JP4116149B2

JP4116149B2 - 枚葉式ロードロック装置

Info

Publication number: JP4116149B2
Application number: JP16521198A
Authority: JP
Inventors: 省吾立山; 浩辻川; 修一瓜生; 孝治忍谷; 芳樹緒方; 満樹武本
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JPH11217670A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶、太陽電池、メモリディスク製造分野で用いられる基板の成膜装置あるいはクラスタツールにおいて、大気中から高真空に排気された処理装置への基板の搬入および処理装置から大気中への搬出を行うためのロードロック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の枚葉式ロードロック機構を用いた装置として、特公昭６３−４５４６７号公報がある。また、処理装置から独立したロードロック装置の例としては特公平１０−５０７９８号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなロードロック装置に求められる条件は、基板雰囲気を大気から所定の圧力まで出来るだけ短い時間で粗排気し、また、真空から大気圧に短時間で昇圧することである。
従来から、前記従来の技術に示したように基板テーブルとノズル付きフランジで構成される小部屋のみを大気に開放し、基板テーブル上に基板を搬入後、ノズル付きフランジを降下させ小部屋６０を密閉し、粗排気を行い、小部屋の圧力が所定の圧力に達した時点で基板テーブルを降下させ本排気を行う方式のロードロック装置が用いられている。
この方式のロードロック装置においては、真空容器内は常に高真空ポンプにより排気されているため、基板テーブル降下後は、基板雰囲気は速やかに排気され比較的短時間で目標の圧力に到達できる。
しかし、粗引きの過程は、単に小部屋内のガスを排出するのみではなく、基板表面および内壁に吸着している水分を剥離し排出する過程である。一般に、真空容器を一度大気中に露出すると一瞬の間におよそ１００層の水分子が表面に吸着されるといわれる。この容器を真空排気する場合には、水分子が最表面の１層を残す程度にまで取り除いてしまわなければ高真空ポンプに切替え可能な１０Ｐａ程度まで圧力は下がらない。したがって、この排気時間を短縮することは、排気時間全体を短縮する上で重要になる。
一方、排気段階において小部屋内を急激に減圧すると、小部屋内のガス流が乱流となり小部屋底面や基板裏面に付着しているパーティクルが巻き上げられ基板上面に付着してしまう不都合が生じる。
また、粗排気段階には小部屋内のガスは断熱膨張し急激に温度が下がる。その結果空気中の水分あるいは揮発性有機物が凝結しエアロゾルを生じ、これが基板上面に落下し電子デバイス特性に悪影響を及ぼす。
また、一般の装置においては、搬入専用と搬出専用のロードロック装置を設けている。処理装置に搬入される基板は十分に清浄化されているが、処理装置の中では反応ガスを流しながら物理的、化学的な反応により膜付けあるいはエッチングが行われており、反応ガスや副生成物がパーティクルとして多く基板に付着する。１つのロードロック室を用いて基板の搬入と搬出を行うと、搬出基板に付着しているガスや副生成物がロードロック室を介して搬入基板に悪影響を及ぼす。これが搬入および搬出用の２個のロードロック装置を設けていた理由である。
【０００４】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、パーティクルを迅速に除去し基板を清浄に保つことができる枚葉式ロードロック装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による枚葉式ロードロック装置は、真空容器の上部に設けられた開口部を前記真空容器内側から密閉する基板テーブルと前記真空容器外側から密閉するノズル付きフランジとで形成された小部屋に基板を挿入し、前記小部屋を粗排気後基板テーブルが下降し本排気を行う枚葉式ロードロック装置において、前記ノズル付きフランジ中心から前記基板外周に向かって、ガスを吹き出す噴射ノズルを有し、基板外周部における基板とノズル付きフランジ内壁の隙間は３ｍｍ以下であり、基板テーブル中心に排気ポートを有している構成である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による枚葉式ロードロック装置の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明による枚葉式ロードロック装置を概略的に示す斜視図であり、図２は図１の要部を詳細に示す構成図である。