JP2536837B2 - イオンインプランテ−シヨン装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、予め選択された化学元素のイオン
をターゲット素子にインプランテーションするための装
置に係り、特に、大規模集積回路チップのような半導体
装置を製造するプロセスの一部分として、導電率を変え
る化学的不純物を半導体ウェハにインプランテーション
する装置に係る。本発明は、特に、不所望なイオン種に
よるターゲット素子の汚染を減少するようなイオンイン
プランテーション装置のイオンフライト管及びイオンド
リフト管の構成に係る。

従来の技術 現在、イオンインプランテーション装置は、大規模集
積回路（LSIC）チップの製造に主として用いられてい
る。集積回路（IC）チップに設けられる半導体装置の集
積の規模及びこのような半導体装置の作動速度は、ここ
数年にわたって、相当に改善されてきている。これらの
改善は、集積回路製造装置の数々の進歩や、純粋な半導
体ウェハをICチップへと処理するのに用いる材料や方法
が改良されたことによって達成されている。製造装置の
最も著しい進歩は、半導体ウェハ上に回路パターンを平
版で形成したりエッチングしたりするための装置の改良
と、導電率を変える不純物のイオンを半導体ウェハにイ
ンプランテーションするためのシステムの改良である。

一般に、集積回路の密度及びそれらの作動速度は、半
導体ウェハ上のマスキング層に回路素子のパターンを形
成するのに用いる平版及びエッチング装置の精度及び分
解能によって大きく左右される。然し乍ら、密度及び速
度は、ウェハのドープ領域、即ち、導電率を変える不純
物の実質的な密度が追加された領域について、そのプロ
ファイルがいかに厳密に制御されるかによっても左右さ
れる。ウェハドーピングの厳密な制御は、イオンインプ
ランテーション技術及び装置を用いて最も良好に達成す
ることができる。イオンインプランテーションによって
のみ得られるドーピングの均一性は、形状の小さな装置
を製造する場合に重要である。更に、イオンインプラン
テーションで得られるウェハについてのドーピングの均
一性及びウェハごとのドーピング密度の再現性により、
高密度装置の製造収率が著しく改善される。

発明が解決しようとする問題点 第１図ないし第３図は、導体−絶縁体−シリコン集積
回路装置を半導体ウェハ上に製造する場合に一連のイオ
ンインプランテーション段階をいかに用いるかを示して
いる。第１図は、Ｐ−型ウェハ10に対して行われる第１
のイオンインプランテーション段階を示しており、これ
により、ウェハのフィールド領域14に軽いインプラント
が形成される。フィールド領域14は、この時点では、ホ
トレジスト11の領域によって覆われないウェハの領域と
して形成される。

ホトレジスト11の領域は、標準的な平版プロセスを用
いて形成され、即ち、薄いレジスト層がウェハの全面に
形成され、ホトマスクパターンを介して、又は、直接走
査される電子ビームによって、このレジスト層が選択的
に露光される。その後、現像段階が行なわれ、光もしく
は電子に曝されたホトレジストの領域が除去される。こ
れは、陽画レジスト材料を用いた陽画平版プロセスとし
て知られているが、陰画平版プロセスが使用されること
もある点に注意されたい。レジスト層が露光されて現像
された後、半導体ウェハの露出面上に熱酸化物の薄い層
12が典型的に成長され、フィールド領域14のインプラン
トがこの薄い酸化物層を通して形成されるようにする。

ホウ素のようなＰ−型材料のイオンの軽いインプラン
テーションが、イオンインプランテーション装置を用い
て行なわれる。このフィールドインプラントは、ホトレ
ジスト材料の領域11の下に存在する活性装置領域間に大
幅な電気的分離を与えるように形成される。

第１図に示すインプランテーション段階の後、ウェハ
10は、典型的に、炉内に入れられ、湿式酸化プロセスに
よって厚いフィールド酸化物領域15が成長される。この
酸化プロセス中に、インプランテーションされるイオン
14が、半導体基体に向かってフィールド酸化物領域15の
下に送り込まれる。

この段階の後、マスク領域11が除去され、薄いゲート
酸化物17が活性装置領域18に形成される。この点におい
て、燐のようなＮ−型ドープ剤を用いた第２のイオンイ
ンプランテーション段階を行なって、活性領域に形成す
べきシリコンゲート電界効果トランジスタ装置のスレッ
シュホールド電圧を調整する。従って、Ｎ−型トープ剤
イオン16が軽いインプランテーション段階によりゲート
酸化物層17を通してインプランテーションされ、インプ
ラント領域18が形成される。

スレッシュホールドを設定するこの軽いインプランテ
ーションが行なわれた後、電界効果トランジスタ装置の
シリコンゲート領域19が平版及びエッチング段階を用い
てウェハ上に形成され、第３図に示す装置トポロジーが
形成される。その後、Ｎ−型イオンの強いインプランテ
ーションが行なわれて、シリコンゲート素子19と、ソー
ス及びドレイン領域21及び22とが同時にドープされ、シ
リコンゲート電界効果トランジスタ装置の基本的な構造
体が完成する。

集積回路を完成するためには、全ウェハ上に酸化物又
は窒化物の絶縁層を形成し、平版及びエッチングプロセ
スにより、ソース、ドレイン及びシリコンゲート領域に
接触開口を形成し、その後、導電性材料の経路を形成
し、ウェハの種々の装置を接続して完全な集積回路にす
るための導電性回路網を形成するといった多数の更に別
の製造工程が必要とされる。

以上の簡単な説明から、純粋なウェハを完成半導体IC
装置へと変えるために半導体ウェハに対して多数の個々
のプロセス段階が実行されることが明らかであろう。各
個々のプロセス段階は、これが適切に行なわれなかった
場合に、個々のウェハ上のIC装置の全部もしくは大部
分、或いは、バッチ処理操作の場合には当該ウェハのバ
ッチが欠陥となるという点で、潜在的に収率に損失の生
じる作業である。イオンインプランテーションのような
処理工程では、重要なことに、ウェハの面にわたりイオ
ンインプラント量がどれ程均一であるかにより、各個々
のウェハについての良好なチップの収率が決まる。ドー
ピング操作においては、所望のドープ材料以外の化学的
な種のイオン又は粒子でウェハが汚染されることによっ
て装置に欠陥が生じ、収率が低下する。イオンインプラ
ンテーションでは、他のドーピング技術よりも汚染度が
低いが、イオンインプランテーション中に汚染レベルを
更に低下させることが所望される。LSICの処理において
更に精製を行ない、装置の密度を更に高める場合には、
イオンインプランテーション中のウェハの汚染を減少す
ることが重要となる。

