JP2010003647A - イオン注入装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】イオン注入中におけるウェーハの自転の抑制と、ウェーハ内の均一な温度分布とを両立するイオン注入装置を提供する。
【解決手段】ウェーハＷを保持すると共にウェーハＷを円周に沿って旋回させる保持手段を備え、円周の一部と重なる領域に照射されるイオンビームを用いて、ウェーハＷにイオン注入を行うイオン注入装置において、保持手段は、ウェーハＷの周縁に当接して該ウェーハＷを保持する３つ以上の保持ピン２０を有し、保持ピン２０は、少なくともウェーハの周縁との当接部分が熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を形成材料とする第１保持ピン２０Ａと、少なくともウェーハＷの周縁との当接部分がグラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピン２０Ｂと、を含み、複数の保持ピン２０のうち、少なくともウェーハＷの回転方向に対して最も後側に位置する保持ピン２０は、第１保持ピン２０Ａであることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の基板にイオン注入するイオン注入装置に関し、特に、イオン注入中のウェーハの自転防止と、ウェーハ内の均一な温度分布とを両立したイオン注入装置に関する。
従来、高速かつ低消費電力である半導体デバイスを形成する観点から、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が注目されている。ＳＯＩ基板は、絶縁性の高い埋め込み酸化膜と、これを覆う薄いシリコン層（ＳＯＩ層）とを有しており、シリコン層を活性層として用いることで、半導体デバイスの高集積化、低消費電力化、高速化、高信頼性等を実現することができる。
このようなＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせて形成する貼り合わせ法や、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）法などにより製造されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＩＭＯＸ法では、４００〜６００℃程度の加熱環境下でシリコンウェーハにイオン注入装置により酸素イオンを注入した後に、より高い加熱（アニーリング）をしてシリコンウェーハ内部に酸化膜を形成し、ＳＩＭＯＸウェーハ（ＳＯＩ基板）を製造している。ＳＩＭＯＸ法に用いるイオン注入装置としては、例えば特許文献２に開示されているものがある。
特許文献２のイオン注入装置は、ホイール型の基板支持部材と、基板支持部材のハブ及びアームを介して設けられた基板保持部と、イオンビームを発生するビームライン部と、を有している。ウェーハは、イオン注入装置に付設されるウェーハの搬入部において基板保持部に保持され、基板支持部材の回転やハブの揺動によりイオンビームでスキャンされる。ウェーハは、被処理面にイオンビームが照射されてイオンを注入された後に、基板支持部材の回転により搬入部まで運ばれて搬出される。
特許文献３では、このようなイオン注入装置の基板保持部に、複数の基板保持ピンでウェーハを保持するピン構造を採用し、複数の基板保持ピンがウェーハの周縁に当接して保持する構成を提案している。このような構造を備えるイオン注入装置では、基板保持部におけるウェーハの保持機構を単純にできると共に、ウェーハと基板保持部との接触面積を低減し、ウェーハを保持する際のこすれによるウェーハの破損を抑制することができる。また、特許文献３の基板保持ピンは、熱硬化性樹脂で形成している。例えば基板保持ピンが金属材料である場合には、基板保持ピンに照射されるイオンビームにより金属のスパッタリングが起こり、ウェーハ上を汚染するおそれがあるが、基板保持ピンが樹脂製であるためこのような汚染の心配がなく良好なイオン注入が可能となっている。
米国特許第５９３０６４３号明細書 特開２００３−４５３７１号公報 米国特許第６７９４６６２号明細書
