JP2010520648A - イオン注入システムにおけるウェハ保持ロボットのエンドエフェクタの垂直位置決定 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハ処理ロボット、ウェハ処理ロボットを含むイオン注入システム、および関連する方法を開示する。
【解決手段】 イオン注入システムは、ロードロックが連結されたイオン注入ステーションと、ロードロック内に少なくとも部分的に位置しており、少なくとも１つのウェハを処理するエンドエフェクタとエンドエフェクタを垂直方向に動かすモータとを有するウェハ処理ロボットと、ロードロック内に位置して、エンドエフェクタの垂直位置を決定するセンサと、を備えうる。
【選択図】 図１

Description

本開示は、概して集積回路（ＩＣ）チップ製造に係り、特に、イオン注入システムにおけるウェハ保持ロボットのエンドエフェクタの垂直位置決定に係る。

イオン注入は、半導体ウェハへ、導電性を変質させる不純物を導入する、またはドープする標準的なＩＣチップ製造技術である。典型的なイオン注入プロセスでは、エネルギーイオンビームを用いて不純物を半導体ウェハへ導入している。形成される半導体デバイスが正しく動作するには、ウェハに対して均一な深さおよびドーズで不純物導入を行うことが重要である。

ＩＣチップ製造の一環として、および、特にイオン注入においては、ウェハは、多軸ウェハ処理ロボットによって、ウェハを作業位置と特定のワークステーションとの間で搬送するウェハ搬送容器（ＦＯＵＰ）（front opening unified pod）から移される。注入の観点からは、ウェハ処理ロボットは、通常、ウェハを、ＦＯＵＰからロードロック（環境バッファ）を介して、イオン注入システムの注入ステーションへ運ぶ。各ウェハ処理ロボットは、１以上のウェハを保持するエンドエフェクタが取り付けられるロボットアームを含む。各エンドエフェクタは、各々がウェハを保持する多数のブレードを含みうる。各ブレードは、他のブレードとは独立して動くことができる。

従来、エンドエフェクタの垂直移動は、エンドエフェクタに連結されたボール螺子（ウォームギア）を回転させるベルトに連結された回転モータを利用して行われてきた。回転モータはボール螺子を回転させ、エンドエフェクタを垂直に動かす。エンドエフェクタの位置は、回転モータのエンコーダに基づいて決定される。つまり、エンドエフェクタの垂直位置は、回転モータからのデータにより決定される。しかし、これには、回転モータに対するエンドエフェクタの垂直位置が経時的に変化してしまうことがある、という課題が伴う。例えば、相対位置は、特に、エンドエフェクタ、ベルト、および／または、ボール螺子の相対位置のずれ、ベルトの延伸、ギアの消耗、エンドエフェクタの撓みによって変化しうる。この結果、エンコーダは、エンドエフェクタの垂直位置を不正確に報告する場合がある。垂直位置の決定が不正確な場合、ウェハが通過するべき開口とエンドエフェクタとの間の位置合わせ不良が起こる虞がある。このような場合、エンドエフェクタまたはウェハ（１以上）が損傷を受ける可能性が出てくる。

ウェハ処理ロボット、ウェハ処理ロボットを含むイオン注入システム、および関連する方法を開示する。イオン注入システムは、ロードロックが連結されたイオン注入ステーションと、ロードロック内に少なくとも部分的に位置しており、少なくとも１つのウェハを処理するエンドエフェクタとエンドエフェクタを垂直方向に動かすモータとを有するウェハ処理ロボットと、ロードロック内に位置して、エンドエフェクタの垂直位置を決定するセンサと、を備えうる。

本開示の第１の側面は、ロードロックが連結されたイオン注入ステーションと、ロードロック内に少なくとも部分的に位置しており、少なくとも１つのウェハを処理するエンドエフェクタとエンドエフェクタを垂直方向に動かすモータとを有するウェハ処理ロボットと、ロードロック内に位置して、エンドエフェクタの垂直位置を決定するセンサと、を備えるイオン注入システムを提供する。

本開示の第２の側面は、イオン注入システムのロードロック内で動くよう配置され、少なくとも１つのウェハを処理するエンドエフェクタと、エンドエフェクタを垂直方向に動かすモータと、ロードロック内に位置して、エンドエフェクタの垂直位置を決定するセンサと、を備える、ウェハ処理ロボットを提供する。

本開示の第３の側面は、イオン注入システムのロードロック内のウェハ処理ロボットのエンドエフェクタの垂直位置を決定する方法であって、ロードロック内にセンサを配置する段階と、エンドエフェクタを垂直移動させて、センサをトリガする段階と、センサのトリガに基づいて、エンドエフェクタの垂直位置を決定する段階と、を備える方法を提供する。

