KR20060121747A - 이온 빔 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 한다. 이온 조사 장치는, 홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 이온 빔의 조사각(θ)을 설정하는 조사각 설정 모터와, 홀더와 조사각 설정 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터와, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Y축 선형 모터를 Z축의 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터와, 홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 평행하고 X축에 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

Description

이온 빔 조사 장치{ION BEAM IRRADIATION APPARATUS}
도 1은 한정의 의도는 없이 본 발명에 따른 이온 빔 조사 장치의 하나의 예를 보여주는 개략적인 평면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 이온 빔 조사 장치의 개략적인 측면도이고,
도 3은 한정의 의도는 없이 Y-축 선형 모터와 Z-축 선형 모터의 작동의 하나의 예를 보여주는 개략적인 측면도이고,
도 4는 종래 기술의 이온 빔 조사 장치의 하나의 예를 보여주는 개략적인 측면도이고,
도 5는 도 4에 도시된 이온 빔 조사 장치의 측면도로서, 이온 빔 조사 중의 기판의 주사 모드를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
4 : 홀더
6 : 기판 유지면
14a : 조사각 설정 모터
20 : Y축 선형 모터
30 : Z축 선형 모터
40 : 제어 유닛
58 : 이온 빔
60 : 중심축
본 발명은 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 수평 방향으로 진행하는 이온 빔을 조사하도록 구성되는 이온 빔 조사 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 기판에 적용되는 이온 빔의 발산 각도에 기인한 이온 주입의 불균일성을 제어하는 수단에 관한 것이다. 이러한 이온 빔 조사 장치는 예컨대 이온 주입 장치이다.
도 4는 이러한 유형의 종래 기술의 이온 빔 조사 장치의 개략적인 측면도를 도시하며, 홀더에 의해 유지된 기판에 이온 빔을 조사하는 구성의 예를 보여주고 있다. 이 구조와 거의 유사한 구조를 갖는 이온 빔 조사 장치가 JP-A-2003-110013호에 개시되어 있다.
한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 한다. 일반적으로, X축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔(58)을 전기장 또는 자기장에 의해 X축을 따른 방향으로 주사하고, 홀더(4)의 기판 유지면(6)에 의해 유지된 기판(54)에 적용한다. 홀더(4)는 예컨대 정전 척이다. 이러한 예에서, X축 및 Z축은 수평 방향의 가상 축이다.
또한, 이온 빔(58)으로는, X축을 따른 방향으로 주사되는 이온 빔 대신에, X 축을 따른 방향으로 주사되지 않으면서 베이스로부터 스트립의 형상으로 길고 Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔도 있다.
본 명세서에서, "축을 따른 방향"은 축에 실질적으로 평행한 방향을 의미한다. 또한, "실질적으로 평행한"은 평행 상태를 포함한다.
이 이온 빔 조사 장치는, 홀더(4)를 도 4의 화살표 A의 방향으로 X축에 대해 실질적으로 평행하게 회전 샤프트(46)의 둘레에서 회전시킴으로써 결합 부재(48)를 통하여 회전 샤프트(46)에 의해 지지된 홀더(4)의 기판 유지면(6), 즉 기판(54)의 표면(56)에 대한 이온 빔(58)의 조사각(θ)을 제어하는 역회전 가능한 타입의 조사각 설정 모터(14)와, 이 모터(14)에 의해 지지된 홀더(4)를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시켜, 기판(54)에 이온 빔(58)이 주사되도록 하는 승강 유닛(50)을 포함한다.
기판(54)을 처리하기 위하여 이온 빔(58)을 조사할 때에는, 이온 주입 공정을 실행하고, 조사각(θ)을 일반적으로 0ㅀ 내지 60ㅀ로 설정한다. 이 조사각(θ)은 기판 유지면(6)에 대한 수직선(62)과 이온 빔(58)의 진행 방향에 의해 형성되는 각도이다. 예컨대, 이온 주입 장치에서는, 이 각도를 주입각으로 지칭한다.
