(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同時に異なる基板を加熱及び冷却できる真空処理システムの排気可能なチャンバにおいて、密閉可能な第１真空通路を前記チャンバの第１側部、密閉可能な第２真空通路を前記チャンバの第２側部に含み、前記通路を通って前記基板を通過させる、前記チャンバであって：
加熱手段を含む第１側部を有する前記チャンバ内の第１区画であって、前記加熱手段は、内蔵され、前記第１側部内に配置される１以上の第１基板のいずれかの温度を上げられる、前記第１区画と；
冷却手段を含む第２側部を有する前記チャンバの第２区画であって、前記冷却手段は、内蔵され、前記第２区画内に配置される１以上の第２基板のいずれかの温度を下げられ、前記第１区画は、前記第２区画に備えられる冷却手段に対応するものを欠如し、前記第２区画は、前記第１区画に備えられる加熱手段に対応するものを欠如する、前記第２区画と；
前記第１区画内にあり上部で前記第１基板の各々を支持する複数の棚と；
前記第２区画内にあり上部で前記第２基板の各々を支持する複数の棚と；
前記第１区画および第２区画間の壁を含む、前記第２区画から前記第１区画を熱的に分離する手段と；
を備える、排気可能なチャンバ。
【請求項２】
前記第１区画と第２区画の各々は、それぞれの複数の前記第１基板と第２基板を上部で支持する為にそれぞれ複数の棚を含む、請求項１記載の排気可能なチャンバ。
【請求項３】
同時に異なる基板を加熱及び冷却できる真空処理システムの排気可能なチャンバにおいて、密閉可能な第１真空通路を前記チャンバの第１側部、密閉可能な第２真空通路を前記チャンバの第２側部に含み、前記基板を前記通路に通過させる、前記チャンバであって：
内蔵された抵抗式加熱器を備えた第１側壁を有する前記チャンバ内の第１区画であって、前記第１側壁が液体冷却用チャネルを含まない場合、前記第１区画内に配置された１以上の第１基板のいずれかの温度を上げられる、前記第１区画と；
内蔵された液体冷却用チャネルを備えた第２側壁を有する前記チャンバ内の第２区画であって、前記第２区画内に配置された１以上の第２基板のいずれかの温度を下げられる、前記第２区画と；
前記第１基板のそれぞれを上部で支持する為の第１区画内の複数の棚と；
前記第２基板のそれぞれを上部で支持する為の第２区画内の複数の棚と；
前記第１区画および第２区画間に配置された壁を含み、前記第２区画と前記第１区画を互いに熱的に絶縁するバリアと；
を備える、排気可能なチャンバ。
【請求項４】
前記第１区画および第２区画の各々は、複数の第１基板および第２基板を、それぞれ支持する為に、複数のプラットホームを含む、請求項３記載の排気可能なチャンバ。
【請求項５】
前記第１区画と第２区画は、互いに固定されている、請求項３記載の排気可能なチャンバ。
【請求項６】
前記第１区画および第２区画は、前記第１基板の温度を上げることと前記第２基板の温度を下げることを同時にできる、請求項３記載の排気可能なチャンバ。
【請求項７】
前記第１区画および第２区画は、前記第１基板の温度を上げることと前記第２基板の温度を下げることを同時にできる、請求項１記載の排気可能なチャンバ。
【請求項８】
互いに独立して動作可能な第１リフトアセンブリおよび第２リフトアセンブリを更に備える、請求項７記載の排気可能なチャンバ。
【請求項９】
互いに動作可能な第１リフトアセンブリおよび第２リフトアセンブリを更に備える、請求項７記載の排気可能なチャンバ。
【請求項１０】
前記加熱手段は、前記第１側壁内に抵抗式加熱コイルを含む、請求項７記載の排気可能なチャンバ。
【請求項１１】
前記冷却手段は、前記第２側壁内に形成された冷却通路を含む、請求項１０記載の排気可能なチャンバ。
【請求項１２】
同時に異なる基板を加熱及び冷却できる真空処理システムの排気可能なチャンバ内に位置決めされるように適合されたカセットにおいて、前記チャンバは、密閉可能な第１真空通路を前記チャンバの第１側部、密閉可能な第２真空通路を前記チャンバの第２側部に含み、前記基板を前記通路に通過させる、前記カセットであって：
内部で支持される基板を加熱できる第１区画と；
内部で支持される基板を冷却できる第２区画と；
前記第１区画と第２区画を互いに熱的に絶縁する為に前記第１区画と第２区画との間に設けられたバリアと；
前記第１区画の内部側壁の温度を上げる為に前記第１区画内のカセットの内部側壁に内蔵された加熱器と；
前記第２区画の内部側壁の温度を下げる為に冷却剤を含むように構成され、前記第２区画内のカセットの内部側壁に内蔵された冷却通路と；
前記第１区画の前記側壁に接触し熱が伝導される、第１の複数の熱伝導性第１棚と；
前記第２区画の前記側壁に接触し、熱が伝導される、第２の複数の熱伝導性第２棚と；
を備え、
前記第１区画内の前記カセットの前記内部側壁は、前記第２区画内に備えられたような冷却通路を含まず、前記第２区画内の前記カセットの前記内部側壁は、前記第１区画内に備えられているような加熱器を含まない、前記カセット。
【請求項１３】
前記基板を支持し、前記基板と前記第１棚及び第２棚との間に空間を与える為に前記第１棚および第２棚上の支持体を更に備える、請求項１２記載のカセット。
【請求項１４】
前記加熱器は、抵抗性加熱コイルを含む、請求項１２記載のカセット。
【請求項１５】
前記バリアは、内部を冷却剤が循環する為のチャネルを含む、請求項１２記載のカセット。
【請求項１６】
前記カセットは、昇降アセンブリ上に取り付けられ、前記導電性の棚上で前記基板が、前記ロードロックチャンバ内のスリットバルブを介して連続的にアクセス可能である、請求項１２記載のカセット。
【請求項１７】
基板を処理する為の方法であって：
大気圧で、第１熱的バリアにより第１加熱区画から隔離された第１冷却区画を含む第１真空ロードロックチャンバの前記第１加熱区画内に複数の第１基板を装填するステップと；
高温まで前記複数の第１基板を加熱するステップと；
減圧下で、前記第１加熱区画から、複数の処理チャンバのうち選択された一つまで、加熱された基板を一度に１枚ずつ搬送するステップと；
各基板が処理された後、減圧下で、それを、第２熱的バリアにより第２真空ロードロックチャンバの第２加熱区画から隔離された前記第２真空ロードロックチャンバの第２冷却区画まで搬送するステップと；
前記第２冷却区画において前記基板を冷却するステップと；
前記第２冷却区画において前記基板を冷却した後、大気圧で、前記第２冷却区画から前記基板を取り出すステップと；
を備える、前記方法。
【請求項１８】
前記加熱するステップは、抵抗性加熱器を介して実行され、前記冷却は、冷却流体を流すことにより実行される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
基板を処理する為の方法であって：
大気圧で、熱的バリアにより加熱区画から隔離された冷却区画を含む真空ロードロックチャンバの前記加熱区画内に複数の第１基板を装填するステップと；
前記加熱区画内で高温まで前記第１基板を加熱するステップと；
減圧下で、複数の処理チャンバのうち選択された処理チャンバから、前記冷却区画まで、複数の第２基板を搬送するステップと；
減圧下で、前記複数の処理チャンバのうち選択された処理チャンバまで、前記第１基板を搬送するステップと；
前記処理チャンバ内で前記第１基板を処理するステップと；
前記冷却区画において前記第２基板を冷却するステップと；
前記冷却区画において前記第２基板を冷却した後、大気圧で、前記冷却区画から前記第２基板を取り出すステップと；
を備える、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一基板プロセスチャンバ内での基板上の薄膜の堆積に関し、特に、単一基板プロセスチャンバをロードロック加熱冷却チャンバと組み合わせた真空処理装置に関する。
