JPS59165359A

JPS59165359A - イオン打込装置

Info

Publication number: JPS59165359A
Application number: JP3894983A
Authority: JP
Inventors: Toshio Uruno; 宇留野　利夫; Nobuaki Miyagawa; 宣明宮川; Takahide Ikeda; 池田　隆英; Tatsuya Kamei; 亀井　達弥
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Haramachi Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-09-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（利用分野）本発明は牛導体素子の製造に用いられるイオン打込装置
に係シ、特に、ウニ・・を載置した円板を回転させると
共に、これを往復移動させながらイオン打込みを行う、
イオンビーム固定方式のイオン打込装置に関するもので
ある。

（従来技術）近年、半導体素子の高性能化に伴ない、半導体素子の製
造プロ七スも複雑になっている。

その製造プロセスの簡略化のため、例えは、半導体素子
の一種であるＭＯＳ）ランジスタのソース、ドレイン等
の高濃度の不純物領域を形成するときに１今までの熱拡
散による不純物ドーピングに代わって、不純物のドーピ
ングをイオン打込みによって行う方法が必要となってき
た。

このように１半導体素子の製造プロセスにおいて、不純
物のドーピングをイオン打込みによって行う場合が増加
するに従い、ウェハへのイオン打込作業の効率化が重要
な問題となっている。

ウェハを載置した円板を回転（例えは、２００〜３００
回／分）させると共に１前記円板を、その回転面内で往
復運動（例えば、１回／２〜３分）させてイオン打込み
を行うイオンビーム固定方式のイオン打込装置では、イ
オン打込作業の効率を向上する方法として、（１）−回にイオン打込みするクエ・・の枚斂を増加す
ることや、（２）　　イオンビーム電流を大きくして、必要なイオ
ン打込時間を短縮すること等が考えられる。

しかしながら、半導体製造プルセスにおいて、例えｔｉ
’５Ｍ０８）ランジスタのソース、ドレイン等の高濃度
不純物領域を、イオンビーム固定方式のイオン打込装置
で形成するとき、高い電圧（例えは８０ＫＶ）を印加し
、大きなイオンビーム電流（例え＃ｆ、ｌＯｍＡ）を流
すようなイオン打込法を採用すると、この印加電圧とイ
オンビーム電流によりて、イオン打込み中のウニ／＼温
度がかなり上昇する仁とが問題となってくる０半導体製造プロセスの中で、ウニＩ・にパターン付けす
るホト（光処［）工程で用いるホトレジストを、ＭＯＳ
ト５ンジスタのソース、ドレイン領域へのイオン打込み
の際の、不純物ドーピングのマスクとして使うことは、
半導体製造プロセスの簡略化のため必要なことである。

しかし、イオン打込み中のウェハの温度が、ホトレジス
トの耐熱温度を越えてしまうようになると、この高温の
ために、ホトレジストが炭化してしまい、除去不可能に
なって、後続の工程に支障を生ずるなどの欠点があった
。

第１図は、従来の、イオンビームを固定してウェハを移
動させる方式の、イオン打込装置の要部断面図である。

この装置は、回転円板３の、回転中心から捻は同一距離
の面上にウェハ２を多数装着し、回転円板３を回転させ
ると同時ＫＳＹ−Ｙ　方向（図では、上下方向Ｘ回転軸
７を往復運動させて、イオンビームｌをウェハ２に照射
しイオン打込みを行う方式である。

ウェハ２は、ばね５によって回転円板３の表面に取シ付
けられる。この回転円板３に直結した回転軸７は、パル
スモータ１２によシ軸１１および一対の傘歯車９Ａ、９
Ｂを介して回転させられる。

また、回転軸７が、ギヤハウジング８に装着された回転
真空シール６を貫通することにょシ、打込室４の真空を
保持している。

ギヤハウジング８は、ベローズ１０，１８Ｋｊりて打込
室４に気密に結合され、パルスモータ１５は打込室４の
突出部に固定されている。

このパルスモータ１５の軸には、ねじ棒１９が直結され
、打込室４に取り付けた７ランジ１７に、ボールベアリ
ング１６を介して回転自在に結合させると共に、ギヤハ
ウジング８とベローズ１８との間に気密に固定した雌ね
じ板２０に、上記ねじ棒１９を螺合させている。

すなわち、打込室４は回転真空シール６、ペロ−ズ１０
，１８によりて真空が保持され、一方、ギヤハウジング
８はベローズ１０．１８によってＹ−Ｙ方向に移動可能
に構成されている。

