特開 2024-178066 イオン注入装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178066

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】イオン注入装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20241217BHJP

   G21F 9/00 20060101ALI20241217BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20241217BHJP

   G21K 5/00 20060101ALI20241217BHJP

   G01T 1/167 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 603C

G21F9/00 Z

G21K5/04 A

G21K5/00 S

G01T1/167 Z

H01L21/265 T

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096581

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】302054866

【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社

(72)【発明者】

【氏名】大村 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】平井 裕也

(72)【発明者】

【氏名】趙 維江

(72)【発明者】

【氏名】中西 昭仁

(72)【発明者】

【氏名】井上 真輔

【テーマコード（参考）】

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G188AA07

2G188BB17

2G188CC00

2G188EE25

(57)【要約】

【課題】処理済みウェーハの安全な取り出しを実現する。
【解決手段】イオン注入装置ＩＭは、複数枚のウェーハＷが収納されたカセット３ａ－３ｄから１枚ずつウェーハＷを取り出して、真空予備室６、７を通して処理室１へ搬送し、ウェーハＷに対してイオン注入処理を実施する枚葉式のイオン注入装置ＩＭで、処理室１からカセット３ａ－３ｄまでの間に、注入処理済みのウェーハＷを留めておく待機部Ｔを有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚のウェーハが収納されたカセットから１枚ずつ前記ウェーハを取り出して、真空予備室を通して処理室へ搬送し、前記ウェーハに対してイオン注入処理を実施する枚葉式のイオン注入装置で、
前記真空予備室から前記カセットまでの間に、注入処理済みの前記ウェーハを留めておく待機部を有する、イオン注入装置。

【請求項2】

前記待機部から前記ウェーハの取り出し可否を判別する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ウェーハの注入処理後の経過時間または前記待機部での放射線量に応じて、前記ウェーハの取り出し可否を判別する、請求項１記載のイオン注入装置。

【請求項3】

前記待機部は、前記カセットである請求項１または請求項２記載のイオン注入装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

イオンビームをウェーハに照射することで、ウェーハ内に不純物を注入するイオン注入装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭｅＶ級のエネルギーのイオンビームを扱うイオン注入装置では、イオンビームが部材に衝突することで、γ線やＸ線、中性子線等の放射線が発生する。こうした放射線の装置外部への流出を防止するため、様々な対策が取られている。

【0003】

特許文献１では、中性子線の散乱効果の大きい水素や硼素の含有率が高い材料からなる中性子線散乱部材を、中性子線量率が相対的に高い箇所に重点的に配置することが提案されている。

【0004】

特許文献２では、アモルファスカーボン、ダイヤモンド状カーボン、熱分解グラファイト、炭化珪素等からなる低放出インサートをビームラインに配置して、イオンビームの衝突時に発生する中性子を低減することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１５５２５６

【特許文献2】特表２０２２－５１７３６６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１および特許文献２では、いずれもイオンビームの輸送経路に配置された部材とイオンビームとの衝突により発生する放射線を低減することが述べられているが、ウェーハから発生する放射線については何ら言及されていない。
例えば、特定エネルギー以上でイオンビームがウェーハに照射される場合、ウェーハ材料とそれに注入されるイオン種との組み合わせにより、壊変現象によりウェーハから放射線が発生する。

【0007】

例えば、エネルギーが３２６ＫｅＶ以上のプロトンのイオンビームをシリコンウェーハに照射した場合、ウェーハからβ＋壊変によりγ線が発生する。このγ線の発生は、注入処理内容によっては、避けることができない。

【0008】

放射壊変が発生すると、構成の不安定性を持つ原子核が放射線（α線、β線、γ線等）を放出することで、他の安定な原子核に変化する。これは上述したプロトン注入の例に限らず、他のイオン種、ウェーハの組み合わせでも起こりうる。
放射線を放出する処理済みウェーハを装置外部に搬送した場合、放射線量によっては人体に悪影響を及ぼしてしまう。

【0009】

本発明では、処理済みウェーハの安全な取り出しを実現するイオン注入装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