1983年８月15日に出願されたエイトケン（Aitkenn）
氏の「イオンインプランテーション装置及び方法（Appa
ratus and Methods for Ion Implantation）」と題する
米国特許出願第523,463号には、改良された高電流イオ
ンインプランテーション装置及び方法が開示されてい
る。この特許出願に開示された発明は、イオンインプラ
ンテーション装置の基本的な素子を非常にコンパクトに
構成したものにおいて高いイオンインプランテーション
電流を得られるようにする。又、エイトケン氏の特許出
願には、コンパクトな高電流イオンインプランテーショ
ン装置を得られるようにする新規なイオン光学構成体が
開示されている。又、この特許出願には、単一の分解ス
リットを用いて種々の化学的種のイオンをインプランテ
ーションすることから生じる汚染を減少するために、多
数のビーム分解スリットを用いることも開示されてる。
然し乍ら、更に別の汚染源であるその他の成分がイオン
ビーム線に存在する。

第４図は、上記エイトケン氏の特許出願に開示された
形式のイオンインプランテーション装置に対するビーム
線の主成分を示している。ソース構成体30は、リボン状
のイオンビーム31を発生し、これはビーム分析系統40に
入る。このビーム分析系統40は、ビーム中の種々のイオ
ン種をその質量に基づいて分離し、分析されたイオンビ
ーム41がビーム分析系統40から放出される。この分析さ
れたビーム41の経路にはビーム分解素子50が配置されて
いて、予め選択されたイオン種をターゲット素子70に通
せるようにする。

第４図には、ビーム線についての素子が概略的な配置
で示されている。第７図及び第８図に示すように、実際
のイオンインプランテーション装置では、全ビーム経路
が典型的に１つ以上の真空密ハウジング内に収容され、
このハウジングは、ビーム分析系統内の磁石の磁極121
間に配置されたイオンフライト管130と、ビームをビー
ム分析系統から出してビーム分解素子の分解スリットに
向けるための別のイオンドリフト管150とを含んでい
る。イオンフライト管及びイオンドリフト管の内壁は、
選択されないイオン及び中性子種の付着物がたまるの
で、汚染粒子源となる。又、壁自体からのスパッタリン
グ材料によっても汚染が生じる。

第５図は、イオンインプランテーション装置のビーム
分析系統内に配置された典型的な公知のイオンフライト
管の形状を示している。このイオンフライト管80は、ビ
ーム入口穴82を有する入口壁81と、ビーム出口84を有す
るビーム出口壁83とを備えている。内壁85及び外壁86
は、入口ポート82と出口ポート84との間に延びるイオン
フライト管室87を画成する。ビーム分析系統の一部分を
形成する分析磁石の磁極面は、参照番号88で示された点
線によって示されている。入口穴82より上流でイオン源
に発生されるイオンビーム89は、ターゲット素子にイン
プランテーションしようとする予め選択された化学的な
種のイオンと、その他の種々のイオン及びエネルギーの
ある中性粒子を含んでいる。

磁界を用いた質量分析の既知の原理に基づいて、予め
選択された化学種のイオンが、ビーム分析系統の磁界に
よって曲げられてビーム90となり、このビームは、イオ
ンフライト管室87及び出口ポート84を通過し、最終的
に、ビーム分解素子の分解スロットに収束される。質量
の異なる他の化学元素のイオンは、選択された化学種と
は異なるイオン経路へと分離され、従って、フライト管
チャンネル87を介して別の経路をたどる。例えば、質量
の重いイオンは、分析磁石によりビーム90から離れたビ
ーム91を形成し、その全てのイオンは、壁86の内面に当
たる。更に、ビーム89は、エネルギーの高い或る種の中
性粒子も含んでおり、これらの粒子は、ビーム分析磁石
88の磁界によって全く曲げられず、従って、エネルギー
の高い中性のビーム92を形成し、これもフライト管室の
壁86の内面に当たる。ビーム89に含まれたエネルギーの
高い中性粒子は、選択された種の中性粒子と、選択され
ない化学的種の中性粒子とで構成される。

ビーム91のような選択されないイオンのビーム及びエ
ネルギーの高い中性粒子のビーム92からのイオンによ
り、フライト管の内壁には化学的付着物の層が徐々にた
まる。イオンインプランテーション装置のその後の動作
中に、付着物が存在する内壁にエネルギーの高い中性粒
子又は選択されないイオン種が当たると、これらの壁か
ら汚染粒子がスパッタリングされる。これらのスパッタ
リングされた粒子は、何等かの角度で発生する。フライ
ト管等の壁の広い面域が、出口ポート及び分解スリット
を通してターゲット素子へとまっすぐな経路で続いてい
る。従って、イオンフライト管の内壁に付いた付着物
は、予め選択された化学種でインプランテーションされ
ているウェハに対し潜在的な汚染源となる。

良く知られているように、ICに対する最も厳しい汚染
イオン種の１つは、ナトリウムイオンである。例えば、
イオン源のフィラメントを交換するといったイオン源の
保守中に操作者の手がイオン源の部品に触れることによ
りイオン源にナトリウム化合物が生じる。更に、真空の
ビーム線系統に存在する蒸発した拡散ポンプオイルによ
ってもナトリウム汚染が生じることがある。イオン源の
動作中には、イオン源からナトリウムイオンが放出さ
れ、フライト管及び／又はドリフト管の壁に汚染物とし
て堆積する。燐又はひ素イオンのインプランテーション
中に、単一質量の燐及びひ素イオンはビーム分析系統に
よって選択されるが、二重質量のイオンは、イオンフラ
イト管の外壁に当たり、ここから汚染粒子がスパッタリ
ングされる。公知のシステムでは、これらのスパッタリ
ングされた粒子が、装置の分解スロットを経てまっすぐ
の飛程方向に進み、従って、ターゲット素子に向かう飛
程路をたどる。

