JP2004349518A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードロック室内の水分を充分に除去し、基板の処理品質の向上を図る。
【解決手段】反応炉２と、該反応炉に連設されたロードロック室１と、該ロードロック室の内壁面を加熱する加熱手段２４と、前記ロードロック室内に連通し、該ロードロック室内の気体を吸引送出して循環し、前記ロードロック室内の水蒸気を除去する水分除去装置２３とを具備する。
【選択図】 図１

Description

【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基板から、ＩＣ等の半導体デバイス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】
図２、図３により例えば縦型反応炉を有する従来の半導体製造装置について説明する。
【０００３】
ロードロック室（予備室）１の上部に、炉口部を介して気密な反応炉２が連設され、前記ロードロック室１側方に気密な移載室３が連設されている。前記ロードロック室１と前記反応炉２は、前記炉口部を開閉する炉口シャッタ４を介して連通され、前記ロードロック室１と前記移載室３は、ゲートバルブ５を介して連通されている。尚、前記移載室３にはカセット授受装置（図示せず）が連設され、該カセット授受装置（図示せず）にはカセット（図示せず）が外部搬送装置（図示せず）等によって搬送される。
【０００４】
前記反応炉２は内部に反応管６を有し、該反応管６は有天筒状であり、該反応管６の外側に該反応管６と同心の有天筒状の均熱管７が設けられ、該均熱管７の外側には該均熱管７と同心の有天筒状のヒータユニット（図示せず）が前記均熱管７を囲繞する様に設けられている。前記反応管６の内部には気密な反応室８が形成されている。
【０００５】
前記反応管６の外壁面に沿って該反応管６の天井面に到る第１ガス導入管９が設けられ、該第１ガス導入管９は処理ガス源（図示せず）と接続されている。前記反応管６の天井面に前記第１ガス導入管９と連通する所要数のガス分散孔１１が穿設され、処理ガスは前記ガス分散孔１１を通過することで分散される様になっている。前記反応管６の下部に第１排気管１２が連通され、該第１排気管１２は排気装置（図示せず）に接続されている。
【０００６】
前記ロードロック室１にはガスパージ管（図示せず）と排気管（図示せず）が連通され、前記ガスパージ管（図示せず）はパージガス源（図示せず）に接続され、前記排気管（図示せず）は排気装置（図示せず）に接続されている。前記ロードロック室１内には後述する基板保持器具１３（以下ボート１３）の炉入出手段であるボートエレベータ１４が設けられている。該ボートエレベータ１４は垂直ガイド１５を有し、該垂直ガイド１５には昇降可能に昇降部材１６が設けられ、該昇降部材１６の上部にボート載置台１７が設けられている。前記ボートエレベータ１４によって前記昇降部材１６が昇降され、前記ボート１３が前記反応室８へ入炉、出炉される。前記ボート載置台１７は前記反応室８を気密に閉塞する炉口蓋も兼ねている。
【０００７】
前記炉口シャッタ４を介し、前記ロードロック室１と前記反応管６とが気密に連通しており、前記炉口シャッタ４は前記炉口部を閉塞することで前記反応管６を気密に閉塞可能である。前記ボート１３が前記反応室８に入炉されると、前記炉口シャッタ４は水平方向に移動し、前記炉口部が開放され、前記炉口シャッタ４と前記ボート載置台１７とは干渉しない様になっている。
【０００８】
前記ロードロック室１と前記移載室３との間には前記ロードロック室１と前記移載室３とが連通するウェーハ授受用窓１８が設けられ、該ウェーハ授受用窓１８は前記ゲートバルブ５によって気密に閉塞可能である。
【０００９】
前記移載室３にはウェーハ移載機１９が設けられ、該ウェーハ移載機１９は基板支持プレート２１を所要枚数（図示では５枚）有している。前記ウェーハ移載機１９は進退（水平方向）、回転、昇降可能に前記基板支持プレート２１を支持し、該基板支持プレート２１は進退（水平方向）、回転、昇降の協働により基板（図示せず）を後述するカセット（図示せず）から降下状態の前記ボート１３に対して移載する。
