JP2009087718A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要に応じて同時に２種のイオン注入を行なうとともに、１種のイオン注入を行なう場合に未使用通路の汚染を抑える。
【解決手段】本流通路１３ｂと支流通路１３ｃとの境界部には、開口１３ｄを開閉するシャッタ２４が設けられている。シャッタ２４を閉位置にすると、イオンビーム２２から分離されたイオンビーム２２ａはシャッタ２４の表面に吸収され、イオンビーム２２ｂは本流通路１３ｂの壁に吸収され、イオンビーム２２ａによる支流通路１３ｃの汚染が防止される。残りのイオンビーム２２ｃがメカニカルスリット１４を介して加速・減速器１６に入り、加速又は減速されてエンドステーション１８のウエハ２７に照射され、イオン注入が行なわれる。シャッタ２４を開位置にすると、イオンビーム２２ａが支流通路１３ｃに入り、加速・減速器１７で加速又は減速されてエンドステーション１９のウエハ２９に照射され、イオン注入が行なわれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン注入装置に関し、更に詳しくは半導体デバイス等を製造する際にウエハにイオンを注入するイオン注入装置に関するものである。

従来、半導体デバイス等を製造する際にウエハにイオンを注入するイオン注入装置が使用されている。このイオン注入装置では、出発化合物である例えばＢＦ_３ ガスから生成されるＢＦ_２ ⁺ ，ＢＦ^＋ ，Ｂ⁺ ，Ｂ⁺⁺，Ｆ⁺ などの各種イオンを分析アナライザで分離し、このうちの例えばＢ⁺ を使用し、他は廃棄していた。

これを改善するため、例えば特許文献１記載のイオン注入装置では、複数のイオンの飛行方向に複数のビームライン（以下ビーム通路という）を配置し、複数のイオンを複数のエンドステーションに同時に注入するようにしている。
特開平５−２５８７０９号公報

ところで、実際に半導体の特性をコントロールできるイオン種は、主要なガス１種類に対し、イオン２種類程度であるから、上記特許文献１記載のイオン注入装置において、むやみにビーム通路及びエンドステーションを設置しても装置金額が莫大になるばかりで、それに見合う生産性の向上は認められない。

また、上記特許文献１には、２種類のガスからなる混合ガスをイオン発生源に供給することにより、他種類のイオンを同時に発生させて個別に利用できる旨の記載がある。しかしながら、例えばＢＦ_３ガスとＰＨ_３ ガスとを混合ガスとして用いた場合、ＢＦ_３ ガスから生成されるＢＦ^＋イオンと、ＰＨ_３ ガスから生成されるＰ⁺ イオンとは、質量がＡＭＵ３０とＡＭＵ３１とでほぼ同じであるため、分解困難であり、これらのガスを同時に使用することはできない。

したがって、上記特許文献１記載の複数のビーム通路が設けられたイオン注入装置で１種類のガスを用いて１種のイオン注入を行なう場合、イオン注入に使用されないビーム通路は汚染されることになるため、好ましくない。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、必要に応じて同時に２種のイオン注入を行なうとともに、１種のイオン注入を行なう場合に未使用通路の汚染を抑えることができるイオン注入装置を提供することを目的とする。

本発明のイオン注入装置は、イオンビームの照射によってウエハにイオンを注入するイオン注入装置において、第１のイオンビームが通過する第１通路と、この第１通路から枝分かれして設けられ、前記第１のイオンビームから分離された飛行軌跡が第１のイオンビームと異なる第２のイオンビームが通過する第２通路とからなる通路部と、前記第１通路と第２通路との境界部に開閉自在に設けられ、前記第２のイオンビームが第２通路を通過することを許容又は阻止するシャッタと、前記第１，第２通路から飛び出した第１，第２のイオンビームの照射によってそれぞれ異なるイオンが注入される第１，第２のウエハを保持する第１，第２のエンドステーションとを備えたことを特徴とする。また、前記シャッタは、少なくとも第２のイオンビームが当たる表面がカーボンから形成されていることを特徴とする。

