JPH07138757A

JPH07138757A - 基板保持装置

Info

Publication number: JPH07138757A
Application number: JP30464193A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Fujita; 穣太藤田
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】基板処理の均一性の向上、ビーム利用率の向
上および必要スペースの減縮を可能にした基板保持装置
を提供する。【構成】この装置は、基板６を保持する角形の基板ホ
ルダ８と、その裏面に取り付けられた軸受２０と、一端
部が軸受２０によって回転自在に支持された偏心軸２２
と、それを回転させるモータ２８と、基板ホルダ８の向
きを一定に保ちつつその円軌跡運動を許容するＸＹスラ
イドユニット３６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばイオン注入装
置、イオンビームミキシング装置、イオンビームエッチ
ング装置等のように、基板にイオンビームを照射して当
該基板を処理するイオンビーム照射装置に用いられる基
板保持装置に関し、より具体的には、基板処理の均一性
向上、イオンビームの利用率向上、必要スペースの減縮
等を図る手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の基板保持装置には、固定
式と回転式とがある。

【０００３】固定式は、基板を保持するホルダが固定の
ものである。この固定式の基板保持装置は、構造が簡単
であり、しかも必要スペースを小さくすることができる
けれども、基板に照射するイオンビームが有している不
均一性がそのまま基板に対するイオン注入等の処理に反
映されるため、基板処理の均一性が悪くなるという根本
的な問題がある。

【０００４】回転式は、例えば図５および図６に示すよ
うに、基板６を保持する基板ホルダ８を、モータ１２等
によって例えば矢印Ａのように回転させるものである。
基板ホルダ８は真空容器１６内に収納されており、この
基板ホルダ８とモータ１２間は回転軸１０で接続されて
いる。この回転軸１０が真空容器１６を貫通する部分に
は、軸受および真空シールを兼ねる回転導入機１４が設
けられている。このような構成で基板ホルダ８を回転さ
せながら、その上の基板６にイオン源２からイオンビー
ム４を照射してイオン注入等の処理を施す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記回転式の基板保持
装置によれば、イオンビーム４が有する不均一性が基板
６の回転によって平均化されるので、基板処理の均一性
が向上するけれども、基板ホルダが角形の場合、基板ホ
ルダの対角を回転直径とする大きなスペースが必要にな
ると共に、イオンビームをこの基板ホルダの全回転領域
に照射しなければならないため、ビーム利用率が悪化す
るという問題がある。

【０００６】これを詳述すると、基板ホルダ８が例えば
図６に示すような長方形の場合、その長辺の長さをａ、
短辺の長さをｂとすると、基板ホルダ８の対角である√
（ａ²＋ｂ²）がその回転直径となり、図中に一点鎖線で
示す領域７がその回転領域である。基板ホルダ８が正方
形の場合は、その一辺の長さをｃとすると、その回転直
径は√２ｃとなる。

【０００７】このような基板ホルダ８自身とその回転領
域７との面積を比べると、両者の差が一番小さい正方形
の場合で、回転領域７が基板ホルダ８自身の約１．５７
倍になる。逆にみれば、基板ホルダ８自身の面積は回転
領域７の約６４％になる。

【０００８】基板ホルダ８とほぼ同じ大きさの基板６を
処理するとすれば、イオンビーム４を上記回転領域７の
全領域に照射しなければならず、従ってイオンビーム４
の利用率は上記面積比と同じく約６４％という低い値に
なる。

【０００９】このようにイオンビーム４の利用率が低い
分、イオン源２の大形化、その電源の大容量化、消費電
力の増大およびこれらに伴うコストアップ等を惹き起こ
す。

【００１０】また、上記のように回転領域７が大きい
分、その必要スペースが大きくなり、真空容器１６の大
形化、基板ホルダ８に対して基板６を搬送する基板搬送
系（例えば基板搬送ロボット）の搬送距離の増大、それ
に伴う基板搬送系の強度アップおよびこれらに伴うコス
トアップ等を惹き起こす。

【００１１】また、回転式にすると、基板ホルダ８の回
転中心と、イオン源２の電極孔の中心とが一致した場
合、回転中心部は当該電極孔に対して移動しないので、
基板６上の回転中心部に、ビーム照射量の特に多いビー
ムスポットが発生することがあり、これが基板処理の均
一性を悪化させる原因になる。このようなことの起こる
確率は低いが、イオン源２が大形化して電極孔が多くな
るほど、上記ビームスポットの出ないようにする調整が
難しくなる。

