JP4915621B2 - イオン注入機に用いるイオン源 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、半導体処理装置に関し、特に、イオン注入機及びこのようなイオン注入機のためのイオン源に関する。

イオン注入機は、シリコンウエハ等の加工物を処理するのに用いられることが知られている。このようなウエハがイオンビームに衝突されると、シリコンウエハは、選択的にイオン不純物にドープされ、ウエハの元のシリコン材料から半導体材料を作り出す。このようなウエハを用いて、複雑な集積回路を作り出すことが知られている。小さな寸法上に形成される回路素子は、マスキング技術により作られ、この技術は、シリコンの露出を選択的に制限して、イオン源からのイオンを用いてウエハに衝突させる。

イオン注入機は、一般的に、その意図した用途により異なるカテゴリーに分けられる。１つのクラスのイオン注入機は、適当な形状のイオンビームに対して移動する多数のウエハを支持する支持体を有する。別のイオン注入機は、一度に１つのウエハを処理する。このような所謂シリアル型の注入機では、単一のウエハが、前後に移動する１つの支持体に取り付けられ、イオン源から薄いリボン形状のイオンビームを入来させる。

２つの形式のイオン注入機は、一般的に、ガス状または固体のボロン等のイオン源材料をイオン化し、そして、イオン種を選択的に加速しかつ選別して、制御されたドーズ量とエネルギーを有する、リボン型またはペンシル型のビームを形成する。一般的なイオン源は、イオン注入機のために、頻繁に交換される部品である。このイオン源は、アーク室を含み、このアーク室内に取り付けられたフィラメントによってイオン源材料がイオン化される。プラズマイオンが作り出されて、それが、アーク室から引き出されて加速される。このアーク室では、ガス状のイオン源材料を用いて、大気圧のイオン源から低い圧力のアーク室にガスが導かれる。従来技術では、アーク室がを交換する場合、ガス源とアーク室の間の雰囲気圧力を維持することができない。

本発明は、イオン源に関連して配置された加工物支持体と、イオン源から加工物支持体にイオンを供給するための搬送装置を含む半導体処理装置を用いるのに適したイオン源を提供する。

本発明は、アーク室内にイオン源材料を導いてイオン化させるアーク室と、このアーク室に取り付けられるアーク室本体と、イオン源からのガスを受け入れるガス入口と、アーク室内に開口するガス出口と、ガス入口の領域でアーク室本体とシール係合するアーク室支持体と、ガス源からガス入口にガスを導くガス供給ラインとを含んでおり、
前記アーク室本体は、前記ガス入口の領域内における前記アーク室支持体の適合表面に係合する、平坦な表面を含み、前記アーク室本体の平坦な表面と、前記ガス入口回りの前記アーク室支持体における前記適合表面との間でシール係合するためのシール部材を含んでいることを特徴とする。

ここで開示するイオン源は、イオン源の交換を容易にし、これにより、イオン注入機の休止時間が長くなるのを避ける。開示された実施形態の上記及び他の利点及び特徴は、図面と共に以下に記載されている。

図１は、ターミナル１２、ビームラインアセンブリ１４、及びエンドステーション１６を有するイオン注入システム１０の概略図である。ターミナル１２は、イオンビーム３０を作り出し、そしてこのイオンビーム３０をビームラインアセンブリ１４に導くイオン源１８を含む。イオン源１８は、イオン源ハウジング２２に取り付けられる。適当なイオン源材料が、ガス源３１によってガス化され、ガス供給ライン２６を介して供給される。

ビームラインアセンブリ１４は、ビームガイド３２と質量分析器２８とからなり、これにより、磁界が、分析開口３４を通ってエンドステーション１６内の加工物４０（例えば、半導体ウエハ、ディスプレイパネル等）に適切な電荷質量比のイオンが通過するように形成される。イオン源１８は、電荷イオンを発生し、これらのイオンは、イオン源１８から引き出されて、イオンビーム３０を形成し、ビームアセンブリ１４内のビーム径路に沿ってエンドステーション１６に向かう。イオンビーム径路は、一般的に排気されており、イオンがビーム径路から偏向してエア分子に衝突する確率を低下させる。

