JP2001250781A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】前記ウェーハ表面に吸着された水分を加熱によ
り脱離すると共に加熱されたウェーハを直ちにプロセス
処理し、品質を高めると共にスループットを向上させ、
生産性を高める。 【解決手段】プロセスチャンバ１と前処理チャンバ２９
とが気密室１９を介して連結され、複数の被処理基板１
３は前記前処理チャンバ内で所要状態に保持された後、
気密室を経て前記プロセスチャンバに挿入される様構成
された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハ等
の被処理基板から半導体素子を製造する半導体製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置はウェーハの表面に薄膜
を生成し、燐、硼素等の不純物拡散を行い、或はエッチ
ング等をして半導体素子を製造するものである。

【０００３】従来の半導体製造装置を図２に於いて説明
する。

【０００４】プロセスチャンバ１とロードロックチャン
バ２が上下に連設され、前記プロセスチャンバ１内は図
示しない加熱装置により真空下で加熱可能になってお
り、該プロセスチャンバ１の内部に均熱管３が前記プロ
セスチャンバ１と同心に設けられ、該プロセスチャンバ
１の下部にガス供給ライン４が連通され、該ガス供給ラ
イン４から前記プロセスチャンバ１へ反応ガス或は窒素
ガスが供給される様になっている。前記プロセスチャン
バ１の下部にガス排出ライン５が連通されている。

【０００５】前記ロードロックチャンバ２の天井部６に
炉口７が前記プロセスチャンバ１と同心に穿設され、該
炉口７は炉口ゲートバルブ８により気密に開閉される様
になっている。

【０００６】前記ロードロックチャンバ２は側面にゲー
トバルブ（図示せず）を有し、前記ロードロックチャン
バ２の内部にボートエレベータ（図示せず）が設置さ
れ、該ボートエレベータに炉口蓋９が取付けられ、該炉
口蓋９にボートキャップ１１を介してボート１２が載置
されている。

【０００７】該ボート１２には図示しないウェーハ移載
機によりウェーハ１３が前記ロードロックチャンバ２外
部のカセット（図示せず）から前記ゲートバルブを通し
て前記ボート１２に水平姿勢で多段に装填される。

【０００８】前記ロードロックチャンバ２は排気ライン
１４を有し、該排気ライン１４により前記ロードロック
チャンバ２の内部が排気される様になっている。

【０００９】前記ロードロックチャンバ２の内部に窒素
ガス放出管１５が設けられ、該窒素ガス放出管１５には
窒素ガス放出孔１６が所要の間隔で多数穿設され、前記
窒素ガス放出管１５に窒素ガス供給管（図示せず）が接
続されている。

【００１０】前記ロードロックチャンバ２の側部に水分
測定用ポート１８が設けられ、該水分測定用ポート１８
には水分測定機（図示せず）が設けられている。

【００１１】前記ボート１２に前記ウェーハ１３が装填
された後、前記ロードロックチャンバ２のゲートバルブ
（図示せず）が閉となる。

【００１２】前記ロードロックチャンバ２の内部が大気
雰囲気であると、大気中の酸素により前記ウェーハ１３
が酸化され、該ウェーハ１３の表面に無用の酸化膜が形
成され、該酸化膜により半導体素子の高集積化及び高速
化が妨げられる虞れがある。

【００１３】その為、前記排気ライン１４により前記ロ
ードロックチャンバ２の内部を排気し、前記窒素ガス放
出管１５から高純度低水分窒素ガスが供給され、該ロー
ドロックチャンバ２の内部が窒素ガスに置換され、該ロ
ードロックチャンバ２内部の水分も低減される。

【００１４】該ロードロックチャンバ２の内部雰囲気は
前記水分測定用ポート１８から採取され、前記内部雰囲
気中の水分量が図示しない水分測定機により測定され、
前記水分量が所定濃度以下になったところで、前記炉口
ゲートバルブ８が開となり、図示しないボートエレベー
タにより前記ボート１２が前記プロセスチャンバ１の内
部に装入され、前記炉口蓋９により前記炉口７が気密に
閉塞される。

