JP2010283178A

JP2010283178A - 半導体製造装置及び半導体製造方法

Info

Publication number: JP2010283178A
Application number: JP2009135683A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ueno; 正昭上野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】処理済みウエハを効率よく冷却し、高スループット化と省スペース化の相反する条件の両立を実現できる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。
【解決手段】複数の基板を処理する処理室と、前記複数の基板を前記処理室へ搬入し、前記複数の基板を保持する基板保持具と、を有し、前記基板保持具は、処理後の複数の基板と、前記処理後の複数の基板の間に処理前の複数の基板とが載置される保持部を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体デバイス等の基板を処理するための半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。

この種の半導体製造装置として、基板（ウエハ）を多段に保持する基板保持具（ボート）を有し、この基板保持具に移載室にて多数の基板を移載し、この多数の基板を保持した状態で処理炉内の処理室にて基板を処理するものは公知である。

処理炉にて処理した直後のボートに移載されているウエハは、高温であるため、移載室にて冷却期間を設け、自然に又は冷却ガスを噴射して冷却を行う。
例えば、図６に示すように１ボート、１反応炉で構成される装置の場合には移載室１２４にてウエハ２００の冷却が終わり、処理済ウエハ２００をボート２１７から全て回収した後でなければ次の処理ウエハ２００を移載できず、次の動作が開始されない。すなわち、処理済ウエハを処理室２１０から移載室１２４に移動させた後、ウエハを冷却するのに相当な時間を要してしまうという問題があった。

この問題に対応する装置として、例えば図７に示すような２ボート、１反応炉で構成される装置が挙げられる。この装置の移載室１２４にはボート待機位置が（ａ）のウエハ移載位置、（ｂ）の処理室待機位置、（ｃ）の一次待機位置と３箇所設けられている。この装置では、１ボート目に（ａ）のウエハ移載位置にて未処理ウエハ２００を移載して（ｂ）の処理室待機位置に移動させた後、処理室２１０に移動させ処理を開始する。そして、１ボート目が処理室２１０にて処理を行っている間に、（ｃ）の一次待機位置にある２ボート目を（ａ）のウエハ移載位置に移動させて、次の処理ウエハ２００を移載する。そして、１ボート目の処理が終わると１ボート目を処理室２１０から（ｂ）の処理室待機位置に移動させ、更に（ｃ）の一次待機位置に移動させる。１ボート目に移載されているウエハ２００は高温であるため、（ｃ）の一次待機位置にて冷却期間を設け、自然又は冷却ガスを噴射して冷却を行う。２ボート目のウエハ２００は、１ボート目が（ｃ）の一次待機位置にてウエハの冷却を行っている間に、（ａ）のウエハ移載位置から（ｂ）の処理室待機位置に移動させた後、２ボート目を処理室２１０に移動させ、熱処理等を施す。（ｃ）の一次待機位置にて、１ボート目のウエハ冷却が終わると（ａ）のウエハ移載位置に移動して処理済ウエハ２００を回収する。

また、特許文献１は、処理室に対しボートが待機する待機室に隣接したウエハ移載室を設け、ウエハ移載室にはストッカ３３Ａ、３３Ｂが設置され、ストッカ３３Ａには処理済みのウエハが装填され、ストッカ３３Ｂには処理前のウエハが装填され、ストッカ３３Ａと３３Ｂ間には遮蔽板が設置されている構成を開示する。

特開２００６−１３４９０１号公報

しかしながら、これらの装置では、ウエハの冷却期間を待つことなく、次のボートが処理できるが、ウエハ待機位置を３箇所設ける必要があり、また、３箇所の位置にボートを移動させる機構が必要となり、コストアップとなってしまう。また、ウエハ冷却では、処理済ウエハの熱エネルギーを無駄に捨てることになるため、経済的ではない。

本発明の目的は、処理済みウエハを効率よく冷却し、高スループット化と省スペース化の相反する条件の両立を実現できる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、複数の基板を処理する処理室と、前記複数の基板を前記処理室へ搬入し、前記複数の基板を保持する基板保持具と、を有し、前記基板保持具は、処理後の複数の基板と、前記処理後の複数の基板の間に処理前の複数の基板とが載置される保持部を有する半導体製造装置にある。

