JPH07302568A - イオン注入装置用カーボン及びその製造法 - Google Patents

イオン注入装置用カーボン及びその製造法

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JPH07302568A
JPH07302568A JP6095365A JP9536594A JPH07302568A JP H07302568 A JPH07302568 A JP H07302568A JP 6095365 A JP6095365 A JP 6095365A JP 9536594 A JP9536594 A JP 9536594A JP H07302568 A JPH07302568 A JP H07302568A
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JP
Japan
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carbon
ion implantation
graphite material
glassy carbon
apparent density
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JP6095365A
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English (en)
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Kojiro Ota
幸次郎 太田
Mitsuji Kamata
充志 鎌田
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Resonac Corp
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン注入工程においてシリコンウエハーに
及ぼす悪影響が極めて少なく、安定して使用が可能なイ
オン注入装置用カーボン及びその製造法を提供する。 【構成】 見掛け密度が1.70〜1.87g/cm3
ガラス状炭素含浸用黒鉛材料を用い、得られる製品のガ
ラス状炭素の含有率が3.5〜7.0重量%、見掛け密
度が1.85〜1.95g/cm3及び含有平均気孔率が
0.5〜8%であるイオン注入装置用カーボン並びに上
記の黒鉛材料にガラス状炭素となり得る樹脂を含浸した
後、硬化、焼成炭化、黒鉛化処理し、所望の形状に加工
した後熱処理して高純度精製を行うイオン注入装置用カ
ーボンの製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体を製造する工程で
使用されるイオン注入装置用カーボン及びその製造法に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体に不純物をイオンで注入する技術
は1970年代に工業化された技術であり、現在LSI
をはじめとして多くのシリコン半導体製品などに広く用
いられている。半導体デバイスにおけるイオン注入は、
シリコンウエハーに目的とする不純物元素をイオン化し
数十〜数百eVのエネルギーに加速して打ち込むため、
操作中に目的とする元素以外の成分が介在しているとシ
リコンウエハーに目的以外の不純物が打ち込まれ、初期
の性能が得られなくなる危険性が生じる。このため、構
成部品は半導体デバイスに対して悪影響を及ぼさない高
純度な材料が要求される。
【0003】イオン注入装置は一般に次のような主要な
構成部からなっている。すなわち、目的とする不純物元
素を含んだ気体を高密度のプラズマ状態にし、プラズマ
によりイオンを発生させるイオン源、発生した正イオン
を電界により引き出すための引き出し部、引き出したイ
オンを目的のイオンに選別するイオン分析部、イオンを
所定のエネルギーにするため静電界でイオンを加速する
加速部、イオンビームを収束する収束部、イオンビーム
をシリコンウエハーの表面に均一に打ち込むために走査
する走査部及びシリコンウエハーにイオンを打ち込むイ
オン打ち込み室から構成されている。これらの各部は高
純度を保持し、かつ異物の混入を防止するために材質及
び構造上の工夫がなされているが、中でもイオン源及び
走査部は高エネルギーのイオンが衝突するため構成材料
からの不純物、異物等が混入し易く他の材料より配慮が
必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】現在、イオン源及び走
査部には容易に高純度が可能な黒鉛材料が用いられてい
る。しかしながら黒鉛材料はコークスなどの微粒子の集
合体であるため、イオンビームでスパッタリングされた
場合、微細な異物が混入し、シリコンウエハー上に付着
して結果的に製品の歩留りを悪くし、発展する半導体デ
バイスの要求に対応することができない。
【0005】本発明はイオン注入工程においてシリコン
ウエハーに及ぼす悪影響が極めて少なく、安定して使用
が可能なイオン注入装置用カーボン及びその製造法を提
供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる現状
に鑑み、従来公知の黒鉛材料について種々検討した結
果、黒鉛材料はピッチなどの結合材とコークスなどの微
粉とを混練した後、粉砕、成形、焼成炭化、さらに黒鉛
化を行って得られるが、コークスなどの微粒子の集合体
は組織上極めて結合力が弱くイオンビームでスパッタし
た場合、比較的容易に異物が発生することが確認され
た。そこで本発明者らは該組織上弱い結合力を補う方法
を鋭意検討した結果、ガラス状炭素をコークスなどの微
粒子の集合体の組織中に含浸することにより結合力を向
上させることが出来ることを見いだし本発明を完成する
に至った。
【0007】本発明は見掛け密度が1.70〜1.87
g/cm3のガラス状炭素含浸用黒鉛材料を用い、ガラス
状炭素の含有率が3.5〜7.0重量%、見掛け密度が
1.85〜1.95g/cm3及び含有平均気孔率が0.
