JP2555059Y2

JP2555059Y2 - イオン注入装置

Info

Publication number: JP2555059Y2
Application number: JP1991063133U
Authority: JP
Inventors: 知史竹内
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2006-08-09
Also published as: JPH0517915U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、イオン照射対象物内に
不純物イオンを注入するイオン注入装置に関し、特にイ
オン照射対象物を保持する保持部材に設けられた保持部
材軸を揺動させることによって保持部材を機械的に走査
するイオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物を
イオン化し、この不純物イオンを磁界を用いた質量分析
法により選択的に取り出し、電界により加速してイオン
照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不
純物を注入するものである。

【０００３】このイオン注入装置の一般的な構成は、図
３に示す通りであり、注入元素をイオン化し、イオンビ
ーム４０として引き出すイオン源部４１と、所定の注入
イオンのみを選別して取り出す質量分離部４２と、イオ
ンビーム４０を輸送する中で必要によりイオンビーム４
０を加速し、ビーム形状を成形、集束する機能を包含す
るビームライン部と４３、イオン照射対象物をセットし
注入処理を行うエンドステーション部４４から成る。

【０００４】イオン注入装置には、図４および図５に示
すように、保持部材軸５６を機械的に駆動することによ
って、イオン照射対象物５５を保持する保持部材５４が
水平方向（図中Ｘ方向）と垂直方向（図中Ｙ方向）との
両方向に走査される、いわゆる一軸のメカニカルスキャ
ン方式のものがある。このイオン注入装置のエンドステ
ーション部４４の構成の一例を、同図に基づいて以下に
説明する。

【０００５】このエンドステーション部４４は、真空中
においてイオン照射対象物５５にイオン注入を行うター
ゲットチャンバ５１と、予備真空排気が行われるエアロ
ック室５２と、ターゲットチャンバ５１とエアロック室
５２との間を仕切るゲートバルブ５３と、真空側（ター
ゲットチャンバ５１、エアロック室５２）に設けられイ
オン照射対象物５５を保持する保持部材５４と、保持部
材５４に設けられて大気側（エアロック室５２の外側）
へと延びる保持部材軸５６と、保持部材軸５６を支持す
ると共に真空シールを行う真空シール軸受部７８と、保
持部材５４を垂直走査駆動する垂直走査駆動機構部８８
と、保持部材５４を水平走査駆動する水平走査駆動機構
部８９とに大別することができる。

【０００６】上記真空シール軸受部７８は、支持ブロッ
ク５９と、軸受ハウジング５８と、ダストシール６０
と、Ｏリング６１・６１と、ベローズ５７とを備えてお
り、上記保持部材軸５６は、ダストシール６０、および
Ｏリング６１・６１にシールされた状態で軸受ハウジン
グ５８に貫装されている。従って、水平走査駆動機構部
８９により保持部材軸５６が長さ方向（水平方向）に駆
動された場合、Ｏリング６１・６１と保持部材軸５６と
は真空シールされた状態で摺動する。

【０００７】また、この軸受ハウジング５８の両端には
軸５８ａ・５８ａ（図５）が突設されており、軸受ハウ
ジング５８は、ベアリング５９ａ・５９ａを有する支持
ブロック５９（一端がエアロック室５２に固定されてい
る）に回動可能に取り付けられている。従って、保持部
材軸５６は、垂直走査駆動機構部８８に駆動されて軸受
ハウジング５８を支点として揺動し、これによって、保
持部材軸５６の先端に設けられた保持部材５４が垂直走
査されるようになっている。

【０００８】そして、軸受ハウジング５８とエアロック
室５２との間は、ベローズ５７により真空シールされて
おり、保持部材軸５６の軸受ハウジング５８を支点とし
た揺動を可能にしている。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、垂直方向の走査に対する真空シールにベ
ローズ５７が用いられているため、比較的小さいスキャ
ン角度θで垂直方向のスキャンが行われる場合はまだし
も、その性質上スキャン角度θが大きくなるとベローズ
５７にかかる負担が増大し、例えばその溶接部に亀裂が
生じる等その寿命に影響するといったような悪条件が顕
在化してくる。即ち、上記従来の構成では、垂直走査の
スキャン角度θに制約があり、垂直走査範囲をあまり大
きくとることができないため、注入面積が小さく、大型
のイオン照射対象物５５には対応できない。

