JP2007266263A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の処理室を有する基板処理装置において、セルフガスクリーニングのタイミングを調整し、成膜処理数を増加させる。
【解決手段】 基板の搬送を行う搬送手段を有する搬送室２と、この搬送室２に連接される少なくとも一つの予備室（ロードロック室Ｌ１）と、前記搬送室２に連接され、前記基板に成膜処理又はクリーニング処理を施す複数の処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、前記各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において、前記成膜処理と前記クリーニング処理とが繰り返されるように制御する制御手段（コントローラ５）と、を有し、前記制御手段が、全ての処理室で同時に成膜処理を行わせずに、前記複数の処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のうち、所定数の処理室でのみ成膜処理を行わせ、他の処理室はクリーニング処理を行わせるように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体基板やＬＣＤ等のガラス基板（以下、基板という）等の基板に成膜処理を施す縦型、横型、枚葉式等の基板処理装置に関するものである。

一般に、基板処理装置には、基板の搬送を行う搬送手段を有する搬送室と、この搬送室に連接され未処理又は処理済みの基板が載置される予備室と、搬送室に連接され基板に成膜処理を施す処理室とが備えられていて、搬送室から予備室に搬送された基板を、順次、処理室に投入することによって成膜を施し、その後、処理済みの基板を予備室に払い出すが、処理室の数が一つではスループットが低く生産性が乏しいという問題がある。また、基板に成膜を施し残余のガスや反応副生成物が処理室の内面に付着しまうと、その後の経時的な付着物の剥離、落下によって成膜に混入してしまう不具合もある。
そこで従来は、処理室を複数とし、生産性を改善する一方、処理室にセルフクリーニングガス（エッチングガス）を供給することによって、処理室の内面の付着物を揮発させ、処理室に連通する排気管下流で排気トラップにより捕集することがなされている。なお、セルフガスクリーニングは、付着物を揮発させるので、残さず除去できる利点がある。

図５は従来の枚葉式基板処理装置において、成膜処理とセルフガスクリーニング処理とを実施するためのタイミングチャートである。なお、図５中、Ｌはロードロック室における基板の取り出し又は払い出しの搬送タクトを、Ｒは処理室における基板の挿入（投入）又は取り出しの搬送タクトを、Ｈは予備加熱室における基板の挿入又は取り出しの搬送タクトを、Ｓはセルフガスクリーニングプロセスを示す。
図５に示すように、従来のタイミングチャートでは、成膜プロセスの開始タイミングを処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の順にずらし、処理室Ｒ１、処理室Ｒ２、処理室Ｒ３の順にセルフガスクリーニング処理を実施する。セルフガスクリーニングの周期は、ガス種によっても変動するが、例えば、基板の成膜処理数６枚を１周期としている。この場合、基板の搬送、成膜処理、セルフガスクリーニング処理は次のようにしている。
（１）まず、大気搬送ロボットをコントローラにより制御してカセットスタンドからカセットを選択し、基板を取り出してこれをロードロック室に搬送する。
（２）ロードロック室への搬送を終了すると、真空搬送ロボットをコントローラにより制御し、ロードロック室から取り出した基板を予備加熱室に挿入する。
（３）予備加熱室での基板の予熱が完了すると、コントローラの制御により真空搬送ロボットが予熱済みの基板を予備加熱室から取り出し、これを処理室に挿入する。
そして、真空搬送ロボットがロードロック室から基板を取り出して予熱室に挿入する。
（４）処理室での基板の成膜処理が完了すると、処理室から基板が取り出され、ロードロック室に払い出される。この後、予熱室から基板が取り出され、処理室に挿入される。そして、ロードロック室から基板が取り出され予熱室に補充される。
（５）上記（３），上記（４）操作の繰り返し。
（６）上記（３），上記（４）操作の繰り返しにより、各処理室での基板の成膜処理数がセルフガスクリーニング周期の成膜数に到達すると、処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３毎に原料ガスの供給が遮断され、セルフクリーニングガスが処理室に所定流量、所定時間供給される。

