JPH02199758A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオンビームを電気的に走査して平行ビー
ム化すると共に、それと直交する方向にウェーハを機械
的に走査するいわゆるハイブリッドスキャン方式のイオ
ン注入装置に関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン注入装置の従来例を第８図に示す。

即ち、図示しない走査手段によってイオンビーム２をＸ
方向（例えば水平方向。以下同じ）に電゛気的に走査し
て平行ビーム化して注入室（図示省略）内に導くと共に
、ウェーハ４を保持するホルダ１３０を注入室内に設け
、これをホルダ駆動装置１３６によって注入室内でＸ方
向に直交するＹ方向（例えば垂直方向。以下同じ）に機
械的に走査するようにしている。

ホルダ駆動装置１３６は、簡単に言えば、ホルダ１３０
をウェーハ４に対するイオン注入のための垂直状態とウ
ェーハ４のハンドリングのための水平状態との間で回転
させるホルダ起立装置１３２およびホルダ１３０をこの
ホルダ起立装置１３２と共にＹ方向に昇降させて機械的
に走査するホルダ昇降装置１３４を備えている。

このようなイオン注入装置には、イオンビームを電気的
に走査手段によって単にＸＹ両方向に走査する場合と違
って、ウェーハ４に対するイオンビーム２の入射角がウ
ェーハ４内の各場所で同一になるという特徴がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようなイオン注入装置で、スループット（単位時
間当たりの処理能力）を向上させるには、ホルダ１３０
およびその駆動装置を二組設けて二つのホルダ１３０上
のウェーハ４を交互に処理する、いわゆるデュアルタイ
プにすることが考えられる。

そのようにする場合、イオンビーム２のビームライン（
換言すればイオンビーム２の電気的な走査系等）を一つ
にしておく方が構造が簡単で小型かつ経済的となる。

ところが、上記のような従来のイオン注入装置では、も
う−組のホルダ１３０およびホルダ駆動装置１３６をイ
オンビーム２に対して図示のものとは対称に配Ｗ（即ち
図示のものの上側に下向きに配置）しようとしても、ホ
ルダ昇降装置１３４によってホルダ１３０をＹ方向に直
線的に昇降させるだけであるから、上下のホルダ１３０
が互いにぶつかることになり、これを避けようとすると
上下のホルダ１３０およびホルダ駆動装置１３６を互い
に大きく離さなければならず、装置が巨大化する。

しかも、ホルダ１３０に対するウェーハ４のハンドリン
グ（着脱）位置が上下のホルダ１３０で大きく異なるた
め、ウェーハ４の搬送ラインが上下２段になり、また上
側のホルダ１３０に対してウェーハ４を下向きにハンド
リングしなければならない等、ウェーハ４のハンドリン
グが詐常に困難になる。

従って、そのようなイオン注入装置は、仮に製作できる
としても実際的ではない。

そこでこの発明は、上記のようなハイブリッドスキャン
方式力つビームラインが一つのデュアルタイプのもので
あって、小型化が可能であり、しかもウェーハのハンド
リングが容易なイオン注入装置を提供することを主たる
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のイオン注入装置は、イオンビームをＸ方向に
電気的に走査して平行ビーム化して注入室内に導くと共
に、ウェーハを注入室内でＸ方向に直交するＹ方向に機
械的に走査する構造のものであって、注入室内にあって
ウェーハをそれぞれ保持する二つのホルダと、各ホルダ
を注入室内でＹ方向にそれぞれ走査する二つのホルダ駆
動装置とを備え、かつ各ホルダ駆動装置が、注入室内に
イオンビームの進行方向にほぼ平行な姿勢を取ることが
できるように軸支された中空のアーム軸と、このアーム
軸を正逆両方向に回転駆動する駆動手段と、アーム軸内
に回転自在に通されていてアーム軸が回転してもそれと
一緒に回転しないようにされた中間軸と、アーム軸にほ
ぼ直角に取り付けられたアームと、このアームの先端部
にイオンビームの進行方向にほぼ平行な姿勢を取ること
ができるように軸支されていてその先端部に前記ホルダ
がほぼ直角に取り付けられたホルダ軸と、このホルダ軸
と中間軸との間を同一の回転比で連結する連結手段とを
備えることを特徴とする。

