JP6817757B2 - 基板処理装置及び基板移送方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置及び基板移送方法に関する。
従来から、基板保管器が基板保管器仮棚に受載された状態で、基板保管器内に不活性ガスを給排する基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の基板処理装置は、密閉式基板保管器の底板に不活性ガス流入ポートと基板保管器内雰囲気流出ポートが設けられ、基板保管器棚に不活性ガス供給ポートと基板保管器内雰囲気排出ポートが設けられ、不活性ガス流入ポートと不活性ガス供給ポートが嵌合可能であり、基板保管器内雰囲気流出ポートと基板保管器内雰囲気排出ポートが嵌合可能に構成されている。そして、不活性ガス供給ポートに不活性ガス供給源が接続され、更に不活性ガス流入ポート、基板保管器内雰囲気流出ポートに開閉弁が設けられ、不活性ガス供給ポートと不活性ガス供給源との間の配管に電磁弁が設けられ、基板保管器が基板保管器仮棚に載置されることで開閉弁、電磁弁がそれぞれ開放される構成となっている。
特許文献１によれば、かかる構成により、基板保管器が基板保管器仮棚に受載されている状態で、基板保管器内部に不活性ガスが供給されることから、基板保管器を装置内に保管している状態で基板に自然酸化膜が生成するのが抑制され、又基板保管器搬送中の基板の自然酸化を防止する為に行われる基板保管器内部に不活性ガスを充填する工程が省略でき、基板保管器搬入搬出時間が短縮されると述べられている。
特開２０００−３４０６４１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、基板保管器内の酸素濃度及び湿度をいかにして管理するかについて何ら考慮されていない。このため、基板保管器から基板を取り出して基板移載室内に移載する際、基板保管器を基板移載室の壁面に密着させた状態で基板保管器を開放するが、基板保管器内の酸素濃度が十分に低下していない場合には、基板移載室内に酸素を混入させるおそれがある。また、そのような酸素の混入を防ぐため、基板保管器内の酸素濃度を十分低くするために基板保管器を基板保管器仮棚に長時間載置すると、生産性が低下するおそれがある。
一方、基板保管器内の酸素濃度を適切に管理しようとして、基板保管器内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置を導入すると、酸素測定に時間を要し、やはり生産性を低下させてしまうおそれがある。
そこで、本発明は、生産性を低下させること無く基板保管器内の酸素濃度を適切に管理できる基板処理装置及び基板移送方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理装置は、第１の酸素濃度を有し、基板を露出させた状態で搬送可能な基板搬送領域と、
該基板搬送領域に隔壁を介して隣接して設けられるとともに、前記第１の酸素濃度よりも高い第２の酸素濃度を有し、前記基板を基板保管器内に保持した状態で搬送可能な基板保管器搬送領域と、
該基板保管器搬送領域内に設けられ、前記基板保管器を一時的に保管可能な基板保管器保管棚と、
該基板保管器保管棚に保管された前記基板保管器の内部にパージガスを供給可能な第１のパージガス供給手段と、
該第１のパージガス供給手段から前記基板保管器の内部に供給された前記パージガスの積算流量を取得する積算流量取得手段と、
前記基板保管器搬送領域内で前記基板保管器を搬送可能な搬送手段と、
前記基板保管器搬送領域内の前記隔壁と隣接した所定箇所に設けられ、前記基板保管器を前記基板搬送領域に移送するために載置する移送載置部と、
前記移送載置部に載置された前記基板保管器の内部にパージガスを供給可能な第２のパージガス供給手段と、
前記移送載置部に載置された前記基板保管器を前記隔壁に密着させた状態で前記基板保管器を開放し、前記基板を前記基板搬送領域内に移送する基板移送手段と、
予め設定された前記基板保管器内の所定の酸素濃度初期値と、前記積算流量取得手段により取得された前記パージガスの積算流量と、前記第１のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給停止時間及び前記基板保管器の前記基板保管器保管棚から前記基板搬送領域への移動時間中の前記パージガスの供給が無い時間とに基づいて前記移送載置部に載置された前記基板保管器の内部の酸素濃度を推定し、該酸素濃度が所定の閾値以下の場合には、前記基板移送手段に前記基板を前記基板搬送領域に移送させ、前記酸素濃度が前記所定の閾値を超えている場合には、前記第２のパージガス供給手段に前記基板保管器の内部に前記パージガスを供給させ、前記基板保管器の内部の前記酸素濃度が前記所定の閾値以下になってから前記基板移送手段に前記基板を前記基板搬送領域に移送させる制御手段と、を有し、
前記制御手段は、取得した前記積算流量に基づいて、前記基板保管器保管棚に保管された前記基板保管器の内部の前記酸素濃度が所定の第２の閾値に到達したと判定したときに、前記第１のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給を停止させる制御を行い、
前記第２の閾値は、予め測定した前記パージガスの供給を継続しても酸素濃度がそれ以上低下しない限界値に設定されている。
本発明によれば、生産性を低下させることなく基板保管器内の酸素濃度を適切に管理することができる。