本発明のイオン注入装置によれば、通路部の第１通路と第２通路との境界部にシャッタを設けたから、シャッタを開くことにより、第１，第２のイオンビームが別々のウエハに照射され、同時に２枚のウエハにイオン注入することができるとともに、第２のイオンビームを使用しない場合には、シャッタを閉じることにより、第１通路のみを使用し、第２通路が徒に汚染されることから護ることができる。また、シャッタの少なくとも第２のイオンビームが当たる表面をカーボン製としたから、金属製のものに比べて金属汚染を減少させることができる。

本発明の実施形態を示す図１において、イオン注入装置１０は、イオンを発生するイオン発生装置１１と、引出し電極１２と、ほぼＶ字形状をした通路部１３と、メカニカルスリット１４，１５と、加速・減速器１６，１７と、エンドステーション１８，１９とからなる。

イオン発生装置１１は、例えばＢＦ_３ガスなどのガスをイオン化してイオンビームを放出する。引出し電極１２は、イオン発生装置１１からイオンビームを引き出して通路部１３の入口１３ａに送り込む。通路部１３の内壁は、カーボンで形成されており、その周囲（曲部）には、アナライザーマグネット２０が設けられている。

アナライザーマグネット２０は、入口１３ａから通路部１３内に入射したイオンビーム２２から質量が異なる例えば２個のイオンビーム２２ａ，２２ｂを分離する。このイオンビーム２２ａ，２２ｂは、イオンビーム２２からイオンビーム２２ａ，２２ｂが分離された後のイオンビーム２２ｃに比べて、イオンビーム２２ａは質量が重く、イオンビーム２２ｂは質量が軽い。

通路部１３は、円弧状をした本流通路１３ｂと、この本流通路１３ｂから分岐され、曲率が本流通路１３ｂと異なる円弧状をした支流通路１３ｃとからなる。この支流通路１３ｃには、本流通路１３ｂと支流通路１３ｃとの境界部に形成された開口１３ｄを介して、質量が重いイオンビーム２２ａが入射する（図２参照）。

本流通路１３ｂと支流通路１３ｃとの境界部には、本流通路１３ｂの湾曲に沿って移動され、開口１３ｄを開閉するシャッタ２４が設けられている。このシャッタ２４は、機械式シャッタであり、その表面はカーボンにより形成されている。これにより、金属製のものに比べて金属汚染を減少させることができる。

なお、シャッタ２４の表面が金属製の場合、シャッタ２４の表面にイオンビームが当たると、表面の金属がイオンビームによってたたき出され（スパッタリング）、これがウエハに注入されてウエハの金属汚染が発生する。また、通路部１３の内壁をカーボン製とした理由も同様である。

シャッタ２４を閉位置にすると、イオンビーム２２ａはシャッタ２４の表面に衝突して吸収され、使用しないイオンビーム２２ａによって支流通路１３ｃが汚染されることが防止される。また、イオンビーム２２ｂは本流通路１３ｂの壁に衝突して吸収され、残りのイオンビーム２２ｃが、本流通路１３ｂの出口１３ｅ近傍に設けられたメカニカルスリット１４を介して加速・減速器１６に入射する。

メカニカルスリット１４，１５は、加速・減速器１６，１７に入射するイオンビームの電流量を調整することにより、加速・減速器１６，１７のコンタミネーション（汚染）を防止する。

加速・減速器１６は、イオンビーム２２ｃを加速又は減速してエンドステーション１８に入射させる。エンドステーション１８の内部には、周知のように、回転式のウエハディスク２６に複数枚のウエハ２７が装着され、このウエハ２７にイオンビーム２２ｃが照射され、イオン注入が行なわれる。

図２に示すように、シャッタ２４を開位置にすると、イオンビーム２２から分離されたイオンビーム２２ａが開口１３ｄを通過して支流通路１３ｃに入り、この出口１３ｆ近傍に設けられたメカニカルスリット１５を介して加速・減速器１７に入射する。

加速・減速器１７は、イオンビーム２２ａを加速又は減速してエンドステーション１９に入射させる。エンドステーション１９は、エンドステーション１８と同様の構成をしており、回転式のウエハディスク２８に装着されたウエハ２９にイオンビーム２２ａが照射され、イオン注入が行なわれる。

