JPH10142400A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プロセスチャンバ内で発生したパーティクルが
イオンの注入に悪影響を及ぼすのを防止したイオン注入
装置を提供する。 【解決手段】プロセスチャンバ１内に配置されたファラ
デーケース４の内側に帯電電極２１と集塵電極２２とを
近接させた状態で設け、集塵電源２６から帯電電極２１
と集塵電極２２との間に高電圧を印加する。プロセスチ
ャンバ１内で発生したパーティクルを帯電電極２１によ
り帯電させて集塵電極２２により捕捉することによっ
て、パーティクルがイオンの注入に悪影響を及ぼすのを
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造装
置、材料改質装置、イオンビーム分析装置などに用いる
イオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造過程においては、ウェーハ
に不純物を注入するために、イオン注入装置が用いられ
ている。また金属表面の改質や新物質の合成などを行う
ためにイオン注入装置が用いられている。

【０００３】イオン注入装置においては、イオン源から
発生したイオンビームがエンドステーションにあるプロ
セスチャンバまで運ばれる過程で種々の部分と衝突する
と、スパッタによりイオンや原子が発生する。これらの
イオンや原子は、パーティクル（ちり）となってビーム
ラインやプロセスチャンバの内面に堆積したり、チャン
バ内を浮遊したりする。特にターゲットにイオンを注入
するプロセスチャンバ内でパーティクルが浮遊すると、
該パーティクルがターゲットに付着してターゲットへの
イオンの注入に悪影響を及ぼすおそれがあるため、プロ
セスチャンバ内をパーティクルが浮遊することは極力防
ぐ必要がある。

【０００４】従来は、ビームオプティクス（イオンビー
ムの伝達経路の光学設計）の最適化を図ることによりビ
ームの散乱を防いで構造材へのビームの衝突を減らした
り、各種の部品を構成する材料としてイオン注入に悪影
響を及ぼすことが少ない材料（例えばグラファイト）を
用いることにより発生したパーティクルがイオンの注入
に与える影響を少なくしたりするといった対策が講じら
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】イオン注入装置のフロ
セスチャンバ内には、ファラデーケース、成形マスク、
エレクトロンサプレッサ、ターゲットを保持するホルダ
など、イオンビームが衝突する可能性がある多くの部品
が配置されており、またターゲットの表面に形成されて
いるフォトレジストにイオンビームが照射されると、該
レジストを構成する材料が蒸発してパーティクルを生成
するため、ビームオプティクスの最適化を図っても、プ
ロセスチャンバ内でパーティクルが発生するのを防ぐこ
とは困難である。

【０００６】そのため、従来は、プロセスチャンバ内を
比較的短い周期でクリーニングしていたが、クリーニン
グには相当の時間を要するだけでなく、クリーニング後
イオンの注入を再開するためには、チャンバ内を時間を
かけて真空引きする必要があるため、頻繁にクリーニン
グを行うと、作業能率が著しく低下するという問題があ
った。

【０００７】またプロセスチャンバ内のクリーニングを
行うと、該チャンバを大気に開放した際に外部からチャ
ンバ内にちりが侵入して有害なパーティクルをチャンバ
内に存在させる結果になるおそれがあるため、頻繁にプ
ロセスチャンバ内のクリーニングを行うことは好ましい
ことではなかった。

【０００８】本発明の目的は、プロセスチャンバ内で不
可避的に発生するパーティクルがイオンの注入に悪影響
を及ぼすのを防ぐことができるようにしたイオン注入装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオンビーム
が導入されるプロセスチャンバを備えて、該プロセスチ
ャンバー内でターゲットにイオンビームを照射するイオ
ン注入装置に係わるものである。

【００１０】本発明においては、帯電電極と集塵電極と
をプロセスチャンバ内に設けるとともに、帯電電極と集
塵電極との間に直流高電圧を印加する集塵電源を設け
て、帯電電極と集塵電極と集塵電源とにより電気集塵装
置を構成するようにした。

【００１１】上記のように、プロセスチャンバ内に帯電
電極と集塵電極とを設けて電気集塵装置を構成すると、
プロセスチャンバ内で発生したパーティクルが帯電電極
の近傍で発生するコロナ放電により帯電させられて、ク
ーロン力により集塵電極に吸引される。従って、プロセ
スチャンバ内で不可避的に発生するパーティクルを集塵
電極により捕捉して動かないように固定することができ
るため、該パーティクルがイオンの注入に悪影響を及ぼ
すのを防ぐことができる。

