JP2010135505A

JP2010135505A - 真空装置

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Publication number: JP2010135505A
Application number: JP2008308877A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kitahara; 大北原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】タクトタイムを短縮でき、生産性を向上させることが可能な真空装置を提供する。
【解決手段】基板２３，２４を基板トレイ１１上に載置する載置機構４１と、基板トレイ１１を搬入し基板２３，２４を加熱する手段１ｂを有するロードロック室２と、ロードロック室２の出口側に連結しロードロック室２から設定温度に加熱された基板２３，２４を載置した基板トレイ１１を搬入し、基板２３，２４を設定温度で処理する処理室１と、処理室１の出口側に連結されたアンロードロック室３と、アンロードロック室３から搬出された基板トレイ１１上から基板２２，２３を回収する回収機構４２と、回収機構４２と載置機構４１との間を連結し基板トレイ１１を回収機構４２側から載置機構４１側へ戻す筒状の搬送室を有するトレイリターン機構１０とを備える。ロードロック室２、処理室１、アンロードロック室は真空排気可能であり搬送室を密閉構造とすることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空装置に係り、特にヒータを有する真空装置に関する。

化学気相成長（ＣＶＤ）装置等の真空装置では、基板を加熱し成膜プロセス等の処理が行われる（例えば、特許文献１及び２参照。）。

真空装置は、処理室と、処理室の入口側に配置されたロードロック室を備える。ロードロック室には基板加熱用のヒータが設けられ、処理室には基板保温用のヒータが設けられている。基板は載置機構により基板トレイ上に載置され、基板トレイがロードロック室に搬入される。ロードロック室内において、基板は基板加熱用のヒータにより加熱される。基板が設定温度（プロセス温度）まで加熱されると、基板トレイが処理室に移動する。処理室では、基板保温用のヒータにより基板の温度をプロセス温度に維持した状態で成膜プロセス等の処理が行われる。処理済みの基板は回収機構により回収され、基板トレイはトレイリターン機構を介してロードロック室の入口側に戻される。

従来は、トレイリターン機構に断熱機構を用いず、トレイリターン機構を大気開放状態としていたため、トレイリターン機構内を搬送中に基板トレイの温度が低下し、ロードロック室内でのヒータによる基板トレイの加熱に時間を要していた。このため、装置の主要スペックであるタクトタイムが基板トレイの加熱時間で律速する場合、タクトタイムの短縮、ひいては生産性の向上が困難である。
特開平５−２９５５５１号公報特開２００１−２３９１４４号公報

本発明の目的は、タクトタイムを短縮でき、生産性を向上させることが可能な真空装置を提供することである。

本発明の一態様は、（イ）基板を基板トレイ上に載置する載置機構と、（ロ）基板トレイを搬入し、基板を加熱する手段を有するロードロック室と、（ハ）ロードロック室の出口側に連結し、ロードロック室から設定温度に加熱された基板を載置した基板トレイを搬入し、基板を設定温度で処理する処理室と、（ニ）処理室の出口側に連結されたアンロードロック室と、（ホ）アンロードロック室から搬出された基板トレイ上から基板を回収する回収機構と、（ヘ）回収機構と載置機構との間を連結し、基板トレイを回収機構側から載置機構側へ戻す、筒状の搬送室を有するトレイリターン機構とを備える真空装置であることを要旨とする。本発明の一態様に係る真空装置のロードロック室、処理室及びアンロードロック室が真空排気可能である。又、本発明の一態様に係る真空装置においては、トレイリターン機構が搬送室の内部を密閉する手段を有し、基板トレイが外部から密閉された搬送室の内部を搬送される。

本発明によれば、タクトタイムを短縮でき、生産性を向上させることが可能な真空装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、図面は模式的なものである。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（真空装置の構成）
本発明の実施の形態に係る真空装置は、図１に示すように、基板２３，２４を基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎ上に載置する載置機構４１と、基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを搬入し、基板２３，２４を加熱する手段（主加熱部）１ｂを有するロードロック室２と、ロードロック室２の出口側に連結し、ロードロック室２から設定温度に加熱された基板２３，２４を載置した基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを搬入し、基板２３，２４を設定温度で処理する処理室１と、処理室１の出口側に連結されたアンロードロック室３と、アンロードロック室３から搬出された基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎ上から基板２２，２３を回収する回収機構４２と、回収機構４２と載置機構４１との間を連結し、基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを回収機構４２側から載置機構４１側へ戻す筒状の搬送室を有するトレイリターン機構１０とを備える。本発明の実施の形態に係る真空装置のロードロック室２、処理室１、アンロードロック室３の内部は真空排気可能である。又、トレイリターン機構１０は、筒状の搬送室の内部を密閉する手段を有し、筒状の搬送室は、外部から密閉されることにより、搬送室の外部の雰囲気に対し断熱構造とすることが可能であり、基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎが、外部から密閉され、断熱された搬送室の内部を順に搬送される。

