JPH07252653A - イオン注入装置およびこれを用いたイオン注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 いわゆる枚葉式のイオン注入装置において、
各試料に対するイオン注入処理サイクルタイムを著しく
短縮し、イオン処理効率を格段に向上させること。 【構成】 イオン注入処理室１と、イオン注入処理室の
入口側に接続される入口側予備室３と、上記イオン注入
処理室の出口側に接続される出口側予備室４とを備えて
おり、上記イオン注入処理室１内には、上記入口側予備
室から搬入される未処理試料を受け取り、または処理済
試料を出口側予備室の搬出するための水平位置と、保持
した試料にイオン注入処理を行うための起立位置とを選
択できる保持器２ａ，２ｂが少なくとも２個設けられて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、半導体プロセス技術
において、加速された不純物イオンを注入することによ
って半導体ウエハ表面の改質を行う場合等に用いられる
イオン注入装置およびこれを用いたイオン注入方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオン注入技術の一つには、所
定の真空雰囲気とされたイオン注入処理室内に保持され
た半導体ウエハ表面に、静電偏向させられたイオンビー
ムをＸＹ方向にスキャニングしながら照射するというも
のがある。

【０００３】このような手法による従前のイオン注入装
置の一例の概略構成を図４および図５に示す。これら図
において符号１は、イオン注入処理室を示しており、そ
の内部には、実線で示す水平位置と、仮想線で示す起立
位置との間を枢軸Ｌを中心として選択的に回動可能なウ
エハ保持器２が設けられている。図５の右方には、イオ
ン源、加速手段、およびＸ方向偏向用電極、Ｙ方向偏向
用電極が配置されており、これらの電極によって偏向さ
せられた加速イオンビームが、起立位置にあるウエハ保
持器２上に保持されたウエハ表面にスキャニングされな
がら照射されるようになっている。

【０００４】図４に表れているように、上記イオン注入
処理室１には、入口側予備室３と、出口側予備室４とが
連結されている。入口側予備室３の両端には、外部との
間を仕切る第１仕切り弁５と、イオン注入処理室１との
間を仕切る第２仕切り弁６が配置されている。出口側予
備室４の両端には、イオン注入処理室１との間を仕切る
第３仕切り弁７と、外部との間を仕切る第４仕切り弁８
とが配置されている。

【０００５】上記入口側予備室３と隣接するようにし
て、未処理ウエハストッカ９が配置されている。この未
処理ウエハストッカ９は、未処理ウエハＷａを上下方向
に所定間隔をあけて積層状に保持するマガジン１１内の
未処理ウエハＷａを、ベルト搬送機構１０により最下位
のウエハから順に入口側予備室３内に送り込むことがで
きるようになっている。入口側予備室３内には、所定長
さのベルト搬送機構１２が配置されており、第１仕切り
弁５を開とした状態において、未処理ウエハストッカ９
のベルト搬送機構１０と入口側予備室内のベルト搬送機
構１２を同期して駆動させることにより、未処理ウエハ
ストッカ９のウエハＷａを入口側予備室３内のベルト搬
送機構１２上に移し替えることができる。

【０００６】上記イオン注入処理室１内のウエハ保持器
２には、ベルト搬送機構１３が附属しており、この保持
器２が実線で示す水平位置をとる場合において、上記第
２仕切り弁６を開とし、入口側予備室３内のベルト搬送
機構１２と上記保持器２がもつベルト搬送機構１３とを
同期して駆動させることにより、入口側予備室３内にあ
るウエハＷａを、処理室１内の保持器２上に移し替える
ことができるようになっている。

【０００７】上記のようにして保持器２上に移し替えら
れた未処理ウエハＷａは、図示しないクランプによって
脱落不能に保持される。

【０００８】上記出口側予備室４内にも、入口側予備室
３と同様のベルト搬送機構１４が設けられており、イオ
ン注入処理室１内で上記ウエハ保持器２が水平位置をと
り、第３仕切り弁７が開となっている状態において、保
持器２のベルト搬送機構１３と、出口側予備室４内のベ
ルト搬送機構１４とを同期して駆動することにより、保
持器２上に載置されている処理済ウエハＷｂを出口側予
備室４内に搬出することができる。