전술한 바와 같이, 종래 기술의 이온 빔 조사 장치에 있어서는, 조사각(θ)이 0ㅀ보다 큰 각도로 설정되는 경우에, 이온 빔(58)의 조사 방향(즉, Z축을 따른 방향)으로 경사진 상태로 홀더(4)에 의해 지지된 기판(54)은 Y축을 따른 방향으로 주사된다.
그러나, 이온 빔(58)의 조사 방향(Z)으로 경사진 상태의 기판(54)이 Y축을 따른 방향으로 주사되는 경우에는, 기판(54)에 적용되는 이온 빔(58)의 밀도가 기판(54)의 표면(56)에서 불균일하게 된다는 문제가 있다.
이러한 문제의 원인을 도 5를 참고로 설명한다. 도 5에서는, 편의상 조사각 설정 모터(14), 회전 샤프트(46), 결합 부재(48) 및 승강 유닛(50)은 생략한다.
빔 슬릿(52)을 통과한 이온 빔(58)은 (도시 생략된) 진공 챔버 내에 배치된 홀더(4)의 기판 유지면(6), 즉 기판(54)의 표면(56)을 향하여 적용된다.
기판(54)의 표면(56) 상의 중심(O1)이 홀더(4)와 함께 위치 α와 위치 γ 사이에서 왕복 운동함으로써, 기판(54)에는 이온 빔(58)이 주사된다. 위치 β에서, 기판(54)의 표면(56) 상의 중심(O1)은 Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔(58)의 경로와 일치한다.
다른 한편으로, 이온 빔(58)은 공간-전하 효과에 기인하여 Y축을 따른 방향으로 어느 정도 발산하는 상태로 적용된다. 여기서, 이온 빔(58)이 Y축을 따른 방향으로 발산하는 각도를 발산각(ζ)으로 지칭한다.
그에 따라 이온 빔(58)이 Y축을 따른 방향으로 어느 정도 발산하는 상태로 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 경우에, 이온 빔(58)의 경로상의 임의의 점〔예컨대, 빔 슬릿(52)의 출구 지점〕으로부터 기판(54)의 표면(56)에 이르는 거리(L)에 따라, 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역의 사이즈는 상이하다. 즉, 그 길이가 길어질수록, 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역의 사이즈는 더욱 커진다.
구체적으로, 기판(54)의 표면(56) 상의 중심(O1)이 위치 α에 있을 때 기 판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역을 G1으로 하고, 기판(54)의 표면(56) 상의 중심(O1)이 위치 β에 있을 때 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역을 G2로 하고, 기판(54)의 표면(56) 상의 중심(O1)이 위치 γ에 있을 때 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역을 G3로 한다. 이 경우에, 영역 G1의 면적, 영역 G2의 면적, 영역 G3의 면적 사이에는, G1<G2<G3의 관계가 유지된다.
기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 밀도와 관련해서는, 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역의 면적이 더 커짐에 따라, 밀도는 더 작아지게 되고, 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역의 면적이 더 작아짐에 따라, 밀도는 더 높아진다.
따라서, 이온 빔(58)의 조사 방향으로 경사진 상태로 Y축을 따른 방향으로 기판(54)을 주사하는 경우에, 거리(L)는 기판(54)의 표면(56)에 이온 빔(58)을 조사 처리하는 중에 변경된다. 따라서, 기판(54)에 적용되는 이온 빔(58)의 밀도가 기판(54)의 표면(56)에서 불균일하게 되는 현상이 발생한다. 결과적으로, 기판(54)의 표면(56)에서의 이온 주입의 균일성이 악화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 이온 빔의 조사 방향으로 경사진 상태로 기판을 주사하는 경우라도 기판에 적용되는 이온 빔의 밀도가 기판의 표면에서 불균일하게 되는 것을 방지하는 것이다.