図１及び図２において符号２１で示されるものは真空容器であり、この真空容器２１には各々独立した昇降機能である第１、第２アクチュエータ２２，２３により昇降自在に構成された基板テーブル２４及びノズル付きフランジ２５が設けられている。前記各アクチュエータ２２，２３はベローズ２６により真空が保たれるように構成され、前記真空容器２１の底部には高真空ポンプ用弁板２７を有するヘッドバルブ２８を介して高真空ポンプ４が接続されている。この基板テーブル２４には、図７で示すような円錐状の複数の側面受け３４及び上面が球形の底部受け３５が設けられている。
【０００７】
前記ロードロック装置に真空ゲート弁８を介して接続された搬送チャンバ６の真空搬送ロボット３８で搬送された半導体基板である基板１は前記底面受け３５上に搬送載置され、処理後は大気搬送ロボット３９により外部へ搬送できるように構成されている。さらに、前記ノズル付きフランジ２５の内面には、基板１及び基板テーブル２４の中心に対応して噴射ノズル４０が形成され、この噴射ノズル４０からのガスは、ノズル付きフランジ２５の内面のノズル付きフランジ内壁４１を介して基板１上に供給されるように構成されている。従って、この噴射ノズル４０は基板１及び基板テーブル２４の中心に対応している。また、他の形態としては、図４に示されるように、噴射ノズル４０の下方に多数の小孔４０ａを有するノズル板４２が設けられ、この各小孔４０ａを介して基板１上にガスを供給するように構成することもできる。
【０００８】
前記、ノズル付きフランジ２５の下面及び基板テーブル２４の上面には、真空容器２１と密合するためのアリ溝に設けられたＯリング５０が設けられ、前記噴射ノズル４０の上流側には、パージバルブ５１、ガスヒータ５２及びガスをイオン化するためのイオナイザ５３が設けられている。なお、前述の構成は３００ｍｍのシリコン基板に対応した構造である。
さらに、基板１外周部における基板１とノズル付きフランジ内壁４１との隙間は３ｍｍ以下とし、基板テーブル２４中心に排気ポート２９Ａを設けた。ノズル付きフランジ２５の中央部の内壁と基板の隙間は、基板周辺より大きくし、噴射ノズル４０からの基板１上の気流速度をほぼ一定にするようにしている。これにより排気およびベントの過程において、気流がパーティクル７０を巻き上げ基板１に付着させることをなくした。すなわち、小部屋６０内においてパージガスは、基板１の上面において中心から外周部へ軸対象の流れとなり、排気ガスは基板１の下面において外周部から中心部への軸対象な流れとなる。また、基板１の縁部では小部屋６０の内壁と基板１の隙間が狭く、基板１の外周全体にわたり一定となっているため、気流は上面から下面へ一様な流れとなる。装置立上げ後の初期の状態において小部屋６０内は、清浄化されている。しかし、装置が稼働し基板１の搬送が始まると、基板１が持ち込むパーティクル７０、基板１と基板受け３４，３５やロボットフィンガ３８，３９との接触によるパーティクル７０などが小部屋６０内に蓄積する。ただし、これらのパーティクル７０は基板１より低い位置、つまり基板１の下面側のみに有り、基板１の下面側から上面側への逆流をなくすことで、基板１の上面へのパーティクルの付着を避けることができる。
【０００９】
図１の形態では、基板テーブル２４中心の排気ポート２９Ａから吸込まれたガスは、基板テーブル１内に設けられた排気トンネル３３を通り真空容器２１に設けられた排気管３２から粗引きバルブ３１、フィルタ３０Ａ及び粗引きポンプ３０により外部へ排出される。真空容器２１の排気ポート入口へは、排気トンネル３３からのガスのほかに基板テーブル２４と真空容器２１の隙間を通り小部屋６０から直接流れ込むガスがある。しかし、基板テーブル２４と真空容器２１の隙間は狭くしてあるため、大部分は排気トンネル３３からのガスとなる。すなわち、大方のガスは基板１の上面中心から基板１の下面中心へ向かって流れる。
さらに、小部屋６０を粗引きする過程において、噴射ノズル４０から一時的に短時間のガスパージを行い、パージガスの気流により基板１の表裏面および小部屋６０の底面に付着しているパーティクルを粗引きポンプ３０側へ排出する。また、前記ガスは水分を取り除いた乾燥ガスであり、また、前記ガスは約１００℃に加熱されたガスを使用する。
さらに、小部屋６０をベントする過程で、短時間の排気を行い、基板１に付着しているパーティクル７０を粗引きポンプ３０側に排出する。
