KR20100116593A - 로드록 장치 및 기판 냉각 방법 - Google Patents

로드록 장치 및 기판 냉각 방법 Download PDF

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KR20100116593A
KR20100116593A KR1020107017134A KR20107017134A KR20100116593A KR 20100116593 A KR20100116593 A KR 20100116593A KR 1020107017134 A KR1020107017134 A KR 1020107017134A KR 20107017134 A KR20107017134 A KR 20107017134A KR 20100116593 A KR20100116593 A KR 20100116593A
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cooling
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요시아키 사사키
다카오 스기모토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

로드록실(6, 7)은 진공의 반송실(5)에 대응하는 압력과 대기압 사이에서 압력이 변동 가능하게 설치된 용기(31)와, 용기(31)내의 압력을 반송실(5)에 대응하는 진공과 대기압으로 조정하는 압력 조정 기구(48)와, 용기(31)내에 설치되어 웨이퍼 W가 탑재 또는 근접하여 냉각되는 쿨링 플레이트(32)와, 용기(31)내에 있어서 웨이퍼(W)의 변형을 검출하는 변위 센서(61, 62)와, 반송실(5)로부터 고온의 웨이퍼(W)가 용기(31)내에 반입된 후의 웨이퍼 냉각 기간에, 변위 센서(61, 62)가 소정값 이상의 웨이퍼(W)의 변형을 검출했을 때에 웨이퍼(W)의 냉각을 완화하는 제어 기구(20)를 구비한다.

Description

로드록 장치 및 기판 냉각 방법{LOADLOCK APPARATUS AND SUBSTRATE COOLING METHOD}
본 발명은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 진공 처리를 실시하는 진공 처리 장치에 이용되는 로드록 장치 및 그와 같은 로드록 장치에 있어서의 기판 냉각 방법에 관한 것이다．
반도체 디바이스의 제조공정에 있어서는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼에 대해, 성막 처리나 에칭 처리 등의 진공 분위기에서 실행되는 진공 처리가 자주 이용되고 있다. 최근에는 이와 같은 진공 처리의 효율화의 관점 및 산화나 콘테미네이션(contamination) 등의 오염을 억제하는 관점에서, 복수의 진공 처리 유닛을 진공으로 유지되는 반송실에 연결하고, 이 반송실에 마련된 반송 장치에 의해 각 진공 처리 유닛에 웨이퍼를 반송 가능하게 한 클러스터 툴형의 멀티 챔버 진공 처리 시스템이 주목받고 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 2000-208589 호).
이와 같은 멀티 챔버 처리 시스템에 있어서는 대기 중에 놓여져 있는 웨이퍼 카세트로부터 진공 상태로 유지된 반송실로 반도체 웨이퍼를 반송하기 위해, 반송실과 웨이퍼 카세트의 사이에 로드록실을 마련하고, 이 로드록실을 경유해 반도체 웨이퍼가 반송된다.
그런데, 이와 같은 멀티 챔버 처리 시스템을 성막 처리와 같은 고온 처리에 적용하는 경우에는 피처리체인 반도체 웨이퍼는 진공 처리 유닛으로부터, 예를 들면, 500℃ 정도의 고온인 상태로 취출되고, 로드록실에 반송된다. 그러나, 이와 같은 고온 상태에서 웨이퍼를 대기에 노출하면 웨이퍼가 산화되어 버린다. 또한, 이와 같은 고온인 상태로 반도체 웨이퍼를 수납 용기에 수납시키면, 통상 수지제인 수납 용기가 녹는 등의 문제가 생긴다.
이와 같은 문제를 회피하기 위해서 이런 문제가 생기지 않는 온도로 될 때까지 기다리고 나서 반도체 웨이퍼의 대기로의 노출을 행하면 좋지만, 이 경우 스루풋이 저하해 버린다. 이 때문에, 로드록실에 웨이퍼를 냉각하는 냉각 기구를 구비한 쿨링 플레이트를 배치하고 로드록실내를 퍼지하여, 웨이퍼를 쿨링 플레이트에 탑재 또는 근접한 상태에서 로드록실내를 진공으로부터 대기압으로 되돌리는 동안에 반도체 웨이퍼를 냉각하는 것이 실행되고 있다.
이 때에, 반도체 웨이퍼가 급격히 냉각되면 웨이퍼의 표리의 열팽창 차에 기인해서 웨이퍼가 변형되고, 반도체 웨이퍼의 중심부 또는 에지부가 쿨링 플레이트로부터 이격되어 버리거나, 혹은 반도체 웨이퍼의 중심부와 에지부에서 쿨링 플레이트까지의 거리가 다르게 되어 버리고, 냉각 효율이 저하하여 결과적으로 냉각 시간이 길어지거나, 고온인 상태로 대기에 노출되게 된다.
이와 같은 반도체 웨이퍼의 변형이 생기지 않도록 하기 위해, 로드록실을 대기압으로 되돌릴 때의 압력의 상승 속도나, 반도체 웨이퍼를 쿨링 플레이트에 근접하는 경우에는 웨이퍼의 높이 위치를 관리하고 있으며, 이들의 적절한 조합을 규정한 퍼지 레시피를 웨이퍼의 온도마다 작성하고 있다.
