JP5885404B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、複数の基板を連続的に処理するに際して、基板の搬送を効率的に行う基板処理装置及び半導体装置の製造方法などに関する。
例えば、半導体基板(基板)に所定の処理を施す半導体製造装置といった基板処理装置では、複数の処理室を設けて、各処理室において基板に対して成膜処理や熱処理等を施している。また、処理室間などでは、真空中、つまり負圧で、搬送ロボットにより基板を搬送している。
特開2010−153453号公報
上記基板処理装置にて実施される半導体装置の製造工程では、処理室において高温で基板を処理する工程が多く、搬送室内に設けられ基板を搬送する搬送ロボットは処理後の基板からの熱放射を受ける。負圧下において、離れた物体間の熱の伝達は熱放射が支配的であり、物体表面の熱吸収率(熱放射率と等しい)が高いほど放射熱を吸収しやすくなる。搬送ロボットに設けられ基板を支持するアームは、材質が例えばアルミニウム(Al)で構成され、その表面をアルマイト処理(アルミニウムの陽極酸化処理)したものが使われている。アルマイト表面の熱吸収率は0.7〜0.9程度であることが知られており、アルマイト処理された搬送ロボットは非常に熱を吸収しやすい状態となっている。また、搬送ロボットのアームは、真空(負圧)環境下に設けられ、且つ他の装置と接していないため放熱し難く、吸収された熱はアームに蓄積されていく。
更に、基板処理装置に要求されるスループットは年々高まっており、高温状態の基板載置台が設けられている処理室に搬送ロボットが入るサイクルや、高温状態の基板を搬送するサイクルが短くなる。それに伴い、搬送ロボットが受ける熱量も増え、搬送ロボットのアームの温度が上昇する。搬送室内の圧力が100Paの環境で、アルマイト処理された搬送ロボットを用いて、700℃に加熱された基板を一時間で50枚搬送処理した場合に、搬送ロボットのアームの温度が120℃以上まで上昇することがあった。その結果、搬送ロボットを動作させる駆動部品を劣化させ、搬送ロボットの信頼性や寿命が低下してしまうことがわかった。また、高温状態の処理室から低温状態の搬送室への搬送の際、搬送ロボットが急冷されることによって、搬送ロボットを構成する部品を劣化させてしまうことがわかった。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、搬送ロボットの高温環境耐性を上げ、熱を吸収しにくい構造とし、搬送ロボットの温度上昇を抑制することを目的とする。
本発明の一態様によれば、負圧下で基板が搬送される搬送室と、前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、前記搬送室の内壁を冷却する冷却部と、を備える基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられた搬送ロボットにより前記基板を搬入する搬入工程と、前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、少なくとも前記搬出工程では、冷却部により前記搬送室の内壁を冷却しつつ前記基板を搬送する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、搬送ロボットの温度上昇を抑制し、基板処理装置の製造スループットを向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る処理室およびその周辺の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る真空搬送ロボットの構成例を示す図である。 本発明の実施例1に係る真空搬送ロボット各部の温度測定結果を示す図である。 本発明の実施例2に係る真空搬送ロボット各部の平均温度の一時間当たりの基板処理枚数依存性を示す図である。 本発明の実施例3に係る真空搬送ロボット各部の平均温度の一時間当たりの基板処理枚数依存性を示す図である。 本発明の一実施形態に係る真空搬送室が備える冷媒流路の構成例を示す図であって、(a)は真空搬送室の横断面図であり、(b)は真空搬送室の縦断面図である。
(1)基板処理装置の構成
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概要構成を、図1、図2および図8を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す横断面図である。図2は、本実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す縦断面図である。図8は、本実施形態に係る真空搬送室が備える冷媒流路の構成例を示す図であって、(a)は真空搬送室の横断面図であり、(b)は真空搬送室の縦断面図である。
図1および図2において、本発明が適用される基板処理装置においては、シリコン(Si)基板などの基板200を搬送するキャリアとしては、FOUP(Front Opening Unified Pod)として構成されたポッド100が使用されている。ポッド100内には、未処理の基板200や処理済の基板200がそれぞれ水平姿勢で複数格納されるように構成されている。また、以下の説明において、前後左右は、X1方向が右、X2方向が左、Y1方向が前、Y2方向が後とする。
(真空搬送室)
図1および図2に示されているように、基板処理装置は、負圧下で基板200が搬送される搬送空間となる搬送室としての真空搬送室(トランスファモジュール)103を備えている。真空搬送室103を構成する筐体101は平面視が六角形に形成され、六角形の各辺には、後述の予備室122,123及び各処理室201a〜201dが、ゲートバルブ160,165,161a〜161dを介してそれぞれ連結されている。真空搬送室103の略中央部には、負圧下で基板200を移載(搬送)する搬送ロボットとしての真空搬送ロボット112がフランジ115を基部として設置されている。
図8(b)に示すように、筐体101は下端が閉塞し、上端には封止部材(真空シール)としてのOリング101tを介して真空搬送室蓋体101rが被せられた箱形状に形成され、真空状態等の大気圧未満の圧力(負圧)に耐え得る構造に構成されている。また、真空搬送室103を囲う側面や上面、底面等の壁は、例えばアルミニウムで形成されている。真空搬送室103の内壁の表面には、例えばアルミニウムの陽極酸化処理、所謂、アルマイト処理が施されている。アルミニウムの陽極酸化皮膜が形成され、凹凸状になった内壁の表面の熱吸収率(熱放射率と等しい)は、例えば0.7以上0.99以下となっており、熱を吸収しやすい熱吸収面となっている。
ここで、熱吸収率とは、所定温度の物体の表面から放射されるエネルギー量を、これと同温度にある黒体の表面から放射されるエネルギー量を1.0としたときの比率で表したものである。熱吸収し易い物体は熱放射もし易く、キルヒホッフの法則によれば、熱吸収率と熱放射率とは等しい。本明細書中、熱吸収率が高い面、すなわち、熱吸収し易くて且つ熱放射し易い面を熱吸収面或いは熱放射面と呼び、熱吸収率が低い面、すなわち、熱吸収し難くて且つ熱反射し易い面を熱反射面と呼ぶ。
上記のように、真空搬送室103の壁の略全体が、例えばアルミニウム製となっているので、アルミニウムの陽極酸化皮膜を形成可能な面積が増え、例えば内壁の略全面をアルミニウムの陽極酸化皮膜とすることができる。アルミニウムの陽極酸化皮膜は表面が凹凸状となるため、真空引き効率が低下したり有機原料を用いたCVD等でガス放出(デガス)が生じたりといった懸念はあるものの、例えば腐食性ガスに対しての耐性が高くなる。したがって、腐食性ガスを用いるエッチング処理において好適に用いられるほか、酸化、窒化、酸窒化処理等多くの基板処理に用いられる。
また、真空搬送室103の壁内には例えば冷却水等の冷媒が流れる冷媒流路101fが形成され、真空搬送室103の内壁を冷却可能な構成となっている。図8(a)に示すように、冷媒流路101fは、真空搬送ロボット112の基部のフランジ115を取り囲むように、少なくとも真空搬送室103の底面の壁内に設けられている。真空搬送室103の底面外壁には、冷却水等の冷媒が注入され、或いは排出される1つ以上の流路口101mが設けられている。流路口101mには、封止部材(冷媒シール)としてのOリング101bを介して流路蓋101cが被せられている。なお、冷媒として冷却水等を用いる場合には、冷媒流路101f内部の電食等による腐食を抑制するため、冷媒流路101fの内壁にアルマイト処理を施すことが好ましい。
また、冷媒流路101fには、液温を制御しながら冷却水等を循環させる図示しないチラーユニット等が接続される。これにより、チラーユニット等で冷却水を略一定温度に保って循環させながら、真空搬送室103の内壁を冷却することができる。
主に、冷媒流路101f、流路口101m、流路蓋101c、Oリング101b、チラーユニットにより、本実施形態に係る冷却部が構成されている。
上述したように、基板処理装置の高スループット化に伴って、加熱処理を施された基板200が、高温状態のまま真空搬送室103内へと搬送される場合がある。このような場合であっても、アルマイト処理が施された熱吸収率の高い真空搬送室103の内壁で基板200からの放射熱を吸収し、真空搬送ロボット112が受け取る放射熱を低くすることができる。
