JPH0193043A - イオン処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばイオン注入装置等のように、真空中
でウェハにイオンビームを照射して当該ウェハを処理す
るイオン処理装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

第５図は、従来のイオン処理装置の一例を示す概略図で
ある。

イオンビーム７２を導入してそれをウェハ７０に照射し
てイオン注入等の処理を行うための処理室７４の両側に
、当該処理室７４と大気中との間でウェハ７０を搬出入
するための真空予備室７６ａ、７６ｂが設けられている
。８２ａ〜Ｂ２ｄは真空弁であり、８４ａ〜８４ｃはウ
ェハ７０の搬送ベルトである。

また処理室７４内には、ウェハ７０を保持可能なホルダ
８０であって、その端部に結合された回転軸７８によっ
て、ウェハ７０の着脱のための水子状態とウェハ７０の
処理のための起立状態間で回転させられるものが設けら
れている。８６は、イオンビーム７２のビーム電流計測
用のファラデーケージである。

ウェハ７０の処理動作の一例を簡単に説明すると（但し
、真空弁８２ａ〜８２ｄは適宜開閉されるものとし、そ
の動作説明は省略する。）、まず大気中から未処理のウ
ェハ７０が真空予備室７６ａ内に搬入され、更に搬送ベ
ルト８４ａ、８４ｃによって処理室７４内に搬入されて
ホルダ８０に装着される。次いで、ホルダ８０が起立状
態にされ、その上のウェハ７０にイオンビーム７２が照
射されてイオン注入等の処理が行われる。次いで、ホル
ダ８０が水平状態に戻され、処理済のウェハ７０が搬送
ベルト８４Ｃ１８４ｂによって真空予備室７６ｂ内に搬
出され、更に大気中に搬出される。以降同様の動作が適
宜繰り返される。

ところで近年は、ウェハ７０の表面に刻まれた凹みの側
壁にもイオンビーム７２を照射してイオン注入等の処理
を行う、あるいはウェハ７０に対する処理の均一性を高
める等の理由から、ウェハ７０の表面に対するイオンビ
ーム７２の入射角（即ちイオンビーム７２とウェハ７０
の表面に対する垂線との成す角度で、イオン注入の場合
は注入角と呼ばれる。）を様々に変える必要性が高まっ
てきている。

ところが上記装置では、ホルダ８０゛を起立させる中心
軸７８ｃとホルダ８０上のウェハ７０の中心点とが大き
く離れているため、ホルダ８０の起立角度を変えること
によって、ウェハ７０に対するイオンビーム７２の入射
角を予め定められたものから変えようとすると、イオン
ビーム７２の走査中心とウェハ７０の中心とがずれてし
まい、所望の処理が行えなくなる等の問題が生じる。

そこでこのような問題を解決するために、第６図に示す
ような装置が提案されている。

即ちこの装置においては、回転軸７８をホルダ８０の中
心部に結合してホルダ８０を起立させる中心軸７８ｃが
ホルダ８０上のウェハ７０表面の中心点を通るようにし
ており、それによってウェハ７０に対するイオンビーム
７２の入射角を変えてもイオンビーム７２の走査中心と
ウェハ７０の中心とがずれないようにしている。

ところが上記のようにすることに伴って、ホルダ８０の
回転輪７８を含む駆動機構（図示省略）がホルダ８０の
中心の横に設置されることやファラデーケージ８６の側
壁が後方側（イオンビーム７２の下流側）にせり出すた
め、ホルダ８０に対するウェハ７０の出し入れが第５図
の例のようにホルダ８０の両横から行うことができず、
後方側からの一方向に限定される。

そのためホルダ８０の後方側に、搬送ベルト８４ｄに直
交するように昇降式の搬送ベル）８４ｅを設けており、
ホルダ８０に対するウェハ７０の出し入れは次のように
して行われる。

