JP2008204944A - イオン注入装置の改良 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、イオン注入装置を通るイオンビームのパスに近接する表面を有するイオン注入装置のコンポーネントに関する。
【解決手段】かかる表面は堆積され易く、本発明は、堆積した材料の剥離に関連する問題に対処する。イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定している表面を有するイオン注入装置コンポーネントが提供される。その表面の少なくとも一部は粗面化されている。表面の一部は粗面化されて、表面の近接部分の配向における大幅な変更により、少なくとも一部画定された表面フィーチャーが提供されている。
【選択図】図１

Description

発明の分野

本発明はイオン注入装置におけるコンポーネントに関し、コンポーネントはイオン注入装置を通るイオンビームのパスに近接した表面を有している。かかる表面は、堆積され易く、本発明は、堆積した材料の剥離に関連する問題に対処する。

発明の背景

イオン注入装置は、半導体装置及びその他材料の製造に用いられている。かかるイオン注入装置において、半導体ウェハ又はその他基板は、所望の種をウェハ本体に注入することにより修正されて、例えば、異なる導電性の領域を形成する。

イオン注入装置は周知であり、通常、次のような一般設計に従っている。イオン源は、通常、ホットプラズマが生成されるアークチャンバを含む。プラズマは、注入される所望の種のイオンを含有している。

引出しレンズアセンブリは、電界を生成し、イオン源からイオンを引き出し、イオンの混合ビームを形成する。特定種のイオンのみが、ウェハ又はその他基板における注入に、通常、必要とされる。例えば、半導体ウェハにおける注入のための特定のドーパントである。必要なイオンは、混合イオンビームから選択される。これは、質量分解スリットに不随して質量分析磁石を用いることによりイオン源から発生する。質量分析磁石及びそれに関連したイオン光学について、適切な動作パラメータを設定することにより、必要なイオン種のみを含有しているイオンビームが、質量分解スリットから発生する。

このイオンビームは、プロセスチャンバに搬送され、そこで、イオンビームは、基板ホルダーによりイオンビームパスの適所に保持された基板上に入射する。従って、イオンは、イオン源で生成され、イオンビームパスに沿って、プロセスチャンバに搬送される。

上述した動作に加えて、更なる手順を実施してもよい。例えば、低エネルギー注入を実施するのが一般的であるが、これには、動きの遅いイオンビームが、空間電荷ブローアップを受け易いという点で関連の問題がある。従って、イオンは、イオン源から引き出されると、加速されて、高エネルギーでイオンビームパスに沿って移動することが多い。イオンビームは、ウェハでの注入前に減速レンズアセンブリを通過する。更に、その他のイオン光学をイオンビームパスに沿って含めて、イオンビームを導いて成形し、イオンビームからの電流の喪失を防ぐ。プラズマフラッドシステム等のその他のコンポーネントを、イオンビームパスに沿って配置してもよい。

イオン注入装置の様々な部品は、コントローラ、典型的には熟練した人、プログラムされたコンピュータ等の管理下で動作する。この一般的なタイプのイオン注入装置のより詳細な説明については、米国特許第４，７５４，２００号にある。

イオン注入装置の通常動作中、イオン注入装置内の様々なコンポーネントに堆積する材料が生成される。この材料は数多くの源から生じる。例えば、注入される種やイオンビームに取り込まれた汚染物質等、材料の中にはイオンビームから失われるものがある。堆積材料の他の主たる源は、注入される半導体ウェハに提供されるフォトレジストカバーである。ウェハに当たるイオンビームにより生成される熱によって、炭素、水素及び炭化水素が脱ガスされて、表面に堆積する。汚染物質のその他の源は、イオンビームパスを囲むイオン注入装置コンポーネントからの材料である。イオンビームがかかるコンポーネントに当たると、材料がその表面からスパッタされて、イオン注入装置内の他の表面にただ付くだけとなる。イオンビームパスを囲んでいる表面は、典型的にはグラファイトでできているため、堆積した材料の主たる成分はグラファイトである。