【０００９】上記出口側予備室４と隣接するようにし
て、処理済ウエハストッカ１５が配置されている。この
処理済ウエハストッカ１５は、ウエハＷｂを上下方向に
所定間隔をあけてスライド積層しうるマガジン１６を上
下動させつつ、その上位から順に処理済ウエハＷｂをベ
ルト搬送機構１７によってスライド保持できるようにな
っている。第４仕切り弁８が開となっている状態におい
て、出口側予備室４内のベルト搬送機構１４と、処理済
ウエハストッカ１５のベルト搬送機構１７とを同期して
駆動させることにより、出口側予備室４内の処理済ウエ
ハＷｂを処理済ウエハストッカ１５に順次積層保持でき
るようになっている。

【００１０】各予備室３，４は、制御弁を介して図示し
ない真空源につなげられており、両端に位置する仕切り
弁５，６または７，８を閉とした状態において、所定の
真空状態を得ることができるようになっている。イオン
注入処理室１もまた、制御弁を介して図示しない真空源
につなげられており、このイオン注入処理室１の両側に
位置するいずれか２つの仕切り弁を閉とした状態におい
て、所定の真空状態を得ることができるようになってい
る。

【００１１】以上の従来のイオン注入装置は、概ね次の
ようにして作動する。

【００１２】未処理ウエハストッカ９の未処理ウエハＷ
ａは、第１仕切り弁５を開、第２仕切り弁６を閉とした
状態において、上述したようにして、入口側予備室３内
に搬入される。未処理ウエハＷａが入口側予備室３内に
搬入されると、第１仕切り弁５は閉じられる。こうして
入口側予備室３が外部およびイオン注入処理室１から圧
力隔離されると、この入口側予備室３は、所定の真空状
態とされる。すなわち、好ましくは、イオン注入処理室
１の内部と同等の真空状態とされる。

【００１３】このとき、出口側予備室４もまた、第３仕
切り弁７および第４仕切り弁８が閉とされた状態におい
て、所定の真空圧とされている。

【００１４】一方、イオン注入処理室１の内部では、起
立位置においてイオン注入処理を終えた処理済ウエハＷ
ｂを保持するウエハ保持器２が実線で示す水平位置をと
ってウエハ交換に備える。

【００１５】次に、同時にあるいは相前後して、第２仕
切り弁６と第３仕切り弁７とが開とされ、入口側予備室
３、イオン注入処理室１および出口側処理室４が所定の
真空状態において連通状となる。そしてまず、保持器２
と出口側予備室４内の各ベルト搬送機構１３，１４が同
期駆動されて、保持器２上の処理済ウエハＷｂが出口側
予備室４内に搬出される。次に、入口側予備室３内のベ
ルト搬送機構１２と上記保持器２のベルト搬送機構１３
とが同期駆動され、入口側予備室３内の未処理ウエハＷ
ａが上記保持器２上に移し替えられる。

【００１６】上記の操作が終了すると、第２仕切り弁６
および第３仕切り弁７は閉とされる。

【００１７】入口側予備室３では、その内部の圧力を上
昇させた上で第１仕切り弁５を開とし、前述したように
未処理ウエハＷａを搬入する。出口側予備室４では、そ
の内部圧力を上昇した上で、第４仕切り弁８を開とし
て、上述したように、出口側予備室４内の処理済ウエハ
Ｗｂを処理済ウエハストッカ１５に搬出保持させる。上
記のような未処理ウエハの入口側予備室内への搬入、お
よび、出口側予備室内の処理済ウエハの搬出を終える
と、第１仕切り弁５および第４仕切り弁８が再び閉とさ
れ、かつ、内部を所定の真空状態とすることによって、
イオン注入処理室１内でのウエハ交換に備える。

