JP4380673B2

JP4380673B2 - イオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法

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Publication number: JP4380673B2
Application number: JP2006237967A
Authority: JP
Inventors: 良中矢
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: JP2008059994A

Description

本発明は、例えば水平方向に進行するイオンビームを、ホルダの基板保持面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及びイオンビーム照射方法に関し、特に基板に照射されるイオンビームの発散角度による注入の不均一性を抑制するイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に関するものである。

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が開示されている（例えば特許文献１：図１３、段落[００１５]、[００１６]参照）。このイオン注入装置は、水平方向に進行するイオンビームに対して照射角度を変化させるように静電チャック（ホルダ）を回動させる回動装置と、静電チャックを回動装置と共に、軸を介してＹ方向（例えば垂直方向）に上下（昇降）させる昇降装置とを備えている。このように構成されたイオン注入装置では、静電チャックに保持された基板に、上記Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向（例えば水平方向）に走査されるイオンビームを照射することによって、基板の全面にイオンを注入する。

また、ホルダに保持された基板にイオンビームが照射される他の構成が開示されている（例えば特許文献２：要約参照）。このイオン注入装置は、真空チャンバ内部に設けられてワークピースを保持するワークピースホルダを備え、ワークピースは、Ｘ軸を中心に回転され、ワークピースホルダの表面上のＸＹ平面のＹ方向に沿って昇降される。

また、特許文献３には、さらに他の構成が開示されている（特許文献３：請求項１、図１）。このイオン注入装置は、一側に形成された開口部を通してイオンビームが照射される真空チャンバと、この真空チャンバの内部に回動可能に傾斜して設置されている第１駆動モータを有するスキャン軸と、このスキャン軸の傾きを変更可能なスキャン軸補正手段と、第１駆動モータの作動に応じて上下方向に昇降される昇降部材に結合され、水平方向に移動可能な水平移送部材を有する水平補正手段と、この水平移送部材の先端に結合され、垂直方向に移動可能な垂直移送部材を有する垂直補正手段と、この垂直移送部材の先端に装着され、基板をローディングまたはアンローディングするティルターとを備えている。
特開２００３−１１００１２号公報（平成１５年４月１１日（2003.4.11）公開）特表２００１−５１６１５１号公報（平成１３年９月２５日（2001.9.25）公開）特開２００１−１５５６７６号公報（平成１３年６月８日（2001.6.8）公開）

しかしながら、上記特許文献１に開示された構成では、静電チャックに保持した基板が傾斜した状態で昇降するので、基板の下側を照射するときの静電チャック上の基板表面からイオン源までの距離が、基板の上側を照射するときの静電チャック上の基板表面からイオン源までの距離よりも短くなってしまい、基板表面に対するイオンビームの照射処理中に上記距離が変化するので、基板に照射されるイオンビームの濃度が、基板の表面内において不均一になるという問題を生じる。その結果、基板表面におけるイオン注入の均一性が悪化する。

また、上記特許文献２及び特許文献３に開示された構成では、ホルダの駆動範囲についての自由度が低く、例えば、同一の照射角度を維持しつつ、ビーム進行方向に沿ってホルダを移動させることができない。これにより、ホルダ上の基板が帯電しやすい場合、濃い濃度のイオンビームを基板上に照射すると、基板表面が帯電して、放電が生じ、基板表面に形成した素子が損傷するおそれがあるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に均一にイオンビームを注入することができ、ホルダの移動に関して自由度の高いイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法を実現することにある。

本発明に係るイオンビーム照射装置は、上記課題を解決するために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置であって、前記ホルダを前記Ｚ軸方向に沿って移動させるＺ軸摺動機構と、前記ホルダを前記Ｙ軸方向に沿って昇降させるＹ軸摺動機構とを備え、前記Ｚ軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Ｚ軸方向に沿って往復摺動するＺ軸スライダユニットと、前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドするＺ軸ガイドと、前記Ｚ軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたＺ軸駆動モータとを有し、前記Ｙ軸摺動機構は、前記Ｚ軸ガイドを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドするＹ軸ガイドと、前記Ｚ軸ガイドを前記Ｙ軸方向に沿って往復運動させるために設けられたＹ軸駆動モータとを有することを特徴とする。

