JP6338416B2

JP6338416B2 - イオン照射方法およびイオン照射に用いる固定装置

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Publication number: JP6338416B2
Application number: JP2014065846A
Authority: JP
Inventors: 井上　剛; 剛井上; 仁坂根; 章賀正岡
Original assignee: 住重アテックス株式会社
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015191914A

Description

本発明は、イオン照射方法に関し、特に、イオン照射に用いるマスクを半導体基板に固定する固定装置に関する。

シリコンウェハ等の半導体基板に様々な微細加工を施すことで、半導体集積回路が製造される。集積回路の性能を向上させるため、半導体基板にヘリウム等のイオンを照射して欠陥領域が形成されることがある。例えば、ダイオードを内蔵する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造工程において、マスクを使用してイオン照射することにより、ダイオードが形成される箇所に欠陥領域が選択的に形成される。ダイオード領域に選択的に欠陥を形成することで、ダイオードの逆回復特性が向上しうる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１１／０７４０７５号公報

イオン照射用のマスクを設ける場合、マスクが半導体基板の表面に接触し、基板表面が損傷し、イオン照射工程の歩留まりが低下するおそれがある。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、マスクと基板表面との接触を防ぐことのできるイオン照射技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のイオン照射方法は、第１主面を有する半導体基板の外周領域にスペーサ部材を配置する工程と、スペーサ部材を間に挟んで、第１主面の上方に配置されるマスクと半導体基板とを固定する工程と、マスクの上から半導体基板に向けてイオンを照射する工程と、を備える。

本発明の別の態様は、固定装置である。この装置は、半導体基板の主面上に配置されたマスクを介してイオン照射をする際にマスクを半導体基板に固定するための固定装置であって、半導体基板の外周領域に設けられるスペーサ部材と、半導体基板、スペーサ部材およびマスクを挟み込んで固定するクリップと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、マスクと基板表面との接触を防ぐことのできるイオン照射技術を提供できる。

イオン照射システムの概略構成を模式的に示した図である。搬送プレートの一例を示す図である。イオンビームの照射イメージを模式的に示した図である。欠陥層が形成されているウェハの断面図を模式的に示した図である。イオン照射後のシリコンウェハの表面からの深さと抵抗率との関係の一例を示すグラフである。図６（ａ）は、抵抗率のピークの深さが異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図、図６（ｂ）は、半値幅の異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図である。イオン照射に用いるマスクを模式的に示す上面図である。マスクを用いたイオン照射によってウェハに形成される欠陥層を模式的に示す図である。比較例に係るマスクの固定態様を模式的に示す図である。本実施の形態に係る固定装置により固定されたウェハおよびマスクの構造を模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る固定装置、ウェハおよびマスクを分解した状態を示す断面図である。クリップが取り付けられたマスクを示す上面図である。ウェハホルダの構造を示す上面図である。ウェハにマスクを固定するためのアライメント装置を模式的に示す外観図である。図１５（ａ）、（ｂ）は、ステージの上にセットされるウェハホルダおよびウェハを示す断面図である。マスクホルダに保持されたマスクを示す下面図である。マスクとウェハの位置合わせ工程を模式的に示す図である。マスクとウェハの固定工程を模式的に示す図である。マスクと固定されたウェハホルダを示す下面図である。本実施の形態に係るウェハ構造体にイオン照射する工程を模式的に示す図である。本実施の形態に係るイオン照射方法の一例を示すフローチャートである。比較例に係るウェハを固定する際の課題を模式的に示す図である。本実施の形態に係るフレーム部材の構造を模式的に示す断面図である。フレーム部材の構造を模式的に示す上面図である。本実施の形態に係る固定装置により固定されたウェハおよびマスクの構造を模式的に示す断面図である。

本実施の形態に係るイオン照射方法は、第１主面を有する半導体基板の外周領域に金属製のスペーサ部材を配置する工程と、スペーサ部材を間に挟んで、第１主面の上方に配置されるマスクと半導体基板とを固定する工程と、マスクの上から半導体基板に向けてイオンを照射する工程と、を備える。

ここで、半導体基板の第１主面とは、イオン照射がなされる照射面である。この照射面の上方にマスクを配置してイオン照射を行うことにより、照射面の一部領域をマスクにより遮蔽し、イオン照射したい領域に選択的にイオンを照射する。このような部分的なイオン照射を行う際に、マスクと照射面とが接触してしまうと、照射面が損傷してしまうおそれがある。一般に、イオン照射工程は、半導体基板に半導体装置などを形成した後に行われるため、イオン照射工程において照射面が損傷してしまうと、これまでの半導体装置形成工程が無駄になってしまう。

