(57)【要約】【課題】冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、複数段の被処理体を面間の温度差が生じないように均一に冷却するロードロック装置を提供する。【解決手段】真空室６と大気室１２との間にゲートバルブを介して連結されると共に真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現することができるロードロック装置８，１０において、ロードロック用容器３４と、ロードロック用容器内に設けられて複数枚の被処理体を複数段に亘って支持する支持部５２を有する支持手段５０と、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために支持部に対応させて設けられたガス噴射孔７４を有するガス導入手段７２と、ロードロック用容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系４２とを備える。これにより、冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、且つ複数段の被処理体を面間の温度差が生じないように均一に冷却する。【選択図】図２
2011049507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室と大気室との間にゲートバルブを介して連結されると共に真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現することができるロードロック装置において、
ロードロック用容器と、
前記ロードロック用容器内に設けられて複数枚の被処理体を複数段に亘って支持する支持部を有する支持手段と、
大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために前記支持部に対応させて設けられたガス噴射孔を有するガス導入手段と、
前記ロードロック用容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
を備えたことを特徴とするロードロック装置。
【請求項２】
前記支持手段は、起立した複数本の支柱を有しており、前記支柱に前記支持部が所定のピッチで設けら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装置。
【請求項３】
前記ガス導入手段は、前記支持手段に形成されたガス導入路を有することを特徴とする請求項１又は２記載のロードロック装置。
【請求項４】
前記支持手段は、昇降可能になされた昇降台上に設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項５】
前記支持部は、前記被処理体の裏面と接触する棚部材を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項６】
前記支持部は、前記被処理体の裏面と接触するピン部材を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項７】
前記ロードロック用容器内の雰囲気の圧力を外部へ開放するための開放用排気系が更に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項８】
前記開放用排気系のガス排気口は、前記ロードロック用容器の上部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のロードロック装置。
【請求項９】
前記開放用排気系は、大気側に連通されると共に所定の圧力差になった時に開放されるリリーフ弁を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のロードロック装置。
【請求項１０】
前記開放用排気系は、前記大気室に連通されると共に所定の圧力差になった時に開放されるリリーフ弁を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のロードロック装置。
【請求項１１】
前記大気室は、大気圧よりも僅かな圧力だけ陽圧状態になされていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項１２】
前記支持部に設けられた温度測定手段と、
該温度測定手段の測定値に基づいて前記ロードロック用容器と前記大気室との間のゲートバルブの開動作を制限する開動作制限部と、を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項１３】
前記支持手段は、セラミック材、石英、金属及び耐熱性樹脂よりなる群より選択される１以上の材料よりなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項１４】
前記ロードロック用容器内には、前記被処理体を搬送するために屈伸及び旋回が可能になされたロードロック用の搬送機構が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のロードロック装置。
【請求項１５】
一度に複数枚の被処理体を熱処理することが可能な処理室が連結されると共に、前記被処理体を搬送するための真空側の搬送機構が内部に設けられた真空側搬送室よりなる真空室と、
内部が大気圧又は大気圧に近い圧力の雰囲気になされると共に、前記被処理体を搬送するための大気側の搬送機構が設けられて前記被処理体を大気側との間で搬入又は搬出させる大気側搬送室よりなる大気室と、
前記真空室と前記大気室との間に介在される請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のロードロック装置と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１６】
一度に複数枚の被処理体を熱処理することが可能な処理室よりなる真空室と、
