(57)【要約】【課題】真空雰囲気中での経時変化を抑制しながら、スループットの低下を招くことなく基板に各種処理を施すことができる基板処理装置を提供する。【解決手段】複数の処理室Ａ乃至Ｇと、これら処理室間で基板Ｓを搬送する搬送手段ＲＡ、ＲＢを備え、基板を複数の処理室間で順次搬送し、複数の処理工程を経て基板に各種処理を施す基板処理装置Ｍにおいて、各処理工程での処理時間及び処理室相互間での搬送手段による基板搬送時間の少なくとも一方により、いずれかの処理室に基板を搬送した直後に所定の処理を開始すると、処理後に基板の搬送を待つ待ち時間が生じる処理室を特定処理室として判定する。特定処理室から後工程のために搬送される処理室を後工程処理室とし、特定処理室での処理終了直後に、後工程処理室に基板が搬送されるように、特定処理室での処理開始前に待機時間を付加し、後工程処理室に基板が搬送された直後に所定処理が開始されるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の処理室と、これら複数の処理室間で基板を搬送する搬送手段と、各処理室にて所定の処理を実施するために作動する作動部品及び搬送手段の作動を制御する制御手段と、を備え、基板を複数の処理室間で順次搬送し、複数の処理工程を経て基板に各種処理を施す基板処理装置において、
各処理工程での処理時間及び処理室相互間での搬送手段による基板搬送時間の少なくとも一方により、いずれかの処理室に基板を搬送した直後に所定の処理を開始すると、処理後に基板の搬送を待つ待ち時間が生じる場合に、この待ち時間が生じる処理室を特定処理室として判定する判定手段と、
この特定処理室から後工程のために搬送される処理室を後工程処理室とし、この特定処理室での処理終了直後に、後工程処理室に基板が搬送されるように、特定処理室での処理開始前に待機時間を付加する付加手段とを備え、
制御手段は、後工程処理室に基板が搬送された直後に所定の処理が開始されるように制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、周囲に複数の処理室が配置された中央の搬送室内に設けられた搬送ロボットであり、制御手段は、前記後工程処理室内での処理終了直後に、更に後工程の処理室へと基板が搬送されるように前記作動部品及び前記搬送ロボットを制御することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の処理室と、これら複数の処理室間で基板を搬送する搬送手段と、各処理室にて所定の処理を実施するために各処理室に設けられ部品及び搬送手段の作動を制御する制御手段とを備え、基板を複数の処理室間で順次搬送し、複数の処理工程を経て基板に各種処理を施すことに用いられる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、処理すべき基板に対して、脱ガス処理、成膜処理やエッチング処理等の各種処理を、真空雰囲気を維持したまま施すために、搬送ロボットを有する中央の搬送室と、この搬送室の周囲に設けられた複数の処理室とを備えた基板処理装置（所謂クラスタツール）を用いることが従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１を参照して、上記基板処理装置を用いた処理の例を説明すると、ＦＯＵＰ（カセットともいう）５から、一枚の基板Ｓをロードロック室ＬＡ又はＬＢに投入し、そのロードロック室を真空雰囲気とした後、処理室Ａに搬送して最初の処理工程を行う。その際、他のロードロック室には他の基板が投入され、また、ロードロック室から基板が取り出された後は、更に他の基板が投入される。
【０００４】
処理室Ａでの処理が終了した基板は、後工程で同一の処理が施される処理室Ｂ又はＣに搬送されて所定の処理が施され、更に後工程で同一の処理が施される処理室Ｄ又はＥ、そして、処理室Ｆ又はＧに順次搬送され、各種処理が施される。処理済みの基板が取り出された処理室には次の基板が投入される。最終に、全工程を経た処理済みの基板が、真空雰囲気中のロードロック室ＬＡ又はＬＢに搬送され、大気解放後、ＦＯＵＰへと搬送される。このようにして、ＦＯＵＰ内に収納された全ての基板（１ロット）が処理される。なお、各種処理を行う際に複数の処理室にて同一の処理を施すように構成するのは、全処理室での処理時間をできるだけ統一するためである。
