DE112014006989T5

DE112014006989T5 - Ionenimplantierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112014006989T5
Application number: DE112014006989.2T
Authority: DE
Inventors: Sunao Aya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: US20170133201A1; JPWO2016046939A1; US10043635B2; DE112014006989B4; CN107078005A; WO2016046939A1; JP6292310B2; CN107078005B

Abstract

Ein Vakuum wird innerhalb eines Vakuumteils (1) aufrechterhalten. Der gesamte feste, gepackte Behälter (3) ist innerhalb des Vakuumteils (1) angeordnet. Ein Heizkörper (7) sublimiert das Aluminiumchlorid (8), das in dem festen, gepackten Behälter (3) eingeschlossen ist, um ein Aluminiumchlorid-Gas (9) zu erzeugen. Eine Lichtbogenkammer (6) ionisiert das Aluminiumchlorid-Gas (9) und emittiert einen Ionenstrahl (11) des ionisierten Aluminiumchlorid-Gases (9). Eine Gaszuführungsdüse (10) leitet das Aluminiumchlorid-Gas (9) von dem festen, gepackten Behälter (3) in die Lichtbogenkammer (6). Ein tragendes Teil (4) trägt und fixiert den festen, gepackten Behälter (3) auf dem Vakuumteil (1). Eine thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils (4) ist geringer als die thermischen Leitfähigkeiten des Vakuumteils (1) und des festen, gepackten Behälters (3).

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionenimplantierungsvorrichtung, welche ein Quellengas durch Sublimieren eines festen Materials erzeugt, das Quellengas ionisiert und einen Ionenstrahl des ionisierten Quellengases emittiert.
Hintergrund
In einer Ionenimplantierungsvorrichtung wird ein Quellengas durch Sublimieren eines Materials von festem Zustand, das in einem festen, gepackten Behälter in einem Verdampfer eingeschlossen ist, erzeugt, und eine Lichtbogenkammer ionisiert das Quellengas und emittiert einen Ionenstrahl des ionisierten Gases (siehe zum Beispiel PTL 1).
Literaturliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 7-326313 A

