JP2002033370A

JP2002033370A - 真空処理装置

Info

Publication number: JP2002033370A
Application number: JP2000218309A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tamura; 直行田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】試料載置台と、真空処理室ゲートを一体に構
成し、かつ、真空ロボットアームとの、空隙をミニマム
にする配置を得ることによって、コンパクトな装置を
得、生産するエネルギ、運転するエネルギを最小限にす
ることができる、真空処理装置を提供する。【解決手段】図は、本発明の装置を、ロードロック室
中央、中間室中央、真空処理室中央を結ぶ線で断面にし
て示した図で、ロードロック室７０(アンロードロック
室も同じ)の、ロードゲートバルブ７１を閉にして、ロ
ック室ステージ７２を上昇して、ロードロック空間と、
中間室２の空間を遮蔽した状態で、真空ロボット２００
で、真空処理するための試料Wを、試料載置台１０２に
移送しようとしている状態を示している。この時に、第
一アーム２０２を、試料載置台１０２に対して、水平方
向で干渉しない範囲の限界値まで近づけ、かつ、上下方
向で、試料載置台１０２のゲートフランジ１０２aと、
干渉しない限界値まで近づけて配置することによって、
真空ロボット２００の中心と、処理室の中心間距離を最
小限とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマや、熱など
を利用して半導体基板や、液晶基板、磁気ヘッド用薄膜
などの、成膜やエッチングなど、真空室を有し、該真空
室で基板を処理する、全ての真空処理装置にかかわる。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術につい半導体製造装置におけ
る、類似の技術を２つの文献を引用して説明する。２つ
の文献とは次に示すものである。米国特許 Patent Num
ber 5、292、393 「 MULTICHAMBER INTEGURATED PROCESS S
YSTEM 」（以後、文献１と略称する）、特開平７−２３
５３９４「プラズマ生成方法及び装置とそれを用いたプ
ラズマ処理方法及び装置」（同、文献２）。

【０００３】文献１は一般にマルチチャンバーと呼ばれ
る装置で、基板を処理するための処理室が複数個有る。
それぞれの処理室で行われ処理は、同一であるか、異な
るかは場合によって違い、どちらでも適用できる。複数
の処理室と、その処理室に処理基板の一つであるウエハ
を、外部のカセットエレベーターと、装置内部に設けら
れた、ウエハエレベターを組み合せて使って、各処理室
への給配を行う手段について、詳しく述べてある。文献
１に見られるように、多くのマルチチャンバーシステム
は、基板（ウエハ）を相関する真空室に移送する経路
に、仕切弁を使用して、それぞれの真空室を分離独立さ
せている。

【０００４】仕切弁は、移送する基板より若干大きな開
口部を持ち、開口部は直線的に形成される場合が多い。
仕切弁は文献１のように、真空室そのものを弁座として
使うものと、弁座と弁体を対にして独立した仕切弁を構
成したものがある。文献２は、マイクロ波を高密度プラ
ズマを生成するのに有効な手段を述べている。ととも
に、仕切弁の変形タイプとして、形状が円筒状をした仕
切弁についての記述があるが、真空処理室を最小寸法で
配置することには十分な配慮がなされていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に示す従来技術
は、現在使用されている装置を代表するものであり、夫
々特徴を持っているが、近年とくに関心が高くなってき
た、対環境性について、製造時、運転時、装置寿命終了
時等の各時点で、十分考慮がされているとは言いがた
い。真空装置を考えるとき、装置が大きいということは
それだけ材料（資源）を多く使い、加工においても工作
機械で多くのエネルギを使用する。大きな真空室を持つ
ことは、その部屋を真空にするパワーがより多く必要で
あることに成り、更に、プラズマなどを利用する部屋に
おいては、投入パワーが大きくなり、ガスも多く消費す
る。

【０００６】加えて、定期点検などで装置を開けて（真
空を破って）清掃などする場合は、清掃範囲が広く時間
が掛る無駄が生じ、再度真空を経ち挙げるのにより大き
なパワーを必要とすることになる。更に細かく分析する
と、ロボットのアームを小さくすることによって、ロボ
ットアームを駆動する時の慣性力が小さくなり、駆動用
モータが小型、小パワーで済みかつ、相関する真空室間
の寸法を小さくすることで、基板を移送する時間が短縮
できて、スループットが向上する、更に装置を輸送する
場合も、より小型の輸送車で済む、寿命を終えた装置を
解体し、材料を分別する場合も、小さいほど作業が容易
であるなどなど、非常に多くの利点を産むことができ
る。

