(57)【要約】  イオン注入装置は、ビームラインに沿って進行するイオンビームを発生するためのイオン源、及び、真空又は注入チャンバーを含み、シリコンウエハ等の加工物は、イオンビームによる加工物の表面へのイオン注入のために、注入チャンバーの内部にイオンビームと交差するように配置される。ライナーは、排気された内部領域の少なくとも一部の境界を形成する内部を向いた表面を有し、この表面にわたって互いに間隔をおいて複数の溝が形成され、イオン注入装置の動作の間に内部領域で発生した汚染物を捕捉する。
2009516332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ビーム経路に閉じ込められたイオンビームを発生するためのイオン源と、
ｂ）前記イオンビームに交差するように加工物が配置される排気された内部領域を有する注入チャンバーと、
ｃ）前記イオン源からの前記イオンビームを形成するイオンを、前記イオン源と前記注入チャンバーとの間のビーム経路に沿って加速及び整形する構造体を含むビーム閉込構造体と、
ｄ）露出面を有し、該露出面の少なくとも一部にわたって互いに間隔をおいて延びる複数の溝部が設けられたパーティクル捕捉器と、
を含むイオン注入装置。
【請求項２】
前記溝部は、０．００２５４ｍｍから１．２ｍｍの範囲内の幅を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記溝部の幅は、約０．２±０．０１ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記溝部は、Ｖ字形であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記溝部は、弧状の経路に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記溝部の前記表面に対する深さは、０．００２５４ｍｍから２．５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記溝部の深さは、１±０．０１ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記パーティクル捕捉器は、グラファイト材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
ａ）閉込領域内にイオンを発生する段階と、
ｂ）排気領域を通じて前記閉込領域から離れるようにイオンを加速し、イオンビームのイオンが所望の経路を辿るように前記イオンビームを形成及び整形する段階と、
ｃ）前記イオンビームのイオンの加工物への衝突によるイオン注入処理のために、前記排気領域と流体連通する注入チャンバー内に前記加工物を配置する段階と、
ｄ）前記イオンビームの境界を形成する前記排気領域及び前記注入チャンバーの内壁のいずれかの内部を向いた表面を粗面化することによって、汚染物を収集する段階と、を含み、
ｅ）前記粗面化は、前記内部を向いた表面の露出面にわたって溝部を形成することを含んでいることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１０】
前記イオンビームの境界を形成する前記排気領域及び前記注入チャンバーのいずれかにライナーが挿入されることを特徴とする請求項９に記載のイオン注入方法。
【請求項１１】
前記溝部は、前記表面に機械加工された円形パターンにより形成されることを特徴とする請求項９に記載のイオン注入方法。
【請求項１２】
前記機械加工は、切削工具の円形の経路に沿った移動と前記表面を横切る平行移動とを同時に行うことによって実施されることを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入方法。
【請求項１３】
ビーム経路に沿って注入チャンバーに移動させるイオンを発生するためのイオン源を有するイオン注入装置内の装置であって、
前記イオン源から前記注入チャンバーに至る排気された内部領域の境界を形成する構造体と、
前記排気領域の少なくとも一部の境界を形成する内向きの表面を有し、該表面にわたって互いに間隔をおいて複数の溝部が形成され、前記イオン注入装置の動作の間に前記内部領域で発生する汚染物を捕捉するライナーと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記ライナーはグラファイトからなり、前記溝部は、少なくとも０．００２５４ｍｍの深さを有し、又、最大幅の部分において少なくとも０．００２５４ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記溝部の断面は、Ｖ字形であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記溝部は、弧状に形成された他の溝部と交差する弧状の経路に沿って延びることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ及び他の加工物のイオン注入のためのシステムに関し、より詳しくは、ビームライン中の汚染物の作用を低減する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の譲受人であるアクセリステクノロジーズ社（Axcelis Technologies）は、集積回路の製造の間にシリコンウエハ等の加工物を処理するための製品を設計及び販売している。イオン注入装置は、イオンビームを発生させ、イオンビーム内に配置されたシリコンウエハ等の加工物の物理的特性を改質するものである。この処理は、例えば、未処理ウエハを形成するシリコンにドーピングを実施し、半導体材料の特性を改質するために使用することができる。イオン注入の前にレジスト材料によってマスクを施し、ウエハ内に種々のドーパント・パターンからなる層を形成することを適切に管理することによって、多くの用途のうちの１つで使用される集積回路が製造される。
