JP2012049306A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の搬送中に試料温度の測定を可能とし、測定した試料の温度に応じて試料の搬送を制御して搬送効率の低下を抑制する。
【解決手段】搬入された試料に所定のプラズマ処理を施すプロセスモジュール１１０と、カセットに格納された試料を取り出して前記プロセスモジュールに搬入し、プロセスモジュールにおいてプラズマ処理が施された試料を前記カセットに収納する搬送モジュール１０１を備えたプラズマ処理装置において、前記搬送モジュールは、試料を静電吸着する静電吸着部および吸着した試料の温度を測定する温度測定部を具備する搬送ロボット１０８と、搬送モジュールを制御するモジュールコントローラ１１３を備え、測定した試料の温度をもとに前記静電吸着部の吸着力を推定し、推定した吸着力をもとに搬送ロボットに許容される最大加速度を計算し、計算結果にしたがって搬送制御する
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、試料を高効率で搬送することのできる搬送装置を備えたプラズマ処理装置に関する。

特許文献１，２には、真空容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマを用いて試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関して、試料台に静電吸着された試料の温度を測定すること、測定した試料の温度をもとに、静電吸着装置本体への供給電力を増加して本体との吸着力を高めて試料の温度上昇を抑制すること、あるいは試料の温度を測定された試料温度に基づいて制御することが示されている。

特開平６−１５１５６８号公報 特開２００７−１２３８４３号公報

しかしながら、前記従来技術においては、試料の温度を測定する温度測定装置は、試料が真空処理室内の試料載置台に載置されている場合のみ測定可能であり、試料の搬送中には測定することはできない。このため、真空処理装置に異常があって停止した後に復帰する場合、試料を高温のまま搬送することになり、このような場合、試料に損傷を与えることになる。また装置の処理効率を低下させることになる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、試料の搬送中に試料温度の測定を可能とし、測定した試料の温度に応じて試料の搬送を制御して搬送効率の低下を抑制するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

搬入された試料に所定のプラズマ処理を施すプロセスモジュールと、カセットに格納された試料を取り出して前記プロセスモジュールに搬入し、プロセスモジュールにおいてプラズマ処理が施された試料を前記カセットに収納する搬送モジュールを備えたプラズマ処理装置において、前記搬送モジュールは、試料を静電吸着する静電吸着部および吸着した試料の温度を測定する温度測定部を具備する搬送ロボットと、搬送モジュールを制御するモジュールコントローラを備え、前記モジュールコントローラは、測定した試料の温度をもとに前記静電吸着部の吸着力を推定し、推定した吸着力をもとに搬送ロボットに許容される最大加速度を計算し、計算結果にしたがって搬送時の加速度が前期最大許容加速度以下となるように搬送制御プロファイルを設定する。

本発明は、以上の構成を備えるため、試料の搬送中に試料温度の測定を可能とし、測定した試料の温度に応じて試料の搬送を制御することにより、搬送効率の低下を抑制することができる。

プラズマ処理装置の全体的な構成の概略を示す図である。 図１に示す処理容器、真空搬送容器、およびロック室の構成の概略を示す縦断面図である。 図１に示す真空搬送ロボットの構成を示す模式図である。 試料の温度と静電吸着力との関係を表す図である。 装置内に残された試料を搬出する際の搬送装置の制御を説明する図である 装置内に残された試料を搬出する場合の処理を説明する図である。

以下、 図１乃至図４を用いて、本実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。 図１は、プラズマ処理装置の全体的な構成の概略を示す図である。

図１に示すように、プラズマ処理装置は、大きく分けて、搬送モジュール１０１とプロセスモジュール１１０−１〜１１０−４とを備える。搬送モジュール１０１は試料の搬送を行うモジュールであり、大気圧下で試料の搬送を行う大気搬送部１０３と、大気圧から減圧された圧力下で試料の搬送を行う真空搬送部１０２を備える。

プロセスモジュール１１０−１〜１１０−４は真空圧下で試料の処理等を行うモジュールであり、本実施形態では、試料のエッチング処理を行うエッチングモジュールを２つ、エッチング処理後の試料のホトレジスト除去処理を行うアッシングモジュールを２つ備えている。各モジュールはモジュールコントローラ１１３−１〜１１３−４によって制御され、ユーザインターフェース装置１１１およびホスト１１２と信号線１１４によって接続されている。

