JPH09153465A - 回転ドラム型イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 イオン注入処理と同時に並行して基板交換処
理を行えるようにすること。 【解決手段】 回転ドラム１１は、その周面の４箇所に
９０°間隔で、被注入基板１を装着する基板ホルダーユ
ニット１４を取り付けて構成されており、回転ドラムは
一方向に９０°ステップで回転操作される。イオン注入
済み基板と未注入基板の交換は上部水平位置にある基板
ホルダーユニットに対して行い、そこから回転ドラムが
９０°回転し、基板をイオン源９に対向させた位置でイ
オンを注入する。このイオン注入処理時に上部水平位置
のホルダーユニットに対し基板の交換を並行して行う。
ホルダーユニットに静電チャックを設けた場合、イオン
注入が終了するとチャックの除電を開始され、注入済み
基板が基板交換位置に至るまでに除電は完了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被注入基板へのイ
オン注入処理と同時に並行して注入済基板と未注入基板
の交換を行うことができる回転ドラム型イオン注入装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路、太陽電池基板や薄膜ト
ランジスタアレイが形成された液晶ガラス基板の製造プ
ロセスで不純物イオンを注入する装置にあっては、イオ
ン源から引出された断面が大面積のイオンビームをその
まま被注入基板に注入している。図４は枚葉式の被注入
基板支持部分の概略構成図であり、被注入基板１はＡ位
置で被注入基板を基板ホルダーユニット２に水平に装着
される。基板ホルダーユニット２は被注入基板の装着、
取外し時に動作する、基板及び基板周縁の複数箇所を係
止する部材の押し上げ操作機構を備えたホルダーユニッ
ト操作機構体３に結合されている。被注入基板を装着し
た基板ホルダーユニット２は一点鎖線で示すＢ位置、イ
オン注入位置まで９０°回転操作され、垂直に位置する
被注入基板にイオンが注入される。

【０００３】被注入基板１はイオンビームエネルギーの
吸収に伴い発熱する。この発熱を除去するために基板ホ
ルダーユニット２は水冷構造となっており、冷却水は外
部から操作機構体３の回転操作軸の内部を通してホルダ
ーユニットの内部に供給し、ホルダーユニットに取り付
けられた被注入基板を冷却している。そして、被注入基
板の冷却が効果的に行えるように、基板ホルダーユニッ
ト２に静電チャックを設けたものがある。例えば図５の
断面図に示すように、基板ホルダーユニット２における
絶縁体製の基板装着体４の内部に、被注入基板１と対向
する電極板５が埋め込まれており、この電極板と被注入
基板との間に直流電圧源６からスイッチ７を介して電圧
を印加し、イオン注入時に被注入基板を基板ホルダーユ
ニットの基板装着面に密着させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４のＢ位置でのイオ
ン注入が終了すると再び基板ホルダーユニット２をＡ位
置に戻し、搬送ロボットを用いて注入済基板と未注入基
板の交換を行うが、かかる枚葉式のイオン注入、被注入
基板交換処理の態様によれば、各被注入基板についてイ
オン注入、基板交換処理を常に縦続して行わなければな
らないから、イオン注入間隔がどうしても長くなってし
まう。

【０００５】さらに、基板ホルダー２の回転操作駆動部
は一処理工程毎に９０°往復動作が必要となり、ギアの
バックラッシュなどのガタが生じやすいし、真空軸シー
ルやベアリングなども片当たりするため寿命が短くな
る。

【０００６】また、イオン注入が終了すると、基板ホル
ダーユニット２をＡ位置に戻し、静電チャックを除電し
て吸着力を消滅させた後に基板の交換を行うが、このと
き問題になるのは除電時間であり、除電が不十分である
と、押し上げ機構を動作させたときに、基板が跳ねた
り、割れたりし、搬送トラブルが発生する。

【０００７】本発明は、イオン注入処理期間中に同時に
被注入基板の交換処理が行えるようにすると共に、基板
ホルダーユニット部分を常に同じ方向に回転させてイオ
ン注入位置と基板交換位置に移動できるようにした回転
ドラム型イオン注入装置の提供を目的とするものであ
る。

【０００８】さらに本発明は、静電チャックに充分な除
電期間を与えることができる回転ドラム型イオン注入装
置の提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は回転ドラム型イ
オン注入装置であって、所定の角度間隔をもって、周面
の複数箇所に基板ホルダーユニットを取り付けて成る回
転ドラムを備えていることを主たる特徴とするものであ
る。

