JP4020124B2

JP4020124B2 - イオンビーム照射装置

Info

Publication number: JP4020124B2
Application number: JP2005050604A
Authority: JP
Inventors: 良中矢
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2006236811A

Description

この発明は、例えば水平方向に走査されたイオンビームをホルダに保持された基板に照射する構成のイオンビーム照射装置に関し、とくに照射装置の大型化を図ることなくホルダに保持された基板の搬送を可能とする手段に関する。このイオンビーム照射装置は、例えば、イオン注入装置である。

この種の従来のイオンビーム照射装置において、ホルダに保持された基板にイオンビームが照射される構成の一例を示す概略平面図を図４に、図４に図示されるイオンビーム照射装置のチルト角を０度よりも大にしたときの概略側面図を図５に示す。

図４において、イオンビーム１００は、電界または磁界によりＸ方向（例えば水平方向）に走査される。Ｘ方向に走査されたイオンビーム１００は、Ｘ方向と実質的に交差するＺ方向に向けて照射される。この例では、Ｚ方向も水平方向である。

このイオンビーム照射装置は、イオンビーム１００が照射される方向Ｚの上流側から順に、フロントファラデーユニット６２、ホルダ２、バックファラデー６４が配置されている。なお、フロントファラデーユニット、ホルダ及びバックファラデーがこの順で配置されたイオンビーム照射装置が特許文献１の図１に記載されている。

フロントファラデーユニット６２及びバックファラデー６４は、イオンビーム１００の計測及びイオンビーム１００の走査波形整形等に用いられる。

ホルダ２には、被照射物である基板９０が保持されている。このとき、基板の表面９０ａは、イオンビーム１００の照射方向Ｚに対して所定の角度θで交差している（図５参照）。本明細書において、この交差角θをチルト角θと称する。なお、ホルダ２は例えば静電チャックである。

また、このイオンビーム照射装置は、ホルダ２を駆動するためのホルダ駆動装置４と、ホルダ２、ホルダ駆動装置４、フロントファラデーユニット６２及びバックファラデー６４などの装置を真空領域内に収納する真空チャンバー８０とを有している。

ホルダ駆動装置４は、ホルダ２に保持された基板９０がイオンビーム１００に対して走査されるようにホルダ２を駆動する走査機構６、ホルダ２に保持された基板９０を回転させてそのオリフラ角を変更可能なツイスト機構２０、及びチルト角θを変更可能なチルト機構３２を有している。

なお、「オリフラ角」とは、基板９０に形成されたオリエンテーションフラット（即ち、切欠。図示せず。）が、所定方向に対して成す角度を言う。

走査機構６は、アーム８と、可逆転式のアーム旋回用モータ１２とを有している。アーム８は、一方の端部８ａにおいてホルダ２が回転自在（即ち、オリフラ角が変更可能）に取り付けられると共に、他方の端部８ｂにおいて走査軸１０が固定して取り付けられている。アーム旋回用モータ１２は、走査軸１０と実質的に平行なモータ駆動軸１３を中心にして回転可能となっている。

なお、走査軸１０は、ホルダ２の中心Ｏから離れたところにありかつＸ方向に実質的に直交している。即ち、走査軸１０は、Ｙ方向に平行な軸とＺ方向に平行な軸とを含む平面上であってかつ基板９０の中心Ｏを含まない位置に配置されていることとなる。ここで、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向のいずれにも実質的に直交する方向である。

モータ駆動軸１３にはプーリ１４が固定して取り付けられ、走査軸１０にはプーリ１６が固定して取り付けられている。なお、プーリ１４及びプーリ１６は互いにＸ方向に平行に並んでおり、これらのプーリ１４、１６の間にはタイミングベルト１８が巻き掛けられている。

ツイスト機構２０は、オリフラ角を変更する機構であって、可逆転式のツイスト用モータ２２と、主軸２４と、プーリ２６、２８と、タイミングベルト３０とを有する。

ツイスト用モータ２２は、前記走査軸１０と同軸に配置された主軸２４に結合されている。主軸２４は、プーリ１６に対して回転自在に内挿されている。

プーリ２６は主軸２４に固定して取り付けられており、プーリ２８はホルダ２の回転軸２９に固定して取り付けられている。プーリ２６の径とプーリ２８の径とは実質的に同一となっており、プーリ２６とプーリ２８との間には、タイミングベルト３０が巻き掛けられている。

