JP2004303499A

JP2004303499A - Ion implanter and ion implantation method

Info

Publication number: JP2004303499A
Application number: JP2003093210A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tsufuku; 和典津布久; Kenichi Natsui; 健一夏井; Kazuo Mera; 和夫米良; Hiroyuki Tomita; 博之冨田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implanter and an ion implantation method effective in preventing the generation of particles or a scratch to a substrate surface conventionally being generated when the temperature of the substrate rises and temperature distribution is generated to deform the substrate. <P>SOLUTION: A hold member is provided with one stopper and two side pins disposed on a plane substantially perpendicular to an ion beam and each having a hold part for holding it with the substrate and a substrate end; the stopper has a receiving part for receiving a centrifugal force acting on the substrate formed integrally with the hold part; and the substrate is supported by the one stopper and the two side pins. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に係り、特に基板（ウエハ）に各種イオンを打込むイオン注入装置およびＳｉＭＯＸ用のイオン注入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＭＯＸ用のイオン注入方法にあっては、シリコン基板の所定の深さに酸素イオンを注入し、その後アニール処理を行うことにより、シリコン基板中にＳｉＯ_２の層を形成している。このＳｉＯ_２層を絶縁基板とすることにより、従来のようにＳｉＯ_２の基板上にシリコン層を形成するものに比べて高応答の基板を実現できる。
【０００３】
特許文献１には、最適なイオンビーム角でイオンビームを基板に注入可能なイオン注入装置および最適な深さに酸素イオンを注入し得るＳｉＭＯＸ用イオン注入方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２にはイオン源から引出したイオンビームが注入される真空容器の内部に、回転ディスクを設け、該回転ディスク上に少なくとも一個以上ウエハホルダを配置し、該ウエハホルダ上に導電性のウエハ保持部を備えるイオン注入装置が記載される。
【０００５】
特許文献３には、放射投影ビームを供給するための放射線システム、マスクを保持するためのマスクホルダを備えるマスクテーブル、基板を保持するための基板ホルダを備える基板テーブル、前記マスクの非照射部分を前記基板の目標部分上に結像するための投影システムを含み、前記基板ホルダが前記基板を支持するための支持面を有する投影装置において、前記支持面を少なくとも部分的に導電性材料の層で被覆したリソグラフィー投影装置が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、イオンビームを発生するイオン源と、イオン注入対象を収納する処理室と、この処理室内に配置されて回転する回転体と、この回転体に固定された前記イオン注入対象のイオン注入領域との間に間隙を保った状態で前記イオン注入対象を保持する保持手段と、前記イオン源からのイオンビームを前記処理室内のイオン注入対象に向けて照射するイオンビーム照射手段と、前記処理室内のイオン注入対象を加熱する加熱手段とを備え、前記保持手段は、前記イオン注入対象外周側の一部の領域と接触した状態で前記イオン注入対象を保持して前記イオン注入対象が遠心力の作用する方向に移動するのを阻止しかつ前記遠心力の作用する方向とは異なる方向に移動するのを許容してなるイオン注入装置が記載されている（図３、図４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８‐３２９８７９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８４３４５号公報
【特許文献３】
特開２００１−２８３３３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８３１３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＳｉＭＯＸ基板製作用イオン注入装置は、そのビーム電流が５０ｍＡから１００ｍＡ、注入電圧が１５０ｋＶから２５０ｋＶと基板への照射エネルギーが大きいため、基板を高速で回転させ、ビームが基板のある部分に連続的に照射されないようにすることが必要である。そうしないと基板の一部が部分的に温度が上昇し、熱応力で基板が割れるなど場合によっては部分的に溶損するなどの問題が発生する。
そのため、基板を同時に複数枚放射状の位置に装着し、それらを回転させながら順次ビームを照射することで１枚の基板に連続的にビームが照射されることを避け、かつ大電流ビームを効率よく利用して多枚数を同時にバッチ処理することで生産性の高い装置を提供できる。
【０００９】
基板を高速回転されると遠心力で基板は外周方向に大きな力を受けると同時に基板がホルダから浮上しないようにホルダ面に押し付けるような力を付与するため、基板は数度傾斜をもって保持されており、遠心力の分力でホルダに押し付けるように保持されている。
