(57)【要約】基板処理のためのシステムは、真空外囲器および真空外囲器内の処理領域のウェハを処理するのに適した位置に存在する処理チャンバを有する。２つのレールアセンブリが、処理領域の両側にそれぞれ設けられる。２つのチャックアレイがレールアセンブリのそれぞれに載せられ、それぞれがレールアセンブリ上に片持ち状に設けられ、複数のチャックを支持する。レールアセンブリは、レールを処理のための上の位置および新たなウェハをロードするためにチャックアセンブリを返送するための下の位置に配置する昇降機構に連結される。ピックアップヘッドアセンブリはウェハをコンベアからチャックアセンブリにロードする。ピックアップヘッドはウェハをウェハの前側から持ち上げる複数の静電チャックを有する。処理チャックの冷却チャネルを用いてエアクッションを発生させ、ピックアップヘッドから輸送されたウェハの位置合わせを補助する。
2015504598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理領域を画定する処理チャンバと、
第１の側部に配置される第１の搬送機構に連結され、前記第１の搬送機構上を往復直線移動可能であるよう構成される第１のチャックアレイと、
前記第１の側部に対向する第２の側部に配置される第２の搬送機構に連結され、前記第２の搬送機構上を往復直線移動可能であるよう構成される第２のチャックアレイとを備え、
前記第１および前記第２の搬送機構のそれぞれが、前記第１および前記第２のチャックアレイの一方が、前記第１および前記第２のチャックアレイの他方の下を通過可能にする、上昇方向に移動可能であるよう構成される、基板処理システム。
【請求項２】
前記第１および前記第２のチャックアレイ上に基板をロードするよう構成されたロード機構をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１および前記第２のチャックアレイ上に基板をアンロードするよう構成されたアンロード機構をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ロード機構が位置合わせ機構をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１および前記第２のチャックアレイのそれぞれが、複数の静電チャックを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１および前記第２のチャックアレイのそれぞれが、行をなす複数の静電チャックを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１および前記第２のチャックアレイのそれぞれが、前記処理領域を横断する間、第１の速度で移動され、前記処理領域外で移動される際、前記第１の速度よりも速い第２の速度で移動されるよう構成された、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記ロード機構が、前記ウェハの前側からウェハを把持するよう構成された複数の静電チャックを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記ロード機構が、ウェハを固定位置合わせピンに押し当てるよう構成された位置合わせ爪を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
位置合わせ用カメラをさらに備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
真空外囲器と、
前記真空外囲器に取り付けられ、前記真空外囲器内の処理領域を画定する処理チャンバと、
前記処理チャンバの片側の前記真空外囲器内に配置される第１のレールアセンブリと、
前記第１のレールアセンブリに連結され、前記第１のレールアセンブリを上昇位置まで持ち上げ、前記第１のレールアセンブリを下の位置まで下降させるよう構成された第１の昇降機構と、
前記第１のレールアセンブリの反対側の前記真空外囲器内に配置される第２のレールアセンブリと、
前記第２のレールアセンブリに連結され、前記第２のレールアセンブリを上昇位置まで持ち上げ、前記第２のレールアセンブリを下の位置まで下降させるよう構成された第２の昇降機構と、
前記第１のレールアセンブリ上に載るよう配置され、構成された第１のチャックアセンブリと、
前記第２のレールアセンブリ上に載るよう配置され、構成された第２のチャックアセンブリとを備える、基板処理システム。
【請求項１２】
前記真空外囲器内に配置されるウェハ搬入機構および前記真空アセンブリ内に配置されるウェハ搬出機構をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
