JP2011119511A

JP2011119511A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2011119511A
Application number: JP2009276399A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Murata; 等村田; Shinichi Shimada; 真一島田; Masaaki Ueno; 正昭上野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】基板保持手段に保持された基板の処理が終了し、他の基板保持手段に搬送される基板を待つ時間に消費される電力を少なくすることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１は、基板を収納する基板収納手段と、基板を保持する複数の基板保持手段１３と、前記基板収納手段から前記基板保持手段１３に基板を搬送する基板移載手段１５と、前記基板保持手段１３に保持された基板を処理する処理手段１１と、電源の切り替えによって前記処理手段１１の温度を制御する制御手段５２とを備え、前記処理手段１１によって前記基板保持手段１３に保持された基板の処理が終了し、前記基板移載手段１５によって他の前記基板保持手段１３に搬送される基板がない場合、前記制御手段５２は、前記基板移載手段１５によって他の前記基板保持手段１３に搬送される基板があるまで、電源を切っておく。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体基板やガラス基板等の基板を処理する基板処理装置に関する。

基板処理装置、特に多数の基板（ウエハ）を一度に処理するバッチ式の基板処理装置は、処理炉を有し、ウエハを基板保持具（ボート）により保持し、ボートを処理炉に入れて（ロードして）ウエハを処理している。
このような基板処理装置において、スループットを向上させるため、複数のボートを用いることがある。例えば、特許文献１及び特許文献２には、２つのボートを有し、あるボートでウエハを処理している間、別のボートでは処理済みウエハを払出し（ディスチャージ）するとともに未処理ウエハを装填（チャージ）し、あるボートで処理が完了した後、このボートを処理炉から出して（アンロードして）、別のボートと交換する基板処理装置が記載されている。ここで、あるボートがアンロードされてから、未処理ウエハが搬送されて別のボートにチャージされるまでの待ち時間（アイドル時間）において、処理室内の温度は一定に保たれる。
これにより、別のボートに未処理ウエハがチャージされてからすぐに処理を開始できるが、多くの電力を消費してしまう。

特開２００６−１０８３４８号公報特開２００７−１１９８３８号公報

本発明の目的は、上述した背景からなされたものであり、基板保持手段に保持された基板の処理が終了し、他の基板保持手段に搬送される基板を待つ時間に消費される電力を少なくすることができる基板処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る基板処理装置は、基板を収納する基板収納手段と、基板を保持する複数の基板保持手段と、前記基板収納手段から前記基板保持手段に基板を搬送する基板移載手段と、前記基板保持手段に保持された基板を処理する処理手段と、電源の切り替えによって前記処理手段の温度を制御する制御手段とを備え、前記処理手段によって前記基板保持手段に保持された基板の処理が終了し、前記基板移載手段によって他の前記基板保持手段に搬送される基板がない場合、前記制御手段は、前記基板移載手段によって他の前記基板保持手段に搬送される基板があるまで、電源を切っておく。

本発明に係る基板処理装置によれば、基板保持手段に保持された基板の処理が終了し、他の基板保持手段に搬送される基板を待つ時間に消費される電力を少なくすることができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の全体斜視図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置の平面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置の処理炉の断面図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置の処理炉における温度制御の例である。本発明の実施形態に係る基板処理装置の処理炉における温度制御の例である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１には、２ボート交換式の基板処理装置が斜視図を用いて示されている。また、図２には、２ボート交換式の基板処理装置が平面図を用いて示されている。

筐体１の前面にはカセットステージ２が設けられ、カセットステージ２はシャッタ３を介して筐体１の内部と連通している。筐体１の内部前方には、カセットステージ２と対向してカセットオープナ４が設けられ、カセットオープナ４の上方には、カセットストッカ５が設けられている。さらに、カセットステージ２及びカセットオープナ４の間には、カセットローダ６が設けられている。
筐体１の内部後方一側には、ボートを昇降させるボートエレベータ７が設けられ、ボートエレベータから水平に延びる昇降アーム８には、シールキャップ９が設けられている。シールキャップ９は、処理室を形成する処理炉１１の炉口を閉塞する。シールキャップ９には後述するボート回転装置４１が設けられ、ボート回転装置はボート載置部を有し、ボート載置部には、処理の対象となる基板（ウエハ）１０を水平に多段に保持する基板保持具（ボート）が載置される。図３において後述するように、ボート１３は、ボートキャップ１３ａと、ボート本体１３ｂとによって構成される。なお、ボート１３、ボートキャップ１３ａ及びボート本体１３ｂは、例えば、石英、炭化ケイ素、シリコンなどからなるガラスでできている。

