JP2007311815A

JP2007311815A - イオン注入方法

Info

Publication number: JP2007311815A
Application number: JP2007180371A
Authority: JP
Inventors: Shinji Furuya; 新治降矢; Mitsushina Terajima; 充級寺島; Hidetoshi Morimoto; 秀敏森本; Tsutomu Nishibashi; 勉西橋; Kazuhiro Kashimoto; 和浩樫本; Yuzo Sakurada; 勇蔵桜田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: JP4854614B2

Abstract

【課題】配管を設けることなく排気を必要とする箇所にクライオポンプを直接に取り付けでき、該オポンプの持つ大きな排気速度を十分に発揮させて、価電変換したイオン割合を高率に低減したイオン注入すること。
【解決手段】イオン源から引き出したイオンビームをレジストが塗布された基板を設置したエンドステーション１５に導くビームラインケース２の途中にクライオポンプ１を設けて、レジストから放出されたガスを差動排気することにより該ケース２内の圧力を低下して、イオンの衝突による価電変換したイオン割合を十分の１以下に低減してイオンを注入する。クライオポンプ１は、ビームラインケースの側面に設けられたビームライン中心軸１０と交差する方向に伸びる超低温に冷却されたシールド６と、シールドの内側に同方向に配置された該シールドと連結したバッフル９と、シールドとバッフルとの間に同方向に多段複数列に配置された極低温に冷却されたクライオパネル８とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体成膜装置、荷電粒子入射装置等の真空装置に適用されるイオン注入方法に関し、詳しくはイオン衝突による価電変換したイオン割合を高率に低減してイオンを注入することが可能なイオン注入方法に関する。

従来、真空装置例えば成膜装置においては、油拡散ポンプやクライオポンプ、ターボ分子ポンプをチャンバーに接続された配管に取り付け、該チャンバー内に必要な真空を得ている。油拡散ポンプの場合はその取付方向が決められており、図１に示すように、チャンバーａから配管ｂ、主バルブｃ及び水冷バッフルｄを介して上下方向に油拡散ポンプｅを取り付け、取付方向が任意であるクライオポンプｆやターボ分子ポンプの場合は、図２に示すように配管ｂ及び主バルブｃを介して取り付けしている。

上記のように従来のポンプはポンプのための配管が必要で、この配管のためにチャンバーの吸気口での有効排気速度がポンプの持つ排気速度の１／２から１／３にまで減少し、到達真空や目標の真空を得るのに長時間を要していた。図１の場合はチャンバーａからポンプｅまでの距離が長くなるのでコンダクタンスで損をする結果になり、有効排気速度が低下する。また、図２の場合は、配管口径で決まるコンダクタンスで有効排気速度の上限が決まってしまうため、有効排気速度を大きく取れなかった。

本発明は、クライオポンプのための配管を設けることなく排気を必要とする箇所に直接に取り付けでき、クライオポンプの持つ大きな排気速度を十分に発揮させて、ビームラインケース内の圧力を十分に低下して、イオン衝突による価電変換したイオン割合を高率に低減したイオン注入することをその目的とするものである。

本発明では、イオン源から引き出したイオンビームをエンドステーションに接続されたビームラインケースの内部に導き、該ビームラインケースを通って前記エンドステーション内に設置したレジストが塗布された基板にイオンを注入する方法において、前記ビームラインケースの途中にクライオポンプを設けて、該クライオポンプにより前記レジストから放出されたガスを差動排気することによって該ビームラインケース内の圧力を低下して、該ガスとの衝突による価電変換したイオン割合を十分の１以下に低減してイオンを注入することを特徴とする。

本発明によれば、前記クライオポンプによる差動排気が、前記ビームラインケースの側面に設けられた、該クライオポンプのビームライン中心軸と交差する方向に伸びる多段複数列の極低温に冷却されたクライオパネルと、該クライオパネルの外側に配置された超低温に冷却されたシールドと、該シールドに連結したバッフルとによる気体分子の捕捉により行われる。

本発明によるときは、クライオポンプのシールドを中心軸が通る両側面に開口を備えた筒型に形成し、バッフルで両開口を結ぶ該シールドの内部の通路の少なくとも一部を囲み、該シールドとバッフルとで囲まれた空間内にクライオパネルを設けるようにしたので、配管を使用せずしかも熱輻射を少なくして直接にクライオポンプを所要の排気箇所に取り付けることができ、クライオポンプの持つ排気速度を損なうことなく有効に利用できる等の効果があり、特に荷電粒子を使用する真空装置の排気に好都合に適用でき、請求項２の構成とすることによっても前記効果を得られる。

本発明の実施の形態を図面に基づき説明すると、図３及び図４は本発明のイオン注入方法で使用する差動排気型クライオポンプ１をイオン注入装置の長方形断面を有する筒型のビームラインケース２の途中に直接介入させた例を示し、該クライオポンプ１は、ポンプケース３の内部にヘリウムが循環する冷凍機４を収め、該冷凍機４のコールドヘッド１段５にシールド６を熱的に連結し、該シールド６にバッフル９を熱的に連結材９ａで連結支持し、該冷凍機４のコールドヘッド２段７にクライオパネル８が連結材８ａにより連結される。該コールドヘッド１段８は約８０Ｋの超低温に冷却され、これに伴ってシールド６及びバッフル９も約８０Ｋの超低温に冷却される。また、コールドヘッド２段７は約１５Ｋの極低温に冷却され、これに連結したクライオパネル８も極低温に冷却される。そして、ポンプケース３内へ向けて飛来する気体分子は、これらの超低温或いは極低温の面に吸着排気される。

