JP3142285B2 - イオン注入装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、イオン注入装置及び方法に関するものであ
る。一つの特徴として、本発明はターゲット要素をイオ
ン注入用のイオンビームに提示する（向ける）装置と方
法に関するものである。更にターゲット要素にイオンを
注入する全体的な装置と方法に関するものである。別の
特徴として、本発明は改良型ヒートシンクと、特に真空
の物体間の熱接触を提供する装置に関するものである。 全体的に、本発明は、特にイオンをターゲット要素に
注入する、例えば、材料の表面層にある種のイオンを制
御して注入する装置と方法に関するものであるが、これ
に限定されない。この技術は半導体技術において重要
で、集積回路とその他の装置の製造において、特に材料
に化学不純物を注入することで、半導体の伝導率を改良
することに使用される。大型集積回路チップの製造にお
いてイオンを注入する一般的背景技術は、本出願と同じ
発明者によるアメリカ特許第4578589号に記載されてい
る。 イオン注入装置は、一般にイオン源と、イオン源の抽
出スロットからイオンを加速する抽出電極を有する抽出
装置と、必要なイオンの種を選択する分析磁石と、分析
磁石前後の加速ステージと、ビームを走査することで、
または、ターゲットを移動させることで、ビームとター
ゲット間を相対走査移動するターゲット区域とからな
る。 高速イオン注入器において、ビーム走査（即ちビーム
の静電または電磁移動）は、一般にシリコンウェーハま
たはその他のターゲットを均一に注入する上で実行可能
な技術ではない。従って、ビームによるターゲットの機
械的な走査は、一般に好ましい技術である。多くの異な
った走査方法が使用されている。例えば、直線状の機械
的な走査、筒状回転木馬、フェリス（Ferris）のロータ
ー、レーストラックの回転木馬、回転ディスクとして知
られる諸技術である。これらの技術は全て色々な欠点を
持つ。直線状の機械的な走査技術は速度が遅い。筒状回
転木馬とフェリスのローターはコサイン走査に難点があ
る。筒状回転木馬は、注入角の難点がある。直線状の機
械的な走査、フェリスのローター、レーストラックの回
転木馬装置は、全て装置に冷却剤を導入する上での難点
がある。 一般に、いわゆる回転ディスク装置は、大半の半導体
装置の需要に最も適した装置である。回転ディスクは、
高速走査（単純に回転するので、移動に不連続性がな
い）であり、（空洞中央シャフトを通して）冷却剤を導
入し易く、幾何学的な走査エラーがないなどの利点があ
る。 しかし、実際には、走査エラーの問題が生じる。ま
た、イオン注入中に発熱するので、ターゲット要素とタ
ーゲット要素を支持するヒートシンク間にしっかりした
接触が必要である。通常ターゲット要素を回転ディスク
の平面に傾けることにより、ターゲット要素が遠心力の
効果で、傾いたヒートシンク表面に押し付けられて、良
好な接触が得られる。この技術は、通常表面上にエラス
トマー被膜を有するヒートシンクにターゲット要素、す
なわちウェーハを遠心力によって締め付けるものとして
知られている。 さらに考慮すべきなのは、注入角を変化させる能力が
ますます求められていることである。さまざまな注入角
と遠心力締め付けに対する需要があるので、回転ディス
クを使用する多くの装置において、ディスクの回転軸に
対して特定角度で配置されたイオンビームによる走査が
行なわれている。この走査は、ある種の条件下で２度を
超える注入角のエラーの原因になり、ウェーハを横切る
注入中にチャネリングを不均一にする。その結果、装置
が受け入れ難いものとなっている。 半導体技術が進歩して、イオン注入技術に対する需要
が増えてきた。注入角がターゲット全体面で大きさ、方
向において一定であるような、平行走査に対する需要も
大きくなっている。更にさまざまな注入角、より広範囲
の注入角に対する需要も高まっている。注入中に注入角
を変える必要性も場合によっては生じるであろう。単一
のウェーハに対して、多くの注入管がウェーハの異なる
方向、例えば溝側壁に対する注入に必要となる。 アメリカ特許第47330918号（Robinsonら）では、複数
のウェーハ取付用のパドル（paddles）を備えた走査輪
からなる機械的走査システムを有するイオン注入装置が
開示されている。走査輪は中心軸の周りで高速回転する
ように取り付けられ、真空室内に配置される。各取付用
パドルは、輪止め腕を有する各ヒートシンクに配置され
ている。このヒートシンクは、走査輪の回転により発生
する遠心力のもとで回転可能なように枢支され、パドル
の角度とイオンビーム通路に関連したウェーハを選択す
るため調整可能な止めねじが使用されている。各ウェー
ハ取付用パドルの回転運動のための装置が設けられてい
るが、この回転は回転板の主要回転軸と接線方向の軸の
周りで起こる。このため機構が複雑となり、軸方向には
わずかしか運動できない。

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的の一つは、走査エラーを起こさずに選択
自在に注入角を変化させるイオン注入装置を提供するこ
とである。 本発明の別の目的は、近代的な半導体技術におけるイ
オン注入装置において、効率的、迅速、自動的に（好ま
しくは真空状態で）、微粒子を生成させることなく、ロ
ードすることである。 注入中における望ましいターゲットウェーハの方向
は、クリーンさという点で垂直、または垂直に近いと、
一般には考えられている。しかし、ロード（loadin
g）、アンロード（unloading）の間、ターゲットウェー
ハを扱うのは、平行または平行に近い方向の方が簡単で
ある。後者は、ウェーハエッジが接触しないので、より
