JP4320471B2 - 注入角度を調整可能にするイオンビーム注入装置用の加工物支持構造体 - Google Patents

Description

本発明は、イオンビーム注入装置の注入チャンバーに連結され、注入角度を調整可能にする加工物支持アセンブリまたは構造体に関し、特に、イオンビームに対して加工物の回転及び直線移動を与えるとともに、加工物の注入角度を選択でき、かつ加工物を選択された注入角度で直線経路に沿って加工物を移動させ、イオンビームが注入チャンバーに入る位置からイオンビームと加工物の注入表面の交点までの距離が、加工物の移動中一定に保たれるような加工物支持アセンブリまたは構造体に関する。

イオンビーム注入装置は、半導体ウエハ内に導電率を変える不純物を添加するのに広く用いられる。イオンビーム注入装置は、正に帯電したイオンの所望種からなるイオンビームを発生させる。このイオンビームは、半導体、基板、またはフラットパネル等の加工物の露出表面上に衝突し、これによって所望のイオンを加工物の表面にドーピング即ち注入を行う。

いくつかのイオン注入装置は、単一の、比較的大きなウエハ加工物を注入チャンバー内に支持するように配置して注入を行うシリアル型注入方式を用いる。この注入は、一度に１つの加工物に対して行われる。加工物がビームライン上にあり、そして、所望量のイオンを注入するためにイオンビームが加工物上を反復して走査されるように、支持体が指向される。この注入が完了すると、加工物は、支持体から取り除かれ、別の加工物が注入のために支持体上に配置される。

最近では、半導体産業の傾向として、より大きなウエハ加工物、例えば、直径３００ｍｍのウエハが用いられるようになってきた。フラットパネル等の大きなウエハ加工物または他の加工物を注入する能力がますます望まれるようになってきた。加工物を連続的に注入する１つの方法は、扇形に広がったまたはリボン型の走査されるイオンビームの前に加工物を移動させることである。このようなイオンビームは、加工物の全幅に対して均一に注入ができるように十分広くなっている。加工物全体を注入するために、イオンビームの方向すなわち長さ方向を横切る第２の動きが必要とされる。さらに、特定の加工物に対して注入角度を変えて注入できることが望ましい。この注入角度は、イオンビームと加工物の処理表面との間に形成される入射角度である。注入角度０°は、加工物の注入表面がイオンビームラインに直交することを意味する。

従来のイオンビーム注入装置における加工物支持構造体の１つの欠点は、注入角度０°以外で、イオンビームラインに垂直な移動経路に沿って加工物を移動させると、イオンビームが加工物の注入表面に衝突する前に注入チャンバー内をイオンビームが移動する距離が変わることである。別の方法で述べると、注入角度が０°でない場合、加工物は、イオンビームラインに対して傾斜しているように見える。このように傾斜した加工物がイオンビームラインに対して垂直に移動する場合、イオンビームの方に傾斜した加工物の一部分が注入されるとき、注入表面に衝突する前に注入チャンバー内をイオンビームが移動する距離は、加工物の注入表面が中央位置でのビーム距離と比較して減少することになる。一方、イオンビームから離れて傾斜した加工物の一部分が注入されると、注入表面に衝突する前に注入チャンバー内を移動する距離は、加工物の注入表面の中央でのビーム距離と比較してより大きくなるであろう。

明らかに、加工物の注入表面の一端から注入表面の他端へ注入が移動するとき、加工物が大きくなるほどかつ注入角度が０°よりも大きくなるほど、注入チャンバー内のイオンビームが横切るビーム距離における差が益々大きくなる。イオンビームはビーム経路上を拡散する傾向にあるので、一定ではないビーム距離は、加工物の注入表面の全体にわたり均一なイオン注入量を達成できなくなる。こうして、より大きなウエハを用いることにより、この一定でないビーム距離の問題を悪化させることになる。

加工物の注入表面を均一に注入するために、加工物の注入表面に衝突する前に注入チャンバー内のイオンビームが横切る距離がほぼ一定に保たれることが望ましい。望まれることは、所望の注入角度を選択する能力、および、加工物が注入処理中にイオンビームラインに対して移動している間において、注入チャンバー内へのイオンビームの入来位置と注入表面に衝突する位置との間のビーム距離をほぼ一定に維持する能力を与える加工物支持構造体を提供することである。

本発明の例示的な実施形態の１つは、真空、即ち注入チャンバー内の加工物を支持するための加工物支持構造体を有するイオンビーム注入装置にかかわる。

このイオンビーム注入装置は、１つの軸線に沿って走査される移動経路に沿って移動するイオンビームを発生させるイオン源を含んでいる。加工物は、注入チャンバー内の加工物支持構造体によって支持され、加工物がイオンビームによって加工物の注入表面に注入させるために、走査されたイオンビームの移動経路に交差するように配置される。有利なことに、加工物支持構造体は、次の特徴、
(a)所望の注入角度を選択すること、
(b)注入チャンバー内へのイオンビームの入来位置と注入表面に衝突する位置との間のビーム距離をほぼ一定に維持しながら、イオンビームを注入表面に注入するために加工物を移動すること、を有する。