低エネルギーイオン注入機は、一般的に、数千電子ボルト（keV）から80〜100 keV
までのイオンビームを供給するように設計されている。一方、高エネルギーイオン注入機は、質量分析器２８とエンドステーション１６の間のリニア加速器（リナック）（図示略）を用いることができ、質量分析されたビーム３０を寄り高いエネルギー、一般的に、数百keVに加速する。ここで、直流加速も可能である。高エネルギーイオン注入機は、一般的に、加工物４０内に深く注入するために用いられ、反対に、高電流、低エネルギーのイオンビーム４０は、一般的に、高いドーズ量で浅くイオン注入する場合に用いられる。

エンドステーション１６の形式もイオン注入機によって異なる。バッチ式のエンドステーションは、回転支持構造体上に多数のウエハ４０を同時に支持することができる。全ての加工物４０が完全に注入されるまで、加工物は、イオンビームの経路上で回転する。一方、シリアル型エンドステーションは、イオン注入のためのビーム径路に沿って単一の加工物４０を支持する。これにより、多数の加工物４０は、シリアル型で、１度に１づつイオンが注入される。そして、各加工物４０は、次の加工物４０のイオン注入が開始される前に完全に注入される。

図１に例示するイオン注入システム１０は、シリアル型エンドステーション１６を含み、ビームラインアセンブリ１４は、横方向スキャナー３６を含み、このスキャナーは、比較的狭い形状（例えば、ペンシル型ビーム）を有するイオンビームを受け入れ、そして、ビーム３０を細長いリボン形状に広げるために、X方向にイオンビーム３０を前後にスキャンさせる。このリボン形状のビームは、効果的なX方向幅、即ち、加工物４０と少なくとも同等の広さを有する。このリボンビーム３０は、平行器３８を通過し、加工物４０（例えば、平行化ビーム３０は、一般的に加工物表面に直交している。）に向けてZ方向にほぼ平行に向けられる。加工物４０は、機械的に別の直交方向（即ち、図１の紙面を貫通するY方向）に並進する。機械的な作動装置（図示略）は、スキャナー３６によってX方向へのスキャン中、加工物をY方向に並進させる。これにより、ビーム３０は、加工物の露出した全表面に衝突する。角度付けされた注入に対して、ビーム３０と加工物４０の相対的な方向を調整することができる。

イオン源
図２〜図１５は、イオン源１８のさらなる詳細を開示する。イオン源は、アーク室に供給されるイオン源材料をイオン化するためのアーク室１１０を有する。このアーク室内に、フィラメント(図示略)または他のエネルギー源によって、プラズマが作り出される。アーク室１１０は、１つの領域１１２を定め、そして、領域内のイオンを排出できる出口開口１１４を形成し、そして、イオンをエンドステーションに向って移動経路に沿って加速する。アーク室フランジ１２０は、アーク室に取り付けられ、ガス入口を形成する第１表面を有し、このガス入口は、ガス源３０からイオン化可能ガスを受け入れる。フランジ１２０に結合されたチューブ１２６は、ガスをガス入口からアーク室の内部に開口するガス出口１３０に導く。アーク室１１０と、このアーク室に接続されたフランジ１２０は、ユニットとして、周期的な間隔で交換することができる。

イオン源１８のためのハウジング２２は、適合表面１４４を有するイオン源フランジ２０を含み、この適合表面は、ガス入口１２４の領域の回りでフランジの第１表面１２２にシール係合する。フランジ１４２は、ガス入口と整合する貫通路１４６を有する。ガス供給ライン２６は、貫通路１４６を介してガス源３０からのガスを導き、そして、アーク室フランジのガス入口内に導く。

