JPH1064471A - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JPH1064471A
JPH1064471A JP8217085A JP21708596A JPH1064471A JP H1064471 A JPH1064471 A JP H1064471A JP 8217085 A JP8217085 A JP 8217085A JP 21708596 A JP21708596 A JP 21708596A JP H1064471 A JPH1064471 A JP H1064471A
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JP
Japan
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wafer
ion
motor
radiating material
ion beam
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JP8217085A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Tomita
博之 冨田
Kazuo Mera
和夫 米良
Yasuo Yamashita
泰郎 山下
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPH1064471A publication Critical patent/JPH1064471A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】最適なウエハの冷却でイオンビームをウエハに
注入可能なイオン注入装置を提供する。 【解決手段】イオン源から取り出されたイオンビームを
ウエハに打込むイオン注入装置において、ウエハ保持手
段が、イオンビームが上記ウエハに照射する面と反対側
の面で上記ウエハを保持するウエハホルダからなり、上
記ウエハと上記ウエハホルダとの間に、上記ウエハホル
ダと輻射率の異なる材料の輻射材を設置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のイオン注入装置は、例えば、特開
平1−189845 号公報に記載のように、イオン源から取り
出されたイオンビームを処理室内に設置されたウエハに
打込んでいた。この際、ウエハとウエハホルダとの間の
冷却は両者の間に、ガスを封入する、ガス冷却構造が一
般的であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで近年、SiM
OX用のイオン注入装置が研究開発されており、このイ
オン注入装置では、シリコンウエハの所定の深さに酸素
イオンを注入し、その後、アニール処理を行うことによ
り、シリコンウエハ中にSiO2 の層を形成している。
このSiO2 層を絶縁基板とすることにより、従来のイ
オン注入装置のようにSiO2 の基板上にシリコン層を
形成するものに比べて高速応答のウエハを実現できる。
【0004】しかし、従来のイオン注入装置ではウエハ
の冷却に、ウエハとウエハホルダとの間で、ガス冷却構
造を用いており、SiMOX用にこの構造を用いると、
従来のイオン注入装置より、ビームのエネルギが高いた
め、ウエハホルダが高温になり、ガスがリークを起こし
真空度を低下させる。また、ウエハが高温になりすぎ結
晶構造が破壊されるといったプロセス上での問題がある
ことが判明した。
【0005】本発明の目的は、最適なウエハの冷却でイ
オンビームをウエハに注入可能なイオン注入装置を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はイオン源から取り出されたイオンビームを
ウエハに打込むイオン注入装置で、ウエハとウエハを保
持するウエハホルダとの間に、ウエハ非接触で輻射材
(例えば、Si)を設置することにより、ウエハからの
輻射熱量を増減し、ウエハ温度を任意の値に設定するこ
とが可能とし得るものとなる。
【0007】また、輻射材の面積を変えることによって
も、輻射熱量を増減し、ウエハ温度を任意の値に設定す
ることが可能とし得るものとなる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例について、以下
図面を用いて説明する。
【0009】図2は本発明の一実施例によるSiMOX
用イオン注入装置の説明図である。イオン源100から
放出されたイオンビームは、質量分離器200によって
