專利名稱：離子注入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠輻照離子束到半導(dǎo)體晶片上以注入離子核素(ionspecies)的離子注入裝置，并且特別涉及能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀的離子注入裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，離子注入裝置被用來注入離子核素到半導(dǎo)體晶片上。下面將通過參考圖10和圖11來描述這種離子注入裝置。此處所示的離子注入裝置100包括包含線性排列的離子槍110、開孔部件120、晶片保持單元130等的主部件。
離子槍110生成從離子源(未示出)供給的離子核素以產(chǎn)生離子束。開孔部件(aperture member)120例如通過加工碳石墨(carbongraphite)來形成，并且具有在扁平部件體121內(nèi)形成的狹縫狀通孔122。
晶片保持單元130包括旋轉(zhuǎn)臺131和滑動機構(gòu)(未示出)，并且旋轉(zhuǎn)臺131保持要加工的多片硅晶片140。旋轉(zhuǎn)臺131旋轉(zhuǎn)其上保持的多片硅晶片140，并且滑動機構(gòu)沿垂直方向往復(fù)運動旋轉(zhuǎn)臺131。
在具有上述配置的離子注入裝置100中，由離子槍110發(fā)射的離子束穿過開孔部件120的通孔122，因此射束被成形為具有相應(yīng)的幾何形狀。
通過晶片保持單元130進行旋轉(zhuǎn)和垂直往復(fù)運動的多片硅晶片140被連續(xù)地暴露在具有該射束幾何形狀的離子束，因此離子核素被相等地注入到多片硅晶片140的整個表面上。
上述開孔部件120可以選擇地稱作例如分解開孔、射束開孔、狹縫部件等，并且不管該部件被如何命名，該部件都是由具有形成在其中的狹縫狀通孔122的扁平部件組成的，如圖11所示。
當(dāng)前，制定了用于上述離子注入裝置的各種方案(見，例如，日本專利未決公開No.H10-25,178(1998)，日本專利未決公開No.H11-149,898(1999)和日本專利未決公開No.H11-283,552(1999))。
此外，還提出了一種離子注入裝置(未示出)，其配置成由高純硅形成位于離子束路徑中的各種部件的至少表面。即使從這種離子注入裝置的離子束路徑中的部件產(chǎn)生污染物顆粒，所述顆粒也必然地由高純硅組成，因此防止了硅晶片的污染。
除以上之外，在相關(guān)的技術(shù)文件中公開了上述高純硅可以由通過化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝在部件表面上淀積的無定形硅、通過濺射工藝淀積的無定形硅、通過外延工藝生長的硅(見，例如，日本專利未決公開No.H03-269,940(1991))等組成。
由于在上述離子注入裝置100內(nèi)在離子束周圍經(jīng)常產(chǎn)生離子核素的氣體，在長期操作期間，離子核素被淀積，從而在圖12所示的開孔部件120的通孔122的內(nèi)表面上形成薄膜。
然后，淀積在開孔部件120的通孔122的內(nèi)表面上的薄膜可能會由于暴露于離子束而剝落，并且可能最終作為污染物散落到硅晶片140上，如圖13所示。
在這種情況下，上述污染物可能會粘附到硅晶片140的表面上，或者由于污染物的碰撞在硅晶片140的表面上產(chǎn)生損傷，并且最終硅晶片140應(yīng)當(dāng)進行必要的處理。
例如，強流離子注入裝置(未示出)等使用在其中保持大量(例如13片)硅晶片140的批量系統(tǒng)，因此，一旦產(chǎn)生上述故障，大量硅晶片140應(yīng)當(dāng)同時被處理。
除以上之外，在采用了上面列出的日本專利未決公開No.H03-269,940中描述的離子注入裝置的情況中，盡管從部件產(chǎn)生的污染物是由硅組成的，但當(dāng)污染物與硅晶片的表面碰撞時，可能會在其中產(chǎn)生損傷。即使沒有損傷產(chǎn)生，粘附在硅晶片的表面上的硅污染物的存在可能會在后面的半導(dǎo)體工藝中造成故障。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種離子注入裝置，其能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀，其中部件的通孔的至少內(nèi)表面涂覆有熱噴涂(spraying)膜。