JP5545287B2 - エネルギー線照射装置及びワーク搬送機構 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入装置や電子線照射装置などのようにエネルギー線を照射するエネルギー線照射システム及びこれに用いられるワーク搬送機構に関するものである。

従来のこの種のイオン注入装置では、イオンビームの照射領域にウェハを搬送するプラテンとロードロック室との間でウェハを受け渡すための中間搬送機構が設けられている。例えば特許文献１の中間搬送機構は、左右の搬送アームが同時に動いて１枚のプラテン上に一挙に２列にウェハを配置できるようにしており、スループットの向上を図っている。
ところで、これら搬送アームで取り扱うウェハの寸法は１種類のみである。

特許４７６６１５６号公報

しかしながら、ウェハ寸法は限られたものではなく、例えば、直径が４インチ、６インチ、１２インチ、１８インチのウェハが存在しているところ、こういった異なる寸法のウェハを取り扱おうとすると、単純には上述した構成を２つ設けなければならなくなり、著しい大型化を招く。
そして、このような問題点は、イオン注入装置のみならず、ワークにエネルギー線を照射するエネルギー線照射システム全般に共通することである。

本発明はかかる問題を鑑みてなされたものであって、この種のエネルギー線照射システムにおいて、異なる寸法のワークに効率的にエネルギー線を照射できるようにしながらも、コンパクト化及び低コスト化を可能とすべく図ったものである。

すなわち本発明に係るエネルギー線照射システムは、エネルギー線を所定の照射領域に向かって射出するエネルギー線射出機構と、前記エネルギー線が照射される対象物であるワークが搭載される第１及び第２ワークホルダと、前記各ワークホルダを、ワークを授受するためのワーク授受領域と前記照射領域との間で少なくとも進退移動させる進退機構と、互いに異なる位置に設けられ、かつ互いに異なる寸法のワークが収容される第１及び第２ワーク収容部と、前記ワーク授受領域と前記第１ワーク収容部との間で往復旋回可能に設けられて、前記ワーク授受領域にある前記第１ワークホルダと前記第１ワーク収容部との間でワークを搬送する第１搬送アームと、前記ワーク授受領域と前記第２ワーク収容部との間で往復旋回可能に設けられて前記ワーク授受領域にある前記第２ワークホルダと前記第２ワーク収容部との間でワークを搬送する第２搬送アームとを具備し、前記ワークホルダが、前記ワーク授受領域において前記搬送アームからワークを受け取った後、前記進退移動方向に所定距離移動して、当該搬送アームから別のワークを受け取ることで、前記進退移動方向に複数のワークが搭載されるように構成してあることを特徴とする。

このようなものであれば、従来の２本の搬送アームを有したイオン注入装置等とほぼ同一の大きさを保つことができるうえに、異なる寸法のワークに効率的にエネルギー線を照射できるようになる。

具体的な実施態様としては、前記第１ワーク収容部及び第２ワーク収容部が、前記ワーク授受領域を中心として互いに反対側に設けられているものを挙げることができる。

１つの搬送アームで複数又は複数列のワークをワークホルダに保持させるには、前記ワークホルダが、前記ワーク授受領域において前記搬送アームからワークを受け取った後、前記進退移動方向に所定距離移動して、当該搬送アームから別のワークを受け取ることで、前記進退移動方向に複数のワークが搭載されるように構成してあるものが好ましい。
本発明の効果が顕著となる態様としては、前記エネルギー線がイオンビームであり、ワークにイオンを注入するものを挙げることができる。

このように構成した本発明によれば、異なる寸法のワークに効率的にエネルギー線を照射できるうえに、通常で予想される大きさよりもコンパクト化が可能となり、ひいては低コスト化を促進することができる。

本発明の一実施形態におけるイオン注入装置を示す模式的全体平面図。 同実施形態のウェハ移送機構を示す部分斜視図。 同実施形態のウェハの搬送例を示すシーケンス図。 同実施形態のプラテンの動きを示す動作説明図。 本発明の他の実施形態におけるプラテンのウェハ保持態様を示す模式的平面図。 本発明のさらに他の実施形態におけるレール部材を示す模式的平面図。

