JPS61263038A - 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垂直方向に平行走
査し、ウェハを機械的に水平方向に並進させるようにし
たイオン注入装置に関する。

〔従来の技術〕

第７図は、従来のイオン注入装置の一例を示す概略平面
図である。真空中において、イオン源（図示省略）から
引き出され、質量分析され、加速されたイオンビーム２
は、垂直走査電極４によって垂直方向に走査されると共
に、水平走査電極６によって水平方向に走査されてウェ
ハ８に入射する。この場合、垂直走査電極４、水平走査
電極６にはそれぞれ例えば数百ないし数十Ｈｚで土十数
ＫＶ程度の電圧（三角波電圧）が印加される。

これによって、イオンビーム２はウェハ８の表面を満遍
なく走査される。この場合、ウェハ８は１枚ずつ処理（
枚葉処理）されるけれども、処理前後のウェハ８の入れ
換えによるロス時間を無くして処理能力を向上させるた
めに、水平走査電極６でイオンビーム２を左右に振り分
けて、左右両側に準備したウェハ８にイオン注入にする
、いわゆるデュアルエンドステーションを備えるイオン
注入装置も考えられている。符号１２は、その場合の振
り分はラインである。尚符号１０は、偏向されない中性
ビームである。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕 第７図に示したようなイオン注入装置においては、ウェ
ハ８に対するイオンビーム２の入射角度を抑える必要か
ら、符号８゛、８パのようにウェハが大きくなるにつれ
て、ビームラインを長くしてウェハの位置を後退させな
ければならず、そのために装置が大形化するという問題
がある。

またイオンビーム２の走査に伴う入射角度の変化をなく
するためには、イオンビーム２を平行走査（パラレルス
キャン）しなければならず、そのためには例えば第８図
に示すように、更に平行化用の垂直走査電極１４及び水
平走査電極１６を備えなければならず、やはりビームラ
インが長くなって装置が大形化する。

更に、イオンビーム２を２方向に振り分けるデュアルエ
ンドステーションの場合には、装置の幅が太き（なって
装置が大形化する問題以外に、制御の複雑化、高コスト
化等の問題もある。

従ってこの発明は、上述のような問題点を解決したイオ
ン注入装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のイオン注入装置は、イオンビームを電気的に
垂直方向に平行走査するビーム走査系と、水平状態でウ
ェハを着脱可能であり、起立状態でそこに装着されたウ
ェハにイオン注入可能な２つのプラテンと、２つのプラ
テンを交互に水平状態及び起立状態にし、かつ起立状態
のプラテンを水平方向に並進させるプラテン駆動機構と
、水平状態のプラテンに対してウェハの供給及び回収を
行うウェハ供給・回収機構とを備えている。

〔作用〕

ビーム走査系によってイオンビームは垂直方向に平行走
査され、かつプラテンに装着されたウェハはプラテン駆
動機構によって水平方向に並進させられるので、ウェハ
面内のイオン注入の均一性が確保される。この場合、イ
オンビームは平行走査されるため、入射角度の制限から
来るビームラインの伸長はなく、しかもビーム走査系に
おける走査は垂直方向のみなのでビーム走査系は簡略化
され、これらによって装置の小形化を図ることができる
。また、２つのプラテンに対するウェハの着脱及びそこ
に装着されたウェハへのイオン注入が２つのプラテン間
で交互に行われるため、デュアルエンドステーションの
ように装置を大形化することなく、処理能力の向上等を
図ることもできる。

〔実施例〕

まずイオンビームを垂直方向に平行走査するビーム走査
系につき説明する。第３図はこの発明に係るイオン注入
装置のビーム走査系の一例を示す概略平面図であり、第
４図はその概略側面図である。前述したイオンビーム２
は、中性ビームｌＯ除去のために偏向電極１８において
偏向された後、２段の垂直走査電極２２及び２４におい
て矢印Ｂのように垂直方向に平行に走査され、そして矢
印Ａのように水平方向に並進させられるウェハ８に入射
される。この場合、偏向電極１８には、偏向電源２０か
ら例えば数ＫＶの定電圧がイオンビーム２のビームエネ
ルギーに対応して印加される。