【００１５】前記プロセスチャンバ１の内部が真空排気
された後、図示しない加熱装置により前記ウェーハ１３
が所定の温度迄加熱され、前記ガス供給ライン４から前
記プロセスチャンバ１の内部に反応ガスが供給され、前
記ウェーハ１３がプロセス処理される。

【００１６】成膜が終了した後、加熱が停止されると共
に前記反応ガスの供給が停止され、前記ガス排出ライン
５により反応ガスが排出される。前記ガス供給ライン４
から高純度低水分窒素ガスが前記プロセスチャンバ１の
内部に供給され、前記プロセスチャンバ１の内部が窒素
ガスに置換された後、前記プロセスチャンバ１の内部が
大気圧に戻される。前記プロセスチャンバ１の内部が所
定の温度迄降下した後、前記と逆の操作で前記ボート１
２が前記プロセスチャンバ１から引出され、前記ボート
１２内部の処理済ウェーハ１３が未処理のウェーハと交
換される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前記ロードロックチャ
ンバ２内部の温度は常温である為、前記ロードロックチ
ャンバ２内部を高純度低水分窒素ガスで置換しても、前
記ウェーハ１３表面に吸着された水分は容易に脱離でき
ない。

【００１８】その為、前記ボート１２が高温雰囲気の前
記プロセスチャンバ１に装入された際に、前記ウェーハ
１３が昇温し、前記ウェーハ１３に吸着されている水分
が脱離し、前記高温雰囲気下で前記ウェーハ１３の表面
に酸化膜が形成される虞れがある。

【００１９】前記ウェーハ１３の表面に酸化膜が形成さ
れると、前述の様に半導体素子の高集積化及び高速化が
妨げられる。

【００２０】又、前記ウェーハ１３は常温で前記プロセ
スチャンバ１に装入される為、前記ウェーハ１３が前記
プロセスチャンバ１の内部で加熱され所定のプロセス温
度迄均一的に到達するのに、非常に長い時間を要してい
る。

【００２１】従って、スループット即ち単位時間当りの
前記ウェーハ１３のプロセス処理枚数が制約され、生産
性を向上させる弊害の要因となっており、更に処理コス
トの増大を招いている。

【００２２】本発明は斯かる実情に鑑み、前記ウェーハ
表面に吸着された水分を加熱により略完全に脱離すると
共に加熱されたウェーハを直ちにプロセス処理してスル
ープットを向上し、生産性を高め、処理コストを低減し
ようとするものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、プロセスチャ
ンバと前処理チャンバとが気密室を介して連結され、複
数の被処理基板は前記前処理チャンバ内で所要状態に保
持された後、気密室を経て前記プロセスチャンバに挿入
される様構成された半導体製造装置に係るものである。

【００２４】ウェーハ移載機によりウェーハがボートに
移載され、該ボートが前処理側ボートエレベータにより
前記前処理チャンバに装入され、前記ウェーハに吸着さ
れた水分が加熱により脱離される。

【００２５】前記前処理側ボートエレベータにより前記
前処理チャンバから引出されたボートは加熱された状態
にあり、該ボートは直ちにボートチェンジャにより前記
前処理側ボートエレベータからプロセス側ボートエレベ
ータに移動され、該プロセス側ボートエレベータにより
前記ボートがプロセスチャンバに装入され、前記ウェー
ハが所定のプロセス温度迄加熱され、プロセス処理され
る。

【００２６】前記プロセスチャンバに於いて、前記ウェ
ーハは予熱されているので、短時間でプロセス温度迄昇
温され、加熱時間が短縮される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２８】尚、図１中、図２中と同等のものには同符
号を付してある。

