JP2010015774A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの落下の防止と、ピンマーク発生の抑制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を保持し円周に沿って旋回させる保持手段１０を備え、所定の位置でウェーハＷを保持すると共に、円周の一部と重なる領域でウェーハＷにイオン注入を行うイオン注入装置であって、保持手段１０は、ウェーハＷを回動させて傾斜させると共に、３つ以上の保持ピン２０でウェーハＷを保持し、保持ピン２０は、樹脂材料を形成材料として含み、側面は逆テーパ形状であり、複数の保持ピン２０は、被さり量が相対的に少ない第１保持ピン２０Ａと相対的に多い第２保持ピン２０Ｂとを有し、傾斜したウェーハＷの面方向において該ウェーハＷの中心よりも上側の保持ピン２０は第２保持ピン２０Ｂであり、ウェーハＷにイオンを注入する位置において、第２保持ピン２０Ｂの側面の傾斜角が、ウェーハＷに対するイオンビームＩＢの入射角以下の角度である。
【選択図】図６

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、入れ替え操作におけるウェーハの落下の防止と、ピンマーク発生の抑制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、この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、イオン注入装置を用い、４００〜６００℃程度の加熱環境下でシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、より高い加熱（アニーリング）により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と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

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。

特許文献３では、基板保持ピンの側面に凹部またはテーパ部を設け、ウェーハを係合させてウェーハの保持を安定に行う構造を採用している。しかし、このような構造の場合、基板保持ピンの一部がウェーハの被処理面に被さる（平面的に重なる）ため、この被さり部分では基板保持ピンがイオンビームを遮蔽してしまう。すると、基板保持ピンの陰になった部分のイオン注入が妨げられ、ピンマークと呼ばれる注入イオン不足の箇所を生じてしまう。すると、形成されるＳＯＩ層に層厚差が生じるため、使用可能なウェーハ表面積が減少してしまう。

ピンマーク発生を防止するためには、基板保持ピンのウェーハへの被さり部分を小さくすることが考えられるが、この場合にはウェーハの保持が不安定になる。加えて、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。その場合、以下のような不具合が生じるおそれがある。

ウェーハは、搬送が容易であるため、多くの場合面方向が水平となる状態で移動・搬送される。対して、通常のイオン注入装置では、高温環境下におけるウェーハが自重でゆがみ・変形を生じることを防止するため、ウェーハを水平状態から立ててイオン注入を行う。そのため、イオン注入装置では、未処理のウェーハを水平に取り付けた後に、ウェーハを回動させて立てるという操作を行うことが多い。このような回動操作を行う場合に、基板保持ピンの保持が緩んでいるとウェーハが落下しやすい。

このような回動操作を、例えば２５０℃以下にまで冷却して入れ替え操作を行うと、高温で軟化した樹脂が冷却され曲げ強度を回復するため、ウェーハの落下を防止できる。しかし、その場合には、冷却に時間を要し、続いて行うイオン注入処理において再加熱する必要があるため、生産性が低下してしまう。

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、入れ替え操作におけるウェーハの落下の防止と、保持ピン周辺でのピンマーク発生の抑制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。

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、前記保持手段が所定の位置で前記ウェーハの面を前記円周の円周面に対して傾斜させて保持し、前記所定の位置と異なり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であって、前記保持手段は、保持する前記ウェーハを前記円周の直径方向に延びる回動軸周りに回動させて該ウェーハを傾斜させると共に、前記保持手段が備える３つ以上の保持ピンを前記ウェーハの周縁に当接させて該ウェーハを保持し、前記保持ピンは、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む形成材料を用いて形成され、前記保持ピンの側面は、前記ウェーハの周縁と当接し、前記ウェーハとの当接箇所から遠ざかる方向に逆テーパ状の傾斜を備えて形成され、前記当接箇所から前記ウェーハの中心方向へ延びる直線の、前記保持ピンと前記ウェーハとが平面的に重なる領域における長さを、前記保持ピンの被さり量とし、複数の前記保持ピンは、前記被さり量が相対的に少ない第１保持ピンと相対的に多い第２保持ピンとを含み、傾斜した前記ウェーハの面方向において該ウェーハの中心よりも上側に位置する保持ピンは、前記第２保持ピンであり、前記ウェーハにイオンを注入する位置において、前記ウェーハの法線に対する前記第２保持ピンの側面の傾斜角は、前記ウェーハの法線に対する前記イオンビームの傾きである入射角以下の角度であることを特徴とする。

