JP3976455B2 - イオン注入装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置に係り、特に、イオンが注入されるウェハを搭載するウェハ搭載部を往復動させるイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のイオン注入装置においては、ディスクの円周方向に複数のウェハを搭載し、この回転ディスクを回転させるとともに、往復運動させることによって、ウェハ上にイオンを均一に注入するようにしている。ここで、回転ディスクを往復運動させる機構としては、例えば、特開平８−３２９８７９号公報に記載されているように、回転ディスクの重心より下の位置に往復運動の軸を設け、この軸をモーター等により駆動することによって、回転ディスクを左右にスキャン運動させる構造（メトロノーム方式）を用いている。そして、往復運動の速度は、ウェハ全体に対して均一にイオンが注入されるようイオンが注入されるウェハの位置に応じて速度を変えるようにしている。
【０００３】
ここで、イオン注入装置，特に、シリコンウエハに酸素イオンを注入するＳｉＭＯＸ用イオン注入装置においては、ウエハへの酸素イオンの高精度な注入均一性及び高生産性が必要とされている。ウェハを搭載した回転ディスクを往復運動させる際、往復運動の反転時は、往復運動における運動速度が急速反転するため、回転ディスクの往復運動の速度が変動するので、反転移動している領域はウエハへの注入を実施しないようにしている。これによって、回転ディスクの往復運動の際の移動速度が所定の領域については、高精度な注入均一性を確保することができている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、反転移動している領域はウエハへの注入を実施していないため、この領域では注入時間のロスとなり、生産性が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、ウエハへの高精度注入均一性が得られるとともに、生産性が向上したイオン注入装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、イオン源と、複数のウェハをディスクに搭載するとともに、このディスクを回転し、往復移動するウェハ搭載部とを有し、上記イオン源から出射されたイオンビームを、上記ウェハに照射して、イオンを注入するイオン注入装置において、上記ウェハ搭載部は、前記ディスクが回転する平面内で、前記ディスクを振り子状に往復動するものであり、また、上記往復移動運動の反転時に、上記ディスクを反転させる作用力に対して、上記ディスクの重力加速度の分力が同方向に作用するように構成したものである。
かかる構成により、ウエハ搭載部には常に重力加速度が働いているため、往復運動の速度反転運動の際に重力加速度が反転速度を補助することとなり、反転運動時のウエハ搭載部の負荷が軽減し、ロス時間を低減して、生産性を向上し得るものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記ウェハ搭載部は、上記ディスクの重心位置を、往復移動運動の移動軸位置より下方に配置したものである。
かかる構成により、往復移動運動の反転時に、ディスクを反転させる作用力に対して、ディスクの重力加速度の分力が同方向に作用し得るものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態によるイオン注入装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態によるイオン注入装置をＳｉＭＯＸ用イオン注入装置に適用した場合の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるイオン注入装置の側面図であり、図２は、本発明の一実施形態によるイオン注入装置の正面図である。
【０００９】
図１に示すように、イオン源１０から出射されたイオンビームＩＢは、質量分離器２０によって所定の質量を有するイオンのみが分離、取り出され、主に単一のイオン種のビームとなってエンドステーション３０に入射される。
【００１０】
エンドステーション３０は、回転用モータ３１の回転軸３２に取り付けられた回転ディスク３３を備えている。回転用モータ３１は、スキャンボックス３４内に設置されている。回転ディスク３３には、複数のウェハホルダ３５が配置されている。複数のウェハホルダ３５は、それぞれ、ウェハ３６を保持している。ウェハホルダ３５は、円形の回転ディスク３３の円周方向に、均等ピッチで配置されている。ウェハ３６は、図２に示すように、回転ディスク３３の円周方向に均等ピッチで配置されているので、回転ディスク３３は、回転用モータ３１によって、回転軸３２を中心に矢印Ａ方向に一方向回転する。
【００１１】