イオン注入装置は、
複数枚のウェーハが収納されたカセットから１枚ずつ前記ウェーハを取り出して、真空予備室を通して処理室へ搬送し、前記ウェーハに対してイオン注入処理を実施する枚葉式のイオン注入装置で、
前記処理室から前記カセットまでの間に、注入処理済みの前記ウェーハを留めておく待機部を有する。

【0011】

前記待機部から前記ウェーハの取り出し可否を判別する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ウェーハの注入処理後の経過時間または前記待機部での放射線量に応じて、前記ウェーハの取り出し可否を判別することが望ましい。

【0012】

前記待機部は、前記カセットであることが望ましい。

【発明の効果】

【0013】

処理済みウェーハが放出する放射線量は、時間の経過とともに減衰する。このことから、処理室からカセットまでの間に、処理済みのウェーハを留めておく待機部を設けることで、ウェーハから放出される放射線量を十分に低減した上で、ウェーハの安全な取り出しが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】イオン注入装置の処理室周りの構成を示す模式的平面図である。

【図2】処理済みウェーハの排出についての一例を示すフローチャートである。

【図3】処理済みウェーハの排出についての別の例を示すフローチャートである。

【図4】イオン注入装置の処理室周りの別の構成を示す模式的平面図である。

【図5】イオン注入装置の処理室周りの他の構成を示す模式的平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１には、枚葉式のイオン注入装置ＩＭにおける処理室１周りの構成が描かれている。カセット３ａ－３ｄには、複数枚のウェーハＷが収納されている。基板搬送部５には、大気ロボット９とアライナー４が設けられている。
いずれかのカセット３ａ－３ｄから、大気ロボット９で取り出されたウェーハＷは、アライナー４に搬送されて、周方向の向きが揃えられた後、第１の真空予備室６に搬送される。

【0016】

第１の真空予備室６にウェーハＷが搬送されると、第１の真空予備室６内は密閉されて、室内が真空引きされる。第１の真空予備室６の真空引きが終わると、真空ロボット８が、室内のウェーハＷを取り出し、プラテン２上にウェーハＷを搬送する。
図示されるプラテン２の姿勢は、円形状のプラテン２が起立したときのものである。 真空ロボット８からのウェーハＷの受け取り時、プラテン２は、図示される姿勢からＸ軸周りに９０°回転し、ウェーハＷの支持面がＹ軸に垂直となる。

【0017】

処理室１には、Ｘ軸と平行な方向で走査されたイオンビームＩＢもしくは非走査のリボン状のイオンビームＩＢが輸送される。
プラテン２は、ウェーハＷを受け取った後、不図示の駆動源によりＹ軸と平行な方向に往復搬送される。これにより、ウェーハＷの全面へのイオン注入処理が実施される。

【0018】

イオン注入処理の終了後、真空ロボット８が、プラテン２上の処理済みウェーハＷを第２の真空予備室７へ搬送する。このとき、第２の真空予備室７は、処理室１と同じ真空雰囲気にある。第２の真空予備室７には待機部Ｔが設けられている。
待機部Ｔは、例えば、ＺＸ平面でのウェーハＷの搬送が可能な棚で構成されている。この棚は、一段でもよく、Ｙ軸の方向に多段に重ねられていてもよい。

【0019】

処理済みウェーハＷの待機部Ｔへの搬送が行われると、空いたプラテン２には未処理のウェーハＷが搬送される。待機部Ｔにある処理済みウェーハＷが所定条件を充足したとき、第２の真空予備室７は、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスによりパージされる。これにより、第２の真空予備室７内の圧力が基板搬送部５と同等の圧力に変更される。
第２の真空予備室７の圧力を変更した後、大気ロボット９が、待機部Ｔからカセット３ａ－３ｄに処理済みウェーハＷを搬送する。

【0020】

待機部ＴでのウェーハＷの所定条件は、注入処理後に所定時間を経過しているか、待機部ＴでウェーハＷから放出される放射線量が基準値以下であるか等、ウェーハＷの取り出しにあたっての安全性を確保するための条件である。