第６図は、イオンフライト管からの気化された粒子も
しくはスパッタリングされた粒子によるターゲット素子
の汚染を減少する公知の中性粒子トラップ構成体を示し
ている。第６図の装置では、一対の静電プレート100が
分離スリットを通るイオンを別のビーム路に向ける。次
いで、これらイオンは、第２組の静電プレート101に通
され、ターゲット素子70にわたってビームが走査され
る。中性粒子の経路は、プレート100間の静電界によっ
て影響されない。従って、中性粒子は、向きを変えずに
それらの経路を進み続け、トラップ素子75に当たる。こ
の中性粒子トラップによる解決策は、或る種の低電流イ
オンインプランテーション装置に有効であるが、静電偏
向を使用しないことが好ましい高電流のイオンインプラ
ンテーション装置に対しては実用的な解決策ではない。
更に、この中性粒子トラップによる解決策では、イオン
インプランテーション装置全体のサイズが増加され、従
って、高電流イオンインプランテーション装置に所望さ
れるコンパクト性を損なうことになる。

問題点を解決するための手段 そこで、本発明の主たる目的は、ビーム線上にある部
品からのターゲット素子の汚染を減少するイオンインプ
ランテーション装置を提供することである。

本発明は、その広い観点において、ターゲット素子に
イオンをインプランテーションする装置であって、複数
の化学的な種のエネルギーイオンのビームを発生する発
生源構成体と、発生されたビームを受けてビーム内の種
々のイオン種をその質量に基づいて選択的に分離し、分
析されたイオンビームを発生するビーム分析構成体と、
この分析されたビームの経路に配置された分解スリット
を含んでいて、予め選択された化学的な種のイオンをタ
ーゲット素子へ通過させるビーム分解構成体とを備えた
インプランテーション装置に係る。ビーム分析手段は、
発生源構成体に連通したビーム入口ポートを有してい
る。この入口ポートと分解スリットとの間には排気可能
な室構成体が延びており、イオンビームはこれを横切
る。この室構成体は、イオン発生源からの選択されない
イオンが衝突する壁内領域を有した壁を含んでいる。壁
内領域の少なくとも一部分は、第１及び第２グループの
壁面領域より成るように構成され、第１グループの壁面
領域は、分解スリットに面するように配置されると共
に、その全ての表面部分がビーム入口ポートを通してイ
オン発生源にまっすぐに通じておらず、従って、選択さ
れないイオンの衝撃を受けないように、ビーム入口ポー
トに対して方向付けされる。第２グループの壁面領域
は、ビーム入口ポートに面するように配置されると共
に、発生源からの選択されないイオンが当たる表面部分
を有している。このような表面部分は、ここからスパッ
タリングもしくは気化されることのあるいかなる材料に
ついても、分解スリットにまっすぐに通じないように方
向付けされる。

本発明は、更に別の特徴においては、選択された種の
イオンをターゲット素子にインプランテーションする方
法であって、イオンビームを発生しそしてこのイオンビ
ームを排気可能な室を通してビーム分解素子に向けるよ
うにする段階を含み、上記室の一部分は、ビーム分析フ
ィールドに通じていて、イオンビームを、分解スリット
を通る選択されたイオンビーム成分と、排気可能な室の
壁に当たる選択されないイオンビーム成分とに分けるよ
うに方法にも係る。更に、本発明の方法は、複数の壁面
領域を予め決められた向きで排気可能な室内に配置し、
選択されないイオン成分が当たるその壁部分が分解スリ
ットへまっすぐに通じないように配置することも含む。

又、本発明は、イオンインプランテーション装置のビ
ーム分析構成体内で対向して離間された磁極面間に配置
されるイオンビームフライト管の改良された構成にも係
る。イオンインプランテーション装置は、更に、ビーム
分析構成体の上流にイオン源を備えていると共に、ビー
ム分析構成体の下流にビーム分解スリットを備えてい
る。上記の改良されたビームフライト管は、分離された
内壁及び外壁を備え、これらの壁は、イオンビーム分析
構成体の磁極面に対して一般的に垂直に配置された各々
の壁内面を有している。これらの壁内面は、その間にフ
ライト管室を画成し、各壁内面の第１の端はイオン源手
段に対向したビーム入口ポートを画成しそして各壁内面
の第２の端は分解スリットに対向したビーム出口ポート
を画成する。外壁の壁内面は、第１及び第２グループの
壁面領域を含むように形成される。第１グループの壁面
領域は、ビーム出口ポートに対向するように配置される
と共に、ビーム入口ポートに対しては、その全ての面部
分がビーム入口ポートを経てイオン源にまっすぐに通じ
ることなく、従って、イオンビームの成分が当たらない
ような向きとされる。第２グループの壁面領域は、ビー
ム入口ポートに対向するように配置され、ビームの成分
があたる表面部分を有しているが、このような表面部分
は、ビーム出口ポートに対し、これら表面部分からスパ
ッタリングもしくは蒸発されるいかなる材料に対しても
ビーム出口ポートを通して分解スリットに直接通じない
ような向きとされる。

内壁及び外壁は、磁極面に平行な平面に実質的な厚み
を有する材料のブロックで形成されるのが好ましい。こ
こに示す好ましい実施例では、内壁及び外壁の外部区分
に冷却材を流すチャンネルが形成される。外壁の内部区
分は、上記第１及び第２グループの壁面領域を形成する
ようにフライト管室の内方に延びる複数のくさび形領域
を備えているのが好ましい。

