JPH0770298B2 - イオン注入装置 - Google Patents

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走査すると共に、
それと実質的に直交する方向にウェーハを機械的に走査
するいわゆるハイブリッドスキャン方式のイオン注入装
置に関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン注入装置の従来例を第９図に示す。

即ち、図示しない走査手段によってイオンビーム２をＸ
方向（例えば水平方向。以下同じ）に電気的に走査して
注入室（図示省略）内に導くと共に、ウェーハ４を保持
するホルダ150を注入室内に設け、これをホルダ駆動装
置156によって注入室内でＸ方向に直交するＸ方向（例
えば垂直方向。以下同じ）に機械的に走査するようにし
ている。

ホルダ駆動装置156は、簡単に言えば、ホルダ150をウェ
ーハ４に対するイオン注入のための垂直状態とウェーハ
４のハンドリングのための水平状態との間で回転させる
ホルダ起立装置152およびホルダ150をこのホルダ起立装
置152と共にＹ方向に昇降させ機械的に走査するホルダ
昇降装置154を備えている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述の構成によれば、ホルダ昇降装置154と
しては、モータによる回転運動を例えばウォーム歯車等
を用いて直線運動に変換する機構を用いているので、そ
のストロークが長くなり、これら機構全体を注入室内に
収納すると真空容器が大きくなり、この種のイオン注入
装置の大型化を招来する。

また、ホルダ昇降装置154を大気中に配置すると、ホル
ダ150を昇降させる直線運動を行うスライド軸153が、真
空中である注入室と大気中との間を移動するため、その
際空気等の巻き込み等が無いよう配慮する必要がある。
例えば、真空容器を貫通する前記スライド軸153が、複
数に区画された室内を非接触状態でスライドするように
構成すると共に、各室内をそれぞれ別個の真空ポンプで
作動排気するようにしたいわゆるダイナミックバキュー
ムシール方式が試みられているが、その構成が極めて複
雑である他、注入室の到達真空度が悪く、そのため注入
室用の真空ポンプの能力アップを図る必要がある、等と
いった不具合がある。

そこでこの発明は、上述の事柄に鑑み、殊更前述したよ
うなダイナミックバキュームシール方式を用いないで、
ウェーハを保持するホルダを支えるアーム注入室内に配
設されたモータの回転運動により揺動回転せしめ、それ
によって、ウェーハをイオンビームが走査されるＸ方向
と実質的に直交するＹ方向に機械的に走査するようにし
たイオン注入装置を提供することを主たる目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のイオン注入装置
は、簡単に言えば、Ｘ方向に電気的に走査されたイオン
ビームが導かれる注入室と、この注入室内にあってウェ
ーハを保持するホルダと、このホルダを注入室内でＸ方
向と実質的に直交するＹ方向に機械的に走査するホルダ
駆動装置とを備え、かつこのホルダ駆動装置が、前記ホ
ルダを支えるアームと、中室内に設けられていてこのア
ームを所定角度範囲内で往復旋回させる可逆転式のダイ
レクトドライブモータとを備えることを特徴とする。

その場合、前記ホルダ駆動装置が、前記アームに取り付
けられた第２の可逆転式のダイレクトドライブモータを
更に備え、そしてこの第２のダイレクトドライブモータ
の出力軸に前記ホルダが取り付けられていて良い。

また、前記ホルダ駆動装置が、注入室側壁部に設けられ
た真空シール機能を有する軸受と、この軸受を貫通する
主軸と、この主軸の注入室外側端部に出力軸が結合され
た第３のダイレクトドライブモータとを更に備え、そし
てこの主軸の注入室内側端部に前記アームを往復旋回さ
せるダイレクトドライブモータが取り付けられていても
良い。

また、前記イオンビームがＸ方向に電気的に走査されか
つ平行ビーム可されたものでも良い。

また、前記注入室内にあってウェーハを保持する第２の
ホルダと、このホルダを注入室内でＸ方向と実質的に直
交するＹ方向に機械的に走査する第２のホルダ駆動装置
であって前記ホルダ駆動装置と同じ構成をしたものを更
に備えていても良い。

