JP4748594B2 - 真空処理装置および真空処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロードロック室と、複数の処理室と、ロードロック室−処理室間における被処理基板の受け渡しを行うためのコア室とを備えたマルチチャンバ方式の真空処理装置および真空処理方法に関する。

近年、マルチチャンバ方式の真空処理装置が多用されている。マルチチャンバ方式の真空処理装置は、基板搬送ロボットが内部に配置されたコア室（搬送室）の周りに、被処理基板を収容する単数又は複数のロードロック室と、被処理基板に対して成膜、エッチング等の所定の真空処理を行うための複数の処理室とが配置された構造を有している。そして、ロードロック室と処理室との間における基板の搬送、各処理室間における基板の搬送をコア室内の基板搬送ロボットを介して行うように構成されている。

マルチチャンバ方式の真空処理装置は、ロードロック室とコア室との間およびコア室と各処理室との間にそれぞれ仕切バルブを備えているとともに、各室が独立して真空排気可能に構成されている。また、処理室が成膜室の場合において、処理室内の成膜ガスがコア室内へ逆流するのを防止するため、コア室に調圧ガスを導入してコア室内の圧力を処理室内の圧力よりも高くした状態で、処理室との間で基板の搬入／搬出を行う方法が知られている（下記特許文献１参照）。

図５は、上述した構成の従来のマルチチャンバ方式の真空処理装置における基板処理方法の工程フローを示している。

ロードロック室（Ｌ／Ｌ）は、所定枚数の被処理基板が収容されこれを保持した後、所定の真空度に真空排気される（ステップＳ１０１）。ロードロック室がコア室と同等の真空度に達した後、ロードロック室とコア室との間の第１仕切バルブが開放され、ロードロック室からコア室へ基板が搬送される（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。その後、第１仕切バルブが閉塞され、コア室が調圧される（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）。

調圧ガスには、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが用いられ、コア室に調圧ガスを流量制御しながら導入することで、コア室を処理室よりも高い圧力に調圧する。この圧力を維持した状態で、コア室と処理室との間の第２仕切バルブを開放し、コア室から処理室へ被処理基板を搬送する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。これにより、処理室からコア室への成膜ガスの逆流が防止される。その後、第２仕切バルブが閉じ、処理室内で基板の成膜処理が行われる（ステップＳ１０８，Ｓ１０９）。

基板の成膜処理が終了すると、コア室を真空排気した後、再び処理室よりも高い圧力に調圧し、第２仕切バルブを開放して、処理室からコア室へ基板を搬送する（ステップＳ１１０〜Ｓ１１２）。これにより、処理室からコア室への成膜ガスの逆流が防止される。そして、第２仕切バルブを閉塞した後、コア室をロードロック室と同等の真空度に真空排気する（ステップＳ１１３，Ｓ１１４）。コア室の真空度がロードロック室の真空度に到達した後、第１仕切バルブが開放される（ステップＳ１１５）。そして、コア室からロードロック室へ成膜済の基板が搬送されるとともに、ロードロック室からコア室へ未処理の基板が搬送される（ステップＳ１１６，Ｓ１０３）。

以後、上述と同様な工程を経て基板の搬送および成膜処理が行われる。そして、ロードロック室内のすべての基板の処理が完了すると、第１仕切バルブが閉塞され、ロードロック室が大気に開放される（ステップＳ１１７，Ｓ１１８）。そして、処理済の基板がロードロック室から搬出される。

特開平１０−２７０５２７号公報

しかしながら、上述した構成の従来のマルチチャンバ方式の真空処理装置においては、処理室に対して基板を出し入れする毎に、コア室に調圧ガスを導入し調圧を行っていたため、基板１枚ごとに２回のガス導入が必要となり、基板の搬送時間に２回の調圧時間が含まれ（ステップＳ１０５，Ｓ１１０）、生産性が悪化していた。

また、従来の真空処理装置においては、処理室で成膜した基板を調圧したコア室を介してロードロック室へ戻す際に、コア室を２回真空排気している（ステップＳ１１０，Ｓ１１４）。従って、コア室を当該真空に排気する時間が必要となり、これが原因で基板搬送に要する時間が長くなって、装置の生産性を悪化させていた。