クリーンであろう。 好ましい実施態様において、イオン注入装置にターゲ
ット要素をロードし、またはアンロードするための機構
を改良することも本発明の別の目的である。 本発明の最後の目的は、熱伝達に関する。注入中、各
ウェーハは、ヒートシンクに設置され、イオン注入によ
って生ずる熱を散逸させる。好ましい実施態様におい
て、ターゲットウェーハ上の変形、応力を避けることの
できる改良型ヒートシンクを提供することは、本発明の
対象となる。この改良型ヒートシンクは、ロード、アン
ロードの間、ウェーハエッジの接触による微粒子の生成
を抑え、相当な角度での注入角の変化に即応できる冷却
装置を有し、回転軸をビーム方向に傾えることにより生
じる走査角のエラーを起こさない。

【課題を解決するための手段】

第一特徴によれば本発明は、ターゲット要素を支持す
る複数の支持ベースを備えた支持ローターを有し、前記
支持ベースは前記支持ローター上に取り付けられ、その
周辺に配置されており、稼動中、イオンビームの中を、
主要回転軸の周りで、この回転軸に垂直な平面にあるタ
ーゲット要素と共に、支持ローターを回転させて、ター
ゲット要素を横切ってイオンビーム走査させる主要回転
手段と、前記主要軸に対して実質的に放射方向になった
横断軸の周りに各支持ベースを前記支持ローター全体に
対して傾けることによりイオン注入の注入角度を調整す
るための角度調節手段と、からなる、ターゲット要素を
イオン注入のためイオンビームに向ける装置であって、
この装置は、支持ベースがローターの主要軸を含む平面
にあるときターゲット要素を支持ベースにロードしたり
及び／又はこれからアンロードしたりするためのロード
及び／又はアンロード機構を有し、前記角度調節手段は
更に、支持ベースが主要軸に対して垂直な平面又はほぼ
そのような平面にある稼働位置と、支持ベースがロータ
ーの主要軸を含む平面又はほぼそのような平面にあるロ
ード又はアンロード位置との間で、前記主要軸に対して
実質的に放射状である前記横断軸の周りに各支持ベース
を回転させるように配置した回転手段を有することを特
徴とする装置を提供する。 本発明は、ターゲット要素にイオンを注入する装置に
特に応用される。本発明のこのような装置は、組み立て
装置として、先の段落、または続く段落に記載するとこ
ろの、イオンビーム生成手段を備えたターゲット提示装
置と、イオンビームを加速、分析、焦点合わせをし、ビ
ームをターゲット要素上に向かわせる手段を有する。 好ましくは、支持ベースの回転横軸は、ローターの回
転軸に放射状であることである。例えば、支持ベースの
回転横軸は、ローターの回転軸に垂直に面に、±７度で
傾いていてもよい。 一つの好ましい特徴では、支持ベースを回転させる別
の回転手段が、ローターの回転軸に垂直な平面に対しベ
ースの角度を微調整し、イオン注入のための注入角度を
調整できるようになっている。更に回転軸に垂直な方向
（直角あいるいはそれに近いことが望ましい）でターゲ
ット要素をゼロ注入角走査でき、注入角エラーを起こさ
ずに注入角を選択できる。 イオン注入中にイオンビームをローターの回転軸に平
行に並べることが望ましいが、幾つかの場合にイオンビ
ームは、広範囲の選択された角度で回転軸に傾くことが
できる。例えば平行走査が問題ではない時には±30゜ま
で傾く。 本発明の別の望ましい特徴では、支持ベースを回転さ
せる別の回転手段は、少なくとも±90゜でベースを回転
させ、ベースが、ローターの回転軸を含む平面にある
か、およそそのような平面にある方向に移動させ、ター
ゲット要素を支持ベースにロードしたり、支持ベースか
らアンロードさせる配置になっている。この特徴は、タ
ーゲット要素を支持ベースにロードしたり、支持ベース
からアンロードする間、支持ベースを水平、またはおよ
そ水平にするのに有利である。 支持ローターの好ましい構造について記述すると、支
持ローターは、中央孔構造と、各々が孔構造から外部に
延長する複数個の支持アームと、支持アーム上に設置さ
れた各支持ベースを備えることが望ましい。各ベース
が、イオン注入中ターゲット要素に対し、ヒートシンク
として形成され、各アームがベース区域に冷却剤を供給
したり、ベース区域から冷却剤を除去する通路を備える
ことが望ましい。ベースが設置されているアームに対
し、ベースを回転させるギアドライブのような手段が望
まれる。 一つの好ましい形として、各ベースとその支持アーム
間の連結部が、伝導率の高い、変形自在の媒体であり、
作動間に媒体が、遠心力により圧縮され、ベースとアー
ム間に自由な熱伝導媒体を提供する。 別の好ましい特徴では、各ベースと支持アーム間の連
結部は、静止時にはアームに対するベースの回転移動を
容易にするが、ローターが回転している間は、遠心力に
より密接な金属接触を提供する構造を備える。 好ましい構造として、各ベースが、ベースの孔に延長
するアームの一部によりアーム上に設置されている。従
って、高伝導率の変形自在の媒体は、真空グリースであ
ってもよい。 一つの特に好ましい配列では、各ベースは、ベースに
ねじを切ったアームによりアーム上に設置され、ねじ切
り連結部に高真空グリースを供給して、アームとベース
間に高い熱接触を与えることが望ましい。この特性によ
り、ローターが、静止、またはゆっくり移動している
間、ベースはアーム周囲を回転し、ベースの角度を調整
するが、イオン注入中ディスクが旋回している間は、遠
心力により、作動中のねじ切り連結部を固定する。これ
により、走査間の望ましくない移動が阻止され、さらに
重要なことは、ベースとアーム間に、望ましいほぼ金属
対金属の熱接触が得られ、ベースに設置されたターゲッ
トからの熱の散逸を助けることである。 この態様を修正したものとして、アームの外端は全く
ねじを切られていないが、支持ベースは、スラストレー
スにより支持アームに取り付けられている。ベースの孔
