JP4116149B2

JP4116149B2 - Single wafer load lock device

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[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a substrate deposition apparatus or a cluster tool used in the field of manufacturing semiconductors, liquid crystals, solar cells, and memory disks. The substrate is carried into a processing apparatus evacuated from the atmosphere to a high vacuum, and the processing apparatus is in the atmosphere. about the load lock equipment for carrying out the carry-out to.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Publication No. 63-45467 is a device using a conventional single-wafer type load lock mechanism. Japanese Patent Publication No. 10-50798 is an example of a load lock device independent of a processing device.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conditions required for such a load lock device are that the substrate atmosphere is roughly evacuated from the atmosphere to a predetermined pressure in as short a time as possible, and the pressure is increased from vacuum to atmospheric pressure in a short time.
Conventionally, as shown in the prior art, only the small chamber composed of the substrate table and the flange with the nozzle is opened to the atmosphere, and after loading the substrate onto the substrate table, the flange with the nozzle is lowered to form the small chamber 60. There is used a load lock device of a type in which sealing is performed, rough exhaust is performed, and the substrate table is lowered and main exhaust is performed when the pressure in the small chamber reaches a predetermined pressure.
In this type of load lock device, since the inside of the vacuum vessel is always evacuated by a high vacuum pump, the substrate atmosphere is quickly evacuated and the target pressure can be reached in a relatively short time after the substrate table is lowered.
However, the roughing process is not only the discharge of the gas in the small chamber, but also the process of peeling and discharging the moisture adsorbed on the substrate surface and the inner wall. Generally, once a vacuum vessel is exposed to the atmosphere, it is said that approximately 100 layers of water molecules are adsorbed on the surface in an instant. When the container is evacuated, the pressure does not drop to about 10 Pa that can be switched to the high vacuum pump unless water molecules are removed to the extent that one layer on the outermost surface remains. Therefore, shortening the exhaust time is important in reducing the entire exhaust time.
On the other hand, if the inside of the small room is rapidly depressurized in the exhaust stage, the gas flow in the small room becomes turbulent, and particles adhering to the bottom surface of the small room or the back surface of the substrate are rolled up and attached to the top surface of the substrate.
In the rough exhaust stage, the gas in the small room is adiabatically expanded and the temperature is suddenly lowered. As a result, moisture or volatile organic matter in the air condenses to form an aerosol, which falls on the top surface of the substrate and adversely affects electronic device characteristics.
Moreover, in a general apparatus, the load lock apparatus only for carrying in and carrying out is provided. The substrate carried into the processing equipment is sufficiently cleaned, but in the processing equipment, the film is formed or etched by a physical or chemical reaction while the reaction gas is flowing. Many things adhere to the substrate as particles. When a substrate is carried in and out using one load lock chamber, gas and by-products adhering to the carry-out substrate adversely affect the carry-in substrate through the load lock chamber. This is the reason why two load lock devices for carrying in and carrying out are provided.
[0004]
The present invention has been made to solve the above problems, in particular, an object of the invention to provide a single wafer load lock equipment the board quickly remove particles can be kept clean.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The single-wafer type load lock device according to the present invention is a small chamber formed by a substrate table that seals an opening provided in an upper part of a vacuum vessel from the inside of the vacuum vessel and a flange with a nozzle that seals from the outside of the vacuum vessel. In a single wafer type load lock apparatus in which a substrate is inserted and the substrate table descends after rough exhausting the small chamber to perform main exhaust, an injection nozzle that blows gas from the center of the flange with the nozzle toward the outer periphery of the substrate The gap between the substrate and the inner wall of the flange with the nozzle in the outer peripheral portion of the substrate is 3 mm or less, and an exhaust port is provided at the center of the substrate table.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the single wafer load lock equipment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a single-wafer type load lock device according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing in detail a main part of FIG. In FIG. 1 and FIG. 2, what is indicated by a reference numeral 21 is a vacuum vessel, and the vacuum vessel 21 has a substrate table 24 configured to be movable up and down by first and second actuators 22 and 23 each having an independent lifting function. And a flange 25 with a nozzle. The actuators 22 and 23 are configured so that a vacuum is maintained by a bellows 26, and the high vacuum pump 4 is connected to the bottom of the vacuum vessel 21 through a head valve 28 having a high vacuum pump valve plate 27. ing. The substrate table 24 is provided with a plurality of conical side receivers 34 and a bottom receiver 35 having a spherical upper surface as shown in FIG.
