JPH06103719B2 - ウエ−ハ支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体ウエーハを保持して回転させるウエ
ーハ支持装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ウエーハにイオン注入を行うイオン注入装置で
は、イオン注入すべきウエーハをプラテンに固定し、そ
のウエーハの表面に対して、その中心軸を中心にして回
転させることにより、ウエーハに対するイオン注入角度
を異ならせ、一枚のウエーハに対して異なる角度で複数
回のイオン注入を行うことが行われている。

このようなイオン注入について、回転機構を持たないプ
ラテンでは、一回目のイオン注入を行った後、一旦ウエ
ーハをプラテンからチャンバーの外に出し、ウエーハを
任意の角度に回転させてから、再びチャンバー内のプラ
テンに戻してイオン注入を行うという手順を繰り返すこ
とが行われている。この場合、ウエーハの角度を変える
過程において、搬送作業を伴うため、設定角度と実際に
イオンを注入する角度との間に誤差を生じやすいととも
に、一枚のウエーハに対して、複数回の搬送を行うた
め、ウエーハ上に塵が付着する可能性が高くなり、ま
た、一枚のウエーハに対する処理時間が長くなることに
より、一定時間内のウエーハの処理枚数（スループッ
ト）が少ないという欠点があった。

このため、従来、プラテンに回転機構を備えたものが用
いられているが、このものは、ウエーハを保持するため
の馬蹄形またはＶ字形に並んだ回転するコマ状のバンパ
ーの内、最下点に位置する二つを、同方向に回転させ、
ウエーハの縁を摩擦し、ウエーハを回転させるようにし
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来の回転機構を備えたものは、転がり摩擦
によりウエーハを回転させているので、回転中にスリッ
プする可能性があり、設定した角度どおりウエーハがセ
ットされるかどうか信頼性に欠け、ウエーハを駆動輪に
より直接摩擦するため、その回転中、ウエーハ裏面がプ
ラテンと接していて摩擦されることにより、塵が発生し
やすく、また、ウエーハがプラテンに密着していないた
め、ウエーハの冷却能力が劣るなどの欠点があった。

そこで、この発明は、ウエーハの保持と回転とを一体化
し、ウエーハの取出しや回転中の摩擦などを生じること
なく保持と回転を行い、精度の高い角度設定により、イ
オン注入を行うようにしたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のウエーハ支持装置は、第１図に例示するよう
に、プラテン本体（２）に回転かつ昇降可能に取り付け
られるとともに凹部（28）を成す載置面を備え、前記載
置面にウエーハ（８）が設置されるプラテンカップ（2
6）と、前記プラテン本体に回転可能に取り付けられて
前記プラテンカップの前記載置面上に設置されたクラン
プリング（30）と、前記プラテンカップの上昇により前
記載置面と前記クランプリングとの間に前記ウエーハを
支持させ、前記プラテンカップの下降により前記ウエー
ハの支持を解除する昇降機構（ベローズ12）と、前記プ
ラテンカップに回転力を付与することにより、前記プラ
テンカップと前記クランプリングとの間に支持させてい
る前記ウエーハを回転させる回転機構（23）とを備えた
ものである。

〔作用〕

この発明のウエーハ支持装置においては、凹部を成す載
置面に置かれたウエーハは、プラテンカップの上昇によ
って前記載置面とクランプリングとの間に挟まれて固定
される。このように固定されたウエーハは、回転機構に
よって回転することができ、所定の角度でウエーハを保
持することができる。

また、ウエーハ８とともに回転する固定部材を備えてウ
エーハ８をプラテン側に密着させているので、回転中の
位置的変位の心配がなく、また、冷却能力も従来の回転
機構23を持たないプラテンと同等のものとなる。さら
に、ウエーハ８が回転する際、他の部材との摩擦がない
ので、塵の発生もない。

たとえば、ウエーハ８にイオンを注入する場合、ウエー
ハ８を垂直近くまで傾ける必要があり、そのためプラテ
ンにはウエーハ８を保持（クランプ）することが必要と
なり、しかも、イオン注入中のウエーハ８は、クランプ
した状態で回転させることが必要であるが、この発明の
ウエーハ支持装置を用いれば、このような要求に応ずる
ことができる。

そして、この発明のウエーハ支持装置において、クラン
プリングは、ベアリングを介してプラテン本体に取り付
けられることにより、プラテンカップとともに回転させ
ることができる。

