JP2009212174A

JP2009212174A - 基板処理装置、基板処理方法、及び記憶媒体

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Publication number: JP2009212174A
Application number: JP2008051563A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 裕之高橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】被処理基板の冷却効率が高く、スループットを向上できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】被処理基板Ｗを搬入及び搬出する搬入出機構３４を備え、大気圧状態で被処理基板Ｗを搬入及び搬出する搬入出室３１ａと、被処理基板搬送機構２４を備え、減圧状態で被処理基板Ｗを搬送する搬送室２１ａと、大気圧状態で搬入出室３１ａと被処理基板Ｗの受け渡しを行い、減圧状態で搬送室２１ａと被処理基板Ｗの受け渡しを行う、大気圧状態と減圧状態とを切り換え可能なロードロック室４２ａと、減圧状態で搬送室２１ａと被処理基板Ｗの受け渡しを行い、減圧状態で被処理基板Ｗに対して処理を行う複数の処理室２２、２３と、を備え、搬送室２１ａ内に、被処理基板Ｗを冷却する冷却部６を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、搬送室に複数の処理室を配してなり、半導体ウエハ等の被処理基板に処理を行う基板処理装置と、その基板処理方法、並びに基板処理装置を制御するプログラムが格納された記憶媒体に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に、コンタクト構造や配線構造を形成するために、複数の金属又は金属化合物膜を成膜するプロセスが行われる。このような成膜処理は、減圧状態、例えば、真空に保持された処理室内で行われるが、最近では、処理の効率化の観点、および酸化やコンタミネーション等の汚染を抑制する観点から、複数の処理室を、減圧状態、例えば、真空に保持される搬送室に連結し、この搬送室に設けられた搬送機構により各処理室に、例えば、真空に保持したままウエハを搬送可能としたクラスターツール型のマルチチャンバシステムが注目されている（例えば特許文献１）。このようなマルチチャンバシステムでは、ウエハを大気に曝すことなく連続して複数の膜を成膜することができるので、極めて効率的でスループットの良い処理を行うことができる。

特許文献１に記載された半導体製造装置（基板処理装置）はウエハを冷却するための冷却用のチャンバを備えているが、一般的には、ウエハは、減圧状態と大気圧状態とを切り換え可能なロードロック室へ搬入して冷却される。
特開平９−２８３５９０号公報

ウエハを、ロードロック室へ搬入して冷却する装置においては、装置の稼働状況によっては処理室から搬出したウエハを、すぐにロードロック室へ搬入できないことがある。この場合には、ウエハは搬送室内の搬送機構上でウエハが停滞する。搬送室は、減圧状態であるからウエハから熱を奪う冷却媒体がない。このため、ウエハの温度が下がり難い。ウエハは、ロードロック室に搬入されてからでないと効率的に冷却されない。マルチチャンバシステムは複数の処理室を備えているので本来スループットが良いが、効率的な冷却が行えないことから、スループットの向上が妨げられている。

この発明は、被処理基板の冷却効率が高く、スループットを向上できる基板処理装置と、その基板処理方法、並びにその基板処理方法を実行するプログラムが格納された記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る基板処理装置は、被処理基板を搬入及び搬出する搬入出機構を備え、大気圧状態で被処理基板を搬入及び搬出する搬入出室と、被処理基板搬送機構を備え、減圧状態で前記被処理基板を搬送する搬送室と、大気圧状態で前記搬入出室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行う、大気圧状態と減圧状態とを切り換え可能なロードロック室と、減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記被処理基板に対して処理を行う複数の処理室と、を備え、前記搬送室内に、前記被処理基板を冷却する冷却部を設ける。

この発明の第２の態様に係る基板処理方法は、被処理基板を搬入及び搬出する搬入出機構を備え、大気圧状態で被処理基板を搬入及び搬出する搬入出室と、被処理基板搬送機構を備え、減圧状態で前記被処理基板を搬送する搬送室と、大気圧状態で前記搬入出室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行う、大気圧状態と減圧状態とを切り換え可能なロードロック室と、減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記被処理基板に対して処理を行う複数の処理室と、前記搬送室内に設けられたガス放出部と、を備えた基板処理装置を用いた基板処理方法であって、前記ガス放出部から前記搬送室内に放出されるガスを利用して、前記被処理基板を冷却する。

