(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ処理装置であって、
ウェハ処理位置でウェハを連続的に処理する真空室と、
ウェハを前記真空室に装入する２つのロードロックと、
ウェハを前記ロードロックからウェハ処理位置へ搬送する機構とを備え、
各ロードロックは、選択的に操作されて外気から前記ロードロックを封止する外部バルブ、選択的に操作されて真空室から前記ロードロックを封止する内部バルブ、および前記ロードロックの排気・加圧用ポートを有し、一方のロードロックは、もう一方のロードロックの上方に位置し、
前記機構は、軸を中心にして回転する第１の把持アーム及び第２の把持アームと、前記第１及び第２の把持アームを駆動するロボットとを含み、
両方の前記ロードロックは、前記軸から同一径距離に配置されており、
前記第１の把持アームは前記２つのロードロックに接近可能であり、
前記第２の把持アームは前記２つのロードロックに接近可能であり、
前記ロボットは、前記第１及び第２の把持アームが周りを回動する前記軸の方向への軸移動、並びに前記第１及び第２の把持アームが前記内部バルブを介して前記ロードロックの位置に揺動するように、前記軸を中心とした回転運動のみを提供し、
前記第２の把持アームは、前記軸の方向に沿って前記第１の把持アームと一体に可動であるとともに、前記第１の把持アームとは別個に前記軸を中心として回転可能であり、
前記第２の把持アームのウェハ把持部は、前記第１の把持アームのウェハ把持部の真下に配置されているウェハ処理装置。
【請求項２】
各ロードロックはハウジング部分と、内部バルブを形成しているリッドバルブ部分とを含み、これら２つの部分は同時にウェハ面に垂直方向に移動して前記内部バルブを閉じて前記ロードロックを封止するとともに、逆方向に離隔移動して、前記内部バルブを開けて前記ロードロックを開放してウェハ面に略垂直な単一軸で回動する前記第１及び第２の把持アームによるウェハへの接近を可能にする請求項１に記載のウェハ処理装置。
【請求項３】
上部ロードロックは、上部リッドバルブ部分の上方移動により操作される内部バルブを有し、下部ロードロックは下部リッドバルブ部分の下方移動により操作される内部バルブを有する請求項１に記載のウェハ処理装置。
【請求項４】
各外部バルブはスリットバルブであり、前記スリットバルブ内でゲート部材が上昇・下降して前記ロードロックへの接近を可能にするスリットを覆うよう構成された請求項１に記載のウェハ処理装置。
【請求項５】
各ロードロックは単一ウェハロードロックである請求項１に記載のウェハ処理装置。
【請求項６】
前記ロボットは、１対の同軸シャフトと、軸方向移動および回転運動を行う動力源とを備え、前記一対の同軸シャフトの各シャフトは、前記第１及び第２の把持アームのいずれか一方をそれぞれ保持しており、両シャフトは前記軸を中心として別個に回転可能であり、前記軸方向に沿って一体に可動である請求項１に記載のウェハ処理装置。
【請求項７】
前記１対の同軸シャフトは、前記第１及び第２の把持アームの空気機構に空気を供給して前記第１及び第２の把持アームのそれぞれを開閉する空気ダクトを含む請求項６に記載のウェハ処理装置。
【請求項８】
前記１対の同軸シャフトは、親ねじによって一体に軸方向に可動である請求項６又は請求項７に記載のウェハ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ処理方法および装置に関する。本発明は特に、半導体ウェハのイオン注入室に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
このようなイオン注入室において、ウェハはイオンビームを横切ってスキャンされ、制御されたドーズの不純物がウェハに添加される。ウェハが処理される室は排気される。
【０００３】
ウェハを真空室に装入するためロードロック室が用いられ、外気からウェハを装入する時真空状態を維持する。ロードロック室は外気から真空室を封止する外部バルブと、真空室からロードロック室を封止する内部バルブとを有する。内部バルブが閉、外部バルブが開の状態でウェハが大気側からロードロック室に装入される。次に、外部バルブが閉止されロードロック室が排気されてから、内部バルブが開放されウェハが真空室に搬送され処理される。このようなロードロックの例は欧州特許公報ＥＰ−Ａ−６０４，０６６に開示されている。
【０００４】