그러나, 반도체 웨이퍼의 변형의 정도는 그 위에 형성되어 있는 막의 종류에 따라 다르며, 이와 같은 막의 종류은 사용자마다 수가 방대하며, 막의 종류마다 최적의 퍼지 레시피를 작성하는 것은 극히 곤란하다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼에 형성되어 있는 막의 종류에 따라서는 웨이퍼 온도마다의 퍼지 레시피를 이용해도 상기와 같은 반도체 웨이퍼의 변형이 생겨 상기한 불합리가 생길 가능성이 있다.
본 발명의 목적은 기판의 변형을 최대한 억제하면서 실용적인 속도로 기판을 냉각할 수 있는 로드록 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그와 같은 기판의 냉각을 실현할 수 있는 로드록 장치에 있어서의 기판 냉각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 대기 분위기로부터 진공으로 유지된 진공실로 기판을 반송하고, 상기 진공실로부터 고온의 기판을 상기 대기 분위기로 반송할 때에 이용되는 로드록 장치로서, 진공실에 대응하는 압력과 대기압의 사이에서 압력을 변동 가능하게 마련된 용기와, 상기 용기내가 상기 진공실과 연통할 때에, 상기 용기내의 압력을 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정하고, 상기 용기내가 상기 대기 분위기의 공간과 연통할 때에, 상기 용기내의 압력을 대기압으로 조정하는 압력 조정 기구와, 냉각 기구를 갖고 상기 용기내에 마련되고, 기판이 탑재되거나 또는 근접해서 배치되어, 기판을 냉각하는 냉각 부재와, 상기 용기내에 있어서의 기판의 변형을 검출하는 기판 변형 검출부와, 상기 용기내가 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정되고, 상기 진공실로부터 고온의 기판이 상기 용기내에 반입되고 나서, 상기 용기내의 압력이 대기압으로 될 때까지의 동안의 기판 냉각 기간에, 상기 기판 변형 검출부가 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에 기판의 냉각을 완화해서 기판의 변형을 되돌리도록 제어하는 제어기구를 구비하는 로드록 장치가 제공된다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 제어기구는 상기 압력 조정 기구에 의해 상기 용기내의 압력을 상승시키는 도중에 상기 기판 변형 검출부가 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에, 압력의 상승을 정지시키거나 또는 압력을 저하시켜 냉각을 완화시키도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 제어기구가 냉각을 완화시킨 후, 상기 기판 변형 검출부가 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것을 검출했을 때에, 상기 제어기구가 상기 용기내의 압력 상승을 재개시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각 부재에 대해 돌출 함몰 가능하게 마련되고, 상기 냉각 부재로부터 돌출된 상태에서 기판을 수취하고, 그 상태에서 강하하는 것에 의해 기판을 상기 냉각 부재에 탑재 또는 근접시키는 기판 지지 핀을 더 구비하고, 상기 제어기구는 상기 기판 변형 검출부가 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에, 상기 기판 지지 핀을 상승시키거나 또는 상기 기판 지지 핀이 기판을 지지해서 하강하고 있는 경우에는 하강을 정지시키는 것에 의해 냉각을 완화하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 제어기구가 냉각을 완화시킨 후, 상기 기판 변형 검출부가 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것을 검출했을 때에, 상기 제어기구가 상기 지지 핀의 위치를 원래로 되돌리게 하거나 또는 상기 기판 지지 핀의 하강이 정지하고 있는 경우에는 상기 기판 지지 핀의 하강을 재개시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판 변형 검출부로서는 기판 중심부의 변위를 측정하는 제 1 센서와, 기판 에지부의 변위를 측정하는 제 2 센서를 갖고, 이들 제 1 센서의 검출값 및 제 2 센서의 검출값의 차로부터 기판의 변형을 검출하는 것을 이용할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서로서는 레이저 변위계를 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 상기 진공실은 기판에 대해 진공 중에서 고온에서의 처리를 실시하는 진공 처리실에 기판을 반송하는 반송 기구를 구비한 반송실이고, 상기 진공 처리실에 있어서 기판에 대해 고온의 처리가 이루어진 후, 상기 용기내에 상기 진공실을 사이에 두고 고온의 기판이 반송되는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 의하면, 진공실에 대응하는 압력과 대기압의 사이에서 압력을 변동 가능하게 마련된 용기와, 상기 용기내가 상기 진공실과 연통할 때에, 상기 용기내의 압력을 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정하고, 상기 용기내가 상기 대기 분위기의 공간과 연통할 때에, 상기 용기내의 압력을 대기압으로 조정하는 압력 조정 기구와, 냉각 기구를 갖는 동시에 상기 용기내에 마련되고, 기판이 탑재되거나 