JP6036743B2 - イオン注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ等のターゲットにイオンを注入するイオン注入装置に関するものである。

この種のイオン注入装置としては、特許文献１に示すように、ウエハを静電チャックにより吸着して保持する静電クランプ機構と、ウエハを機械的に保持するメカクランプ機構とを具備したものが知られている。

ここで、ウエハが高温（約１０００度）になると静電チャックによる吸着力が低下するところ、上述したイオン注入装置は、ウエハの温度を測定する温度センサを有し、温度センサにより得られる測定温度が所定値以上になったときにメカクランプ機構が駆動してウエハを保持するように構成されている。

ところが、メカクランプ機構に用いられるアクチュエータ等の動力機構は、一般的に上述した温度に耐え得る耐熱性を有しておらず、このことから動力機構がネックになってスペース、重量、真空状態、使用温度等の使用環境の制限やウエハを保持するタイミング、速度等の作動条件の制限を受けたり、耐熱性の高い高価な駆動力を用いざるを得なかったりする。

特表２０１３−５３１３７４号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであって、動力機構を用いることなく簡易な構成でウエハ等のターゲットを保持することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係るイオン注入装置は、ターゲットにイオンを注入するイオン注入装置であって、前記ターゲットが載置される載置位置と、載置されたターゲットにイオンが注入される注入位置との間を移動する載置台と、前記載置台に設けられ、前記載置台の移動によってその一部が押し当てられることにより、前記ターゲットを保持する保持状態又は前記ターゲットを保持しない開放状態に切り替わる機械式クランプ機構とを具備し、前記機械式クランプ機構が、前記ターゲットを前記載置台との間で保持する保持位置と、前記ターゲットを保持しない開放位置との間を移動する保持部材を有しており、前記載置台の前記載置位置から前記注入位置への移動中に前記保持部材が前記開放位置から前記保持位置に移動し、前記注入位置から前記載置位置への移動中に前記保持部材が前記保持位置から前記開放位置に移動することを特徴とするものである。

このようなものであれば、この機械式クランプ機構が、載置台の移動によってその一部が押し当てられることにより、保持状態又は開放状態に切り替わるので、機械式クランプ機構を動かすアクチュエータ等の動力機構を不要にして簡易な構成でターゲットを保持することができ、装置全体を安価でコンパクトなものにすることができる。
さらに、このイオン注入装置は、動力機構を不要にすることで、動力機構を用いることによる制限を課す必要がなく、装置の稼動可能な条件を広範囲にすることができる。

ここで、ターゲットを静電チャックにより吸着して固定する場合、処理済みのターゲットを載置台から引きはがす際に、吸着電圧をオフにしてすぐに引きはがすと、残留吸着力によりターゲットが無理に引きはがされることになり、ウエハが割れたり、飛び跳ねたりしてしまう。
このような問題を避けるべく、従来は、残留吸着力が減少するまで時間を置いてからターゲットの引きはがしを行うか、引きはがし前に吸着時の電圧とは逆極性の電圧を印加して残留吸着力を低下させており、単位時間あたりの処理能力の低下を招いていた。
一方、上述した本願発明に係るイオン注入装置によれば、機械式クランプ機構がターゲットを保持するので、残留吸着力に起因する問題が生じず、処理後のターゲットを載置台からすぐに引きはがすことができ、装置の処理能力を向上させることができる。

さらに、ターゲットを高温で処理する場合、上述したようにターゲットを静電チャックにより吸着して固定すると、ターゲットの熱変形により熱応力が生じ、この熱応力によってターゲットに反りや割れが生じてしまうことがある。
このような問題を避けるべく、従来は例えば、ターゲットの熱変形が減少するまで時間をおいてから静電チャックするようにしており、このことからも単位時間あたりの処理能力の低下を招いていた。
一方、上述した本願発明に係るイオン注入装置によれば、機械式クランプ機構が、例えばターゲットの周囲など、ターゲットの一部を保持するので、静電チャックのようにターゲットのほぼ全面が固定されることがなく、ターゲットの熱変形を逃がしやすくすることができる。これにより、ターゲットが高温であっても、当該ターゲットを固定した際に生じる熱応力を低減することができ、反りや割れを生じにくくすることができる。