上記特徴により、Ｚ軸駆動モータによって駆動されるＺ軸摺動機構とＹ軸駆動モータによって駆動されるＹ軸摺動機構とが連動して、基板を保持したホルダを、照射角度にかかわらず、基板面が常にイオンビームの同一点を通過するように、照射角度に実質的に垂直な方向に移動させることができる。このため、簡単な構成により、真空チャンバ内でイオンビームを均一に基板に注入することができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Ｚ軸スライダユニットに内蔵されて前記Ｘ軸に平行な軸の周りに前記ホルダを回動させるホルダ回動機構をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、Ｘ軸に平行な軸の周りにホルダを回動させることができるので、イオンビーム及び基板の種類に応じて照射角度を変更することができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Ｚ軸スライダユニットに内蔵されて前記ホルダの保持面に垂直な方向の回りに前記ホルダを回転させるホルダ回転機構をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、ホルダの保持面に垂直な方向の回りにホルダを回転させることができるので、基板表面に形成された素子の凹部または凸部に対してイオンビームを均一に照射することができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Ｚ軸駆動モータと前記Ｙ軸駆動モータとは、前記真空チャンバの外に設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、前記Ｚ軸駆動モータと前記Ｙ軸駆動モータとを大気中に配置して良好に放熱させて動作させることができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記イオンビームのＹ軸方向の発散・収束を検出するファラデー機構を前記ホルダのＺ軸方向の前後にさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、ファラデー機構によって検出したイオンビームのＹ軸方向の発散・収束に応じて、イオンビームの進行方向に沿ってホルダを移動させてイオンビームを注入することができる。

本発明に係るイオンビーム照射方法は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射方法であって、前記ホルダが設けられたＺ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドしてＺ軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドしてＹ軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射することを特徴とする。

上記特徴によれば、Ｚ軸駆動モータに基づくＺ軸スライダユニットのＺ軸方向に沿った摺動とＹ軸駆動モータに基づくＺ軸スライダユニットのＹ軸方向に沿った摺動とを連動させて、基板を保持したホルダを、照射角度にかかわらず、基板面が常にイオンビームの同一点を通過するように、照射角度に実質的に垂直な方向に移動させることができる。このため、簡単な構成により、真空チャンバ内でイオンビームを均一に基板に注入することができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置は、上記課題を解決するために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置であって、前記ホルダを前記Ｚ軸方向に沿って移動させるＺ軸摺動機構と、前記ホルダを前記Ｙ軸方向に沿って昇降させるＹ軸摺動機構とを備え、前記Ｙ軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Ｙ軸方向に沿って往復摺動するＹ軸スライダユニットと、前記Ｙ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドするＹ軸ガイドと、前記Ｙ軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたＹ軸駆動モータとを有し、前記Ｚ軸摺動機構は、前記Ｙ軸ガイドを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドするＺ軸ガイドと、前記Ｙ軸ガイドを前記Ｚ軸方向に沿って往復運動させるために設けられたＺ軸駆動モータとを有することを特徴とする。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Ｙ軸スライダユニットに内蔵されて前記Ｘ軸に平行な軸の周りに前記ホルダを回動させるホルダ回動機構をさらに備えることが好ましい。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Ｙ軸スライダユニットに内蔵されて前記ホルダの保持面に垂直な方向の回りに前記ホルダを回転させるホルダ回転機構をさらに備えることが好ましい。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記ホルダは、前記イオンビームが常に同一点において前記基板表面を通過するように、前記イオンビームの進行方向に対して照射角度だけ傾斜する方向に垂直な方向に沿って直線運動することが好ましい。

本発明に係るイオンビーム照射装置では、前記Ｙ軸駆動モータと前記Ｚ軸駆動モータとは、前記真空チャンバの外に設けられていることが好ましい。

本発明に係るイオンビーム照射方法は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射方法であって、
前記ホルダが設けられたＹ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドしてＹ軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Ｙ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドしてＺ軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射することを特徴とする。

