JP2010033966A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハと裏面ピンとの接触に起因するパーティクルの発生を抑制する。
【解決手段】本発明のイオン注入装置は、回転駆動機構により回転される回転体の回転軸回りに放射状に延在された複数のアームに設けられた半導体ウェーハ２８の支持盤３０と、半導体ウェーハの回転体の回転軸から遠い側の周縁部に当接するように設けられたストッパ３６と、半導体ウェーハの回転体の回転軸から近い側の裏面に当接するように設けられた突起状の裏面ピン３８とを含み、支持盤の盤面が回転軸にほぼ直交する方向に向けられた状態で回転される半導体ウェーハにイオンを注入するものである。特に、裏面ピンの半導体ウェーハとの接触部にシリコーンラバー４０を塗布することにより、半導体ウェーハと裏面ピンとの間の潤滑作用を奏して、両者の接触に起因するパーティクルの発生を抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、イオン注入装置に係り、特に、シリコンなどの半導体ウェーハにイオンを注入するイオン注入装置に関する。

近年、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路の高速・低消費電力化を図るために、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが用いられている。ＳＯＩウェーハは、シリコン支持体と表面シリコン層との間に酸化膜からなる絶縁層が埋め込まれて構成される。

このようなＳＯＩウェーハの製造方法の１つとして、シリコンウェーハに例えば酸素イオンを注入した後熱処理を行い、酸化膜からなる絶縁層つまりＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法と称される方法が用いられている。

特許文献１に記載されているように、ＳＩＭＯＸウェーハの製造においては、回転台に設けられた複数の支持盤上にそれぞれシリコンウェーハを載置し、回転台を回転させてシリコンウェーハを旋回させながら酸素イオンを注入することにより一括でバッチ処理することが知られている。

より具体的には、ＳＩＭＯＸウェーハのイオン注入装置は、回転体と、回転体の回転軸回りに放射状に延在された複数のアームと、各アームの先端に設けられた支持盤と、旋回するシリコンウェーハにイオンを注入する注入手段などから構成される。

イオン注入時には、複数の支持盤が盤面を回転軸にほぼ直交する方向に向けられた状態で旋回されるので、支持盤上に載置されたシリコンウェーハに遠心力が働く。この遠心力によりシリコンウェーハが外に飛び出さないように、各支持盤は回転軸のほうに盤面を向けるように傾けられ、遠心力の分力を盤面で受けるように構成される。

しかし、イオン注入の制約上、支持盤の傾きをあまり大きくできないため、各支持盤には、載置されたシリコンウェーハの回転体の回転軸から遠い側の周縁部に当接するようにストッパが設けられており、また、シリコンウェーハの回転体の回転軸から近い側の裏面に当接するように裏面ピンが設けられている。つまり、シリコンウェーハは、ストッパと裏面ピンからなる保持機構によって保持される。

特開２００７−５９２６２号公報

ところで、特許文献１に記載された装置は、シリコンウェーハと保持機構との接触、特にシリコンウェーハと裏面ピンとの接触に起因して生じる摩耗粒子（パーティクル）による弊害について配慮されていない。

すなわち、イオン注入時にシリコンウェーハに働く遠心力をストッパ及び裏面ピンで受けてシリコンウェーハを保持しているため、シリコンウェーハとストッパ及び裏面ピンとの間に接触摩擦が生じてシリコンウェーハが傷付くとともにパーティクルが発生する場合がある。パーティクルが発生すると、例えばシリコンウェーハのイオン注入面に付着して、シリコンウェーハに対する均一なイオン注入が阻害されるおそれがあるなど、シリコンウェーハの品質維持の面から好ましくない。

そこで、本発明は、半導体ウェーハと保持機構との接触に起因するパーティクルの発生を抑制することを課題とする。

本発明のイオン注入装置は、回転駆動機構により回転される回転体と、この回転体の回転軸回りに放射状に延在された複数のアームと、この各アームに設けられた半導体ウェーハの支持盤と、この各支持盤の盤面が回転軸にほぼ直交する方向に向けられた状態で回転駆動機構により回転される半導体ウェーハにイオンを注入するイオン注入手段と、各支持盤の盤面に載置された半導体ウェーハの回転体の回転軸から遠い側の周縁部に当接するように設けられたストッパと、各支持盤に載置された半導体ウェーハの回転体の回転軸から近い側の裏面に当接するように設けられた突起状の裏面ピンとを含んで構成される。

