JP2592511C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は、半導体装置の製造に関し、特に、半導体装置の製造等における種々
の皮膜形成、エッチング処理を同時に行うことのできる縦型半導体製造システム
に関するものである。 【従来の技術】 半導体装置の製造においては、種々の皮膜を形成する必要があり、例えば、シ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコンなどを気相成長させる。成長温度
の低温化のため、プラズマを利用することもある。いずれの場合も、成長温度は
異なり、用いるガスの種類も異なっている。従って、専用の反応装置が必要であ
り、処理すべきウェハーは、カセットに収容した状態で各専用の反応装置まで運
搬する必要があり、この間のウェハー保管には汚染防止の手段をとらなければな
らない。 気相成長の一例として、古典的なエピタキシャル成長には、縦型反応管中にカ
ーボンサセプターを配置し、塩化シリコンガスを上方から供給するものであった
。この装置は、枚葉式であり、処理枚数の改善のため、ウェハーを周囲に多数枚
セットできるサセプタを備えた装置が開発されてきた。 シリコン酸化膜を始めとする上記の各種の皮膜の気相成長にあたっては、現状 では、ホット・ウォール型のＣＶＤ装置が主流であり、横型の反応管の中に、ウ
ェハーを立てて配置して、一度に処理できる枚数の改善が図られている。 上述した縦型炉および横型炉において、さらに処理枚数の改善を図るとすると
、装置自体を複数配置する以外に方策がなく、縦型炉にあっては、複数の炉を縦
に配置し、ウェハーカセットを供給するシステムが提案されている。 また、横型炉では、拡散炉としては、古くから、炉芯管を横に複数配置して、
おのおのにウェハーカセットを供給する装置を備えて、処理枚数の改善を図って
いる。 所で、半導体デバイスを益々小型化すると共に複雑な構造をとるようになって
きており、反応ガスの流れや温度分布などの微妙な違いにより、ウェハー間分布
、ウェハー内分布の均一性が保てない場合が発生してきた。即ち、上記のホット
・ウォール型のＣＶＤ装置において、反応ガスの入口側と出口側とでは、供給す
る反応ガス（２種以上の組み合わせ）の分圧変動が生じる。従って、バッチ内で
均一に調整することが難しい。特に、シリコンオキシナイトライド形成時に、反
応ガスはモノシラン、アンモニア、一酸化窒素の３成分となり、ますますその調
整が難しくなる。 そこで、各ウェハーは、それぞれ精密に制御された雰囲気の中に置き、再現性
良く加工する枚葉式装置の必要が出てきた。枚葉式装置では、ウェハーの大口径
化にも対応し易く、また、一台の装置で各種製造プロセスに柔軟に対応できる利
点があるが、一時に処理できる枚数が限られている。これを改善するために、一
台の装置に複数のチャンバーを設けて同時に同じ処理を行うマルチチャンバー方
式が提案され、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置にて採用され始めている。 更に、最近の報告では、複数のチャンバーにて同じプロセスではなく、各チャ
ンバー毎に異なる種類のプロセスを実行できる機能を持たせたマルチプロセス装
置が登場してきている。例えば、第３図に示す様に、４つのプロセスチャンバー
を用意し、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマエッチ、スパッタエッチを行
うことで、多層配線の層間絶縁膜形成プロセスが一台の装置で均一且つ平坦に自
動形成できるとされている。 【発明が解決しようとする問題点】 上記のマルチプロセス装置では、中央に多角形乃至円形の真空室を設け、その
周囲に独立した排気系の複数のプロセスチャンバーを配した構造であり、設置で
きるチャンバーの数に制限があり、規定以上の増設が不可能である。更にチャン
バーを増設しようとすると、同じ装置系を併置する必要がある。装置全体は全て
平面的な配置となるため、床面積が多くなる欠点がある。 又、多数のチャンバーに対して、ウェハーのチャンバーへの出し入れのロボッ
トが一台のため、同時にウェハーをセットしたり、取り出したりすることはでき
ない。 【問題点を解決するための手段】 上記の問題点を解決するため、本発明では、上下方向に、仕切られた空間の各
段位置にプロセスチャンバー（２）を配置し、当該複数の縦型配置されたプロセ
スチャンバー（２）のそれぞれの前面側に、ウェハーを該プロセスチャンバー（
２）に送りかつプロセスチャンバー（２）から取り出すウェハーロード・アンロ
ード機構（１４）を設けるとともに、該ウェハーロード・アンロード機構（１４
）の両側に、それぞれ、各プロセスチャンバー（２）にまたがって共通するカセ
ットエレベータ（１１）及び、処理済みウェハーを収納する収納室（１３）を設
けたことを特徴とする縦型半導体製造システムとしている。 【作用】 本発明では、従来のマルチプロセス装置が平面的な配置構成を有し、チャンバ
ーの増設が規定以上は不可能であり、また、各チャンバーに対するウェハーのロ
ード・アンロードを並列に行えない問題点を有していることに鑑みて、床面積が
少なくても枚様式のスループットを改善でき、しかもチャンバーの増設が極めて
簡単な装置とすべく検討を重ねた結果、高価なクリーンルームを有効活用するべ
く、各プロセスチャンバーを上下方向に積み重ねていく縦型システムの概念に至
った。即ち、本発明の好適な実施例では、上下方向に、プロセスチャンバーと排