그러나, 본 발명은 전술한 목적으로 한정되지 않으며, 본 명세서에서 개시하지 않고 있는 다른 목적을 달성할 수도 있다. 또한, 본 발명은 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 개시하지 않은 목적을 달성할 수도 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 이온 빔 조사 장치는, 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 X축을 따른 방향으로 주사하고, 이 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하도록 구성된다. 이 이온 빔 조사 장치는, 홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터; 조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더와 조사각 설정 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터; Y축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Y축 선형 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터; 홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 이온 빔 조사 장치는, 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 X축을 따른 방향으로 주사하고, 이 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하도록 구성된다. 이 이온 빔 조사 장치는, 홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터; 조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더 및 조사각 설정 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터; Z축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Z축 선형 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터; 홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Z축 선형 모터와 Y축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 이온 빔 조사 장치는, 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, X축을 따른 방향으로 긴 스트립의 형상이고 Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하도록 구성된다. 이 이온 빔 조사 장치는, 홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터; 조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더와 조사각 설정 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터; Y축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Y축 선형 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터; 홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 이온 빔 조사 장치는, 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, X축을 따른 방향으로 긴 스트립의 형상이고 Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하도록 구성된다. 이 이온 빔 조사 장치는, 홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터; 조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더 및 조사각 설정 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터; Z축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Z축 선형 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터; 홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Z축 선형 모터와 Y축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
이들 이온 빔 조사 장치에 따르면, 홀더는 홀더의 기판 유지면이 S축을 따르도록 선형으로 왕복 이동하고 주사된다. 따라서, 이온 빔을 홀더에 의해 유지되는 기판에 조사 처리하는 중에, 이온 빔의 경로 상의 임의의 점으로부터 홀더의 기판 유지면, 즉 기판의 표면에 이르는 거리를 실질적으로 일정하게 유지하면서, 홀더에 의해 유지된 기판은 이온 빔의 조사 방향으로 경사진 상태로 주사될 수 있다.
상기 제어 유닛은, 그 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 상승시킬 때에, Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하고, 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 하강시킬 때에, -Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하며, 여기서 θ는 기판에 적용되는 이온 빔의 조사각을 나타내고, Δz는 Z축 선형 모터가 Z축을 따라 이동하는 거리이다(이온 빔이 진행하는 방향을 양의 방향으로 함).
본 발명에 따르면, 이온 빔의 경로 상의 임의의 점으로부터 기판의 표면까지의 거리를 실질적으로 일정하게 유지하면서, 홀더에 의해 유지된 기판을 이온 빔의 조사 방향으로 경사진 상태로 주사할 수 있다. 따라서, 기판에 적용되는 이온 빔의 조사 영역의 면적은 실질적으로 항상 일정하게 유지된다. 이에 따라, 기판에 적용된 이온 빔의 밀도가 기판의 표면에 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 기판 표면에서의 이온 주입의 불균일성이 개선된다.
도 1은 한정의 의도는 없이 본 발명에 따른 이온 빔 조사 장치의 하나의 예를 보여주는 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이온 빔 조사 장치의 개략적인 측면도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 종래 기술의 부분과 동일하거나 대응하는 부분에는 동일 도면 부호를 부여하며, 이하에서는 주로 종래 기술과 상이한 점에 대해서 설명하기로 한다.
이 이온 빔 조사 장치에서는, 홀더(4)를 지지하는 아암(8)이 판형 턴테이블(12)에 의해 지지되어 있다. 이때에, 턴테이블(12)의 중심(O2)은 홀더(4)의 기판 유지면(6)의 중심(O1)을 통과하는 가상의 중심축(60)이며, 실질적으로 X축에 평행하다(도 1을 참조). 기판(54)은 편의상 홀더(4)의 두께와 동일한 두께를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실제로는 매우 얇다. 따라서, 중심축(60)이 기판(54)의 표면(56)을 실질적으로 통과하는 것으로 말할 수 있다.
이 턴테이블(12)은 중심축(60)의 둘레에서 회전한다.
