JP4556346B2

JP4556346B2 - イオン注入機

Info

Publication number: JP4556346B2
Application number: JP2001149530A
Authority: JP
Inventors: 勝浩大野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP2002343299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオン注入機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、多価イオンをシリコンウェハ（シリコン基板）に注入するイオン注入機では、図３に示すように、イオン発生器５０と前段加速管（図示略）と分析器５１と後段加速管（または減速管）５２と注入室５３を備え、イオン発生器５０および前段加速管→分析器５１→後段加速管（または減速管）５２→ウェハ（シリコン基板）５４へとイオンが通過していく。このイオン通過過程において、所望の多価イオン以外のイオン（例えば、２価イオンに対する１価イオンや中性イオン）が発生する。そのため、注入室５３の内部におけるウェハ５４の手前に磁場または電場発生器５５を設置し、所望の加減速を終えたイオンに所定の磁場または電場をかけて所望の多価イオンのみを取り出してウェハ５４に注入している。または、分析器５１の直後に電場発生器を設け、さらにイオンビームスキャン時にビーム軌道にオフセット角を設けて所望の多価イオンのみを取り出してウェハ５４に注入している。一般に、この機能を有する装置を中電流イオン注入機と呼んでいる。
【０００３】
この技術によって所望の多価イオン以外のイオンを０．数％〜２％程度に抑えることができるが、磁場や電場をイオンにかけることで制御する方式を採っているため、単位時間当たりに大量のイオンを注入することができない。具体的には、注入条件によっては約２０ｓｅｃ／枚以上の注入時間を要し、通常の１価イオンの注入時間に比べて約２倍の処理時間が必要となる。
【０００４】
これに対して大電流イオン注入機では、単位時間当たりに大量のイオンを注入することが可能であるが、反面、単位時間当たりに大量にイオン注入することから、ウェハの直前で磁場や電場をかけることは装置コストやフットプリント（設床面積）の面で実用的でない。そのため、多価イオンの注入が再現よくできない問題がある。
【０００５】
また、高ドーズ量のイオン注入を行う大電流イオン注入機では、ＢＦ₂ ⁺等の分子イオンを注入する場合、図４に示すように、（ｉ）として加速管５２（または減速管）での加減速の途中でＢ⁺，ＢＦ⁺等に解離する。また、（ii）として加速電圧を数ＫｅＶ以下でウェハ中にイオンを注入する場合、イオン注入機の原理上、一旦加速したイオンを減速して注入する必要が生じ、減速中にイオンが中性になる。この（ｉ）や（ii）により、ウェハ中に所望のイオン濃度分布が得られないことがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、新規な構成にて所望の多価イオンまたは分子イオンを大量に注入することができるイオン注入機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、加速管または減速管の内部において真空度がばらついており、加速管または減速管の内部で局所的に真空度の低くなった領域が在り、この局所的に真空度の低くなった領域に起因して各種の不具合が発生することを見出した。例えば、この領域に残留ガスが存在し、この残留ガスにより多価イオンの電荷が奪われ、目的の多価イオン以外のイオンができウェハに照射されてしまったり、あるいは、分子イオンが解離したり中性になったりする。
【０００８】
そこで、請求項１に記載の発明は、加速管または減速管に対しイオンの入口側通路を構成する部材とイオンの出口側通路を構成する部材のうちの少なくともいずれか一方に、真空ポンプを配置するとともに、当該部材の内部におけるイオン軌道を阻害しない位置に、加速管または減速管の内部での局所的に真空度の低くなった領域から真空ポンプへの真空引きを行うためのガイド部材を、入口側通路を構成する部材については同部材の側壁からイオンの流れ方向の下流側に向かって斜めに延びる態様で、出口側通路を構成する部材については同部材の側壁からイオンの流れ方向の上流側に向かって斜めに延びる態様で設置したことを特徴としている。
【０００９】
これにより、真空ポンプを用いて、加速管または減速管における局所的に真空度の低くなった領域の真空引きを行うことにより、例えば、残留ガスにより多価イオンの電荷が奪われて目的の多価イオン以外のイオンができウェハに照射されてしまうことを抑制することができる。あるいは、分子イオンが解離したり中性になったりすることを抑制することができる。
【００１０】