〔作用〕

上記構成によれば、ホルダ駆動装置のアーム駆動用のダ
イレクトドライブモータを正転および逆転させると、そ
れによってアームが往復旋回させられる。その結果、こ
のアームに支えられたホルダは、そこに保持したウェー
ハと共に、円弧を描くような形で、イオンビームの走査
方向であるＸ方向と実質的に直交するＹ方向に機械的走
査される。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置の
要部を示す水平断面図である。この例では、イオンビー
ム２のビームラインの左右に同じ機構がほぼ左右対称に
設けられているので、以下においては主に右側（図の右
側）を列に説明する。

この実施例においては、図示しない真空ポンプによって
真空排気される注入室６内に、Ｘ方向に電気的に走査さ
れ、更に平行ビーム化されたイオンビーム２が導入され
る。

イオンビーム２を平行ビーム化する走査手段の一例を第
２図に示す。即ち、イオン源110から引き出され、かつ
必要に応じて質量分析、加速等が行われたイオンビーム
２を、同一の走査電源116から互いに逆極性に走査電圧
（三角波電圧）が印加される二組の走査電極112および1
14の協働によってＸ方向に走査して、走査電極114から
出射した時に平行ビームになるようにしている。もっと
も、この例と違ってイオンビーム２を磁場を利用して上
記と同様に走査するようにしても良い。

第１図に戻って上記のような注入室６の左右に、この実
施例では二つの互いに同一構造のホルダ駆動装置120が
設けられている。

このホルダ駆動装置120は、少なくともホルダ８を支え
るアーム136と、注入室６内に設けられていてこのアー
ム136を揺動回転させる可逆転式のダイレクトドライブ
モータ132とを備えることを特徴とする。揺動回転と
は、所定角度範囲内で往復旋回させることである。

各ホルダ駆動装置120においては、この実施例では、注
入室６の側壁部のに真空シール機能を有する真空シール
軸受122を受け、それに主軸124を前述したＸ方向に貫通
させて支持している。

注入室６の外側に可逆転式のダイレクトドライブモータ
（第３のダイレクトドライブモータ）126を取り付けて
おり、その出力軸127を、歯車のようなものを介さずに
カップリング板128で直接、主軸124の注入室外側端部に
結合している。

一方、主軸124の注入室内側端部には、カップリン130を
介して、可逆転式のダイレクトドライブモータ（第１の
ダイレクトドライブモータ）132をその出力軸133が当該
主軸124とほぼ直交するように取り付けている。このダ
イレクトドライブモータ132の出力軸133は第１図に示す
ように、主軸124を図示のような状態に回転させること
によって、イオンビーム２の進行方向にほぼ平行な姿勢
を取ることができる。

このダイレクトドライブモータ132は、真空中に持ち込
めるように、例えばその内部と外部とがＯリング（図示
省略）によって、真空シールされており、かつその出力
軸133とモータケース間も例えば磁性流体を含む真空シ
ール部134によって真空シールされている。

そしてこのダイレクトドライブモータ132の出力軸133
に、アーム136を歯車のようなものを介さずに直接取り
付けている。

このアーム136の先端部に、可逆転式のダイレクトドラ
イブモータ（第２のダイレクトドライブモータ）138を
その出力軸139が当該アーム136とほぼ直交するように取
り付けている。

このダイレクトドライブモータ138も、真空中に持ち込
めるように、その内部と外部とがＯリング（図示省略）
によって真空シールされており、かつその出力軸139と
モータケース間も例えば磁性流体を含む真空シール部14
0によって真空シールされている。

そしてこのダイレクトトドライブモータ138の出力軸139
に、それとほぼ直交するように、ウェーハ４を保持する
ホルダ８を歯車のようなものを介さずに直接取り付けて
いる。従って、このホルダ８に保持されたウェーハ４の
表面を、第１図に示すように、イオンビーム２に向ける
ことができる。尚、ホルダ８は、この例ではベース8a
と、それとの間にウェーハ４を挟持するウェーハ押え8b
と、ウェーハ４を昇降させるウェーハ受け8cとを備えて
いる。

上記構造によれば、ダイレクトドライブモータ126によ
って、主軸124を矢印Ｄのように回転させて、その先に
アーム136等を介して取り付けられたホルダ８を、所定
の注入角位置（第１図中右側のホルダ８参照）と、ウェ
ーハ４のハンドリングのための水平位置（第１図中左側
のホルダ８参照）とに駆動することができる。