の支持アームの端部の外表面は、支持ベースの孔の平ら
な内表面と密接な滑り係合をし、熱接触は、自由係合媒
体を確保する遠心力により、表面との接触を推し進める
真空グリーズにより確実なものとなる。 別の望ましい態様では、各ベースが、ベースの孔に延
長するアームの一部によりアーム上に設置され、アーム
は、孔のない位置で、作動中にアームの冷却剤の遠心力
により変形自在壁を外部に拡張させ、アームとベース間
に望ましい熱接触を与える高静水力圧を生成する角度ま
で、変形しうる壁を備える。更にこの特性により、アー
ム上のベースの回転は、アームが静止時に可能となる
が、走査の目的のためにローターを回転している間はベ
ースの回転は阻止される。更に、変形自在壁の拡張によ
り、アームとベース間に望ましい熱接触が形成され、イ
オン注入中に生成された熱を散逸させる。 ターゲット要素のロード、アンロードに関する本発明
の特徴に戻ると、本発明の装置は、ターゲット要素を支
持ベースにロードしたり、支持ベースからアンロードす
るロードおよび／またはアンロード機構を備え、この機
構は、ターゲット要素を支持する移動自在のプラットホ
ームと、ターゲット要素が供給および／または収集手段
により、プラットホームに置かれたり、プラットホーム
から除去されたりする第一位置と、ターゲット要素が、
ローターの支持ベースによりプラットホームに置かれた
り、またはそこから除去されたりする第二位置の間で、
プラットホームを移動させる手段からなる。 プラットホームは、支持ベースが上方に移動し、プラ
ットホームから孔上のプラットホームにあるターゲット
要素を取り去り、又支持ベースが下方に移動し、ターゲ
ット要素をプラットホームに乗せる移動孔を備えること
が望ましい。 供給および／または収集手段が、プラットホームにタ
ーゲット要素のカセットを提示する手段を備えることが
望ましい。プラットホームは、カセットに注入する突起
部を備え、ターゲット要素をカセットから取り去った
り、または、そこに置いたりする。 一つの特徴として、機構は、ターゲット要素を支持
し、要素を支持ベースに移動する前に所定の方向に回転
させる方向づけ手段を備える。この手段のプラットホー
ムは、方向部材が上方に移動し、プラットホームから孔
上のプラットホームにあるターゲット要素を取り去り、
又方向づけ手段が下方に移動し、プラットホームにター
ゲット要素を置く移動孔を有する。 一態様では、装置は、ロード連続移動を実行する駆動
手段を有する。一連の移動は、前記プラットホーム移動
手段が、前記第一位置にプラットホームを移動させ、前
記供給および／または収集手段が、プラットホームにタ
ーゲット要素を乗せ、前記プラットホーム移動手段が、
前記プラットホームを前記第二位置に移動させ、前記方
向部材が上方に移動し、前記ターゲット要素をプラット
ホームから持ち上げ、ターゲット要素を所定の方向に回
転させ、前記プラットホーム移動手段が、下方方向の移
動により前記プラットホーム上の前記プラットホームを
前記第一位置に戻し、前記プラットホーム移動手段が、
前記プラットホームを前記第二位置に戻し、支持ベース
が、ローターの駆動回転による上方移動によりプラット
ホームからターゲット要素を持ち上げることからなる。 別の特徴として、アンロードに対する対応連続移動が
提供される。その目的のために装置は、連続移動を実施
する駆動手段を備える。この連続移動は、前記プラット
ホーム移動手段が、前記プラットホームを前記第二位置
に移動させ、支持ベースが、ローターの駆動回転により
下方方向に移動することで、ターゲット要素をプラット
ホーム上に置き、前記プラットホーム移動手段が、前記
プラットホームを前記第一位置に移動させ、前記方向部
材が、上方に移動し、前記ターゲット要素をプラットホ
ームから持ち上げ、前記プラットホーム移動手段が、前
記プラットホームを前記第二位置に戻し、前記方向部材
が、下方移動により前記プラットホーム上に前記ターゲ
ット要素を置き、前記プラットホーム移動手段が、前記
プラットホームを前記第一位置に移動させ、前記供給お
よび／または収集手段が、ターゲット要素をプラットホ
ームから持ち上げることからなる。 装置の作動の間、支持ローターの回転軸が、水平また
はほぼ水平であることが望ましい。イオン注入中、各支
持ベースの方向が、注入位置に垂直であるが、ロード・
アンロード状態では、各支持ベースの方向が、水平かほ
ぼ水平であることが望ましい。 装置に関して規定された本発明の特徴は、更に本発明
の方法に対しても適用され、この逆も有り得る。 特に、本発明では、イオンビームをターゲット区域に
向けるため、次のようなターゲット要素へのイオン注入
方法が与えられている。すなわち、イオンビームをター
ゲット区域に向けるターゲット要素へのイオン注入法で
あって、支持ローター上に取付けられ、その周りに配置
された支持ベース上に複数のターゲット要素を配置し、
その配置はローターの回転の主要軸と垂直な平面にター
ゲット要素が位置するようなものであり、支持ローター
を主要軸の周りで回転させて、ターゲット要素をターゲ
ット区域を通って移動させてターゲット要素を横切って
イオンビームの高速走査を行うようにし、ビームとター
ゲットとの間の相対運動によって、前記高速走査に垂直
にターゲット要素を横切ってビームの低速走査を行わせ
る方法において、ターゲット要素を支持ベース上に搭載
するステップは、ターゲット要素を、ローターの主要軸
を含む平面又はほぼそのような平面にある支持ベース上
にロードし、そして支持ベースが主要軸に垂直な平面又
はほぼそのような平面になるまで、主要軸に実質的に放
射方向の横断軸の周りを回転させることを特徴とする。 本発明の別の特徴として、イオンビームをターゲット
区域に向けるため、次のようなターゲット要素へのイオ