本発明に係るイオンビーム照射装置は、以上のように、前記ホルダを前記Ｚ軸方向に沿って移動させるＺ軸摺動機構と、前記ホルダを前記Ｙ軸方向に沿って昇降させるＹ軸摺動機構とを備え、前記Ｚ軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Ｚ軸方向に沿って往復摺動するＺ軸スライダユニットと、前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドするＺ軸ガイドと、前記Ｚ軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたＺ軸駆動モータとを有し、前記Ｙ軸摺動機構は、前記Ｚ軸ガイドを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドするＹ軸ガイドと、前記Ｚ軸ガイドを前記Ｙ軸方向に沿って往復運動させるために設けられたＹ軸駆動モータとを有するので、ホルダの移動に関して自由度が高く、基板に均一にイオンビームを注入することができるという効果を奏する。更に、モータを真空チャンバの外に配置している為、モータの熱を良好に放熱することができる。

本発明に係るイオンビーム照射方法は、以上のように、前記ホルダが設けられたＺ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドしてＺ軸駆動モータに基づいて摺動させながら、前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドしてＹ軸駆動モータに基づいて摺動させて、前記ホルダに保持された基板に前記イオンビームを照射するので、ホルダの移動に関して自由度が高く、基板に均一にイオンビームを注入することができるという効果を奏する。更に、モータを真空チャンバの外に配置している為、モータの熱を良好に放熱することができる。

本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すると以下の通りである。図１は、本実施の形態に係るイオンビーム照射装置１の構成を示す正面図である。図２はその側面図であり、図３はその平面図である。

イオンビーム照射装置１は、ハイブリッド型イオン注入装置であり、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビーム１２を、真空チャンバ１０の中に設けられた略円盤状のホルダ９に静電チャックによって保持された基板（図示せず）に照射する。

イオンビーム照射装置１には、ホルダ９をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸摺動機構３が設けられている。Ｚ軸摺動機構３は、ホルダ９が設けられてＺ軸方向に沿って往復摺動するＺ軸スライダユニット６を有している。Ｚ軸スライダユニット６には、Ｘ軸方向に沿って片持ち梁状に設けられた直方体状のアーム３３が、Ｘ軸の周りに回動可能に取り付けられている。ホルダ９は、アーム３３の先端に回転可能に取り付けられている。アーム３３の内部には、ホルダ９を回転させるツイストモータ１７が設けられている。Ｚ軸スライダユニット６の内部には、ホルダ９を取り付けたアーム３３をＸ軸に平行な軸の周りに回動させるためのチルトモータ１４と、チルトモータ１４に連結された減速機１５と、アーム３３をＸ軸に平行な軸の周りに傾斜させるために、減速機１５とアーム３３とに結合されたチルトリンク機構１６とが設けられている。

Ｚ軸スライダユニット６には、中空パイプ３０ｂの一端が、真空シールユニット３１ｃを介して接続されている。中空パイプ３０ｂの他端は、真空シールユニット３１ｂに接続されている。真空シールユニット３１ｂには、中空パイプ３０ａの一端が接続されており、中空パイプ３０ａの他端は、真空チャンバ１０に固定された真空シールユニット３１ａに接続されている。ツイストモータ１７及びチルトモータ１４に電力を供給するためのケーブルが、中空パイプ３０ａ・３０ｂの中を通ってツイストモータ１７及びチルトモータ１４に接続されている。中空パイプ３０ａ・３０ｂは、真空シールユニット３１ａを固定点とし、真空シールユニット３１ｂを節とするリンク機構を構成する。

イオンビーム照射装置１には、Ｙ軸スライダユニット２８が設けられている。Ｙ軸スライダユニット２８は、Ｚ軸スライダユニット６をＺ軸方向に沿ってガイドする一対のＺ軸ガイド７を有している。

イオンビーム照射装置１は、真空チャンバ１０に固定されたＹ軸固定部材３６を有している。Ｙ軸固定部材３６は、Ｙ軸スライダユニット２８をＹ軸方向に沿ってガイドするＹ軸ガイド４を有している。

Ｙ軸摺動機構２には、Ｙ軸駆動モータ５が設けられている。Ｙ軸駆動モータ５は、Ｙ軸スライダユニット２８をＹ軸方向に沿って往復運動させるために設けられている。Ｙ軸摺動機構２は、Ｙ軸スライダユニット２８をＹ軸方向に沿って摺動させるために設けられてＹ軸駆動モータ５によって駆動するＹ軸昇降用のボールネジ２５を有している。ボールネジ２５は、Ｙ軸駆動モータ５の回転が伝達される。ボールネジ２５には、ボールネジ２５の回転に応じて昇降する昇降プレート２６が嵌め合わされている。昇降プレート２６は、一対の昇降プレートガイドシャフト２９によってガイドされてＹ軸方向に昇降する。昇降プレート２６には、真空チャンバ１０の下側の壁を貫通してＹ軸スライダユニット２８に結合されたＹ軸昇降用の中空シャフト２７が連結されている。

