(57)【要約】【課題】フィラメントから放出される微粒子のウェハへの付着を、従来に比べより一層低減できるプラズマフラッドガン及びイオン注入装置を提供する。【解決手段】プラズマフラッドガンは、ガイドチューブと、ガイドチューブに取り付けられたアークチャンバー２６と、アークチャンバー２６内に配置されたフィラメント３１と、フィラメント３１とガイドチューブとの間に配置され、フィラメント３１に向けて突出する突出部３２ｂと該突出部３２ｂの頂部に設けられた孔３２ａとを備えるアパーチャー３２とを有する。また、イオン注入装置は、イオン発生部と、イオン注入チャンバーと、イオン発生部で発生したイオンから特定のイオンを選択してイオン注入チャンバーに伝達するイオン伝達部とを有し、イオン注入チャンバー内には上述のプラズマフラッドガンが配置されている。【選択図】図３
2014116085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドチューブと、
前記ガイドチューブに取り付けられたアークチャンバーと、
前記アークチャンバー内に配置されたフィラメントと、
前記フィラメントと前記ガイドチューブとの間に配置され、前記フィラメントに向けて突出する突出部と該突出部の頂部に設けられた孔とを備えるアパーチャーと
を有することを特徴とするプラズマフラッドガン。
【請求項２】
前記アパーチャーの前記突出部の頂部には、前記孔が複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマフラッドガン。
【請求項３】
前記フィラメントは円形状又は長円形状に湾曲し、前記孔は平面視で前記フィラメントの内側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマフラッドガン。
【請求項４】
前記フィラメントがタングステンにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマフラッドガン。
【請求項５】
イオンを発生するイオン発生部と、
ウェハが配置されるイオン注入チャンバーと、
前記イオン発生部で発生したイオンから特定のイオンを選択して前記イオン注入チャンバーに伝達するイオン伝達部と、
前記イオン注入チャンバー内に配置されて電子を放出するプラズマフラッドガンとを有し、
前記プラズマフラッドガンは、
ガイドチューブと、
前記ガイドチューブに取り付けられたアークチャンバーと、
前記アークチャンバー内に配置されたフィラメントと、
前記フィラメントと前記ガイドチューブとの間に配置され、前記フィラメントに向けて突出する突出部と該突出部の頂部に設けられた孔とを備えるアパーチャーとを有することを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマフラッドガン及びイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造には、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という）に不純物をイオン注入するイオン注入装置が使用される。
【０００３】
不純物のイオン注入にともない、ウェハには正の電荷が蓄積される。例えばＭＯＳトランジスタが形成されたウェハに不純物をイオン注入すると、電気的に浮遊した状態にあるゲート電極に多量の正の電荷が蓄積されて、ゲート絶縁膜が破壊されることがある。このような不具合を回避するために、一般的なイオン注入装置では、正の電荷を中和する装置が設けられている。
【０００４】
正の電荷を中和する装置の一つに、プラズマフラッドガン（Plasma Flood Gun：ＰＦＧ）がある。プラズマフラッドガンは、プラズマを発生し、プラズマ中から低エネルギーの電子を引き出してウェハに供給することにより、ウェハに蓄積される電荷を中和する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６０３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィラメントから放出される微粒子のウェハへの付着を、従来に比べより一層低減できるプラズマフラッドガン及びイオン注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示の技術の一観点によれば、ガイドチューブと、前記ガイドチューブに取り付けられたアークチャンバーと、前記アークチャンバー内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントと前記ガイドチューブとの間に配置され、前記フィラメントに向けて突出する突出部と該突出部の頂部に設けられた孔とを備えるアパーチャーとを有するプラズマフラッドガンが提供される。
【０００８】