【００１０】また、ベローズ５７が使用されているた
め、その面間寸法分装置の寸法が大きくなってしまう。

【００１１】本考案は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、走査範囲を拡大することができ、且
つ、真空シール部の長期信頼性の向上が図れ、さらに、
装置の小型化をも実現できるイオン注入装置を提供する
とことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本考案のイオン注入装置
の軸受け機構は、上記の課題を解決するために、真空排
気された真空室内に設けられてイオン照射対象物を保持
する保持部材と、上記保持部材が軸先端に設けられ、真
空室壁に形成された貫通孔を貫通して真空室外へと延び
る保持部材軸と、上記貫通孔に設けられて真空シールを
行うと共に保持部材軸を支持する真空シール軸受部とを
備えているイオン注入装置において、以下の手段を講じ
ている。

【００１３】即ち、上記真空シール軸受部は、上記保持
部材軸が貫装された略球面形状の転動部材と、上記転動
部材を転動可能に保持する転動保持部材と、上記転動部
材と転動保持部材との間の真空シールを行う真空シール
手段とを有しており、上記イオン注入装置は、さらに、
上記真空シール軸受部を支点として保持部材軸を揺動さ
せる揺動手段と、上記保持部材軸の回転を防止する回転
防止部材とを備えている。

【００１４】

【作用】上記の構成によれば、保持部材軸は真空シール
軸受部に支持されており、揺動手段により、真空シール
軸受部を支点として揺動することにより、その先端に設
けられたイオン照射対象物を保持する保持部材が、真空
排気された真空室内で所定方向に走査される。また、上
記真空シール軸受部は、真空室壁に形成された貫通孔に
設けられて真空シールを行う。

【００１５】ここで、上記真空シール軸受部は、転動部
材と転動保持部材と真空シール手段とを有している。上
記転動部材は略球面形状をしており、これには上記保持
部材軸が貫装されている。この転動部材は転動保持部材
によって転動可能に保持されており、上記転動部材と転
動保持部材との間は真空シール手段によって真空シール
されている。

【００１６】このように、真空シール軸受部は球面シー
ル構造となっており、真空シール軸受部を支点とした保
持部材軸の揺動範囲、即ち走査範囲を大きくしたからと
いって真空シール軸受部が容易に破損することはなく、
真空シール軸受部の耐久性（寿命）は走査範囲に依存さ
れない。従って、走査範囲を決定する際、真空シール軸
受部による制約は殆どなく、任意に走査角度を設定でき
る。

【００１７】また、従来使用されていたベローズの面間
寸法が不要となるので、その分装置の寸法を短くするこ
とができ、装置の小型化が図れる。

【００１８】加えて、保持部材軸が直動あるいは揺動す
る場合であっても、回転防止部材は、保持部材軸が軸を
中心にして回転するのを防止する。これにより、イオン
ビームは、イオン照射対象物の照射面に平行で、かつ、
互いに異なる２方向に走査する際、照射面に対して常に
一定の角度で照射される。この結果、イオン照射対象物
の照射面全体に渡って、より均一にイオン注入できる。

【００１９】

【実施例】本考案の一実施例について図１ないし図３に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２０】本実施例に係るイオン注入装置は、図３に
示すように、注入元素をイオン化し、イオンビーム１２
として引き出すイオン源部４１と、所定の注入イオンの
みを選別して取り出す質量分離部４２と、イオンビーム
１２を輸送する中で必要により加速管４５でイオンビー
ム４０を加速し、ビーム形状を成形、集束する機能を包
含するビームライン部４３と、イオン照射対象物として
の試料５をセットし注入処理を行うエンドステーション
部４４とを備えている。また、イオン注入装置は、各構
成部において真空排気を行う図示しない複数の真空ポン
プを備えている。

