JPH11345771A - 枚葉式真空処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理時間の短縮および真空処理後の基板の急激
な温度変化を防止して搬送エラーを防止する。 【解決手段】ロック室を介して大気中から真空処理室内
へまたは真空処理室から大気中へ基板を搬入出可能な枚
葉式真空処理方法において、ロック室で処理前の基板を
処理に適した温度にまたは処理後の基板を大気中への搬
出に適した温度に調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は枚葉式真空処理方法
及び装置に係り、特に真空中で基板に対してエッチング
やＣＶＤ等の真空処理を行うものに好適な枚葉式真空処
理方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において、枚葉処理は、
その良好なプロセス制御性や、処理室容積の小型化、処
理異常時の損害が少ないことなどから、数枚のウエハを
一度に処理するバッチ処理に代わり、広く適用されてい
る。このような枚葉処理を効果的に実施するために、大
気-真空間のウエハ受け渡しにおいて枚葉式のロードロ
ック機構が多く採用されている。

【０００３】なお、この種の枚葉式真空処理装置として
は、例えば、特公昭６３−４５４６７号公報に示される
ような装置が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】基板サイズは年々大型
化されており、これまでは顕著に現れなかった以下のよ
うな問題が従来装置で発生している。

【０００５】真空処理室で高温となった基板がロック室
を経由して大気中に搬出される際に、大気設置された搬
送装置の基板保持部で基板が冷却される。このとき、基
板保持部と接触している部分については降温が速いが、
その他の部分は遅いために基板温度の面内分布にむらが
できる。この温度むらにより基板が熱変形し、搬送時に
十分な基板保持ができずエラーを生じてしまうという問
題があった。大気搬送装置には真空吸着により基板を保
持する方法が多く用いられているが、真空吸着により基
板を保持する方式は、基板の変形に敏感であり搬送エラ
ーを起こしやすい。

【０００６】また、高温処理後や低温処理後の基板を搬
送する場合に、基板の温度が急激に且つ不均一に変化す
ることにより、基板上の配線材料などに熱応力が発生
し、断線，短絡などの悪影響が心配される。

【０００７】本発明の目的は、真空処理後の基板に搬送
エラーを起こすことのない枚葉式真空処理方法及び装置
を提供することにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、処理前の基板
をあらかじめ処理に適した温度にして、処理室での温調
時間を短縮し、装置の生産能力を上げることのできる枚
葉式真空処理方法及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、減圧下で基
板を処理する真空処理室と、真空処理室に真空空間を介
して接続され大気中から真空処理室内へまたは真空処理
室から大気中へ基板を搬入出するためのロック室とを有
し、ロック室内に基板を保持可能で真空雰囲気または大
気圧雰囲気に晒される基板支持台を設け、基板支持台に
処理前の基板を処理に適した温度にまたは処理後の基板
を大気中への搬出に適した温度に調節する温度調節手段
を設けた装置とし、または減圧下で基板を処理する真空
処理室と、真空処理室に真空空間を介して接続され大気
中から真空処理室内へまたは真空処理室から大気中へ基
板を搬入出するためのロック室とを有し、ロック室内に
基板を保持可能で真空雰囲気または大気圧雰囲気に晒さ
れる基板支持台を設け、ロック室を処理前の基板を処理
に適した温度にまたは処理後の基板を大気中への搬出に
適した温度に温調する温度調節手段を設けた装置とし、
ロック室を介して大気中から真空処理室内へまたは真空
処理室から大気中へ基板を搬入出する際、ロック室で処
理前の基板を処理に適した温度にまたは処理後の基板を
大気中への搬出に適した温度に調節することにより、達
成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の枚葉式真空処理装置は、
ロ−ドロック機構により大気中の基板を一枚ずつ処理室
に搬入し、減圧下で処理した後の基板を再び大気中に搬
出する際に、処理前または処理後の基板を真空処理また
は搬出に適した温度に調節する構造をロードロック機構
を有するロック室に設けたものであり、これにより、真
空処理室中で高温または低温処理され、真空断熱により
処理温度を保ったままの基板は、ロック室内で、例え
ば、ステージと基板間の伝熱により均一に温度調節され
る。これにより、基板面内の温度むらによって熱変形す
ることもなく、大気に設置された搬送装置に多く使われ
ている真空吸着方式の基板保持手段を有する搬送装置に
おいても、正常に搬送することができる。また、ステー
ジと基板間の伝熱条件を変えることにより、基板の昇温
または降温時間を制御し、急激な温度変化に対する基板
への悪影響をなくすことができる。また、ロック室で処
理前の基板をあらかじめ処理に適した温度に温度調節す
ることによって、処理室で基板が所定の温度に到達する
までの時間を短縮し、装置の生産能力を上げることが可
能となる。

