JP2008117688A - イオン注入装置及びウエハ - Google Patents

Abstract

【課題】ダミーウエハを使用せずにイオン注入可能なイオン注入装置、及びこれを用いてイオン注入されたウエハを低コストで提供する。
【解決手段】ウエハディスク１２の外周部３３には、１７枚のディスクパッド３２が円形状に等間隔で配置されている。各ディスクパッド３２は、保持部３４ａ，３４ｂによって、ディスク本体３１に対して回転自在に保持されている。１バッチの処理枚数にウエハ枚数が満たない場合、ウエハ１８を各ディスクパッド３２に装着させ、さらに、ウエハ１８が装着されないディスクパッド３２を反転させて固定する。その後、ウエハディスク１２を回転及び並進移動させながら、イオンビームをウエハ１８に照射してイオン注入を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエハが装着される複数のウエハ装着部を有するウエハディスクを備え、このウエハディスクを回転させながら、複数のウエハにイオンビームを照射してイオンを注入するイオン注入装置、及びこのイオン注入装置によってイオン注入されたウエハに関する。

従来、半導体デバイス等を製造する際にイオン注入装置が使用されている。このイオン注入装置としては、複数のウエハに対してイオンビームを照射してイオンの注入処理を一括して行うバッチ処理方式のものが知られている。このようなバッチ処理方式のイオン注入装置は、ウエハが装着されるウエハ装着部が同心円上に配置されたウエハディスクを備え、このウエハディスクに対して垂直に入射するイオンビームに対して、ウエハディスクを回転させるとともに往復運動（スキャン）させることによって、複数のウエハに対して均一にイオンを注入している。

しかし、前述のようなバッチ処理方式のイオン注入装置では、ウエハディスクへのウエハの装着枚数、すなわち１バッチの処理枚数が決まっているが、作業しようとする製品の枚数が必ずしも１バッチの処理枚数に一致するとは限らず、それに満たない場合もある。その場合、イオンビームがウエハディスクをくまなくスキャンことから、ウエハ装着部に何も置かないわけにはいかず、ダミーウエハの使用が不可欠となる。このため、ダミーウエハの使用コストがかかり、製造コストの高騰につながるという問題が生じる。

このような問題を解決するために、ウエハディスクの径方向に対して、ウエハ装着部の各々を移動自在に設けて、ウエハが装着されないウエハ装着部をイオンビームが照射されない位置に移動させるイオン注入装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３０７０３５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、ウエハ装着部をウエハディスクの径方向に移動自在に設ける場合、ウエハディスクを径方向に移動させるための機構が複雑となり、イオン注入装置の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、１バッチの処理枚数にウエハ枚数が満たない場合でもダミーウエハを使用せずにイオン注入可能なイオン注入装置、及びこのイオン注入装置によってイオン注入されたウエハを低コストで提供する。

上記課題を解決するために、本発明のイオン注入装置は、前記ウエハが装着される複数のウエハ装着部を有するウエハディスクを備え、前記ウエハディスクを円周方向に回転させながら、前記ウエハにイオンビームを照射して前記ウエハにイオンを注入するイオン注入装置であり、前記ウエハの装着面側に前記イオンビームが照射される第１位置と、前記装着面の裏面側に前記イオンビームが照射される第２位置との間で前記ウエハ装着部を前記ウエハディスクに対して回転させる回転機構を備え、前記ウエハの処理枚数が前記ウエハ装着部の数よりも少ない場合、前記回転機構によって、前記ウエハが装着されない前記ウエハ装着部を前記第２位置に回転させた状態で、前記ウエハにイオンを注入することを特徴とするものである。

また、前記ウエハの枚数をカウントするカウント手段と、前記カウント手段のカウントデータに基づいて、前記ウエハの枚数が前記ウエハ装着部の個数よりも少ないか否かを判定する判定手段とを備えていることが好ましい。

