JP2008034384A - イオンビームガイドチューブ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハに隣接して配置されたイオン注入器のイオンビーム用ガイドチューブにおいて、ウエハからの脱ガスをガイドチューブ内側から容易に放出させる。
【解決手段】ガイドチューブ１６は、注入中のウェーハ中和に使用される帯電粒子を閉じ込めるために提供される。ガイドチューブは軸と、軸に沿ってイオンビームを受け取るための開放端と、軸に実質的に平行なチューブ壁と、ガイドチューブの内部から外部へのガス伝導通路を形成するチューブ壁を介する少なくとも１つの開口とを有し、通路は、ガイドチューブ軸に直交する通路を介する視線が実質的に閉ざされるように、ガイドチューブ軸に対してある鋭角で整列される長さと、長さを横断する最小寸法とを有する。
【選択図】図１

Description

発明の分野

本発明はイオン注入器、とりわけ、注入中の半導体ウェーハに隣接した注入器に配置されたイオン注入器におけるイオンビーム用ガイドチューブに関する。このようなガイドチューブは、注入中のウェーハ中和に使用される帯電粒子を閉じ込めるために提供される。

発明の背景

半導体デバイスの製作にイオン注入が使用される場合、注入中の半導体ウェーハの表面の絶縁場所で電荷の堆積による問題が生じる恐れがある。半導体ウェーハの表面の過剰な電荷は、ウェーハに形成される誘電構造に対してダメージをもたらす恐れがあり、また特に低エネルギーでイオンを注入する場合には注入プロセス自体に影響を与える恐れがある。

従って、イオン注入中にウェーハ表面に構築される電荷を中和するための配列を提供することが実用的である。注入中のウェーハ中和用の配列は米国特許第５，３９９，８７１号に開示されている。ガイドチューブはウェーハの前に配置されており、イオンビームは注入中ガイドチューブを介してウェーハに向けられる。ガイドチューブと関連したプラズマ生成器はガイドチューブの内側に低エネルギー電子のソースを提供する。有用な正イオンビームの場合、注入中のウェーハの表面に構築可能な静電気は正である。ガイドチューブ内の低エネルギー電子は、ウェーハ表面に構築された正静電気の任意のサイトに引き付けられ、その後、これは中和される。

上記の、この種の電荷中和システムに関連するさらなる展開は米国特許第６，１０１，５３６号および米国特許第６，５０１，０８１号に開示されている。これらの従来技術の文書に開示されている中和システムは当分野でプラズマフラッドシステム（ＰＦＳ）と称される。

低エネルギーでイオンを注入するために、質量選択配列の下流に、かつウェーハ中和システムのすぐ前に、イオンビームに沿って配置された静電減速レンズをイオン注入器に提供することが周知である。注入に必要なターゲットエネルギーに減速される前に減速レンズを通過するイオンビームのイオンの一部が中和される場合、この減速レンズ配列に伴う問題が生じる恐れがある。このような中和物質は次いでビームに移動して、必要なターゲットエネルギーより高いエネルギーでウェーハに注入される。これはエネルギー汚染と称される。従って、減速レンズの領域において、かつ注入器のレンズと質量選択スリットとの間で、イオン注入器の真空チャンバ内の残渣ガス圧を最小化するステップが従来技術のデバイスにおいてとられる。このように、質量選択スリットからのビームにおけるイオンが残渣ガス原子および分子と反応してビームイオンの電荷交換および中和をもたらし得る確率は最小化されることが可能である。注入器における減速配列の一例は米国特許第５，９６９，３６６号に説明されている。