本発明の効果が特に顕著となる具体的な実施態様としては、前記載置位置と前記注入位置との間で前記載置台を傾けることにより前記ターゲットのチルト角を変更するチルト角変更機構をさらに具備し、前記機械式クランプ機構が、前記チルト角変更機構による前記載置台の移動によって前記保持状態又は前記開放状態に切り替わるものが挙げられる。
これならば、ターゲットが高温で静電チャックによる吸着力が低い場合において、チルト角変更機構により載置台を傾けたとしても、機械式クランプ機構が、チルト角変更機構による載置台の移動によって保持状態又は開放状態に切り替わるので、ターゲットを確実に保持して脱落や位置ずれを防ぐことができる。

アクチュエータ等の動力機構を不要にしつつ、機械式クランプ機構を簡易な構成にする具体的な実施態様としては、前記機械式クランプ機構が、前記ターゲットを保持する保持位置と前記ターゲットを保持しない開放位置との間を移動する保持部材と、前記保持部材又は前記保持部材に直接的若しくは間接的に連結される部材に設けられ、前記載置台の移動によって当該機械式クランプ機構の外部に押し当てられる押し当て部とを具備し、前記押し当て部が前記外部に押し当てられることにより、前記保持部材が前記保持位置と前記開放位置との間を移動して、前記保持状態と前記開放状態とに切り替わるものが挙げられる。

前記載置台が、前記ターゲットを静電チャックする静電クランプ機構を有しているものが好ましい。
これならば、例えば、静電クランプ機構と機械式クランプ機構とを併用することにより、ターゲットをより確実に保持することができる。

前記載置台の外側に設けられ、前記載置台に載置された前記ターゲットを当該載置台から脱落することを防ぐ脱落防止部材を有するものが好ましい。
これならば、仮に載置台が傾いた後に、遅れて機械式クランプ機構が保持状態になったとしても、ターゲットが載置台から脱落することを防ぐことができる。

このように構成した本発明によれば、動力機構を用いることなく簡易な構成でターゲットを保持することができ、動力機構による制限を受けることなく、装置全体を安価でコンパクトにすることができるうえ、ターゲットの温度によって装置の処理能力が低下することもない。

本実施形態のイオン注入装置の構成を模式的に示す図。 同実施形態の載置台の構成を模式的に示す図。 同実施形態の機械式クランプ機構を示す図。 同実施形態の機械式クランプ機構を示す図。 同実施形態のイオン注入装置の動作を示すフローチャート。

以下に本発明に係るイオン注入装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るイオン注入装置１００は、載置台２００に載置されたターゲットＷにイオンビームＩＢを入射させてイオン注入を行うものである。
具体的にこのイオン注入装置１００は、図１に示すように、リボン状のビームＩＢの元になるイオンビームを発生させるイオン源１０１と、このイオン源１０１から射出されるイオンビームから所定のイオン種のイオンビームを選別して導出する分析電磁石１０２と、この分析電磁石１０２から導出されたイオンビームを所定のエネルギになるように加減速する加減速器１０３と、この加減速器１０３から導出されるイオンビームから所定のエネルギのイオンビームを選別して導出するエネルギ分離器１０４と、このエネルギ分離器１０４から導出されたイオンビームを電界又は磁界によって往復走査する走査器１０５と、この走査器１０５から導出されたイオンビームの平行走査を行って、リボン状の形をしているイオンビームＩＢを形成するビーム平行化器１０６とを備えている。

ターゲットＷは、例えばシリコン基板等の半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は、本実施形態では図２に示すように概略円形状であるが、その他、概略矩形状であっても良いし、その他の形状であっても良い。

