JP2000306541A - イオン注入装置におけるウェーハ温度検出装置 - Google Patents

イオン注入装置におけるウェーハ温度検出装置

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JP2000306541A
JP2000306541A JP11110005A JP11000599A JP2000306541A JP 2000306541 A JP2000306541 A JP 2000306541A JP 11110005 A JP11110005 A JP 11110005A JP 11000599 A JP11000599 A JP 11000599A JP 2000306541 A JP2000306541 A JP 2000306541A
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JP11110005A
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Seiji Takayama
誠治 高山
Takayuki Yano
孝幸 矢野
Satoshi Suzuki
聰 鈴木
Kazuo Mera
和夫 米良
Hiroyuki Tomita
博之 冨田
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Hitachi Ltd
Nippon Steel Corp
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Hitachi Ltd
Nippon Steel Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン注入装置内に載置されたウェーハの温
度を正確に、しかもインサイチューで検出することが可
能なウェーハ温度検出装置を提供することである。 【解決手段】 イオン注入装置内の被イオン注入ウェー
ハ20を載置する回転円盤10上に載置され、被イオン
注入ウェーハ20とほぼ同一の材料からなるダミー材1
と、このダミー材1の裏面に設けられた熱電対2と、を
有することを特徴とするイオン注入装置におけるウェー
ハ温度検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置に
おけるウェーハ温度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン注入装置、特に大電流(例えば1
0〜100mA)の注入装置では、その内部を真空にし
て、エンドステーション部に設けられている回転円盤に
複数の被イオン注入ウェーハを載置して、この円盤を振
り子揺動させる等、機械的にスキャンさせたり、イオン
ビームを電磁気的にスキャンさせたりしつつ、円盤を回
転させることによりイオンビームによりウェーハ面を走
査しながらイオンビームをウェーハに照射してイオン注
入を行う装置である。
【0003】従来、このようなイオン注入装置内に載置
されたウェーハの温度検出は、赤外線放射温度計などを
用いて、イオン注入装置に設けられている小窓などから
イオン注入装置内の回転円盤に載置されているウェーハ
を覗き見るようにして、その放射温度を測定することに
より行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな放射温度計による温度測定では、小窓の曇りや、ウ
ェーハを載置した円盤が高速で回転していることなどか
ら、必ずしも正確な測定値を得ることができないという
問題があった。
【0005】そこで、本発明の目的は、イオン注入装置
内に載置されたウェーハの温度を正確に、しかもインサ
イチュー(in-situ) で検知することが可能なイオン注入
装置におけるウェーハ温度検出装置を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。
【0007】(1)イオン注入装置におけるウェーハ温
度検出装置であって、前記イオン注入装置内の被イオン
注入ウェーハを載置する回転円盤上に載置され、該被イ
オン注入ウェーハとほぼ同一の材料からなるダミー材
と、該ダミー材の裏面に設けられた温度検出手段と、を
有することを特徴とするイオン注入装置におけるウェー
ハ温度検出装置。
【0008】(2)前記ダミー材は、前記回転円盤上に
複数載置された被イオン注入ウェーハの間からイオンビ
ームに晒されるように、前記回転円盤上に載置されるこ
