DE3630035A1

DE3630035A1 - Ionenimplantationstargetkammer

Info

Publication number: DE3630035A1
Application number: DE19863630035
Authority: DE
Inventors: Allen Edgar Armstrong; Victor Morris Benveniste; Geoffrey Ryding
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1985-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1987-03-12
Anticipated expiration: 2006-09-04
Also published as: JPH07109756B2; GB8617450D0; GB2180093A; GB2180093B; JPS6255854A; DE3630035C2; US4672210A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ionenimplan tiervorrichtungen und insbesondere auf eine verbesserte Ziel- oder Targetkammer für eine Ionenimplantier vorrichtung.

In Ionenimplantiervorrichtungen,verwendet zur Dotierung von Halbleiterwafers, werden die folgenden Kriterien als außerordentlich wichtig angesehen:

a) Die Ionendosis muß gleichförmig über die Waferober fläche verteilt sein,
b) kein Teil des Wafers sollte durch eine Klammer oder irgendein anderes Haltelement überschattet sein,
c) Klammern oder andere Haltelelemente sollten nicht derart positioniert sein, daß Material von diesem auf ein Wafer versprüht wird,
d) die Implantationsvorrichtung sollte in der Lage sein, eine große Anzahl von Wafers pro Zeiteinheit zu be lichten oder der Implantation aussetzen,
e) die infolge der Implantationsenergie in einem Wafer erzeugte Wärme muß in effizienter Weise zur Steuerung der Wafertemperatur entfernt werden,
f) jedwede infolge des Targetkammerbetriebs erzeugte Teilchen müssen daran gehindert werden, sich auf den Wafers abzusetzen,
g) der Ionenstrahlstrom muß genau und häufig überwacht werden, um die richtige Dosierung sicherzustellen,
h) die Wafer müssen gegenüber physikalischer, d. h. körper licher Schädigung durch den Implantationsprozeß ge schützt werden,
i) der Ionenstrahl muß auf die Waferoberfläche unter dem gewünschten Winkel bezüglich der Kristallebenen des Wafers an allen Punkten des Wafers auftreffen.

Die bislang verwendeten Ziel- oder Targetkammern sind nicht in der Lage, sämtliche obengenannten Kriterien gleich zeitig zu erfüllen. Beispielsweise macht das obengenannte Erfordernis hinsichtlich der Kühlung gemäß (e) es notwen dig, daß Klammern benutzt werden, um das Wafer gegen ein solides Leitmedium zu drücken, oder gegen die Stummeln, die erforderlich sind, um ein Gaskühlmedium zu erhalten. Diese Klammern überdecken einen Teil des Wafergebiets oder der Waferfläche und bewirken, daß Klammermaterial auf die Wafer versprüht wird, wobei ferner Teilchen durch Abrasion von Photoresistmaterial von der Waferoberfläche erzeugt werden und auf diese Weise eine Deformation des Wafers bewirkt werden kann, und zwar in einem Ausmaß, daß der Ionenstrahl auf die Waferoberfläche nicht unter dem gleichen Winkel über die gesamte Waferoberfläche hinweg auftrifft. Die Klammern stellen auch ein Risiko hinsicht lich des Waferbruchs dar, weil die Klemmkraft nicht gleichmäßig über die Waferoberfläche aufgebracht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden sämtliche obigen Kriterien erfüllt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Targetkammer vorgesehen, wo die an die Wafer anzulie gende erforderliche Klemmkraft durch eine Körperkraft vorgesehen wird, d. h. eine Kraft, abhängig von der Masse des Wafers, wie beispielsweise der Schwerkraft, der Be schleunigung und magnetischer Kraft; oder aber die Kraft wird auf einem Oberflächengebiet, beispielsweise durch elektrostatische Gasdruckkräfte vorgesehen. Insbesondere weist die Target- oder Zielkammer der Erfindung eine sich drehende Scheibe auf, auf der die Wafers aufgenommen wer den, wobei die Scheibe in der Form eines flachen Tellers vorgesehen ist, und zwar derart, daß die durch eine rela tiv hohe Drehgeschwindigkeit erzeugte Zentrifugalkraft die Wafer gegen die Scheibe drückt.

Die Verwendung einer schnell umlaufenden rotierenden Schei be in einer Ionenimplantationsvorrichtung ist an sich aus der US-PS 42 34 797 bekannt, wie auch die Verwendung der Zentrifugalkraft, was in US-PS 41 55 011 beschrieben ist. Keine dieser bekannten Vorrichtungen ist jedoch in der Lage, sämtliche oben erwähnten Kriterien zu erfüllen. Bei der Vorrichtung gemäß US-PS 42 34 797 müssen noch immer Klammern verwendet werden, um die Wafer zu halten, wenn die Scheibe nicht umläuft. Bei der Vorrichtung gemäß US-PS 41 55 011 muß der Trommeldurchmesser recht groß sein, damit der notwendige gleichförmige Implantations winkel erreicht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Scheibe gegenüber der Vertikalorientierung gemäß dem Stand der Technik derart verkippt, daß die Wafer auf der Scheibe durch Schwerkraft während des Ladens und Entladens gehalten wer den können. Während Vakuum oftmals als Mittel zum Festklem men der Wafer während der Verarbeitung verwendet wird, hat sich gemäß der vorliegenden Erfindung herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, die Vakuumkammer auszupumpen, bevor die Scheibe in Drehung versetzt wird, um die Wafer vor teilchenförmiger Verschmutzung zu schützen. Obwohl die Scheibe horizontal orientiert werden könnte, um das Erfor dernis hinsichtlich Haltung der Wafer auf der Scheibe während des Beladens und Entladens zu erfüllen, ist dies unerwünscht, weil es eine vertikale Strahllinie erfordern würde und die Strahllinie ist von solcher Länge, daß die Implantationsrichtung nicht in normale Raumhöhen hinein passen würde. Ferner würde Abfall und kondensiertes Ma terial die Tendenz haben, von der Strahllinie aus auf die Wafer zu fallen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Scheibe um zwi schen 30 und 60° gegenüber der Horizontalen (oder Verti kalen) gekippt, was ein entsprechendes Kippen der Strahl linie zur Folge hat. Im wesentlichen muß die Scheibe ge nügend gegenüber der Vertikalen gekippt werden, um zu ge statten, daß die Wafer in einer Position durch Schwerkraft an sämtlichen Positionen der Scheibe gehalten werden, und die Kippung muß gegenüber der Horizontalen genügend derart erfolgen, daß die Strahllinie noch in die übliche Raumhöhe paßt.

