(57)【要約】【課題】  特にマルチチャンバプロセスに、より好適でより時間短縮可能な基板温度制御を実現する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体製造装置１１は、搬送室１２の周辺に、複数の処理室ＰＣ，ＰＣ，…を配備している。これら処理室ＰＣの群と、温度制御専用の処理室（温度制御室）１３が併設されている。温度制御室１３は、真空排気される高真空状態と、不活性ガスが導入され気圧の高い状態とを、だいたい数秒以内の短時間サイクルで相互に切り替えることができる。載置台１３１に乗った基板ＷＦに関し、高真空状態から気圧の高い状態の切り替えで、基板表裏で不平衡圧力を生じさせる。これにより、基板ＷＦは温度を伝達する載置台１３１に押し付けられ、速やかな熱交換が起こり、早く基板の温度制御が完了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置製造に関する基板を入出させる複数の処理室と、
前記基板に所定温度を伝達する載置台を備え、真空排気される状態と気圧の高い状態を相互に切り替える専用の処理室と、
を含む半導体製造装置。
【請求項２】
前記載置台は、内部に温度調節用の媒体を循環させる実質的に水平な面を有する請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記載置台は、外部から温度調節用のランプで照射される実質的に水平な面を有する請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
半導体装置製造に関する複数の処理室と、
前記処理室の１つまたは複数に隣り合い、基板裏面に接触して所定温度を伝達する載置台を有し、真空排気される状態と気圧の高い状態を相互に切り替え可能な温度制御室と、
前記基板を複数収納する収納室と、
少なくとも前記収納室、前記複数の処理室及び前記温度制御室相互間での前記基板の搬送を担う搬送機構と、
を含む半導体製造装置。
【請求項５】
半導体装置製造に関する複数の処理室と、
前記処理室の１つまたは複数に隣り合い、基板裏面に接触して所定温度を伝達する載置台を有し、真空排気される状態と気圧の高い状態を相互に切り替え可能な第１、第２の温度制御室と、
前記基板を複数収納する収納室と、
少なくとも前記収納室、前記複数の処理室及び前記第１、第２の温度制御室相互間での前記基板の搬送を担う搬送機構と、
を含む半導体製造装置。
【請求項６】
前記収納室内は、前記基板毎収容可能な耐熱不要のカセットを配備している請求項４または５記載の半導体製造装置。
【請求項７】
半導体装置製造に関する基板が複数の処理室でそれぞれ目的の工程を達成するにあたり、前記複数の処理室のうち、所定の処理室での処理前または後に、専用の処理室内で前記基板の温度制御を行う半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記専用の処理室内は、真空排気されており、基板裏面に接触して所定温度を伝達する載置台に前記基板が置かれ、真空排気を止めてから短時間で不活性ガスを充満させることにより、前記基板表面と裏面に不平衡圧力を生じさせ、前記基板を前記載置台に押し付ける状態をつくる請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記専用の処理室内において、
前記専用の処理室内を真空排気する工程と、
所定温度を伝達する載置台に前記基板を置く工程と、
前記真空排気を止めてから不活性ガスを充満させる工程と、
所定時間経過後、再び前記専用の処理室内を真空排気する工程と、
前記専用の処理室内から前記基板を他の真空室内に移送する工程と、
を含む請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置製造に係り、特に基板の冷却または過熱を要する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程に関し、真空中における工程が多々ある。その際、基板の温度制御は欠かせない。例えばプラズマ処理を伴う工程は、反応生成物の蒸気圧は基板表面の温度に依存し、反応確率もまた温度に依存する。真空中で基板の温度を所望の温度に上げ下げする方法は様々ある。例えば、基板裏面へのガス供給、静電チャッキング、クランピング等の技術を利用し、基板に所定温度を伝達するのである。しかしながら、いずれも意図する温度まで基板温度を導くには、ある程度の処理時間を要する。
