(57)【要約】【課題】作業効率を向上させるイオン注入装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係るイオン注入装置１００は、ウエーハ１３が載置されるステージ８と、回転軸７を有し回転軸７を軸としてステージ８を傾ける回転機構と、を備える。回転させるべきツイスト角をθ、チルト角をγとした場合に、ツイスト角が0°、チルト角が0°のときのステージ８の上面に直交し、ウエーハ１３の上面の中心を通る方向をY軸とし、ステージ８の上面とY軸との交点を原点とし、ステージ８の上面の面内において、原点を通る一方向をX軸とし、原点を通りX軸及びY軸に直交する方向をZ軸とする座標軸において、R(l,m,n,α)=Ry(θ)・Rz(γ)を満たすような方向余弦(l,m,n,)及び回転角αを求め、方向余弦の方向を回転機構の回転軸７とし、回転軸７を軸としてステージ８をα、回転させる。【選択図】図１
2016225080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハが載置されるステージと、
回転軸を有し前記回転軸を軸として前記ステージを傾ける回転機構と、
を備え、
回転させるべきツイスト角をθ、チルト角をγとした場合に、前記ツイスト角が0°、前記チルト角が0°のときの前記ステージの上面に直交し、前記ウエーハの上面の中心を通る方向をY軸とし、前記ステージの上面と前記Y軸との交点を原点とし、前記ステージの上面の面内において、前記原点を通る一方向をX軸とし、前記原点を通りX軸及びY軸に直交する方向をZ軸とする座標軸において、
【数３０】
2016225080.tif 000032
を満たすような方向余弦（ｌ、ｍ、ｎ）及び回転角αを求め、前記方向余弦の方向を前記回転機構の回転軸とし、前記回転軸を軸として、前記ツイスト角が0°、前記チルト角が0°のときの状態から前記ステージをα、回転させるイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関し、特に半導体製造工程において、ウエーハに対してイオン注入を行うイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体の特性を制御するため、ウエーハに対してイオン注入が行われる。単結晶の結晶構造を有するウエーハに対して、結晶軸や結晶面など、原子の配列が疎になっている方向にイオンを注入すると、他の方向に注入した場合と比べてより深く注入される。このような現象をチャネリングという。
【０００３】
ウエーハに注入したイオンの分布を均一にするためには、チャネリングを防ぐ必要がある。したがって、イオンの注入は、ウエーハの結晶軸や結晶面の方向に対して傾斜させた方向から行われる。例えば、イオンの注入は、ウエーハに対して、ツイスト角及びチルト角を用いて設定された方向から行われる。
【０００４】
ツイスト角とは、ウエーハの表面の中心における法線を軸として、ウエーハを回転させた角度をいう。チルト角とは、ウエーハの表面の中心における法線方向と、イオンの注入方向とがなす角度をいう。特許文献１には、ウエーハに対してイオン注入を行う場合に、チルト角が0°以上、ツイスト角が45°±5°の範囲内になるように設定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ツイスト角及びチルト角を用いて、イオンの注入方向を決定するためには、まず、ウエーハの表面の中心における法線を軸として、ウエーハをツイスト角だけ回転させる。次に、ウエーハの表面の中心における法線方向と、イオンの注入方向とがチルト角となるように、ウエーハを傾ける。このように、ツイスト角及びチルト角を用いた場合には、イオンの注入方向を決定するために、ウエーハに対して２回の回転制御を行う必要がある。その結果、イオン注入角度の位置決めに際し長時間を要していた。
【０００７】
本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、作業効率を向上させることができるイオン注入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係るイオン注入装置は、ウエーハが載置されるステージと、回転軸を有し前記回転軸を軸として前記ステージを傾ける回転機構と、を備え、回転させるべきツイスト角をθ、チルト角をγとした場合に、前記ツイスト角が0°、前記チルト角が0°のときの前記ステージの上面に直交し、前記ウエーハの上面の中心を通る方向をY軸とし、前記ステージの上面と前記Y軸との交点を原点とし、前記ステージの上面の面内において、前記原点を通り一方向に延びる方向をX軸とし、前記原点を通りX軸及びY軸に直交する方向をZ軸とする座標軸において、
【数１】
2016225080.tif 000003