또는 근접해서 배치되어, 기판을 냉각하는 냉각 부재를 구비하고, 대기 분위기로부터 진공으로 유지된 진공실에 기판을 반송하고, 상기 진공실로부터 고온의 기판을 상기 대기 분위기에 반송할 때에 이용되는 로드록 장치에 있어서의 기판 냉각 방법으로서, 상기 용기내가 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정되고, 상기 진공실로부터 고온의 기판이 상기 용기내에 반입되고 나서, 상기 용기내의 압력이 대기압으로 될 때까지 동안의 기판 냉각 기간에, 상기 용기내에 있어서의 기판의 변형을 검출하는 것과, 기판의 변형이 소정값 이상으로 된 것이 검출되었을 때에 기판의 냉각을 완화해서 기판의 변형을 되돌리도록 하는 것을 갖는 기판 냉각 방법이 제공된다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 압력 조정 기구에 의해 상기 용기내의 압력을 상승시키는 도중에 소정값 이상의 기판의 변형이 검출되었을 때에, 압력의 상승을 정지시키거나 또는 압력을 저하시켜 냉각을 완화하도록 할 수 있다. 이 경우에, 냉각을 완화한 후, 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것이 검출되었을 때에, 상기 용기내의 압력 상승을 재개하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 로드록 장치는 상기 냉각 부재에 대해 돌출 함몰 가능하게 마련되고, 상기 냉각 부재로부터 돌출된 상태에서 기판을 수취하고, 그 상태에서 강하하는 것에 의해 기판을 상기 냉각 부재에 탑재 또는 근접시키는 기판 지지 핀을 더 구비하고, 소정값 이상의 기판의 변형이 검출되었을 때에, 상기 기판 지지 핀을 상승시키거나 또는 상기 기판 지지 핀이 기판을 지지해서 하강하고 있는 경우에는 하강을 정지시키는 것에 의해 냉각을 완화할 수 있다. 이 경우에, 냉각을 완화한 후, 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것이 검출되었을 때에, 상기 지지 핀의 위치를 원래로 되돌리거나 또는 상기 기판 지지 핀의 하강이 정지하고 있는 경우에는 상기 기판 지지 핀의 하강을 재개하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 진공실로부터 고온의 기판이 용기내에 반입되고 나서, 용기내의 압력이 대기압으로 될 때까지의 동안의 기판 냉각 기간에, 기판 변형 검출 수단이 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에 기판의 냉각을 완화해서 기판의 변형을 되돌리도록 제어하므로, 기판의 변형을 효과적으로 억제하면서 실용적인 속도로 기판을 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 로드록 장치가 탑재된 멀티 챔버 타입의 진공 처리 시스템을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 로드록 장치를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2의 로드록 장치에 있어서, 웨이퍼 지지 핀이 웨이퍼를 수취한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 4의 (a)는 웨이퍼의 변형의 일형태를 설명하기 위한 모식도이고, 도 4의 (b)는 웨이퍼의 변형의 다른 형태를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 로드록 장치가 탑재된 멀티 챔버 타입의 진공 처리 시스템의 개략 구조를 도시하는 수평 단면도이다.
진공 처리 시스템은, 예를 들면, 성막 처리와 같은 고온 처리를 진공 중에서 실행하는 4개의 진공 처리 유닛(1, 2, 3, 4)을 구비하고 있고, 이들 진공 처리 유닛(1∼4)은 육각형상을 이루는 반송실(5)의 4개의 변에 각각 대응해서 마련되어 있다. 또한, 반송실(5)의 다른 2개의 변에는 각각 본 실시형태에 따른 로드록 장치(6, 7)가 마련되어 있다. 이들 로드록 장치(6, 7)의 반송실(5)과 반대측에는 반입출실(8)이 마련되어 있으며, 반입출실(8)의 로드록 장치(6, 7)와 반대측에는 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼 W를 수용 가능한 3개의 후프(FOUP; Front Opening Unified Pod)를 부착하는 포트(9, 10, 11)가 마련되어 있다. 진공 처리 유닛(1, 2, 3, 4)은 그 중에서 처리 플레이트상에 피처리체를 탑재한 상태에서 고온에서의 소정의 진공 처리, 예를 들면, 성막 처리를 실행하도록 되어 있다.
진공 처리 유닛(1∼4)은 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 반송실(5)의 각 변에 게이트밸브 G를 사이에 두고 접속되고, 이들은 대응하는 게이트밸브 G를 개방하는 것에 의해 반송실(5)과 연통되고, 대응하는 게이트밸브 G를 닫는 것에 의해 반송실(5)로부터 차단된다. 또한, 로드록 장치(6, 7)는 반송실(5)의 나머지의 변의 각각에, 제 1 게이트밸브 G1을 사이에 두고 접속되고, 또한 반입출실(8)에 제 2 게이트밸브 G2를 사이에 두고 접속되어 있다. 그리고, 로드록실(6, 7)은 제 1 게이트밸브 G1을 개방하는 것에 의해 반송실(5)과 연통되고, 제 1 게이트밸브 G1을 닫는 것에 의해 반송실로부터 차단된다. 또한, 제 2 게이트밸브 G2를 개방하는 것에 의해 반입출실(8)과 연통되고, 제 2 게이트밸브 G2를 닫는 것에 의해 반입출실(8)로부터 차단된다.
