JP2005136021A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハ冷却時間によるスループットの影響を最小限に抑えることのできる基板処理装置を提供する。
【解決手段】 基板処理を行う複数の処理室と、大気圧状態で基板が搬入されると真空圧制御が行われるとともに、真空圧状態で基板が搬入されると大気圧状態に調整され、処理室で処理した後の基板を冷却処理する予備室とを、搬送室に連接し、搬送室内に設けた第１の搬送装置により、処理室と予備室との間で基板の搬送処理を行うとともに、搬送室の外部に設けた第２の搬送装置により、複数の基板が格納された複数のカセットと搬送室との間で基板の搬送処理を行う基板処理装置において、予備室内に基板を載置する複数の基板載置部を備え、該基板載置部に対して基板が搬入用及び搬出用の区別なく一定時間間隔で収納されるように第１の搬送装置及び第２の搬送装置を制御するコントローラを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板搬送シーケンスに従って基板の搬送処理を行う基板処理装置に関するものである。

図７は従来の基板処理装置を枚葉装置に例をとって示す平面図である。
図７に示される基板処理装置は、複数の処理室１〜３と、これら複数の処理室にゲートバルブＣ１〜Ｃ３を介して連通し２アーム真空搬送装置（第１の搬送装置）４ａを備える第１の搬送室４と、第１の搬送室４とそれぞれゲートバルブＢ１，Ｂ２を介して連結され、大気圧及び真空圧の制御が可能な第１及び第２ロードロック室（予備室）５，６と、ロードロック室５，６にそれぞれゲートバルブＡ１，Ａ２を介して連結され２アーム大気搬送装置（第２の搬送装置）７ａ及びアライメントユニット７ｂを備える第２の搬送室７と、第２の搬送室７に臨むように設けられるロードポート８とを備える。また、図示しないが２アーム真空搬送装置４ａ、２アーム大気搬送装置７ａ、ゲートバルブＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２等を所定のシーケンスに従って動作制御するコントローラを備えている。

上記構成において、処理室１〜３は、ウェハの成膜処理を実施する室であり、ゲートバルブＣ１〜Ｃ３を開後、２アーム真空搬送装置４ａによりアクセスされる。２アーム真空搬送装置４ａは、処理室１〜３へウェハを搬入し、又は処理室１〜３からウェハを搬出するものであり、２アームの搬送機構で処理室でのスワップ搬送を可能とする。即ち、例えばウェハを保持したまま処理室１（又は２）からウェハを取り出した後、ウェハを処理室３へ投入可能である。

ロードロック室５，６は上下の２段でウェハを保持可能である。これらはゲートバルブＡ１（又はＡ２）、Ｂ１（又はＢ２）で区切られており、室単位で大気圧及び真空圧の制御が実施可能である。各ロードロック室５，６は大気圧制御を実施した後に、ゲートバルブＡ１（又はＡ２）開後、２アーム大気搬送装置７ａからアクセスされる。真空圧制御を実施した後に、ゲートバルブＢ１（又はＢ２）開後、２アーム真空搬送装置４ａからアクセスされる。ロード及びアンロード兼用であり、且つ成膜後のウェハ冷却用のクーリングで使用される。

ロードポート８は、複数のウェハを保持できるユニットであり、２アーム大気搬送装置７ａによりアクセスされる。２アーム大気搬送装置７ａはロードポート８からウェハの取り出し、ウェハの投入、アライメントユニット７ｂへのウェハの投入、取り出し、ロードロック室５，６へのウェハの投入、取り出しを実施する装置であり、２アームの搬送機構でロードロック室５，６でのスワップ搬送を可能とする。即ち、ウェハを保持したままロードロック室５，６からウェハを取り出した後、ウェハをロードロック室５，６へ投入可能である。

アライメントユニット７ｂは、オリフラ合わせを実施するユニットであり、大気搬送装置でアクセスされる。

以上の構成における従来の基板処理装置では、処理室を大気に開放しないで基板（以下ウェハという）の搬入搬出を行うためのロードロック室において、圧力制御処理の回数を軽減するため、例えばロードロック室の基板載置部において上段を搬入用、下段を搬出用と固定的に設定して使用している。