また、垂直走査電極２２及び２４のそれぞれの電極間隔
をｄＩ、ｄｔ、電極長を１５．１□、印加電圧をＶ、　
、Ｖｔとした場合、垂直走査電極２２及び２４にはＶｔ
ｌ□／ｄｚ　＝　　Ｖ１１＋／ｄｌの関係を保ちつつ、
例えば走査電源２８等から十数ＫＶ程度の三角波電圧が
印加される。これによって、イオンビーム２は垂直走査
電極２４の出口部で平行にされる。尚、ウェハ８の水平
方向の並進機構は後述する。

第５図はこの発明に係るイオン注入装置のビーム走査系
の他の例を示す概略平面図であり、第６図はその概略側
面図である。第３図及び第４図に示したビーム走査系と
の相違点を説明をすると、この場合は第３図に示したよ
うな偏向電極１８及び偏向電源２０を用いずに、垂直走
査電極２２が中性ビーム１０除去のための偏向電極とイ
オンビーム２の最初の走査電極とを兼ねている。そのた
め、バイアス電源３０を設けてバイアス電圧の上に三角
波の走査電圧を重畳させており、かつ垂直走査電極２４
を垂直走査電極２２に対してやや上方にずらして配置し
ている。そしてこの場合も、垂直走査電極２２と２４と
の間に前述と同様にＶｚｌｚ／ｄｉ　−Ｖｏｌｔ／ｄ＋
なる関係を保つことによって、イオンビーム２を矢印Ｂ
のように垂直方向に平行走査するようにしている。

尚、上記２例はいずれもイオンビーム２を静電的に垂直
方向に平行走査するものであるが、イオンビーム２を電
磁的に垂直方向に平行走査しても良い。

次に、上述のようにして垂直方向に平行走査されたイオ
ンビーム２をウェハ８に照射してイオン注入するための
エンドステーションにつき説明する。

第１図はこの発明に係るイオン注入装置のエンドステー
ションの一例を示す概略図であり、第２図は第１図の線
ｎ−ｎに沿う概略断面図である。

このエンドステーションは、太き（言えば、前述したビ
ーム走査系につながっていて、そこで垂直方向に平行走
査されたイオンビーム２が導入される真空室４０と、当
該真空室４０と大気中との間に設けられたエアロック室
３２Ｒ１３２Ｌ等から成り、エアロツタ室３２Ｒ１３２
Ｌ内には複数枚のウェハ８を収納するキャリア３８Ｒ１
３８Ｌが設けられており、真空室４０内にはキャリア３
８Ｒ，３８Ｌからのウェハ８を一旦貯えるストッカー４
２Ｒ１４２Ｌや、そこからのウェハ８を装着してそれに
イオンビーム２を照射してイオン注入するためのプラテ
ン５８Ｒ１５８Ｌ等が設けられている。この場合、この
例ではビームラインの右側Ｒと左側りとは同等のものが
ほぼ左右対称に設けられているため、以下においては主
に右側Ｒを例に詳述する。

このエンドステーションにおいては、エアロック室３２
Ｒ１ストツカー４２Ｒ及びプラテン５８Ｒ間に、可逆転
式の搬送ベルト４６Ｒ〜４９Ｒが互いに同一レベルに設
けられている。エアロツク室３２Ｒは、ゲートバルブ３
４Ｒ，３６Ｒによって、大気側及び真空室４０側と隔離
されている。

キャリア３８Ｒは、昇降機構６８Ｒによって段階的に昇
降させられ、当該キャリア３８Ｒ内のウェハ８のレベル
ヲ搬送ベルト４６Ｒのレベルに合わせることができる。

ストフカ−４２Ｒは、ウェハ８がプラテン５８Ｒ側にも
キャリア３８Ｒ側にも移動できるように両側に開いてお
り、かつ昇降機構６９Ｒによって段階的に昇降させられ
、それによって当該ストッカー４２Ｒ内のウェハ８のレ
ベルを搬送ベルｌ−４７Ｒのレベルに合わせることがで
きる。更に右側Ｒと左側りとの間に搬送ベルト５０が設
けられており、当該搬送ベルト５０は昇降機構７０によ
って昇降させられ、上昇位置で右側Ｒと左側りとの間の
ウェハ８のやりとりができるようになっている。

