JP2004128022A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の搬送処理時間を短縮することができ、基板処理装置のフットプリントを低減することができる基板処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】異なる雰囲気間で処理する基板２の授受を行うロードロック室７を具備する基板処理装置において、ロードロック室７内に、上下少なくとも２段以上の基板支持部２００ａ、２００ｂと、ロードロック室７内で基板２の位置合わせを行う基板アライメント装置６とを設けた基板処理装置。
【選択図】 図１
【解決手段】異なる雰囲気間で処理する基板２の授受を行うロードロック室７を具備する基板処理装置において、ロードロック室７内に、上下少なくとも２段以上の基板支持部２００ａ、２００ｂと、ロードロック室７内で基板２の位置合わせを行う基板アライメント装置６とを設けた基板処理装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の基板の処理を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の基板処理装置の一部切断上面図、図１１は図１０の矢印Ｄ方向から見た該基板処理装置の一部切断側面図である。本基板処理装置は、基板を１枚または２枚ずつ処理する枚葉式である。
【０００３】
１００は基板処理装置、２は半導体ウェハ等の基板、３０は基板２をまとめて複数枚収納するための蓋付きで密閉可能なカセット（ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ））、３はカセット３０を載置するロードポート、４はローダ室（大気搬送室）、５はローダ（大気ロボット）、５１はローダ５のアーム、６は基板アライメント装置（基板位置決め装置）、７はロードロック室（予備室）、８は真空搬送室、９は真空ロボット、９１は真空ロボット９のアーム、１０は冷却室、１１は基板２を処理する反応室、１２、１３はゲートである。
【０００４】
基板アライメント装置６は、ロードポート３からロードロック室７に搬入する前の基板２が一定方向になるように基板２を回転させ、位置を決める。
【０００５】
ローダ５は、基板２をカセット３０からロードロック室７へ搬送する。
【０００６】
ロードロック室７は、基板２を真空搬送室８へ搬入出するために排気制御される。
【０００７】
真空搬送室８は、基板２を反応室１１へ搬送する。
【０００８】
従来の基板処理装置１００では、基板アライメント装置６が、図１０に示すように、ローダ室４内に１個設けられていた。
【０００９】
《カセット３０から真空搬送室８までの基板２の搬送》
基板２をロードポート３上に載置されたカセット３０から真空搬送室８まで搬送する手順について、図１２（ａ）を用いて説明する。ただし、図１２（ａ）（図１２（ｂ）も）には、反応室１１が１個のみ図示され、また冷却室１０は図示省略されている。
【００１０】
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００１１】
▲２▼基板２を基板アライメント装置６上へ搬送する。
【００１２】
▲３▼基板アライメント装置６にて基板２のアライメント（位置合わせ）処理を実行する。
【００１３】
▲４▼基板２を基板アライメント装置６からロードロック室７へ搬送する。（ただし、▲４▼の開始前にロードロック室７は大気圧になっている。）
▲５▼ロードロック室７の圧力を真空搬送室８と同じ圧力に変更する。
【００１４】
▲６▼基板２をロードロック室７から真空搬送室８へ搬送する。
【００１５】
《真空搬送室８からカセット３０までの基板２の搬送》
また、基板２を真空搬送室８からロードポート３上のカセット３０まで搬送する手順について、図１２（ｂ）を用いて説明する。
【００１６】
▲１▼ロードロック室７の圧力を真空搬送室８と同じ圧力に変更する。
【００１７】
▲２▼基板２を真空搬送室８からロードロック室７へ搬送する。
【００１８】
▲３▼基板２を冷却する。
【００１９】
▲４▼ロードロック室７の圧力を大気圧に変更する。
【００２０】
▲５▼基板２をロードロック室７からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００２１】
▲６▼基板２をカセット３０へ搬送する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（ａ）に示したカセット３０から真空搬送室８までの搬送手順において、▲１▼から▲６▼の並列処理はできないため、処理時間は、〈式１〉のようになる。
【００２３】
カセットから真空搬送室までの処理時間＝▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＋▲５▼＋▲６▼ …〈式１〉
〈式１〉より、基板２の搬送時間、アライメント処理時間、圧力変更時間の各制御時間の短縮によってのみ、合計時間の短縮ができるが、各々限界があり、搬送処理時間の大幅な縮小は困難である。
【００２４】
また、反応室１１を１台備えた基板処理装置の横幅（フットプリント）は、〈式２〉のようになる。
【００２５】
反応室１台基板処理装置の横幅＝｛ＭＡＸ（ローダ室の幅、真空搬送室の幅、反応室の幅）｝ …〈式２〉
従来の反応室１１を１台備えた基板処理装置１００では、ローダ室４内に基板アライメント装置６があるため、〈式２〉より、ロードロック室７から反応室１１までの基板処理装置１００の横幅よりもローダ室４の横幅が大きくなり、ローダ室４の横幅が基板処理装置１００全体の横幅となる。真空搬送室８、反応室１１を小型化しても、ローダ室４の横幅分の設置幅が必要である。
【００２６】
本発明の目的は、基板の搬送処理時間を短縮でき、基板処理装置のフットプリントを低減できる基板処理装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、異なる雰囲気間で基板の授受を行う予備室を具備する基板処理装置において、前記予備室内に、上下少なくとも２段以上の基板支持部と、前記予備室内で前記基板の位置合わせを行う基板位置合わせ手段とを設けたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の基板処理装置では、予備室内に、上下少なくとも２段以上の基板載置台と、基板位置合わせ手段とを設けたことにより、基板の搬送処理時間を短縮でき、基板処理装置のフットプリントを低減することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