米国特許第５，９６９，３６６号、米国特許第６，１０１，５３６号および米国特許第６，５０１，０８１号の全体は、参照として本明細書に組み込まれている。

発明の概要

本発明は、注入中のウェーハに隣接した注入器における場所に、注入中のウェーハ中和に使用される帯電粒子を閉じ込めるためのイオン注入器におけるイオンビーム用ガイドチューブを提供し、ガイドチューブは軸と、該軸に沿ってイオンビームを受け取るための開放端と、該軸に実質的に平行なチューブ壁と、ガイドチューブの内部から外部へのガス伝導通路を形成するチューブ壁を介する少なくとも１つの開口とを有しており、該通路は、該ガイドチューブ軸に直交する通路を介する視線が実質的に閉ざされるように該ガイドチューブに対してある鋭角で整列されている長さと、該長さを横断する最小寸法とを有する。

ウェーハ中和配列のガイドチューブの壁を介する１つ以上のこのような通路の提供は、ガイドチューブのすぐ上流に配置された減速レンズを使用する減速イオンビームのエネルギー汚染を実質的に削減可能であることが分かっている。注入中のウェーハからの脱ガスフォトレジストと、プラズマフラッドシステムで使用される不活性ガスもまた減速レンズの領域における残渣ガス圧に寄与する点に注目されている。プラズマフラッドシステムのガイドチューブの側壁を介する１つ以上の通路の提供によって、ウェーハからの脱ガス材料と不活性ＰＦＳガス（通常はアルゴン）の両方がガイドチューブから逃げることが可能になり、これによって減速レンズの領域における残渣ガス圧への寄与を削減することができる。ガイドチューブの軸に対してある鋭角でガイドチューブ壁を介して１つまたは複数の通路を作ることによって、かつ通路の最小横断寸法が十分小さいことを保証することによって、所望の低エネルギー電子を閉じ込める際のガイドチューブの静電効果はほとんど正常に機能しない。さらに、ガイドチューブ軸に直交する１つまたは複数の通路を介する視線は実質的に閉塞されているため、例えば冷凍ポンプなどのガイドチューブの近傍の機器に対する熱負荷が良好にコントロールされる。

ガイドチューブの壁を介する通路の最小横断寸法は、ガイドチューブ軸を含有する平面にあってもよい。

一例では、通路は、通路長を横断する主要寸法を有するチューブ壁を介するスロットとして形成され、これはガイドチューブ軸を横断する。

ガイドチューブが、注入中のウェーハに隣接する下流端と、イオンビームを受け取るための上流端とを有する場合、通路は好ましくは下流端から離れて向けられる。この配向によって、注入中にウェーハから脱ガスする材料はより簡単に通路を通過して、ガイドチューブの内側から逃げることができる。

次に本発明の実施例を以下の図面を参照して説明する。

好ましい実施形態の詳細な説明

図１において、図示されているイオン注入器は、概して１０で示されるイオンビーム生成器を備える。イオンビーム生成器１０は、ここから注入に必要な種のイオンを含むイオンが抽出されるイオンソースと、通常磁気セクター分析器を備える質量選択器と、質量選択スリットとを備える。質量選択器は、本質的に注入用の所望の種のイオンのみが、注入するウェーハに向かうビームの質量選択スリットを介して出てくることを保証する。イオンビーム生成器１０を形成するイオン注入器の全要素はこの分野で周知であり、当分野の通常の配列が上記米国特許第５，９６９，３６６号に示されている。

イオンビーム生成器１０は、ウェーハホルダー１３に搭載された半導体ウェーハ１２で向けられた所定にエネルギーのイオンビーム１１を発生させる。通常、ウェーハ１２にぶつかって注入される際のイオンビームの断面またはフットプリントは、ウェーハの面積よりもかなり小さい。従って、ウェーハの全部分が所望のイオンを均一に投与されることを保証するために、ウェーハホルダー１３は矢印１４で図示されるように走査され、ウェーハ１２の全部分はイオンビーム１１に等しく曝露される。イオンビーム１１に対してウェーハ１２を走査するためのシステムは、固定イオンビームが通過するウェーハホルダーの２次元走査、固定ウェーハに対するイオンビームの２次元走査、あるいは、イオンビームが一方向に走査され、かつウェーハがもう一方の方向に移動されるこれらの組み合わせを伴うことがある。本発明は、イオンビームが固定であり、かつウェーハのみが走査される場合にとりわけ有用であるが、ウェーハおよびイオンビームの相互走査の全形態が本発明において想定されている。