本開示の例示的な側面は、ここで記載する課題、および／または、ここでは取り上げない他の問題を解決することを意図している。

本開示のこれらの特徴およびその他の特徴は、開示の様々な側面の詳細な説明を、本開示の様々な実施形態を図示する添付図面とともに読むことでよりよく理解される。

本開示によるウェハ処理ロボットおよびイオン注入システムの実施形態を示す。

本開示の図面は実寸に則っていないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な側面を示す意図しか持たず、本開示の範囲の限定として捉えられるべきではない。

図１は、ウェハ処理ロボット１０２を含むイオン注入システム１００の実施形態を示す。イオン注入システム１００は、イオン注入ステーション１１２に連結されたロードロック１１０を含む。ウェハ１２２は、公知の様式でドーパントを注入するイオン注入ステーション１１２に配置される。理解されるように、ロードロック１１０は、無公害であり且つ封止されたチャンバであり、イオン注入ステーション１１２に連結されている。ロードロック１１０の封止可能な開口１１４により、ウェハ処理ロボット１０２のエンドエフェクタ１２０の進入退出が可能となり、ウェハ１２２の挿入および／または除去が可能となる。

イオン注入システム１００は、例えばVarian Semiconductor Equipment Associates、Axcelis、または、Applied Materialsから入手可能なプラズマイオン注入機またはビームイオン注入機等の、現在公知の、または将来開発されるシステムを含みうる。イオン注入ステーション１１２を超えるイオン注入システムの構造の詳細は本開示には不要なので、これ以上の説明は省略する。

ウェハ処理ロボット１０２は、少なくとも部分的にロードロック１１０内に配置されうる。図示されているように、ウェハ処理ロボット１０２のベース１３０は、ロードロック１１０の外に配置されうるが、ウェハ処理ロボット１０２の全体がロードロック１１０内に配置されてもよい。ウェハ処理ロボット１０２は、ロボットコントローラ１３４の制御によりエンドエフェクタ１２０をＸおよびＹ水平方向に動かすことのできるロボットアーム１３２を含む。ロボットコントローラ１３４の制御によりモータ１３６はエンドエフェクタ１２０を垂直方向に動かす（例えば、可動ギア１４２が、ロボットアーム１３２に取り付けられたボール螺子１４０（ウォームギア）を回転させることによって）。ロボットアーム１３２を動かす他のメカニズム（例えばベルト、チェーン、伝導装置（gearing））も本発明の範囲内で利用、想到されうる。本開示の本質ではない他の構造を提供して、ベース１３０のＸおよびＹ水平方向運動を行うこともできる。ウェハ処理ロボット１０２は、例えばBrooks Automationから入手可能なもののような、ウェハ処理用の現在公知の、または将来開発されるロボットシステムを含みうる。

エンドエフェクタ１２０は、少なくとも１つのウェハ１２２を処理する機能を有する。一実施形態では、エンドエフェクタ１２０は、複数のブレード１５０Ａ−Ｅを含み、各ブレードは１つのウェハ１２２を処理する。図では５つのブレード１５０Ａ−Ｅを利用している。しかし、任意の数（１つを含む）のブレード１５０Ａ−Ｅの利用が可能である。

ロードロック１１０内には、エンドエフェクタ１２０および／またはブレード１５０Ａ−Ｅの垂直位置を決定するセンサ１６０が配置される。一実施形態では、センサ１６０はエンドエフェクタ１２０が横切るビーム１６２を含む。この場合、ビーム１６２はロードロック１１０内で略水平方向に延びる。センサ１６０は、トランスミッタ１６６およびレシーバ１６８を含んでよく、光ファイバセンサ、レーザセンサ、または赤外線センサ等の任意の市販のセンサを含んでよい。いずれの場合にも、センサ１６０は、例えば前端または後端でビームを遮ることで、（１以上）のブレード１５０がセンサをトリガした際に垂直位置を決定することができる。複数のブレードが垂直方向に動くことで特定のブレード１５０Ａ−Ｅがセンサ１６０をトリガすると、ブレードの垂直位置はセンサ１６０の位置となる。ブレード１５０Ａ−Ｅ間の間隔が分かっていれば、各ブレードの垂直位置は、１つのブレードでセンサ１６０をトリガすることで決定することができる。あるいは、各ブレード１５０Ａ−Ｅの垂直位置は、特定のブレードトリガセンサ１６０に基づいて決定することもできる。センサ１６０は、ビーム型のセンサとして記載されてきたが、他の種類のセンサの利用も可能である。例えば、センサ１６０は、ホール効果センサ１７０（磁界密度の変化に基づいて出力電圧が変化するようなトランスデューサのこと）を含みうる。