この発明の第３の態様に係る記憶媒体は、コンピュータ上で動作し、基板処理を制御する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムが、実行時に、第２の態様に係る基板処理方法が行われるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させる。

この発明によれば、被処理基板の冷却効率が高く、スループットを向上できる基板処理装置と、その基板処理方法、並びにその基板処理方法を実行するプログラムが格納された記憶媒体を提供できる。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。この説明においては、この発明を半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）を処理する基板処理装置に適用した場合について示す。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る基板処理装置１ａは、処理部２、搬入出部３、処理部２と搬入出部３とを接続するロードロック部４、及び制御部５とを備えている。第１の基板処理装置は、１ａはマルチチャンバタイプである。

処理部２は、搬送モジュール（ＴＭ）２１と、搬送モジュール２１に接続された二つの処理モジュール（ＰＭ１、ＰＭ２）２２、２３とを有する。

搬送モジュール２１は、内部を所定の真空度に減圧可能な搬送室２１ａを備えている。本例の搬送室２１ａの平面形状は八角形であり、八角形の二辺に対して上記処理モジュール２２、２３が接続される。

処理モジュール２２、２３は各々、内部を所定の真空度に減圧可能な処理室（処理チャンバ）２２ａ、２３ａを備えている。本例の処理室２２ａ、２３ａは、ウエハＷに処理を行う箇所であり、例えば、ＣＶＤ処理等が行われる。ＣＶＤ処理を行うときの処理室２２ａ、２３ａにおける所定の真空度は、例えば、１×１０^１〜１×１０^３Ｐａ（約１×１０^−１〜１×１０^１Ｔｏｒｒ）程度とされる。このときの搬送室２１ａにおける所定の真空度も、処理室２２ａ、２３ａと同等の圧力、即ち１×１０^１〜１×１０^３Ｐａ（約１×１０^−１〜１×１０^１Ｔｏｒｒ）程度とされる。処理室２２ａ、２３ａは各々、ゲートバルブＧ１、Ｇ２を介して搬送室２１ａに接続される。処理室２２ａ、２３ａは各々、対応するゲートバルブＧ１、又はＧ２を開放することにより搬送室２１ａと連通され、対応するゲートバルブＧ１、又はＧ２を閉じることにより搬送室２１ａから遮断される。

搬入出部３は、搬入出モジュール（ＬＭ）３１と、ポート３２と、オリエンタ３３とを有している。

搬入出モジュール３１は、内部を大気圧、又はほぼ大気圧、例えば、外部の大気圧に対してわずかに陽圧とされる搬入出室３１ａを有している。本例の搬入出室３１ａの平面形状は矩形であり、矩形の一辺に対して上記ポート３２が接続され、他の一辺に対してオリエンタ３３が接続される。

ポート３２は複数のウエハＷを収容し、搬送するキャリアＣが取り付けられる箇所である。本例では三つのポート３２ａ、３２ｂ、３２ｃを備え、それぞれが搬入出室３１ａの一辺に接続されている。ポート３２ａ乃至３２ｃには各々、図示せぬシャッターが設けられており、ポート３２ａ乃至３２ｃにウエハＷを収容、又は空のキャリアＣが取り付けられ、その際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ、キャリアＣの内部と搬入出室３１ａとが連通するようになっている。

オリエンタ３３は搬入出室３１ａ内に搬入されたウエハＷのアライメント、例えば、ウエハＷの向きのアライメントを行う。

ロードロック部４は、二つのロードロックモジュール（ＬＬＭ１、ＬＬＭ２）４１、４２を有している。

ロードロックモジュール４１、４２は各々、内部を所定の真空度、及び大気圧、もしくはほぼ大気圧に切り換え可能なロードロック室４１ａ、４２ａを備えている。ロードロック室４１ａ、４２ａは各々、ゲートバルブＧ３、Ｇ４を介して搬入出室３１ａのポート３２ａ乃至３２ｃが接続された一辺に対向する一辺に接続され、ゲートバルブＧ５、Ｇ６を介して搬送室２１ａの処理室２２ａ、２３ａが接続された二辺以外の二辺に接続される。ロードロック室４１ａ、４２ａは各々、対応するゲートバルブＧ３、又はＧ４を開放することにより搬入出室３１ａと連通され、対応するゲートバルブＧ３、又はＧ４を閉じることにより搬入出室３１ａから遮断される。また、対応するゲートバルブＧ５、又はＧ６を開放することにより搬送室２１ａと連通され、対応するゲートバルブＧ５、又はＧ６を閉じることにより搬送室２１ａから遮断される。