特に、上記課題を解決するため、裏面ピンの半導体ウェーハとの接触部にシリコーンラバーが塗布されてなることを特徴とする。

すなわち、従来のイオン注入装置において裏面ピンはポリイミド系樹脂で形成されるのが一般的であるが、この場合、半導体ウェーハと裏面ピンが擦れた際の接触摩擦が比較的大きいため、半導体ウェーハが傷付くとともにパーティクルが発生しやすい。これに対して、本発明は、裏面ピンの半導体ウェーハとの接触部にシリコーンラバーを塗布することにより、シリコーンラバーが裏面ピンと半導体ウェーハとの間の潤滑作用を奏して、両者の擦れによる半導体ウェーハの傷の発生及びパーティクルの発生を抑制することができる。

また、裏面ピンの半導体ウェーハとの接触部のみならず、ストッパの半導体ウェーハとの接触部にシリコーンラバーを塗布してストッパと半導体ウェーハとの擦れによるパーティクルの発生を抑制するのが好ましい。

また、回転体とアームからなる回転台を揺動アームを介して振り子状に揺動させる揺動機構を備えており、半導体ウェーハが、揺動機構により振り子状に揺動され、かつ回転駆動機構により回転されながらイオン注入手段によりイオンを注入されるイオン注入装置に適用するのが好ましい。

つまり、イオン注入手段を固定させ、半導体ウェーハを振り子状に揺動させてスキャンし、かつ回転させながらイオンを注入する装置の場合、イオン注入手段自体を移動させてスキャンする装置に比べて、一般的に回転体の回転速度が速くなるため、半導体ウェーハと保持機構との間に発生する摩擦が大きくなる場合がありパーティクルによる弊害が生じ易い。したがって、このようなイオン注入装置に本発明を適用するのが特に好ましい。

本発明によれば、半導体ウェーハと保持機構との接触に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。

以下、本発明を適用してなるイオン注入装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は、本実施形態のイオン注入装置の全体概略構成の側面図である。図２は、本実施形態のイオン注入装置の全体概略構成の正面図であり、イオン注入時の半導体ウェーハの動作状態を説明するものである。

図１に示すように、イオン注入装置１０は、イオン源１２と質量分離器１４などを含んで構成され、例えば酸素などのイオンを処理対象物に注入するイオン注入手段と、処理対象物としてイオンが注入される例えばシリコンなどの半導体ウェーハが収納される処理室１６とを備えて構成されている。

イオン源１２は、質量分離器１４と図示していない真空排気されたパイプを介して連結されており、マイクロ波を用いて例えば酸素イオンによるイオンビーム１７を生成し、生成したイオンビーム１７を質量分離器１４側へ出射するようになっている。質量分離器１４は、図示していない真空排気されたパイプを介して処理室１６と接続されており、イオン源１２からのイオンビーム１７に対して電磁力を与えてイオンビーム１７をほぼ９０度偏向させるとともに、イオンビーム１７の中から必要な質量を有するイオン種、例えば酸素イオンのみを分離して取り出し処理室１６内に入射するようになっている。

処理室１６内には、回転駆動機構としてのモータ１８と、モータ１８を収容するモータボックス２０と、モータ１８により回転される回転軸２２と、回転軸２２に嵌合された回転体２４と、回転体２４の回転軸２２回りに放射状に延在された複数のアーム２６と、各アーム２６の先端部に設けられた半導体ウェーハ２８の支持盤３０とが収納されている。
また、モータボックス２０に連結された揺動アーム３２を介してモータ１８、回転体２４、アーム２６、及び支持盤３０などを処理室１６内で振り子状に揺動させる揺動機構３４が、処理室１６の天面上に設けられている。

図２に示すように、本実施形態のイオン注入装置は、揺動機構３４により図示矢印Ａのように半導体ウェーハ２８を振り子状に揺動し、かつモータ１８により回転軸２２を中心に図示矢印Ｂのように回転しながら、イオン注入手段によりイオンを注入するものである。

また、図１に示すように、本実施形態のイオン注入装置１０では、イオン注入時には、支持盤３０は、盤面が回転軸２２にほぼ直交する方向に向けられた状態で回転されるので、支持盤３０上に載置された半導体ウェーハ２８に遠心力が働く。この遠心力により半導体ウェーハ２８が外に飛び出さないように、各支持盤３０は回転軸２２のほうに盤面を向けるようにわずかに傾けられており、遠心力の分力を盤面で受けるように構成されている。

しかし、イオン注入の制約上、支持盤３０の傾きをあまり大きくできない。そこで、本実施形態のイオン注入装置１０では、載置された半導体ウェーハ２８を保持する保持機構が各支持盤３０に設けられている。

