JP5951889B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理する基板処理装置に関する。

半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にプラズマエッチング等の処理を施す基板処理装置として、複数枚のウエハが収容された容器であるフープ（ＦＯＵＰ）を載置するロードポートとウエハにプラズマ処理を施すプロセスモジュール（真空処理室）との間に、フープに対して半導体ウエハの搬入出を行うためのローダーモジュール（基板搬送部）と、真空雰囲気に維持されてプロセスモジュールに対してウエハの搬入出を行うトランスファモジュールと、ローダーモジュールとトランスファモジュールとの間に配置されて大気圧雰囲気と真空雰囲気とを選択的に切り替え可能なロードロックモジュールとを設け、ロードロックモジュールを介してローダーモジュールとトランスファモジュールとの間でウエハを搬送するものが知られている。

ここで、複数のプロセスモジュールを備える基板処理装置では、使用するプロセスモジュールを変えてウエハに異なる処理を続けて行いたい場合に、所定の処理の終了後から次の処理の開始前までの間に、酸化や劣化を防ぐために、ウエハを空気に晒したくない場合がある。このとき、基板処理装置のスループットを維持するために、先に行われる所定の処理が終了したウエハを、一旦、フープに戻したい場合がある。また、次の処理を別の基板処理装置で行うために、ウエハをフープに戻したい場合がある。

ロードロックモジュールは窒素ガスを供給することによって大気圧へ戻すことが可能であり、フープの内部には窒素ガスを充填することが可能である。したがって、ロードロックモジュールとフープにおいては、ウエハを空気と遮断することができる。

しかし、プロセスモジュールにおいて処理されたウエハをフープへ戻す際には、ウエハは必ずローダーモジュールを経由する。ここで、ローダーモジュールの内部は、通常、その天井部に設けられたＦＦＵ（ファンフィルタユニット）から清浄な空気が供給されることで大気雰囲気に維持されている。よって、ウエハは、フープとロードロックモジュールとの間に設けられたローダーモジュールを通過する際に空気に晒されることになる。そこで、ローダーモジュールにおいてウエハが空気に晒されないように、ローダーモジュールの内部に窒素（Ｎ_２）ガスを供給し、ウエハが空気に晒されないようにする技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−３１１９４０号公報

しかしながら、ローダーモジュールの内部は、外部からのパーティクル侵入を防止することを目的として外部圧力、つまり、大気圧よりも陽圧に保持される。そのため、ローダーモジュールの内部に供給した窒素ガスがローダーモジュールを構成しているパネル間の隙間等から外部に漏れて、ローダーモジュール外周の酸素濃度が低下してしまい、作業者に酸欠の危険性が及ぶ可能性がある。これに対して、ローダーモジュールを構成するパネル間の隙間を密閉する対策も考えられるが、構造上、限界がある。

本発明の目的は、基板搬送部の内部を窒素雰囲気に保持しながら、基板搬送部の外周近傍における酸素濃度を速やかに空気の酸素濃度へ高めることができる基板処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、複数枚の基板を収容する容器と、前記容器から取り出された基板を収容するチャンバを有し、前記チャンバに収容された基板に対して所定の処理を施す基板処理部と、前記容器と前記基板処理部との間で基板を搬送する基板搬送手段が配置される基板搬送部と、前記基板搬送部の内部が外部に対して陽圧となるように前記基板搬送部の内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、前記基板搬送部の外側上部に配置され、前記基板搬送部の外側側面に沿った空気の流れを生成させる送風装置とを備える基板処理装置が提供される。

請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記送風装置は、コアンダ効果により前記空気の流れを形成するブレード部と、前記ブレード部の内部に空気を取り込むファンと、を有することを特徴とする。

本発明において、前記送風装置は、加熱された空気が前記ブレード部から吹き出されるように前記ブレード部の内部に前記ファンにより取り入れた空気を加熱する加熱手段を有することが好ましい。

