JP2010106303A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクルの発生を抑制する。
【解決手段】本発明の半導体製造装置１は、半導体基板に成膜処理を行うものであって、半導体基板への成膜処理が行われる本体部２と、出し入れ口を介して本体部２に搬入され若しくは出し入れ口を１８介して本体部２から搬出される半導体基板が待機する待機エリアを有する基板ロード／アンロード部３と、出し入れ口１８を開閉する開閉機構１６と、本体部２の気圧を検出する第１センサ２６と、基板ロード／アンロード部３の気圧を検出する第２センサ２９と、第１センサ２６および第２センサ２９からの情報に基づいて、開閉機構１６を制御する制御部２４とを備えたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコンウエハ等の半導体基板に絶縁膜や導電膜等を成膜する半導体製造装置に関する。

化学気相成長（ＣＶＤ）法によりシリコンウエハ等の半導体基板上に絶縁膜や導電膜を形成する半導体製造装置として減圧化学気相成長（ＬＰ−ＣＶＤ）装置がある(例えば、特許文献１参照)。この装置には、半導体基板に対して成膜処理を行う処理室と、装置外部から搬入された半導体基板を処理室にロードし、また処理室からアンロードするための移載室とが設けられている。処理室には、種々のガスを供給するガス供給手段が接続されていると共に、処理室内を排気する排気手段が接続されている。

減圧化学気相成長装置においては、成膜処理に伴い処理室の内部及び排気ラインに膜が堆積し、この堆積膜の膜厚が厚くなるとダストの発生数量の増加、及びその発生頻度の増加が起こる。半導体基板を処理室にロード、または処理室からアンロードする際、処理室の内部及び排気ラインに堆積した膜がダストとして飛散すると、パーティクルとして半導体基板上に付着する恐れがある。特許文献１に記載された装置では、装置に装置の外部の気圧、即ち、大気圧を検出する大気圧検出装置と処理室内の気圧を検出する内部気圧検出装置とを設け、大気圧検出装置および内部気圧検出装置の検出結果に基づいて処理室内の圧力を大気圧に戻した後、半導体基板を移載室から処理室内へロードし、また、処理室内から移載室にアンロードすることでパーティクルの発生を抑制している。

さて、上記した特許文献１に記載された半導体装置では、半導体基板のロード及びアンロード時に移載室と処理室との間の圧力差が大きいと、パーティクルの発生が顕著となり、製品歩留まりの低下という問題点を起こした。また、この問題は処理室の内部及び排気ラインに堆積する膜の膜厚が厚くなるほど顕著であった。
特開２００８−７２０５４号公報

本発明は、パーティクルの発生を抑制できる半導体製造装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体製造装置は、半導体基板に成膜処理を行う半導体製造装置であって、前記半導体基板への成膜処理が行われる本体部と、前記出し入れ口を介して前記本体部に搬入され若しくは前記出し入れ口を介して前記本体部から搬出される前記半導体基板が待機する待機エリアを有する基板ロード／アンロード部と、前記出し入れ口を開閉する開閉機構と、前記本体部の気圧を検出する第１センサと、前記基板ロード／アンロード部の気圧を検出する第２センサと、前記第１センサおよび前記第２センサからの情報に基づいて、前記開閉機構を制御する制御部とを備えたところに特徴を有する。

本発明によれば、パーティクルの発生を抑制できる。

以下、本発明を減圧気相成長（以下、ＬＰ−ＣＶＤと称する）装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施形態のＬＰ−ＣＶＤ装置１の全体構成を概略的に示す縦断面図である。図１に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ装置１は、本体部２と、本体部２を載置し、密閉された基板ロード／アンロード部３で構成されている。本体部２には基板保持部であるボート１３後述する処理室１５が設けられている。また、基板ロード／アンロード部３には、ポッド載置部５、カセット昇降装置９、ウエハ移載機構１１、ボート待機部１４が設けられている。