載置台２００は、図示しないターゲット搬送装置により搬送されたターゲットＷが載置されるものであり、図２及び図３に示すように、上面がターゲットＷを載置する載置面２１として形成されている。
本実施形態の載置台２００は、載置面２１に載置されたターゲットＷを静電チャックにより吸着して固定する図示しない静電クランプ機構を有するものである。
また、本実施形態の載置台２００は、載置されたターゲットＷを所望の温度に加熱する図示しない加熱部を有する。この加熱部は、少なくとも上述した載置面２１を加熱して、ターゲットＷの温度を約４００度〜６００度に上昇させるように構成されている。

この載置台２００の下方には、図３に示すように、熱シールド３及び冷却プレート４が設けられている。
これらの熱シールド３及び冷却プレート４は、前記加熱部により加熱された載置面２１からその熱が下方の部材に伝達されることを抑制するものであり、具体的に熱シールド３は、カーボン製の薄板である。なお、本実施形態では、複数の熱シールド３を重ね合わせて載置面２１の下方に配置している。

載置台２００の周辺部には、図２に示すように、複数の脱落防止部材５が設けられている。
この脱落防止部材５は、載置台２００からターゲットＷが脱落することを防ぐものであり、具体的には、載置台２００上のターゲットＷの周囲に周方向に沿って設けられた棒状をなすものである。
より詳細にこの脱落防止部材５は、外周面における載置面２１を向く面に、上部から下部に行くに連れて載置面２１の中心に向かうように傾斜したテーパ面が形成されたものであり、ターゲットＷをこのテーパ面に沿わせて載置台２００に載置することにより、ターゲットＷが載置面２１に対して位置決めされるように構成されている。

上述した載置台２００は、図４に示すように、ターゲットＷが載置される載置位置Ｐと、載置されたターゲットＷにイオンを注入する注入位置Ｑとの間を移動するように構成されている。
なお、本実施形態では、ターゲットＷが略水平な状態で載置台２００に載置されるように、載置位置Ｐにおける載置台２００は略水平な状態である。

載置台２００を載置位置Ｐから注入位置Ｑへ移動させる機構として、本実施形態のイオン注入装置１００は、載置台２００を並進移動させる図示しない並進機構と、載置台２００を傾けて回転移動させるチルト角変更機構６とを具備する。

図示しない並進機構は、載置台２００を略水平な状態で載置位置Ｐから例えば載置位置Ｐの上方に位置する所定の中間位置まで移動させるものである。
なお、本実施形態の並進機構は、少なくとも載置台２００、チルト角変更機構６及び後述する機械式クランプ機構７００を一体的に移動させるものである。

チルト角変更機構６は、載置位置Ｐと注入位置Ｑとの間における所定の位置で載置台２００を傾けて載置台２００に載置されたターゲットＷのチルト角を変更するものであり、本実施形態では、中間位置における載置台２００を傾けて注入位置Ｑへ移動させるものであり、また、注入位置Ｑにおける載置台２００を略水平にして中間位置へ戻すものである。
具体的にチルト角変更機構６は、図４に示すように、載置台２００の下方に設けられ、載置台２００を略水平な状態と、略水平な状態から所定の角度傾いた非水平な状態との間で移動させるように構成されている。
なお、本実施形態では、注入位置Ｑにおいて、載置台２００上のターゲットＷは非水平な状態になり、該ターゲットＷにイオンビームＩＢが所定の角度で照射される。

そして、本実施形態のイオン注入装置１００は、図２〜図４に示すように、上述した載置台２００に設けられ、載置台２００の移動によってその一部が押し当てられることにより、ターゲットＷを保持する保持状態又はターゲットＷを保持しない開放状態に切り替わる機械式クランプ機構７００を具備する。
より詳細にこの機械式クランプ機構７００は、上述したチルト角変更機構６による載置台２００の移動によってその一部が押し当てられ、保持状態又は開放状態に切り替わるように構成されている。