回動運動にてウェーハを傾斜させる際に、ウェーハ中心に対して上方に位置する保持ピン周辺では、回動運動の方向に動こうとするウェーハを保持する力は、保持ピンとウェーハとの被さり部分による物理的な接触によるところが大きい。そのため、加熱環境下で樹脂製の保持ピンが軟化すると被さり部分による保持が緩みやすい。本発明の構成によれば、当該部分の保持ピンには他の保持ピンよりも相対的に被さり量が大きい第２保持ピンを取り付けることで保持力を向上している。そのため、本発明においては、すべてが同じ被さり量の保持ピンである場合と比べ、上方に位置する保持ピンでの保持力が強化され、落下を抑制することができる。

また、第２保持ピンの側面の傾斜角がイオンビームの入射角以下となるように制御しているため、第２保持ピンはイオンビームに対して陰にならず、保持力の大きい第２保持ピンの周辺にピンマークが発生しない。

したがって、上記のような構成によれば、入れ替え操作におけるウェーハの落下を防止すると共に、第２保持ピン周辺でのピンマーク発生を抑制し、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。また、イオンビームの入射角とはウェーハの法線方向と平行な方向から入射する場合を０°として、ウェーハの法線とイオンビームの光軸とが成す角を示すものである。

本発明においては、前記第１保持ピンの前記被さり量は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満であり、前記第２保持ピンの前記被さり量は、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることが望ましい。
第１保持ピンの被さり量が０．１ｍｍ未満であると被さり部分による保持ピンとウェーハとの接触が少ないためにウェーハの保持力が弱く、０．２ｍｍ以上であると被さり量が多すぎてピンマークが発生しやすい。同様に、第２保持ピンの被さり量が０．２ｍｍ未満であるとウェーハの保持力が弱く、０．４ｍｍより大きいとピンマークが発生しやすい。上記のような構成によれば、ウェーハの良好な保持とピンマーク発生の抑制とを両立することができる。

本発明においては、前記入射角は、５°以上２０°以下であることが望ましい。
発明者らの検討により、保持ピンによる良好な保持を行うためには、５°以上の傾斜角を備えることが好ましいことを知見した。良好な保持が可能な傾斜角を備えたまま、イオンビームの入射角が５°より小さいと、第２保持ピンがイオンビームを遮蔽する被さり部分を生じ、イオン注入後のウェーハにピンマークが発生してしまう。また、ウェーハホルダの傾きが２０°より大きいと、ウェーハ内部にイオン注入され難くなるため不適である。上記のような構成によれば、良好にイオン注入処理を行うことができる。

本発明によれば、保持部材における配置位置によって保持ピンの形状を変えることで、ウェーハの落下の防止と、保持ピン周辺でのピンマーク発生の抑制とを両立したイオン注入装置を提供することができる。

以下、図１〜図８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が配置されている。

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。また、チャンバ５の壁面であって、射出口６とは異なる位置には、イオン注入処理が終わったウェーハＷをチャンバ５から取り出し、未処理のウェーハＷをチャンバ５内に入れる搬送口７が設けられている。

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。

また、搬送口７も複数のウェーハＷの回転円周と平面的に重なって配置されている。搬送口７は、ハブ１２を挟んで射出口６の反対側に設けられている。保持部材１０と搬送口７とが重なる位置（所定の位置）では、イオン注入処理が終わったウェーハＷを取り出し、未処理のウェーハＷを取り付ける入れ替え操作が行われる。

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の動作により搬送口７と重なる位置にまで移動したのちに、ウェーハ搬入部４によりチャンバ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。

