JP3134131B2 - 微粒子制御を行うイオンビーム注入方法および装置 - Google Patents
微粒子制御を行うイオンビーム注入方法および装置Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１つまたは複数の加工
物をイオンビームで処理するイオン注入装置に関するも
のである。イオン注入装置の代表的な使用例は、シリコ
ン基材すなわちウェハにドーピングを行って半導体材料
を製造することである。
物をイオンビームで処理するイオン注入装置に関するも
のである。イオン注入装置の代表的な使用例は、シリコ
ン基材すなわちウェハにドーピングを行って半導体材料
を製造することである。
【０００２】
【従来の技術】様々なイオンビーム配置のイオン注入装
置は従来から知られている。そのようなイオン注入装置
は、イオン源から出たイオンを高エネルギに加速し、注
入室内に配置された１つまたは複数のウェハに衝突させ
て、制御注入量が得られるようにする。一般的に、ウェ
ハの注入が行われる時間は、イオン源がイオンビームを
発生している時間の約１／３にすぎない。残りの時間
は、注入室へのウェハの出し入れや、イオン注入を行う
ために注入装置を準備する他の段階に費やされている。
置は従来から知られている。そのようなイオン注入装置
は、イオン源から出たイオンを高エネルギに加速し、注
入室内に配置された１つまたは複数のウェハに衝突させ
て、制御注入量が得られるようにする。一般的に、ウェ
ハの注入が行われる時間は、イオン源がイオンビームを
発生している時間の約１／３にすぎない。残りの時間
は、注入室へのウェハの出し入れや、イオン注入を行う
ために注入装置を準備する他の段階に費やされている。
【０００３】このことは、相当な時間に渡ってイオンビ
ームが注入室に近接したイオンビーム経路上に置かれて
いるファラデーカップ内に集められることを意味してい
る。イオンビームがファラデーカップに衝突すると、衝
突した素材を壊変させる。ファラデーカップ付近でのイ
オンスパッタリングによっても、イオン注入装置の他の
部材が汚染され、定期的にビームを遮断して部品の交換
またはクリーニングを行うことが必要になる。
ームが注入室に近接したイオンビーム経路上に置かれて
いるファラデーカップ内に集められることを意味してい
る。イオンビームがファラデーカップに衝突すると、衝
突した素材を壊変させる。ファラデーカップ付近でのイ
オンスパッタリングによっても、イオン注入装置の他の
部材が汚染され、定期的にビームを遮断して部品の交換
またはクリーニングを行うことが必要になる。
【０００４】半導体製造における設計基準がさらに精密
化する動きがあることから、注入中の粒子によるウェハ
の汚染（「微粒子汚染」）の発生は、ますます重大な問
題になってきている。例えば、最新の注入装置の現在の
仕様では、注入作業中に２０ｃｍ直径のウェハに加えら
れる０．３ミクロン以上の粒子は８個以下であることが
必要な場合がある。ビーム線で発生した粒子がイオンビ
ームやポンピング及び通気作業によってウェハ領域へ搬
送される可能性があるため、そのような粒子の数を制限
することが重要である。従って、処理すなわち注入室付
近の領域からできるだけ粒子をなくしておくことが重要
である。
化する動きがあることから、注入中の粒子によるウェハ
の汚染（「微粒子汚染」）の発生は、ますます重大な問
題になってきている。例えば、最新の注入装置の現在の
仕様では、注入作業中に２０ｃｍ直径のウェハに加えら
れる０．３ミクロン以上の粒子は８個以下であることが
必要な場合がある。ビーム線で発生した粒子がイオンビ
ームやポンピング及び通気作業によってウェハ領域へ搬
送される可能性があるため、そのような粒子の数を制限
することが重要である。従って、処理すなわち注入室付
近の領域からできるだけ粒子をなくしておくことが重要
である。
【０００５】イオンがウェハを処理していない時も、イ
オン源はオフにされない。イオン源は停止する毎に再調
節に相当な時間がかかるため、その代わりにイオンはフ
ァラデーカップへ送られる。ウェハの取り扱い中及び他
の非注入期間中、イオン源を停止させることが提案され
ている。しかし、イオン源の現在の開発段階ではそのよ
うな提案は実用的ではなく、注入装置表面上へのイオン
スパッタリングを伴う問題を避けるための最も有効な方
法とは言えないであろう。
オン源はオフにされない。イオン源は停止する毎に再調
節に相当な時間がかかるため、その代わりにイオンはフ
ァラデーカップへ送られる。ウェハの取り扱い中及び他
の非注入期間中、イオン源を停止させることが提案され
ている。しかし、イオン源の現在の開発段階ではそのよ
うな提案は実用的ではなく、注入装置表面上へのイオン
スパッタリングを伴う問題を避けるための最も有効な方
法とは言えないであろう。
【０００６】典型的なイオン注入装置では、イオン源か
ら出たイオンが加速されて、ビーム分解磁石に到る初期
軌道に沿って移動する。磁石がイオンビームを曲げて、
イオン源から出たイオンを特別な軌道で進ませる。磁石
よりも下流側では、イオンがさらに所望の注入エネルギ
まで加速されて、注入室へ進められる。イオン源から出
た不適切な質量のイオンは、それらを主イオンビームか
ら取り除く磁石内の軌道を進む。これらのイオンは、イ
オン注入室よりも上流側の注入装置壁に衝突する。適当
な質量のイオンは、注入中はウェハに衝突し、それ以外
の時にはイオン注入室のすぐ上流側でイオンビーム内へ
進入するファラデーカップに送り込まれる。
ら出たイオンが加速されて、ビーム分解磁石に到る初期
軌道に沿って移動する。磁石がイオンビームを曲げて、
イオン源から出たイオンを特別な軌道で進ませる。磁石
よりも下流側では、イオンがさらに所望の注入エネルギ
まで加速されて、注入室へ進められる。イオン源から出
