JP2018085369A - 半導体製造装置、基板支持装置の冷却方法 - Google Patents

半導体製造装置、基板支持装置の冷却方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構成を用いて基板支持装置の温度を短時間で低下する。【解決手段】半導体製造装置は、処理基板Ｓが収納される第１収納室１１と、ダミー基板Ｄが収納される第２収納室１２と、基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置１３と、各収納室１１、１２と基板支持装置１３との間で各基板Ｓ、Ｄの搬送を行う基板搬送装置Ｍとを備えていて、先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも高い場合には、後の基板処理が行われる前に基板搬送装置１３を操作して、先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板Ｄの搬送を行う制御装置Ｃをさらに備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、様々な温度で基板処理を行う半導体製造装置に関する。特に、高温の基板処理の後に、低温の基板処理を行う半導体製造装置に関する。
取り扱う基板の材料や寸法、基板に施される処理内容により、高温から低温までの幅広い温度範囲で基板処理を行うことが半導体製造装置には期待されている。
このような半導体製造装置の一例として、特許文献１に挙げられるイオン注入装置が知られている。このイオン注入装置では、抵抗ヒーターを備えたクランプ装置で基板処理に先立って基板温度の調整が行われている。
特表２０１３−５３４０４９
基板処理温度を高温から低温へ切換える場合、ヒーターを使ってクランプ装置の温度を低温から高温に昇温する場合の切換えに比べて比較的時間を要する。
例えば、ヒーター温度が６００℃から１４００℃といった高温処理からヒーター機能をオフにした低温（常温）処理に切換える際、ヒーター機能をオフにした状態で自然放熱によりクランプ装置の冷却が行われる。
自然放熱に代えて、水等の冷媒を用いてクランプ装置が所定温度になるまでの待ち時間の短縮を図るということも考えられるが、クランプ装置の構成が複雑となることや冷媒が気化することにより管内の圧力が高まって冷媒供給路が破損すること等が懸念される。
そこで、簡単な構成で基板支持装置（クランプ装置）の温度を短時間で低下することが可能な半導体製造装置と基板支持装置の冷却方法を提供する。
半導体製造装置は、処理基板が収納される第１収納室と、ダミー基板が収納される第２収納室と、基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置であって、先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも高い場合には、後の基板処理が行われる前に前記基板搬送装置を操作して、先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う制御装置を備えている。
高温の基板支持装置にこれよりも温度の低いダミー基板が搬送されることで、基板支持装置の熱がダミー基板に伝達される。これにより、基板支持装置の温度が自然に下がるのを待つよりも短時間で所望温度にすることが可能となる。また、通常の基板処理と同じく、ダミー基板を基板支持装置へ搬送するだけでいいので、装置構成が簡素で済む。
半導体製造装置は、処理基板が収納される第１収納室と、ダミー基板が収納される第２収納室と、基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置であって、先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも所定温度以上高い場合には、後の基板処理が行われる前に前記基板搬送装置を操作して、先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う制御装置を備えている。
先の基板処理と後の基板処理での基板処理温度の差と所定温度とを比較して、ダミー基板の搬送要否を決定しているため、先の構成に比べて実用性は高い。
冷却効果を高めるには、前記ダミー基板を冷却する冷却装置を備えていることが望ましい。冷却されたダミー基板を基板支持装置へ搬送することで基板支持装置の冷却速度は一層向上する。
また、ダミー基板の搬送を停止させるタイミングを決定する等の理由で、前記基板支持装置の温度を測定する温度測定装置を備えていてもよい。
基板支持装置へ搬送されたダミー基板は、時間の経過とともに基板温度が上昇し、冷却能力が低下する。よって、基板支持装置を冷却する能力の向上を図るために、前記第２収納室には複数枚のダミー基板が収納されており、前記ダミー基板の搬送は複数回行われる構成としてもよい。