以下、本発明に係るエネルギー線照射システムにつき図面を参照して説明する。

このエネルギー線照射システムたるイオン注入装置１００は、図１、図２に示すように、互いに異なる寸法のワークたるウェハＷ１、Ｗ２にエネルギー線たるイオンビームＩＢを照射してイオンを注入するものであり、真空チャンバー内に設けたイオン注入室１０においてイオンビームＩＢを射出するイオンビーム射出機構（図示しない）と、イオンビームＩＢが照射可能な位置にウェハＷ１、Ｗ２を搬送するウェハ搬送機構２０とを具備するものである。

イオンビーム射出機構は、例えばリボン状のイオンビームＩＢをイオン注入室１０内に設定した照射領域ＡＲ１に向かって射出するものであるが、これに限られず、例えば正方形状のビームを射出するようなものでも構わない。

ウェハ搬送機構２０は、イオン注入室１０の上側に隣接して設けた真空予備室１１、１２とイオン注入室１０との間でウェハＷ１、Ｗ２を出し入れするウェハ出入機構２１、２２と、イオンを注入すべくウェハＷ１、Ｗ２を把持してビームの照射領域ＡＲ１に送り込むウェハ移送機構３１、３２と、前記ウェハ出入機構２１、２２及びウェハ移送機構３１、３２の間に介在してウェハＷ１、Ｗ２の受け渡しを行う中間機構４１、４２を具備したものである。

ウェハ出入機構２１、２２は、ワーク収容部たるウェハ載置台２１ａ、２２ａと、ウェハ載置台２１ａ、２２ａを上下動させる図示しない上下アクチュエータとを具備したものである。このウェハ載置台２１ａ、２２ａは、それぞれ異なる寸法のウェハＷ１、Ｗ２が戴置されるものであって、上位置にあるときは真空予備室１１、１２とイオン注入室１０とを気密に遮る隔壁（ここでは底壁）としても機能する一方、下位置にあるときはイオン注入室１０内に位置して後述する中間機構４１、４２との間でウェハＷ１、Ｗ２を受け渡し可能な状態となる。この実施形態では、図１に示すように、後述するウェハＷ１、Ｗ２の直線進退移動方向に沿って、２つの真空予備室１１、１２が離間して設けられており、それぞれにウェハ出入機構２１、２２が設けられている。

ウェハ移送機構３１、３２は、例えば、ワークホルダたるウェハ支持部材３１ａ、３２ａ（以下、プラテン３１ａ、３２ａとも言う。）と、このプラテン３１ａ、３２ａを支持する基台３１ｂ、３２ｂと、この基台３１ｂ、３２ｂを直線状に進退移動させる直線進退機構３３とを具備したものである。

プラテン３１ａ、３２ａは、例えば扁平円形状の吸着板（図示しない）を具備するもので、静電チャックによりその一方の表面で複数列（ここでは２列）のウェハＷ１、Ｗ２を吸着支持することができる。なお、吸着板のサイズがウェハのサイズよりも大きいとウェハを確実に吸着できるが、吸着板がチャージアップする恐れが生じる一方、吸着板のサイズがウェハサイズよりも小さいと吸着板のチャージアップを防止できるが、ウェハの吸着が不十分になる恐れがある。したがって吸着板を適切なサイズにしておくことが必要である。

基台３１ｂ、３２ｂは、ブロック体状をなすもので、前記プラテン３１ａ、３２ａの面板部が前記進退移動方向と平行となる状態で、該プラテン３１ａ、３２ａの基端部を、前記進退移動方向と平行な回転軸によって枢支する。さらにこの基台３１ｂ、３２ｂ内部には、モータ等の図示しない起倒アクチュエータが設けられていて、該プラテン３１ａ、３２ａの面板部が水平状態である受け渡し姿勢と、鉛直状態となるビーム照射姿勢との間で起倒回転させるように構成してある。

直線進退機構３３は、水平直線状に敷設されて基台３１ｂ、３２ｂがスライド可能に嵌合するレール部材３３ａと、基台３１ｂ、３２ｂをレール部材３３ａに沿って進退駆動する図示しないスライドアクチュエータとを具備したものである。前記スライドアクチュエータは、例えばレール部材３３ａ内に設けられたベルト及び該ベルトを周回させるモータであり、このベルトに牽引されて、基台３１ｂ、３２ｂがレール部材３３ａ上を進退移動するように構成してある。

