JP2002367921A

JP2002367921A - イオン注入装置

Info

Publication number: JP2002367921A
Application number: JP2001171839A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Sugiura; 崇治杉浦; Kazuo Mera; 和夫米良; Yasuki Nakano; 安紀中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】金属汚染を抑制すること。【解決手段】真空排気された処理室チャンバ１６内に
回転ディスク２０を収納し、回転ディスク２０のリング
２４に複数個のウエハホルダ２８を固定し、各ウエハホ
ルダ２８にシリコンウエハ３０を保持させ、回転ディス
ク２０の回転に伴ってシリコンウエハ３０を回転させる
過程で、シリコンウエハ３０をランプヒータ３２で加熱
するとともに、イオン源１０から引き出されたイオンビ
ームをシリコンウエハ３０に向けて照射する。このと
き、イオンビームの照射による熱エネルギーを高くし、
ランプヒータ３２の加熱による熱エネルギーを低くし、
イオン注入時にランプヒータ３２から金属が発生するの
を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置に
係り、特に、シリコンウエハを注入対象としてシリコン
ウエハに酸素イオンを注入するに好適なイオン注入装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウエハに絶縁膜を形成す
るに際して、シリコンウエハに酸素イオンを注入してシ
リコンウエハ中に絶縁膜を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐ
ａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇ
ｅｎ）用イオン注入装置が用いられている。この種のイ
オン注入装置においては、真空排気された処理室内に回
転ディスクを収納するとともに、回転ディスクに複数個
のウエハホルダを固定し、各ウエハホルダにシリコンウ
エハを保持させた状態で回転ディスクを回転するととも
にランプヒータによってシリコンウエハを加熱し、回転
ディスクとともに回転しているシリコンウエハに向けて
イオン源からのイオンビームを照射する構成が採用され
ている。この場合、イオン注入中は、ランプヒータから
の熱と、イオンビームからの熱によってシリコンウエハ
の温度が一定になるよう制御されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体産業の発
達に伴い、高応答性、低消費電力のデバイスが求められ
ており、この要求に答えるものの一つに、ＳＩＭＯＸシ
リコンウエハを用いた素子が挙げられる。また、ＳＩＭ
ＯＸシリコンウエハは、近年、金属汚染（コンタミ）お
よびパーティクルの少ない高品質なものが求められてい
る。

【０００４】ところが、従来のイオン注入装置のよう
に、イオン注入中に、ランプヒータの加熱による熱エネ
ルギーとイオンビームの照射による熱エネルギーによっ
てシリコンウエハ（基板）温度を単に一定になるように
制御するだけでは、イオン注入時にシリコンウエハが金
属汚染される恐れがある。

【０００５】すなわち、ランプヒータによってシリコン
ウエハを加熱すると、ヒータ自身から金属が発生し、こ
の金属が処理室内に拡散する。この場合、ランプヒータ
の温度が高くなるほど多くの金属が拡散するので、ラン
プヒータの温度によっては拡散した金属によってシリコ
ンウエハが汚染される恐れがある。しかも、ＳＩＭＯＸ
用イオン注入装置においては、ＳＩＭＯＸというプロセ
スから、イオン注入量が多く、しかも長時間に亘ってイ
オンビームの注入が行われるため、その間ランプヒータ
からコンタミとして大量の金属が発生しやすくなる。ま
たランプヒータの温度を制御するにも、ウエハに対する
温度が急激に変化すると、ウエハ割れが発生する恐れが
あるので、ウエハ割れの発生を抑制することが必要とな
る。

【０００６】本発明の課題は、金属汚染を抑制すること
ができるイオン注入装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、ガスを導入してプラズマを生成するイオ
ン源と、真空の雰囲気中で注入対象に関する処理を行う
処理室と、前記処理室内に配置されて前記注入対象を保
持する保持手段と、前記イオン源で生成されたプラズマ
をイオンビームとして引き出して前記処理室内の注入対
象に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手
段と、前記注入対象を加熱する加熱手段とを備え、イオ
ン注入時における前記注入対象に関する設定温度を前記
イオンビームの照射による熱エネルギーと前記加熱手段
の加熱による熱エネルギーの和に従って設定するととも
に、前者の熱エネルギーを主とし、後者の熱エネルギー
を従としてなるイオン注入装置を構成したものである。

