JPS6244945A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はイオン注入装置、特に温度が加えられるとガス
等を発生して処理雰囲気を汚染する物質を有する被処理
物に不純物を注入するイオン注入技術に適用して有効な
技術に関する。

〔背景技術〕

半導体装置の製造において、半導体基板（ウェハ）に各
導電型領域等を形成するに際して、高精度な不純物注入
制御が可能な装置として、たとえば、工業調査会発行「
電子材料Ｊ　１９８３年３月号、昭和５７年１１月１５
日発行、Ｐ８１〜Ｐ８６に記載されているように、イオ
ン注入装置が多用されている。

また、前記文献にも記載されているように、イオン注入
時のビームライン中の残留ガスとイオンビームとの相互
作用によって種々の問題が生じる。

また、イオン注入によって、ウェハ温度は上昇するため
、ビームパワーの如何によってばウェハの強制冷却も必
要となる。

ところで、前記ウェハの主面表層部に不純物を注入する
際、ウェハの主面には、常用のホトリソグラフィによっ
て、ホトレジスト膜からなるマスクがあらかじめ形成さ
れ、イオン注入は前記マスクに被われない露出したウェ
ハ面にのみ行なわれる。

しかし、従来の此の種イオン注入装置は、イオン注入時
の注入エネルギーによってウェハが高温となるため、ウ
ェハ主面に設けられた前記ホトレジスト膜からガスが放
出され、素子形成に悪影響が及ぶということが判明した
。特に、本発明者は、半導体装置製造における生産性向
上のためウェハ直径の大口径化を指向しているが、ウェ
ハがより大口径化するとガス放出量も一層増大すること
が想定でき、処理室内の汚染による生産性低下が懸念さ
れる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は歩留りの高いイオン注入装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は生産性の高いイオン注入装置を提供
することにある。

本発明の他の目的は大口径化ウェハのイオン注入が可能
なイオン注入装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のイオン注入装置は、真空べ一り装置
が設けられていて、主面に所望パターンのホトレジスト
膜を有するウェハに対して、イオン注入寸前に、真空状
態下でベーキング処理が施されるため、加熱によってホ
トレジスト膜から放出されるガスは、この真空ベーキン
グによって一度取り除かれる。したがって、処理室に移
送されたウェハがイオン注入の際の注入エネルギーによ
って発熱しても、ホトレジスト膜からのガスの発生は略
ど生じなくなり、処理雰囲気を汚すことがなくなるため
、品質の優れたイオン注入処理が可能となり、歩留り向
−Ｌが達成できる。また、本発明のイオン注入装置にあ
っては、ウェハは真空ベーキング処理され、イオン注入
時の発熱によっては再びガスを発生することがないよう
になっているため、被処理物のウェハサイズによってイ
オン注入効果が左右されないことから、大口径化したウ
ェハの処理も可能となり、生産性向上が達成できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例によるイオン注入装置の概念
的な構造を示す平面的な模式図、第２図は同じくウェハ
ベーク機構を示す断面図、第３図は同じくイオン注入部
を示す断面図、第４図は同じくウェハチャック状態を示
す一部の平面図、第５図は同しく作業工程を示すフロー
チャートである。

この実施例のイオン注入装置は、第１図に示されるよう
に、本体ｌと、この本体１に連設されたイオン照射装置
２と、前記本体１の真空ベーク装置３に、被処理物であ
る半導体基板（ウェハ）４を供給するローダ５と、前記
本体ｌのアンローダ用予備室６に静止されているウェハ
４を本体外に搬出するアンローダ７と、からなっている
。

前記真空ベーク装Ｗ３は予備真空排気系８によって所望
の真空度が維持できる気密室構造となっていて、ローダ
用予備室をも兼ている。このため、この真空ベーク装置
３は前記ローダ５に対面する本体外壁側にローダ用ゲー
ト９を有するとともに、前記本体１内に位置する内壁部
分に真空化用ゲート１０を有している。また、前記真空
ベーク装置３内には、第２図に示されるように、前記ウ
ェハ４を＠置支持するステージ１１が配設されている。

このステージ１１は主面に所望パターンを有するホトレ
ジスト膜１２が載置され、かつステージ１１の回転によ
って回転するようになっている。また、前記ステージ１
１上方には赤外線ランプ等からなるヒータ１３が配設さ
れ、前記ステージ１１上のウェハ４を加熱し、ウェハ４
の主面のホトレジスト膜１２をベーキングするようにな
っている。