ン注入方法が与えられている。すなわち、イオン注入の
後に、更に支持ベースがローターの主要軸を含む平面、
又はほぼそのような平面になるまで、支持ベースを横断
軸の周りに回転させ、そしてターゲット要素を支持ベー
スからアンロードする。 熱伝達に関する本発明の特徴に戻ると、各支持ベース
はヒートシンクの作用をはたすことができ、このヒート
シンクは、要素から熱を伝導させる材料の物体と、物体
と要素間に位置し、遠心力に呼応し、要素と物体間の熱
接触を生成、または強化する部品とからなる。 一つの好ましい形態では、前記部品は、前記物体に取
り付けられ、物体から延長する複数個の移動自在の突起
を有し、前記要素と熱接触する材料シートを備える。移
動自在突起は、作動中に遠心力に呼応し、要素に向い物
体からバイアスして移動する。 更に別の本発明の特徴は、遠心力に依存しないヒート
シンクが供給されていることである。このような態様の
本発明は、作動中に要素から熱を伝導する材料の物体か
らなり、要素と物体間の熱接触を生成する部品を特徴と
するヒートシンクが供給される。部品は、物体から外部
に延長し、物体に向かい、また物体から離れる複数個の
移動自在の突起を有し、突起は、物体から離れた偏った
位置にある。例えば、物体と熱接触を生成する材料シー
トが供給され、シートは、物体から離れて外部に傾いた
複数個のフラップを有し、物体に向かって圧縮され、弾
性的に物体から離れて偏った位置にあり、遠心力から独
立している。 しかし、特に好ましい組み合わせでは、要素の回転移
動を含む作動中に作動させる要素用のヒートシンクが供
給される。このヒートシンクは、物体と要素の回転移動
を含む作動中に要素から熱を伝導する材料の物体と、要
素と物体間に熱接触を供給する材料シートを備え、材料
シートは、片側を物体に取り付けられ、物体から外部に
傾いた複数個のフラップを有し、前記要素との間に熱接
触を生成し、フラップは、回転移動の間、物体の回転軸
に対し、遠心力により作動中にシートから外部にフラッ
プを向けるように位置する。 各シートは熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウム
ホイルなどのアルミニウムで製作するのが好ましい。各
シートは本体に対して接着剤またははんだ付けするのが
好ましい。 好ましい構造では、各フラップは、シートの保持部か
ら部分的に離れたシート区域により構成され、シート保
持部から離れて曲がっている。各フラップは、90度以上
の角でシートの保持部から曲がった一部分離シート区域
により構成されることが望ましい。各フラップは、長方
形で、長方形の三側面に沿って、シート保持部から分離
され、長方形の４番目の分離されていない側の保持部か
ら離れて曲がったシート区域で形成されることが最も望
ましい。 実際には、このようなフラップをたくさん作るには、
アルミニウムの平面シートからフラップを打ち抜くと簡
単である。例えば、フラップ1mmの直径で、シートに接
近して置かれる。このようにして、ヒートシンクに締め
付けられたシートと穴のあけられたシートに対して置か
れたターゲット要素間に望ましい熱接触が得られる。 別の構造では、フラップは、コンサーティーナ（六角
形手風琴）型にシートを折ることで形成される。

【実施例】

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。 第１図において、イオン注入装置は、イオン源11とイ
オンビーム13を生成する抽出電極12を備える。分析磁石
（analysing magnet）14は、注入に必要な種（specie
s）を分離し、イオンビームは、ターゲット要素16に向
けられる前に分析後の（post−analysis）加速装置15を
通過する。イオン源、抽出電極、分析磁石は、高圧端子
17内に設置されている。 ターゲット要素16は、厚さ0.75mm、直径200mmの円形
ウェーハーシリコンのような半導体ウェーハーである。
このターゲット要素16は、ターゲット提示装置18により
イオンビームに向けられる複数個のターゲット要素の一
つであり、第2A、2B図で詳細に示される。 ターゲット提示装置18は、中央孔またはハブ20と、こ
のハブ20の周囲に円形に並べられた10個の支持ベース21
からなる支持ローター19を有する。各支持ベース21は、
アルミニウムのような高熱伝導率の筒状ディスク材料で
構成され、イオン注入中ターゲット要素16に対するヒー
トシンクとして作用する。各支持ベース21は、放射状支
持アーム22に設置される。ローター19は、軸23上で回転
するように設置され、シャフト25上に設置されたスピン
モーター24により軸41の周囲を回転する。別の態様で
は、前記10個の直径200mmのヒートシンクの代わりに、
例えば13個の直径150mm、または17個の直径125mm、また
は20個の直径100mmのヒートシンクを使用できる。 冷却剤の通路が、ヒートシンク支持ベース21区域に向
かって又はその区域からアーム22に沿ってハブ20と軸23
を通って設けられ、シャフト25に沿って装置から出る。
この通路については、更に後で説明される。ローター19
は、真空排気されたハウジング26（第2B図参照）内に設
置される。シャフト25と真空排気されたハウジング26間
にシール27が設けられ、シャフト25がその間を移動可能
である。 通常の作動では、ターゲット要素16が、イオンビーム
13に垂直か、後程説明する所定の角度で向けられる。ロ
ーター19は、例えばモーター24により600〜1200回／分
の高速で回転する。これにより各アーム22の軸に垂直な
方向にターゲット要素を横断するイオンビームの走査が
実行される。また、シャフト25はその長さ方向に低速往
復運動（即ち第2A、2B図での上下運動）をさせる。ロー
