JP2006500752A - ロードロック真空コンダクタンス制限アパチャー - Google Patents

Abstract

イオン注入装置のロードロックと組み合わせる装置は、ロードロックの隔離弁スロットに隣接したカバーを含む。このカバーは、ロードロック内のロードすなわちウェーハのサイズ及び形状に概ね適合した開口部を画定し、この開口部は、ロボットアームがロードロック内部からウェーハを摘み、それを注入チャンバに移送するのに十分なクリアランスを備えている。カバーは、イオン注入装置のロードロックと注入チャンバとの間の開口を縮小するようにスロットの一部を遮蔽している。より小型の開口は、隔離弁及びスロットを開放する時に、ロードロックから注入チャンバへの圧力急上昇を減少する。圧力急上昇を減少することで、カバーは、注入チャンバが動作圧力に達する回復時間を短縮できる。

Description

本方法及びシステムは、半導体ウェーハ処理に関し、より詳細にはウェーハ処理に用いられるロードロックのアパチャーに関する。

ウェーハカセットの製造には種々様々な材料が使用でき、微粒子管理、静電放電の減少、重量、コスト、及び寸法安定性を含んだ様々な目標を達成するために特定の材料が使用される。ある特定の材料を選択することでその目標を達成できるかもしれないが、この材料にはウェーハ処理の他の面においてマイナスの影響を及ぼすかもしれない。例えば、プラスチックカセット又はウェーハ上のフォトレジストは、それらの使用が望ましい多くの構造特性を示すことができるが、ウェーハ処理中に必要な真空状態に対してマイナスの影響を及ぼすこともありうる。

更に、ウェーハ上のフォトレジストは、真空システムに対して大きなガス負荷となる可能性がある。注入装置又は加工機のスループット（つまり所定時間に亘って処理可能なウェーハの枚数）を維持するためだけでなく、正確なドーズ再現性及び注入均一性（訳注：uniformity）を確実にするために、ウェーハ処理中にイオン注入装置において、再現可能な高い真空状態が必要となるかもしれない。微粒子管理及び／又は寸法安定性を改善するために、例えばポリカーボネートといった、新しいカセット又はフォトレジストの材料を採用するに当たって、こうした機器のエンドユーザは、加工機の性能を維持するためには、ロードロック及び隔離弁を含む真空システムを再構成する必要がありうることを理解していないかもしれない。

典型的な半導体ウェーハ処理システムでは、処理又は注入チャンバへのウェーハの移送に備えて、ロードロック・ステーション内に、フォトレジストがマスキングされた或いはされていないウェーハを備えたウェーハカセットをロードできる。ロードロック真空ポンプを用いてロードロック内の圧力を注入チャンバの真空状態に一致するレベルにまで下げることができる。その後、ロードロックを注入チャンバに開放して、そのチャンバ内へウェーハを移送してもよい。幾つかの例では、ロードロックを開放することでチャンバの圧力急上昇（原語：pressure
burst）が起こりうるので、注入を行うための許容レベルに、つまり、例えば注入ドーズ再現性、注入均一性、エネルギーコンタミネーション、及び／又は加工機スループットといった所望の処理パラメーターを達成できるレベルに、チャンバ内の圧力を復帰するために、真空状態回復期間が必要となることがある。従って、初注入までの時間、つまり、ロードロック・ポンプダウンの開始から注入開始までの時間には、ロードロック・ポンプダウン時間と処理チャンバの真空状態回復時間とを含めることができる。

ロードロック隔離弁を用いて、ロードロック・ポンプダウン時にはロードロックを注入チャンバから隔離できる。この弁を開放すると、ロードロック内のロードすなわちウェーハへのアクセスが可能となる。この弁は、ウェーハが通過可能な開口部を備えるよう構成できる。こうした開口部は長方形、円形、又は楕円形でよく、更に、典型的にはロードロックにおけるウェーハの幅よりも十分広く延伸し、且つウェーハ及びウェーハの取扱いに用いるピックの全高よりも高く延伸すればよい。一例として、マサチューセッツ州グロスター所在のバリアン・セミコンダクター・イクイップメント・アソシエーツ社製造のＶＩＩＳｔａ ８１０ ＨＰ注入装置の開口部は概ね７ｃｍ×３３ｃｍとすることができ、一方、この開口部を通過するウェーハの直径は３０ｃｍ程度とし、厚みは１ｍｍ未満でよい。開いた状態では、この比較的大きな開口部は、それに対応した大きな圧力急上昇を注入チャンバ内に引き起こすことがある。処理チャンバの真空状態回復時間はそれに対応して長引くことがあり、従って、注入の質及び注入装置のスループットに好ましくない影響を与える。
発明の概要