前記ローダ５は、ウェハ４を多段に収容するカートリッ
ジ１４と、このカートリッジ１４内に収容されているウ
ェハ４を下段から順次取り出し、かつ前記ステージ１１
に送り出し供給するベルトコンベアからなる搬送機構１
５とからなっている。

前記搬送機構１５は前記真空ベーク装置３のローダ用ゲ
ート９が開かれると、先端部分が伸び、その先端部分が
、第２図に示されるように、前記ステージ１１部分に位
置するようになっている。この際、前記ステージ１１は
一時的に降下していて、搬送機構１５によってウェハ４
が移送されて静止した後に上昇し、前記搬送機構１５上
にあったウェハ４をステージ１１に迎えるようになって
いる。

前記搬送機構１５は、ステージｌ１ｌ−にウェハ４が供
給された後は後退し、前記真空ベーク装置３（真空ベー
ク室）から外に出る。この真空ヘーク装置３にあっては
、前記搬送機構１５が出た後は、ローダ用ゲート９が閉
じるとともに、予備真空排気系８が作動して真空ベーク
室を前記本体１の処理室１６と同一の真空度にする。な
お、この真空化時、前記ヒータ１３はステージ１ｉｔ−
のウェハ４を加熱する。また、ウェハ４の加熱が均一に
行なわれるように、前記ステージ１１は所定速度で回転
する。また、前記真空ヘーク装置３にあっては、真空ベ
ーク装置３が所定真空度に到達した後も一定時間ベーキ
ングが続けられるようになっていて、ウェハ４の主面の
ホトレジスト膜１２からのガスの発散を充分にさせ（ベ
ーキングは、たとえば１５０℃で数分析なわれる。）、
それ以後はガスが放出しないように、すなわち、ウェハ
４がイオン注入処理される処理室１６に搬送された場合
に、ガスを放出しないように処理される。

前記アンローダ用予備室６は、前記真空ベーク装置３に
おけるヒータ１３およびステージ１１の回転がないこと
を除けば、略真空ベーク装置３と同様な構造となってい
る。すなわち、アンローダ用予備室６は前記アンローダ
７に対面する本体１の外壁部分にアンローダ用ゲート１
７を有するとともに、内壁側に真空化用ゲート１８を有
している。また、このアンローダ用予備室６は予備真空
排気系１９の作動によって、前記アンローダ用ゲート１
７および真空化用ゲート１８の閉状態時、所望の真空度
になるようになっている。また、このアンローダ用予備
室６の中央には前記真空ヘーク装置３と同一構造のステ
ージ２０が配設されている。また、前記アンローダ７は
前記ウェハ４を多段に収容するカートリッジ２１と、こ
のカートリッジ２１の上昇動作に相俟って」二段から下
段に向かって順次ウェハ４を送り込むベルトコンヘアか
らなる搬送機構２２とからなっている。この搬送機構２
２は前記アンローダ用ゲート１７が開いた状態のとき、
前記アンローダ用予備室６内に進入し、前記真空ベーク
装Ｗ３とは逆の動作によってステージ１１上のウェハ４
を搬送機構２２に載せ、かつカートリッジ２１内に送り
込むようになっている。

前記本体１は前述のように、矩形ボックスの一辺側に前
記真空ヘーク装置３およびアンローダ用予備室６を有し
ているとともに、前記真空化用ゲ−Ｎ　Ｏおよび真空化
用ゲート１８によって区画された処理室１６内に被処理
物支持機構２３を有している。この被処理物支持機構２
３は前記イオン照射装置２のイオンビーム２４の出射口
２５に対面するようにして配設されている。また、前記
処理室１６は真空排気系２６によって処理室１６内を所
望の真空度することができるようになっている。また、
前記処理室１６内には前記真空べ一り装置３にあるウェ
ハ４を被処理物支持機構２３に移送するとともに、被処
理物支持機構２３にあるウェハ４を前記アンローダ用予
備室６に移送できる移送機構２７が配設されている。こ
の移送機構２７は、後端の支持軸２８を中心に回動する
アーム２９と、このアーム２９の先端に設けられたメカ
ニカルチャック３０とからなっている。前記メカニカル
チャック３０は、第３図に示されるように、ウェハ４を
４本の爪３１のクランプ動作によって掴むとともに、前
記被処理物支持機構２３の昇降可能な補助ステージ３２
上に供給できるようになっている。