基板の遠心力はそれぞれのホルダの回転遠心力方向に設けたストッパで受ける。ストッパは２箇所にして力を分散し、基板が回転方向に動かないようにするのが好ましいが、２箇所で支持した場合、ビーム照射の際に基板温度が部分的に上昇するため、微小ではあるが支持部２点間で基板の熱膨張、収縮が繰り返し発生する。この際、ストッパと基板の間で摩擦が発生することになり、０．２ミクロン程度の非常に微細な粒子（パーティクル）が発生し、基板上に飛散する。基板温度上昇が大きなケースには基板の破損にいたるケースもある。
【００１０】
基板の支持は、ストッパと基板裏面のピン（２箇所から６箇所）によっている。遠心力はストッパで受け、遠心力の分力としてホルダに押し付ける力はピンで受けている。しかし、基板温度が上昇し、また温度分布が発生するとごくわずかではあるが基板が変形（反りが発生）する。この時、基板裏面で支えているピンと基板が接触したり離れたりするため、基板裏面に傷が発生する。特に、注入時間が長くなると傷の深さが深くなり、傷の一部が盛り上がる現象にも進展するケースがある。
【００１１】
本発明は、基板温度が上昇し、また温度分布が発生して基板が変形するようなことがあった場合にも変形による動きを充分に許容しながら保持し、従来発生していたパーティクルの発生あるいは基板面への傷の発生を防止するに有効なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン源から取り出されたイオンビームを基板に打込むイオン注入装置および方法において、イオン源から取り出されたイオンビームを基板に打込むイオン注入装置において、前記イオンビームに実質的に直交する、もしくは傾斜する平面上に配置され、前記基板をテーパの付いた受け面で片側自由状態にして保持する保持部を有する一つのストッパと二つのサイドピンとが保持部材に設けられ、かつ該ストッパは前記基板に作用する遠心力を受ける受け部が前記保持部と一体形成されて、前記基板は前記一つのストッパと二つのサイドピンで支持されるイオン注入装置および方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例であるＳｉＭＯＸ用イオン注入装置の全体構成を示す。
図において、イオン源１から放出されたイオンビーム２は、矢印のように進み、質量分離器３に導入される。イオンビームは、質量分離器３によって所定の質量を有するイオンとしてイオン注入に用いられる。例えば、酸素イオンが分離され、取り出される。質量分離器３によって取り出されたイオンビームＸ１５は、処理室４の入射口５から処理室４内に入射する。イオン源１、試料分離器３および処理室４は、気密連結されており、それらの内部は真空に保たれている。
【００１４】
複数の基板、例えば１３枚の基板１０が基板ホルダ６上に後述するようにして非接触で載置される。基板ホルダ６（保持部材でもある）は回転ディスク７の円周上に等ピッチで配置され、回転ディスクの任意の基板位置にイオンビームＸ１５が照射される。
【００１５】
回転ディスク７はその中央に位置する円形部８と、円形部８から９０°の等間隔で十字形に延在する４本のアーム９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）と、このアーム９の外周に位置するリング部（図示せず）とから構成される。１３個の基板ホルダ６は、このリング部に取り付けられている。中央の円形部８の後ろには、図示しないが、内部にモータを有するインナーチャンバが取り付けられ、モータの回転力が回転ディスク７に伝えられ、回転ディスク７を円周方向に回転させる。これに伴って矢印１１に示す方向に各基板に遠心力が作用する。
リング部はスキャン方向に揺動させられ、これに伴って中央の円形部８を含めて基板１０は矢印１１で示す方法に揺動する。
【００１６】
図２は、基板支持体２１の全体構成を示す。基板支持体２１は、アーム９と、このアーム９の外周に位置するリング部（図示せず）と、該リング部に取り付けた基板ホルダ６からなり、基板ホルダ６には一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４が設けられている。基板１０は、一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４によってその端部が支持される。これによって前述したように、基板１０は基板ホルダ６上に端部の数箇所を除いて非接触で載置される。
【００１７】
イオンビームＸ１５は、基板１０に打込まれるが、イオンビームＸ１５に実質的に直交する平面上に、もしくは傾斜する平面上に、そしてアーム９からＨの高さに設定されて一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４が、すなわちそれらの保持部の保持面が設定されて、配設される。イオンビームＸ１５に対する平面の傾斜は、０°、７°、１０°、１４°等が設定可能である。
図２において矢印１１は揺動方向を、そして矢印１２は回転方向を示す。
【００１８】
図３は、一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４とで基板１０を支持する構成の１つを示す。基板１０は、一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４とによって裏面端部が三点支持され、基板裏面のそれ以外はまったく支持されることがない。すなわち、端部の三点以外の裏面２５は、非接触裏面とされ、この状態でイオン注入がなされることになる。
【００１９】
図３に示す例の場合、サイドピン２３、２４は二つの皿状部５１、５２がＸ状配置とされた構成とされ、基板は両皿状部材５１、５２間のくぼみに配設されて支持部材５３によって支持され、接触部材５４を介して、基板ホルダ６に支持される。図４に接触部材５４の詳細を示す。接触部材５４は、Ｔ字材５５と支持部材５６からなり、Ｔ字材５５の一方の端部から上方に伸びる支持材５７に支持部材５６は支持され、他端部はバネ７５によって引張られる。支持部材５６を中心として接触部材５４は回転可動可能であり、サイドピン２３、２４が矢印６０のように回動して、基板１０を基板端面押さえ部７２によって押さえることになる。図３において、基板面に対して０度から４５度程度の滑らかな擬似半円径のテーパの付いた面が下側配置の皿状部５２に形成されて各サイドピン２３、２４は構成されており、テーパのついた面５８で基板の端部（エッジ）５９に接触し、基板１０を保持する。尚、Ｒが０°のとき、直線状となる。