また、スキャンボックス３４は、シャフト３７によって懸架されている。シャフト３７は、シャフト３８に固定支持されている。シャフト軸３８は、スキャン用モータ３９によって回動される。従って、スキャン用モータ３９を正逆転することにより、図２に示すように、シャフト３８は往復運動され、ウェハ３６を保持しながら回転している回転ディスク３３も、往復運動する。
【００１２】
ここで、本実施形態においては、回転ディスク３３を往復運動させるシャフト３８の回転中心は、回転ディスク３３の重心位置（回転軸３２の位置）よりも上に設けられているため、回転ディスク３３は、シャフト３８を中心として、矢印Ｂ方向に、振り子状に往復運動する。
【００１３】
図２に示すように、エンドステーション３０の内部に入射するイオンビームＩＢ−Ｒは、ほぼ矩形をしており、回転ディスク３３に保持された複数のウェハ３６が、矢印Ａ方向に回転し、かつ、矢印Ｂ方向に往復運動することにより、ウェハ３６の全面に、イオンを注入することができる。
【００１４】
回転ディスク３３が回転しながら、ウェハ３６が、イオンビームＩＢ−Ｒを横切る際、イオンビームＩＢ−Ｒに対するウェハ３６の移動速度，即ち、線速度は、ウェハ３６が回転ディスク３３の円周方向に取り付けられているため、回転ディスク３３の回転中心寄りの位置における線速度は、回転ディスク３３の回転中心から離れた位置における線速度よりも早いものである。従って、矢印Ｂ方向への往復運動の速度を一定にしておくと、ウェハ３３の回転中心寄りの位置におけるイオンの注入量は、回転ディスク３３の回転中心から離れた位置におけるイオンの注入量よりも少なくなり、注入均一性が低下することになる。そこで、ウェハ３３の回転中心寄りの位置がイオンビームを横切るときの往復運動の速度を、回転ディスク３３の回転中心から離れた位置がイオンビームを横切るときの往復運動の速度よりも遅くすることによって、イオンの注入均一性が向上することができる。そのために、スキャン用モータ３９としてパルスモータを使用するとともに、パルスモータに与える速度指令値を変えることによって、往復運動の速度を制御している。
【００１５】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態によるイオン注入装置におけるウェハの往復運動の速度変化について説明する。
図３は、本実施形態によるイオン注入装置におけるウェハの往復運動を示す模式図であり、図４は、本実施形態によるイオン注入装置においてウェハが往復運動する際の速度変化の説明図である。
【００１６】
図３に示すように、複数のウェハ３６を保持した回転ディスク３３は、シャフト３８によって懸架されており、スキャン軸の回動中心Ｐを中心として、矢印Ｂ方向に往復運動する。
【００１７】
ここで、図４は、横軸に回転ディスク３３の回転中心Ｏの位置を取ったとき、回転中心Ｏの速度ｖを表している。回転ディスク３３の回転中心Ｏは、位置Ｖ〜位置Ｗ〜位置Ｘ〜位置Ｙの間を往復運動する。ここで、位置Ｗ〜位置Ｘの間は、図４に示すように、位置Ｗにおける速度ｖ１が、位置Ｘにおける速度ｖ２よりも早くなり、位置Ｗ〜位置Ｘの間においては、速度ｖ１〜ｖ２に連続的に変化するように、速度制御されている。そして、この速度制御されている位置Ｗ〜位置Ｘの間において、イオンビームがウェハに照射される。
【００１８】
図３は、図４に示した位置Ｗにおける回転ディスク３３の状態を示している。シャフト３３を位置Ｗにおいて停止するため、スキャン用モータ３９によって逆方向の回転力ＦMを与えても、回転ディスク３３は、慣性力ＦIによって、位置Ｗから▲１▼方向に移動する。ここで、回転ディスク３３の重心をＯとして、重力をＧとすると、回転ディスク３３の重さによって、スキャン用モータ３９による停止力ＦMと同方向に、重力Ｇの分力Ｇ１が作用する。従って、ＦI＜ＦM＋Ｇ１の条件を満たすとき、シャフト３３の▲１▼方向への移動が停止する。この位置が、位置Ｖである。
【００１９】
一方、従来のように、回転ディスクの重心より下の位置に往復運動の軸を設け、この軸をモーター等により駆動することによって、回転ディスクを左右にスキャン運動させる構造（メトロノーム方式）の場合には、回転ディスクの重力加速度Ｇの分力は、慣性力と同じ方向に作用するので、ＦI＋Ｇ１＜ＦMの条件を満たすと、シャフトの移動が停止する。このときの速度変化は、図４中に一点鎖線で示すようになる。従って、シャフトの移動を停止する力ＦMを同じ力とした場合、従来の方式に比べて、本実施形態においては、回転ディスク３３の重力の分力Ｇが、シャフトの移動を停止しようとする力ＦMを補助することとなり、停止までに要する時間を短縮することができる。
【００２０】