イオンビームを最有効利用し、従って装置の処理能力をアップさせるため、真空室へのウェハの装入・取出しはできる限り迅速に行う必要がある。本発明の目的は、この観点から装置性能を向上させることである。
【０００５】
【問題を解決する手段】
本発明によれば、ウェハ処理装置であって、ウェハ処理位置でウェハを連続的に処理する真空室と、ウェハを真空室に装入する２つのロードロックと、ウェハをロードロックからウェハ処理位置へ搬送する機構とを備え、各ロードロックは、選択的に操作されて外気からロードロックを封止する外部バルブ、選択的に操作されて真空室からロードロックを封止する内部バルブ、ロードロックの排気・加圧用ポートを有し、一方のロードロックは、他方のロードロックの上方に位置するよう構成される。
単一ウェハロードロックであるのが好ましいが、２つのロードロックを用いることによって、ウェハを両ロードロックを通って平行に搬送することができる。軸を中心にして回転してロードロックに接近する把持アームを具備し、両ロードロックは前記軸から同一径距離に配置されるのが好ましい。これによって、両ロードロックをロードロックの一方の側に装入・取出しする機構に一定の共通部品を使用することができる。ロードロックは一方を他方の略真上にして配置され、装置の設置面積の増大がほとんどないか又は全くなしに達成可能であるのが好ましい。
【０００６】
各ロードロックの内部バルブおよび外部バルブはスリットバルブであってよく、前記スリットバルブ内でゲート部材が上昇・下降してロードロックへの接近を可能にする。実際のところ、このようなロードロックは外部バルブのほうが好ましい。しかし、各ロードロックは２部分構成であり、前記２つの部分は同時にウェハ面に略垂直方向に移動して内部バルブを封止及び準備し、逆方向に離隔移動してウェハ面に略垂直な単一軸で回動する把持アームによって封止を解放しウェハへの接近を可能にするのが好ましい。
【０００７】
よりコンパクトな構造とするため、上部ロードロックは上面部の上方移動により操作される内部バルブを有し、下部ロードロックは下面部の下方移動により操作される内部バルブを有するのが好ましい。
【０００８】
両ロードロック室からのウェハは、把持アームが周りを回動する軸の方向への軸移動と、前記軸を中心とした回転運動のみが必要とされるロボットによってピックアップ・配置可能である。実際のところ、処理済のウェハをロードロックに装入し、未処理のウェハを取出し可能にするには、第１把持アームとともに軸方向に可動な第２把持アームを備える。第２把持アームは第１把持アームの軸の反対側に配置され第１把持アームとともに回転可能であるか、第１把持アームの真下に配置され第１把持アームとは無関係に軸を中心にして回転可能である。別のケースでは（これは融通性が大きいので好ましい）、真空室のロボットは直線軸１、回転軸２の３軸ロボットである。これは従来の４軸ロボットより有利であるが、真空室に必要な各補助軸が装置のコストおよび保守を増大させるからである。
【０００９】
ロボットは本発明の別の態様をなし、ある位置から他の位置への平面部材搬送ロボットであって、使用時平面部材の面に垂直に伸長する１対の同軸シャフトであって、各シャフトは平面部材を把持する把持部を有し、両シャフトは軸を中心として別個に回転可能である１対の同軸シャフトと、軸方向移動および回転運動を行う動力源とを備えた平面部材搬送ロボットとして広く規定可能である。
【００１０】
また同軸シャフトは各把持アームの空気機構に空気を供給する空気ダクトを含み、把持アームを開閉するのが好ましい。同軸シャフトは、好ましくは親ねじによって一体に軸方向に可動である。
また本発明は、大気源から真空室内の処理位置へのウェハ装入方法であって、ウェハを大気圧の第１ロードロック室に装入する工程と、ロードロック室の外部バルブを閉止しロードロック室を排気する工程と、ロードロック室と真空室間の内部バルブを開放する工程と、ウェハを処理位置に搬送する工程と、第１ロードロック室下方の第２ロードロック室の処理を繰返す工程とを含むウェハ装入方法にも適用される。ロードロックへの接近には軸を中心にして回転可能な把持アームが必要であり、両ロードロックは前記軸から同一径距離に配置されているのが好ましい。第２ロードロック室は、第１ロードロック室の略真下にあるのが好ましい。
【００１１】