さらに、前記ウエハディスクの外周部は、前記イオンビームの照射面側に向けて内側に屈曲されており、前記複数のウエハ装着部は、前記外周部で円形状に等間隔で配置されていることが好ましい。

また、前記回転機構は、前記第１位置と前記第２位置との間で前記ウエハ装着部を回転自在に保持する保持部材と、前記ウエハ装着部を係止して前記第１及び前記第２位置で回転止めする固定位置と、前記ウエハ装着部との係止が解除される解除位置との間で移動自在の固定部材とを備えていることが好ましい。

さらに、前記ウエハ装着部の周縁部には押圧部が設けられ、前記ウエハを搬送する搬送手段によって、前記押圧部が押圧されて前記ウエハ装着部が回転されることが好ましい。また、前記装着面はシリコンパッドで形成され、前記裏面はアルミで形成されていることが好ましい。

本発明のウエハは、上記のイオン注入装置を用いて、イオンが注入されたことを特徴とするものである。

本発明のイオン注入装置によれば、ウエハ枚数がウエハ装着部の数より少ない場合、裏面にイオンビームが装着されるように、ウエハが装着されないウエハ装着部を回転させるので、ダミーウエハを使用する必要がない。このため、ダミーウエハを使用するためのコストを削減可能である。また、ウエハ装着部を回転させる回転機構は、ウエハ装着部を半径方向に移動させる場合と比べて簡単な構成で実現可能であり、製造コストを低減できる。

また、ウエハディスクの外周部がイオンビームの照射面側に屈曲されているので、ウエハに作用する遠心力が装着面側に分散されるため、ウエハディスクの回転中でも、ウエハがウエハ装着部によって安定して保持される。

ウエハ装着部の裏面がアルミで形成されているので、イオンビームによってウエハ装着部が劣化することを防止できる。

また、本発明のウエハは、ダミーウエハを使用せずにイオン注入が行われるため、
イオンが注入されたウエハを低コストで得ることができる。

図１に示すイオン注入装置１０は、イオンビームが通る通路部１１と、ウエハディスク１２を収納する筺体１３とを備えている。通路部１１には、イオン源１４と、分析マグネット１５と、分析スリット１６と、加速管１７とが順に設けられている。

イオン源１４は、ガスをイオン化してイオンビームを放出する。イオン源１４から放出されたイオンビーム（図中点線で示す）は、分析マグネット１５及びその下流側に配置された分析スリット１６を通過して、所望の質量及び価数のイオンビームに選別される。さらに、イオンビームは、分析スリット１６の下流に配置された加速管１７によって加速された後、ウエハディスク１２に装着された複数の半導体ウエハ（以下、単にウエハと称する）１８に入射されてイオン注入が行われる。

また、ウエハディスク１２の背面には、回転軸２０がディスク面に対して略垂直に形成されている。この回転軸２０は、軸受部２１を介してモータ２２に連結されており、このモータ２２は、固定部材２３によって軸受部２１に固定されている。ウエハディスク１２は、このモータ２２によって、例えば、８００〜１０００ｒｐｍで回転される。

さらに、この軸受部２１には、回転軸２０に対して垂直なスライド軸２４が螺合されている。このスライド軸２４は、モータ２５によって駆動される。また、このモータ２５は、筺体１３に固定されており、さらに、軸受部２１は、図示せぬ回転止め部材によって回転止めされている。このため、モータ２５によってスライド軸２４が回転された時に、ウエハディスク１２がモータ２２とともに、矢印Ａ方向に並進移動する。

次に、図２〜図５を参照してウエハディスク１２の構成を説明する。ウエハディスク１２は、ディスク本体３１と、複数のディスクパッド３２とで構成されている。ディスク本体２１は略円盤形状にされており、外周部３３がイオン照射面側に屈曲されている。