[0007]
The substrate 1, which is a semiconductor substrate transferred by the vacuum transfer robot 38 of the transfer chamber 6 connected to the load lock device via the vacuum gate valve 8, is transferred and placed on the bottom surface receiver 35, and is transferred to the atmosphere after processing. The robot 39 can be transported to the outside. Further, an injection nozzle 40 is formed on the inner surface of the flange 25 with nozzle corresponding to the center of the substrate 1 and the substrate table 24, and the gas from the injection nozzle 40 is supplied with the nozzle flange on the inner surface of the flange 25 with nozzle. It is configured to be supplied onto the substrate 1 through the inner wall 41. Therefore, the injection nozzle 40 corresponds to the center of the substrate 1 and the substrate table 24. As another form, as shown in FIG. 4, a nozzle plate 42 having a large number of small holes 40 a is provided below the injection nozzle 40, and gas is supplied onto the substrate 1 through the small holes 40 a. It can also be configured to supply.
[0008]
On the lower surface of the flange 25 with nozzle and the upper surface of the substrate table 24, an O-ring 50 provided in a dovetail for mating with the vacuum vessel 21 is provided, and on the upstream side of the injection nozzle 40, a purge valve is provided. 51, a gas heater 52 and an ionizer 53 for ionizing the gas are provided. The above-described configuration corresponds to a 300 mm silicon substrate.
Further, the gap between the substrate 1 and the nozzle-attached flange inner wall 41 at the outer peripheral portion of the substrate 1 was 3 mm or less, and an exhaust port 29A was provided at the center of the substrate table 24. The gap between the inner wall of the central portion of the flange 25 with the nozzle and the substrate is made larger than the periphery of the substrate so that the airflow velocity on the substrate 1 from the injection nozzle 40 is substantially constant. As a result, the air flow does not cause the particles 70 to wind up and adhere to the substrate 1 during the exhaust and vent processes. That is, in the small chamber 60, the purge gas has an axial flow from the center to the outer peripheral portion on the upper surface of the substrate 1, and the exhaust gas has an axial flow from the outer peripheral portion to the central portion on the lower surface of the substrate 1. Further, since the gap between the inner wall of the small chamber 60 and the substrate 1 is narrow at the edge of the substrate 1 and is constant over the entire outer periphery of the substrate 1, the air flow is uniform from the upper surface to the lower surface. In the initial state after the apparatus is started up, the inside of the small room 60 is cleaned. However, when the apparatus is operated and the transfer of the substrate 1 is started, the particles 70 brought in by the substrate 1 and the particles 70 due to the contact between the substrate 1 and the substrate receivers 34 and 35 and the robot fingers 38 and 39 are accumulated in the small chamber 60. . However, these particles 70 are located at a lower position than the substrate 1, that is, only on the lower surface side of the substrate 1, and the adhesion of particles to the upper surface of the substrate 1 is avoided by eliminating backflow from the lower surface side of the substrate 1 to the upper surface side. be able to.
[0009]
In the form of FIG. 1, the gas sucked from the exhaust port 29 </ b> A at the center of the substrate table 24 passes through the exhaust tunnel 33 provided in the substrate table 1, and is supplied from the exhaust pipe 32 provided in the vacuum vessel 21 to the roughing valve 31. It is discharged to the outside by the filter 30A and the roughing pump 30. In addition to the gas from the exhaust tunnel 33, there is a gas that flows directly from the small chamber 60 through the gap between the substrate table 24 and the vacuum container 21 in addition to the gas from the exhaust tunnel 33. However, since the gap between the substrate table 24 and the vacuum vessel 21 is narrow, most of the gas is from the exhaust tunnel 33. That is, most gas flows from the center of the upper surface of the substrate 1 toward the center of the lower surface of the substrate 1.
Further, in the process of roughing the small chamber 60, a short time gas purge is performed from the injection nozzle 40, and the particles adhering to the front and back surfaces of the substrate 1 and the bottom surface of the small chamber 60 are roughened by the purge gas flow. Discharge to the pump 30 side. The gas is a dry gas from which moisture has been removed, and the gas used is a gas heated to about 100 ° C.
Further, in the process of venting the small chamber 60, the gas is exhausted for a short time, and the particles 70 adhering to the substrate 1 are discharged to the roughing pump 30 side.
Further, an ionizer 53 that ionizes the high-temperature, dry gas injected from the injection nozzle 40 immediately before the injection is provided on the upstream side of the injection nozzle 40 in order to peel or remove any or all of the particles 70 adhering to the surface of the substrate 1. Is provided.
[0010]
Next, the operation will be described.
First, the procedure at the time of carrying in the board | substrate 1 (refer AD of FIG. 5).