【００２０】
図５に基板１０の基板端部径状を示す。基板裏面端部を滑らかな擬似半円径（Ｒ）のテーパ面７１となし、Ｒ＞ｒとしてストッパ２２およびサイドピン２３、２４の保持部３２、３３のテーパ面５８で、基板１０の下方端部７２をテーパ面７１を受け、この状態でイオン注入を行う。テーパ面７１は、テーパのついた受け面となり、該受け面は片側で指示される片側自由状態にして基板１０を保持する。すなわち、基板１０を上下両側から保持するようにはしておらず、基板変形によるテーパ面上の動きを充分に許容することができる。
【００２１】
以上の構成によれば、機能的に見ると、イオン源１から取り出されたイオンビームＸ１５を基板１０に打込む注入装置は、イオンビームＸ１５に実質的に直交する平面上に配置され、基板１０を少なくとも３箇所で基板端部を、他の手段の保持を受けることなく、すなわち基板裏面の端部を除く全面を非接触状態として、保持する保持手段と、基板１０に作用する遠心力を遠心力作用方向で受ける受け手段を有することになる。そして、このような配置を形成した状態でイオン注入方法が実施されることになる。尚、保持手段は、四点以上の保持手段としてもよいが、基板１０との接触面積を少なくするために上述のように３箇所保持とすることが望ましい。
また、各保持手段は、中心に向かって下方に傾斜するテーパ面を形成しておくことが基板１０との接触面積を少なくする点で望ましいが、平面状あるいはスポット面のものとしても端部保持機能とするならば採用可能である。
【００２２】
ストッパ２２は、保持部３３（クランプ）と遠心力の受け部３４とが一体となって構成される。保持部３３にはサイドピン２３、２４と同様に、基板面に対して０度から４５度程度のテーパの付いた面が形成されており、基板１０は、このテーパのついた面によって保持される。そして、受け部３４は、基板１０に遠心力が働いたときに基板１０の端面に接触して動きを阻止する面を有する。
【００２３】
保持部（保持手段）３３と受け部（受け手段）３４との働きによって基板１０は保持され、かつ遠心力が受けられる。この場合に重要なことは、前述のように基板１０は、その裏面端部を保持部３２、保持部３３によって保持され、裏面の中央部を含むその大部分について他の部材によって支持されていないということである。すなわち、基板１０はその重量のすべてが３箇所に設けた保持部３２、３３によって支持される。
本実施例のように端部を除いて裏面費接触保持方法を採用することによって傷の発生がなく、更にはパーティクルの発生が防止されて、正確なリソグラフィー工程の実施ができるようになる。
【００２４】
図６は、図３に示す例の他の例を示す。図３に示す例に示す構成と同一の構成には同一の番号を付し、説明を重複させない。この例にあっても先の例と同様に、テーパの付いた受け面で片側自由状態（ソフト支持でもある）にして基板１０を保持する構成が採用される。テーパの付いた受け面を７１で、基板の接続部を７２で示す。
この例の場合、サイドピン２３、２４はテーパ面を有する保持部３２からなる。サイドピン２３、２４は直接的に基板ホルダ６に支持される。
【００２５】
図７は、ストッパ２２の１つの具体例を示す。前述したように、ストッパ２２は保持部３３と受け部３４とが一体として構成される。この例の場合、保持部３３は階段状とされ、受け面５８は下方に傾斜する。そして、受け部３４は、基板１０に対して図に示すように垂直する面とθの角度をなして、前方に突出する面を有して構成される。これらの２の面をすべて垂直面としてもよい。
【００２６】
保持部３３と受け部３４とには基板１０に接触する部分を含めて一部にカーボン（Ｃ）層４１が形成される。全面に形成されてもよい。受け部３４側にのみカーボン層４１を形成してもよい。また、ストッパ２２全体をカーボンで構成してもよい。ここではこれらを包含してカーボン部と称する。
【００２７】
図８は、図７に示す例の他の例を示す。図７に示す例に示す構成と同一の構成には同一の番号、符号を付し、説明を重複させない。
この例の場合、保持部３３と受け部３４の基板側の内面の全面にグラッシーカーボン層４２を形成している。一部の面に形成してもよい。また、ストッパ２２全体をグラッシーカーボンで構成してもよい。
サイドピンの材質としては、シリコン基板と接触して金属不純物が基板に付着、基板内に拡散しないものに限定される。Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ｃ、Ｔａなどが可能である。
【００２８】
Ｓｉ、ＳｉＯ_２は材質としてまったく問題ないが、発生パーティクルの数で問題になる可能性が高い。同一材質どうしの接触が最もパーティクルが接触しやすい。特にＳｉＯ_２、Ｃの両者ともに固さの面ではシリコン基板より硬いので、発生するパーティクルはＳｉにほぼ限定される。接触時の摩擦を減少させるためＣとしてはグラッシー化したものあるいは表面だけをグラッシー化したものを使うのがパーティクル発生の観点から有利である。
【００２９】
Ｔａはパーティクル発生の点からは非常に優れた材料であり、デバイス製造工程に銅配線を導入するプロセスでは、銅の基板への拡散を防止する拡散ストッパ層としてＴａを利用することが考えられ、その際はＴａをストッパ２２およびサイドピン２３、２４の材料に使うことが有効である。
【００３０】
Ｃは材質として熱伝導に優れているため、基板との接触部で基板温度が局所的に低下する。注入中に基板温度が低下するとアニール後のＳＯＩ層（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｉｏｎ；すなわち内部に形成されたＳｉＯ_２層を覆うシリコン層のこと）厚さが厚くなる傾向を示すので、基板温度は極力均一化することが求められる。そこでストッパ２２およびサイドピン２３、２４の材質として基板に接触する部分はＣあるいはグラッシーカーボンとして、基板ホルダ６と接触する部分はＳｉＯ_２のように熱伝導の悪い材料にする。これによって、材質としてＣを使用しても局所的温度低下を避けることができる。
【００３１】