そこで、本実施の形態では、照射面とマスクとが接触しないように、半導体基板とマスクの間にスペーサ部材を挟む。スペーサ部材は、半導体基板の外周領域に接触することとなるが、外周領域は一般に半導体装置が形成されない領域であるため、仮にそこで損傷が発生しても半導体装置への影響は少ない。本実施の形態では、スペーサ部材を挟むことで半導体装置が設けられる領域への影響を防止できるため、より簡便な方法によりイオン照射工程の歩留まり低下を防ぐことができると言える。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、製造方法を説明する際に示す各断面図において、半導体基板やその他の層の厚みや大きさは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

（第１の実施の形態）
（イオン照射装置）
はじめに、半導体基板にイオン照射を行うイオン照射システムについて説明する。図１は、イオン照射システムの概略構成を模式的に示した図である。イオン照射システム１０は、加速器１２と、半導体基板であるウェハを保持し搬送するウェハ搬送装置１４と、加速器１２から出射されたイオンビームをウェハ搬送装置１４まで導くビーム輸送ダクト１６と、を備える。

加速器１２は、イオンを加速し、イオンビームとして外部へ出射する。加速器１２としては、例えば、サイクロトロン方式やバンデグラフ方式の装置が用いられる。ウェハ搬送装置１４は、複数の搬送プレート１８を収容する収容部（不図示）と、搬送プレート１８が搭載しているウェハにイオンビームが照射される照射チャンバ２０と、収容部と照射チャンバ２０との間で搬送プレート１８を移動する移動機構２２と、を備える。ビーム輸送ダクト１６の途中には、内部を真空に維持する真空ポンプやビームの方向を補正する電磁コイル等が設けられている。

図２は、搬送プレートの一例を示す図である。搬送プレート１８は、複数のウェハ２４を搭載する搭載部２６を有する。ウェハ２４は、搭載部２６に搭載された状態で所定の位置に保持される。移動機構２２は、一つの搬送プレート１８に搭載されている全てのウェハ２４に順次イオンビームが照射され、イオン照射処理が終了すると、搬送用軸２８の端部２８ａを搬送プレート１８の端部に設けられている被係合部３０に係合させ、搬送プレート１８を収容部に戻す。そして、次の搬送プレート１８を照射チャンバ２０へ移動する。

図３は、イオンビームの照射イメージを模式的に示した図である。加速器１２から出射したイオンビームＢは、マグネット３２の働きによりその方向が変化する。そして、イオンビームＢでウェハ２４の表面を順次走査することで、ウェハ２４の所定の領域にイオン照射が行われ、欠陥層３４が形成される。なお、ウェハ２４の照射面の前方には、イオンビームの加速エネルギーを調整するために、アルミ製のアブソーバ３６が配設されている。アブソーバ３６は、例えばアルミホイル等の金属箔が用いられる。

次に、欠陥層３４について説明する。図４は、欠陥層が形成されているウェハの断面図を模式的に示した図である。図４に示すように、イオンビームＢによりウェハ２４の所定の深さに欠陥層３４が形成される。

ウェハにイオン照射が行われると、イオンの加速エネルギーに応じた深さまでイオンが到達する。その際、到達した領域を含む近傍では格子欠陥が形成され、結晶の規則性（周期性）が乱れた状態となる。このような格子欠陥が多い領域では電子が散乱されやすくなり、電子の移動が阻害される。つまり、イオン照射により局所的な格子欠陥が生じた領域では、抵抗率が上昇することになる。

図５は、イオン照射後のシリコンウェハの表面からの深さと抵抗率との関係の一例を示すグラフである。ここで、測定したシリコンウェハは、ＣＺ（Czochralski）法により作製されたＮ型のシリコン単結晶（基板抵抗率４Ω・ｃｍ）をスライスしたものである。なお、本実施の形態に係るウェハとしては、シリコン（Ｓｉ）以外にも、炭化ケイ素（ＳｉＣ））、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を用いることができる。

このＮ型のＣＺシリコンウェハに、サイクロトロン加速器によりエネルギー２３ＭｅＶで加速し、減速材（アルミホイル）を通過させてイオン打ち込み深さ９μｍに調整した^３Ｈｅ^＋イオンを、ドーズ量１．０Ｅ＋１３ｃｍ^−２の照射量で照射した。