本発明の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示した縦断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の基板保管器仮棚の構成の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置のＦＩＭＳポートの構成の一例を示した図である。 基板搬送領域の酸素濃度に影響を与えない基板保管器内の酸素濃度の一例を示した図である。 ＦＩＭＳポートにおけるパージガス供給時の酸素置換特性の一例を示した図である。 基板保管器仮棚におけるパージガス供給時の酸素置換特性の一例を示した図である。 基板保管器仮棚におけるパージガス供給時の酸素置濃度保持特性の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る基板移送方法の一例を示したフロー図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示した縦断面図である。図１においては、基板処理装置は、縦長の処理容器を有し、基板を熱処理する縦型熱処理装置として構成されているが、本発明の基板処理装置は、他の基板処理を行う基板処理装置にも適用可能である。本実施形態においては、基板処理装置の一例として、縦型熱処理装置として構成された例を挙げて説明する。
図１に示されるように、縦型熱処理装置１００は、基板保管器２と、ロードポート３、４と、基板保管器仮棚５と、ＦＩＭＳ（Front-opening Interface Mechanical Standard）ポート８と、基板支持具６と、熱処理炉７とを備える。また、縦型熱処理装置１００は、全体が筐体９で囲まれ、基板Ｗが基板保管器２に収納された状態で搬送される基板保管器搬送領域１７と、基板Ｗが露出した状態で搬送される基板搬送領域１０とを有する。
基板保管器２は、基板Ｗを収納し、運搬するための収納容器（又は運搬容器）である。基板保管器２は、基板Ｗを複数枚収納することができ、例えば、２５枚の基板Ｗを収納可能に構成されてもよい。より詳細には、基板保管器２は、容器本体内に複数枚の基板を水平状態で上下方向に所定間隔で多段に収納可能で、容器本体の前面に図示しない蓋を着脱可能に備えた密閉型運搬容器とされている。基板保管器２は、ＯＨＴ（天井走行型搬送装置）、ＡＧＶやＲＧＶ（床走行型搬送装置）、ＰＧＶ（手押し型搬送装置）或いは作業員により運搬される。なお、基板保管器２は、基板Ｗを密閉収納して搬送可能な限り、種々の構成を有してよいが、本実施形態では、基板保管器２がＦＯＵＰ(Front Opening Unified Pod)として構成された例を挙げて説明する。ＦＯＵＰは、前面に密閉的に開閉可能な蓋を備え、蓋を外すことにより前面から基板Ｗの出し入れを行う形式の基板保管器である。
ロードポート３、４は、基板Ｗを収納した基板保管器２を縦型熱処理装置１００内に搬入（投入）及び搬出（払出し）するための箇所であり、ロードポート３、４に基板保管器２が載置され、基板保管器の搬入及び搬出が行われる。
基板保管器仮棚５は、ロードポート３、４から搬入された複数の基板保管器２、基板保管器搬送領域１７内に保管するために設けられた保管棚である。
基板支持具６は、複数枚の基板Ｗを多段に保持する基板保持具である。保持可能な基板Ｗの枚数は、例えば、７５〜１５０枚程度の多数枚である。
熱処理炉７は、複数枚の基板Ｗを保持した基板支持具６を収容し、基板Ｗに所定の熱処理を施すための処理手段である。熱処理により、例えば、基板Ｗの表面上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer deposition）等の成膜を行う。
ＦＩＭＳポート８は、基板保管器２から基板Ｗを基板搬送領域１０に移送するための移送手段であり、例えば、基板保管器２と基板支持具６との間で、基板Ｗの移載を行う。
上述のように、縦型熱処理装置１００は、外郭を形成する筐体９を有し、この筐体９内の後部上方に熱処理炉７が設置される。熱処理炉７の下方には基板支持具６を熱処理炉７内に搬入（ロード）したり、熱処理炉７から搬出（アンロード）したり、或いはボート６とＦＩＭＳポート８上の基板保管器２との間で基板Ｗの移載を行うための作業領域である基板搬送領域１０が設けられている。熱処理炉７は、下部が炉口１１ａとして開口された縦長の処理容器例えば石英製の反応管１１と、この反応管１１の炉口（開口部）１１ａを下方から開閉可能に密閉する昇降可能な蓋体１２と、反応管１１の周囲を覆うように設けられ、反応管１１内を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な加熱機構である抵抗発熱体からなるヒータ１３とから主に構成されている。
筐体９内には、熱処理炉７を構成する反応管１１やヒータ１３を設置するための例えばＳＵＳ製のベースプレート１４が水平に設けられている。ベースプレート１４には反応管１１を下方から上方に挿入するための図示しない開口部が形成されている。反応管１１の下端部には外向きのフランジ部が形成され、このフランジ部をフランジ保持部材にてベースプレート１４に保持することにより、反応管１１がベースプレート１４の開口部を下方から上方に挿通された状態に設置されている。反応管１１には反応管１１内に処理ガスやパージ用の不活性ガス（例えばＮ２）を導入する複数のガス導入管や反応管１１内を減圧制御可能な真空ポンプや圧力制御弁等を有する排気管が接続されている（図示省略）。
基板搬送領域１０には熱処理炉７内へのボート６の搬入、搬出を行うべく蓋体１２を昇降させるための昇降機構１５が設けられている。蓋体１２の下部には基板支持具６を回転させるための回転機構が設けられている。基板支持具６は、例えば石英製である。図示例の基板支持具６は、大口径例えば直径３００ｍｍの基板Ｗを水平状態で上下方向に所定間隔で多段に支持するボート本体６ａと、このボート本体６ａを水平回転させるための前記回転機構の回転軸に連結された脚部６ｂとを備えている。蓋体１２には図示しない炉口加熱機構または保温筒が設けられている。
基板搬送領域１０には、アンロードにより開放された炉口１１ａを遮蔽（遮熱）するための図示しないシャッター機構と、アンロードされた基板支持具６とＦＩＭＳポート８上の基板保管器２との間で基板Ｗの移載を行う移載機構１６とが設けられている。筐体９内の前部には基板保管器の搬送及び保管を行う基板保管器搬送領域１７が設けられ、基板保管器搬送領域１７内の下方にＦＩＭＳポート８が設けられ、筐体９内には基板搬送領域１０と基板保管器搬送領域１７とを仕切る隔壁１８が設けられている。
