JP2016516284A

JP2016516284A - 高生産性イオン注入装置

Info

Publication number: JP2016516284A
Application number: JP2016507022A
Authority: JP
Inventors: トレグロッサ、フランク; ルー、ローラン
Original assignee: Ion Beam Services SA
Current assignee: Ion Beam Services SA
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-06-02
Also published as: CN105283580A; WO2014167193A1; US9524853B2; FR3004465B1; FR3004465A1; EP2984203A1; US20160071695A1; KR20150140311A; EP2984203B1; TW201501182A

Abstract

本発明は、ポンプ装置１０２に接続された容器１０１と、プラズマ源１１５−１２１−１２２と、バイアス電源１１３と、該容器につながるガス吸気口１１７と、該バイアス電源の負極に接続され、該容器内に配置された基板保持具１０４と、を備えるイオン注入装置１００に関する。該基板保持具１０４は、少なくとも二枚の平行な板１０５−１０６から構成され、基準電極は、少なくとも一枚のストリップ１１０から構成され、該基準電極は、該バイアス電源の正極に接続され、該ストリップは、該二枚の板の間に挿入されている。【選択図】図１

Description

本発明は、高生産性イオン注入装置に関する。

本発明の技術分野は、プラズマを使用するイオン注入装置、すなわち、プラズマ浸漬モードで機能するイオン注入機である。

基板をプラズマに浸漬し、プラズマのイオンを基板に向けて加速させることができる電界を生成するように、基板に数十ボルトから数十キロボルト（一般的に１００ｋｖ未満）の負の電圧でバイアスをかけることによって、イオンは基板に注入される。

イオンの浸透深さはイオンの加速エネルギーによって定まる。加速エネルギーは、第一に基板にかけられる電圧、及び第二にイオンと基板とのそれぞれの性質によって決まる。

一枚または複数の基板は、台板の形状の基板保持具に位置する。台板は、ポンプ装置に接続された容器内に配置される。

基板の全表面積は、台板の表面積によって制限され、台板の表面積は、容器のサイズによって制限される。

本発明の目的は、イオン注入装置の生産性を向上させること、すなわち、該装置によって処理することのできる基板の全表面積を増加させることである。

本発明によれば、イオン注入装置は、
ポンプ装置に接続された容器と、
プラズマ源と、
バイアス電源と、
該容器につながるガス吸気口と、
該バイアス電源の負極に接続され、該容器内に配置された基板保持具と、を備え、
該基板保持具は、少なくとも二枚の平行な板から構成され、
基準電極は、少なくとも一枚のストリップから構成され、該基準電極は、該バイアス電源の正極に接続され、
該ストリップは、該二枚の板の間に挿入されている。

該基板保持具は、従来技術におけるような単一の底板の代わりに、少なくとも二枚の板を有するので、処理される基板の表面積は、実質的に二倍となる。

該基板保持具は、三枚以上の板を有するのが有利であり、これらの板は底板の表面にベースを備えるように組み立てられる。

この構成によれば、注入される基板の数はさらに大幅に増加される。

該基準電極は、支持体の表面にベースを備えるように組み立てられた複数のストリップから構成され、該ストリップのそれぞれは、２枚の連続する板の間に挿入されるのが好ましい。

第１の実施形態において、該プラズマ源は、該基板保持具と該支持体によって構成され、放電電圧がこれらの２個のエレメントの間に加えられる。

第２の実施形態において、該プラズマ源は、該基板保持具の位置に合わせて該容器を囲む高周波（ＲＦ）アンテナであり、該高周波アンテナは高周波（ＲＦ）発生器に接続される。

第３の実施形態において、該プラズマ源は、該ガス吸気口と該基板保持具との間において該容器の周囲に配置されており、該プラズマ源は、発生器によってエネルギーを与えられる。