開示の技術の他の一観点によれば、イオンを発生するイオン発生部と、ウェハが配置されるイオン注入チャンバーと、前記イオン発生部で発生したイオンから特定のイオンを選択して前記イオン注入チャンバーに伝達するイオン伝達部と、前記イオン注入チャンバー内に配置されて電子を放出するプラズマフラッドガンとを有し、前記プラズマフラッドガンは、ガイドチューブと、前記ガイドチューブに取り付けられたアークチャンバーと、前記アークチャンバー内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントと前記ガイドチューブとの間に配置され、前記フィラメントに向けて突出する突出部と該突出部の頂部に設けられた孔とを備えるアパーチャーとを有するイオン注入装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記一観点に係るプラズマフラッドガン及びイオン注入装置によれば、アパーチャーにフィラメントに向けて突出する突出部が設けられており、その突出部の頂部に孔が設けられている。このため、アパーチャーが平板の場合に比べて、孔を通り抜ける微粒子の数が削減される。その結果、ウェハに付着する微粒子の数が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図である。
【図２】図２は、プラズマフラッドガンの構造を示す断面図である。
【図３】図３は、図２中に破線円で囲んだ部分のプラズマフラッドガンを拡大して示す図である。
【図４】図４（ａ）はフィラメントとアパーチャーとの位置関係を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中にＩ−Ｉ線で示す位置における断面図である。
【図５】図５（ａ）は従来のプラズマフラッドガンのフィラメント及びアパーチャーの一例を示す平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中にII−II線で示す位置における断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係るプラズマフラッドガンのアークチャンバーを示す断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るプラズマフラッドガンのフィラメントとアパーチャーとの位置関係を示す平面図である。
【図８】図８は、アークチャンバーの各部の寸法を示す図（その１）である。
【図９】図９は、アークチャンバーの各部の寸法を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
従来のプラズマフラッドガンには、フィラメントから放出される微粒子がウェハに付着して、ウェハを汚染してしまうという問題がある。
【００１２】
以下の実施形態では、フィラメントから放出される微粒子のウェハへの付着を、従来に比べより一層低減できるプラズマフラッドガン及びイオン注入装置について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係るイオン注入装置は、イオン発生部１１と、アナライザーマグネット部１２と、可変アパーチャー部１３と、フォーカス部１４と、イオン注入チャンバー１５とを有する。また、イオン注入チャンバー１５内には、プラズマフラッドガン１６と、ビームストップ部１７とが配置されている。イオン注入するウェハ２０は、イオン注入チャンバー１５内に配置する。
【００１５】
イオン発生部１１には、ガスボンベ２１からバルブ２２を介してガスが供給される。このガス中には、ウェハ２０にイオン注入する元素、例えばＡｓ（ヒ素）又はＰ（リン）等が含まれている。イオン発生部１１では、ガスボンベ２１から供給されるガス中の分子を電離して、イオンを発生させる。
【００１６】
イオン発生部１１の端部には引出電極１１ａが設けられている。イオン発生部１１で発生した正の電荷をもつイオンは、引出電極１１ａに印加された負の電圧によりアナライザーマグネット部１２に引き出される。
【００１７】
アナライザーマグネット部１２は、電磁石を利用した一種の質量分析器である。このアナライザーマグネット部１２では、イオン発生部１１から引き出されたイオンの中から特定のイオン種のみを選別して、可変アパーチャー部１３に伝達する。なお、アナライザーマグネット部１２は、イオン伝達部の一例である。
【００１８】
可変アパーチャー部１３には、イオンビームが通る隙間が設けられたカーボン板１３ａが設けられている。このカーボン板１３ａの隙間を変化させることにより、イオン種が更に選別される。
【００１９】
フォーカス部１４にはレンズ（電磁レンズ）１４ａが設けられている。フォーカス部１４では、このレンズ１４ａにより、可変アパーチャー部１３を通過したイオンビームを整形する。
【００２０】
フォーカス部１４を通過したイオンビームは、イオン注入チャンバー１５内のプラズマフラッドガン１６を通ってウェハ２０に注入される。
【００２１】
プラズマフラッドガン１６には、ガスボンベ２３からバルブ２４を介してＸｅ（キセノン）等のガスが供給される。プラズマフラッドガン１６からは低エネルギーの電子が引き出され、イオンビームとともにウェハ２０に向けて移動する。プラズマフラッドガン１６の詳細な構造については、後述する。