その結果、図５に示すように、抵抗率の深さ方向の変化は、深さが９．５ミクロンの位置でピーク抵抗率１０００Ω・ｃｍとなる山型の関数となっている。また、抵抗率がピークの半分となる半値幅は９．２μｍ前後である。ここでは、この半値幅に含まれる領域を欠陥層３４または高抵抗層と称する。なお、欠陥層または高抵抗層の定義は、必ずしもこれに限られず、周囲より抵抗率の高い所定の領域ということもできる。

なお、所定の領域に高抵抗層を形成するためには、イオン照射の加速エネルギーやイオン種、照射量を適宜選択して行うことで実現可能である。図６（ａ）は、抵抗率のピークの深さが異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図、図６（ｂ）は、半値幅の異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図である。

図６（ａ）に示すように、例えばイオン照射の際のイオンの加速エネルギーを調整することで、高抵抗層が形成される深さを自由に設定できる。例えば、イオン照射を０．００１ＭｅＶ以上の加速エネルギーで行ってもよい。あるいは、０．１ＭｅＶ以上の加速エネルギーで行ってもよい。また、イオン照射を１００ＭｅＶ以下の加速エネルギーで行ってもよい。あるいは、３０ＭｅＶ以下の加速エネルギーで行ってもよい。

また、図６（ｂ）に示すように、例えばイオン照射に用いられるイオン種を適宜選択することで、半値幅の異なる高抵抗層を形成できる。イオン照射に用いられるイオン種は、Ｈ、Ｈｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎｅ、Ｓｉ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅからなる群より選択される少なくとも１種の原子がイオン化されたものが挙げられる。具体的には、例えば、^１Ｈ^＋、^２Ｈ^＋、^３Ｈｅ^２＋、^４Ｈｅ^２＋などが挙げられる。

このように、イオン照射システム１０において、イオン種、加速エネルギー、イオン照射量（ビーム電流、照射時間）を調整することで、ウェハ中の所定の領域に形成される欠陥層または高抵抗層の位置や幅、抵抗率の大きさを適宜設定できる。なお、イオン照射により得られる欠陥層は、高抵抗領域を形成する目的の他に、キャリアのライフタイム制御層を形成する目的など、様々な用途に用いることができる。

（イオン照射用マスク）
次に、イオン照射に用いるマスク４０について述べる。図７は、イオン照射に用いるマスク４０を模式的に示す上面図である。マスク４０は、ウェハ２４の照射面を覆うことのできる大きさを有する円盤形状の部材である。マスク４０は、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）およびこれらの合金を含む金属や、シリコン（Ｓｉ）、その他樹脂などで構成される。マスク４０は、照射されるイオンを通過させるための開口４２と、位置合わせ用に設けられるアライメント開口４４を有する。

図８は、マスク４０を用いたイオン照射によってウェハ２４に形成される欠陥層３４を模式的に示す図である。マスク４０は、ウェハ２４の照射面２４ａ（第１主面ともいう）の上方に配置され、ウェハ２４に向けて照射されるイオンビームＢを部分的に遮蔽する。開口４２が設けられる開口領域Ａ１では、イオンビームＢが開口を通過してウェハ２４に到達し、欠陥層３４が形成される。一方、開口が設けられない非開口領域Ａ２では、イオンビームＢがマスク４０により遮蔽されるため、欠陥層３４が形成されない。マスク４０を用いることにより、欠陥層３４が形成される領域をパターン化することができる。

（マスク固定装置）
つづいて、マスク４０の固定装置について述べる。図９は、比較例に係るマスク４０の固定態様を模式的に示す図であり、上述の搬送プレート１８にウェハ２４およびマスク４０が固定された様子を示す図である。ウェハ２４は、搭載部２６の上に搭載されるとともに、ウェハ２４の上方に設けられる押さえ部２６ｂによって固定される。マスク４０は、搭載部２６の溝２６ａに差し込まれることにより、ウェハ２４の前面に固定される。

図９に示す比較例においては、マスク４０が下方の溝２６ａによって固定されているため、マスク４０がウェハ２４の照射面２４ａに接触し、照射面２４ａを損傷させるおそれがあった。マスク４０と照射面２４ａとの間を距離をとれば、両者の接触を防ぐことができるが、マスク４０の位置合わせ精度が低下するおそれが生じる。マスク４０の位置合わせ精度が低下すると、イオン照射すべき領域にイオンが照射されず、イオン照射すべきではない領域にイオンが照射され、ウェハ２４に形成される半導体装置の性能低下につながるおそれが生じる。

