JP2006294495A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理体の表面に付着するパーティクルを少なくできるようにしたイオン注入装置を提供する。
【解決手段】 所定の不純物を含むイオンビームＩＢをウエーハＷに照射して当該ウエーハＷに該所定の不純物をイオン注入する装置であって、イオンビームＩＢ中から所定の不純物以外の不純物を取り除く第１のアナライザーマグネット２０と、このアナライザーマグネット２０によって所定の不純物以外の不純物が取り除かれた後のイオンビームＩＢの形状を整える可変アパチャー４０と、可変アパチャー４０によってその形状が整えられた後のイオンビームＩＢ中からパーティクルを取り除く第２のアナライザーマグネット９０と、このアナライザーマグネット９０によってパーティクルが取り除かれた後のイオンビームＩＢがウエーハＷに当たるよう当該ウエーハＷを支持するディスク５１と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオン注入装置に関し、特に、被処理体の表面に付着するパーティクルを減少できるようにしたイオン注入装置に関する。

従来から、アークチャンバ内で不純物をイオン化し、アナライザーマグネット（質量分析装置）により目的の不純物イオンを選択的に導出し、導出した不純物イオンをウエーハＷなどの被処理体に所定量照射、所定深さ注入するイオン注入装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、従来例に係るイオン注入装置３００をその上方向及び横方向から見た概略図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、このイオン注入装置３００は、バッチ処理の装置であり、アークチャンバ等で構成されるイオン発生源３１０と、アナライザーマグネット３２０（質量分析器）と、フラグファラデー３３０と、可変アパチャー３４０と、ディスク３５１を収納したディスクチャンバ３５０と、ウエーハＷの出し入れを行うポート３６０等を含んだ構成となっている。

このイオン注入装置３００では、イオン発生源３１０から不純物イオンが引き出される。引き出された不純物イオンは、アナライザーマグネット３２０によってそのイオン種、荷電種（何価のイオン）毎に分離され、必要なイオンだけがイオンビームＩＢとしてフラグファラデー３３０、可変アパチャー３４０側に送られる。
フラグファラデー３３０はイオンビームＩＢの強さ（即ち、ビーム電流）を測定するためのカップ状の部材であり、その材質はカーボン等である。このフラグファラデー３３０は、ウエーハＷに対するイオン注入を行う前にイオンビームＩＢの軌道（ビームライン）上に出てくるものであり、ウエーハＷに対してイオン注入を行っている間は、ビームラインから外れた場所に収納されるようになっている。

また、可変アパチャー３４０は、イオンビームＩＢの形状を整えるための装置である。アナライザーマグネット３２０によってその種類が選択されたイオンビームＩＢは同一のイオン種、荷電種だけで構成されるので、イオン同士が反発し合って発散する傾向にあるが、発散したイオンビームＩＢはこの可変アパチャー３４０を通過することでその形が収束した形に整えられる。この可変アパチャー３４０はカーボン等で構成されている。

図３（Ｂ）に示したように、可変アパチャー３４０を通過したイオンビームＩＢはディスク３５１にセットされたウエーハＷに注入される。
特開平２−３００４８号公報

注入前のビーム電流を計測するフラグファラデー３３０や、ビームの形状を整える可変アパチャー３４０はカーボン等で作られている。これらカーボン製の部材にイオンビームＩＢが当たるとカーボンは削られ粒子となって飛散する。ここで、飛散したカーボン粒子の一部がイオンビームＩＢに乗ってディスク３５１方向に運ばれ、その中のさらに一部がパーティクルとしてウエーハＷ（以下、「被処理体」ともいう。）Ｗの表面に付着してしまう、という問題があった。

