(57)【要約】【課題】  真空処理装置の設計、製造コストを低減し、短時間でウェハを所定温度に復帰できるウェハ温度復帰機構とウェハ温度復帰方法を提供する。【解決手段】  ロードロック室内のステージ１３に、効率よく輻射伝熱が行われる輻射プレート１４と、高真空中でのガス伝熱が行われるギャップ１７と、高熱伝導材料１５による熱伝達と、対流による熱伝達と、沈着物の巻上げを抑制しながら大気圧に復帰するガス供給ライン２２を構成し、ロードロック室の大気開放の過程での熱伝達を複合的に作用させる。【選択図】        図３
2006054282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を真空処理する真空処理チャンバと、該真空処理チャンバに試料を搬入する真空搬送手段と、該真空処理チャンバへ試料を搬入出するための大気雰囲気もしくは真空雰囲気に切り替え可能なロードロック室と、試料を収納できる複数のカセットを載置し得るカセット載置手段と、該カセット載置手段の任意のカセット内から試料を抜き取れるように構成された搬送手段と、前記カセット内の試料を前記搬送手段および前記ロードロック室ならびに前記真空搬送手段を介して前記真空処理チャンバに搬入し、前記真空処理チャンバで処理の後処理済試料を搬出するための搬送制御を行う制御手段とで構成された真空処理装置において、
前記真空処理装置の真空処理チャンバでプロセス処理したウェハを、ロードロック室内で真空から大気状態に復帰しながら、ウェハを所定温度に制御することを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空処理装置において、ウエハを所定温度に制御した後、カセットに回収することを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の真空処理装置において、ロードロック室内部に、ウェハ裏面と所定の間隙をもって対峙した、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕまたはそれらの合金等からなるプレートを設置したことを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の真空処理装置において、前記プレートは、黒色アルマイト処理、またはＳｉＣ、ＡｌＮ等のセラミック、あるいは黒鉛、グラファイト等の炭素からなる表面処理層を形成したことを特徴とする真空処理装置。
【請求項５】
請求項３記載の真空処理装置において、前記プレートは、ペルチェ素子を埋設して温度制御されることを特徴とする真空処理装置。
【請求項６】
請求項３記載の真空処理装置において、前記プレートは、循環経路を埋設し、液状熱媒体を循環することで温度制御されることを特徴とする真空処理装置。
【請求項７】
試料を真空処理する真空処理チャンバと、該真空処理チャンバに試料を搬入する真空搬送手段と、該真空処理チャンバへ試料を搬入出するための大気雰囲気もしくは真空雰囲気に切り替え可能なロードロック室と、試料を収納できる複数のカセットを載置し得るカセット載置手段と、該カセット載置手段の任意のカセット内から試料を抜き取れるように構成された搬送手段と、前記カセット内の試料を前記搬送手段および前記ロードロック室ならびに前記真空搬送手段を介して前記真空処理チャンバに搬入し、前記真空処理チャンバで処理の後処理済試料を搬出するための搬送制御を行う制御手段とで構成された真空処理装置のウエハ温度復帰方法において、
前記真空処理装置の真空処理チャンバでプロセス処理したウェハを、ロードロック室内で真空から大気状態に開放される過程で行われる輻射伝熱、ガス伝熱、熱伝導、対流からなる熱伝達を、複合的に作用させ、ウェハを所定温度に制御することを特徴とする真空処理装置のウエハ温度復帰方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空処理装置にて処理されたウェハ温度を、所定温度に復帰させる機構に関する。更に詳細には、高温あるいは低温で処理されたウェハを、効率良く短時間で所定温度に復帰させる構造を有するロードロック室を備えた真空処理装置とウエハの温度復帰方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置などの真空処理装置における処理工程では、各工程のプロセスに応じて、ウェハを加熱したり、あるいは低温に冷却して処理が施される。エッチング装置などでは、加工材料とエッチングガスとの反応で生成される反応生成物を利用しながら、加工形状を制御することから、生成される反応生成物の蒸気圧に応じ、低い場合には基板を加熱し、高い場合には基板を冷却しながらパターン側壁に形成される反応生成物からなる付着膜の膜厚、付着形状を制御し加工が施される。