即ち、搬送ベル）８４ｅを降下させた状態で、真空予備
室７６ａから未処理のウェハ７０が搬送ベルト８４ａ、
８４ｄによって搬送ベルト８４ｅ上まで搬入される。次
いで搬送ベル）８４ｅが上昇して当該ウェハ７０が搬送
゛ベル）８４ｄから持ち上げられ、搬送ベルト８４ｅ、
８４ｃによって水平状態にあるホルダ８０上へ搬送され
て装着される。次いで第５図の例と同様に、ホルダ８０
が起立状態にされてウェハ７０が処理され、ホルダ８０
が水平状態に戻される。次いで処理済のウェハ７０が搬
送ベルＦ　８４　Ｃ％　８４　ｅによって搬送ベルｌ−
８４ｄ上まで搬出され、搬送ベルト８４ｅが降下して搬
送ベル）８４ｄ上に載置される。そして当１亥ウェハ７
０が搬送ベルト８４ｄ、８４ｂによって真空予備室７６
ｂ内へ搬出される。

ところが、上記説明からも分るように、第６図の装置で
は、ホルダ８０に対するウェハ７０のハンドリングに第
５図の装置に比べ多くの時間がかかるため、スルーブツ
ト（単位時間当たりの処理能力）が低下してしまうとい
う問題が生じる。

〔発明の目的〕

そこでこの発明は、ホルダの起立角度を変えることによ
ってイオンビームの入射角を変えてもイオンビームの走
査中心とウェハの中心とがずれることがなく、しかもス
ループットの高いイオン処理装置を提供することを主た
る目的とする。

〔目的達成のための手段〕

この発明のイオン処理装置は、イオンビームを導入して
それをウェハに照射するための処理室内に、ウェハを保
持可能なホルダであって保持したウェハ表面の中心点を
通る中心軸を中心に水平状態と起立状態間で回転させら
れるものと、ウェハを！！２置装能な第１および第２の
ステーションと、ホルダのウェハ保持部中心と第１のス
テーションのウェハ載置部中心から等距離の所に回転中
心を持ち第１のステーションからウェハを受け取りそれ
をホルダに渡す回転式の第１のアームと、ホルダのウェ
ハ保持部中心と第２のステーションのウェハ載置部中心
から等距離の所に回転中心を持ちホルダからウェハを受
け取りそれを第２のステーションに渡す回転式の第２の
アームとを設け、かつ第１のアームによるウェハの第１
のステーションからホルダへの移載と、第２のアームに
よるウェハのホルダから第２のステーションへの移載と
を並行して行なえるよう構成していることを特徴とする
。

〔作用〕

上記ホルダは、そこに保持したウェハ表面の中心点を通
る中心軸を中心に回転させられるため、当該ホルダの起
立角度を変えることによってウェハに対するイオンビー
ムの入射角を変えても、イオンビームの走査中心とウェ
ハの中心とがずれることはない。

また、上記ホルダに対するウェハの搬入と同ホルダから
のウェハの搬出とを、第１および第２のアームによって
並行して行なえるので、ホルダに対するウェハのハンド
リング時間が短縮でき、その結果当該イオン処理装置の
スループットが向上する。

〔実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係るイオン処理装置を部
分的に切り欠いて示す平面図であり、第２図は第１図の
線■−■に沿う部分断面図であり、第３図は第１図の線
■−■に沿う部分断面図である。

二の実施例においては、真空に排気される部屋であって
イオンビーム４を導入してそれをウェハｌＯに照射する
ための処理室２の天井部の左右に対称的に、ウェハｌＯ
を処理室２と大気側との間で出し入れするための第１お
よび第２の真空予備室１８ａおよび１８ｂを隣接させて
おり、各真空予備室１８ａ、１８ｂは真空弁（例えばフ
ラップ弁）２４ａ、２４ｂによってそれぞれ大気側と仕
切られている。

また、処理室２内であって各真空予備室１８ａ、１８ｂ
の下方には、両真空予備室１８ａ、１８ｂと処理室２間
をそれぞれ真空的に仕切ることができる昇降式の第１お
よび第２の弁体３２ａおよび３２ｂがそれぞれ設けられ
ている。３９ａ、３９ｂはその昇降用の軸である。

上記弁体３２ａ、３２ｂは、ウェハ１０を載置する第１
および第２のステーションをそれぞれ兼ねており、それ
らの各上面にはウェハ１０をそれぞれ載置可能である。

また、各弁体３２ａ、３２ｂの上面部の両側には、後述
するアーム４０ａ、４０ｂのウェハ載置部４２ａ、４２
ｂと干渉しないように凹み３６ａ１３６ｂをそれぞれ設
けており、かつ中央部には、大気側から、開状態の真空
弁２４ａ、２４ｂを通して、二点鎖線で示すようなウェ
ハ移載用の板状のアーム５８ａ、５８ｂが横方向に入り
込みかつ若干上下できる程度の凹み３８ａ、３８ｂをそ
れぞれ設けている。

