JPH0613017A - 処理装置及びイオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えばイオン注入装置において、バイアス電
極の表面からのパーティクルの発生を抑えること。 【構成】 回転ディスク１７上の半導体ウエハＷの直前
にファラデーカップ２を配置し、更にファラデーカップ
２のイオンビームの侵入側に、カーボンなどの導体５の
表面（内側の表面）にＳｉＣなどの半導体膜６が形成さ
れると共に内壁面が円形の２つのバイアス電極３Ａ、３
Ｂ（３）を設け、これらバイアス電極３にファラデーカ
ップ２の外から電子が飛び出さないように例えば−２Ｋ
Ｖのバイアス電圧を印加する。バイアス電極３の表面に
ウエハＷ表面からのスパッタ粒子が付着して絶縁膜が形
成され、この表面に正電荷が蓄積されて絶縁膜の耐電電
荷量を越えても、半導体の抵抗により放電が抑えられ、
パーティクルの発生が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は処理装置及びイオン注入
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９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９１により一定のエネルギーで引
き出した後、質量分析器９２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９３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９４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】ここでウエハＷの直前には、ウエハＷ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
測定するために、ファラデーカップ９５が設けられてお
り、更にファラデーカップ９５のイオンビームの侵入側
には、前記２次電子がファラデーカップ９５の外に出な
いように電圧源Ｅから例えば−２ＫＶのバイアス電圧が
印加されたファラデーバイアス電極９６が配置されてい
る。またファラデーカップ９５の外側には、イオンビー
ムの照射によりウエハＷの表面に蓄積された正電荷を中
和するためにプラズマ発生部９７が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでイオン注入装
置本体内の真空雰囲気中には、微量ではあるが残留ガス
が存在するため、この残留ガスの粒子にイオンビームが
衝突することにより当該粒子が電離して荷電粒子が生成
される。こうして生成された荷電粒子のうちバイアス電
極９６の電位と反対の電荷つまり正電荷をもつ粒子（正
の荷電粒子）はバイアス電極９６に引き寄せられる。ま
たプラズマ発生部９７で発生したプラズマ中の正の荷電
粒子の一部もバイアス電極９６に引き寄せられる。

【０００６】一方イオン注入装置を使用しているうちに
バイアス電極９６の表面にＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２
Ｏ_５、ＡＳ_２Ｏ_３などの絶縁膜が形成され、このためバ
イアス電極９６に引き寄せられた正の荷電粒子がバイア
ス電極９６内に引き込まれずにその表面に蓄積されてい
く。図７の左側は、このような様子を模式的に示すと共
に、その等価回路を示してあり、Ａ、Ｃ、Ｖ、は夫々絶
縁膜、絶縁膜の容量、バイアス電圧である。この絶縁膜
Ａは、イオンビームがウエハＷの表面に照射されたとき
に、当該表面に形成されているフォトレジスト膜や絶縁
膜がスパッタされ、そのスパッタ粒子が飛散してバイア
ス電極９６の表面に付着、堆積して形成されたものと推
察される。

【０００７】しかしながらこのようにバイアス電極９６
の表面に正の荷電粒子が蓄積されて電荷が増加すると、
その電荷量が絶縁膜Ａの絶縁耐圧を越えて図７の右側に
示すように絶縁膜Ａの表面とバイアス電極９６との間で
放電し、当該放電部分に急激に電流が流れるが、バイア
ス電極９６は導電体であるため電子が電圧源Ｅ側より前
記電流に対応する分だけ供給されるので放電による瞬間
熱エネルギーが大きくなり、この結果放電の衝撃により
爆発的にバイアス電極９６表面の絶縁膜Ａやバイアス電
極９６の一部が飛散して、パーティクルの発生の要因に
なるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的はパーティクルの発生を抑えるこ
とのできるイオン注入装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被処
理体が配置される真空雰囲気またはガス雰囲気中に、電
圧が印加される電極が設けられた処理装置において、前
記電極の少なくとも表面部を半導体により構成したこと
を特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、被処理体にイオンを注
入するために照射されるイオンビームの通過領域に臨む
位置に、バイアス電圧が印加される電極が設けられたイ
オン注入装置において、前記電極の少なくとも表面部を
半導体により構成したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】電極の電位と逆の電荷をもつ荷電粒子が電極に
引き寄せられた場合、電極の表面に何らかの原因で絶縁
膜が形成されると絶縁膜の表面に前記電荷例えば正電荷
が蓄積される。その電荷量が絶縁膜の絶縁耐圧量を越え
るとその部分に急激に電流が流れるが、電極の少なくと
も表面部は半導体で構成されているため、半導体の抵抗
により前記電流が抑制されて電流のピーク値が導体のみ
を用いた場合よりも小さくなり、放電による損傷が抑え
られてパーティクルの発生が少なくなる。