ウェハを前記ウェハ搬入機構から前記第１および前記第２のチャックアセンブリに移送するよう構成された第１のピックアンドプレースアセンブリと、ウェハを前記第１および第２のチャックアセンブリから前記ウェハ搬出機構へ移送するよう構成された第２のピックアンドプレースアセンブリとをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ウェハ搬入機構が第１のコンベアベルトを備え、前記ウェハ搬出機構が第２のコンベアベルトを備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ピックアンドプレースアセンブリが、複数のウェハを同時に把持するよう構成された複数のピックアップチャックを有するピックアップヘッドを備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記チャックアセンブリのそれぞれが、複数の静電チャックを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ピックアンドプレースアセンブリが、前記ウェハを前記複数のチャックに位置合わせするよう構成された作動装置をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記チャックアセンブリのそれぞれが、複数の位置合わせピンを備え、該位置合わせピンは、前記ウェハを前記位置合わせピンに押し当てることにより前記ウェハを位置合わせするよう構成される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
ロード領域、搬送領域、アンロード領域、および処理領域を有するシステムにおいて、
複数のウェハをロード領域内のチャックアレイ上にロードする工程と、
前記チャックアレイを、第１の速度で前記処理領域に向けて搬送し、前記処理領域に達した後、前記第１の速度よりも低速の第２の速度で前記チャックアレイを搬送する工程と、
前記処理領域内の搬送中に前記ウェハを処理する工程と、
処理領域を横断した後、前記チャックアレイを前記第１の速度でアンロード領域に向けて搬送し、前記アンロード領域の前記ウェハをアンロードする工程と、
前記ウェハをアンロードした後、前記チャックアレイを下降させ、前記チャックアレイを前記ロード領域に前記第１の速度で返送する工程とを含む、ウェハ処理方法。
【請求項２０】
複数のウェハをロードする工程が、
複数のウェハを持ち上げるようピックアップヘッドを作動させる工程と、
前記複数のウェハを前記チャックアレイ上に配置するよう前記ピックアップヘッドを移動させる工程と、
エアクッションを生じるよう、前記チャックアレイ内へのガスの流れを促進する工程と、
前記ガスクッション上の前記複数のウェハを解放するよう前記ピックアップヘッドを作動させる工程と、
前記複数のウェハを位置合わせする工程と、
前記ガスの流れを遮断し、前記ウェハを前記チャックアレイに吸着させる工程とを備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１１年１１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／５５７，３６３号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容は参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本出願は、半導体回路、太陽電池、フラットパネルディスプレイ等を形成するためのシリコン基板処理などの基板処理のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
基板処理システムは当該技術分野でよく知られている。基板処理システムの例として、スパッタリングおよびイオン注入システムが挙げられる。このようなシステムの多くにおいて、基板は処理中固定されているが、このような固定されたシステムは、昨今の高処理能力による処理への要求に応えることが困難である。高処理能力による処理は、例えば太陽電池などの基板の処理において特に過酷である。したがって、この要求に応えるべく、新たなシステム構成が求められている。
【発明の概要】
【０００４】
以下の本発明の概要は、本発明のいくつかの態様および特徴の基本的な理解を可能にするよう記載される。この概要は、本発明の広範な概説ではなく、そのため、本発明の要所または重要な要素を詳細に特定したり、本発明の範囲を明確化したりすることを意図するものではない。その唯一の目的は、後述するより詳細な説明の前置きとして、本発明の幾つかの概念を単純な形で提示することにある。
【０００５】
本明細書では、高処理能力による基板処理を可能にする処理システムおよび方法を開示する。一実施形態は、基板が連続的に基板処理システム、例えばスパッタリングターゲットまたはイオン注入ビームの前を移動するシステムを提示する。処理システムの前を移動する間、基板は一速度で移動され、ロードおよびアンロード位置への、または該位置からの移動の間、基板は第１の速度よりも大幅に速い第２の速度で移動される。これにより、全体として処理能力が高いシステムがもたらされる。