本明細書に記載されたシステム及び方法によれば、イオン注入装置のロードロックと組み合わせる装置は、ロードロックのスロットに隣接したカバーを含み、このカバーはロードロック内のロードへのアクセスを提供するアパチャーを画定する。このカバーは、イオン注入装置のロードロックと注入チャンバとの間の開口部を縮小するようにスロットの一部を覆い、従ってロードロックと注入チャンバとの間の圧力急上昇を減少させる。一実施形態では、カバーは２つのチャンバの間の圧力を減少させるため、これら２つのチャンバ間の開口部の一部を覆ってもよい。カバーは、これら２つのチャンバ間でロードを移動させるためにアクセスを維持できるアパチャーをこれらチャンバ間に画定する。

スロットすなわち開口部に対して直角方向で測定したカバーの奥行きは、圧力急上昇を更に減少させるために最大化してもよい。この装置は、ロードロック又は注入チャンバに、或いは上述の２つのチャンバの何れかに着脱可能に取り付けてもよい。このアパチャーのサイズは、ロードロックと注入チャンバとの間で或いは上述の２つのチャンバ間で、ウェーハすなわちロードを取り扱うためのクリアランスを維持するのに必要最低限まで縮小してよい。従って、ロードロック及び注入チャンバのような２つのチャンバ間における圧力急上昇を減少させる方法は、それ自身を貫通するアパチャーを備えたカバーでロードロックのスロットを覆う段階と、アパチャーのサイズを最小化しつつ、ロードをロードロックと真空チャンバとの間で移動するためにロードへのアクセスを維持する段階と、ロードロックのスロットに対して直角方向で測定したカバーの奥行きを最大化する段階とを含む。

図１を参照すると、イオン注入装置のロードロック１０の概略図を示すことができる。ロード１２をロードロック１０内部に位置決めでき、そして、ロードロック１０を閉じてロード１２をロードロック１０内部で隔離できる。次に、ロード１２を第１状態から第２状態に移行できる。この代表的なロードロック１０に関して、ロード１２は、挿入開口部１４を介してロードロック１０に挿入できるウェーハ１２でもよく、或いは複数ウェーハのカセット１２でもよい。ロードロック１０は、本明細書で周囲圧力と呼ぶ、挿入時における第１圧力状態としてもよい。開口部１４を閉じることで、このウェーハ又はウェーハカセット１２を隔離しても或いはロードロック１４内に密閉してもよい。次に、ロードロック１０のポンプダウンを開始できる。

ポンプダウンは予め定めたポンプダウン時間にわたって継続するか、ロードロック１０内の圧力が予め定めた設定値圧力に達するまで継続できる。このポンプダウン時間が経過した後、或いはロック設定値に達した時点で、隔離弁１６を開放し、ロード１２を注入チャンバ１８に曝露できる。隔離弁はスロット２０を開放するように構成することができ、ウェーハ取扱いロボット２２がこのスロット２０を介してロード１２にアクセスできる。ロボット２２は、ロードロック１０内のロードすなわちウェーハ１２を摘み（原語：pick）、処理に備えてウェーハ１２を注入チャンバ１８内で位置決めできる。上述のように、スロット２０はウェーハ１２よりも幅が広く、ウェーハ１２の厚みよりも約５０乃至１００倍の高さを備えることができる。ロードロック１０と注入チャンバ１８との間の差圧により、隔離弁１６及びスロット２０を開放する時に圧力急上昇すなわちガス破裂（原語：gas
burst）が発生することがある。

図２を参照すると、ロードロック１０の概略的な正面図を示し、隔離弁１６が開放できるので、スロット２０を介してロードロック１０内部にロード１２が見える。カバー２４を、ロードロック１０と注入チャンバ１８との間でスロット２０を覆って配置してもよい。カバー２４はアパチャー２４ａを画定でき、このアパチャー２４ａの形状はウェーハ１２の寸法により近づけてもよく、ロードロック１０内部からウェーハ１２を摘むためのロボット２２用のクリアランスを含めてもよい。ロードロック１０と注入チャンバ１８との間の開口を減少させることで、隔離弁１６及びスロット２０を開放した時に、カバー２４は注入チャンバ１８内部へのガス破裂を低下できる。