ここで、加速管または減速管は電位差を作り出すため絶縁物で構成されており金属で構成された真空ポンプを設置することができないが、本発明のように、真空ポンプを、加速管または減速管に対しイオンの入口側通路を構成する部材とイオンの出口側通路を構成する部材のうちの少なくともいずれか一方に配置し、ガイド部材を用いて真空ポンプへの真空引きを行うと、加速管または減速管における局所的に真空度の低くなった領域からの真空引きを実現することができるようになる。
【００１１】
以上のようにして、加速管または減速管における局所的に真空度の低くなりやすい領域の改善を図り、所望の多価イオンまたは分子イオンを大量に注入することができる。
【００１２】
また、請求項１に記載のイオン注入機において、請求項２に記載のように、ガイド部材は板材よりなるものとすることができる。
さらに、請求項１または２に記載のイオン注入機において、請求項３に記載のように、真空引きを行う加速管を後段加速管とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施の形態におけるイオン注入機１の概略構成図（平面図）を示す。このイオン注入機１は大電流イオン注入機であり、高ドーズ量のイオン注入を行うことができる。
【００１４】
イオン注入機１は、イオン発生器２と、図示しない前段加速管と、分析器３と、後段加速管４と、注入室５を備えている。イオン発生器２によりリン（Ｐ）イオンが発生する。具体的には、１価のＰ⁺と２価のＰ⁺⁺が発生する。このイオン発生器２で発生したイオン（Ｐ⁺，Ｐ⁺⁺）は、図示しない前段加速管で加速される。
【００１５】
分析器３は、イオン発生器２で発生したＰ⁺，Ｐ⁺⁺のうち注入に必要な多価イオンＰ⁺⁺を選別する。後段加速管４は、分析器３の後においてイオンにエネルギーを与えるためのものである。この後段加速管４は、絶縁物と電極から構成され、電圧を印加して電極間に形成される電場によりイオンを加速させる。
【００１６】
注入室５にはシリコンウェハ（半導体ウェハ）６が配置され、このウェハ６に対し後段加速管４からのイオンが照射されてイオン注入が行われることになる。また、分析器３と後段加速管４とはイオン通路８によってつながっている。本例においては、イオン通路８が後段加速管４に対しイオンの入口側通路を構成する部材となり、また、注入室５が後段加速管４に対しイオンの出口側通路を構成する部材となっている。さらに、真空を生成するための部材として、イオン発生器２に真空ポンプ７が、イオン通路８に真空ポンプ９が、注入室５に真空ポンプ１０が設置されている。
【００１７】
さらに本実施形態においては、イオン通路８の側壁には真空ポンプ１１が配置され、同真空ポンプ１１によりイオン通路８の側壁から真空引きをすることができるようになっている。真空ポンプ１１には、例えば、ターボポンプやクライオポンプが用いられる。イオン通路８の内部において、ガイド板（ガイド部材）１２がイオン軌道を阻害しない位置に設置されている。詳しくは、板材としてのガイド板１２は第１プレート部１２ａと第２プレート部１２ｂからなり、第１プレート部１２ａがイオン通路８の側壁からイオンの流れ方向の下流側に向かって斜めに延び、さらに、第２プレート部１２ｂが第１プレート部１２ａの先端からイオンの流れ方向の下流側に向かって斜めに延びている。このガイド板１２により、後段加速管４の内部における局所的に真空度が低くなっている領域（後段加速管４の内部における入口側での外周部）から真空ポンプ１１への真空引きを行って当該領域での真空度を高くすることができる。
【００１８】
また、注入室５の側壁には真空ポンプ１３が配置され、同真空ポンプ１３により注入室５の側壁から真空引きをすることができるようになっている。真空ポンプ１３には、例えば、ターボポンプやクライオポンプが用いられる。注入室５の内部において、ガイド板（ガイド部材）１４がイオン軌道を阻害しない位置に設置されている。詳しくは、板材としてのガイド板１４は第１プレート部１４ａと第２プレート部１４ｂからなり、第１プレート部１４ａが注入室５の側壁からイオンの流れ方向の上流側に向かって斜めに延び、さらに、第２プレート部１４ｂが第１プレート部１４ａの先端からイオンの流れ方向の上流側に向かって斜めに延びている。このガイド板１４により、後段加速管４の内部における局所的に真空度が低くなっている領域（後段加速管４の内部における出口側での外周部）から真空ポンプ１３への真空引きを行って当該領域での真空度を高くすることができる。
【００１９】
ここで、真空ポンプ１１，１３を後段加速管４ではなくイオン通路８と注入室５に設置したのは、後段加速管４は電位差を作り出すため絶縁物で構成されており、金属で構成された真空ポンプは設置することができないからである。
【００２０】
このように、従来、図３の後段加速管５２の内部において真空度がばらついており、後段加速管５２の内部で局所的に真空度の低くなった領域が在り、この局所的に真空度の低くなった領域においては残留ガスが存在し、この残留ガスにより多価イオン（Ｐ⁺⁺）の電荷が奪われ、目的の多価イオン以外のイオンができウェハ５４に照射されてしまう。これに対し本実施形態においては次のようになる。
