(57)【要約】【解決手段】  イオン注入装置を開示する。当該イオン注入装置は、酸素イオン、窒素イオン、ヘリウムイオン、または水素イオンを生成して、ドーズが特定の範囲であるイオンビームを形成するイオンビーム源と、イオンビームから所望されない種を除去する分析マグネットとを備える。当該イオン注入装置は、裏面ガスによる熱結合を有する静電チャックを備える。当該静電チャックは、イオンビームによってシリコン・オン・インシュレータ用のイオン注入を行うべく１つの処理対象物を保持して、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで処理対象物を冷却する。【選択図】  図１
2010541164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを生成して、ドーズが所与の範囲内にあるイオンビームを形成するイオンビーム源と、
前記イオンビームから、所望されない種を除去する分析マグネットと、
裏面ガスによる熱結合を有する静電チャックと
を備え、
前記イオンは、酸素および窒素から成る群から選択され、前記所与の範囲は、酸素の場合約１Ｅ１７ｃｍ−２から４Ｅ１７ｃｍ−２までの範囲、酸素の場合約１ｃｍ−２から３Ｅ１５ｃｍ−２までの範囲、および窒素の場合約１Ｅ１７ｃｍ−２から２Ｅ１８ｃｍ−２までの範囲から成る群から選択され、
前記静電チャックは、ドーズが前記所与の範囲にある前記イオンビームによってシリコン・オン・インシュレータ用のイオン注入を実行するべく１つの処理対象物を保持し、前記処理対象物を約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで冷却する
イオン注入装置。
【請求項２】
前記イオンビームは、帯状ビームで、前記静電チャックは、前記１つの処理対象物を１次元にスキャンする
請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビーム源は、傍熱陰極型のイオン源を有する
請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記イオンビーム源は、マイクロ波イオン源を有する
請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオンビーム源は、誘導結合ＲＦイオン源を有する
請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
イオン注入に先立って、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度へと前記１つの処理対象物を事前に加熱する
請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記静電チャックは、前記１つの処理対象物を事前に加熱する
請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記１つの処理対象物を事前に加熱する少なくとも１つのランプ
をさらに備える請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記裏面ガスによる熱結合は、少なくとも約１５Ｔｏｒｒの裏面ガス圧を実現する
請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
イオンを生成して、ドーズが所与の範囲内にあるイオンビームを形成するイオンビーム源と、
前記イオンビームから、所望されない種を除去する分析マグネットと、
裏面ガスによる熱結合を有する静電チャックと
を備え、
前記イオンは、水素およびヘリウムから成る群から選択され、前記所与の範囲は、水素の場合約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２までの範囲、ヘリウムの場合約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２までの範囲から成る群から選択され、
前記静電チャックは、ドーズが前記所与の範囲にある前記イオンビームによってシリコン・オン・インシュレータ用のイオン注入を実行するべく１つの処理対象物を保持し、前記処理対象物を約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで冷却する
イオン注入装置。
【請求項１１】
前記イオンビームは、帯状ビームで、前記静電チャックは、前記１つの処理対象物を１次元にスキャンする
請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記イオンビーム源は、傍熱陰極型のイオン源を有する
請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記イオンビーム源は、マイクロ波イオン源を有する
請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記イオンビーム源は、誘導結合ＲＦイオン源を有する
請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
イオン注入に先立って、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度へと前記１つの処理対象物を事前に加熱する
請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
前記静電チャックは、前記１つの処理対象物を事前に加熱する
請求項１５に記載のイオン注入装置。
【請求項１７】
前記１つの処理対象物を事前に加熱する少なくとも１つのランプ
をさらに備える請求項１５に記載のイオン注入装置。
【請求項１８】
前記裏面ガスによる熱結合は、少なくとも約１５Ｔｏｒｒの裏面ガス圧を実現する
