JPH11260889A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の移動経路を適宜に選択することによ
り、コンパクトな構成でスループットをより向上させ、
あるいは装置の稼動条件の変化に柔軟に対応することが
できるイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 真空チャンバ１０の一端側に形成された
ビーム照射領域１６と、ビーム照射領域を挟んで対向し
て配置され、基板Ｗを保持してビーム照射領域のビーム
に曝す一対の基板保持装置と、真空チャンバの他端側に
基板保持装置にそれぞれ対向して配置された一対の基板
収容部と、各基板収容部と基板保持装置の間にそれぞれ
配置された搬送ロボット４４ａ，４４ｂと、２つの搬送
ロボットの間に配置された基板中継台４６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
基板の表面にイオン注入処理を行うためのイオン注入装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの大径化に伴い、従来の複
数枚を同時に処理するバッチ式イオン注入装置に替わ
り、１枚ごとに処理する枚葉式のイオン注入装置が一般
的になっている。この枚葉式のイオン注入装置は、通
常、１基のイオンビーム源に対して２基の多関節型のロ
ボットアーム（基板保持装置）を設け、基板を順次ビー
ムに曝して装置を効率的に稼動するようにしている。多
関節型のロボットアームは、基板をビームに直交する方
向に移動してその全面にビーム照射するとともに、基板
の交換作業も行う。

【０００３】このような形式の枚葉式のイオン注入装置
においては、多関節型のロボットアームに対向して複数
枚のウエハを収容したカセットを置く２つのロードロッ
クチャンバを配置し、それぞれのロードロックチャンバ
と多関節型のロボットアームの間に基板を授受する搬送
ロボットを配置して互いに平行な搬送ラインを形成して
いる。そして、この搬送ラインに沿ってカセットと基板
保持装置の間で基板を往復移動させて搬送するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような枚葉式の
イオン注入装置では、保持装置とカセットがそれぞれ専
用に設けられているために、基板の移動が制約されてお
り、種々に異なる稼動条件に柔軟に対応することができ
ない。例えば、イオン源等の不調でイオンの注入ミスが
生じた場合、続けて２つの基板が不良になるが、これら
を別々のカセットに返さなければならないので、後処理
に手間が掛かることになる。また、基板のカセットへの
挿入位置を並び替えるために真空チャンバの側部にバッ
ファチャンバを設けることがあるが、従来は装置の両側
にこれを設ける必要が有り、自ずと装置が大型化してし
まう。

【０００５】この発明は、このような課題に鑑み、基板
の移動経路を適宜に選択することにより、コンパクトな
構成でスループットをより向上させ、あるいは装置の稼
動条件の変化に柔軟に対応することができるイオン注入
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】請求項１に記載の発明
は、真空チャンバの一端側の形成されたビーム照射領域
と、前記ビーム照射領域を挟んで対向して配置され、基
板を保持して前記ビーム照射領域のビームに曝す一対の
基板保持装置と、前記真空チャンバの他端側に前記基板
保持装置にそれぞれ対向して配置された一対の基板収容
部と、前記各基板収容部と前記基板保持装置の間にそれ
ぞれ配置された搬送ロボットと、前記２つの搬送ロボッ
トの間に配置された基板中継台を設けたことを特徴とす
るイオン注入装置である。

【０００７】これにより、２つの平行する搬送ラインの
間で交差して基板を授受することができ、全体の基板の
流れの選択肢が広くなり、スループットの向上、不測の
事態への柔軟な対応、品質の向上等を達成することがで
きる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記真空チャン
バの一側部に、基板を一時的に収容するバッファチャン
バが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
イオン注入装置である。このバッファチャンバは、基板
の並べ替え等の目的で用いられ、従来は、各搬送ライン
ごとに設けられていたが、この発明では、中継台を経由
して他のラインとの間の授受が可能なので、一側部に設
ければよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態のイオン注入装置を説明する。図１（ａ）及
び（ｂ）は、イオン注入装置の全体の構成を示す平面図
であり、全体として矩形の底面を有する真空チャンバ１
０を有している。真空チャンバ１０の左側には、例え
ば、円形断面のイオンビーム１２を水平方向に走査しつ
つ放出するイオンビーム源（図示略）が配置されてお
り、真空チャンバ１０にはビーム通過窓１４が形成され
て、これの内側にビーム照射領域１６が形成されてい
る。真空チャンバ１０内には、ビーム照射領域１６の両
側に一対の基板保持ロボット１８ａ，１８ｂが設けら
れ、照射領域１６の後方には基板Ｗに当たらずに通過し
たイオンビーム１２を受けてその強度を測定するイオン
電流検出器２０が設けられている。