Zusammenfassung
Technisches Problem
Als eine Gaszufuhr zu einer Lichtbogenkammer wird Stickstoff aus einem Stickstoffzylinder (nicht gezeigt) bereitgestellt, der in einer externen Zylinderbox (nicht gezeigt) angeordnet ist, oder ein Quellengas, das mit einem Verdampfer erzeugt wird, wird bereitgestellt. Wenn die Gaszufuhr von dem Stickstoffzylinder zu der Gaszufuhr von dem Verdampfer gewechselt wird, ist eine Zeit zum Stabilisieren einer Sublimationstemperatur des Verdampfers notwendig. Insbesondere ist eine Temperatur, bei welcher Aluminiumchlorid, das als ein Material von festem Zustand in einer Ionenimplantierungsvorrichtung für eine SiC-Halbleitervorrichtung zu verwenden ist, in einem Vakuum sublimiert wird, so niedrig wie 80 bis 90°C. In der herkömmlichen Vorrichtung dient jedoch der feste, gepackte Behälter auch als ein Vakuumteil und benötigt eine Festigkeit. Der feste, gepackte Behälter weist deshalb eine Form mit einer erhöhten Wandstärke auf und weist eine hohe Wärmekapazität auf. Es gibt deshalb ein Problem, dass eine lange Zeit benötigt wird, um eine Aufwärmstabilisierung zu vollenden, und die Betriebsgeschwindigkeit ist reduziert.
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Ionenimplantierungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die Sublimationstemperatur-Stabilisierungszeit zu reduzieren und eine Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern.
Lösung des Problems
Eine Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Vakuumteil bzw. Vakuumpartition, innerhalb der ein Vakuum aufrechterhalten wird; einen festen, gepackten Behälter, in welchem ein Material von festem Zustand eingeschlossen ist; einen Heizkörper, der das in dem festen, gepackten Behälter eingeschlossene Material von festem Zustand sublimiert, um ein Quellengas zu erzeugen; eine Lichtbogenkammer, die das Quellengas ionisiert und einen Ionenstrahl des ionisierten Quellengases emittiert; eine Gaszuführungsdüse, die das Quellengas von dem festen, gepackten Behälter in die Lichtbogenkammer leitet; und ein tragendes Teil, das den festen, gepackten Behälter trägt und auf dem Vakuumteil fixiert, wobei der gesamte feste, gepackte Behälter innerhalb des Vakuumteils angeordnet ist und eine thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils geringer ist als thermische Leitfähigkeiten des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung benötigt der feste, gepackte Behälter keine Druckteilfunktion und braucht nur eine Festigkeit, die notwendig ist, um einen Festkörper einzuschließen, da der gesamte feste, gepackte Behälter in dem Vakuum innerhalb des Vakuumteils oder der Vakuumpartition angeordnet ist. Die Wandstärke des festen, gepackten Behälters kann deshalb reduziert werden, um die Wärmekapazität zu reduzieren. Die Wärmemenge, die für eine Sublimation notwendig ist, wird dadurch reduziert und ein kleinerer Heizkörper reicht aus. Außerdem braucht die Gaszuführungsdüse, da der feste, gepackte Behälter getragen und auf dem Vakuumteil fixiert ist, keine Funktion zum Tragen des festen, gepackten Behälters aufzuweisen. Die Wandstärke der Gaszuführungsdüse kann deshalb reduziert werden und das Einfließen von Wärme von der Lichtbogenkammer in den festen, gepackten Behälter kann reduziert werden. Weiter kann, da die thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils geringer ist als diejenigen des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters, die Wärmemenge, die durch das tragende Teil aus dem festen, gepackten Behälter entweicht, ebenfalls reduziert werden. Als eine Folge wird die Zeit, die benötigt wird, um eine Sublimationstemperatur in einem Bereich von Sublimationstemperaturen zu stabilisieren, reduziert, womit ermöglicht wird, dass der Zustand des Ionenstrahls schneller stabilisiert wird und die Betriebsgeschwindigkeit erhöht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht einer Ioneninjektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht einer Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel.
3 ist eine Schnittansicht einer Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die wiederholte Beschreibung derselben kann weggelassen sein.
Ausführungsform 1
1 ist eine Schnittansicht einer Ioneninjektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung ist eine SiC-Halbleiter-Ionenimplantierungsvorrichtung, welche Aluminiumionen in einen SiC-Wafer (nicht gezeigt) implantiert).
Ein Vakuum wird innerhalb eines Vakuumteils 1 bzw. der Vakuumpartition der Ionenimplantierungsvorrichtung aufrechterhalten. Der gesamte feste, gepackte Behälter 3 eines Verdampfers 2 ist innerhalb des Vakuumteils 1 angeordnet. Ein tragendes Teil 4 trägt und fixiert den festen, gepackten Behälter 3 auf dem Vakuumteil 1. Die thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils 4 ist geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3. Ein tragendes Bauteil 5 trägt und fixiert eine Lichtbogenkammer 6 auf dem Vakuumteil 1.
Ein Heizkörper 7 des Verdampfers 2 sublimiert Aluminiumchlorid 8, das in dem festen, gepackten Behälter 3 eingeschlossen ist, um Aluminiumchlorid-Gas 9 zu erzeugen. Eine Gaszuführungsdüse 10 leitet das Aluminiumchlorid-Gas 9 von dem festen, gepackten Behälter 3 in die Lichtbogenkammer 6. Eine Einlassröhre (nicht gezeigt) zum Einführen eines Quellengases wie Stickstoff ist ebenfalls mit der Lichtbogenkammer 6 verbunden. Wenn die Lichtbogenkammer 6 dünn ist, kann ein Verbindungsteil (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um die Gaszuführungsdüse 10 und die Lichtbogenkammer 6 miteinander zu verbinden.
Die Lichtbogenkammer 6 ionisiert das Aluminiumchlorid-Gas 9 und emittiert einen Ionenstrahl 11 des ionisierten Aluminiumchlorid-Gases 9. Genauer kollidiert das Aluminiumchlorid-Gas 9 mit Elektronen in der Lichtbogenkammer 6, um zu Plasma 12 zu werden, womit es ionisiert wird. Die Ionen werden mit einer Extraktionselektrode (nicht gezeigt) als der Ionenstrahl 11 extrahiert. Dann werden die gewünschten Ionen durch einen Massenspektrographen (nicht gezeigt) selektiert und die selektierten Ionen werden mit einer Beschleunigungselektrode (nicht gezeigt) beschleunigt. Die Ionen werden durch Ausführen eines Abtastens mit dem Ionenstrahl 11 gleichmäßig in einem Wafer (nicht gezeigt) implantiert.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend durch Vergleichen der Ausführungsform mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht einer Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel. In dem Vergleichsbeispiel dient der feste, gepackte Behälter 3 auch als das Vakuumteil 1 und benötigt eine Festigkeit. Der feste, gepackte Behälter 3 weist deshalb eine Form mit einer erhöhten Wandstärke auf und weist eine hohe Wärmekapazität auf. Als eine Folge wird eine lange Zeit benötigt, um eine Aufwärmstabilisierung zu vollenden, und die Betriebsgeschwindigkeit ist reduziert.
Andererseits braucht in der vorliegenden Ausführungsform der feste, gepackte Behälter 3 keine Druckteilfunktion aufzuweisen und braucht nur eine Festigkeit, die notwendig ist, einen Festkörper einzuschließen, da der gesamte feste, gepackte Behälter 3 in dem Vakuum innerhalb des Vakuumteils 1 angeordnet ist. Die Wandstärke des festen, gepackten Behälters 3 kann deshalb reduziert werden, um die Wärmekapazität zu reduzieren. Die Wärmemenge, die für eine Sublimation notwendig ist, wird dadurch reduziert, und ein kleinerer Heizkörper 7 reicht aus. Außerdem braucht die Gaszuführungsdüse 10, da der feste, gepackte Behälter 3 getragen und auf dem Vakuumteil 1 fixiert wird, die Funktion eines Tragens des festen, gepackten Behälters 3 nicht aufzuweisen. Die Wandstärke der Gaszuführungsdüse 10 kann deshalb reduziert werden, und das Einfließen von Wärme von der Lichtbogenkammer 6 in den festen, gepackten Behälter 3 kann reduziert werden. Weiter kann, da die thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils 4 geringer ist als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3, die Wärmemenge, die von dem festen, gepackten Behälter 3 durch das tragende Teil 4 entweicht, ebenfalls reduziert werden. Als eine Folge wird die Zeit, die benötigt wird, um eine Sublimationstemperatur in einem Bereich von niedrigen Sublimationstemperaturen von 80 bis 90°C in dem Vakuum zu stabilisieren, reduziert, womit ermöglicht wird, dass der Zustand des Ionenstrahls schneller stabilisiert wird, und die Betriebsgeschwindigkeit verbessert wird.
Genauer ist das Material des tragenden Teils 4 ein bearbeitbares Keramikmaterial, das eine thermische Leitfähigkeit von 2W/m·k oder weniger aufweist, oder ein technischer Kunststoff, der eine thermische Leitfähigkeit von 1W/m·k oder weniger aufweist. Wenn das tragende Teil 4 aus einem solchen Material besteht, ist seine thermische Leitfähigkeit ausreichend geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3, die aus Metallen bestehen.
Ausführungsform 2
3 ist eine Schnittansicht einer Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Eine untere Platte 13 ist mit dem festen, gepackten Behälter 3 verbunden. Das tragende Teil 4 trägt und fixiert die untere Platte 13 auf dem Vakuumteil 1 bzw. der Vakuumpartition. Die Thermische Leitfähigkeit der unteren Platte 13 ist geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3.
Wenn die untere Platte 13 aus einem Metall besteht, wird Wärme durch die untere Platte 13 auf das tragende Teil 4 übertragen, womit sie entweicht. Um dies zu verhindern, wird ein Material einer geringen thermischen Leitfähigkeit als das Material der unteren Platte 13 verwendet. Genauer ist das Material der unteren Platte 13 ein bearbeitbares Keramikmaterial, das eine thermische Leitfähigkeit von 2W/m·k oder weniger aufweist, oder ein technischer Kunststoff, der eine thermische Leitfähigkeit von 1W/m·k oder weniger aufweist. Wenn die untere Platte 13 aus einem solchen Material besteht, ist ihre thermische Leitfähigkeit ausreichend geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3, die aus Metallen bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumteil;
3: fester, gepackter Behälter;
4: tragendes Teil;
6: Lichtbogenkammer;
7: Heizkörper;
8: Aluminiumchlorid (Material von festem Zustand);
9: Aluminiumchlorid-Gas (Quellengas);
10: Gaszuführungsdüse;
11: Ionenstrahl;
13: untere Platte

