JPH0654763U - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 静電プレート５は、電極と、電極を被覆する
高誘電率の絶縁物とで環状に形成され、マスク１とウェ
ハ等を装着するプラテン２との間に、イオンビームＩ_B
の軌道を囲むように配設されている。上記電極には、直
流電源６から直流電圧が印加される。 【効果】 電極と同極性に帯電する絶縁物が、不純物粒
子を静電吸着するので、ビーム照射対象物への不純物粒
子の付着数を低減させ、半導体デバイスの歩留りを向上
させる。また、イオン注入装置のメンテナンス周期を長
くできるので、コストパフォーマンスを向上させること
もできる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ウェハ等にイオンビーム を照射することにより、不純物をドーピングするイオン注入装置に関するもので ある。

【０００２】

【従来の技術】

イオン注入装置は、半導体デバイスにドーピングしたい不純物のイオンビーム を発生させ、ウェハ等の対象物表面に加速したイオンビームを照射する装置であ り、半導体デバイスの特性を決定する不純物を任意の量および深さで注入できる ため、現在の半導体デバイスの製造プロセスで汎用されている。

【０００３】 対象物表面に対するイオンビームの走査方式には、対象物を固定してイオンビ ームを二次元方向に走査する静電スキャン方式、イオンビームを固定して対象物 を二次元方向に移動させるメカニカルスキャン方式、静電スキャン方式とメカニ カルスキャン方式とを組み合わせたハイブリッドスキャン方式等がある。

【０００４】 この内、例えばハイブリッドスキャン方式の一例を図６に示す。ただし、図６ では説明を簡略化するために、イオン注入装置でビーム照射が行われるエンドス テーションの構成のみを示している。このエンドステーションは、イオンビーム の注入エリアを決定するために水平（Ｘ）方向に長いスリット２１ａが形成され たマスク２１、ウェハを固定、冷却するためのプラテン２２、プラテン２２を縦 （Ｙ）方向に移動させるためのスウィングアーム２３、およびスウィングアーム ２３を駆動するモータ２４から成っており、真空チャンバ内に収納されている。

【０００５】 図示しない走査電極によってＸ方向に往復走査されるイオンビームＩ_b は、上 記スリット２１ａによって照射範囲が限定される。一方、プラテン２２はスウィ ングアーム２３によってほぼＹ方向に沿って回動するので、イオンビームＩ_b の Ｘ方向の往復走査と、プラテン２２のＹ方向の往復移動制御とによって、プラテ ン２２の全表面にイオンビームＩ_b が均一に照射される。これにより、目的のイ オンの所定量をウェハ全面に均一に注入することができる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記従来の構造では、エンドステーションのクリーン度を極力高め るために、ウェハの着脱作業を高真空域で自動化したり、真空チャンバの電界研 磨処理による脱ガス低減等の各種対策が講じられているものの、イオンビームＩ_b の生成、照射に伴う発塵が避けられない。

【０００７】 すなわち、イオンビームＩ_b が、図示しない加速管壁、走査電極、マスク２１ 、プラテン２２等に衝突する際、各構成原子（または分子）や、各表面に付着し ていた塵等に運動エネルギーを与えるため、不要な不純物粒子（以下、単にパー ティクルと称する）を発生させる。発生したパーティクルは、ウェハ表面にある 頻度で付着するため、ＬＳＩ等の半導体デバイスの歩留りを著しく低下させる要 因になるという問題が生ずる。また、このパーティクルの付着は、半導体デバイ スの集積度が高くなる程大きな問題となる。

【０００８】 本考案は、上記の問題点を解決するためになされたもので、イオンビームの照 射に伴って発生したパーティクルや、ウェハの搬入、装着に伴って発生したパー ティクルが、ウェハまたはプラテンの表面に付着する現象を防止し、半導体デバ イスの歩留りを向上させることが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】

本考案に係るイオン注入装置は、上記の課題を解決するために、ビーム照射対 象物（例えばウェハ）にイオンビームを照射するイオン注入装置において、直流 電源に接続された電極と、上記電極を被覆する絶縁物（例えば、チタンを添加し たアルミナ、ＣａＴｉＯ₃ セラミックス、ＳｉＣ）とを備えた静電吸塵手段（例 えば、静電プレート）をイオンビームの軌道近傍に配置したことを特徴としてい る。

