JP5345062B2 - イオン注入装置における多方向機械的走査 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、注入を行うべき半導体ウエハ又は他の基板の多方向機械的走査のための走査アームアセンブリに関する。本発明は、このようなアセンブリを組み込んだイオン注入装置及び基板に注入する方法にも関する。

発明の背景

典型的なイオン注入装置においては、ドーパントイオンの比較的小さな断面のビームがウエハ又は他の基板に対して走査される。これは、次の３つの方法のうちの１つにおいて行うことができる。即ち、固定ウエハに対して２つの方向にビームを走査するような方法、固定ビームに対して２つの方向にウエハを走査するような方法、又はビームを１つの方向に走査しながら、一方で、ウエハを第２の方向に機械的走査するようなハイブリッド技法がある。典型的には、それら２つの方向は、直交するものである。

バッチ式注入装置は、典型的に、周辺の多数のウエハを担持する回転ホイールを有していて、注入装置の処理チャンバにおいてウエハのバッチの同時注入を行うように設計されている。そのホイールは、イオンビームがウエハ全体に亘って一連の走査線を辿るように、その回転軸を並進移動させながら、各ウエハが繰り返し順にそのイオンビームを通過していくように、回転させられる。このような走査ホイール型バッチ式注入装置の一実施例は、米国特許第５，３８９，７９３号明細書に開示されている。

ある単一ウエハ注入装置では、固定ウエハに対してイオンビームが２つの方向に走査される。例えば、米国特許第４，７３６，１０７号明細書を参照されたい。他の単一ウエハ注入装置では、イオンビームが１つの方向に走査され、ウエハが直交方向に機械的に走査されるようなハイブリッド技法が採用されている。例えば、米国特許第５，８９８，１７９号明細書、米国特許第５，００３，１８３号明細書、米国特許第５，２２９，６１５号明細書及び米国特許第５，４０６，０８８号明細書を参照されたい。

他の単一ウエハ注入装置では、ウエハが固定イオンビームに対して２つの方向に走査される。ウエハを保持して、そのウエハを２つの軸において直線並進移動させるような走査アームは、良く知られている。典型的に、片持ち支持アームが、処理チャンバの壁部から水平に延長するようにして取り付けられている。そのアームは、水平（ｘ軸）方向及び垂直（ｙ軸）方向の両方において直線アクチュエータにより駆動され、イオンビームは、ｚ軸を定めている。これらの方向に対して、ラスタ走査が、次のようにして実施される。走査アームに沿うｘ軸方向は、高速走査方向であり、即ち、走査アームは、ウエハ上の連続走査線を形成するように行ったり来たり走査される。走査アームを横切るｙ軸方向は、低速走査方向であり、即ち、走査アームは、各走査線の後で、それら走査線が均一な間隔を置くように、この方向に移動させられる。

別の走査アームがＷＯ２００４／００１７８９に開示されており、それをここに図１に示している。ウエハ１０は、エルボー３０を設けたアーム１の回転移動を使用して走査される。このアーム１は、ショルダー２０から片持ち支持されており、これらショルダー２０及びエルボー３０の両者は、イオンビーム５０と同じ方向に延長する平行軸２１及び３１の周りに回転することができる。このような回転は、１対のモータにより行われ、それらの一方のモータ２２は、ショルダー２０に設けられており、他方のモータ３２は、エルボー３０に設けられている。

これらモータ２２及び３２は、連続する走査線を形成するため、イオンビーム５０を通して水平にウエハ１０を移動させるように、矢印２３及び３３で示される互いに反対方向に駆動される。また、モータ２２及び３２は、走査線の間でウエハ１０を垂直に移動させるのに使用することができる。更に別のモータ１２が、走査アーム１の末端部に設けられており、そのホルダー１４上のウエハ１０をその中心軸１１の周り、即ち、方向１３に回転させるようにする。これにより、ショルダー２０及びエルボー３０がウエハ１０を走査するため回転されている時に、イオンビーム５０に対するウエハ１０の配向が一定に保たれる。

図１は、ウエハ１０がイオンビーム５０に対して直角に保持されているところを示している。ボス４０を軸４１の周りに回転させる別のモータ４２により、他の入射角において注入を行うこともできる。ショルダー２０は、ボス４０に取り付けられており、ボス４０が方向４３に回転させられることにより、ウエハ１０がイオンビーム５０に対して傾けられる。

図１の走査アームには、ある幾つかの欠点がある。モータ３２は、ショルダー２０からある距離離れたエルボー３０に配設される相当な質量を有している。このため、走査アーム１を駆動する時に、この片持ち支持質量を移動させるのに、モータ２２に対して高いトルク要求が課せられてしまう。更に又、モータ３２のこの片持ち支持質量は、走査アーム１に振動を発生してしまう傾向を生じてしまうものでもある。これらの振動は、ウエハ１０に伝わり、ウエハ１０に亘って受け取られる注入量が均一でなくなってしまうことになる。

このような背景に鑑み、第１の態様によれば、本発明は、イオン注入装置においてイオンビームを通して基板を走査するための基板スキャナにあり、その基板ホルダーは、回転接合部に設けられた第１の駆動アームと、回転接合部に設けられた第２の駆動アームと、上記第１の駆動アームを固定の第１の回転軸の周りに回転させ且つ上記第２の駆動アームを固定の第２の回転軸の周りに回転させるように動作できる駆動手段と、リンクと、上記リンクに結合された基板ホルダーと、を備える。上記リンクは、上記第１の駆動アーム及び／又は上記第２の駆動アームが回転される時に、上記基板ホルダーが移動するように、上記第１の軸から離れた場所で上記第１の駆動アームに結合され且つ上記第２の軸から離れた場所で上記第２の駆動アームに結合されている。