た不適切な質量のイオンは、それらを主イオンビームか
ら取り除く磁石内の軌道を進む。これらのイオンは、イ
オン注入室よりも上流側の注入装置壁に衝突する。適当
な質量のイオンは、注入中はウェハに衝突し、それ以外
の時にはイオン注入室のすぐ上流側でイオンビーム内へ
進入するファラデーカップに送り込まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て本発明は、イオン注入装置の保守性を向上させなが
ら、イオン注入室付近の微粒子汚染を減少させることを
可能にしたイオン注入装置およびその方法を提供するこ
とである。
て本発明は、イオン注入装置の保守性を向上させなが
ら、イオン注入室付近の微粒子汚染を減少させることを
可能にしたイオン注入装置およびその方法を提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
本発明のイオン注入装置は、第１ビーム径路に沿ってイ
オンを放出するイオン源と、イオン注入部で１つまたは
それ以上のウエハにイオン注入するための第２ビーム径
路に従う所定の質量のイオンを生じさせるビーム分解器
と、イオン注入部に１つまたはそれ以上のウエハを支持
する加工物支持構造体と、第１ビーム径路の近くに配置
され、ウエハが処理されていない期間の間、所定の質量
を有するイオンと、イオン源から放出される他のイオン
の両方を捕捉するイオンコレクタと、ビーム分解器に連
結され、ウエハが処理される注入期間の間、ビーム分解
器を起動し、かつウエハが処理されない期間の間、イオ
ン源から放出されたイオンがイオンコレクタに向かって
移動するようにビーム分解器を調整するための制御手段
とを有していることを特徴としている。
本発明のイオン注入装置は、第１ビーム径路に沿ってイ
オンを放出するイオン源と、イオン注入部で１つまたは
それ以上のウエハにイオン注入するための第２ビーム径
路に従う所定の質量のイオンを生じさせるビーム分解器
と、イオン注入部に１つまたはそれ以上のウエハを支持
する加工物支持構造体と、第１ビーム径路の近くに配置
され、ウエハが処理されていない期間の間、所定の質量
を有するイオンと、イオン源から放出される他のイオン
の両方を捕捉するイオンコレクタと、ビーム分解器に連
結され、ウエハが処理される注入期間の間、ビーム分解
器を起動し、かつウエハが処理されない期間の間、イオ
ン源から放出されたイオンがイオンコレクタに向かって
移動するようにビーム分解器を調整するための制御手段
とを有していることを特徴としている。
【０００９】
【作用】このような構成により、目標加工物が処理され
ていない時、注入室の汚染を減少させ、注入装置の修理
及び保守の頻度も減少できるようにイオンビームが制御
される。
ていない時、注入室の汚染を減少させ、注入装置の修理
及び保守の頻度も減少できるようにイオンビームが制御
される。
【００１０】すなわち、シリコンウェハをドーピングし
て半導体材料を提供するために、いわゆるドーピングイ
オンは、イオン源から出て加速され、ビームが分析磁石
によって質量分解された後、シリコンウェハ材に衝突す
る。この磁石は、適当な質量のイオンをビーム経路に沿
ってイオン注入部へ進ませ、かつその他のイオンをイオ
ン注入部に達する前にビーム経路から離脱させる。イオ
ン源は様々な質量のイオンを発生するが、注入には１つ
の特定のイオン質量だけが望ましいため、分析磁石が不
適当な質量のイオンを主ビームから分離させる。
て半導体材料を提供するために、いわゆるドーピングイ
オンは、イオン源から出て加速され、ビームが分析磁石
によって質量分解された後、シリコンウェハ材に衝突す
る。この磁石は、適当な質量のイオンをビーム経路に沿
ってイオン注入部へ進ませ、かつその他のイオンをイオ
ン注入部に達する前にビーム経路から離脱させる。イオ
ン源は様々な質量のイオンを発生するが、注入には１つ
の特定のイオン質量だけが望ましいため、分析磁石が不
適当な質量のイオンを主ビームから分離させる。
【００１１】１つまたは複数の加工物がイオン注入部に
支持されてビーム処理を受ける。イオン注入が実施され
ていない間、例えばウェハが注入室でローディングまた
はアンローディングされている時、分析磁石に接続され
た制御手段が磁石の磁界を変化させて、主ビームが経路
に沿って処理すなわち注入室へ向かわないようにする。
このようにビーム経路を変化させることによって、処理
室の直前に設けられているファラデーカップの使用を大
幅に削減することができる。
支持されてビーム処理を受ける。イオン注入が実施され
ていない間、例えばウェハが注入室でローディングまた
はアンローディングされている時、分析磁石に接続され
た制御手段が磁石の磁界を変化させて、主ビームが経路
に沿って処理すなわち注入室へ向かわないようにする。
このようにビーム経路を変化させることによって、処理
室の直前に設けられているファラデーカップの使用を大
幅に削減することができる。
【００１２】磁界を変化させる最も簡単な方法は、それ
を取り除いてビームが磁石で偏向しないようにすること
である。しかし、注入装置の配置によってはビームを偏
向させないことは実現不可能である場合があり、その場
合には少しの偏向を行う。ビーム分析磁石をそのように
調節すると、イオン源から出たイオンは注入室から離れ
た位置にあるイオンコレクタで捕捉される。
を取り除いてビームが磁石で偏向しないようにすること
である。しかし、注入装置の配置によってはビームを偏
向させないことは実現不可能である場合があり、その場
合には少しの偏向を行う。ビーム分析磁石をそのように
調節すると、イオン源から出たイオンは注入室から離れ
た位置にあるイオンコレクタで捕捉される。
【００１３】本発明の好適な実施例によれば、磁石は注
入中にはイオンを偏向させるが、消勢されると、注入に
適した質量のイオン及びそれ以外の質量のイオンの両方