【０００３】
エッチング処理に使用されるガスの大半は、ハロゲンガスあるいはフッ素含有の材料ガスである。付着膜中には前記材料ガスや、その解離したガスが混入しているため、その状態で大気中に搬送すると、付着膜が吸湿すると共にハロゲン化水素を生成し、配線を腐食させる問題が発生する。特に加工対象がアルミ配線等の腐食しやすい材質の場合には、その影響は顕著となる。
【０００４】
そのため、通常エッチング処理後のウェハは、大気に曝される以前に基板を２００〜４００℃に加熱したアッシング処理にて、大半の付着膜を除去する工程が実施されている。
【０００５】
この様な高温下で処理されたウェハを高温状態で搬送した場合、搬送ロボットの吸着アームが接触した際に、互いの温度差によってウェハの熱変形が発生し、真空吸着が不能となる。そのため、搬送途中に吸着アームより外れ、ウェハの落下による破損や、ウェハをゲートバルブに挟んで粉砕するなど、搬送系の信頼性を極めて低下させる。ウェハの搬送不良が発生するたびに、エッチング処理装置の処理を中断して、ウェハの回収が必要となるため、生産性も低下する。
【０００６】
また、ウェハカセットに収納された際には、前記素材が溶融してウェハに異物として付着し、半導体デバイスの歩留りを低下させる問題が発生する。この様な場合、カセットには溶融の他に熱変形も加わり、ウェハ回収棚段のピッチの変形と共に、以降のウェハ収納が困難となる問題も発生する。
【０００７】
さらに、大気に暴れる温度が高い場合には、ハロゲン化水素と配線との反応速度が速くなる。アッシング処理にて大半の付着膜は除去されるものの、僅かに残留した付着膜が吸湿し、膜中のハロゲンガスによってハロゲン化水素が生成され配線の腐食が加速する。
【０００８】
また、半導体デバイス製造ラインの設備の関係上、アッシング処理を別の装置で処理する場合には、ウェハが低温状態でウェハカセットに回収される。そのため、大気中の水分の結露と共に、膜中に含まれるハロゲンガスがハロゲン化水素を生成する。温度が低いため、反応速度は低いものの、多量のハロゲン化水素の生成によって配線の腐食が顕著となる。
【０００９】
そのため、この様な高温、あるいは低温で処理されたウェハは、処理チャンバ内に放置して温度を復帰させた後、搬送ロボットによってチャンバより搬出し、ウェハカセットに回収していた。しかし、ウェハの大口径化と共にウェハの熱容量が増大し、チャンバ内部では充分ウェハを所定温度に復帰させることが困難となり、前記ウェハ搬送の信頼性、ウェハカセットの溶融による異物の発生、配線腐食の問題が顕在化してきた。特に近年の半導体デバイスの高集積化に伴う加工する配線の微細化は著しく、腐食が配線抵抗に及ぼす影響や、異物やコンタミネーションの与える影響は顕著となり、デバイス性能や歩留りを左右するプロセス上の大きな問題となっている。これらの問題を回避するため、チャンバ内での放置時間を長くして、所定温度に復帰した後、ウェハを回収することも試みられたが、待ち時間の増大により、著しい生産性の低下が問題となっていた。
【００１０】
以上のように、ウェハ搬送における信頼性、ウェハカセットの溶融による異物の発生、配線腐食の問題から、生産性を確保しながら、ウェハ温度を所定温度に復帰して搬送することが望まれており、冷却専用チャンバの配設やウェハに冷却ガスを吹付けて温度を復帰させる方法が行われている。
【００１１】
半導体製造装置に冷却専用チャンバを配設してウェハを冷却する方法として、冷却専用チャンバ内に設けた石英の基板支持ピン上にウェハを設置し、それと平行に配置された輻射吸着層を形成した金属板との間で行われる輻射伝熱によってウェハを間接的に冷却するものである（例えば、特許文献１参照）。この方法は、冷却専用チャンバ構造の簡素化による製造コストの低減や、冷却板と直接の接触を防止し、ウェハの金属汚染を防止できる方法である。
【００１２】
