JP4564078B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
この発明は、基板処理装置に関するものである。
従来の基板処理装置には、特開平１１−４０６４２号公報（特許文献１）および特開平８−３２７９５９号公報（特許文献２）に開示されているように、搬送アームの表面に付着した異物を除去する装置を有するものがある。
一例として、特開平１１−４０６４２号公報に開示されている基板処理装置は、複数の基板を収納するカセットを有するインデクサと、基板に加熱処理等を施す熱処理部と、基板を回転させつつレジスト塗布処理を行うスピンコータと、露光後の基板に現像処理を施すスピンデベロッパと、各処理部間での基板の循環搬送を行う搬送アームと、紫外線を照射して搬送アームを洗浄する紫外線照射部とを備える。
他の例として、特開平８−３２７９５９号公報に開示されているスパッタ装置は、半導体ウェハを収納するカセットローダと、複数のスパッタ室を配置した真空チャンバと、カセットローダおよび真空チャンバの間で半導体ウェハを搬送する搬送アームと、半導体ウェハの搬送経路中に配置される表面処理部とを備える。
特開平１１−４０６４２号公報（段落番号００２４、図１）
特開平８−３２７９５９号公報（段落番号００８３、図１２）
特開平１１−４０６４２号公報に開示されている基板処理装置によれば、搬送アームの洗浄にのみ使用される紫外線照射部を設けたので、装置のフットプリントが増大する。また、搬送アームの洗浄中は基板の搬送ができないので、装置のスループットが低下する。
また、特開平８−３２７９５９号公報に開示されている搬走路中に設けられた表面処理部は、大気圧またはその近傍の圧力下で気体放電を発生させて搬送アームをドライ洗浄する。このため、表面処理部は大掛かりなものとなる可能性がある。さらに、気体放電はパーティクルの発生源となり得る。
そこで、この発明の目的は、搬送室内に設けられた搬送アーム表面の異物を除去する手段を有する基板処理装置であって、フットプリントを増大させず、簡単な構成で効率的に異物除去を可能にし、さらに、搬送の自由度を高く保ち、装置のスループットを低下させることがない基板処理装置を提供することである。
この発明に係る基板処理装置は、被処理基板に処理を施す少なくとも１つの処理室と、処理室に隣接する搬送室と、搬送室の内部を減圧する減圧手段と、搬送室および処理室の間で被処理基板を搬送する搬送装置と、搬送装置に付着した異物を、搬送室内で除去する異物除去手段とを備える。
上記構成の基板処理装置は、減圧状態（「真空状態」を含む）の搬送室内で搬送装置に付着した異物を除去する。これにより、フットプリントを増大させることなく、搬送室内において異物除去を行うので、高スループットを維持した状態で異物除去ができる。なお、本明細書中の「減圧状態」とは、搬送室内に後述するオゾンガス等が充填されている状態を含むものとする。
一実施形態として、異物除去手段は、搬送装置に光を照射する光照射部を含む。光照射部は、光熱エネルギーにより異物を固相から気相に相転移させる。これにより、搬送装置の表面から異物を除去することができる。
好ましくは、異物除去手段は、搬送室の内部でオゾンガスを用いて異物を除去することを特徴とする。これにより、異物の除去効率が向上する。なお、搬送室の内部でオゾンガスを生成してもよいし、外部で生成したオゾンガスを搬送室に供給してもよい。
一実施形態として、異物除去手段は、搬送室の内部にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段を含む。他の実施形態として、異物除去手段は、搬送装置にオゾンガスを噴射するオゾンガス噴射部を含む。このように、オゾンガスを搬送室雰囲気中に充填してもよいし、搬送装置に選択的に噴射してもよい。
好ましくは、搬送装置の表面は、酸化チタン膜で覆われている。これにより、異物の除去効率がさらに向上する。