また、吸収した熱は、冷媒流路101f内で例えば冷却水等を循環させることにより取り除くことができ、真空搬送室103の内壁の温度が上昇してしまうことを抑制することができる。真空搬送室103の壁の略全体が、例えば熱伝導率の高いアルミニウム製とな
っているので、冷却効率も高い。これにより、真空搬送室103の内壁が高温状態となり、基板200や真空搬送ロボット112へと逆に熱が放射されてしまうことを抑制することができる。また、真空搬送室103の内壁の温度上昇が過度に進むと、アルマイトと母材のアルミニウムとの熱膨張の違いからアルマイトが剥離してしまうおそれがある。真空搬送室103の内壁の冷却により、このようなアルマイトの剥離を抑制することができる。
また、真空搬送ロボット112が備える後述のアーム303,304(図4参照)は、真空搬送室103の底面の直上で動作する。この場合であっても、冷媒流路101fを少なくとも真空搬送室103の底面に設けたので、アーム303,304への放射熱の影響を効率的に低減することができる。
真空搬送室103内に設置される真空搬送ロボット112は、図2に示すように、エレベータ116およびフランジ115によって真空搬送室103の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。真空搬送ロボット112の詳細な構成は後述する。
(予備室)
筐体101の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室(ロードロックモジュール)122と、搬出用の予備室(ロードロックモジュール)123とがそれぞれゲートバルブ160,165を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得る構造に構成されている。
さらに、予備室122内には搬入室用の基板載置台150が設置され、予備室123内には搬出室用の基板載置台151が設置されている。
(大気搬送室・IOステージ)
予備室122および予備室123の前側には、大気搬送室(フロントエンドモジュール)121がゲートバルブ128,129を介して連結されている。大気搬送室121は略大気圧下で用いられる。
大気搬送室121内には基板200を移載する大気搬送ロボット124が設置されている。図2に示されているように、大気搬送ロボット124は大気搬送室121に設置されたエレベータ126によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ132によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
図2に示されているように、大気搬送室121の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット118が設置されている。また、図1に示されているように、大気搬送室121の左側には基板200に形成されているノッチまたはオリエンテーションフラットを合わせる装置(以下、プリアライナという)106が設置されている。
図1および図2に示されているように、大気搬送室121の筐体125の前側には、基板200を大気搬送室121に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口134と、ポッドオープナ108とが設置されている。基板搬入搬出口134を挟んでポッドオープナ108と反対側、すなわち筐体125の外側にはIOステージ(ロードポート)105が設置されている。
ポッドオープナ108はポッド100のキャップ100aを開閉すると共に、基板搬入搬出口134を閉塞可能なクロージャ142とクロージャ142を駆動する駆動機構109とを備えている。ポッドオープナ108は、IOステージ105に載置されたポッド100のキャップ100aを開閉し、基板出し入れ口を開放・閉鎖することにより、ポッド
100に対する基板200の出し入れを可能とする。ポッド100は図示しない工程内搬送装置(RGV)によって、IOステージ105に対して、供給および排出される。
(処理室)
図1に示されているように、筐体101の六枚の側壁のうち後側(背面側)に位置する二枚の側壁には、基板200に所望の処理を行う第二処理室(プロセスモジュール)201bと第三処理室(プロセスモジュール)201cとが、ゲートバルブ161b,161cを介してそれぞれ隣接して連結されている。第二処理室201bおよび第三処理室201cはいずれもコールドウォール式の処理容器203b,203cによって構成されている。
筐体101における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第一処理室(プロセスモジュール)201aと、第四処理室(プロセスモジュール)201dとが、ゲートバルブ161a,161dを介してそれぞれ連結されている。第一処理室201aおよび第四処理室201dもいずれもコールドウォール式の処理容器203a,203dによって構成されている。各処理室201a〜201dの詳細な構成については後述する。
(制御部)
図1,2に示すように、制御部としてのコントローラ281は、例えば、信号線Aを通じて真空搬送ロボット112と、信号線Bを通じて大気搬送ロボット124と、信号線Cを通じてゲートバルブ160,161a,161b,161c,161d,165,128,129と、信号線Dを通じてポッドオープナ108と、信号線Eを通じてプリアライナ106と、信号線Fを通じてクリーンユニット118と、それぞれ電気的に接続され、更にこれら基板処理装置を構成する各部の動作を制御する。
(2)処理室の構成
次に、本発明の一実施形態に係る処理室201aの構成及び動作について図3を用いて説明する。
図3は、それぞれが同様の構成を有する各処理室201a〜201dのうち、第一処理室201aを含むMMT装置の断面構成図である。MMT装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生させる変形マグネトロン型プラズマ源(Modified Magnetron Typed Plasma Source)を用い、例えばシリコン基板等の基板200を処理する装置である。以下、第一処理室201aおよびその周辺構成例について説明をするが、他の処理室201b〜201dにおいても同様の構成例とすることができる。
MMT装置は、基板200をプラズマ処理する処理炉202を備えている。そして、処理炉202は、第一処理室201aを構成する処理容器203aと、サセプタ217と、ゲートバルブ161aと、シャワーヘッド236と、ガス排気口235と、筒状電極である第一の電極215と、上部磁石216aと、下部磁石216bと、コントローラ281と、を備えている。
(処理室)
第一処理室201aを構成する処理容器203aは、第一の容器であるドーム型の上側容器210と、第二の容器である碗型の下部容器211と、を備えている。そして、上側容器210が下側容器211の上に被せられることにより第一処理室201aが形成される。上側容器210は例えば酸化アルミニウム(Al)又は石英(SiO)等の非金属材料で形成されており、下側容器211は例えばアルミニウム(Al)で形成され
ている。
下側容器211の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ161aが設けられている。ゲートバルブ161aが開いている時には、上述の真空搬送ロボット112を用いて第一処理室201a内へ基板200を搬入し、または第一処理室201a外側へと基板200を搬出することができるようになっている。ゲートバルブ161aを閉めることにより、第一処理室201a内を気密に閉塞することができるようになっている。
(基板支持部)
第一処理室201a内の底側中央には、基板200を支持する基板載置台としてのサセプタ217が配置されている。サセプタ217は、基板200上に形成された膜等への金属汚染を低減することが出来るように、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。
サセプタ217の内部には、加熱機構としての抵抗加熱ヒータ217bが一体的に埋め込まれており基板200を加熱できるようになっている。抵抗加熱ヒータ217bに電力が供給されると、基板200表面を例えば室温以上であって、好ましくは200℃〜700℃程度、或いは750℃程度にまで加熱できるようになっている。
サセプタ217は、下側容器211とは電気的に絶縁されている。サセプタ217の内部には、インピーダンスを変化させる電極としての第二の電極217cが装備されている。この第二の電極217cは、インピーダンス可変機構274を介して接地されている。インピーダンス可変機構274は、コイルや可変コンデンサを備えており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、第二の電極217c及びサセプタ217を介して基板200の電位を制御できるようになっている。