とを特徴とする請求項1記載のイオン注入装置における
ウェーハ温度検出装置。
【0009】(3)前記ダミー材は、前記被イオン注入
ウェーハと同一形状のダミーウェーハであり、該ダミー
ウェーハの鏡面処理された面がイオンビームに晒される
ように、前記回転円盤上に載置されることを特徴とする
請求項1記載のイオン注入装置におけるウェーハ温度検
出装置。
【0010】(4)前記温度検出手段は、前記ダミー材
の裏面に窪みを形成して、この窪みの中に設けたことを
特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のイオン
注入装置におけるウェーハ温度検出装置。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の一実施の形態を説明する。
【0012】図1は、イオン注入装置(以下、注入装置
と称する)内の回転円盤(以下、単に、円盤と称する)
と、本発明に係る温度検出装置を示す概略図である。
【0013】注入装置内の円盤10は、その中央で円盤
回転用の回転軸11に軸支され、この回転軸11により
図中矢印a方向に回転し、かつ、この回転軸11が揺動
軸12とアーム13により接続されていて、一定の角度
範囲で図中矢印b方向に振り子揺動する。なお、円盤1
0を回転させるための機構や振り子揺動させるための機
構などは、通常の注入装置において用いられているもの
であり、また、注入装置の全体的な構成についても通常
のものであるので、ここではこれらの説明は省略する。
【0014】円盤10上には、複数の被イオン注入ウェ
ーハ20が、イオンビーム照射方向(図中矢印c)に向
けて載置されている。なお、円盤10は、実際には、複
数の被イオン注入ウェーハ20を載置する部分がドーナ
ツ状のリム形状となっており、このリムが複数のアーム
により回転軸11と接続されて、完全な盤面形状ではな
いものもある。
【0015】そして、被イオン注入ウェーハ20の間
に、その表面がイオンビームに晒されるように、温度検
出のためのダミー材1が設けられており、このダミー材
1には、その裏面に熱電対2(図2参照)が設けられて
いる。この熱電対2は、回転軸11に設けられているス
リップリング3を介して、電圧計4に接続されている。
電圧計4からの信号は、さらにパソコン5などの制御装
置に取り込まれて、温度として表示され、また、注入装
置の温度制御に利用される。
【0016】なお、熱電対2からの信号線は、実際に
は、円盤10の裏面に適宜固定されて、スリップリング
3まで導かれ、さらにアーム13に適宜固定されている
信号線を介して注入装置の外部に導き、そこで、電圧計
4と接続されている。
【0017】ダミー材1は、被イオン注入ウェーハとほ
ぼ同一の材料を、図2Aに示すように、円盤10に載置
されている被イオン注入ウェーハ20の間に入る程度の
大きさに、短冊状に形成したものである。そして、この
ダミー材1には、図2Bに示すように、その裏面に、窪
み51を設け、この窪み51の中に温度検出手段として
の熱電対2を封止材52により封止している。封止材5
2としては、真空中にて脱ガスが少なく、使用される温
度域において安定、かつ発塵性のないものが好ましく、
例えばセラミックス系の接着剤などが好適である。
【0018】ダミー材1の材質は、上記のように、被イ
オン注入ウェーハ20とほぼ同一であることが好ましい
が、その不純物量や導電性(p型かn型か)まで一致さ
せる必要はなく、例えば被イオン注入ウェーハ20がシ
リコン単結晶ウェーハの場合には、シリコン単結晶ウェ
ーハを短冊状に切り出したもの、また、被イオン注入ウ
ェーハ20がGaAsのような化合物半導体ウェーハの
場合には同様の化合物半導体ウェーハから切り出したも
のが好ましい。また、厚さについても必ずしも被イオン
注入ウェーハと同じにする必要ななく、これは、後述す
るように、実際の温度検出にあっては、検量線を用いる
ため、厚さが異なることによる影響はこの検量線によっ
て修正されるからである。さらに、これらウェーハに酸
化膜などが既に形成されている場合には、より好ましく
は、同じように酸化膜などを成膜したものがよい。しか
し、このような場合にもやはり実際の温度検出時に検量
線を用いるため、必ずしもこのような酸化膜などを成膜
する必要はない。
【0019】このダミー材1は、図3〜5に示すよう
に、円盤10上に載置されている被イオン注入ウェーハ
20の間に、専用の治具30によって円盤10に固定す
る。ダミー材1の取り付け位置は、詳細には、図3〜5
に示したように、ウェーハ20の間でウェーハ20と干
