JP2002279927A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のイオン注入装置ではディスクの最外周
近傍以外の部分は空スペースとなり製造に寄与できなか
った。また、意図的に１バッチ内でイオン注入量の異な
るウエハを製造することはできず、端数枚のウエハを処
理する場合に多くのダミーウエハを必要とする虞があっ
た。 【解決手段】 イオン注入装置１０１のディスク１０２
は中心を同じとした内側ディスク１０３と外側ディスク
１０４とに区画され、それぞれ別々の第３，４モータ１
０５，１０６で所望の周速度に制御可能とすることで内
外周差によって生じるイオン注入量の差を補正でき１バ
ッチのウエハ処理枚数を増やせる。また、反対に、区画
されたディスク毎に周速度を任意に制御し異なるイオン
注入量のウエハを製造できる。また、端数枚のウエハを
作業する場合のダミーウエハの削減が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハにイ
オンを注入するイオン注入装置に関し、特に多数の半導
体ウエハを保持し軸中心に回転運動しつつ一つの直径方
向に往復動（以下並進運動という）するディスクを有す
るイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオン注入装置の構成の一例を断
面図として示す図５を用いて説明する。イオン注入装置
１は、主に、イオン源２と、分析マグネット３と、分析
スリット４と、加速管５と、多数の半導体ウエハ６（以
降、単にウエハ６と呼ぶ）を装着し軸中心に回転運動し
つつ並進運動するディスク７とがこの順（以降、イオン
源２側を上流側とする）に配置されており、イオン源２
から放出されたイオンビーム（図中破線矢印で示す）
は、分析マグネット３およびその下流側に設けた分析ス
リット４を通ることで所望の質量および価数のイオンビ
ームに選別され、さらにそのイオンビームは分析スリッ
ト４の下流側に設けた加速管５で加速された後に、ディ
スク７に装着したウエハ６に入射しイオン注入を行う。

【０００３】ディスク７は多数のウエハ６をディスク７
外周部近傍の同心円上に等間隔に装着できるようになっ
ている。これは、ディスク７の外周部近傍に配置するこ
とで一度に処理できるウエハ枚数を多くするためと、同
心円上に等間隔で配置することで多数のウエハ６を均一
な条件で処理するためである。また、ディスク７の回転
軸８は照射されるイオンビームに対して偏心した位置に
あり軸受部９を介して第１のモータ１０に連結され、例
えば９００回転／分の高速で回転する。また、ディスク
７は回転軸８に対して垂直なスライド軸１１によってイ
オンビームがウエハ６の端から端まで照射する所定の範
囲を図中縦方向に、例えば５往復／分の等速で低速並進
運動する。ここで、スライド軸１１は回転軸８と共通の
軸受部９を介して第２のモータ１２に連結されており、
軸受部９と共に軸受部９に取付けられた第１のモータ１
０を昇降させる。このディスク７の高速回転運動及び低
速並進運動によりディスク７に装着した全てのウエハ６
にイオンビームが略均一に漏れなく照射されるのであ
る。また、ディスク７の周速度はイオン注入量を制御す
る一つの要素であり、周速度が遅い程、ウエハ面内のイ
オン注入量のばらつきは大きくなる関係にある。イオン
ビームがウエハ６に照射される状態を図６に示す。ディ
スク７が高速で回転することでイオンビームがウエハ６
に対して図中略横方向にスキャンされることになり、デ
ィスク７が低速で並進運動することでイオンビームがウ
エハ６に対して図中略縦方向にスキャンされることにな
る。また、周速度はディスク７中心から離れるほど大き
くなる。

【０００４】次に、ディスク７の最大装着枚数に満たな
い端数枚のウエハ６を作業する場合について図７を用い
て説明する。図７には、例えば最大１７枚のウエハ６が
装着できるディスク７で作業枚数として８枚のウエハ６
を作業する場合について示してある。イオンビームはデ
ィスク７上のすべてのウエハ装着予定部を照射するため
ウエハ６の装着していない空部１２があってはならず、
空部１２にはこの場合９枚のダミーウエハ１３を装着し
作業することになる。このため、ダミーウエハ１３に掛
かるコスト分のロスとダミーウエハ１３の枚数分が製造
に寄与せずスループットダウンとなるロスが生じてい
た。

