JPH08171883A - イオン注入装置用カーボン材料 - Google Patents

イオン注入装置用カーボン材料

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JPH08171883A
JPH08171883A JP6333847A JP33384794A JPH08171883A JP H08171883 A JPH08171883 A JP H08171883A JP 6333847 A JP6333847 A JP 6333847A JP 33384794 A JP33384794 A JP 33384794A JP H08171883 A JPH08171883 A JP H08171883A
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JP
Japan
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coating film
base material
graphite
carbon
ion implantation
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JP6333847A
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English (en)
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Taishin Horio
泰臣 堀尾
Masayuki Sato
正行 佐藤
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工性に優れ,黒鉛粒子の飛散がなく,コス
トが安いイオン注入装置用カーボン材料を提供するこ
と。 【構成】 黒鉛からなる基材部11と,該基材部11の
表面に被覆されたコーテイング膜12とよりなり,かつ
上記コーティング膜12は熱分解炭素により形成されて
いる。上記基材部11は20〜400℃における平均熱
膨張係数が1.8〜6.0×10-6/℃であり,かつそ
の異方比は1.25以下であることが好ましい。上記コ
ーティング膜12の厚みは20〜500μm,総灰分が
5ppm以下であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,イオン注入装置のイオ
ンガイド用のスリット部材等において使用される,イオ
ン注入装置用カーボン材料に関する。
【0002】
【従来技術】半導体デバイスの製造時には,性能確保の
面から,不純物の混入が抑止されねばならない。このた
め,原材料はもとより,製造装置についても不純物の発
生しないことが重要である。従って,半導体デバイスの
製造装置における構成部品は,半導体デバイスに対して
悪影響を与える成分を含まない材料からなることが要求
される。
【0003】ところで,半導体デバイスの製造工程にお
いては,イオン注入という工程がある。上記イオン注入
は,上記半導体デバイスの材料となるシリコンウェハー
中に,目的とする元素をイオン化して注入することであ
る。この時,上記イオン化した元素は,静電的に加速さ
れイオンビームとなっている。
【0004】上記イオン注入を行うイオン注入装置は,
注入する元素のイオンを生成するためのイオン源と,生
成したイオンをイオン源から引き出すのに必要なエネル
ギーを与える引き出し部と,引き出したイオンから必要
なものを選別する質量分析部と,イオンを加速しイオン
ビームを生成するための加速部と,上記イオンビームを
シリコンウェハー上に均一に走査するための走査部と,
シリコンウェハーにイオンを注入する注入室とから構成
されている。また,上記イオンビームが通過する経路に
は,イオンビームの誘導のために,スリット部材が設け
られている。
【0005】しかし,上記工程においてイオンビームに
不純物が混入すると,シリコンウェハー中に目的となる
元素以外の元素が注入されてしまう。不純物を含むシリ
コンウェハーを用いて製造された半導体デバイスは,性
能が劣悪となるおそれがある。特に,鉄,バナジウム等
の金属元素,硫黄のような陰性元素の混入が悪影響を及
ぼしやすい。そこで,上記イオン注入装置の各部品は,
上記物質がイオンビームに混入しないよう材質上の配慮
