JPS62139241A

JPS62139241A - イオン打込室円盤の回転及び走査装置

Info

Publication number: JPS62139241A
Application number: JP60276810A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ose; 洋一小瀬; Hiroki Sano; 広樹佐野; Toshiyuki Takagi; 敏行高木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1985-12-11
Publication date: 1987-06-22

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〕本発明は、特定の元素を試料中に打込むための方法及び
装置に係り、特に打込室の試料を載せてなる円盤を回転
及び走査させるに好適な装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の試料を載せて回転させる円盤の回転及び走査の駆
動方法には５例えば特開昭６０−７９６５５号に記載の
ように、打込室外のモータより打込室内の円盤１での回
転伝達にギヤやベルトを介し、一方円盤の走査伝達には
、真空シール部のスライドを利用していたｔめ、摩耗粉
塵が発生し、これが集積回路に付着して不良となるばか
りか１回転及びスライドによって真空７−ルか摩耗し１
円盤の回転及び走査の高速化の障害となっていた。

これに対し１％特開昭６０−５９６４６号に記載の装置
では１円盤をじかに誘導電動機のロータとして回転させ
１円盤を走査する代りにイオンビームを電磁気的に走査
させることにより、伝達機構部を省き摩耗粉塵や故障源
を無くしている。

ところが、近年ドーピング工程の時間短縮の要求が強く
、イオンビームの大電流化が進んだことから、電磁気的
なイオンビームの走査が困難となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、大電流イオンビームの打込み時九発生
する電磁気的イオンビーム走査の困難さ及び試料の温度
上昇について配慮がされておらず、イオンビーム走査速
度制御の精度を保つための補正回路を追加する必要があ
り、また試料温度を一定値以下に保つために冷却水量を
増す必要があるなどの問題があった。

本発明の目的は、試料を載せて回転及び走査させる円盤
をじかに、誘導電動機のロータとして利用し回転及び走
査させることにより、イオンビーム自身の走査を不要に
し、かつ機械的な伝達部を省くことである。これにより
、大電流イオンビームの打込みに不可欠な円盤の高速回
転、高速走査を可能としたイオン打込装置を提供する。

〔問題点を解決する九めの手段〕

上記目的は、円盤のある真空槽内への回転及び走査の伝
達機構部を省くことにより、達成される。

第１図は、本発明のイオン打込室円盤の回転及び走査装
置の概要を説明した図である。イオンビーム３をイオン
打込室１ａ内にある円盤４上の半導体ウェハなどの試料
５に均一に、しかもウェハの温度を一定値以下に保った
まま短時間で打込むためには、円盤４を軸の回りに高速
回転するとともに径方向に走査する必要がある。

真空槽内へ回転の伝達機構部を省く方法は、前述した公
知例の原理を利用し１円盤４をじかに誘導電動機のロー
タ６として回転させるためにモータマグネットｌＯを設
置する。一方真空槽内へ走査の伝達機構部を省くためＫ
は、複数台の誘導電動機のモータマグネツ）１０ａ、ｂ
を径方向に並べて配置し、電源配線２０ａ、ｂへ印加す
る電圧を切替えることにより、ロータ６が稼動状態にあ
る方のモータマグネットに引き寄せられて移動すること
から、径方向の走査が可能であることを利用する。

〔作用〕

モータマグネットｌｏａ、ｂは、円盤４上のロータ６と
それぞれ組合わせることにより、誘導電動機として動作
する。電源配線２Ｑａ、ｂに交流電圧を加えてモータマ
グネットｌＱａ、ｂに電磁力線を発生させると円盤４上
のロータ６にうず電流が発生し、これにより発生する磁
界とマグネットの磁界の相互力により、円盤４をロータ
として回転させる。

また、モータマグネツ）ｌＱａ、ｂにともに電圧が印加
されていると、ロータ６は５両方のマグネットから、引
き寄せられる。印加する交流電圧の比を調整することに
よって、径方向の実効的なモータマグネット中心を、マ
グネツ）１０ａの中心とマグネツ）１０ｂの間で任意に
制御することが可能となる。すなわち、円盤を径方向に
側割された速度で走査可能となる。

それぞれのマグネットに印加する電圧は、計測した円盤
の回転周期信号及び走査位置信号と各時間におけるそれ
ぞれの設定値との誤差を用いてフィードバック及びフィ
ードフォワード制御することにより、高精度な回転及び
走査の制御が可能となるので、不純イオンドーピングの
均一性を損な）５ｊｆａ’＆Ｌ／’。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例の全体構成を第２図により
説明する。イオン源７にて不純物拡散用の元素であるり
ん、ボロンなどをイオン化して引出し、加速することに
よりイオンビーム３を形成する。分離用磁石８にて不要
なイオンを取り除き、分離されたイオンビーム３は、偏
向用磁石９にて複数台あるイオン打込室１の一方へ偏向
される。

