(57)【要約】【課題】基板温度が上昇し、また温度分布が発生して基板が変形するようなことがあった場合にも従来発生していたパーティクルの発生あるいは基板面への傷の発生を防止するに有効なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供する。【解決手段】イオンビームに実質的に直交する平面上に配置され、それぞれが前記基板と基板端部で保持する保持部を有する一つのストッパと二つのサイドピンとが保持部材に設けられ、かつ該ストッパは前記基板に作用する遠心力を受ける受け部が前記保持部と一体形成されて、前記基板は前記一つのストッパと二つのサイドピンで支持される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から取り出されたイオンビームを基板に打込むイオン注入装置において、
前記イオンビームに実質的に直交する、もしくは傾斜する平面上に配置され、前記基板をテーパの付いた受け面で片側自由状態にして保持する保持部を有する一つのストッパと二つのサイドピンとが保持部材に設けられ、かつ該ストッパは前記基板に作用する遠心力を受ける受け部が前記保持部と一体形成されて、前記基板は前記一つのストッパと二つのサイドピンで支持されること
を特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
請求項１において、ストッパもしくはサイドピンの材質としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｃ、Ｔａのうちのいずれかにすることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ストッパは、前記保持部と受け部の両部にまたがって、または受け部に少なくとも基板との接触表面にカーボン部が設けられることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項４】
請求項１において、前記ストッパは、前記保持部と受け部の両部にまたがって、もしくは受け部に少なくとも基板との接触表面にはグラッシーカーボン部が設けられることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】
請求項４において、前記ストッパもしくはサイドピンの保持部の材質は、前記ホルダに接触する部分はＳｉＯ２のように、カーボンに比べて熱伝導率の低い材料とされることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項６】
イオン源から取り出されたイオンビームを基板に打込むイオン注入方法において、
前記基板の基板端部を、該基板に作用する遠心力を少なくとも一つもしくは二つのストッパの受け部で受け、保持部で保持し、かつテーパの付いた受け面で片側自由状態にした一つもしくは二つのサイドピンの保持部で受け、しかも保持部は３つ以上となし、前記ストッパとサイドピンを前記イオンビームに実質的に直交する、もしくは傾斜する平面上に配置して、前記基板の裏面部は裏面部の端部を保持するようにした前記ストッパとサイドピンで支持し、他の裏面部を基板端部を除いて非接触状態としてイオン注入を行うこと
を特徴とするイオン注入方法。
【請求項７】
請求項６において、前記ストッパあるいはサイドピンの材質として前記基板に接触する部分はカーボン層あるいはグラッシーカーボン層として熱伝導の良い状態でイオン注入を行うことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項８】
請求項６において、基板裏面端部を滑らかな擬似半円径（ｒ）のテーパ面となし、前記ストッパおよびサイドピンの保持部を擬似半円径（Ｒ（但し、直線状を含む））のテーパ面となし、Ｒ＞ｒとして前記ストッパおよびサイドピンの保持部の前記テーパ面で、基板の前記テーパ面を受けてイオン注入を行うことを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に係り、特に基板（ウエハ）に各種イオンを打込むイオン注入装置およびＳｉＭＯＸ用のイオン注入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＭＯＸ用のイオン注入方法にあっては、シリコン基板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、シリコン基板中に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応答の基板を実現できる。
【０００３】
特許文献１には、最適なイオンビーム角でイオンビームを基板に注入可能なイオン注入装置および最適な深さに酸素イオンを注入し得るＳｉＭＯＸ用イオン注入方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２にはイオン源から引出したイオンビームが注入される真空容器の内部に、回転ディスクを設け、該回転ディスク上に少なくとも一個以上ウエハホルダを配置し、該ウエハホルダ上に導電性のウエハ保持部を備えるイオン注入装置が記載される。
