JP2005056919A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つ以上の高温プロセスを含む基板処理装置における、１バッチ目と２バッチ目以降との間に発生する成膜のばらつきを解消する。
【解決手段】１バッチ目において、上ツイーザ１０が第１処理炉１６から搬出したウエハ２００を搬送室１４内に置いたまま、２バッチ目以降に第２処理炉１８にウエハ２００が存在する際に、下ツイーザ１２が第２処理炉１８内にウエハ２００を取りに行き、搬送室１４内に搬出終了するまでの時間、第２処理炉１８への搬入を待機させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つ以上の処理炉にまたがって複数の基板を連続して処理する基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示されるように、従来の基板処理装置は、図示してない基板搬送手段を収容する搬送室５０と、搬送室５０に気密に連結される少なくとも２つの処理炉５２及び５４とを有しており、基板搬送手段により一方の第１処理炉５２から基板を搬出し、他方の第２処理炉５４に基板を搬入する搬送動作を複数の基板に対して連続して実行する。
【０００３】
次に、１バッチ目の処理の流れについて説明する。
（１）図５（ａ）に示されるように、基板搬送手段により第１処理炉５２の図示してないゲートバルブを開き、第１処理炉５２から搬送室５０内に基板を搬出する。
（２）図５（ｂ）に示されるように、搬送室５０内で、基板搬送手段の軸を第２処理炉５４側に回転させる。
（３）図５（ｃ）に示されるように、第２処理炉５４の図示してないゲートバルブを開き、搬送室５０から基板搬送手段により、基板を第２処理炉５４に搬入する。
【０００４】
次に、図６に従って、２バッチ目以降の処理の流れについて説明する。
（１）図６（ａ）に示されるように、基板搬送手段により第１処理炉５２の図示してないゲートバルブを開き、第１処理炉５２から搬送室５０内に基板を搬出する。
（２）図６（ｂ）に示されるように、搬送室５０内で、基板搬送手段の軸を第２処理炉５４側に回転させる。
（３）図６（ｃ）に示されるように、第２処理炉５４の図示してないゲートバルブを開き、第２処理炉５４から基板を搬出する。
（４）図６（ｄ）に示されるように、第１処理炉５２から搬送室５０内に搬出した基板を基板搬送手段により第２処理炉５４内に搬入する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の基板処理装置では、１バッチ目は、第２処理炉５４に基板が無いため、第１処理炉５２から搬出された基板は、すぐに第２処理炉５４に搬入される。一方、２バッチ目以降は、第２処理炉５４に基板があるため、第１処理炉５２から搬出された基板は、第２処理炉５４から基板が搬出されるまでの間、第２処理炉５４への搬入が待機させられる。このため、１バッチ目は、２バッチ目以降に比べて搬送時間が短くなるので、１バッチ目と２バッチ目以降とでは、第２処理炉５４に搬入される基板の温度が異なり、１バッチ目のみ成膜が異なる場合があるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、１バッチ目の搬送時間と２バッチ目以降の搬送時間とを一致させることのできる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、基板搬送手段を収容する搬送室と、該搬送室に気密に連結される少なくとも２つの処理炉とを有する基板処理装置において、前記基板搬送手段により前記一方の処理炉から基板を搬出し、前記他方の処理炉に基板を搬入する搬送動作を複数の基板に対して連続して実行する際に、前記搬出から搬入までの搬送時間が各基板間で相違する場合は、長い搬送時間に一致させて搬入が実行されるように基板搬送手段を制御する制御手段を有することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は本発明を実施した基板処理装置の概略構成図、図２は第１処理炉の概略構成図、図３は第２処理炉の概略構成図である。
【０００９】
図１に示すように、実施の形態の基板処理装置は、基板を搬送する上ツイーザ１０及び下ツイーザ１２（基板搬送手段）を収容する搬送室１４と、搬送室１４にそれぞれ気密に連結され、それぞれ基板を処理する第１処理炉１６及び第２処理炉１８とを有しており、搬送室１４と第１処理炉１６及び第２処理炉１８とは、それぞれゲートバルブ２０及び２２により開放及び閉鎖される。
【００１０】
次に、図２に基づいて第１処理炉１６について説明する。第１処理炉１６は、プラズマ処理炉であり、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように、反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１１】
ＭＭＴ装置は、第２の容器である下側容器２１１と、下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから処理室２０１が形成されており、上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウムまたは石英で形成されている。
下側容器２１１はアルミニウムで形成されており、後述するヒータ体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムやセラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１２】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられ、シャワーヘッド２３６上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられている。下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０からなっており、ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２３４ａ、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００１３】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００１４】
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっており、筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に電極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の電極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００１５】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配設されており、サセプタ２１７はウエハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としての図示してないヒータが一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００１６】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極が装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１７】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための第１処理炉１６は、少なくとも処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００１８】
筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００１９】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７は貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるための基板突上げ手段であるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときにはウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及び基板突上げピン２６６が設けられる。
【００２０】
また、下側容器２１１の側壁には、仕切弁となるゲートバルブ２０が設けられ、開いているときには図１中の上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２により、処理室２０１へウエハ２００が搬入、又は搬出され、閉まっているときには処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００２１】
また、制御手段であるコントローラ１２１は、高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２０、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。また、コントローラ１２１は、本発明の基板搬送手段である上ツィーザ１０，下ツィーザ１２を制御する制御手段をも構成している。
【００２２】
前述のような構成において、ウエハ２００表面を、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
【００２３】
ウエハ２００は第１処理炉１６を構成する処理室２０１の外部からウエハを搬送する図１中上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下がった状態になっており、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２０が開く。上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２によってウエハ２００をウエハ突上げピン２６６の先端に載置し、上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２が処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２０が閉まる。サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、さらにウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００２４】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲内でウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
【００２５】
ウエハ２００を処理温度に加熱した後、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲内の出力値を投入し、このときのインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００２６】
筒状磁石２１６、２１６の次回の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施され、表面処理が終わったウエハ２００は、上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２により基板搬入と逆の手順で処理室２０１から搬送室１４へ搬送される。
【００２７】
なお、コントローラ１２１により高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２０の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれ制御している。
【００２８】
次に、図３に基づいて第２処理炉１８について説明する。石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の反応容器としての反応管２０３は、水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としてのウエハ２００を収容する。反応管２０３内部にはウエハ２００を支持する基板保持手段としてのウエハ支持台２１７（なお、ウエハ支持台２１７は、第１処理炉１６のサセプタ２１７と同様の働きを有する部材である。）が設けられ、反応管２０３の両端には、気密にマニホールドとしてのガス導入フランジ２０９ａ、２０９ｂがそれぞれ設けられている。一方のガス導入フランジ２０９ａには更に仕切弁としてのゲートバルブ２２を介して図１中搬送室１４と連結されている。
【００２９】
ガス導入フランジ２０９ａ、２０９ｂには、それぞれ供給管としてのガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂ、排気管としての排気ライン２３１ａ、２３１ｂが連通しており、ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂには、反応管２０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段２４１ａ、２４１ｂがそれぞれ設けられている。また、排気ラインに２３１ａ、２３１ｂには、反応管２０３内の圧力を制御する圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂがそれぞれ設けられている。
【００３０】
反応管２０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されており、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂ及び反応管２０３を覆うように断熱部材としての断熱材２０８が設けられている。反応管２０３内の温度、反応管２０３内の圧力、反応管２０３内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。また、温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂは、主制御部２４９により制御される。
【００３１】
次に、前記処理炉１８を用いて基板を処理する方法について説明する。
【００３２】
反応管２０３内の温度がヒータ２０７ａ、２０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ２２が開かれ、図１中上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２により図３中左方より反応管２０３内にウエハ２００が搬入され、ウエハ支持台２１７に載置される。ウエハ２００が反応管２０３内に搬入されると同時にウエハ２００の処理温度までの昇温が開始される。
【００３３】