【０００３】
一方、ＬＣＤ用被処理基板の冷却方法に関し、プラズマ処理を施す際、被処理基板とそれを載置している下部電極とを、処理室との圧力差によって密着させることにより、冷却効果を高める技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３２６３８５号公報（第３−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記［特許文献１］に開示されたような技術を用いることにより、基板の温度制御時間はより短縮化が図れると考えられる。しかしながら、マルチチャンバプロセスが一般化されている半導体製造工程で、それぞれのプロセスチャンバに上記冷却方法のシーケンス及び技術的構成を求めるのは過分ともいえる。例えば、静電チャッッキングは、基板裏面全面への吸着保持が可能であり、ある程度技術が確立され、広く利用されている。マルチチャンバプロセスで、なるべく現状の構成を利用しつつ基板の温度制御時間をより短縮する技術が理想的である。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、特にマルチチャンバプロセスに、より好適でより時間短縮可能な基板温度制御を実現する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体製造装置は、半導体装置製造に関する基板を入出させる複数の処理室と、前記基板に所定温度を伝達する載置台を備え、真空排気される状態と気圧の高い状態を相互に切り替える専用の処理室と、を含む。
【０００７】
上記本発明に係る半導体製造装置によれば、専用の処理室は真空排気される状態と気圧の高い状態が相互に切り替えられる。この二状態を短時間で切り替えれば、載置台に乗った基板の表裏で不平衡圧力が生じ、温度を伝達する載置台に基板を押し付けることができる。基板の温度制御が早くなり、他の処理室での処理または外部への移動も効率よく、目的の温度設定のための待ち時間が短縮できる。
なお、より好ましい基板への温度伝達を達成するために、前記載置台は、内部に温度調節用の媒体を循環させる実質的に水平な面を有する。あるいは、前記載置台は、外部から温度調節用のランプで照射される実質的に水平な面を有する。
【０００８】
本発明に係る半導体製造装置は、半導体装置製造に関する複数の処理室と、前記処理室の１つまたは複数に隣り合い、基板裏面に接触して所定温度を伝達する載置台を有し、真空排気される状態と気圧の高い状態を相互に切り替え可能な温度制御室と、前記基板を複数収納する収納室と、少なくとも前記収納室、前記複数の処理室及び前記温度制御室相互間での前記基板の搬送を担う搬送機構と、を含む。
【０００９】
本発明に係る半導体製造装置は、半導体装置製造に関する複数の処理室と、前記処理室の１つまたは複数に隣り合い、基板裏面に接触して所定温度を伝達する載置台を有し、真空排気される状態と気圧の高い状態を相互に切り替え可能な第１、第２の温度制御室と、前記基板を複数収納する収納室と、少なくとも前記収納室、前記複数の処理室及び前記第１、第２の温度制御室相互間での前記基板の搬送を担う搬送機構と、を含む。
【００１０】
上記それぞれ本発明に係る半導体製造装置によれば、温度制御室は真空排気される状態と気圧の高い状態が相互に切り替えられる。この二状態を短時間で切り替えれば、載置台に乗った基板の表裏で不平衡圧力が生じ、温度を伝達する載置台に基板を押し付けることができる。早く基板の温度制御が達成でき、他の処理室での処理または収納室を介した外部への移動も効率よく、目的の温度設定のための待ち時間が短縮できる。また、第１、第２の温度制御室を設ければ、異なる温度、特に相反する温度の制御が並行して管理可能である。
【００１１】