サセプタ217には、サセプタ217を昇降させるサセプタ昇降機構268が設けられている。サセプタ217には、貫通孔217aが設けられている。上述の下側容器211底面には、基板200を突き上げる基板突き上げピン266が少なくとも3箇所設けられている。そして、貫通孔217a及び基板突き上げピン266はサセプタ昇降機構268によりサセプタ217が下降させられた時に基板突き上げピン266がサセプタ217とは非接触な状態で貫通孔217aを突き抜けるように、互いに配置されている。
主に、サセプタ217及び抵抗加熱ヒータ217bにより、本実施形態に係る基板支持部が構成されている。
(ランプ加熱装置)
処理容器203aの上面には光透過性窓部278が配設されている。この光透過性窓部278に対応する処理容器203a外側に、例えば赤外光を発する光源となる基板加熱体としてのランプ加熱装置(ランプヒータ)280が設けられている。ランプ加熱装置280は、700℃を超える温度に基板200を加熱可能なように構成されている。上限温度を例えば700℃程度とする上述の抵抗加熱ヒータ217bに対し、ランプ加熱装置280は、700℃を超える加熱処理を基板200に対して行う場合などの補助ヒータとして用いられる。
(ガス供給部)
第一処理室201aの上部には、第一処理室201a内へ反応ガス等の処理ガスを供給するシャワーヘッド236が設けられている。シャワーヘッド236は、キャップ状の蓋体233と、ガス導入口234と、バッファ室237と、開口238と、遮蔽プレート(シャワープレート)240と、ガス吹出口239とを備えている。
ガス導入口234には、バッファ室237内へ処理ガスを供給するガス供給管232の下流端が、封止部材としてのOリング213b及び開閉弁であるバルブ243aを介して接続されている。バッファ室237は、ガス導入口234より導入されるガスを分散する分散空間として機能する。
ガス供給管232の上流側には、窒素原子含有ガスとしての窒素(N)ガスを供給する窒素ガス供給管232aの下流端と、水素原子含有ガスとして水素(のH)ガスを供給する水素ガス供給管232bの下流端と、例えばヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の希釈ガスとしての希ガスを供給する希ガス供給管232cの下流端と、が合流するように接続されている。
窒素ガス供給管232aには、上流側から順に窒素ガスボンベ250a、流量制御装置としてのマスフローコントローラ251a、開閉弁であるバルブ252aが接続されている。水素ガス供給管232bには、上流側から順に水素ガスボンベ250b、流量制御装置としてのマスフローコントローラ251b、開閉弁であるバルブ252bが接続されている。希ガス供給管232cには、上流側から順に希ガスボンベ250c、流量制御装置としてのマスフローコントローラ251c、開閉弁であるバルブ252cが接続されている。
ガス供給管232、窒素ガス供給管232a、水素ガス供給管232b、希ガス供給管232cは、例えば石英、酸化アルミニウム等の非金属材料及びステンレス(SUS)等の金属材料等により構成されている。これらに設けられたバルブ252a〜252cを開閉させることにより、マスフローコントローラ251a〜251cにより流量制御しながら、バッファ室237を介して第一処理室201a内にNガス、Hガス、希ガスを自在に供給できるように構成されている。
主に、ガス供給管232、窒素ガス供給管232a、水素ガス供給管232b、希ガス供給管232c、窒素ガスボンベ250a、水素ガスボンベ250b、希ガスボンベ250c、マスフローコントローラ251a〜251c、及びバルブ252a〜252cにより、本実施形態に係るガス供給部が構成される。
なお、ここではNガス、Hガス、希ガス等のガスボンベを設ける場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されるものではなく、窒素ガスボンベ250a、水素ガスボンベ250bに代えて、酸素(O)ガスボンベを設けてもよい。また、第一処理室201a内に供給する反応ガス中の窒素の割合を多くする場合には、アンモニア(NH)ガスボンベを更に設け、NガスにNHガスを添加してもよい。
(ガス排気部)
下側容器211の側壁下方には、第一処理室201a内から反応ガス等を排気するガス排気口235が設けられている。ガス排気口235には、ガスを排気するガス排気管231の上流端が接続されている。ガス排気管231には、上流側から順に圧力調整器であるAPC242、開閉弁であるバルブ243b、排気装置である真空ポンプ246が設けられている。真空ポンプ246を作動させ、バルブ243bを開けることにより、第一処理室201a内を排気することが可能なように構成されている。また、APC242の開度を調整することにより、第一処理室201a内の圧力値を調整できるように構成されている。
主に、ガス排気口235、ガス排気管231、APC242、バルブ243b、真空ポンプ246により、本実施形態に係るガス排気部が構成されている。
(プラズマ生成部)
処理容器203a(上側容器210)の外周には、第一処理室201a内のプラズマ生成領域224を囲うように、第一の電極215が設けられている。第一の電極215は、筒状、例えば円筒状に形成されている。第一の電極215は、インピーダンスの整合を行う整合器272を介して、高周波電力を発生する高周波電源273に接続されている。第一の電極215は、第一処理室201a内に供給されるガスを励起させてプラズマを発生させる放電機構として機能する。
第一の電極215の外側表面の上下端部には、上部磁石216a及び下部磁石216bがそれぞれ取り付けられている。上部磁石216a及び下部磁石216bは、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。
上部磁石216a及び下部磁石216bは、第一処理室201aの半径方向に沿った両端(すなわち、各磁石の内周端と外周端)にそれぞれ磁極を有している。上部磁石216a及び下部磁石216bの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石216a及び下部磁石216bの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、第一の電極215の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成されている。
上部磁石216a及び下部磁石216bを用いて磁界を形成するとともに、第一処理室201a内に例えばNガスとHガスとの混合ガスを導入した後、第一の電極215に高周波電力を供給して電界を形成することにより、第一処理室201a内にマグネトロン放電プラズマが生成される。この際、放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
主に、第一の電極215、整合器272、高周波電源273、上部磁石216a、下部磁石216bにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。
なお、第一の電極215、上部磁石216a、及び下部磁石216bの周囲には、これらが形成する電磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板223が設けられている。
(制御部)
また、制御部としてのコントローラ281は、信号線Gを通じてAPC242、バルブ243b、及び真空ポンプ246と、信号線Hを通じてサセプタ昇降機構268と、信号線Iを通じてゲートバルブ161aと、信号線Jを通じて整合器272、及び高周波電源273と、信号線Kを通じてマスフローコントローラ251a〜251c、バルブ252a〜252cと、さらに図示しない信号線を通じてサセプタ217に埋め込まれた抵抗加熱ヒータ217bやインピーダンス可変機構274等と電気的に接続され、それぞれ制御するように構成されている。
(3)真空搬送ロボットの構成
次に、本発明の一実施形態に係る真空搬送ロボット112の構成及び動作を、図1、図2、図4を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る真空搬送ロボット112の構成例を示す図である。
図4に示すように、真空搬送ロボット112は、基板200を一時的に保持(支持)して搬送する一対のアーム303,304を備えている。アーム303は、エンドエフェク
タ固定アーム303aと、アーム関節303bと、エンドエフェクタ側アーム303cと、フランジ側アーム303dとで構成されている。アーム304は、エンドエフェクタ固定アーム304aと、アーム関節304bと、エンドエフェクタ側アーム304cと、フランジ側アーム304dとで構成されている。
アーム303,304の先端には、基板200を水平姿勢で支持するセラミックス製のエンドエフェクタ301,302がそれぞれ設けられている。また、アーム303,304はそれぞれ水平方向(図中X1,X2方向)に水平移動でき、図中Y方向に回転移動でき、図中Z方向に昇降移動できるように構成されている。