Ｚ軸摺動機構３は、Ｚ軸駆動モータ８を有している。Ｚ軸駆動モータ８は、昇降プレート２６及び中空シャフト２７の内部を貫通するＺ軸駆動シャフト１８に連結されている。Ｚ軸駆動シャフト１８は、真空チャンバ１０の内部において、減速機１９及び真空シールユニット２０を介してスチールベルトプーリ２１に連結されている。

図４（ａ）はスチールベルト駆動機構の構成を説明するための平面図であり、図４（ｂ）はその側面図である。スチールベルトプーリ２１は、扁平円柱形状をしており、その外周面の下側には、スチールベルト２２ａが、スチールベルト固定部２４ｃに固定されて巻き付けられている。このスチールベルト２２ａは、アイドラプーリ２３ａにさらに巻き付けられてＺ軸スライダユニット６のスチールベルト固定部２４ｄに固定されている。スチールベルトプーリ２１の外周面の上側には、スチールベルト２２ｂが、スチールベルト固定部２４ａに固定されて巻き付けられている。このスチールベルト２２ｂは、アイドラプーリ２３ｂにさらに巻き付けられてＺ軸スライダユニット６のスチールベルト固定部２４ｂに固定されている。

イオンビーム照射装置１は、Ｙ軸駆動モータ５とＺ軸駆動モータ８とを制御する制御装置３４を備えている。

このように構成されたイオンビーム照射装置１の動作を説明する。図５及び図６は、イオンビーム照射装置１の動作を説明するための正面図である。まず、チルトモータ１４が回転すると、減速機１５によって減速され、その回転運動がチルトリンク機構１６によってアーム３３に伝達され、アーム３３に設けられたホルダ９は、Ｘ軸に平行な軸の周りに回動し、ホルダ９の表面は、イオンビーム１２の進行方向に対して照射角度θをなす方向に垂直な方向に沿って傾斜する。このようにして、ホルダ９に吸着された基板は、イオンビーム１２に対して照射角度θで傾斜する。このように、ホルダ９が回動することにより、照射角度の変更が可能である。

次に、Ｙ軸駆動モータ５が回転し、その回転力が、ボールネジ２５に伝達され、ボールネジ２５が回転すると、昇降プレート２６及び中空シャフト２７が昇降プレートガイドシャフト２９にガイドされて昇降し、中空シャフト２７に連結されたＹ軸スライダユニット２８がＹ軸ガイド４にガイドされてＹ軸方向に昇降する。

Ｚ軸駆動モータ８が回転すると、Ｚ軸駆動モータ８に連結されたＺ軸駆動シャフト１８及びスチールベルトプーリ２１が回転する（３６０度以下）。スチールベルトプーリ２１が回転すると、スチールベルトプーリ２１に巻き付けられたスチールベルト２２ａ・２２ｂにより、スチールベルト２２ａ・２２ｂに連結されたＺ軸スライダユニット６がＺ軸ガイド７にガイドされてＺ軸方向に摺動する。

このような、Ｚ軸スライダユニット６のＺ軸方向に沿った摺動と、Ｙ軸スライダユニット２８のＹ軸方向に沿った昇降との協調動作により、照射角度θで基板を吸着したホルダ９は、イオンビーム１２が常に同一点Ｐ１において基板表面を通過するように、イオンビーム１２の進行方向に対して照射角度θだけ傾斜する方向に垂直な方向の軌跡Ｄ１に沿って直線運動する。

ホルダ９は、軌跡Ｄ１の上端及び下端にて、ツイストモータ１７によって所定角度回転してもよい。また、ホルダ９は、ツイストモータ１７によって回転しながら、軌跡Ｄ１に沿って直線運動してもよい。このため、基板表面に形成した素子の凹部及び凸部に均一にイオンビームを照射することができる。

Ｙ軸駆動モータ５及びＺ軸駆動モータ８は、すべて汎用モータによって構成することができ、特殊なモータを使用する必要がないため、イオンビーム照射装置１を安価に構成することができる。

