JP2010153453A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミーウエハの煩わしい管理を無くし、ダミーウエハ専用ロードポートを追加せずに、プロセスモジュールのクリーニング時のダミーウエハの運用を自動化する。
【解決手段】ウエハを処理する複数の処理炉１３６〜１３９と、ウエハを一時的に収容する予備室１２２、１２３と、処理炉１３６〜１３９と予備室１２２，１２３との間でウエハを搬送する第一の移載機１１２と、予備室１２２，１２３に対してウエハを搬送する第二の移載機１２４と、を有する基板処理装置および半導体装置の製造方法において、第二の移載機１２４が設置された第二の搬送室１２１内にプロダクトウエハ２００とは異なるダミーウエハを収容するダミーウエハ棚２０２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。

枚葉コールドウォール式のプロセスモジュールにおいて、ガスクリーニングを行う際、クリーニングガスでのヒータやサセプタヘのダメージ防止のため、ダミーウエハをサセプタ上に載せて、サセプタをカバーした状態でガスクリーニングを行う必要がある。
従来、このダミーウエハの運用は、例えば、次のように実施されている。
プロセスモジュール（処理炉）内における累積膜厚を監視して、クリーニングに必要な膜厚に達すると、ダミーウエハを入れたＦＯＵＰ（front opening unified pod ）をロードポート（ＩＯステージ）に置き、そのウエハをプロセスモジュールに運んでクリーニングレシピを流す。オペレータはクリーニング毎にこの作業を行い、ダミーウエハの使用回数もオペレータ自身が管理する必要がある。
具体的には、次のようになる。
1) クリーニング時期が来たことを知らせるメッセージ発生、
2) オペレータがダミーウエハを入れたＦＯＵＰをロードボートにセット、
3) 操作画面からダミーウエハを装置へ投入、
4) 操作画面からクリーニングレシピ実行、
5) クリーニング終了後、ＦＯＵＰ取出し、
6) ＦＯＵＰ内のダミーウエハ使用回数管理（作業者による管理が必要となる）、
7) クリーニング毎に1)〜6)を繰り返す。

以上のように、従来の方法は、とても煩わしい作業であった。
この煩わしい作業を改善するために、例えば、ロードポート数を増やし、クリーニングダミーウエハ専用ＦＯＵＰを常時設置可能とする方法が考えられる。この場合には、自動化が可能である。
しかしながら、ロードポート数増加とＥＦＥＭ（Equipment Front End Module) ロボット用走行軸延長とＦＦＵ幅サイズアップによるコストアップのデメリットがある。

また先行ダミーとしてダミーウエハを使用する場合もある。すなわち、プロダクトウエハ（製品ウエ ハ）に対する処理前に、ダミーウエハをプロセスモジュールに運んで、プロダクトウエハに対する処理と同様な処理を先行して実施する場合もある。
これは、プロセスモジュールのアイドル時間が長い場合、１枚目と２枚目以降でプロダクトウエハに与える熱影響が変化するため、条件を整える目的で先行ダミーとして運用するものである。先行ダミーの運用についても、クリーニングダミー同様となる。
その他、プリコート時に使用するダミーウエハの運用も同様である。すなわち、クリーニング後に、ダミーウエハをプロセスモジュールに運んで、プロダクトウエハに対する処理と同様な処理（プリコート処理）を実施する。