即ち、図４において、本実施形態において、位置Ｗを通過した後位置Ｖにおいてシャフトが停止するまでの時間をＴ３とすると、従来の方式は、時間Ｔ３よりも長い時間Ｔ４だけ掛かっていた。ここで、位置Ｗ〜位置Ｘまでの照射時間をＴ２とすると、本実施形態における往復運動に要する時間Ｔ１は、（Ｔ２＋２・Ｔ３）となる。この時間の中で、時間（２・Ｔ３）は、回転ディスクを停止するためにオーバースキャンするものであり、イオンビームの照射を行わないロス時間である。即ち、ロス時間の割合は、（２・Ｔ３）／（Ｔ２＋２・Ｔ３）となる。
【００２１】
一方、従来方式では、ロス時間は、Ｔ４であり、その結果、ロス時間の割合は、（２・Ｔ４）／（Ｔ２＋２・Ｔ４）となる。従って、本実施形態における方式では、ロス時間を少なくすることができ、生産性を向上することすることができる。一例をあげると、ウェハの外径が２００ｍｍで、回転ディスクに２０枚のウェハを取り付けた場合、イオン注入時間Ｔ２は、１．５秒である。ここで、従来方式におけるロス時間Ｔ４は０．５秒であるので、ロス時間の割合は、４０％（＝１．０／２．５）である。一方、本実施形態の方式では、イオン注入時間Ｔ２は、同じく１．５秒であるが、ロス時間Ｔ３は０．２５秒に短縮できているので、ロス時間の割合は、２５％（＝０．５／２．０）まで低減できる。
【００２２】
また、近年、ウェハサイズが大型化してきており、例えば、ウェハの外径が３００ｍｍになった場合、イオン注入時間Ｔ２は、２．２５秒となるのに対して、従来方式におけるロス時間Ｔ４は０．５秒であるので、ロス時間の割合は、３１％（＝１．０／３．２５）である。一方、本実施形態の方式では、イオン注入時間Ｔ２は、同じく２．２５秒であるが、ロス時間Ｔ３は０．２５秒に短縮できているので、ロス時間の割合は、１８％（＝０．５／２．７５）まで低減できる。
【００２３】
以上の説明は、回転ディスクの往復運動を停止する場合であるが、停止した回転ディスクを反対方向に移動開始するときについて説明すると、図４に示す状態において、位置Ｖから▲２▼方向に移動するとき、スキャン用モータ３９によって回転力ＦMを与えると、このとき、回転ディスク３３の重さによって、スキャン用モータ３９による回転力ＦMと同方向に、重力加速度Ｇの分力Ｇ１が作用するので、停止状態からイオン注入に必要な速度ｖ１まで加速するのに要する時間を短縮することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態においては、回転ディスクを往復運動させるシャフトの回転中心は、回転ディスクの重心位置よりも上に設けられているため、回転ディスク３３は、シャフトの回転中心を中心として、振り子状に往復運動するようにしたため、回転ディスクを往復運動させるためのスキャン用モータの駆動力を、回転ディスクの重力加速度が補助することとなり、回転ディスクを停止するまでのロス時間を短縮できるので、イオン注入の生産性を向上することができる。
【００２５】
即ち、回転ディスクの往復運動の速度を制御して注入均一性を向上するとともに、生産性を向上することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハへの高精度注入均一性が得られるとともに、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるイオン注入装置の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるイオン注入装置の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるイオン注入装置におけるウェハの往復運動を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態によるイオン注入装置においてウェハが往復運動する際の速度変化の説明図である。
【符号の説明】
１０…イオン源
２０…質量分離器
３０…エンドステーション
３６…ウエハ
３５…ウエハホルダ
３３…回転ディスク
３２…回転軸
３４…スキャンボックス
３１…回転用モータ
３８…スキャン軸
３９…スキャン用モータ

Claims (2)

1. イオン源と、複数のウェハをディスクに搭載するとともに、このディスクを回転し、往復移動するウェハ搭載部とを有し、
   上記イオン源から出射されたイオンビームを、上記ウェハに照射して、イオンを注入するイオン注入装置において、
   上記ウェハ搭載部は、
   前記ディスクが回転する平面内で、前記ディスクを振り子状に往復動するものであり、
   また、上記往復移動運動の反転時に、上記ディスクを反転させる作用力に対して、上記ディスクの重力加速度の分力が同方向に作用するように構成したことを特徴とするイオン注入装置。
2. 請求項１記載のイオン注入装置において、
   上記ウェハ搭載部は、上記ディスクの重心位置を、往復移動運動の移動軸位置より下方に配置したことを特徴とするイオン注入装置。

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