JPS6131590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体製造に用いられるイオン打込装
置に係り、特に、ウエハを設置した回転円板を回
転させると共に往復移動させてイオン打込みを行
うイオンビーム固定方式のイオン打込装置に関す
るものである。

半導体素子の需要が増加するにしたがつてその
素材であるウエハへのイオン注入作業の効率化が
重要な問題となり、生産性と打込み精度の向上を
図つた各種のイオン打込装置が開発されつつあ
る。例えば、多数のウエハを同一円周上に取り付
けた回転円板にイオンビームを走査して打込む方
式の装置、或いは多数のウエハを同一円周上に取
り付けた回転円板を回転させると共にその直径方
向に往復動させ、イオンビームは固定させる方式
の装置である。これらのイオン打込装置は一長一
短があるが、後者のイオンビーム固定方式のイオ
ン打込装置は、回転円板の運動の関係上、従来は
大形で複雑な構成となつていた。

第１図はイオン打込装置の基本構成を示した原
理図である。１はイオン源、２はイオン源ハウジ
ング、３は電磁石であり、イオン源１から放出加
速されたイオンビーム４は電磁石３で質量分離さ
れる。質量分離されたイオンの中で所要のイオン
は分析管５に設置したスリツト６によつて選択さ
れ、打込室８中のウエハ７に注入される。

異なる質量のイオンを注入するときは電磁石３
の磁力を変化させることによつて行なわれるが、
イオン量を増加させるためにはそれに適応した気
体をイオン源ハウジング２内に導入する。なお、
イオン源ハウジング２、分析管５および打込室８
内は高真空状態に排気され、イオンビーム４の移
動を防げないようにしている。

ウエハ７に到着するイオンビーム４はスリツト
６を通過みているので、紙面に垂直な方向が長い
矩形断面となつている。したがつて、ウエハ７に
イオンを均一に注入するためにはイオンビーム４
を走査するか、或いはウエハ７を移動させる必要
が生ずる。本発明はイオンビーム４を固定してウ
エハ７を移動させる方式のイオン打込装置に関す
るものである。

第２図は従来のウエハ移動方式のイオン打込装
置の要部断面図である。この装置は回転円板９の
同一半径上にウエハ７を多数装着し、回転円板９
を回転させると同時にＹ―Y′方向に回転軸１１
を往復動させてイオン注入を行う方式である。ウ
エハ７はカセツト２５に挿入され、ばね２６によ
つて回転円板９に取り付けられる。この回転円板
９に直結した回転軸１１はパルスモータ１６によ
り軸１５、一対の傘歯車１３を介して回転させら
れる。また、回転軸１１はギヤハウジング１２に
装置された回転真空シール１０を貫通させて打込
室８の真空を保持している。

ギヤハウジング１２はベローズ１４，２３によ
つて打込室８に気密に接続され、パルスモータ１
９は打込室８の突出部に固定されている。このパ
ルスモータ１９の軸にはねじ棒２２が直結され、
打込室８に取り付けたフランジ２１にボールベア
リング２０を介して回転自在に結合させると共
に、ギヤハウジング１２とベローズ２３の間に気
密に固定した雌ねじ板２４に上記ねじ棒２２を螺
合させている。即ち、打込室８は回転真空シール
１０、ベローズ１４，２３によつて真空が保持さ
れ、ギヤハウジング１２はベローズ１４，２３に
よつてＹ―Y′方向に移動可能に構成されてい
る。したがつて、打込室８の容積は移動時の余裕
を持たせて大きくする必要がある。

このようなイオン打込装置の動作を概略説明す
ると、パルスモータ１９を回転させるとねじ棒２
２が回転してギヤハウジング１２および回転円板
９をＹ―Y′方向に移動させてＲ寸法を変化させ
る。また、パルスモータ１６を回転させる回転円
板９を回転させることができる。したがつて、パ
ルスモータ１６，１９を同時に回転させると多数
のウエハ７に同時に均一なイオン注入を行うこと
ができる。普通は回転円板９に25枚のウエハ７が
取り付けてあるので、１回の打込み操作によつて
25枚の打込みウエハ７が得られる。また、回転円
板９が１回転する間に１個のウエハ７がイオンビ
ーム４に照射される時間は装着ウエハ枚数分の一
となるので、ウエハ７の温度上昇が緩和されると
共に、大きな回転円板９による熱吸収効果によつ
てもウエハ７の温度上昇は抑制される等の長所を
もつている。