【００２２】
ビームストップ部１７は、ウェハ２０に注入されたイオンにより発生する電流を測定する。このビームストップ部１７で測定される電流値に基づき、イオン注入量（ドーズ量）が調整される。
【００２３】
図２はプラズマフラッドガン１６の構造を示す断面図である。なお、図２中の白抜き矢印は、アークチャンバー内を通るイオンビームを示している。
【００２４】
また、図３は、図２中に破線円で囲んだ部分のプラズマフラッドガンを拡大して示す図である。更に、図４（ａ）はフィラメントとアパーチャーとの位置関係を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中にＩ−Ｉ線で示す位置における断面図である。
【００２５】
図２に示すように、プラズマフラッドガン１６には筒状のガイドチューブ２５が設けられており、このガイドチューブ２５内をイオンビームが通過する。
【００２６】
ガイドチューブ２５の周面には、アークチャンバー２６が取り付けられている。アークチャンバー２６には、図３に示すように、フィラメント３１と、アパーチャー３２と、引出電極３３と、フィラメントシールド３４とが配置されている。また、アークチャンバー２６内には、前述のガスボンベ２３からガスが供給される。
【００２７】
フィラメント３１はタングステンにより形成されており、図４（ａ）に示すように長円形状に湾曲した形状を有する。このフィラメント３１は、イオン注入時に所定の電圧が印加されて発熱する。
【００２８】
また、フィラメント３１とアークチャンバー２６の壁面との間に所定の電圧が印加されて、アークチャンバー２６内で放電が発生する。この放電により、アークチャンバー２６内に導入されたガスがプラズマ化する。
【００２９】
アパーチャー３２は板状の部材であり、フィラメント３１の近傍に配置されている。このアパーチャー３２の一部分がフィラメント３１側に向けて突出して、突出部３２ｂとなっている。その突出部３２ｂの頂部には、孔３２ａが設けられている。図４（ａ），（ｂ）に示すように、孔３２ａは長円形状に湾曲したフィラメント３１の内側に配置される。
【００３０】
なお、アパーチャー３２の材質は特に限定されないが、本実施形態ではアパーチャー３２が高純度カーボンにより形成されているものとする。また、本実施形態ではフィラメント３１が長円形状であるものとしているが、フィラメント３１の形状は円形状であってもよい。
【００３１】
図３のように、引出電極３３は、アパーチャー３２の外側（ガイドチューブ２５側）に配置される。この引出電極３３には、アパーチャー３２の孔３２ａに整合する位置に、孔３２ａよりも大きな径の孔３３ａが設けられている。
【００３２】
フィラメントシールド３４は、引出電極３３の外側に配置される。このフィラメントシールド３４には、アパーチャー３２の孔３２ａに整合する位置に、孔３２ａよりも大きく、孔３３ａよりも小さい径の孔３４ａが設けられている。
【００３３】
アークチャンバー２６内の空間は、アパーチャー３２の孔３２ａ、引出電極３３の孔３３ａ及びフィラメントシールド３４の孔３４ａを介して、ガイドチューブ２５内の空間と連絡している。
【００３４】
以下、上述したプラズマフラッドガン１６の動作について説明する。
【００３５】
前述したように、イオン注入時にはフィラメント３１に所定の電圧が供給され、フィラメント３１が発熱する。また、アークチャンバー２６内に放電が発生し、この放電によりアークチャンバー２６内にプラズマが発生する。
【００３６】
一方、引出電極３３には所定の電圧が印加される。アークチャンバー２６内のプラズマ中に含まれる低エネルギーの電子は、引出電極３３に印加された電圧によりガイドチューブ２５内に引き出され、ガイドチューブ２５内を通るイオンビームとともにウェハ２０に向けて移動する。
【００３７】
ところで、放電にともない、フィラメント３１からはタングステンの微粒子（以下、「タングステン粒子」という）が放出される。フィラメント３１から放出されたタングステン粒子は、直線的に移動する。
【００３８】
図５（ａ）は従来のプラズマフラッドガンのフィラメント及びアパーチャーの一例を示す平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中にII−II線で示す位置における断面図である。
【００３９】
従来のプラズマフラッドガンでは、図５（ａ），（ｂ）に示すように、アパーチャー４２が平板である。このため、フィラメント３１から飛び出したタングステン粒子の多くは、図５（ｂ）中に矢印で示すように、アパーチャー４２の孔４２ａを容易に通過してしまう。
【００４０】
従来のプラズマフラッドガンでも、アパーチャー４２の外側にフィラメントシールドを配置して、タングステン粒子のガイドチューブへの進入を阻止している。しかし、フィラメントシールドだけではタングステン粒子を十分に阻止することは困難であり、アパーチャー４２の孔４２ａを通過したタングステン粒子は、反射を繰り返してガイドチューブ内に進入してしまう。
