JP2003332309A

JP2003332309A - 真空処理装置

Info

Publication number: JP2003332309A
Application number: JP2002132832A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Yagi; 勝嗣八木; Eiji Maruyama; 英治丸山; Nobuo Nagayasu; 伸男永安; Hironori Kusumoto; 広則楠本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理物の大面積化と処理温度の高温化又は
低温化にも容易に対応できるようにした真空処理装置を
提供すること。【解決手段】ウエハリフトピン３によりウエハＷを保
持し、処理台２に載置する直前で、一時停止させ、所定
の間隔Ｇにしたまま所定の時間、保持してから処理台２
に載置し、次ぎの処理工程に移行させるようにしたも
の。【効果】処理前のウエハＷの温度を処理台２の温度に
近づけられるので、処理台に載置されたウエハの面内温
度分布の不均一による変形がなく、処理不具合が発生す
る心配が無い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、電子
部品などの製造装置に係り、特に、処理台を用いて基板
を高温又は低温にし、エッチングやＣＶＤなどの処理を
施すための真空処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】減圧雰囲気中で半導体ウエハなど平板状
の被処理物をプラズマ処理する場合、例えば特公昭５６
−５３８５３号公報、特公昭５７−４４７４７号公報に
記載されているように、静電吸着手段を用い、ウエハ
(半導体ウエハ)を処理台上に静電吸着し、真空容器内で
プラズマ処理する方法が従来から提案されている。

【０００３】また、このとき、例えば特開昭５８−３２
４１０号公報、特開昭６０−１１５２２６号公報に記載
のように、静電吸着手段によりウエハを処理台上に静電
吸着した後、ウエハの裏面にヘリウム(Ｈｅ)などのガス
を導入し、熱媒ガスによる熱伝導、自由対流、強制対流
を利用してウエハを加熱又は冷却しながら処理する方法
について提案している。

【０００４】そして、これら従来技術による処理装置で
は、搬送されてきた常温のウエハを処理室に導入した
後、ウエハリフトピンなどを上昇させて受取り、この
後、ウエハリフトピンを下降させ、そのまま直ちに処理
台上にウエハが載置され、その後の処理に移行するよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、半導
体ウエハなどの基板サイズの大型化と被エッチング加工
材料の多様化に配慮がされているとはいえず、製品歩留
まりの向上に難点があった。

【０００６】半導体分野では技術革新が目まぐるしく、
半導体ウエハなどの基板サイズも年々大型化(大面積化)
が進み、更に近年は、被エッチング加工材料も多様化
し、これに伴って処理温度も高温が要求されるようにな
り、このことから、以前はそれほどは顕著に現れなかっ
た以下のような問題が発生してきている。

【０００７】処理温度が高温化されるにつれ、処理台の
温度は１００℃以上の高温にされ、４００℃近くまで高
温にされる場合もある。このため従来技術では、ウエハ
が処理台上に載置されたとき、当該ウエハは常温から急
激に高温まで昇温されることになる。

【０００８】しかも、このとき、ウエハが処理台に直接
接触している部分は速やかに昇温され、その他の部分は
昇温が遅れてしまうため、ウエハの面内温度分布にむら
ができる。そして、このことは、ウエハが大径化(大口
径化)すればする程、著しくなり、高温になればなる
程、著しくなる。

【０００９】そして、このようなウエハの面内温度分布
のむらは、ウエハの熱変形をもたらし、処理台上での正
しい保持ができなくなって、均一なエッチング処理を阻
害する原因になってしまう。

【００１０】一方、このときウエハの板面温度分布むら
が解消され、熱変形が無くなるまで待っていたのでは、
処理時間が伸びて不都合が生じる。また、ウエハの温度
が急激に且つ不均一に変化することにより、ウエハ上の
配線材料などに熱応力が発生し、断線、短絡などの不具
合発生も懸念される。

【００１１】以上は、処理温度が高く、常温状態の基板
(ウエハ)を昇温させた場合のことであるが、処理温度が
常温以下で、ウエハを降温させる場合でも、処理前の温
度と処理温度の差が大きい場合については同じである。