【発明が解決しようとする課題】

【０００５】従来のイオン注入装置では、ウエハを装着
するディスクの外周部近傍以外の部分は空スペースとな
り製造に寄与していなかった。尚、これに対してディス
クの外形を大きくするとイオン注入装置が大きくなると
いうデメリットが生じ、また単にディスクの内周部の空
スペースにウエハを配置するだけではディスクの内外周
差による周速度の差により均一なイオン注入ができない
というデメリットがあった。また、ウエハを１つの同心
円上に等間隔で配置することはイオン注入の均一性には
好適であるが、反対に意図的に１バッチ内でイオン注入
量の異なるウエハを製造することはできなかった。ま
た、ウエハをディスクの外周部近傍に配置し最大装着枚
数を大きくすることは端数枚のウエハを処理する場合、
逆に多くのダミーウエハを必要とする虞があった。

【０００６】本発明の目的は、ディスクの内外周差によ
る周速度の差を制御できるようにし、ディスクの内周部
の空スペースにもウエハを装着することで１バッチのウ
エハ処理枚数を増やすことである。また、１バッチ内で
イオン注入量の異なるウエハの製造を可能にし、さら
に、端数枚のウエハを作業するときに使用するダミーウ
エハの枚数を削減することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために提案されたもので、イオン源から放出された
イオンビームを、回転軸周りに回転しつつ一直径方向に
往復動するディスクに保持された半導体ウエハ上に照射
するイオン注入装置において、前記ディスクを半径が異
なる複数の領域に区画し、各区画領域を複数の同心回転
軸に連結して各区画領域毎に回転制御させたことを特徴
とするイオン注入装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のイオン注入装置の構成の
一例を断面図として示す図１及びイオンビームがディス
クに装着したウエハに照射される状態を示す図２を用い
て説明する。図５，６，７と同一部分には同一符号を用
いて説明を省略する。イオン注入装置１０１は、主に、
イオン源２と、分析マグネット３と、分析スリット４
と、加速管５と、多数の半導体ウエハ６（以降、単にウ
エハ６と呼ぶ）を装着し軸中心に回転運動しつつ並進運
動するディスク１０２とがこの順（以降、イオン源２側
を上流側とする）に配置されており、イオン源２から放
出されたイオンビーム（図中破線矢印で示す）は、分析
マグネット３およびその下流側に設けた分析スリット４
を通ることで所望の質量および価数のイオンビームに選
別され、さらにそのイオンビームは分析スリット４の下
流側に設けた加速管５で加速された後に、ディスク１０
２に装着したウエハ６に入射しイオン注入を行う。

【０００９】ここで、ディスク１０２は中心を同じとし
た内側ディスク１０３と外側ディスク１０４とに区画さ
れており、多数のウエハ６がそれぞれの外周部近傍の同
心円上に等間隔に装着できるようになっている。ディス
ク１０２の回転中心はイオンビームに対して偏心した位
置にあり、内側ディスク１０３の回転軸である第１回転
軸１０７は軸受部１０８を介して第３のモータ１０５に
連結されており、外側ディスク１０４の回転軸である第
２回転軸１０９は第１回転軸１０７と軸中心を同じに
し、共通の軸受部１０８を介して第４のモータ１０６に
連結されている。また、ディスク１０２は第１，２回転
軸１０７，１０９に対して垂直なスライド軸１１によっ
てイオンビームが内側ディスク１０３に装着したウエハ
６及び／または外側ディスク１０４に装着したウエハ６
を端から端まで照射する所定の範囲を図中縦方向に等速
で低速並進運動をする。ここで、スライド軸１１は第
１，２回転軸１０７，１０９と共通の軸受部１０８を介
して第２のモータ１２に連結されており、軸受部１０８
と共に軸受部１０８に取付けられた第３，４のモータ１
０５，１０６を昇降させる。このディスク１０２の高速
回転運動及び低速並進運動によりディスク１０２に装着
した全てのウエハ６にイオンビームが略均一に漏れなく
照射されるのである。

