JP3382885B2 - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents

イオン注入装置及びイオン注入方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術】本発明は、半導体装置の製造工程
で半導体ウエハ等に不純物をドーピングするために使用
されるイオン注入装置及びイオン注入方法の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のバッチ処理方式のイオン注入装置
は、イオンビームの飛来方向を向いた円盤状回転体上に
ウエハを配置し、その表面をイオンビーム飛来方向へ向
けて配列する方式を採用している。例えば、実開昭63
−19758号公報には、バッチ処理方式のイオン注入
装置であって、ウエハの着脱を考慮してウエハの装着面
の一部がほぼ水平になる構造のものが開示されている。
しかし、ここに開示されたイオン注入装置は、ウエハに
イオンビームを照射する面は、固定であり変更する事が
出来ない。
【0003】また、例えば特開昭62−88249号
には、バッチ処理方式のイオン注入装置であって、イ
オンビームとウエハとの角度を変更できるイオン注入装
置が開示されている。しかし、ここに開示されたイオン
注入装置は、ウエハに対するイオンビームの為す角度を
変更する事ができるが、半導体ウエハの保持角度を所望
の角度に設定された保持ディスクに変更するか、個々に
駆動機構を設け変更しなければならなかった。更に、例
えば特開平2−10642号公報には、バッチ処理方式
のイオン注入装置であって、イオンビームとウエハとの
角度を変更できるイオン注入装置が開示されている。し
かし、ここに開示されているイオン注入装置は、回転す
るディスクベースの周囲にウエハ保持部が配設されてお
り、ウエハ保持部がディスクベースの回転軸線と垂直な
軸の回りにしか回転できなかった。したがって、本願発
明のようにウエハ保持部の回転軸線廻りにウエハを回転
させたり、軸線と平行な軸線廻りに回転させる事ができ
ない。
【0004】例えば特公平6−105697号公報
は、バッチ処理方式のイオン注入方法であって、イオン
ビームの角度を変更できるイオン注入装置が開示されて
いる。しかし、ここに開示された方法は、ウエハをメカ
ニカルスキャンする際に、その変化方向にイオンビーム
をスキャンする方法である。したがって、本願発明のイ
オン注入装置ではイオンビーム自体をスキャンさせる事
がなく、上記公報に開示された半導体装置の製造方法と
異なるものである。特開平10−283973号公報
は、メカニカルスキャン方式のイオン注入装置であっ
て、ウエハ毎にイオンビーム照射する枚葉式のイオン注
入装置が開示されている。しかし、ここに開示されたイ
オン注入装置は、ウエハをXY方向にスキャンするもの
で、入射角度を変更するものではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のバッチ処理方式のイオン注入装置では、イオンビーム
の入射方向に対して直交する水平方向軸をα軸とし、こ
の軸に対する回転角度をα角度とし、イオンビームの入
射方向に対して直交する鉛直方向軸をβ軸とし、この軸
に対する回転角度をβ角度とすると、α角度,β角度の
任意の変更は円盤状回転体ごと動作する必要が有り、
その構造上及び装置寸法上の制約から、非常に限られた
範囲でしか動作できない。また、回転注入はその構造上
不可能である。その為、半導体素子への不純物ドーピン
グが、ウエハ上に構成された回路中の限られた場所にし
か行う事が出来ない。また、円盤状回転体にウエハを配
列する為に、ウエハの立て替え機構が必要である他、ウ
エハ直径の増大に伴い、非常に大きな回転体が必要とな
る為、装置寸法が巨大化し、その設置場所の確保に多大
なコストを必要としていた。
【0006】そこで、本発明の主な目的は、バッチ処理
方式のイオン注入装置に大きな自由度を持った角度注入
機構と回転注入機構を備え、あらゆるプロセスニーズに
対応可能にする事である。また、本発明により、従来装
置と同等以上の処理能力を持ちつつ装置寸法の縮小化を
可能とするものである。
【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、基本的に以下に記載されたような構成を採用
するものである。即ち、本発明に係わるイオン注入装置
の第1態様は、柱状回転体の外周上に配置された複数の
被処理物保持機構を前記柱状回転体の回転軸を中心とし
て回転させながら、イオンビーム自体をスキャンさせる