【００１２】そこでこの発明は、基板処理の均一性の向
上、ビーム利用率の向上および必要スペースの減縮を可
能にした基板保持装置を提供することを主たる目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の基板保持装置は、基板を保持する角形の
基板ホルダと、この基板ホルダの裏面に取り付けられた
軸受と、一端部がこの軸受によって回転自在に支持され
た偏心軸と、この偏心軸の他端部に結合されていてそれ
を回転させるモータと、前記基板ホルダの裏面に結合さ
れていて、当該基板ホルダの向きを一定に保ちつつその
円軌跡運動を許容するＸＹスライドユニットとを備える
ことを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、モータによって偏心軸の他
端部を回転させると、当該偏心軸の一端部が円軌跡運動
を行い、軸受を介して当該一端部に結合された基板ホル
ダも円軌跡運動を行う。その際、ＸＹスライドユニット
は、基板ホルダの向きを一定に保ちつつ、それが円軌跡
運動を行うガイドの働きをする。

【００１５】このような作用によって、基板ホルダを円
軌跡運動させると、当該基板ホルダ上の基板とイオンビ
ームとの相対位置が変化するので、イオンビームの不均
一性が平均化され、基板処理の均一性が向上する。

【００１６】また、基板ホルダ上の基板は、一点を中心
にして回転するのではなく、その全ての領域において円
軌跡運動を行うので、イオン源の電極孔との相対関係に
よる影響はなく、従ってビームスポットが基板上に発生
することもない。この意味からも基板処理の均一性が向
上する。

【００１７】また、基板ホルダは回転するのではなく円
軌跡運動するだけであるから、基板ホルダが角形であっ
ても、それを回転させる場合に比べて、必要スペースが
小さくなる。

【００１８】また、基板ホルダは円軌跡運動をするだけ
であるから、基板ホルダの移動領域に対する基板ホルダ
自身の面積比は、回転式の場合に比べて遙かに大きく、
従ってビーム利用率が向上する。

【００１９】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る基板保持
装置を示す断面図である。図２は、図１の基板保持装置
の平面図である。図５および図６の従来例と同一または
相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該
従来例との相違点を主に説明する。

【００２０】この実施例の基板保持装置は、基板ホルダ
８を駆動する機構を大気圧側に設置した例である。

【００２１】詳述すると、真空容器１６内に、基板６を
保持する角形の基板ホルダ８が収納されており、その背
面側に、内部容器１８が基板ホルダ８との間を気密を保
つように取り付けられている。

【００２２】この内部容器１８内にベース板３０が設け
られており、このベース板３０は、支持筒３２によって
真空容器１６から支持されている。従ってベース板３０
は固定である。ベース板３０、支持筒３２および真空容
器１６は、互いに連通していて真空容器１６外に通じる
穴３１、３３および１７をそれぞれ有している。

【００２３】内部容器１８の下部と真空容器１６との間
には、内部容器１８の穴１９、支持筒３２および穴１７
を取り囲むように、ベローズ３４が設けられており、こ
れによって、内部容器１８の後述するような円軌跡運動
を許容しつつ、内部容器１８と真空容器１６間の真空シ
ールを行って、内部容器１８内を大気圧に保つようにし
ている。

【００２４】基板ホルダ８の裏面には、軸受２０が取り
付けられており、それによって偏心軸２２の一端部が回
転自在に支持されている。即ち、偏心軸２２は、この例
では互いに偏心距離Ｒだけ偏心した２本の軸２４および
２６を有しており、その一方の軸２４がこの軸受２０に
回転自在に支持されている。

【００２５】ベース板３０上にはモータ２８が設置され
ており、偏心軸２２の他端部、即ち軸２６はこのモータ
２８に結合されており、このモータ２８によって偏心軸
２２を例えば矢印Ｂのように回転させるようにしてい
る。これによって、軸２４は軸２６の中心の周りを円軌
跡運動する。その半径は、前記偏心距離と等しくＲとな
る。

【００２６】ベース板３０上には、基板ホルダ８の裏面
に結合されていて、基板ホルダ８が回転しないようにそ
の向きを一定に保ちつつ、基板ホルダ８の円軌跡運動を
許容するＸＹスライドユニット３６が設置されている。

