JPH0367451A - 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〕 本発明は半導体装置の製造に広く用いられるイオン注入
装置、とくにその内の半導体ウェハに不純物イオンを打
ち込む部分であるいわゆるエンドステーション部に関ｒ
る。

〔従来の技術〕

周知のようにイオン注入装置はイオン発生部。

イオン分離部９４オン加速部、イオンビーム集東部、イ
オンビーム這査部および上述の打ち込み部であるエンド
ステーシラン部等からなり、要求に応じて種々の加速電
圧やイオン電流のものが使用されるが、半導体装置の量
産用にはイオン電流を大きくして注入能力を高めるほか
、とくにエンドステーション部のウェハ処理能力を上げ
ることが重要である。このエンドステーシランは本質的
には高真空排気系を備えるイオン注入室であるが、その
内外Ｃウェハの移動ｎ横が組み込まれ、かつイオン電流
測定用のファラデーケースがこれに付随して設けられる
のがふつうである。

第２図と第３図にエンドステーション部の従来例の概念
図を示す、第２図は１個所でイオンビームＩＢを利用す
るシングルエンドステーションで、第３図はイオンビー
ム１Ｂを切り換えて２個所で利用するダブルエンドステ
ーションである。

第２図の中央が高真空のイオン注入室１０で、この中に
組み込まれたプラテン２０がウェハ１を保持し、これに
イオンビーム１Ｂを当てるときには図の水平姿勢から破
線で示された直立姿勢にされる。

このイオン注入室ｌＯの側方にはウェハｌの入側の予（
１！排気室１１と出側の予備排気室１２が設けられ、そ
れぞれ高真空用の開閉弁１３を介してイオン注入室１０
と連通される。これら予備排気室１１および１２のそれ
ぞれに対応してウェハｌを複数個収納するカセット２用
に図では簡略に示されたカセット機構３０が設けられ、
カセット２を１段ずつ例えば図のように下降させなから
ウェハｌを開閉弁１４等を介して１枚ずつカセット２か
ら予備排気室１１に。

または予ｍ排気室１２からカセット２に移動できるよう
になっている。

図ではウェハ１の図示しない移動手段による移動方向が
矢印Ｍで示されており、このウェハ移動に同期して開閉
弁１３と１４を適宜開閉しながら、まず左側のカセット
２か°らウェハ１を１枚ずつ取り出して入側予備排気室
１１に入れ、次にイオン注入室］Ｏに移してイオン注入
し、この処理済みウェハを出側予備排気室１２に移した
後、右側のカセット２に移して収納する。なお、ウェハ
ｌへのイオン注入は図で部分ハツチ・ノブを悔した範囲
内にイオンビームＩＢを走査して行ない、ビーム電流測
定用のファラデーケースはイオンビームＩＢがイオン注
入室１０に入射する直前に配置される。

第３図のダブルエンドステーション方式ごはでオン注入
室ｌＯ内に２個のプラテン２０が収納され、それらを図
のように交互に直立させてイオン注入を行なう、各プラ
テン２０に対応しＣ図のように入側予備排気室１１とカ
セット２用のカセット機構３０が設けられ、もちろん出
側子（ｉｆ！ＭＦ気室等も例えば紙面の手前の方向に設
けられるが、図示の都合上省略されていることを了解さ
れたい。

かかる２個のプラテン２０上のウェハｌにイオンビーム
１Ｂを交互に与えるため、イオン注入装置内に例えばイ
オンビーム偏向部を組み込んでビームを切り換えさせ、
切り換えた各イオンビーム１Ｂに対してファラデーケー
スを設ける。なお、第３図内の上記以外の部分にはウェ
ハの移動方向Ｍを含めて第２図と同し符号が付されてい
る。

このダブルエンドステージラン方式では、例えば図のよ
うに左側のプラテン２０上のウェハｌにイオン注入して
いる間に、右側のプラテン２０からウェハを図示しない
出側予備排気室に移した後、これに右側の入側予備排気
室１１から新しいウェハを装荷できるので、イオンビー
ム系を二重に利用してウェハ処理能力を向上できる。