明らかに、イオンビームに近接した表面は、堆積物を最も受けやすい。堆積した材料の量が蓄積すると、堆積物が剥離して、フレーク又は粒子を形成する機会が増える。これらのフレーク又は粒子は、元の表面から離れることが多く、イオンビームに取り込まれる。従って、フレーク又は粒子はウェハに達し、そこで、汚染物質となって、半導体材料を損傷する恐れがある。

発明の概要

背景技術に対して、本発明の第１の態様は、イオン注入装置コンポーネントであって、イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定する表面を有し、表面の少なくとも一部が粗面化されているイオン注入装置コンポーネントにある。

これは、イオン注入装置内では平滑な表面を利用するという定説に反するものである。特に、電圧を伝えるコンポーネントは平滑であると、良好な電界特性が確保され、電圧が大きい場合のアーク放電の機会が最少になる。他のコンポーネントは、一般に、その表面を粗面化するのに後の処理なしで形成され、通常、平滑化プロセスもそれに適用される。しかしながら、表面の粗面化は、堆積した材料については有利であることが知見されている。表面の粗面化は、材料の堆積を防ぐものではないが、連続した広い表面がなければ、剥離やフレーク形成を許すだけの十分に大きな堆積物の蓄積が阻止される。加えて、粗面化は、堆積物を捕捉したり、材料が表面から離れるのを防止する補助となる。

コンポーネントの中には、他のものよりも表面粗面化から利点が得られるものがある。例えば、コンポーネントの中には、イオンビームに定期的に囲まれるものがある。イオンビームに定期的に囲まれるこれらのコンポーネント部分には、堆積物の大量の蓄積が観察される傾向がない。これは、恐らく、イオンビームが、形成された堆積物をスパッタオフするか、熱サイクルのいずれかにより、これらの表面を清浄にする役割を果たすためと考えられる。しかしながら、直接イオンビームに当たらなかったり、たまにしかイオンビームに当たらないその他のコンポーネントは、表面粗面化による利点がある。更に、イオンビームに定期的に囲まれるが、イオンビームがコンポーネントに当たる領域から離れたコンポーネントの領域もまた粗面化による利点がある。

表面を粗面化すると、表面フィーチャーのパターン、例えば、表面フィーチャーの規則パターンが得られる。表面フィーチャーは、表面の近接部分の配向における大幅な変更により、少なくとも一部画定される。特に、表面フィーチャーは、鋭角をなす近接面により、少なくとも一部画定される。

様々な表面フィーチャー又は表面パターニングを形成してよい。例えば、表面に溝の列を形成することにより、粗面化してもよい。溝の深さの好ましい範囲は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、０．２５ｍｍ〜７．５ｍｍ及び０．５ｍｍ〜５ｍｍである。任意で、表面に並んだ溝の列を与えてもよい。並んだ溝は、規則的な間隔が開いていてよい。これらの溝のピッチの好ましい範囲は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、０．２５ｍｍ〜７．５ｍｍ及び０．５ｍｍ〜５ｍｍである。

溝が表面に形成される場合、表面の平面と断面の両方において様々な形状を採ってよい。例えば、溝は鎖状であっても、湾曲していたり、捩られていてもよい。断面に関しては、ｖ形、ｕ形、鋸歯溝及び箱状トレンチは、全て現在考えられるものである。
任意で、表面は、交差溝を２列以上形成することにより、粗面化してもよい。第１列と第２列の溝を、第１列と第２列を直交させて形成してもよい。溝がｖ形の場合には、四面体の配列が形成される。

本発明の第２の態様は、イオン注入装置コンポーネントであって、イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定する表面を有しており、表面が切子面を有していて、端部で分離された複数の面を提供している、イオン注入装置コンポーネントにある。
本発明の第３の態様は、イオン注入装置コンポーネントであって、イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定する表面を有しており、表面の少なくとも一部が、０．５ｍｍ〜５ｍｍの深さ及び０．５ｍｍ〜５ｍｍのピッチを備えた表面フィーチャーを含むパターンで型押しされている、イオン注入装置コンポーネントにある。