Eine weitere wichtige Betrachtung der vorliegenden Erfin dung bezieht sich auf die Waferkühlung. Ein akzeptiertes Verfahren zur Kühlung von Wafers bei der Ionenimplanta tion besteht in der Leitung in ein elastomeres Stützma terial. Das Ausmaß der Kühlung hängt somit teilweise von dem Kontaktdruck zwischen dem Elastomeren und dem Wafer ab und der mit Zentrifugalkraft erhältliche Kontaktdruck bei akzeptablen Scheibengeschwindigkeiten ist am unteren Ende des brauchbaren Bereichs. Für relativ hohe Strahlen leistungen wird daher eine flüssigkeitsgekühlte Stützung als notwendig angesehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kammer durch einen kontinuierlichen Fluß oder eine kontinuierliche Strömung aus Trockengas während des Ladens gespült und das Gas tritt aus der Kammer durch kleine Ladeöffnungen aus. Die gesamte Kammer ist für das Laden nicht geöffnet, nur relativ kleine Öffnungen. Die Waferladung wird da durch erreicht, daß man die Scheibe verdreht, um ein Wafer vor der Ladeöffnung zu positionieren, wobei durch die Öffnung mit einem Vakuumschraubstock gegriffen wird, um das Wafer herauszuziehen, wobei die leere Waferposi tion vor der Ladeöffnung repositioniert wird und wobei schließlich ein neues Wafer mittels eines zweiten Vakuum schraubstocks abgelegt wird.

Zur Verbesserung der Dosisgleichförmigkeit sieht die Erfindung einen Ionenstrahl vor, der um seine eigene Achse gekippt ist. In einer Ionenstrahlimplantationsvor richtung, die die mechanische Abtastung verwendet, wie beispielsweise die gemäß US-PS 42 34 797, ist die Form des Strahls am Target oder Ziel bestimmt durch die Form der Ionenquellenextraktionsöffnung, die typischerweise ein langgestrecktes Rechteck ist. Der sich ergebende schlitzförmige Strahl kann tangential zur Scheibe orien tiert werden, wie dies in US-PS 43 46 301 gezeigt ist. Wenn jedoch der Strahlstrom reduziert wird, so nimmt die Strahlgröße ab und kann eine sehr feine Linie werden. Dies kann einen "Streifen"-Effekt zur Folge haben und nicht gleichförmige Implantationen. Um solche Effekte zu ver meiden, kann der Strahl radial zur Scheibe orientiert werden, was eine gute Gleichförmigkeit und bessere thermi sche Eigenschaften vorsieht; eine solche Konfiguration erhöht jedoch die Überabtastung (overscan) und nützt somit den Strahl weniger effizient aus.

Aus Obigem ergibt sich, daß beim Stand der Technik die Wahl der Strahlorientierung ein Kompromiß zwischen effizienter Strahlausnutzung und Abtastgleichförmigkeit war.

Die vorliegende Erfindung sieht eine einfache, aber sehr effektive Lösung für die obigen Probleme vor, und zwar durch das Vorsehen von Mitteln zum Kippen des Strahls etwas gegenüber einer rein tangentialen Orientierung relativ zur Scheibe. Das Ergebnis einer solchen Orientie rung ist ein projeziertes Strahlbild, welches eine signi fikante Breite aufweist, und zwar selbst bei niedrigen Strahlströmen, und auf diese Weise werden "Streifeneffekte" vermieden, wobei noch immer die "Überabtastung" mini miert wird.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie len anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungs gemäßen Ionenimplantiervorrichtung, wobei Teile weggeschnitten sind;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht der Ionenimplanta tionsvorrichtung der Fig. 1, wobei wiederum Teile weggeschnitten sind;

Fig. 3 eine Draufsicht der Target- oder Zielkammer;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht der Targetkammer;

Fig. 5 eine weitere partielle geschnittene Ansicht der Targetkammer im ganzen um 90° gegenüber der An sicht der Fig. 4 gedreht;

Fig. 6 eine Teildraufsicht der Waferscheibe der Erfin dung;

Fig. 7 einen Schnitt durch die Waferscheibenanordnung;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 11;

Fig. 9 eine vergrößerte Draufsicht einer ersten Zaun struktur der Erfindung;

Fig. 10 eine vergrößerte Draufsicht einer zweiten Zaun struktur der Erfindung;

Fig. 11 eine Draufsicht der Unterseite eines der Scheiben segmente gemäß Fig. 6; und

Fig. 12 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils der Fig. 3, wobei Teile aus Gründen der Klarheit entfernt sind.

