DE68927198T2

DE68927198T2 - Gerät zur Abrasterung einer Tragplatte in einer Schub-Ionen-Implantierungsanlage

Info

Publication number: DE68927198T2
Application number: DE68927198T
Authority: DE
Inventors: Avrum Freytsis; Richard John Hertel; Eric L Mears
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Semiconductor Equipment Associates Inc
Priority date: 1988-05-18
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2009-05-17
Also published as: EP0342933A3; JP2927447B2; JPH0230048A; KR890017785A; KR0137662B1; EP0342933B1; DE68927198D1; EP0342933A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zur Vakuumbearbeitung von Werkstücken und insbesondere ein Gerät zum mechanischen Scannen oder Verschieben einer Vielzahl von Werkstücken in zwei Dimensionen in bezug auf einen Ionenstrahl, so daß die Ionen über der Werkstückoberfläche gleichmäßig verteilt sind. Das Scannersystem ist hauptsächlich für die Ionenimplantation von Halbleiterplättchen bestimmt, ist jedoch nicht nur auf solche Anwendung beschränkt.
Die Ionenimplantation ist eine industriell angenommene Standardtechnik zum Einbringen von Ieitfähigkeitsändernden Fremdstörstellen in Halbleiterplättchen geworden. Das gewünschte Fremdmaterial wird in einer Ionenquelle ionisiert, die Ionen werden beschleunigt, um einen Ionenstrahl mit vorgegebener Energie zu bilden, und der Ionenstrahl wird auf die Oberfläche der Halbleiterplättchen gerichtet. Die energiereichen Ionen in dem Strahl dringen in das Grundmaterial des Hal bleitermateriales ein und werden in das kristalline Gitter des Halbleitermateriales eingebettet, um einen Bereich mit gewünschter Leitfähigkeit zu bilden.
In handelsüblichen Ionenimplantationsgeräten sind verschiedene Faktoren zum Erreichen eines effektiven Systems entscheidend. Ein entscheidender Faktor ist der Durchsatz in bezug auf die in einer Zeiteinheit bearbeiteten Halbleiterplättchen. Die Halbleiterplättchentransportzeit, die Implantationszeit und die Ausfallzeit tragen jeweils zur Gesamtbearbeitungszeit bei. Um die Implantationszeit zu reduzieren, wurden beständig Anstrengungen unternommen, um den auf das Halbleiterplättchen aufgebrachten Ionenstrahlstrom zu erhöhen, während das Halbleiterplättchen unter einer vorgegebenen maximalen Temperatur gehalten wird. Andere entscheidende Faktoren bei der Ionenimplantation umfassen die Dosisgenauigkeit und Dosisgleichförmigkeit über der Oberfläche der Halbleiterplättchen, da durch Ionenimplantation hergestellte Halbleitereinrichtungen kontrollierte und wiederholbare Betriebscharakteristika haben müssen. Außerdem ist das Minimieren der Teilchenverunreinigung extrem wichtig, da Halbleitereinrichtungen mit Mikrominiaturmerkmalen extrem anfällig für Beschädigung durch solche Verunreinigung sind.
Ionenimplantationsvorrichtungen fallen im allgemeinen in zwei Hauptkategorien, serienweisen und chargenweisen. In serienweisen Systemen werden die Halbleiterplättchen jeweils einzeln bearbeitet. Da das Halbleiterplättchen während der Implantation ständig in dem Ionenstrahl ist, ist der maximale Ionenstrahlstrom begrenzt. In chargenweisen Systemen wird eine Anzahl von Halbleiterplättchen normalerweise auf Halbleiterplättchenbefestigungsstellen in einem ringförmigen Bereich nahe dem Umfang einer Scheibe montiert. Die Scheibe fängt den Ionenstrahl in einer schmalen Zone des ringförmigen Bereiches auf und die Scheibe wird gedreht, so daß alle Halbleiterplättchen den Ionenstrahl aufeinanderfolgend auffangen. Da jedes einzelne Halbleiterplättchen den Ionenstrahl für nur einen Bruchteil der Scheibenumdrehungszeit auffängt, ist die auf jedes Halbleiterplättchen aufgebrachte Durchschnittsenergie relativ niedrig. Infolgedessen können in chargenweisen Systemen bedeutend höhere Ionenstrahlströme verwendet werden als in serienweisen Systemen. Da der Ionenstrahl normalerweise im Querschnitt kleiner ist als der Oberflächenbereich eines Halbleiterplättchens, ist es notwendig, eine zusätzliche Bewegung entweder der rotierenden Scheibe oder des Strahles vorzusehen, um die Ionen über der Halbleiterplättchenoberfläche gleichmäßig zu verteilen.
In einem chargenweisen Ionenimplantationsgerät nach dem Stand der Technik wird der Ionenstrahl magnetisch in eine Richtung abgelenkt und die Scheibenrotation stellt eine Bewegung in einer zweiten Richtung zur Verfügung. Solch ein System ist in dem US-A-4,276,477 offenbart, das am 30. Juni 1981 für Enge erteilt wurde. Ein Nachteil der magnetischen Strahlablenkung besteht darin, daß die erforderlichen Ablenkmagneten groß und schwer sind.
