JP2006524915A - 集積回路製造のための位置合わせシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコンウエハなどのワークピースを集積回路製造ツールに対して配置するための装置および方法。
【解決手段】 ツールに対して取付けられたロボットアームは、ワークピースをそのツールの内外に移動させる。スペーサは、ツールから離れた方向に露出するスペーサ表面を有している。スペーサ表面の位置は、ツールに対して調整可能となっている。可動カセット支持体は、一つまたはそれ以上のワークピースを支持するもので、スペーサ表面と隣接して配置される。このカセットの支持表面上には、オーバーヘッド移送コンベヤなどのコンベヤシステムが、後にツールによって処理されるワークピースを収容したカセットを供給する。

Description

本発明は、集積回路を製造するためのツールに対してワークピース支持体を位置合わせする方法および装置に関するものである。

本発明の譲受人であるアクセリス テクノロジーズ（Axcelis Technologies）は、ＩＣ製造過程のシリコンウエハを処理する製品を取扱っている。このような製品あるいはツールの一つには、記号ＨＥ−３（the designation HE-3）に属するものがある。このツールは、イオンビームを創り出して、そのなかに置かれたウエハの物理的性質を変更する。この工程は、例えば、未処理ウエハから半導体を製造するシリコンドープで用いることができる。ウエハに異なるドーパントパターンの層を形成するのと同様に、イオン注入の前にレジスト素材でマスキングして制御することによって、無数の適用例の一つに用いるための集積回路を製造する。

他の多様なツールが集積回路の製造時に使用されている。これらのツールは、ウエハを焼きなましして制御された状態の下でのウエハの急速熱処理を含む。他のツールは、ウエハ上に制御されたパターンにホトレジストを塗布するのに使用される。また、ツールはアッシング工程でホトレジスト素材をウエハから除去するのに使用される。他のツールは、ウエハを個々の集積回路に切り分ける処理に使用される。

モデルＨＥ‐３注入機のようなイオンビーム注入機のイオン注入チャンバは、減圧状態に維持される。ビームラインに沿って加速した後に、ビーム中のイオンは注入チャンバに入ってウエハに衝突する。ウエハをイオン注入チャンバ内で位置決めするために、カセットまたは貯蔵装置からロボットによってロードロックされコンベヤシステムによって注入機に移動される。

前方開放ユニファイポッドは、集積回路（ＩＣ）製造設備内で、あるワークステーションから他へシリコンウエハを移動させるための一般的な機構となってきている。このようなポッドの異なる態様は、アシスト テクノロジー（Asyst Technologies）やブルックス オートメーション（Brooks Automation）を含む異なる製造業者から商業的に入手できる。

このようなポッドを使用する結果、集積回路の製造時にシリコンウエハの処理で使用されるツールと対応する位置にポッドを自動的に配置する必要がある。

多数の積み重ねられたウエハを収容した前方開放ユニファイポッド（ＦＯＵＰ）は、あるツールから引き続く次のツールに、オーバーヘッド移送装置などの自動化された受け渡し装置によって受け渡しされる。オーバーヘッド移送装置はロボットアームが届く位置にポッドを置き、ロボットアームは処理用ポッドから一またはそれ以上のシリコンウエハを抜き取ることができる。本発明は、正確な方法でイオン注入機のようなウエハ処理ツールにウエハを受け渡しするのに適した手段に関する。

本発明の一実施の形態における装置の構成は、集積回路製造ツールに対してワークピースを配置するための構造を有する。ワークピースの典型的な適用例の一つとしては、集積回路の製造に使用されるシリコンウエハがある。ロボットアームは、ツールに対してワークピースをそのツールの内外に移動させるよう取付けられている。スペーサは、ツールから離れた向きのスペーサ表面が露出している。この露出したスペーサ表面の相対位置は、ツールに対して調整可能となっている。移動可能なカセット支持体が一つまたはそれ以上のワークピースを支持し、スペーサ表面に隣接して配置される。このカセット支持表面上には、オーバーヘッド移送装置などのコンベアシステムが、ツールによって後工程のためのウエハなどを受け渡しする。

