JPH0748363B2 - イオン処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばイオン注入装置等のように、真空中
でウエハにイオンビームを照射して当該ウエハを処理す
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エハ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エハ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〜82dは真空
弁であり、84a〜84cはウエハ70の搬送ベルトである。

また処理室74内には、ウエハ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、ウエ
ハ70の着脱のための水平状態とウエハ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。

ウエハ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エハ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、その上のウエ
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
理剤のウエハ70が搬送ベルト84c、84b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、ウエハ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、あるいはウエハ70に対する処理の均一性を高める等
の理由から、ウエハ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とウエハ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78
cとホルダ80上のウエハ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
エハ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
心とウエハ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
上のウエハ70表面の中心点をウエハ表面に沿って通るよ
うにしており、それによってウエハ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
ウエハ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
転軸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に対するウエハ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ト84eを設けており、ホルダ8
0に対するウエハ70の出し入れは次のようにして行われ
る。

即ち、搬送ベルト84eを降下させた状態で、真空予備室7
6aから未処理のウエハ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。次いで搬送ベルト84e
が上昇して当該ウエハ70が搬送ベルト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エハ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
エハ70が搬送ベルト84c、84eによって搬送ベルト84d上
まで搬出され、搬送ベルト84eが降下して搬送ベルト84d
上に載置される。そして当該ウエハ70が搬送ベルト84
d、84bによって真空予備室76b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に対するウエハ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、スループット
（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
査中心とウエ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
それをウエハに照射するための処理室内に、ウエハを１
枚保持するホルダであって保持したウエハ表面の中心点
をウエハ表面に沿って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、起立状態にあるホル
ダの前方側から側部にかけての部分を取り囲んでいるフ
ァラデーケージと、ウエハを載置可能な第１および第２
のステーションと、水平状態にあるホルダのウエハ保持
部中心と第１のステーションのウエ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エ
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、この第１のアームから独立したものであって、水平
状態にあるホルダのウエハ保持部中心と第２のステーシ
ョンのウエハ載置部中心から等距離の所に回転中心を持
ちホルダからウエ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のアームとを備えており、しかも
両アームの回転中心は水平状態にあるホルダの左右両側
に位置しており、両アームはファラデーケージの後端部
に当接しないようにく字状に曲げられており、かつ両ア
ームはほぼ90度位相がずれた状態で互いに等しい速度で
同期して旋回させられ、それによって第１のアームによ
るウエハの第１のステーションからホルダへの移載と、
第２のアームによるウエハのホルダから第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、そこに保持したウエハ表面の中心点をウ
エハ表面に沿って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エハ
に対するイオンビームの入射角を変えても、イオンビー
ムの走査中心とウエ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エハの搬入と同ホルダから
のウエハの搬出とを、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、ホルダに対するウエハのハンド
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II−IIに沿う部分断面図であり、第３図は第１図の線
III−IIIに沿う部分断面図である。

こ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エハ10に照射するた
めの処理室２の天井部の左右に対称的に、ウエハ10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、2
4b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、ウエハ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
面にはウエハ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のウエハ載置部42a、42bと干渉しないよう
に凹み36a、36b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エハ移載用の板状のアーム58a、5
8bが横方向に入り込みかつ若干上下できる程度の凹み38
a、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、ウエハ10を１保持するホル
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。このファ
ラデーケージ54は、イオンビーム照射に伴ってウエハ10
やホルダ６から放出される二次電子がホルダ６の前方側
だけでなく後方へも漏れ出るのを防止してビーム電流計
測をより正確に行うことができるようにするために、起
立状態にあるホルダ６の前方側だけでなく前方側から側
部にかけての部分を取り囲むよう構成されている。

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61とクランパー62間に
挟持された状態の）ウエハ10の表面の中心点をウエハ表
面に沿って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エハ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の走査中心とウエハ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61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の弾性力でウエ
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、ウエハ10をその周縁部で支えることができるウ
エハ受け46が幾つか取り付けられている。

そして、処理室２内であって水平状態にあるホルダ６の
左右両側に、しかも水平状態にあるホルダ６のウエハ保
持部中心と弁体32a、32bのウエハ載置部中心（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、
互いに独立しており、矢印Ｅ、Ｅ′およびＦ、Ｆ′のよ
うにそれぞれ水平方向に旋回可能であると共に昇降可能
である。両アーム40a、40bは、ファラデーケージ54の後
端部に当接しないようにく字状に曲げられている。

