JP2010021041A - イオン注入装置のウェーハ保持具 - Google Patents

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Abstract

【課題】ビームの照射によってウェーハと保持ピンとの間に温度差が生じるのを防ぐことのできるウェーハ保持具について、提供する。
【解決手段】イオン注入装置においてウェーハを保持する保持ピンを複数有するウェーハ保持具であって、該保持ピンは、ウェーハの端面と接してウェーハの動きを規制するヘッドと、該ヘッドから突出しウェーハが載置されるフランジとを有し、前記ヘッドは、ウェーハが載置される側とは異なる向きに延びる庇部を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコンウェーハ等のウェーハにイオンを注入する際に用いる、イオン注入装置において該ウェーハを保持する保持具に関し、特に、ウェーハ面内の温度分布を抑制できるウェーハ保持具に関する。
現在、ＳＩＭＯＸウェーハの代表的な製造方法は、ＭＬＤ（Modified Low Dose）法と呼ばれ、この方法では酸素イオンの注入を２段階に分けて行う（特許文献１参照）。すなわち、１回目の酸素イオン注入はシリコンウェーハを高温に加熱して行い、続いて２回目の酸素イオン注入はシリコンウェーハの温度を室温程度に下げて行う。１回目の酸素イオン注入は、シリコンウェーハを加熱することによって、シリコンウェーハ表面を単結晶のまま維持して、酸素の高濃度層を形成し、次いで、２回目の酸素イオン注入では、アモルファス層を形成する。その後、酸素とアルゴンの混合ガスにて、高温熱処理を施して、ＳＯＩ構造を形成する。
米国特許第5,930,643号明細書
ところで、上記のようなＳＩＭＯＸウェーハの製造に用いられる酸素イオン注入装置において、ウェーハの保持具としては、図１に示すような保持具１が知られている（特許文献２参照）。このウェーハ保持具１は、図２に示すように、略Y字状の枠体からなるホルダー１０の端部３箇所に、ウェーハの保持ピン２を固定し、これら保持ピン２を介してホルダーの３箇所でウェーハ３を保持する仕組みになっている。
米国特許第6,794,662号
前掲の保持ピン２は、図２に示すように、ウェーハ３の端面と接してウェーハ３の動きを規制するヘッド４と、該ヘッド２ａから突出しウェーハ３が載置されるフランジ５とを有し、図２（ｃ）に示すように、ヘッド４とフランジ５とに挟まれる形でウェーハ３が保持される。
従来のウェーハの保持具１は、例えばＳＩＭＯＸウェーハの製造における酸素イオン注入工程において、照射ビームがウェーハの端部にまで万遍なく行き届くように、いわゆるシャドウイングを防止するために、ヘッド４を小さく形成し、フランジ５はヘッド４より大きな径に形成されている。例えば、保持ピン２の形状が一般的な円筒形の場合、フランジ５の径はヘッド４の径の１．５倍以上あるのが一般的である。
しかし、上記したＭＬＤ法のＳＩＭＯＸウェーハ製造方法では、特に２回目の酸素イオン注入において、ビームの照射によってウェーハの温度が上昇すると、ウェーハと保持ピンとは形状や材質が異なることから、両者間に温度差が生じることになる。この温度差の影響は、保持ピン近傍のウェーハにおいて、アモルファス層の膜厚むらとして現れる。従って、高温熱処理後のウェーハには、特に保持ピン２の近傍において、ＳＯＩ層やＢＯＸ層に膜厚むらが生じることが問題になっていた。
本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、特にビームの照射によってウェーハと保持ピンとの間に温度差が生じるのを防ぐことのできるウェーハ保持具について、提供することを目的とする。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）イオン注入装置においてウェーハを保持する保持ピンを複数有するウェーハ保持具であって、該保持ピンは、ウェーハの端面と接してウェーハの動きを規制するヘッドと、該ヘッドから突出しウェーハが載置されるフランジとを有し、前記ヘッドは、ウェーハが載置される側とは異なる向きに延びる庇部を備えることを特徴とするイオン注入装置のウェーハ保持具。
（２）前記庇部は、扇形の平面形状を有することを特徴とする前記（１）に記載のイオン注入装置のウェーハ保持具。
（３）前記庇部の扇形の拡開角度が−50°以上であることを特徴とする前記（２）に記載のイオン注入装置のウェーハ保持具。
（４）前記庇部の扇形の拡開角度が180°以下であることを特徴とする前記（２）または（３）に記載のイオン注入装置のウェーハ保持具。
本発明によれば、ウェーハの保持ピンのヘッドに庇部を設けて、ビームによる注入熱量を庇部に受けて保持ピンの温度上昇を図れるため、保持ピンとウェーハとの温度差が抑制され、ウェーハの保持ピン近傍部分の膜厚むらを回避できる。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明に従うウェーハ保持具１は、図１に示した、略Y字状の枠体からなるホルダー１０の端部３箇所に、ウェーハの保持ピン２を固定し、これら保持ピン２を介してホルダーの３箇所でウェーハ３を保持するのは、従前と同様である。
本発明では、図３に示すように、ウェーハ３の端面と接してウェーハ３の動きを規制するヘッド４と、該ヘッド４から突出しウェーハ３が載置されるフランジ５とを有する、保持ピン２において、さらにヘッド４に、ウェーハ３が載置される側とは異なる向き、図示例では、ヘッド４の径方向外側で、かつウェーハ３の載置側とヘッド４を挟んで対向する向きに延びる、庇部６を設けることが肝要である。
