JPH10106478A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブッシングの交換が容易で、その交換時期の延
長が可能なイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 イオン源１１２を支持する支持板１１６
と、イオンビーム発生容器１２４との間に設けられるブ
ッシング１２０を、固定用の第１ブッシング１２０ａと
交換用の第２ブッシング１２０ｂとから構成する。ま
た、第２ブッシング１２０ｂの内壁面に突起部１２０
ｂ’を形成し、さらにこの突起部１２０ｂ’のイオンビ
ームの引き出し方向とは異なる側に所定の溝を設ける。
その結果、第２ブッシング１２０ｂの内壁面に反応生成
物が付着して電気的に導通した場合、第２ブッシング１
２０ｂのみを交換すればよく、交換作業が容易になる。
さらに、上記突起部１２０ｂ’及び溝を設けることで、
反応生成物が付着する時間が延長され、第２ブッシング
１２０ｂの交換時期が延長し、スループットが向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より提案されているイオン注入装置
について概略的に説明すると、まずアークチャンバなど
から成るイオン源内において、所定のガスをプラズマ化
し、このプラズマ中の正イオンを引き出し電極により所
定のエネルギーで引き出すことにより、イオンビームを
得る。このイオンビームに対して質量分析器により質量
分析を行って所望のイオンを分離し、さらに分解スリッ
トによりイオンの分離を完全に行う。そして、分離され
た所望のイオンのイオンビームを加速器を通じて最終エ
ネルギーにまで加速した後、被処理体に照射することに
より、半導体ウェハなどの被処理体の被処理面内に所望
の不純物を導入することができる。

【０００３】ところで、イオン源内での所定のガスのプ
ラズマ化は、例えばアークチャンバ内に対向する電極を
備えて、所定のガスを導入するとともに、それらの電極
に対して直流電力を印加することにより行われる。かか
るイオン発生部の構造を図５を参照しながら説明する
と、イオンビーム発生室１２を形成するイオンビーム発
生容器１４内には、支持板１６上に支持棒１７に支持さ
れるイオン源１０が収納されている。そして、イオンビ
ーム発生容器１４と支持板１６との間の接続部分には、
イオン源１０に印加される所定の高電圧の直流電力が、
イオンビーム発生容器１４に導通しないように絶縁する
ためのブッシング２２が設けられている。

【０００４】このブッシング２２は、略環状の絶縁性素
材、例えば樹脂から成り、その長手方向の断面形状は、
内壁面側が略波状で、外壁面側が略中央部に略山状の張
り出し部を有し、その張り出し部の両脇付近に略谷状の
溝が設けられた構成となっている。

【０００５】ところで、かかるブッシングの内壁面は、
イオンビーム発生室内に絶えず曝されているため、イオ
ン発生時に発生する各種反応生成物などの付着物がその
表面に付着する。ブッシングの内壁面に付着する反応生
成物の中には、導通性を有する物質も多く、かかる付着
物によりブッシングの内壁面に導通経路が形成される場
合には、表層電流が流れて絶縁破壊が生じ、高電圧の放
電が発生して装置に損傷を与えることがある。

【０００６】従って、導通経路が形成され、絶縁破壊が
生じる前にブッシングを交換、クリーニングしなければ
ならないが、その交換時には種々の問題が生じる。例え
ば、ブッシングの交換時には、被処理体に対してイオン
注入処理を施すことができないのはもちろんのこと、イ
オンビーム発生室内をはじめとするイオンビームの通過
領域内は、所定の減圧雰囲気が保たれているため、交換
時にその減圧雰囲気から大気圧雰囲気にする際、および
装着後再び所定の減圧雰囲気にする際に時間がかかる。
また、イオン注入処理時には、ブッシングをはじめとす
るその周辺の各部材が高温になるため、放冷後でないと
ブッシングの交換を行うことができない。さらに、ブッ
シングは重いため、その交換の際の取り外しまたは取付
作業が大変である。従って、ブッシングの交換を短期間
のうちに頻繁に行ったのでは、スループットの向上を図
ることはできない。