半導体装置の製造においてはホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（As) などのイオンを不純物として注入することが行われており、このようなイオンを発生させる出発化合物としてはＢＦ_３，ＰＨ_３ ，ＡｓＨ_３ などが使用されている。例えばＢＦ_３ の場合には、イオン発生装置１１において、例えばタングステンフィラメントを低真空下で加熱したアークチャンバーへＢＦ_３ ガスを供給することによってＢＦ_２ ⁺ ，ＢＦ^＋ ，Ｂ^＋ などの各種イオンが生成する。

ＢＦ_２ ⁺ ，ＢＦ^＋ ，Ｂ^＋ の質量の大きさは、ＢＦ_２ ⁺ ＞ＢＦ^＋ ＞Ｂ^＋ の関係であるから、アナライザーマグネット２０により、ＢＦ_２ ⁺ はイオンビーム２２ａ、ＢＦ^＋ はイオンビーム２２ｃ、Ｂ⁺ はイオンビーム２２ｂにそれぞれ対応させることができる。

シャッタ２４を開位置に移動させることにより、ＢＦ_２ ⁺ のイオンビーム２２ａは、支流通路１３ｃを通過してメカニカルスリット１５を介して加速・減速器１７に入り、ここで加速又は減速され、エンドステーション１９のウエハ２９に照射され、ＢＦ_２ ⁺ がウエハ２９に注入される。これと同時に、ＢＦ⁺ のイオンビーム２２ｃは、本流通路１３ｂを通過してメカニカルスリット１４を介して加速・減速器１６に入り、ここで加速又は減速され、エンドステーション１８のウエハ２７に照射され、ＢＦ⁺ がウエハ２７に注入される。なお、Ｂ⁺ は、本流通路１３ｂの内壁に吸収される。

シャッタ２４を閉位置に移動させることにより、ＢＦ_２ ⁺ のイオンビーム２２ａは、支流通路１３ｃへの進入が阻止され、使用しないＢＦ_２ ⁺ によって支流通路１３ｃが徒に汚染されることが防止される。この場合、ウエハ２７にＢＦ⁺ が注入されるのみで、ウエハ２９へのイオン注入は行なわれない。なお、ＢＦ_２ ⁺ はシャッタ２４の表面に吸収され、Ｂ⁺ は本流通路１３ｂの内壁に吸収される。

以上説明した実施形態では、イオンを発生させる出発化合物としてはＢＦ₃ を例として挙げ、これから発生するイオンとして、ＢＦ_２ ⁺ ，ＢＦ⁺ ，Ｂ⁺ を挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、ウエハへのイオン注入に有効な物質であればどのようなものでもよい。

本発明の実施形態であるシャッタが閉位置にあるときのイオン注入装置の構成を示す説明図である。 シャッタが開位置にあるときのイオン注入装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ イオン注入装置
１１ イオン発生装置
１３ 通路部
１３ｂ 主流通路
１３ｃ 支流通路
１６，１７ 加速・減速器
１８，１９ エンドステーション
２０ アナライザーマグネット
２２，２２ａ〜２２ｃ イオンビーム
２４ シャッタ
２７，２９ ウエハ

Claims (2)

1. イオンビームの照射によってウエハにイオンを注入するイオン注入装置において、
   第１のイオンビームが通過する第１通路と、この第１通路から枝分かれして設けられ、前記第１のイオンビームから分離された飛行軌跡が第１のイオンビームと異なる第２のイオンビームが通過する第２通路とからなる通路部と、
   前記第１通路と第２通路との境界部に開閉自在に設けられ、前記第２のイオンビームが第２通路を通過することを許容又は阻止するシャッタと、
   前記第１，第２通路から飛び出した第１，第２のイオンビームの照射によってそれぞれ異なるイオンが注入される第１，第２のウエハを保持する第１，第２のエンドステーションと
   を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記シャッタは、少なくとも第２のイオンビームが当たる表面がカーボンから形成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。

Images