大気搬送部１０３は、内部に大気側搬送ロボット１０９を備えた略直方体形状の筐体１０６を有し、この筐体１０６の前面側（図上右側）には複数のカセット台１０７−１〜１０７−３が取付けられ、処理用又はクリーニング用の試料が収納されたカセットがその上に載せられている。

真空搬送部１０２は、平面形状が略多角形状（本実施形態では５角形状）の真空搬送容器１０４と、該真空搬送容器１０４と大気搬送部１０３との間に配置され試料を大気側と真空側との間でやりとりする２つのロック室１０５を備えている。この真空搬送部１０２は減圧されて高い真空度に維持可能である。

真空搬送容器１０４内の搬送室には、真空下でロック室１０５とプロセスモジュール１１０−１〜１１０−４内の処理室との間で試料を搬送する真空搬送ロボット１０８がその中央に配置されている。

真空搬送ロボット１０８のアーム上には、試料が載せられて、プロセスモジュール１１０−１〜１１０−４の処理室内に配置された試料台上と何れかのロック室１０５内の試料台との間で搬入、搬出が行われる。また、これらプロセスモジュール１１０−１〜１１０−４、およびロック室１０５と真空搬送容器１０４内の搬送室との間には、各々気密に閉塞、開放可能なバルブが設けられ、該バルブにより連通する通路が開閉される。

カセット台１０７−１〜１０７−３の何れかの上に載せられたカセット内に収納された複数の半導体ウエハ等の試料は、プラズマ処理装置の動作を調節するユーザインターフェース装置１１１が判断し、または、プラズマ処理装置が設置される製造ラインのホスト１１２等からの指令を受けて、その処理が開始される。

ロック室１０５では、搬送された試料を収納した状態でバルブが閉塞されて密封され、所定の圧力まで減圧される。その後、真空搬送容器１０４内のロック室に面した側のバルブが開放されてロック室１０５内と搬送室内とが連通され、真空搬送ロボット１０８のアームがロック室１０５内に伸張して、内部の試料を搬出する。真空搬送ロボット１０８上のアームに載せられた試料は、カセットから取り出される際に予め定められたエッチングモジュールの何れか内の真空にされた処理室内に搬入される。

試料が何れかのエッチングモジュール内の処理室に搬送された後、この処理室内と搬送室との間を開放、遮蔽するバルブが閉じられて処理室が封止される。この後、処理室内に処理用のガスが導入されプラズマが処理室内に形成されて試料がエッチング処理される。

試料のエッチング処理が終了したことが検出されると、前記バルブが開放されて真空搬送ロボット１０８により、アッシングモジュールの何れか内の真空にされた処理室内に搬入される。その後、処理室が封止、処理用のガスが導入されプラズマが処理室内に形成されて試料がアッシング処理される。

アッシング処理後、試料は処理室内に搬入された場合と逆にロック室１０５へ向けて搬出される。ロック室１０５の何れかに試料が搬送されると、このロック室１０５内と搬送室とを連通する通路を開閉するバルブが閉じられて内部が密封され、ロック室１０５内の圧力が大気圧まで上昇させられる。

この後、筐体１０６内側のバルブが開放されてロック室１０５内と大気搬送容器１０６内の大気搬送室とが連通され、大気側搬送ロボット１０９によりロック室１０５から元のカセットに試料が搬送され、カセット内の元の位置に戻される。

図２は、図１に示す処理容器１１０、真空搬送容器１０４、ロック室１０５の構成の概略を示す縦断面図である。

図２に示すように、処理容器１１０は、真空容器２０１とその上部に配置された電波源２０６と真空容器下方に配置された真空排気ポンプ２０５とを備え、前記真空容器２０１の内部に半導体処理室が配置される。また、前記真空容器２０１と前記真空排気ポンプ２０５の間にはコンダクタンス可変バルブ２０４が配置され、コンダクタンス可変バルブはモータ２０７によって任意の角度に回転動作する。前記コンダクタンス可変バルブの角度を制御することにより前記処理室の排気速度を制御することができる。これら構成部品は各々図示しないＯリング等のシール手段により気密に接続され、内側の空間と外部の空間とは高い気圧差に維持可能である。

