JP2008059994A - Ion beam irradiation apparatus and ion beam irradiation method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば水平方向に進行するイオンビームを、ホルダの基板保持面に保持された基板に照射する構成のイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に関し、特に基板に照射されるイオンビームの発散角度による注入の不均一性を抑制するイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に関するものである。 The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus and an ion beam irradiation method configured to irradiate, for example, an ion beam traveling in a horizontal direction onto a substrate held on a substrate holding surface of a holder, and more particularly to divergence of an ion beam irradiated on a substrate. The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus and an ion beam irradiation method for suppressing non-uniformity of implantation due to an angle.
この種の従来のイオンビーム照射装置において、ホルダに保持された基板にイオンビームが照射される構成が開示されている(例えば特許文献1:図13、段落[0015]、[0016]参照)。このイオン注入装置は、水平方向に進行するイオンビームに対して照射角度を変化させるように静電チャック(ホルダ)を回動させる回動装置と、静電チャックを回動装置と共に、軸を介してY方向(例えば垂直方向)に上下(昇降)させる昇降装置とを備えている。このように構成されたイオン注入装置では、静電チャックに保持された基板に、上記Y方向と実質的に直交するX方向(例えば水平方向)に走査されるイオンビームを照射することによって、基板の全面にイオンを注入する。 In this type of conventional ion beam irradiation apparatus, a configuration in which an ion beam is irradiated onto a substrate held by a holder is disclosed (for example, refer to Patent Document 1: FIG. 13, paragraphs [0015] and [0016]). This ion implantation apparatus includes a rotation device that rotates an electrostatic chuck (holder) so as to change an irradiation angle with respect to an ion beam traveling in a horizontal direction, and the electrostatic chuck together with the rotation device via a shaft. And a lifting device that moves up and down (up and down) in the Y direction (for example, the vertical direction). In the ion implantation apparatus configured as described above, the substrate held by the electrostatic chuck is irradiated with an ion beam that is scanned in the X direction (for example, the horizontal direction) substantially orthogonal to the Y direction. Ions are implanted into the entire surface.
また、ホルダに保持された基板にイオンビームが照射される他の構成が開示されている(例えば特許文献2:要約参照)。このイオン注入装置は、真空チャンバ内部に設けられてワークピースを保持するワークピースホルダを備え、ワークピースは、X軸を中心に回転され、ワークピースホルダの表面上のXY平面のY方向に沿って昇降される。 In addition, another configuration in which an ion beam is irradiated onto a substrate held by a holder is disclosed (for example, refer to Patent Document 2: Abstract). The ion implantation apparatus includes a workpiece holder that is provided inside a vacuum chamber and holds a workpiece. The workpiece is rotated about the X axis and is along the Y direction of the XY plane on the surface of the workpiece holder. Is lifted up and down.
また、特許文献3には、さらに他の構成が開示されている(特許文献3:請求項1、図1)。このイオン注入装置は、一側に形成された開口部を通してイオンビームが照射される真空チャンバと、この真空チャンバの内部に回動可能に傾斜して設置されている第1駆動モータを有するスキャン軸と、このスキャン軸の傾きを変更可能なスキャン軸補正手段と、第1駆動モータの作動に応じて上下方向に昇降される昇降部材に結合され、水平方向に移動可能な水平移送部材を有する水平補正手段と、この水平移送部材の先端に結合され、垂直方向に移動可能な垂直移送部材を有する垂直補正手段と、この垂直移送部材の先端に装着され、基板をローディングまたはアンローディングするティルターとを備えている。
しかしながら、上記特許文献1に開示された構成では、静電チャックに保持した基板が傾斜した状態で昇降するので、基板の下側を照射するときの静電チャック上の基板表面からイオン源までの距離が、基板の上側を照射するときの静電チャック上の基板表面からイオン源までの距離よりも短くなってしまい、基板表面に対するイオンビームの照射処理中に上記距離が変化するので、基板に照射されるイオンビームの濃度が、基板の表面内において不均一になるという問題を生じる。その結果、基板表面におけるイオン注入の均一性が悪化する。
However, in the configuration disclosed in
また、上記特許文献2及び特許文献3に開示された構成では、ホルダの駆動範囲についての自由度が低く、例えば、同一の照射角度を維持しつつ、ビーム進行方向に沿ってホルダを移動させることができない。これにより、ホルダ上の基板が帯電しやすい場合、濃い濃度のイオンビームを基板上に照射すると、基板表面が帯電して、放電が生じ、基板表面に形成した素子が損傷するおそれがあるという問題がある。
Further, in the configurations disclosed in
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に均一にイオンビームを注入することができ、ホルダの移動に関して自由度の高いイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ion beam irradiation apparatus and ion beam irradiation that can uniformly inject an ion beam onto a substrate and have a high degree of freedom with respect to movement of a holder. To realize the method.
