JPS5935505B2 - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置の製造装置、特に半導体基板にイ
オンを注入して半導体装置を製造する装置に関する。

この種製造装置は、高真空化された注入室に半導体基板
を搬入し、これをイオン注入位置に転送してから、ここ
でイオンを注入するのが普通である。

通常は複数枚の半導体基板を同時に注入室に搬送してお
いてから、個々に半導体基板をイオン注入位置に転送し
、注入処理後は当初の位置に逆送するのが普通である。
しかしこのような転送並びに逆送に際し、半導体基板に
保持のための機械的な力が加わる。半導体基板は元来脆
弱であるため従来では破損を避けるため、運搬用のカー
トリッジから半導体基板を１枚１枚専用のホルダーに移
つし、これを注入室に搬入してから、そのホルダーを個
々にイオン注入位置に転送し、及び当該位置から逆送す
るようにしている。これによれば前記した専用のホルダ
ーが必要であるし、又これに対する半導体基板の移つし
変えの作業を必要とする不便がある。のみならず、この
ような移つし変えの作業の際、半導体基板に僅少な汚れ
、傷などを与えることがあり、これが半導体装置完成品
の歩留まりに悪影響を与えていた。この発明は、イオン
注入処理に際し、個々に半導体基板を専用のホルダーに
移つし変えることなく複数枚の半導体基板をそのまま収
容しているカートリッジを注入室に搬入出させても、個
々に半導体基板のイオン注入処理を可能とすることを目
的とする。

この発明は又、イオン注入方向に対する半導体基板の傾
斜角度を簡単に設定可能とすることを別の目的とするも
のである。

すなわち、半導体基板に対してイオンを直角に注入する
よりも、イオンの飛行方向（軸線）に対して半導体基板
を０〜１５度（この角度はチャンネル角と呼ばれている
。

）程度傾斜させた方が半導体基板の結晶格子配列上から
好ましい結果が得られることが報告されている。この傾
斜のために、注入室全体を傾斜させるか又は注入室内で
、イオン注入位置に転送された半導体基板を更に傾斜さ
せることが考えられているが、前者の場合は、その傾斜
角度が一定値に固定され、その角度を任意に選択自在と
するための構造が複雑となるし、後者の場合は、高真空
の注入室内で傾斜を与えるための余分の駆動機構が必要
となるなどの不便がある。このような半導体基板の傾斜
角度を任意に選択自在とし、かつそのために要する機構
、操作が簡単であれば極めて有利であることはいうまで
もない。この発明の実施例を図に基いて説明する。

図示する製造装置は注入室の真空化及びカートリツジの
搬入出の容易化を図る構成のものを例示している。まず
その製造装置の全体構成の概略から説明する。注入室１
の両側に搬入側の予備真空室２及び搬出側の予備真空室
３が、それぞれゲートバルブ４，５を介して連通自在に
配置されてある。注入室１はその本体１Ａとその上端を
気密に密閉する蓋１Ｂとにより構成され、本体１Ａの一
部にイオン投射窓６を備え、図示しないイオン源からの
所要のイオンが分析加速されて、この投射窓に投射され
ている。したがつて個々の半導体基板をこの投射窓６に
対面させることによつて所要のイオン注入が行なわれる
ようになる。別に半導体基板ホールド機構７が設置され
てあつて、送り装置８によつて、搬入されてきたカート
リツジに収納された半導体基板の１枚１枚を前記ホール
ド機構７に送る。このホールド機構７は送られてきた半
導体基板をホールドして前記投射窓６に相対する位置ま
で往復運搬する。前記送り装置８は処理されてホールド
機構の最初のホールド位置にもどつてきた半導体基板を
再びカートリツジ内にもどす。送り装置は定位置にある
ので、１枚の半導体基板が処理されてカートリツジにも
どつてくる都度、カートリツジは次の半導体基板が送り
装置によつてホールド機構の位置まで送られることがで
きるように移送される。この移送のためにカートリツジ
の移送方向に沿つて配置された送りネジ軸９にめネジ１
０を螺合し、このためネジ１０を送り台１１を固定して
おき、この送り台１１に図のようにカートリツジ１２が
のるようにしてあり、前記送りネジ軸９は回転駆動軸１
３の回転がギヤユニツト１４を介して伝達されることに
よつて回転するようになつており、この回転によつて送
り台１１、したがつてカートリツジ１２が移送されるよ
うになる。回転駆動軸１３の回転回数を適宜制御するこ
とによつて送り台１１は定ピッチに移送されるようにな
る。ゲートバルブ４，５はいずれもバルブ本体４Ａ，５
Ａ及び連結リンク４Ｂ，５Ｂからなり、適当な駆動機構
によつて連結リンク４Ｂ，５Ｂが動作してバルブ本体４
Ａ，５Ａが本体１Ａの搬入口１５、排出口１６を開放し
及び気密的に閉塞する。

