JPS62139239A - イオン注入室の浄化方法及び同装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野ン 本発明は一般にはイオン注入法に、よシ詳細にはイオン
注入室における粒子汚染の制御方法に係る。

（従来の技術） 半導体電子部品その他のミクロ製造装置の製造分野では
、構成部品の小型化、それに伴なう微小素子の高密度化
が着実に進められている。

構成部品の大きさが１マイクロメートル以下になると、
製造中の汚染の問題が重要性を帯びて来る。

当該技術分野では、各種電子装置の製造を汚染源および
粒子を厳密に制限した中で行なわねばならないというこ
とが以前から認識されていた。大規模集積回路の製造を
行なう半導体産業界で特に関心をもたれているのが、シ
リコンウェーハに電気的に活性のイオンを注入する工程
で粒子を制御するという問題である。

（発明が解決しようとする問題点） 半導体装置（大規模集積回路を含む）の製造に使用する
シリコンウェーハ・の処理工程で現在使用されている注
入方法は多数の工程を含んでおり、その１つ１つが１マ
イクロメートル程度の粒子でウェーハを汚染する危険性
の高い工程である。このような危険性の高い工程には、
ウェーハを真空室に移送する工程、ウェーハを高い回転
速度でスピンする工程、ウェーハを強力なイオンの流れ
で衝撃する工程、真空室からウェーハを取出して次の段
階へ送る工程がある。

ライディング（Ｒｙｄｉｎｇ　）米国特許第４，２５４
，７９７号とペンベニステ（Ｂｅｎｖｅｎｉｓ　ｔｅ　
）米国特許第４、４１９．５８４号の中に、特に半導体
基板のドーピングに適するイオンビーム注入システムに
ついての開示があるが、これを参考に本明細誓にも組入
れである。本発明は粒子の含有ｔを業界の許容最大値以
下に自動的に保持するイオン注入室の浄化方法及び同装
置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段〉 そのため、本発明方法は、 イオン注入室内部の粒子汚染を低減するためｆ５） の方法であって、イオン注入室内部の圧力を交番的に上
下させながら室内部に乱流を生じる工程を含んで成シ、
その圧力低下工程をポンプによる排気によって行ない、
室内部から粒子汚染物を排出することを特徴とする。

また、本発明装置は、 半導体ウェーハのイオン注入装置であって。

イオン注入用容器と、 前記イオン注入用容器にイオンビームを入射するイオン
源と、 回転自在に装着されているウェーハ支持体であって、容
器外位置においてウェーハを載置した後、そこからイオ
ンビーム下で前記ウェーハを回転させる容器内の位置ま
で移動できるように構成されているウェーハ支持体と。

前記容器をポンプに連結して容器内圧力を低下させるた
めの第１弁手段と、 前記容器内部に流体を送るための第２弁手段と、 前記容器内でウェーハ支持体を回転するための駆動手段
と、 前記駆動手段を作動しながら前記第１弁手段と第２弁手
段を交互に開閉して前記容器内部の粒子汚染物を除去し
、それを前記容器から排出する制御手段と、 を含んでなることを特徴とする。

（作用ン 本発明方法によると、イオン注入室内の圧力を交番的に
上下させ、室内に乱流を生じて汚染粒子を除去する清浄
方法によって、粒子汚染レベルを低減する。除去した粒
子は室内圧力を下げる毎に室から一掃される。このよう
な圧力の循環を繰返し行なうことで汚染物の濃度を下げ
ることができる。

本発明の好適実施態様圧よると、圧力を循環させなから
ウェーハ支持体をイオン注入室内で回転することによっ
て乱流を生じる０イオンの注入中Ｋ、イオン注入室に連
結したポンプにより室内の圧力を低下する＠室に給気し
て、乾燥濾過した空気を室内に導入することによって、
室内の圧力を上昇させる◇ディスク支持体が空気中を回
転するに従って乱流が生じ、これによって室壁の他ウェ
ーハ支持体からも粒子が除去される。圧力を下げると、
このように除去された粒子が室から一掃される０ウ工−
ハ支持体を回転させながら圧力の循環を繰返すことによ
って、汚染物含有量を漸近的に減少することができる。

本発明の実施によって生まれる最大粒子含有量は、これ
までに工業的な注入技術によって達成された限シでは最
も低いものである。本発明の浄化方法は高速で再現性が
ある上、手作業を伴なわない。コンピュータによって浄
化工程を完全に制御することができ、経験や必要に応じ
て一連の工程の１つ１つを変更することができる。浄化
工程の制御は、イオン注入そのものの制御に用いるのと
同じコンピュータによって行なうため、工業生産用のウ
ェーハ処理に使用される標準的方法の１つとなる。

本発明の方法は柔軟性に富み、一連の工程中の各段階の
時間増分だけでなく、ガス攪拌段階における室内圧力に
ついても経験や必要に応じて変化させることができる〇 粒子濃度を測定するウェーハ検査段階を用いて、注入処
理を開示するべき時を知らせる確実な指標とすることも
できる。実施態様の１つとしてディスク支持体に彫刻を
施して、乱流の循環をよシ効果的なものとすることもで
きる。