図３は本発明の実施の形態の基板処理装置の一部切断上面図、図４は図３の矢印Ｂ方向から見た該基板処理装置の一部切断側面図である。
【００３１】
１は基板処理装置である。なお、ロードロック室７とローダ室４以外の構成は、図９、図１０に示した従来の基板処理装置１００とほぼ同様であり、個々の説明は省略する。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態の基板処理装置の概要を説明する図で、（ａ）はロードロック室７の断面側面図、（ｂ）はロードロック室７の断面上面図、（ｃ）〜（ｆ）はそれぞれロードロック室７におけるアライメント（位置決め）処理を示す断面側面図である。
【００３３】
アライメント処理とは、前述のように、ロードポート３からロードロック室７に搬入する前の基板２が一定方向になるように基板２を回転させ、位置を決める処理であり、基板面方向の位置修正も含む。しかし、基板面方向の位置修正手順や位置修正手段についての詳細な説明および図示は省略する。
【００３４】
本実施の形態は、異なる雰囲気間で基板２の授受を行う予備室、すなわち、ロードロック室７を具備する基板処理装置１において、ロードロック室７内に、図２（ａ）に示すように、上下少なくとも２段以上（図では３段）の基板支持部２００ａ、２００ｂ、２００ｃと、ロードロック室７内で基板２の位置合わせを行う基板位置合わせ手段、すなわち、基板アライメント装置６とを設けたことを特徴とする。
【００３５】
図２（ｂ）において、２０１は基板２の位置決め用のノッチである。オリエンテーションフラットの場合もある。１２０、１３０はそれぞれゲート１２、１３のゲート弁である。
【００３６】
図２（ｃ）〜（ｆ）を用いてアライメント処理について簡単に説明する。図２（ｃ）は３枚の基板２がローダ５によりロードロック室７内に搬送された後のアライメント処理開始前を示す。まず、図２（ｄ）に示すように、基板アライメント装置６が上昇し、基板２を基板支持部２００ａから浮かせる。その後、図２（ｅ）に示すように、基板アライメント装置６が回転し、アライメント処理を実行する。最後に、アライメント処理が終了すると、図２（ｆ）に示すように、基板アライメント装置６が下降し、アライメント処理された基板２が基板支持部２００ａ上に載置される。この後、図２（ｂ）のゲート１２のゲート弁１２０が開いて、基板２は真空搬送室８内の真空ロボット９により反応室１１へ搬送される。
【００３７】
このようにして、まず、１番下の基板支持部２００ａ上の基板２のアライメント処理を行い、その基板２を反応室１１へ搬送した後、同様に２段目（真中）の基板支持部２００ｂ上の基板２のアライメント処理を行う。２段目の基板２を反応室１１へ搬送した後、同様に１番上の基板支持部２００ｃ上の基板２のアライメント処理を行い、反応室１１へ搬送する。
【００３８】
すなわち、上方の基板支持部２００ｂ、２００ｃ上に載置した基板２のアライメント処理は、下方の基板支持部２００ａ、２００ｂ上に基板２が存在しないときに実行し、それぞれアライメント処理と反応室１１への搬送を基板２の枚数だけ繰り返す。
【００３９】
詳細な基板２の流れについては後で図５を用いて説明する。
【００４０】
図１（ａ）は、図２（ａ）、（ｂ）に概要を示したロードロック室７の詳細断面上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ａ方向から見たロードロック室７の詳細断面側面図である。なお、図１と図２とは厳密には対応していない点もある。例えば、図２では基板支持部２００ａ〜ｃが３段の場合を示したが、図１では２段の場合を示している。また、基板載置部１４の形状も異なる。
【００４１】
１４は基板アライメント装置６の基板載置部、１６は基板２を回転させる基板回転用真空モータ、１７は基板２に冷却ガス（図６（ｈ）の２６）を流す冷却ガス導入口、１８は排気口、１９は基板２を上下動させる上下動用モータ、２０はボールねじ、２１はガイド、２２はベローズ、２３は基板位置検出手段（図２（ｂ）に示したノッチ２０１の位置検出手段）、２４はレーザやＬＥＤ等を用いた基板位置検出手段２３の投光部、２５はＣＣＤカメラ等を用いた基板位置検出手段２３の受光部、２０２は投光部２４と受光部２５はセンサ光を透過させるために基板支持部２００ａ、２００ｂに設けた切欠きである。投光部２４と受光部２５は、基板支持部２００ａ、２００ｂの各段にそれぞれ１組ずつ設けられている。
【００４２】
基板アライメント装置６は、基板載置部１４、基板回転用真空モータ１６、投光部２４および受光部２５を有する基板位置検出手段２３、基板面方向の位置修正手段（図示省略）等から構成される。図の基板載置部１４の状態は、基板２のアライメント処理を行う状態を示す。
【００４３】
基板アライメント装置６の円盤状の基板載置部１４は、処理後の高温の基板の冷却手段を兼ねており、熱吸熱率の高い赤外線をよく吸収するアルミニウムやステンレス等の金属、あるいはＤＣＬ（ダイヤモンドライクカバー）、あるいはグラファイトからなる板等で構成されている。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｆ）および図６（ｇ）〜（ｊ）は、本実施の形態の基板処理装置１のロードロック室７における基板２の搬送（投入および払い出し）の動作を示す図である。図５、図６においても、基板支持部２００が２段の場合を示す。
【００４５】
以下、図５（ａ）〜図６（ｊ）を用いて、本実施の形態の基板処理装置１のロードロック室７での基板２の投入、払い出しの動作について説明する。
【００４６】
