JPS58210161A - 高真空処理のための高速排気システム - Google Patents

高真空処理のための高速排気システム

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JPS58210161A
JPS58210161A JP8517483A JP8517483A JPS58210161A JP S58210161 A JPS58210161 A JP S58210161A JP 8517483 A JP8517483 A JP 8517483A JP 8517483 A JP8517483 A JP 8517483A JP S58210161 A JPS58210161 A JP S58210161A
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JP
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processing
high vacuum
processing chamber
chamber
water vapor
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JP8517483A
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スコツト・カ−ルトン・ホ−ルデン
ノ−マン・レオナルド・タ−ナ−
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Varian Associates Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/18Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、高真空処理、特にイオン注入装置による半導
体処理の目的に関する。
〔発明の背景〕
イオン注入及びそれに同様な処理による半導体ウェファ
の高真空処理において、半導体ウェファを周囲の圧力か
ら高真空条件下のイオン注入器末端ステーションへと導
入することが必要である。
処理量(単位時間あたシに処理できるウェファの量)は
、周囲圧力から高真空への遷移をなすのに要する時間に
よって制限される。以下の主要な2つの段階によつ1減
圧が達成される。機械的変位ポンプによる通常の荒びき
;そしてその抜弁が閉じられて、高真空ポンプが処理室
及び被加工物との連通状態にされることによる減圧。
上記動作をさらに細かく分けて説明する。小体積の真空
ロック室がもたらされ、そのうちの主要部分は高真空に
一定に保たれる。他方、小さい方の部分は、被加工物を
含み、荒い真空に排気される。その後ロック室は荒びき
系から分離されて、主要室からロック室を分離していた
弁が開くっ残余の大気ガス(H? + N2 + O2
+ CO2及び不活性ガス)の排気が、予想される指数
関数的速度で進行する1、これらのガスの急速排気は、
処理室を減圧するのに賛する時間間隔に対しての決定的
要因ではない。例数ならば、大気中から処理室へと導入
された被加工物の表面が、一定不変の仮想的漏れとして
働くからである。このことは、脱ガスとして知られる工
程を通じて表面からの分子の少しづつの開放により起こ
る。脱ガス速度は、表面積に比例して変化し、代表的な
金属の例示的表面の場合には時間に反比例する。、J?
 IJママ−場合には、時間依存関係は、逆平方関係に
従う。系圧力への脱ガスの寄与のうち主なものは、水蒸
気である。水蒸気はその極性のために、被加工物表面と
の平衡を保とうとする傾向がある。
従来技術において、被加工物の流れを2つのチャネルへ
と分けることが知られている。1方のチャネルで荒びき
吸気がなされている間に、他方のチャネルでは高真空へ
と最終的吸気がされ、処理がなされる。この平行処理モ
ードは、吸気処理自身により課される速度限界を解決す
るものではない。
従来技術においては、高真空ポンプの吸気速度な増大さ
せることにより、高真空への減圧時間を減少させた。吸