ことなく、前記被処理物保持機構に保持された被処理物
にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、前
記被処理物保持機構に前記回転軸と平行な方向に設けた
第1の軸と前記回転軸と直交する方向に設けた第2の軸
とを設け、前記第1の軸及び第2の軸を中心として前記
被処理物保持機構に保持された前記被処理物を予め決め
た角度回動させるように制御するための制御機構と、前
記柱状回転体を回転させつつ前記柱状回転体の回転軸
向に往復移動させる駆動機構とを備えたことを特徴とす
るものであり、叉、第2態様は、前記被処理物保持機構
は、前記被処理物をイオンビームの軸線まわりに回転さ
せる回転機構を備えたことを特徴とするものであり、
叉、第3態様は、前記駆動機構は、ボールスクリューと
モーターを備えたことを特徴とするものであり、叉、第
態様は、前記柱状回転体は、真空チャンバー内に配設
されたことを特徴とするものであり、叉、第態様は、
前記柱状回転体は、前記被処理物保持機構を複数段設け
たことを特徴とするものである。又、本発明に係わるイ
オン注入方法の態様は、柱状回転体の外周上に配置され
た複数の被処理物保持機構を前記柱状回転体の回転軸を
中心として回転させながら、イオンビーム自体をスキャ
ンさせることなく、前記被処理物保持機構に保持された
被処理物にイオンビームを照射するイオン注入装置で
って、前記被処理物保持機構に前記回転軸と平行な方向
に設けた第1の軸と前記回転軸と直交する方向に設けた
第2の軸とを設けたイオン注入装置のイオン注入方法に
おいて、前記被処理物保持機構に設けた前記第1の軸及
び第2の軸を中心として、前記被処理物保持機構に保持
された前記被処理物を回動し、前記被処理物を予め決め
た角度回動させる第1の工程と、 前記柱状回転体を回転
させつつ前記柱状回転体の回転軸方向に往復移動させな
がら、前記イオンビームを前記被処理物に注入する第2
の工程と、を含むことを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明のイオン注入装置は、上記
した様な従来技術に於ける問題点を解決する為、柱状回
転体の外周上に配置された複数の被処理物保持機構をそ
の回転体の回転軸を中心として回転させながら被処理物
にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、前
記柱状回転体を回転させつつ水平または垂直方向に往復
移動させる駆動機構と、前記被処理物保持機構に保持さ
れた被処理物をイオンビームの入射方向に対して一定に
保持するリンク機構を備えたので、あらゆるプロセスニ
ーズに対応する事が出来る。
【0009】
【実施例】以下に、本発明に係るイオン注入装置の一具
体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。即
ち、図1は、本発明の一実施の形態であるイオン注入装
置を示す側面図、図2は、同イオン注入装置の平面図で
ある。ここで、イオン注入装置10は、柱状回転体11
の外周上に配置された複数の被処理物保持機構12をそ
の回転体11の回転中心軸13を中心として回転させな
がら被処理物14(ウエハ)にイオンビーム15を照射
するイオン注入装置であって、前記柱状回転体11を回
転させつつ水平または垂直方向に往復移動させる駆動機
構と、前記被処理物保持機構12に保持された被処理物
14をイオンビーム15の入射方向に対して一定に保持
する制御機構例えば、リンク機構を備えている。
【0010】被処理物である例えばウエハ14は被処理
物保持機構であるウエハホルダー12上に保持される。
ウエハホルダー12は、ウエハ14の表面をイオンビー
ム15の入射方向に対して直交する水平方向軸18(以
下α軸と称する)と鉛直方向軸19(以下β軸と称す
る)を中心として任意の角度に設定する機構を備える。
つまり、被処理物保持機構12は、回転軸13に平行な
α軸18と、回転軸13に直交配置されたβ軸19を有
しており、夫々の軸線廻りに回転する。
【0011】複数のウエハホルダー12は柱状回転体1
1の円周側面上に配列されており、各ウエハホルダー1
2にはα軸18に対する角度可変用シャフト20(以下
α角度制御シャフト)とβ軸19に対する角度可変用の
シャフト21(以下β角度制御用シャフト)がそれぞれ
α角度制御盤22とβ角度制御盤23にリンク機構を用
いて接続されている。
【0012】α角度制御盤22及び、β角度制御盤23
がモーター24,モーター25により回転する事で、被
処理物保持機構12がα軸18、β軸19廻りに夫々別