まず、ロードポート３（図３参照）からローダ５によって取り出された基板２は、大気圧状態のロードロック室７（図１参照）に搬送される。つまり、図５（ａ）に示すように、ローダ５によって、基板２がゲート１２を介してロードロック室７内の２段の基板支持部２００ａ、２００ｂ上にそれぞれ搬送され（図５（ａ）では１枚目の基板２を搬送する状態を示す）、２枚の基板２がロードロック室７内に投入される。なお、ロードポート３からロードロック室７への基板２の搬送の順番は、下段からでも上段からでも良い（図５（ａ）では下段から搬送する場合を示す）。基板２を載置保持していたローダ５のアーム５１は、図５（ｂ）に示すように少し下方に下がって、基板２を基板支持部２００ａ（あるいは２００ｂ）上に載置する。図５（ｃ）は２枚の基板２が基板支持部２００ａ、２００ｂ上に搬送され、載置された状態を示す。図５（ｄ）は図５（ｃ）の状態を図３の矢印Ｃ方向から見た断面側面図である。
【００４７】
次に、図５（ｅ）に示すように、排気口１８からロードロック室７内の排気を行い、ロードロック室７内の真空置換と同時に、図２（ｃ）〜（ｆ）を用いて説明したように基板載置部１４が基板アライメント装置６の上下動用モータ１９（図１（ｂ））により図５（ｅ）に示す位置まで上昇することにより、基板２を基板載置部１４上に載置した後、基板回転用真空モータ１６および基板位置検出手段２３等を用いて基板２のアライメント処理を行う。
【００４８】
基板２のアライメント処理が終了すると、基板載置部１４は上下動用モータ１９により図５（ｆ）に示す元の位置まで下降し、ロードロック室７内が真空状態になったところで、図５（ｆ）に示すように、真空ロボット９により、基板２がロードロック室７からゲート１３を介して同一処理を行う別の反応室１１（図３参照）（あるいは１個の反応室１１内で、複数枚の基板２が処理可能な場合は同一の１個の反応室１１）へそれぞれ搬送される。
【００４９】
上段の基板２についても、下段の基板２と同様に図５（ｅ）、（ｆ）に示したようにアライメント処理および真空ロボット９により反応室１１への搬送を行う（図示省略）。なお、ロードロック室７から反応室１１への基板２の搬送の順番は、下段から行う。
【００５０】
反応室１１で処理された基板２は、図６（ｇ）に示すように、真空ロボット９により、反応室１１（処理後の基板を冷却室１０で冷却する場合は、冷却室１０）からゲート１３を介してロードロック室７へ搬送される。基板２を載置保持していた真空ロボット９のアーム９１は、少し下方に下がって、基板２を基板支持部２００ａ、２００ｂ上に載置する（図示省略。図５（ｂ）参照）。このようにして反応室１１で処理された２枚の基板２を順次基板支持部２００ａ、２００ｂ上に載置する。なお、反応室１１からロードロック室７への基板２の搬送の順番は、上段からでも下段からでも良い。
【００５１】
処理後の高温の基板２を冷却するため、図６（ｈ）に示すように、例えば窒素（Ｎ２）等の冷却ガス２６を冷却ガス導入口１７から導入し、大気圧になったら、排気口１８から排気する。このように、大気圧復帰工程と同時に、冷却ガス２６により２枚の基板２の表面の熱を吸収、排気する。
【００５２】
基板２の冷却処理終了後、図６（ｉ）に示すように、上下動用モータ１９（図１（ｂ））により前述のように冷却用手段を兼ねた熱吸収率の高い部材からなる基板載置部１４が上昇し、基板２を基板載置部１４の表面に接触させて、冷却する。このとき、基板２の位置は、基板アライメント装置６によって自由に変更できるので、基板２のアライメント情報を元に基板２は基板投入時の元の位置に戻してもよいし、必要がなければそのままの位置でもよい。最後に、図６（ｊ）に示すように、基板２をローダ５によりゲート１２を介して、大気圧状態のロードロック室７からロードポート３へ基板２を払い出す。もう１枚の基板２についても、基板載置部１４の表面に接触させて、冷却した後、ローダ５によりゲート１２を介して、ロードポート３へ払い出す。なお、ロードロック室７からロードポート３への基板２の搬送の順番は、下段から行う。
【００５３】
前述のように、基板２を反応室１１からロードロック室７に移動した時点では、反応室１１での処理により基板２は高温である。図６（ｉ）にも示したように、基板アライメント装置６の上部に位置する回転する基板冷却手段を兼ねた基板載置部１４を上昇し、基板２の裏面に接触させることにより基板冷却時間を短縮することが可能である。また、このようにロードロック室７内で基板２を冷却する手段を設けたので、図３に示した別室の冷却室１０を設けなくてもよく、反応室１１の取り付け可能数を増加できる。
図７（ａ）〜（ｃ）はこの様子を示す図である。
【００５４】
（ａ）は基板載置部１４の上昇前の状態、（ｂ）は基板載置部１４を上昇し、基板２の裏面に接触させ、基板２を冷却する状態、（ｃ）は基板２の冷却が完了し、基板載置部１４が降下した状態を示す。
【００５５】
図８は、本発明の基板処理装置１におけるカセット３０から真空搬送室８までの基板２の搬送の流れを示す図である。
【００５６】
本図では、反応室１１を１個のみ設置し、冷却室１０を設置しない場合を示している。
【００５７】
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００５８】
▲２▼基板２をロードロック室７へ搬送する。（ただし、▲２▼の開始前にロードロック室７は大気圧になっている。）
▲３▼ロードロック室７内の基板アライメント装置６にて基板２のアライメント処理を実行する。
【００５９】
▲４▼ロードロック室７の圧力を真空搬送室８と同じ圧力に変更する。
（▲３▼、▲４▼は並列に処理する。）
▲５▼基板２をロードロック室７から真空搬送室８へ搬送する。
【００６０】
本発明では、
カセットから真空搬送室までの処理時間＝▲１▼＋▲２▼＋（▲３▼または▲４▼の大きい方）＋▲５▼ …〈式３〉
このように、本発明では、従来、ローダ室４に内蔵されていた基板アライメント装置６を、ロードロック室７に設置することにより、カセット３０から真空搬送室８までの基板２の搬送時間を短縮することができ、生産効率（スループット）を向上することができる。
【００６１】
上記▲４▼のように、基板２をロードロック室７から真空搬送室８へ移動する前に、ロードロック室７内の圧力を大気圧から真空搬送室８の圧力へ変更する際、排気口１８から真空に吸気しつつ、Ｎ２ガスなどを用いて通気する。このとき、同時に、アライメント処理のために、基板載置部１４により基板２が回転することにより、基板２表面に付着している塵を除去できる効果がある。なお、この際、塵除去の目的で基板載置部１４により基板２を意図的に回転させるようにしてもよい。