ＦＩＭＳポート８は、基板保管器２を載置する載置台８ａと、基板保管器２の容器本体前面周縁部を隔壁１８に密着させた状態に基板保管器２を固定する固定機構と、基板保管器２内と基板搬送領域１０内とを連通する開口部（図示せず）と、この開口部を基板搬送領域１０側から密閉する開閉可能な扉機構１９と、基板保管器２の蓋を開閉する蓋開閉機構とを備えている（図示省略）。図１においては示されていないが、ＦＩＭＳポート８を左右に２つ設け、基板保管器２を２個載置可能に構成してもよい。
基板保管器搬送領域１７内の後方には、基板保管器仮棚５が設けられている。図示例では、基板保管器仮棚５は上段、中段、下段の３段の載置棚５ａ，５ｂ，５ｃを有し、それぞれに基板保管器２を左右２個ずつ載置して保管可能になっている。基板保管器搬送領域１７内にはロードポート３，４と、基板保管器仮棚５と、ＦＩＭＳポート８と、後述の第２保管部２０との間で基板保管器２の搬送、移載を行う基板保管器トランスファ（搬送機構）２１が設けられている。
ロードポート３、４は筐体９の前面部（装置の前面部）に上段と下段に２段（上下２段）設けられている。上段のロードポート３は、基板保管器２を載置する載置台３ａと、基板保管器２を基板保管器搬送領域１７内に搬入搬出するための開口部３ｂとを備えている。上段のロードポート３への基板保管器２の搬送ないし上段のロードポート３からの基板保管器２の搬出は天井走行型搬送装置により行われるようになっている。下段のロードポート４は、基板保管器２を載置する台４ａと、基板保管器２を基板保管器搬送領域１７内に搬入搬出するための開口部４ｂとを備えている。下段のロードポート４への基板保管器２の搬送ないし下段のロードポート４からの基板保管器２の搬出は床面走行型搬送装置又は作業員により行われるようになっている。上段と下段のロードポート３，４には、左右に２個ずつ基板保管器２が載置可能になっている。
上段と下段のロードポート３、４間にも、基板保管器２を収納、保管する基板保管器仮棚２０が設けられている。この基板保管器仮棚２０は上段と下段のロードポート３，４間のスペースを利用して基板保管器２を収納載置可能になっている。筐体９の前面部である上下のロードポート３，４間の正面壁部には当該縦型熱処理装置１の各種制御例えば基板保管器の搬送制御、基板の移載制御、熱処理のプロセス制御等を行う制御部２２の入出力表示部例えばタッチパネル式表示装置２３を設けることが可能である。
なお、制御部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを備えたコンピュータとして構成される。制御部２２のメモリ内には、後述の基板処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、装置の各種動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等の記憶媒体である記憶部２４から制御部２２内にインストールされる。
図１においては、制御部２２の内部構成のブロック図も併せて示されている。制御部２２は、時間を計測する時間計測部２２ａと、パージガスの積算流量を計算する積算流量算出部２２ｂとを含む。なお、これらの機能については後述する。
次に、基板保管器仮棚５、２０の構成及び機能についてより詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の基板保管器仮棚５ａの構成の一例を示した図である。なお、図２においては、基板保管器仮棚５ａを例に挙げて説明するが、他の基板保管器仮棚５ｂ、５ｃ、２０も同様に構成される。
基板保管器仮棚５ａは、棚状に構成され、上面にＦＯＵＰ等の基板保管器２を載置することにより、基板保管器２の一時的な保管が可能に構成される。基板保管器仮棚５ａは、パージガス供給管５１と、供給管５２とを備える。また、基板保管器仮棚５ａは、必要に応じて、基板保管器検知スイッチ５３と、フィルタ５４と、制御弁５５と、流量制御器５６と、パージガス供給源５７と、真空ポンプ５８と、圧力計５９とを備える。
パージガス供給管５１は、パージガスを基板保管器２の内部に供給するための手段である。基板保管器２には、基板保管器仮棚５ａ上に載置されたときに、内部にパージガスの供給が可能なように、底面に２つの連通口２ａ、２ｂが設けられている。パージガス供給管５１は、基板保管器２が基板保管器仮棚５ａ上に載置されたときに、上端の供給口５１ａが一方の連通口２ａと連通する位置に設けられており、排気管５２は、上端の排気口５２ａが基板保管器２の他方の連通口２ｂと連通する位置に設けられる。よって、基板保管器２が基板保管器仮棚５ａに保管されたときには、基板保管器２の内部にパージガスの供給が可能な状態となるように構成されている。なお、パージガス供給管５１及び供給管５２は、例えば、基板保管器仮棚５ａを貫通するようにして形成される。
基板保管器検知スイッチ５３は、基板保管器仮棚５ａ上に基板保管器２が載置（保管）されたことを検出するための保管検出手段である。例えば、基板保管器検知スイッチ５３の上に基板保管器２が載置されたら、基板保管器検知スイッチ５３がオンとなり、基板保管器２の保管を検出する。基板保管器検知スイッチ５３の検知信号は、上述の制御部２２に送られる。
制御部２２は、基板保管器検知スイッチ５３からのオン信号を受信したら、パージガス供給管５１にパージガスを供給する制御を行う。具体的には、制御弁５５を開にし、流量調整器５６で供給流量を調整する。パージガス供給管５１を介して、パージガス供給源５７からパージガスが基板保管器２の内部に供給される。その際、フィルタ５４を介してパージガスは清浄化された状態で供給される。なお、パージガスは、希ガスを含む不活性ガス等が用いられるが、ここでは、窒素ガスを用いた例を挙げて説明する。