반송실(5)내에는 진공 처리 유닛(1∼4), 로드록 장치(6, 7)에 대해, 반도체 웨이퍼 W의 반입 반출을 실행하는 반송 장치(12)가 마련되어 있다. 이 반송 장치(12)는 반송실(5)의 대략 중앙에 배치되어 있으며, 회전 및 신축 가능한 회전·신축부(13)의 선단에 반도체 웨이퍼 W를 지지하는 2개의 지지 아암(14a, 14b)을 갖고 있고, 이들 2개의 지지 아암(14a, 14b)은 서로 반대방향을 향하도록 회전·신축부(13)에 부착되어 있다. 이 반송실(5)내는 소정의 진공도로 유지되도록 되어 있다.
반입출실(8)의 웨이퍼 수납 용기인 후프 F 부착용의 3개의 포트(9, 10, 11)에는 각각 도시하지 않은 셔터가 마련되어 있고, 이들 포트(9, 10, 11)에 웨이퍼 W를 수용하거나 또는 빈 후프 F가 직접 부착되고, 부착되었을 때에 셔터가 어긋나 외기의 침입을 방지하면서 반입출실(8)과 연통하도록 되어 있다. 또한, 반입출실(8)의 측면에는 얼라인먼트 챔버(15)가 마련되어 있으며, 거기서 반도체 웨이퍼 W의 얼라인먼트가 실행된다.
반입출실(8)내에는 후프 F에 대한 반도체 웨이퍼 W의 반입 반출 및 로드록 장치(6, 7)에 대한 반도체 웨이퍼 W의 반입 반출을 실행하는 반송 장치(16)가 마련되어 있다. 이 반송 장치(16)는 다관절 암 구조를 갖고 있으며, 후프 F의 배열방향을 따라 레일(18)상을 주행 가능하게 되어 있어, 그 선단의 핸드(17)상에 반도체 웨이퍼 W를 실어 그 반송을 실행한다.
이 진공 처리 시스템은 각 구성부(예를 들어, 진공 처리 유닛(1, 2, 3, 4), 반송실(5), 로드록 장치(6, 7), 반출입실(8))를 제어하는 마이크로 프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(20)를 갖고 있으며, 각 구성부가 프로세스 컨트롤러(20)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(20)에는 오퍼레이터가 진공 처리 시스템을 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(21)가 접속되어 있다.
또한, 프로세스 컨트롤러(20)에는 진공 처리 시스템에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(20)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 진공 처리 시스템의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 예를 들면, 성막 처리에 관한 성막 레시피, 웨이퍼의 반송에 관한 반송 레시피, 로드록 장치의 압력 조정 등에 관한 퍼지 레시피 등이 저장된 기억부(22)가 접속되어 있다. 이와 같은 각종 레시피는 기억부(22) 중의 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드 디스크와 같은 고정형인 것이라도 좋고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 휴대가능한 것이라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들면, 전용 회선을 사이에 두고 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다.
그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(21)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(22)로부터 호출해서 프로세스 컨트롤러(20)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(20)의 제어 하에서, 진공 처리 시스템에서의 원하는 처리가 실행된다. 또한, 프로세스 컨트롤러(20)는 로드록실(6, 7)에 있어서, 표준적인 퍼지 레시피에 의거하여 처리를 실행하고 있는 과정에서 웨이퍼의 변형을 억제하도록, 압력이나 웨이퍼 W의 높이를 제어 가능하게 되어 있다.
다음에, 본 실시형태에 따른 로드록 장치(6, 7)에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시형태에 따른 로드록 장치를 도시하는 단면도이다. 로드록 장치(6)((7))는 용기(31)를 갖고, 용기(31)내에는 웨이퍼 W가 탑재 또는 근접되어 웨이퍼 W를 냉각하는 쿨링 플레이트(32)가 다리부(33)에 지지된 상태로 마련되어 있다.
용기(31)의 한쪽의 측벽에는 진공으로 유지된 반송실(5)과 연통 가능한 개구(34)가 마련되어 있고, 이것과 대향하는 측벽에는 대기압으로 유지된 반입출실(8)과 연통 가능한 개구(35)가 마련되어 있다. 그리고, 개구(34)는 제 1 게이트밸브 G1에 의해 개폐 가능하게 되어 있으며, 개구(35)는 제 2 게이트밸브 G2에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
용기(31)의 바닥부에는 용기(31)내를 진공 배기하기 위한 배기구(36)와 용기(31)내에 퍼지 가스를 도입하기 위한 퍼지 가스 도입구(37)가 마련되어 있다. 배기구(36)에는 배기관(41)이 접속되어 있으며, 이 배기관(41)에는 개폐 밸브(42), 배기 속도 조정 밸브(43) 및 진공 펌프(44)가 마련되어 있다. 또한, 퍼지 가스 도입구(37)에는 용기(31)내에 퍼지 가스를 도입하는 퍼지 가스 도입 배관(45)이 접속되어 있고, 이 퍼지 가스 도입 배관(45)은 퍼지 가스원(48)으로부터 연장되어 있으며, 그 도중에는 개폐 밸브(46) 및 유량 조절 밸브(47)가 마련되어 있다.