In der Zeichnung ist eine Ionenimplantationsvorrichtung 10 dargestellt, die eine Ionenquelle 12, einen Analysiermagne ten 14 und eine Target- oder Zielkammer 16 aufweist. Quelle und Analysiermagnet sind in einem ersten Kabinett 18 um schlossen, welches ebenfalls die Leistung-und Steuerkom ponenten umschließt, die notwendig sind,um einen Strahl 20 aus Ionen einer gewünschten Art zu bilden und um den Strahl zu beschleunigen und zu fokussieren. Diese Elemente sind in der Technik wohl bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung.

Die Targetkammer der Erfindung ist innerhalb eines zweiten Kabinetts 22 umschlossen, welches mit dem ersten Kabinett mittels einer Leitung 24 verbunden ist, welches die Strahl linie 20 umgibt.

Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, ist die Ionenimplan tationsvorrichtung 10 derart geformt, daß die Strahl linie unter einem Winkel von im wesentlichen 45° ver läuft, wenn dieser in die Targetkammer eintritt. Wie weiter unten im einzelnen erläutert wird, macht es dies möglich, die Schwerkräfte auszunutzen, wenn die Wafer in die Targetkammer 16 eingeladen und aus dieser entla den werden. Die Targetkammer 16 weist eine Einlaßva kuumkammer 26 auf, eine Hauptvakuumkammer 28, die mit der Einlaßkammer in Verbindung steht, ein Scheibentrans port- und Antriebssystem 30, ein Scheibenabtastsystem 32, eine erste kryogene Pumpe 34 zur Evakuierung der Ein laßvakuumkammer, ein erstes Ventil 35 zur Steuerung der Strömung in und aus der Einlaßkammer und eine zweite kryogene Pumpe 36 zur Evakuierung der Hauptvakuumkammer. Die Targetkammer 16 ist auf einem beweglichen Gestell 38 angeordnet, welches die Entfernung und den Ersatz der Waferscheibenanordnung der Implantationsvorrichtung er leichtert, um von einer Wafergröße zu einer anderen über zugehen oder aber um Wartungsverfahren an der Targetkam mer vornehmen zu können.

Es sei nun insbesondere auf die Fig. 3, 4, und 5 Bezug genommen, gemäß welchen die Hauptvakuumkammer 28 ein Ba sisglied 42 und eine Abdeckung 44 aufweist, die vom Ba sisglied herabhängt. Die Abdeckung ist an der Basis mit tels einer Schwenkanordnung 46 befestigt und wird durch einen Verriegelungsmechanismus 48 gesichert.

Die im ganzen mit 50 bezeichnete Waferscheibenanordnung ist zur Drehung an der Abdeckung oder dem Deckel 44 ge lagert und wird mittels des extern angeordneten Transport (index) und Antriebsmotors 30 angetrieben.Die Scheibenan ordnung 50 und der Antriebsmotor 30 sind auf einer Vakuum stirnflächenabdichtplatte 52 angeordnet, die radial be züglich der Abdeckung 44 beweglich ist, um die radiale Abtastbewegung der Scheibe vorzusehen. Die Konfiguration der Stirnseitenabdichtplatte und ihre Beziehung zur Ab deckung ist im wesentlichen die gleiche, wie dies in US-PS 42 29 655 gezeigt ist. Auf die Offenbarung dieser Patentschrift wird ausdrücklich hingewiesen und sie wird zu einem Teil der vorliegenden Offenbarung gemacht.

Die Stirnflächenabdichtplatte 52 wird durch Linearlager anordnung 54 und 56 getragen, die längs Wellen 58 befe stigt an der Abdeckanordnung beweglich sind. Die Antriebs welle für die Scheibe erstreckt sich durch eine ferro fluidische Dichtung (Warenzeichen der Ferrofluidics Corp.) und Lageranordnung 61, und zwar aufgenommen durch einen (nicht gezeigten) Schlitz in der Abdeckung, und sie be wegt sich in Radialrichtung mittels eines Abtastmotors 60, befestigt an der Abdeckung mittels eines Bügels 63, der eine Leitschraubanordnung 62 antreibt, und zwar ein schließlich einer Antriebsmutter 64, befestigt an der Abdichtplatte.

Die Scheibenanordnung bewegt sich radial zwischen der mit ausgezogener Linie dargestellten Position der Fig. 4 und der mit einer gestrichelten Linie angedeuteten Posi tion, und zwar in einer gesteuerten Art und Weise, die sicherstellt, daß die zu implantierenden Wafer eine gleichförmige Dosierung erhalten. Das hier verwendete Steuersystem ist im wesentlichen das gleiche wie das in US-PS 42 34 797 gezeigte und es wird auf diese Patent schrift ausdrücklich hingewiesen und diese zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht. Wenn die Scheiben anordnung sich in der durch eine gestrichelten Linie dar gestellten Position befindet, so ist sie mit einer Lade öffnung (Ladestelle) 66 ausgerichtet und mit einer Entlade öffnung (Entladestelle) 67, vgl. dazu die Fig. 3, wobei ferner die Beschreibung noch weiter unten fortgesetzt wird.