本発明の第２の特徴とするところは、複数の基板を処理する処理室と、複数の基板を保持する基板保持具と、を有し、前記基板保持具に保持された複数の基板を前記処理室内に搬入する工程と、前記処理室内に搬入された複数の基板を熱処理する工程と、前記熱処理された複数の基板を前記処理室から搬出する工程と、前記熱処理された複数の基板の間に熱処理前の複数の基板を前記基板保持具に載置する工程と、を有する半導体製造方法にある。

本発明によれば、処理済みウエハを効率よく冷却し、高スループット化と省スペース化の相反する条件の両立を実現できる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す側面図である。本発明の実施形態に係る基板保持具を示す側面図である。従来の基板保持具を示す側面図である。本発明の実施形態に係るウエハ冷却工程を説明するための概略図である。従来の１ボート、１反応炉の基板処理工程を説明するための概略図である。従来の２ボート、１反応炉の基板処理工程を説明するための概略図である。

本発明を実施するための形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図１は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。また、図２は図１に示す処理装置の側面透視図である。

図１および２に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてフープ（基板収容器。以下ポッドという。）１１０が使用されている本発明の処理装置１００は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４、１０４がそれぞれ建て付けられている。
筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（基板収容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０を載置されて位置合わせするように構成されている。ポッド１１０はロードポート１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１１６と、支柱１１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板（基板収容器載置台）１１７とを備えており、複数枚の棚板１１７はポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。
筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されており、ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのポッド搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ（基板収容器蓋体開閉機構）１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、ポッド１１０のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構（蓋体着脱機構）１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図１に模式的に示されているようにウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の移動室１２４前方領域右端部との間に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成されている。待機部１２６の上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。

図１に模式的に示されているように、耐圧筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の待機部１２６右端部との間にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ１２９が水平に据え付けられており、シールキャップ１２９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材２１８を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

図３は、本発明の実施形態において用いられる基板保持具としてのボート２１７を示している。
図４は、従来から用いられている基板保持具としてのボート２１７を示している。
図３に示すように、本発明の実施形態において用いられるボート２１７は、従来のものと比較するとウエハ２００を水平に保持する保持部２１８の間隔Ａが狭く、保持部２１８の数が多く設けられている。これにより、実際に処理できる最大ウエハ枚数のウエハを移載するボート２１７の移載間にさらにウエハを移載可能とする。保持部２１８には、処理済ウエハと処理前のウエハとが交互に載置される。

図１に模式的に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側およびボートエレベータ１１５側と反対側である左側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されており、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウエハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置１３５が設置されている。
クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５およびウエハ移載装置１２５ａ、待機部１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。

次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図１および２に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。
搬入されたポッド１１０は回転式ポッド棚１０５の指定された棚板１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、棚板１１７から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。

載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。
ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、移載室１２４の後方にある待機部１２６へ搬入され、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハのボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１には回転式ポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ１２９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、炉口シャッタ１４７が開き、処理後のウエハ２００を保持したボート２１７はシールキャップ１２９がボートエレベータ１１５によって下降されることにより、処理炉２０２から搬出される。

続いて、次の処理（処理前）ウエハ２００が回転式ポッド棚１０５からポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、載置台１２２に載置されたポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、移載室１２４の後方にある待機部１２６へ搬入され、処理後のウエハが保持されたボート２１７の処理後のウエハ間に次の処理（処理前）ウエハ２００が移載される。この際、次の処理（処理前）ウエハの移載はボート２１７の下方から行う。ボート２１７に次の処理（処理前）ウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、同じく次の処理（処理前）ウエハ２００をボート２１７に装填する。

次の処理（処理前）ウエハ２００がボード２１７の処理後のウエハ間に載置され、処理後のウエハ２００が冷却されたら、処理後のウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってボート２１７からウエハ出し入れ口を通じてポッド１１０に回収される。この際、処理後のウエハの回収はボート２１７の下方から行う。そして、概上述の逆の手順で、処理後のウエハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払出し、予備加熱された次の処理（処理前）ウエハ２００を保持したボート２１７はシールキャップ１２９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入され、処理炉２０２にてウエハに任意の処理が実施される。