処理室へのウェハ搬送は、ロードロック室が分離される方向に略平行な軸に沿って上方に可動かつ前記軸を中心にして回転可能な把持アームを有するロボットによって行われ、前記方法は第１ロードロック室と一直線上にある第１高さ方向位置に把持アームを移動する工程と、軸を中心として把持アームを回転させ第１ロードロック室に挿入し第１ロードロック室からウェハをピックアップする工程と、軸を中心として把持アームを回転させウェハを処理位置に搬送する工程と、ウェハを処理位置に配置する工程と、把持アームを第２ロードロック室に沿った第２高さ方向場所に軸方向移動する工程と、第２ロードロック室からのウェハの把持、移動、配置操作を繰返す工程とをさらに含むのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
イオン注入装置は、国際公開ＷＯ９９／１３４８８に開示された装置と略同一である。
【００１３】
この装置は真空室を含み、前記真空室にはウェハが静電チャックとは別に装入される。作動中個々のウェハは静電チャックにより静電気的に把持され、垂直保持されて水平スキャンイオンビームによってスキャンされる。
【００１４】
静電チャックを支持するアームは真空室から伸長し、静電チャックを上下方向に往復移動させる直線運動機構によって支持されるので、静電チャック上のウェハ全面はイオンビームによってスキャンされる。直線運動機構自体は水平傾斜軸を中心にして回転可能に取付けられ、前記水平傾斜軸によってウェハとイオンビーム間の角度は可変となる。静電チャックはウェハの中心を通りかつウェハ面に垂直な軸を中心にしてウェハを回転させる機構をさらに備える。上述の機構は、国際公開ＷＯ９９／１３４８８に示された機構である。さらに、アーム自体は単独で水平傾斜軸を中心にして９０゜まで回転可能であるので、垂直スキャン位置から水平装入位置まで可動である。
【００１５】
ウェハを本発明の真空室に装入する装置を図１、２に示す。この装置は一般に（図示しない）静電チャックを含む真空室１と、上部ロードロック３および下部ロードロック４を含むロードロックアッシー２と、外部大気部５とを含む。両ロードロック内に保持された各ウェハが同一垂直軸上に中心を有するという意味において、上部ロードロック３は下部ロードロック４の真上にある。
【００１６】
外部大気部５内には多数のマガジンがあり、処理するウェハソースをイオン注入装置に供給し、イオン注入装置から処理済ウェハを受取る。
【００１７】
ロードロックアッシー２はロードロックハウジング６を含み、前記ロードロックハウジング６は上部ロードロック３および下部ロードロック４を離隔する中央板を有する。上部ロードロック３および下部ロードロック４は上下方向でできる限り相互に近接するよう配置され、両ロードロックへウェハを装入・取出しする際の動きをできるだけ少なくしている。上部ロードロック３はリッドバルブ８を備え、前記リッドバルブ８は上部ロードロック３の真上に取付けられたカム機構９によって高さ方向に可動である。ベローズ１０はカムアクチュエータ９の真空シールを行い、ばね１１はリッドバルブ８の予負荷の度合いを設定してリッドバルブ８とハウジング６間の寸法公差を吸収する。真空室へのウェハ１２の接近路を準備するため、リッドバルブ８は図１に示す位置まで上昇し、以下で述べるように把持アームの補助脚部上のウェハに側面からの接近を可能とする。図１において、上部ロードロック３は真空室１に対して開状態で示され、ウェハは真空室に移動中である。ロードロックの大気側への接近路はスリットバルブ１３によって準備され、ゲート要素１４は活性装置１３Ａ上を上昇・下降してスリット１５を封止可能である。前記スリット１５を介してウェハは上部ロードロックに挿入可能となっている。
【００１８】
上部ロードロック３からのウェハ３の装入・取出し機構を図３に詳細に示す。この図は略図であって、この図では真空室１のバルブと大気５のバルブの両方が開であり、一方側からウェハを搬送する各機構がロードロックに配置されているからである。もちろん実際には、一方のバルブだけがある時間に開となり、一方の配置機構だけが所定位置にある。
【００１９】
大気ロボットのエンドエフェクタ１６はスリット１５から突出している。ロードロック内において、エンドエフェクタは１対の平行指部１７によって表されているが、実際にはウェハ１２の真下に突出してウェハを支持している。ウェハ１２の概略は図３にのみ示す。ロードロック内にウェハを支持するためロードロックキャリア１８が具備される。ロードロックキャリア１８はウェハの円形形状と略対応する外部形状をしている。ロードロックキャリア１８の裏側には直線切欠き部１９が設けられ、後で述べるようにエンドエフェクタ１６、１７が上方からロードロックキャリアを通過し得るような形状となっている。ロードロックキャリア１８は上方に突出したフランジを有し、前記フランジはこれと一体のブラケット２０に接続している。ブラケット２０はリッドバルブ８に固着しているので、ロードロックキャリア１８全体はリッドバルブ８とともに上下動する。ウェハを受けるため３本の脚部２１がロードロックキャリアの上面に具備される。リッドバルブ８が上昇すると、ロードロック３は垂直軸２３を中心にして水平面内を移動する把持アーム２２によって接近可能となる。
