JP2004311966A - ロードロックシステム及び露光処理システム並びにデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定のスループットを確保すると共に高品位な処理を実現すること
【解決手段】 ロードロックシステムは、基板を格納する格納ポート１０と外部の圧力より低い圧力に維持された処理空間内で該基板を処理するための処理室１との間に配置されるロードロック室３と、ロードロック室３内に除湿された環境を形成する除湿ユニット９７と、を備える。ロードロックシステムはまた、格納ポート１０及びロードロック室３の間に他の室９を備え、除湿ユニット９７は、他の室９を除湿する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体基板や液晶表示基板などの製造プロセスにおいて、半導体基板や液晶表示基板等の被処理基板を、供給部としてのポートから露光処理等を行う処理室へ搬送する際に、例えば、内部に除湿された環境が形成されるロードロックシステム及び露光処理システム並びにデバイスの製造方法に関する。

近年の電子機器の高性能化と普及に伴い、かかる電子機器に使用される半導体装置の高集積化、即ち、微細化を図りつつ、これを効率良く製造することが益々要求されている。例えば、シリコン基板に回路パターンを転写する半導体露光装置は、パターンの微細化のために、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ_２レーザー、ＳＲリングより放射される軟Ｘ線等へと露光光の短波長化が進んできている。

しかしながら、Ｆ_２レーザーや軟Ｘ線等の波長の短い露光光は大気中では減衰が激しいため、露光装置の露光部をチャンバに納め、チャンバ内を露光光の減衰の少ないＮ_２や減圧Ｈｅ雰囲気とすることが提案されている。また、電子ビーム露光装置などでは真空雰囲気とすることが行われている。ＣＶＤ装置等のプロセス装置では、大気と異なる処理ガスを用いる場合や基板上に有機物や水分等が付着することを防止する場合に、大気と異なるガスの雰囲気や真空雰囲気とすることが行われる。

従来の処理システムは、典型的には、半導体基板や液晶表示基板等の被処理基板を、供給部としてのポートと露光処理等を行う処理室との間で受け渡す際に、例えば大気圧と減圧環境との間で雰囲気を置換可能なロードロック室を備えている。ロードロック室はポートとの間と処理室との間にそれぞれゲートバルブを有する。ポートとロードロック室との間で被処理基板の受け渡しが行われる場合には、ロードロック室と処理室との間のゲートバルブは閉口され、ロードロック室に気体を供給するか又はロードロック室を大気開放して、ロードロック室内の圧力が大気圧に維持される。ロードロック室と処理室との間で被処理基板の受け渡しが行われる場合には、ロードロック室とポートとの間のゲートバルブを閉口して、ロードロック室を真空引きし、ロードロック室内の圧力が真空又は減圧環境に維持される。

一般に、気体は、その圧力が急激に下がると断熱膨張によってその温度が急激に低下する。従来の構成では、ロードロック室内を真空に排気する際、ロードロック室内で断熱膨張が起こり、ロードロック室内の気体が冷却される。ロードロック室内では断熱膨張以外に、ロードロック室壁から気体への熱の移動も起こっており、実際の気体の温度低下は排気に要する時間によって異なる。一般に、排気速度が速い方が温度低下も大きい。

このため、従来の処理システムでは所定のスループットを確保したまま被処理基板に対して高品位な処理を行うことができないという問題があった。即ち、ロードロック室での真空引きに要する時間は、ロードロック室を経由して処理室に供給される被処理基板の単位時間当たりの枚数、ひいては処理システムのスループットに影響を与えるため、ロードロック室の排気時間は短いほうが好ましい。特に、露光装置のような高速のスループットが要求される処理システムではかかる需要が高い。
特開２００１−１１８９０４号公報 特開平４−２７７０２５号公報 米国特許第５，９４３，２３０号明細書 特開２００３−０３１６３９号公報 特開２００３−０４５９４７号公報

しかしながら、排気時間を短くするとロードロック室内の気体の温度が急激に低下する。例えば、露光装置のようにスループット６０〜１００Ｗ／ｈ程度の高速の処理を行う処理システムでは、ロードロック室を複数設けたとしても一のロードロック室で各ウェハに対して数十秒の時間で排気を行うことが必要となる。排気時間の短縮のためにロードロック室の容積はなるべく小さく設計するほうが好ましく、例えば、３００ｍｍ径のウェハでは３〜１０リットルの容積に設計されるのが普通である。３〜１０リットルのロードロック室を数十秒で排気した場合は、断熱膨張による気体温度の低下は数十度に達する。本発明者の実験によれば８リットルのロードロックで室温２３℃の時に、大気圧から２０秒で１００Ｐａまで排気したときに−２５度まで温度が低下した。

ロードロック室内の気体の温度が急激に低下すると結露が発生し、気体中の微細なパーティクルやＳＯ_２等を核として水分が凝結する。この凝結の過程で周囲の空間に存在する微細なパーティクルを取り込み、大きなパーティクルと水分の凝集した物となる。排気による空気の流れによって舞い上がったパーティクルは、排気による圧力の低下に伴い凝集したまま基板上に落下してパーティクルが基板を汚染したり、かかる水分が被処理基板に付着して、吸着した水分を取り去るのに時間を要するため高いスループットを確保することができず、また、その表面に酸化膜が自然に成長したり汚染物質が溶け込んだりするため高品位な処理を行うことができないという問題を引き起こす。