該配置提供了在部件的多孔熱噴涂膜上對離子束的離子核素的吸附，和在部件的無定向多晶結(jié)構(gòu)的通孔的內(nèi)表面上生成的淀積層的無定向多晶結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種離子注入裝置，其能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀，其中部件的通孔的至少內(nèi)表面形成為多孔的。該配置提供了在部件的通孔的多孔內(nèi)表面等上對離子束的離子核素的吸附。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種離子注入裝置，其能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀，其中部件的通孔的至少內(nèi)表面形成為具有無定向多晶結(jié)構(gòu)。該配置提供了在部件的無定向多晶結(jié)構(gòu)的通孔的內(nèi)表面上產(chǎn)生的無定向多晶結(jié)構(gòu)的淀積層。
除以上之外，只要起到借助于通孔來形成離子束的射束幾何形狀的作用，就滿足根據(jù)本發(fā)明的“形成射束幾何形狀的部件”，并且更加具體地，形成射束幾何形狀的典型部件可以通過具有各種類型的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，例如，具有在其中形成的通孔的扁平板、具有在其中形成的通孔的圓柱狀部件，結(jié)合在一起以便在其中形成通孔的多個板，等等。
另外，本發(fā)明中使用的術(shù)語“多孔”是指至少從其外表面到其內(nèi)部的預(yù)定范圍內(nèi)形成多個孔的狀態(tài)。術(shù)語“多孔膜”是指具有預(yù)定膜厚度并在其中具有形成在其內(nèi)部的多個孔的膜。
此外，該“多孔”指如下結(jié)構(gòu)，其中，例如，多個凹部形成在其表面上，多個孔形成在其內(nèi)部，并且多個凹部的至少一部分與多個孔的至少一些連接，并且多個孔的至少一些互相連接。
由于在根據(jù)本發(fā)明的離子注入裝置中，上述部件的通孔的至少內(nèi)表面涂覆有熱噴涂膜或者具有通孔并且能夠形成射束幾何形狀的部件的通孔的至少內(nèi)表面形成為多孔的，以便在部件等的通孔的多孔內(nèi)表面上提供對離子束的離子核素的適當(dāng)吸附，抑制了在通孔的內(nèi)表面上不期望地產(chǎn)生淀積層，并且防止了從淀積層上剝落的顆粒的散落造成的加工對象的故障。
此外，由于在根據(jù)本發(fā)明的離子注入裝置中，上述部件的通孔的至少內(nèi)表面涂覆有熱噴涂膜或者上述部件的通孔的至少內(nèi)表面形成為具有無定性多晶結(jié)構(gòu)，以便在部件的通孔的內(nèi)表面上產(chǎn)生的淀積膜具有表現(xiàn)出極高的層間粘附性的無定向多晶結(jié)構(gòu)，防止了從淀積層上剝落的顆粒的散落造成的加工對象的故障。


本發(fā)明的上面和其他的目的、優(yōu)點和特征將會通過下面結(jié)合附圖的描述變得更加的清晰，其中圖1是示意性側(cè)圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子注入裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖2A到2C是電子顯微鏡照片，顯示了觀察到的通過硅的熱噴涂實驗地產(chǎn)生的涂覆膜的狀態(tài)；圖3是示意圖，示出了碳石墨的定向多晶結(jié)構(gòu)；圖4是示意圖，示出了通過硅的熱噴涂得到的涂覆膜的無定向多晶結(jié)構(gòu)；圖5是示意性垂直剖面?zhèn)纫晥D，示出了離子核素被涂覆膜吸附的狀態(tài)；圖6是示意圖，示出了在實驗地制作的開孔部件上產(chǎn)生的淀積層的狀態(tài)；圖7是示意圖，示出了實驗產(chǎn)地制作的傳統(tǒng)開孔部件上的淀積層的表面狀態(tài)；圖8是示意圖，示出了剝落的淀積層的狀態(tài)；圖9是示意圖，示出了碳的晶體結(jié)構(gòu)；圖10是示意性側(cè)圖，示出了傳統(tǒng)離子注入裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖11是透視圖，示出了開孔部件的外視圖；圖12是示意性垂直剖面?zhèn)纫晥D，示出了離子核素積聚在開孔部件的通孔中和從開孔部件的通孔剝落的狀態(tài)；以及圖13是示意性側(cè)圖，示出了從開孔部件剝落的污染物散落到硅晶片上的狀態(tài)。