ビームフライト管は、個別の密封されたユニットであ
り、その上面及び下面が上記内壁及び外壁に対して配置
されて真空密なフライト管室を形成するのが好ましい。

作用 本発明によるビームフライト管は、イオンフライト管
の壁に存在する化学的な種の粒子によるターゲット素子
例えば半導体ウェハの汚染を相当に減少する。このよう
な結果は、前記のエイトケン氏の特許出願に開示された
装置及び方法によって構成されるコンパクトなイオンビ
ーム光学系の利点を完全に利用できるようにするコンパ
クトなフライト管設計において達成される。更に、本発
明のビームフライト管を用いた装置で処理されたウェハ
では半導体装置の収率改善が実現化される。

本発明の他の目的、特徴並びに効果は、添付図面を参
照して以下の詳細な説明より明らかとなろう。

実施例 第７図及び第８図は、前記のエイトケン氏の特許出願
に開示されたイオン光学系及びイオンビーム用部品を用
いた全イオンインプランテーション装置の好ましい態様
にイオンフライト管を配置したところを示している。第
７図及び第８図は、前記のエイトケン氏の特許出願に開
示された全イオン源構成体の簡単化された態様を示して
おり、好ましい実施例の細部は、前記特許出願を参照す
る。イオンインプランテーション装置は、イオン源構成
体110を備え、この構成体は、全イオン源ハウジング111
と、イオン源モジュール112とを含んでいる。イオン源
モジュール112は、イオン源室113と、その周囲の全ての
電気バイアス及びガス供給構成体とを含んでいる。イオ
ン抽出電極組立体114は、イオン源113からイオンのビー
ムを抽出し、出口ポート115を経てイオンビオームフラ
イト管130の対応入口ポート（図示せず）に指向する。

イオンビームフライト管130は、分析磁石構成体120の
磁極面121間にサンドイッチされる。分析磁石構成体120
は、更に、磁気ヨーク組立体122と、これに巻き付けら
れた電磁石コイル123とを備えている。イオンビームフ
ライト管130は、公知の固定及びシール技術を用いてイ
オンフライト管130を真空シール関係でイオン源構成体1
10へ取付けるための第１の取付フランジ131を備えてい
る。イオンフライト管構成体130は、更に、ドリフト管
構成体150のフランジ151にイオンフライト管を真空シー
ル関係で取付けるためのフランジ132も含んでいる。ド
リフト管150は、その下流端に、第４図に概略的に示す
ような分解スリットを含むビーム分解素子を備えてい
る。

第９図ないし第13図は、本発明による好ましいイオン
ビームフライト管構成体を示している。このイオンビー
ムフライト管構成体130は、第７図及び第８図に関連し
て述べた取り付けの目的で、入口ポート取付フランジ13
1及び出口ポート取付フランジ132を備えている。取付フ
ランジ131は、イオン源からのイオンビームをフライト
管室145へ導入するためのビーム入口ポート131Aを備え
ている。溝式のくぼみ131Bは、フランジ131を第７図に
示すようにイオン源室に真空シールするためのシールガ
スケットを受け入れる。この目的で、複数の取付ボルト
穴、及び適当なボルト固定具が使用される。

出口取付フランジ132は、ビーム出口ポート132Aを備
え、これを通して、選択されたイオンビームが、フラン
ジ132に取付けられたイオンドリフト管へ導入される。
ガスケットくぼみ132Bは、フランジ32をドリフト管の対
応する取付フランジに真空シールするためのガスケット
を受け入れる。取付ボルトを受け入れるために複数の取
付穴132Cが設けられている。

イオンフライト管構成体130の主本体133は、外壁13
4、内壁135、下壁136及び上壁137を備え、上壁及び下壁
136及び137は、特に、第13図に示されている。イオンフ
ライト管本体133のこれら４つの壁は、フライト管の内
室145を画成する。外壁134及び内壁135の第１の端は、
フライト管室145へのビーム入口ポートを画成し、その
側部の端が141A及び141Bで示されている。同様に、外壁
134及び内壁135の他端には、142A、142Bで示されたイオ
ン出口ポートが画成される。「内」、「外」、「下」、
「上」という語は、説明の便宜上使用するものに過ぎ
ず、分析磁石構成体及びイオンフライト管は、いかなる
方向に配置してもよいことが理解されよう。

外壁134の外部区分には冷却チャンネル138が形成され
る。第13図に示すように、チャンネル138上にはカバー1
39が取付けられ、冷却流体をチャンネル138とやり取り
するように設けられた導入及び放出管140とで密封され
た冷却材チャンネルが形成される。同様に、内壁135の
外部区分にも冷却チャンネル143が形成されており、こ
れに冷却流体を送るために導入及び放出管144が設けら
れている。

外壁134の内部区分は、一連のくさび形区分134A−134
Gの形態に整形される。これらのくさび形の壁領域は、
外壁のための壁内面構成体を形成し、これは、本発明の
汚染減少機能の重要な部分であり、これについては、第
14図を参照して以下で詳細に説明する。内壁135の内部
区分は、或る角度にされた領域135Aを含み、分解スロッ
トにまっすぐに通じないようにする内壁のための壁内構
成体を形成する。

第14図は、外壁134の壁内面148の設計についての機能
的な目的を示している。イオンフライト管130に入るイ
オンビームは、ビーム境界線155A−155Bで示されてい
る。このビームは、壁内面148及び149の端141A及び141B
によって画成されたビーム入口ポートに入る。ここに入
るビームは、典型的な、分解スリットを通してターゲッ
ト素子に通過される所望の化学種を含む種々の化学種の
イオンより成る。この選択されたイオン種は、境界線15
6A、156Bで示されたビーム路をたどる。分析磁石の磁極
により、選択されたイオンのビームは、分解スリットの
穴へと曲げられて収束され、この分解スリットは、壁内
面148及び149の端142A、142Bによって画成されたイオン
出口ポートの下流にある。

化学種が異なり且つ質量が異なるイオン、即ち、選択
されないイオンは、フライト管130を通るイオン飛程路
を進むが、フライト管により、これらのイオンは、第８
図に示すように、イオンフライト管130及はイオンドリ
フト管（即ち、イオンドリフト管150）のいずれかの内
壁に当たるようにされる。選択された種に質量の値が接
近しているイオンは、その一部分が出口ポート142A、14
2Bから脱出するが、イオンドリフト管の壁内面に当た
る。選択されたイオンよりも質量が実質的に軽いイオン
のビームは、分析磁石によって強力に曲げられ、壁内面
149に当たる。選択されたイオン種よりも質量が実質的
に大きいイオンのビームは、僅かに曲げられて、壁内面
148に当たる。