【００１２】本発明の目的は、被処理物の大面積化と処
理温度の高温化又は低温化にも容易に対応できるように
した真空処理装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、減圧雰囲気
中で平板状の被処理物を処理台に載置し、処理台を加熱
して被処理物を高温で処理する真空処理装置において、
前記処理台に被処理物を載置する際、予め設定してある
所定時間、当該被処理物を前記処理台の近傍に保持する
制御手段が設けられていることにより達成される。

【００１４】同じく上記目的は、減圧雰囲気中で平板状
の被処理物を処理台に載置し、処理台を冷却して被処理
物を低温で処理する真空処理装置において、前記処理台
に被処理物を載置する際、予め設定してある所定時間、
当該被処理物を前記処理台の近傍に保持する制御手段が
設けられていることにより達成される。

【００１５】また、上記目的は、減圧雰囲気中で平板状
の被処理物を処理台に載置し、処理台を加熱して被処理
物を高温で処理する真空処理装置において、前記処理台
に被処理物を載置する際、当該被処理物を前記処理台の
近傍から予め設定してある所定の下降速度で移動させる
制御手段が設けられていることにより達成される。

【００１６】更に上記目的は、減圧雰囲気中で平板状の
被処理物を処理台に載置し、処理台を冷却して被処理物
を低温で処理する真空処理装置において、前記処理台に
被処理物を載置する際、当該被処理物を前記処理台の近
傍から予め設定してある所定の下降速度で移動させる制
御手段が設けられていることにより達成される。

【００１７】ここで、本発明に係る枚様式真空処理装置
は、処理前の基板を真空処理に適した温度に調節するた
めに処理台と基板との間隔とその間隔における保持時間
または基板が処理台に載置されるまでの移動速度等を任
意に設定できる機構を真空処理室に設けている。

【００１８】上記に説明した方法によれば、真空処理室
で高温又は低温処理される基板は、処理台と基板間の輻
射などによる非接触の伝熱で昇温される。このため、基
板を直接処理台に載置する場合に比べて熱変形すること
が少ない。また、基板と処理台間の間隔とそこでの保持
時間を任意に設定し伝熱条件を変える事により、基板の
昇温または降温時間を制御できる為、急激な温度変化に
よる基板の熱変形や基板上の素子への悪影響の心配が無
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による真空処理装置
について、図示の実施の形態により詳細に説明すると、
まず、ここで説明する実施形態は、本発明を枚葉式の真
空処理装置に適用した場合の一例で、ここで、枚葉式と
は、半導体ウエハなどの被処理物を１枚づつ逐次処理す
ることを意味する。

【００２０】図１〜図４は本発明の一実施形態で、これ
らの図において、まず１は真空処理室で、プラズマ処理
などに必要な真空状態を含む減圧雰囲気が保てるように
なっている容器として作られ、この中に処理台２が設置
してある。

【００２１】そして、特に図４に示されているように、
処理中、ウエハＷ(半導体ウエハなどの被加工物のこと)
がこの処理台２の上に載置されるようになっている。こ
のとき、この処理台２では、中心部材２ａと外周部材２
ｂの２個の部材で作られ、中心部材２ａの中には複数本
の縦孔２ｃが設けられている。

【００２２】次に、３はウエハリフトピンで、空気シリ
ンダなどを用いた上下動アクチュエータ(駆動装置)４の
出力軸に連結され、これにより、中心部材２ａの縦孔２
ｃの中を貫いて上下に所定の範囲にわたる移動と所定の
位置での停止が制御されるようになっている。

【００２３】そして、このとき、ベローズフランジ５に
より、ウエハリフトピン３の可動部と真空処理室１の間
のシール(気密封止)が与えられるようにしてある。ここ
で、このウエハリフトピン３の本数は３以上であればよ
い。