また、この発明のウエーハ支持装置において、回転機構
は、前記プラテンカップの周縁部にギヤを形成し、この
ギヤにモータの回転力を付与するようにすれば、容易に
プラテンカップとともにウエーハを回転させることがで
きる。

〔実施例〕

第１図ないし第４図は、この発明のウエーハ支持装置の
第１実施例を示す。

この実施例は、ウエーハ支持装置をイオン注入装置のプ
ラテン機構に実施したものである。すなわち、プラテン
機構には、基盤としてのプラテン本体２の下面の円周上
に３本の支柱４を介してベローズプレート６が取り付け
られ、保持機構10における保持すべきウエーハ８を昇降
させる昇降手段であるベローズ12が支持されている。

ベローズ12の上部にはカップホルダ14が固定されてい
る。カップホルダ14は、プラテン本体２を垂直に昇降可
能に貫通するとともに、プラテン本体２の下方に付勢す
るスプリング16を取り付けたガイドシャフト18によって
弾性的に平衡状態で支持されている。このガイドシャフ
ト18は、第２図に示すように、カップホルダ14の中心軸
を中心にして等しい角度で円周上に配置されて、プラテ
ン本体２に圧入されているベアリング19を通して摺動可
能にされており、スプリング16はプラテン本体２の下面
とガイドシャフト18に取り付けた受け板20との間に挿入
されている。

そして、カップホルダ14の上面にインナレース22ととも
に回転機構23におけるベアリング24を介して回転可能に
ウエーハ８を載せるための載置部材である円形のプラテ
ンカップ26が取り付けられている。プラテンカップ26
は、第３図に示すように円形を成しており、ウエーハ８
を載置するための凹部28によって載置面が形成されてい
る。

このプラテンカップ26の上部には、プラテン本体２に取
り付けられた固定部材としてのクランプリング30が設置
され、このクランプリング30の先端部は、プラテンカッ
プ26上に載置されるウエーハ８を押さえるために、プラ
テンカップ26を凹部28に入り込むように設定されてい
る。

クランプリング30は、プラテン本体２に取り付けられた
クランプブロック32にベアリング34を介して回転可能に
取り付けられ、その上端縁にはリテーナ36が設けられて
いる。

そして、ベローズプレート６の中心に設けられた流体の
注入孔38からベローズ12内の空間に圧力流体40を流入さ
せることによりベローズ12の伸長を促し、その上に構成
されるカップホルダ14、プラテンカップ26などを垂直に
上昇させることができる。このとき、ガイドシャフト18
も上に引き上げられ、ガイドシャフト18の下端に固定さ
れた受け板20と、プラテン本体２との間に挿入されてい
るスプリング16が圧縮されるのである。ガイドシャフト
18は、プラテン本体２のベアリング19にガイドされて滑
らかに昇降することができ、カップホルダ14およびプラ
テンカップ26を昇降する際のガイドとして機能する。

したがって、ウエーハ８は、プラテンカップ26の上昇に
より、第４図に示すように、クランプリング30との間に
挟まれてクランプが完了するのである。また、ウエーハ
８を外す場合には、ベローズ12内の圧力流体40の圧力を
低下させることにより、圧縮されたスプリング16の反力
が働き、カップホルダ14を下降させ、それに固定された
プラテンカップ26が下降することでアンクランプを完了
する。

そして、プラテンカップ26およびクランプリング30は、
それぞれベアリング24、34を介してプラテン本体２に回
転可能に固定されているとともに、プラテンカップ26の
周囲部に形成されたギヤ42にモータ44の回転軸46に取り
付けられたギヤ48が噛み合わされている。すなわち、ウ
エーハ８を保持させた状態で回転させるための回転機構
23、ベアリング24、34、ギヤ42、48およびモータ44で構
成されているのである。

したがって、このような回転機構23によって、プラテン
カップ26とクランプリング30との間にウエーハ８を保持
した後、モータ44を回転させることにより、プラテンカ
ップ26を回転させることができ、任意の角度にウエーハ
８を設定することができる。そして、プラテンカップ26
およびクランプリング30は、ウエーハ８を介してクラン
プされて回転するので、ウエーハ８の回転を、ウエーハ
８と他の部材との間に摩擦を生じることなく行うことが
できるのである。

次に、第５図ないし第７図は、この発明のウエーハ支持
装置の第２実施例を示す。

第５図に示すように、この実施例のプラテン機構におい
て、ウエーハ８を保持するためのベローズ12などの昇降
手段、ウエーハ８を回転する回転機構23は、第１実施例
と同様に構成されているが、ウエーハ８を保持するため
の保持機構10が異なっている。