本発明の実施の形態に係る真空装置としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）、燐ガラス（ＰＳＧ）膜、硼素ガラス（ＢＳＧ）膜、硼素燐ガラス（ＢＰＳＧ）膜、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）又はポリシリコン膜等を成膜するプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置が挙げられる。

基板２３，２４としては、半導体装置や太陽電池等を製造する場合にはシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板等が使用可能である。又、液晶表示装置を製造する場合にはガラス基板等が、光記録媒体を製造する場合にはポリカーボネイト等の樹脂基板等が基板２３，２４として用いられても良い。勿論これらのガラス基板や樹脂基板の上には工程の進行に応じて種々の薄膜が形成されうる。

処理室１は、複数の基板２３，２４を順次連続的に処理可能な真空チャンバ等である。処理室１には主加熱部１ｂ及びプラズマ放電用の電極１ａが配置されている。本発明の実施の形態に係る真空装置が上記のプラズマＣＶＤ装置の例では、処理室１には、図示を省略するが、処理室１内に成膜ガスやパージガス等の種々のガスを供給するためのガス供給部や、処理室１の温度を検出する温度センサ等の成膜プロセスに必要な部材が備えられている。又、本発明の実施の形態に係る真空装置が分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置ならばクヌーセンセルが、スパッタリング装置ならば放電電極が、真空蒸着装置ならば電子ビーム（ＥＢ）装置等が処理室１に備えられている。更に、処理室１には、図示を省略するが、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ等の真空ポンプが接続され、ロードロック室２及びアンロードロック室３にはターボ分子ポンプやメカニカルポンプが接続されている。

ロードロック室２の出口側はゲートバルブ３１で処理室１と仕切られ、入口側はゲートバルブ３３で大気と遮断されている。ロードロック室２内には予備加熱部２ａ，２ｂが配置されている。予備加熱部２ａ，２ｂは、各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを処理室１に移動する前に設定温度（プロセス温度）に予備加熱する。主加熱部１ｂ及び予備加熱部２ａ，２ｂとしては、ランプヒータ等が使用可能である。一方、アンロードロック室３の入口側はゲートバルブ３２で処理室１と仕切られ、出口側はゲートバルブ３４で大気と遮断されている。

トレイリターン機構１０は、載置機構４１側に配置され上部が大気開放された第１のエレベータコンベア４と、回収機構４２側に配置され上部が大気開放された第２のエレベータコンベア６と、第１及び第２のエレベータコンベア４，６のそれぞれの下部の間を連結するリターンコンベア５を備える。

図示を省略するが、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６の少なくともいずれかには、ターボ分子ポンプやメカニカルポンプ等の真空ポンプが接続され、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６内を真空排気可能である。又、リターンコンベア５の下部と第１のエレベータコンベア４との間、リターンコンベア５の下部と第２のエレベータコンベア６との間にゲートバルブがそれぞれあっても良いが、その場合は第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６をそれぞれ真空排気するポンプが必要となるので装置構成が複雑になる。

基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを、外部の雰囲気に対して密閉され、断熱された搬送室の内部を搬送するために、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６のそれぞれの材料、特に筒状をなす壁材としては、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム又は真空断熱材等の断熱材が使用可能であり、金属等の部材の表面に断熱材の層を形成したものであっても良い。第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６のそれぞれの壁材が、同じ断熱材及び断熱構造を有していてもよく、互いに異なる断熱材及び断熱構造であっても良い。

第１のエレベータコンベア４とロードロック室２の間には、載置機構４１が配置されている。トレイリターン機構１０の筒状の搬送室の内部を密閉する手段の一部として、第１のエレベータコンベア４の上部には、その上部を密閉し、載置機構４１が基板２３，２４を載置するときに開く第１のシャッタ（ゲートバルブ）７が設けられている。第２のエレベータコンベア６とアンロードロック室３の間には、回収機構４２が配置されている。トレイリターン機構１０の筒状の搬送室の内部を密閉する手段の他の一部として、第２のエレベータコンベア６の上部には、その上部を密閉し、回収機構４２が基板２３，２４を回収するときに開く第２のシャッタ８（ゲートバルブ）が設けられている。

載置機構４１及び回収機構４２のそれぞれとしては、例えば接触型の基板ハンドリング装置が使用可能である。又、載置機構４１及び回収機構４２のそれぞれとして、基板２３，２４を非接触で基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎに載置又は基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎから回収する非接触型のベルヌーイチャック等を使用することや、載置機構４１及び回収機構４２の基板ピックアップ部に耐熱部材を使用することにより、ハンドリング温度の上限を上げることができる。