なお注入室１には真空排気系（図示しない。）が連結さ
れてあり、注入処理時にはたとえば５Ｘ１０４Ｔ０ｒｒ
以下の圧力に保持されるようになづている。真空予備室
２には内部にカートリツジ１２を入れるための入口並び
にこれを気密に閉塞する扉か叉真空予備室３には内部の
カートリツジを取出すための出口並びにこれを気密に閉
塞する扉（それぞれ図示していない。）が設けてある。
両真空予備室２，３内にはレール２１，２２が敷設され
てあり真空予備室２内のレール２１は注入室１に向かつ
て降下するように傾斜させてある。又真空予備室３内の
レール２２は注入室１側からその反対側に向かつて降下
するように傾斜させてあり、送り台１１も同方向に傾斜
させてある。図の例は両真空予備室２，３及び注入室１
の全体を傾斜させることによつてレール２１，２２及び
送り台１１が水平線に対して実質的に傾斜させている。
したがつて送りネジ軸９もこれにならつて同方向に傾斜
している。しかしこれに限られず、少くともレール２１
，２２及び送り台１１が傾斜していれば足りる。この傾
斜によつて、真空予備室２に入れられたカートリツジ１
２はレール２１上を注入室１に向かつて自然滑降してい
くし叉注入室１から真空予備室３に送られたカートリツ
ジ１２は真空予備室３内をレール２２に沿つて自然滑降
する。この自然滑降を円滑にするためには、レール２１
，２２として摩擦係数の小さな材料で製作するのが望ま
しく、たとえばフツ素系樹脂、ガラスなどによるものが
好ましい。又レール２１から送り台１１に、又送り台１
１からレール２２にカートリツジ１２が円滑に移り得る
ように各間にコロ２３を設．置しておくとよい。又レー
ル２１，２２に代えてコロを利用してもよい。カートリ
ツジ１２は第２図にその一部を示すように、両側壁３１
の内側に断面が三角状の溝３２が多数形成されてあり、
この溝３２に周辺が挾持されるように半導体基板３３が
支持収納されてある。

レール２１の先端（注入室１側の端部）に軸３４を中心
にして摺動自在の爪３５が装備されてあり、しかしてこ
の爪３５は注入室１側の端部３５ａが常時下降するよう
に傾動力が生ずるようにしてある。そのため端部３５ａ
側が反対側の端部３５ｂ側より重量的に重くしてあるか
、或いはバネによつて偏倚させるようにしてある。なお
一定角以上の傾動を拘束するためピン３６を設けておく
。この傾動によつて端部３５ｂはレール２１を自然滑降
してきたカートリツジ１２の先端に当接し、これによつ
てカートリツジ１２は自然滑降するにしても爪３５の設
置位置、つまり定位置で停止されることになる。この停
止の解除のために送り台１１の後端（予備真空室１２側
の端部）にピン３７が固定されてあり、レール２１上の
カートリツジ１２を送り台１１上に受け入れるために、
送りネジ軸９の回転によつて送り台１１が予備真空室２
側に向かつて移動するとき、ピン３７が爪３５の端部３
５ａをすくい上げる。これによつて他方の端部３５ｂと
カートリツジ１２との当接は解除し、カートリツジ１２
は再び自然滑降して送り台１１の上にのり、その上を更
に自然滑降していく。送り台１１の先端（真空予備室３
側の端部）には、前記した爪３５と同様の爪４１が、又
レール２２の後端（注入室１側の端部）には前記したピ
ン３７と同様のピン４２がそれぞれ設置してある。

したがつて上記のように送り台１１上を自然滑降したカ
ートリツジ１２の先端は爪４１に当接して停止する。爪
４１は送り台１１の定位置に設置してあるから、結局カ
ートリツジ１２は注入室１内において定位置で停止され
ることになる。カートリツジ１２内の半導体基板のすべ
てがイオン処理を完了して送り台１１が予備真空室３に
向かつて送られるとレール２２のピン４２が爪４１をす
くい上げてそれまでとは逆方向に傾動させてカートリツ
ジ１２との当接を解除する。するとカートリツジ１２は
送り台１１からレール２２の上に向かつて自然滑降して
真空予備室３内に入る。注入室１内にカートリツジ１２
を搬入するにはゲートバルブ４，５を閉じておいてから
、注入室１内を５Ｘ１０５Ｔ０ｒｒ以下の圧力となる程
度に高真空化し、叉予備真空室３内も５Ｘ１０−２Ｔ０
ｒｒ程度の圧力となる程度に粗引き真空化される。