さらに、前記基板１表面に付着したパーティクル７０の何れか又は全部を剥離、除去するため、前記噴射ノズル４０から噴射する高温、乾燥ガスを噴射直前でイオン化するイオナイザ５３が前記噴射ノズル４０の上流側に設けられている。
【００１０】
次に、動作について述べる。
まず、基板１の搬入時の手順（図５のＡ〜Ｄ参照）
１．基板テーブル２４は上昇し真空容器２１内と大気側を遮断している。真空容器２１は、高真空ポンプ４により排気され高真空を維持し、ノズル付きフランジ２５は、上昇位置にある。
２．大気側から、大気側ロボット３９により基板テーブル２４上に基板１を搬入する。
３．ノズル付きフランジ２５が下降し、密閉された小部屋６０を形成する。（図５のＢ）
４．粗引きポンプ３０により小部屋６０を粗排気する。粗排気の過程で一時的にパージバルブ５１を開き、小部屋６０にガスを導入する。
５．粗引き完了後、基板テーブル２４が下降し、高真空ポンプ４により本排気される。（図５のＣ）
６．ゲートバルブ８が開き、搬送チャンバ６に基板１を搬出する。
次に、搬出時の手順（図５のＣとＤ）
１．上記（６）の状態で、図示しない処理装置側から搬送チャンバ６を経て基板テーブル２４上に基板１を搬入する（図５のＣ）
２．基板テーブル２４が上昇しウエハ収納室である小部屋６０を形成する。（図５のＤ）
３．パージバルブ５１が開き小部屋６０を大気圧までベントする。このベントの過程で一時的に粗引きバルブ３１を開き、小部屋６０を排気する。
４．ノズル付きフランジ２５が上昇後、大気側へ大気側ロボット３９で基板１を搬出する。（図５のＡ）
ベントの初期段階において、真空中に大量のガスが放出される。このガス流が基板１の中心付近に垂直に衝突すると基板１にダメージを与え、欠陥発生の原因になる可能性がある。そのため、図４に示すようなノズル形状にすることによりガス流の方向を変え、基板１へのダメージを減らすことができる。すなわち各ノズル４０ａはガスの流れ方向と一致させて並べているが、少しづつずらせて配置してもよい。
同時にこのノズル４０ａは、ベント時のガスの流れを整流し、基板１上の流れを均一にするのにも役立つ。
また、このようなノズルの代わりに周知の拡散フイルタ（図示せず）を噴射ノズル４０位置に配置しても、同様の効果が得られる。
【００１１】
また、図５のＢにおいては、基板テーブル２４の中心付近に開口を持つ粗引き用の排気管３２が排気トンネル３３に対応し、粗引き時に大部分のガスがここを通って排気されるようにすることで、基板１上面中心から裏面の中心まで基板１表面に沿う流れをつくり、装置内壁に付着したパーティクル７０を基板１上面に巻き上げることなくガスと一緒に速やかに排出する。
すなわち、従来のロードロック装置ではパーティクル７０はチャンバ内に蓄積されるのみであったが、本発明の装置ではパーティクル７０は排気により積極的に排出され、チャンバ内には蓄積されない。粗引きの過程で一時的にガスでパージを行うことにより少なくとも基板１の表裏面のパーティクル７０を図２の粗引きポンプ３０側へ排出できる。また、ベントの過程で一時的に排気を行うことにより少なくとも基板１の表裏面等のパーティクル７０を粗引きポンプ３０側へ排出することができる。
【００１２】
また、基板１受けとして底面受け３５と基板１の接触位置は、図７のようにロードロック装置７の中で最もパーティクル７０の発生しやすいところの一つである。そのため基板１が置かれるときの微妙な位置ズレにより接触部で衝突や滑りが生じパーティクル７０の発生は避けられない。そのうえ発生したパーティクル７０は、基板１近くにあるため、その処理を間違えれば製品に悪影響を及ぼす。図７に示すように基板１の側面を円錐状の側面受け３４で受けることで気流の流れを乱さず、生じたパーティクル７０を基板１の裏面へ速やかに流し、少なくとも基板１上面への付着は避けることができる。
また、枚葉式ロードロック装置では、大気から高真空までの排気時間をいかに短縮するかがスループットに大きく影響する。
一方、高真空領域での排気速度はポンプの開口面積と流路長さで決まるため、高い排気速度を得るためには、広い開口面積を取り、かつ流路を短くすることが重要である。
真空ポンプの有効排気速度は、
１／Ｓ＝１／Ｃ＋１／Ｓ０
Ｓ：有効排気速度
Ｓ０：実排気速度
Ｃ：コンダクタンス
で表される。
一方、円管のコンダクタンスと長さとの関係は、図１１のようになる。
従って、排気開口径の長さと同じ長さの円管を介して排気する場合でも、ポンプの有効排気速度は３４％に減少してしまう。
これらの問題を回避するために、図２ではヘッドバルブ２８を真空容器２１と一体の構造としている。
【００１３】