２つの駆動アームを設けて、これら２つの駆動アームの両方とも、固定軸の周りに回転するようにしたことは、第１の駆動アームは、固定軸の周りに回転するが、第２の駆動アームは、変化軸の周りに回転するようにしているＷＯ２００４／００１７８９の走査アームアセンブリとは対比的である。この第２の軸は、第１のアームの端部を通して延びており、従って、その位置は、第１のアームが回転するにつれて変化するものである。本発明の配置によれば、両方の回転軸が固定のままであり、基板の希望の運動をどのように行わせるかを決定するときの機械的な取扱いが簡単なものとされる。

本発明の更に別の効果は、駆動手段を回転軸に取り付けるのに、歯車、チェーン、ベルト等を必要としないので、有利な場合が多いということである。ＷＯ２００４／００１７８９においては、モータは、第２の回転軸に配置され、従って、そのモータの質量が第１の駆動アームに片持ち支持されることになる。その結果、その走査アームは、より振動を受けがちなものとなり、回転させるため第１の駆動アームに大きなトルクを加えなければならない。本発明においては、駆動手段は、固定の第１の軸及び第２の軸に配置されるので、それらの質量は、一方の駆動アームによって支持されることはない。従って、スキャナの慣性が大きく減少させられている。更に又、走査アームの質量は、振動を最小とするように減少させられ、また、駆動手段の質量を移動させる必要もない。

好ましくは、上記第１の軸及び上記第２の軸は、平行である。任意なものとして、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、上記第１の軸及び上記第２の軸が同軸となるように、支持体に結合される。例えば、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、並べて配設された回転接合部において上記支持体に取り付けられる。この時、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、互いに近接して回転される。上記支持体は、イオン注入装置のチャンバ壁部に取り付けられるように適応されていると効果的である。上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、上記チャンバ壁部に隣接して上記支持体に結合することができる。こうすると、スペース的に効果があり、また、チャンバ壁部に加えられるトルクが最小とされる。

任意なものとして、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、それぞれの基端部で上記支持体に結合される。上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、それぞれの末端部で上記リンクに結合することもできる。

上記リンクは、幾つかの構成のうちの１つであってよい。例えば、上記リンクは、上記基板ホルダーの移動を行わせるのに、回転又は並進移動を使用することができる。従って、上記リンクは、例えば、案内スロット内に受け入れられる突出部を設けることにより、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームをスライドさせるように配列されたバーであってよい。上記案内スロットは、上記リンクに設けられ、上記突出部は、上記駆動アームに設けられてもよいし、また、その逆であってもよい。別の仕方として、上記リンクを上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームに結合するのに、１つ以上の回転接合部を使用することができる。

上記リンクは、２つ以上の部分で構成することができる。２つ以上の部分が使用される場合には、移動は、もっぱら回転を使用してなされる。好ましくは、上記リンクは、第３の軸の周りに回転するように一緒に回転可能に結合された第１の部材及び第２の部材を備え、上記第１の部材は、第４の軸の周りに回転するように上記第１の駆動アームに回転可能に結合され、上記第２の部材は、第５の軸の周りに回転するように上記第２の駆動アームに回転可能に結合される。上記第１の軸、上記第２の軸、上記第３の軸、上記第４の軸及び上記第５の軸は、平行に配列されるのが効果的である。上記第１の軸及び上記第２の軸が同軸である場合には、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームと上記リンクの上記第１の部材及び上記第２の部材とは、四辺形を形成する。容易に明らかなように、上記第１の駆動アーム及び／又は上記第２の駆動アームを回転させることにより、上記第１の部材及び上記第２の部材が回転させられ、それにより、上記基板ホルダーが移動させられる。

上記第１の部材及び上記第２の部材の端部は、それぞれ上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームに結合され、また、任意なものとして、上記第１の部材及び上記第２の部材の別の端部は、互いに結合される。上記第１の部材には、上記基板ホルダーを設けることができる。上記基板ホルダーは、上記第１の部材の端部に設けることができる。この端部は、それが上記第２の部材に結合される端部であってよい。別の仕方として、上記第１の部材は、それが上記第２の部材に結合する点を超えて延長することができ、この時には、上記基板ホルダーは、上記第１の部材の端部に設けることができる。

任意のものとして、上記基板ホルダーは、第６の軸の周りに回転できるように、上記リンクに回転可能に結合される。上記第６の軸は、上記第１の軸、上記第２の軸、上記第３の軸、上記第４の軸及び上記第５の軸と平行に延長することができる。好ましくは、上記第６の軸は、実質的に、上記基板ホルダーの中心を通して延長する。上記基板ホルダーは、上記基板ホルダーを上記第６の軸の周りに回転させるように動作できる基板ホルダー駆動手段、任意なものとして、モータを備えることができる。

上記第１の駆動手段及び上記第２の駆動手段は、異なる構成のもとすることができる。例えば、これらは、モータであってよい。これらのモータは、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームに直接に作用することができる。こうするためには、これらモータは、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームに隣接して配置され、それら個々の駆動アームに直接に結合される。別の仕方として、上記駆動手段は、１つ以上の歯車、チェーン及びベルトの如き上記駆動アームを駆動するためのリンクを更に備えることができる。