内部が大気圧又は大気圧に近い圧力の雰囲気になされると共に、前記被処理体を搬送するための大気側の搬送機構が設けられて前記被処理体を大気側との間で搬入又は搬出させる大気側搬送室よりなる大気室と、
前記真空室と前記大気室との間に介在される請求項１４記載のロードロック装置と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に処理を施す処理システム及びこれに用いられるロードロック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに対して成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、エッチング処理、アニール処理等の各種の処理が繰り返し行われる。そして、上記各種の処理を効率的に行うために、例えば特許文献１又は２等に開示されているような、いわゆるクラスターツール型の処理システムが知られている。この処理システムでは、真空雰囲気になされた共通搬送室に対して複数の枚葉式の処理装置を連結し、この共通搬送室を介して半導体ウエハを各処理装置に向けて搬送しながら順次必要な処理を行うようになっている。
【０００３】
この場合、上記共通搬送室には、真空雰囲気状態と大気圧雰囲気状態とを選択的に実現できる１個又は複数個の小容量のロードロック装置が連結されている。そして、真空雰囲気の上記共通搬送室と略大気圧の外部との間で半導体ウエハを搬入、搬出させるために、上記ロードロック装置内を真空雰囲気状態、或いは大気圧雰囲気状態に選択的に設定することにより、上記共通搬送室内の真空雰囲気を破ることなく、半導体ウエハの搬入及び搬出操作を行うようになっている。ここで、上記ロードロック装置には、上記処理装置における各種の熱処理により高温状態になっている半導体ウエハを安全な温度、例えば１００℃程度まで冷却するための冷却機構、例えば冷却プレート等を有しており、半導体ウエハを１００℃以下に冷却した後に外部に取り出すようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０２７３７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した処理システムにあっては、各処理装置における処理の態様は１枚ずつ半導体ウエハを処理する、いわゆる枚葉式の処理装置であることを前提としているが、最近にあっては、一度に複数枚、例えば４〜２５枚程度の半導体ウエハを同時に処理する処理装置も上記したような処理システムに組み込むようにした処理システムも提案されている。
【０００６】
この場合、上記した処理装置で一度に４〜２５枚程度の複数枚の半導体ウエハに対して高温、例えば１５０〜７００℃程度の熱処理を行った場合にも、前述したようにこの半導体ウエハを安全温度である１００℃以下まで冷却した後に外部へ取り出さなければならない。
【０００７】
しかしながら、従来のロードロック装置は、半導体ウエハを１枚ずつしか冷却することができない構造になっていた。このため、一度に複数枚の半導体ウエハを冷却することができないことから、スループットを低下させる原因になっていた。そこで、例えば特開２００３−３３２３２３号公報等に開示されているように、複数段に亘って半導体ウエハを保持するようにしたロードロック室を適用することも考えられるが、ここで開示されたロードロック室は、不活性ガス雰囲気中の半導体ウエハを大気開放させるためのものであり、上記特開２００３−３３２３２３号公報のようなロードロック室を真空雰囲気と大気圧雰囲気との間で、半導体ウエハを搬出入させるようロードロック室にそのまま適用することはできない。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、且つ複数段の被処理体を面間の温度差が生じないように均一に冷却することが可能なロードロック装置及び処理システムである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、真空室と大気室との間にゲートバルブを介して連結されると共に真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現することができるロードロック装置において、ロードロック用容器と、前記ロードロック用容器内に設けられて複数枚の被処理体を複数段に亘って支持する支持部を有する支持手段と、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために前記支持部に対応させて設けられたガス噴射孔を有するガス導入手段と、前記ロードロック用容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、を備えたことを特徴とするロードロック装置である。
【００１０】
このように、真空室と大気室との間にゲートバルブを介して連結されると共に真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現することができるロードロック装置において、ロードロック用容器内に複数枚の被処理体を複数段に亘って支持する支持部を有する支持手段を設け、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために支持部に対応させて形成されたガス噴射孔を有するガス導入手段を設けるようにしたので、被処理体を大気室側へ搬出する際に、冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、且つ複数段の被処理体を面間の温度差が生じないように均一に冷却することが可能となる。
【００１１】
請求項１５に係る発明は、一度に複数枚の被処理体を熱処理することが可能な処理室が連結されると共に、前記被処理体を搬送するための真空側の搬送機構が内部に設けられた真空側搬送室よりなる真空室と、内部が大気圧又は大気圧に近い圧力の雰囲気になされると共に、前記被処理体を搬送するための大気側の搬送機構が設けられて前記被処理体を大気側との間で搬入又は搬出させる大気側搬送室よりなる大気室と、前記真空室と前記大気室との間に介在される請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のロードロック装置とを備えたことを特徴とする処理システムである。