ウェーハ１２のすぐ前において、イオン注入器は１５と示されたウェーハ中和システムを有する。ウェーハ中和システムは、ウェーハのすぐ前の領域に低エネルギー電子を提供することを意図しているため、これらの電子はウェーハ上の任意の正帯電場所に引きつけられて、ウェーハ上に構築する過剰な電荷と、この電荷から生じるダメージの可能性とを防止することができる。

ウェーハ中和システム１５は、各端で開放しているガイドチューブ１６を備えるため、イオンビーム１１は、ガイドチューブの軸１７に概して平行なガイドチューブ１６を通過することができる。プラズマチャンバ１８がガイドチューブ１６の壁に固定されて提供される。プラズマチャンバ１８の内側は、開口１９を介してガイドチューブ１６の内側と連通する。アルゴンなどの不活性ガスはプラズマチャンバ１８に供給されて、プラズマは、プラズマチャンバ１８の壁に対して加熱陰極１９を適切にバイアスすることによって形成される。注入中にウェーハ１２上に構築される任意の電荷を中和する際に使用するために、アパーチャ１９を介してガイドチューブ１６の内側に生じる可能性がある多量の電子がプラズマにおいて発生させられる。注入中にウェーハを中和するためのこのタイプのプラズマフラッドシステム（ＰＦＳ）のさらなる詳細が、米国特許第６，１０１，５３６号および米国特許第６，５０１，０８１号と共に上記米国特許第５，３９９，８７１号において付与されている。

ガイドチューブ１６は、プラズマチャンバ１８によって発生された低エネルギー電子をガイドチューブの内側に閉じ込めるために効果的であり、これらは、ウェーハ１２上に構築された正電荷を中和するために使用可能である。このために、ガイドチューブ１６は低い負のポテンシャルに保持されることがある。

特定の形態のＰＦＳタイプ中和システムについて説明されてきたが、任意の中和システムが本発明の実施形態と併用可能であり、ここでは中和システムは、イオンビームの周辺かつ注入中のウェーハの前に中和電子を閉じ込めるために、ガイドチューブ１６に概して類似しているガイドチューブを用いる。

普通注入器におけるイオンの質量選択ビームのエネルギーは１０ＫｅＶ以上である。これより低いエネルギーがイオンビーム生成器１０によって発生可能であるが、このような低エネルギービームは生成器１０内の質量分析器を介して輸送するのが困難である恐れがあるため、得られる低エネルギーイオンビームは非常に低いイオン電流を有する可能性がある。しかしながら、１ＫｅＶ以下のエネルギーでイオンを注入することがしばしば必要とされる。従って、概して２０と示される減速レンズが、ウェーハ中和システム１５の質量選択スリットとガイドチューブ１６との間に配置されてもよい。

減速レンズ２０は、イオンビーム１１の領域に静電減速電界をセットアップするためにバイアスされた１つ以上の電極を備える。減速レンズ２０からガイドチューブ１６に通過するイオンビームは従って、注入のためにより低いエネルギーに減速されることがある。適切な減速レンズ構造は上記の米国特許第５，９６９，３６６号に詳細に説明されている。

ビーム１１に任意の中性原子がある場合、これらの中性物質は当然、減速レンズ２０によって発生された減速電界によって減速されない。このような中性物質は、ビーム１７の減速エネルギーより大きなエネルギーでガイドチューブ１６を介してビームに沿って通過して、ウェーハ１２においてこのより高いエネルギーで注入されてもよい。ウェーハのこのようなエネルギー汚染は望ましくなく、減速レンズ２０の領域における中性物質数が最小化されることを保証するステップがとられる。