基板保管器２の内部への窒素ガスの供給により、基板保管器２の内部の酸素が窒素と置換され、酸素濃度が低下してゆく。なお、置換された酸素ガスは、排気口５２ａａから排気５２に排気される。排気管５２の下流側には、真空ポンプ５８等の排気手段が接続される。また、必要に応じて、排気管５２に圧力計５９を設け、基板保管器２内の圧力を測定するようにしてもよい。また、排気管５２に制御弁（図示せず）を設けるようにしてもよい。このように、パージガスの供給により、基板保管器２の内部の酸素をパージガスで置換し、基板保管器２の内部の酸素濃度を低下させることができる。
ここで、制御部２２が、流量調整器３０の設定流量を把握し、かつ、パージガスを基板保管器２に供給している時間を計測していれば、基板保管器２の内部に供給した積算流量を計算することができる。時間計測は、制御部２２の時間計測部２２ａで行い、積算流量の算出は、積算流量算出部２２ｂで行うことができる。時間計測部２２ａは、単なるタイマ等で十分であるし、積算流量算出部２２ｂの演算も、流量調整器３０の流量に積算時間を乗ずるだけであるので、容易に算出することができる。
パージガスの供給は、基板保管器２が基板保管器仮棚５ａ上に保管されている限り継続してもよいし、基板保管器２の内部の酸素濃度が、所定の閾値以下になったら、供給を停止することもできる。このような具体的な制御方法の詳細については後述することとし、次に、ＦＩＭＳポートの構成について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る基板処理装置のＦＩＭＳポート８の構成の一例を示した図である。ＦＩＭＳポート８は、基板保管器２を載置台８ａの上に載置したときに、図示しない固定機構により基板保管器２の前面を開閉扉１９に密着固定し、基板Ｗを基板搬送領域１０内に移送可能な状態とする。その状態で、図示しない開閉機構が開閉扉１９を開放し、移載機構１６が基板保管器２の中に収納された基板Ｗを基板搬送領域１０内の基板支持具６に移載することにより、外気の侵入を防ぎつつ基板保管器２内の基板Ｗを基板搬送領域１０内に移送する。
移送の際、基板保管器２の内部は基板搬送領域１０と連通するので、基板保管器２内の酸素濃度は、所定の閾値以下に設定する必要がある。酸素濃度が高くなると、基板Ｗの表面に自然酸化膜が形成されてしまい、そのまま基板処理を施すことができなくなるので、酸素濃度を所定値以下とすることは、プロセス管理上重要である。基板搬送領域１０は、基板Ｗを露出させて搬送させる領域であるので、酸素濃度も非常に低く設定されている。一方、基板保管器２の内部は、当然に基板Ｗの表面に自然酸化膜が発生しない酸素濃度には保たれているが、基板搬送領域１０の酸素濃度よりは高くても許容される。但し、基板Ｗを移送する際、基板保管器２との連通により、基板搬送領域１０の酸素濃度が増加してしまうようでは、プロセスに影響を与えてしまうので、基板Ｗの移送前に、酸素とパージガスを置換させ。酸素濃度を所定の閾値以下に低下させることが必要である。そのような酸素置換機能をＦＩＭＳポート８は備える。
具体的には、ＦＩＭＳポートは、パージガス供給管８１と、供給管８２とを備える。また、ＦＩＭＳポート８は、必要に応じて、基板保管器検知スイッチ８３と、フィルタ８４と、制御弁８５と、流量制御器８６と、パージガス供給源８７と、真空ポンプ８８と、圧力計８９とを備える。これらの構成要素は、基板保管器仮棚５ａに備えられたパージガス供給管５１と、供給管５２と、基板保管器検知スイッチ５３と、フィルタ５４と、制御弁５５と、流量制御器５６と、パージガス供給源５７と、真空ポンプ５８と、圧力計５９と同様であり、これらに対応している。よって、これらの機能の詳細な説明は省略するが、基板保管器検知スイッチ８３で基板保管器２の載置を検知して制御部２２に検知信号を送信し、制御部２２からの指令で制御弁８５が開とされ、流量調整器８６で流量を調整しつつパージガス供給源８７からのパージガスを、パージガス供給管８１を介してフィルタ８４で清浄化して基板保管器２の内部に供給する。これにより、基板保管器２の内部の酸素がパージガスと置換されるとともに、酸素及びパージガスが排気管８２を介して真空ポンプ８８により排気される。必要に応じて、圧力計８９により、基板保管器２の内部の圧力が測定される。排気管８２に制御弁（図示せず）を設けてもよい点も、基板保管器仮棚５ａと同様である。なお、パージガスは、基板保管器仮棚５、２０に用いるパージガスと同じパージガスを用いるようにし、例えば、窒素ガスが用いられる。そして、基板保管器２へのパージガスの積算流量は、制御部２２の積算流量算出部２２ｂにより算出される。
このように、ＦＩＭＳポート８も、基板保管器仮棚５、２０と同様の構成を有し、基板保管器２内の酸素濃度を低下させることができるとともに、制御部２２との協働により、基板保管器２の内部に供給した積算流量を把握できる構成とされている。
次に、このような基板保管器仮棚５、２０及びＦＩＭＳポート８を用いた基板移送の制御方法について説明する。本発明の実施形態に係る基板処理装置及び基板移送方法では、酸素濃度計を用いることなく、パージガスの積算流量、パージガスを供給しない時間を用いて、基板保管器２の内部の酸素濃度を算出（推定）し、酸素濃度の管理を行う。酸素濃度計を用いると、基板保管器２の内部の酸素を正確に測定することができるが、測定に時間を要するため、生産性を低下させてしまう。よって、本実施形態に係る基板処理装置及び基板移送方法では、ＦＩＭＳポート８及び基板保管器仮棚５、２０におけるパージガスと酸素の置換特性、基板保管器仮棚５、２０におけるパージガスを供給しない時間の酸素濃度保持特性等を予め計測しておき、これに基づいて基板保管器２の内部の酸素濃度を把握する。以下、具体的な内容について詳細に説明する。
図４は、基板保管器２から基板Ｗが基板搬送領域１０に移送されたときに、基板搬送領域の酸素濃度に影響を与えない基板保管器２内の酸素濃度の一例を示した図である。図３において、横軸は基板保管器２内の酸素濃度であり、縦軸は、基板搬送領域１０内の酸素濃度である。
