JP3381173B2 - ウェーハ保持プラテンおよび持ち上げ手段 - Google Patents

ウェーハ保持プラテンおよび持ち上げ手段

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は，一般に半導体処理装置のためのウェーハ保
持機構に関し，特にバッチタイプのイオン注入装置に使
用されるウェーハホルダー装置に関する。
背景技術 バッチタイプのイオン注入装置において，複数のウェ
ーハが回転注入ディスクの，冷却されたプラテンを形成
する部分に配置され，半導体ウェーハをドープするため
に，イオンビームに晒される。この装置は許容範囲内で
ウェーハを高温度に維持し，高電流イオンを用いてスル
ープットを高めることができる。
汚染およびクロス汚染を除去することでイオン注入技
術の改良がなされてきた。
汚染の一つの原因はウェーハへのイオンビームに晒さ
れたウェーハホルダーから蓄積されたイオン種がスパッ
タされることである。これら種は前の注入のクロス汚染
として働く。
他の汚染原因はウェーハの処理の間にウェーハに落ち
るパーティクルである。多くのパーティクルはウェーハ
を正確に保持しないことにより生ずる。注入工程前にウ
ェーハ表面に付着したパーティクルはその注入に対して
スクリーンとなる。注入後のウェーハに落ちたパーティ
クルは続いて処理されるウェーハの汚染の原因となる。
ウェーハ保持装置の初期のものは，イオン注入の間，
周囲を締め付ける機構，たとえばウェーハの正面側の面
と係合する締め付けリングを有する装置か，冷却された
プラテン上にウェーハを保持するために遠心力を利用す
る締め付け装置を使用した。
パーティクルの生成の防止，両タイプの締め付けでの
クロス汚染の防止が望ましいばかりでなく，ウェーハが
処理の間に物理的な損傷を受けないように，保護されな
ければならない。ウェーハの破損を避けるために，ウェ
ーハを締め付ける前に正確にディスクに配置する必要が
ある。
締め付けリングのような周囲締め付け装置はウェーハ
の正面側の面の一部を遮り，パーティクル生成の影響を
受ける。つまり，締め付けリング上にスパッタされた材
料が形成され，リングはパーティクル汚染の原因とな
る。注入処理の間，締め付けリングはイオンビームに晒
され，締め付けリングからウェーハの表面へのスパッタ
汚染の原因となる。さらに，ウェーハの影になった部分
は注入処理を受けない。
遠心力を利用した締め付け技術はウェーハ表面と接触
する締め付け部材の必要がなく，したがって，ウェーハ
面上でイオンビームに晒される部材がない。この遠心力
を利用した締め付け装置ではウェーハの全表面がイオン
処理に供せられるが，しかし，特に締め付けのための十
分な遠心力を生成するために，機械的に複雑なディスク
構造が必要となる。
ウェーハ表面をより利用し，そしてパーティクルの生
成およびスパッタ汚染効果の両方を減ずるための一つの
試みが本発明の譲受人に譲渡された，ウェーハ保持装置
と題する米国特許第4817556号に開示されている。この
機構は主にプラテンの背後に位置する，エッジハンドリ
ングを利用する。ウェーハの周囲のまわりに位置する，
複数のフィンガーを有する柔軟なコレットが，プラテン
の表面上に突き出た縁にウェーハを押し付けることで保
持する。プラテンはその周囲に複数の溝を有し，各溝は
フィンガーを収容する。コレットの外側部分が成形さ
れ，弾性リングにより支持される。これによりコレット
は柔軟になり，フィンガーは外側へ移動でき，ウェーハ
をプラテンに配置できる。プラテンの複数の溝は柔軟な
コレットおよびその弾性支持リングをイオンビームに晒
すことになる。コレットが起動するとき，イオンビーム
により付着した材料は機構内で生じた他パーティクルと
ともに飛び出し，ウェーハの正面に付着する。
注入ディスクのプラテンにウェーハを配置するため
に，米国特許第4187556号において使用される多軸ロボ
ットシステムは，ある量の配置エラーを生じる。この配
置エラーは，完全に整合させることが困難な大きな真空
チェンバーの内側で操作するときは特に著しい。コレッ
トの柔軟性によるフィンガーの限定された動きは，この
デザインをこれら配置のエラーに対してより難しいもの
にする。誤って締め付けられたウェーハは注入工程中に
破損し，高価な材料を無駄にし，注入器の清掃に貴重な
時間が必要となる。従って，ウェーハを保持する機構の