好ましくは、搬送室は光を透過する透光窓を有する。そして、光照射部は、搬送室の外から透光窓を通して搬送装置に光を照射する。これにより、搬送装置から除去された気相状態の異物が光照射部に付着するのを防止することができる。
好ましくは、搬送装置は、その上面に被処理基板を支持する複数の突起部を有する。そして、異物除去手段は、複数の突起部に付着した異物を選択的に除去する。搬送装置全体に異物除去処理を施してもよいが、被処理基板に直接接触する突起部にのみ施せば、この発明の効果を得ることができる。
好ましくは、搬送室には、搬送装置から分離した異物を強制的に排出する吸引手段が設けられている。これにより、搬送室の雰囲気中に浮遊する気相状態の異物が被処理基板に付着するのを防止することができる。
この発明の他の実施形態に係る基板処理装置は、被処理基板に処理を施す少なくとも１つの処理室と、処理室に隣接する搬送室と、搬送室の内部を減圧する減圧手段と、搬送室に隣接するロードロック室と、搬送室内に配置され、減圧雰囲気下で処理室とロードロック室に被処理基板を搬送する第１の搬送装置と、被処理基板を収納するカセット、およびロードロック室と前記カセット間で被処理基板を搬送する第２の搬送装置を有し、ロードロック室に隣接するローダ部と、第１の搬送装置に付着した異物を、搬送室内にて除去する異物除去手段とを備える。
上記構成の基板処理装置によれば、第１の搬送装置と第２の搬送装置とが独立して動作できるので、一方に律速されることなくそれぞれが処理を行うことができる。その結果、搬送やプロセスの自由度の高い基板処理装置を得ることができる。また、第１の搬送装置に付着した異物が洗浄されるので、基板が収納されたカセットへの異物の混入を抑制することができる。
この発明によれば、専用の洗浄部を設けることなく搬送室内で異物の除去を行うことができるので、装置面積を増大させることがない。また、減圧状態の搬送室内で洗浄が行えるので、処理中に発生する有毒ガスの漏洩を有効に防止することができる。さらに、減圧状態を維持した搬送室内で異物の除去を行うことができるので、スループットの低下を防止した基板処理装置を得ることができる。
図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係る基板処理装置１１を説明する。なお、図１は基板処理装置１１を示す図、図２は処理室２１ａの内部構造を示す図、図３は搬送室１４および異物除去手段の構成を示す図である。
図１を参照して、基板処理装置１１は、被処理基板としての半導体ウェハＷを減圧状態の搬送室１４に搬入出するロードロック室１２ａ，１２ｂと、半導体ウェハＷをロードロック室１２ａ，１２ｂに搬入出するローダ部１３と、半導体ウェハＷに各種処理を施す少なくとも１つ（この実施形態では４つ）の処理室２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（総称して「処理室２１」という）と、ロードロック室１２ａ，１２ｂおよび処理室２１に隣接する搬送室１４と、半導体ウェハＷを搬送する搬送装置１５（第１の搬送装置）と、搬送室１４およびロードロック室１２ａ，１２ｂの内部を減圧する減圧手段としての真空ポンプ１６と、搬送装置１５に付着した異物を、搬送室１４内で除去する異物除去手段とを主に備えるいわゆるクラスターツールである。
ローダ部１３は、半導体ウェハＷを収納するウェハカセット１３ａ，１３ｂと、ウェハカセット１３ａ，１３ｂとロードロック室１２ａ，１２ｂとの間で半導体ウェハＷを搬送するアーム１３ｃ（第２の搬送装置）とを備える。搬送装置１５は、搬送アーム１５ａと、搬送アーム１５ａの上面に半導体ウェハＷを支持する複数の突起部１５ｂとを含み、基板処理装置１１内で半導体ウェハＷを搬送する。
上記の基板処理装置１１によれば、ロードロック室１２ａ，１２ｂ、搬送室１４、および処理室２１の間で半導体ウェハＷを搬送する搬送装置１５（第１の搬送装置）と、ウェハカセット１３ａ，１３ｂとロードロック室１２ａ，１２ｂの間で半導体ウェハＷを搬送するアーム１３ｃ（第２の搬送装置）とが独立して動作できるので、一方に律速されることなくそれぞれが処理を行うことができる。その結果、搬送やプロセスの自由度の高い基板処理装置を得ることができる。