そして上記注入角位置で、ダイレクトドライブモータ13
2を矢印Ｅのように正転および逆転させてアーム136を揺
動回転させると、即ちアーム136をダイレクトドライブ
モータ132の出力軸133にほぼ直交する面内において所定
角度範囲内で往復旋回させると、アーム136の先端部に
取り付けられたホルダ８は、そこに保持したウェーハ４
をイオンビーム２に向けた状態で、円弧を描くような形
で、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向に機械的に往復に
走査される（第３図も参照）。

しかもその時、ダイレクトドライブモータ138をダイレ
クトドライブモータ132と同時に同一方向（各モータの
出力軸側より見て）かつ同一角度回転させると、第３図
に示すように、ホルダ８が円弧を描くように走査されて
も、当該ホルダ８の絶対回転各は０゜であってその姿勢
は不変ある。従ってこのホルダ８に装着されたウェーハ
４の姿勢も不変である（例えば第３図中のウェーハ４の
オリエンテーションフラット4aは、ホルダ８の走査位置
に拘わらず常に上側を向いている）。

両ダイレクトドライブモータ132および138を上記のよう
に駆動するには、例えば両者に同一パルスを供給すれば
良い。

アーム136の制御ついては、例えばホルダ８の垂直速度
成分がイオンビーム２のビーム電流に比例するようにア
ーム136の角速度を制御すれば、ウェーハ４の面内にお
いてドーズ量の均一なイオン注入が可能になる。

尚、この実施例のようにダイレクトドライブモータ138
を設けて機械的走査時のウェーハ４の姿勢を一定にする
ことは必須ではないが、姿勢を一定にすると、ウェーハ
４の姿勢がが変化することによる不具合、例えばウェー
ハ４がアーム46の揺動回転に伴ってわずかに回ってその
中心部と周辺部とでドーズ量に差が生じ（より具体的に
は前者の方が多くなる）、またイオンビーム２が平行ビ
ームでない場合にウェーハ４の結晶に対する注入角が変
化してイオンの注入深さが変化すること等を防止するこ
とができ、それによってウェーハ面内におけるドーズ量
や注入深さ等の注入の均一性が一層向上する。

また、ダイレクトドライブモータ138によってホルダ８
を段階的に回転させることによって、インオンビーム２
に対するウェーハの回転角を所定角度ずつ変えながらイ
オン注入（即ちステップ回転注入）を行うこともでき
る。

また、この実施例のようにイオンビーム２を平行ビーム
化することも必須ではないが、平行ビーム化すると、イ
オンビームが角度を持って走査されることによる不具
合、例えばウェーハ４上の各点においてイオンビームの
入射角が異なり、ウェーハ上に立体的な構造が形成され
ている場合、場所によって陰のでき方が異なることを等
を防止することができ、それによってウェーハ面内にお
ける注入の均一性が一層向上する。

また、この実施例によれば、ダイレクトドライブモータ
126によってアーム136およびホルダ８等のイオンビーム
２に対する角度を変えることによって、ウェーハ４に対
するイオンビーム２の注入角度を変えることもできる。

ホルダ８を第１図中左側に示すようにウェーハ４のハン
ドリング位置に移動させるには、ダイレクトドライブモ
ータ126によってホルダ８を水平状態にすると共に、ダ
イレクトドライブモータ132によってホルダ８を壁側に
移動させれば良い。

なおこの場合、ダイレクトドライブモータ126が注入室
６の外側即ち大気圧側にあるが、この駆動力を注入室６
内へ伝達する部分の真空シールは、回転軸を真空シール
する真空シール軸受122によっており、その構成は極め
て簡単である。

また、ホルダ８上のウェーハ４を冷却するためにホルダ
８に冷媒を流す場合は、次のようにすれば良い。

即ち、各ダイレクトドライブモータ126、132および138
の中心部には貫通穴があいているので、ホルダ８の中心
部に冷媒通路を有するホルダ軸を取り付け、そのホルダ
軸をダイレクトドライブモータ138の中心穴を貫通さ
せ、アーム136に設けた回転継手で回転するホルダ軸に
冷媒の供給および回収を行うようにし、この回転継手に
可撓性のあるチューブを接続してそれぞれをダイレクト
ドライブモータ132の中心穴を通すと共に、ダイレクト
ドライブモータ126の中心穴を貫通する主軸124を中空に
して同チューブをその中を通して大気側に引出し、これ
によって大気側から冷媒の供給および回収を行うように
すれば良い。