搬入出室３１ａ内には、キャリアＣに対するウエハＷの搬入出、及びロードロック室４１ａ、４２ａに対する半導体ウエハＷの搬入出を行う搬入出用搬送機構３４が設けられている。搬入出用搬送機構３４は、例えば、２つの多関節アーム３４ａ、３４ｂを有しており、キャリアＣの配列方向に沿って延びるレール３４ｃ上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３４ｄ、３４ｅにウエハＷを載せてその搬送を行うようになっている。

搬送室２１ａ内には、処理室２２ａ、２３ａ、ロードロック室４１ａ、４２ａに対してウエハＷの搬入出を行う搬送機構２４が設けられている。搬送機構２４は、搬送室２１ａの略中央に配設されている。搬送機構２４は、回転、及び伸縮可能な回転・伸縮部２４ａを備え、回転・伸縮部２４ａの先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム２４ｂ、２４ｃが互いに反対方向を向くように取り付けられている。

制御部５は、基板処理装置１ａの各構成部を制御する。制御部５は、各構成部の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ５１と、オペレータが基板処理装置１ａを管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置１ａの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５２と、基板処理装置１ａで実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ちレシピを記憶する記憶部５３と、を備えている。ユーザーインターフェース５２、及び記憶部５３はプロセスコントローラ５１に接続されている。レシピは記憶部５３内の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば、専用回線を介して記憶媒体にレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。任意のレシピは、必要に応じてユーザーインターフェース５２からの指示にて記憶部５３から呼び出し、プロセスコントローラ５１に実行させることで、基板処理装置１ａは、プロセスコントローラ５１の制御下で所望の基板処理を行う。

図２Ａは図１中の搬送モジュール２１を拡大して示す平面図、図２Ｂは図２Ａ中の２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、さらに、第１の実施形態に係る基板処理装置１ａは、搬送室２１ａ内に、ウエハＷを冷却する冷却部６を備えている。

冷却部６はガス放出部を有する。本例ではガス放出部として、真空破壊及び調圧に利用する気流制御フィルタ６ａを利用した。気流制御フィルタ６ａの一例は、多孔質セラミックを用いた多孔質セラミックフィルタである。

本例では、気流制御フィルタ６ａはウエハＷの搬送面よりも高い位置に設置されている。このため、ウエハＷは、ウエハＷの搬入出を行う搬送機構２４を用いることで、気流制御フィルタ６ａの直下に搬送することが可能となっている。ウエハＷを、気流制御フィルタ６ａの直下に搬送し、搬送機構２４に保持された状態で、気流制御フィルタからガスを放出すると、ガスがウエハＷにあたる。

このように、第１の実施形態では、気流制御フィルタ６ａを利用し、気流制御フィルタ６ａから放出されるガスをウエハＷにあてる。この構成を備えることにより、ウエハＷを真空環境に放置するだけに比較して空冷効果を期待でき、ウエハＷの冷却効率を高めることができる。

気流制御フィルタ６ａが放出するガスの一例は窒素であるが、窒素に限られるものではない。清浄空気でも良いし、窒素と同じような不活性なガスでも良い。不活性なガスとしては、窒素の他、例えば、アルゴン、ヘリウム等を挙げることができる。

また、冷却部６とは別に、ロードロック室、例えば、ロードロック室４２ａ内に、ウエハＷを冷却する冷却機能７を備えるようにしても良い。ロードロック室４２ａ内に備えられる冷却機能７としては、ロードロック室４２内の温度を調温する調温装置や、ウエハＷを直接に冷却するウエハ冷却装置であっても良い。

冷却部６とは別に、例えば、ロードロック室４２ａ内に、ウエハＷを冷却する冷却機能７を備えている場合には、ウエハＷがロードロック室４２ａ内で冷却されているとき、これとは別のウエハＷを冷却する必要があるときに、搬送室２１ａ内の冷却部６を利用するようにすると良い。