【００２１】上記エンドステーション部４４は、真空中
において試料５にイオン注入を行うターゲットチャンバ
（真空室）１と、予備真空排気が行われるエアロック室
（真空室）２と、ターゲットチャンバ１とエアロック室
２との間を仕切るゲートバルブ３と、真空側（ターゲッ
トチャンバ１、エアロック室２）に設けられて試料５を
保持する保持部材４と、保持部材４が軸先端に設けられ
て大気側（エアロック室２の外側）へと延びる保持部材
軸６と、保持部材軸６を支持すると共に真空シールを行
う真空シール軸受部９と、保持部材４を垂直走査駆動す
る垂直走査駆動機構部（揺動手段）３８と、保持部材４
を水平走査駆動する水平走査駆動機構部３９とに大別す
ることができる。

【００２２】本イオン注入装置は、垂直走査駆動機構部
３８および水平走査駆動機構部３９により、上記保持部
材軸６を機械的に駆動することによって、試料５を保持
する保持部材４が水平方向（図中Ｘ方向）と垂直方向
（図中Ｙ方向）との両方向に走査される、いわゆる一軸
のメカニカルスキャン方式のものである。

【００２３】上記保持部材軸６は、球心を通る貫通軸孔
を有する略球面形状のボール軸受（転動部材）７を貫装
している。このボール軸受７の貫通軸孔には、ダストシ
ール１０、および２本のＯリング１１・１１が環装され
ている。これにより、Ｏリング１１・１１と保持部材軸
６との間が真空シールされ、保持部材軸６の軸方向（水
平方向）の移動に対する軸シールが図られている。

【００２４】上記エアロック室２の壁（真空室壁）には
保持部材軸６を通す貫通孔２ａが形成されている。そし
て、上記ボール軸受７は、エアロック室２の貫通孔２ａ
の外側に設けられた第１ボールハウジング８ａおよび第
２ボールハウジング８ｂから成るボールハウジング（転
動保持部材）８により、転動可能に保持されている。即
ち、保持部材軸６は、真空シール軸受部９を支点として
揺動可能である。

【００２５】上記ボールハウジング８のボール軸受７を
保持している面には、真空シール手段としての２本のＯ
リング１２・１２が環装されている。これにより、Ｏリ
ング１２・１２とボール軸受７表面との間が真空シール
され、保持部材軸６の揺動に対する真空シールが図られ
る。このように、真空シール軸受部９において、水平ス
キャン方向と垂直スキャン方向との両方向の真空シール
が施される。

【００２６】垂直走査駆動機構部３８は、エアロック室
２の外面に固着された支持台１４と、支持台１４にピン
１５によって回動可能に支持された垂直スキャンモータ
１３と、垂直スキャンモータ１３に駆動されて回転する
ボールネジ１７と、ボールネジ１７と螺合されたナット
ピン１６を有する可動板１８とを備えており、可動板１
８は保持部材軸６と係合しているプレート３１に取り付
けられている。

【００２７】即ち、垂直スキャンモータ１３に駆動され
て可動板１８が揺動し、保持部材軸６は、真空シール軸
受部９を支点として垂直方向に揺動され、保持部材軸６
の先端に設けられた保持部材４が垂直走査されるように
なっている。

【００２８】また、可動板１８はエアロック室２へと延
びており、図２に示すように、その先端部にはシャフト
３７・３７が設けられている。そして、エアロック室２
の外面の両端にはベアリング３６ａ・３６ａを有する支
持部材３６が突設されており、可動板１８に設けられた
シャフト３７・３７が、この支持部材３６に回動可能に
取り付けられている。

【００２９】上記プレート３１には、保持部材軸６の長
さ方向に平行なガイドレール３５が設けられている。ま
た、プレート３１の端部には、プレート３０が垂設され
ており、このプレート３０にはさらに取り付けブロック
２９が設けられている。そして、この取り付けブロック
２９には水平スキャンモータ２７が取り付けられてお
り、この水平スキャンモータ２７の回転軸には、プーリ
２６が固着されている。

【００３０】また、プレート３０には、ボールネジ１９
の一端を回動可能に支持する支持部３０ａが形成されて
いる。この支持部３０ａには、ベアリング３４が取り付
けられている。また、可動板１８にも、ボールネジ１９
の一端を回動可能に支持する支持部１８ａが形成されて
おり、この支持部１８ａには、ベアリング３２が取り付
けられている。即ち、ボールネジ１９は、上記の支持部
３１ａと支持部１８ａとに支持されて回動するようにな
っている。