【０００６】
開示する様々な実施形態は、２つのチャックアレイを用いた基板処理、例えば、イオン注入のための真空処理システムを提示する。上記の実施形態では、各チャックアレイは、各アレイの静電チャックに配置されたウェハを２行分有するが、別の実施形態では１行または複数行を用いてもよい。アレイは、チャンバの両側に載置され、他のアレイの動作を阻害することなく、それぞれが水／ガスおよび電気的接続を有することができる。各アレイの少なくとも２行を用いることにより、連続処理、すなわち、休止時間なしに処理チャンバを連続利用することが可能となる。例えば、２行をイオン注入に用いることにより、イオンビームを常に一方のチャックアレイ上に維持することができ、処理されたアレイがビームから抜ける前に、もう一方のアレイがアンロード／ロードされ、処理位置に戻される。
【０００７】
この開示実施形態では、チャックアレイ上のすべてのウェハが同時にロードされる。ウェハはロードロックから数枚のウェハが横並び、例えば３枚のウェハが横並びで行をなして出てくる。２行が入側コンベア上に存在するとき、ウェハはピックアンドプレース機構へと持ち上げられる。一実施形態では、ピックアンドプレース機構は静電チャックを用いてウェハを保持するが、真空など他のメカニズムを用いてもよい。システムは、必要に応じて、チャック上に適切に位置合わせさせてウェハを設置するための動的ウェハ設置機構を含み、ウェハに対して一直線に処理が行われることを保証する。例えば、イオン注入を行うとき、上記の位置合わせにより、注入された要素が、確実にウェハ端部に直角または平行になる。
【０００８】
一実施形態では、チャックアレイは、組み立て中に、進行方向が処理チャンバに平行になっているか確認するための手動位置合わせ要素を有し、例えばマスク要素を埋め込む。一例では、マスク位置およびアレイ上の要素においてカメラを用いて、チャックアレイをまず、埋め込まれたマスクに対し位置合わせさせる。その後、ピックアンドプレース機構の各ヘッドは、精密位置合わせ要素を備えた位置合わせウェハを入側コンベアからチャックアレイに移送させることにより、マスクに位置合わせさせる。アレイはその後マスク合わせカメラの下を移動し、位置合わせウェハの偏位角度を決定する。次に、この偏位角度を用いてピックアンドプレースヘッドを調節する。これらの工程は位置合わせが良好になるまで繰り返される。これらの工程により固定配置がもたらされる。それらは、ウェハ処理中、システムにより動的に調整および変更されない。
【０００９】
ピックアンドプレースヘッドも動的ウェハ位置合わせ機構を有してもよい。例えば、ウェハがガスクッション上で遊動する間、爪を用いてウェハを位置合わせピンに押し当ててもよい。このガスクッションは、ウェハ冷却チャネルを通してチャックにガスを供給することにより形成してもよく、そのためこれらのチャネルは二重の目的を果たす。位置合わせピンは、必要に応じて動的に昇降を制御するためのピエゾステージに載置することができる。
【００１０】
一具体例では、真空外囲器を備え、イオン注入チャンバが、真空外囲器内の処理領域内にイオンビームを照射するイオン注入システムを設ける。第１および第２のチャックアレイは、それぞれ第１および第２のレールアセンブリに載って往復するよう構成され、昇降機構は、上の位置と下の位置の間のレールアセンブリの昇降を切り替えるよう構成される。第１および第２のチャックアレイのそれぞれは、複数の処理チャックが上に配置される片持ち部を有する。第１および第２のチャックアセンブリのそれぞれは、それぞれのレールアセンブリが上の位置に存在する場合、それぞれのレールアセンブリ上で前進方向に移動し、それぞれのレールアセンブリが下の位置に存在する場合、それぞれのレールアセンブリ上で後退方向に移動することにより、他のチャックアセンブリの下を通過するよう構成される。
【００１１】
上記イオン注入システムでは、真空外囲器の入口側に搬入コンベアベルトを配置し、真空チャンバの出口側に搬出コンベアを配置する。第１のピックアップ機構は、ウェハを搬入コンベアから取り除き、第１および第２のチャックアセンブリ上にウェハを載置するよう構成される。第２のピックアップ機構は、第１および第２のチャックアセンブリからウェハを取り除き、搬出コンベアベルトへウェハを輸送するよう構成される。第１のピックアップ機構の位置合わせを可能にするよう、カメラを設ける。カメラは、処理領域に位置する間の第１および第２のチャックアセンブリの画像を撮影するよう構成される。画像を分析して、第１のピックアップ機構の配置を決定する。
【００１２】