一方、前記被処理物支持機構２３は、第３図に示される
ように、前記補助ステージ３２と、この補助ステージ３
２に一時的に支持されたウェハ４を補助ステージ３２の
降下動作によって受は取る支持ステージ３３と、この支
持ステージ３３上に載置されたウェハ４の脱落を防ぐカ
バー３４と、からなっている。前記支持ステージ３３は
主面（上面）中央に前記補助ステージ３２が通過できる
透孔３５が設けられているとともに、ウェハ４を収容す
る収容窪み３６が設けられている。また、この支持ステ
ージ３３は、第３図の二点鎖線で示されているように、
一端部に取り付けられた回転軸３７を中心に９０度正逆
回動するようになっていて、９０度の正転によって、直
立した支持ステ−ジ３３に保持されたうエバ４の主面に
前記イオン照射装置２によるイオンビーム２４が照射さ
れるようになっている。また、前記カバー３４はこの支
持ステージ３３の直立状態時に支持ステージ３３に収容
されているウェハ４が脱落しないようにするためのもの
であり、かつウェハ４へのイオン注入を阻外するもので
あってはならず、さらに、ウェハ４の供給および取り外
し時には支持ステージ３３に重なっていてはならない。

このため、前記カバー３４は支持ステージ３３から突出
する支持板３８に携り付けられた支軸３９を中心に正逆
回動制御されて、収容窪み３６にウェハ４がローディン
グ・アンローディングされる時以外は支持ステージ３３
に重なるようになっている。また、前記カバー３４はウ
ェハ４の直径よりもわずかに小さな透孔４０が設けられ
ている。この透孔４０は支持ステージ３３に重なった状
態でウェハ４に対面し、ウェハ４の周縁以外の領域に対
応し、前記イオンビーム２４が通過する領域である。

このようなイオン注入装置において、ウェハ４の主面に
前記ホトレジスト膜１２をマスクとしてイオン注入する
場合、ウェハ４は、第５図に示されるように、ローディ
ング、真空ヘーク、イオン注入、アンローディングの各
工程を経る。ウェハ４は、搬送機構１５によってローダ
５のカートリッジ１４から真空ベーク装置３のステージ
１１に供給される。真空ベーク装置３はウェハ４が供給
されると、ローダ用ゲート９が閉じられ、予備真空排気
系８が動作して真空ベーク装置３、すなわち、真空ベー
ク室は、隣接する処理室１６の真空度と同一真空度にな
る。この真空化時、ヒータ１３はウェハ４を加熱し、ウ
ェハ４の主面のホトレジスト膜１２を回転しなからベー
キングする。

ベーキング、すなわち真空ベーキングがなされると、真
空化用ゲート１０が開く。また、ステージ１１上のウェ
ハ４は移送機構２７によって処理室１６における被処理
物支持機構２３の上昇位置にある補助ステージ３２上に
載置される。その後、この補助ステージ３２は支持ステ
ージ３３の透孔３５内を通過して降下する。この降下時
、補助ステージ３２−Ｊ二に載っていたウェハ４ば、支
持ステージ３３の収容窪み３６上に載り移る。つぎに、
カバー３４が支持ステージ３３側に支軸３９を中心に９
０度回動して、収容窪み３６内に収容されているウェハ
４の周辺部分を被う。

つぎに、前記支持ステージ３３が９０度重囲動して、第
３図に示されるように、直立状態となり、ウェハ４の主
面を出射口２５に対面させる。

つぎに、イオン照射装置２、すなわち、図示はされてい
ないが、イオン源で発生されたイオンのうち、所望のイ
オンは買置分析マグネットで選択されるとともに、集束
され、かつ加速管によって加速され、第１図および第２
図に示されるような、イオンビーム２４となって、ウェ
ハ４の主面に打ち込まれる。このイオン打ち込み（注入
）は、数秒〜数分に亘って行われる。

ウェハ４へのイオン注入が終了すると、前記支持ステー
ジ３３は回転軸３７を中心に９０度逆回転する結果、ウ
ェハ４は水平に戻る。また、ウェハ４の脱落防止のため
に前記支持ステージ３３に重なっていたカバー３４は、
支軸３９を中心に少なくとも９０度逆回動して、収容窪
み３６の上方域から外れる。その後、第３図に示される
ように、前記補助ステージ３２が上昇して、収容窪み３
６からウェハ４を浮き」−がらせるとともに、移送機構
２７のメカニカルチャック３０が補助ステージ３２−ヒ
のうエバ４をクランプする。このメカニカルチャック３
０はアンローダ用予備室６のステージ２０上にウェハ４
を移送する。この移送に先立って、アンローダ用予備室
６の真空化用ゲート１８は開かれている。

