(57)【要約】【課題】  イオン注入装置のエンドステーション部において、真空状態を維持したまま、非接触で基板へゴミ等が付着するのを防止しながら、効率よく基板を冷却してイオン注入時の昇温を抑制しつつ、処理時間を短縮できるイオン注入装置を提供する。【解決手段】  イオン注入装置のエンドステーション部内において、基板の近傍に、基板より低温に維持されて基板からの熱放射を受ける冷却用部材を配設し、更には、前記冷却用部材において、少なくとも基板に対面する部分を平坦面に形成すると共に、該冷却用部材を基板の前面又は後面の少なくとも一方に対向して前記平坦面が基板と平行になるように非接触状態で配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置のエンドステーション部内において、基板の近傍に、基板より低温に維持されて基板からの熱放射を受ける冷却用部材を配設したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記冷却用部材において、少なくとも基板に対面する部分を平坦面に形成すると共に、該冷却用部材を基板の前面又は後面の少なくとも一方に対向して前記平坦面が基板と平行になるように非接触状態で配置したことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記エンドステーション部において、基板をスキャンする基板スキャン機構を備えると共に、該基板スキャン機構の少なくとも一方の基板のオーバーシュート部分のイオン注入側に、前記冷却用部材を配設したことを特徴とする請求項２記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記冷却用部材の基板と反対側に、基板以外からの前記冷却用部材への熱放射を遮蔽する遮蔽部材を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記エンドステーション部において、基板をスキャンする基板スキャン機構を備えると共に、該基板スキャン機構において、基板の冷却のために、基板を前記冷却用部材に対面する位置に一時停止できるように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記冷却用部材を−５０℃〜−２００℃以下の範囲内の温度に保つことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や液晶表示装置等の製造過程で不純物導入に使用されるイオン注入装置に関するものである。より詳細には、比較的簡単な構造で、エンドステーション部における基板を真空状態のまま効率よく冷却できるイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入工程では、エネルギーを持った荷電粒子を、処理対象である基板に衝突させて所望の物質を基板中に注入する。イオン注入は、真空中で行われ、処理される基板は高い断熱下にある。この時、荷電粒子のエネルギーは熱となって基板の温度を上昇させることが知られている。
【０００３】
一方、基板は注入領域を選択するためのマスクとして、レジストと呼ばれる有機物の膜で部分的に基板表面を覆っている場合が多い。このレジストはイオン注入処理後に取り除く必要があるが、高温に曝されて炭化してしまうと簡単に除去用の溶剤では溶けなくなり、アッシャー工程を経ないと除去できなくなるという問題があった。例えば、レジストの種類にもよるが、１２０℃以上になるとレジスト除去に関して問題が生じる。
【０００４】
このため、イオン注入処理時に基板の温度の上昇を回避するために、イオン注入と同時に基板を冷却する必要がある。そのため、従来技術では、基板を低温の冷却用部材に吸着して熱伝導により冷却したり（例えば、特許文献１参照。）、真空状態を解除して、基板をイオン注入装置のエンドステーション部から別室に移動して、低温のガスを基板に噴き付けて冷却したりしている。
【０００５】
しかしながら、吸着による熱伝導による冷却においては、真空状態のチャンバー内におかれている中で熱伝導可能な部分を確保するためには、基板を冷却用部材に密着させる必要があり、冷却パッド等比較的複雑な機構が必要になる。そのため、この吸着機構の複雑さに起因するトラブルや冷却用部材との接触による基板へのゴミ等の粒子状物質の付着の問題や厚さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の非常に薄い基板の変形の問題等がある。
