JP4033511B2

JP4033511B2 - 基板処理装置及び方法

Info

Publication number: JP4033511B2
Application number: JP26097A
Authority: JP
Inventors: 秀夫原口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2017-01-06
Also published as: JPH10199957A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプラズマ処理装置のように、例えば半導体基板を収めた反応室内で反応生成物を半導体基板に作用させて当該半導体基板を処理するような基板処理装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハに対して成膜や、スパッタリング等の処理を行うためのプラズマ処理装置は、図５及び図６に示すように、上記半導体ウエハに対して処理を行う反応室１と、半導体ウエハを保持し反応室１への半導体ウエハの出入を行う搬送機構５及び該搬送機構５の駆動機構が収められた予備室２とが隣接して設けられている。又、図５ではその図示を省略しているが、反応室１には、図６に示すように、電極２１上に半導体ウエハ３０を保持するための爪部３１が設けられている。該爪部３１は、電極２１上に載置された半導体ウエハ３０の周縁部３０ａに接触するリング部３２と、半導体ウエハ３０の厚さ方向であって反応室１の底板１ａ側へリング部３２から突設する脚部３３と、該脚部３３の先端部分に取り付けられた昇降リング３４とを有する。このような爪部３１は、反応室１の外部に設けた駆動装置３５にて底板１ａを介して昇降リング３４が半導体ウエハ３０の厚さ方向へ、基板解放位置３６と基板保持位置３７との間で昇降される。したがって、駆動装置３５にて爪部３１が基板保持位置３７に配置されたときには、電極２１上に載置された半導体ウエハ３０の周縁部３０ａにリング部３２が当接して半導体ウエハ３０を電極２１へ保持する。一方、駆動装置３５にて爪部３１が基板解放位置３６に配置されたときには、上記周縁部３０ａとリング部３２との当接は解除され半導体ウエハ３０の保持は解除される。
尚、図５及び図６において、電極２１への電源は図示を省略している。
【０００３】
又、反応室１と予備室２とは、搬送機構５及び半導体ウエハ３０が通過可能なゲート通路４３を介して連通している。又、反応室１内が真空状態であっても予備室２は大気圧状態となることから、ゲート通路４３の予備室２における予備室側開口部４３ａが設けられる、予備室２の内壁４１には、反応室１と予備室２とを遮断する開閉可能なゲート３が設けらている。ゲート３の反応室対向面４２において内壁４１に接触する部分には、反応室１と予備室２との気密を保つためのＯ−リング６が取り付けられている。このような構成では、ゲート通路４３の壁面及び該ゲート通路４３にさらされるゲート３の反応室対向面４２には、反応時に反応室１内で生成される反応生成物が付着することになる。
よって、従来より、ゲート通路４３の壁面における上記反応生成物の除去を容易にするため、ゲート通路４３の壁面に沿った形の管状体でありゲート通路４３に着脱可能なカバー４をゲート通路４３に嵌め込んでいる。カバー４を用いることで、上記反応生成物はカバー４の内面に付着するのでゲート通路４３部分への付着はなく、カバー４を交換することで容易に上記反応生成物を除去可能とすることでメンテナンス性を良くしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般にゲート３の反応室対向面４２やＯ−リング６の近傍部分は、カバー４のような覆いを設けることが困難である。よってメンテナンス時には、この部分に付着した上記反応生成物の除去に多くの時間を費やすことになり、又、この部分の上記反応生成物は、Ｏ−リング６部分でのリーク発生の原因となったり、ダスト源となるため、プラズマ処理装置のメンテナンスサイクルを早める大きな要因となる。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ゲート部分でのリーク発生防止及びメンテナンス性の向上を図ることができる基板処理装置及び方法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】