【００１０】

【作用】

上記の構成により、静電吸塵手段の電極に直流電源から直流電圧が印加される と、この電極を被覆する絶縁物の表面は、誘電分極により電極と同極性に帯電す る。この帯電した静電吸塵手段をイオンビームの軌道近傍に配置するので、イオ ンビームの照射に伴うスパッタリング等により発生したパーティクルや、ウェハ の搬入、装着に伴って発生したパーティクルは、静電吸塵手段の静電吸引力によ って絶縁物の表面に吸着される。

【００１１】 なお、パーティクルがビーム照射対象物に付着するのを防止するために最も効 果的な静電吸塵手段の配設位置は、ビーム照射対象物のイオンビーム入射側近傍 であるが、他の場所であっても、ビーム照射対象物に対するパーティクルの付着 率を従来より低減することができる。また、イオンビームの軌道に沿って静電吸 塵手段を複数箇所に配置したり、イオンビームの軌道を囲むように環状に配置す ることにより、さらに効果を高めることもできる。

【００１２】 この結果、ビーム照射対象物へのパーティクルの付着数を低減させることがで きるので、半導体デバイスの歩留りを向上させることができる。また、イオン注 入装置に残留するパーティクルを減少させることができる結果、イオン注入装置 を清浄化するためのメンテナンス周期を長くすることができ、コストパフォーマ ンスを向上させることができる。

【００１３】

【実施例】

本考案の一実施例について図１ないし図６に基づいて説明すれば、以下のとお りである。

【００１４】 本考案に係るイオン注入装置は、図１に示すように、イオンビームＩ_B の注入 エリアを決定するために水平（Ｘ）方向に長いスリット１ａが形成されたマスク １、ビーム照射対象物としてのウェハを固定、冷却するためのプラテン２、プラ テン２を縦（Ｙ）方向に移動させるためのスウィングアーム３、スウィングアー ム３を駆動するモータ４、および本考案の最も重要な構成である静電プレート５ （静電吸塵手段）から成っている。静電プレート５は、例えば、マスク１とプラ テン２との間に配設されている。

【００１５】 プラテン２は、複数枚のウェハを機械的に固定するクランプ機構を備えていて もよいし、あるいはプラテン２を帯電させ、静電吸着によりウェハを保持する静 電チャック機構を備えていてもよい。

【００１６】 なお、本実施例のようにハイブリッドスキャン方式の場合、イオンビームＩ_B の走査方向とプラテン２の移動方向とはほぼ直交していればよいのであって、図 示されたＸ−Ｙ座標系に限定されるものではない。また、本考案は、ハイブリッ ドスキャン方式のみならず、他の走査方式にも適用可能である。さらに、静電プ レート５の配設数も１つに限定されるものではなく、イオンビームＩ_B の流れに 対して、プラテン２の上流側近傍、マスク１の上流側近傍または下流側近傍、走 査電極の下流側近傍等、複数配置が可能である。

【００１７】 また、通常のイオン注入装置は、ウェハに対するイオン注入が均一になされる ように、イオン注入量を検出してプラテン２の移動速度を調節する制御機構を備 えているが、本実施例ではその説明を省略する。

【００１８】 上記静電プレート５は、図２にも示すように、直流電源６から＋または−の電 圧が印加される電極５ｃと、電極５ｃを被覆する絶縁物５ｂとから環状に形成さ れているので、イオンビームＩ_B が通過する窓５ａを備えた構成になっている。 窓５ａのサイズは、イオンビームＩ_B が静電プレート５に接触しない程度に上記 スリット１ａより大きく設定されている。

【００１９】 上記絶縁物５ｂの素材には、例えば、チタンを添加したアルミナ、ＣａＴｉＯ₃ セラミックス、ＳｉＣ等の高誘電率材料を用いることができる。

【００２０】 上記の構成において、静電プレート５の電極５ｃに電圧を印加すると、絶縁物 ５ｂの表面が、誘電分極によって電極５ｃと同極性に帯電する。そこで、イオン ビームＩ_B の照射に伴って発生したパーティクルや、ウェハの搬入、装着に伴っ て発生したパーティクルは、絶縁物５ｂの表面に静電吸着され、プラテン２やウ ェハへの付着を防止することができる。