〔発明が解決しようとする！Ｉ題〕

しかし、上述のいずれの従来例も、イオン注入時間のほ
かにウェハの入れ換えにかなりの時間が掛かって装置の
利用効率が低下し、あるいはイオン注入室内の真空度が
変動してイオン注入が不均一になりやすい問題がある。

第２図のシングルエンドステーション方式の場合につい
てこれを説明する。ウェハｌへのイオン注入の完了後、
まずプラテン２０を水平姿勢にして開閉弁１３を開いた
上で、ウェハを出側予備排気室１２に存しかつ入側予備
排気室１１からウェハをプラテンに移した後、開閉弁１
３を閉してプラテンを直立させる必要があり、この一連
の動作に１０秒程度の時間が掛かるので、中電流容量の
装置で小ドーズ量のイオン注入をする場合、ウェハの入
れ換え時間がイオン注入時間より長くなる。

また、予備排気室１１や１２の真空度は０．０５〜０．
１Ｔｏｒｒ程度でイオン注入室ｌＯの真空度の１Ｏ−７
〜ｔｏ−”Ｔｏｒｒに比べてかなり低いので、ウェハの
入れ換えのために開閉弁１３を開いたつとイオン注入室
内の真空度が急低下する。イオン注入のため開閉弁１３
を閉しると真空度は向上するが、イオン注入室内の真空
度はイオン注入開始直後はまだ低く注入している間に向
上して行く経過を繰り返えすことになり、ドーズ置のウ
ェハごとの再現性やウェハ面内の均一性にこの悪影響が
出やすい。

なお、上述のウェハの入れ換え時間を短縮するためウェ
ハの移動機構の動作速度を上げると、動作信頼性が低下
しやすくなるほか、動作中に微小ナハーチクルがイオン
注入室内で発生してウェハに付着しやすい問題があり、
上述の１０秒以下に所要時間を短縮するのが困難な現状
である。また、イオン注入中に真空度が変動する問題も
、真空度が向上してからイオン注入を開始すれば解決す
るが、装置の利用効率の点から真空度が上がるまでの時
間を待てないのが現状である。

次に、第３図のダブルエンドステーシラン方式の場合は
、一方のプラテン上のウェハにイオン注入をしている間
に他方のプラテンのウェハを入れ換えできるので、ウェ
ハの入れ換えに要する時間のむだをほぼなくせるが、イ
オン注入中の真空度の変動が第２図の場合より一層大き
くなり、またプラテンごとにファラデーケースを用いる
のでビーム電流の測定に誤差が出やすくなり、ドーズ量
がウェハ面内で不均一になったりプラテンごとに異なっ
て来る問題を避は難い。

本発明はかかる現状に鑑み、ウェハの入れ換えに要する
時間がむだにならず、かつイオン注入中の真空度が変動
しないイオン注入装置を得ることを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この！１題は本発明によれば、イオン注入室内に周方向
に等間隔で配置されたウェハ保持手段を３個以上備えた
回転形のウェハ保持体と、ウェハを収納するカセット用
の入側および出側カセット機構と、ウェハをカセット機
構とウェハ保持手段との相互間で移動させるウェハ移動
手段とを設け、ウェハ保持体の周方向に沿ってウェハに
対するイオン注入位置と、入側カセット機構からウェハ
をウェハ保持手段に装入するウェハ装入位置と、ウェハ
保持手段からウェハを出側カセットＩＩ横に取り出すウ
ェハ取出位置とを分散配置し、イオン注入室を高真空に
保ったままの状態でウェハ保持体を間歇的に・回転させ
ながらその停止中にこれら各位置における動作を並行し
て行なわせることによって達成される。