그리고, 진공측의 반송실(5)과의 사이에서 웨이퍼 W의 반송을 실행하는 경우에는 개폐 밸브(46)를 닫고, 개폐 밸브(42)를 연 상태로 해서, 배기 속도 조정 밸브(43)를 조절하여 소정 속도로 진공 펌프(44)에 의해 배기구(36)을 사이에 두고 용기(31)내를 배기하고, 용기(31)내의 압력을 반송실(5)내의 압력에 대응하는 압력으로 하고, 그 상태에서 제 1 게이트밸브 G1을 열어 용기(31)와 반송실(5)의 사이를 연통한다. 또한, 대기측의 반입출실(8)과의 사이에서 웨이퍼 W의 반송을 실행하는 경우에는 개폐 밸브(42)를 닫고, 개폐 밸브(46)를 연 상태로 해서, 유량 조절 밸브(47)를 조절하여 용기(31)내에 퍼지 가스원(48)으로부터 퍼지 가스 도입 배관(45)을 사이에 두고 퍼지 가스를, 예를 들면, 소정 유량으로 도입해서 그 중의 압력을 대기압 근방으로 하고, 그 상태에서 제 2 게이트밸브 G2를 열어 용기(31)와 반입출실(8)의 사이를 연통한다. 또, 퍼지 가스의 도입 방법은 파티클 비산 방지의 관점에서, 도입의 초기에 있어서 세라믹 다공체로 이루어지는 브레이크 필터(brake filter)(등록상표)(도시하지 않음)를 통해 퍼지하고, 임의의 압력이 되면 소정 유량으로 퍼지하는 것이 예시되지만, 그 방법은 제한되지 않는다.
개폐 밸브(42), 배기 속도 조정 밸브(43), 유량 조절 밸브(47) 및 개폐 밸브(46)는 압력계(63)에 의해 측정된 용기(31)내의 압력에 의거하여 압력 조정 기구(49)에 의해 제어되고, 이들 밸브를 제어하는 것에 의해, 용기(31)내를 대기압과 진공의 사이에서 변화시키도록 되어 있다. 이 압력 조정 기구(49)도 프로세스 컨트롤러(20)로부터의 지령에 의거하여 이들 밸브의 제어를 실행한다.
쿨링 플레이트(32)에는 웨이퍼 반송용의 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(50)이 쿨링 플레이트(32)의 표면에 대해 돌출 함몰 가능하게 마련되고, 이들 웨이퍼 지지 핀(50)은 지지판(51)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지 핀(50)은 상승 위치의 조절 가능한 모터 등의 구동 기구(53)에 의해 로드(52)를 승강시키는 것에 의해, 지지판(51)을 사이에 두고 승강된다. 또, 부호 ‘54’는 벨로스(bellows)이다.
쿨링 플레이트(32)에는 냉각 매체 유로(55)가 형성되어 있고, 이 냉각 매체 유로(55)에는 냉각 매체 도입 배관(56) 및 냉각 매체 배출 배관(57)이 접속되어 있어, 도시하지 않은 냉각 매체 공급부로부터 냉각수 등의 냉각 매체가 통류되어 탑재된 웨이퍼 W를 냉각 가능하게 되어 있다.
용기(31)의 천정벽(31a)은 투명재료, 예를 들면, 유리로 구성되어 있고, 그 위에 웨이퍼 중심부에 대응하는 위치와 웨이퍼 에지부에 대응하는 위치에 각각 변위 센서(61, 62)가 마련되어 있다. 이들 2개의 변위 센서(61, 62)는 웨이퍼의 변형 검출부를 구성하고 있다. 이들 변위 센서(61, 62)는, 예를 들면, 웨이퍼까지의 거리를 측정하는 기능을 갖는다. 이 변위 센서(61, 62)로서는 레이저 변위계가 예시된다.
프로세스 컨트롤러(20)는 로드록 장치(6)((7))도 제어하고 있고, 변위 센서(61, 62)로부터의 거리 데이터를 수취하여, 압력 조정 기구(49)나 구동 기구(53)를 제어하며, 용기(31)내의 압력이나 웨이퍼 W의 높이 위치를 제어하도록 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 멀티 챔버 타입의 진공 처리 시스템의 동작에 대해 본 실시형태의 로드록 장치(6, 7)를 중심으로 해서 설명한다.
우선, 반송 장치(16)에 의해 반입출실(8)에 접속된 후프 F로부터 웨이퍼 W를 취출하고, 로드록 장치(6)(또는 (7))의 용기(31)에 반입한다. 이 때, 로드록 장치(6)의 용기(31)내는 대기 분위기로 되고, 그 후 제 2 게이트밸브 G2가 개방된 상태에서 웨이퍼 W가 반입된다.
그리고, 용기(31)내를 반송실(5)에 대응하는 압력이 될 때까지 진공 배기하고, 제 1 게이트밸브를 개방하여 반송 장치(12)에 의해 용기(31)내로부터 웨이퍼 W를 수취하여, 어느 하나의 진공 처리 유닛의 게이트밸브 G를 열어 그 중에 웨이퍼 W를 반입하고, 웨이퍼 W에 대해 성막 등의 고온에서의 진공 처리를 실행한다.