複数の処理室２１のうち少なくとも処理室２１ａでは、半導体ウェハＷの表面に少なくとも炭素とフッ素とを含む膜（例えば、ＣＦｘ膜）を成膜する処理が行われる。なお、本明細書中「ＣＦｘ」とは、ＣｙＦｚ（ｙ，ｚは整数であって、複数の組合せがある）の組成を有する化合物の総称である。
図２を参照して、処理室２１ａの内部構造を説明する。処理室２１ａは、処理空間Ｓを構成する処理容器２２および誘電体２５と、マイクロ波供給装置２８と、排気装置３８とを主に備える。
処理容器２２は、上部開口を有する有底円筒体であって、側壁面に半導体ウェハＷを受け入れる開口部２２ａと、内部に半導体ウェハＷを保持する保持台としてのサセプタ２３と、処理ガスを導入するガス導入部２４とを備える。開口部２２ａには開閉扉（図示省略）が設けられており、開閉扉が開くと半導体ウェハＷの出し入れが可能となり、開閉扉が閉じると処理空間Ｓが密閉状態となる。
サセプタ２３は、半導体ウェハＷの表面温度の管理を行うと共に、バイアス用の高周波信号を発生させる交流電源２３ａに接続されている。処理ガス導入部２４は、処理容器２２の側壁面に設けられて、処理ガス供給源（図示省略）からの処理ガスを処理空間Ｓに供給する。処理ガスには、プラズマ励起用ガス（例えば、Ａｒガス）と、ウェハ処理用ガス（例えば、Ｃ５Ｆ８ガス）とが含まれている。
誘電体２５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や石英（ＳｉＯ２）によって形成される円盤形状の部材であって、処理容器２２の上部開口を閉鎖するように配置される。また、処理容器２２と誘電体２５との当接面には、処理空間Ｓを密閉するためのシール材２２ｂが設けられている。
マイクロ波供給装置２８は、誘電体２５の下面にプラズマを発生させるために、誘電体２５にマイクロ波を供給する装置であって、所定の周波数のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生源２９、負荷整合器３０、同軸導波管３１、遅波板３２、遅波板３２を覆うアンテナカバー３３、およびスロットアンテナ３４で構成されている。
同軸導波管３１は、内側導体３１ａと、内側導体３１ａを覆う外管３１ｂとで構成されている。内側導体３１ａは、その一方側端部が負荷整合器３０を介してマイクロ波発生源２９に、他方側端部がスロットアンテナ３４に接続されており、マイクロ波発生源２９で発生したマイクロ波をスロットアンテナ３４に供給する。
スロットアンテナ３４は、導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等がメッキされた銅の薄い円板であり、誘電体２５の上面に配置される。また、スロットアンテナ３４には、厚み方向に貫通する長孔形状の複数のスロット３４ａが設けられている。マイクロ波発生源２９で発生したマイクロ波は、このスロット３４ａおよび誘電体２５を通って処理容器２２内に放射される。
排気装置３８は、処理空間Ｓ内の処理ガスを外部に排出するための真空ポンプであって、処理容器２２と排気装置とを接続する排気管３６，３７を介して処理空間Ｓ内から処理ガスを排出する。
次に、上記構成の基板処理装置１１の動作を説明する。
まず、搬送装置１５によって半導体ウェハＷが処理室２１ａに搬入される。具体的には、搬送装置１５がロードロック室１２ａから処理未済ウェハを取り出す。そして、搬送室１４を経由して処理室２１ａに移動し、サセプタ２３上に処理未済ウェハを載置する。
次に、搬送装置１５が処理室２１ａから搬送室１４に移動した後、開閉扉を閉めて処理空間Ｓを密閉状態とする。そして、ガス導入部２４から処理ガス（ＡｒガスおよびＣ５Ｆ８ガスの混合ガス）を処理空間Ｓ内に供給すると共に、余分な処理ガスを排気装置３８によって排出する。これらによって、処理空間Ｓ内を所定の圧力にすることができる。