〔作用〕

ホルダ駆動装置の駆動手段によってアーム軸を回転させ
ると、アームの先端部に取り付けられたホルダは、そこ
に保持したウェーハをイオンビームに向けた状態で、円
弧を描くような形でＹ方向に機械的に走査される。

その場合、中間軸はアーム軸が回転しても回転せず、ま
たこの中間軸とホルダ軸とが連結手段によって同一の回
転比で連結されているため、ホルダが円弧を描くような
形で走査されても、当該ホルダの姿勢は不変である。

しかもアームおよびホルダが円弧状に動くため、それら
が互いに機械的に干渉するのを避けながら二つのホルダ
駆動装置を互いに近づけて配置することができ、従って
装置の小型化を図ることができる。

また、両ホルダに対するウェーハのハンドリングが互い
に同一条件で可能になるため、ウェーハのハンドリング
が容易になる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置の
要部を示す水平断面図である。この例では、イオンビー
ム２のビームラインの左右に同じ機構がほぼ左右対称に
設けられているので、以下においては主に右側（図の右
側）を例に説明する。

図示しない真空ポンプによって真空排気される注入室６
内に、その導入口６ａから、Ｘ方向に電気的に走査して
平行ビーム化されたイオンビーム２が導入される。

イオンビーム２のそのような走査手段の一例を第２図に
示す。即ち、イオン源１１０から引き出され、かつ必要
に応じて質量分析、加速等が行われたイオンビーム２を
、同一の走査電源１１６から互いに逆極性の走査電圧（
三角波電圧）が印加される二組の走査電極１１２および
１１４のＦＩＡ働によってＸ方向に走査して、走査電極
１１４から出射した時に平行ビームになるようにしてい
る。

もっとも、この例と違って、イオンビーム２を磁場を利
用して上記と同様に走査するようにしても良い。

第１図に戻って、上記のような処理室６の左右に、二つ
の互いに同一構造のホルダ駆動装置ＩＯが設けられてい
る。

各ホルダ駆動装置は、注入室６の側壁に真空シール軸受
１２を取り付け、それに支持軸１４を貫通させ、その大
気側（注入室６外側）に歯車１６を取り付け、注入角可
変用のモータ２０および歯車１８によって、支持軸１４
を矢印Ａのように回転させて、その先にアーム４６を介
して取り付けられたホルダ８を設定された注入角位置と
、ウェーハ４のハンドリングのための水平位置とに駆動
するようにしている。

支持軸１４の真空側（注入室６内側）には、真空シール
軸受３８によって中空のアーム軸４０およびアーム４６
を回転自在に支えている。このアーム軸４０は、支持軸
１４を図示のような状態に回転させることによって、イ
オンビーム２の進行方向にほぼ平行な姿勢を取ることが
できる。

アーム軸４０の一端には、その駆動手段を構成するもの
として、プーリー３６を取り付けると共に、タイミング
ベルト３２によって、支持軸１４の大気側に取り付けた
スキャン用のモータ２４およびプーリー２８と連結して
おり、このモータ２４によってアーム軸４０を正逆両方
向に回転駆動してアーム４６を矢印Ｂのように回転させ
てホルダ８をＸ方向（この例では紙面表裏方向）に機械
的に走査するようにしている。

アーム４６の先端部には真空シール軸受５２を取り付け
、ホルダ軸５４およびホルダ８を回転自在に支えている
。このホルダ軸５４は、支持軸１４を図示のように回転
させることによって、イオンビーム２の進行方向にほぼ
平行な姿勢を取ることができる。そしてその先端部に、
ウェーハ４を保持するホルダ８がほぼ直角に取り付けら
れている。ホルダ８は、この例ではベース８ａと、それ
との間にウェーハ４を挟持するウェーハ押え８ｂと、ウ
ェーハ４を昇降させるウェーハ受け８Ｃとを備えている
。

