JP3176118B2

JP3176118B2 - 多室型基板処理装置

Info

Publication number: JP3176118B2
Application number: JP7163692A
Authority: JP
Inventors: 彰石幡; 俊光大嶺; 裕輔佐藤; 明生宇井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH05275519A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、超ＬＳＩ等の
半導体デバイス等を製造する際に、基板に種々の処理を
行なう多室型基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超ＬＳＩ等の半導体デバイスの高
集積化が目覚ましくそれに伴い基板（ウェハ）径の大型
化が進んでいる。このため、多数枚の基板を同時処理す
る気相成長装置に対して基板を一枚ずつ処理する枚葉式
の気相成長装置の方が、大型基板への対応が比較的容易
にできること、一枚ずつの処理により気相成長の高精度
化、基板の面内均一化が容易であること等の利点を有す
ることから注目されている。

【０００３】そして、最近では上記した枚葉式の気相成
長装置をさらに高効率化するために、複数の処理室（例
えばエッチングチャンバ、オリフラチャンバ、薄膜形成
チャンバ等）を備えた多室型基板処理装置が考えられて
いる。

【０００４】このような多室型基板処理装置では、一般
にハンドラ室に設けたハンドラを介して各処理室に基板
の出入れを行って、一連の基板処理が実行される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように多室型
基板処理装置では、ハンドラ室を介して各処理室に基板
の出入れが行われるので、高品質な薄膜を得るために
は、ハンドラ室での基板の取扱いが重要になってくる。

【０００６】即ち、ハンドラ室内に反応生成物の粉塵
（以下、粉塵という）等が浮遊していると、この粉塵が
ハンドラ室内に搬送される基板上に付着することによ
り、高品質の薄膜を得ることができなくなる。

【０００７】また、ハンドラ室を介して基板を各処理室
に出入れする時に、ハンドラ室内での基板の温度管理
も、高品質な基板を得るためには重要となってくる。

【０００８】しかしながら、従来の多室型基板処理装置
に備えられているハンドラ室は、単に基板を各処理室に
出入れするだけの機能しか有していなかった。

【０００９】本発明は、上記した課題を解決する目的で
なされ、ハンドラ室内で基板に粉塵等が付着するのを防
止して、高品質な薄膜を得ることができる多室型基板処
理装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために請求項１に係る発明は、複数の処理室が接続され
たハンドラ室を備え、前記ハンドラ室を介して前記各処
理室に基板の出入れを行って基板処理を実行する多室型
基板処理装置において、前記ハンドラ室内で前記基板上
の反応生成物の粉塵の量を測定するための測定手段を備
えたことを特徴としている。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
多室型基板処理装置において、測定手段の測定結果に基
いて前記ハンドラ室内の前記基板上へクリーニング用の
ガスを流して前記基板上の粉塵を排除するためのブロー
ノズルを前記ハンドラ室内に備えたことを特徴としてい
る。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の多室型基板処理装置において、測定手段の測定結
果に基いて前記ハンドラ室内にパージガスを供給するた
めのパージガス供給手段を設けたことを特徴としてい
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

【００１４】図１は、本発明の参考例に係る多室型基板
処理装置の概略構成を示す平面図、図２は、本発明の参
考例に係る多室型基板処理装置の要部を示す概略断面図
である。

【００１５】図１に示すように、回転自在のハンドラ１
が備えられているハンドラ室２の周囲に、それぞれゲー
トバルブ３，４，５，６，７を介してロード・アンロー
ド・チャンバ８、エッチングチャンバ９、オリフラチャ
ンバ１０、薄膜形成チャンバ１１、測定チャンバ１２を
接続することによって多室型基板処理装置が構成されて
いる。

【００１６】ロード・アンロード・チャンバ８には扉１
３を介してカセットステーション１４が接続されてお
り、このカセットステーション１４を通して外部から基
板１５の搬入・搬出を行う。

【００１７】エッチングチャンバ９は、基板１５の表面
に付着している自然酸化膜を例えばＨＦ（フッ化水素）
ガス等によりエッチングし、オリフラチャンバ１０は、
基板１５のオリフラ（オリエンテーションフラット）の
位置を検出し、所定方向に位置合わせする。

【００１８】また、薄膜形成チャンバ１１は、基板１５
に所定のガス（原料ガス、キャリアガス等）を供給して
所定の気相成長を行って基板１５の表面に薄膜を形成
し、測定チャンバ１２は、基板１５に形成された薄膜に
対して各種の測定、検査を行う。上記のように構成され
ている基板処理装置の一連の処理動作は、制御装置（図
示省略）によって制御されている。