本発明装置においては、表面、％にイオン注入室内部に
配置した半導体ウェーノ・の表面から粒子を、ウェーハ
に電気的に活性のイオンを注入する前に除去する◇ウェ
ーハ保持ディスクを用いて注入中手導体ウェーノ・全保
持させ、イオン注入器の目標ステーション内部で強力な
ガスの乱流を生じる。これによって目標室の内表面に付
着した粒子を離脱させる０その後空気中に浮遊した粒子
を真空ポンプによって室内部から排出する０空気を攪拌
した後に排気、続いて給気するシーケンスを１回行なう
毎に粒子数が増分的に減少して行く。このようなシーケ
ンスを連続して行なう結果、粒子汚染の漸近的低減を行
なうことができる。

以上から理解されるように、本発明の目的は半導体ウェ
ーハのドーピングを行なうイオン注入システムにおける
汚染物包含量を制御下で低減させることにある。本発明
の好適実施態様に関する次の詳細な説明を読むととくよ
って、これ以外の目的、利点、特徴についてより良く理
解できるものと考える。

（実施例） 図面を参照すると、第１図はイオン注入用半導体ウェー
／・１２を装填するべく雰囲気中に開口した状態のイオ
ンターゲラ）呈１［１示している。注入装置のイオン源
加速器１４は真空状態にあシ、分離弁１６によってター
ゲツト室１０の内部と分離されている。ディスク状ウェ
ーハ支持体２０にウェーハ１２を載置して室１０内に挿
入する。室１０内を真空ポンプ２３に連結した真空弁２
２を介して排気し、支持体２０の速度を上げてウェーノ
・１２をイオンビーム正面で回転させる０弁２２を閉じ
ると共に弁１６を開き、ファラデー遮蔽（不図示）を取
払ってイオンビームが室１０内に入るようＫする。

先行技術で周知の方法に従って、１平方センチメートル
あ之夛所定のイオン量になるまで注入を行なう。分離弁
１６を閉じ、回転ディスクを停止した後に、給気弁３０
を開けて濾過した乾燥空気を室内部に大気圧になるまで
導入する。

支持体２０１室１ｏから除去し、注入済ウェーハ１２を
支持体から取外してその後の処理を行なう〇 本発明の浄化方法が最も効果的に作用するのは、室１０
に連結する給気口と排気口を上述のように、室の給気ま
たは排気を行なう時最も有効な空気層流が生まれるよう
に配置した場合である０ダミーウエーハを支持体２０に
載置して。

この支持体２０を室１０内の定位置に配置する。

弁２２を介して室１０を排気する。次に給気弁３０を開
けて濾過した乾燥空気を入れる。フィルタ３２によって
空気に含まれる粒子を最小化する。濾過した乾燥空気を
室１０内に導入するのと同時に、弁２２を制御して室１
０内の圧力を調節することができる。

支持体２０を所定時間高速でスピンさせる〇支持体２０
のスピンによって空１０内の空気を攪拌して強い乱流を
生じ、これによって支持体２０および室１０壁部から粒
子を除去する。次に給気弁３０を閉じ、弁２２を開いて
室から排気する。支持体２０をスピンさせながら室への
給気と排気を交互に行なう。このような交番工程（また
はシーケンス）の回数はオペレータがプログラムするこ
とができる◇支持体の回転を一時停止して、最後１回の
給気および排気を連続して行なう。浄化工程を全部終了
した後、室１０を開放してウェーノ・を載置したディス
クを装填し、イオン注入を行なう。

ウェーハ装填ステーション５２からイオン注入ステーシ
ョンまでの移動路の下方に格子状台面５０が配置されて
いる。室１０内部のイオン注入ステーションにおいてウ
ェーノー支持体５２を垂直に立てる０格子状台面５０は
、装填および取出しを行なう間ウェーハ領域の空気流が
ウェーハのとる最下位置よシ下の一点へ向かう層流とな
るようにする◇格子状台面５０の真上にある静電フィル
タ５４も空気の浄化を行ない、室１１Ｃ対してウェーハ
を出し入れする際、ウェーハに付着する汚染物をできる
だけ少なくできるように作用する。

ターゲツト室１０内の圧力は、上述の空気攪拌中もプロ
グラム可能調整装置４０を制御し、かつ給気弁３０およ
び排気弁２２の開口度を調節することによって調整する
ことができる。実際には給気段階に圧力を２５〜１００
トルにすると優れた結果が得られるという知見を得てい
るが、これよシ高い圧力でも有効であシ、圧力範囲全体
に亘って浄化サイクルを連続して行なうと有利であるよ
うである。