【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を介して加速管１６内に入る。前記イオンは加速管１
６内の電極１６ａに印加された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、モ−タ１８により駆
動される回転ディスク１７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、ウエハＷの直前のイオン
ビームの通過領域を囲むように例えばアルミニウムなど
の導電性円筒により構成される。

【００１４】このファラデーカップ２のイオンビームの
侵入側には、図２及び図３に示すようにファラデーバイ
アス電極と呼ばれるバイアス電極３が配置され、更にこ
のバイアス電極３よりもイオンビームの侵入側には、イ
オンビームを絞るためのリング状のグランドアパーチャ
４が配設されている。また前記ファラデーカップ２の外
側には、イオンビームの照射によりウエハＷの表面に蓄
積された正電荷を中和するためにプラズマ発生室４１ａ
内にフィラメント４１ｂを設けて構成されたプラズマ発
生部４１が配設されている。

【００１５】ここで前記バイアス電極３について述べる
と、この実施例ではイオンビームに沿って２個のバイア
ス電極３Ａ、３Ｂ（これらを総称して符号「３」とす
る。）が設けられており、各々内壁の断面形状が円形で
ある筒状体により構成されると共に、電圧源Ｅ１、Ｅ２
によりグランドとの間に−２ＫＶのバイアス電圧が印加
されて当該電位に維持されている。ただし後段側のバイ
アス電極３Ｂ（図２中右側のバイアス電極）に接続され
た電圧源Ｅ２の正極側は、ファラデーカップ２及び回転
ディスク１７からの電流測定ラインと結合され、ドーズ
量（１回のイオン注入処理におけるビーム電流）検出部
４２を介して接地されている。そして前記バイアス電極
３（３Ａ、３Ｂ）は、例えばカーボンやアルミニウムな
どの導電体５の表面に、例えばＳｉＣからなる半導体膜
６を例えば１００μｍの厚さに形成して構成されてい
る。なおこの半導体膜の材質としてはＳｉＣに限られず
例えばＳｉなどを用いることができ、更にこの膜は半導
体材料に限らず、例えば導体と絶縁体との混合材料やそ
の他の抵抗体により構成してもよい。

【００１６】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。

【００１７】そしてウエハＷにイオンビームＩＢが照射
されてその表面エネルギーが高くなると２次電子がウエ
ハＷの表面から飛び出し、この２次電子がファラデーカ
ップ２の外に飛び出すと、正電荷がその分多くカウント
されてイオンの打ち込み量を正確に測定できなくなる
が、ファラデーカップ２の直前には−２ＫＶのバイアス
電圧が印加されたバイアス電極３（３Ａ、３Ｂ）が配置
されているので、電子はここで反発されて、ファラデー
カップからの流出が抑えられる。一方イオンビームＩＢ
は速度が大きいのでバイアス電極３には引き寄せられな
いが、装置本体内の残留ガスがイオンビームＩＢとの衝
突により電離して生成された正の荷電粒子や、プラズマ
発生部４１にて発生したプラズマ中の正の荷電粒子はバ
イアス電極３に引き寄せられる。

【００１８】ここで「発明が解決しようとする課題」の
項で述べたように、ウエハＷの表面がイオンビームＩＢ
によりスパッタされて、絶縁膜やフォトレジスト膜など
からスパッタ粒子が飛び出すことなどの要因によりバイ
アス電極３の表面に絶縁膜が形成されると、バイアス電
極３に引き寄せられた上述の正の荷電粒子は当該絶縁膜
の表面に蓄積される。

【００１９】図４はこの状態を模式的に表わす図であ
り、同時に等価回路を対応して記載してある。なおＣ、
Ｒ、Ｖは夫々絶縁膜７の容量、半導体膜の抵抗、バイア
ス電圧を示すものである。そして絶縁膜７の表面に蓄積
された正電荷量が絶縁膜７の耐圧電荷量を越えると、従
来のように導体上に絶縁膜７が形成されている場合に
は、耐圧電荷量を越えた部分において放電が起こって急
激に電流が流れるが、上述実施例では半導体膜６上に絶
縁膜７が形成されているため放電が起こりにくく、放電
が起こったとしても初期放電が発生したときに供給され
る電流を制限して放電時定数を長くすることができる。
これによって瞬間的温度上昇による爆発を防止できる。