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体製造装置において、前記収納室内は、前記基板毎収容可能な耐熱不要のカセットを配備している。すなわち、温度制御室の利用で、収納室における耐熱性も不要にでき、コスト削減に寄与する。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置製造に関する基板が複数の処理室でそれぞれ目的の工程を達成するにあたり、前記複数の処理室のうち、所定の処理室での処理前または後に、専用の処理室内で前記基板の温度制御を行う。
【００１３】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置製造に関する基板が所定の処理室で処理されるその前またはその後に、専用の処理室内で温度制御を行うことによって、基板の温度制御が早くなる。従って、他の処理室での処理または外部への移動も効率的で、目的の温度設定のための待ち時間が短縮できる。
【００１４】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、専用の処理室内での好ましい操作は次のような特徴を有する。
前記専用の処理室内は、真空排気されており、基板裏面に接触して所定温度を伝達する載置台に前記基板が置かれ、真空排気を止めてから短時間で不活性ガスを充満させることにより、前記基板表面と裏面に不平衡圧力を生じさせ、前記基板を前記載置台に押し付ける状態をつくる．
【００１５】
また、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、専用の処理室内での好ましい操作は次のような特徴を有する。
前記専用の処理室内において、前記専用の処理室内を真空排気する工程と、所定温度を伝達する載置台に前記基板を置く工程と、前記真空排気を止めてから不活性ガスを充満させる工程と、所定時間経過後、再び前記専用の処理室内を真空排気する工程と、前記専用の処理室内から前記基板を他の真空室内に移送する工程と、を含む
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すブロック図である。半導体製造装置１１は、マルチプロセスチャンバ仕様である。真空ロボットＲＢを配した搬送室１２の周辺に、基板ＷＦ搬入／搬出のためのロードロック室ＬＬＩ，ＬＬＯ、及び複数の処理室ＰＣ，ＰＣ，…を配備している。処理室ＰＣは、エッチングまたはスパッタリングまたはＣＶＤ（化学気相成長）成膜等を行うプラズマ処理室が考えられる。これら処理室ＰＣの群と、温度制御専用の処理室（温度制御室）１３が併設されている。温度制御室１３は、少なくとも処理室の１つに隣り合うように設けられる。
【００１７】
温度制御室１３は、基板に所定温度を伝達する基板の載置台１３１を有する。温度制御室１３は、真空排気される高真空状態と、不活性ガスが導入され気圧の高い状態とを、だいたい数秒以内の短時間サイクルで相互に切り替えることができる。このような温度制御室１３の気圧操作は、処理室ＰＣで利用される図示しないポンプの性能範囲で可能である。
【００１８】
温度制御室１３は、載置台１３１に乗った基板ＷＦに関し、高真空状態から気圧の高い状態の切り替えで、基板表裏で不平衡圧力を生じさせる。これにより、基板ＷＦは温度を伝達する載置台１３１に押し付けられ、速やかな熱交換が起こり、早く基板の温度制御が完了する。
【００１９】
図２は、温度制御室１３の一例について要部を示す構成図である。制御室本体は別段の限定なく他の処理室ＰＣに準ずる構成としてよい。図示しないが、温度制御室１３を密閉、開放するシャッターが設けられている。温度制御室１３内の載置台１３１は、本体がセラミックや金属等の熱伝導性の高い材料で構成されている。これも実質的には他の処理室ＰＣに準ずる構成としてもよい。
【００２０】
載置台１３１は、その内部に温度調節用の媒体の循環路ＶＣが設けられている。冷却媒体なら冷却水や冷却ガス等、加熱媒体なら加熱用ガス等である。これにより、温度制御室１３は、冷却室または加熱室として機能する。図示しないが、循環路ＶＣが冷却媒体用と加熱媒体用と２種類有ってもよい。載置台１３１は基板ＷＦとの密着度を向上させるため実質的に水平な面を有する。表面に酸化アルミ等の絶縁物をコーティングしてもよい。基板ＷＦを押し上げるプッシュアップピンはここでは省略している。真空ロボットＲＢの構成によってプッシュアップピンは不要となる可能性もある。