또한, 이러한 이온 빔 조사 장치에서는, 본질적 구성 요소는 아니지만 배향판 각도 제어 모터(10)가 아암(8)에 합체되어 있다. 이로써, 홀더(4), 즉 기판(54)이 일단 이온 빔(58)의 조사 방향(Z)에 대하여 주사되어 이온 주입을 행하는 매 경우마다 배향판 각도가 변화하는 단계적 주입을 실행할 수 있다.
여기서, "배향판 각도(orientation flat angle)"는 기판(54)에 형성된 배향판(즉, 도시 생략한 노치)에 의해 이루어지는 예정된 방향에 대한 각도를 지시한다.
또한, 이러한 이온 빔 조사 장치는, 종래 기술의 역회전 가능한 타입의 조사각 설정 모터(14) 및 승강 유닛(50)(도 4 참조) 대신에, 역으로 이동 가능한 타입의 조사각 설정 모터(14a)와 역으로 이동 가능한 타입의 Y축 선형 모터(20)를 구비한다.
조사각 설정 모터(14a)는 턴테이블(12)에 결합된 조사각 설정 이동 기구(16)와, 이 조사각 설정 이동 기구(16)에 대향하고 Y축 이동 기구(28)에 고정되는 조사각 설정 스테이터(18)를 구비한다.
조사각 설정 이동 기구(16)는 턴테이블(12)의 둘레부의 일부로서 제공되며, X축의 방향으로 보았을 때(도 2 참조), 턴테이블(12)의 둘레면을 따라 팬의 형상으로 형성된다.
조사각 설정 모터(14a)가 턴테이블(12)을 중심축(60)의 둘레에서 회전시키는 때에, 아암(8)을 통하여 턴테이블(12)에 의해 지지된 홀더(40)는 중심축(60)의 둘레에서 회전한다. 따라서, 홀더(4)의 기판 유지면(6), 즉 기판(54)의 표면(56)에 대한 이온 빔(58)의 조사각(θ)(도 2 참조)을 설정할 수 있다. 도 2에 도시된 조사각(θ)은 이점 쇄선으로 도시되어 있는 기판(54)의 표면(56)에 대한 각도이다.
Y축 선형 모터(20)는 Y축 스테이터(22)와, 이 Y축 스테이터(22)에 대향하는 Y축 이동 기구(28)를 구비한다.
Y축 스테이터(22)는 Y축을 따른 방향으로 긴 고정판(24)과, 이 고정판(24)에 고정되고 Y축을 따른 방향으로 긴 안내 레일(26)을 구비한다.
Y축 이동 기구(28)는 조사각 설정 모터(14a)를 지지하고, 안내 레일(26)을 따라 선형으로 상승 및 하강한다.
따라서, Y축 이동 기구(28)가 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강하는 때에, 홀더(4)와 조사각 설정 모터(14a)는 이러한 이동 기구(28)의 이동에 의해 Y축을 따른 방향으로 선형으로 상승 및 하강한다.
또한, 이러한 이온 빔 조사 장치는 역으로 이동 가능한 타입의 Z축 선형 모터(30)를 구비한다.
이 Z축 선형 모터(30)는 Z축 스테이터(32)와, 이 Z축 스테이터(32)에 대향하는 Z축 이동 기구(38)를 구비한다(도 1 참조). 그러나, Y축 스테이터(22)와 Z축 이동 기구(38), 보다 구체적으로 고정판(24)과 Z축 이동 기구(38)를 하나의 부재로 형성하여 이들 기능을 동시에 행할 수도 있다.
Z축 스테이터(32)는 Z축을 따른 방향으로 긴 고정판(34)과, 이 고정판(34)에 대향하고 Z축을 따른 방향으로 긴 안내 레일(36)을 구비한다.
이 실시예에 따르면, 고정판(34)이 진공 챔버(2)에 고정되고 도 1에 도시된 바와 같이 지지되어 있지만, 예컨대 고정판(34)을 고정하기 위한 테이블을 진공 챔버(2)에 설치할 수도 있다.
Z축 이동 기구(38, 도 1 참조)는 Y축 선형 모터(20), 보다 구체적으로 고정판(24)을 지지하고, Z축을 따른 방향으로 안내 레일(36)을 따라 선형으로 이동한다.