また、半導体製造装置のロードロック室に、冷却ガスを吹付ける機構を配置してウェハを冷却する方法として、下記の方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−２１６５５０号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、特許文献１に示される技術は真空中における輻射伝熱のみの冷却のため、対流や熱伝導による熱伝達に比べ、桁違いに伝熱効率が悪い。さらに熱容量の増大した近年の大口径ウェハに対しては、温度を充分復帰させるには長時間を必要とする。また、冷却専用チャンバを必要とするため、処理チャンバの増設が困難である。生産性の確保に処理チャンバを増設すると、処理能力と冷却能力のバランスを図るために装置全体が肥大化し、かつ搬送経路が複雑となる。そのため、真空処理装置の設計、製造コストの増大や、メンテナンス性の劣化を招く。さらには、冷却専用チャンバとの搬送時間やウェハ温度を復帰させための処理時間が発生するため、生産性を確保することが困難である。
【００１４】
また、特許文献２に示される技術は、中空パイプの支柱でウェハを設置する棚段が構成され、ウェハを配置する各棚の上面にガス供給口が配置されている。プロセスチャンバで高温処理されたウェハは、ロードロック室に配置された前記ウェハ棚段へ搬送ロボットを介して設置され、前記のガス供給口より冷却ガスを吹付け、強制対流にてウェハを冷却するものである。しかしこの技術は、ガスの希薄な真空中での対流による熱伝熱のため、伝熱効率が悪く温度を充分復帰させるには長時間を必要とする。また、真空中でウェハ表面に冷却ガスを吹付けるため、高速の供給ガスがロードロック室の沈着物を巻上げ、ウェハ表面に付着する異物が増加するなどの問題が発生する。
【００１５】
さらに、ロードロック室が処理チャンバに接続されているため、マルチチャンバとして処理する場合は、ロードロック室と処理チャンバ間に圧力差を生じ、チャンバよりウェハ搬出の際には、気流による壁面の付着物等を巻上げによって異物が増加する問題が発生する。この問題を回避するには、チャンバとロードロック室間の調圧が必要となるが、待ち時間が発生するため生産性が低下する。半導体デバイスの微細化に伴いウェハ上の異物数や粒径、コンタミネーションが与える影響は甚大となってきており、本技術で安定した歩留りを得ることは困難である。
【００１６】
以上説明したように、真空処理装置ではウェハを加熱あるいは冷却してエッチング処理を行い、処理後のウェハを回収する際には、所定温度に復帰してウェハを回収していた。しかし、ウェハの大口径化による熱容量の増大に伴い、所定温度に充分復帰させることが困難となってきた。そのため、搬送系の信頼性低下、カセットの溶融による異物の発生、カセットの熱変形による収納棚段ピッチの変形、付着膜の吸湿よる配線腐食の加速などの問題が発生していた。この問題を回避するため、ウェハ温度を充分復帰させていたが、長時間の待ち時間が発生するため、生産性の低下を招いていた。
【００１７】
これらの問題を解決するため、冷却専用チャンバの配設や、冷却ガスをウェハ表面に吹付けるなど、特定の熱伝達効率を改善し、ウェハ温度を復帰させる対策が施されてきたが、処理チャンバの増設が困難、装置の肥大化、搬送経路の複雑化などの問題により、真空処理装置の設計、製造コストの増大、メンテナンス性の悪化を招いていた。また、冷却専用チャンバでの温度復帰の処理時間が発生するため、効率は向上するもスループットの低下は免れ得なかった。さらに、冷却ガスにてウェハ温度を復帰させる方法では、ウェハ上の異物やコンタミネーションが増大するため、半導体デバイスの歩留りの低下が問題となっていた。
【００１８】
さらに、数年毎で基板が大口径化する半導体製造ライン等では、基板の大口径化とともに処理チャンバが大型化するため、現在の延長線で高い処理能力を確保するには、累積的に装置やフットプリントが巨大化し、それに伴って増大する真空処理装置の設計、製造コストを抑制することが困難であった。
【００１９】
