JPH0613019A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハなどの被処理体に対してコンタ
ミネーションを抑えることのできるイオン注入装置を提
供すること。 【構成】 回転ディスク１７上のウエハＷの前面側にフ
ァラデーカップ２を配置し、このファラデーカップ２の
外側にプラズマ発生部４を設ける。プラズマ発生室３１
に開口部４１を形成しかつファラデーカップ２の管壁部
に開口部４２を形成してこれらによりプラズマ出口４を
構成すると共に、出口４の見通し領域ＳがウエハＷから
外れるように構成する。イオンビームの照射によりウエ
ハＷの表面が正電荷に帯電してもプラズマ発生室３１内
のプラズマから電子が引き出されて正電荷を中和する。
またフィラメント３２から、あるいはプラズマ発生室３
１から金属粒子がプラズマ出口４の外に飛び出しても、
前記領域ＳがウエハＷの外にあるため直接ウエハＷには
衝突しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン注入装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入技術は、イオン源で発生する
不純物イオンを高電界で加速し、その運動エネルギーを
利用して機械的に半導体ウエハ内に不純物を導入する方
法であり、ウエハ内に導入された不純物の総量を電荷量
として精度よく測定できる点で非常に有効な方法であ
る。

【０００３】従来このようなイオン注入は、例えば図６
に示す装置を用いて行われている。即ちイオン源７内に
てガスや固体の蒸気をプラズマ化し、このプラズマ内の
正イオンを引出し電極７１により一定のエネルギーで引
き出した後、質量分析器７２によりイオンビームに対し
て質量分析を行って所望のイオンを分離し、更に分解ス
リット７３によりイオン分離を完全に行う。そして分離
された所望のイオンのイオンビームを加速管７４を通し
て最終エネルギーまで加速した後ウエハＷに照射し、以
てウエハＷの表面に所望の不純物を導入する。

【０００４】なお７５はファラデーカップであり、ウエ
ハの表面にイオンが打ち込まれたときに発生する２次電
子を外部に流出しないように閉じ込めて、イオン注入量
を正確に測定するためのものである。

【０００５】ところでイオンビームをウエハＷに照射す
ると、ウエハＷの表面に露出している絶縁膜にイオンの
正電荷が帯電し、その電荷量が絶縁破壊電荷量以上にな
ると絶縁膜が破壊され、デバイスが不良品になってしま
う。

【０００６】このため従来では図６に示すようにウエハ
Ｗの近傍にてイオンビームに臨む位置にプラズマ発生部
７６を設け、このプラズマ発生部７６で発生したプラズ
マ中の電子を、プラズマ発生部７６とウエハＷとの間の
電位勾配によりウエハＷの表面に引き寄せてウエハＷの
表面の正の電荷を中和し、ウエハＷ上の絶縁膜の帯電量
を小さく抑えるようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記プラズマ発生部
は、例えばモリブデンよりなるプラズマ発生室内にタン
グステンよりなるフィラメントを設け、フィラメントを
加熱してその熱電子をアルゴンガスなどに衝突させてプ
ラズマを発生するように構成されるが、プラズマ発生室
内にはフィラメントの蒸気や、プラズマによるプラズマ
発生室の内壁のスパッタ粒子が微量ではあるが存在す
る。このためタングステンやモリブデンなどの重金属粒
子がプラズマ発生室の外に飛び出し、その一部がウエハ
Ｗの表面に付着してコンタミネーション（汚染）の要因
となっていた。

【０００８】そしてＤＲＡＭが４Ｍから１６Ｍ、６４Ｍ
と大容量化しつつあるようにデバイスの微細化がより一
層進んでくると、このような微量の重金属粒子であって
もデバイスの特性に悪影響を及ぼしてしまうという課題
があった。

