JP2002012971A

JP2002012971A - イオン注入装置および成膜並びに洗浄方法

Info

Publication number: JP2002012971A
Application number: JP2000203046A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kitazawa; 聡北澤; Katsumi Tokikuchi; 克己登木口; Takayoshi Seki; 関　　孝義; Junya Ito; 純也伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ＬＳＩ等の部品製造に用いられるイオン注入装
置において、基板表面の汚染を防止して、製品の歩留ま
りの向上を図る。【解決手段】イオンビーム６を放出するイオン源と、イ
オン選別用質量分離２、後段加速管３、Ｑレンズ系１
５、偏向器１６などを経て処理室４が設置されている。
処理室４の外部にエアロゾル生成手段７があり、発生エ
アゾルはパイプ１１を経て噴射ノズル１３から基板５に
噴射される。エアゾルの原料として液体酸素を用いる。
ノズル１３から噴出された酸素は、断熱膨張して温度が
急激に低下し、固体粒子を含んだ酸素エアゾルとなり、
被洗浄基板の表面に付着した汚染微粒子を除去し、大気
中に排気される。エアゾル洗浄工程とイオン注入工程を
複数回繰り返してもよい。このように、処理室４内で被
覆工程と洗浄工程を行ない得て、生産効率が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大規模集積回路
（ＬＳＩ）等の部品の製造に用いられるイオン注入装置
および注入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造工程において、基板の表面
に汚染微粒子が付着したままイオン注入を行うと、汚染
微粒子によってイオンビームが遮蔽され、その部分には
イオンが注入されない領域が生じ、製品の歩留まりが大
きく低下してしまう。

【０００３】特にＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウエハ
製造のために酸素イオンを１０¹⁷〜１０¹⁸ヶ／cm²の注
入量で打込むＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxy
gen）法を行う場合、図４に示すように微粒子がウエハ
表面に付着すると、その直下のウエハ内部に形成される
絶縁層(ＳｉＯ₂層）にピンホールが発生し、最終的に得
られる製品の歩留まりが大きく低下する。

【０００４】そこで、基板への成膜が行われる処理室と
は別に設けた洗浄装置において、基板表面を洗浄する方
法が行われている。

【０００５】例えば、過酸化水素などの化学反応を利用
した湿式の洗浄方法や、二酸化炭素やアルゴンなどの微
粒子を含むエアロゾルを吹き付ける乾式の洗浄方法など
が挙げられる。ここでエアロゾルとは、減圧空間に二酸
化炭素やアルゴン等を噴射した際、断熱膨張（ジュール
−トンプソン効果）により固体化した微粒子を含む流体
のことである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の洗浄方法も処理室の外部で基板表面の洗浄を行ってい
るため、洗浄した後、その基板を処理室内に搬送した上
で、イオン注入を行わなければならない。すると、基板
の搬送分だけ時間がかかり、生産効率が悪化してしま
う。

【０００７】したがって本発明の目的は、製品の歩留ま
りの低下を抑えるとともに、生産効率が良好となるイオ
ン注入装置および注入方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】イオン源から引出された
イオンビームの注入が行われる処理室に、洗浄手段を設
け、前記処理室内の基板を洗浄することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のイオン注入装置の
実施例を、図１乃至図３を用いて説明する。

【００１０】本実施例におけるイオン注入装置は、図１
に示す通り、イオンビーム６を放出するイオン源１と、
該イオン源１から放出されたイオンビーム６の中から目
的とするイオンのみを選別する質量分離器２が、イオン
源１に隣接して設置されている。また、選別したイオン
を加速する後段加速管３が、質量分離器２に隣接して設
置されている。更に、後段加速管３に隣接してイオンビ
ーム６を所定の形状に整えるＱレンズ系１５が、このＱ
レンズ系に隣接してイオンビーム６に含まれる中性ビー
ムを取り除く偏向器１６が、この偏向器１６と隣接して
イオンビーム６を基板５に照射するための処理室４と
が、それぞれ設置されている。

【００１１】尚、イオン源１には、イオン源加速電源９
およびガス流入量調整装置１０が接続され、後段加速管
３には、後段加速電源８が接続されている。

【００１２】更に、処理室４の内部には、図２に示すよ
うに、基板５が複数枚装着される直径約１ｍ程度の回転
円盤１２が設けられており、この回転円盤１２は３００
〜５００rpm(回転／分) 程度の高速で回転可能であると
共に、面内水平方向に往復移動可能となっている。また
基板５は、図３に示すように、回転円盤１２に取り付け
られた基板ホルダー１４に装着される。基板５の基板ホ
ルダー１４への付け替え作業は、図示しない搬送ロボッ
トにより行い、装着後は固定器具等により固定されるよ
うになっている。更に、基板５の表面を高温に維持する
加熱ランプや、処理室４内を真空にする排気装置等も設
けられている。

【００１３】また本実施例におけるイオン注入装置は、
洗浄手段として、処理室４の外部に設けられたエアロゾ
ル生成手段７と、このエアロゾル生成手段７で生成され
たエアロゾルを処理室４内に移送するための断熱化され
た移送パイプ１１と、この移送パイプ１１の先端に設け
られエアロゾルを基板５に噴射するための噴射ノズル１
３とを備える。

【００１４】エアロゾル生成手段７は、原料供給源，予
冷予圧装置，不純物除去フィルター等で構成されている
（図示せず）。エアロゾルの原料としては、液体の酸素
を用い、その圧力は所定の値とし、図示しない冷凍器ま
たは液体窒素を用いて予備冷却されている。