請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
枚葉式イオン注入装置においてシリコン・オン・インシュレータ用イオン注入を行う方法であって、
約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２のドーズの水素、約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２のドーズのヘリウム、約１Ｅ１７ｃｍ−２から４Ｅ１７ｃｍ−２のドーズの酸素、約１ｃｍ−２から３Ｅ１５ｃｍ−２のドーズの酸素、約１Ｅ１７ｃｍ−２から２Ｅ１８ｃｍ−２のドーズの窒素から成る群から選択されたイオンビームを形成する段階と、
前記イオンビームを分析して、所望されない種を除去する段階と、
裏面ガスによる熱結合を有する静電チャック上に、シリコン・オン・インシュレータを製造するべく１つの処理対象物を実質的に保持する段階と、
前記イオンビームを用いて、前記１つの処理対象物にイオン注入を行う段階と、
前記１つの処理対象物を、前記静電チャックを用いて、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで冷却する段階と
を備える方法。
【請求項２０】
前記イオンビームは、傍熱陰極型イオン源によって生成される
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記イオンビームは、マイクロ波イオン源によって生成される
請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記イオンビームは、誘導結合ＲＦイオン源によって生成される
請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記静電チャックを用いて、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度へと前記１つの処理対象物を事前に加熱する段階
をさらに備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも１つのランプを用いて、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度へと前記１つの処理対象物を事前に加熱する段階
をさらに備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記イオンビームは帯状ビームで、前記帯状ビームを用いて、前記１つの処理対象物にイオン注入を行う段階は、前記処理対象物を１次元にスキャンすることによって、実行される
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入に関する。特に、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハをイオン注入により製造する枚葉式ビームライン型イオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電型を変更するための不純物を半導体ウェハに導入する際に標準的に利用されている技術である。所望の不純物材料をイオン源でイオン化して、生成されたイオンを加速して所定のエネルギーを持つイオンビームを形成し、当該イオンビームをウェハの表面に向ける。イオンビームを形成している、エネルギーを持ったイオンは半導体材料のバルク内に入り込み、半導体材料の結晶格子に埋め込まれて、所望の導電型の領域を形成する。
【０００３】
イオン注入装置は、気体状または固体状の材料を、良好に画定されたイオンビームに変換するイオン源を備える。イオンビームは通常、所望でないイオン種を除去するべく質量分析が施され、所望のエネルギーまで加速されて、ターゲットに注入される。イオンビームをターゲット部分に照射するべく、イオンビームを静電スキャンあるいは磁場スキャンするとしてもよいし、ターゲットを移動させるとしてもよいし、または、イオンビームのスキャンとターゲットの移動とを組み合わせるとしてもよい。イオンビームは、点状ビームであってもよいし、または、長辺および短辺を持つような帯状ビームであってもよい。帯状ビームの場合、長辺は通常、少なくともウェハの幅と同等の長さを持つ。
【０００４】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造は一般的に、シリコン基板および内部絶縁層から形成される多層半導体構造である。基板内に設けられている絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２またはＳｉＮであってよい。ＳＯＩによれば、トランジスタを充電または放電するために必要な時間が短縮され、ソース−ドレイン接合における容量が低減され、回路寸法が縮小され得る。
【０００５】
ＳＯＩ構造の製造方法の１つに、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｘｙｇｅｎ）方式がある。ＳＩＭＯＸ方式では通常、イオンビーム注入とアニーリングとを利用して、二酸化シリコン層を形成する。酸素を注入する前に、酸素注入中もウェハの結晶構造を保持するべく、ウェハを加熱する。その後、酸素をウェハに注入して、ウェハをアニーリングして、ＳｉＯ２層を形成する。その後、高温アニーリングを実行するとしてよい。一部の実施形態では、シリコンを堆積させることによって、ＳＯＩウェハを形成する。
【０００６】
ＳＩＭＯＮ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）方式は、ＳＩＭＯＸ方式と同様の工程で実施され、酸素の代わりに窒素を利用する方法である。窒素イオンは、例えば、良好な絶縁体であるＳｉ３Ｎ４を形成するか、または、注入中に酸素イオンと結合し得る。