【０００２】
【技術背景】
アクティブマトリクス式液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）の液晶セルは、その間に液晶材の層を挟んだ２枚のガラス基板またはプレートを含む。各プレートの内側面上に、導電薄膜を形成する。液晶材の液晶分子の配向を変えるため、導電薄膜を、電源に接続する。１００００００個以上の異なるセル域は、それぞれ別途に通電する必要がある。それらの異なるセル域をピクセルといい、薄膜トラジスタ（ＴＦＴ）により通電する。
【０００３】
ＴＦＴは、アモルファスシリコンなどのゲート誘電層や導電層をその上に形成したパターン形状金属ゲートを含む。続いて、前記のアモルファスシリコン薄膜上に、エッチング停止用窒化シリコン層、酸化シリコン層、金属接触層などの注入アモルファスシリコン層を堆積させる。これら薄膜は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）やプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）などで堆積可能である。
【０００４】
半導体平面式表示装置の工業分野では、１枚の基板上に多数の素子を形成するため基板のサイズが大きくなり、バッチ基板処理法に代わり、単一基板処理法が採用されている。単一基板処理においては、プロセス管理が高められるため、小さなプロセスチャンバの利用が可能となる。加えて、処理中に問題が起こった場合でも、基板バッチ群ではなく単一基板の損傷あるいは損失だけですむ。
【０００５】
単一基板真空処理装置の生産性を向上させるため、トランスファチャンバと複数のプロセスチャンバを備えた真空処理装置が使われており、真空環境下にて単一基板に対する複数の処理がそれぞれの異なるプロセスチャンバで行われる。そのような装置が、本願の譲り受け人に譲渡された米国特許第４９５１６０１号に記載されており、本明細書中において参照例として扱う。この装置は、複数のプロセスチャンバに囲まれ、かつ、それらに接続されている中央トランスファチャンバを備えている。トランスファチャンバ内のロボットにより、基板が１つのプロセスチャンバから別のプロセスチャンバへと搬送される。また、各処理ステップの前にプロセスチャンバを真空状態にする必要性をなくすための真空ロードロック部が備わっているので、装置の生産量を増やすことができる。
【０００６】
ガラスは割れやすい誘電材であるため、チャンバ内温度から摂氏４５０度（℃）までのプロセス温度範囲においての割れやストレスを防止できるよう、ゆっくりとした加熱や冷却が必要となる。しかし、例えば、５５０ｘ６５０から８００ｘ１０００ミリメータ（ｍｍ）までの大型の基板を加熱する場合には、熱膨張率差が発生する。この問題は、基板加熱器では大型の基板の寸法全部を均等な温度にできないのが原因である。さらに、基板の周囲域では中央域よりも熱損失が大きくなり、中央域よりも温度が低くなってしまう。これら温度の不均等の結果として、熱ストレスが発生する。例えば、３６０ｘ４５０ｍｍなどの小型の基板の場合、この問題はあまり重大ではないが、やはり発生することには変わりがない。
【０００７】
前述のようにＴＦＴは、ＣＶＤ法やＰＥＣＶＤプロセスで製造される。それらの膜堆積プロセスにおいては、３００℃から４５０℃くらいの比較的高い温度が必要であるが、プロセス時間は数秒、例えば６０〜２４０秒ほどである。ＡＭＬＣＤに有効なガラス基板は、例えば、５５０ｘ６５０から８００ｘ１０００ｍｍなど、一般的に大型である。それゆえ、基板を処理温度まで加熱してから、薄膜堆積プロセスが完了した後、チャンバ内温度まで冷却して戻るのに数分もかかる。基板を個別に加熱ならびに冷却した場合、加熱ならびに冷却遅延のためプロセス時間にかなりの無駄が生ずる。そのため、加熱ならびに冷却の長い遅延時間を解消しないと、複数のプロセスチャンバにおける個別の基板の薄膜堆積プロセスが非効率になってしまう。
【０００８】
一連の単一基板プロセスチャンバにおいて大型のガラス基板の処理が可能で、加熱ならびに冷却の遅延時間の問題を解決して、生産性を向上させた真空処理装置が、本願の譲り受け人に譲渡された米国特許第５５１２３２０号に記載されており、本明細書中の参照例として取り扱う。そのクラスタ装置は、複数の単一基板プロセスチャンバ、バッチ式加熱チャンバ、バッチ式冷却チャンバから成る。それぞれのチャンバは、中央トランスファチャンバに接続されている。そして、トランスファチャンバ内のロボットにより、予め決められた順番で基板を様々なチャンバ間で移動させることができる。バッチ式の加熱チャンバや冷却チャンバ、および、単一基板プロセスチャンバで、ガラス基板の加熱や冷却に適切な時間を確保しつつ、連続して高速な基板処理が行われる。
【０００９】
【発明の要旨】
本発明は、処理する基板を加熱して処理済み基板を冷却できる真空処理装置の排気可能チャンバに関する。排気可能チャンバは、処理する基板の温度を上げる第１区画と処理済み基板の温度を下げる第２区画とを含む。第１と第２の区画は、それぞれ、少なくとも１つの基板支持プラットホームを備えている。第１と第２の区画をそれぞれ熱絶縁させるため、バリヤを利用しても構わない。
【００１０】
前記の排気可能チャンバは、複数の基板を真空プロセスチャンバへ搬送するためのロードロックチャンバとしての機能も有する。ロードロックチャンバとしては、第１と第２の区画内に熱伝導性棚を備えている。棚には、棚とその上で支持される基板との間に隙間を供するよう支持体が設けられている。
【００１１】
別の特徴として、本発明は、排気可能ロードロックチャンバ内に配置できるようなカセットに関する。カセットは、処理する基板を加熱する第１区画と処理済み基板を冷却する第２区画とを含む。第１区画のカセットの側壁には、加熱器が設けられており、第２区画のカセットの側壁には冷却通路が設けられている。
【００１２】
また別の特徴として、本発明は、第１の基板を、第１真空ロードロックチャンバの加熱区画へ装填して上昇温度まで加熱する方法に関する。加熱された基板は、選択されたプロセスチャンバへと搬送される。さらに、第２の基板を、第２真空ロードロックチャンバの加熱区画へ装填して同様に上昇温度まで加熱する。第１基板の処理が完了した後、選択されたプロセスチャンバから第２真空ロードロックチャンバの冷却区画へと搬送する。次に、第２ロードロックチャンバの加熱区画で加熱した基板を、第１基板が取り出された前記プロセスチャンバへと搬送する。その後、第１の基板は、第２真空ロードロックチャンバの冷却区画から取り出される。
【００１３】
さらに別の特徴として、本発明の方法は、第１ロードロックチャンバ内のプラットホーム上に基板を装填することと、基板を加熱するため、プラットホームの温度を上昇させて、第１のロードロックチャンバ内の別の温度上昇域の近辺に基板を配置することとを含む。そして加熱した基板を、第１ロードロックチャンバからプロセスチャンバへ搬送する。基板の処理が完了した後、第２ロードロックチャンバへ搬送して、プラットホーム上に配置する。第２ロードロックチャンバ内のプラットホームの温度を下降させ、基板を冷却できるよう、第２ロードロックチャンバ内の別の温度下降域付近に基板を位置させるのである。
【００１４】
別の例として、第１ロードロックチャンバ内の加熱したプラットホーム上に基板を配置し、基板を処理し、その後に、第２ロードロックチャンバ内の冷却したプラットホーム上に基板を配置することにより基板を冷却する方法がある。
【００１５】