【００１０】
以下、上記した半導体製造装置の基板処理について説明する。
【００１１】
前記炉口シャッタ４と前記ゲートバルブ５が閉塞され、ガスパージ源（図示せず）から導入される窒素ガス等の不活性ガスにより前記ロードロック室１内部がガスパージされ、該ロードロック室１内部が大気と同圧化された後、前記ゲートバルブ５が開かれる。
【００１２】
カセット授受ステージ（図示せず）には未処理の前記基板（図示せず）が収納された前記カセット（図示せず）が搬送されてあり、大気圧中で前記ウェーハ移載機１９により、前記カセット（図示せず）から前記ボート１３に前記基板（図示せず）が移載される。
【００１３】
前記ボート１３に前記基板（図示せず）が所定数装填された後、前記ゲートバルブ５が閉じられ、前記ロードロック室１が閉塞される。
【００１４】
前記ロードロック室１内部は前記排気管（図示せず）を介して真空引きされた後、前記ガスパージ管（図示せず）を介して、不活性ガス、例えば窒素ガス等が前記ロードロック室１内部にガスパージされ、該ロードロック室１内部が前記反応室８と同圧化された後、前記炉口シャッタ４が開かれ、前記ボード１３が前記ボートエレベータ１４により、前記反応室８に装入される。
【００１５】
前記ボート載置台１７により前記反応室８が気密に閉塞され、該反応室８が前記ヒータユニット（図示せず）により加熱されると共に、前記第１ガス導入管９により前記反応室８に前記処理ガスが導入され、前記反応室８が基板処理圧迄減圧されると共に、前記第１排気管１２により前記反応室８の反応後のガスが排気され、所要の減圧状態を維持されることで薄膜の生成等所要の基板処理がなされる。
【００１６】
処理が完了すると前記ボート１３が前記ボートエレベータ１４により降下され、前記反応室８から前記基板（図示せず）が前記ボートエレベータ１４により前記ロードロック室１へ払出される。該ロードロック室１に払出された前記基板（図示せず）は前記ウェーハ移載機１９により前記カセット（図示せず）に移載される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記半導体製造装置に於いて、基板を前記ボート１３に移載、或は前記ボート１３から払出する際、前記ゲートバルブ５が開かれるが、該ゲートバルブ５が開かれると前記ロードロック室１内部は大気に曝され、該ロードロック室１内部に大量の空気が侵入する。
【００１８】
空気には水蒸気が含まれており、前記ロードロック室１内部で滴化した水蒸気は、該ロードロック室１の壁面にも水滴２２として付着する。
【００１９】
又、前記ロードロック室１の内部で滴化した前記水滴２２は前記基板（図示せず）にも付着する可能性があり、前記反応室８で前記基板（図示せず）を処理すると該基板（図示せず）は水分中の酸素と結合し、前記基板（図示せず）表面に不要な自然酸化膜が生成されるという問題があった。
【００２０】
前記自然酸化膜の生成を抑制する為、前記排気管（図示せず）を介して前記ロードロック室１内部を真空引きした後、前記ガスパージ管（図示せず）を介して前記窒素ガス等の不活性ガスを前記ロードロック室１内部にガスパージしていたが、該ロードロック室１内部の水分が壁面に吸着しているので完全に水分を除去することはできず、残留する水分が前記基板（図示せず）の処理品質に悪影響を及ぼしていた。
【００２１】
本発明は斯かる実情に鑑み、ロードロック室内部の水分を充分に除去し、基板の処理品質の向上を図るものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応炉と、該反応炉に連設されたロードロック室と、該ロードロック室の内壁面を加熱する加熱手段と、前記ロードロック室内に連通し、該ロードロック室内の気体を吸引送出して循環し、前記ロードロック室内の水蒸気を除去する水分除去装置とを具備する半導体製造装置に係るものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