以上のように、イオン源１から取り出されたイオンビーム２を基板（ウエハ）に打込むイオン注入装置において、前記イオンビーム２に実質的に直交する平面上に配置され、それぞれが基板１０を基板端部で保持する保持部３２、３３を有する一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４とが基板ホルダ６である保持部材に設けられ、かつストッパ２２は基板１０に作用する遠心力を受ける受け部３４が前記保持部３３と一体形成されて、基板１０は一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４で支持されるイオン注入装置が構成される。保持部３２、３３は、前述のように、テーパの付いた受け面を油脂、この受け面で基板を片側のみで自由状態にして受ける。
【００３２】
ストッパ２２もしくはサイドピン２３、２４は、保持部３２、３３が基板面に対して０度から４５度のテーパの付いた受け面を有するように構成される。
また、ストッパ２２もしくはサイドピン２３、２４の材質としては、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｃ、Ｔａのうちのいずれかにしてイオン注入装置を構成することができる。
ストッパ２２は、保持部３３と受け部３４とは基板１０に対して鋭角形状または垂直形状とされ、両部３３、３４にまたがって基板１０との接触表面にカーボン層４１が設けられるようにしてイオン注入装置を構成することができる。
ストッパ２２は、保持部３３と受け部３４とは基板１０に対して鋭角形状とまたは垂直形状とされ、両部３３、３４にまたがって基板１０との接触表面にはグラッシーカーボン層４２が設けられるようにしてイオン注入装置を構成することができる。
ストッパ２２もしくはサイドピン２３、２４の保持部３２、３３の材質は、ホルダに接触する部分はＳｉＯ_２とされたイオン注入装置を構成することができる。
【００３３】
また、イオン源１から取り出されたイオンビーム２を基板１０に打込むイオン注入方法において、基板１０を、基板１０に作用する遠心力を一つのストッパ２２の受け部３４で受け、これに一体とされた保持部３３で保持し、かつ二つのサイドピン２３、２４のテーパのついた受け面の形成され保持部３２で受け、ストッパ２２とサイドピン２３、２４をイオンビームＸに実質的に直交する、または傾斜する平面上に配置して、基板の裏面部は裏面部の端部を保持するようにした一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４で支持し、他の裏面部を非接触部（ノンコンタクト）としてイオン注入を行い、ストッパ２２あるいはサイドピン２３、２４の材質として基板１０に接触する部分はカーボン層４１あるいはグラッシーカーボン層４２として熱伝導の良い状態でイオン注入を行うイオン注入方法が提供される。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板は端部という一部で、しかも片側自由状態にしてテーパ面で支持され、裏面のほぼ全面は非接触部とされるので、基板裏面に傷が発生することがなく、またパーティクルの発生を防止することができる。
本発明によれば基板裏面に傷が発生することもなく、パーティクルの発生が防止されるので、正確なリソグラフィー工程の実施ができることになる。
また、本発明によれば、裏面の一部を支持するだけであるので、熱伝達による基板温度の低下を小さくすることができ、かつ温度上昇があっても熱変形分を容易に逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるＳｉＭＯＸ用イオン注入装置の全体構成図。
【図２】本発明の実施例である基板支持体の全体構成図。
【図３】基板支持方法の詳細を示す１つの事例図。
【図４】接触部材の構造図。
【図５】基板の端部形状を示す図。
【図６】基板支持方法の詳細を示す他の事例図。
【図７】ストッパの詳細を示す１つの事例図。
【図８】ストッパの詳細を示す他の事例図。
【符号の説明】
１…イオン源、２…イオンビーム、３…質量分離器、４…処理室、５入射口、６…基板ホルダ（保持部材）、７…回転ディスク、８…円形部、９…アーム、１０…基板（ウエハ）、２２…ストッパ、２３、２４…サイドピン、２５…非接触面、３３…保持部（保持手段）、３４…受け部（受け手段）、４１…カーボン層、４２…グラッシーカーボン層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion implantation apparatus and an ion implantation method, and more particularly to an ion implantation apparatus for implanting various ions into a substrate (wafer) and an ion implantation method for SiMOX.
[0002]
[Prior art]
In the ion implantation method for SiMOX, oxygen ions are implanted into a silicon substrate at a predetermined depth, and then an annealing process is performed to form a SiO ₂ layer in the silicon substrate. By using this SiO ₂ layer as an insulating substrate, a substrate having a higher response can be realized as compared with a conventional substrate in which a silicon layer is formed on a SiO ₂ substrate.
[0003]
Patent Literature 1 describes an ion implantation apparatus capable of implanting an ion beam into a substrate at an optimal ion beam angle and an ion implantation method for SiMOX capable of implanting oxygen ions at an optimal depth.
