JP5655759B2 - 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それに用いられるワーク搬送機構に関するものである。

特許文献１に示す枚様式のイオン注入装置では、ウェハをそれぞれ別個に周回させる２つのウェハ駆動機構を設け、イオンビーム照射領域において２つの周回軌道を一致させるとともに、各ウェハの周回速度あるいは周回位相を制御することによって、前記イオンビーム照射領域を２つのウェハのいずれかが常に通過するように構成されている。このことによって、イオンビームのウェハに対する照射効率を上げることができる。

ところでこの特許文献１において、各ウェハの周回軌道は、ビーム照射領域を含む直進軌道部分において一致し、その他の部分は前記直線軌道部分の両側に分かれて分離するように構成されている。

特開平１０−１３４７６１号公報

しかしながら、このような構成であると、２つの周回軌道を確保するだけの空間が必要となり、一定以上には装置をコンパクト化できないという問題がある。そしてかかる問題点は、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、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、飛躍的なコンパク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第１ワークを、前記照射領域を含む所定の第１周回軌道に沿って周回させる第１周回機構と、前記エネルギー線が照射される対象物である第２ワークを、前記照射領域を含む所定の第２周回軌道に沿って周回させる第２周回機構とを具備し、各周回軌道によって形成される仮想の周回面が互いに平行であるとともに、前記第１周回軌道と前記第２周回軌道は同一平面上にあり、前記平面上にある周回面と垂直な方向から視たときに、前記第１周回軌道で囲まれる領域と前記第２周回軌道で囲まれる領域との少なくとも一部が重なるように構成されていることを特徴とするものである。
なお、ここで「重なる」に、接することは含まれない。

具体的な実施態様としては、前記各周回軌道が、互いに平行な直線軌道とそれらの端部間を結ぶ半円軌道とからそれぞれ形成されており、前記各周回軌道における半円軌道の中心が、前記直線軌道方向から視て合致するように構成してあるものを挙げることができる。

このようなものであれば、双方の周回軌道を合致させることができるので、コンパクト化により寄与できる。また、双方の周回軌道が合致していない場合であっても、双方の周回軌道における半円軌道の旋回半径を近づけることができるので、コンパクト化により寄与できる。
コンパクト化に最も好ましい態様は、前記各周回軌道が互いに合致するように構成することである。

２つの周回軌道を利用してエネルギー線の照射効率を高めるには、前記照射領域に進入した第１ワークが当該照射領域から完全に離れる前に、第２ワークが当該照射領域に進入するように構成してあるものが好ましい。

その場合、前記第１ワーク又は第２ワークを、周回移動方向に沿って複数並べることができるようにしておけば、第１又は第２いずれかの１ワークにエネルギー線を照射する時間が長くなり、他方のワークをその間に周回させて後ろの位置に移動させる時間に余裕ができるので、連続エネルギー線照射処理が容易になる。

前記ワークが周回軌道に沿って１周したときに、前記周回面と垂直な方向から視て、当該ワークが最初の自転角度に戻るように構成しておけば、配線の捻じれや捻じれによる断線の防止を図ることができる。

上記効果に加え、エネルギー線の照射領域の裏側を通過するときに、該エネルギー線の影響を受けにくくするには、前記周回面と垂直な方向から視て、前記ワークは、前記照射領域からその裏側領域に向かう間に１８０度自転し前記裏側領域においてそのエネルギー線照射面の裏面をエネルギー線照射方向に向けるとともに、前記裏側領域から前記照射領域に向かう間に−１８０度自転して最初の自転角度に戻るように構成してあるものが望ましい。

このように構成した本発明によれば、２つの周回機構を設けてエネルギー線照射効率の向上を図りながらも、それら２つの周回機構による第１周回軌道の領域と第２周回軌道の領域とが少なくとも一部重なり合うことから、２つの周回軌道分の面積は必要なくなり、その重なり合った分だけ面積を削減できるのでコンパクトな構成を実現できる。