本発明に係るイオンビーム照射装置は、上記課題を解決するために、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のうちのZ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置であって、前記ホルダを前記Z軸方向に沿って移動させるZ軸摺動機構と、前記ホルダを前記Y軸方向に沿って昇降させるY軸摺動機構とを備え、前記Z軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Z軸方向に沿って往復摺動するZ軸スライダユニットと、前記Z軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドするZ軸ガイドと、前記Z軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたZ軸駆動モータとを有し、前記Y軸摺動機構は、前記Z軸ガイドを前記Y軸方向に沿ってガイドするY軸ガイドと、前記Z軸ガイドを前記Y軸方向に沿って往復運動させるために設けられたY軸駆動モータとを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an ion beam irradiation apparatus according to the present invention is provided with an ion beam that travels along the Z-axis direction among the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis orthogonal to each other in a vacuum chamber. An ion beam irradiation apparatus for irradiating a substrate held by a holder, the Z-axis sliding mechanism moving the holder along the Z-axis direction, and the Y-axis moving the holder up and down along the Y-axis direction The Z-axis sliding mechanism includes a holder and a Z-axis slider unit that reciprocally slides along the Z-axis direction, and the Z-axis slider unit extends along the Z-axis direction. And a Z-axis drive motor provided to reciprocately slide the Z-axis slider unit. The Y-axis sliding mechanism moves the Z-axis guide in the Y-axis direction. Y to guide along Guide and characterized by having a Y-axis drive motor provided the Z-axis guide to reciprocate along the Y-axis direction.
上記特徴により、Z軸駆動モータによって駆動されるZ軸摺動機構とY軸駆動モータによって駆動されるY軸摺動機構とが連動して、基板を保持したホルダを、照射角度にかかわらず、基板面が常にイオンビームの同一点を通過するように、照射角度に実質的に垂直な方向に移動させることができる。このため、簡単な構成により、真空チャンバ内でイオンビームを均一に基板に注入することができる。 Due to the above features, the Z-axis sliding mechanism driven by the Z-axis driving motor and the Y-axis sliding mechanism driven by the Y-axis driving motor are interlocked so that the holder holding the substrate can be used regardless of the irradiation angle. The substrate surface can be moved in a direction substantially perpendicular to the irradiation angle so that the substrate surface always passes through the same point of the ion beam. For this reason, the ion beam can be uniformly injected into the substrate in the vacuum chamber with a simple configuration.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Z軸スライダユニットに内蔵されて前記X軸に平行な軸の周りに前記ホルダを回動させるホルダ回動機構をさらに備えることが好ましい。 The ion beam irradiation apparatus according to the present invention preferably further includes a holder rotation mechanism that is built in the Z-axis slider unit and rotates the holder around an axis parallel to the X-axis.
上記構成によれば、X軸に平行な軸の周りにホルダを回動させることができるので、イオンビーム及び基板の種類に応じて照射角度を変更することができる。 According to the above configuration, since the holder can be rotated around an axis parallel to the X axis, the irradiation angle can be changed according to the type of the ion beam and the substrate.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Z軸スライダユニットに内蔵されて前記ホルダの保持面に垂直な方向の回りに前記ホルダを回転させるホルダ回転機構をさらに備えることが好ましい。 The ion beam irradiation apparatus according to the present invention preferably further includes a holder rotation mechanism that is built in the Z-axis slider unit and rotates the holder around a direction perpendicular to the holding surface of the holder.
上記構成によれば、ホルダの保持面に垂直な方向の回りにホルダを回転させることができるので、基板表面に形成された素子の凹部または凸部に対してイオンビームを均一に照射することができる。 According to the above configuration, the holder can be rotated around a direction perpendicular to the holding surface of the holder, so that the ion beam can be uniformly irradiated to the concave portion or the convex portion of the element formed on the substrate surface. it can.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Z軸駆動モータと前記Y軸駆動モータとは、前記真空チャンバの外に設けられていることが好ましい。 In the ion beam irradiation apparatus according to the present invention, it is preferable that the Z-axis drive motor and the Y-axis drive motor are provided outside the vacuum chamber.
