JP5570948B2 - 基板縦方向揺動装置、基板ステージ装置及びイオン注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板縦方向揺動装置、基板ステージ装置及びイオン注入装置に関する。

現在、半導体ウエハなどの基板に、Ｐ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｓｂなどのイオンを所定の浸透深さで導入するためにイオン注入装置が用いられている。
図６は従来のイオン注入装置の内部構成図、図７は同内部正面図を示している。

イオン注入装置１１０は、真空槽１１１と、基板１２０を保持する基板ステージ装置１３０と、イオンを放出するイオン源１１９とを有している。
基板ステージ装置１３０は、本体１３１と、基板１２０を保持できるように構成された基板保持台１２１と、基板保持台１２１を本体１３１に対して鉛直方向に沿って往復移動させる縦方向移動装置とを有している。

本体１３１は真空槽１１１内の所定の位置に固定されている。
ここでは縦方向移動装置は、モーター１２３と、ボールねじ１２４と、縦方向移動部材１２８とを有している。
ボールねじ１２４の軸は鉛直に向けられて本体１３１に固定され、縦方向移動部材１２８はボールねじ１２４のナットに取り付けられている。

ボールねじ１２４の軸の一端は磁性流体シール１２９を介して真空槽１１１の壁面を気密に貫通し、真空槽１１１の外側に配置されたモーター１２３に接続されている。モーター１２３を駆動させてボールねじ１２４の軸を左回り又は右回りに回転させると、縦方向移動部材１２８は上下に移動するようになっている。

基板保持台１２１にはここでは静電吸着機構が設けられ、基板保持台１２１の表面に基板１２０を吸着保持できるように構成されている。
基板保持台１２１は縦方向移動部材１２８に取り付けられている。縦方向移動部材１２８が上下に移動すると、基板保持台１２１に保持された基板１２０も上下に移動するようになっている。

イオン源１１９は真空槽１１１内に配置され、基板ステージ装置１３０に保持された基板１２０に向けてイオンを照射できるように構成されている。
イオン源１１９から放出されたイオンの飛行経路には磁石装置１１８が配置されている。磁石装置１１８はイオンの飛行経路に磁場を形成して、イオンの進行方向を曲げて、基板１２０上でのイオンの照射領域を左右に移動できるようにされている。

磁石装置１１８によってイオンの照射領域を基板１２０の横方向の一端から他端まで移動させる横方向移動工程と、基板ステージ装置１３０によって基板１２０をイオンの照射領域の幅の長さだけ上方又は下方のいずれか一方向に移動させる縦方向移動工程とを繰り返すことで、照射領域を基板１２０の左端と右端との間を往復させながら上端から下端まであるいは下端から上端まで走査させることができ、基板１２０表面全体にイオンを打ち込むことができる。

上述のように従来のイオン注入装置１１０では、基板保持台１２１を鉛直方向に沿って所定の加速度で動かすためには、大きな駆動トルクが必要であるため、モーター１２３を真空槽１１１の外側に配置しなければならず、真空槽１１１内のボールねじ１２４との接続に磁性流体シール１２９を介して接続する必要があった。そのためイオン注入装置１１０の構成が複雑になり、コストアップの要因となっていた。また、磁性流体シール１２９のシール性能が劣化する虞があるため、イオン注入装置１１０の信頼性を上げることが難しかった。

さらに、モーター１２３を真空槽１１１の外側に配置するため、基板ステージ装置１３０の本体１３１は自ずと真空槽１１１内の定位置に固定する必要があり、基板ステージ装置１３０で基板１２０を左右に揺動させるように構成することはできなかった。すなわち、基板１２０上でイオンの照射領域を左右に移動させるためには、大型の磁石装置１１８と大型のビームラインが必要であり、装置全体が大型となって、コストも膨大になるという問題があった。

