の真空を維持し
ている。これらの電極は金属の平板であり、イオンビ−
ムを通すための穴が一つあるいは複数個穿孔されてい
る。穴の位置は、各電極について軸方向に共通である。
電極の直下に、処理されるべき基板６が置かれている。
電極と基板６の間には、質量分析機もないし、シャッタ
もない。イオンビ−ムが出れば必ず基板に当たる。

【０００７】これらの電極には電源から適当な電圧が印
加されている。加速電源７は、イオン源の全体に正の高
電圧を印加するものである。これは数１０ｋｅＶ〜数１
００ｋｅＶでかなりの高電圧である。目的によって適当
な電圧を選択するべきである。この他に高周波電源８、
トリガ−電源９、引出電源１０、減速電源１１等の電源
がある。引出電圧Ｖｅｘ、減速電圧Ｖｓｐは、１ｋｅＶ
程度の小さい電圧である。

【０００８】イオン源１のチャンバは、蓋板１２と胴部
１３よりなり、この間は絶縁物１６により絶縁されてい
る。高周波電源８は、蓋板１２と胴部１３の間に高周波
電圧を印加する。胴部１３は加速電源７によって一定の
高電圧に保持される。高周波電源８により蓋板１２の電
圧が、加速電源７の電圧を中心として上下する。周波数
は例えば１３．５６ＭＨｚである。チャンバの内部にプ
ラズマ１４が生成される。プラズマを発生しやすくする
ために、側方にトリガ室１５が設けられる。トリガ室１
５には、トリガ電極１７、原料ガスの導入口１８などが
ある。原料ガスが導入口１８からトリガ室１５に入る。
トリガ電極１７と、外壁の間にトリガ−電源９からの電
圧が印加され放電が起こるので、原料ガスがプラズマに
なる。チャンバの内部よりも、原料ガスの圧力を高めて
プラズマが点灯しやすいようになっている。

【０００９】トリガ室によるプラズマの点灯について
は、特開平５−９４７９６号（１９９３年４月１６日）
において初めて提案されている。イオンド−ピング装置
としては、トリガ室によって点灯しなければならないと
いうものではない。これのないものもある。イオン源１
の開口にある第１番目の引出電極２は多数の穴を持つ電
極であるがこれは加速電源７の電圧がかかっている。そ
の前方にある加速電極３は、引出電源１０により引出電
極２よりも低い電圧がかかっている。引出電極２と、加
速電極の電圧の違いにより、正イオンをビ−ムとして引
出すことができるのである。

【００１０】減速電極４には、減速電源１１により負電
圧がかけられている。これは対象物（基板）から二次電
子が放出されイオン源の方に入るのを防ぐためである。
二次電子は、接地電極５と、減速電極４の間の電場によ
って追い返される。接地電極５や、イオンビ−ムの注入
室のチャンバは接地電位に保たれる。図２に各電極の電
位を示す。横軸がイオン源からの距離にほぼ対応する。
縦軸が電位である。始めの部分は引出電極２まで直流の
高電圧になっている（加速電圧Ｖａｃｃ）。引出電極２
の次にある加速電極３は、それよりも引出電源１０の分
Ｖｅｘだけ低い電圧（Ｖａｃｃ−Ｖｅｘ）になってい
る。減速電極４は負電圧−Ｖｓｐになっている。加速電
極３と減速電極４の間の電圧の降下は（Ｖａｃｃ−Ｖｅ
ｘ＋Ｖｓｐ）である。そして接地電極５において電圧は
０Ｖになっている。引出電極２の電位よりも加速電極３
の電位がＶｅｘだけ低いのでプラズマ１４から正イオン
が引出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】イオンド−ピングは、
連続処理できず、広い基板に１枚ずつド−ピング処理す
るので、１回当たりの処理時間が短いということが極め
て重要である。つまり基板を一定位置に戴置してから、
ビ−ムが立ち上がるまでの時間が短いということが強く
望まれる。しかし従来は、毎回イオンビ−ムを立ち上げ
るために、チャンバ全体の加速電圧を立ち上げ、イオン
ビ−ムを切るために、チャンバ全体の加速電圧を立ち下
げている。例えば１００ｋｅＶの高電圧を立ち上げ、立
ち下げるのであるから時間がかかる。