ところで、この実施例においては、中入室６後方部左右
の底部に、ウェーハ４を注入室６内と大気側との間で１
枚ずつ出し入れ（アンロードおよびロード）するための
真空予備室80がそれぞれ隣接されている。

この真空予備室80の部分の断面図を第４図および第５図
に示す。第４図は真空予備室80の真空側弁88が閉じかつ
大気側弁90が開いた状態を、第５図は真空側弁８が開き
かつ大気側弁90が閉じた状態を示す。但し、第５図に
は、後術するウェーハ搬送装置60の一部分をも便宜上示
している。

詳述すると、注入室６の底部に、真空ポンプ92によって
真空排気される真空予備室80が設けられており、そ上部
には注入室６との間を仕切る真空側弁88が、下部には大
気側との間を仕切る大気側弁90が、それぞれ設けられて
いる。

真空側弁88は注入室６上に設けたエアシリンダ86によっ
て、大気側弁90は下側のエアシリンダ102によってガイ
ド軸98を介して、それぞれ昇降され開閉される。尚、エ
アシリンダ86の上部に設けたレバー88およびエアシリン
ダ82は、エアシリンダ86をロックするためのものであ
る。

大気側弁90の上部には、ウェーハ４を載せる回転台94が
設けられており、この回転台94は、モータ96によってウ
ェーハ４オリエンテーションフラット合わせ等のために
回転させられると共に、デュアルストローシリンダ100
によってウェーハ４のハンドリング等のために２段階に
昇降させられる。

再び第１図に戻って、上記のような各真空予備室80から
水平状態にある各ホルダ８にかけての部分に、次のよう
な構造のウェーハ搬送装置60がそれぞれ設けられてい
る。

即ち、第６図も参照して、真空予備室80と水平状態にあ
るホルダ８との間のウェーハ４の搬送経路に沿って、二
つの溝付きのプーリー70および72間にタイミングベルト
68がループ状に懸け渡されている。一方のプーリー70に
は、正転および逆転可能なモータ74が連結されている。
そして、このタイミングベルト68の上側および下側の部
分には、それぞれ連結金具66を介して、それぞれウェー
ハ４を載置可能なロード側の搬送アーム61aおよびアン
ロード側の搬送アーム装置61bがそれぞれ取り付けられ
ている。

また、各搬送アーム61a、61bが回転せずにタイミングベ
ルト68に沿って移動するのをガイドするガイド手段とし
て、この実施例ではボールスプラインを採用している。
即ち、各搬送アーム61a、61bの根元部にスプライン軸受
64aおよび64bを取り付けると共に、それらをそれぞれ貫
通する上下２本のスプライン軸62aおよび62bをタイミン
グベルト68に平行に配置している。

このようなボールスプラインの代わりに、通常のガイド
軸を２本ずつ用いても良いが、ボールスプラインを用い
れば、１本のスプライン軸で、搬送アームが回転せずに
水平に安定して走行するのをガイドすることができる。

尚、各スプライン軸62a、62bは、簡略化のために丸棒で
図示しているが、実際は、複数のボールの転動溝を有す
る丸棒状あるいは異形状のものである。

次に、上記のようなイオン注入装置の全体的な動作例を
第１図の右側の機構を中心に説明する。

ホルダ駆動装置120によってホルダ８を水平位置に移動
させ（この状態は、第１図中に左側のホルダ８参照）、
ウェーハ受け8cおよびウェーハ押え8bを図示しない駆動
装置によって駆動して、先に装着していたウェーハ４を
下段のアンロード用の搬送アーム61bに受け渡しする位
置まで上昇させる。

一方、真空予備室80側では、第５図を参照して、デュア
ルストロークシリンダ100の上下両方のシリンダを動作
させて回転台94を大きく上昇させて２転鎖線で示すよう
に上段のロード側の搬送アーム61aの位置まで未注入の
ウェーハ４を持ち上げ、その状態でウェーハ搬送装置60
のモータ74によってタイミングベルト68を駆動して、搬
送アーム61aを真空予備室80上の位置に、かつ搬送アー
ム61bをホルダ８上の位置に同時に移動させ、そしてホ
ルダ８のウェーハ受け8cを降下させて先に注入済のウェ
ーハ４を搬送アーム61bに載せ、一方真空予備室80側で
も回転台94を降下させて未注入のウェーハ４を搬送アー
ム61aに載せる。