一方、処理室２の側壁を真空シールされた状態で貫通す
る回転軸５１の先端部に取り付けられたクランク状のホ
ルダ支持アーム５２の先端部に、ウェハ１０保持用のホ
ルダ６が取り付けられており、ホルダ駆動装置５６によ
って回転軸５１を矢印Ｇのように回転させることによっ
て、当該ホルダ６を水平状態（図示例）と任意の注入角
度の起立状態とにすることができる。５４は、イオンビ
ーム４のビーム電流計測用のファラデーケージである。

この場合、回転軸５１の中心軸５１ｃは、ホルダ６に保
持された（即ち後述するホルダベース６■とクランパー
６２間に挟持された状態の）ウェハ１０の表面の中心点
を通るようにされている。

従って、ホルダ６の起立角度を変えることによってウェ
ハ１０に対するイオンビーム４の入射角（注入角）を変
えても、イオンビーム４の走査中心とウェハ１０の中心
とがずれることはない。

ホルダ６は、第３図を参照して、ホルダベース６１およ
びリング状のクランパー６２を備えており、クランパー
６２は、ホルダ６の水平状態において、ホルダベース６
１を貫通するガイド軸４８を介してつながる昇降板４４
を図示しない手段によって昇降させることによって、ホ
ルダベース６１に対して上下させることができ、その上
昇状態においてホルダベース６１との間にアーム４０ａ
、４０ｂの先端部を通すことができ、降下状態において
ばね５０の弾性力でウェハ１０の周縁部を押圧保持する
ことができる。

また、昇降板４４には、ホルダベース６１を貫通してい
て、クランパー６２と所定の上下関係で上下させられる
ものであって、ウェハｌＯをその周縁部で支えることが
できるウェハ受け４６が幾つか取り付けられている。

そして、処理室２内であってホルダ６のウェハ保持部中
心と弁体３２ａ、３２ｂのウェハ載置部中心（換言すれ
ば弁体３２ａ、３２ｂ用の軸３９ａ、３９ｂの中心）と
それぞれ等距離の所に、回転および昇降可能な軸４１ａ
、４１ｂがそれぞれ設けられており、それらに例えばロ
ード用の第１のアーム４０ａおよび例えばアンロード用
の第２のアーム４０ｂがそれぞれ取り付けられている。

従って各アーム４０ａ、４０ｂは、矢印Ｅ、Ｅ’および
Ｆ、Ｆ’のように水平方向に旋回可能であると共に昇降
可能である。

そして各アーム４０ａ、４０ｂの先端部には、ウェハ１
０の両側を下から支えるウェハ載置部４２ａ、４２ｂが
それぞれ設けられている。しかもこのアーム４０ａ、４
０ｂの各先端部は、降下状態にある弁体３２ａ、３２ｂ
と処理室２の天井部との間に入り込むことができ、かつ
水平状態にあるホルダ６の上昇状態にあるクランパー６
２とその下のホルダベース６１との間の入り込むことが
できる位置関係にされている。

また両アーム４０ａ、４０ｂは、それらがそれぞれ矢印
Ｅ、Ｆあるいはその逆の矢印Ｅ’、Ｆ’のように同時に
並行して旋回されるよう構成されており、しかもそのよ
うに動作してもそれぞれのウェハ載置部４２ａ、４２ｂ
が互いに干渉しないようにされている。

これを第４図のモデルを参照して説明する。例えば各ア
ーム４０ａ、４０ｂの回転中心とホルダ６のウェハ保持
部中心および各弁体３２ａ、３２ｂのウェハ載置部中心
間の距離を共にＬとし、各アーム４０ａ、４０ｂのウェ
ハ載置部４２ａ、４２ｂの中心から最外端部までの距離
をｄとする。