【００１２】
請求項１６に係る発明は、一度に複数枚の被処理体を熱処理することが可能な処理室よりなる真空室と、内部が大気圧又は大気圧に近い圧力の雰囲気になされると共に、前記被処理体を搬送するための大気側の搬送機構が設けられて前記被処理体を大気側との間で搬入又は搬出させる大気側搬送室よりなる大気室と、前記真空室と前記大気室との間に介在される請求項１４記載のロードロック装置と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るロードロック装置及び処理システムによれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
真空室と大気室との間にゲートバルブを介して連結されると共に真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現することができるロードロック装置において、ロードロック用容器内に複数枚の被処理体を複数段に亘って支持する支持部を有する支持手段を設け、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために支持部に対応させて形成されたガス噴射孔を有するガス導入手段を設けるようにしたので、被処理体を大気室側へ搬出する際に、冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、且つ複数段の被処理体を面間の温度差が生じないように均一に冷却することができる。
【００１４】
特に、請求項７に記載したように、ロードロック用容器内の雰囲気の圧力を外部へ開放するための開放用排気系を更に設けるように構成することにより、暖まってしまった冷却ガスを大気圧復帰後にロードロック用容器の上部から積極的に排出することができ、その分、冷却効率を更に高めることができる。
【００１５】
更にまた、請求項１２に記載したように、支持部に設けられた温度測定手段と、温度測定手段の測定値に基づいてロードロック用容器と大気室との間のゲートバルブの開動作を制限する開動作制限部とを更に備えることにより、被処理体を確実に所望する温度まで低下させた後に、ゲートバルブを開くことができ、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のロードロック装置を有する処理システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のロードロック装置を示す縦断面図である。
【図３】被処理体を支持する支持手段の拡大部分断面図である。
【図４】支持手段の支持部の一例を示す平面図である。
【図５】ロードロック装置の変形実施例１の支持手段の断面を示す拡大図である。
【図６】ロードロック装置の変形実施例２の支持手段を示す拡大部分断面図である。
【図７】本発明のロードロック装置の変形実施例３を含む処理システムの一例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係るロードロック装置と処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜処理システム＞
まず、本発明のロードロック装置を有する処理システムについて説明する。図１は本発明のロードロック装置を有する処理システムの一例を示す概略構成図、図２は本発明のロードロック装置を示す縦断面図、図３は被処理体を支持する支持手段の拡大部分断面図、図４は支持手段の支持部の一例を示す平面図である。
【００１８】
まず、図１に示すように、この処理システム２は、複数、例えば３つの真空室としての第１〜第３の処理室４Ａ、４Ｂ、４Ｃと、略六角形状の真空室としての真空側搬送室６と、ロードロック機能を有する第１及び第２の本発明に係るロードロック装置８、１０と、細長い大気室としての大気側搬送室１２とを主に有している。
【００１９】
ここでは、上記３つの処理室４Ａ〜４Ｃの内の２つの処理室４Ａ、４Ｂは、それぞれ枚葉式の処理室であって、それぞれの載置台１４Ａ、１４Ｂには１枚の半導体ウエハＷが載置され、１枚ずつ半導体ウエハが処理される。これに対して、３つ目の処理室４Ｃは、いわゆるバッチ式の処理室であって、この載置台１４Ｃには複数枚、図示例にあっては４枚の半導体ウエハＷを同時に処理することができるようになっている。この載置台１４Ｃは、半導体ウエハ間における処理の均一性を維持するために例えば回転可能になされている。上記３つの処理室４Ａ〜４Ｃでは、真空雰囲気下において必要に応じて各種の処理を行うことができ、特に、処理室４Ｃでは、熱ＣＶＤ処理や熱拡散処理や熱アニール処理等の熱処理が施され、半導体ウエハ温度は処理態様にもよるが１５０〜７００℃程度に達することになる。
【００２０】
そして、上記略六角形状の真空側搬送室６の３辺に上記第１〜第３の各処理室４Ａ〜４Ｃが共通に接合され、他側の２つの辺に、上記第１及び第２ロードロック装置８、１０がそれぞれ接合される。そして、この第１及び第２ロードロック装置８、１０の他側に、上記大気側搬送室１２が共通に接続される。
【００２１】
上記真空側搬送室６と上記３つの各処理室４Ａ〜４Ｃとの間及び上記真空側搬送室６と上記第１及び第２ロードロック装置８、１０との間には、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在して接合されてクラスタツール化されており、必要に応じて真空側搬送室６内と連通可能になされている。ここで、この真空側搬送室６内は真空引きされて真空雰囲気になされている。また、上記第１及び第２各ロードロック装置８、１０と上記大気側搬送室１２との間にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在されている。この第１及び第２のロードロック装置８、１０は後述するように真空引き、及び大気圧復帰が半導体ウエハの搬出入に伴って繰り返される。