【００１５】また噴射ノズル１３は、洗浄する基板５に
対して所望の角度、所望の距離となるように調整可能な
取り付け器具によって設置されている。

【００１６】尚、エアロゾル生成手段７，移送パイプ１
１および噴射ノズル１３のうち原料と接する部分は、電
界研磨などで滑らかに研磨されている。

【００１７】上記の構成により、以下のような作用・効
果を奏する。

【００１８】処理室４の内部は、排気装置により真空も
しくは酸素の三重点圧力以下に維持されているので、噴
射ノズル１３から真空雰囲気中に噴出された酸素は、断
熱膨張により温度が急激に低下し、固体粒子を含んだ酸
素エアロゾルに変化する。この酸素エアロゾル中の固体
粒子は、被洗浄基板の表面に付着した汚染微粒子を弾き
飛ばす。また、汚染物を除去した酸素は大気中に排気さ
れる。尚、酸素エアロゾル中の固体粒子の寸法は、洗浄
されるべき汚染に応じて圧力や流量などをパラメータと
して変化させることができる。

【００１９】すると、ピンホールの発生を抑えることが
でき、リーク電流の発生しない高品質のＳＯＩウエハを
製造することが可能となる。特に、酸素イオンを注入す
るＳＩＭＯＸ法においては、酸素以外の元素による基板
の汚染を防ぐことができる。

【００２０】更に、基板５を基板ホルダー１４に固定し
たまま、エアロゾル洗浄工程とイオン注入工程とを交互
あるいは同時に行うことができる。したがって、基板５
を洗浄するために処理室４から出し入れする必要が無い
ので、時間の短縮となりスループットも向上する。

【００２１】また、基板洗浄の際は、噴射ノズル１３を
固定して回転円盤１２を回転させると共に、面内水平方
向に往復運動させることにより、複数枚の基板５の表面
全体を一度に洗浄することも可能である。また、イオン
注入中に発生した汚染微粒子を取り除くために、エアロ
ゾル洗浄工程とイオン注入工程は、複数回繰り返しても
良い。

【００２２】以上の実施例では、エアロゾルの原料とし
て酸素を用いたが、酸素に限らず、二酸化炭素，アルゴ
ン，窒素，ネオン等、エアロゾルが形成できる任意の化
学材料を原料として使用することができる。特に二酸化
炭素は容易に冷却できるので、予備冷却するための装置
構成が簡単になる。

【００２３】尚、これらの原料は、気体でも液体でも良
いが、できるだけ純粋であることが望ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製品の歩留まりの低下を抑えると共に、生産効率を良好
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン注入装置の実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明のイオン注入装置の実施例における、基
板と水平方向の断面図である。

【図３】本発明のイオン注入装置の実施例における、基
板と垂直方向の断面図である。

【図４】汚染微粒子によってＳＯＩ基板の埋め込み酸化
膜層にピンホールが形成される様子を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１…イオン源、２…質量分離器、３…後段加速管、４…
処理室、５…基板、６…イオンビーム、７…エアロゾル
生成手段、８…後段加速電源、９…イオン源加速電源、
１０…ガス流入量調整装置、１１…移送パイプ、１２…
回転円盤、１３…噴射ノズル、１４…基板ホルダー、１
５…Ｑレンズ系、１６…偏向器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/265 ６０３Ｈ０１Ｌ 21/265 ６０３Ｃ 21/304 ６４３ 21/304 ６４３Ｚ (72)発明者関孝義茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者伊藤純也茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内Ｆターム(参考） 3B116 AA03 AB01 AB34 AB42 BA06 BB21 BB88 CD11 4K029 BD01 CA10 FA04 5C001 CC07 DD01 5C034 CC07 CC19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源から引出したイオンビームを処理
室内の基板に注入するイオン注入装置において、前記処
理室内の基板を洗浄する洗浄手段を備えていることを特
徴とするイオン注入装置。
【請求項２】イオン源から引出したイオンビームを処理
室内の基板に注入するイオン注入装置において、固体粒
子を前記処理室内の基板に噴射して洗浄する洗浄手段を
備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】イオン源から引出したイオンビームを処理
室内の基板に注入するイオン注入装置において、エアロ
ゾルを前記処理室内の基板に噴射して洗浄する洗浄手段
を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項４】前記エアロゾルは、酸素，二酸化炭素，ア
ルゴンのうちいずれか１つの固体粒子を含んでいること
を特徴とする請求項３記載のイオン注入装置。
【請求項５】前記洗浄手段は、エアロゾル生成手段と噴
射手段とから構成されていることを特徴とする請求項３
または４記載のイオン注入装置。
【請求項６】前記噴射手段は、洗浄する基板に対して角
度および距離が調節可能であることを特徴とする請求項
５記載のイオン注入装置。
【請求項７】処理室内に設けられた回転円盤を回転させ
ながら、該円盤に基板ホルダを介して配置された基板へ
固体粒子を噴射して洗浄することを特徴とする洗浄方
法。
【請求項８】処理室内に設けられた回転円盤を回転させ
ると共に半径方向へ往復運動させながら、該円盤に基板
ホルダを介して配置された基板へ固体粒子を噴射して洗
浄することを特徴とする洗浄方法。
【請求項９】前記固体粒子を噴射している間、前記基板
を加熱することを特徴とする請求項７または８記載の洗
浄方法。
【請求項１０】処理室内の基板にイオンビームを照射す
ると同時に、前記処理室内の別の基板に固体粒子を噴射
して洗浄することを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】処理室内に設けられた回転円盤に基板ホ
ルダを介して基板を配置したまま、処理室内の基板にイ
オンビームを照射する工程と、前記処理室内の別の基板
に固体粒子を噴射して洗浄する工程とを、少なくとも１
回以上連続して行うことを特徴とする成膜方法。