上記問題点に鑑み、本発明は冷却専用チャンバや冷却ガスをウェハ表面に吹付けることなく、大口径ウェハを所定温度に短時間で復帰させ、ウェハ搬送系信頼性の向上、生産性の向上、配線腐食の加速に伴う配線抵抗の増大を抑制し、真空処理装置の設計、製造コストを低減するコンパクトなウェハ温度復帰機構とウェハ復帰方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、真空搬送室を中心として高温あるいは低温で処理される処理チャンバとロードロック室を連結した真空処理装置を用い、ロードロック室内のステージに、真空から大気に渡って効率よく輻射伝熱が行われるウェハと平行に配置された輻射プレートと、高真空中でのガス伝熱が行われる輻射プレートとウェハ間のギャップと、高熱伝導材料による熱伝導と、対流による熱伝達と、ロードロック室内の沈着物の巻上げを抑制しながら大気圧に復帰するガス供給ラインよって構成され、ロードロック室の大気開放工程における真空から大気への圧力復帰の過程で、輻射伝熱、ガス伝熱、熱伝導、対流による熱伝達を効果的、かつ複合的に利用することで達成できる。本技術によれば、冷却専用チャンバや冷却ガスの供給機構が不要となり、温度復帰の処理待ち時間が大気開放工程の処理時間と相殺されるため、生産性を確保しながら装置の設計、製造コストを顕著に低減し、ウェハ搬送系の信頼性、生産性、配線腐食による配線抵抗の増大、異物の増大等の問題を目覚しく改善することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、真空処理装置に冷却専用チャンバや冷却ガス噴出機構を設けることなく、高温及び低温下で処理されたウェハをロードロック室にて短時間で所定温度に復帰することが可能となり、カセット溶解による異物発生、ウェハ腐食、吸着不良による搬送不具合の発生を顕著に抑止することが可能となる。また、シンプルなロードロック室の構成と、ロードロック室で実施される大気開放工程にて温度を復帰できるため、真空処理装置の設計、製造コストを顕著に低減し、メンテナンス性を向上することができる。さらに、ウェハを所定温度に復帰させる処理時間が、大気開放工程の時間で相殺できるため、生産性を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明にかかる処理装置および処理方法について図１〜図４を参照して、詳細を説明する。図１は、真空処理設備におけるウェハ処理用の枚葉式マルチチャンバシステムの平面図である。
【００２３】
図１に示す枚葉式のマルチチャンバ（真空チャンバ）を有する真空処理装置は、例えば半導体製造装置であり、周壁に２個以上の連結ポート１１ａ〜１１ｄを有する搬送チャンバ１０に高真空下において被処理部材であるウェハ８をハンドリングする真空ロボット（真空搬送手段）２を配備し、前記連結ポート１１ａ，〜１１ｄにゲートバルブ１２ａ，〜１２ｄを介して連結されたエッチングモジュール（真空チャンバ）３ａ，３ｂ、およびアッシングモジュール（真空チャンバ）４ａ，４ｂとロードロック室５ａ，５ｂからなる真空処理部と、大気ローダ部（カセット内から試料を抜き取れるように上下動可能に構成された搬送手段）２０とウェハカセット７ａ，〜７ｃを載置し得るカセット載置部９からなる大気搬送部にて構成される。
【００２４】
カセット載置部９は、少なくとも２個以上のウェハカセット７ａ，７ｂに、製品ウェハを収納したカセットを設置し、ウェハカセット７ｃにはダミーウェハを収納したカセットが設置される。ウェハカセット７ｃに収納したダミーウェハは、Ｓｉ、ＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３等の材料からなり、定期的に実施されるプラズマクリーニングの際に、エッチングチャンバ１ａ，１ｂに設置され、プラズマクリーニングによるＥＳＣへのダメージを防止する。但し、ウェハカセット７ｃはダミーウェハ用に限定されるものではなく、製品ウェハの収納カセットを設置することも可能であり、多量処理と不慮のカセット載置部の故障に対処できるようになっている。
【００２５】
大気ローダ部２０は、水平方向（図示のＸ−Ｙ方向）と高さ方向（紙面に垂直な方向、Ｚ軸）と回転方向（紙面の回転方向、Θ軸）に駆動可能な大気ローダ６と、ウェハ８の位置合わせを行うウェハアライメント部６１により構成される。ウェハカセット７ａ，７ｂのウェハ８の処理工程は、プログラミング可能であり、カセットの位置情報，処理工程情報が半導体製造装置のデータ処理部に記録されている。大気ローダ６により搬送され、エッチングモジュール３ａ，３ｂおよびアッシングモジュール４ａ，４ｂで処理されたウェハ８は、一般には同一のウェハカセット、同じ位置に回収される。なお、処理されるエッチングモジュールおよびアッシングモジュールの相違にて、収納するカセットを分別して回収することも可能であり、プロセスの不具合解析を容易にできるよう構成されている。