そして各アーム40a、40bの先端部には、ウエハ10の両側
を下から支えるウエハ載置部42a、42bがそれぞれ設けら
れている。しかもこのアーム40a、40b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62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、ほぼ90度位
相がずれた状態で互いに等しい速度で同期して旋回され
るよう構成されており、これによって両アーム40a、40b
が並行して動作してもそれぞれのウエハ載置部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のウエハ保持部中位
および各弁体32a、32bのウエハ載置部中心間の距離を共
にＬとし、各アーム40a、40bのウエハ載置部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90度位相がずれた状態で矢印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のウエハ載
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_minは、 となる。ｔは時間である。これは、０≦ωｔ≦π/2 で１≦（cosωｔ＋sinωｔ）≦２だからである。

従って、両アーム40a、40bのウエハ載置部42a、42bが互
いに衝突しない条件は、 Ｘ_min≒0586L＞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、32b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、18b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2
4a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エハ10が一枚真空予備室1
8a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。これによってウエハ1
0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）旋回してそのウエハ載置部42aが弁体3
2a上のウエハ10の下に入り込み、そしてアーム40aが若
干上昇してそのウエハ載置部42a上にウエハ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
びウエハ受け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
ウエハ載置部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が若干降下してウエハ載置部42a
上のウエハ10をウエハ受け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およびウエハ受け46が降下し
てウエハ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、そのウエハ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、このときのウエハ10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０〜90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、ウエハ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およびウエハ受け46が上昇してウエハ
10が持ち上げられた所に、アンロード用のアーム40bが
矢印Ｆ′方向に旋回してきてそのウエハ載置部42bがウ
エハ10の下に入り込み（第３図状態）、そしてアーム40
bが若干上昇してそのウエハ載置部42b上にウエハ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
エハ載置部42b上のウエハ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、ウエハ10を真空予備室1
8b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エハ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、一枚のウエハ10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、実際は未処理のウエハ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上の処理済のウエハ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に対するウエハ10の
出し入れを同時に並行して行なえるので、ウエハ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に対してその後方側の一方向からウ
エハ10の出し入れを行うことができるので、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、ウエハ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、従ってウエハ10の表面の汚れを防止する効
果も大きい。

また、ウエハ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。

なお、以上においては、第１および第２の弁体32a、32b
が、処理室２内でウエハ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32a、32bや真空予備室18a、18bを設ける代わり
に、処理室２内に、複数枚のウエハ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次のような効果を奏す
る。

ホルダは、保持したウエハ表面の中心点をウエハ表面
に沿って通る中心軸を中心に水平状態と起立状態間で回
転させられるため、ホルダの起立角度を変えることによ
ってウエハに対するイオンビームの入射角度を変えて
も、イオンビームの走査中心とウエハの中心とがずれる
ことがない。

二つの互いに独立したアームによって、ホルダに対す
るウエハの出し入れを同時に並行して行えるので、ウエ
ハのハンドリング時間が大幅に短縮でき、その結果スル
ープットも向上する。

ウエ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、従ってウエハ
表面の汚れを防止する効果が大きい。

ホルダの左右両側に回転中心を有しておりかつく字状
に曲げられた二つのアームによって、ホルダに対してそ
の後方側の一方向からウエハの出し入れを行うことがで
きるので、ホルダ周辺の機器や構造物に対する制約が少
なく、ファラデーケージやアーム等を複雑な構造にしな
くても、アームがそれらと衝突するのを防止することが
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II−IIに沿う部分断面図である。第３図は、第１
図のIII−III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
……ウエハ、18a,18b……真空予備室、32a,32b……弁
体、40a,40b……アーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを導入してそれをウエハに照
   射するための処理室内に、ウエハを１枚保持するホルダ
   であって保持したウエハ表面の中心点をウエハ表面に沿
   って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、起立状態にあるホルダの前方側から側
   部にかけての部分を取り囲んでいるファラデーケージ
   と、ウエハを載置可能な第１および第２のステーション
   と、水平状態にあるホルダのウエハ保持部中心と第１の
   ステーションのウエ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エハを受け取りそ
   れをホルダに渡す回転式の第１のアームと、この第１の
   アームから独立したものであって、水平状態にあるホル
   ダのウエハ保持部中心と第２のステーションのウエハ載
   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
   エ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のアームとを備えており、しかも両アームの回転
   中心は水平状態にあるホルダの左右両側に位置してお
   り、両アームはファラデーケージの後端部に当接しない
   ようにく字状に曲げられており、かつ両アームはほぼ90
   度位相がずれた状態で互いに等しい速度で同期して旋回
   させられ、それによって第１のアームによるウエハの第
   １のステーションからホルダへの移載と、第２のアーム
   によるウエハのホルダから第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。