基板支持装置の冷却方法としては、処理基板が収納される第１収納室と、ダミー基板が収納される第２収納室と、基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置で使用される基板支持装置の冷却方法で、先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも高い場合には、後の基板処理が行われる前に先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う。
より実用的な手法としては、処理基板が収納される第１収納室と、ダミー基板が収納される第２収納室と、基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置で使用される基板支持装置の冷却方法で、先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも所定温度以上高い場合には、後の基板処理が行われる前に先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う冷却方法を用いる。
高温の基板支持装置にダミー基板が搬送されることで、基板支持装置の熱がダミー基板に伝達される。これにより、基板支持装置の温度が自然に下がるのを待つよりも短時間で所望温度にすることが可能となる。また、通常の基板処理と同様にダミー基板を基板支持装置へ搬送するだけでいいので、装置構成が簡素で済む。
イオン注入装置全体を示す概略図 基板支持装置への基板の受け渡しを示す概略図 基板搬送装置の制御例を示す制御フロー 基板搬送装置の別の制御例を示す制御フロー 基板搬送装置の他の制御例を示す制御フロー 第２収納室を処理室内に設けた構成例を示す概略図
半導体製造装置の一例としてイオン注入装置ＩＭを例に、図１に基づき装置構成の概略を説明する。
イオン源１が略スポット状のイオンビームＩＢを射出して、質量分析電磁石２と分析スリット３がイオン源１から射出されたイオンビームＩＢを質量分析し、加減速器４が同イオンビームＩＢを加速あるいは減速する。その後、エネルギー分離器５が、不要なエネルギー成分の取り除かれたイオンビームＩＢを下流に通し、走査器６が一方向に沿ってイオンビームＩＢを走査する。走査されたイオンビームＩＢは、平行化器７を通過することで、ビーム進行方向が互いに平行なイオンビームＩＢとなるように偏向されて、処理室８に入射する。
処理室８には、基板支持装置１３が設けられている。この基板支持装置１３は、静電チャックや機械的なクランプ機構、あるいはその両方を用いて一面に処理基板Ｓやダミー基板Ｄを支持する装置であり、特許文献１と同様にヒーター等による加熱機能を備えている。処理基板Ｓやダミー基板ＤはＳｉやＳｉＣ等のウエハまたはガラス基板等の基板であり、処理基板Ｓはイオン注入処理が施される生産用基板である。
本構成例において、処理基板Ｓとダミー基板Ｄは処理室８の外側に設けられた第１収納室１１と第２収納室１２にそれぞれ収納されている。
基板搬送装置Ｍは、各収納室１１、１２と基板支持装置１３との間で各基板Ｓ、Ｄの搬送を行う装置である。基板搬送装置Ｍは、各収納室１１、１２と真空予備室１５との間で基板搬送を行う大気ロボット１６と、大気と真空との異なる環境間で基板搬送を行う真空予備室１５と、真空予備室１５と基板支持装置１３との間で基板搬送を行う真空ロボット１７で構成されている。
図示される制御装置Ｃは、基板処理温度等の入力信号ＩＳに基づいて、基板搬送装置Ｍの操作を行う装置である。
真空ロボット１７は、真空予備室１５と注入位置Ｐに設けられた基板支持装置１３との間を旋回する旋回アームを備えている。図２には、旋回アームの把持爪１８に支持された状態で注入位置Ｐまで基板が搬送されときの様子が描かれている。
この例では、基板支持装置１３は静電チャックＥとヒーターＨを備えている。また、基板支持装置１３の駆動機構として、図示されない駆動源により基板支持装置１３を矢印方向へ往復駆動する駆動軸ＳＣ、基板支持装置１３をＸ軸周りに任意の角度回転するツイスト機構Ｔｗ及び基板支持装置１３をＹ軸周りに任意の角度回転するチルト機構Ｔｉがそれぞれ設けられている。さらに、処理室８の天井からビューポート２０を介して、放射温度計２１で基板Ｓ、Ｄや基板支持装置１３の温度測定ができるように構成されている。
基板Ｓ、Ｄの基板支持装置１３への受け渡しについては、 注入位置Ｐへ旋回アームが移動した後、駆動軸ＳＣによって基板支持装置１３が旋回アーム方向（紙面上側）へ移動することで行われる。基板支持装置１３への基板Ｓ、Ｄの受け渡し後、旋回アームは注入位置Ｐから離間する方向へ旋回する。その後、基板の被処理面が処理室８に入射するイオンビームＩＢ側を向くように、チルト機構Ｔｉで基板支持装置１３がＹ軸周りに回動される。図１に描かれる基板支持装置１３の姿勢は、図２に描かれる基板支持装置１３の姿勢からチルト機構Ｔｉで約９０度回動されたときのものである。