そこで、本発明は、所定のスループットを確保すると共に高品位な処理を実現することができるロードロックシステム及び露光処理システム並びにデバイスの製造方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明の第１の側面は、ロードロックシステムに係り、基板を格納する格納ポートと、外部の圧力より低い圧力に維持された処理空間内で該基板を処理するための処理室と、の間に配置されるロードロック室と、前記ロードロック室内に除湿された環境を形成する除湿ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、露光処理システムに係り、基板を格納する格納ポートと、外部の圧力より低い圧力に維持された処理空間内で該基板に露光処理するための露光処理部と、前記格納ポート及び前記露光処理部の間に配置されるロードロック室と、前記ロードロック室内に除湿された環境を形成する除湿ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の側面は、デバイスの製造方法に係り、上記の露光処理システムを用いて、基板を露光する露光工程と、露光された前記基板を現像する現像工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、所定のスループットを確保すると共に高品位な処理を実現することができるロードロックシステム及び露光処理システム並びにデバイスの製造方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態に係るロードロックシステムについて説明する。ここで、図１は、本発明の好適な一実施形態のロードロックシステムの概略を示すブロック図である。図２は、ロードロックシステムのより詳細な構成を示すブロック図である。本実施形態のロードロックシステムは、被処理基体としてのウェハに露光処理を行うが、本発明は、ロードロックシステムの処理を露光に限定するものではない。但し、露光処理は、上述のように、高いスループットを要求するものであるから、本発明に好適である。

ロードロックシステムは、処理室１と、予備空間２と、ロードロック室３と、ゲートバルブ４及び５と、基板チャック６と、搬送部７及び８と、格納ポート１０とを有する。

処理室１は、不図示の被処理基板の露光処理部（又は処理ステーション）を内包する減圧Ｈｅ雰囲気に保たれている。もっとも、本発明によれば処理室１は一般に真空又は減圧環境に維持されていればよい。予備空間２は、処理室１内に設けられ、処理室１の露光処理部に被処理基板を供給及び排出するための搬送部８を備えている。

搬送部８の搬送ハンドは、基板と接触する面積が極力小さくなるように構成されている。例えば、被処理基板の下面を一乃至複数本のピンで支え、搬送に伴い被処理基板がハンド内でずれないように、被処理基板側面に爪あるいは壁状の部材を適当な隙間を空けて対向させる。かかる爪あるいは壁にもピン状の形状を設け、基板に接触する面積が小さくなるように構成してもよい。あるいは円錐状の３本以上のピンの、側面のスロープの部分が基板の側面に当接し、それ以外の部分は基板に接しないように構成してもよい。

ロードロック室３は、その内部を、大気開放や気体の供給により大気圧の雰囲気にしたり、真空ポンプ等により減圧又は真空環境の雰囲気にしたりする機能を有し、一又は複数枚の基板を収容可能なように構成された基板保持チャック６を備える。基板保持チャック６は、ウェハを保持する３本のピンを有する。

搬送部７及び８は枚葉式で基板を搬送するように構成され、ロードロック室３の内容積は排気時間を最小にするために最小限のサイズになっていることが望ましい。本実施形態では、ウェハは３００ｍｍφの径を有し、ゲートバルブ４及び５は開口高さ５０ミリメートルを有し、ロードロック室３は内容積８リットル＝４００ｍｍ×４００ｍｍ×５０ｍｍを有するものを例示的に示すが、本発明はこれらの大きさに限定されない。

ロードロック室３は、処理前の被処理基板を格納ポート１０から受け取り、これを処理室１に供給し、ロードロック室３には、大気中の格納ポート１０との間を遮断する大気側のゲートバルブ４と、予備室２との間を遮断する処理室１側のゲートバルブ５と、が接続されている。

図２に示すように、ロードロック室３には、ロードロック室３を排気する排気部１２、Ｈｅガスを供給するＨｅガス供給部１３、及び、Ｎ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給部１４（不図示）が設けられている。

また、ロードロック室３には、ロードロック室３の圧力を計測する圧力計３１が設けられる。圧力計３１は、更に、図示しない制御部が接続されている。かかる制御部は後述する制御部９７５が兼ねてもよい。かかる制御部は、圧力計３１の検出結果に基づいて、バルブ１３２及び１４２の開閉を制御する。また、かかる制御部は、バルブ１３２及び１４２の開閉に基づいて、ゲートバルブ４及び５の開閉を制御する。更に、ゲートバルブ４及び５の開閉を検知する図示しない検出部を設け、かかる制御部は、かかる検出部の検出結果に基づいて搬送部７及び８の動作を制御してもよい。

排気部１２は不図示の真空排気ポンプを備え、該ポンプとロードロック室３の間を接続する真空排気配管１２１と、排気を制御するバルブ１２２と、排気配管１２１を流れる気体の流量を計測する流量計１２３を備えている。

給気手段１３と１４は同様の構成を有し、不図示のガス供給部とロードロック室３を接続する供給配管１３１、１４１と給気の制御を行うバルブ１３２、１４２とを有する。バルブ１３２、１４２と処理室１との間には給気流量計１３４、１４４が設けられている。ガス供給部からバルブ１３２、１４２と給気流量計１３４、１４４を通過した給気ガスはフィルタ１３３、１４３を通過する際にパーティクルを取り除かれて、清浄化されてロードロック室３に供給される。