Eine zweite Lösung zum Dosieren der Ionenimplantation besteht darin, einen stationären Ionenstrahl und mechanisches Scannen der Halbleiterplättchen in zwei Dimensionen zu verwenden. Das zweidimensionale mechanische Scannen im Vakuum ist jedoch schwierig, weil die Antriebsmechanismen aus Bedienungsgründen und zum Verhindern der durch die sich bewegenden mechanischen Teile erzeugten Verunreinigung vorzugsweise außerhalb der Vakuum kammer angeordnet sind. Ein zweidimensionales mechanisches Scannersystem für die Ionenimplantation ist in dem US-A-3,983,402 offenbart, das am 28. September 1976 für Arndt, Jr. u.a. erteilt wurde. Das offenbarte System verwendet ein Paar Faltenbälge zum Übertragen der Hin- und Herbewegung in die Vakuum kammer. Ein anderes System des Standes der Technik, das eine rotierende Scheibe und eine Gleitdichtung oder ein lineares Luftlager verwendet, um die Hin- und Herbewegung der rotierenden Scheibe in bezug auf den Ionenstrahl vorzusehen, ist in dem US-A-4,229,655 beschrieben, das am 21. Oktober 1980 für Ryding erteilt wurde. Ein noch anderes vorhergehendes System zum Vorsehen der zweidimensionalen Bewegung ist in dem EP-A-0178803 beschrieben, das am 23. April 1986 veröffentlicht ist. Eine Rotationsscheibe wird an einem Arm getragen, der innerhalb der Vakuumkammer in einem Bogen präzessiert.
Eine weitere Erschwerung in chargenweisen Ionenimplantationssystemen besteht darin, daß eine Vorkehrung zum Zuführen der Halbleiterplättchen auf die Scheibe vor der Implantation und zum Entfernen der Halbleiterplättchen von der Scheibe nach dem Beenden der Implantation getroffen werden muß. Der Halbleiterplättchenwechsel wird vorzugsweise automatisch in einer Art und Weise ausgeführt, die die Möglichkeit einer Teilchenverunreinigung auf ein Minimum reduziert. In einer Halbleiterplättchenladetechnik wird die Scheibe von einer mehr oder weniger vertikalen Ausrichtung während der Implantation in eine horizontale Ausrichtung zum Be- und Entladen der Halbleiterplättchen gekippt oder geschwenkt. Diese Technik wird in dem Ionenimplantationsgerät Modell Varian 160-10 verwendet und ist in dem US-A-4,276,477; US-A-3,983,402 und US-A-4,299,655 gezeigt. In einer anderen, in dem EP-A-0178803 offenbarten Technik wird die Scheibe während des Be- und Entladens der Halbleiterplättchen in der Implantationsposition gehalten.
Das US-A-4, 745,287 offenbart eine Vorrichtung zur Werkstückverschiebung, das einen eine Vakuum kammer definierenden Vakuum kolben, eine Scheibe einschließlich einer Vielzahl von Werkstückbefestigungsstellen, wobei die Scheibe in der Vakuumkammer angeordnet ist, Scheibenantriebsmittel in der Vakuum kammer zum Drehen der Scheibe um eine Scheibenrotationsachse und Drehantriebsmittel zum Drehen des Scheibenantriebsmittels und der Scheibe um eine Drehachse in eine und zwischen einer Bearbeitungsposition und einer Belade/Entladeposition zum Beund Entladen der Werkstücke umfaßt. Die vorliegende Erfindung verbessert diese Anordnung durch Vorsehen von Scannerarmmitteln zum Tragen der Scheibe und des Scheibenantriebsmittels, wobei sich das Scannerarmmittel durch den Vakuumkolben erstreckt und zur Bewegung um eine Scannerachse befestigt ist, zusammen mit Scannerantriebsmitteln zum Drehen des Scannerarmmittels um die Scannerachse, so daß die Scheibe und das Scheibenantriebsmittel sich entlang eines bogenförmigen Weges in der Vakuumkammer bewegen, wobei das Drehantriebsmittel das Scannerarmmittel mit dem Scheibenantriebsmittel und der Scheibe um die Drehachse dreht, die senkrecht zu der Scheibenrotationsachse ist.
Nachfolgend wird ein Beispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise weggeschnitten, eines Ionenimplantationssystems mit der in einer horizontalen Position zum Be- und Entladen der Halbleiterplättchen gezeigten Scheibe ist;
Fig. 2 eine Ansicht des Ionenimplantationssystems der Fig. 1 ist, wie es entlang der Linien 2-2 der Fig. 1 zu sehen ist, mit der in einer Implantationsposition gezeigten Scheibe;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Scannervorrichtung der vorliegenden Erfindung mit geöffneter Scheibenzugangstür ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 4-4 der Fig. 2 ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 ist, die die Scannerantriebsanordnung und die Drehantriebsanordnung zeigt;
Fig. 6 eine Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 6-6 der Fig. 4 ist, die die Zugangstüranordnung und die Implantationswinkeleinstellung zeigt;
Fig. 7 eine Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 7-7 der Fig. 5 ist, die die Scannerantriebsanordnung zeigt;
Fig. 8 eine teilweise Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 8-8 der Fig. 6 ist, die die Implantationswinkeleinstellung zeigt;
Fig. 9 eine teilweise Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 9-9 der Fig. 8 ist, die die Implantationswinkeleinstellung zeigt;
Fig. 10 eine Schnittansicht der Scannervorrichtung entlang der Linie 10-10 der Fig. 4 ist, die die Scheibe in der Implantationsposition in durchgehenden Linien und in der Belade/Entladeposition in Phantomlinien zeigt;
Fig. 11 eine Schnittansicht der Scheibenantriebsanordnung entlang der Linien 11- lider Fig. 10 ist;
Fig. 12 eine Schnittansicht der Scheibenantriebsanordnung entlang der Linien 12- 12 der Fig. 11 ist;
Fig. 13 eine schematische Ansicht der Scannervorrichtung ist, die die Scannerarmwirkungsweise zeigt; und
Fig. 14 eine schematische graphische Darstellung ist, die die Wechselbeziehungen der Bewegungsachsen der Scannervorrichtung darstellt.