図３は、基板搬送装置Ｍの典型的な制御フローである。基板処理温度の変更を受けて、基板支持装置１３の設定温度の切換えが行われる（Ｓ１）。
この切換えを受けて、先の基板処理での基板処理温度Ｔ０と後の基板処理での基板処理温度Ｔ１との比較が行われる（Ｓ２）。
なお、ここで言う基板処理温度とは、基板処理が行われる際の処理基板Ｓの設定温度であり、基板支持装置１３の設定温度と同等である。
比較の結果、先の基板処理での基板処理温度Ｔ０が後の基板処理での基板処理温度Ｔ１よりも高い場合には、後の基板処理が行われる前に、基板搬送装置１３が、ダミー基板Ｄを第２収納室１２から基板支持装置１３に搬送する（Ｓ３）。
基板支持装置１３はダミー基板Ｄを支持した状態で、処理基板Ｓを処理する時と同様に駆動軸ＳＣ、チルト機構Ｔｉ等によって駆動される。一連の駆動動作終了後、ダミー基板Ｄが基板搬送装置Ｍで第２収納室１２に戻されて、ダミー基板Ｄの搬送が停止する（Ｓ４）。
なお、基板処理温度の切換えが終了するまでの間、イオン源１の運転を停止する等してイオンビームＩＢは処理室８内に入射していないので、ダミー基板Ｄへのイオンビーム照射は行われない。
この例では、ダミー基板Ｄは第２収納室１２に常温で収納されている。高温の基板支持装置１３に常温のダミー基板Ｄが搬送されることで、基板支持装置１３の熱がダミー基板Ｄに伝達される。これにより、基板支持装置１３の温度が自然に下がるのを待つよりも短時間で所望温度にすることが可能となる。また、通常の基板処理時と同様にダミー基板Ｄを基板支持装置１３へ搬送するだけでいいので、装置構成が簡素で済む。
一方、基板処理温度を比較した結果、先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも低い場合には、基板支持装置１３の温度が後の基板処理で必要とされる温度となるようにヒーター等を用いて基板支持装置１３が加熱される（Ｓ５）。
最後に、基板支持装置１３の温度が所望温度となった後、処理基板Ｓが基板搬送装置Ｍで搬送されて、処理基板Ｓへのイオン注入処理が行われる（Ｓ６）。
図３の制御フローは、図１に記載の制御装置Ｃが実施するが、イオン注入装置ＩＭのオペレーターが温度比較等をして、基板搬送装置Ｍを適宜操作するようにしてもよい。
図３の典型的な制御フローに加えて、図４、図５に記載の制御フローを実施しても図３の制御フローを実施した場合と同等の効果を奏することができる。
図４、図５に記載の制御フローで、図３と符号が共通するＳ１〜Ｓ６の処理については図３で説明した処理と同一であるため、その説明を省略し、以下では図３の制御フローとの相違点を中心に説明する。
図４の制御フローでは、先の基板処理での基板処理温度Ｔ０が後の基板処理での基板処理温度Ｔ１よりも高い場合に、前後の基板処理での基板処理温度差Ｔ０−Ｔ１と基準値Ｄ１との比較が行われる（Ｓ２１）。比較の結果、基準値よりも温度差が高い場合には、ダミー基板Ｄが搬送される。
一方、基準値Ｄ１との比較の結果、基準値よりも温度差が低い場合には、ダミー基板Ｄは搬送されず、基板支持装置１３の自然冷却が行われる（Ｓ２２）。
前後の基板処理で基板処理温度差がほとんどない（例えば、数度）場合には、ダミー基板Ｄの搬送をせずに、自然冷却で基板支持装置１３の温度が冷えるのを待ち、温度差が数百度程度と大きい場合に限り、ダミー基板Ｄの搬送による基板支持装置１３の冷却が行われるように構成してもよい。
図５の制御フローは、複数枚のダミー基板Ｄの基板支持装置１３への搬送を考慮したものである。基板支持装置１３と第２収納室１２の間で何枚のダミー基板Ｄが搬送されたのかを集計し、所定枚数（Ｍ枚）に達するまでダミー基板の搬送を繰り返す（Ｓ３１）。
基板支持装置１３へ搬送されたダミー基板Ｄは、時間の経過とともに基板温度が上昇して冷却能力が低下する。この点を考慮し、図５の制御フローのように複数枚のダミー基板Ｄの搬送を行うことで、冷却効果の高い新たなダミー基板Ｄが基板支持装置１３に順次搬送されるので、基板支持装置１３の冷却効率が向上する。
図４、図５で述べた制御フローは互いに組み合わせることも可能であり、これらの制御フローに別の処理を追加することも可能である。
ダミー基板Ｄの搬送枚数については、代表的な基板処理温度の切換え条件に対して予め実験等により適切な枚数を求めておき、切換え条件と搬送枚数との関係を制御装置Ｃにデータとして記憶させておき、実際の基板処理温度の切換え時に記憶データから近い条件のデータを読み出す等して決定してもよい。
また、ダミー基板Ｄの搬送を停止するタイミングについて、基板支持装置１３の温度測定を行うことで決定してもよい。
ダミー基板Ｄの搬送開始後、図２に記載の放射温度計２１で、ダミー基板Ｄが基板支持装置１３の基板支持面上に支持されていないときに、基板支持装置１３の基板支持面の温度を測定して、所望温度近傍の温度であれば、ダミー基板Ｄの搬送を終了する。
基板支持装置１３の温度測定については、図２に描かれる放射温度計２１の他に熱電対を用いて基板支持装置１３の温度測定をしてもよい。