信頼のある動作は，誤って締め付けられたウェーハを再
度締め付け直すことができるように，ウェーハの誤った
締め付けを検知することで達成される。
配置の問題を解決する試みは米国特許第4,744,713号
に説明され、その“ウェーハ供給組立体のための非整合
センサ”はウェーハの表面で反射した，平行な光ビーム
を検知することによりウェーハを誤って締め付けること
防止するためにウェーハ位置を検出する。そのデザイン
を実施するために，光源および光センサは，ディスクを
ウェーハ配置位置から注入位置へ移動できるように，イ
オン注入器の真空チェンバー内側の支持構造物上に，ウ
ェーハから十分に離して配置されなければならない。誤
ったウェーハの締め付けに対して，信頼性のある検知を
行うために，注入ディスクと検知システムの要素との正
確な整合性は維持されなければならない。この装置はウ
ェーハの取り付けの際の非整合に対して有効な保証を与
え，ウェーハへの物理的損傷をできるだけ避けることが
できるが，ウェーハの締め付けは周囲締め付け機構によ
り維持されるものである。このウェーハ締め付けシステ
ムは，ウェーハが配置されたときにウェーハに係合する
アームを有する，収縮自在なバネ入りクランプを含み，
動作中においてウェーハの一部にアームによる陰が形成
される。イオンビームにさらされるアームは，続く注入
処理においてクロス汚染をする種を蓄積する。
発明の開示 本発明の目的は，バッチ式のイオン注入器の回転ディ
スク上に特に使用されるプラテンに対して半導体ウェー
ハを機械的に締め付けるためのウェーハ保持機構を提供
することである。
本発明の他の目的は，ウェーハの締め付けを検知し，
ウェーハ保持機構の要素がイオンビームに晒されること
を減少させることで，ウェーハの汚染およびクロス汚染
を減らし，ウェーハへの機械的な損傷を避けるウェーハ
保持機構を提供することである。
本発明のこれらおよび他の目的を達成するウェーハ保
持機構は，ウェーハを支持するための隆起部を有するプ
ラテン，ウェーハをプラテンの隆起部に対して保持する
クランプ手段，クランプ手段をプラテンの中心へおよび
そこから往復運動させるためのバネ手段およびレバー手
段，レバー手段を起動し，レバー手段の往復運動を行わ
せる電気的に絶縁されたプッシャー手段，およびクラン
プ手段がウェーハを離した後にウェーハをプラテンから
持ち上げために，プッシャーに連結された持ち上げ手段
とを有する。プッシャーがレバーから離れたときプッシ
ャーの位置を測定することで，要素の整合を必要とする
ことなく，適切にウェーハが保持されていることが分か
る。クランプ手段を除き機構のすべての要素がイオンビ
ームに晒されること防止するためにプラテンの背後に取
り付けられる。
本発明の別の態様は本発明の原理の例を示す添付図面
とともに以下の説明から明らかになろう。
図面の簡単な説明 図１は本発明に従って構成されたバッチ式イオン注入
器の回転ディスク上にウェーハを着脱自在に保持する装
置の詳細な断面図である。
図２は本発明に従ったウェーハを保持する装置の，一
部切り欠きされた斜視図である。
図３は本発明のウェーハ保持機構を使用したウェーハ
検出サブシステムの略示ブロック図である。
発明を実施するための最良の形態 図１はウェーハ受け入れプラテン１を含むウェーハホ
ルダー装置を描く。プラテン１はバッチ処理イオン注入
器の回転ディスク８に据え付けられ，複数の貫通孔（図
示せず）を有する。プラテン１はイオン注入ビームに晒
される平坦な正面および回転ディスク８に取り付けられ
る裏面を有する。プラテン１の正面の周囲には，隆起部
1A（図２に示す）が設けられ，これはウェーハ２の周囲
面と整合して係合するように，隆起した円形部分のよう
な形状をもつ。
装置はさらにガイドブッシング14に据えつけられたプ
ルロッド６を有する。プルロッド６の第１の端部はプラ
テン１の表面側に曲がって突き出ている。ローラ７は，
ローラ７およびプルロッド６の第１の端部がプラテン１
の表面上に伸長し，ウェーハ２の縁と係合するように，
プルロッド６の第１の端部に取り付けられている。プル
ロッド６の第２の端部はハウジング３により支持されて
いる枢動レバー５に付設されている。レバー５は枢軸15
の回りを回転する。バネ４がハウジング３内に配置され
ている。バネ４は，ディスクが垂直に位置している間ウ
ェーハ２をプラテン１の隆起部1Aに向けて移動させ，ウ
ェーハを保持するために必要な力を与える。フィンガー