第３図はイオン打込室１ａの断面図である。偏向されて
イオンビーム通路２を通り、イオン打込室１ａへ導かれ
たイオンビーム３は、円盤４上に載せられた複数枚の半
導体ウェハ５に照射され不純物のドーピングを行なう。

この時、半導体ウェハ５の面にイオンビーム３が均一に
照射されるように、円盤４を軸３２のまわりに回転させ
るとともに、走査案内棒に沿って一方向に走査させる。

回転及び走査の駆動力を与えるマグネツ）　１０ａ。

ｂ、１５ａ、ｂは半導体ウェハ５のある外周部よシ内側
に２台並べて設置しである。

第４図はマグネット及びその近傍の構造を説明する図で
ある。円盤４をはさみ込むように、電圧マグネットｌＯ
ａと電流マグネツ）１５ａを設けこの電圧コイルｌｌａ
と電流コイル１６ａＫけ電源配線２０ａより交流電圧を
加える。一方向のコイルにコンデンサ２１ａを挿入して
、相互に位相差のある電磁力線を発生させ誘導電動機の
原理と同様に、円盤４にうず電流を発生させ、これによ
り発生する磁界とコイルより発生する磁界の相互力によ
り円盤４をロータとして回転させるようにしである。磁
界の相互力の強さは、コイルを流れる電流に比例し、円
盤４とマグネットのヨークの間隔に反比例することから
、打込室１ａの壁を貫いて設置している。

第５図は誘導電動機のロータとなる円盤４の構造を示し
ている。円盤４は、半導体ウエノ・５にイオンビーム照
射時に温度が上昇するのを防ぐｔめ熱伝導の良いアルミ
合金製であり、誘導電動機のロータと同じくうず電流を
生じやすい。しかし、単純なアルミ合金円盤では、マグ
ネットにより誘導されるうず電流の通路か任意であるた
め、有効な回転トルク及び走査トルフケ発生しない。そ
こで一般の誘導電動機のかご形ロータと同様の効果を得
るように、円盤４上のロータとする範囲１に同心円状の
２つの端絡環６２にて区分し、この２つの環６２を複数
本の二次導体６１−にて結合する。

これら端絡環６２．二次導体６１／Ｉ′ｉ銅であ・担円
盤４上の端絡環及び二次導体位置に溝を切削後、溶融し
た銅を流し込むことにより製造する。

ここで、円盤４の軸系を詳しく説明する。第６図は軸及
び軸受の断面図である。円盤４は軸３２を介して軸受３
３により固定されている。上下、横方向への回転の振動
を防ぐため、縦方向に１つ。

横方向ＶＣ２つのラジアルころ軸受３６．３７を設けて
軸３２を固定している。また軸受３３を走査するため３
本の走査案内棒３４が設けてあり、この走査案内棒３４
をはさみ込むころ３５によって滑らかに走査できる。走
査位置は光センサ５０により計測する。光センサ５０の
光源より発生させた光を反射鏡５１で反射し、戻った光
を光センサ５０の受光部で計測している。発光と受光の
時間差から換算した走査位置信号５２が出力される。

円盤４には半導体ウエノ・の温度上昇分防ぐため冷却水
を回しである。冷却水配管４０と４１１ｄ、軸３２の回
転時にも水もれ、真空もれを起こさず、冷却水を流すこ
とができる水シール部４５を介して結合しである。

第７図は、第６図と直交する面での断面図である。走査
案内棒３４ａ、ｂ、Ｃをはさみ込むころ３５　ａ　＋　
ｂ、Ｃは固定方向を１２０°ずらせることにより横振れ
の発生を防止している。また、円盤４００回転期は軸受
３３上に取り付けた光センす５５の発光を軸３２に付け
た反射鏡５６で反射し受光することによって計測し１回
転周期信号５７を出力する。

第８図は、モータマグネットに印加する電圧を制御する
回路の構成口である。関数発生器７４に、軸とイオンビ
ームの最小及び最大間隔の設定値７０゜７１を入力し、
−走査周期設定値７２を入力すると、イオンビームの打
込みが均一になる条件を満すような走査位置要求信号２
６を発生する。この走査位置要求信号２６は例えば走査
速度が軸とイオンビームの間隔に反比例する関数形であ
る。モータトルク制御器７５には、この走査位置要求信
号２６のほか１回転周期設定値７３、走査位置信号５２
゜回転周期信号５７を入力し、それぞれ、走査位置要求
信号２６と走査位置信号５２、回転同期設定値７３と回
転周期信号５７の誤差が最小になるよウナフィードバッ
ク及びフィードフォワード制御回路を通して、マグネッ
ト電圧要求信号２５ａ。

ｂｆ比出力る。インピーダンス回路７７ａ、ｂはマグネ
ット電圧要求信号２５ａ、ｂに従って、電源７６からの
電圧を制御して出力する。

第９図Ｆｉ１軸−イオンビーム間隔とモータ入力電圧と
の関係を示す図である。軸−イオンビーム間隔を最小に
する時は、軸に近い方のモータマグネッ）ａの電圧が最
大となり、逆に軸−イオンビーム間隔を最大にする時は
、軸から遠い方のモータマグネツ）ｂの電圧が最大とな
る。