入ってくるビーム155A、155Bも、典型的に、選択され
た化学種又は選択されない化学種であるようなエネルギ
ーの高い中性粒子を含んでいる。これらのエネルギーの
高い中性粒子は、157A、157Bで示されたビーム輪郭内の
実質的にまっすぐな経路を進み、壁内面148の部分に当
たる。更に、イオン源からの熱放射は、入口ポート141
A、141Bに入り、壁内面148の部分に当たる。

第14図に示すように、くさび形の壁区分134A−134Gに
より、外壁134の壁内面148は、第１グループの壁面領域
A1−A6及び第２グループの壁面領域B1−B5に分けられ
る。グループB1−B5の各々は、ビーム出口ポート142A、
142Bに面した各々の表面部分を有し、ビーム入口ポート
141A、141Bに対し、グループB1−B5のこれら壁面領域の
全ての表面部分がビーム入口ポートを通してイオン源に
まっすぐに通じないような向きとされる。更に、これら
壁面グループの向きにより、選択されないイオン又は中
性粒子の衝撃を受けるような壁面領域の部分はない。

第14図においては、壁面領域B1−B4の部分がイオンド
リフト管の分解スリットを通してまっすぐに通じてお
り、これらのまっすぐな領域線が点線160、161、162及
び163で一般的に示されている。然し乍ら、壁面領域B1
−B4は、イオンもしくはエネルギーの高い中性粒子の衝
撃を受けないので、これらの面から汚染粒子が直接スパ
ッタリングして分解スリットを通るまっすぐな経路を進
んでターゲット素子を汚染することはない。更に、各壁
面領域B1−B5は、イオン又はエネルギーの高い中性粒子
の直接的な衝撃或いはイオン源からの赤外線によって加
熱されることはない。壁面領域B1−B5は、壁面A1−A5か
らスパッタリングもしくは蒸発されてその経路により壁
面領域B1−B5に付着される粒子で汚染されることが考え
られるが、これら粒子の再スパッタリングもしくは蒸発
は生じない。というのは、壁面領域B1−B5は、エネルギ
ーの高いイオンや中性粒子の直接的な衝撃から遮蔽され
るような向きにされているからである。

壁面領域A1−A5は、選択されないイオン及びエネルギ
ーの高い中性粒子の衝撃を受ける部分を含んでいるが、
これらの壁面領域は、出口ポート142A、142Bに対し、こ
れらのいかなる壁面領域上の点も分解スリットを通して
まっすぐに通じる経路をもたないような向きとされる。
第14図から明らかなように、壁面領域A1の全ての部分
は、まっすぐな線163の外側にある。同様に、壁面領域A
2の全ての部分は、まっすぐな線163の外側にある。壁面
領域A3、A4及びA5の全ての部分は、各々、まっすぐな線
160、161及び162の外側にある。従って、壁面領域A1−A
5からは汚染粒子がスパッタリングされるが、このよう
なスパッタリングされた粒子は、分解スリットを通して
まっすぐに進んでターゲット素子に当たることはない。

第14図に示されたように、取付フランジ132のビーム
出口ポートの壁面171は、端壁部分142Aによって画成さ
れた出口ポートの面より後方に引っ込んでおり、後でス
パッタリングされて分解スリットへとまっすぐに進む汚
染イオンにこの壁区分171が曝されないようにする。更
に、壁面172は、端領域142Bによって画成された出口ポ
ートの面より後方に引っ込んでおり、汚染粒子がこの壁
面に付着してその後スパッタリングされるのを防止す
る。

イオンフライト管の壁内面領域を上記したように構成
することにより、分解スリットを通してターゲット素子
に送られると考えられる汚染粒子の発生源が実質的に排
除される。換言すれば、イオンフライト管室は、実質
上、ターゲット素子の潜在的な汚染源でないようにされ
る。

第15図に示すように、本発明の一般的な原理は、イオ
ンフライト中の出口ポートに取付けられたイオンドリフ
ト管にも好ましく適用される。第15図に示すように、イ
オンドリフト管200は、取付フランジ202から端壁203へ
と延びた側壁201を備えている。分解スリット250は、端
壁203に隣接した個別の素子に設けられている。端壁203
の整形された出口穴204は、イオンビームを分解スリッ
ト250に導入する。

ドリフト管200の内部には、複数の内壁突起210が設け
られていて、ドリフト管の全内周にわたって延びてい
る。各々の壁突起210は、壁面領域211を含み、これらの
領域は、選択されないイオンの衝撃を受けるが、分解ス
リット250にまっすぐに通じていない。壁面領域212は、
分解スリットに250にまっすぐに通じているが、選択さ
れないイオンが当たらないように配置されている。多数
の内壁構成体を用いてこのような結果を得られることが
明らかであろう。

端壁203に設けられた出口穴204の形状は、その壁に当
たる選択されないイオンが分解スリット250を経てまっ
すぐに通じないような形状とされる。イオンドリフト管
のこの汚染防止構成により、ドリフト管の内面からスパ
ッタリングされてターゲット素子の方向に分解スリット
を出る汚染粒子が更に減少される。

第14図の実施例で得られるものと実質的に同じ結果を
得るように実施できる特定の内壁構成が多数あることを
理解されたい。本発明の原理によれば、外壁134の内部
区分に全体的に同じパターンをたどるようにしてくさび
形領域をより多く設けてもより少なく設けても実質的に
同じ結果が得られる。更に、比較的厚いくさび形領域で
構成されない外壁区分を用いても本発明の原理を実施で
きることを理解されたい。同様に曲がりくねった薄壁領
域の構成でも、同じ汚染防止機構が得られる。このよう
な薄壁領域を冷却する場合には、例えば、外壁区分の壁
外部と熱接触関係にある個別の管に冷却材を流すことに
よって達成される。