【００３１】上記ボールネジ１９の端部にはプーリ２５
が固着されている。そして、プーリ２６とプーリ２５と
の間には、タイミングベルト２８が架設されている。即
ち、水平スキャンモータ２７が運転されれば、プーリ２
６、タイミングベルト２８、およびプーリ２５を介して
ボールネジ１９が転動するようになっている。

【００３２】上記保持部材軸６の端部には操作ハンドル
２３が設けられると共に、スライド台２１が固定用ナッ
ト２２により固定されている。このスライド台２１に
は、上記ボールネジ１９と螺合されたボールネジナット
２０が固着されており、その先端にはガイドレール３５
に案内されてスライドするスライド部２１ａが設けられ
ている。なお、上記スライド台２１と固定用ナット２２
とが実用新案登録請求の範囲に記載の回転防止部材に対
応しており、保持部材軸６が長さ方向に移動する際であ
っても、保持部材軸６が軸を中心にして回転しないよう
に支持している。

【００３３】上記の水平スキャンモータ２７、プーリ２
５・２６、タイミングベルト２８、ボールネジ１９、ボ
ールネジナット２０、ガイドレール３５、スライド台２
１によって水平走査駆動機構部３９が構成されており、
水平スキャンモータ２７に駆動されるボールネジ１９の
回動に伴って、保持部材軸６がガイドレール３５に案内
されてその長さ方向、即ち水平方向に移動し、水平方向
のスキャンが行われるようになっている。

【００３４】また、エアロック室２には、蓋３３が設け
られており、試料５の着脱はこのエアロック室２で行わ
れる。尚、ターゲットチャンバ１とエアロック室２との
間にゲートバルブ３が設けられているため、試料５の着
脱はビーム発生中においても行うことができるようにな
っている。

【００３５】上記の構成において、イオン注入装置のイ
オン注入動作を以下に説明する。

【００３６】図３に示すように、イオン源部４１によっ
て引き出され、質量分離部４２で所定イオンのみが選別
された後、ビームライン部４３の加速管４５で加速され
たイオンビーム４０は、エンドステーション部４４にお
ける図１および図２に示すターゲットチャンバ１に導か
れる。尚、各構成部の内部は真空ポンプにより真空排気
されている。

【００３７】一方、エアロック室２において試料５が保
持部材４に装着され、この後、エアロック室２の真空排
気が行われる。

【００３８】そして、真空排気が完了した時点で、注入
指令によりエアロック室２とターゲットチャンバ１との
間のゲートバルブ３が開き、保持部材４は水平走査駆動
機構部３９に駆動されてゲートバルブ３を通過してター
ゲットチャンバ１まで送られる。

【００３９】この後、保持部材４は垂直走査駆動機構部
３８に駆動されて垂直走査範囲の上限であるθ_maxの位
置まで移動され、この位置で、水平走査駆動機構部３９
に駆動されて水平方向のスキャン（１往復）が行われ
る。

【００４０】さらに、保持部材４は垂直走査駆動機構部
３８に駆動されて１ステップずつ下方に移動され、その
度に水平走査駆動機構部３９に駆動されて水平方向のス
キャン（１往復）が行われる。尚、スキャン速度は、垂
直スキャンモータ１３および水平スキャンモータ２７の
駆動を制御する図示しない注入コントローラにより制御
されている。

【００４１】また、保持部材軸６は、スライド台２１に
固定されているので、保持部材４は、保持部材軸６を中
心にして回転しない。したがって、水平方向および垂直
方向にスキャンする間も、イオンビームは、試料５の表
面に対して一定の角度で照射される。

【００４２】そして、保持部材４が垂直走査範囲の下限
であるθ_minの位置までくれば、垂直走査駆動機構部３
８に駆動されて保持部材軸６が水平に戻され、このとき
ゲートバルブ３が開いて保持部材４は水平走査駆動機構
部３９に駆動されてエアロック室２に収納される。

【００４３】この後、ゲートバルブ３が閉じられた後、
エアロック室２は大気圧まで戻され、イオン注入済の試
料５の取り外しが行われれる。

【００４４】上記のように、本実施例においては、略球
面形状のボール軸受７により保持部材軸６が支持され、
このボール軸受７がボールハウジング８により転動可能
に保持されると共に、ボール軸受７と保持部材軸６との
間はＯリング１１・１１により、ボール軸受７とボール
ハウジング８との間はＯリング１２・１２により真空シ
ールされる構造がとられている。