【０００５】
特許文献３には、放射投影ビームを供給するための放射線システム、マスクを保持するためのマスクホルダを備えるマスクテーブル、基板を保持するための基板ホルダを備える基板テーブル、前記マスクの非照射部分を前記基板の目標部分上に結像するための投影システムを含み、前記基板ホルダが前記基板を支持するための支持面を有する投影装置において、前記支持面を少なくとも部分的に導電性材料の層で被覆したリソグラフィー投影装置が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、イオンビームを発生するイオン源と、イオン注入対象を収納する処理室と、この処理室内に配置されて回転する回転体と、この回転体に固定された前記イオン注入対象のイオン注入領域との間に間隙を保った状態で前記イオン注入対象を保持する保持手段と、前記イオン源からのイオンビームを前記処理室内のイオン注入対象に向けて照射するイオンビーム照射手段と、前記処理室内のイオン注入対象を加熱する加熱手段とを備え、前記保持手段は、前記イオン注入対象外周側の一部の領域と接触した状態で前記イオン注入対象を保持して前記イオン注入対象が遠心力の作用する方向に移動するのを阻止しかつ前記遠心力の作用する方向とは異なる方向に移動するのを許容してなるイオン注入装置が記載されている（図３、図４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８‐３２９８７９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８４３４５号公報
【特許文献３】
特開２００１−２８３３３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８３１３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＳｉＭＯＸ基板製作用イオン注入装置は、そのビーム電流が５０ｍＡから１００ｍＡ、注入電圧が１５０ｋＶから２５０ｋＶと基板への照射エネルギーが大きいため、基板を高速で回転させ、ビームが基板のある部分に連続的に照射されないようにすることが必要である。そうしないと基板の一部が部分的に温度が上昇し、熱応力で基板が割れるなど場合によっては部分的に溶損するなどの問題が発生する。
そのため、基板を同時に複数枚放射状の位置に装着し、それらを回転させながら順次ビームを照射することで１枚の基板に連続的にビームが照射されることを避け、かつ大電流ビームを効率よく利用して多枚数を同時にバッチ処理することで生産性の高い装置を提供できる。
【０００９】
基板を高速回転されると遠心力で基板は外周方向に大きな力を受けると同時に基板がホルダから浮上しないようにホルダ面に押し付けるような力を付与するため、基板は数度傾斜をもって保持されており、遠心力の分力でホルダに押し付けるように保持されている。
基板の遠心力はそれぞれのホルダの回転遠心力方向に設けたストッパで受ける。ストッパは２箇所にして力を分散し、基板が回転方向に動かないようにするのが好ましいが、２箇所で支持した場合、ビーム照射の際に基板温度が部分的に上昇するため、微小ではあるが支持部２点間で基板の熱膨張、収縮が繰り返し発生する。この際、ストッパと基板の間で摩擦が発生することになり、０．２ミクロン程度の非常に微細な粒子（パーティクル）が発生し、基板上に飛散する。基板温度上昇が大きなケースには基板の破損にいたるケースもある。
【００１０】
基板の支持は、ストッパと基板裏面のピン（２箇所から６箇所）によっている。遠心力はストッパで受け、遠心力の分力としてホルダに押し付ける力はピンで受けている。しかし、基板温度が上昇し、また温度分布が発生するとごくわずかではあるが基板が変形（反りが発生）する。この時、基板裏面で支えているピンと基板が接触したり離れたりするため、基板裏面に傷が発生する。特に、注入時間が長くなると傷の深さが深くなり、傷の一部が盛り上がる現象にも進展するケースがある。
【００１１】
本発明は、基板温度が上昇し、また温度分布が発生して基板が変形するようなことがあった場合にも変形による動きを充分に許容しながら保持し、従来発生していたパーティクルの発生あるいは基板面への傷の発生を防止するに有効なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン源から取り出されたイオンビームを基板に打込むイオン注入装置および方法において、イオン源から取り出されたイオンビームを基板に打込むイオン注入装置において、前記イオンビームに実質的に直交する、もしくは傾斜する平面上に配置され、前記基板をテーパの付いた受け面で片側自由状態にして保持する保持部を有する一つのストッパと二つのサイドピンとが保持部材に設けられ、かつ該ストッパは前記基板に作用する遠心力を受ける受け部が前記保持部と一体形成されて、前記基板は前記一つのストッパと二つのサイドピンで支持されるイオン注入装置および方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例であるＳｉＭＯＸ用イオン注入装置の全体構成を示す。