1. The substrate table 24 ascends to block the inside of the vacuum vessel 21 from the atmosphere side. The vacuum vessel 21 is evacuated by the high vacuum pump 4 and maintains a high vacuum, and the flange 25 with the nozzle is in the raised position.
2. From the atmosphere side, the substrate 1 is carried onto the substrate table 24 by the atmosphere side robot 39.
3. The nozzle flange 25 is lowered to form a sealed chamber 60. (B in FIG. 5)
4). The small chamber 60 is roughly exhausted by the roughing pump 30. In the course of rough exhaust, the purge valve 51 is temporarily opened to introduce gas into the small chamber 60.
5. After the rough evacuation is completed, the substrate table 24 is lowered and is evacuated by the high vacuum pump 4. (C in FIG. 5)
6). The gate valve 8 is opened, and the substrate 1 is carried out to the transfer chamber 6.
Next, procedures for carrying out (C and D in FIG. 5)
1. In the state (6), the substrate 1 is loaded onto the substrate table 24 from the processing apparatus side (not shown) through the transfer chamber 6 (C in FIG. 5).
2. The substrate table 24 is raised to form a small chamber 60 which is a wafer storage chamber. (D in FIG. 5)
3. The purge valve 51 is opened to vent the small chamber 60 to atmospheric pressure. During this venting process, the roughing valve 31 is temporarily opened to exhaust the small chamber 60.
4). After the flange 25 with the nozzle is raised, the substrate 1 is carried out to the atmosphere side by the atmosphere side robot 39. (A in FIG. 5)
In the early stages of venting, a large amount of gas is released into the vacuum. If this gas flow collides perpendicularly near the center of the substrate 1, the substrate 1 may be damaged and cause defects. Therefore, by making the nozzle shape as shown in FIG. 4, the direction of gas flow can be changed and damage to the substrate 1 can be reduced. That is, the nozzles 40a are arranged in line with the gas flow direction, but may be arranged slightly shifted.
At the same time, the nozzle 40a serves to rectify the gas flow at the time of venting and to make the flow on the substrate 1 uniform.
Further, a similar effect can be obtained by arranging a known diffusion filter (not shown) at the position of the injection nozzle 40 instead of such a nozzle.
[0011]
In FIG. 5B, the roughing exhaust pipe 32 having an opening near the center of the substrate table 24 corresponds to the exhaust tunnel 33, and most of the gas is exhausted through the exhaust tunnel 33 during roughing. As a result, a flow along the surface of the substrate 1 is created from the center of the upper surface of the substrate 1 to the center of the back surface, and the particles 70 adhering to the inner wall of the apparatus are quickly discharged together with the gas without being rolled up on the upper surface of the substrate 1.
That is, in the conventional load lock device, the particles 70 are only accumulated in the chamber, but in the device of the present invention, the particles 70 are positively exhausted by exhaust and are not accumulated in the chamber. By temporarily purging with gas in the course of roughing, at least the particles 70 on the front and back surfaces of the substrate 1 can be discharged to the roughing pump 30 side in FIG. Further, by temporarily exhausting in the course of venting, at least the particles 70 such as the front and back surfaces of the substrate 1 can be discharged to the roughing pump 30 side.
[0012]
Further, the contact position between the bottom surface receiver 35 and the substrate 1 as the substrate 1 receiver is one of the places where the particles 70 are most easily generated in the load lock device 7 as shown in FIG. For this reason, a slight positional shift when the substrate 1 is placed causes a collision or slip at the contact portion, and the generation of particles 70 is inevitable. In addition, since the generated particles 70 are near the substrate 1, if the processing is wrong, the product is adversely affected. As shown in FIG. 7, by receiving the side surface of the substrate 1 with the conical side surface receiver 34, the flow of the air current is not disturbed, and the generated particles 70 are promptly flowed to the back surface of the substrate 1. Can be avoided.
In a single-wafer type load lock device, how to shorten the exhaust time from the atmosphere to high vacuum greatly affects the throughput.
On the other hand, since the pumping speed in the high vacuum region is determined by the opening area of the pump and the flow path length, it is important to take a wide opening area and shorten the flow path in order to obtain a high pumping speed.
The effective pumping speed of the vacuum pump is
1 / S = 1 / C + 1 / S0
S: Effective pumping speed
S0: Actual exhaust speed
C: Expressed by conductance.
On the other hand, the relationship between the conductance and length of the circular pipe is as shown in FIG.
Therefore, even when exhausting through a circular pipe having the same length as the exhaust opening diameter, the effective exhaust speed of the pump is reduced to 34%.
In order to avoid these problems, the head valve 28 is integrated with the vacuum vessel 21 in FIG.