本発明において、前記ブレード部と前記基板搬送部の前記外側側面との間に所定の間隔を有する空間部が設けられていることが好ましい。

本発明において、前記基板搬送部の前記外側側面に配置された酸素濃度センサをさらに具備することが好ましい。

本発明において、前記基板搬送部の前記内部に空気を供給する空気供給部をさらに具備し、前記窒素ガス供給部により供給される窒素ガスと前記空気供給部により供給される空気とによって前記基板搬送部の前記内部が外部に対して陽圧とされることが好ましい。

本発明において、前記容器の内部が窒素により充填されていることが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明によれば、複数枚の基板を収容する容器と、前記容器から取り出された基板を収容する真空チャンバを有し、前記真空チャンバに収容された基板に対して所定の処理を施す基板処理部と、前記容器から取り出された基板と前記基板処理部で処理された基板を収容可能であり、窒素雰囲気と真空雰囲気とを切り替え可能に構成された中間搬送室と、真空雰囲気に保持され、前記基板処理部と前記中間搬送室との間で前記基板を搬送する第１の基板搬送装置が配置された第１の基板搬送室と、前記容器と前記中間搬送室との間で前記基板を搬送する第２の基板搬送装置が配置された第２の基板搬送室と、前記第２の基板搬送室の内部を外部よりも陽圧の窒素雰囲気に保持するように前記第２の基板搬送室の前記内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、前記第２の基板搬送室の外側上部に配置され、前記第２の基板搬送室の外側側面に沿った空気の流れを生成させる送風装置とを備え、前記送風装置は、コアンダ効果により前記空気の流れを形成するブレード部と、前記ブレード部の内部に空気を取り込むファンと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明において、前記第２の基板搬送室の前記内部に空気を供給する空気供給部をさらに具備し、前記窒素ガス供給部により供給される窒素ガスと前記空気供給部により供給される空気とによって前記第２の基板搬送室の前記内部が前記外部に対して陽圧とされることが好ましい。

本発明によれば、基板を収容する容器と基板に処理を施す基板処理部との間で基板を搬送する基板搬送部が窒素雰囲気に保持されると共に、基板搬送部の外部に漏れ出す窒素ガスを送風装置による空気の流れにより拡散、対流させる。これにより、基板搬送部の外部近傍における酸素濃度の低下を防止して、基板搬送部の外部近傍を大気雰囲気と同等の環境とすることができ、よって、作業者に酸欠の危険性が及ぶことを回避することができる。

このとき、送風装置として、空気の流れをコアンダ効果によって生じさせることで、基板搬送部の外部に漏れ出す窒素ガスに拡散、対流をより効果的に生じさせることができ、また、基板搬送部の下部へも十分な空気を送ることができるため、基板搬送部の下部から漏れ出す窒素ガスをも十分に拡散、対流させて、酸素濃度の低下を抑制することができる。また、コアンダ効果を利用した空気の流れを形成するためのブレード部の形状は、基板搬送部の外形に適合させることが容易であるという利点と、送風装置は基板搬送部の外部に取り付けられるために既存の基板処理装置への適用も容易であるという利点を有する。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。 図１の基板処理装置の外観斜視図である。 図１の基板処理装置が備える送風装置の一部切り欠き斜視断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、基板として半導体ウエハ（ウエハ）を取り上げ、ウエハに対して真空雰囲気下で行われる処理の一例であるプラズマ処理を施す基板処理装置を取り上げる。

図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１０の概略構成を示す平面図である。基板処理装置１０は、ウエハＷを枚葉で（１枚ずつ）プラズマ処理を施すように構成されている。詳しくは、基板処理装置１０は、平面視略五角形状のトランスファモジュール１１（基板搬送室）と、トランスファモジュール１１の周りに放射状に配置されてトランスファモジュール１１に接続された６つのプロセスモジュール１２（基板処理室）と、トランスファモジュール１１に対向して配置されたローダーモジュール１３と、トランスファモジュール１１及びローダーモジュール１３の間に介在する２つのロードロックモジュール（中間搬送室）１４とを備える。