前記プロセスチャンバの数は、第１ロードロックチャンバ内の基板の数と同じである。基板は、基板の短い辺にほぼ鉛直な方向での周囲側で、第１と第２のロードロックチャンバに挿入/取出しができる。また、基板は、基板の長い辺にほぼ鉛直な方向で、真空側で第１と第２のロードロックチャンバ及びプロセスチャンバに挿入及び取出しも可能である。
【００１６】
本発明の利点は、下記の項目の１つまたはそれ以上を含む。本発明の装置は、効率的で経済的な技法で基板上に高品質の薄膜を形成する経済的で有利な方法を提供する。装置は、単一ロードロックチャンバ内のバッチ式加熱冷却カセットを含む。また、装置は、迅速な基板の加熱ならびに冷却を可能にする単一基板加熱冷却チャンバを備えることもできる。装置は、設置面積が比較的小さく、製造や運転のコストも比較的に安くなる。
【００１７】
本発明のその他の利点や特徴は、図面と特許請求の範囲を含む以下の説明から明白となるであろう。
【００１８】
本発明の以下の説明において、異なる図面に図示されている同一構造が同じ参照番号を用いて参照されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、基板上に１層以上の薄膜を堆積する方法および装置に関する。本発明のシステムは、ＰＥＣＶＤプロセスチャンバに関連させて説明するが、ＣＶＤプロセスチャンバなどその他のプロセスチャンバにも適用が可能である。説明する詳細部分は説明の本実施例に特定したものであるが、その他の処理条件やパラメータに応じて変更することも可能である。
【００２０】
図１に示す本発明の真空処理装置１０は、ＡＭＬＣＤなどの大型の液晶表示装置の製造に利用できるよう設計されたものであって、密閉真空トランスファチャンバ１８の周囲に群配備された複数の真空堆積プロセスチャンバ（ＰＣ）１２、１４および１６を備えたモジュールシステムである。また、装置は、２つのロードロックチャンバ（Ｌ／Ｌ）２０、２２も備える。プロセスチャンバ１２、１４、１６、１８、２０、２２は、１個以上の真空ポンプ（図示せず）により選択的に真空状態にできる。
【００２１】
前記の装置１０には、中央トランスファチャンバ１８を形成する側壁１９をもつ密閉ハウジング１７が備わっている。そのハウジング１７の対応側壁１９に、それぞれのロードロックチャンバやプロセスチャンバが取り付けられている。プロセスチャンバは、例えば、基板Ｓ上にアモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、オキシントレートなどの薄膜を作成するのに使われる。
【００２２】
本説明中で使う「基板」という用語は、プロセスチャンバ内で処理される対象物を広くカバーするものである。「基板」の例として、例えば、半導体ウェハ、平面表示器、ガラスプレート、ディスクなどがある。特に本発明は、５５０ｘ６５０ｍｍ、８００ｘ１０００ｍｍ、さらにそれ以上の寸法のガラスプレートなどの大型の長方形基板に適用可能である。また、本発明の装置は、３６０ｘ４５０ｍｍなどの小型の基板の処理にも利用可能である。本説明の以下の部分では、特定の実施例を説明するが、長方形のガラス基板を使うと仮定する。しかしながら、前述したように、その他形状の基板も装置１０にて処理可能である。例えば、正方形の基板も装置１０内で処理できる。
【００２３】
通常は、基板は２つのチャンバ２０、２２の片方内で、例えば、およそ３００℃から４００℃の間の数百度くらいの温度まで予備加熱される。その後、基板をプロセスチャンバの１つに搬送し支持して、そこでプロセス温度に維持される。基板上に薄膜を堆積するための化学反応が起こせるよう、プロセスチャンバ内に膜堆積ガスを注入する。薄膜は、誘電体層（窒化シリコンや酸化シリコンなど）、半導体層（アモルファスシリコンなど）、金属層（タングステンなど）のいずれかである。堆積プロセスは、前述のように、ＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ法である。堆積プロセス完了の後、基板をロードロックチャンバの一つで冷却する。
【００２４】
基板は、ロードロックチャンバ内の加熱プラットホーム上に載せて加熱しても構わない。別の例として、基板を未加熱のプラットホーム上に装填してから、基板を加熱するためプラットホームの温度を上昇させることも可能である。同様に、基板を、冷却プラットホーム上に載せて冷却しても構わないし、別の例として、未冷却のプラットホーム上に搭載してから、プラットホームの温度を下降させても構わない。
【００２５】
図１と図２に図示のように、中央トランスファチャンバ１８は、それぞれ中央トランスファチャンバ１８内へと処理する基板を搬送するためのチャンバ２０、２２に接続されている。下記にさらに詳細に説明するように、チャンバ２０、２２は基板を加熱し冷却するものである。加熱ならびに冷却用のロードロックチャンバ２０は、それぞれ外壁２３と内壁２４上に取り付けられたロードロック扉またはスリットバルブ２１と２１ｂから成る閉鎖可能開口を有する。基板は、その扉を経由して中央チャンバ１８と大気中２８の間を搬送されるのである。同様に、加熱ならびに冷却用のロードロックチャンバ２２も、中央チャンバ１８と大気中の間で基板を搬送するため、それぞれ外壁２７と内壁２９上に取り付けられたロードロック扉またはスリットバルブ２５と２６から成る閉鎖可能開口を有している。
【００２６】
さらに、プロセスチャンバ１２、１４、１６、と対応ハウジング壁１９にも、それぞれチャンバ２０、２２のロードロック扉２１ｂ、２６に同様またはそれらと同じ閉鎖可能な開口が備わっている。つまり、プロセスチャンバ１２、１４、１６は、プロセスチャンバのアクセス開孔を封鎖してプロセスチャンバ内のプロセスガスを隔離できるよう、それぞれロードロック扉またはスリットバルブ１２ａ、１４ａ、１６ａを備える。
【００２７】
前記チャンバ２０、２２はそれぞれ、基板を支持して加熱および冷却するための複数の水平棚またはプラットホームに固定されたカセット３０（図３Ａ参照）を内蔵している。ガラス基板の加熱や冷却の速度は、対流量、導電量、放射熱転移量の総量により決められる。
【００２８】
図３Ａのカセットの実施例では、チャンバ内が大気圧のときは、ガラス基板への熱の移転は対流と放射で行われるが、チャンバ内が真空状態（ほぼ１０Torr未満）のときは、放射だけで加熱される。ガラスの加熱ならびに冷却の速度は、ガス対流の移動速度のせいで真空中よりも大気中のほうが早くなる。
【００２９】
図３Ａに図示のように、各チャンバ内２０、２２のカセット３０は、１つの棚の高さ毎にカセットを上昇下降できるよう、昇降アセンブリ３５上に取り付けられている。昇降アセンブリ３５は、図中に矢印３７で示すように、下記で詳細に述べるロボット５０、６０による基板の装填出入のため、基板を垂直方向にインデックス移動させることができる。昇降アセンブリ３５に、１本以上のガイドシャフト３５ａや駆動シャフト３５ｂを備えても構わない。それらシャフトは、チャンバ２０、２２の下側壁、例えば、図３Ａに示されているように、ロードロックチャンバ２０の壁２９内に真空密閉シール（図示せず）を越えて下方へと延びている。さらに、昇降アセンブリは、駆動シャフト３５ｂに接続されたモータ駆動ギヤー部３６ｂにより回転駆動されるリードスクリュー３６ａを備えることもできる。
【００３０】
前記の各チャンバ２０、２２のカセット３０は、同じ方法で構築されている。つまり、加熱区画３２と冷却区画３４とを備える。本実施例においてはプロセスチャンバが３つなので、区画３２、３４の各自に、３つの水平棚３８が取り付けられている。熱シールドまたは熱バリヤ３６を、片方の区画と他方の区画を熱絶縁して全体の効率を向上させるよう、加熱区画３２と冷却区画３４の間に配備してもよい。熱シールド３６は、輻射度や熱伝導率が低く、放射による熱を多量に吸収しないような素材で構成できる。また、下記に説明するように、その中を適当な冷却剤を送流できるようなチャネル４６を、熱シールドに設けることも可能である。