しかるに、打込室８内にギヤハウジング１２を
設けてベローズ１４，２３で移動可能に接続して
いるため、構造が複雑となり打込室８の容積は大
きくなる。したがつて、回転円板９を交換する際
の真空排気時間が長くなり、生産効率はその分だ
け低下する。また、回転軸１１は傘歯車１３によ
つて駆動されるようになつているので、回転軸１
１に水管を設けて回転円板９を水冷する等の直接
冷却却方式の採用が困難である。更に、ウエハ７
はカセツト２５やばね２６を用いて装着している
ので、ウエハ７の取り付けが面倒である等の欠点
をもつていた。

本発明は小形簡単で打込み処理能力を向上させ
るのに好適なイオン打込装置を提供することを目
的として、打込室内で、イオンビームに対して直
交するごとく配置した回転円板を回転させると共
にその直径方向に往復移動させ、上記回転円板の
同一半径上に設置した複数個のウエハの表面にイ
オンを注入するイオン打込装置において、上記打
込室が上記回転円板の係止可能なチヤンバベース
とチヤンバふたよりなり、上記回転円板の裏側に
上記回転円板の回転中心と同一線上に回転中心を
有する円板を設置してその軸を上記チヤンバふた
外に突出させると共に、この軸を回転および直径
方向の往復移動を可能にするごとく上記チヤンバ
ふたに気密に支持させ、イオン注入時は上記回転
円板を上記円板に密着させて上記円板に回転と直
径方向の往復移動を行なわせ、イオン注入を終了
した時は、上記回転円板を上記チヤンバベースに
係止した状態で上記チヤンバふたを上記チヤンバ
ベースから引き離し、上記回転円板との間に間隙
を設け、該間隙を介して上記ウエハの交換を可能
にする如く構成したことを特徴とするものであ
る。

第３図は本発明の一実施例であるイオン打込装
置の要部断面図で、第４図は第３図のＱ―Q′断
面図である。この打込室８は図の如く約45゜傾斜
して設置されるが、これは第１図に示すイオンビ
ーム発生系の電磁石３が大重量物であるのでこれ
を地面に近く設置した場合のイオンビーム４にウ
エハ７に正対させるためである。したがつて、電
磁石３の載置台は低くなりイオン打込装置全体を
小形安価に構成できる要件の１つとなつている。

打込室８はチヤンバベース３０とチヤンバふた
３１で形成され、チヤンバベース３０にはアーム
３４のガイドピン３３が摺動自在に嵌合し、チヤ
ンバベース３０に設けたガイドピン３２は上記ア
ーム３４の孔に摺動自在に嵌合している。アーム
３４の中心には雌ねじ孔が形成され、モータ３７
の回転軸に形成した送りねじ３５と螺合してい
る。また、モータ３７はチヤンバベース３０に取
り付けた支持枠３６に固定されている。更に、ア
ーム３４の右下端部は蝶番３８を介してチヤンバ
ふた３１と接続している。

第３図はチヤンバベース３０とチヤンバふた３
１との間を引き離し、ウエハ交換機構５５の腕５
６を打込室８内に挿入している状態を示している
が、この腕５６を引出してモータ３７を逆回転さ
せるとアーム３４は下降してチヤンバベース３０
とチヤンバふた３１の周辺椽を密着させ、打込室
８内の気密を保持する。なお、チヤンバベース３
０に設置した排気系５２を作動させると打込室８
内は高真空状態となる。

モータ３７で回転させられる送りねじ３５の先
端はチヤンバベース３０の中央突出部３９に回転
自在に係止されており、この突出部３９内に設置
したコイルばね４２はスプラインシヤフト５４に
軸方向移動自在に取り付けられている回転円板９
を円板４０に圧接させるために設けたものであ
る。チヤンバベース３０は回転円板９が円板４０
に圧接された状態からさらにチヤンバふた３１に
密着するまでモータ３７により駆動されるため、
鍵板４１は回転円板９の突起部４３を係止しない
状態となり、回転円板９と円板４０が一体とな
る。なお、第３図はチヤンバベース３０の鍵板４
１に回転円板９の突起部４３を係止している状態
を示しているが、第４図に示すようにこの鍵板４
１は第３図の紙面に垂直な方向には設けられてい
ない。しかし、回転円板９がこの円板を第４図の
左右方向に移動させることによつて鍵板４１から
はずれたときでさえも、回転円板９は円板４０に
押圧され、かつ、この円板４０と一緒に回転す
る。この動作は円板４０が回転円板９にスプライ
ンシヤフト５４を介して回転運動を与えることに
よつてなしとげられる。何故ならば、スプライン
シヤフト５４は菊花状断面をもつていることか
ら、、その軸方向において回転円板９に対して独
立に摺動自在ではあるが、回転円板９に対して独
立に回転することはできないからである。