具體實施例方式
現(xiàn)在將在此參考說明性實施例來描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，使用本發(fā)明的講述可以實現(xiàn)許多可選的實施例，并且本發(fā)明不局限于用于解釋性目的而示出的實施例。
下面，將參考圖1到6來描述本發(fā)明的實施例。在下面的描述中，在相關(guān)技術(shù)的以上描述中出現(xiàn)的同樣元件將被稱為同樣的名稱，并且不會提供詳細(xì)描述。本實施例的離子注入裝置200包括主部件，其包括離子槍210、開孔部件220、晶片保持單元230等，并且離子槍210能夠發(fā)射從離子源(未示出)供給的離子核素以產(chǎn)生離子束。
晶片保持單元230包括旋轉(zhuǎn)臺231和滑動機構(gòu)(未示出)，旋轉(zhuǎn)臺231能夠旋轉(zhuǎn)在其上保持的多片硅晶片140，并且滑動機構(gòu)能夠在垂直等方向上往復(fù)運動旋轉(zhuǎn)臺231。
開孔部件220具有扁平部件體221，并且部件體221是通過例如加工碳石墨而形成的。該部件體221具有形成在其中的狹縫狀通孔222，并且該通孔222的內(nèi)表面和其外表面的前表面及后表面涂覆有涂覆膜223，該涂覆膜223是多孔膜。
該涂覆膜223通過例如硅的熱噴涂來形成為具有大約150(μm)的熱噴涂膜厚度，并且如圖2A到2C所示，其表面形成為具有不大于幾微米的隨機凹凸的多孔粗糙表面。
更加詳細(xì)地，大量凹部和凸部形成在上述涂覆膜223的表面中，并且大量孔形成在其內(nèi)部。大量凹部和凸部中的至少一些與大量孔中的至少一些連接，并且大量孔中的至少一些互相連接。
此外，涂覆膜223的凹部、凸部和孔不影響形成射束幾何形狀，并且形成為具有不大于幾個微米的尺寸，這適合于吸附離子核素。除以上之外，圖2A到2C是電子顯微鏡照片，顯示了觀察到的通過硅的熱噴涂實驗地產(chǎn)生的涂覆膜223的狀態(tài)。
除以上之外，由碳石墨組成的部件體221形成為具有定向多晶結(jié)構(gòu)，如圖3所示。另一方面，通過硅的熱噴涂在該部件體221上淀積的涂覆膜223形成為具有無定向多晶結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
在如上所述的配置中，在本實施例的離子注入裝置200中，離子槍210發(fā)射的離子束穿過開孔部件220的通孔222，因此離子束被成形為有相應(yīng)的幾何形狀。
通過晶片保持單元130旋轉(zhuǎn)和垂直往復(fù)運動的多片硅晶片140被連續(xù)地暴露在具有該射束幾何形狀的離子束，因此離子核素被相等地注入到多片硅晶片140的整個表面上。
由于在本實施例的離子注入裝置200中，開孔部件220的通孔222的內(nèi)表面和外表面涂覆有多孔覆蓋膜223，經(jīng)常在離子束周圍產(chǎn)生的離子核素的氣體被多孔覆蓋膜223吸附，如圖5所示。
因此，即使長時間連續(xù)操作，幾乎不會發(fā)生通孔222的內(nèi)表面等上的離子核素的淀積，并且可以很好地防止剝落的淀積顆粒的散落造成的硅晶片140的故障。
此外，由于覆蓋膜223具有無定向多晶結(jié)構(gòu)，所以由離子核素產(chǎn)生的位于其表面上的淀積層具有無定向多晶結(jié)構(gòu)，如圖6所示。如上述的，與傳統(tǒng)淀積層相比，具有無定向多晶結(jié)構(gòu)的淀積層表現(xiàn)出極高的層間粘附性。因此，可以很好地防止從淀積層剝落。
當(dāng)制造如上所述的開孔部件220時，具有形成在其中的與射束幾何形狀相對應(yīng)的幾何形狀的通孔222的部件體221優(yōu)選地通過加工碳石墨等來形成，并且該部件體221的通孔222的內(nèi)表面優(yōu)選地通過熱噴涂工藝涂覆多孔覆蓋膜223。
除以上之外，當(dāng)本發(fā)明人實驗地制作如上所述的實際離子注入裝置200，并且進行實驗時，證實了硅晶片140的表面上產(chǎn)生的顆粒數(shù)量減少到了傳統(tǒng)技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的顆粒數(shù)量的十分之一。在實驗中，對粘附到硅晶片140的表面上的顆粒數(shù)量和由于顆粒撞擊到其上而產(chǎn)生的劃傷數(shù)量進行計數(shù)。