【００２１】
また、温度制御室１３は、不活性ガスの供給口１３２及び排気口１３３が設けられている。不活性ガスは例えばＡｒ等を用いればよい。これも処理室ＰＣでの不活性ガスの使用に従う。排気口１３３は真空排気するためのポンプにつながる。バルブ１３４は供給口１３２からのガス流入を制御し、バルブ１３５は、排気口１３３の真空排気を制御する。
【００２２】
図３、図４は、それぞれ温度制御室１３について他の例の要部を示す構成図である。図２と異なる部分のみ説明する。
図３では、載置台１３１内部は温度調節用として電熱線ＥＨの配備が追加されている。すなわち、電熱線ＥＨを通る電流（電子）という加熱媒体を利用する。
図４では、載置台１３１が外部から温度調節用のランプＬＰで照射され、加熱される構成が追加されている。
【００２３】
すなわち、図３では、温度制御室１３を冷却室として利用する場合には冷却媒体を循環させる循環路ＶＣを機能させる。温度制御室１３を加熱室として利用する場合には、電熱線ＥＨを機能させる。
また、図４では、温度制御室１３を冷却室として利用する場合には冷却媒体を循環させる循環路ＶＣを機能させる。温度制御室１３を加熱室として利用する場合には、ランプＬＰを機能させる。
上記図３、図４の構成はいずれも単独の配備でもよい。すなわち、電熱線ＥＨの配備のみやランプＬＰの配備のみにし、加熱専用の温度制御室１３として機能させることも考えられる。
【００２４】
図５は、温度制御室の気圧状態の変化及び基板温度の変化を示す特性図である。この図及び図１、図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
処理されるべき半導体基板（以下、ウェハ）ＷＦは、ロードロック室ＬＬＩから搬送室１２を介して所定の処理室ＰＣにてそれぞれ目的の工程（例えばエッチング等）を達成する。その際、所定の処理室ＰＣでの処理前または後に、温度制御室１３にてウェハＷＦの温度制御を行う。
【００２５】
ウェハＷＦが温度制御室１３を利用するのは、次のようなときである。第１に、ウェハＷＦが最初の処理室ＰＣでの工程前に温度制御が必要なとき。第２に、処理室ＰＣ間で温度制御が必要なとき。第３に、ウェハＷＦが各処理室ＰＣでの目的の処理をすべて終了し、ロードロック室ＬＬＯに入る前にウェハＷＦの温度制御（主に冷却）が必要なとき。すなわち、ウェハＷＦは、必要に応じて搬送室１２を介して温度制御室１３に移送されてくる。
【００２６】
温度制御室１３内では、真空排気状態となっており、載置台１３１にウェハＷＦが置かれる。このとき、載置台１３１は、意図する温度へと導くために温度調節用の媒体の循環路ＶＣを機能させている。次に、バルブ１３５が閉じて真空排気が止められた後、バルブ１３４を開放して瞬間的に不活性ガス（例えばＡｒ）を温度制御室１３内に流入させる。これにより、温度制御室１３内の気圧をだいたい５秒以内に数百〜数ｋＰａにする。これにより、温度制御室１３内ではウェハＷＦの表面と裏面で不平衡圧力が生じ、ウェハＷＦの裏面が載置台１３１に真空吸着された状態となる。ウェハＷＦは、載置台１３１に押し付けられ、載置台１３１との熱交換が迅速に行われる。これにより、ウェハＷＦは数秒で設定された温度に近付く。因みに、２００℃〜４００℃程度のウェハＷＦは、５秒以内で室温に冷却可能である。
【００２７】
ウェハＷＦが目的の温度に十分近付いた後、温度制御室１３はバルブ１３４が閉じられ、バルブ１３５が開かれて再び真空排気される。これにより、温度制御室１３は、搬送室１２と変わらない真空状態を再現し、図示しないシャッターが開いて搬送室１２とつながる。このような温度制御動作は、現状の半導体製造装置１１に伴うポンプ能力で、数秒以内の短時間サイクルで実施可能である。温度制御されたウェハＷＦは、その後の処理に応じて、真空ロボットＲＢで他の処理室ＰＣまたはロードロック室ＬＬＯに移送される。
【００２８】