アーム303,304は、例えばアルミニウムで形成されている。アーム303,304の少なくとも一部の表面には例えば電解研磨が施され、表面の熱吸収率(熱放射率と等しい)が、例えば0.01以上、0.1以下となっている。熱吸収率を0.01以上、0.1以下にすることによって、アーム303,304の表面は、熱(電磁波)を吸収し難く反射し易い熱反射面となっている。
これにより、アーム303,304の温度が上がり難くなる。このことは、次式からも説明される。次式に示すように、熱放射を受ける側(ここでは、アーム303,304)の熱放射率(熱吸収率)が小さいほど、熱放射する物体(ここでは、基板200)から受け側への放熱量は小さくなる。
q=σ/{1/ε+A/A・(1/ε−1)}・A(T −T
q:放熱量、σ:シュテファン・ボルツマン定数
:アームの表面積、T:アームの温度、ε:アームの熱放射率
:基板の表面積、T:基板の温度、ε:基板の熱放射率
上記電解研磨を施した熱反射面としては、例えばアーム303,304の基板200を支持する上面若しくは各第一処理室201a〜201d内から熱放射を受け易い面の少なくともいずれか又は両方などとすることができる。各処理室201a〜201d内から熱放射を受け易い面とは、各処理室201a〜201d側に面し、例えばゲートバルブ161a〜161d等の開口から各処理室201a〜201d内を見通せる位置にある面等である。或いは、エンドエフェクタ固定アーム303a,304a、アーム関節303b,304bの表面を熱反射面としてもよく、さらには、アーム303,304の表面の略全体が熱反射面となっていてもよい。
上記のように基板200や各処理室201a〜201d内からの熱放射を受け易い面を熱反射面とすることで、効率的にアーム303,304の温度上昇を抑えることができる。また、上述のように、真空搬送室103の内壁の表面を例えばアルマイト処理した熱吸収面とし、アーム303,304の表面を例えば電解研磨を施した熱反射面とすることで、アーム303,304の表面の熱吸収率を真空搬送室103の内壁の表面の熱吸収率より相対的に下げることができ、基板200からの放射熱を、アーム303,304よりも真空搬送室103の内壁で吸収させることができる。よって、アーム303,304の温度上昇の抑制効果をいっそう高めることができる。
このように、アーム303,304の温度上昇が抑えられることによって、アーム303,304が膨張して搬送位置がずれ、搬送エラー等が発生してしまうことを抑制することができる。また、アーム303,304周辺に設けられたモータ、磁気シール、グリス、タイミングベルト等を保護することができ、真空搬送ロボット112の寿命及び信頼性の低下を抑制することができる。
また、真空搬送ロボット112は、フランジ115によって真空搬送室103内に固定
されている。フランジ115は、例えばアルミニウムで形成されている。フランジ表面115aには例えば電界研磨が施され、フランジ表面115aの熱吸収率が0.01以上、0.1以下となっている。フランジ表面115aの熱吸収率を0.01以上、0.1以下にすることによって、フランジ表面115aは、熱(電磁波)を吸収し難く反射し易い熱反射面となっている。これにより、フランジ115の温度が上がり難くなる。フランジ115の温度上昇が抑えられることによって、フランジ115周辺に設けられたモータ、磁気シール、グリス、タイミングベルト等を保護することができ、真空搬送ロボット112の寿命及び信頼性の低下を抑制することができる。
また、真空搬送ロボット112に設けられたアーム303を未処理の基板200のみを搬送する専用アームとし、アーム304を処理済の基板200のみを搬送する専用アームとしても良い。アーム303,304をそれぞれ専用のアームとすることによって、処理済の基板200から微粒子が発生したとしても、微粒子が未処理の基板200に付着することを抑制することができる。また、未処理の基板200から微粒子が発生したとしても、微粒子が処理済の基板200に付着することを抑制することができる。すなわち、処理済の基板200から未処理の基板200への汚染(コンタミネーション)と未処理の基板200から処理済の基板200への汚染とを抑制することが可能となる。但し、本発明は、上述の形態に限定されず、アーム303及び304を未処理の基板200及び処理済の基板200のいずれであっても搬送可能な非専用アームとしてもよい。
上記のように、アーム303,304をそれぞれ専用のアームとする場合には、処理済の加熱された基板200を搬送するアーム304の表面のみに電解研磨を施してもよい。
(4)基板処理工程
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用して、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として基板200を処理する処理工程、具体的にはプラズマを用いた加熱処理工程について、図1〜図3を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ281により制御される。
(大気搬送室側からの搬送工程)
例えば25枚の未処理の基板200がポッド100に収納された状態で、加熱処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図1及び図2に示されているように、搬送されて来たポッド100はIOステージ105の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド100のキャップ100aがポッドオープナ108によって取り外され、ポッド100の基板出し入れ口が開放される。
ポッド100がポッドオープナ108により開放されると、大気搬送室121に設置された大気搬送ロボット124はポッド100から基板200をピックアップして予備室122内に搬入し、基板200を基板載置台150に移載する。この移載作業中には、予備室122の真空搬送室103側のゲートバルブ160は閉じられており、真空搬送室103内の負圧は維持されている。
ポッド100に収納された所定枚数、例えば25枚の基板200の基板載置台150への移載が完了すると、ゲートバルブ128が閉じられ、予備室122内が排気装置(図示せず)によって負圧に排気される。
予備室122内が予め設定された圧力値となると、ゲートバルブ160が開かれ、予備室122と真空搬送室103とが連通される。
続いて、真空搬送ロボット112は予備室122内から真空搬送室103内へ基板20
0を搬入する。具体的には、真空搬送ロボット112の備えるアーム303,304のうち、例えば未処理の基板200を搬送するアーム303により、上述の水平移動、回転移動、昇降移動の機能を用い、予備室122内の基板載置台150から基板200をピックアップして、真空搬送室103内に搬入する。真空搬送室103内へと基板200が搬入され、ゲートバルブ160が閉じられた後に、例えばゲートバルブ161aが開かれて、真空搬送室103と第一処理室201aとが連通される。
ここで、基板200の第一処理室201a内への搬入、加熱処理を伴う基板処理、基板200の第一処理室201a内からの搬出のそれぞれの動作について、処理室201aを含む図3を用いて説明する。
(搬入工程)
まず、真空搬送ロボット112は、基板200を真空搬送室103内から第一処理室201a内へ搬入して、第一処理室201a内のサセプタ217上に移載する。具体的には、最初、サセプタ217は下降しており、基板突き上げピン266の先端がサセプタ217の貫通孔217aを通してサセプタ217の表面より所定の高さ分だけ突き出た状態にある。この状態で、上記のように、下側容器211に設けられたゲートバルブ161aを開く。次に、真空搬送ロボット112のアーム303によって、アーム303が支持している基板200を基板突き上げピン266の先端に載置する。その後、アーム303を処理室201a外へ退避させる。次に、ゲートバルブ161aを閉め、サセプタ217をサセプタ昇降機構268により上昇させる。その結果、基板200がサセプタ217表面に載置される。サセプタ217上に載置された基板200を、さらに基板200を処理する位置まで上昇させる。
上記のようにゲートバルブ161aが閉じられた後、以下の手順にしたがって、第一処理室201a内で所望の加熱処理を伴う基板処理が施される。
(昇温・圧力調整工程)
サセプタ217に埋め込まれた抵抗加熱ヒータ217bは予め加熱されている。基板200は、抵抗加熱ヒータ217bによって、例えば室温から700℃の範囲内で基板処理温度に加熱される。真空ポンプ246及びAPCバルブ242を用いて処理室201a内の圧力を例えば0.1Pa〜300Paの範囲内に維持する。
なお、上述したように、上記構成の処理炉202では、サセプタ217に埋めこまれている抵抗加熱ヒータ217bによって基板200を加熱できる温度は、高々700℃程度である。このため、抵抗加熱ヒータ217bだけでは、700℃を超える処理温度を必要とする基板処理は困難である。
そこで、700℃を超える処理温度を必要とする基板処理が可能となるように、上述のように、抵抗加熱ヒータ217bの他に、さらに赤外光を発する光源となる基板加熱体としてのランプ加熱装置(ランプヒータ)280を処理炉202に加えるようにしている。昇温・圧力調整工程では、必要に応じて係るランプ加熱装置280を補助的に用い、700℃を超える基板処理温度に基板200を加熱する。