次に、ウェーハ搬送装置60のモータ74を先とは逆転さ
せ、注入済のウェーハ４を載せた搬送アーム61bを真空
予備室80上へ、未注入のウェーハ４を載せた搬送アーム
61aをホルダ８上へ移動させ、そして真空予備室80側で
はデュアルストロークシリンダ100の上側のシリンダの
みを動作させて回転台64によって搬送アーム61bよりウ
ェーハ４を受け取り（第５図中の実線の状態）、ホルダ
８側ではウェーハ受け8cによって搬送アーム61aよりウ
ェーハ４を受け取る。

次いで、ウェーハ搬送装置60のモータ74を再び逆転させ
て両搬送アーム61aおよび61bを中間の待機位置まで移動
させ（第１図の状態）、ホルダ８側ではウェーハ受け8c
およびウェーハ押え8bを降下させてウェーハ４を保持
し、ホルダ駆動装置120によってホルダ８を第１図中に
示すような注入状態まで移動させて注入準備は完了す
る。

一方、真空予備室80側では、回転台94を降下させ、かつ
真空側弁88を閉じた後、当該真空予備室80内を大気圧状
態に戻して大気側弁90を開き（第４図の状態）、図示し
ない大気側の搬送アーム装置によって注入済のウェーハ
４の搬出および次の未注入のウェーハ４の搬入を行う。
このとき平行して、注入室６内では、ホルダ駆動装置12
0によってホルダ８を前述したようにＹ方向に機械的に
走査しながら、当該ホルダ８上のウェーハ４にイオンビ
ーム２を照射してイオン注入が行なわれる。

以降は、必要に応じて上記と同様の動作が繰り返され
る。

尚、上記実施例のように、ホルダ８およびホルダ駆動装
置120を二つずつ設けていわゆるデュアルタイプにする
ことは必須ではないが（即ちこれらは一つずつでも良い
が）、デェアルタイプにすれば、一方の（例えば第１図
中の右側の）ホルダ８を上記のように走査しながらそこ
に装着したウェーハ４にイオン注入を行うことと並行し
て、他方のホルダ８を水平状態にしてウェーハ４のハン
ドリング（即ち注入済のウェーハ４の取り出しおよび未
注入のウェーハ４の装着を）行うことができる。即ち、
二つのホルダ８において交互にイオン中およびウェーハ
４のハンドリングを行うことができ、イオン注入および
ハンドリングのロス時間が殆ど無くなるのでスループッ
トが向上する。

しかもデュアルタイプにする場合、イオンビーム２のビ
ームライン（換言すればイオンビーム２の電気的な走査
系等）を一つにしておく方が構造が簡単で小型かつ経済
的となるが、第９図に示したような従来のイオン注入装
置では、もう一組のホルダ150およびホルダ駆動装置156
をイオンビーム２に対して図示のものとは対称に配置
（即ち図示のものの上側に下向きに配置）しようとして
も、ホルダ昇降装置154によってホルダ150をＹ方向に直
線的に昇降させるだけであるから、上下のホルダ150が
互いにぶつかることになり、これを避けようとすると上
下のホルダ150およびホルダ駆動装置156を互いに大きく
離さなければならず、装置が巨大化する。しかも、ホル
ダ150に対するウェーハ４のハンドリング（着脱）位置
が上下のホルダ150で大きく異なるため、ウェーハ４の
搬送ラインが上下二段になりまた、上側のホルダ150に
対してウェーハ４を下向きにハンドリングしなければな
らない等、ウェーハ４のハンドリングが非常に困難にな
る。

