JP2689553B2 - 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、ウェーハをアーム装置によって搬送する
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５図に示す。

このイオン注入装置は、左右に二つの注入室６等を有
し、イオンビーム２を左右の注入室６に切り換えて導入
するようにした、いわゆるデュアルタイプのものであ
り、右側と左側の構造は同じであるので、以下において
は右側を例に説明する。

図示しない真空ポンプによって真空に排気される部屋
であってイオンビーム２が導入される注入室６内に、ウ
ェーハ４を保持可能なホルダ８が設けられている。

この注入室６の天井部には、ロード側の真空予備室14
およびアンロード側の真空予備室20が隣接されており、
それらと注入室６との間は昇降式の、しかもその上にウ
ェーハ４を載置可能な真空側弁16および22でそれぞれ仕
切られている。また、両真空予備室14および20と大気側
との間は、フラップ弁18および26でそれぞれ仕切られて
いる。尚、同様の構造が、例えば実開昭63−84948号公
報に開示されている。

また、注入室６内には、ロード側の真空予備室14内の
未注入のウェーハ４をホルダ８へ搬送する旋回式のロー
ドアーム装置10、および、ホルダ８上の注入済のウェー
ハ４をアンロード側の真空予備室20へ搬送する直線移動
式のアンロードアーム装置12が設けられている。

一方、大気側には、未注入あるいは注入済のウェーハ
４を複数枚ずつ収納するキャリア36を載せて昇降させる
幾つかのキャリアエレベータ34、ウェーハ４のセンタリ
ングおよびオリエンテーションフラット（第４図の4a参
照）の位置決めを行うセンタリング／オリフラ合わせス
テージ32、キャリア36内のウェーハ４を取り出してセン
タリング／オリフラ合わせステージ32へ搬送したり、ア
ンロード側の真空予備室20内からウェーハ４を取り出し
てキャリア36内へ収納したりするロード／アンロードア
ーム装置30、および、センタリング／オリフラ合わせス
テージ32上のウェーハ４をロード側の真空予備室14内へ
搬送するロードアーム装置28が設けられている。

動作例を説明すると、ロード／アンロードアーム装置
30によって、所要のキャリアエレベータ34上のキャリア
36から未注入のウェーハ４を１枚取り出してそれをセン
タリング／オリフラ合わせステージ32に搬送し、そこで
センタリングおよびオリエンテーションフラットの位置
決めを行う。

次に、ロードアーム装置28によって、センタリング／
オリフラ合わせステージ32上のウェーハ４をロード側の
真空予備室14内に搬送し、フラップ弁18を閉じて、当該
真空予備室14内を図示しない真空ポンプによって真空引
きする。真空引き後、真空予備室14の真空側弁16をウェ
ーハ４を載せたまま下方に開き、注入室６内のロードア
ーム装置10を中間の待機位置より真空予備室14に移動し
て、ウェーハ４をそのアームに載せて待機する。

一方、先にホルダ８に装着していたウェーハ４に対す
るイオン注入が完了すると、ホルダ駆動装置９によって
ホルダ８を図示のように水平にする。この時点では、ア
ンロード側の真空予備室20の真空引きが完了し、その真
空側弁22が下方に開いてアンロードの準備が完了してい
るので、注入室６内のアンロードアーム装置12によって
注入済のウェーハ４をホルダ８上から真空側弁22上に搬
送し、当該アンロードアーム装置12は中間の待機位置に
戻る。同時に、ウェーハ４を載せて待機していたロード
アーム装置10は、ホルダ８にウェーハ４を搬送し、中間
の待機位置に戻る。

次いで、ホルダ８が設定された注入角まで回転し、そ
こに装着したウェーハ４にイオンビーム２を照射してイ
オン注入を行う。その間に、アンロード側の真空予備室
20の真空側弁22を閉じ、真空予備室20内を大気圧状態に
戻し、フラップ弁26を開いて、大気側のロード／アンロ
ードアーム装置30によって注入済のウェーハ４を元のあ
るいは別のキャリア36内へ搬送する。

以降は、必要に応じて上記と同様の動作が繰り返され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のようなイオン注入装置においては、
一つの注入室６に対して真空予備室が二つ（即ちロード
側の真空予備室14およびアンロード側の真空予備室20）
必要であるため、構造が複雑であるという問題がある。

また、センタリング／オリフラ合わせステージ32が独
立して設けられているため、場所を取り、装置が大型化
するという問題もある。

これらがひいては、当該イオン注入装置のコストアッ
プにもつながる。

そこでこの発明は、このような点を改善したイオン注
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〕

この発明のイオン注入装置は、要約すれば、注入室の
下部に真空予備室を一つ設け、その上部および下部に昇
降式の真空側弁および大気側弁をそれぞれ設け、かつ大
気側弁の上部に昇降式の回転台を設け、また注入室内に
はロードアーム装置とアンロードアーム装置とを互いに
上下２段に設け、それによって一つの真空予備室でウェ
ーハはロードおよびアンロードを行えるようにしてい
る。