イオンフライト管130は、上壁及び下壁とでモジュー
ルユニットを構成するように作り、これらの壁が、内壁
及び外壁、入口ポートフランジ、及び出口ポートフラン
ジとで完全な真空シールを果たすようにするのが好まし
い。然し乍ら、その他のイオンフライト管構造、例え
ば、全分析磁石組立体が真空の包囲体内に形成されて内
壁及び外壁区分がイオンフライト管室を画成する個別の
部品であるようなフライト管構造、を使用できることも
理解されたい。この場合には、磁極面自体がフライト管
室を画成する上下の面を形成する。

本発明の原理は、いかなる形式のイオン光学構成体を
用いたイオンインプランテーション装置にも適用できる
ことが理解されよう。本発明は、前記のエイトケン氏の
特許出願に開示されたイオンインプランテーションシス
テムに好ましく適用されるが、公知の工業的に標準的な
形式のイオン光学系を用いたイオンインプランテーショ
ン装置にも利用することができる。いずれの場合にもこ
の同じビーム分析原理が適用されそしていずれの場合に
も同じ汚染発生機構が存在する。かくて、本発明の特定
の実施例を以上に説明したが、特許請求の範囲に規定さ
れた本発明の範囲から逸脱せずに多数の変更がなされ得
ることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、半導体製造プロセスにイオンイ
ンプランテーションを用いるところを示した半導体ウェ
ハの一部分の部分断面図、 第４図は、イオンインプランテーション装置に含まれた
イオンビーム線上の部品を示す概略図、 第５図は、公知のイオンビームフライト管構成の概略平
面図、 第６図は、汚染を減少するために中性粒子トラップ構成
体を用いた公知のイオンインプランテーション装置の概
略平面図、 第７図は、本発明の改良されたイオンビームフライト管
を組み込んだイオン源及び分析磁石構成体の側面図、 第８図は、本発明によるイオンビームフライト管を用い
たイオン源及び分析磁石構成体を示す前面図、 第９図は、本発明によるイオンビームフライト管の好ま
しい実施例を示す背面図、 第10図は、本発明によるイオンビームフライト管の好ま
しい実施例を示す側面図、 第11図は、本発明によるイオンビームフライト管の好ま
しい実施例を示す前面図、 第12図は、本発明によるイオンビームフライト管の好ま
しい実施例を示す底面図、 第13図は、第10図の13−13線に沿った本発明によるイオ
ンビームフライト管の一部分の拡大断面図、 第14図は、本発明によるイオンビームフライト管構成体
の側面図であって、本発明の汚染減少機能を示す図、そ
して 第15図は、本発明によるイオンドリフト管構成体の上部
断面図である。 110……イオン源構成体 111……イオン源ハウジング 112……イオン源モジュール 113……イオン源室 114……イオン抽出電極組立体 120……分析磁石構成体 121……磁極面 122……磁気ヨーク組立体 123……電磁石コイル 130……イオンビームフライト管 134A−134G……くさび形の壁区分 134……外壁、135……内壁 136……下壁、137……上壁 138……冷却材チャンネル 145……フライト管室 148、149……壁内面 A1−A6、B1−B5……壁面領域 150……ドリフト管構成体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭54−151513（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−113059（ＪＰ，Ｕ)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲット素子にイオンをインプランテー
   ションする装置において、 複数の化学的な種のエネルギーの高いイオンよりなるビ
   ームを発生するイオン源手段と、 前記ビームを受け、前記ビームにおける荷電されたイオ
   ン種をこのビーム分析手段内のある湾曲した路にそって
   曲げ、前記ビームの種々のイオン種を質量に基づいて選
   択的に分離して、分析されたイオンビームを発生するビ
   ーム分析手段と、 前記分析されたビームの経路に配置された分解スリット
   を含んでいて、前記複数の化学的な種のうちの予め選択
   された１つの種のイオンを前記ターゲット素子に通せる
   ようにするビーム分解手段とを備えており、 前記ビーム分析手段は、イオン分配面を画成する一対の
   分離された磁極面と、これらの磁極面間の領域に配置さ
   れた湾曲したビームフライト管とを備え、このビームフ
   ライト管は、前記ビームの湾曲した路と一致するように
   形成された分離された内壁及び外壁を備え、これらの壁
   は、前記イオン分配面に対して全体として垂直に配置さ
   れた各々の壁内面を有していてこれらの間にフライト管
   室を画成し、各々の前記壁内面の第１の端は、前記イオ
   ン源手段に面したビーム入口ポートを画成し、各々の前
   記壁内面の第２の端は、前記分解スリットに面したビー
   ム出口ポートを画成し、前記外壁の前記壁内面は、第１
   及び第２グループの壁面領域を含み、この第１グループ
   は、前記ビーム出口ポートに対向するように配置されて
   いると共に、前記ビーム入口ポートに対しては、その全
   ての表面部分が前記ビーム入口ポートを経て前記イオン
   源にまっすぐに通じておらず、選択されないイオンの衝
   撃を受けないような向きとされ、前記第２グループは、
   前記ビーム入口ポートに対向するように配置されている
   と共に、前記イオン源からの選択されないイオンの衝撃
   を受ける表面部分を有し、これらの表面部分は、ここか
   らスパッタリングもしくは蒸発されることのあるいかな
   る材料に対しても前記ビーム出口ポートを経て前記分解
   スリットにまっすぐに通じないような向きにされてお
   り、前記ビーム入口ポートと前記ビーム出口ポートとの
   間の前記壁内面のどの部分も、前記ビーム入口ポートお
   よび前記ビーム出口ポートのどちらに対してもまっすぐ
   に通じていないことを特徴とするイオンインプランテー
   ション装置。
2. 【請求項２】前記ビームフライト管の前記外壁は、実質
   的に厚い材料のブロックから形成され、前記外壁の外部
   区分には冷却材を流すチャンネルが形成され、この冷却
   材を流すチャンネルに隣接した前記外壁の内部区分は、