図において、イオン源１から放出されたイオンビーム２は、矢印のように進み、質量分離器３に導入される。イオンビームは、質量分離器３によって所定の質量を有するイオンとしてイオン注入に用いられる。例えば、酸素イオンが分離され、取り出される。質量分離器３によって取り出されたイオンビームＸ１５は、処理室４の入射口５から処理室４内に入射する。イオン源１、試料分離器３および処理室４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。
【００１４】
複数の基板、例えば１３枚の基板１０が基板ホルダ６上に後述するようにして非接触で載置される。基板ホルダ６（保持部材でもある）は回転ディスク７の円周上に等ピッチで配置され、回転ディスクの任意の基板位置にイオンビームＸ１５が照射される。
【００１５】
回転ディスク７はその中央に位置する円形部８と、円形部８から９０°の等間隔で十字形に延在する４本のアーム９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）と、このアーム９の外周に位置するリング部（図示せず）とから構成される。１３個の基板ホルダ６は、このリング部に取り付けられている。中央の円形部８の後ろには、図示しないが、内部にモータを有するインナーチャンバが取り付けられ、モータの回転力が回転ディスク７に伝えられ、回転ディスク７を円周方向に回転させる。これに伴って矢印１１に示す方向に各基板に遠心力が作用する。
リング部はスキャン方向に揺動させられ、これに伴って中央の円形部８を含めて基板１０は矢印１１で示す方法に揺動する。
【００１６】
図２は、基板支持体２１の全体構成を示す。基板支持体２１は、アーム９と、このアーム９の外周に位置するリング部（図示せず）と、該リング部に取り付けた基板ホルダ６からなり、基板ホルダ６には一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４が設けられている。基板１０は、一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４によってその端部が支持される。これによって前述したように、基板１０は基板ホルダ６上に端部の数箇所を除いて非接触で載置される。
【００１７】
イオンビームＸ１５は、基板１０に打込まれるが、イオンビームＸ１５に実質的に直交する平面上に、もしくは傾斜する平面上に、そしてアーム９からＨの高さに設定されて一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４が、すなわちそれらの保持部の保持面が設定されて、配設される。イオンビームＸ１５に対する平面の傾斜は、０°、７°、１０°、１４°等が設定可能である。
図２において矢印１１は揺動方向を、そして矢印１２は回転方向を示す。
【００１８】
図３は、一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４とで基板１０を支持する構成の１つを示す。基板１０は、一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４とによって裏面端部が三点支持され、基板裏面のそれ以外はまったく支持されることがない。すなわち、端部の三点以外の裏面２５は、非接触裏面とされ、この状態でイオン注入がなされることになる。
【００１９】
図３に示す例の場合、サイドピン２３、２４は二つの皿状部５１、５２がＸ状配置とされた構成とされ、基板は両皿状部材５１、５２間のくぼみに配設されて支持部材５３によって支持され、接触部材５４を介して、基板ホルダ６に支持される。図４に接触部材５４の詳細を示す。接触部材５４は、Ｔ字材５５と支持部材５６からなり、Ｔ字材５５の一方の端部から上方に伸びる支持材５７に支持部材５６は支持され、他端部はバネ７５によって引張られる。支持部材５６を中心として接触部材５４は回転可動可能であり、サイドピン２３、２４が矢印６０のように回動して、基板１０を基板端面押さえ部７２によって押さえることになる。図３において、基板面に対して０度から４５度程度の滑らかな擬似半円径のテーパの付いた面が下側配置の皿状部５２に形成されて各サイドピン２３、２４は構成されており、テーパのついた面５８で基板の端部（エッジ）５９に接触し、基板１０を保持する。尚、Ｒが０°のとき、直線状となる。
【００２０】
図５に基板１０の基板端部径状を示す。基板裏面端部を滑らかな擬似半円径（Ｒ）のテーパ面７１となし、Ｒ＞ｒとしてストッパ２２およびサイドピン２３、２４の保持部３２、３３のテーパ面５８で、基板１０の下方端部７２をテーパ面７１を受け、この状態でイオン注入を行う。テーパ面７１は、テーパのついた受け面となり、該受け面は片側で指示される片側自由状態にして基板１０を保持する。すなわち、基板１０を上下両側から保持するようにはしておらず、基板変形によるテーパ面上の動きを充分に許容することができる。