また、Ｙ軸駆動モータ５及びＺ軸駆動モータ８は、真空チャンバ１０の外に設けたので、真空環境におけるモータの発熱の問題は生じない。

図７は、イオンビーム照射装置の変形例の構成及び動作を説明するための正面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。

イオンビーム照射装置１ａは、多点ファラデー機構３５ａ・３５ｂを備えている。多点ファラデー機構３５ａは、同一点Ｐ１の前段に配置されており、多点ファラデー機構３５ｂは、同一点Ｐ１の後段に配置されている。多点ファラデー機構３５ａは、多点ファラデー機構３５ａの前段に配置された図示しないビーム制限シャッターの一辺の外側を通過して入射するイオンビーム１２のビーム電流の変化に基づいて、Ｙ軸方向に沿ったビーム電流密度分布を計測する。多点ファラデー機構３５ｂは、多点ファラデー機構３５ｂの前段に配置された図示しないビーム制限シャッターの一辺の外側を通過して入射するイオンビーム１２のビーム電流の変化に基づいて、Ｙ軸方向に沿ったビーム電流密度分布を計測する。そして、多点ファラデー機構３５ａ・３５ｂによって計測されたＹ軸方向に沿ったビーム電流密度分布に基づいて、イオンビーム１２は発散ビームであるのか、収束ビームであるのかを検出する。基板の帯電のし易さは、イオン注入条件（レシピ）等から経験則に基づいて決定することができる。

基板が帯電し易い場合に、濃い濃度のイオンビームを基板上に照射すると、基板表面が帯電して、放電が生じ、基板表面に形成した素子が破壊されて基板表面が損傷してしまうという問題が生じる。

この問題を避けるためには、可能な限り薄い濃度のイオンビームによってイオンを注入する必要がある。本実施の形態に係るイオンビーム照射装置は、Ｚ軸摺動機構とＹ軸摺動機構とが協同してホルダ９をＹＺ平面において自由自在に移動させることができるので、図７に示すように、多点ファラデー機構３５ａ・３５ｂによってイオンビーム１２のＹ軸方向の発散／収束を検出し、ホルダ９の可動範囲内において、ホルダ９の位置を、ホルダ９の傾きを所定の照射角度θに保ったまま、イオンビーム１２の進行方向に沿って移動させ、イオンビーム１２が常に同一点Ｐ２において基板表面を通過する軌跡Ｄ２に沿ってホルダ９を移動させることができる。同一点Ｐ１よりもイオンビームが広い同一点Ｐ２においてイオンビームを注入することができるので、基板上に電荷が溜まりにくく、基板上の素子が破壊されにくい。その結果、イオン注入の処理能力が向上する。

基板が帯電し難い場合は、即ち、通常にイオンを注入しても問題がないと予測される場合は、濃い濃度のビームにて基板にイオンビームを注入する。この場合は、前述した動作とは逆に、軌跡Ｄ２を軌跡Ｄ１に変更してホルダ９を移動させれば、濃い濃度のイオンビームを注入することができる。この場合には、イオンビームのＹ方向の寸法が可能な限り小さい場所において、イオンビームを注入するので、ホルダ９の移動距離を低減することができる。その結果、イオン注入の処理能力を向上させることができる。

経験則に基づいて基板の帯電のし易さを決定する場合には、ホルダ９の軌跡を前段方向に動かすか、後段方向に動かすかをオペレータが設定しておく。

前述した特許文献２及び特許文献３に開示された構成では、ホルダ上の基板が帯電しやすい場合、濃い濃度のイオンビームを基板上に照射すると、基板表面が帯電して、放電が生じ、基板表面に形成した素子が損傷するおそれがあるという問題が生じるが、本実施の形態では、Ｚ軸摺動機構とＹ軸摺動機構とが協同してホルダ９をＹＺ平面において自由自在に移動させることができるので、ホルダ９の軌跡をＹＺ平面において自由に変更して、基板に照射するイオンビームの濃度を調整することができ、基板表面に形成した素子の損傷を防止することができる。このように、ホルダ９の位置制御自由度は、大幅に向上する。