Die zweite kryogene Pumpe 36 hat einen Einlaß 68, wie in Fig. 4 gezeigt und ist mit einer Ventilanordnung 70 verbunden, und zwar befestigt an dem Vakuumkammerbasisglied 42. Die Ventilanordnung weist ein Fitting (Passung) 72 auf mit einem Flansch 74, der mit der Vakuumkammer durch Bol zen oder in anderer Weise befestigt ist und durch einen O-Ring abgedichtet ist. Der Flansch erstreckt sich nach innen gegenüber der Auslaßöffnung im Basisglied, um einen Ventilsitz 76 zu bilden. Eine Ventilplattenanordnung 78 ist entgegengesetzt zum Fitting 72 angeordnet und ist an der Abdeckung 44 befestigt. Die Ventilplattenanordnung weist eine Kreisventilplatte 80 auf, die mit einem Ventil sitz in Eingriff bringbar ist, ferner einen Linearbetäti ger 82, der betätigbar ist, um die Ventilplatte zwischen einer ersten offenen in Fig. 4 mit einer ausgezogenen Linie gezeigten Position und einer zweiten geschlossenen Position im Eingriff mit dem Sitz 76 zu bewegen, wobei letzteres durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.

Es sei nunmehr insbesondere auf die Fig. 6 und 7 Bezug ge nommen, wobei gemäß diesen Figuren die Waferscheibenan ordnung 50 einen Nabe 84 und eine Vielzahl von Scheiben segmenten 86 aufweist, die in einem Ringkanal aufgenom men sind, gebildet in der Nabe und gehalten an der Nabe mittels eines Verriegelungsrings 88, wobei der Ring 88 mit der Nabe durch Bolzen und auch durch Schrauben 90 ver bunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf Segmente 86 vorgesehen, wobei jedes derart geformt ist, daß es vier 125 mm Durchmesser der Wafer aufnimmt. Diese Konstruktion erleichtert das Ersetzen der einzelnen Segmente zum Zwecke der Wartung und erleichtert ferner den Wechsel von einer Wafergröße zur anderen. Beispiels weise kann die gezeigte Scheibenanordnung zwanzig Wafer von 125 mm Durchmesser aufnehmen. Die Scheibenanordnung kann jedoch ohne weiteres derart abgeändert werden, daß sie dreißig Wafer von 82,5 mm Durchmesser, fünfundzwanzig Wafer von 100 mm Durchmesser, fünfzehn Wafer von 150 mm Durchmesser oder zehn Wafer von 200 mm Durchmesser auf nimmt. Es ist klar, daß auch andere Anordnungen möglich sind.

Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Nabe 84 an der Abdicht- und Lageanordnung 61 befestigt, die sicherstellt, daß die Integrität des Vakuums innerhalb der Kammer 28 beibehal ten wird. Die Dicht- und Lageranordnung ist ein im Handel verfügbarer Gegenstand und wird hier im einzelnen nicht beschrieben.

Jedes der Segmente 86 ist im wesentlichen identisch und weist einen ersten Innenteil 94 auf, der senkrecht zur Drehachse der Nabe verläuft, und ferner einen zweiten äußeren Randteil 98, der unter einem Winkel bezüglich des ersten Teils verläuft. Wenn die Segmente auf der Nabe zu sammengebaut werden, so definieren sie einen flachen Tel ler oder ein schalenförmiges Element mit einem abgewinkel ten Rand, auf dem die Wafer aufgenommen werden. Im ver anschaulichten Ausführungsbeispiel schneiden die Ionen strahlen die Scheibenachse unter einem Winkel von 6°; daher ist der Randwinkel 13° gegenüber der Scheibenachse um den üblichen Implantationswinkel von 7° zu erreichen, wie dies in US-PS 42 34 797 beschrieben ist. Wie gezeigt, weist jedes der Segmente vier Waferstationen 100 a bis 100 d auf, und zwar darauf definiert, um Wafer 102 (nur an den Stationen 100 b und 100 c gezeigt) zu implantieren.

Es sei nun insbesondere auf die Fig. 6 und 8 Bezug genommen, wo jede der Waferstationen 100 durch eine erste Vertiefung oder Eindrückung 104 definiert ist, und zwar mit einer Bodenoberfläche, die im wesentlichen eine Verlängerung des abgewinkelten äußeren Teils 98 des Scheibensegments ist, und wobei jede der Waferstationen 100 ferner durch eine flache kreisförmige Vertiefung 106 definiert wird, in der das Wafer aufgenommen ist, und schließlich erfolgt die Definition der Waferstation durch einen im ganzen U-förmige Vertiefung 108, ausgebildet mittig in der Außenkante des Segments, um Raum für eine Vakuumhaltevorrichtung (Vakuum schraubstock) 69 zu schaffen, die dazu verwendet wird, um die Wafer einzusetzen und sodann aus der Vakuumkammer zu entfernen. Ein kreuzförmiger Kanal 110 ist in der Mitte der Vertiefung 106 ausgebildet und dient als ein Druck und Vakuumverteilungskanal, was im folgenden noch be schrieben wird.

Da die Scheibe 50 unter einem Winkel gegenüber der Horizon talen orientiert ist, gleitet ein Wafer bei seinem Ein setzen in die Ladeöffnung 66 durch Schwerkraft in Rich tung des Pfeils A in Fig. 6 und sodann in eine Wafersta tion 100. Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Wafer zu fangen und zu halten, während die Scheibe zum Zwecke des Ladens und Entladens weiter transportiert wird, und um die Wafer gegenüber der Zentrifugalkraft dann ein zuschränken, wenn die Scheibe sich dreht.