尚、図１中、図２中と図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明の詳細を省略する。
【００２５】
ロードロック室（予備室）１の上部に炉口部を介して、気密な反応炉２が連設され、前記ロードロック室１の側方に気密な移載室３が連設されている。前記ロードロック室１と前記反応炉２は、前記炉口部を開閉する炉口シャッタ４を介して連通され、前記ロードロック室１と前記移載室３は、ゲートバルブ５を介して連通されている。前記ロードロック室１に水分除去装置２３が連通されている。前記移載室３にはカセット授受装置（図示せず）が連設され、該カセット授受装置（図示せず）にはカセット（図示せず）が外部搬送装置（図示せず）等によって搬送される。
【００２６】
前記ロードロック室１の壁面には加熱手段２４が設けられている。例えば該加熱手段２４は電熱線等の抵抗発熱体を巻く等したものである。尚、前記加熱手段２４は前記ロードロック室１の壁面が加熱できればよいので、前記加熱手段２４は外部から前記ロードロック室１の壁面を加熱する様にしてもよい。
【００２７】
以下、前記水分除去装置２３について説明する。
【００２８】
前記ロードロック室１の上部と下部に流路２５が連通され、該流路２５の上流端（吸気口）に上流端気密弁２６が設けられ、前記流路２５の下流端（排気口）に下流端気密弁２７が設けられている。前記上流端気密弁２６の近傍に気流発生装置２８（以下ブロワ２８）が設けられ、該ブロワ２８の下流側に水分除去器２９（以下水分トラップ２９）が設けられている。尚、図示していないが前記排気口には前記ロードロック室１内を排気する排気装置が接続されている。
【００２９】
該水分トラップ２９は冷却器（図示せず）と気水分離器（図示せず）を備えており、前記冷却器は前記水分トラップ２９を通過する気体を水蒸気の液化温度迄冷却し、前記気水分離器は滴化した水滴２２を分離する。前記冷却器は水、液化窒素、液化ヘリウム等を冷媒とした液冷式、或は空冷式であってもよい。
【００３０】
前記水分トラップ２９の下部にドレン管３１が連通し、該ドレン管３１にストップ弁３２が設けられ、該ストップ弁３２を開放することで溜まった水を排出できる様になっている。
【００３１】
前記ロードロック室１の外部に制御装置３３が設けられる。前記ゲートバルブ５と前記上流端気密弁２６と前記下流端気密弁２７に、ゲートバルブセンサ（図示せず）、上流端気密弁センサ（図示せず）、下流端気密弁センサ（図示せず）が各々設けられ、前記各センサ（図示せず）は前記ゲートバルブ５、上流端気密弁２６、下流端気密弁２７の開閉を検知し、前記各センサ（図示せず）は前記制御装置３３にそれぞれ開閉信号を送信する様になっている。
【００３２】
前記ロードロック室１の内部には水分濃度検知器（図示せず）が設けられ、水分濃度を水分濃度信号として前記制御装置３３に送信する様になっている。該制御装置３３は送信された水分濃度信号で設定値以下であるかどうかを判別し、水分濃度が設定値以下であった場合は前記ブロワ２８を停止させると共に、前記上流端気密弁２６と前記下流端気密弁２７を閉塞する様になっている。
【００３３】
以下、上記した半導体製造装置の作用について説明する。
【００３４】
尚、基板処理については前述した従来例と同様なので説明の詳細を省略する。
【００３５】
炉口シャッタ４とゲートバルブ５と前記上流端気密弁２６と前記下流端気密弁２７により前記ロードロック室１が閉塞され、前記ロードロック室１内部が大気と同圧化された後、前記ゲートバルブ５が開口される。
【００３６】
カセット授受ステージ（図示せず）には未処理の前記基板（図示せず）が収納された前記カセット（図示せず）が搬送されてあり、大気圧中でウェーハ移載機１９により、前記カセット（図示せず）からボート１３に前記基板（図示せず）が移載される。
【００３７】
前記ボート１３に前記基板（図示せず）が所定数装填された後、前記ゲートバルブ５が閉じられ、前記ロードロック室１内部が閉塞される。
【００３８】