加工物支持構造体は、
1）前記注入チャンバー内のイオンビームの一部分に関して加工物の注入角度を変えるために、前記注入チャンバーに連結され、前記注入チャンバーに隣接する内部領域を形成する回転部材と、
2）この回転部材に移動可能に連結されかつ加工物を移動経路に沿って移動させるために支持し、加工物の注入表面に平行に移動する移動部材とを含み、
前記移動部材は、前記加工物の移動経路の長手方向に伸びかつこの移動経路に平行な方向に移動するスキャン軸を有し、このスキャン軸の少なくとも一部分が前記回転部材の前記内部領域内に伸びていることを特徴とする。

有利なことに、注入チャンバー内へのイオンビームの入来位置と、イオンビームと加工物表面の交差位置との間の距離が、ビームの移動経路に沿って加工物が移動する間、ほぼ一定に維持される。

これら及び他の目的、利点、及び本発明の例示的な実施形態の特徴は、添付する図面と共に詳細に説明される。

図面を参照すると、図１において、イオン注入装置１０が示されている。この注入装置は、イオンを作り出すイオン源１２を含み、イオン源は、エンドステーションまたは注入ステーション２０へのビーム経路１６を横切るイオンビームを形成する。注入ステーションは、内部領域２２ｅを形成する真空室すなわち注入チャンバー２２を含み、その内部領域内には、イオンビーム１４によってイオン注入するための半導体ウエハまたはフラットパネルまたは基板等の加工物２４が配置される。電子制御装置（概略２６で示される）は、加工物２４によって受けいれられるイオン注入量を監視しかつ制御するために設けられている。電子制御装置２６へのオペレータ入力は、ユーザー操作盤２７を介して行われる。

イオン源１２は、加工物２４に衝突するイオンビーム１４を発生させる。イオンビーム１４内のイオンは、イオン源１２と注入チャンバー２２の間のビーム経路に沿って所定の距離をイオンビームが横切るように拡散する傾向にある。このイオン源１２は、イオン源材料が噴射される内部領域を形成するプラズマチャンバー２８を含んでいる。イオン源材料は、イオン化ガスまたは気化したイオン源材料を含むことができる。

ビーム経路１６に沿って分析磁石３０が配置されており、この分析磁石は、イオンビーム１４を偏向させ、ビームシャッタ３２を介してイオンビームを指向させる。イオンビーム１４は、ビームシャッタ３２に続いて、ビームを焦点調整する四極子レンズシステム３６を通過する。ビーム経路１６が偏向電極３８,４０を通過して伸びており、イオンビーム１４は、注入チャンバー２２内のイオンビーム１４の一部分がリボンイオンビーム１４aとなるようなリボン型イオンビームを発生させるために、反復的に偏向されまたは走査される。このリボン型イオンビーム１４aは、注入チャンバー２２の前壁２２ｂに設けた開口２２aを通って注入チャンバー２２内に入る。リボン型イオンビーム１４aは、非常に狭い略矩形状、即ち１つの方向、例えば、水平方向、即ち、ｘ方向（図２及び図３では、Ｗで示される）に伸び、直交する方向、即ち、鉛直方向であるｙ方向に非常に制限された長さを有するイオンビームである。

注入チャンバー２２内を移動するリボン型イオンビーム１４ａは、水平方向、即ち、ｘ方向（図１）に伸びており、そして、加工物２４が水平寸法で３００ｍｍ（または直径３００ｍｍ）を有する場合、一般的に、リボン型イオンビーム１４ａの長さは、加工物２４のサイズ全体を注入するのに十分である。電子制御装置２６は、注入チャンバー内で加工物２４の衝突時、リボン型イオンビームの水平長さＷが、少なくとも３００ｍｍとなるように電極３８を適切に励起させる。この電極３８はビーム１４を偏向させ、そして、ビームライン１６に沿って配置された平行化レンズ４０によりビーム偏向角度を正して、リボン型イオンビーム１４ａが加工物２４に注入するとき、このリボン型イオンビーム１４ａが平行なビームとなるようにする。

以下で説明するように、加工物支持構造体１００は、リボン型イオンビーム１４に対して加工物２４を支持しかつ移動させ、注入動作時に、加工物２４の全体の注入表面２５がイオンで均一に注入されるようにする。上述した走査技術に加えて、従来の技術において、注入チャンバー２２内のリボン型イオンビーム１４ａのリボン形状が複数の方法で作り出せることがわかっている。例えば、プラズマ室２８のアーク状スリットは、作り出されるイオンビームが最初からリボン形状を有するように形作られる。本発明は、イオンビームを形作るために特別の技術または構造を用いることに限定されない。