ホルダ軸５４にはプーリー５０が取り付けられている。

また、アーム軸４０の中心部には中間軸４２が回転自在
に通されており、その両端にはプーリー３４および４４
が取り付けられている。このプーリー４４と５０とは互
いに同一直径であり、それらと共に連結手段を構成する
タイミングベルト４８で互いに連結されている。従って
、ホルダ軸５４と中間軸４２とは同一の回転比で連結さ
れている。

また、支持軸１４の大気側に取り付けたステップ回転用
のモータ２２およびプーリー２６とプーリー３４とをタ
イミングベルト３０で連結しておリ、このモータ２２に
よってホルダ８を例えば矢印Ｃのように段階的に回転さ
せることができるようにしている。但し注入時の回転は
行わないようにしており、その場合はアーム軸４０が矢
印Ｂのように回転しても中間軸４２はアーム軸４０と一
緒には回転しない。

尚、上記タイミングベルト３０．３２および４８の代わ
りにチェーンを用いても良く、その時はそれに関連する
プーリーをチェーン歯車にすれば良い。

走査時のホルダ８の姿勢を第３図をも参照して説明する
と、上述したようにその時はモータ２２は停止しており
、従って中間軸４２およびプーリー４４は停止状態にあ
る。この状態でモータ２４によって、プーリー２８、タ
イミングベルト３２およびプーリー３６を介してアーム
４６を例えば第３図に示すように時計方向にθ°面回転
せた場合、アーム４６側から見るとプーリー４４は反時
計方向にθ°面回転たことになり、タイミングベルト４
日で接続しであるプーリー４４と同一直径のプーリー５
０は、アーム４６側から見ると反時計方向にθ°面回転
る。従って、ホルダ８は、アーム４６の長さを半径にＹ
方向に円弧を描くように走査されるが、絶対回転角は０
°であってその姿勢は不変である。従って例えば、ホル
ダ８にウェーハ４をそのオリエンテーションフラット４
ａを下側にして装着した場合、ホルダ８の走査位置に拘
わらず常にオリエンテーションフラット４ａは下側にな
る。しかも前述したようにイオンビーム２がＸ方向に平
行ビーム化されているため、例えばイオンビーム２のビ
ーム電流に比例してアーム４６の角速度を制御すれば、
ウェーハ４の面内においてドーズ量の均一なイオン注入
が可能になる。

ホルダ８を第１図中に２点鎖線で示すウェーハ４のハン
ドリング位置に移動させるには、モータ２０によってホ
ルダ８を水平状態にすると共に、モータ２４によってホ
ルダ８を壁側に移動させれば良く、そのようにすればホ
ルダ８は結果的に矢印りのように移動したことになる。

注入室６の後方部左右の底部には、ウェーハ４を注入室
６内と大気側との間で１枚ずつ出し入れ（アンロードお
よびロード）するための真空予備室８０がそれぞれ隣接
されている。

この真空予備室８０の部分の断面図を第４図および第５
図に示す。第４図は真空予備室８０の真空側弁８８が閉
じかつ大気側弁９０が開いた状態を、第５図は真空側弁
８８が開きかつ大気側弁９０が閉じた状態を示す。但し
、第５図には、後述するウェーハ搬送装置６０の一部分
をも便宜上示している。

詳述すると、注入室６の底部に、真空ポンプ９２によっ
て真空排気される真空予備室８０が設けられており、そ
の上部には注入室６との間を仕切る真空側弁８８が、下
部には大気側との間を仕切る大気側弁９０が、それぞれ
設けられている。

真空側弁８８は注入室６上に設けたエアシリンダ８６に
よって、大気側弁９０は下側のエアシリンダ１０２によ
ってガイド軸９８を介して、それぞれ昇降され開閉され
る。尚、エアシリンダ８６の上部に設けたレバー８８お
よびエアシリンダ８２は、エアシリンダ８６をロックす
るためのものである。