【００６２】
図９は本発明の基板処理装置１における横幅の縮小効果を示す図である。
【００６３】
Ｗ１は従来の基板処理装置の横幅、Ｗ２は本発明を適用した場合の基板処理装置の横幅を示す。
【００６４】
本発明では、従来、ローダ室４に内蔵されていた基板アライメント装置６を、ロードロック室７に設置するので、図９のＷ１とＷ２とを比較すれば明らかなように基板処理装置１の横幅（フットプリント）縮小することができる。
【００６５】
また、本発明では、ロードロック室７内に基板２のアライメント処理を行う多段の基板支持部２００ａ〜２００ｃを備えているので、同一処理を行う複数の反応室１１を有するマルチチャンバタイプ、あるいは１個の反応室１１内に複数枚の基板２が処理可能な基板処理装置１においては、基板２を１枚ずつロードロック室７内で大気圧雰囲気と真空雰囲気を交互に繰り返すのではなく、複数枚まとめて行うことにより、生産効率を向上させることができる。
【００６６】
すなわち、長時間大気にさらすことができず、大気以外の雰囲気もしくは大気圧以外の特定圧力の中に保持する必要がある基板２に対し、１つのカセット３０内の基板枚数、例えば２５枚以上の多段構成の場合、ロードロック室７に上から順に基板２を充填していくと、従来の基板アライメント装置６を備えた基板処理装置１００に比較して、本発明の基板処理装置１は、スループットは向上しつつ、大気以外に基板２を保持することが可能である。
【００６７】
図１２（ａ）を参照して、従来のカセット３０内の２５段構成のカセット３０に対応する基板アライメント装置６を備えた基板処理装置１００において、カセット３０からロードロック室７までの基板２の搬送手順は、既述のように、
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００６８】
▲２▼基板２を基板アライメント装置６上へ搬送する。
【００６９】
▲３▼基板アライメント装置６にて基板２のアライメント処理を実行する。
【００７０】
▲４▼基板２を基板アライメント装置６からロードロック室７へ搬送する。
【００７１】
図８を参照して、本発明のカセット３０内の２５段構成のカセット３０に対応する基板アライメント装置６を備えた基板処理装置１００において、カセット３０からロードロック室７までの基板２の搬送手順は、既述のように、
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００７２】
▲２▼基板２をロードロック室７へ搬送する。
【００７３】
▲３▼ロードロック室７内の基板アライメント装置６にて基板２のアライメント処理を実行する。
【００７４】
従来の基板処理装置１００において、カセットからロードロック室へ基板２５枚を搬送する処理時間＝（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼）×２５ …〈式４〉
本発明の基板処理装置１において、カセットからロードロック室へ基板２５枚を搬送する処理時間＝ＭＡＸ｛（▲１▼＋▲２▼）、▲３▼）｝×２５ …〈式５〉
よって、〈式５〉において、（▲１▼＋▲２▼）＜▲３▼である場合、〈式５〉が〈式４〉より短縮できる処理時間＝「〈式５〉の（▲１▼＋▲２▼）×２５」となる。
【００７５】
また、〈式５〉において、（▲１▼＋▲２▼）＞▲３▼である場合、〈式５〉が〈式４〉より短縮できる処理時間＝「〈式５〉の（▲３▼＋▲４▼）×２５」となる。
【００７６】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の基板処理装置によれば、基板の搬送処理時間を短縮でき、基板処理装置のフットプリントを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態の基板処理装置のロードロック室の断面上面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見たロードロック室の断面側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態の基板処理装置の概要を説明する図で、（ａ）はロードロック室の断面側面図、（ｂ）はロードロック室の断面上面図、（ｃ）〜（ｆ）はそれぞれロードロック室におけるアライメント処理を示す断面側面図である。
【図３】本実施の形態の基板処理装置の一部切断上面図である。
【図４】図３の矢印Ｂ方向から見た基板処理装置の一部切断側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本実施の形態の基板処理装置のロードロック室での基板の投入、払い出しの動作を示す図である。
【図６】（ｇ）〜（ｊ）は本実施の形態の基板処理装置のロードロック室での基板の投入、払い出しの動作を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は基板冷却手段を兼ねた基板載置部により基板を冷却する様子を示す図である。
【図８】本発明の基板処理装置におけるカセットから真空搬送室までの基板の搬送の流れを示す図である。
【図９】本発明の基板処理装置における横幅の縮小効果を示す図である。
【図１０】従来の基板処理装置の一部切断上面図である。
【図１１】図１０の矢印Ｄ方向から見た従来の基板処理装置の一部切断側面図である。
【図１２】（ａ）は従来の基板処理装置におけるカセットから真空搬送室までの基板の搬送の流れを示す図、（ｂ）は従来の基板処理装置における真空搬送室からカセットまでの基板の搬送の流れを示す図である。
【符号の説明】
１、１００…基板処理装置
２…基板
３…ロードポート
４…ローダ室
５…ローダ
６…基板アライメント装置
７…ロードロック室
８…真空搬送室
９…真空ロボット
１０…冷却室
１１…反応室
１２、１３…ゲート
１４…基板載置部
１６…基板回転用真空モータ
１７…冷却ガス導入口
１８…排気口
１９…上下動用モータ
２０…ボールねじ
２１…ガイド
２２…ベローズ
２３…基板位置検出手段
２４…投光部
２５…受光部
２６…冷却ガス
３０…カセット
５１…ローダのアーム
９１…真空ロボットのアーム
１２０、１３０…ゲート弁