加工物を連続的にイオン注入するためのイオン注入装置についての詳細は、１９９０年１２月４日にレイ(Ray)等に付与された特許文献１及び１９８８年８月２日にマイロン(Myron)に付与された特許文献２に記載されている。これらの２つの特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに参考としてそれぞれの全体が包含される。
米国特許第４，９７５，５８６号明細書 米国特許第４，７６１，５５９号明細書

注入チャンバーの内部領域２２ｅは排気される。２つのロボットアーム４２,４４が注入チャンバー内に取り付けられ、加工物支持アセンブリまたは支持構造体１００に対して自動的にウエハ等の加工物をロード及びアンロードする。図１では、加工物２４は水平ロード位置に置かれている。従来のイオン注入では、加工物支持構造体１００は、加工物２４を注入するために垂直またはほぼ垂直位置に回転する。加工物２４が垂直位置にあると、即ち、加工物がイオンビーム１４に対して直交していると、注入角度、すなわち入射角度は、０°である。望ましくないチャネル効果を最小にするために、一般的に、ゼロではないが小さな注入角度がこれまで選択されてきた。

一般的な注入作業において、ドーピングされていない加工物が、加工物２４をロボットアーム５４の近くに運ぶシャトル５２によって第１カセット５０から引き出され、ロボットアームがオリエンター５６に加工物を移動し、このオリエンター上で加工物２４が特定の結晶方向に回転される。ロボットアーム５４は、指向された加工物２４を受け取ってこれを注入チャンバー２２に隣接する載置ステーション５８に移動する。載置ステーション５８は、閉じられて、所望の真空度に減圧され、そして、注入チャンバー２２を開く。注入チャンバー２２内の第１ロボットアーム４２は加工物２４を掴み、加工物を注入チャンバー２２内に運んで、加工物支持構造体１００の静電クランプまたは静電チャック１０２上に載置する。静電クランプ１０２は、注入中、加工物を適所に保持するために励磁される。適当な静電クランプ１０２は、１９９５年７月２５日にブレイク(Blake)等に付与された特許文献３および１９９５年８月２２日にブレイク(Blake)等に付与された特許文献４に記載されている。これらの２つの特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに参考としてそれぞれの全体が包含される。
米国特許第５，４３６，７９０号明細書 米国特許第５，４４４，５９７号明細書

加工物２４のイオン注入の後で、加工物支持構造体１００は、水平位置に加工物を戻し、そして、静電クランプ１０２が加工物を解放するために消勢される。注入ステーション２２の第２ロボットアーム４２は、注入済み加工物２４を掴み、そして、これを注入チャンバー２２から荷降ろしステーション６０に移動する。荷降ろしステーション６０からロボットアーム６２が第２カセット６６に加工物を載置するシャトル６４に、注入済み加工物２４を移動する。

加工物支持構造体１００は、電子制御装置２６によって操作され、注入中、加工物２４を支持するとともに、有利なことに、注入チャンバー２２内のリボン型イオンビーム１４ａに対して加工物２４の回転及び並進移動の両方を可能にする。この回転能力によって、加工物支持構造体１００は、加工物２４の注入表面２５とイオンビーム１４との間の所望の注入角度（ＩＡ）即ち入射角度を選択することができる。

この並進移動または直線移動の能力によって、加工物支持構造体１００は、注入中、所望の注入角度（ＩＡ）に一致する平面に沿って加工物２４の注入表面を移動させることができる。これにより、所望の注入角度を維持するとともに、付加的に、リボン型イオンビーム１４ａが注入チャンバーの内部領域２２ｅへの入口位置からイオンビームが加工物２４の注入表面２５に衝突する交点（実際にはイオンビームは、リボンイオンビームなのでライン）までのほぼ一定の距離ｄ（図３及び図４参照）を保持する。このほぼ一定の距離は、注入表面２５の全体の注入中の間維持される。すなわち、全体の注入表面が注入表面２５の一端２５ａから他端２５ｂ（図４参照）に注入されるように、所望の注入角度（ＩＡ）に一致する平面において、リボン型イオンビーム１４ａに対して横切って加工物２４が移動する場合に、ほぼ一定の距離が維持される。

注入チャンバー２２と加工物２４上にイオンビーム１４ａが衝突する間のイオンビーム１４ａのほぼ一定の距離、すなわちイオンビームの移動経路を維持することは、加工物２４の注入表面２５全体にわたって均一なイオン注入特性を得るために大いに好ましいことである。加工物支持構造体１００を見る別の方法は、イオン源１２から、イオンビームが加工物の注入表面２５に衝突する交点までのイオンビームの移動経路をほぼ一定にすることである。

