JP3084751B2 - Ion beam irradiation equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビーム照射中の
被照射物の冷却方法を改良したイオンビーム照射装置に
関するものである。近年の半導体装置の製造工程におい
ては、半導体ウエーハへ不純物を導入する場合、主とし
てイオン注入法が用いられている。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus having an improved method for cooling an object to be irradiated during ion beam irradiation. In a recent semiconductor device manufacturing process, an ion implantation method is mainly used for introducing impurities into a semiconductor wafer.
【０００２】しかし、半導体装置内の個々の素子の微細
化、構造の複雑化に伴い不純物の熱拡散を抑えることが
必要になり、イオン注入時に同時に導入される欠陥をア
ニールにより除去する場合のアニール熱処理温度は低温
化し、熱処理時間は短縮化する傾向にある。この結果、
イオン注入時に導入された欠陥に起因し、熱処理過程に
おいて形成される二次, 三次の複合欠陥が除去され難く
なり、Ｐ−Ｎ接合部におけるリーク電流の増加等の悪影
響が表れている。However, as individual elements in a semiconductor device become finer and the structure becomes more complicated, it is necessary to suppress thermal diffusion of impurities, and annealing for removing defects simultaneously introduced at the time of ion implantation is performed. The heat treatment temperature tends to be lower and the heat treatment time tends to be shorter. As a result,
Due to defects introduced at the time of ion implantation, secondary and tertiary complex defects formed during the heat treatment process are difficult to be removed, and adverse effects such as an increase in leak current at the PN junction appear.
【０００３】以上のような状況から、イオン注入時に欠
陥が同時に導入されるのを防止することが可能なイオン
ビーム照射装置が要望されている。[0003] Under the circumstances described above, there is a demand for an ion beam irradiation apparatus capable of preventing defects from being simultaneously introduced during ion implantation.
【０００４】[0004]
【従来の技術】従来のイオンビーム照射装置について図
３により詳細に説明する。図３は従来のイオンビーム照
射装置の概略構造を示す図である。従来のイオンビーム
照射装置においては、図に示すように真空チャンバ11内
の被照射物９、例えば半導体ウエーハを搭載する支持部
12の構造を、図示のような液体窒素の導入口12a と空気
抜き口12b と収容部12c を有する構造にし、この収容部
12c に液体窒素を注入することにより被照射物９を冷却
した状態でイオンビーム発生器13から出たイオンビーム
を被照射物９に照射して不純物を注入している。2. Description of the Related Art A conventional ion beam irradiation apparatus will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of a conventional ion beam irradiation apparatus. In a conventional ion beam irradiation apparatus, as shown in the figure, an object 9 to be irradiated in a vacuum chamber 11, for example, a support portion for mounting a semiconductor wafer.
The structure of FIG. 12 has a liquid nitrogen inlet 12a, an air vent 12b, and a housing 12c as shown in FIG.
While the object 9 is cooled by injecting liquid nitrogen into 12c, the object 9 is irradiated with an ion beam emitted from the ion beam generator 13 to implant impurities.