を満たすような方向余弦（ｌ、ｍ、ｎ）及び回転角αを求め、前記方向余弦の方向を前記回転軸とし、前記回転軸を軸として、前記ツイスト角が0°、前記チルト角が0°の状態から、前記ステージをα、回転させる。このような構成により、作業効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、作業効率を向上させることができるイオン注入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態にかかるイオン注入装置を例示する図であり、（ａ）は、ウエーハの挿入前を示し、（ｂ）は、ウエーハの挿入後を示す。
【図２】実施形態にかかるイオン注入装置におけるツイスト角及びチルト角を例示する図であり、（ａ）は、基準となるX軸、Y軸及びZ軸を有する座標軸を示し、（ｂ）は、ツイスト角を示し、（ｃ）は、チルト角を示す。
【図３】実施形態にかかるイオン注入装置におけるチルト軸及び回転角を例示する図であり、（ａ）は、チルト軸を示し、（ｂ）は、回転角を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１２】
実施形態にかかるイオン注入装置１００を説明する。まず、実施形態にかかるイオン注入装置１００の全体構成について説明する。
図１は、実施形態にかかるイオン注入装置１００を例示する図であり、（ａ）は、ウエーハ１３の挿入前を示し、（ｂ）は、ウエーハ１３の挿入後を示す。
【００１３】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、イオン注入装置１００には、チェンバー開閉アクチュエータ１、ロッド２、基台３、治具台４、ブロック５、軸受６、回転軸７、ステージ８、角度調整台９、処理チャンバー１０及びストッパー１１が設けられている。治具台４、ブロック５、軸受６、回転軸７、ステージ８、角度調整台９から、交換式治具１２が構成されている。交換式治具１２は、ステージ８を傾ける回転機構の機能を有する。ストッパー１１は、凸部１１ａを有している。
【００１４】
チェンバー開閉アクチュエータ１は、上方に延びた形状をしている。例えば、チェンバー開閉アクチュエータ１は上端が開いた管状の形状をしている。
ロッド２は、細長い棒状の形状をしている。ロッド２の一部は、管状のチェンバー開閉アクチュエータ１の中空部分に収納されている。ロッド２の一部は、チェンバー開閉アクチュエータ１の上端から突出している。ロッド２は、管状のチェンバー開閉アクチュエータ１の中空部分を上下方向にスライドする。
【００１５】
基台３は、板状の形状をしている。基台３の下方に面した板面の中央部にロッド２の上端が固定されている。基台３の上面上には、交換式治具１２が搭載されている。
交換式治具１２の下部には、治具台４が設けられている。治具台４は板状の形状をしている。治具台４上には、ブロック５が設けられている。ブロック５には、一方向に延びた穴が形成されている。穴の中には回転軸７が挿入されている。軸受６は、回転軸７の回転に連動して回転するように回転軸７に固定されている。
【００１６】
ステージ８は、ブロック５上に設けられている。ステージ８は、軸受６に固定されている。ステージ８は、軸受６の回転に連動して回転する。これにより、ステージ８は、回転軸７を軸として回転する。ステージ８には、ウエーハ１３が載置される。
角度調整台９は、治具台４とステージ８の間に配置されている。角度調整台９は、回転軸７の回転によって傾いたステージ８を支持する。
このような構成により、交換式治具１２、すなわち、回転機構は、回転軸７を有し、回転軸７を軸としてステージ８を傾ける。
【００１７】
処理チャンバー１０は、下方が開いた構造となっている。処理チャンバー１０は、イオン注入時に、内部に交換式治具１２を収容する。
ストッパー１１は、処理チャンバー１０の内壁に設置されている。ストッパー１１には、下方に突き出た凸部１１ａが設けられている。ストッパー１１は、処理チャンバー１０の内部に交換式治具１２が収容されたとき、ステージ８を傾けるように調整した位置に設置されている。
【００１８】
図２は、実施形態にかかるイオン注入装置１００におけるツイスト角及びチルト角を例示する図であり、（ａ）は、基準となるX軸、Y軸及びZ軸を有する座標軸を示し、（ｂ）は、ツイスト角を示し、（ｃ）は、チルト角を示す。
図２（ａ）に示すように、ウエーハ１３に固定された座標軸は、X軸、Y軸及びZ軸を有している。例えば、ウエーハ１３をステージ８上に載置した場合に、ツイスト角が0°、チルト角が0°のときのステージ８の上面に直交し、ウエーハ１３の上面の中心を通る方向をY軸に設定する。なお、図においては、ウエーハ１３の結晶格子２１を模式的に示している。
【００１９】