この実施形態では、２つのプラテン３１ａ、３２ａ及びこれらをそれぞれ支持する基台３１ｂ、３２ｂを設けており、これら２つのプラテン３１ａ、３２ａ及び基台３１ｂ、３２ｂが、共通のレール部材３３ａ上を独立してスライド移動可能に構成してある。なお、直線進退機構３３はかかる構造のみならず、例えばネジ送り機構を利用したものでも構わない。また、以下では、前記直線進退移動方向をｘ方向とも言う。

中間機構４１、４２は、基端部を枢支されて水平旋回可能に構成された搬送アーム４１ａ、４２ａと、この搬送アーム４１ａ、４２ａを正逆旋回させるモータ等の図示しない旋回アクチュエータとを具備するものである。

搬送アーム４１ａ、４２ａは、長尺板状をなすアーム本体と、該アーム本体の下側面板部に設けられた図示しない把持爪とを具備したものであり、前記把持爪によってウェハＷ１、Ｗ２の下面周縁部における対向箇所を引っかけることにより、ウェハＷ１、Ｗ２をアーム本体の下側において支持する。この例では搬送アーム４１ａ、４２ａはその延伸方向に沿って１列に複数のウェハＷ１、Ｗ２を支持することができるように構成してあるが、支持するウェハＷ１、Ｗ２は１つでも構わない。

さらに詳述すれば、前記搬送アーム４１ａ、４２ａは、図１に示すように、前記各真空予備室１１、１２のちょうど中間に引いた、前記ｘ方向とは垂直な水平仮想中心線Ｃを中心として、対称に一対設けてある。なお、以下では、この仮想中心線方向をｙ方向とも言い、区別が必要なときは搬送アームの一方を第１搬送アーム４１ａ、他方を第２搬送アーム４２ａと言うこともある。さらにこの実施形態では、前記一対の搬送アーム４１ａ、４２ａを１組として、この１組の搬送アーム４１ａ、４２ａを、枢支軸を共通にして上下に２つ設けている。なお、以下では上下方向をｚ方向とも言う。

しかしてこの実施形態では、各ウェハ載置台２１ａ、２２ａに、互いに異なる寸法のウェハＷ１、Ｗ２が、ｘ方向に沿ってそれぞれ１列に載置されるように構成してある。
このように構成した本実施形態における動作を、図３を参照して以下に説明する。

まず、真空予備室１１、１２内にある各ウェハ載置台２１ａ、２２ａに、それぞれウェハＷ１、Ｗ２が載置される。ここでは一方のウェハ載置台２１ａ（以下、区別の必要があるときは第１ウェハ載置台２１ａとも言う。）に４枚のウェハＷ１（以下、区別の必要があるときは第１ウェハＷ１とも言う。）が直列に載置され、他方のウェハ載置台２２ａ（以下、区別の必要があるときは第２ウェハ載置台２２ａとも言う。）に寸法の小さい６枚のウェハＷ２（以下、区別の必要があるときは第２ウェハＷ２とも言う。）が載置される。
次に、真空予備室１１、１２が真空にされた後、ウェハ載置台２１ａ、２２ａが降下してイオン注入室１０内に移動する。

その後、上側の第１搬送アーム４１ａが、第１ウェハ載置台２１ａ上に旋回して位置づけられ、各第１ウェハＷ１を把持した後、図３（ａ）に示すように、レール部材３３ａ方向に向かってｘ軸と直交する角度まで再度旋回する。この位置にはワーク授受領域Ｓ１が設定されており、このワーク授受領域Ｓ１には、予め、第１のプラテン３１ａが前記受け渡し姿勢（水平姿勢）で待機している。なお、ワーク授受領域とはプラテンが搬送アームとの間でウェハの授受を行うために必要な占有領域（ｚ方向からみたときの領域）のことである。