【００１８】上記のウエハ交換によって新たに保持され
た未処理ウエハＷａを保持する保持器２は、図４および
図５に仮想線で示すように起立位置をとり、上述したよ
うに、イオンビームのスキャニングによるイオン注入処
理が行われる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のイオン注入装置においては、イオン注入処理室１内に
ウエハ保持器２がただ一つ配置されているだけであるた
め、その処理効率が著しく悪く、処理効率を一定以上に
上げることができないという問題がある。

【００２０】処理効率を上げるためには、図４に示した
ような装置を複数配設せざるをえず、設備が大型化、高
コスト化するのみならず、スペース効率の面からみて
も、きわめて不利となる。

【００２１】本願発明は、上述した事情のもとで考え出
されたものであって、一台のイオン注入装置において、
より効率のよいイオン注入処理を行うことができるよう
にすることをその課題としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の各技術的手段を講じている。

【００２３】すなわち、本願の請求項１に記載したイオ
ン注入装置は、イオン注入処理室と、上記イオン注入処
理室の入口側に接続される入口側予備室と、上記イオン
注入処理室の出口側に接続される出口側予備室とを備え
ており、上記イオン注入処理室内には、上記入口側予備
室から搬入される未処理試料を受け取り、または処理済
試料を出口側予備室に搬出するための水平位置と、保持
した試料にイオン注入処理を行うための起立位置とを選
択できる保持器が少なくとも２個設けられていることを
特徴としている。

【００２４】本願の請求項２に記載したイオン注入装置
は、上記請求項１のイオン注入装置において、入口側予
備室および出口側予備室のそれぞれの両端部に仕切り弁
が配置されている。

【００２５】請求項３に記載した発明では、請求項１ま
たは２のイオン注入装置において、各保持器は、それぞ
れ、イオン注入処理を行う起立位置をとるとき、イオン
ビーム偏向部を向くように互いに傾斜配置されているこ
とを特徴としている。

【００２６】そして、請求項４に記載したイオン注入装
置は、上記請求項１、２または３の装置において、上記
保持器は２個設けられており、一方の保持器が起立位置
をとってこれが保持する試料にイオン注入処理を行って
いる間に、イオン注入処理を終えた処理済試料を保持す
る他方の保持器が水平位置をとり、処理済試料を出口側
予備室に搬出するとともに入口側処理室からの未処理試
料を受け取って保持するように構成されている。

【００２７】請求項５に記載した発明は、上記請求項４
に記載したイオン注入装置を用いたイオン注入方法であ
って、一方の保持器が起立位置をとってこれが保持する
試料にイオン注入処理を行っているとき、イオン注入処
理を終えた処理済試料を保持する他方の保持器に水平位
置をとらせ、処理済試料を出口側予備室に搬出するとと
もに入口側予備室からの未処理試料を受け取って保持し
た後、この他方の保持器に再度起立位置をとらせてこれ
が保持する未処理試料に対するイオン注入処理を開始す
ることを特徴としている。

【００２８】

【発明の作用および効果】本願の各発明においては、イ
オン注入処理室内に、入口側予備室および出口側予備室
との間の試料の受け渡しをするための水平位置と、試料
に対してイオン注入処理を行うための起立位置とを選択
できる保持器が少なくとも２個設けられている。したが
って、一方の保持器を起立させてこれに保持されている
試料に対してイオン注入処理を行っている間に、他方の
保持器に水平位置をとらせ、ウエハの交換を行うことが
できる。その結果、複数の保持器上の試料に対してイオ
ン注入処理を交互連続状に行うことができ、１個の試料
に対してイオン注入処理を行うに必要なサイクルタイム
を著しく短縮することができる。

【００２９】その結果、本願発明によれば、１台のイオ
ン注入装置を用いながら、イオン注入処理を従来に比較
して著しく効率的に行うことができるようになる。

【００３０】特に、本願の請求項３に記載してあるよう
に、上記イオン注入処理室内に配置される複数の保持器
を、単に並列状とするのではなく、起立位置をとると
き、イオンビーム偏向部を向くように、すなわち互いに
ややイオンビーム偏向部に向いて内側に傾斜するように
配置しておくと、各保持器に保持されている試料に対す
るイオンビーム照射が平均化される。とりわけ、各保持
器に保持されている試料の各所におけるイオンビーム密
度を平均化することができる。