本発明の一実施形態におけるエネルギー線照射システムを示す概略斜視図。 同実施形態の周回機構を示す正面図。 同実施形態の周回軌道を示す平面図。 同実施形態のウェハの動きを示す模式的動作説明図。 同実施形態のウェハの動きを示す模式的動作説明図。 本発明の他の実施形態におけるウェハの動きを示す平面図。 本発明のさらに他の実施形態における正面方向から視た周回機構及び平面方向から視た周回軌道を示す説明図。 本発明のさらに他の実施形態における正面方向から視た周回機構及び平面方向から視た周回軌道を示す説明図。

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１００は、図１に示すように、ワークたるウェハＷ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、図示しない真空チャンバー内に設けたイオン注入室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Ｗを搬送するウェハ搬送機構１０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、イオン注入室内に設定した照射領域Ｐ（図４等に示す）に向かって射出する既知のものであるため、詳細についての説明は省略する。

ウェハ搬送機構１０は、イオン注入室に隣接して設けた真空予備室（図示しない）とイオン注入室に設けた待機位置との間でウェハを移動させる内外移動機構（図示しない）、イオンビームＩＢの照射領域Ｐを途中で横切るようにウェハＷ１（Ｗ２）を周回させる周回機構１、２、及び前記内外移動機構と周回機構１、２との間でのウェハＷ１（Ｗ２）の受け渡しを行う受け渡し機構を具備したものである。

内外移動機構及び受け渡し機構に関しては、例えば特許４７６６１５６号公報に記載されているような既知のものであるので、ここでは、図示及び説明を省略し、本エネルギー線照射システム１００の特徴構成たる周回機構１、２について、以下に詳述する。

この実施形態において、前記周回機構は２つ設けられている。各周回機構１、２ともに、支柱１１、２１、この支柱１１、２１からラジアル方向に突出するアーム１２、２２と、前記アーム１２、２２を支柱１１、２１の軸線周りに旋回させる旋回手段１３、２３と、前記アーム１２、２２の先端部に取り付けられて支柱１１、２１の軸線と平行に延びる板状のウェハ支持部材１４、２４と、前記支柱１１、２１をアーム１２、２２及びウェハ支持部材１４、２４とともにその軸線とは垂直な方向に直進させる直進手段１５、２５とをそれぞれ具備する。

まず第１周回機構１から、図１、図２を参照して詳述する。
この第１周回機構１における支柱１１は、基台１６から起立する円柱状のものである。
アーム１２は、前記支柱１１の先端部１１ｂからラジアル方向に突出する板状のものである。

旋回手段１３は、例えばモータであり、その駆動軸（図示しない）が支柱１１の基端部１１ａに接続してある。そしてこの支柱１１をその軸線周りに回転させることでアーム１２を旋回させ得るように構成してある。なお、支柱１１を回さずにアーム１２を直接旋回させるような構造でも構わない。

ウェハ支持部材（以下、プラテンとも言う。）１４は、その表面に複数のウェハＷ１を例えば静電吸着して支持する例えば概略長板状をなすものであり、その長手方向が支柱１１の軸線と平行で、かつその面板部がアーム１２の延伸方向と垂直になるように前記アーム１２の先端から垂下させてある。なお、この実施形態では、図１等に示すように、このプラテン１４をアーム１２に枢支させることで、該プラテン１４がアーム１２に対して垂下している状態と平行となる状態との間で回転できるように構成してある。これは、前記受け渡し機構との間でウェハを授受するためであり、具体的には、前記受け渡し機構との間でウェハＷ１を授受するときにはプラテン１４を平行状態とし、周回させるときにはプラテン１４を垂下状態とする。

直進手段１５は、ここでは例えば、支柱１１の基端部１１ａを支える前記基台１６を支柱１１の軸線とは垂直な方向に貫通するネジ孔１５１と、このネジ孔１５１に螺合するネジ部材１５２と、このネジ部材１５２を回転させるモータ等のアクチュエータ１５３とからなり、このネジ部材１５２を正逆回転させることによって、基台１６がネジ部材１５２の延伸方向に沿って直線的に進退するように構成したネジ送り方式のものである。なお、直進手段１５として上述したネジ送り方式のみならず、ベルト方式など、種々の方式の機構を用いることができる。