９が，プルロッド６が取り付けられた側とは反対側の回
転ディスク８の下方でレバー５の側面から伸長してい
る。釣り合い重り10が枢動レバー５の下に付設されてい
る。装置はさらに，駆動軸16に取り付けられたウェーハ
持ち上げプレート13に連結されたバネ入りプッシャー機
構11を含む。持ち上げピン12はウェーハ持ち上げプレー
ト13上に取り付けられている。
動作中において，ウェーハは，ディスクが水平に位置
するときに注入チェンバー内にロードされ，アンロード
される。ディスク８は，ディスクへと運ばれるウェーハ
をウェーハプラテンが受ける位置にあるように回転す
る。ウェーハをプラテンにロードするために適した機構
を有する注入システムの例および典型的な動作が，ここ
で文献として取り入れられ，本発明の譲受人に譲渡され
た米国特許第4817556号に示されている。
ウェーハのロードが完了した後に，ディスク８はイオ
ンビームに対してほぼ垂直な，注入のために鉛直面とな
るように枢動し，ディスク８は回転する。ローラ７はバ
ネの力により隆起部1Aに対してウェーハを押し付ける。
回転速度が約400rpmの値に達し，ウェーハ２が遠心力に
よりプラテンに確実に保持されるとき，遠心力を受ける
釣り合い重り10はバネのバイアスに打ち勝ち，枢動レバ
ー５によりローラ７とともにプルロッド６をウェーハか
ら離れるように動かす。注入処理が完了し，ディスク回
転速度が減少すると，ローラ７はウェーハ２を保持する
最初の位置に戻り，その間にディスク８はバッチにした
ウェーハ２の再ロードのために水平な位置へと移され
る。
ウェーハ保持機構を解除するために，持ち上げピン12
を有するウェーハ持ち上げプレート13は駆動軸16（図
１）に連結された線形の起動機構により持ち上げられ
る。プッシャー11はまずフィンガー９に接触し，レバー
５を枢動し，バネを伸長しローラを有するプルロッド６
をウェーハの縁から離れるように移動させる。ウェーハ
持ち上げプレート13が上方に持ち上がり続くと，持ち上
げピン12はウェーハと接し，プラテンの面の上に持ち上
げ，これによりウェーハ２にロボットロード装置がアク
セスできる。
新しいウェーハがロボット装置によりピン12へと運ば
れた後に、ピン12はプラテン１の表面へとウェーハを下
げる。ウェーハ２がプラテン１上に位置し，ピン12が下
向きに移動すると，ローラ７がウェーハと係合し，プラ
テン１の隆起部へと固定するまで，プッシャー11は下方
に移動し始め，フィンガー９はその移動に追随してプッ
シャー11に接続し続く。その後，フィンガー９の移動が
停止し，プッシャー11とフィンガー９との電気的な接触
が中断する。電気的接触の中断はウェーハハンドラーコ
ントローラ20により検出される。そのコントローラは図
３に示されるようにウェーハ存在センサ21,サーボモー
タコントローラ22およびモータ22を有する在来の検出シ
ステムの一部である。ウェーハが，隆起部を越えてまた
はローラを越えて配置されるように非常に誤ってプラテ
ン１に運ばれると，締め付けられず，ローラ７はストロ
ークの範囲の端部まで移動し続け，フィンガー９はプッ
シャー11と電気的な接触を続ける。プッシャー手段の位
置がウェーハハンドラーコントローラ20により連続して
モニターされ，プッシャー11のストロークの端部の前に
電気的接触が中断されたかどうかを検出し，ウェーハの
誤った締め付けを確認することが可能である。
ウェーハ保持機構の連結機構の幾何学形状がプルロッ
ド６が線形移動するようにとられ，ローラ７とウェーハ
２の縁との間の相対移動を減少させることに注目すべき
である。ウェーハ締め付け装置のほとんどの要素はパー
ティクル生成を劇的に減少させるためにプラテンの背後
に取り付けられる。
ウェーハ保持機構の特定の実施例を説明し，図示して
きたが，本発明は説明し，図示してきた特定の形態，部
品の配置に限定されるべきものではなく，本発明の範囲
および思想から逸脱することなく種々の変形，変更をな
し得るものである。請求の範囲内で，本発明は特に説明
し図示してきたもの以外にも実施できる。