がイオン源から直線経路に沿ってイオンコレクタへ送ら
れる。この状態にあるイオンコレクタは、イオン源及び
それの抽出配置が最適作動状態に調節されている間にイ
オンビームを測定することができ、それによってイオン
源の性能が安定していることを確認することができる。
入中にはイオンを偏向させるが、消勢されると、注入に
適した質量のイオン及びそれ以外の質量のイオンの両方
がイオン源から直線経路に沿ってイオンコレクタへ送ら
れる。この状態にあるイオンコレクタは、イオン源及び
それの抽出配置が最適作動状態に調節されている間にイ
オンビームを測定することができ、それによってイオン
源の性能が安定していることを確認することができる。
【００１４】イオン注入室から幾分離して設けられたイ
オンビームコレクタを用いることによって、イオンスパ
ッタリングによる注入室の汚染を軽減することができ
る。すなわち、注入が実施されていない期間中、イオン
注入室の腐食及び汚染の原因となる、ファラデーカップ
をイオン注入室付近でイオンビーム内に設置する必要が
なくなる。
オンビームコレクタを用いることによって、イオンスパ
ッタリングによる注入室の汚染を軽減することができ
る。すなわち、注入が実施されていない期間中、イオン
注入室の腐食及び汚染の原因となる、ファラデーカップ
をイオン注入室付近でイオンビーム内に設置する必要が
なくなる。
【００１５】ビームコレクタを使用しているイオン注入
装置は、イオン注入と「待機」状態とを２〜３秒程度で
切り換えることができる。好適なコレクタは、イオンと
衝突するコレクタの表面付近へ冷却剤を循環させること
によって冷却することができる。これによってコレクタ
の腐食が軽減される。また、コレクタは簡単に分解して
クリーニングを行うことができる。
装置は、イオン注入と「待機」状態とを２〜３秒程度で
切り換えることができる。好適なコレクタは、イオンと
衝突するコレクタの表面付近へ冷却剤を循環させること
によって冷却することができる。これによってコレクタ
の腐食が軽減される。また、コレクタは簡単に分解して
クリーニングを行うことができる。
【００１６】コレクタは、イオンビーム流を監視するた
めにも利用でき、注入前にイオンビームの性能を校正す
ることができる。注入が実施されていない間、イオンビ
ーム流を注入流の一部まで大幅に減少させることができ
る。ウェハのローディング及びアンローディングを行う
ウェハ取り扱い段階が完了した後、イオン流を再び注入
レベルまで増加させて、再び磁石を作動させて、適当な
質量のイオンを注入軌道へ戻すことができる。
めにも利用でき、注入前にイオンビームの性能を校正す
ることができる。注入が実施されていない間、イオンビ
ーム流を注入流の一部まで大幅に減少させることができ
る。ウェハのローディング及びアンローディングを行う
ウェハ取り扱い段階が完了した後、イオン流を再び注入
レベルまで増加させて、再び磁石を作動させて、適当な
質量のイオンを注入軌道へ戻すことができる。
【００１７】
【実施例】図面を参照しながら説明すると、図１に示さ
れているイオン注入装置１０では、イオン源１２とビー
ム分析磁石１４とが高電圧ハウジング１６内に収容され
ている。イオン源１２から出たイオンビーム２０は、ハ
ウジング１６を出て第２ハウジング２４内に配置されて
いるイオン注入室２２に入る制御移動経路に沿って進
む。分析磁石１４は、適当な質量のイオンだけでイオン
ビーム２０を形成できるようにする。ハウジング１６か
ら注入室２２まで移動する間に、イオンビーム２０は、
磁石１４を注入室２２に連結する高電圧遮断ブッシュ２
６を通過する。
れているイオン注入装置１０では、イオン源１２とビー
ム分析磁石１４とが高電圧ハウジング１６内に収容され
ている。イオン源１２から出たイオンビーム２０は、ハ
ウジング１６を出て第２ハウジング２４内に配置されて
いるイオン注入室２２に入る制御移動経路に沿って進
む。分析磁石１４は、適当な質量のイオンだけでイオン
ビーム２０を形成できるようにする。ハウジング１６か
ら注入室２２まで移動する間に、イオンビーム２０は、
磁石１４を注入室２２に連結する高電圧遮断ブッシュ２
６を通過する。
【００１８】イオン注入室２２は、可動受け台２８上に
支持されている。これによって、注入室２２をイオンビ
ームに対して位置合わせすることができる。イオンビー
ムは、軸線４２回りに回転可能に取り付けられたウェハ
支持体４０に衝突する。ウェハ支持体４０は、その外周
上に多数のシリコンウェハを支持しており、これらのウ
ェハを円形経路に沿って移動させることによって、イオ
ンビーム２０を各ウェハに衝突させ、イオン不純物をそ
れらのウェハに選択的に注入することができる。ウェハ
を支持体４０に取り付けた後、モータ５０が支持体４０
を回転させることによって、支持体４０が高速回転す
る。
支持されている。これによって、注入室２２をイオンビ
ームに対して位置合わせすることができる。イオンビー
ムは、軸線４２回りに回転可能に取り付けられたウェハ
支持体４０に衝突する。ウェハ支持体４０は、その外周
上に多数のシリコンウェハを支持しており、これらのウ
ェハを円形経路に沿って移動させることによって、イオ
ンビーム２０を各ウェハに衝突させ、イオン不純物をそ
れらのウェハに選択的に注入することができる。ウェハ
を支持体４０に取り付けた後、モータ５０が支持体４０
を回転させることによって、支持体４０が高速回転す
る。
【００１９】イオン注入装置に関するさらなる詳細は、
アームストロング(Armstrong) 他の米国特許第４，６７
２，２１０号に記載されている。この先行特許の要旨は
参考として本説明に含まれる。
アームストロング(Armstrong) 他の米国特許第４，６７
２，２１０号に記載されている。この先行特許の要旨は
参考として本説明に含まれる。
【００２０】半導体ウェハは、ロボット式アーム７０に