（１）この場合、ウェハの搬送シーケンスは次のように行われる。
（ａ）ロードポート８からロードロック室５への搬入
１）２アーム大気搬送装置７ａにてロードポート８からアライメントユニット７ｂへの搬入
２）アライメントユニット７ｂにおけるオリフラ合わせ処理
３）２アーム大気搬送装置７ａによりアライメントユニット７ｂからウェハを搬出
４）ロードロック室５，６への搬入（ゲートバルブＡ（Ａ１，Ａ２）を開き搬入、ゲートバルブＡを閉じる）

４）における搬入処理のための時間は入替え動作時間を前提とした時間でシーケンスを組んでいる。即ち、ゲートバルブＡを開けた後、ロードロック室５，６から搬出と搬入を行い、ゲートバルブを閉めるまでの時間とし、この一連の動作をスワップ搬送と呼ぶ。

そして、上記１）〜４）の時間をＥＦＥＭ＿ＩＮと定義する。また、スワップ搬送前までの時間１）〜３）をＥＦＥＭ＿Ａと定義し、４）のスワップ搬送時間をＥＦＥＭ＿Ｓと定義する。

４）の工程を実施する前には、予め使用するロードロック室５又は６を大気圧にする大気圧制御を実施する必要がある。
この制御に必要な時間をＬＥＡＫと定義する。また、４）の実行中は大気圧状態を保持する必要があり、この時間をＬＥＡＫ＿Ｈと定義する（図８参照）。

（ｂ）ロードロック室の真空圧制御
ロードロック室の雰囲気を真空圧にするための処理時間をＥＶＡＣと定義する。

（ｃ）ロードロック室から処理室への真空搬送
５）２アーム真空搬送装置にてロードロック室から搬出する（ゲートバルブＢを開、搬出、ゲートバルブＢを閉）
６）２アーム真空搬送装置にて処理室への搬入（ゲートバルブＣを開、搬入、ゲートバルブＣを閉）

６）の搬入処理の時間も大気搬送と同様に、スワップ搬送を前提とした時間とする。そして、スワップ搬送前の５）の時間をＭＦ＿Ａと定義し、６）のスワップ搬送時間をＭＦ＿Ｓと定義し、これら双方５）及び６）の時間をＭＦ＿ＩＮと定義する。また、上記（ｂ）において真空圧制御を行うが、５）の実行中においては真空圧状態を保持する必要があり、この時間をＥＶＡＣ＿ＨＡと定義する（図９参照）。

（ｄ）処理室でのプロセス処理
成膜処理を実施する時間をＰＲＯＣと定義する。

（ｅ）処理室からロードロック室への真空搬送
７）２アーム真空搬送装置にて処理室からの搬出（ゲートバルブＣを開、搬出、ゲートバルブＣを閉）。この搬出時間は、（ｃ）−６）の搬入で定義したスワップ搬送時間となる。この時間をＭＦ＿ＯＵＴと定義する。この時間は（ｃ）−６）で定義したＭＦ＿Ｓとスワップ搬送後の時間で分けて考える。
８）２アーム真空搬送装置にて、ロードロック室へ搬入（ゲートバルブＢを開、搬入、ゲートバルブＢを閉）。このスワップ搬送後の動作時間をＭＦ＿Ｂと定義する。

なお、８）を実施する前に予め使用するロードロック室に対して真空圧制御を実施する必要があり、実行中は真空圧状態を保持する必要があり、この時間をＥＶＡＣ＿ＨＢと定義する（図１０参照）。

（ｆ）ロードロック室でのクーリング
ロードロック室にて滞留させてウェハを冷却する。この時間をＣＯＯＬと定義する。

（ｇ）ロードロック室からロードポートへの搬出
９）２アーム大気搬送装置にてロードポートから搬出（ゲートバルブＡを開、搬出、ゲートバルブＡを閉）この搬出時間は（ａ）−４）の搬入出定義したスワップ搬送時間となる。
１０）ロードポートへの搬入（元の位置に戻す）

これらの時間をＥＦＥＭ＿ＯＵＴと定義する。この時間は（ａ）−４）で定義したＥＦＥＭ＿Ｓとスワップ搬送後の時間で分けて考える。スワップ搬送後の動作時間１０）をＥＦＥＭ＿Ｂと定義する。９）のスワップ搬送を実施する前に予め、使用するロードロック室に対して大気圧制御の実施をする必要がある。また実行中は大気圧状態を保持する必要がある。これらの時間は（ａ）で定義したＬＥＡＫとＬＥＡＫ＿Ｈと同じになる（図１１参照）。