【００２４】また、中心部材２ａの下面には通路２ｄが
形成してあり、この通路２ｄには、矢印で図示したよう
に、温度調整用の熱媒体が通流され、上記したように、
処理台２の温度が１００℃以上４００℃近くの所定の高
温に保たれるように、温度調整されるように構成してあ
る。なお、このため、通路２ｄは、図には表れていない
が、一方の端部から他方の端部につながった流路として
形成してある。

【００２５】次に、６は開口部で、７はゲートバルブで
ある。そして、開口部６は矩形をしていて、真空処理室
１の中にウエハＷを搬入したり、搬出するための出入口
となり、ゲートバルブ７は、この開口部６に蓋をして内
部を密閉する部材となる。

【００２６】次に、８は搬送用アームで、特に図１に示
されているように、この上にウエハＷを載せ、後で詳述
するように、アーム駆動機構９により動かされ、真空処
理室１の中にウエハＷを搬入したり、中から搬出したり
するための運搬具として働くものである。なお、このた
め、少なくとも２本の水平に並んで平行になった搬送用
アーム８が必要である。

【００２７】そして、１０は制御装置で、例えば予め所
定のプログラムが格納してあるコンピュータ(マイクロ
コンピュータ)で構成され、アクチュエータ４とゲート
バルブ７、それにアーム駆動機構９の夫々に制御信号を
供給し、これらを所定のシーケンスに従って制御する働
きをする。

【００２８】このとき、まず、アクチュエータ４につい
ては、ウエハリフトピン３の上下移動と移動速度、それ
に停止位置などを、それらのタイミングと共に逐次制御
し、ゲートバルブ７については、搬送用アーム８による
ウエハＷの搬入、搬出に合わせ、真空処理室１の開口部
６を所定のタイミングで開いたり閉じたりさせる制御を
行う。

【００２９】そして、アーム駆動装置９については、搬
送用アーム７を水平に保持したままで伸縮させたり、水
平面内で旋回させたり、同じくアーム７を水平に保持し
たままで上下の異なった位置に動かしたりさせ、これに
よりウエハＷを外部の所定の場所から真空処理室１の中
に搬入し、その後、処理台２の上に載置させたり、処理
台２の上から持ち上げ、外部に搬出し、所定の場所に移
す働きが得られるように制御する。

【００３０】なお、これらの図では、ロードロック室や
予備真空室、その他、真空シール用のＯリングなどは省
略し、特に説明を要しない部分には符号が省略してあ
る。

【００３１】次に、この実施形態の動作について、特に
ウエハＷの搬入と搬出の制御に重点をおいて説明する。
ここで、このときの制御動作は、制御装置１０に装備し
てあるコンピュータにより、そこに格納してある所定の
プログラムにより実行されるものである。

【００３２】まず、アクチュエータ４を制御してウエハ
リフトピン３を下方に動かし、図１に示すように、ウエ
ハリフトピン３の上端が処理台２の表面から引き込まれ
ている状態にし、この状態でゲートバルブ７を開いた
後、アーム駆動機構９を制御して搬送用ア−ム８を動作
させ、図示してない外部の予備真空室から、開口部６を
介してウエハＷを真空処理室１の中に搬入させ、処理台
２の真上にウエハＷが位置決めされるようにする。

【００３３】次に、同じくアクチュエータ４を制御し、
今度はウエハリフトピン３を上昇させ、その上端でウエ
ハＷを持ち上げ、ウエハリフトピン３で搬送用アーム８
からウエハＷを受け取る。そして、この状態で、次にア
ーム駆動機構９を制御して搬送用アーム７を真空処理室
１の中から外部に引出し、この後、ウエハリフトピン３
を下降させる。このときゲートバルブ７も閉じ、図３に
示す状態にする。

【００３４】そして、この図３の状態で、所定の時間が
経過するまでウエハリフトピン３を停止させたままにす
る。つまり、ウエハリフトピン３に載置されたウエハＷ
が処理台２の表面に接することなく、その近傍で、所定
の空隙Ｇをもって位置決めされている状態にし、ここで
所定の時間が経過するのを待つのである。