【００２２】
そして、この真空側搬送室６内においては、上記２つの各ロードロック装置８、１０及び３つの各処理室４Ａ〜４Ｃにアクセスできる位置に、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりなる真空側の搬送機構１６が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる２つのピック１６Ａ、１６Ｂを有しており、一度に２枚の半導体ウエハを取り扱うことができるようになっている。尚、上記真空側の搬送機構１６として１つのみのピックを有しているものも用いることができる。
【００２３】
上記大気側搬送室１２は、横長の箱体により形成されており、この横長の一側には、被処理体である半導体ウエハを導入するための１つ乃至複数の、図示例では３つの搬入口が設けられ、各搬入口には、開閉可能になされた開閉ドア１８が設けられる。そして、この各搬入口に対応させて、導入ポート２０がそれぞれ設けられ、ここにそれぞれ１つずつカセット容器２２を載置できるようになっている。各カセット容器２２には、複数枚、例えば２５枚の半導体ウエハＷを等ピッチで多段に載置して収容できるようになっている。
【００２４】
このカセット容器２２内は、例えば密閉状態になされており、内部にはＮ２ ガス等の不活性ガスの雰囲気に満たされている。この大気側搬送室１２内は、例えばＮ２ ガス、或いは清浄空気により略大気圧に維持されている。具体的には、大気側搬送室１２内は、大気圧、或いは大気圧よりも僅かな圧力、例えば１．３Ｐａ程度だけ陽圧状態になされている。
【００２５】
また、この大気側搬送室１２内には、半導体ウエハＷをその長手方向に沿って搬送するための大気側の搬送機構２４が設けられる。この大気側の搬送機構２４は、屈伸及び旋回可能になされた２つのピック２４Ａ、２４Ｂを有しており、一度に２枚の半導体ウエハＷを取り扱い得るようになっている。この大気側の搬送機構２４は、大気側搬送室１２内に、その長さ方向に沿って延びるように設けた案内レール２６上にスライド移動可能に支持されている。
【００２６】
また、大気側搬送室１２の一方の端部には、半導体ウエハの位置合わせを行なうオリエンタ２８が設けられる。上記オリエンタ２８は、駆動モータによって回転される回転台２８Ａを有しており、この上に半導体ウエハＷを載置した状態で回転するようになっている。この回転台２８Ａの外周には、半導体ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ２８Ｂが設けられ、これにより半導体ウエハＷの位置決め切り欠き、例えばノッチやオリエンテーションフラットの位置方向や半導体ウエハＷの中心の位置ずれ量を検出できるようになっている。
【００２７】
この処理システム２はシステム全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなるシステム制御部３０を有している。そして、この処理システム全体の動作制御に必要なプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体３２に記憶されている。具体的には、このシステム制御部３０からの指令により、各ガスの供給の開始、停止（各開閉弁の開閉）や流量制御、プロセス温度（半導体ウエハ温度）及びプロセス圧力（処理容器内の圧力）の制御、各ゲートバルブＧの開閉、半導体ウエハの搬送作業等が行われる。
【００２８】
＜ロードロック装置の説明＞
次に図２乃至図４も参照してロードロック装置８、１０について説明する。これらのロードロック装置８、１０は互いに同じ構成になされ、且つ同じ動作をするので、ここでは一方のロードロック装置８を例にとって説明し、他方のロードロック装置１０の説明は省略する。
【００２９】
図２に示すように、このロードロック装置８は、縦長に成形されたロードロック用容器３４を有している。このロードロック用容器３４は、例えばアルミニウム合金やステンレススチール等の金属により箱状に形成されている。このロードロック用容器３４の一側の中段には半導体ウエハＷを搬出入するための真空側搬出入口３６が設けられており、この真空側搬出入口３６には、ゲートバルブＧを介して上記真空側搬送室６が連結されている。また、上記ロードロック用容器３４の他側の中段には上記真空側搬出入口３６に対向する位置に半導体ウエハＷを搬出入するための大気側搬出入口３８が設けられており、この大気側搬出入口３８には、ゲートバルブＧを介して上記大気側搬送室１２が連結されている。
【００３０】
そして、このロードロック用容器３４の底部３４Ａには真空排気口４０が設けられており、この真空排気口４０にはこのロードロック用容器３４内の雰囲気を真空引きする真空排気系４２が設けられる。具体的には、この真空排気系４２は、上記真空排気口４０に接続された真空引き用ガス通路４４を有しており、この真空引き用ガス通路４４には、開閉弁４６及び真空ポンプ４８が順次介設されている。
【００３１】
そして、このロードロック用容器３４内には、複数枚の被処理体である半導体ウエハＷを複数段に亘って支持する支持部５２を有する支持手段５０が設けられている。この支持手段５０は、図３及び図４にも示すように起立した複数本、ここでは四角形状に配置された４本の支柱５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄを有している。そして、これらの４本の支柱５４Ａ〜５４Ｄの上端部は天板５６に一体的に連結されており、また下端部は底板５８に一体的に連結されている。そして、この支柱５４Ａ〜５４Ｄは、支柱５４Ａ、５４Ｂと支柱５４Ｃ、５４Ｄとの２つのグループに分かれており、上記２つのグループの支柱５４Ａ、５４Ｂと支柱５４Ｃ、５４Ｄとの間の距離は、この間に半導体ウエハＷを挿入できるように半導体ウエハＷの直径よりも僅かに大きな距離に設定されている。
【００３２】