Jede Station - vgl. dazu die Fig. 6, 9 und 10 - weist ein Paar von ersten Zaun- oder Eingrenzelemente 126 auf, die sich im Betrieb leicht verbiegen können, wenn das Wafer in Kontakt mit diesen Elementen 126 gleitet. Bekanntlich sind die Halbleiterwafer sehr brüchig, es ist außerordent lich wichtig, den Waferbruch zu minimieren; es ist ferner wichtig, die Relativbewegung zwischen den Waferoberflächen und den Komponenten der Implantationsvorrichtung zu mini mieren. Gleichzeitig müssen die Wafer aber genau auf der Scheibe positioniert werden. Im hier gezeigten Ausführungs beispiel ist jeder Zaun oder jedes Begrenzungselement 126 in der Form eines L-förmigen Metallgliedes ausgebildet, und zwar mit ersten und zweiten sich verjüngenden Schen keln 128 und 130, und jedes Begrenzungselement ist an der Scheibe durch eine Schraube 131 am Schnittpunkt der Schen kel befestigt. Wenn das Wafer die Scheibe hinabgleitet, so kontaktiert es die Schenkel 128 und 130, die etwas ausge lenkt werden, um die Energie des gleitenden Wafers zu ab sorbieren, ohne eine übermäßige Waferkontaktkraft hervor zurufen. Wenn die Schenkel in ihre nicht ausgelenkte oder nicht verbogene Position zurückkehren, so wird das Wafer in der in Fig. 6 gezeigten Position für die Implantation gehalten.

Wenn ein Wafer anfangs in die Vakuumkammer eingesetzt wird, so wird es über einem zweiten Satz von Begrenzungs elementen 132 abgelegt, und zwar angeordnet benachbart zur Außenseite der Station 100. Es sei insbesondere auf Fig. 10 Bezug genommen, wo man erkennt, daß jedes zweite Begrenzungs- oder Zaunelement in Form eines im wesentlichen rechteckigen Einsatzes vorliegt, der in einer in der Ober fläche des Randes 98 ausgebildeten Vertiefung aufgenommen ist. Der Einsatz weist ein Basisteil 134 mit Stiftverbin dung zur Scheibe auf und ein Federteil 136, welches in der Form einer auslegeartigen Verlängerung des Basisteils vorgesehen ist, und zwar mit einem rechteckigen darinnen ausgebildeten Loch zur Definition paralleler Federblätter 137, die leicht gegenüber den Radien der waferaufnehmenden Vertiefung 106 versetzt sind. Wenn die Scheibe sich dreht, so schränken die Begrenzungselemente 132 die Wafer 100 gegenüber der auf diese wirkenden Zentrifugalkraft ein. Man erkennt, daß der Federteil 136 sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft nur leicht auslenkt oder verbiegt.

Es sei nunmehr insbesondere auf die Fig. 6 und 8 Bezug genommen. Wenn ein Wafer 102 anfänglich in die Vakuumkammer eingesetzt wird, so ist es wichtig, daß dieser genau an der Station 100 positioniert wird. Wenn demgemäß der Wafer an den Begrenzungselementen 126 zur Ruhe kommt, so sind Mittel vorgesehen, um den Wafer in Eingriff mit den Be grenzungsmitteln 132 zu bewegen und um sie in dieser Posi tion während der Lade- und Entladevorgänge zu halten, wenn keine Zentrifugalkraft auf die Wafer einwirkt.

Um anfangs den Wafer in seine Position zu bringen, er streckt sich,wie im Schnitt der Fig. 6 gezeigt, ein Betä tigungsarm 160 von einem Gehäuse 162, befestigt an der Kammerbasis 42, benachbart zur Ladeöffnung 66 in eine in der Scheibenoberfläche ausgebildete Vertiefung 164 und ist betätigbar, um das Wafer radial nach außen auf die Scheibenoberfläche zu bewegen. Der Betätigungsarm wird durch einen zylindrischen Betätiger 166 befestigt an dem Gehäuse 162 (vgl. Fig. 3), bewegt, der betätigbar ist, um eine Drehbewegung auf den Arm auszuüben, und zwar um eine Achse der Betätigungsvorrichtung, um mit der Kante des Wafers in Eingriff zu kommen und es wird ferner Linearbe wegung längs der Achse aufgeprägt, um das Wafer in Ein griff mit den Begrenzungselementen 132 zu schieben. Die Betätigungsvorrichtung kann elektrisch, mechanisch oder eine Kombination daraus sein, und zwar abhängig von übli chen Konstruktionsbetrachtungen, was keinen Teil der vor liegenden Erfindung bildet.

Wie man in den Fig. 6 und 8 erkennt, ist der Querkanal 110 vorgesehen, um das Anlegen eines Vakuums hinter dem Wafer zu gestatten, und zwar zum anfänglichen Halten des Wafers in seiner Position an den Begrenzungselementen. Wie man am besten in Fig. 8 erkennt, werden kanalförmige Einsätze 111, 112 in der Vertiefung 110 aufgenommen und dienen als Sammel leitungen zur Verteilung des Vakuums oder Drucks zur Unterseite des Wafers durch eine Vielzahl von kleinen Öff nungen 113, gebildet durch die Einsätze.

Um die Kühlung der Wafer während der Verarbeitung zu ver bessern, sind die Vertiefungen 106 mit einer Schicht 114 aus einem RTV-Material überzogen, wobei darinnen Löcher ausgebildet sind, die den Öffnungen 113 entsprechen. Wenn die Scheibenanordnung 50 - vgl. dazu die Fig. 4 und 8 - einer Translationsbewegung, zu deren gestrichelt darge stellten Position der Fig. 4 unterworfen wird, um die Waferbeladung vorzunehmen, so wird die Scheibe in eine Position bewegt, wo ein an die Unterseite der Scheibe an jeder Station 100 angeschweißtes oder in anderer Weise daran befestigtes Fitting mit einer Ventileinheit 120 aus gerichtet wird und mit dieser in Eingriff kommt,wobei diese betätigbar ist, um selektiv Vakuum oder Druck an das Fit ting anzulegen. Während des Ladeprozesses wird Vakuum an das Fitting angelegt, wobei ein Vakuum an der Unterseite eines an Station 100 positionierten Wafers durch das Fitting 118, eine durch die Scheibe hindurch ausgebildete Öffnung 121 und die Einsätze 111 und 112 erzeugt wird. Sobald dieses Gebiet evakuiert ist, bleibt das Wafer fest in Eingriff mit dem RTV, so daß die Vakuumquelle abgeschaltet werden kann und die Scheibe kann weiter trans portiert werden, um das Fitting 118 außer Eingriff mit der Ventileinheit 120 zu bringen, woraufhin dann das Fitting an der nächsten Station 100 in Position für die Vakuumanlage bewegt wird.