【００１９】そして、本参考例では図１に示すように、
ハンドラ室２内の上部に、ハンドラ室２内にパージガス
を供給する環状に形成されたノズル１６を配設し、ハン
ドラ室２の下部に、放射状に形成された複数個の排気口
１７が配設されている。ノズル１６にはパージガス供給
装置（図示省略）が接続されており、排気口１７には排
気ポンプ（図示省略）が接続されている。

【００２０】また、ハンドラ室２内に配設されているハ
ンドラ１による基板１５の搬入・搬送操作は、駆動装置
１８によって行われる。

【００２１】次に、上記した本参考例に係る基板処理装
置の基板処理動作について説明する。

【００２２】前記処理されたカセット等に収納されたク
リーンルーム等から搬送されてきた基板１５は、先ずカ
セットステーション１４にカセットごと設置される。

【００２３】そして、カセットステーション１４に設置
された基板１５を、扉１３の開閉操作に連動させてロー
ド・アンロード・チャンバ８内に搬送した後、ゲートバ
ルブ３の開閉動作に連動させてハンドラ室２のハンドラ
１によりハンドラ室２内に搬送し、さらに、ゲートバル
ブ４の開閉動作に連動させてハンドラ１によりエッチン
グチャンバ９内に搬送する。

【００２４】エッチングチャンバ９内に基板１５が搬送
されるとゲートバルブ４を閉じてエッチングチャンバ９
内を真空引きして、例えばＨＦ（フッ化水素）ガス等に
より基板１５の表面に付着している自然酸化膜をエッチ
ングする。

【００２５】エッチングチャンバ９で基板１５の酸化膜
が除去されると、この基板１５をハンドラ１によりゲー
トバルブ４の開閉動作に連動させてハンドラ室２に搬送
し、さらに、ゲートバルブ５開閉動作に連動させてハン
ドラ１によりオリフラチャンバ１０内に搬送する。

【００２６】オリフラチャンバ１０では、基板１５のオ
リフラ（オリエンテーションフラット）の位置検出がな
され、所定の方向に位置合わせされる。尚、オリフラ合
わせが必要ない場合、あるいは他の方法でオリフラ合わ
せを行う場合には、このオリフラチャンバ１０は、特に
独立して設ける必要がないが、その場合には、このオリ
フラチャンバ１０内で基板１５の様々な検査を行うよう
にしてもよい。

【００２７】オリフラチャンバ１０で基板１５のオリフ
ラの測定が終了すると、この基板１５をハンドラ１によ
りゲートバルブ５の開閉動作に連動させてハンドラ室２
に搬送し、さらに、ゲートバルブ６の開閉動作に連動さ
せてハンドラ１により薄膜形成チャンバ１１内に搬送す
る。

【００２８】薄膜形成チャンバ１１では、先ずエッチン
グチャンバ９でのエッチング処理時にＨＦ（フッ化水
素）ガスを用いている場合には、基板１５の表面に付着
しているＦ（フッ素）を紫外線等を照射して除去しＦ
（フッ素）の除去はエッチングチャンバ９で行ってもよ
い）、薄膜形成チャンバ１１内を加熱して所定の圧力に
制御してガス（原料ガス、キャリアガス等）を供給する
ことによって、基板１５上に薄膜を気相成長させる。

【００２９】薄膜形成チャンバ１１で基板１５に薄膜が
形成されると、この基板１５をハンドラ１によりゲート
バルブ６の開閉動作に連動させてハンドラ室２に搬送
し、さらに、ゲートバルブ７の開閉動作に連動させてハ
ンドラ１により測定チャンバ１２内に搬送する。

【００３０】測定チャンバ１２では、基板１５の表面に
形成された薄膜に対して各種の測定、検査（例えば、薄
膜の抵抗率、組成、表面状態、金属不純物、結晶欠陥、
膜界面状態等）が実行され、これらの測定、検査が終了
すると、測定チャンバ１２内の基板１５を、ハンドラ１
によりゲートバルブ７の開閉動作に連動させてハンドラ
室２に搬送し、さらに、ゲートバルブ３の開閉動作に連
動させてハンドラ１によりロード・アンロード・チャン
バ８内のカセット上に搬送する。

【００３１】ロード・アンロード・チャンバ８内に搬送
された基板１５は、扉１３の開閉操作に連動させてカセ
ットステーション１４に搬送されることによって、一連
の処理シーケンスが終了する。上記した基板１５の一連
の処理シーケンスは連続して実行される。