【０００５】
ここで、上記基板処理装置では、各処理室での処理時間をできるだけ統一したとしても、各処理工程での処理時間及び搬送ロボットによる処理室相互間での基板搬送時間の少なくとも一方により、いずれかの処理室に基板を搬送した直後に所定の処理を開始すると、同一又は他の処理室において、処理済みの基板が直ちに搬送されないという待ち時間が生じ得る。つまり、処理室Ａ乃至Ｃでの処理時間によっては、処理室Ａから処理室Ｂ又はＣに基板が搬送されている間に、他の処理室Ｃ又はＢでの処理が終了し、この処理室Ｃ又はＢで待ち時間が生じる場合がある。
【０００６】
ところで、各処理工程で施される処理によっては、真空雰囲気中においても経時変化するものがある。例えば、スパッタリング法によりＡｌ膜等を成膜すると、これらの膜はその表面が活性状態にあるため、真空雰囲気中でも膜表面の酸化又は窒化が促進される。その結果、待ち時間が生じる処理室では、時間の経過と伴に膜特性が劣化する等の不具合が生じる。このような膜特性の劣化状態は同一の処理室内であっても制御できず、待ち時間が長くなるのに従い、ロット内での基板特性のばらつくが大きくなるという不具合が生じる。
【０００７】
このような不具合を解消するため、待ち時間による経時変化が生じ得る処理室では、処理終了後、直ちに処理済みの基板を後工程の処理室へと搬送し、後工程の処理を施すことが考えられる。然し、上記基板処理装置において特定の処理室間での基板搬送を優先したのでは、その他の処理室間での基板搬送が滞り、スループットの低下を招くという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２９１５３０号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑み、真空雰囲気中での経時変化を抑制しながら、スループットの低下を招くことなく基板に各種処理を施すことができる基板処理装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の処理室と、これら複数の処理室間で基板を搬送する搬送手段と、各処理室にて所定の処理を実施するために作動する作動部品及び搬送手段の作動を制御する制御手段と、を備え、基板を複数の処理室間で順次搬送し、複数の処理工程を経て基板に各種処理を施す基板処理装置において、各処理工程での処理時間及び処理室相互間での搬送手段による基板搬送時間の少なくとも一方により、いずれかの処理室に基板を搬送した直後に所定の処理を開始すると、処理後に基板の搬送を待つ待ち時間が生じる場合に、この待ち時間が生じる処理室を特定処理室として判定する判定手段と、この特定処理室から後工程のために搬送される処理室を後工程処理室とし、この特定処理室での処理終了直後に、後工程処理室に基板が搬送されるように、特定処理室での処理開始前に待機時間を付加する付加手段とを備え、制御手段は、後工程処理室に基板が搬送された直後に所定の処理が開始されるように制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、判定手段と付加手段とを備え、特定処理室での処理開始前に待機時間を付加することで、特定処理室内で処理済みの基板が所定時間放置されると、経時変化するような場合であっても、特定処理室で処理済みの基板は、処理終了直後に後工程処理室に搬送されて、所定の処理が直ちに開始される。このため、前工程での基板への処理終了から、基板に後工程処理が開始されるまでの時間を最短にでき、しかも、ロット内の基板相互の間で略一致させることができる。その結果、基板特性の経時変化を抑制して、、ロット内での基板の特性のばらつきを防止できる。また、特定処理室から後工程処理室までの基板搬送を優先させるものではないため、他の処理室間での基板搬送が滞ることはなく、スループットの低下を抑制できる。尚、本発明において、上記判定手段に相当するのは図３のステップＳ２であり、上記付加手段に相当するのは図３のステップＳ５である。また、本発明において、作動部品とは、処理室を仕切るゲートバルブや真空計の他、例えば、スパッタリングにて所定の膜を形成する処理室では、ターゲットに電力投入する電源や所定のガスを導入するガス導入手段をいう。
【００１２】