[0004]
Patent Document 2 discloses that a rotating disk is provided inside a vacuum container into which an ion beam extracted from an ion source is injected, and at least one or more wafer holders are arranged on the rotating disk, and a conductive wafer holder is provided on the wafer holder. An ion implanter comprising:
[0005]
Patent Document 3 discloses a radiation system for supplying a radiation projection beam, a mask table including a mask holder for holding a mask, a substrate table including a substrate holder for holding a substrate, and a non-irradiated portion of the mask. A projection apparatus, comprising: a projection system for imaging onto a target portion of the substrate, wherein the substrate holder has a support surface for supporting the substrate, wherein the support surface is at least partially covered by a layer of conductive material. A coated lithographic projection apparatus is described.
[0006]
Patent Literature 4 discloses an ion source for generating an ion beam, a processing chamber for accommodating an ion implantation target, a rotating body disposed in the processing chamber and rotating, and an ion implantation target fixed to the rotating body. Holding means for holding the ion implantation target while maintaining a gap between the ion implantation region, ion beam irradiation means for irradiating an ion beam from the ion source toward the ion implantation target in the processing chamber, Heating means for heating the ion implantation target in the processing chamber, wherein the holding means holds the ion implantation target in a state of being in contact with a partial region on the outer peripheral side of the ion implantation target, and the ion implantation target is There is described an ion implantation apparatus that prevents movement in a direction in which a centrifugal force acts and allows movement in a direction different from the direction in which the centrifugal force acts (FIG. 3, FIG. Reference 4).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-8-329879 [Patent Document 2]
JP 2002-184345 A [Patent Document 3]
JP 2001-28333 A [Patent Document 4]
JP 2000-183139 A
[Problems to be solved by the invention]
Since the beam current is 50 mA to 100 mA and the implantation voltage is 150 kV to 250 kV, the irradiation energy to the substrate is large, the substrate is rotated at high speed, and the beam is continuously applied to a portion of the substrate. It is necessary to prevent irradiation. Otherwise, the temperature of a part of the substrate may be partially increased, and the substrate may be broken due to thermal stress, and in some cases, a problem such as partial melting may occur.
Therefore, by simultaneously mounting a plurality of substrates at radial positions and sequentially irradiating the beams while rotating them, it is possible to avoid continuously irradiating one substrate with a beam and efficiently generate a large current beam. A high productivity device can be provided by simultaneously batch processing a large number of sheets.
[0009]
When the substrate is rotated at high speed, the substrate receives a large force in the outer peripheral direction due to the centrifugal force and at the same time, applies a force that presses the substrate against the holder surface so that the substrate does not float from the holder. And is held so as to be pressed against the holder by the component force of the centrifugal force.
The centrifugal force of the substrate is received by stoppers provided in the direction of the rotational centrifugal force of each holder. It is preferable to disperse the force at two locations to prevent the substrate from moving in the rotation direction. However, if the substrate is supported at two locations, the substrate temperature will rise partially during beam irradiation. However, thermal expansion and contraction of the substrate occur repeatedly between the two support portions. At this time, friction occurs between the stopper and the substrate, and very fine particles (particles) of about 0.2 μm are generated and scattered on the substrate. In some cases, the temperature rise of the substrate is large, resulting in breakage of the substrate.
[0010]
The substrate is supported by stoppers and pins (2 to 6 locations) on the back surface of the substrate. The centrifugal force is received by the stopper, and the force pressing the holder as a component of the centrifugal force is received by the pin. However, when the substrate temperature rises and a temperature distribution occurs, the substrate is deformed (warped) to a very small extent. At this time, the pins supported by the back surface of the substrate come into contact with or separate from the substrate, so that the back surface of the substrate is damaged. In particular, as the injection time becomes longer, the depth of the flaw becomes deeper, and the phenomenon that a part of the flaw rises sometimes progresses.
[0011]
According to the present invention, even when the substrate temperature rises and a temperature distribution occurs and the substrate is deformed, the movement due to the deformation is maintained while sufficiently allowing the substrate to be deformed. Alternatively, an object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus and an ion implantation method that are effective for preventing generation of a scratch on a substrate surface.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an ion implanter and a method for implanting an ion beam extracted from an ion source into a substrate, wherein the ion beam is implanted into the substrate and substantially orthogonal to the ion beam. A stopper having a holding portion and two side pins, which are disposed on a plane that is inclined or inclined, and has a holding portion that holds the substrate in a free state on one side with a tapered receiving surface, and the stopper is provided on the holding member; The present invention provides an ion implantation apparatus and method in which a receiving portion receiving a centrifugal force acting on the substrate is formed integrally with the holding portion, and the substrate is supported by the one stopper and the two side pins.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration of an ion implantation apparatus for SiMOX according to an embodiment of the present invention.
In the figure, an ion beam 2 emitted from an ion source 1 travels as shown by an arrow and is introduced into a mass separator 3. The ion beam is used for ion implantation as ions having a predetermined mass by the mass separator 3. For example, oxygen ions are separated and extracted. The ion beam X15 extracted by the mass separator 3 enters the processing chamber 4 from the entrance 5 of the processing chamber 4. The ion source 1, the sample separator 3, and the processing chamber 4 are airtightly connected, and the inside thereof is kept at a vacuum.