【００３２】そして、本参考例では、上記した一連の処
理工程時に、ハンドラ室２にノズル１６の供給口１６ａ
からパージガス（例えばＨ2 ）を供給し、排気ポンプ
（図示省略）により排気口１７から排気して、ハンドラ
室２内をパージガスで所定の圧力に調整している。

【００３３】従って、ハンドラ室２内は、パージガスが
ハンドラ室２の上部から下部方向に流れているので、ハ
ンドラ室２内に粉塵等が浮遊することなく排気口１７か
ら排出され、ハンドラ室２内を常にクリーンに維持する
ことができる。

【００３４】このように、本参考例ではハンドラ室２が
常にクリーンに保たれることにより、ハンドラ室２内に
基板１５が搬送されている時に、基板１５が粉塵等で汚
染されることなく、また、ハンドラ室２内の粉塵等が、
接続されている各チャンバ（ロード・アンロード・チャ
ンバ８、エッチングチャンバ９、オリフラチャンバ１
０、薄膜形成チャンバ１１、測定チャンバ１２）に拡散
されることもないので、不良基板の発生が防止されるこ
とにより薄膜製造の歩留まりが向上し、高品質の薄膜を
得ることができる。

【００３５】＜実施例＞図３は、本発明の実施例に係る多室型基板処理装置の概
略構成を示す平面図、図４は、その要部を示す概略断面
である。

【００３６】本実施例では、図２に示した参考例に係る
多室型基板処理装置のハンドラ室２内に、ハンドラ１に
載置されている基板１５上の粉塵等を測定するための測
定センサ（例えば、ＣＣＤカメラ）２０と、ハンドラ１
に載置されている基板１５上の粉塵等を排除するブロー
ノズル２１と、エッチングガスを供給するノズル２２が
さらに配置されている。他の構成は図１に示した参考例
の基板処理装置と同様である。

【００３７】基板１５の搬入・搬送操作を行うハンドラ
１の上方に配置されている測定センサ２０には、例えば
画像処理等によって基板１５上の粉塵等の量を測定する
測定装置２３が接続されており、測定装置２３によって
測定される基板１５上の粉塵等の量に基づいて基板処理
工程が制御される（詳細は後述する）。

【００３８】ブローノズル２１は、クリーニング用のガ
スとしてハンドラ室２内の雰囲気と同じガスを、基板１
５上でこの基板１５と略平行方向に流すようにして配置
されており、ブローノズル２１には、ハンドラ室２内の
雰囲気と同じガスを供給するガス供給装置（図示省略）
が接続されている。

【００３９】ハンドラ室２内にエッチングガスを供給す
るノズル２２には、エッチングガス供給装置（図示省
略）から供給されるエッチングガスの供給を制御するバ
ルブ２４が接続されている。

【００４０】次に、上記した本実施例に係る基板処理装
置の基板処理動作について説明する。

【００４１】基板１５のロード・アンロード・チャンバ
８、エッチングチャンバ９、オリフラチャンバ１０、薄
膜形成チャンバ１１、測定チャンバ１２での各処理動作
は前記した参考例と同様であり、ここでは省略する。

【００４２】そして、本実施例では、上記した各基板処
理動作中に、基板１５がハンドラ室２内にハンドラ１を
介して搬入されて所定の位置に停止した時に、測定セン
サ（例えばＣＣＤカメラ）２０によって基板１５上の粉
塵等を測定する。そして、測定センサ（例えばＣＣＤカ
メラ）２０から出力される出力信号を測定装置２３で例
えば画像処理して、基板１５上の粉塵の量を測定する。

【００４３】測定装置２３は、この測定結果に基づいて
基板１５上の粉塵の量が予め設定されているしきい値以
下の場合は、制御装置（図示省略）に次の基板処理動作
を実行させる信号を出力し、次のチャンバ（例えば薄膜
形成チャンバ１１）に基板１５を搬送する。

【００４４】また、上記した粉塵の量の測定結果がしき
い値より小さい場合でも、測定値がしきい値付近の値の
場合には、ブローノズル２１から基板１５上にハンドラ
室２内の雰囲気と同じガスを流して基板１５上の粉塵等
を排除し、基板１５上をクリーニングする。この時、排
気ポンプ（図示省略）によって、ハンドラ室２のガスを
排気口１７から排気する。

【００４５】また、測定装置２３による粉塵の量の測定
で、基板１５上の粉塵の量が予め設定されているしきい
値以上の場合は、測定装置２３から制御装置（図示省
略）に、この基板１５のその後の処理工程を中止させる
信号を出力して、次の処理工程動作を中止する。

