JPH11265680A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のイオン注入基板保持機構が具備する機
能を省くことなく、且つ小型軽量化できるイオン注入基
板保持機構を具備するイオン注入装置を提供すること。 【解決手段】 イオン注入基板移動装置のイオン注入基
板保持機構でウエハｗｆを受け渡し、イオン照射領域で
ウエハｗｆにイオンを注入するイオン注入装置におい
て、イオン注入基板保持機構はウエハ保持台１と、クラ
ンプ爪３を有するクランプ機構を具備し、イオン注入室
の所定の位置でイオン注入基板を受け渡しする際、ウエ
ハｗｆを脱着させるウエハリフト機構７等を含む脱着装
置をイオン注入基板移動装置とは別途設け、イオン注入
基板を脱着させる時以外はイオン注入室の壁面近傍に退
避させる退避機構を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ等のイ
オン注入基板にイオンを注入するイオン注入装置に関
し、特に大口径のイオン注入基板にイオンを注入する枚
葉式のイオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の枚葉式のイオン注入装置は
イオン照射室に、ウエハを保持するウエハ保持機構を具
備するウエハ移動装置をイオン注入室に配置し、ウエハ
にイオンを注入する場合、イオン注入室の所定の位置
で、ウエハ保持機構でウエハを受け取り、該ウエハをイ
オン注入室のイオン照射領域に移動し、該イオン照射領
域でイオンビームに対し垂直にウエハを機械的に走査
し、該ウエハにイオンを注入している。

【０００３】上記イオン注入基板移動装置のウエハ保持
機構は、ウエハを保持する保持台と、該保持台にウエハ
を機械的に保持するクランプ機構、該ウエハを静電気力
（クーロン力）を利用して吸着する静電チャック等のウ
エハ吸着機構、ウエハを冷却するウエハ冷却機構等を具
備し、更にクランプ機構を作動させるためのクランプ作
動機構を含むウエハ脱着機構も具備し、これらをウエハ
移動装置のアーム先端に実装している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ウエハ保持機構は保持台、クランプ機構、ウエハ吸着機
構、ウエハ冷却機構、ウエハ脱着機構を具備し、これら
をウエハ移動装置の伸縮アーム先端に実装しているた
め、該ウエハ移動装置の伸縮アーム先端に実装される部
品が多く、大型化すると共に、重量も重くなっている。
そのためウエハ移動装置の本体、伸縮アーム、その駆動
部も大型化し、ひいては処理室（イオン注入室）全体が
大きくなるという問題があった。特に、ウエハの口径が
大きくなると、この傾向が顕著になる。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、従来のイオン注入基板保持機構が具備する機能を省
くことなく、且つ小型軽量化できるイオン注入基板保持
機構を具備するイオン注入装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、イオン注入室、該イオン注入
室内に配置されたイオン注入基板移動装置とを具備し、
該イオン注入基板移動装置は該イオン注入室の所定の位
置でイオン注入基板保持機構によりイオン注入基板を受
け渡し、イオン注入基板をイオン注入室のイオン照射領
域に移動し、該イオン照射領域でイオン注入基板を機械
的に走査し、該イオン注入基板にイオンを注入するイオ
ン注入装置において、イオン注入基板保持機構はイオン
注入基板を保持する保持台と、該保持台にイオン注入基
板を保持するクランプ機構を具備し、イオン注入基板移
動装置が該イオン注入基板保持機構からイオン注入室の
所定の位置でイオン注入基板を受け渡しする際、該イオ
ン注入基板をイオン注入基板保持機構から脱着させるた
めのクランプ作動機構を含む脱着装置をイオン注入基板
移動装置とは別途設けたことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のイオン注入装置において、脱着装置は、イオン
注入室の所定の位置でイオン注入基板を脱着させる時以
外はイオン注入室の壁面近傍に退避する退避機構を具備
することを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載のイオン注入装置において、イオン注入基
板移動装置と脱着装置はそれぞれ少なくとも２組ずつ具
備することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図１は本発明のイオン注入装置
に用いるイオン注入基板保持機構の構成例を示す断面
図、図２はその平面図、図３はイオン注入装置の構成例
を示す平面図である。図１及び図２において、１はウエ
ハ保持台であり、該ウエハ保持台１の上には静電チャッ
ク２が設けられ、該静電チャック２の静電気力により、
ウエハｗｆはウエハ保持台１のウエハ保持面上に装着保
持されるようになっている。ウエハ保持台１のウエハ保
持面には、ガスを吹き出すガス吹出穴１ａが設けられて
おり、ウエハ保持面とウエハｗｆの間の隙間に、ガスを
圧力１〜５ｔｏｒｒで供給し、ガス膜を形成するように
なっている。