本発明の目的は、従来技術の問題点のダミーウエハ運用をオペレータが管理する煩わしい作業を無くすことができ、コストアップやフットプリントのサイズアップの原因になるダミーウエハ専用ロードポートを追加することなく、プロセスモジュールのクリーニング時のクリーニングダミー、先行ダミー、プリコート用ダミーの運用を自動化することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板を処理するプロセスモジュールと、
基板を一時的に収容するロードロックモジュールと、
前記プロセスモジュールと前記ロードロックモジュールとの間で基板を搬送するトランスファモジュールと、
前記ロードロックモジュールに対して基板を搬送するフロントエンドモジュールと、
を有し、
前記フロントエンドモジュール内には製品基板とは異なるダミー基板を収容するダミー基板収容部が設けられることを特徴とする基板処理装置、
が提供される。
本発明の他の態様によれば、
フロントエンドモジュール内のダミー基板収容部に収容されたダミー基板を前記フロントエンドモジュールよりロードロックモジュールに対して搬送するステップと、
前記ダミー基板を前記ロードロックモジュールよりトランスファモジュールを介してプロセスモジュールに搬送するステップと、
前記プロセスモジュール内に前記ダミー基板を収容した状態で処理を行うステップと、
前記処理後に前記ダミー基板を前記プロセスモジュールより前記トランスファモジュールを介して前記ロードロックモジュールに搬送するステップと、
前記ダミー基板を前記ロードロックモジュールより前記フロントエンドモジュール内の前記ダミー基板収容部に回収するステップと、
前記フロントエンドモジュールに対し製品基板を収容したキャリアを投入するステップと、
前記キャリア内の前記製品基板を前記フロントエンドモジュールより前記ロードロックモジュールに対して搬送するステップと、
前記製品基板を前記ロードロックモジュールより前記トランスファモジュールを介して前記プロセスモジュールに搬送するステップと、
前記プロセスモジュールにて前記製品基板を処理するステップと、
前記処理後に前記製品基板を前記プロセスモジュールより前記トランスファモジュールを介して前記ロードロックモジュールに搬送するステップと、
前記製品基板を前記ロードロックモジュールより前記フロントエンドモジュールを介して前記キャリアに回収するステップと、
前記キャリアを前記フロントエンドモジュールから取り出すステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、
が提供される。

ダミーウエハ運用をオペレータが管理する煩わしい作業を無くすことができ、コストアップやフットプリントのサイズアップの原因になるダミーウエハ専用ロードポートを追加することなく、プロセスモジュールのクリーニング時のクリーニングダミー、先行ダミー、プリコート用ダミーの運用を自動化することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

図１および図２において、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
なお、本発明が適用される基板処理装置においては、基板としてのウエハを搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（以下、ポッドという）が使用される。
また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。すなわち、図１が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

図１および図２に示されているように、基板処理装置は第一の搬送室（トランスファモジュール）１０３を備えている。第一の搬送室１０３は真空状態等の大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。

筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室（ロードロックモジュール）１２２と、搬出用の予備室（ロードロックモジュール）１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。
さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。

予備室１２２および予備室１２３の前側には、第二の搬送室（フロントエンドモジュール）１２１がゲートバルブ１２８，１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１は略大気圧下で用いられる。
第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。

図２に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
図１に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはノッチまたはオリフラ合わせ装置（以下、プリアライナという）１０６が設置されている。
プリアライナ１０６の下にはダミー基板収納部としてのダミーウエハ棚２０２が設置されている。ダミーウエハ棚２０２はダミー基板としてのダミーウエハ２０１を収納する。ダミーウエハ棚２０２のダミーウエハ収納枚数は、プロセスモジュールの数以上、例えば、４つの処理炉の場合には４枚または複数倍である８枚、１２枚・・・が好ましい。

図１および図２に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５の前側には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、ポッドオープナ１０８が設置されている。ウエハ搬入搬出口１３４を挟んでポッドオープナ１０８と反対側、すなわち筐体１２５の外側にはＩＯステージ（ロードポート）１０５が設置されている。
ポッドオープナ１０８はポッド１００のキャップ１００ａを開閉すると共に、ウエハ搬入搬出口１３４を閉塞可能なクロージャ１４２と、クロージャ１４２を駆動する駆動機構１０９とを備えている。ポッドオープナ１０８はＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ１００ａを開閉することにより、ポッド１００に対するウエハ２００の出し入れを可能にする。
ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ＩＯステージ１０５に対して、供給および排出される。

図１に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち後側（背面側）に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉（プロセスモジュール）１３６と第二の処理炉（プロセスモジュール）１３７とが、ゲートバルブ１３０、１３１を介してそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉１３６および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウォール式の処理炉によって構成されている。
筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉（プロセスモジュール）１３８と、第四の処理炉（プロセスモジュール）１３９とが、ゲートバルブ１５１，１５２を介してそれぞれ連結されている。第三の処理炉１３８および第四の処理炉１３９もいずれもコールドウォール式の処理炉によって構成されている。コントローラ３００は、第一のウエハ移載機１１２，第二のウエハ移載機１２４，ゲートバルブ１３０，１３１，１５１，１５２，２４４，１２７，１２８，１２９，ポッドオープナ１０８，プリアライナ１０６，クリーンユニット１１８等の基板処理装置を構成する各部の動作を制御する。