上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２が後退してゲートバルブ２２が閉じられた後、反応管２０３内の圧力は処理圧力となるように圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより制御され（圧力安定化）、反応管２０３内の温度はウエハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御される（温度安定化）。この反応管２０３内の圧力安定化、ウエハ２００の温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気され、反応管２０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。
【００３４】
反応管２０３内の圧力が処理圧力に安定化し、ウエハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより処理ガスが導入され、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気されることにより、ウエハ２００が処理される。この際、処理の均一性を確保するため、処理ガスは対角に向かって交互に流すのが好ましい。すなわち、例えば、まず処理ガスをガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウエハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、すなわち、ガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウエハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい。
【００３５】
なお、処理の均一性が処理ガスの流れの向きに依存しないような場合は、処理ガスは一方向に向かって流れるようにしても良い。すなわち、例えば、ガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウエハ２００表面に対して略水平な方向に、或いは、ガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウエハ２００表面に対して略水平な方向に流れるようにしても良い。
【００３６】
ウエハ２００の処理が完了すると、反応管２０３内の残留ガスを除去するために、反応管２０３内には、ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気され、反応管２０３内がパージされる。なお、ウエハ処理時の処理ガスの供給流量、ウエハ処理前又は後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより制御される。
【００３７】
反応管２０３内のパージ後、反応管２０３内の圧力を圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより、ウエハ搬送圧力となるよう調整する。反応管２０３内の圧力が搬送圧力となった後、ゲートバルブ２２が開かれ、ウエハ２００は上ツイーザ１０又は下ツイーザ１２により反応管２０３より搬送室１４へ搬出される。
【００３８】
なお、前述の圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂによる反応管２０３内の圧力制御、温度制御手段２４７による反応管２０３内の温度制御、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂによる反応管２０３内へのガス流量制御は、主制御部２４９が各制御手段を制御することにより行われる。
【００３９】
次に、図４に基づいて、第１処理炉１６から、第２処理炉１８へウエハ２００を搬送する１バッチ目の搬送制御について説明する。
【００４０】
（１）図４（ａ）に示されるように、第１処理炉１６にて前記処理を行ったウエハ２００を、例えば上ツイーザ１０を用いて、前記第１処理炉１６からのウエハ２００の搬出の要領で搬送室１４内に搬出する。
【００４１】
（２）図４（ｂ）に示されるように、搬送室１４内で、図４中矢印で示すように、上ツイーザ１０の軸を第２処理炉１８側に回転させ、ウエハ２００を第２処理炉１８のゲートバルブ側に移動させる。
【００４２】
（３）図４（ｃ）に示されるように、第２処理炉１８のゲートバルブ２２を開き、ウエハ２００を搬送室１４内に置いたまま一定時間搬入を待機させる。この一定時間は、２バッチ目以降に第２処理炉１８にウエハ２００が存在する際に、下ツイーザ１２が第２処理炉１８内にウエハ２００を取りに行き、搬送室１４内に搬出終了するまでの時間に設定される。また、待機中にゲートバルブ２２を開くのは、２バッチ目以降の第２処理炉１８の動作とできるだけ同条件にするためである。
【００４３】
（４）図４（ｄ）に示されるように、一定時間終了後、搬送室１４内のウエハ２００を上ツイーザ１０を用いて前記第２処理炉１８への搬入の要領で搬入し、搬入終了後ゲートバルブ２２を閉じ、前記第２処理炉における処理を行う。
【００４４】
２バッチ目以降の第１処理炉１６から第２処理炉１８への搬送動作は、従来技術で説明した動作と同様であるため、説明を省略する。
【００４５】
このように、１バッチ目の搬送動作において、前記（３）に示されるように、第１処理炉１６から搬出されたウエハ２００を、２バッチ目以降でウエハ２００が第２処理炉１８に搬入されるまで、搬送室１４内で待機する時間と同じ時間だけ待機させることができるので、１バッチ目と２バッチ目以降の搬送時間が同時間となる。
【００４６】
また、前記実施の形態において、第１処理炉１６のウエハ２００を上ツイーザ１０で搬送したがこれに限定されるものではなく、下ツイーザ１２で搬送してもよい。
【００４７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、第１処理炉からの搬出から第２処理炉への搬入までの搬送時間が各基板間で相違する場合は、長い側の搬送時間に一致させて第２処理炉への搬入が実行されるように、第２処理炉への基板の搬入を前記搬送室内で待機させるため、各バッチにおける搬送時間を同時間にすることができ、２つ以上の高温プロセスを含む基板処理装置における成膜を安定化させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、１バッチ目の搬送時間と２バッチ目以降の搬送時間とを一致させることのできる基板処理装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した基板処理装置の概略構成図である。
【図２】第１処理炉の概略構成図である。
【図３】第２処理炉の概略構成図である。
【図４】本発明の１バッチ目の搬送動作を示す図である。
【図５】従来の１バッチ目の搬送動作を示す図である。
【図６】従来の２バッチ目以降の搬送動作を示す図である。
【符号の説明】
１０ 上ツイーザ（基板搬送手段）、１２ 下ツイーザ（基板搬送手段）、１４ 搬送室、１６ 第１処理炉、１８ 第２処理炉。

Claims (1)

1. 基板搬送手段を収容する搬送室と、該搬送室に気密に連結される少なくとも２つの処理炉とを有する基板処理装置において、
   前記基板搬送手段により前記一方の処理炉から基板を搬出し、前記他方の処理炉に基板を搬入する搬送動作を複数の基板に対して連続して実行する際に、
   前記搬出から搬入までの搬送時間が各基板間で相違する場合は、長い搬送時間に一致させて搬入が実行されるように基板搬送手段を制御する制御手段を有することを特徴とする基板処理装置。

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