KR100254931B1 - 이온 주입기용 주사 및 경사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개량된 이온 주입기용 주사 및 경사장치(26)에 관한 것으로 웨이퍼 수용 플래튼 어샘블리(28)가 플래튼의 경사위치의 웨이퍼 경사축을 교차하는 직선을 따라 웨이퍼를 주사운동하게 하는 다수의 축 아암 시스템의 단부재에 수용되어 있다. 아암 시스템은 직선에 주사운동을 제한하기 위해 입력부재를 아암 시스템의 단부재인 상호 연결하는 레일 및 선형 베어링 시스템(110)을 포함한다.

Description

이온 주입기용 주사 및 경사장치
제1도는 본 발명의 이온 주입기의 스테이션의 평면도.
제2도는 선행기술의 주사 및 경사장치의 단면도.
제3도는 본 발명의 단면도.
제4도는 제3도의 선 (4-4)을 택한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
16 : 웨이퍼 핸들러 26 : 주사 및 경사장치
28 : 플래튼 36 : 제1아암
44 : 제3아암 78 : 웨이퍼
117 : 레일 124 : 선형 엔코더
140 : 제2아암
본 발명은 이온 주입장치에 관한 것이다. 상세히 설명하면 이온 주입기용 개량된 주사 및 경사장치에 관한 것이다. 반도체의 크기가 커짐에 따라 비임의 폭을 가로지르는 모든점의 웨이퍼면을 수직하게 웨이퍼를 치는 이온 비임을 만드는 주사장치를 개발하는 것이 필요해졌다.
또한, 넓게 변하는 주입각으로 웨이퍼를 주입하고 주입동안 웨이퍼를 회전시킴과 동시에 처리능력을 증가시키고 입자오염을 감소시켜야 한다.
미합중국 특허 제 5,229,615 호 (Brune 씨등) 에는 위의 조건을 만족시키는 웨이퍼 주사 및 경사 메카니즘을 포함하는 이온 주입기용 엔드 스테이션(end station) 을 개시하고 있다.
그러나, 주사 및 경사상태에서 시스템의 강성도가 필요하다는 것을 알게 되었다(시스템 강성도는 선행기술의 시스템의 부품을 단순히 확대하여 쉽게 얻어지지 않음). 위에서 언급한 선행기술의 시스템에서 경사 및 주사 메카니즘은 입사 주입의 높은각에서 낮은각의 연속 가변범위에 따라 웨이퍼를 위치시키고, 웨이퍼의 경사위치의 경사축을 교차하는 직선을 따라 웨이퍼를 주사시키는 다수의 축아암형이다. 이 시스템에서 2:1 벨트 구동 시스템을 통해 제2아암수단에 연결된 제1아암수단을 회전시킴으로써 주사 운동에 의해 얻어진다. 상기 제2아암은 1:2 벨트 구동 시스템을 통해 제3아암에 연결되어 있다 (이 구성은 미합중국 특허 제 5,046,992 호에 개시된 다수의 축 로보트 아암을 형성한다). 웨이퍼 면이 제1아암의 회전축을 포함하는 평면을 형성하도록 제3아암에 웨이퍼척을 설치함으로써 제1아암의 회전은 웨이퍼 경사축을 교차하는 선을 따라 제3아암의 선형운동을 발생시킨다.
본 발명은 경사축에 대해 제3아암의 회전을 반대로 하고 제3풀리와 제4풀리 사이의 1:2 벨트 구동을 제거하는 로버스트 베어링 어샘블리에 의해 어샘블리를 경사지게 하는데 이용되는 외부축을 제3아암에 연결시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라 웨이퍼 위치를 나타내는 신호를 선량 제어 시스템에 제공하는 선형 엔코더가 선형 베어링 어샘블리에 합체되어 있다.
본 발명을 수반한 도면을 참고로 설명할 것이다.
제1도는 진공실(12), 이송아암 어샘블리(14) 및 본 발명의 주사 및 경사 장치를 포함하는 핸들러(16)를 포함하는 이온 주입기의 엔드 스테이션(10)을 도시한다.
이송아암 어샘블리(14)는 본 발명의 부분을 형성하지 않고, 여기서 자세히 설명하지 않지만 미합중국 특허 제 5,229,615 호에 개시되어 있다. 어샘블리는 패데스텔 어샘블리(22)의 θ및 z 방향으로 운동하도록 설치된 아암(20)에 수용된 한쌍의 링형 수용부재(18)를 구성하며, 이 패데스텔 어샘블리는 진공실에 돌출해 있다. 제1도의 실선에서 웨이퍼 주입중 아암(20)이 비활동 위치이다. 웨이퍼가 적재 스테이션에서 진공실(12)의 신장된 부분으로 이송될 때, 주입을 위해 웨이퍼 핸들러(16)에 적재 아암이 점선위치로 회전하여 주입을 위해 웨이퍼를 웨이퍼 핸들러(16)에 적재해야 할 때 Z축으로 이동한다.