ところで、ＳＯＩ基板の仕様のうち最も重要なものとして、酸化膜によりシリコンウェーハのバルクから分離されるＳＯＩ層の層厚がある。ＳＯＩ層の層厚は、ＳＯＩ基板を用いたデバイス作成プロセスの条件やデバイス特性に大きな影響を及ぼすため、設計通りの層厚である事のみならず、ウェーハ内でＳＯＩ層の層厚の差が極力無く一様な厚みのＳＯＩ基板が求められている。
このようなＳＯＩ層の層厚差が生じる原因としては、例えば、イオン注入中におけるウェーハの面内での温度差が考えられる。近年、ＳＩＭＯＸ法を用いたＳＯＩ基板の形成工程においては、酸素プラズマに由来する酸素イオン（Ｏ２ ＋など）の注入量や注入エネルギーの他に、酸素イオン注入時からＳＯＩ層形成に至るまでの間のウェーハ温度が、層厚の均一性に大きな影響を与えることが明らかとなってきている。酸素イオン注入後のウェーハ温度がウェーハ面内で均一でない場合、酸素イオンの拡散や、酸素イオンとシリコン層との反応に差を生じ、結果、面内でＳＯＩ層の層厚が均一にならないことが考えられる。
イオン注入処理を行うと、ウェーハはイオンの衝突により受けるエネルギーで加熱され、作業環境よりも高温となる。上記特許文献３のようにピン構造でウェーハを保持する場合、ウェーハと当接する基板保持ピンを介してウェーハに蓄熱する熱が逃げるため、ウェーハ面内で基板保持ピンの周辺の温度が他の箇所と比べて低下して温度差を生じる。その結果、ＳＯＩ層の層厚が不均一となるおそれがある。
また、イオン注入は加熱環境下で処理を行うが、この際の環境温度は、通常の熱硬化性樹脂のガラス転移温度と同等かそれ以上の温度であるため、樹脂製の基板保持ピンが軟化し保持が緩くなりやすい。そのため特許文献３の構造では、イオン注入の過程ではウェーハが基板保持ピンに当接したまま、自身の法線方向に平行な軸周りに自転しやすい。通常、ウェーハには、様々な工程中での向きを合わせるため、オリフラまたはノッチと呼ばれる切り欠きが設けられているが、ウェーハが自転してこれらの切り欠きが基板保持ピンの位置まで移動すると、保持が緩みウェーハが落下するトラブルが懸念される。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、イオン注入中におけるウェーハの自転の抑制と、ウェーハ内の均一な温度分布とを両立することが可能なイオン注入装置を提供することを目的とする。
上記課題に対し、発明者らが検討を重ねた結果、ウェーハを保持する基板保持ピンの配置位置に応じて、基板保持ピンの好適な形成材料を選択することにより、イオン注入中のウェーハ自転の防止と、均一な温度分布とを両立できることを知見した。
そこで、本発明のイオン注入装置は、ウェーハを保持すると共に前記ウェーハを円周に沿って旋回させる保持手段を備え、前記円周の一部と重なる領域に照射されるイオンビームを用いて、前記ウェーハにイオン注入を行うイオン注入装置において、前記保持手段は、前記ウェーハの周縁に当接して該ウェーハを保持する３つ以上の保持ピンを有し、前記保持ピンは、少なくとも前記ウェーハの周縁との当接部分が熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を形成材料とする第１保持ピンと、少なくとも前記ウェーハの周縁との当接部分がグラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピンと、を含み、複数の前記保持ピンのうち、少なくとも前記ウェーハの回転方向に対して最も後側に位置する保持ピンは、前記第１保持ピンであることを特徴とする。
発明者らの検討により、イオン注入中のウェーハにおける温度勾配は、ウェーハの回転方向に対して後側に位置する保持ピンの周囲で発生しやすいことが明らかとなった。このことは即ち、当該位置では基板の熱量が放熱しやすいことを示している。そのため、本発明においては、当該位置の保持ピンを熱伝導率が低い熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を形成材料とした第１保持ピンとすることで、温度勾配の発生を抑制することができる。
また、グラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピンがウェーハを良好に保持するため、イオン注入中のウェーハの自転を防止することができる。