これに対して上記実施例によれば、各アーム136および
ホルダ８が円弧状に動くため、それらが互いに機械的に
干渉するのを避けながら二つのホルダ駆動装置120を互
いに近づけて配置することができ、従って当該イオン注
入装置の小型化を図ることができる。また、二つのホル
ダ８に対するウェーハ４のハンドリングが互いに同一条
件で可能なため、例えばこの実施例では互いに同一高さ
でしかもどちらもウェーハ４の表面を上にして可能なた
め、ウェーハ４のハンドリングが容易になる。その結
果、ハイブリッドスキャン方式でしかもビームラインが
一つのデュアルタイプのイオン注入装置であって実際的
なものを製作することが可能になる。

また、同種のイオン注入装置であってダイレクトドライ
ブモータを用いないものが同一出願人によって先に提案
されている（特願平１−19239号）が、それに比べてこ
の実施例のイオン注入装置は次のような利点を有してい
る。

即ち、上記出願のイオン注入装置を第７図および第８図
を参照して説明すると、このイオン注入装置において
は、Ｘ方向に電気的に走査して例えば平行ビーム化され
たイオンビーム２が導入される注入室６の左右に、二つ
の互いに同一構造のホルダ駆動装置10が設けられてい
る。

各ホルダ駆動装置10は、注入室６の側壁に真空シーン軸
受12を取り付け、それに支持軸14を貫通させ、その大気
側に歯車16を取り付け、モータ20および歯車18によって
支持軸14を矢印Ａのように回転させて、その先にアーム
46を介して取り付けられたホルダ８を設定された注入角
位置と、ウェーハ４のハンドリングのための水平位置と
に駆動するようにしている。

支持軸14の真空側には、真空シール軸受38によって中空
のアーム軸40およびアーム46を回転自在に支えている。

アーム軸40の一端には、プーリー36を取り付けると共
に、タイミングベルト32によって、支持軸14の大気側に
取り付けたモータ24およびプーリー28と連結しており、
このモータ24によってアーム軸40を正逆両方向に回転駆
動してアーム46を矢印Ｂのように揺動回転させてホルダ
８をＸ方向と実質的に直交するＹ方向に機械的に走査す
るようにしている。

アーム46の先端部には真空シール軸受52を取り付け、ホ
ルダ軸54およびホルダ８を回転自在に支えている。そし
てその先端部に、ウェーハ４を保持するホルダ８がほぼ
直角に取り付けられている。

ホルダ軸54にはプーリー50が取り付けられている。ま
た、アーム軸40の中心部には中間軸42が回転自在に通さ
れており、その両端にはプーリー34および44が取り付け
られている。このプーリー44と50とは互いに同一直径で
あり、タイミングベルト48で互いに連結されている。

また、支持軸14の大気側に取り付けたモータ22およびプ
ーリー26とプーリー34とをタイミングベルト30で連結し
ており、このモータ22によってホルダ８を例えば矢印Ｃ
のように段階的に回転させることができるようにしてい
る。但し注入時の回転は行わないようにしており、その
場合はアーム軸40が矢印Ｂのように回転しても中間軸42
はアーム軸40と一緒には回転しない。

走査時のホルダ８の姿勢を説明すると、その時は上述し
たように中間軸42およびプーリー44は停止状態にある。
この状態でモータ24によってアーム46を例えば第８図に
示すように時計方向にθ゜回転させた場合、アーム46側
から見るとプーリー44は反時計方向にθ゜回転したこと
になり、タイミング48で接続してあるプーリー44と同一
直径のプーリー50は、アーム46側から見ると反時計方向
にθ゜回転する。従って、ホルダ８は、アーム46の長さ
を半径にＹ方向に円弧を描くように走査されるが、絶対
回転角は０゜であってその姿勢は不変である。従ってこ
のホルダ８に装着されたウェーハ４の姿勢も一定とな
る。

上記イオン注入装置も、基本的にはアーム46を揺動回転
させてウェーハ４を機械的に走査するものであるため、
第９図の従来例に対してはこの実施例のイオン注入装置
の場合とほぼ同様の効果が得られるが、ホルダ駆動装置
10がタイミングベルト駆動であるため、その構造が複雑
であると言える。