【００２０】
ウェハ１２をロードロックキャリア１８に配置するため、ウェハ１２を搬送するエンドエフェクタ１７が図３に示すスリット１５を通って移動する。エンドエフェクタはロードロックキャリア１８の切欠き部１９を通って下方移動し、ウェハが３本の脚部２１によって支持される。その後エンドエフェクタはさらに下方移動してウェハ１２から離隔し、スリット１５を通って引出される。こうしたすべてはリッドバルブ８が下降あるいは閉の状態で行われる。ロードロック室が排気されるとリッドバルブ８が上昇し、それと共にロードロックキャリア１８およびウェハ１２も上昇する。次に把持アーム２２が図３に示す位置に揺動して下方移動するか、あるいはロードロックキャリア１８が上方移動するので、ウェハ１２の縁端部を把持しロードロックから回収可能となる。
【００２１】
下部ロードロック４の構成は上部ロードロックと同様である。逆配置とはいえカム機構２４およびスリット弁２５が同様の構成であるからである。下部ロードロックにおいては、ウェハを下部リッドバルブ２６の上面に脚部によって直接支持可能であるので、ウェハを支持するロードロックキャリアを具備する必要はない。下部リッドバルブは脚部間に同一形状の切欠き部を備え、エンドエフェクタがウェハを脚部に配置・回収できるようになっている。
【００２２】
図１ではロードロックは上昇・閉状態で示され、この状態において下部リッドバルブ２６はハウジング６とともにその周囲を封止し、これにより下部ロードロック４と真空室１間のシールを行うとともに、ハウジング６の板７の下面と下部リッドバルブ２６の上面間に封止されたロードロック室２７を画成する。上部ロードロック３および下部ロードロック４のロードロック室の容量は、必要となる排気および通気を最小とするためできる限り少なくされる。
【００２３】
図１の構成、またスリットバルブ２５が開の状態で、ウェハをロードロック室２７に装入して下部リッドバルブの脚部によって支持可能である。次にスリット弁２５が閉止され、ロードロック室２７が排気ポート２８から排気される。下部リッドバルブ２６が下降可能となり、真空室側のシールが解かれて真空室１からロードロック室２７への接近路が準備される。
【００２４】
ロードロック機構２から静電チャックへのウェハ搬送ロボット機構について詳細に説明する。図３に示す把持アーム（以後下部把持アームと称する）に加え、ロボットは同一構成の上部把持アーム２９をさらに有する。両アームは互いに隣接して取付けられ、垂直軸２３に沿って一体に可動であるとともに垂直軸２３を中心にして別個に回転可能である。
【００２５】
把持アームの操作機構を図４に示す。下部把持アーム２２はハブ３０を介して内軸３１に結合されている。上部把持アーム２９はハブ３２を介して外軸３３に結合されている。内軸３１はモータ３５によって回転し、外軸３３はモータ３６によって回転する。両軸の真空シールは鉄・流体シールによって行われる。空気ダクト３７、３８によって把持アームへの送気が可能となり、これらのアームの空気圧による開閉操作が行われる。第３モータ３９は送りねじ軸３９Ａを回転し、軸２３に沿って両把持アーム２２、２９を一体的に軸方向に移動させる。
【００２６】
１対の把持アーム２２、２９を有することによって、一方が特定の場所でウェハを取出した際、前記第１把持アームが次の装入ウェハを伴って戻るのを待つことなく、その場所で他方がウェハを直ちに装入することができる。静電チャックはロードチャック３、４のいずれか一方と同一高さであってよい。把持アーム２２、２９の高さ方向の移動は静電チャックと前記静電チャックと高さ方向にオフセットしているロードロックとの間でウェハを移動させる時だけ必要であるからである。一方、静電チャックは高さ方向で両ロードロック間にあり、ウェハ搬送毎の把持アームの高さ方向の移動は小さくてよい。
【００２７】