したがって、上記のような構成によれば、イオン注入中のウェーハの自転を防止してウェーハの落下を防ぐと共に、保持ピンとの当接箇所周辺でウェーハに温度勾配ができること抑制し、良好なイオン注入を行うことが可能なイオン注入装置とすることができる。なお、本発明において、ウェーハの周縁とは、ウェーハ表裏面の縁を結ぶ厚さ方向の面、およびこれらの境界をベベリング（研削）した部分を意味するものである。
本発明においては、前記第１保持ピンの形成材料は、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上で１００Ω・ｃｍ以下のポリイミド樹脂であることが望ましい。
このように低い抵抗値を備えるポリイミド樹脂は電気伝導率が高く、イオン注入によりウェーハに帯電する電荷を逃がすことができる。そのため、上述の効果に加え、ウェーハに帯電した電荷によるウェーハの破損を抑制し、良好なイオン注入を行うことができる。
本発明によれば、基板を保持する保持ピンの材料を保持ピンの配置位置に応じて異ならせることで、イオン注入中におけるウェーハの自転の抑制と、ウェーハ内の均一な温度分布とを両立し、均一な厚みのＳＯＩ層を形成することが可能なイオン注入装置を提供することができる。
以下、図１〜図７を参照しながら、本発明の実施形態に係るイオン注入装置について説明する。ここでは、本実施形態のイオン注入装置を、シリコンウェーハに酸素イオンを注入してＳＯＩ基板を作成するＳＩＭＯＸ法に用いるものとして説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の層厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
図１は、本実施形態のイオン注入装置１を示す概略図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）はイオン注入装置１の動作を示す模式図である。
図１（ａ）に示すように、イオン注入装置１は、ウェーハＷに対してイオン注入を行うイオン注入部２と、ウェーハＷに照射されるイオンビームを発生させるイオンビーム発生部３と、イオン注入部２が備えるチャンバ５内へウェーハＷの搬入と搬出とを行うウェーハ搬入部４とを備えている。チャンバ５内には複数のウェーハＷを保持する保持部材（保持手段）１０が配置されており、チャンバ５の壁面には、イオンビーム発生部３で発生するイオンビームの射出口６が設けられている。チャンバ５内は、イオン注入中は不図示の真空ポンプにより所定の真空度まで減圧され、イオン注入に適した温度に加温される。
保持部材１０は、ウェーハＷを一端で保持するウェーハホルダ１１と、複数のウェーハホルダ１１が他端で接続するハブ１２を有している。複数のウェーハホルダ１１は、ハブ１２から放射状に広がるように設けられている。また、保持部材１０は、ハブ１２が矢印ａの方向に回転することで、複数のウェーハホルダ１１およびウェーハホルダ１１に保持されるウェーハＷが旋回する構成となっている。保持部材１０は、例えば７０ｒｐｍで旋回する。
保持部材１０に保持されている複数のウェーハＷの回転円周と射出口６とは平面的に重なって配置されており、保持部材１０の回転に伴って、射出口６から射出されるイオンビームは複数のウェーハＷに照射される。本実施形態のイオン注入装置１では、イオンビーム発生部３で、酸素プラズマに由来する酸素イオンを発生させ、ウェーハＷに酸素イオン注入を行う。なお、イオン注入装置１には、更に保持部材１０を回転させるための機構や、射出口６に対向配置されるビームストップなどの付帯機器が付設されるが、図１（ａ）ではそれらを省略している。
図１（ｂ）に示すように、イオンビーム発生部３は、ガスを放電させプラズマ状態とすることで注入するイオンを発生させるイオン発生部３ａと、内部を透過するイオン種に影響する磁界を発生させ、所望の質量のイオン種のみを取り出す質量分析系３ｂと、を有している。イオン発生部３ａで発生させたイオンは、不図示の引き出し電極により引き出され、加速された後、質量分析系３ｂを介することで所望のイオン種のみが含まれるイオンビームＩＢとなる。イオンビームＩＢは、開口部６と重なる位置において、ウェーハホルダ１１に保持されるウェーハＷに向かって照射され、ウェーハＷにイオン注入が行われる。
