JPH10233423A - ロードロック式真空処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搬送室と処理室とを有するロードロック式真
空処理装置では搬送室で真空排気する際に、搬送室内の
雰囲気ガスが搬送室内圧力の減圧途上の断熱膨張のため
冷却され、この冷却されたガスが試料を冷却し、試料温
度を処理温度以下に低下させ、試料寸法を収縮させる。
この試料が、試料を処理温度に保つよう調整された処理
室に搬入されると、今度はあたためられ、試料が熱膨張
するが、この安定に要する時間がロードロック式真空処
理装置のスループットの低下を招いていた。 【解決手段】 搬送室に、試料保持用のホルダー部に所
定の温度に温度制御された液体または気体を循環させる
ことによって試料ホルダーを加熱する第一の加熱機構、
もしくは前記ホルダー部を加熱ランプからの輻射熱によ
り加熱する第二の加熱機構を具備させることにより温度
安定に要する時間を短縮し、その結果スループットの向
上を図ることが出来た。た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】真空中で半導体を製造、検査する装置と
して、試料を直接大気中から処理室に搬入し、試料の１
バッチ毎に排気加熱を繰り返す、所謂バッチ式装置が使
われることは少ない。その理由は、近年半導体の高集積
度化に伴い、半導体を製造、検査をするために必要な条
件、即ち圧力、雰囲気ガス分圧、温度条件を精密に制御
する必要性が益々高まって来ており、バッチ式装置でこ
れらの条件を充たすためには長時間の条件安定化時間が
必要であり、スループットが低いからである。

【０００２】このため大気室にセットした試料を、大気
圧の搬送室に搬送し、この搬送室を真空排気して大気圧
から所定圧まで減圧してから、この試料を常に一定の真
空状態と温度状態に保たれた処理室に搬送し、所定の処
理を行なう、ロードロック式真空処理装置が使われるの
が通常である。このロードロック式真空処理装置の試料
の搬送シーケンスの例を図４に示す。

【０００３】処理室１は常に真空状態に保たれており、
搬送室３は真空状態と大気圧状態とを繰り返し、大気室
８は常に大気圧状態である。大気室８のＤ位置には複数
個の未処理試料と処理済試料がセットされている。複数
個の未処理試料は１個づつ取り出され、Ｄ、Ｃ、Ｂ、
Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｄの順番で各位置を通過する。搬送は次の
ように行なわれる。仕切り弁２が閉じられ、仕切り弁５
が開けられ、搬送室３は大気圧になっている。大気室８
のＤ位置にセットされた複数個の試料のうち１個の試料
がＣ位置を通り、Ｂ位置へ搬送される。

【０００４】仕切り弁５が閉じられ、搬送室３が真空排
気される。真空状態になると仕切り弁２が開けられ、試
料はＢ位置からＡ位置に運ばれる。Ａ位置に運ばれた試
料に対し露光、検査などの所定の処理がなされる。上記
処理の間に搬送室３は再び大気圧に戻され、同上の過程
で次の試料がＢ位置まで運ばれ、搬送室３は真空状態に
されている。

【０００５】Ａの処理が完了すると、仕切り弁２が開け
られ、処理が完了した試料がＥ位置へ取り出される。と
同時にＢ位置で準備されていた次の試料がＡ位置に搬送
される。Ｅ位置の試料はＦ位置を通りＤ位置へ戻る。と
同時にその次の試料が大気室８のＤ位置からＣ位置経由
でＢ位置に搬送される。

【０００６】試料の搬送には公知の搬送用ロッボトアー
ムなどが用いられる。以上、これらの過程は繰り返され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロードロック式真空処理装置では搬送室で真空排気する
際に、搬送室内の圧力の減圧途上の断熱膨張のため、搬
送室内の雰囲気ガスが冷却され、この冷却されたガスが
試料を冷却し、試料温度を処理温度以下に低下させる。
この温度の低下は条件にもよるが、我々が測定した容積
数十リットルの搬送室の場合、2 〜3 ℃だった。この温
度の低下は、試料寸法を収縮させる。

【０００８】8 インチのＳｉウエハの場合、1 ℃の温度
変化は０．５μm の寸法変化を招くので、２〜３℃の温
度低下は試料寸法の１μm 以上の収縮を招く。これは例
えば、大規模集積回路を対象とした露光装置や検査、測
定装置に対して問題となる寸法変化であり、要求精度を
充たすことができない。この寸法が収縮した試料は、試
料を処理温度に保つよう調整された処理室に搬入される
と、今度はあたためられ、試料が熱膨張を始める。