【０００８】イオン注入装置を構成するに際しては、ガ
スを導入してプラズマを生成するイオン源と、真空の雰
囲気中で注入対象に関する処理を行う処理室と、前記処
理室内に配置されて前記注入対象を保持する保持手段
と、前記イオン源で生成されたプラズマをイオンビーム
として引き出して前記処理室内の注入対象に向けてイオ
ンビームを照射するイオンビーム照射手段と、前記注入
対象を加熱する加熱手段とを備え、イオンビーム照射手
段によるイオン注入時に前記加熱手段による加熱を停止
する構成を採用したり、あるいは、前記構成要素の他
に、前記加熱手段から前記注入対象に与えられる熱エネ
ルギーを制御する制御手段を備え、前記イオンビーム照
射手段によるイオン注入時に、前記加熱手段から前記注
入対象に与えられる熱エネルギーを前記制御手段により
遮蔽し、前記イオンビーム照射手段によるイオン注入時
に、前記イオンビーム照射手段がブレークダウンしたと
きには前記制御手段による熱エネルギーの遮蔽を解除
し、前記加熱手段の加熱による熱エネルギーにより前記
注入対象を加熱してなるイオン注入装置を構成すること
もできる。

【０００９】前記各イオン注入装置を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。

【００１０】（１）イオン注入開始前は、前記加熱手段
の加熱エネルギーにより前記処理室内を予備加熱してな
る。

【００１１】（２）イオン注入停止後は、前記加熱手段
の加熱エネルギーを徐々に減少させてなる。

【００１２】（３）前記イオンビーム照射手段によるイ
オンビームが照射されるイオンビーム照射領域内とこの
領域から外れたイオンビーム照射領域外とを結ぶ円軌道
に沿って回転する回転ディスクを備え、前記回転ディス
クには複数の保持手段が固定され、前記各保持手段には
それぞれ注入対象が保持されてなる。

【００１３】（４）前記注入対象はシリコンウエハで構
成されてなる。

【００１４】前記した手段によれば、イオンビームの照
射による熱エネルギーを主とし、加熱手段の加熱による
加熱エネルギーを従とし、加熱手段の加熱による熱エネ
ルギーを低く抑えることで、イオン注入時に加熱手段か
ら金属が発生するのを抑制することができ、注入対象が
金属汚染されるのを抑制することができる。

【００１５】また、イオン注入時に加熱手段による加熱
を停止することによっても注入対象に対する金属汚染を
抑制することができる。さらに、イオン注入時に、加熱
手段から注入対象に与えられる熱エネルギーを制御手段
によって遮蔽し、イオンビーム照射手段のブレークダウ
ン時にのみ制御手段による熱エネルギーの遮蔽を解除
し、加熱手段の加熱による熱エネルギーによって注入対
象を加熱することによっても、イオン注入時に注入対象
が金属汚染されるのを抑制することができる。

【００１６】また、イオン注入開始前に、加熱手段の加
熱エネルギーにより処理室内を予備加熱したり、あるい
はイオン注入停止後に、加熱手段の加熱エネルギーを徐
々に減少させたりすることで、注入対象としのシリコン
ウエハが急加熱されたり、シリコンウエハが急激に冷却
されたりするのを防止し、注入対象としてのシリコンウ
エハが破損するのを防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
ＳＩＭＯＸ用イオン注入装置の全体構成図である。図１
において、イオン注入装置は主に酸素によるイオンビー
ムを生成するためのイオン源１０を備えており、このイ
オン源１０はＡｒなどのプロセスガスを導入してプラズ
マを生成するように構成されている。このイオン源１０
は引出電極（図示省略）を介してイオンビーム伝送管１
２に接続されており、イオンビーム伝送管１２の管路途
中には質量分離器１４が設けられている。引出電極は、
イオン源１０内で生成されたプラスマをイオンビームと
してイオンビーム伝送管１２内に引き出すように構成さ
れており、イオンビーム伝送管１２内に引き出されたイ
オンビームは質量分離器１４を介して処理室チャンバ１
６内に照射されるようになっている。質量分離器１４
は、イオン源１０から引き出されたイオンビームに磁界
を与えて、イオンビームのうち必要なイオン種のみのイ
オンビーム、例えば、酸素イオンによるイオンビームを
分離し、酸素イオンによるイオンビームＩＢを処理室チ
ャンバ１６内に向けて照射するように構成されている。
すなわち、引出電極、イオンビーム伝送管１２、質量分
離器１４はイオンビーム照射手段として構成されてい
る。