カバー２４及びアパチャー２４ａの構成は、こうした構成と共に使用可能な機器及び処理に合わせて変更してよいことは理解できるはずである。例えば、注入装置によっては、図１の破線で示したウェーハ取扱いチャンバ２６を、ロードロック１０と注入チャンバ１８との間に含めてもよい。図１に示したように、ロボット２２はウェーハ取扱いチャンバ２６内に配置できる。注入装置によっては、ウェーハ取扱いチャンバ２６を注入チャンバ１８に開いて、圧力急上昇をロードロック１０とウェーハ取扱いチャンバ２６との間で発生させることもできる。他の注入装置では、ウェーハ取扱いチャンバ２６を注入チャンバ１８から分離した別個の真空空間として、ロードロック１０とウェーハ取扱いチャンバ２６との間で、更にウェーハ取扱いチャンバ２６と注入チャンバ１８との間で圧力急上昇を発生させてもよい。

当業者であれば、アパチャー２４ａを備えたカバー２４を、一方のチャンバを他方に開放した時にガス破裂が起こる２つのチャンバの間に配置してよいことは理解できるはずである。従って、ウェーハ取扱いチャンバ２６が別個の真空空間である場合は、アパチャー２４ａを備えたカバー２４を、ロードロック１０とウェーハ取扱いチャンバ２６との間と、２４’において破線で示したようにウェーハ取扱いチャンバ２６と注入チャンバ１８との間とにも配置してよい。カバー２４を配置する位置にかかわらず、ウェーハ及び取扱いロボット或いはその他のウェーハ取扱い手段のクリアランスを維持しつつ、アパチャー２４ａのサイズを最小として２つのチャンバ間の圧力急上昇を最大限に減少できる。

カバー２４がロードロック１０のポンプダウン及び注入チャンバ１８の圧力に与える影響は、図３に示すことができる。図３は、それぞれカバー２４を取り付けた場合及び取り付けていない状態における、ロードロック１０と注入チャンバ１８とに関する、注入チャンバ１８の圧力曲線２８ａ及び２８ｂ並びにロードロックのポンプダウン曲線３０ａ及び３０ｂを示す。図２に示したカバー２４に関して、アパチャー２４ａは、スロット２０の面積の概ね２５％の面積を備えてよく、すなわちカバー２４が、スロット２０の概ね７５％を塞ぐことができる。注入チャンバの圧力曲線２８ａ及び２８ｂを参照すると、アパチャー２４ａの面積縮小によって、カバー２４を使用しない曲線２８ａとカバー２４を配置した場合の曲線２８ａとの間では、図３にΔＰとして示したように圧力急上昇が減少しうることが分かる。選択した動作圧力によるが、注入までの時間（すなわちロードロック１０のポンプダウン時間に注入チャンバ１８が動作圧力に復帰する時間を加えたもの）が概ね２５％乃至３０％減少しうる。動作圧力が４．０Ｅ^−６の例では、（カバー２４を使用しない）曲線２８ａについては注入までの時間が概ね１８００秒であり、（カバー２４を配置した）曲線２８ｂについては注入までの時間が概ね１３２５秒であることが分かる。

図４は、ロードロック１０をポンプダウンするための３つの異なるポンプ構成（すなわち、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、低温ポンプ（ＣＰ）、及び、複合ターボ分子／水ポンプ（ＷＰ））に関して、スロット２０の５０％及び７５％を塞いだカバー２４を用いて実行したテスト結果を示すことができる。図４は、３つの構成全てに関して、百分率でのスロット減少と真空状態回復時間との間の概ね比例的な関係を示す。真空状態回復時間の改善とその延長としての加工機スループットは、ＴＭＰ構成において最大となり、ＣＰ構成で最小となることが分かるが、３つの構成全てに関して百分率による変化は４０％乃至６０％の範囲となりうる。ロードロック１０と注入チャンバ１８との間の開口部の更なる制限と、従って圧力急上昇の更なる減少とは、図１に示したカバー２４の奥行きｄを増大することにより達成できる。最大奥行きｄは、ウェーハ又はウェーハカセット周りのクリアランス、ピックのクリアランスなどのウェーハ取扱い要件により制約を受けることがある。

詳細に示し記述した好適な実施形態に関連して本方法及びシステムを開示してきたが、様々な変更及び改良は当業者には明白になるはずである。カバー２４は、使用する生産工程と適合性があり、その工程に十分耐えうる材料製とすればよい。カバー２４は、ロードロック２０に対して着脱可能に或いは永久的に取り付けてもよい。着脱可能なカバー２４を用いれば、カバー２４は、使用する生産工程のロボット及びウェーハの構成に適合するように交換できる。こうすることで、注型（原語：cast
in place）ロードロック・アパチャーに比べ、将来の変更への柔軟性を向上できる。