大気側弁９０の上部には、ウェーハ４を載せる回転台９
４が設けられており、この回転台９４は、モータ９６に
よってウェーハ４のオリエンテーションフラット合わせ
等のために回転させられると共に、デュアルストローク
シリンダ１００によってウニ＝ハ４のハンドリング等の
ために２段階に昇降させられる。

再び第１図に戻って、上記のような各真空予備室８０か
ら水平状態にある各ホルダ８にかけての部分に、次のよ
うな構造のウェーハ搬送装置６０がそれぞれ設けられて
いる。

即ち、第６図も参照して、真空予備室８０と水平状態に
あるホルダ８との間のウェーハ４の搬送経路に沿って、
二つの溝付きのプーリー７０および７２間にタイミング
ベルト６８がループ状に懸は渡されている。一方のプー
リー７０には、正転および逆転回能なモータ７４が連結
されている。

そして、このタイミングベルト６８の上側および下側の
部分には、それぞれ連結金具６６を介して、それぞれウ
ェーハ４を載置可能なロード側の搬送アーム６１ａおよ
びアンロード側の搬送アーム装置６１ｂがそれぞれ取り
付けられている。

また、各搬送アーム６１ａ、６１ｂが回転せずにタイミ
ングベルト６８に沿って移動するのをガイドするガイド
手段として、この実施例ではボールスプラインを採用し
ている。即ち、各搬送アーム６１ａ、６１ｂの根元部に
スプライン軸受６４ａおよび６４ｂを取り付けると共に
、それらをそれぞれ貫通する上下２本のスプライン軸６
２ａおよび６２ｂをタイミングベルト６８に平行に配置
している。

このようなボールスプラインの代わりに、通常のガイド
軸を２本ずつ用いても良いが、ボールスプラインを用い
れば、１本のスプライン軸で、搬送アームが回転せずに
水平に安定して走行するのをガイドすることができる。

尚、各スプライン軸６２ａ、６２ｂは、簡略化のために
丸棒で図示しているが、実際は、複数のボールの転勤溝
を有する丸棒状あるいは異形状のものである。

次に、上記のようなイオン注入装置の全体的な動作例を
図の右側の機構を中心に説明する。

ホルダ駆動装置１０によってホルダ８を第１図中に２点
鎖線で示す水平位置に移動させ、ウェーハ受け８ｃおよ
びウェーハ押え８ｂを図示しない駆動装置によって駆動
して、先に装着していたウェーハ４を下段のアンロード
用の搬送アーム６１ｂに受は渡しする位置まで上昇させ
る。

一方、真空予備室８０側では、第５図を参照して、デュ
アルストロークシリンダ１００の上下両方のシリンダを
動作させて回転台９４を大きく上昇させて２点鎖線で示
すように上段のロード側の搬送アーム６１ａの位置まで
未注入のウェーハ４を持ち上げ、その状態でウェーハ搬
送装置６０のモータ７４によってタイミングベルト６８
を駆動して、搬送アーム６１ａを真空予備室８０上の位
置に、かつ搬送アーム６１ｂをホルダ８上の位置に同時
に移動させ、そしてホルダ８のウェーハ受け８Ｃを降下
させて先に注入法のウェーハ４を搬送アーム６１ｂに載
せ、一方真空予備室８０何でも回転台９４を降下させて
未注入のウェーハ４を搬送アーム６１ａに載せる。

次に、ウェーハ搬送装置６０のモータ７４を先とは逆転
させ、注入法のウェーハ４を載せた搬送アーム６１ｂを
真空予備室８０上へ、未注入のウェーハ４を載せた搬送
アーム６１ａをホルダ８上へ移動させ、そして真空予備
室８０側ではデュアルストロークシリンダ１００の上側
のシリンダのみを動作させて回転台６４によって搬送ア
ーム６１ｂよりウェーハ４を受は取り（第５図中の実線
の状態）、ホルダ８側ではウェーハ受け８Ｃによって搬
送アーム６１ａよりウェーハ４を受は取る。