(加熱処理工程)
基板200を基板処理温度に昇温した後、基板200を所定温度に保ちつつ加熱処理を伴う以下の基板処理を行う。すなわち、ガス導入口234からシャワープレート240の開口238を介して、酸化、窒化、成膜、エッチング等の所望の処理に応じた処理ガスを、処理室201a内に配置されている基板200の表面(処理面)に向けてシャワー状に供給する。同時に第一の電極215に高周波電源273から整合器272を介して高周波
電力を供給する。供給する電力は、例えば100W〜1000Wの範囲内とし、例えば800Wである。なお、インピーダンス可変機構274は予め所望のインピーダンス値に設定されている。
筒状の上部・下部磁石216a,216bの磁界によってマグネトロン放電が発生し、基板200の上方空間に電荷がトラップされてプラズマ生成領域224に高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマによって、サセプタ217上の基板200の表面に酸化膜や窒化膜を形成したり、薄膜を形成したり、エッチングしたりする等のプラズマ処理が施される。
なお、コントローラ281は、高周波電源273の電力ON・OFF、整合器272の調整、バルブ252a〜252c,243aの開閉、マスフローコントローラ251a〜251cの流量、APCバルブ242の弁開度、バルブ243bの開閉、真空ポンプ246の起動・停止、サセプタ昇降機構268の昇降動作、ゲートバルブ161aの開閉、サセプタ217に埋め込まれた抵抗加熱ヒータ217bに高周波等の電力を供給する高周波電源のON・OFFを制御している。
(搬出工程)
第一処理室201a内での処理が終わった基板200は、搬送手段によって、基板200の冷却が終わらないうちに、つまり、基板200が基板処理温度に比較的近い温度を保ったままの状態のうちに、基板200の搬入と逆の動作で第一処理室201a外へ搬送される。すなわち、基板200に対する基板処理が完了すると、ゲートバルブ161aが開かれる。また、基板200を搬送する位置までサセプタ217が下降され、基板突き上げピン266の先端がサセプタ217の貫通孔217aから突き出ることにより、基板200が持ち上げられる。処理済みの基板200は、例えば真空搬送ロボット112が備える処理済の基板200を搬送するアーム304によって真空搬送室103内に搬出される。搬出後、ゲートバルブ161aは閉じられる。
なお、少なくとも搬出工程においては、真空搬送室103の冷媒流路101fに接続されるチラーユニットを作動させ、冷媒流路101f内に温度制御された冷却水等を循環させながら基板200を搬送する。これにより、真空搬送室103の内壁の冷却効果を高め、内壁やアーム303,304の温度上昇を抑制することができる。冷媒流路101fを用いた冷却は、搬入工程の開始から搬出工程の終了まで、又は、後述するように、基板処理装置のIOステージ105にポッド100が載置されてから全ての基板200がポッド100へ払い出されるまで、継続的に行ってもよい。
以上、第一処理室201a内への基板200の搬入、加熱処理を伴う基板処理、第一処理室201a内からの基板200の搬出、のそれぞれの動作が終了する。
真空搬送ロボット112は第一処理室201aから搬出した処理済の基板200を予備室123内へ搬送する。予備室123内の基板載置台151へと基板200が移載された後に、予備室123はゲートバルブ165によって閉じられる。
以上の動作が繰り返されることにより、予備室122内に搬入された所定枚数、例えば25枚の基板200が順次処理されていく。
上記の処理室201a内で上記の加熱処理が行われた後、高温状態の基板200が真空搬送室103内に搬送されてきても、真空搬送ロボット112のアーム303,304の表面の熱吸収率が0.01以上、0.1以下となっているので、真空搬送ロボット112の温度上昇が抑えられ、真空搬送ロボット112に設けられたモータ、磁気シール、グリ
ス、タイミングベルト等を保護することができ、真空搬送ロボット112の寿命及び信頼性の低下を抑制することができる。
また、真空搬送室103の内壁の表面の熱吸収率が0.7以上0.99以下となるアルマイト処理が施され且つ冷媒流路101fを用いて冷却可能な構造となっているので、真空搬送室103の内壁は基板200からの放射熱を吸収し易くなっている。よって、真空搬送ロボット112で吸収されずに反射された放射熱は、真空搬送室103の内壁で吸収され、真空搬送ロボット112へ戻り難いように構成されている。
なお、複数の基板200を連続処理する際には、同一の処理室(例えば処理室201a)に対し、上記の搬入工程と搬出工程とを略同時に行ってもよい。すなわち、ゲートバルブ161aを開いた状態で、処理室201a内の処理済の基板200を例えばアーム304によりピックアップし、引き続き、例えば未処理の基板200を支持したアーム303を処理室201a内へと進入させて未処理の基板200を移載し、その後、ゲートバルブ161aを閉じる。このように、それぞれのアーム303,304の処理室201aに対する搬送タイミングを調整することで、基板処理装置の製造スループットを向上させることができる。
(大気搬送室側への搬送工程)
予備室122内に搬入された全ての基板200に対する基板処理が終了し、全ての処理済の基板200が予備室123内に収納され、予備室123がゲートバルブ165によって閉じられると、予備室123内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。予備室123内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ129が開かれ、IOステージ105に載置された空のポッド100のキャップ100aがポッドオープナ108によって開かれる。
続いて、大気搬送室121の大気搬送ロボット124は、予備室123内の基板載置台151から基板200をピックアップして大気搬送室121内に搬出し、大気搬送室121の基板搬入搬出口134を通してポッド100に収納していく。例えば25枚の処理済の基板200のポッド100への収納が完了すると、ポッド100のキャップ100aがポッドオープナ108によって閉じられる。閉じられたポッド100はIOステージ105の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されていく。
以上の動作は第一処理室201aが使用される場合を例にして説明したが、第二処理室201b、第三処理室201cおよび第四処理室201dが使用される場合についても同様の動作が実施される。また、前述の基板処理装置では、予備室122を搬入用、予備室123を搬出用としたが、予備室123を搬入用、予備室122を搬出用としてもよい。
また、第一処理室201a内、第二処理室201b内、第三処理室201c内、第四処理室201d内では、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一処理室201a内、第二処理室201b内、第三処理室201c内、第四処理室201d内で別の処理を行う場合、例えば第一処理室201a内で基板200にある処理を行った後、続けて第二処理室201b内で別の処理を行わせてもよい。また、第一処理室201a内で基板200に処理を行った後に、第二処理室201b内で別の処理を行い、その後、第三処理室201c内や第四処理室201d内で、更に別の処理を行わせるようにしてもよい。
(5)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)本実施形態によれば、負圧下で基板200が搬送される真空搬送室103と、真空
搬送室103に接続され基板200に加熱処理を施す第一処理室201aと、真空搬送室103内に設けられ第一処理室201a内外へ基板200を搬送する真空搬送ロボット112と、真空搬送室103の壁内に設けられ、真空搬送室103の内壁を冷却する冷媒流路101fと、を備える。これにより、加熱処理後の基板200から真空搬送室103の内壁が受け取った放射熱を逃がすことができ、内壁の温度上昇を抑えて内壁から真空搬送ロボット112への熱の放射を抑制することができる。よって、真空搬送ロボット112各部の熱吸収量を低減でき、単位時間当たりの基板処理枚数を増やして基板処理装置の製造スループットを向上させることができる。
(b)特に、真空搬送室103の少なくともアーム303,304の下面と対向する底面を冷却するように冷媒流路101fを構成することで、底面の直上で動作するアーム303,304への底面からの放射熱の影響を低減することができる。
(c)また、本実施形態によれば、真空搬送室103の内壁の表面は、アルミニウムの陽極酸化皮膜が形成された熱吸収面となっている。また、真空搬送室103の熱吸収面の熱吸収率は0.7以上0.99以下である。これにより、加熱処理後の基板200からの放射熱は真空搬送室103の内壁により吸収され易くなる。よって、真空搬送ロボット112の熱吸収量を低減でき、温度上昇を抑制することができる。