本発明の第１態様である基板処理装置は、保持台に保持される基板を内部に収納し処理工程時には上記基板に反応生成物にて当該基板の処理が行なわれる処理室であって、上記基板の移送を行う移送機構が通過可能なゲート通路を有すると共に、上記ゲート通路における上記処理室の外側の開口部に対して開閉自在であり閉時には上記処理室の気密を保持するゲートを有する処理室を備えた基板処理装置であって、
開口が形成されかつ上記ゲート通路の処理室側開口部を上記処理工程時に覆い上記ゲート通路への上記反応生成物の付着を防止するカバーと、
上記処理室に設けられると共に上記保持台の周縁部に配置され上記基板を上記保持台に保持する爪部と、
上記カバー及び上記爪部に接続され上記カバーが上記処理室側開口部を覆う遮蔽位置と上記処理室側開口部を覆わない非遮蔽位置との間にて上記ゲート通路の延在方向に対して直交方向へ上記カバー及び上記爪部を移動させ上記処理工程時には上記カバーを上記遮蔽位置へ移動する駆動装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２態様である基板処理方法は、ゲート通路を通り基板を処理室へ移送して上記処理室内に収納した後、開口を有しかつ上記ゲート通路への反応生成物の付着を防止するカバーにて上記ゲート通路の処理室側開口部を覆うと共に、上記処理室に設けられ保持台の周縁部に配置された爪部を上記カバーと同時に駆動させることで上記基板を上記保持台に保持し、その後、上記処理室内の基板に対して上記反応生成物を作用させて処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の基板処理装置及び基板処理方法について図を参照しながら以下に説明する。尚、上記基板処理方法は、上記基板処理装置にて実行されるものである。又、本実施形態では、保持台の機能を果たす一例が電極２１に相当する。又、処理室の機能を果たす一実施形態が反応室１に相当する。又、処理室の外側の開口部は、予備室側開口部４３ａに相当する。又、基板に相当するものとして本実施形態では半導体ウエハ３０を例に採るが、上記基板は例えば液晶用基板等も含まれる概念である。
尚、図１から図３において、電極２１へ電力を供給する電源の図示、及び反応室１及び予備室２の天井部分にそれぞれ設けられる開閉可能な蓋の図示は省略している。又、本実施形態では、予備室２は反応室１と同様に密閉可能な構造を採るが、これに限定されるものではなく、密閉されていない空間をも含む概念である。
又、基板処理装置の機能を果たす一実施形態として、本実施形態ではプラズマＣＶＤ装置を例に採るが、これに限定されるものではない。即ち、反応室１内において基板に対して処理を行う際に、反応生成物がゲート通路４３等に付着するような処理装置に対して本実施形態の基板処理装置及び方法は適用可能である。
【０００８】
本実施形態の基板処理装置９１では、反応室１内で半導体ウエハ３０に対する処理が行われるとき、反応室１におけるゲート通路４３の開口である反応室側開口部４３ｂを覆い上記反応生成物がゲート通路４３へ付着するのを防止するカバー５０を反応室１内に設けたものである。
【０００９】
カバー５０は、図１に示すように、遮蔽板５１と該遮蔽板５１が取り付けられる台座５２とを有する。