なお、少なくとも、アーム旋回用モータ１２、モータ駆動軸１３、プーリ１４、プーリ１６及びタイミングベルト１８がハウジング３１に収納されている。また、走査軸１０はハウジング３１に対して回転自在となっている。

チルト機構３２は、ハウジング３１に固定して取付けられると共に、Ｘ方向と実質的に平行なチルト軸３４と、チルト軸３４に対してチルト軸３４と同心に連結された可逆転式のチルト用モータ３６と、チルト用モータ３６を収納するハウジング３８とを有している。

なお、チルト軸３４の中心（以下、「チルト中心」と称する）Ｌは、基板９０の表面９０ａ、さらに詳しく言えば、基板９０の表面９０ａであってかつ基板９０の中心Ｏを通過する。即ち、チルト用モータ３６が回転したとき、図５に図示されるチルト角θが変化する。

基板９０にイオンビーム１００を照射して処理を施す場合におけるチルト角θの変更は、イオンビーム１００とチルト中心ＬとがＺ方向に一致する位置で行われる。これにより、チルト角θの大きさに拘らず、イオンビーム１００の経路上の任意の点からチルト中心ＬまでのＺ方向の距離ｘが一定となる。

次に、走査機構６、ツイスト機構２０及びチルト機構３２のそれぞれの作用について、図４及び図５を参照しつつ説明する。

先ず、走査機構６の作用について説明する。

図４において、アーム旋回用モータ１２がモータ駆動軸１３を中心として所定角度の範囲内で回転させられると、これに伴ってプーリ１４が回転する。プーリ１４とプーリ１６との間にはタイミングベルト１８が巻きかけられているので、プーリ１４の回転に伴ってプーリ１６が回転する。プーリ１６が回転すると、走査軸１０とアーム８とが互いに固定して取り付けられているのでアーム８が回転する。

即ち、アーム旋回用モータ１２がモータ駆動軸１３を中心として所定角度の範囲内で回転すると、アーム８が走査軸１０を中心に旋回することとなる。これにより、基板９０が走査軸１０を中心に旋回する。換言すれば、走査機構６は、走査軸１０を中心にして所定角度の範囲内でアーム８を往復旋回させることとなる。なお、この場合におけるホルダ２及びホルダ２に保持された基板９０がとり得る位置は、図５において二点鎖線で図示されている。

次に、ツイスト機構２０の作用について説明する。図４において、ツイスト用モータ２２が回転すると、これに伴って主軸２４及びプーリ２６が回転する。ここで、プーリ２６とプーリ２８との間にはタイミングベルト３０が巻き掛けられているので、タイミングベルト３０、プーリ２８及びホルダ２がツイスト用モータ２２の回転方向と同じ方向に回転する。

このように、ツイスト用モータ２２を回転駆動させることによって、オリフラ角が所定の角度に設定される。

ところで、このイオンビーム照射装置は、走査機構６が走査軸１０を中心にして所定角度の範囲内でアーム８を往復旋回させた場合であっても、オリフラ角が一定となるように構成されている。

即ち、アーム旋回用モータ１２によってアーム８を例えばＺ方向に見て時計方向にφ度回転させた場合、アーム８側から見るとプーリ２６は反時計方向にφ度回転したことになる。

このとき、プーリ２６との間でタイミングベルト３０が巻き掛けられているプーリ２８は、アーム８側から見ると反時計方向にφ度回転する。これは、プーリ２６の径とプーリ２８の径とが実質的に同一であるからである。

従って、ホルダ２は、走査軸１０を回転中心としてアーム８の長さを半径に円弧を描くように走査されるが、オリフラ角は変更せず、その姿勢は不変である。よって、このホルダ２に保持された基板９０の姿勢も一定となる。

最後に、チルト機構３２の作用について説明する。図４及び図５において、チルト用モータ３６がチルト中心Ｌを回転中心として回転すると、チルト用モータ３６の回転に伴って基板９０が回転する。これは、チルト用モータ３６とホルダ２とが、チルト軸３４、ハウジング３１、走査軸１０及びアーム８を介して連結されているからである。

