JP5542327B2 - 基板処理装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の基板を熱処理する熱処理装置に関するものである。

特許文献１は、基板支持体に載置されている複数の基板を基板処理台へ順次搬送し、基板処理台上で処理された処理済基板を基板支持体へ順次搬送する方法を開示する。

特開２００６−８６１８０号公報

しかしながら、上記従来例においては、反応室毎に１枚の基板を処理することとなっていた。

そこで、本発明は、複数の基板を反応室内の同一空間で安定して熱処理することができる熱処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、複数の基板を同一空間内で熱処理する複数の反応室を有し、前記反応室は、複数の基板を個別に載置可能な複数の基板載置部と、前記複数の基板載置部間を仕切る仕切り部材と、を具備する熱処理装置にある。

好適には、前記仕切り部材は、高さが前記複数の基板載置部の高さ以上である。

本発明によれば、複数の基板を反応室内の同一空間で安定して熱処理することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２において、本発明の実施形態に係る半導体製造装置などの熱処理装置１０の概要が示されている。熱処理装置１０は、例えば搬送室１２を中心として、ロードロック室１４ａ，１４ｂ及び２つの処理室１６ａ，１６ｂが配置されており、ロードロック室１４ａ，１４ｂの上流側にカセットなどのキャリアとの間で基板を搬送するための大気搬送室（EFEM：Equipment Front End Module）２０が配置されている。大気搬送室２０は、例えば２５枚の基板を縦方向に一定間隔を隔てて収容可能なフープ（図示せず）が３台配置されている。また、大気搬送室２０には、大気搬送室２０とロードロック室１４ａ，１４ｂとの間で基板を例えば５枚ずつ搬送する図示しない大気ロボットが配置されている。例えば、搬送室１２、ロードロック室１４ａ，１４ｂ及び処理室１６ａ，１６ｂは、アルミニウム（Ａ５０５２）の一部品にて形成されている。

なお、ロードロック室１４ａ，１４ｂは、対称となる位置に配置されており、同じ構成を有する。また、処理室１６ａ，１６ｂも、対称となる位置に配置されており、同じ構成を有する。
以下、ロードロック室１４ａ及び処理室１６ａを中心に説明する。

ロードロック室１４ａには、例えば２５枚のウェハなどの基板２２を縦方向に一定間隔を隔てて収容する基板支持体（ボート）２４が設けられている。基板支持体２４は、例えば炭化珪素からなり、上部板２６と下部板２８とを接続する例えば３つの支柱３０を有する。支柱３０の長手方向内側には例えば２５個の載置部３２が平行に形成されている。また、基板支持体２４は、ロードロック室１４ａ内において、鉛直方向に移動（上下方向に移動）するようにされているとともに、鉛直方向に延びる回転軸を軸として回転するようにされている。基板支持体２４が鉛直方向に移動することにより、基板支持体２４の３つの支柱３０それぞれに設けられた載置部３２の上面に、後述するフィンガー対４０から基板２２が同時に２枚ずつ移載される。また、基板支持体２４が鉛直方向に移動することにより、基板支持体２４からフィンガー対４０へも基板２２が同時に２枚ずつ移載されようになっている。

搬送室１２には、ロードロック室１４ａと処理室１６ａとの間で基板２２を搬送する真空ロボット３６が設けられている。真空ロボット３６は、上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂから構成されるフィンガー対４０が設けられたアーム４２を有する。上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂは、例えば同一の形状をしており、上下方向に所定の間隔で離間され、アーム４２からそれぞれ略水平に同じ方向に延びて、それぞれ基板２２を同時に支持することができるようにされている。アーム４２は、鉛直方向に延びる回転軸を軸として回転するようにされているとともに、水平方向に移動するようにされ、同時に２枚の基板２２を搬送可能にされている。処理室１６ａは、後述する反応室５０の同一空間内に基板処理台４４ａ，４４ｂが設けられている。基板処理台４４ａと基板処理台４４ｂとの間の空間は、仕切り部材４６により水平方向の一部が仕切られている。そして、処理室１６ａは、真空ロボット３６を介して基板処理台４４ａ，４４ｂに基板２２がそれぞれ載置されることにより、反応室５０の同一空間内で２枚の基板２２を同時に熱処理することができるようにされている。