Wenn der Implantationsprozeß vollendet ist, so kann das Fitting 118 wiederum durch eine Ventileinheit 120 in Eingriff gebracht werden oder erfaßt werden, und es wird Druck an die Fläche unterhalb des Wafers angelegt, um das Wafer gegenüber der RTV-Schicht freizugeben zum Zwecke des Entladens.

Vergleiche nunmehr insbesondere die Fig. 6, 7, 8 und 11. Jedes der Segmente 86 weist ein Flüssigkeitskühlsystem 140 auf, welches ein Kühlrohr umfaßt, und zwar aufgenommen in einer in der Unterseite des Segments gebildeten Nut und ein Serpentinenmuster in dem Gebiet des Segments bildend, welches unterhalb der Waferstationen 100 sich befindet, und es sind ferner Innenkanäle 144 im Segment ausgebildet. Das Kühlsystem weist, wie in den Fig. 6 und 8 gezeigt, ein Kühlrohr 112 auf, und zwar mit einem Einlaßende 146 und einem Aulaßende 147, verbunden durch eine Drehsammel leitung 148 mit einer (nicht gezeigten) Kühlmittelquelle, und ferner mit Verbindungsrohren 150, welche die Segmente schneiden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um eine gleichförmige Verteilung der Ionen dosis über die Waferoberfläche sicherzustellen. Gemäß der Erfindung wird dies durch Kippen des Ionenstrahls derart erreicht, daß die Längsachse des Strahls nicht längs eines Radius der Scheibe 50 orientiert ist, wie dies im allge meinen bei Ionenimplantationsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, die die mechanische Ab tastung verwenden. Die Geometrie des Strahls selbst und die zur Erzeugung eines Strahls 20 in dem Targetgebiet der Implantationsvorrichtung gemäß Fig. 12 erforderliche Vorrichtung sind bekannt und in den US-Patenten 43 46 301 und 40 11 449 gezeigt.

Die gewünschte Strahlorientierung - vgl. dazu insbeson dere die Fig. 1, 2 und 12 - wird dadurch vorgesehen, daß man die Quelle 12 und die zugehörigen (nicht gezeigten) Extraktions- oder Austrittsöffnungen derart orientiert, daß die Strahllinie 20 beim Eintritt der Strahlöffnung 21 in der in Fig. 12 gezeigten Form vorliegt, d. h. gekippt um einen Winkel α gegenüber einer Linie, die parallel zu einem Radius R der Scheibe verläuft. Der tatsächliche Wert des Winkels α wird nicht als kritisch angesehen und gute Ergebnisse wurden mit einem Winkel von 45°, wie gezeigt erhalten.

Der hier gezeigte gekippte Strahl 20 vermeidet somit den "Streifen- oder Striping"-Effekt, der durch einen Strahl erzeugt werden könnte, der tangential zur Scheibe verläuft, und es wird fernerhin die Ineffizienz der beträchtlichen Über-Tastung vermieden, die durch einen langgestreckten Strahl erzeugt wird, der radial gegenüber der Scheibe orientiert ist. Wie in Fig. 12 gezeigt, wird die Scheibe 50 längs des Radius R in Richtung der Pfeile S abgeta stet oder bestrichen. Mit der gezeigten Orientierung des Strahls 20 erzeugt die projizierte durch die Radialabta stung erzeugte Strahlenfläche oder das Strahlengebiet eine minimale Über-Abtastung, wobei der Streifeneffekt eines Tangentialstrahls vermieden wird.

Es sei im folgenden die Arbeitsweise der erfindungsge mäßen Vorrichtung erläutert. Ein Implantationszyklus wird dadurch begonnen, daß man das Ventil 78 schließt, um das Vakuum im Rest des Systems aufrechtzuerhalten, und wobei man ferner die Ladeöffnung (Ladestation) 66 öffnet. Die Scheibenanordnung 50 wird sodann in die gestrichelte Position der Fig. 6 durch eine Translations bewegung gebracht, und zwar durch Erregung des Abtast motors 60. Wenn sich die Scheibe in der Position benach bart zur Ladeöffnung befindet, so wird der Weitertransport und Antriebsmotor 30 in seine Weitertransportbetriebs art geschaltet, um jede Waferstation schrittweise zum Zwecke der Waferbeladung an die Ladeöffnung zu bringen. Sodann werden die Wafer 102 in die Kammer 28 vorzugsweise mittels einer Waferklemmvorrichtung 69, assoziiert mit einem automatischen Waferhandhabungssystem eingesetzt.