【０００７】
ＳＯＩ構造を製造する別の方法として、「接合およびへき開」による方法がある。ドナーウェハを酸化して絶縁層を形成する。水素、ヘリウム、または、水素およびヘリウムの混合物をドナーウェハに注入する。この後、ドナーウェハを反転させて、ハンドルウェハとして知られている別のウェハに接合させ、ドナーウェハの注入面がハンドルウェハ上に配設されるようにする。水素またはヘリウムは、注入されると、ドナーウェハ内で気泡またはポケットを形成する。このようにして、ドナーウェハをへき開するとしてよい。つまり、非注入部分と注入部分とを分離させるとしてもよい。
【０００８】
ＳＯＩ構造用イオン注入には、プラズマ浸漬が利用されている。プラズマ浸漬では通常、例えば、米国特許第６，２０７，００５号（Ｈｅｎｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されているように、ＲＦプラズマ源を用いてイオンを生成している。しかし、プラズマ浸漬方式では、質量選択用のマグネットを利用しないので、イオンの選択が難しい。また、注入時にドーズを均一に維持することが困難である。
【０００９】
ＳＯＩ構造用イオン注入には、ディスクスピン型バッチ方式注入装置も同様に用いられ得る。しかし、バッチ方式注入装置において処理中にエラーが発生すると、１つのウェハまたは処理対象物だけでなく、そのバッチのウェハまたは処理対象物がすべて利用できなくなってしまう。一般的に、ウェハは高価なので、バッチ方式注入装置においてこのようなミスが発生すると、その損失コストが非常に高くなってしまう。
【００１０】
枚葉式ビームライン型注入装置には、ディスクスピン型バッチ方式注入装置またはプラズマ浸漬システムにはない利点が数多くある。例えば、２つのマグネットによって形成されるビームラインは、イオンの選択において、非常に重要である。枚葉式イオン注入装置のビーム形状の一部はさらに、スループットを高めるという利点を持つ。これは、このようなビーム形状では、ビームの幅が大きく、ビーム電流量を高くするとイオンビーム輸送が良好になるためである。枚葉式注入装置ではさらに、ウェハに対する熱負荷分配が改善される。
【００１１】
従来のＳＯＩ構造用枚葉式イオン注入装置は、ビーム面積が非常に小さく、ビーム電流量が小さく、スループットを高くできず、ウェハまたは処理対象物に対する温度制御ができなかった。このため、このような注入装置ではスループットが非常に低いために、注入処理の完了に数日間を要する場合もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、シリコン・オン・インシュレータ構造用の枚葉式ビームライン型イオン注入装置および枚葉式ビームライン型イオン注入方法を改善して新たな装置および方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の側面によると、イオン注入装置が提供される。当該イオン注入装置は、イオンを生成して、ドーズが所与の範囲内にあるイオンビームを形成するイオンビーム源と、イオンビームから、所望されない種を除去する分析マグネットと、裏面ガスによる熱結合を有する静電チャックとを備え、イオンは、酸素および窒素から成る群から選択され、所与の範囲は、酸素の場合約１Ｅ１７ｃｍ−２から４Ｅ１７ｃｍ−２までの範囲、酸素の場合約１ｃｍ−２から３Ｅ１５ｃｍ−２までの範囲、および窒素の場合約１Ｅ１７ｃｍ−２から２Ｅ１８ｃｍ−２までの範囲から成る群から選択され、静電チャックは、ドーズが所与の範囲にあるイオンビームによってシリコン・オン・インシュレータ用のイオン注入を実行するべく１つの処理対象物を保持し、処理対象物を約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで冷却する。
【００１４】
本発明の第２の側面によると、イオン注入装置が提供される。当該イオン注入装置は、イオンを生成して、ドーズが所与の範囲内にあるイオンビームを形成するイオンビーム源と、イオンビームから、所望されない種を除去する分析マグネットと、裏面ガスによる熱結合を有する静電チャックとを備え、イオンは、水素およびヘリウムから成る群から選択され、所与の範囲は、水素の場合約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２までの範囲、ヘリウムの場合約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２までの範囲から成る群から選択され、静電チャックは、ドーズが所与の範囲にあるイオンビームによってシリコン・オン・インシュレータ用のイオン注入を実行するべく１つの処理対象物を保持し、処理対象物を約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで冷却する。
【００１５】
本発明の第３の側面によると、枚葉式イオン注入装置においてシリコン・オン・インシュレータ構造用にイオン注入を行う方法が提供される。当該方法は、約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２のドーズの水素、約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２のドーズのヘリウム、約１Ｅ１７ｃｍ−２から４Ｅ１７ｃｍ−２のドーズの酸素、約１ｃｍ−２から３Ｅ１５ｃｍ−２のドーズの酸素、約１Ｅ１７ｃｍ−２から２Ｅ１８ｃｍ−２のドーズの窒素から成る群から選択されたイオンビームを形成する段階と、イオンビームを分析して、所望されない種を除去する段階と、裏面ガスによる熱結合を有する静電チャック上に、シリコン・オン・インシュレータを製造するべく１つの処理対象物を実質的に保持する段階と、イオンビームを用いて、１つの処理対象物にイオン注入を行う段階と、１つの処理対象物を、静電チャックを用いて、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度まで冷却する段階とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本開示をより分かりやすく説明するべく、添付図面を参照する。添付図面は、参照により本明細書に組み込まれる。添付図面は以下の通りである。