【００１１】以下、本発明の一実施例を図１ないし図４
により説明する。図１は本発明の枚葉式真空処理装置の
全体構成を示す図であり、図２ないし図４は枚葉式真空
処理装置のロック室部分の動作を示す断面図である。

【００１２】１００ａおよび１００ｂはロードロック機
構を有するロック室であり、この場合、１００ａは基板
を大気中から真空雰囲気に搬入するためのロードロック
室であり、１００ｂは基板を真空雰囲気から大気中に搬
出するためのアンロードロック室である。２００は真空
搬送室であり、内部に基板１０を搬送するための真空搬
送装置２５０を有している。３００ａないし３００ｄは
真空処理室であり、例えば、３００ａおよび３００ｂが
エッチング室であり、３００ｃおよび３００ｄがアッシ
ング室である。４００は大気中に配置された大気搬送装
置であり、５００は基板を収納した、または収納するカ
セットである。真空搬送室２００の周りには真空処理室
３００ａないし３００ｄとロック室１００ａおよび１０
０ｂが接続されている。ロック室１００ａおよび１００
ｂとカセット５００との間には大気搬送装置４００とア
ライナ６００が設けられている。

【００１３】このように構成された装置では、カセット
５００内の基板を大気搬送装置４００によって抜き取
り、アライナ６００に運んで基板の位置合わせを行った
後、予め大気雰囲気になったロードロック室１００ａに
搬入する。その後、大気搬送装置４００が待避した後、
ロードロック室１００ａは閉じられ、真空雰囲気にされ
た後に、真空搬送装置２５０によって真空処理室３００
ａまたは３００ｂに搬送される。真空処理室３００ａま
たは３００ｂでエッチング処理された基板は再び真空搬
送装置２５０によって真空処理室３００ｃまたは３００
ｄに搬送される。真空処理室３００ｃまたは３００ｄで
後処理、例えば、アッシング処理された基板は再び真空
搬送装置２５０によってアンロードロック室１００ｂに
搬送される。その後、真空搬送装置２５０が待避した
後、アンロードロック室１００ｂは閉じられ、大気圧雰
囲気にリークされ、大気側が開口された後に、大気搬送
装置４００によって基板はカセット５００に収納され
る。

【００１４】ここで、基板１０が１２インチ（３００ｍ
ｍ）のように大口径のウエハになった場合には、真空処
理室での基板処理において、基板に熱が加わると熱膨張
によりその変形量が大きくなる。真空雰囲気内を搬送す
る際は熱の移動が少ないので特に問題ないが、アンロー
ドロック室１００ｂを介して大気に取り出した際に、急
激な温度変化が生じ、基板に熱ひずみを生じてしまう。
このため、本実施例では、アンロードロック室１００ｂ
を図２に示す構成とし、基板に熱ひずみが生じないよう
に基板を冷却可能な構成にした。

【００１５】次に、図２ないし図４によりアンロードロ
ック室の構成を説明する。１は大気側と真空側に連通可
能なロックチャンバであり、２はロックチャンバ１を真
空側で遮断・連通可能なステ−ジであり、ステージ２に
は温調用の熱媒体が流れる流路６が設けられている。ま
た、ステージ２はシリンダ３の出力軸に接続され、ロッ
クチャンバ１を開閉するように上下に可動する。ステー
ジ２の可動部は、ベローズフランジ１３によって大気−
真空間をシールされている。なお、１５はステージ２上
で基板を部分支持し、接触面積を少なくして塵埃の付着
を最小限に抑えるための支持部である。１１は基板をス
テージから持ち上げる為のプッシャであり、ステージ２
にはプッシャ１１を通す穴が設けられている。プッシャ
１１はシリンダ４の出力軸に連結され、上下方向に可動
する。シリンダ４はステージ２とともにシリンダ３の出
力軸に固定されて一緒に上下方向に動き、ステージ２の
上段，下段の停止時もプッシャ１１を連動させる。１７
はシリンダ３を支持するためのサポートである。９はロ
ックチャンバ１の大気側に設けられ大気中との間を遮
断，連通可能に開閉するゲートバルブである。ゲートバ
ルブ９の開口部はアーム１８上に保持した基板が最低限
通過可能な面積を有する矩形の開口である。１６はアン
ロードロック室１００ｂのメンテナンス用の蓋であり、
アンロードロック室１００ｂ内の状態がわかるように覗
き窓１２が組込まれている。