よって真空ポート７１からイオン注入室２２へ挿入され
る。注入室２２は、真空ポンプ７２によってイオンビー
ム経路の圧力と同じ圧力まで脱気されている。ロボット
式アーム７０は、ウェハを保管するカセット７３との間
でウェハの受け渡しを行う。この受け渡しを行う機構は
従来から公知である。さらなる２つのポンプ７４、７６
によって、イオン源１２から注入室２２までのイオンビ
ーム経路の脱気が行われる。
よって真空ポート７１からイオン注入室２２へ挿入され
る。注入室２２は、真空ポンプ７２によってイオンビー
ム経路の圧力と同じ圧力まで脱気されている。ロボット
式アーム７０は、ウェハを保管するカセット７３との間
でウェハの受け渡しを行う。この受け渡しを行う機構は
従来から公知である。さらなる２つのポンプ７４、７６
によって、イオン源１２から注入室２２までのイオンビ
ーム経路の脱気が行われる。
【００２１】図１及び２に示されているように、イオン
源１２から出たイオンは、ほぼ直線状の経路に沿って磁
石１４に入る。イオン源を出る時、イオン源の出口孔の
外側に配置された抽出電極８０によって形成された電界
によってイオンが加速される。イオン源１２から出た後
のイオンは、分析磁石１４が形成する磁界を通過する。
この磁界がイオンを通常の注入軌道８１へ曲げるため、
適当な質量のイオンは分析磁石を出てから、注入室に到
る移動経路に沿ってさらに加速される。磁石ヨーク８２
が断面図で示されており、図２には示されていない界磁
巻線が巻装されている。ハウジング１６内に設けられた
注入制御装置８３が、磁石の界磁巻線の電流を制御する
ことによって磁界強さを調節する。
源１２から出たイオンは、ほぼ直線状の経路に沿って磁
石１４に入る。イオン源を出る時、イオン源の出口孔の
外側に配置された抽出電極８０によって形成された電界
によってイオンが加速される。イオン源１２から出た後
のイオンは、分析磁石１４が形成する磁界を通過する。
この磁界がイオンを通常の注入軌道８１へ曲げるため、
適当な質量のイオンは分析磁石を出てから、注入室に到
る移動経路に沿ってさらに加速される。磁石ヨーク８２
が断面図で示されており、図２には示されていない界磁
巻線が巻装されている。ハウジング１６内に設けられた
注入制御装置８３が、磁石の界磁巻線の電流を制御する
ことによって磁界強さを調節する。
【００２２】イオン源１２が発生するイオンの大部分
は、注入に使用されるイオンとは異なった質量である。
これらの望ましくないイオンは、注入イオンと同じ経路
へ分析磁石１４で曲げられることはなく、従って注入軌
道から分離される。重いイオンは、例えば図２に示され
ている軌道８４に沿って進み、磁石ハウジングエンドプ
レート８８に取り付けられているターゲット８６に衝突
する。これらの大質量イオンは、イオン注入室２２から
十分に離れた位置にあるプレート８６に衝突するため、
それらが注入室を汚染する可能性ははるかに小さくな
る。
は、注入に使用されるイオンとは異なった質量である。
これらの望ましくないイオンは、注入イオンと同じ経路
へ分析磁石１４で曲げられることはなく、従って注入軌
道から分離される。重いイオンは、例えば図２に示され
ている軌道８４に沿って進み、磁石ハウジングエンドプ
レート８８に取り付けられているターゲット８６に衝突
する。これらの大質量イオンは、イオン注入室２２から
十分に離れた位置にあるプレート８６に衝突するため、
それらが注入室を汚染する可能性ははるかに小さくな
る。
【００２３】注入に使用されるイオンよりも軽いイオン
は、小半径の軌道９０に沿って進んで、ターゲット９２
に衝突する。ターゲット８６及び９２は共に、イオンと
衝突した時に加熱される傾向にある。熱放散用の冷却剤
が、カップリング９４、９５からプレート８６、９２の
支持体８７、９３へ循環している。
は、小半径の軌道９０に沿って進んで、ターゲット９２
に衝突する。ターゲット８６及び９２は共に、イオンと
衝突した時に加熱される傾向にある。熱放散用の冷却剤
が、カップリング９４、９５からプレート８６、９２の
支持体８７、９３へ循環している。
【００２４】図１に示されているように、イオンが磁石
１４を出た後のビーム移動経路上にファラデーカップ１
１０が配置されている。従来技術では、イオン注入が中
断されている間も、磁石１４がイオン源１２から出たイ
オンを注入室２２の方へ曲げ続けていた。ファラデーカ
ップ１１０を用いてこれらのイオンを捕捉して、注入室
２２にそれらが達しないようにしていた。
１４を出た後のビーム移動経路上にファラデーカップ１
１０が配置されている。従来技術では、イオン注入が中
断されている間も、磁石１４がイオン源１２から出たイ
オンを注入室２２の方へ曲げ続けていた。ファラデーカ
ップ１１０を用いてこれらのイオンを捕捉して、注入室
２２にそれらが達しないようにしていた。
【００２５】本発明のイオン注入装置の図示の実施例に
よれば、ファラデーカップ１１０は、ビームの準備中だ
けに使用される。すなわち、それはイオンビーム流の監
視に使用される。ファラデーカップ１１０は、その他の
期間中にはイオンの捕捉に用いられない。
よれば、ファラデーカップ１１０は、ビームの準備中だ
けに使用される。すなわち、それはイオンビーム流の監
視に使用される。ファラデーカップ１１０は、その他の
期間中にはイオンの捕捉に用いられない。
【００２６】イオン源１２から出て直線経路に沿って移
動中のイオンを補集できるように、イオンビームコレク
タ（イオンコレクタ）１２０が設けられている。イオン
ビーム２０がウェハの処理に使用されていない期間中、
磁石は制御装置８３でオフにされる。磁石１４は、その
巻線への電流を遮断することによって高速消勢させるこ
とができる。偏向しないで磁石１４を通過したイオン
は、直線経路１２２に沿って進み、孔１２５を設けた環
状グラファイトダイアフラム１２４を通過する。弁１２