以上に述べた（ａ）〜（ｇ）までのシーケンスを図１２に示す。

（２）搬送シーケンスにおける条件
ロードポート上にある複数毎のウェハを処理室１，２，３と振り分けて効率的に運転を行うために、スワップ搬送の実施を行っている。スワップ搬送をするために、下記待ち時間を設けて同期をとる。
１１）真空スワップ搬送同期待ち時間：プロセス終了後にＰＭ内で滞留させる。
１２）大気スワップ搬送同期待ち時間：クーリング時間を延長してロードロック室内で滞留させる。

以下のように、これらの同期待ち時間を加味した時間を定義する。
ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ：プロセス時間（ＰＲＯＣ）＋真空スワップ搬送同期待ち時間
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ：クーリング時間（ＣＯＯＬ）＋大気スワップ搬送同期待ち時間

また、任意のウェハ処理が開始されてから次のウェハ処理が開始されるまでの時間をＢＡＴＣＨと定義する。

（ａ）真空スワップ搬送条件
ＰＭ（真空スワップの間隔）数が３であるので、３枚後（１と４，２と５，…）が真空スワップ搬送することになる。
このための条件式は、以下の様になる。
３・ＢＡＴＣＨ＝ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＋ＭＦ＿Ｓ
この式を変形して、
ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＝３・ＢＡＴＣＨ−ＭＦ＿Ｓ …（式１）

（ｂ）大気スワップ搬送条件
５枚後（１と６，２と７，…）を大気スワップ搬送としていた。
このための条件式は、以下の様になる。
５・ＢＡＴＣＨ＝ＥＦＥＭ＿Ｓ＋ＥＶＡＣ＋ＭＦ＿Ａ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＭＦ＿Ｂ＋ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ
（式１）より整理すると
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ＝２・ＢＡＴＣＨ−（ＥＦＥＭ＿Ｓ＋ＥＶＡＣ＋ＭＦ＿Ａ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＭＦ＿Ｂ） …（式２）

（ｃ）ロードロック室の真空圧制御と大気圧制御が重ならない条件
ロードロック室での真空圧制御中及び真空圧搬送中に大気圧制御を実施することはできない。また、その逆もできない。大気搬送スワップを５枚後ごとに行うため、ロードロック室「１」，「２」での搬入と搬出の関係は図１３のようになる。
また、圧力制御のシーケンスは図１４に示すシーケンスの繰り返しとなる。
ｎ枚目の搬出、ｎ＋３枚目の搬入のロードロック室が同一となり、ロードロック室単位では２・ＢＡＴＣＨ周期でこの圧力制御が実施される。

この動作のための条件式は以下の様になる。
２・ＢＡＴＣＨ≧ＬＥＡＫ＋ＥＦＥＭ＿Ｓ＋ＥＶＡＣ＋ＭＦ＿Ａ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＭＦ＿Ｂ …（条件式１）

（ｄ）２アーム大気搬送装置の動作条件
２アーム大気搬送装置の動作に着目すると、ＢＡＴＣＨ時間間隔でロードポートからの搬入、スワップ搬送、搬出動作を繰り返すことになる
この動作のための条件式は、以下の様になる。
ＢＡＴＣＨ≧ＥＦＥＭ＿Ａ＋ＥＦＥＭ＿Ｓ＋ＥＦＥＭ＿Ｂ …（条件式２）

（ｅ）２アーム真空搬送装置の動作条件
２アーム真空搬送装置の動作に着目すると、ＢＡＴＣＨ時間間隔で処理室からの搬出、スワップ搬送、搬入動作を繰り返すことになる。
この動作のための条件式は、以下のようになる。
ＢＡＴＣＨ≧ＭＦ＿Ａ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＭＦ＿Ｂ …（条件式３）

上記（ａ）〜（ｅ）で求めた（式１），（式２）及び（条件式１）〜（条件式３）を満足するＢＡＴＣＨ，ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ，ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬの値で制御をさせれば、動作的な干渉が起こらないシーケンスが組める。

（３）具体的な値の例
シーケンス時間の算出方法を具体的な値の例を用いて示す。各動作時間は、図１５に示されるものとする。
（ステップ１）
（条件式１）〜（条件式３）を満足する最小の値（動作が干渉しない最小のＢＡＴＣＨ値）をＢＡＴＣＨ０として求める。
ＢＡＴＣＨ０≧４７．５（＝（２０＋１５＋１０＋１５＋２０＋１５）／２）
…（条件式１´）
ＢＡＴＣＨ０≧６０（＝３５＋１５＋１０） …（条件式２´）
ＢＡＴＣＨ０≧５０（＝１５＋２０＋１５） …（条件式３´）
これらよりＢＡＴＣＨ０は６０。