チャックアセンブリは、処理領域内にある間、一速度で移動し、反対方向、すなわち後退方向に移動する間、第１の速度よりも速い第２の速度で移動するよう構成される。この構成では、レールアセンブリが上の位置にある場合、チャックアセンブリは、場所に応じて高速前進または低速前進のいずれかの速度で移動しうるが、レールアセンブリが下の位置にある場合は、常に後退高速速度で移動する。
【００１３】
第１および第２のチャックアセンブリのそれぞれは、ガス流路をもつ複数の静電チャックを有する。第１および第２のチャックアセンブリは、ウェハが静電チャック上にロードされるとき、ガスをガス流路に供給してガスクッションを発生させるよう構成される。第１および第２のチャックアセンブリのそれぞれはまた、複数の位置合わせピンを有する。作動装置を内蔵してもよく、それによりピンが作動されてウェハ位置合わせの上の位置をとり、その後下の位置をとるようにしてもよい。
【００１４】
第１および第２のピックアップ機構のそれぞれは、第１および第２のチャックアセンブリの処理チャックの構成を模して配置された複数のピックアップチャックを有する。各ピックアップチャックは、ウェハ位置合わせ処理中のウェハに作用するよう構成された、連結されたウェハ位置合わせ作動装置を有する。ウェハ位置合わせ作動装置は、ウェハがチャックアセンブリに取り付けられた位置合わせピンに作用するよう構成してもよい。
【００１５】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書とともに本発明の原理を説明し図示する役割を果たす。図面は、例示的な実施形態の主要な構成要素を図式で示すことを意図したものである。図面は、実際の実施形態のすべての構成要素や図示された要素の相対的な寸法を図示することを意図せず、一定の縮尺で描かれない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態によるシステムおよび構成の主要部を示す断面模式図である。
【図２】図１に示される実施形態の特定の要素を強調する処理フローを図示するチャックアレイの上面図である。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、チャックアレイシステムの実施形態を示す。
【図４】イオン注入装置とともに用いたシステムの例を示す。
【図５】ウェハのチャックへの正確な位置合わせを可能にする、一実施形態による基板のロードの上面図である。
【図６】一実施形態によるピックアップチャックの模式図である。
【図７】図７Ａは、爪が開いた状態のピックアップチャックを示し、図７Ｂは、爪が閉じた状態のピックアップチャックを示す。
【図８】図８Ａは、爪を有するピックアップチャックおよび位置合わせピンを有する処理チャックを備える構成を示す図であり、図８Ｂは、図８Ａの構成の側面図である。
【図９】ウェハを処理チャック上に移送する処理過程を示すフローチャートである。
【図１０】ピックアップヘッドを処理チャンバに位置合わせする処理過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書で開示する様々な実施形態は、特にスパッタリングおよびイオン注入などの処理のための、高処理能力をもたらすシステム構成を提示する。この構成は、基板が処理チャンバを通過すると処理される、通過（pass-by）処理を可能にする。例えば、基板はイオンビームの下を通過させ、イオンビームを横断する際に注入されるようにすることができる。いくつかの具体例では、イオンビームを幅広リボン状とし、いくつかの基板の部位を同時に照射するようにすることができる。このような構成を用いることにより、いくつかの基板をビームの下を通過させ、基板が合わせて同時に処理されることによりシステム処理能力を高めるようにすることができる。
【００１８】
本発明のスパッタリングチャンバの実施形態を、図面を参照して以下に説明する。図１は、Ｃ１およびＣ２で示され、真空外囲器１００内に配置された、移動式チャックアレイを用いて基板を処理するためのシステムの一部を示す。図１では、処理チャンバ１１５には２つの移動式チャックアレイが設けられ、処理チャンバにより常時少なくとも１つ基板が処理されるようにする。処理チャンバ１１５は、矢印１４５で示される処理領域を有する、例えば、スパッタリングチャンバ、イオン注入チャンバなどであってもよい。処理領域は、例えば、イオンビームである。図１に示すような移動式チャックアレイを備えることにより、処理領域は常に少なくとも１つ基板により使用されるため、チャンバは、空運転モードになることなく、常に少なくとも１つの基板を処理する。
【００１９】
図１の例では、基板１０２は、本実施形態においては真空内のコンベア１３０に到達する。この例では、基板は３つが横並びで、すなわち図１の付記Ｌ１内に示されるように３行で配列される。また、この例では、図１の付記Ｌ２に示すように、各チャックアレイが２×３列で配列された６個のチャック１０６を有する。ピックアップヘッド装置１０５は、高架レール１１０上に載せられ、この例では、６つの基板を同時にコンベアから持ち上げ、それらを同時にチャックアレイ、ここではＣ１に移送する。