そこで、本実施の形態においては、ウェハ２４の外周領域に設けられるスペーサ部材を用いて、ウェハ２４とマスク４０とを固定する。図１０は、本実施の形態に係る固定装置６０により固定されたウェハ２４およびマスク４０の構造を模式的に示す断面図である。図１１は、本実施の形態に係る固定装置６０、ウェハ２４およびマスク４０を分解した状態を示す断面図である。なお以下の記載において、ウェハ２４およびマスク４０が固定装置６０により固定された構造体を、ウェハ構造体５０ともいう。

固定装置６０は、ウェハホルダ６２と、上側スペーサ部材６４と、下側スペーサ部材６５と、クリップ６６と、を有する。固定装置６０は、アルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属材料で構成される。なお、固定装置６０は、樹脂材料で構成されてもよい。

ウェハホルダ６２は、底部６２ａと、底部６２ａの外周上に設けられる枠部６２ｂと、を有する。ウェハホルダ６２は、ウェハ２４を収容可能な凹部６３を有し、凹部６３は、底部６２ａおよび枠部６２ｂにより区画される。凹部６３は、ウェハ２４の外径に合った大きさの開口を有し、ウェハ２４、上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５を積層させた高さに対応する深さを有する。例えば、その深さは、１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５は、外径に対応したリング形状の部材である。上側スペーサ部材６４は、ウェハ２４の照射面２４ａに接してウェハ２４の外周領域Ｃ１に設けられる。同様に、下側スペーサ部材６５は、照射面２４ａに背向するウェハ２４の裏面（第２主面ともいう）２４ｂに接してウェハ２４の外周領域Ｃ１に設けられる。

上側スペーサ部材６４は、ウェハ２４とマスク４０の間に設けられ、ウェハ２４の照射面２４ａとマスク４０との間を非接触とする役割を有する。下側スペーサ部材６５は、ウェハ２４とウェハホルダ６２の間に設けられ、裏面２４ｂとウェハホルダ６２との間を非接触とする役割を有する。

ここで、ウェハ２４の外周領域Ｃ１とは、ウェハ２４の外周から１ｍｍ〜３ｍｍ程度の領域であり、一般に、半導体装置が形成されない領域である。そのため、上側スペーサ部材６４または下側スペーサ部材６５が外周領域Ｃ１においてウェハ２４に接触したとしても、ウェハ２４に形成される半導体装置への影響は少ない。また、ウェハ２４の外周領域Ｃ１に上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５を設けることで、半導体装置が一般に形成される内側領域Ｃ２にマスク４０やウェハホルダ６２が接触し、内側領域Ｃ２が損傷することとなるのを防ぐことができる。

上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５は、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚さを有する。上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５は、ウェハ２４の厚さを合わせた三層の厚さがウェハホルダ６２の凹部６３の深さよりもわずかに高くなるような厚さとすることが望ましい。また、上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５は、イオン照射の対象となるウェハ２４の厚さによって、その厚さが変えられてもよい。これにより、ウェハ２４の厚さが異なる場合であっても、上側スペーサ部材６４や下側スペーサ部材６５の厚さを変えるだけで、共通するウェハホルダ６２を用いることができる。

クリップ６６は、ウェハ２４、上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５を凹部６３に収容したウェハホルダ６２と、ウェハ２４の上方に配置されるマスク４０とを固定する固定治具である。クリップ６６は、ウェハホルダ６２、ウェハ２４、マスク４０を挟み込むようにして側方に取り付けられる。図１２は、クリップ６６が取り付けられたマスク４０を示す上面図である。図示されるように、クリップ６６は、対角位置の２箇所に取り付けられる。このとき、クリップ６６は、ウェハ２４の照射面２４ａに設けられるアライメントマーク４６と、マスク４０のアライメント開口４４の位置が合うようにして固定される。

図１３は、ウェハホルダ６２の構造を示す上面図である。上面６２ｃにおいてマスク４０と接触する枠部６２ｂには、対角状に配置される窪部６２ｄが設けられる。窪部６２ｄは、ウェハホルダ６２をマスク４０に接触させる際に、マスク４０を保持する係止部と上面６２ｃとが干渉しないようにする。マスク４０を保持する係止部については、図１６および図１９を参照しながら後述する。

（マスク固定工程）
つづいて、ウェハ２４にマスク４０を固定する工程を説明する。図１４は、ウェハ２４にマスク４０を固定するためのアライメント装置７０を模式的に示す外観図である。アライメント装置７０は、ウェハホルダ６２が載置されるステージ７２と、マスク４０を保持するマスクホルダ７４と、マスクホルダ７４を支持する支柱７７と、マスク４０のアライメント開口４４を通してウェハ２４のアライメントマーク４６を検知するためのカメラ７８と、を有する。マスクホルダ７４には、側方からクリップ６６の取り付けが可能となるように構成されるクリップ挿入部７６が設けられる。