該イオン注入装置は、該容器の外側において該基板保持具の周囲に配置された磁気コイルを含むのが望ましい。

その場合に、プラズマを点火するのがより簡単になる。

オプションとして、該イオン注入装置は、該基板保持具を加熱する手段を含む。

このため、高温の間に注入を実施することが可能となり、それによって、欠陥の復元、かつ／または、元の場所でのドーパントの活性化が促進される。

第１のオプションにおいて、該基板保持具は接地される。

第２のオプションにおいて、該基準電極は接地される。

該イオン注入装置は、該板が水平であるか、または鉛直であるように配置されるのが好ましい。

本発明は、説明のために与えられた実施形態の以下の説明により、また、添付の図面を参照することにより詳細に示される。

二枚の板を有するイオン注入装置の断面図である。静電式基板保持具の断面図である。管状イオン注入装置の第１の実施形態の断面図である。管状イオン注入装置の第２の実施形態の断面図である。管状イオン注入装置の第３の実施形態の断面図である。本イオン注入装置の変形例の断面図である。

二以上の図面に示されるエレメントは、それぞれの図面において同じ符号が付されている。

図１を参照すると、イオン注入装置１００は、真空容器１０１を中心に構成される。マイクロエレクトロニクスの応用に対して、鉄、クロム、ニッケルまたはコバルトなどの金属元素からの汚染を制限するのが望ましい場合には、アルミニウム合金製の容器を使用することが薦められる。ケイ素または炭化ケイ素のコーティングを使用することもできる。

ポンプ手段１０２は、管１０３を介して容器１０１の底部に接続されている。

基板保持具１０４は、平行であり、互いに向き合って配置された第１及び第２の水平板１０５及び１０６によって構成される。第１の板１０５は、容器１０１の上部に接続され、底面に第１の基板１０７を収納する。第２の板１０６は、容器１０１の底部に接続され、上面に第２の基板１０８を収納する。２枚の板１０５及び１０６は導電性を有し、接地された容器１０１に電気的に接続されている。

導電性ストリップ１１０が基準電極として機能する。導電性ストリップ１１０は、板１０５及び１０６の形状とほとんど同じ形状であり、２枚の板の間に２枚の板にほぼ平行に配置される。導電性ストリップ１１０は、高電圧通路１１２を介して容器１０１を通過する柄１１１を備える。この高電圧通路１１２は、密閉、電気絶縁、及び導電性ストリップ１１０の機械的支持の役割を果たす。

高電圧電源１１３は、バイアス電源を構成し、接地された負極、及び導電性ストリップ１１０の柄１１１に接続された正極を備える。導電性ストリップ１１０に加えられる正電圧は、通常、数十ボルトから数十キロボルトの範囲である。プラズマシースの広がりを、基板保持具と基準電極との間の分離距離よりも小さいサイズへ減少させるために、加える電圧はパルス化するのが有利である。

従来、この電源１１３は、負極を接地した簡単な直流（ＤＣ）電圧発生器によって構成してもよい。しかし、プラズマ浸漬モードにおける注入という状況で基板保持具に負の電圧を加えるために使用される手段にかかわらず、また、バイアスが一定であるか変動するかにかかわらず、本発明を適用することができる。基板１０７及び１０８は、特に絶縁性であれば、正に帯電される傾向があることを理解すべきである。

プラズマ源１１５は、容器１０１の上部に設置される。このプラズマ源１１５は、前端部分（図の上部）と後端部分（図の下部）との間に伸びるほぼ円柱体の形状である。接続フランジ１１６は、プラズマ源１１５の後端部分を容器１０１に固定する役割を果たす。前端部分は、プラズマに供給するためのガス吸気口１１７を有する。

プラズマ源は、汚染の問題を制限するために石英ガラス製またはアルミニウム製であるのが好ましい。

複数の貫通孔が開けられ、好ましくは石英ガラス製である隔壁１１８は、ヘッドロスを生成するために、プラズマ源１１５の前端部分と後端部分との間に配置される。

一例として、約１５センチメータ（ｃｍ）の直径を有する円柱体に対して、隔壁１１８の孔は、数ミリメータ（ｍｍ）程度の直径を有する。メンテナンス操作を簡単にするために、隔壁１１８は、取り外し可能であってもよい。