【００２１】
まず、図１の真空ポンプ１１，１３を用いて、多価イオンがイオンの加速中に１価イオンや中性イオンになる領域（後段加速管４における局所的に真空度の低くなった領域）の真空引きを行うことにより、残留ガスにより多価イオンの電荷が奪われて目的の多価イオン以外のイオンができウェハに照射されてしまうことを抑制することができる。また、図３における磁場または電場を作るための機器５５を不要とすることができ装置の簡素化を図ることができるとともに、単位時間当たりに大量のイオンを注入することができる。さらに、加速管は電位差を作り出すため絶縁物で構成されており金属で構成された真空ポンプを設置することができないが、本実施形態では、真空ポンプ１１，１３を、後段加速管４に対しイオンの入口側通路を構成するイオン通路８とイオンの出口側通路を構成する注入室５に配置し、ガイド板１２，１４を用いて真空ポンプ１１，１３への真空引きを行うことにより、後段加速管４における局所的に真空度の低くなった領域からの真空引きを実現することができる。
【００２２】
また、大電流イオン注入機においては単位時間当たりに大量にイオン注入することからウェハの直前で磁場や電場をかけることは装置コストやフットプリント（設床面積）の面で実用的でなく多価イオンの注入が再現よくできない問題があったが、本実施形態においてはウェハの直前で磁場や電場をかけることなく多価イオンの注入を再現よく行うことができる。
【００２３】
このようにして、簡素な構成にて後段加速管４における局所的に真空度の低くなりやすい領域の改善を図り、所望の多価イオンを単位時間当たりに大量に注入することができることとなる。
【００２４】
図２には、イオン種として、分子イオンであるＢＦ₂ ⁺を用いた場合を示す。つまり、図１でのイオン発生器２における原料ガスや原料固体を代えることにより図２のごとくＢＦ₂ ⁺を生成した場合を示す。図２において図１と同一構成をなすものについては同一の符号を付すことによりその説明は省略する。
【００２５】
図２においては、後段加速管４での局所的に真空度の低くなった領域は真空ポンプ１１，１３およびガイド板１２，１４を用いて真空引きを行うことにより分子イオンが解離したり中性になったりすることを抑制することができる。これにより、ウェハ６中に所望のイオン濃度分布を得ることができる。
【００２６】
なお、図１，２では真空ポンプ（１１，１３）とガイド板（１２，１４）を、後段加速管４に対しイオンの入口側通路を構成する部材（イオン通路８）とイオンの出口側通路を構成する部材（注入室５）の両方に配置したが、後段加速管４に対しイオンの入口側通路を構成する部材とイオンの出口側通路を構成する部材のいずれか一方にのみ配置してもよい。
【００２７】
また、図１，２においては加速管４を用いる場合について説明したが、加速管４の代わりに減速管を用いる場合に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるイオン注入機の構成図。
【図２】実施の形態におけるイオン注入機の構成図。
【図３】従来のイオン注入機の構成図。
【図４】従来のイオン注入機の構成図。
【符号の説明】
１…イオン注入機、２…イオン発生器、３…分析器、４…後段加速管、５…注入室、６…シリコンウェハ（半導体ウェハ）、７…真空ポンプ、８…イオン通路、９…真空ポンプ、１０…真空ポンプ、１１…真空ポンプ、１２…ガイド板（ガイド部材）、１３…真空ポンプ、１４…ガイド板（ガイド部材）。

Claims

イオン発生器（２）で発生させた多価イオンまたは分子イオンを、電極間に形成される電場にてイオンを加速または減速する加速管（４）または減速管を通して半導体ウェハ（６）に照射するイオン注入機において、
前記加速管（４）または減速管に対しイオンの入口側通路を構成する部材（８）とイオンの出口側通路を構成する部材（５）のうちの少なくともいずれか一方に、真空ポンプ（１１，１３）を配置するとともに、当該部材（８，５）の内部におけるイオン軌道を阻害しない位置に、加速管（４）または減速管の内部での局所的に真空度の低くなった領域から前記真空ポンプ（１１，１３）への真空引きを行うためのガイド部材（１２，１４）を、前記部材（８）については同部材（８）の側壁からイオンの流れ方向の下流側に向かって斜めに延びる態様で、前記部材（５）については同部材（５）の側壁からイオンの流れ方向の上流側に向かって斜めに延びる態様で設置したことを特徴とするイオン注入機。
前記ガイド部材（１２，１４）は板材よりなることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
前記真空引きを行う加速管（４）は後段加速管であることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入機。