図３から図５において、処理室１６ａの概要が示されている。処理室１６ａは、装置本体４７の上部に例えば酸素プラズマを発生させる２つのプラズマ発生部４８ａ，４８ｂが形成され、このプラズマ発生部４８ａ，４８ｂの下方に１つの反応室（チャンバ）５０が形成されている。プラズマ発生部４８ａ，４８ｂは、周囲にヒータが配置され、上部にそれぞれ給気部５１ａ，５１ｂが設けられており、給気部５１ａ，５１ｂから処理ガスが供給された後にプラズマを発生させる。反応室５０は、図示しないポンプにより例えば０．１Ｐａ程度までの真空にすることができるようにされている。

基板処理台４４ａ，４４ｂは、例えばアルミニウム（Ａ５０５２又はＡ５０５６等）により形成されており、それぞれの高さＨｓが反応室５０内の高さＨｃよりも低くされ、反応室５０の同一空間内で独立して配置されて、固定部材５２により装置本体４７にそれぞれ固定されている。また、基板処理台４４ａ，４４ｂは、図示しないヒータが内部の挿入されており、例えば３５０°Ｃまで昇温可能にされている。

基板処理台４４ａと基板処理台４４ｂとの間には、上述した仕切り部材４６が配置されている。仕切り部材４６は、例えばアルミニウム（Ａ５０５２又はＡ５０５６等）、石英又はアルミナ等により形成されており、例えば装置本体４７に対して着脱自在にされた角柱状（幅Ｗａ、高さＨａ、長さＬａ）の部材である。また、基板処理台４４ａ，４４ｂには、それぞれの周囲を囲むように排気バッフルリング５４ａ，５４ｂが配置されている。排気バッフルリング５４ａ，５４ｂは、周囲に多数の孔部５６が設けられており、基板処理台４４ａ，４４ｂの周囲に形成された第１の排気口５８に向けて排気可能にされている。また、基板処理台４４ａ，４４ｂの下方には、第２の排気口６０及び第３の排気口６２がそれぞれ設けられている。

仕切り部材４６の一端側には、基板２２を搬送可能なロボットアーム６４が配置されている。ロボットアーム６４は、上述したアーム４２が搬送する基板２２のうちの１枚を基板処理台４４ｂに向けて搬送するとともに、基板処理台４４ｂから回収するようにされている。ロボットアーム６４は、例えばアルミナセラミックス（純度９９．６％以上）からなるフィンガ６６（フィンガ基部は位置、レベル合わせのために金属からなる）と、軸部６８とを有し、軸部６８に回転及び昇降を行う２軸の駆動ユニット（図示せず）が設けられている。フィンガ６６は、基板２２よりも大きな弧状部７０を有し、この弧状部７０から中心に向けて延びる３つの突起部７２が所定の間隔で設けられている。軸部６８は、水冷された磁気シールにより、反応室５０が真空にされた場合の大気との遮断をするようにされている。
なお、仕切り部材４６及びロボットアーム６４は、反応室５０内の空間を完全に分離することがないように、反応室５０内に配置されている。

したがって、給気部５１ａ，５１ｂから供給され、プラズマ発生部４８ａ，４８ｂがプラズマを発生させた処理ガスは、反応室５０内の基板処理台４４ａ，４４ｂに載置される基板２２それぞれに沿って流れ、孔部５６、第１の排気口５８、第２の排気口６０及び第３の排気口６２を通って排出される。

ここで、仕切り部材４６は、基板処理台４４ａと基板処理台４４ｂとを結ぶ方向の幅Ｗａが下式１の関係を満たすようにされている。

Ｗｓ−２Ｒｓ≧Ｗａ ・・・（１）

ただし、距離Ｗｓはプラズマ発生部４８ａ，４８ｂそれぞれの中心間の距離を示し、距離Ｒｓはプラズマ発生部４８ａ，４８ｂそれぞれの中心から排気口第１の排気口５８の外周までの距離を示す。