【００３１】

【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図１ないし図３を参照して具体的に説明する。なお、こ
れらの図において、図４および図５の従来例と同等の部
材あるいは部分には、同一の符号を付してある。

【００３２】図４および図５の従来のイオン注入装置に
比較して図１ないし図３に示した本願発明のイオン注入
装置は、イオン注入処理室１内に、少なくとも２個以上
の試料保持器２ａ，２ｂが設けられている点において大
きく異なっている。このイオン注入処理室１内の構成に
ついては後に詳しく説明するが、その他の構成は、従来
のイオン注入装置の構成と同様である。

【００３３】すなわち、イオン注入処理室１の入口側に
は、第２仕切り弁６を介して入口側予備室３が接続され
ており、この入口側予備室３の入口端には、第１仕切り
弁５が設けられている。この入口側予備室３に隣接し
て、未処理ウエハストッカ９が配置されている。

【００３４】一方、イオン注入処理室１の出口側には、
第３仕切り弁７を介して出口側予備室４が接続されてお
り、この出口側予備室４の出口端には、第４仕切り弁８
が設けられている。そして、この出口側予備室４に隣接
して、処理済ウエハストッカ１５が配置されている。

【００３５】未処理ウエハストッカ９と入口側予備室３
との間において、第１仕切り弁５を開とした状態におい
て、ベルト搬送機構１０，１２を同期駆動させることに
より、未処理ウエハストッカ９に積層保持されている複
数枚の未処理ウエハＷａのうち、最も下位のものから順
に入口側予備室３内に搬入できる点は、図４および図５
に示した従来例と同様である。また、出口側予備室４と
処理済ウエハストッカ１５との間において、第４仕切り
弁８を開とした状態において、両ベルト搬送機構１４，
１７を同期駆動させることにより、出口側予備室４内の
ウエハＷｂ処理済ウエハストッカ１５に下から順に搬出
積層保持させてゆくことができることも図４および図５
に示した従来例と同様である。

【００３６】さらに、各予備室３，４は、その両端の仕
切り弁を閉とした状態において、所定の真空状態を得る
ことができ、また、イオン注入処理室１も、その両側の
いずれか２つの仕切り弁を閉とした状態において、所定
の真空状態を得ることができる点についても、図４およ
び図５の従来例と同様である。

【００３７】さて、イオン注入処理室１内において、図
に実線で示す水平位置と、図に仮想線で示す起立位置と
の間を選択的に回動可能なウエハ保持器２ａ，２ｂが２
個設けられている。第１のウエハ保持器２ａは枢軸Ｌａ
を中心として回動可能であり、第２のウエハ保持器２ｂ
は枢軸Ｌｂを中心と回動可能である。このような保持器
２ａ，２ｂの回動制御、すなわち、水平位置と起立位置
との選択制御は、図示しないアクチュエータを駆動制御
することによって行われる。

【００３８】図１からわかるように、各保持器２ａ，２
ｂの枢軸Ｌａ，Ｌｂは、同一直線状に配置されているの
ではなく、図１の上方に位置するイオンビーム偏向部
（イオン源ないし加速手段を経たイオンビームをＸＹ方
向に偏向制御する手段）から照射されるイオンビーム方
向Ｂａ，Ｂｂに対して直交するように配置されている。
したがって、この各枢軸Ｌａ，Ｌｂを中心として起立位
置をとる両ウエハ保持器２ａ，２ｂは、互いにやや内向
きに傾斜することになる。そのため、起立状態にあるウ
エハには、イオンビームが平均的にスキャニングされる
ことになり、ウエハ上の各所におけるイオン照射密度が
平均化されるという利点がある。

【００３９】上記イオン注入処理室１の下位には、固定
配置されたベルト搬送機構１３が配置されている。この
ベルト搬送機構１３は、前後プーリ１８，１８の間に無
端ベルト１９を掛け回した構成が一対配置されている。
各保持器２ａ，２ｂには、このベルト搬送機構１３を避
けるようにして、スリット２０が形成されている。各保
持器２ａ，２ｂが実線で示す水平位置をとるとき、上記
スリット２０に臨むようにして、各ベルト搬送機構のベ
ルト上面が臨むことになる。