5〜8%であるイオン注入装置用カーボン並びに上記の
黒鉛材料にガラス状炭素となり得る樹脂を含浸した後、
硬化、焼成炭化、黒鉛化処理し、所望の形状に加工した
後熱処理して高純度精製を行うイオン注入装置用カーボ
ンの製造法に関する。
【0008】本発明においてガラス状炭素となり得る樹
脂を含浸する前の黒鉛材料の見掛け密度は、1.70〜
1.87g/cm3、好ましくは1.75〜1.87g/c
m3、より好ましくは1.80〜1.87g/cm3の範囲
とされ、1.70g/cm3未満であると含浸回数を多く
しなければならないため時間を費やすと共に十分に含浸
されない部分が生じ異物の発生が増大する。また1.8
7g/cm3を越えると組織中の気孔径が小さいためガラ
ス状炭素が黒鉛材料の中心部まで含浸されず、使用中に
異物の発生が増大する。なお黒鉛材料としては特に制限
はなく従来公知のものが用いられる。
【0009】また得られる製品(イオン注入装置用カー
ボン)は、ガラス状炭素の含有率が3.5〜7.0重量
%、見掛け密度が1.85〜1.95g/cm3及び含有
平均気孔率が0.5〜8%の範囲とされ、ガラス状炭素
の含有率が7.0重量%を越えた場合、見掛け密度が
1.95g/cm3を越えた場合及び/又は含有平均気孔
率が0.5%未満であるといたずらに含浸回数を費やす
だけで手間がかかり、またガラス状炭素の含有率が3.
5重量%未満、見掛け密度が1.85g/cm3未満及び
/又は含有平均気孔率が8%を越えると含浸量が少な
く、気孔率が大であるため使用中に異物の発生が増大す
る。
【0010】本発明におけるガラス状炭素の含有率とは
黒鉛材料に含浸されたガラス状炭素の量を重量%で示し
たものである。また含有平均気孔率とはJIS−R−7
212に準じる方法より求めた値である。さらに以下の
実施例に示される平均気孔径とは水銀ポロシメータによ
り1cm2中に含まれる気孔の平均径から求めた値であ
る。
【0011】ガラス状炭素となり得る樹脂としては、フ
ェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、キシレ
ン樹脂等の一種以上が用いられるが、本発明においては
フェノール樹脂を用いることが好ましい。
【0012】イオン注入装置用カーボンの製造工程にお
ける硬化、焼成炭化、黒鉛化処理、加工、熱処理等につ
いては特に制限はなく、従来公知の方法で行われる。ま
た含浸については減圧下で行えば黒鉛材料中の空気など
を十分に取り除くことができ含浸効果に優れるので好ま
しい。なお減圧下における真空度については特に制限は
ない。本発明においては必要に応じ予備加熱して水分な
どを除去してもよい。
【0013】
【実施例】以下発明の実施例を説明する。 実施例1 見掛け密度が1.81g/cm3、電気比抵抗が12μΩ
m、曲げ強さが53MPa、含有平均気孔率が11%及び
平均気孔径が0.1μmの特性を有する人造黒鉛材料
(日立化成工業製、商品名PD−600)を所望の形状
に加工した後、デシケータに入れ真空度20Torr以下の
減圧下でメタノールを用いて樹脂分を55重量%に調整
したフェノール樹脂(日立化成工業製、商品名VP−1
1N)の含浸を10分間行った。該含浸品を乾燥機に入
れ160℃まで昇温し、12時間保持して硬化を行った
後、環状炉に入れ窒素気流中で1100℃まで昇温し、
5時間保持して焼成炭化を行った。さらに、2800℃
まで昇温し、6時間保持して黒鉛化処理を行った。含浸
から黒鉛化処理までの作業を3回繰り返し行った後、外
側の寸法が縦110×横80mm、内側の寸法が縦50×
横45mm及び厚さ(高さ)4mmに加工し、次いで250
0℃の温度で熱処理して高純度精製を行い図1に示すよ
うなガラス状炭素含浸カーボン製のイオン注入装置用カ
ーボン1を得た。
【0014】実施例2 実施例1の人造黒鉛材料に代えて見掛け密度が1.75
g/cm3、電気比抵抗が13μΩm、曲げ強さが40MP
a、含有平均気孔率が15%及び平均気孔径が2.6μ
mの特性を有する人造黒鉛材料(日立化成工業製、商品
名PD−620)を用いた以外は、実施例1と同様のフ
ェノール樹脂を用い、実施例1と同様の工程を経てイオ
ン注入装置用カーボンを得た。
【0015】実施例3 実施例1で用いたフェノール樹脂にアセトンとメタノー
ルの混合溶媒(重量比でアセトン50:メタノール5
0)を加えて樹脂分を30重量%とした以外は実施例1
と同様の人造黒鉛材料を用い、実施例1と同様の工程を
経てイオン注入装置用カーボンを得た。
【0016】実施例4 実施例1で用いたフェノール樹脂を撹拌機を備えた容器
に入れ、この容器を30℃に保持したウォーターバス中
に入れ撹拌しながら溶媒を蒸発させて樹脂分を65重量
%とした以外は実施例1と同様の人造黒鉛材料を用い、
実施例1と同様の工程を経てイオン注入装置用カーボン
を得た。
【0017】実施例5 平均粒径が10μmのコークス粉100重量部と結合材
ピッチ45重量部とを混練した混練物を粉砕機で平均粒
径が20μmになるよう粉砕し、次いで100MPaの
圧力で成形した後、焼成炉に入れ1000℃まで昇温
し、5時間保持して焼成し、さらに2800℃まで昇温
し、6時間保持して黒鉛化を行い黒鉛材料を得た。得ら
れた黒鉛材料は見掛け密度が1.87g/cm3、電気比