特開２００９−７０８８６号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、真空槽内での位置を移動できる基板縦方向揺動装置と、真空槽内で基板を縦方向及び横方向に往復移動できる基板ステージ装置及びイオン注入装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、本体と、基板を保持できるように構成された基板保持台と、前記基板保持台を前記本体に対して鉛直方向に沿って往復移動させる縦方向移動装置と、を有する基板縦方向揺動装置であって、前記縦方向移動装置は、回転軸と、互いに固定されて前記回転軸にそれぞれ取り付けられ、前記回転軸の回転によって互いに上下反対方向にそれぞれ回動する第一、第二の腕部と、前記回転軸から見て互いに逆側に鉛直に配置され、前記本体に固定された第一、第二の縦レールと、前記第一、第二の縦レールと、前記第一、第二の腕部とをそれぞれ連結する第一、第二の連結部材とを有し、前記第一、第二の連結部材は、前記第一、第二の縦レールに沿って上下に移動する第一、第二の縦方向移動部材と、前記第一、第二の腕部の回動動作による移動の鉛直方向の成分を抽出し、前記第一、第二の縦方向移動部材を抽出した移動量移動させる第一、第二の縦方向移動抽出部材とを有し、前記基板保持台は、前記第一の縦方向移動部材に設けられ、前記第二の縦方向移動部材には、前記基板保持台の重さより重い重りが設けられた基板縦方向揺動装置である。
本発明は基板縦方向揺動装置であって、前記第一、第二の縦方向移動抽出部材は、前記第一、第二の縦方向移動部材に水平に固定された第一、第二の横レールと、前記第一、第二の腕部に、前記第一、第二の腕部と前記第一、第二の横レールのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、前記第一、第二の横レールに沿って左右に移動する第一、第二の横方向移動部材とを有する基板縦方向揺動装置である。
本発明は基板縦方向揺動装置であって、前記第一、第二の縦方向移動抽出部材は、前記第一、第二の腕部に沿って固定された第一、第二の動径レールと、前記第一、第二の縦方向移動部材に、前記第一、第二の縦方向移動部材と前記第一、第二の動径レールのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、前記第一、第二の動径レールに沿って往復移動する第一、第二の動径方向移動部材とを有する基板縦方向揺動装置である。
本発明は基板縦方向揺動装置であって、前記第一、第二の横方向移動部材の取付位置は、前記第一、第二の腕部に沿って変更できるように構成された基板縦方向揺動装置である。
本発明は、基板縦方向揺動装置と、前記基板縦方向揺動装置を水平方向に沿って往復移動させる基板横方向揺動装置と、を有する基板ステージ装置である。
本発明は、真空槽と、基板ステージ装置と、イオンを放出するイオン源と、を有し、前記基板ステージ装置の前記基板縦方向揺動装置は前記真空槽内に配置され、前記イオン源は前記基板縦方向揺動装置の前記基板保持台に保持された基板に向けてイオンを照射できるように構成されたイオン注入装置である。

本発明の縦方向移動装置の動作原理である、いわゆるカウンタバランス機構ついて図５を参照して説明する。
質量Ｍ（ｋｇ）の移動部材を加速度ａ（ｍ／ｓｅｃ²）で上昇させるために必要な推力Ｆ（Ｎ）の大きさはＭ（ｇ＋ａ）＋ｆであり、加速度ａで下降させるために必要な推力Ｆの大きさはＭ（ｇ−ａ）−ｆである。
ここで、ｇは重力加速度（ｍ／ｓｅｃ²）、ｆはレールと移動部材との間の擦動抵抗（Ｎ）を示している。
従って、カウンタバランス機構では、質量Ｍの移動部材を加速度ａで上昇加速、下降加速させる場合に必要な推力Ｆ_up、Ｆ_downは、
Ｆ_up＝Ｍ（ｇ＋ａ）＋ｆ−（Ｍ（ｇ−ａ）−ｆ）＝２（Ｍａ＋ｆ）
Ｆ_down＝Ｍ（ｇ−ａ）−ｆ−（Ｍ（ｇ＋ａ）＋ｆ）＝−２（Ｍａ＋ｆ）
となる。それぞれの場合において反力が作用するため、駆動に必要な推力ではＭｇが相殺される（減速時、等速時も同様にＭｇが相殺される）。
すなわち、Ｆ_upとＦ_downでは動きの向きで符号は逆転するが、必要な推力の大きさは同じになる。