個に回動し、ウエハ14に対するイオンビーム入射角を
制御する。また、ウエハホルダー12は回転用シャフト
26によりモーター27と接続されており、ウエハ14
をウエハ14の円周方向に回転させる機能も有してい
る。
【0013】図3は、本発明のイオン注入装置を示す説
明図である。柱状回転体11は内部が高真空に保たれた
回転体用チャンバー28内に配設されており、柱状回転
体11上のウエハ14表面がイオンビーム15の飛来方
向に向くように設置されている。また、柱状回転体11
は、回転体の回転中心軸13を中心としてモーター29
により高速回転する。さらに、柱状回転体11はボール
スクリュー30とモーター31により、水平方向に往復
運動を繰り返す。これらの柱状回転体11の動作によ
り、ウエハ14の表面全体にイオンビーム15を照射す
る事が出来る。
【0014】図4は、α軸18に対する回転角度(以下
α角度と称する)の制御例を示す。ウエハホルダー12
とα角度制御盤22は、α角度制御用シャフト20とリ
ンク接続されている。α角度を0度に設定する時は、α
角度制御盤22上のα角度制御用シャフト回転中心軸3
2(以下α角シャフト中心軸と称する)を、図4中で0
度の位置33に設定し、α角度制御盤22を静止した状
態で回転体11のみを回転させる。この動作によりウエ
ハ14は移動中でもウエハ14へのイオンビーム15の
照射中のα角度を常に0度に保つ事が出来る。
【0015】α角度を任意の角度θに変更する場合は、
α角度制御盤22をウエハ14表面が任意の角度θにな
るまで図中で反時計廻りに回転させる。α角シャフト中
心軸32から回転体の回転中心軸13までの距離を、ウ
エハ14の直径の2分の1にする事で、α角度は0度か
ら約90度までの範囲で変更する事が出来る。
【0016】図5は、β軸19に対する回転角度35
(以下β角度と称する)制御例及び、ウエハ回転機構
36を示したものである。ウエハホルダー12とβ角度
制御盤23は、β角度制御用シャフト21とリンク接続
されている。β角度を0度に設定する時は、β角度制御
盤23上のβ角度制御用シャフト回転中心軸37(以下
β角シャフト中心軸と称する)を、図5中で0度の位置
38に設定する。この状態で、β角度制御盤23を回転
体11と一緒に回転させる事で、ウエハ14のイオンビ
ーム15の照射中のβ角度35を常に0度に保つ事が出
来る。
【0017】β角度35を任意の角度η39度まで変更
する際は、β角度制御盤23をウエハ14表面が任意の
角度η39になるまで回転させる。β角シャフト中心軸
37から回転体の回転中心軸13までの距離を、ウエハ
14の直径の2分の1にする事で、角度η39は0度か
ら約90度の範囲で変更する事が出来る。ウエハホルダ
ー12はウエハ回転駆動用シャフト26と自在継ぎ手4
1により接続される。ウエハ回転駆動用シャフト26
は、傘歯歯車42を介してモーター軸と接続されてお
り、低速で等速回転するモーター27によって回転す
る。これらにより、ウエハ14はその円周方向に等速回
転する事が出来る。
【0018】図6は、本発明の他の実施例を示す平面図
である。本実施例において、被処理物保持機構12は、
2列になって柱状回転体11の外周上に配設されてい
る。また、第一の実施例と同様に柱状回転体11は内部
が高真空に保たれた回転体用チャンバー28内に配設さ
れている。更に、柱状回転体11上のウエハ14表面が
イオンビーム15の飛来方向に向くように被処理物保持
機構12は、水平方向軸18及び鉛直方向軸19の回り
に回動可能である。
【0019】柱状回転体11は、回転体の回転中心軸1
3を中心としてモーター29により高速回転する。ま
た、柱状回転体11はボールスクリュー30とモーター
31により、水平往復運動(矢印A方向)を繰り返す。
これらの柱状回転体11の動作により、本実施例では、
2倍の半導体ウエハ14をバッチ処理する事が出来る。
【0020】尚、本発明は以上の実施例に限ることなく
本発明の技術思想に基づいて種々の設計変更が可能であ
る。
【0021】
【発明の効果】本発明は、上記した様な技術構成を採用
しているので、被処理物保持機構が角度注入及び回転注
入の自由度を大きくする事が出来る。また、本発明のイ
オン注入装置によれば、ウエハ搬送機構及びメカニカル
スキャン機能を小型化出来る事である。それらの理由
は、本発明のα,β角度制御方法により、従来のバッチ
処理方式のイオン注入装置で必要であった、回転体自体
をα,β軸中心として動作させる為の駆動機構が必要で
ないからである。
【0022】また、回転体上にウエハを配列する方式に
より、ウエハはキャリアから回転体へ水平移載が可能と