(d)また、本実施形態によれば、真空搬送ロボット112は基板200を支持するアーム303,304を備え、アーム303,304の少なくとも一部の表面は、電解研磨が施された熱反射面となっている。また、アーム303,304の熱反射面の熱吸収率は0.01以上0.1以下である。これにより、アーム303,304が基板200からの放射熱を受け取りにくくなり、アーム303,304の温度上昇を抑制することができる。
(e)特に、熱反射面となっているアーム303,304の表面を、アーム303,304の基板200を支持する上面若しくは処理室201内から熱放射を受ける面の少なくともいずれかとすることで、熱放射を受け易い面の熱反射を高め、放射熱によるアーム303,304の温度上昇を抑制することができる。
(f)また、本実施形態によれば、真空搬送室103の内壁の表面は、アルミニウムの陽極酸化皮膜が形成された熱吸収面であり、アーム303,304の少なくとも一部の表面は、電解研磨が施された熱反射面である。これにより、真空搬送室103の内壁に対してアーム303,304の表面の熱吸収量を相対的に下げることができ、アーム303,304の温度上昇を抑制することができる。
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、真空搬送室103の底面の壁内に冷媒流路101fを設けることとしたが、冷媒流路は側面や上面の壁内、さらには真空搬送室蓋体101rの内部等に設けられていてもよい。また、冷媒には、冷却水のみならず、有機溶剤等の各種液体や、ドライエア、不活性ガス等の各種気体を用いることができる。
また、上述の実施形態では、真空搬送室103が備える冷却部は冷媒流路101f等から構成されることとしたが、冷却部はこれに加えて或いは替えて、異なる構成を有していてもよい。例えば、冷却部は、真空搬送室の外壁に設けられた熱交換器等であってもよい。熱交換機としては、例えば冷媒流路が形成されたブロック状の部材や、ヒートシンク、ヒートパイプ等を用いることができる。ブロック状部材は、真空搬送室内に設けることも
可能である。そのほか、冷却部は、真空搬送室の外壁に外部からドライエア等の気体を送風する送風機等であってもよい。
また、上述の実施形態では、真空搬送室103の内壁にアルマイト処理が施された基板処理装置を用いた場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。真空搬送室の材質は、アルミニウムと同等かそれ以上の強度のある材料、例えばステンレス(SUS)等で形成されていても良い。また、内壁に表面処理を施す場合は、熱放射率が0.7以上0.99以下となる処理であれば良い。
また、上述の実施形態に係る真空搬送室103の例に限らず、例えば、石英(SiO)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al)のいずれか、若しくは少なくとも2つ以上の化合物より構成される複合物や積層膜からなる熱吸収コートが形成された面を熱吸収面としても良い。或いは、熱吸収面は、黒色石英や黒色セラミックスのカバーやコーティング等、黒色石英膜や黒色セラミックス膜が形成された面であってもよい。また、真空搬送室の内壁の部位によって、上記異なる材料を組み合わせてもよい。
また、上述の実施形態では、真空搬送ロボット112及びフランジ表面115aに電解研磨処理が施された基板処理装置を用いた場合について説明したが、真空搬送ロボットのアームおよびフランジの材質は、アルミニウムと同等かそれ以上の強度のある材料、例えばSUS等で形成されていても良い。また、アームやフランジに表面処理を施す場合は、熱放射率が0.01以上、0.1以下となる処理、例えば機械研磨処理を施してもよい。
また、上述の実施形態に係るアーム303,304の例に限らず、上記電解研磨や機械研磨に加えて或いは替えて、例えば、Au,Ag,Pt,Ti,Cu,Al,Rhのいずれかの膜、若しくは少なくとも2つ以上の元素より構成される化合物膜からなる熱反射コートが形成された面を熱反射面としても良い。又は、Au,Ag,Pt,Ti,Cu,Al,Rhのいずれかの薄膜、若しくは少なくとも2つ以上の元素より構成される化合物薄膜と、SiO薄膜と、を積層した熱反射コートが形成された面を熱反射面としても良い。研磨を施した面等に上記金属の膜を形成することで、アームの表面の微小な凹凸を埋めて更に平坦な表面とすることができ、いっそう熱を反射し易くすることができる。
また、上述の実施形態に係るアーム303,304の例に限らず、材料にアルミニウムを用いたアームの場合、研磨等の処理を施さずアルミニウムの無垢材(アルミ無垢)の表面そのまま、つまり、金属露出面そのものを熱反射面とすることもできる。また、アームの部位によって、上記異なる材料を組み合わせてもよい。また、アームの全体或いは特に熱放射を受け易い部位に反射板等を取り付けて反射板の表面を熱反射面としたり、アームの内部に冷媒流路を設けたりする構成も考えられる。但し、上記のようにアームの材質や表面処理等を利用した熱反射面とすることで、構造の単純化や軽量化を図ることができる。
また、上述の実施形態では、アーム303,304の少なくとも一部の表面を熱反射面としたが、この場合において、基板200からの放射熱を受け易い面、例えば、アームの上面を熱反射面とし、基板200からの放射熱を受け難い面、例えば、アームの下面を熱放射し易い熱放射面とすることができる。熱放射面としては、例えばアルミニウムの陽極酸化皮膜が形成された面とするなど、上記真空搬送室103の熱吸収面と同様の構成を用いることができる。これにより、基板200からの熱を受け易いアームの上面では熱を反射することができ、また、アームが熱を受けてしまった場合でも、アームの下面の熱放射面から熱を放射して温度上昇を抑制することができる。
また、アーム303,304の下面と真空搬送室103の底面との間の距離を、アーム
303,304の上面と真空搬送室103の天井との間の距離よりも短くすることによって、真空搬送室103に僅かながら存在するガス分子のアーム303,304の下面への衝突率を向上させることができ、アーム303,304の下面からの熱放射効率を向上させることができる。また、真空搬送室103の底面への熱伝達効率を向上させることができ、アーム303,304の温度上昇を抑制することができる。
また、上述の実施形態では、アーム303,304の両方が熱反射面等の温度上昇を抑制する構成を備えることとしたが、処理済の基板200を搬送するアームのみが係る構成を備えることとし、少なくとも搬出工程では、係る構成を備えるアームにより基板200を支持して搬送するようにしてもよい。
また、冷却部を有する真空搬送室103、熱吸収面を内壁に有する真空搬送室103、熱反射面をアーム303,304の表面に有する真空搬送ロボット112等の構成やそれらの具体的な態様は、それぞれ単独で用いたり、いくつかを組み合わせて用いたりすることが可能であり、いずれの場合においても上記に示した効果を奏する。したがって、例えば真空搬送室の内壁は従来通りアルミ無垢の露出面のまま、電解研磨等を施したりアルミ無垢の露出面のままの熱反射面を有するアームを用いた場合でも、所定の昇温抑制効果が得られる。
上記少なくともいずれかの構成を用いることにより、温度が500℃以上の基板200の搬送時において、一時間当たりの基板処理枚数、つまりスループットが50枚/hというスペックを少なくとも満たすことができる。或いは、更に厳しいスペック、例えば、温度が700℃以上の基板200の搬送時にスループットが100枚/hというスペックを満たすことができる。
(1)実施例1
上述の基板処理工程と同様の手順及び手法により、第一処理室201a〜201dと同様の構成を備える処理室で処理され、700℃に加熱された基板を、真空搬送室内の圧力が100Paの環境下で、真空搬送ロボットの一方のアーム(処理済の基板を搬送するアーム)を用いて搬出用の予備室へ移載する動作を、一時間で25回実施した。
このとき、アームの表面に電解研磨が施され真空搬送室の内壁の表面にアルマイト処理が施された実施例1と、従来の装置構成、すなわち、アームの表面にアルマイト処理が施され真空搬送室の内壁の表面をアルミ無垢の露出面とした比較例と、の構成において、真空搬送ロボット各部の温度測定をサーモラベルにより行った。係る温度測定結果を図5に示す。
図5によれば、全ての温度測定箇所において、本実施例の真空搬送ロボットを用いた場合の測定温度が低くなっていることが分かる。特に、上述の実施形態のアーム関節304b、エンドエフェクタ側アーム304c、フランジ側アーム304dに相当する箇所では10℃以上、フランジ表面115aに相当する箇所では5℃温度が下がっている。よって、真空搬送ロボット各部の熱吸収量が低減できている事が分かる。
(2)実施例2
上記実施例1と同様の手順及び手法により、実施例1と同様の構成の実施例2と、上記比較例と同様の構成の比較例について、一時間あたりの動作回数を25回及び37回としたときの真空搬送ロボット各部の温度測定をそれぞれ行った。上記実施例と同様、搬送する基板は700℃に加熱され、真空搬送室内の圧力を100Paとした。これにより、図6に示すように、真空搬送ロボット各部の平均温度の一時間当たりの搬送枚数(基板処理
枚数)依存性を得た。