【００２０】
ウェハ１０２をコンベア１３０から処理チャック１０６へ搬送するために用いるウェハ搬送機構は、軌道１１０に沿って移動可能な１つまたは複数の静電吸着チャック１０５を使用し、静電力を用いて１つまたは複数のウェハ、例えば１行３枚のウェハ１０２を吸着し、ウェハを処理チャック１０６に移送する。ピックアップチャック１０５はウェハを前面で把持し、その後ウェハを、静電気によりウェハを後面から把持する処理チャック１０６上に配置する。このような構成は、前面からの取り扱いに多少寛容な、太陽電池のための処理に特に適している。
【００２１】
一方、チャックアレイＣ２は処理チャンバ１１５の処理領域１４５を連続的に通過し、６つすべての基板が処理にさらされる。処理領域１４５を横断する間のチャックアレイの運動は、本明細書においてＳ１で表す一定の速度による。チャックアレイＣ１は、基板１０２がロードされると、チャックアレイＣ２の後方の処理位置に移動する。この処理位置への運動は、本明細書においてＳ２で表される、速度Ｓ１よりも速い速度で行われ、これにより、チャックアレイＣ２上の基板の処理が完了する前に、チャックＣ１が処理のための位置に収まるようロードされ移動される。次に、チャックアレイＣ１は、チャックアレイＣ２後方で速度Ｓ１で移動し、チャックアレイＣ２が処理領域１４５から出ると、直ちにチャックＣ１が処理領域１４５に進入する。この状態を、チャックアレイＣ２が処理を完了した直後であって、チャックアレイＣ１が処理帯域１４５に進入する、状況Ａとして図２に示す。図２に示す位置では、チャックアレイＣ１は、まさに処理領域１４５への進入を開始したところ、例えば、まさに注入ビーム１４７の下を通過し始めたところである。チャックアレイＣ１は、注入領域１４７を通って、低速で、速度Ｓ１、例えば、約３５ｍｍ／ｓで移動し続ける。一方、チャックアレイＣ２は、まさに注入ビーム１４７の照射範囲から抜けるところである。
【００２２】
チャックアレイＣ２が処理領域を通り過ぎる、すなわち、イオンビーム１４７の照射範囲から抜けると、加速し、速度Ｓ２でアンロード位置まで移動し、この状態を状況Ｂとして図２に示す。このとき、チャックアレイＣ１は、速度Ｓ１で移動を続けつつ、その先端から処理領域の下で処理を開始する。この例に示すように、チャックアレイＣ１は、３つの基板が同時に処理されるように配置される。したがって、処理領域１４５のサイズ、この例ではイオンビーム１４７の幅に応じて、ある程度の数の基板を同時に処理することができる。
【００２３】
チャックアレイＣ２が、図１の破線で示すアンロードステーションで停止すると、アンロードピックアップ装置１２５は、基板を持ち上げ、コンベア１３５に移動する。その後、チャックアレイＣ２は下降され、チャックアレイＣ１の下を速度Ｓ２でロードステーションまで移動し、これを図２の位置Ｃに示す。チャックアレイＣ２は、図２の位置Ｄに示すように、基板がロードされると、チャックアレイＣ１の後方の処理位置に移動する。このサイクルが繰り返される結果、基板が常に処理領域１４５に存在することになる。
【００２４】
図３Ａおよび３Ｂは、チャックアレイシステムの実施形態を示す。本実施形態では、チャックアレイＣ１およびＣ２のそれぞれが６つのチャック３５２、３５７を有し、各チャックは、例えば、静電チャックであってもよい。チャックアレイＣ１は、片側の軌道３５０に載せられ、チャックアレイＣ２は、軌道３５０対向する位置に位置する軌道３５５に載せられる。チャックアレイＣ１およびＣ２のそれぞれは、両方向矢印により示されるように、往復するよう軌道に載せられる。チャックアレイＣ１およびＣ２は、モータ、ステッピングモータ、リニアモータ等を用いて軌道上を移動させることができる。各軌道は、昇降機構３６０に連結され、上の位置および下の位置をとる。ロード、処理、およびアンロードの間、昇降機構３６０が作動し、軌道が上の位置をとるようにする。図３Ａは、両軌道が上の位置にあるため、すべてのチャックが同じ高さにある状態を示す。しかし、アンロード位置からロード位置への移送の間は、昇降機構３６０が作動され、それぞれの軌道が下降され、下の位置をとり、そのため１つのチャックアレイが他方のチャックアレイの下を通過できる。これは、軌道３５０が下の位置をとり、チャックアレイＣ１がチャックアレイＣ２の下を通過する図３Ｂに示される。
【００２５】
図３Ａおよび３Ｂに示すように、各チャックアレイは、チャックが上に組み付けられる片持ち棚３７２、３７４を有する。片持ち棚のそれぞれは、レールに載せられる駆動アセンブリ３７３、３７５および上にチャックが取り付けられるとともに、それぞれの駆動アセンブリから片持ち状に設けられる自立型支持アセンブリ３７４、３７６を有する。１つのレールアセンブリが下の位置をとるとき、それぞれのチャックアセンブリの自立型支持アセンブリは、他のチャックアセンブリの自立型支持アセンブリの下を通過することができる。また、図３に示すように、棚は片持ち状に設けられ、両方のレールが上の位置にある場合に、両方の棚上に位置するチャックが、破線で示すように進行方向に配列される。