すなわち、庇部６は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ヘッド４から扇形に拡開させて延ばした形状を有し、照射ビームの受容面積を確保する必要がある。この庇部６を介して、ビームによる注入熱量を保持ピン２に貯える。庇部６がビームから得る熱量は、該庇部６の面積に比例するため、この面積に比例して庇部６、ひいては保持ピン２の温度上昇幅は大きくなり、特にウェーハ３へのイオン注入工程において、保持ピン２とウェーハ３との温度差を抑制するのに有効な手立てとなる。
ここで、庇部６が扇形である場合、その拡開角度は図３に示す事例に限らず、例えば図４に示すような拡開角度の小さい扇形にしたり、逆に、図５に示すような拡開角度の大きい扇形にすることも可能である。
その際、拡開角度を−50〜180°の範囲とすることが好ましい。なお、拡開角度とは、扇形の中心角であり、具体的には、図３（ｂ）に示すところの角度αであり、この拡開角度αが−50°以上であることが好ましい。なぜなら、角度αが−50°未満では、照射ビームの受容面積を十分に確保することが難しくなるからである。
なお、拡開角度αが０°とは、扇形の半径部分である二辺が平行になって、庇部がヘッド４の直径の幅で矩形状に延びることを意味し、さらに図４に示したように、前記二辺が平行状態から閉じる向きの配置をとる場合の、α：０°の平行辺に対する角度の二辺の合計をマイナス（−）にて表示した。例えば、図４に示す庇部の拡開角度は、−40°となる。
一方、庇部６の拡開角度の上限は、180°であることが好ましい。すなわち、拡開角度が180°を超えると、庇部がウェーハ側にまで回り込む事になって、照射ビームが遮られてウェーハ端部にまで届かなくなる、おそれがある。
なお、庇部６に関する拡開角度の条件は、図３（ｂ）に示すように、各保持ピン２において、ウェーハ３を保持ピン２のフランジ５に載置した際に、該ウェーハ３と接触するヘッド４の部分を基準点Ｐとし、かつヘッドの周面を円弧に見立てたとき、この基準点Ｐを通る法線Ｌが、上記した拡開角度αの中心になるように、庇部を設ければよい。
また、図示例においては、庇部６をフランジ５の突出量と同等にしてあるが、図６に示すように、フランジ５の突出量を超えて庇部６をヘッド４から突出させてもよい。その際、庇部６の半径を、庇部６の強度が低下して変形することのない突出量とすることが好ましい。
さらに、庇部６の厚みは、熱容量を小さくできる薄板であって、かつ、庇部６の強度が低下して変形することのない厚みとすることが好ましい。
次に、本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
表１に示す仕様の保持ピンを、図１に示したホルダーに備える保持具を作製し、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸの酸素イオン注入に適用した。１回目の酸素イオン注入は、ウェーハを４００℃に加熱して、加速エネルギー１８０ｋｅＶで、２．４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の酸素イオンを注入した。２回目の酸素イオン注入は、ウェーハを１００℃以下まで冷却して、加速エネルギー１７０ｋｅＶで、６．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の酸素イオンを注入した。続いて、１３００℃で、酸素分圧４０％の酸素とアルゴンの混合ガスで高温熱処理を施し、ＳＩＭＯＸウェーハを作製した。
また、比較として、庇部を持たない図２に示した保持ピンを、図１に示したホルダーに備える保持具を作製し、同様のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸの酸素イオン注入に適用した。
各保持具を用いて行った酸素イオン注入について、得られたＳＩＭＯＸウェーハの膜厚を分光エリプソメーターによって57点測定し、そのSOI層の膜厚均一性を膜厚レンジ（最大値と最小値の差）にて評価した。その結果を、表１に併記する。
Figure 2010021041
表１に示すように、本発明に従う保持具を使用した場合、SIMOXウェーハのSOI膜厚が均一になっていることから、保持ピンとウェーハとの温度差が低減されたことが分かる。
ウェーハ保持具を示す斜視図である。 従来のウェーハ保持具における保持ピンを示す図である。 本発明のウェーハ保持具における保持ピンを示す図である。 保持ピンの別の態様を示す図である。 保持ピンの別の態様を示す図である。 保持ピンの別の態様を示す図である。
符号の説明
１ 保持具
２ 保持ピン
３ ウェーハ
４ ヘッド
５ フランジ
６ 庇部
１０ ホルダ

Claims (4)

  1. イオン注入装置においてウェーハを保持する保持ピンを複数有するウェーハ保持具であって、該保持ピンは、ウェーハの端面と接してウェーハの動きを規制するヘッドと、該ヘッドから突出しウェーハが載置されるフランジとを有し、前記ヘッドは、ウェーハが載置される側とは異なる向きに延びる庇部を備えることを特徴とするイオン注入装置のウェーハ保持具。
  2. 前記庇部は、扇形の平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置のウェーハ保持具。
  3. 前記庇部の扇形の拡開角度が−50°以上であることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置のウェーハ保持具。
  4. 前記庇部の扇形の拡開角度が180°以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のイオン注入装置のウェーハ保持具。
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