ポッド４は、内部にウエハカセット６を収容する密閉式の基板収納容器であり、ウエハカセット６を載置する底板部４ａ上に蓋部４ｂが取り付けられており、底板部４ａが蓋部４ｂからが取り外し可能な構成となっている。ウエハカセット６内には、例えば２５枚のウエハ（半導体基板）が収容される。

ポッド載置部５は、基板ロード／アンロード部３の前側上面に設けられており、出し入れ口７ａが形成された載置台７と、出し入れ口７ａを開閉する開閉機構８とを備えている。

この構成の場合、蓋部４ｂが付いた状態のポッド４が図示しない搬送装置によりポッド載置部５に搬送され、ポッド載置部５上に載置された状態で、開閉機構８により出し入れ口７ａが開放される。続いて、図示しないロック解除手段によりポッド４の底板部４ａと蓋部４ｂと閉塞状態（ロック状態）が解除され、ウエハカセット６を載置する底板部４ａが昇降装置９上に載せられる。その後、昇降装置９が下降し、ウエハカセット６（および底板部４ａ）が基板ロード／アンロード部３内に収容される（図１に示す状態）。尚、ウエハカセット６を基板ロード／アンロード部３から搬出する場合は、図１に示す状態から昇降装置９を上昇させて、ウエハカセット６（および底板部４ａ）を蓋部４ｂ内に収容した後、図示しないロック手段によりポッド４の底板部４ａと蓋部４ｂとをロックし、ポッド４を閉塞状態とする。その後、開閉機構８により出し入れ口７ａが閉じられ、ポッド４が図示しない搬送装置によりポッド載置部５から搬送される。

ウエハ移載機構１１は、ウエハを載置する所要枚数（図１中においては例えば５枚）のウエハ載置プレート１２を備えている。ウエハ移載機構１１は、基板ロード／アンロード部３に収納されたウエハカセット６からウエハを取り出してウエハ載置プレート１２に載せ、ウエハ載置プレート１２を介して基板保持部であるボート１３にウエハを移載する（またはボート１３からウエハカセット６へ移載する）
ボート１３は例えば１００枚のウエハを保持可能である。処理室１５下方の基板ロード／アンロード部３には、処理室１５からアンロードされたボート１３が待機するボート待機部１４が設けられている。処理室１５の下端部には、出し入れ口部１８が設けられており、この出し入れ口部１８はシャッタ（開閉機構）１６により開閉されるように構成されている。

また、ボート待機部１４において、ボート１３の下部に設けられたシールキャップ１７は、ボート１３と共にボートエレベータ（図示しない）によりボート待機部１４と処理室１５との間で昇降されるように構成されている。この場合、シャッタ１６により処理室１５の出し入れ口部１８を開放した状態で、ボートエレベータによりシールキャップ１７およびボート１３を上昇させると、ボート１３が処理室１５内に収容されると共に、シールキャップ１７により処理室１５の出し入れ口部１８が気密に閉塞される構成となっている（図２参照）。

尚、基板ロード／アンロード部３内には、クリーンユニット（図示しない）が配設されており、このクリーンユニットは、基板ロード／アンロード部３外のエアーを清浄化し、清浄化したクリーンエアを基板ロード／アンロード部３内に供給する。上記クリーンユニットから供給されたクリーンエアは、基板ロード／アンロード部３内を流通した後、図示しない排気ダクトを通って排気されるか、若しくは、クリーンユニットの吸込み側に戻される（循環される）ように構成されている。そして、基板ロード／アンロード部３の内部は、正圧となるように構成されている。

次に、ウエハ（半導体基板）を処理する処理室１５について、図２を参照して説明する。図２に示すように、処理室１５は、気密なチャンバであるアウタチューブ３１と、上端が開放されたインナチューブ１９と、筒状のヒータ２０等から構成されている。アウタチューブ３１の内部にインナチューブ１９が同心状に配設されている。インナチューブ１９の内部に反応室が形成され、アウタチューブ３１とインナチューブ１９との間に下端が閉塞された円筒空間２１が形成されている。アウタチューブ３１の周囲にヒータ２０が同心状に配設されている。