【００２９】ロードロックチャンバ１９は図示しない不
活性ガス供給ライン及び真空排気ラインを有し、窒素ガ
ス等の不活性ガスにより置換可能になっている。前記ロ
ードロックチャンバ１９の図１中右側上部にプロセスチ
ャンバ１が立設され、該プロセスチャンバ１は石英製の
反応管により構成され、前記プロセスチャンバ１の周囲
に円筒状ヒータ２１が設けられ、前記プロセスチャンバ
１の下部にガス供給ライン４及びガス排出ライン５が連
通されている。

【００３０】前記プロセスチャンバ１はプロセス側炉口
２２を介して気密室である前記ロードロックチャンバ１
９に連通されている。

【００３１】該ロードロックチャンバ１９の内部に前記
プロセス側炉口２２を気密に開閉する炉口ゲートバルブ
８が設けられ、前記ロードロックチャンバ１９の内部に
プロセス側ボートエレベータ２３が設けられている。該
プロセス側ボートエレベータ２３は前記プロセスチャン
バ１の下方に位置している。前記プロセス側ボートエレ
ベータ２３はプロセス側昇降アーム２４を有し、該プロ
セス側昇降アーム２４にプロセス側炉口蓋２５が前記プ
ロセス側炉口２２と同心に設けられ、該プロセス側炉口
蓋２５に第１ボートキャップ２６を介して第１ボート２
８が載置される。前記第１ボートキャップ２６の下端部
外周に第１環状溝２７が凹設されている。前記第１ボー
トキャップ２６に第１ボート２８が同心に載置されてい
る。該第１ボート２８は石英製であり、所要のピッチで
溝が刻設された支柱を有し、該支柱の溝にウェーハ１３
を水平姿勢で保持することができ、前記第１ボート２８
は前記プロセスチャンバ１内に装入できる様になってい
る。

【００３２】前記ロードロックチャンバ１９の図中左側
上部に前処理チャンバ２９が立設され、該前処理チャン
バ２９は石英製の耐圧円筒状容器であり、該前処理チャ
ンバ２９の下部に真空排気ライン３１が連通され、該真
空排気ライン３１はバルブ３２及び真空ポンプ３３を有
している。

【００３３】前記前処理チャンバ２９の側方に加熱装置
３４が設けられ、該加熱装置３４の縦方向長さは前記前
処理チャンバ２９の高さと同程度であり、前記加熱装置
３４は発熱源としてランプヒータ、抵抗加熱ヒータ、セ
ラミックヒータ等の発熱体を使用することができる。

【００３４】前記前処理チャンバ２９は前処理側炉口３
５を介して前記ロードロックチャンバ１９と連通され
る。

【００３５】該ロードロックチャンバ１９の内部で前記
前処理チャンバ２９の下方に前処理側ボートエレベータ
３６が設けられている。該前処理側ボートエレベータ３
６は前記ロードロックチャンバ１９の内部にあり前記プ
ロセス側ボートエレベータ２３と反対側に位置し、前記
前処理側ボートエレベータ３６は前処理側昇降アーム３
７を有し、該前処理側昇降アーム３７の先端部に回転装
置３８が設けられている。該回転装置３８に前処理側炉
口蓋３９が前記前処理側炉口３５と同心に設けられてい
る。前記回転装置３８の回転軸（図示せず）は前記前処
理側炉口蓋３９を気密に貫通しており、前記回転軸に図
示しない回転テーブルが固定され、該回転テーブルに第
２ボートキャップ４１を介して第２ボート４３が設置さ
れ、該第２ボート４３は前記回転装置３８により垂直軸
心の周りを回転可能となっている。前記第２ボートキャ
ップ４１の下端部外周に第２環状溝４２が凹設されてい
る。前記第２炉口キャップ４１に第２ボート４３が同心
に載置されている。