【０００７】そこで、ブッシングの交換頻度を下げるた
め、ブッシングの内壁面を凹凸、例えば略波状の形状に
形成するなどして、その表面積を拡大し、ブッシングの
内壁面における付着物による導通経路の形成時間を延長
することにより、ブッシングの交換タイミングの延長を
図ることが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、さらにブッシ
ングの交換頻度を下げるため、ブッシングの内壁面の形
状に手を加えて表面積をさらに大きくすることは、ブッ
シングの大きさによる制約や加工の容易性、およびその
加工コストなどの問題により困難である。また、ブッシ
ングの内壁面の形状の変更のみでは、ブッシングの交換
作業自体の難易性は変わらない。

【０００９】本発明は、従来のイオン注入装置が有する
上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、ブッ
シングを外筒部材と内筒部材とから構成することによ
り、その交換が容易となるだけでなく、交換時期の延長
が可能な、新規かつ改良されたイオン注入装置を提供す
ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、イオン源より発生したイ
オンを質量分析して所定のイオンを選択し、選択された
イオンを加速して被処理体内に注入するイオン注入装置
において、高電圧部をグランド部材から絶縁するブッシ
ングを備え、上記ブッシングは外筒部材と内筒部材とか
ら構成され、上記内筒部材は上記外筒部材に対して着脱
自在であるとともに、上記内筒部材は装着時に少なくと
も上記外筒部材の内壁面のうち装置内雰囲気に曝される
部分を覆うものであることを特徴としている。

【００１１】かかる構成によれば、イオン注入処理時
に、反応生成物がブッシングの内壁面に付着した場合、
ブッシングは外筒部材と内筒部材から構成されているた
め、反応生成物が付着した内筒部材のみを交換すればよ
く、交換作業が容易になる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、上記内筒
部材の内壁面は、凹凸面であることを特徴としているた
め、その内壁面の表面積が大きくなることにより反応生
成物の付着可能面積も拡大するため、内壁面に付着した
反応生成物により導通経路が形成される時間、すなわち
内筒部材の交換時期を延長することができる。

【００１３】さらに、請求項３に記載の発明は、上記内
筒部材の内壁面に、１または２以上の突起部が形成され
ており、上記突起部のイオン引き出し方向とは異なる側
に溝が形成されていることを特徴としているため、内筒
部材の内壁面の表面積がさらに大きくなるとともに、反
応生成物はイオン源において生成するため、その生成方
向と異なる側に溝が備えられることで、反応生成物がそ
の溝の内部に付着し難くなり、内筒部材の交換時期をさ
らに延長することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明にかかるブッシングをイオン注入装置に適用した
実施の一形態について詳細に説明する。なお、以下の説
明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素に
ついては、同一番号を付することにより、重複説明を省
略することにする。

【００１５】まず、図１を参照しながら、本実施の形態
にかかるイオン注入装置１００の全体構成について概略
的に説明する。イオン注入装置１００は、イオンビーム
発生室１０２、質量分析器１０４、イオン分離室１０
６、加速器１０８および処理室１１０が順次接続されて
いる。

【００１６】また、イオンビーム発生室１０２、質量分
析器１０４、イオン分離室１０６、加速器１０８および
処理室１１０は、お互いに連通するとともに、それぞれ
気密に構成されており、不図示の真空引き手段により、
イオンビーム発生室１０２内等を所定の減圧雰囲気、例
えば５×１０−７Ｔｏｒｒに保持することが可能なよう
に構成されている。