隔壁１１８及び前端部によって境界を定められた空間は、主チャンバー１２０を構成する。この主チャンバー１２０の外側は、第一に、第１のＲＦアンテナ１２１、及び第二に、オプションとして、第１の閉じ込めコイル１２２を含む第１のイオン化セルによって囲まれている。本例において、ＲＦアンテナ１２１は、たとえば、銅の管またはストリップである電気導体を数回巻きつけることによって構成される。

もちろん、放電プラズマ源、誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）源、ヘリコンプラズマ源、マイクロ波プラズマ源、アークプラズマ源など、どのようなタイプのプラズマ源を使用することもできる。

プラズマ源１１５の本体と容器１０１との間のヘッドロスは、これらの２個のエレメントの間の、一桁または二桁の範囲である圧力差を確立する役割を果たす。

隔壁１１８及び後端部によって境界を定められた空間は、副チャンバー１２４を構成する。

この副チャンバー１２４の外側も、第一に、第２のＲＦアンテナ１２５、及び第二に、第２の閉じ込めコイル１２６を含む第２のイオン化セルによって囲まれている。

プラズマ源１１５の両方のチャンバー１２０及び１２４を覆う単一の閉じ込めコイル及び単一のアンテナを備えることもできる。

基板１０７及び１０８は、たとえば、導電性接着剤または導電性グリースの使用、または機械的クランプなど、当業者に知られたいずれかの手段で基板保持具１０４に接して保持される。第２の基板１０８は重力によって第２の板１０６上に保持されてもよい。

代替的に、また、図２を参照して、静電式の基板保持具を使用することもできる。対応する機構は、本質的に３個の部分を含む。

バイアスをかけたテーブル１０、
基板保持具２０、及び
クランプ用フランジ３０
である。

テーブル１０は、高電圧（ＤＣまたはパルス）にバイアスをかけてあり、両面に開口を有するダクト１１を備えた、導電性の台板の形状である。ダクト１１の機能は、以下において詳細に説明する。

絶縁性の基板保持具２０は、基板保持具の底面の周縁部に配置されたガスケット１２を介して、テーブル１０上に位置する。基板保持具は、テーブルの上面に支えられた円柱形状であり、この円柱は、その底から突き出た肩部２１を備える。

クランプ用フランジ３０は、肩部２１を押えることによって、基板保持具２０をテーブル１０にクランプするのに役立つ。押える力は、複数のネジ３１によって定まる。

基板保持具２０の上面２２は、周縁にリング２３を備え、また、リングの内側に分布した複数のスタッド２４を備える。リング２３及びスタッド２４は、同じ厚みであり、その値は、通常１０マイクロメータ（μｍ）から１５μｍの範囲である。リング２３及びスタッド２４の上部は、そこに基板４０が位置する支え面を規定する。

第１のタイプの電極が基板の静電式クランプに使用される。これらの電極は、対で配置される。これらの電極は、上面２２に平行な平面であって、上面の平面に非常に近接する平面に位置する。これらの電極は、たとえば、いわゆる「厚膜」技術によるなど、当業者に知られたいずれかの手段を使用して製造される。

図の右側の対は、正電極２５すなわちアノード及び負電極２６すなわちカソードを含む。

原理は、一対のキャパシタ、
アノード−基板キャパシタ、及び
基板−カソードキャパシタ
を備えることである。

さらに、第２のタイプの電極によって、基板４０とバイアスをかけたテーブル１０との間の電気的接触を確実にするのが適切である。

この目的のために、複数の経路が基板保持具２０を貫いている。図の右側の経路２７は、バネ２９を取り付けたスパイク２８を収納する。バネ２９は、テーブル１０に支えられ、スパイク２８を基板４０に対して押し付ける。スパイクとバネの対は、第２のタイプの電極を構成し、そのような対がそれぞれの経路に備わる。

テーブルに備わるダクト１１は、基板保持具２０の底面とテーブルとの間の第１の空間をヘリウムで満たすのに役立つ。

基板保持具２０の上面２２と基板との間に位置する第２の空間も、上記の経路のためにヘリウムで満たされる。第１及び第２の空間をつなぐために、基板保持具を通り抜ける（図示しない）別の開口部を備えることもできる。