本発明はまた、上述したコンポーネントのいずれかを含むイオン注入装置にも係る。

本発明の第４の態様は、イオン注入装置コンポーネントを製造する方法であって、イオン注入装置コンポーネントが、イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定するための表面を有しており、方法が、表面の少なくとも一部を粗面化する工程を含む方法にある。粗面化を実施して、上述したコンポーネントのいずれかを製造してよい。

本発明の第５の態様は、イオン注入装置を通るイオンビームパスを画定している表面に蓄積した堆積物の剥離を防ぐ方法であって、上述したコンポーネントのいずれかをイオン注入装置に提供する工程を含む方法にある。

発明の詳細な説明

本発明の内容を説明するために、例示の用途を図１に示す。ただし、これは本発明の用途の単なる一例に過ぎず、決して限定されるものではないものと考えられる。

図１に、本発明に従って使用される、半導体ウェハ１２にイオンを注入するためのイオン注入装置１０を示す。イオン注入装置１０は、バルブ２４を通してポンピングされる真空チャンバ１５を含む。イオンは、イオン源１４により生成され、引出しレンズアセンブリ２６により引き出されて、イオンビーム３４が形成される。本実施形態において、このイオンビーム３４は、イオン注入装置１０を通して、操縦及び成形されて、イオンビーム３４が、質量分析ステージ３０を通過する。所望の質量のイオンが選択されて、質量分解スリット３２を通過して、イオンビームパス３４に沿って、半導体ウェハ１２に向かって、前方へ搬送される。半導体ウェハ１２に達する前に、イオンは、減速レンズアセンブリ４８により減速され、プラズマフラッドシステム４９を通過する。これは、イオンビーム３４を中和する作用をする。

イオン源１４は、所望種のイオンビームを生成する。イオン源１４は、通常、その一端に配置されたカソード２０を有するアークチャンバ１６を含む。イオン源１４が動作すると、アークチャンバ１６の壁１８により、アノードが提供される。カソード２０は十分に加熱されて、熱電子を生成する。カソード２０により放出される熱電子は、アノードに、この場合は、近接するチャンバ壁１８に引き付けられる。熱電子は、アークチャンバ１６を横断する際に、ガス分子をイオン化し、これによって、プラズマが形成され、所望のイオンが生成される。

熱電子が従うパスを制御して、電子が、チャンバ壁１８までの最短パスに単に従わないようにしてもよい。磁石アセンブリ４６は、アークチャンバ１６を通して延びる磁場を与えて、熱電子が、アークチャンバ１６の長さに沿って、アークチャンバ１６の反対端部に位置する対向カソード４４に向かって螺旋パスに従うようにする。

ガス供給部２２は、アークチャンバ１６に、注入すべき種か、前駆体ガス種のいずれかを供給する。アークチャンバ１６は、真空チャンバ１５内で減圧で保持される。アークチャンバ１６を移動する熱電子は、アークチャンバ１６に存在するガス分子をイオン化して、分子も破壊する。プラズマ中に作成されたイオンはまた、微量の汚染イオン、例えば、通常、グラファイトであるチャンバ壁の材料から生成されるようなものも含有している。

アークチャンバ１６内からのイオンは、負にバイアスのかかった（接地に対して）引き出し電極２６を用いて、アークチャンバ１６の前プレート２７に設けられた出口アパーチャ２８を通して引き出される。電源２１により、イオン源１４と、続く質量分析ステージ３０との間に、電位差が形成されて、引き出されたイオンが加速され、イオン源１４及び分析ステージ３０が、絶縁体（図示せず）により互いに電気的に分離されるようにする。

