(57)【要約】【課題】  ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができるイオン注入装置を提供する。【解決手段】  このイオン注入装置は、注入室１０と大気側との間でウエハ４を出し入れするための真空予備室２０と、真空予備室２０内のウエハ４の表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器８０とを備えている。表面電位測定器８０は、真空予備室２０内に設けられていて、真空予備室２０内においてウエハ４を静止した状態で支持する支持部を兼ねる弁体２２上に支持されているウエハ４の表面に接近するように、かつウエハ４の面内において分散させて配置されていて、ウエハ４の表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブ８２を有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に排気される部屋であってウエハにイオン注入を行う注入室と、この注入室と大気側との間でウエハを出し入れするための真空予備室と、ウエハを大気側と注入室との間で真空予備室を経由して搬送する搬送装置と、真空予備室内においてウエハを静止した状態で支持する支持部とを備えるイオン注入装置において、
ウエハの表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器であって、前記真空予備室内に設けられていて、真空予備室内において前記支持部に支持されているウエハの表面に接近するように、かつ当該ウエハの面内において分散させて配置されていて、ウエハの表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブを有している表面電位測定器を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
真空に排気される部屋であってウエハにイオン注入を行う注入室と、この注入室と大気側との間でウエハを出し入れするための真空予備室と、ウエハを大気側と注入室との間で真空予備室を経由して搬送する搬送装置と、真空予備室内においてウエハを静止した状態で支持する支持部とを備えるイオン注入装置において、
ウエハの表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器であって、前記真空予備室内に設けられていて、前記搬送装置によって前記支持部と大気側との間で搬送される際のウエハの表面に接近するように、かつ当該ウエハの搬送方向と交差するように並べて配置されていて、ウエハの表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブを有している表面電位測定器を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】
真空に排気される部屋であってウエハにイオン注入を行う注入室と、この注入室と大気側との間でウエハを出し入れするための真空予備室と、ウエハを大気側と注入室との間で真空予備室を経由して搬送する搬送装置とを備えるイオン注入装置において、
ウエハの表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器であって、前記真空予備室内に設けられていて、前記搬送装置によって搬送される際のウエハの表面に接近するように、かつ当該ウエハの搬送方向と交差するように並べて配置されていて、ウエハの表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブを有している表面電位測定器を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウエハにイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置に関し、より具体的には、ウエハのチャージアップ（帯電）状態を測定する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハにイオンビームを照射してイオン注入を行う注入室内において、ホルダに保持されているイオン注入後のウエハ表面の電位を、１個のチャージセンサを用いて測定することによって、ウエハのチャージアップ状態を非接触で測定する測定技術が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５４１３０号公報（段落０００２、０００３、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウエハの表面は必ずしも一様な状態ではない。例えば、ウエハの表面には、電子デバイスや集積回路のパターンが様々なパターンで形成されていて、パターンが粗の所もあれば密の所もある。従って、ウエハの表面において、チャージアップの状態も必ずしも一様ではない。
【０００５】
ウエハ表面のチャージアップ状態を精密に知るためには、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定する必要があるけれども、上記従来の測定技術ではこれに応えることはできない。１個のチャージセンサを用いて測定するので、ウエハ表面の１箇所のチャージアップ状態しか測定することができないからである。