格納ポート１０は、一又は複数の被処理基板を収納して大気圧に維持される。本実施形態では、格納ポート１０は、基板供給部及び基板回収部、即ち、処理前及び処理後の基板の収納部として機能するが、処理前及び処理後のいずれか一方の収納部として機能してもよい。格納ポート１０は、基板キャリヤ載置部１０１を備え、キャリヤ載置部１０１には基板を納めたキャリヤ１０２が載置される。また、キャリヤ載置部１０１上のキャリヤ１０２とロードロック室３との間で基板を搬送するための搬送部７がミニエンバイロメント９内に配設されている。

搬送部７及び８は、回転及び並進運動可能で、被処理基板を支持可能なアームを有する。搬送部７及び８としては、クラスターツールで一般的に用いられる搬送ロボットなど当業界で周知のいかなる技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。

一般に、ロードロック室３を含むロードロックシステムはクリーンルームに設置される。ロードロック室３をクリーンルーム雰囲気に向けて開口しておくと、ロードロック室３内の気体と周囲のクリーンルームの気体は拡散により混じり合う。クリーンルームの気体は普通の大気に対して、パーティクルと湿度のコントロールがなされたものである。湿度は静電気の発生等の問題から５０％程度に設定されていることが多い。従って、ロードロック室３の大気開放の際の給気に乾燥したガスを用いたとしても、ロードロック室３をクリーンルームに向けて開口しておくと湿度が上昇してしまう。

例えば、容積６リットルのロードロック室を湿度０％の完全にドライなガスでパージした状態でロードロック室３をクリーンルームに開口すると、５秒ほどでロードロック室３内の平均の湿度は６％、１０秒で１０％程度に達し、その後もほぼ一定のペースで湿度が上昇する。ロードロック室３のウェハの搬出、搬入には合わせて１０〜３０秒の時間を要し、更に、搬送の待ち時間等も考慮するとロードロック室３内のガスの湿度はクリーンルームのそれと近い数値となってしまう。５０％の湿度を含む気体はおよそ１２℃まで温度が低下すると湿度１００％となり結露してしまう。

そこで、本実施形態は、クリーンルーム中に設置されている格納ポート１０、ロードロック室３及び搬送部７は、ミニエンバイロンメント９の内部空間に収納されている。ミニエンバイロメント９は、その内部空間をクリーンルームから隔絶し、内部空間を清浄に維持すると共に、その湿度を制御する湿度制御装置としても機能する。

ミニエンバイロメント９は、壁９１で覆われた機械室９２を有し、クリーンルームと隔絶されている。ミニエンバイロメント９は、ミニエンバイロメント９周囲の雰囲気の流入を防ぐために、周辺雰囲気より陽圧に保たれている。ミニエンバイロメント９の温度は処理室１内と同じ温度に設定されることが望ましく、本実施形態では２３℃に設定されている。ミニエンバイロメント９は、フィルタ９３と、エアボックス９４とを備えている。

図２に示すように、フィルタ９３はミニエンバイロメント９の上部に設けられている。本実施形態では、フィルタ９３は、ＵＬＰＡフィルタとケミカルフィルタの組み合わせから構成されうる。エアボックス９４は、フィルタ９３の上部に設けられる。

エアボックス９４には空気供給系から除湿された空気が供給される。エアボックス９４は、空気を加圧して、フィルタ９３に供給して清浄化する。フィルタ９３を介して吹き出された空気は、内部空間としての機械室９２に供給され、機械室９２内のユニットの周囲にダウンフローを形成する。

空気供給系は、ミニエンバイロメント９の機械室９２から空気を回収した後に、エアボックス９４に加圧供給する。空気供給系は、配管９５と、コンプレッサ９６と、除湿ユニット９７とを有する。配管９５は、エアボックス９４に接続されると共にミニエンバイロメント９の下部に接続されている。コンプレッサ９６は、配管９５の経路中に設けられ、除湿ユニット９７で除湿されて所定の温度にされた空気を加圧し、エアボックス９４に供給する。ミニエンバイロメント９は、ロードロック室３と連通可能に接続されているため、ゲートバルブ４が開いたときに、除湿ユニット９７によって除湿されたミニエンバイロメント９内の雰囲気がロードロック室３内に流入し、ロードロック室３内に除湿された環境が形成される。

除湿ユニット９７は取り込んだ空気の湿度を下げる機能を有し、あらかじめ設定された所定の湿度（例えば、約１０％以下、好ましくは、約５％以下）に湿度を調節することができる。除湿ユニットは、冷却部９７１と、加熱部９７２と、ミストフィルタ９７３と、湿度計９７４と、これらを制御する制御部９７５とを有する。