６を開閉させることによって、クリーニング時などに、
ポンプ７２、７４、７６によってイオンビーム移動経路
に沿って維持されている真空に影響を与えないで、コレ
クタ１２０に接近することができる。
動中のイオンを補集できるように、イオンビームコレク
タ（イオンコレクタ）１２０が設けられている。イオン
ビーム２０がウェハの処理に使用されていない期間中、
磁石は制御装置８３でオフにされる。磁石１４は、その
巻線への電流を遮断することによって高速消勢させるこ
とができる。偏向しないで磁石１４を通過したイオン
は、直線経路１２２に沿って進み、孔１２５を設けた環
状グラファイトダイアフラム１２４を通過する。弁１２
６を開閉させることによって、クリーニング時などに、
ポンプ７２、７４、７６によってイオンビーム移動経路
に沿って維持されている真空に影響を与えないで、コレ
クタ１２０に接近することができる。
【００２７】弁１２６を通過したイオンは、冷却されて
いるターゲットプレート１３０に衝突する。プレート１
３０に衝突するイオンビーム流を注入制御装置８３内の
監視回路によって監視することによって、ビームの安定
性のチェック及び注入作業の再開前のビームの調節を行
うことができるようになっている。ビーム流を監視する
監視回路は公知であって、例えばファラデーカップ１１
０に衝突するビーム流の監視に使用されている。ターゲ
ットプレート１３０は、スパッタリングまたは関連の作
用によってゆっくり壊変し、それによって生じるくずの
ほとんどはコンテナ１３２内に補集される。例えばねじ
付きコネクタ１３６によってコンテナ１３２に取り付け
られている取り外し式壁１３４は、クリーニングを容易
にするために取り外すことができる。
いるターゲットプレート１３０に衝突する。プレート１
３０に衝突するイオンビーム流を注入制御装置８３内の
監視回路によって監視することによって、ビームの安定
性のチェック及び注入作業の再開前のビームの調節を行
うことができるようになっている。ビーム流を監視する
監視回路は公知であって、例えばファラデーカップ１１
０に衝突するビーム流の監視に使用されている。ターゲ
ットプレート１３０は、スパッタリングまたは関連の作
用によってゆっくり壊変し、それによって生じるくずの
ほとんどはコンテナ１３２内に補集される。例えばねじ
付きコネクタ１３６によってコンテナ１３２に取り付け
られている取り外し式壁１３４は、クリーニングを容易
にするために取り外すことができる。
【００２８】ターゲットプレート１３０は、水等の適当
な冷却液をカップリング４２からターゲットハウジング
１４０へ循環させることによって冷却されている。冷却
液は、ハウジング内を通ってターゲットプレート１３０
に近接した位置へ送り込まれ、そこで冷却液がハウジン
グと熱交換する。イオンビームがターゲットプレート１
３０と衝突する時にイオンビームが発生する熱は、冷却
液によって取り除かれ、ハウジングからカップリング１
５０を通って出口導管を介して運び出される。別のカッ
プリング１５２、１５４が、冷却液を磁石ハウジングエ
ンドプレート８８及びイオンコレクタコンテナ１３２へ
循環させている。
な冷却液をカップリング４２からターゲットハウジング
１４０へ循環させることによって冷却されている。冷却
液は、ハウジング内を通ってターゲットプレート１３０
に近接した位置へ送り込まれ、そこで冷却液がハウジン
グと熱交換する。イオンビームがターゲットプレート１
３０と衝突する時にイオンビームが発生する熱は、冷却
液によって取り除かれ、ハウジングからカップリング１
５０を通って出口導管を介して運び出される。別のカッ
プリング１５２、１５４が、冷却液を磁石ハウジングエ
ンドプレート８８及びイオンコレクタコンテナ１３２へ
循環させている。
【００２９】コレクタ１２０に近接した位置において、
ビーム線の圧力を監視するイオンゲージ１６０が磁石１
４に取り付けられている。上記のように、コレクタ１２
０のクリーニングの際は、弁１２６を閉じることによっ
てビーム線内の脱気状態を維持することができる。しか
し、ターゲットプレート８６、９２は磁石ハウジングに
取り付けられているので、これらのプレートの交換の際
にはビーム線の加圧が必要である。
ビーム線の圧力を監視するイオンゲージ１６０が磁石１
４に取り付けられている。上記のように、コレクタ１２
０のクリーニングの際は、弁１２６を閉じることによっ
てビーム線内の脱気状態を維持することができる。しか
し、ターゲットプレート８６、９２は磁石ハウジングに
取り付けられているので、これらのプレートの交換の際
にはビーム線の加圧が必要である。
【００３０】以上に、好適なイオンビーム注入装置、及
び注入処理室の汚染を減少させることができるようにイ
オンビーム注入装置を作動させる方法を開示したが、本
発明の特許請求の範囲に記載の範囲内において好適な構
造に対して様々な変更を加えることができる。
び注入処理室の汚染を減少させることができるようにイ
オンビーム注入装置を作動させる方法を開示したが、本
発明の特許請求の範囲に記載の範囲内において好適な構
造に対して様々な変更を加えることができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、イオン注入時に分解磁
石が作動して、イオン源から出たイオンを曲げて特定の
イオン質量だけのイオンをイオン注入室に到る軌道に乗
せることができ、不必要なイオンを注入室内に送ること
がなくなり、また、非イオン注入時には分解磁石を消勢
することによってイオン源から出たイオンは直線経路に
沿ってイオンビームコレクタへ進ませるので、目標加工
物が処理されていない時、注入室の微粒子汚染を減少さ
せることができる。
石が作動して、イオン源から出たイオンを曲げて特定の
イオン質量だけのイオンをイオン注入室に到る軌道に乗