Claims

Ionenimplantierungsvorrichtung, aufweisend: ein Vakuumteil, in welchem ein Vakuum aufrechterhalten wird; einen festen, gepackten Behälter, in welchem ein Material von festem Zustand eingeschlossen ist; einen Heizkörper, der das Material von festem Zustand, das in dem festen, gepackten Behälter eingeschlossen ist, sublimiert, um ein Quellengas zu erzeugen; eine Lichtbogenkammer, die das Quellengas ionisiert und einen Ionenstrahl des ionisierten Quellengases emittiert; eine Gaszuführungsdüse, die das Quellengas von dem festen, gepackten Behälter in die Lichtbogenkammer leitet; und ein tragendes Teil, das den festen, gepackten Behälter trägt und auf dem Vakuumteil fixiert, wobei der gesamte feste, gepackte Behälter innerhalb des Vakuumteils angeordnet ist und eine thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils geringer ist als thermische Leitfähigkeiten des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters.
Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das tragende Teil aus einem bearbeitbaren Keramikmaterial, das eine thermische Leitfähigkeit von 2W/m·k oder weniger aufweist, oder einem technischen Kunststoff besteht, der eine thermische Leitfähigkeit von 1W/m·k oder weniger aufweist.
Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend eine untere Platte, die mit dem festen, gepackten Behälter verbunden ist, wobei das tragende Teil die untere Platte trägt und auf dem Vakuumteil fixiert, und eine thermische Leitfähigkeit der unteren Platte geringer ist als die thermischen Leitfähigkeiten des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters.
Ionenimplantierungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die untere Platte aus einem bearbeitbaren Keramikmaterial, das eine thermische Leitfähigkeit von 2W/m·k oder weniger aufweist, oder einem technischen Kunststoff besteht, der eine thermische Leitfähigkeit von 1W/m·k oder weniger aufweist.