【００２１】
以上の構成によれば、機能的に見ると、イオン源１から取り出されたイオンビームＸ１５を基板１０に打込む注入装置は、イオンビームＸ１５に実質的に直交する平面上に配置され、基板１０を少なくとも３箇所で基板端部を、他の手段の保持を受けることなく、すなわち基板裏面の端部を除く全面を非接触状態として、保持する保持手段と、基板１０に作用する遠心力を遠心力作用方向で受ける受け手段を有することになる。そして、このような配置を形成した状態でイオン注入方法が実施されることになる。尚、保持手段は、四点以上の保持手段としてもよいが、基板１０との接触面積を少なくするために上述のように３箇所保持とすることが望ましい。
また、各保持手段は、中心に向かって下方に傾斜するテーパ面を形成しておくことが基板１０との接触面積を少なくする点で望ましいが、平面状あるいはスポット面のものとしても端部保持機能とするならば採用可能である。
【００２２】
ストッパ２２は、保持部３３（クランプ）と遠心力の受け部３４とが一体となって構成される。保持部３３にはサイドピン２３、２４と同様に、基板面に対して０度から４５度程度のテーパの付いた面が形成されており、基板１０は、このテーパのついた面によって保持される。そして、受け部３４は、基板１０に遠心力が働いたときに基板１０の端面に接触して動きを阻止する面を有する。
【００２３】
保持部（保持手段）３３と受け部（受け手段）３４との働きによって基板１０は保持され、かつ遠心力が受けられる。この場合に重要なことは、前述のように基板１０は、その裏面端部を保持部３２、保持部３３によって保持され、裏面の中央部を含むその大部分について他の部材によって支持されていないということである。すなわち、基板１０はその重量のすべてが３箇所に設けた保持部３２、３３によって支持される。
本実施例のように端部を除いて裏面費接触保持方法を採用することによって傷の発生がなく、更にはパーティクルの発生が防止されて、正確なリソグラフィー工程の実施ができるようになる。
【００２４】
図６は、図３に示す例の他の例を示す。図３に示す例に示す構成と同一の構成には同一の番号を付し、説明を重複させない。この例にあっても先の例と同様に、テーパの付いた受け面で片側自由状態（ソフト支持でもある）にして基板１０を保持する構成が採用される。テーパの付いた受け面を７１で、基板の接続部を７２で示す。
この例の場合、サイドピン２３、２４はテーパ面を有する保持部３２からなる。サイドピン２３、２４は直接的に基板ホルダ６に支持される。
【００２５】
図７は、ストッパ２２の１つの具体例を示す。前述したように、ストッパ２２は保持部３３と受け部３４とが一体として構成される。この例の場合、保持部３３は階段状とされ、受け面５８は下方に傾斜する。そして、受け部３４は、基板１０に対して図に示すように垂直する面とθの角度をなして、前方に突出する面を有して構成される。これらの２の面をすべて垂直面としてもよい。
【００２６】
保持部３３と受け部３４とには基板１０に接触する部分を含めて一部にカーボン（Ｃ）層４１が形成される。全面に形成されてもよい。受け部３４側にのみカーボン層４１を形成してもよい。また、ストッパ２２全体をカーボンで構成してもよい。ここではこれらを包含してカーボン部と称する。
【００２７】
図８は、図７に示す例の他の例を示す。図７に示す例に示す構成と同一の構成には同一の番号、符号を付し、説明を重複させない。
この例の場合、保持部３３と受け部３４の基板側の内面の全面にグラッシーカーボン層４２を形成している。一部の面に形成してもよい。また、ストッパ２２全体をグラッシーカーボンで構成してもよい。
サイドピンの材質としては、シリコン基板と接触して金属不純物が基板に付着、基板内に拡散しないものに限定される。Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｃ、Ｔａなどが可能である。
【００２８】
Ｓｉ、ＳｉＯ２は材質としてまったく問題ないが、発生パーティクルの数で問題になる可能性が高い。同一材質どうしの接触が最もパーティクルが接触しやすい。特にＳｉＯ２、Ｃの両者ともに固さの面ではシリコン基板より硬いので、発生するパーティクルはＳｉにほぼ限定される。接触時の摩擦を減少させるためＣとしてはグラッシー化したものあるいは表面だけをグラッシー化したものを使うのがパーティクル発生の観点から有利である。
【００２９】
Ｔａはパーティクル発生の点からは非常に優れた材料であり、デバイス製造工程に銅配線を導入するプロセスでは、銅の基板への拡散を防止する拡散ストッパ層としてＴａを利用することが考えられ、その際はＴａをストッパ２２およびサイドピン２３、２４の材料に使うことが有効である。
【００３０】