【００２７】このＸＹスライドユニット３６は、ベース
板３０上に取り付けられていて１方向（Ｘ方向）に延び
るレール３８と、それに跨がっていてＸ方向にスライド
するスライド部４０と、基板ホルダ８の裏面に取り付け
られていて前記Ｘ方向に直交するＹ方向に延びるレール
４２と、それに対してＹ方向にスライドするスライド部
４４とを備えており、スライド部４０と４４は互いに背
中合わせに取り付けられている。このＸＹスライドユニ
ット３６によって、基板ホルダ８は、回転はしないけれ
ども、Ｘ方向およびＹ方向に同時に移動可能な状態で、
即ちＸ方向およびＹ方向を含む平面内で移動可能な状態
で、ベース板３０から支持されている。

【００２８】動作例を説明すると、モータ２８によって
偏心軸２２の一方の軸２６を例えば矢印Ｂ方向に回転さ
せると、他方の軸２４が半径Ｒで円軌跡運動をし、軸受
２０を介してこの軸２４に結合された基板ホルダ８も半
径Ｒの円軌跡運動を行う。その際、ＸＹスライドユニッ
ト３６は、基板ホルダ８の向きを一定に保ちつつ、当該
基板ホルダ８が円軌跡運動を行うガイドの働きをする。
また、基板ホルダ８の背面側に取り付けられた内部容器
１８も円軌跡運動を行うことになるので、ベローズ３４
でその動きを許容しつつ真空シールするようにしてい
る。

【００２９】このような作用によって、基板ホルダ８を
円軌跡運動させると、基板ホルダ８上の基板６と、イオ
ン源２からそれに照射されるイオンビーム４との相対位
置が変化するので、イオンビーム４の不均一性が平均化
され、基板処理の均一性が向上する。

【００３０】また、基板ホルダ８上の基板６は、一点を
中心にして回転するのではなく、その全ての領域におい
て円軌跡運動を行うので、イオン源２の電極孔との相対
関係による影響はない。即ち、イオン源２の電極孔は全
て、基板ホルダ８上の基板６に対して相対的に円軌跡運
動することになる（これは後で図３および図４を参照し
て詳述する）。従って、回転式の場合に問題となったビ
ームスポットが基板６上に発生することはない。この意
味からも基板処理の均一性が向上する。また、イオン源
２が大形化しても、それとこの基板保持装置との位置関
係の調整は非常に簡単になる。

【００３１】上記の場合、基板ホルダ８の円軌跡運動の
半径Ｒが大きいほど、基板６の移動距離が大きくなるた
め、基板処理の均一性は良くなるが、基板ホルダ８の移
動領域９も大きくなって必要スペースが大きくなるた
め、基板処理の均一性向上とスペース減縮とを両立させ
るには、半径Ｒをイオン源２の電極孔のピッチ程度にす
るのが現実的であると言える。

【００３２】例えば、イオン源２の電極孔５０の配列が
図３に示すような格子状の場合、そのピッチをｄとする
と、基板ホルダ８の円軌跡運動の半径Ｒは、０．８５ｄ
程度が好ましいと言える。この図３中の実線４６は、基
板ホルダ８の円軌跡運動に伴う、各電極孔５０の中心５
２の基板ホルダ８に対する相対的な動きの軌跡を示すも
のである（図４においても同様）。

【００３３】また、イオン源２の電極孔５０の配列が図
４に示すように千鳥状の場合は、そのピッチを同じくｄ
とすると、基板ホルダ８の円軌跡運動の半径Ｒは、０．
７５ｄ程度が好ましいと言える。

【００３４】上記のようにすると、各電極孔５０の中心
５２の軌跡が、離れもせず、かつ重なり過ぎもせず、適
度に重なり、上記基板処理の均一性向上とスペース減縮
とを両立させることができる。