更に、従来の真空処理装置においては、基板処理室から基板を出し入れするたびにコア室にガスを導入し調圧を行っていたため、１基板毎に２回のガス導入が必要となり、ガス導入の際のパーティクルが舞う危険性が高かった。従って、これが原因で成膜処理時の膜質の劣化が問題となっていた。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、基板搬送に要する時間を低減して生産性の向上を図るとともに、パーティクルの発生を低減できる真空処理装置および真空処理方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の真空処理装置は、被処理基板を収容する単数又は複数のロードロック室と、被処理基板に対して所定の真空処理を行うための複数の処理室と、ロードロック室と処理室との間における被処理基板の受け渡しを行うための真空排気可能なコア室と、ロードロック室とコア室との間を仕切る第１仕切バルブと、コア室と処理室との間を仕切る第２仕切バルブと、コア室に調圧ガスを導入してコア室を所定圧に維持する調圧機構とを備え、コア室の調圧時は、第１バルブを開放するとともに第２バルブを閉塞し、処理室との被処理基板の受け渡し時は、第１バルブの開放状態を維持し、かつコア室およびロードロック室の圧力が処理室の圧力よりも高いときに第２バルブを開放することを特徴とする。

また、本発明の真空処理方法は、被処理基板を収容する単数又は複数のロードロック室と、被処理基板に対して所定の真空処理を行うための複数の処理室と、ロードロック室と処理室との間における被処理基板の受け渡しを行うための真空排気可能なコア室と、ロードロック室とコア室との間を仕切る第１仕切バルブと、コア室と処理室との間を仕切る第２仕切バルブと、コア室に調圧ガスを導入してコア室を所定圧に維持する調圧機構とを備えた真空処理装置における真空処理方法であって、第１バルブが開放しかつ第２バルブが閉塞した状態でコア室を調圧し、コア室およびロードロック室の圧力が処理室の圧力よりも高い状態で、第１バルブを開放したまま第２バルブを開放して、処理室との間で被処理基板の受け渡しを行うことを特徴とする。

上記のように、本発明においては、装置内における基板の搬送および処理時において、コア室とロードロック室をひとつの室として扱い、コア室の調圧を第１仕切バルブを開放した状態で行うようにしている。これにより、基板１枚毎のコア室の調圧を廃止でき、基板の搬送時間を短縮して装置の生産性向上を図ることができる。また、基板１枚毎のコア室の調圧を廃止することで、コア室内のガス導入頻度を低減し、これによりパーティクルの発生を抑え、例えば成膜工程における膜質不良の発生を抑制することが可能となる。更に、処理室との間における基板の受け渡しを、コア室およびロードロック室の圧力が処理室の圧力よりも高いときに行うことで、処理室からコア室側に向かう処理室内のガスの流れを防止できる。

以上述べたように、本発明によれば、基板１枚毎のコア室の調圧を廃止でき、基板の搬送時間を短縮して装置の生産性向上を図ることができる。また、基板１枚毎のコア室の調圧を廃止することで、コア室内のガス導入頻度を低減し、これによりパーティクルの発生を抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態によるマルチチャンバ方式の真空処理装置１の概略構成図である。本実施形態の真空処理装置１は、被処理基板（以下単に「基板」ともいう。）を収容するロードロック室２Ａ，２Ｂと、基板に対して所定の真空処理を行う処理室３Ａ，３Ｂと、ロードロック室２Ａ，２Ｂと処理室３Ａ，３Ｂとの間における基板の受け渡しを行うためのコア室（搬送室）４とを備えている。

ロードロック室２Ａ，２Ｂはそれぞれ同一の構成を有しており、内部に所定枚数（本例では２５枚）の基板を収容できるストッカが設置されている。ロードロック室２Ａ，２Ｂには排気システム８ａ，８ｂがそれぞれ接続されており、互いに独立して真空排気可能とされている。ロードロック室２Ａ，２Ｂはドア５Ａ，５Ｂを介して大気基板搬送システム６に連絡している。大気基板搬送システム６には、ウェーハカセット７とロードロック室２Ａ，２Ｂとの間で未処理あるいは処理済の基板を搬送する基板搬送ロボット６ａが設置されている。
なお、ロードロック室２Ａ，２Ｂは図示の例のように複数設置される場合に限らず、単数であってもよい。

処理室３Ａ，３Ｂは、エッチング室、加熱室、成膜室（スパッタ室、ＣＶＤ室）等で構成され、本実施形態ではいずれも成膜室とされている。処理室３Ａ，３Ｂには排気システム８ｃ，８ｄがそれぞれ接続されており、互いに独立して真空排気可能とされている。なお、図示せずとも各処理室３Ａ，３Ｂには、プロセスに応じた所定の成膜ガス（反応ガス、原料ガス、不活性ガス等）のガス源が接続されている。