【００１６】１８は大気中で基板を搬送するためののア
ームであり、大気搬送装置４００の旋回，伸縮，上下動
可能な大気ローダ１４の先端に取付けられる。アーム１
８の基板搭載部は、真空チャックにより基板を保持する
構成となっている。被処理物である基板１０は、処理面
を上にして水平に搬送される。７は真空搬送室２００と
の連結用の開口部である。５は真空中で基板を搬送する
ためのアームであり、真空搬送装置２５０の旋回，伸縮
可能なロボットアームで、先端部に基板搭載部を有す
る。

【００１７】以上のように構成されたロック室において
は、ロックチャンバ１内に温度調節手段を設け、ロック
チャンバ１内が大気圧雰囲気になったときに熱伝導が行
われるようにした場合には、熱媒体を流すステージ２の
流路６は特に必要ない。ステージ２の駆動にはシリンダ
を用いたが、電動を利用した駆動機構としてもよい。

【００１８】次に、真空中のア−ム５に搭載された基板
１０を大気中に取り出すときの動作を説明する。まず、
図２に示すように真空中の基板を搬送するために真空搬
送装置２５０を動作させて、基板１０が載置されたア−
ム５をステ−ジ２の上に挿入する。このとき、シリンダ
３，４は引き込んだ状態、すなわち、下限にあり、ステ
−ジ２およびプッシャ１１は下段に位置する。次に、シ
リンダ４を駆動させてプッシャ１１を上昇させることに
より、プッシャ１１の基板搭載部に基板１０を受け取
る。この状態から図３に示すようにア−ム５を退避させ
て、プッシャ１１を下降させることにより、ステージ２
の基板搭載面に基板を受け取る。この状態からシリンダ
３を駆動してステージ２を上昇させ、ロック室空間８を
形成する。ロック室空間８には真空から大気圧に戻すた
めのリーク機構（図示せず）が設けられており、図４の
状態でこのリーク機構を動作させてロック室空間８の内
部を大気圧に戻す。ステージ２の基板搭載面は所定の温
度に温度調節されており、大気圧雰囲気となったこのと
き、適当な時間、基板を置くことで、大気搬送に適した
基板温度を得ることができる。この場合、基板の冷却の
速度は、基板とステージ間の伝熱条件によって決まる。
本来、ロードロック機構に必要とされるのは、真空排気
と大気開放を短時間のうちに行い、如何に速く真空と大
気間の基板移送を行うかであるが、急速な温度変化に伴
う基板の変形,割れ,残留応力を防ぐためには、温度変化
に要する時間を適切に制御する必要があり、急速に温度
調節すればよいとは限らない。本実施例では、ステージ
２上に設けた微小幅の凸状の支持部１５の高さを適切に
設定することにより単位時間当たりの熱の移動量を制御
し、装置の生産能力に影響を与えない程度にまで、基板
温度調節の時間を伸ばしている。また、ステージ２に設
けた支持部１５により、基板１０とステージ２が全面に
わたって接触しステージ２上の塵埃が基板に付着するこ
とを防ぐ。

【００１９】基板温度が大気搬送に適した温度になるま
でステージ２上で保持した後、ゲートバルブ９を開放し
て大気設置された大気搬送装置４００で真空装置の外へ
取り出す。大気搬送装置４００の大気ローダ１４は水平
方向と上下方向の両方に駆動できるようになっており、
ステージ２上限の位置でプッシャ１１を上昇させること
により、基板１０の下方へアーム１８を進入させ、真空
チャックを駆動させながら上昇させて基板１０をつか
み、水平方向移動させて取り出す。

【００２０】なお、本実施例では、基板を大気中に搬出
する場合について述べたが、大気中から真空中へ基板を
搬入する場合には、アンロードロック室での動作を全く
逆に動作させて、基板１０をステ−ジ２の基板搭載部に
乗せたのちゲ−トバルブ９を閉じ、ロック室空間８を形
成し、ロック室空間８につながる排気手段（図示省略）
を用いて真空排気する。所定の圧力（例えば、真空搬送
室圧力から１００Ｐａの間の圧力）まで排気した後、ス
テ−ジ２を下降させる。このとき、温度調節する構造を
設けた基板保持用のステージ２により、基板１０を真空
処理（例えば、真空処理が１００℃以上の温度で処理さ
れるようなエッチング処理、または成膜処理等）に適し
た温度に加温した後、プッシャ１１を上昇させる。その
後、ア−ム５を挿入し、プッシャ１１を下降させて、基
板１０をア−ム５に搭載させ、真空処理室にて処理を行
う。