これに対してこの実施例のイオン注入装置では、ホルダ
駆動装置120にダイレクトドライブモータを採用してい
て、それらによって必要な個所を直接駆動するようにし
ているので、上記先行例のようにタイミングベルト、そ
のためのプーリー、歯車等を用いる場合に比べて、ホル
ダ駆動装置120の構造が大幅に単純化されている。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、ウェーハ保持するホル
ダを支えるアームを所定角度範囲内で往復旋回せしめ、
それによって、ウェーハをイオンビームが走査されるＸ
方向と実質的に直行するＹ方向に機械的に走査するホル
ダ駆動装置を備えているので、従来試みられている高価
なダイナミックバキュームシール方式を用いなくて済
み、その結果、殊更に注入室用の真空ポンプの能力アッ
プを図る必要がなく、しかも経済的にこの種のイオン注
入装置を構成することができる。その他、次のような効
果を奏することができる。

アームを、イオンビームの進行方向にほぼ平行な姿
勢を取る軸を中心にして当該軸にほぼ直交する平面内に
おいて所定角度範囲内で往復旋回させるので、このアー
ムに支持されたホルダおよびそれに保持されたウェーハ
も、イオンビームの進行方向にほぼ直交する平面内にお
いて機械的に走査されることになる。従ってウェーハ
は、その機械的走査に、イオンビームの進行方向におい
て前後に移動しない。イオンビームは、一般的に、空間
電化効果によって、ヒーム進行に伴ってビームサイズが
大きくなるので、仮にウェーハがその機械的走査時にビ
ーム進行方向において前後に移動すると、ウェーハ面内
でのビームサイズが変化し、それが原因でウェーハ面内
におけるドーズ量の均一性が悪化する。これに対してこ
の発明では、上述したように、ウェーハはその機械的走
査時にビーム進行方向において前後に移動しないので、
ビーム進行に伴うビームサイズ変化の影響を受けること
なく、従ってウェーハ面内におけるドーズ量の均一性低
下を防止することができる。

アームを、ビーム進行方向にほぼ直交する平面内に
おいて所定角度範囲内で往復旋回させることによって、
ホルダを機械的に走査するので、ホルダの機械的走査の
ためのビーム進行方向におけるスペースが小さくて済
み、従ってイオン注入装置のビーム進行方向の長さを短
縮することができる。

ウェーハが大口径化しても、その機械的走査に関し
ては、アームを往復旋回させる角度範囲を大きくする、
あるいはアームを長くする、等によって簡単に対処する
ことができるので、ウェーハの大口径化にも容易に対応
するすることができる。

しかもこの発明では、ホルダ駆動装置にダイレクトドラ
イブモータをい採用し、それによってアームを、更には
その他の個所を、直接駆動するようにしたので、ホルダ
駆動装置の構造を、ひいては当該イオン注入装置全体の
構造を大幅に単純化することができる。

また、アームに第２のダイレクトトドライブモータを取
り付け、その出力時にホルダを取り付ければ、機械的走
査時のウェーハの姿勢を一定に制御することができ、そ
れによってウェーハ面内におけるドーズ量や注入深さ等
の注入の均一性を一層向上させることができる。また、
この第２のダイレクトドライブモータによってホルダを
段階的に回転させることによって、ステップ回転注入を
行うこともできる。

また、注入室の側壁部に真空シール機能を有する軸受を
設け、これに主軸を貫通させ、この主軸の注入室外側部
に第３のダイレクトドライブモータを結合し、動主軸の
注入室内側端部にアームを揺動回転させるダイレクトド
ライブモータを取り付ければ、この第３のダイレクトド
ライブモータによってアームおよびホルダ等のイオンビ
ームに対する角度を変えてウェーハに対する注入角を変
えることができる。

また、イオンビームを平行ビーム化すれば、ウェーハ上
の各点おけるイオンビームの入射角を一定にすることで
き、それによって、ウェーハ面内における注入の均一性
を一層向上させることができる。