【００２６】
真空処理部の中央に配置された搬送チャンバ１０には、周壁に配置されたエッチングモジュール３ａ，３ｂおよびアッシングモジュール４ａ，４ｂに、半導体装置に設定されたプロセスフローに応じて被処理部材であるウェハ８を、順次各々のチャンバへハンドリングする真空搬送ロボット２を配備している。
【００２７】
エッチングモジュール３ａ，３ｂでは、被処理部材であるウェハ８上のレジストパターンをもとにエッチング処理が施され、パターンが形成される。本実施例では、マイクロ波と磁界にてプラズマを形成するプラズマエッチング装置である。ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２等のフロンガス、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｂｒ２、ＨＢｒ等のハロゲン含有ガス、Ｏ２、Ｎ２等の処理ガスは、図示しないガス供給口から、ＭＦＣからなる流量制御手段で制御し、エッチングチャンバ１ａ，１ｂに供給される。チャンバ内の圧力は、ＴＭＰからなる真空ポンプとＡＰＣからなる調圧手段によって一定圧力に保持される。マイクロ波は、マグネトロンより導波管と石英窓を介してエッチングチャンバ１ａ，１ｂに導入される。チャンバ周囲に配置されたソレノイドコイルにより、マイクロ波の波長に応じた磁界を形成し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を発生させる。処理ガスは、ＥＣＲによって効率よく解離し、高密度のプラズマを形成する。ウェハ８は静電チャック（ＥＳＣ）からなる試料台上に設置され、ＥＳＣに直流電圧を印加する事で発生する静電吸着力により固定される。ＥＳＣ表面には数１００μｍ程度の溝が形成されており、ウェハを固定する事で形成されるガス供給流路にＨｅ等の冷却ガスを導入する。エッチング処理中のイオン入射によるウェハ８の温度上昇は、ガスによる伝熱によってウェハ８裏面から温度制御されたＥＳＣ表面に伝達され、所定温度に保持される。試料台には高周波電源が接続され、高周波電力の印加で形成されるイオンシースによってプラズマ中のイオンを指向性良く加速し、エッチング処理が施される。
【００２８】
アッシングモジュール４ａ，４ｂではエッチング処理されたウェハ８上のホトレジストパターンの除去処理が施される。ＭＦＣにより流量制御したＣＨ３ＯＨ、またはＣＨＦ３、ＣＦ４等のハロゲン含有ガスとＯ２あるいはＡｒからなる混合ガスを、図示しないガス供給口より供給され、ドライポンプからなる真空ポンプとＡＰＣからなる調圧手段によって一定圧力に保持される。ウェハ８は加熱手段を有する試料台上に設置され、１００〜４００℃に加熱保持することが可能である。チャンバ壁はアルミナ、サファイヤ、石英からなる誘電体で形成され、外周に配置されたコイルに高周波電圧を印加する事で誘導結合のプラズマを形成し、処理ガスを解離する。ウェハ上のホトレジストパターンおよびパターン側壁に付着した付着膜は、この処理ガスのプラズマによって除去される。
【００２９】
図２および図３は、ロードロック室５ａ，５ｂにおける平面図と断面図である。ロードロック室５ａ，５ｂは、ウェハを１枚枚葉で搬出入するに必要な小容量のチャンバとして配設され、チャンバ室の真空引き、大気開放に要する処理時間を短縮できるように構成されている。
【００３０】
ロードロック室５ａ，５ｂのステージ１３には、少なくとも２個以上のアルミニウム、銀、銅、またはそれらの合金等からなる高熱伝導率材料の試料保持ステー１５を、真空搬送ロボット２および大気ローダ６のアーム挿入位置を回避する位置に配置している。試料保持ステー１５の表面は、接触面積を高くし熱伝達効率をよく行うために表面粗さ（Ｒａ）は６．３μｍ以下の加工が施されている。試料保持ステー１５の間には、アルミニウム、銀、銅またはそれらの合金等の高熱伝導率材料からなる輻射プレート１４が配設され、試料保持ステー１５はウェハが輻射プレート１４と平行に保持されるように構成されている。輻射プレート１４の表面には、効率よく輻射伝熱が行われる高熱放射率の黒色アルマイト処理、またはＳｉＣ，ＡｌＮなどのセラミック、銀、銅等の金属粉末、黒鉛、グラファイト等からなる表面処理層１６が施されている。これらの表面処理層は、下地の金属媒体への熱伝達を良くするため、２００μｍ以下の薄膜にて形成している。ウェハ８外周部の熱は、前記試料保持ステー１５を介し、ウェハ８中央部の熱は輻射プレート１４との輻射伝熱によって熱伝達される構造としている。