Ein in den Figuren 1 und 2 gezeigtes Ionenimplantationssystem umfaßt ein Anschlußmodul 10 und ein Endstellenmodul 12. Das Anschlußmodul 10 umfaßt eine lonenquelle 14 zum Ionisieren eines Quellmaterials und zum Bilden eines Ionenstrahles 20, einen Massenspektralanalysator 16 zum Abtrennen unerwünschter Arten von dem Ionenstrahl 20 und einen Beschleuniger 17 zum Beschleunigen des lonenstrahles 20 auf Energien in dem Bereich zwischen 2 kev und 200 kev. Die Ionenquelle 14 kann Ionenstrahlströme bis zu 30 Milliampere erzeugen. Der Ionenstrahl 20 ist in der Position entlang einer vorgegebenen Achse feststehend und wird in das Endstellenmodul 12 gerichtet.
Das Endstellenmodul 12 umfaßt eine Hochvakuumkammer 30. Die Vakuumkammer 30 wird durch ein Vakuumpumpsystem 34 in einem Hochvakuum gehalten. Das Endstellenmodul 12 umfaßt eine erfindungsgemäße Scannervorrichtung 36 zum Verschieben oder Scannen von Werkstücken, normalerweise Halbleiterplättchen, in zwei Dimensionen in bezug auf den Ionenstrahl 20. Das Endstellenmodul 12 umfaßt auch ein Halbleiterplättchentransportsystem 38 zum Beschicken von Halbleiterplättchen 39 auf die Scannervorrichtung 36 vor der Ionenimplantation und zum Entladen der Halbleiterplättchen von der Scannervorrichtung 36 nach der lonenimplantation. Während des Betriebes wird der den Ionenstrahl 20 umgebende Bereich von der Ionenquelle 14 zu den Halbleiterplättchen 39 in einem Hochvakuum gehalten.
In Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Scannervorrichtung 36 gezeigt. Die Scannervorrichtung 36 umfaßt eine Scheibe 40 mit einer Vielzahl von Halbleiterplättchenbefestigungsstellen 42, die in einem ringförmigen Bereich nahe ihres Umfanges angeordnet sind. Die Scheibe 40 ist an einer Scheibenantriebsanordnung 50 befestigt. Die Scheibe 40 und die Scheibenantriebsanordnung 50 werden durch eine Scannerarmanordnung 44 getragen, die an einer Zugangstüranordnung 46 befestigt ist. Die Zugangstüranordnung 46 wird durch ein Paar Schienen 48 getragen, die sich unter der Vakuumkammer 30 in einer Querrichtung zum Ionenstrahl 20 erstrecken. Die Zugangstüranordnung 46, die Scheibe 40, die Scheibenantriebsanordnung 50 und die Scannerarmanordnung 44 können auf den Schienen 48 zum Zugang zu diesen Elementen nach außen bewegt werden.
Die Scheibenantriebsanordnung 50 bewirkt das Drehen der Scheibe 40 um eine Scheibenrotationsachse A durch ihren Mittelpunkt. Eine Scannerantriebsanordnung 52 bewirkt das Hin- und Herbewegen oder Drehen der Scheibe 40, der Scheibenantriebsanordnung 50 und der Scannerarmanordnung 44 in einem Bogen 53 um eine Scannerachse B. Die Rotation der Scheibe 40 um die Achse A und das Drehen der Scannerarmanordnung 44 um die Achse B stellen eine zusammengesetzte zweidimensionale Bewegung in bezug auf den Ionenstrahl 20 zur Verfügung, so daß die Oberfläche jedes auf der Scheibe 40 montierten Halbleiterplättchens eine gleichmäßige Ionendosis erhält. Die Scheibe 40 ist auch zwischen einer ungefähr vertikalen Ionenimplantationsposition (dargestellt in durchgehenden Linien in Fig. 10) und einer ungefähr horizontalen Belade/Entladeposition (dargestellt in Phantomlinien in Fig. 10) bewegbar. Eine Drehantriebsanordnung 54 bewirkt das Drehen der Scheibe 40 und der Scheibenantriebsanordnung 50 um eine Drehachse C zwischen der Implantationsposition und der Belade/Entladeposition. Zusätzlich zu den obigen Bewegungen können die Scheibe 40, die Scheibenantriebsanordnung 50, die Scannerarmanordnung 44 und die Scannerantriebsanordnung 52 manuell um die Achse C gedreht werden, um den Implantationswinkel wie nachfolgend beschrieben zu verändern.
Die in den Figuren 3, 4 und 6 gezeigte Zugangstüranordnung 46 umfaßt eine Scheibenzugangstür 60 mit einer Innenfläche 60a, die vakuumdicht an einer Öffnung in der Vakuumkammer 30 abgedichtet ist. Um die Tür 60 an der Vakuumkammer 30 abzudichten, wird ein Elastomerring 61 verwendet. Zwischen der Außenfläche der Zugangstür 60 und den Schienen 48 ist ein Türträger 62 angeschlossen, um die Zugangstür 60 zu verstärken und zu stabilisieren. Die Zugangstüranordnung 46 umfaßt außerdem vertikale Stellschrauben 63 zum Einstellen der vertikalen Position der Tür 60 auf den Schienen 48, Horizontalstellschrauben 65 zum Einstellen der horizontalen Position der Tür 60 auf den Schienen 48 und eine drehbare Einstellung 67 für die Tür 60.