【００２６】
図４は、イオン注入装置とともに用いたシステムの例を示す。図４に示されるシステムは太陽電池の作製に用いられる。太陽電池の作製において、場合によっては、イオン注入は基板の選択された領域のみに行われる。このような処理の例として、選択エミッタ型太陽電池が挙げられる。図４の実施形態によれば、マスク（例えば、図１のマスク１７０参照）をイオンビームの経路に配置し、マスクの穴を貫通するイオンのみが基板に達するようにする。図４は、マスクを用いた処理がいかに進行するか、および一数値例を用いたサイクル時間を示す。
【００２７】
図４では、チャックアレイが実線で示され、進行方向に長さＬｃをもつよう描かれ、マスクは破線で示され、進行方向に長さＬｍをもつように描かれる。この構成において、３×２の配列が図示される。これにより、３枚のウェハが幅方向に配置され、同時に処理される。まさにこのマスクを用いて、ウェハの表面に均一なドーピングを施すことができ、さらに太陽電池の接触「フィンガ」のためのドーピングを向上させることができる。すなわち、ウェハがマスクの下で搬送されると、マスクの広い開口により、幅広の連続するイオンのビームが通過可能となり、３枚のウェハの表面に同時に均一にドーピングすることが可能となる。ウェハが移動を続けてマスクの「櫛状」部位の下に来ると、イオンの「ビームレット」のみがウェハに達し、直線でウェハをドープすることができる。
【００２８】
ドーピング処理過程は、途切れることなく連続し、注入源が常に稼働中で、常にイオンビームを供給するようにする。図４は、連続動作中の４つの状態のスナップショットを示す。状態１では、チャックアレイＣ２がイオンビームの下にあり、その上に位置するウェハに注入を行う。チャックアレイＣ１の前縁は、マスクで覆われた部分にちょうど進入するところである。アレイＣ１およびＣ２の両方は、低速の速度Ｓ１で移動する。状態２では、チャックアレイＣ２状に位置するウェハのイオン注入が完了し、チャックアレイＣ２の後縁は、マスクに覆われた部分からちょうど抜けるところである。アレイＣ１およびＣ２の両方は、引き続き低速の速度Ｓ１で移動する。
【００２９】
アレイＣ２が完全にマスクの被覆部分から完全に脱すると、時間ｔ２３の間、速度Ｓ２まで加速し、ウェハがアレイからアンロードされるアンロードステーションへ移動する。その後、アレイＣ２の軌道は下降され、アレイＣ２は、アレイＣ１の下を速度Ｓ２で移動し、ロードステーションにて未処理ウェハがロードされる。ロードされると、アレイＣ２は速度Ｓ２でアレイＣ１の真後ろの位置まで再び加速し、その後減速して速度Ｓ１でアレイＣ１後方を移動する。状態３は、前縁がマスクによる被覆部分にちょうど進入するところであるアレイＣ２のスナップショットである。処理はさらに速度Ｓ１で継続され、状態４に示すように、チャックアレイＣ１の後縁がマスクによる被覆部分からちょうど抜けるところであり、これにより１サイクルが規定される。ウェハがシステムにロードされる限り、処理は、その後無限に繰り返される。
【００３０】
図４の例から理解できるように、１つのチャックアレイに対するサイクル時間は、ｔ１２＋ｔ２３＋ｔ３４＋ｔ４１である。一例において、このサイクル時間は約１８秒である。処理時間は、チャックアレイの前縁がマスク被覆範囲に進入する時間からアレイの後縁がマスクの被覆範囲を抜けるまでの時間である。しかし、チャックアレイが処理速度、すなわちＳ１で移動する時間はより長く、図４ではｔ１２＋ｔ２３＋ｔ３４＝１８−ｔ４１となること示されている。一方、図４は、チャックアレイが速度Ｓ２で移動し、アンロードおよび新たなウェハがロードされる時間はｔ２３であり、一例においては約６秒であることを示す。
【００３１】
上の記載から分かるように、高処理能力速度における適切なイオン注入では、ウェハを高い位置決め精度でチャック上にロードすることが必要である。しかし、ウェハがコンベアに到達するため、正確な位置合わせを維持することは困難である。図５は、チャックに対するウェハの正確な位置合わせを可能にする一実施形態による基板のロードの上面図である。この例では、６つの基板を配列させ６つのチャックに同時にロードする。
【００３２】