真空搬送容器１０４は、真空搬送室２１０、ロック室１０５及び、処理容器１１０内の処理室間での試料の搬入出を行う真空搬送ロボット２１２とを備える。真空搬送ロボット２１２は、試料を保持するハンド部に、温度測定装置２１３を備える。なお、温度測定装置２１３は、本実施形態では価格、測定精度、応答速度等の点から熱電対型の温度測定装置とし、ハンド部の下部に備えられるように示してあるが、真空搬送ロボット２１２が保持する試料の温度を測定できるものであれば他の型の温度測定装置であっても構わない。

ロック室１０５は、試料がカセットから搬入された場合における真空排気中あるいは試料が何れかの処理室から搬出されてきた場合におけるパージ中に、試料を載置しておく試料台２２０と、図示しない真空排気手段（排気ダクト及びバルブ）と、図示しないパージ手段（ガス供給源及びガス配管、マスフローコントローラ（ＭＦＣ））とを備える。

真空容器２０１と真空搬送室２１０は図示しないＯリングによって気密に接続されており、試料は、真空搬送ロボット２１２を用い、前記真空容器２０１と前記真空搬送室２１０の間に設けられた開口を通って前記真空処理室内部へ搬入あるいは前記処理室外部へ搬出される。前記開口は、処理中はバルブ２１１によって気密に閉塞される。試料は、前記半導体処理室２０１内部に設置される試料台２０３の上に載置され、処理される。

前記ロック室１０５と前記真空搬送室２１０との間も図示しないＯリングによって気密に接続されており、試料は、真空搬送ロボット２１２を用い、前記ロック室１０５と前記真空搬送室２１０の間に設けられた開口を通って前記ロック室内部へ搬入あるいは前記ロック室外部へ搬出される。前記開口は、処理中はバルブ２２１によって気密に閉塞される。なお、試料は、真空排気中あるいはパージ中、前記ロック室１０５内の試料台２２０に載置される。

また、温度測定装置２１３をはじめとする各種センサや、モータ、ＭＦＣのような各種制御機器は、デジタルデータとアナログ電圧値を相互に変換する入出力基板及び分配基板２１４を経由してモジュールコントローラ１１３に接続されている。各種センサは、測定温度等のデータをモジュールコントローラ１１３及びユーザインターフェース装置１１に送信する。各種制御機器は、ユーザインターフェース装置１１１からの操作、ホスト１１２からの命令、あるいは各種センサから送信されたデータに基づくモジュールコントローラ１１３自体からの命令にしたがって、真空搬送ロボット２１２の動作、ロック室１０５内の圧力等の制御を行う。

図３は、図１に示す真空搬送ロボットの構成を示す模式図である。図３（ａ）において、真空搬送ロボット３０１は、真空搬送室２１０の固定ベース３０２の中心軸に連結されて回転するアームと、アームの先端で基板を保持するハンド部とを備えている。アームは第一アーム３０３と第二アーム３０４で構成されている。 図３（ｂ）において、ハンド３０５は静電気力によって試料を保持する静電吸着部３０６と、試料の温度を測定する温度測定装置２１３とを備える。

静電吸着部３０６は、たとえばセラミックのような誘電体と、誘電体中に埋設された２つ以上の電極と、電極に直流電圧を印加するための直流電源によって構成されている。静電吸着部３０６上に試料を載置し、電極に直流電圧を印加することで誘電体と試料との間に静電気力が生じ、吸着が行われる。また、このとき、直流電圧値が一定であっても、試料の抵抗値によって吸着力は変動する。このため、試料の温度が変動して試料の抵抗値が変動すると、吸着力も変動する。

温度測定装置２１３によって測定された試料の温度データは、入出力基板及び分配基板２１４を経由してモジュールコントローラ１１３、及び、ユーザインターフェース装置１１１に送信される。これにより、作業者はハンドに保持された試料の温度を知ることができる。また、モジュールコントローラ１１３は、受信した温度データを基に搬送、冷却に関わる制御プロファイルを選択し、各制御機器に送信する。

ところで、何らかの異常が発生し、プラズマ処理装置が異常停止したとき、試料がアッシング処理をしている最中、あるいは直後であった場合、試料は２００℃〜４００℃程度の高温になっている。