【０００６】
そこでこの発明は、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができるイオン注入装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、真空に排気される部屋であってウエハにイオン注入を行う注入室と、この注入室と大気側との間でウエハを出し入れするための真空予備室と、ウエハを大気側と注入室との間で真空予備室を経由して搬送する搬送装置と、真空予備室内においてウエハを静止した状態で支持する支持部とを備えるイオン注入装置において、ウエハの表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器であって、前記真空予備室内に設けられていて、真空予備室内において前記支持部に支持されているウエハの表面に接近するように、かつ当該ウエハの面内において分散させて配置されていて、ウエハの表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブを有している表面電位測定器を備えていることを特徴としている。
【０００８】
このイオン注入装置によれば、真空予備室内において支持部に静止した状態で支持されているウエハ表面の電位を、上記表面電位測定器の分散配置された複数のプローブを用いてそれぞれ測定することができる。従って、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができる。
【０００９】
この発明に係るイオン注入装置の他のものは、真空に排気される部屋であってウエハにイオン注入を行う注入室と、この注入室と大気側との間でウエハを出し入れするための真空予備室と、ウエハを大気側と注入室との間で真空予備室を経由して搬送する搬送装置と、真空予備室内においてウエハを静止した状態で支持する支持部とを備えるイオン注入装置において、ウエハの表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器であって、前記真空予備室内に設けられていて、前記搬送装置によって前記支持部と大気側との間で搬送される際のウエハの表面に接近するように、かつ当該ウエハの搬送方向と交差するように並べて配置されていて、ウエハの表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブを有している表面電位測定器を備えていることを特徴としている。
【００１０】
この発明に係るイオン注入装置の更に他のものは、真空に排気される部屋であってウエハにイオン注入を行う注入室と、この注入室と大気側との間でウエハを出し入れするための真空予備室と、ウエハを大気側と注入室との間で真空予備室を経由して搬送する搬送装置とを備えるイオン注入装置において、ウエハの表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器であって、前記真空予備室内に設けられていて、前記搬送装置によって搬送される際のウエハの表面に接近するように、かつ当該ウエハの搬送方向と交差するように並べて配置されていて、ウエハの表面の電位を非接触でそれぞれ検出する複数のプローブを有している表面電位測定器を備えていることを特徴としている。
【００１１】
これらのイオン注入装置によれば、搬送装置によって搬送される際のウエハ表面の電位を、上記表面電位測定器の並べて配置された複数のプローブを用いてそれぞれ測定することができる。従って、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、真空予備室内において支持部に静止した状態で支持されているウエハ表面の電位を、表面電位測定器の分散配置された複数のプローブを用いてそれぞれ測定することができるので、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、搬送装置によって大気側と真空予備室内との間で搬送される際のウエハ表面の電位を、表面電位測定器の並べて配置された複数のプローブを用いてそれぞれ測定することができるので、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができる。しかも、複数のプローブとウエハの搬送とを併用して測定することができるので、プローブ数よりも多い箇所においてチャージアップ状態を測定することも可能である。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、搬送装置によって搬送される際のウエハ表面の電位を、表面電位測定器の並べて配置された複数のプローブを用いてそれぞれ測定することができるので、ウエハ表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができる。しかも、複数のプローブとウエハの搬送とを併用して測定することができるので、プローブ数よりも多い箇所においてチャージアップ状態を測定することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す平面図である。図２は、図１中の線Ａ−Ａに沿って真空予備室周りを拡大して示す断面図である。