Wie nachfolgend beschrieben wird, werden die Scheibe 40, die Scheibenantriebsanordnung 50, die Scannerarmanordnung 44 und die Scannerantriebsanordnung 52 durch die Zugangstür 60 getragen. Die Zugangstür 60 umfaßt außerdem eine Öffnung 64, durch die die Scannerarm anordnung 44 führt. Das Scheibenende oder innere Ende der Scannerarmanordnung 44 befindet sich innerhalb der Vakuumkammer 30, während das Antriebsende oder äußere Ende derselben außerhalb der Vakuumkammer 30 angeordnet ist. An der Außenseite der Zugangstür 60 ist ein Scannerträger 66 in solch einer Art und Weise befestigt, die die Rotation der Scannervorrichtung 36 um die Achse C erlaubt, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Wie oben beschrieben ist, sind die Halbleiterplättchenbefestigungsstellen 42 in einem ringförmigen Bereich nahe dem Umfang der Scheibe 40 angeordnet, wie es in den Figuren 3, 10 und 12 gezeigt ist. Jede Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 umfaßt eine flache Oberfläche 42a, auf der ein Halbleiterplättchen befestigt ist und die als ein Wärmeableiter für durch den Ionenstrahl 20 auf die Halbleiterplättchen übertragene Energie wirkt. Die Halbleiterplättchenbefestigungsflächen 42a sind jeweils in einem vorgegebenen Winkel 41, normalerweise sieben Grad, in bezug auf die Ebene der Scheibe 40 geneigt. Wenn sich die Scheibe 40 um die Achse A, die senkrecht zu der Scheibenebene ist, dreht, preßt die Zentrifugalkraft demzufolge die Halbleiterplättchen gegen die entsprechenden Befestigungsflächen 42a. Jede Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 wird vorzugsweise durch Wasser gekühlt, das durch die Scannerarmanordnung 44 und die Scheibenantriebsanordnung 50 zirkuliert wird.
Die Scheibe 40 ist an ihrer Nabe an der Scheibenantriebsanordnung 50 befestigt. Wie in den Figuren 11 und 12 gezeigt ist, umfaßt die Scheibenantriebsanordnung 50 ein Scheibenantriebsgehäuse 70, das vakuumdicht abgedichtet ist, so daß sein Inneres auf dem Luftdruck gehalten werden kann. Das Scheibenantriebsgehäuse 70 enthält eine drehbare Vakuumdurchführung 72, wie zum Beispiel von der Art einer magnetischen Flüssigkeit, die die Drehbewegung und das Kühlwasser vom Inneren des Scheibenantriebsgehäuses 70 in die Vakuumkammer 30 überträgt. Die Nabe der Scheibe 40 ist mit einer Welle 73 der drehbaren Vakuumdurchführung 72 in der Vakuumkammer 30 verbunden. Ein Scheibenantriebsmotor 74 ist direkt mit der Welle 73 der drehbaren Vakuumdurchführung 72 in dem Scheibenantriebsgehäuse 70 verbunden. Der Scheibenantriebsmotor 74 kann ein rahmenloser Wechselstromdrehmomentmotor sein. An der Welle 73 sind außerdem ein Drehwinkelgeber 76 zum Überwachen der Winkelposition der Scheibe 40 und ein drehbares Anschlußstück 78 zum Verbinden des Kühlwassers mit den Halbleiterplättchenbefestigungsstellen 42 befestigt. Die Kühlkanäle durch die Scheibe 40 sind auf der Zeichnung weggelassen.
Die Scannerarmanordnung 44 hat ein hohles, abgedichtetes Inneres, das das Innere des Scheibenantriebsgehäuses 70 mit der Außenatmosphäre verbindet. Schläuche 77 für das Kühlwasser und für elektrische Kabel 79 zum Übertragen von Energie zu dem Scheibenantriebsmotor 74 und von Signalen zum Drehwinkelgeber 76 führen durch die Scannerarmanordnung 44. Durch Abdichten des Inneren des Scheibenantriebsgehäuses 70 wird das Eintreten von durch den Scheibenantriebsmotor 74 und die anderen sich bewegenden Teile der Scheibenantriebsanordnung 50 erzeugten Verunreinigungen in die Vakuum kammer 30 verhindert, wo sie die zu implantierenden Halbleiterplättchen verunreinigen könnten. Ein wassergekühltes Überlaufgefäß 80 wird durch ein Rohr 82 von dem Scheibenantriebsgehäuse 70 getragen. Das Überlaufgefäß 80 ist angeordnet, um den Teil des Ionenstrahles 20 aufzufangen, der an der Kante der Scheibe 40 vorbeiführt.
Das Scheibenantriebsgehäuse 70 umfaßt ein erstes, mit der Scheibenrotationsachse A koaxiales Hohlteil 70a und ein zweites Hohlteil 70b, das sich von dem Hohlteil 70a erstreckt und mit der Drehachse C koaxial ist. Wie in den Figuren 4 und 7 gezeigt ist, umfaßt die Scannerarmanordnung 44 einen Scannerarm 86, der an dem zweiten Hohlteil 70b abgedichtet ist und dasselbe trägt, und ein Scannerarmgehäuse 88. Der Scannerarm 86 ist an dem Scannerarmgehäuse 88 mit Kugellagern 90 und 92 befestigt, so daß der Scannerarm 86 um die Achse C in bezug auf das Scannerarmgehäuse 88 gedreht werden kann. Der Scannerarm 86 und das Scannerarmgehäuse 88 erstrecken sich durch die Öffnung 64 in der Scheibenzugangstür 60. Die Öffnung 64 ist durch einen Faltenbalg 102 abgedichtet, der an einem Ende an dem Scannerarmgehäuse 88 und an dem anderen Ende an dem Scannerträger 66 angeschlossen ist. Der Faltenbalg 102 erlaubt die Bewegung der Scannerarmanordnung 44 in bezug auf die Zugangstür 60 während des Aufrechterhaltens des Hochvakuums in der Kammer 30. Das Scannerarmgehäuse 88 ist an dem Ende außerhalb der Vakuum kammer 30 an die Scannerantriebsanordnung 52 angeschlossen.