【０００６】
また、ガス噴きつけによる冷却においては、イオン注入と冷却を何回か繰り返す必要があるが、基板の冷却のために、冷却処理用のチャンバーを別に用意し、基板の移動、真空状態の解除、ガスの導入及び噴きつけ、真空への復帰、基板の移動等の工程を経るため、冷却処理に著しく時間がかかるという問題がある。
【特許文献１】特開平７−９０５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、イオン注入装置のエンドステーション部において、真空状態を維持したまま、非接触で基板へゴミ等が付着するのを防止しながら、効率よく基板を冷却してイオン注入時の昇温を抑制しつつ、処理時間を短縮できるイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明のイオン注入装置は、イオン注入装置のエンドステーション部内において、基板の近傍に、基板より低温に維持されて基板からの熱放射を受ける冷却用部材を配設して構成される。この構成により、基板の熱が放射により冷却用部材側に伝達されるので、基板を効率良く冷却できる。この冷却用部材は、真空中において、熱放射により基板を冷却する部材であるので、吸熱効果を上げるため、冷却用部材の表面の放射係数（ε）を１．０に近い状態にして形成するのが好ましい。また、冷却効果と冷却の均等性を考慮すると、冷却用部材の基板に対向する面は基板と同じ大きさか、少し大きく形成する、又は、縁を包み込む様に湾曲させることが好ましい。  
【０００９】
そして、上記のイオン注入装置で、前記冷却用部材において、少なくとも基板に対面する部分を平坦面に形成すると共に、該冷却用部材を基板の前面又は後面の少なくとも一方に対向して前記平坦面が基板と平行になるように非接触状態で配置する。そして、冷却用部材を基板の前面に対向して配置する構成の場合には、基板表面からの熱放射を均等に吸収できるので、基板表面の温度を均一化できる。なお、イオン注入時においてはこの冷却用部材がイオンビームを遮らないように配置される。また、冷却時にイオン注入を停止するような場合は殆ど無いと考えられるが、この場合には、冷却用部材を移動してイオンビームの通過部分に掛かる位置に配置されるように構成してもよい。
【００１０】
また、冷却用部材を基板の後面に対向して配置する構成の場合には、冷却用部材がイオンビームの入射側に配置されないので、イオンビームを遮ることが無い。従って、イオンビームを遮ることなく、冷却効率が高い状態で冷却用部材を配置できるので、冷却用部材の配置が容易となる。但し、基板を後面から冷却するので、基板表面に対しての冷却効果は多少低下する。この基板の後側に配置する冷却用部材は、固定配置してもよいが、基板のスキャン時に基板と共に移動するように構成すると、イオン注入処理中においても冷却できる。
【００１１】
また、上記のイオン注入装置で、前記エンドステーション部において、基板をスキャンする基板スキャン機構を備えると共に、該基板スキャン機構の少なくとも一方の基板のオーバーシュート部分のイオン注入側に、前記冷却用部材を配設する。このオーバーシュート部分とは、イオンビームを基板に照射する時、イオンビームを照射されていない、イオンビームの外側部分で、かつ、基板が移動する所をいう。
【００１２】
この構成によれば、冷却用部材がイオンビームの通過部分に配置されないので、イオン注入時に邪魔にならない。そのため、冷却用部材の移動機構が不要となり、構造が単純化する。
【００１３】
更に、上記のイオン注入装置において、前記冷却用部材の基板と反対側に、基板以外からの前記冷却用部材への熱放射を遮蔽する遮蔽部材を配置する。この遮蔽部材は基板以外からの熱放射を反射し、吸熱を小さくすると共に、冷却用部材への熱放射を少なくすることが望ましいので、この遮蔽部材の表面の熱放射率（ε）はゼロ側に近つけることが好ましい。この構成によれば、冷却用部材への真空チャンバーからの熱放射を遮蔽するので、冷却用部材の昇温を抑制でき、基板の冷却効果を上げることができる。
【００１４】
また、上記のイオン注入装置で、前記エンドステーション部において、基板をスキャンする基板スキャン機構を備えると共に、該基板スキャン機構において、基板の冷却のために、基板を前記冷却用部材に対面する位置に一時停止できるように構成する。この構成によれば、基板を冷却用部材に対面する位置に一時停止して、冷却効果を向上できるので、より多い発熱に対処することができる。