さらにこの第１周回機構１は、前記旋回手段１３及び直進手段１５を制御、より具体的には各手段１３、１５に設けられたモータ１３、１５３を制御するための電気回路からなる制御部（図示しない）を有している。この制御部は、図３に示すように、前記軸線方向から視て、ウェハＷ１を一方向に直進、１８０度旋回、逆方向に直進、−１８０度旋回という４つの動作を繰り返させて周回移動させる。
すなわち、第１周回機構１による周回軌道（第１周回軌道）Ｏ１は、互いに平行で等しい長さの直線軌道Ｌ１１、Ｌ１２と、それら直線軌道Ｌ１１、Ｌ１２の端部間を接続する半円軌道Ｃ１１、Ｃ１２とからなる。

より具体的に説明すると、この制御部は、ウェハＷ１を直進させるときは、直進手段１５を作動させるとともに、旋回手段１３を制御してウェハの表面が周回軌道Ｏ１の外側を向くようにアーム１２の角度を直進方向と垂直に固定する。なお、イオンビームＩＢは、一方の直進運動の途中でウェハＷ１の表面に垂直に照射される。すなわち、一方の直線軌道Ｌ１１の途中にウェハＷ１の表面に対して垂直に進んでくるイオンビームＩＢの照射領域Ｐが設けてある。

一方、この制御部は、ウェハＷ１を旋回させるときには、直進手段１５を停止するとともに、旋回手段１３を動作させてアーム１２を正方向または逆方向に１８０度旋回させる。しかして、このように旋回動作時の旋回角度が一方では＋１８０度、他方が−１８０度に設定してるのは、ウェハＷ１を１周回させたときにウェハＷ１がその周回に伴って自転しないようにするためである。すなわち、前記構成によって、ウェハＷ１を支持するウェハ支持部材１４、アーム１２及び支柱１１の自転角度は、ウェハＷ１が１周回したときに元に戻るようにしてあり、ウェハＷ１を何度周回させても、これらウェハ支持部材１４、アーム１２及び支柱１１に接続されている電気ケーブル等が自転によって捩れて断線するといった不具合を未然に防止するようにしてある。

次に、第２周回機構２について図１、図２を参照して詳述する。
この第２周回機構２における支柱２１は、吊り下げ構造体２７によって吊り下げられたものであり、前記直進方向から視て、その先端面が前記第１周回機構１の支柱１１の先端面と対向するように軸線を合致させて配置してある。前記吊り下げ構造体２７は、基台２６とこの基台２６から起立する起立部材２７１と、起立部材２７１の先端から直角に延びる懸架体２７２とからなる概略Ｌ字型をなすもので、前記懸架体２７２の先端部から前記支柱２１が後述する旋回手段２３を介在させて垂下させてある。
アーム２２は、前記支柱２１の先端部からラジアル方向に突出する板状のものである。

旋回手段２３は、例えばモータであり、その駆動軸が支柱２２の基端部２１ａに接続してある。そして、第１周回機構１と同様、前記支柱２１をその軸線周りに回転させることでアーム２２、ひいてはウェハ支持部材２４を旋回させ得るように構成してある。なお、この実施形態では、ウェハ支持部材２４の旋回半径を第１周回機構１と同一に設定してある。

プラテン２４は、第１周回機構１と同様、その表面に複数のウェハＷ２を例えば静電吸着して支持する例えば概略長板状をなすものであり、その長手方向が支柱２１の軸線と平行で、かつその面板部がアーム２２の延伸方向と垂直になるように前記アーム２２の先端から回転可能に垂下させてある。なお、このプラテン２４におけるウェハ支持領域２４ａは、第１周回機構１のプラテン１４におけるウェハ支持領域１４ａと同一高さとなるように設定してある。

直進手段２５は、支柱２１を吊り下げ構造体２７を介して支える基台２６を貫通するネジ孔２５１と、このネジ孔２５１に螺合するネジ部材２５２と、このネジ部材２５２を回転させるモータ等のアクチュエータ２５３とからなり、第１周回機構１と同様、このネジ部材２５２を正逆回転させることによって、基台２６がネジ部材２５２の延伸方向に沿って進退するように構成したものである。ネジ部材２５２の延伸方向は第１周回機構１のネジ部材１５２の延伸方向と平行に設定してある。