ところで、特定処理室にて待機時間を付加した場合、この特定処理室内での処理時間は、後工程処理室内での処理時間より待機時間だけ長くなる。このため、前記搬送手段は、周囲に複数の処理室が配置された中央の搬送室内に設けられた搬送ロボットであり、制御手段は、前記後工程処理室内での処理終了直後に、更に後工程の処理室へと基板が搬送されるように前記作動部品及び前記搬送ロボットを制御するように構成しておけば、スループットを向上させることができてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の基板処理装置の構成を模式的に説明する図。
【図２】基板処理装置で行われる一連の処理の例を示す図。
【図３】制御手段で行う待機時間付加制御の内容を示すフロー図。
【図４】処理室Ｄ又はＥでの処理終了から処理室Ｆ又はＧでの処理開始までの時間を示す図。
【図５】処理室Ｆ又はＧでの処理終了からロードロック室ＬＡ又はＬＢに基板が搬送されるまでの時間を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照して、本発明の実施形態の基板処理装置を説明する。図１に示すように、基板処理装置Ｍは中央の搬送室１を備える。搬送室１の一側面（図１中の下側側面）には、大気状態の基板Ｓを真空雰囲気の搬送室１内に移送するためのロードロック室ＬＡ、ＬＢが相互に並べてかつゲートバルブＶ１を介して設けられている。このロードロック室ＬＡ、ＬＢ側を前側とし、前後方向（図１中の上下方向）に延びる搬送室１は、前側の搬送室１１と後側の搬送室１２とに分割され、これらの搬送室１１、１２には搬送ロボットＲＡ、ＲＢがそれぞれ配置されている。また、搬送室１１、１２の境界には移送室１３が配置され、この移送室１３には、左右方向に所定間隔を存して移送ステージが設けられ、搬送ロボットＲＡ、ＲＢにて基板Ｓを持ち変える際に、基板を一旦仮置できるようになっている。
【００１５】
搬送ロボットＲＡ、ＲＢは、同一の構造を有し、基板Ｓを支持するロボットハンド３１を先端に有する２本のロボットアーム３２と、各ロボットアーム３２を回転駆動する同心の２本の回転軸３３ａ、３３ｂを有する駆動手段とを備えた所謂フロッグレッグ式のものである。回転軸３３ａ、３３ｂの回転方向や回転角を後述する制御手段６により適宜制御することで、ロボットアーム３２が同一平面内で旋回又は伸縮する。このとき、伸縮動作を行うと、ロボットハンド３１自体は同一線上に沿って往復動する。
【００１６】
前側及び後側の両搬送室１１、１２の外側壁には、それらの周囲を囲うようにして、各種の処理を実施し得る前側処理室Ｄ乃至Ｇと後側処理室Ａ乃至ＣとがゲートバルブＶ２を介してそれぞれ設けられている。各処理室には、半導体装置の製造工程で基板Ｓに対して施す処理に応じて適宜選択された装置が設けられ、脱ガス処理、スパッタリング、ＣＶＤ等の成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を実施し得るように構成されている。本実施形態では、例えば、処理室Ａでは脱ガス処理が実施され、処理室Ｂ、ＣではスパッタリングによりＴｉ膜及び／又はＴｉＮ膜の成膜処理が並行して実施され、処理室Ｄ、Ｅではターゲット−基板間距離を通常のスパッタリングよりも長く設定した状態でスパッタリングによるＡｌ膜の成膜処理が並行して実施され、処理室Ｆ、Ｇでは通常のスパッタリングによりＡｌ膜の成膜処理が並行して実施されるようになっている。そして、特に図示しないが、前側及び後側の両搬送室１１、１２と各処理室及びロードロック室を仕切るゲートバルブや真空計の他、例えば、スパッタリングにて所定の膜を形成する処理室において、ターゲットに電力投入する電源や所定のガスを導入するガス導入手段が本実施形態の作動部品を構成する。
【００１７】
ロードロック室ＬＡ、ＬＢの前側には、公知の構造を有する多関節式の大気搬送ロボット４が配置されている。大気搬送ロボット４は、Ｘ方向（図１中の左右方向）に移動自在なステージ４１上に設けられている。そして、ステージ４１を適宜移動させつつ、待機搬送ロボット４を作動してＦＯＵＰ５に収納された基板Ｓを取り出し、ロードロック室ＬＡ、ＬＢに移送したり、各種の処理が施された基板Ｓをロードロック室ＬＡ、ＬＢからＦＯＵＰ５に戻したりできるようになっている。
【００１８】