【００１６】
このイオン注入装置は、真空に排気される部屋であってウエハ４にイオンビーム２を照射してイオン注入を行う注入室１０と、この注入室１０と大気側との間でウエハ４を出し入れするための第１および第２の真空予備室２０および３０を備えている。両真空予備室２０、３０は、ロードロック室またはエアロック室とも呼ばれる。注入室１０、真空予備室２０および３０は、図示しない真空排気装置によってそれぞれ所定の真空度に真空排気される。
【００１７】
注入室１０内には、ウエハ４を保持するホルダ１２が設けられている。このホルダ１２は、ウエハ４にイオン注入を行うときは起立状態にされ、ウエハ４を着脱するときは水平状態にされる。このホルダ１２は、プラテンとも呼ばれる。
【００１８】
ウエハ４を大気側と注入室１０との間で真空予備室２０、３０を経由して搬送する搬送装置として、この実施形態では、各真空予備室２０、３０の外側の大気側にそれぞれ設けられた第１および第２の搬送装置４０および５０と、注入室１０内に設けられた第３の搬送装置６０とを有している。搬送装置４０、５０は、それぞれ、ウエハ４を載置して搬送するアーム４２、５２および昇降・回転の複数の自由度を有する搬送ロボットである。搬送装置６０は、ウエハ４をその周縁部で支持して搬送する２本のアーム６２、６４および回転の自由度を有する搬送ロボットである。
【００１９】
両搬送装置４０、５０の手前側には、この実施形態では、複数枚のウエハ４をそれぞれ収納するカセット６を二つずつ装着することができる。
【００２０】
両搬送装置４０、５０の間には、この実施形態では、ウエハ４のノッチまたはオリエンテーションフラットの位置合せを行う位置合せ装置７０が設けられている。
【００２１】
真空予備室２０周りと真空予備室３０周りとは互いに同じ構造であるので、真空予備室２０周りを例に説明すると、図２に示すように、真空予備室２０と大気側との間には、図５も参照して、ウエハ４を載置した搬送装置４０のアーム４２が矢印Ｌで示すように出入りできる出入り口２６が設けられており、当該出入り口２６は矢印Ｋで示すように開閉する真空弁（例えばフラップ弁）２８によって開閉される。
【００２２】
真空予備室２０と注入室１０とは、昇降軸２３によって矢印Ｊで示すように昇降させられる弁体２２によって仕切られる。即ちこの弁体２２が真空弁の働きをする。３２は真空シール軸受、３４〜３７はＯリング等のパッキンである。弁体２２の上部にウエハ４を載置することができる。この弁体２２は、真空予備室２０内においてウエハ４を静止した状態で支持する支持部を兼ねている。
【００２３】
弁体２２を図２中に実線で示す位置に上昇させることによって、弁体２２によって真空予備室２０と注入室１０との間を仕切ることができる。その状態で、真空予備室２０内を真空排気したり、大気圧状態に戻したりする（即ちベントする）ことができる。大気圧状態で、真空弁２８を開いて、搬送装置４０のアーム４２によって、ウエハ４を、弁体２２と大気側との間で搬送（出し入れ）することができる。弁体２２を図２中に破線で示す位置に下降させることによって、搬送装置６０のアーム６２（図１参照）によってウエハ４を弁体２２とホルダ１２との間で搬送することができる。
【００２４】
このイオン注入装置は、更に、ウエハ４の表面の電位を非接触で測定する表面電位測定器８０を、真空予備室２０および３０に対してそれぞれ設けている。両表面電位測定器８０は、互いに同じ構造をしているので、真空予備室２０側のものを例に説明すると、表面電位測定器８０は、この実施形態では、真空予備室２０内に設けられた複数のプローブ８２と、各プローブ８２に対応するものであって真空予備室２０外に設けられた複数の測定回路８４とを有している。
【００２５】
より具体的には、５個のプローブ８２が、真空予備室２０の天井２４の内側に設けられている。しかも、プローブ８２は、真空予備室２０内においてウエハ４を静止した状態で支持する支持部を兼ねる弁体２２上に支持されているウエハ４の表面（注入面）に接近するように、かつ当該ウエハ４の面内において分散させて配置されている。各プローブ８２は、平面的に見てウエハ４の面内にできるだけ均等に分散配置するのが好ましい。この例では、プローブ８２は、ウエハ表面の中央１箇所とその周辺４箇所の合計５箇所に、十字状に配置されている。各プローブ８２は、絶縁物８６によって天井２４とは電気的に絶縁されている。各プローブ８２は、ウエハ表面との間に静電容量を生じさせる検出電極を有しており、ウエハ４の表面の電位を非接触でそれぞれ検出することができる。
【００２６】
各プローブ８２からの検出信号は、真空予備室２０外に設けられている測定回路８４にそれぞれ与えられてそこで処理されて、各測定回路８４から、各プローブ８２で検出したウエハ表面の電位をそれぞれ出力することができる。これによって、ウエハ４の表面の電位を複数箇所において非接触で測定することができる。
【００２７】
上記表面電位測定器８０は、プローブ８２および測定回路８４を一つずつ有している複数の（この例では五つの）表面電位計で構成しても良い。また、上記複数の測定回路８４を一つの測定回路内にまとめても良い。但しその場合でも、各プローブ８２で検出したウエハ表面の電位をそれぞれ出力することができるようにしておく。
【００２８】