〔作用〕

上記構成かられかるように本発明では、間歇駆動される
回転形のウェハ保持体を停止させてイオン注入位置でウ
ェハにイオン注入を行なっている間にウェハ装入位置と
ウェハ取出位置でウェハのウェハ保持体への装入とそれ
からの取り出しがそれぞれ独立になされて済んでしまう
ので、イオン注入装置の運転上は各イオン注入時間のほ
か次のウェハをイオン注入位置に移すためにウェハ保持
体を回転させる１〜２秒程程度時間しか要せず、装置の
利用効率を格段に向上できる。

また、イオン注入室内の入側および出側カセットＩ！横
にそれぞれカセットをセントしてイオン注入室を一旦高
真空にしてしまえば、そのままの高真空状態でカセット
ごとの数十枚のウェハに対するイオン注入が順次なされ
るので、イオン注入時に真空度が変動するおそれが全く
ない、さらに、イオン注入点は１個所でファラデーケー
スが１個なので、ビーム電流測定系の違いによるドーズ
量のウェハごとのばらつきの問題もない。

〔実施例〕

以下、第１図を参照しながら本発明によるイオン注入装
置の実施例を具体的に説明する。第１図はイオン注入装
置のエンドステーション部を上方から見た断面図で、そ
の第２図以降との対応部分には同じ符号が付されている
。

第１図に示すように、このエンドステーション部にも従
来と同様にイオン注入室１０と、これと開閉弁１３を介
して連結された入側予備排気室１１および出側予備排気
室１２が設けられるが、従来と異なり高真空のイオン注
入室１０内には回転形のウェハ保持体４０と入側カセッ
ト機構３１と出側カセット機構３２とウェハ移動手段５
０が設けられ、入側予備排気室ｌｌ内にはイオン注入前
のウェハｌを収納するカセット２とそれを入側カセット
機構３１に移す移動機構が、出側予備排気１２内にはイ
オン注入後のウェハ１を収納するカセット２とそれを出
側カセット機構３２から受は取る移動機構がそれぞれ納
められる。なお、イオンビームＩＢは図の下方からイオ
ン注入室１０内に入射される。

イオン注入室ｌＯ内のウェハ保持体４０は水平配置とす
るのがよく、この実施例では環状に形成されてその周方
向に８個のウェハ保持手段４１例えばウェハホルダが等
間隔配置で取り付けられ、それぞれにウェハｌがイオン
注入室ｌＯ内に浮遊する微小パーチクルの沈積を極力防
止するためイオン注入面を下側にして１枚ずつ保持され
る。このウェハ保持体４０は４５度ずつ図の矢印Ｒの方
向に間歇的に回転操作される、その周方向に分散してイ
オン注入位置Ｐｄとウェハ挿入位置Ｐｉとウェハ取出位
ｉＰ。

とが例えば図示のように配置される。

これらの内のイオン注入位置Ｐｄでは、紙面の下方から
イオンビームＩＢをウェハ保持手段４１内のウェハｌに
当ててイオン注入動作を行なう、かかる垂直方向のイオ
ンビーム！Ｂはイオン注入装置内にイオンビーム偏向部
を組み込むことにより容易に得られ、その電流測定用の
ファラデーケースはイオン注入位置Ｐｄの図の下側に配
置され、図の部分ハンチングされた範囲内でその面内走
査が行なわれるのは従来と同じである。

ウェハ装入位置Ｐｉとウェハ取出位置Ｐｏでは、それぞ
れ入側カセソト機構３１からウェハ保持手段４１へのウ
ェハの装入と、逆にウェハ保持手段４１から出側カセッ
ト機構３２へのウェハの取り出しが行なわれ、このため
のウェハ移動手段５０としてこの実施例では最も簡単な
プッシャー機構が採用されている。この種のウェハ移動
手段５０は細い口・ノド５１の先端でウェハｌを図の矢
印旧の方向に押して移動させるふつうはｉ１！ｔａ操作
のリニアアクチュエータであって、図示のようにウェハ
装入位置Ｐｉでは入側カセット機構３１の背後に、ウェ
ハ取出位置Ｐ。