   前記第１及び第２グループの壁面領域を形成するように
   内方に延びる複数のくさび形領域を含む特許請求の範囲
   第（１）項記載のイオンインプランテーション装置。
3. 【請求項３】前記ビームフライト管の前記内壁は、実質
   的に厚い材料のブロックから形成され、前記内壁の外部
   区分には冷却材を流すチャンネルが形成される特許請求
   の範囲第（１）項記載のイオンインプランテーション装
   置。
4. 【請求項４】前記イオン源手段は、排気可能なイオン源
   ハウジング内に配置され、前記分解スリットは、排気可
   能なイオンドリフト管の下流端に配置され、前記ビーム
   フライト管は、更に、このビームフライト管を前記イオ
   ン源室に真空シール関係で取り付けるために前記ビーム
   入口ポートにおいて前記内壁及び外壁に取り付けられる
   第１の取付フランジと、このビームフライト管を前記イ
   オンドリフト管に真空密シール構成で取り付けるために
   前記ビーム出口ポートにおいて前記内壁及び外壁に取り
   付けられる第２の取付フランジと、前記内壁及び外壁上
   に配置されてこれら内壁及び外壁並びに前記第１及び第
   ２のフランジとで真空密なフライト管室を形成する上壁
   及び下壁とを備え、前記第２の取付フランジは、ビーム
   出口ポートを有し、前記イオン分配面に垂直に配置され
   た対向する壁面は、これら壁面が前記ビーム出口ポート
   に到達するビーム成分から遮蔽されるに充分な距離だ
   け、前記ビーム出口ポートを画成する前記壁内面の前記
   端から後方に引っ込んでいる特許請求の範囲第（１）項
   記載のイオンインプランテーション装置。
5. 【請求項５】前記分解スリットは、前記ビーム出口ポー
   トにおいて前記フライト管に取り付けられたイオンドリ
   フト管の下流端に配置され、前記イオンドリフト管は、
   その長さにわたって延びる壁内面を有し、この壁内面
   は、第１及び第２グループの壁面領域を含み、第１グル
   ープは、前記分解スリットに対向して配置されると共
   に、前記フライト管の前記出口ポートに対し、その全て
   の表面部分が前記出口ポートにまっすぐに通じないよう
   な向きとされ、前記第２グループは、前記フライト管の
   前記出口ポートに対向するように配置され、選択されな
   いイオンの衝撃を受ける表面部分を有し、これらの表面
   部分は、これら部分からスパッタリングもしくは蒸発さ
   れるいかなる材料に対しても前記分解スリットにまっす
   ぐに通じないような向きとされる特許請求の範囲第
   （１）項記載のイオンインプランテーション装置。
6. 【請求項６】イオンインプランテーション装置のビーム
   分析構成体に含まれた分離された磁極面間に配置される
   湾曲したイオンビームフライト管において、前記イオン
   インプランテーション装置は、前記ビーム分析構成体の
   上流にイオン源を含むと共に、前記ビーム分析構成体の
   下流にビーム分解スリットを含んでおり、前記ビームフ
   ライト管は、前記ビーム分析構成体における前記ビーム
   の湾曲した路と一致するように形成され且つ前記磁極面
   に対して全体として垂直に配置された各々の壁内面を有
   する分離された内壁及び外壁と、前記磁極面に対して平
   行に配置された各々の壁内面を有する分離された上壁及
   び下壁とを備え、前記壁内面は、それらの間にフライト
   管室を画成し、前記壁内面の第１の端は、前記イオン源
   に面するように配置されたビーム入口ポートを画成し、
   前記壁内面の第２の端は、前記ビーム分解スリットに面
   するように配置されたビーム出口ポートを画成し、前記
   外壁の前記壁内面は、第１及び第２グループの壁面領域
   を含み、この第１グループは、前記ビーム出口ポートに
   対向するように配置されていると共に、前記ビーム入口
   ポートに対しては、その全ての表面部分が前記ビーム入
   口ポートを経て前記イオン源にまっすぐに通じておら
   ず、従って、前記イオン源からのビームの成分の衝撃を
   受けないような向きとされ、前記第２グループは、前記
   ビーム入口ポートに対向するように配置されていると共
   に、前記ビームの成分の衝撃を受ける表面部分を有し、
   これらの表面部分は、前記ビーム成分によりこれら表面
   部分からスパッタリングもしくは蒸発されることのある
   いかなる材料に対しても前記分解スリットにまっすぐに
   通じないように前記ビーム出口ポートに対して方向付け
   されており、前記ビーム入口ポートと前記ビーム出口ポ
   ートとの間の前記壁内面のどの部分も、前記ビーム入口
   ポートおよび前記ビーム出口ポートのどちらに対しても
   まっすぐに通じていないことを特徴とする湾曲したイオ
   ンビームフライト管。
7. 【請求項７】前記外壁は、実質的に厚い材料のブロック
   から形成され、前記外壁の外部区分には冷却材を流すチ
   ャンネルが形成され、前記外壁の内部区分は、前記フラ
   イト管室の内方に延びて前記第１及び第２グループの壁
   面領域を形成する複数のくさび形領域を含む特許請求の
   範囲第（６）項記載のイオンビームフライト管。
8. 【請求項８】前記ビームフライト管の前記内壁は、実質
   的に厚い材料のブロックから形成され、前記内壁の外部
   区分には冷却材を流すチャンネルが形成される特許請求
   の範囲第（６）項記載のイオンビームフライト管。
9. 【請求項９】前記ビームフライト管を前記イオン源のイ
   オン源室ハウジングに真空シール関係で取り付けるため
   に前記ビーム入口ポートにおいて前記フライト管の壁に
   取り付けられる第１の取付フランジと、前記分解スリッ
   トを含むイオンドリフト管に前記ビームフライト管を真
   空密関係で取り付けるために前記ビーム出口ポートにお
   いて前記フライト管の前記壁に取り付けられる第２の取
   付フランジとを備え、前記第２の取付フランジは、ビー
   ム出口ポートを有し、前記フライト管の上壁及び下壁に
   垂直な対向する壁面は、これら壁面が前記ビーム出口ポ
   ートに到達するビーム成分から遮蔽されるに充分な距離
   だけ、前記ビーム出口ポートを画成する前記壁内面の前
   記第２の端から後方に引っ込んでいる特許請求の範囲第
   （６）項記載のイオンビームフライト管。