Wenn das Wafer 102 in eine Station 100 eingesetzt ist und von der Klemmvorrichtung 69 freigegeben ist, so lei tet das Wafer durch Schwerkraft in Richtung des Pfeils A in Fig. 6 in Eingriff mit den Begrenzungselementen 126. Der Betätigungwarm 160 wird sodann bewegt, um das Wafer an den Begrenzungselementen 132 zu positionieren, während momentan ein Vakuum an das Gebiet unterhalb des Wafers mittels der Ventileinheit 120 angelegt wird, um das Wafer fest an der RTV-Schicht der Waferstation zu halten. Die Scheibenanordnung kann sodann zu aufeinanderfolgenden Posi tionen weiter transportiert werden, bis sämtliche Statio nen 100 Wafer aufgenommen haben.

Wenn der Ladevorgang vollendet ist, so wird die Ladeöff nung geschlossen, das Ventil 78 wird geöffnet und die kryogene Pumpe 36 wird erregt, um die Kammer 28 zu eva kuieren. Wenn das normale Betriebsvakuum erreicht ist, so kann die Ionenquelle 12 zusammen mit den anderen Elementen, die zur Bildung des Ionenstrahls 20 beitragen, aktiviert werden, wobei der Strahl 20 in die Öffnung 21 in der in Fig. 12 gezeigten Orientierung eintritt. Gleichzeitig wird der Weitertransport- und Antriebsmotor 30 in seiner An triebsbetriebsart erregt, um die Scheibenanordnung 50 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit (beispielsweise 1100 bis 1500 U/min.) zu drehen, und das Abtastsystem 32 wird erregt, um die Scheibenanordnung zwischen den durch ausge zogene und gestrichelte Linien gezeigten Position der Fig. 4 abzutasten. Während des Implantationsvorgangs wer den die Wafer 102 in Position an den Begrenzungselementen 132 und in Eingriff mit der gekühlten Scheibenanordnung (durch die dazwischen angeordneten RTV-Schicht 114) in erster Linie durch Komponenten der Zentrifugalkraft ge halten. Man erkennt, daß zu keinem Zeitpunkt während des obigen Prozesses die aktive Oberfläche des Wafers mit Klemmelementen in Eingriff steht.

Nachdem die Implantation vollendet ist, wird die Scheibe in ihrer äußersten Abtastposition gestoppt, um die Wafer in Position benachbart zur Entladeöffnung anzuordnen. Wenn jede Station zu der Entladeöffnung weitertransportiert wird, so wird die Ventileinheit 120 an dieser Öffnung erregt, um Druck an die Fläche unterhalb des Wafers anzulegen, um sicherzustellen, daß das Wafer von der RTV-Schicht abge löst wird, d. h. außer Eingriff kommt. Das Wafer kann so dann durch eine Vakuumklemmvorrichtung erfaßt werden, und zwar eingesetzt in die Vertiefung 108 und aus der Kammer entfernt werden. In einem tatsächlichen Betriebszyklus können die Wafer gleichzeitig durch automatische Handha bungsmittel eingeladen und entladen werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine Ziel- oder Targetkammer für eine mechanisch abtasten de Ionenimplantationsvorrichtung, in der Halbleiterwafer im Kontakt mit einer sich drehenden Ziel- oder Target scheibe zur Gänze durch Körperkräfte gehalten werden, auf welche Weise die Notwendigkeit für Klemmglieder eliminiert wird, die die Waferoberfläche kontaktieren würden. Die Achse der Scheibe ist geneigt und die Scheibe liegt in der Form einer flachen Schale vor mit einem ge neigten Rand, wobei gekühlte Waferaufnahmestationen an der Innenoberfläche des Randes ausgebildet sind. Es wird auf die Zentrifugalkraft vertraut, um die Wafer gegen die gekühlte Scheibe zu drücken. Jede Waferaufnahmestation weist Begrenzungsgebilde auf, die während des Ladens und dann wenn die Scheibe rotiert, durch die Wafer er faßt werden. Die Begrenzungsgebilde sind elastisch, so daß eine Waferschädigung und somit eine teilchenförmige Ver unreinigung minimiert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Ionenstrahl bezüglich des Radius der Scheibe gegen die Wafer projiziert, um so Streifen effekte und Übertastungen zu minimieren.