ボート回転装置４１は、ボート載置部４３を回転駆動させ、ボート載置部４３に載置されたボート１３を回転させることができる。
ボートエレベータ７に対向して、筐体１の内部後方他側には、ボート交換装置１４が設けられる。ボート交換装置１４、ボートエレベータ７及びカセットオープナ４の間には、基板移載機１５が設けられている。
カセットステージ２は、カセットローダ６及び不図示の外部搬送装置の間でカセット１６の授受を行う。カセットローダ６は、横行、昇降及び進退可能であり、カセットステージ２のカセット１６をカセットオープナ４及びカセットストッカ５に移載する。カセットオープナ４は、カセット１６の蓋を開閉する。
基板移載機１５は、昇降、進退及び回転可能であり、カセットオープナ４上のカセット１６及びボート１３の間でウエハ１０を移載する。
ボート交換装置１４は２本のボート指示アーム１７及び１８を有し、ボート指示アーム１７及び１８は、それぞれ別個に回転し、昇降することができる。ウエハ移載位置Ａ、ボート授受位置Ｂ及びウエハクーリング位置（ボート待機位置）Ｃの間でボート１３を移載する。ウエハ移載位置Ａ及びウエハクーリング一Ｃには、ボート置き台１９及び２０が設けられ、それぞれにボート１３が載置される。

ボート載置部４３は、ボート授受位置Ｂにおいて、未処理ウエハ１０を保持したボート１３をボート交換装置１４から受け取る。ボート１３は、ボートエレベータ７によって処理炉１１の処理室に入れられる（ロードされる）。
処理室に入れられたウエハ１０は、加熱され、処理室に充たされた処理ガスによって基板処理される。なお、ウエハ１０に生成される成膜を均一にするため、ボート１３は回転する。
基板処理が終了すると、ボートエレベータ７はボート１３を処理炉１１からボート授受位置Ｂに引き出し（アンロードし）、ボート１３をボート交換装置１４に受け渡す。処理済みウエハ１０を保持するボート１３は、ウエハクーリング位置Ｃに移動され、ボート置き台２０に載置されて、処理済みウエハ１０が所定の温度になるまで冷却される。

処理済みウエハ１０が冷却されている間、未処理ウエハを保持するボート１３がウエハ移載位置Ａからボート授受位置Ｂに移動され、ボート載置部４３に受け渡され、ボートエレベータ７により処理炉１１に入れられる。基板移載機１５は、ウエハ移載位置Ａにあるボート１３から処理済みウエハ１０をカセットオープナ４上のカセット１６に払い出す（ディスチャージする）。処理済みウエハ１０がカセット１６に装填されると、カセット１６はカセットローダ６によりカセットステージ２に搬送され、外部搬送装置によって搬出される。カセットローダ６によりカセットオープナ４に未処理ウエハ１０が装填されたカセット１６が移載される。基板移載機１５は、カセット１６から未処理ウエハ１０をウエハ移載位置Ａにある空のボート１３に移載する（チャージする）。
以上説明した工程を繰り返すことにより、ウエハのバッチ処理が行われる。

次に、図３を参照して、処理炉１１を説明する。
図３は、図１及び図２の基板処理装置内の処理炉１１の断面図である。
外管（アウタチューブ）２５は、石英などの耐熱性材料によってできており、上端は閉塞され、下端に開口部が設けられた円筒状の形態をしている。
内管（インナチューブ）２６は、上端及び下端の両方に開口部が設けられた円筒状の形態をしており、アウトチューブ２５内に配置されている。

アウタチューブ２５及びインナチューブ２６の間の空間は、筒状空間２７を形成し、インナチューブ２６の上端開口部から上昇したガスは、インナチューブ２６の上端で折り返され、筒状空間２７を下り排気管２８に向かって排気される。
アウタチューブ２５及びインナチューブ２６の下端には、例えばステンレス製のマニホールド２９が設けられる。マニホールド２９の上端にアウタチューブが設けられ、マニホールド２９の内側中途部にインナチューブ２６が支持されている。マニホールド２９は、ヒータベース３１に固定されている。
マニホールド２９の下端開口部には、例えばステンレス製のシールキャップ３２が設けられ、閉塞及び解放することができる。シールキャップ３２には、ガス供給ノズル３３が貫通するよう設けられ、ガス供給ノズル３３により処理ガスがアウタチューブ２５内に供給されるようになっている。ガス供給ノズル３３は、ガス供給管３４を介して不図示のガス供給源に接続され、ガス供給管３４にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３５が設けられる。ＭＦＣ３５は、ガス流量を所定の量に制御するガス流量制御部５３に接続される。
前記マニホールド２９の上部には、排気管２８が接続される。排気管２８には、自動圧力調整器などの圧力調整器３６と、真空ポンプなどの排気装置３７とが接続され、筒状空間２７を下り流れてきたガスが排出される。