ミニエンバイロメント９の下部より取り込んだ空気は、配管９５を介して冷却部９７１に送られ、冷却部９７１で冷やされる。この結果、空気中の水蒸気が飽和し、結露して水分となる。例えば、２３℃で湿度５０％の湿度の空気は１２℃まで冷却すると１００％となり結露する。温度２３℃で湿度５％以下にするためには−２５℃まで冷却すればよい。そこで、−２５℃まで冷却し、結露した水分をミストフィルタ９７３で除去及び分離する。除湿及び冷却された空気は加熱部９７２によって再び所定の温度（本実施形態では２３℃）まで加熱される。こうして所定の温度に戻った空気は水分が除かれているので湿度が低くなっており、２３℃で湿度はおよそ５％となる。冷却部９７１による冷却温度を調整することで、任意の湿度に調整可能である。

ミストフィルタ９７３は、冷却部９７１と、加熱部９７２との間に配置され、結露によって発生した水分を除去する。本発明の好適な実施の形態に係るミストフィルタ９７３は、種類の限定はなく、一般に上述の動作が可能であればよい。水分除去量を適宜調整可能なものが好ましい。

湿度計９７４は、ミニエンバイロメント９の湿度を測定する。湿度計９７４は、当業界で周知のいかなる構成をも使用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。

制御部９７５は、湿度計９７４が、所定の湿度になるように、冷却部９７１による冷却温度（より具体的には、冷却部９７１を駆動する駆動電力など）、加熱部９７２による加熱温度（より具体的には、加熱部９７２を駆動する駆動電力など）を制御する。また、その他にも、空気の流速及び加圧量なども制御することも可能であり、この場合、配管９５の流速及び圧力を制御する。

処理室１の処理温度と加熱部９７２の温度とは、設定温度としては同じ温度を設定するのが一般的である。しかし、処理室１とミニエンバイロメント９とは、ガス種や圧力が異なる環境である為、独立した温度制御部を持ち、独立して温度調節が為されるのが簡便である。

このように独立して温度調整を行える構成とした場合は、処理室１とミニエンバイロメント９の温度を別に設定する場合にも容易に対応が可能である。

ミニエンバイロメント９の設定温度は、ミニエンバイロメント自体によって維持されるわけではない。加熱部９７２の設定温度がミニエンバイロメント９の設定温度となっており、加熱部９７２で温調された空気がミニエンバイロメント９に供給されることによって、ミニエンバイロメント９の温度が所定の値に維持される。

したがって、ミニエンバイロメント９、加熱部９７２の温度は、ウェハの温度の目標値すなわち本実施形態では処理部の所定温度で決定するのが簡便である。

本実施形態では、湿度計９７４はミニエンバイロメント９の湿度を測定しているが、例えば、湿度計９７４がゲートバルブ４及び５を閉口した後で真空引きされる直前のロードロック室３の湿度を測定し、ミニエンバイロメント９の除湿ユニット９７とは同様な除湿ユニットをロードロック室３に設けるようにしても良い。このとき、２つの除湿ユニットは互いに独立して動作する。

雰囲気の湿度が低くなると、静電気が発生しやすくなる。このため、一般にはクリーンルームでは意図的に湿度を５０％程度に高くすることが行われる。しかし、本実施形態のミニエンバイロメント９では湿度を低く除湿することを特徴とするために静電気が発生し得る。本実施形態では、静電気の影響は除電部としてのイオナイザー９８を設けているため、特に問題とはならない。

イオナイザー９８は、機械室９２に一又は複数設けられ、イオンを生成して静電気を中和する。イオナイザー９８には当業界で周知のいかなる技術をも適用することができる。例えば、イオナイザー９８は、コロナ放電方式のイオナイザーを使用することができる。この場合は、発生した空気イオンを気流に乗せて除電対象まで運ぶ必要があるが、静電気を発生する駆動部を有するユニットの上方（即ち、機械室９２の上方）に設置すれば、ミニエンバイロメント９のダウンフローでイオンが運ばれるので、送風ユニットを設ける必要が特にない。別の実施形態では、イオナイザー９８は、軟Ｘ線を利用した除電装置を利用してもよい。軟Ｘ線を除電対象の近傍に照射して直接空気を電離するため、特に除電効果を得るための設備を別に必要とせず、かつイオンがすぐに除電対象に到達するので除電時間が短いという特徴がある。

別の実施形態においては、除湿ユニット９７は、冷却部９７１、加熱部９７２及びミストフィルタ９７３の代わりに、除湿部と温度調整部と処理部とを有する乾式除湿機を利用してもよい。ミニエンバイロメント９の下部から取り込まれた空気は除湿部の除湿部材と接触する。除湿部材としてはシリカゲルやその複合材等を利用することができる。空気中の水分は除湿部材との接触時に除湿部材に吸着され、これで空気は除湿される。除湿された空気は、温度調整部で温度を所定の温度とされた後、ミニエンバイロメント９のエアボックス９４へ供給される。温度調整部には加熱部と、冷却部と、温度測定部と、制御部とが設けられ、制御部は温度測定部の出力に基づいて加熱又は冷却を行って所定の温度に調整する。空気から湿気を吸着した除湿部材は処理部へ移動する。処理部では加熱された空気を除湿部材に吹き込む。除湿部材の水分は加熱空気によって脱着され、除湿部材は湿気を失って乾燥される。この後、除湿部材は再び除湿部へ移動し、空気と接触して空気の除湿を行う。この動作を連続的に行って、除湿された空気が安定にミニエンバイロメント９に供給される。