産業界の通例では、イオンビーム１４が加工物２４の注入表面２５に垂直であるとき、注入角度ＩＡは、０°に定められる。２つの非ゼロの注入角度が、図４において、破線ＩＡ１、及びＩＡ２で示されている。ＩＡ１に示す位置では、加工物２４は、加工物の頂部表面がリボン型イオンビーム１４ａに向けて傾くように傾斜している。ＩＡ２に示す位置では、加工物２４は、加工物の底部表面がリボン型イオンビーム１４ａに向けて傾くように傾斜している。図３及び図４において、実線で示されているリボン型イオンビーム１４ａに対する加工物２４の位置は、０°に等しい注入角度ＩＡを有する。すなわち、加工物２４の注入表面２５は、イオンビームの方向に直交している。有害なチャンネリング効果を最小にするために、たびたび非ゼロの注入角度が加工物２４の注入のために選択することができる。

生産作業中、半導体ウエハの加工物または平面パネルの加工物が連続的に注入される。すなわち、１つの加工物の注入が完了すると、静電クランプ１０２が消勢して加工物を解放し、そして、注入済み加工物が自動的に注入チャンバー２２〜取り除かれ、他の加工物が静電クランプ１０２の支持表面１０４に配置され、そして、この静電クランプが適切に励磁されて支持表面１０４上に加工物を強固に保持する。

加工物支持構造体１００は、図２〜図４に最も良く示されている。図１及び図２は、加工物のロード位置及びアンロード位置にある静電クランプ１０２を示す頂部平面図である。加工物２４が静電クランプ１０２の支持表面１０４上に配置された後、加工物支持構造体１００は、図３に示す位置（ＩＡ＝０°）等の注入位置に加工物を回転する。図３は、注入位置にある加工物２４を支持する静電クランプ１０２を示す頂部平面図である。図１は、破線で示す注入位置にある加工物２４を示す。

加工物２４の注入中、加工物支持構造体１００は、注入表面２５全体に所望のイオンが衝突して注入されるように、リボン型イオンビーム１４ａを横切る方向に加工物２４を移動する。図２及び図３の概略図で見られるように、加工物２４に衝突する交点でのリボン型イオンビーム１４ａは、加工物２４の直径よりも大きいＸ方向における幅Ｗを有している。それゆえ、加工物の完全な注入に対して、このＸ方向における加工物の並進移動を必要としない。

図２〜図４で最も良く見られるように、加工物支持構造体１００は、注入チャンバー２２の側壁２２ｃに固定され、注入チャンバーの側壁２２ｃに設けた開口２２ｄを通って、注入チャンバー２２の内部領域２２ｅ内に伸びている。この加工物支持構造体１００は、回転部材１１０と一体化された移動部材１５０を含んでいる。加工物支持構造体の回転部材１１０は、静止のフラット支持プレート１１２を含む。この支持プレート１１２は、注入チャンバー２２に固定され、好ましくは、注入チャンバーの側壁２２ｃに固定される。支持プレート１１２は、注入チャンバーの側壁２２ｃの開口２２ｄに整合した開口１１４を含んでいる。

回転部材１１０は、また、注入チャンバー２２に回転可能に連結されるハブ１２０を含み、さらに、回転部材１１０の支持プレート１１２に回転可能に連結される。ハブ１２０は、軸受アセンブリ１１６によって支持プレート１１２に取付けられる。図２Ａ及び図４に良く見られるように、好ましくは、軸受アセンブリ１１６は、円形軸受アセンブリであり、このアセンブリは、ハブ１２０のステップ状外側部分１２２に固定される円形レール支持体１１７と、支持プレート１１２の上部表面１１２ａに固定される６つの離間した軸受滑り面１１８とを含んでいる。複数のボール軸受またはローラ軸受が、６つの軸受滑り面の各々に配置されている。軸受滑り面１１８の軸受は、レール支持体１１７に沿って支持されて回転し、注入チャンバー２２に対してハブ１２０の回転を与える。

代わりに、軸受アセンブリ１１６は、従来技術の１つとして認められているように、軸受ケージ内に支持されかつ内側レース及び外側レースの間に配置されたボール軸受またはローラ軸受等の従来の機械的軸受アセンブリと異なるタイプとすることもできる。さらに、軸受アセンブリ１１６は、従来技術の１つとして認められている非接触ガス軸受アセンブリとすることもできる。

支持プレート１１２および注入チャンバーに対するハブ１１０の回転は、好ましくは、円形トラックリニアモータ１４０を用いて達成される。このリニアトラックモータ１４０は、図２Ａに概略示されている。円形トラックリニアモータ１４０は、円形パターンに配置されかつ支持プレート１１２の上部表面１１２ａに固定された電磁コイル１４２からなる。円形トラックリニアモータは、マグネットトラックプレート１４６に支持された永久磁石１４４の対応する組をさらに含んでいる。マグネットトラックプレート１４６は、ハブ１２０のステップ状外側部分１２２に固定される。電磁コイル１４２は、電子制御装置２６によって適切に励磁され、注入チャンバー２２に対してハブ１１０の回転を正確に制御する。