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、保持部材１０を挟んで射出口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ではそれらを省略している。

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。

本発明のイオン注入装置１では、ウェーハホルダ１１がウェーハＷを保持する部分に備える保持ピン（後述）の構造と、照射するイオンビームＩＢに対するウェーハＷの角度を制御することで、ウェーハ入れ替え操作時のウェーハの落下防止と、ピンマークの発生の抑制と、を両立している。以下、詳細に説明する。

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。

図４は保持ピン２０の説明図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）はウェーハＷを保持した状態での側面図、図４（ｃ）は同平面図である。

図４（ａ）に示すように、保持ピン２０は、ウェーハＷと当接し保持するウェーハ保持部２０ａと、一端がウェーハ保持部２０ａに結合すると共に、他端が不図示のウェーハホルダ１１と結合する略円柱形の固定部２３と、を有している。ウェーハ保持部２０ａは、ウェーハＷの被処理面とは反対側の面に対向するフランジ部２１と、該フランジ部２１の固定部２３とは反対側の面から突出し、ウェーハＷの周縁Ｗ１と当接する保持部２２と、を有している。保持部２２は断面形状が略円形となっており、側面Ｔはフランジ部２１から遠ざかる方向に逆テーパ形状となっている。保持ピン２０は、固定部２３の軸線を中心とする回転対称性を備えている。

保持ピン２０は、高温環境下で長時間使用できる熱硬化性樹脂を用いて形成することができる。熱硬化性樹脂としては、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）などのスーパーエンプラを好適に用いることができる。更には、熱硬化性樹脂とグラファイトとの複合材料で形成することとしても良い。複合材料を用いる場合には、保持ピン２０の形状を樹脂で成形した後、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、グラファイトが表面の全体に設けられ、且つ内部が樹脂である保持ピン２０としても良く、樹脂中に粒径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保持ピン２０を形成することとしても良い。また、熱硬化性樹脂ではなく光硬化性樹脂を用いることもできる。

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。

図４（ｂ）に示すように、フランジ部２１の保持部２２側の表面２１ａは、中心から周縁にかけて緩やかなテーパ形状となっている。そして、保持ピン２０は、テーパ状の表面２１ａと逆テーパ状の保持部２２の側面Ｔとの間に形成される凹部にウェーハＷの周縁Ｗ１が係合している。ウェーハＷの周縁Ｗ１と側面Ｔとは、当接部（当接箇所）Ｔ１で接しており、ウェーハＷを保持する構成となっている。

ウェーハＷを保持した状態では、図４（ｃ）に示すように、保持部２２の一部がウェーハＷの被処理面に被さっている。保持ピン２０で保持したウェーハＷに、ウェーハＷの法線方向からイオンビームによるイオン注入を行う場合、ウェーハＷ上への保持部２２の正射影部分である被さり部分Ｐｎは、被さり量ｄのピンマーク（イオンが注入されない部分）として観察される。ここで、被さり部分Ｐｎの被さり量ｄとは、当接部Ｔ１からウェーハＷの中心方向への延びる直線を想定した場合の、該直線の被さり部分Ｐｎにおける長さを指す。
本発明で用いられる保持ピン２０の基本形状は、以上のようになっている。

本発明では、課題解決のために、ウェーハホルダ１１における保持ピン２０の配置位置によって、保持部２２の形状が異なる２種の保持ピンを使用している。以下、図５，６を用いて、保持部２２の形状が異なる保持ピンの形状および配置について説明した後に、図７，８を用いて形状が異なる保持ピンがもたらす効果について説明する。

図５は、保持ピン２０の保持部２２近傍の拡大図である。図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ保持部２２の形状が異なる第１保持ピン２０Ａ、第２保持ピン２０Ｂを示している。第１保持ピン２０Ａと第２保持ピン２０Ｂとは、保持部２２の側面Ｔの傾斜角が異なる他は同じ形状となっており、第１保持ピン２０Ａよりも第２保持ピン２０Ｂの方が大きい被さり量となっている。