【００１０】基板保持ロボット１８ａ，１８ｂは、図２
に示すように、旋回式多関節ロボットであり、２つの関
節アーム２２ａ，２２ｂを備えて先端が鉛直面内で移動
可能な伸縮アーム２２と、その先端にアーム２２ｂに対
して直交する方向に延びる回転可能な取付軸２４と、該
取付軸２４の先端に設けられた基板保持台２６を有して
いる。伸縮アーム２２及び取付軸２４はプーリ２８ａ，
２８ｂを介して駆動機構３０ａ，３０ｂの駆動モータに
連結され、全体が水平回動機構によって水平面内で旋回
可能になっている。

【００１１】基板保持台２６には、静電気力により基板
Ｗを吸着する静電チャック及びこれと連動する機械的チ
ャックが設けられ、また、イオン注入される過程で発熱
する基板Ｗを冷却するために、基板保持台２６を水冷す
る機構及び基板保持台２６と基板Ｗの間の熱伝導を促進
するガスを流す手段が設けられている。また、基板保持
ロボット１８ａ，１８ｂには、所定の冷却機構と、関節
部やアクチュエータからのパーティクルを真空チャンバ
内に放出しないように独自に排気する機構が設けられて
いる。

【００１２】真空チャンバ１０には、基板保持ロボット
１８ａ，１８ｂが後方に旋回した時の基板保持台２６の
位置（基板受渡し位置３４）に、静電チャックや機械的
チャックを解除する機構及び、基板保持台の下降に伴っ
て基板Ｗを突き上げる突き上げピン装置等が設けられて
いる。

【００１３】さらに、イオンビーム１２が流入する窓１
４と対向する壁部には、２つの基板保持ロボット１８
ａ，１８ｂに対応する位置に左右一対のロードロックチ
ャンバ３６ａ，３６ｂがそれぞれゲートバルブ３８ａ，
３８ｂを介して設けられ、これには多段の棚を有するカ
セット４０ａ，４０ｂが昇降可能に収容されるようにな
っている。各ロードロックチャンバ３６ａ，３６ｂの前
側には、先端に取出ハンド４２を有する左右一対の多関
節ロボットアーム（搬送ロボット）４４ａ，４４ｂが配
置され、基板受渡し位置３４にある基板保持台２６と各
ロードロックチャンバ３６ａ，３６ｂ内のカセット４０
ａ，４０ｂとの間で基板Ｗの搬送を行うようになってい
る。

【００１４】これらの一対の搬送ロボット４４ａ，４４
ｂの間には、搬送ロボット間での基板Ｗの授受を中継す
る中継台４６が設けられている。この中継台４６は、図
３に示すように、それぞれの端部に基板Ｗを保持する保
持ロッド４８が立設されたＴ字型の台本体５０と、台本
体５０の中央部から下方に延びる支柱５２とを備えてい
る。この支柱５２は、真空チャンバ１０の底板５４の貫
通孔を挿通し、底板５４の下面に固定されたエアシリン
ダ５６の出力軸に接続されている。支柱５２の下端と貫
通孔の間はベローズ５８によって覆われて真空チャンバ
１０の気密性を維持している。