アウタチューブ２５内の圧力は、圧力センサ３８によって検出される。圧力センサ３８による検出結果に基づいて、圧力制御部５４は、圧力調整器３６を制御してアウタチューブ２５内が所定の圧力の減圧雰囲気となるよう制御する。
上述したように、シールキャップ３２にはボート回転装置４１が設けられており、ボート回転装置４１はボート載置部４３を有し、ボート載置部はボート回転装置４１の出力軸４２に連結されている。ボート載置部４３に載置されたボート１３は、ボート回転装置４１によって、出力軸４２及びボート載置部４３とともに回転される。
シールキャップ３２は、昇降アーム８を介してボートエレベータ７に連結されており、ボートエレベータ７によってボート１３が昇降される。
基板移載機１５が、ボートに未処理ウエハをチャージし、ボートエレベータ７が、未処理ウエハがチャージされたボートをロードし、ボート回転装置４１が、ロードされたボートを回転するという一連の動作は、駆動制御部５５により制御される。なお、温度制御部５２、ガス流量制御部５３、圧力制御部５４及び駆動制御部５５によって主制御部５１が構成され、主制御部５１は処理炉１１を統括して制御する。
アウタチューブ２５の外周にはヒータ４５が配置される。アウタチューブ２５内の温度は、熱電対などの温度検出部４６によって検出され、温度制御部５２は、温度検出部４６による検出温度及び駆動制御部５５における制御内容に基づいて、ヒータ４５による加熱状態を制御し、処理室４０内の温度が予め定められた（以下「所定の」）温度になるようにする。

以下、図３に示した処理炉１１内で行われる、減圧ＣＶＤ処理の例を説明する。
まず、ボートエレベータ７によりボート１３を下降させ、基板移載機１５により所定の枚数のウエハをボート１３に移載する。処理室４０は、ヒータ４５により加熱されて所定の温度にされる。ＭＦＣ３５によりアウタチューブ２５内を不活性ガスで予め充填しておき、ボートエレベータ７によりボート１３を上昇させてアウタチューブ２５に入れる。ボート１３がアウタチューブ２５に入ったら、シールキャップ３２が処理室４０を閉塞する。温度制御部５２はヒータ４５を制御して、処理室４０内の温度が所定の温度になるようにする。

アウタチューブ２５内が所定の真空状態になるまで排気した後、ボート回転装置４１により、ボート１３及びボート１３上に保持されているウエハが回転される。これと同時に、ガス供給ノズル３３は処理ガスを供給する。供給された処理ガスは、アウタチューブ２５内を上昇し、ウエハ１０に対して均等に供給される。
アウタチューブ２５内は、排気管２８を介して排気され、所定の真空状態になるよう圧力調整器３６により圧力が制御され、所定の時間だけ減圧ＣＶＤ処理が行われる。
減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウエハ１０に対して減圧ＣＶＤ処理を施すべく、アウタチューブ２５内のガスを不活性ガスで充たすとともに、圧力を常圧にする。この後、ボートエレベータ７によりボート１３を下降させる。処理済みウエハ１０が装填されたボート（以下「処理済みボート」）１３がボート交換装置１４によりボート置き台２０に移動され、ボート交換装置１４は未処理ウエハが装填されたボート（以下「未処理ボート」）１３をボート載置部４３に移動し、処理済みボート１３が未処理ボートと交換される。つまり、処理済みボート１３上の処理済みウエハ１０が基板移載機１５によりディスチャージされ、空になったボート１３に未処理ウエハがチャージされる。

以下、図４及び図５を参照して、温度検出部４６による検出温度及び駆動制御部５５における制御内容に基づいて、処理炉１１の処理室内の温度が制御されることを説明する。

図４は、あるボート（ボートＡ）がアンロードされたとき、すでに、未処理ウエハが搬送されて別のボート（ボートＢ）にチャージされている場合の温度制御の例である。
図４において、縦軸は処理室内の温度、横軸は時間である。
以下、時間軸に沿って、処理室内の温度制御を説明する。