【００１０】また、ウエハ保持台１の内部には図８に示
すように、内径Φ６ｍｍの冷却水路１ｂが形成されてお
り、該冷却水路１ｂに冷却水が流量５〜１０Ｌ／ｍｉｎ
で供給されるようになっている。ウエハ保持台１のウエ
ハ保持面とウエハｗｆとの間の隙間に満たされたガス膜
ｇが熱伝導媒体として作用し、イオン注入による入熱に
よって加熱されたウエハｗｆを冷却するようになってい
る。ウエハ保持台１のウエハ保持面とウエハｗｆとの間
の隙間にこのガスを流さないと、該隙間は真空状態（イ
オン注入室内が真空状態）となるからウエハｗｆからの
放熱が悪くなるが、上記のようにガスを流しガス膜ｇを
形成することにより、該ガス膜ｇは熱伝導媒体として作
用しウエハｗｆからの放熱が良くなる。

【００１１】ウエハ保持台１は円板状をなしており、そ
の周縁部には複数個（図では４個）のクランプ爪３が支
軸１２で回動自在に支持されており、該クランプ爪３の
先端はウエハｗｆの周縁部の側面に当接するようなって
おり、他端はクランプレバー４に連結されている。ま
た、クランプレバー４は該クランプレバー４とウエハ保
持台１の間にある板バネ５の弾撥力で、常時ウエハ保持
台１から離間する方向に付勢されている。即ち、常時、
板バネ５の弾撥力で複数個のクランプ爪３がウエハｗｆ
の周縁部の側面を押す方向（クランプ爪３を閉じる方
向）に付勢されている。

【００１２】７はクランプ爪３を作動させ、且つウエハ
ｗｆを持ち上げるウエハリフト機構であり、該ウエハリ
フト機構７は昇降駆動軸１３を中心に回動するアーム１
４に支持されている。該ウエハリフト機構７は常時は処
理容器（イオンビーム照射室）３６の内面に接するよう
に格納（退避）されており、アーム１４を昇降駆動軸１
３で回動させることにより持ち上がるようになってい
る。

【００１３】ウエハ保持台１の周縁部にはクランプ爪３
のそれぞれに隣接してピン８が配設されており、該ピン
８はピンレバー１６の端部に設けられ、該ピンレバー１
６は昇降部材１７を介してウエハリフト機構７の内部に
配置されたエアシリンダ１８のピストン１９に連結され
ている。また、昇降部材１７の摺動部はベローズ２１で
囲まれている。また、アーム１４の内部には圧縮空気供
給穴１４ａが設けられ、該圧縮空気供給穴１４ａを通っ
て送られた圧縮空気２０はフレキシブルチューブ１１を
通してエアシリンダ１８に供給されるようになってい
る。

【００１４】図４及び図５は上記ウエハリフト機構７の
昇降駆動部を示す図で、図４は該昇降駆動部の昇降駆動
軸の部分断面図、図５は昇降駆動部の側断面図である。
昇降駆動軸１３は処理容器３６の側壁で磁気流体シール
１５とボールベアリング２２で回動可能に支持されると
共に、処理容器３６の側壁の内外の気密性を保って相互
に隔離している。昇降駆動軸１３の端にはストッパー２
３とプーリ２４が取り付けられており、プーリ２４には
タイミングベルト２５が懸架されている。昇降駆動軸１
３には上記アーム１４の圧縮空気供給穴１４ａに連通す
る圧縮空気供給穴１３ａが設けられ、処理容器３６の外
から圧縮空気を供給できるようになっている。