中和汚染は、ガイドチューブ１６の壁を介して角度付きスロット２２を提供することによって削減可能であることが分かっている。

これらのスロット２２は、図３の断面図と共に、ガイドチューブ１６の拡大図を示す図２により容易に見ることができる。図２および図３から分かるように、スロット２２は、ガイドチューブ１６の軸の方向に横断して延びる主要寸法を有する。

本例において、ガイドチューブ１６は本質的に矩形の断面を有しており、また図２に図示されたスロット２２はガイドチューブの一方の横方向壁にある。類似のスロットが対向する壁に提供されることになり、図１の断面に示されている下部および上部の壁にはさらなるスロットが提供されることになる。図２のライン３−３に沿った断面図である図３から分かるように、スロット２２は、ガイドチューブの壁２４の厚さを介して延びる通路２３を備える。通路２３の各々は、図３の点線２５で示されるガイドチューブ軸に対してある鋭角で整列された（ガイドチューブの内側と外側の間に延びる）長さを有する。さらに、通路２３の各々は最小寸法を有しており、これはスロット２２の幅に対応しており、これは、図３の矢印２６で図示されるように、ガイドチューブの軸２５に直交する方向でガイドチューブの内側から外側への視線がない程度に十分小さい。重要なことには、通路２３は、図３に示されるようにガイドチューブの左側に、外側方向に、かつウェーハ１２から離れて角度付けされる。このように、注入中ウェーハ１２から（通常注入プロセス前にウェーハに適用されるマスク材料やレジストから）脱ガスする原子および分子は、通路２３を通過することによって、ガイドチューブ１６の内側からより簡単に逃げることができる。通路を外側に向けて、かつウェーハ１２の表面から離れて角度付けすることによって、レジストガスはより容易に逃げることができる。

さらにまた、プラズマチャンバ１８の内側への不活性（アルゴン）ガスの供給は、ガイドチューブ１６の内側のこのソースからの残渣ガス圧の上昇をもたらす可能性がある点が認識されるであろう。通路２３はまた、このＰＦＳガスが逃げるための伝導経路を提供する。

結果として、ガイドチューブの上流端２７（図１参照）から出るガスの量は削減される。その後、これは、減速レンズ２０の領域のガス負荷の削減を提供する。結果として、ビーム生成器１０における質量選択スリットから出るのと、減速レンズ２０によって完全に減速される間に、残渣ガス分子との衝突イベントによってイオンビーム生成器１０からのビーム１１におけるイオンが中和される可能性は小さい。結果的に、注入のためにガイドチューブ１６を介してウェーハ１２に通過するビームのエネルギー汚染は削減される。

ガイドチューブの壁を介するスロット通路の利点は減速ビームにとって最も重要であり得るが、利点はまた、減速レンズ２０のないイオン注入器で使用される場合、あるいは減速レンズ２０がビームを減速するのにバイアスされない場合にも得られる。そして、質量選択器に続くビーム経路に沿って残渣ガス圧を削減することによって、ビームにおいて発生された中性物質数は削減可能であり、注入中のビームの全電流は任意の時点でより容易に測定可能である。イオンビームによって収集デバイスに送出された全電荷が長時間監視されることを保証することによって、帯電イオンのビームはかなり容易に測定可能である点が理解されるであろう。しかしながら、これらの中性物質が半導体に注入される場合に、同じ種のイオン化粒子の注入と同じ効果を有するとしても、中性原子または分子は測定されない。従って、注入中のイオンビームの中性物質数を削減することは、用量測定およびコントロールの正確さを向上させるために有用であり得る。

ガイドチューブ壁を介してスロット２２によって提供された通路２３を傾斜させることは多数の利点を有する。第１に、通路は注入中のウェーハ１２から離れて傾斜されるため、ウェーハからの脱ガス材料はより簡単に、通路２３に沿ってガイドチューブの外側に通過可能である。第２に、通路２３を傾斜させて、スロット２２の幅をコントロールすることによって、ガイドチューブ１６内からの熱の放射は削減およびコントロール可能である。このことは、この領域の真空を維持するために使用される冷凍ポンプなどの、ウェーハおよび中和システム１５を囲むプロセスチャンバにおける精密機器のオーバーロードを防止する際にとりわけ重要であり得る。