【００１７】
【図１】枚葉式イオン注入装置の実施形態を示す図である。
【００１８】
【図２】傍熱型の陰極の実施形態を示す図である。
【００１９】
【図３】マイクロ波イオン源の実施形態を示す図である。
【００２０】
【図４】静電チャックの実施形態を示す図である。
【００２１】
【図５】裏面ガスを利用するチャックについて、温度とガス圧とを比較した場合の一例を示す図である。
【００２２】
【図６】裏面ガスによる熱結合が可能なチャックの実施形態を示す図である。
【００２３】
【図７】ウェハ加熱用ランプを利用する装置の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書では、イオンビーム注入装置およびイオンビーム注入方法に関連付けて本発明を説明する。しかし、本発明は、半導体製造に関するほかのシステムおよびプロセスにも利用され得る。このため、本発明は、以下に記載する具体的な実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１は、枚葉式イオン注入装置の実施形態を示す図である。一般的に、バリアン・セミコンダクター・イクイップメント・アソシエーツ・オブ・グロセスター社（米国、マサチューセッツ州）製のＶＩＩＳｔａ  ＨＣ型イオン注入装置のような枚葉式イオン注入装置１０は、イオンビーム１２を生成するイオンビーム源１１を備える。イオンビーム源１１は、イオンチャンバと、イオン化対象のガスを含むガスボックスとを有するとしてよい。イオンビーム源１１は、傍熱型の陰極、マイクロ波イオン源、または、ＲＦイオン源であってよい。ガスは、イオンチャンバに供給されてイオン化される。このようにして形成されたイオンは、イオンチャンバから引き出されてイオンビーム１２を形成する。
【００２６】
イオンビーム１２は、サプレッション電極１４および接地電極１５を通過して、質量分析器１６へと向かう。質量分析器１６は、分析マグネット１３と、分析スリット１８が設けられているマスキング電極１７とを含む。分析マグネット１３は、所望のイオン種のイオンが分析スリット１８を通過するように、イオンビーム１２中のイオンを偏向する。所望されないイオン種は、分析スリット１８を通過せず、マスキング電極１７によってせき止められる。一実施形態によると、分析マグネット１３は、所望の種のイオンを、約９０度偏向する。
【００２７】
所望のイオン種のイオンは、分析スリット１８を通過して、角度補正マグネット２３へと向かう。一部の実施形態によると、所望の種のイオンはさらに、減速ステージを通過する。角度補正マグネット２３は、所望のイオン種のイオンを偏向して、イオンビームを発散イオンビームから、イオン軌道が略平行な帯状ビーム２４へと変換する。一実施形態によると、角度補正マグネット２３は、所望のイオン種のイオンを約７０度偏向する。
【００２８】
一部の実施形態によると、イオンビーム１２は、加速コラムを通過するとしてよい。この加速コラムは、イオンビーム１２のエネルギーを選択的に制御して、イオンビーム１２を所望の濃度および侵入度で処理対象物２６に与えるようにする。帯状ビーム２４はさらに、一部の実施形態において、加速コラムを通過するとしてよい。例えば、最大エネルギーが約６０ｋｅＶである水素注入の場合等、他の実施形態においては、加速コラムは省略するとしてよい。
【００２９】
具体的な一実施形態によると、加速コラムは分析スリット１８および質量分析器１６の下流側に配置するとしてよい。酸素を注入する際には、最大エネルギーがおよそ２００ｋｅＶとなる場合があり、上述したような加速コラムが必要となり得る。このような酸素注入用の加速コラムは、必要とされる電流容量および高圧電源を実現するべく構成される。別の具体的な実施形態によると、加速コラムは、角度補正マグネット２３の下流側に配置される。
【００３０】
帯状ビーム２４は、ドーズの範囲を、例えば、酸素について約１Ｅ１７ｃｍ−２から４Ｅ１７ｃｍ−２、酸素について約１ｃｍ−２から３Ｅ１５ｃｍ−２、窒素について約１Ｅ１７ｃｍ−２から２Ｅ１８ｃｍ−２、水素について約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２、ヘリウムについて約５Ｅ１５ｃｍ−２から８Ｅ１６ｃｍ−２とした場合に、生産可能なレベルのスループットで注入を可能とするのに十分なビーム電流量を持つとしてよい。また、帯状ビーム２４は、ドーズの範囲を、例えば、酸素損傷注入（ｄａｍａｇｅ  ｉｍｐｌａｎｔ）について約１ｃｍ−２から３Ｅ１５ｃｍ−２とした場合に、生産レベルのスループットで注入を可能とするのに十分なビーム電流量を持つとしてよい。帯状ビーム２４の具体的なドーズを２つ挙げると、例えば、Ｈ＋の注入について約５Ｅ１６ｃｍ−２と、Ｏ＋の注入について約２Ｅ１７ｃｍ−２とが挙げられる。Ｏ＋の注入は、ほとんどの用途において、少なくとも約８０ｋｅＶというエネルギーが必要となるとしてよい。
【００３１】
エンドステーション２５は、処理対象物２６のような処理対象物を、所望の種のイオンが処理対象物２６に注入されるように、帯状ビーム２４の経路に支持する。処理対象物２６は、例えば、ウェハまたはその他のイオン注入処理を必要とする物体であってよい。本発明の実施形態で処理対象物２６にイオン注入を行う目的は概して、ＳＯＩ構造を得るためである。
【００３２】