図５は、６つのウェハ５０２を同時にロードするための３×２列の静電チャック５０５を有する、図１のピックアップヘッド１０５の上面図である。チャック５０５のそれぞれは、両方向矢印５９０で示されるように、軸の周りで回転配置可能である。この配置は、ウェハをマスクに位置合わせするために、処理の開始の前に行う。例えば、図１に示すように、カメラ１１９をマスク１７０の近くに配置し、マスクおよびチャックアレイを撮影することができる。図１では、ピックアップヘッドを、軸１９０の周りに回転配置させることができる。配置を行うために、位置合わせマスクを備えた、特殊な位置合わせウェハを用いて、マスクに対するウェハの位置合わせを、カメラ１１９を用いて撮影することができる。配置が特定のマスク用に設定された後は、配置は固定されたままとなり、各サイクルごとに変更する必要がない。実際のところ、この回転配置は、ロードピックアップヘッド１０５のみに要求され、アンロードピックアップヘッド１２５には要求されない。
【００３３】
各個別のウェハは、移動爪５８５により、その個別処理チャックに位置合わせされ、それにより、ウェハがピン５８０に押し当てられる。ウェハがチャック５０５により持ち上げられるとき、爪５８５は開位置にあり、その後例えば重力によって閉じられ、ウェハをピン５８０に押し当てて位置合わせする。ピン５８０は固定式であってもよく、あるいは以下に説明するように、例えばピエゾによる移動式であってもよい。図８の例について記述するように、ガスの流れを用いてウェハを浮遊させ、チャックに位置合わせされるようにしてもよい。
【００３４】
図６は、単一のピックアップチャック、例えば一実施形態によるピックアップヘッド１０５のピックアップチャック５０５の模式図である。図５に示すように、６つのこうしたピックアップチャック５０５を、６枚のウェハを同時に搬送するように１つのピックアップヘッド１０５上に配列させることができる。図６の実施形態では、各ピックアップチャックが、軸６９０の周りに個別の放射状配置を有している。例えば、新たなマスクがイオン注入システムに設置される度に、ピックアップチャックは個別に放射状に配置され、ウェハを処理チャックに輸送する際、ウェハをマスクに位置合わせさせることができる。配置が完了すると、処理を開始することができ、新たなマスクが設置されるような機会まで、さらに配置する必要はない。
【００３５】
各ウェハは静電チャック６０５により保持され、処理チャックに位置合わせされる。一実施形態では、ウェハは、固定ピンを二側部に、移動式位置合わせレバーを対向側部に有することにより位置合わせされる。図６では、固定ピン６８０は固定されており、１つのピンがウェハの一側部の中央に配置され、２つのピンがウェハの隣接する側部に９０°で設けられるように整列される。図５に示すとおり、２つのピンはウェハの先端である側部、すなわち、ウェハの搬送中の先端であるウェハの側部に設けられる。２つの移動式レバー、図６では２つの爪６８５は、ウェハを固定ピンに押し当ててウェハを位置合わせする。レバーには接触点、例えばピンまたはバンプが設定され、設定された接触点のみが接触し、ウェハを固定ピンに押し当てるようにしてもよい。図５に示すように、爪には、単独の接触点のみを有するものと、２つ以上の接触点を有するものがある。図５では、ウェハの先端に押し当てられる爪は、２つの接触点５１２を有する。
【００３６】
図７Ａおよび７Ｂは、ウェハの両端部からのレバー７８０により、ウェハが位置合わせされた位置をとるようにする例を示す。図７Ａでは、レバー７８０は開いた、すなわち、ウェハ７０２を押さない位置にある。ウェハ７０２は、軸７９０の周りに配置される静電チャック７０５により保持される。図７Ｂでは、レバー７８０は閉位置をとり、ウェハが位置合わせされた位置をとるようにする。
【００３７】
図８Ａおよび８Ｂは、位置合わせの一部がピックアップチャックで行われ、一部が処理チャックにより行われる別の実施形態示す。図８Ａおよび８Ｂの実施形態では，静電チャック８０５が軸８９０の周りに放射状に配置され、静電気によりウェハ８０２を保持する。静電チャック８０５がウェハ８０２を保持する時間の間、爪８８５は開位置にあり、ウェハ８０２を押さないようにする。ピックアップチャックがウェハを処理チャック８０６に輸送する際、チャック内のチャネル８３３を介してガスをウェハの下に注入する。これにより、上でウェハが浮遊するガスクッションが形成される。その際、レバー８５５は、例えば、重力または作動装置により閉位置をとり、ウェハを固定ピン８８０に押し当てる。図示するように、本実施形態では、固定ピン８８０が、上に処理チャック８０６が載置されるチャックアレイの底板８７４に取り付けられる。レバー８８５がウェハをピン８８０に押し当てると、気流が遮断され、処理チャックが通電され、これによりウェハを位置合わせされた位置で把持することができる。また、本実施形態では、ピン８８０はｚ方向に移動可能であり、したがって、両方向矢印により示されるように、位置合わせのために持ち上げられ、搬送および処理の間下降される。
【００３８】