【0021】

処理済みウェーハが放出する放射線量は、時間の経過とともに減衰するため、予め実験により、十分に減衰するまでに要する時間を求めておき、この時間を所定時間として設定する。あるいは、ウェーハＷから放出される放射線を線量計で計測し、実測値と安全性が確保できる基準値とを比較する。なお、放射線量を実測する場合、待機部Ｔや第２の真空予備室７に線量計を設けておく。

【0022】

処理済みウェーハＷについて、１枚ずつ所定条件を充足するかどうかを判別し、条件を充足するたびに、第２の真空予備室７の真空大気を切換えて、カセット３ａ－３ｄに処理済みウェーハＷを戻すようにしてもよい。
しかしながら、ウェーハＷに対するイオン注入処理の時間が、待機部ＴでウェーハＷが所定条件を充足するまでに要する時間に比べて非常に短い場合には、プラテン２から待機部ＴへのウェーハＷの搬送に支障を来しうる。

【0023】

例えば、待機部Ｔに設けられた棚が１段であれば、物理的に次の処理済みウェーハＷを配置することができなくなる。また、待機部Ｔに設けられた棚が複数段であっても、第２の真空予備室７の真空大気を切換えるタイミングと次の処理済みウェーハＷを搬送するタイミングがかち合えば、次の処理済みウェーハＷを待機部Ｔへ搬送することができなくなる。
そうなると、次の処理済みウェーハＷを待機部Ｔへ搬送するまでに長い待ち時間が発生するため、イオン注入装置ＩＭの生産性が著しく悪化する。

【0024】

そこで、イオン注入処理の対象にしている１ロットのウェーハＷ（例えば、２５枚）の全てを格納できる棚を待機部Ｔに設けておく。そして、最後に待機部Ｔに搬送された処理済みウェーハＷでの注入処理後の経過時間をカウントする等し、最後の処理済みウェーハＷに対する条件の充足判別を実施する。このようにすれば、イオン注入装置ＩＭの生産性の著しい悪化を避けることができる。また、各ウェーハＷについての充足判別を行わず、最後のウェーハＷだけを対象にして充足判別を実施する場合、充足判別処理の簡略化も可能となる。

【0025】

上記判別については、イオン注入装置ＩＭが有する制御装置Ｃで実施する。
制御装置Ｃは、記憶部と演算部を有している。記憶部には、比較の基準となる時間や線量が記録されている。
具体例を挙げると、時間による判別を実施する場合、制御装置Ｃはイオン注入装置ＩＭから最後のウェーハに対するイオン注入処理が実施された時間情報を入力信号Ｓｉとして受信する。制御装置Ｃは、入力信号Ｓｉの受信をトリガーにして時間をカウントし、記憶部に記録されている基準時間と比較し、待機部ＴからのウェーハＷの取り出し可否を判別する。ウェーハＷの取り出し可と判別した場合には、制御装置Ｃは、待機部ＴよりウェーハＷを搬送するための出力信号Ｓｏをイオン注入装置ＩＭへ送信する。

【0026】

線量による判別を実施する場合、制御装置Ｃは、イオン注入装置ＩＭで計測された放射線量の計測結果を受信し、記憶部に記録されている基準値との比較から、ウェーハＷの取り出し可否を判別する。ウェーハＷの取り出し可と判別した場合には、制御装置Ｃは、待機部ＴよりウェーハＷを搬送するために、待機部ＴよりウェーハＷを搬送するための出力信号Ｓоをイオン注入装置ＩＭへ送信する。

【0027】

入力信号Ｓｉには、例えば、各ウェーハＷへの注入処理が完了したときの時間情報や注入処理を実施しているウェーハＷが何枚目のウェーハＷであるのかを示す情報が含まれていてもいい。
また、出力信号Ｓｏは、イオン注入装置ＩＭの各部を制御する制御信号としてもよい。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、イオン注入装置ＩＭの操作者に対して、判別結果を知らせる信号であってもよい。その場合、出力信号Ｓｏは、イオン注入装置ＩＭの操作用ディスプレイへの通知や音による通知を行うための信号であってもよい。これらの通知を受け、イオン注入装置ＩＭの操作者が、ウェーハＷの取り出しを実施する。