がなされている。
【0006】このため,従来,イオン注入装置のスリッ
ト部材,シリコンウェハーを支持するクランプ等の,イ
オンビームに対して直接または間接的に晒される部分の
部品には,シリコンウェハーの品質に悪影響を及ぼしに
くい物質で,かつ容易に高純度材質の確保が可能な黒鉛
材料が利用されている。
【0007】しかし,黒鉛材料は微細な黒鉛の粒子が集
合することにより構成された柔らかい組織を有する。こ
のため,上記黒鉛材料はイオンビームに晒されることに
より表面が削られ,削られた黒鉛が微細な粒子となって
装置内に飛散するおそれがある。上記現象が発生する
と,黒鉛材料が極微量ながら含有する鉄,バナジウム等
がイオンビームに混入してしまう。従って,上記装置に
よって製造されたシリコンウェハーを使用した半導体デ
バイスの性能を低下させる。
【0008】上記問題点に対応するために,イオン注入
装置における部品用の黒鉛材料として,無定形の均質な
連続稠密組織を有するガラス状カーボンを使用すること
が提案されている(特開平5−246703号)。上記
ガラス状カーボンによるイオン注入装置の部品は以下の
ようにして製造される。
【0009】まず,原料となるフェノール樹脂を成形
し,板状体となす。しかる後,上記板状体を高純度黒鉛
板ではさみつけ,これを電気炉に詰める。更に,上記黒
鉛板等の周囲を高純度黒鉛粉で被包する。次に,電気炉
を昇温し上記黒鉛板等に炭化焼成処理を施す。続いて,
上記電気炉内に塩素ガスを導入し,炭化焼成処理の時よ
りも温度を上げる。上記過程は不要な不純物を燃焼させ
る後純化工程であり,この工程を経て,不純物を殆ど含
まないガラス状カーボンが完成する。
【0010】最後に上記ガラス状カーボンを所望の形状
に加工してイオン注入装置の部品とする。上記ガラス状
カーボンはイオンビームに晒されても表面から黒鉛の微
粒子がほとんど飛散しないという利点がある。
【0011】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記ガラス状
カーボンは硬く,加工が困難で所望の形状の部品を得る
ことが困難である。例えば,上記スリット部材は,板状
材料の中央をくり抜く必要があり,切削加工が困難であ
る。また,上記ガラス状カーボンは製造工程が複雑であ
り,製造コストが高い。更に製造工程中には後純化工程
も必要であり,一層ガラス状カーボンの製造を複雑にし
ている。
【0012】本発明は,かかる問題点に鑑み,加工性に
優れ,黒鉛粒子の飛散がなく,コストが安いイオン注入
装置用カーボン材料を提供しようとするものである。
【0013】
【課題の解決手段】本発明は,黒鉛からなる基材部と,
該基材部の表面に被覆されたコーテイング膜とよりな
り,かつ上記コーティング膜は熱分解炭素により形成さ
れていることを特徴とするイオン注入装置用カーボン材
料にある。
【0014】上記コーティング膜を基材部に形成させる
方法としては,例えばCVD法(Chemical V
apor Deposition)により行うことがで
きる。上記方法の一例としては,まず基材部を準備し,
これを反応炉に封入して加熱する。その後,上記反応炉
中に炭化水素ガスを導入する。上記炭化水素ガスは熱に
よりガスを構成する分子の結合が解かれ,炭素及び低分
子量の炭素化合物よりなる「熱分解炭素」を発生する。
次に,上記熱分解炭素が上記基材部と接触反応し,基材
部表面において膜状の構造を形成する。これにより,上
記基材部の表面上に熱分解炭素のコーティング膜が形成
される。
【0015】上記反応炉内の圧力は300Torr以下
であることが好ましい。反応炉内の圧力が300Tor
rよりも大きい場合には,基材部に形成されたコーティ
ング膜の平滑性が不良となるおそれがある。また,上記
炭化水素ガスとしてはメタン,プロパン等が好ましい。
更に,上記炭化水素ガスは,濃度調整及び反応炉内に炭
化水素ガスを導入し易くするために,キャリアガスとと
もに容器内に注入される。上記キャリアガスとしては水
素ガス等が好ましい。
【0016】上記基材部は,あらかじめ所望の形状に成
形された黒鉛を用いることが好ましい。次に,上記基材
部は20〜400℃における平均熱膨張係数が1.8〜
6.0×10-6/℃であり,かつその異方比は1.25
以下であることが好ましい。基材部の平均熱膨張係数が
上記範囲内である場合には,基材部とコーティング膜と