【０００９】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、被処理体に対してコンタミネ
ーションを抑えることのできるイオン注入装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体にイ
オンビームを照射してイオンを注入する装置であって、
被処理体の近傍にプラズマ発生部を配置し、プラズマ発
生部で発生したプラズマ中の電子が被処理体の表面に引
き寄せられて当該被処理体の表面の正の電荷を中和する
イオン注入装置において、前記プラズマ発生部の内部か
らプラズマ出口の外を見通した見通し領域が被処理体か
ら外れていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】例えばプラズマ発生部のフィラメントの金属粒
子が蒸気となってフィラメントから飛散し、あるいはプ
ラズマ発生室の内壁がプラズマによりスパッタされて金
属粒子が飛散した場合、これら金属粒子は中性であり、
ファラデーカップ７５内は例えば１０^−４パスカル以下
の真空雰囲気であるため、プラズマ発生室の外に飛び出
した金属粒子は直進する。従ってこのように飛び出した
金属粒子（中性粒子）はプラズマ発生室の内部からプラ
ズマ出口の外を見通した見通し領域内を飛んでいくが、
この見通し領域が被処理体から外れているため、前記金
属粒子は直接には被処理体に到達することがないので、
コンタミネーションを抑えることができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係るイオン注入装
置全体を示す概略構成図である。同図を参照しながら装
置全体について簡単に説明すると、図中１はイオン源
で、例えばベーパライザ１１内の固体原料から昇華した
ガスをプラズマ化するものであり、このプラズマ中のイ
オンは、引き出し電極１２とイオン源１本体との間に与
えられる引出し電圧によって外部にイオンビームとして
引き出される。この引き出し電極１２の下流側には、ス
リット部１３を介して質量分析器１４が配置され、ここ
で所望のイオンのみが取り出され、その後スリット部１
５を介して加速器１６内に入る。前記イオンは加速器１
６で加速電圧により加速された後ファラデーカップ２を
通って、スピンモータ１８により回転される回転ディス
ク１７（回転ディスク１７の下部は図１中切欠して描い
てある）上に載置保持された被処理体例えば半導体ウエ
ハＷ内に注入される。

【００１３】前記ファラデーカップ２は、「従来技術」
の項でも述べたが、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込めてイオン注入量を正確
に測定するためのものであり、更にこのファラデーカッ
プ２の外側には、後で詳述するようにウエハＷの表面の
電荷を中和するためにプラズマ発生部３が配置されてい
る。

【００１４】次に前記ファラデーカップ２の周辺及びプ
ラズマ発生部３について図２を参照しながら詳述する。
前記ファラデーカップ２のイオンビームＩＢの侵入側に
は、ファラデ−カップ２の外に二次電子が飛び出ないよ
うに、例えば−１０００Ｖの電圧Ｅｓが印加されるサプ
レス電極２１が設けられている。

【００１５】前記プラズマ発生部３は、例えばカーボン
やモリブデンなどからなるプラズマ発生室３１内に例え
ばタングステンよりなるフィラメント３２を設けて構成
され、前記プラズマ発生室３１の壁部には、図示しない
ガス供給源よりの例えばアルゴンガスやキセノンガスや
クリプトンガスなどが供給されるガス供給管３３が接続
されると共に、プラズマ発生室３１におけるファラデー
カップ２と対向する壁部には、プラズマがファラデーカ
ップ２内に流出できるように開口部４１が形成されてい
る。

【００１６】また前記ファラデーカップ２において前記
開口部４１と対向する管壁部には、開口部４２が形成さ
れている。この管壁部はプラズマ発生室３１の内から外
への見通し領域を規制するための見通し規制部材の役割
を果たすものであると共に、これら開口部４１、４２
は、この実施例ではプラズマ出口４を構成するものであ
り、プラズマ発生室３１の開口部４１は内部側の開口幅
（図２中左右の開口幅）が例えば１ｍｍ程度の大きさで
あって外部側に向かうほど拡大する形状に形成されてい
る。そして開口部４１、４２の全体、つまりプラズマ出
口４は、図３に示すようにプラズマ発生室３１の内部か
らプラズマ出口４の外を見通した見通し領域Ｓがウエハ
Ｗから外れるように構成されている。即ち開口部４１の
図３中左端部ａからウエハＷ側に向う直線のうち、プラ
ズマ出口４を通って外に伸ばすことのできる直線Ｌがウ
エハＷの周縁の外側に位置するようにプラズマ出口４が
構成されている。