【0028】

図２、図３は、ウェーハＷに対するイオン注入処理の時間が、待機部ＴでウェーハＷが所定条件を充足するまでに要する時間に比べて非常に短い場合を想定したときのフローチャートである。例えば、イオン注入処理の時間は３０－４０秒であり、待機部ＴでウェーハＷが所定条件を充足するまでに要する時間は１０分程度を想定している。

【0029】

簡単に各図のフローチャートについて説明する。図２では、１枚ずつプラテン２にウェーハＷを搬送してイオン注入処理を実施し、処理済みウェーハＷを待機部Ｔへ順次搬送する（処理Ｓ１）。つぎに、対象とするカセット３ａ-３ｄに収納されているウェーハＷで最後のウェーハＷへのイオン注入を実施し、それまでに処理したウェーハＷと同じく、待機部Ｔへ搬送する（処理Ｓ２）。

【0030】

処理Ｓ２で、最後のウェーハＷへの注入処理が実施されてからの経過時間を計測する（処理Ｓ３）。処理Ｓ３での経過時間が基準時間以上であるかどうかを判別する（処理Ｓ４）。基準時間は、処理済みウェーハＷから放出される放射線が所定線量以下となるまでに要する時間である。

【0031】

処理Ｓ４で、最後のウェーハＷへの注入処理が終了してからの経過時間が基準時間以上となった段階で、待機部Ｔから処理済みウェーハＷの排出を順次実施する（処理Ｓ５）。
なお、処理Ｓ３、処理Ｓ４の実施時点で、待機部Ｔに全てのウェーハＷが搬送されている場合には、第２の真空予備室７での真空大気の切替を実施してもよい。

【0032】

図３のフローチャートで、図２と同じ符号が使用されている処理は、図２と同一の処理であるため、個々の処理についての説明は省略する。図２との違いは、処理Ｓ２で所定のカセット３ａ-３ｄ内の最後のウェーハＷに対するイオン注入処理が実施され、待機部Ｔに最後のウェーハＷが搬送された後、待機部Ｔで線量の計測が実施される（処理Ｓ１１）。

【0033】

処理Ｓ１２では、処理Ｓ１１で計測された放射線が、基準値以下であるかどうかの判別が行われる。処理Ｓ１２で放射線量が基準値以下となれば、待機部Ｔより処理済みウェーハＷの排出を実施する（処理Ｓ５）。

【0034】

図１の実施形態では、待機部Ｔを第２の真空予備室７に設けていたが、待機部Ｔの配置場所はこの場所に限られない。例えば、図４に示すように、処理室１内に待機部Ｔを設け、ここに処理済みウェーハＷを搬送し、所定条件を充足するまで待機させておく。

【0035】

図４のように、処理室１内に待機部Ｔを設ける構成でもいいが、線量計での計測を実施する場合、処理中のウェーハＷから放射線が放出されることで、計測を誤ることが懸念される。このことから、処理室内で発生される放射線を遮蔽するための仕切りを設け、待機部Ｔを空間的に切り離しておくことが望ましい。
また、待機部Ｔを処理室１の外に出し、第２の真空予備室７とは別に、処理室１に隣接した部屋を用意し、その部屋に待機部Ｔを設けるようにしてもよい。

【0036】

さらに、図５に示すように、待機部Ｔをカセット３ｄと兼用してもよい。図５では、兼用対象をカセット３ｄとしているが、注入対象とするウェーハＷが収納されている任意のカセットであればよく、カセット３ｄに限定されるものではない。
いずれかのカセット３ａ-３ｄを待機部Ｔとする場合、カセットには既にウェーハＷを収納するための棚が設けられているため、待機部Ｔに処理済みウェーハＷを待機させておく特別な棚を必要としない点で有利である。