このように、ロードロック室４２ａ内の冷却機能７と、冷却部６とを併用することで、ウエハＷの冷却待ち時間を軽減することができ、スループットの向上に寄与する。

また、例えば、ロードロック室４２ａ内に、ウエハＷを冷却する冷却機能７を備えている場合には、ウエハＷがロードロック室４２ａに搬送される前に、搬送室２１ａ内の冷却部６を利用して、ウエハＷの事前冷却を行うようにしても良い。

この場合には、ロードロック室４２ａ内におけるウエハＷの冷却時間を短縮でき、上記同様に、スループットの向上に寄与する。

また、事前冷却は、ウエハＷのロードロック室４２ａへの搬送待ち時間、例えば、ロードロック室４２ａの内部の圧力を、搬送室２１ａの圧力と同等の圧力まで下げている時間を利用して行うようにしても良い。

この場合には、処理ルーチン内に、事前冷却のための事前冷却プロセスを新たに設定せずに済む。これもまた、上記同様に、スループットの向上に寄与する。

以上、第１の実施形態に係る基板処理装置によれば、被処理基板の冷却効率が高く、スループットを向上できる基板処理装置を得ることができる。

（第２の実施形態）
図３Ａは第２の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図、図３Ｂは図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２の実施形態に係る基板処理装置１ｂが、第１の実施形態に係る基板処理装置１ａと異なるところは、搬送室２１ａ内の冷却部６が、搬送室２１ａとロードロック室、例えば、ロードロック室４２ａとを接続するゲートバルブＧ６に隣接して設けられていることである。本例では、冷却部６が、ゲートバルブＧ６の前に設けられている。本例においても、冷却部６はガス放出部を有しており、ガス放出部として、真空破壊及び調圧に利用する気流制御フィルタ６ａが利用されている。

第２の実施形態のように、冷却部６を搬送室２１ａとロードロック室、例えば、ロードロック室４２ａとを接続するゲートバルブＧ６に隣接、例えば、ゲートバルブＧ６の前に設けることで、ウエハＷを、冷却部６からロードロック室４２ａへ搬送する搬送時間を短縮することができる。よって、冷却部６がゲートバルブＧ６に隣接して設けられていない基板処理装置に比較して、スループットを向上させることができる。

なお、第２の実施形態の構成は、以下に説明する第３、第４の実施形態にも適用することができる。

（第３の実施形態）
図４Ａは第３の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図、図４Ｂは図４Ａ中の４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第３の実施形態に係る基板処理装置１ｃが、第１の実施形態に係る基板処理装置１ａと異なるところは、冷却部６のガス放出部６ｂの被処理基板に対向する面の平面形状を、被処理基板の平面形状と同形状としたことである。本例では、被処理基板がウエハＷである。このため、ガス放出部６ｂのウエハＷに対向する面の平面形状を、円形としている。

第３の実施形態のように、ガス放出部６ｂの平面形状を、被処理基板の平面形状と同形状とすることで、同形状でない場合に比較して、被処理基板の平面全体に対して、効率良くガスをあてることができる。よって、第３の実施形態に係る基板処理装置１ｃは、空冷効果をより高めることができ、スループットの更なる向上に寄与する。

（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図である。

図５に示すように、第４の実施形態に係る基板処理装置１ｄが、第３の実施形態に係る基板処理装置１ｃと異なるところは、冷却部６に利用されるガス放出部６ｃと、真空破壊及び調圧に利用する気流制御フィルタ６ａとの双方を備えていることにある。なお、本例では、ガス放出部６ｃは、第３の実施形態と同様に、平面形状が、被処理基板の平面形状と同形状とされているが、第１、第２の実施形態のように、ガス放出部６ｃの平面形状が、被処理基板の平面形状と異なっていてももちろん良い。

このように、冷却部６に利用されるガス放出部６ｃは、上記実施形態において説明したように気流制御フィルタ６ａを利用することも可能であるし、気流制御フィルタ６ａとは別に、冷却部６の専用に設けることも可能である。