そして、両アーム４０ａ、４０ｂを矢印Ｅ、Ｆのように
（あるいはその逆方向に）共に角速度がωの等速度で同
期して旋回させたとき（これは歯車列等の公知の手段で
容易に実現できる）、両アーム４０ａ、４０ｂのウェハ
載置部４２ａ、４２ｂの中心間の距離Ｘは、 で表され、それの両アーム４０ａ、４０ｂが互いに最接
近したときの最小距離Ｘ　＋ａｉｎは、Ｘ□、＝２Ｌｆ
ｉ蓄闇Ｔζ０．５８６Ｌとなる。ｔは時間である。これ
は、０≦ωｔ≦π／２で１≦（ｃｏｓωｔ　＋ｓｉｎω
ｔ）≦２だからである。

従って、両アーム４０ａ、４０ｂのウェハ載置部４２ａ
、４２ｂが互いに衝突しない条件は、Ｘ　＋５ｉｎ−０
，５８６Ｌ＞２ｄ であり、この実施例の装置はこの条件を満たすように構
成されている。

第１図に戻って上記装置の全体的な動作例を説明するが
、前提として、例えば、弁体３２ａ、３２ｂは降下状態
に、アーム４０ａ、４０ｂはホルダ６と弁体３２ａ、３
２ｂとのそれぞれ中間位置に、かつホルダ６は水平状態
にあり、そして処理室２および真空予備室１８ａ、１８
ｂは所定の真空状態にあるものとする。

まず弁体３２ａが上昇して処理室２と真空予備室１８ａ
間を仕切り、真空予備室１８ａ内が大気圧状態に戻され
、真空弁２４ａが開かれる。そして矢印Ａのように大気
側から例えばアーム５８ａによって未処理のウェハｌＯ
が一枚真空予備室１８ａ内に搬入され、弁体３２ａ上に
載置される。

そして真空弁２４ａが閉じられ、真空予備室１８ａが真
空引きされ、それが完了すると弁体３２ａが降下する。

これによってウェハ１０は真空予備室１８ａ内から処理
室２内へ移送されたことになる。

その状態で、ロード用のアーム４０ａが弁体３２ａ側に
（即ち矢印Ｅ′方向に）旋回してそのウェハ載置部４２
ａが弁体３２ａ上のウェハ１０の下に入り込み、そして
アーム４０ａが若干上昇してそのウェハ載置部４２ａ上
にウェハ１０を載置する（第２図の状態）。

この間に、水平状態にあるホルダ６のクランパー６２お
よびウェハ受け４６は上昇状態にされており、そしてア
ーム４０ａがホルダ６側に（即ち矢印Ｅ方向に）旋回し
てそのウェハ載置部４２ａがホルダベース６１とクラン
パー６２間に入り、そしてアーム４０ａが若干降下して
ウェハ載置部４２ａ上のウェハ１０をウェハ受け４６上
に載せる。

次いでアーム４０ａが矢印Ｅ′方向に旋回して。

中間位置に戻ると共に、クランパー６２およびウェハ受
け４６が降下してウェハ１０をクランパー６２とホルダ
ベース６１間に挟持し、そしてホルダ６が起立状態にさ
れ、そのウェハ１０にイオンビーム４が照射されてイオ
ン注入等の処理が行わ□れる。尚、このときのウェハ１
０に対するイオンビーム４の入射角は、前述したように
ホルダ６の起立角度を変えることにより、例えば０〜９
０度の範囲内で任意に設定することができる。また、処
理（注入）中にホルダ６を自転させて、ウェハ１０に対
する処理（注入）量の均一化を図るようにしても良い。

所定の処理が終了すると、ホルダ６は水平状態に戻され
、クランパー６２およびウェハ受け４６が上昇してウェ
ハ１０が持ち上げられた所に、アンロード用のアーム４
０ｂが矢印Ｆ′方向に旋回してきてそのウェハ載置部４
２ｂがウェハ１０の下に入り込み（第３図の状態）、そ
してアーム４０ｂが若干上昇してそのウェハ載置部４２
ｂ上にウェハ１０を載置する。

次いでアーム４０ｂが弁体３２ｂ側に（即ち矢印Ｆ方向
に）旋回して弁体３２ｂ上に位置し、そして若干降下し
てそのウェハ載置部４２ｂ上のウェハ１０を弁体３２ｂ
上に載置する。

そしてアーム４０ｂが矢印Ｆ′方向に旋回して中間位置
に戻ると共に弁体３２ｂが上昇して、ウェハ１０を真空
予備室１８ｂ内に入れると共に真空予備室１８ｂと処理
室２間を仕切り、そして真空予備室１８ｂ内が大気圧状
態に戻され、真空弁２４ｂが開かれる。そして例えばア
ーム５８ｂによって矢印Ｂのように処理済のウェハ１０
が大気側に搬出される。