さらにこの第２周回機構２は、第１周回機構１同様、前記旋回手段２３及び直進手段２５を制御するための電気回路からなる制御部を有している。この制御部は、ここでは第１周回機構１と同じ軌道で同じ向きにウェハＷ１、Ｗ２を周回させる。すなわち、第２周回機構２による周回軌道（第１周回軌道）Ｏ２は、互いに平行で等しい長さの直線軌道Ｌ２１、Ｌ２２と、それら直線軌道Ｌ２１、Ｌ２２の端部間を接続する半円軌道Ｃ２１、Ｃ２２とからなる。
なお、この制御部は、物理的には第１周回機構１と共用でもよいし別体でもよい。

次に、このように構成したエネルギー線照射システム１００の動作につき説明する。
例えば図４（Ａ）に示すように、第１周回機構１で周回しているウェハ（以下、第１ウェハとも言う。）Ｗ１が照射領域Ｐを通過し終わる前であり、第２周回機構２で周回しているウェハ（以下、第２ウェハとも言う。）Ｗ２が同照射領域Ｐに進入し始めたところから説明を始める。

この図４（Ａ）の状態では、各ウェハＷ１、Ｗ２は、予め定められた互いに等しいイオン注入用速度で移動する。その後、先に照射領域Ｐから離れた第１ウェハＷ１は、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、移動速度を増して周回する一方、照射領域Ｐにある第２ウェハＷ２は、前記イオン注入用速度で移動を続ける。

そして、第１ウェハＷ１は、図５（Ｄ）に示すように、第２ウェハＷ２が照射領域Ｐを通過し終わる前に追いついて、前記照射領域Ｐに進入し、その速度を前記イオン注入用速度に戻す。その後、照射領域Ｐから離れた第２ウェハＷ２は、図５（Ｅ）、図５（Ｆ）に示すように、移動速度を増して周回する一方、照射領域Ｐにある第１ウェハＷ１は、前記イオン注入用速度で移動を続ける。

そして、第２ウェハＷ２が第１ウェハＷ１に追いついて、図４（Ａ）の状態に戻る。
このようにして、各ウェハＷ１、Ｗ２は、予め定められた回数だけ周回することによって、所定量のイオンを注入される。

しかして、このようなものであれば、２つの周回機構１、２を利用してウェハＷ１、Ｗ２を間断なくイオンビームＩＢの照射領域Ｐに進入させるので、注入効率を上げることができるという基本的な効果を奏し得る。

しかも、２つの周回機構１、２を設けているにも拘わらず、第１周回軌道Ｏ１と第２周回軌道Ｏ２の軌道が合致しているので、それら周回面と垂直な方向から視たときに、１つの周回軌道分の面積で構成でき、飛躍的なコンパクト化が可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限られない。
例えば、プラテン上に配置されるウェハの枚数は１枚でもいい。ただし、複数枚であれば、スループットが向上する。

また、１つのプラテン上に搭載されるウェハ枚数が増えると、各プラテン上に搭載されたウェハを処理するまでに要する時間が長くなる。その為、一方のプラテンを他方のプラテンの後ろの位置に移動させるまでの時間に余裕ができるので、連続注入処理が容易になる。この場合、プラテンの構成によっては、プラテンの長手方向は支柱の軸線と垂直になる場合もある。

プラテンの搬送枚数は２枚以上であればいいので、複数枚のプラテンを搬送させる構成にしてもいい。このことにより、スループットの向上や連続注入処理の容易化を促進できる。

イオンビームの本数は１本に限らない。例えば図６に示すように、２本以上のイオンビームＩＢが照射される構成であってもいい。２本のイオンビームＩＢが照射される場合、イオンビームＩＢを有効利用することを考えると、プラテンの数は３以上が好ましい。ここでは図６では３枚のプラテン１４、２４、３４とそれに搭載される３つのウェハＷ１、Ｗ２、Ｗ３を示している。