渉しないように、ウェーハ20面から若干下がった位置
に取り付けられ、ダミー材1の表面、すなわち、ダミー
材を切り出した元のウェーハの鏡面処理されている面が
イオンビームに晒されるようにする。なお、図3は、ダ
ミー材1を載置した部分の斜視図であり、図4は図3に
おけるA方向から見た矢視図であり、図5は図3におけ
るB方向から見た矢視図である。
【0020】治具30は、図6に示すように、この治具
自体を円盤10に取り付けるためのプレート31と、こ
のプレート31上に設けられている、一対の押さえ部3
2および33からなるクランプ部材35よりなる。クラ
ンプ部材35の少なくとも一方の押さえ部、ここでは押
さえ部33は、板ばね33aにより取り付けられ、板ば
ね33aの可動によりクランプ方向に可動自在となって
いる。ダミー材1はこの板ばね33aのばね力を利用
し、押さえ部32、33により挟むように取り付けされ
る。この構造を用いることにより、イオンビームがダミ
ー材1に照射されたときの温度上昇に伴う熱のびを、こ
の板ばね33aが吸収し、ダミー材1の割れ、欠けを防
止する効果がある。
【0021】以上のようにして、イオンビームに晒され
るように円盤10上に設けられたダミー材1は、当然
に、イオン注入時には、ウェーハと全く同じ環境、かつ
同じ照射量のイオンビームが当たるため、被イオン注入
ウェーハ20と同じように発熱することになる。
【0022】ダミー材1を用いて温度を測定する際、留
意しなければならないのは、イオンビームの入熱の他
に、熱の逃げがある。ダミー材1の設置環境は真空雰囲
気なので、熱はダミー材1に接触している押さえ部3
2、33および押さえ部ベース33bから伝導してい
き、ダミー材1の温度が低下する。これを防止するため
のひとつの解決策として、図7に示すように、ダミー材
1と押さえ部32、33との接触する部分の面積が最小
となるようなダミー材1の端面形状を用いる方法があ
る。また、ダミー材1が押さえ部32、33以外に接触
しないように、構造を図7の押さえ部33cのようにダ
ミー材1が接触する部分を限定し、他の部材33dや3
3eに接触しないようにした。
【0023】そして、温度検出にあたっては、予め被イ
オン注入ウェーハ自体をダミーウェーハとして、その裏
面に上記ダミー材と同じように裏面に窪みを設けてその
中に熱電対を入れたものを用意し、このダミーウェーハ
を円盤10の所定の位置に載置し、同時に、ダミー材1
を上記したように円盤10上に載置した上で、イオン注
入を行い、その時のダミーウェーハに設けた熱電対の電
圧変化と、ダミー材1に設けた熱電対2の電圧変化とか
ら、検量線を作成しておき、以後、実際の操業中におい
ては、ダミー材1のみを載置して熱電対2からの電圧変
化を、先に作成した検量線を元に換算することにより被
イオン注入ウェーハの温度を検出する。なお、作成した
検量線おいて、熱電対によって得られる電圧から、温度
への変換は、使用した熱電対において固有の値となるの
で、これを利用して求める。具体的には、一般に市販さ
れている温度検出用の熱電対の場合、熱電対の電圧変化
と温度との関係が予め明示されているのでこれを利用し
たり、また、必要により熱電対に対して温度変化を与え
て、その温度を温度計により測定し、熱電対による電圧
変化と温度との関係を求めておくなど、通常の熱電対の
使用と同様にして換算することができる。そして、この
ような検量線の作成やそれを元にした温度への換算は、
上述したパソコン5などにより行われる。
【0024】ここで、検量線を作成するのは、被イオン
注入ウェーハ20とダミー材1との大きさが異なるため
にその熱容量が違うため、このような検量線の作成によ
って、この熱容量の違いによる影響をなくし、精密な温
度検出を行うためである。
【0025】このようにダミー材1の温度をその内部に
設けられている熱電対2により検出することで、被イオ
ン注入ウェーハ20の温度を正確にかつインサイチュー
で知ることができる。
【0026】このようにして検出された温度は、注入装
置の温度制御に利用することができ、例えば、従来のよ
うな放射温度計による測定では難しかった、エンドステ
ーション内部の温度制御をより精密に行うことができる
ようになる。
【0027】なお、本発明は、上記したようなダミー材
を短冊状にして被イオン注入ウェーハの間に載置した実
施形態に限定されるものではなく、例えば、上記した検
量線作成のときのように、温度検出のダミー材をダミー
ウェーハそのものとして、被イオン注入ウェーハと同じ
ように円盤の所定の位置に載置して温度検出を行っても