（ステップ２）
（式１）に上記で求めたＢＡＴＣＨ０を代入して仮の値をＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ０として求める。
ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ０＝３×６０−２０＝１６０ …（式１´）
同様に、（式２）に代入して仮の値をＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ０として求める。
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ０＝２×６０−（３５＋１０＋１５＋２０＋１５）＝４５
…（式２´）

（ステップ３）
求められた仮値の組[ＢＡＴＣＨ０，ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ０，ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ０]に対して、実際の成膜処理、ウェハ冷却時間以上になるように調整して、実際のシーケンスで使用する値の組[ＢＡＴＣＨ，ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ，ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ]を求める。

ＢＡＴＣＨ＝ＢＡＴＣＨ０＋ｎ
ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＝ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ０＋３・ｎ≧ＰＲＯＣ（成膜処理時間）
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ＝ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ０＋２・ｎ≧ＣＯＯＬ（ウェハの冷却時間）（ｎ≧０）

成膜処理時間（ＰＲＯＣ）が１５０秒、ウェハ冷却時間（ＣＯＯＬ）が８５秒であるので、成膜処理時間については、１６０＋３・ｎ≧１５０においてｎは０で良いが、ウェハの冷却時間については、４５＋２・ｎ≧８５においてｎは２０となる。
従って、ＢＡＴＣＨ＝８０，ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＝２２０（７０秒の待ち）、
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ＝８５となる。
以上のシーケンスタイムチャートを図１６〜図２０に示す。

従来技術では、上述のようにウェハ冷却時間を長く必要とする場合、ウェハの投入時間間隔が多大な影響を受けて、スループットが悪くなるという問題があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ウェハ冷却時間によるスループットの影響を最小限に抑え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。

上述した課題を解決するため、基板処理を行う複数の処理室と、大気圧状態で基板が搬入されると真空圧制御が行われるとともに、真空圧状態で基板が搬入されると大気圧状態に調整され、前記処理室で処理した後の基板を冷却処理する予備室（ロードロック室）とを搬送室（第１の搬送室）に連接し、前記搬送室内に設けた第１の搬送装置（２アーム真空搬送装置）により、前記処理室と前記予備室との間で基板の搬送処理を行うとともに、前記搬送室の外部（第２の搬送室）に設けた第２の搬送装置（大気搬送装置）により、複数の基板が格納された複数のカセットと前記予備室（ロードロック室）との間で基板の搬送処理を行う基板処理装置において、前記予備室内に基板を載置する複数の基板載置部を備えるとともに、該基板載置部に対して基板が搬入用及び搬出用の区別なく一定時間間隔で収納されるように前記第１の搬送装置及び第２の搬送装置を制御するコントローラを備えることを特徴とする。

以上に詳述したように本発明によれば、ウェハの冷却時間で影響されるウェハの搬入時間間隔を最小限とすることができ、ひいてはスループットを向上することができる基板処理装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

本実施の形態による基板処理装置の構造は図７に示した枚葉装置と同じであり、ここでの説明を省略する。

以下に本発明の実施の形態の動作について説明する。
本発明の実施の形態では、ロードロック室の上下段（基板載置部）で搬入用、搬出用で固定せずに有効に活用し、大気スワップの対象を７枚後（１と８，２と９，…）とするシーケンスを組む。

（１）ロードロック室のシーケンス
まず、搬入するロードロック室５，６と上下段を決定する。ここで、図１において、第１ロードロック室５を「１」で表し、第２ロードロック室６を「２」で表している。そして、４種類（１上、１下、２上、２下）のうち、第１ロードロック室「１」と第２ロードロック室「２」は交互に使用し４シーケンスを定める（５シーケンス以降はその後の繰り返し）。搬出するロードロック室と上下段は７枚後（３枚後と同じ）の搬入と合わせる。ここで、図１は搬入シーケンスを例えば（１上−２上−１下−２下）とした場合のシーケンスを示している。