図４に示されるように、基板保管器２内の酸素濃度が「Ａ」以下である場合には、基板搬送領域１０の酸素濃度は一定である。一方、基板保管器２内の酸素濃度が「Ａ」を超えると、基板搬送領域１０の酸素濃度も上昇する。つまり、基板搬送領域１０の酸素濃度に影響を与えてしまう。よって、基板保管器２を基板搬送領域１０内に移送する際、基板保管器２内の酸素濃度を「Ａ」以下とすれば、何ら基板搬送領域１０内の酸素濃度に影響を与えず、基板Ｗを移送することができる。なお、理解の容易のため、具体的な数字を例として挙げて説明すると、基板搬送領域１０の酸素濃度を５ｐｐｍとすれば、基板保管器２内の酸素濃度「Ａ」は１０００ｐｐｍ程度である。両者の数字の桁が大きく異なるが、基板保管器２の体積は基板搬送領域１０の体積に比較すると極めて小さいため、基板保管器２内の酸素濃度は、基板搬送領域１０の酸素濃度と同レベルまで低下させる必要は無く、それよりもはるかに高い濃度を目標値とすることができる。
図５は、ＦＩＭＳポート８におけるパージガス供給時の酸素置換特性の一例を示した図である。図５において、横軸は時間、縦軸は基板保管器２内の酸素濃度を示している。基板保管器２の内部を所定の高い酸素濃度（基板保管器２をロードポート３、４に搬入したときの濃度かそれ以上）に設定し、ＦＩＭＳポート８の載置台８ａ上に基板保管器２を載置し、パージガス供給管８１から基板保管器２の内部にパージガスを所定流量で供給する。供給を開始すると、パージガスと酸素が置換され、酸素濃度が徐々に低下し、ある段階で「Ａ」に達する。そして、その後もパージガスを供給し続けると、更に酸素濃度が低下する。この時の「Ａ」に達するまでの時間が、ＦＩＭＳポート８において、パージガスを所定流量で供給したときに、閾値「Ａ」に到達する時間Ｔ１である。よって、実際のプロセスにおいて、基板保管器２が基板保管器仮棚５、２０を経由することなくＦＩＭＳポート８に搬入された場合には、図５に示す事前計測と同じ流量でパージガスを時間Ｔ１の期間供給すれば、酸素濃度を閾値「Ａ」に到達させることができる。また、実際のプロセスで、異なる流量でパージガスを供給する場合であっても、積算流量が図５と同一となるようにすれば、実際の流量に応じた閾値「Ａ」に到達する時間を算出することができる。
また、最初の基板保管器２内の酸素濃度が図５の初期値よりも小さい場合にも、図５のグラフにおいて該当する酸素濃度の位置からパージガスの供給を開始すれば、閾値「Ａ」に到達するための積算流量を算出することができ、必要な積算流量分、パージガスを供給することにより、最小限の時間で閾値「Ａ」に到達させることができる。なお、実際のプロセスでは、安全サイドに立つ観点から、閾値「Ａ」よりも酸素濃度が低くなるまでパージガスを供給する設定としてもよいことは言うまでもない。図５の事前計測の結果を利用し、酸素計測を行うことなく、基板保管器２の内部の酸素濃度を管理することができる。
図６は、基板保管器仮棚５、２０におけるパージガス供給時の酸素置換特性の一例を示した図である。図６においても、横軸は時間であり、縦軸は基板保管器２内の酸素濃度である。図６に示す事前計測では、基板保管器２の内部を所定の高い酸素濃度（基板保管器２をロードポート３、４に搬入したときの濃度かそれ以上）に設定し、基板保管器仮棚５、２０上に基板保管器２を保管した状態で、パージガス供給管５１から所定流量でパージガスを基板保管器２の内部に供給する。パージガスの供給により、基板保管器２の内部の酸素濃度が徐々に低下し、時間Ｔ２で閾値「Ａ」に到達する。その後もパージガスの供給を継続すると、更に酸素濃度は低下し、これ以上は酸素濃度が低下しないという限界値まで酸素置換特性を計測する。基板保管器仮棚５、２０の場合、一般に、パージガスの供給流量がＦＩＭＳポート８よりも低い流量に設定されているため、そのレベルの流量では、これ以上酸素濃度は低下しないという限界が存在する場合が多い。事前計測は、実際のプロセス条件に近い条件で行うので、殆どの場合、限界値が存在する。よって、事前計測では、そのような限界値（限界酸素濃度）も測定しておく。これは、基板保管器２の内部の酸素濃度が限界値に達したときには、パージガスの供給を停止するという制御も可能とするためである。
図７は、基板保管器仮棚５、２０におけるパージガス供給時の酸素置濃度保持特性の一例を示した図である。図７においても、横軸は時間であり、縦軸は基板保管器２内の酸素濃度である。図７においては、図６で示した限界値に到達した段階から酸素の供給を停止し、基板保管器２の内部の酸素濃度がどのように変化するかの特性を計測する。パージガスの供給を停止すると、基板保管器２の内部の酸素濃度は徐々に増加し、時間Ｔ４で閾値「Ａ」に到達する。つまり、基板保管器仮棚５、２０に基板保管器２を保管し、基板保管器検知スイッチ５３がオンとなってからパージガスの供給を開始し、基板保管器２の内部に供給されたパージガスの積算流量から、基板保管器２の内部が限界値に到達したことを把握したら、パージガスの供給を停止する制御を行うようにしてもよい。それにより、無駄なパージガスの供給を行わず、コストを低下させることができる。しかしながら、パージガスの供給を停止すると、基板保管器２の内部の酸素濃度が増加するが、その変化は図７に示した特性の通りであるので、これを利用し、基板保管器２の内部の酸素濃度を算出することができる。
そして、基板保管器２をＦＩＭＳポート８に載置した際には、図７の特性を利用して基板保管器２内の酸素濃度を算出し、閾値「Ａ」以下であればそのまま基板搬送領域１０への移送が可能であるし、閾値「Ａ」を超えていれば、図５のＦＩＭＳポートの酸素置換特性を利用して閾値「Ａ」に到達するまでパージガスの供給を行い、閾値「Ａ」に到達した段階で基板搬送領域１０への移送を行うことができる。
このように、図５〜７に例示したＦＩＭＳポート８での酸素置換特性、基板保管器仮棚５、２０での酸素置換特性、及び基板保管器仮棚５、２０での酸素保持特性の事前計測結果を用いることにより、ＦＩＭＳポートでのパージガスの供給、基板保管器仮棚でのパージガスの供給と停止を適宜組み合わせて、基板保管器２の内部の酸素濃度を所定の閾値以下とすることができる。