따라서, Z축 이동 기구(38, 도 1 참조)가 Z축을 따른 방향으로 이동하는 때에, 홀더(4), 조사각 설정 모터(14a) 및 Y축 선형 모터(20)는 이러한 이동에 의해 Z축을 따른 방향으로 선형으로 이동한다.
조사각 설정 모터(14a), Y축 선형 모터(20) 및 Z축 선형 모터(30)는 진공 상태로 유지되는 진공 챔버(20)에 배치되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(2)의 외측에는 제어 유닛(40)이 마련되어 있다. 이 제어 유닛(40)은 진공 챔버(2)의 벽면을 관통하는 필드(64)를 통하여 조사각 설정 모터(14a)를 제어하고, 필드(64)를 통하여 Y축 선형 모터 및 Z축 선형 모터(30)에 전기적으로 접속되어 이들 모터를 동기식으로 작동 제어한다.
조사각(θ)을 설정하거나 입력하면, 제어 유닛(40)은 조사각 설정 모터(14a)로 하여금 턴테이블(12)을 회전시키게 하여, 기판 홀더(4)의 기판 유지면(6)에 대한 이온 빔(58)의 조사각이 θ로 되게 한다. 그 후, 이온 빔(58)은 홀더(4)에 의해 유지된 기판(54)에 적용된다. 이로써, 기판(54)은 이온 주입 처리를 겪는다.
다음으로, 도 3을 참고로 하여, 제어 유닛(40)에 의해 제어되는 Y축 선형 모터(20)와 Z축 선형 모터(30)의 작동을 설명하기로 한다.
Y축 선형 모터(20)가 Y축을 따른 방향으로 상승하게 되는 거리를 Δy로 하고, Z축 선형 모터(30)가 Z축을 따른 방향으로 이동하는 거리를 Δz로 하면, 제어 유닛(40, 도 2 참조)은 식 (1)로 표시된 관계를 만족하거나 이 관계식과 수학적으로 등가의 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터(20)와 Z축 선형 모터(30)를 동기식으로 작동 제어한다.
(식 1)
Δz = Δy tanθ
다른 한편으로, Y축 선형 모터(20)가 Y축을 따른 방향으로 하강하게 되는 거리를 Δy로 하고, Z축 선형 모터(30)가 Z축을 따른 방향으로 이동하는 거리를 Δz로 하면, 제어 유닛(40, 도 2 참조)은 식 (2)로 표시된 관계를 만족하거나 이 관계식과 수학적으로 등가의 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터(20)와 Z축 선형 모터(30)를 동기식으로 작동 제어한다.
(식 2)
-Δz = Δy tanθ
이온 빔(58)이 진행하는 거리를 Z축의 양의 방향으로 하고, 그 반대 방향을 Z축의 음의 방향으로 한다.
또한, "Y축 선형 모터(20)가 Y축을 따른 방향으로 상승하게 되는 거리"와, " Z축 선형 모터(30)가 Z축을 따른 방향으로 이동하는 거리"는 구체적으로 각각 "Y축 이동 기구(28)가 Y축을 따른 방향으로 Y축 스테이터(22)에 대하여 상승하게 되는 거리"와 "Z축 이동 기구(38, 도 1 참조)가 Z축을 따른 방향으로 Z축 스테이터(32)에 대하여 이동하는 거리"이다.
제어 유닛(40, 도 2 참조)은 Y축 선형 모터(20)와 Z축 선형 모터(30)를 동기식으로 작동 제어하는 때에〔즉, 제어 유닛(40)이 양 모터(20, 30)를 실질적으로 동시에 작동시키는 때에〕, 홀더(4)는 홀더(4)의 기판 유지면(6)이 S축을 따르도록 선형으로 왕복 이동하고 주사한다.
"S축"은 홀더(4)의 기판 유지면(6)에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 방향이다. 또한, "실질적으로 수직"이라는 것은 수직 상태를 포함하는 것이다.