スペーサの使用は、オーバーヘッドコンベヤシステムなどのコンベヤシステムが、ポッドまたはカセット貯蔵装置を、処理用ツールまたはポッドによって運ばれるワークピースを正確に受け渡しするのを許容する。スペーサの使用はまた、ツールがいくつもの異なる製造業者がデザインした、いくつのものポッドドアオープナーと接合する面となることも許容する。これらのおよび他の目的、本発明の特徴および利点は、図と一緒に説明した本発明の実施の形態の詳細な記載から理解されることであろう。

図を参照すると、図１はイオン注入機１０の平面図である。本発明の譲受人であるアクセリステクノロジーズは、集積回路の製造時にシリコンウエハをイオンビーム処理するための、ＨＥ−３仕様などの注入機を取扱っている。本発明の一実施の形態ではイオン注入機を使用する場合で説明するが、本発明は、集積回路の製造におけるワークピースの処理に使用する様々なツールにも利用される。

イオン注入機１０は、その真空領域１４にイオンを注入するためのイオン発生源１２を含んでいる。イオン発生源１２は、特に適した（発生源の素材に基づいてイオン化された）選択されたタイプのイオンを放射する。イオンは、荷電粒子であり、その電荷により、真空領域１４内で加速される。イオンが加速されるため、イオンビーム２０の形で維持される。ビーム２０を構成するイオンが磁石２１に入ると、ビーム２０が屈曲して注入エンドステーション２２に達することになる。

ビーム中の平均イオンは、異なるイオン注入操作のために制御された特定の目標エネルギを有している。注入チャンバ２４内に配置されたワークピース（典型的にはシリコンウエハである）にイオンビームが突き当たると、ワークピースに衝突するビームを構成するイオンがワークピースに注入される。図１に示したイオン注入機は、シリコンウエハの注入領域に半導体素材を製造するために、ウエハに注入するのに使用することができる。
ウエハに異なるドーパントパターンの層を形成するだけでなく、イオン注入の前にレジスト素材でマスキングして使用を制御して、無数のアプリケーションの一つに使用するための集積回路を製造する。

モデルＨＥ‐３のようなイオンビーム注入機のイオン注入チャンバ２４は、減圧状態に維持される。イオン注入チャンバにウエハを配置するために、ウエハはロードロック（図示していない）へ移動される。ロードロックは、ウエハをロードロックに搬入・搬出するロボットアームを有するロボット５０からウエハを受け取る。ウエハは、支持体上の他のロボット（図示していない）によってロードロックから移動されて、注入チャンバ２４に対して搬入・搬出される。このＨＥ−３注入機では、ウエハをスピニングディスク支持体（図示していない）に支持させるよう設計されている。スピニングディスク支持体は、
イオンビーム２０の経路に対して傾いており、ウエハをビーム２０内で回転させる。

ウエハをロードロックに出し入れ移動させるロボット５０は、注入機１０の大気圧の領域４０に配置されている。ロボット５０は、直線移動経路のトラック５２（図１Ａ）上で前方および後方に移動する。図に示した本発明の実施の形態では、ロボット５０が移動する領域４０の境界を形成する多数のフレーム部材６０（図２）によって、ロボット５０が囲まれている。フレーム部材６０は、ロボット５０の剛性を有する支持体、および、一つまたはそれ以上の前方挿入ユニファイポッドあるいはカセット６２から、ウエハを集めるロボットトラック５２として機能する。

図２に戻ると、４つの前方挿入ユニファイポッド６２が複数のポッドオープナー７０と対応して、イオン注入機の外側に配置されている。図に示した本発明の実施の形態では、４つのドアオープナー７０を含んでいる。これらのドアオープナー７０は、アシストまたはブルックスオートメーションから商業的に入手できる。ロボット５０は、ポッド６２内に支持されたウエハにアクセスすることを許容するよう開閉するドア７２手段によって、注入機にシリコンウエハ７４などのワークピースを出し入れするためのアーム５４を有している。