【００４６】そして、ハンドラ室２内の基板１５を、ハ
ンドラ１によりゲートバルブ４の開閉動作に連動させて
エッチングチャンバ９に搬送した後、測定装置２３から
出力される前記した信号によりバルブ２４を開けて、ハ
ンドラ２室内に、エッチングガス供給装置（図示省略）
からノズル２２を介してエッチングガス（例えば塩化水
素ガス）を供給し、ハンドラ室２内のエッチングを行
う。この時、排気ポンプ（図示省略）によって、ハンド
ラ室２内のエッチングガスを排気口１７から排気する。

【００４７】上記したハンドラ室２内での基板１５上面
のクリーニングは、測定装置２３による測定結果に基づ
いて所定時間行われる。そして基板１５上面のクリーニ
ングが終了すると再度測定センサ２０で基板１５上の粉
塵の測定を行い、問題がなければ次の基板処理工程を実
行する。

【００４８】また、ハンドラ室２内のエッチングは、測
定装置２３による測定結果に基いて所定時間行われる。
そして、ハンドラ室２内のエッチングが終了すると、ハ
ンドラ室２内に基板１５を再び搬入して再度測定センサ
２０で粉塵の測定を行い、問題がなければ次の基板処理
工程を実行する。

【００４９】このように、本参考例においてもハンドラ
室２を常にクリーンに保つことができるので、ハンドラ
室２内に基板１５が搬送されている時に、基板１５が粉
塵等で汚染されることはなく、また、ハンドラ室２内の
粉塵が、接続されている各チャンバ（ロード・アンロー
ド・チャンバ８、エッチングチャンバ９、オリフラチャ
ンバ１０、薄膜形成チャンバ１１、測定チャンバ１２）
に拡散されることもないので、不良基板の発生が防止さ
れることにより薄膜製造の歩留まりが向上し、高品質の
薄膜を得ることができる。

【００５０】また、前記したハンドラ室２のエッチング
操作において、浮遊している粉塵の塩化物の量をハンド
ラ室２やその排気口１７等で測定して、エッチング時間
を制御することも可能であり、エッチング操作の開始も
ハンドラ１の操作回数、ハンドラ室２の運転経過時間に
よって制御することも可能である。

【００５１】また、前記したハンドラ室２をエッチング
するエッチングガスとしては例えば塩化水素ガスが使用
されるが、ハンドラ室２内の粉塵に対しては、通常キャ
リアーガスとして使用する水素ガス等でパージを繰り返
すことでも同じ効果が得られる。また、エッチングチャ
ンバ９での酸化膜除去工程で使用する例えば弗酸により
発生する弗化物等によりハンドラ室２内が汚染した場合
は、ベーキング、紫外線の照射等による弗化物の除去も
可能であり、これらの処理を前記した基板処理動作に組
入れることもできる。

【００５２】また、前記した実施例では、基板１７のク
リーニングはハンドラ１上で行ったが、これ以外にも、
例えばハンドラ室２内にクリーニングステージを設けた
り、基板１５を垂直に支持してクリーニングしたり、基
板１５の表面に所定の角度でガス体を吹き付ける等も可
能である。

【００５３】また、本実施例では、ハンドラ室２内での
基板１５のクリーニング、およびハンドラ室２内のエッ
チングは、測定装置２４から制御装置（図示省略）に出
力される信号に基づいて自動的に実行される構成であっ
たが、これらの操作を手動操作によって行うことも可能
である。

【００５４】また、本実施例では、基板１５が各チャン
バからハンドラ室２内に搬送される毎（即ち、ハンドラ
１の１回の動作毎）に、測定センサ２０によって基板１
５上の粉塵を測定する構成であったが、これ以外にも例
えば、基板処理装置の運転時間、ハンドラ室２に基板１
５が所定時間以上停滞した時、ハンドラ１動作回数等に
よって測定頻度を制御することも可能である。

【００５５】また、本実施例では、測定センサ２０でハ
ンドラ２内のハンドラ１に載置されている基板１５上の
粉塵を測定する構成であったが、これ以外にも例えば、
ハンドラ室２内の任意の位置やハンドラ室２の排気口１
７等でハンドラ室２内に浮遊している粉塵を測定して、
前記同様の制御を行うことも可能である。

【００５６】図５は、本発明の第２の参考例に係る多室
型基板処理装置の概略構成を示す平面図、図６は、本発
明の第２の参考例に係る多室型基板処理装置の要部を示
す概略断面図である。

【００５７】本参考例では、図１に示した参考例の基板
処理装置のハンドラ室２内に加熱装置２５と冷却装置２
６を配設し、ハンドラ室２内で基板１５の余熱と冷却を
行うようにしている。他の構成は図１に示した参考例の
基板処理装置と同様である。