所定の質量を有するイオン、即ち、イオン注入に用い
る、例えば、酸素イオンが分離され、取り出される。質
量分離器200によって取り出されたイオンビームX
は、処理室300の入射口301から処理室300に入
射する。イオン源100,質量分離器200および処理
室300は、気密連結されており、それらの内部は、真
空に保たれている。
【0010】処理室200内には、回転ディスク310
が設置されており、この回転ディスク310の外周に複
数のウエハホルダ320が配置されており、このウエハ
ホルダ320にシリコンウエハが固定される。回転ディ
スク310は、回転するとともに、左右に揺動する。イ
オンビームXの断面積は、ウエハホルダ320に固定さ
れるシリコンウエハの面積に比べて小さいため、回転デ
ィスク310が、回転および揺動することにより、シリ
コンウエハの全表面に目的とするイオンを打ち込むこと
ができる。
【0011】処理室300の後方には、イオン注入対象
物のウエハを出し入れする準備室400が接続されてい
る。準備室400には、ウエハの搬送を行う搬送ロボッ
ト410及びウエハを収納する収納カセット420が設
置されている。搬送ロボット410は、収納カセット4
20に収納されたウエハを取り出し、その先端を処理室
300内に挿入して、ウエハをウエハホルダ320に装
着する。さらに、搬送ロボット410は、イオン注入
後、ウエハホルダ320からウエハを取り出し、収納カ
セット420に収納する。
【0012】処理室300と準備室400により、イオ
ン注入装置のエンドステーションを構成している。
【0013】次に、図3,図4を用いて、処理室300
内の回転ディスク310の構造について説明する。
【0014】図3は本発明の一実施例によるイオン注入
装置の回転ディスク装置の正面図である。図4は、図3
の側面図である。
【0015】図3で、17枚のウエハ330が設置され
たウエハホルダ320が、回転ディスク310の円周上
に等ピッチで配置され、その回転ディスク310の任意
のウエハ位置にイオンビームXが照射される。回転ディ
スク310はその中央に位置する円形部312と、円形
部312から90゜の等間隔で十字型に延在する4本の
アーム部314,315,316,317と、このアー
ム部314,315,316,317の外周に位置する
リング部318から構成される。17個のウエハホルダ
320は、このリング部318に取り付けられている。
中央の円形部312の後ろには、内部にモータを有する
インナーチャンバ340が取り付けられており、モータ
の回転力が回転ディスク310に伝えられ、回転ディス
ク310を矢印A方向に回転する。なお、インナーチャン
バ340の詳細な構造については、図4を用いて後述す
る。
【0016】インナーチャンバ340は、左右からチル
ト軸350,352によってコ字状のシャフト360に
対して回動可能に支持されている。シャフト360に
は、モータ354が固定されており、モータ354の回
転軸がチルト軸352の端部に結合されており、モータ
354を正転若しくは逆転することにより、回転ディス
ク310は、チルト軸350,352を中心として回動
して、イオンビームXに対する傾き角度を可変できる。
【0017】コ字状のシャフト360は、その基部でシ
ャフト362に固定されており、シャフト362は、ス
キャン軸364に固定されている。スキャン軸364の
端部には、2点鎖線で示すギア366が固定されてい
る。ギア366は、モータ370の回転軸に固定されたギ
ア368と結合している。従って、モータ370を正逆
転する事により、ギア366が矢印B方向に正逆転し、
回転ディスク310は、矢印C,C′方向に揺動する。
その揺動角は、図示するように、ψである。イオンビー
ムXの位置は固定であるので、回転ディスク310の揺
動により、相対的にイオンビームXによってウエハ33
0上を走査できる。
【0018】次に図4を用いて回転ディスク310のチ
ルト機構について説明する。
【0019】図4で、ウエハ330が設置されたウエハ
ホルダ320が、回転ディスク310の外周上に配置さ
れ、その回転ディスク310の任意のウエハ位置にイオ
インビームXが照射される。回転ディスク310の中央
の円形部312の後ろには、ディスク座319がインロ
ー結合されている。ディスク座319に取り付けられた
シャフト341は、モータ342の回転軸に結合されて
いる。また、シャフト341は、絶縁物343を介し
て、インナーチャンバ340に回動自在に取り付けられ
ている。モータ342には、磁気シール344が取り付
けられ、さらに、冷却のための給排水口345が取り付