さらに、イオン注入システム１００のロードロック１１０内のウェハ処理ロボット１０２のエンドエフェクタ１２０の垂直位置を決定する方法の実施形態も開示する。第１プロセスは、ロードロック１１０内に（例えば、既知の垂直位置に）、センサ１６０、１７０を配置することを含みうる。次に、エンドエフェクタ１２０を用いて、エンドエフェクタ１２０を垂直移動させて、センサ１６０、１７０をトリガする。エンドエフェクタ１２０の垂直位置は、センサ１６０、１７０のトリガに基づいて決定されうる。上述のように、センサ１６０の配置には、エンドエフェクタ１２０が横切るセンサから、略水平方向のビーム１６２を射出することが含まれうる。

本開示の様々な側面の前述の説明は、例示および記載目的から提示されている。本開示は、網羅的であること、および、開示された形式そのものに限定されることを意図しておらず、当然多くの変形例および変更例が可能である。当業者には明らかであろうこのような変形例および変更例は、添付請求項が定義する本開示の範囲に含まれることが意図されている。

Claims (20)

1. ロードロックが連結されたイオン注入ステーションと、
   前記ロードロック内に少なくとも部分的に位置しており、少なくとも１つのウェハを処理するエンドエフェクタと前記エンドエフェクタを垂直方向に動かすモータとを有するウェハ処理ロボットと、
   前記ロードロック内に位置して、前記エンドエフェクタの垂直位置を決定するセンサと
   を備えるイオン注入システム。
2. 前記エンドエフェクタは複数のブレードを含み、
   各ブレードは１つのウェハを処理する請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記センサは、前記複数のブレードが垂直方向に動くときに２以上のブレードの垂直位置を感知する請求項２に記載のイオン注入システム。
4. 前記センサは、前記エンドエフェクタが横切るビームを有する請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 前記センサは、光ファイバセンサ、レーザセンサ、または赤外線センサのいずれか１つを有する請求項４に記載のイオン注入システム。
6. 前記センサは、トランスミッタおよびレシーバを有する請求項４に記載のイオン注入システム。
7. 前記ビームは、前記ロードロック内で略水平方向に延びる請求項４に記載のイオン注入システム。
8. 前記センサは、ホール効果センサを有する請求項１に記載のイオン注入システム。
9. イオン注入システムのロードロック内で動くよう配置され、少なくとも１つのウェハを処理するエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを垂直方向に動かすモータと、
   前記ロードロック内に位置して、前記エンドエフェクタの垂直位置を決定するセンサと
   を備えるウェハ処理ロボット。
10. 前記エンドエフェクタは複数のブレードを含み、
    各ブレードは１つのウェハを処理する請求項９に記載のウェハ処理ロボット。
11. 前記センサは、前記複数のブレードが垂直方向に動くときに２以上のブレードの垂直位置を感知する請求項１０に記載のウェハ処理ロボット。
12. 前記センサは、前記エンドエフェクタが横切るビームを有する請求項９に記載のウェハ処理ロボット。
13. 前記センサは、光ファイバセンサ、レーザセンサ、または赤外線センサのいずれかを有する請求項１２に記載のウェハ処理ロボット。
14. 前記センサは、トランスミッタおよびレシーバを有する請求項１２に記載のウェハ処理ロボット。
15. 前記ビームは、前記ロードロック内で略水平方向に延びる請求項１２に記載のウェハ処理ロボット。
16. 前記センサは、ホール効果センサを有する請求項９に記載のウェハ処理ロボット。
17. イオン注入システムのロードロック内のウェハ処理ロボットのエンドエフェクタの垂直位置を決定する方法であって、
    前記ロードロック内にセンサを配置する段階と、
    前記エンドエフェクタを垂直移動させて、前記センサをトリガする段階と、
    前記センサのトリガに基づいて、前記エンドエフェクタの前記垂直位置を決定する段階と
    を備える方法。
18. 前記センサを配置する段階は、
    前記エンドエフェクタが横切る前記センサから略水平方向のビームを放出する段階を有する請求項１７に記載の方法。
19. 前記エンドエフェクタは複数のブレードを含み、各ブレードは１つのウェハを処理し、
    前記垂直位置を決定する段階は、
    前記複数のブレードが垂直方向に動くときに２以上のブレードの垂直位置を決定する段階を有する請求項１７に記載の方法。
20. 前記センサは、光ファイバセンサ、レーザセンサ、または赤外線センサのいずれかを有する請求項１７に記載の方法。

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