次に本発明の第２の実施例を第１０図により説明する。

円盤４の構造以外は第１の実施例と同じである。円盤４
上に誘導電動機のロータ部分６を区別するため、ロータ
の境界付近に大小の孔６３を設けている。孔６３の存在
により、うず電流の発生が抑えられることから、孔６３
の少ない部分がロータの中心となる。

最後に本発明の第３の実施例を第１１図により説明する
。第１の実施例と同様に、イオン源７から引出されたイ
オンビーム３は分離用磁石８により分離され、純精なイ
オンビーム３のみが、打込室内の円盤４上の半導体ウエ
ノ１に打込まれる。本実施例では、イオン源７と分離用
磁石８の途中に中性化装置１００を設置し、中性化制御
装置１０３の制御信号に従ってイオンビームの中性化率
を可変ニすることにより、半導体ウェハに打込むビーム
量を高速に制御している。中性化制御装置１０３は、フ
ァラデーカップ１０２からのイオンビーム電流信号をフ
ィードバックして、半導体ウェハ上のドーピング量の均
一化を図っている。このため、円盤４の回転及び走査を
高精度で制御しなくても、ドーピング量が均一となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料を載せる円盤がじかに誘導円盤と
して回転するとともに、複数のモータマグネットの電圧
を切替えて走査するので、回転及び走査の伝達部を省く
ことができ、従来発生していた摩耗粉塵及び真空シール
部での真空もれが無くなる。このため、回転及び走査を
高速化できることから、半導体ウェハ温度を上昇させる
ことがなく、大電流イオン打込みに十分対応できる。

従って、摩耗粉塵の付着、温度上昇による欠陥の発生に
原因する半導体集積回路の不良を防ぐことができる。伝
達部品が省けるので機構も容易とがり安価にでき、故障
も少なく保守も容易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン打込室円盤の回転及び走査装置
の概要の説明図、第２図は第１の実施例の全体構成図、
第３図はイオン打込室の説明図、第４図はマグネット及
びその近傍の説明図、第５図は誘導電導機のロータとな
る円盤の構造の説明図、第６図、第７図は軸及び軸受け
の説明図、第８図はモータマグネット用印加電圧制御回
路の構成図、第９図は軸−イオンビーム間隔とモータ入
力電圧との関係図、第１０図は第２の実施例の説明図、
第１１図は第３の実施例の全体構成図である。１・・・打込室、２・・・打込ボート、３・・・イオン
ビーム、４・・・打込室円盤、５・・・半導体ウエノ・
、６・・・ロータ、７・シ・イオン源、８・・・分離用
磁石、９・・・偏向用磁石、？１０・・・・モータマグネット、１１・・・コイル、１
５・・・　　。モータマグネット、１６・・・コイル、２０・・・配線
室（］３）源、２１・・・コンデンサ、２５・・・マグネット電圧
要求信号、２６・・・走査位置要求信号、３１・・・軸
受室、３２・・・軸、３３・・・軸受、３４・・・走査
案内棒、３５・・・ころ、３６・・・ころ、３７・・・
ころ、４０・・・冷却水配管、４１・・・冷却水配管、
４５・・・水シール部、５０・・・光センサ、５１・・
・反射鏡、５２・・・走査位置信号、５５・・・光セン
サ、５６・・・反射鏡１５７・・・回転周期信号、６１
・・・二次導体、６２・・・端絡壇。６３・・・孔、７０．７１・・・走査位置範囲設定値、
７２・・・走査周期設定値、７３・・・回転周期設定値
、７４・・・関数発生器、７５・・・モータトルク制御
器。７６・・・［源、７７・・・インピータンス回路、１０
０・・・中性化装置５１０１・・・ビームダンプ系、１
０２・・・ファラデーカップ、１０３・・・中性化制御
装置。

Claims

【特許請求の範囲】１、酸素、りん、ボロン、ひ素などをイオン源によりイ
オン化し、これを加速電源により加速させ、イオンビー
ムとして引出し、分離用磁石により不要なイオンビーム
を除去した純精なイオンビームを半導体集積回路などの
試料中へ不純物元素としてドーピングするイオン打込装
置の打込室において、試料を載せて回転及び走査する円
盤の近傍に、円盤の径方向に複数個の誘導電磁石を配し
、計測した回転周期信号及び走査位置信号とそれぞれ回
転周期設定値と時間の関数である走査位置設定値との誤
差信号を用いて、誘導電磁石の電圧を制御し、この誘導
電磁石の磁界により円盤中の特定部にうず電流を発生さ
せ、円盤をロータとしてじかに回転及び走査を得るよう
にしたことを特徴とするイオン打込室円盤の回転及び走
査装置。２、前記誤差信号を用いた誘導電磁石の電圧及び位置の
制御において、走査速度がイオンビームと円盤の軸との
距離に反比例するように走査位置設定値を出力すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン打込室
円盤の回転及び走査装置。