【０００５】このようにしてイオンビームを照射するこ
とにより、イオン注入層内及びイオン注入層と下地の半
導体結晶との境界面付近に生じる局部的な結晶欠陥を軽
減することは可能である。By irradiating an ion beam in this manner, it is possible to reduce local crystal defects occurring in the ion implantation layer and near the interface between the ion implantation layer and the underlying semiconductor crystal.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来のイ
オンビーム照射装置においては、被照射物を液体窒素に
よって冷却しており、イオン注入層内及びイオン注入層
と下地の半導体結晶との境界面付近に生じる局部的な結
晶欠陥を軽減することは可能であるが、このようなイオ
ンビーム照射装置の真空チャンバ内の室内圧が10-5〜10
-7Torr程度の場合には、図２の平衡蒸気圧曲線図に示す
ように、この真空チャンバ11内の残留ガス、特にＨ2Ｏ
やＣＯ2の蒸気圧が10-5〜10-7Torr程度以下になり、こ
れらのガスが被照射物の表面に吸着されるようになる。In the conventional ion beam irradiation apparatus described above, the object to be irradiated is cooled by liquid nitrogen, and the interface between the ion implantation layer and the underlying semiconductor crystal is formed in the ion implantation layer. Although it is possible to reduce local crystal defects occurring in the vicinity, the room pressure in the vacuum chamber of such an ion beam irradiation apparatus is 10 −5 to 10
In the case of about -7 Torr, as shown in the equilibrium vapor pressure curve of FIG 2, the residual gas in the vacuum chamber 11, in particular H 2 O
And the vapor pressure of CO 2 becomes about 10 −5 to 10 −7 Torr or less, and these gases are adsorbed on the surface of the irradiation object.
【０００７】この吸着されたガスはイオンが被照射物に
照射されている間は一部が再蒸発するが、長時間イオン
が被照射物に照射されない場合には、被照射物の表面に
吸着ガスの堆積層ができ照射されるイオンの飛程が減少
するので、イオンの注入深さが減少し、更に極端な場合
にはイオンのドーズ量にも影響が及ぶという問題点があ
った。The adsorbed gas partially re-evaporates while the ions are irradiated on the object, but is adsorbed on the surface of the object when the ions are not irradiated on the object for a long time. Since a gas deposition layer is formed and the range of irradiated ions is reduced, the ion implantation depth is reduced, and in extreme cases, the ion dose is affected.
【０００８】本発明は以上のような状況から、被照射物
の近傍における残留ガスの分圧を低くし、低温イオン注
入時の被照射物の表面への残留ガスの吸着を防止するこ
とが可能となるイオンビーム照射装置の提供を目的とし
たものである。In view of the above situation, the present invention makes it possible to lower the partial pressure of the residual gas in the vicinity of the object to be irradiated and prevent the residual gas from adsorbing to the surface of the object to be irradiated during low-temperature ion implantation. The purpose of the present invention is to provide an ion beam irradiation apparatus.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明のイオンビーム照
射装置は、 〔１〕真空チャンバ内に、被照射物を載置した支持部
と、該被照射物の近傍に設けられたクライオパネルと、
該支持部を介して前記被照射物を冷却する第一の冷凍機
と、該クライオパネルを冷却する第二の冷凍機と、前記
被照射物にイオンビームを照射するイオンビーム発生器
とからなるイオンビーム照射装置であって、前記被照射
物の温度が０℃以下に冷却され、かつ前記クライオパネ
ルの温度が前記被照射物の温度より低い温度に冷却され
ている構成とし、 〔２〕第１項記載のイオンビーム照射装置において、前
記第一の冷凍機および第二の冷凍機は、ヘリウムの断熱
膨張による気化熱を利用して構成し、 〔３〕第１項記載のイオンビーム照射装置において、前
記支持部にヒータを具備した構成とする。According to the present invention, there is provided an ion beam irradiation apparatus comprising: [1] a support section on which an object to be irradiated is placed in a vacuum chamber;
And a cryopanel provided near the object to be irradiated,
A first refrigerator for cooling the object to be irradiated through the support portion
And a second refrigerator for cooling the cryopanel,
Ion beam generator that irradiates an object with an ion beam
An ion beam irradiation apparatus comprising:
The temperature of the object is cooled to 0 ° C or less, and the cryopanel is
Is cooled to a temperature lower than the temperature of the irradiation object.
And Configurations, [2] In the ion beam irradiation apparatus as set forth in claim 1, wherein, prior to
The first and second refrigerators are insulated with helium.
Utilizing the heat of vaporization by expanded configuration, (3) the ion beam irradiation apparatus as set forth in claim 1, wherein, prior to
The support section is provided with a heater .