プロセスモジュール１２は真空チャンバを有し、真空チャンバの内部にはウエハＷを載置する載置台としての円柱状のステージ１５が設けられている。プロセスモジュール１２では、ステージ１５にウエハＷが載置された後に、真空チャンバ内を所定の真空度とし、処理ガスを導入すると共に真空チャンバ内に高周波電力を印加してプラズマを生成し、生成したプラズマによってウエハＷにエッチング処理等のプラズマ処理を施す。プロセスモジュール１２とトランスファモジュール１１とは、開閉自在なゲートバルブ１６で仕切られる。

プロセスモジュール１２が備えるステージ１５には、ステージ１５の上面から突出自在に、複数（ここでは３本とする）の細棒状の昇降ピン１５ａが設けられている。これらの昇降ピン１５ａは、平面視において同一円周上に配置されており、ステージ１５の上面から突出することによってステージ１５に載置されたウエハＷを支持して持ち上げ、また、ステージ１５内へ退出することによって支持したウエハＷをステージ１５へ載置する。

トランスファモジュール１１は、真空（減圧）雰囲気に維持されており、その内部には、２つのスカラアームタイプの２本の搬送アーム１７ａを有する第１の搬送装置１７が配置されている。２本の搬送アーム１７ａはそれぞれ、旋回自在かつ伸縮自在に構成されており、その先端にはウエハＷが載置される載置部としてのフォーク（エンドエフェクタ）１７ｂが取り付けられている。第１の搬送装置１７は、トランスファモジュール１１内に設けられた不図示のガイドレールに沿って移動自在であり、各プロセスモジュール１２及び各ロードロックモジュール１４の間でウエハＷを搬送する。

ロードロックモジュール１４は、真空雰囲気と窒素雰囲気とに切り換え可能な内圧可変室として構成されている。ロードロックモジュール１４のトランスファモジュール１１側には、ロードロックモジュール１４におけるトランスファモジュール１１側のウエハ搬入出口を開閉するゲートバルブ１９が設けられている。また、ロードロックモジュール１４のローダーモジュール１３側には、ロードロックモジュール１４におけるローダーモジュール１３側のウエハ搬入出口を開閉する不図示のゲートバルブが設けられている。ロードロックモジュール１４の内部には、ウエハＷを載置する載置台としての円柱状のステージ１８が配置されており、ステージ１８には、昇降ピン１５ａと同等の昇降ピン１８ａが、ステージ１８の上面から突出自在に設けられている。

ロードロックモジュール１４は、ウエハＷをローダーモジュール１３からトランスファモジュール１１へ搬送する際には、先ず、内部に窒素ガスが供給されてローダーモジュール１３と同等の圧力に維持され、ローダーモジュール１３からウエハＷを受け取る。次いで、内部が所定の真空度まで減圧されてトランスファモジュール１１へウエハＷを受け渡す。逆に、ウエハＷをトランスファモジュール１１からローダーモジュール１３へ搬送する際には、先ず、内部が真空に維持されてトランスファモジュール１１からウエハＷを受け取り、次いで、内部に窒素ガスが供給されてローダーモジュール１３と同様の圧力へと昇圧され、ローダーモジュール１３へウエハＷを受け渡す。

ローダーモジュール１３は、直方体形状の室（図２参照）として構成されており、長手方向の一方の側面にロードロックモジュール１４が接続され、長手方向の他方の側面には、複数のウエハＷを収容する容器である不図示のフープを載置するための複数（ここでは３つ）のフープ載置台２１が接続されている。フープは、その内部に窒素ガスが充填された状態で保持することができる。

ローダーモジュール１３の天井部には、窒素ガス供給部２３（図１に不図示、図２参照）が設けられている。ローダーモジュール１３の内部は、窒素ガス供給部２３から供給される窒素ガスによって、基板処理装置１０の外部よりも若干陽圧の窒素雰囲気に保持されている。これにより、基板処理装置１０の外部からローダーモジュール１３の内部への空気とパーティクルの侵入を防止している。