前記ゲートバルブ５が閉じられると、前記ゲートバルブセンサからのゲートバルブ開閉信号が前記制御装置３３に入力される。前記制御装置３３は前記加熱手段２４を駆動する。該加熱手段２４は前記ロードロック室１の内壁面を、好ましくは水の気化温度以上に加熱する。気化温度迄加熱することで特に自然酸化膜の原因となり除去が難しく前記ロードロック室１の内壁面に吸着した前記水滴２２が気化する。従って前記加熱手段２４により、前記水滴２２は壁面内から大気中へ蒸発する。
【００３９】
次に、該制御装置３３は前記上流端気密弁２６と下流端気密弁２７を開き、前記ブロワ２８を駆動する。前記ブロワ２８が作動すると、前記ロードロック室１内部の気体は前記流路２５の上流端（吸気口）から吸引され、前記水分トラップ２９を介して、気体は前記流路２５の下流端から前記ロードロック室１内部に送出され、気体は前記流路２５を循環する様になっており、循環の過程で前記水分トラップ２９を気体が通過する。
【００４０】
該水分トラップ２９を通過する気体はロードロック室１内の内壁面に付着した水滴２２が加熱され気化したもの（水蒸気）を含む。前記冷却器により、この気体中の水蒸気は液化温度迄冷却され、前記気体中の水蒸気が滴下する。前記気水分離器は滴化した水を分離する。
【００４１】
該水滴２２は前記水分トラップ２９の下部に溜まる。水分が除去された気体は再び前記ロードロック室１内部に送出される。
【００４２】
前記水分除去装置２３により前記ロードロック室１内部の気体が循環され、前記ロードロック室１内部の気体中の水蒸気が除去され、前記水分濃度検知器（図示せず）により検知された水分濃度が設定値以下となった場合に、前記水分濃度検知器が送信した水分濃度信号に基づき、前記制御装置３３が前記ブロア２８を停止させると共に前記上流端気密弁２６と前記下流端気密弁２７とを閉鎖させ、前記上流端気密弁２６と下流端気密弁２７により前記ロードロック室１が気密に閉塞される。尚、前記加熱手段２４は、水分濃度が設定値以下となった後であれば、いつでも停止して構わない。
【００４３】
前記ドレン管３１の前記ストップ弁３２を開くことで、分離した前記水滴２２が前記水分トラップ２９外に除去される。
【００４４】
このように本発明では、前記ロードロック室１の内壁面に付着した前記水滴２２を前記加熱手段２４により加熱し気化させ水蒸気に相変化させる。又、この水蒸気を含む気体を前記水分除去装置２３により、滴化（液化）させることで、前記ロードロック室１内の水分除去を行うことに特徴がある。
【００４５】
尚、前記水濃度検知器（図示せず）を省略し、例えば、充分に水蒸気が除去される時間を実験的、或は経験的に求めておき、前記水分除去装置２３の作動時間をあらかじめタイマ等で設定し、前記タイマ等により前記水分除去装置２３が所要時間駆動されると該水分除去装置２３を停止する様にしてもよい。
【００４６】
前記ロードロック室１内部が前記排気管（図示せず）を介して真空引きされた後、前記ガスパージ管（図示せず）を介して前記窒素ガス等の不活性ガスが前記ロードロック室１内部にガスパージされる。
【００４７】
前記窒素ガス等の不活性ガスにより前記ロードロック室１内部がガスパージされ、前記ロードロック室１内部が反応室８と同圧化された後、前記炉口シャッタ４が開かれ、ボートエレベータ１４により前記ボード１３が前記反応室８に入炉される。
【００４８】
上記の様に、半導体製造工程に水分除去工程を加えることで、自然酸化膜の原因である水分が充分に低減され、基板処理時に生成されていた自然酸化膜が低減され、処理品質を向上させると共に歩留りの向上が図ることができる。
【００４９】
（付記）
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。
【００５０】
（付記１）基板を基板保持器具に支持した状態で処理する処理室と、該処理室に入れる前記基板を待機させる予備室と、該予備室内を加熱する手段と、前記予備室内の排気を行なう排気口と、前記予備室内の吸気を行なう吸気口と、前記排気口と前記吸気口を結ぶ流路と、該流路に設けられ、前記排気口から前記吸気口への気流を作る気流発生装置と、前記流路に設けられ、水分を除去する水分除去装置とを有する半導体製造装置。