Ｃは材質として熱伝導に優れているため、基板との接触部で基板温度が局所的に低下する。注入中に基板温度が低下するとアニール後のＳＯＩ層（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；すなわち内部に形成されたＳｉＯ２層を覆うシリコン層のこと）厚さが厚くなる傾向を示すので、基板温度は極力均一化することが求められる。そこでストッパ２２およびサイドピン２３、２４の材質として基板に接触する部分はＣあるいはグラッシーカーボンとして、基板ホルダ６と接触する部分はＳｉＯ２のように熱伝導の悪い材料にする。これによって、材質としてＣを使用しても局所的温度低下を避けることができる。
【００３１】
以上のように、イオン源１から取り出されたイオンビーム２を基板（ウエハ）に打込むイオン注入装置において、前記イオンビーム２に実質的に直交する平面上に配置され、それぞれが基板１０を基板端部で保持する保持部３２、３３を有する一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４とが基板ホルダ６である保持部材に設けられ、かつストッパ２２は基板１０に作用する遠心力を受ける受け部３４が前記保持部３３と一体形成されて、基板１０は一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４で支持されるイオン注入装置が構成される。保持部３２、３３は、前述のように、テーパの付いた受け面を油脂、この受け面で基板を片側のみで自由状態にして受ける。
【００３２】
ストッパ２２もしくはサイドピン２３、２４は、保持部３２、３３が基板面に対して０度から４５度のテーパの付いた受け面を有するように構成される。
また、ストッパ２２もしくはサイドピン２３、２４の材質としては、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｃ、Ｔａのうちのいずれかにしてイオン注入装置を構成することができる。
ストッパ２２は、保持部３３と受け部３４とは基板１０に対して鋭角形状または垂直形状とされ、両部３３、３４にまたがって基板１０との接触表面にカーボン層４１が設けられるようにしてイオン注入装置を構成することができる。
ストッパ２２は、保持部３３と受け部３４とは基板１０に対して鋭角形状とまたは垂直形状とされ、両部３３、３４にまたがって基板１０との接触表面にはグラッシーカーボン層４２が設けられるようにしてイオン注入装置を構成することができる。
ストッパ２２もしくはサイドピン２３、２４の保持部３２、３３の材質は、ホルダに接触する部分はＳｉＯ２とされたイオン注入装置を構成することができる。
【００３３】
また、イオン源１から取り出されたイオンビーム２を基板１０に打込むイオン注入方法において、基板１０を、基板１０に作用する遠心力を一つのストッパ２２の受け部３４で受け、これに一体とされた保持部３３で保持し、かつ二つのサイドピン２３、２４のテーパのついた受け面の形成され保持部３２で受け、ストッパ２２とサイドピン２３、２４をイオンビームＸに実質的に直交する、または傾斜する平面上に配置して、基板の裏面部は裏面部の端部を保持するようにした一つのストッパ２２と二つのサイドピン２３、２４で支持し、他の裏面部を非接触部（ノンコンタクト）としてイオン注入を行い、ストッパ２２あるいはサイドピン２３、２４の材質として基板１０に接触する部分はカーボン層４１あるいはグラッシーカーボン層４２として熱伝導の良い状態でイオン注入を行うイオン注入方法が提供される。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板は端部という一部で、しかも片側自由状態にしてテーパ面で支持され、裏面のほぼ全面は非接触部とされるので、基板裏面に傷が発生することがなく、またパーティクルの発生を防止することができる。
本発明によれば基板裏面に傷が発生することもなく、パーティクルの発生が防止されるので、正確なリソグラフィー工程の実施ができることになる。
また、本発明によれば、裏面の一部を支持するだけであるので、熱伝達による基板温度の低下を小さくすることができ、かつ温度上昇があっても熱変形分を容易に逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるＳｉＭＯＸ用イオン注入装置の全体構成図。
【図２】本発明の実施例である基板支持体の全体構成図。
【図３】基板支持方法の詳細を示す１つの事例図。
【図４】接触部材の構造図。
【図５】基板の端部形状を示す図。
【図６】基板支持方法の詳細を示す他の事例図。
【図７】ストッパの詳細を示す１つの事例図。
【図８】ストッパの詳細を示す他の事例図。
【符号の説明】
１…イオン源、２…イオンビーム、３…質量分離器、４…処理室、５入射口、６…基板ホルダ（保持部材）、７…回転ディスク、８…円形部、９…アーム、１０…基板（ウエハ）、２２…ストッパ、２３、２４…サイドピン、２５…非接触面、３３…保持部（保持手段）、３４…受け部（受け手段）、４１…カーボン層、４２…グラッシーカーボン層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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