すなわち、この実施例のプラテン機構では、第６図に示
すように、プラテンカップ26の周囲部には、その複数箇
所に一定の間隔を置いて保持機構10の一対のブラケット
50、52が取り付けられており、第７図の（Ａ）は、保持
機構10によるウエーハ８の保持前、第７図の（Ｂ）はウ
エーハ８の保持後を示す。

ブラケット50、52の間には、第７図の（Ｅ）に示すよう
に、ウエーハ８を固定するロック部材としてのアーム5
4、56が、ブラケット50、52に挟持される形で、ベアリ
ング58を介して支持軸としてのピン60を中心に回転可能
に支持されている。アーム54の上部には、第７図の
（Ｄ）に示すように、ベアリング62を介してピン64を中
心に回転できるように、クランプ片66が固定されてお
り、クランプ片66と、アーム54の背部との間には、第７
図の（Ｃ）に示すように、スプリング68が設けられ、こ
のスプリング68の張力により、このクランプ片66はロッ
ド70に押し付けられている。

ロッド70は、第７図の（Ｂ）に示すように、アーム54の
背部をベアリング71を介して、滑らかに上下動できるよ
うに貫通しており、その下端はアーム56に接触してい
る。

アーム56の端部は、第７図の（Ａ）および（Ｄ）に示す
ように、ベアリング73を介在させたピン74を介してテン
ションブロック72と連結されており、その連結点はテン
ションブロック72の長穴76により、回転運動と、ある程
度の左右運動を許されるが、上下方向の運動を拘束され
ている。

プラテン本体２にベアリング78を介して固定されたイン
ナーレース80と、テンションブロック72とは、テンショ
ンスクリュー82によって連結されている。ベアリング78
は、プラテンカップ26を回転させるためのベアリング24
と同一の回転中心を持つように取り付けられている。

したがって、第７図の（Ａ）に示すウエーハ８の保持前
では、クランプ片66がスプリング68の張力によりロッド
70を押し、ロッド70の他端がアーム56を押すことによ
り、アーム54は全体としてアーム56に対して直角より僅
かにプラテン本体２の中心部方向に鋭角的に傾き、アー
ム56に設けられたストッパに接した状態で安定する。

この状態から、ウエーハ８をクランプするために、ベロ
ーズ12に圧力流体40を注入してベローズ12を膨張させる
ことにより、プラテンカップ26を徐々に上昇させると、
これに固定されたブラケット50、52も同じく上昇し、ブ
ラケット50、52、アーム54、56の４部品の接続点が上昇
することになる。この連結点の上昇に伴い、アーム56は
他端をテンションブロック72に拘束されているため、そ
の傾きが連結点を中心に徐々に変わり、アーム54および
クランプ片66は、前述の状態を保持したままアーム56と
共に回転する。

このようにして、第７図の（Ｂ）および（Ｃ）に示すよ
うに、アーム54の角度が垂直になったとき、アーム54の
前部の両側から横に張り出した突起物が、ブラケット5
0、52に接し、これ以上アーム54が回転しようとするの
を妨げる。この瞬間においては、アーム54、56、クラン
プ片66の位置関係は保たれたままであるから、アーム56
はウエーハ８に対して平行な角度よりも僅かに外側に傾
き、クランプ片66も同様に傾いた状態で、クランプ片66
の先端はウエーハ８には接していない。

次に、プラテンカップ26が上昇しようとすると、アーム
56はウエーハ８に対して平行な状態になる。このとき、
アーム54は垂直状態を保持し続けるから、このことによ
りロッド70が押し上げられ、ロッド70の他端がクランプ
片66を突き上げる。よって、クランプ片66はウエーハ８
と平行な角度まで回転し、第７図の（Ｂ）に示すよう
に、ウエーハ８が固定状態となり、クランプが完了す
る。

ところで、このように固定されたウエーハ８を回転させ
た場合、保持機構10は、ブラケット50、52によりプラテ
ンカップ26に固定されているため、ウエーハ８と一体的
に回転し、また、テンションスクリュー82は自由に回転
できるインナーレース80に固定されているため、回転中
でも一定の張力すなわちクランプ力を保持し続けるので
ある。このため、ウエーハ８は、回転中に他の部材との
摩擦を生じないので、回転による塵の発生がない。