上記構成の場合、インナチューブ１９の下端部２２の底面に上述した出し入れ口部１８が設けられている。シャッター１６によりこの出し入れ口部１８を開放した状態で、ボート待機部１４に位置したシールキャップ１７およびボート１３をボートエレベータにより上昇させると、ボート１３が処理室１５のインナチューブ１９内に収容されると共に、シールキャップ１７によりインナチューブ１９の出し入れ口部１８が気密に閉塞される構成となっている。

インナチューブ１９の下端部２２の側面には、開閉弁および流量制御器（図示せず）を有するガス供給系２３が接続されており、このガス供給系２３は処理ガス源（ 図示せず）または窒素ガス等の不活性ガスの供給源（図示せず）に接続されている。開閉弁および流量制御器が制御装置（制御手段）２４により制御されることにより、所要流量の処理ガスまたは不活性ガスがインナチューブ１９内に導入されるように構成されている。

また、インナチューブ１９の下端部２２の側面には、排気管２５が円筒空間２１に連通するように接続されており、この排気管２５には第１気圧センサ（第１センサ）２６、排気開閉弁２７および排気ポンプ２８が設けられている。排気管２５は、排気ガス処理装置（ 図示せず） に接続されている。この第１気圧センサはインナチューブ１９内の気圧と等価である排気管２５内の気圧を検出する。第１気圧センサ２６によって検出されたインナチューブ１９内の気圧は、第１検出信号として制御装置２４に送出される。排気開閉弁２７および排気ポンプ２８は、制御装置２４により制御される。また、制御装置２４はシャッタ１６を制御する。

上記構成の場合、制御装置２４は、第１気圧センサ２６からの第１検出信号（インナチューブ１９内の気圧を示す）に基づいて、ガス供給系２３の開閉弁および流量制御器を制御する（即ち、処理ガス（または不活性ガス）のインナチューブ１９内への導入量を制御する）と共に、排気開閉弁２７および排気ポンプ２８を制御する（即ち、排気ガスの流量を制御する）。この制御により、インナチューブ１９内の気圧を所望の気圧に保持制御することが可能な構成となっている。この場合、ガス供給系２３、制御装置２４、第１気圧センサ２６、排気開閉弁２７および排気ポンプ２８等から気圧設定装置が構成されている。

また、基板ロード／アンロード部３には、第２気圧センサ（第２センサ）２９が配設されている。なお、基板ロード／アンロード部３は気密化されているため、第２気圧センサ２９は基板ロード／アンロード部３のいずれの箇所においても構わないが、ボート待機部１４内に若しくはボート待機部１４に隣接して設けられることが望ましい。この第２気圧センサ２９は基板ロード／アンロード部３内の気圧を検出する。第２気圧センサ２９によって検出された基板ロード／アンロード部３内の気圧は、第２検出信号として制御装置２４に送出される。制御装置２４は、第２気圧センサ２９によって検出された第２検出信号と、第１気圧センサ２６によって検出された第１検出信号とに基づいて、基板ロード／アンロード部３内の気圧とインナチューブ１９内の気圧とがほぼ一致したとき（即ち、気圧差がほぼ０のとき）に、インナチューブ１９下端の出し入れ口部１８を開放してボート１３を出し入れするように制御信号を出力する。この制御信号にしたがい、シャッター１６が出し入れ口部１８を開放し、ボートエレベータによりボート１３インナチューブ１９に搬入され、またインナチューブ１９から搬出される。

このような構成の本実施形態によれば、第２気圧センサ２９によって基板ロード／アンロード部３内の気圧を検出し、第１気圧センサ２６によってインナチューブ１９内の気圧を検出し、基板ロード／アンロード部３内の気圧とインナチューブ１９内の気圧とがほぼ一致したとき（即ち、気圧差がほぼ０のとき）に、インナチューブ１９下端の出し入れ口部１８を開放してボート１３を出し入れするように構成したので、インナチューブ１９内に付着したダストが出し入れ口部１８を開放した際の気圧差によって飛散することを抑制でき、粒径０．２０μｍ未満（特に０．１５μｍ以上）のパーティクル発生を抑制することができ、ウエハ製造の歩留まりの低下を防止することができる。