[0014]
A plurality of substrates, for example, thirteen substrates 10 are placed on the substrate holder 6 in a non-contact manner as described later. The substrate holders 6 (which are also holding members) are arranged at equal pitches on the circumference of the rotary disk 7, and an arbitrary substrate position on the rotary disk is irradiated with the ion beam X15.
[0015]
The rotating disk 7 has a circular portion 8 located at the center thereof, four arms 9 (9a, 9b, 9c, 9d) extending in a cross shape at equal intervals of 90 ° from the circular portion 8; And a ring portion (not shown) located on the outer periphery. Thirteen substrate holders 6 are attached to this ring portion. Although not shown, an inner chamber having a motor therein is mounted behind the central circular portion 8, and the rotating force of the motor is transmitted to the rotating disk 7, thereby rotating the rotating disk 7 in the circumferential direction. Accordingly, centrifugal force acts on each substrate in the direction indicated by arrow 11.
The ring portion is swung in the scanning direction, and accordingly, the substrate 10 including the central circular portion 8 is swung in a manner indicated by an arrow 11.
[0016]
FIG. 2 shows the overall configuration of the substrate support 21. The substrate support 21 includes the arm 9, a ring (not shown) located on the outer periphery of the arm 9, and the substrate holder 6 attached to the ring. The substrate holder 6 has one stopper 22 and two stoppers 22. Two side pins 23 and 24 are provided. The end of the substrate 10 is supported by one stopper 22 and two side pins 23 and 24. As a result, as described above, the substrate 10 is placed on the substrate holder 6 in a non-contact manner except for a few end portions.
[0017]
The ion beam X15 is implanted into the substrate 10, but is set on a plane substantially orthogonal to the ion beam X15 or on a plane that is inclined, and at a height of H from the arm 9 so that one stopper 22 is formed. The two side pins 23 and 24, that is, the holding surfaces of the holding portions are set and arranged. The inclination of the plane with respect to the ion beam X15 can be set to 0 °, 7 °, 10 °, 14 °, or the like.
In FIG. 2, arrow 11 indicates the swing direction, and arrow 12 indicates the rotation direction.
[0018]
FIG. 3 shows one configuration in which the substrate 10 is supported by one stopper 22 and two side pins 23 and 24. The back end of the substrate 10 is supported at three points by one stopper 22 and two side pins 23 and 24, and the rest of the back surface of the substrate is not supported at all. That is, the back surface 25 other than the three points at the end portions is a non-contact back surface, and ion implantation is performed in this state.
[0019]
In the case of the example shown in FIG. 3, the side pins 23 and 24 have a configuration in which the two dish-shaped portions 51 and 52 are arranged in an X shape, and the substrate is disposed in a recess between the dish-shaped members 51 and 52. It is supported by the support member 53, and is supported by the substrate holder 6 via the contact member 54. FIG. 4 shows details of the contact member 54. The contact member 54 includes a T-shaped member 55 and a supporting member 56. The supporting member 56 is supported by a supporting member 57 extending upward from one end of the T-shaped member 55, and the other end is pulled by a spring 75. The contact member 54 is rotatable about the support member 56, and the side pins 23 and 24 rotate as indicated by the arrow 60, and the substrate 10 is pressed by the substrate end surface pressing portion 72. In FIG. 3, a tapered surface having a smooth pseudo-circle diameter of about 0 to 45 degrees with respect to the substrate surface is formed in the dish-shaped portion 52 arranged on the lower side, and the side pins 23 and 24 are configured. The edge of the substrate (edge) 59 is in contact with the tapered surface 58 to hold the substrate 10. Note that when R is 0 °, the shape becomes linear.
[0020]
FIG. 5 shows the substrate end portion diameter of the substrate 10. The lower end of the substrate 10 is formed by the stopper 22 and the tapered surfaces 58 of the holding portions 32, 33 of the side pins 23, 24, where R> r, where R> r. The portion 72 receives the tapered surface 71, and ion implantation is performed in this state. The tapered surface 71 becomes a tapered receiving surface, and the receiving surface holds the substrate 10 in a one-side free state designated on one side. That is, the substrate 10 is not held from both the upper and lower sides, and the movement on the tapered surface due to the deformation of the substrate can be sufficiently allowed.
[0021]
According to the above configuration, functionally, the implanter for implanting the ion beam X15 extracted from the ion source 1 into the substrate 10 is disposed on a plane substantially orthogonal to the ion beam X15, A holding means for holding the substrate end at least at three places without being held by other means, that is, keeping the entire surface excluding the end on the back surface of the substrate in a non-contact state, and centrifugal force acting on the substrate 10 There will be receiving means for receiving in the force acting direction. Then, the ion implantation method is performed with such an arrangement formed. The holding means may be a holding means having four or more points. However, it is desirable to hold three places as described above in order to reduce the contact area with the substrate 10.
It is desirable that each holding means be formed with a tapered surface that is inclined downward toward the center in order to reduce the contact area with the substrate 10. If it is a function, it can be adopted.
[0022]
The stopper 22 is configured such that a holding portion 33 (clamp) and a receiving portion 34 for centrifugal force are integrated. Similar to the side pins 23 and 24, the holding portion 33 is formed with a surface having a taper of about 0 to 45 degrees with respect to the substrate surface, and the substrate 10 is held by the tapered surface. You. The receiving portion 34 has a surface that comes into contact with the end face of the substrate 10 to prevent movement when a centrifugal force acts on the substrate 10.