これは真空排気系５２によつて行なわれる。っぎに予備
真空室２内に半導体基板の複数を収納したカートリツジ
１２を収納してから密閉する。このときカートリツジ１
２はレール２１土を自然滑降して爪３５に当接する。つ
ぎに予備真空室２内を５×１０−２Ｔ０ｒｒ程度の圧力
となる程度に粗引き真空化（これは真空排気系５１によ
り行なう。）し、最初にゲートバルブ４を開放する。そ
して送り台１１を予備真空室２に向けて送る。この送り
によつて爪３５による係合が解けてカートリツジ１２は
送り台１１内にのり、爪４１に当接して停止する。つい
で送り台１１を注入室内１に引き入れてからゲートバル
ブ４を閉じて注入室１を再度高真空化する。前記のよう
にゲートバルブ４を開放したことによつて注入室１と予
備真空室２とは連通し合うため、注入室１内の真空は低
下するが、大気に開放されたわけではないので、ゲート
バルブ４を閉じたのち、注入室１の高真空化に要する時
間は大気に開放されたときからの時間に比較すれば遥か
に短かくてすむ。すべての半導体基板のイオン処理がす
んだときはゲートバルブ５を開放し、送り台１１を予備
真空室３側に向けて移送する。

この過程で爪４１がピン４２によつて逆方向に傾動して
カートリツジ１２との係合が解かれ、カートリツジ１２
は送り台１１からレール２２に自然滑降して予備室３内
に入る。その後ゲートバルブ５を閉じてから、予備真空
室３の扉を開いて内部のカートリツジ１２を取り出す。
ゲートバルブ５を開いたことにより注入室１は予備真空
室３と連通するか、予備真空室３はあらかじめ粗引きさ
れているため大気に開放されたわけではないので、以後
の注入室１の高真空化に要する時間は、前述したと同様
に短時間ですむ。ホールド機構７は馬てい形状のホール
ドベース板７Ａと支持板７Ｂとをスペーサ７Ｃを介して
、半導体基板の厚さより若干（約１ｍ７！Ｌ）広い間隔
を置いて一体に連結して構成されてある。

そしてその送り装置８によつてカートリツジ１２から押
し上げられるように送り出された１枚の半導体基板がホ
ールドベース板７Ａと支持板７Ｂとの間に入るようにな
つている。支持板７Ｂはこのときの半導体基板がその面
方向に脱落しないようにするためのものである。ホール
ド機構７に送られてきた半導体基板を一時的に係留する
ための揺動自在の保持爪７Ｄがホールド機構７に設けら
れてある。これは常時は送られてきた半導体基板の下辺
を支持する位置にバネなどによつて支持ピン７Ｋを中
（心にして偏倚されているが、送り装置８により半導体
基板をホールド機構７に対し送出入する過程では、逆方
向に駆動される。この５駆動のために注入室本体１Ａに
固定されたはり７Ｅに内部に金属ベローズ７Ｆを配した
ハウジング７Ｇが設置され、１この金属ベローズ７Ｆに
保持爪７Ｄに相対する５駆動棒７Ｈが連結されてある。
したがつて金属ベローズ７Ｆの内部に連通する導管７Ｊ
を介して圧縮空気、油などの・圧力流体を金属ベローズ
７Ｆ内に流入すれば、金属ベローズ７Ｆが伸張して駆動
棒７Ｈが押出され、保持爪７Ｄか支持ピン７Ｋを中心と
して回動してホールド機構７に対する半導体基板の送出
入路から除去される。半導体基板がホールド機構７内に
送入されたとき、金属ベローズ７Ｆ内の圧力流・体を排
出すればこれが縮少して保持爪７Ｄの押動を解除するの
で、保持爪７Ｄは本来のバネによる偏倚力が働いてそれ
までとは逆方向に回動し、送入された半導体基板をその
下辺から支持する。なお保持爪７Ｄは支持ピン７Ｋを中
心として回動するので、半導体基板の下辺を支持する部
分は支持ピン７Ｋを中心にしてみれば円弧運動する。し
たがつて後記するように送り装置８の搬送具８Ａにのつ
て止昇されてきた半導体基板は、この保持爪７Ｄによつ
て若干すくい上げられ、搬送具８Ａより離れるから前記
搬送具８Ａはイオン注入処理が完了して最初の位置にホ
ールド機構７が復帰してくるまで、半導体基板の搬送位
置にとどまつていてもよい。イオン注入処理が完了して
最初の位置にホールド機構７が復帰してきたとき、再び
金属ベローズ７Ｆ内に圧縮流体を供給すれば、保持爪７
Ｄは半導体基板の下辺から引込むので、半導体基板は若
干下降してそれまで待機していた搬送具８Ａの上にのる
。搬送具８Ａはその後後述するように下降し、半導体基
板をカートリツジ１２内に収容する。送り装置８の搬送
具８Ａは筒８Ｂ内に収容されている金属ベローズ８Ｃの
一端にとりつけられた連結具８Ｄに連結されている。

