KR20200029336A - 이온 빔 조사 장치 - Google Patents

Abstract

램프 히터나 필라멘트 등의 발열체를 사용하지 않고, 광범위하게 진공 용기 벽면을 가열하여 물성분을 비산할 수 있는 이온 빔 조사 장치를 제공한다.
대기 개방후의 기판 처리에 앞서, 이온 빔의 수송로를 이루는 진공 용기 벽면에 이온 빔을 주사하는 이온 빔 조사 장치.

Description

이온 빔 조사 장치{ION BEAM IRRADIATING APPARATUS}

진공 용기 벽면에 부착된 물성분을 증발시키는 에이징 기능을 갖춘 이온 빔 조사 장치에 관한 것이다.

장치 메인터넌스시에 장치 내부를 대기 개방했을 때, 진공 용기 벽면에는 대기중의 물성분이 부착된다. 이 물성분이 이온 빔 조사 장치에 의한 기판 처리시에 증발하면, 기판에 조사되는 이온 빔에 악영향을 미쳐, 기판 처리가 불량이 될 수도 있다. 따라서, 이온 빔 조사 장치의 대기 개방후에 처음으로 행해지는 기판 처리에 앞서, 진공 용기 벽면에 부착된 물성분을 제거하는 처리가 행해지고 있다. 이 처리는 에이징이라고 부르고 있다.

에이징에서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 진공 용기 벽면 근방에 램프 히터나 필라멘트 등의 발열체를 배치하고, 그 발열체에 의해 진공 용기 벽면을 가열하여 물성분을 제거하는 것이 행해지고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-246380

그러나, 특허문헌 1의 수법에서는, 물성분을 제거하고자 하는 진공 용기 벽면 근방에 대하여 발열체를 설치해 두어야 하며, 대상이 광범위해질수록 많은 수의 발열체가 필요해져, 비용이 증가한다. 또한, 발열체의 수가 증가함으로써, 발열체의 설치, 교환 등의 작업 시간도 증가한다.

이 발명은, 램프 히터나 필라멘트 등의 발열체를 사용하지 않고, 광범위하게 진공 용기 벽면을 가열하여, 물성분을 제거할 수 있는 이온 빔 조사 장치를 제공한다.

이온 빔 조사 장치는,

대기 개방후에 처음으로 행해지는 기판 처리에 앞서,

이온 빔을 주사하여, 이온 빔의 수송로를 이루는 진공 용기 벽면에 이온 빔을 조사한다.

상기 구성의 이온 빔 조사 장치라면, 주사된 이온 빔을 진공 용기 벽면에 조사하는 구성을 채용하고 있기 때문에, 진공 용기 벽면을 광범위하게 에이징하는 것이 가능해진다. 더구나, 발열체를 이용하지 않기 때문에, 발열체의 설치, 교환 등에 요하는 작업 시간이 불필요해진다.

이온 빔 조사 장치의 일양태로는,

이온원과,

상기 이온원으로부터 이온 빔을 인출하는 인출 전극계와,

상기 인출 전극계로부터 인출된 이온 빔을 질량 분석하는 분석 전자석을 포함하고,

상기 인출 전극계 또는 상기 분석 전자석이 상기 이온 빔을 주사하는 것이 바람직하다.

인출 전극계나 분석 전자석은, 에이징뿐만 아니라, 통상의 기판 처리시에도 이용되고 있기 때문에, 종래의 발열체와 같은 에이징만을 위해 설치된 특별한 부재를 필요로 하지 않는다.

에이징에 관해서는,

상기 진공 용기 내의 압력을 계측하는 진공계를 포함하고,

상기 진공계에서의 압력이 미리 정해진 값 이하가 될 때까지 상기 이온 빔의 주사를 계속하는 구성인 것이 바람직하다.

또한, 진공계를 복수 구비하는 경우에는, 다음 구성을 채용해도 좋다.

상기 진공계는 복수이며,

각 진공계에서의 압력이 미리 정해진 값 이하가 될 때까지 상기 이온 빔의 주사를 계속한다.

또한, 이온 빔의 주사 속도에 관해서는,

상기 진공 용기 내의 압력을 계측하는 진공계를 포함하고,

상기 진공계에서 계측된 압력에 따라서 상기 이온 빔의 주사 속도를 변경하도록 해도 좋다.

주사된 이온 빔을 진공 용기 벽면에 조사하는 구성을 채용하고 있기 때문에, 진공 용기 벽면을 광범위하게 에이징하는 것이 가능해진다. 더구나, 발열체를 이용하지 않기 때문에, 발열체의 설치, 교환 등에 요하는 작업 시간이 불필요해진다.