図２で参照されるように、注入機１０は、注入機１０から離れたむき出しのスペーサ表面１１２を有する中間フレームあるいはスペーサ部材１１０も含んでいる。製造設備内にイオン注入機を取付けるときには、ポッドドアオープナー７０を表面１１２に対して隣接させて搬入し、スペーサ部材１１０に取付けることによって、注入機と連結する。以下に詳述するように、露出したスペーサ表面１１２の位置をイオン注入機１０に応じて移動させて、露出したスペーサ表面１１２の位置を調整することができる。スペーサ部材１１０と隣接するよう移動すると、ポッドドアオープナー７０は、注入機１０に対してウエハを供給するオーバヘッドトランスポートに対して正確に配置される。表面１１２の位置を調整することができるので、４つのポッドドアオープナー７０の位置を正確に調整することができる。各ポッドドアオープナーは、ポッドあるいはカセット６２の位置に、オーバーヘッドコンベヤを正確に位置決めするために使用される一つまたはそれ以上の位置決めピン１１３を含んでいる。あるシステムでは、位置決めピン１１３に対してレーザビームを使用する光学感知システムによって、この位置決めが行われる。本発明のウエハ移動システムでは、供給されるべきポッドに対して、ピン１１３の通常の位置を＋／−３ｍｍに位置決めする必要がある。

４つのポッドドアオープナー７０は、一般に平坦な可動支持表面１１４上で、対応する前方挿入ユニファイポッド６２をそれぞれ支持する。前方挿入ユニファイポッド６２は、一つまたはそれ以上のシリコンウエハ７４などのワークピースを平行に順に支持する。ポッド６２が支持表面１１４上に置かれると、ポッドドアオープナーは、前方に移動して、ドア７２を開放して、カセット内のウエハを移動するための位置へカセットあるいはポッドを運ぶ。外側に向いたスペーサ表面１１２と対応した所定の位置にウエハポッドを配置することによって、ロボットアーム５４は正確に移動して注入機で処理されウエハをポッドに対して出し入れすることができる。

図３‐１６はスペーサ部材１１０をより明瞭に描いたものである。図３に斜視図で示すように、スペーサ部材１１０は、スペーサ部材を形成するための複数の金属部品（機械加工や型加工された鉄部品など）を互いに溶接した溶接物により構成されている。図４に示した平面図において、溶接物の前ピース１２０は、５つの縦材１２２、１２４、１２６、１２８、１３０が、所定の間隔でその頂部と低部を二つの横材１３２、１３４によって接続されて、ほぼ長方形の開口が形成されている。５つの縦ピースが溶接された前ピース１２０は、増厚ブロックと組み合わされて、スペーサ部材１１０の厚さＴを形成する。図３に斜視図で示したように、溶接されたスペーサ部材１１０は、図９に平面図で示した左縦材１４０を含んでいる。溶接されたスペーサ材は、また、図７に示した３つの内側縦材１４２も含んでいる。右縦材１４４は、図１１に平面図で示されている。各縦材１４０、１４２、１４４は、スペーサブロック１５０、１５２によって前ピース１２０から離されている。第１スペーサブロック１５０は、前ピース１２０の側部縦材１２２、１３０と、左右の縦材１４０、１４４との間に取付けられている。より幅広ブロック１５２は内側縦材１４２と前ピース１２０の内側ピース１２４、１２６、１２８との間に取付けられる。