ター19の回転とシャフト25の往復運動により、各ターゲ
ット16の表面を横断するイオンビームの走査が実行され
る。 第3A,3B図に基づいて、ヒートシンク支持ベース21に
ついて、更に詳しく述べる。各ヒートシンク支持ベース
21が、堅固な筒状ブロック28で構成される。ブロック28
は、ブロック28の直径に沿って並んだねじ切りされた孔
29を有し、ブロック28の外周に引き戻す通風路30で終結
する。支持アーム22は対応するねじ切り端部31を有し、
両者を連結するねじ連結部は、真空グリースで満たさ
れ、潤滑される。これにより、ローター19が静止、また
はゆっくりと動いている時に、支持ベース21は、アーム
22の周囲を回転できる。しかし、ローター19が高速で回
転している間、ヒートシンク21とアーム22の間の熱接触
は良好に保たれる。この回転中、非常に大きい遠心力
（およそ500Gのオーダーに達する）がヒートシンク21に
働く。これにより接触が改善されて、ほぼ金属対金属の
接触に近づく。ねじ部を通じて、非常に良好な接触が得
られる。すなわち、ブロック28上の各ねじの外側と、ア
ーム22上の各ねじの内側および接触面を横切る非常に薄
いグリース層との間で接触がしっかりしたものとなる。
通路34とアーム22に沿って冷却剤33が外部に強制的に送
られ、通路35に沿って戻ることにより冷却が行われる。
通路34と35は、アームに沿って共軸関係にある。ハブ20
内には、対応する冷却剤通路36と37が設けられている。 スリーブ38が第3A,3B図に示されており、アーム22を
取り巻き、アーム22の一部を形成する。このスリーブ38
は外端でヒートシンク21にキー止めされ、内端には、回
転駆動手段40と係合するリングギア39を有する。この駆
動手段40の目的は、ヒートシンク21を支持アーム22の軸
10（第１図参照）の周囲で回転させることである。第一
移動は、ローター19の回転軸に垂直な平面の両側に、例
えば±７゜で微調整される。この調整によりイオンビー
ム13による注入角の調整が可能となる。ドライブ手段40
による第二移動は、ヒートシンク支持ベース21を90゜、
すなわちヒートシンク21の平面がローター19の回転軸41
を含む方向に回転させることからなる。この方向づけの
目的は、後に述べるロードとアンロードに関わる。ハブ
20内で、遠心力駆動装置などで、ヒートシンク21の回転
をさまざまに変化させることが出来る。 ヒートシンク21をアーム22に固定し、良好な熱接触を
提供しつつ、ヒートシンク21を回転させてもよい。（図
示されていないが）この代替態様において、アーム22の
外端31は、ヒートシンク21に対し、その入口のほんの少
しの部分でねじ切られていてもよいし、スラストレース
がハブに接近して設けられていてもよい。これに続け
て、ブロック28内の滑らかな孔と密接して回転係合する
滑らかな筒状表面を設ける。ここでも係合面は、真空グ
リースにより満たされるが、これは必須ではない。アー
ム22の端31の壁は、この場合、通路34とブロック28間の
薄い壁であり、ヒートシンク21が高速で回転している
間、冷却剤33内に生じた流体静圧下で変形できる程度で
ある。内壁31は、高い流体静圧を受けて弾性的に拡張
し、静止時にはゆるやかな滑り回転係合を、高速回転中
には、密接な接触ができるように変形する。 （図示されていないが）別の代替案では、アーム22の
外端31は全くねじ切りされておらず、支持ベース21はス
ラストレースにより支持アーム22に取り付けられてい
る。支持アーム22の端部31の外表面は、支持ベース21の
孔29の平らな内面と密接な滑り係合をし、全ての表面は
堅固であって遠心力に対し変形しない。遠心力により、
真空グリースを強制的に表面と接触させることにより、
熱接触を図ることができる。これにより、自転しながら
公転が可能となる。 第4A,4B,5A,5B図に基づき、ターゲットウェーハーを
ターゲット提示装置のローター19にロードし、またはそ
こからアンロードする装置と方法について述べる。通常
のイオン注入操作では、第1,2B図のローター19は、垂直
またはほぼ垂直に保持され、ヒートシンク21も、ほぼ垂
直に保持される。ローター19とヒートシンク21の垂直の
程度は、特殊な注入の必要性に応じて選択され、様々に
変化する。しかし、ロードとアンロードのためには、ヒ
ートシンク21は90゜にわたって回転される、時計で言え
ば、３時と９時の水平位置である。ターゲットウェーハ
ーは、これらの位置の一方で、または両方でロード、ア
ンロードの状態になる。 第4B図に関して、25個のターゲットウェーハー16がロ
ードロック43に設置されたカセット42に垂直に積み重ね
られる。（ここには示されていないが）特定のカセット
42を割出し垂直移動させ、所定のターゲットウェーハー
16を真空室18内に置かれた水平移動自在のプラットホー
ム44と整列させる手段が設けられている。そこは、真空
室18とロードロック43の間に置かれた郵便受け窓型バル
ブ45の反対側である。プラットホーム44は、第5A,5B図
で詳細に示されているように、薄い平な刃の形態をして
いる。更に第４図では、垂直支持シャフト47と水平部48
を有する台座からなる方向づけ手段46が示されている。 第5A,5B図で示されうように、刃44は、平行側面50間
に空隙49を形成する左手部と、空隙52を形成する狭い突
起部51を有する。台座48は空隙49,52を通過できる。刃4
4は、刃44が右に移動する第一位置（第5A,5B図に実線で
示す）と、刃44が左に移動する第二位置（第5A図に点線
で示す）間を移動できる。刃が右方向の第一位置にある
時には、刃44の突起部51は、カセット42の中に延長し、
台座48は、両側面50の間の空隙49を通り、上下に移動で
きる。刃44が第5A図の左側、第二位置にある時には、刃