引き出されたイオンの混合物が、質量分析ステージ３０を通過すると、混合物が、磁場の影響下で湾曲パスを通過する。イオンが移動した曲率半径は、その質量、充填状態及びエネルギーにより決まる。磁場を制御して、設定ビームエネルギーについて、所望の質量対充填比のエネルギーのイオンのみが、質量分解スリット３２と一致するパスに沿って出る。すると、イオンビーム３４は、ターゲットに、すなわち、注入される基板ウェハ１２に、又は、ウェハ１２がターゲット位置にない時は、ビームトップ３８に搬送される。ウェハ１２又はビームトップ３８に達する前に、イオンは、減速レンズアセンブリ４８を用いて減速される。減速レンズアセンブリ４８は、質量分析ステージ３０と、ターゲット位置の上流の間に位置している。減速レンズアセンブリ４８の次には、プラズマフラッドシステム４９がある。これは、動作すると、半導体ウェハ１２が利用できる電子のフラッドが生成され、入射正イオンの影響を中和する。

半導体ウェハ１２は、ウェハホルダー３６上に据付けられ、ウェハ１２は、ウェハホルダー３６に連続的に搬送され、連続注入がなされる。或いは、平行処理を行って、多くのウェハ１２を回転台３６の上に配置し、ウェハが代わる代わるイオンビームに瞬間的に当たるように回転させてもよい。

好適にプログラムされるコンピュータを含むコントローラは５０で示されている。コントローラ５０は、イオン注入装置１０の動作を管理するためのソフトウェアを備えている。

通常、イオン注入装置１０には、グラファイトやフォトレジスト等の材料が堆積し易い。特に、イオンビームパス３４に近い表面では材料の堆積が特に見られ、後に砕けてこの表面からなくなる材料は、イオンビームに取り込まれやすい。上述した通り、堆積した材料が過剰に蓄積すると、剥離につながって、フレークが剥がれて、イオンビームに取り込まれる。これらフレークのサイズは様々であり、さらに細かくなると、大量の微小粒子（サブマイクロメートル）となる。これらの粒子は、半導体ウェハ１２に堆積して貼り付く。この問題を軽減するためには、特定の表面に修正を行って、微粒子の堆積を防ぐとよい。当然、材料の堆積の防ぐのは難しいが、後に剥離する傾向のある材料が広い面積に形成されるのを防ぐ対策を講じるとよい。

特に、イオン注入装置１０内のコンポーネントに粗面化された表面を与えるとよい。かかる表面を粗面化すると、しないよりも表面積が広くなるのを防ぎ、材料蓄積による大きなフレークも防ぐ。電気的に受動的な表面が、かかる処理には特に好適である。電気的に能動的な表面、特に、高電圧が流れるような表面は、粗面化が電気的特性に悪影響を及ぼすため、かかる処理がし難い。例えば、高電圧が流れる表面の粗面化によって、アーク放電のリスクが増大する。

粗面化に特に好適と考えられる表面としては、飛行管の表面、アパーチャプレートの裏側の表面、質量分解スリット３２を含む質量分析器３０、プラズマフラッドシステム４９、及び高電圧を流さない減速レンズ電極アセンブリ４８の電極が挙げられる。

表面粗面化の多くの形態を用いて、フレーク形成を防いでよい。以下にいくつかの好ましい実施形態を説明する。
図２ａ〜２ｃに、本発明の第１の実施形態により用いてよい表面パターニングを示す。粗面化された表面２０２を備えた、イオン注入装置１０内のコンポーネント２００の一部を図２ａ〜２ｃに示す。表面２０２は、並んだ隣接する鎖状ｖ形溝２０４の列を有しており、連続した鋭利な頂部２０６と鋭利な底部２０８を形成している。溝２０４のサイズは、図２ｂに示す深さとピッチに夫々対応する寸法ＡとＢにより表される。これらの寸法は、様々な値を採ることができ、全て同じである必要はない。Ａ又はＢの典型的な値は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。

図３ａ〜３ｃに、本発明の第２の実施形態を示す。ここでも、イオン注入装置１０内のコンポーネント３０の一部が示されており、粗面化された表面３０２を備えている。表面３０２も溝３０４の列を有している。溝３０４の側部が、図２ａ〜２ｃの実施形態と同じ角度とする必要がないことを示すために、図３ａから３ｃの溝３０４は、直立側と傾斜側とを有している。この構成だと、図３ｂの側面図で最もよく分かる通り、鋸刃形状となる。溝３０４は、深さとピッチに対応する寸法ＡとＢにより表される。図２ａ〜２ｃの実施形態に関して、０．５ｍｍ〜５ｍｍの典型的なサイズが好適である。