このイオン注入装置の全体の動作例を説明する。一つの（例えば図１中の左端の）カセット６内に収納されている未注入のウエハ４を搬送装置４０で取り出して矢印Ｃで示すように位置合せ装置７０に搬送してそこでノッチ等の位置合せを行った後、搬送装置４０で当該ウエハ４を矢印Ｄで示すように真空予備室２０内に搬入して上昇位置にある弁体２２上に載置する。その後、弁体２２を下降位置に下降させて、弁体２２上のウエハ４を、搬送装置６０のアーム６２によって矢印Ｅで示すように注入室１０内のホルダ１２へ搬送して，そこで当該ウエハ４にイオンビーム２を照射してイオン注入を行う。
【００２９】
イオン注入後のウエハ４は、搬送装置６０のアーム６４によって矢印Ｆで示すように真空予備室３０の下降位置にある弁体２２へ搬送してその上に載置する。その後、弁体２２を上昇位置に上昇させて、弁体２２上のウエハ４を搬送装置５０によって矢印Ｇで示すように真空予備室３０から搬出して位置合せ装置７０に搬送し、更に搬送装置４０によって矢印Ｈで示すように元のカセット６内へ搬送する。
【００３０】
上記の間に、真空予備室３０内において弁体２２上に静止した状態で支持されているイオン注入後のウエハ４の表面の電位を、表面電位測定器８０の上記のように分散配置された複数のプローブ８２を用いてそれぞれ測定することができる。従って、イオン注入後のウエハ４の表面の様々な箇所において（上記例では５箇所において）チャージアップ状態を一度に一括して測定することができる。即ち、ウエハ表面におけるチャージアップ電位の分布を測定することができる。これによって例えば、どのようなウエハ４にどのような注入条件でイオン注入を行ったときに、ウエハ表面内のどの箇所がどの程度の電位にチャージアップするかというデータを得ることもできる。
【００３１】
また、ウエハ４は、このイオン注入装置に運ばれて来るまでに、例えば前処理工程や搬送途中において、表面がチャージアップしている場合もあり得る。そのようなイオン注入前のウエハ４のチャージアップをも、ウエハ４が真空予備室２０または３０内に搬入されたときに上記表面電位測定器８０によって測定することもできる。イオン注入前のウエハ４のチャージアップ状態をも測定することによって、イオン注入後のチャージアップ状態と比較することが可能になり、それによって、チャージアップ不具合発生原因の究明が容易になる。
【００３２】
表面電位測定器８０によって測定したウエハ表面のチャージアップ状態のデータを、例えば、ウエハ４の搬送等を制御する制御装置（図示省略）に与えて、そこでチャージアップ状態の正常、異常を判断させて、異常と判断した場合は、警報を出す、またはその後の注入処理を停止する等の制御を行うようにしても良い。それによって、チャージアップによる不良発生を最小限に抑えることができる。
【００３３】
上記矢印Ｃ〜Ｈと同様の流れによって、図１中の左から２番目のカセット６内のウエハ４に対するイオン注入およびチャージアップ測定を行うこともできる。
【００３４】
また、図１中の右側二つのカセット６内のウエハ４を、装置の中心８に対して上記矢印Ｃ〜Ｈとは左右対称に（注入室１０内に着目すれば、矢印Ｅ、Ｆと逆方向に）搬送して、即ちウエハ４を真空予備室３０に搬入し、注入室１０を経由して真空予備室２０から搬出することによって、当該ウエハ４に対するイオン注入およびチャージアップ測定を行うこともできる。
【００３５】
なお、この実施形態のように、二つの真空予備室２０、３０を有している場合は、しかもウエハ４を上記のように逆方向にも搬送する場合は、両方の真空予備室２０、３０について上記表面電位測定器８０をそれぞれ設けるのが好ましいけれども、必要な一方の真空予備室２０または３０のみに上記表面電位測定器８０を設けても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３６】
また、この実施形態のように二つの真空予備室２０、３０および二つの搬送装置４０、５０等を備えていて、ウエハ４を上記のように逆方向にも搬送可能にしておけば、装置のスループットが向上するので好ましいけれども、必ずしもそのようにしなくても良い。一つの注入室１０および一つの真空予備室２０または３０を備えていても良い。その場合は、表面電位測定器８０はその真空予備室２０または３０について設ければ良い。位置合せ装置７０も必須のものではない。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３７】
プローブ８２の数や配置は、上記例のものに限られない。例えば図３に示す例のように、上記十字状配置のプローブ８２の間に更に４個のプローブ８２を追加して合計９個配置しても良い。複数のプローブ８２は、平面的に見てウエハ４の面内にできるだけ均等に配置するのが好ましい。また、プローブ８２の数を多くして密に配置するほど、より精密なチャージアップ測定を行うことができる。例えば、１２インチのウエハ４を例に取ると、プローブ８２は、上記例のように５個、またはそれ以上配置するのが好ましい。
【００３８】
表面電位測定器８０を構成する複数のプローブ８２を、真空予備室２０、３０内に、上記のように配置する代わりに、搬送装置によって搬送される際のウエハ４の表面に接近するように、かつ当該ウエハ４の搬送方向と交差するように並べて配置しても良い。例えば図４〜図６に示す実施形態のように配置しても良い。以下においては、図１〜図３に示した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、当該実施形態との相違点を主体に説明する。