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ…基板支持部
２０１…ノッチ
２０２…切欠き
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の基板の処理を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の基板処理装置の一部切断上面図、図１１は図１０の矢印Ｄ方向から見た該基板処理装置の一部切断側面図である。本基板処理装置は、基板を１枚または２枚ずつ処理する枚葉式である。
【０００３】
１００は基板処理装置、２は半導体ウェハ等の基板、３０は基板２をまとめて複数枚収納するための蓋付きで密閉可能なカセット（ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ））、３はカセット３０を載置するロードポート、４はローダ室（大気搬送室）、５はローダ（大気ロボット）、５１はローダ５のアーム、６は基板アライメント装置（基板位置決め装置）、７はロードロック室（予備室）、８は真空搬送室、９は真空ロボット、９１は真空ロボット９のアーム、１０は冷却室、１１は基板２を処理する反応室、１２、１３はゲートである。
【０００４】
基板アライメント装置６は、ロードポート３からロードロック室７に搬入する前の基板２が一定方向になるように基板２を回転させ、位置を決める。
【０００５】
ローダ５は、基板２をカセット３０からロードロック室７へ搬送する。
【０００６】
ロードロック室７は、基板２を真空搬送室８へ搬入出するために排気制御される。
【０００７】
真空搬送室８は、基板２を反応室１１へ搬送する。
【０００８】
従来の基板処理装置１００では、基板アライメント装置６が、図１０に示すように、ローダ室４内に１個設けられていた。
【０００９】
《カセット３０から真空搬送室８までの基板２の搬送》
基板２をロードポート３上に載置されたカセット３０から真空搬送室８まで搬送する手順について、図１２（ａ）を用いて説明する。ただし、図１２（ａ）（図１２（ｂ）も）には、反応室１１が１個のみ図示され、また冷却室１０は図示省略されている。
【００１０】
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００１１】
▲２▼基板２を基板アライメント装置６上へ搬送する。
【００１２】
▲３▼基板アライメント装置６にて基板２のアライメント（位置合わせ）処理を実行する。
【００１３】
▲４▼基板２を基板アライメント装置６からロードロック室７へ搬送する。（ただし、▲４▼の開始前にロードロック室７は大気圧になっている。）
▲５▼ロードロック室７の圧力を真空搬送室８と同じ圧力に変更する。
【００１４】
▲６▼基板２をロードロック室７から真空搬送室８へ搬送する。
【００１５】
《真空搬送室８からカセット３０までの基板２の搬送》
また、基板２を真空搬送室８からロードポート３上のカセット３０まで搬送する手順について、図１２（ｂ）を用いて説明する。
【００１６】
▲１▼ロードロック室７の圧力を真空搬送室８と同じ圧力に変更する。
【００１７】
▲２▼基板２を真空搬送室８からロードロック室７へ搬送する。
【００１８】
▲３▼基板２を冷却する。
【００１９】
▲４▼ロードロック室７の圧力を大気圧に変更する。
【００２０】
▲５▼基板２をロードロック室７からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００２１】
▲６▼基板２をカセット３０へ搬送する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（ａ）に示したカセット３０から真空搬送室８までの搬送手順において、▲１▼から▲６▼の並列処理はできないため、処理時間は、〈式１〉のようになる。
【００２３】
カセットから真空搬送室までの処理時間＝▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＋▲５▼＋▲６▼ …〈式１〉
〈式１〉より、基板２の搬送時間、アライメント処理時間、圧力変更時間の各制御時間の短縮によってのみ、合計時間の短縮ができるが、各々限界があり、搬送処理時間の大幅な縮小は困難である。
【００２４】
また、反応室１１を１台備えた基板処理装置の横幅（フットプリント）は、〈式２〉のようになる。
【００２５】
反応室１台基板処理装置の横幅＝｛ＭＡＸ（ローダ室の幅、真空搬送室の幅、反応室の幅）｝ …〈式２〉
従来の反応室１１を１台備えた基板処理装置１００では、ローダ室４内に基板アライメント装置６があるため、〈式２〉より、ロードロック室７から反応室１１までの基板処理装置１００の横幅よりもローダ室４の横幅が大きくなり、ローダ室４の横幅が基板処理装置１００全体の横幅となる。真空搬送室８、反応室１１を小型化しても、ローダ室４の横幅分の設置幅が必要である。
【００２６】
本発明の目的は、基板の搬送処理時間を短縮でき、基板処理装置のフットプリントを低減できる基板処理装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、異なる雰囲気間で基板の授受を行う予備室を具備する基板処理装置において、前記予備室内に、上下少なくとも２段以上の基板支持部と、前記予備室内で前記基板の位置合わせを行う基板位置合わせ手段とを設けたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の基板処理装置では、予備室内に、上下少なくとも２段以上の基板載置台と、基板位置合わせ手段とを設けたことにより、基板の搬送処理時間を短縮でき、基板処理装置のフットプリントを低減することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
図３は本発明の実施の形態の基板処理装置の一部切断上面図、図４は図３の矢印Ｂ方向から見た該基板処理装置の一部切断側面図である。
【００３１】