図１５および１６は、スペーサ部材１１０の表面１１２を、イオン注入機のエンドステーションの台に応じて調整できるようにした溶接物を示したものである。図４および１５に見られるように、前ピースは規則的な間隔で形成された開口１６０を含んでいる。これらの開口１６０の領域において、縦材１４２は、スペーサ部材に溶接されるねじインサート１６３と対応したノッチ１６１を有している。開口１６０は、コネクタ（図示されていない）がインサート１６３に螺合されることによって、スペーサ部材１１０の溶接物にポッドドアオープナー７０を取付けるようにする。図７に見られるように、縦材１４２は、第１パターン１６２、第２パターン１６４、および第３パターン１６６の、３つの離れている個別の孔パターンを有している。中央の孔１７０は、３パターン１６２、１６４、１６６の各々において、エンドステーションのフレーム部材６０に溶接物を接合するためのねじコネクタ１７２に適応した段部１７１を有している。図２に見られるように、３つの縦材６０ａ、６０ｂ、６０ｃのそれぞれは、対向する溶接物の孔パターン１６２の領域にめねじ開口を有している。他の開口は、孔パターン１６４、１６６に関して、フレーム部材６０ａ、６０ｂ、６０ｃに沿って配置されている。

ねじコネクタ１７２は、段部１７１と係合する大径のヘッドと、開口１７０を通ってフレーム部材６０ａ、６０ｂ、６０ｃを含むフレーム部材６０の開口にねじ込まれる延長部分と、を有している。確実に固定すると、スペーサ部材１１０の溶接物は、イオン注入機と対応して確実に位置決めされて、開口１６０を通ってインサート１６３と係合するコネクタ手段によってポッドドアオープナーを取付けるための準備が整う。

イオン注入機１０は、あるワークステーションから次の製造設備へカセットあるいはポッドを移動させるオーバーヘッドカセットコンベヤに関して、正確な位置に配設される。実際問題として、注入機１０は僅かに誤って配置されることがある。調整可能なスペーサ１１０を使用することによって、ポッドドアオープナー７０を所定の正確な角度に再位置決めすることが可能であり、位置決めピン１１３によって、ポッドに対してコンベヤを正確に位置決めすることができる。本発明の実施の形態では、前方表面１１２は、Ｙ方向（図２の座標径を参照）へ前後に１／４から１／２インチ（６．３５から１２．７０ｍｍ）の間の距離を移動することができる。

図７に見られるように、孔パターン１６２、１６４、１６６はまた、溶接物の厚さを通る２つの止めねじ１８４と対応して、２つの側部開口１８０、１８２も含んでいる。止めねじは、スペーサブロック１５０、１５２の２つの開口１８０ａ、１８２ａに通され、ねじ１８４の端部に露出している六角穴によって、溶接物に対して回転して出し入れ移動することができる。ねじ１８４の反対側端部は、溶接物を通って延び、イオン注入機のエンドステーションと面している。この露出したねじの端部はフレーム部材（例えば、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）と隣接して、イオン注入機に対する溶接物の前方表面１１２の位置を定義している。止めねじ１８４を回転することによって、前方表面１１２の位置を調整することができる。止めねじ１８４は、溶接物の厚さＴよりも下方から、さらに、１／４〜１／２インチ（６．３５〜１２．７０ｍｍ）の間の範囲で調整可能な距離Ｄに延びている。一端部で止めねじが一端までねじ込まれて溶接物に完全に着座すると、その端部は溶接物の後方表面１８６から最大に離れる。これとは反対に調整範囲では、止めねじ１８４の端部は、後方表面１８６と同一面を形成する。

イオン注入機を組み立てるときには、一度イオン注入機のエンドステーションを固定し、オーバーヘッドコンベアによって位置決めピン１１３が予想された許容差に入るまで、フレーム部材６０ａ、６０ｂ、６０ｃに対して止めねじを調整することにより、ポッドドアオープナーの位置を調整する。スペーサ部材１１０は、開口１７０を通る結合手段１７２によってエンドステーションに締結される。これらの結合手段１７２は、止めねじよりも長く、フレームの開口に係合してスペーサ溶接物をフレーム部材６０にしっかり締結する。

本発明の典型的な具体例では、止めねじは、５／８インチ（１５．８８ｍｍ）の長さを有する１／４インチ（６．３５ｍｍ）の六角ヘッド止めねじである。２つの止めねじが、溶接物の縦材の頂部、中間部、底部にそれぞれ配置される。調整部材は他のパターンおよびサイズが可能である。本発明をイオン注入機の場合によって説明したが、本発明を使用することにより、他の集積回路で使用されるワークピースの製造ツールに有益である。