【００１５】
そして、上記のイオン注入装置において、前記冷却用部材を−５０℃〜−２００℃の範囲内の温度に保つ。この冷却用部材の温度は、基板の温度より低ければ、吸熱効果を奏することができ、また、基板との間の温度差が大きい程、冷却性能は大きくなるが、冷却用部材の冷却の容易さを考えて−５０℃°〜−２００℃とするのが好ましく、更には、−５０℃〜−８０℃とするのがより好ましい。なお、−２００℃は液体窒素で、−８０℃は冷凍機で実現できる温度であり、又、低過ぎると真空を常圧にもどした時に霜が付き易いという問題が生じる可能性がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るイオン注入装置によれば、非接触で、注入処理中に基板の冷却が可能となるので、基板へのゴミ等の付着や基板の変形を回避しながら、イオン注入処理における基板の温度上昇を抑制でき、イオン注入処理のための処理時間の短縮を図ることができる。また、基板を均等に冷却できるので、イオン注入時の基板の温度を均一化でき、高品質の基板を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して本発明に係るイオン注入装置の実施の形態について説明する。
【００１８】
最初に第１の実施の形態のイオン注入装置について説明する。この第１の実施の形態のイオン注入機１０は、イオンビームＢ１を発生するイオン源１１と、質量分離して所望のイオンを選択して取り出すと共に、イオンビームＢを横長のリボン状イオンビームＢ２に変化させるビーム光学系機構１２と、このリボン状イオンビームＢ２を所望のイオン電流密度分布に調整するマルチポール１３と、調整されたリボン状イオンビームＢ３の照射方向に対して垂直な方向に基板２０をスキャンする基板スキャン機構１４と、リボン状イオンビームＢ３のイオン電流密度分布を計測するプロファイラ１５と、マルチポール１３と基板スキャン機構１４を制御するイオン注入制御部１６とを備えて構成される。
【００１９】
そして、このビーム光学系機構１２とマルチポール１３はビームライン部に配置され、基板スキャン機構１４とプロファイラ１５は、図２に示すように、エンドステーション部３０に配置される。なお、図１ではエンドステーション部３０を省略し、図２では、基板スキャン機構１４とプロファイラ１５等を省略している。
【００２０】
そして、このイオン源１１では、ヒ素（Ａｓ），リン（Ｐ），ホウ素（Ｂ）等をイオン化すると共に加速してイオンビームＢ１とする。このイオンビームＢ１をビーム光学系機構１２において、横長のリボン状イオンビームＢ２にする。この時、基板２０の幅とイオンビームＢ３の移動距離から所望の質量のイオンのみを通過させる様に、ビーム移動距離を予め設定しておく。
【００２１】
このリボン状イオンビームＢ２を、上下１組の小型電磁石を複数組並べたマルチポール１３において、各小型電磁石のコイルへの励磁電流を制御して、所定のイオン電流密度分布に調整したイオンビームＢ３にして、半導体や液晶等の基板２０に打ち込む。なお、このイオンビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３の通る道筋は真空ポンプ（図示しない）で排気して高真空に保つ。
【００２２】
そして、このイオン注入機１０では、イオンビームＢ３をスキャンせずに、イオンビームＢ３の照射方向を固定して、基板スキャン機構１４の回転ドラム１４ａに吊り下げた基板２０を巻き上げたり、巻き戻したりすることにより往復移動させて基板２０に注入されるイオン量の均一化を図る。なお、プロファイラ１５はビームの均一性等を調べる装置であり、ファラデーカップとこのファラデーカップをビームを横断するように移動させる機構で構成される。
【００２３】
そして、本発明の第１の実施の形態においては、図１及び図２に示すように、イオン注入装置１０のエンドステーション部３０において、基板２０の直近に、基板２０より低温に維持されて基板２０からの熱放射を受ける冷却板（冷却用部材）３１を、基板２０と接触しない状態で配設する。
【００２４】