【０００７】従来技術においても、システムを作り上げ
る時は、小型化は、課題の一つとして取上げられ、必ず
検討される項目であるが、必ずしも十分な効果を得てい
ない。前述の文献１、２とも、夫々ウエハを搬送する途
中に仕切弁を配置しており、これが装置を大きくしてい
ることに対して配慮が充分とは言えない。

【０００８】更に、近年真空処理装置内での処理の、微
細化対する要求は益々厳しくなり、基板の一部が他の部
材に触れると発塵源になるので、基板の搬送精度は高精
度化が要求されている。

【０００９】マルチチャンバ方式と呼ばれる装置の多く
は、文献１に示すように、中間室にあたる部分と、真空
処理室を、別々の部材で構成して、ボルトなどの締結部
材を使用して結合する方法が一般的であるが、品物を加
工する場合には、幾ら精度を上げても、公差０で品物を
加工することは不可能である。

【００１０】依って複数の部材を組み合せて真空室を配
置すると、その分、位置精度が粗くなり、ロボットアー
ムの伸縮量、回転角度など調整作業が必要になり、無駄
な作業を取込むことになる。また、真空空間内で発生し
た微細な異物は、空気抵抗を受けないために、直進に近
い形で放射される確率が高い（重力の影響があるので、
厳密には直進ではない）ので、ゲートの接触開閉による
発塵の影響を少なくするためには、ゲートの接触する位
置から、該基板の表面が俯瞰されない方が良い。

【００１１】本発明は、これらの問題に鑑み、装置を限
りなくコンパクト化し、資源を有効に使用すると共に、
生産から廃棄に至る全行程で必要なエネルギを最小限に
止めることができる装置を供給することを目的とし、加
えて、装置として真空室の位置を構成部材の加工公差の
集積無しに、一義的にその位置を決定して、寸法の狂い
を生じない、理想的な装置を提供することを目的にした
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】独立分離させる必要のあ
る２つの真空室の中心間距離の最小寸法は、極限値で言
うと、処理しようとする基板の寸法と同一ということに
なるが、これは、各々独立させるための壁寸法、仕切弁
の寸法を共に０とした場合であって、現実には有得な
い。現実の装置としては、真空を維持できる隔壁の厚さ
と、仕切弁の寸法を加えたという事になる。

【００１３】本発明では、真空室間の寸法を縮めること
を制限しているものが、チャンバー間にある仕切弁（ゲ
ートバルブとも呼ぶ）であることに着目して、仕切弁の
構造や大きさに直接左右されない真空室の配置とするこ
とによって、最小の装置を得るものである。真空ロボッ
トはアーム部分とワンドの部分から成るが、真空処理室
をなし真空処理中に基板を載置保持する基板載置台の上
には、ワンドの部分だけが上下方向に重なり、ワンド部
分より１段下がるアームの部分は基板を載置し保持する
部材である基板載置台にできるだけ近く、ただし、隙間
を持つように位置を決めることによって、真空ロボット
と真空室との間隔を最小限にすることができる。

【００１４】中間室は例えば、アルミニューム合金など
で一体構造に形成するのが良い。できれば市場に広く使
われている板材が使用できると良いが、大きさによって
は現状設備では製作できない寸法の材料が必要になるこ
とも有る。この場合にスラブ材などを使用して切削して
所望の形状を得ることもできるが、エネルギの最少使用
という観点から、切粉を多量に発生させるこの方法は好
ましくない。この場合は、既製の板材を組み合せて、摩
擦接合によって組み合せることを提案する。他の方法で
の接合は、歪の修正や、焼けの除去などに更に余分なエ
ネルギを必要とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に従って説明す
る。装置はカセットステーション５０、大気ロボット６
０、ロードロック室７０、アンロードロック室８０、中
間室２、真空ロボット２００、真空処理室１００ａ，１
００ｂなどで構成される。真空を生成するための真空ポ
ンプなどの補機類や、ユーティリティ、制御機器などが
構成要素として必要であるが、本発明に直接係る所がな
いので、詳細な説明は省略する。

【００１６】図１は、本発明を適用した一例を示し、真
空処理室として、２室１００ａ，１００ｂを設けた例を
示す。カセットステーション５０は仮に、３ヶ所を図示
しているが、カセットステーションは幾つであっても良
い。他に、ウエハのセンタリング機構、オリフラ（ノッ
チ）位置検出機能を持たせても良い。