フロントページの続き (72)発明者 ハーテル、リチャード・ジェイ アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01921、オックスフォード・ガンニソ ン・ロード32 (56)参考文献 特開 平４−225256（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−50954（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−41141（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−36135（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/265 603

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ウェーハをディスク上に保持する装置であ
    って， ディスク上に配置されるプラテンであって，該プラテン
    の正面から隆起した円形部分を有し，複数の貫通孔を有
    する取り付け面を形成するプラテンと， 前記プラテン上でウェーハを前記円形部分へと位置決め
    する位置決め手段と， 前記ウェーハを前記円形部分へと移動させるために必要
    な力で押し付けるための，前記位置決め手段に枢着され
    るレバー手段と， 前記レバー手段により前記位置決め手段に印加される力
    を調節するための，前記レバー手段に取り付けられるフ
    ィンガーと， プレートおよび該プレート上に配置される複数の持ち上
    げピンを有し，持ち上げピンが，ウェーハを前記取り付
    け表面で受け取り，ロードするために，前記ウェーハ取
    り付け表面の前記孔から突き出るところのウェーハ持ち
    上げ手段と， 前記ウェーハ持ち上げ手段の前記プレート上で，前記フ
    ィンガーと係合する位置に取り付けられるプッシャー手
    段と， から成り， 前記プッシャー手段は，前記ウェーハ持ち上げ手段が前
    記ウェーハを前記取り付け面上にロードするまで，前記
    フィンガーと係合する， ところの装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の装置であって， 前記位置決め手段が， ガイドブッシングと， 前記ガイドブッシング内に据え付けられるプルロッドで
    あって，該ガイドブッシングを通って突き出す第１およ
    び第２の端部を有し，前記第１の端部が前記ウェーハ取
    り付け表面へと外側に向かって曲がっているところのプ
    ルロッドと， 前記プルロッドの前記第１の端部に配置され，前記ウェ
    ーハ取り付け表面の上に僅かな部分が伸長するローラ
    と， を含む，ところの装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の装置であって， 前記レバー手段が， 第１および第２の側面を両側に有し，前記第１の側面に
    前記プルロッドの前記第２の端部が枢着されるレバー
    と， 前記レバーの前記第２の側面に取り付けられるハウジン
    グであって，その頂部が前記プラテンに付設されるとこ
    ろのハウジングと， 前記ハウジング内に配置されるバネと， 前記レバーの下端に固着される釣り合い重り部材と， を含み， 前記釣り合い重り部材が，ディスクが回転するとき前記
    位置決め手段により保持される前記ウェーハの，遠心力
    により移動に対して釣り合わせる，ところの装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の装置であって， 前記フィンガーは，前記ハウジングが取り付けられる前
    記レバーの前記第２の側面に付設される，ところの装
    置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の装置であって， 前記プッシャー手段が前記フィンガーから電気的に絶縁
    される，ところの装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の装置であって， 前記プラテンの前記隆起した円形部分が前記プラテンと
    一体的である，ところの装置。
JP50218195A 1993-06-14 1994-06-13 ウェーハ保持プラテンおよび持ち上げ手段 Expired - Fee Related JP3381173B2 (ja)

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