【００１５】また、図５に示すように、プーリ２４とロ
ータリーアクチュエータ２６の駆動軸の間にタイミング
ベルト２５が懸架されている。ロータリーアクチュエー
タ２６により昇降駆動軸１３が回動するようになってい
る。更に、ストッパー２３をエアシリンダー２７の駆動
軸が押し出すようになっている。即ち、エアシリンダー
２７の駆動軸がストッパー２３を押し出すことにより、
昇降駆動軸１３が更に回動するようになっている。

【００１６】処理容器（イオンビーム照射室）３６内に
は、図３に示すように、上記構成のイオン注入基板保持
機構を具備するウエハ移動装置３７が２台配置されてい
ると共に、ウエハリフト機構７及びその昇降駆動部も２
台配置されている。更に、ロードロックチャンバー３
１、３２、搬送アーム３３、３４、イオン電流検出器３
８等が配置されている。

【００１７】図６はウエハ移動装置３７の概略構成例を
示す斜視図である。ウエハ移動装置３７は、水平移動機
構４０、アーム駆動機構５０、伸縮アーム６０を具備す
る構成である。水平移動機構４０は水平回動軸４１とモ
ータ４２を含んで構成される。水平回動軸４１とモータ
４２の駆動軸との間にタイミングベルト４３が懸架さ
れ、モータ４２が駆動されると水平回動軸４１が回動す
るようになっている。

【００１８】アーム駆動機構５０が水平回動軸４１の上
端に取付けられている。モータ４２を駆動することによ
り、アーム駆動機構５０を水平回動軸４１の回りに回動
させることができるようになっている。アーム駆動機構
５０は二軸構造を有するアーム駆動軸５１、モータ５４
及びモータ５５を含んで構成されている。アーム駆動軸
５１は、中軸５２と外軸５３から構成され、水平に保持
されている。中軸５２とモータ５４の駆動軸との間にタ
イミングベルト５６が懸架されており、モータ５４によ
り中軸５２が回動する。外軸５３とモータ５５の駆動軸
との間にタイミングベルト５７が懸架されており、モー
タ５５により外軸５３が回動する。

【００１９】伸縮アーム６０は、外軸５３に取り付けら
れた第１サブアーム６１と、その先端に回動可能に取り
付けられた第２サブアーム６２を含んで構成されてい
る。第２サブアーム６２の先端にウエハ保持台１が図７
に示すように、回動可能に取り付けられている。

【００２０】中軸５２と外軸５３を同時に回動させる
と、伸縮アーム６０の第１サブアーム６１、第２サブア
ーム６２及びウエハ保持台１の相対位置を変化させるこ
となく回動する。中軸５２を固定して外軸５３のみを回
動させると、第１サブアーム６１と第２サブアーム６２
とがその狭角を変化させ、伸縮アーム６０が伸縮する。
このとき、ウエハ保持台１がウエハ保持面と第２サブア
ーム６２との角度を伸縮アーム６０の伸縮に対応して変
化させ、伸縮アーム６０を伸縮してもウエハ保持台１の
ウエハ保持面の向きは変化しない。

【００２１】従って、中軸５２を固定し、外軸５３を回
動させることにより、ウエハ保持台１を並進移動させる
ことができる。中軸５２と外軸５３とを同時に回動させ
ることにより、ウエハ保持台１のウエハ保持面の向きを
変化させることができる。

【００２２】ウエハ移動装置３７のイオン注入基板保持
機構のウエハ保持台１に未処理のウエハｗｆを装着する
には、先ず、ウエハ移動装置３７は伸縮アーム６０を伸
縮させ第２サブアーム６２の先端に取り付けたウエハ保
持台１を図３のＢの位置に移動させる。続いて、搬送ア
ーム３３又は３４でウエハｗｆをロードロックチャンバ
ー３１又は３２から取り出し、ウエハ保持台１の上に移
送させる。次に、ロータリーアクチュエータ２６を起動
させ、昇降駆動軸１３を回動させアーム１４を回動させ
ウエハリフト機構７を持ち上げ、図１に示すように、ウ
エハ保持台１の下方に位置させる。