従来の基板処理装置、特に、枚葉式基板処理装置では、複数の処理室、ロードロック室（予備室）、予備加熱室（予備室）を、基板搬送装置を配置する搬送室を取り囲むように配置して基板ハンドリング及び搬送を搬送室に集中させ、処理すべき基板と処理後の基板とをロードロック室に集中させることによって、基板の搬送タクト時間を大幅に短縮するようになっており、予備室を設けて基板を予熱することによって処理時間の大幅な短縮を可能としている。また、ダブルアーム式の基板搬送ロボットも採用されていて、搬送タクト時間の短縮に寄与している。
しかし、処理室のセルフガスクリーニングを実施せざるを得ない状況の下では、成膜条件の最適化等によって成膜プロセスの所要時間を図６に示すように短縮しても成膜数の増加には関与しない無駄な時間となってしまうので、一枚でも多くの基板に成膜を施して成膜処理数を増大するという要求を満足することはできない。

例えば、プロセス処理時間を８０（秒）として基板の搬送タクト時間と無駄時間を下式により求めると、
Ｔａ＝（Ｐｘ＋Ｔｃ）／ｎ１ …（１）
Ｔｄ＝Ｔｃ×ｎ２ …（２）
Ｔｂ＝Ｔｄ×ｎ１−Ｔａ×ｎ１ …（３）
ただし、Ｔａ：各処理室における基板の成膜タクト時間
Ｔｂ：無駄時間
ｎ１：基板の処理室数（成膜室数）（ｎ１＝２，３，…，ｎ）
Ｔｃ：搬送室の基板搬送ロボットによる基板の搬送タクト時間（Ｌ，Ｈ，Ｒ）
Ｔｄ：全体の搬送タクト時間
ｎ２：基板の入替回数（ｎ２＝１，２，３，…，ｎ）
Ｐｘ：プロセス処理時間
プロセス処理時間Ｐｘを８０（秒）とした場合、成膜タクト時間Ｔａは（８０＋１０）÷３＝３０（秒）、基板の搬送タクト時間Ｔｄは１０（秒）×３＝３０（秒）、成膜タクト時間Ｔａに対する無駄時間Ｔｂは３０−３０＝０（秒）となり、図５に示したように、成膜プロセスに無駄な時間が発生しない。
しかし、プロセス処理時間Ｐｘを１０（秒）短縮して７０（秒）とした場合、成膜タクト時間Ｔａは（７０＋１０）÷３＝２６．７（秒）、搬送タクト時間Ｔｄは、１０（秒）×３＝３０（秒）となり、成膜タクト時間Ｔａに対する無駄時間Ｔｂは３０×３−２６．７×３≒１０（秒）となり無駄時間Ｔｂが発生してしまう。
このように、枚葉式基板処理装置を含めて複数の処理室、予備室、搬送室を備え、成膜処理とセルフガスクリーニングとを交互に行う基板処理装置においては、プロセス時間を短縮しても生産性の向上には直結していなかった。

そこで、本発明は、複数の処理室を有する基板処理装置において、セルフガスクリーニングのタイミングを調整し、無駄時間をなくすことを目的とする。

第１の発明は、基板の搬送を行う搬送手段を有する搬送室と、該搬送室に連接される少なくとも一つの予備室と、前記搬送室に連接され、前記基板に成膜処理又はクリーニング処理を施す複数の処理室と、前記各処理室において、前記成膜処理と前記クリーニング処理とが繰り返されるように制御する制御手段と、を有し、前記制御手段が、全ての処理室で同時に成膜処理を行わせずに、前記複数の処理室のうち、所定数の処理室でのみ成膜処理を行わせ、他の処理室はクリーニング処理を行わせるように構成された基板処理装置を提供するものである。