図１０は、本装置における基板受け渡しの圧力変化を示したものである。圧力データは小部屋６０内をピラニゲージで、真空容器２１内をピラニゲージおよびＢ−Ａゲージで、さらに搬送チャンバ６内をピラニゲージおよびＢ−Ａゲージで測定した値である。実線は、大気側から真空へ搬入される基板の雰囲気圧力を、破線は真空から大気へ搬出される基板の雰囲気圧力を示している。
このデータによると、排気時間は約２０秒、ベント時間は約５秒となっている。ロードロックの通過基板数は、７０〜８０枚／時程度が可能であり、１台の装置に１台のロードロック装置であっても十分に使用することが明らかである。
また、基板１を大気状態から真空状態に搬送する場合、ノズル付きフランジ２５を降下させながら、パージバルブ５１を開いて、ガスヒータ５２で加熱された高温、乾燥ガスをノズル４０から基板１表面に向かって噴射を開始し、粗引き開始後０．５秒から数秒のあいだ噴射を続ける。それによりガスが断熱膨張して温度がガスの凝縮温度以下まで下がるのを防止し、高温での基板１の水分を飛ばす効果が得られる。
また、前述の小部屋６０におけるガス噴流の流れ状態は、図３の黒矢印で示すように、基板１表面から剥離、除去された水分及びパークティクル等の一部もしくは全ては粗引きポンプ３０の手前に設けられたフィルタ３０Ａによって捕集される。
また、前記高真空ポンプ４については、図１及び図２に示す配置例に限らず、図８及び図９のように配設することもできるが、図８及び図９の場合は基板テーブル２４が障害となってコンダクタンスが減少するため、図２の取付位置が最適である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による枚葉仕込みロードロック装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、半導体装置分野では基板の大型化と、基板上に形成する電子デバイスの微細化が進む中で、製品歩留まり向上と製造装置のスループット（時間あたりの基板処理枚数）の向上を図る上で基板表面の汚染を除去するためのより効果的な方法とその装置が求められているが、本発明の枚数仕込みロードロック装置を用いることにより、従来のゆっくりと排気及びベントを行うことでパークティクルを巻き上げず基板を清浄に保つという方法に比べて、格段に早い粗引き、昇圧を行うことが可能となる。また、基板が位置する小部屋内は、常時高速のガス流により清浄化されているため、従来のロードロック装置のように真空容器内に徐々にパーティクルが蓄積されて行くことはないため、定期的な容器内のクリーニングは不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による枚葉仕込みロードロック装置を示す一部切欠付き概略斜視図である。
【図２】図１の要部を詳細に示す１構成図である。
【図３】図２の動作図である。
【図４】図２の要部の他の形態を示す構成図である。
【図５】図２の工程図である。
【図６】図２の要部の拡大図である。
【図７】図２の要部の拡大図である。
【図８】高真空ポンプの比較配置例である。
【図９】高真空ポンプの比較配置例である。
【図１０】本発明によるロードロック装置の動作ごとの圧力変化を示す特性図である。
【図１１】コンダクタンスと管の長さの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
４高真空ポンプ
６搬送チャンバ
８真空側ゲートバルブ
２１真空容器
２２アクチュエータ
２４基板テーブル
２５ノズル付きフランジ
２６ベローズ
２７真空ポンプ用弁板
２８ヘッドバルブ
２９Ａ排気ポート
３０粗引きポンプ
３０Ａフィルタ
３１粗引きバルブ
３２排気管
３３排気トンネル
３４側面受け
３５底面受け
３７搬送チャンバ
３８真空側ロボット
３９大気側ロボット
４０噴射ノズル
４０ａ小孔
４１ノズル付きフランジ内壁
４２ノズル板
５０Ｏリング
５１パージバルブ
５２ガスヒータ
５３イオナイザ
６０小部屋
７０パーティクル

Claims

真空容器(21)の上部に設けられた開口部を前記真空容器(21)内側から密閉する基板テーブル(24)と前記真空容器(21)外側から密閉するノズル付きフランジ(25)とで形成された小部屋(60)に基板(1)を挿入し、前記小部屋(60)を粗引き後基板テーブル(24)が下降し本排気を行う枚葉式ロードロック装置において、
前記ノズル付きフランジ(25)中心から前記基板(1)外周に向かって、ガスを吹き出す噴射ノズル(40)を有し、基板(1)外周部における基板(1)とノズル付きフランジ内壁(41)の隙間は３ｍｍ以下であり、基板テーブル(24)中心に排気ポート(29A)を有していることを特徴とする枚葉式ロードロック装置。