エンドステーション２５は、処理対象物２６以外にも、イオン注入を実行するべくその他の処理対象物を支持するとしてよい。エンドステーション２５は、処理対象物２６を支持するためのチャック３２を有するとしてよい。一部の実施形態によると、エンドステーション２５はさらに、処理対象物２６の全面にイオンを照射させるべく、帯状ビーム２４の断面の長辺に対して垂直に処理対象物２６を移動させるか、または、その他の方向に１次元で処理対象物２６をスキャンさせるためのスキャナを有するとしてよい。チャック３２はさらに、一部の実施形態によると、処理対象物２６を回転させたり、直交方向にスキャンを補正するように構成されるとしてよい。
【００３３】
別の実施形態によると、チャック３２は、４分割注入を実行させるべく構成されるとしてよい。４分割注入は通常、ＰＲフィーチャーに陰影を与えるべく、ドーズの４分の１が終了する毎に９０度、処理対象物２６を回転させることを意味する。４分割注入はさらに、左右の傾斜を除去するべく、ＳＯＩ構造の場合も用いられるとしてよい。
【００３４】
帯状ビーム２４は、少なくとも処理対象物２６と幅の大きさが同等であるとしてよい。帯状ビーム２４が図示されているが、その他の実施形態に係るイオン注入装置では、スキャンされた（１次元または２次元でスキャンされた）イオンビームを供給するとしてもよいし、または、固定されたイオンビームを供給するとしてもよい。イオン注入装置はさらに、一部の実施形態では、角度補正マグネット２３の下流に配置された別の減速ステージを備えるとしてよい。
【００３５】
イオン注入装置はさらに、当業者に公知の構成要素を備えるとしてよい。例えば、エンドステーション２５は通常、処理対象物をイオン注入装置内に入れて、イオン注入後に処理対象物を取り出すための処理対象物自動取り扱い装置を有する。エンドステーション２５はさらに、ドーズ測定システム、エレクトロン・フラッド・ガン、および、その他の公知の構成要素を有するとしてよい。当業者であれば、イオンビームが横断する経路は全長にわたって、イオン注入中は、真空状態であるものと理解されたい。
【００３６】
図１に図示したような枚葉式イオン注入装置は、ＳＯＩ構造を製造するためのイオン注入を行うべく利用されるとしてよい。枚葉式イオン注入装置１０のような枚葉式イオン注入装置は、例えば、水素、ヘリウム、酸素、および窒素を注入することができる。一部の実施形態によると、水素およびヘリウム、または、酸素および窒素は同時に注入される。このように注入を行うことによって、処理対象物に絶縁層が形成されるか、処理対象物に損傷層が形成されるか、または、処理対象物の内部に気泡またはポケットが形成され得る。このように、１つの処理対象物２６が帯状ビーム２４の経路に載置される。これは、複数の処理対象物に対してイオン注入が同時に実行されるディスクスピン型イオン注入装置のようなバッチ式イオン注入装置とは異なる点である。枚葉式イオン注入装置でＳＯＩ構造を製造する場合、イオンを一様に照射する必要がある。この要件を満足させるべく、１次元でスキャンされる帯状ビーム２４を利用する。また、静電スキャンまたは電磁スキャンでスキャンする帯状ビーム２４を用いるとしてもよい。２次元にメカニカルスキャンを行うことによっても、イオンを一様に照射させ得る。しかし、このようなメカニカルスキャンは慣性のために限界があり、ビームの移動速度は遅くなってしまう場合がある。
【００３７】
枚葉式イオン注入装置１０のような特定の枚葉式イオン注入装置は、従来の枚葉式ウェハＳＯＩ注入装置に比べて、ＳＯＩ構造を形成するためのイオン注入のスループットを大きく改善する。このような効果は、例えば、ウェハまたは処理対象物に対して、ビーム面積を大きくすること、または、温度制御を行うことによって実現され得る。例えば、枚葉式イオン注入装置は、酸素または水素を注入する場合に帯状ビームを用いるとしてよい。ＳＯＩ構造を製造するためのイオン注入において、一例を挙げると、水素のドーズは約５Ｅ１６ｃｍ−２で、酸素のドーズは約２Ｅ１７ｃｍ−２であってよい。
【００３８】
このようにドーズが高いので、高いスループットを維持するためにはビーム電流量を高くする必要がある。帯状ビームによれば、このように高いビーム電流量で発生する空間電荷に起因する「爆発」が低減される。このように高いドーズに対応するためには、ウェハまたは処理対象物を冷却する必要もある。裏面ガスによる熱結合を利用することによって、枚葉式でＳＯＩ構造を製造するためのイオン注入をこのように高いドーズで行うことが可能となる。
【００３９】
枚葉式イオン注入装置においてＳＯＩを製造する場合の要件としてさらに、ドーズを高精度に制御することが挙げられる。このためには、ビーム電流量を高くするか、または、電力密度を高くするとしてよい。このため、枚葉式イオン注入装置１０のような枚葉式イオン注入装置は、正確な温度範囲内で、ウェハまたは処理対象物を維持する必要がある。このためには、異なる実施形態のチャック３２を利用するとしてよい。
【００４０】
最後に、枚葉式イオン注入装置でＳＯＩ構造を製造する場合、酸素を注入するために、シリコンのアモルファス化を防ぐべく酸素注入前に、ウェハまたは処理対象物を事前に加熱しなければならない場合がある。このためには、異なる実施形態のチャック３２を利用するとしてよい。また、少なくとも１つのランプを用いるとしてもよい。
【００４１】
上述したようなイオンビーム源１１の一例を挙げると、傍熱型の陰極４０が挙げられる。図２は、傍熱型の陰極の実施形態を示す図である。このような構成は、水素、ヘリウム、酸素、および窒素の注入に利用され得る。本実施形態に係る傍熱型の陰極４０は、アークチャンバ４４の壁４３を貫通して延伸している陰極４１を有する。フィラメント４５は、中空領域４６内に陰極４１に隣接して配設されている。電源（不図示）がフィラメント４５を加熱して、フィラメント４５と陰極４１との間にバイアス電圧を印加して、陰極４１とアークチャンバ４４との間にアーク電圧を印加する。