【００１０】[0010]
【作用】即ち本発明においては、被照射物を載置してい
る支持部を介して被照射物を０℃以下に冷却し、この被
照射物の近傍に設けたクライオパネルを被照射物の温度
より低温に冷却し、真空チャンバ内の残留ガスをこのク
ライオパネルに吸着させることにより、残留ガスが被照
射物に吸着されるのを防止することが可能となり、更に
イオンビーム非照射時には支持部に内蔵したヒータによ
り被照射物を加熱し、被照射物及びクライオパネルの温
度差を保ったまま、これらに吸着された残留ガスを放出
させることが可能となる。That is, in the present invention, the object to be irradiated is cooled to 0 ° C. or lower through the support portion on which the object is placed, and the cryopanel provided near the object to be irradiated is cooled. By cooling to a temperature lower than the temperature and adsorbing the residual gas in the vacuum chamber to the cryopanel, it is possible to prevent the residual gas from being adsorbed by the irradiation object, and furthermore, to support the ion beam when the ion beam is not irradiated. The object to be irradiated is heated by a heater built in the device, and the residual gas adsorbed by the object and the cryopanel can be released while maintaining the temperature difference between the object and the cryopanel.
【００１１】[0011]
【実施例】以下図１により本発明による一実施例のイオ
ンビーム照射装置について詳細に説明する。図１は本発
明による一実施例のイオンビーム照射装置の概略構造を
示す図である。FIG. 1 shows an ion beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention in detail. FIG. 1 is a view showing a schematic structure of an ion beam irradiation apparatus according to one embodiment of the present invention.
【００１２】本発明のイオンビーム照射装置において
は、図に示すように真空チャンバ１内の被照射物９、例
えば半導体ウエーハを載置する支持部２は第一の冷凍機
５により０℃以下に冷却されている。この支持部２とク
ライオパネル７との間には第二の冷凍機６が設けられて
おり、クライオパネル７の温度が支持部２の温度より低
くなるようになっている。In the ion beam irradiation apparatus of the present invention, as shown in the drawing, an object 9 to be irradiated in a vacuum chamber 1, for example, a support 2 on which a semiconductor wafer is mounted is kept at 0 ° C. or lower by a first refrigerator 5. Cooled. A second refrigerator 6 is provided between the support portion 2 and the cryopanel 7 so that the temperature of the cryopanel 7 is lower than the temperature of the support portion 2.
【００１３】これらの冷凍機５及び６には、図示しない
コンプレッサにより圧縮され、コンデンサにより冷却さ
れた低温高圧のヘリウムが供給され、冷凍機駆動部４の
モータ及びバルブによってこのヘリウムが断熱膨張され
るので、支持部２やクライオパネル７が冷却される。ま
た支持部２にはヒータ８が内蔵されており、イオンビー
ム照射装置のイオンビーム非照射時には通電し、クライ
オパネル７と支持部２との温度差を保ったまま温度を上
昇させるので、これらに吸着されている残留ガスを蒸発
させて除去することが可能となる。A low-temperature and high-pressure helium compressed by a compressor (not shown) and cooled by a condenser is supplied to the refrigerators 5 and 6, and the helium is adiabatically expanded by a motor and a valve of the refrigerator drive unit 4. Therefore, the support 2 and the cryopanel 7 are cooled. Further, a heater 8 is built in the support portion 2, which is energized when the ion beam is not irradiated by the ion beam irradiation device and raises the temperature while maintaining the temperature difference between the cryopanel 7 and the support portion 2. The adsorbed residual gas can be removed by evaporation.