注入真空チャンバーの内部領域２２ｅと、異なる排気が可能な円形真空シールシステム１３０による外部雰囲気との間の真空が維持される。この真空シールシステム１３０は、接触型の真空シールである。図２Ａに良く示されるように、真空シールシステム１３０は、支持プレート１１２の上部表面１１２ａに加工または形成される２つの円形チャネル１３６によって分離された３つの円形の凹部すなわち溝１３４を含んでいる。溝１３４の各々には、Ｏリング１３７及びほぼ四角形断面を有するプラスチックシール１３８が配置される。３つのシール１３８の各上部表面は、ハブ１２０の底部表面すなわち下側表面１２６を支持する。

チャネル１３６は、支持プレート１１２に設けたオリフィス(図示略)を介して真空ポンプ(図示略)に流体連通している。支持プレートに固定された真空ポンプは、チャネル１３６内を真空にするように作動し、これにより、外側及び中間Ｏリング１３７及びプラスチックシール１３８の組み合わせにより形成された２つのシールを介して外部環境から進入した空気および／または汚染物質を取り除く。さらに、作動的に吸入する円形真空シールシステムに加えて、他のリップシールまたはポリマー材料のシール構造等の他のシール構造が適当でありかつ本発明の予想される範囲内にある。

さらに、非接触真空シールシステムが、真空シールシステムとして適当である。非接触シールシステムにおいて、Ｏリング及びプラスチックシールは使用されない。代わりに、１つ以上の円形チャネル（チャネル１３６等の）支持プレート１１２の上部表面１１２ａに形成される。真空ポンプは、この円形チャネルに真空を導くように作動する。

回転部材１１０は、リボン型イオンビーム１４ａに対して注入チャンバー２２内で加工物２４を±７０°以上回転することができる。回転部材１１０の中央線Ｃ−Ｃ（図３において破線で示す）は、加工物の注入表面２５の前面に整合している。

加工物支持構造体１００は、さらに、回転部材１１０と一体に並進及び往復運動する移動部材１５０を含む。図２に良く見られるように、移動部材１５０は、スキャン軸(移動軸）１５２を有し、このスキャン軸は、回転部材のハブ１２０の側壁１２４に取り付けられた円筒スキャン軸支持ハウジング１５３によって支持されている。スキャン軸１５２は、一部分が回転部材の内部領域１１１内に伸びている。またスキャン軸１５２は、選択された注入角度（ＩＡ）に一致する平面に沿って加工物２４の線形並進運動を与える。図２でよく見られるように、スキャン軸１５２の上端部１５４から直角に伸びている加工物ホルダー１５６がある。加工物ホルダー１５６は、支持プレートの開口１１４と注入チャンバーの側壁２２ｃの開口２２ｄとを貫通して伸びている。この加工物ホルダー１５６は、円形遠方端１５８（図２に最も良く見られる）に終端している。加工物ホルダー１５６の遠方端１５８は、静電クランプ１０２を支持し、静電クランプは、リボン型イオンビーム１４ａの前方を移動する加工物２４を支持する。

スキャン軸１５２は、円筒スキャン軸支持ハウジング１５３内に軸受アセンブリ１６０によって支持される。軸受アセンブリ１６０（図４に最も良く見られる）は、好ましくは、２つの離間したガス軸受１６２，１６４を含み、スキャン軸１５２の大きいモーメントアームを有効に支持する。ガス軸受１６２，１６４は、各々スキャン支持ハウジング１５３内に支持されたガス透過性スリーブ１６２ａ、１６４ａを含む。ガスとしては、例えば、窒素または空気がこのスリーブ１６２ａ、１６４ａの幅を通して内部に吸引され、これにより、非常に薄い層のガスでスキャン軸１５２を支持する。スリーブ１６２ａ、１６４ａは、ブロンズまたはグラファイト等の材料で構成することができ、適当な開口がスリーブ１６２ａ、１６４ａの幅を貫通して穴あけされる。また代わりに、スリーブ１６２ａ、１６４ａは、グラファイト等の透過性材料で製造することもできる。また、軸受アセンブリ１６０は、従来技術で知られるように軸受アセンブリ１１６に関して述べられた機械式軸受システムとすることもできる。

スキャン軸１５２の線形移動は、リニアモータまたはボールスクリュを用いて達成される。スキャン軸１５２を駆動するボールスクリュ駆動アセンブリ１６５の一部分が図４に示されている。このボールスクリュ駆動アセンブリは、スキャン軸１５２の下方端１７０に固定されるボールナット１６６を含む。ボールスクリュ１６８は、ボールナット１６６を貫通して伸びている。モータ(図示略)は、ハブに連結され、ボールスクリュ１６８に係合して回転し、スキャン軸１５２を直線移動させる。このモータは、電子制御装置２６によって作動する。