図５は、本実施形態に係る装置のウエハ冷却工程を示す概略図である。
処理室２１０にて熱処理された処理後のウエハ２００ａが移載室１２４に移動した直後のウエハの温度は、数百度と高く、通常２０分以上の冷却時間を待って回収される。
しかし、上述のように、処理後のウエハ２００ａを回収する前に、処理後のウエハ移載間に設けられた保持部２１８に次の処理（処理前）ウエハ２００ｂを移載する。
これにより、次の処理（処理前）ウエハ２００ｂには、処理後のウエハ２００ａから熱エネルギーが熱輻射及び熱伝達により移動される。これにより、処理後のウエハ２００ａは熱エネルギーを次の処理（処理前）ウエハ２００ｂに奪われることで急速に冷却される。また、次の処理（処理前）ウエハ２００ｂは熱エネルギーを処理後のウエハ２００ａから奪い予備加熱される。

ここで、高温の処理室２１０から低温の移載室１２４へのボート２１７の移動は、ボート２１７の下方からなされるため、ボート２１７の下方にある処理後のウエハ２００ａの方が上方にあるウエハ２００ａに比べて早く冷却される。そのため、次の処理（処理前）ウエハ２００ｂの予備加熱を均一に行うには、次の処理（処理前）ウエハ２００ｂの移載をボート２１７の下方から行うのが好ましい。

また、上述により冷却された処理後のウエハ２００ａは、ウエハ移載機構１２５によりボート２１７から回収されるが、ボート２１７の下方のウエハ２００ａの方が上方のウエハ２００ａに比べて速く冷却されているので、処理後のウエハ２００ａの回収もボート下方にあるウエハ２００ａから行うのが好ましい。

すなわち、１ボート、１反応炉においても冷却時間を短縮し、高スループット化を図ることができる。

なお、処理後のウエハの冷却が目的の場合には、次の処理（処理前）ウエハではなく、ダミーウエハや輻射吸収率の大きなワーク基板や熱容量の大きなワーク基板を処理後のウエハ移載間に設けてもよい。

また、次の処理（処理前）ウエハは、予備加熱されているため、予備加熱されていない場合と比較すると、より少ないエネルギー量で昇温することができ、さらに昇温に必要な時間も短縮される。

また、初回の処理では、連続処理と処理ウエハの熱履歴が異なる場合が考えられるため、予めダミーウエハを移載したボートを処理室に待機させることで、初回の処理からウエハを予備加熱することができる。

なお、１ボート、１反応炉を例に説明したが、本実施の形態は２ボート、１反応炉についてもウエハ冷却の効果が期待できる。

したがって、本発明によれば、処理済ウエハの冷却期間を短縮すると共に、処理済ウエハの熱エネルギーを有効に利用し、次に処理するウエハの予備加熱を行うことができる。すなわち、少ないエネルギーで処理を行うことができ、さらにウエハの昇温時間を短縮することができる。

１００基板処理装置
１２４移載室
１２６待機部
２００基板（ウエハ）
２０２処理炉
２１０処理室
２１７基板支持具（ボート）
２１８保持部

Claims

複数の基板を処理する処理室と、
前記複数の基板を前記処理室へ搬入し、前記複数の基板を保持する基板保持具と、を有し、
前記基板保持具は、処理後の複数の基板と、前記処理後の複数の基板の間に処理前の複数の基板とが載置される保持部を有する半導体製造装置。
複数の基板を処理する処理室と、複数の基板を保持する基板保持具と、を有し、
前記基板保持具に保持された複数の基板を前記処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に搬入された複数の基板を熱処理する工程と、
前記熱処理された複数の基板を前記処理室から搬出する工程と、
前記熱処理された複数の基板の間に熱処理前の複数の基板を前記基板保持具に載置する工程と、
を有する半導体製造方法。