これまで本発明を特別な角度から説明してきたが、本発明は、添付の請求の範囲の意図あるいは範囲内で、ここで明らかにしたデザインから全ての修正あるいは変更を含む。

本発明の一実施の形態を示すイオン注入機の平面図である。 排気された注入チャンバ内で、シリコンウエハなどのワークピースの処理を行うイオン注入機エンドステーションの拡大平面図である。 イオン注入機のフレームと、４つのポッドドアオープナーと、図１Ａに示したイオン注入エンドステーションにウエハを受け渡すのを補助するスペーサ部材と、を示す斜視図である。 イオン注入機の領域で、ウエハ支持の位置決めに使用されるスペーサ部材の部分破断斜視図である。 図３のスペーサ部材の正面図である。 スペーサ部材を図４の５‐５面から見た図である。 スペーサ部材を図４の６‐６面から見た図である。 図３および４に示したスペーサ部材の前方部分に溶接された第１延長部材の平面図である。 第１延長部材を図７の８‐８面から見た図である。 図３および４に示したスペーサ部材の前方部分に溶接された第２延長部材の平面図である。 第２延長部材を図９の１０‐１０面から見た図である。 図３および４に示したスペーサ部材の前方部分に溶接された第３延長部材の平面図である。 第３延長部材を図１１の１２‐１２面から見た図である。 スペーサ部材の前方部分と図９および１１に示した延長部材との間に挿入される第１スペーサブロックの斜視図である。 スペーサ部材の前方部分、と図７に示した延長部材との間に挿入される第２スペーサブロックの斜視図である。 前方部分に溶接物が形成される延長部材の一つを示す拡大図である。 溶接物を図１５の１６‐１６面から見た断面図である。 溶接物を図１５の１７‐１７面から見た断面図である。

Claims (16)