イオン注入が終了したウェーハＷは、保持部材１０の動作によりウェーハ搬入部４による搬出位置まで移動したのちに、チャンバ５内から取り出される。ウェーハＷを取り出した後に、ウェーハ搬入部４は新たなウェーハＷをウェーハホルダ１１に取り付け、同様に新たなウェーハＷに対してイオン注入処理を行う。
図２はイオン注入装置１の主要部分である保持部材１０を示す模式斜視図であり、図１（ａ）の保持部材１０を紙面奥側から紙面手前側に見た斜視図である。
保持部材１０は、ハブ１２の回転軸を中心とする仮想的な円周１５上に複数のウェーハＷを保持した構成となっている。射出口６から射出されたイオンビームＩＢは、ウェーハＷが配置されている円周１５と重なる領域に照射されており、保持部材１０が矢印ａの方向に旋回することにより、複数のウェーハＷはイオンビームＩＢが照射されている領域を次々に通過し、すべてのウェーハＷにイオン注入を行う。
図３は、保持部材１０におけるウェーハホルダ１１を示す模式図であり、図３（ａ）はウェーハホルダ１１の概略斜視図、図３（ｂ）はウェーハＷを保持した状態におけるウェーハＷの被処理面側からの正面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の矢印Ａ方向からの側面図である。
図３（ａ）に示すように、ウェーハホルダ１１は、平面視略Ｔ字型の支持体１１ａと、支持体１１ａの３カ所に設けられた保持ピン２０とを有している。保持ピン２０のうち２つは、平面視略Ｔ字型の支持体１１のうち、Ｔ字の横線にあたる部分の両端に固定されており、残る１つはＴ字型の縦線にあたる部分に、該縦線に沿って可動として設けられている。
図３（ｂ）に示すように、ウェーハＷを保持する際には、可動の保持ピン２０を他の２つの保持ピン側に移動させ、ウェーハＷを可動保持ピンと固定保持ピンとではさむことで、ウェーハＷを３点支持する構成となっている。
図３（ｃ）に示すように、保持ピン２０は、ウェーハＷが周縁Ｗ１で保持された状態において、ウェーハＷの法線Ｎと保持ピン２０の軸線Ｓが同方向となるように設けられている。
本発明の保持ピン２０は、ウェーハホルダ１１における配置位置によって異なる材料で形成されている。以下、詳細に説明する。
図４は保持ピン２０の概略側面図である。図４に示すように、保持ピン２０は、ウェーハＷの被処理面とは反対側の面に表面２１ａで当接するフランジ部２１と、該フランジ部２１の表面２１ａ側から突出しウェーハＷの周縁Ｗ１と当接する保持部２２と、一端がフランジ部２１の裏側に結合すると共に、他端が不図示のウェーハホルダ１１と結合する固定部２３と、を有している。保持部２２の基部（フランジ部２１側）は、ウェーハＷの周縁Ｗ１に当接する当接部分Ｔとなっている。保持部２２および当接部分Ｔの径方向断面は略円形となっている。
保持ピン２０の各寸法は、例えば直径３００ｍｍウェーハを保持するために用いる保持ピンの場合では、フランジ部２１の直径寸法は１〜３ｃｍ、フランジ部２１の厚み寸法は３〜５ｍｍ、保持部２２の直径寸法は５〜１０ｍｍ、保持部２２の高さ寸法は５〜１５ｍｍ、とされており、固定部２３は、保持部２２と同径で高さ寸法１０〜３０ｍｍとされている。
このような保持ピンの材料として、従来、熱硬化性樹脂やグラファイト、およびこれら熱硬化性樹脂とグラファイトとの複合材料を形成材料として用いる構成が知られている。熱硬化性樹脂は、熱伝導率が低くイオン注入中のウェーハＷの温度均一性を保つ事ができる一方で、高温環境下で軟化することで曲げ強度が低下し、保持部材１０の旋回により生じる遠心力の影響でウェーハＷの保持が困難となる。その結果、イオン注入中にウェーハが自転してしまい、イオン注入処理中にウェーハの落下を起こしやすい。一方、グラファイトを含む材料用いると、高温環境下で軟化することなく曲げ強度を維持しやすいが、熱伝導率が高いためウェーハＷとの当接部分を介してウェーハＷから熱量が逃げるため、イオン注入中のウェーハＷの温度均一性を保つ事が困難となっていた。
そこで、本発明の保持ピン２０においては、熱硬化性樹脂を形成材料とする第１保持ピン２０Ａと、グラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピン２０Ｂと、を併用することとしている。本実施形態では、第２保持ピン２０Ｂを、第１保持ピンの形成材料とグラファイトとの複合材料で形成している。