以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用して、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程としてウエハを処理する処理工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ３００により制御される。

未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。
図１および図２に示されているように、搬送されて来たポッド１００は、ＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。
ポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。

ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４は、ポッド１００からウエハ２００をピックアップして予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、予備室１２２の第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３内の負圧は維持されている。
ポッド１００に収納された所定枚数、例えば２５枚のウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２内が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。

予備室１２２内が予め設定された圧力値となると、ゲートバルブ２４４が開かれ、予備室１２２と第一の搬送室１０３とが連通される。
続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の搬送室１０３に搬入する。
ゲートバルブ２４４が閉じられた後に、ゲートバルブ１３０が開かれて、第一の搬送室１０３と第一の処理炉１３６とが連通される。
続いて、第一のウエハ移載機１１２は、ウエハ２００を第一の搬送室１０３から第一の処理炉１３６に搬入して、第一の処理炉１３６内の支持具に移載する。
ゲートバルブ１３０が閉じられた後、第一の処理炉１３６内に処理ガスが供給され、ウエハ２００に所望の処理が施される。

第一の処理炉１３６でのウエハ２００に対する処理が完了すると、ゲートバルブ１３０が開かれて、処理済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。搬出後、ゲートバルブ１３０は閉じられる。

第一のウエハ移載機１１２は第一の処理炉１３６から搬出した処理済みのウエハ２００を予備室１２３へ搬送する。基板置き台１４１に移載した後に、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。

以上の作動が繰り返されることにより、予備室１２２内に搬入された所定枚数、例えば２５枚のウエハ２００が順次処理されて行く。

予備室１２２内に搬入された全てのウエハ２００に対する処理が終了し、全ての処理済みウエハ２００が予備室１２３に収納され、予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。
予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって開かれる。
続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。
２５枚の処理済みウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。

以上の作動は第一の処理炉１３６が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理炉１３７、第三の処理炉１３８および第四の処理炉１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
また、前述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。

また、第一の処理炉１３６、第二の処理炉１３７、第三の処理炉１３８、第四の処理炉１３９では、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一の処理炉１３６、第二の処理炉１３７、第三の処理炉１３８、第四の処理炉１３９で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉１３６でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉１３６でウエハ２００にある処理を行った後に、第二の処理炉１３７で別の処理を行い、その後、第三の処理炉１３８や第四の処理炉１３９で、更に別の処理を行わせるようにしてもよい。

次に、前記構成に係る基板処理装置のガスクリーニング時の運用方法を、図３および図４を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ３００により制御される。

ダミーウエハ２０１を収納したポッド１００ＡがＩＯステージ１０５に置かれる。
オペレータがコントローラの操作画面に表示されたダミーウエハセットボタン（図示せず）を押すと、第二のウエハ移載機１２４はダミーウエハ２０１をポッド１００Ａから取り出し、第二の搬送室１２１内のダミーウエハ棚２０２にセットする。
ダミーウエハ２０１を収納していた空のポッド１００Ａは、ＩＯステージ１０５から他の場所に移動される。
その後は、プロダクトウエハ２００に対する前述した通常の運用が実施される。

クリーニング時期が到来したことを知らせるメッセージが発生すると、ロットが処理中の場合にはロットが終了するのを待ち、終了した時点で、第二のウエハ移載機１２４はダミーウエハ棚２０２のダミーウエハ２０１を搬入用の予備室１２２へ搬送する。第一のウエハ移載機１１２は搬入用の予備室１２２に搬送されたダミーウエハ２０１を第一の処理炉１３６、第二の処理炉１３７、第三の処理炉１３８および第四の処理炉１３９のうちのクリーニング対象の処理炉に搬送する。ダミーウエハ２０１はクリーニング対象の処理炉内のサセプタ上に載置され、この状態で処理炉内のガスクリーニングが行われる。なお、クリーニングは特定の処理炉に対して行うようにしてもよいし、全ての処理炉に対して行うようにしてもよい。
なお、クリーニング時期が到来したことを知らせるメッセージを発生するために、クリーニングを開始する累積膜厚の閾値を、予め設定しておく。
所定のクリーニング作動が終了した後に、第一のウエハ移載機１１２は第一〜第四の処理炉１３６〜１３９のうちのクリーニング対象の処理炉から使用済みのダミーウエハ２０１を搬出用の予備室１２３に搬送する。第二のウエハ移載機１２４は使用済みのダミーウエハ２０１を搬出用の予備室１２３からダミーウエハ棚２０２に戻す。
コントローラ３００は各ダミーウエハ２０１の使用回数をカウントする。