つぎに、ウェハ４がアンローダ用予備室６のステージ２
０上に載置されると、真空化用ゲート１８が閉じられ、
その後、アンローダ用ゲート１７が開けられる。すると
、搬送機構２２が前進してステージ２０上のウェハ４を
その上に受は取るとともに、ステージ２０の駆動によっ
てウェハ４をアンローダ７のカートリッジ２１内に収容
する。

〔効果〕

（１）本発明のイオン注入装置は、イオン注入に先立っ
てウェハを処理室の隣室となる真空ベーク室で真空ベー
キング処理して、うエバ主面のホトレジスト膜からのガ
ス抜きを行なうため、ウェハが処理室でイオン注入され
るときには、もはやホトレジスト膜からはガスは放出さ
れなくなっているため、処理雰囲気の１７ノ染が防止で
きるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明のイオン注入装置は、
イオンビームと残留ガスとによってもたらされる弊害も
なくなるため、高精度なイオン注入が可能となるという
効果が得られる。

（３）上記（１）により、本発明のイオン注入装置は、
大口径のウェハの処理も可能となるという効果が得られ
る。

（４）上記ｆｉｌおよび（２）により、本発明のイオン
注入装置は歩留り向上が達成できるという効果が得られ
る。

（５）上記（１）〜（４）により、本発明のイオン注入
装置によれば、大口径のウェハによる生産性向」−５歩
留り向上により、イオン注入コスＩ−の低減化という相
乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は−ｔｘ記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない、たとえば、イオン注
入時間と真空ベーキング時間が大きく異なるような場合
、インデックス合わせのために、処理室内にいくつかの
真空加熱ステーション（真空ベーキングステーション）
を設けても前記実施例同様な効果が得られる。

また、本発明は、回転するディスクの周辺にウェハを定
間隔に配設し、このディスクを回転させることによって
、複数のウェハにイオン注入を施す構造のイオン注入装
置に本発明を適用しても前記実施例同様な効果が得られ
る。

また、本発明における真空ベーク装置（真空ベーク室）
は一連の生産ライン」−に配設しても前記実施例同様な
効果が得られる。

〔利用分野〕

以−ヒの説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるウェハにおけるイ
オン注入技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではない。

本発明は少なくとも処理時の発熱によって不所望のガス
等が発生してしまう処理技術に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるイオン注入装置の概念
的な構造を示す平面的な模式図、第２図は同しくウエハ
ヘーク機構を示す断面図、第３図は同じくイオン注入部
を示す断面図、第４図は同しくウェハチャック状態を示
す一部の平面図、 第５図は同じく作業工程を示すフローチャートである。 １・・・本体、２・・・イオン照射装置、３・・・真空
ベーク装置、４・・・ウェハ、５・・・ローダ、６・・
・アンローダ用予備室、７・・・アンローダ、８・・・
予備真空排気系、９・・・０−ダ用ゲート、１０・・・
真空化用ゲート、１１・・・ステージ、１２・・・ホト
レジスト膜、１３・・・ヒータ、１４・・・カートリッ
ジ、Ｉ５・・・搬送機構、１６・・・処理室、１７・・
・アンローダ用ゲート、１８・・・真空化用ゲート、１
９・・・予備真空排気系、２０・・・ステージ、２１・
・・カートリッジ、２２・・・搬送機構、２３・・・被
処理物支持機構、２４・・・イオンビーム、２５・・・
出射口、２６・・・真空排気系、２７・・・移送機構、
２８・・・支持軸、２９・・・アーム、３０・・・メカ
ニカルチャック、３１・・・爪、３２・・・補助ステー
ジ、３３・・・支持ステージ、３４・・・カバー、３５
・・・透孔、３６・・・収容窪み、３７・・・回転軸、
３８・・・支持板、３９・・・支軸、４第　　　２　　
図 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被処理物にイオンを注入するイオン注入装置であっ
   て、この装置にはイオン注入前の被処理物を真空雰囲気
   でベーキングする真空ベーク装置が設けられていること
   を特徴とするイオン注入装置。