上記実施形態では、第１収納室１１と第２収納室１２とを個別に設ける構成が示されていたが、これらの収納室を１つの同じ収納室として構成してもよい。
また、図６に描かれているように、処理室８の真空雰囲気内に第２収納室１２を設けておいてもよい。本発明において、ダミー基板Ｄは基板支持装置１３の冷却用に使用される基板であることから、必ずしも大気側から搬送し、大気側に搬出される必要はない。処理室８に第２収納室１２を設けておけば、ダミー基板Ｄの基板支持装置１３への搬送にあたり、比較的長い時間を要する真空予備室１５での真空排気、大気開放の操作が省略できるので、ダミー基板Ｄの搬送に要する時間が大幅に短縮できる。この場合、ダミー基板Ｄの基板搬送装置Ｍは真空ロボット１７のみで構成されることになる。
また、ダミー基板Ｄの搬送経路に冷却装置を配置して、冷却されたダミー基板Ｄを基板支持装置１３に搬送してもよい。冷却されたダミー基板Ｄであれば、常温のダミー基板Ｄに比べて冷却効果が向上する。
冷却装置の例としては、真空予備室１５に空気や窒素等の冷媒をダミー基板Ｄに吹き付ける機構を取り付けておくか、第２収納室１２に冷却水が流れる冷媒流路を設けておき、これを用いてダミー基板Ｄを冷却する機構を設ける等の構成が考えられる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
１１ 第１収納室
１２ 第２収納室
１３ 基板支持装置
Ｍ 基板搬送装置
Ｓ 処理基板
Ｄ ダミー基板
Ｃ 制御装置

Claims (7)

  1. 処理基板が収納される第１収納室と、
    ダミー基板が収納される第２収納室と、
    基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、
    各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置であって、
    先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも高い場合には、後の基板処理が行われる前に前記基板搬送装置を操作して、先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う制御装置を備えた半導体製造装置。
  2. 処理基板が収納される第１収納室と、
    ダミー基板が収納される第２収納室と、
    基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、
    各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置であって、
    先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも所定温度以上高い場合には、後の基板処理が行われる前に前記基板搬送装置を操作して、先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う制御装置を備えた半導体製造装置。
  3. 前記ダミー基板を冷却する冷却装置を備えた請求項１または２記載の半導体製造装置。
  4. 前記基板支持装置の温度を測定する温度測定装置を備えている請求項１または２に記載の半導体製造装置。
  5. 前記第２収納室には複数枚のダミー基板が収納されており、
    前記ダミー基板の搬送は複数回行われる請求項１または２に記載の半導体製造装置。
  6. 処理基板が収納される第１収納室と、
    ダミー基板が収納される第２収納室と、
    基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、
    各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置で使用される基板搬送装置の冷却方法で、
    先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも高い場合には、後の基板処理が行われる前に先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う基板支持装置の冷却方法。
  7. 処理基板が収納される第１収納室と、
    ダミー基板が収納される第２収納室と、
    基板を支持する加熱機能付きの基板支持装置と、
    各収納室と前記基板支持装置との間で各基板の搬送を行う基板搬送装置とを備えた半導体製造装置で使用される基板搬送装置の冷却方法で、
    先の基板処理での基板処理温度が後の基板処理での基板処理温度よりも所定温度以上高い場合には、後の基板処理が行われる前に先の基板処理での基板処理温度よりも低い温度のダミー基板の搬送を行う基板支持装置の冷却方法。
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