진공 처리가 종료한 시점에서, 게이트밸브 G를 개방하고, 반송 장치(12)가 대응하는 진공 처리 유닛으로부터 웨이퍼 W를 반출하고, 로드록 장치(6 및 7) 중의 어느 하나의 제 1 게이트밸브 G1을 개방하여 웨이퍼 W를 용기(31)내에 반입하고, 쿨링 플레이트(32)의 냉각 매체 유로(55)를 통류하는 냉각 매체에 의해 웨이퍼 W를 냉각하면서, 용기(31)내에 퍼지 가스를 도입하고, 그 중을 대기압으로 한다(웨이퍼 냉각 기간). 그리고, 제 2 게이트밸브를 열고, 반송 장치(16)에 의해, 후프 F에 처리후의 웨이퍼 W를 수납한다.
또, 2개의 로드록 장치(6, 7)에 대해, 로드록 장치(6)를 반입 전용으로 하고, 로드록 장치(7)를 반출 전용으로 해도 좋다.
상술한 바와 같이 웨이퍼 W의 진공 처리가 종료해서 반송 장치(12)가 대응하는 진공 처리 유닛으로부터 웨이퍼 W를 반출한 후의 웨이퍼 냉각 기간의 조작을 상세하게 설명한다.
로드록 장치(6 및 7) 중의 어느 하나의 용기(31)내를 진공 배기하고, 제 1 게이트밸브 G1을 개방하여 웨이퍼 W를 그 용기(31)내에 반입하고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 지지 핀(50)을 돌출시킨 상태에서 웨이퍼 W를 웨이퍼 지지 핀(50)상에 수취하고, 제 1 게이트밸브 G1을 닫는다. 그리고, 쿨링 플레이트(32)의 냉각 매체 유로(55)에 냉각 매체를 통류시키면서, 웨이퍼 지지 핀(50)을 강하시켜 웨이퍼 W를 쿨링 플레이트(32)에 탑재 또는 근접시키고, 용기(31)내에 소정 유량으로 퍼지 가스를 도입해서 그 중의 압력 상승 속도를 일정하게 유지하면서 대기압으로 한다.
이 때에, 진공 처리 유닛(1∼4)에서는 성막 처리 등의 고온 처리가 실행되는 관계상, 용기(31)에 반입된 시점에서의 웨이퍼 W의 온도는, 예를 들면, 500℃ 이상으로 고온이다. 따라서, 웨이퍼 W의 냉각 속도가 너무 크면, 냉각 과정에서의 웨이퍼 W 표리의 열팽창 차에 의해 웨이퍼가 도 4의 (a), 도 4의 (b)와 같이 변형되어 버린다.
따라서, 우선, 표준의 퍼지 레시피에 따라, 소정 유량으로 용기(31)내에 퍼지 가스를 도입하는 동시에 웨이퍼 지지 핀을 강하시켜 웨이퍼 W를 냉각시키고, 그 때에 2개의 변위 센서(61, 62)에 의해 웨이퍼 W의 변위를 측정하고, 웨이퍼 W에 소정값 이상의 미소 변형이 발생한 것을 파악한 시점에서, 냉각을 완화하도록 제어를 실행한다. 구체적으로는 변위 센서(61)에서 계측된 웨이퍼까지의 거리와 변위 센서(62)에서 계측된 웨이퍼까지의 거리를 비교해서 이들 차가 소정값 이상이 된 시점에서 이와 같은 냉각을 완화하는 제어를 실행한다. 이 때에, 웨이퍼 W의 변형은 웨이퍼 W의 강하 중에도 생기기 때문에, 구동 기구(53)와 변위 센서(61, 62)를 동기시켜, 변위 센서(61, 62)로부터 웨이퍼까지의 거리의 절대값을 파악할 수 있도록 할 필요가 있다.
웨이퍼 W의 냉각 속도(강온 속도)는 챔버 용기(31)내의 압력이 상승할수록, 또 웨이퍼 W가 쿨링 플레이트(32)에 가까울수록 커지기 때문에, 개폐 밸브(46)를 닫아 용기(31)내의 압력의 상승을 정지시키거나 또는 웨이퍼 지지 핀(50)을 상승시키거나, 혹은 웨이퍼 지지 핀(50)의 강하 도중이면 웨이퍼 지지 핀(50)의 강하를 정지시키는 등에 의해 웨이퍼 W의 냉각을 완화할(강온 속도를 내릴) 수 있다. 그리고, 이들 제어를 실행해서 냉각이 완화되는 것에 의해, 웨이퍼 W의 미소 변형을 방지할 수 있다.
또한, 상기에 덧붙여, 조작이 다소 복잡해지지만, 진공배기를 실행해서 챔버 용기(31)내의 압력을 저하시키는 것에 의해서도 냉각을 완화할 수 있다.