好ましくは、上記駆動アームが結合される上記支持体は、更に別の軸の周りに回転可能とされる。この更に別の軸は、上記基板ホルダーの全体方向に延長するように、上記第１の軸と実質的に直角をなすものであってよい。こうすることにより、ある注入においては望まれるように、基板をイオンビームに対して傾けることができる。この更に別の軸は、上記基板ホルダーの直ぐ前を通るように延長することができる。こうすると、次のように効果的である。基板が上記基板ホルダーに保持されているときに、上記基板の前面を通して上記軸が延長するようにされる場合には、上記基板は、上記イオンビームに対して傾いているときに、その中心線の周りに回転される。

第２の態様によれば、本発明は、イオン注入装置にあり、このイオン注入装置は、イオンビームを発生するように動作できるイオン源と、上記イオンビームをイオンビームパスに沿って案内するように動作できる光学部品と、前述したような基板スキャナのうちのいずれかと、を備えており、上記第１の軸は、上記基板スキャナでの上記イオンビームパスの方向と平行である。

第３の態様によれば、本発明は、上記イオン注入装置を使用し、上記基板ホルダーが注入すべき基板を保持しているようにして、基板に注入する方法にあり、この方法は、上記基板を上記イオンビームに隣接して配置するステップと、上記第１の駆動アームを回転させて、それにより、上記基板が上記イオンビームを通して進まされ、上記イオンビームが上記基板に亘る走査線を辿るように、上記駆動手段を使用するステップと、を含む。

上記第１の軸及び上記第２の軸が平行である場合に、上記方法は、任意なものとして、上記イオンビームがある円のある弧に対応する上記基板に亘る走査線を辿るように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを同じ方向に及び同じ速度で回転させるため上記駆動手段を使用するステップを含むことができる。この時、上記弧状走査線を辿った後、上記駆動アームは、上記平行な第１の軸及び第２の軸と上記基板ホルダーとの間の距離を変えるように上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを回転させるのに、使用することができる。これは、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを反対方向に、且つ、任意なものとして、同じ速度で回転させるように上記駆動手段を使用することにより行うことができる。好ましくは、このステップは、上記イオンビームが上記基板を越えたところで行われる。好ましくは、上記ステップは、異なる半径の同心円の一連の弧に対応する上記基板に亘る一連の走査線を辿るように、繰り返される。これは、隣接弧がそれらの長さに沿って均一距離だけ離れたままとされるので、効果的である。こうすることにより、一定走査速度を使用しながら、均一注入量とすることが可能となる。もし、例えば、一定半径の弧が使用され、その対応する円の中心が変化するような場合には、上記走査線は、一定距離だけ離れたままとはならいであろう。これは、上記分離距離が変わるにつれて、上記走査速度を変えることにより、補償することができるが、このためには、複雑な制御法則が必要とされる。上記平行な第１の軸及び第２の軸と上記基板ホルダーとの間の距離が均一に変えられ、上記弧状走査線が等しく分離されるように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを繰り返し回転させるため上記駆動手段を使用することにより、更に改善することができる。こうすることにより、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームが各走査線に亘って共通の速度で回転させられ、上記基板の均一な注入量を得ることができる。

任意なものとして、上記方法は、上記イオンビームが上記基板に亘って一直線な走査線を辿るように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを同時に回転させるため上記駆動手段を使用するステップを含む。更に又、上記方法は、上記イオンビームが上記基板に亘って一直線な走査線を辿る間、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを同時に反対方向に回転させるため上記駆動手段を使用するステップを含むことができる。任意なものとして、上記方法は、更に、上記第２の駆動アームを回転させ、それにより、上記基板を移動させて次の走査線に沿う注入のための準備をさせるように上記駆動手段を使用するステップを含む。好ましくは、これは、上記基板が上記イオンビームを越えたところで行われる。例えば、上記方法は、上記イオンビームが上記基板に亘ってラスタパターンの如き一連の走査線を辿るように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを回転させるため上記駆動手段を繰り返し使用するステップを含むことができる。任意なものとして、上記方法は、更に、上記イオンビームに対する上記基板の配向を維持するように上記イオンビームを通して上記基板を移動させるため上記駆動手段を使用しながら、上記基板を回転させるステップを含むことができる。

前述の方法によれば、上記駆動アームを単に調和させて駆動するだけで、上記基板の素早い走査が可能とされる。

第４の態様によれば、本発明は、走査アームを使用してイオン注入装置においてイオンビームを通して基板を走査する方法にあり、上記方法は、固定の第１の回転軸の周りに上記走査アームの第１の部分を回転させるステップと、固定の第２の回転軸の周りに上記走査アームの第２の部分を回転させるステップと、を含み、上記走査アームは、上記第１の部分と上記第２の部分とをリンクする第３の部分を備えており、上記第３の部分は、基板ホルダーをそこに結合している。

本発明は、前述したような方法を実施するようにプログラムされたコンピュータ、このようなコンピュータを備えたイオン注入装置、及びイオン注入装置のコンピュータにロードされるとき、上記イオン注入装置が前述したような方法に従って動作するようにさせるコンピュータプログラム、にも及ぶものである。

本発明の実施例について、添付図面を参照して、以下説明する。

従来技術による機械的ウエハ走査システムの斜視図である。 本発明を実施する走査アームアセンブリを組み込んだイオン注入装置の一部断面概略図である。 図２の走査アームアセンブリの斜視図である。 走査線を生成するための走査アームアセンブリの移動を示す図２及び図３の走査アームアセンブリの側面図である。 走査線を生成するための走査アームアセンブリの移動を示す図２及び図３の走査アームアセンブリの側面図である。 走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 別の走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 別の走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 別の走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 別の走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 ラスタ走査パターンの生成を例示する図２から図４の走査アームアセンブリの動作を概略的に示す図である。 走査アームアセンブリの異なる動作を概略的に示す図である。