図５（ａ）に示すように、第１保持ピン２０Ａの保持部２２の側面Ｔは、鉛直方向に傾斜角θ１だけ傾斜した逆テーパ形状となっている。このような第１保持ピン２０ＡがウェーハＷと係合すると、被さり量ｄ１の被さり部分Ｐｎが発生する。第１保持ピン２０Ａの傾斜角θ１は、被さり量ｄ１が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満となるような角度を選択することが好ましい。本実施形態では、傾斜角θ１は５°、被さり量ｄ１は０．１３ｍｍとした。

図５（ｂ）に示すように、第２保持ピン２０Ｂの保持部２２の側面Ｔは、傾斜角θ２の逆テーパ形状となっている。第２保持ピン２０ＢがウェーハＷと係合すると、被さり量ｄ２の被さり部分Ｐｎが発生する。第２保持ピン２０Ｂの傾斜角θ２は、被さり量ｄ２が被さり量ｄ１よりも大きい０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下となる角度を選択することが好ましい。本実施形態では、傾斜角θ２は１０°、被さり量ｄ２は０．２５ｍｍとした。

図６は、本実施形態のイオン注入装置におけるウェーハＷの動作を示す模式図であり、図６（ａ）にはウェーハＷの入れ替え操作の様子を、図６（ｂ）にはウェーハＷへのイオンビーム照射の様子を示す。

図６（ａ）は、イオン注入装置におけるウェーハＷの取り出し及び取り付けの様子を示す説明図である。図に示すように、保持部材１０は、搬送口７を介して搬入された未処理のウェーハＷを、まずウェーハＷを取り付ける位置においてウェーハホルダ１１に水平に保持する。このウェーハホルダ１１は、回動軸Ｒ周りに回動可能となっており、ウェーハＷが水平に取り付けられた後に回動軸Ｒまわりに回動し、ウェーハＷを、被処理面が上方に向けて傾斜（ウェーハＷの被処理面の法線Ｎが上向き）するように保持する。本実施形態のウェーハＷの傾斜角は１０°となっている。本実施形態のイオン注入装置では、ウェーハホルダ１１が回動した際、鉛直方向上方に位置する保持ピンが第２保持ピン２０Ｂ、その他の保持ピンが第１保持ピン２０Ａとなっている。
このように保持されたウェーハＷは、ハブ１２の回転により矢印ａの方向に移動する。

図６（ｂ）はウェーハＷへのイオンビーム照射の様子を示す説明図である。本実施形態のイオン注入装置では、ハブ１２を挟んでウェーハＷを保持する位置と反対側の位置でイオン注入を行う。

図に示すように、ハブ１２の周りをウェーハＷが旋回することにより、配置された保持ピンの上下の位置関係が入れ替わり、イオン注入を行う領域では、第２保持ピン２０Ｂが鉛直方向下方に位置する。同様に、ハブ１２の周りを旋回することによりウェーハＷの傾斜方向が入れ替わり、イオン注入を行う領域では、ウェーハＷの被処理面を下方に向けて傾斜した状態（ウェーハＷの被処理面の法線Ｎが下向き）で、射出口６から射出されたイオンビームＩＢが照射される。

上記のような構成のイオン注入装置では、ウェーハの入れ替え操作およびイオン注入を行う際に、それぞれ次のような効果を生じる。

図７は、いずれも図６（ａ）で示したウェーハＷの入れ替え時の動作を示した説明図であり、図７（ａ）は全て同じ保持ピンを用いる従来の構成の例、図７（ｂ）は本実施形態の保持ピンを用いた例を示す。

ウェーハホルダ１１の回動によりウェーハＷを水平状態から傾斜した保持状態に起こす際には、ウェーハＷは回動運動の角速度により生じる力を受ける。この際、図７（ａ）に示すように、従来のように配置位置に関わらず同じ保持ピンを用いる場合（ここでは第１保持ピン２０Ａで図示）、加熱環境によって保持ピン２０が軟化することで保持ピン２０の保持が緩み、ウェーハＷが外れて落下するおそれがある。