一実施形態では、カバー２４は調節可能なアパチャー２４ａを備えてもよく、こうすればウェーハ及び／又はロボットの構成を変更する時には、カバー２４を所定の位置に保持したままアパチャーを変更できる。アパチャー調節は、限定するわけではないがカメラのアパチャー調節手段及びイオンビームのアパチャー調節手段などのロードロック１０と共に使用するため適合可能な、様々な分野で公知の手段により実行できる。更に、カバー２４は既存の機器に後付けしてもよい。更に、カバー２４は必要な許容差に対処できるので、カバー２４を使用することによって、ロードロック１０、ウェーハ取扱い装置２２、及び／又は処理チャンバ１８の製造において加工及び注型許容差が増大する。

別法として、カバー２４をロードロック１０に取り付ける代わりに注入チャンバ１８に取り付けてもよい。図１及び２に示した代表的な実施形態に関して、カバー２４はロードロック１０の外表面に位置されているのが分かる。しかし、カバー２４は、図２の破線で示したカバー２４”で図示したようにロードロック１０内部に配置してもよい。当業者であれば、上述したように、ウェーハ取扱い機チャンバと隣接するチャンバとの間のような、圧力急上昇が起こる位置である様々なチャンバ間にカバー２４を着脱可能に或いは永久的に取り付けてもよいことは理解するであろう。

更に、前述の変更は網羅的なものではなくて単に例示的なものかもれず、従って、他の変更を施すこともできる。従って、当業者であれば、本明細書で説明し図示した部材の詳細及び配置に多くの付加的変更を行うことができる。従って、図中に示した構成要素の配置は、単に例示目的用にすぎず、対象となる実行例に適するように変えることができる。従って、開示したシステムの範囲から逸脱することなく、部材の組合せ、拡張、或いはその他の再構成が可能である。よって、次の特許請求の範囲は、本明細書で開示した実施形態には限定されないことは理解できるはずである。これら特許請求の範囲は、具体的に記載されたものとは異なる様態で実行可能であって、法律によって許された最大の範囲で解釈されるべきである。

次の図は、本ステム及び方法の幾つかの例示的な実施形態を示すもので、類似の参照番号は類似の要素を示す。これら図示した実施形態は例示的なものであり、いかなる意味でも限定的に解釈されるべきではない。
真空伝導制限アパチャーを備えたイオン注入装置のロードロックを概略的に示すことができる。 図１のロードロックの概略的な正面図を示すことができる。 ロードロックのポンプダウン曲線及び注入チャンバの圧力曲線のプロットを示すことができる。 真空状態回復時間のプロットを示す。

Claims (15)

1. イオン注入装置のロードロックと組み合わせる装置であって、
   前記ロードロックのスロットに隣接したカバーを含み、
   前記カバーが、前記ロードロック内のロードにアクセスするためのアパチャーを含むと共に、前記ロードロックと前記イオン注入装置の注入チャンバとの間の開口部を縮小する、装置。
2. 前記カバーが前記ロードロックに取り付けられている、請求項１に記載の装置。
3. 前記カバーが、前記ロードロックに着脱可能に取り付けられている、請求項２に記載の装置。
4. 前記スロットに対して直角方向での前記カバーの寸法が、前記スロットに対して最大化されている、請求項１に記載の装置。
5. 前記アパチャーのサイズが調節可能である、請求項４に記載の装置。
6. 前記アパチャーが、前記ロードを前記ロードロックと前記注入チャンバとの間で取り扱うためのクリアランスを維持できるようにサイズ決定されている、請求項４に記載の装置。
7. 前記カバーが前記ロードロックに取り付けられている、請求項６に記載の装置。
8. 前記カバーが、前記ロードロックに着脱可能に取り付けられている、請求項７に記載の装置。
9. 前記アパチャーのサイズが調節可能である、請求項１に記載の装置。
10. 
    前記アパチャーが、前記ロードを前記ロードロックと前記注入チャンバとの間で取り扱うためのクリアランスを維持できるようにサイズ決定されている、請求項１に記載の装置。
11. イオン注入装置のロードロックと真空チャンバとの間における圧力急上昇を減少させるための方法であって、
    それ自身を貫通したアパチャーを備えたカバーで前記ロードロックのスロットを覆う段階と、
    前記アパチャーのサイズを縮小しつつ、前記ロードロックと前記真空チャンバとの間でロードを移動するために前記ロードへのアクセスを維持する段階と、
    前記ロードロックの前記スロットに対して直角方向で測定した前記カバーの奥行きを増加する段階とを含む、方法。
12. 前記ロードがウェーハである、請求項１１に記載の方法。
13. 前記カバーが前記ロードロックに取り付けられている、請求項１１に記載の方法。
14. 前記カバーが、前記ロードロックに着脱可能に取り付けられている、請求項１１に記載の方法。
15. 前記スロットに対して直角方向での前記カバーの寸法が、前記スロットに対して最大化されている、請求項１１に記載の方法。
    

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