（２）大気スワップ条件
７枚後を大気スワップとした場合の条件式は、以下の様に変更される。
７・ＢＡＴＣＨ＝ＥＦＥＭ＿Ｓ＋ＥＶＡＣ＋ＭＦ＿Ａ＋ＭＦ＿Ｓ
＋ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＭＦ＿Ｂ＋ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ
式（１）を用いて整理すると、
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ＝４・ＢＡＴＣＨ−（ＥＦＥＭ＿Ｓ＋ＥＶＡＣ＋ＭＦ＿Ａ＋ＭＦ＿Ｓ＋ＭＦ＿Ｂ） …（式２Ａ）

搬送シーケンスにおける他の条件は全て従来技術で示したものと同じになる。

（３）具体的な例
各動作時間を従来技術で使用した動作時間（図１５参照）を用いて算出する。
（ステップ１）
ＢＡＴＣＨ０＝６０（従来技術と同様）
（ステップ２）
ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ０＝１６０（従来技術と同様）
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ＝４×６０−（３５＋１０＋１５＋２０＋１５）＝１６５
…（式２Ａ）

（ステップ３）
成膜処理時間（ＰＲＯＣ）が１５０秒、ウェハ冷却時間（ＣＯＯＬ）８５秒であるので、
成膜処理時間については、１６０＋３・ｎ≧１５０においてｎは０で、
ウェハを冷却時間についても、１６５＋４・ｎ≧８５においてｎは０でよくなる。
従って、ＢＡＴＣＨ＝６０、ＰＲＯＣ＿ＳＣＤＬ＝１６０（１０秒の待ち）
ＣＯＯＬ＿ＳＣＤＬ＝１６５（ｓ）となり冷却時間が長くとれることとなる。
この場合のシーケンスタイムチャートを図２〜図６に示す。

このように、本発明によれば、従来技術に比べてウェハ冷却時間により、ウェハ投入間隔に影響がでることを軽減でき、例えば上述した実施の形態では、冷却時間を１６５秒までとっても投入間隔に影響がなく、冷却時間を十分にとれると共にスループットの低下を防止することができる基板処理装置が得られる。

本発明の実施の形態による搬入シーケンスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態のシーケンスタイムチャートその１を示す図である。 本発明の実施の形態のシーケンスタイムチャートその２を示す図である。 本発明の実施の形態のシーケンスタイムチャートその３を示す図である。 本発明の実施の形態のシーケンスタイムチャートその４を示す図である。 本発明の実施の形態のシーケンスタイムチャートその５を示す図である。 本発明及び従来の基板処理装置としての枚葉装置を示す平面図である。 ＥＦＥＭ＿ＩＮの時間を示す図である。 ＭＦ＿ＩＮの時間を示す図である。 ＭＦ＿ＯＵＴの時間を示す図である。 ＥＦＥＭ＿ＯＵＴの時間を示す図である。 ウェハ制御シーケンスを示す図である。 ２つのロードロック室での搬入と搬出の関係を示す図である。 圧力制御シーケンスの繰り返しを示す図である。 シーケンスの各動作時間の一例を示す図である。 従来のシーケンスタイムチャートその１を示す図である。 従来のシーケンスタイムチャートその２を示す図である。 従来のシーケンスタイムチャートその３を示す図である。 従来のシーケンスタイムチャートその４を示す図である。 従来のシーケンスタイムチャートその５を示す図である。

符号の説明

１，２，３ 処理室、Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ ゲートバルブ、４ 第１の搬送室、４ａ ２アーム真空搬送装置、５，６ ロードロック室、７ 第２の搬送室、７ａ ２アーム大気搬送装置、７ｂ アライメントユニット、８ ロードポート。

Claims (1)

1. 基板処理を行う複数の処理室と、大気圧状態で基板が搬入されると真空圧制御が行われるとともに、真空圧状態で基板が搬入されると大気圧状態に調整され、前記処理室で処理した後の基板を冷却処理する予備室とを搬送室に連接し、前記搬送室内に設けた第１の搬送装置により、前記処理室と前記予備室との間で基板の搬送処理を行うとともに、前記搬送室の外部に設けた第２の搬送装置により、複数の基板が格納された複数のカセットと前記予備室との間で基板の搬送処理を行う基板処理装置において、
   前記予備室内に基板を載置する複数の基板載置部を備えるとともに、該基板載置部に対して基板が搬入用及び搬出用の区別なく一定時間間隔で収納されるように前記第１の搬送装置及び第２の搬送装置を制御するコントローラを備えることを特徴とする基板処理装置。

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