次に、マイクロ波発生源２９でマイクロ波を発生させて、負荷整合器３０、同軸導波管３１、遅波板３２、およびスロットアンテナ３４を介して誘電体２５にマイクロ波を供給すると、誘電体２５の下面に電界が発生する。これにより、処理空間Ｓ内のプラズマ励起用ガスが電離してプラズマ化される。
プラズマによってウェハ処理用ガスが励起されると、ウェハ処理用ガスが解離して処理空間Ｓの雰囲気中に浮遊する。そして、半導体ウェハＷの表面で固相に相転移することで、少なくとも炭素とフッ素とを含む膜が成膜される。
プラズマ処理終了後に処理室２１ａの開閉扉が開くと、搬送装置１５によって半導体ウェハＷが搬出され、次工程の処理室２１ｂに搬入される。以下、上記の各処理を繰り返し、全ての処理が終了した処理済ウェハは、搬送装置１５によってロードロック室１２ｂに搬送される。
上記の処理中、搬送装置１５の表面には、処理室２１ａの内部で反応生成物（デポ）が堆積する。具体的な堆積のメカニズムとしては、例えば、プラズマ処理後の処理空間Ｓの雰囲気中には気相状態のＣＦｘガスが浮遊しており、搬送装置１５の表面で固相（デポ）に相転移することが考えられる。プラズマ処理後の処理室２１ａの内壁面は高温（１８０℃程度）であるのに対して、搬送装置１５は相対的に低温（常温）であるので、デポは搬送装置１５の表面に堆積しやすい。または、サセプタ２３の表面にもデポが堆積しており、これが半導体ウェハＷの裏面に付着し、さらに搬送装置１５（突起部１５ｂ）の表面に付着することが考えられる。
搬送装置１５、特に搬送アーム１５ａの突起部１５ｂに異物（デポ）が堆積すると、搬送中に半導体ウェハＷが滑り落ちるおそれがある。そこで、異物除去手段によって搬送装置１５に堆積したデポを除去する必要がある。
次に、図３を参照して、搬送室１４および異物除去手段の構成を説明する。搬送室１４は、天井に光を透過する透光窓１４ａと、搬送装置１５から分離したデポを強制的に排出する吸引装置１４ｂとを有し、真空ポンプ１６によって真空状態に保持されている。
異物除去手段は、搬送装置１５に堆積したデポを除去するためのものであって、この実施形態においては、搬送装置１５に光を照射する光照射部４１を含む。光照射部４１は、搬送室１４の外側から透光窓１４ａを介して搬送装置１５の突起部１５ｂを見下ろす位置（鉛直上方）に配置され、光線が突起部１５ｂ上で収束するように焦点位置が調整されている。
そして、光照射部４１は、搬送装置１５が搬送室１４の所定位置に来たときに、突起部１５ｂに向かって光を照射する。この光熱エネルギーによって突起部１５ｂに堆積した固相（デポ）を分解することができる。
上記構成とすれば、搬送室１４の内部を真空状態に維持したままで、かつ搬送装置１５が半導体ウェハＷを保持していない時に突起部１５ｂに堆積したデポを除去することができるので、処理室２１のスループットの低下を防止した基板処理装置１１を得ることができる。また、専用の洗浄部を設けることなくデポの除去ができるので、装置面積が増大しない。さらに、搬送室１４の内部を真空状態に保持した状態で処理を行うので、光照射部４１から照射される光が気体分子等に吸収されることがない。その結果、洗浄処理の効率が向上する。なお、上記の処理は、搬送装置１５が処理室２１に半導体ウェハＷを搬入する度に行う必要はなく、所定回数（例えば１０００回）に１回程度行えばよい。
なお、デポの除去を行うに際して、搬送室１４を真空状態としてもよいが、オゾンガス供給手段から搬送室１４の内部にオゾンガスを供給してもよい。具体的には、搬送室１４の内部にオゾンガスを充填してもよいし、後述するノズル４３から突起部１５ｂにオゾンガスを噴射してもよい。この場合、光熱エネルギーによってデポの連鎖が分解され、オゾンガスとの反応によってＣＦ４やＣＯ２等が生成される。
突起部１５ｂから分離したデポは、気相として搬送室１４の雰囲気中を浮遊する。そこで、搬送装置１５が所定位置に来たときに突起部１５ｂの近傍に位置するように吸引装置１４ｂを配置しておき、突起部１５ｂから分離した気相状態の異物を強制的に排出するようにすればよい。これにより、搬送室１４の雰囲気中に浮遊する気相状態の異物が半導体ウェハＷに再付着するのを有効に防止することができる。