【００４０】なお、図示はしていないが、各ウエハ保持
器２ａ，２ｂには、その上に載置されたウエハを脱落不
能に保持するクランパが設けられている。

【００４１】各予備室３，４および上記イオン注入処理
室１内に配置されるベルト搬送機構１２，１３，１４に
用いられるベルトとしては、シリコンゴムを材料とする
ものが好適に用いられる。

【００４２】図２は、イオン注入処理室１内において、
第１の保持器２ａが起立位置をとってそれに保持されて
いるウエハＷａに対するイオン注入処理が継続中であ
り、第２のウエハ保持器２ａが処理済のウエハＷｂを保
持して水平位置をとっている状態を示す。この第２の保
持器２ｂ上の処理済ウエハＷｂは、未処理ウエハＷａと
交換されるべきである。

【００４３】この状態において、入口側予備室３内に
は、未処理ウエハＷａが待機している。もちろんこの状
態において、第１仕切り弁５および第２仕切り弁６は閉
となっており、入口側予備室３の内部は、好ましくはイ
オン注入処理室１の内部と同程度の真空状態とされてい
る。

【００４４】また同時に、出口側予備室４内は、第３仕
切り弁７および第４仕切り弁８が閉となっていて、か
つ、その内部は、好ましくはイオン注入処理室１の内部
と同程度に真空状態とされている。

【００４５】この状態に引き続き、上記第２の保持器２
ｂのウエハ交換は、次のようにして行われる。まず、第
３の仕切り弁７が開とされ、イオン注入処理室１と出口
側予備室４間が真空状態において連通させられる。そう
して、イオン注入処理室１内のベルト搬送機構１３と、
出口側予備室４内のベルト搬送機構１４とが同期駆動さ
せられ、第２保持器２ｂ上の処理済ウエハＷｂは、出口
側予備室４のベルト搬送機構１４上に搬出される。この
処理済ウエハＷｂの搬出が終わると、第３の仕切り弁７
が閉とされ、そして、出口側予備室４内の処理済ウエハ
Ｗｂが、第４の仕切り弁８を開とした上で、前述したよ
うにして、処理済ウエハストッカ１５に搬出される。

【００４６】上記のような処理済ウエハＷｂの搬出の直
後に、第２の仕切り弁６が開とされ、入口側予備室３内
のベルト搬送機構１２と、イオン注入処理室１内のベル
ト搬送機構１３とが同期駆動させられ、入口側予備室３
内の未処理ウエハＷａが第２保持器２ｂ上に送られ、図
示しないクランパがこの処理ウエハＷａを第２保持器２
ｂに対して固定する。

【００４７】上記のような未処理ウエハの搬入が終了す
ると、第２仕切り弁６が閉とされ、前述したように、第
１仕切り弁５を開として、次の未処理ウエハが前述した
ようにして入口側予備室３内に搬入され、所定の真空状
態とした上で次のウエハ交換に備える。

【００４８】未処理ウエハＷａを保持した第２の保持器
２ｂは、次いで起立位置をとり、イオン注入処理に備え
る。第１の保持器２ａが保持するウエハに対するイオン
注入処理が終わると、イオン偏向部を制御することによ
り、イオンビームは、第２の保持器２ｂのウエハに対す
る処理に切り変わる。そして、第１の保持器２ａは、図
３に示すように水平位置をとり、ウエハ交換を待つ。

【００４９】この第１の保持器２ａのウエハ交換は、第
２の保持器２ｂのウエハ交換について前述したのと同様
に行われ得ることが容易に理解されよう。

【００５０】以上説明してきたように、本願発明のイオ
ン注入装置によれば、１台のイオン注入処理室１内に少
なくとも２個以上のウエハ保持器２ａ，２ｂが備わって
いるので、イオン注入処理を交互連続的に行うことがで
き、したがって、１個のウエハに対するイオン注入処理
のサイクルタイムが著しく短縮される。そのため、１台
のイオン注入装置でありながら、そのイオン注入処理効
率は、従前に比較して著しく高められる。