このようなイオン打込装置の動作を、概略説明すると、
次のようになる。

パルスモータ１５を回転させると、ねじ棒１９が回転し
て、ギヤハウジング８および回転円板３を一体的にＹ−
Ｙ方向に移動させ、Ｒ寸法（回転軸７とビーム１との距
＃）を変化させる。

また、パルスモータ１２を回転させると、回転円板３を
回転させることができる。したがってパルスモータ１２
，１５を同時に回転させると、回転円板３の面上の、は
ぼ同心円上の位置に取シっけられたウェハ２に、同時に
、均一なイオン注入を行うことがてら　。

普通は回転円板３に１３から２５枚のウェハ２が、取り
つけであるので、１回の打込操作（ハツチ処理）によっ
て１３から２５枚のイオン打込みウェハ７が得られる。

また、イオンビーム１を照射されている時のウェハ２の
温度は、明らかなように、イオンビーム１の電流値およ
びイオンビームｌの印加電圧によって決まる発熱と、ウ
ェハ２を固定している回転円板３の熱容量および熱放散
特性によって決まる。

第２図では、イオン打込中に、回転円板３にイオンビー
ムｌが照射される部分を、斜線で示している０ウエハ２
に、イオンビーム１を均一に照射するためＫは、同図中
にＬｌ、Ｌ２で示すように、固定されたイオンビーム１
に対して、ウェハ２を、ウェハ２の端縁よシ２〜３ｃｍ
（少なくとも、イオンビームの直径分）　オーバースキ
ャンさせル必要があふ。

このため、第２図に示すように、回転円板３には、ウェ
ハ２以外に照射される余分なイオンビームによる発熱が
生ずることになる。仁のために、回転円板３の温度が上
がシ、そのことが、ウェハ２の温度をより一層上ける結
果となる。

ウェハ２が３インチウェハの場合、回転円板３に取り付
けた多数のウェハの全面積が、イオンビームｌの全照射
面積に占める割合は、４０％程度であり、残りの６０％
はウェハ２以外に−すなわち、円板３に直接照射される
余分なイオンビームである。

また、イオン打込み中のウェハ２の温度上昇を小さくす
るＫは、回転円板３の肉厚を厚くシ（体積を増加させ）
、熱容量を太きくしなけれはならない。また、これに伴
って、モータ等も大出力のものが必要とな）、装置全体
を大型化せざるを得なかった。

さらに１回転円板３の肉〃を厚くしても、回転円板３は
回転軸７にとシっけられているだけで、熱を積極的に逃
がす構造とはなっていないため、回転円板３のｍ度−し
たがって、ウェハ２の温度は、イオン打込み時間に比例
して上昇するという欠点があった。

（目　的）本発明は、前述の欠点を改善し、小型で、しかもイオン
打込み性能を向上させるのに好適なイ第７打込装置を提
供することを目的とする。

（概　要）本発明の特徴は、クエへを取シ付けた回転円板と、その
回転円板の表側（イオンビームが照射される側）Ｋ回転
円板と一体的に回転するイオンビーム遮へい板を設けた
仁とＫある。

その遮へい板は、回転円板の表面に取シ付けたウェハへ
の′イオン打込みには支障がなく、シかも、余分なイオ
ンビームは十分に遮へいするような寸法、配置の穴があ
けられ、中心部分には冷却機構が設けられる。

さらに、イオン打込み時には、回転円板と遮へい板を、
シリコンゴムなどの導熱性２弾力性に富み、さらに耐熱
性のある材質層をＬさんで密着させ、遮へい板を冷却し
て回転円板およびウェハの温度上昇を抑えながら、回転
円板と遮へい板に、回転と直径方向の往復運動とを行な
わせるように構成している。

（実施例）第３図は、本発明の一実施例であるイオン打込装置の要
部断面図である。また、第４図は第３図のイオン打込装
置をＡ方向よシ見た側面図である。

なお、これらの図において、第１図と同一の符号は、同
一または同等部分をあられしている。

回転円板３とイオンビーム１を蓮へいする遮へい板２６
とは、軸２４を介して、互いに固着一体化されている。

遮へい板２６には、回転円板３の表側にはね５で固定さ
れたウェハ２の対向領域に、ウェハ２へ、のイオン打込
みＫは支障がなく、しかも回転円板３に直接照射される
余分なイオンビーム１は遮へいするのに十分な大きさの
穴があけられている、したがって、この遮へい板２６の
形状は、ウェハ２以外のところへ照射されるイオンビー
ム１を遮へいできるようになっておシ、また遮へい板２
６の肉厚は、イオンビーム１を十分に遮へいできる厚さ
に選はれる。