このような状態においても、装置内に存在している試料は処理の状態に関わらず装置の復帰時にカセットへ搬出されなければならない。しかし、高温の状態にある試料をそのまま搬出しカセットに収納すると、例えばカセットの部材が融解して試料に異物として付着し、半導体デバイスの歩留まりが低下する等の問題が発生する。このため、カセットに搬出する前に試料を冷却する必要がある。

図４は、試料の温度と静電吸着力との関係を表すグラフである。静電吸着力は、静電吸着部材及び被吸着物（試料）の抵抗値によって変動する。このため、試料が高温の場合と低温の場合とでは抵抗値が変化し吸着力が変化する。

静電吸着部及び被吸着物の材質や固有抵抗によって吸着力の温度特性は変化するが、一般に試料の温度が高くなると吸着力は増加し、低くなると減少する。吸着力が変化すれば搬送時の試料位置ずれの発生に影響するため、試料の温度によって搬送時の加速度を調整する必要が生じる。

図５は、プラズマ処理装置が異常による停止から復帰した際に、装置内に残された試料を搬出する際の搬送装置の制御を説明する図である。

まず、プラズマ処理装置が何らかの異常によって停止した場合、その後、作業者によるユーザインターフェース装置１１１の操作、あるいはホスト１１２によって自動的に、装置にリカバリ指令が伝達される（Ｓ５０１）。次に、真空処理室、真空搬送ロボット、大気搬送ロボット、及びロック室等、装置の各点に設置されたセンサによって、装置内に試料が存在するか否かを検出する（Ｓ５０２）。このとき試料が存在しなければ、そのまま通常運転状態に移行する。

試料の存在を何れかのセンサが検出すると、真空搬送ロボットは試料の搬出を行う。何れかの室内に試料が存在する場合、真空搬送ロボットはその試料をとりにいき、ハンドに吸着し保持する。試料を保持すると、あるいは装置復帰時に真空搬送ロボット上に試料が存在すると、温度測定装置３０７は試料の温度を測定する（Ｓ５０３）。この測定温度は、モジュールコントローラ１１３、及び、ユーザインターフェース装置１１１に送信される（Ｓ５０４）。

モジュールコントローラ１１３は、予め設定された試料温度と吸着力の関係式を用いて、送信された測定温度から吸着力を推定する（Ｓ５０５）。さらに、推定した吸着力から、搬送時に試料が位置ずれを生じない最大許容加速度を算出し（Ｓ５０６）、搬送時の加速度が算出した最大許容加速度以下となるように搬送制御プロファイルを設定する（Ｓ５０７）。そして、設定した搬送制御プロファイルをモータ等の各制御機器に送信し（Ｓ５０８）、真空搬送ロボットの動作を最大許容加速度以下で制御しながら試料の搬出動作を開始する（Ｓ５０９）。また、試料をすべてカセットに搬出完了すると、装置は通常運転状態に移行する。

図６は、プラズマ処理装置が異常による停止から復帰した際に、装置内に残された試料を搬出する場合の処理を説明する図である。

まず、プラズマ処理装置が何らかの異常によって停止した場合、その後、作業者によるユーザインターフェース装置１１１の操作、あるいはホスト１１２によって自動的に、装置にリカバリ指令が伝達される（Ｓ６０１）。次に、真空処理室、真空搬送ロボット、大気搬送ロボット、及びロック室等、装置の各点に設置されたセンサによって、装置内に試料が存在するか否かを検出する（Ｓ６０２）。このとき試料が存在しなければ、そのまま通常運転状態に移行する。

試料の存在を何れかのセンサが検出すると、真空搬送ロボットは試料の搬出を行う。何れかの室内に試料が存在する場合、真空搬送ロボットはその試料をとりにいき、ハンドに吸着し保持する。試料を保持すると、あるいは装置復帰時から真空搬送ロボット上に試料が存在すると、温度測定装置３０７は試料の温度を測定する（Ｓ６０３）。この測定温度は、モジュールコントローラ１１３、及び、ユーザインターフェース装置１１１に送信される（Ｓ６０４）。