の熱膨張の差違に基づき,カーボン材料全体に亀裂,そ
り,ゆがみ等が発生するということがない。また,上記
そり,ゆがみ等により,コーテイング膜が剥離するおそ
れもない。また,上記平均膨張係数が1.8〜3.5×
10-6/℃の場合には,一層優れた上記効果を得ること
ができる。
【0017】上記異方比とは,物質の物性が方向によっ
て異なる場合に,その差異を比率によって示したもので
ある。上記基材部の異方比が1.25より大きい場合に
は,材料に不均一な応力が与えられた場合に,大きなそ
り,ゆがみ等を生じるおそれがある。
【0018】上記コーティング膜の厚みは20〜500
μmであることが好ましい。上記コーティング膜の厚み
が20μmよりも薄い場合には,イオン注入装置に用い
た場合,コーティング膜の耐消耗性が低く,膜寿命が短
くなるおそれがある。また,厚みが500μmよりも厚
くなると,コーティング膜が基材部から剥離するおそれ
がある。
【0019】次に,上記コーティング膜は総灰分が5p
pm以下であることが好ましい。上記総灰分とは,コー
ティング膜の純度特性を示す数値,例えば,鉄,ニッケ
ル,コバルト,バナジウム等の不純物の含有量を示して
いる。総灰分が5ppmよりも多い場合には,コーティ
ング膜中の無機不純物が多く,コーティング膜の脱落等
が発生した場合に,シリコンウェハーを汚染する物質が
飛散するおそれがある。
【0020】
【作用及び効果】本発明のイオン注入装置用カーボン材
料は,黒鉛からなる基材部の表面に熱分解炭素よりなる
コーティング膜が設けられたものである。そのため,基
材部である黒鉛を所望の部品形状に予め加工し,その表
面にコーティング膜を設けることにより,容易にイオン
注入装置の部品を製造することができる。そして,黒鉛
は柔らかく加工性に優れている。それ故,小さく,形状
が複雑である部品の製造も容易であり,全体として加工
性に優れている。
【0021】また,上記カーボン材料の表面はコーティ
ング膜で被覆されているために,その表面は従来使用さ
れている黒鉛材料のごとき粒子集合系とは異質の,緻密
組織となっている。このため,イオンビームに晒される
場合においても,材料表面から黒鉛粒子の脱落が発生す
ることがない。
【0022】更に,本発明はカーボン材料表面のみがコ
ーティング膜で被覆されている。このため,コーティン
グ膜の形成にあたって,例えばCVD法等の安価で,大
量生産に向いた製造工程をとることが可能である。更
に,基材部を構成する黒鉛材料は安価である。従って,
コストが安い。したがって,本発明によれば,加工性に
優れ,黒鉛粒子の飛散がなく,コストが安いイオン注入
装置用カーボン材料を提供することができる。
【0023】
【実施例】本発明の実施例にかかるイオン注入装置用カ
ーボン材料につき,図1,図2を用いて説明する。本例
のカーボン材料は,イオン注入装置のイオン源から供給
されたイオンビームを,シリコンウェハーまでの通過経
路において誘導するために設けられた,スリット部材1
として使用されるものである。
【0024】図1に示すごとく,本例のスリット部材1
は,黒鉛からなる基材部11と,該基材部11の表面に
被覆されたコーテイング膜12とよりなる。上記コーテ
ィング膜12は熱分解炭素により形成されている。上記
基材部11は20〜400℃における平均熱膨張係数が
2.8×10-6/℃であり,かつその異方比は1.05
である。また,上記コーティング膜12の厚みは50μ
m,総灰分は3ppmである。
【0025】図1,図2に示すごとく,上記スリット部
材1は,中央部にイオンビーム誘導用の窓20を設けた
もので,縦10cm,横20cm,厚さ8mmの薄板で
ある。また,上記窓20は縦3cm,横7cmの大きさ
である。
【0026】次に,上記スリット部材1をCVD法によ
り製造する方法につき説明する。まず,黒鉛材料からな
る基材部を準備する。上記基材部は,前述した20〜4
00℃における平均熱膨張係数が2.8×10-6/℃で
あり,かつその異方比が1.05である黒鉛材料を使用
する。上記黒鉛材料は,コークス等のフィラーをピッチ
等のバインダーをねっ混し,ラバープレス法(静水圧成
形)にて所定形状に成形した後,焼成及び黒鉛化を行う
ことによって作製される。上記基材部は,上記黒鉛材料
を形状加工した後ハロゲンガス等による純化処理を行な
い,作製される。
【0027】次に,上記基材部を20Torrに減圧さ