Die in den Figuren 4, 5 und 7 gezeigte Scannerantriebsanordnung 52 umfaßt ein Scannerantriebsgehäuse 104 mit einem an dem Scannerarmgehäuse 88 angeschlossenen unteren Teil. Das Scannerantriebsgehäuse 104 erstreckt sich von dem Scannerarmgehäuse 88 nach oben und stellt ein Mittel zum Befestigen einer Kugelspindelanordnung 106 in von dem Scannerarmgehäuse 88 beabstandeter Beziehung zur Verfügung. Die Kugelspindelanordnung 106 ist mit einer zu der Drehachse C parallelen und von dieser beabstandeten Achse D befestigt. Das Scannerantriebsgehäuse 104 umfaßt außerdem ein Paar ausgerichteter V-Blöcke 108, die zum Eingriff mit einer Scannerwelle 110 angeordnet sind, die durch Kugellager 112 (siehe Fig. 6) an dem Scannerträger 66 befestigt ist, um die Rotation um die Scannerachse B zu erlauben. Die Scannerarmanordnung 44 und die Scannerantriebsanordnung 52 drehen durch die Wirkungsweise der Kugeispindelanordnung 106 auf der Scannerwelle 110 um die Achse B, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die Kugelspindelanordnung 106 umfaßt eine Mutter 114, die in einer Buchse 116 befestigt ist. Eine Kugelspindel 118 erstreckt sich durch die Mutter 114. Die Mutter 114 und die Buchse 116 sind an dem Scannersantriebsgehäuse 104 mit Hilfe von Lagern 120 und 122 befestigt, die die Rotation der Mutter 114 um die Achse D erlauben. An der Buchse 116 ist eine Riemenscheibe 124 befestigt und an der Welle eines Scannermotors 128 ist eine Riemenscheibe 126 befestigt. Der Scannermotor 128 ist an dem Scannerantriebsgehäuse 104 befestigt und die Riemenscheiben 124 und 126 sind durch einen Zahnflachriemen 130 miteinander verbunden. Wenn der Scannermotor 128 eingeschaltet ist, wird das Drehen der Riemenscheibe 124, der Buchse 116 und der Mutter 114 bewirkt.
Ein Ende der Kugelspindel 118 drückt gegen eine Rolle 132, die an dem Scannerträger 66 durch einen Stift 133 drehbar befestigt ist. Die Kugelspindel 118 ist auch durch einen rotationsverhindernden Stift 134 an dem Scannerträger 66 befestigt. Eine Rolle 135, die an dem rotationsverhindernden Stift 134 befestigt ist, ist in einem länglichen schmalen Schlitz 136 im Scannerträger 66 bewegbar. Die Rolle 132 erlaubt eine leichte Bewegung der Kugelspindel 118 quer zur Achse D, wenn der Scannermotor 128 in Betrieb ist. Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist, sind die Stifte 137 an der Kugelspindel 118 befestigt. Die Stifte 137, die in den länglichen Schlitzen 138 bewegbar sind, wirken während des normalen Betriebes nicht. Wenn die Scheibe 40 zur Wartung oder zum Wechsel der Scheiben entfernt ist, halten die Stifte 137 die Scannerantriebsanordnung 52 fest und verhindern das Rotieren derselben um die Achse B aufgrund der Gewichtsveränderung.
Das Gewicht der Scheibenantriebsanordnung 50 und der Scheibe 40 bewirkt das Schwenken der Scannerarm anordnung 44 um die Scannerachse B nach unten und bringt die Kugelspindel 118 in Kontakt mit der Rolle 132. Infolgedessen bleibt die Kugelspindel 118 in einer im wesentlichen stationären axialen Position, wenn der Scannermotor 128 in Betrieb ist. Wenn der Scannermotor 128 eingeschaltet ist, dreht die Mutter 114 auf der feststehenden Kugelspindel 118 und bewegt sich entlang der Achse D, wobei sie das Drehen der Scannerarmanordnung 44, der Scheibe 40, der Scheibenantriebsanordnung 50 und der Scannerantriebsanordnung 52 auf der Scannerwelle 110 bewirkt.
Die Rotation der Scannerarmanordnung 44 um die Scannerwelle 110 beträgt normalerweise ungefähr ± 120 für große Halbleiterplättchen und ist kleiner für kleine Halbleiterplättchen. Ein an der Tür 60 befestigter Anschlag 139 (Fig. 7) begrenzt die Aufwärtsbewegung der Scannerarmanordnung 44. Um eine gleichmäßige Verteilung des Ionenstrahles 20 über der Halbleiterplättchenoberfläche vorzusehen, wird die Scannergeschwindigkeit gesteuert, so daß dR/dt proportional zu 1/R ist, wobei R der Abstand von der Scheibenachse A zum Strahl 20 in einer zu der Scheibenachse A senkrechten Richtung ist.
Tastschalter 141 (Fig. 6) messen die Drehstellung der Scannerarmanordnung 44 um die Achse B. Die Tastschalter 141 messen die oberen und unteren Grenzen der Scannervorrichtung und messen auch die horizontale Position der Scannerarmanordnung 44, in die die Scheibe 40 zwischen der Implantationsposition und der Belade/Entladeposition gedreht ist.
Die Drehantriebsanordnung 54 ist in dem Scannerantriebsgehäuse 104 an dem Außenende des Scannerarmes 86 anstoßend befestigt, wie es in den Figuren 5 und 7 gezeigt ist. Eine Rotationsvakuumdichtung 140, die normalerweise zwei O-Ringe mit einer Öldichtung dazwischen umfaßt, erlaubt, daß die Rotationsbewegung des Scannerarmes 86 um die Achse C in die Vakuumkammer 30 übertragen wird, während sie sichert, daß das Hochvakuum aufrecht erhalten wird. An dem Scannerarm 86 nahe seinem äußeren Ende ist ein Schneckenrad 142 befestigt. Eine Schnecke 144 greift mit dem Schneckenrad 142 ineinander und ist mit Hilfe eines Reduktionsgetriebes 146 an die Welle eines Drehantriebsmotors 148 gekoppelt, der an dem Scannerantriebsgehäuse 104 befestigt ist.
