(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入機（10）と組み合わされ、加工物に向かって移動中のイオンが進むイオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子を捕捉、除去するための装置であって、
ａ）イオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子が容易に付着する粒子収集表面を備えた粒子コレクタ（74）、及び
ｂ）イオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子を捕捉するために前記粒子コレクタの前記粒子収集表面を位置決め、イオン注入機（10）の排気内部領域内に、粒子コレクタ（74）を取り外し可能に取り付ける支持体（76、78、Ｓ1〜Ｓ6）を有しており、
前記粒子コレクタ（74）が調整された厚さの金属発泡体であることを特徴とする装置。
【請求項２】
さらに、加工物支持室（17）を有しており、粒子コレクタの露出した粒子収集表面はほぼ平板状であり、粒子コレクタは加工物支持室（17）の内表面（Ｓ1〜Ｓ4）に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
さらに、イオン注入機の排気内部領域の一部を形成しているハウジングを有しており、イオン注入機は、イオンを放出する供給源（12）と、１つまたは複数の加工物をビーム処理するためのイオンビームを形成するビーム形成構造体（24、22、40）とを有しており、粒子コレクタ（74）は、環状形であり、また前記粒子コレクタの支持体が、イオンビームが加工物へ進む途中に前記粒子コレクタを通過できるようにする位置に粒子コレクタの円筒形内表面を支持する手段で構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
さらに、１つまたは複数の加工物をイオンビーム内で移動させるための加工物支持体を備えたイオン注入室を有しており、１つまたは複数の追加の粒子コレクタがイオン注入室の内表面に取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
粒子コレクタの粒子収集表面は、さらに汚染粒子をも引き付けることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
粒子を付着及び引き付ける前記粒子収集表面はさらに、静電引き付け力で汚染粒子を粒子コレクタに引き付けて固着させるエレクトレット繊維を含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
粒子コレクタの粒子収集表面は、表面張力で汚染粒子を前記粒子収集表面に固着させる部分硬化エラストマーの被膜を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
部分硬化エラストマーの被膜は、シリコーンエラストマーを含むことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
金属発泡体は、アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
金属発泡体は、発泡体を形成する孔の密度に基づいた発泡体密度を備えていることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
発泡体密度は、塊状アルミニウムの６〜８重量％の発泡密度を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入機の内部領域内を移動中の汚染粒子の捕捉及び除去、特に注入機の内部領域と流体連通した汚染粒子付着表面すなわち粒子収集表面を備えた粒子コレクタを固定することによる汚染物質の捕捉を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入機は、ｎまたはｐ型不純物半導体を作り出すために不純物をシリコンウェハに注入すなわち「添加」するために使用される。ｎまたはｐ型不純物半導体は、半導体集積回路の製造に使用される。その名前からわかるように、イオン注入機は所望の不純物半導体を作り出すために選択された種類のイオンをシリコンウェハに注入する。アンチモン、ヒ素またはリン等の原料物質から発生したイオンを注入することによってｎ型不純物半導体ウェハが得られる。ｐ型不純物半導体ウェハを望む場合は、ホウ素、ガリウムまたはインジウム等の原料物質から発生したイオンを注入する。