このように、全ての処理室で同時に成膜処理を行わずに、複数の処理室のうち、所定の処理室でのみ成膜処理を行わせ、他の処理室にクリーニング処理を行わせると、無駄時間が発生しなくなるので生産性の向上が見込まれる。なお、所定の処理室とは、複数の処理室の数をｎとし、所定の処理室の数をｎ１としたときに、ｎ≠ｎ１且つｎ＞ｎ１の関係を満たすように定められる。

第２の発明は、基板の搬送を行う搬送手段を有する搬送室と、該搬送室に連接される少なくとも一つの予備室と、前記搬送室に連接され、前記基板に成膜処理又はクリーニング処理を施す複数の処理室とを備え、前記成膜処理と前記クリーニング処理とを繰り返すようにした基板処理装置の成膜及びクリーニング方法において、前記複数の処理室のうち、全ての処理室で同時に成膜処理を行わせずに、所定の処理室でのみ成膜処理を行わせ、他の処理室ではクリーニング処理を行わせるようにしたものである。
かかる方法によれば、請求項１記載の発明と同様に、セルフガスクリーニング処理と基板処理とが実施され、無駄時間が発生しなくなるので、生産性の向上が見込まれる。

本発明によれば、複数の処理室を設けて基板の成膜処理とセルフガスクリーニング処理を実施する場合に、一つの処理室でセルフガスクリーニングを実施するとともに、他の処理室で成膜処理が実施され、無駄時間が発生しなくなるので基板装置全体としての生産性の向上が見込まれる。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
図１は基板処理装置の一例としての枚葉式基板処理装置の内部を示す解説図である。
基板処理装置１には、複数の処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が互いに連接され、一方側の処理室Ｒ１に予備加熱室ＨＴが連接されている。また、ロードロック室Ｌ１が予備加熱室ＨＴに連接され、基板の搬入、搬出を行う基板搬送ロボットＴ１を備えた操作室３がロードロック室Ｌ１を介して予備加熱室ＨＴ側と反対側に連接されている。
ロードロック室Ｌ１、予備加熱室ＨＴ及び複数の処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、環状又は多角形状（図示例では五角形）に配置されていて、基板（ワーク）を搬送するための搬送室２を取り囲んでおり、基板の搬送及びハンドリングのための基板搬送ロボットＴ２が搬送室２に設置されている。
ロードロック室Ｌ１の搬送室２側及び前記操作室３側はそれぞれゲートロックバルブ（図示せず）で開閉するようになっており、各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、予備加熱室ＨＴの搬送室２に面した基板の挿入口（図示せず）もゲートロックバルブ（図示せず）で開閉する構造となっている。そして、ロードロック室Ｌ１、搬送室２、各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には、真空ポンプ等減圧のための減圧排気系がそれぞれ取り付けられている。これら減圧排気系は相互に独立しており、ピラニ計等の監視の下、減圧するようになっている。

前記処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には、抵抗式加熱ヒータ、高周波誘導加熱ヒータ等のヒータが取り付けられていて処理室内雰囲気を成膜温度以上に加熱するようになっており、同様に、予備加熱室ＨＴにヒータが備えられていて、予備加熱室ＨＴ内を加熱するようになっている。各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には、成膜のための原料ガスを供給する原料ガス供給管（図示せず）と、処理室内雰囲気を排気する排気管（図示せず）と、セルフクリーニングガスを処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３にそれぞれ供給するためのセルフクリーニングガス供給管（図示せず）とが接続されていて、それぞれ開閉弁により開閉する構造となっており、前記セルフクリーニングガス供給管とその開閉弁がセルフガスクリーニング装置を構成している。また、基板処理装置には、後述するコントローラ５が備えられていて、搬送室２の基板搬送ロボットＴ２、操作室３側の基板搬送ロボットＴ１、前記原料ガス供給通路の開閉弁、セルフクリーニングガスの開閉弁等を制御するようになっている。なお、コントローラ５は、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、メモリ、ハードディクス等からなる周知のコンピュータで構成されている。

一方、操作室３には複数のカセットスタンド（図示せず）が設置され、基板の搬送およびハンドリングのための基板搬送ロボットＴ１が操作室３のカセットスタンドとロードロック室Ｌ１との間に設置されている。これらカセットスタンドにはそれぞれカセットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が収容されており、各カセットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４には、成膜処理前の基板又は機外払い出し前の基板が収容されている。