【００１０】また本発明は、上記回転ドラム型イオン注
入装置において、回転ドラムは一方向に所定の角度間隔
ステップで回転操作され、一つの基板ホルダーユニット
の被注入基板にイオン注入が行われているときに、他の
一つの基板ホルダーユニットでイオン注入済み基板と未
注入基板の交換が行われるように構成されていることを
特徴とするものである。

【００１１】さらに本発明は、上記回転ドラム型イオン
注入装置において、基板ホルダーユニットに静電チャッ
クが設けられていることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】回転ドラムは、その周面の複数箇
所に、所定の角度間隔、例えば９０°或いは１２０°間
隔で４個或いは３個の基板ホルダーユニットを配置して
構成されている。回転ドラムを回転させることにより、
一つの基板ホルダーユニットをイオン注入位置に、他の
一つの基板ホルダーユニットを基板交換位置に移動さ
せ、イオン注入処理と同時に並行して基板交換処理を実
施することができる。

【００１３】回転ドラムは一方向に所定の角度間隔ステ
ップ、上述のように４個或いは３個の基板ホルダーユニ
ットを有する場合、９０°或いは１２０°ステップで、
イオン注入及び基板交換処理が終了すると回転操作さ
れ、４ないし３ステップで回転ドラムは１回転する。イ
オン注入済み基板と未注入基板の交換は回転ドラムの上
部水平位置にある基板ホルダーユニットに対して行わ
れ、この位置から回転ドラムを所定の角度間隔ステップ
回転させて未注入基板が装着された基板ホルダーユニッ
トをイオン注入位置に回転移動させ、被注入基板にイオ
ンを注入する。このイオン注入時に、回転ドラムの上部
水平位置に到達した基板ホルダーユニットに対して、基
板の交換を並行処理する。

【００１４】基板ホルダーユニットには、被注入基板に
対する静電チャックが設けられており、イオン注入時、
被注入基板は内部に水冷構造が施されている基板ホルダ
ーユニットの基板装着面に静電吸着し、効果的に冷却さ
れる。被注入基板の交換時には静電チャックは除電され
ていることを要するが、イオン注入済み基板が装着され
ている基板ホルダーユニットがイオン注入位置から基板
交換位置まで移動するには回転ドラムは３ないし２ステ
ップの回転操作を要し、この間に充分な除電時間が得ら
れる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１は実施例の断面構成図であり、（ａ）は実施
例の内部を側面から見た構成図、（ｂ）は同じく上方か
らみた構成図である。処理室を構成する真空チャンバ８
にはイオンビーム引出し電極系を有するイオン源９から
断面が大面積のイオンビームが導入される。イオン注入
位置にある被注入基板にはビームシャッタ１０が開位置
にあるときイオンビームが与えられる。ビームシャッタ
１０は第１及び第２のシャッタ１０₁，１０₂の２枚から
なり、第１のシャッタはビーム遮断部のみを、第２のシ
ャッタはビーム通過開口部１０₂ａ及びビーム遮断部１
０₂ｂを有し、真空チャンバ８の上部にシャッタの収納
・駆動機構部１０₃が取り付けられている。

【００１６】被注入基板１を装着して回転できる回転ド
ラム１１は、真空チャンバ８に取り付けたフランジ板１
２で軸支される。回転ドラム１１の垂直に位置する回転
盤部１１ａに回転軸１１ｂが結合しており、図２は同回
転軸の縦断面方向での実施例の断面構成図であり、回転
軸１１ｂはフランジ板１２に設けられたＯリングで真空
シールし、軸受１３で軸支されている。回転ドラムの回
転盤部１１ａからドラムの周面に複数の腕部１１ｃが延
びており、隣合う腕部の間に基板ホルダーユニット１４
が取り付けられている。回転ドラム１１は複数の基板ホ
ルダーユニット１４を有して構成されており、基板ホル
ダーユニット１４は所定の角度間隔で、ドラムの周面の
複数箇所に取り付けられるが、図示実施例では回転ドラ
ム６の上下左右に位置するように４個取り付けられてお
り、各基板ホルダーユニットには各２枚の被注入基板１
が装着される。