【００３６】前記前処理側ボートエレベータ３６と前記
プロセス側ボートエレベータ２３との間にボートチェン
ジャ４４が設置されている。該ボートチェンジャ４４は
回転機構４５を有し、且つ２つのボート支持アーム４
６，４７が水平に設けられ、一方の前記ボート支持アー
ム４６は水平方向に進退可能であり、該ボート支持アー
ム４６の先端部は半円弧状のボート受座４８を有し、該
ボート受座４８は前記第１環状溝２７又は前記第２環状
溝４２と嵌合可能になっている。他方の前記ボート支持
アーム４７も前記ボート支持アーム４６と同様に水平方
向に進退可能であり、該ボート支持アーム４７の先端部
は半円弧状のボート受座４９となっており、該ボート受
座４９も前記第２環状溝４２又は前記第１環状溝２７と
嵌合可能になっている。

【００３７】前記ボート支持アーム４６及び前記ボート
支持アーム４７が前記第１環状溝２７、第２環状溝４２
と嵌合した状態に於いて、前記回転機構４５により１８
０度回動され、該回動により前記前処理側炉口蓋３９と
前記プロセス側炉口蓋２５との間を回転移動し得る様に
なっている。

【００３８】前記ロードロックチャンバ１９の図中左側
壁上部にウェーハ搬送室５３が水平方向に気密に連設さ
れている。該ウェーハ搬送室５３の一方の出入口は前記
前処理側ボートエレベータ３６の上方近傍に開口し、他
方の出入口にはカセットチャンバ５４が気密に連設され
ている。

【００３９】前記ウェーハ搬送室５３の内部にウェーハ
移載機５５が設置されている。該ウェーハ移載機５５は
水平回転機構を有し、該水平回転機構に進退機構が取付
けられ、該進退機構に複数のツイーザ５６が設けられ、
該ツイーザ５６は複数のウェーハ１３を同時に把持可能
であり、前記ウェーハ移載機５５は複数の前記ウェーハ
１３を移載可能になっている。

【００４０】前記カセットチャンバ５４の底部を貫通し
カセット昇降装置５７が設けられ、前記カセットチャン
バ５４の一側面にカセット入出庫ゲート５８が気密に設
けられ、該カセット入出庫ゲート５８を通してカセット
５９が前記カセット昇降装置５７上に搬入出できる様に
なっている。前記カセット５９の内部にはウェーハ１３
が水平姿勢で多段に装填されている。

【００４１】以下、作用について説明する。

【００４２】前記カセット入出庫ゲート５８が開とな
り、図示しない外部搬送装置によりカセット５９が前記
カセットチャンバ５４内に搬送され、前記カセット５９
がカセット昇降装置５７に載置される。再度前記カセッ
ト入出庫ゲート５８は閉となり前記ロードロックチャン
バ１９の内部、前処理チャンバ２９の内部、前記ウェー
ハ搬送室５３の内部及び前記カセットチャンバ５４の内
部が真空排気後に高純度低水分窒素ガスに置換され、酸
素が除去され、水分もある程度除去される。

【００４３】前記カセット５９内部のウェーハ１３はウ
ェーハ移載機５５により第２ボート４３に移載される。
即ちツイーザ５６が回転されて前記カセット５９に対向
し、前記ツイーザ５６が水平方向に前進して前記カセッ
ト５９の内部に進入し、前記ツイーザ５６によりウェー
ハ１３を把持し、複数の該ウェーハ１３が払出される。
前記ツイーザ５６が１８０度回転され、該ツイーザ５６
が前記第２ボート４３方向に前進し、該第２ボート４３
の内部に前記ウェーハ１３が装填される。

【００４４】前記ツイーザ５６は後退し、１８０度回転
される。この間に前記カセット５９は前記カセット昇降
装置５７により前記ウェーハ１３の搬出枚数分の高さだ
け上昇される。又前記第２ボート４３は前処理側ボート
エレベータ３６により前記ウェーハ１３の搬入枚数分の
高さだけ上昇される。

【００４５】前記ツイーザ５６により前記と同様の操作
で複数のウェーハ１３が前記第２ボート４３に装填され
る。前記カセット入出庫ゲート５８が開となり前記カセ
ット５９が交換され、再び上記と同様の操作で前記第２
ボート４３の内部にウェーハ１３が装填される。