따라서, 홀더(4), 즉 기판(54)이 이온 빔(58)의 주사 방향으로 경사진 상태로 주사되더라도, 이온 빔(58)의 경로상의 임의의 점〔예컨대, 빔 슬릿(52)의 출구 지점〕으로부터 기판(54)의 표면(56)에 이르는 거리(L)는 실질적으로 일정하다. 그 결과, 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 조사 영역의 면적은 실질적으로 항상 일정하게 된다. 따라서, 기판(54)의 표면(56)에 적용되는 이온 빔(58)의 밀도가 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 기판(54)의 표면(56)에서 이온 주입의 균일성이 개선된다.
또한, 홀더(4)가 Y축을 따른 방향 및 Z축을 따른 방향으로 이동할 수 있고 중심축(60)의 둘레에서 회전할 수 있으므로, 기판(54)의 운반 자유도가 개선된다. 즉, 기판(54)은 운반되어야 하는 위치로 용이하게 이동할 수 있다.
또한, 볼 스크루를 이용하여, 이온 빔(58)의 조사 방향(Z)으로 경사진 상태에서 홀더(40)와 기판(54)을 주사하는 것도 고려된다. 그러나, 이러한 실시예의 경우에 비하여, Y축 선형 모터(20) 및 Z축 선형 모터(30)를 사용하는 것이 정밀도를 유지하면서 구조를 간단하게 할 수 있다. 또한, 이 경우는 스크루 부분으로부터의 입자(오염물)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 홀더(4)의 기판 유지면(6)의 중심(O1)과 턴테이블(12)의 중심(O2)이 모두 중심축(60) 상에 있으므로, 턴테이블(12)을 중심축(60)의 둘레에서 회전시키는 것만으로, 조사각(θ)을 설정할 수 있다. 즉, Y축 선형 모터(20) 또는 Z축 선형 모터(30)를 조작할 필요가 없다. 따라서, 제어가 용이하게 되고, 구조를 단순화할 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.
그러나, 턴테이블(12)의 중심(O2)이 중심축(60)으로부터 변위되는 경우라도, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 즉, 턴테이블(12)의 중심(O2)이 중심축(60)으로부터 변위되는 경우에, 턴테이블(12)이 회전하면, Y축 및 Z축을 따른 방향의 홀더(4)의 위치가 변경되더라도, 이 위치를 Y축 선형 모터(20) 및 Z축 선형 모터(30)에 의해 보정할 수 있다.
실시예에 따르면, 조사각 설정 모터(14a)는 Y축 선형 모터에 의해 지지되어 있고, 이 Y축 선형 모터는 Z축 선형 모터에 의해 지지되어 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다.
예컨대, Y축 선형 모터(20)와 Z축 선형 모터(30)를 서로 교체할 수 있다. 즉, 조사각 설정 모터(14a)를 Z축 선형 모터(20)에 의해 지지하고, 이 Z축 선형 모 터(30)를 Y축 선형 모터(20)에 의해 지지할 수 있다. 이 경우에, Z축 선형 모터(30)는 홀더(4)와 조사각 설정 모터(14a)를 Z축을 따른 방향으로 이동시킨다. Y축 선형 모터(20)는 진공 챔버(2)에 고정되어, 홀더(4), 조사각 설정 모터(14a) 및 Z축 선형 모터(30)를 Z축을 따른 방향으로 상승 및 하강시킨다.
당업자가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 전술한 본 발명의 바람직한 실시예를 다양하게 변형 및 수정할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 사상 및 그 균등물과 일치하는 본 발명에 대한 모든 변형 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명에 따르면, 이온 빔의 조사 방향으로 경사진 상태로 기판을 주사하는 경우라도 기판에 적용되는 이온 빔의 밀도가 기판의 표면에서 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있는 이온 빔 조사 장치가 제공된다.