【００２１】本実施例のように枚葉式真空処理装置に対
して、ロ−ドロック部を搬入だけを担当するものと搬出
だけを担当するものとを別個に２つ設けたり、あるいは
２つ以上設けたり、１つのロ−ドロック部で搬入も搬出
も行えるようにしても何ら差し支えない。また、プッシ
ャによらないウエハの受け渡し方式を用いた場合でも、
本発明の効果には何ら変わりはない。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ロードロック機構に基
板の温度調節を行う構造を設けることにより、均一な基
板温度を所望の昇温、降温時間で得ることができるた
め、処理後のウエハにおいて基板の面内温度分布の不均
一による基板の変形を防止することができ、搬送エラー
の心配がない。また、処理前のウエハにおいてはあらか
じめ基板を次工程に適した温度にすることができ、次工
程での処理時間の短縮を図ることができる。また、処理
前、処理後いずれの場合においても、基板の温度変化の
速度を変えることができるので、基板の特性に合わせた
温度調節が可能となり、熱による基板への影響を軽減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の枚葉式真空処理装置の一実施例を示す
平面図である。

【図２】図１の装置のロック室部の詳細を示す縦断面図
である。

【図３】図２のロック室において、基板をステージが受
取った状態の縦断面図である。

【図４】図２のロック室において、アームを退避させた
後、ステージが上昇してロック室空間を形成した状態の
縦断面図である。

【符号の説明】 １…ロックチャンバ、２…ステ−ジ、３…シリンダ、４
…シリンダ、５…ア−ム、６…熱媒体流路、７…開口
部、８…ロック室空間、９…ゲ−トバルブ、１０…基
板、１１…プッシャ、１２…覗き窓、１３…ベローズフ
ランジ、１４…大気ロ−ダ、１５…支持部、１６…フ
タ、１７…サポート、１８…アーム、１００ａ，１００
ｂ…ロック室、２００…真空搬送室、２５０…真空搬送
装置、３００ａ〜３００ｄ…真空処理室、４００…大気
搬送装置、５００…カセット、６００…アライナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 空岡 稔 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 牧野 昭孝 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 永安 伸男 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロック室を介して大気中から真空処理室内
   へまたは前記真空処理室から前記大気中へ基板を搬入出
   可能な枚葉式真空処理方法において、前記ロック室で処
   理前の基板を処理に適した温度にまたは処理後の基板を
   大気中への搬出に適した温度に調節することを特徴とす
   る枚葉式真空処理方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の前記基板の温度の調節は、
   前記ロック室内の基板保持台からの熱伝達により行われ
   る枚葉式真空処理方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の前記基板の温度の調節は、
   前記ロック室の温度を処理前の基板を処理に適した温度
   にまたは処理後の基板を大気中への搬出に適した温度に
   調節して行われる枚葉式真空処理方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の前記基板の温度の調節は、
   処理後の基板を冷却して大気中への搬出に適した温度に
   調節される枚葉式真空処理方法。
5. 【請求項５】減圧下で基板を処理する真空処理室と、前
   記真空処理室に真空空間を介して接続され大気中から前
   記真空処理室内へまたは前記真空処理室から前記大気中
   へ前記基板を搬入出するためのロック室とを有し、前記
   ロック室内に前記基板を保持可能で真空雰囲気または大
   気圧雰囲気に晒される基板支持台を設け、前記基板支持
   台に処理前の基板を処理に適した温度にまたは処理後の
   基板を大気中への搬出に適した温度に調節する温度調節
   手段を設けたことを特徴とする枚葉式真空処理装置。
6. 【請求項６】減圧下で基板を処理する真空処理室と、前
   記真空処理室に真空空間を介して接続され大気中から前
   記真空処理室内へまたは前記真空処理室から前記大気中
   へ前記基板を搬入出するためのロック室とを有し、前記
   ロック室内に前記基板を保持可能で真空雰囲気または大
   気圧雰囲気に晒される基板支持台を設け、前記ロック室
   を処理前の基板を処理に適した温度にまたは処理後の基
   板を大気中への搬出に適した温度に温調する温度調節手
   段を設けたことを特徴とする枚葉式真空処理装置。