第３に、鋭角の通路２３は、ウェーハ中和に対して低エネルギー電子を閉じ込めるのに必要な、ガイドチューブ内の静電界の実質的な歪みを防止する。

ガイドチューブの内側が例えば脱ガスレジスト材料によってコーティングされる傾向がある場合にさらなる利点が生じ得る。このようなコーティングは誘電性であり、ガイドチューブ１６によって発生された電子閉じ込め電界の機能障害をもたらすことがある。通路２３はガイドチューブの内側と外側との間にかなりの長さを有しており、これは通路２３の鋭角の結果として増大される。通路２３の内側の壁を含む、ガイドチューブの内側の表面の少なくとも一部が絶縁性コーティングのないままである可能性が増大される。

図４は、ガイドチューブ１６の壁が、ガイドチューブ用フレームワークを形成するコーナーポスト間に搭載された複数の角度付きスラット３０を備える異なる実施形態を図示している。この構造によって、脱ガス材料およびＰＦＳガスをガイドチューブの内側から逃がすことができる通路２３の全開放面積は最大化される。ガイドチューブの軸に直交する視線はスラットによって依然として閉ざされる。

角度付き通路のさらなる利点は角度付きスラット配列によって最も明らかである。ガイドチューブの内側管状壁にぶつかるビームイオンによって、粒子はチューブ壁からスパッタリングされ、かつウェーハ表面を汚染するように投じられる可能性がある。ガイドチューブの壁を介するスロット形状の鋭角通路によって、ビーム方向に概して平行なガイドチューブ壁の表面積は削減され、ウェーハ上に汚染物をスパッタリングする危険性もまた削減される。図４に図示されたスラット壁の場合、ビーム方向に平行なガイドチューブの表面積は最小化される。

本発明の実施形態を組み込むイオン注入器の簡略図である。 本発明を具現化するガイドチューブを含有するウェーハ中和システムの概略図である。 図２のライン３−３に沿ったガイドチューブの断面図である。 本発明を具現化するガイドチューブの修正形態を図示している。

符号の説明

１０…イオンビーム生成器、１１…ビーム、１２…半導体ウェーハ、１３…ウェーハホルダー、１５…ウェーハ中和システム、１６…ガイドチューブ、１７…軸、１８…プラズマチャンバ、１９…開口、２０…減速レンズ、２２…スロット、２３…通路、２４…壁。

Claims (5)

1. 注入中のウェーハに隣接した注入器の場所に、注入中のウェーハ中和に使用される帯電粒子を閉じ込めるためのイオン注入器におけるイオンビーム用ガイドチューブであって、
   軸と、前記軸に沿ってイオンビームを受け取るための開放端と、前記軸に実質的に平行なチューブ壁と、ガイドチューブの内部から外部にガス伝導通路を形成するチューブ壁を介する少なくとも１つの開口とを有しており、
   前記通路が、前記ガイドチューブ軸に直交する通路を介する視線が実質的に閉ざされるように、前記ガイドチューブ軸に対してある鋭角で整列された長さと、前記長さを横断する最小寸法とを有するガイドチューブ。
2. 前記通路の前記最小横断寸法が前記ガイドチューブ軸を含有する平面にある、請求項１に記載のガイドチューブ。
3. 前記通路が、通路長を横断する主要寸法を有するチューブ壁を介するスロットとして形成され、これが前記ガイドチューブ軸を横断している、請求項２に記載のガイドチューブ。
4. 注入中にウェーハに隣接する下流端と、イオンビームを受け取るための上流端とを有しており、前記通路が前記下流端から離れて向けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガイドチューブ。
5. 先行する請求項のいずれか１項に記載のガイドチューブを有するイオン注入器。

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