【００１２】図５は従来法を示すフロ−チャ−トであ
る。自動ビ−ム立ち上げのために、原料ガスをチャンバ
に導入する。トリガ室にトリガガスを導入する。高周波
電源８（例えば１３．５６ＭＨｚ）のチュ−ナ−をプリ
セットする。高周波電源を立ち上げて高周波を発振させ
る。減速電源１１を投入し減速電極４に減速電圧を印加
する。トリガ室のトリガ電極に電圧を与える。これによ
りプラズマが点灯する。高周波電源のチュ−ナ−を自動
に切り換える。加速電圧Ｖａｃｃをチャンバと引出電極
に印加する。引出電圧を印加する。これによりプラズマ
からイオンビ−ムが取り出される。積算電流計をスタ−
トさせる。イオンビ−ムの立ち上げまでにこれだけの操
作がなされなければならない。

【００１３】イオンド−ピング処理が終わると引出電圧
を０に戻し、さらに加速電圧を０にしイオンビ−ムの出
力を終了する。そして処理済みの被処理物を取り出す。
新たな被処理物を運び入れる。被処理物を交換する度に
このような操作を繰り返す必要がある。このように１回
当たりの操作が煩雑で処理時間が長い。非能率である。
このような難点を解決し、ビ−ム立ち上げ時間を短縮す
ることが本発明の一つの目的である。

【００１４】さらにもう一つイオンビ−ムのエネルギ−
のばらつきの問題がある。加速電源を投入すると、図３
のように時間と共に加速電圧がゆっくり立ち上がる。例
えば１００ｋｅＶ程度の高電圧であるので瞬時に立ち上
がらない。スイッチを入れてから加速電圧が所定の値に
なるまでに２秒〜４秒の時間がかかる。この間にエネル
ギ−の低いド−パントが飛び出して行き基板に当たる。
ド−パントエネルギ−が違うと、基板の中へ侵入する深
さが違ってくる。例えば１００ｋｅＶのイオンビ−ムを
ド−プしたいという場合、始めのエネルギ−は低いので
１ｋｅＶのイオンや、１０ｋｅＶのイオンも基板に照射
されることになる。するとイオンの侵入深さが異なる。
すると所望のド−パント分布を形成することができな
い。ド−プされるイオンビ−ムのエネルギ−のばらつき
の小さいド−ピング装置を提供することが本発明の第２
の目的である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のイオンド−ピン
グ装置は、引出電源の極性の切り替えにより、加速電極
の電圧をイオン源チャンバの電圧より低くも高くもでき
るようにする。加速電極の電圧をイオン源チャンバの電
圧よりも低くしてイオンビ−ムを引き出す。反対に、加
速電極の電圧をイオン源チャンバの電圧より高くしてイ
オンビ−ムの引出を中止する。加速電極のイオン源に対
する相対電圧を与えるのは引出電源である。これの加速
電極への接続を正逆に変更することによりイオンビ−ム
を制御する。つまり本発明は引出電源の電圧を正負に切
り替えるということが特徴である。引出電源により加速
電極を負にバイアスするとイオンビ−ムが外部に出てく
る。これにより基板（被処理物）にイオンビ−ムを当
て、加速電極を正にバイアスすると、プラズマがチャン
バ内に閉じ込められてイオンビ−ムが出なくなる。

【００１６】

【作用】加速電極の電圧をチャンバより高くしておくこ
とにより、プラズマがチャンバに閉じ込められる。加速
電極の電圧をチャンバより低くすると一瞬にしてイオン
ビ−ムが飛び出す。この間イオン源チャンバ（加速電
源）の電圧は一定に保持できる。加速電極電圧によりイ
オンビ−ムを遮断、透過することができる。加速電極電
圧が、イオンビ−ムのスイッチの役割を果たすことがで
きる。加速電源を立ち上げてさらに引出電源を適当な電
圧に設定する時間が不要になる。ために１回の処理時間
を著しく短縮することができる。これにより作業の能率
を増進することができる。さらにまた、チャンバの電圧
は一定であり、引き出されたイオンビ−ムのエネルギ−
も一定になる。このためにイオンが基板に侵入する深さ
が一定になる。ド−ピング深さのバラツキの少ない高品
質のイオンド−ピングが可能になる。