【０００３】
イオン注入機は、イオン化できる原料物質から正荷電イオンを発生するイオン源を備えている。発生したイオンはビームになって、所定のビーム経路に沿って加速されて注入部へ進む。イオン注入機は、イオン源と注入部との間に延在したビーム形成及び成形構造部を備えている。ビーム形成及び成形構造部は、イオンビームを維持して、ビームが注入部まで進む途中に通過する細長い内部キャビティすなわち領域を定めている。注入機を作動させる時、イオンが空気分子と衝突することによって所定のビーム経路から逸れる可能性を低くするため、内部領域を排気しなければならない。
【０００４】
高電流イオン注入機の場合、注入部のウェハは回転支持体の表面に取り付けられる。支持体が回転すると、ウェハがイオンビーム内を通過する。ビーム経路に沿って移動しているイオンが、回転中のウェハと衝突してそれに注入される。ロボットアームが、処理すべきウェハをウェハカセットから引き出して、そのウェハをウェハ支持表面上に位置決めする。処理後、ロボットアームがウェハをウェハ支持表面から取り外して、処理済みウェハをウェハカセットへ戻す。
【０００５】
イオン注入機の作動によって、一定の汚染粒子が発生する。汚染粒子の１つの供給源は、イオン源内で発生する望ましくない種類のイオンである。ある注入に対する汚染粒子は、異なったイオンを注入した先行注入作業の残留イオンが存在していることから生じる。例えば、ホウ素イオンを所定数のウェハに注入した後、イオン注入機を切り換えてヒ素イオンの注入を行うことが望まれる場合があるであろう。ある程度の残留ホウ素原子が注入機の内部領域に残っている可能性が高い。
【０００６】
別の汚染粒子源はフォトレジスト材である。フォトレジスト材は、注入前にウェハ表面上に被膜を形成して、完成した集積回路上に回路を形成するために必要がある。イオンがウェハ表面に衝突すると、フォトレジスト被膜の粒子がウェハから離脱する。
【０００７】
イオン処理中にウェハと衝突してそれに付着する汚染粒子が、半導体や、処理ウェハ上に極微小パターンの形成を必要とする他の装置の製造における歩留まり低下の主な原因である。
【０００８】
イオン注入機の内表面に付着した汚染粒子は、注入処理ウェハを集積回路の作製におけるそれに意図された目的に不適にするのに加えて、イオン注入機構成部材の効率を低下させ、例えば、装置のアルミニウム延長管上にフォトレジスト粒子が蓄積することによって、イオンビーム中和器の性能が悪影響を受ける。
【０００９】
注入機の内部の真空環境は、汚染粒子の捕捉及び除去を困難にする。真空中では、極微小粒子の運動を制御することが非常に難しく、粒子の移動は静電力によって大きく制御される。粒子径が小さくなるほど、重力が無意味になる。
【００１０】
注入機の排気された内部領域（排気内部領域）内を移動中の粒子は、加工片表面または注入機の内表面上に落ちついてそれに付着する前に、何度も弾んだり跳ね返ることがわかっている。経験から、そのような移動粒子は落ちつく前に１０〜２５回弾むことがわかっている。
【００１１】
本質的に、粒子コレクタは粒子付着表面（即ち、粒子収集表面）を備えている。表面に衝突した粒子は、それに付着するようになり、コレクタを取り出した時に取り除かれる。しかし、イオン注入機と組み合わせて使用する粒子コレクタの場合、粒子コレクタは真空環境に適合しなければならないであろう。従来の粒子コレクタの表面、例えば接着剤、多孔質物質、油性物質等は、真空環境ではガスを発生しがちであり、このため、注入機での使用に適さない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
必要なものは、真空環境で使用するのに適して、高い粒子付着性を示す汚染粒子用の粒子コレクタである。
【００１３】