また、第１周回軌道Ｏ１で囲まれる領域と前記第２周回軌道Ｏ２で囲まれる領域との少なくとも一部が重なればよく、そのためには、各周回機構１、２における旋回軸を一致させる必要はない。例えば、図７に示すように、直進方向から視たときの旋回軸を周回機構毎に異ならせてもよい。また、図８に示すように、旋回軸の位置は同じだが、旋回半径が互いに異なるようにしてもよい。いずれも第１周回軌道Ｏ１で囲まれる領域と前記第２周回軌道Ｏ２で囲まれる領域との一部が重なっており、その重なりの分だけ、コンパクト化を図れる。

イオンビームのみならず、電子線や光線、陽子線などのようなエネルギー線をワークに照射するシステム、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にも本発明を適用して同様の効果を奏し得る。

エネルギー線の照射効率を高める構成としては、少なくとも１枚のウェハが照射領域内に位置していることがもっとも望ましいが、このような構成に限られない。例えば、エネルギー線の大きさやプラテンの構成によっては、少なくとも１枚のウェハを照射領域内に位置させることができない場合もある。このような場合には、出来るだけエネルギー線を各ウェハが連続して横切るように構成しておけばよい。

ビーム形状はどのようなものでもよい、例えば断面が正方形状のものや、スポット状のものでも構わない。ウェハ形状も円形のみならず、例えば矩形でも構わない。プラテンへのウェハの搬送は手動にしてもいい。
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
Ｐ ・・・照射領域
Ｗ１ ・・・第１ワーク
Ｏ１ ・・・第１周回軌道
１ ・・・第１周回機構
Ｗ２ ・・・第２ワーク
Ｏ２ ・・・第２周回軌道
２ ・・・第２周回機構
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２・・・直線軌道
Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２・・・半円軌道
１０ ・・・ワーク搬送機構

Claims (8)

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第１ワークを、前記照射領域を含む所定の第１周回軌道に沿って周回させる第１周回機構と、
   前記エネルギー線が照射される対象物である第２ワークを、前記照射領域を含む所定の第２周回軌道に沿って周回させる第２周回機構とを具備し、
   前記第１周回軌道と前記第２周回軌道は同一平面上にあり、前記平面上にある周回面と垂直な方向から視たときに、前記第１周回軌道で囲まれる領域と前記第２周回軌道で囲まれる領域との少なくとも一部が重なるように構成されていることを特徴とするエネルギー線照射システム。
2. 前記各周回軌道が、互いに平行な直線軌道とそれらの端部間を結ぶ半円軌道とからそれぞれ形成されており、前記各周回軌道における半円軌道の中心が、前記直線軌道方向から視て合致すように構成してある請求項１記載のエネルギー線照射システム。
3. 前記各周回軌道が、互いに合致するように構成してある請求項１又は２記載のエネルギー線照射システム。
4. 前記照射領域に進入した第１ワークが当該照射領域から完全に離れる前に、第２ワークが当該照射領域に進入するように構成してある請求項１乃至３いずれか記載のエネルギー線照射システム。
5. 前記第１ワーク又は第２ワークを周回移動方向に沿って複数並べることができるように構成してある請求項１乃至４いずれか記載のエネルギー線照射システム。
6. 前記ワークが周回軌道に沿って１周したときに、前記周回面と垂直な方向から視て、当該ワークが最初の自転角度に戻るように構成してある請求項１乃至５いずれか記載のエネルギー線照射システム。
7. 前記周回面と垂直な方向から視て、前記ワークは、前記照射領域からその裏側領域に向かう間に１８０度自転し前記裏側領域においてそのエネルギー線照射面の裏面をエネルギー線照射方向に向けるとともに、前記裏側領域から前記照射領域に向かう間に−１８０度自転して最初の自転角度に戻るように構成してあることを特徴とする請求項６記載のエネルギー線照射システム。
8. エネルギー線が照射される対象物である第１ワークを、該エネルギー線の照射領域を含む所定の第１周回軌道に沿って周回させる第１周回機構と、
   前記エネルギー線が照射される対象物である第２ワークを、前記照射領域を含む所定の第２周回軌道に沿って周回させる第２周回機構とを具備し、
   前記第１周回軌道と前記第２周回軌道は同一平面上にあり、前記平面上にある周回面と垂直な方向から視たときに、前記第１周回軌道で囲まれる領域と前記第２周回軌道で囲まれる領域との少なくとも一部が重なるように構成されていることを特徴とするワーク搬送機構。