ローダーモジュール１３の内部には、ウエハＷを搬送する第２の搬送装置２０が配置されており、第２の搬送装置２０は、スカラアームタイプの搬送アーム２０ａを有する。搬送アーム２０ａは、不図示のガイドレールに沿って移動自在であり、また、旋回自在かつ伸縮自在に構成されている。第１の搬送装置１７と同様に、搬送アーム２０ａの先端にはウエハＷを載置するためのフォーク２０ｂが取り付けられている。ローダーモジュール１３では、第２の搬送装置２０が、フープ載置台２１に載置されたフープと各ロードロックモジュール１４との間でウエハＷを搬送する。基板処理装置１０の運転制御は、制御装置２２によって行われる。

基板処理装置１０では、ロードロックモジュール１４の内部を窒素雰囲気に保持することができ、また、ローダーモジュール１３の内部が窒素雰囲気に保持されており、フープには窒素ガスを充填することが可能となっているため、プロセスモジュール１２で処理されたウエハＷを空気に触れさせることなくフープへ搬送することができる。同様に、フープの内部が窒素ガスで充填されている場合には、ウエハＷを空気に触れさせることなく、フープからプロセスモジュール１２へ搬送することができる。

したがって、例えば、６つのプロセスモジュール１２のうちの１つのプロセスモジュールで処理されたウエハＷを次の処理を行うために別のプロセスモジュールへ搬送する必要があり、しかも、ウエハＷを次の処理前までの間に空気に触れさせたくない処理を行う場合に、次の処理を行うプロセスモジュールの全てが稼働中であれば、一旦、ウエハＷをフープへ戻すことにより、そのウエハＷが搬出されたプロセスモジュールでは次のウエハＷを搬入して処理を行うことが可能になる。こうして、空気（酸素、水分等）に触れさせたくないウエハＷの処理を効率的に進めることができ、基板処理装置１０のスループットを高く維持することができる。

また、２台の基板処理装置１０の一方で所定の処理を行ったウエハＷに対して、他方で次の処理を行う構成が採られている場合において、ウエハＷを前の処理の処理後から次の処理の処理前までの間に空気に触れさせたくない場合にも、一方の基板処理装置１０のプロセスモジュール１２で処理されたウエハＷを空気に触れさせることなく、別の基板処理装置１０のプロセスモジュール１２へ搬送することが可能となる。

図２は、基板処理装置１０の外観斜視図である。前述の通り、ローダーモジュール１３の内部は、基板処理装置１０の外部の大気圧よりも若干陽圧の窒素雰囲気に保持されている。一方、ローダーモジュール１３の外装は、不図示のフレームに複数のパネル部材３０がネジ止め等されて取り付けられて構成されており、フレームとパネル部材３０との接触面には不図示のゴム材等のシール部材が適所に配置されている。

しかし、ローダーモジュール１３の外装を隙間なく構成することは難しい。そのため、そのままでは、パネル部材３０の継ぎ目等を通じて、ローダーモジュール１３の内部から窒素ガスが外部へ流出することにより、ローダーモジュール１３の外周部では酸素濃度が低下してしまい、作業者に酸欠の危険が及ぶ可能性がある。

そこで、基板処理装置１０では、ローダーモジュール１３の外側上部の側面に沿って環状の送風装置４０を配置し、ローダーモジュール１３の側面に沿った空気の流れを生成させることにより、ローダーモジュール１３から漏れ出す窒素ガスを空気の流れにより拡散、対流させて、ローダーモジュール１３の外周部での酸素濃度の低下を抑制（通常の大気の酸素濃度である約２１％を維持）することにより、作業者の安全を確保している。

図３は、ローダーモジュール１３と送風装置４０の一部切り欠き斜視断面図である。送風装置４０は、環状のブレード部４１と、ブレード部４１の内部へ空気を取り込むファン４２とを有する。ブレード部４１は、ローダーモジュール１３の側壁を構成するパネル部材３０とブレード部４１との間に一定幅の空間Ｓが形成されるように、取り付け金具４４により取り付けられている。ブレード部４１の内部には、ヒータ４３が配置されている。