図１５（ａ）、（ｂ）は、ステージ７２の上にセットされるウェハホルダ６２およびウェハ２４を示す断面図である。ステージ７２には、ウェハホルダ６２を収容するための収容溝７３が設けられており、この収容溝７３にウェハホルダ６２およびウェハ２４がセットされる。まず、図１５（ａ）に示すように、ステージ７２の上にウェハホルダ６２が配置され、ウェハホルダ６２の凹部６３に下側スペーサ部材６５が配置される。次に、図１５（ｂ）に示すように、下側スペーサ部材６５の上にウェハ２４が配置され、ウェハ２４の上に上側スペーサ部材６４が配置される。上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５は、ウェハ２４の外周領域に配置される。

図１６は、マスクホルダ７４に保持されたマスク４０を示す下面図であり、マスクホルダ７４の下面７４ｂ側から見た状態を示す。マスクホルダ７４の下面７４ｂには、マスク４０がセットされる。マスク４０は、マスクホルダ７４の下面７４ｂ側に保持されており、マスクホルダ７４の下面７４ｂに対角状に配置される係止部７５により支持される。係止部７５は、径方向に可動するように構成されており、係止部７５を内側へ動かすとマスク４０が保持される状態となり、係止部７５を外側へ動かすとマスク４０の保持状態が解除される。なお、マスクホルダ７４の中央部には、開口部７４ｃが設けられる。カメラ７８は、開口部７４ｃおよびアライメント開口４４を通して、ウェハ２４のアライメントマーク４６を視認する。

図１７は、マスク４０とウェハ２４の位置合わせ工程を模式的に示す図である。次に、マスク４０の下にステージ７２を移動させて、マスク４０とウェハ２４の位置合わせを行う。ステージ７２ａをＸ１方向に移動させてマスク４０の下に配置し、マスク４０の下に配置されたステージ７２ｂをＺ１方向に移動させて、マスク４０とウェハホルダ６２を近接させる。マスク４０とウェハホルダ６２を近接された状態において、カメラ７８によりアライメント開口４４とアライメントマーク４６とを確認し、ステージ７２をＸＹ方向に移動させてマスク４０とウェハ２４との位置合わせを行う。

マスク４０とウェハ２４との位置合わせが完了した後、マスク４０、ウェハ２４およびウェハホルダ６２を固定する。図１８は、マスク４０とウェハ２４の固定工程を模式的に示す図であり、図１９は、マスク４０と固定されたウェハホルダ６２を示す下面図である。マスク４０とウェハ２４を位置合わせした後、ステージ７２をＺ２方向に移動させてマスク４０とウェハホルダ６２とを接触させる。このとき、図１９に示されるように、係止部７５がウェハホルダ６２に設けられる窪部６２ｄに入り込むため、係止部７５が干渉しないようにしてマスク４０とウェハホルダ６２とを接触させることができる。

マスク４０とウェハホルダ６２とを接触させた状態で、クリップ挿入部７６からクリップ６６を側方に取り付けることにより、マスク４０、ウェハ２４およびウェハホルダ６２が固定される。クリップ６６を取り付けた後、係止部７５による保持を解除し、ステージ７２を下方に移動させることにより、図１０に示すウェハ構造体５０ができあがる。

（イオン照射工程）
図２０は、本実施の形態に係るウェハ構造体５０にイオン照射する工程を模式的に示す図である。ウェハ構造体５０は、搬送プレート１８の搭載部２６に搭載され、搭載部２６に搭載された状態でイオンビームが照射される。

（マスク解除工程）
イオン照射の後、ウェハ構造体５０は、図１１に示す状態に分解され、ウェハ２４からマスク４０の固定が解除される。マスク４０の解除工程は、例えば、マスク４０を固定する工程の逆工程により行うことができる。なお、ウェハ構造体５０を分解する前に、ウェハ２４とマスク４０のアライメントがずれていないかを確認してもよい。イオン照射の前後においてアライメント状態を確認することで、適切な位置にイオン照射を実施できたか否かを確認することができる。これにより、後工程における歩留まりを高めることができる。