せることができ、不必要なイオンを注入室内に送ること
がなくなり、また、非イオン注入時には分解磁石を消勢
することによってイオン源から出たイオンは直線経路に
沿ってイオンビームコレクタへ進ませるので、目標加工
物が処理されていない時、注入室の微粒子汚染を減少さ
せることができる。
【００３２】さらに、ビーム経路を変化させることによ
って、処理室の直前に設けられているファラデーカップ
の使用を大幅に削減し、かつイオンビームコレクタを用
いることによって、イオンスパッタリングによる注入室
の汚染を軽減することができる。そして、注入が実施さ
れていない期間中、イオン注入室の腐食及び汚染の原因
となる、ファラデーカップをイオン注入室付近でイオン
ビーム内に設置する必要がなくなる。このようにイオン
ビームが制御されるので、注入装置の修理及び保守の頻
度も減少できる。
って、処理室の直前に設けられているファラデーカップ
の使用を大幅に削減し、かつイオンビームコレクタを用
いることによって、イオンスパッタリングによる注入室
の汚染を軽減することができる。そして、注入が実施さ
れていない期間中、イオン注入室の腐食及び汚染の原因
となる、ファラデーカップをイオン注入室付近でイオン
ビーム内に設置する必要がなくなる。このようにイオン
ビームが制御されるので、注入装置の修理及び保守の頻
度も減少できる。
【図１】シリコンウェハ等の加工物に衝突するようにイ
オンビームを進ませるイオン注入装置の概略図である。
オンビームを進ませるイオン注入装置の概略図である。
【図２】イオンビーム分解器すなわち分析磁石及び関連
のイオンビームコレクタまたはビームダンプの拡大平面
図である。
のイオンビームコレクタまたはビームダンプの拡大平面
図である。
１０ イオン注入装置 １２ イオン源 １４ 分析磁石 ４０ ウェハ支持体 ８３ 制御装置 １２０ イオンコレクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅ ｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ. Ａ. (56)参考文献 特開 昭53−136799（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−1434（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−25157（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/317
Claims (12)
- 【請求項１】 (a)第１ビーム径路に沿ってイオンを放
出するイオン源と、 (b)イオン注入部で１つまたはそれ以上のウエハにイオ
ン注入するための第２ビーム径路に従う所定の質量のイ
オンを生じさせるビーム分解器と、 (c)前記イオン注入部に１つまたはそれ以上のウエハを
支持する加工物支持構造体と、 (d)第１ビーム径路の近くに配置され、ウエハが処理さ
れていない期間の間、所定の質量を有するイオンと、イ
オン源から放出される他のイオンの両方を捕捉するイオ
ンコレクタと、 (e)前記ビーム分解器に連結され、ウエハが処理される
注入期間の間、前記ビーム分解器を起動し、かつ前記ウ
エハが処理されない期間の間、イオン源から放出された
イオンが前記イオンコレクタに向かって移動するように
前記ビーム分解器を調整するための制御手段 とを備えて
いることを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項２】 ビーム分解器は、制御手段によって調整
可能な磁界の強さを有する磁石を含んでおり、制御手段
は、イオン注入期間の間、所定の質量のイオンをイオン
注入部へ進ませ、かつる、ウェハが処理されていない期
間中、所定の質量のイオンをイオンコレクタへ進ませる
ことを特徴とする請求項１のイオン注入装置。 - 【請求項３】 イオンコレクタは、イオンビーム性能を
校正できるようにコレクタに達するイオン電流を測定す
るセンサ(130) を有していることを特徴とする請求項１
のイオン注入装置。 - 【請求項４】 イオンコレクタは取り外し式センサ(13
0) を有しており、イオンが取り外し式センサに衝突す
ることによって発生する熱エネルギを放散させるため、
取り外し式センサに冷却液を循環させて取り外し式セン
サを冷却していることを特徴とする請求項３のイオン注
入装置。 - 【請求項５】 イオン源から加工物支持構造体までの脱
気ビーム搬送領域を形成する構造体と、前記ビーム搬送
領域を減圧状態に維持する手段(72 、74、76) と、イオ
ンコレクタを脱気ビーム搬送領域から分離させて、脱気
ビーム搬送領域を加圧しないでイオンコレクタを取り外
すことができるようにする弁手段(126) とを有している
ことを特徴とする請求項１のイオン注入装置。 - 【請求項６】 制御濃度のイオンを１つまたは複数の目
標ウェハに注入する方法であって、 ａ）注入軌道に沿って移動中のイオンがウェハに衝突す
るように、１つまたは複数のウェハを注入部で位置決め
する段階と、 ｂ）イオン源から出たイオンを初期軌道に沿って移動さ
せる段階と、 ｃ）所定の質量のイオンを初期軌道から注入軌道へ偏向
させる磁界を発生する段階とを有しており、さらに、 ｄ）ウェハのイオン注入が中断されている時、イオンビ
ームを注入部から遠くに離れたイオンコレクタに衝突さ
せるために磁界を調節する段階と、 ｅ）イオンビームがイオンコレクタに衝突している間、
前記１つまたはそれ以上のウエハを取り外し、かつイオ
ンビームによって注入するための１つまたはそれ以上の
付加的なウエハを載置する段階 とを有していることを特
徴とする方法。 - 【請求項７】 イオン注入が中断されている期間中、イ
オンが初期軌道に沿ってイオンコレクタへ進むように磁