このような図５〜７、又は図４〜７に示された特性は、制御部２２のメモリに記憶しておき、実際の制御を行う際、記憶した特性を参照し、これに基づいて制御を行うようにすればよい。また、記憶媒体を用いて、記憶部２４から制御部２２の方に新たなデータをインストールし、特性の追加や変更を行うことも可能である。
また、図４において、閾値「Ａ」を、基板保管器２から基板Ｗを基板搬送領域１０に移送した際、基板搬送領域１０の酸素濃度が変化しないレベルに設定したが、プロセス上許容できれば、基板搬送領域１０の酸素濃度が若干上昇するレベルに設定してもよい。基板Ｗの表面に自然酸化膜が形成されないというのが許容の最低条件であるので、その最低条件を満たす範囲内で、閾値「Ａ」をある程度高めに設定し、パージガス供給に要する時間を更に短縮し、生産性を更に向上させることも可能である。
次に、図５〜７の特性を組み合わせて利用したパージガス置換のパターンの具体例について説明する。
前提として、基板保管器２の開放の閾値「Ａ」を１０００ｐｐｍと仮定する。ロードポート３、４に搬入された基板保管器２は、基板保管器トランスファ２１により、一旦基板保管器仮棚５、２０に搬送される。基板保管器仮棚５、２０へ基板保管器２が保管されると、基板保管器検知スイッチ５３がオンし、制御部２２の指令によりパージガス供給管５１から窒素ガスが基板保管器２の内部に供給され、窒素置換が開始される。
パターン１として、基板保管器仮棚５、２０で１０００ｐｐｍまで酸素濃度を低下させ、すぐＦＩＭＳポート８に基板保管器２を移動させれば、ＦＩＭＳポート８での窒素置換時間はゼロ秒になる。
パターン２として、基板保管器仮棚５、２０で２０００ｐｐｍまで酸素濃度を低下させ、すぐＦＩＭＳポート８に基板保管器２を移動させれば、ＦＩＭＳポート８では２０００ｐｐｍから１０００ｐｐｍまで酸素濃度を低下させるのに必要な時間だけ窒素置換を行うことになる。つまり、図５のパージガス供給による酸素置換特性を、２０００ｐｐｍの酸素濃度から「Ａ」に到達するまで行うことになる。
パターン３として、基板保管器仮棚５、２０で１０ｐｐｍまで酸素濃度を低下させ、３０分間放置しても酸素濃度が１０００ｐｐｍを超えないのであれば、ＦＩＭＳポート８での窒素置換時間はゼロ秒となる。
パターン４として、基板保管器仮棚５、２０で１０ｐｐｍまで酸素濃度を低下させ、９０分間放置しても酸素濃度が２０００ｐｐｍになるのであれば、ＦＩＭＳポート８では、２０００ｐｐｍから１０００ｐｐｍまで酸素濃度を低下させるのに必要な時間だけ窒素置換を行うことになる。上述のパターン１と同様の動作をＦＩＭＳポート８では行うことになる。
前提条件とは異なるが、基板保管器仮棚５、２０を経由せずに、ロードポート３、４から直接ＦＩＭＳポート８に基板保管器２が搬送された場合には、図５に従い、酸素濃度を１０００ｐｐｍまで低下させることになる。
このように、基板保管器仮棚５、２０におけるパージガス供給と停止、ＦＩＭＳポート８におけるパージガス供給を適宜組み合わせ、用途、状況に応じて基板保管器２内の酸素濃度を低下させることができる。
そして、本実施形態に係る基板処理装置及び基板移送方法によれば、酸素濃度の実測を行うこと無く基板保管器２の内部の酸素濃度を把握し、酸素計測の時間を短縮しつつ適切な基板Ｗの移送を行うことができ、生産性を向上させることができる。
次に、図８を用いて、これらの種々のパターンを総括した基板移送方法について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る基板移送方法の一例を示したフロー図である。なお、図８の例では、基板保管器２をＦＯＵＰとし、パージガスを窒素とした例を挙げて説明する。但し、この例は一例に過ぎず、種々の基板保管器２及びパージガスを使用することができる。
ステップＳ１００では、基板保管器仮棚５、２０上に基板保管器（ＦＯＵＰ）２を載置する。
ステップＳ１１０では、基板保管器検知スイッチ５３がオンとなり、検知信号が制御部２２に送信される。
ステップＳ１２０では、制御部２２の指令により、パージガス供給管５１から窒素ガスが基板保管器２の内部に供給される。これにより、基板保管器２の内部において、パージガスによる酸素置換が開始される。このとき、パージガスの供給時間が制御部２２の時間計測部２２ａにより計測され、積算供給流量が積算流量算出部２２ｂにより算出され、把握される。
ステップＳ１３０では、パージガスである窒素ガスの供給が停止される。停止のタイミングは、図６に示した限界値であってもよいし、プロセスに応じて設定した所定の閾値であってもよい。この閾値は、ＦＩＭＳポート８から基板搬送領域１０に基板Ｗを移送するときの閾値「Ａ」と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。つまり、移送時の閾値「Ａ」とは別に、基板保管器仮棚５、２０用の閾値を設定することも可能である。更に基板保管器仮棚５、２０用の閾値は、これ以上酸素濃度が低下しないであろう限界値であってもよいし、かかる限界値とは異なる値に設定されていてもよい。
また、ステップＳ１３０は、設けられても、設けられなくてもよい任意のステップである。つまり、基板保管器仮棚５、２０において、基板保管器２が搬出されるまで、パージガスの供給を停止させること無く継続的に供給することも可能である。なお、基板保管器２が搬出されたら、基板保管器検知スイッチ５３がオフとなり、制御部２２の制御により、パージガスの供給は停止する。
ステップＳ１４０では、基板保管器トランスファ２１により、基板保管器２が基板保管器仮棚５、２０からＦＩＭＳポート８に搬送され、載置台８ａ上に載置される。このとき、基板保管器検知スイッチ８３がオンとなり、制御部２２に検知信号が送信される。検知信号を受信した制御部２２は、ＦＩＭＳポート８に載置された基板保管器２の酸素濃度を算出する。酸素濃度は、図６及び７を用いて算出した基板保管器仮棚５、２０におけるパージガスの積算供給流量、及びパージガス供給の停止時の酸素濃度の増加量に基づいて算出することができる。