また、ステージ８の上面とY軸との交点を原点２２とする。なお、Y軸方向という場合は、下方から上方へ向かう方向と、上方から下方へ向かう方向を含む。以下、X軸及びZ軸の場合も同様である。特に、向きをいう場合には、下方から上方へ向かう方向を＋Y軸方向、上方から下方へ向かう方向を−Y軸方向という。ステージ８の上面の面内において、原点２２を通る一方向をX軸に設定する。例えば、原点２２からオリエンテーションフラットに向かう方向を+X軸方向に設定する。その反対方向を−X軸方向に設定する。原点２２を通りX軸及びY軸に直交する方向をZ軸に設定する。例えば、上方から見て、+X軸が時計回りに90°回転した方向を+Z軸方向に設定する。その反対方向を−Z軸に設定する。イオン注入方向２０は、−Y軸方向である。ステージ８に固定した座標軸は、X1軸、Y1軸及びZ1軸を有している。例えば、ウエーハ１３をステージ８上に載置した場合において、ツイスト角が0°、チルト角が0°のときのX1軸、Y1軸及びZ1軸を、それぞれ、X軸、Y軸及びZ軸と同じ方向に設定する。
【００２０】
次に、ツイスト角を説明する。
図２（ｂ）に示すように、ツイスト角は、イオン注入方向２０から見て、ウエーハ１３を時計回りあるいは反時計回りに回転させた角度である。したがって、Y軸すなわちY1軸を軸にして、ウエーハ１３を回転させた角度である。よって、ツイスト角は、X軸とX1軸とのなす角度となる。本実施形態において、回転させるべきツイスト角をθとする。
【００２１】
次に、チルト角を説明する。チルト角は、ウエーハ１３の表面の中心における法線方向と、イオン注入方向２０とがなす角度をいう。
図２（ｃ）に示すように、チルト角は、Z1軸を軸として、ウエーハ１３を回転させた角度である。よって、チルト角は、Y軸とY1軸とのなす角度となる。図２（ｃ）では、図が複雑になるのを避けるため、等価の角度で図示している。本実施形態において、回転させるべきチルト角をγとする。
【００２２】
次に、本実施形態にかかるイオン注入装置１００の動作を説明する。
本実施形態にかかるイオン注入装置１００では、回転させるべきツイスト角をθ、チルト角をγとした場合に、X軸、Y軸、Z軸に対する方向余弦(l, m, n)及び方向余弦を軸とする回転角αを下記の(2)式を満たすように求める。
【数２】
2016225080.tif 000004
ここで、(2)式の左辺は(3)式のようになる。
【００２３】
【数３】
2016225080.tif 000005
また、(2)式の右辺は(4)式のようになる。
【００２４】
【数４】
2016225080.tif 000006
したがって、(5)式が成り立つ。
【００２５】
【数５】
2016225080.tif 000007
(3)式及び(5)式の行列内の各項については、以下の(6)式〜(14)式が成り立つ。
【００２６】
【数６】
2016225080.tif 000008
【数７】
2016225080.tif 000009
【数８】
2016225080.tif 000010
【数９】
2016225080.tif 000011
【数１０】
2016225080.tif 000012
【数１１】
2016225080.tif 000013
【数１２】
2016225080.tif 000014
【数１３】
2016225080.tif 000015
【数１４】
2016225080.tif 000016
(13)式−(11)式から(15)式が導かれる。また、(8)式−(12)式から(16)式が導かれる。さらに、(9)式−(7)式から(17)式が導かれる。
【００２７】
【数１５】
2016225080.tif 000017
【数１６】
2016225080.tif 000018
【数１７】
2016225080.tif 000019
(15)式〜(17)式より、(18)式が導かれる。
【数１８】
2016225080.tif 000020
したがって、(18)式をm及びnについて解けば、(19)式及び(20)式が導かれる。
【００２８】
【数１９】
2016225080.tif 000021
【数２０】
2016225080.tif 000022
また、l,m,nは、X軸、Y軸及びZ軸に対する方向余弦なので、(21)式が成り立つ。
【００２９】
【数２１】
2016225080.tif 000023
したがって、(19)式〜(21)式より(22)式〜(24)式が導かれる。
【数２２】
2016225080.tif 000024
【数２３】
2016225080.tif 000025
【数２４】
2016225080.tif 000026
また、(18)式より、(25)式が導かれる。
【００３０】
【数２５】
2016225080.tif 000027
よって、(25)式より(26)式が導かれる。
【００３１】
【数２６】
2016225080.tif 000028
【数２７】
2016225080.tif 000029
このようにして、方向余弦(l,m,n)及び回転角αを求める。
【００３２】
図３は、実施形態にかかるイオン注入装置１００におけるチルト軸３０及び回転角αを例示する図であり、（ａ）は、チルト軸３０を示し、（ｂ）は、回転角αを示す。
図３（ａ）に示すように、求めた方向余弦(l,m,n)の方向をチルト軸３０とする。図においては、結晶格子３１に傾いた方向となっている。
図３（ｂ）に示すように、チルト軸３０と平行な方向を回転軸７として、α回転させた場合のイオン注入方向２０は、ツイスト角及びチルト角を用いて設定した場合のイオン注入方向２０と同じ方向となる。