【００１７】真空チャンバ８にはゲ−トバルブ１５を介
してロードロック室１６が結合されており、同ロードロ
ック室と回転ドラム１１に取り付けられた基板ホルダー
ユニット１４との間の被注入基板の受渡しは回転、伸縮
機能をもつツインアームタイプの多関節搬送ロボット１
７で行い、同ロボットの駆動装置１７’は真空チャンバ
８の下部に取り付けられている。同ロボットによるイオ
ン注入済み基板と未注入基板の交換は、図３の回転ドラ
ム動作説明図において、基板ホルダーユニット１４が上
下左右の内の上部位置にあるとき行われる。基板ホルダ
ーユニット１４と搬送ロボット１７との間で基板を受渡
しするとき、同ユニット上で基板は押し上げ操作される
が、その押し上げ操作機構１８はフランジ板１２に取り
付けた腕部材１９とこれに結合している腕部材２０で支
持されて回転ドラム１１の内側に入り込んで設けられて
いる。

【００１８】回転ドラム１１は、図１（ａ）の断面構成
図、図３の説明図で、反時計方向に所定の角度間隔ステ
ップ、すなわち９０°ステップで回転操作される。図３
において、上部のＡ位置で未注入基板が装着された基板
ホルダーユニット１４は回転ドラムの９０°回転により
イオン源４に向き合う左のＢ位置、すなわちイオン注入
位置に移動する。図１（ａ）のシャッタ１０の閉位置か
ら、第１のシャッタ１０₁を上に引き上げるとイオンビ
ームは第２のシャッタ１０₂のビーム通過開口部１０₂ａ
を通ってイオン注入位置にある２枚の被注入基板１にイ
オンを注入する。この注入期間中に、Ａ位置の基板ホル
ダーユニット１４に対して被注入基板交換処理を行う。
Ｂ位置の被注入基板１に対する所要のイオン注入の終了
すると、第２のシャッタ１０₂を引上げ、ビーム遮蔽部
５₂ｂで被注入基板へのイオンビームを遮断する。

【００１９】Ｂ位置でのイオン注入処理及びＡ位置での
基板交換処理が終了すると、回転ドラム１１を再び反時
計方向に９０°回転させる。第２のシャッタ１０₂を下
方に移動操作し、Ｂ位置に到達した基板ホルダーユニッ
ト１４の被注入基板１にシャッタのビーム通過開口部１
０₂ａからビームを与える。この注入期間中に並行して
Ａ位置の基板ホルダーユニット１４に対し基板の交換を
実施し、注入が済むと第１のシャッタ１０₁を下方に移
動操作してビームを遮断する。以下、回転ドラム１１を
９０°ステップで回転させて、イオン注入と同時に並行
して基板交換を実施する。

【００２０】多関節の搬送ロボット１７による基板交換
処理について簡単に説明する。回転及び伸縮操作される
ロボットの基板載置アーム１７₁には２枚の未注入基板
１’が載っている。イオン注入済み基板が装着されてい
る基板ホルダーユニット１４がＡ位置に達すると、押し
上げ操作機構１８を動作させて、爪部材による基板周縁
の係止を解き、基板を装着面から押し上げる。搬送ロボ
ット１７の関節アーム１７₂を伸長して基板載置アーム
１７₁を注入済み基板の下に差し入れ基板を受取り、関
節アームを縮めて図示位置に戻す。基板載置アーム１７
₁を１８０°回転させて関節アーム１７₂を伸して基板載
置アームに載っている未注入基板１’を基板ホルダーユ
ニットに渡す。関節アーム１７₂を縮め、基板載置アー
ム１７₁を１８０°回転し、ゲ−トバルブ１５を開き、
真空排気されているロードロック室１６まで関節アーム
を伸し、次の未注入基板を受取り、基板載置アームを真
空チャンバ８内に戻して１８０°回転し、再び関節アー
ムを伸して注入済み基板をロードロック室に搬送する。
基板載置アーム１７₁を真空チャンバ８内に戻し、ゲー
トバルブ１５を閉じる。ロードロック室１６を大気に開
放して注入済み基板を取り出し、さらに次の未注入基板
を収納し、真空排気しておく。