[0023]
The substrate 10 is held by the operation of the holding unit (holding unit) 33 and the receiving unit (receiving unit) 34 and receives a centrifugal force. What is important in this case is that, as described above, the substrate 10 has its back end held by the holding portions 32 and 33, and most of the substrate 10 including the center portion thereof is not supported by other members. That's what it means. That is, the substrate 10 is supported by the holding portions 32 and 33 provided at all three positions.
By employing the back contact cost holding method except for the end portion as in the present embodiment, no scratch is generated, and further, generation of particles is prevented, so that an accurate lithography process can be performed.
[0024]
FIG. 6 shows another example of the example shown in FIG. The same components as those shown in the example shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In this example, as in the previous example, a configuration is employed in which the substrate 10 is held in a free state on one side (also soft support) with a tapered receiving surface. The tapered receiving surface is denoted by 71 and the connection of the substrate is denoted by 72.
In the case of this example, the side pins 23 and 24 are formed of a holding portion 32 having a tapered surface. The side pins 23 and 24 are directly supported by the substrate holder 6.
[0025]
FIG. 7 shows one specific example of the stopper 22. As described above, the stopper 22 is configured such that the holding portion 33 and the receiving portion 34 are integrated. In the case of this example, the holding portion 33 has a step shape, and the receiving surface 58 is inclined downward. The receiving portion 34 is configured to have a surface projecting forward at an angle θ with respect to a surface perpendicular to the substrate 10 as shown in the drawing. All of these two planes may be vertical planes.
[0026]
A carbon (C) layer 41 is formed in a part of the holding part 33 and the receiving part 34 including a part in contact with the substrate 10. It may be formed on the entire surface. The carbon layer 41 may be formed only on the receiving portion 34 side. Further, the entire stopper 22 may be made of carbon. Here, these are included and referred to as a carbon part.
[0027]
FIG. 8 shows another example of the example shown in FIG. The same components as those shown in the example shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals and symbols, and description thereof will not be repeated.
In this example, a glassy carbon layer 42 is formed on the entire inner surface of the holding portion 33 and the receiving portion 34 on the substrate side. It may be formed on some surfaces. Further, the entire stopper 22 may be made of glassy carbon.
The material of the side pins is limited to a material in which metal impurities are attached to the silicon substrate and do not diffuse into the substrate in contact with the silicon substrate. Si, SiC, SiO ₂ , C, Ta and the like are possible.
[0028]
Although there is no problem with Si and SiO ₂ as materials, there is a high possibility that a problem will occur depending on the number of generated particles. Particles are most likely to come into contact when they are made of the same material. In particular, since both SiO ₂ and C are harder than the silicon substrate in terms of hardness, generated particles are substantially limited to Si. In order to reduce the friction at the time of contact, it is advantageous from the viewpoint of particle generation to use a glassy material or a glassy material only on the surface as C.
[0029]
Ta is a very excellent material from the viewpoint of particle generation, and in a process of introducing copper wiring in a device manufacturing process, it is conceivable to use Ta as a diffusion stopper layer for preventing copper from diffusing into a substrate. In that case, it is effective to use Ta for the material of the stopper 22 and the side pins 23 and 24.
[0030]
Since C is excellent in heat conduction as a material, the temperature of the substrate is locally lowered at a contact portion with the substrate. When the substrate temperature decreases during the implantation, the thickness of the annealed SOI layer (Silicon On Insulation; that is, the silicon layer covering the SiO ₂ layer formed inside) tends to increase, so that the substrate temperature is made as uniform as possible. Is required. Therefore, the material of the stopper 22 and the side pins 23 and 24 is made of C or glassy carbon in the portion that comes into contact with the substrate, and the material that has poor heat conductivity, such as SiO ₂ , is made in contact with the substrate holder 6. Thereby, even if C is used as the material, a local temperature drop can be avoided.
[0031]
As described above, in the ion implantation apparatus for implanting the ion beam 2 extracted from the ion source 1 into a substrate (wafer), the ion implantation apparatus is arranged on a plane substantially orthogonal to the ion beam 2, and each of the substrates 10 One stopper 22 having holding portions 32, 33 held at the ends and two side pins 23, 24 are provided on a holding member which is the substrate holder 6, and the stopper 22 receives a centrifugal force acting on the substrate 10. The receiving part 34 is formed integrally with the holding part 33, and the substrate 10 constitutes an ion implantation apparatus supported by one stopper 22 and two side pins 23 and 24. As described above, the holding portions 32 and 33 receive the tapered receiving surface with oil and fat, and receive the substrate in a free state on only one side of the receiving surface.
[0032]
The stopper 22 or the side pins 23, 24 are configured such that the holding portions 32, 33 have a receiving surface tapered from 0 to 45 degrees with respect to the substrate surface.
The ion implantation apparatus can be configured by using any of Si, SiO ₂ , C, and Ta as the material of the stopper 22 or the side pins 23 and 24.
The stopper 22 is formed such that the holding portion 33 and the receiving portion 34 have an acute angle or a vertical shape with respect to the substrate 10, and the carbon layer 41 is provided on the contact surface with the substrate 10 over both the portions 33 and 34. An ion implantation apparatus can be configured.