【００１２】通常プロセスチャンバーは接地電位に保持
され、該プロセスチャンバ内にファラデーケースが配置
されて、該ファラデーケースがプロセスチャンバに対し
て絶縁される。ファラデーケース内には該ファラデーケ
ースと同電位に保持されたターゲット保持用のプラテン
が配置され、該プラテンにターゲットが保持される。ま
たファラデーケースと接地電位部との間に電流測定用抵
抗が接続されるとともに、該電流測定用抵抗の両端の電
圧を測定することによりプラテンと接地回路とを通して
流れる電流を計測する電流測定装置が設けられ、該電流
測定装置により、ターゲットに照射されたイオンビーム
電流が計測される。

【００１３】イオン注入装置がこのように構成されてい
る場合には、ファラデーケース内の下部に該ファラデー
ケースの内面に近接した状態で帯電電極を配置し、該帯
電電極に対向するファラデーケースの内面を集塵電極と
する。また電流測定用抵抗の非接地側の端子と帯電電極
との間に接続されて前記ファラデーケースと帯電電極と
の間に高電圧を印加する集塵電源を設け、該集塵電源と
集塵電極と帯電電極ととにより電気集塵装置を構成す
る。

【００１４】この場合、集塵電源は、電流測定用抵抗の
非接地側端子と帯電電極との間に電圧を印加するように
設ける。

【００１５】このようにファラデーケース自体を集塵電
極として用いるようにすると、電気集塵装置の構成を簡
単にすることができる。また上記のように、集塵電源を
電流測定用抵抗の非接地側端子と帯電電極との間に電圧
を印加するように設けると、帯電電極と集塵電極とを通
して流れる電流が電流測定用抵抗を流れることがないた
め、ターゲットに照射されたイオンビーム電流の計測に
誤差が生じるのを防ぐことができる。

【００１６】なお本明細書において「ターゲット」は、
イオンビームが注入される対象物を広く包含する言葉と
して用いている。例えば、半導体製造装置においては、
ウェーハがターゲットとなり、イオンビーム分析装置の
場合には、分析の対象とする試料がターゲットとなる。
更にイオンビームを照射することにより金属材料などの
改質を図る材料改質装置の場合には、改質を図る材料が
ターゲットとなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図１を参照して本発明に係わ
るイオン注入装置の構成例を説明する。

【００１８】イオン注入装置は、注入元素をイオン化す
るイオン源と、イオン源から引出し電極を通して引き出
されたイオンから注入イオンのみを取り出す質量分離装
置と、分離されたイオンを高電界で加速する加速管と、
加速されたイオンビームを収束、偏向、走査する収束・
偏向・走査装置と、プロセスチャンバ及び該プロセスチ
ャンバ内にターゲットを搬入したり該チャンバ内からタ
ーゲットを搬出したりする搬送装置などを備えたエンド
ステーションとにより構成される。

【００１９】図１において１は半導体製造装置等に用い
るイオン注入装置のエンドステーションに設けられたプ
ロセスチャンバである。プロセスチャンバ１は導電材料
からなっていて、その一端側にはイオンビームを導入す
るビーム導入口１０１が設けられ、他端側にはターゲッ
ト（半導体製造装置の場合にはウェーハ）の搬入及び搬
出を行うために用いるロードロック室２が設けられてい
る。ロードロック室２は該ロードロック室の出入口を開
閉する扉２ａと、該ロードロック室とプロセスチャンバ
１との間を連絡する連絡口を開閉する扉２ｂとを有して
いる。プロセスチャンバ内にターゲットを搬入する際に
は、扉２ｂを閉じた状態で扉２ａを開いてロードロック
室２内にターゲットを搬入した後、扉２ａを閉じてロー
ドロック室２内をプロセスチャンバ１内と同じ圧力まで
真空引きする。次いで扉２ｂを開いてロードロック室内
のターゲットをプロセスチャンバ１内に移動させる。プ
ロセスチャンバ内からターゲットを搬出する際には、扉
２ｂを開いてターゲットをプロセスチャンバ内からロー
ドロック室２内に移動させる。次いで扉２ｂを閉じた後
ロードロック室内の圧力を大気圧とし、扉２ａを開いて
ターゲットを外部に搬出する。

【００２０】プロセスチャンバ１の導入口１０１はベロ
ーズ管３、図示しない収束・偏向・走査装置、加速管、
質量分離装置等を通してイオン源に接続される。

【００２１】プロセスチャンバ１内には、導電材料から
なるファラデーケース（ファラデーカップ）４が配置さ
れている。ファラデーケース４は図示しない支持装置に
より、プロセスチャンバに対して絶縁された状態で支持
されている。ファラデーケース４は、その入口４ａをプ
ロセスチャンバ１のビーム導入口１０１側に向けた状態
で配置され、ファラデーケース４の入口４ａの近傍に
は、ファラデーケース内のターゲットから発生した二次
電子がファラデーケース外に出るのを阻止するサプレッ
サ電極５と、イオンビームの照射面積を規定するスリッ
トを備えた成形マスク６とが、サプレッサ電極５をファ
ラデーケース４側に位置させ、成形マスク６をビーム導
入口１０１側に位置させた状態で並べて配置されてい
る。