このような事情に鑑みて、本発明は、イオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子を捕捉、除去する装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン注入機の内表面の内部を移動してその上に着地する汚染粒子の捕捉及び除去を行う装置を提供する。１つまたは複数の粒子コレクタが、イオン注入機の内部領域内に位置する粒子付着表面を備えている。内壁で何度も跳ね返る汚染物質は、粒子コレクタの１つまたは複数の粒子付着表面で捕捉される可能性が高い。
本発明は、イオン注入機と組み合わされ、加工物に向かって移動中のイオンが進むイオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子を捕捉、除去するための装置であって、
ａ）イオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子が容易に付着する粒子収集表面を備えた粒子コレクタ、及び
ｂ）イオン注入機の排気内部領域内を移動中の汚染粒子を捕捉するために前記粒子コレクタの前記粒子収集表面を位置決め、イオン注入機の排気内部領域内に、粒子コレクタを取り外し可能に取り付ける支持体を有しており、
前記粒子コレクタが調整された厚さの金属発泡体であることを特徴としている。
【００１７】
粒子コレクタは、分解ハウジングの内側及び処理室の内側を含む様々な位置に１つまたは複数配置することが効果的である。注入機は、イオンビームが進む内部領域の一部を形成しているイオンビーム分解ハウジングを備えている。分解ハウジングの内部領域は排気されている。粒子コレクタは、粒子付着表面が内部領域の分解ハウジングによって形成された部分に流体連通するように配置することができる。
【００１８】
注入機はまた、内部領域の一部を形成しているウェハ注入処理室を備えている。粒子コレクタは、粒子付着表面が内部領域の処理室によって形成された部分に流体連通するように配置することができる。
【００１９】
粒子付着表面は、さらに汚染粒子をも引き付けることができる。例えば、汚染粒子を静電引き付け力で粒子コレクタに引き付けて固着させるためにエレクトレット繊維を用いることができる。あるいは、表面張力で粒子を粒子コレクタに固着させる部分硬化エラストマーで粒子コレクタ付着表面を被覆してもよい。シリコーンエラストマーが好適なエラストマーである。
【００２０】
本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴は、添付の図面を参照した本発明の好適な実施例の詳細な説明から理解されるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら説明すると、図１はイオンビーム注入機１０を示しており、これは、イオンビーム１４を形成するイオンを放出するイオン源１２と、注入部１６とを設けている。制御電子装置１１が、注入部１６の処理室１７内でウェハが受け取るイオン添加量を監視及び制御するように設けられている。イオンビーム１４は、イオン源１２から注入部１６までの間を進む。
【００２２】
イオン源１２には、原料物質が噴射される内部領域を形成しているプラズマ室１８が設けられている。原料物質は、イオン化ガスまたは気化原料物質を含むことができる。固相の原料物質を一対の気化器19に投入する。次に、気化した原料物質をプラズマ室内へ噴射する。
【００２３】
原料物質にエネルギを加えると、正荷電イオンがプラズマ室１８内に発生する。正荷電イオンは、プラズマ室１８の開放側に重ねられたカバープレート２０の楕円形アークスリットを通ってプラズマ室内部から出る。
【００２４】
原料物質をイオン化するためにマイクロ波エネルギを利用したイオン源が、１９９４年９月２６日に出願された米国特許出願連続番号第０８／３１２，１４２号に開示されており、これは本出願の譲受人に譲渡されている。米国特許出願連続番号第０８／３１２，１４２号は参考として全体が本説明に含まれる。イオンビーム１４はイオン源１２から排気経路を通って注入部１６まで進むが、これも排気されている。ビーム経路の排気は真空ポンプ２１で行われる。
【００２５】
プラズマ室１８内のイオンは、プラズマ室のカバープレート２０のアークスリットから引き出されて、プラズマ室のカバープレート２０に近接した１組の電極２４によって質量分析磁石２２に向けて加速される。イオンビーム１４を形成するイオンは、イオン源１２から質量分析磁石２２によって形成された磁界内へ進む。