各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎとしては、カーボン等の熱伝導性の良好な材料が使用可能である。各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎの表面は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）等の被膜でコーティングされていても構わない。図１では便宜上、各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎに２つの基板２３，２４がそれぞれ載置される場合が図示されているが、各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎの基板載置面のサイズは特に限定されず、載置する基板数も特に限定されない。基板載置面のサイズが１．５ｍ×１．５ｍ程度の場合、基板２３，２４として直径１５０ｍｍ程度のウェハが２５個程度、同時にそれぞれの基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎに載置可能となる。

又、各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎには移動機構２１，２２が取り付けられている。図１では移動機構２１，２２として２つのローラーが示されているが、３つ以上のローラーを備えていてもよく、あるいはローラー以外でも基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを移動可能なものであれば良い。又、複数の基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎの個数は特に限定されない。

各基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎのそれぞれは、移動機構２１，２２による水平移動及び第１及び第２のエレベータコンベア４，６による上下移動により、ロードロック室２、処理室１、アンロードロック室３、第２のエレベータコンベア６、リターンコンベア５及び第１のエレベータコンベア４内を循環して移動可能である。

（真空装置の動作）
次に、本発明の実施の形態に係る真空装置の動作方法を、図１を用いて説明する。

（イ）第１のシャッタ７及び第２のシャッタ８は予め閉じられている。すべてのゲートバルブ３３，３１，３２，３４を閉じ、処理室１、ロードロック室２及びアンロードロック室３を真空排気する。基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎのいずれか（ここでは、仮に「基板トレイ１１」とする。）が第１のエレベータコンベア４内を上昇する。第１のシャッタ７が開けられ、第１のエレベータコンベア４の上部において、載置機構４１が、未処理の基板２３，２４を基板トレイ１１上に載置する。その後、第１のシャッタ７を閉じる。

（ロ）基板２３，２４が載置された基板トレイ１１が、ゲートバルブ３３を介してロードロック室２内に搬入される。ロードロック室２内は真空排気され、基板２３，２４及び基板トレイ１１は、予備加熱部２ａ，２ｂにより、予定しているＣＶＤ等の処理に必要な設定温度（プロセス温度）に加熱される。

（ハ）ロードロック室２内が所定圧力となり、基板２３，２４及び基板トレイ１１がプロセス温度に加熱されたら、ゲートバルブ３１が開けられ、基板トレイ１１が予め真空排気された処理室１内に移動する。処理室１内が所定の処理圧力まで真空排気されたら、処理室１内において基板２３，２４が主加熱部１ｂによりプロセス温度に保持された状態でＣＶＤ等の処理が行われる。

（ニ）処理室１内における処理が終了したら、処理済みの基板２３，２４が載置された基板トレイ１１は、処理室１からゲートバルブ３２を介して予め真空排気されたアンロードロック室３内に移動する。

（ホ）基板トレイ１１は、アンロードロック室３からゲートバルブ３４を介して搬出される。第２のシャッタ８を開け（第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６からなる搬送室の内部が真空に排気されている場合は、搬送室の内部を大気圧に戻した後、第２のシャッタ８を開ける。）、回収機構４２が、基板２３，２４を基板トレイ１１上から回収する。その後、第２のシャッタ８を閉じ、外部の雰囲気に対して密閉構造を実現する。又、必要に応じ、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６からなる搬送室の内部を真空排気する。基板トレイ１１が第２のエレベータコンベア６を下降し、リターンコンベア５を介して第１のエレベータコンベア４に戻る。第１のシャッタ７を開け（搬送室の内部を真空排気した場合は、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６内を大気圧に戻した後、第１のシャッタ７を開ける。）、載置機構４１により基板トレイ１１に新たな基板２３，２４を載置し、再度ロードロック室３へ搬入する。ここでは、基板トレイ１１について説明したが、他の基板トレイ１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎも基板トレイ１１と同様に、ロードロック室２、処理室１、アンロードロック室３、第２のエレベータコンベア６、リターンコンベア５及び第１のエレベータコンベア４内を循環する。基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎはこうして処理室１における複数の基板２３，２４に対する連続的な成膜処理を順次繰り返し、所定のロット数の成膜処理を行う。