第１保持ピン２０Ａの形成材料である熱硬化性樹脂としては、高温環境下で長時間使用できるスーパーエンプラを好適に用いることができ、例えばポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などを挙げることができる。
これらの中でも、導電性を備えるポリイミド樹脂を用いると、イオン注入によりウェーハに帯電（チャージアップ）した電荷を逃がすことができ、ウェーハに帯電した電荷による酸化膜の破損や、周囲の部材との間での放電といった不具合を防ぐことができ好適である。導電性は、電気伝導率の逆数である抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上で１００Ω・ｃｍ以下程度が好ましい。抵抗率は、例えばＪＩＳ Ｋ７１９４「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に定められた方法を用いて測定することができる値である。樹脂に、導電性を付与する添加剤を混合して保持ピンを形成することとしても良い。
第２保持ピン２０Ｂは、第１保持ピン２０Ａの形成材料である熱硬化性樹脂とグラファイトとの複合材料で形成される。本実施形態では、第２保持ピンの形状をポリイミド樹脂で成形し、その後、還元雰囲気で２００〜３００℃程度の加熱条件で２０〜３０分間処理をして表面を炭化することで、０．１〜５００μｍの厚さのグラファイトが表面の全体に設けられ、且つ内部がポリイミド樹脂である第２保持ピンを形成する。
本実施形態のイオン注入装置では、このような第１保持ピン２０Ａを１本、第２保持ピンを２本用いることとしており、熱硬化性樹脂の熱伝導率の低さ、およびグラファイトを含む材料の高温環境下での剛性、という両材料の備える利点を具備する構成としている。
次いで、図５、６を用いて、第１，第２保持ピンの配置位置について説明する。図５は、ウェーハホルダ１１の保持ピン２０で保持したウェーハＷにイオンビームが照射される様子の一例を示す模式図である。
イオンビームＩＢは、例えば長軸Ｌ、短軸Ｍの楕円形として照射される。このようなイオンビームＩＢは、矢印ａの方向と相対的に交差する方向に走査され、領域ＡＲにイオンビームＩＢが照射される。このイオンビームＩＢの走査は、例えば、図１に示すイオンビーム発生部３から射出される際に、電場または磁場を用いてイオンビームＩＢを走査方向に曲げることで行う。一方、保持ピン２０で保持されたウェーハＷは、図１で示した保持部材１０の旋回に伴い、矢印ａの方向に移動する。すると、帯状に照射されるイオンビーム照射領域ＡＲがウェーハＷを横切ることとなる。
このようにイオンビーム照射を行う場合、ウェーハＷの保持ピン２０と当接する周辺では次のような温度変化を生じることが考えられる。図６は、ウェーハＷに蓄熱する熱量の移動の様子を示す模式図であり、図６（ａ）は、ウェーハＷを保持する保持ピン２０のうち、回転方向である矢印ａの方向に対して前側の保持ピン２０ｚの周辺を示し、図６（ｂ）は、矢印ａの方向に対して後ろ側の保持ピン２０ｘの周辺を示している。
図６（ａ）に示すように、領域ＡＲ１に照射されるイオンビームにより、ウェーハＷの領域ＡＲ１と重なる部分には酸素イオンが注入される。同時に、イオン注入によるエネルギーでウェーハＷと領域ＡＲ１と重なる領域は加熱される。
ウェーハＷは旋回に伴い矢印ａの方向に移動するため、例えば、１往復のイオンビーム走査で領域ＡＲ１と重なる部分にイオンビームを照射（領域ＡＲ１と重なる部分を加熱）した後、次の走査では領域ＡＲ１とは異なった領域である領域ＡＲ２と重なる部分にイオンビームを照射することとなる。
領域ＡＲ２と重なる部分にイオンビームを照射している間、領域ＡＲ１と重なる部分に蓄熱されている熱量Ｈ１は、ウェーハＷに当接する保持ピン２０ｚを介して放熱される。しかし、同時に領域ＡＲ２と重なる部分が加熱されているため、ウェーハＷを伝って保持ピン２０ｚの周囲に熱量Ｈ２が供給されることとなる。そのため、保持ピン２０ｚの周囲のウェーハＷでは、イオン注入後に急な温度低下が無く、温度勾配を生じにくい。このような熱量の再分配は、保持ピン２０ｙの周囲のウェーハＷでも同様に生じる。