円板４０は軸４７と直結し、回転真空シール１
０で気密に支持されると共に、歯車４８，４９を
介してモータ５０によつて駆動される。軸４７の
中心には円板４０内に連通する同心２重の水路が
設けられ、外側水路に連通させた冷却水回転継手
５１より冷却水を導入して中心管から流出させて
いる。また、軸４７をチヤンバふた３１に支持さ
せるには上記回転真空シール１０に固定した摺動
フランジ４４を長円形ガスケツト４５を介してチ
ヤンバふた３１とチヤンバふた３１に固定したガ
イド４６との間に気密に挿入している。このよう
な支持方法を用いて理由はイオン打込み時に回転
円板９と円板４０とを一体に往復動させるためで
ある。

第４図において、軸４７を回転自在に支持する
回転真空シール１０に取り付けた摺動フランジ４
４は、紙面に沿つた方向を長軸とする一対の長円
形ガスケツト４５を介してチヤンバふた３１とガ
イド４６に支持されている。したがつて、摺動フ
ランジ４４に固定した雌ねじ板５７に螺合させた
送りねじ５８をモータ５９で正逆回転させると、
回転円板９と円板４０とを密着させた状態でＰ―
P′間を往復移動させることができる。

ウエハ７を回転円板９に設置するには、回転円
板９に形成したウエハ収容孔にウエハ７を収容す
るだけで良いので極めて簡単である。回転円板９
はイオンビーム４に正対するように傾斜させてい
るので、ウエハ７が落下することはない。イオン
ビーム４は第４図に示すようにウエハ収容孔の窓
から打込まれる。上記のようにこのイオンビーム
４は固定で回転円板９に回転と往復動を与えるこ
とによつて一様にイオン打込みが行なわれる。

第５図は第３図のＢ視図で、イオン打込装置を
裏側から見た図であり、一部を切欠いてウエハ７
の配置状態およびウエハ交換機構５５を示してい
る。チヤンバふた３１の中央部には矩形状のガイ
ド４６が固定されており、歯車４８および冷却水
回転継手５１を取り付けた軸４７が突出してい
る。モータ５０は歯車４８の駆動源であり、モー
タ５９は軸４７を往復動させて回転円板９のウエ
ハ７をイオンビーム４に対して走査させる駆動源
である。また、チヤンバふた３１の右辺に取り付
けた油圧シリンダ６０は、回転円板９を交換する
必要が生じたときに蝶番３８を支点としてチヤン
バふた３１を大きく開成するときの駆動源であ
る。

回転円板９の周辺部の同一半径上には多数のウ
エハ７が設置されている。これを着脱するには第
３図に示すようにチヤンバベース３０とチヤンバ
ふた３１とを約50mm分離させてウエハ交換機構５
５の腕５６をその隙間から挿入する。Ｌ字形に形
成した腕５６の中心には排気路を設け、その先端
には吸盤を取り付けている。横向きの腕５６ａの
吸盤にこれから打込みを行うウエハ７の素材を吸
着させ、縦方向の腕５６ｂの吸盤には打込みを終
了したウエハ７を吸着させる。その後モータ６１
で腕５６を90゜回転させると一挙動でウエハ７を
交換できる。次に回転円板９をウエハ７の間隔だ
け回動させて上記の動作を順次に行なわせるよう
に制御すれば、ウエハ７の自動交換が可能とな
る。