【００１７】

【実施例】図１の装置の構成は本発明においても同様で
ある。イオンド−ピングのチャンバ１は、真空に引くこ
とのできる空間であり、原料ガスをプラズマにし、電極
に印加した電圧の作用によりイオンビ−ムを引き出す。
電極はチャンバ１と同電位で加速電源７の電位Ｖａｃｃ
の引出電極２、イオンビ−ムを加速するための加速電極
３、対象物から発生する二次電子を追い返すための減速
電極４、大地電位の接地電極５よりなる。これらの点で
は従来のものと同様である。本発明が従来法と大きく異
なる点は、加速電極３に与えられる相対電圧Ｖｅｘが正
負に切り換えられるということである。

【００１８】加速電極３は、従来、加速電源Ｖａｃｃ
に、引出電源分Ｖｅｘだけ差し引いた電圧を印加してい
た（Ｖａｃｃ−Ｖｅｘ）が、本発明では引出電源の正負
の極性を変えることができるようになっている。引出電
極の電位は）Ｖａｃｃ±Ｖｅｘになる。正符号＋の場合
（Ｖａｃｃ＋Ｖｅｘ）は図４に示すように、加速電極の
電圧がプラズマ電位よりも高くなる。プラズマの中の正
イオンは加速電極が形成する電圧の壁を乗り越えること
ができない。ここで正イオンがチャンバ側に追い返され
る。チャンバには加速電圧Ｖａｃｃがかかり、また高周
波放電によって原料ガスがプラズマ化されており、チャ
ンバ内には高密度のプラズマが存在する。高密度プラズ
マが、加速電極電圧によってチャンバ内部に閉じ込めら
れている。加速電源の電圧Ｖａｃｃはこのままの値を維
持している。引出電源の、加速電極への接続が反対にな
っているだけである。この状態で基板の交換を行なう。

【００１９】新しい基板がセットされると、引出電源１
０の極性を反転し、加速電極３の電圧をチャンバより下
げる。加速電極の電圧が（Ｖａｃｃ−Ｖｅｘ）に下が
る。プラズマから正イオンが電極側に流れ、電極の通し
穴を通過してイオンビ−ムとして引き出される。このよ
うに加速電源の電圧は不変であって、引出電源だけ変更
することにより、イオンビ−ムを引出したり、チャンバ
に閉じ込めたりすることができる。

【００２０】図６は本発明のイオンド−ピング装置の制
御方法のフロ−チャ−トを示す。自動ビ−ム立ち上げモ
−ドを選択する。チャンバに原料ガスが導入される。同
時に加速電圧Ｖａｃｃがチャンバと大地間に印加され
る。チャンバのトリガ室にトリガガスを導入する。高周
波電源のチュ−ナ−をプリセットする。高周波電源から
チャンバの蓋板と側板の間に高周波電圧を印加する。こ
れと平行して引出電源から加速電極に＋Ｖｅｘの電圧を
印加する。加速電極の方がチャンバや引出電極よりも高
電圧になるので、イオンビ−ムが引出されない。減速電
圧Ｖｓｐを減速電極に印加する。トリガ電圧をトリガ室
のトリガ電極に加える。高周波が印加されておりしかも
トリガ電圧が加えられたので原料ガスが電界によって励
起されプラズマになる。プラズマ点灯と書いてある。ト
リガガスの導入を中止する。高周波電源のチュ−ナ−を
自動モ−ドにする。ここまででプラズマが生成し、チャ
ンバ内に閉じ込められた状態になる。この間に基板の搬
送をしておく。