の突起部51は、カセットから後退し、両側面50はロータ
ー19のヒートシンク21と重なる。この左側位置で、台座
48は空隙52を通り上下に移動でき、ヒートシンク21は、
両側面50間で刃44の空隙49を通り回転できる。 ウェーハー支持フィンガー53が、刃44の両側面50から
内部に延長する。対応ノッチ54が各ヒートシンク21の中
に設けられていて、ヒートシンク21が支持フィンガー53
に触れずに空隙49を通って回転するのを許容する。 カセットのロードとアンロードの操作について次に述
べる。刃44が郵便受け窓型バルブ45を通り、ロードすべ
きターゲットウェーハ16の下の位置に来る。カセット42
は下方に割り出され、刃44の突起部51にターゲットウェ
ーハ16を乗せる。この時に刃は第一位置にある。 次に、刃44は、郵便受け窓型バルブ45を通り水平に第
二位置に戻り、方向づけ台座46上でターゲットウェーハ
16とともに停止する。台座46が空隙51を通り上方に移動
し、ターゲットウェーハ16を刃44から持ち上げて外す。
次にターゲットウェーハは回転して、方向検知され、必
要な位置に回転する。この間、刃44は、カセット42に延
長する突起部51により第一位置に戻る。カセット42は、
下方に割り出しされて第二の位置に来て、刃44に次のタ
ーゲットウェーハを乗せる。同時に、台座46は下がり、
方向付けられたウェーハを刃44のウェーハ支持フィンガ
ー53に乗せる。 刃44は、第5A図の左側第二位置に窓型バルブを通って
戻される。第一の特定ターゲットウェーハ16は、回転ヒ
ートシンク21と協働してロード位置にある。その間、第
二のターゲットウェーハは、方向づけ台座47上にある。
ローター19は、ゆっくりと回転して割り出され、ヒート
シンク21を空隙49を通って上方に移動させ、ウェーハ16
の刃44から引き上げて外す。同時に方向づけ台座47は、
第二のターゲットウェーハを刃44から持ち上げる。この
サイクルは繰り返され、ウェーハを連続して、方向付け
し、ロードする。 上記のステップを逆に行うことによりウェーハはロー
ドが解除される。ただし、方向付けのステップは除かれ
る。第4B図で単一のロードとアンロードの様子が示され
ているが、必要ならロードとアンロードを二つのステー
ション、すなわちローターの３時と９時の位置で、実行
することもできる。 幾つかのイオン注入方法では、注入の異なる段階でウ
ェーハを再方向付けする必要があるかもしれない。刃44
の上にウェーハを乗せ、ウェーハを台座46により持ち上
げ、再方向付けし、ウェーハをヒートシンク21に戻すこ
とで実行されるが、ウェーハーを真空室18からカセット
43に戻す必要はない。 本発明の最後の特徴である、改善された熱伝達機構に
ついて述べる。ウェーハをヒートシンクに対して遠心力
で締め付ける従来法を使っても、これまでの実施例で述
べられたような本発明の特徴を使用できる。しかし、こ
れまで記載された本発明の機構は、ターゲットウェーハ
がヒートシンクと良好な熱接触状態にあって、ある条件
下で角度エラーの原因となるような遠心力による締め付
けを必要としない場合に特に適している。これを達成す
るための非常に有利な方法が、第6A,6B,7図に記載され
ている。二個の物体、例えば先に記載のヒートシンク21
とターゲットウェーハ16の間に良好な熱接触を与える装
置は、第6A,6B,7図に示されている。アルミニウムシー
ト60から一連のフラップ61が形成されている。各フラッ
プは、四角形の３辺62,63,64を切り取って得られる。フ
ラップ61は、四角形の４番目の辺65によりシート60から
離れずに保持されているので、シート60とフラップ61の
間に蝶番を形成する。切り抜き工程において、フラップ
61は、シートから外部に押され、更に90゜以上回転し、
第6A図に示された折り畳み位置を確保する。フラップ61
を折曲げる最後の工程は、例えば空気ブラストにより実
行される。 一例として、アルミニウムシートの厚さが、0.05mm
で、各四角形のフラップ61は、一辺1mmの正方形であ
る。フラップ間のスペースは、第７図に示すようにフラ
ップの大きさに等しい。 第6A図で、シート60は、接着剤またはろう付けによ
り、ヒートシンク21に取り付けられている。第6B図で
は、同一の配置が示されているが、ヒートシンク21の上
にターゲットウェーハがあり、ここには示されていない
が、クランプによりゆるく締め付けられている。フラッ
プ61の位置は、サンドイッチ状態で静止している時には
破線で示されている。ローター19が高速で回転している
時には、フラップ61にかかる遠心力により、フラップ61
は、第6B図で実線で示された位置に曲げられる。これに
より、フラップ61が、ウェーハ16と密接に接触する複数
個の接触域67が提供され、ウェーハ16とヒートシンク21
間に非常に良好な熱接触が得られる。 フラップの方向は、フラップに及ぼす遠心力がフラッ
プを持ち上げることができるように、選定される。ウェ
ーハとヒートシンクの間隔、ディスクの回転速度、ホイ
ルの厚さは、フラップが曲がり過ぎないように選定され
る。一例として、直径200mmのウェーハで7000以上の接
触或が得られる。 第8A,8B図に、ターゲット要素とヒートシンク支持ベ
ース間に熱接触を与える本発明の別の実施例が示されて
いる。第8A,8B図が、全体に第6A,6B図に対応しており、
それぞれアンロードとロードの状態での装置を示す。装
置は、ここでもアルミニウムシート60からなるが、この
実施例では、ホイルは、コンサーティーナ（六角形手風
琴）の形に折られており、切り抜きフラップがない。第
8A図に示されているアンロード状態では、シート60は、
シートを折ることで、突起61を形成している。シート60
は、ろう付けにより物体66にライン接触点70で取り付け