웨이퍼 핸들러(16)는 주사 및 경사 어샘블리(26), 이 주사 및 경사 어샘블리에 설치된 웨이퍼 수용 플래튼 어샘블리(28) 및 주사 및 경사 조립체에 설치되어 축주위로 플래튼을 작동시키는 회전 구동 시스템(30)을 포함한다.
본 발명을 이해하는데 도움을 주기 위해 선행기술의 주사 및 경사 어샘블리(26′)가 제2도에 상세히 설명되어 있다. 이 어샘블리(26′)는 외부 중공축(32), 바깥축내에서 회전하도록 지지된 내부축(34), 내부축에 고정된 제1아암 어샘블리(36), 제1아암의 외부단에 고정된 제1액슬(38), 액슬(38) 주위에서 회전하도록 설치된 제2아암 어샘블리(40), 제2아암 어샘블리(40)의 외부단에 고정된 제2액슬(42) 및 제2액슬 주위에서 회전하도록 설치된 제3아암 어샘블리(44)를 포함한다.
제3아암 어샘블리(44)는 판(46), 이 판(46)에 고정된 하우징(48), 하우징(48)에서 회전하도록 설치된 플래튼 어샘블리(28) 및 하우징에 설치되어 내부 및 외부축(32) 및 (34)의 축(52)에 수직한 축(51) 주위로 플래튼 어샘블리(28)를 회전하도록 작동하는 구동 시스템(30)을 포함한다. 또한, 축(52)은 이온 비임의 중앙선에 수직하고, 웨이퍼면의 신장된 평면에 위치하고 있다. 따라서, 웨이퍼의 면평면은 웨이퍼의 주사, 경사 및 회전의 모든 결합을 위해 이온 비임의 중앙선상의 같은 점을 교차한다.
제1도를 참조하면, 웨이퍼 핸들러의 구동 시스템은 축(52) 주위로 주사 및 경사 어샘블리(26) 전체를 회전시키고, 플래튼 어샘블리(28)를 주사 및 경사 어샘블리의 각 위치로 선형적으로 이동시킬 수 있다. 제2도를 참고로 하면, 내부축(34)은 조화 감소 시스템(56)을 통해 제1서보 모우터(54)에 의해 구동된다. 축(34)은 Ferrofluidic 시일 어샘블리(58)를 통해 연장되어 있고, 제1아암 어샘블리(36)를 포위하는 하우징(60)에 고정되어 있다. 외부축(32)은 Ferrofluidic 시일(62)을 통해 연장되어 있고, 제1풀리(64)에 의해 고정되어 있다. 제2풀리(66)는 하우징(60)에 고정된 제1액슬(38)에서 회전하도록 설치되어 있다. 제1 및 제2풀리는 풀리에 고정된 스테인레스 스틸 벨트(68)에 링크되어 있다.
제2풀리(66)는 제2아암 어샘블리(40)를 포위하는 하우징(70)에 고정되어 있는 반면, 제1액슬(38)은 제2아암내의 제3풀리(72)에 고정되어 있다. 제4풀리(74)는 워터 핸들러(water handler)의 제3아암(44)에 고정되어 하우징에 고정된 제2액슬(42)에서 회전하도록 설치되어 있다. 제3 및 제4풀리는 고정된 스테인레스 스틸 벨트(76)에 의해 링크되어 있다. 서보 모우터(54)에 의해 내부축(34)이 회전에 의해 제3아암 어샘블리(44)가 선형 운동하고, 축(52)에 수직인 선을 따라 플래튼(54)에 수용된 워터(78)가 선형 주사운동한다. 벨트(76)는 아암(40)에 정반대 회전으로 제3아암 어샘블리를 구동시킴으로써 주사위치에 의한 경사각 변화가 없다.
외부축(32)은 조화감소 시스템(82)과 제1서보 모우터(54) 및 감소유닛(56)를 지지하는 하우징(86)에 고정된 스프로킷을 구동시키는 체인 구동 시스템(84)을 통해 제2서보 모우터(80)에 의해 구동된다. 외부축(32)이 제2모우터에 의해 구동될 때, 내부축이 회전하여 주사 및 경사 어샘블리(26) 전체가 제1, 제2 및 제3아암 사이의 상대위치 변화없이 축(52) 주위를 회전한다.