【０００９】処理室での真空処理は、試料の熱膨張が止
まって、試料温度と試料寸法が試料全面に渡って安定す
るのを待ってから行われる。この待ち時間は、高精度の
処理を要する場合、特に長くなり、例えば荷電ビーム露
光装置で８インチのＳｉウエハを用いる場合、寸法変化
を１０ｎｍ以下に抑えるため、設定値に対し０．０２℃
以下の温度管理が必要である。０．０２℃以下を充たす
ため、従来の装置では、数十分もの待ち時間が必要であ
り、ロードロック式真空処理装置のスループットの低下
を招くという問題があった。一般にロードロック式真空
処理装置は極めて高価なので、スループットの低下はこ
れで加工する半導体のコストアップを招くという問題が
あった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ロードロック式真空処理
装置のスループットを向上させるため、本発明では第一
に、「搬送室と処理室とを有し、前記処理室内で試料に
対し所定の処理を行うロードロック式真空処理装置に於
いて、前記搬送室が、試料の加熱のために、試料保持用
のホルダー部に所定の温度に温度制御された液体または
気体を循環させることによって試料ホルダーを加熱する
第１の加熱機構、もしくは前記ホルダー部を加熱ランプ
からの輻射熱により加熱する第２の加熱機構の何れか一
方、或いは両方を備えたことを特徴とするロードロック
式真空処理装置（請求項１）」を提供する。

【００１１】また本発明では第二に、「前記第１加熱機
構と前記第２加熱機構の設定温度が搬送室での排気によ
る温度低下を見込んで、処理温度よりも高めに設定され
ていることを特徴とする請求項１記載のロードロック式
真空処理装置（請求項２）」を提供する。また本発明で
は第三に、「前記第１加熱機構が、上面が平面状に研磨
されたセラミックから成るホルダーテーブルを有し、前
記ホルダーテーブルは、下面が平面状の試料が前記搬送
室から搬送され、前記ホルダーテーブルに搭載されたと
きに、前記ホルダーテーブルと前記試料間の良好な熱伝
導を確保するための静電チャック機能を付与されている
ことを特徴とする請求項１或いは請求項２記載のロード
ロック式真空処理装置（請求項３）」を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明にかかる、ロードロック式
真空処理装置の実施の形態を以下に説明するが、本発明
はこの例に限定されるものでない。図１は本発明による
ロードロック式真空処理装置の構造を示す。本ロードロ
ック式真空処理装置は処理室１、搬送室３、大気室８を
具備している。試料搬送のシーケンスは基本的に図４と
同じである。

【００１３】一般に装置全体はクリーンルームの室温２
３℃に温度制御された冷却水が装置外周１２を循環する
ことにより恒温に保たれている。試料６は、大気室８に
複数個セットされており、そのうち一個が搬送用アーム
などの公知の搬送機構を用いて搬送室へ搬入される。試
料は搬送室３のホルダーテーブル４に搭載され、アーム
は大気室側へ戻る。

【００１４】アームが戻った後、仕切り弁５は閉じ、真
空ポンプ( 図示しない) により真空排気が開始される。
搬送室３の構造は図２に示されるが、第１の加熱機構又
は第２の加熱機構、或いは第１と第２の両方の加熱機構
を具備している。第１の加熱機構は液体又は気体加熱装
置及び循環装置( 図示しない) 、高温循環パイプ１０、
ホルダ１１、ホルダテーブル４を有している。ホルダ１
１は金属から成るが、熱伝導の良い銅のような金属が特
に好ましい例である。この他、アルミニウム、ステンレ
ス、等も好ましい例である。前記ホルダーに隣接して前
記ホルダーテーブルが組み込まれ、熱伝導により、相互
に熱を伝える。前記ホルダテーブルは試料が直接搭載さ
れるので、試料への良好な熱伝導を確保する工夫が必要
である。二つの物体間の熱伝導の大きさは接触面積と接
触圧と物体材料の熱伝導率とに比例する。我々はこの目
的のため、下面が平面状の試料が搭載される前記ホルダ
ーテーブルをセラミックから作り、その上面全体を平面
状に仕上げ、研磨した。その結果、前記試料と前記ホル
ダーテーブルとの接触面は平面状で、且つ大きくなる。
さらに、前記ホルダーテーブルに静電チャック機能を付
与した。この結果、前記ホルダーテーブルと前記試料を
強い力で密着させることが可能であり、良好な熱伝導が
可能となる。セラミック材料としては、熱伝導率が比較
的高く、電気伝導率が低い材料が好まし選択されるが、
ＳｉＣやＢｅＯが特に好ましい例だった。