上述した移送ステージ２や搬送ロボットＲＡ、ＲＢの作動、処理室Ａ乃至Ｇに設けた装置等の各作動部品は、コンピュータ、シーケンサーやドライバー等を備えた制御手段６により統括制御されるようになっている。また、この制御手段６には、各処理室でのプロセス時間や搬送時間などのレシピが入力される。そして、このレシピに即して各作動部品が作動しつつ、基板Ｓが複数の処理室間で順次搬送され、複数の処理工程を経て基板Ｓに各種処理が施される。なお、制御手段６は、後述のように、特定処理室として判定する判定手段と、特定処理室での処理開始前に待機時間を付加する付加手段と、特定処理室から次工程のために搬送される後工程処理室を特定する役割も果たし、後工程処理室に基板が搬送された直後に所定の処理が開始されるように制御する。以下、図３を参照して、本実施形態の上記基板処理装置Ｍでの基板Ｓの処理を説明する。
【００１９】
ここで、本実施形態では、基板Ｓに対する各種の処理を以下のものとする。即ち、ロードロック室ＬＡ又はＬＢから取り出された基板Ｓは、先ず、処理室Ａに搬送され、この処理室Ａにて例えば、脱ガス処理が施される。次に、処理室Ａで処理済みの基板Ｓは、処理室Ｂ又はＣのいずれかに搬送され、例えば、スパッタリングによるＴｉ膜／ＴｉＮ膜の成膜処理が施される。次に、処理室Ｂ又はＣで処理済みの基板Ｓは、後工程の処理室Ｄ又はＥに搬送され、例えば、スパッタリングによるＡｌ膜の成膜処理が施される。最後に、基板Ｓは、更に後工程の処理室Ｆ又はＧに搬送され、他のスパッタリングによるＡｌ膜の成膜処理が施され、ロードロック室ＬＡ又はＬＢを経てＦＯＵＰ５に戻されるものとする。また、上記の各種処理においては、 処理室Ｄ又はＥ内のスパッタリングによるＡｌ膜の成膜処理後の基板Ｓが経時変化を起こし易く、 処理室Ｄ又はＥから処理室Ｆ又はＧを経てロードロック室ＬＡ又はＬＢに至るまでが、安定した動作が必要な処理であるとし、制御手段６には、このような安定した動作が必要な処理室を認定しておく（図２参照）。
【００２０】
先ず、作業者によって、上記各種処理を行うため、制御手段６に各処理室でのプロセス時間が入力されると、制御手段６は、搬送ロボットの搬送速度により定まる搬送時間（１の処理室から基板を受け取り、他の処理室に基板を受け渡すまでの時間）と、各処理室に基板が搬送されてきた後、処理が開始されるまでの処理前時間（処理室内が所定真空度に達するまでの時間、ダミー成膜時間や基板の加熱時間等）、入力されたプロセス時間及びプロセス終了後の経過時間（処理室内が所定真空度に達するまでの時間等）から処理時間（処理室内での滞在時間に相当する）が処理室毎に算出される（Ｓ１）。
【００２１】
各処理室内での処理時間が算出されると、各処理室での処理時間を比較し、処理時間経過後、搬送ロボットにより基板が受け取られるまでに待ち時間が生じる処理室があるか否かを判定する（Ｓ２）。このような処理室がある場合、この処理室を特定処理室として特定する（Ｓ３）。つまり、例えば、処理室Ａの処理時間が７０ｓｅｃであり、処理室Ｂ及びＣの処理時間が６０ｓｅｃであり、処理室Ｄ及びＥの処理時間が６０ｓｅｃであり、処理室Ｆ及びＧの処理時間が６０ｓｅｃである場合、処理室Ｂ乃至Ｇが特定処理室であると判定される。
【００２２】
次に、特定処理室が安定した作動を必要とする処理室か否かが判断され（Ｓ４）、そのような処理室である場合には、付加すべき待機時間の設定へと進む（Ｓ５）。以下、待機時間の算出方法を説明する。
【００２３】
先ず、同一処理が複数の処理室で並行して行われるか否かを判断し、並行して行われる場合には、処理時間を処理室数で割った値を滞在時間として算出する。例えば、処理室Ｂ、Ｃでは同一処理が並行して行われるため、各処理室Ｂ、Ｃの処理時間が６０ｓｅｃである場合、処理室Ｂ、Ｃの滞在時間ｔｂ、ｔｃが３０ｓｅｃと算出される。
【００２４】
次に、滞在時間が最大である処理室Ａの滞在時間ｔａと特定処理室Ｄ又はＥの滞在時間ｔｄ、ｔｅとの差分を求める。具体的には、ｔａ＝７０ｓｅｃとｔｄ＝３０ｓｅｃとの差分＝４０ｓｅｃが求められる。この求めた差分に並列して処理される処理室数を乗算した値、具体的には、４０ｓｅｃ×２＝８０ｓｅｃが、特定処理室Ｄ、Ｅにおける待機時間として算出される。そして、待機時間を特定処理室での処理開始前（プロセスレシピ実行前）に付加する。例えば、特定処理室Ｄ、Ｅにおける処理開始前に８０ｓｅｃの待機時間が付加される。これにより、処理室Ｄ、Ｅでの実際の滞在時間は、当初の滞在時間である６０ｓｅｃに待機時間として付加された８０ｓｅｃを加えた１４０ｓｅｃとなる。そして、当初のレシピに待機時間が付加された新たなレシピが作成され、この新たなレシピに基づきプロセスが実行される（Ｓ６）。なお、処理室Ｄ又はＥにて待ち時間を設定した場合、後工程の処理室Ｆ又はＧでは、この特定処理室内での処理時間より待機時間だけ短くなる。この時間を有効活用するために、制御手段６は、搬送手段により、後工程処理室Ｆ又はＧ内での処理終了直後に、更に後工程たるロードロック室ＬＡ又はＬＢへと基板Ｓが直ちに搬送されるように制御する。