In the stopper 22, the holding portion 33 and the receiving portion 34 have an acute angle shape or a vertical shape with respect to the substrate 10, and a glassy carbon layer 42 is provided on the contact surface with the substrate 10 across both the portions 33 and 34. Thus, an ion implantation apparatus can be configured.
The material of the stoppers 22 or the holding portions 32, 33 of the side pins 23, 24 can constitute an ion implantation apparatus in which the portions that come into contact with the holders are made of SiO ₂ .
[0033]
Further, in the ion implantation method in which the ion beam 2 extracted from the ion source 1 is implanted into the substrate 10, the substrate 10 receives a centrifugal force acting on the substrate 10 by the receiving portion 34 of one stopper 22, and is integrally formed therewith. The stopper 22 and the side pins 23 and 24 are substantially perpendicular to the ion beam X. The stopper 22 and the side pins 23 and 24 are held by the holding part 32 having the tapered receiving surfaces of the two side pins 23 and 24. Or the back surface of the substrate is supported by one stopper 22 and two side pins 23 and 24 which hold the end of the back surface, and the other back surface is not supported. Ion implantation is performed as a contact portion (non-contact), and a portion of the stopper 22 or the side pins 23 and 24 that comes into contact with the substrate 10 is a carbon layer 41 or a glassy carbon layer. Ion implantation method of performing ion implantation in good condition thermal conductivity is provided as a 2.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the substrate is supported by the tapered surface in a part of the end portion and in one side free state, and almost the entire back surface is a non-contact portion, so that the back surface of the substrate is damaged. And generation of particles can be prevented.
According to the present invention, the generation of particles is prevented without generating a scratch on the back surface of the substrate, so that an accurate lithography step can be performed.
Further, according to the present invention, since only a part of the back surface is supported, it is possible to reduce a decrease in the substrate temperature due to heat transfer, and to easily release the thermal deformation even if the temperature rises. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a SiMOX ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a substrate support according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a case diagram showing details of a substrate supporting method.
FIG. 4 is a structural view of a contact member.
FIG. 5 is a diagram showing an end shape of a substrate.
FIG. 6 is another case diagram showing details of the substrate supporting method.
FIG. 7 is a case diagram showing details of a stopper.
FIG. 8 is another case diagram showing details of the stopper.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source, 2 ... Ion beam, 3 ... Mass separator, 4 ... Processing chamber, 5 entrances, 6 ... Substrate holder (holding member), 7 ... Rotating disk, 8 ... Circular part, 9 ... Arm, 10 ... Substrate (wafer), 22 stopper, 23, 24 side pin, 25 non-contact surface, 33 holding part (holding means), 34 receiving part (receiving means), 41 carbon layer, 42 glassy carbon layer .

Claims

In an ion implantation apparatus for implanting an ion beam extracted from an ion source into a substrate,
One stopper and two side pins, which are arranged on a plane substantially orthogonal to or inclined to the ion beam and have a holding portion for holding the substrate in a free state on one side with a tapered receiving surface, are held. The stopper is provided on a member, and a receiving portion for receiving the centrifugal force acting on the substrate is formed integrally with the holding portion, and the substrate is supported by the one stopper and two side pins. Ion implanter.

_{2. The} ion implantation apparatus according to claim 1, wherein a material of the stopper or the side pin is any one of Si, SiC, SiO ₂ , C, and Ta.

2. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the stopper is provided with a carbon portion over both the holding portion and the receiving portion, or at least on a receiving surface of the receiving portion in contact with the substrate. 3.

2. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the stopper is provided with a glassy carbon portion over both the holding portion and the receiving portion or at least on the receiving portion in contact with the substrate.

5. The ion implantation method according to claim 4, wherein a material of the stopper or the holding portion of the side pin is made of a material having a lower thermal conductivity than carbon, such as SiO ₂ , at a portion in contact with the holder. apparatus.

In an ion implantation method for implanting an ion beam extracted from an ion source into a substrate,
One in which the substrate end of the substrate is subjected to a centrifugal force acting on the substrate by receiving portions of at least one or two stoppers, held by a holding portion, and in a free state on one side with a tapered receiving surface. Alternatively, it is received by a holding portion of two side pins, and the number of holding portions is three or more, and the stopper and the side pin are arranged on a plane substantially orthogonal to or inclined to the ion beam, and An ion implantation method, wherein the back surface is supported by the stopper and side pins adapted to hold the end of the back surface, and the other back surface is ion-implanted in a non-contact state except for the end of the substrate. .

7. The ion implantation method according to claim 6, wherein a portion of the stopper or the side pin, which is in contact with the substrate, is ion-implanted as a carbon layer or a glassy carbon layer with good thermal conductivity.

7. The method according to claim 6, wherein the end of the back surface of the substrate has a smooth tapered surface having a pseudo semicircle diameter (r), and the stopper and the holding portion of the side pin have a pseudo semicircle diameter (R (including linear shape)). An ion implantation method, wherein the implantation is performed by receiving the tapered surface of the substrate at the tapered surface of the stopper and the holding portion of the side pin with R> r.