図２１は、本実施の形態に係るイオン照射方法の一例を示すフローチャートである。はじめに、半導体基板およびマスクをそれぞれ準備し（Ｓ１０）、半導体基板の外周にスペーサ部材を配置する（Ｓ１２）。半導体基板とマスクを近接させて位置合わせし（Ｓ１４）、スペーサ部材を間に挟んで半導体基板とマスクをクリップで固定する（Ｓ１６）。固定されたマスクを介して半導体基板にイオン照射し（Ｓ１８）、イオン照射後の半導体基板とマスクの位置合わせ（アライメント）がずれていないか確認する（Ｓ２０）。その後、半導体基板とマスクの固定を解除する（Ｓ２２）。

本実施の形態によれば、ウェハ２４の外周領域Ｃ１に上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５を設けるため、ウェハ２４の内側領域Ｃ２にマスク４０やウェハホルダ６２が接触しない「非接触状態」を維持しながらウェハ２４にマスク４０を固定することができる。したがって、マスク４０を用いてイオン照射する場合であっても、ウェハ２４の内側領域Ｃ２が損傷してしまうこと防ぐことができる。これにより、イオン照射工程の歩留まりを高めることができる。

また、本実施の形態によれば、ウェハ構造体５０を固定するクリップ６６が、マスク４０およびウェハホルダ６２と接触するように取り付けられ、クリップ６６とウェハ２４とが非接触状態となる。これにより、固定装置６０によりウェハ２４の内側領域Ｃ２が損傷してしまうことを防ぐことができる。したがって、ウェハ２４の照射面２４ａおよび裏面２４ｂの双方を非接触状態としたままイオン照射を実行することができる。

また、本実施の形態によれば、接着や接合の技術を利用しない固定態様としているため、ウェハ構造体５０を構成する部材に接着剤や接合剤が残留する心配がなく、接着剤等を用いた場合において発生しうる接着剤の除去工程を必要としない。また、ウェハ構造体５０を分解した後のマスク４０や固定装置６０を別のウェハ２４にそのまま再利用することができる。したがって、接着や接合の技術を利用する場合と比べて、マスクを利用するイオン照射工程のコストを低減することができる。

（第２の実施の形態）
図２２は、比較例に係るウェハ１２４を固定する際の課題を模式的に示す図である。本図は、上述の実施の形態に係るウェハ２４よりも薄いウェハ１２４に上側スペーサ部材６４および下側スペーサ部材６５を配置した状態を示している。本実施の形態に係るイオン照射工程は、半導体装置の形成工程の後に研磨工程がなされた、厚さの非常に薄いウェハに対して行われることがあり、そのようなウェハの厚さは、１００μｍ以下となる場合もある。そうすると、ウェハが薄いために平坦な状態を維持できず、ウェハの自重によって湾曲してしまうことがある。その結果、図２２に示すように、ウェハ１２４の中央部がウェハホルダ６２に接触してしまい、ウェハ１２４の表面の損傷につながるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、薄いウェハ１２４の湾曲を抑制できる固定装置を用いる。より具体的には、固定装置の一部として、ウェハ１２４の外周を取り囲むように配置されるフレーム１６２を用いる。以下、上述した第１の実施の形態に係るイオン照射方法および固定装置６０との相違点を中心に説明する。

図２３は、本実施の形態に係るフレーム１６２の構造を模式的に示す断面図であり、図２４は、フレーム１６２の構造を模式的に示す上面図である。フレーム１６２は、ウェハ１２４の照射面１２４ａ（第１主面）および裏面１２４ｂ（第２主面）の外周領域Ｃ１と、ウェハ１２４の側面１２４ｃを取り囲むようにして設けられる。フレーム１６２は、第１フレーム部材１６４と、第２フレーム部材１６５と、フレーム固定クリップ１６６と、を有する。フレーム１６２は、アルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属で構成される。なお、フレーム１６２は、樹脂材料で構成されてもよい。

第１フレーム部材１６４および第２フレーム部材１６５は、リング形状の部材であり、外径がウェハ１２４の外径よりも大きく、内径がウェハ１２４の外径よりも小さくなるように構成される。第１フレーム部材１６４は、外周領域Ｃ１において、ウェハ１２４の照射面１２４ａと接するように設けられる。第２フレーム部材１６５は、ウェハ１２４の厚さに対応する段差部を有し、外周領域Ｃ１において、ウェハ１２４の裏面１２４ｂおよび側面１２４ｃに接するように設けられる。第１フレーム部材１６４および第２フレーム部材１６５は、ウェハ１２４を間に挟み込んだ状態で、フレーム固定クリップ１６６により挟み込まれて固定される。したがって、第１フレーム部材１６４および第２フレーム部材１６５は、ウェハ１２４の外周領域Ｃ１に設けられるスペーサ部材ということもできる。