ウェーハＷを回動させる際に、鉛直方向下方に位置する保持ピン２０の周辺（図中波線ＡＲ１で囲む付近）では、角速度による力がウェーハホルダ１１の方向にウェーハＷを押しつけるため、保持があまり緩まない。対して、鉛直方向上方に位置する保持ピン２０の周辺（図中波線ＡＲ２で囲む付近）では、角速度による力が生じる方向に動こうとするウェーハＷを保持する力は、保持ピン２０とウェーハＷとの被さり部分による物理的な接触によるところが大きい。そのため、保持ピン２０が軟化すると被さり部分による保持が緩みやすい。加えて、角速度により生じる力を受けたウェーハＷがたわむと、軟化した保持ピンの被さり量を超えて変形し、同様にウェーハＷが落下するおそれを生じる。

対して、図７（ｂ）に示すように、本実施形態のイオン注入装置では、鉛直方向上方に位置する保持ピン２０が、他の保持ピンよりも被さり量が大きい第２保持ピン２０Ｂとなっている。そのため、上述した回動運動時においてウェーハＷを保持する力が強くなっている。

ここで、第１保持ピン２０Ａの被さり量は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満であり、第２保持ピン２０Ｂの被さり量は０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。保持ピンがこのような大きさの被さり量を備えると、第２保持ピン２０Ｂでの保持力強化と、ピンマークの発生の抑制を両立することができる。被さり量がこの値より小さいと、ウェーハＷの保持力が低くなりすぎて安定性が低下し、この値より大きいと、被さり量が大きくなりすぎるためピンマークが発生し易い。

このように、ウェーハＷの回動時に鉛直方向上方に位置する保持ピンが、他の保持ピンよりも被さり量が多い第２保持ピン２０Ｂであると、ウェーハＷを傾斜した状態に立たせる際に良好に保持することが可能であり、落下を防止することができる。

図８は、図６（ｂ）で示したウェーハＷへのイオンビームＩＢの照射の様子を示した説明図である。

ウェーハＷは、照射されるイオンビームＩＢの照射方向に対して傾斜して保持されている。ウェーハＷに対するイオンビームＩＢの入射角φは、図１に示す射出口６からのイオンビームＩＢの射出角度、および傾斜したウェーハＷの法線の俯角によって制御される角度である。本実施形態では、イオンビームＩＢは地面水平方向と平行に照射されているものとし、入射角φはウェーハＷの法線の俯角により制御されているものとする。ウェーハＷの傾きは、ウェーハホルダ１１の回動角度により制御されている。本実施形態では、入射角φは１０°となっている。

一方、第２保持ピン２０Ｂの側面Ｔは第２保持ピン２０Ｂの軸線Ｓに対して傾斜角θ２だけ傾斜している。本実施形態の傾斜角θ２は、前述の通り１０°である。

すなわち、本実施形態のイオン注入装置では、イオンビームＩＢの入射角φに対して、側面Ｔの傾斜角θ２は同じ角度を備えている。そのため、第２保持ピン２０Ｂ周辺では第２保持ピン２０Ｂによる被さり部分が発生せず、ピンマークの発生を抑制することができる。

本実施形態のイオン注入装置では、入射角φは５°以上２０°以下であることとしている。保持ピンによりウェーハを良好に保持するためには、５°以上の傾斜角を備えると良いことが分かっている。そのため、良好な保持が可能な保持ピンを用いイオンビームＩＢの入射角φを５°より小さいとすると、保持ピンがイオンビームＩＢを遮蔽する被さり部分を生じ、イオン注入後のウェーハＷにピンマークが発生してしまう。また、ウェーハホルダ１１の傾きが２０°より大きいと、ウェーハＷ内部にイオン注入され難くなるため不適である。

即ち、イオンビームＩＢの入射角φと、第２保持ピン２０Ｂの側面Ｔの傾斜角θ２と、の関係が、５°≦θ２≦φ≦２０°という大小関係を満たすと、第２保持ピン２０Ｂ周辺でピンマークを生じず良好なイオン注入を行うことができる。