気速度は、単位時間あたりにポンプにより変位又は捕獲
される水蒸気の体積を定量化する指数である。物理的寸
法、設置費用及び動作費用を増大させると、よシ高い吸
気速度及び動作の効率の経済性が得られる。
吸気される具体的なガス又はガス種に従って吸気速度が
変化することが知られている。
′イオン注入処理中の処理室圧力は、ドーズit(ウェ
ファ中にす]ち込まれた集積電荷)の測定に必ず影響を
及ばず。このことは、ファラデーケージ内に被加工物を
設置することによって都合良く解決される。ファラデー
ケージからアース電位への電流が測定される。残余ガス
(ビームの中性化)のイオン化に十分なほど圧力が高く
、伝達ビームに影響を与えるほど圧力が高い場合には、
電荷捕集は実際の荷電粒子ビームの正確測定を下回る。
〔発明の概要〕
周期的処理環境の減圧の時間依存は、時間の指数関数で
あって処理段階にかかわりなく系の特性に依存する第1
の成分を有する。第2の成分は、被加工物の特性に依存
する。被加工物は、周囲からかなりのH,0を持ち込ん
で脱ガスする。この時間依存は、以下のように表わすこ
とができる。
ただし、 P(t) =処理室の時間依存圧力(Torr)Δp=
真空ロックの開口による圧力変化(Torr)t =真
空ロックの開口からの経過時間(秒)So  −空気に
対する系の総平均吸気速度(リツ)/W秒)vo=処理
室の体積(リットル) SR,o= H,Oに対する吸気速度 (Q/A)w −未被覆被加工物表面についての脱ガス
定数(Torr −1/ctl) (Q/A)p  =ポリマー被覆被加工物の脱ガス定数
(Torr・ηか卿各) AW−被加工物の露出表面1RCet4 )Ap = 
77?リマーの表面積(d)Qo ”処理室内表面につ
いての基礎的平衡脱ガス速度。
上記式の最も右の項は、時間に依存しない項(ベースラ
イン圧力)である。指数的に減衰する項は、冷温からの
(水蒸気以外の)大気ガスの吸気を表わす。真空ロック
の開口時(t=0)以降の圧力を表わす。真中の項は、
残余ガスからのHtOの除去の時間依存を表わす。被加
工物がs?リマー被覆を有するか否か、或いは他のポリ
マー(0リングなど)が存在するか否かに従って、水蒸
気に関する時間依存性が異なる。
〔本発明の目的〕
本発明の目的は、イオン注入処理装置に必要な吸気装置
を最小化することである。
本発明の特色において、残余ガス(H,0以外)に対す
る十分な吸気速度が第1の高真空ポンプで特定され、選
択された時間間隔内に所望の定常状態圧力が保持される
。被加工物から放出された水蒸気は、被加工物に近接配
置された大面積のクライオジェニックポンプ装置によっ
て別個に吸気される。
本発明の他の特色において、クジイオゾエニツクポンデ
装置は、−125℃〜−150℃の範囲内で動作する。
本発明の他の特色において、前記イオン注入処理装置の
電荷捕集領域内部にタライオジエニソクポング装置が配
置される。該ポンプは、処理室と電気絶縁され、電荷捕
集表面として機能する。
上記目的は、2重吸気チャネル系によって達成される。
1方の吸気室内で荒い真空びきが達成され、同時に他の
吸気チャネルによって高真空が達成され処理がなされる
。水蒸気以外の大気ガスに対する十分な吸気速度の第1
の4ンデによって高真空が達成され、予め選択された時
間間隔内に処理室が所望のペース真空にされる。被加工
物に近接配置された第2のポンプが、被加工物の脱ガス
で生じた水蒸気を残余ガス中から除去する。この第2の
ポンlは好適には、イオン注入器末端ステーションのフ
ァラデーケージ内部に取付けられた大面積クライオ・や
ネルの形態をなす。
〔好適実施例の説明〕
代表的な、イオン注入装置を示す第1図を参照しながら
、本発明の詳細な説明する。高電圧ターミナル2が、ア
ース電位に対して選択可能な電位に維持される。代表的
には、+ 10 kev〜+200keyである。ター
ミナル、2の中には、イオン源8とその付設電源10、
引出電極、プローブ及び集束用電位源がある。これらは
、本発明のためには、詳細に述べる必要はない。イオン
源は代表的には、ガス状供給ストックで動作する。7!