【００２２】ファラデーケース４内には、導電材料から
なるプラテン７が、そのターゲット保持面をプロセスチ
ャンバのビーム導入口１０１側に向けた状態で配置され
ている。プラテン７のターゲット保持面にはターゲット
クランパ８が取り付けられていて、該クランパによりタ
ーゲット９がプラテン７に保持されるようになってい
る。

【００２３】プラテン７は導体１０によりファラデーケ
ース４に接続されて、該ファラデーケースと同電位に保
たれている。また成形マスク６は導体１１によりプロセ
スチャンバ１に接続され、プロセスチャンバ１は導体１
２を通して接地されている。サプレッサ電極５には導体
１３の一端が接続され、該導体１３はプロセスチャンバ
１の壁部を貫通した状態で取り付けられたフィードスル
ー（気密保持構造で壁部を貫通したブッシング）１４を
通してプロセスチャンバ外に導出されている。導体１３
の他端は、正極端子が接地されたサプレッサ電源１５の
負極端子に接続され、該サプレッサ電源１５からサプレ
ッサ電極５に−６００［Ｖ］ないし−２［ＫＶ］の直流
電圧が印加されている。

【００２４】ファラデーケース４には導体１６の一端が
接続され、該導体１６はプロセスチャンバの壁部を貫通
した状態で取り付けられたフィードスルー１７を通して
外部に導出されて電流測定用抵抗１８の一端に接続され
ている。電流測定用抵抗１８の他端は接地され、該電流
測定用抵抗１８の両端に得られる電圧が積分器を含む積
算電流測定回路１９に入力され、該積算電流測定回路１
９の出力がアナログ式またはデジタル式の指示計器２０
に印加されている。積算電流測定回路１９と指示計器２
０とにより、抵抗１８の両端に得られる電圧からターゲ
ットに注入されたイオン電流を検出して、その電流の積
算値を測定する積算電流測定装置が構成されている。

【００２５】上記の構成は、従来のイオン注入装置と同
様であるが、本発明においては、プロセスチャンバ１内
に帯電電極と集塵電極とを設けて、両電極により電気集
塵装置を構成する。図示の例では、ファラデーケース４
内の下部に、該ファラデーケースに対して絶縁された状
態で支持された帯電電極２１が配置されている。帯電電
極２１は、パーティクルを通過させ得る程度の細さを有
するメッシュ（金網）や、多数の線状導体を平行に並べ
たもの等からなっていて、ファラデーケース４の下部内
面に近接した状態で設けられ、該帯電電極２１が対向す
るファラデーケース４の下部内面により集塵電極２２が
構成されている。帯電電極２１には導体２３の一端が接
続され、該導体２３は、ファラデーケース４の壁部を貫
通した状態で取り付けられたフィードスルー２４と、プ
ロセスチャンバ１の壁部を貫通した状態で取り付けられ
たフィードスルー２５とを通して外部に導出されて集塵
電源２６の負極端子に接続されている。集塵電源２６の
正極端子は電流測定用抵抗１８の非接地側端子に接続さ
れ、集塵電源２６から帯電電極２１とファラデーケース
４との間に２０［ＫＶ］程度の直流高電圧が印加されて
いる。この例では、帯電電極２１と、該帯電電極２１が
対向するファラデーケース４の下部内面により構成され
た集塵電極２２と、帯電電極２１とファラデーケース４
との間に直流高電圧を印加する集塵電源２６とにより、
電気集塵装置が構成されている。

【００２６】図に示したイオン注入装置においては、図
示しない収束・偏向・走査装置からイオンビームＢがプ
ロセスチャンバ１内に導入される。このイオンビームは
成形マスク６に設けられたスリットとサプレッサ電極５
の内側とを通してターゲット９に照射される。

【００２７】イオンビームＢがプロセスチャンバ１内で
各部に衝突することによりパーティクルが発生する。こ
のパーティクルがファラデーケース４内に入って該ファ
ラデーケース内を浮遊すると、ターゲット９へのイオン
の注入に悪影響を及ぼすおそれがあるが、図示の装置で
は、ファラデーケース４内に進入したパーティクルが帯
電電極２１の近傍で発生している負コロナに接触して負
に帯電させられ、負に帯電させられたパーティクルは、
帯電電極に対して正電圧が印加されている集塵電極２２
に引き寄せられて該集塵電極に捕捉固定される。従っ
て、プロセスチャンバ１内でパーティクルが発生して
も、該パーティクルがファラデーケース内を浮遊するこ
とはないため、パーティクルがイオンの注入に悪影響を
及ぼすことはない。