【００４６】該ウェーハ１３の装填が終了した時点で、
前記第２ボート４３の上部は前記前処理チャンバ２９の
内部に装入された状態にあり、前記第２ボート４３は前
記前処理側ボートエレベータ３６により更に上昇され、
前記第２ボート４３は前記前処理チャンバ２９の内部に
完全に装入され、回転装置３８により前記第２ボートキ
ャップ４１と前記第２ボート４３とが一体に回転され
る。

【００４７】前処理側炉口蓋３９により前処理側炉口３
５が気密に閉塞され、真空ポンプ３３が作動し、バルブ
３２が開となると真空排気ライン３１により前記前処理
チャンバ２９の内部が高度に真空化（０．１Ｐａ〜１０
^-7Ｐａ）される。その後、加熱装置３４により前記前処
理チャンバ２９を介して、前記第２ボート４３内部のウ
ェーハ１３が１００℃以上に加熱される。前記第２ボー
ト４３は前記回転装置３８により回転されているので、
高真空下に前記ウェーハ１３は均一に加熱される。

【００４８】而して、該ウェーハ１３表面に吸着されて
いる水分は略完全に脱離され、該水分は前記真空排気ラ
イン３１により前記前処理チャンバ２９の外部に排出さ
れる。

【００４９】前記バルブ３２が閉となり前記真空ポンプ
３３が停止され、前記前処理チャンバ２９の内部に図示
しない不活性ガス供給ラインにより高純度低水分窒素ガ
スが供給され、前記前処理チャンバ２９の内部が前記高
純度低水分窒素ガスにより置換され、且つ常圧に戻る。

【００５０】前記前処理側昇降アーム３７が下降し、前
記第２ボート４３が高温状態（２００〜３００℃）のま
ま下降される。

【００５１】前記ボートチェンジャ４４の一方のボート
支持アーム４７が前記第２ボート４３側に前進し、ボー
ト受座４９が第２環状溝４２に嵌合された後、更に前記
前処理側ボートエレベータ３６により前処理側炉口蓋３
９が若干下降されると、前記第２ボートキャップ４１を
介して前記第２ボート４３が前記ボート受座４９に支持
される。

【００５２】第１ボート２８は降下位置で待機状態にあ
る。

【００５３】他方のボート支持アーム４６が前記第１ボ
ート２８側に前進し、ボート受座４８が第１環状溝２７
に嵌合された後、前記プロセス側ボートエレベータ２３
によりプロセス側炉口蓋２５が若干下降されると、第１
ボートキャップ２６を介して前記第１ボート２８が前記
ボート受座４８に支持される。

【００５４】前記ボート支持アーム４６及び前記ボート
支持アーム４７が回転機構４５により１８０度回動さ
れ、前記第１ボート２８が前記前処理側炉口蓋３９に回
転移動され、前記第２ボート４３が前記プロセス側炉口
蓋２５に回転移動される。而して、前記第１ボート２８
及び前記第２ボート４３はボートチェンジャ４４により
位置交換される。

【００５５】前記プロセス側ボートエレベータ２３によ
り前記プロセス側炉口蓋２５が上昇されると、該プロセ
ス側炉口蓋２５に前記第２ボートキャップ４１及び前記
第２ボート４３が受渡される。前記ボート支持アーム４
７は前記プロセス側炉口蓋２５と干渉しない位置迄後退
する。

【００５６】炉口ゲートバルブ８が開となり、前記プロ
セス側ボートエレベータ２３により前記第２ボート４３
が高温状態のまま前記プロセスチャンバ１内に装入さ
れ、該プロセスチャンバ１が前記プロセス側炉口蓋２５
により密閉された後、前記プロセスチャンバ１が真空条
件下に加熱される。

【００５７】前記第２ボート４３内の前記ウェーハ１３
は既に１００℃以上に加熱された状態にある為、前記プ
ロセスチャンバ１での加熱により容易に所定のプロセス
温度迄上昇し、加熱昇温時間が短縮される。