れ,2000℃に加熱された反応炉内に封入する。上記
炉内にキャリアガスとして水素ガスを使用し,プロパン
を供給する。熱によりプロパンから熱分解炭素が発生
し,これが基材部の表面に膜を形成する。これにより,
基材部の全面が熱分解炭素のコーティング膜で覆われ
た,スリット部材1を得る。
【0028】次に,本例における作用効果につき説明す
る。本例のイオン注入装置用カーボン材料は,CVD法
により,黒鉛からなる基材部の表面に熱分解炭素よりな
るコーティング膜を設けられたものである。そのため,
基材部である黒鉛を所望の部品形状に予め加工し,その
表面にコーティング膜を設けることにより,容易にイオ
ン注入装置の部品を製造することができる。そして,黒
鉛は柔らかく加工性に優れている。それ故,本例のカー
ボン材料は,全体として加工性に優れている。
【0029】また,上記カーボン材料表面は熱分解炭素
からなる硬いコーティング膜によって被覆されている。
このため,材料表面は緻密な組織を構成し,黒鉛等の粒
体集合系とは異なる。このため,イオンビームに晒され
る場合においても,材料表面から黒鉛粒子の脱落が発生
することもない。
【0030】更に,本例はカーボン材料の表面のみにコ
ーティング膜が形成されている。このため,CVD法を
利用して,容易に本例のカーボン材料の大量生産を行う
ことができる。また,基材部は安価な黒鉛材料で構成さ
れている。従って,コストが安い。
【0031】イオン注入装置に用いられるスリット部材
は,高エネルギーのイオンビームに晒され,常時加熱さ
れているのと同様の状態に置かれている。本例のカーボ
ン材料の基材部は,ほぼ一定の大きさの平均熱膨張係数
と異方比を有している。このため,本例のカーボン材料
からなるスリット部材は,基材部とコーティング膜の熱
膨張の差異に基づき亀裂,そり,ゆがみ等が発生するお
それがない。また,上記そり,ゆがみ等によるコーテイ
ング膜の剥離も発生しない。従って,本例のカーボン材
料からなるスリット部材は耐久性に優れている。
【0032】更に,本例のカーボン材料のコーティング
膜は,その総灰分の値が低いので,シリコンウェハーの
品質低下を引き起こすほどの量の無機不純物が飛散する
こともない。また,コーティング膜の厚みも適切であ
り,薄いために耐久性に劣ったり,また厚すぎて基材部
からの剥離が発生するということもない。上記のごと
く,本発明によれば,加工性に優れ,黒鉛粒子の飛散が
なく,コストが安いイオン注入装置用カーボン材料を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1におけるイオン注入装置のスリット部
材の断面図。
【図2】実施例1におけるイオン注入装置のスリット部
材の斜視図。
【符号の説明】
1...スリット部材, 11...基材部, 12...コーティング膜, 20...窓,

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 黒鉛からなる基材部と,該基材部の表面
    に被覆されたコーテイング膜とよりなり,かつ上記コー
    ティング膜は熱分解炭素により形成されていることを特
    徴とするイオン注入装置用カーボン材料。
  2. 【請求項2】 請求項1において,上記基材部は20〜
    400℃における平均熱膨張係数が1.8〜6.0×1
    -6/℃であり,かつその異方比は1.25以下である
    ことを特徴とするイオン注入装置用カーボン材料。
  3. 【請求項3】 請求項1において,上記コーティング膜
    の厚みは20〜500μmであることを特徴とするイオ
    ン注入装置用カーボン材料。
  4. 【請求項4】 請求項1において,上記コーティング膜
    は総灰分が5ppm以下であることを特徴とするイオン
    注入装置用カーボン材料。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003017435A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Ibiden Co Ltd ガラス状炭素被覆イオン注入装置用部材
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Effective date: 20040622