そして、上記支柱５４Ａ〜５４Ｄに、その長手方向に沿って上記支持部５２が所定のピッチで複数段、すなわち４段に亘って取り付けられていおり、ここに４枚の半導体ウエハを保持できるようになっている。ここで、上記支持部５２は、対向されて配置された一対の棚部材５８Ａ、５８Ｂよりなり、この一対の棚部材５８Ａ、５８Ｂの内の一方の棚部材５８Ａを上記一方の２本の支柱５４Ａ、５４Ｂに掛け渡すようにして水平に取り付け固定し、他方の棚部材５８Ｂを他方の２本の支柱５４Ｃ、５４Ｄに掛け渡すようにして水平の取り付け固定している。
【００３３】
そして、この棚部材５８Ａ、５８Ｂの対向面側は半導体ウエハＷの周囲に沿った円弧形状に形成されており、この棚部材５８Ａ、５８Ｂの上面側に、上記半導体ウエハＷの周辺部の裏面（下面）を接触させて載置することにより、半導体ウエハＷを支持し得るようになっている。上記支持部５２が設けられる所定のピッチは、半導体ウエハＷを保持した搬送機構１６、２４の各ピック１６Ａ、１６Ｂ及び各ピック２４Ａ、２４Ｂが侵入できるように、例えば１０〜３０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００３４】
この場合、図４においては、支柱５４Ａ、５４Ｂと支柱５４Ｃ、５４Ｄとの間に、上記各ピック１６Ａ、１６Ｂ、２４Ａ、２４Ｂが侵入することになり、矢印６０に示す方向が搬出入方向となる。尚、図１においては、本発明の理解を容易にするために支持手段５０を９０度異なった方向から見た状態を示している。ここで上記支持手段５０は、セラミック材、石英、金属及び耐熱性樹脂よりなる群より選択される１以上の材料により形成される。具体的には、上記支柱５４Ａ〜５４Ｂ、天板５６、底板５８は、アルミニウム合金等の金属で作るのが好ましく、半導体ウエハＷと直接的に接する支持部５２は石英やセラミック材等の耐熱部材で作るのが好ましい。
【００３５】
そして、上記支持手段５０に、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために上記支持部５２に対応させて設けられたガス噴射孔７４を有する本発明の特徴とするガス導入手段７２が設けられる。具体的には、上記ガス導入手段７２は、上記支持手段５０に形成されたガス導入路７６を有している。ここでは上記４本の各支柱５４Ａ〜５４Ｄ内にその長手方向に沿ってガス導入路７６がそれぞれ形成されており、各ガス導入路７６からは上記支持部５２である各棚部材５８内を貫通するようにガスノズル７８が水平方向に向けて形成されている。
【００３６】
従って、このガスノズル７８の先端が上記ガス噴射孔７８となっている。これにより、各支持部５２に対応させて冷却ガスを水平方向に向けて噴射できるようになっている。従って、ここでは１枚の半導体ウエハＷに対して４つのガス噴射孔７４から噴射した冷却ガスで冷却するようになっている。尚、この１枚の半導体ウエハＷに対するガス噴射孔７４の数は４個に限定されず、それよりも少なくしてもよいし、或いは多くしてもよい。
【００３７】
また上記底板５８には、４本の上記各ガス導入路７６に共通に連通される連通路８０（図３参照）が形成されており、この連通路８０は、ロードロック用容器３４の底部３４Ａを気密に貫通して外部へ引き出されたガス管８２に接続されている。またロードロック用容器３４内に位置するガス管８２の一部には伸縮可能になされた蛇腹部８２Ａが設けられており、上記支持手段５０の昇降に応じて蛇腹部８２Ａが追従して伸縮できるようになっている。
【００３８】
また、このガス管８２の途中には、開閉弁８４が介設されており、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして必要に応じて供給できるようになっている。この大気圧復帰用のガス（冷却ガス）としては、Ｈｅガス、Ａｒガス等の希ガスやＮ２ ガス等の不活性ガスを用いることができ、ここではＮ２ ガスを用いている。この場合、冷却ガスの温度が過度に低いと高温状態の半導体ウエハが急激に冷却されて破損等する恐れがあるので、冷却ガスの温度は冷却すべき半導体ウエハ温度に応じて設定し、例えば冷却ガスの温度は室温程度で十分である。
【００３９】
そして、上述のように形成された上記支持手段５０の底板５８は、昇降台６２上に設置されており、この支持手段５０を上下方向へ昇降できるようになっている。具体的には、上記昇降台６２は、ロードロック用容器３４の底部３４Ａに形成した貫通孔６６に挿通された昇降ロッド６４の上端部に取り付けられている。この昇降ロッド６４の下端部にはアクチュエータ６８が取り付けられており、この昇降ロッド６４を上下方向へ昇降できるようになっている。この場合、このアクチュエータ６８は、上記昇降台６２を上下方向の任意の位置に上記支持部５２の位置に対応させて多段階に停止することができるようになっている。また昇降ロッド６４の貫通孔６６の部分には、伸縮可能になされた金属製のベローズ７０が取り付けられており、ロードロック用容器３４内の気密性を維持しつつ昇降ロッド６４を上下動できるようになっている。
【００４０】
また、ロードロック用容器３４には、このロードロック用容器３４内の雰囲気の圧力を外部へ開放するための開放用排気系９０が設けられている。具体的には、この開放用排気系９０は、上記ロードロック用容器３４の上部に設けられたガス排気口９２を有している。ここでは上記ガス排気口９２は、ロードロック用容器３４の天井部３４Ｂに設けられている。そして、このガス排気口９２には、開放用ガス通路９４が接続されていると共に、この開放用ガス通路９４の途中には、所定の圧力差になった時に開放されるリリーフ弁９６が介在されている。これにより、このロードロック用容器３４内の圧力が、この開放用ガス通路９４の下流側の圧力よりも上記所定の圧力差だけ大きくなった時にリリーフ弁９６は開動作するようになっている。
【００４１】
ここでは上記開放用ガス通路９４は、大気室である上記大気側搬送室１２内に連通されている。尚、この開放用ガス通路９４の下流側を大気側（処理システムを設置したクリーンルーム内）へ開放させるようにしてもよい。上記リリーフ弁９６が開動作する所定の圧力差は、例えば１．３Ｐａ程度に設定されている。
【００４２】