基板縦方向揺動装置のモーターの負荷を従来より低減できるので、モーターの発熱を抑制でき、モーターを真空槽内に配置して使用できる。
基板縦方向揺動装置のモーターを真空槽内に配置し、磁性流体シールを使わないので、装置の信頼性が向上する。また基板縦方向揺動装置を真空槽内で移動させることができる。
基板を鉛直方向と水平方向にそれぞれ移動できるので、イオンの飛行経路に磁石装置を配置する必要がなく、装置を従来より小型化でき、コストを低減できる。

本発明のイオン注入装置の内部構成図 本発明のイオン注入装置の内部正面図 （ａ）〜（ｃ）：第一、第二の連結部材の構造の第一例を説明するための図 （ａ）〜（ｃ）：第一、第二の連結部材の構造の第二例を説明するための図 カウンタバランス機構の原理を説明するための模式図 従来のイオン注入装置の内部構成図 従来のイオン注入装置の内部正面図

＜イオン注入装置の構造＞
本発明のイオン注入装置の構造を説明する。図１はイオン注入装置１０の内部構成図、図２は同内部正面図を示している。
イオン注入装置１０は、真空槽１１と、基板２０を保持する基板ステージ装置３０と、イオンを放出するイオン源１９とを有している。

イオン源１９は真空槽１１内に配置され、基板ステージ装置３０に保持された基板２０に向けてイオンを照射できるように構成されている。
基板ステージ装置３０は、真空槽１１内に配置された基板縦方向揺動装置を有している。

基板縦方向揺動装置は、本体３１と、基板２０を保持できるように構成された基板保持台２１と、基板保持台２１を本体３１に対して鉛直方向に沿って往復移動させる縦方向移動装置とを有している。
ここでは縦方向移動装置は、真空対応の第一のモーター２３と、ボールねじ２４と、主縦方向移動部材２８とを有している。

ボールねじ２４の軸は鉛直に向けられて本体３１に固定され、主縦方向移動部材２８はボールねじ２４のナットに取り付けられている。
第一のモーター２３は真空槽１１内に配置され、ボールねじ２４の軸の一端に接続されている。ボールねじ２４の軸は真空槽１１の壁面を貫通しないので、装置の信頼性が向上する。

真空槽１１の外側に配置された制御装置１８から制御信号を受けると、第一のモーター２３はボールねじ２４の軸を左回り又は右回りに回転させて、ボールねじ２４のナットに取り付けられた主縦方向移動部材２８をボールねじ２４の軸に沿って上下に移動させるように構成されている。

基板保持台２１にはここでは静電吸着機構が設けられ、基板保持台２１の表面に基板２０を吸着保持できるように構成されている。
基板保持台２１は主縦方向移動部材２８に取り付けられている。第一のモーター２３によって主縦方向移動部材２８を上下に移動させると、基板保持台２１も一緒に上下に移動するようになっている。

本発明の縦方向移動装置は、回転軸３７と、互いに固定されて回転軸３７にそれぞれ取り付けられ、回転軸３７の回転によって互いに上下反対方向にそれぞれ回動する第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂと、回転軸３７の中心軸線から見て互いに逆側に鉛直に配置され、本体３１に固定された第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと、第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂとをそれぞれ連結する第一、第二の連結部材とを有している。

回転軸３７は本体３１に水平に取り付けられ、本体３１に対して回転軸３７を回動させると、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂはそれぞれ、鉛直な平面内で互いに上下反対方向に回動するようになっている。