本発明は、このような解決すべき問題に着目してなされたものであって、被処理体の表面に付着するパーティクルを少なくできるようにしたイオン注入装置の提供を目的とする。

〔発明１，２〕 上記目的を達成するために、発明１のイオン注入装置は、所定の不純物を含むイオンビームを被処理体に照射して当該被処理体に該所定の不純物をイオン注入する装置であって、前記イオンビーム中から前記所定の不純物以外の不純物を取り除く不純物選択手段と、前記不純物選択手段によって前記所定の不純物以外の不純物が取り除かれた後の前記イオンビームの形状を整えるビーム整形手段と、前記ビーム整形手段によってその形状が整えられた後の前記イオンビーム中からパーティクルを取り除くパーティクル除去手段と、前記パーティクル除去手段によって前記パーティクルが取り除かれた後の前記イオンビームが前記被処理体に当たるよう当該被処理体を支持する支持手段と、を有することを特徴とするものである。

ここで、「不純物選択手段」は例えばアナライザーマグネット（質量分析器）であり、「ビーム整形手段」は例えば可変アパチャーである。また、「支持手段」は例えばディスクである。
また、発明２のイオン注入装置は、発明１のイオン注入装置において、前記パーティクル除去手段はアナライザーマグネットであり、当該アナライザーマグネットによって前記イオンビームはその進行方向が変えられる、ことを特徴とするものである。

発明１及び発明２のイオン注入装置によれば、例えばイオンビームとビーム整形手段等との接触によりパーティクルが発生しても、このパーティクルはパーティクル除去手段で取り除かれる。従って、被処理体の表面に付着するパーティクルを少なくすることができる。

〔発明３〕 発明３のイオン注入装置は、発明２のイオン注入装置において、前記アナライザーマグネットは、前記イオンビームの前記進行方向を水平方向から上方向に変え、前記支持手段は、前記上方向に進む前記イオンビームが前記被処理体に当たるよう当該被処理体を下方向に向けた状態で支持する、ことを特徴とするものである。

このような構成であれば、イオンビームが上方向に進むのに対して、パーティクルは重力によって下方向に落下するので、イオンビーム中からパーティクルを効率良く取り除くことができる。

〔発明４〕 発明４のイオン注入装置は、発明１から発明３の何れか一のイオン注入装置において、前記パーティクル除去手段によって前記イオンビーム中から取り除かれた前記パーティクルを捕獲する捕獲手段、を有することを特徴とするものである。

このような構成であれば、アナライザーマグネットによってイオンビーム中から一旦取り除いたパーティクルの舞い上がりを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（１）第１実施形態
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置１００をその上方向及び横方向から見た概略図である。このイオン注入装置１００は、アークチャンバ内で不純物をイオン化し、アナライザーマグネット（質量分析装置）により目的の不純物イオンを選択的に導出し、導出した不純物イオンをウエーハＷに所定量照射、所定深さ注入するバッチ式のイオン注入装置１００である。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、このイオン注入装置１００は、イオン発生源１０と、第１のアナライザーマグネット（質量分析器）２０と、フラグファラデー３０と、可変アパチャー４０と、第２のアナライザーマグネット（質量分析器）９０と、ウエーハ支持用のディスク５１と、ディクスを収納したディスクチャンバ５０と、ウエーハＷの出し入れを行うポート６０等を含んだ構成となっている。

図１（Ｂ）に示すイオン発生源１０は、アークチャンバ等で構成される。ヒ素、リンなどのｎ型不純物、又はボロンなどのｐ型不純物を含むイオンソース（ソースガス）をアーク放電によりイオン化し、引き出し電極イオンビームＩＢを発生させる。このイオン発生源１０で発生したイオンビームＩＢは、アナライザーマグネットに向けて引き出される。
図１（Ａ）に示す、第１のアナライザーマグネット２０はマグネットを有し、このマグネットから発生する磁界にイオンビームＩＢを通して、イオンビームＩＢ中から所定の不純物以外の不純物を取り除く装置である。このアナライザーマグネットによって、不純物はそのイオン種、荷電種（何価のイオン）毎に分離され、分離された不純物の中から必要なイオン（即ち、ウエーハＷに注入すべき所定の不純物）だけがイオンビームＩＢとして取り出され、フラグファラデー３０側に送られる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すフラグファラデー３０は、イオンビームＩＢの強さ（即ち、ビーム電流）を測定するためのカップ状の部材であり、その材質は例えばカーボンである。このフラグファラデー３０は、ウエーハＷに対するイオン注入を行う前（即ち、製品処理前）にイオンビームＩＢの軌道（即ち、ビームライン）上に出てくるものであり、製品処理を開始しているときは、ビームラインから外れた場所に収納されるようになっている。