更に別の実施形態においては、除湿ユニット９７は、冷却部９７１、加熱部９７２及びミストフィルタ９７３の代わりに、電気分解式の除湿機を利用してもよい。電気分解式の除湿機は、固体高分子電解質膜の両端に多孔質電極が設けられた構成を有し、温度調整部を含む。電極は陽極側が除湿側で配管９５の内部に面し、除湿される空気と接する。陰極側は放湿側で大気に面し、クリーンルームの空気と接する。ミニエンバイロメント９の下部から取り込まれた空気は固体高分子電解質膜の陽極に接触する。この時、多孔質電極に直流電圧を印加すると電解質膜に接触した空気中の水分が電気分解され、陽極側で水素イオンと酸素に解離する。水素イオンは陰極側へ移動する。陰極で水素イオンは空気中の酸素と反応して水分に戻り大気中に放出される。電解質膜に接触して水分を電気分解によって失って除湿された空気は温度調整部で温度を所定の温度とされた後、ミニエンバイロメント９のエアボックス９４へ加圧供給される。温度調整部には加熱部と、冷却部と、温度測定部と、制御部とが設けられ、制御部は温度測定部の出力に基づいて加熱又は冷却を行って所定の温度に調整する。これによって、除湿された空気がミニエンバイロメント９に供給される。

更に別の実施形態においては、除湿ユニット９７は、冷却部９７１、加熱部９７２及びミストフィルタ９７３の代わりに、塩化リチウム溶液を使用する方式の除湿機を利用してもよい。塩化リチウム溶液中に除湿する空気を吹き込み通過させると、空気中の水分は塩化リチウム溶液に溶け込み、空気は除湿される。塩化リチウム溶液の濃度はこの除湿動作の間に水分が増えるために低下する。そこで、塩化リチウム溶液を加熱部に導いて加熱して水分を空気中に放出させる。これによって塩化リチウム溶液は水分を失って濃度が高くなり、再度除湿部に戻されて空気を除湿する。

以下、かかるロードロックシステムを利用した処理方法としての基板搬送の動作を説明する。搬送部７が基板キャリヤ載置部１０１に載置されたキャリヤ１０２から一又は複数の基板を取り出す。基板を持った搬送部７はアームを縮め、ロードロック室３の雰囲気の状態をチェックする。この時、ミニエンバイロメント９の内部空間は、除湿ユニット９７により温度２３℃で湿度５％の空気が大気圧で満たされているとする。従って、少なくとも、格納ポート１０と搬送部７はかかる雰囲気に維持されている。

搬送部７はロードロック室３に向けてアームを旋回させ、ゲートバルブ４の開状態を確認の上アームを伸ばし、ロードロック室３内に基板を搬入し、基板保持チャック６の３本のピンに被処理基板を載置する。ゲートバルブ４を開口することにより、ロードロック室３の雰囲気とミニエンバイロメント９の雰囲気が連通する。湿度計９７４が、ミニエンバイロメント９の湿度が所定値（本実施形態では５％）よりも高いことを検出すれば、制御部９７５は除湿ユニット９７の各部を制御してミニエンバイロメント９の湿度が所定値になるようにする。この結果、ロードロック室３内の雰囲気は、温度２３℃湿度５％の空気で満たされる。

基板がロードロック室３に搬入され、基板保持チャック６に載置され、搬送部７がアームを引いて退避すると、ゲートバルブ４が閉口する。その後、ロードロック室３の雰囲気置換が行われる。

ロードロック室３の雰囲気置換においては、ゲートバルブ４及び５を閉口し、ロードロック室３内の雰囲気を隔離する。次いで、バルブ１２２が開口し、排気配管１２１を通じて不図示の真空排気ポンプによりロードロック室３が真空排気される。真空排気が行なわれてロードロック室３内の圧力が、ロードロック圧力計３１の計測値から所定の値になると、バルブ１２２が閉じられ真空引きが停止する。かかる真空排気中、ロードロック室３内の空気は断熱膨張により冷却される。

ロードロック室３の内容積が８リットル、１００Ｐａまでの排気時間が２０秒とすると、空気温度はおよそ−２５℃程度まで低下する。しかし、本実施形態はロードロック室３内の環境を予め２３℃の空気で５％に調湿されているため−２５℃まで温度低下しても飽和度Ｓｒ＝０．６となり、飽和度の値が１を下回るため水蒸気が結露することがない。従って、凝結した水分が周囲の微細パーティクルを凝縮して、ウェハに付着するという問題は発生しない。

本実施形態は、排気時間とロードロック室３の容積から温度低下を算出し、その温度低下でも結露の発生しないように湿度を約５％と決定している。温度低下は実験から求めるのが簡単であるが、シミュレーションにより求めることも可能である。もっとも本発明は、温度低下の算出方法を限定するものではなく、実用上問題ない精度で温度低下を予測できるならばいかなる方法を用いても構わない。また、本発明における排気と温度の条件の設定は、前記方法に限定するものではなく、所定の湿度を任意に決定し、そこから他の条件を決定することも可能である。ここでは、ロードロック室内の湿度は１０％以下とするのが良い。さらに好ましくは５％以下にすると良い。例えば、所定の湿度を１０％と決めた場合、その空気は−２０℃で結露する。そこで、ロードロック室３を排気する際には最低温度が−２０℃を下回らないようにすれば結露は発生しない。ロードロック室３が８リットルの容積ならば２６秒かけて排気すれば温度が低下しても−２０℃を下回らず、結露は発生しない。この考え方を応用して湿度から排気時間の条件を求めることができる。