10. 【請求項１０】イオンインプランテーション装置のビー
    ム分析構成体に含まれた分離された磁極面間に配置され
    る湾曲したイオンビームフライト管と、このフライト管
    に取り付けられ、ビーム分解スリットが下流端に設けら
    れているようなイオンドリフト管との組合体において、
    前記イオンビームフライト管は、前記ビーム分析構成体
    内のイオンの湾曲した路に一致し且つ前記イオンインプ
    ランテーション装置のイオン源から下流に配置され、前
    記ビームフライト管は、前記磁極面に対して全体として
    垂直に配置された各々の壁内面を有する分離された内壁
    及び外壁と、前記磁極面に対して平行に配置された各々
    の壁内面を有する分離された上壁及び下壁とを備え、前
    記壁内面は、それらの間にフライト管室を画成し、前記
    壁内面の第１の端は、前記イオン源に面するように配置
    されたビーム入口ポートを画成し、前記壁内面の第２の
    端は、前記イオンドリフト管の前記ビーム分解スリット
    に面するように配置されたビーム出口ポートを画成し、
    前記外壁の前記壁内面は、第１及び第２グループの壁面
    領域を含み、この第１グループは、前記ビーム出口ポー
    トに対向するように配置されていると共に、前記ビーム
    入口ポートに対しては、その全ての表面部分が前記ビー
    ム入口ポートを経て前記イオン源にまっすぐに通じてお
    らず、従って、前記イオン源からのビームの成分の衝撃
    を受けないような向きとされ、前記第２グループは、前
    記ビーム入口ポートに対向するように配置されていると
    共に、前記ビームの成分の衝撃を受ける表面部分を有
    し、これらの表面部分は、前記ビーム成分によりこれら
    表面部分からスパッタリングもしくは蒸発されることの
    あるいかなる材料に対しても前記分解スリットにまっす
    ぐに通じないように前記ビーム出口ポートに対して方向
    付けされ、前記イオンドリフト管は、その長さにわたっ
    て延びる壁内面を有し、この壁内面は、第１及び第２グ
    ループの壁面領域を含み、第１グループは、前記分解ス
    リットに対向して配置されると共に、前記フライト管の
    前記出口ポートに対し、その全ての表面部分が前記出口
    ポートにまっすぐに通じないような向きとされ、前記第
    ２グループは、前記フライト管の前記出口ポートに対向
    するように配置され、選択されないイオンの衝撃を受け
    る表面部分を有し、これらの表面部分は、これら部分か
    らスパッタリングもしくは蒸発されるいかなる材料に対
    しても前記分解スリットにまっすぐに通じないような向
    きとされており、前記ビーム入口ポートと前記ビーム出
    口ポートとの間の前記壁内面のどの部分も、前記ビーム
    入口ポートおよび前記ビーム出口ポートのどちらに対し
    てもまっすぐに通じていないことを特徴とするイオンビ
    ームフライト管とイオンドリフト管の組合体。
11. 【請求項１１】ターゲット素子にイオンをイオンインプ
    ランテーションする装置において、 複数の化学的な種のエネルギーの高いイオンよりなるビ
    ームを発生するイオン源手段と、 前記ビームを受け、前記ビームの種々のイオン種を質量
    に基づいて選択的に分離して、分析されたイオンビーム
    を発生するビーム分析手段と、 前記分析されたビームの経路に配置された分解スリット
    を含んでいて、予め選択された化学的な種のイオンを前
    記ターゲット素子に通せるようにするビーム分解手段と
    を備えており、 前記ビーム分析手段は、前記イオンビームを受け取るよ
    うに前記イオン源手段に連通した入口ポートを有し、こ
    の入口ポートと前記分解スリットとの間には排気可能な
    室手段が延びていて、前記イオンビームがこれを横切る
    ようにされ、前記室手段は、前記分析されたイオンビー
    ムに含まれた選択されないイオンが当たる壁内領域を有
    する壁手段を備え、前記壁内領域の少なくとも一部分
    は、第１及び第２グループの壁面領域を構成するように
    され、前記第１グループは、前記分解スリットに全体的
    に面するように配置されると共に、前記入口ポートに対
    し、その全ての表面部分が選択されないイオンの衝撃を
    受けないような向きとされ、前記第２グループは、前記
    ビーム入口ポートに面するように配置されていると共
    に、前記イオン源から選択されないイオンの衝撃を受け
    る表面部分を有し、これらの表面部分は、これら部分か
    らスパッタリングもしくは蒸発されるいかなる材料に対
    しても前記分解スリットにまっすぐに通じないような向
    きとされており、前記ビーム入口ポートと前記ビーム出
    口ポートとの間の前記壁内面のどの部分も、前記ビーム
    入口ポートおよび前記ビーム出口ポートのどちらに対し
    てもまっすぐに通じていないことを特徴とするイオンイ
    ンプランテーション装置。
12. 【請求項１２】ターゲット素子に選択された種のイオン
    をイオンインプランテーションする方法において、 複数の化学的な種のエネルギーの高いイオンよりなるイ
    オンビームを発生し、 前記イオンビームを排気可能な室を経てビーム分解スリ
    ットに向け、前記室の一部分は、ビーム分析フィールド
    に連通していて、前記イオンビームを、前記複数のイオ
    ン種の路をそれらの質量に応じて曲げて、前記イオンビ
    ームを、前記分解スリットを通る選択されたイオンビー
    ム成分と、前記排気可能な室の壁に当たる選択されない
    イオンビーム成分とに分離し、 前記排気可能な室内に複数の壁面領域を予め決められた
    向きで配置し、選択されないイオンビーム成分が当たる
    その部分は、これら壁部分からスパッタリングもしくは
    蒸発されるいかなる材料に対しても前記分解スリットに
    まっすぐに通じないようにされ、前記ビーム分析フィー
    ルドによって形成されるイオン分配面を横切る前記排気
    可能な室のどの部分も、前記イオンビーム源および前記
    分解スリットのどちらに対してもまっすぐに通じないよ
    うにすることを特徴とする方法。