제3아암 어샘블리는 판(46), 하우징(48), 하우징에 패스턴된 커버판(88) 및 하우징에 설치된 플래튼 어샘블리(28)을 포함한다. 회전 드라이브(30)는 하우징(48)에 설치된 모우터(92), 플래튼(50)에 고정되어 축과 하우징 사이에 수용된 Ferrofluidic 시일 어샘블리(96) 내에서 회전하도록 설치된 플래튼 구동축(94) 및 구동축(94)과 모우터(92)의 출력축을 링크하는 체인 구동 시스템(98)을 포함한다.
선행기술 구조의 또 다른 특징에 따라 선형 엔코더(100)가 워터 핸들러에 설치되어 기계 주사방향의 기본선에 대해 워터의 위치에 비례하는 신호를 제공한다. 이 시스템은 워터 핸들러의 외부축(32)에 고정된 스케일(scale) 수단(102)과, 제3아암 어샘블리(44)에 고정되어 스케일수단을 따라 이동하는 센서(104)를 포함한다. 선형 엔코더(100)는 선량 제어 시스템에 이용하되, 주사 모우터는 선형 엔코더(100), 웨이퍼의 정면 및 모서리에 인접한 선량미터(106)(제1도) 및 서보 모우터(8)에 부착된 회전 엔코더(도시하지 않음)으로 부터 입력을 수신하는 선량 제어기(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
주입동안, 평행 리본(ribbon) 비임(108)이 (도시하지 않은 수단에 의해) 한축에서 발생되고, 주사 모우터(54)가 통전되어 수직축으로 웨이퍼를 주사한다. 수행된 주입과정이 이를 필요로 하면, 웨이퍼(78)는 회전 구동 시스템(30)에 의해 면에 수직인 축주위를 회전할 수 있다.
본 발명은 제3도 및 제4도에 상세히 도시되어 있고, 선행기술 구조의 많은 부품이 있다는 것을 알 수 있다. 주사 및 경사 어샘블리(26)는 외부 중공축(32), 외부축 내에서 회전하도록 지지된 내부축(34), 내부축에 고정된 제1아암 어샘블리(36), 제1아암의 외부단에 고정된 제1액슬(38), 액슬(38) 주위로 회전하도록 설치된 제2아암 어샘블리(140), 제2아암(140)의 외부단에 고정된 제2액슬(142) 및 제2액슬 주위에서 회전하도록 설치된 제3아암 어샘블리(44)를 포함한다.
제3아암 어샘블리(44)는 제2도의 구성에서 변경되지 않고 판(46), 하우징(48), 플래튼 어샘블리(28) 및 플래튼 구동 시스템(30)을 포함한다.
제3도 및 제4도를 참조하면, 축(34)은 Ferrofluidic 시일 어샘블리(58)를 통해 연장되어 있고, 제1아암 어샘블리(36)를 포위하는 하우징(60)에 고정되어 있다. 외부축(32)은 Ferrofluidic 시일(62)을 통해 연장해 있고, 제1풀리(64)에 고정되어 있다. 제2풀리(66)는 하우징(60)에 고정된 제1액슬(38)에서 회전하도록 설치되어 있고, 제1 및 제2풀리는 스테인레스 스틸 벨트(68)에 의해 링크되어 있고, 위의 모든 구조는 제2도의 구조에서 바뀌지 않았다. 본 구조에서 제2풀리(66)는 제2아암(140)에 고정되어 있고, 제3아암(44)이 부착된 허브(141)가 제2액슬(142)상에서 회전하도록 설치되어 있다.
본 발명에 따라 주사 모우터(54)가 작동할 때 기계주사를 위해 선형 레일 시스템(110)에 의해 축(32)에 대해 제3아암 어샘블리를 정반대로 회전시키면 제3아암 어샘블리가 선형운동한다. 레일 시스템(110)은 기초판(112), 기초판에 볼트되어 외부축(32)에 고정된 클램프 어샘블리(114), 기초판에 볼트된 레일 어샘블리(110), 레인을 따라 이동하는 슬라이드 케리지 어샘블리(118), 슬라이드 케리지에 볼트된 설치판(120) 및 판(120)과 허브(141)에 볼트된 설치 아암(122)을 포함한다. 클램프 어샘블리는 키(33)에 의해 축(32)에 대해 고정각 관계로 유지되고, 캡부재(115)에 의해 축에 클램프된 클램프부재(113)를 포함한다.
레일(116)과 슬라이드 케리지(118)는 Thomson model DSR Dual Shaft Rail System 으로 할 수 있다. 레일 어샘블리는 한쌍의 평행축(117)을 포함하고, 슬라이드 케리지 어샘블리는 볼 부싱을 포함하는 필로우 블록(119)을 포함한다. 이러한 유닛은 THOMSON INDUSTRIES INC 에 의해 제조되었다. 이를 여기서 설명하지 않았다.