そして、この第１プラテン３１ａ上に、第１ウェハＷ１を把持した前記第１搬送アーム４１ａが旋回して位置づけられると、下方から例えば図示しない昇降ピンが上昇してきて第１ウェハＷ１をわずかに上昇させ、把持爪から第１ウェハＷ１を浮かせるように支持する。その後、第１搬送アーム４１ａは、ワーク授受領域Ｓ１から退避するように、再度、第１ウェハ載置台２１ａに向かって旋回する。
昇降ピンに支持された第１ウェハＷ１は、前記昇降ピンが下降することによって第１プラテン３１ａ上に載置され、静電チャックによって吸着支持される。

一方、第１ウェハＷ１を取り去られた第１ウェハ載置台２１ａは、再度真空予備室１１に入って新たに別の第１ウェハＷ１を載置された後、図３（ａ）に示すように、イオン注入室１０に戻って待機している。

この別の第１ウェハＷ１を第１プラテン３１ａ上から戻ってきた前記第１搬送アーム４１ａが把持し、図３（ｂ）に示すように、再度、前記ワーク授受領域Ｓ１に向かって旋回する。
この間に第１プラテン３１ａは、直線進退機構３３によってｘ方向におおよそ第１ウェハＷ１の保持列間距離分だけ移動し、待機する。

そこに第１搬送アーム４１ａが旋回して到達し、前述と同様、前記昇降ピンによって、第１ウェハＷ１が第１プラテン３１ａ上に載置され、静電チャックによって吸着支持される。この状態を図３（ｃ）に示す。
このようにして、第１プラテン３１ａ上に２列に第１ウェハＷ１が搭載される。
その後、第１プラテン３１ａは起立して、図３（ｄ）に示すように、イオンビームＩＢが第１ウェハＷ１に垂直にあたる前記ビーム照射姿勢となる。
次に、以上と同様の手順を経て、第２プラテン３２ａ上に第２ウェハ載置台２２ａから第２搬送アーム４２ａによって搬送された第２ウェハＷ２が搭載される。

なお、第２プラテン３２ａが第２ウェハＷ２を受け取る第２ワーク授受領域Ｓ２は、第１ワーク授受領域Ｓ１と同じか重なっていてもよいし、隣接又は近接するようにしてもよい。前者であれば、第１プラテン３１ａでの第１ウェハＷ１の授受と、第２プラテン３２ａでの第２ウェハＷ２の授受とを同時に行うことはできないが、後者であれば、同時授受動作が可能になる。

前記ウェハＷ１、Ｗ２が搭載された第１プラテン３１ａと第２プラテン３２ａとは、ワーク授受領域Ｓ１、Ｓ２から同一のレール部材３３ａ上をｘ方向にスライドしてイオンビームＩＢの照射領域ＡＲ１に移動するが、ここでは、図４（ａ）に示すように、まず第１プラテン３１ａがイオンビームＩＢの照射領域ＡＲ１に進入し、往復動することによって１乃至複数回、照射領域ＡＲ１を横切り、第１ウェハＷ１に所定ドーズ量のイオンが注入される。この間、第２プラテン３２ａは、イオンビームＩＢの照射領域ＡＲ１から視て、ワーク授受領域Ｓ１、Ｓ２側の退避領域ＡＲ２に退避している。

第１プラテン３１ａに支持された第１ウェハＷ１へのイオン照射が終了すると、図４（ｂ）に示すように、この第１プラテン３１ａは、イオンビームＩＢの照射領域ＡＲ１から視て、ワーク授受領域Ｓ１、Ｓ２とは反対側の退避領域ＡＲ３に退避する。その後、第２プラテン３２ａがイオンビームＩＢの照射領域ＡＲ１に進入し、第１プラテン３１ａ同様に進退移動することによって、第２ウェハＷ２に所定ドーズ量のイオンが注入される。

このようにしてイオン注入が終了したウェハＷ１、Ｗ２を搭載した各プラテン３１ａ、３２ａは、再度、ワーク授受領域Ｓ１、Ｓ２に戻り、ここから搬送アーム４１ａ、４２ａを介して真空予備室１１、１２を通り、外部に取り出される。

具体的に説明すると、まず第１プラテン３１ａが、前記第１ワーク授受領域Ｓ１に戻って水平姿勢（受け渡し姿勢）となる。そして、昇降ピンが上昇して第１プラテン３１ａからイオン注入済みの第１ウェハＷ１を浮かし、そこに下側の空の第１搬送アーム４１ａが旋回してきて、１列めの第１ウェハＷ１を把持するとともに、第１ウェハ載置台２１ａに向かって旋回する。