コア室４は、図示せずとも内部に基板搬送ロボットを有しており、ロードロック室２Ａ，２Ｂと処理室３Ａ，３Ｂとの間、あるいは処理室３Ａと処理室３Ｂとの間において、基板の受け渡しを行うように構成されている。コア室４には排気システム８ｅが接続されており、独立して真空排気可能とされている。また、コア室４にはガス源９が接続されており、ガス源９から導入される調圧ガスによって所定圧に維持可能とされている。

図２および図３は、コア室４に接続されるガス源９および排気システム８ｅの構成例を示している。ガス源９は、バルブ１４ａ，１４ｂの間にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３が配置された構成を有している。排気システム８ｅは、コア室４側からメインバルブ１５、調圧バルブ１６およびドライポンプ等の真空ポンプ１７の順で接続されている。調圧バルブ１６の開度を調節することでコア室４の圧力が制御される。これらガス源９および排気システム８ｅは、コア室４を所定の調圧雰囲気に維持する調圧機構を構成している。

なお、各排気システム８ａ〜８ｅは同様の構成を有しているが、調圧バルブ１６は処理室３Ａ，３Ｂおよびコア室４の排気システム８ｃ，８ｄ，８ｅにそれぞれ備え付けられ、ロードロック室２Ａ，２Ｂの排気システム８ａ，８ｂには備え付けられていない。

ロードロック室２Ａ，２Ｂとコア室４との間にはそれぞれ第１仕切バルブ１１Ａ，１１Ｂが設置されている。また、コア室４と処理室３Ａ，３Ｂとの間にはそれぞれ第２仕切バルブ１２Ａ，１２Ｂが設置されている。第１，第２仕切バルブ１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの開閉制御をはじめとする真空処理装置１の各部の動作は、図示しない制御部によって制御されるように構成されている。

また、ロードロック室２Ａ，２Ｂ、処理室３Ａ，３Ｂおよびコア室４には、それぞれ図示せずとも圧力計が設置されており、各室の圧力をモニタリングされている。処理室３Ａ，３Ｂおよびコア室４の圧力指示値は調圧バルブ１６の開度に連動しており、上記圧力計の検出圧に基づいて調圧バルブ１６が自動的に開度調整されることで、これら各室を所定圧力に維持するように構成されている。

図４は、本実施形態の真空処理装置１の動作例を示す工程フローを示している。以下、図４を参照して本実施形態の真空処理方法を説明する。以下の例では、ロードロック室２Ａと処理室３Ａとの間の基板の受け渡し例について説明する。

まず、第１，第２バルブ１１Ａ，１２Ａは予め閉塞しておく。そして、ロードロック室（Ｌ／Ｌ）２Ａのドア５Ａを開放し、大気基板搬送システム６を介して基板をロードロック室２Ａ内に複数枚（例えば２５枚）搬送する。ロードロック室２Ａは、これらの基板を保持した後、ドア５Ａを閉塞し、排気システム８ａを介して所定圧力に真空排気する（ステップＳ１）。同様に、処理室３Ａおよびコア室４を排気システム８ｃ，８ｅを介して所定圧力に真空排気する。

次に、ロードロック室２Ａおよびコア室４がそれぞれ同等の設定圧力に到達した後、排気システムのメインバルブ１５を閉め、第１仕切バルブ１１Ａを開放する（ステップＳ２）。次に、コア室４に調圧ガスとして窒素ガスを例えば５０００ｓｃｃｍの流量で導入し、排気システム８ｅの調圧バルブ１６にてコア室４を例えば７Ｔｏｒｒに調圧する。このとき、第１仕切バルブ１１Ａが開いているため、ロードロック室２Ａの圧力はコア室４の圧力と同圧となる。すなわち、第１仕切バルブ１１Ａを開け、第２仕切バルブ１２Ａを閉じた状態でコア室４の調圧を行うことにより、コア室４とともにロードロック室２Ａが調圧される（ステップＳ３）。

一方、処理室３Ａには成膜ガスとして例えば酸素ガスが例えば３０００ｓｃｃｍの流量で導入され、排気システム８ｄの調圧バルブにて処理室３Ａが例えば５Ｔｏｒｒに調圧される。

コア室４およびロードロック室２Ａの調圧が完了すると、ロードロック室２Ａからコア室４へ基板が搬送される（ステップＳ４）。コア室４は引き続き、ガス源９による調圧ガスの流量制御と排気システム８ｅによる調圧作用によって継続的に調圧雰囲気が維持される。