対して、図６（ｂ）に示すように、保持ピン２０ｘの周囲のウェーハＷでは、領域ＡＲ３に照射されるイオンビームにより、ウェーハＷの領域ＡＲ３と重なる部分が加熱され、蓄熱される熱量Ｈ３は保持ピン２０ｘを介して放熱される。しかし、次の走査ではイオンビームが照射される領域ＡＲ４がウェーハＷ上にない（または、隣接するウェーハＷに照射している）ため、ウェーハＷにおいて矢印ａ方向に対して後側の領域から保持ピン２０ｘの周囲に供給される熱量がない。したがって、保持ピン２０ｘの周囲のウェーハＷではイオン注入後に急な温度低下が起こり、温度勾配が発生しやすいと考えられる。
そこで、本実施形態のイオン注入装置１では、急な温度低下が起こりやすいと考えられる保持ピン２０ｘには、熱伝導率が小さい熱硬化性樹脂を形成材料として用いる第１保持ピン２０Ａを採用し、放熱量を少なく抑えている。また、急な温度低下が起こりにくいと考えられる他の保持ピン２０ｙ，２０ｚは、第１保持ピンと比べると放熱しやすいが熱による軟化を起こしにくくウェーハＷを保持しやすい第２保持ピン２０Ｂを採用し、ウェーハＷの自転を防止している。
このように、保持ピン２０の配置位置に応じて好適な形成材料を選択することにより、ウェーハＷの自転の防止と、温度勾配の発生の抑制と、を両立することができる。
以上のような構成のイオン注入装置１によれば、イオン注入中のウェーハＷの自転を防いでウェーハＷの落下を防止し、また、保持ピンとの当接箇所周辺でウェーハＷに温度勾配ができること抑制し、良好なイオン注入を行って高品質なＳＯＩ基板を形成することができる。
また、本実施形態では、第１保持ピンの形成材料を、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上で１００Ω・ｃｍ以下程度であるポリイミド樹脂としている。そのため、イオン注入によるウェーハＷのチャージアップを抑制し、良好なイオン注入を行うことができ、高品質なＳＯＩ基板を形成することができる。
なお、本実施形態においては、イオン注入装置１を、シリコンウェーハに酸素イオンを注入してＳＯＩ基板を形成するＳＩＭＯＸ法に用いることとして説明したが、ＳＩＭＯＸ法の種類としては、Ｈｉｇｈ Ｄｏｓｅ ＳＩＭＯＸ法、Ｌｏｗ Ｄｏｓｅ ＳＩＭＯＸ法、ＭＬＤ（Modified Low Dose）法など、通常知られたいずれのＳＩＭＯＸ法にも好適に適用することができる。
また、本実施形態においては、ＳＯＩ基板を形成するために、注入するイオン種は酸素イオンであることとしたが、目的に応じて他のイオン種を選択することもできる。
また、本実施形態においては、第１保持ピンは熱硬化性樹脂で形成するものとしたが、イオン注入時の高温環境で使用できる耐熱性を備えるならば、光硬化性樹脂を用いることもできる。
また、本実施形態においては、第２保持ピンはグラファイトで表面を覆ったポリイミド樹脂で形成しているとしたが、例えばポリイミド樹脂の中に粒径１０〜１００μｍ程度のグラファイト粒を均一に分散させた複合材料で形成することもできる。
また、第２保持ピンの形成材料に高温環境下で軟化しないグラファイトを含む形成材料を選択し、高温環境下での軟化を防止して良好な保持を行うという本発明の趣旨から、第２保持ピンを前述の形態から変形可能なことは明らかである。以下、第２保持ピンについて、いくつかの変形例を説明する。図７は、変形例を示す概略図である。
図７（ａ）は第１の変形例を示す側面図であり、図４に対応する図である。図に示すように、第２保持ピン２０Ｃのフランジ部２１および固定部２３は、第１保持ピンと同じように熱硬化性樹脂製であり、保持部２４のみがグラファイトを含む材料とされている。保持部２４はフランジ部２１に面する端部に凸部２４ａを有し、フランジ部２１に設けられた固定穴２１ｂに嵌合してフランジ部２１に固定されている。なお、固定穴を保持部２４側に設けて凸部をフランジ部２１に設けることもできる。また、これらを嵌合のみならず、螺合させてより強固に固定することも可能である。
このような構成の第２保持ピン２０Ｃでは、グラファイトを含む保持部２４によりウェーハＷが回転してしまうことを防止できるとともに、フランジ部２１および固定部２３が低い熱伝導率の熱硬化性樹脂製とされているため、ウェーハＷから逃げる熱量を減少することができる。したがって、ＳＯＩ層の膜厚が第２保持ピン２０Ｃに接触する付近で均一にならないことを防止することができる。