１は基板処理装置である。なお、ロードロック室７とローダ室４以外の構成は、図９、図１０に示した従来の基板処理装置１００とほぼ同様であり、個々の説明は省略する。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態の基板処理装置の概要を説明する図で、（ａ）はロードロック室７の断面側面図、（ｂ）はロードロック室７の断面上面図、（ｃ）〜（ｆ）はそれぞれロードロック室７におけるアライメント（位置決め）処理を示す断面側面図である。
【００３３】
アライメント処理とは、前述のように、ロードポート３からロードロック室７に搬入する前の基板２が一定方向になるように基板２を回転させ、位置を決める処理であり、基板面方向の位置修正も含む。しかし、基板面方向の位置修正手順や位置修正手段についての詳細な説明および図示は省略する。
【００３４】
本実施の形態は、異なる雰囲気間で基板２の授受を行う予備室、すなわち、ロードロック室７を具備する基板処理装置１において、ロードロック室７内に、図２（ａ）に示すように、上下少なくとも２段以上（図では３段）の基板支持部２００ａ、２００ｂ、２００ｃと、ロードロック室７内で基板２の位置合わせを行う基板位置合わせ手段、すなわち、基板アライメント装置６とを設けたことを特徴とする。
【００３５】
図２（ｂ）において、２０１は基板２の位置決め用のノッチである。オリエンテーションフラットの場合もある。１２０、１３０はそれぞれゲート１２、１３のゲート弁である。
【００３６】
図２（ｃ）〜（ｆ）を用いてアライメント処理について簡単に説明する。図２（ｃ）は３枚の基板２がローダ５によりロードロック室７内に搬送された後のアライメント処理開始前を示す。まず、図２（ｄ）に示すように、基板アライメント装置６が上昇し、基板２を基板支持部２００ａから浮かせる。その後、図２（ｅ）に示すように、基板アライメント装置６が回転し、アライメント処理を実行する。最後に、アライメント処理が終了すると、図２（ｆ）に示すように、基板アライメント装置６が下降し、アライメント処理された基板２が基板支持部２００ａ上に載置される。この後、図２（ｂ）のゲート１２のゲート弁１２０が開いて、基板２は真空搬送室８内の真空ロボット９により反応室１１へ搬送される。
【００３７】
このようにして、まず、１番下の基板支持部２００ａ上の基板２のアライメント処理を行い、その基板２を反応室１１へ搬送した後、同様に２段目（真中）の基板支持部２００ｂ上の基板２のアライメント処理を行う。２段目の基板２を反応室１１へ搬送した後、同様に１番上の基板支持部２００ｃ上の基板２のアライメント処理を行い、反応室１１へ搬送する。
【００３８】
すなわち、上方の基板支持部２００ｂ、２００ｃ上に載置した基板２のアライメント処理は、下方の基板支持部２００ａ、２００ｂ上に基板２が存在しないときに実行し、それぞれアライメント処理と反応室１１への搬送を基板２の枚数だけ繰り返す。
【００３９】
詳細な基板２の流れについては後で図５を用いて説明する。
【００４０】
図１（ａ）は、図２（ａ）、（ｂ）に概要を示したロードロック室７の詳細断面上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ａ方向から見たロードロック室７の詳細断面側面図である。なお、図１と図２とは厳密には対応していない点もある。例えば、図２では基板支持部２００ａ〜ｃが３段の場合を示したが、図１では２段の場合を示している。また、基板載置部１４の形状も異なる。
【００４１】
１４は基板アライメント装置６の基板載置部、１６は基板２を回転させる基板回転用真空モータ、１７は基板２に冷却ガス（図６（ｈ）の２６）を流す冷却ガス導入口、１８は排気口、１９は基板２を上下動させる上下動用モータ、２０はボールねじ、２１はガイド、２２はベローズ、２３は基板位置検出手段（図２（ｂ）に示したノッチ２０１の位置検出手段）、２４はレーザやＬＥＤ等を用いた基板位置検出手段２３の投光部、２５はＣＣＤカメラ等を用いた基板位置検出手段２３の受光部、２０２は投光部２４と受光部２５はセンサ光を透過させるために基板支持部２００ａ、２００ｂに設けた切欠きである。投光部２４と受光部２５は、基板支持部２００ａ、２００ｂの各段にそれぞれ１組ずつ設けられている。
【００４２】
基板アライメント装置６は、基板載置部１４、基板回転用真空モータ１６、投光部２４および受光部２５を有する基板位置検出手段２３、基板面方向の位置修正手段（図示省略）等から構成される。図の基板載置部１４の状態は、基板２のアライメント処理を行う状態を示す。
【００４３】
基板アライメント装置６の円盤状の基板載置部１４は、処理後の高温の基板の冷却手段を兼ねており、熱吸熱率の高い赤外線をよく吸収するアルミニウムやステンレス等の金属、あるいはＤＣＬ（ダイヤモンドライクカバー）、あるいはグラファイトからなる板等で構成されている。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｆ）および図６（ｇ）〜（ｊ）は、本実施の形態の基板処理装置１のロードロック室７における基板２の搬送（投入および払い出し）の動作を示す図である。図５、図６においても、基板支持部２００が２段の場合を示す。
【００４５】
以下、図５（ａ）〜図６（ｊ）を用いて、本実施の形態の基板処理装置１のロードロック室７での基板２の投入、払い出しの動作について説明する。
【００４６】
まず、ロードポート３（図３参照）からローダ５によって取り出された基板２は、大気圧状態のロードロック室７（図１参照）に搬送される。つまり、図５（ａ）に示すように、ローダ５によって、基板２がゲート１２を介してロードロック室７内の２段の基板支持部２００ａ、２００ｂ上にそれぞれ搬送され（図５（ａ）では１枚目の基板２を搬送する状態を示す）、２枚の基板２がロードロック室７内に投入される。なお、ロードポート３からロードロック室７への基板２の搬送の順番は、下段からでも上段からでも良い（図５（ａ）では下段から搬送する場合を示す）。基板２を載置保持していたローダ５のアーム５１は、図５（ｂ）に示すように少し下方に下がって、基板２を基板支持部２００ａ（あるいは２００ｂ）上に載置する。図５（ｃ）は２枚の基板２が基板支持部２００ａ、２００ｂ上に搬送され、載置された状態を示す。図５（ｄ）は図５（ｃ）の状態を図３の矢印Ｃ方向から見た断面側面図である。
【００４７】