界を調節することを特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項８】 位置決めをする段階は、目標ウェハを注
入室(22)内へ移動する段階と、ウェハを移動可能に支持
して、イオン源から出たイオンと衝突させる経路に沿っ
てウェハを定期的に移動させる段階とを有していること
を特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項９】 ａ）イオン注入部においてウェハの処理
に使用されるイオンを発生するイオン源(12)と、 ｂ）イオン源から出たイオンを第１移動経路に沿って加
速する加速手段(80)と、 ｃ）所定の質量のイオンを第１移動経路からイオン注入
部に到る注入軌道へ偏向させ、かつその他のイオンは非
注入軌道へ偏向させる分析磁石(14)と、 ｄ）イオン注入部に１つまたは複数のウェハを支持する
加工物支持構造体(40)とを有しており、さらに、 ｅ）イオン源からの所定の質量のイオンと他のイオンの
両方を捕捉するために 、前記注入軌道から離れて位置決
められたイオンコレクタ(120)と、 ｆ）前記分析磁石に連結され、ウエハが処理されないと
き、所定の質量のイオンと他のイオンの両方を前記イオ
ン源からイオンコレクタに向けて移動させるために、前
記分析磁石によって生じた磁界を調整するための制御手
段(83) とを有することを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項１０】 制御手段は、ウェハが処理されていな
い時に分析磁石を消勢して、すべてのイオンが第１移動
経路に沿って進むことができるようにし、イオンコレク
タは、第１移動経路に沿って移動中のイオンを捕捉する
線上に置かれた構造体を含んでいることを特徴とする請
求項９のイオン注入装置。 - 【請求項１１】 分析磁石は磁石ハウジングを有してお
り、イオンコレクタは、所定の質量のイオンよりも大き
い質量及び小さい質量の両方のイオンを捕捉するように
磁石ハウジングに連結されている手段を有していること
を特徴とする請求項９のイオン注入装置。 - 【請求項１２】 第１移動経路に沿って移動中のイオン
を捕捉する線上に置かれた構造体には、イオンを捕捉す
るターゲットプレート(130) を設けており、さらにター
ゲットプレートに衝突するイオンビーム電流を監視する
手段を有している取り外し式コンテナ(132) が設けられ
ていることを特徴とする請求項１０のイオン注入装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US668955 | 1991-03-13 | ||
| US07/668,955 US5134299A (en) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | Ion beam implantation method and apparatus for particulate control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05109383A JPH05109383A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3134131B2 true JP3134131B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=24684429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04086472A Expired - Fee Related JP3134131B2 (ja) | 1991-03-13 | 1992-03-10 | 微粒子制御を行うイオンビーム注入方法および装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0503787B1 (ja) |
| JP (1) | JP3134131B2 (ja) |
| KR (1) | KR0139516B1 (ja) |
| DE (1) | DE69211583T2 (ja) |
| TW (1) | TW207028B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO1996041364A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Applied Materials, Inc. | Beam stop apparatus for an ion implanter |
| KR970052183A (ko) * | 1995-12-30 | 1997-07-29 | 김주용 | 이온 빔 각도 조정이 가능한 이온 주입기 |
| US5914494A (en) * | 1996-03-27 | 1999-06-22 | Thermoceramix, Llc | Arc chamber for an ion implantation system |
| US6022258A (en) * | 1996-03-27 | 2000-02-08 | Thermoceramix, Llc | ARC chamber for an ion implantation system |
| US5857889A (en) * | 1996-03-27 | 1999-01-12 | Thermoceramix, Llc | Arc Chamber for an ion implantation system |
| US6239440B1 (en) | 1996-03-27 | 2001-05-29 | Thermoceramix, L.L.C. | Arc chamber for an ion implantation system |