【００２３】続いて、エアシリンダー２７を駆動させる
と、アーム１４はさらに上昇し、クランプレバー４にウ
エハリフト機構７の突起部７ａが当接し、該クランプレ
バー４を持ち上げる。これにより、クランプ爪３は支軸
１２を中心に回動し、クランプ爪３が開く方向に作動す
る。

【００２４】次に、エアシリンダ１８を作動させピンレ
バー１６の単部に設けられたピン８を押し上げる。４本
のピン８の先端をウエハ保持台１の上にあるウエハｗｆ
の裏面の外縁部近傍に接触させ、ウエハｗｆを搬送アー
ム３３又は３４の上からやや持ち上げる。搬送アーム３
３又は３４が退いた後、ピン８を下降させるとウエハｗ
ｆは開いているクランプ爪３の間のウエハ保持台１の上
に載置される。続いて、ロータリーアクチュエータ２６
及びエアシリンダー２７を駆動して、アーム１４を下降
させ、ウエハ保持台１の真下から、処理容器３６の内壁
面（図１のＡの位置参照）まで退避させる。

【００２５】このとき、クランプレバー４は板バネ５の
弾撥力で押され、クランプ爪３が閉じてウエハｗｆの周
縁部を側面から押えて、ウエハｗｆはウエハ保持台１に
保持される。また、クランプ爪３がウエハｗｆの側面に
接触すると、ウエハｗｆは該クランプ爪３を通して接地
されると同時に、静電チャック２に５００Ｖ〜１５００
Ｖのバイアス電圧が印加され、静電気力（クーロン力）
によりウエハｗｆの吸着が開始される。即ち、クランプ
爪３によるウエハｗｆの保持と静電チャック２の吸着は
連動して行われる。

【００２６】ウエハ移動装置３７はウエハ保持台１に保
持されたウエハｗｆを、イオン電流検出器３８の前方で
且つイオンビーム３９が照射されるイオン照射領域に移
動させ、該イオン照射領域でイオンビーム３９に対して
垂直方向に移動（走査）させることにより、ウエハｗｆ
にイオンを注入する。このイオン注入は２台のウエハ移
動装置３７により、２枚のウエハｗｆをイオンビーム３
９に対して垂直方向に並進させて行う。

【００２７】イオンの注入が終了した場合は、ウエハ移
動装置３７は第２サブアーム６２の先端に取り付けたウ
エハ保持台１を図３のＢの位置に移動させ、アーム１４
を昇降駆動軸１３を中心に回動させ、ウエハリフト機構
７を持ち上げ、更にエアシリンダー２７を作動させるこ
とにより、クランプレバー４に突起部７ａを当接させ、
下方より力を加えることにより、クランプ爪３が開く。
続いて、エアシリンダ１８を作動させ、４本のピン８の
先端をウエハ保持台１のウエハ保持面上に突出させるウ
エハｗｆを持ち上げる。上記４本のピン８で持ち上げた
ウエハｗｆを搬送アーム３３又は３４で受け取る。

【００２８】上記のようにウエハｗｆをウエハ保持台１
から脱着させる時以外は、アーム１４を回動させウエハ
リフト機構７を処理容器３６の内壁に退避させることが
できる構成とすることにより、ウエハ保持台１をイオン
照射領域に周回するための空間ができ、ウエハ移動装置
３７の配置やウエハ保持台１の周回範囲を広くとること
ができる。このウエハリフト機構７の退避空間を利用す
ることにより、イオン注入装置をコンパクトに構成でき
る。