そして、上記支持手段５０の支持部５２には、測度測定手段として例えば熱電対９８が設けられており、支持部５２に支持される半導体ウエハの温度を測定するようになっている。そして、この熱電対９８の測定値は、例えばコンピュータ等よりなる開動作制限部１００へ入力されている。そして、この熱電対９８が所定の安全温度、例えば１００℃を測定した時に、上記開動作制限部１００は、大気側搬送室１２のゲートバルブＧの開動作許可信号をシステム制御部３０へ出力するようになっている。ここでは、上記熱電対９８は、複数段に設けた支持部５２の内で、最上段に位置する支持部５２に設けているが、この熱電対９８を２段以上の支持部５２、或いは４段の全ての支持部５２に設けるようにして、全ての熱電対９８の測定値が１００℃を測定した時に開動作許可信号を出力するようにしてもよい。尚、前述したように、他方の第２のロードロック装置１０も上記した第１のロードロック装置８と同様に構成されているのは前述した通りである。
【００４３】
＜処理システム及びロードロック装置の動作の説明＞
このように、構成された処理システム２及びロードロック装置８、１０における概略的な動作について説明する。まず、導入ポート２０に設置されたカセット容器２２からは、未処理の例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷが大気側の搬送機構２４により大気側搬送室１２内に取り込まれ、この取り込まれた半導体ウエハＷは大気側搬送室１２の一端に設けたオリエンタ２８へ搬送されて、ここで位置決めがなされる。
【００４４】
位置決めがなされた半導体ウエハＷは、上記大気側の搬送機構２４により再度搬送され、第１或いは第２のロードロック装置８、１０の内のいずれか一方のロードロック装置内へ搬入される。上記したような半導体ウエハＷの搬送操作を、４回繰り返すことによりロードロック装置内の支持手段５０には満杯で４枚の半導体ウエハＷが支持された状態となる。そして、このロードロック装置内を真空引きした後に、予め真空引きされた真空側搬送室６内の真空側の搬送機構１６を用いて、上記ロードロック装置内の未処理の半導体ウエハＷが真空側搬送室６内に取り込まれる。
【００４５】
この未処理の半導体ウエハＷは、例えば第１の処理室４Ａ及び第２の処理室４Ｂ内で順に所定の処理が行われた後に、第３の処理室４Ｃ内へ搬入される。このようにして、４枚の半導体ウエハＷが全て上記順序で所定の処理が行われると、第３の処理室４Ｃ内は満杯となってこの載置台１４Ｃ上には４枚の半導体ウエハＷが載置された状態となる。そして、この第３の処理室４Ｃ内において熱ＣＶＤ処理や熱アニール処理や熱酸化拡散処理等の所定の熱処理が行われ、半導体ウエハ温度は、処理態様にもよるが例えば１５０〜７００℃程度まで加熱された状態となる。
【００４６】
このようにして、上記第３の処理室４Ｃ内で所定の熱処理が完了すると、この高温状態の半導体ウエハＷは、真空側の搬送機構１６により、第１と第２のロードロック装置８、１０の内のいずれか一方の予め真空状態に維持されているロードロック装置内、例えば第１のロードロック装置８内の支持手段５０に順次搬送されて多段に支持される。そして、真空側搬送室６側のゲートバルブＧを閉じて密閉し、このロードロック装置８内に大気圧復帰用のガスであり、且つ冷却ガスであるＮ２ ガスを導入しつつ上記４枚の半導体ウエハＷを冷却する。
【００４７】
そして、このロードロック装置８内の圧力が大気圧復帰するとリリーフ弁９６が開動作して大気搬送室１２との間の圧力均衡が取られ、そして、半導体ウエハＷの温度が１００℃以下になったならば、大気側搬送室１２側のゲートバルブＧを開いてこのロードロック装置８内を大気側搬送室１２内と連通し、ロードロック装置８内の４枚の処理済みの半導体ウエハＷを大気側の搬送機構２４で順次取り出してこれを処理済みの半導体ウエハを収容するカセット容器２２内へ戻すことになる。以後は同様な操作が繰り返し行われる。
【００４８】
次に、上記ロードロック装置８における動作について詳しく説明する。まず、大気側搬送機構２４のピック２４Ａ、２４Ｂ、或いは真空側の搬送機構１６のピック１６Ａ、１６Ｂとロードロック装置８の支持手段５０との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行う場合について説明する。ここでは、真空側の搬送機構１６のピック１６Ａを用いた場合を例にとって説明する。
【００４９】
上記ピックに１６Ａ保持された半導体ウエハＷを支持手段５０の支持部５２上に移載させるには、半導体ウエハＷを保持しているピック１６Ａを、支持させる対象の支持部５２の上方に挿入し、この状態でアクチュエータ６８を駆動することにより、支持手段５０の全体を所定の距離だけ上昇させ、これによりピック１６Ａに保持されていた半導体ウエハＷは支持部５２上に受け渡されて支持される。そして、ピック１６Ａを抜き出すことにより移載が完了する。
【００５０】
上記とは逆に、支持部５２上に支持されてた半導体ウエハＷをピック１６Ａに移載させるには、空のピック１６Ａを移載の対象となっている半導体ウエハＷを支持している支持部５２の下方に挿入し、この状態でアクチュエータ６８を駆動することにより支持手段５０の全体を所定の距離だけ降下させる。これにより支持部５２に支持されていた半導体ウエハＷはピック１６Ａ上に受け渡されて保持される。そして、半導体ウエハＷが保持されているピックを抜き出すことにより移載が完了する。ここで前述したように上記支持部５２のピッチを１０〜３０ｍｍの範囲内に設定しているので、支持手段５０を小型化でき、更には支持手段５０の昇降ストロークを短くし、スループットの高い受け渡しができる。
【００５１】
次に、熱処理が完了後の高温の半導体ウエハＷを冷却すると同時に、ロードロック用容器３４内の圧力を大気圧復帰させる場合の動作について説明する。前述したように、第３の処理室４Ｃ内で熱処理が施されて１５０〜７００℃程度の高温状態になった４枚の半導体ウエハＷは、いずれか一方のロードロック装置の予め真空状態になされたロードロック用容器３４内の支持手段５０の各支持部５２に真空側の搬送機構１６を用いて支持される（図２参照）。
【００５２】