1. 移動可能なワークピース支持体を集積回路製造ツールに位置決めする方法であって、
   ワークピースの製造ステップを行うために、一つまたはそれ以上のワークピースを受けるツールを位置決めし、
   前記ツールの処理領域にロボットアームを取付けて処理領域にワークピースを移動させ、
   スペーサ表面を有するスペーサを、ツールに対するスペーサ表面を調整可能に位置決めするためのツールと結合し、
   スペーサ表面に対して移動可能なワークピース支持体を移動させることにより、ロボットアームの範囲内に一つまたはそれ以上のワークピースを位置決めして、支持体上の一つまたはそれ以上のワークピースを、イオン注入機のロボットアームが届く範囲内に位置決めする、
   ワークピースの位置決め方法。
2. 複数のワークピースを収容するカセット内に、一つまたはそれ以上のワークピースを支持する請求項１に記載の方法。
3. 前記カセットを、コンベヤシステムによってロボットアームの範囲に移動させる請求項２に記載の方法。
4. 前記ワークピースを位置決めするステップで、位置決めピンの位置を感知し、該ピンに基づいて可動ワークピース支持体上にカセットを配置する請求項３に記載の方法。
5. 前記スペーサは、厚みを有するとともに前記スペーサの露出する表面に形成された外側表面を有する溶接物であり、前記ツールの表面に係合する一端を有する止めねじを調整することによって、ツールに対する外側表面の位置を調整するステップを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記溶接物の外側表面に対して、ワークピース支持体を隣接させることによって止めねじを調整した後にワークピース支持体をツールに取付ける請求項５に記載の方法。
7. 外側表面に対して前記ワークピース支持体を隣接させた後に、前記スペーサに係合するコネクタによってワークピース支持体を固定する請求項６に記載の方法。
8. 前記ワークピース支持体がポッドドアオープニングにより構成されており、該ポッドドアオープニングにより、ワークピースを平行に収容したカセットを移動可能に支持して、ロボットの届く範囲内に移動させるステップをさらに備えた請求項６に記載の方法。
9. 前記ロボットアームは、ツール内でワークピースによる圧力履歴を減少させるためのロードロックに、前記ワークピースを供給する請求項１に記載の方法。
10. ワークピースを処理するための前記ワークピースの処理領域を有する集積回路製造ツールと、
    製造ツールと対応して取付けられ、前記ツールの処理領域にワークピースを移動させるロボットアームと、
    調整移動するスペーサ表面を有しており、ツールに対して露出した前記スペーサ表面の位置を調整するスペーサと、
    前記露出したスペーサ表面と前記ワークピースの位置を、ロボットの届く範囲内で隣接させて配置するワークピース支持体と、
    を備えた装置。
11. 前記スペーサが、溶接物の厚さを形成するスペーサブロックを有する溶接物からなる請求項１０記載の装置。
12. 前記スペーサが、
    ａ）その内部に延びるねじ穴を有する一つまたはそれ以上のスペーサブロックと、
    ｂ）前記スペーサブロックを支持するフレーム部材と、
    ｃ）前記スペーサブロックのねじ穴と係合し、前記スペーサの表面から所定長さだけ外側に延びて製造ツールと接触することによって、前記スペーサの位置を調整する一つまたはそれ以上の位置決めねじと、
    ｄ）前記位置決めねじの調整によって、前記製造ツールに対して前記スペーサの位置が固定されると、前記製造ツールに前記スペーサを取付ける一つまたはそれ以上のコネクタと、
    を備えてなる請求項１０に記載の装置。
13. 前記スペーサが、
    ａ）内部に延びるねじ穴を有する一つまたはそれ以上のスペーサブロックと、
    ｂ）前記スペーサブロックが溶接されて固定され、前記スペーサブロックと組み合わさて溶接厚みを有する溶接物を形成するフレーム部材と、
    ｃ）前記スペーサブロックのねじ穴と係合し、前記溶接物の表面から所定長さだけ外側に延びて製造ツールと接触することによって、前記溶接物の位置を調整する一つまたはそれ以上の位置決めねじと、
    ｄ）前記位置決めねじの調整によって、前記製造ツールに対して前記溶接物の位置が固定される、製造ツールにスペーサを取付ける一つまたはそれ以上のコネクタと、
    を備えてなる請求項１０に記載の装置。
14. 前記ワークピース支持体は、複数のワークピースを収容してツールに対して移動するカセットを支持する可動支持体を有するポッドドアオープナーにより構成されている請求項１０に記載の装置。
15. 集積回路製造ツールに対して一つまたはそれ以上のワークピースを位置決めするために使用されるスペーサであって、
    ａ）内部に延びるねじ穴を有する一つまたはそれ以上のスペーサブロックと、
    ｂ）前記スペーサブロックを支持するフレーム部材と、
    ｃ）前記スペーサブロックの開口内に配置され、前記スペーサの表面から所定長さだけ外側に延びて製造ツールとの間で接触することによって前記スペーサの位置を調整する一つまたはそれ以上の位置決めピンと、
    ｄ）前記位置決めねじの調整によって製造ツールに対してスペーサの位置が固定されると、製造ツールにスペーサを取付ける一つまたはそれ以上のコネクタと、
    を備えてなるスペーサ。
16. 集積回路製造ツールに対して一つまたはそれ以上のワークピースを位置決めするために使用される装置であって、
    ａ）内部に延びるねじ穴を有する一つまたはそれ以上のスペーサブロックと、
    ｂ）前記スペーサブロックが溶接されて固定され、前記スペーサブロックと組み合わさて溶接厚みを有する溶接物を形成するフレーム部材と、
    ｃ）スペーサブロックのねじ穴と係合し、溶接物の表面から所定長さだけ外側に延びて製造ツールと接触することによって溶接物の位置を調整する一つまたはそれ以上の位置決めねじと、
    ｄ）前記位置決めねじの調整によって製造ツールに対して溶接物の位置が固定されると、製造ツールにスペーサを取付ける一つまたはそれ以上のコネクタと、
    を備えてなる装置。
    

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