【００４１】
一方、本実施形態に係るプラズマフラッドガン１６では、図４（ａ），（ｂ）に示すようにアパーチャー３２の孔３２ａが設けられた部分がフィラメント３１側に突出して突出部３１ｂとなっている。そのため、図４（ｂ）中に矢印で示すように、フィラメント３１から飛び出したタングステン粒子の多くは突出部３１ｂの外壁にぶつかり、ガイドチューブ２５側への移動が阻止される。
【００４２】
すなわち、本実施形態に係るプラズマフラッドガン１５では、孔３２ａの直径が図５（ａ），（ｂ）に示すアパーチャー４２の孔４２ａと同じであっても、孔３２ａを通過するタングステン粒子の数が著しく削減され、タングステン粒子によるウェハ３０の汚染をより一層抑制することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係るプラズマフラッドガンのアークチャンバーを示す断面図、図７は同じくそのプラズマフラッドガンのフィラメントとアパーチャーとの位置関係を示す平面図である。
【００４４】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、アパーチャーに設けられた孔の直径及び数が異なることになり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。
【００４５】
本実施形態では、フィラメント３１の近傍に配置されたアパーチャー５１の一部がフィラメント３１側に向けて突出して、突出部５１ｂとなっている。この突出部５１ｂの形状は、図７に示すように平面視でフィラメント３１の形状に倣う長円形状であり、頂部には突出部５１ｂの長手方向に沿って５個の孔５１ａが一列に並んで形成されている。これらの孔５１ａの開口面積の合計は、第１の実施形態のアパーチャー３３の孔３３ａの開口面積と同じになるように設定されている。
【００４６】
本実施形態では、アパーチャー５１の孔５１ａの直径が第１の実施形態比べて小さく設定されているので、第１の実施形態に比べて孔５１ａを通過するタングステン粒子の数をより一層低減できる。また、孔５１ａの開口面積の合計は、第１の実施形態のアパーチャー３３の孔３３ａの開口面積と同じであるので、アークチャンバー２６からガイドチューブ側に引き出される電子の量は、第１の実施形態と殆ど同じである。これにより、ウェハに蓄積される電荷を十分に中和することができる。
【００４７】
以下、第２の実施形態に係るプラズマフラッドガンを実際に製造してイオン注入装置に取り付け、イオン注入を行ってウェハのタングステン汚染量を調べた結果について説明する。
【００４８】
まず、実施例として、図６，図７に示すアークチャンバー２６を備えたプラズマフラッドガンを製造した。
【００４９】
アークチャンバー２６の寸法は、図８，図９に示す幅ａが２９ｍｍ、長さｂが４１．５ｍｍ、高さｃが１４．１ｍｍである。また、アパーチャー５１の突出部５１ｂの高さｄは２．５ｍｍであり、孔５１ａの直径φは２ｍｍである。更に、孔５１ａの個数は５個である。更にまた、フィラメント３１とアパーチャー５１の突出部５１ｂとの間隔ｅは０．８ｍｍである。
【００５０】
ウェハにイオン注入する元素として、Ａｓを使用し、注入エネルギーは５ｋｅＶ、注入量（ドーズ量）は３．４３×１０14ions/cm2、イオンビーム電流は２．５ｍＡとした。
【００５１】
その結果、実施例のプラズマフラッドガンを使用した場合、ウェハのタングステン汚染量は０．００４１atoms/cm2であった。一方、図５（ａ），（ｂ）に示すアパーチャー４２を有する従来のプラズマフラッドガンを使用した場合、実施例と同一条件でイオン注入と行うと、ウェハのタングステン汚染量は０．５５atoms/cm2であった。
【００５２】
すなわち、本実施形態に係るプラズマフラッドガンを有するイオン注入装置では、従来のイオン注入装置に比べて、ウェハのタングステン汚染量を約１／１００以下にすることができた。
【符号の説明】
【００５３】
１１…イオン発生部、１２…アナライザーマグネット部、１３…可変アパーチャー部、１４…フォーカス部、１５…イオン注入チャンバー、１６…プラズマフラッドガン、１７…ビームストップ部、２０…ウェハ、２１，２３…ガスボンベ、２２，２４…バルブ、２５…ガイドチューブ、２６…アークチャンバー、３１…フィラメント、３２，４２，５１…アパーチャー、３２ａ，４２ａ，５１ａ…孔、３２ｂ，５１ｂ…突出部、３３…引出電極、３４…フィラメントシールド。
【図１】
2014116085.tif 000003
【図２】
2014116085.tif 000004
【図３】
2014116085.tif 000005
【図４】
2014116085.tif 000006
【図５】
2014116085.tif 000007
【図６】
2014116085.tif 000008
【図７】
2014116085.tif 000009
【図８】
2014116085.tif 000010
【図９】
2014116085.tif 000011