【００３１】
なお、Ｃｕは、ＳｉおよびＳｉＯ２ともに拡散速度が速いため、粉塵等によりウェハ８を汚染すると、半導体デバイスに甚大なダメージを与える。銅及び銅合金を使用する場合は、粉塵の放出、および直接表面に接触しないよう、ニッケルメッキ等により被覆することが望ましい。
【００３２】
なお、輻射プレート１４の表面は、放熱面積が大きくして輻射伝熱を高効率化するために、前記成膜処理の前にはサンドブラスト処理等により表面のラフネスを大きくすることが望ましい。さらに、表面処理には膜表面のラフネスが大きい、プラズマ溶射法等による成膜処理を行なうことが好ましい。
【００３３】
輻射プレート１４とウェハ８裏面間の距離は、真空中でのガス分子による伝熱が行われるよう、０．１〜５ｍｍのギャップ１７に設定され、ウェハ８の熱はガスを介して温度制御された輻射プレート１４に伝熱されるように構成している。圧力が高いほど平均自由工程が小さくなるため、ギャップ１７が狭いほど、広い圧力範囲でガス伝熱が行われ、熱伝達の効率が向上する。好ましくは、０．１〜１ｍｍのギャップ１７であることが望ましい。本実施例では０．５ｍｍの距離になるよう輻射プレート１４の厚さを設定しガス伝熱が行われるよう構成している。さらにウェハが大口径化し、熱容量が増大した場合に備え、輻射プレート１４の下部にはパルスモータ等からなる昇降手段とエンコーダー等からなる位置検出手段により、ウェハ８と輻射プレート１４間の距離を精密に再現性良く制御し、ガス伝熱による熱伝達効率を向上する機構が増設可能となっている。この輻射プレート１４は、口径を変更することも可能であり、放熱面積を拡大することで、輻射伝熱とガス伝熱による熱伝達効率を向上し、所定温度に復帰させる処理時間を短縮することができる。
【００３４】
輻射プレート１４の内部には、ペルチェ素子１８が埋設されている。処理装置のデータ処理部に記録された設定値にもとづき、ペルチェ素子１８を応答性良く制御する事により輻射プレート１４の表面温度が制御される。ウェハ８より放射された輻射熱は、黒色アルマイトに効率よく吸収され、輻射プレート１４のアルミ合金からなる金属媒体を介してペルチェ素子により放熱される。なお、温度制御手段はペルチェ素子に限るものではなく、液状熱媒体を循環させる経路を輻射プレート１４の内部に埋設し、チラーユニットを用いた液状熱媒体の循環によっても達成することができる。また、ロードロック室５ａ，５ｂの側壁１９に液状熱媒体の循環経路５０を形成し、側壁１９から輻射プレート１４への金属媒体を介した熱伝導よる、間接的な温度制御によっても達成することができる。
【００３５】
ロードロック室５ａ，５ｂのステージ１３はゲートバルブと昇降機構を兼ね備え、３水準以上の停止位置を有する。上段はウェハ８を大気搬送の水準に設定するとともに、ロードロック室５ａ，５ｂを密閉させ、ロードロック室５ａ，５ｂ内を真空および大気状態にすることが可能となる。また中段、および下段の位置はウェハを真空搬送の水準に設定するとともに、真空搬送ロボット２とステージ１３の昇降により真空搬送ロボット２とステージ１３間でのウェハの授受が可能となっている。
【００３６】
ロードロック室５ａ，５ｂの側壁１９には、チャンバ内部を真空状態にするためのスロー排気配管２１と、メイン排気配管２２で構成された真空配管系を配設している。スロー排気とメイン排気は、チャンバと各排気ライン間に配設されたエアーバルブ２３、２４によって切替可能となっている。スロー排気配管２１の途中には、排気速度を制御するニードルバルブ若しくは、開口度を調節可能な２段バルブ等のコンダクタンス調整手段２５が配設され、ロードロック室内の沈着物の巻上げを抑制し、真空排気可能な構造となっている。また、真空より大気状態に開放するためのドライＮ２供給ライン２６が、メイン排気配管２２のチャンバとエアーバルブ２４の間に、開口率調整可能なエアーバルブ２７を介して接続され、ロードロック室内の沈着物の巻上げを抑制し、大気状態に開放可能な構造となっている。また大気圧は大気圧センサー３０により大気圧をモニターしながらエアーバルブ２７を閉鎖し、ドライＮ２供給ライン２６からのガス供給が停止する。