【００４２】
フィラメント４５は、加熱されると、フィラメント４５の一部から電子を放出するのに十分なエネルギーを生成して、放出された電子はバイアス電圧によって陰極４１の中空領域４６へと推進される。この結果、陰極４１は昇温させられて、最終的にはアークチャンバ４４内に電子を放出し始める。電子は、アーク電圧によってアークチャンバ４４内に引き込まれ、ソースガス４７が供給するガス分子に衝突すると、プラズマを形成する。一部の実施形態によると、陰極４１と壁４３との間には、電圧ギャップを維持するべく間隙が設けられている。傍熱型の陰極４０を利用するためには、ソースガス４７をアークチャンバ４４に導入する。一部の実施形態では、陰極４１と壁４３との間の間隙を小さく留めることによって、この間隙内にソースガス４７が流入しないように厳しく制限している。一部の実施形態では制限部材が利用されるとしてよい。陰極４１は、ソースガス４７をイオン化するべく加熱される。ソースガス４７をイオン化して、イオンビーム１２を生成する。
【００４３】
効率を高めると共にイオン生成を促進するべく、傍熱型の陰極４０は、リペラ５０に結合され得る。リペラ５０は、機械素子、静電素子、または、磁気素子であってよく、傍熱型の陰極４０によって生成された電子がアークチャンバ４４を通過した後に当該電子を捕獲して、アークチャンバ４４を再度通過するように電子を戻す。このような構成とすることによって、生成された電子とソースガス４７とが衝突する可能性が高くなる。
【００４４】
図３は、マイクロ波イオン源の実施形態を示す図である。マイクロ波電力は、イオンビーム源１１内でプラズマを生成するべく利用されるとしてよい。マイクロ波電力を利用することによって、フィラメントまたは陰極を設ける必要がなくなる。このため、マイクロ波電力は、長寿命であるとしてよい。マイクロ波電力を生成する方法の１つを挙げると、プラズマチャンバ内で約０．１テスラ（１ｋＧ）の軸方向磁場を生じさせる。発生した磁場は、以下の式で与えられる共鳴条件を持つ。
【数１】
2010541164.tif 000003
式中、
【数２】
2010541164.tif 000004
は、サイクロトロン共鳴周波数、ｅは電子の電荷、Ｂは磁場、ｍは電子の質量を表す。
【００４５】
この具体的な実施形態によると、マイクロ波イオン源６０は、少なくとも５００Ｗの電力を供給する２．４５ＧＨｚのマイクロ波生成器６７によって駆動される。このようなマイクロ波生成器６７は、磁電管である。入力電力が５００Ｗの場合、電子密度が約Ｅ１２ｃｍ−３からＥ１３ｃｍ−３のプラズマが形成されるとしてよい。引出ビーム電流量は、プラズマチャンバ６１の圧力がサブｍＴｏｒｒの範囲にある場合、約１００ｍＡ／ｃｍ２から２００ｍＡ／ｃｍ２であるとしてよい。
【００４６】
２．４５ＧＨｚマイクロ波生成器の場合、電子の共鳴条件を満たすのは８．７５Ｅ−２テスラの磁場の周波数である。このような磁場の作用によって、マイクロ波イオン源６０は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源となるが、利用可能なビーム電流量は、共鳴値以上に磁場を大きくすることによって、大きくなり得る。
【００４７】
イオンは、マイクロ波イオン源６０のプラズマチャンバ６１で生成される。プラズマチャンバ６１は通常、水で冷却されるシリンダーで、本実施形態では、直径が約２ｃｍから５ｃｍで、長さが約７ｃｍから１５ｃｍである。プラズマチャンバ６１は、アルミニウムまたはステンレススチールのような材料から形成されているとしてよく、一部の実施形態によると、二重壁となっている。プラズマチャンバ６１を水で冷却することによって、マイクロ波イオン源６０の機能は、低温表面で凝結しない材料からイオンを生成することに限定される。このような材料には、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎ２、またはＯ２がある。しかし、マイクロ波イオン源６０では、固体材料を利用するとしてもよい。
【００４８】
マイクロ波電力は、誘電体窓６３を介して、プラズマチャンバ６１内のプラズマ６２に導入される。誘電体窓６３は、プラズマチャンバ６１の低圧と、大気とを分離している。しかし、マイクロ波電力はさらに、アンテナ等の当業者に公知のその他の手段によって、プラズマ６２に導入されるとしてもよい。マイクロ波電力は、近共鳴条件によって、プラズマ６２に吸収され得る。
【００４９】
誘電体窓６３は通常、石英、アルミナ、または、窒化ホウ素等の複数の材料から形成され、誘電率が空気の誘電率からプラズマ６２の誘電率へと段階的に変化するように選択される。これらの複数の材料は、サンドイッチ状または積層構造で配列されるとしてよい。このように段階的に変化させることによって、マイクロ波反射電力が最小限に抑えられる。本実施形態に係る誘電体窓６３の寿命は、誘電体窓６３を構成する複数の材料のうち、最終層によって決まる。これは、この最終層が、逆流する電子と衝突するためである。誘電体窓６３のこの最終層は、予防メインテナンスまたはイオン源メインテナンスの際に交換されるとしてよい。
【００５０】
導波路６８は、誘電体窓６３に接触するように配設される。導波路６８は、反射電力を最小限に抑えるスリー・スタブ・チューナーを含むとしてよく、特定のモードで動作する。
【００５１】
軸方向磁場は、プラズマチャンバ６１の周囲に配設されている複数のソレノイド６４によって生成される。各ソレノイド６４は通常、複数のコイルから構成されており、プラズマチャンバ６１内の位置の関数として磁場が調整され得る。ビーム電流量を最大化すると共にビームノイズを最小化するべく、ソレノイド６４を微調整するとしてよい。
【００５２】