以降同様の動作が必要に応じて繰り返される。

尚、以上においては、−枚のウェハｌＯに注目してそれ
を大気側から搬入して処理して大気側に搬出するまでの
動作を説明したが、実際は未処理のウェハ１０を大気側
から搬入してホルダ６に装着するローディング動作と、
ホルダ６上の処理済のウェハ１０を大気側に搬出するア
ンローディング動作とは並行して行われる。

従ってこの装置によれば、ホルダ６に対するウェハ１０
の出し入れを同時に並行して行なえるので、ウェハ１０
のハンドリング時間が第６図の装置に比べて大幅に短縮
でき、その結果当該装置のスループットも向上する。

もちろん、ホルダ６へのウェハ１０の出し入れ方向が一
方向に限定できるので、ホルダ６周辺の機器や構造物に
対する制約も少ない。

また、ウェハ１０のハンドリングを全てアームで行って
いるため、搬送ベルトに比べてパーティクル（ゴミ・）
の発生が少なく、従ってウェハｌＯの表面の汚れを防止
する効果も大きい。

また、ウェハ１０のハンドリング機構が回転・昇降動作
機構のみで構成されるので、構造および動作制御が簡単
であり、しかも処理室２内に駆動部分を設けずに済むの
でこの点からもゴミの発生が軽減される。

尚、第４図中に示したアーム４０ａ側の距ＭＬとアーム
４０ｂ側の距離りとは、並行動作でウェハ載置部４２ａ
、４２ｂが互いに干渉しないようにしさえすれば、互い
に異なっていても良い。

また、以上においては、第１および第２の弁体３２ａ、
３２ｂが、処理室２内でウェハ１０を載置しておく第１
および第２のステーションを兼ねる場合を例示したが、
上記のような弁体３２ａ１３２ｂや真空予備室１８ａ、
１８ｂを設ける代わりに、処理室２内に、複数枚のウェ
ハ１０を収納可能な昇降式のかつアームの入るカセット
を二つ設け、このようなものを第１および第２のステー
ションとする等しても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、ホルダの起立角度を変
えることによってウェハに対するイオンビームの入射角
を変えてもイオンビームの走査中心とウェハの中心とが
ずれることがなく、しかもホルダに対するウェハのハン
ドリング時間が短縮できるのでスループットも向上する
。また、ウェハのハンドリングにアームを使用している
ので、搬送ベルトに比べてゴミの発生が少なく、従って
ウェハ表面の汚れを防止する効果も大きい。

【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処理装置を
部分的に切り欠いて示す平面図である。 第２図は、第１図の線■−■に沿う部分断面図である。 第３図は、第１図のＩ［［−１１Ｉに沿う部分断面図で
ある。第４図は、アームの位置関係を説明するための図
である。第５図は、従来のイオン処理装置の一例を示す
概略図である。第６図は、従来のイオン処理装置の他の
例を示す概略図である。 ２・・・処理室、４・・・イオンビーム、６・・・ホル
ダ、１０・・・ウェハ、１８　ａ、　　１８　ｂ・・・
真空予備室、３２ａ、３２ｂ−−−弁体、４０ａ、４０
ｂ・・・アーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームを導入してそれをウェハに照射する
   ための処理室内に、ウェハを保持可能なホルダであって
   保持したウェハ表面の中心点を通る中心軸を中心に水平
   状態と起立状態間で回転させられるものと、ウェハを載
   置可能な第１および第２のステーションと、ホルダのウ
   ェハ保持部中心と第１のステーションのウェハ載置部中
   心から等距離の所に回転中心を持ち第１のステーション
   からウェハを受け取りそれをホルダに渡す回転式の第１
   のアームと、ホルダのウェハ保持部中心と第２のステー
   ションのウェハ載置部中心から等距離の所に回転中心を
   持ちホルダからウェハを受け取りそれを第２のステーシ
   ョンに渡す回転式の第２のアームとを設け、かつ第１の
   アームによるウェハの第１のステーションからホルダへ
   の移載と、第２のアームによるウェハのホルダから第２
   のステーションへの移載とを並行して行なえるよう構成
   していることを特徴とするイオン処理装置。