非接触真空ラジアルシールシステムまたはアセンブリ１８０が、内部領域１１１を大気からシールするために設けられ、このシーリングは、スキャン軸１５２の外部円筒表面１５２ａとスキャン軸ハウジング１５３の内部円筒表面１５３ａとの間のシールによって行う。好ましくは、真空シールアセンブリ１８０は、スキャン軸ハウジング１５３の内部表面１５３ａに機械加工すなわち形成された３つのチャネル１８２（図４に最も良く見られる）を含む。これらのチャネルは、オリフィス(図示略)を介して真空ポンプ(図示略)と流体連通する。真空ポンプは、スキャン軸１５２とスキャン軸ハウジング１５３の間で注入チャンバーの内部領域２２ｅ内に空気および／または汚染物質が漏れるのを防止するために作動する。また、シールアセンブリ１８０は、円筒真空シールシステム１３０に関して述べられたアセンブリ等の、差動的に吸引される円筒真空シールシステムとすることもできる。

注入中のスキャン軸１５２の往復直線運動は、加工物の注入表面２５の直交ベクトルに垂直である。別の方法で述べられた、スキャン軸１５２の線形移動により、選択された注入角度（ＩＡ）に一致する平面内に加工物２４の動きを生じさせる。多数の独立した自由度または動きが、回転部材１１０内の移動部材１５０の往復直線移動の組み合わせにより達成される。これにより、イオンビーム１４の前側に、加工物２４を走査するための一定の焦点長さを可能にする。言い換えれば、加工物注入表面２５上のイオンビーム衝突点から、注入チャンバー２２へのイオンビーム１４の入口までの距離は、全ての回転角度、すなわち、全ての注入角度（ＩＡ）に対して常に一定である。

加工物２４は、静電クランプまたはチャック１０２によって加工物ホルダー１５６に対して保持される。静電チャック１０２は、注入中、加工物２４から移送されるエネルギーまたは熱を取り除くために冷却される。４つまたは８つの注入を可能にするために、電磁クランプ１０２は、好ましくは、クランプ１０２の加工物支持表面１０４を加工物ホルダー１５６内で３６０°まで回転することができるようにモータに作動連結される。

静電クランプ１０２の回転中心線が、図４において、破線Ｄで示され、この中心線は、加工物２４の中心線に一致している。静電クランプ１０２の回転は、電気モータ(図示略)によって達成され、このモータは、加工物ホルダーの遠方端１５８内に取り付けられ、かつ、ベルト、またはケーブル(図示略)等の適当な駆動手段によって静電クランプ１０２に連結されている。また、この電気モータは、静電クランプ１０２に直接連結されるようにしてもよい。静電クランプ１０２は、軸受アセンブリ１８５によって加工物ホルダーの遠方端１５８内に取り付けられる。軸受アセンブリ１８５は、好ましくは、ボール軸受またはローラ軸受アセンブリである。軸受アセンブリ１８５は、好ましくは、軸受ケージ内または弓形の内側レース及び外側レースの間に配置されるボール軸受またはローラ軸受を含んでいる。内側レール及び外側レースは、加工物ホルダーの遠方端１５８と静電クラップ１０２の反対側にそれぞれ対応する表面に固定または形成される。

また、軸受アセンブリ１８５は、非接触ガス軸受であってもよい。静電クランプ１０２と加工物ホルダーの遠方端１５８の間の真空は、面真空シールシステムまたはアセンブリ１９０によって維持される。この真空システム１９０は、スキャン軸１５２と加工物ホルダーの遠方端１５８の内部領域が共に大気圧であるために必要とされる。好ましくは、真空シールシステム１９０は、差動的に吸引される円形真空シールアセンブリ１３０と同等な差動的に吸引されるラジアル真空シールシステムである。真空シールアセンブリ１３０の場合、図４に最も良く見られるように、Ｏリング及びプラスチックシールが加工物ホルダー１５６の側部円筒壁に設けられた２つの円形溝１９４に配置されている。２つのプラスチックシールは、ほぼ四角形断面を有し、各シールの外側表面は、静電クランプ１０２の対応する平らな背表面を支持する。円形チャネル１９５は、２つの円形溝１８４の間に配置され、加工物ホルダー１５６に取り付けられた真空ポンプ(図示略)によって排気される。チャネル１９５内に引き出された真空は、Ｏリングとプラスチックシールとの組み合わせによって定められる内側シールから漏れる空気および／または汚染物質を取り除く。

さらに、差動的に吸引される面真空シールシステム１９０に加えて、フェロフルイデック(ferrofluidic)シールまたはリップシール或いは他のポリマー材料によるシール構造等の他のシールシステムが、真空シールシステム１９０のために適当であり、本発明の考慮される範囲内にある。上記したような真空シールシステム１８０等の非接触真空シールシステムもまた、真空シールシステム１９０のために適当である。