도 1은 이온 빔 조사 장치의 일구성예를 나타내는 평면도.
도 2는 이온 빔의 주사에 관한 구성예를 나타내는 평면도.
도 3은 이온 빔의 조사 장소와 진공 용기 내에서의 압력 변동의 관계를 나타내는 설명도.
도 4는 효율적인 에이징을 행하기 위한 일구성예에 관한 설명도.
도 5는 효율적인 에이징을 행하기 위한 다른 구성예에 관한 설명도.

도 1은 이온 빔 조사 장치(1)의 전체를 나타내는 모식적 평면도이다. 도 1에 그려져 있는 이온 빔 조사 장치는 주지의 이온 주입 장치이다. 이하, 이 장치의 구성을 간단히 설명한다.

플라즈마 생성실(1)에서 생성된 플라즈마로부터 복수매의 전극으로 구성되어 있는 인출 전극계(2)를 통해서, 이온 빔(IB)의 인출이 행해진다. 인출된 이온 빔(IB)에는 여러가지 이온종이 포함되어 있다. 질량 분석 전자석(4)과 분석 슬릿(5)을 통해서 원하는 이온종의 질량 분석을 행하고, 처리실(6) 내에 이온 빔(IB)을 수송한다.

처리실(6)에서는, 타겟(7)이 도시한 화살표 방향으로 기계적으로 왕복 반송되고 있다. 처리실(6) 내에 수송되는 이온 빔(IB)의 지면 표리 방향의 치수는, 그 방향에서의 타겟(7)의 치수보다 크게, 타겟(7)을 도시한 화살표 방향으로 왕복 주사함으로써, 타겟(7)의 전체면에 이온이 주입된다.

이온 빔(IB)의 수송로는 진공 용기(3)로 덮여 있고, 타겟(7)이 처리되고 있는 동안 그 용기 내는 진공으로 유지되고 있다.

장치 내부의 메인터넌스시에 장치 내부를 대기 개방함으로써, 진공 용기 벽면에는 물성분이 부착된다. 이 물성분을 제거함에 있어서, 본 발명에서는 이온 빔을 이용한다. 구체적인 구성에 관해, 도 2에서 설명한다.

우선, 아르곤이나 네온 등의 불활성 가스를 이용하여 이온 빔을 생성한다. 다음으로, 진공 용기(3)의 벽면에 부착되어 있는 물성분을 제거하기 위해, 처리실(6)에 이르는 이온 빔(IB)의 수송로에서 이온 빔(IB)을 전장 혹은 자장에 의해 주사하면서 진공 용기(3)의 벽면에 조사하여, 진공 용기(3)의 벽면에 부착된 물성분의 제거가 행해진다.

도 2a에서는, 질량 분석 전자석(4)의 지면 내측을 향해 발생하는 자장(B)의 강도를 시간적으로 변화시킴으로써 이온 빔(IB)을 주사하고 있다. 이 주사에 의해, 도시한 화살표와 같이, 광범위에 걸쳐 이온 빔(IB)을 질량 분석 전자석 내부의 진공 용기 벽면에 조사하는 것이 가능해진다.

도 2b에서는, 인출 전극계(2)를 구성하는 정중앙의 전극을 상하 1조의 전극으로 구성하고, 각각의 전극에 고주파 전원을 접속하고 있다. 각 전원으로부터 출력되는 고주파 전압의 파형은 180도 위상이 상이하기 때문에, 이온 빔(IB)을 도면의 상하 방향으로 크게 주사하여, 이온 빔(IB)을 진공 용기 벽면에 조사하는 것이 가능해진다.

전술한 구성은, 전장 혹은 자장을 이용하여 이온 빔을 주사하여, 진공 용기 벽면에 부착된 물성분을 증발시키는 구성의 일양태를 설명한 것이며, 이온 빔 조사 장치의 구성에 따라서는, 별도의 광학 요소를 이용하여 이온 빔의 주사를 행하도록 해도 좋다.

이와 같이, 본 발명에서는 이온 빔을 주사함으로써 광범위에 걸친 에이징이 가능해진다. 따라서, 종래 기술과 같은 복수의 발열체를 사용할 필요가 없어, 발열체를 복수 배치하는 것에 의한 비용의 증가나 많은 수의 설치, 교환 작업을 생략할 수 있다.

그런데, 정현파나 여현파와 같은 제어 파형으로 이온 빔을 주사하는 구성을 채용해도 좋지만, 물성분은 진공 용기(3)의 모든 벽면에 걸쳐 반드시 균일하게 부착되어 있는 것은 아니다.

예컨대, 도 3과 같이 이온 빔(IB)이 조사되는 장소에 따라, 진공 용기 내의 압력이 변화하는 것이 발생할 수 있다. 도 3a에는, 질량 분석 전자석(4)의 자장(B)을 조정함으로써, 진공 용기의 특정한 장소(A)∼(K)에 이온 빔이 조사되고 있을 때의 모습이 그려져 있다.