ここで、図３に、処理室の内部及び排気ラインに堆積したシリコン窒化膜の累積膜厚が６μｍの場合における、インナチューブ１９内の気圧（Ａ）を基準にして、基板ロード／アンロード部３内の気圧（Ｂ）を変化させ、差圧（Ａ−Ｂ）を−３００〜３００Ｐａとしたときに、ウエハに付着した０．１５μｍ以上のパーティクルの個数を測定した結果を示す。この図３から、上記気圧差を、±５０Ｐａ以内に設定すれば、０．１５μｍ以上のパーティクルの発生を抑制できることがわかる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

上記実施形態においては、複数枚のウエハを１度に処理するバッチ式のＬＰ−ＣＶＤ装置１に適用したが、これに代えて、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式のＬＰ−ＣＶＤ装置に適用しても良い。

本発明の一実施形態を示すＬＰ−ＣＶＤ装置の概略縦断側面図 処理部の概略縦断側面図および制御系の機能ブロック図 パーティクルの測定結果を示す図

符号の説明

図面中、１はＬＰ−ＣＶＤ装置、２は本体部、３は基板ロード／アンロード部、４はポッド、８は開閉機構、１１はウエハ移載機構、１３はボート、１４はボート待機部、１５は処理室、１６はシャッタ、１８は出し入れ口部、１９はインナチューブ、２３はガス供給系、２４は制御装置（制御部）、２５は排気管、２６は第１気圧センサ（第１センサ）、２７は排気開閉弁、２８は排気ポンプ、２９は第２気圧センサ（第２センサ）である。

Claims (5)

1. 半導体基板に成膜処理を行う半導体製造装置であって、
   前記半導体基板への成膜処理が行われる本体部と、
   前記出し入れ口を介して前記本体部に搬入され若しくは前記出し入れ口を介して前記本体部から搬出される前記半導体基板が待機する待機エリアを有する基板ロード／アンロード部と、
   前記出し入れ口を開閉する開閉機構と、
   前記本体部の気圧を検出する第１センサと、
   前記基板ロード／アンロード部の気圧を検出する第２センサと、
   前記第１センサおよび前記第２センサからの情報に基づいて、前記開閉機構を制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記制御部は、前記基板ロード／アンロード部の気圧と前記本体部の気圧との差が５０Ｐａ以下のときに、前記開閉機構を介して前記出し入れ口を開放することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
3. 化学気相成長法によりボートに保持された半導体基板上に成膜処理を行う半導体製造装置であって、
   アウタチューブおよびインナチューブを有し、前記インナチューブ内に前記ボートが置かれた状態で成膜処理が行われる本体部と、
   出し入れ口を介して前記インナチューブ内に搬入され若しくは前記インナチューブから搬出されるボートが待機する待機エリアを有する基板ロード／アンロード部と、
   前記出し入れ口を開閉する開閉機構と、
   前記インナチューブ内の気圧を検出する第１センサと、
   前記基板ロード／アンロード部内の気圧を検出する第２センサと
   を具備し、前記第１センサおよび第２センサからの情報に基づき、前記インナチューブ内の気圧と前記基板ロード／アンロード部内の気圧差が所定値以下のときに、前記開閉機構を介して前記出し入れ口を解放し、前記ボートを前記インナチューブから前記待機エリアに搬出することを特徴とする半導体製造装置。
4. 前記インナチューブには成膜処理に用いられたガスを排気する排気管が接続されており、前記第１センサは前記排気管内に設けられていることを特徴とする請求項３記載の半導体製造装置。
5. 前記第２センサは前記待機エリアに設けられていることを特徴とする請求項１または３記載の半導体製造装置。

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