【００１５】各保持ロッド４８の先端には、基板Ｗの側
面をガイドする樹脂製のサポートピン６０ａと基板Ｗの
裏面周縁部で接触するサファイア製のピン６０ｂが取り
付けられている。支柱５２と底板５４の間には、支柱の
移動速度を調整するためのバネ（図示略）が設けられて
いる。なお、真空チャンバの搬送ロボットが配置されて
いる領域（基板搬送空間）は、底板５４が高くなって厚
さが薄い空間になっており、これによって、不要な真空
空間を削除してスペースの有効利用を図っている。

【００１６】真空チャンバ１０の一方の側部には、搬送
ロボット４４ｂに面する位置にバッファチャンバ６２が
設けられている。これには、ロードロックチャンバと同
様に多段の棚を有するバッファカセット６６が昇降可能
に収容されるようになっている。これは、後述するよう
に、処理済みの基板Ｗを一時的に収容するために用いら
れる。

【００１７】以上のように構成されたイオン注入装置の
作用を説明する。イオンビーム源は、断面円形のビーム
を図１（ａ）に矢印Ａで示すように水平方向に走査して
いる。搬送ロボット４４ａ，４４ｂは、ロードロックチ
ャンバ３６ａ，３６ｂのカセット４０ａ，４０ｂから基
板Ｗを取り出し、同図に示すように受渡し位置で待機す
る空の基板保持台２６を有する基板保持ロボット１８
ａ，１８ｂに渡す。基板保持ロボット１８ａ，１８ｂ
は、取付軸２４を回転して保持面を鉛直にしつつ水平回
転して、基板Ｗを図１（ｂ）及び図４（ａ）に示すよう
にビーム照射領域１６に運ぶ。この基板Ｗは、駆動機構
３０ａ，３０ｂの動作により、図４（ａ）〜（ｄ）に示
すように、他の基板保持ロボットに保持された基板Ｗと
ともに垂直方向に移動し、必要に応じてこれを繰り返し
てその過程でイオンビーム１２の照射を受ける。

【００１８】次に、イオン注入装置における基板Ｗの流
れを説明する。以下、一対ある構成要素については、イ
オンビーム源に向かって左側を第１、右側を第２と呼
ぶ。この装置では、中継台４６を介して２つの基板搬送
ラインを交差して基板Ｗを移動することができるので、
それぞれのラインでの平行的な処理のみでなく、例え
ば、１つのカセット４０ａ，４０ｂから基板を連続的に
取り出してイオン注入処理を行うことができる。この場
合について、図５を参照して説明する。

【００１９】まず、第１の搬送ロボット４４ａで第１の
カセット４０ａから最下段の基板Ｗを取り出し、図５
（ａ）に示すように第１の保持ロボット１８ａに渡し、
第１の保持ロボット１８ａは基板Ｗを照射位置に運んで
下降あるいは周回させてイオン注入処理を行う。次に、
第１の搬送ロボット４４ａで第１のカセット４０ａの下
から２段目の基板Ｗを取り出し、図５（ｂ）に示すよう
に中継台４６に置き、さらに第２の搬送ロボット４４ｂ
によって第２の保持ロボット１８ｂに渡してイオン注入
処理を行う。処理が終わった基板Ｗは、まず図５（ｃ）
に示すように、第１の保持ロボット１８ａから第１の搬
送ロボット４４ａを介して中継台４６に置かれ、さらに
第２の搬送ロボット４４ｂによってバッファチャンバ６
２のバッファカセット６６の最上段に置かれる。処理が
終わった基板Ｗは、図５（ｄ）に示すように第２の保持
ロボット１８ｂから直接にバッファカセット６６の上か
ら２段目に置かれる。

【００２０】以上の図５（ａ）〜（ｄ）の工程を繰り返
して、図６に示すように、未処理基板Ｗは順次イオン注
入処理されてバッファカセット６６に上下を逆にして収
容される。このような処理が１つのカセット４０ａの全
基板について終了した後、バッファカセット６６から第
１のロードロックチャンバ３６ａの空のカセット４０ａ
へ基板Ｗを戻す工程を行う。これは、図５（ｅ）及び図
６に示すように、第２の搬送ロボット４４ｂにより、バ
ッファカセット６６の下側から順に基板Ｗを取り出して
中継台４６に置き、第１の搬送ロボット４４ａで第１の
カセット４０ａに上側から順に収容する。