各ディスクパッド３２は、ウエハが装着されるウエハ装着部であり、円盤形状にされている。また、これらのディスクパッド３２は、ウエハディスク１２の外周部３３で円形状に等間隔に配置されている。なお、ディスクパッド３２の個数は、１３〜１７個程度である。本実施形態では、１７個のディスクパッド３２を設けた場合を例に説明するが、ディスクパッド３２の個数は適宜変更可能である。

前述したように、ディスクパッド３２を外周部３３に配置することによって、ディスクパッド３２の数を増やして一度に処理できるウエハ１８の枚数を多くすることができる。また、円形状に等間隔で配置することによって、多数のウエハ１８を均一な条件で処理することが可能である。

また、各ディスクパッド３２は、２つの保持部３４ａ，３４ｂによって、半径方向で軸支されている。また、外周部３３には、各ディスクパッド３２と対面する位置に、略円形の開口部３５が形成されている。また、この開口３５の内径は、ディスクパッド３２の外径よりも大きくされているため、各ディスクパッド３２は、ディスクパッド３２の装着面側にイオンビームが照射される第１位置（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す位置）と、裏面側にイオンビームが照射される第２位置（図６（Ｃ）に示す位置）との間で回転自在である。なお、本実施形態において、ディスクパッド３２の回転軸をウエハディスクの半径方向と略平行にする場合を例に説明するが、これに限るものではなく、例えば、回転軸をウエハディスク１２の半径方向と直交させても良い。

また、各ディスクパッド３２の周縁部には、２つのピン４０ａ，４０ｂが互いに対向する位置で、半径方向に突出するように設けられている。さらに、固定ピン４０ａの近傍には、平板状の押圧部４１が設けられている。この押圧部４１は、ディスクパッド３２を回転させる際に、真空搬送アームに形成された押圧ピン（図６参照）５０によって押圧される。

また、開口部３５には、ディスクパッド３２を回転止めする固定金具４２ａ，４２ｂが設けられている。固定金具４２ａは、ピン４０ａを係止してディスクパッド３２を回転止めする固定位置（図６（Ａ）に示す位置）と、このピン４０ａから退避してピン４０ａとの係止が解除される解除位置（図６（Ｂ）に示す位置）との間でスライド自在にされている。また、固定金具４２ｂも同様に、ピン４０ｂを係止して回転止めする固定位置と、ピン４０ｂとの係止が解除される解除位置との間でスライド自在にされている。なお、これらの固定金具４２ａ，４２ｂは、前述のようにスライド自在なものに限らず、固定位置と解除位置との間で回転自在に設けても良い。

また、ディスクパッド３２は、表面がシリコンパッド（シリコンラバー）で形成され、裏面がアルミで形成されている。さらに、ディスクパッド３２の表面には、ウエハ３２を固定するためのクランプ４４が設けられている。このクランプ４４は、ウエハディスク１２の半径方向外周端側に配置されている。また、前述したように、ウエハディスク１２の外周部３３は、イオンビーム照射面側に屈曲されているため、ウエハディスク１２が回転された時に、ウエハ１８に作用する遠心力が、クランプ４４側だけでなく、ディスクパッド３２の装着面側にも分散されるため、ウエハディスク１２の回転中でもディスクパッド３２によってウエハ１８が安定して保持される。また、クランプ４４側の端部に力が集中して、ウエハ１８の端部が損傷することを防止できる。

次に、図７を参照して、イオン注入装置１０の電気的構成について説明する。イオン注入装置１０には、装置全体を制御する制御部６０が設けられている。この制御部６０には、イオン源１４、分析マグネット１５、分析スリット１６、加速管１７、モータ２２，２５、カウンタ６１、大気搬送アーム６２、及び真空搬送アーム６３が接続されている。これらは、制御部６０によって制御される。

カウンタ６１は、カセット内に収納されたウエハ１８の枚数をカウントするカウント手段であり、カウントデータを制御部６０に出力する。大気搬送アーム６２は、筺体１３の外部に配置されており、制御部６０は、この大気搬送アーム６２を制御することによって、カセット内のウエハ１８をバッファカセットに搬送させる。なお、このバッファカセットは、大気搬送−真空搬送の受け渡し機である。また、真空搬送アーム６３は、筺体１３内に配置されている。