また、冷却部６の専用にガス放出部６ｃを設けた場合には、ガスを、より効率よく被処理基板にあたるように、ガス放出のための開孔の形状等を工夫することも可能である。

以上、この発明をいくつかの実施形態により説明したが、この発明は上記いくつかの実施形態に限定されることなく種々変形可能である。

例えば、上記実施形態では、基板処理装置として、半導体ウエハを処理する基板処理装置を例示したが、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板等を処理する基板処理装置にも適用可能であることは言うまでもない。

この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図図２Ａは図１中の搬送モジュールを拡大して示す平面図、図２Ｂは図２Ａ中の２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図図３Ａはこの発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図、図３Ｂは図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図図４Ａはこの発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図、図４Ｂは図４Ａ中の４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図この発明の第４の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す平面図

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…基板処理装置、２…処理部、３…搬入出部、４…ロードロック部、５…制御部、６…冷却部、６ａ…気流制御フィルタ、６ｂ、６ｃ…ガス放出部、２１…搬送モジュール、２１ａ…搬送室、２２、２３…処理モジュール、２４…搬送機構、３１…搬入出モジュール、３４…搬入出用搬送機構、４１、４２…ロードロックモジュール、４１ａ、４２ａ…ロードロック室。

Claims

被処理基板を搬入及び搬出する搬入出機構を備え、大気圧状態で被処理基板を搬入及び搬出する搬入出室と、
被処理基板搬送機構を備え、減圧状態で前記被処理基板を搬送する搬送室と、
大気圧状態で前記搬入出室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行う、大気圧状態と減圧状態とを切り換え可能なロードロック室と、
減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記被処理基板に対して処理を行う複数の処理室と、を備え、
前記搬送室内に、前記被処理基板を冷却する冷却部を設けたことを特徴とする基板処理装置。
前記ロードロック室内に、前記被処理基板を冷却する冷却機能をさらに備え、
前記被処理基板が前記ロードロック室内の冷却機能を用いて冷却されているとき、前記ロードロック室内の被処理基板とは別の被処理基板が、前記搬送室内の前記冷却部において冷却されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記ロードロック室内に、前記被処理基板を冷却する冷却機能をさらに備え、
前記ロードロック室に搬送される前に、前記被処理基板が前記搬送室内の前記冷却部において事前冷却されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記被処理基板の前記ロードロック室への搬送待ち時間中に、
前記被処理基板が前記搬送室内の前記冷却部において冷却されることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
前記搬送室内の冷却部が、前記搬送室と前記ロードロック室とを接続するゲートバルブに隣接して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記搬送室内の前記冷却部にガス放出部をさらに備え、
前記ガス放出部が、前記被処理基板搬送機構の基板搬送面よりも上の位置にあり、
前記被処理基板が、前記ガス放出部から放出されたガスにより冷却されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記ガス放出部が、前記搬送室の真空を破壊する、及び／又は前記搬送室内の圧力を調圧する気流制御フィルタであることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
前記気流制御フィルタが、多孔質セラミックフィルタであることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
前記被処理基板搬送機構が、前記被処理基板を前記ガス放出部の直下に搬送し、
前記被処理基板が、前記被処理基板搬送機構に保持された状態で、前記ガス放出部から放出されたガスにより冷却されることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
前記被処理基板搬送機構が、前記被処理基板を前記ガス放出部の直下に搬送し、
前記ガス放出部の前記被処理基板に対向する面の平面形状が、前記被処理基板の平面形状と同形状であることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
前記被処理基板搬送機構が、前記被処理基板を前記ガス放出部の直下に搬送し、
前記ガス放出部の前記被処理基板に対向する面の平面形状が、円形であることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
被処理基板を搬入及び搬出する搬入出機構を備え、大気圧状態で被処理基板を搬入及び搬出する搬入出室と、
被処理基板搬送機構を備え、減圧状態で前記被処理基板を搬送する搬送室と、
大気圧状態で前記搬入出室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行う、大気圧状態と減圧状態とを切り換え可能なロードロック室と、
減圧状態で前記搬送室と前記被処理基板の受け渡しを行い、減圧状態で前記被処理基板に対して処理を行う複数の処理室と、
前記搬送室内に設けられたガス放出部と、を備えた基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記ガス放出部から前記搬送室内に放出されるガスを利用して、前記被処理基板を冷却することを特徴とする基板処理方法。
コンピュータ上で動作し、基板処理を制御する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムが、実行時に、請求項１２に記載の基板処理方法が行われるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。