【００２１】このようにすることで、処理済みの基板Ｗ
が常に上側からカセット４０ａに元の順番で収容される
ので、基板Ｗをカセットの棚に置くことによって発生す
るパーティクルが下側の処理済みの基板Ｗ上に落下して
汚染することがない。このように、中継台４６を介して
第１の搬送ラインとバッファチャンバ６２の間で基板Ｗ
の授受が可能なので、バッファチャンバ６２を両側に設
ける必要が無く、装置をコンパクトにすることができ
る。

【００２２】図７は、第２のロードロックチャンバ３６
ｂの基板Ｗを同様に処理して戻す工程を示すもので、同
図（ａ）〜（ｄ）の工程は先の場合と基本的に同様であ
る。また、バッファカセット６６から第２のカセット４
０ｂに戻す工程は中継台４６を介さずに直接に行えるの
で、図５の場合よりも短時間で済む。従って、第２のロ
ードロックチャンバにあらかじめ空のカセットを用意し
ておいて、図７（ｅ）の工程を行うようにしてもよい。
この場合、第１のロードロックチャンバ３６ａには空に
なったカセットと新たな未処理基板Ｗの入ったカセット
とを交換して図５に示す工程で処理を並行することがで
きる。

【００２３】さらに、従来の枚葉式イオン注入機のよう
に、第１のロードロックチャンバ３６ａの基板Ｗを第１
の保持ロボット１８ａに、第２のロードロックチャンバ
３６ｂの基板Ｗを第２の保持ロボット１８ｂに、それぞ
れ各搬送ラインで平行的に送るようにしても良い。その
場合でも、中継台４６を用いることにより、バッファチ
ャンバ６２を経由することができ、カセット４０ａ，４
０ｂ内の基板Ｗを下から取り、上から戻すような操作が
可能となる利点が有る。

【００２４】上記の実施の形態では、中継台を用いた基
板Ｗ搬送のあるパターン例を説明したが、これ以外にも
適宜のパターンが可能である。また、注入装置自体ある
いはそれを取り巻く環境条件の突発的な変化に応じて基
板Ｗの流れを種々に変更することができ、様々な事態に
柔軟に対応することが可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、２つの平行する搬送ラインの間で交差して基板を授
受することができ、全体の基板の流れの選択肢が広くな
るので、基板の移動経路を適宜に選択することにより、
コンパクトな構成でスループットをより向上させ、ある
いは装置の稼動条件の変化に柔軟に対応することができ
るイオン注入装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１つの実施の形態のイオン注入装置
を示す平面図である。

【図２】図１の装置の要部を示す斜視図である。

【図３】図１（ａ）のIII線に沿った断面図である。

【図４】イオン注入工程を示す図である。

【図５】基板の流れを説明する図である。

【図６】基板の流れを説明する図である。

【図７】基板の流れを説明する図である。

【符号の説明】

１０ 真空チャンバ １２ イオンビーム １４ 窓 １６ ビーム照射領域 １８ａ，１８ｂ 基板保持ロボット ２６ 基板保持台 ４４ａ，４４ｂ 搬送ロボット ４６ 中継台 ６２ バッファチャンバ Ｗ 基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバの一端側に形成されたビー
   ム照射領域と、 前記ビーム照射領域を挟んで対向して配置され、基板を
   保持して前記ビーム照射領域のビームに曝す一対の基板
   保持装置と、 前記真空チャンバの他端側に前記基板保持装置にそれぞ
   れ対向して配置された一対の基板収容部と、 前記各基板収容部と前記基板保持装置の間にそれぞれ配
   置された搬送ロボットと、 前記２つの搬送ロボットの間に配置された基板中継台を
   設けたことを特徴とするイオン注入装置。
2. 【請求項２】 前記真空チャンバの一側部に、基板を一
   時的に収容するバッファチャンバが設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。