では環状のウェハ保持体４０の内側にそれぞれ配置され
ている。

なお、カセット２はウェハｌを数十枚収納できる第２図
のような多段式のもので、通例のようにウェハの出入面
と反対の背面側からウェハを押し出せるようになってい
る。入側および出側力セント機構３１と３２が前述のよ
うなカセット２の上げ下げを１枚のウェハの出し入れご
とにするのも従来と同じである。

入側予６１排気室１１と出側予備排気室１２は、それぞ
れ高真空用の開閉弁１３を介してイオン注入室１０と連
通可能に設けられ、装置外部との間にカセット２を出入
させるため、この例では開閉を簡単にできるよう葬式の
密閉蓋１１ａないし１２ａをそれぞれ備える。なお、図
の簡略化のためここには示されていないが、これらの予
備排気室１１と１２はイオン注入室１０内のカセット機
構３１ないし３２との間でカセット２を交換するために
図の矢印Ｈ２の双方向にカセットを移動させる移動機構
例えばベルト機構やフォーク機構を備え、かつ予Ｗ１排
気用の真空ポンプ系と接続される。

この予備排気は油回転ポンプを用いて従来程度の０．１
Ｔｏｒｒ以下の真空度とすることでもよいが、本発明で
はさらに油拡散ポンプ等を併用して真空度を極力上げ得
るようにして置くのが装置の有効利用上望ましい、なお
、イオン注入室ｌＯの方は前述のようにｌｏ−７〜１０
−”Ｔｏｒｒの高真空とする必要があり、このためには
通例のようにタライオボンプ等の高真空ポンプが用いら
れる。

以上のように構成されたイオン注入装置の運転に際して
は、まずイオン注入室１０内の真空度を充分上げて直き
、イオン注入すべきウェハｌを収納したカセット２を入
側予備排気室１１に、空のカセット２を出側予備排気１
２にそれぞれ装入して、両予備排気室内の真空度を上げ
る。この真空度が所定値に達した後、開閉弁１３を開い
てカセット２を入側カセット機構３１と出側カセット機
構３２に移動させた上で開閉弁１３を閉じる。この際イ
オン注入室１０内の真空度が一時的に落ちるので、その
回復を待ってイオン注入動作を開始する。

このイオン注入動作は、前述のようにイオン注入室１０
を高真空状態に保ったままで行なわれ、ウェハ保持体４
０をこの例では４５度ずつ間歇的に図の矢印Ｒの方向に
順次回転させながら、その停止中にイオン注入位置Ｐｄ
、ウェハ装入位置ｐｔおよびウェハ取出位置Ｐｏにおけ
る動作を互いに独立に並行させる。ウェハ保持体４０の
各停止時間はこれら位置中の最長動作時間に設定され、
その単位回転時間は１程度度、長くても２秒以内である
。

ウェハ装入位置Ｐｌでのウェハ保持手段４１へのウェハ
装入と、ウェハ取出位置Ｐａでのウェハ保持手段４１か
らのウェハ取り出しは、この実施例ではプッシャー形の
ウェハ移動手段２０によりいずれもごく短時間内にでき
るので、イオン注入位置Ｐｄにおけるイオン注入動作時
間が最長になる。従って、かかる複数個のウェハｌに対
する一連のイオン注入動作中には、各ウェハごとにイオ
ン注入時間のほかにはウェハ保持体４０の１〜２秒の単
位回転時間しか要しない、また、この一連のイオン注入
動作中を通じてイオン注入室１０内はもちろん所定の高
真空度に保たれる。

全ウェハへのイオン注入の完了後、ウェハｌはすべて出
側カセット機構３２上のカセット２に収納されるので、
開閉弁１３を開いて空のカセット２を入側予備排気室１
１に、ウェハ入リカセット２を出側予備排気室１２にそ
れぞれ移し、開閉弁１３を閉じた後に両予備排気室から
これらのカセットをそれぞれ取り出す、もちろん、以降
は上記と同じ操作ないしは動作を繰り返えすことができ
る。