【００１７】以下、イオンビーム発生室１０２から順に
説明していくと、その内部には、略直方体状の筐体構造
を有する、アークチャンバなどのイオン源１１２が設け
られている。このイオン源１１２には、不図示のガス導
入管が接続されているとともに、その内壁面の対向した
面には、それぞれ例えばフィラメントから成る不図示の
電極が設けられている。従って、ガス導入管からそのイ
オン源１１２内に所定の処理ガス、例えばＢＦ３ガスが
導入されるとともに、電極に所定の高電流、例えば６０
Ａの直流電力が印加されると、処理ガスが解離してプラ
ズマが励起されるように構成されている。

【００１８】イオン源１１２の質量分析器１０４側の面
には、開口部が設けられているとともに、その開口部と
質量分析器１０４との間の所定の位置には、引き出し電
極１２６が設けられている。そして、この引き出し電極
１２６とイオン源との間に、不図示の直流電源から、所
定の高電圧、例えば５ｋＶの直流電力を印加することに
より、イオン源１１２内において励起されるプラズマ中
の正のイオンのみが、イオンビームとして質量分析器１
０４方向に引き出される。

【００１９】また、このイオン源１１２は、例えば４本
の略棒状の支持棒１１４を介して、略円盤状の支持板１
１６に接続されている。このイオン源１１２は、支持板
１１６とともに脱着自在なように構成され、装着時に
は、イオン源１１２がイオンビーム発生室１０２の所定
の場所に配置されるとともに、イオンビーム発生室１０
２の内壁等と接しないように構成されている。なお、支
持板１１６のイオンビーム発生室１０２側の面に対して
反対側の面には、取っ手１１６ａが設けられており、イ
オン源１１２等の着脱が容易なように構成されている。

【００２０】そして、支持板１１６は、イオンビーム発
生室１０２内を気密に保つための第１フランジ１１８、
本実施の形態にかかるブッシング１２０および第２フラ
ンジ１２２を介してイオンビーム発生容器１２４に接続
されている。これらの部材は、それぞれが脱着可能なよ
うに構成されているため、支持板１１６に接続されてい
るイオン源１１２とともに、適宜所定のメンテナンスを
行うことができる。なお、ブッシング１２０の詳細な構
成等についての説明は、後述することとする。

【００２１】また、イオンビーム発生室１０２内の引き
出し電極１２６と質量分析器１０４との間、すなわち引
き出し電極１２６により引き出されたイオンビームの下
流側には、スリットの位置を可変できる可動スリット部
１２８が設けられている。この可動スリット部１２８
は、スリットの位置を変更することにより、被処理体、
例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と称する。）Ｗ
に到達するイオンの量を効率よく引き出すために設けら
れている。

【００２２】次に、質量分析器１０４について説明する
と、この質量分析器１０４は、ゲートバルブＧ１を介し
てイオンビーム発生室１０２に接続されており、イオン
ビーム発生室１０２内で発生したイオンビームの下流側
に配置されている。質量分析器１０４内には、湾曲した
略管状の屈曲通路管１３０が設けられており、その屈曲
通路管１３０の凹に湾曲している方向の質量分析器１０
４の外壁周辺部には、質量分析用マグネット１３２が設
けられている。従って、質量分析器１０４は、イオンビ
ーム発生室１０２内から導入されたイオンビームを、屈
曲通路管１３０内を通過させる際に、質量分析用マグネ
ット１３２から発生する磁界によってその軌道を曲げる
ことにより、イオンの質量に応じた曲がり方の程度の差
を利用して、所望のイオンのみを取り出すことが可能な
ように構成されている。

【００２３】質量分析器１０４内を通過したイオンビー
ムは、質量分析器１０４により所定の方向に案内され、
所望のイオンのイオンビームのみが、質量分析器１０４
に接続されているイオン分離室１０６内に導入される。
イオン分離室１０６内には、分離スリット部１３４が設
けられており、導入されたイオンビームの中で、お互い
に質量が近く、質量分析器１０４において分離されなか
った不必要なイオンを、イオンビームから排除するよう
に構成されている。