【００１５】ホルダ１１の内部には銅の加熱用循環パイ
プ10が組み込まれており、液体又は気体加熱装置( 図示
しない) により所定の温度に制御された液体又は気体が
循環している。高温循環パイプ１０を循環している液体
または気体の温度は、処理室１へ試料が搬送されたとき
に処理室１の試料ステージ９の温度と試料の温度とが等
しくなるよう、真空排気時の断熱膨張による温度の低下
を見込んで設定されている。

【００１６】第２の加熱機構はランプヒータ又はニクロ
ムヒータを具備する。ランプヒータとしては赤外線ラン
プ、ストロボフラッシュなどが好ましい例である。ニク
ロムヒータとしてはシーズヒータ、露出ヒータ、金属板
への埋め込み型ヒータが好ましい例である。所定の圧力
に達すると、仕切り弁２が開かれ、試料は処理室１の試
料ステージ９に搭載され、試料の温度は極めて短時間で
試料ステージ９の温度に安定する。

【００１７】図３に本発明のロードロック式真空処理装
置で、試料が搬送室３へ搬送されてから処理室１に搬送
されるまでの試料の温度変化を示した。試料の温度安定
時間が極めて短いことが分かる。試料温度が、試料が処
理室に搬送されたその時点で設定温度２３℃に極めて近
く、直ちに真空処理が可能である。以上のように本発明
のロードロック式真空処理装置は、温度安定化時間を数
十秒に短縮できるため、スループットとして、試料６０
個／時間の処理も可能である。

【００１８】以上の発明の実施の形態ではロードロック
式真空処理装置が、大気室を出た未処理試料が処理済試
料として大気室に戻り、再び収納される往復式であると
して説明した。この他に処理済試料を取り出す第2 の搬
送室、処理済試料を収納する第2 の大気室を別に備えた
片道式のインライン式も本発明の範囲に含まれることは
言うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上の通り、本発明に従えば、ロードロ
ック式真空処理装置に於いて、試料が搬送され、処理室
の試料ステージに搭載されてから、試料温度が安定し均
一になるまでの時間を大幅に短縮できるので、ロードロ
ック式真空処理装置のスループットを低下させることな
く、従ってコストアップを招くことなく、高精度に半導
体プロセス、露光、検査、等を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明によるロードロック式真空処理装置
の構造を示す。

【図２】は、本発明によるロードロック式真空処理装置
の搬送室の構造を示す。

【図３】は、本発明によるロードロック式真空処理装置
に於いて、試料が搬送室3 へ搬送されてから処理室1 に
搬送されるまでの試料の温度変化を示す。

【図４】は、ロードロック式真空処理装置に於いて、試
料の搬送のシーケンスの例を説明する図である。

【符号の説明】

１ 処理室 ２、５ 仕切り弁 ３ 搬送室 ６ 試料 ７ 試料キャリア ８ 大気室 ９ 試料ステージ ４ ホルダテーブル １０ 高温用循環パイプ （第一の加熱機構） １１ ホルダ １２ 恒温循環パイプ １３ ランプヒータ又はニクロムヒータ（第二の加熱
機構）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送室と処理室とを具備し、前記処理室
   内で試料に対し所定の処理を行うロードロック式真空処
   理装置に於いて、前記搬送室が、試料の加熱のために、
   試料保持用のホルダー部に、所定の温度に温度制御され
   た液体または気体を循環させることによって試料ホルダ
   ーを加熱する第１の加熱機構、もしくは前記ホルダー部
   を加熱ランプからの輻射熱により加熱する第２の加熱機
   構の何れか一方、或いは両方を具備したことを特徴とす
   るロードロック式真空処理装置。
2. 【請求項２】 前記第１加熱機構と前記第２加熱機構の
   設定温度が搬送室での排気による温度低下を見込んで、
   処理温度よりも高めに設定されていることを特徴とする
   請求項１記載のロードロック式真空処理装置。
3. 【請求項３】 前記第１加熱機構が、上面が平面状に研
   磨されたセラミックから成るホルダーテーブルを有し、
   前記ホルダーテーブルは、下面が平面状の試料が前記搬
   送室から搬送され、前記ホルダーテーブルに搭載された
   ときに、前記ホルダーテーブルと前記試料間の良好な熱
   伝導を確保するための静電チャック機能を付与されてい
   ることを特徴とする請求項１或いは請求項２記載のロー
   ドロック式真空処理装置。 【発明の属する技術分野】本発明は、真空中で、半導体
   プロセス、露光、検査、等を行うのに用いるロードロッ
   ク式真空処理装置に関する。