【００３１】
前記の棚３８は、アルミニウムや銅などの熱伝導性のよい材料で作られている。加熱区画３２と冷却区画３４のそれぞれの側壁４０、４２も、アルミニウムや銅などの高熱伝導性の金属で作成されている。それら棚と側壁の間を熱が伝播できるよう、棚は加熱区域と冷却区域の側壁に接触している。
【００３２】
前記加熱区域３２の側壁４０内のチャネルまたは流路は、電源（図示せず）に接続された加熱コイルなどの電気抵抗式加熱器４４を内蔵している。電源と加熱コイル間の配線を収容するための管路４５が、側壁４０内に設けられている。
【００３３】
前記の電気抵抗式加熱器４４に代わりに、その他の加熱源を利用することも可能である。例えば、赤外線ランプなどの１個以上の基板を加熱するための放射源を、加熱区画に設けても構わない。また、窒素（Ｎ2）などの加熱した不活性ガスを基板表面に流して、基板を加熱することも可能である。
【００３４】
前記冷却区画３４の側壁４２内のチャネルまたは液体流路４６は、水や冷却ガスなどの冷却剤を側壁内を循環させるための流路である。給入と排出の冷却剤パイプ４７、４９はそれぞれ、流路４６に冷却剤を循環させるためカセット３０の底壁３１内に設けられている、
【００３５】
同様の冷却剤用チャネル４６を、冷却剤を流せるよう熱シールド３６内に設けても構わない。この冷却剤の循環により、カセット３０内の加熱と冷却の区画間の熱絶縁を実現できる。
【００３６】
また、基板と棚の間に隙間を形成できるよう、棚３８上に載置あるいはそれに固定した複数の取付材４８上に基板を載置することもできる。取付材４８は、高温のガラス、ステンレス鋼、水晶などの適当な素材から作成することが可能である。そのため、基板は棚と直接に物理的に接触することなく、両者間の直接の熱伝播を防止することができるのである。でも、取付材４８を削除してもよいし、基板を棚と直接に接触させても構わない。その場合、基板は基本的に伝導により加熱される。
【００３７】
前記基板は、両側から均等に加熱または冷却されるのが望ましい。基板の温度は、それが載置されたカセットの区域によって異なるが、基板からその上下の棚への熱移動により変動する。そのため、迅速で均等な加熱や冷却を可能にするだけでなく、熱ストレスを低減できるので、約４００℃の温度範囲で加熱ならびに冷却をする場合でも、基板の割れや歪みを防止することができる。
【００３８】
図３Ｂには、熱シールド３６の代わりに、アルミニウムなどの熱反射材で作られたプレート９０を含む熱バリヤを備えたカセット３０′が図示されている。さらに、その加熱区画と冷却区画とを互いに熱絶縁させるため、複数の非伝導性ポスト９２を備える。それらポストは、ガラスまたはセラミックで作成できる。本実施例では、冷却区画の棚３８′下方の棚３８上に載置された基板を両側から冷却できるよう、支持体４８なしの棚３８′が配置されている。
【００３９】
また、加熱区画と冷却区画間の物理的な熱バリヤを削除することも可能である。加熱区画と冷却区画内の所望温度は、例えば、加熱区域には適当な電力を流して、冷却区画には適当な量の冷却剤を流すことにより維持することができる。
【００４０】
加熱冷却チャンバの別の例を、図３Ｃに図示する。そこでは、チャンバ２０、２２のそれぞれに、上述の形式の昇降アセンブリ１３５上のカセット１００が備わっている。昇降アセンブリ１３５は、基板を装填出入させるため矢印１３７で示すように垂直方向へ基板をインデックス移動する。ロッドロックチャンバ２０、２２のカセット１００も、同様の方法で作成できる。カセットは、加熱区画１３２と冷却区画１３４を備えている。本実施例では、加熱区画１３２と冷却区画１３４に、それぞれ基板を支持するためのプラットホーム１３８ａと１３８ｂを設けている。上記のように、加熱区画１３２と冷却区画１３４の間に適当な熱シールドまたは熱バリヤ１３６を備えても構わない。棚１３８ａは、電源に接続された加熱コイルなどの電気抵抗式加熱器１４４ａにより加熱することができる。図示のように、加熱器１４４ａを棚に取り付けてもよい。別の加熱器１４４ｂを、処理する基板を支持する棚１３８ａ上に配置しても構わない。
【００４１】
加えて、チャンバ２０、２２を、Ｎ2などの不活性ガスの雰囲気を充填する。
カセット１００上に載置された基板は、伝導、対流、放射により迅速に加熱する。基板加熱の大部分が加熱された棚１３８ａに基板を直接に接することにより行われるが、下側棚１３８ａと同じ上昇温度で作動するため、加熱された上側棚１４４ｂは基板の熱損失を低減させることができる。
【００４２】
また、冷却剤を循環させるための流路形成のためのチャネルまたは液体通路１４６ａを棚１３８ｂ内に設けることもできる。同様の冷却剤チャネル１４６ｂを、棚１３８ｂの上側に備えても良い。
【００４３】
前記カセット配列１００は、基板が両加熱器１４４ａと１４４ｂのほぼ中間に位置できるよう、加熱区画１３２内の棚１３８ａから基板を持ち上げるための適切な昇降アセンブリまたは機構１５０をも備える。同様に、カセット配列１００は、基板が両冷却流路１４６ａと１４６ｂの中間に位置できるよう、冷却区画１３４内の棚１３８ｂから基板を持ち上げるための適切な昇降アセンブリ１５２を備えている。昇降機構１５０、１５２には、それぞれ棚１３８ａ、１３８ｂ上に基板を支持するための支持爪部１５０ａ，１５２ａが備わっている。また昇降機構１５０、１５２により、ロードロックチャンバでの基板の装填出入が簡単に行える。それら機構は、独立させて作動してもよいし、同時に作動させることもできる。上記のように、基板は、ロードロックチャンバの大気側と真空側のスリットバルブから、チャンバ内に装填出入する。
【００４４】
前記カセット１００は、単一プロセスチャンバを有する装置で利用できるよう設定するのが望ましい。しかしながら、プロセス時間によっては、１つ以上のプロセスチャンバをもつ装置においてカセット１００を利用することも可能である。例えば、図１の装置で利用しても構わない。
【００４５】
別の例として、前記処理装置に、それぞれ別個の加熱用ロードロックチャンバと冷却用ロードロックチャンバを設けて、最初に単一基板を片方のロードロックチャンバで加熱し、処理完了の後、別のロードロックチャンバで冷却するのである。図３Ｄに示すように、加熱用ロードロックチャンバ２００は、基板Ｓを支持するための熱伝導性のよい素材で作成された棚またはサスペクタ２３８ａを備える。基板を加熱するための電気抵抗式加熱器２４４ａを、棚に内蔵することもできる。同じ電気抵抗式加熱器２４４ｂなどの別の加熱器は、棚２３８ａ上に配置されている。加熱器２４４ｂは、熱伝導性棚またはサスペクタ２３８ｂに内蔵させてもよい。
【００４６】
前記の棚２３８ａは、矢印２３７で示すように縦方向に基板をインデックス移動できるよう、昇降機構２３５上に取り付けられている。装填位置において、ロボットの端末操作部により基板は加熱された棚２３８ａ上に載置される。次に、棚２３８ａが上昇して、加熱された棚２３８ｂに近接した位置まで移動する。例えば、棚２３８ｂから３ｍｍほど離れた位置まで基板を移動させる。基板が垂直方向に移動しているとき、ロードロックチャンバ２００は不活性ガス雰囲気で充填される。この動作中に、伝導、対流、放射により基板は迅速に加熱される。加熱動作の大部分が伝導により行われ、両方の棚２３８ａと２３８ｂはほぼ同じ上昇温度で作動するため、加熱された上側の棚２３８ｂの存在のせいで熱損失が低減できる。所望の温度まで加熱した後、基板は下方へ移動し、ロードロックチャンバ２００のスリットバルブから取り出される。
【００４７】
図３Ｅに図示のように、冷却用ロードロックチャンバ２２０は、冷却動作中に基板を支持するための熱伝導性のよい素材で作成された棚２４０ａを備える。冷却剤を循環させるための流路を形成する単数または複数の液体通路２４６ａを、棚２４０ａに備えることもできる。同じような単数または複数のチャネル３４６ｂを、棚２４０ａ上に配置してもよい。