第一、第二の連結部材は、第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂに沿って上下に移動する第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂと、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂの回動動作による移動の鉛直方向の成分を抽出し、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂを抽出した移動量移動させる第一、第二の縦方向移動抽出部材とを有している。

ここでは第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂの第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと対面する部分には断面が「コ」字形状の溝が設けられ、溝は第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと嵌合され、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂは第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂに沿って上下に移動するようになっている。

第一、第二の縦方向移動抽出部材は、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂに水平に固定された第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂと、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂと第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに沿って左右に移動する第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂとを有している。

第一、第二の縦方向移動抽出部材の構造の第一の具体例を説明する。
第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂと第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂの互いに対面可能な部分にはそれぞれ凸部と凹部が設けられ、凸部と凹部とが嵌合されて、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに対して回動可能に取り付けられている。

また第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂの第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂと対面可能な部分には断面が「コ」字形状の溝が設けられ、溝は第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂと嵌合され、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに沿って左右に移動するようになっている。

第一、第二の縦方向移動抽出部材の構造の第二の具体例を説明する。
第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは凸形状に形成され、凸部を第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂと対面できるように向けられて、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに固定されている。第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂの第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂと対面可能な部分には長手方向に沿って溝部が設けられ、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂの凸部は第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂの溝部に直角に挿し込まれている。従って、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに対して回動可能に取り付けられ、かつ第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに沿って左右に移動するようになっている。

第一、第二の縦方向移動抽出部材の構造の第三の具体例を説明する。
第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂと第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂの互いに対面可能な部分にはそれぞれ第一の凸部と凹部が設けられ、第一の凸部と凹部とが嵌合されている。

さらに第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂの第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂと対面可能な部分には第二の凸部が設けられ、第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂの第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂと対面可能な部分には長手方向に沿って溝部が設けられ、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂの第二の凸部は第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂの溝部に直角に挿し込まれている。

従って、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂと第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂの両方に対して回動可能に取り付けられ、かつ第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに沿って左右に移動するようになっている。

上記説明では第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂは第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂに水平に固定されていたが、本発明は第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂが、第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと平行でなければ、第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと交差する向きで固定されている場合も含まれる。

本発明の第一、第二の縦方向移動抽出部材は、上記第一〜第三の具体例のうちいずれの構造でもよいし、第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂが、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂと第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに沿って左右に移動するようになっているならば、上記第一〜第三の具体例のいずれかの構造に限定されず、他の構造でもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）を参照し、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂを回転軸３７の周りに上下に回動させると、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂの回動動作による移動の水平成分と鉛直成分がそれぞれ抽出され、水平成分の移動量で第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは第一、第二の横レール３６ａ、３６ｂに沿って左右に移動し、鉛直成分の移動量で第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂは第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂに沿って上下に移動するようになっている。

図１、２を参照し、基板保持台２１は第一の縦方向移動部材３４ａに設けられ、第二の縦方向移動部材３４ｂには基板保持台２１の重さより重い重さの重り２５が設けられている。
従って、基板２０と基板保持台２１とにかかる重力は重り２５にかかる重力と相殺され、第一のモーター２３が基板保持台２１を上下に移動させるために必要な推力の大きさは、上昇させるときも下降させるときも加速度に比例した同一の大きさになる。

ここでは第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂは、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに仮固定されており、すなわち第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂの取付位置は第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに沿って変更できるように構成されている。回転軸３７の中心と第一、第二の横方向移動部材３５ａ、３５ｂの取付位置との間の距離を伸縮して調整することで、基板２０を保持する基板保持台２１と重り２５との間のバランスのズレを解消できるようになっている。

基板ステージ装置３０は、基板縦方向揺動装置を水平方向に沿って往復移動させる基板横方向揺動装置を有している。
基板横方向揺動装置は、第二のモーター１３と、横方向移動軸１４と、横方向移動レール１７とを有している。