[0013]
FIG. 10 shows a change in pressure during substrate transfer in this apparatus. The pressure data is a value obtained by measuring the inside of the small chamber 60 with a Pirani gauge, the inside of the vacuum chamber 21 with a Pirani gauge and a B-A gauge, and the inside of the transfer chamber 6 with a Pirani gauge and a B-A gauge. The solid line shows the atmospheric pressure of the substrate carried into the vacuum from the atmosphere side, and the broken line shows the atmospheric pressure of the substrate carried out from the vacuum to the atmosphere.
According to this data, the exhaust time is about 20 seconds and the vent time is about 5 seconds. The number of substrates passing through the load lock can be about 70 to 80 / hour, and it is clear that even one load lock device per device can be used sufficiently.
Further, when the substrate 1 is transported from the atmospheric state to the vacuum state, the purge valve 51 is opened while the flange 25 with the nozzle is lowered, and the high temperature and dry gas heated by the gas heater 52 is directed from the nozzle 40 toward the surface of the substrate 1. The injection is started, and the injection is continued for 0.5 to several seconds after the start of roughing. Thereby, the gas is prevented from adiabatically expanding and the temperature is lowered to a temperature lower than the condensation temperature of the gas, and the effect of removing moisture from the substrate 1 at a high temperature is obtained.
In addition, as shown by the black arrows in FIG. 3, the flow state of the gas jet in the small chamber 60 described above is a part of or all of the moisture and parkicles peeled and removed from the surface of the substrate 1 of the roughing pump 30. It is collected by the filter 30A provided in front.
Further, the high vacuum pump 4 is not limited to the arrangement example shown in FIGS. 1 and 2, but may be arranged as shown in FIGS. 8 and 9. In the case of FIGS. 2 is an obstacle, and the conductance is reduced. Therefore, the mounting position in FIG. 2 is optimal.
[0014]
【The invention's effect】
Since the single wafer loading load lock device according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained. In other words, in the field of semiconductor devices, as the size of the substrate and the miniaturization of electronic devices formed on the substrate are progressing, the substrate is intended to improve the product yield and the throughput of the manufacturing apparatus (the number of substrates processed per hour). There is a need for a more effective method and apparatus for removing surface contamination. By using the load loading device of the present invention, the parkicle can be removed by slowly exhausting and venting. Compared to the method of keeping the substrate clean without winding up, it is possible to perform roughing and boosting much faster. In addition, since the inside of the small room where the substrate is located is always cleaned by a high-speed gas flow, particles are not gradually accumulated in the vacuum vessel unlike the conventional load lock device. Cleaning inside the container is unnecessary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view with a partially cutaway showing a single wafer loading load lock device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing in detail a main part of FIG. 1;
3 is an operation diagram of FIG. 2. FIG.
4 is a configuration diagram showing another form of the main part of FIG. 2;
FIG. 5 is a process diagram of FIG. 2;
6 is an enlarged view of a main part of FIG.
7 is an enlarged view of a main part of FIG.
FIG. 8 is a comparative arrangement example of a high vacuum pump.
FIG. 9 is a comparative arrangement example of a high vacuum pump.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a pressure change for each operation of the load lock device according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between conductance and tube length.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 4 High vacuum pump 6 Transfer chamber 8 Vacuum side gate valve 21 Vacuum container 22 Actuator 24 Substrate table 25 Flange with nozzle 26 Bellows 27 Valve plate for vacuum pump 28 Head valve 29A Exhaust port 30 Roughing pump 30A Filter 31 Roughing valve 32 Exhaust pipe 33 Exhaust tunnel 34 Side receiving 35 Bottom receiving 37 Transfer chamber 38 Vacuum side robot 39 Atmosphere side robot 40 Injection nozzle 40a Small hole 41 Flange inner wall with nozzle 42 Nozzle plate 50 O-ring 51 Purge valve 52 Gas heater 53 Ionizer 60 Small room 70 particle

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。An opening provided in the upper part of the vacuum vessel (21) is formed by a substrate table (24) for sealing from the inside of the vacuum vessel (21) and a flange with a nozzle (25) for sealing from the outside of the vacuum vessel (21). In the single-wafer type load lock device in which the substrate (1) is inserted into the small chamber (60), the substrate table (24) is lowered after the small chamber (60) is roughly drawn, and the main exhaust is performed.
From the center of the flange with nozzle (25) toward the outer periphery of the substrate (1), it has an injection nozzle (40) for blowing out gas, and the substrate (1) on the outer periphery of the substrate (1) and the flanged inner wall with nozzle (41) The single-wafer type load lock device has an exhaust port (29A) at the center of the substrate table (24).