また、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す可変アパチャー４０は、イオンビームＩＢの形状を収束した形に整えるための装置である。アナライザーマグネット２０を通過したイオンビームＩＢは同一のイオン種、荷電種だけで構成されるので、イオン同士が反発し合って発散する傾向にあるが、この発散しつつあるイオンビームＩＢは可変アパチャー４０を通過することでその形状が収束する形に整えられる。この可変アパチャー４０は例えばカーボンで構成されている。なお、可変アパチャー４０の可変とは、指定されたイオン種によってアパチャーが可変、という意味である。

図１（Ｂ）に示す第２のアナライザーマグネット９０は、第１のアナライザーマグネット２０と同様マグネットを有し、このマグネットから発生する磁界にイオンビームＩＢを通すことで、イオンビームＩＢ中から所定の不純物以外の不純物を取り除く装置である。このイオン注入装置１００では、このアナライザーマグネット９０によって、イオンビームＩＢの進行方向が水平方向から上方向に変えられる。

ディスク５１は、その一方の面の周縁部に複数枚のウエーハＷを一枚ずつ並べて支持する支持用の治具である。このイオン注入装置１００では、ディスク５１はウエーハＷをその回路形成面を下方向に向けた状態で支持する。
次に、このイオン注入装置１００の動作例について説明する。
図１（Ａ）及び（Ｂ）において、まず始めに、イオンソースが導入されたイオン発生源１０からイオンビームＩＢが引き出される。次に、このイオンビームＩＢはアナライザーマグネット２０に進み、アナライザーマグネット２０によってそのイオン種、荷電種毎に分離される。そして、必要なイオンだけがイオンビームＩＢとしてフラグファラデー３０、可変アパチャー４０側に送られる。

次に、イオンビームＩＢは、製品処理前の段階では、アナライザーマグネット２０→フラグファラデー３０→可変アパチャー４０の順に進み、製品処理を行っている間は、アナライザーマグネット２０→可変アパチャー４０の順に進む。
ここで、フラグファラデー３０や可変アパチャー４０はカーボンで作られており、そこにイオンビームＩＢが当たるとカーボンは削られ、粒子となって飛散する傾向がある。飛散したカーボン粒子の一部は、イオンビームＩＢに乗ってアナライザーマグネット９０まで運ばれる。このようなカーボン粒子の大きさは、例えば０．１〜１．０［μｍ］程度である。

可変アパチャー４０を通りその形状が収束する方向に整えられたイオンビームＩＢは、アナライザーマグネット９０に到達する。そして、このアナライザーマグネット９０によって、その進行方向が水平方向から上方向に変えられる。
ここで、イオンビームＩＢは既に第１のアナライザーマグネット２０を通過しているので、大多数の成分が必要なイオン（ウエーハＷに注入すべき所定の不純物）だけで構成されている。従って、イオンビームＩＢは上方向に曲がって進む。

これに対して、カーボン粒子は上方向には進まず重力によって下方向に落下するので、イオンビームＩＢ中からカーボン粒子を効率良く取り除くことができる。その後、上方向に進んだイオンビームＩＢは、ディスクチャンバ５０内に入り、ディスク５１によって下向きに支持されたウエーハＷの回路形成面に照射される。
このように、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置１００によれば、イオンビームＩＢとフラグファラデー３０との接触や、イオンビームＩＢと可変アパチャー４０との接触によってカーボン粒子（即ち、パーティクル）が発生しても、このカーボン粒子は第２のアナライザーマグネット９０によってイオンビームＩＢ中から取り除かれる。従って、ウエーハＷの表面に付着するパーティクルを少なくすることができる。