【００１８】処理室チャンバ１６はエンドステーション
として、真空の雰囲気中で処理対象に関する処理を行う
ように構成されており、この処理室チャンバ１６は真空
排気装置１８に接続されて内部が真空排気されている。
この処理室チャンバ１６内には、回転ディスク２０が回
転自在に配置されており、この回転ディスク２０の中心
部は駆動軸を介して駆動装置２２に連結されている。回
転ディスク２０は円環状のリング２４と、十字形状に形
成されてリング２４を支持するアーム２６から構成され
ており、アーム２６の中心部が駆動軸を介して駆動装置
２２に連結され、駆動装置２２の駆動にしたがって回転
するようになっている。さらに回転ディスク２０は駆動
装置２２により駆動軸を中心としてリング２４の径方向
に沿って水平方向に往復運動するようになっている。

【００１９】リング２４には保持手段としてウエハホル
ダ２８が複数個固定されており、各ウエハホルダ２８に
は円盤状に形成されたシリコンウエハ３０が注入対象と
して保持されている。このシリコンウエハ３０は、回転
ディスク２０の回転に伴ってイオンビームＩＢが照射さ
れるイオンビーム照射領域内とこの領域から外れたイオ
ンビーム照射領域外とを結ぶほぼ円軌道に沿って移動す
るようになっている。

【００２０】また、シリコンウエハ３０の回転領域のう
ちシリコンウエハ３０より前面側（質量分離器１４側）
には、加熱手段としてのランプヒータ３２が２個配置さ
れている。各ランプヒータ３２は制御装置（図示省略）
からの制御信号にしたがってオンオフ制御され、オン時
に各ランプヒータ３２から発生する熱エネルギーによっ
てシリコンウエハ３０を加熱するように構成されてい
る。この場合、イオン注入時におけるシリコンウエハ３
０に関する設定温度をイオンビームＩＢの照射による熱
エネルギーとランプヒータ３２の加熱による熱エネルギ
ーの和にしたがって設定するとともに、イオンビームＩ
Ｂの熱エネルギーを主、例えば、９０％とし、ランプヒ
ータ３２の加熱による熱エネルギーを従、例えば、１０
％としている。具体的には、イオン注入中は、シリコ
ンウエハ３０に関する設定温度を、イオンビーム１８の
照射のみによるウエハ温度よりも少し高い値に設定し、
イオン注入時におけるランプヒータ３２の出力を抑制
し、イオン注入時に各ランプヒータ３２から金属が発生
するのを抑制することとしている。

【００２１】上記構成において、イオン注入開始前は、
制御装置からの指令によりランプヒータ３２がオンとな
り、各ランプヒータ３２の出力を徐々に高め、処理室チ
ャンバ１６内の温度を徐々に高める予備加熱を行い、処
理室チャンバ１６内の温度がシリコンウエハ３０に関す
る設定温度近くになった状態で、イオン注入を開始す
る。

【００２２】イオン注入開始時には、制御装置からの指
令により各ランプヒータ３２の出力を予備加熱時よりも
減少させ、各ランプヒータ３０の出力を低く抑えた状態
でイオン注入を開始する。そして回転ディスク２０の回
転に伴ってシリコンウエハ３０が回転すると、回転して
いるシリコンウエハ３０のうちイオン注入領域に移動し
たシリコンウエハ３０に対してイオンビームＩＢが順次
照射され、シリコンウエハ３０に対するイオンビームＩ
Ｂの注入が行われる。

【００２３】このようなイオン注入を、例えば、４時間
程度行うと、各シリコンウエハ３０には酸素イオンの注
入に伴う絶縁膜が形成される。このイオン注入時には、
イオンビームＩＢによる熱エネルギーを主とし、ランプ
ヒータ３０による熱エネルギーを従とし、ランプヒータ
３０の出力を抑制しているため、イオン注入時に各ラン
プヒータ３２から金属が発生するのを抑制することがで
き、品質の向上に寄与することができる。

【００２４】一方、イオン注入が終了したときには、ラ
ンプヒータ３２の出力を即座に停止することなく、各ラ
ンプヒータ３２の出力を徐々に減少させることとしてい
る。そして、基板温度が常温近くになったときにはラン
プヒータ３２をオフにすることとしている。