ロードロック室５ａ，５ｂとクリーンルーム内圧の相違による気流の発生を防止することで、ロードロック室５ａ，５ｂ内の沈着物の巻上げを抑制し、ゲートバルブ１４，１５を開放可能な構造となっている。なお、チャンバ近傍のメイン排気配管２２には、チャンバ内部の圧力をモニターするピラニーゲージ、バラトロン等からなる圧力センサ２９を配設することが望ましい。所定圧力の下でスロー排気とメイン排気のラインを切替えることにより、排気流量が安定し、異物の付着を抑制することができる。また、ドライＮ２供給ライン２６には、ＭＦＣ２８等からなる流量制御手段を配設することが望ましい。近接する装置や他系統ドライＮ２等の外乱に起因する供給圧力変動に伴う流量変動を防止し、異物の付着を抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施例では、大気状態に開放させるガスとしてＮ２を用いたが、Ｈｅ等のガス伝熱効率良いガスを使用すれば、より短時間にてウェハ８の温度を復帰させることができる。だだし、Ｎ２に比べてガスが高価なため、ランニングコストが高くなるが、生産性を重視する場合には有効である。
【００３８】
以上説明した構成を用いたプラズマエッチング装置を実施例にとり、その処理方法について図１〜図３を用いて説明する。カセット載置部９に載置されたカセット７ａ、または７ｂから大気ローダ６によって搬出されたウェハ８は、ウェハアライメント部６１でウェハの位置補正が実施される。補正終了のウェハ８は、再度大気ローダ６により搬送され、ゲートバルブ１４開放後のロードロック室５ａに搬入される。ゲートバルブ１４を閉鎖した後、スロー排気配管２１のエアーバルブ２３を開放し、ロードロック室５ａ内を、大気圧の状態から真空状態へと排気される。ロードロック室５ａ内の排気速度は、コンダクタンス調整手段２５にて制御され排気される。この排気方法にてロードロック室５ａ内の沈着物の巻上げを抑制し、ウェハ表面に付着する異物を顕著に低減することができる。スロー排気が１５秒経過した時点でエアーバルブ２３を閉鎖した後、エアーバルブ２４を開放しメイン排気に切替え、到達圧力まで真空排気される。
【００３９】
ロードロック室５ａのウェハ８は、ステージ１３が降下して真空搬送の水準に設定された後、昇降機構と真空搬送ロボット２によって授受され、エッチングモジュール３ａまたは３ｂへ搬送され、前述の方法により、処理装置に登録されたレシピデータに基づき、ウェハ８に所定の条件でエッチング処理が施される。
【００４０】
次にウェハ８は、エッチングモジュール３ａあるいは３ｂより真空搬送ロボット２により搬出され、アッシングモジュール４ａまたは４ｂに搬送される。ウェハ８上のホトレジストパターン及びエッチング処理中に付着したパターン側壁の付着膜は、前述の方法にて除去処理が施される。今回の実施例では、アッシング処理温度２５０℃、アッシング時間１２０秒の処理条件にて実施した。
【００４１】
アッシング処理を終了したウェハ８は、真空搬送ロボット２により搬出され、ロードロック室５ｂのステージ１３上の試料保持ステー１５に設置される。高温状態のウェハ８から放射される輻射熱はウェハ８の下に配置された輻射プレート１４に吸収され、試料保持ステー１５への熱伝導を伴いながら、ステージ１３の上昇によってロードロック室５ｂが密閉される。ドライＮ２供給ライン２６のエアーバルブ２７が開放されＮ２ガスが供給される。この時の、Ｎ２ガス供給流量を、１０ｌ／ｍｉｎ以下（容積２ｌ：１０ｓｅｃでＮ２パージ）とすることにより、沈着物の巻上げを抑制し、ウェハ８に付着する異物の増加を防止できる。このＮ２の供給により真空状態から大気状態までは、ウェハ８裏面と輻射プレート１４間のガス伝熱及び輻射伝熱とＮ２ガスの対流による熱伝達、さらに試料保持ステー１５の熱伝導が、複合的に実行され効率よく冷却することができる。ロードロック室５ｂ内の圧力が、大気状態に復帰したことを大気圧センサ３０により検出した後、エアーバルブ２７を閉鎖し、ドライＮ２の供給が停止される。
【００４２】
大気開放中のウェハ８の温度は、熱伝対、ＰＴ、サーミスタ等からなる接触式温度計４１あるいは、放射温度計等からなる非接触式温度計４２等の温度センサでモニターしながら、大気状態の時点で所定温度に達したことを検出した後、ゲートバルブ１５を開放し、大気ローダ６を介してカセット７ａまたは７ｂの元の棚段に回収される。
【００４３】