上記構成によれば、前記Z軸駆動モータと前記Y軸駆動モータとを大気中に配置して良好に放熱させて動作させることができる。 According to the said structure, the said Z-axis drive motor and the said Y-axis drive motor can be arrange | positioned in air | atmosphere, and it can be made to operate | move with good heat dissipation.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記イオンビームのY軸方向の発散・収束を検出するファラデー機構を前記ホルダのZ軸方向の前後にさらに備えることが好ましい。 In the ion beam irradiation apparatus according to the present invention, it is preferable that a Faraday mechanism for detecting divergence / convergence of the ion beam in the Y-axis direction is further provided before and after the holder in the Z-axis direction.
上記構成によれば、ファラデー機構によって検出したイオンビームのY軸方向の発散・収束に応じて、イオンビームの進行方向に沿ってホルダを移動させてイオンビームを注入することができる。 According to the above configuration, the ion beam can be implanted by moving the holder along the traveling direction of the ion beam according to the divergence / convergence of the ion beam detected by the Faraday mechanism in the Y-axis direction.
本発明に係るイオンビーム照射方法は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のうちのZ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射方法であって、前記ホルダが設けられたZ軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドしてZ軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Z軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドしてY軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射することを特徴とする。 The ion beam irradiation method according to the present invention irradiates a substrate held by a holder provided in a vacuum chamber with an ion beam that travels along the Z-axis direction of the X, Y, and Z axes orthogonal to each other. In the ion beam irradiation method, the Z-axis slider unit provided with the holder is guided along the Z-axis direction and slid based on a Z-axis drive motor while the Z-axis slider unit is moved to the Y-axis. The ion beam is irradiated to the substrate held by the holder by being guided along the axial direction and sliding based on a Y-axis drive motor.
上記特徴によれば、Z軸駆動モータに基づくZ軸スライダユニットのZ軸方向に沿った摺動とY軸駆動モータに基づくZ軸スライダユニットのY軸方向に沿った摺動とを連動させて、基板を保持したホルダを、照射角度にかかわらず、基板面が常にイオンビームの同一点を通過するように、照射角度に実質的に垂直な方向に移動させることができる。このため、簡単な構成により、真空チャンバ内でイオンビームを均一に基板に注入することができる。 According to the above feature, the sliding along the Z-axis direction of the Z-axis slider unit based on the Z-axis driving motor is linked with the sliding along the Y-axis direction of the Z-axis slider unit based on the Y-axis driving motor. The holder holding the substrate can be moved in a direction substantially perpendicular to the irradiation angle so that the substrate surface always passes through the same point of the ion beam regardless of the irradiation angle. For this reason, the ion beam can be uniformly injected into the substrate in the vacuum chamber with a simple configuration.
本発明に係るイオンビーム照射装置は、上記課題を解決するために、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のうちのZ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置であって、前記ホルダを前記Z軸方向に沿って移動させるZ軸摺動機構と、前記ホルダを前記Y軸方向に沿って昇降させるY軸摺動機構とを備え、前記Y軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Y軸方向に沿って往復摺動するY軸スライダユニットと、前記Y軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドするY軸ガイドと、前記Y軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたY軸駆動モータとを有し、前記Z軸摺動機構は、前記Y軸ガイドを前記Z軸方向に沿ってガイドするZ軸ガイドと、前記Y軸ガイドを前記Z軸方向に沿って往復運動させるために設けられたZ軸駆動モータとを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an ion beam irradiation apparatus according to the present invention is provided with an ion beam that travels along the Z-axis direction among the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis orthogonal to each other in a vacuum chamber. An ion beam irradiation apparatus for irradiating a substrate held by a holder, the Z-axis sliding mechanism moving the holder along the Z-axis direction, and the Y-axis moving the holder up and down along the Y-axis direction A Y-axis slider unit that is provided with the holder and slides back and forth along the Y-axis direction, and the Y-axis slider unit extends along the Y-axis direction. And a Y-axis drive motor provided to reciprocately slide the Y-axis slider unit, and the Z-axis sliding mechanism moves the Y-axis guide in the Z-axis direction. Z to guide along Guide and characterized in having a Z-axis drive motor provided the Y-axis guide to reciprocate along the Z-axis direction.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Y軸スライダユニットに内蔵されて前記X軸に平行な軸の周りに前記ホルダを回動させるホルダ回動機構をさらに備えることが好ましい。 The ion beam irradiation apparatus according to the present invention preferably further includes a holder rotation mechanism that is built in the Y-axis slider unit and rotates the holder around an axis parallel to the X-axis.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Y軸スライダユニットに内蔵されて前記ホルダの保持面に垂直な方向の回りに前記ホルダを回転させるホルダ回転機構をさらに備えることが好ましい。 The ion beam irradiation apparatus according to the present invention preferably further includes a holder rotation mechanism that is built in the Y-axis slider unit and rotates the holder around a direction perpendicular to the holding surface of the holder.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記ホルダは、前記イオンビームが常に同一点において前記基板表面を通過するように、前記イオンビームの進行方向に対して照射角度だけ傾斜する方向に垂直な方向に沿って直線運動することが好ましい。 In the ion beam irradiation apparatus according to the present invention, the holder is perpendicular to the direction inclined by the irradiation angle with respect to the traveling direction of the ion beam so that the ion beam always passes through the substrate surface at the same point. It is preferable to make a linear motion along.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Y軸駆動モータと前記Z軸駆動モータとは、前記真空チャンバの外に設けられていることが好ましい。 In the ion beam irradiation apparatus according to the present invention, it is preferable that the Y-axis drive motor and the Z-axis drive motor are provided outside the vacuum chamber.