/ス操作装置が必要とされ、その装置は数種のガスシリ
ンダの中から1つのがスジリングを選択し、制御された
リーク(1eak )を通じて選択ガスをイオン源へと
供給する。イオン源8から波射する大電流イオンビーム
18は、分析用磁石20内で質量分析される。
磁石を離れたイオンビームは、開口22で画成され、可
変スリット系24でさらに限定される1、次にビームは
、加速管26内でアース11位へと加速される。4電極
ダブレットなどの光学素子2Bが、ビームに作用して、
ターガツト平面56又は58上に空間的運動値を集束さ
せる。第1図の代表的な装置は、y偏向プレート40及
びX偏向プレート42を含む静電偏向系を利用して、選
択したターyット平面上へとビーム18を方向づける。
プレート40及び42に電圧を印加する走査系44の中
で電圧波形がもたらされて、所望の走査パターンが達成
される。2重チャネルターrット室46がもたらされて
、処理すべき被加工物を囲う。ターダットm内にはビー
ム画成スリット48及び49がそれぞれの処理室内に含
まれ、又、電荷の捕集及び集積のだめのファラデーケー
ジ50及び51も含まれる。自動ウェファ操作装置は2
つの供給室52.54を含み、これらは半導体ウェファ
を導入するための処理室として機能する。2つのへ空ロ
ックの各々を通じて半導体ウェファが1つずつ時間をず
らしてターケ°ット室へと導入きれる。
処理の際中に、ウェファ操作装置はウェファを適正に位
置して整合させ、冷却する。そして処理が終わると、タ
ーゲツト室から処理済みのウェファを取出す。
イオンビームが進行する全領域は、高真空(代表的には
、1()〜6++mHg程度の圧力)に維持される。
第2図を参照すれば、ターゲツト室46は、ビーム偏向
平面でほぼ台形状である部位を含み、2つのそれぞれの
末端ステーション62.64で終了する2つのビーム軌
跡を収容する。ビーム偏向装置(図示せず)がターゲツ
ト室46の上方にあシ、イオンビームの所望の中央軌跡
をもたらす。
在来の高真空吸気テートが、ターピット室の床に好適に
設置されて、高真空ボンデ66と連通する。
6インチのクライオボンデ(Model VK12A 
)が用いられ−〔,4X 10−’ Torrのベース
ライン圧力を得る。クライオノ4ネル68がターゲツト
室の頂部表面に平行に配置される。機械的取付具が機械
的絶縁支柱70を介し゛て直接に固着され、クライオ・
母ネルをターゲツト室からの絶縁状態のまま維持する。
クライオノやネルは代表的には、4インチ(0,3on
)グー・ゾのステンレス鋼で作られ、冷却液循環チャネ
ル72がロウ付けされる。チャネル72は、好適には、
内径2インチ(0,6r7a)のステンレス鋼管で作ら
れる。クライオ/4’ネルの表面は電解研摩され、冷却
チャネル72け電気絶縁ノノッデリング74及び76で
終了する。カップリング74は、次に真空供給ロア8.
80を通じて冷却系82へと連通ずる。カリフォルニア
州すンOラフアニルのポリコールド・インコーホレイテ
ッド社のPo1yeold PCT−200冷却系を用
いて、満足な結果が得られた。この゛冷却系は、チャネ
ル72内で冷却剤を循環させ、クライオパネルを一12
5℃〜−150℃の温度に維持する。ターピット室の寸
法からして、大面積のクライオ/4’ネルが使用可能で
ある。1つの実施例では、クライオ・ぐネルの面積は、
2平方フイー) (0,19n? )程度であり、総面
積は4平方フイート(0,37n? )である。
−130℃の温度において、クライオ/4’ネル68は
毎秒10.000 リットル以上の吸気速度を達成する
。ウェファとともにターゲツト室に導入された水蒸気に
対しては、毎秒20,0OOIJツトルの高い吸気速度
まで達すると信じられる。
クライオパネルを絶縁することによって、部分的な電荷
捕集が達せられる。電荷の捕集は、イオン衝撃下のウェ
ファプラテンから、及びターゲツト室46内に配置され
た他の集電表面から、それぞれ独立に得られる。絶縁さ
れたいくつかの表面で集められた電荷は合計されて、タ
ーゲツト室への全ピーノ・電流の目安になる。
2段荒びきサイクルが用いられて、以下に述べる方法に
従い効率的に吸気されるJ任意の末端ステーション、例
えば62にあるプラテンにウェファが固着され、0.2
秒後に、弁90及び92が荒びきサイクルの第1段吸気
へと開かれる。(処理サイクル中の全ての弁の作動は同
期インターロック論理システムの制御下におかれている
。このシステムは系の圧力状況その他の変数を監視して
いる。このような論理システムは周知であり、ここで詳
細に述べる必要はない。)弁94及び96は閉じたまま
であシ、その結果荒びきボンデ98によって拡張タンク
99を通じて末端ステーション。
が排気される。第1段吸気のために約z1秒費ず。
次に第1段は終了されて、弁制御器により弁92が閉じ
られる。約0.2秒後に、弁102を開けることKよっ
て、第2段の荒びきボンデと拡張タンクが末端ステーシ
ョンに連通される。このポンプは、約0.3秒間で圧力
を約200 Sクロンへと減少させる。その0.2秒後
に、荒びき弁90及び第2段の弁102が閉じられて、
高真空弁110が開き、末端ステーション62にあるウ
ェファを処理室46へと晒す。拡張タンク99,109