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung eines Halbleiterwafers, wobei folgendes vorgesehen ist: ein Gehäuse; ein dreh bar innerhalb des Gehäuses gelagerter Träger; eine Vielzahl von Waferstationen, gebildet am Träger, wobei jede der Stationen eine im wesentlichen flache Wafer aufnahmeoberfläche darauf aufweist; Antriebsmittel zur Drehung des Trägers; und mindestens eine in dem Ge häuse ausgebildete Öffnung in einer Position für den Hindurchgang von Wafers, die in die Waferstationen geladen oder daraus entladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger unter einem Winkel derart angeordnet ist, daß die in die Stationen eingeladenen oder entladenen Wafers durch Schwerkraft längs der Waferaufnahmeoberfläche gleiten, daß die Antriebsmittel betätigbar sind, um die Statio nen in einer Position benachbart zu der Öffnung weiter zu transportieren, und daß jede der Stationen erste Anschlagmittel aufweist, die mit einer Kante des Wafers in Eingriff bringbar sind, welches auf der Waferauf nahmeoberfläche angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zweite Anschlagmittel, die mit der Kante des Wafers in Eingriff bringbar sind, und zwar in einem Punkt oder Punkten im wesentlichen diametral entgegenge setzt zu dem Punkt oder Punkten des Eingriffs mit den ersten Anschlagmitteln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten Anschlagmittel elastisch aus gebildet sind und in der Lage sind, sich auszulenken (zu verbiegen), wenn die Kontaktierung durch ein Wafer erfolgt, welches längs der Waferaufnahmeoberfläche gleitet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Scheibe aufweist, und zwar in der Form eines flachen Tellers mit einem Randteil, der unter einem Winkel bezüglich der Dreh achse der Scheibe geneigt ist, und wobei die Wafersta tionen auf der Innenoberfläche des Randteils ausge bildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Waferstationen ein kreisförmig vertieftes Gebiet, ausgebildet in der Oberfläche des Randteils aufweist, und daß die ersten Anschlagmittel ein erstes Paar von elastischen Gliedern aufweisen, die mit gleichem Abstand um den Radius der Scheibe angeordnet sind, und zwar das vertiefte Gebiet schneidend in einer Position zum Eingriff mit der Kante des Wafers, wenn dieses längs der Waferaufnahmeoberfläche gleitet.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweiten Anschlagmittel ein zweites Paar von elastischen Gliedern aufweisen, die mit einem gleichen Abstand angeordnet sind um einen Radius der Scheibe, der das vertiefte Gebiet schneidet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Paar von Anschlagmitteln ein im wesentlichen L-förmiges Glied aufweist, wobei jeder Schenkel des L-förmigen Glieds eine Waferein griffsoberfläche, benachbart zu dem Ende aufweist, wobei die Schenkel in der Lage sind, sich dann auszu lenken, wenn eine Kraft daran durch ein Wafer angelegt wird.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, und zwar Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schenkel ein sich verjüngendes Aus legerfederglied bilden, welches benachbart zum Schnitt mit den Schenkeln breiter ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, und zwar Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß jedes des zweiten Paars von Anschlagmitteln ein Federglied aufweist, welches mit der Kante eines Wafers in Eingriff bringbar ist, wobei das Federglied durch ein Paar von mit Abstand angeordneten parallelen Federblättern definiert ist, die durch ein Verbin dungselement verbunden sind, und zwar in Eingriff bring bar mit der Kante eines Wafers, wobei die Blätter unter Winkeln bezüglich der Radien des Wafers ange ordnet sind.

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, in Kombination mit Mitteln zur Definition eines Ionenstrahls, gerichtet gegen die Oberfläche der Scheibe, wobei der Strahl auf die Wafer an den Statio nen auftrifft, wobei das durch den Strahl definierte Bild in der Form eines Rechtecks vorliegt, und wobei Mittel vorgesehen sind, um die Scheibe bezüglich des Strahls in einer Richtung senkrecht zum Strahl zu bewegen, wobei schließlich Mittel vorhanden sind, um den rechteckigen Strahl mit einem schrägen Winkel zum Radius der Scheibe zu orientieren.

11. Ionenimplantationsvorrichtung mit Mitteln zur Erzeugung eines fokussierten Ionenstrahls, einer evakuierten Targetkammer, angeordnet in einer Position zur Unterbrechung des Strahls, einer Targetscheibe, angeordnet zur Drehung innerhalb der Targetkammer, eine oder mehrere Halbleiterwaferstationen, ausgebil det auf einer Oberfläche der Targetscheibe, und Mittel zur Leitung des Ionenstrahls gegen die Target scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetscheibe eine Vielzahl von Halbleiterwafer stationen darauf ausgebildet aufweist, wobei jede der Stationen durch eine flache Waferaufnahmeoberfläche, gebildet auf einer Oberfläche der Scheibe definiert ist, und wobei jede der Stationen erste Anschlagmit tel aufweist, und zwar erfaßbar durch nur eine Kante eines auf der Waferaufnahmeoberfläche angeordneten Wafers.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anschlagmittel elastisch sind und sich dann verbiegen können, wenn sie durch ein Wafer auf der Waferaufnahmeoberfläche berührt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetscheibe unter einem Winkel gegenüber der Vertikalen angeordnet ist, wobei jede der Statio nen zweite Anschlagmittel aufweist, die durch nur eine Kante des Wafers erfaßbar sind, und wobei die Kante im wesentlichen diametral entgegengesetzt zur durch die ersten Anschlagmittel erfaßten Kante ange ordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetscheibe einen flachen Teller aufweist, und zwar mit einem Randteil, geneigt gegenüber einem Winkel bezüglich der Drehachse davon, wobei die Stationen auf der Innenoberfläche des Randteils ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anschlagmittel ein sich verjüngendes Blattfederelement aufweisen, und zwar angeordnet an der Scheibe, benachbart zu der Waferstation.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anschlagmittel eine Vielzahl von sich verjüngenden Blattfederelementen aufweisen, und zwar verteilt um einen Radius der Scheibe, wobei die Viel zahl von verjüngten Blattelementen betätigbar ist, um die Position des Wafers an der Station aufrechtzuer halten, wenn das Wafer Körperkräften ausgesetzt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anschlagmittel ein Federglied aufwei sen, und zwar einschließlich eines Paars von mit Ab stand angeordneten parallelen Federblattelementen, verbunden durch ein integrales Verbindungselement in Eingriff bringbar mit dem Wafer, wobei die Blätter unter einem Winkel gegenüber dem Radius des Wafers angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anschlagmittel eine Vielzahl von Feder gliedern aufweisen, und zwar verteilt um einen Radius der Scheibe, wobei die Vielzahl von Federgliedern be tätigbar ist, um die Position des Wafers an der Sta tion beizubehalten, wenn das Wafer Körperkräften ausge setzt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Target- oder Zielscheibe für eine Vielzahl von Segmenten definiert ist, und zwar einschließlich Mit teln zur Verbindung der Segmente zur Definition einer einheitlichen Scheibenstruktur.

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl ein Bild in der Form eines langgestreckten Rechtecks definiert, wobei das Rechteckbild schräg bezüglich einem Radius der Scheibe orientiert ist.