【００２６】
質量分析磁石は、イオンビーム形成及び成形構造部１３の一部であって、磁石ハウジング３２内に支持されている。磁界の強さは、制御電子装置１１によって制御される。磁界は、磁石の界磁巻線を流れる電流を調節することによって制御される。質量分析磁石２２は、イオンビーム１４に沿って進むイオンを湾曲軌道で移動させる。適当な原子質量を備えたイオンだけがイオン注入部１６に到達する。
【００２７】
質量分析磁石２２から注入部１６までのイオンビーム移動経路に沿って、イオンビーム１４はさらに成形、評価され、また質量分析磁石ハウジング３２の高圧から接地された注入室までの電位降下によって加速される。
【００２８】
イオンビーム形成及び成形構造部１３は、さらに四極子アセンブリ４０と、可動ファラディーカップ４２と、イオンビーム中和器４４とを有している。四極子アセンブリ４０は、イオンビーム１４の周囲に向けて配置された磁石組４６を備えており、それらが制御電子装置（図示せず）によって選択的に励磁されることによって、イオンビーム１４の高さを調節することができる。四極子アセンブリ４０は、ハウジング５０内に支持されている。
【００２９】
ファラディーカップ４２に面した四極子アセンブリ４０の端部にイオンビーム分解プレート５２が連結されている。分解プレート５２はガラス質グラファイトで構成されている。分解プレート５２には、イオンビーム１４内のイオンが四極子アセンブリ４０から出る時に通過する細長い開口５６が設けられている。分解プレート５２には４つの座ぐり穴も設けられている。ねじ（図示せず）が分解プレート５２を四極子アセンブリ４０に締着する。分解プレート５２で、エンベロープＤ’、Ｄ”の幅によって定められるイオンビーム発散が最小になる、すなわちイオンビーム１４が分解プレート開口５６を通過する位置でＤ’、Ｄ”の幅が最小になる。
【００３０】
分解プレート５２は、質量分析磁石２２と協働して、望ましくない種類のイオンをイオンビーム１４から除去する。四極子アセンブリ４０は、支持ブラケット６０及び支持プレート６２によって支持されている。支持ブラケット６０は、分解ハウジング５０の内表面に連結されているのに対して、支持プレート６２は複数のねじでハウジング５０の端部に連結されている。
【００３１】
支持プレート６２に四極子アセンブリシールドプレートが取り付けられている。四極子アセンブリシールドプレートは、ガラス質グラファイトで構成されており、矩形の開口と４つの座ぐり穴とを備えている。座ぐり穴にはめ込まれたねじが四極子アセンブリシールドプレートを支持プレート６２に固定する（座ぐり穴の２つに挿通されて支持プレート６２内にはまった２つのねじ７０が図１に示されている）。四極子アセンブリシールドプレートは、所望種類のイオンの原子質量に「近い」原子質量を有する望ましくないイオンの衝突から四極子アセンブリ４０を保護する。注入機１０の作動中に、四極子アセンブリシールドプレートの上流側に面する表面に衝突する望ましくないイオンがプレート上に蓄積する。
【００３２】
図１に示されているように、ファラデーカップ４２は四極子アセンブリ４０とイオンビーム中和器４４との間に配置されている。ファラデーカップは、ハウジング５０に対して移動可能であって、ビーム特性を測定するためにイオンビーム１４を遮る位置へ滑り移動し、測定が満足できるものである時、注入室１７でのウェハ注入を邪魔しないようにビーム線から後退移動することができる。
【００３３】
ビーム形成構造部１３は、一般的に電子シャワーと呼ばれるイオンビーム中和器４４も設けている。１９９２年１１月１７日にベンベニスト（Ｂｅｎｖｅｎｉｓｔｅ）に許可された米国特許第５，１６４，５９９号がイオンビーム注入機内の電子シャワー装置を開示しており、その開示内容全体が参考として本説明に含まれる。プラズマ室１８から引き出されたイオンは正に帯電している。イオンの正電荷がウェハ表面で中和されない場合、ドーピングを行ったウェハは実効正電荷を示す。第５，１６４，５９９号特許に記載されているように、ウェハ上のそのような実効正電荷は望ましくない特性を備えている。
【００３４】