주사 모우터(54)의 작동에 의해 풀리(64),(66) 및 벨트(68)를 통해 제1아암(36)이 회전하고, 이에 따라 제2아암(140)이 회전하지만, 레일 시스템(110)과 결합된 벨트와 풀리는 제3아암(44) 비 및 부착된 플래튼 어샘블리(28)의 운동을 축(52)에 수직인 직선 및 제1도 및 제3도에 도시되어 있듯이 종이 안쪽 및 바깥쪽으로 구속하도록 작동한다.
위에서 설명했듯이, 경사 모우터(80)가 작동할 때 내부 및 외부축(32) 및 (34)이 일치하여 회전함을써 이온 비임(108)에 대해 웨이퍼(78)를 경사지도록 주사 및 경사장치(34)가 축(52) 주위를 회전하게 된다(이는 미합중국 특허 제 5,229,615 호 개시). 그러나, 본 특허에 설명되어 있듯이 웨이퍼(78)에 의한 주사운동은 경사위치의 축(52)을 교차하는 직선을 따른다.
본 발명에 따라 위의 특허에 설명되어 있듯이 선량 제어 시스템에 이용된 선형 엔코더(124)가 레일 시스템(110)에 설치되어 있다. 제3도 및 제4도를 참조하면 엔코더는 기초판(112)에 고정된 신장된 스케일수단(126)과 설치아암(122)에 고정된 센서(128)를 포함한다. 제2도의 선행기술 구조처럼 엔코더는 기계주사 방향의 웨이퍼 위치의 직접 판독을 제공한다.

Claims (4)

  1. 플래튼(28)에는 웨이퍼 수용면이 형성되어 있고, 주사 및 경사 어샘블리(26)는 상기 플래튼에 수용된 웨이퍼(7)의 면에 의해 형성된 평면에 평행한 축(52) 주위로 상기 플래튼을 회전시키고, 상기 축에 수직인 직선을 따라 주사방향으로 상기 플래튼을 이동시키고, 상기 주사 및 경사 어샘블리는 상기 축 주위로 회전하는 제1아암(36)과; 상기 제1아암에 설치되어 상대운동을 하는 제2아암(140)과; 상기 제2아암에 설치되어 상대운동을 하는 제3아암(44)을 포함하며 ; 제1구동수단(34,54,56)는 상기 축 주위로 상기 제1아암을 회전시키고 ; 상기 제1, 제2 및 제3아암을 교차하는 수단은 주사방향으로 상기 플래튼을 이동시키고 ; 제2구동수단(32,80,82,84)은 상기 축 주위로 유닛(unit)으로 상기 제1, 제2 및 제3아암을 회전하게 하고 ; 수단(110)은 상기 제3아암의 회전위치를 유지하기 위해 상기 제2구동수단 및 제3아암을 상호 연결시키는 이온 주입기용 웨이퍼 핸들러에 있어서, 상기 제2구동수단과 상기 제3아암 상호 접속하는 상기 수단은 상기 제2구동수단에 고정된 제1수단(116)과 상기 제3아암에 고정되어 제1수단에 대해 선형운동 하도록 설치된 제2수단(118)을 지닌 선형 베어링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기용 웨이퍼 핸들러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1수단은 상기 제2구동수단에 대해 고정위치에 설치된 신장된 레일(117)을 포함하고, 상기 제2수단은 상기 제3아암에 대해 고정위치로 설치된 상기 레일과 맞물리는 베어링수단(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기용 웨이퍼 핸들러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3아암을 서로 연결하는 상기 수단은 상기 제1아암을 상기 제1구동수단에 고정시키는 수단과 ; 상기 제1아암에 고정된 제1축(38)과 ; 상기 제2구동수단에 고정된 제1회전 구동수단(64)과 ; 상기 제1축상에서 회전할 수 있게 설치되어 상기 제2아암에 고정된 제2회전 구동수단과 ; 상기 제1회전 구동수단에서 상기 제2회전 구동수단까지의 속도증가를 형성하는 상기 제1 및 제2회전 구동부재를 상호 연결시키는 수단(68)과 ; 상기 제2아암에 고정된 제2축(142)과 ; 상기 제2축상에서 회전하도록 상기 제3아암을 설치하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이온 주입기용 웨이퍼 핸들러.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2구동수단과 상기 제3아암을 상호 연결하는 성형 엔코더수단(124)을 포함하며, 상기 선형 엔코더수단은 상기 신장된 레일에 고정된 신장된 스케일수단(126)과 상기 베어링 블록에 고정위치 및 상기 스케일에 근접하게 설치된 감지수단(128)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기용 웨이퍼 핸들러.
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