本発明は、その特定の実施形態に関して記載してきたが、本発明は、ここに添付する特許請求の範囲で示される開示された構成からの全ての変更及び修正を含むことを意図している。

図１は、本発明のイオンビーム注入装置の概略平面図である。 図２は、ロード位置及びアンロード位置におけるウエハ支持構造体を備える、図１のイオンビーム注入装置の注入チャンバー及びこれに関連する加工物支持構造体の概略頂部平面図である。 図２Ａは、図２の破線で示す注入チャンバーの一部分及び加工物支持構造体を示す主要概略図である。 図３は、注入位置における加工物支持構造体を有する、図２の注入チャンバー及びウエハ支持構造体の同様な概略頂部平面図である。 図４は、図２の注入チャンバー及び加工物支持構造体を示す概略側面図である。

符号の説明

１０ イオン注入装置
１２ イオン源
１４ イオンビーム
１６ ビーム経路
２０ 注入ステーション
２２ 注入チャンバー
２４ 加工物
２５ 注入表面
２６ 電子制御装置
１００ 加工物支持構造体
１０２ 静電クランプ
１０４ 支持表面
１１０ 回転部材
１１２ 支持プレート
１１４ 開口
１１６ 軸受アセンブリ
１３０ 真空シールシステム
１５０ 移動部材
１５２ スキャン軸
１５６ 加工物ホルダー
１８５ 軸受アセンブリ
１８０、１９０ 真空シールシステム

Claims (31)