【００２１】被注入基板に対する静電チャックを有する
実施例について以下説明する。図１ないし図３に示され
ている基板ホルダーユニット１４の絶縁体製の基板装着
面には図５の断面図に示したと同じ静電吸着用の電極５
が埋め込まれている。被注入基板１を基板ホルダーユニ
ット１４の装着面に載せ、被注入基板１と電極１５との
間に所要の直流電圧を印加すると、静電引力が作用し被
注入基板は装着面に密着する。

【００２２】図３におけるＡ位置で基板ホルダーユニッ
ト１４に未注入基板が装着されると、同基板と静電チャ
ックの電極１５間に直流電圧を印加して静電チャックを
荷電動作させる。回転ドラムを９０°回転させたＢ位置
でのイオン注入が終了すると更に回転ドラムを９０°回
転し、イオン注入済み基板が装着されている基板ホルダ
ーユニット１４がＣ位置に達すると、基板と電極１５間
の直流電圧印加を解き、静電チャックを除電する。この
除電はＣ位置で開始され、注入済み基板を装着した基板
ホルダーユニット１４は次のＤ位置を経て、Ａ位置に達
し、ここで注入済み基板と未注入基板との交換が実施さ
れるが、Ｃ位置での除電開始からＤ位置を経て、再びＡ
位置に達するまでに、同時に並行して行われるイオン注
入及び基板交換についての２ステップの回転操作期間が
経過しているから、Ａ位置で基板を交換する際には、静
電チャックの除電は完了している。

【００２３】上述した実施例では回転ドラムの周面に、
所定の角度間隔、９０°間隔で４個の基板ホルダーユニ
ット１４が取り付けられているが、３個の基板ホルダー
ユニットを１２０°間隔で取り付けるようにしてもよ
い。この場合、被注入基板が水平に位置する基板ホルダ
ーユニットに対して基板の交換は実施されるが、この交
換位置から１２０°回転した位置で、斜め下方から入射
するイオンビームによって被注入基板にイオンが注入さ
れる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、回転ドラムを回転させることにより、一つの基板
ホルダーユニットをイオン注入位置に、他の一つの基板
ホルダーユニットを基板交換位置に配置することができ
るから、イオン注入処理と同時に並行して基板交換処理
を実施することができ、スループットを向上させること
ができる。

【００２５】また、回転ドラムの１回転で複数回のイオ
ン注入と基板交換の処理が行えるから、ドラムの回転量
が少なくて済むと共に回転ドラムは一方向に回転させれ
ばよいから、軸受部、真空シール部の損耗、片減りを防
ぐことができ、長寿命化を図ることができる。そして、
回転ドラムに取り付けられた複数の基板ホルダーユニッ
トの内、基板交換位置に到達した一つの基板ホルダーユ
ニットに対し基板の交換処理を行うから、基板の押し上
げ操作機構は一台で済む。

【００２６】さらに、静電チャックの除電はイオン注入
が終了してから行われるが、イオン注入が終了してから
基板交換位置に注入済み基板が移動するまでの間に除電
を完了させることができるから、基板交換時に基板が跳
ね上がったり、割れたりする恐れは生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の断面構成図であり、（ａ）は
実施例の内部を側面から見た構成図、（ｂ）は同じく上
方からみた構成図である。

【図２】実施例における回転ドラムの回転軸方向での断
面構成図である。

【図３】実施例における回転ドラムの動作説明図であ
る。

【図４】従来のイオン注入装置における枚葉式の被注入
基板支持部分の概略構成図である。

【図５】静電チャックの一例についての原理構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 被注入基板 ８ 真空チャンバ ９ イオン源 １０ ビームシャッタ １１ 回転ドラム １４ 基板ホルダーユニット １５ ゲ−トバルブ １６ ロードロック室 １７ 多関節搬送ロボット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の角度間隔をもって、周面の複数箇
   所に基板ホルダーユニットを取り付けて成る回転ドラム
   を備えたことを特徴とする回転ドラム型イオン注入装
   置。
2. 【請求項２】 回転ドラムは一方向に所定の角度間隔ス
   テップで回転操作され、一つの基板ホルダーユニットの
   被注入基板にイオン注入が行われているときに、他の一
   つの基板ホルダーユニットでイオン注入済み基板と未注
   入基板の交換が行われるように構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の回転ドラム型イオン注入装置。
3. 【請求項３】 基板ホルダーユニットに静電チャックが
   設けられていることを特徴とする請求項１ないし２記載
   の回転ドラム型イオン注入装置。