なお、吸引装置１４ｂはこの発明の必須の構成要素ではなく、省略することができる。この場合、突起部１５ｂから分離した気相状態の異物は、真空ポンプ１６によって搬送室１４から排出される。
また、少なくとも突起部１５ｂの表面を酸化チタン（ＴｉＯ２）膜で覆っておいてもよい。酸化チタンは光触媒として機能するので、デポの突起部１５ｂからの分離を促進することができる。
また、搬送装置１５のデポを除去する処理（数十秒間）は、処理室２１で半導体ウェハＷに処理を施している間（数分間）に行うのが望ましい。これにより、基板処理装置１１のスループットの低下を防止することができる。
また、上記の実施形態においては、搬送アーム１５ａの突起部１５ｂに選択的に光を照射した例を説明したが、これに限ることなく、搬送アーム１５ａ全体に光を照射してもよい。ただし、半導体ウェハＷに直接接触するのは突起部１５ｂのみであるので、突起部１５ｂに堆積したデポのみを除去すれば、半導体ウェハＷの脱落等を防止することができる。また、突起部１５ｂの表面全体である必要もなく、少なくとも突起部１５ｂの頂上を中心とする半径数十μｍの範囲で異物を除去すれば、この発明の効果を得ることができる。
また、上記の実施形態における光照射部４１は、突起部１５ｂ上に焦点位置を調整した集光ランプの例を示したが、これに限ることなく、指向性の高いレーザー光を照射するレーザー装置であってもよい。また、光照射部４１から照射される「光」は、可視光線や紫外線（ＵＶ）等を含む電磁波として広く解釈される。さらには、光照射部４１から照射される光は１種類に限らず、複数種類の光を選択的に組み合わせて（例えば、レーザー光と紫外線の組合せ）照射することができる。
また、光照射部４１は１箇所であってもよいし、複数の突起部１５ｂそれぞれに対応させて複数箇所（この実施形態では３箇所）に設けてもよい。光照射部４１を１箇所にのみ設ける場合、搬送装置１５が移動して、複数の突起部１５ｂを順番に光照射部４１の焦点位置で停止させる。一方、光照射部４１を複数箇所（３箇所）に設ける場合、搬送装置１５が待機位置で停止したときの突起部１５ｂの位置に予め焦点位置を調整しておけばよい。
また、上記の実施形態においては、透光窓１４ａを突起部１５ｂの鉛直上方に設けた例を示したが、これに限ることなく、任意の位置に設けることができる。例えば、従来の基板処理装置１１に設けられているのぞき窓を透光窓１４ａとしてもよい。この場合、光照射部４１から突起部１５ｂに向かって斜めに光を照射すればよい。
さらに、光照射部４１は、搬送室１４の外側に配置するのが望ましい。光照射部４１を搬送室１４の内部に配置すると、突起部１５ｂから分離したデポが光照射部４１に付着するおそれがあるからである。
次に、図４を参照して、異物除去手段の他の実施形態を説明する。なお、図３と共通する構成要素には同一の参照番号を付し、説明は省略する。この実施形態における異物除去手段は、オゾンガスを発生させるオゾンガス発生部４２と、発生したオゾンガスを突起部１５ｂに選択的に噴射するオゾンガス噴射部としてのノズル４３とを含む。このような構成としても、突起部１５ｂに堆積したデポを除去することができる。
なお、ノズル４３から噴射されるオゾンガスは、プラズマによって励起されているのが望ましい。これにより、デポの除去効率が向上する。また、図３および図４に示した実施形態を組み合わせて用いることにより、デポの除去効率がさらに向上する。
また、上記の実施形態においては、オゾンガスを突起部１５ｂに選択的に噴射した例を示したが、これに限ることなく、搬送室１４の雰囲気中にオゾンガスを充填してもよい。この場合のオゾンガスの生成方法は特に限定されないが、例えば、酸素等のガスを搬送室１４に導入し、このガスに紫外線を照射することによってオゾンガスを生成してもよいし、搬送室１４の外部に設けられたオゾナイザによって生成してもよい。