基板を操作する特定の手段は、当業者に知られているので示していない。

本発明は、従来技術と比較して、基板の数を二倍にすることを可能にする。この数をさらに大幅に増加させることもできる。

図３を参照して、第１の実施形態において、本例の容器３０１は、ガス吸気口３０２を左側部分に備え、ポンプ手段３０３を右側部分に備えた水平の管の形状である。

基板保持具３０４は、複数の同一の鉛直な板、本例では、５枚の板、３０５、３０６、３０７、３０８及び３０９を含む。これらの板は平行であり、垂直な軸への投影が実質的に同一であるように配置される。これらの板のベースは、水平な底板３１０に固定されている。

第１の板３０５（図の左側）は、右側の面に第１の基板３１１を収納する。

第２の板３０６（第１の板３０５の右側）は、左側の面に第２の基板３１２を収納し、右側の面に第３の基板３１３を収納する。

第３の板３０７（第２の板３０６の右側）は、左側の面に第４の基板３１４を収納し、右側の面に第５の基板３１５を収納する。

第４の板３０８（第３の板３０７の右側）は、左側の面に第６の基板３１６を収納し、右側の面に第７の基板３１７を収納する。

第５の板３０９（第４の板３０８の右側）は、左側の面に第８の基板３１８を収納する。

基準電極３２０は、同様に鉛直である複数の同一のストリップ、本例では、４個のストリップ３２１、３２２、３２３、及び３２４を有する。これらのストリップは平行であり、垂直な軸への投影が実質的に同一であるように配置される。これらのストリップのベースは、水平な支持体３２５に固定されている。上記のストリップ３２１、３２２、３２３、及び３２４のそれぞれは、２枚の連続する板の間に挿入される。第１のストリップ３２１は、第１及び第２の板３０５及び３０６の間に位置し、第２のストリップ３２２は、第２及び第３の板３０６及び３０７の間に位置し、以下同様である。

底板３１０及び支持体３２５の両者は、それぞれの高電圧通路を介して容器３０１の外側へ伸びている。両者は、第一に、底板が負にバイアスされるように、高電圧電源３２７に接続されている。両者は、また、プラズマを点火するために使用される放電電源３２８に接続されている。

磁気コイル３３０は、オプションとして、プラズマを閉じ込めるために、支持体の位置に合わせて容器の周囲に配置される。

図４を参照して、第２の実施形態において、容器は、図３を参照して説明したものと同じである。放電電源は省かれ、基板保持具の位置に合わせて容器を囲むＲＦアンテナ３４０に置き換えられている。このＲＦアンテナ３４０は、（図示しない）発生装置に接続されている。本実施形態においても同様に、ＲＦアンテナ３４０の周囲に閉じ込めコイル３３０を配置してもよい。当然、容器は、アンテナによって作られる高周波（ＲＦ）電磁界を透過させる必要がある。たとえば、容器は、石英ガラスまたはアルミナ製であってもよい。

図５を参照して、第３の実施形態において、プラズマ源は、容器４０１の周囲において、ガス吸気口４０２と基板保持具３０４との間に存在する、空いている空間に片寄っている。

プラズマ源は、容器４０１と一体の部分を形成するという点を除いて、図１を参照して説明したものと同様である。同様に、貫通孔が開けられ隔壁が存在し、この隔壁はほぼ鉛直であり、ガス吸気口４０２と基板保持具３０４との間に位置する。

ガス吸気口４０２と隔壁４０３との間の空間は、主チャンバーを規定する。

この主チャンバーの外側は、第一にＲＦアンテナ４０５、及び、第二にオプションとして、閉じ込めコイル４０６を含むイオン化セルに囲まれる。

さらに、基板保持具３０４の位置に合わせて容器４０１を囲む、別の組の閉じ込めコイル４１０を備えることもできる。この構成はプラズマの均一性を向上させる。

本発明は、高温で注入を実施することも可能にする。管の形状の容器４０１を使用するので、管を囲む（図示しない）ヒーター抵抗エレメントによって、外側加熱を追加することができる。このように、欠陥の復元を促進し、かつ／または、元の場所でドーパントを活性化し、かつ／または、（特に、Ｂ_２Ｈ_６、ＡｓＨ_３またはＰＨ_３などの水素化物を使用する際に）望ましくない付着物を管理するために、高温イオン注入を実施することができる。加熱温度は熱電対で測定され、抵抗エレメントへの電力供給をサーボ制御するための設定値の役割を果たす。