【０００３】
イオン注入装置は、典型的には、ガス状の供給材料、又は固体からの蒸気、又は液状の供給材料からプラズマを発生させるためのイオン源を含んでいる。イオンビームは、イオン源プラズマと別の電極との間に電界を形成することによって、イオン源プラズマから引き出される。
【０００４】
イオン源から出た後、イオンビームは、ビームが整形されて所望のエネルギーに加速される領域を通じて進行し、その後、注入チャンバーに入り、そこでビームのイオンが１つ又は複数のウエハ加工物に衝突する。イオン注入装置には、その動作の結果として、若干の汚染パーティクルが発生する。汚染パーティクルの発生源の１つは、イオン源で発生する不必要なイオン種である。又、特定の注入に関連する汚染パーティクルは、異なるイオンが注入された、以前のイオン注入からの残留イオンの存在によって生じる。例えば、所定の数のウエハにホウ素イオンを注入した後、ヒ素イオンを注入するために、注入装置を替えることが望ましい場合もある。これは、注入装置の内部に、多少の残留ホウ素原子が存在している可能性があるためである。
【０００５】
汚染パーティクルの更に別の発生源は、フォトレジスト材料である。フォトレジスト材料は、注入の前にウエハの表面に塗布され、完成した集積回路上の回路網を定めるために必要なものである。イオンがウエハの表面に衝突すると、フォトレジスト被膜のパーティクルがウエハから遊離する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イオン注入処理の間にウエハに衝突及び付着する汚染パーティクルは、半導体の製造、及びウエハの処理に極微細なパターン精細度が要求される他のデバイスの製造における歩留まり損失の大きな要因である。
【０００７】
ブレイク（Blake）等に付与された米国特許第５，６５６，０９２号には、イオンビーム注入装置の排気された内部領域を移動する汚染パーティクルを捕捉及び除去する方法が開示されている。そのパーティクル収集器は、汚染パーティクルが容易に付着する表面を有している。パーティクル収集器は、そのパーティクル付着面が、内部領域を移動する汚染パーティクルと流体連通するように、注入装置に固定されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ビーム経路に閉じ込められたイオンビームを発生するためのイオン源と、イオンビームと交差するように加工物が配置される排気された内部領域を有する注入チャンバーとを含むイオン注入装置が開示される。ビーム閉込構造体によって、イオン源から出るイオンを注入チャンバーへ加速することができる。パーティクル捕捉器は、露出面を有しており、露出面は、その少なくとも一部にわたって互いに間隔をおいて延びるように設けられた複数の溝部（溝又は通路）を有している。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、イオン注入装置は、内部を向いた表面を有するライナーを有しており、このライナーの表面は、イオン注入装置の排気領域の少なくとも一部の境界を形成し、かつ、ライナーの表面に互いに間隔をおいて設けられた複数の溝部を有してイオン注入装置の動作の間に排気領域内で発生する汚染物を捕捉するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態の特徴を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、イオン注入装置１１０を模式的に示す図である。イオン注入装置は、イオンビームを形成するイオンを発生するイオン源１１２を含んでおり、イオンビームは、整形され、選択的に偏向されて、エンドステーション又は注入ステーション１３０に向かってビーム経路１４０を進行する。注入ステーションは、内部領域の境界を形成する真空チャンバー又は注入チャンバーを含む。半導体ウエハ等の加工物は、支持体１３２によってこの内部領域に配置され、イオン源１１２で発生したイオンビームを構成するイオンによりイオン注入される。加工物が受けるイオン線量を監視及び制御するために、制御用電子装置が設けられる。制御用電子装置に対する操作者からの入力は、注入ステーション１３０付近に配置されたユーザー用制御コンソールを介して実施される。イオンビーム中のイオンは、イオン源と注入チャンバーとの間の領域を進行するにつれて発散する傾向を有する。この発散を低減するため、この領域は、１つ又は複数のポンプにより低圧に維持される。
【００１１】
イオン源１１２は、内部領域の境界を形成するプラズマチャンバーを含み、この内部領域にイオン源材料が射出される。イオン源材料は、イオン化可能ガス又は蒸発したイオン源材料を含むものであってもよい。プラズマチャンバー内で発生したイオンは、イオンビーム引出アセンブリーによって、プラズマチャンバーから引き出される。イオンビーム引出アセンブリーは、イオン加速電界を形成するための多くの電極を含んでいる。
【００１２】
イオンビーム引出アセンブリーの下流において、質量分析磁石１２０は、適正な電荷対質量比を有するイオンを軌道に沿うように偏向し、これによって、所望のイオン種のビーム１４０がイオン注入チャンバー１３０に入る。
【００１３】