横方向移動レール１７は、基板縦方向揺動装置の本体３１の底面と真空槽１１の壁面との間に配置されている。本体３１の底面の横方向移動レール１７と対面する部分には断面が「コ」字形状の溝が設けられ、溝は横方向移動レール１７と嵌合され、本体３１は横方向移動レール１７に沿って左右に移動するように構成されている。

横方向移動軸１４は基板縦方向揺動装置の本体３１に水平に固定されている。横方向移動軸１４の一端は磁性流体シール１５を介して真空槽１１の壁面を気密に貫通し、真空槽１１の外側に配置された第二のモーター１３に接続されている。

第二のモーター１３は制御装置１８から制御信号を受けると、横方向移動軸１４を伸縮させて、基板縦方向揺動装置の本体３１を基板保持台２１に保持された基板２０と一緒に左右に移動させるように構成されている。

基板保持台２１と主縦方向移動部材２８との間には傾斜調整装置４１が配置されている。
傾斜調整装置４１は、基板保持台２１を基板保持台２１表面に平行で水平な回転軸の周りに回動させるように構成されている。

傾斜調整装置４１によって基板保持台２１を回動させると、基板保持台２１に保持された基板２０表面の鉛直方向に対する角度が傾けられ、すなわち基板２０表面に入射するイオンの入射角度を変更できるようになっている。

本発明の基板縦方向揺動装置の第一、第二の縦方向移動抽出部材は、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂの回動動作による移動の鉛直方向の成分を抽出し、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂを抽出した移動量移動させることができるならば、上記構成に限定されない。
第一、第二の縦方向移動抽出部材の第二例の構造を説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）を参照し、第一、第二の縦方向移動抽出部材は、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに沿って固定された第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂと、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂに、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂと第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに沿って往復移動する第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂとを有している。

第一、第二の縦方向移動抽出部材の第二例の構造の第一の具体例を説明する。
第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂと第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂの互いに対面可能な部分にはそれぞれ凸部と凹部が設けられ、凸部と凹部とが嵌合されて、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂは第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂに対して回動可能に取り付けられている。

また第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂの第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂと対面可能な部分には断面が「コ」字形状の溝が設けられ、溝は第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂと嵌合され、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂは第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに沿って往復移動するようになっている。

第一、第二の縦方向移動抽出部材の構造の第二の具体例を説明する。
第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂは凸形状に形成され、凸部を第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂと対面できるように向けられて、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂに固定されている。第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂの第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂと対面可能な部分には長手方向に沿って溝部が設けられ、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂの凸部は第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂの溝部に直角に挿し込まれている。従って、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂは第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに対して回動可能に取り付けられ、かつ第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに沿って往復移動するようになっている。

第一、第二の縦方向移動抽出部材の構造の第三の具体例を説明する。
第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂと第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂの互いに対面可能な部分にはそれぞれ第一の凸部と凹部が設けられ、第一の凸部と凹部とが嵌合されている。

さらに第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂの第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂと対面可能な部分には第二の凸部が設けられ、第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂの第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂと対面可能な部分には長手方向に沿って溝部が設けられ、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂの第二の凸部は第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂの溝部に直角に挿し込まれている。

従って、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂは第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂと第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂの両方に対して回動可能に取り付けられ、かつ第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに沿って往復移動するようになっている。

上記説明では第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂは第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂに沿って固定されていたが、本発明は第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂが、第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂと平行にならなければ、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂと交差する向きで固定されている場合も含まれる。

本発明の第一、第二の縦方向移動抽出部材の第二例は、上記第一〜第三の具体例のうちいずれの構造でもよいし、第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂが、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂに、第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂと第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに沿って左右に移動するようになっているならば、上記第一〜第三の具体例のいずれかの構造に限定されず、他の構造でもよい。