られる。第8B図に示されるようにロード状態では、突起
61が横に押されて、ターゲットウェーハ16により図示さ
れているフラップを形成する。突起61が第8B図に示され
るように変形されると、突起はフラップとして行動し、
第6B図に関して記述したのと同じ要領で、接触域67にお
いて熱接触が得られる。

【発明の効果】

上記のロード・アンロードの装置及び方法から多くの
長所が生まれる。水平ロードは重力を使用するので、装
置を簡単にでき、好ましい。イオン注入の間、ウェーハ
が垂直位置にあることは、クリーンさの点で好ましい。
これまでの機械では、水平ロードが必要な場合に、走査
ローター全体を水平位置に移動させる必要があった。本
実施例では、ヒートシンクをロードさせるに当たって、
垂直位置から水平位置に単に回転させるだけである。 既知の装置とは異なって、本発明では、ローターを正
確に回転させる必要はなく、回転がゆっくりであれば、
ローターの回転を停止させることなくロードされる。さ
らに、ヒートシンクに最後のウェーハをロードするの
に、ウェーハ処理機構による必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化したイオン注入装置の側面図
である。 第2A,2B図は、それぞれ第１図の本発明を具体化したタ
ーゲット提示装置の側面図と端面図を示す。 第3A,3B図は、それぞれ第2A,2B図のターゲット提示装置
の一部を形成するヒートシンクシンク支持ベースの側面
図と端面図を示す。 第4A,4B図は、それぞれ第2A,2B図の装置の側面図と先端
図を示すが、支持アーム上で90゜回転するヒートシンク
支持ベースを備え、ロード／アンロード位置での支持ベ
ースを提供する。 第5A,5B図は、それぞれターゲット要素を支持ベース上
にロードしたり、アンロードする機構を示す平面図と側
面図である。 第6A,6B図は、それぞれ、ヒートシンクとターゲット要
素間に熱接触を与える装置の実施例の側面図を示し、ロ
ード状態とアンロード状態の装置を示す。 第７図は、第6A,6B図の熱接触装置の平面図である。 第8A,8B図は、それぞれ、ターゲット要素とヒートシン
ク間に熱接触を与えるための別の実施例を示し、それぞ
れロード状態とアンロード状態を示し、全体として第6
A,6B図に対応する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−10642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−54089（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−93043（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−289060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−116746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/317 H01L 21/265

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲット要素（16）を支持する複数の支
   持ベース（21）を備えた支持ローター（19）を有し、 前記支持ベースは前記支持ローター上に取り付けられ、
   その周辺に配置されており、 稼動中、イオンビーム（13）の中を、主要回転軸（41）
   の周りで、この回転軸（41）に垂直な平面にあるターゲ
   ット要素（16）と共に、支持ローター（19）を回転させ
   て、ターゲット要素（16）を横切ってイオンビーム（1
   3）走査させる主要回転手段（24）と、 前記主要軸（41）に対して実質的に放射方向になった横
   断軸（10）の周りに各支持ベース（21）を前記支持ロー
   ター（19）全体に対して傾けることによりイオン注入の
   注入角度を調整するための角度調節手段（40）と、 からなる、ターゲット要素をイオン注入のためイオンビ
   ームに向ける装置であって、 この装置は、支持ベース（21）がローターの主要軸（4
   1）を含む平面にあるときターゲット要素（16）を支持
   ベース（21）にロードしたり及び／又はこれからアンロ
   ードしたりするためのロード及び／又はアンロード機構
   を有し、 前記角度調節手段は更に、支持ベース（21）が主要軸
   （41）に対して垂直な平面又はほぼそのような平面にあ
   る稼働位置と、支持ベース（21）がローター（19）の主
   要軸を含む平面又はほぼそのような平面にあるロード又
   はアンロード位置との間で、前記主要軸（41）に対して
   実質的に放射状である前記横断軸（10）の周りに各支持
   ベース（21）を回転させるように配置した回転手段（4
   0）を有することを特徴とする装置。
2. 【請求項２】前記別の回転手段（40）は支持ベース（2
   1）を少なくとも±90度回転させる請求項１記載の装
   置。
3. 【請求項３】支持ローター（19）は中央コア構造（20）
   と、このコア構造から外側に延びる複数の支持アーム
   （22）を有し、各支持ベース（21）はほぼ支持アーム
   （22）の方向に位置する前記横断軸（10）の周りを回転
   するように回転可能に支持アーム（22）に取付けられ、
   各支持ベース（21）とその支持アーム（22）との間の結
   合部に、熱伝導・変形性の媒体が設けられており、稼動
   中その中間物は遠心力で圧縮され、ベースとアームとの
   間で隙間の無い、熱伝導性の媒体を形成する請求項１又
   は２記載の装置。
4. 【請求項４】前記各支持ベース（21）は支持ベース（2