【００３５】この図３の状態で、所定の時間が経過した
ら、再びウエハリフトピン３を下降させて行く。そうす
ると、図４に示すように、まず、ウエハＷの下面が処理
台２の上に接してここに保持され、更にウエハリフトピ
ン３が下降して、その上端が処理台２の表面から引き込
まれた位置に達すると、図示のように、ウエハＷは処理
台２の上に完全に載置された状態になり、従って、以
後、プラズマ加工など、必要な真空処理に移行させるこ
とができる。

【００３６】ここで、この実施形態は、図２の状態から
図４の状態に移行動作されるとき、制御装置１０によ
り、間で一旦図３の状態に制御させるようにした点が特
徴であり、以下、この点について、従来技術と対比して
説明する。

【００３７】上記したように、処理台２の温度は、ウエ
ハＷの処理に際して、１００℃以上４００℃近くの所定
の高温に保つ必要があるが、ここで、上記したように、
処理台２は予め高温にしてある。これは、ウエハＷを載
置してから、その都度、処理台２を昇温させていたので
は、スループット向上の観点からは到底許されないから
である。

【００３８】ところで、このとき、従来技術では、図２
の状態から図４の状態に直ちに移行させているので、ウ
エハＷは処理台２上で常温から急激に高温まで昇温さ
れ、このとき、上記したように、ウエハＷの面内温度分
布にむらができ、ウエハＷの熱変形をもたらし、処理台
２上での正しい保持ができなくなって、均一なエッチン
グ処理が阻害されてしまう。

【００３９】しかるに、この実施形態では、図２の状態
から図４の状態に移行動作されるとき、制御装置１０に
より、間で一旦図３の状態に制御され、この結果、ウエ
ハＷが処理台２の表面に近接して保持される。

【００４０】そうすると、このとき処理台２は高温に保
たれているので、これの近傍にウエハＷが保持されたこ
とにより、ウエハＷの温度も常温から徐々に昇温され、
所定時間後はかなりの高温が期待できる。

【００４１】従って、この後で図４の状態に移行し、処
理台２の上に載置されたときのウエハＷと処理台２の温
度差はかなり縮まってしまうので、ウエハＷの面内温度
分布に現われるむらが小さく抑えられ、この結果、ウエ
ハＷの熱変形も小さく抑えられるので、処理台２に正し
く保持できることになり、均一なエッチング処理を容易
に得ることができる。

【００４２】また、この結果、この実施形態によれば、
ウエハの大径化と処理温度の高温化に容易に対応でき、
これによる歩留まりと製品性能の向上を充分に享受する
ことができる。

【００４３】ところで、このときウエハＷが加熱される
速度(又は冷却される速度)は、それと処理台２の間の伝
熱条件によって決まるので、図３に示されているウエハ
Ｗの下面と処理台２の表面の間の隙間Ｇの値は、小さけ
れば小さい程、望ましく、また、そうすることにより、
この図３の状態に保持している時間も短くて済むが、し
かし、実用上は限度があるのは言うまでもない。

【００４４】まず、隙間Ｇについては、アクチュエータ
４の位置決め精度と、ウエハリフトピン３の移動機構の
精度などによる制限があり、次に、図３の状態に保持し
ている時間については、それを長くするとスループット
の低下をきたすという点で制限がある。そこで、これら
のことを勘案して決めれば良い。

【００４５】ここで、本来、このような真空処理装置に
必要とされるのは、ウエハなどの被処理物の挿入、処
理、被処理物の搬出までが短時間で行え、単位時間当た
りの処理枚数を如何に多くするかであるが、被処理物載
置時の急速な温度変化に伴う被処理物の変形、割れ、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、単に処理台上に基板を載置すれば良い
とは限らない。

【００４６】そして、上記の説明では、処理台２とウエ
ハＷの隙間Ｇ及び停止時間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、ウエハ温度の変
化を可変にできるようにしている。