【００３５】より具体例を示すと、例えば基板ホルダ８
が３２０ｍｍ×３２０ｍｍの正方形で、イオン源２の電
極孔が格子配列で１０ｍｍピッチとすると、Ｒ＝８．５
ｍｍとなり、基板ホルダ８の最大移動距離は２Ｒ＝１７
ｍｍとなる。このときの基板ホルダ８の移動領域９の面
積は、基板ホルダ８自身の面積の１．１１倍に過ぎな
い。即ち、基板ホルダ８の必要スペースは、固定式の場
合に比べて１．１１倍で済む。ちなみに、同寸法の基板
ホルダ８が従来の回転式の場合は、その必要スペースは
前述したように固定式の１．５７倍にもなる。

【００３６】また、基板ホルダ８が３２０ｍｍ×４２０
ｍｍの長方形で同上の条件ならば、基板ホルダ８の必要
スペースは固定式に比べて１．１０倍で済む。従来の回
転式ならば１．６３倍必要である。

【００３７】このように、この実施例の場合は、基板ホ
ルダ８が正方形および長方形のいずれの場合も、当該基
板ホルダ８を回転させる場合に比べて、必要スペースを
小さくすることができる。その結果、真空容器１６の小
形化が可能になり、ひいてはその真空排気系の小容量化
等も可能になる。

【００３８】また、真空容器１６の内面から基板ホルダ
８の中心までの距離は、基板ホルダ８を３２０ｍｍ×３
２０ｍｍの正方形として、その端面と真空容器１６間の
隙間を１０ｍｍとすると、この実施例の装置では、３２
０÷２＋１０＝１７０ｍｍ、従来の回転式では、３２０
×√２÷２＋１０＝２３６ｍｍとなり、両者の差は６６
ｍｍとなる。基板ホルダ８が長方形の場合はその差は更
に大きくなり、基板ホルダ８が３２０ｍｍ×４２０ｍｍ
の場合は、上記距離はこの実施例の装置では１７０ｍ
ｍ、従来の回転式では２６０ｍｍとなり、両者の差は９
０ｍｍになる。

【００３９】このような真空容器１６の内面から基板ホ
ルダ８の中心までの距離は、基板６の搬送距離の一部を
成しており、この実施例の装置では上記のようにこの搬
送距離を短縮することができるので、基板搬送系（例え
ば基板搬送ロボット）のコンパクト化およびコストダウ
ンが可能になる。また、搬送距離が短くなると強度的に
も楽になるので、基板搬送系のトラブルが減少し、かつ
メインテナンス時間の短縮等も可能になる。

【００４０】また、基板ホルダ８自身の面積は、その移
動領域９の面積に対して、上記正方形の場合で１／１．
１１＝０．９、上記長方形の場合で１／１．１０＝０．
９１となり、イオンビーム４を移動領域９の全領域に照
射する場合のビーム利用率はそれぞれ９０％および９１
％となる。従来の回転式の場合は、前述したように、基
板ホルダ８が正方形の場合がビーム利用率が比較的高い
がそれでも６４％であり、これに比べてこの実施例の装
置のビーム利用率が非常に高いことが分かる。

【００４１】このようにビーム利用率が向上する結果、
イオン源２の小形化、その電源の小容量化、消費電力の
減少、イオン源２用の冷却系の小形・小容量化およびこ
れらに伴うコストダウンが可能になる。

【００４２】また、従来の回転式の場合は、図５では簡
略化して記載しているが、実際上は、基板６を冷却する
ために基板ホルダ８に冷却水等の冷媒を供給する必要が
あり、これを回転軸１０内を経由して供給する必要があ
るため、回転導入機１４の周りの構造は複雑になってい
る。また、冷媒漏れのトラブルも発生しやすい。これに
対して、この実施例の装置では、基板ホルダ８は回転し
ないので、フレキシブルチューブを利用する等して、冷
却配管等を直接真空容器１６外へ引き出すことができ
る。従って、冷媒シールの部分におけるトラブル発生を
少なくすることができる。

【００４３】また、基板ホルダ８は回転しないので、そ
れに直接、基板温度計測用の熱電対等のセンサーや、照
射されるイオンビーム４のビーム電流計測用のファラデ
ーカップ等の取り付けおよびそのリード線の真空容器１
６外への引き出しが可能になり、計測上も有利になる。

【００４４】なお、上記の冷媒供給用の配管、計測用の
リード線、モータ２８用の電線等は、ベース板３０、支
持筒３２および真空容器１６に設けた穴３１、３３およ
び１７を通して真空容器１６外へ簡単に引き出すことが
できる。