また、制御部６０は、ウエハ１８の処理枚数がディスクパッド３２の数よりも少ないか否かを判定する判定手段である。ディスクパッド３２の数よりも少ない場合、制御部６０は、前述のカウントデータに基づいて真空搬送アーム６３を制御することによって、ウエハ１８が装着されないディスクパッド３２を反転させるとともに、その他のディスクパッド３２にウエハ１８を搬送して、ディスクパッド３２にウエハ１８を装着させる。

また、制御部６０は、モータ６２，６３を制御して、ウエハディスク１２を回転及び並進移動させるとともに、イオン源１４、分析マグネット１５、分析スリット１６、及び加速管１７を制御して、イオンビームをウエハ１８に照射させる。なお、イオンビームの注入スポットは、１０〜５０ｍｍであり、ウエハ１８の直径は２５〜３０ｃｍ程度である。このため、ウエハディスク１２の並進範囲をウエハ１８の直径と略等しくすることによって、ウエハ１８に対して均一にイオンビームを照射することが可能である。

次に、上記構成のイオン注入装置１０の作用について、２４枚／Ｌｏｔの処理を行う場合を例に説明する。最初に、２４枚のウエハ１８が入ったカセットをカセットステージ上にセットする。次に、カウンタ６１によって、カセットステージにセットされたカセット内のウエハ１８の枚数をカウントする。この場合、ウエハ１８の枚数は２４枚であり、１回に処理可能な枚数（１７枚）よりも多いため、搬送アーム６２によって、このカセット内の２４枚のウエハ１８のうち１７枚がバッファカセットに搬送される。

１７枚のウエハがバッファカセットに搬送され、バッファカセットが筺体１３内にセットされた後、筺体１３内の真空搬送アーム６３によって、バッファカセット内のウエハ１８が１枚ずつディスクパッド３２に搬送されて、クランプ４４によって固定される。

この時、図８（Ａ）に示すように、全てのディスクパッド３２にウエハ（斜線で示す）１８が装着され、全てのディスクパッド３２の装着面がイオンビームと対向する位置に固定されている。その後、ウエハディスク１２が回転及び並進移動されながら、イオンビームがウエハ１８の表面に照射されて、イオンが注入される。

イオンが注入された後、真空搬送アーム６３によって、１７枚のウエハ１８がディスクパッド３２から取り外される。次に、カウンタ６１によって、カセットステージにセットされたカセット内のウエハ枚数をカウントする。この場合、ウエハ１８の枚数は７枚であり、最大処理可能枚数（１７枚）よりも少ない。

その後、大気搬送アーム６２によって、カセット内の７枚のウエハ１８が順次バッファカセットに搬送される。さらに、制御部６０は、カウンタ６１から取得したカウントデータに基づいて、ウエハ１８が装着されるディスクパッド３２のパッドナンバーと、ウエハ１８が装着されないディスクパッド３２のパッドナンバーとを決定する。

制御部６０は、これらのパッドナンバーに基づいて真空搬送アーム６３を制御して、ウエハ１８が装着されない１０枚のディスクパッド３２の固定治具４２ａ，４２ｂを解除位置に移動させる。さらに、制御部６０は、真空アーム６３を制御して、押圧ピン５０を押圧部に押し当てて、１０枚のディスクパッド３２を反転させて裏面をイオンビーム照射面側に向ける。

ディスクパッド３２を反転させた後、制御部６０は、真空搬送アーム６３を制御して、固定治具４２ａ，４２ｂを再び固定位置に移動させて、１０枚のディスクパッドを回転止めする。さらに、制御部６０は、真空搬送アーム６３を制御して、バッファカセット内の７枚のウエハ１８を各ディスクパッド３２に装着する。