【００４８】
プラットホーム２４０ａ上に載置された基板は、昇降アセンブリ２３５′により垂直方向（矢印２３７′）に移動できる。処理完了後、基板はロードロックチャンバ２２０内の棚２４０ａ上に装填され、冷却通路２４６ｂに近接した位置まで移動される。そのようにして、基板はチャネル２４６ａと２４６ｂを流れる冷却剤により両側から効果的に冷却される。温度が十分に低下した後、基板は上方に持ち上げられて、チャンバ内壁中のスリットバルブから取り出される。
【００４９】
また、図３Ｄに図示されているように、ロードロックチャンバ２００は、矢印２３９で示すプラットホーム２３８ａに対して垂直方向に基板を移動させるよう、昇降アセンブリ２３５のシャフトに対して同軸に配備された昇降アセンブリ２３６をも備えることができる。昇降アセンブリ２３６には、プラットホーム上の基板を支持するためプラットホーム２３８ａに設けられた開孔中に延びる支持部材または爪部２３６ａが取り付けられている。昇降アセンブリ２３６は、プラットホーム２３８ａ上から基板を持ち上げたり、その上に基板を載置したりする動作を行う。
【００５０】
図３Ｅに示すように、ロードロックチャンバ２２０には、プラットホーム２４０ａから基板を持ち上げたり、その上に基板を配置するのに利用できる垂直方向固定の昇降機構２４５が備わっていてもよい。昇降機構２４５は、基板と係合するようプラットホーム２４０ａ内の開孔中に延びる支持部材または爪部２４７を備える。支持爪部２４７は、ロードロックチャンバ２２０の底部内壁２２０ａに固定されている。それゆえ、例えば、プラットホーム２４０ａを下方へ移動するよう昇降機構２３５を動作させた場合、支持爪部２４７により基板はプラットホーム上に配置されるのである。
【００５１】
前記の両ロードロックチャンバ２００、２２０は、必要に応じて、昇降機構２３５または２４５のいずれかに固定しても構わない。基板は、昇降機構の支持爪部に保持される位置で、ロードロックチャンバから取り出しあるいはチャンバ内に配置することもできる。
【００５２】
また、手動式あるいは自動式で、チャンバ２０、２２に基板を装填しても構わない。図１では、大気中の所定位置に取り付けられた市販のロボット５０により、３つの異なる格納カセット５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃの１つから基板Ｓが取り出される。それらカセットは、基板を支持するための複数の水平プレートまたはプラットホームを垂直方向に配置している。プラットホームには、ロボット５０の対応ブレードまたは腕部アセンブリ５６による基板へのアクセスが容易となるよう、プラットホームの表面上で基板を支持するための突起部が取り付けられている。このような方法で取り出された基板は、下記で説明するように１度に１枚づつチャンバ２０、２２に装填することができる。また、カセット３０の取付部４８でギャップまたは隙間を形成することにより、ロボットの腕部アセンブリ５６によるカセット３０内の基板へのアクセスを可能にしている。
【００５３】
前記の大気側ロボット５０と対応ブレードアセンブリ５６は、３つの異なる軸上で移動させることもできる。例えば、ロボットのブレードは、伸縮動作（Ｒ移動）、垂直方向の上下動作（Ｚ移動）、一定角度幅の旋回動作（θ移動）を行ってもよい。本実施例におけるθ移動は３６０度以上であり、つまり、ロボットブレードアセンブリは両方向に３６０度の回転が可能である。
【００５４】
前記の格納カセット５４Ｂは、固定されている。他方、格納カセット５４Ａと５４Ｃは点線の円で示すように回転遷移移動が可能で、格納カセット５４Ａ、５４Ｃの異なる位置動作が可能である。このため、ロボット５０によるカセット上の基板へのアクセスが容易になりえる。
【００５５】
前述したように、基板は一般的に長方形状である。例えば、基板Ｓの寸法は、８００ｍｍ（短辺ｘ）ｘ１０００ｍｍ（長辺ｙ）の場合がある。図１と図２において、基板は、その短辺ｘが大気側ロボット５０に対向するよう、格納カセット５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃに載置されている。つまり、チャンバ２０、２２への基板の装填動作中に、例えば、ロボットブレード５６が短辺ｘと交差する方向へ下方移動することにより基板にアクセスできる。そして、基板の短辺とほぼ交差する方向に沿って、基板はロードロックチャンバへ装填されるのである。同様に、その短辺とほぼ交差する方向に沿って、基板はチャンバ２０、２２からロボット５０により取り出される。つまり、ロボットブレード５６が、チャンバ内２０、２２で基板を短辺ｘとほぼ交差する方向に下方へ移動させて下ろす。しかしながら、下記に詳細に説明するように、チャンバ２０、２２の真空側では、基板は長辺ｙを横切ってチャンバ２０、２２やプロセスチャンバ１２、１４、１６に装填出入される。
【００５６】
前記基板が正方形の場合は、両辺ｘとｙは明らかに同じとなる。それゆえ、例えば、大気側ロボット５０のブレード５６が、チャンバ内２０、２２で正方形基板を短辺ｘとほぼ交差する方向に下方へ移動させて下ろす。けれども、チャンバ２０、２２の真空側では、正方形基板は長辺ｙを横切ってチャンバ２０、２２やプロセスチャンバ１２、１４、１６に装填出入される。そのようにして、正方形基板も、大気側では、１つの辺にほぼ鉛直な方向に沿ってチャンバ２０、２２に装填出入されるが、真空側では、第２の辺を横切るように、例えば、辺ｘにほぼ垂直な辺ｙを横切って、チャンバ２０、２２やプロセスチャンバ１２、１４、１６に装填出入されるのである。
【００５７】
図１に示すように、前記の装置１０では、ロボット６０が中央真空チャンバ１８内の中心に配置されている。真空側ロボット６０は、双腕ロボットである。それゆえ、２つの個別腕部から成る対応ブレードまたは腕部アセンブリ６２を備える。各ロボット腕部は、中央ハブに対して独立して移動可能となっている。また、ロボット腕部は、同じ方向または逆方向に回転できる。ロボット腕部は、互いに独立して、伸縮動作（Ｒ移動）も行える。ロボット６０により、チャンバ２０、２２とそれぞれのプロセスチャンバ１２、１４、１６との間で、必要なら、プロセスチャンバから別のプロセスチャンバへも、基板が搬送される。
【００５８】
図２に、ロボットのＲ移動（直線伸縮動作）は矢印６０ａで示されており、その枢支θ移動は矢印６０ｂで示されている。その双ブレードまたは末端操作部により、ロボット６０はプロセスチャンバから基板を取り出し、プロセスチャンバへ別の処理する基板を装填できるのである。同様に、処理済み基板は、ロードロックチャンバから取り出された後、別のロードロックチャンバへ装填される。
【００５９】
前記のロボットブレードアセンブリ６２は、装填出入を行うため、基板の長辺ｙを横切る方向でチャンバ２０、２２上の基板にアクセスまたは係合する。つまり、ブレードアセンブリ６２のロボットブレードアセンブリは、基板の長辺ｙとほぼ交差する方向へ下方に基板を移動させるのである。それゆえ、基板は、その長辺にほぼ垂直な方向に沿ってロードロックチャンバの真空側に装填出入を行う。同様に、基板は長辺ｙを横切るように個別のプロセスチャンバ１２、１４、１６に配置されそこから取り出される。つまり、基板は、長辺ｙにほぼ垂直な方法にプロセスチャンバの装填出入が行われるのである。またロボットは、両腕部が同じ面上で伸縮できるよう、ｚ方向では２つの位置をもつ。
【００６０】