図４−１は、ロードロック室に、アルミ合金に黒色アルマイト処理を施した２５℃の輻射プレート１４を設置した場合の、ロードロック室５ｂにおけるウェハ８の温度変化を示したものである。アッシング処理は、処理温度２５０℃、アッシング時間１２０秒の条件で実施されており、ロードロック室５ｂの試料保持ステー１５にウェハ８が設置された時点で、概ね１９０℃になっている。本技術の場合、高真空中での輻射伝熱による熱伝達が作用するため、Ｎ２ガス導入直後で、従来技術より約１５℃の冷却効果が得られている。Ｎ２ガス導入と共に、ウェハ８と輻射プレート１４間で行われるガス伝熱、対流による熱伝達が向上し、輻射伝熱と熱伝導も含めた複合的作用により、ウェハ８の冷却が加速される。ロードロック室５ｂ内の圧力が高まるとともに、輻射伝熱、熱伝導のほか、対流による熱伝達が顕著となり、ウェハ８の冷却効果が急峻となる。ロードロック室５ｂが大気状態に復帰した時点で、従来技術より約５０℃の冷却効果が得られている。更にロードロック室５ｂに３０秒待機させることで、搬送系の信頼性、配線腐食、カセットの溶融や熱変形等の支障を及ぼさない所定温度に冷却することが可能となり、図４−２に示すように、従来技術に対し９０秒以上の待ち時間を短縮することができ、生産性を向上できることが判る。
【００４４】
本実施例では、ロードロック室５ａを介して搬送チャンバ１０へウェハ８を搬送し、処理後のウェハは搬送チャンバ１０からロードロック室５ｂを介して回収したが、ロードロック室への搬入順路は限定されるものではなく、逆にロードロック室５ｂから搬入し、ロードロック室５ａより回収することも可能である。また、ロードロック室５ａと５ｂを個別のロードロック室とし、エッチングモジュール、アッシングモジュール専用として使用することも可能である。
【００４５】
また、ロードロック室は、２つのロードロック室５ａと５ｂにて構成しているが、１つのロードロック室に集約することも可能であり、半導体製造設備の設計、製造コストを低減することができる。ただし、ロードロック室の真空引きや大気開放の待ち時間が発生するため、生産性を上げるには、搬入及び搬出個別のロードロック室を配設することが好ましい。
【００４６】
なお、本発明は、マイクロ波と磁場を用いたプラズマエッチング装置を使用したが、プラズマの生成方法の如何に関わらず適用可能であり、例えば、ヘリコン波エッチング装置、誘導結合型エッチング装置、容量結合型エッチング装置等で実施しても同等の効果を得ることが出来る。また、エッチング装置に限定されるものではなく、ウェハを高温あるいは低温の条件下で処理されるものであればＣＶＤ装置、アッシング装置、インプラ装置、エピタキシャル装置、熱処理装置を問わず実施することが可能であり、同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】マルチチャンバ真空処理装置の構成の概要を説明する図。
【図２】ロードロックチャンバの構成の概要を説明する平面図。
【図３】ロードロックチャンバの構成の概要を説明する断面図。
【図４−１】冷却ステージを用いたロードロック室でのウェハ温度変化。
【図４−２】冷却ステージを用いたロードロック室での放置時間とウェハ温度。
【符号の説明】
【００４８】
１ａ，１ｂ…エッチングチャンバ、２…真空搬送ロボット、３ａ，３ｂ…エッチングモジュール、４ａ，４ｂ…アッシングモジュール、５ａ，５ｂ…ロードロック室、６…大気ローダ、７ａ，７ｂ…ウェハカセット、７ｃ…ダミーカセット、８…ウェハ、９…カセット載置部、１０…搬送チャンバ、１１ａ〜１１ｄ…連結ポート、１２ａ〜１２ｄ…ゲートバルブ、１３…ステージ、１４…輻射プレート、１５…試料保持ステー、１６…表面処理層、１７…ギャップ、１８…ペルチェ素子、１９…側壁、２０…大気ローダ部、２１…スロー排気配管、２２…メイン排気配管、２３…エアーバルブ、２４…エアーバルブ、２５…コンダクタンス調整手段、２６…ドライＮ２供給ライン、２７…エアーバルブ、２８…ＭＦＣ、２９…圧力センサー、３０…大気圧センサー、４１…接触式温度計、４２…非接触式温度計、５０…液状熱媒体の循環経路、６１…ウェハアライメント部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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