なる。その為、従来機でのウエハ移載に必要であったウ
エハを水平から垂直に立て替える機構も不要となる。こ
れらの機構部品の設置面積を必要としない事で、装置寸
法の大幅な低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施の形態であるイオン注
入装置を示す側面図である。
【図2】図2は、同イオン注入装置の平面図である。
【図3】図3は、本発明のイオン注入装置を示す説明図
である。
【図4】図4は、本発明の入射角補正機能及び回転角度
制御を示す側面図である。
【図5】図5は、本発明の回転角度制御及びウエハ回転
機構を示す平面図である。
【図6】図6は、本発明の他の実施例を示す平面図であ
る。
【符号の説明】
10 イオン注入装置 11 柱状回転体 12 被処理物保持機構(ウエハホルダー) 13 回転中心軸 14 被処理物(ウエハ) 15 イオンビー 8 水平方向軸(α軸) 19 鉛直方向軸(β軸) 20 角度可変用シャフト(α角度制御シャ
フト) 21 角度可変用シャフト(β角度制御用シャ
フト) 22 α角度制御盤 23 β角度制御盤 24 モーター 25 モーター 26 回転用シャフト 27 モーター 28 回転体用チャンバー 29 モーター 30 ボールスクリュー 31 モーター 32 α角シャフト中心軸 33 α角0度位置 34 任意の角度θ 35 β軸に対する回転角度 36 ウエハ回転機構 37 β角度制御用シャフト回転中心軸 38 β角0度位置 39 任意の角度η 1 自在継ぎ手 42 傘歯歯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 H01L 21/265 H01L 21/68

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 柱状回転体の外周上に配置された複数の
    被処理物保持機構を前記柱状回転体の回転軸を中心とし
    て回転させながら、イオンビーム自体をスキャンさせる
    ことなく、前記被処理物保持機構に保持された被処理物
    にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、 前記被処理物保持機構に前記回転軸と平行な方向に設け
    た第1の軸と前記回転軸と直交する方向に設けた第2の
    軸とを設け、前記第1の軸及び第2の軸を中心として前
    記被処理物保持機構に保持された前記被処理物を予め決
    めた角度回動させるように制御するための制御機構と、
    前記柱状回転体を回転させつつ前記柱状回転体の回転軸
    方向に往復移動させる駆動機構とを備えたことを特徴と
    するイオン注入装置。
  2. 【請求項2】 前記被処理物保持機構は、前記被処理物
    をイオンビームの軸線まわりに回転させる回転機構を備
    えたことを特徴とする請求項1記載のイオン注入装置。
  3. 【請求項3】 前駆動機構は、ボールスクリューとモー
    ターを備えたことを特徴とする請求項1記載のイオン注
    入装置。
  4. 【請求項4】 前記柱状回転体は、真空チャンバー内に
    配設されたことを特徴とする請求項1記載のイオン注入
    装置。
  5. 【請求項5】 前記柱状回転体は、前記被処理物保持機
    構を複数段設けたことを特徴とする請求項1〜4のいず
    れかに記載のイオン注入装置。
  6. 【請求項6】 柱状回転体の外周上に配置された複数の
    被処理物保持機構を前記柱状回転体の回転軸を中心とし
    て回転させながら、イオンビーム自体をスキャンさせる
    ことなく、前記被処理物保持機構に保持された被処理物
    にイオンビームを照射するイオン注入装置であって、 前記被処理物保持機構に前記回転軸と平行な方向に設け
    た第1の軸と前記回転軸と直交する方向に設けた第2の
    軸とを設けたイオン注入装置のイオン注入方法におい
    て、 前記被処理物保持機構に設けた前記第1の軸及び第2の
    軸を中心として、前記被処理物保持機構に保持された前
    記被処理物を回動し、前記被処理物を予め決め た角度回
    動させる第1の工程と、 前記柱状回転体を回転させつつ前記柱状回転体の回転軸
    方向に往復移動させながら、前記イオンビームを前記被
    処理物に注入する第2の工程と、 を含むことを特徴とするイオン注入装置のイオン注入方
    法。
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