以上説明した実施例に限らず、本発明は種々の態様で実
施をすることができる０例えば、入側および出側予備排
気室は実施例ではそれぞれ１個としたが、これらを２個
ずつ設けてその一方をカセット機構へのカセットの装入
用に他方をそれからのカセットの取り出し用とすれば、
イオン注入室内で一連のイオン注入動作が進行している
間に、予備排気室と外部との間のカセットの出入を済ま
せてしまうとともに、その内部をイオン注入室と同じ高
真空度に上げて置くことができる。また、実施例ではこ
れら予６１排気室と外部との間の出入をカセット単位で
行なうようにしたが、従来と同様にウェハ単位で行なう
ようにすれば、カセットをイオン注入装置専用とするこ
とができ、例えばパーチクル等で汚染されたカセットが
イオン注入室内に持ち込まれて、その高真空の清浄な環
境が損なわれるおそれをなくすことができる。このほか
、前述のウェハ保持体の構造、ウェハ移動手段の種類等
はあくまで例示であり、本発明の要旨内で適宜な構造や
種類のものを利用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明では、イオン注入室内にウェハ
保持手段を備えた回転形のウェハ保持体とウェハを収納
するカセット用の入側および出側カセット機構とウェハ
移動手段とを設け、ウェハ保持体の周方向に分散してイ
オン注入位置とウェハ装入位置とウェハ取出位置とを配
置し、イオン注入室を高真空状態に保った状態でウェハ
保持体を間歇的に回転させながらその一時停止中にイオ
ン注入位置とウェハ装入位置とウェハ取出位置における
動作を同時に並行して進めることにより、次の効果を得
ることができる。

（ａ）イオン注入位置でウェハにイオンを注入している
間に、ウェハ装入位置とウェハ取出位置ではウェハのウ
ェハ保持体への装入動作とそれからの取り出し動作を独
立に進めて済ませてしまうことができるので、ウェハ保
持体を回転させる間のごく僅かな中断時間を除いて装置
にイオン注入動作を連続して行なわせることができ、そ
の利用効率を高めて処理能力を大幅に向上できる。

（ハ）入側および出側カセット機構にカセットをセント
してイオン注入室内を高真空にした後は、そのままの高
真空状態で数十枚のウェハへのイオン注入が進められる
ので、従来のように各ウェハにイオン注入時間内に真空
度が変動するような不都合が全くなくなり、ドーズ量の
ウェハ面内の均一性をより完全にすることができる。

（Ｃ）イオン注入室内で複数枚のウェハにイオン注入を
している間に予備排気室との間の弁を開閉する必要がな
いので、微小パーチクルの侵入を減少させてウェハの清
浄度を高めることができる。

（ロ）イオン注入点が１個所で、従って複数個のファラ
デーケースを用いる必要がないので、従来のダブルエン
ドステーション方式の場合のようにイオンビーム電流測
定系の違いによってウェハごとにドーズ量のばらつきが
出るおそれがない。

このように、本発明はイオン注入装置の利用効率とウェ
ハに対するドーズ量の均一性を高め得る効果を有し、半
導体装置の生産性と性能の向上に貢献することが期待さ
れる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高真空のイオン注入室内に、周方向に等間隔で配置され
   たウェハ保持手段を３個以上備えた回転形のウエハ保持
   体、イオン注入前およびイオン注入後のウエハをれぞれ
   複数枚収納するカセットを保持する入側および出側カセ
   ット機構、および各カセット機構とウエハ保持手段との
   間でウエハを１枚ずつ移動させるウエハ移動手段を設け
   、ウエハ保持体の周方向に沿って、ウエハに対するイオ
   ン注入位置、ウェハ移動手段により入側カセット機構か
   らウェハをウェハ保持手段に装入するウェハ装入位置、
   およびウェハ移動手段によりウェハ保持手段からウェハ
   を出側カセット機構に取り出すウェハ取出位置を分散配
   置し、イオン注入室を高真空に保ったままの状態でウェ
   ハ保持体を間歇的に回転させながらその停止中に前記各
   位置における動作を同時に並行して進めるようにしたこ
   とを特徴とするイオン注入装置。