図２に示されているイオンビーム中和器４４は、バイアス開口部７１と、ターゲット７２と、延長管７４とを備えている。バイアス開口部７１、ターゲット７２及び延長管７４の各々は中空であって、組み付けた時に開放端部を有する円筒形内部領域を形成し、それをイオンビーム１４が通過して、二次電子放出によって中和される。中和器４４は、分解ハウジングにボルト付けされた取り付けフランジ７６によってハウジング５０に対して位置決めされている。
【００３５】
取り付けフランジ７６からは、バイアス開口部７１用の支持部材７８が延出している。ターゲット７２は支持部材７８に固定されている。延長管７４がターゲット７２に結合されているが、それから電気的に絶縁されている。延長管７４はアース端子Ｇに接続して接地されている。バイアス開口部７１は負電荷Ｖ−によって励起される。支持部材７８は冷却流体の循環用の内部通路（図示せず）を形成している。
【００３６】
支持部材７８は、また、１組のフィラメント（図示せず）に電気接続されたフィラメント送り８０を支持している。フィラメントはターゲット７２内へ延出して、励起時に高エネルギ電子を放出し、それらは加速されてターゲット７２の内部領域内へ送り込まれる。高エネルギ電子はターゲット７２の内壁に衝突する。高エネルギ電子がターゲットの内壁に衝突する結果、低エネルギ電子が放出される、すなわち言い換えると二次電子放出が生じる。
【００３７】
粒子トラップ
ビーム中和器の好適な延長管７４は、汚染物質捕捉材料から構成されており、従って粒子トラップを形成している。さらに詳しく説明すると、管７４は発泡アルミニウム製の機械加工シリンダから構成されている。その場合、中実の円筒形成形部材を型から抜き出して、延長管７４を通過するイオンビームの寸法に合わせた直径を有する貫通路Ｐを機械加工によって形成する。
【００３８】
漂遊汚染物質をイオンビーム１４内に捕らえて、ビームと共にビーム中和器１４へ送り込むようにすることができる。管７４を使用すると、ビーム内にあってビームの境界部分に沿った移動経路を有する汚染粒子が集まる傾向が生じる。それらは管７４と衝突することができ、ビームから除去されて、従って注入室内のターゲットと衝突しないだけでなく、管７４の構造によって管７４の表面から跳ね返らない。
【００３９】
管７４は、発泡アルミニウム材で構成されており、表面積が大きい。貫通路Ｐの周囲の内表面（粒子収集表面）は、貫通路の壁からの漂遊汚染粒子の跳ね返りを減少させる傾向を持っている。管の内表面には多くの凹凸や、ポケットや、窪みや割れ目が設けられている。アルミニウムは、連結セグメントで格子構造を形成しており、その間の空間を形成している不規則構造の空隙部内に漂遊汚染物質が集まって閉じ込められるようにすることができる。
【００４０】
好適な発泡アルミニウムが、米国  カリフォルニア  オークランドのエナジー・リサーチ＆ジェネレーション社製のデュオセル（Ｄｕｏｃｅｌ）（登録商標）の名前で販売されている。この物質は、高い機械的強度が要求されるが軽量の構成材料が必要である場合に、構成材料として従来より使用されてきた。
【００４１】
注入室（処理室）１７
注入部１６には、排気注入室１７（図１及び図３）が設けられている。注入室１７内にディスク形のウェハ支持体（図示せず）が回転可能に支持されている。処理すべきウェハは、ウェハ支持体の周縁部付近に配置され、支持体はモータ（図示せず）で約１２００ＲＰＭで回転する。イオンビーム１４が円形経路で回転中のウェハに衝突してそれを処理する。
【００４２】
注入部１６は、ハウジング５０に対して回動可能であり、それに可撓性ベローズ９２で連結されている。注入部１６を回動させることができることによって、ウェハ注入表面上でのイオンビーム14の入射角を調節することができる。
【００４３】
図３は、発泡アルミニウムで構成された材料を好都合に取り付けることができるイオン注入機１０の構成部材を概略的に示している。これらの別の粒子コレクタは、図４に示されている管７４’の補助として、またはその代わりとして使用することができる。既存のビーム中和器で支持するのではなく、表面Ｓ１〜Ｓ６を備えたそのような追加コレクタは、厚さが約０．２５インチ（6.35mm）のほぼ平板状シートの発泡アルミニウムで構成することができ、それの外寸は、注入機内でのそれらの予定位置に応じて変わる。
【００４４】