その一方で、上側の第１搬送アーム４１ａが、イオン未注入の第１ウェハＷ１を、第１ウェハ載置台２１ａから把持して運んでくる。そして下側の第１搬送アーム４１ａと入れ替わりで、第１プラテン３１ａにおける空いた領域にイオン未注入の第１ウェハＷ１を搭載する。

イオン注入済みの第１ウェハＷ１は、下側の第１搬送アーム４１ａによって第１ウェハ載置台２１ａに載置されて、真空予備室１１、１２に搬送され、イオン未注入の第１ウェハＷ１と交換される。
このイオン未注入の第１ウェハＷ１は、第１ウェハ載置台２１ａに載ってイオン注入室１０に運ばれた後、上側の第１搬送アーム４１ａによって把持される。

その間に、第１プラテン３１ａは、直線進退機構３３によってｘ方向に第１ウェハＷ１の保持列間距離分だけ移動する。そして、残った２列めのイオン注入済み第１ウェハＷ１が、下側の第１アームによって把持され、第１ウェハ載置台２１ａに向かって搬送される。そして、この下側の第１搬送アーム４１ａと入れ替わりで、上側の第１搬送アーム４１ａが、第１プラテン３１ａにおける空いた領域に、イオン未注入の第１ウェハＷ１を搭載する。
このようにして、第１プラテン３１ａで保持されていたイオン注入済みの２列の第１ウェハＷ１が、イオン未注入の第１ウェハＷ１と交換される。

同様にして、第２プラテン３２ａでも、上下の第２搬送アーム４２ａ及び第２ウェハ載置台２２ａが作動して、イオン注入済みの２列の第２ウェハＷ２が、イオン未注入の第２ウェハＷ２と交換される。
その後は、この動作が繰り返されて次々異なるサイズの第１ウェハＷ１及び第２ウェハＷ２にイオンが注入される。

しかして、このような構成であれば、従来の２本の搬送アーム４１ａ、４２ａを有したイオン注入装置等とほぼ同一の大きさを保ちながらも、異なる寸法のワークに効率的にエネルギー線を照射できるようになる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
搬送アームの本数は左右１本ずつでもよい。ただし、前記実施形態のように左右２本ずつにするとスループット（装置の処理能力）が向上する。
ウェハの搬送シーケンスも前記実施形態に限られず、種々考えられる。
また、プラテン上に配置されるウェハは２列に限られず、１列でも３列以上でもよい。ただし、複数列配置して一挙にイオン注入処理を実施した方がスループットは向上する。

ウェハのツイスト角調整用のツイスト機構を設けてもよいし、ウェハのツイスト調整をロードロック室に入る前あるいは後に行ってもよい。
プラテンの数は２枚以上あれば良く、同じ寸法のウェハを搬送するプラテンを複数設けておいても良い。例えば、４インチウェハ搬送用のプラテンを１つ、６インチウェハ搬送用のプラテンを２つといった構成である。

イオンビーム射出機構側の構成には特に限定はない。例えば、イオン源からのビームを質量分析する質量分析マグネットが設けられているようなものであっても良い。
ウェハの形状も円形状のみならず矩形状でもよい。

プラテン上でのウェハＷの配置は、図５に示すように千鳥状でもよい。このことにより、スキャンストロークＢ２を前記実施形態のストロークＢ１に比べて小さくすることができ、装置寸法の小型化を図れる。ただし、ビームの長手方向（プラテンの搬送方向と直交する方向）の寸法Ｌ２を前記実施形態での寸法Ｌ１よりも長くする必要がある。また、昇降ピンを異なる位置に配置したり、プラテンをウェハの列方向にずらしたりする機構が必要となる。
プラテンの搬送方向はビーム照射方向と直交している必要はない。

搬送用のレール部材を、図６に示すように、第１プラテン３１ａと第２プラテン３２ａとで別々に独立させてもよい。このことによって退避領域が不要になるため、プラテン搬送方向（ｘ方向）の装置寸法を小さくすることができる。