そしてこの連結具８Ｄには外部にまで導出されている操
作棒８Ｅが連結されてある。したがつて操作棒８Ｅを空
圧シリンダなどの駆動源によつて昇降することによつて
、搬送具８Ａは注入室１の気密性を損なうことなく昇降
されるようになる。搬送具８Ａはカートリツジ１２の底
面を貫挿して昇降する。この上昇の過程で、カートリツ
ジ１２内の半導体基板の下辺を先端にのせて上方に送出
する。この送出を容易にするため搬送具８Ａの上面をｖ
形にし、これに断面が字状の溝８Ｆを形成しておくとよ
く、半導体基板はこの溝８Ｆ内に嵌合することによつて
搬送具８Ａからの脱落が妨げられる。１枚の半導体基板
のイオン注入処理が完了する毎に送りネジ軸９の回転に
よつてカートリツジ１２が定ピツチだけ移送されること
は前述したとおりである。

この定ピツチの移送によつて、次に処理されるべき半導
体基板の下辺が、すでに下降している搬送具８Ａの上部
に位置される。ここで再び搬送具８Ａを上昇させれば、
その半導体基板はホールド機構７に向かつて送り出され
ることになる。次にホールド機構７によつてホールドさ
れた半導体基板をイオン注入位置、すなわち投射窓６に
相対する位置まで転送するための構成について説明する
。この転送のためのホールドベース板７Ａを回動軸７Ｌ
に連結片７Ｍを介して固定連結してある。そして回動軸
７Ｌを注入室１の外側に設けた回転１駆動機構（図示し
ない）によつて回動できるようにしてある。したがつて
回動軸７Ｌを上記のように回動させると、ホールド機構
７は回動軸７Ｌの軸心を中心として回動し、これによつ
て投射窓６に対面する位置まで転送されてくる。このと
き回動軸７Ｌの回動角度を適宜調整すれば、半導体基板
の、イオン注入方向に対する傾斜角度を任意に調整する
ことができることになる。投射窓６を通つて投射される
イオンの注入処理が完了したのち、回動軸７Ｌを逆方向
に回動すれば、ホールド機構７は当初の位置まで逆転送
されて復帰する。以上の説明は、半導体基板にイオンを
注入する場合の半導体装置の製造についてであつたが、
これに限られず、たとえば半導体基板の表面に蒸着、ス
パッタリングなどによつて薄膜を生成して半導体装置を
製造する場合でも、この発明は適用される。

この場合の真空室が図の実施例における注入室に対応す
ることは言うまでもない。以上詳述したように、この発
明によれば真空で半導体基板を処理するに際し、汎用の
カートリツジに半導体基板を複数枚収容したまま真空室
に搬入することができるので、従来のように、真空処理
に際して専用のホルダーに１枚宛移しかえて真空室に搬
入する手間は全くなり、それだけ操作が容易となるとと
もに、その移し変えの際の損傷、汚れによる歩溜りの低
下はこれをもつて解消できるといつた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す側断面図、第２図は一
部の平面図、第３図は他の一部の斜視図である。 １・・・・・・真空室（注入室）、６・・・・・・投射
窓、７・・・・・・ホールド機構、８・・・・・・送り
装置、１２・・・・・・力ートリツジ、３３・・・・・
・半導体基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数枚の半導体基板を並設して収容してあるカート
   リッジを真空室に移送する移送装置と、前記移送装置に
   より前記真空室に移送されたカートリッジから前記半導
   体基板を１枚宛とり出す送り装置と、前記送り装置によ
   つて送り出されてきた半導体基板をホールドして処理位
   置まで回動により転送する回動角度が任意に設定自在の
   ホールド機構と、処理後の半導体基板を前記ホールド機
   構からカートリッジに収容する装置とからなる半導体装
   置の製造装置。 ２ ホールド機構から半導体基板をカートリッジに収容
   する装置を、カートリッジから半導体基板を１枚宛とり
   出す送り装置が兼ねている特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置の製造装置。