具体的にこの機械式クランプ機構７００は、特に図３及び図４に示すように、ターゲットＷを保持する保持部材７１と、保持部材７１に連結されるとともに、載置台２００の移動によって当該機械式クランプ機構７００の外部に押し当てられる押し当て部材７２とを具備する。
なお、本実施形態の機械式クランプ機構７００は、複数の保持部材７１を具備しており、具体的には、図２及び図３に示すように、２つの保持部材７１がターゲットＷの径方向両側に互いに対向して設けられている。

保持部材７１は、図３及び図４に示すように、ターゲットＷを保持する保持位置ｘとターゲットＷを保持しない開放位置ｙとの間を移動するものであり、本実施形態では載置台２００又は載置台２００と一体の部材に設けられて、載置台２００に対して回転して前記保持位置ｘと前記開放位置ｙとを移動するように構成されている。
具体的にこの保持部材７１は、上端部に保持爪７１１が設けられており、所定の回転軸Ｃを中心に回転することにより、保持位置ｘにおいて前記保持爪７１１がターゲットＷに接触し、開放位置ｙにおいて前記保持爪７１１がターゲットＷに非接触となるように構成されている。

保持爪７１１は、保持位置ｘにおいてターゲットＷの外周部に接触し、載置台２００との間でターゲットＷを挟んで保持するものであり、具体的には図２に示すように、平板状をなし、その平面形状が先端部を円弧状に切り欠いた形状なすものであり、本実施形態では、例えばカーボン製の導電性を有するものである。

押し当て部材７２は、保持部材７１の下端部に直接的に連結されており、機械式クランプ機構７００の外部に押し当てられることにより、上述した保持部材７１を所定の回転軸Ｃを中心に回転させて保持位置ｘと開放位置ｙとの間で移動させるものである。
具体的にこの押し当て部材７２は、図４に示すように、長尺状をなし、その先端部に押し当て部７２１が設けられ、載置台２００が載置位置Ｐに移動することによって、前記押し当て部７２１が機械式クランプ機構７００の外部に位置する当接部８に接触して押し当てられるように構成されている。

本実施形態では、図３に示すように、保持部材７１に弾性部材７３が取り付けられている。この弾性部材７３は、保持部材７１を保持位置ｘに付勢するものであり、具体的には、載置台２００又は載置台２００と一体の部材（本実施形態では、冷却プレート４）と保持部材７１とを連結して取り付けられたバネ部材である。

続いて、図５のフローチャートを参照して、本実施形態のイオン注入装置１００の動作を説明する。

始めに、図示しないターゲット搬送装置が、ターゲットＷを載置位置Ｐにおいて略水平な状態である載置台２００に載置する（Ｓ１）。
より詳細には、ターゲットＷを載置台２００の上方から載置台２００の周辺部に設けられた脱落防止部材５のテーパ面に沿って下降させ、載置台２００の載置面２１の中心とターゲットＷの中心とが略一致するように該ターゲットＷを載置面２１に載置する。
なお、この載置位置Ｐにおいて、押し当て部７２１は当接部８に押し当てられており、機械式クランプ機構７００は開放状態である。

次に、図示しない静電クランプ機構が、載置面２１に載置されたターゲットＷを静電チャックにより吸着して固定する（Ｓ２）。
なお、このときの静電クランプ機構は、略水平な載置面２１に対してターゲットＷが位置ズレしない程度に該ターゲットＷを吸着していれば良い。

続いて、図示しない並進機構が、載置台２００を並進移動させて載置位置Ｐから所定の中間位置に移動させる（Ｓ３）。

載置台２００が中間位置に到達すると、チルト角変更機構６が、載置台２００に載置されたターゲットＷのチルト角を所定の角度に変更すべく、載置台２００を傾ける（Ｓ４）。

チルト角変更機構６により載置台２００が略水平な状態から傾き始めると、所定角度（例えば５度）傾くまでは上述した押し当て部７２１と当接部８とが接触している状態が続き、載置台２００が前記所定角度傾いて、押し当て部７２１と当接部８とが離間する直前になると、これら押し当て部７２１と当接部８とが接している接触状態になる。
この接触状態から、チルト角変更機構６により、載置台２００がさらに傾いて注入位置Ｑに移動することにより、押し当て部７２１は当接部８から離間し始め、この離間のときに、押し当て部材７２に連結された保持部材７１が回転軸Ｃを中心に回転して開放位置ｙから保持位置ｘへ移動する。これにより、機械式クランプ機構７００が開放状態から保持状態に切り替わる（Ｓ５）。