【００２１】 なお、絶縁物５ｂの表面に付着したパーティクルと、絶縁物５ｂの表面との間 には、次式で表されるジョンソンラーベック力（静電吸引力）が働き、パーティ クルは絶縁物５ｂの表面に保持される。

【００２２】 Ｆ＝１／２×ε (Ｖ／ｄ)² Ｆ：ジョンソンラーベック力 ε：絶縁物５ｂの誘電率 Ｖ：印加電圧 ｄ：絶縁物５ｂの厚み（図２参照） ところで、イオンビームＩ_B がウェハに照射されると、ウェハから２次電子が 飛び出し、負電荷が失われた分だけウェハが正電荷によってチャージアップされ る。その帯電電圧が半導体デバイスの耐圧を超えた場合には、放電が発生して回 路破壊を招来するので、ウェハ表面からの２次電子の放出を抑制し、ウェハのチ ャージアップを低減することが望ましい。

【００２３】 この意味から、電極５ｃに特に負電圧を印加し、絶縁物５ｂの表面を負に帯電 させることによって、ウェハ表面から飛び出した２次電子が周囲へ発散すること を抑制する電位障壁とするのがよいと考えられる。

【００２４】 次に、絶縁物５ｂの素材と、電極５ｃに印加する電圧とを変化させ、絶縁物５ ｂの表面に生ずる吸着力を測定した結果を図３ないし図５に示す。図３は、絶縁 物５ｂの素材にアルミナを用い、大気中で測定した結果を示している。また、図 ４は、絶縁物５ｂの素材にＣａＴｉＯ₃ セラミックスを用い 2.3×１０^-5 Torr の真空度で、図５は、絶縁物５ｂの素材にＳｉＣを用い 3.6×１０^-5 Torr の真 空度で測定した結果を示している。各折れ線グラフは数回の測定値の平均値を表 している。

【００２５】 上記の測定結果から、電極５ｃに印加する電圧の増大と伴に、吸着力も増大す ること、絶縁物５ｂの素材にＳｉＣを用いた場合、他の素材より大きな吸着力が 得られることがわかった。

【００２６】 以上のように、イオン注入装置内で発生したパーティクルや、イオン注入装置 内に残留ないしは持ち込まれたパーティクルを、静電プレート５が静電的に集塵 するので、ウェハやプラテン２に付着するパーティクルを低減させ、半導体デバ イスの歩留りを向上させることができる。プラテン２に静電チャック機構を採用 した場合、プラテン２に対するパーティクルの付着率が増大するが、静電プレー ト５を並設することにより、付着率を低減させる効果がある。また、イオン注入 装置内を清浄化するためのメンテナンス周期を長くすることができ、コストパフ ォーマンスを向上させることができる。

【００２７】

【考案の効果】

本考案に係るイオン注入装置は、以上のように、直流電源に接続された電極と 、上記電極を被覆する絶縁物とを備えた静電吸塵手段をイオンビームの軌道近傍 に配置した構成である。

【００２８】 それゆえ、ビーム照射対象物へのパーティクルの付着数を低減させることがで きるので、半導体デバイスの歩留りを向上させることができる。また、イオン注 入装置に残留するパーティクルを減少させることができる結果、イオン注入装置 を清浄化するためのメンテナンス周期を長くすることができ、コストパフォーマ ンスを向上させることができるという効果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るイオン注入装置の一構成例を示す
斜視図である。

【図２】静電プレートの内部構造を示す説明図である。

【図３】静電プレートの絶縁物としてアルミナを用いた
場合の印加電圧と吸着力との関係を示すグラフである。

【図４】静電プレートの絶縁物としてＣａＴｉＯ₃ セラ
ミックスを用いた場合の印加電圧と吸着力との関係を示
すグラフである。

【図５】静電プレートの絶縁物としてＳｉＣを用いた場
合の印加電圧と吸着力との関係を示すグラフである。

【図６】従来のイオン注入装置の構成例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

５ 静電プレート（静電吸塵手段） ５ｂ 絶縁物 ５ｃ 電極 ６ 直流電源 Ｉ_B イオンビーム

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ビーム照射対象物にイオンビームを照射す
   るイオン注入装置において、 直流電源に接続された電極と、上記電極を被覆する絶縁
   物とを備えた静電吸塵手段をイオンビームの軌道近傍に
   配置したことを特徴とするイオン注入装置。