また、大気側弁の上面にセンタリングカップを設け、
かつその中央部に設けた回転台を用いてオリエンテーシ
ョンフラット合わせ装置を構成している。

従って上記構成によれば、真空予備室が一つで済み、
しかも独立したセンタリング／オリフラ合わせステージ
が不要になるので、構造が簡素化されると共に装置が小
型になる。その結果、当該イオン注入装置のコストダウ
ンを図ることもできる。

〔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
を部分的に切り欠いて示す平面図である。

この実施例のイオン注入装置も、左右に二つの注入室
40等を有し、イオンビーム２を左右の注入室40に切り換
えて導入するようにした、いわゆるデュアルタイプのも
のであり、右側と左側の構造は同じであるので、以下に
おいては右側を例に説明する。

図示しない真空ポンプによって真空排気される部屋で
あってイオンビーム２が導入される注入室40内に、ウェ
ーハ４を保持可能なホルダ42が設けられている。このホ
ルダ42は、ホルダ駆動装置44によって、第１図に示すよ
うな水平状態と、所定の注入角を取るための起立状態と
に回転させられる。またこのホルダ42には、その上でウ
ェーハ４を昇降させるための昇降部材43およびウェーハ
４を押さえるクランパー（図示省略）が設けられてい
る。

注入室40の後方部における底部には、ウェーハ４を注
入室40と大気側との間で出し入れ（ロードおよびアンロ
ード）するための真空予備室50が一つ隣接されている。
この真空予備室50の部分の構造は、後で第２図および第
３図を参照して詳述する。

また、注入室40内には、アーム46aを有していて、そ
れによって真空予備室50から（より具体的にはその後述
する回転台64から）未注入のウェーハ４を受け取ってそ
れをホルダ42へ渡す直線移動式のロードアーム装置46
と、その下側にあって（従って第１図では図に表れてい
ない）、アーム48aを有していて、それによってホルダ4
2から注入済のウェーハ４を受け取ってそれを真空予備
室50へ（より具体的にはその回転台64へ）渡す直線移動
式のアンロードアーム装置48とが、互いに上下２段に設
けられている。

両アーム装置46および48は、それぞれのアーム46aお
よび48aを、ホルダ42と真空予備室50との中間の待機位
置から例えば同時に互いに逆方向に移動させる。但し、
ウェーハ４が一方にしかない場合は、片方のアーム装置
46または48のみを動作させれば良い。また、上側のロー
ドアーム装置46からゴミが落下して、下側を通るアーム
48a上の注入済のウェーハ４に付着するのが心配な場合
は、上下のアーム46aおよび48aがすれ違う位置に図示例
のように隔壁49を設けても良い。

一方、大気側には、未注入あるいは注入済のウェーハ
４を複数枚ずつ収納するキャリア78を載せて昇降させる
幾つかのキャリアエレベータ76、キャリア78内のウェー
ハ４を取り出してそれを注入室50側へ搬送するロードア
ーム装置72、および、真空予備室50からウェーハ４を受
け取ってそれをキャリア78内へ収納するアンロードアー
ム装置74が設けられている。72aおよび74aは、それぞ
れ、両アーム装置72および74のアームである。

第１図の真空予備室50の部分の断面図を第２図および
第３図に示す。第２図は、真空予備室50の真空側弁58が
閉じ、大気側弁60が開き、注入済のウェーハ４を取り出
す前か、または未注入のウェーハ４を回転台64に載せた
直後の状態を示す。第３図は、注入室40内のアンロード
アーム装置48でウェーハ４を回転台64上に載せた状態を
示す。但しこの図には、ロードアーム装置46のアーム46
aおよび隔壁49も、アンロードアーム装置48のアーム48a
との関係を示すために記載しているが、前記状態ではこ
れらは実際はこの断面には無い（第１図参照）。

第２図および第３図における構造を説明すると、前述
した注入室40の底部に、真空ポンプ59によって真空排気
される真空予備室50が隣接されており、その上部には注
入室40との間を仕切る真空側弁58が、下部には大気側と
の間を仕切る大気側弁60がそれぞれ設けられている。

真空側弁58は、注入室40上に設けたエアシリンダー56
によって、大気側から昇降され開閉される。尚、エアシ
リンダー56の上部に設けたレバー54およびエアシリンダ
ー52は、エアシリンダー56をロックするためのものであ
り、第２図はロック状態を、第３図はロック解除状態を
示す。このようなものを設けることは、エアシリンダー
56の空気圧が低下したときに真空側弁58が自然開放して
注入室40内の真空が破れるのを防止する上で好ましい
が、必須のものではない。