ブレード部４１は、コアンダ効果を利用し、ファン４２から取り込まれた空気をローダーモジュール１３の側壁に沿って吹き出すことができる形状に設計されている。なお、ファン４２には、プロペラファンを用いることができるが、これに限定されず、空気を取り込むことができれば、どのような構成のものであっても構わない。

送風装置４０では、コアンダ効果を利用して空気の流れを形成することにより、ファン４２から取り込んだ空気を効率よくローダーモジュール１３の側壁に沿って流すことができる。また、ブレード部４１から排出される空気の流れに、ローダーモジュール１３の側壁を構成するパネル部材３０とブレード部４１との間に設けられた空間Ｓから空気が引き込まれ、これにより、より大量の空気による空気の流れを形成することができる。

こうして生成した空気の流れは、ローダーモジュール１３の外装を形成するパネル部材３０の継ぎ目等から漏れ出す窒素ガスを拡散させると同時に対流させる。このとき、送風装置４０が配置されている近傍のみならず、ローダーモジュール１３の下部から外部に漏れる窒素ガスに対しても十分に空気の流れによる拡散と対流を生じさせることができる。よって、パネル部材３０の継ぎ目等の窒素ガスが漏れ出す部位の周囲を含むローダーモジュール１３の外周近傍の酸素濃度を速やかに通常の空気の酸素濃度とすることができ、これにより、作業者に酸欠の危険が及ぶことを回避することができる。

ブレード部４１の内部には、ヒータ４３を配置し、取り入れた空気を暖めて排出する構成とすることも好ましく、空気を膨張させて排出することにより、ブレード部４１から排出される空気の流れの流速が上がるため、ローダーモジュール１３の側壁を構成するパネル部材３０とブレード部４１との間に設けられた空間Ｓから取り込まれる空気量も増え、これにより、ローダーモジュール１３から外部へ漏れ出す窒素ガスを拡散、対流させる効果を高めることができる。

なお、送風装置４０は、既存の基板処理装置１０のローダーモジュール１３に対して取り付けが可能であり、また、ローダーモジュール１３のように平面で構成される外観部に対する形状設計、レイアウトが容易であるという利点も有する。

図２に示すように、ローダーモジュール１３の外装を構成するパネル部材３０やフープ載置台２１等の複数箇所に酸素濃度センサ４５を配置して、酸素濃度の変化をモニタする構成とすることも好ましい。このとき、酸素濃度センサ４５による酸素濃度の検知結果をパイロットランプ４６において赤（酸素濃度低下：危険）、黄（酸素濃度若干低下：注意）、青（酸素濃度正常：安全）で作業者に視認することができる構成とすることが好ましい。また、パイロットランプ４６が青から黄に変わったときには、音による警報を発する構成とすることが好ましく、これにより作業者に注意を喚起することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、ローダーモジュール１３の外周を囲むように送風装置４０を配置しているが、例えば、パネル部材の継ぎ目の少ないフロント側となるフープ載置台２１側や作業員が通常は立ち入らない背面側となるロードロックモジュール１４側の一部を切り欠く構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、ローダーモジュール１３の内部に窒素ガスを供給する構成について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、ＦＦＵによりローダーモジュール１３の内部に空気を供給する従来の構成に対してローダーモジュール１３の内部に窒素ガスを供給可能な構成を付加し（空気と窒素ガスとを混合して酸素濃度を低下させたガスをＦＦＵから供給する形態を含む）、ローダーモジュール１３の内部の酸素濃度を空気における酸素濃度よりも低下させた状態で、ローダーモジュール１３の内部を外部に対して陽圧に保持する構成とし、更に、上記実施の形態で説明した送風装置４０を取り付けた構成としてもよい。このような構成は、既存の基板処理装置の簡単な改造によって実現することができる利点があり、ウエハＷを完全に酸素から遮断する必要はないが、できるだけ酸素に晒されないようにしたい場合等に有用である。なお、このような構成とした場合、ロードロックモジュール１４には、ローダーモジュール１３と連通させる際に、ローダーモジュール１３の内部に供給するガスと同じ組成のガス又は窒素ガスが供給される構成とすることができる。