ここで、チルト中心Ｌが基板９０の表面９０ａを通過しているので、基板９０がチルト中心Ｌを中心として回転する。即ち、これは、チルト用モータ３６の回転に伴ってチルト角θが変更することを意味する。

このようにして、所望のオリフラ角及びチルト角θが設定された上で、Ｘ方向に走査されたイオンビーム１００が、ホルダ２に保持された基板９０に対して照射される。また、走査軸１０を中心にしてアーム８を所定角度の範囲内で往復旋回させることによって基板９０の全面に亘ってイオンビーム１００が照射され、一連のイオン注入等の処理が行われる。

このように、走査軸１０を中心にしてアーム８を所定角度の範囲内で往復旋回させることによって基板９０の全面に亘ってイオンビーム１００が照射される場合であっても、イオンビーム１００の経路上の任意の点からチルト中心ＬまでのＺ方向の距離ｘは常に一定となる。

イオンビームが基板９０の表面９０ａに照射されることによって一連の処理が終了すると、ホルダ２（即ち基板９０）がほぼ水平状態となるまでチルト用モータ３６がチルト中心Ｌを中心として回転する。

一方、図５に図示されるように、バックファラデー６４よりもＺ方向側には、処理の前後の基板９０を搬送するための搬送装置６５が配置されている。

搬送装置６５は、図示しない所定の地点を支点として水平方向に旋回する搬送アーム６６と、この搬送アーム６６に取り付けられた基板受け６８とを有する。そして、搬送アーム６６が図示しない所定の地点を支点として水平方向に旋回することによって、一連の処理が終了した基板９０が、基板受け６８により支持されて搬送される。また、同様にして、未処理の基板９０をホルダ２に渡すこともできる。

ところが、図５に図示される構成では、基板９０と搬送装置６５との間にはバックファラデー６４が配置されている。従って、チルト用モータ３６によってホルダ２がほぼ水平状態とされたとしても、搬送アーム６６を旋回させるとバックファラデー６４に干渉してしまい、ホルダ２に対して基板９０を搬送（受け渡し）することができない。

また、バックファラデー６４は、前記のようにイオンビーム１００の計測等に用いられることから、バックファラデー６４をＹ方向に移動させることは計測精度悪化等の理由から好ましくない。

さらに、ホルダ２と搬送装置６５との間に配置されるものとしてバックファラデー６４は一例であって、バックファラデー６４以外にも他の計測器等の構造物が配置されている場合が多い。

上記のような課題を解決するための一方策として、例えば特許文献２の図１と同様の構成にすることが考えられる。この場合について、図６を参照しつつ説明する。図６は、図４及び図５に図示されるイオンビーム照射装置において、ホルダ２がバックファラデー６４よりもＺ方向側に移動可能とした場合の概略平面図である。

図６において、基板９０に対して一連の処理を終えると、アーム旋回用モータ１２が回転する。これにより、アーム８が走査軸１０を回転中心として例えば上方に旋回する。即ち、Ｚ方向と反対方向に見た場合において、アーム８が走査軸１０を回転中心として反時計方向に旋回する。

アーム８が走査軸１０を回転中心として約９０度旋回したのち、チルト用モータ３６を回転させると、アーム８はチルト軸３４を回転中心として旋回する。これにより、ホルダ２を、バックファラデー６４よりもＺ方向側の領域Ｇに位置させることが可能となる。

特開２００１−１４３６５１号公報（図１）特許第２７９７３６８号公報（第１図）

しかしながら、走査軸１０を回転中心としてアーム８を旋回させたのち、ホルダ２がバックファラデー６４よりもＺ方向側に位置するようにチルト軸３４を回転中心としてアーム８を旋回させたとき、バックファラデー６４よりもＺ方向側においてホルダ２が待機できる領域Ｇが必要となり、そのぶん装置が大形化してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、装置の大形化を回避しつつ、水平状態にされた基板を容易に搬送可能とするイオンビーム照射装置を提供することを主たる目的としている。