けられており、モータ342を冷却している。モータ3
42が配置されているインナーチャンバ340内は、大
気圧に保たれており、その外側は真空であるので、イン
ナーチャンバ340内の封止のために磁気シール344
が設けられている。インナーチャンバ340の内部は、
大気圧となっており、その内部には乾燥空気の吹き出し
口347が設けられており、乾燥空気をチャンバ内に導
入できる。これは、モータ342を大気圧で動作できる
ようにし、しかも、冷却を水冷方式としたため、インナ
ーチャンバ340の内部が結露する可能性があるので、
外部より乾燥空気を取り込んでインナーチャンバ340
内を乾燥させ、結露を防ぐようにしているためである。
【0020】インナーチャンバ340は、左右からチル
ト軸352によってコ字状のシャフト360に対して回
動可能に支持されている。シャフト360には、モータ
354が固定されており、このモータ354の回転軸がチ
ルト軸352の端部に結合されており、モータ354を
正転若しくは逆転する事により、回転ディスク310は
チルト軸350,352を中心として矢印D方向に回動
可能である。回転ディスク310を実線で示す位置から
矢印C方向に破線で示す位置に回動することにより、イ
オンビームXに対するウエハ330の傾き角度θを変え
る。
【0021】モータ354は、サーボモータを用いてお
り、モータ354の回転は、モータの回転軸に取り付け
られたエンコーダから出力するパルスによって検知され
る。ウエハの傾き角度θを変えるには、モータ制御回路
348は、回転ディスク310を傾ける角度に対応するパ
ルス数を供給し、モータ354が回転し、それに伴って
エンコーダから出力するパルス数を計数し、両者のパル
ス数が等しくなるまで、モータ354を回転することに
より、モータを所定角度θまで傾けることができる。こ
こで、傾ける角度は、図4で実線で示される従来の位置
から7°,14°,28°の3種類とする。即ち、図4に
おける角度θを83°,76°,62°となるように回
転ディスクの角度を制御できる。
【0022】さらに、ウエハの交換をする際には、モー
タ制御回路348からの制御信号によってモータ354
を駆動し、回転ディスク310を実線で示す位置から破
線で示す回転ディスク310′の位置まで矢印D方向に
回動し、回転ディスク310を水平状態にして行われ
る。
【0023】シャフト360は、その基部でシャフト3
62に溶接固定されており、シャフト362は、スキャ
ン軸364に固定されている。スキャン軸364は、4
個のベアリング365a,365b,365c,365
dによりハウジング363に回転可能に支持されてい
る。スキャン軸364の右端部には、ギア366が固定
されている。ギア366は、モータ370の回転軸に固
定されたギア368と結合されている。従って、モータ
制御回路348からの制御信号によりモータ370を正逆
転することにより、回転ディスク310は、揺動する。
その揺動角ψは、スキャン軸364に取り付けられたエ
ンコーダ367によって検出できる。
【0024】以上説明したように、回転ディスク310
は、その中心位置にモータ342が配置され、モータ3
42により回転する。また、モータ342は内部が大気
圧となっているインナーチャンバ340内に配置されて
いる。回転ディスク310は、イオンビームXに対し、
イオン注入角θを変えられるように、チルト軸350,
352を中心に傾斜する構造となっている。また、回転
ディスク310は、ビームXがウエハ全面に照射される
ように、スキャン軸364を中心にスキャン角ψにて往
復円弧運動ができるようになっている。
【0025】従って、本実施例によれば、チルト軸を中
心にして回転ディスクが傾斜する構造となっているた
め、ウエハへイオンが打ち込まれる際の打込み角(ビー
ム入射角)を可変できるので、イオンをウエハに打込む
際のチャネリング現象を考慮して、最適なイオン打込み
を行うことができる。したがって、SiMOX用のイオ
ン注入装置として用いることにより、最適のSiO2
を形成できるので、高速応答のSiMOXシリコンウエ
ハを製造できる。
【0026】また、イオンビームを移動させずに、回転
ディスクに取り付けられたウエハを移動する方式とした
ので、イオン注入分布の均一化を図ることができるよう
になった。即ち、従来のイオンビーム自体を可変磁場に
よってスキャンする方式では、磁場によるスキャンによ
ってイオンビームの密度も変化することとなったが、イ
オンビームを移動させずに、ウエハを取り付けた回転デ
ィスクを回転するようにしたので、イオンビームの密度
が変化することなく、均一密度でのイオン注入が可能と