以上のステップ、すなわちロット処理とクリーニングが繰り返され、予め入力しておいたダミーウエハ使用回数（例えば、アラート＝１３回使用、アラーム＝１５回使用）になったところで、ダミーウエハ交換のメッセージが発生する。
コントローラ３００の指示に従って、新旧のダミーウエハ２０１の交換が実施される。
新旧のダミーウエハ２０１の交換が実施されると、コントローラ３００にてカウントされていたダミーウエハ使用回数がリセットされる。

なお、先行ダミーウエハおよびプリコート用ダミーウエハについても、前述した運用方法と同様な運用方法となる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

（１）ダミーウエハ専用ロードポートを省略することができるので、第二のウエハ移載機の走行軸延長とＦＦＵ幅サイズアップによるコストアップを回避することができる。

（２）クリーニングダミー、先行ダミー、プリコートダミーの運用を自動化することができるので、オペレータが介在するのを最初のダミーウエハセット時とダミーウエハ交換時のみとすることができ、完全自動化することができる。

（３）クリーニングダミー、先行ダミー、プリコートダミーの運用毎のオペレータの介在を不要とすることができるので、人が塵埃等の発生原因になるのを防止することができるばかりでなく、人為的ミス等を防止することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、処理炉（プロセスモジュール）は４機設置するに限らず、１機、２機、３機または５機以上設置してもよい。

本発明の一実施の形態である基板処理装置を示す平面断面図である。 その側面断面図である。 ガスクリーニング時の運用方法を示す模式的平面図である。 同じく一部切断正面図である。

符号の説明

１０３ 第一の搬送室（トランスファモジュール）
１２１ 第二の搬送室（フロントエンドモジュール）
１２２ 搬入用の予備室（ロードロックモジュール）
１２３ 搬出用の予備室（ロードロックモジュール）
１３６ 第一の処理炉（プロセスモジュール）
１３７ 第二の処理炉（プロセスモジュール）
１３８ 第三の処理炉（プロセスモジュール）
１３９ 第四の処理炉（プロセスモジュール）
２００ ウエハ（基板）
２０１ ダミーウエハ
２０２ ダミーウエハ棚（ダミー基板収容部）

Claims (2)

1. 基板を処理するプロセスモジュールと、
   基板を一時的に収容するロードロックモジュールと、
   前記プロセスモジュールと前記ロードロックモジュールとの間で基板を搬送するトランスファモジュールと、
   前記ロードロックモジュールに対して基板を搬送するフロントエンドモジュールと、
   を有し、
   前記フロントエンドモジュール内には製品基板とは異なるダミー基板を収容するダミー基板収容部が設けられることを特徴とする基板処理装置。
2. フロントエンドモジュール内のダミー基板収容部に収容されたダミー基板を前記フロントエンドモジュールよりロードロックモジュールに対して搬送するステップと、
   前記ダミー基板を前記ロードロックモジュールよりトランスファモジュールを介してプロセスモジュールに搬送するステップと、
   前記プロセスモジュール内に前記ダミー基板を収容した状態で処理を行うステップと、
   前記処理後に前記ダミー基板を前記プロセスモジュールより前記トランスファモジュールを介して前記ロードロックモジュールに搬送するステップと、
   前記ダミー基板を前記ロードロックモジュールより前記フロントエンドモジュール内の前記ダミー基板収容部に回収するステップと、
   前記フロントエンドモジュールに対し製品基板を収容したキャリアを投入するステップと、
   前記キャリア内の前記製品基板を前記フロントエンドモジュールより前記ロードロックモジュールに対して搬送するステップと、
   前記製品基板を前記ロードロックモジュールより前記トランスファモジュールを介して前記プロセスモジュールに搬送するステップと、
   前記プロセスモジュールにて前記製品基板を処理するステップと、
   前記処理後に前記製品基板を前記プロセスモジュールより前記トランスファモジュールを介して前記ロードロックモジュールに搬送するステップと、
   前記製品基板を前記ロードロックモジュールより前記フロントエンドモジュールを介して前記キャリアに回収するステップと、
   前記キャリアを前記フロントエンドモジュールから取り出すステップと、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images