ガス供給システム６９は通常、プラズマチャンバ６１に対してガスフローを供給する。一例を挙げると、このガスフローは、毎分当たり数立方センチメートルと小さい。ガスフローは、レギュレータ７０から供給されるとしてよい。その他の低圧ガスソースを利用するとしてもよい。例えば、「セーフ・デリバリー・システム（Ｓａｆｅ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ）」コンテナまたはその他の当業者に公知のソースを利用するとしてもよい。
【００５３】
イオンは一般的に、プラズマチャンバ６１の、マイクロ波電力の導入箇所とは反対側から引き出される。このため、イオンは通常、誘電体窓６３とは反対側から引き出される。引出電極アセンブリ６５は通常、プラズマスリット６６の下流に位置する領域における漏れ磁場を最小限に抑えるべく軟鋼から形成されるが、当業者に公知のその他の材料から形成されるとしてもよい。
【００５４】
一部の実施形態では、引出電極アセンブリ６５にリターンスチール７１が含まれるとしてもよい。リターンスチール７１は、プラズマチャンバ６１の内部の強磁場を短絡させる。リターンスチール７１は、軟鋼から形成されており、力線が真空ではなくスチールを通過するので、力線を捕獲する。リターンスチール７１は、プラズマチャンバ６１から放出されるイオンを偏向してしまう、引出領域近傍の磁場の発生を抑制する。一部の実施形態によると、引出電極アセンブリ６５はさらに、サプレッション電極および接地電極を有するとしてよい。
【００５５】
別の実施形態によると、イオンビーム源１１には、ＲＦイオン源が利用されるとしてよい。このようなＲＦイオン生成器は、当業者には公知であるように、高周波によってプラズマを生成する。このようなプラズマの生成は、プラズマ生成チャンバの外部にある外部アンテナによって行われるとしてもよいし、または、プラズマ生成チャンバの内部にある内部アンテナによって行われるとしてもよい。一実施形態に係るＲＦイオン源は、誘導結合を利用する。
【００５６】
図４は、静電チャックの実施形態を示す図である。チャック３２は、静電力によって処理対象物２６を固定および支持する。本実施形態に係るチャック３２は、単一の処理対象物２６を固定および支持するように構成されている。ＳＯＩ構造を製造するためのイオン注入は通常、摂氏１００度以上のイオン注入を行えるようにチャック３２のようなチャックを必要とする。一部の実施形態によると、チャック３２は、前述した温度における湾曲（ｂｏｗｉｎｇ）の問題を最小限に抑えるか解消するように設計されている。
【００５７】
本実施形態によると、チャック３２は、誘電層８１と、導電電極８２および８３とを有する。２つの電極８２および８３を図示しているが、チャック３２が有する電極の数は１つのみとしてもよいし、または３つ以上としてもよい。電極８２および８３は、ＤＣ電源またはＡＣ電源８４に電気接続されているとしてよい。
【００５８】
チャック３２のような静電チャックは一般的に、クーロン力型またはジョンソン・ラベック型に分類され得る。クーロン力型およびジョンソン・ラベック型の両方の原理を１つのチャックに組み込むとしてもよい。どちらのタイプのチャックも、処理対象物２６と電極８２および８３との間に配置される誘電層８１を有するとしてよい。電極８２および８３には、ＡＣ電圧またはＤＣ電圧が印加されるとしてよい。
【００５９】
誘電層８１は、さまざまな絶縁体材料によって形成されるとしてよく、例えば、アルミナ等のセラミック材料から形成されるとしてよい。クーロン力型チャックの誘電層は、クーロン力型チャックの電荷が常に、電極と、クランプされている処理対象物とにあるように、電荷移動を禁止している。これとは対照的に、ジョンソン・ラベック型チャックの誘電層は、誘電層を介して電荷移動を可能としている。ジョンソン・ラベック型チャックの電荷移動に影響を与える要因には、誘電層の厚み、表面形状、および誘電層の表面の粗度が含まれ得る。誘電層を介した電荷移動によって、処理対象物と誘電層との間の界面に、電荷が蓄積される。クーロン力型チャックに比べてジョンソン・ラベック型チャックでは、互いに反対の電荷の間の距離が小さいので、クランプ電圧を同一とすると、クランプ圧はジョンソン・ラベック型チャックの方が大きくなる。
【００６０】
通常は、チャック３２が動作する温度範囲は、ドーピングレベルによって決まる。チャック３２がジョンソン・ラベック型チャックの場合、ジョンソン・ラベック効果が異なる温度で発生すると共に誘電層８１が伝導する電流範囲が正しくなるように、ドーピングレベルを修正することができる。例えば、Ｏ＋の注入は、約摂氏４００度で行うとしてよく、さらに、仕上げの注入を約摂氏５０度で行うとしてよい。別の例を挙げると、Ｈ＋の注入は、室温で行うとしてよい。このため、ジョンソン・ラベック効果を発生させるように、イオン注入が設定され得る。
【００６１】
クランプ電圧を約１ｋＶとした場合、ジョンソン・ラベック型チャックで許容される裏面ガスの圧力は３０Ｔｏｒｒから５０Ｔｏｒｒの範囲内である。この範囲内であれば、２０ｋＷの酸素イオン（Ｏ＋）ビームが、処理対象物２６の温度を、ＳＩＭＯＸ式イオン注入に通常適切な摂氏４００度に維持することができる。この様子は、温度と、チャックの裏面ガスのガス圧とを比較した一例を示す図５に図示されている。
【００６２】
図６は、裏面ガスによる熱結合が可能なチャックの実施形態を示す図である。一部の実施形態において、チャック３２は、裏面ガスによる熱結合を実現するべく裏面ガス装置を含むとしてよい。尚、ガスの原子または分子８７が、処理対象物２６とチャック３２との間を流動している。ガスの原子または分子８７は、チャック３２の表面に当たって、チャック３２の温度に応じた並進エネルギーおよび回転エネルギーを得る。チャック３２の温度に対応するエネルギーは、原子または分子８７と、当たった表面との間の結合を説明する適応係数に基づいて説明され得る。適応係数は、原子または分子８７の詳細な特性（例えば、自由度）、および、原子または分子８７が当たる表面の詳細な特性（例えば、粗度または固着係数）に応じて変化する。
【００６３】