図２は前記コントローラ５のブロック図である。
コントローラ５は、主制御部５ａ、搬送制御部５ｂ、予備加熱制御部５ｃ、処理室第１制御部５ｄ、処理室第２制御部５ｅ、処理室第３制御部５ｆ、レシピ等の入力編成部５ｇ、表示部５ｈを備えて構成されていて、搬送制御部５ｂが前記基板搬送ロボットＴ１，Ｔ２とロードロック室Ｌ１のゲートロックバルブの開閉を制御し、予備加熱制御部５ｃが予備加熱室ＨＴ内を昇温するためのヒータ（図示せず）の温度、予備加熱室ＨＴのゲートロックバルブの開閉を制御する。
また、処理室第１制御部５ｄ、処理室第２制御部５ｅ、処理室第３制御部５ｆがそれぞれ処理室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のヒータ（図示せず）の温度、原料ガス供給管の開閉弁、排気管の開閉弁、セルフクリーニングガス供給管の開閉弁の開閉等を制御する。
コントローラ５を起動すると、主制御部５ａが、データベース（図示せず）に格納のレシピファイルを参照し、処理室第１制御部５ｄ、処理室第２制御部５ｅ、処理室第３制御部５ｆに対して成膜処理、及びセルフガスクリーニング処理の開始信号を送信する。この開始信号には、少なくとも、各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対する成膜処理の開始タイミング、セルフクリーニングガスの周期及び開始タイミングが含まれており、処理室第１制御部５ｄ、処理室第２制御部５ｅ、処理室第３制御部５ｆは、各処理室に対する成膜処理の開始タイミング、セルフクリーニングガスの周期及び開始タイミングに基づいて基板の成膜処理とセルフタイミング処理を実施する。
下式は、レシピに格納されている処理室Ｒ１（第一処理室）のクリーニング開始タイミングＴＲ１、処理室Ｒ２（第二処理室）のクリーニング開始タイミングＴＲ２、処理室Ｒ３（第三処理室）のクリーニング開始タイミングＴＲｎを示す。
処理室Ｒ１のクリーニング開始タイミングＴＲ１
ＴＲ１＝Ｗ÷Ｎ×１…（４）
処理室Ｒ２のクリーニング開始タイミングＴＲ２
ＴＲ２＝Ｗ÷Ｎ×２…（５）
処理室Ｒ３（第三処理室）のクリーニング開始タイミングＴＲ３
ＴＲ３＝Ｗ÷Ｎ×３ …（６）
処理室ＴＲｎ（第ｎ処理室）のクリーニング開始タイミングＴＲn
ＴＲｎ＝Ｗ÷Ｎ×ｎ …（７）
ただし、Ｗ：オペレータに指定された基板枚数
Ｎ：基板処理装置の処理室数
ＴＲ１〜ＴＲｎ：オペレータに指定されたセルフガスクリーニング周期以下（小数点切り上げ）
図３は、成膜プロセスの所要時間を７０（秒）、前記ロードロック室Ｌ１における基板の取り出し又は払い出しに対する搬送タクト時間、処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対する基板の挿入又は取り出しに対する搬送タクト時間、予備加熱室ＨＴに対する基板の挿入又は取り出し対する搬送タクト時間をそれぞれ１０（秒）とした場合の処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の成膜プロセス及びセルフガスクリーニング処理のタイミングを示すタイミングチャートである。
なお、図３において、Ｌはロードロック室Ｌ１における基板の取り出し又は払い出しを、Ｒは処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３における基板の挿入又は取り出しを、Ｈは予備加熱室ＨＴにおける基板の挿入又は取り出しを示し、１枚目〜６枚目の文字は、処理室Ｒ１、処理室Ｒ２、処理室Ｒ３の各室での成膜プロセスのプロセス番号を、Ｓはセルフガスクリーニングプロセスを示している。