【００５１】
（付記２）基板を基板保持器具に支持した状態で処理する処理室と、該処理室に入れる前記基板を待機させる予備室と、該予備室内の排気を行なう排気口と、前記予備室内の吸気を行なう吸気口と、前記排気口と前記吸気口を結ぶ流路と、該流路に設けられ、前記排気口から前記吸気口への気流を作る気流発生装置と、前記流路に設けられ、水分を除去する水分除去装置とを有する半導体製造装置に於いて、前記予備室は減圧可能であることを特徴とする半導体製造装置。
【００５２】
（付記３）基板を基板保持器具に支持した状態で処理する処理室と、該処理室に入れる前記基板を待機させる予備室と、該予備室内の排気を行なう排気口と、前記予備室内の吸気を行なう吸気口と、前記排気口と前記吸気口を結ぶ流路と、該流路に設けられ、前記排気口から前記吸気口への気流を作る気流発生装置と、前記流路に設けられ、水分を除去する水分除去装置とを有する半導体製造装置に於いて、前記処理室と前記予備室は連設されていることを特徴とする半導体製造装置。
【００５３】
（付記４）予備室に収容された基板保持器具に基板を移載する工程と、前記移載工程後に、前記予備室の気体中の水分を除去する水分除去装置を介して気体を循環させる工程と、前記循環工程後に基板保持器具を処理室に装入する工程と、該処理室内で前記基板を処理する工程とを有する半導体デバイスの製造方法。
【００５４】
（付記５）予備室に収容された基板保持器具に基板を移載する工程と、前記移載工程後に、前記予備室の気体中の水分を除去する水分除去装置を介して気体を循環させる工程と、前記循環工程後に基板保持器具を処理室に装入する工程と、該処理室内で前記基板を処理する工程とを有する半導体デバイスの製造方法に於いて、少なくとも前記循環工程は前記予備室内を加熱しながら行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【００５５】
（付記６）予備室に収容された基板保持器具に基板を移載する工程と、前記移載工程後に、前記予備室の気体中の水分を除去する水分除去装置を介して気体を循環させる工程と、前記循環工程後に基板保持器具を処理室に装入する工程と、該処理室内で前記基板を処理する工程とを有する半導体デバイスの製造方法に於いて、前記循環工程後、装入前に前記予備室内の真空引きを行なう工程を有する半導体デバイスの製造方法。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、反応炉と、該反応炉に連設されたロードロック室と、該ロードロック室の内壁面を加熱する加熱手段と、前記ロードロック室内に連通し、該ロードロック室内の気体を吸引送出して循環し、前記ロードロック室内の水蒸気を除去する水分除去装置とを具備するので、水蒸気に含まれる酸素により基板が酸化してできる自然酸化膜の生成は抑制され、半導体基板の品質の向上が図れるという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図である。
【図２】従来例を示す概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【符号の説明】
１ ロードロック室
２ 反応炉
３ 移載室
４ 炉口シャッタ
５ ゲートバルブ
６ 反応管
８ 反応室
１３ ボート
１４ ボートエレベータ
１７ ボート載置台
１９ ウェーハ移載機
２３ 水分除去装置
２４ 加熱手段
２５ 流路
２６ 上流端気密弁
２７ 下流端気密弁
２８ ブロワ
２９ 水分トラップ
３１ ドレン管
３２ ストップ弁
３３ 制御装置

Claims (1)

1. 反応炉と、該反応炉に連設されたロードロック室と、該ロードロック室の内壁面を加熱する加熱手段と、前記ロードロック室内に連通し、該ロードロック室内の気体を吸引送出して循環し、前記ロードロック室内の水蒸気を除去する水分除去装置とを具備することを特徴とする半導体製造装置。

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