【００２０】実際にカーボンよりなる導電体の表面に半
導体膜であるＳｉＣ膜を形成したバイアス電極と、Ｓｉ
Ｃ膜を形成しないバイアス電極とについて各々イオン注
入装置に組み込んで同条件で使用し、バイアス電極の表
面を顕微鏡で観察したところ、ＳｉＣ膜を形成したバイ
アス電極は、ＳｉＣ膜を形成しないバイアス電極に比べ
て、放電による穴の数も少なく、その穴の径も小さかっ
た。またこの実験においてイオン注入後の８インチのウ
エハＷについて、表面に付着している０．３μｍ以上の
パーティクルの数を調べたところＳｉＣ膜を形成したバ
イアス電極を用いた場合には２０〜３０個であったが、
ＳｉＣ膜を形成しないバイアス電極を用いた場合には、
およそ６０個であった。このようにバイアス電極の導体
の表面に半導体膜を形成したものとしないものとに差が
出る理由は、明らかではないが、絶縁膜と半導体膜が接
合しているので、半導体の抵抗があるため放電が起こり
にくく、また放電が起こっても半導体の抵抗により放電
電流のピーク値が抑えられるため瞬間熱エネルギーが小
さく、この結果バイアス電極の表面部分の損傷が抑えら
れるものと推察される。

【００２１】またバイアス電極３は、導体の表面に半導
体膜を形成することに限定されることなく、バイアス電
極３全体を半導体により構成してもよい。図５はこのよ
うに半導体８により構成したバイアス電極３の表面に絶
縁膜７が形成され、その表面に正電荷が蓄積した状態を
示す図であり、この場合も同様の効果が得られる。

【００２２】更にバイアス電極は、内壁面（イオンビー
ムの通路を囲む面）が例えば正方形形状の場合には隅部
に放電による損傷の跡が多いので円形であることが望ま
しい。この理由は、イオンビームが円形であるため、バ
イアス電極３の内壁面を円形状にすれば当該内壁面がイ
オンビームによりスパッタされて絶縁膜が剥されていく
と考えられるからである。

【００２３】そして上述のように表面部あるいは全部を
半導体により構成するバイアス電極としては、ファラデ
ーカップから電子が飛び出さないようにするためのファ
ラデーカップバイアス電極のみならず、引き出し電極や
加速管内の加速電極などに適用してもよいし、また本発
明の対象であるイオン注入装置としては、ファラデーカ
ップが回転ディスクの裏側（イオンビームの照射される
面と反対側）に配置されるものなど実施例以外のタイプ
の装置に適用してもよい。

【００２４】なお本発明が適用される装置はイオン注入
装置に限らず、半導体が配置される真空雰囲気やガス雰
囲気中に、バイアス電極が設けられる半導体処理装置で
あればよく、更にはまた被処理体としては半導体に限ら
ずパーティクルの付着を抑える必要のあるものであれ
ば、ＬＣＤ基板などを処理する装置であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、バイアス電圧が印加さ
れる電極の少なくとも表面部を半導体により構成したた
め、電極の表面に絶縁膜が形成され、絶縁膜の表面に電
荷が蓄積しても、放電を抑えることができ、このため表
面部の損傷にもとづくパーティクルの発生を抑えること
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】上記実施例の要部の概観を示す斜視図である。

【図４】上記実施例の作用を説明するための説明図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例の作用を説明するための説
明図である。

【図６】従来のイオン注入装置を示す概略説明図であ
る。

【図７】従来のイオン注入装置に用いられたバイアス電
極の電荷の蓄積及び放電の様子を示す説明図である。

【符号の説明】

１ イオン源 ２ ファラデーカップ ３、３Ａ、３Ｂ バイアス電極 ４１ プラズマ発生部 Ｗ ウエハ ５ 導体 ６ 半導体膜 ７ 絶縁膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体が配置される真空雰囲気または
   ガス雰囲気中に、電圧が印加される電極が設けられた処
   理装置において、 前記電極の少なくとも表面部を半導体により構成したこ
   とを特徴とする処理装置。
2. 【請求項２】 被処理体にイオンを注入するために照射
   されるイオンビームの通過領域に臨む位置に、バイアス
   電圧が印加される電極が設けられたイオン注入装置にお
   いて、 前記電極の少なくとも表面部を半導体により構成したこ
   とを特徴とするイオン注入装置。