また、仕切り部材４６は、高さＨａが基板処理台４４ａ，４４ｂの高さＨｓ以上（Ｈｓ≦Ｈａ＜Ｈｃ）になるようにされている。つまり、基板処理台４４ａ，４４ｂは、相互に輻射熱が伝わる経路が絶たれており、仕切り部材４６によって相互に熱干渉することが低減されている。仕切り部材４６の長さＬａは、仕切り部材４６の長手方向の反応室５０の幅Ｌｃに対して下式２の関係を満たすようにされている。

Ｌａ≒０．６Ｌｃ〜０．９Ｌｃ ・・・（２）

このように、基板処理台４４ａ，４４ｂ間に仕切り部材４６が配置されることにより、例えば基板処理台４４ａは、搬送室１２と処理室１６ａとの間に配置されるゲートバルブ（アーム４２の進入口）７８側と、基板処理台４４ｂ側とで温度差が生じることを低減されている。

さらに、基板処理台４４ａ，４４ｂには、それぞれ３つの基板保持ピン７４が鉛直方向に貫通しており、搬送室１２から真空ロボット３６を介して搬送された基板２２が基板保持ピン７４に載置されるようになっている。基板保持ピン７４は、図６に示すように、上下方向に昇降するようにされている。また、基板処理台４４ａ，４４ｂには、基板処理台４４ａ，４４ｂの上面に対し、上述した突起部７２が上方から下方へ移動可能なように、縦方向（上下方向）にそれぞれ３つの溝部７６が設けられている。
尚、ここでは仕切り部材を角柱状として説明したが、それに限るものではなく、仕切り部材の長手方向の断面が、頂部が丸みを帯びた形状や、台形状等、異なる形状であっても良い。この場合、幅Ｗａ、長さＬａが上記条件を満たし、断面で最も高い部分の高さＨｓが上記条件を満たすように構成される。

次に、ロボットアーム６４が基板２２を搬送する動作について説明する。
図７から図９において、ロボットアーム６４が基板２２を搬送する経過が示されている。
なお、図７から図９においては、ロボットアーム６４等の動作を明確にするために、基板２２は図示されていない。
まず、図７に示すように、フィンガー対４０の上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂは、それぞれ基板を搬送室１２から反応室５０内に搬送（２枚の基板２２を同時搬送）し、基板処理台４４ａの上方で停止する。
この時、フィンガ６６は、基板処理台４４ａの上方で２枚の基板２２の間に位置するように待機させられている。

そして、フィンガー対４０が停止した状態で、基板処理台４４ａを貫通している３つの基板保持ピン７４と、ロボットアーム６４とが上方に移動する。ここで、下フィンガー３８ｂに載置されていた基板２２は、基板処理台４４ａを貫通している３つの基板保持ピン７４に移載され、上フィンガー３８ａに載置されていた基板２２は、フィンガ６６に移載される。２枚の基板２２が移載されたフィンガー対４０は、搬送室１２に戻される。

次に、図８に示すように、基板処理台４４ａを貫通している３つの基板保持ピン７４が下方に移動すると、下フィンガー３８ｂが搬送した基板２２は、基板処理台４４ａ上に移載される。また、ロボットアーム６４は、軸部６８が回転することにより、フィンガ６６が基板処理台４４ｂの上方に移動する。

そして、図９に示すように、フィンガ６６の突起部７２それぞれが基板処理台４４ｂの溝部７６に沿って上方から下方へ移動するようにロボットアーム６４が下方に移動すると、上フィンガー３８ａが搬送した基板２２は、基板処理台４４ｂ上に移載される。
ここで、ロボットアーム６４は、基板処理台４４ｂの上面よりも下方に位置する。つまり、ロボットアーム６４は、プラズマ発生部４８ｂから供給される処理ガス（Ｏ_２ラジカルなど）が上方から下方へ流れることを阻害しない状態で、基板２２の処理中にも反応室５０内に位置する。