図6の横軸は一時間当たりの動作回数、つまり基板処理枚数(枚数/h)であり、縦軸は真空搬送ロボット各部の平均温度(℃)である。図中、比較例に係る真空搬送ロボット各部の平均温度を破線で示す。また、図中、測定ポイントを上回る動作回数(基板処理枚数)での数値は、測定データから予測される数値を外挿したものである。
図6によれば、基板50枚の移載を実施したときの温度は、比較例の真空搬送ロボットでは動作限界の120℃を超える見込みである。これに対して、本実施例の真空搬送ロボットでは約66℃であり、本実施例では、真空搬送ロボットの熱吸収量が減少することがわかる。また、本実施例の装置構成で搬送枚数を増やし、100枚/hで処理したとしても真空搬送ロボットの温度は94℃であり、100枚/hの処理が可能となる。よって単位時間当たりの基板処理枚数を増やすことができる。
(3)実施例3
上記実施例2と同様の手順及び手法により、一時間あたりの動作回数を最大75回まで変化させたときの真空搬送ロボット各部の温度測定を行った。搬送する基板は700℃に加熱され、真空搬送室内の圧力を100Paとした。このとき、実施例3においては、アームの表面に電解研磨を施し、さらに構成1として真空搬送室の内壁の表面をアルミ無垢の露出面とする構成、構成2として真空搬送室の内壁の表面にアルマイト処理を施した構成をそれぞれ用いた。比較例については、上記比較例と同様の構成とした。
これにより、図7に示すように、各構成において、真空搬送ロボットの所定位置における温度の一時間当たりの基板処理枚数依存性を得た。図中、■印は比較例の構成において、上述の実施形態のエンドエフェクタ側アーム304cに相当する箇所の温度測定により得た結果である。また、●印は実施例3の構成1において、上述の実施形態のアーム関節304bに相当する箇所の温度測定により得た結果である。また、▲印は実施例3の構成2において、上述の実施形態のアーム関節304bに相当する箇所の温度測定により得た結果である。◆印は実施例3の構成2において、上述の実施形態のエンドエフェクタ側アーム304cに相当する箇所の温度測定により得た結果である。
図7に示すように、実測値に基づく本実施例のデータは、上述の外挿に基づく実施例2のデータよりもさらに低い値となった。また、本実施例の構成1によれば、真空搬送室の内壁はアルミ無垢の従来の構成のまま、アームの表面に電解研磨を施しただけでも、アームの温度を低下させる効果が得られることがわかる。この場合、一時間当たりの基板処理枚数が50枚/hにおいて、比較例のアームの温度より40℃〜50℃ほど低い結果となった。また、真空搬送室の内壁をアルマイトとすることで、アームの温度がさらに10℃ほど低下した。
本実施例においては、アーム限界温度のスペック値を100℃以下としたうえで、所望のスループット(基板処理枚数)のスペック値である100枚/hを満たすことができるかどうかを図7のグラフより解析した。その結果、実施例3のいずれの構成であっても、処理枚数が75枚/hのときの実測値及び処理枚数が100枚/hのときの外挿値において、アーム各部の温度は100℃を下回り、スペック値を満たす結果が得られた。
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<付記1>
本発明の一態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送室の内壁を冷却する冷却部と、を備える
基板処理装置である。
<付記2>
好ましくは、
前記冷却部は、
前記搬送室の壁内に設けられた冷媒流路を有する
付記1に記載の基板処理装置である。
<付記3>
また、好ましくは、
前記冷却部は、
前記搬送室の外壁に設けられた熱交換機又は前記搬送室の外壁に外部から気体を送風する送風機の少なくともいずれかを有する
付記1又は2に記載の基板処理装置である。
<付記4>
また、好ましくは、
前記搬送室の内壁の表面はアルミニウムの陽極酸化皮膜が形成された熱吸収面であり、
前記搬送ロボットは前記基板を支持するアームを備え、
前記アームの少なくとも一部の表面は電解研磨が施された熱反射面である
付記1〜3のいずれかに記載の基板処理装置である。
<付記5>
また、好ましくは、
前記冷却部は、
前記搬送室の少なくとも前記アームの下面と対向する底面を冷却するように構成される付記4に記載の基板処理装置である。
<付記6>
本発明の他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、を備え、
前記搬送室の内壁の表面は熱吸収面となっている
基板処理装置である。
<付記7>
好ましくは、
前記搬送室の前記熱吸収面は、
アルミニウムの陽極酸化皮膜、黒色石英膜、又は黒色セラミックス膜の少なくともいずれかが形成された面である
付記6に記載の基板処理装置である。
<付記8>
また、好ましくは、
黒体の熱吸収率を1.0としたとき、
前記搬送室の前記熱吸収面の熱吸収率が0.7以上0.99以下である
付記6又は7に記載の基板処理装置である。
<付記9>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、を備え、
前記搬送ロボットは前記基板を支持するアームを備え、
前記アームの少なくとも一部の表面は熱反射面となっている
基板処理装置である。
<付記10>
また、好ましくは、
前記アームの前記熱反射面は、
電解研磨若しくは機械研磨が施された面、主に金属からなる前記アームの金属露出面、又は前記アームに設けられた反射板の表面、の少なくともいずれかである
付記9に記載の基板処理装置である。
<付記11>
また、好ましくは、
黒体の熱吸収率を1.0としたとき、
前記アームの前記熱反射面の熱吸収率が0.01以上0.1以下である
付記9又は10に記載の基板処理装置である。
<付記12>
また、好ましくは、
前記アームの前記基板を支持する上面又は前記処理室内から熱放射を受ける面の少なくともいずれかが、前記熱反射面となっている
付記9〜11のいずれかに記載の基板処理装置である。
<付記13>
また、好ましくは、
前記アームの上面は前記熱反射面となっており、
前記アームの下面は熱放射面となっている
付記9〜12のいずれかに記載の基板処理装置である。
<付記14>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、を備え、
前記搬送ロボットは前記基板を支持するアームを備え、
前記アームの少なくとも一部の表面は、前記搬送室の内壁の表面より低い熱吸収率を有する
基板処理装置である。
<付記15>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送室の内壁を冷却する冷却部と、を備え、
前記搬送室の内壁の表面は熱吸収面となっている
基板処理装置である。
<付記16>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送室を冷却する冷却部と、を備え、
前記搬送ロボットは前記基板を支持するアームを備え、
前記アームの少なくとも一部の表面は熱反射面となっている
基板処理装置である。
<付記17>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室と、
前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送室を冷却する冷却部と、を備え、
前記搬送ロボットは前記基板を支持するアームを備え、
前記アームの少なくとも一部の表面は、前記搬送室の内壁の表面より低い熱吸収率を有する
基板処理装置である。
<付記18>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられた搬送ロボットにより前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
冷却部により前記搬送室の内壁を冷却しつつ前記基板を搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記19>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられた搬送ロボットにより前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
内壁の表面が熱吸収面となっている前記搬送室内にて前記基板を搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記20>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられ、前記基板を支持する1つ以上のアームを備える搬送ロボットにより、前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
少なくとも一部の表面が熱反射面となっている前記アームにより、前記基板を支持して搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記21>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられ、前記基板を支持する1つ以上のアームを備える搬送ロボットにより、前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