도 3b는, 도 3a에 기재된 이온 빔의 조사 위치와 거기에 이온 빔이 조사되고 있을 때의 압력의 관계를 나타내고 있다.

진공 용기 벽면에서의 물성분의 부착량의 차이는, 질량 분석시에 분석된 불필요 이온 성분에 의한 진공 용기 벽면의 스퍼터링 작용 등에 기인하고 있다.

이유로는, 물성분은, 스퍼터링 작용 등에 의해 발생한 진공 용기 벽면의 퇴적물에 부착되는 경향이 있다는 점을 들 수 있다.

이 때문에, 진공 용기 벽면에 불균일하게 부착되어 있는 수분을 효율적으로 증발시킨다는 점에서는, 이온 빔을 단순한 정현파 혹은 여현파에 따라서 주사한다는 것만으로는 불충분하다고 할 수 있다.

따라서, 물성분의 효율적인 제거를 하기 위해, 도 4 또는 도 5에 나타낸 바와 같이 이온 빔의 주사를 제어하는 것을 생각할 수 있다. 각 도면 모두, 도 3b에 나타내는 장소 E, I의 진공 용기 벽면에 포함되는 물성분량이 많고, 이들 장소에 이온 빔이 조사됨으로써 용기 내의 압력이 높아진다는 예를 전제로 하여 설명한다.

도 4의 횡축은 시간을 나타내고, 도 4의 종축(좌측)은 진공 용기 내의 압력을 나타내고 있다. 또한, 종축(우측)은 진공 용기 내에서의 장소를 나타내고 있다. 도면 중의 굵은 선은 어떤 시간에서의 이온 빔의 조사 위치를 나타내고 있다. 단시간에 이온 빔의 조사 위치가 크게 변화하는 영역에서는 이온 빔의 주사 속도는 빠르고, 반대로 완만하게 변화하는 영역에서는 이온 빔의 주사 속도는 느려진다.

이 예에서는, 장소 E와 장소 I에 이온 빔이 조사되고 있을 때, 이온 빔의 주사 속도를 크게 감속하여, 천천히 시간을 들여 해당 부위에 대한 이온 빔을 조사하도록 하고 있다. 한편, 장소 E와 장소 I 이외의 장소에서는, 벽면에 부착된 수분량이 적기 때문에, 이온 빔의 조사 시간이 짧아지도록, 이온 빔의 주사 속도를 빠르게 했다. 이와 같이 하여 이온 빔을 주사함으로써, 벽면에 부착된 물성분의 효율적인 제거가 가능해진다.

벽면에 부착되어 있는 물성분량의 특정은, 다음에 나타내는 방법을 이용해도 좋다.

예컨대, 처음에는 단순한 정현파나 여현파를 이용하여 이온 빔을 주사한다. 이 주사시에, 진공 용기 내의 압력 변동을 기록해 둔다. 그리고, 그 후에 행해지는 이온 빔을 주사할 때에, 기록한 압력 변동의 데이터에 따라서 이온 빔을 주사한다.

또한, 미리 압력 변동의 경향을 알고 있는 경우에는, 압력 변동을 실측하지 않고, 종전에 파악하고 있는 경향을 근거로 하여 이온 빔을 주사하도록 해도 좋다.

이온 빔의 주사 속도를 느리게 한 경우, 특정한 장소에 이온 빔이 장시간 조사된다. 장시간에 걸친 이온 빔의 조사에 의해, 조사 장소의 온도가 상승하고, 열에 의해 손상되어 버리는 것이 우려된다.

이 점을 고려하여, 이온 빔의 조사 시간에 상한치를 설정해 두고, 상한치를 넘은 경우에는, 압력이 충분히 내려가지 않았다 하더라도, 다음 장소에 대한 이온 빔의 조사가 행해지도록 구성해 두는 것이 요구된다.

에이징을 자동적으로 행하는 경우, 이온 빔의 주사를 정지하기 위한 어떠한 조건이 필요해진다. 이 조건에 관해서는, 예컨대, 1 주사 동안의 압력 변동량이 기준 범위 내인지, 1 주사 동안에 계측된 압력치가 항상 기준치 이하인지 등이 고려된다.

또한, 효율적인 에이징을 고려하지 않는다면, 단순히 에이징 개시로부터의 경과 시간이 기준 시간 이상이 된 단계에서, 이온 빔의 주사를 정지하도록 해도 좋다.

또, 에이징은 반드시 자동적으로 행해질 필요는 없고, 장치의 오퍼레이터가 진공 용기 내의 압력이나 경과 시간을 모니터하면서, 에이징의 종료 가부를 판단하도록 해도 좋다.

도 4의 구성예에서는, 수분량이 많은 장소에서는 이온 빔의 주사 속도를 느리게 하는 구성이지만, 그 장소에서 이온 빔의 주사를 일시적으로 정지해도 좋다.