図７（ｂ）は第２の変形例を示す概略断面図である。第２保持ピン２０Ｄのフランジ部２１、固定部２３、保持部２２の大部分は熱硬化性樹脂からなる一体ものとされるが、当接部分Ｔのみがグラファイトを含む材料で作られた当接部材２５とされている。保持部２２には、当接部分Ｔに対応する固定穴が設けられ、この固定穴に当接部分となる当接部材２５が嵌合して、これにより、当接部材２５が保持部２２に固定されている。
ここで、当接部材２５の寸法は、例えば注入工程において当接したウェーハの面内方向寸法（ピン軸径方向厚み寸法）が０．５ｍｍ〜１ｃｍの範囲、また、同ウェーハ厚み方向寸法（ピン高さ方向寸法）が１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、同ウェーハ縁に沿った方向寸法（ピン軸幅方向寸法）が１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。
このような構成の第２保持ピン２０Ｄでは、当接部分Ｔに配置される当接部材２５がグラファイトを含む材料とされているので、ウェーハＷが回転してしまうことを防止できるとともに、フランジ部２１および固定部２３が熱硬化性樹脂製とされているので熱伝導率が低く、ウェーハＷから逃げる熱量を減少して、ＳＯＩ層の膜厚をより均一にすることが可能となる。
なお、円筒状のグラファイト製当接部材を多少小径の保持部分に嵌合させる、保持部分に径方向に貫通した固定穴を設けて棒状のグラファイト製当接部材を嵌合させる等の構成も可能である。
これら変形例に示す第２保持ピンを備えたイオン注入装置であっても、同様に、イオン注入中のウェーハの自転を防止することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
本発明の実施例として、ウェーハへのイオン注入工程において、ウェーハを保持する保持ピンの材質を変えて処理を行った結果を説明する。本実施例では、低濃度の酸素イオン注入を２回に分けて行うＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法を用いて評価を行った。図８は実施例の結果を示す図であり、図８（ａ）は、実施例におけるウェーハＷを保持する保持ピンの配置を説明する説明図、図８（ｂ）（ｃ）は、実施例における評価条件（保持ピンの配置位置）および評価結果を示す表である。
本実施例では、イオン注入工程におけるウェーハの自転の有無と、形成したＳＯＩ層の膜厚（層厚）レンジとを評価した。本実施例においては、ウェーハの自転の有無は、ウェーハに設けられたノッチの位置の変化で判断した。また、膜厚レンジとは、形成したＳＯＩ層の層厚を複数箇所で測定した際の、最大層厚と最小層厚との差を指すものである。膜厚レンジが小さいということは、ＳＯＩ層がより均一な層厚の良好なＳＯＩ基板である事を示す。
本実施例では、図８（ａ）に示すように、ウェーハＷを保持する保持ピンは３本とし、各保持ピンは矢印ａで示すウェーハＷの回転方向に対し、後ろ側から保持ピン２０ｘ，２０ｙ，２０ｚとした。各評価においては、これら保持ピンの形成材料を変更した他は同条件でＳＯＩ基板を作成し、イオン注入工程でのウェーハＷの自転の有無と、形成したＳＯＩ層の膜厚と、を評価した。
図８（ｂ）には、第１の実施例の結果を示す。第１の実施例では、ウェーハＷの回転方向に対し、最も後ろ側に位置する保持ピン２０ｘを熱硬化性樹脂製の第１保持ピン２０Ａとし、残る保持ピンをいずれもグラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピン２０Ｂとするもの（実施例１）、および保持ピン２０ｙを第２保持ピン２０Ｂとし、保持ピン２０ｚを第１保持ピン２０Ａとするもの（実施例２）を評価した。比較例として、保持ピンをすべて樹脂製の第１保持ピン２０Ａとするもの（比較例１）、保持ピンをすべて第２保持ピン２０Ｂとするもの（比較例２）を合わせて評価した。
第１の実施例のイオン注入条件は、１回目の酸素イオン注入を、注入エネルギー：１７８ｋｅＶ、注入量：２．４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、２回目の酸素イオン注入を、注入エネルギー：１６４ｋｅＶ、注入量：６．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、とした。