この冷却板３１は、冷却効果と冷却性能の均等化を考慮して、基板２０に対面する部分を平坦面に形成すると共に、基板２０の前面（イオン注入側）に対向してこの平坦面が基板２０と平行になるように非接触状態で配置し、また、基板２０と同じ大きさか少し大きめに形成する。又、必要なら、縁を基板側に湾曲させる。そして、効率良く基板２０の熱を吸収して冷却するために、受熱面の熱放射率（ε：熱輻射率）が１．０に近づくように熱放射率が大きい材料や表面塗料を選択して形成する。  また、この冷却板３１の内部に冷凍機により冷却された冷媒を循環させて、−５０℃〜−２００℃の範囲内の温度になるように構成する。これにより、基板２０からの熱放射を冷却板３１が受けて、基板２０の熱を冷却板３１側で吸熱し、基板２０を冷却することができる。
【００２５】
この冷却板３１の配置により、比較的シンプルな構成で、真空中においても熱放射による熱伝達で基板２０を効率良く冷却できる。また、基板２０の表面に平行に冷却板３１を配置することにより、基板２０の各部分に対する冷却性能が均等化されるので、基板２０の温度を均一化できる。
【００２６】
また、この第１の実施の形態においては、リボン状イオンビームＢ２の基板２０への照射を妨げないように、基板スキャン機構１４の少なくとも一方（図１及び図２では下側）の基板２０のリボン状イオンビームＢ２を超えた位置、即ち、オーバーシュート部分のイオン注入面側に、この冷却板３１を配設する。そして、基板スキャン機構１４において、基板２０の冷却のために、基板２０を冷却板３１に対面する位置に一時停止できるように構成する。
【００２７】
これらの構成により、イオン注入と基板２０の冷却を繰り返す場合には、基板２０の冷却時には、基板２０をオーバーシュート部分に一時停止させて、基板２０の全面を冷却板３１に対面させて効率良く冷却できる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態のイオン注入装置について説明する。このイオン注入装置では、第１の実施の形態のイオン注入装置の構成に加えて、図３に示すように、エンドステーション部３０内において、冷却板３１の基板２０と反対側に、基板２０以外からの冷却板３１への熱放射を遮蔽する遮蔽板（遮蔽部材）３２を配置して構成する。この遮蔽板３２で放射熱を吸収しないように、反射率が大きく即ち熱放射率（＝熱吸収率）の小さい塗装、または、材料を選択し、両面ともその表面の熱放射率（ε）を０（ゼロ）に近つけることが好ましい。例えば、鏡面の様に磨いたステンレス板は熱放射率も小さく遮熱効果も大きいので、このステンレス板で遮蔽板３２を形成することができる。
【００２９】
この構成により、エンドステーション部３０を囲い、通常は室温状態になっている真空チャンバー３４の内側から冷却板３１への熱放射を遮蔽板３２で遮蔽できるので、冷却板３１の昇温を抑制でき、基板２０の冷却効果を上げることができる。また、冷却板３１を冷却するための冷凍機等の冷却装置の冷却能力を小さくすることができる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施の形態のイオン注入装置について説明する。このイオン注入装置では、第１の実施の形態のイオン注入装置の構成に加えて、図４に示すように、エンドステーション部３０内において、冷却板３１を、リボン状イオンビームＢ２の上下に第１冷却板３１Ａと第２冷却板３１Ｂを配置する。この構成によれば、冷却板３１を冷却可能な時期が第１の実施の形態のイオン注入装置よりも増加するので、基板２０をより効率よくまた短時間で冷却できる。又、基板の上下（スキャンの方向）で冷却差がより小さくなり、均一な冷却が可能となる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施の形態のイオン注入装置について説明する。このイオン注入装置では、第３の実施の形態のイオン注入装置の構成に加えて、図５に示すように、エンドステーション部３０内において、第１冷却板３１Ａ及び第２冷却板３１Ｂの基板２０と反対側に、基板２０以外からの第１冷却板３１Ａ及び第２冷却板３１Ｂへの熱放射を遮蔽する第１遮蔽板３２Ａ及び第２遮蔽板３２Ｂを配置して構成する。この構成により、基板２０以外から第１冷却板３１Ａ及び第２冷却板３１Ｂが吸熱して温度上昇することを抑制できるので、より効率的に基板２０を冷却できる。
【００３２】