以上は同一回転円板９を用いウエハ７を交換し
てイオン打込みを行う場合であるが、外径寸法が
異なるウエハ７に打込む場合は回転円板９を交換
しなければならない。また、打込室８内の清浄化
や修理を行なう場合はチヤンバふた３１を開放す
る必要が生ずる。このような場合には、回転円板
９の突起部４３をチヤンバベース３０の鍵板４１
が係止しない状態とし、第３図および第５図に示
してある油圧シリンダ６０を作動させ、チヤンバ
ふた３１を蝶番３８を支点とし矢印方向に回動さ
せる。このようにして、チヤンバふた３１が開放
された状態で、コイルばね４２を取りはずせば、
このコイルばね４２を介してスプラインシヤフト
５４に取り付けられている回転円板９を取りはず
して交換することができる。

以上本実施例のイオン打込装置は次のように多
くの効果をもつている。

(1) 電磁石を低位置に設置してイオンビームを斜
め上向きに打込室内に入射させているので、イ
オンビーム発生部の構成が小形安価となると共
にイオン打込装置全体が小形となる。また、回
転円板にはウエハ収容孔を設けるだけで従来の
ようなカセツトやばねを必要としないので、ウ
エハの取り付けが簡単となりウエハの自動交換
が容易となる。

(2) 打込室は回転円板と円板とを収容するだけで
あるのでその容積は減少し真空排気時間が大幅
に短縮され、ウエハ処理能力は上記ウエハの自
動交換と相まつて大幅に向上する。このこと
は、回転円板をスプラインシヤフトを介して回
転・移動させる円板の軸を打込室外に突出さ
せ、回転と移動を可能にするようにチヤンバふ
たに支持させた結果である。

(3) 上記のように円板の軸を打込室外に突出させ
ているので、この軸から冷却水を導入して円板
を直接冷却することができるようになり、打込
み時のウエハの温度上昇は減少し打込み精度は
向上する。

(4) 打込み時は打込室を密閉し、ウエハ交換時は
50mm程度の隙間を開けてウエハ交換機構の腕を
挿入し、回転円板の交換時はチヤンバふたを大
きく開放する等の多機能を持させるように構成
しているので、ウエハ処理能力が向上すると共
に、操作し易い機構となつている。

以上本発明のイオン打込装置は、比較的小形で
操作が容易であり、ウエハのイオン打込み処理能
率を大幅に向上させるという効果をもつている。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン打込装置の基本構成を示す原理
図、第２図は従来のウエハ移動方式のイオン打込
装置の要部断面図、第３図は本発明の一実施例で
あるイオン打込装置の要部断面図、第４図は第３
図のＱ―Q′断面図、第５図は第４図をＢ方向か
ら見た図である。 １……イオン源、３……電磁石、４……イオン
ビーム、６……スリツト、７……ウエハ、８……
打込室、９……回転円板、１０……回転真空シー
ル、３０……チヤンバベース、３１……チヤンバ
ふた、３２，３３……ガイドピン、３４……アー
ム、３５……送りねじ、３６……支持枠、３７，
５０，５９，６１……モータ、３８……蝶番、３
９……突出部、４０……円板、４１……鍵板、４
２……コイルばね、４３……突起部、４４……摺
動フランジ、４５……長円形ガスケツト、４６…
…ガイド、４７……軸、４８，４９……歯車、５
１……冷却水用回転継手、５２……排気系、５４
……スプラインシヤフト、５５……ウエハ交換機
構、５６……腕、５７……雌ねじ板、５８……送
りねじ、６０……油圧シリンダー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 打込室内で、イオンビームに対して直交する
   ごとく配置した回転円板を回転させると共にその
   直径方向に往復移動させ、上記回転円板の同一半
   径上に設置した複数個のウエハの表面にイオンを
   注入するイオン打込装置において、上記打込室が
   上記回転円板の係止可能なチヤンバベースとチヤ
   ンバふたよりなり、上記回転円板の裏側に上記回
   転円板の回転中心と同一線上に回転中心を有する
   円板を設置してその軸を上記チヤンバふた外に突
   出させると共に、この軸を回転および直径方向の
   往復移動を可能にするごとく上記チヤンバふたに
   気密に支持させ、イオン注入時は上記回転円板を
   上記円板に密着させて上記円板に回転と直径方向
   の往復移動を行なわせ、イオン注入を終了した時
   は、上記回転円板を上記チヤンバベースに係止し
   た状態で上記チヤンバふたを上記チヤンバベース
   から引き離し、上記回転円板と上記円板との間に
   間隙を設け、該間隙を介して上記ウエハの交換を
   可能にする如く構成したことを特徴とするイオン
   打込装置。