こうした構成は、従来のクライオポンプも備える構成であるが、本発明のものでは、該シールド６を、中心軸１０が通る両側面６ａ、６ｂに開口１１ａ、１１ｂを備えた筒型に形成し、該バッフル９で両開口１１ａ、１１ｂを結ぶ該シールド６の内部の長方形断面の通路１２の上下を対向して囲み、さらに該シールド６とバッフル９とで囲まれた空間１３内に該クライオパネル８を設けるようにした。

図示のものでは該ポンプケース３をコールドヘッドを囲む円筒部３ａとシールド６の外周を囲む角筒部３ｂとで構成し、該角筒部３ｂの開口部周縁にはビームラインケース２の角形フランジと気密に接合する角形フランジ３ｃ、３ｃを設けた。該角筒部３ｂの開口部に面して上記開口１１ａ、１１ｂが開口する。該バッフル９は通路１２の上下に該通路と直交方向に延びる複数のフィン９ｂを配列し、各フィン９ｂを前記連結材９ａでシールド６に連結する構成とした。該フィン９ｂは、図３及び図５に見られるように通路１２の長さ方向の中間部のものを該通路１２に対して直立状態とし、長さ方向の端部にいくにつれ該通路に対して傾斜状態になるようにした。尚、該フィン９ａは通路１２の上下だけでなく左右を囲むように設けることも可能である。

また、該空間１３は通路１２の上下に夫々形成され、長手板状のクライオパネル８をその上下の各空間１３に多段複数列に熱伝導材１４で連結して配置し、該熱伝導材１４を前記連結材８ａを介してコールドヘッド２段７へ連結した。図示のものは上下の各空間１３に４枚ずつ配置したもので、各空間１３に於いてクライオパネル８を２枚ずつ重ね、通路１２の長さ方向に２群に分けて配置した。

本発明で使用するクライオポンプは、ビームラインケース２などのチャンバーの内部に直接にクライオパネル８やバッフル９の低温面を存在させることができるから、該ケース２内の気体分子が低温面に入射する頻度が高くなり、有効排気速度を大きくできる。また、これら低温面は該ケース２の空間を介して対向して存在するので、該ケース２に露出したバッフル部分の面積が大きくてもその割には外部からの輻射熱が少なく、排気速度が低下しない。しかも、低温面同士が対向していて外部よりの輻射熱を考慮する必要がなく、クライオパネル８への入熱はシールド６やバッフル９からの輻射熱だけを考慮すればよいから、バッフル９のフィン９ａの間隔を拡げることが可能になり、その結果、ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｈ_２等の凝縮温度の低い気体分子がクライオパネル８へ到達しやすくなってこれらの気体分子の排気速度を上げることができる。とくに、該ケース２の断面積が小さければその壁面で気体分子が反射される確率が高く、このようなときには広い低温面に飛び込む気体分子が多くなり、従来のようにビームラインケースにバルブを介してクライオポンプを設けた場合に比べ、エンドステーションでの有効排気速度を約１０倍に上げることができる。

該ビームラインケース２の内部で例えばイオン源から引き出したイオンビームを導き、エンドステーション１５に用意したレジストを塗布した基板へイオン注入する場合、本発明ではクライオポンプを図３に見られるように該ケース２の途中に設ける。イオンビームが該基板に入射することに伴いレジストからガスが発生し、そのガスが該ケース２をイオン源の方へ拡散するが、このガスは該ケース２に低温面を直接露出させて設けたクライオポンプにより差動排気され、該ケース２内の圧力を十分に下げることができる。これによりビームラインケース内の不純物ガスが減少するので、イオン電流の設定精度を上げることができ、しかもイオンビームと不純物ガスとの衝突による不純物イオンの発生も少なくなって品質の良いイオン注入を行える。この場合該ケース２のエンドステーション側で圧力が高まっても、そのイオン源側では圧力が上がらず、エネルギーコンタミネーションを生じるイオンの荷電変換効率は図６に見られるように例えば２価が１価にあるいは２価が３価に変換する効率を従来のものより数十分の１にまで減少できた。尚、本発明のクライオポンプは、その冷凍機４を作動させることによりシールド６及びバッフル９は約８０Ｋに冷却され、クライオパネル８は約１５Ｋに冷却される。ビームラインケース２が円形である場合、これに合せてシールド６も円筒型に形成される。

従来の方法における油拡散ポンプによる排気手段の説明図従来の方法におけるクライオポンプによる排気手段の説明図本発明の実施の形態を示す截断側面図図３の４−４線部分の側面図図３の要部の分解斜視図本発明方法でイオン注入した場合のエネルギーコンタミネーションの測定図

符号の説明

１差動排気型クライオポンプ、２ビームラインケース、３ポンプケース、４冷凍機、６シールド、６ａ・６ｂ側面、８クライオパネル、９バッフル、１０中心軸、１１ａ・１１ｂ開口、１２通路、１３空間、１４熱伝導材、

Claims

イオン源から引き出したイオンビームをエンドステーションに接続されたビームラインケースの内部に導き、該ビームラインケースを通って前記エンドステーション内に設置したレジストが塗布された基板にイオンを注入する方法において、前記ビームラインケースの途中にクライオポンプを設けて、該クライオポンプにより前記レジストから放出されたガスを差動排気することによって該ビームラインケース内の圧力を低下して、該ガスとの衝突による価電変換したイオン割合を十分の１以下に低減してイオンを注入することを特徴とするイオン注入方法。
前記クライオポンプによる差動排気が、前記ビームラインケースの側面に設けられた、該クライオポンプのビームライン中心軸と交差する方向に伸びる多段複数列の極低温に冷却されたクライオパネルと、該クライオパネルの外側に配置された超低温に冷却されたシールドと、該シールドに連結したバッフルとによる気体分子の捕捉により行われることを特徴とする請求項１記載のイオン注入方法。