図２ａ〜２ｃ及び図３ａ〜３ｃに示す実施形態は、鋭利な頂部２０６及び３０６を形成するべく近接した溝２０４及び３０４を有しているが、溝は分離されていてもよい。こうすると、近接する溝２０４、３０４間で平らな部分ができる。平らな部分は、例えば、０．５ｍｍ〜５ｍｍといった小さな幅として、フレーク形成を防止しなければならない。平らな部分４０４により分離された溝４０４を有する粗面化された表面４０２の一例を、図４ａ〜４ｃに示す。これらの図面において、コンポーネント４００は、平行なトレンチ４０４の列の形態の溝４０４を備えている。トレンチ４０４は、平らな底部４０４と垂直な側部４１０とを有する。典型的な深さＡは０．５ｍｍ〜５ｍｍ、平らな頂部４０６と平らな底部４０８についての典型的な幅Ｂも０．５ｍｍ〜５ｍｍである。

図５ａ〜５ｃに、本発明の第４の実施形態を示す。コンポーネント５００は、溝付きチャネル５０４の列を含む粗面化された表面５０２を備えている。図５ｂに最も良く示されている通り、略ｕ形のチャネル５０４が、平らな部分５０６により分離されている。上記したことから明らかなように、溝付きチャネル５０４は隣接していて、鋭利な頂部５０６を形成している。各溝付きチャネル５０４により画定される角度は、図５ａ及び５ｂでは１８０°未満で示されている。

図２〜５の実施形態は全て、並んだ溝２０４、３０４、４０４及び５０４を示している。しかしながら、溝の交差配列も用いて、表面２０２、３０２、４０２及び５０２を粗面化してもよい。例えば、並んだ溝２０４、３０４、４０４、５０４の２つの配列を、互いに交差するような角度で形成してもよい。図６ａ〜６ｃに、かかる構成を示す。表面６０２は、第１列と第２列のｖ形溝６０４を形成することにより、粗面化されている。各列の溝６０４は、平行な隣接した溝６０４を有しており、底部６０８の列を形成している。２列は直角となるように配列されていて、交差底部６０８は、頂部６０６となる部分を切り取っており、四面体６１２の規則配列を形成している。

表面２０２、３０２、４０２、５０２及び６０２に形成された頂部のあるパターンとは、堆積物が、剥離してフレークを形成するのに十分なサイズまで蓄積するような広い平らな領域がないことを意味している。従って、堆積が続いても、大きなフレークが、後に、表面２０２、３０２、４０２、５０２及び６０２から剥がれることはない。実際、パターン化された表面２０２、３０２、４０２、５０２及び６０２は、例えば、イオンビーム３４の入射や熱サイクルの実施により剥がれるような堆積した材料を極めて良好に保持する。

表面２０２、３０２、４０２、５０２及び６０２は、様々なやり方で粗面化してよい。パターンの形成方法は、表面２０２、３０２、４０２、５０２及び６０２自身の材料に応じて異なる。例えば、金属表面を機械加工して、必要なパターンを形成したり、プレスしてパターンを形成してよい。機械加工としては、サンディングやグラインディングが挙げられる。グラファイト等のその他の材料については、アブレーション、スパッタリング又はエッチング等のその他の技術を用いてもよい（グラファイト部品は、通常、金属部品と同様に機械加工される）。

当業者であれば分かる通り、特許請求の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上記実施形態を修正してもよい。
例えば、上記実施形態では全て、鎖状溝の列が表面に形成されている。しかしながら、溝は鎖状である必要はない。例えば、溝は湾曲していたり、捻られていてもよい。更に、溝は全て同じ形状であったり、全て同じサイズである必要はない。