【００１７】前記フィラメント３２の両端には、ターミ
ナル、給電プレート、給電ロッドなどを組み合わせてな
る給電部材３４、３５が夫々接続され、これら給電部材
３４、３５間には、フィラメント電圧Ｅｆを印加するた
めの電源が接続されると共に、フィラメント３２とプラ
ズマ発生室３１の壁部との間には、放電電圧Ｅｄを接続
するための電源が接続される。なおプラズマ発生部３と
してはフィラメントを用いたものの他にＲＦイオン源な
どを用いてプラズマを発生するものなどであってもよ
い。

【００１８】前記プラズマ発生室３は、図２及び図４に
示すように、例えばアルミニウムよりなる冷却用のブロ
ック体５の中に収納されており、このブロック体５は、
プラズマ発生室３を冷却するように内部に冷却水路（図
示せず）が形成されると共にこの冷却水路内に冷却水を
循環させるために冷却水管５１、５２が接続されてい
る。

【００１９】前記ブロック体５内にはフィラメント３２
からの電子と、ガスとの衝突確率を上げることにより、
プラズマをより効率よく発生させるためにプラズマ発生
室３１の両側壁側に互いに対向するように永久磁石体５
３、５４が設けられており、これら永久磁石体５３、５
４は、内方側（プラズマ発生室３１側）がＮ極、外方側
がＳ極となるように着磁されている。また永久磁石体５
３、５４によってファラデーカップ２内にも磁界が形成
されると、プラズマ発生部３より引き出された電子が前
記磁界により運動方向を規制されて中和を必要とするウ
エハＷの表面に供給されにくくなるため、前記ブロック
体５の前面（ファラデーカップ２側の面）及び側面を覆
うように磁気シールドカバー５５が設けられている。

【００２０】ところでプラズマ発生室３１の背面側（フ
ァラデーカップ２に対して反対側）は、給電部材３４、
３５が配設されていてここに大きな電流が流れ、このた
め例えば８００℃程度の高温に加熱される。従ってこの
ように部品が高温に加熱されると、その表面から放出さ
れる汚染物質によってウエハ表面が汚染されるおそれが
あるし、またウエハ表面の回路パターンなどが熱変形す
るおそれがある。そこでこのようなことを防止するため
に、図２及び図５に示すように、プラズマ発生室３１の
背面側とウエハＷとを仕切るように熱シールド板６が設
けられている。この熱シールド板６の配設の仕方は装置
に応じて行えばよいが、高温に加熱される部品から回転
ディスク上のいずれのウエハもが、見通しにならないよ
うに、熱シ−ルド板６を設ける必要がある。

【００２１】次に上述実施例の作用について述べる。イ
オン源１から引き出された、例えばリンやヒ素などの不
純物のイオンを含んだイオンビームは質量分析器１４に
て質量分析され、更に加速管１６で加速された後ファラ
デーカップ２内を通って、回転ディスク１７上に載置保
持されたウエハＷに照射され、前記不純物がウエハＷ内
に打ち込まれる。

【００２２】そしてプラズマ発生室３１内のフィラメン
ト３２が電圧Ｖｆにより加熱されて熱電子が発生し、フ
ィラメント３２とプラズマ発生室３１との間の放電電圧
Ｖｄにより、ガス供給管３３から導入されたアルゴンガ
スなどの放電ガスを熱電子が励起し、しかも永久磁石５
３、５４によりプラズマ発生室３１内には磁界が形成さ
れているので効率よくプラズマを発生させる。一方イオ
ンビームの照射によりウエハＷの表面が正の電荷により
帯電すると、プラズマ発生室３１とウエハＷの表面との
間に電位勾配が生じるため、プラズマ中の電子がプラズ
マ発生室３１の出口４（開口部４１及び４２）を通って
ウエハＷの表面に引き寄せられて当該表面上の正の電荷
を中和する。