好ましい実施形態の詳細な説明

図２は、イオン注入装置の概略図である。イオン源１００は、注入すべき種のイオンが形成されるアークチャンバ１０２を含む。それらイオンは、イオンビーム１０８を形成するように、抽出電極１０６によって制御される電界により、アークチャンバ１００の前面のスリット１０４を通して引き出される。そのイオンビーム１０８は、質量分析装置１１０に入り、そこで、図の紙面に対して直角に向けられた磁界により、それらイオンは、湾曲パス１１２において移動させられる。この湾曲パス１１２の曲率半径は、質量分析装置１１０に入るイオンの運動量及び荷電状態に依存している。質量分析装置１１０に入るイオンは、アークチャンバ１０２と質量分析装置１１０の構造体との間の電位差により定められる同じエネルギーを有しているので、質量分析装置１１０におけるイオンの曲率半径は、実際には、それらイオンの質量電荷比に依存している。

結果として、異なる質量電荷比のイオンの軌道は、それらイオンが質量分析装置１１０を出て行くときには、図の紙面において分散させられ、そして、選択された質量電荷比のイオンのみが、前方へ通されてイオン注入装置の処理チャンバ１１６に入るようにするため、質量分解スリット１１４が配置されている。ここまで説明したようなイオン注入装置の詳細な動作及び構造については、当業者によれば理解されるところであろうし、また、更なる情報については、例えば、米国特許第５，３８９，７９３号明細書又は米国特許第５，９６９，３６６号明細書から得ることができよう。

処理チャンバ１１６において、選択された質量電荷比のイオンのイオンビーム１１８（通常、特定の質量の単一荷電イオン）は、半導体ウエハ１２０へ向けられ、所定の半導体製造処理によって規定されたようにウエハ１２０にそれらイオンを注入する。ウエハ１２０の前で、イオンビーム１１８は、既知のタイプの電子フラッドシステム１２２（米国特許第５，３９９，８７１号明細書参照）を通過することにより、正電荷を中性化するための電子を与える。これら正電荷は、そうしないと、注入中にウエハ表面上に蓄積されていてしまうことのあるものである。

イオンビーム１１８は、ウエハ１２０に入射するところでの直径が１０ｍｍと４０ｍｍとの間であることができ、このウエハ１２０は、３００ｍｍの典型的な直径を有している（以前には、２００ｍｍが普通であったが、今ではこれは相当に小さい）。半導体ウエハ１２０の各単位面積に対して分配されるイオンの注入量は、注入中にそのウエハ１２０の全表面区域に亘って均一であるようにすることが、非常に重要である。従って、本実施形態では、処理チャンバ１１６においてイオンビーム１１８は走査されず、実質的に一定のビーム軸１２４を有しているので、半導体ウエハ１２０を機械的に並進移動させて、そのビーム１１８がそのウエハ１２０上に所定の走査パターンを描き、そのウエハ表面に亘って注入量の均一な分布がなされるようにすることが重要である。

次に、処理チャンバ１１６において半導体ウエハ１２０を保持し且つ必要に応じてイオンビーム１１８を横切ってウエハ１２０を走査するための走査アームアセンブリ２００について、より詳細に説明する。このアセンブリ２００は、図２に例示されており、また、図３の斜視図により良く例示されている。図４ａ及び図４ｂもまた、側面図として、そのアセンブリ２００を示している。

この走査アームアセンブリ２００は、処理チャンバ１１６の壁部２０２に取り付けられており、走査アームコントローラ２０４の指令に従って動作する。この走査アームコントローラ２０４は、適当にプログラムされたコンピュータであってよい。

走査アームアセンブリは、処理チャンバ１１６の内方へと延長するボス２０６を備える。このボス２０６は、このボス２０６に沿って処理チャンバ１１６内へと延長する軸２１０の周りにこのボス２０６を回転させるように動作できるモータ２０８に結合されている。

上方駆動アーム２１２及び下方駆動アーム２１４に対応する１対のアームが、処理チャンバ１１６内へと延長するように、ボス２０６に回転接合部を介して取り付けられている。関連モータ２１６、２１８は、イオンビーム１１８の軸１２４と平行に延長する共通軸２２０の周りに上方駆動アーム２１２及び下方駆動アーム２１４を独立して駆動する。

リンク２２２及び２２４が、上方駆動アーム２１２及び下方駆動アーム２１４の末端部に回転接合部において設けられており、そこで、自由に回転できるものとされている。リンク２２２及び２２４の他端は、別の回転接合部により接合されており、それにより、四辺形が形成されている。リンク２２２は、その両端部において軸２２６及び２２８の周りに回転自由な単純なタイバーである。リンク２２４は、より実質的なものであり、拡大頭部２３０において終わっており、この拡大頭部２３０に、ウエハホルダー２３２が回転可能に取り付けられる。このようなより大きなサイズとすることにより、ウエハホルダー２３２に対する種々なサービスが実施可能とされ、例えば、ウエハホルダー２３２がウエハ１２０を静電的に所定位置に保持するような静電チャックであるような場合には、そこへの電気供給を行うことが可能とされる。リンク２２４は、その両端部において軸２２８及び２３４の周りに回転自由である。

リンク２２４の末端部に設けられた拡大頭部２３０は、ウエハホルダー２３２をその中心の周り、即ち、軸２２８の周りに駆動するのに使用される小さなモータを収容している。勿論、これにより、ウエハホルダー２３２によってウエハ１２０が保持される時に、そのウエハ１２０の回転がなされる。