その後、載置台２００は、チルト角変更機構６によりさらに傾いて注入位置Ｑに移動し、この注入位置Ｑにおいて、図示しない加熱部が載置台２００上のターゲットＷを加熱し始める（Ｓ６）。

加熱部によりターゲットＷの温度が所定の温度（例えば５００度）まで上昇すると、このターゲットＷにイオンビームＩＢを照射してイオン注入が行われる（Ｓ７）。

イオン注入が終わると、再びチルト角変更機構６が載置台２００を傾けて、載置台２００を注入位置Ｑから中間位置に移動させる（Ｓ８）。

この移動に伴い、載置台２００が中間位置に到達する直前、つまり、載置台２００が略水平な状態になる直前（例えば５度傾いた状態）において、再び押し当て部７２１と当接部８とが接して前記接触状態になる（Ｓ９）。

この接触状態から、チルト角変更機構６により、載置台２００がさらに傾いて中間位置に移動することにより、前記押し当て部７２１が当接部８に押し当てられ、押し当て部材７２に連結された保持部材７１が回転軸Ｃを中心に回転して保持位置ｘから開放位置ｙへ移動する。これにより、機械式クランプ機構７００は、保持状態から開放状態に切り替わる（Ｓ１０）。

この状態において、図示しない並進機構が、載置台２００を並進移動させて所定の中間位置から載置位置Ｐに移動させる（Ｓ１１）。

載置台２００が載置位置Ｐに到達した後、図示しない静電クランプ機構による静電チャックを解除する（Ｓ１２）。

最後に、図示しないターゲット搬送装置が、載置台２００上のターゲットＷを持ち上げて、所定の位置に搬送する（Ｓ１３）。

以下、Ｓ１〜Ｓ１３までの動作を繰り返して、複数のターゲットＷを連続処理する。

このように構成された本実施形態に係るイオン注入装置１００によれば、載置台２００の移動によって押し当て部材７２が当接部８に押し当てられることにより、機械式クランプ機構７００が保持状態又は開放状態に切り替わるので、機械式クランプ機構７００を動かすアクチュエータ等の動力機構を不要にして簡易な構成でターゲットＷを保持することができ、装置全体を安価でコンパクトなものにすることができる。
さらに、このイオン注入装置１００は、動力機構を不要にすることで、動力機構を用いることによる制限や条件を課す必要がなく、装置の稼動可能な条件範囲を広くすることができる。

また、機械式クランプ機構７００がターゲットＷを保持するので、従来であればターゲットＷの温度に起因して生じ得る問題（例えば静電クランプ機構による保持力の低下や、熱変形によるターゲットＷの割れ等）が極めて生じにくくなる。

さらに、保持爪７１１が導電性を有するカーボン製のものであるので、安価であるとともに、ウエハへの汚染が少ない。

加えて、仮に載置台２００が傾いた後に、遅れて機械式クランプ機構７００が保持状態になったとしても、載置台２００の外周に脱落防止部材５が設けられているので、ターゲットＷが載置台２００から脱落することを防ぐことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の機械式クランプ機構は、その一部が押し当てられることにより、保持状態から開放状態に切り替わるように構成されていたが、その一部が押し当てられることにより、開放状態から保持状態に切り替わるように構成されていても良い。
この場合、具体的な構成としては、例えば、弾性部材が保持部材を開放位置に付勢するものであり、押し当て部が外部に押し当てられることにより、保持部材が所定の回転軸を中心に回転して開放位置から保持位置に移動するように構成されたものが挙げられる。