次に、図５（ｅ）に示すように、排気口１８からロードロック室７内の排気を行い、ロードロック室７内の真空置換と同時に、図２（ｃ）〜（ｆ）を用いて説明したように基板載置部１４が基板アライメント装置６の上下動用モータ１９（図１（ｂ））により図５（ｅ）に示す位置まで上昇することにより、基板２を基板載置部１４上に載置した後、基板回転用真空モータ１６および基板位置検出手段２３等を用いて基板２のアライメント処理を行う。
【００４８】
基板２のアライメント処理が終了すると、基板載置部１４は上下動用モータ１９により図５（ｆ）に示す元の位置まで下降し、ロードロック室７内が真空状態になったところで、図５（ｆ）に示すように、真空ロボット９により、基板２がロードロック室７からゲート１３を介して同一処理を行う別の反応室１１（図３参照）（あるいは１個の反応室１１内で、複数枚の基板２が処理可能な場合は同一の１個の反応室１１）へそれぞれ搬送される。
【００４９】
上段の基板２についても、下段の基板２と同様に図５（ｅ）、（ｆ）に示したようにアライメント処理および真空ロボット９により反応室１１への搬送を行う（図示省略）。なお、ロードロック室７から反応室１１への基板２の搬送の順番は、下段から行う。
【００５０】
反応室１１で処理された基板２は、図６（ｇ）に示すように、真空ロボット９により、反応室１１（処理後の基板を冷却室１０で冷却する場合は、冷却室１０）からゲート１３を介してロードロック室７へ搬送される。基板２を載置保持していた真空ロボット９のアーム９１は、少し下方に下がって、基板２を基板支持部２００ａ、２００ｂ上に載置する（図示省略。図５（ｂ）参照）。このようにして反応室１１で処理された２枚の基板２を順次基板支持部２００ａ、２００ｂ上に載置する。なお、反応室１１からロードロック室７への基板２の搬送の順番は、上段からでも下段からでも良い。
【００５１】
処理後の高温の基板２を冷却するため、図６（ｈ）に示すように、例えば窒素（Ｎ２）等の冷却ガス２６を冷却ガス導入口１７から導入し、大気圧になったら、排気口１８から排気する。このように、大気圧復帰工程と同時に、冷却ガス２６により２枚の基板２の表面の熱を吸収、排気する。
【００５２】
基板２の冷却処理終了後、図６（ｉ）に示すように、上下動用モータ１９（図１（ｂ））により前述のように冷却用手段を兼ねた熱吸収率の高い部材からなる基板載置部１４が上昇し、基板２を基板載置部１４の表面に接触させて、冷却する。このとき、基板２の位置は、基板アライメント装置６によって自由に変更できるので、基板２のアライメント情報を元に基板２は基板投入時の元の位置に戻してもよいし、必要がなければそのままの位置でもよい。最後に、図６（ｊ）に示すように、基板２をローダ５によりゲート１２を介して、大気圧状態のロードロック室７からロードポート３へ基板２を払い出す。もう１枚の基板２についても、基板載置部１４の表面に接触させて、冷却した後、ローダ５によりゲート１２を介して、ロードポート３へ払い出す。なお、ロードロック室７からロードポート３への基板２の搬送の順番は、下段から行う。
【００５３】
前述のように、基板２を反応室１１からロードロック室７に移動した時点では、反応室１１での処理により基板２は高温である。図６（ｉ）にも示したように、基板アライメント装置６の上部に位置する回転する基板冷却手段を兼ねた基板載置部１４を上昇し、基板２の裏面に接触させることにより基板冷却時間を短縮することが可能である。また、このようにロードロック室７内で基板２を冷却する手段を設けたので、図３に示した別室の冷却室１０を設けなくてもよく、反応室１１の取り付け可能数を増加できる。
図７（ａ）〜（ｃ）はこの様子を示す図である。
【００５４】
（ａ）は基板載置部１４の上昇前の状態、（ｂ）は基板載置部１４を上昇し、基板２の裏面に接触させ、基板２を冷却する状態、（ｃ）は基板２の冷却が完了し、基板載置部１４が降下した状態を示す。
【００５５】
図８は、本発明の基板処理装置１におけるカセット３０から真空搬送室８までの基板２の搬送の流れを示す図である。
【００５６】
本図では、反応室１１を１個のみ設置し、冷却室１０を設置しない場合を示している。
【００５７】
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００５８】
▲２▼基板２をロードロック室７へ搬送する。（ただし、▲２▼の開始前にロードロック室７は大気圧になっている。）
▲３▼ロードロック室７内の基板アライメント装置６にて基板２のアライメント処理を実行する。
【００５９】
▲４▼ロードロック室７の圧力を真空搬送室８と同じ圧力に変更する。
（▲３▼、▲４▼は並列に処理する。）
▲５▼基板２をロードロック室７から真空搬送室８へ搬送する。
【００６０】
本発明では、
カセットから真空搬送室までの処理時間＝▲１▼＋▲２▼＋（▲３▼または▲４▼の大きい方）＋▲５▼ …〈式３〉
このように、本発明では、従来、ローダ室４に内蔵されていた基板アライメント装置６を、ロードロック室７に設置することにより、カセット３０から真空搬送室８までの基板２の搬送時間を短縮することができ、生産効率（スループット）を向上することができる。
【００６１】
上記▲４▼のように、基板２をロードロック室７から真空搬送室８へ移動する前に、ロードロック室７内の圧力を大気圧から真空搬送室８の圧力へ変更する際、排気口１８から真空に吸気しつつ、Ｎ２ガスなどを用いて通気する。このとき、同時に、アライメント処理のために、基板載置部１４により基板２が回転することにより、基板２表面に付着している塵を除去できる効果がある。なお、この際、塵除去の目的で基板載置部１４により基板２を意図的に回転させるようにしてもよい。
【００６２】
図９は本発明の基板処理装置１における横幅の縮小効果を示す図である。
【００６３】
Ｗ１は従来の基板処理装置の横幅、Ｗ２は本発明を適用した場合の基板処理装置の横幅を示す。
【００６４】
本発明では、従来、ローダ室４に内蔵されていた基板アライメント装置６を、ロードロック室７に設置するので、図９のＷ１とＷ２とを比較すれば明らかなように基板処理装置１の横幅（フットプリント）縮小することができる。
【００６５】
また、本発明では、ロードロック室７内に基板２のアライメント処理を行う多段の基板支持部２００ａ〜２００ｃを備えているので、同一処理を行う複数の反応室１１を有するマルチチャンバタイプ、あるいは１個の反応室１１内に複数枚の基板２が処理可能な基板処理装置１においては、基板２を１枚ずつロードロック室７内で大気圧雰囲気と真空雰囲気を交互に繰り返すのではなく、複数枚まとめて行うことにより、生産効率を向上させることができる。