走査アームコントローラ２０４は、駆動アーム２１２及び２１４を回転させて、それにより、リンク２２２及び２２４を作動させて、次いで、ウエハ１２０を、イオンビーム１１８を通して駆動するように、モータ２１６及び２１８を使用する。駆動運動の一実施例を、図４ａ及び図４ｂに示しており、ここでは、駆動アーム２１２を時計方向に回転させるようにモータ２１６が使用されている。モータ２１８は、駆動アーム２１４がその位置に維持されるように、非作動のままである。駆動アーム２１２の回転により、リンク２２２及び２２４が駆動移動され、ウエハ１２０が右下へと移動させられる。その結果としてウエハ１２０が辿るパスは、イオンビーム１１８を通過することになる。

容易に理解されるように、駆動アーム２１２を静止した状態に保ちながら、他方の駆動アーム２１４を回転させると、ウエハ１２０の異なる運動がなされる。両方の駆動アーム２１２及び２１４を同時に駆動し、それらの回転の相対速度を変えることにより、多くの異なるパスを生成することができ、従って、多くの異なる走査パターンを実施させることができる。図５から図８は、可能な走査パターン３００の幾つかの実施例を示している。

図５ａ及び図５ｂは、駆動アーム２１２及び２１４を順に駆動することにより達成される走査パターンを示している。ウエハ１２０を含む走査アームアセンブリ２００の初期位置は、これらの図において実線で示されており、一方、点線は、その走査アームアセンブリ２００の最終位置を示している。

走査パターン３００は、ラスタパターンに近似しており、一連の弧状走査線３０２を含み、これら弧状走査線３０２は、ウエハ１２０が次の走査線３０２の開始位置へと移動される弧状ステップ３０４により分離されている。

図５ａは、最初の走査線３０２を完成するために行われる移動を示している。この移動中には、モータ２１６は、使用されず、駆動アーム２１２は静止したままである。矢印３１６で示されるように、時計方向に駆動アーム２１４を回転させて、リンク２２２及び２２４がウエハ１２０を走査線３０２に沿って下方へ走査させるようにするため、モータ２１８が使用される。次の走査線については、モータ２１８により、駆動アーム２１４は、矢印３０６で示されるように反時計方向に回転させられ、ウエハ１２０は、次の走査線３０２に沿って上方へと駆動させられる。このような駆動アーム２１４の交互の時計方向／反時計方向の回転が続けられ、ウエハ１２０が連続する走査線３０２に沿って上方及び下方に移動させられて、走査パターン３００が完成する。

図５ｂは、走査線３０２の間のステップ３０４に沿ってウエハを移動させるため走査アームアセンブリによって行われる移動を例示している。これらのステップ３０４の間には、モータ２１８は、非作動であり、駆動アーム２１４は移動しない。モータ２１６により、駆動アーム２１２は、矢印３０８で示されるように、時計方向に小さな移動量だけ回転させられる。各移動は、連続する走査線３０２の間のウエハ１２０の移動となる。図５ｂは、走査パターン３００における最初の走査線３０２と最後の走査線３０２との間の移動に必要とされる移動を示している。

従って、図５ａ及び図５ｂに示す走査パターン３００は、最初に駆動アーム２１４を時計方向に回転させ、それから、駆動アーム２１２を時計方向に漸進させ、それから、駆動アーム２１４を反時計方向に回転させ、それから、駆動アーム２１２を時計方向に漸進させる等々することにより、達成される。このようなスキームは、いずれの一時においても駆動アーム２１２及び２１４のうちの一方のみを動作させているので、実施するのが特に容易である。実際においては、駆動アーム２１４が減速され、それから休止状態から加速される時に、走査線３０２の間を駆動アームが移動するように動作させることは効果がある。このような動作は、イオンビーム１１８がウエハ１２０から外れた状態で方向転換が行われるようにイオンビーム１１８を越えて移動されたウエハ１２０を見るような走査線３０２を使用して、行われるべきである。

その結果、走査パターンは、駆動アーム２１２及び２１４の単純な移動を使用して生成することができ、素早い走査が可能とされる。

図６ａから図６ｄは、駆動アーム２１２及び２１４を同期して駆動することにより達成される走査パターン３００を示している。図６ａから図６ｄの各々において、ウエハ１２０を含む走査アームアセンブリ２００の初期位置は、点線で示されており、一方、実線は、その走査アームアセンブリ２００の最終位置を示している。

図６ａは、最初の走査線３０２を辿るためになされる移動を示している。ウエハ１２０が下方左側にある開始位置から、駆動アーム２１２及び２１４が共に等速度で反時計方向に駆動される。この運動の方向は、矢印３０６で示されている。こうすることにより、共通軸２２０からウエハ１２０の中心までの半径が全走査線３０２に対して一定のままとすることができる。従って、走査線３０２は、共通軸２２０を中心とした弧となる。

図６ｂは、共通軸２２０とウエハ１２０の中心との間の半径が増大していくように、駆動アーム２１２及び２１４を反対方向に、すなわち、駆動アーム２１２を時計方向に、駆動アーム２１４を反時計方向に、どのように駆動するかを示している。このような移動により、弧状ステップ３０４が辿られるようになる。

図６ｃは、２番目の走査線３０２がどのようにして辿られるかを示している。駆動アーム２１２及び２１４が共に等速度で時計方向に駆動され、走査線３０２は、共通軸２２０を中心とする別の弧となり、この時の半径はより大きくなる。