【００３３】
次に、ツイスト角θ及びチルト角γと、方向余弦及び回転角αとの関係を具体的に示す。例えば、θ=−30°、γ=−15°の場合には、(27)式に示すように、方向余弦及び回転角αが導かれる。また、例えば、θ=90°、γ=90°の場合には、(28)式に示すように、方向余弦及び回転角αが導かれる。
【００３４】
【数２８】
2016225080.tif 000030
【数２９】
2016225080.tif 000031
なお、方向余弦は、２乗で計算しているため、象限が変わっても大きさは変わらないが、正負が変わる。また、回転角度をsin-1αで求めるが、−90°＜α≦90°の範囲になっている。これらのことより、回転角度が大きくなった場合には、方向余弦の正負及び回転角度に検討が必要となる。その場合には、例えば、３Ｄキャドにより、方向余弦が第１象限〜第８象限のどの象限に存在するのか確かめて、方向余弦の正負及び回転角度を検討する。
【００３５】
次に、図１（ａ）に示すように、求めた方向余弦の方向を交換式治具１２の回転軸７とする。具体的には、例えば、求めた方向余弦の方向と一致する方向に延びた穴をブロック５に形成する。そして、ブロック５に形成した穴に回転軸７を挿入する。回転軸７に軸受６を固定し、さらに軸受６にステージ８を固定する。これにより、回転軸７の回転に連動して軸受６及びステージ８が回転するようにする。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、チャンバー開閉アクチュエータ１により、ロッド２を上昇させる。これにより、基台３に載置された交換式治具１２は、処理チャンバー１０内に搬送される。ストッパー１１の凸部１１ａは、ステージ８の上方に位置するように調整されている。交換式治具１２を内包する処理チャンバー１０の下端は、基台３上に接して固定される。このとき、ストッパー１１の凸部１１ａは、ステージ８を傾ける。ストッパー１１は、回転軸７を軸としてステージ８をα、回転するように、設置する位置が調整されている。具体的には、例えば、ストッパー１１の凸部１１ａから基台３の上面までの長さを、ステージ８の上面から基台３の上面までの長さより短くなるように調整する。短くする長さは、ステージ８が回転角αだけ回転するような長さである。このようにして、ウエーハ１３を処理チャンバー１０に挿入する。
【００３７】
処理チャンバー１０に挿入したウエーハ１３へのイオン注入の終了後、チャンバー開閉アクチュエータ１により、ロッド２が下降される。これにより、交換式治具１２は、処理チャンバー１０から取り出される。同じ条件のイオン注入を繰り返す場合には、ステージ８に載置されたウエーハ１３を交換する。そして、再び、交換式治具１２を処理チャンバー１０に挿入する。
【００３８】
異なるイオン注入条件、例えば、ツイスト角及びチルト角が異なる場合には、交換式治具１２を交換する。交換した交換式治具１２は、異なる回転軸７を有する。すなわち、異なる回転軸７は、新たに設定されたツイスト角及びチルト角より求めた方向余弦の方向を有している。また、ストッパー１１の位置で、新たに設定されたツイスト角及びチルト角より求めた回転角αだけ回転するように交換式治具１２の高さを設計する。
【００３９】
次に、本実施形態にかかるイオン注入装置１００の効果について説明する。
本実施形態にかかるイオン注入装置１００においては、ウエーハ１３の結晶方向に対する注入角度の位置決めを、１動作で行うことができる。すなわち、処理チャンバー１０内に交換式治具１２を収容する動作によって、ウエーハ１３の結晶方向に対する注入角度の位置決めが完了する。よって、作業効率を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施形態にかかるイオン注入装置１００は、ツイスト角の回転、チルト角の回転を必要としない。したがって、角度調整のための駆動装置を必要としない、アクチュエータレスを実現できる。よって、設備を複雑にすることがない。設備を安価に構築することができる。
さらに、本実施形態にかかるイオン注入装置１００は、例えば、異なる注入角度でイオン注入する際には、交換式治具１２を交換するだけで対応することができる。よって、作業効率を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明に係るイオン注入装置の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  チャンバー開閉アクチュエータ
２  ロッド
３  基台
４  治具台
５  ブロック
６  軸受
７  回転軸
８  ステージ
９  角度調整台
１０  処理チャンバー
１１  ストッパー
１１ａ  凸部
１２  交換式治具
１３  ウエーハ
２０  イオン注入方向
２１  結晶格子
２２  原点
３０  チルト軸
３１  結晶格子
【図１】
2016225080.tif 000033
【図２】
2016225080.tif 000034
【図３】
2016225080.tif 000035