本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記イオンビームのY軸方向の発散・収束を検出するファラデー機構を前記ホルダのZ軸方向の前後にさらに備えることが好ましい。 In the ion beam irradiation apparatus according to the present invention, it is preferable that a Faraday mechanism for detecting divergence / convergence of the ion beam in the Y-axis direction is further provided before and after the holder in the Z-axis direction.
本発明に係るイオンビーム照射方法は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のうちのZ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射方法であって、
前記ホルダが設けられたY軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドしてY軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Y軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドしてZ軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射することを特徴とする。
The ion beam irradiation method according to the present invention irradiates a substrate held by a holder provided in a vacuum chamber with an ion beam that travels along the Z-axis direction of the X, Y, and Z axes orthogonal to each other. An ion beam irradiation method for
While guiding the Y-axis slider unit provided with the holder along the Y-axis direction and sliding it based on the Y-axis drive motor, the Y-axis slider unit is guided along the Z-axis direction and Z The substrate is slid based on an axial drive motor, and the substrate is held by the holder, and the ion beam is irradiated.
本発明に係るイオンビーム照射装置は、以上のように、前記ホルダを前記Z軸方向に沿って移動させるZ軸摺動機構と、前記ホルダを前記Y軸方向に沿って昇降させるY軸摺動機構とを備え、前記Z軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Z軸方向に沿って往復摺動するZ軸スライダユニットと、前記Z軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドするZ軸ガイドと、前記Z軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたZ軸駆動モータとを有し、前記Y軸摺動機構は、前記Z軸ガイドを前記Y軸方向に沿ってガイドするY軸ガイドと、前記Z軸ガイドを前記Y軸方向に沿って往復運動させるために設けられたY軸駆動モータとを有するので、ホルダの移動に関して自由度が高く、基板に均一にイオンビームを注入することができるという効果を奏する。更に、モータを真空チャンバの外に配置している為、モータの熱を良好に放熱することができる。 As described above, the ion beam irradiation apparatus according to the present invention has a Z-axis sliding mechanism that moves the holder along the Z-axis direction, and a Y-axis sliding that moves the holder up and down along the Y-axis direction. The Z-axis sliding mechanism includes a Z-axis slider unit that is provided with the holder and reciprocates along the Z-axis direction, and guides the Z-axis slider unit along the Z-axis direction. And a Z-axis drive motor provided to reciprocately slide the Z-axis slider unit, and the Y-axis sliding mechanism moves the Z-axis guide along the Y-axis direction. Since it has a Y-axis guide for guiding and a Y-axis drive motor provided to reciprocate the Z-axis guide along the Y-axis direction, the holder has a high degree of freedom in terms of movement, and ions are uniformly applied to the substrate. Injecting the beam There is an effect that it is. Furthermore, since the motor is disposed outside the vacuum chamber, the heat of the motor can be radiated well.
本発明に係るイオンビーム照射方法は、以上のように、前記ホルダが設けられたZ軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドしてZ軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Z軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドしてY軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射するので、ホルダの移動に関して自由度が高く、基板に均一にイオンビームを注入することができるという効果を奏する。更に、モータを真空チャンバの外に配置している為、モータの熱を良好に放熱することができる。 In the ion beam irradiation method according to the present invention, as described above, the Z-axis slider unit provided with the holder is guided along the Z-axis direction and slid based on the Z-axis drive motor while Since the axial slider unit is guided along the Y-axis direction and slid based on the Y-axis drive motor to irradiate the ion beam onto the substrate held by the holder, the degree of freedom in moving the holder is high. The ion beam can be uniformly implanted into the substrate. Furthermore, since the motor is disposed outside the vacuum chamber, the heat of the motor can be radiated well.