図６ｄは、次のステップ３０４が形成されるところを示している。駆動アーム２１２及び２１４は、反対方向に駆動され、ここでも、共通軸２２０からウエハ１２０の中心までの半径が増大していく。こうして、ウエハ１２０は、３番目の走査線３０２が辿られるべき位置へと移動される。この３番目の走査線３０２は、最初の走査線３０２に対応しており、図６ｄに示した走査パターン３００を形成するため、前述の手順が繰り返される。前述の説明から分かるように、各走査線３０２は、共通軸２２０を中心とする半径が増大していく円の弧に対応している。このことは、走査線３０２がそれらの全長にそって均一な距離だけ分離されているということを意味しているので、効果のあることである。もし、その分離距離が変化してしまうような場合には、均一注入量を達成するため、駆動アーム２１２及び２１４の回転速度を、各走査線３０２にそって変化させなければならず、即ち、分離距離が減少するところでスピードアップしなければならないであろう。半径を均一に増分することも推奨される。何故ならば、こうすることにより、各走査線３０２の間の分離距離を均一とすることができ、従って、各走査線３０２について同じ走査速度を使用することが可能とされるからである。

直線ラスタ走査に対応する更に別の走査パターン３００を、図７に示している。このようなパターンを達成するためには、走査アームコントローラ２０４は、駆動アーム２１２及び２１４を同時に且つ調和形式において動作させなければならない。駆動アーム２１２及び２１４の長さを同じとし、それら駆動アーム２１２及び２１４を同じ速度で反対方向に駆動することができるようにするのが、都合がよい。

モータ２１６及び２１８は、走査アームコントローラ２０４（図２）により与えられる駆動電圧により制御される。この走査アームコントローラ２０４は、所定の制御アルゴリズムに従って、モータ２１６及び２１８の回転速度を調和させて、ウエハ１２０がイオンビーム１２０を横切る走査パターン３００に従って移動されるようにする。駆動アーム２１４の反時計方向運動と駆動アーム２１２の時計方向運動とを同時に行うことにより、図７に例示されるように、走査線３０２に沿って右側へのウエハ１２０の直線走査運動が生成される。走査アーム２１２及び２１４を反対方向に回転させることにより、ウエハ１２０が右から左への走査線３０２を辿るようにさせられる。従って、交互の走査線３０２は、反対方向となることができる。走査アーム２１２及び２１４の適当な回転により、ウエハ１２０は、垂直に移動させられ、必要に応じて上向きステップ又は下向きステップ３０４のいずれかを辿るようにさせられる。走査アームコントローラ２０４は、走査線３０２に沿ってウエハ１２０の一定走査速度とするように、所定のアルゴリズムに従ってモータ２１６及び２１８の速度を制御する。

ウエハホルダー２３２は、回転軸２２８の周りに回転できるように、リンク２２４の拡大頭部２３０に回転可能なように取り付けられている。走査アームコントローラ２０４は、軸２２８の周りでウエハ１２０の配向を一定に維持するように、ウエハ１２０が走査線３０２に沿って並進移動させられる時に、ウエハホルダー２３２が回転させられるようにする。走査アームコントローラ２０４は、ウエハの配向が一貫して一定に維持されるように、走査パターン３００のステップ３０４中の対応する回転を生ぜしめる。

図５に示した配置では、走査アームアセンブリ２００の軸２２０、２２６、２２８及び２３４は、図の紙面に対して直角であり、生成される２次元走査パターンは、図の紙面と平行な走査平面にあるようになっている。

前述したように、走査アームアセンブリ２００は、この走査アームアセンブリ２００の関節接合により定められる走査平面と平行な回転軸４１を有する別の回転接合部４０により、処理チャンバ１１０の壁部２０２に取り付けられている。走査アームアセンブリ２００の全体がモータ４２により軸４１の周りに回転させられ、イオンビーム軸１２４に対して走査平面が対応して回転させられるようになっている。このようにして、走査平面は、ウエハホルダー２３２上のウエハ１２０への希望の注入角度を可能とするように傾けることができる。ウエハ１２０は、回転軸２２８の周りに回転され、ウエハ１２０の特徴部がイオンビーム１１８に対して正しく与えられようにしており、即ち、トレンチが正しい傾斜及び配向でもって与えられ、それらの側壁部のドーピングが可能なものとすることができる。

ここに説明する実施形態では、走査アームアセンブリ２００の回転軸４１は、図２に最もよく示されるように、ウエハ１２０が占める平面にあって、ビーム軸１２４を横切る。このような幾何学配置により、ウエハ１２０の注入角度は、ビーム軸１２４にそって走査パターン３００の中心を移動させずに、軸４１の周りに走査アームアセンブリ２００を回転させることにより調整することができるようにされ、これは、等心注入角度調整と称されている。

走査アームコントローラ２０４は、この走査アームコントローラ２０４内のメモリに記憶された所定のアルゴリズムに従って、走査アームアセンブリ２００を制御する。ここに説明する走査パターンのいずれかを達成するように適当なアルゴリズムを考え出すことは、当業者にとっては問題ではないであろう。例えば、種々なモータの回転位置とウエハ１２０の希望の位置との間の関係は、当業者により容易に推定できるような三角方程式により定義される。前述したように、共通軸の周りに回転されるような２つの駆動アーム２１２及び２１４の配置とすることにより、ウエハ１２０の移動の数学的考察が簡単化される。特に、一方の駆動アームが他方の駆動アームの端部に取り付けられ、その回転軸が移動するようなＷＯ２００４／００１７８９の問題は、避けられる。