前記課題を解決するためのこの発明に係る基板保持装置は、Ｘ方向に走査されたイオンビームをホルダに保持された基板に照射する構成のイオンビーム照射装置であって、前記ホルダを支えるアームを、ホルダの中心から離れたところにありかつＸ方向に実質的に直交する走査軸を中心にして所定角度範囲内で往復旋回させる走査機構、及び当該走査機構を、ホルダに保持された基板の表面を通りかつＸ方向と実質的に平行なチルト軸を中心にして回転させるチルト機構を有するホルダ駆動装置と、前記ホルダ駆動装置をＸ方向と実質的に直交するＹ方向に昇降させる昇降装置とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、チルト軸を回転中心としてアームを旋回させることによってホルダ（即ち基板）を実質的に水平状態としたのち、昇降装置によって、ホルダの水平状態を維持しつつホルダをＹ方向に移動させることが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、ホルダの水平状態を維持しつつホルダをＹ方向に移動させることが可能となるので、ホルダと搬送装置との間にバックファラデー等の構造物が配置されている場合であっても、装置を大型化することなく、ホルダに保持された基板を容易に搬送することができる。

図１は、この発明に係るイオンビーム照射装置の一例をＺ方向と反対方向から見た概略背面図である。図２は、図１に図示されるイオンビーム照射装置の概略平面図である。

以下において、図４〜図６に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付すと共に、当該従来例との相違点を主に説明する。

図１及び図２において、このイオンビーム照射装置は、従来例におけるイオンビーム照射装置の真空チャンバー８０に代えて、真空チャンバー８０ａを備えている。更に、ホルダ駆動装置をＹ方向に昇降させる昇降装置４０を備えている。

真空チャンバー８０ａは、前記チルト機構３２を囲む矩形の領域８２（図１参照）を形成している。即ち、真空チャンバー８０ａは、Ｘ方向外部に突出した突出部８４を有している。

図１において、昇降装置４０は、真空チャンバー８０ａの外側に設けられた可逆転式の昇降用モータ４４によって、真空チャンバー８０ａ内に配置されている前記ホルダ２、走査機構６、ツイスト機構２０及びチルト機構３２をＹ方向に昇降させるための装置である。

昇降用モータ４４は、真空チャンバー８０ａに固定して取り付けられており、Ｙ方向に長い連結軸４６を中心として回転する。

この連結軸４６には、連結軸４６の中心Ｍと同心となるようにボールネジ４８が固定して取り付けられている。また、ボールネジ４８には、連結軸４６が取り付けられた側とは反対側に、プレート４２に固定されたボールナット５０が取り付けられている。なお、プレート４２の面４２ａは、ボールネジ４８の中心Ｍと実質的に直交している。

プレート４２には、ボールネジ４８と平行に伸びる昇降軸５６が固定して取り付けられている。この昇降軸５６は、真空チャンバー８０ａの突出部８４をＹ方向に貫通していると共に、真空チャンバー８０ａの外側で真空チャンバー８０ａに固定された上ガイド５２及び下ガイド５４によって支持されている。

昇降軸５６には、前記チルト機構３２が真空チャンバー８０ａの矩形の領域８２において固定して取り付けられている。より具体的に言えば、チルト用モータ３６を収納しているハウジング３８が昇降軸５６に固定して取り付けられている。

真空チャンバー８０ａの突出部８４には、昇降軸５６がＹ方向に貫通することによって２個の貫通孔８６、８８が形成されている。そこで、真空チャンバー８０ａ内の真空を保持するために、チルト用モータ３６と貫通孔８６、８８との間には、それぞれ、真空シール手段５８、６０が設けられている。即ち、これらの真空シール手段５８、６０は、真空チャンバー８０ａの外側の領域と内側の領域との間をシールする機能を有している。なお、真空シール手段５８、６０は、この例ではベローズで構成されており、Ｙ方向に伸縮可能となっている。

次に、昇降装置４０の作用について説明する。

図１において、昇降用モータ４４が回転させられると、それに伴って連結軸４６及びボールネジ４８が、中心Ｍを回転中心として回転する。このとき、昇降用モータ４４、連結軸４６及びボールネジ４８のそれぞれは、真空チャンバー８０ａに対する位置が不変である。昇降用モータ４４が真空チャンバー８０ａに固定されているからである。

ボールネジ４８が中心Ｍを回転中心としていずれか一の方向（例えば時計方向）に回転すると、ボールナット５０及びプレート４２が上昇する。また、ボールネジ４８が中心Ｍを回転中心として他の方向（例えば反時計方向）に回転すると、ボールナット５０及びプレート４２が下降する。