図２５は、本実施の形態に係る固定装置１６０により固定されたウェハ１２４およびマスク４０の構造を模式的に示す断面図であり、ウェハ構造体１５０の構成を示す。ウェハ構造体１５０は、ウェハ１２４と、マスク４０と、固定装置１６０により構成される。固定装置１６０は、フレーム１６２と、マスク固定クリップ１６８と、を有する。マスク４０は、第１フレーム部材１６４と接するようにウェハ１２４の照射面１２４ａの上方に配置される。マスク４０およびフレーム１６２は、マスク固定クリップ１６８により挟み込まれて固定される。

本実施の形態に係るウェハ構造体１５０は、上述の第１の実施の形態に係るマスク固定工程と同様の工程により形成される。まず、第２フレーム部材１６５の上にウェハ１２４を配置し、その上に第１フレーム部材１６４を配置して、マスク固定クリップ１６８により挟み込むことにより、フレーム１６２により補強されたウェハ１２４ができあがる。フレーム１６２が固定されたウェハ１２４をステージ７２の上に配置し、マスクホルダ７４に保持されたマスク４０に近接させ、ウェハ１２４とマスク４０の位置合わせを行う。位置合わせが完了した後、ウェハ１２４に固定されるフレーム１６２とマスク４０を接触させ、接触させた状態でマスク固定クリップ１６８を取り付ける。これにより、ウェハ構造体１５０を形成することができる。

本実施の形態によれば、ウェハ１２４とマスク４０の間にスペーサ部材として機能するフレーム１６２が設けられるため、ウェハ１２４の内側領域Ｃ２にマスク４０が接触しない「非接触状態」を維持しながらウェハ１２４にマスク４０を固定できる。また、ウェハ１２４の裏面１２４ｂ側を保護する第２フレーム部材１６５が設けられるため、搬送プレート１８の搭載部２６にウェハ構造体１５０を搭載した場合において、ウェハ１２４の裏面１２４ｂが搬送プレート１８に接触するのを防ぐことができる。これにより、ウェハ１２４の内側領域Ｃ２が損傷してしまうこと防ぎ、イオン照射工程の歩留まりを高めることができる。

また、本実施の形態によれば、ウェハ１２４を取り囲むようにフレーム１６２が固定されるため、フレーム１６２の固定によりウェハ１２４を補強するとともに、湾曲しやすい薄型のウェハ１２４を平坦化することができる。また、フレーム１６２を取り付けたウェハ１２４に対してマスク４０の位置合わせを行うため、平坦化されたウェハ１２４に対して位置合わせすることができ、湾曲したウェハ１２４に対して位置合わせを行う場合と比べてアライメント精度を高めることができる。したがって、イオン照射される領域の位置精度を高めることができ、イオン照射工程の歩留まりを高めることができる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態におけるイオン照射システム、加速器、ウェハ搬送装置などにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の実施の形態では、係止部７５を用いてマスク４０をマスクホルダ７４に固定する構成について説明した。変形例においては、他のいかなる適切な手段を用いて、マスク４０をマスクホルダ７４に対して固定することとしてもよい。例えば、マスクホルダ７４に設けられる真空チャックによりマスク４０を保持してもよい。また、ステージ７２とウェハホルダ６２との間の固定に真空チャックを用いてもよい。

上述の実施の形態では、フレーム１６２を、第１フレーム部材１６４、第２フレーム部材１６５およびフレーム固定クリップ１６６により構成することとした。変形例においては、異なる構成を有するフレーム１６２によって、ウェハ１２４の外周を取り囲むこととしてもよい。例えば、ウェハ１２４の照射面１２４ａおよび裏面１２４ｂのそれぞれに接する上側フレーム部材および下側フレーム部材と、ウェハ１２４の側面１２４ｃに接する中間フレーム部材とによりフレームを構成してもよい。

上述の実施の形態に係るイオン照射技術は、半導体装置の形成に適用することができる。例えば、ＩＧＢＴとダイオードを混載させたパワーデバイスにおいて、ＩＧＢＴが形成される領域にはイオン照射を行わず、ダイオードが形成される領域にイオン照射がなされるように構成されるマスクを用いることができる。これにより、ダイオード領域に欠陥領域を形成して、ダイオードの逆回復特性を向上させることができる。

また、上述の実施の形態に係るイオン照射技術は、ＲＦ−ＣＭＯＳデバイスにおけるインダクタ領域の形成に用いることができる。インダクタ領域の周囲に選択的にイオン照射を行って高抵抗層を形成することにより、インダクタ領域のＱ値を向上させることができる。また、デジタル回路とアナログ回路を混載する半導体装置において、デジタル領域とアナログ領域の間の領域に選択的にイオン照射を行って高抵抗層を形成することにより、分離領域を形成することができる。これにより、デジタル信号がアナログ回路に混信することを防ぎ、アナログ回路の特性を向上させることができる。