【００２４】上記各過程を経ることにより、所望のイオ
ンのみとなったイオンビームは、イオン分離室１０６に
接続されている加速器１０８内に導入される。この加速
器１０８は、導入されるイオンビームに加速電圧を印加
して、そのイオンビームを加速するように構成されてい
る。

【００２５】加速されたイオンビームは、ゲートバルブ
Ｇ２を介して加速器１０８に接続されている処理室１１
０内に導入される。処理室１１０内には、ウェハＷを載
置するための回転載置台１３６が設けられている。この
回転載置台１３６は、複数枚のウェハＷを周方向に配置
するとともに、不図示の回転駆動手段の作動により回転
軸１３８を介して高速回転可能で、処理室１１０内に導
入されたイオンビームの照射位置に、各ウェハＷを回転
通過させて、処理を施すように構成されている。

【００２６】回転載置台１３６に対向する位置で、処理
室１１０内に導入されるイオンビームの周囲を取り囲む
位置には、イオン注入時に発生する２次電子を外部に流
出しないように閉じこめ、イオンビーム電流を正確に測
定するためのファラデーカップ１４０が設けられてる。

【００２７】次に、本実施の形態にかかるブッシング１
２０（１２０ａ、１２０ｂ）について図１〜４を参照し
ながら説明する。ブッシング１２０（１２０ａ、１２０
ｂ）は、前述したように、第１および第２フランジ１１
８、１２２を介して、イオンビーム発生室１０２内のイ
オン源１１２を支持する支持板１１６と、イオンビーム
発生容器１２４との間に取り付けられている（図１およ
び図２を参照。）。

【００２８】このブッシング１２０（１２０ａ、１２０
ｂ）は、略管状の絶縁性素材、例えばセラミックスから
成り、本実施の形態においては、同図中に示したよう
に、外筒部材を構成する固定用の第１ブッシング１２０
ａと、内筒部材を構成する交換用の第２ブッシング１２
０ｂとから構成されている。

【００２９】第１ブッシング１２０ａは、図３に示した
ように、従来から提案されているブッシングと略同形で
あり、その断面形状は、内壁面が略波状で、外壁面が略
中央部に略山状の張り出し部を有し、その張り出し部の
両脇付近に略谷状の溝が設けられた構成となっている。
なお、本発明によれば、本実施の形態にかかるような形
状にする必要はなく、例えばその内壁面は、特に凹凸を
有さない略管状の形状であってもよい。

【００３０】また、第２ブッシング１２０ｂは、図１お
よび図２に示したように、その外径が第１ブッシング１
２０ａよりも小さく、装着時に第１ブッシング１２０ａ
の内壁面を覆うようにような構成となっている。かかる
構成により、付着物は、内筒の第２ブッシング１２０ｂ
の内壁面にのみ付着するため、絶縁性が低下した際に
は、その第２ブッシングのみを交換すればよい。そし
て、第２ブッシング１２０ｂの長手方向の断面形状は、
図１、図２および図４に示したように、外壁面には凹凸
はなく、内壁面には突起部１２０ｂ’が形成され、この
突起部１２０ｂ’には、イオンビーム発生室１０２内に
おけるイオンビームの引き出し方向、すなわちイオンビ
ームとともに生じる反応生成物の生成方向と略反対方向
に所定の溝が刻まれている。

【００３１】このように、イオンビーム発生室１０２内
に面している第２ブッシング１２０ｂの内壁面に、突起
部１２０ｂ’が形成されているため、表面積が大きくな
り、反応生成物がその全面に付着する時間が延長され、
第２ブッシング１２０ｂの交換時期を延長することがで
きる。また、突起部１２０ｂ’には、イオンビームの引
き出し方向と略反対方向に所定の溝が刻まれているた
め、反応生成物がその溝内に進入し難くなり、さらに反
応生成物が付着する時間が延長され、第２ブッシング１
２０ｂの交換時期をさらに延長することができる。な
お、第２ブッシング１２０ｂの厚さは、交換時までの間
にイオン等の影響により損傷を受けない程度に、薄く、
軽量化することが好ましく、その結果、第２ブッシング
１２０ｂの交換作業がさらに容易となる。