さらに、上記の各実施形態における異物処理手段は、ＣＦｘ化合物の除去に有効である。しかし、ＣＦｘ化合物に限らず、他の有機化合物の除去にも利用できることは言うまでもない。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明は、基板処理装置に有利に利用される。
１１ 基板処理装置、１２ａ，１２ｂ ロードロック室、１３ ローダ部、１３ａ，１３ｂ ウェハカセット、１３ｃ アーム、１４ 搬送室、１４ａ 採光窓、１４ｂ吸引装置、１５ 搬送装置、１５ａ 搬送アーム、１５ｂ 突起部、１６，３８ 真空ポンプ、２２ 処理容器、２２ａ 開口部、２２ｂ シール材、２３ サセプタ、２３ａ 交流電源、２４ ガス導入部、２５ 誘電体、２８ マイクロ波供給装置、２９ マイクロ波発生源、３０ 負荷整合器、３１ 同軸導波管、３１ａ 内側導体、３１ｂ 外管、３２ 遅波板、３３ アンテナカバー、３４ スロットアンテナ、３４ａ スロット、３６，３７ 排気管、３８ 排気装置、４１ 光照射部、４２ オゾンガス発生部、４３ ノズル。
Claims (8)
- 被処理基板に処理を施す少なくとも１つの処理室と、
前記処理室に隣接する搬送室と、
前記搬送室の内部を減圧する減圧手段と、
前記搬送室および前記処理室の間で被処理基板を搬送し、その上面に被処理基板を支持する複数の突起部を有する搬送装置と、
前記搬送装置に付着した異物を、前記搬送室内で除去する異物除去手段とを備え、
前記異物除去手段は、前記搬送室の内部に配置される前記搬送装置の前記突起部に光を照射する光照射部を含み、前記光照射部により前記複数の突起部に付着した異物を除去し、
前記光照射部は、前記搬送室の外部に位置して前記搬送室から離隔されており、前記搬送室の外部から光を照射する、基板処理装置。 - 前記異物除去手段は、前記搬送室の内部でオゾンガスを用いて異物を除去することを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記異物除去手段は、前記搬送室の内部にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段を含む、請求項２に記載の基板処理装置。
- 前記異物除去手段は、前記搬送装置にオゾンガスを噴射するオゾンガス噴射部を含む、請求項２に記載の基板処理装置。
- 前記搬送装置の表面は、酸化チタン膜で覆われている、請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記搬送室は、光を透過する透光窓を有し、
前記光照射部は、前記透光窓を通して光を照射する、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。 - 前記搬送室には、前記搬送装置から分離した異物を強制的に排出する吸引手段が設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
- 被処理基板に処理を施す少なくとも１つの処理室と、
前記処理室に隣接する搬送室と、
前記搬送室の内部を減圧する減圧手段と、
前記搬送室に隣接するロードロック室と、
前記搬送室内に配置され、減圧雰囲気下で前記処理室と前記ロードロック室に被処理基板を搬送し、その上面に被処理基板を支持する複数の突起部を有する第１の搬送装置と、
被処理基板を収納するカセット、および前記ロードロック室と前記カセット間で被処理基板を搬送する第２の搬送装置を有し、前記ロードロック室に隣接するローダ部と、
前記第１の搬送装置に付着した異物を、前記搬送室内にて除去する異物除去手段とを備え、
前記異物除去手段は、前記搬送室の内部に配置される前記第１の搬送装置の前記突起部に光を照射する光照射部を含み、前記光照射部により前記複数の突起部に付着した異物を除去し、
前記光照射部は、前記搬送室の外部に位置して前記搬送室から離隔されており、前記搬送室の外部から光を照射する、基板処理装置。
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