상술한 바와 같이 해서 냉각이 완화되어 변위 센서(61, 62)에 의해 미소 변형이 소정값보다 작아진 것이 파악된 시점에서, 프로세스 컨트롤러(20)는 개폐 밸브(46)를 닫은 경우에는 개폐 밸브(46)를 열거나, 또는 웨이퍼 지지 핀(50)을 상승시킨 경우에는 구동 기구(53)에 의해 웨이퍼 W를 원래의 위치로 되돌리거나, 혹은 웨이퍼 지지 핀(50)의 강하 도중에 웨이퍼 지지 핀(50)의 강하를 정지시킨 경우에는 웨이퍼 W의 강하를 재개하는 등에 의해, 웨이퍼 W의 냉각 속도를 상승시킨다. 또, 개폐 밸브(46)를 열어 퍼지 가스의 도입을 재개할 때에는 퍼지 가스의 유량은 이전에 있어서의 소정 유량이어도 좋고, 이와 다른 유량이어도 좋다.
그리고, 웨이퍼 W에 소정값 이상의 미소 변형이 생길 때마다 이들 조작을 실행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 냉각 효율에 영향을 주는 변형을 발생시키는 일 없이 실용적인 속도로 웨이퍼 W를 냉각하면서 용기(31)내를 대기 분위기로 할 수 있다.
이와 같이, 실제의 조업에 있어서 로드록 장치에 있어서의 냉각 조작의 최적화를 실행할 수 있고, 이 때의 조작수순에 의거해서, 대상 웨이퍼에 있어서의 허용값을 넘는 변형이 생기지 않는 최적의 퍼지 레시피를 작성할 수 있다. 그 후, 진공 처리 유닛에 있어서, 이 대상 웨이퍼와 동일한 처리가 실시된 웨이퍼의 냉각을 실행하는 경우에는 작성한 퍼지 레시피에 의거해서 실행할 수 있다. 그리고, 이와 같은 조작을 형성되어 있는 막의 종류이 다른 웨이퍼마다 실행하는 것에 의해, 각종 막의 종류의 웨이퍼에 대한 최적의 퍼지 레시피를 작성할 수 있다.
또한, 변위 센서(61, 62)에 의해, 냉각 조작시의 에러 감시를 실행할 수도 있다.
또, 웨이퍼를 냉각할 때의 변형 방지 기술로서는 종래부터 실제로 웨이퍼의 온도를 측정하는 것이 제안되어 있으며, 온도 측정 기술로서는 처리용기의 천정벽의 위쪽에 방사 온도계를 마련하는 것이 일반적이고, 그 경우에는 천정벽으로서 방사 온도계에 적용 가능한 극히 고가의 특수한 유리를 이용할 필요가 있었지만, 본 발명에서는 웨이퍼의 온도를 직접 측정할 필요는 없으며, 천정벽의 재료도 레이저 변위계 등의 변위 센서에서의 검출을 실행할 수 있으면 좋고, 파이렉스 글래스(pyrex glass)(등록상표) 등의 저렴한 것으로 충분하다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 진공 처리 유닛을 4개, 로드록 장치를 2개 마련한 멀티 챔버 타입의 진공 처리 시스템을 예로 들어 설명했지만, 이들 수에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 로드록 장치는 이와 같은 멀티 챔버 타입의 진공 처리 장치에 한정되지 않고, 진공 처리 유닛이 1개인 시스템에서도 적용 가능하다. 또한, 상기 실시형태에서는 웨이퍼의 변형을 2개의 변위 센서를 이용해서 파악했지만, 이것에 한정되지 않고, CCD 카메라 등의 다른 수단을 이용해서 파악해도 좋다. 또한, 소정값 이상의 기판의 변형을 검출할 때에, 변위 센서의 출력의 차로부터 이것을 검출했지만, 이 대신에 변위 센서의 출력의 비로 검출해도 좋다. 또한, 냉각을 완화하는 수단으로서는 상기 실시형태에서 나타낸 수단 이외에도 적용할 수 있다. 또한, 피처리체에 대해서도, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, FPD용 유리 기판 등의 다른 것을 대상으로 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 대기 분위기로부터 진공으로 유지된 진공실에 기판을 반송하고, 상기 진공실로부터 고온의 기판을 상기 대기 분위기에 반송할 때에 이용되는 로드록 장치로서,
    진공실에 대응하는 압력과 대기압의 사이에서 압력을 변동 가능하게 마련된 용기와,
    상기 용기 내가 상기 진공실과 연통할 때에, 상기 용기 내의 압력을 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정하고, 상기 용기 내가 상기 대기 분위기의 공간과 연통할 때에, 상기 용기 내의 압력을 대기압으로 조정하는 압력 조정 기구와,
    냉각 기구를 갖는 동시에 상기 용기 내에 마련되고, 기판이 탑재되거나 또는 근접해서 배치되어, 기판을 냉각하는 냉각 부재와,
    상기 용기 내에 있어서의 기판의 변형을 검출하는 기판 변형 검출부와,
    상기 용기 내가 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정되고, 상기 진공실로부터 고온의 기판이 상기 용기 내에 반입되고 나서, 상기 용기 내의 압력이 대기압으로 될 때까지의 동안의 기판 냉각 기간에, 상기 기판 변형 검출부가 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에 기판의 냉각을 완화시켜 기판의 변형을 되돌리도록 제어하는 제어기구