本発明の一実施形態について図1ないし図7に基づいて説明すると以下の通りである。図1は、本実施の形態に係るイオンビーム照射装置1の構成を示す正面図である。図2はその側面図であり、図3はその平面図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a front view showing a configuration of an ion
イオンビーム照射装置1は、ハイブリッド型イオン注入装置であり、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のうちのZ軸方向に沿って進行するイオンビーム12を、真空チャンバ10の中に設けられた略円盤状のホルダ9に静電チャックによって保持された基板(図示せず)に照射する。
The ion
イオンビーム照射装置1には、ホルダ9をZ軸方向に沿って移動させるZ軸摺動機構3が設けられている。Z軸摺動機構3は、ホルダ9が設けられてZ軸方向に沿って往復摺動するZ軸スライダユニット6を有している。Z軸スライダユニット6には、X軸方向に沿って片持ち梁状に設けられた直方体状のアーム33が、X軸の周りに回動可能に取り付けられている。ホルダ9は、アーム33の先端に回転可能に取り付けられている。アーム33の内部には、ホルダ9を回転させるツイストモータ17が設けられている。Z軸スライダユニット6の内部には、ホルダ9を取り付けたアーム33をX軸に平行な軸の周りに回動させるためのチルトモータ14と、チルトモータ14に連結された減速機15と、アーム33をX軸に平行な軸の周りに傾斜させるために、減速機15とアーム33とに結合されたチルトリンク機構16とが設けられている。
The ion
Z軸スライダユニット6には、中空パイプ30bの一端が、真空シールユニット31cを介して接続されている。中空パイプ30bの他端は、真空シールユニット31bに接続されている。真空シールユニット31bには、中空パイプ30aの一端が接続されており、中空パイプ30aの他端は、真空チャンバ10に固定された真空シールユニット31aに接続されている。ツイストモータ17及びチルトモータ14に電力を供給するためのケーブルが、中空パイプ30a・30bの中を通ってツイストモータ17及びチルトモータ14に接続されている。中空パイプ30a・30bは、真空シールユニット31aを固定点とし、真空シールユニット31bを節とするリンク機構を構成する。
One end of a
イオンビーム照射装置1には、Y軸スライダユニット28が設けられている。Y軸スライダユニット28は、Z軸スライダユニット6をZ軸方向に沿ってガイドする一対のZ軸ガイド7を有している。
The ion
イオンビーム照射装置1は、真空チャンバ10に固定されたY軸固定部材36を有している。Y軸固定部材36は、Y軸スライダユニット28をY軸方向に沿ってガイドするY軸ガイド4を有している。
The ion
Y軸摺動機構2には、Y軸駆動モータ5が設けられている。Y軸駆動モータ5は、Y軸スライダユニット28をY軸方向に沿って往復運動させるために設けられている。Y軸摺動機構2は、Y軸スライダユニット28をY軸方向に沿って摺動させるために設けられてY軸駆動モータ5によって駆動するY軸昇降用のボールネジ25を有している。ボールネジ25は、Y軸駆動モータ5の回転が伝達される。ボールネジ25には、ボールネジ25の回転に応じて昇降する昇降プレート26が嵌め合わされている。昇降プレート26は、一対の昇降プレートガイドシャフト29によってガイドされてY軸方向に昇降する。昇降プレート26には、真空チャンバ10の下側の壁を貫通してY軸スライダユニット28に結合されたY軸昇降用の中空シャフト27が連結されている。
The Y-
Z軸摺動機構3は、Z軸駆動モータ8を有している。Z軸駆動モータ8は、昇降プレート26及び中空シャフト27の内部を貫通するZ軸駆動シャフト18に連結されている。Z軸駆動シャフト18は、真空チャンバ10の内部において、減速機19及び真空シールユニット20を介してスチールベルトプーリ21に連結されている。
The Z-
図4(a)はスチールベルト駆動機構の構成を説明するための平面図であり、図4(b)はその側面図である。スチールベルトプーリ21は、扁平円柱形状をしており、その外周面の下側には、スチールベルト22aが、スチールベルト固定部24cに固定されて巻き付けられている。このスチールベルト22aは、アイドラプーリ23aにさらに巻き付けられてZ軸スライダユニット6のスチールベルト固定部24dに固定されている。スチールベルトプーリ21の外周面の上側には、スチールベルト22bが、スチールベルト固定部24aに固定されて巻き付けられている。このスチールベルト22bは、アイドラプーリ23bにさらに巻き付けられてZ軸スライダユニット6のスチールベルト固定部24bに固定されている。
FIG. 4A is a plan view for explaining the configuration of the steel belt drive mechanism, and FIG. 4B is a side view thereof. The
イオンビーム照射装置1は、Y軸駆動モータ5とZ軸駆動モータ8とを制御する制御装置34を備えている。
The ion