図３は、半導体ウェーハと支持盤とウェーハの保持機構の詳細を示す図である。図３（イ）は半導体ウェーハと支持盤とウェーハの保持機構の平面図であり、図３（ロ）は図３（イ）におけるＡ−Ｂ断面を示す図である。

図３に示すように、支持盤３０上には、半導体ウェーハ２８の回転体２４の回転軸２２から遠い側の周縁部に当接するようにストッパ３６が設けられている。また、半導体ウェーハ２８の回転体２４の回転軸２２から近い側の裏面に当接するように裏面ピン３８が２つ設けられている。より具体的には、遠心力が働く方向を１２時とした場合、１２時前後の位置にストッパ３６が設けられ、略５時の位置及び略７時の位置に裏面ピン３８が設けられている。このようにして、ストッパ３６と裏面ピン３８によって半導体ウェーハを保持する保持機構が構成されている。

ところで、このような半導体ウェーハの保持機構を有する従来のイオン注入装置においては、半導体ウェーハと保持機構との接触、特に半導体ウェーハ２８と裏面ピン３８との接触に起因して生じるパーティクルによる弊害について配慮されていない。

すなわち、イオン注入時に半導体ウェーハ２８に働く遠心力をストッパ３６及び裏面ピン３８で受けて半導体ウェーハ２８を保持しているため、半導体ウェーハ２８とストッパ３６及び裏面ピン３８との間に接触摩擦が生じる。ここで、従来のイオン注入装置において裏面ピン３８はポリイミド系樹脂で形成されるのが一般的であるが、この場合、半導体ウェーハ２８と裏面ピン３８が擦れた際の接触摩擦が比較的大きいため、半導体ウェーハ２８が傷付くとともにパーティクルが発生しやすい。パーティクルが発生すると、例えば半導体ウェーハ２８のイオン注入面に付着して、半導体ウェーハ２８に対する均一なイオン注入が阻害されるおそれがあるなど、半導体ウェーハ２８の品質維持の面から好ましくない。

そこで、本実施形態のイオン注入装置１０は、半導体ウェーハ２８と保持機構との接触に起因するパーティクルの発生を抑制すべく、裏面ピン３８にはシリコーンラバー４０が塗布されている。シリコーンラバー４０は、裏面ピン３８の少なくとも半導体ウェーハ２８との接触部に塗布されていればよい。

すなわち、裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバー４０を塗布することにより、シリコーンラバー４０が裏面ピン３８と半導体ウェーハ２８との間の潤滑作用を奏して、両者の擦れによるパーティクルの発生を抑制することができる。

図４は、本実施形態のイオン注入装置による効果を示す図である。図４において横軸はＬｏｔＮｏを示しており、縦軸は各Ｌｏｔにおける０．２μｍ以上のパーティクル数の平均値を示している。

また、図４は、改善前すなわちポリイミド系樹脂で形成された裏面ピン３８に何も施していない状態と、改善後すなわち裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバー４０を塗布した状態におけるパーティクル発生数の比較を示している。図４のグラフの左側約２／３部分が改善前のパーティクル発生数を示しており、右側約１／３部分が改善後のパーティクル発生数を示している。

図４からわかるように、裏面ピンにシリコーンラバー４０を塗布していない従来のイオン注入装置の場合、０．２μｍ以上のパーティクル数は概略１００〜１０００の間にかたまっている。これに対して、本実施形態のイオン注入装置では、０．２μｍ以上のパーティクル数は概略４０〜１００の間にかたまっている。

すなわち、裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバー４０を塗布することにより、半導体ウェーハ２８と裏面ピン３８との間の潤滑作用を奏して、両者の擦れによる半導体ウェーハ２８の傷の発生及びパーティクルの発生を抑制することができる。

図５も、本実施形態のイオン注入装置による効果を示す図である。図５において横軸は０．２μｍ以上のパーティクル数を示している。左側の縦軸は各パーティクル数に対する頻度を示しており柱状のグラフが対応している。右側の縦軸はパーティクル数が少ない側から高い側に向けての累積割合を示しており線グラフが対応している。

図５のヒストグラムに示すように、従来の方式すなわち裏面ピン３８に何も施していない状態では、パーティクル数が１０００以上の頻度が比較的多いのに対して、裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバー４０を塗布した状態では、パーティクル数が１００の部分に頻度が集中している。

また、例えばパーティクル数が１００の場合の累積割合は、従来の方式で５．４％なのに対してシリコーンラバー４０の塗布で７３．８％となっている。同様にパーティクル数が２００の場合の累積割合は、従来の方式で４５．０％なのに対してシリコーンラバー４０の塗布で９７．８％、パーティクル数が３５０の場合の累積割合は、従来の方式で６８．９％しか至ってないのに対してシリコーンラバー４０の塗布で９９．１％となって略出尽くしている。このように、シリコーンラバー４０の塗布によりパーティクル数の累積割合の増加が速くなっている。