さらに、前記遮へい板２６の材質は、熱伝導性がよく、
多少の温度上昇では変質、変性を生じないものでなけれ
はならない。このような材料としては、たとえは、金属
で軽いもの、たとえはアルミ等がある。

回転円板３としては、比熱が大きく、導電性で熱伝導性
がよく、加工性がよくて軽い物質、たとえはアルミ等が
適している。なお、回転円板３の厚みは、その周辺部の
ウェハ２の取付部で発生した熱を、中心部へ伝達するの
に十分なものでなけれけならない。

遮へい板２６は回転軸２３と直結され、回転真空シール
３１て気密に支持されると共に、両車３３、ａ４−１介
してモータ２１によって回転させられる。

回転軸２３の中心には、遮へい板２６に連通する同心２
重の水路が設けられる。そして、外部水路に連通された
冷却水回転継手３２よシ冷却水を導入し、中心管から流
出させることによシ、遮へい板２６の中心付近を冷却し
ている。

軸２４は遮へい板２６を介して軸２３に固定される。ま
た軸２４は、ウェハ２を交換する時等には、打込室４ａ
、４ｂをあけて回転円板３を軸２４よシ簡単に取りはず
しできると共に、回転円板３に取シ付けたウェハ２の対
向面上に、遮へい板２６の穴あけ部が正確に位置合わせ
でき、さらに回転円板３を遮へい板２６に対して密着固
定できる構造となっている。

遮へい板２６の、回転円板３と接する側の面には、遮へ
い板２６の冷却部分と同じ程度に熱伝導性がよく、シか
も弾力性、耐熱性があって、両部材間の熱的接触を改善
できる物質、たとえばシリコンゴム２５（商品名「クー
ルシート」）が貼付される。

したがって、イオン打込時には、回転円板３を前記シリ
コンゴム２５に密着させ、回転円板３の熱ヲ、シリコン
ゴム２５および遮へい板２６を介して放散させることに
よシ、前記回転円板３を冷却することができる。

一方、遮へい板２６と回転円板３の間の、シリコンゴム
２５で密着されている部分を除く部分にはシリコンゴム
２５の厚さの分だけすきまが残されている。その結果、
イオンビームｌが照射されて温度上昇した遮へい板２６
０部分からの熱が、回転円板３に伝導されることは防止
されるようになっている。

前記シリコンゴム２５の厚さは、回転円板３の熱を遮へ
い板２６に効率よく伝え、イオンビーム１によって温度
上昇する遮へい板２６の部分の熱が回転円板３に伝達さ
れることは、事実上阻止できるような厚さである。たと
えば、ｌｌｌ１程度の厚さが適当である。

軸２３奢回転自在に支持する回転真空シール３１に取り
付けられた摺動フランジ３５は、紙面に沿りた方向を長
軸とする一対の長円形がスケ。

ト３０を介して、打込室４αおよび前記打込室４αに固
定されたガイド２７によって、気密に支持されている。

したがって、摺動７ランジ３５に固定した雌ねじ板２８
に螺合された送シねじ２９を、モータ２２で正逆回転さ
せると、回転円板３と遮へい板２６とは、それらの開に
シリコンゴム２５　ｔ”１１Ｍ挾持した状態で、一体と
なってｐ−ｐ’間を、紙面と平行に往復運動することに
なる。

第３図に示した実施例の、イオン杓込装置の動作を概略
説明すると、以下のようになる。

モータ２２を回転させるとねじ棒２９が回転し、ウェハ
２を取シ付けた回転円板３と遮へい板２６は、回転軸２
３と一体となってＰ−Ｐ’間を往復運動する。一方、モ
ータ２１を回転させると、歯車３４．３３および回転軸
２３を介して回転円板３と遮へい板２６とが一体となっ
て回転する。

したがって、そ−夕２１，２２を同時に回転させ、回転
円板３に取シ付けた多数のウェハ２に、固定的に位置決
めされたイオンビ−ム１を照射すると、すべてのウェハ
２に対して均一なイオン打込みができる。