【００５８】前記第２ボート４３内部の前記ウェーハ１
３が所定のプロセス温度に昇温後、反応ガスが供給され
所定のプロセス処理がなされる。

【００５９】該プロセス処理の間、前記第１ボート２８
に対して前記前処理側ボートエレベータ３６により前記
前処理側炉口蓋３９が若干上昇されると、該前処理側炉
口蓋３９に前記第１ボート２８が受渡される。前記ボー
ト支持アーム４６は前記前処理側炉口蓋３９と干渉しな
い位置迄後退する。

【００６０】然る後、ウェーハ移載機５５により前述と
同様の作動で処理済ウェーハ１３が第１ボート２８から
カセット５９に移載され、その後未処理ウェーハが前記
ウェーハ移載機５５により前記カセット５９から前記第
１ボート２８へ移載され、該第１ボート２８が前記前処
理チャンバ２９に装入され、加熱処理により前記ウェー
ハ１３に吸着された水分が脱離される。

【００６１】以上の如く、２個のボートにより前記ウェ
ーハ１３の前処理とプロセス処理が並行して行われるの
で、効率的である。

【００６２】前記前処理チャンバ２９に於いて前記ウェ
ーハ１３が予め加熱されているので、前記プロセスチャ
ンバ１に於ける前記ウェーハ１３の加熱昇温時間が短縮
される為、スループットが向上し、生産性が高められ
る。

【００６３】又、前記ウェーハ１３の吸着水分は略完全
に脱離されているので、前記プロセス処理に於いて不要
な酸化膜が形成されることなく成膜され、高品質の半導
体素子が得られる。

【００６４】尚、本発明の半導体製造装置は、上述の実
施の形態に限定されるものではなく、ボートは１個以上
あればよいこと、前処理チャンバ２９に於ける加熱温度
は１００℃以上であればよいこと、前記前処理チャンバ
２９に円筒状ヒータが設けられれば前記ボートを回転し
なくてもよいことは勿論である。

【００６５】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、ウェー
ハがプロセス処理される前に前処理チャンバに於いて予
熱されるので、前記ウェーハに吸着されている水分が略
完全に脱離される為、プロセス処理時に酸化膜が形成さ
れることがなく、製品品質が向上する。

【００６６】前記ウェーハが予熱された状態で前記プロ
セスチャンバに装入されるので、所定のプロセス温度迄
短時間で昇温し、加熱時間が大幅に短縮され、スループ
ットが向上し、生産性が高められ、低コストになる等種
々の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略断面図である。

【図２】従来例の概略断面図である。

【符号の説明】

１ プロセスチャンバ １９ ロードロックチャンバ ２３ プロセス側ボートエレベータ ２４ プロセス側昇降アーム ２８ 第１ボート ２９ 前処理チャンバ ３１ 真空排気ライン ３４ 加熱装置 ３６ 前処理側ボートエレベータ ３７ 前処理側昇降アーム ３８ 回転装置 ４３ 第２ボート ４４ ボートチェンジャ ４５ 回転機構 ４６ ボート支持アーム ４７ ボート支持アーム ４８ ボート受座 ４９ ボート受座 ５３ ウェーハ搬送室 ５５ ウェーハ移載機 ５６ ツイーザ ５７ カセット昇降装置 ５９ カセット

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA24 BD01 FA04 FA09 KA01 5F004 AA14 BA01 BA19 BC05 BC06 CA02 CA04 CA09 EA28 EA34 5F045 AA03 AA20 AC15 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AD17 AD18 AE02 AE03 AE05 AE07 AE09 AE11 AE13 AF03 BB04 BB08 DP19 EB08 HA06 HA24

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスチャンバと前処理チャンバとが
   気密室を介して連結され、複数の被処理基板は前記前処
   理チャンバ内で所要状態に保持された後、前記気密室を
   経て前記プロセスチャンバに挿入される様構成されたこ
   とを特徴とする半導体製造装置。