例えば、図４に図示のように、プロセスチャンバ１２はステム部７４に取り付けられた基板支持プレート７２をもつサスセプタ７０を備えたＰＥＣＶＤプロセスチャンバである。サスセプタ７０は、プロセスチャンバの中央に配置されている。基板は、基板処理域または反応域７５内の支持プレート７２上に支持されている。サスセプタを上下移動させるためのリフト機構（図示せず）も装備されている。リフトピン（図示せず）が支持プレート内のリフトピン孔７６中に延びており、ロボットのブレードアセンブリ６２によるプロセスチャンバ１２の側壁７９の開口７８、および、側壁１９の対応開口からの基板の装填出入のための搬送が容易となる。開孔７８は、スリットバルブ１２ａ（図１参照）にて閉鎖可能である。
【００６１】
前記支持プレート７２は長方形状であって、処理する基板を収容するのに適した幅と長さを有する。複数の加熱素子（図示せず）を、処理動作中に基板を均等に加熱できるよう、支持プレート７２の上面７２ａ下に配備することもできる。
【００６２】
前述したように、ロボットのブレードアセンブリ６２により、長辺ｙ（図２）にほぼ垂直な方向へのプロセスチャンバ１２の側壁７９の開口７８からの基板の装填出入のための搬送が容易となっている。一度、ロボットのブレードアセンブリが基板を所定位置に移動させると、リフトピンが上方へ動いて、処理位置まで下降させる前に基板を支持する。特に、基板と接触して支持できるよう、リフトピンはリフトピン開孔７６中を移動する。リフトピンを、周知の遷移機構や線形フィードスルーなどのリフト手段（図示せず）の動作により、リフトピン開孔１６２中を移動させるようにしても構わない。リフトピンが接触して支持すると同時に、基板は処理位置へと下方へ移動する。
【００６３】
前記基板がサスセプタ７２上に配置された後、開口７８はスリットバルブ１２ａにより閉鎖され、膜堆積が開始される。膜堆積の完了後、スリットバルブ１２ａが開かれて、ロボット６０により基板は取り出される。つまり、リフトピンがリフトピン開孔７６中を上方へ移動して、サスセプタ表面上の基板を支持して、ロボットのブレードアセンブリ６２により基板が把持されて開口６２経由でプロセスチャンバから取り出されるのである。
【００６４】
前記のその他のプロセスチャンバ１４、１６も、同様の方法で動作および構成することができる。
【００６５】
まず最初、ロードロックチャンバ２０が大気圧状態のとき、中央チャンバ１８は、例えば、約１Ｔｏｒｒの真空動作圧状態となっている。そのため、扉２１ｂは閉鎖されて、チャンバ１８をロードロックチャンバ２０および大気から分離している。しかし、処理する基板をロードロックチャンバ２０へ装填できるよう、扉２１は開放されている。
【００６６】
続いて、ロボット５０が、格納カセット５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃの１つまたはその以上から処理する基板をアクセスする。本実施例では、基板は、チャンバ２０の加熱区画３２内のカセット３０の３つの棚３８（図３参照）の内の１つに装填される。ロボットが必要なＲ、θ、Ｚ移動を行って、格納カセットの基板にアクセスして、それを加熱区画３２の各棚に装填する。昇降機構３５は、空の棚が扉２１に対向できるよう、その棚の高さまでカセットを持ち上げる。基板を棚に載置して、カセットの棚全部に装填されるまでその動作を繰り返す。
【００６７】
上述のように、基板はその短辺を横切る方向にカセットへ装填される。つまり、ロボットのブレードアセンブリ５６は、基板の短辺にほぼ垂直な方向で格納カセット内の基板を係合する。全部の基板、実施例では３枚、をロードロックチャンバ２０に装填した後、スリットバルブ２１を閉じてロードロックチャンバ２０を大気から分離する。そして、ロードロックチャンバ２０を、約１Ｔｏｒｒである中央チャンバ１８内の圧力に相当する動作圧まで排気する。
【００６８】
説明のため、装置１０には３つのプロセスチャンバしか装備されていないが、３つのプロセスチャンバで同時に処理動作を行うものとする。しかしながら、プロセスチャンバを３つ以上またはそれ以下の数となるよう、装置を変更することも当然ながら可能である。
【００６９】
前記チャンバ２０のカセット加熱区画３２へ基板を大気圧状態で装填する動作時間中、基板を、例えば、３００℃と４５０℃の間の処理温度まで予備加熱する。装置の始動時には、ロードロックチャンバ２０、２２のそれぞれのカセットは空であり、すなわち、基板が収容されていない。例えば、チャンバ２０のカセット加熱区画の最初に装填される基板は、所望の処置温度に達するまで適当な時間だけ加熱する必要がある。基板の加熱には、下記で詳細に説明するように、図５Ａに示す時間がかかる。装置１０の始動後に装置内で処理される基板も、図５Ａの予備加熱サイクルに従って処理されることになる。
【００７０】
図５Ａに示すように、第１番目の基板は、カセット加熱区画３２の棚３８上に装填されて、時間ｔ1のあいだ加熱される。その後、２番目の基板をカセット加熱区画に装填して、時間ｔ1より短い時間ｔ2のあいだ加熱する。第１基板と第２基板の装填時間の間隔は、ｔ4である。そして最後の基板が、カセット加熱区画に装填されて、時間ｔ3の間加熱される。時間ｔ3は、前記の時間ｔ1よりも短い時間ｔ2よりもさらに短い。時間ｔ5は、カセットへの第１基板と最後の基板の装填の時間間隔である。時間ｔ1は、３枚の処理する基板をロードロックチャンバへ装填して、それら処理済み基板をそこから取り出すのに要する時間である。
【００７１】
前記の装置１０の始動時にロードロックチャンバへ同様の基板を装填するのに要する時間は、時間ｔ1よりもずっと短い。にも関わらず、前記のように、装置始動時に基板を図５Ａの加熱サイクルに従って予備加熱する。例えば、本実施例では、時間ｔ1は１２０秒、時間ｔ2は１０４秒、時間ｔ3は８８秒、時間ｔ4は１６秒、時間ｔ5は３２秒としている。
【００７２】
前記中央チャンバ１８の真空動作圧までへのチャンバ２０の排気或いはポンプダウン中、基板を時間ｔeのあいだ加熱し続ける。この時間は、６０秒ほどである。時間ｔ6は、１番目の基板をチャンバ２０から、例えば、プロセスチャンバ１２のスリット扉に近接する位置まで搬送するのに要する時間を示す。時間ｔ7は、その基板をプロセスチャンバ１２内のサスセプタまで下降させる時間を示している。時間ｔw1とｔw2は、それぞれ、第２基板と第３基板が別の２つのプロセスチャンバの片方へ搬送されるのを待つ時間を示す。例えば、時間ｔ6と時間ｔ7は共に１０秒で、時間ｔw1とｔw2はそれぞれ３０秒と５０秒である。
【００７３】
第１基板を予備加熱する時間総計はｔ1＋ｔeで、第２基板の予備加熱総時間はｔ2＋ｔe＋ｔw1となる。第３基板の予備加熱総時間は、ｔ3＋ｔe＋ｔw2である。それゆえ、実施例における第１基板、第２基板、第３基板のための予備加熱総時間は、それぞれ１８０秒、１９４秒、１９８秒となる。
【００７４】
前記チャンバ２０の排気中に、ロボット５０はチャンバ２２への基板の装填を開始することができる。チャンバ２０で上述したように、基板はチャンバ内２２のカセット加熱区画の３つの棚に装填される。基板のチャンバ２２への装填は、扉２５経由で行われる。
【００７５】
その内部気圧がトランスファチャンバ１８内の圧力と同じとなるようチャンバ２０を排気した後、スリットバルブ２１ｂが開かれるので、ロボット６０はＲ移動とθ移動により各プロセスチャンバ１２、１４、１６へ搬送するためカセット加熱区画の基板をアクセスできる。続いて、昇降機構３５が１つの棚の高さ分づつチャンバ２０内の基板をインデックス移動させて、ロボット６０のブレードアセンブリ６２に係合できるよう対向扉２１ｂに各基板を順番に位置決めする。すなわち、チャンバ２０から基板を取り出すため、ブレードアセンブリ６２の腕部または末端操作部のうちの選定したものを使用するのである。
【００７６】