また、反応室５０内から２枚の基板２２を搬送室１２へ回収する場合には、ロボットアーム６４及びフィンガー対４０は、図７から図９を用いて説明した動作を逆の順序で行う。

次に、処理室１６ａ，１６ｂにおける仕切り部材４６の作用について説明する。
発明者は、基板処理台４４ａ，４４ｂの温度設定に対し、基板処理台４４ａ，４４ｂの面内の温度均一性を±２％以下にすることにより、アッシングレート（ホトレジスト剥離率）の均一性を確保することができることを実験により確認した。例えば、設定温度が２５０°Ｃである場合、基板処理台４４ａ，４４ｂの面内は２５０±５°Ｃの範囲にされる必要がある。

一般的に、輻射による熱エネルギは、下式３のように示される。

Ｑ＝εσ△Ｔ^４ ・・・（３）

ただし、Ｑは単位時間の電磁波エネルギ、εは放射率（アルミ削り加工品≒０．２）、σはステファンボルツマン定数（５．６７Ｅ−８［Ｗ／ｍ^−２・Ｋ^−４］）であり、Ｔは温度である。例えば基板処理台４４ａ，４４ｂの温度が２５０°Ｃであり、反応室５０の温度が５０°Ｃである場合、電磁波エネルギＱ≒３６０［Ｗ／ｍ^２］となる。

基板処理台４４ａ，４４ｂ間の対向している面積Ｓは、基板処理台４４ａ，４４ｂの外径が０．３５ｍ、高さＨｓが０．０６ｍである場合、約０．０３ｍ^２となる。ここで、基板処理台４４ａ，４４ｂは、輻射による円周方向の熱逃げの差が１０〜３０Ｗあると推定される。仮に基板処理台４４ａ，４４ｂの内部に挿入されるヒータの定格が１０００Ｗであり、定常状態でのヒータの出力が３００Ｗ（３０％）である場合、基板処理台４４ａ，４４ｂからの対向面の温度状況により局所的に１０％程度のエネルギ差（温度差）が生じる可能性があると推定される。

これに対し、仕切り部材４６は、基板処理台４４ａ，４４ｂからの投入熱エネルギに対し、十分に熱を逃がす必要がある。仕切り部材４６の幅Ｗａ及び高さＨａがいずれも約０．０５ｍであり、長さＬａが約０．６ｍである場合、上述したように電磁波エネルギＱを３６０［Ｗ／ｍ^２］とすると、仕切り部材４６への投入熱エネルギは約２０Ｗ程度と推定される。

一方、基板処理台４４ａ，４４ｂ間の対向している面積Ｓが０．０３ｍ^２であるとすると、仕切り部材４６は、温度平衡状態においては下式４により、反応室５０との温度差が２−０．３°Ｃ程度（反応室５０と略同温度）となると推定される。

Ｑ１＝λ／Ｌ・△Ｔ・Ａ ・・・（４）

ただし、Ｑ１は電熱による熱エネルギ［Ｗ］、λは仕切り部材４６と反応室５０との間の熱伝導率０．０３［Ｗ／ｍＫ］、Ｌは仕切り部材４６と反応室５０との間の距離（１００μｍ）、△Ｔは温度差、Ａは対向面積とする。

つまり、仕切り部材４６は、十分に熱を逃がす構造となっており、過昇温になることなく、基板処理台４４ａ，４４ｂが相互に熱干渉することを防止する。

以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態であってもよい。
（１）ウェハからレジストを剥離することを目的とした半導体製造装置において、２枚のウェハを同一空間内で処理することができる反応室を２つ以上有し、同一空間内には２枚のウェハを同時処理するための基板処理台が２つ設けられ、各基板処理台間に空間を仕切る仕切り部材を有する半導体製造装置。
（２）前記仕切り部材は、高さが前記基板処理台の高さ以上であり、前記基板処理台間の空間を完全に分離することなく、前記反応室に対して着脱自在にされている（１）記載の半導体製造装置。
（３）前記仕切り部材は、前記反応室と同等の金属材料、若しくは金属汚染発生リスクの低いアルミナ又は石英にて形成されている（１）又は（２）記載の半導体製造装置。