また、ウエーハ８を外すには、クランプとは全く逆の動
作によって行うことができる。

そして、この発明のウエーハ支持装置をイオン注入装置
に用いた場合、イオン注入を途中で中断した後、一定角
度（たとえば90°）プラテンを回転し、再注入を行うこ
とができ、この動作は１回の注入中に何回も行うことが
できる。

この場合、一般にイオン注入時には、チャネリング防止
のため、イオンビームとウエーハとがある角度（通常は
７°前後）を持っており、アスペクト比のあるパターン
にイオン注入するとき、山により壁や底面に影が生ずる
（壁に未注入部が生じる）が、プラテンをたとえば90°
ずつインデックスして注入を行うと、未注入部を無くす
とともに、パターンの陵や側面にもイオン注入を行うこ
とができ、デバイスの絶縁や特性向上に効果がある。

また、プラテンを傾斜させる機構との併用により、パタ
ーンの側面に任意の量のイオン注入を行うことも可能で
ある。また、注入中に回転することより、上記の効果が
期待できる一方、ドーズ均一性が大幅に改善される。

たとえば、ウエーハ８を回転させた場合、回転しない場
合に比較してドーズ均一性が1.03％から0.33％になった
ことが確認された。

また、イオン注入において、結晶格子とイオンビームと
の成す角度は、一定の関係を持っているので、結晶格子
の方向はウエーハ外周のオリエンテーションフラットと
呼ばれるフラット面で示されるが、フラット面の位置精
度は±１°以内が要求され、化合物半導体の場合には、
さらに厳しい精度が要求されつつある。従来、プラテン
以外のステージでオリエンテーションフラットの位置合
わせを行った後、プラテン上にウエーハを搬送してお
り、その間にウエーハがずれる可能性があり、プラテン
上での精度は必ずしも正確とは言えないものであった
が、この発明のウエーハ支持装置を用いた場合、このよ
うな不都合を解消することができる。

そして、プラテン本体にフォトセンサを内蔵し、オリエ
ンテーションフラットの位置を正確に測定できるため、
ウエーハ搬送中の誤差は全く考慮する必要がなく、オリ
エンテーションフラットを任意の角度に設定できるので
ある。

なお、実施例では、イオン注入装置について説明した
が、この発明のウエーハ支持装置は、イオン注入装置の
他、イオンエッチング装置など、ウエーハを保持しなが
ら回転させる場合に広く利用できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、処理すべきウ
エーハを保持しながら回転させることができ、その回転
角度を任意かつ容易に設定でき、例えば、イオン注入装
置に用いて均一なイオン注入処理を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のウエーハ支持装置の第１実施例を示
す断面図、第２図は第１図に示したウエーハ支持装置に
おけるプラテン機構のガイドシャフトおよびモータの位
置関係を示す図、第３図は第１図に示したウエーハ支持
装置のプラテン機構の平面図、第４図は第１図に示した
ウエーハ支持装置のプラテン機構によるウエーハの固定
状態を示す図、第５図はこの発明のウエーハ支持装置の
第２実施例を示す断面図、第６図は第５図に示したウエ
ーハ支持装置のプラテン機構の保持機構を示す平面図、
第７図は第６図に示した保持機構の構成および動作機構
を示す図である。 ２…プラテン本体 ８…ウエーハ 12…ベローズ（昇降機構） 23…回転機構 26…プラテンカップ 28…凹部 30…クランプリング 34…ベアリング 42…ギヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラテン本体に回転かつ昇降可能に取り付
   けられるとともに凹部を成す載置面を備え、前記載置面
   にウエーハが設置されるプラテンカップと、 前記プラテン本体に回転可能に取り付けられて前記プラ
   テンカップの前記載置面上に設置されたクランプリング
   と、 前記プラテンカップの上昇により前記載置面と前記クラ
   ンプリングとの間に前記ウエーハを支持させ、前記プラ
   テンカップの下降により前記ウエーハの支持を解除する
   昇降機構と、 前記プラテンカップに回転力を付与することにより、前
   記プラテンカップと前記クランプリングとの間に支持さ
   せている前記ウエーハを回転させる回転機構と、 を備えたことを特徴とするウエーハ支持装置。
2. 【請求項２】前記クランプリングは、ベアリングを介し
   て前記プラテン本体に取り付けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のウエーハ支持装置。
3. 【請求項３】前記回転機構は、前記プラテンカップの周
   縁部にギヤを形成し、このギヤにモータの回転力を付与
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のウ
   エーハ支持装置。