前記のように、基板はその長辺を横切るようにチャンバ２０から取り出される。つまり、基板は、基板の長辺ｙにほぼ垂直な方向に沿って、ロボット６０によりチャンバ２０から取り出される。図２に示すように、同様にして、基板は長辺を横切るかたちで個別のプロセスチャンバ１２、１４、１６へと装填される。
【００７７】
前記のロボット６０が、チャンバ２０から一度に１枚の基板を取り出して、プロセスチャンバ１２、１４、１６のそれぞれに各基板を装填する。図５Ａで説明したように、チャンバ２０から基板を１枚取り出して、１つのプロセスチャンバ内のサスセプタ上に載置するまでの時間は、ｔ6＋ｔ7である。処理する基板がサスセプタ上に適切に載置されると同時にプロセスチャンバ内での膜堆積プロセスが開始され、プロセスチャンバのスリットバルブが閉じられる。最後の基板がチャンバ２０から取り出されて、例えば、プロセスチャンバ１６に装填されると、扉２１ｂが閉ざされて、チャンバ２０は開放されて大気圧状態にされる。そして、さらに３枚の基板が、チャンバ２０のカセット加熱区画に装填されるのである。
【００７８】
図５Ｂは、３つのプロセスチャンバのうちの１つのプロセスチャンバ内での基板のプロセス時間ｔPに事例を示している。プロセス時間ｔPは、５つの部分に分けることができる。そのうち２つの部分は、例えば、チャンバ２０と選択されたプロセスチャンバ１２間で基板が搬送される真空交換時間である。真空交換時間は、ｔ10である（下記で説明する図６Ｂを参照）。またプロセス時間の部分ｔHは、膜堆積ガスを導入する前に、プロセスチャンバ内の基板をプロセス温度まで加熱する時間である。膜堆積ガスは、時間ｔD中プロセスチャンバに導入される。膜堆積の完了後、前述したように、リフトピンでプロセスチャンバ内のサスセプタ上から基板を持ち上げる。この動作のための時間が、ｔLである。
【００７９】
例えば、加熱時間ｔHと膜堆積時間ｔDは、それぞれ６０秒と７０秒である。昇降時間ｔLと真空時間は、それぞれ２０秒と３０秒である。ゆえに、プロセス時間ｔPは１８０秒となる。
【００８０】
前記のように、チャンバ２０の３番目の基板をプロセスチャンバ１６に装填した後、扉２１ｂが閉じられて、チャンバ２０が大気圧状態に変えられ、チャンバ内２０に次の基板を装填することができる。この動作になると、中央チャンバ１８内の真空動作圧までチャンバ２２がポンプダウンされる。チャンバ２０に最初に基板を装填する場合には、図５Ａに示す加熱サイクルに従ってチャンバ２２のカセット加熱区画内も予備加熱される。
【００８１】
前記チャンバ２２圧力が中央トランスファチャンバ１８内の動作真空圧に達すると、スリットバルブ２６が開かれて、そのチャンバ２２から個別のプロセスチャンバ１２、１４、１６までの予備加熱された基板の搬送が可能となる。前記のように、基板はチャンバ２２から取り出されて、基板の長辺にほぼ鉛直な方向でプロセスチャンバへ装填される。
【００８２】
前記のロボット６０が、チャンバ２２内の基板の選択された１つに、Ｒ移動とθ移動により係合する。選択された基板は、ロボット６０の第１腕部で支持される。そして、プロセスチャンバ１２の扉１２ａが開かれると、ロボットの空の腕部または第２腕部が伸張して、プロセスチャンバ１２内の処理の終わった基板と係合し、そこから取り出す。次に、ロボットは、そのブレードアセンブリ６２の第１腕部で支持された処理する基板をプロセスチャンバ１２内へ装填する。続いてロボット６０はチャンバ２２に回転させ、そのブレードアセンブリ６２の第２腕部で支持されたプロセスチャンバ１２からの処理済み基板を、チャンバ２２のカセット冷却区画３２に装填する。ロボットのブレードアセンブリ６２の第１腕部は、チャンバ２２内の次に処理する基板と係合して、プロセスチャンバ１４に基板を装填する位置へと回転移動させる。プロセスチャンバ１４へ処理される基板を装填する前に、プロセスチャンバ１４内で処理済み基板を、ロボットのブレードアセンブリの第２腕部で取り出す。その後に、ロボットのブレードアセンブリの第２腕部は、チャンバ２２のカセット冷却区画内にプロセスチャンバ１４からの処理済み基板を装填するためのチャンバ２２に対する位置まで回転する。
【００８３】
この時点で、チャンバ２２で処理される次の基板がロボットのブレードアセンブリの対応腕部により取り出され、その腕部は、プロセスチャンバ１６へ基板を装填する位置まで回転して伸張するのである。前述したように、プロセスチャンバ１６で処理の完了した基板は、そのプロセスチャンバに処理される基板が装填される前に、ロボットでそこから取り出される。そして、プロセスチャンバ１６からの処理済み基板は、チャンバ２２のカセット冷却区画へ装填される。
【００８４】
続いて、処理済み基板がカセット冷却区画に装填されるとき、処理される基板はそのカセット加熱区画から取り出される。そして、チャンバ２２に対応する昇降機構が駆動されて、ロボットのブレードアセンブリ６２の所定の腕部がアクセスできるよう、カセット加熱区画または冷却区画のいずれかの棚が扉２６に対向する位置へ向けられる。また、第１の処理済み基板がカセット冷却区画に装填されると同時に、冷却処理が開始される。同時に、冷却剤が冷却剤通路４６から導入される。プロセスチャンバからのガスも、プロセスチャンバの扉やロードロックチャンバの真空側の扉が開かれるので、基板を冷却するのに貢献できることになる。
【００８５】
最後の処理済み基板がチャンバ２２のカセット冷却区画に装填された後、扉２６が閉じられて、チャンバ２２は大気圧状態に開放される。その後、チャンバ２２の扉２５が開かれて、ロボット５０がチャンバ２２のカセット冷却区画内の最後の基板にアクセス可能となる。しかしながら、チャンバ２２から最後の処理済み基板を取り出す前に、ロボット５０は、チャンバ２２のカセット加熱区画に処理する更なる基板を装填できるよう動作する。これにより、処理済み基板を大気温度まで冷却する追加時間を確保することができる。
【００８６】
前述のように、適切にプログラムされたマイクロプロセッサー作動コトローラにより、装置１０の動作全体や部品が制御される。またコントローラは、ロボット５０を制御して、チャンバ２２のカセット冷却区画から基板を１度に１枚取り出し、チャンバ２０に装填される前に元々載置されていた、所定の格納カセット５４ａ、５４ｂ、５４ｃのいずれかに再搭載させる。
【００８７】
処理済み基板がチャンバ２２に装填され、同じチャンバ内２２の処理される基板が所定のプロセスチャンバへ装填されているときに、チャンバ２０は、チャンバ２０のカセット加熱区画へ処理するさらなる基板を装填できるよう、大気圧状態に開放される。そして再び、新規の基板がチャンバ２０内で図５Ａに示す基板加熱サイクルに従って予備加熱されるのである。それらの基板全部をチャンバ２０のカセット加熱区画に装填した後、そのチャンバ２０はトランスファチャンバ１８内の真空動作圧まで排気される。チャンバ２０内の新規基板は、その後、前記したように、プロセスチャンバ１２、１４、１６で処理完了した基板と一度に１枚づつ交換される。この段階で、プロセスチャンバにて処理済みの基板は、チャンバ２２からトランスファチャンバ１８へと搬送される。しかしながら、前述のように、基板は、そこでロボット５０により元の格納カセットに再度装填のためアクセスされるチャンバ２０を経由してから、トランスファチャンバから取り出される。
【００８８】