【００４５】従来のイオン注入装置では、真空シール軸
受部にベローズが用いられていたため、その耐久性（寿
命）がスキャン角度θに依存されていたが、本実施例の
真空シール軸受部９は、上記のような球面Ｏリングシー
ルの構造上、その耐久性がスキャン角度θに依存される
ことはない。このため、本実施例では、真空シール軸受
部９によるスキャン角度θの制約は殆どなく、大きなス
キャン角度θで垂直走査することが可能である。即ち、
本実施例のイオン注入装置は、従来に比べて垂直走査範
囲を大きくとることができるため、注入面積を大きくす
ることができ、大型の試料５にも対応できる。

【００４６】また、本実施例の真空シール軸受部９は、
上記のような球面Ｏリングシールの構造上、スキャン角
度θを大きくしても長期間の使用に充分耐え得るもので
あり、真空シール部の長期信頼性の向上が図られる。

【００４７】さらに、本実施例では、従来用いられてい
るベローズの面間寸法が不要となるので、その分装置の
寸法を短くすることができ、装置の小型化が図られる。

【００４８】

【考案の効果】本考案のイオン注入装置は、以上のよう
に、真空シール軸受部は、上記保持部材軸が貫装された
略球面形状の転動部材と、上記転動部材を転動可能に保
持する転動保持部材と、上記転動部材と転動保持部材と
の間の真空シールを行う真空シール手段とを有している
構成である。

【００４９】それゆえ、真空シール軸受部を支点とした
保持部材軸の揺動範囲、即ち走査範囲に制約がなく走査
範囲の拡大を図れる。また、真空シール軸受部が球面シ
ール構造であるため、その耐久性は走査範囲に依存され
ず、長期間の使用に充分耐え得るものであり、真空シー
ル部の長期信頼性の向上が実現できる。さらに、従来用
いられていたベローズの面間寸法が不要となるので、そ
の分装置の寸法を短くすることができ、装置の小型化を
図ることができるという効果を奏する。

【００５０】加えて、回転防止部材が、保持部材軸の回
転を防止するので、イオンビームは、イオン照射対象物
の照射面に対して常に一定の角度で照射される。この結
果、イオン照射対象物の照射面全体に渡って、より均一
にイオン注入できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すものであり、イオン注
入装置のエンドステーション部を示す概略の縦断面図で
ある。

【図２】上記エンドステーション部を示す概略の横断面
図である。

【図３】イオン注入装置の概略構成図である。

【図４】従来例を示すものであり、イオン注入装置のエ
ンドステーション部を示す概略の縦断面図である。

【図５】上記エンドステーション部を示す概略の横断面
図である。

【符号の説明】

１ターゲットチャンバ（真空室）２エアロック室（真空室）４保持部材５試料（イオン照射対象物）６保持部材軸７ボール軸受（転動部材）８ボールハウジング（転動保持部材）８ａ第１ボールハウジング８ｂ第２ボールハウジング９真空シール軸受部１１Ｏリング１２Ｏリング（真空シール手段）２１スライド台（回転防止部材）２２固定用ナット（回転防止部材）３８垂直走査駆動機構部（揺動手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｄ

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】真空排気された真空室内に設けられてイオ
ン照射対象物を保持する保持部材と、上記保持部材が軸
先端に設けられ、真空室壁に形成された貫通孔を貫通し
て真空室外へと延びる保持部材軸と、上記貫通孔に設け
られて真空シールを行うと共に保持部材軸を支持する真
空シール軸受部とを備えているイオン注入装置におい
て、上記真空シール軸受部は、上記保持部材軸が貫装された
略球面形状の転動部材と、上記転動部材を転動可能に保
持する転動保持部材と、上記転動部材と転動保持部材と
の間の真空シールを行う真空シール手段とを有してお
り、上記イオン注入装置は、さらに、上記真空シール軸受部
を支点として保持部材軸を揺動させる揺動手段と、上記保持部材軸の回転を防止する回転防止部材とを備え
ていることを特徴とするイオン注入装置。