図４（ａ）〜（ｃ）を参照し、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂを回転軸３７の周りに上下に回動させると、第一、第二の腕部３３ａ、３３ｂの回動動作による移動の動径方向成分と鉛直成分がそれぞれ抽出され、動径方向成分の移動量で第一、第二の動径方向移動部材３９ａ、３９ｂは第一、第二の動径レール３８ａ、３８ｂに沿って往復移動し、鉛直成分の移動量で第一、第二の縦方向移動部材３４ａ、３４ｂは第一、第二の縦レール３２ａ、３２ｂに沿って上下に移動するようになっている。

＜イオン注入装置を用いたイオン注入方法＞
本発明のイオン注入装置１０を用いたイオン注入方法を説明する。
基板保持台２１上に、最初にイオンを照射する位置である始点位置と、始点位置からイオンの照射領域を左右に移動させる横方向移動工程と、上方又は下方のいずれか一方向に移動させる縦方向移動工程とを繰り返して、基板２０表面全体を走査させた後、イオンの照射領域の移動を終了する位置である終点位置とをあらかじめ定めておく。

真空槽１１に不図示の真空排気装置を接続して、真空槽１１内を真空排気する。以後真空排気を継続して真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
真空槽１１内の真空雰囲気を維持したまま、不図示の搬送ロボットにより真空槽１１内に基板２０を搬入し、基板２０を基板保持台２１に保持させる。

イオン源１９から放出されたイオンが基板保持台２１上の始点位置に入射するように基板保持台２１を移動させて静止させる。
イオン源１９から基板２０に向けてイオンの照射を開始して、基板保持台２１上の始点位置にイオンを入射させる。

上述したように基板縦方向揺動装置は左右に移動するように構成されており、横方向移動工程として、制御装置１８から基板横方向揺動装置の第二のモーター１３に制御信号を送って、基板縦方向揺動装置を左右に移動させると、イオンの照射領域が基板２０の横方向の一端から他端まで移動するように、基板２０は左右に移動する。
このとき重り２５は基板２０と左右同じ方向に移動する。重り２５にかかる重力の向きは左右の移動方向と直角なので、重り２５にかかる重力は第二のモーター１３の負荷にはならない。

次いで、縦方向移動工程として、制御装置１８から基板縦方向揺動装置の第一のモーター２３に制御信号を送って、基板保持台２１を本体３１に対して鉛直方向に移動させると、イオンの照射領域が基板２０上で照射領域の幅の長さだけ上方又は下方のいずれか一方向に移動するように、基板２０は鉛直方向に移動する。
このとき重り２５は基板２０と上下反対の方向に移動し、基板２０にかかる重力と重り２５にかかる重力とのバランスが取られる。そのため、第一のモーター２３の負荷は従来より低減され、第一のモーター２３の発熱が抑制される。従って、第一のモーター２３を真空槽１１内に配置して使用しても問題は生じない。

制御装置１８には、上記横方向移動工程と縦方向移動工程とを繰り返して、イオンの照射領域を終点位置に到達させるようにプログラムされている。
制御装置１８のプログラムに従って基板２０を移動させると、イオンの照射領域は基板２０の左端と右端との間を往復しながら基板２０の縦方向の一端から他端まで走査して、基板２０表面全体にイオンが注入される。

イオンの照射領域を終点位置まで移動させた後、イオン源１９からのイオンの放出を停止する。基板保持台２１による基板２０の吸着保持を解除して、真空槽１１内の真空雰囲気を維持したまま、不図示の搬送ロボットにより基板２０を真空槽１１から搬出する。

基板保持台２１には、基板２０を基板２０表面に平行に回転させる不図示の基板回転装置が設けられていてもよい。
この場合、制御装置１８には、まず始点位置から横方向移動工程と第一の縦方向移動工程とを繰り返して、イオンの照射領域を基板２０の縦方向の中央の位置まで移動させた後、基板２０を上下反転させ、次いで、横方向移動工程と第一の縦方向移動工程とは上下逆向きの第二の縦方向移動工程とを繰り返して、終点位置に到達させるようにプログラムする。