ステップＳ１５０では、ＦＩＭＳポート８において、基板保管器２の内部へのパージガスの供給を行う。なお、ステップＳ１４０において、制御部２２が、基板保管器２の内部の酸素濃度は閾値「Ａ」以下であり、そのまま基板搬送領域１０に移送可能であると判定したときには、ステップＳ１５０を省略することができる。
一方、制御部２２が、ＦＩＭＳポート８にある基板保管器２の酸素濃度は閾値「Ａ」を超えていると判定した場合には、パージガスの供給を開始する。パージガスの供給は、図５の特性に基づいて、閾値「Ａ」に到達するのに必要な時間を算出して行う。
ステップＳ１６０では、開閉扉１９を開放するとともに基板保管器２の蓋を開放し、基板保管器２と基板搬送領域１０が連通した状態となる。
ステップＳ１７０では、移載機構１６により、基板保管器２から基板支持具６への基板Ｗの移載が行われる。基板支持具６が設けられていない基板処理装置の場合には、基板搬送領域１０内の所定箇所に基板Ｗが移送される。
なお、ステップＳ１００〜Ｓ１３０における基板保管器仮棚５、２０への基板保管器２の搬送及びパージガス供給を行わず、ロードポート３、４から直接ＦＩＭＳポート８に搬送することも可能である。この場合には、ステップＳ１４０から処理フローを開始する。
このように、本実施形態に係る基板処理装置及び基板移送方法によれば、基板保管器２の内部の酸素濃度を計測することなく時間管理で酸素濃度を把握し、時間のロス無く基板Ｗの移送を行うことができる。これにより、プロセスの品質を低下させること無く、生産性を向上させることができる。また、不要なパージガス供給を停止させることができ、プロセスの省エネルギー化及び低コスト化を図ることができる。更に、処理後の基板から発生するアウトガスの置換もできる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
２ 基板保管器
５、５ａ〜５ｃ、２０ 基板保管器仮棚
６ 基板支持具
７ 熱処理炉
８ ＦＩＭＳポート
８ａ 載置台
１６ 移載機構
１９ 開閉扉
２１ 基板保管器トランスファ
２２ 制御部
２２ａ 時間計測部
２２ｂ 積算流量算出部
５１、８１ パージガス供給管
５２、８２ 排気管
５２、８３ 基板保管器検知スイッチ
５５、８５ 制御弁
５６、８６ 流量調整器
５７、８７ パージガス供給源
５８、８８ 真空ポンプ
１００ 熱処理装置

Claims (17)

  1. 第１の酸素濃度を有し、基板を露出させた状態で搬送可能な基板搬送領域と、
    該基板搬送領域に隔壁を介して隣接して設けられるとともに、前記第１の酸素濃度よりも高い第２の酸素濃度を有し、前記基板を基板保管器内に保持した状態で搬送可能な基板保管器搬送領域と、
    該基板保管器搬送領域内に設けられ、前記基板保管器を一時的に保管可能な基板保管器保管棚と、
    該基板保管器保管棚に保管された前記基板保管器の内部にパージガスを供給可能な第１のパージガス供給手段と、
    該第１のパージガス供給手段から前記基板保管器の内部に供給された前記パージガスの積算流量を取得する積算流量取得手段と、
    前記基板保管器搬送領域内で前記基板保管器を搬送可能な搬送手段と、
    前記基板保管器搬送領域内の前記隔壁と隣接した所定箇所に設けられ、前記基板保管器を前記基板搬送領域に移送するために載置する移送載置部と、
    前記移送載置部に載置された前記基板保管器の内部にパージガスを供給可能な第２のパージガス供給手段と、
    前記移送載置部に載置された前記基板保管器を前記隔壁に密着させた状態で前記基板保管器を開放し、前記基板を前記基板搬送領域内に移送する基板移送手段と、
    予め設定された前記基板保管器内の所定の酸素濃度初期値と、前記積算流量取得手段により取得された前記パージガスの積算流量と、前記第１のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給停止時間及び前記基板保管器の前記基板保管器保管棚から前記基板搬送領域への移動時間中の前記パージガスの供給が無い時間とに基づいて前記移送載置部に載置された前記基板保管器の内部の酸素濃度を推定し、該酸素濃度が所定の閾値以下の場合には、前記基板移送手段に前記基板を前記基板搬送領域に移送させ、前記酸素濃度が前記所定の閾値を超えている場合には、前記第２のパージガス供給手段に前記基板保管器の内部に前記パージガスを供給させ、前記基板保管器の内部の前記酸素濃度が前記所定の閾値以下になってから前記基板移送手段に前記基板を前記基板搬送領域に移送させる制御手段と、を有し、
    前記制御手段は、取得した前記積算流量に基づいて、前記基板保管器保管棚に保管された前記基板保管器の内部の前記酸素濃度が所定の第２の閾値に到達したと判定したときに、前記第１のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給を停止させる制御を行い、
    前記第２の閾値は、予め測定した前記パージガスの供給を継続しても酸素濃度がそれ以上低下しない限界値に設定されている基板処理装置。
  2. 前記所定の閾値は、前記第１の酸素濃度よりも高いが、前記基板保管器を開放しても、前記基板搬送領域の前記第１の酸素濃度を、前記基板の表面に自然酸化膜が形成される濃度にまでは変化させない濃度に設定されている請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記積算流量取得手段は、前記制御手段内に設けられ、
    前記制御手段は、前記第１のパージガス供給手段と、前記搬送手段の動作も制御する請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記基板保管器保管棚に前記基板保管器が保管されたことを検出する基板保管器保管検出手段を更に有し、