更に、設計段階でこれらの考え方を反映することもできる。即ち、処理ステーションのスループットから排気時間の要求値を求め、湿度を適当な値に設定する。決定された２条件からロードロック室３の容積は何リットルまで許容されるかが決定される。容積からロードロック室３の設計を行うことによって、本発明の考え方を設計段階で反映することができる。

次に、バルブ１３２が開口する。ロードロック室３にはＨｅとＮ_２のガス供給用のバルブ１３２及び１３４が夫々設けられているが、ここで開かれるのは処理室１の雰囲気と同一のガス供給弁であるＨｅガス用のバルブ１３２である。ロードロック室３の圧力が処理室１の圧力と等しくなるまでＨｅガスの供給が行われる。ロードロック室３の圧力が処理室１の圧力と等しくなったことを圧力計３１が検出すると、バルブ１３２が閉口してＨｅガスの供給が停止する。

バルブ１３２が閉口してＨｅガスの供給が停止すると、ゲートバルブ５が開口し、予備室２内の搬送部８により被処理基板がロードロック室３から取り出され不図示の処理ステーションへ搬送される。処理ステーションにおいて処理された基板は搬送部７及び８により、ロードロック室３を経由してキャリヤ１０２へ戻される。

このように、本実施形態では、ロードロック室３内で、水蒸気が結露又は凝結するのを防止するためにロードロック室３から排気される気体の湿度を所定値以下としている。そして、それを実現するために、ロードロック室３を含む大気中に配置される搬送部７を、クリーンルームと隔絶するミニエンバイロメント９で収納している。

別の実施形態では、ロードロック室３のみが除湿機能を有してもよい。かかる実施形態としては、例えば、ミニエンバイロメント９とロードロック室３に異なる湿度の空気を供給するものが挙げられる。ミニエンバイロメント９には温度とパーティクルの制御された空気が供給されるが、湿度制御はされなくてもよい。

図５は、ロードロック室３のみが除湿機能を有する実施形態のブロック図である。

本実施形態では、ロードロック室３に除湿部１４’が接続される。除湿部１４’は、ロードロック室のガスを回収する回収部、回収されたガスを除湿する除湿部、除湿されたガスをロードロックに供給する供給部を備える。

回収部は、バルブ１４１とガス流量を計測する流量計１４２及び回収されたガス中のパーティクル・ミストを除去するフィルタ１４３を有する。除湿部は、ガスを冷却し水蒸気を凝結させる冷却部１４５、凝結した水分を除去するミストフィルタ１４７、除湿された低温のガスを昇温してロードロック室の所定温度にガス温度を調整する加熱部１４６を有する。供給部は、除湿され温調されたガスをロードロック室に噴出す為に加圧するコンプレッサ１４８を有する。

なお、コンプレッサ１４８からガス中にパーティクルが放出される場合には、コンプレッサの後段にフィルタを設けてパーティクルを除去してからロードロック室３に供給してもよい。本実施形態では、このようなフィルタは図示を省略してある。

次に、本実施形態の動作を説明する。まず、ロードロック室３の圧力が大気圧となり、ゲート弁４がミニエンバイロメント９に開くと、回収バルブ１４１が開いて、ロードロック室３内のガスの回収が開始される。回収されたガスは、ロードロック室３に存在するパーティクルと共に排出されてくることがある為、フィルタ１４３によってパーティクルやミストが除去される。

パーティクルやミストが除去され清浄化されたガスは、配管１４４を介して除湿部へ導かれる。除湿部では、ガスが冷却部１４５に送られて冷却される。この結果、ガス中の水蒸気が飽和し、結露して水分となる。冷却する温度と湿度の関係は、既に述べたミニエンバイロメントごとに除湿する場合と同様であるので、説明を省略する。ロードロック室での温度と湿度を２３℃で５％以下に保つのが目的であるので、ここではガスは‐２５℃以下まで冷却される。そこで、−２５℃以下にガスを冷却し、結露した水分をミストフィルタ１４７で除去及び分離する。除湿及び冷却されたガスは、加熱部１４６によって再び所定の温度（本実施形態では前述の通り２３℃）まで加熱される。こうして所定の温度に戻ったガスは水分が除かれているので湿度が低くなっており、２３℃で湿度はおよそ５％となる。なお、ミストフィルタの種類は、第一の実施形態と同様に適宜変更が可能である。

除湿されたガスは不図示の湿度計によって湿度が測定される。除湿され温調されたガスは、コンプレッサ１４８によって適宜加圧され、ロードロック室３に供給される。

上述のように、湿度が低くなると静電気が発生しやすくなる。静電気が発生すると被処理基板が帯電して作成中の半導体回路が損傷したり、周囲のパーティクルが吸い寄せられて、パーティクル付着による障害を引き起こしたりする可能性がある。しかし、本実施形態では、除湿されているのはロードロック室３の中のみであり、ロードロック室３の中には可動部がない。静電気は物が動いたり接触・離脱する際に発生する事が多いが、可動部がない為、ロードロック室３の中では静電気が発生しない。従って、ロードロック室３にイオナイザーを設けることは必須要件ではない。