遮蔽板５１は、反応室１の内壁１ｂに沿うように形成され、かつ反応室側開口部４３ｂのすべてを覆うように、図４に示す反応室側開口部４３ｂの幅寸法Iに対してより大きい幅寸法IIを有する帯状の薄板である。尚、本実施形態では、上記幅寸法Iは約２３０ｍｍであり上記寸法IIは約２５０ｍｍである。このような遮蔽板５１は、例えばアルミニウムや、例えばＳＵＳ３１６のようなステンレスの金属材にて作成するのが便利である。又、カバー５０には上記反応生成物が付着するが、付着した反応生成物がカバー５０から剥離したときには半導体ウエハ３０を汚染することにもなる。よって、上記反応生成物の剥離を防止するために、少なくとも遮蔽板５１の半導体ウエハ３０に対向する側面５３には、遮蔽板５１がアルミニウムにてなる場合には硬質アルマイトを施すのが望ましく、遮蔽板５１がステンレスにてなる場合にはその表面をブラスト処理するのが望ましい。
【００１０】
台座５２は、反応室１の周囲に沿って延在するものであり、本実施形態では反応室１が円筒形であり、又、反応室１の中央部には電極２１が設けられていることから、台座５２は円環状の薄板からなる。尚、台座５２の形状は円環状に限るものではなく、反応室１の形状に応じて変形すればよい。又、台座５２は必ずしも全周にわたり連続する必要はなく、少なくとも後述の駆動装置３５にてカバー５０が駆動可能となるように設けられればよい。台座５２の周縁部の一部分には、上記遮蔽板５１が立設される。台座５２に立設された遮蔽板５１は、反応室１の内壁１ｂと約０．５ｍｍのすき間を介して配置される。この程度のすき間であれば、反応生成物が該すき間を介してゲート通路４３側へ付着することをほとんど防止することができる。又、上記底板１ａに対向する台座５２の底面５２ａには、後述の駆動装置３５に備わるシャフトであって反応室１の底板１ａを介して反応室１の外部から内部へ延在する昇降シャフト１１の一端がネジ止めされる。よって、台座５２及び遮蔽板５１を有するカバー５０は、駆動装置３５にて半導体ウエハ３０の厚さ方向に沿って非遮蔽位置５５と遮蔽位置５６との間で昇降される。又、本実施形態では、上記非遮蔽位置５５にカバー５０が配置されたときには、ゲート通路４３から反応室１内へ搬送機構５が進入可能なように、遮蔽板５１には開口５４が形成されている。よって、カバー５０が非遮蔽位置５５に配置されたとき、即ち半導体ウエハ３０に対して処理を行わないときには、ゲート通路４３はカバー５０によって遮蔽されておらず、一方、カバー５０が遮蔽位置５６に配置されたとき、即ち半導体ウエハ３０に対して処理が行われるときには、ゲート通路４３及びゲート３の反応室対向面４２はカバー５０の遮蔽板５１によって遮蔽される。
尚、本実施形態では、反応室１の底板１ａ側からカバー５０を駆動するように構成しているので、カバー５０には開口５４を設けているが、開口５４は必ずしも必要なものではない。例えば反応室１の天井側からカバー５０を駆動するような構造を採ったときには開口５４は必ずしも必要ではない。
又、本実施形態では、カバー５０は駆動装置３５にて半導体ウエハ３０の厚さ方向に沿って昇降するように構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、反応室１の周囲に沿って半導体ウエハ３０の周方向にカバー５０を移動させてもよい。尚、この場合にも開口５４は必ずしも必要ではない。
【００１１】
又、本実施形態では、カバー５０と爪部３１との動作を連動させるために、台座５２は爪部３１の昇降リング３４と一体的に形成されている。よって、本実施形態ではカバー５０と爪部３１とは一体的に形成されている。したがって、駆動装置３５にてカバー５０が上記非遮蔽位置５５と遮蔽位置５６との間で昇降するのと同時に、爪部３１が上記基板解放位置３６と基板保持位置３７との間で昇降する。このような構成を採ることで、カバー５０と爪部３１との両者を駆動装置３５のみにて駆動することができる。尚、上記台座５２と上記昇降リング３４とを着脱可能な構造としてもよい。
【００１２】
駆動装置３５は、台座５２の周囲における直径位置の２点にて台座５２を昇降するものであり、大別して、駆動源であるモータ１９と、該モータ１９によって回転されるナット部１２，１２と、該ナット部１２の回転により半導体ウエハ３０の厚さ方向に昇降するボールネジ１０，１０と、該ボールネジ１０に対して同軸上に配置され接続される上記昇降シャフト１１，１１とを備える。