【００１７】図２は本発明の装置を、ロードロック室中
央、中間室中央、真空処理室中央を結ぶ線で断面にして
示した図で、ロードロック室７０（アンロードロック室
も同じ）の、ロードゲートバルブ７１を閉にし、ロック
室ステージ７２を上昇して、ロードロック空間と、中間
室２の空間を遮蔽した状態で、真空ロボット２００で、
真空処理するための試料Ｗを、試料載置台１０２に移送
しようとしている状態を示している。

【００１８】この時に、第一アーム２０２を、試料載置
台１０２に対して、水平方向で干渉しない範囲の限界値
まで近づけ、かつ、上下方向で、試料載置台１０２のゲ
ートフランジ１０２ａと、干渉しない限界値まで近づけ
て配置することによって、真空ロボット２００の中心と
処理室の中心間距離を最小限とすることができる。

【００１９】即ち、真空処理室のゲートが、真空ロボッ
トの第一アーム２０１との干渉を、上下方向で逃げるこ
とによって、真空処理室と、真空ロボット中心間距離
に、制限を与えなくなる。また、中間室２の内部もロー
ドロックステージ７２、試料載置台１０２および真空ロ
ボット２００のワンド２０１、アーム２０２，２０３の
必要最小限の移動に合せて、それぞれ水平方向および上
下方向で干渉しない最小限の間隙とすることで中間室２
内の真空排気空間の容積を極力小さくしている。この事
によって、真空ロボットの第一アーム２０１、および第
二アーム２０２は、従来のアーム長さに比較して約４０
％短くすることができる。またこのように配置すること
によって、中間室２は、単一の部材を削り出して使用す
るのに不都合が生じない大きさにできる。真空処理室１
００に対応して、試料載置台１０２が配置され、試料を
受け渡す場合は、試料載置台１０２は、中間室２のなか
に有り、真空ロボットのワンド２０１によって、試料Ｗ
が、試料載置台１０２の上に差伸べられ、試料載置台に
設けられた、試料押上げピン（図示せず）などによっ
て、試料を受取れるように構成される。

【００２０】真空ロボット２００は、ワンド２０１、第
一アーム２０２、第二アーム２０３とリンク機構を持っ
て形成され、駆動部２０５と係合されている。真空ロボ
ット２００は、フランジ２０４によって、中間室２に、
枢着されている。真空を維持するために、当然Ｏリング
などを併用しているが、本説明では、この他の部分にお
いても、Ｏリングなどの記述は省略してある。

【００２１】真空処理室１００で行う処理は、例えば、
プラズマエッチング、成膜処理、熱処理などどんな処理
にも適用できる。因みに１０１は真空排気を行うための
ダクトで、中間室２、ロードロック室７０他の、真空室
も真空排気の機能は備えているが、図は省略してある。

【００２２】図３は試料Ｗを、試料載置台１０２に受取
り、試料載置台１０２を、上昇してゲートフランジ１０
２ａ部で、真空処理室１００と、中間室２の空間を遮蔽
して、真空処理を行う状態を示している。真空ロボット
は、第一、第二アームを折りたたんで待避位置にある。
この状態でロードロック室７０では、図４から図７に示
す一連の動作によって、試料を真空室に受入れ、或は逆
動作により払出しをする。

【００２３】受入の場合について説明すると、図４にお
いて、ゲート７１を開として、大気ロボット６０によっ
て試料を、ロードロック室に持ち込み、ロードロックス
テージ７２の上に、試料を置いて、大気ロボットは待避
する。その後で図５に示すように、ロードロックゲート
７１を閉として、ロードロック室７０を、真空引きし
て、中間室の真空と平衡状態が保てるようになるまで減
圧する。ロードロック室の圧力が所定の圧力に到達した
後で、ロードロックステージ７２は下降して、ロードロ
ック室と、中間室空間を連通させ、真空ロボット２００
のワンド２０１を試料と、ステージの間に送込み、ステ
ージを更に下げて（図７）試料をワンドの上に移して、
ワンドを後退させて、次のステップに移る。処理の終っ
た試料を払出す場合は、上記の逆に、図７から図４へ溯
っていくことで、試料を払出す。