Die Drehantriebsanordnung 54 wird während des Be- und Entladens der Halbleiterplättchen verwendet, um die Scheibe aus der ungefähr vertikalen Implantationsposition in die ungefähr horizontale Belade/Entladeposition zu drehen. Nach dem Wechsel der Halbleiterplättchen wird die Scheibe 40 zurück in die Implantationsposition gedreht. Um die Halbleiterplättchen auf die Scheibe 40 zu laden oder von ihr zu entladen, wird der Scannermotor 128 mit horizontaler Scannerarmanordnung 44 gestoppt. Der Drehantriebsmotor 148 wird dann eingeschaltet, was die Rotation der Schnecke 144 und des Schneckenrades 142 bewirkt. Der Scannerarm 86 und die Scheibenantriebsanordnung 50 drehen dadurch um die Achse C, was das Drehen der Scheibe 40 in die Belade/Entladeposition (in Fig. 10 in Phantomlinien gezeigt) bewirkt. In der Belade/Entladeposition wird eine Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 jeweils benachbart zu dem Halbleiterplättchenüberführungssystem 38 positioniert, das die Halbleiterplättchen 39 auf jene Stelle lädt und von dieser Stelle entlädt. Die Halbleiterplättchen 39 werden zwischen Kassetten 150 (Figuren 1 und 10) und der Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 durch einen Gelenkarm 152 bewegt. Nachdem der Halbleiterplättchenwechsel an einer Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 beendet ist, schaltet der Scheibenantriebsmotor 74 die Scheibe 40 zu der nächsten Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 weiter und der Halbleiterplättchenwechselprozeß wird wiederholt. Ein geeignetes Halbleiterplättchenüberführungssystem ist in der am 21. Dezember 1987 angemeldeten Anmeldung mit der Seriennummer 135,568 offenbart, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Nachdem die Halbleiterplättchen auf allen Befestigungsstellen 42 gewechselt wurden, wird der Drehantriebsmotor 148 in die entgegengesetzte Richtung eingeschaltet, und die Scheibe 40 wird um die Achse C in die Implantationsposition gedreht. Während des Betriebes des Drehantriebsmotors 148 bleibt das Scannerarmgehäuse 88 stationär und der Scannerarm 86 dreht in den Kugellagern 90 und 92.
Wie oben angemerkt wurde, ist es wünschenswert, daß die Ionenimplantationsvorrichtung die Fähigkeit des Wechselns des Implantationswinkels, des Winkels des Einfallens des Ionenstrahles 20 auf das Halbleiterplättchen, besitzt. Normalerweise liegen die Implantationswinkel in dem Bereich vom normalen Einfall bis ungefähr 10º vom normalen Einfall. Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Implantationswinkel durch eine einzige Einstellung verändert werden, die außerhalb der Vakuum kammer 30 ohne Öffnen oder Belüften der Vakuum kammer 30 durchgeführt wird. Vor dem Betrachten der Implantationswinkeleinstellung ist es nützlich, die Wechselbeziehung zwischen der Scheibenrotationsachse A, der Scannerachse B und der Achse des Ionenstrahles 20 zu erläutern.
Während des Scannens ist es wünschenswert, den Punkt des Einfallens des lonenstrahles 20 auf die Halbleiterplättchenoberflächen entlang der Ionenstrahlachse feststehend zu halten, um die Dosisgleichmäßigkeit zu sichern. Diese Bedingung wird durch Festlegen der Scannerachse B senkrecht zur Ebene der Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 erfüllt, die den Ionenstrahl 20 auffängt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halbleiterplättchenbefestigungsstellen 42 in einem Winkel von 70 in bezug auf die Ebene der Scheibe 40 ausgerichtet, und die Scannerachse B ist in einem Winkel von 70 in bezug auf die Scheibenrotationsachse A ausgerichtet, wie es in Fig. 14 gezeigt ist. In den Figuren 1-13 ist der Winkel zwischen der A-Achse und der B-Achse wegen der Klarheit weggelassen. Das Verhältnis zwischen den Achsen A und B bleibt unveränderlich, wenn der Implantationswinkel verändert wird. Aus Fig. 14 ist ersichtlich, daß sich jene Befestigungsstelle 42, die den Ionenstrahl 20 auffängt, quer in ihrer eigenen Ebene bewegt, wenn die Scheibe 40 um die B-Achse abgelenkt wird.
Der Winkel zwischen der A- und B-Achse wird durch eine einstellbare Anschlaganordnung 160 (Fig. 5) gebildet, die an dem Scannerarm 86 und dem Scannerantriebsgehäuse 104 befestigt ist. Die einstellbare Anschlaganordnung 160 umfaßt einen Arretierhebel 162, der in einer vorgegebenen Winkelposition radial an dem Scannerarm 86 befestigt ist, und einen einstellbaren Anschlag 164, der an dem Scannerantriebsgehäuse 104 befestigt ist. Wenn sich der Scannerarm 86 um die Achse C dreht, treten der Arretierhebel 162 und der Anschlag 164 miteinander in Kontakt, wenn die Scheibe 40 die Implantationsposition erreicht. Der Anschlag 164 ist eine axial einstellbare Schraube, die das genaue Einstellen des Winkels zwischen der A- und B-Achse erlaubt, so daß die Scannerachse B senkrecht zu der Ebene des Halbleiterplättchens ist, das den Ionenstrahl 20 auffängt. Der Drehantriebsmotor 148 ist vorzugsweise ein solcher, der eine Drehmomentermittlung vorsieht, wie zum Beispiel ein Wechselstromservomotor. Wenn sich der Arretierhebel 162 in Kontakt mit dem Anschlag 164 dreht, steigt das durch den Motor 148 zugeführte Drehmoment an. Das erhöhte Drehmoment wird gemessen und der Motor wird ausgeschaltet. Infolgedessen wird der gewünschte Winkel zwischen der Scheibenrotationsachse A und der Scannerachse B ungeachtet der Implantationswinkeleinstellung festgelegt, wenn die Scheibe 40 in die Implantationsposition zurückgebracht wird, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die Belade/Entladeposition der Scheibe 40 wird durch eine Anschlaganordnung 170 gebildet, die an dem Scheibenantriebsgehäuse 40 und an der Zugangstür 60 befestigt ist, wie es in den Figuren 4 und 10 gezeigt ist. Ein Arretierhebel 1 72 ist mit einer radialen Ausrichtung an dem zweiten Teil 70b des Scheibenantriebsgehäuses 70 befestigt. An der Zugangstür 60 ist ein Anschlag 174 befestigt. Der Arretierhebel 172 und der Anschlag 174 sind so angeordnet, daß sie einander berühren, wenn sich die Scheibe 40 um die Achse C in eine Position dreht, in der die Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 am Oberteil der Scheibe 40 horizontal und mit dem Halbleiterplättchenüberführungssystem ausgerichtet ist. Die Arretieranordnung 170 stellt ein unveränderliches Verhältnis zwischen der Scheibe 40 und dem Halbleiterplättchenüberführungssystem 38 ungeachtet der Implantationswinkeleinstellung her. Somit ist die Einstellung des Halbleiterplättchenüberführungssystems nicht notwendig, wenn der Implantationswinkel verändert wird. An dem Gehäuse 104 ist ein Arretierhebel 166 (Fig. 5) so befestigt, daß er den Arretierhebei 162 in einer zweiten Winkelposition entsprechend der Belade/Entladeposition berührt. Der Arretierhebel 166 bewirkt, daß der Motor 148 ausgeschaltet wird, wenn die Scheibe 40 die Belade/Entladeposition fast erreicht hat.