図９は、図８Ａおよび８Ｂに示す実施形態を用いて、ウェハを処理チャック上に移送する処理過程を示すフローチャートである。他の開示実施形態を用いて同様の処理を行うことができる。上述した実施形態では、コンベアベルトから処理チャック上へと、またはその反対方向に移送を行ったが、同様の処理を、例えばウェハカセット、ウェハトレー、ロボットアーム等からの搬送に際し行うことが可能である。この処理は、ピックアップヘッドを、持ち上げるウェハの上の吸着位置に配置する工程９００で開始する。工程９０５では、ピックアップヘッドを作動させて、例えば、真空、静電力、機械的連結等によりウェハを持ち上げる。工程９１０では、ピックアップヘッドを、例えば、処理チャック上の解放位置まで移動させる。
【００３９】
この処理は図８Ａおよび８Ｂの実施形態に関するため、工程９１５ではガスの流れを促進して処理チャックにガスを供給するようにする。この工程は省略可能であり、ガス流路が処理チャックに含まれる場合のみ行われる。このようなガスチャネルは、通常、ヘリウムのような冷却ガスを供給する目的でチャックに備えるものであるが、同じ構成を、ガスクッションを形成してウェハを処理チャックの上で浮遊させる目的に用いることができる。ガスクッションは、ヘリウム、アルゴン、窒素、空気等を供給することにより維持することができる。また、位置合わせピンを使用する場合、この際に、上方の位置合わせ位置に持ち上げることができる。
【００４０】
ウェハはその後、工程９２０でガスクッション上に解放され、ピックアップヘッドを、解放されたウェハのわずかに上に持ち上げると、工程９２５で、位置合わせ機構によりウェハがチャックの上に位置合わせされる。上記実施形態で説明したように、位置合わせ機構は固定ピンおよび移動式レバーまたは爪であってもよい。工程９３０では、ガスの流れが止まるまで抑制され、その結果、ウェハは位置合わせされなくなることなくチャック上に徐々に下降され、工程９３５では、ウェハが処理チャック上に把持される。これは真空、機械的固定、静電力等により行うことができる。工程９４０では、ピックアップヘッドを外し、位置合わせピンを用いる場合には、これを下降させる。
【００４１】
図１０は、ピックアップヘッドを処理チャンバに位置合わせする処理過程を示すフローチャートである。これは、ピックアップヘッドの放射位置を処理チャンバに整列させることにより行い、処理によりウェハ上に要素が生じる場合であって、ウェハのトポロジーに対するその要素の配置が重要である場合にのみ行われる。そうでなければ、この処理を行う必要はない。したがって、例えば、処理によりウェハの全表面上に均一な層が形成された場合、位置合わせが必要である。ただし、処理により、例えば、太陽電池における接触フィンガのような要素が生じる場合、処理が開始される前に、位置合わせ処理を行ってもよい。位置合わせを行った後、さらに位置合わせする必要なく、処理を開始しうる。
【００４２】
工程１０００では、ピックアップヘッドを所定位置に移動し、ウェハをロードする。多数のピックアップチャックを用いる場合は、多数のウェハをロードすることができる。また、一例において、特別に設計された位置合わせウェハを用いることができる。例えば、ウェハは、適切な配置の決定を補助するための特別なマークを有することができる。工程１００５では、ピックアップヘッドを、処理チャック上に移動させ、ウェハを解放する。次に、工程１０１０では、チャックアレイをウェハ処理位置上に移動させ、処理１０１５では、チャックおよび／またはウェハの画像を撮影する。例えば、システムがマスクを介したイオン注入に用いられる場合、画像はマスクのものであり得、位置合わせウェハのマークに位置合わせする。工程１０２０では、画像を検査し、位置合わせが適切であるかを判定する。適切でない場合、処理は、ピックアップヘッドに対し適切な位置合わせを行う工程１０２５に進む。処理を繰り返して位置合わせを確認する。工程１０２０で、位置合わせが適切であると判定された場合、その後工程１０３０で通常処理が開始される。
【００４３】
本明細書に記載される処理工程および技術は、何らかの特定の装置に本質的に関係するのではなく、部材の任意の適切な組合せにより実施しうることを理解すべきである。さらに、本明細書に記載された知見にしたがって、様々な種類の汎用デバイスを用いてもよい。あらゆる点において制限的ではなく例示的であることを意図された特定の例に関して本発明を説明してきた。当業者は、多くの様々な組み合わせが本発明の実施に適していることを理解するであろう。
【００４４】
さらに、本明細書に記載された本発明の仕様および実施を考慮することにより、本発明の他の実施態様は、当業者にとって明らかとなるであろう。記載された実施形態の様々な態様および／または構成要素は、単独でまたは組合せて用いてもよい。仕様および例は、単に典型例としてみなされることを意図し、本発明の真の範囲および趣旨は、以下の請求項により示される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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