【００４７】しかし、これに代えて、ウエハ７の移動速
度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、基板温度の変化を可変にできるようにし
てもよい。この場合、ウエハリフトピン３の下降速度を
制御し、図３の状態から図４の状態に至るまでの時間が
所定値になるようにしてやれば良い。

【００４８】なお、以上の実施形態では、中心部材２ａ
に通路２ｄを設け、これに熱媒体を通流させて処理台２
の温度を調節しているが、他の方法により処理台２の温
度調節が可能であれば、熱媒体を流す通路２ｄは特に必
要としない。勿論、加熱処理に限らず、冷却処理にも適
用可能なことは言うまでもない。

【００４９】また、上記実施形態では、ウエハリフトピ
ン３を駆動する上下動アクチュエータ４として空気シリ
ンダなどを用いたが、電動を利用した駆動機構を用いる
ようにしてもよく、更にウエハリフトピン３によらない
ウエハの受渡し方法・基板の保持方法を用いた場合で
も、本発明の効果には何ら変り無い。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、真空処理室内におい
て、処理前の被処理物の温度調節を行うために、被処理
物と処理台を非接触状態である間隔に保持する構造を設
けることにより、均一な被処理物温度を所望の昇温・降
温時間で得ることができる。

【００５１】従って、本発明によれば、処理前のウエハ
において、ウエハの面内温度分布の不均一による変形が
なく、処理不具合の発生を低減できる。

【００５２】また処理前の被処理物の温度調節におい
て、温度変化の速度を変えることができるふめ、被処理
物の性状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】本発明による真空処理装置の一実施形態による
動作の第１の段階を説明するための要部断面図である。

【図２】本発明による真空処理装置の一実施形態による
動作の第２の段階を説明するための要部断面図である。

【図３】本発明による真空処理装置の一実施形態による
動作の第３の段階を説明するための要部断面図である。

【図４】本発明による真空処理装置の一実施形態による
動作の第４の段階を説明するための要部断面図である。

【符号の説明】

１真空処理室２処理台２ａ中心部材２ｂ外周部材２ｃ縦孔２ｄ通路３ウエハリフトピン４アクチュエータ(駆動装置) ５ベローズフランジ６開口部７ゲートバルブ８搬送用アーム９アーム駆動機構１０制御装置

フロントページの続き (72)発明者丸山英治山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部笠戸事業所内 (72)発明者永安伸男山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部笠戸事業所内 (72)発明者楠本広則山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部笠戸事業所内Ｆターム(参考） 4K030 CA12 GA02 GA12 JA09 JA10 JA11 KA41 LA11 5F004 AA06 BC06 BD04 5F045 BB11 DP02 DQ10 EK25 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧雰囲気中で平板状の被処理物を処理
台に載置し、処理台を加熱して被処理物を高温で処理す
る真空処理装置において、前記処理台に被処理物を載置する際、予め設定してある
所定時間、当該被処理物を前記処理台の近傍に保持する
制御手段が設けられていることを特徴とする真空処理装
置。
【請求項２】減圧雰囲気中で平板状の被処理物を処理
台に載置し、処理台を冷却して被処理物を低温で処理す
る真空処理装置において、前記処理台に被処理物を載置する際、予め設定してある
所定時間、当該被処理物を前記処理台の近傍に保持する
制御手段が設けられていることを特徴とする真空処理装
置。
【請求項３】減圧雰囲気中で平板状の被処理物を処理
台に載置し、処理台を加熱して被処理物を高温で処理す
る真空処理装置において、前記処理台に被処理物を載置する際、当該被処理物を前
記処理台の近傍から予め設定してある所定の下降速度で
移動させる制御手段が設けられていることを特徴とする
真空処理装置。
【請求項４】減圧雰囲気中で平板状の被処理物を処理
台に載置し、処理台を冷却して被処理物を低温で処理す
る真空処理装置において、前記処理台に被処理物を載置する際、当該被処理物を前
記処理台の近傍から予め設定してある所定の下降速度で
移動させる制御手段が設けられていることを特徴とする
真空処理装置。