そして、熱化された原子または分子８７は、処理対象物２６とチャック３２との間の間隙を反対側に移動する。処理対象物２６とチャック３２との間の距離が、原子または分子８７の平均自由工程、または、衝突と衝突との間に移動する平均距離に比べて小さい場合、直接、反対側まで間隙を移動する。原子または分子が処理対象物２６に到達すると、同じ熱化プロセスが処理対象物２６についても発生する。処理対象物２６がチャック３２よりも高温である場合、原子または分子８７は処理対象物２６からエネルギーを吸収する。チャック３２が処理対象物２６よりも高温である場合、原子または分子８７はチャック３２からエネルギーを吸収する。原子または分子８７が処理対象物２６とチャック３２との間を移動すると、２つの表面は同じ温度に近づいていく。このようにして、処理対象物２６は昇温または降温させられるとしてよい。このような熱伝達の効率は、ガスの原子または分子８７同士が衝突する回数が多いと、原子または分子同士の間でエネルギーを共有してしまうので、悪くなってしまう場合がある。一実施形態によると、処理対象物２６は、約摂氏３００度から摂氏６００度の範囲内の温度となるように、昇温または降温させられるとしてよい。
【００６４】
一例によると、約１５Ｔｏｒｒにおいて、Ｎ２分子の平均自由工程は約２０μｍである。ガス圧を高くすると、処理対象物２６とチャック３２との間で熱伝達を行う原子の数が多くなるが、平均自由工程も短くなる。このように、低圧では、熱伝達はガス圧に比例する。チャックと処理対象物とが分離する程度に平均自由工程が短くなる値まで圧力が高くなると、増加幅は縮小し始める。チャック３２に処理対象物２６をより近接させて保持することによって、高圧を利用するとしてよい。多くの場合において、クランプ圧は裏面ガス圧よりも高くなければならない。
【００６５】
チャックの外部に熱源を設けて、処理対象物２６を加熱するとしてもよい。図７は、ウェハ加熱用ランプを利用する装置の実施形態を示す図である。この実施形態では、処理対象物２６とチャック３２との間の界面に裏面ガスを利用するとしてもよいし、利用しないとしてもよい。
【００６６】
処理対象物２６は、この熱の大半を反射または吸収する。熱の一部は伝達されるが、チャック３２の誘電体は、処理対象物２６ほどは高温にならない場合がある。熱源として、Ｕｓｈｉｏ社製の２ｋＷのＱＩＨ−２４０−２０００のようなランプ９０を少なくとも１つ設けるとしてよい。熱源は、さまざまな波長のレーザであってもよい。例えば、処理対象物２６を加熱するべく、処理対象物２６が高効率で吸収する波長として赤外線が選択されるとしてもよい。
【００６７】
本実施形態によると、３つのランプ９０を有するランプアレイ９１が図示されている。別の実施形態では、処理対象物２６を均等に加熱するべく、１１個のランプ９０が設けられている。ランプ９０は、直線状のランプで、互いに上下になるように配列されているが、円形の電球で、円状アレイまたは当業者に公知のその他の構成で配列されているとしてもよい。ランプ９０は、反射体９２の前方に実装される。
【００６８】
本実施形態によると、ランプ９０は帯状ビーム２４の軌道の下方に位置しており、垂直位置にある場合に処理対象物２６を加熱する。水平加熱位置は、処理対象物２６に対するクランプを停止して、裏面の損傷を低減するように、選択され得る。ランプ９０は、帯状ビーム２４の上方に配置することも可能であり、帯状ビーム２４の上方および下方に配置することも可能であり、または、帯状ビーム２４が照射される処理対象物２６の箇所と同じ箇所を加熱するとしてもよい。本実施形態では、帯状ビーム２４を用いてイオン注入を実行するが、同じプロセスを用いて別の形態のイオン注入を実行することもできる。一実施形態によると、ランプ９０は、約摂氏３００度から摂氏６００度までの範囲内の温度まで処理対象物２６を加熱する。
【００６９】
通常のイオン注入においては、フォトレジストの残留物がランプ９０を覆ってしまう場合がある。このような問題は、固体状のマスクが利用されるので、高温イオン注入では発生し得ない。一方、ポリマーベースのフォトレジストは摂氏１００度を超えると劣化する。一部の実施形態では、このような問題が発生しないようにするべく、ランプアレイ９１には、従来の室温でのイオン注入を実行するべくカバーを設けるとしてもよいし、または、フォトレジストのガス抜けによる蒸気がランプ９０または反射体９２において凝結しないように、機械的に移動するとしてもよい。一実施形態によると、ランプ９０は、ランプ９０または反射体９２に堆積した汚染物質を焼失させるべく、昇温させられるとしてよい。これに代えて、別の実施形態によると、ランプ９０の温度を蒸気が凝結する温度よりも常に高くなるように維持するとしてもよい。
【００７０】
処理対象物２６は、チャック３２上に配設される。本実施形態によると、チャック３２は、方向９４にスキャナ機構９３によって並進させられるとしてもよい。方向９４とは、処理対象物２６およびチャック３２を、帯状ビーム２４の経路からランプアレイ９１による加熱用の位置まで移動させるための方向である。
【００７１】
本明細書で使用する用語および表現は、説明のために使用するものであり、本発明を限定するものではない。本明細書において特定の用語および表現を使用しても、図示および説明した特徴（または、その一部）の均等物を排除することを意図するものではなく、請求項の範囲内ではさまざまな変形が可能であると認められる。その他にも、変形例、変更例、および代替例が実施可能である。したがって、上述の説明は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明を限定することを意図するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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