【００４５】また、図３および図４を参照して説明した
ように、基板ホルダ８の円軌跡運動の半径Ｒは、イオン
源２の電極孔ピッチが１０ｍｍの場合、８．５ｍｍ（電
極孔が格子配列の場合）または７．５ｍｍ（電極孔が千
鳥配列の場合）であり、従ってこの基板ホルダ８の円軌
跡運動をガイドするＸＹスライドユニット３６は、その
変位量がＸＹ方向共に２０ｍｍ程度あれば十分であるの
で、小形でコンパクトにできる。基板ホルダ８を円軌跡
運動させるモータ２８も、円軌跡運動の半径Ｒが上記の
ようにわずかであり、また高速回転させる必要もなく、
しかもこの実施例では内部容器１８内が大気圧側にあっ
てモータ２８の軸シールが不要なため抵抗が小さく、従
って小容量のもので十分である。

【００４６】以上のようにこの実施例の装置は、部分的
にみれば従来の回転式のものに比べて機構が増える点が
あるものの、全体的にみれば従来の回転式のものに比べ
てコストダウンを図ることができる。

【００４７】なお、上記モータ２８は、この実施例のよ
うに内部容器１８内に設置せずに、その軸を延ばして真
空容器１６外に設置しても良い。

【００４８】また、内部容器１８やベローズ３４を設け
ずに、モータ２８、ＸＹスライドユニット３６およびそ
れらに関連する機構の全部または一部を、真空容器１６
内の真空側に設置することも可能である。その場合は、
真空容器１６を貫通する部分に適当な真空シールを施す
等の処置を講じれば良い。

【００４９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、基板ホ
ルダを円軌跡運動させることができ、それによって、当
該基板ホルダ上の基板とイオンビームとの相対位置が変
化するので、イオンビームの不均一性が平均化され、基
板処理の均一性が向上する。

【００５０】また、基板ホルダ上の基板はその全ての領
域において円軌跡運動を行うので、イオン源の電極孔と
の相対関係による影響はなく、従ってビームスポットが
基板上に発生することもない。この意味からも基板処理
の均一性が向上する。また、イオン源が大形化してもそ
れとの位置関係の調整も楽になる。

【００５１】また、基板ホルダは回転するのではなく円
軌跡運動をするだけであるから、基板ホルダが角形であ
っても、それを回転させる場合に比べて、必要スペース
が小さくなる。その結果、真空容器の小形化、それ用の
真空排気系の小容量化およびコストダウンが可能にな
る。また、基板搬送系の搬送距離が短くて済み、基板搬
送系のコンパクト化、トラブル減少等も可能になる。

【００５２】また、基板ホルダは円軌跡運動するだけで
あるから、基板ホルダの移動領域に対する基板ホルダ自
身の面積比は、回転式の場合に比べて遙かに大きく、従
ってビーム利用率が向上する。その結果、イオン源の小
形化、その電源の小容量化、消費電力の減少、冷却系の
小容量化およびこれらに伴うコストダウンが可能にな
る。

【００５３】また、基板ホルダは回転しないので、それ
への冷媒の供給構造が簡単になり、トラブル発生も少な
くなる。また、基板ホルダへの各種センサーの取り付け
およびそのリード線の引き出しも簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る基板保持装置を示す
断面図である。

【図２】図１の基板保持装置の平面図である。

【図３】イオン源の電極孔の基板ホルダに対する相対的
な動きの一例を示す図である。

【図４】イオン源の電極孔の基板ホルダに対する相対的
な動きの他の例を示す図である。

【図５】従来の基板保持装置の一例を示す概略断面図で
ある。

【図６】図５の基板保持装置の平面図である。

【符号の説明】

２イオン源４イオンビーム６基板８基板ホルダ１６真空容器１８内部容器２０軸受２２偏心軸２８モータ３０ベース板３４ベローズ３６ＸＹスライドユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を保持する角形の基板ホルダと、こ
の基板ホルダの裏面に取り付けられた軸受と、一端部が
この軸受によって回転自在に支持された偏心軸と、この
偏心軸の他端部に結合されていてそれを回転させるモー
タと、前記基板ホルダの裏面に結合されていて、当該基
板ホルダの向きを一定に保ちつつその円軌跡運動を許容
するＸＹスライドユニットとを備えることを特徴とする
基板保持装置。