この第１実施形態では、ウエーハＷが本発明の「被処理体」に対応し、アナライザーマグネット２０が本発明の「不純物選択手段」に対応している。また、可変アパチャー４０が本発明の「ビーム整形手段」に対応し、アナライザーマグネット９０が本発明の「パーティクル除去手段」に対応している。さらに、ディスク５１が本発明の「支持手段」に対応し、イオン注入装置１００が本発明の「イオン注入装置」に対応している。

（２）第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置２００の構成例を示す該略図であり、イオン注入装置２００を横方向から見た図である。図２において、図１（Ｂ）に示したイオン注入装置１００と同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、このイオン注入装置２００では、第２のアナライザーマグネット９０の底面にカーボン粒子（パーティクル）を捕獲するためのトラップ９５が設けられている。このトラップ９５は、例えばイオンビームＩＢの軌道に影響を与えない程度の負電荷（−）を帯びたシートである。
負電荷（−）とした理由は、フラグファラデー３０、可変アパチャー４０等から発生したカーボン粒子はプラス（＋）の電荷を帯びる傾向があるからである。負電荷（−）を帯びたシートをアナライザーマグネット９０の底面に敷いておくことで、カーボン粒子を引き寄せて捕獲することが可能である。

或いは、このトラップ９５は粘性を有するシートでも良い。上述したように、カーボン粒子は重力によって落下してくるので、一旦落下したカーボン粒子が再び上方向に舞い上がることがないようにシートに粘着させる。
このような構成であれば、アナライザーマグネット９０によってイオンビームＩＢ中から一旦取り除いたパーティクルをしっかりと捕まえておくことができ、アナライザーマグネット９０底面からのパーティクルの舞い上がりを防止することができる。

この第２の実施形態では、トラップ９５が本発明の「捕獲手段」に対応し、イオン注入装置２００が本発明の「イオン注入装置」に対応している。その他の対応関係は、第１実施形態と同じである。

第１実施形態に係るイオン注入装置１００の構成例を示す概略図。 第２実施形態に係るイオン注入装置２００の構成例を示す該略図。 従来例に係るイオン注入装置３００の構成例を示す該略図。

符号の説明

１０ イオン発生源、２０ 第１のアナライザーマグネット（質量分析器）、３０ フラグファラデー、４０ 可変アパチャー、５０ ディスクチャンバ、５１ ディスク、６０ ポート、９０ 第２のアナライザーマグネット（質量分析器）、９５ トラップ、１００，２００ イオン注入装置、ＩＢ イオンビーム、Ｗ ウエーハ

Claims (4)

1. 所定の不純物を含むイオンビームを被処理体に照射して当該被処理体に該所定の不純物をイオン注入する装置であって、
   前記イオンビーム中から前記所定の不純物以外の不純物を取り除く不純物選択手段と、
   前記不純物選択手段によって前記所定の不純物以外の不純物が取り除かれた後の前記イオンビームの形状を整えるビーム整形手段と、
   前記ビーム整形手段によってその形状が整えられた後の前記イオンビーム中からパーティクルを取り除くパーティクル除去手段と、
   前記パーティクル除去手段によって前記パーティクルが取り除かれた後の前記イオンビームが前記被処理体に当たるよう当該被処理体を支持する支持手段と、を有することを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記パーティクル除去手段はアナライザーマグネットであり、当該アナライザーマグネットによって前記イオンビームはその進行方向が変えられる、ことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記アナライザーマグネットは、前記イオンビームの前記進行方向を水平方向から上方向に変え、
   前記支持手段は、前記上方向に進む前記イオンビームが前記被処理体に当たるよう当該被処理体を下方向に向けた状態で支持する、ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置。
4. 前記パーティクル除去手段によって前記イオンビーム中から取り除かれた前記パーティクルを捕獲する捕獲手段、を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のイオン注入装置。

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