本実施形態ではロードロック室３を除湿している為、ミニエンバイロメント９を除湿することが必須ではない。そこで、簡単のため、ミニエンバイロメント９は一般的なクリーンブースの形態となっている。すなわち、ミニエンバイロメント９は、ＦＦＵ９９をその上部に持ち、ガス回収部を含めた除湿部は設けられていない。ＦＦＵ９９は、外部より空気を取り入れて内蔵のフィルタでパーティクルを除去して清浄化し、機械室９２に噴出してダウンフローを形成する。ミニエンバイロメント９の壁９１の下部には、スリットや開口が設けられており、ダウンフローを形成したガスはこれらの開口からミニエンバイロメント９の外に放出される。ミニエンバイロメント９の中は加圧されたダウンフローが流れている為、外部より若干の陽圧であり、これら開口から外部のパーティクルを含むガスが流入することは無いので、開口がミニエンバイロメント９内の清浄環境に影響することは無い。

ガスの温度は、ミニエンバイロメントが設置されているのがクリーンルームであればクリーンルーム所定の温度に温調されているので、特にミニエンバイロメント９で温調する必要は無い。ロードロック室３は、ミニエンバイロメント９の温度と関係なく所定の２３℃のガスが供給されており、ミニエンバイロメント９の温度をロードロック室３の所定の温度に合わせることが必須ではない為である。なお、搬送時の被処理基板の温度という別の要件からミニエンバイロメント９の温度が制限される場合があり、その際にクリーンルームの温度と被処理基板の所定の温度とが異なる場合には、ミニエンバイロメント９のガス供給系に温調部を設け、ガスの温度を調整することも出来る。

本実施形態に示すミニエンバイロメント９では、湿度がクリーンルームの湿度のままであり、一般的に５０％等の高い湿度となっているため、搬送ロボット等を稼動するユニットがある場合でも、静電気の発生の恐れが少なく、イオナイザーで除電することは必須ではない。

別の実施形態ではロードロック室３に設けられる除湿部のガス導入部は、ロードロック室３からガスを回収するのではなく、ミニエンバイロメント９又はクリーンルームからガスを導入してもよい。図６にこのような実施形態のブロック図を示す。

本実施形態では、一例として、ミニエンバイロメント９に除湿部１４’’が接続される場合を示す。概略的には、除湿部１４’’は、除湿部１４と同様の構成を有するが、バルブ１４１等がミニエンバイロメント９内に配置されている点で相違する。ミニエンバイロメント９内のガスを取り込むためのバルブ１４１は、ミニエンバイロメント９内に開口されて、ミニエンバイロメント９内のガスを取り込む。取り込まれたガスは、フィルタ１４３でパーティクルを除去された後に、冷却部１４５へ導かれる。冷却部１４５からコンプレッサ１４８で加圧されてロードロック室３へ供給されるまでの動作は、前述の通りである。

一方、ロードロック室３には排気部１５が設けられている。図６に示すように、排気部１５のロードロック室３への開口は、ロードロック室３の雰囲気置換用の排気部１２の配管１２１と兼用してもよい。

排気部１５の排気バルブ１５１は通常は閉じられている。ロードロック室３に除湿されたガスが加圧して供給されると、排気バルブ１５１が開いて、供給されたガスに相当するロードロック室３内のガスが排気される。この時バルブ１５１のコンダクタンスがあるので、ロードロック室３内は外部より若干の陽圧となる。排気バルブ１５１を通るガスの流れと、この若干の陽圧によって、排気バルブ１５１から外部のパーティクル等がロードロック室３内に進入する恐れが無い。どの程度陽圧になるかは、排気バルブ１５１のコンダクタンスと除湿ガス供給量によって決まる。ミニエンバイロメント９よりも僅かに陽圧にロードロック室３の圧力を保つことにより、ロードロック室３の開口から除湿されていないミニエンバイロメント９のガスがロードロック室３に進入することが無くなる。

また、別の実施形態では、ロードロック室３に供給する除湿ガスとしてＮ_２ガス等を導入して用いてもよい。この場合、ガス導入部が異なる以外は前述と同じである。ロードロック室３内のガス雰囲気を空気以外のガスにしたい場合には、このような形態を採用するのが好適である。

一方、ロードロック室３の上方には、ロードロック室３に除湿されたガスを供給するガス供給部とは別に、ミニエンバイロメント９のガス噴出し口とは異なるガスを噴出するガス供給部が設けられてもよい。ガス供給部は、不図示のガス供給源、流量制御バルブ９９１、パーティクルを除去するフィルタ９９３、エアシャワー状にガスを噴出すノズル９９４と、ガス供給源からノズル９９までを接続する配管９９２を有する。

ガス供給部の噴出しノズル９９４は、複数の開口を有するシャワーヘッド状の部材、あるいは粒子を焼結した焼結フィルタなど微細なガスの通り道を有する部材であり、ガス供給源から供給されたガスは、ノズル９９４からエアシャワー状に噴出する。この時、ノズル９９４は、ロードロック室３の開口の直上に設けられると効率がよい。ノズル９９４から噴出したガスはエアカーテンとして機能し、ロードロック室３内のガスとクリーンブース９内の空気との混合を阻害する。これによって、ロードロック室３内のガスの湿度上昇を抑えることができる。また、噴出されるガスは、パーティクルが取り除かれているため、ガスの流れの中を横切ってウェハがロードロック室３へ搬入、搬出されてもパーティクルが付着することはない。