【００３９】
この実施形態の場合も、真空予備室２０側と真空予備室３０側とは互いに同じ構造であるので真空予備室２０側を例に説明すると、真空予備室２０内に複数のプローブ８２を、搬送装置４０によって弁体２２上と大気側との間で矢印Ｌで示すように実質的に水平方向に搬送される際のウエハ４の表面に、換言すれば矢印Ｌのように搬送される途中のウエハ４の表面に接近するように、かつ当該ウエハ４の搬送方向と交差するように並べて配置している（図６も参照）。
【００４０】
より具体的には、複数のプローブ８２を、弁体２２上のウエハ４と出入り口２６との間に、ウエハ４の搬送方向と実質的に直交するように直線状に並べて配置している。弁体２２上のウエハ４の端部よりも内側にプローブ８２を配置すると、ウエハ４を矢印Ｌのように搬送しても、ウエハ４の表面にはプローブ８２の下を通過しない領域が生じるけれども、上記配置によってそれを防止することができる。
【００４１】
各プローブ８２に接続されている測定回路８４については、上記実施形態の場合と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。
【００４２】
この実施形態の場合も、複数のプローブ８２は、ウエハ４に対してできるだけ均等に配置するのが好ましい。また、プローブ８２の数を多くして密に配置するほど、より精密なチャージアップ測定を行うことができる。例えば、１２インチのウエハ４を例に取ると、プローブ８２は、例えば５個またはそれ以上配置するのが好ましい。
【００４３】
この実施形態の場合は、ウエハ４は、搬送装置４０、５０によって大気側と真空予備室２０、３０内との間で搬送される際に、上記のように並べて配置された複数のプローブ８２の下を通過する。その通過中に、ウエハ４の表面の電位を各プローブ８２を用いてそれぞれ測定することができる。従って、イオン注入後または注入前のウエハ４の表面の様々な箇所においてチャージアップ状態を測定することができる。即ち、ウエハ表面におけるチャージアップ電位の分布の測定をすることができる。しかも、複数のプローブ８２とウエハ４の搬送とを併用して測定することができるので、プローブ数よりも多い箇所においてチャージアップ状態を測定することも可能である。
【００４４】
これを図６を参照して説明すると、ウエハ４が矢印Ｌで示すように搬送されると、複数のプローブ８２の下を通過するウエハ表面の領域４ａは、図６中にハッチングを付して示したように複数の筋状になる。表面電位測定器８０における検出データのサンプリングおよび処理の速度が、ウエハ４の搬送速度に比べて十分に速ければ、この筋状の領域４ａの実質的に全域においてリアルタイムでチャージアップ状態を測定することができる。
【００４５】
表面電位測定器８０における検出データのサンプリングおよび処理に、無視することができない所定の時間を要する場合は、その処理時間に相当する間隔ごとに離れた箇所４ｂにおいてチャージアップ状態を測定することができる。この場合、搬送装置４０、５０によるウエハ４の搬送速度を調整することによって、この測定箇所４ｂの数を変更（増減）することができる。例えば、ウエハ４の搬送速度を遅くすれば測定箇所４ｂの数を多くすることができる。
【００４６】
なお、上記各実施形態のように二つの真空予備室２０、３０を有している場合、両真空予備室２０、３０内に設けるプローブ８２の配置は、ウエハ４を上記のように逆方向にも搬送する場合にどちら向きの搬送においても同じようにチャージアップ状態を測定する観点からは、互いに同じ配置の方が好ましいけれども、必要に応じて、一方の真空予備室内に複数のプローブ８２を図１に示すように配置し、他方の真空予備室内に複数のプローブ８２を図４に示すように配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中の線Ａ−Ａに沿って真空予備室周りを拡大して示す断面図である。
【図３】図１、図２に示す実施形態における表面電位測定器のプローブの配置の他の例を示す平面図である。
【図４】この発明に係るイオン注入装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図５】図４中の線Ｂ−Ｂに沿って真空予備室周りを拡大して示す断面図である。
【図６】図４、図５に示す実施形態において、ウエハが表面電位測定器のプローブの下を通過する領域の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２  イオンビーム
４  ウエハ
１０  注入室
２０  真空予備室
２２  弁体（支持部）
３０  真空予備室
４０  搬送装置
５０  搬送装置
６０  搬送装置
８０  表面電位測定器
８２  プローブ
８４  測定回路
【図１】
2008146909.tif 000003
【図２】
2008146909.tif 000004
【図３】
2008146909.tif 000005
【図４】
2008146909.tif 000006
【図５】
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【図６】
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