昇降シャフト１１，１１は、上述のようにその一端が台座５２の底面５２ａに着脱自在に連結され、半導体ウエハ３０の厚さ方向に沿って反応室１の底板１ａを貫通して、さらに反応室１の底板１ａに取り付けられたベローズ９，９の内部を貫通して反応室１の外部へ延在する。尚、ベローズ９，９は、昇降シャフト１１，１１をその軸方向に移動可能に支持するとともに反応室１内の気密を保持する。又、反応室１の底板１ａへのベローズ９，９の取り付けも、Ｏ−リング１８，１８を介在させており、反応室１内の気密を保持している。
【００１３】
昇降シャフト１１，１１の各他端は、昇降シャフト１１と同軸上に沿って延在するボールネジ１０Ａ，１０Ｂの一端にそれぞれ連結される。ボールネジ１０Ａ，１０Ｂには、該ボールネジを中心としてその周方向に回転自在なナット部１２Ａ，１２Ｂが係合している。又、各ナット部１２Ａ，１２Ｂには、ボールネジ１０Ａ，１０Ｂと同じ回転中心にて配されボールネジ１０Ａ，１０Ｂの軸方向に沿って延在する支持部材２０Ａ，２０Ｂの一端部がそれぞれ固定され、支持部材２０Ａ，２０Ｂの各他端部には、支持部材２０Ａ，２０Ｂと同じ回転中心にて第１プーリ１５Ａ，１５Ｂが固定されている。これらの第１プーリ１５Ａ，１５Ｂは、タイミングベルト１４にて連結されている。よって、各ナット部１２Ａ，１２Ｂは、第１プーリ１５Ａ，１５Ｂ及びタイミングベルト１４を介してボールネジ１０の周方向に沿ってともに同方向へ同期して回転可能である。
さらに、反応室１の底板１ａには、ベローズ９，９のフランジを介してケーシング２９，２９の一端が固定される。該ケーシング２９，２９は、ベローズ９，９、ナット部１２Ａ，１２Ｂ等の部分を内部に収納する円筒形状であり、その他端部は、ベアリング２９ａ，２９ａを介することで支持部材２０Ａ，２０Ｂがボールネジ１０の周方向へ回転可能として、支持部材２０Ａ，２０Ｂ及びナット部１２Ａ，１２Ｂを支持する。よって、ナット部１２Ａ，１２Ｂ、支持部材２０Ａ，２０Ｂ、及び第１プーリ１５Ａ，１５Ｂは、ケーシング２９，２９にてボールネジ１０Ａ，１０Ｂの軸方向への移動が禁止される。
さらに、いずれか一方の支持部材、例えば支持部材２０Ａの他端部にはさらに、支持部材２０Ａと同じ回転中心にて第２プーリ１６が取り付けられ、該第２プーリ１６は、タイミングベルト１３を介してモータ１９の出力軸に設けた第３プーリ１７に連結される。よって、モータ１９が動作することで、第３プーリ１７、タイミングベルト１３、第２プーリ１６、及び支持部材２０Ａを介して上記一方のナット部１２Ａは上記周方向へ回転される。又、これと同時に、支持部材２０Ａに固定されている第１プーリ１５Ａも上記周方向へ回転する。第１プーリ１５Ａが回転することで、タイミングベルト１４、プーリ１５Ｂを介してナット部１２Ｂも同期して回転する。上述のようにナット部１２Ａ，１２Ｂは、ケーシング２９，２９を介して反応室１の底板１ａに支持されていることから、ナット部１２Ａ，１２Ｂは昇降しない。よって、ナット部１２Ａ，１２Ｂが回転することでボールネジ１０Ａ，１０Ｂが半導体ウエハ３０の厚さ方向に昇降し、それによって昇降シャフト１１，１１が昇降し、さらにカバー５０及び爪部３１が昇降することになる。又、タイミングベルト１４を介してボールネジ１０Ａ及びボールネジ１０Ｂの両方を同期して駆動していることで、カバー５０及び爪部３１を水平に維持した状態で昇降させることができる。
尚、各ボールネジ１０Ａ，１０Ｂの端部は、それぞれボールネジ１０Ａ，１０Ｂの周方向へ回転可能な状態でフレーム２６に取り付けられている。又、ケーシング２９，２９は、図１では仮想線にて示されている。
【００１４】
尚、本実施形態では上述のようにカバー５０及び爪部３１の両者を昇降させることによる重量上の問題から、台座５２の昇降を２点にて行うものであるが、カバー５０及び爪部３１の軽量化が図られた場合や、カバー５０のみを昇降される場合等には、台座５２の昇降を一点支持にて行うこともできる。