【００２３】またプラズマ発生室３１の内壁がプラズマ
によってスパッタされ、そのスパッタ粒子例えばカーボ
ンやモリブデン粒子がプラズマ出口４を通ってファラデ
ーカップ２内に飛び出し、またフィラメント３２の加熱
によってここからも例えばタングステン粒子が飛び出
す。プラズマ発生室３１のプラズマ出口４の外側、つま
りファラデーカップ２の中やウエハＷが置かれている領
域は例えば１０^−４パスカル以下の真空雰囲気であるか
ら、これら粒子は直線的に飛んでいく。ここで前記プラ
ズマ出口４は、先述したように内側から外側を見通した
見通し領域がウエハＷから外れるように形成されている
ため、前記粒子は直接的にはウエハＷの表面に衝突しな
いので、これら粒子によるウエハＷのコンタミネーショ
ンが抑えられる。従ってデバイスの高集積化が進み、デ
バイスの特性に悪影響を与えるコンタミネーションのレ
ベルが増々低くなって、一連のプロセスの中で僅かなコ
ンタミネーションをも避けなければならない状況下にあ
ることから、ウエハＷの表面の電荷の中和をなすための
プラズマ発生部についても、汚染源の着目及びその対策
を講じた点で非常に意義が大きくかつ有効な手段であ
る。

【００２４】以上において、ウエハＷの周縁付近の不純
物の濃度均一性が低くならないようにイオンビームをウ
エハＷの周縁より若干外側にはみ出した領域にも照射す
ることが多いため、プラズマ発生室３１の内部からの前
記見通し領域は、ウエハＷからはみ出しているイオンビ
ームの照射領域よりも更に外側となるようにプラズマ出
口４を形成することが好ましい。その理由は、このはみ
出し領域にプラズマ発生部３からのスパッタ粒子や、フ
ィラメントからの粒子が付着すると、これら付着した粒
子がイオンビ−ムによりスパッタされてウエハＷの表面
に付着してしまうからである。

【００２５】またプラズマ発生室３１のプラズマ出口４
は、プラズマ発生室３１の壁部に形成した開口部４１
と、見通し規制部材（この例ではファラデーカップ２の
管壁部に相当する）に形成した開口部４２との組み合わ
せにより構成することが望ましい。即ちプラズマ発生室
３１の壁部の開口部４１のみによって見通し領域を規制
しようとすると、開口部４１の内側の開口幅が例えば１
ｍｍ程度と非常に狭いことも加わって、壁部に精度良い
加工処理を行うことは困難であるが、見通し規制部材と
組み合わせれば、開口部４１の形状がラフでよいので設
計上得策である。ただし本発明では、この壁部の開口部
４１のみによってプラズマ出口４を構成してもよい。

【００２６】なおイオンを注入する被処理体としては、
半導体ウエハに限られず種々のものを適用することがで
きる。また本発明は、加速管１６を設けない装置や、フ
ァラデーカップ２が回転ディスク１７の裏側に配置され
ている装置についても適用することができ、更にまた１
枚づつ真空処理室内にウエハを導入する装置についても
適用できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、被処理体の表面の正電
荷を中和するためにプラズマ発生部を設けるにあたっ
て、プラズマ出口に係わる見通し領域が被処理体から外
れているため、例えばプラズマ発生室のスパッタ粒子な
どによる被処理体へのコンタミネーションを抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるイオン注入装置の全体
構成を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例の要部を示す断面図である。

【図３】上記実施例の作用を説明するための説明図であ
る。

【図４】プラズマ発生部の周辺部材を示す分解斜視図で
ある。

【図５】上記実施例の要部の外観を示す斜視図である。

【図６】従来のイオン注入装置を示す概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１ イオン源 １４ 質量分析器 １６ 加速管 ２ ファラデーカップ ３ プラズマ発生部 ３１ プラズマ発生室 ４ プラズマ出口 ４１、４２ 開口部 Ｓ 見通し領域 ５ 冷却用のブロック体 ６ 熱シールド板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体にイオンビームを照射してイオ
   ンを注入する装置であって、被処理体の近傍にプラズマ
   発生部を配置し、プラズマ発生部で発生したプラズマ中
   の電子が被処理体の表面に引き寄せられて当該被処理体
   の表面の正の電荷を中和するイオン注入装置において、 前記プラズマ発生部の内部からプラズマ出口の外を見通
   した見通し領域が被処理体から外れていることを特徴と
   するイオン注入装置。