フランジ１４２は、細長いチューブ１５２によってハウジング２２内に支持されて、このチューブは、アーク室を離れるイオンの移動経路を取り囲んでいる。細長いチューブ１５２は、ハウジング２２の内壁に取り付けられる。アーク室フランジ１２０と支持体フランジ１４２は、アーク室の円周方向外側に延びている。この２つのフランジは、互いに、周回りのシール領域に沿って係合しており、チューブ１５２内のイオン注入機の領域内を真空に維持するのに役立つ。フランジ１２０,１４２の外側は、イオン注入機の動作中、大気圧に維持される。例示的な実施形態では、周回りのシール領域は、Ｏリングシール１６２によって実施され、このＯリングは、フランジ表面１２２上に僅かに延在しているフランジ１２０内の溝に配置される。入口ポート１２４は、Ｏリングシールの半径方向内側にあり、かつフランジ表面１２２上に僅かに延在する溝内に配置された、より小径のＯリング１６３によって取り囲まれている。

図１２は、支持体に取付けられたアーク室を備える２つのフランジを示している。
ピン１５４，１５６を配置することにより、シール１６２，１６３の正しいかみ合いを確実にする。Ｏリング１６２によって達成される周回りシールは、大気圧シールであり、高い真空を大気圧とを分離するために、非常に低い漏れを保たなければならない。Ｏリング１６３によって維持される入口１２４回りのシールは、低圧力シールである。したがって、シールは、ガスライン１５０を介してアーク室へガスを流すことによって作られる圧力差に耐えられなければならない。このシールを通過する数％の漏れは、処理ガスのロスを導くものであるが、注入機の性能を減じるものではない。Ｏリング１６３によって達成されるシールは、適度の品質のものでよい。

アーク室は、頻繁に交換される消耗部品である。アーク室の交換中、少なくとも１つのガスライン接続を壊さなければならない。開示した実施形態によれば、両シール１６２,１６３の回りの接続が壊される。この外部ガスラインは、フランジ１４２に接続されたままで、ガス接続のために必要とされる高い品質のシールが要求される。使用中、２つのフランジは、真空度を上げるとき初期シーリングに対してＯリング１６２，１６３を押圧する、適切な締結具（図示略）によって保持される。アーク室が交換されるとき、これらの締結具は緩められ、そして、ガス供給ライン２６を取り除くことなく、アーク室を除去しかつ交換できるように、チューブ１５２内の容積を取り除くために通気される。

本発明は、特色性の度合いによって記載してきた。しかし、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に入る開示された構成からの全ての変更及び修正を含むものである。

本発明に従って構成されたイオン注入機の上部から見た概略図である。 イオン源のアーク室を示す側面図である。 図２のイオン源アーク室の底面図である。 図３の4−4線から見た断面図である。 イオン源アーク室の側面図である。 イオン源アーク室の上面図である。 アーク室支持体の側面図である。 図７の支持体の底面図である。 図８の9−9線から見た図である。 図７の支持体の側面図である。 図７の取付けフランジの上面図である。 互いに係合するアーク室と支持体の側面図である。 図１２の平面図である。 図１３の14−14線から見た断面図である。 アーク室の交換中、アーク室とアーク室支持体が分離している状態を示す断面図である。

Claims (11)