【００１５】
このように構成される基板処理装置９１の動作を以下に説明する。
まず、反応室１内へ半導体ウエハ３０を投入するとき、駆動装置３５のモータ１９を動作させて昇降シャフト１１，１１を上昇させることにより、カバー５０は非遮蔽位置５５へ上昇される。カバー５０が非遮蔽位置５５に位置することで、遮蔽板５１の開口５４とゲート通路４３の反応室側開口部４３ａとは重なり、又、同時に爪部３１は基板解放位置３６に位置する。そして、予備室２のゲート３を開けた後、駆動装置２７を駆動して半導体ウエハ３０を保持した搬送機構５をゲート通路４３、開口５４を通過させ、搬送機構５は半導体ウエハ３０を電極２１上に載置する。半導体ウエハ３０を電極２１上に載置した後、駆動装置２７により搬送機構５は予備室２へ戻る。
【００１６】
ゲート３を閉じ、又、モータ１９を動作させて昇降シャフト１１，１１を下降させることによりカバー５０は遮蔽位置５６へ配置される。カバー５０が遮蔽位置５６に位置することで、ゲート通路４３は遮蔽板５１にて覆われ、又、同時に爪部３１は基板保持位置３７に配置され半導体ウエハ３０を電極２１へ保持する。
尚、カバー５０及び爪部３１の昇降のストローク、即ち例えばカバー５０における非遮蔽位置５５と遮蔽位置５６との間の距離は、約５０ｍｍであり、駆動装置３５はこの５０ｍｍを約６．５秒で移動させる。このとき、移動開始直後及び移動終了直前におけるそれぞれ約１０ｍｍを移動するときの移動速度は、それ以外の部分を移動するときの移動速度に比べて低速となるように、モータ１９は制御装置２８にて動作制御される。これは、カバー５０及び爪部３１に付着した反応生成物が移動開始及び停止の衝撃により剥離するのを防止するためである。
遮蔽板５１にてゲート通路４３が覆われた状態で半導体ウエハ３０には所定の処理が行われる。
【００１７】
半導体ウエハ３０への処理が終了した後、再び、モータ１９を動作させて昇降シャフト１１，１１を上昇させることにより、カバー５０を非遮蔽位置５５へ、同時に爪部３１を基板解放位置３６へ配置する。そして、予備室２のゲート３を開けた後、駆動装置２７を駆動して搬送機構５を反応室１へ移動させて半導体ウエハ３０を保持させる。そして半導体ウエハ３０を保持した搬送機構５を駆動装置２７により予備室２へ戻す。このような動作を繰り返すことで各半導体ウエハ３０の処理が実行されていく。
【００１８】
カバー５０及び爪部３１には反応生成物が付着する。よって、カバー５０及び爪部３１を交換するときには、反応室１の天井部分の蓋を開けてカバー５０の台座５２と昇降シャフト１１，１１とを締結しているネジを外すことで、昇降シャフト１１，１１と台座５２とを分離し、一体的に構成されたカバー５０及び爪部３１を反応室１内から取り出す。そして一体的に構成されている新たなカバー５０及び爪部３１を反応室１内へ配置し台座５２を昇降シャフト１１，１１にネジにて締結する。
【００１９】
このように本実施形態の基板処理装置９１によれば、半導体ウエハ３０の処理時において、ゲート通路４３及びゲート３のＯ−リング６部分等は遮蔽板５１にて遮蔽されているので、ゲート通路４３へ付着する反応生成物は少なく、ましてゲート３のＯ−リング６のシール部に付着する反応生成物は極く少なくすることができる。したがって、ゲート通路４３及びゲート３について反応生成物の除去作業が軽減されメンテナンス性の向上を図ることができるとともに、ゲート３部分でのリーク発生防止を図ることができる。さらに又、従来より反応室１内に備わる、半導体ウエハ３０を保持する爪部３１に対して、カバー５０を一体的に形成する構造とし、又、カバー５０の台座５２と昇降シャフト１１，１１とをネジ止めするようにしたことから、よりメンテナンス性の向上を図ることができる。
又、本実施形態の基板処理装置９１では、従来より反応室１内に備わる半導体ウエハ３０を保持する爪部３１とカバー５０とを一体的に形成した構造を採用したことから、既存設備を改造する必要がないという効果もある。