[１．ウエハチャージ]
基板移載機１５は、未処理ウエハ１０をボートＡにチャージする。
[２．ボートＡロード]
ボートエレベータ７は、ボートＡを処理炉１１にロードする。
[３．ウエハ処理開始]
処理炉１１にロードされたボートＡのウエハ１０に対する処理が開始される。
温度制御部５２は、ヒータ４５を制御して、処理室内の温度が処理ステップに応じた温度になるようにする。
[４．ウエハ処理終了]
処理炉１１にロードされたボートＡのウエハ１０に対する処理が終了する。

[５．ボートＡアンロード]
ボートエレベータ７は、ボートＡを処理炉１１からアンロードする。
ここでは、このとき、すでに、基板移載機１５は未処理ウエハ１０をボートＢにチャージしているので、温度制御部５２は、ヒータ４５を制御して、処理室内の温度をウエハ処理開始可能な温度（スタンバイ温度）に保つ。
[６．ウエハディスチャージ]
基板移載機１５は、ボートＡから処理済みウエハ１０をディスチャージする。
[７．ボート交換]
ボート交換装置１４は、ボートＡをボートＢに交換する。
[８．ボートＢロード]
ボートエレベータ７は、ボートＢを処理炉１１にロードする。
[９．ウエハ処理開始]
ボートＡと同様、処理炉１１にロードされたボートＢのウエハ１０に対する処理が開始する。

図５は、あるボートがアンロードされたとき、未処理ウエハが搬送されていない場合の温度制御の例である。
図４と同様、図５において、縦軸は処理室内の温度、横軸は時間である。
以下、時間軸に沿って、処理室内の温度制御を説明する。

[５．ボートＡアンロード]
ボートエレベータ７は、ボートＡを処理炉１１からアンロードする。
ここでは、このとき、基板移載機１５は未処理ウエハを搬送していないので、温度制御部５２はヒータ４５を制御してヒータ４５の電源をオフにする。これにより、処理室内の温度がスタンバイ温度に保たれる場合に比べ、消費電力が少なくなる。例えば、温度制御部５２が制御するヒータ４５は３ｋＷであり、基板処理装置の稼働率が７５である場合、ボートＡがアンロードされてから、未処理ウエハが搬送されてボートＢにチャージされるまでの待機時間に消費される電力は、１年間に１９７１０ｋＷｈだけ少なくなる。
なお、温度制御部５２は、基板移載機１５が未処理ウエハを搬送していない場合、ヒータ４５の電源をオフするのではなく、処理室内の温度がスタンバイ温度よりも低くなるようヒータ４５を制御してもよい。例えば、温度制御部５２は、スタンバイ温度が６００度である場合、処理室内の温度が３００度になるようヒータ４５を制御する。
[６．ウエハディスチャージ]
基板移載機１５は、ボートＡから処理済みウエハ１０をディスチャージする。
[７．ウエハチャージ]
基板移載機１５が未処理ウエハを搬送し、ボートＢにチャージしたことをトリガにして、温度制御部５２は、ヒータ４５を制御し、ヒータ４５の電源をオンにして、処理室内の温度をスタンバイ温度に上げる。
[８．ボートＢロード]
ボートエレベータ７は、ボートＢを処理炉１１にロードする。
[９．ウエハ処理開始]
ボートＡと同様、処理炉１１にロードされたボートＢのウエハ１０に対する処理が開始する。

１０ウエハ
１１処理炉
１３ボート
１４ボート交換装置
１９ボート置き台
２０ボート置き台
４１ボート回転装置
４３ボート載置部

Claims

基板を収納する基板収納手段と、
基板を保持する複数の基板保持手段と、
前記基板収納手段から前記基板保持手段に基板を搬送する基板移載手段と、
前記基板保持手段に保持された基板を処理する処理手段と、
電源の切り替えによって前記処理手段の温度を制御する制御手段と
を備え、
前記処理手段によって前記基板保持手段に保持された基板の処理が終了し、前記基板移載手段によって他の前記基板保持手段に搬送される基板がない場合、前記制御手段は、前記基板移載手段によって他の前記基板保持手段に搬送される基板があるまで、電源を切っておく
基板処理装置。