制御装置１８のプログラムに従って基板２０を移動させると、イオンの照射領域は基板２０の左端と右端との間を往復しながら基板２０の縦方向の一端から他端まで走査して、基板２０表面全体にイオンが注入される。
この場合には、基板２０を縦方向に移動させるのに必要な移動経路の長さは前述の半分でよく、従って装置の大きさを小型化することができる。

１０……イオン注入装置
１１……真空槽
１９……イオン源
２０……基板
２１……基板保持台
２５……重り
３０……基板ステージ装置
３１……本体
３２ａ、３２ｂ……第一、第二の縦レール
３３ａ、３３ｂ……第一、第二の腕部
３４ａ、３４ｂ……第一、第二の縦方向移動部材
３５ａ、３５ｂ……第一、第二の横方向移動部材
３６ａ、３６ｂ……第一、第二の横レール
３７……回転軸
３８ａ、３８ｂ……第一、第二の動径レール
３９ａ、３９ｂ……第一、第二の動径方向移動部材

Claims (6)

1. 本体と、
   基板を保持できるように構成された基板保持台と、
   前記基板保持台を前記本体に対して鉛直方向に沿って往復移動させる縦方向移動装置と、
   を有する基板縦方向揺動装置であって、
   前記縦方向移動装置は、
   回転軸と、
   互いに固定されて前記回転軸にそれぞれ取り付けられ、前記回転軸の回転によって互いに上下反対方向にそれぞれ回動する第一、第二の腕部と、
   前記回転軸から見て互いに逆側に鉛直に配置され、前記本体に固定された第一、第二の縦レールと、
   前記第一、第二の縦レールと、前記第一、第二の腕部とをそれぞれ連結する第一、第二の連結部材とを有し、
   前記第一、第二の連結部材は、
   前記第一、第二の縦レールに沿って上下に移動する第一、第二の縦方向移動部材と、
   前記第一、第二の腕部の回動動作による移動の鉛直方向の成分を抽出し、前記第一、第二の縦方向移動部材を抽出した移動量移動させる第一、第二の縦方向移動抽出部材とを有し、
   前記基板保持台は、前記第一の縦方向移動部材に設けられ、前記第二の縦方向移動部材には、前記基板保持台の重さより重い重りが設けられた基板縦方向揺動装置。
2. 前記第一、第二の縦方向移動抽出部材は、
   前記第一、第二の縦方向移動部材に水平に固定された第一、第二の横レールと、
   前記第一、第二の腕部に、前記第一、第二の腕部と前記第一、第二の横レールのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、前記第一、第二の横レールに沿って左右に移動する第一、第二の横方向移動部材とを有する請求項１記載の基板縦方向揺動装置。
3. 前記第一、第二の縦方向移動抽出部材は、
   前記第一、第二の腕部に沿って固定された第一、第二の動径レールと、
   前記第一、第二の縦方向移動部材に、前記第一、第二の縦方向移動部材と前記第一、第二の動径レールのいずれか一方又は両方に対して回動可能に取り付けられ、前記第一、第二の動径レールに沿って往復移動する第一、第二の動径方向移動部材とを有する請求項１記載の基板縦方向揺動装置。
4. 前記第一、第二の横方向移動部材の取付位置は、前記第一、第二の腕部に沿って変更できるように構成された請求項２記載の基板縦方向揺動装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の基板縦方向揺動装置と、
   前記基板縦方向揺動装置を水平方向に沿って往復移動させる基板横方向揺動装置と、
   を有する基板ステージ装置。
6. 真空槽と、
   請求項５記載の基板ステージ装置と、
   イオンを放出するイオン源と、
   を有し、
   前記基板ステージ装置の前記基板縦方向揺動装置は前記真空槽内に配置され、
   前記イオン源は前記基板縦方向揺動装置の前記基板保持台に保持された基板に向けてイオンを照射できるように構成されたイオン注入装置。

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