このように構成されたイオンビーム照射装置1の動作を説明する。図5及び図6は、イオンビーム照射装置1の動作を説明するための正面図である。まず、チルトモータ14が回転すると、減速機15によって減速され、その回転運動がチルトリンク機構16によってアーム33に伝達され、アーム33に設けられたホルダ9は、X軸に平行な軸の周りに回動し、ホルダ9の表面は、イオンビーム12の進行方向に対して照射角度θをなす方向に垂直な方向に沿って傾斜する。このようにして、ホルダ9に吸着された基板は、イオンビーム12に対して照射角度θで傾斜する。このように、ホルダ9が回動することにより、照射角度の変更が可能である。
The operation of the ion
次に、Y軸駆動モータ5が回転し、その回転力が、ボールネジ25に伝達され、ボールネジ25が回転すると、昇降プレート26及び中空シャフト27が昇降プレートガイドシャフト29にガイドされて昇降し、中空シャフト27に連結されたY軸スライダユニット28がY軸ガイド4にガイドされてY軸方向に昇降する。
Next, the Y-axis drive motor 5 rotates, and the rotational force is transmitted to the
Z軸駆動モータ8が回転すると、Z軸駆動モータ8に連結されたZ軸駆動シャフト18及びスチールベルトプーリ21が回転する(360度以下)。スチールベルトプーリ21が回転すると、スチールベルトプーリ21に巻き付けられたスチールベルト22a・22bにより、スチールベルト22a・22bに連結されたZ軸スライダユニット6がZ軸ガイド7にガイドされてZ軸方向に摺動する。
When the Z-
このような、Z軸スライダユニット6のZ軸方向に沿った摺動と、Y軸スライダユニット28のY軸方向に沿った昇降との協調動作により、照射角度θで基板を吸着したホルダ9は、イオンビーム12が常に同一点P1において基板表面を通過するように、イオンビーム12の進行方向に対して照射角度θだけ傾斜する方向に垂直な方向の軌跡D1に沿って直線運動する。
By such a cooperative operation of sliding along the Z-axis direction of the Z-
ホルダ9は、軌跡D1の上端及び下端にて、ツイストモータ17によって所定角度回転してもよい。また、ホルダ9は、ツイストモータ17によって回転しながら、軌跡D1に沿って直線運動してもよい。このため、基板表面に形成した素子の凹部及び凸部に均一にイオンビームを照射することができる。
The
Y軸駆動モータ5及びZ軸駆動モータ8は、すべて汎用モータによって構成することができ、特殊なモータを使用する必要がないため、イオンビーム照射装置1を安価に構成することができる。
The Y-axis drive motor 5 and the Z-
また、Y軸駆動モータ5及びZ軸駆動モータ8は、真空チャンバ10の外に設けたので、真空環境におけるモータの発熱の問題は生じない。
In addition, since the Y-axis drive motor 5 and the Z-
図7は、イオンビーム照射装置の変形例の構成及び動作を説明するための正面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。 FIG. 7 is a front view for explaining the configuration and operation of a modification of the ion beam irradiation apparatus. The same components as those described above are denoted by the same reference numerals. Therefore, detailed description of these components is omitted.
イオンビーム照射装置1aは、多点ファラデー機構35a・35bを備えている。多点ファラデー機構35aは、同一点P1の前段に配置されており、多点ファラデー機構35bは、同一点P1の後段に配置されている。多点ファラデー機構35aは、多点ファラデー機構35aの前段に配置された図示しないビーム制限シャッターの一辺の外側を通過して入射するイオンビーム12のビーム電流の変化に基づいて、Y軸方向に沿ったビーム電流密度分布を計測する。多点ファラデー機構35bは、多点ファラデー機構35bの前段に配置された図示しないビーム制限シャッターの一辺の外側を通過して入射するイオンビーム12のビーム電流の変化に基づいて、Y軸方向に沿ったビーム電流密度分布を計測する。そして、多点ファラデー機構35a・35bによって計測されたY軸方向に沿ったビーム電流密度分布に基づいて、イオンビーム12は発散ビームであるのか、収束ビームであるのかを検出する。基板の帯電のし易さは、イオン注入条件(レシピ)等から経験則に基づいて決定することができる。
The ion
基板が帯電し易い場合に、濃い濃度のイオンビームを基板上に照射すると、基板表面が帯電して、放電が生じ、基板表面に形成した素子が破壊されて基板表面が損傷してしまうという問題が生じる。 When the substrate is easily charged, irradiating the substrate with a high-density ion beam causes the substrate surface to be charged, causing a discharge, destroying elements formed on the substrate surface, and damaging the substrate surface. Occurs.