すなわち、従来例で説明したタイミングチャート（図５）において、処理室Ｒ１、処理室Ｒ２、処理室Ｒ３の全てでセルフガスクリーニングを実施すると、成膜処理数の合計は１８枚となる。この成膜処理数の合計１８枚から成膜処理数の生産時間を算出すると、
生産時間＝成膜タクト時間×セルフガスクリーニング周期×処理室数＋セルフガスクリーニング時間＋搬送時間
＝３０（秒）×６（枚）×３（室）＋３５０（秒）＋１０（秒）＝９００（秒）
となるが、
本実施形態では、実際に、成膜する処理室の数は（処理室数−１）となるので、
成膜タクト時間＝（プロセス時間＋搬送時間）÷（処理室数−１）
搬送タクト時間＝搬送時間×基板の入替数（Ｌ，Ｈ，Ｒ）
生産時間＝成膜タクト時間×セルフガスクリーニング周期×処理室数
＋セルフガスクリーニング時間
＝４０（秒）×６（枚）×（３−１）＋３５０（秒）＋１０（秒）
＝８４０（秒）
となる。
この結果を１時間当たりの基板の生産数に換算すると、生産能力（枚）について、
従来の生産能力（枚）は、
生産能力（枚）＝６０（分）×６０（秒）÷１８（枚）の生産時間（秒）×１８（枚）＝６０（分）×６０（秒）÷９００×１８＝７２（枚）となり、
本実施の形態の生産能力（枚）は
生産能力（枚）＝６０（分）×６０（秒）÷１８（枚）の生産時間（秒）×１８（枚）＝６０（分）×６０（秒）÷８４０×１８＝７７（枚）となり、基板処理装置全体の生産性が向上する。

次に、図１乃至図４を参照して前記コントローラ５が実行する基板の搬送処理及びセルフガスクリーニング処理の詳細について説明すると、
（１）まず、搬送制御部５ｂで操作室３の基板搬送ロボットＴ１を制御し、操作室３のカセットスタンドのカセットＳ１〜Ｓ４から基板を取り出してロードロック室Ｌ１に搬送する。
この場合、処理室第１制御部５ｄ〜処理室第３制御部５ｆが各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のヒータの温度制御を、主制御部５ａが予備加熱室ＨＴのヒータの温度制御を実行し、さらに、処理室内温度雰囲気が成膜温度、予熱室内雰囲気温度が成膜温度近傍の温度雰囲気に制御する。
（２）搬送制御部５ｂの制御による基板の搬送を終了し、予備加熱室内雰囲気温度が成膜温度近傍の温度雰囲気となると、搬送制御部５ｂが搬送室２の基板搬送ロボットＴ２を制御してロードロック室Ｌ１から基板を取り出して（図３Ｌ）、予備加熱室ＨＴに挿入する（図３Ｈ）。
（３）予備加熱室ＨＴでの基板の予熱時間が予熱温度に到達するか、又は、到達温度に昇温する予熱時間に到達した場合は、基板の予熱が完了したものとみなして、搬送室２の基板搬送ロボットＴ２が予熱済みの基板を予備加熱室ＨＴから取り出してこれを処理室（例えば、処理室Ｒ１）に挿入する（図３Ｒ）。そして、ロードロック室Ｌ１から基板を取り出して（図３Ｌ）予備加熱室ＨＴに挿入する基板を補充する（図３Ｈ）。
（４）処理室（例えば、処理室Ｒ１）での基板の成膜処理が完了すると、搬送室２の基板搬送ロボットＴ２が処理室（例えば、処理室Ｒ１）から基板を取り出して（図３Ｒ）、ロードロック室Ｌ１に払い出し（図３Ｌ）、続いて、予備加熱室ＨＴから基板を取り出して処理室（例えば、処理室Ｒ２）に挿入する（図３Ｈ）。そして、ロードロック室Ｌ１から基板を取り出して（図３Ｌ）、予備加熱室ＨＴに補充する（図３Ｈ）。
（５）上記（３），上記（４）の操作を繰り返す。
（６）上記（３），上記（４）の繰り返しの際、主制御部５ａは、処理室第１制御部〜処理室第３制御部５ｄ〜５ｆに対するセルフガスクリーニングの時期を各処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３毎に監視していて、基板の成膜プロセス数、すなわち、成膜処理数がセルフガスクリーニング周期の成膜処理数（図示例では一周期あたり６枚）に到達すると、原料ガス供給通路の開閉弁の開閉時期を閉、セルフクリーニングガス供給通路の開閉弁を開として、セルフクリーニングガスを該当する処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に供給し、セルフガスクリーニング周期毎に、処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の付着物をセルフクリーニングガスにより揮発させ、排気トラップ、除害装置により浄化する。
主制御部５ａはセルフガスクリーニングを終了する時間に到達すると、原料ガス供給通路の開閉弁の開閉時期を閉として該当する処理室（例えば、処理室Ｒ１）に対するセルフクリーニングガスの供給を停止し、上記（３），上記（４）の操作を再開する。そして、処理室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対する原料ガスの供給を再開する。
また、セルフガスクリーニングの実施中は、主制御部５ａが搬送制御部５ｂに制御信号を出力し、搬送制御部５ｂが操作室３の基板搬送ロボットＴ１を制御して成膜済みの基板を収容したカセットを操作室３のカセットスタンド又は、外部（機外）搬送台車に払い出し、代わりのカセットをロードロック室Ｌ１に搬送させる。