少なくとも一部の表面が前記搬送室の内壁の表面より低い熱吸収率を有する前記アームにより、前記基板を支持して搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記22>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられた搬送ロボットにより前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
冷却部により前記搬送室の内壁を冷却しつつ、内壁の表面が熱吸収面となっている前記搬送室内にて前記基板を搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記23>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられ、前記基板を支持する1つ以上のアームを備える搬送ロボットにより、前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
冷却部により前記搬送室の内壁を冷却しつつ、少なくとも一部の表面が熱反射面となっ
ている前記アームにより、前記基板を支持して搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記24>
本発明のさらに他の態様は、
負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられ、前記基板を支持する1つ以上のアームを備える搬送ロボットにより、前記基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
少なくとも前記搬出工程では、
冷却部により前記搬送室の内壁を冷却しつつ、少なくとも一部の表面が前記搬送室の内壁の表面より低い熱吸収率を有する前記アームにより、前記基板を支持して搬送する
半導体装置の製造方法である。
<付記25>
本発明のさらに他の態様は、
基板の搬送空間となる搬送室と、
前記搬送室内に少なくとも1つ以上設けられ、前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送室に複数接続され、前記基板に基板処理を施す処理室と、を有する基板処理装置において、
前記搬送室の内壁の表面の熱放射率が、前記搬送ロボットのアームの表面の熱放射率以上となるように前記搬送室の内壁と前記搬送ロボットのアームの表面に表面処理が施されている
基板処理装置である。
<付記26>
本発明のさらに他の態様は、
基板の搬送空間となる搬送室と、
前記搬送室内に設けられ、前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送室に少なくとも1つ以上接続され、前記基板に基板処理を施す処理室と、を有する基板処理装置において、
前記搬送室の内壁の表面の熱放射率が0.7以上0.99以下、前記搬送ロボットの表面の熱放射率が0.01以上0.1以下、となる表面処理が施されている
基板処理装置である。
<付記27>
好ましくは、
前記搬送室の内壁の表面に施される表面処理は酸化処理である。
<付記28>
また、好ましくは、
前記搬送室の表面に施される表面処理は、アルミニウムの陽極酸化処理である。
<付記29>
また、好ましくは、
前記搬送ロボットの前記アームには、酸化物薄膜が積層されている。
<付記30>
また、好ましくは、
前記搬送ロボットの表面に施される表面処理は、電解研磨である。
<付記31>
また、好ましくは、
前記搬送ロボットの前記アームはSUSで形成されている。
<付記32>
また、好ましくは、
前記SUSで形成された前記搬送ロボットの前記アームの表面には電界研磨が施されている。
<付記33>
また、好ましくは、
前記搬送ロボットの前記アームの表面には、Au,Ag,Pt,Ti,Cu,Al,Rhのいずれかの膜、若しくは少なくとも2つ以上の元素からなる化合物膜からなる熱反射コートが施されている。
<付記34>
また、好ましくは、
前記搬送ロボットの前記アームの表面には、Au,Ag,Pt,Ti,Cu,Al,Rhのいずれかの薄膜、若しくは少なくとも2つ以上の元素からなる化合物薄膜と、SiO2薄膜と、を積層した熱反射コートが施されている。
<付記35>
本発明のさらに他の態様は、
搬送室の内壁の表面の熱放射率が、搬送ロボットのアームの表面の熱放射率以上となるように前記搬送室の内壁と前記搬送ロボットのアームの表面に表面処理が施されていることを特徴とする基板処理装置において、
当該搬送ロボットが、前記搬送室に少なくとも1つ以上接続された処理室内に設けられた加熱可能な基板支持部へ基板の搬送を行う工程と、
前記処理室内で、前記基板に加熱処理を施す工程と、
制御部が前記搬送ロボットと、前記基板支持部とを制御する工程と、を有する
半導体装置の製造方法である。
<付記36>
本発明のさらに他の態様は、
基板の搬送空間となる搬送室の内壁の熱放射率が0.7以上0.99以下となる表面処理が施された搬送室内で、当該搬送室内に設けられ、熱放射率が0.01以上0.1以下となる表面処理がアームに施された搬送ロボットで、前記基板を加熱可能な基板支持部へ搬送を行う工程と、
前記搬送室に少なくとも1つ以上接続された処理室内で、前記基板に基板処理を施す工程と、
制御部が前記搬送ロボットと、前記基板支持部とを制御する工程と、を有する
半導体装置の製造方法である。
100 ポッド
100a キャップ
101 筐体
103 真空搬送室
105 IOステージ(ロードポート)
106 プリアライナ
108 ポッドオープナ
109 駆動機構
112 真空搬送ロボット
115 フランジ
115a フランジ表面
116 エレベータ
118 クリーンユニット
121 大気搬送室
122,123 予備室
124 大気搬送ロボット
125 筐体
126 エレベータ
128,129 ゲートバルブ
132 リニアアクチュエータ
134 基板搬入搬出口
142 クロージャ
150,151 基板載置台
160,161a〜161d,165 ゲートバルブ
200 基板
201a 第一処理室
201b 第二処理室
201c 第三処理室
201d 第四処理室
217 サセプタ
217a 貫通孔
217b 抵抗加熱ヒータ
281 コントローラ
301,302 エンドエフェクタ
303,304 アーム
303a,304a エンドエフェクタ固定アーム
303b,304b アーム関節
303c,304c エンドエフェクタ側アーム
303d,304d フランジ側アーム

Claims (7)

  1. 負圧下で基板が搬送される搬送室と、
    前記搬送室に接続され前記基板に加熱処理を施す処理室と、
    前記搬送室内に設けられ前記処理室内外へ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
    前記搬送室の内壁を冷却する冷却部と、を備え
    前記冷却部は、少なくとも前記搬送ロボットの基部を取り囲むように前記搬送室の壁内に設置され、前記搬送室内の内壁を冷却する冷媒を流す冷媒流路を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記搬送室の内壁の表面はアルマイト処理が施された凸凹状の熱吸収面となっていることを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記搬送ロボットは前記基板を支持するアームを備え、
    前記アームの少なくとも一部の表面は電解研磨が施された熱反射面となっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板処理装置。
  4. 前記熱吸収面の熱吸収率は0.7以上0.99以下であり、
    前記熱反射面の熱吸収率は0.01以上0.1以下であることを特徴とする請求項に記載の基板処理装置。
  5. 負圧下で基板が搬送される搬送室内から前記搬送室に接続された処理室内に、前記搬送室内に設けられた搬送ロボットにより前記基板を搬入する搬入工程と、
    前記処理室内で前記基板に加熱処理を施す加熱処理工程と、
    前記搬送ロボットにより前記処理室内から前記搬送室内に前記基板を搬出する搬出工程と、を有し、
    少なくとも前記搬出工程では、
    少なくとも前記搬送ロボットの基部を取り囲むように前記搬送室の壁内に設置され、前記搬送室内の内壁を冷却する冷媒を流す冷媒流路を有する冷却部により前記搬送室の内壁を冷却しつつ前記基板を搬送することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記冷却部は、
    前記冷媒流路に接続され、前記冷媒の温度を制御しながら前記冷媒流路に前記冷媒を循環させるチラーユニットをさらに有する請求項1に記載の基板処理装置。
  7. 前記冷媒流路の内壁はアルマイト処理が施されている請求項1に記載の基板処理装置。
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