この問題を避けるためには、可能な限り薄い濃度のイオンビームによってイオンを注入する必要がある。本実施の形態に係るイオンビーム照射装置は、Z軸摺動機構とY軸摺動機構とが協同してホルダ9をYZ平面において自由自在に移動させることができるので、図7に示すように、多点ファラデー機構35a・35bによってイオンビーム12のY軸方向の発散/収束を検出し、ホルダ9の可動範囲内において、ホルダ9の位置を、ホルダ9の傾きを所定の照射角度θに保ったまま、イオンビーム12の進行方向に沿って移動させ、イオンビーム12が常に同一点P2において基板表面を通過する軌跡D2に沿ってホルダ9を移動させることができる。同一点P1よりもイオンビームが広い同一点P2においてイオンビームを注入することができるので、基板上に電荷が溜まりにくく、基板上の素子が破壊されにくい。その結果、イオン注入の処理能力が向上する。
In order to avoid this problem, it is necessary to implant ions with an ion beam having the lowest possible concentration. In the ion beam irradiation apparatus according to the present embodiment, the Z-axis sliding mechanism and the Y-axis sliding mechanism can cooperate to move the
基板が帯電し難い場合は、即ち、通常にイオンを注入しても問題がないと予測される場合は、濃い濃度のビームにて基板にイオンビームを注入する。この場合は、前述した動作とは逆に、軌跡D2を軌跡D1に変更してホルダ9を移動させれば、濃い濃度のイオンビームを注入することができる。この場合には、イオンビームのY方向の寸法が可能な限り小さい場所において、イオンビームを注入するので、ホルダ9の移動距離を低減することができる。その結果、イオン注入の処理能力を向上させることができる。
When it is difficult to charge the substrate, that is, when it is predicted that there is no problem even if ions are normally implanted, an ion beam is implanted into the substrate with a dense beam. In this case, on the contrary to the above-described operation, if the locus D2 is changed to the locus D1 and the
経験則に基づいて基板の帯電のし易さを決定する場合には、ホルダ9の軌跡を前段方向に動かすか、後段方向に動かすかをオペレータが設定しておく。
When determining the ease of charging of the substrate based on an empirical rule, the operator sets whether the locus of the
前述した特許文献2及び特許文献3に開示された構成では、ホルダ上の基板が帯電しやすい場合、濃い濃度のイオンビームを基板上に照射すると、基板表面が帯電して、放電が生じ、基板表面に形成した素子が損傷するおそれがあるという問題が生じるが、本実施の形態では、Z軸摺動機構とY軸摺動機構とが協同してホルダ9をYZ平面において自由自在に移動させることができるので、ホルダ9の軌跡をYZ平面において自由に変更して、基板に照射するイオンビームの濃度を調整することができ、基板表面に形成した素子の損傷を防止することができる。このように、ホルダ9の位置制御自由度は、大幅に向上する。
In the configurations disclosed in
本実施の形態では、Y軸摺動機構がZ軸摺動機構を支持する例を示したが、本発明はこれに限定されない。逆に、Z軸摺動機構がY軸摺動機構を支持するように構成してもよい。 In the present embodiment, an example in which the Y-axis sliding mechanism supports the Z-axis sliding mechanism has been described, but the present invention is not limited to this. Conversely, the Z-axis sliding mechanism may be configured to support the Y-axis sliding mechanism.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、例えば水平方向に進行するイオンビームを、ホルダの基板保持面に保持された基板に照射する構成のイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に適用することができ、特に基板に照射されるイオンビームの発散角度による注入の不均一性を抑制するイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に適用することができる。 The present invention can be applied to, for example, an ion beam irradiation apparatus and an ion beam irradiation method configured to irradiate a substrate held on a substrate holding surface of a holder with an ion beam traveling in a horizontal direction. The present invention can be applied to an ion beam irradiation apparatus and an ion beam irradiation method that suppress non-uniformity of implantation due to the ion beam divergence angle.