この時、図８（Ｂ）に示すように、７枚のディスクパッド（斜線で示す）３２にはウエハ１８が装着され、残りの１０枚のディスクパッド３２はウエハ１８が装着されずに裏向きにされている。その後、ウエハディスク１２を回転及び並進移動させながら、イオンビームがウエハ１８に照射されて、７枚のウエハ１８にイオンが注入される。この時、ダミーウエハを使用しなくても、前述したように、ディスクパッド３２の裏面がアルミで形成されているので、ディスクパッド３２が劣化することはない。

なお、上記本実施形態において、クランプをディスクパッド上に配置する場合を例に説明したが、これに限るものではなく、クランプをウエハディスク上に設けて、ディスクパッドの外側でウエハを固定しても良い。また、各ディスクパッドに１つのクランプを設けた場合を例に説明したが、これに限るものではなく、各ディスクパッドに複数のクランプ、例えば、３個のクランプを等間隔に配置しても良い。

また、上記実施形態において、真空搬送アームに形成された押圧ピンによってディスクパッドを回転させる場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、ディスクパッドをモータによって回転させても良い。この場合、制御部が、ウエハ枚数に基づいてモータを制御して、ウエハが装着されないディスクパッドを反転させれば良い。

イオン注入装置の構成を示す概略断面図である。 ウエハディスクの構成を示す平面図である。 ウエハディスクの構成を示す断面図である。 ディスクパッドの構成を示す平面図である。 ディスクパッドの構成を示す断面図である。 固定金具の移動を示す断面図である。 イオン注入装置の電気的構成を示すブロック図である。 ウエハディスクにウエハが装着された状態を示す平面図であり、全てのディスクパッドにウエハが装着された状態と、７枚のディスクパッドのみにウエハが装着された状態とを示している。

符号の説明

１０ イオン注入装置
１２ ウエハディスク
３２ ディスクパッド
３４ａ，３４ｂ 保持部
４０ａ，４０ｂ ピン
４１ 押圧部
４２ａ，４２ｂ 固定金具
４４ クランプ
５０ 押圧ピン
６３ 真空搬送アーム

Claims (7)

1. ウエハが装着される複数のウエハ装着部を有するウエハディスクを備え、前記ウエハディスクを円周方向に回転させながら、前記ウエハにイオンビームを照射して前記ウエハにイオンを注入するイオン注入装置において、
   前記ウエハの装着面側に前記イオンビームが照射される第１位置と、前記装着面の裏面側に前記イオンビームが照射される第２位置との間で前記ウエハ装着部を前記ウエハディスクに対して回転させる回転機構を備え、
   前記ウエハの処理枚数が前記ウエハ装着部の数よりも少ない場合、前記回転機構によって、前記ウエハが装着されない前記ウエハ装着部を前記第２位置に回転させた状態で、前記ウエハにイオンを注入することを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記ウエハの枚数をカウントするカウント手段と、前記カウント手段のカウントデータに基づいて、前記ウエハの枚数が前記ウエハ装着部の個数よりも少ないか否かを判定する判定手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記ウエハディスクの外周部は、前記イオンビームの照射面側に向けて内側に屈曲されており、前記複数のウエハ装着部は、前記外周部で円形状に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
4. 前記回転機構は、前記第１位置と前記第２位置との間で前記ウエハ装着部を回転自在に保持する保持部材と、
   前記ウエハ装着部を係止して前記第１及び前記第２位置で回転止めする固定位置と、前記ウエハ装着部との係止が解除される解除位置との間で移動自在の固定部材とを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のイオン注入装置。
5. 前記ウエハ装着部の周縁部には押圧部が設けられ、前記ウエハを搬送する搬送手段によって、前記押圧部が押圧されて前記ウエハ装着部が回転されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のイオン注入装置。
6. 前記装着面はシリコンパッドで形成され、前記裏面はアルミで形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のイオン注入装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のイオン注入装置を用いて、イオンが注入されたことを特徴とするウエハ。

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