なお、第１プラテン３１ａへ第１ウェハＷ１を搭載する際、第１プラテン３１ａを水平状態にすると第２プラテン３２ａの搬送用レール部材３３ａ２と干渉するので、例えば、一方の搬送用レール部材３３ａ１の位置を他方の搬送用レール部材３３ａ２に比べて紙面奥側（ｚ方向）にずらして配置しておく。この場合、各プラテン３１ａ、３２ａでのワーク授受領域がｚ方向にずれることになるので、その分を見越して昇降ピンの駆動範囲を広げておく必要がある。
プラテンの起立角度（寝かし）を調整することでウェハのチルト角の調整してもよい。

また、イオン注入装置以外への用途にも適用して本発明と同様の効果を奏し得る。例えば、電子線照射装置、スパッタリング装置、プラズマドーピング装置などである。ワークはウェハ以外の基板等でもよい。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・エネルギー線照射システム（イオン注入装置）
Ｗ１、Ｗ２・・・ワーク（ウェハ）
３１ａ・・・第１プラテン（第１ワークホルダ）
３２ａ・・・第２プラテン（第２ワークホルダ）
Ｓ１・・・第１ワーク授受領域
Ｓ２・・・第２ワーク授受領域
ＡＲ１・・・照射領域
３３・・・進退機構
２１ａ・・・第１ウェハ載置台（第１ワーク収容部）
２２ａ・・・第２ウェハ載置台（第２ワーク収容部）
４１ａ・・・第１搬送アーム
４２ａ・・・第２搬送アーム

Claims (4)

1. エネルギー線を所定の照射領域に向かって射出するエネルギー線射出機構と、
   前記エネルギー線が照射される対象物であるワークが搭載される第１及び第２ワークホルダと、
   前記各ワークホルダを、ワークを授受するためのワーク授受領域と前記照射領域との間で少なくとも進退移動させる進退機構と、
   互いに異なる位置に設けられ、かつ互いに異なる寸法のワークが収容される第１及び第２ワーク収容部と、
   前記ワーク授受領域と前記第１ワーク収容部との間で往復移動可能に設けられて、前記ワーク授受領域にある前記第１ワークホルダと前記第１ワーク収容部との間でワークを搬送する第１搬送アームと、
   前記ワーク授受領域と前記第２ワーク収容部との間で往復移動可能に設けられて、前記ワーク授受領域にある前記第２ワークホルダと前記第２ワーク収容部との間でワークを搬送する第２搬送アームとを具備し、
   前記ワークホルダが、前記ワーク授受領域において前記搬送アームからワークを受け取った後、前記進退移動方向に所定距離移動して、当該搬送アームから別のワークを受け取ることで、前記進退移動方向に複数のワークが搭載されるように構成してあることを特徴とするエネルギー線照射システム。
2. 前記第１ワーク収容部及び第２ワーク収容部が、前記ワーク授受領域を中心として互いに反対側に設けられている請求項１記載のエネルギー線照射システム。
3. 前記エネルギー線がイオンビームであり、ワークにイオンを注入するものである請求項１又は２記載のエネルギー線照射システム。
4. エネルギー線が照射される対象物であるワークが載置される第１及び第２ワークホルダと、
   前記各ワークホルダを、エネルギー線が照射される所定の照射領域とワークを授受するためのワーク授受領域との間で少なくとも進退移動させる進退機構と、
   互いに異なる位置に設けられ、かつ互いに異なる寸法のワークが収容される第１及び第２ワーク収容部と、
   前記ワーク授受領域と前記第１ワーク収容部との間で往復移動可能に設けられて、前記ワーク授受領域にある前記第１ワークホルダと前記第１ワーク収容部との間でワークを搬送する第１搬送アームと、
   前記ワーク授受領域と前記第２ワーク収容部との間で往復移動可能に設けられて、前記ワーク授受領域にある前記第２ワークホルダと前記第２ワーク収容部との間でワークを搬送する第２搬送アームとを具備し、
   前記ワークホルダが、前記ワーク授受領域において前記搬送アームからワークを受け取った後、前記進退移動方向に所定距離移動して、当該搬送アームから別のワークを受け取ることで、前記進退移動方向に複数のワークが搭載されるように構成してあることを特徴とするワーク搬送機構。