は、各d?ボンデ8.108で常に排気されていて、吸
気効率を高めている。弁94,104及び106によっ
て、弁の間の領域の排気が可能となっている。例えば、
92と94との間の領域が直接排気され得る。さらに、
真空排気中に、処理サイクル外側の他の部分を荒びきす
ることも可能である。
水蒸気のクライオ排気のための大面積/?ネルは、上記
形式に限定されない。目的達成のためにタ−ガツト室領
域内部でクライオ排気する他の等価な表面積を利用して
も良い。
これまで、イオン注入装置に対して本発明を説明してき
たけれども、他の高真空系(被加工物が周囲状況から導
入され、高速処理が第1VC望まれるような真空系)に
対しても本発明は有用である。
本発明は、上記実施例に制限されるわけではなく、特許
請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、代表的なイオン注入装置の概略図である。 第2図は、本発明の処理室の真空系の概略図である。 第3図は、本発明の性能曲線であシ、クライオ排気デが
ある場合とない場合とを示す。 〔主要付号の説明〕 2・・・高電圧ターミナル 6・・・ガス操作装置 8・・・イオン源゛ 10・・・電源 18・・・イオンビーム 20・・・分析用磁石 22・・・開口 24・・・可変スリット系 26・・・加速管 28・・・光学素子 40・・・y偏向グレート 42・・・X偏向プレート 44・・・走査系 46・・・ターピット室 4B、49・・・ビーム画成スリット 50.51・・・ファラデーケージ 52.54・・・供給室 56.58・・・ターゲット平面 62.64・・・末端ステーション 66・・・高真空ボンデ 68・・・クライオノやネル 70・・・支柱 72・・・チャネル 74.76・・・カッブリング 78.80・・・真空供給口 82・・・冷却系 90.92.94.96・・・弁 98.108・・・荒びきポンプ 99.109・・・拡張タンク 100.102.104・・・弁 110.112・・・高真空弁 特許出願人  パリアン・アノシエイツ・インコーポレ
イテッド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 荷電粒子放射が複数の被加工物を逐次的に処置す
    るところの、以下の手段a)〜C)から構成される周期
    的処理装置であって、前記被加工物は周囲圧力から高真
    空の当該処理装置へと装填されるところの、周期的処理
    装置: a)前記被加工物の各々を放射するための荷電粒子の源
    ; b)以下の特徴(bl)〜(b3)を有する処理室;−
    並びに C)該処理室へと前記被加工物の各々を逐次的に導入す
    るための手段; (bl)前記処理室は、第1の吸気手段及び第2の吸気
    手段から構成されること、 (b2)前記第1の吸気手段は、予め選ばれた時間間隔
    の間に水蒸気以外の残余の気体を予め選ばれた圧力へと
    排気すること、並びに(b3)前記第2の吸気手段は、
    前記第1の吸気手段と同時に作動し、前記の予め選ばれ
    た時間間隔の間に前記処理室内の残余の気体から水蒸気
    を除去してその分圧を予め選ばれた上限値以下にするこ
    と。 2、特許請求の範囲第1項に記載された処理装置であっ
    て: 前記第2の吸気手段は、放射下の前記被加工物に近接し
    て配置されたクライオボンデである、ところの処理装置
    。 3、特許請求の範囲第2項に記載された処理装置であっ
    て: 前記クライオボンデは、冷却チャネルと熱伝導にある少
    なくとも1つの表面、前記冷却チャネル内を循環する冷
    却剤、及び前記冷却剤の平均温度を一125℃〜−15
    0℃の範囲内に維持するための冷却手段から構成される
    、ところの処理装置。
JP8517483A 1982-05-24 1983-05-17 高真空処理のための高速排気システム Granted JPS58210161A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US38128882A 1982-05-24 1982-05-24
US381288 1982-05-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58210161A true JPS58210161A (ja) 1983-12-07
JPH0332630B2 JPH0332630B2 (ja) 1991-05-14

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ID=23504456

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EP0095367A3 (en) 1985-12-04
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EP0095367B1 (en) 1989-01-04
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