【００２０】
尚、上述の基板処理装置９１では、駆動装置３５について、ボールネジ１０、タイミングベルト１３，１４、プーリ１５，１６，１７、モータ１９を備えた構造としたが、図３に示すように、真空シール用ベローズ２４を貫通する昇降シャフト１１を昇降シリンダ２２にて直接昇降させる機構を採用することもできる。この場合、カバー５０は一本の昇降シャフト１１にて昇降されることから、反応室１内でカバー５０が昇降シャフト１１を中心として回転しないように、反応室１内には、台座５２に係合しかつ台座５２を昇降方向に案内する係合部材２３を設ける。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の基板処理装置及び第２態様の基板処理方法によれば、駆動装置に連結され移動されるカバーを反応室内に設け、基板への処理時には上記カバーにてゲート通路の反応室側開口部を覆い上記ゲート通路への反応生成物の付着を防止するようにしたことから、反応生成物がゲート通路及びゲートのシール部に付着するのを防止できる。したがって、付着した反応生成物の除去作業が軽減されメンテナンス性が向上し、かつメンテナンスサイクルの延長や、反応室からのリーク発生防止を図ることができる。さらに、上記カバーは駆動装置に連結して取り付けることから、さらにメンテナンス性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の基板処理装置の構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す基板処理装置の断面図である。
【図３】図１に示す基板処理装置に備わる駆動装置の他の構成例を示す斜視図である。
【図４】図１に示す基板処理装置に備わるカバーの大きさを説明するための図である。
【図５】従来の基板処理装置の構造を示す斜視図である。
【図６】図５に示す基板処理装置の断面図である。
【符号の説明】
１…反応室、２…予備室、３…ゲート、５…搬送機構、
２１…電極、
３０…半導体ウエハ、３１…爪部、３５…駆動装置、
５０…カバー、５１…遮蔽板、５２…台座、
９１…基板処理装置。

Claims

保持台に保持される基板を内部に収納し処理工程時には上記基板に反応生成物にて当該基板の処理が行なわれる処理室であって、上記基板の移送を行う移送機構が通過可能なゲート通路を有すると共に、上記ゲート通路における上記処理室の外側の開口部に対して開閉自在であり閉時には上記処理室の気密を保持するゲートを有する処理室を備えた基板処理装置であって、
開口が形成されかつ上記ゲート通路の処理室側開口部を上記処理工程時に覆い上記ゲート通路への上記反応生成物の付着を防止するカバーと、
上記処理室に設けられると共に上記保持台の周縁部に配置され上記基板を上記保持台に保持する爪部と、
上記カバー及び上記爪部に接続され上記カバーが上記処理室側開口部を覆う遮蔽位置と上記処理室側開口部を覆わない非遮蔽位置との間にて上記ゲート通路の延在方向に対して直交方向へ上記カバー及び上記爪部を移動させ上記処理工程時には上記カバーを上記遮蔽位置へ移動する駆動装置と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
ゲート通路を通り基板を処理室へ移送して上記処理室内に収納した後、開口を有しかつ上記ゲート通路への反応生成物の付着を防止するカバーにて上記ゲート通路の処理室側開口部を覆うと共に、上記処理室に設けられ保持台の周縁部に配置された爪部を上記カバーと同時に駆動させることで上記基板を上記保持台に保持し、その後、上記処理室内の基板に対して上記反応生成物を作用させて処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
上記カバーによる上記処理室側開口部を覆う動作は、上記処理室内へ収納された上記基板を上記処理室内の上記保持台への保持と同時に行なわれる、請求項２記載の基板処理方法。