また、前記実施形態では、押し当て部が、保持部材に連結された押し当て部材の先端部に設けられていたが、保持部材に押し当て部を設けた構成でも良い。

さらに、前記実施形態の押し当て部材は、保持部材に直接連結されていたが、例えばリンク部材等を介して間接的に連結されていても良い。

そのうえ、前記実施形態では、保持部材が互いに対向する位置に複数設けられていたが、必ずしも対向する位置に設ける必要はなく、さらには、３つ以上の保持部材を設けて、より確実に保持できるように構成しても良い。

加えて、前記実施形態では、載置台が載置位置において略水平な状態になるように構成されていたが、載置位置において非水平な状態になるようにしても良い。

前記実施形態の載置台に設けられた加熱部は、ターゲットを４００度〜６００度に加熱するものであったが、ターゲットの温度は上述した範囲に限定されるものではなく、例えば１０００度程度に加熱しても良いし、加熱部を作動させることなくターゲットを加熱しない構成であっても良い。

前記実施形態の載置台は静電クランプ機構を具備するものであったが、必ずしも静電チャックによりターゲットを吸着する必要はない。

また、前記実施形態では、載置台を載置位置から注入位置に移動する間に、並進移動させてから傾かせている（回転移動させている）が、傾かせて（回転移動させて）から並進移動させるようにしても良い。
より具体的には、チルト角変更機構が、載置位置における載置台を傾けることにより中間位置へ回転移動させ、次いで並進機構が、中間位置における載置台を例えば中間位置の上方に位置する注入位置へ並進移動させるように構成しても良い。

さらに、載置位置から注入位置に移動するまでの間に、例えば、載置台を並進移動させてから回転移動させ、さらに並進移動させるというように、チルト角変更機構や並進機構による載置台の移動を複数回行っても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

Ｗ ・・・ターゲット
１００・・・イオン注入装置
２００・・・載置台
６ ・・・チルト角変更機構
７００・・・機械式クランプ機構
７１ ・・・保持部材
７２ ・・・押し当て部材
Ｐ ・・・載置位置
Ｑ ・・・注入位置
ｘ ・・・保持位置
ｙ ・・・開放位置

Claims (5)

1. ターゲットにイオンを注入するイオン注入装置であって、
   前記ターゲットが載置される載置位置と、載置されたターゲットにイオンが注入される注入位置との間を移動する載置台と、
   前記載置台に設けられ、前記載置台の移動によってその一部が押し当てられることにより、前記ターゲットを保持する保持状態又は前記ターゲットを保持しない開放状態に切り替わる機械式クランプ機構とを具備し、
   前記機械式クランプ機構が、前記ターゲットを前記載置台との間で保持する保持位置と、前記ターゲットを保持しない開放位置との間を移動する保持部材を有しており、
   前記載置台の前記載置位置から前記注入位置への移動中に前記保持部材が前記開放位置から前記保持位置に移動し、前記注入位置から前記載置位置への移動中に前記保持部材が前記保持位置から前記開放位置に移動するイオン注入装置。
2. 前記載置位置と前記注入位置との間で前記載置台を傾けることにより前記ターゲットのチルト角を変更するチルト角変更機構をさらに具備し、
   前記機械式クランプ機構が、前記チルト角変更機構による前記載置台の移動によって前記保持状態又は前記開放状態に切り替わるものである請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記機械式クランプ機構が、
   前記保持部材又は前記保持部材に直接的若しくは間接的に連結される部材に設けられ、前記載置台の移動によって当該機械式クランプ機構の外部に押し当てられる押し当て部を具備し、
   前記押し当て部が前記外部に押し当てられることにより、前記保持部材が前記保持位置と前記開放位置との間を移動して、前記保持状態と前記開放状態とに切り替わる請求項１又は２記載のイオン注入装置。
4. 前記載置台が、前記ターゲットを静電チャックする静電クランプ機構を有している請求項１乃至３の何れか一項に記載のイオン注入装置。
5. 前記載置台の外側に設けられ、前記載置台に載置された前記ターゲットを当該載置台から脱落することを防ぐ脱落防止部材を有する請求項１乃至４の何れか一項に記載のイオン注入装置。