【００５８】ハンドラ１の下方に配設されている加熱装
置２５は支持棒２７で支持されており、加熱装置２５の
加熱手段としては、例えば抵抗加熱、ランプ加熱、高周
波加熱等を用いることができる。

【００５９】ハンドラ１の下方に配設されている冷却装
置２６は、冷媒としてハンドラ室２の下部に接続されて
いる容器２８内の液体窒素２９が用いられている。ま
た、冷媒としては、この他にも例えば、冷却水等を用い
ることもできる。

【００６０】加熱装置２５、冷却装置２６の加熱、冷却
制御は制御装置（図示省略）によって行われる。

【００６１】次に、上記した本参考例に係る基板処理装
置の基板処理動作について説明する。

【００６２】基板１５のロード・アンロード・チャンバ
８、エッチングチャンバ９、オリフラチャンバ１０、薄
膜形成チャンバ１１、測定チャンバ１２での各処理動作
は前記した参考例と同様であり、ここでは省略する。

【００６３】そして、本参考例では、上記したオリフラ
チャンバ１０で基板１５のオリフラ（オリエンテーショ
ンフラット）合わせを行った後、ハンドラ１によりハン
ドラ室２内の加熱装置２５上に基板１５を搬送し、加熱
装置２５で基板１５を５００〜１０００℃の間で余熱し
てから薄膜形成チャンバ１１に搬送して、薄膜形成を行
う。

【００６４】そして、薄膜形成チャンバ１１で薄膜形成
されスリップ発生温度よりやや低い温度の基板１５を、
ハンドラ１によりハンドラ室２内の冷却装置２６上に搬
送し、冷却装置２６で基板１５を操作上問題ない温度
（例えば数十度）まで冷却した後、測定チャンバ１２に
搬送して、各種の測定、検査を行う。

【００６５】加熱装置２５による基板１５の余熱と、冷
却装置２６による基板１５の冷却の各所要時間は、ハン
ドラ室２に接続されている各チャンバの本質的な操作時
間を越えることがないように制御される。

【００６６】また、本参考例では、加熱装置２５と冷却
装置２６をハンドラ室２内に設けたが、これ以外にも例
えばハンドラ室２に新たに接続する独立したチャンバ内
に設けてもよい。

【００６７】このように、本参考例では、ハンドラ室２
内で薄膜形成に先立って基板１５の余熱を行い、薄膜形
成後速やかに冷却して基板１５の測定、検査を行うこと
ができるので、処理工程で異なる基板温度を速やかに得
ることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、ハンドラ室で基板上の粉塵
の量を測定でき、この測定結果に基いてハンドラ室内の
基板上面及びハンドラ室を常にクリーンにすることがで
き、粉塵等によって基板が汚染されることを防止して、
高品質の薄膜を効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例に係る多室型基板処理装置の概
略構成を示す平面図である。

【図２】本発明の参考例に係る多室型基板処理装置の要
部を示す概略断面図である。

【図３】本発明の実施例に係る多室型基板処理装置の概
略構成を示す平面図である。

【図４】本発明の実施例に係る多室型基板処理装置の要
部を示す平面図である。

【図５】本発明の第２の参考例に係る多室型基板処理装
置の概略構成を示す平面図である。

【図６】本発明の第２の参考例に係る多室型基板処理装
置の要部を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ハンドラ２ハンドラ室８ロード・アンロード・チャンバ９エッチングチャンバ１０オリフラチャンバ１１薄膜形成チャンバ１２測定チャンバ１５基板１６ノズル１７排気口２０測定センサ２１ブローノズル２３測定装置２４バルブ２５加熱装置２６冷却装置２９液体窒素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇井明生神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開昭62−104036（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−181440（ＪＰ，Ａ) 特開平３−190260（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の処理室が接続されたハンドラ室を
備え、前記ハンドラ室を介して前記各処理室に基板の出
入れを行って基板処理を実行する多室型基板処理装置に
おいて、前記ハンドラ室内で前記基板上の反応生成物の
粉塵の量を測定するための測定手段を備えたことを特徴
とする多室型基板処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の多室型基板処理装置に
おいて、測定手段の測定結果に基いて前記ハンドラ室内
の前記基板上へクリーニング用のガスを流して前記基板
上の粉塵を排除するためのブローノズルを前記ハンドラ
室内に備えたことを特徴とする多室型基板処理装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の多室型基板処理
装置において、測定手段の測定結果に基いて前記ハンド
ラ室内にパージガスを供給するためのパージガス供給手
段を設けたことを特徴とする多室型基板処理装置。