その結果、図８（ｂ）に示すように、保持ピン２０ｘを第１保持ピン２０Ａとする実施例１，２では、イオン注入時のウェーハの自転がなく良好に保持ができ、更に、小さい膜厚レンジを備えたＳＯＩ層を形成することができた。対して、すべての保持ピンが第１保持ピン２０Ａである比較例１では、膜厚レンジは実施例１，２と同等であったが、イオン注入中にウェーハが自転した。また、すべての保持ピンが第２保持ピン２０Ｂである比較例２では、ウェーハの自転はなかったが、ＳＯＩ層の膜厚レンジが実施例１，２よりも拡大した。
図８（ｃ）には、第２の実施例の結果を示す。第２の実施例では、３本の保持ピンのうちいずれか１本を第２保持ピン２０Ｂとし、残る保持ピンを第１保持ピン２０Ａとした３条件について評価した。即ち、保持ピン２０ｚを第２保持ピン２０Ｂとするもの（実施例３）、保持ピン２０ｙを第２保持ピン２０Ｂとするもの（実施例４）、ウェーハＷの回転方向に対し最も後ろ側に位置する保持ピン２０ｘを第２保持ピン２０Ｂとするもの（比較例３）、のそれぞれについて評価した。
第２の実施例のイオン注入条件は、１回目の酸素イオン注入を、注入エネルギー：２１６ｋｅＶ、注入量：２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、２回目の酸素イオン注入を、注入エネルギー：２００ｋｅＶ、注入量：４．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、とした。
その結果、図８（ｃ）に示すように、保持ピン２０ｘを第１保持ピン２０Ａとする実施例３，４と比べ、保持ピン２０ｘが第２保持ピン２０Ｂである比較例３では、ＳＯＩ層の膜厚レンジが拡大した。なお、第２の実施例では、いずれもウェーハの自転は見られなかった。
これらの結果より、熱硬化性樹脂を形成材料とする第１保持ピンの配置位置による温度勾配の発生の抑制、グラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピンによるウェーハの自転防止が確認でき、本発明の構成が課題解決に有効であることが確かめられた。
本発明に係るイオン注入装置を示す概略図である。 本発明のイオン注入装置が有する保持部材を示す模式斜視図である。 保持部材におけるウェーハホルダを示す模式図である。 ウェーハの保持ピンを示す概略側面図である。 保持ピンで保持したウェーハへのイオン注入の様子を示す模式図である。 ウェーハに蓄熱する熱量の移動の様子を示す模式図である。 第２保持ピンの変形例を示す概略図である。 本発明の実施例の結果を示す図である。
符号の説明
１…イオン注入装置、１０…保持部材（保持手段）、１１…ウェーハホルダ、１５…円周、２０，２０ｘ，２０ｙ，２０ｚ…保持ピン、２０Ａ…第１保持ピン、２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…第２保持ピン、ＡＲ，ＡＲ１〜ＡＲ４…領域、ＩＢ…イオンビーム、Ｔ…当接部分、Ｗ…ウェーハ、Ｗ１…周縁

Claims (2)

  1. ウェーハを保持すると共に前記ウェーハを円周に沿って旋回させる保持手段を備え、前記円周の一部と重なる領域に照射されるイオンビームを用いて、前記ウェーハにイオン注入を行うイオン注入装置において、
    前記保持手段は、前記ウェーハの周縁に当接して該ウェーハを保持する３つ以上の保持ピンを有し、
    前記保持ピンは、少なくとも前記ウェーハの周縁との当接部分が熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を形成材料とする第１保持ピンと、
    少なくとも前記ウェーハの周縁との当接部分がグラファイトを含む形成材料からなる第２保持ピンと、を含み、
    複数の前記保持ピンのうち、少なくとも前記ウェーハの回転方向に対して最も後側に位置する保持ピンは、前記第１保持ピンであることを特徴とするイオン注入装置。
  2. 前記第１保持ピンの形成材料は、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上で１００Ω・ｃｍ以下のポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
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