【００１０】次に、イオン注入作業時のディスク１０２
の回転運動の制御について説明する。２つに区画された
内側，外側ディスク１０３，１０４の周速度は別々の第
３，４のモータ１０５，１０６で制御するため、例えば
内側ディスク１０３のウエハ６と外側ディスク１０４の
ウエハ６に同じ量のイオンを注入したいとき、内外周差
により生じる周速度の差を補正し内側ディスク１０３の
ウエハ６の周速度と外側ディスク１０４のウエハ６の周
速度が等しくなるように第３のモータ１０５の回転数を
第４のモータ１０６の回転数より大きく制御する。尚、
こうすると周速度は同じにできるが同一処理時間では外
側ディスク１０４の回転数に対し内側ディスク１０３の
回転数が多くなるので内側ディスク１０３が所定の回転
数に達したらそれ以上内側ディスク１０３にはイオンビ
ームを照射せず、外側ディスク１０４のみ所定の回転運
動及び並進運動させイオンビームの照射を継続し外側デ
ィスク１０４が所定の回転数に達したら作業を完了す
る。

【００１１】また、これとは反対に内側ディスク１０３
のウエハ６と外側ディスク１０４のウエハ６に意図的に
異なる量のイオンを注入したいとき、第３，４のモータ
１０５，１０６の回転数を任意に個別に決定し並進運動
範囲と組合わせてディスク毎に所望のイオン注入量が得
られるように制御する。

【００１２】次に、ディスク１０２の最大装着枚数に満
たない端数枚のウエハ６を作業する場合について図３を
用いて説明する。図３には、例えばそれぞれ１０枚，１
７枚の最大装着枚数を有した内側，外側ディスク１０
３，１０４を用いて作業枚数として８枚のウエハ６を作
業する場合について示してある。この場合、作業枚数
（８枚）より大きく作業枚数にもっとも近い最大装着枚
数（１０枚）の内側ディスク１０３に８枚のウエハ６を
装着しイオンビームの照射も内側ディスク１０３の範囲
のみとすることでダミーウエハ１３は２枚で済むことに
なる。

【００１３】尚、上記では第１，２回転軸１０７，１０
９をそれぞれ別々の第３，４のモータ１０５，１０６で
制御するとしたが、周速度比が固定である場合は、モー
タは一つとし歯車などの変速機構を用いてもよい。

【００１４】また、他のディスクの区画の例として３つ
に区画したディスク２０１を図４に示す。３つに区画さ
れたディスク２０２，２０３，２０４にはそれぞれ１７
枚，１０枚，５枚のウエハ６が装着でき、軸中心が同じ
３つの回転軸２０５，２０６，２０７はそれぞれ３つの
駆動系（図示せず）に連結されていて個別に回転運動の
制御が可能となっている。このため、１バッチのウエハ
処理枚数を増やすことができると共に最大３種類の異な
るイオン注入量のウエハ６を製造できる。また、最大装
着枚数が１７枚，１０枚，５枚の３種類になるため端数
枚のウエハ６に対して多段階の対応が可能となりダミー
ウエハ１３の削減が図れる。

【００１５】

【発明の効果】本発明のイオン注入装置によれば、ディ
スクの内外周差による周速度の差を制御でき、ディスク
内周部にウエハを装着できるようにしてウエハ処理枚数
を増やすことができる。また、１バッチ内でイオン注入
量の異なるウエハの製造が可能になり、さらに、端数枚
のウエハを作業するときに使用するダミーウエハの枚数
を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のイオン注入装置の構成図

【図２】 図１のイオン注入装置の要部斜視図

【図３】 端数枚のウエハ作業の説明図

【図４】 他の区画例の要部斜視図（３区画）

【図５】 従来のイオン注入装置の構成図

【図６】 図５のイオン注入装置の拡大斜視図

【図７】 端数枚のウエハ作業の説明図

【符号の説明】

２ イオン源 ３ 分析マグネット ５ 加速管 ６ 半導体ウエハ １０１ イオン注入装置 １０２ ディスク １０３ 内側ディスク １０４ 外側ディスク １０５ 第３のモータ １０６ 第４のモータ １０７ 第１回転軸 １０８ 軸受部 １０９ 第２回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン源から放出されたイオンビームを、
   回転軸周りに回転しつつ一直径方向に往復動するディス
   クに保持された半導体ウエハ上に照射するイオン注入装
   置において、前記ディスクを異なる半径の複数の同心領
   域に区画し、各区画領域を複数の同心回転軸に連結して
   各区画領域毎に回転制御させたことを特徴とするイオン
   注入装置。
2. 【請求項２】前記区画領域が２以上であることを特徴と
   する請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 【請求項３】各区画領域の周速度がそれぞれ可変である
   ことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。