【００３２】上記のように構成されているブッシング１
２０（１２０ａ、１２０ｂ）を、イオン注入装置１００
に適用することにより、イオン発生室１０２内のイオン
源１１２に印加される所定の高電圧の直流電力が、イオ
ンビーム発生容器１２４等に導通しないことはもちろん
のこと、反応生成物の付着可能面積の拡大に伴って第２
ブッシング１２０ｂの交換時期が延長される。さらに、
第２ブッシング１２０ｂに反応生成物が付着して上記直
流電力が導通した際にも、容易に第２ブッシング１２０
ｂのみを交換すれば良いので、比較的短時間で処理を再
開することが可能となって、スループットの向上を図る
ことができる。

【００３３】本実施の形態にかかるイオン注入装置１０
０は、以上のように構成されており、例えばこのイオン
注入装置１００を用いて、ウェハＷの被処理面にイオン
注入処理を施す場合について説明する。

【００３４】まず、イオンビーム発生室１０２から処理
室１１０までのイオンビームが通過する各領域を、不図
示の真空引き手段の作動により、例えば５×１０−７Ｔ
ｏｒｒの減圧雰囲気にまで減圧するとともに、回転載置
台１３６上にウェハＷを載置後、所定のウェハＷをイオ
ンビームの照射位置に設定する。この際、処理室１１０
内のビームゲート１４２は閉じておき、イオンビーム発
生室１０２内のイオン源１１２と引き出し電極１２６と
の間に、例えば５ｋＶの引き出し電圧を不図示の直流電
源から印加して、イオン源１１２から、例えばボロンイ
オンを含むイオンビームを引き出す。

【００３５】引き出されたイオンビームは、可変スリッ
ト部１２８およびゲートバルブＧ１を介して、質量分析
器１０４内に導入される。質量分析器１０４内で質量分
析され、所望のイオンのみとなったイオンビームは、さ
らにイオン分離室１０６内に導入されて、その内部に設
けられている分離スリット１３４を通過することによ
り、処理に不要なイオンが取り除かれる。

【００３６】所望のイオンのみとなったイオンビーム
は、加速器１０８内で加速された後、ゲートバルブＧ
２、ビームゲート１４２およびファラデーカップ１４０
を介して、回転載置台１３６上のウェハＷの被処理面に
打ち込まれる。なお、ビームゲート１４２は、イオン源
１１２から均一なイオンビームが引き出されるようにな
ってから開放される。

【００３７】そして、ウェハＷが載置されている回転載
置台１３６を、イオンビームの打ち込み方向と略垂直方
向に動かすことで、ウェハＷの被処理面に対して所定の
パターンで不純物が導入される。

【００３８】このイオン注入処理時には、イオンビーム
発生室１０２内において、イオン源１１２からイオンビ
ームが引き出される際、同時に反応生成物が生じる。こ
の反応生成物は、イオンビーム発生室１０２内の内壁面
等に付着するが、特にブッシング１２０の内壁面に付着
してその面内に導通経路が形成されると、表層電流が流
れて印加される直流電力の放電をもたらし、また場合に
よっては装置にダメージを与えることがある。

【００３９】そこで、反応生成物が付着したブッシング
１２０を交換しなくてはならないが、本実施の形態にお
いては、第２ブッシング１２０ｂのみを交換すればよい
ため、交換作業が容易である。また、第２ブッシング１
２０ｂの内壁面には、突起部１２０ｂ’が設けられ、さ
らにその突起部１２０ｂ’には溝が刻まれているため、
反応生成物が付着する時間が延長され、その結果、第２
ブッシング１２０ｂの交換時期が延長されて、スループ
ットが向上する。