【００５１】もちろん、本願発明の範囲は、上述の実施
例に限定されるものではない。

【００５２】イオン注入処理は、半導体プロセスにおい
て不純物イオンの注入によりウエハ表面の改質を行うこ
との他、種々の用途に用いることができ、試料交換を伴
う全てのイオン注入装置に本願発明を適用することがで
きる。

【００５３】本願発明は、基本的に、イオン注入処理室
と、その入口側および出口側に接続された予備室を備
え、外部から入口側予備室への試料の搬入、予備室とイ
オン注入処理室間の試料の搬送、出口側予備室から外部
への試料の搬出のための手段が必要である。実施例で
は、仕切り弁で区切られた各領域に所定長さのベルト搬
送機構を配置し、これらを同期駆動させることによって
上記した試料の搬送を行うようにしているが、かかる仕
切り弁によって区切られた領域間の試料搬送の手段は、
上記のようなベルト搬送に限られず、搬送アーム等が仕
切り弁を通過して移動するような形態とすることももち
ろん可能である。

【００５４】また、実施例では、イオン注入処理室内に
２個のウエハ保持器を設けているが、これを３個または
それ以上に増やすことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のイオン注入装置の概略構成を示す平
面図である。

【図２】図１に示される装置の作動を説明するための略
示正面図である。

【図３】図１に示される装置の作動を説明するための略
示正面図である。

【図４】従来例を示す概略正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。

【符号の説明】

１ イオン注入処理室 ２ａ，２ｂ 試料保持器 ３ 入口側予備室 ４ 出口側予備室

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン注入処理室と、上記イオン注入処
   理室の入口側に接続される入口側予備室と、上記イオン
   注入処理室の出口側に接続される出口側予備室とを備え
   ており、 上記イオン注入処理室内には、上記入口側予備室から搬
   入される未処理試料を受け取り、または処理済試料を出
   口側予備室に搬出するための水平位置と、保持した試料
   にイオン注入処理を行うための起立位置とを選択できる
   保持器が少なくとも２個設けられていることを特徴とす
   る、イオン注入装置。
2. 【請求項２】 上記入口側予備室および上記出口側予備
   室のそれぞれの両端部は、仕切り弁が配置されている、
   請求項１のイオン注入装置。
3. 【請求項３】 上記保持器は、それぞれ、起立位置をと
   るとき、イオンビーム偏向部を向くように傾斜配置され
   ていることを特徴とする、請求項１または２のイオン注
   入装置。
4. 【請求項４】 上記保持器は２個設けられており、一方
   の保持器が起立位置をとってこれが保持する試料にイオ
   ン注入処理を行っている間に、イオン注入処理を終えた
   処理済試料を保持する他方の保持器が水平位置をとり、
   処理済試料を出口側予備室に搬出するとともに入口側処
   理室からの未処理試料を受け取って保持するように構成
   されている、請求項１、２または３のイオン注入装置。
5. 【請求項５】 イオン注入処理室と、上記イオン注入処
   理室の入口側に接続される入口側予備室と、上記イオン
   注入処理室の出口側に接続される出口側予備室とを備え
   ており、 上記イオン注入処理室内には、上記入口側予備室から搬
   入される未処理試料を受け取り、または処理済試料を出
   口側予備室に搬出するための水平位置と、保持した試料
   にイオン注入処理を行うための起立位置とを選択できる
   保持器が２個設けられているイオン注入装置を用いたイ
   オン注入方法であって、 一方の保持器が起立位置をとってこれが保持する試料に
   イオン注入処理を行っているとき、イオン注入処理を終
   えた処理済試料を保持する他方の保持器に水平位置をと
   らせ、処理済試料を出口側予備室に搬出するとともに入
   口側予備室からの未処理試料を受け取って保持した後、
   この他方の保持器に再度起立位置をとらせてこれが保持
   する未処理試料に対するイオン注入処理を開始すること
   を特徴とする、イオン注入方法。