另外，實驗地制作下述開孔部件(未示出)，其中該開孔部件由本發(fā)明人通過加工碳石墨來形成并且具有通過噴砂處理(blasttreatment)變粗糙的部件體的通孔的粗糙內(nèi)表面，發(fā)現(xiàn)通過采用具有該構(gòu)造的開孔部件沒有獲得上述的有利效果。認(rèn)為這是因為，盡管表面通過該噴砂處理變粗糙，但其內(nèi)部沒有被該噴砂處理多孔化，因此離子核素不能被很好地吸附。
此外，認(rèn)為另一原因是由于通過加工碳石墨等形成的部件體具有如隨后詳細(xì)描述的定向多晶結(jié)構(gòu)，在其上產(chǎn)生的淀積層也具有定向多晶結(jié)構(gòu)，該定向多晶結(jié)構(gòu)具有較低的層間粘附性。
另外，上述日本專利未決公開No.H10-25,178公開了通過注入到開孔部件中的熱硬化樹脂等的碳化來在開孔部件的表面上形成由碳組成的涂覆膜。
然而，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，由于如此形成的涂覆膜不是多孔的，并且形成為具有定向多晶結(jié)構(gòu)，所以不會獲得上述的有利效果。
在此，通過采用上述晶體結(jié)構(gòu)可得到的有利效果將描述如下。通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)的直接觀察和采用X射線衍射(XRD)方法的晶體結(jié)構(gòu)分析，本發(fā)明人研究了離子束輻照期間開孔部件的通孔的內(nèi)表面上淀積的薄膜的剝落機制。
當(dāng)通過用掃描電子顯微鏡放大圖像來觀察具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開孔部件的通孔的內(nèi)表面上淀積的薄膜的表面時，證實了裂紋或者幾乎造成剝落的表面狀態(tài)，如圖7所示。
此外，當(dāng)通過用掃描電子顯微鏡放大圖像來觀察淀積的薄膜的橫截面時，證實了該膜被淀積為由各層組成，并且該膜在各層之間具有剝離部分，如圖8所示。
此外，通過X射線衍射方法進行淀積薄膜的晶體結(jié)構(gòu)分析，并且從分析中發(fā)現(xiàn)碳石墨的晶體結(jié)構(gòu)是C軸取向的。該狀態(tài)的圖示呈現(xiàn)了估計出具有沿著垂直于淀積表面的方向的C軸取向的晶體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
圖9展示了該晶體結(jié)構(gòu)的放大圖。當(dāng)?shù)矸e薄膜擁有具有C軸取向的晶體結(jié)構(gòu)時，在該結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)各層間3.40埃的較長碳原子間距(在層平面中1.42埃的碳原子間距)，并且該結(jié)構(gòu)提供了用范德瓦耳斯引力一層對另一層微弱地吸引的狀態(tài)，因而該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出沿層方向容易剝離。
特別地，通過進行膜的重復(fù)淀積來形成較厚的淀積層，施加到層(或者層邊界)上的應(yīng)力增加，所以膜碎片易于剝落。造成如圖8所示的淀積層的裂紋、剝離或者剝落的狀態(tài)支持了上述估計。
然后，本發(fā)明人研究了通過硅的熱噴涂，將具有淀積在由碳石墨組成的部件體上的涂覆膜的開孔部件引入到離子注入裝置中，以及然后輻照晶片需要的離子核素的離子束，如上所述。
然后，證實了在每一個離子注入操作中具有無定向多晶結(jié)構(gòu)的膜被淀積并粘附到開孔部件的通孔的表面上。與通過傳統(tǒng)技術(shù)淀積的具有定向多晶結(jié)構(gòu)的淀積層相比，具有該無定向多晶結(jié)構(gòu)的淀積層表現(xiàn)出物理上極高的層間粘附性。因此，證實了具有通過硅的熱噴涂淀積在其上的無定向多晶結(jié)構(gòu)的涂覆膜的開孔部件提供了防止淀積層的剝落。
除以上之外，盡管如上所述淀積層由碳的晶體組成，但是碳不包含在離子核素內(nèi)。因此，可以估計淀積層由碳和離子核素形成，這是從暴露給離子束的開孔部件上沉淀的。