【００２９】なお、上記実施例では、ウエハｗｆにイオ
ンを注入するイオン注入装置を例に説明したが、本発明
のイオン注入装置でイオンを注入する基板はウエハに限
定されるものではなく、イオン注入基板にイオンを注入
するイオン注入装置として広く利用できることは当然で
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、下記のような効果が得られる。請求項１に
記載の発明によれば、イオン注入基板をイオン注入基板
保持機構から脱着させるためのクランプ作動機構を含む
脱着装置をイオン注入基板移動装置とは別途設けたの
で、従来のイオン注入基板保持機構が具備する機能を省
くことなく、イオン注入基板保持機構の小型軽量化がで
きる。

【００３１】請求項２に記載の発明によれば、クランプ
作動機構はイオン注入室の所定の位置でイオン注入基板
保持機構へのイオン注入基板の脱着時以外は該イオン注
入室の壁面近傍に退避する退避機構を具備するので、退
避空間を利用することにより、イオン注入装置をコンパ
クトに構成できる。

【００３２】請求項３に記載の発明によれば、イオン注
入基板移動装置とクランプ作動機構はそれぞれ少なくと
も２組ずつ具備するので、コンパクトで且つイオン注入
処理効率のよいイオン注入装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン注入基板保持装置の構成例を示
す断面図である。

【図２】本発明のイオン注入基板保持装置の構成例を示
す平面図である。

【図３】本発明のイオン注入装置の構成例を示す平面図
である。

【図４】ウエハリフト機構の昇降駆動部の昇降駆動軸の
部分断面図である。

【図５】ウエハリフト機構の昇降駆動部の側断面図であ
る。

【図６】本発明のイオン注入装置のウエハ移動装置の概
略構成例を示す斜視図である。

【図７】本発明のイオン注入装置のウエハ移動装置のア
ームとイオン注入基板保持装置との関係を示す図であ
る。

【図８】ウエハ保持台の冷却水路の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ウエハ保持台 ２ 静電チャック ３ クランプ爪 ４ クランプレバー ５ 板バネ ７ ウエハリフト機構 ８ ピン ９ ガス供給弁 １２ 支軸 １３ 昇降駆動軸 １４ アーム １５ 磁気流体シール １６ ピンレバー １７ 昇降部材 １８ エアシリンダ １９ ピストン ２０ 圧縮空気 ２１ ベローズ ２２ ボールベアリング ２３ ストッパー ２４ プーリ ２５ タイミングベルト ２６ ロータリーアクチュエータ ２７ エアシリンダー ３１ ロードロックチャンバー ３２ ロードロックチャンバー ３３ 搬送アーム ３４ 搬送アーム ３６ 処理容器 ３７ ウエハ移動装置 ３８ イオン電流検出器 ３９ イオンビーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン注入室、該イオン注入室内に配置
   されたイオン注入基板移動装置とを具備し、該イオン注
   入基板移動装置は該イオン注入室の所定の位置でイオン
   注入基板保持機構によりイオン注入基板を受け渡し、イ
   オン注入基板をイオン注入室のイオン照射領域に移動
   し、該イオン照射領域でイオン注入基板を機械的に走査
   し、該イオン注入基板にイオンを注入するイオン注入装
   置において、 前記イオン注入基板保持機構はイオン注入基板を保持す
   る保持台と、該保持台にイオン注入基板を保持するクラ
   ンプ機構を具備し、前記イオン注入基板移動装置が該イ
   オン注入基板保持機構から前記イオン注入室の所定の位
   置でイオン注入基板を受け渡しする際、該イオン注入基
   板を該イオン注入基板保持機構から脱着させるためのク
   ランプ作動機構を含む脱着装置を前記イオン注入基板移
   動装置とは別途設けたことを特徴とするイオン注入装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のイオン注入装置におい
   て、 前記脱着装置は、前記イオン注入室の所定の位置で前記
   イオン注入基板を脱着させる時以外は前記イオン注入室
   の壁面近傍に退避する退避機構を具備することを特徴と
   するイオン注入装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のイオン注入装置
   において、 前記イオン注入基板移動装置と前記脱着装置はそれぞれ
   少なくとも２組ずつ具備することを特徴とするイオン注
   入装置。