このように、本発明の実施の形態によれば、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６の内部を、外部の雰囲気に対し密閉構造とし、外部に対して断熱構造とすることにより、基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎの搬送中の温度の低下を抑制することができる。特に、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６からなる搬送室の内部を真空排気すれば、基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎの温度の低下をより有効に抑制することができる。したがって、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６を経て新たな基板２３，２４を載置した基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎのロードロック室２内での予備加熱部２ａ，２ｂによる設定温度にするための加熱時間を短縮することができ、装置の主要スペックであるタクトタイムが加熱時間で律速する場合にはタクトタイムを短縮することができ、ひいては生産性を向上させることが可能となる。

更に、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６の壁材に断熱材を用い、第１のシャッタ７及び第２のシャッタ８によりトレイリターン機構１０内を熱的に遮断することにより、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６内を搬送中の基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎの温度の低下をより抑制することができる。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の実施の形態に係る真空装置としては、ＣＶＤ装置の他にも、例えば、ＳｉＯ₂膜を形成する熱酸化装置、イオン注入装置、不純物拡散装置、ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等をリフロー（メルト）する熱真空装置、ＣＶＤ酸化膜等のデンシファイする熱真空装置、シリサイド膜等を形成する熱真空装置、金属配線層を堆積するスパッタリング装置等の真空装置に適用可能である。

又、本発明の実施の形態では１つの処理室１を示したが、処理室１の数は特に限定されず、例えば処理室１にゲートバルブを介して他の処理室を連続して配置していても良い。又、ロードロック室２の手前に、予備加熱部２ａ，２ｂと同様の予備加熱部やその予備加熱部を有するロードロック室を更に配置していても良い。

又、本発明の実施の形態では、エレベータコンベア４、リターンコンベア５及びエレベータコンベア６が真空排気できるようになっている場合について説明したが、トレイリターン機構１０の搬送室は、外部から密閉された構造にすることにより、外部と断熱構造とすることが可能であれば良く、第１のエレベータコンベア４、リターンコンベア５及び第２のエレベータコンベア６内を大気圧で、基板トレイ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎを搬送することも可能である。トレイリターン機構１０の搬送室の内部を真空排気することにより、より断熱効果は高められるが、大気圧で搬送すれば、トレイリターン機構１０内を真空排気し、シャッタ（ゲートバルブ）を開けるときに大気圧に戻すための手間や時間が省略可能であり、トレイリターン機構１０の搬送室の内部を真空排気する真空系等の装置も不要となるので、装置の構成が簡略化できる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る真空装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…処理室
１ａ…電極
１ｂ…主加熱部（ヒータ）
２…ロードロック室
２ａ，２ｂ…予備加熱部（ヒータ）
３…アンロードロック室
４…第１のエレベータコンベア
５…リターンコンベア
６…第２のエレベータコンベア
７…第１のシャッタ
８…第２のシャッタ
１０…トレイリターン機構
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，…，１ｎ…基板トレイ
２１，２２…移動機構
２３，２４…基板
３１〜３４…ゲートバルブ
４１…載置機構
４２…回収機構

Claims

基板を基板トレイ上に載置する載置機構と、
前記基板トレイを搬入し、前記基板を加熱する手段を有するロードロック室と、
前記ロードロック室の出口側に連結し、前記ロードロック室から設定温度に加熱された基板を載置した前記基板トレイを搬入し、前記基板を前記設定温度で処理する処理室と、
前記処理室の出口側に連結されたアンロードロック室と、
前記アンロードロック室から搬出された前記基板トレイ上から前記基板を回収する回収機構と、
前記回収機構と前記載置機構との間を連結し、前記基板トレイを前記回収機構側から前記載置機構側へ戻す筒状の搬送室を有するトレイリターン機構
とを備え、前記ロードロック室、前記処理室及び前記アンロードロック室が真空排気可能であり、前記トレイリターン機構が前記搬送室の内部を密閉する手段を有し、前記基板トレイが外部から密閉された前記搬送室の内部を搬送されることを特徴とする真空装置。
前記搬送室の壁材が断熱材を含むことを特徴とする請求項１に記載の真空装置。
前記搬送室の内部を密閉する手段が、
前記トレイリターン機構の前記載置機構側の端部を密閉するように配置され、前記載置機構が前記基板を載置するときに開く第１のシャッタと、
前記トレイリターン機構の前記回収機構側の端部を密閉するように配置され、前記回収機構が前記基板を回収するときに開く第２のシャッタ
とを備え、前記搬送室の内部を外部に対して密閉することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空装置。
前記搬送室の内部が真空排気可能であることを特徴とする請求項３に記載の真空装置。
前記トレイリターン機構は、
前記載置機構側に配置された第１のエレベータコンベアと、
前記回収機構側に配置された第２のエレベータコンベアと、
前記第１及び第２のエレベータコンベアのそれぞれを連結するリターンコンベア
とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空装置。
前記載置機構は、前記基板を非接触で前記基板トレイに載置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空装置。