各工程の順序、シーケンス各部の継続時間。

使用する圧力弁等は全て現在技術により予めプログラム
可能であシ、オペレータに専門的技術が無くても自動化
し再現性をもたせることが可能である。

第３図は浄化方法の順序の一例を示している〇この方法
によると１マイクロメートル以上の粒子の計数値を１６
Ｉあたシ１つ以下まで減少できるという良好な結果が得
られた。コンピュータアルゴリズムを、目標ステーショ
ン室１０ｆｔ：閉じる一方で分離弁１６を開き、注入ス
テーションにポンプから真空を導入するところから開始
する。支持体２０をスピンして、給気弁を開いた後給気
弁を閉じるという循環パターンを１２回行なう。第３図
に示したアルゴリズムでは。

給気弁を１５秒間開放して圧力ｔ−１００トルにした後
、室１０を０．０１）ルまで排気する。これを１２回行
なった後、ディスクの回転を停止して、再び給気弁開閉
パターンを１２回行なう。

上述の動作のシーケンスを厳密にどれ位の時間で行なう
かは重要でない。また各種変更を行なっても等しく有効
であるようである。例えば、排気弁２２を完全に閉じて
給気を行なっても良いし、ディスクの角速度を変えても
良い０室１００周シに複数の給気口および排気口を設け
て。

これらの給気口および排気口を室１０内部の清浄化が最
も有効に行なえるような順序で配置してそのように動作
させることもできる。

上に記載したような真空ポンプ弁および給気弁の位置も
これに限られることはない。これ以外の構成でも同等の
効果を得ることができる。

例えば別個の真空弁２２を室に直接設けて、排気給気の
サイクルを加速器領域から分離しても良い。その場合、
加速器領域は常時高度の真空下におかれると共に、排気
給気サイクルは高真空からの圧力変動を必要に応じて大
気圧よシ大きくすることができる。

以上から明らかなようＫ、本発明の好適実施態様につい
である程度特定性をもたせて説明して来たが、実際には
上述のような構成の修正および変更も、特許請求の範囲
または精神に該当するものは全て本発明に含まれるもの
とする。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、イオン注入室内に
乱流を生じさせ、その後排気すること全所定回数行なう
ようにすることで、汚染粒子の含有ｉｔｔ許容レベルへ
自動的に低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオンステーションの概略図でアシ。 イオンビーム、半導体ウェーハ、ウェーハ保持器、ウェ
ーハローダ、注入室を示している。 第２図は注入室に連結された給気路および真空排気路を
示す概略図である〇 第３図は室浄化手順を示す流れ図である０１０・・・イ
オンターゲット室、１２・・・半導体ウェー／−，１４
・・・イオン源加速器、２０・・・ウェーハ支持体、２
２・・・真空弁、２５・・・真空ポンプ。 ５０・・・給気弁、３２・・・フィルタ、４０・・・プ
ログラム可能調整器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン注入室内部の粒子汚染を低減するための方
   法であって、イオン注入室内部の圧力を交番的に上下さ
   せながら室内部に乱流を生じる工程を含んで成り、その
   圧力低下工程をポンプによる排気によって行ない、室内
   部から粒子汚染物を排出することを特徴とする、イオン
   注入室の浄化方法。
2. （２）圧力を上下させながら室内部でウェーハ支持体を
   回転することによって上記乱流を生じる、特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。
3. （３）室に給気することによって圧力を上昇させ、濾過
   したイオンを室内に導入する、特許請求の範囲第２項に
   記載の方法。
4. （４）半導体ウェーハのイオン注入装置であって、イオ
   ン注入用容器と、 前記イオン注入用容器にイオンビームを入 射するイオン源と、 回転自在に装着されているウェーハ支持体 であって、容器外位置においてウェーハを載置した後、
   そこからイオンビーム下で前記ウェーハを回転させる容
   器内の位置まで移動できるように構成されているウェー
   ハ支持体と、前記容器をポンプに連結して容器内圧力を 低下させるための第１弁手段と、 前記容器内部に流体を送るための第２弁手 段と、 前記容器内でウェーハ支持体を回転するた めの駆動手段と、 前記駆動手段を作動しながら前記第１弁手 段と第２弁手段を交互に開閉して前記容器内部の粒子汚
   染物を除去し、それを前記容器から排出する制御手段と
   、 を含んでなるイオン注入室の浄化装置。
5. （５）前記第２弁手段を介して容器内に導入される流体
   の中の粒子を濾過するためのフィルタ手段をさらに含ん
   で成る、特許請求の範囲第４項に記載の装置。
6. （６）前記制御手段が所定時間前記弁を開閉するべくプ
   ログラムされているコンピュータを含んで成る、特許請
   求の範囲第４項に記載の装置。
7. （７）イオン注入室内部の粒子汚染を低減するための方
   法であって、イオン注入室内部に乱流を生じながら該注
   入室に大気圧まで給気することと、空気および除去した
   粒子汚染物を室内部から排出することを交互に行なう工
   程を含んで成る方法。
8. （８）イオンウェーハ支持体に装着したウェーハにイオ
   ン注入を行なう前に該支持体を前記室内部で回転するこ
   とによって乱流を生じさせる、特許請求の範囲第７項に
   記載の方法。
9. （９）前記室内に導入される空気が室内に入る前に濾過
   される、特許請求の範囲第８項に記載の方法。