【００２４】次に、中間室２の構成方法であるが、試料
が半導体ウエハである場合は、一般に使用されるアルミ
ニューム合金であれば、市販の圧延材料の範囲で調達で
きるが、試料が液晶基板のように、大形になると、真空
ロボットのアームそのものも大きくなり、アームの厚さ
（上下方向寸法）が大きくなり、依って、中間室の厚さ
方向寸法が、市販の圧延材料では賄えなくなることが考
えられる。図８は、こういう時に、市販にある材料を使
用して単一の部材に組立てる方法を示している。中間室
部材２ａ、２ｂ、２ｃを図８に示すように配置し、その
接触部分を、高速ドリルでなぞるなどの、摩擦溶接ＦＷ
を用いて一体化する。摩擦溶接の方法は、図８に限定す
るものではない。

【００２５】以上のように、中間室空間の上方にロック
室と処理室を形成するように、ロードロックステージと
試料載置台とを設け、これらと真空ロボットとの干渉を
上下方向と水平方向との最小限の隙間で避けることで、
それぞれの室と真空ロボットとの中心間距離を試料の大
きさの２倍以下にすることができ、装置のコンパクト化
を図ることができる。また、中間室の一体形成によって
寸法精度が向上し、真空ロボットの調整・制御が容易に
なる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、上記のように中間室をベース
にしているので、各真空室間の寸法精度が、複数部材を
例えばフランジなどで結合して構成した装置に比較し
て、格段に優れている。また、真空ロボットのアームを
小さくすることができることが、数多くの効果を生出し
てくれる。先ず第一に、中間室を始めとする装置構成部
品が小型化できることである。この事は使用する資源を
最小限にすることができることを意味する。

【００２７】第二に、真空に引くべき空間そのものが小
さくできる、従って真空引きのための動力（例えば真空
ポンプの動力）が小さくできる。第三に、真空処理室が
小さくできるので、真空処理に使用するガスなどが節減
できる。第四に、ロボットアームが小型化できるので、
ＧＤ２が小さくでき、真空ロボットを駆動するモーター
などの動力を節減することができる。

【００２８】第五に、試料の移動距離そのものが小さく
できるので、同じスピードで動かせた時にでも、早く処
理できる、即ちスループットを上げることができる。本
発明は、この要に構成した結果、真空処理室でゲートが
開閉する時に、試料はゲート接触部より上方に有り、か
つ、試料から、ゲート位置を見通すことができないため
に、ゲート開閉によって起きる、異物が直接試料に飛散
しない。即ち、異物汚染が少ない処理室としても有効で
ある。

【００２９】更に、図８で示す発明は、従来スラブ材な
どで大きな部材を作り、機械加工で、内部を削り出して
作成していたが、切粉を最低限にする方法を与え、か
つ、歪の少ない溶接技術を採用することによって、歪取
に要していた時間を削減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平面図。

【図２】本発明の一実施の断面図。

【図３】本発明の一実施の断面図。

【図４】ロードロック説明図。

【図５】ロードロック説明図。

【図６】ロードロック説明図。

【図７】ロードロック説明図。

【図８】中間室を構成する方法の説明図。

【符号の説明】

１００真空処理室２中間室２００真空ロボット１０２試料載置台６０大気ロボット７０ロードロック室８０アンロードロック室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K029 AA06 AA09 AA24 DA01 KA01 KA09 4K030 CA04 CA06 GA12 HA01 KA08 LA15 LA18 5F004 AA16 BB18 BB29 BC01 BC05 BC06 CA05 5F031 CA02 CA05 DA17 FA01 FA11 FA12 GA43 GA47 MA04 MA09 MA28 MA32 NA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理対象の基板を収容するカセットステ
ーションと、ロードロック室及びアンロードロック室
と、中間室と、複数の真空処理室と、ワークをカセット
ステーションとロードロック室の間で搬送する大気中で
作動する大気ロボットと、真空中で作動する真空ロボッ
トを有する真空処理装置において、中間室は真空ロード
ロック室を含む少なくとも真空室の一部を構成し、相対
する真空処理室の基板載置位置中心と真空ロボットの旋
回中心が配置される位置を結ぶ距離が、処理される基板
の寸法の２倍以下に設定される構造であることを特徴と
する真空処理装置。
【請求項２】請求項１の真空処理装置において、中間
室を構成する少なくとも１つの部材は、略板状の形状
で、同一部材か、同一部材に接合された部材で構成さ
れ、各真空室は該部材に加工された位置によって、配置
が決ることを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】請求項１の真空処理装置において、中間
室を構成する部材又は、真空室は、複数の部材を摩擦溶
接によって、一体に接合することを特徴とする真空処理
装置。