そして、真空側搬送室６側のゲートバルブＧを閉じることにより、このロードロック用容器３４内を密閉する。次に、ガス導入手段７２の開閉弁８４を開いて大気圧復帰ガスと冷却ガスとを兼用するＮ２ ガスを所定の流量で導入する。この導入されたＮ２ ガスは、ガス管８２を介して支持手段５０の各支柱５４Ａ〜５４Ｄに形成した各ガス導入路７６内を流れ、更にこのガス導入路７６に連通された各ガスノズル７８の先端である各ガス噴射孔７４から水平方向に向けて噴射されて半導体ウエハＷの裏面に当たることになる。
【００５３】
この結果、このガス噴射孔７４は、各支持部５２に対応させて設けてあることから、この各支持部５２に支持されている４枚の半導体ウエハＷは噴射されたＮ２ ガスにより略同時に冷却されることになる。この場合、一枚の半導体ウエハＷについて４つのガス噴射孔７４から噴射されるＮ２ ガスにより冷却されるので、半導体ウエハＷを効率的に冷却することができる。また、上述のように各支持部５２に設けたガス噴射孔７４からＮ２ ガスを噴射するので、冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、しかも各半導体ウエハは同一の冷却速度で冷却されることになり、各半導体ウエハ間の温度差を生ぜしめることなく全体の半導体ウエハを均一に冷却することができる。
【００５４】
このようにして、各半導体ウエハＷは冷却されると同時にロードロック用容器３４内の圧力は次第に大気圧に復帰し、大気圧よりも僅かに圧力が大きくなると、開放用排気系９０の開放用ガス通路９４の途中に介設したリリーフ弁９６が開動作し、このロードロック用容器３４内の圧力を逃がすことになって大気側搬送室１２との間の圧力均衡が取られる。この場合、ロードロック用容器３４内の半導体ウエハの冷却によって暖まったＮ２ ガスはロードロック用容器３４の上部に貯っている。そして、この暖まったＮ２ ガスは天井部３４Ｂに設けたガス排気口９２により開放用ガス通路９４側へ積極的に排出されると共に、新たな冷却ガスであるＮ２ ガスが順次導入されているので、一層冷却高率を高めることができる。
【００５５】
この場合、暖まった冷却ガスの排出先である大気側搬送室１２内は、前述したように大気圧よりも僅かな圧力だけ陽圧になされている。従って、ロードロック用容器３４内は、上記陽圧分とリリーフ弁９６の差圧分の合計圧力分だけ大気圧よりも高い圧力の雰囲気になっている。また、このような大気圧復帰の過程において、支持部５２に設けた熱電対９８においては半導体ウエハＷの温度が測定されており、この測定値が安全温度、例えば１００℃以下になると、開動作制限部１００はシステム制御部３０へ向けて開動作許可信号が出力される。すると、システム制御部３０は、ガス導入手段７２の開閉弁８４を閉状態にしてＮ２ ガスの供給を停止すると共に、このロードロック用容器３４と大気側搬送室１２との間のゲートバルブＧを開状態として、１００℃以下に冷却された半導体ウエハＷの前述したような搬出操作を行うことになる。
【００５６】
この場合、熱電対９８や開動作制限部１００を設けないで、冷却前の半導体ウエハ温度と冷却ガスの供給時間との関係で半導体ウエハ温度が１００℃以下になるまでに要する時間を予め求めておき、この時間をパラメータとしてシステム制御部３０に記憶させて制御するようにしてもよい。これによれば、このパラメータを参照することにより、冷却ガスの供給停止及び上記ゲートバルブの開動作を行うことができる。
【００５７】
このように、本発明によれば、真空室と大気室との間にゲートバルブを介して連結されると共に真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現することができるロードロック装置において、ロードロック用容器３４内に複数枚の被処理体、例えば半導体ウエハＷを複数段に亘って支持する支持部５２を有する支持手段５０を設け、大気圧復帰用のガスを冷却ガスとして噴射するために支持部５２に対応させて形成されたガス噴射孔７４を有するガス導入手段７２を設けるようにしたので、被処理体を大気室側へ搬出する際に、冷却効率を高めてスループットを高く維持でき、且つ複数段の被処理体を面間の温度差が生じないように均一に冷却することができる。
【００５８】
また、ロードロック用容器３４内の雰囲気の圧力を外部へ開放するための開放用排気系９０を更に設けるように構成することにより、暖まってしまった冷却ガスを大気圧復帰後にロードロック用容器３４の上部から積極的に排出することができ、その分、冷却効率を更に高めることができる。
【００５９】
更に、支持部５２に設けられた温度測定手段９８と、温度測定手段９８の測定値に基づいてロードロック用容器３４と大気室との間のゲートバルブＧの開動作を制限する開動作制限部１００とを更に備えることにより、被処理体を確実に所望する温度まで低下させた後に、ゲートバルブＧを開くことができ、安全性を高めることができる。
【００６０】
＜変形実施例１＞
次に、本発明のロードロック装置の変形実施例について説明する。上記実施例にあっては、半導体ウエハＷを支持する支持部５２として棚部材５８Ａ、５８Ｂを２本の支柱５４Ａ、５４Ｂ間、或いは支柱５４Ｃ、５４Ｄ間に掛け渡すようにそれぞれ設けたが、これに限定されず、各支柱５８Ａ〜５８Ｄに対して個別にピン部材を設けるようにしてもよい。図５はこのようなロードロック装置の変形実施例１の支持手段の断面を示す拡大図である。尚、図５において、図１乃至図４にて説明した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。
【００６１】
上述したように、ここでは支持手段５０の各支柱５４Ａ〜５４Ｄに対して、支持部５２として個別にピン部材１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄを水平方向に向けて設けている。そして、このピン部材１０２Ａ〜１０２Ｄ上に半導体ウエハＷの裏面を当接させて、これを支持するようになっている。この場合、上記ピン部材１０２Ａ〜１０２Ｄの材料として上記棚部材５８Ａ、５８Ｂと同じ材料を用いることができる。そして、このピン部材１０２Ａ〜１０２Ｄに、上記ガス導入路７６に連通させて図４において示したものと同じ構造のガスノズル７８及びガス噴射孔７４をそれぞれ形成して大気圧復帰用ガスと冷却ガスとを兼用する不活性ガスとして、例えばＮ２ ガスを噴射するようになっている。この変形実施例１の場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００６２】