大気側弁60は、エアシリンダー70によってガイドシャ
フト67を介して昇降され開閉される。

この大気側弁60の上面には、内周面が上に広がる円錐
状（即ちすり鉢状）をしたセンタリングカップ62が設け
られている。これにウェーハ４を載せると、ウェーハ４
はセンタリングカップ62の内周面を滑り落ち、その中心
がセンタリングカップ62の中心と一致する。

また、大気側弁60の上部には、センタリングカップ62
と同軸状に、ウェーハ４を載せる回転台64が設けられて
おり、この回転台64は、それに連結されたモータ66によ
って回転させられると共に、デュアルストロークシリン
ダー68によって２段階に昇降させられる。

またこの実施例では上記回転台64を利用して、その上
のウェーハ４のオリエンテーションフラットの位置決め
を行うオリエンテーションフラット合わせ装置を構成し
ている。第４図はその概念を示すものであり、回転台64
上のウェーハ４のオリエンテーションフラット4aのほぼ
線上かわずか外側に揃うように二つのセンサ（例えば光
センサ）が配置されており、回転台64によってウェーハ
４を回転させたときの二つのセンサ80の論理積（AND）
を取ることによってオリエンテーションフラット4aを検
知することができ、その検知出力に基づいて制御回路82
によってモータ66を制御することによって、オリエンテ
ーションフラット4aの任意の方向の位置決めが行われ
る。尚、１個のセンサ80を用いてオリエンテーションフ
ラット4aの任意の位置決めをすることも可能である（例
えば特開昭61−268035号公報参照）。

この実施例の全体的な動作例を第１図等を参照して説
明すると、例えばまず、大気側のロードアーム装置72
が、所要のキャリアエレベータ76上のキャリア78から未
注入のウェーハ４をそのアーム72aによって１枚取り出
し、それを真空予備室50の方に向けて待機し、またアン
ロードアーム装置74も、そのアーム74aを真空予備室50
の前まで移動させて待機するものとする。

次に、既に真空状態にあった真空予備室50内を大気圧
状態に戻した後、大気側弁60を降下させて開き、デュア
ルストロークシリンダー68の上側のシリンダー68aを動
作させて回転台64を上昇させ、それによって先にセンタ
リングカップ62上に載置されていた注入済のウェーハ４
を持ち上げ（例えば第２図の状態）、その状態でアンロ
ードアーム装置74のアーム74aを伸ばしてその先端部分
（例えば真空チャック部分）を回転台64上のウェーハ４
の下まで移動させ、シリンダー68aによって回転台64を
降下させてウェーハ４をアーム74a上に載せ、そしてア
ーム74aを後退させる。

次に、ロードアーム装置72を真空予備室50の前まで移
動させて未注入のウェーハ４を載せているアーム72aを
伸ばしてウェーハ４を回転台64上に持って行き、その状
態でシリンダー68aによって回転台64を上昇させてウェ
ーハ４を受け取り（例えば第２図の状態）、そしてロー
ドアーム装置72は後退させる。また、注入済のウェーハ
４はアンロードアーム装置74によって元のあるいは別の
キャリア78内へ収納される。

次に、シリンダー68aによって回転台64を降下させて
未注入のウェーハ４をセンタリングカップ62内へ入れて
センタリング（芯出し）を行う。そして、エアシリンダ
ー70によって大気側弁60を上昇させて閉じた後、真空ポ
ンプ59によって真空予備室50内の真空排気を行うのと例
えば同時に、モータ66で回転台64およびウェーハ４を回
転させて第４図で説明した原理でウェーハ４のオリエン
テーションフラットの位置決めを行う。

次に、エアシリンダー52でロックを解除した後、エア
シリンダー56によって真空側弁58を上昇させて開き、デ
ュアルストロークシリンダー68の上下両側のシリンダー
68aおよび68bを動作させて回転台64を大きく上昇させ、
その上のウェーハ４をロードアーム装置46のアーム46a
の位置まで持ち上げて待機する。

一方、先にホルダ42に装着していたウェーハ４に対す
るイオン注入が完了すると、ホルダ42は第１図のように
水平に戻され、そのクランパーが上昇し、ウェーハ４は
昇降部材43によってアンロードアーム装置48のアーム48
aの位置まで持ち上げられる。そしてその状態で、ロー
ドアーム装置46のアーム46aが真空予備室50へ移動し、
同時にアンロードアーム装置48のアーム48aがホルダ42
の所へ移動して、それぞれ未注入および注入済のウェー
ハ４を受け取る。