基板保持具にバイアスをかけることに関し、三種類の構成を使用できる。

基準電極及びアースに接続された正極と、基板保持具に接続された負極とを有する高電圧電源
基板保持具及びアースに接続された負極と、基準電極に接続された正極とを有する高電圧電源
基板保持具に接続された負極と、基準電極に接続された正極とを有し、両極のいずれもがアースに接続されていない高電圧電源
高電圧電源はＤＣであってもパルス化されていてもよい。数百キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲の高い周波数でバイアスすることも想定することができる。

上述の説明は、軸を水平とした容器を示している。鉛直に配置される管についても同様に可能である。その場合に、板は水平であり、基板は単に重力によって板上に保持されるので、板の上面の基板は固定する必要がない。

図６を参照して、変形例において、管は鉛直であるが、板及びストリップもまた鉛直である。基板は、このように、ガスの流れに平行に配置され、そのため、注入の均一性が向上する。

上述の本発明の実施形態は、具体的な性質のために選択されている。しかし、本発明の範囲に含まれるすべての実施形態を網羅的に列挙するのは不可能である。特に、本発明の範囲を超えることなしに、記載されたいずれの手段も均等な手段と置き換えてよい。

Claims

ポンプ装置（１０２，３０３）に接続された容器（１０１，３０１，４０１）と、
プラズマ源（１１５−１２１−１２２，３０４−３２０，３３０−３４０，４０５−４０６）と、
バイアス電源（１１３，３２７）と、
該容器につながるガス吸気口（１１７，３０２，４０２）と、
該バイアス電源の負極に接続され、該容器内に配置された基板保持具（１０４，３０４）と、を備え、
該基板保持具（１０４，３０４）は、少なくとも二枚の平行な板（１０５−１０６，３０５−３０６−３０７−３０８−３０９）から構成され、
基準電極は、少なくとも一枚のストリップ（１１０，３２１−３２２−３２３−３２４）から構成され、該基準電極は、該バイアス電源の正極に接続され、
該ストリップは、該二枚の板の間に挿入されているイオン注入装置（１００）。
該基板保持具（３０４）は、三枚以上の板を有し、これらの板（３０５，３０６，３０７，３０８，３０９）は、底板（３１０）の表面にベースを備えるように組み立てられている請求項１に記載のイオン注入装置。
該基準電極は、支持体（３２５）の表面にベースを備えるように組み立てられた複数のストリップ（３２１，３２２，３２３，３２４）から構成され、該ストリップのそれぞれは、２枚の連続する板の間に挿入される請求項２に記載のイオン注入装置。
該プラズマ源は、該基板保持具（３０４）と支持体（３２０）によって構成され、放電電圧がこれらの２個のエレメントの間に加えられる請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
該プラズマ源は、該基板保持具（３０４）の位置に合わせて該容器（３０１）を囲む高周波（ＲＦ）アンテナ（３４０）であり、該高周波アンテナは高周波（ＲＦ）発生器に接続される請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
該プラズマ源（４０５−４０６）は、該ガス吸気口（４０２）と該基板保持具（３０４）との間において該容器（４０１）の周囲に配置されており、該プラズマ源は、発生器によってエネルギーを与えられる請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
該容器（３０１，４０１）の外側において該基板保持具（３０４）の周囲に配置された磁気コイル（３３０，４１０）を含む請求項４から６のいずれかに記載のイオン注入装置。
該基板保持具（３０４）を加熱するヒーター手段を含む請求項４から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
該基板保持具（３０４）は接地されている請求項１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
該基準電極（１１０，３２０）は接地されている請求項１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
該板（１０５−１０６，３０５−３０６−３０７−３０８−３０９）は水平である請求項１から１０のいずれかに記載のイオン注入装置。
該板（１０５−１０６，３０５−３０６−３０７−３０８−３０９）は鉛直である請求項１から１０のいずれかに記載のイオン注入装置。