1 イオンビーム照射装置
2 Y軸摺動機構
3 Z軸摺動機構
4 Y軸ガイド
5 Y軸駆動モータ
6 Z軸スライダユニット
7 Z軸ガイド
8 Z軸駆動モータ
9 ホルダ
10 真空チャンバ
11 基板
12 イオンビーム
14 チルトモータ(ホルダ回動機構)
15 減速機(ホルダ回動機構)
16 チルトリンク機構(ホルダ回動リンク機構)
17 ツイストモータ(ホルダ回転機構)
21 スチールベルトプーリ(プーリ)
22a、22b スチールベルト
25 ボールネジ
35a、35b 多点ファラデー機構(ファラデー機構)
DESCRIPTION OF
15 Reducer (holder rotation mechanism)
16 Tilt link mechanism (holder rotation link mechanism)
17 Twist motor (holder rotation mechanism)
21 Steel belt pulley (pulley)
22a,
Claims (14)
前記ホルダを前記Z軸方向に沿って移動させるZ軸摺動機構と、
前記ホルダを前記Y軸方向に沿って昇降させるY軸摺動機構とを備え、
前記Z軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Z軸方向に沿って往復摺動するZ軸スライダユニットと、
前記Z軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドするZ軸ガイドと、
前記Z軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたZ軸駆動モータとを有し、
前記Y軸摺動機構は、前記Z軸ガイドを前記Y軸方向に沿ってガイドするY軸ガイドと、
前記Z軸ガイドを前記Y軸方向に沿って往復運動させるために設けられたY軸駆動モータとを有することを特徴とするイオンビーム照射装置。 An ion beam irradiation apparatus that irradiates a substrate held by a holder provided in a vacuum chamber with an ion beam that travels along a Z-axis direction among X axis, Y axis, and Z axis orthogonal to each other,
A Z-axis sliding mechanism for moving the holder along the Z-axis direction;
A Y-axis sliding mechanism that raises and lowers the holder along the Y-axis direction,
The Z-axis sliding mechanism includes a Z-axis slider unit that is provided with the holder and reciprocates along the Z-axis direction;
A Z-axis guide for guiding the Z-axis slider unit along the Z-axis direction;
A Z-axis drive motor provided for reciprocatingly sliding the Z-axis slider unit;
The Y-axis sliding mechanism includes a Y-axis guide that guides the Z-axis guide along the Y-axis direction;
An ion beam irradiation apparatus comprising: a Y-axis drive motor provided to reciprocate the Z-axis guide along the Y-axis direction.
前記ホルダが設けられたZ軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドしてZ軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Z軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドしてY軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。 An ion beam irradiation method for irradiating a substrate held by a holder provided in a vacuum chamber with an ion beam that travels along a Z-axis direction among X axis, Y axis, and Z axis orthogonal to each other,
While guiding the Z-axis slider unit provided with the holder along the Z-axis direction and sliding it based on the Z-axis drive motor, guiding the Z-axis slider unit along the Y-axis direction An ion beam irradiation method characterized by irradiating the ion beam onto a substrate held by the holder by sliding on an axis drive motor.
前記ホルダを前記Z軸方向に沿って移動させるZ軸摺動機構と、
前記ホルダを前記Y軸方向に沿って昇降させるY軸摺動機構とを備え、
前記Y軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Y軸方向に沿って往復摺動するY軸スライダユニットと、
前記Y軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドするY軸ガイドと、
前記Y軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたY軸駆動モータとを有し、
前記Z軸摺動機構は、前記Y軸ガイドを前記Z軸方向に沿ってガイドするZ軸ガイドと、
前記Y軸ガイドを前記Z軸方向に沿って往復運動させるために設けられたZ軸駆動モータとを有することを特徴とするイオンビーム照射装置。 An ion beam irradiation apparatus that irradiates a substrate held by a holder provided in a vacuum chamber with an ion beam that travels along the Z-axis direction of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis that are orthogonal to each other,
A Z-axis sliding mechanism for moving the holder along the Z-axis direction;
A Y-axis sliding mechanism that raises and lowers the holder along the Y-axis direction,
The Y-axis sliding mechanism includes a Y-axis slider unit that is provided with the holder and slides back and forth along the Y-axis direction;
A Y-axis guide for guiding the Y-axis slider unit along the Y-axis direction;
A Y-axis drive motor provided for reciprocatingly sliding the Y-axis slider unit;
The Z-axis sliding mechanism includes a Z-axis guide that guides the Y-axis guide along the Z-axis direction;
An ion beam irradiation apparatus comprising: a Z-axis drive motor provided to reciprocate the Y-axis guide along the Z-axis direction.
前記ホルダが設けられたY軸スライダユニットを前記Y軸方向に沿ってガイドしてY軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Y軸スライダユニットを前記Z軸方向に沿ってガイドしてZ軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。 An ion beam irradiation method for irradiating a substrate held by a holder provided in a vacuum chamber with an ion beam that travels along a Z-axis direction among X axis, Y axis, and Z axis orthogonal to each other,
While guiding the Y-axis slider unit provided with the holder along the Y-axis direction and sliding it based on the Y-axis drive motor, the Y-axis slider unit is guided along the Z-axis direction and Z An ion beam irradiation method characterized by irradiating the ion beam onto a substrate held by the holder by sliding on an axis drive motor.
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