   1）中の穴（29）の中に延びる前記支持アーム（22）の
   一部により、その支持アームに取り付けられ、前記支持
   ベース（21）と支持アーム（22）との間には中間物があ
   って、休止中、アームに対してベースの回転を容易なら
   しめるが、稼動中、ローターの回転中は、遠心力により
   緊密な金属接触をもたらす請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】各支持ベース（21）は、支持ベース（21）
   の中に支持アームがねじ込みされることによって支持ア
   ーム（22）に取付けられている請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】ターゲット要素（16）を支持ベース（21）
   にロードしたり、又はそこからアンロードするロード及
   び／又はアンロード機構が、 ターゲット要素（16）を支持するための可動プラットフ
   ォーム（44）と、 ターゲット要素（16）が供給及び／又は収集手段（42）
   により搭載及び／又は除去される第１位置と、前記ロー
   ター（19）の前記支持ベース（21）により前記ターゲッ
   ト要素（16）を前記プラットフォーム（44）に持上げ及
   び／又は搭載される第２位置との間でプラットフォーム
   （44）を移動させる手段と からなる請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 【請求項７】前記ターゲット要素（16）を支持し、前記
   支持ベース（21）に送る前に所定の方向に要素を回転さ
   せる方向付け部材（46）を備え、 前記プラットフォーム（44）は、移動空隙を有し、この
   空隙を通って前記方向付け部材が上方に移動され、前記
   空隙上の前記プラットフォームにある前記ターゲット要
   素を前記プラットフォーム（44）から除去し、この空隙
   を通って前記方向付け部材（46）が下方に移動され、前
   記ターゲット要素（16）を前記プラットフォーム（44）
   に搭載させる請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】各支持ベース（21）がヒートシンクとして
   作用し、また支持ベース（21）から外方へ延びる複数の
   可動突起（61）が設けられていて、支持ベース（21）上
   でターゲット要素（16）と熱接触し、稼動中、遠心力に
   応じてベース（21）から離れるように移動する請求項１
   乃至７記載の装置。
9. 【請求項９】支持ベース（21）から外方へ延びる前記可
   動突起（61）は、ターゲット要素（16）と熱接触するよ
   うに支持ベース（21）から外方へ傾斜した複数のフラッ
   プからなっており、主要回転軸（41）の周りで回転中、
   遠心力が前記フラップを支持ベース（21）から外方へ付
   勢するような形でフラップが配置される請求項８記載の
   装置。
10. 【請求項１０】ビーム（13）の第１の前記走査と垂直
    に、ターゲット要素（16）を横切って、別の低速ビーム
    走査を行わせる手段（25）をさらに有する請求項１乃至
    ９記載の装置。
11. 【請求項１１】イオンビーム（13）をターゲット区域に
    向けるターゲット要素へのイオン注入法であって、 支持ローター（19）上に取付けられ、その周りに配置さ
    れた支持ベース（21）上に複数のターゲット要素（16）
    を配置し、その配置はローター（19）の回転の主要軸
    （41）と垂直な平面にターゲット要素が位置するような
    ものであり、 支持ローター（19）を主要軸（41）の周りで回転させ
    て、ターゲット要素（16）をターゲット区域を通って移
    動させてターゲット要素（16）を横切ってイオンビーム
    （13）の高速走査を行うようにし、 ビーム（13）とターゲット（16）との間の相対運動によ
    って、前記高速走査に垂直にターゲット要素（16）を横
    切ってビーム（13）の低速走査を行わせる方法におい
    て、 ターゲット要素（16）を支持ベース（21）上に搭載する
    ステップは、 ターゲット要素を、ローター（19）の主要軸（41）を含
    む平面又はほぼそのような平面にある支持ベース（21）
    上にロードし、そして 支持ベース（21）が主要軸（41）に垂直な平面又はほぼ
    そのような平面になるまで、主要軸（41）に実質的に放
    射方向の横断軸（10）の周りを回転させる、 ことを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】イオン注入の後に、更に 支持ベース（21）がローター（19）の主要軸（41）を含
    む平面、又はほぼそのような平面になるまで、支持ベー
    ス（21）を横断軸（10）の周りに回転させ、そして ターゲット要素を支持ベース（21）からアンロードする ステップを含む請求項11に記載の方法。
13. 【請求項１３】ターゲット要素を配置するステップは前
    記支持ベース（21）を前記横断軸（10）の周りに少なく
    とも±90度回転させることを含む請求項11又は12に記載
    の方法。
14. 【請求項１４】全体の支持ローター（19）に関連して各
    支持ベース（21）の角度位置を調整して、イオン注入の
    ための注入角度の調整を行うことを含み、前記注入角度
    を調整するステップは主要軸（41）に対して実質的に放
    射方向にある前記横断軸（10）の周りに各支持ベース
    （21）を傾斜させることからなる請求項11、12又は13に
    記載の方法。