應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明不特別局限于本實施例，不背離本發(fā)明的范圍和精神的各種類型的修改是被允許的。例如，在上述配置中示出了涂覆膜223由硅組成，但涂覆膜可以選擇性地由鎢形成。
很明顯，本發(fā)明不局限于上面的實施例，并且在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種離子注入裝置，其能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀，其中所述部件的所述通孔的至少內(nèi)表面涂覆有熱噴涂膜。
2.一種離子注入裝置，其能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀，其中所述部件的所述通孔的至少內(nèi)表面形成為多孔的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的離子注入裝置，其中所述部件的所述通孔的至少內(nèi)表面涂覆有多孔膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的離子注入裝置，其中多個凹部形成在所述多孔膜的表面上，并且多個孔形成在所述多孔膜的內(nèi)部，其中多個所述凹部的至少一部分與多個所述孔的至少一部分連接，并且其中所述多個孔的至少一部分相互連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的離子注入裝置，其中所述多孔膜的所述凹部和所述孔不影響形成所述射束幾何形狀，并且形成為具有適于吸附離子核素的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的離子注入裝置，其中所述多孔膜包括涂覆膜。
7.一種離子注入裝置，其能夠通過使離子束穿過部件的通孔來形成射束幾何形狀，其中所述部件的所述通孔的至少內(nèi)表面形成為具有無定向多晶結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的離子注入裝置，其中所述部件的所述通孔的至少內(nèi)表面涂覆有具有無定向結(jié)構(gòu)的涂覆膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的離子注入裝置，其中具有定向多晶結(jié)構(gòu)的所述部件的所述通孔的至少內(nèi)表面涂覆有具有無定向多晶結(jié)構(gòu)的涂覆膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的離子注入裝置，其中所述部件主要包含碳。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的離子注入裝置，其中所述涂覆膜包括熱噴涂膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的離子注入裝置，其中所述熱噴涂膜主要包含硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的離子注入裝置，其中所述熱噴涂膜主要包含硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的離子注入裝置，其中所述熱噴涂膜主要包含鎢。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的離子注入裝置，其中所述熱噴涂膜主要包含鎢。
全文摘要
提供了一種離子注入裝置，其防止了在下述部件的通孔的內(nèi)表面上的離子核素的淀積顆粒的散落造成的加工對象的故障，其中所述部件形成離子束的射束幾何形狀。由于具有通孔和能夠形成射束幾何形狀的部件(220)的通孔(222)的至少內(nèi)表面涂覆有熱噴涂膜，抑制了通孔(222)的內(nèi)表面上的離子核素的不期望的淀積。此外，由于在熱噴涂膜的表面上產(chǎn)生的淀積膜具有表現(xiàn)出極高層間粘附性的無定向多晶結(jié)構(gòu)，防止了從淀積層上剝落的顆粒的散落造成的加工對象的故障。
文檔編號C30B31/00GK101026078SQ20071000582
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者高田實男, 池田稔, 松舟聰 申請人:恩益禧電子股份有限公司