【００２５】なお、シリコンウエハ３０に関する温度
は、シリコンウエハ３０近傍に設置された温度センサに
よってシリコンウエハ３０の温度を計測し、この計測値
を基に制御装置によりランプヒータ３２の出力を制御す
るようになっている。

【００２６】このように、本実施形態においては、イオ
ン注入開始前にはランプヒータ３２による予備加熱によ
って処理室チャンバ１６内の温度を徐々に高め、イオン
注入終了後は、ランプヒータ３２の出力を徐々に減少さ
せて処理室チャンバ１６内の温度が急激に低下するのを
防止するようにしているため、急加熱によってシリコン
ウエハ３０が破損するのを防止することができるととも
に、急激な冷却によってシリコンウエハ３０が破損する
のを防止することができる。

【００２７】本実施形態においては、イオン注入時に、
イオンビームＩＢの熱エネルギーを主とし、ランプヒー
タ３２の熱エネルギーを従としたものについて述べた
が、イオン注入時には、各ランプヒータ３０をオフと
し、イオンビームＩＢの熱エネルギーによってのみシリ
コンウエハ３０を加熱することによっても、イオン注入
時に各ランプヒータ３２から金属が発生するのを抑制す
ることができる。

【００２８】一方、イオン注入中に、装置の異常によっ
てイオンビームＩＢがブレークダウンしたときに、ラン
プヒータ３２の出力を抑えた状態が継続されると、イオ
ンビームＩＢによる入熱がなくなり、シリコンウエハ３
０が急激に冷却されて破損する恐れがある。

【００２９】そこで、本実施形態においては、図２に示
すように、イオンビームのブレークダウン時には、各ラ
ンプヒータ３２の出力を即座に増加し、シリコンウエハ
３０の温度を各ランプヒータ３２の加熱エネルギーによ
って高める制御を行うこととしている。このブレークダ
ウンの期間はわずかな期間（数秒）であるため、ランプ
ヒータ３２から金属が発生しても、シリコンウエハ３０
が金属によって汚染されるのを抑制することができ、ブ
レークダウンによってシリコンウエハ３０が破損するの
を防止することができる。

【００３０】また、ブレークダウンが解除され、イオン
ビームＩＢが再び発生したときには、各ランプヒータ３
２の出力を即座に減少させることで、各ランプヒータ３
２から金属が発生するのを抑制することができる。

【００３１】また、イオン注入中は、各ランプヒータ３
２の出力をオフとし、ブレークダウン時にのみ各ランプ
ヒータ３２をオンとし、ブレークダウン時にのみランプ
ヒータ３２によってシリコンウエハ３０を加熱する制御
を行うこともできる。この場合、ランプヒータ３２はブ
レークダウン時にのみオンとなり、イオン注入時にはオ
フとなるため、イオン注入時に各ランプヒータ３２から
金属が発生するのを抑制することができる。

【００３２】次に、本発明の他の実施形態を図３にした
がって説明する。本実施形態は、図３（ａ）に示すよう
に、各ランプヒータ３２とシリコンウエハ３０との間の
領域に制御手段としての遮蔽板３４を開閉自在に配置し
たものであり、他の構成は図１のものと同様である。

【００３３】遮蔽板３４は円板状に形成されてアーム３
６に開閉自在に支持されており、遮蔽板３４内にはアー
ム３６内を移動する水によって冷却されるようになって
いる。この遮蔽板３４は、各ランプヒータ３２からシリ
コンウエハ３０に与えられる熱エネルギーを制御する制
御手段として構成されており、イオン注入時には、各ラ
ンプヒータ３２からシリコンウエハ３０に与えられる熱
エネルギーを遮蔽し、各ランプヒータ３２から発生する
金属がシリコンウエハ３０に付着するのを防止するよう
になっている。この場合、ランプヒータ３２の出力を常
時オンにしても、シリコンウエハ３０は遮蔽板３４によ
って遮蔽されているため、シリコンウエハ３０が金属汚
染されるのを抑制することができ、品質の向上に寄与す
ることができる。

【００３４】一方、ブレークダウン時には、図３（ｂ）
に示すように、遮蔽板３４を、各ランプヒータ３２とシ
リコンウエハ３０とを結ぶ領域から外れた領域まで移動
させて、熱エネルギーの遮蔽を解除することで、各ラン
プヒータ３２の熱エネルギーによってシリコンウエハ３
０を加熱することができ、ブレークダウン時にシリコン
ウエハ３０が急冷によって破損するのを防止することが
できる。