次に、ロードアーム装置46のアーム46aがホルダ42ま
で移動するのと同時に、アンロードアーム装置58のアー
ム58aは真空予備室50まで移動する。そして真空予備室5
0では、デュアルストロークシリンダー68の上側のシリ
ンダー68aを動作させて回転台64を上昇させて注入済の
ウェーハ４を受け取り（第３図の状態）、一方、ホルダ
42では昇降部材42が上昇して未注入のウェーハ４を受け
取り、その後両アーム46aおよび48aは中間の待機位置に
戻る。

ホルダ42においては、昇降部材43を降下させるのと同
時にクランパーも降下させてウェーハ４を保持し、その
状態でホルダ駆動装置44によって所定の注入角までホル
ダ42を回転させて注入準備は完了する。

一方、真空予備室50では、回転台64を降下させかつ真
空側弁58を閉じた後、当該真空予備室50内を大気圧状態
に戻して大気側弁60を開き、大気側のアンロードアーム
装置74によって注入済のウェーハ４の前述したような搬
送を行う。このとき、注入室40内では、ホルダ42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。

このようにこの実施例においては、一つの真空予備室
50でウェーハ４のロードおよびアンロードを行えるよう
にしているので、従来は二つ必要であった真空予備室が
一つで済み、従って構造が簡素化される。

また、真空予備室50の大気側弁60の上面にセンタリン
グカップ62を設け、かつその中央部に設けた回転台64を
用いてオリエンテーションフラット合わせ装置を構成し
ているので、従来例のような独立したセンタリング／オ
リフラ合わせステージが不要になり、装置が小型化され
ると共に構造も簡素化される。

またこれらの結果、当該イオン注入装置のコストダウ
ンを図ることもできる。

また、従来例の注入室６内のアーム装置は、旋回式の
もの（10）と直線移動式のもの（12）の２種類を用いて
いたため、部品の共通化が不可能であったが、この実施
例では注入室40内の両アーム装置46および48は互いに同
構造にできるので、部品の共通化を図ることができると
いう利点もある。

尚、大気側の二つのアーム装置72および74は、スルー
プットが若干低下するが、一つでロード側およびアンロ
ード側を兼用させることも可能である。

また、第１図の実施例は、注入室40等が二つあるデュ
アルタイプの例であるが、それが一つのシングルタイプ
でも良いのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、一つの真空予備室で
ウェーハのロードおよびアンロードが行えるようにした
ので、従来は二つ必要であった真空予備室が一つで済
み、従って構造が簡素化される。

また、真空予備室の大気側弁の上面にセンタリングカ
ップを設け、かつその中央部に設けた回転台を用いてオ
リエンテーションフラット合わせ装置を構成しているの
で、従来例のような独立したセンタリング／オリフラ合
わせステージが不要になり、装置が小型化されると共に
構造も簡素化される。

またこれらの結果、当該イオン注入装置のコストダウ
ンを図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置を
部分的に切り欠いて示す平面図である。第２図および第
３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４図は、オリエ
ンテーションフラット合わせ装置を示す概念図である。
第５図は、従来のイオン注入装置の一例を部分的に切り
欠いて示す平面図である。 ２……イオンビーム、４……ウェーハ、40……注入室、
42……ホルダ、46……ロードアーム装置、48……アンロ
ードアーム装置、50……真空予備室、58……真空側弁、
60……大気側弁、64……回転台。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空中でウェーハにイオンビームを照射し
   てイオン注入するための注入室と、この注入室内に設け
   られていてウェーハを保持可能なホルダと、注入室の底
   部に隣接されていてウェーハを注入室と大気側との間で
   出し入れするための真空予備室と、この真空予備室の上
   部にあってそれと注入室との間を仕切る真空側弁および
   それを大気側から昇降させて開閉する機構と、真空予備
   室の下部にあってそれと大気側との間を仕切る大気側弁
   であってその上面に内周面が上に広がる円錐状をしたセ
   ンタリングカップを有するものおよびこの大気側弁を昇
   降させて開閉する機構と、大気側弁の上部にセンタリン
   グカップと同軸状に設けられていてウェーハを載せる回
   転台およびそれを回転かつ昇降させる機構と、注入室内
   に互いに上下に設けられていて、回転台からウェーハを
   受け取りそれをホルダに渡すロードアーム装置およびホ
   ルダからウェーハを受け取りそれを回転台に渡すアンロ
   ードアーム装置と、前記回転台を利用してその上のウェ
   ーハのオリエンテーションフラットの位置決めを行うオ
   リエンテーションフラット合わせ装置とを備えることを
   特徴とするイオン注入装置。