    該基板保管器保管検出手段により前記基板保管器の保管が検出されたときに、前記制御手段は、前記第１のパージガス供給手段に前記パージガスの供給を開始させる請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記所定の閾値と前記第２の閾値は、同じ濃度に設定されている請求項1乃至４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  6. 前記移送載置部に前記基板保管器が載置されたことを検出する基板保管器載置検出手段を更に有し、
    前記制御手段は、該基板保管器載置検出手段により前記基板保管器の載置が検出されたときに、前記酸素濃度の推定を行う請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記制御手段は、予め測定した前記基板保管器保管棚における前記第１のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給による酸素置換特性、前記パージガスの供給したときの酸素濃度保持特性、前記移送載置部における前記第２のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給による酸素置換特性に基づいて、前記基板保管器の内部の前記酸素濃度を推定する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記第１のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給による酸素置換特性、前記パージガスの供給を停止したときの酸素濃度保持特性、前記移送載置部における前記第２のパージガス供給手段からの前記パージガスの供給による酸素置換特性は、横軸を時間、縦軸を酸素濃度とする特性である請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記パージガスは窒素ガスである請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 前記基板保管器保管棚は、複数個設けられている請求項１乃至９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  11. 前記基板保管器は、前面に開閉可能な蓋が設けられ、複数枚の基板を収納可能なＦＯＵＰであり、
    前記基板移送手段は、該蓋を開放することにより前記基板保管器を開放する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  12. 前記基板搬送領域には、前記基板を処理する処理容器が設けられた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  13. 前記処理容器は、熱処理を行う反応管であり、
    前記基板搬送領域には、該反応管に複数の基板を保持した状態で収容可能な基板保持具が設けられ、
    前記基板移送手段は、前記基板を前記基板保管器から該基板保持具に移載するように構成された請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 基板を収納した基板保管器を、基板保管器搬送領域内に設けられた基板保管器保管棚に一時的に保管する工程と、
    該基板保管器保管棚に保管された前記基板保管器の内部にパージガスを供給する工程と、
    前記基板保管器の内部に供給された該パージガスの積算流量を算出する工程と、
    前記基板を露出した状態で搬送可能な基板搬送領域に移送するため、前記基板を、前記基板搬送領域と前記基板保管器搬送領域とを仕切る隔壁に隣接して設けられた前記基板保管器搬送領域内の移送載置部に載置する工程と、
    該移送載置部に載置された前記基板保管器の内部の酸素濃度を、予め設定された前記基板保管器内の所定の酸素濃度初期値と、前記パージガスの積算流量と、前記パージガスの供給停止時間及び前記基板保管器の前記基板保管器保管棚から前記基板搬送領域への移動時間中の前記パージガスの供給が無い時間とに基づいて推定し、前記酸素濃度が所定の閾値以下の場合には、前記基板保管器を前記隔壁に密着させた状態で開放させて前記基板を前記基板搬送領域内に移送し、前記酸素濃度が前記所定の閾値を超える場合には、前記基板保管器の内部に前記パージガスを供給し、前記基板保管器の内部の前記酸素濃度が前記所定の閾値以下となってから前記基板を前記基板搬送領域に移送する工程と、を有し、
    前記基板を収納した前記基板保管器を前記基板保管器保管棚に一時的に保管する工程は、前記基板保管器保管棚に保管された前記基板保管器の内部の前記酸素濃度が所定の第２の閾値に到達したと判定したときに、前記パージガスの供給を停止する工程を含み、
    前記第２の閾値は、予め測定した前記パージガスの供給を継続しても酸素濃度がそれ以上低下しない限界値に設定されている基板移送方法。
  15. 前記所定の閾値は、前記基板搬送領域内の酸素濃度よりも高いが、前記基板保管器を開放しても、前記基板搬送領域内の酸素濃度を、前記基板の表面に自然酸化膜が形成される濃度にまでは変化させない濃度に設定されている請求項１４に記載の基板移送方法。
  16. 前記移送載置部に載置された前記基板保管器の内部の前記酸素濃度は、予め測定した前記基板保管器保管棚における前記パージガスの供給による酸素置換特性、前記パージガスの供給を停止したときの酸素濃度保持特性、前記移送載置部における前記パージガスの供給による酸素置換特性に基づいて推定する請求項１４又は１５に記載の基板移送方法。
  17. 前記基板保管器保管棚における前記パージガスの供給による酸素置換特性、前記パージガスの供給を停止したときの酸素濃度保持特性、前記移送載置部における前記パージガスの供給による酸素置換特性は、横軸を時間、縦軸を酸素濃度とする特性である請求項１６に記載の基板移送方法。
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