次に、本発明の第５の実施の形態のイオン注入装置について説明する。このイオン注入装置では、第１の実施の形態のイオン注入装置の構成において、基板２０の前面側に冷却板３１を設ける代りに、図６及び図７に示すように、エンドステーション部３０内において、冷却板３１Ｃを基板の後面に対向して基板２０と平行になるように非接触状態で配置する。それと共に、この第５の実施の形態では、基板２０と反対側に、基板２０以外からの冷却板３１Ｃへの熱放射を遮蔽する遮蔽板３２Ｃを配置して構成する。この冷却板３１Ｃと遮蔽板３２Ｃの位置は、図６に示すように、基板２０のスキャン（走査）範囲の中央に設けたり、図７に示すように、オーバーシュート部分に設けたりする。
【００３３】
この構成により、基板２０のイオン注入側に冷却板３１Ｃや遮蔽板３２Ｃが配置されなくなり、リボン状イオンビームＢ２の照射やプロフィラ６などの邪魔にならなくなる。
また、基板２０のスキャン時に冷却板３１Ｃと遮蔽板３２Ｃを基板２０と共に移動可能に構成したり、冷却板３１Ｃと遮蔽板３２Ｃを基板２０の移動範囲全部をカバーできる大きさに形成したりすると、イオン注入中においても基板２０を冷却できるようになる。
【００３４】
次に、本発明の第６の実施の形態のイオン注入装置について説明する。このイオン注入装置では、図８に示すように、第３の実施の形態のイオン注入装置に第５の実施の形態の冷却板３１Ｃと遮蔽板３２Ｃを配置して構成する。この構成によれば、基板２０の前後に冷却板３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが配置されるので、強い冷却効果を発揮できる。
【００３５】
上記の構成のイオン注入装置によれば、真空になるエンドステーション部内において、非接触で、イオン注入処理中に基板を冷却することが可能となるので、イオン注入処理中の基板の温度上昇を抑制できると共にイオン注入処理時間の短縮を図ることができる。
【００３６】
また、冷却板の枚数や位置や温度により、広い範囲でかつきめ細かく冷却能力を調整できるので、効率よく基板を冷却して精度の良く加工ができる。また、基板の各部分に対して冷却性能を均等化し易いので、基板の温度を比較的容易に均一化できる。
【００３７】
なお、上記のイオン注入装置においては、冷却板や遮蔽板等の位置を例示して説明したが、冷却用部材（冷却板）及び遮蔽部材（遮蔽板）の形状、大きさ、個数、配置位置、温度等はイオン注入装置の構造や要求される基板の冷却性能に応じて決まるものであり、上記の例示に限定されるものではなく、請求の範囲において限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のイオン注入機の構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明に係る第３の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図である。
【図５】本発明に係る第４の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図である。
【図６】本発明に係る第５の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図である。
【図７】本発明に係る第５の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図で、図６と冷却板及び遮蔽板の位置が異なる場合を示す。
【図８】本発明に係る第６の実施の形態のイオン注入機のエンドステーション部分における構成を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    イオン注入機
１４    基板スキャン機構
２０    基板
３０    エンドステーション部
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ    冷却板（冷却用部材）
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ    遮蔽板（遮蔽部材）
３４    真空チャンバー
Ｂ１    イオンビーム
Ｂ２，Ｂ３    リボン状イオンビーム
【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】
2005228674.tif 000009
【図８】
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