【００２１】この状態から基板に対してイオンビ−ムを
照射する。そのために引出電圧を反転する。加速電極に
は−Ｖｅｘの電圧がかかるようになる。すると引出電源
の極性を反転し加速電極に与える。するとプラズマから
イオンビ−ムが取り出される。積算電流計をスタ−トさ
せる。以上で１回分の処理ができたことになる。次い
で、引出電源の極性を再び反転し、加速電極の電圧をチ
ャンバ電圧より高くする。イオンビ−ムが止まる。基板
を運び去り、次の基板を運び入れる。また引出電極の極
性を反転し、イオンビ−ムを外部に取り出す。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、イオンビ−ムを引出すための
装置において、チャンバの前方にある加速電極の、チャ
ンバに対する電圧を正と負に切り替えることにより、プ
ラズマをチャンバに一時的に閉じ込めたり、プラズマか
らイオンビ−ムを引出したりする。加速電極の電圧の極
性を逆転することにより、イオンビ−ムを停止あるいは
引出すことができる。被処理物にイオンビ−ムを照射す
ると加速電極の電圧を正にしてイオンビ−ムを停止し、
基板を交換すると加速電極の電圧を負に切り替えて直ち
にイオンビ−ムを発生させ、基板にイオンビ−ム照射を
行なうことができる。

【００２３】これによってイオンビ−ムの立ち上げ時
間が著しく短縮される。枚葉式の装置であるので、１枚
当たりの処理時間が短いということが重要である。装置
の処理能力を向上させることができる。 加速電圧は一定値であるので、基板に当たるイオンビ
−ムのエネルギ−が常に一定になる。 イオンビ−ムの注入操作中にイオンビ−ムを急に遮断
する必要が起こった時、従来法では、Ａ．加速電源を遮
断する、Ｂ．高周波電源を遮断する、Ｃ．ガスを止め
る、のいずれかの操作が必要であった。ビ−ムの立ち上
げに時間がかかるという欠点があった。本発明はプラズ
マが常時チャンバ内に存在し、加速電極の電圧により、
イオンを引出したり止めたりするので、プラズマの状態
が安定し、加速電源の立ち上げのように時間のかかる操
作を繰り返す必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオンド−ピング装置の概略構成図。

【図２】イオンド−ピング装置において軸線方向の電位
分布を示す図。

【図３】加速電圧の立ち上がりを示す波形図。

【図４】本発明において引出電源の極性を反転しチャン
バ内にプラズマを閉じ込めている状態の軸線方向の電位
分布を示す図。

【図５】従来法の操作を示すフロ−チャ−ト。

【図６】本発明の操作を示すフロ−チャ−ト。

【符号の説明】 １ イオン源（チャンバ） ２ 引出電極 ３ 加速電極 ４ 減速電極 ５ 接地電極 ６ 基板 ７ 加速電源 ８ 高周波電源 ９ トリガ−電源 １０ 引出電源 １１ 減速電源 １２ 蓋板 １３ 胴部（側板） １４ プラズマ １５ トリガ室 １６ 絶縁物 １７ トリガ電極 １８ トリガガス導入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空に引くことができ導入された原料ガ
   スを放電によって励起しプラズマにするイオン源と、イ
   オン源の開口に設けられるイオンビ−ムを通す穴を有し
   プラズマから正イオンをビ−ムとして引出すための引出
   電極と、引出電極のさらに前方に設けられイオンビ−ム
   を通す穴を有する加速電極と、加速電極のさらに前方に
   設けられイオンビ−ムを通す穴を有し負電圧が印加され
   る減速電極と、減速電極のさらに前方に設けられイオン
   ビ−ムを通す穴を有し大地電圧にある接地電極と、接地
   電極の前方にイオンビ−ムを注入するべき基板を保持す
   る機構と、イオン源と引出電極に正の高電圧である加速
   電圧Ｖａｃｃを印加するための加速電源と、加速電極に
   引出電圧Ｖｅｘを印加するための引出電源と、減速電極
   に負電圧を印加するための減速電源とを含むイオンド−
   ピング装置において、引出電源の極性を正負に変化させ
   て、加速電極の電位を引出電極以上にしてプラズマをイ
   オン源に閉じ込め、加速電極の電位を引出電極以下にし
   てプラズマからイオンビ−ムを引出すようにしたことを
   特徴とするイオンド−ピング装置におけるイオンビ−ム
   運転方法。