【００４０】以上、本発明の好適な実施の一形態につい
て、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００４１】たとえば、上記実施の形態において、ブッ
シング１２０を第１ブッシング１２０ａおよび第２ブッ
シング１２０ｂの２部材から構成した例を挙げて説明し
たが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、
さらに複数の部材により構成してもよい。

【００４２】また、上記実施の形態において、第２ブッ
シング１２０ｂの内壁面に２つの突起部１２０ｂ’を設
けた構成を例に挙げて説明したが、本発明はかかる構成
に限定されるものではなく、ブッシングの内筒部材の内
壁面に、すくなくとも１つの凸部を備えた構成であれ
ば、実施が可能である。また、ブッシングの内筒部材の
内壁面に、凹部または凹部と凸部の両方を備えた構成と
してもよい。

【００４３】さらに、上記実施の形態において、第２ブ
ッシング１２０ｂの内壁面に設けた突起部１２０ｂ’に
イオン引き出し方向と略反対側に溝を設けた構成を例に
挙げて説明したが、本発明はかかる構成に限定されるも
のではなく、その他の側に溝を設けた構成としてもよ
く、または特に溝を設けない構成としてもよい。

【００４４】さらにまた、上記実施の形態において、イ
オン注入装置１００のイオン源１１２に印加される直流
電力の導通を防ぐために設けられているブッシング１２
０を例に挙げて説明したが、本発明はかかる構成に限定
されるものではなく、反応生成物等の粒子がブッシング
の表面に付着することにより、電気的に導通してしまう
部分に使用されるブッシングであれば、各種ブッシング
に対して適用することが可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン注入処理時に反応生成物がブッシングの内壁面に
付着した場合、ブッシングは外筒部材と内筒部材から構
成されているため、その内筒部材のみを交換すればよ
く、交換作業が容易になる。また、内筒部材の内壁面
に、突起部が形成されているため、表面積が大きくな
り、反応生成物がその全面に付着する時間が延長され、
内筒部材の交換時期を延長することができる。さらに、
その突起部には、イオンの引き出し方向とは異なる側に
所定の溝が形成されているため、反応生成物がその溝内
に進入し難くなり、さらに反応生成物が付着する時間が
延長され、内筒部材の交換時期をさらに延長することが
でき、スループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なイオン注入装置の実施の一
形態を示す概略的な構成図である。

【図２】図１に示したイオン注入装置におけるブッシン
グの構成を表した概略的な断面図である。

【図３】図１に示したイオン注入装置におけるブッシン
グの構成を表した概略的な斜視図である。

【図４】図１に示したイオン注入装置におけるブッシン
グの構成を表した概略的な斜視図である。

【図５】従来のイオン注入装置におけるブッシングの構
成を表した概略的な断面図である。

【符号の説明】

１０２ イオンビーム発生室 １０４ 質量分析器 １０６ イオン分離室 １０８ 加速器 １１０ 処理室 １１２ イオン源 １１６ 支持板 １２０ａ 第１ブッシング １２０ｂ 第２ブッシング １２６ 引き出し電極 １３２ 質量分析用マグネット １３６ 回転載置台 Ｗ ウェハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源より発生したイオンを質量分析
   して所定のイオンを選択し、選択されたイオンを加速し
   て被処理体内に注入するイオン注入装置において、 高電圧部をグランド部材から絶縁するブッシングを備
   え、前記ブッシングは外筒部材と内筒部材とから構成さ
   れ、前記内筒部材は前記外筒部材に対して着脱自在であ
   るとともに、前記内筒部材は装着時に少なくとも前記外
   筒部材の内壁面のうち装置内雰囲気に曝される部分を覆
   うものであることを特徴とする、イオン注入装置。
2. 【請求項２】 前記内筒部材の内壁面は、凹凸面である
   ことを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 【請求項３】 前記内筒部材の内壁面に、１または２以
   上の突起部が形成されており、前記突起部のイオン引き
   出し方向とは異なる側に溝が形成されていることを特徴
   とする、請求項１に記載のイオン注入装置。