このように、保持ピン２０の配置位置に応じて好適な形状の保持ピンを選択し、合わせてイオンビームＩＢの入射角を制御することにより、入れ替え操作におけるウェーハの落下の防止と、ウェーハ内の均一なイオン注入と、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、高温入れ替え操作におけるウェーハＷの落下の防止と、ウェーハ内の均一なイオン注入と、を両立し、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、本実施形態のイオン注入装置１は、第１保持ピン２０Ａの被さり量ｄ１は０．１３ｍｍ、第２保持ピン２０Ｂの被さり量ｄ２は０．２５ｍｍとなっている。このような大きさの被さり量であるため、第２保持ピン２０Ｂでの保持力強化と、ピンマークの発生の抑制を両立することができる。

また、本実施形態のイオン注入装置１は、入射角φが５°以上２０°以下としているため、良好にイオン注入処理を行うことができる。

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、本実施形態では、第１保持ピン２０Ａと第２保持ピン２０Ｂとは、側面Ｔの傾斜角度を変更することで被さり量ｄを変更することとしたが、被さり量ｄを変更する方法はこれに限らない。例えば、保持部２２において、ウェーハＷの周縁Ｗ１と保持部２２の側面Ｔとの当接部Ｔ１よりも上方の一部を切削して、被さり部分Ｐｎの発生部を少なくすることとしても良い。また、第１保持ピン２０Ａと第２保持ピン２０Ｂとの側面Ｔの傾斜角が同じであっても、第１保持ピン２０Ａの保持部２２よりも第２保持ピン２０Ｂの側面Ｔを高くすることで、被さり部分Ｐｎに差を設けることとしても構わない。

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。 保持ピンに係る保持部近傍の拡大図である。 イオン注入装置におけるウェーハの動作を示す模式図である。 イオン注入装置におけるウェーハの入れ替え時の動作を示した説明図である。 ウェーハへのイオンビームの照射の様子を示した説明図である。

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…保持ピン、２０Ａ…第１保持ピン、２０Ｂ…第２保持ピン、ｄ，ｄ１，ｄ２…被さり量、ＩＢ…イオンビーム、Ｎ…法線、Ｒ…回動軸、Ｔ…側面、Ｔ１…当接部（当接箇所）、Ｗ…ウェーハ、Ｗ１…周縁、θ１，θ２…傾斜角、φ…入射角

Claims (3)

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、前記保持手段が所定の位置で前記ウェーハの面を前記円周の円周面に対して傾斜させて保持し、前記所定の位置と異なり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であって、
   前記保持手段は、保持する前記ウェーハを前記円周の直径方向に延びる回動軸周りに回動させて該ウェーハを傾斜させると共に、前記保持手段が備える３つ以上の保持ピンを前記ウェーハの周縁に当接させて該ウェーハを保持し、
   前記保持ピンは、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む形成材料を用いて形成され、
   前記保持ピンの側面は、前記ウェーハの周縁と当接し、前記ウェーハとの当接箇所から遠ざかる方向に逆テーパ状の傾斜を備えて形成され、
   前記当接箇所から前記ウェーハの中心方向へ延びる直線の、前記保持ピンと前記ウェーハとが平面的に重なる領域における長さを、前記保持ピンの被さり量とし、
   複数の前記保持ピンは、前記被さり量が相対的に少ない第１保持ピンと相対的に多い第２保持ピンとを含み、傾斜した前記ウェーハの面方向において該ウェーハの中心よりも上側に位置する保持ピンは、前記第２保持ピンであり、
   前記ウェーハにイオンを注入する位置において、前記ウェーハの法線に対する前記第２保持ピンの側面の傾斜角は、前記ウェーハの法線に対する前記イオンビームの傾きである入射角以下の角度であることを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記第１保持ピンの前記被さり量は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満であり、
   前記第２保持ピンの前記被さり量は、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下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。
3. 前記入射角は、５°以上２０°以下であ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。
   

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