本実施の形態では、Ｙ軸摺動機構がＺ軸摺動機構を支持する例を示したが、本発明はこれに限定されない。逆に、Ｚ軸摺動機構がＹ軸摺動機構を支持するように構成してもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば水平方向に進行するイオンビームを、ホルダの基板保持面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及びイオンビーム照射方法に適用することができ、特に基板に照射されるイオンビームの発散角度による注入の不均一性を抑制するイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に適用することができる。

本実施の形態に係るイオンビーム照射装置の構成を示す正面図である。上記イオンビーム照射装置の構成を示す側面図である。上記イオンビーム照射装置の構成を示す平面図である。（ａ）は上記イオンビーム照射装置に設けられたスチールベルト駆動機構の構成を説明するための平面図であり、（ｂ）はその側面図である。上記イオンビーム照射装置の動作を説明するための正面図である。上記イオンビーム照射装置の動作を説明するための正面図である。上記イオンビーム照射装置の変形例の構成及び動作を説明するための正面図である。

符号の説明

１イオンビーム照射装置
２Ｙ軸摺動機構
３Ｚ軸摺動機構
４Ｙ軸ガイド
５Ｙ軸駆動モータ
６Ｚ軸スライダユニット
７Ｚ軸ガイド
８Ｚ軸駆動モータ
９ホルダ
１０真空チャンバ
１１基板
１２イオンビーム
１４チルトモータ（ホルダ回動機構）
１５減速機（ホルダ回動機構）
１６チルトリンク機構（ホルダ回動リンク機構）
１７ツイストモータ（ホルダ回転機構）
２１スチールベルトプーリ（プーリ）
２２ａ、２２ｂスチールベルト
２５ボールネジ
３５ａ、３５ｂ多点ファラデー機構（ファラデー機構）