【0037】

第２の真空予備室７に待機部Ｔを設ける場合、第２の真空予備室７の容積を大きくする必要がある。第２の真空予備室７の容積を大きくした場合、予備室内の真空大気を切換えに要する時間が長くなることや大量のパージ用ガスが必要になることが懸念される。しかしながら、カセット３ａ－３ｄを待機部Ｔと兼用する場合には、予備室の容積は小さくて済むので、このような懸念事項は発生しない。

【0038】

イオン注入装置ＩＭでは、装置筐体は金属板で構成されていることから、筐体内側で発生する放射線の筐体外部への漏洩はある程度抑制されるが、必要に応じて、放射線遮蔽用の鉛や鉄等を部分的に筐体壁面に設けてもよい。
なお、装置筐体には、カセット３ａ－３ｄの取り付けられる基板搬送部５とそれよりも処理室１側の部位が収納される。

【0039】

カセット３ａ－３ｄは、装置筐体外部にあることから、ここを待機部Ｔと兼用する場合には、ウェーハＷより放出される放射線が、カセットから漏洩することが懸念される。
この点については、例えば、カセット３ａ－３ｄをアクリル樹脂や鉄などのシールドで覆い、放射線の漏洩を防止する。また、カセット３ａ－３ｄは、パーティクルの関係で、装置間の搬送時には密閉構造の容器に入れられていることから、前述のシールドが、ウェーハ搬送容器の筐体を兼ねていてもよい。

【0040】

図１で説明した実施形態では、第２の真空予備室７に待機部Ｔを設ける構成を説明したが、第１の真空予備室６に待機部Ｔを設けてもよい。また、イオン注入装置ＩＭは、２つの真空予備室６、７のうち、いずれか一方のみを備える構成であってもよい。

【0041】

待機部Ｔの場所は、図１、図４、図５で説明した場所に限定されるものではない。ウェーハＷへの注入処理後、カセット３ａ－３ｄに収納されるまでのウェーハＷの搬送経路、つまり、処理室１からカセット３ａ－３ｄまでの間であれば、イオン注入装置ＩＭの装置構成に応じ、任意の場所に待機部Ｔを設けてもよい。

【0042】

カセット３ａ－３ｄの全てに、未処理のウェーハＷが収納されている必要はない。例えば、４つのカセット３ａ－３ｄのうち、１つを空にしておき、待機部Ｔ専用としてもよい。

【0043】

放射壊変は、イオン注入処理時のイオンビームのエネルギー、イオン種、ウェーハ材料に応じて発生するため、注入処理内容によっては、上記実施形態での判別処理を実施する必要はない。上記実施形態で説明した判別処理は、放射壊変が発生する場合を前提にして実施されるものである。
放射壊変の発生有無を判断する処理と上記実施形態で説明した判別処理とを組み合わせるのであれば、上記実施形態で説明した判別処理の前に、注入処理内容に応じて、判別処理を実施するか否かを判断する。具体的には、図２、図３のフローチャートにおいて、処理Ｓ１の前にこの判断を実施する。

【0044】

判断にあたっては、イオンビームのエネルギー、イオン種、ウェーハ材料からなるリストを制御装置Ｃの記憶部に予め記録しておき、実施する注入処理内容をリストと照合し、リストに該当するものがあれば、上記実施形態で説明した判別処理を実施する。この判断については、制御装置Ｃで実施してもよいが、イオン注入装置ＩＭの操作者が上記リストを参照した上で、判断するようにしてもよい。

【0045】

上記実施形態では、待機部Ｔで放射線量を計測し、制御装置Ｃの記憶部に記録されている基準値と比較する構成について説明したが、イオン注入装置ＩＭの外部環境下における放射線量を線量計で実測しておき、この実測値を基準値として、待機部Ｔでの実測値と比較してもよい。

【0046】

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ことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0047】

１ 処理室
３ａ－３ｄ カセット
６ 第１の真空予備室
７ 第２の真空予備室
ＩＭ イオン注入装置
Ｗ ウェーハ
Ｔ 待機部
Ｃ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】