プラテン５８Ｒは、水平状態でウェハ８を着脱可能であ
り、起立状態でそこに装着されたウェハ８にイオン注入
可能なようになっている。即ちプラテン５８Ｒは、ベー
ス５４Ｒと、ウェハ８に相当する開口部を有するウェハ
押え５６Ｒとを備えており、それらの間にウェハ８を挟
持できるようになっている。具体的には、ウェハ押え５
６Ｒはばね（図示省略）によって常時ベース５４Ｒの方
へ付勢されており、水平状態にされたプラテン５８Ｒの
当該ウェハ押え５６Ｒを、昇降機構７１Ｒの先端部の押
上げ部７４Ｒによって押し上げ、その際に搬送ベルト４
９Ｒを駆動することによってウェハ８の着脱が可能であ
る。そして当該プラテン５８Ｒは、イオンビーム２のビ
ーム軸と垂直な軸６６Ｒに取り付けられており、当該軸
６６Ｒはシリンダー６４Ｒによって矢印Ｃのように回転
させられる。これによって、プラテン５８Ｒは、ウェハ
８を着脱するための水平状態と、ウェハ８にイオン注入
するための起立状態とに保たれる。

更に、軸６６Ｒは、プラテン５８Ｒを起立状態にした状
態で水平方向に、即ちイオンビーム２に対して垂直方向
に並進させられる。具体的には、パルスモータ６０Ｒの
回転軸にボールねじ６１Ｒが連結されており、当該パル
スモータ６０Ｒの回転によって、連結部６３Ｒ及びそれ
に結合された軸６６Ｒ更にはそれに取り付けられたプラ
テン５８Ｒの並進制御が精密に行われる。尚、符号６２
Ｒはガイド軸である。

次に、上述したイオン注入装置の全体的な動作の一例を
右側Ｒを中心に説明する。まず、複数枚の未注入のウェ
ハ８を収納したキャリア３８Ｒ１３８Ｌを各エアロツク
室３２Ｒ１３２Ｌ内に装着した後、ゲートバルブ３４Ｒ
，３４Ｌを閉じて各エアロツク室３２Ｒ１３２Ｌの真空
引きを行う。

次にゲートバルブ３６Ｒ１３６Ｌを開いてキャリア３８
Ｒ１３８Ｌ内のウェハ８をストッカー４２Ｒ５４２Ｌ内
にそれぞれ移し替えて、各キャリアを一旦空にする。

次に、例えば（空の）プラテン５８Ｒを水平状態にして
おき、ストッカー４２Ｒの最下段のウェハ８を搬送ヘル
ド４７Ｒ〜４９Ｒによってプラテン５８Ｒまで搬送して
そこに装着する。そして当該プラテン５８Ｒを時計方向
に約９０度回転させて起立状態にした後、イオンビーム
２の照射領域へ移動させてそこで水平方向に並進運動を
させる。

この場合、前述したビーム走査系で垂直方向に平行走査
されたイオンビーム２は、ウェハ８に同一角度をもって
（例えば垂直に）入射し、ウェハ８上に上下の軌跡を描
く。一方つエバ８自身は、注入ドーズ量及びビーム電流
値に比例し、並進往復回数に反比例する速度で並進させ
られる。これによって、ウェハ８の面内でのイオン注入
量の均一性が確保される。しかも、大口径のウェハ８へ
のイオン注入の場合にも、従来（第７図参照）のように
イオンビーム２の走査のみを行う場合と違って、入射角
度の制限から来るビームラインの伸長はなくなる。従っ
て装置を小形化することができるや更に、第８図の場合
のように水平、垂直の各走査電極を２段にしなくて良い
ので、この面からもビームラインが短くなり、装置が小
形化される。

尚、上述のように一方のプラテン５８Ｒにおいてイオン
注入が行われている間に、他方のプラテン５８Ｌは水平
位置に倒されて、注入済みのウェハ８と未注入のウェハ
８との交換が行われ、次のイオン注入のために待機して
いる。