抵抗が11μΩm、曲げ強さが52MPa、含有平均気孔
率が10.6%及び平均気孔径が1.0μmであった。
【0018】次に上記で得た黒鉛材料を所望の形状に加
工した後、デシケータに入れ、真空度20Torr以下の減
圧下で実施例1と同様のフェノール樹脂を用いて含浸を
行った。以下実施例1と同様の工程を経てイオン注入装
置用カーボンを得た。
【0019】比較例1 平均粒径が10μmのコークス粉100重量部と結合材
ピッチ45重量部とを混練した混練物を粉砕機で平均粒
径が20μmになるよう粉砕し、次いで70MPaの圧力
で成形した後、焼成炉に入れ1000℃まで昇温し、5
時間保持して焼成し、さらに2800℃まで昇温し、6
時間保持して黒鉛化を行い黒鉛材料を得た。得られた黒
鉛材料は見掛け密度が1.68g/cm3、電気比抵抗が
21μΩm、曲げ強さが32MPa、含有平均気孔率が2
6%及び平均気孔径が3.1μmであった。
【0020】次に上記で得た黒鉛材料を所望の形状に加
工した後、デシケータに入れ、真空度20Torr以下の減
圧下で実施例1と同様のフェノール樹脂を用いて含浸を
行った。以下実施例1と同様の工程を経てイオン注入装
置用カーボンを得た。
【0021】比較例2 平均粒径が10μmのコークス粉100重量部と結合材
ピッチ60重量部とを混練した混練物を粉砕機で平均粒
径が20μmになるよう粉砕し、次いで110MPaの圧
力で成形した後、焼成炉に入れ1000℃まで昇温し、
5時間保持して焼成し、さらに2800℃まで昇温し、
6時間保持して黒鉛化を行い黒鉛材料を得た。得られた
黒鉛材料は見掛け密度が1.89g/cm3、電気比抵抗
が10μΩm、曲げ強さが47MPa、含有平均気孔率が
8%及び平均気孔径が1.1μmであった。
【0022】次に上記で得た黒鉛材料を所望の形状に加
工した後、デシケータに入れ、真空度20Torr以下の減
圧下で実施例1と同様のフェノール樹脂を用いて含浸を
行った。以下実施例1と同様の工程を経てイオン注入装
置用カーボンを得た。
【0023】次いで各実施例及び各比較例で得たイオン
注入装置用カーボンを大電流イオン注入装置の走査部に
取付け、その中央部をイオンビームが通過するようにし
た。その後シリコンウエハーへのイオン注入を行い、L
SIを製造してイオン注入装置用カーボンの性状を従来
品と共に比較した。その比較データを表1に示す。表1
において素材見掛け密度とはガラス状炭素となり得る樹
脂を含浸する前の黒鉛材料の見掛け密度のことである。
【0024】
【表1】
【0025】表1に示されるように、本発明の実施例に
なるイオン注入装置用カーボンの性状は、比較例のイオ
ン注入装置用カーボン及び従来の黒鉛材料の性状に比較
してLSIの歩留りが優れていることが示される。
【0026】
【発明の効果】本発明によればイオン注入を行う工程に
おいてシリコンウエハーに及ぼす悪影響が極めて少なく
安定して使用が可能なイオン注入装置用カーボンを得る
ことが可能となり、半導体デバイスの生産を効率よく行
うことが出来本発明は工業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例になるイオン注入装置用カーボ
ンの斜視図である。
【符号の説明】
1 イオン注入装置用カーボン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/265

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 見掛け密度が1.70〜1.87g/cm
    3のガラス状炭素含浸用黒鉛材料を用い、ガラス状炭素
    の含有率が3.5〜7.0重量%、見掛け密度が1.8
    5〜1.95g/cm3及び含有平均気孔率が0.5〜8
    %であるイオン注入装置用カーボン。
  2. 【請求項2】 請求項1の黒鉛材料にガラス状炭素とな
    り得る樹脂を含浸した後、硬化、焼成炭化、黒鉛化処理
    し、所望の形状に加工した後熱処理して高純度精製を行
    うことを特徴とするイオン注入装置用カーボンの製造
    法。
JP6095365A 1994-05-10 1994-05-10 イオン注入装置用カーボン及びその製造法 Pending JPH07302568A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005055271A1 (ja) * 2003-12-04 2005-06-16 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. イオンビーム装置
US8673450B2 (en) 2005-10-28 2014-03-18 Toyo Tanso Co., Ltd. Graphite member for beam-line internal member of ion implantation apparatus
JP2021008376A (ja) * 2019-07-01 2021-01-28 イビデン株式会社 黒鉛材料及びその製造方法

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