第５図ａ、ｐ−ｐ’方向におけるウェハ２の位置と、イ
オンビーム１の照射場所との関係を示す図である。

第５図（６）　Ｋ示すように、固定されたイオンビ−ム
ｌの照射面にウェハ２があるときは、そのままウェハ２
にイオンビーム１が照射される。

しかし、第５図（α）、　（ｅ）に示すように、イオン
ビームｌの照射面がウェハ２からずれると、遮へい板２
６によってイオンビーム１が遮へいされる。

それ故に、回転円板３にイオンビーム１が直接照射され
ることはなくなる。また回転円板３で発生した熱、およ
びウェハ２から回転円板３へ伝導された熱はシリコンゴ
ム２５を介して遮へい板２６の中央部へ伝導され、冷却
水回転継手３２を介して外部へ放散される。

以上の説明から分るように１本案施例のイオン打込装置
によれば次のような効果が達成される。

（１）余分なイオンビーム１け遮へい板２６で遮へいさ
れ、ウェハ２を取シ付けた回転円板３上には、必要なイ
オンビームしか照射されないので、ウェハ２の温度上昇
を小さくすることができ、高濃度不純物領域を形成する
イオン打込みでも、ウェハ温度を７０℃以下に押さえる
ことができる０（２）　　イオン打込み中におけるウェハ２の温度上昇
を小さくすることができるので、半導体製造プロセスに
おけるＭＯＳトランジスタのソース。

ドレイン等の高濃度不純物領域形成のイオン打込み用マ
スクとしてホトレジスト膜を使用しても、これが灰化す
るようなことはなくなる。これによって、半導体製造プ
ロセスの工数およびコスト低減がはかれる。

（３）　　イオンビーム２によりて発生する熱が遮へい
板２６に吸収されるので、ウェハ２を取シ付ける回転円
板３の厚さを薄くできる０さらに、遮へい板の厚さも薄
くできるので駆動用モータを小型化できる。

（４）　　ウェハ２を取り付けた回転円板を、弾力性。

熱伝導性および耐熱性に富む、シリコンゴム等を介して
、遮へい板２６の冷却部と密着させて冷却させているの
で、イオン打込み中のウエハ２を効率よく冷却できる。

（５）　　ウェハ２を取シ付けた回転円板３だけを取シ
はずせる構造になっているため、回転円板３の取りはず
し機構を簡単かつ小型にすることができる０（効　果）以上の説明から明らかなように、本発明によればイオン
打込装置を小型化できるばかシでなく、イオン打込み時
のウェハ温度上昇を小さくでき、さらに、イオン打込み
性能を向上させることができるという効果を奏すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のウェハ移動方式のイオン打込装置の要部
断面図、第２図は回転円板上の、イオンビームが照射さ
れる領域を示す平面図、第３図は本発明の一実施例であ
るイオン打込装置の要部断固、第４図は第３図をＡ方向
から見た側面図、第５図はウェハ取シ付は部とイオンビ
ームとの関係を示す断面図である。１・・・イオンビーム、２・・・ウェハ、３・・・回転
円板、２３・・・回転軸、２４・・・軸、２５・・・シ
リコンゴム、２６・・・遮へい板代理人　弁理士　　平　木　道　大筒１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　イオンビームに直交するごとく配置した回転
円板を、回転させると共に、その直径方向に往復運動さ
せ、上記回転円板上の、回転中心からほぼ同一距離の位
置に取り付けた複数個のウニ八表面にイオンを打込むイ
オン打込装置において、上記回転円板のイオンビーム入
射側に設けられ、上記回転円板と一体的に回転する遮へ
い板と、上記回転円板上に取付けられるウニＩ・以外の
領域に照射されるイオンビームを遮へいするように、上
記遮へい板の、前記回転円板上のウニ／％取付位置に対
向する位置に穿設された穴と、上記遮へい板を冷却する
手段とを具備したことを特徴とするイオン打込装置。
（２）　　上記遮へい板が、冷却小路を中心に設けた軸
と一体的に形成され、その中心付近が冷却されるように
構成されたことを特徴とする特許請求範囲第１項記載の
イオン打込装置。
（３）上記遮へい板の中心付近に、熱伝導性がよく、弾
力性のある物質層を装着し、イオン打込み時には、上記
遮へい板と上記回転円板を、上記の熱伝導性がよく弾力
性がある物質を介して密着させるごとく構成したことを
特徴とする特許請求範囲第１項または第２項記載のイオ
ン打込装置。