不図示のガス供給源はミニエンバイロメント９に空気を供給する供給系とは別に設けられ、またロードロック室３に除湿された空気を供給する空気供給系とは別でも良い。ただし、ロードロック室３の湿度を維持する必要から、ロードロック室３に供給されているガスと同じ５％の湿度に除湿されたガスを供給する必要がある。

噴出す空気の流量及び流速はロードロック室３とミニエンバイロメント９の空気の混合を防止するために十分な量を確保する必要があるが、ミニエンバイロメント９全体に所定の湿度の乾燥空気を供給してミニエンバイロメント９内全体を所定の湿度に保つよりは少ない空気量で同等の効果を得ることができる。

次に、図３及び図４を参照して、上述のロードロックシステムを利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図４は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述のロードロックシステムによってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、本発明のロードロック室、ロードロックシステム及び露光処理システムを使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好適な実施の形態によれば、ロードロック室を介して基板を搬送するロードロックシステムにおいて、スループットのために高速にロードロック室の雰囲気置換を行う際に、水分の凝結を中心に微細なパーティクルやケミカル成分が凝縮しウェハに付着する問題が発生しない。

本発明の好適な一実施形態としてのロードロックシステムの概略ブロック図である。 図１に示すロードロックシステムのより詳細なブロック図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどが形成された半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造工程を説明するためのフローチャートである。 図３に示すステップ３のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 ロードロック室が除湿機能を有する実施形態のブロック図である。 ミニエンバイロメント内のガスを取り込む実施形態のブロック図である。

符号の説明

１ 処理室
２ 予備室
３ ロードロック室
４、５ ゲートバルブ
７、８ 搬送手段
９ クリーンブース又はミニエンバイロメント
１０ 格納ポート
１２ 排気手段
９７ 除湿ユニット
９７１ 冷却部
９７２ 加熱部
９７３ ミストフィルタ
９７４ 湿度計
９７５ 制御部

Claims (14)

1. 基板を格納する格納ポートと、外部の圧力より低い圧力に維持された処理空間内で該基板を処理するための処理室と、の間に配置されるロードロック室と、
   前記ロードロック室内に除湿された環境を形成する除湿ユニットと、
   を備えることを特徴とするロードロックシステム。
2. 前記除湿ユニットは、前記ロードロック室内の温度が低下したときに該ロードロック室内の水分が結露しないように、前記ロードロック室内の湿度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１に記載のロードロックシステム。
3. 前記除湿ユニットは、
   前記ロードロック室に連通された管と、
   前記管に配置された冷却部及び加熱部と、
   前記冷却部及び前記加熱部をそれぞれ制御する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のロードロックシステム。
4. 前記除湿ユニットは、前記管の中で前記冷却部と前記加熱部との間に配置された、水分を除去するためのフィルタを有することを特徴とする請求項３に記載のロードロックシステム。
5. 前記格納ポート及び前記ロードロック室の間に他の室を備え、
   前記除湿ユニットは、前記他の室を除湿することを特徴とする請求項１に記載のロードロックシステム。
6. 前記除湿ユニットは、前記ロードロック室内の温度が低下したときに該ロードロック室内の水分が結露しないように、前記他の室内の湿度を制御する制御部を有することを特徴とする請求項５に記載のロードロックシステム。
7. 前記制御部は、前記ロードロック室内及び前記他の室内の湿度を各々算出し、
   前記除湿ユニットは、前記制御部による算出結果に基づいて、前記他の室から前記ロードロック室内に流入した気体の水分が該ロードロック室内の温度が低下したときに結露しないように、該他の室内の湿度を制御することを特徴とする請求項６に記載のロードロックシステム。
8. 前記除湿ユニットは、
   前記他の室に連通された管と、
   前記管に配置された冷却部及び加熱部と、
   前記冷却部及び前記加熱部をそれぞれ制御する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載のロードロックシステム。
9. 前記他の室内の静電気を除去する除電部を有することを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載のロードロックシステム。
10. 前記他の室は、前記格納ポートと前記ロードロック室との間で前記基板を搬送する搬送部を含むことを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載のロードロックシステム。
11. 露光処理システムであって、
    基板を格納する格納ポートと、
    外部の圧力より低い圧力に維持された処理空間内で該基板に露光処理するための露光処理部と、
    前記格納ポート及び前記露光処理部の間に配置されるロードロック室と、
    前記ロードロック室内に除湿された環境を形成する除湿ユニットと、
    を備えることを特徴とする露光処理システム。
12. 前記除湿ユニットは、前記ロードロック室へ除湿されたガスを供給することを特徴とする請求項１１に記載の露光処理システム。
13. 前記格納ポート及び前記ロードロック室の間にミニエンバイロメント室を備え、
    前記除湿ユニットは、前記ミニエンバイロメント室へ除湿されたガスを供給することを特徴とする請求項１１に記載の露光処理システム。
14. デバイスの製造方法であって、
    請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の露光処理システムを用いて、基板を露光する露光工程と、
    露光された前記基板を現像する現像工程と、
    を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

Images