次いで、ウェーハ搬送装置６０のモータ７４を再び逆転
させて再搬送アーム６１ａおよび６１ｂを中間の待機位
置まで移動させ（第１図の状態）、ホルダ８側ではウェ
ーハ受け８Ｃおよびウェーハ押え８ｂを降下させてウェ
ーハ４を保持し、ホルダ駆動装置１０によってホルダ８
を第１図中に実線で示すような注入状態まで移動させて
注入準備は完了する。

一方、真空予備室８０側では、回転台９４を降下させ、
かつ真空側弁８８を閉じた後、当該真空予備室８０内を
大気圧状態に戻して大気側弁９０を開き（第４図の状態
）、図示しない大気側の搬送アーム装置によって注入法
のウェーハ４の搬出および次の未注入のウェーハ４の搬
入を行う。このとき並行して、注入室６内では、ホルダ
駆動装置１０によってホルダ８を前述したようにＹ方向
に機械的に走査しながら、当該ホルダ８上のウェーハ４
にイオンビーム２を照射してイオン注入が行われる。

以降は、必要に応じて上記と同様の動作が繰り返される
。

また、右側の機構と左側との機構との関係を説明すると
、一方の（例えば第１図中の右側の）ホルダ８を上記の
ように走査しながらそこに装着したウェーハ４にイオン
注入を行うことと並行して、他方のホルダ８を水平状態
にしてウェーハ４のハンドリング（即ち注入済のウェー
ハ４の取出しおよび未注入のウェーハ４の装着）を行う
ことができる。即ち、二つのホルダ８において交互にイ
オン注入およびウェーハ４のハンドリングを行うことが
でき、イオン注入およびハンドリングのロス時間が殆ど
なくなるのでスループットが向上する。

しかも、上記のようなホルダ駆動装置工０によれば、従
来のイオン注入装置におけるホルダ駆動装置１３６の場
合と違って、各アーム４６およびホルダ８が円弧状に動
くため、それらが互いに機械的に干渉するのを避けなが
ら二つのホルダ駆動装置１０を互いに近づけて配置する
ことができ、従って当該イオン注入装置の小型化を図る
ことができる。

また、両ホルダ８に対するウェーハ４のハンドリングが
互いに同一条件で、即ちこの例では互いに同一高さでし
かもどちらもウェーハ４の表面を上にして可能になるた
め、ウェーハ４のハンドリングが容易になる。

第７図は、この発明の他の実施例に係るイオン注入装置
の要部を示す垂直断面図である。

この実施例においても、第１図の実施例の場合と同様に
、電気的にＸ方向に走査して平行ビーム化されたイオン
ビーム２が導入される注入室６の左右に、二つの前述し
たようなホルダ駆動装置１０を設け、それによってウェ
ーハ４を装着した各ホルダ８をそれぞれＹ方向に機械的
に走査するようにしている。

但しこの実施例では、各ホルダ８に対するウェーハ４の
ハンドリングの仕方が異なる。即ち、注入室６内におけ
る各ホルダ駆動装置１０の下部に、カセット１２０を１
ピツチずつ紙面の表裏方向に移動させるカセット駆動機
構１２２がそれぞれ設けられており、各カセット駆動機
構１２２上には、複数枚のウェーハ４を収納したカセッ
ト１２０が、図示しない真空予備室を介して、それぞれ
装着される。

また、各カセット駆動機構１２２の下部は、ウェーハ垂
直搬送装置１２４がそれぞれ設けられている。各ウェー
ハ垂直搬送装置１２４は、先端部にウェーハ４の端部が
入る溝１２８を有していて矢印のように昇降させられる
押上げ板１２６をそれぞれ有しており、これによってウ
ェーハ４を１枚ずつ力セラｔ−１２０とホルダ８との間
で搬送することができる。従ってこの実施例においても
、左右のホルダ８に対するウェーハ４のハンドリングは
互いに同一条件で可能である。