コア室４の調圧作用により、コア室４およびロードロック室２Ａの圧力が処理室３Ａの圧力よりも高く設定される。そして、第１仕切バルブ１１Ａの開放状態を維持した状態で第２仕切バルブ１２Ａを開放し、コア室４から処理室３Ａへ基板を搬送する（ステップＳ５，Ｓ６）。その後、第２仕切バルブ１２Ａが閉じ、処理室３Ａにおいて基板の成膜処理が行われる（ステップＳ７，Ｓ８）。その間、コア室４およびロードロック室２Ａは所定の調圧作用が継続して行われることで、７Ｔｏｒｒの設定圧に圧力調整される。基板の成膜処理の終了後、第２仕切バルブ１２Ａが開放されて、処理室３Ａからコア室４へ基板が搬送される（ステップＳ９，Ｓ１０）。

このように、コア室４と処理室３Ａとの間の基板の受け渡しを、処理室３Ａの圧力よりもコア室４およびロードロック室２Ａの圧力が高い状態で行うことにより、処理室３Ａ内のガスがコア室４側へ逆流することが防止され、コア室４およびロードロック室２Ａの汚染が回避される。

その後、コア室４からロードロック室２Ａへ成膜済の基板が搬送されるとともに（ステップＳ１２）、ロードロック室２Ａからコア室４へ未処理の基板が搬送される（ステップＳ４）。以後、上述と同様な工程を経て、基板の搬送および成膜処理が行われる。すなわち、第１仕切バルブ１１Ａは、ロードロック室２Ａ内のすべての基板の成膜処理が完了するまで開放状態が維持される。また、ロードロック室２Ａ内のすべての基板の成膜処理が完了するまで、コア室４とロードロック室２Ａ内の圧力は等しく、かつ、処理室３Ａ内の圧力よりも高く維持される。

そして、ロードロック室２Ａ内のすべての基板の処理が完了すると、第１仕切バルブ１１Ａを閉塞し、ロードロック室２Ａを大気に開放する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。そして、処理済の基板が大気基板搬送システム６を介してカセット７内へ搬送される。

以上のように、本実施形態によれば、真空処理装置１内における基板の搬送および処理時において、コア室４とロードロック室２Ａをひとつの室として扱い、コア室４の調圧を第１仕切バルブ１１Ａを開放した状態で行うようにしている。これにより、コア室４の調圧工程は、当初の１回（ステップＳ３）で済み、基板１枚ごとの調圧を不要として、基板の搬送時間を短縮し、生産性の向上を図ることができる。

また、基板１枚毎のコア室４の調圧を廃止することで、コア室４内のガス導入頻度を低減し、これによりパーティクルの発生を抑え、成膜工程における膜質不良の発生を抑制することが可能となる。更に、処理室３Ａとの間における基板の受け渡しを、コア室４およびロードロック室２Ａの圧力が処理室３Ａの圧力よりも高いときに行うことで、処理室３Ａからコア室４側に向かう処理室３Ａ内のガスの流れを防止できる。

上述した本実施形態の真空処理装置１における基板の搬送時間を従来の真空処理装置における基板の搬送時間と比較すると、以下のようになる。

例えば、従来の真空処理装置においては、処理室に基板を出し／入れする際にコア室の調圧に要する時間は３０秒であり、処理室の仕切バルブ（第２仕切バルブに相当）の開／閉に要する時間は５秒である。従って、２５枚の基板を処理するためにコア室の調圧に要得る時間は、３０秒×２（回）×２５（枚）＝１５００秒であり、処理室の仕切バルブの開／閉に要する時間は、５秒×２（回）×２５（枚）＝２５０秒である。
次に、ロードロック室に基板を出し／入れする際に調圧されたコア室を必要な真空に排気するために要する時間は１５秒であり、ロードロック室の仕切バルブ（第１仕切バルブに相当）の開／閉に要する時間は５秒である。従って、２５枚の基板を処理するためにコア室を必要な真空に排気するのに要する時間は、１５秒×２（回）×２５（枚）＝７５０秒であり、ロードロック室の仕切バルブの開／閉に要する時間は５秒×２回×２５枚＝２５０秒である。
以上を合計すると、１５００＋２５０＋７５０＋２５０＝２７５０秒＝約４６分
の時間を要することになる。