磁石１２０は、強磁性材料から構成されるヨーク及び磁極片を含むコアを有する電磁石である。磁界は、イオン源から射出されたイオンが移動する領域の境界を形成する導体への通電を制御することにより、磁石の磁極ギャップに誘起される。コイルに流れる電流によって、ビーム経路に垂直な方向に磁界が誘起され、イオンは、初期の軌道から逸れるように偏向する。磁極片は、磁極ギャップ内に高い均一性をもって磁界を形成するために役立ち、磁極ギャップを通じて誘起される磁束は、磁極ギャップの両側の磁石ヨークを通じて戻る。
【００１４】
イオン注入のための適正なイオンのみを、出口軌道に沿って磁石から出射させ、加工物に衝突させることがイオン注入装置の目的である。しかしながら、イオン源１１２によって他のイオン種も発生するため、これらのイオン種は、磁石による偏向により、目的の注入イオンよりも大きく又は小さく偏向させ、イオンビーム経路１１４の境界を形成する構造体に衝突させる。このような衝突は、イオン注入装置における汚染物の１つの発生源である。イオン注入装置における汚染物の別の発生源は、加工物から遊離して注入チャンバー１３０の露出面上に集積するフォトレジストである。以下、説明のために、磁石１２０の領域に関連させてライナー１５０の使用を記載するが、添付請求項の解釈においては、本発明が、イオン注入装置１００の汚染物が集積し易い任意の排気領域に対する適用性を有することは明らかである。
【００１５】
図３は、３枚のライナーパネル１５２、１５４、１５６を有するグラファイト製のライナー（内張り）１５０を示している。ライナー１５０は、磁石１２０の内部領域の境界を形成する。すなわち、これらのパネルの寸法及び配置は、磁石ギャップに収まって、アーチ状のビーム経路１４０の長手方向に沿って磁石を通じてイオンビーム経路の境界を形成するように設定されている。本発明の一実施形態では、２つのライナー（ビームラインの上方及び下方）が使用される。これらのライナーは、取り外すことができ、又、各ライナーパネルの頂面及び底面の両方に溝部を形成することにより、両面を使用することができる。その際、頂部のライナーが底部のライナーになり、底部のライナーが頂部のライナーになる。両方の配置（頂面及び底面）で使用した後、ライナーはイオン注入装置から取り外され、新規のライナーと交換される。本明細書では、磁石１２０の領域での使用に特に適合するライナーが説明されているが、本発明に係るライナーは、イオンビームが衝突する任意の表面に対して使用することが可能である。それらの表面には、引出電極、ビームガイド構造体、ビームダンプ、分解アパーチャ、及び、加速／減速用電極、及び、処理チャンバー等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
スパッタリングされた汚染物が付着する表面の肌理は、形成される堆積物の量及びその堆積物の安定性、すなわち剥離に対する耐性に影響を及ぼす。本実施形態において、３つのパネル１５２、１５４、１５６は、グラファイトからなり、これらのパネルの外側の（露出された）表面には、溝部が刻設されている。この溝部の高さ、深さ、及び幅は重要である。
【００１７】
頂部に３枚のライナーパネルを配置し、又、底部に３枚のライナーパネルを配置することにより、ビームガイドのライナー１５０が構成される。表面の粗面化は、最大で０．２ｍｍの直径を有する単一刃切削工具を使用して達成される。切削工具の刃先は、直径３１．７５ｍｍの略円形のパターンに駆動され、この直径における回転速度は約５００回転／分である。更に、切削工具は、２５０ｍｍ／分の速度で直線状の経路に沿って前後に送られる。図３に、このような移動のパターン１６０を示す。切削工具は、直線状の経路１６２に沿って一度送られた後、側方へ駆動され、円形の溝部が少なくとも０．５０ｍｍの最小オーバーラップ距離Ｏをもって重なり合うように、最初の経路に略平行な経路１６４に沿って送られる。これが、ライナーの表面の粗面化を実施するための適切な多くの方法の一例である。
【００１８】
図４は、グラファイト製ライナー１７０の略平坦な表面１７０の、隣り合う２つの溝部１７４、１７６を示す図である。溝部の幅Ｗと深さＤを、様々に異なる範囲に変更した結果、本実施形態のイオン注入装置のライナーパネルは、０．００２５４ｍｍから１．２ｍｍの範囲内の幅を有する溝部を有するものである。又、本実施形態のイオン注入装置における溝部は、０．００２５４ｍｍから２．５ｍｍの範囲内の深さを有している。様々な形状の刃先が選択されたが、好適な刃先は約６０度の迎え角１７６を有するものである。最も重要な基準は、幅Ｗを管理することであることが分かった。但し、幅が様々に異なっていても、ライナー型汚染物収集用注入装置挿入体の使用寿命を延長する点で効果的であったことを強調しておく。
【００１９】
以上、本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明は、添付請求項の精神及び範囲に含まれる限り、開示された構成からの全ての修正及び変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、イオン源から加工物の支持体へのイオンビームの経路を示す、イオン注入装置の上面視断面図である。
【図２】図１に示すイオン注入装置で使用するためのライナーを示す平面図である。
【図３】イオン注入装置に汚染物が集積するときに汚染物を捕捉するために、ライナーに形成される溝部のパターンを模式的に示す図である。
【図４】汚染パーティクルを捕捉するために機械加工された溝部を有するライナーの一部を拡大して示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2009516332.tif 000007
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