1. (a)ビームラインに沿って移動するイオンビームを発生させるためのイオンビーム源と、
   (b)加工物がイオンビームに交差するように配置されて、前記イオンビームによって加工物の注入表面にイオン注入するために、排気された内部領域を形成する注入チャンバーと、
   (c)この注入チャンバーに連結されて加工物を支持する加工物支持構造体と、を有するイオンビーム注入装置であって、
   前記加工物支持構造体が、
   1）前記注入チャンバー内のイオンビームの一部分に関して加工物の注入角度を変えるために前記注入チャンバーに連結され、かつ前記注入チャンバーの前記内部領域に連通する別の内部領域を有する回転部材と、
   2）この回転部材に移動可能に連結されかつ加工物を移動経路に沿って移動させるために支持し、イオンビームが加工物の注入表面に衝突する前にイオンビームが前記注入チャンバー内を移動する距離を一定に維持する移動部材と、を含み、
   前記移動部材は、前記加工物の移動経路の長手方向に伸びかつこの移動経路に平行な方向に移動するスキャン軸を有し、このスキャン軸の少なくとも一部分が前記回転部材の前記内部領域内に伸びていることを特徴とするイオンビーム注入装置。
2. 前記回転部材は、前記注入チャンバー内のイオンビームの一部分に垂直な回転軸を有することを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
3. 加工物の移動経路は、線形の移動経路であることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
4. 移動部材の動きは、前記回転部材の回転軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
5. 前記スキャン軸は、前記回転部材の側壁に取り付けられたスキャン軸の支持ハウジングによって移動するように支持されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
6. 前記移動部材は、さらに、前記スキャン軸に連結され、かつ前記注入チャンバー内に伸びるとともに前記加工物を保持するための静電クランプからなる加工物ホルダーを含むことを特徴とする請求項５記載のイオンビーム注入装置。
7. 前記静電クランプは、イオンビームに対して回転可能であることを特徴とする請求項６記載のイオンビーム注入装置。
8. 前記回転部材は、軸受アセンブリによって支持プレートに結合され、この支持プレートは、注入ステーションに固定されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
9. 前記注入チャンバーと前記回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
10. 移動部材は、回転部材と一体化されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム注入装置。
11. (a)ビームラインに沿って移動するイオンビームを発生させるためのイオンビーム源と、
    (b)加工物がイオンビームに交差するように配置されて、前記イオンビームによって加工物の注入表面にイオン注入するための注入チャンバーと、
    (c)この注入チャンバーに連結されて加工物を支持する加工物支持構造体と、を有するイオンビーム注入装置であって、
    前記加工物支持構造体が、
    1）前記注入チャンバー内のイオンビームの一部分に関して加工物の注入角度を変えるために、前記注入チャンバーに連結され、前記注入チャンバーに隣接する内部領域を形成する回転部材と、
    2）この回転部材に移動可能に連結されかつ加工物を移動経路に沿って移動させるために支持し、加工物の注入表面に平行に移動する移動部材とを含み、
    前記移動部材は、前記加工物の移動経路の長手方向に伸びかつこの移動経路に平行な方向に移動するスキャン軸を有し、このスキャン軸の少なくとも一部分が前記回転部材の内部領域内に伸びていることを特徴とするイオンビーム注入装置。
12. イオンビームの移動経路に沿って加工物が移動する間、イオンビームが注入チャンバーに進入する位置と、前記イオンビームと加工物の表面との交差点との間の距離が一定であることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
13. 前記回転部材は、注入チャンバー内のイオンビームの一部分に対して垂直な回転軸を有することを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
14. 加工物の移動経路は、線形の移動経路であることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
15. 前記移動部材の動きは、前記回転部材の回転軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
16. 前記移動部材のスキャン軸は、前記回転部材の側壁に取り付けられたスキャン軸の支持ハウジングによって移動するように支持されていることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
17. 前記移動部材は、さらに、前記スキャン軸に連結され、かつ前記注入チャンバー内に伸びるとともに加工物を保持するための静電クランプからなる加工物ホルダーを含むことを特徴とする請求項１６記載のイオンビーム注入装置。
18. 前記静電クランプは、イオンビームに対して回転可能であることを特徴とする請求項１６記載のイオンビーム注入装置。
19. 前記回転部材は、軸受アセンブリによって注入ステーションに固定されていることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
20. 前記注入チャンバーと前記回転部材の間は、円形の真空シールによって真空が維持されていることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
21. 前記移動部材は、前記回転部材と一体化されていることを特徴とする請求項１１記載のイオンビーム注入装置。
22. ビーム経路に沿って移動するイオンビームを発生させ、加工物の注入表面にイオンビームによってイオン注入するためにイオンビームを交差させるように加工物を配置する注入チャンバーを含んでいるイオンビーム注入装置のための加工物支持アセンブリであって、
    (a) 前記注入チャンバー内のイオンビームの一部分に関して加工物の注入角度を変えるために、前記注入チャンバーに連結され、前記注入チャンバーに隣接する内部領域を形成する回転部材と、
    (b)この回転部材に移動可能に連結されかつ加工物を移動経路に沿って移動させるために支持し、イオンビームが加工物の注入表面に衝突する前にイオンビームが前記注入チャンバー内を移動する距離を一定に維持する移動部材とを含み、
    前記移動部材は、前記加工物の移動経路の長手方向に伸びかつこの移動経路に平行な方向に移動するスキャン軸を有し、このスキャン軸の少なくとも一部分が前記回転部材の内部領域内に伸びていることを特徴とする加工物支持アセンブリ。
23. 前記回転部材は、前記注入チャンバー内のイオンビームの一部分に垂直な回転軸を有することを特徴とする請求項２２記載の加工物支持アセンブリ。
24. 加工物の移動経路は、線形の移動経路であることを特徴とする請求項２２記載の加工物支持アセンブリ。
25. 前記移動部材の動きは、前記回転部材の回転軸に対して垂直でありかつ前記回転部材の回転軸に交差する移動方向を有することを特徴とする請求項２２記載の加工物支持アセンブリ。
26. 前記移動部材のスキャン軸は、前記回転部材の側壁に取り付けられたスキャン軸の支持ハウジングによって移動するように支持されていることを特徴とする請求項２２記載の加工物支持アセンブリ。
27. 前記移動部材は、前記スキャン軸に連結され、かつ前記注入チャンバー内に伸びて、加工物を保持するための静電クランプを構成する加工物ホルダーをさらに含んでいることを特徴とする請求項２２記載の加工物支持アセンブリ。
28. 前記静電クランプは、回転可能であることを特徴とする請求項２２記載の加工物支持アセンブリ。
29. 加工物にイオン注入するためのイオンビームを発生させ、加工物の注入表面にイオンを注入するために加工物がイオンビームに交差するように配置される注入チャンバーを有するイオンビーム注入装置を用いて加工物にイオンを注入する方法であって、
    (a) 注入チャンバー内にイオンビームのビームラインの一部分に関して加工物の注入角度を変えるために前記注入チャンバーに連結され、前記注入チャンバーに隣接する内部領域を形成する回転部材と、この回転部材に移動可能に連結されて移動経路に沿って移動する加工物を支持し、前記加工物の移動経路の長手方向に伸びかつこの移動経路に平行な方向に移動するスキャン軸を有し、このスキャン軸の少なくとも一部分が前記回転部材の内部領域内に伸びている移動部材とを含むとともに、前記注入チャンバーに連結されかつ加工物を支持するように構成された加工物支持構造体を用意し、
    (b) 加工物を前記移動部材上に配置し、
    (c) 前記回転部材によって加工物に対する所望の注入角度を選択し、
    (d) イオンビームを加工物に指向させ、
    (e) 加工物の注入表面に衝突する前にイオンビームが注入チャンバー内を移動する距離が、前記移動部材の運動により一定に維持されるように、前記移動部材を動かすことによって加工物を移動経路に沿って移動する、各ステップを有することを特徴とする加工物のイオン注入方法。
30. 加工物は直線経路内を移動することを特徴とする請求項２９記載の方法。
31. 加工物に衝突するときのイオンビームは、リボン型イオンビームであり、加工物の移動経路は、リボン型イオンビームの長さおよび注入チャンバー内のイオンビーム経路の一部分を横断していることを特徴とする請求項２９記載の方法。

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