図５及び図６に例示したラスタ走査パターン３００は、直線又は弧状のいずれかである一連の平行走査線３０２を生成するため、短い横断運動により相互に接続される比較的に長い往復直線運動を与える。さらに別の走査配向及びパターンを達成することができる。例えば、図８においては、図７の直線走査パターン３００は、軸２１０に関して約４５°だけ回転されている。このような走査パターン３００とするための適当なアルゴリズムは容易に考えることができ、これを走査アームコントローラ２０４に記憶させることができる。このような走査パターン３００の利点は、平行走査線３０２によって表されるウエハ１２０の長い往復移動が、駆動アーム２１２の比較的により大きな回転移動と、駆動アーム２１４の比較的により小さな角度移動と、により得られるということである。これにより、走査パターン３００の形成中においてモータ２１６及び２１８に掛かる負荷を減少させることができる。適当な注入量均一性を達成するため、又は比較的に高いビーム電流による必要とされる全注入量を低くするため、いずれの場合においても、生産性を最大とするためには、走査を比較的に高い速度で行うべきであることは、理解されよう。

図８の走査パターン３００は、走査線３０２が図において上部左側から底部右側へと斜めに延長するものとして例示されているのであるが、走査アームアセンブリ２００は、重力が矢印３１０の方向において走査線３０２に対して実質的に直角にこの走査アームアセンブリ２００に作用するように、処理チャンバ３１６に取り付けることができることは、理解されよう。この時、走査線３０２に沿うウエハ２１０の主往復運動は、水平とすることができるので、これによっても駆動モータ２１６及び２１８に掛かる負荷が最小とされる。

前述したような実施形態に対して、本発明の範囲から逸脱せずに、種々な変更をなすことができることは、当業者には理解されよう。

走査アーム２１２及び２１４及びリンク２２２及び２２４の特定の細部、例えば、それらのサイズ及び形状等については変更できるものである。明らかなように、ウエハホルダー２３２に対する希望のパスを生成するため、それらのサイズ及び形状の変更を調整することができる。前述したように、リンクは、駆動アーム２１２及び２１４の移動をウエハホルダー２３２へ伝達するため、回転又は並進移動、又はそれら２つの混合を使用することができる。駆動アーム２１２、２１４へリンクを接合し、また、リンクを互いに接合するのに、スライディング配置を使用することができる。

前述した移動モードのすべてを実施する必要はない。もし、通常の注入のみを必要とする場合には、モータ２０８を省いて、ボス２０６を所定位置に固定することにより、傾斜注入を行う設備を構成することができる。もし、ウエハ１２０の配向が重要でない場合には、ウエハホルダー２３２を固定とすることができ、即ち、リンク２２４の拡大頭部２３０にモータを設けるようにすることができる。

本発明による走査アームアセンブリ２００を使用して、非常に多くの走査パターンを生成することができる。リボンビームが使用される時には、そのリボンビームを横切ってウエハ１２０を単一掃引させるのに、走査アームアセンブリ２００を使用することができる。スポットイオンビームが使用される時には、ラスタパターンがより普通である。このラスタパターンは、直線走査線又は弧状走査線を含むようなものとすることができる。ウエハ１２０は、各走査線について共通の方向においてイオンビーム１１８を通して移動することができ、又は、ウエハ１２０は、各連続する走査線について交互の方向において移動することができる。１つのパスにおいて１本おきの走査線（又は２本おき、３本おきの走査線等）においてのみ注入を行い、それから、次のパスにおいて前に注入を行わなかった別のセットの走査線において注入を行うというようにしていくようなインターレーススキャンの如き他のよく知られたスキームを実施することも簡単である。ウエハ１２０は、それらパスの間で回転することができる。

前述の実施形態においては、注入中にウエハ１２０を走査することに関連して本発明を説明してきた。しかしながら、走査アームアセンブリ２００は、ウエハ１２０のローディング及びアンローディング中にウエハ移送ロボットと協働するように使用することもできることは、理解されよう。例えば、走査アームアセンブリ２００は、ウエハ１２０がウエハホルダー２３２の上部に平らに保持されるように、軸２１０の周りに回転することができる。走査アーム２１２及び２１４は、そのロボットと協働するのに都合よくウエハ１２０を配置するのにも使用することができる。

１…走査アーム、１０…ウエハ、１１…中心軸、１２…モータ、１３…方向、１４…ホルダー、２０…ショルダー、２１…平行軸、２２…モータ、２３…矢印、３０…エルボー、３１…平行軸、３２…モータ、３３…矢印、４０…ボス（回転接合部）、４１…回転軸、４２…モータ、４３…方向、５０…イオンビーム、１００…イオン源、１０２…アークチャンバ、１０４…スリット、１０６…抽出電極、１０８…イオンビーム、１１０…質量分析装置、１１２…湾曲パス、１１４…質量分解スリット、１１６…処理チャンバ、１１８…イオンビーム、１２０…半導体ウエハ、１２２…電子フラッドシステム、１２４…ビーム軸、２００…走査アームアセンブリ、２０２…壁部、２０４…走査アームコントローラ、２０６…ボス、２０８…モータ、２１０…軸、２１２…上方駆動アーム、２１４…下方駆動アーム、２１６…モータ、２１８…モータ、２２０…共通軸、２２２…リンク、２２４…リンク、２２６…軸、２２８…回転軸、２３０…拡大頭部、２３２…ウエハホルダー、２３４…軸、３００…走査パターン、３０２…弧状走査線、３０４…弧状ステップ、３０６…矢印、３０８…矢印、３１０…矢印

Claims (15)