Claims (8)

  1. 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 X축을 따른 방향으로 주사하고, 이 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하는 이온 빔 조사 장치로서,
    홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터와,
    조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더와 조사각 설정 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터와,
    Y축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Y축 선형 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터와,
    홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛
    을 포함하는 이온 빔 조사 장치.
  2. 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 X축을 따른 방향으로 주사하고, 이 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하는 이온 빔 조사 장치로서,
    홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전 시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터와,
    조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더 및 조사각 설정 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터와,
    Z축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Z축 선형 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터와,
    홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Z축 선형 모터와 Y축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛
    을 포함하는 이온 빔 조사 장치.
  3. 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, X축을 따른 방향으로 긴 스트립의 형상이고 Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하는 이온 빔 조사 장치로서,
    홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터와,
    조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더와 조사각 설정 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터와,
    Y축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Y축 선형 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터와,
    홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적 으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛
    을 포함하는 이온 빔 조사 장치.
  4. 한 지점에서 서로 수직인 3개의 축을 X축, Y축 및 Z축으로 할 때, X축을 따른 방향으로 긴 스트립의 형상이고 Z축을 따른 방향으로 진행하는 이온 빔을 홀더의 기판 유지면에 의해 유지된 기판에 적용하는 이온 빔 조사 장치로서,
    홀더를 유지하고, 홀더를 X축에 실질적으로 평행한 중심축의 둘레에서 회전시킴으로써 기판 유지면에 대한 이온 빔의 조사각을 설정하는 조사각 설정 모터와,
    조사각 설정 모터를 지지하여, 홀더 및 조사각 설정 모터를 Z축을 따른 방향으로 이동시키는 Z축 선형 모터와,
    Z축 선형 모터를 지지하여, 홀더, 조사각 설정 모터 및 Z축 선형 모터를 Y축을 따른 방향으로 상승 및 하강시키는 Y축 선형 모터와,
    홀더의 기판 유지면이 이 기판 유지면에 실질적으로 평행하고 X축에 실질적으로 수직인 S축을 따라 선형으로 왕복 이동하고 주사되도록 Z축 선형 모터와 Y축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하는 제어 유닛
    을 포함하는 이온 빔 조사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 그 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 상승시킬 때에, Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계 와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하고, 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 하강시킬 때에, -Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하며, 여기서 θ는 기판에 적용되는 이온 빔의 조사각을 나타내고, Δz는 이온 빔이 진행하는 방향을 양의 방향으로 할 때 Z축 선형 모터가 Z축을 따라 이동하는 거리를 나타내는 것인 이온 빔 조사 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 그 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 상승시킬 때에, Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하고, 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 하강시킬 때에, -Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하며, 여기서 θ는 기판에 적용되는 이온 빔의 조사각을 나타내고, Δz는 이온 빔이 진행하는 방향을 양의 방향으로 할 때 Z축 선형 모터가 Z축을 따라 이동하는 거리를 나타내는 것인 이온 빔 조사 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 그 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 상승시킬 때에, Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계 와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하고, 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 하강시킬 때에, -Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하며, 여기서 θ는 기판에 적용되는 이온 빔의 조사각을 나타내고, Δz는 이온 빔이 진행하는 방향을 양의 방향으로 할 때 Z축 선형 모터가 Z축을 따라 이동하는 거리를 나타내는 것인 이온 빔 조사 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 그 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 상승시킬 때에, Δz = Δy tanθ의 관계를 만족하거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족하도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하고, 제어 유닛이 Y축 선형 모터를 Y축을 따라 거리 Δy만큼 하강시킬 때에, -Δz = Δy tanθ의 관계를 만족시키거나, 이 관계와 수학적으로 균등한 관계를 만족시키도록 Y축 선형 모터와 Z축 선형 모터를 동기식으로 작동 제어하며, 여기서 θ는 기판에 적용되는 이온 빔의 조사각을 나타내고, Δz는 이온 빔이 진행하는 방향을 양의 방향으로 할 때 Z축 선형 모터가 Z축을 따라 이동하는 거리를 나타내는 것인 이온 빔 조사 장치.
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