これに対して、本実施形態の真空処理装置１においては、処理室３Ａに基板を出し／入れする際にコア室４の調圧に要する時間は初回の３０秒のみであり、第２仕切バルブ１２Ａの開／閉に要する時間は５秒である。従って、２５枚の基板を処理するためにコア室４の調圧に要得る時間は、３０秒×１（回）＝３０秒であり、第２仕切バルブ１２Ａの開／閉に要する時間は、５秒×２（回）×２５（枚）＝２５０秒である。
次に、ロードロック室２Ａに基板を出し／入れする際に調圧されたコア室４を必要な真空に排気するために要する時間は初回の１５秒のみであり、第１仕切バルブ１１Ａの開／閉に要する時間は初回と最終の２回のみである。従って、２５枚の基板を処理するためにコア室を必要な真空に排気するのに要する時間は、１５秒×１（回）＝１５秒であり、第１仕切バルブ１１Ａの開／閉に要する時間は５秒×２回＝１０秒である。
以上を合計すると、３０＋２５０＋１５＋１０＝３０５秒＝約５分
となり、従来の装置に比べて搬送時間のみで約４１分の時間短縮を実現できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、真空処理装置１として、コア室４の周りに２つのロードロック室２Ａ，２Ｂと２つの処理室３Ａ，３Ｂを配置した構成例について説明したが、ロードロック室を単数としたり、処理室を更に複数配置することも可能である。また、コア室は１つに限らず、例えばタンデムコア型の真空処理装置にも本発明は適用可能である。

また、以上の実施形態では、調圧機構として、圧力計と調圧バルブの開度とを連動させ自動で設定圧力にコア室４を維持するように構成したが、これに代えて、固定式の開度調整バルブを用いることで同様の圧力制御性をもたせることも可能である。

更に、以上の実施形態では、コア室４に調圧ガスを導入するガス源９にマスフローコントローラ１３を用いたが、これに代えて、ニードルバルブなど簡易的にガス流量を制御できる部品を用いることによっても上述と同様な圧力制御性をもたせることが可能である。

本発明の実施形態による真空処理装置の概略構成図である。 図１に示す真空処理装置のガス源の構成の一例を示す図である。 図１に示す真空処理装置の排気システムの構成の一例を示す図である。 図１に示す真空処理装置の動作を示す工程フローである。 従来の真空処理装置の動作を示す工程フローである。

符号の説明

１ 真空処理装置
２Ａ，２Ｂ ロードロック室
３Ａ，３Ｂ 処理室
４ コア室
８ａ〜８ｅ 排気システム
９ ガス源
１１Ａ，１１Ｂ 第１仕切バルブ
１２Ａ，１２Ｂ 第２仕切バルブ
１３ マスフローコントローラ
１５ メインバルブ
１６ 調圧バルブ

Claims (3)

1. 被処理基板を収容する単数又は複数のロードロック室と、
   前記被処理基板に対して所定の真空処理を行うための複数の処理室と、
   前記ロードロック室と前記処理室との間における前記被処理基板の受け渡しを行うための真空排気可能なコア室と、
   前記ロードロック室と前記コア室との間を仕切る第１仕切バルブと、
   前記コア室と前記処理室との間を仕切る第２仕切バルブと、
   前記コア室に調圧ガスを導入して前記コア室を所定圧に維持する調圧機構とを備えた真空処理装置であって、
   前記コア室の調圧時は、前記第１仕切バルブを開放するとともに前記第２仕切バルブを閉塞し、
   前記処理室との被処理基板の受け渡し時は、前記第１仕切バルブの開放状態を維持し、かつ前記コア室および前記ロードロック室の圧力が前記処理室の圧力よりも高いときに前記第２仕切バルブを開放する
   ことを特徴とする真空処理装置。
2. 前記ロードロック室は、前記被処理基板を複数枚収容する
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
3. 被処理基板を収容する単数又は複数のロードロック室と、
   前記被処理基板に対して所定の真空処理を行うための複数の処理室と、
   前記ロードロック室と前記処理室との間における前記被処理基板の受け渡しを行うための真空排気可能なコア室と、
   前記ロードロック室と前記コア室との間を仕切る第１仕切バルブと、
   前記コア室と前記処理室との間を仕切る第２仕切バルブと、
   前記コア室に調圧ガスを導入して前記コア室を所定圧に維持する調圧機構とを備えた真空処理装置における真空処理方法であって、
   前記第１仕切バルブが開放しかつ前記第２仕切バルブが閉塞した状態で前記コア室を調圧し、
   前記コア室および前記ロードロック室の圧力が前記処理室の圧力よりも高い状態で、前記第１仕切バルブを開放したまま前記第２仕切バルブを開放して、前記処理室との間で前記被処理基板の受け渡しを行う
   ことを特徴とする真空処理方法。
   
   

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