本発明をより良く理解するために、添付図面を参照して、好ましい実施形態を説明する。
イオン注入装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態によるコンポーネントの、ｖ形溝のある粗面化された表面の斜視図である。 図２ａのｖ形溝の断面図である。 図２ａに示す表面の平面図である。 本発明の第２の実施形態によるコンポーネントの、鋸刃形溝のある粗面化された表面の斜視図である。 図３ａの鋸刃形溝の断面図である。 図３ａに示す表面の平面図である。 本発明の第３の実施形態によるコンポーネントの、トレンチのある粗面化された表面の斜視図である。 図４ａのトレンチの断面図である。 図４ａに示す表面の平面図である。 本発明の第４の実施形態によるコンポーネントの、溝付きチャネルのある粗面化された表面の斜視図である。 図５ａの溝付きチャネルの断面図である。 図５ａに示す表面の平面図である。 本発明の第５の実施形態によるコンポーネントの、交差するｖ形溝があって、四面体を形成している粗面化された表面の斜視図である。 図６ａの交差するｖ形溝の断面図である。 図６ａに示す表面の平面図である。

Claims (18)

1. イオン注入装置コンポーネントにおいて、前記イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定する表面を有しており、前記表面の少なくとも一部が粗面化されているイオン注入装置コンポーネント。
2. 前記表面の一部が粗面化されていて、表面フィーチャーのパターンが提供されている請求項１記載のコンポーネント。
3. 前記表面の一部が粗面化されていて、表面フィーチャーの規則パターンが提供されている請求項２記載のコンポーネント。
4. 前記表面の一部が粗面化されていて、前記表面の近接する部分の配向における大幅な変更により、少なくとも一部画定された表面フィーチャーが提供されている請求項２又は３記載のコンポーネント。
5. 前記表面の一部が粗面化されていて、鋭角の角度を成す近接する面により、少なくとも一部画定された表面フィーチャーを提供している請求項４記載のコンポーネント。
6. 前記表面の一部が粗面化されていて、溝の列を提供している先行する請求項のいずれか１項記載のコンポーネント。
7. 前記溝の深さが、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、０．２５ｍｍ〜７．５ｍｍ又は０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲である請求項６記載のコンポーネント。
8. 前記表面の一部が粗面化されていて、並んだ溝の列を提供している請求項６又は７記載のコンポーネント。
9. 前記列が、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、０．２５ｍｍ〜７．５ｍｍ又は０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の規則的な間隔を備えた溝を含む請求項８記載のコンポーネント。
10. 前記溝が、ｖ形、ｕ形、鋸刃又は箱状トレンチの断面形状のうちいずれかを有する請求項６〜９のいずれか１項記載のコンポーネント。
11. 前記表面の一部が粗面化されて、少なくとも２つの交差列の溝を提供している請求項６〜１０のいずれか１項記載のコンポーネント。
12. 前記第１の列及び第２の列が、直交して配置されている請求項１１記載のコンポーネント。
13. 前記第１及び第２の列が、交差して四面体の配列を形成するｖ形溝を含む請求項１２記載のコンポーネント。
14. イオン注入装置コンポーネントにおいて、前記イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定する表面を有しており、前記表面が切子面を有していて、端部で分離された複数の面を提供しているイオン注入装置コンポーネント。
15. イオン注入装置コンポーネントにおいて、前記イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定する表面を有しており、前記表面の少なくとも一部が、０．５ｍｍ〜５ｍｍの深さ及び０．５ｍｍ〜５ｍｍのピッチを備えた表面フィーチャーを含むパターンで型押しされているイオン注入装置コンポーネント。
16. 先行する請求項のいずれか１項記載のコンポーネントを含むイオン注入装置。
17. イオン注入装置コンポーネントを製造する方法において、前記イオン注入装置コンポーネントが、前記イオン注入装置を通るイオンビームパスを少なくとも一部画定するための表面を有しており、前記方法が前記表面の少なくとも一部を粗面化する工程を含む方法。
18. イオン注入装置を通るイオンビームパスを画定している表面に蓄積した堆積物の剥離を防ぐ方法において、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のコンポーネントを前記イオン注入装置に提供する工程を含む方法。

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