この実施例の動作例を説明すると、図の右側のホルダ８
をホルダ駆動装置１０によって実線で示す矢印Ｅのよう
にＹ方向に走査してそこのウェーハ４にイオン注入して
いる間に、左側のホルダ駆動装置１０ではアーム４６を
下方に回転させて、ウェーハ垂直搬送装置１２４によっ
てホルダ８に先に装着されていた注入済のウェーハ４を
カセット１２０内に搬送すると共に、カセット駆動機構
１２２によってカセット１２０を１ピツチ駆動してカセ
ット１２０内の未注入のウェーハ４をホルダ８に装着し
て待機する。

そして右側のホルダ８上のウェーハ４に対するイオン注
入が完了すると、右側のアーム４６を下方に回転させて
上記と同様にしてそのホルダ８に対するウェーハ４の交
換を行う。その間に、左側のホルダ駆動装置ＩＯではホ
ルダ８を待機位置（ウェーハ交換位置）から注入位置に
移動させてスキャン動作を行わせてそこのウェーハ４に
対するイオン注入゛が行われる。

尚、第７図の実施例では、第１図の実施例と違って、ホ
ルダ８をウェーハ４のハンドリングのために水平状態に
する必要が無いので、注入角を可変にしないのであれば
、そのホルダ駆動装置１０には、第１図で説明した支持
軸１４を矢印Ａのように回転させる機構を必ずしも設け
る必要は無い。

また、第１図、第７図いずれの実施例においても、ホル
ダ８をステップ回転させる必要が無い場合は、ホルダ駆
動装置１０にはそのための機構を必ずしも設ける必要は
無い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、各アームおよびホルダ
が円弧状に動くため、それらが互いに機械的に干渉する
のを避けながら二つのホルダ駆動装置を互いに近づけて
配置することができ、従って当該イオン注入装置の小型
化を図ることができる。

また、二つのホルダに対するウェーハのハンドリングが
互いに同一条件で可能なため、ウェーハのハンドリング
が容易になる。

その結果、ハイブリッドスキャン方式でしかもビームラ
インが一つのデュアルタイプのイオン注入装置であって
実際的なものを製作することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置の
要部を示す水平断面図である。第２図は、イオンビーム
の電気的な走査手段の一例を示す概略平面図である。第
３図は、第１図のホルダ駆動装置による走査時のホルダ
の姿勢を説明するための図である。第４図および第５図
は、共に、第１図の線！−Ｉに沿う断面図であるが、互
いに動作状態を異にしている。第６図は、第１図中のウ
ェーハ搬送装置を示す斜視図である。第７図は、この発
明の他の実施例に係るイオン注入装置の要部を示す垂直
断面図である。第８図は、従来のイオン注入装置の要部
を示す斜視図である。 ２・・・イオンビーム、４・・・ウェーハ、６・・・注
入室、８・・・ホルダ、１０・・・ホルダ駆動装置、２
４・・・モータ、４０・・・アーム軸、４２・・・中間
軸、４５・・・アーム、４８・・・タイミングベルト、
５２・・・ホルダ軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームをＸ方向に電気的に走査して平行ビ
   ーム化して注入室内に導くと共に、ウェーハを注入室内
   でＸ方向に直交するＹ方向に機械的に走査する構造のも
   のであって、注入室内にあってウェーハをそれぞれ保持
   する二つのホルダと、各ホルダを注入室内でＹ方向にそ
   れぞれ走査する二つのホルダ駆動装置とを備え、かつ各
   ホルダ駆動装置が、注入室内にイオンビームの進行方向
   にほぼ平行な姿勢を取ることができるように軸支された
   中空のアーム軸と、このアーム軸を正逆両方向に回転駆
   動する駆動手段と、アーム軸内に回転自在に通されてい
   てアーム軸が回転してもそれと一緒に回転しないように
   された中間軸と、アーム軸にほぼ直角に取り付けられた
   アームと、このアームの先端部にイオンビームの進行方
   向にほぼ平行な姿勢を取ることができるように軸支され
   ていてその先端部に前記ホルダがほぼ直角に取り付けら
   れたホルダ軸と、このホルダ軸と中間軸との間を同一の
   回転比で連結する連結手段とを備えることを特徴とする
   イオン注入装置。