このように、プレート４２がＹ方向に昇降すると、プレート４２に固定されている昇降軸５６、及び昇降軸５６に固定されているチルト機構３２がＹ方向に昇降する。なお、真空シール手段５８、６０はベローズで構成されているので、チルト機構３２がＹ方向に昇降した場合であっても、真空チャンバー８０ａの外側領域と内側領域との間のシールを保持することが可能である。

次に、一連の処理が終了した基板９０を搬送する動作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、ホルダ２に保持された基板９０が搬送装置６５によって搬送される概略図であって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。

図３（ａ）に図示されるように、搬送装置６５は、図示しない所定の位置を支点として搬送アーム６６が旋回する（矢印Ａ参照）。

イオンビーム１００が基板９０の表面９０ａに照射されることによって一連の処理が終了すると、チルト用モータ３６を回転させることによって、図３（ｂ）に二点鎖線で図示されるようにホルダ２（即ち基板９０）がほぼ水平状態とされる。

図３（ｂ）において、ほぼ水平状態とされたホルダ２は、昇降装置４０によって下降させられ実線で図示される状態になる（矢印Ｂ参照）。このとき、ホルダ２の下降と伴にホルダ２を支えるアーム８（図１参照）も下降するので、ホルダ２は、昇降装置４０によってほぼ水平状態を維持したまま下降させられる。

また、昇降装置４０は、ホルダ２がバックファラデー６４の最下端６４ａを通過するＺ方向に平行な仮想線Ｎよりも下方に位置するまで下降させることが可能となっている。これにより、バックファラデー６４よりもＺ方向側に配置された搬送装置６５を構成する搬送アーム６６が、バックファラデー６４に干渉することなく、ホルダ２に保持された基板９０を搬送することが可能となる。また、同様にして、未処理の基板９０をホルダ２に渡すこともできる。

従って、図６に図示される領域Ｇをバックファラデー６４よりもＺ方向側に設ける必要がないので、イオンビーム照射装置を大形化することなく、ホルダ２に保持された基板９０を容易に搬送することができる。

なお、上述の実施形態において、昇降装置４０は、ホルダ２が仮想線Ｎよりも下方に位置するまでホルダ２を下降させているが、これに代えて、ホルダ２を上昇させるようにしても良い。この場合、バックファラデー６４の最上端６４ｂを通過するＺ方向に平行な仮想線Ｋよりも上方に位置するまでホルダ２を上昇させる必要がある。ただし、このイオンビーム照射装置を使用するユーザの立場からすれば、ホルダ２が仮想線Ｎよりも下方に位置するまでホルダ２を下降させる方が好ましい場合が多い。イオンビーム照射装置における基板９０の搬送ラインを高くすると、イオンビーム照射装置の前工程及び後工程に使用される設備の搬送ラインをも高くする必要があるからである。

この発明に係るイオンビーム照射装置の一例をＺ方向と反対方向から見た概略背面図である。図１に図示されるイオンビーム照射装置の概略平面図である。ホルダ２に保持された基板９０が搬送装置６５によって搬送される概略図であって、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。従来のイオンビーム照射装置において、ホルダに保持された基板にイオンビームが照射される構成の一例を示す概略平面図である。図４に図示されるイオンビーム照射装置のチルト角θを０度よりも大にしたときの概略側面図である。図４及び図５に図示されるイオンビーム照射装置において、ホルダがバックファラデーよりもＺ方向側に移動可能とした場合の概略平面図である。

符号の説明

２ホルダ
４ホルダ駆動装置
６走査機構
８アーム
１０走査軸
３２チルト機構
３４チルト軸
４０昇降装置
９０基板
９０ａ基板の表面
１００イオンビーム

Claims

Ｘ方向に走査されたイオンビームをホルダに保持された基板に照射する構成のイオンビーム照射装置であって、
前記ホルダを支えるアームを、ホルダの中心から離れたところにありかつＸ方向に実質的に直交する走査軸を中心にして所定角度範囲内で往復旋回させる走査機構、及び当該走査機構を、ホルダに保持された基板の表面を通りかつＸ方向と実質的に平行なチルト軸を中心にして回転させるチルト機構を有するホルダ駆動装置と、
前記ホルダ駆動装置をＸ方向と実質的に直交するＹ方向に昇降させる昇降装置とを備えることを特徴とするイオンビーム照射装置。