Claims

互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置であって、
前記ホルダを前記Ｚ軸方向に沿って移動させるＺ軸摺動機構と、
前記ホルダを前記Ｙ軸方向に沿って昇降させるＹ軸摺動機構とを備え、
前記Ｚ軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Ｚ軸方向に沿って往復摺動するＺ軸スライダユニットと、
前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドするＺ軸ガイドと、
前記Ｚ軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたＺ軸駆動モータとを有し、
前記Ｙ軸摺動機構は、前記Ｚ軸ガイドを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドするＹ軸ガイドと、
前記Ｚ軸ガイドを前記Ｙ軸方向に沿って往復運動させるために設けられたＹ軸駆動モータとを有し、
さらに、前記Ｙ軸摺動機構は、前記Ｙ軸駆動モータによって駆動するＹ軸昇降用のボールネジと、
前記ボールネジの回転に応じて昇降する昇降プレートと、
前記昇降プレートに連結され、前記真空チャンバの下側の壁を貫通するＹ軸昇降用の中空シャフトとを有し、
前記Ｚ軸摺動機構は、前記Ｚ軸駆動モータによって駆動し、前記昇降プレート及び前記中空シャフトの内部を貫通するＺ軸駆動シャフトと、
前記Ｚ軸駆動シャフトの回転によって、前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿って往復摺動させるために設けられたベルトプーリとを有し、
前記ホルダは、前記イオンビームが常に同一点において前記基板表面を通過するように、前記イオンビームの進行方向に対して照射角度だけ傾斜する方向に垂直な方向に沿って直線運動することを特徴とするイオンビーム照射装置。
前記Ｚ軸スライダユニットに内蔵されて前記Ｘ軸に平行な軸の周りに前記ホルダを回動させるホルダ回動機構をさらに備える請求項１記載のイオンビーム照射装置。
前記Ｚ軸スライダユニットに内蔵されて前記ホルダの保持面に垂直な方向の回りに前記ホルダを回転させるホルダ回転機構をさらに備える請求項１記載のイオンビーム照射装置。
前記Ｚ軸駆動モータと前記Ｙ軸駆動モータとは、前記真空チャンバの外に設けられている請求項１記載のイオンビーム照射装置。
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射方法であって、
Ｙ軸駆動モータによってＹ軸昇降用のボールネジを駆動させて、前記ボールネジの回転に応じて昇降する昇降プレートに連結された、前記真空チャンバの下側の壁を貫通するＹ軸昇降用の中空シャフトを昇降させることにより、前記ホルダが設けられたＺ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドして摺動させ、
前記昇降プレート及び前記中空シャフトの内部を貫通するＺ軸駆動シャフトを、Ｚ軸駆動モータによって駆動させることにより、ベルトプーリに巻き付けられたベルトに固定された前記Ｚ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドして摺動させながら、
前記ホルダに保持された基板に、前記イオンビームが常に同一点において前記基板表面を通過するように、前記イオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射装置であって、
前記ホルダを前記Ｚ軸方向に沿って移動させるＺ軸摺動機構と、
前記ホルダを前記Ｙ軸方向に沿って昇降させるＹ軸摺動機構とを備え、
前記Ｙ軸摺動機構は、前記ホルダが設けられて前記Ｙ軸方向に沿って往復摺動するＹ軸スライダユニットと、
前記Ｙ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドするＹ軸ガイドと、
前記Ｙ軸スライダユニットを往復摺動させるために設けられたＹ軸駆動モータとを有し、
前記Ｚ軸摺動機構は、前記Ｙ軸ガイドを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドするＺ軸ガイドと、
前記Ｙ軸ガイドを前記Ｚ軸方向に沿って往復運動させるために設けられたＺ軸駆動モータとを有し、
さらに、前記Ｚ軸摺動機構は、前記Ｚ軸駆動モータによって駆動するＺ軸移動用のボールネジと、
前記ボールネジの回転に応じて移動する移動プレートと、
前記移動プレートに連結され、前記真空チャンバのＺ軸方向に対向するいずれかの側壁を貫通するＺ軸移動用の中空シャフトとを有し、
前記Ｙ軸摺動機構は、前記Ｙ軸駆動モータによって駆動し、前記移動プレート及び前記中空シャフトの内部を貫通するＹ軸駆動シャフトと、
前記Ｙ軸駆動シャフトの回転によって、前記Ｙ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿って往復摺動させるために設けられたベルトプーリとを有し、
前記ホルダは、前記イオンビームが常に同一点において前記基板表面を通過するように、前記イオンビームの進行方向に対して照射角度だけ傾斜する方向に垂直な方向に沿って直線運動することを特徴とするイオンビーム照射装置。
前記Ｙ軸スライダユニットに内蔵されて前記Ｘ軸に平行な軸の周りに前記ホルダを回動させるホルダ回動機構をさらに備える請求項６記載のイオンビーム照射装置。
前記Ｙ軸スライダユニットに内蔵されて前記ホルダの保持面に垂直な方向の回りに前記ホルダを回転させるホルダ回転機構をさらに備える請求項６記載のイオンビーム照射装置。
前記Ｙ軸駆動モータと前記Ｚ軸駆動モータとは、前記真空チャンバの外に設けられている請求項６記載のイオンビーム照射装置。
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に照射するイオンビーム照射方法であって、
Ｚ軸駆動モータによってＺ軸昇降用のボールネジを駆動させて、前記ボールネジの回転に応じて移動する移動プレートに連結された、前記真空チャンバのＺ軸方向に対向するいずれかの側壁を貫通するＺ軸移動用の中空シャフトを移動させることにより、前記ホルダが設けられたＹ軸スライダユニットを前記Ｚ軸方向に沿ってガイドして摺動させ、
前記移動プレート及び前記中空シャフトの内部を貫通するＹ軸駆動シャフトを、Ｙ軸駆動モータによって駆動させることにより、ベルトプーリに巻き付けられたベルトに固定された前記Ｙ軸スライダユニットを前記Ｙ軸方向に沿ってガイドして摺動させながら、
前記ホルダに保持された基板に、前記イオンビームが常に同一点において前記基板表面を通過するように、前記イオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのＺ軸方向に沿って進行するイオンビームを、真空チャンバに設けられたホルダに保持された基板に、前記ホルダを前記Ｙ軸方向または前記Ｚ軸方向に移動させながら照射するイオンビーム照射方法であって、
前記イオンビームの前記Ｙ軸方向の発散・収束を、前記ホルダの前記Ｚ軸方向の前後に備えられたファラデー機構によって検出し、
前記ファラデー機構によって検出した前記イオンビームのＹ軸方向の発散・収束に基づいて、前記ホルダの軌跡を、前記ホルダの傾きを保ったまま、前記Ｚ軸方向に移動させて、前記基板に照射されるイオンビームの濃度を調整することを特徴とするイオンビーム照射方法。