1. イオン注入装置においてイオンビームを通して基板を走査するための基板スキャナにおいて、上記基板スキャナは、
   回転接合部に設けられた第１の駆動アームと、
   回転接合部に設けられた第２の駆動アームと、
   上記第１の駆動アームを固定の第１の回転軸の周りに回転させ且つ上記第２の駆動アームを固定の第２の回転軸の周りに上記第１の駆動アームとは別に独立して回転させるように動作できる駆動手段と、
   リンクに結合された基板ホルダーと、
   を備え、
   上記リンクは、上記第１の駆動アーム及び／又は上記第２の駆動アームが回転される時に、上記基板ホルダーが移動するように、上記第１の軸から離れた場所で上記第１の駆動アームに結合され且つ上記第２の軸から離れた場所で上記第２の駆動アームに結合されており、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームの一方を静止させた状態でもう一方を回転させる、または、両方の回転の相対速度を変えて、または回転を同じ速度にして同時に駆動させることにより、複数の異なる二次元的走査パターンによる走査を可能とする、基板スキャナ。
2. 上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームは、上記第１の軸及び上記第２の軸が同軸となるように、支持体に結合される、請求項１に記載の基板スキャナ。
3. 上記リンクは、第３の軸の周りに回転するように一緒に回転可能に結合された第１の部材及び第２の部材を備え、上記第１の部材は、第４の軸の周りに回転するように上記第１の駆動アームに回転可能に結合され、上記第２の部材は、第５の軸の周りに回転するように上記第２の駆動アームに回転可能に結合され、
   上記第１の軸、上記第２の軸、上記第３の軸、上記第４の軸及び上記第５の軸は、平行である、請求項２に記載の基板スキャナ。
4. 上記基板ホルダーは、上記第１の軸、上記第２の軸、上記第３の軸、上記第４の軸及び上記第５の軸と平行に延びる第６の軸の周りに回転できるように、上記リンクに回転可能に結合され、上記基板ホルダーは、上記基板ホルダーを上記第６の軸の周りに回転させるように動作できる基板ホルダー駆動手段を備える、請求項３に記載の基板スキャナ。
5. 上記支持体は、上記第１の軸と実質的に直角の第７の軸の周りに回転できるように回転可能に取り付けられ、上記第７の軸は上記基板ホルダーの上面に平行に延びている、請求項３又は４に記載の基板スキャナ。
6. 上記第７の軸は、上記基板ホルダーの上面の直ぐ上を通るように延びている、請求項５に記載の基板スキャナ。
7. イオンビームを発生するように動作できるイオン源と、上記イオンビームをイオンビームパスに沿って案内するように動作できる光学部品と、上記イオンビームを通して基板を走査するように動作できる請求項１から６のいずれかに記載の基板スキャナと、を備えており、上記第１の軸は、上記基板スキャナでの上記イオンビームパスの方向と平行である、イオン注入装置。
8. 請求項７に記載のイオン注入装置を使用し、注入すべき基板を上記基板ホルダーが保持するようにして、基板に注入する方法において、
   上記基板を上記イオンビームに隣接して配置するステップと、
   上記第１の駆動アームを回転させて、それにより、上記基板が上記イオンビームを通して進まされ、上記イオンビームが上記基板に亘る走査線を辿るように、上記駆動手段を使用するステップと、
   を含む方法。
9. 上記第１の軸及び上記第２の軸が平行であり、ある円のある弧に対応する上記基板に亘る走査線を上記イオンビームが辿るように上記駆動手段を使用して上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを同じ方向に及び同じ速度で回転させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 上記弧の走査線を辿った後、上記平行な第１の軸及び第２の軸と上記基板ホルダーとの間の距離を変えるように上記駆動手段を使用して上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを反対方向かつ同一速度で回転させるステップと、
    上記ある円の半径とは異なる半径の円のある弧に対応する上記基板に亘る別の走査線を上記イオンビームが辿るように上記駆動手段を使用して上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを同じ方向に且つ同じ速度で回転させるステップと、
    上記異なる半径の同心円の一連の弧に対応する一連の走査線が上記基板に亘って辿られるように上記駆動手段を使用して、弧状走査線を辿り、また、上記平行な第１の軸及び第２の軸と上記基板ホルダーとの間の距離を変える為に上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを回転させるステップを繰り返すステップと、
    を含む、請求項９に記載の方法。
11. 上記平行な第１の軸及び第２の軸と上記基板ホルダーとの間の距離が均一に変えられ、上記弧の走査線が等しく分離されるように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを繰り返し回転させるため上記駆動手段を使用するステップと、
    上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを共通の同じ速度で同じ方向に繰り返し回転させて上記基板の均一な注入量を得るため上記駆動手段を使用するステップと、
    を含む請求項１０に記載の方法。
12. 上記イオンビームが上記基板に亘って直線の走査線を辿るように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを同時に反対方向に回転させるため上記駆動手段を使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
13. 上記第２の駆動アームを回転させ、それにより、上記基板を移動させて次の走査線に沿う注入のための準備をさせるように上記駆動手段を使用するステップと、
    上記イオンビームが上記基板に亘って一連の走査線を辿るように、上記第１の駆動アーム及び上記第２の駆動アームを回転させるため上記駆動手段を繰り返して使用し、ラスターパターンを形成するステップと、
    を更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 上記イオンビームに対する上記基板の配向を維持するように上記イオンビームを通して上記基板を移動させるため上記駆動手段を使用しながら、上記基板を回転させるステップを更に含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. イオン注入装置の動作を制御するように構成されたコンピュータにおいて実行されるとき、上記イオン注入装置が請求項８から１４のいずれかに記載の方法に従って動作するようにさせるプログラム命令を含むコンピュータプログラム。

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