また、ホルダおよびホルダ駆動装置を二つずつ設けれ
ば、二つのホルダ駆動装置の各ホルダにおいて交互に
イオン注入およびウェーハのハンドリングを行うことが
でき、イオン注入およびハンドリングのロス時間が殆ど
無くなるのでスループットが向上する。各アームおよ
びホルダが円弧状に動くため、それらが互いに機械的に
干渉するのを避けながら両ホルダ駆動装置を互いに近づ
けて配置することができ、従って当該イオン注入装置の
小型化を図ることができる。両ホルダに対するウェー
ハのハンドリングが互いに同一条件で可能になるため、
ウェーハのハンドリングが容易になる、という効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例係るイオン注入装置の要
部を示す水平断面図である。第２図は、イオンビームの
電気的走査手段の一例を示す概略平面図である。第３図
は、第１図中のホルダ駆動装置による走査時のホルダの
姿勢を説明するための図である。第４図および第５図
は、共に、第１図の線Ｉ−Ｉに沿う断面図であるが、互
いに動作状態を異にしている。第６図は、第１図中のウ
ェーハ搬送装置を示す斜視図である。第７図は、この発
明の先行例を成すイオン注入装置の一例の要部を示す水
平断面図である。第８図は、第７図中のホルダ駆動装置
による走査時のホルダの姿勢を説明するための図であ
る。第９図は、従来のイオン注入装置の要部を示す斜視
図である。 ２……インオンビーム、４……ウェーハ、６……注入
室、８……ホルダ、120……ホルダ駆動装置、122……真
空シール軸受、124……主軸、126……第３のダイレクト
ドライブモータ、132……第１のダイレクトドライブモ
ータ、136……アーム、138……第２のダイレクトドライ
ブモータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ方向に電気的に走査されたイオンビーム
   が導かれる注入室と、この注入室内にあってウェーハを
   保持するホルダと、このホルダを支えるアームを有して
   いてそれを、ホルダの中心から離れた所にありかつイオ
   ンビームの進行方向にほぼに平行な姿勢を取る軸を中心
   にして、当該軸にほぼ直交する平面内において所定角度
   範囲内で往復旋回させて、ホルダを注入室内においてイ
   オンビームに向けた状態でＸ方向と実質的に直交するＹ
   方向に機械的に往復走査するホルダ駆動装置とを備え、
   かつこのホルダ駆動装置が、前記アームを前記のように
   往復旋回させる駆動源として、注入室内に設けられてい
   てその出力軸に前記アームが取り付けられた可逆転式の
   ダイレクトドライブモータを備えることを特徴とするイ
   オン注入装置。
2. 【請求項２】Ｘ方向に電気的に走査されたイオンビーム
   が導かれる注入室と、この注入室内にあってウェーハを
   保持するホルダと、このホルダを注入室内においてイオ
   ンビームに向けた状態でＸ方向と実質的に直交するＹ方
   向に機械的に往復走査するホルダ駆動装置とを備え、か
   つこのホルダ駆動装置が、前記ホルダを支えるアーム
   と、注入室内に設けられていてこのアームを所定角度範
   囲内で往復旋回させる第１の可逆転式のダイレクトドラ
   イブモータと、前記アームに取り付けられた第２の可逆
   転式のダイレクトドライブモータとを備えており、そし
   てこの第２のダイレクトドライブモータの出力軸に前記
   ホルダが取り付けられているイオン注入装置。
3. 【請求項３】Ｘ方向に電気的に走査されたイオンビーム
   が導かれる注入室と、この注入室内にあってウェーハを
   保持するホルダと、このホルダを注入室内においてイオ
   ンビームに向けた状態でＸ方向と実質的に直交するＹ方
   向に機械的に往復走査するホルダ駆動装置とを備え、か
   つこのホルダ駆動装置が、前記ホルダを支えるアーム
   と、注入室内に設けられていてこのアームを所定角度範
   囲内で往復旋回させる第１の可逆転式のダイレクトドラ
   イブモータと、注入室の側壁部に設けられた真空シール
   機能を有する軸受と、この軸受を貫通する主軸と、この
   主軸の注入室外側単部に出力軸が結合された第３のダイ
   レクトドライブモータを備えており、そしてこの主軸の
   注入室内側端部に前記第１のダイレクトドライブモータ
   が取り付けられているイオン注入装置。
4. 【請求項４】前記イオンビームがＸ方向に電気的に走査
   されかつ平行ビーム化されたものである請求項１、２ま
   たは３記載のイオン注入装置。
5. 【請求項５】前記注入室内にあってウェーハを保持する
   第２のホルダと、このホルダを注入室内においてイオン
   ビームに向けた状態でＸ方向と実質的に直交するＹ方向
   に機械的に往復走査する第２のホルダ駆動装置であって
   前記ホルダ駆動装置と同じ構成をしたものを更に備える
   請求項１、２、３または４記載のイオン注入装置。