以上述べたように、本発明は、複数の基板を反応室内の同一空間で安定して熱処理することができる熱処理装置に利用することができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の概要を示す上面図である。 熱処理装置のロードロック室から処理室までの概要を示す側面図である。 処理室の概要を示す断面図である。 処理室の概要を示す斜視図である。 処理室の概要を示す上面図である。 基板保持ピンの動作を示す斜視図である。 搬送室から処理室へ基板を搬送する過程での処理室の状態を示す斜視図である。 ロボットアームが基板を搬送する過程での処理室の状態を示す斜視図である。 ロボットアームが基板を搬送し終えた状態の処理室を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置
１２ 搬送室
１４ａ，１４ｂ ロードロック室
１６ａ，１６ｂ 処理室
２０ 大気搬送室
２２ 基板
３６ 真空ロボット
３８ａ 上フィンガー
３８ｂ 下フィンガー
４０ フィンガー対
４２ アーム
４４ａ，４４ｂ 基板処理台
４６ 仕切り部材
４８ａ，４８ｂ プラズマ発生部
５０ 反応室
５１ａ，５１ｂ 給気部
５４ａ，５４ｂ 排気バッフルリング
５６ 孔部
５８ 第１の排気口
６０ 第２の排気口
６２ 第３の排気口
６４ ロボットアーム
６６ フィンガ
６８ 軸部
７０ 弧状部
７２ 突起部
７４ 基板保持ピン
７６ 溝部

Claims (3)

1. 大気搬送室と処理室の間に設けられ、第一の基板搬送部を有する基板搬送室と、
   前記基板搬送室と前記処理室の間に配されたゲートバルブと、
   複数の基板を同一空間内で熱処理する反応室を有する処理室と
   を有し、
   前記反応室は、
   それぞれヒータが挿入され、複数の基板を台上に載置する第一の基板処理台および第二の基板処理台と、
   前記反応室の高さよりも低く、前記基板処理台よりも高く構成され、前記第一の基板処理台と前記第二の基板処理台との間の空間を仕切る仕切り部材と、
   前記仕切り部材の一端に配置され、前記第一の基板処理台と前記第二の基板処理台との間で前記基板を搬送する第二の基板搬送部と、
   前記基板処理台及び前記仕切り部材を支持する処理室構造と
   を内部に具備し、
   前記第一の基板処理台は、前記第二の基板処理台よりも前記ゲートバルブの近くに設けられる
   基板処理装置。
2. 大気搬送室と処理室の間に設けられ、第一の基板搬送部を有する基板搬送室と、前記基板搬送室と前記処理室の間に配されたゲートバルブと、複数の基板を同一空間内で熱処理する反応室を有する処理室とを有する基板処理装置の前記処理室であって、複数の基板処理台と、仕切り部材と、第二の基板搬送部と、処理室構造とを内部に具備し、前記複数の基板処理台それぞれは、ヒータが挿入され、複数の基板を台上に載置し、前記仕切り部材は、前記反応室の高さよりも低く、前記基板処理台よりも高く構成され、前記第一の基板処理台と前記第二の基板処理台との間の空間を仕切り、前記第二の基板搬送部は、前記仕切り部材の一端に配置され、前記第一の基板処理台と前記第二の基板処理台との間で前記基板を搬送し、前記処理室構造は、前記基板処理台及び前記仕切り部材を支持する前記反応室において、
   前記複数の基板処理台それぞれの台上に前記基板を載置する工程と、
   前記複数の基板処理台それぞれに挿入されたヒータによって、前記複数の基板処理台それぞれの台上に載置された前記基板を加熱する工程と、
   前記反応室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と、
   前記反応室から前記基板を移載する工程と
   を有する半導体製造方法。
3. 前記複数の基板処理台および前記仕切り部材の周囲には排気口が設けられている
   請求項１に記載の基板処理装置。

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