すなわち、前記のロボット６０が、チャンバ２０のカセット加熱区画で処理される基板に係合して、それをプロセスチャンバ１２に装填する位置まで移動させる。しかしながら、最初に、処理済みの基板を、プロセスチャンバ１２から取り除いておく。そのあと、処理される新規の基板を、プロセスチャンバ１２に装填する。その処理済み基板は、ロボット６０によりチャンバ２０のカセット冷却区画へ移動させる。そして、新規の処理する基板を、ロボット６０でチャンバ２０のカセット加熱区画から取り出して、処理済みの基板が取り出された後のプロセスチャンバ１４に装填するのである。その処理済み基板をチャンバ２０のカセット冷却区画に装填し、処理される新規の基板をチャンバ２０のカセット加熱区画から取り出して、プロセスチャンバ１６へ装填する。再度、処理済みの基板は、新規の基板を装填する前に、プロセスチャンバ１６から取り出す。そのプロセスチャンバ１６からの処理済み基板は、チャンバ２０のカセット冷却区画に装填する。チャンバ２０の扉２１ｂを閉じてから、そのチャンバ２０を大気圧状態に開放する。その後で、チャンバ２０の扉２１を開いて、そのチャンバ２０のカセット冷却区画内の基板にロボット５０をアクセスさせる。それらカセットは、元々そこから取り出してチャンバ２２へ装填されるような、格納カセット５４ａ、５４ｂ、５４ｃのいずれかに戻されるのである。
【００８９】
前記で説明したチャンバ２０、２２でのロードロック加熱ならびに冷却サイクルが、図６Ａに図示されている。図示されているように、チャンバ２０が、そのチャンバ２０とプロセスチャンバとの間で基板を交換するため、ポンプダウンされて中央トランスファチャンバ１８内の真空動作圧まで下げられるとき、チャンバ２２では、処理済み基板を取り出すために大気圧条件に開放されている。図６Ａにおける大気中加熱時間ｔ1は、図５Ａで示したものである。同様に、ロードロックチャンバをポンプダウンして中央チャンバ１８の真空動作圧まで下げるのに要する時間ｔeも図６Ａに示されており、図５Ａのｔeと同じである。また、ロードロックチャンバを大気圧に開放する時間は、ｔvで示されている。本実施例においては、ｔvはｔeと同じであり、それぞれ約６０秒である。
【００９０】
図６Ａに示す時間ｔ9は、ロードロックチャンバ内の加熱された基板とプロセスチャンバ内の処理済み基板を交換するのに要する時間である。図６Ｂで示すように、時間ｔ9は、いくつかの部分に分けられる。時間ｔ6（図５Ａ参照）は、例えば、基板をチャンバ２０からプロセスチャンバ１２のスリット扉に近接する位置まで搬送する時間である。時間ｔ6と同じ長さの時間ｔ15は、最後の処理済み基板をプロセスチャンバ１６からロードロックチャンバへ搬送するのに要する時間である。時間ｔ10、ｔ12、ｔ14は、それぞれのプロセスチャンバからの処理済み基板を取り出して、その同じ場所に予備加熱された基板を装填するのに要する時間である。時間ｔ11とｔ13は、処理済みの基板をロードロックチャンバに装填して、そのロードロックチャンバから処理される基板を取り出すのに要する時間である。本実施例における時間ｔ10から時間ｔ14まではそれぞれ２０秒であり、時間ｔ6と時間ｔ15はそれぞれ１０秒である。それゆえ、時間ｔ9は、全部で１２０秒となる。
【００９１】
時間ｔ10から時間ｔ14までの期間も図５Ｂに図示されており、プロセスチャンバサイクルのタイミング分析が示されている。図示のように、基板がプロセスチャンバ内のサスセプタ上に載置されて、プロセスチャンバのスリットバルブが閉じられた後、基板が加熱され（ｔH）、膜堆積が開始される（ｔD）。
【００９２】
装置全体の処理動作と洗浄のサイクルのタイミング分析が、図７に示してある。図示のように、本実施例においては、一般的な６つの膜堆積サイクルが、プロセス時間ＴPCにおいて実行される。各膜堆積サイクルは、プロセスチャンバ時間ｔP（図５Ｂ）、および、ロードロックチャンバでのそれぞれ大気側と真空側での交換時間ｔ1（図５Ａ）とｔ9（図６Ｂ）とから成る。プロセスチャンバを洗浄するための時間は、ＴCである。洗浄処理の時間は約３６０秒である。本実施例における時間ＴPCは、１０８０秒となる。このプロセスサイクル（ＴPC＋ＴC）の間、１８枚もの基板が１４４０秒で処理できる。それゆえ、４５枚の基板が３６００秒で処理可能となる。
【００９３】
プロセスチャンバ内で、複数のコーティングや膜を堆積することもできる。これは、所望の膜厚になるまで第１組の前駆体ガスをプロセスチャンバに給入してから、プロセスチャンバを開放し、第２組の前駆体ガスをプロセスチャンバに給入することで実行できる。別の例として、各プロセスチャンバにて異なる薄膜を堆積させるため、基板を予め決められた順序で１つのプロセスチャンバから別のプロセスチャンバへと搬送すればよい。装置１０における構成チャンバ間の基板の搬送やタイミングは、前記のように、コントローラによる制御で選択動作できる。
【００９４】
つまり、基板をロードロックチャンバへ装填する時間中に、基板を予備加熱できる。別の例として、全部の基板をロードロックチャンバへ装填し、ロードロックチャンバの扉を閉じて、ロードロックチャンバを排気した後で、予備加熱を行ってもよい。どちらの場合でも、基板を加熱している最中に、上述のようにＮ2などの不活性ガスをロードロックチャンバ内に導入できる。基板装填のためロードロックチャンバの扉を開くと、ロードロックチャンバ内および／または扉において不活性ガスを正圧に維持でき、ロードロックチャンバに空気が流れ込むのを防止できる。
【００９５】
前記の装置１０は、単一のバッチ式構成チャンバにおいて予備加熱と冷却を行うことにより、連続して迅速な基板の処理を実行できる。基板は、一度に１枚づつプロセスチャンバで処理される。装置全体のサイズは従来のものよりも小型化でき、そのため処理動作の効率性をさらに高めることが可能となる。
【００９６】
本発明の装置は、前記のように特定の実施例に基づいて説明してきたが、本発明の本質から逸脱することなく様々に変更することも可能である。例えば、所望数のプロセスチャンバを用意して、それぞれ中央トランスファチャンバにアクセス可能に設定し、加熱、膜堆積、冷却の連続処理動作を、必要とする薄膜の数や堆積順序に従って行うことも可能である。化学エッチングチャンバ、物理スパッタリングチャンバ、高速アニーリングチャンバ、予備洗浄チャンバなどの別の形式のプロセスチャンバを、装置に追加または代替しても構わない。
【００９７】
そのような多様化や変更は当業者には明白であろうし、本発明は添付する特許請求の範囲の内容にのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に薄膜を形成するための本発明の処理装置の概略平面図である。
【図２】処理装置内の基板の移動を概略的に示す、図１の処理装置の平面図である。
【図３Ａ】図１の線３Ａ−３Ａに沿った、本発明の処理装置のバッチ式加熱冷却チャンバの概略断面図である。
【図３Ｂ】バッチ式加熱冷却チャンバの別の形態の概略図である。
【図３Ｃ】加熱冷却チャンバの別の実施例の概略図である。
【図３Ｄ】単一基板用の加熱チャンバの実施例の概略図である。
【図３Ｅ】単一基板用の冷却チャンバの実施例の概略図である。
【図４】ＰＥＣＶＤプロセスチャンバの概略断面図である。
【図５】Ａは、ロードロックチャンバ内での基板予備加熱サイクルを示すタイミング分析図である。
Ｂは、プロセスチャンバ内でのプロセスサイクルを示すタイミング分析図である。
【図６】Ａは、ロードロックチャンバ内での加熱ならびに冷却サイクルを示すタイミング分析図である。
Ｂは、ロードロックチャンバの真空側からのロードロックサイクルを示すタイミング分析図である。
Ｃは、バルブの開閉シーケンスを示すタイミング分析図である。
【図７】装置全体のプロセスと洗浄サイクルを示すタイミング分析図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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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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