次に、プラテン５８Ｒに装着したウェハ８へのイオン注
入が終了すると、プラテン５８Ｒを元の位置に戻して水
平位置に倒すと共に、もう一方のプラテン５８Ｌをイオ
ンビーム２の照射領域に移動させてイオン注入を開始す
る。そして搬送ベルト４６Ｒ〜４９Ｒを駆動することに
よって、プラテン５８Ｒから注入済みのウェハ８を取り
出して、ストッカー４２Ｒの空間部を通過させて元のキ
ャリア３８Ｒ内の元あった位置に回収する。そして、ス
トッカー４２Ｒ内の次のウェハ８をプラテン５８Ｒに装
着する。以降、上記と同様の動作を繰り返す。これによ
って、２つのプラテン５８Ｒ１５８Ｌにおいて交互に連
続してイオン注入を行うことができ、従ってイオン注入
のロス時間は殆どなくなる。また、左右のエアロツク室
３２Ｒ，３２Ｌがあるため、キャリア３８Ｒ，３８Ｌの
入れ換え時のロス時間も解消される。このようにこの装
置においては、前述したようなデュアルエンドステーシ
ョンにすることなく、それと同等以上に処理能力を向上
させることができる。そのため、デュアルエンドステー
ションの場合のように装置が大形化したり、制御が複雑
化したり、高コスト化したりすることもない。

尚、プラテン５８Ｒ，５８Ｌに対するウェハ８の供給・
回収手段及び方法は、上述のようなものに限定されるも
のではない。例えば、プラテン５８Ｒがウェハ８の入れ
換え中等の場合には、ストッカー４２Ｒからプラテン５
８Ｌに対してウェハを供給・回収することもできる。ス
トッカー４２Ｌ側についても同様である。これによって
待ち時間を少なくして更に効率良くイオン注入すること
もできる。更に左右それぞれの側に、エアロツク室、キ
ャリア、ストッカー等を複数組ずつ設けても良く、その
ようにすると処理能力は更に向上する。あるいは、キャ
リアを大気中に設けることも可能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明においては、イオンビームを垂直
方向に平行走査し、ウェハを水平方向に並進させるため
、ウェハに対するイオン注入の均−性が確保されると共
に、ウェハに対する一定の入射角とビームラインの短縮
化、装置の小形化とが実現される。しかも、２つのプラ
テンにおいて交互に連続してイオン注入が可能なため、
イオン注入の効率が向上し、これによって処理能力も大
幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るイオン注入装置のエンドステー
ションの一例を示す概略図であり、第２図は第１図の線
ｎ−ｎに沿う概略断面図である。 第３図はこの発明に係るイオン注入装置のビーム走査系
の一例を示す概略平面図であり、第４図はその概略側面
図である。第５図はこの発明に係るイオン注入装置のビ
ーム走査系の他の例を示す概略平面図であり、第６図は
その概略側面図である。 第７図は、従来のイオン注入装置の一例を示す概略平面
図である。第８図は、従来のイオン注入装置の他の例を
示す概略平面図である。 ２・・・イオンビーム、８・・・ウェハ、２２，２４・
・・垂直走査電極、３８Ｒ，３８Ｌ・・・キャリア、４
２Ｒ，４２Ｌ・・・ストッカー、４６Ｒ〜４９Ｒ，５０
・・・搬送ベルト、５８Ｒ，５８Ｌ・・・プラテン、６
０Ｒ・・・パルスモータ、６４Ｒ・・・シリンダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中でウェハにイオンビームを照射してイオン
   注入を行う装置において、 イオンビームを電気的に垂直方向に平行走査するビーム
   走査系と、 水平状態でウェハを着脱可能であり、起立状態でそこに
   装着されたウェハにイオン注入可能な２つのプラテンと
   、 ２つのプラテンを交互に水平状態及び起立状態にし、か
   つ起立状態のプラテンを水平方向に並進させるプラテン
   駆動機構と、 水平状態のプラテンに対してウェハの供給及び回収を行
   うウェハ供給・回収機構とを備えることを特徴とするイ
   オン注入装置。