ここで、モジュールコントローラ１１３は内部の記憶装置に格納された基準値と送信された測定温度を比較する。そして、測定温度が基準値以下であれば試料をカセットまで搬出し、基準値以上であれば、試料をカセットに搬出する前にロック室内でＮ₂パージを行い、試料を冷却することを決定する（Ｓ６０５）。

このとき、パージ時間、ガス圧力を制御する冷却制御プロファイルを試料の温度に応じて選択し（Ｓ６０６）、ＭＦＣ等の各制御機器に送信する（Ｓ６０７）。その後、ロック室内において選択したプロファイルに従って試料の冷却を行い（Ｓ６０８）、パージ時間終了後、所定の温度以下に冷却された試料をカセットに搬出する（Ｓ６０９）。また、試料をすべてカセットに搬出完了すると、装置は通常運転状態に移行する。

なお、本実施形態では、大気状態に開放させるガスとして安価なＮ₂ を用いたが、Ｈe 等のガス伝熱効率良いガスを使用すれば、より短時間に試料を冷却することができる。Ｎ₂ と比較してＨeはより高価なためランニングコストが高くなるが、生産性を重視する場合には有効である。

以上説明したように、本実施形態によれば、真空搬送ロボットに温度測定装置を備え、試料の搬送中にその温度を測定可能とすることで、プラズマ処理装置が異常停止した場合でも高温の試料の搬出を防ぐことができる。また、試料の温度に応じて、搬送、冷却に関わる制御プロファイル（搬送、冷却に関する属性や設定などの情報を列挙したひとまとまりのデータの集合）を選択し各制御機器に送信するので、試料の脱落を防ぎ、また、試料に対する不要な冷却時間を抑え搬送効率の低下を防ぐことができる。

１０１ 搬送モジュール
１０２ 真空搬送部
１０３ 大気搬送部
１０４ 真空搬送容器
１０５ ロック室
１０６ 大気搬送容器
１０７ カセット台
１０８ 真空搬送ロボット
１０９ 大気搬送ロボット
１１０ プロセスモジュール
１１１ ユーザインターフェース装置
１１２ ホスト
１１３ モジュールコントローラ
１１４ 信号線
２０１ 真空処理室
２０２ ガス拡散板
２０３ 試料台
２０４ コンダクタンス可変バルブ
２０５ 真空排気ポンプ
２０６ 電波源
２０７ モータ
２１０ 真空搬送室
２１１ バルブ
２１２ 真空搬送ロボット
２１３ 温度測定装置
２１４ 入出力基板及び分配基板
２２０ 試料台
２２１ バルブ
３０１ 真空搬送ロボット
３０２ 固定ベース
３０３ 第一アーム
３０４ 第二アーム
３０５ ハンド部

Claims (2)

1. 搬入された試料に所定のプラズマ処理を施すプロセスモジュールと、
   カセットに格納された試料を取り出して前記プロセスモジュールに搬入し、プロセスモジュールにおいてプラズマ処理が施された試料を前記カセットに収納する搬送モジュールを備えたプラズマ処理装置において、
   前記搬送モジュールは、試料を静電吸着する静電吸着部および吸着した試料の温度を測定する温度測定部を具備する搬送ロボットと、搬送モジュールを制御するモジュールコントローラを備え、
   前記モジュールコントローラは、測定した試料の温度をもとに前記静電吸着部の吸着力を推定し、推定した吸着力をもとに搬送ロボットに許容される最大加速度を計算し、計算結果にしたがって、搬送時の加速度が前期最大許容加速度以下となるように搬送制御プロファイルを設定することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 搬入された試料に所定のプラズマ処理を施すプロセスモジュールと、
   カセットに格納された試料を取り出して前記プロセスモジュールに搬入し、プロセスモジュールにおいてプラズマ処理が施された試料を前記カセットに収納する搬送モジュールを備えたプラズマ処理装置において、
   前記搬送モジュールは、試料を静電吸着する静電吸着部および吸着した試料の温度を測定する温度測定部を具備する搬送ロボットと、搬送モジュールを制御するモジュールコントローラを備え、
   前記モジュールコントローラは、測定した試料の温度が所定値以上のとき、ロック室に搬入された試料に対してカセットに搬入する前に、パージガスを供給して冷却することを特徴とするプラズマ処理装置。