なお、本発明は半導体装置だけでなくＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置でも適用できる。また、成膜処理には、ＣＶＤ、ＰＶＤの他、酸化膜や窒化膜を形成する処理が含まれるものとする。

基板処理装置の一例としての枚葉式基板処理装置の内部を示す解説図である。 コントローラのブロック図である。 基板処理装置における全体の成膜処理の目標増加数を満足した成膜プロセス及びセルフガスクリーニング処理のタイミングを示すタイミングチャートである。 基板処理装置の一例としての枚葉式基板処理装置の内部を示す解説図である。 従来の枚葉式基板処理装置において、成膜処理とセルフガスクリーニング処理とを実施するためのタイミングチャートである。 基板処理装置における全体の成膜処理の目標増加数を満足した成膜プロセス及びセルフガスクリーニング処理のタイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 基板処理装置
２ 搬送室
３ 操作室
５ コントローラ（制御手段）
５ａ 主制御部
５ｂ 搬送制御部
５ｃ 予備加熱制御部
５ｄ 処理室第１制御部
５ｅ 処理室第２制御部
５ｆ 処理室第３制御部
５ｇ 入力編成部
５ｈ 表示部
６ 成膜処理数
Ｌ１ ロードロック室
Ｒ１ 処理室
Ｒ２ 処理室
Ｒ３ 処理室
Ｓ１ カセット
Ｔ１ 基板搬送ロボット
Ｔ２ 基板搬送ロボット
ＴＲ１ 成膜開始タイミング
ＴＲ２ 成膜開始タイミング
ＴＲ３ 成膜開始タイミング
ＨＴ 予備加熱室
Ｐ 成膜プロセス時間
ＴＲ 成膜開始タイミング
ＴＲｎ 処理室
Ｔａ 成膜タクト時間
Ｔｂ 無駄時間
Ｔｄ 搬送タクト時間

Claims (1)

1. 基板の搬送を行う搬送手段を有する搬送室と、
   該搬送室に連接される少なくとも一つの予備室と、
   前記搬送室に連接され、前記基板に成膜処理又はクリーニング処理を施す複数の処理室と、
   前記各処理室において、前記成膜処理と前記クリーニング処理とが繰り返されるように制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段が、全ての処理室で同時に成膜処理を行わせずに、前記複数の処理室のうち、所定数の処理室でのみ成膜処理を行わせ、他の処理室はクリーニング処理を行わせるように構成されたことを特徴とする基板処理装置。

Images