【００１４】このような構造を有しているから、クライ
オパネル７は支持部２より低温になり、残留ガスを吸着
するので、被照射物９には残留ガスが吸着されなくな
り、良好な状態で被照射物９にイオンビームを照射させ
ることが可能となる。更に被照射物へのイオンビーム非
照射時にヒータ８により支持部２及びクライオパネル７
を加熱して吸着されている残留ガスを蒸発させるので、
被照射物９への残留ガスの吸着を更に減少させることが
可能となる。With such a structure, the temperature of the cryopanel 7 becomes lower than that of the support portion 2 and the residual gas is adsorbed. The object 9 can be irradiated with the ion beam. Further, when the irradiation object is not irradiated with the ion beam, the support unit 2 and the cryopanel 7
Is heated to evaporate the adsorbed residual gas,
It is possible to further reduce the adsorption of the residual gas to the irradiation object 9.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば極めて簡単な構造により、イオン注入における
局所的な結晶欠陥を軽減できる、低温イオン注入が実施
可能であり、かつ被照射物よりもクライオパネルに残留
ガスを多く吸着させ、イオンビーム非照射時にはヒータ
による加熱により吸着された残留ガスを除去することが
可能となる等の利点があり、著しい経済的及び、信頼性
向上の効果が期待できるイオンビーム照射装置の提供が
可能となる。As is apparent from the above description, according to the present invention, an extremely simple structure can be used for ion implantation.
Low-temperature ion implantation that can reduce local crystal defects
It has the advantage that it is possible to adsorb more residual gas to the cryopanel than to the irradiation object , and it is possible to remove the adsorbed residual gas by heating with a heater when the ion beam is not irradiated. It is possible to provide an ion beam irradiation apparatus that can be expected to improve the target and reliability.
【図１】 本発明による一実施例のイオンビーム照射装
置の概略構造を示す図、FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an ion beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention;
【図２】 各種の気体の平衡蒸気圧曲線、Fig. 2 Equilibrium vapor pressure curves of various gases,
【図３】 従来のイオンビーム照射装置の概略構造を示
す図、FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of a conventional ion beam irradiation apparatus;
１は真空チャンバ、２は支持部、３はイオンビーム発生
器、４は冷凍機駆動部、５は冷凍機、６は冷凍機、７は
クライオパネル、８はヒータ、９は被照射物、1 is a vacuum chamber, 2 is a support unit, 3 is an ion beam generator, 4 is a refrigerator drive unit, 5 is a refrigerator, 6 is a refrigerator, 7 is a cryopanel, 8 is a heater, 9 is an object to be irradiated,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−19043（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 37/18 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-19043 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 37/317 H01J 37/18
Claims (3)
支持部と、 該被照射物の近傍に設けられたクライオパネルと、 該支持部を介して前記被照射物を冷却する第一の冷凍機
と、 該クライオパネルを冷却する第二の冷凍機と、 前記被照射物にイオンビームを照射するイオンビーム発
生器とからなるイオンビーム照射装置であって、 前記被照射物の温度が０℃以下に冷却され、かつ前記ク
ライオパネルの温度が前記被照射物の温度より低い温度
に冷却されている ことを特徴とするイオンビーム照射装
置。An object to be irradiated is placed in a vacuum chamber .
A support portion, a cryopanel provided near the object to be irradiated, and a first refrigerator for cooling the object to be irradiated through the support portion
A second refrigerator for cooling the cryopanel ; and an ion beam generator for irradiating the object with an ion beam.
An ion beam irradiation apparatus comprising a living being, wherein the temperature of the object to be irradiated is cooled to 0 ° C. or less, and
The temperature of the lio panel is lower than the temperature of the object to be irradiated.
An ion beam irradiation apparatus characterized by being cooled .
おいて、前記第一の冷凍機および第二の冷凍機は、ヘリ
ウムの断熱膨張による気化熱を利用していることを特徴
とするイオンビーム照射装置。2. The ion beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first refrigerator and the second refrigerator have a helicopter.
An ion beam irradiation apparatus characterized by utilizing heat of vaporization caused by adiabatic expansion of aluminum .
おいて、前記支持部にヒータを具備したことを特徴とす
るイオンビーム照射装置。3. The ion beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein a heater is provided on said support portion .
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