なった。また、スキャン軸を中心に回転ディスクを揺動
することにより、イオン注入分布の均一化が図れる。な
お、回転ディスクは揺動だけでなく、別の機構により、
往復移動するようにしてもよい。いずれにしても、複数
枚のウエハに順次イオンビームを照射するために、ウエ
ハ側を回転させ、さらに、この回転方向にほぼ直交する
方向に往復移動することにより、個々のウエハ内でイオ
ンビームの位置を変えてイオンビームを照射することが
できる。
【0027】図1を用いて、図3,図4に示したホルダ
の詳細構造を説明する。
【0028】図1は、イオン注入装置のウエハホルダの
横断面であり、図3のM−M断面を示す。ウエハ330
は、ウエハホルダ(例えば、皿上で外側につばが付いて
いる)320に周辺部を保持されており、その中心部
は、空間となっている。その空間部に、ウエハホルダと
輻射率の異なる材質(例えば、Si等)でできた輻射材
329を配置する。ここで輻射の式より輻射熱は
【0029】
【数1】
【0030】で表される。
【0031】ε1=ウエハ330の吸収率,ε2=輻射材
質329の吸収率 T1=ウエハ330の温度, T2=輻射材質329の温
度 S′=輻射材の面積とする。
【0032】輻射材329に、例えば、ウエハホルダ3
20よりも高い吸収係数のものを選ぶことにより、ウエ
ハ330が高温になると、その輻射熱を輻射材329が
吸収するのでウエハ330から輻射材329に移動する
輻射熱が大きくなるため、ウエハ330を低い温度に設
定可能となる。また、輻射材にSiを用いることにより
ウエハ330に対して異物の汚染をなくすことができ
る。
【0033】また、上式からもわかるように輻射材の面
積S′を変化させることにより輻射熱量を増減させるこ
とができる。つまり、面積を変えることによってウエハ
温度を任意の値に設定可能である。
【0034】本実施例によれば、輻射熱量を増減して、
ウエハ温度を任意の値に設定することが可能となる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、イオン注入装置で、ウ
エハとウエハホルダの間に輻射材を設置することによ
り、輻射熱量を増減させることで、ウエハ温度を任意の
値に設定することが可能とし得るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるイオン注入装置のウエ
ハホルダの断面図。
【図2】本発明の一実施例によるイオン注入装置の説明
図。
【図3】本発明の一実施例によるイオン注入装置の回転
ディスクの正面図。
【図4】図3の側面図。
【符号の説明】
300…処理室、310…回転ディスク、320…ウエ
ハホルダ、329…輻射材、330…ウエハ、342,
354,370…モータ、347…乾燥空気吐き出し
口、348…モータ制御回路、350,352…チルト
軸、364…スキャン軸。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン源から取り出されたイオンビームを
    ウエハに打込むイオン注入装置において、ウエハ保持手
    段が、イオンビームが上記ウエハに照射する面と反対側
    の面で上記ウエハを保持するウエハホルダからなり、上
    記ウエハと上記ウエハホルダとの間に、上記ウエハホル
    ダと輻射率の異なる材料の輻射材を設置したことを特徴
    とするイオン注入装置。
  2. 【請求項2】上記輻射材が、上記ウエハホルダと輻射率
    の異なるSiである請求項1に記載のイオン注入装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、上記輻射材の面積が可
    変型になっている請求項1に記載のイオン注入装置。
JP8217085A 1996-08-19 1996-08-19 イオン注入装置 Pending JPH1064471A (ja)

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JP8217085A JPH1064471A (ja) 1996-08-19 1996-08-19 イオン注入装置

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JPH1064471A true JPH1064471A (ja) 1998-03-06

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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