Der Implantationswinkel wird durch virtuelles Drehen der gesamten Scannervorrichtung 36 um die Achse C verändert. Der Scannerträger 66 ist an der Zugangstür 60 durch eine Vielzahl federgespannter Klemmen 180 (Fig. 6 und 8) befestigt. Wenn der Implantationswinkel geändert werden soll, werden die federgespannten Klemmen 180 gelockert und der Scannerträger 66 wird durch die Wirkungsweise einer Schraubenstelleinrichtung 182 um die Achse C gedreht. Die federgespannten Klemmen 180 bewegen sich in länglichen, bogenförmigen Schlitzen 183. Der Scannerträger 66 führt die Scannerantriebsanordnung 52, die Scannerarmanordnung 44, die Scheibenantriebsanordnung 50 und die Scheibe 40 mit sich, so daß der Winkel der Halbleiterplättchenbefestigungsstelle 42 in bezug auf den Ionenstrahl 20 verändert wird. Der genaue Implantationswinkel wird durch eine Skaleneinteilung 184 an einer Halterung 185 bestimmt, die an der Zugangstür 60 und an dem Scannerträger 66 befestigt ist. Wenn der gewünschte Implantationswinkel erreicht ist, werden die federgespannten Klemmen 180 wieder angezogen. Somit ist der Implantationswinkel ohne die Notwendigkeit des Öffnens oder Belüftens der Vakuumkammer 30 eingestellt und das gewünschte Verhältnis zwischen der Scheibenrotationsachse A und der Scannerachse B wird konstant gehalten. Ein Neigungswinkelmesser 187 (Fig. 7), der an dem Scannerträger 66 befestigt ist, stellt ein den Implantationswinkel darstellendes Signal an dem Ionenimplantationssystemcomputer zur Verfügung.
Die Einstellanordnung 182 ist in Fig. 9 dargestellt. Ein Stift 186, der flache Seiten besitzt, ist an der Halterung 185 befestigt. Eine Stellschraube 188 ist durch ein erstes Teil 66a des Scannerträgers 66 geschraubt und stößt an eine Seite des Stiftes 186. Eine Stellschraube 190 ist durch ein zweites Teil 66b des Scannerträgers 66 geschraubt und stößt an die gegenüberliegende Seite des Stiftes 186. Wenn die federgespannten Klemmen 180 gelockert werden, wird der Implantationswinkel durch Zurückziehen von einer der Stellschrauben 188 oder 190 und Vorschieben der anderen Stellschraube eingestellt, so daß das Drehen des Scannerträgers 66 um die Achse C bewirkt wird. Der Implantationswinkel wird von der Skaleneinteilung 184 abgelesen. Wenn der gewünschte Implantationswinkel erreicht ist, werden beide Stelischrauben 188, 190 gegen den Stift 186 festgezogen und Gegenmuttern 192 werden gegen den Scannerträger 66 festgezogen, um die Stellschrauben 188 und 190 in der Position zu halten. Dann werden die federgespannten Klemmen 180 festgezogen. Die Einstellung des Implantationswinkels ohne Öffnen oder Belüften der Vakuumkammer 30 stellt eine beträchtliche Zeitersparnis gegenilber den Verfahren der Implantationswinkeleinstellung des Standes der Technik zur Verfügung.