【００３５】また、本実施形態においても、イオン注入
開始前にはランプヒータ３２によって予備加熱を行い、
イオン注入停止後は、ランプヒータ３２の出力を徐々に
減少させることで、イオン注入開始時にシリコンウエハ
３０が破損したり、イオン注入終了後にシリコンウエハ
３０が破損したりするのを防止することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン注入時に、注入対象が金属汚染されるのを抑制す
ることができ、品質の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すイオン注入装置の全
体構成図である。

【図２】ブレークダウンの基板温度と入熱との関係を説
明するための図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す要部構成図であっ
て、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１０イオン源１２イオンビーム伝送管１４質量分離器１６処理室チャンバ１８真空排気装置２０回転ディスク２２駆動装置２４リング２６アーム２８ウエハホルダ３０シリコンウエハ３２ランプヒータ３４遮蔽板３６アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野安紀茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所半導体装置本部内Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BD01 CA10 DE00 EA08 JA02 5C001 BB01 CC07 DD01 5C034 CC08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを導入してプラズマを生成するイオ
ン源と、真空の雰囲気中で注入対象に関する処理を行う
処理室と、前記処理室内に配置されて前記注入対象を保
持する保持手段と、前記イオン源で生成されたプラズマ
をイオンビームとして引き出して前記処理室内の注入対
象に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手
段と、前記注入対象を加熱する加熱手段とを備え、イオ
ン注入時における前記注入対象に関する設定温度を前記
イオンビームの照射による熱エネルギーと前記加熱手段
の加熱による熱エネルギーの和に従って設定するととも
に、前者の熱エネルギーを主とし、後者の熱エネルギー
を従としてなるイオン注入装置。
【請求項２】ガスを導入してプラズマを生成するイオ
ン源と、真空の雰囲気中で注入対象に関する処理を行う
処理室と、前記処理室内に配置されて前記注入対象を保
持する保持手段と、前記イオン源で生成されたプラズマ
をイオンビームとして引き出して前記処理室内の注入対
象に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手
段と、前記注入対象を加熱する加熱手段とを備え、前記
イオンビーム照射手段によるイオン注入時に、前記加熱
手段による加熱を停止してなるイオン注入装置。
【請求項３】ガスを導入してプラズマを生成するイオ
ン源と、真空の雰囲気中で注入対象に関する処理を行う
処理室と、前記処理室内に配置されて前記注入対象を保
持する保持手段と、前記イオン源で生成されたプラズマ
をイオンビームとして引き出して前記処理室内の注入対
象に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手
段と、前記注入対象を加熱する加熱手段と、前記加熱手
段から前記注入対象に与えられる熱エネルギーを制御す
る制御手段とを備え、前記イオンビーム照射手段による
イオン注入時に、前記加熱手段から前記注入対象に与え
られる熱エネルギーを前記制御手段により遮蔽し、前記
イオンビーム照射手段によるイオン注入時に、前記イオ
ンビーム照射手段がブレークダウンしたときには前記制
御手段による熱エネルギーの遮蔽を解除し、前記加熱手
段の加熱による熱エネルギーにより前記注入対象を加熱
してなるイオン注入装置。
【請求項４】請求項１、２または３のうちいずれか１
項に記載のイオン注入装置において、イオン注入開始前
は、前記加熱手段の加熱エネルギーにより前記処理室内
を予備加熱してなることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】請求項１、２、３または４のうちいずれ
か１項に記載のイオン注入装置において、イオン注入停
止後は、前記加熱手段の加熱エネルギーを徐々に減少さ
せてなることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項６】請求項１、２、３、４または５のうちい
ずれか１項に記載のイオン注入装置において、前記イオ
ンビーム照射手段によるイオンビームが照射されるイオ
ンビーム照射領域内とこの領域から外れたイオンビーム
照射領域外とを結ぶ円軌道に沿って回転する回転ディス
クを備え、前記回転ディスクには複数の保持手段が固定
され、前記各保持手段にはそれぞれ注入対象が保持され
てなることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項７】請求項１〜６のうちいずれか１項に記載
のイオン注入装置において、前記注入対象はシリコンウ
エハで構成されてなることを特徴とするイオン注入装
置。