Ｃ１…外周領域、２４…ウェハ、２４ａ…照射面、２４ｂ…裏面、４０…マスク、４４…アライメント開口、４６…アライメントマーク、６０…固定装置、６２…ウェハホルダ、６３…凹部、６４…上側スペーサ部材、６５…下側スペーサ部材、６６…クリップ、１２４…ウェハ、１２４ａ…照射面、１２４ｃ…側面、１２４ｂ…裏面、１６０…固定装置、１６２…フレーム。

Claims

半導体基板の第１主面側に上側スペーサ部材を配置し、前記半導体基板の前記第１主面に背向する第２主面側に下側スペーサ部材を配置する工程と、
前記下側スペーサ部材、前記半導体基板、前記上側スペーサ部材およびマスクを順に重ねた状態でこれらを挟み込むクリップを取り付けて前記マスクと前記半導体基板とを固定する工程と、
前記マスクの上から前記半導体基板に向けてイオンを照射する工程と、を備え、
前記上側スペーサ部材は、前記半導体基板の前記第１主面の外周領域と接触し、前記第１主面の外周領域より内側の内側領域と非接触となるよう構成され、
前記下側スペーサ部材は、前記半導体基板の前記第２主面の外周領域と接触し、前記第２主面の外周領域より内側の内側領域と非接触となるよう構成されるイオン照射方法。
前記半導体基板は、ウェハホルダの凹部内の下側スペーサ部材の上に配置され、前記上側スペーサ部材は、前記ウェハホルダの凹部内の前記半導体基板の上に配置され、前記マスクは、前記ウェハホルダの前記凹部の上方に配置され、
前記クリップは、前記ウェハホルダおよび前記マスクを挟み込むように取り付けられる請求項１に記載のイオン照射方法。
前記ウェハホルダの前記凹部の深さは、前記下側スペーサ部材、前記半導体基板および前記上側スペーサ部材を重ねた厚さよりも小さい請求項２に記載のイオン照射方法。
前記上側スペーサ部材および前記下側スペーサ部材の少なくとも一方は、前記半導体基板の側面を取り囲むように構成される請求項１に記載のイオン照射方法。
前記下側スペーサ部材、前記半導体基板および前記上側スペーサ部材を順に重ねた状態でこれらを固定した後に、前記マスクが有するアライメント開口および前記第１主面に設けられるアライメントマークを用いて前記マスクを前記第１主面に対して位置合わせし、その後に前記マスクと前記半導体基板とを固定する請求項１または４に記載のイオン照射方法。
半導体基板の第１主面の上方に配置されたマスクを介してイオン照射をする際に前記マスクを前記半導体基板に固定するための固定装置であって、
前記半導体基板の前記第１主面側に配置され、前記半導体基板の前記第１主面の外周領域と接触し、前記第１主面の外周領域より内側の内側領域と非接触となるよう構成される上側スペーサ部材と、
前記半導体基板の前記第１主面に背向する第２主面側に配置され、前記半導体基板の前記第２主面の外周領域と接触し、前記第２主面の外周領域より内側の内側領域と非接触となるよう構成される下側スペーサ部材と、
前記下側スペーサ部材、前記半導体基板、前記上側スペーサ部材および前記マスクを順に重ねた状態でこれらを挟み込んで固定するクリップと、を備える固定装置。
前記固定装置は、前記半導体基板を収容可能な凹部を有するウェハホルダをさらに備え、前記下側スペーサ部材、前記半導体基板および前記上側スペーサ部材は、前記ウェハホルダの前記凹部に収容され、前記マスクは、前記ウェハホルダの前記凹部の上方に配置され、
前記クリップは、前記凹部に前記下側スペーサ部材、前記半導体基板および前記上側スペーサ部材が収容された前記ウェハホルダと、前記凹部の上方に配置される前記マスクと、を固定する請求項６に記載の固定装置。
前記固定装置は、前記下側スペーサ部材、前記半導体基板および前記上側スペーサ部材を順に重ねた状態でこれらを固定する別のクリップをさらに備え、
前記クリップは、前記別のクリップにより固定される前記下側スペーサ部材、前記半導体基板および前記上側スペーサ部材と、前記上側スペーサ部材の上方に配置される前記マスクと、を固定する請求項６に記載の固定装置。