＜変形実施例２＞
次に本発明のロードロック装置の変形実施例２について説明する。上記各実施例にあっては、棚部材５８Ａ、５８Ｂやピン部材１０２Ａ〜１０２Ｄよりなる支持部５２にガスノズル７８及びガス噴射孔７４を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ガスノズル７８及びガス噴射孔７４をそれぞれ支柱５４Ａ〜５４Ｄに設けるようにしてもよい。
【００６３】
図６はこのようなロードロック装置の変形実施例２の支持手段を示す拡大部分断面図である。尚、図６において、図１乃至図５にて説明した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。上述したように、ここでは棚部材５８Ａ、５８Ｂやピン部材１０２Ａ〜１０２Ｄよりなる支持部５２の直下に位置させて、各支柱５４Ａ〜５４Ｄに上記ガス導入路７６に連通されるガスノズル７８及びガス噴射孔７４をそれぞれ形成している。そして、このガス噴射孔７４より大気圧復帰用ガスと冷却ガスとを兼用する不活性ガスとして、例えばＮ２ ガスを噴射するようになっている。
【００６４】
この変形実施例２の場合にも、先の各実施例と同様な作用効果を発揮することができる。そして、この変形実施例２においては、支柱５４Ａ〜５４Ｄの高さ方向の異なる位置に更に別のガスノズル７８とガス噴射孔７４とを設けるようにして多量のＮ２ ガスを導入できるようにしてもよい。
【００６５】
＜変形実施例３＞
次に本発明のロードロック装置の変形実施例３について説明する。上記各実施例にあっては、ロードロック装置の一方には真空室として真空側搬送室６を連結した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、真空室として一度に複数枚の熱処理を行う処理室４Ｃを連結するようにしてもよい。図７はこのような本発明のロードロック装置の変形実施例３を含む処理システムの一例を示す概略平面図である。尚、図７において、図１乃至図６にて説明した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付している。
【００６６】
上述したように、ここではロードロック装置８（１０）の一端に、真空側搬送室６ではなく、真空室である処理室４Ｃを、ゲートバルブＧを介して直接的に連結している。前述したように、この処理室４Ｃでは、真空雰囲気下にて一度に４枚の半導体ウエハＷに対して熱処理が施される。この場合、ロードロック用容器３４の横方向の長さを少し長くなるように設定し、このロードロック用容器３４内に、上記支持手段５０と直列に真空側の搬送機構１６を設けている。
【００６７】
この場合、この搬送機構１６は、上下に２段に配列したピック１６Ａ、１６Ｂを有しており、且つ上下に昇降可能になされている。この搬送機構１６により、処理室４Ｃ内の載置台１４Ｃとロードロック用容器３４内の支持手段５０との間で半導体ウエハＷの受け渡しを行うようになっている。この場合、この支持手段５０としては、先に図１乃至図６を参照して説明した全ての支持手段が適用される。このような変形実施例３の場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００６８】
尚、以上の各実施例では支持手段５０の支持部５２の上下方向の段数は、４段の場合を例にとって説明したが、この段数に限定されず、複数段であればよく、例えば１つのカセット容器に収容できる半導体ウエハ枚数である２５枚に対応させて上記支持部５２の段数を２５段に設定してもよい。また同様に、処理室４Ｃにおいて一度に熱処理することができる半導体ウエハ枚数も４枚に限定されないし、支持部５２の段数を処理室４Ｃにおいて一度に処理できる半導体ウエハ枚数と同じになるようにするのがよい。
【００６９】
また、以上の各実施例にあっては、支持手段５０の各支柱５４Ａ〜５４Ｄ内にガス導入路７６を形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、支柱５４Ａ〜５４Ｄの外側に、これに沿ってガス導入路７６を形成するガス管を配設するようにしてもよい。
【００７０】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
２  処理システム
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  処理室（真空室）
６  真空側搬送室（真空室）
８，１０  ロードロック装置
１２  大気側搬送室（大気室）
１６  真空側の搬送機構
２４  大気側の搬送機構
３４  ロードロック用容器
４０  真空排気口
４２  真空排気系
５０  支持手段
５２  支持部
５４Ａ〜５４Ｄ  支柱
５８Ａ，５８Ｂ  棚部材
６２  昇降台
７２  ガス導入手段
７４  ガス噴射孔
７６  ガス導入路
９０  開放用排気系
９２  ガス排気口
９６  リリーフ弁
９８  熱電対（測度測定手段）
１００  開動作制限部
１０２Ａ〜１０２Ｄ  ピン部材
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【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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【図６】
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【図７】
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