【００６６】
すなわち、長時間大気にさらすことができず、大気以外の雰囲気もしくは大気圧以外の特定圧力の中に保持する必要がある基板２に対し、１つのカセット３０内の基板枚数、例えば２５枚以上の多段構成の場合、ロードロック室７に上から順に基板２を充填していくと、従来の基板アライメント装置６を備えた基板処理装置１００に比較して、本発明の基板処理装置１は、スループットは向上しつつ、大気以外に基板２を保持することが可能である。
【００６７】
図１２（ａ）を参照して、従来のカセット３０内の２５段構成のカセット３０に対応する基板アライメント装置６を備えた基板処理装置１００において、カセット３０からロードロック室７までの基板２の搬送手順は、既述のように、
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００６８】
▲２▼基板２を基板アライメント装置６上へ搬送する。
【００６９】
▲３▼基板アライメント装置６にて基板２のアライメント処理を実行する。
【００７０】
▲４▼基板２を基板アライメント装置６からロードロック室７へ搬送する。
【００７１】
図８を参照して、本発明のカセット３０内の２５段構成のカセット３０に対応する基板アライメント装置６を備えた基板処理装置１００において、カセット３０からロードロック室７までの基板２の搬送手順は、既述のように、
▲１▼基板２をカセット３０からローダ５のアーム５１上に搬送する。
【００７２】
▲２▼基板２をロードロック室７へ搬送する。
【００７３】
▲３▼ロードロック室７内の基板アライメント装置６にて基板２のアライメント処理を実行する。
【００７４】
従来の基板処理装置１００において、カセットからロードロック室へ基板２５枚を搬送する処理時間＝（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼）×２５ …〈式４〉
本発明の基板処理装置１において、カセットからロードロック室へ基板２５枚を搬送する処理時間＝ＭＡＸ｛（▲１▼＋▲２▼）、▲３▼）｝×２５ …〈式５〉
よって、〈式５〉において、（▲１▼＋▲２▼）＜▲３▼である場合、〈式５〉が〈式４〉より短縮できる処理時間＝「〈式５〉の（▲１▼＋▲２▼）×２５」となる。
【００７５】
また、〈式５〉において、（▲１▼＋▲２▼）＞▲３▼である場合、〈式５〉が〈式４〉より短縮できる処理時間＝「〈式５〉の（▲３▼＋▲４▼）×２５」となる。
【００７６】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の基板処理装置によれば、基板の搬送処理時間を短縮でき、基板処理装置のフットプリントを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態の基板処理装置のロードロック室の断面上面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見たロードロック室の断面側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態の基板処理装置の概要を説明する図で、（ａ）はロードロック室の断面側面図、（ｂ）はロードロック室の断面上面図、（ｃ）〜（ｆ）はそれぞれロードロック室におけるアライメント処理を示す断面側面図である。
【図３】本実施の形態の基板処理装置の一部切断上面図である。
【図４】図３の矢印Ｂ方向から見た基板処理装置の一部切断側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本実施の形態の基板処理装置のロードロック室での基板の投入、払い出しの動作を示す図である。
【図６】（ｇ）〜（ｊ）は本実施の形態の基板処理装置のロードロック室での基板の投入、払い出しの動作を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は基板冷却手段を兼ねた基板載置部により基板を冷却する様子を示す図である。
【図８】本発明の基板処理装置におけるカセットから真空搬送室までの基板の搬送の流れを示す図である。
【図９】本発明の基板処理装置における横幅の縮小効果を示す図である。
【図１０】従来の基板処理装置の一部切断上面図である。
【図１１】図１０の矢印Ｄ方向から見た従来の基板処理装置の一部切断側面図である。
【図１２】（ａ）は従来の基板処理装置におけるカセットから真空搬送室までの基板の搬送の流れを示す図、（ｂ）は従来の基板処理装置における真空搬送室からカセットまでの基板の搬送の流れを示す図である。
【符号の説明】
１、１００…基板処理装置
２…基板
３…ロードポート
４…ローダ室
５…ローダ
６…基板アライメント装置
７…ロードロック室
８…真空搬送室
９…真空ロボット
１０…冷却室
１１…反応室
１２、１３…ゲート
１４…基板載置部
１６…基板回転用真空モータ
１７…冷却ガス導入口
１８…排気口
１９…上下動用モータ
２０…ボールねじ
２１…ガイド
２２…ベローズ
２３…基板位置検出手段
２４…投光部
２５…受光部
２６…冷却ガス
３０…カセット
５１…ローダのアーム
９１…真空ロボットのアーム
１２０、１３０…ゲート弁
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ…基板支持部
２０１…ノッチ
２０２…切欠き
Claims (1)
- 異なる雰囲気間で基板の授受を行う予備室を具備する基板処理装置において、前記予備室内に、上下少なくとも２段以上の基板支持部と、前記予備室内で前記基板の位置合わせを行う基板位置合わせ手段とを設けたことを特徴とする基板処理装置。
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2002
- 2002-09-30 JP JP2002286630A patent/JP2004128022A/ja active Pending
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