Claims

1. Vorrichtung zur Werkstückverschiebung, umfassend einen eine Vakuumkammer (30) definierenden Vakuumkolben; eine Scheibe (40) einschließlich einer Vielzahl von Werkstückbefestigungsstellen (42), wobei die Scheibe in der Vakuumkammer angeordnet ist; Scheibenantriebsmittel (50) in der Vakuumkammer zum Drehen der Scheibe um eine Scheibenrotationsachse (A); und Drehantriebsmittel (54) zum Drehen des Scheibenantriebsmittels und der Scheibe um eine Drehachse (C) zu einer und zwischen einer Bearbeitungsposition und einer Belade/Entladeposition zum Be- und Entladen von Werkstücken, gekennzeichnet durch Scannerarmmittel (44) zum Tragen der Scheibe und des Scheibenantriebsmittels, wobei sich das Scannerarmmittel durch den Vakuumkolben erstreckt und zur Bewegung um eine Scannerachse (B) befestigt ist; und Scannerantriebsmittel (52) zum Drehen des Scannerarmmittels um die Scannerachse, so daß die Scheibe und das Scheibenantriebsmittel sich entlang eines bogenförmigen Weges in der Vakuumkammer bewegen, wobei das Drehantriebsmittel das Scannerarmmittel mit dem Scheibenantriebsmittel und der Scheibe um die Drehachse (C) dreht, die senkrecht zu der Scheibenrotationsachse (A) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die Mittel (10) zum Erzeugen eines Ionenstrahles (20) umfaßt, der aufeinanderfolgend von den Werkstückbefestigungsstellen (42) aufgefangen wird, wenn die Scheibe um eine Scheibenrotationsachse gedreht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Anwendung bei Halbleiterplättchenwerkstücken, wobei jede Befestigungsstelle eine im wesentlichen ebene Halbleiterplättchenbefestigungsfläche umfaßt, die Halbleiterplättchenbefestigungsflächen jeweils in einem vorgegebenen Winkel in bezug auf eine zu der Scheibenrotationsachse senkrechten Ebene ausgerichtet sind und die Scannerachse in dem vorgegebenen Winkel in bezug auf die Scheibenrotationsachse ausgerichtet ist, so daß die Scannerachse senkrecht zu der Halbleiterplättchenbefestigungsfläche derjenigen Halbleiterplättchenbefestigungsstelle ist, die den Ionenstrahl auffängt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Drehantriebsmittel Mittel zum Verändern des Einfallwinkels des Ionenstrahles auf die Befestigungsfläche und Mittel zum Drehen der Scheibe, des Scheibenantriebsmittels und des Scannerarmmittels um eine zu der Ebene der Scheibe parallele Achse ohne Öffnen der Vakuumkammer umfaßt.

5. Werkstückverschiebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Vakuum kolben eine Zugangstür und die Vorrichtung desweiteren Scannerträgermittel umfaßt, die an der Zugangtür zum Befestigen des Scannerantriebsmittels befestigt sind, so daß das Scannerantriebsmittel, das Scannerarmmittel, das Scheibenantriebsmittel und die Scheibe von der Zugangstür aufgenommen und durch diese getragen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, einschließlich von Mitteln zum Führen der Zugangstür zu und zwischen einer geschlossenen Arbeitsposition und einer offenen Zugangsposition.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der sich das Scannerarmmittel durch eine Öffnung in der Zugangstür erstreckt und die Öffnung mit einem Faltenbalg abgedichtet ist, dessen eines Ende an dem Scannerarmmittel abgedichtet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede Befestigungsstelle eine im wesentlichen ebene Werkstückbefestigungsfläche besitzt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Scannerachse außerhalb des Vakuumkolbens gelegen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Scheibenantriebsmittel ein abgedichtetes Scheibenantriebsgehäuse, das einen Scheibenantriebsmotor aufnimmt, und das Scannerarmmittel ein hohles Teil zum Verbinden des Inneren des Scheibenantriebsgehäuses mit der Außenatmosphäre umfaßt, wobei das Innere des Scheibenantriebsgehäuses auf Umgebungsdruck gehalten wird und von der Vakuumkammer isoliert ist.

11, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drehachse parallel zu der Ebene der Scheibe ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Scannerantriebsmittel eine Kugelspindelanordnung einschließlich einer Kugelspindel mit einem entweder an das Scannerträgermittel oder das Scannerantriebsmittel stoßenden Ende und einer Mutter, die zur Drehbewegung zu dem anderen Scannerträgermittel oder Scannerantriebsmittel befestigt ist, und einen Scannerantriebsmotor umfaßt, der mit der Mutter verbunden ist, um die Mutter auf der Kugelspindel voranzutreiben, wodurch das Scannerantriebsmittel und das Scannerarmmittel um die Scannerachse drehen, wenn der Scannerantriebsmotor eingeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Scannerarmmittel ein Scannerarmgehäuse auf der Drehachse und einen Scannerarm umfaßt, der koaxial mit dem Scannerarmgehäuse ist, wobei der Scannerarm zur Rotation um die Drehachse in bezug auf das Scannerarmgehäuse befestigt ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Drehantriebsmittel einen Drehantriebsmotor und Mittel zum Verbinden des Drehantriebsmotors mit dem Scannerarm umfaßt, so daß der Scannerarm, das Scheibenantriebsmittel und die Scheibe um die Drehachse gedreht werden, wenn der Drehantriebsmotor eingeschaltet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem ein Implantationswinkeleinstellmittel zum Drehen des Scannerträgermittels um die Drehachse ohne Öffnen oder Belüften der Vakuumkammer umfaßt, wodurch der Einfallwinkel des Ionenstrahles auf die Werkstückbefestigungsfläche verändert wird, während die Werkstückbefestigungsfläche im wesentlichen senkrecht zu der Scannerachse gehalten wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15 bei Abhängigkeit von einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das Implantationswinkeleinstellmittel Mittel zum Drehen des Scannerträgermittels in bezug auf die Zugangstür umfaßt.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem Anschlagmittel zum Herstellen der relativen Ausrichtung der Scheibenrotationsachse und der Scannerachse umfaßt, wobei das Anschlagmittel einen radial an dem Scannerarm befestigten Arretierhebel und einen entweder an dem Scannerantriebsmittel oder dem Scannerarmgehäuse befestigten Anschlag umfaßt, so daß der Arretierhebel und der Anschlag einander berühren, wenn die Scheibenrotationsachse und die Scannerachse die gewönschte relative Ausrichtung haben.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, die außerdem Anschlagmittel zum Herstellen der Ausrichtung der Scheibe in der Belade/Entladeposition umfaßt, wobei das Anschlagmittel einen an dem Scheibenantriebsmittel befestigten Arretierhebel und einen an der Zugangstür befestigten Anschlag umfaßt, so daß der Arretierhebel und der Anschlag einander berühren, wenn die Scheibe die gewünschte Belade/Entladeposition erreicht.