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| JP3449198B2 (ja) * | 1997-10-22 | 2003-09-22 | 日新電機株式会社 | イオン注入装置 |
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| KR100282492B1 (ko) * | 1998-04-13 | 2001-02-15 | 윤종용 | 불순물차단장치를구비하는이온주입장치 |
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| US6534775B1 (en) | 2000-09-01 | 2003-03-18 | Axcelis Technologies, Inc. | Electrostatic trap for particles entrained in an ion beam |
| US6525326B1 (en) | 2000-09-01 | 2003-02-25 | Axcelis Technologies, Inc. | System and method for removing particles entrained in an ion beam |
| US7009193B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-03-07 | Infineon Technologies Richmond, Lp | Utilization of an ion gauge in the process chamber of a semiconductor ion implanter |
| JP5429448B2 (ja) * | 2005-06-03 | 2014-02-26 | アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド | ビームストップ及びビーム調整方法 |
| US7655928B2 (en) * | 2007-03-29 | 2010-02-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion acceleration column connection mechanism with integrated shielding electrode and related methods |
| US7807984B2 (en) * | 2008-01-02 | 2010-10-05 | Applied Materials, Inc. | Ion implanters |
| CN107393796B (zh) * | 2017-06-16 | 2019-08-20 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种增大离子注入束流的离子发射装置及方法 |
Family Cites Families (13)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS612252A (ja) * | 1984-06-15 | 1986-01-08 | Hitachi Ltd | イオン打込装置 |
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| US4703183A (en) * | 1985-12-05 | 1987-10-27 | Eaton Corporation | Ion implantation chamber purification method and apparatus |
| US4724325A (en) * | 1986-04-23 | 1988-02-09 | Eaton Corporation | Adhesion cooling for an ion implantation system |
| US4812663A (en) * | 1986-07-25 | 1989-03-14 | Eaton Corporation | Calorimetric dose monitor for ion implantation equipment |
| US4761559A (en) * | 1986-09-24 | 1988-08-02 | Eaton Corporation | Ion beam implantation display method and apparatus |
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1991
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-
1992
- 1992-02-21 DE DE69211583T patent/DE69211583T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-02-21 EP EP92301490A patent/EP0503787B1/en not_active Expired - Lifetime
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- 1992-03-10 TW TW081101805A patent/TW207028B/zh active
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Also Published As
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