【００２８】図示の装置において、サプレッサ電極５
は、イオンビームがターゲット９に照射されることによ
り発生した二次電子がファラデーケース４の外部に出よ
うとした時に、該二次電子をファラデーケース内に戻す
ために設けられている。ターゲットから発生した二次電
子がファラデーケース外に出ると電流の測定値に誤差が
生じる（ターゲットに注入したイオンビーム電流との間
に差が生じる）が、上記のようにサプレッサ電極５を配
置して、二次電子がファラデーケース外に出るのを阻止
するようにしておくと、電流の測定値に誤差が生じるの
を防ぐことができる。

【００２９】電気集塵装置は、帯電電極の近傍にコロナ
放電を生じさせて、該コロナにより帯電させられたちり
を集塵電極側に引き寄せることにより集塵効果を得るも
ので、通常の電気集塵装置では、帯電電極と集塵電極と
の間に５０〜１００［ＫＶ］程度の高電圧を印加してい
るが、帯電電極と集塵電極との間の距離を小さくしてお
くことにより、２０［ＫＶ］程度の電圧でも帯電電極の
近傍にコロナ放電を発生させて集塵装置としての機能を
持たせることができる。

【００３０】なお本発明を実施するに当り、帯電電極と
集塵電極との間に印加する電圧が２０［ＫＶ］に限定さ
れるものでないことはもちろんである。

【００３１】上記のように、ファラデーケース内に帯電
電極２１を設けて、電気集塵装置を構成する場合に、帯
電電極２１と集塵電極２２とを通して流れる電流が電流
測定用抵抗１８を通して流れると、イオンビーム電流の
測定値に誤差が生じることになるが、図示のように、集
塵電源２６を電流測定用抵抗１８の非接地側端子と帯電
電極２１との間に接続するようにすれば、帯電電極２１
と集塵電極２２とを通して流れる電流が電流測定用抵抗
１８を通して流れることはないため、イオンビーム電流
の測定に誤差が生じるのを防ぐことができる。

【００３２】上記の例では、ファラデーケース４の壁部
自体を集塵電極２２として利用しているが、ファラデー
ケース４内に別個に導電板を配置して、該導電板を集塵
電極２２として用いるようにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プロセ
スチャンバ内に帯電電極と集塵電極とを設けるととも
に、帯電電極と集塵電極との間に高電圧を印加する集塵
電源を設けて電気集塵装置を構成したので、プロセスチ
ャンバ内で不可避的に発生するパーティクルを集塵電極
により捕捉して動かないように固定することができ、該
パーティクルがイオンの注入に悪影響を及ぼすのを防ぐ
ことができる。従って、プロセスチャンバ内のクリーニ
ングを行う周期を従来よりも長くして、作業能率の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるイオン注入装置のプロセスチャ
ンバ部分の構成を示した断面図である。

【符号の説明】

１ プロセスチャンバ ４ ファラデーケース ５ サプレッサ電極 ６ 成形マスク ７ プラテン ９ ターゲット １８ 電流測定用抵抗 ２１ 帯電電極 ２２ 集塵電極 ２６ 集塵電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームが導入されるプロセスチャ
   ンバを備え、該プロセスチャンバー内でターゲットにイ
   オンビームを照射するイオン注入装置において、 帯電
   電極と集塵電極とを前記プロセスチャンバ内に設けると
   ともに、前記帯電電極と集塵電極との間に直流高電圧を
   印加する集塵電源を設けて、前記帯電電極と集塵電極と
   集塵電源とにより電気集塵装置を構成したことを特徴と
   するイオン注入装置。
2. 【請求項２】 接地電位に保持されたプロセスチャンバ
   ーと、前記プロセスチャンバ内に配置されて該プロセス
   チャンバに対して絶縁されたファラデーケースと、前記
   ファラデーケース内に配置されて該ファラデーケースと
   同電位に保持されたターゲット保持用のプラテンと、前
   記ファラデーケースと接地電位部との間に接続された電
   流測定用抵抗と、前記電流測定用抵抗の両端の電圧を測
   定することにより前記プラテンと接地回路とを通して流
   れる電流を計測する電流測定装置とを備え、前記プロセ
   スチャンバ内に導入されたイオンビームを前記ファラデ
   ーケース内に導いて前記プラテンに保持されたターゲッ
   トに照射するイオン注入装置において、 前記ファラデーケース内の下部に該ファラデーケースの
   内面に近接した状態で配置された帯電電極と、前記電流
   測定用抵抗の非接地側の端子と前記帯電電極との間に接
   続されて前記ファラデーケースと帯電電極との間に直流
   高電圧を印加する集塵電源とを具備し、 前記帯電電極が対向するファラデーケースの内面を集塵
   電極として、該集塵電極と前記帯電電極と集塵電源とに
   より電気集塵装置を構成したことを特徴とするイオン注
   入装置。