1. イオン源、加工物支持体、及び前記イオン源から前記加工物支持体の領域にイオンを供給する搬送装置を有する半導体処理装置に使用するための装置において、
   イオン源材料を室内に導いてイオン化し、かつこの室に取り付けられるアーク室本体、ガス源からガスを受け入れるガス入口、及び前記室内部に開口するガス出口を含んでいるアーク室と、
   前記ガス入口の領域で前記アーク室本体をシール係合し、かつ前記ガス源から前記ガス入口にガスを導くためのガス供給ラインを含むアーク室支持体と、を含んでおり、
   前記アーク室本体は、前記ガス入口の領域内における前記アーク室支持体の適合表面に係合する、平坦な表面を含み、
   前記アーク室本体の平坦な表面と、前記ガス入口回りの前記アーク室支持体における前記適合表面との間でシール係合するためのシール部材を含んでいることを特徴とする装置。
2. 前記アーク室本体と前記アーク室支持体は、外側に延在する第１、第２のフランジを含み、該２つのフランジは、前記アーク室の半径方向外側にある周回り領域に沿って、互いに係合することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記平坦な表面と前記適合表面のいずれかに係合するとき、前記２つのフランジの一方が押圧されることによって支持される可撓性材料のシールを含むことを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記ガス入口の領域の回りに、前記第１、第２のフランジ間でシール係合する可撓性材料のシール部材をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の装置。
5. イオン源、加工物支持体、及び前記イオン源から前記加工物支持体の領域にイオンを供給する搬送装置を有する半導体処理装置に使用するための装置において、
   前記搬送装置にイオンを導くための出口開口を形成する室内にイオン源材料を導いてイオン化し、かつこの室に取り付けられるアーク室フランジと、ガス源からガスを受け入れるガス入口及び前記室内部に開口するガス出口を形成する第１表面と、を含んでいるアーク室、
   前記ガス入口の領域で前記アーク室フランジの前記第１表面にシール係合する適合表面と、前記ガス入口に整合する貫通路と、を有する支持体フランジを含んでいるアーク室支持体、および、
   ガス源から前記支持体フランジの貫通路を通って前記アーク室フランジのガス入口内にガスを導くガス供給ライン、を含んでいることを特徴とする装置。
6. 前記アーク室支持体は、前記アーク室出口から出るイオンを取り囲む延長部分を含み、前記アーク室フランジと前記支持体フランジが、前記アーク室の円周方向外側に伸び、かつ両フランジが、周回りのシール領域に沿って互いに係合して、前記周回りのシール領域の一面側にイオン注入機の真空領域を維持し、また、前記周回りのシール領域の他面側が大気圧に維持されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記周回りのシール領域は、前記２つのフランジの一方に設けた溝内にＯリングシールを含んでいることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 搬送装置にイオンを導くための出口開口を形成する室内にイオン源材料を導いてイオン化し、かつこの室に取り付けられるアーク室フランジと、ガス源からガスを受け入れるガス入口及び前記室内部に開口するガス出口を形成する第１表面と、を含んでいるアーク室、
   前記ガス入口の領域で前記アーク室フランジの前記第１表面にシール係合する適合表面を有する支持体フランジと、前記ガス入口に整合する貫通路と、を含んでいる支持体、
   および、
   ガス源から前記支持体フランジの貫通路を通って前記アーク室フランジのガス入口内にガスを導くガス供給ライン、を含んでいることを特徴とするイオン源。
9. イオン源、加工物支持体、及び前記イオン源から前記加工物支持体の領域にイオンを供給する搬送装置を有する半導体処理装置に使用する方法であって、
   一部分がイオンの移動経路との境界を定め、前記移動経路との境界を定める前記一部分から半径方向外側に支持体フランジを含み、さらに、前記支持体フランジから延在するガス貫通路を含んでいる１つの支持体を配置し、
   前記支持体フランジに設けた貫通路にイオン化ガスを導くための導管を設け、
   アーク室のガス入口が前記支持体フランジの貫通路に整合するように、ガスをイオン化するためのイオン源用の前記アーク室を前記支持体に取り付ける、各工程を含んでいることを特徴とする方法。
10. 前記支持体フランジと前記アーク室のガス入口との間でシール係合する工程を更に含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記アーク室は、前記支持体フランジの周囲に前記支持体フランジと係合するアーク室フランジを含み、前記アーク室フランジと前記支持体フランジとの間の周辺領域をシール係合させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。

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