    를 구비하는 로드록 장치.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기구는 상기 압력 조정 기구에 의해 상기 용기 내의 압력을 상승시키는 도중에 상기 기판 변형 검출부가 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에, 압력의 상승을 정지시키거나 또는 압력을 저하시켜 냉각을 완화시키는 로드록 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기구가 냉각을 완화시킨 후, 상기 기판 변형 검출부가 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것을 검출했을 때에, 상기 제어기구가 상기 용기 내의 압력 상승을 재개시키는 로드록 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 부재에 대해 돌출 함몰 가능하게 마련되고, 상기 냉각 부재로부터 돌출된 상태에서 기판을 수취하고, 그 상태에서 강하하는 것에 의해 기판을 상기 냉각 부재에 탑재 또는 근접시키는 기판 지지 핀을 더 구비하고,
    상기 제어기구는 상기 기판 변형 검출부가 소정값 이상의 기판의 변형을 검출했을 때에, 상기 기판 지지 핀을 상승시키거나 또는 상기 기판 지지 핀이 기판을 지지해서 하강하고 있는 경우에는 하강을 정지시키는 것에 의해 냉각을 완화하는 로드록 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기구가 냉각을 완화시킨 후, 상기 기판 변형 검출부가 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것을 검출했을 때에, 상기 제어기구가 상기 지지 핀의 위치를 원래로 되돌리게 하거나 또는 상기 기판 지지 핀의 하강이 정지하고 있는 경우에는 상기 기판 지지 핀의 하강을 재개시키는 로드록 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 변형 검출부는 기판 중심부의 변위를 측정하는 제 1 센서와, 기판 에지부의 변위를 측정하는 제 2 센서를 갖고, 이들 제 1 센서의 검출값 및 제 2 센서의 검출값의 차로부터 기판의 변형을 검출하는 로드록 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 레이저 변위계인 로드록 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공실은 기판에 대해 진공 중에서 고온에서의 처리를 실시하는 진공 처리실에 기판을 반송하는 반송 기구를 구비한 반송실이고, 상기 진공 처리실에 있어서 기판에 대해 고온의 처리가 이루어진 후, 상기 용기 내에 상기 진공실을 통해 고온의 기판이 반송되는 로드록 장치.
  9. 진공실에 대응하는 압력과 대기압의 사이에서 압력을 변동 가능하게 마련된 용기와, 상기 용기 내가 상기 진공실과 연통할 때에, 상기 용기 내의 압력을 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정하고, 상기 용기 내가 상기 대기 분위기의 공간과 연통할 때에, 상기 용기 내의 압력을 대기압으로 조정하는 압력 조정 기구와, 냉각 기구를 갖는 동시에 상기 용기 내에 마련되고, 기판이 탑재되거나 또는 근접해서 배치되어, 기판을 냉각하는 냉각 부재를 구비하고, 대기 분위기로부터 진공으로 유지된 진공실에 기판을 반송하고, 상기 진공실로부터 고온의 기판을 상기 대기 분위기에 반송할 때에 이용되는 로드록 장치에 있어서의 기판 냉각 방법으로서,
    상기 용기 내가 상기 진공실에 대응하는 압력으로 조정되고, 상기 진공실로부터 고온의 기판이 상기 용기 내에 반입되고 나서, 상기 용기 내의 압력이 대기압으로 될 때까지의 동안의 기판 냉각 기간에, 상기 용기 내에 있어서의 기판의 변형을 검출하는 것과,
    기판의 변형이 소정값 이상이 된 것이 검출되었을 때에 기판의 냉각을 완화해서 기판의 변형을 되돌리도록 하는 것을 갖는 기판 냉각 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 조정 기구에 의해 상기 용기 내의 압력을 상승시키는 도중에 소정값 이상의 기판의 변형이 검출되었을 때에, 압력의 상승을 정지시키거나 또는 압력을 저하시켜 냉각을 완화하는 기판 냉각 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    냉각을 완화한 후, 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것이 검출되었을 때에, 상기 용기 내의 압력 상승을 재개하는 기판 냉각 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 로드록 장치는 상기 냉각 부재에 대해 돌출 함몰 가능하게 마련되고, 상기 냉각 부재로부터 돌출된 상태에서 기판을 수취하고, 그 상태에서 강하하는 것에 의해 기판을 상기 냉각 부재에 탑재 또는 근접시키는 기판 지지 핀을 더 구비하고,
    소정값 이상의 기판의 변형이 검출되었을 때에, 상기 기판 지지 핀을 상승시키거나 또는 상기 기판 지지 핀이 기판을 지지해서 하강하고 있는 경우에는 하강을 정지시키는 것에 의해 냉각을 완화하는 기판 냉각 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    냉각을 완화한 후, 기판의 변형이 소정값보다도 작아진 것이 검출되었을 때에, 상기 지지 핀의 위치를 원래로 되돌리거나 또는 상기 기판 지지 핀의 하강이 정지하고 있는 경우에는 상기 기판 지지 핀의 하강을 재개하는 기판 냉각 방법.
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