上記各実施形態に係る構成及び方法によれば、マルチプロセスチャンバ仕様の半導体製造装置に関する複数の処理室ＰＣの群と、温度制御室１３を併設する。温度制御室１３は、真空排気される状態と気圧の高い状態が相互に切り替えられる専用の処理室である。もちろん、温度制御室１３は、図２の構成に限らず、図３、図４その他の構成を用いてもよい。温度制御室１３を真空から気圧の高い状態に短時間で切り替えれば、載置台１３１に乗った基板（ウェハ）ＷＦの表裏で不平衡圧力が生じる。これにより、温度を伝達する載置台１３１に基板を押し付けることができる。半導体装置製造に関する基板ＷＦが所定の処理室で処理されるその前またはその後に、温度制御室１３で温度制御を行う。これにより、基板ＷＦの温度制御が早まり、他の処理室ＰＣでの処理または外部への移動もスムーズで、目的の温度設定のための待ち時間が短縮できる。
【００２９】
また、ロードロック室ＬＬＯ内は、基板毎収容可能なカセットが配備されているものもある。その際、温度制御室１３の利用により、搬送されてくる基板ＷＦは室温に制御されている。これにより、カセットは高価な耐熱用のカセットを使用する必要はなく、コスト削減に寄与する。また、温度制御室１３は、現状の処理室ＰＣの構成をほとんど更改することなく配備でき、経済的である。
【００３０】
図６は、本発明の第３実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すブロック図である。第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。半導体製造装置２１は、第１実施形態と同様にマルチプロセスチャンバ仕様である。真空ロボットＲＢを配した搬送室１２の周辺に、基板ＷＦ搬入／搬出のためのロードロック室ＬＬＩ，ＬＬＯ、及び複数の処理室ＰＣ，ＰＣ，…を配備している。これら処理室ＰＣの群に、温度制御専用の処理室（温度制御室）１３Ｃ，１３Ｈが併設されている。
【００３１】
温度制御室１３Ｃ，１３Ｈに関しても、第１実施形態と同様に、図２〜図４のいずれかの構成が配備されてもよい。温度制御室１３Ｃ，１３Ｈは、異なる温度、特に相反する温度の制御（例えば冷却と加熱）ができるようにしてもよい。また、同じような温度を管理するようにしてもよい。要は、マルチプロセスチャンバ仕様に対してより効率的に被処理基板の温度制御ができるように配慮されている。
【００３２】
以上、説明したように本発明によれば、半導体装置製造に関する複数の処理室の群と、真空排気される状態と気圧の高い状態の二状態を短時間で切り替える温度制御室を併設する。温度制御室は、気圧の操作により基板の表裏で不平衡圧力を生じさせ、温度を伝達する載置台に基板を押し付ける。これにより、速やかな熱交換が起こり、効率的な温度制御が達成される。このような基板の温度制御は、半導体装置製造に関する処理室での処理前後いずれか必要時になされる。これにより、被処理基板は、目的の温度設定のための待ち時間が短縮でき、他の処理室での処理または外部への移動も効率良く行える。また、このような温度制御室は、現状の処理室の構成をほとんど更改することなく配備でき、経済的である。この結果、特にマルチチャンバプロセスに、より好適でより時間短縮可能な基板温度制御を実現する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すブロック図。
【図２】図１中の温度制御室の一例について要部を示す構成図。
【図３】図１中の温度制御室の他の例について要部を示す第１の構成図。
【図４】図１中の温度制御室の他の例について要部を示す第２の構成図。
【図５】第２実施形態に係る温度制御室の気圧及び基板温度の変化を示す特性図。
【図６】第３実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３４】
１１，２１…半導体製造装置、１２…搬送室、１３，１３Ｃ，１３Ｈ…温度制御室、１３１…載置台、１３２…不活性ガスの供給口、１３３…排気口、１３４，１３５…バルブ、ＰＣ…処理室、ＬＬＩ，ＬＬＯ…ロードロック室、ＲＢ…真空ロボット、ＷＦ…半導体基板（ウェハ）、ＶＣ…温度調節用の媒体の循環路、ＥＨ…電熱線、ＬＰ…ランプ。
【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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