よい。このようにした場合、上記の検量線は作成する必
要がなくなる。
【0028】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項ご
とに以下のような効果を奏する。
【0029】請求項1記載の本発明によれば、被イオン
注入ウェーハとほぼ同一の材料により形成されたダミー
材をイオン注入装置内の回転円盤に載置して、このダミ
ー材の裏面から温度を検出することとしたので、被イオ
ン注入ウェーハの温度を正確にかつインサイチューで知
ることができるようになり、この温度をもとに、正確な
温度制御が可能となる。
【0030】請求項2記載の本発明によれば、ダミー材
を回転円盤上に載置された被イオン注入ウェーハの間
に、イオンビームに晒されるように載置したので、被イ
オン注入ウェーハ自体は従来と全く同じように、かつ同
じ数だけ載置することができ、その生産性に影響を与え
ることなく、被イオン注入ウェーハの温度を正確にかつ
インサイチューで知ることができる。
【0031】請求項3記載の本発明によれば、ダミー材
を被イオン注入ウェーハと同じ形状のダミーウェーハと
したので、直接被イオン注入ウェーハの温度を正確にか
つインサイチューで知ることができる。
【0032】請求項4記載の本発明によれば、ダミー材
の裏面に窪みを設けてこの中に温度検出手段を設けたの
で、ダミー材の温度をより正確に検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 イオン注入装置内の回転円盤と、本発明に係
る温度検出装置の概略構成を示す図面である。
【図2】 ダミー材を示す図面であり、図2Aはその斜
視図であり、図2Bは、図2A中のI−I線に沿う断面
拡大図である。
【図3】 ダミー材を回転円盤上に載置した状態を示
す、部分拡大斜視図である。
【図4】 図3中のA矢視図である。
【図5】 図3中のB矢視図である。
【図6】 ダミー材を保持する治具を示す斜視図であ
る。
【図7】 ダミー材端部示す図面である。
【符号の説明】
1…ダミー材、 2…熱電対、 30…治具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 孝幸 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 鈴木 聰 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 米良 和夫 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 冨田 博之 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 Fターム(参考) 5C034 CC07 CC19 CD06 CD09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン注入装置におけるウェーハ温度検
    出装置であって、 前記イオン注入装置内の被イオン注入ウェーハを載置す
    る回転円盤上に載置され、該被イオン注入ウェーハとほ
    ぼ同一の材料からなるダミー材と、 該ダミー材に設けられた温度検出手段と、を有すること
    を特徴とするイオン注入装置におけるウェーハ温度検出
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ダミー材は、前記回転円盤上に複数
    載置された被イオン注入ウェーハの間からイオンビーム
    に晒されるように、前記回転円盤上に載置されることを
    特徴とする請求項1記載のイオン注入装置におけるウェ
    ーハ温度検出装置。
  3. 【請求項3】 前記ダミー材は、前記被イオン注入ウェ
    ーハと同一形状のダミーウェーハであり、該ダミーウェ
    ーハの鏡面処理された面がイオンビームに晒されるよう
    に、前記回転円盤上に載置されることを特徴とする請求
    項1記載のイオン注入装置におけるウェーハ温度検出装
    置。
  4. 【請求項4】 前記温度検出手段は、前記ダミー材の裏
    面に窪みを形成して、この窪みの中に設けたことを特徴
    とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のイオン注入
    装置におけるウェーハ温度検出装置。
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