粒子トラップに使用する材料密度の選択には、交換できる余地がある。もっと正確に言うと、発泡アルミニウムの孔密度を分析することによって、最適物質特性が決定される。発泡アルミニウム材は、約１０孔／インチ（約25孔／１cm）〜約４０孔／インチ(約102孔／１cm)の様々な孔密度で入手できる。（１インチ当たりの孔の数の単位による発泡体の多孔率の記載は、エナジー・リサーチ＆ジェネレーション社によるものである。）正しい材料を選択する際に、２つの主要な課題が考慮される。
【００４５】
第１の課題は、粒子捕捉効率である。発泡体の適当な厚さは、ウェハを支持している回転ディスクと処理室壁との間に必要な隙間等の機械的拘束によってある程度規制される。０．２５インチ（6.35mm）の好適な厚さが指定されれば、発泡体の多孔率を選択しなければならない。
【００４６】
粒子が発泡体から跳ね返る可能性を無視できるように多孔率を選択しなければならない。発泡体は、粒子捕捉効率が可能な限り高くなるようにするため、発泡材料の内部表面積のほとんどを利用できるように十分な多孔性を有する必要がある。空隙が多すぎる発泡体は、粒子が簡単にそれを通過して、イオン注入機の壁で跳ね返って再び発泡体を通過するため、うまく機能しない。空隙が少なすぎる発泡体は、それの前面で多くの粒子を跳ね返してしまうであろう。
【００４７】
第２の課題は、発泡体の機械的強度及び製造のしやすさで規制される。特にイオン注入機に使用される粒子トラップの構造では、一般的に目の粗い発泡体（１０孔／インチ）ほど製造が困難である。
【００４８】
これらの２つの課題から、０．２５インチ厚さの発泡体に対しては約２０孔／インチの孔密度が選択される。その結果、塊状アルミニウムの６〜８重量％の発泡密度になる。シート及び管７４の両方についての別の規準は、汚染物質が滞積した時にそれらをイオン注入機から取り出すことができるように、定期的に交換可能でなければならないことである。管７４は、ターゲット７２と一体成形された等間隔配置の４つの取り付けタブＴに挿通されたコネクタＣによってビーム中和器４４に取り付けられる。
【００４９】
図３の処理室１７は、注入機の保守点検時に処理室１７を制御可能に加圧及び減圧できるようにする２つの真空ポートＶ３、Ｖ４を備えているように図示されている。ウェハは、ロードロック室１１０によって処理室１７へ送り込まれ、回転支持体に取り付けられて、その回転支持体によってウェハはイオンビームを通過するように搬送される。ウェハ上のフォトレジストがウェハから離脱しやすく、処理室内に取り付けられたコレクタシートの内部表面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４上に集まることができる。
【００５０】
処理室内、または分解ハウジング１１２内の表面Ｓ５、Ｓ６に沿ったシートの取り付けは、特別な接着剤で行われる。本発明によれば、室温硬化加硫シリコーン接着剤（ＲＴＶ）をイオン注入機の内表面に塗布して、発泡アルミニウムシートを処理表面に貼り付ける。この処理によって、処理室１７または分解ハウジング１１２の内部にさらなる汚染物質を発生することなく、注入機内にシートを十分に固定できることがわかっている。
【００５１】
以上に本発明をある程度特定化して説明してきたが、特許請求の範囲に記載された請求項の構成の範囲内において追加、変更、削除を加えることができることは当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン源、ビーム形成及び成形構造部及び注入室を備えたイオン注入機の、一部断面図で示す上面図である。
【図２】図１のイオン注入機の電子シャワー部分の拡大平面図である。
【図３】イオンビーム注入機の一部の概略図であり、汚染物質を捕捉するための１つまたは複数の粒子コレクタを設置するのに特に適した注入機の部分を示している。
【図４】粒子トラップとして構成されたイオン中和管の斜視図である。
【符号の説明】
１０  イオン注入機
１２  イオン源
１４  イオンビーム
１７  処理室
７４  コレクタ
１１２  分解ハウジング
【図１】
0004013086.tif 000002
【図２】
0004013086.tif 000003
【図３】
0004013086.tif 000004
【図４】
0004013086.tif 000005