도 5의 횡축 및 종축은 도 4와 동일하다. 이온 빔의 주사를 일시적으로 정지하고, 동일한 장소에 이온 빔을 계속 조사한 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 가열에 의한 손상이 발생할 수 있기 때문에, 이온 빔의 조사 시간에 관해서는 시간적인 제한을 설정하도록 해도 좋다.

물성분량을 특정하기 위해, 처음에 단순한 정현파나 여현파로 이온 빔을 주사시키면서, 압력 변동을 모니터하는 구성에 관해 설명했지만, 압력 변동을 측정하면서, 실시간으로 이온 빔의 주사 속도를 첫회의 주사로부터 변경하도록 해도 좋다.

예컨대, 도 5의 구성에서, 압력의 기준치로서, 주사 재개 압력 P1과 주사 정지 압력 P2를 미리 설정해 둔다. 이 구성에서는, 이온 빔의 주사를 행하면서 압력을 모니터하여, 모니터치가 주사 정지 압력 P2를 넘은 단계에서, 이온 빔의 주사를 일시적으로 정지하고 있다. 그 후, 모니터치가 주사 재개 압력 P1을 하회한 단계에서, 이온 빔의 주사를 재개한다.

이러한 수법에서도, 도 4의 구성과 마찬가지로, 물성분의 제거를 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 도 5의 구성에서는, 이온 빔의 주사를 정지하기 전에, 이온 빔의 위치를 진행 방향과는 반대쪽으로 약간씩 후퇴시키고 있다. 이러한 이온 빔 조사 위치의 후퇴는, 이온 빔이 조사되고 나서 물성분이 증발하는 것에 의한 압력 변동이 측정될 때까지 생기는 근소한 응답 시간의 지연을 고려한 것이다.

이러한 응답 시간의 지연에 의한 영향이 무시할 수 있을 정도로 작은 것이라면, 여기서 설명한 이온 빔의 조사 위치의 후퇴를 행할 필요는 없다.

압력 변동을 측정하기 위한 진공계는, 에이징이 행해지는 장소의 근방에 배치해 둔다. 진공계의 개수는 복수이어도 단수이어도 상관없다.

복수의 진공계를 사용하는 경우에는, 각 진공계에서의 측정 결과를 평균한 것을 진공계에서의 모니터치로 해도 좋고, 복수의 진공계를 이온 빔이 주사되는 장소에 따라서 전환하여 사용하도록 해도 좋다.

한편, 전술한 실시형태에서는, 이온 빔 조사 장치로서 이온 주입 장치를 예로 설명했지만, 본 발명을 적용할 수 있는 이온 빔 조사 장치는 이온 주입 장치에 한정되지 않는다. 예컨대, 이온 빔 에칭 장치나 집속 이온 빔 장치와 같은 다른 이온 빔 조사 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.

전술한 실시형태에서는, 인출 전극계의 전극을 1조의 전극으로 하여, 각각의 전극에 180도 위상이 상이한 전압 파형이 인가되는 구성에 관해 설명했지만, 한쪽 전극의 전위를 고정하고, 다른쪽 전극에 대한 인가 전압을 정현, 여현 등의 시간 변화하는 전압으로 해도 좋다.

기타, 전술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종 개량 및 변경을 해도 좋은 것은 물론이다.

IM : 이온 주입 장치
IB : 이온 빔
1 : 이온원
2 : 인출 전극계
3 : 진공 용기
4 : 질량 분석 전자석
5 : 분석 슬릿
6 : 처리실
7 : 타겟

Claims (5)

1. 대기 개방후의 기판 처리에 앞서,
   이온 빔의 수송로를 이루는 진공 용기 벽면에 이온 빔을 주사하는 이온 빔 조사 장치.
2. 제1항에 있어서, 이온원과,
   상기 이온원으로부터 이온 빔을 인출하는 인출 전극계와,
   상기 인출 전극계로부터 인출된 이온 빔을 질량 분석하는 분석 전자석
   을 포함하고,
   상기 인출 전극계 또는 상기 분석 전자석이 상기 이온 빔을 주사하는 것인 이온 빔 조사 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공 용기 내의 압력을 계측하는 진공계를 포함하고,
   상기 진공계에서의 압력이 미리 정해진 값 이하가 될 때까지 상기 이온 빔의 주사를 계속하는 것인 이온 빔 조사 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공 용기 내의 압력을 계측하는 복수의 진공계를 포함하고,
   각 진공계에서의 압력이 미리 정해진 값 이하가 될 때까지 상기 이온 빔의 주사를 계속하는 것인 이온 빔 조사 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공 용기 내의 압력을 계측하는 진공계를 포함하고,
   상기 진공계에서 계측된 압력에 따라서 상기 이온 빔의 주사 속도를 변경하는 것인 이온 빔 조사 장치.

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