更に、上記の実施の形態では、基板処理装置としてプラズマ処理装置を取り上げたが、本発明はこれに限られない。例えば、基板に対して成膜処理を行う成膜装置において膜形成後にベーク処理（加熱処理）を行う場合に、基板が所定温度に下がるまでの一定時間の間は空気に触れさせたくないが、基板はプロセスモジュールから搬出してフープに戻しておきたい用途に、本発明の基板処理装置の構成は有効である。また、上記実施の形態では、基板として半導体ウエハを取り上げたが、本発明はこれに限定されず、基板はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板或いはセラミックス基板等であってもよい。

本出願は、２０１３年３月２７日に出願された日本出願第２０１３−０６６１０５号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本出願に記載された全内容を本出願に援用する。

１０ 基板処理装置
１２ プロセスモジュール
１３ ローダーモジュール
１４ ロードロックモジュール
２３ 窒素ガス供給部
４０ 送風装置
４１ ブレード部
４２ ファン
４３ ヒータ

Claims (9)

1. 複数枚の基板を収容する容器と、
   前記容器から取り出された基板を収容するチャンバを有し、前記チャンバに収容された基板に対して所定の処理を施す基板処理部と、
   前記容器と前記基板処理部との間で基板を搬送する基板搬送手段が配置される基板搬送部と、
   前記基板搬送部の内部が外部に対して陽圧となるように前記基板搬送部の内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
   前記基板搬送部の外側上部に配置され、前記基板搬送部の外側側面に沿った空気の流れを生成させる送風装置とを備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記送風装置は、
   コアンダ効果により前記空気の流れを形成するブレード部と、
   前記ブレード部の内部に空気を取り込むファンと、を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記送風装置は、加熱された空気が前記ブレード部から吹き出されるように前記ブレード部の内部に前記ファンにより取り入れた空気を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記ブレード部と前記基板搬送部の前記外側側面との間に所定の間隔を有する空間部が設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
5. 前記基板搬送部の前記外側側面に配置された酸素濃度センサをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
6. 前記基板搬送部の前記内部に空気を供給する空気供給部をさらに具備し、
   前記窒素ガス供給部により供給される窒素ガスと前記空気供給部により供給される空気とによって前記基板搬送部の前記内部が外部に対して陽圧とされることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
7. 前記容器の内部が窒素により充填されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
8. 複数枚の基板を収容する容器と、
   前記容器から取り出された基板を収容する真空チャンバを有し、前記真空チャンバに収容された基板に対して所定の処理を施す基板処理部と、
   前記容器から取り出された基板と前記基板処理部で処理された基板を収容可能であり、窒素雰囲気と真空雰囲気とを切り替え可能に構成された中間搬送室と、
   真空雰囲気に保持され、前記基板処理部と前記中間搬送室との間で前記基板を搬送する第１の基板搬送装置が配置された第１の基板搬送室と、
   前記容器と前記中間搬送室との間で前記基板を搬送する第２の基板搬送装置が配置された第２の基板搬送室と、
   前記第２の基板搬送室の内部を外部よりも陽圧の窒素雰囲気に保持するように前記第２の基板搬送室の前記内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
   前記第２の基板搬送室の外側上部に配置され、前記第２の基板搬送室の外側側面に沿った空気の流れを生成させる送風装置とを備え、
   前記送風装置は、
   コアンダ効果により前記空気の流れを形成するブレード部と、
   前記ブレード部の内部に空気を取り込むファンとを有することを特徴とする基板処理装置。
9. 前記第２の基板搬送室の前記内部に空気を供給する空気供給部をさらに具備し、
   前記窒素ガス供給部により供給される窒素ガスと前記空気供給部により供給される空気とによって前記第２の基板搬送室の前記内部が前記外部に対して陽圧とされることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。

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