【００２５】
このように処理室Ｄ、Ｅにおける処理開始前に待機時間を付加したことにより、処理室Ｄ又はＥにおける処理が終了した直後に基板が後工程の処理室Ｆ又はＧに搬送される。具体的には、図４に示すように、処理室Ｄ又はＥでの処理が終了してから処理室Ｆ又はＧに基板が搬送され、処理室Ｆ又はＧでの処理が開始するまでの時間Ｔ１が約１８秒となり、待機時間を付加しない場合の時間である約７０秒に比べて大幅に短縮することができる。さらに、ロット内（２５枚）の時間Ｔ１のバラツキが約３秒となり、待機時間を付加しない場合のバラツキである約５１秒に比べて大幅に抑えることができる。
【００２６】
さらに、上記待機時間を付加すると共に、処理室Ｄ又はＥから処理室Ｆ又はＧに基板Ｓが搬送された直後に処理室Ｆ又はＧで処理を開始するようにすることにより、処理室Ｆ又はＧでの処理が終了した直後に処理室Ｆ又はＧからロードロック室ＬＡ又はＬＢに基板Ｓを搬送することができる。具体的には、図５に示すように、処理室Ｆ又はＧでの処理が終了してからロードロック室ＬＡ又はＬＢに基板が搬送されるまでの時間Ｔ２が約２０秒となり、待機時間を付加しない場合の時間である約７０秒よりも大幅に短縮することができる。さらに、ロット内（２５枚）の時間Ｔ２のバラツキが約２秒となり、待機時間を付加しない場合のバラツキである約４４秒に比べて大幅に短縮することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、特定処理室内で処理済みの基板が所定時間放置されると、経時変化するような場合であっても、特定処理室で処理済みの基板は、処理終了直後に後工程処理室に搬送されて、所定の処理が直ちに開始される。このため、前工程での基板への処理終了から、基板に後工程処理が開始されるまでの時間を最短にでき、しかも、ロット内の基板相互の間で略一致させることができる。その結果、基板特性の経時変化を抑制して、ロット内での基板の特性のばらつきを防止できる。また、特定処理室から後工程処理室までの基板搬送を優先させるものではないため、他の処理室間での基板搬送が滞ることはなく、スループットの低下を抑制できる。  
【００２８】
以上、本発明の実施形態の基板処理装置Ｍについて説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。搬送ロボットの移動速度は一定であるため、処理時間を含む滞在時間に基づいて特定処理室を判定したが、滞在時間に加えて処理室相互間での基板の搬送時間に基づいて特定処理室を判定してもよい。
【００２９】
また、上記実施形態では、本発明をクラスタツールに適用した場合について説明したが、コンベア等の搬送手段を用いて基板を処理室間に順次搬送して基板に各種の処理を施すインライン型の基板処理装置に本発明を適用してもよい。
【００３０】
また、処理室Ｆ又はＧからロードロック室ＬＡ又はＬＢへの基板Ｓの搬送を他の搬送よりも優先して行うように構成してもよい。これにより、処理室Ｄ又はＥでの処理終了直後に確実に基板を処理室Ｆ又はＧに搬送することができる。このとき、処理室Ｄ又はＥでの処理時間の残り時間が所定時間よりも短い場合には、処理室Ｆ又はＧからの基板Ｓの取り出しを行わずに処理室Ｄ又はＥでの処理終了を待ち、この処理室Ｄ又はＥの処理終了後に基板Ｓを取り出した後、処理室Ｆ又はＧからの基板Ｓの取り出しと、処理室Ｆ又はＧへの基板Ｓの搬送とを同時に行うスワップ動作を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
Ｍ…基板処理装置、Ｓ…基板、１（１１、１２）…搬送室、Ａ〜Ｇ…処理室、Ｄ、Ｅ…特定処理室、ＲＡ、ＲＢ…搬送ロボット、６…制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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