この装置の装入・取出し操作全体について図５を参照して説明する。この図の鍵は５つの構成要素、すなわち静電チャック（ｃ）、上部アーム、下部アーム、上部ロードロック（ＬＵ）、下部ロードロック（ＬＬ），ウェハを大気側から両ロードロックに装入するロボットが左欄に記載されていることである。ある時間の各構成要素の動作を各構成要素のすぐ右側にある陰影部で示す。陰影部内の文字は構成要素が特定時間に移動した場所を示す。例えば、下部アーム手段の位置を示す行に（ｃ）のある陰影部は、この時、下部アームが静電チャックにあることを意味する。ロボットでは行中の文字（Ｍ）はウェハを注入装置に供給する大気側マガジンを示し、また行中の文字（or）はウェハをロードロック機構２に配置するに先立ちウェハを正しく配向するイオン配向装置を示す。
【００２８】
未処理ウェハがマガジン（Ｍ）を離れてから処理済ウェハがマガジン（Ｍ）に戻った時までの単一ウェハの装置内移動を参照すると、装置の動作を最も分かりやすく説明できる。ウェハを特定場所に配置する毎に、前記ウェハより１工程先のウェハはこの場所から除去される。またウェハを特定場所からピックアップする毎に、１段階あとの工程のウェハが置き換わる。
【００２９】
ウェハは大気ロボットによってマガジン（Ｍ）からピックアップされ、配向機構（or）に搬送され、図５の４０に示す正しい向きに回転される。次の工程で大気ロボットは配向機構（or）からウェハをピックアップし、下部ロードロック４に搬送する。この時、装置は下部スリットバルブ２５が開、下部リッドバルブ２６が上昇となっている。ウェハが所定の場所に置かれると、スリットバルブ２５が閉止され、ロードロック室２７が図５の４１に示すように排気される。大気ロボットは図５の最下行に示すように上部ロードロック３および下部ロードロック４を交互に装荷する。
【００３０】
ロードロック室２７が排気されると、下部リッドバルブ２６がカム機構２４によって下降する。ウェハは図５の４２に示すように上部把持アーム２９によって把持可能な位置にある。上述のように、下部アーム２２は図５の４３に示すように処理済ウェハを下部ロードロック４へと逆方向に移動させる。次にウェハを把持した上部把持アーム２９が軸２３を中心にして静電チャック側に回転し、待機する。この間、ウェハを搬送していない下部把持アーム２２は静電チャック側へ移動し、図５の４４に示すようにスキャンが終了したウェハをピックアップする。次にウェハは図５の４５に示すように静電チャックに載置される。静電チャックは静電作動されウェハをチャックに吸引し、水平装入状態から垂直スキャン状態へ回転される。これには略１秒かかるが、図５の４６に図示してある。前述のように、ウェハは図５の４７に示すようにイオンビームによってスキャンされる。この操作が終了すると静電チャックは図５の４８に示すように水平装入状態に戻り、下部把持アーム２２は図５の４９に示すようにウェハを回収する。上部把持アーム２９は図５の５０に示すように処理する次のウェハを静電チャックに装入する。次に下部アームは軸３３を中心にして回転し、図５の５１に示すようにウェハを下部ロードロック４に搬送する。この時、下部リッドバルブ２６は下降位置にあり、スリットバルブ２５は閉止されている。ウェハが所定の位置に置かれると、下部リッドバルブ２６は上昇し、ロードロック室２７はポート２８あるいは別のポートを介して図５の５２に示すように大気圧と通気される。ロードロック室が通気されるとスリットバルブ２５が開放し、ウェハは大気ロボットによって収集され、完成ウェハを収納するマガジンに戻される。
【００３１】
図５から明らかなように、ロードロック３，４の一方が真空状態に排気され、他方はほとんど同時だがやや遅れて大気に通気される。これは処理済ウェハが一方のロードロックを通って真空室から搬送され、未処理ウェハが他方のロードロックを通って真空室に搬送されることを意味する。これによって、ウェハを静電チャックに規則的に供給可能となり、各注入操作間のとぎれを低減できる。
【００３２】
この発明の装置によって１時間２７０枚のウェハを処理可能であるが、従来技術では１時間２００枚である。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つのロードロック室および真空室の一部の一側面からの概略断面図である。
【図２】図１に示す装置の概略平面図である。
【図３】リッドバルブを取外した状態の上部ロードロックの斜視図である。
【図４】真空室の両把持アームの駆動機構の断面図である。
【図５】装置の各構成要素の動きを示す処理能力の線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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