すなわち、図５のヒストグラムから、裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバー４０を塗布することにより、半導体ウェーハ２８と裏面ピン３８との間の潤滑作用を奏して、両者の擦れによる半導体ウェーハ２８の傷の発生及びパーティクルの発生を抑制できることがわかる。

図６は、半導体ウェーハ支持盤とウェーハの保持機構の他の例を示す図である。図６（イ）は半導体ウェーハと支持盤とウェーハの保持機構の平面図であり、図６（ロ）は図６（イ）におけるＣ−Ｏ−Ｄ断面を示す図である。

図５に示すように、遠心力が働く方向を１２時とした場合、支持盤３０上の２時前後の位置及び１１時前後の位置にストッパ３６が設けられ、略６時の位置に裏面ピン３８が設けられている。このように、ストッパ３６を２箇所に設け、裏面ピン３８を１箇所に設けた場合も、裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバー４０を塗布することにより、半導体ウェーハ２８と裏面ピン３８との間の潤滑作用を奏して、両者の擦れによる半導体ウェーハ２８の傷の発生及びパーティクルの発生を抑制することができる。

要するに、本発明は、支持盤３０に載置された半導体ウェーハ２８の回転体２４の回転軸２２から近い側の裏面に当接するように設けられた突起状の裏面ピン３８の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバーが塗布されていれば、同様の効果を奏することができる。

なお、本実施形態では、裏面ピン３８にシリコーンラバーを塗布する場合を挙げて説明したが、これに限らず、ストッパ３６の半導体ウェーハ２８との接触部にシリコーンラバーを塗布してもよい。これによれば、イオン注入時に、シリコーンラバーがストッパ３６と半導体ウェーハ２８との間の潤滑作用を奏して、両者の擦れによる半導体ウェーハの傷の発生及びパーティクルの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、揺動機構３４により半導体ウェーハ２８を振り子状に揺動し、かつモータ１８により回転軸２２を中心に回転しながらイオンを注入するイオン注入装置について説明したが、これには限られない。例えば、揺動機構３４を設けることなく、半導体ウェーハ２８をモータ１８により回転軸２２を中心に回転させながら、イオン注入手段を移動させてイオンビームをスキャンさせるイオン注入装置においても、本発明を適用することができる。

本実施形態のイオン注入装置の全体概略構成の側面図である。 本実施形態のイオン注入装置の全体概略構成の正面図であり、イオン注入時の半導体ウェーハの動作状態を説明するものである。 半導体ウェーハと支持盤とウェーハの保持機構の詳細を示す図である。 本実施形態のイオン注入装置による効果を示す図である。 本実施形態のイオン注入装置による効果を示す図である。 半導体ウェーハと支持盤とウェーハの保持機構の他の例の詳細を示す図である。

符号の説明

１０ イオン注入装置
１２ イオン源
１４ 質量分離器
１８ モータ
２２ 回転軸
２４ 回転体
２６ アーム
２８ 半導体ウェーハ
３０ 支持盤
３２ 揺動アーム
３４ 揺動機構
３６ ストッパ
３８ 裏面ピン
４０ シリコーンラバー

Claims (3)

1. 回転駆動機構により回転される回転体と、該回転体の回転軸回りに放射状に延在された複数のアームと、該各アームに設けられた半導体ウェーハの支持盤と、該各支持盤の盤面が前記回転軸にほぼ直交する方向に向けられた状態で前記回転駆動機構により回転される前記半導体ウェーハにイオンを注入するイオン注入手段と、前記各支持盤の盤面に載置された前記半導体ウェーハの前記回転体の回転軸から遠い側の周縁部に当接するように設けられたストッパと、前記各支持盤に載置された前記半導体ウェーハの前記回転体の回転軸から近い側の裏面に当接するように設けられた突起状の裏面ピンとを含んでなるイオン注入装置において、
   前記裏面ピンの前記半導体ウェーハとの接触部にシリコーンラバーが塗布されてなるイオン注入装置。
2. 前記ストッパの前記半導体ウェーハとの接触部にシリコーンラバーが塗布されてなる請求項１のイオン注入装置。
3. 前記回転体と前記アームからなる回転台を揺動アームを介して振り子状に揺動させる揺動機構を備え、
   前記半導体ウェーハは、前記揺動機構により振り子状に揺動され、かつ前記回転駆動機構により回転されながら前記イオン注入手段によりイオンを注入される請求項１のイオン注入装置。

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