気ポンプとの対を積み重ねて固定させる。こうして、チャンバーの増設を容易と
している。各チャンバーは、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、プラズマセルフ
クリーニング付き熱ＣＶＤ、ドライエッチングに適した内部構造、例えば、平行
平板型の電極（ガス供給）構造を持ち、各々の処理に適した内部圧力とするた めに、この排気ポンプを動作させる。プロセスチャンバーの排気ポンプ側とは反
対の前面側においては、ウェハーカセットの入出を行うロード・アンロード機構
を設けるが、この機構としては、まず、プロセスチャンバーの前面側には各チャ
ンバーにまたがって共通するカセットエレベータを設置する。また、前記各段の
プロセスチャンバーの前面側の、ウェハーロード・アンロード機構を間にカッセ
トエレベータと反対側の位置にカセット収納室を設ける。 カセットエレベータは、各プロセスチャンバーに連接して、上下方向にエレベ
ータ動作を行い、カセットを任意の位置段に運ぶ。 各プロセスチャンバーの前面位置には、各チャンバーにウェハーを出し入れす
るウェハーロード・アンロード機構を設ける。即ち、運ばれたウェハーカセット
から、一枚づつウェハーを抜き取ってプロセスチャンバーに送り、所定のプロセ
スが終了したら、カセット収納室にあるカセットに処理済ウェハーを移し返すウ
ェハー移送機構（ロボット）が配置されている。この移送機構は、ウェハーを平
板棒の先端に乗せて水平方向に移動する形式のものであってもよいし、伸縮自在
のロボットでもよい。より好ましくは、チャンバーでの加熱時間を短縮するため
、各プロセスチャンバーの前面位置には、ウェハー載置台を設けておき、この台
にヒーターを内蔵させ、プリヒートをさせ、その後、上記のロード・アンロード
機構により、ウェハーをチャンバーに移すのがよい。 カセット収納室は、プロセスチャンバーの前面側の、ウェハーロード・アンロ
ード機構を間にカッセトエレベータと反対側の位置に設けられていて、処理済み
ウェハーを収納し、この位置からカセット毎取り出す。 カセット収納室は、各段にて独立にしてもよいが、最上段または最下段に集積
できる機構とするのがよい。 カセットエレベータとウェハー移送機構（ロボット）ならびにカセット収納室
は前方外壁面が共通の面となる様にすることができ、作業者はこの壁に向かって
カセットの出し入れを行う様にするのがよい。この様な方式は、所謂スルーザウ
ォール方式と称されている。 プラズマ処理に対して高周波の発振電源が必要であり、また、処理のための反
応ガス系も必要であり、これらは、前述の支柱を中心として対向配置し、バラン スをとって支柱にとりつけるのがよい。前述のチャンバー、排気ポンプ、発振電
源、ガス系は全て先の壁の一方にあり、補修作業、増設作業を容易ならしめてい
る。ある場合には、機械設備の集積化のため、チャンバーの側壁に配管を設けて
、いわゆる配管ＩＣ化を達することもできる。同様に、発振電源も小さくマッチ
ングボックスと一体化して、プロセスチャンバーの上部空間に設置することもで
きる。更に、支柱の内部も中空として各位置での排気管に接続し、パラレル排気
の際に、支柱自体を排気管として、排気効率の改善に寄与させることもできる。 実用的には、クリーンルームは３〜３．５ｍの高さがあるので、旨く設計すれ
ば６〜７チャンバーを連ねることも可能である。 【実施例】 第１図および第２図を参照して、本発明の実施例になる縦型半導体製造システ
ムを説明する。 第１図は、本発明実施例の縦型システムの構成を示す断面図であり、１は装置
全体の支柱となるポールであり、このポールには、各プロセスチャンバー２とポ
ンプ３とがバランスをとって機械的に固定されている。ポンプ３は通常の形式の
ポンプでよく、その排気側はダクト４（第２図）を介して外気に導かれる。 このプロセスチャンバー２とポンプ３との対は、第１図の例では３組として例
示されているが、これは所定のプロセス数に応じて選択できる。また、プロセス
チャンバー２は、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ドライエッチン
グのいずれかの専用チャンバーとして備えつけることができるが、マルチプロセ
スの観点から、異なるプロセスの連続処理（例えば、平坦化プロセスでの各種Ｃ
ＶＤとエッチバックプロセス）を実行できる様な内部構造を持つようにしておく
ができ、図の例では、反応ガスをシャワー状に噴射できる上部電極５と、ウェハ
ーを所定の温度に加熱できるヒーターを内蔵した下部電極６を備えたチャンバー
が各々のプロセスチャンバー内に設置されている。 プロセスチャンバー２の上部には、マッチングボックス７が配置されており、
このマッチングボックス７は、発振電源８から発生された高周波（一般には１３
．７５ＭＨｚ）を上部電極５に印加する際のインピーダンスマッチングの機 能を果たす。 プロセスチャンバーに対する反応ガスの供給は、前述の通り、上記電極５の内
部を通してチャンバー内に導入されるが、ガスの供給はこれに限定されるもので
はなく、マッチングボックス７の左端側から導入することもできる。 いずれにしても、反応ガスの供給にあたっては、そのための配管が必要であり
、その配管類９は一括して支柱に取りつけるが、第２図に示した通り発振電源８
の反対側にバランスを取って機械的に固定する。第１図においては、簡単のため
、発振電源８とガス系９の対は図示を省略してある。 次に、処理すべき半導体ウェハー１０の搬送機構１１について説明する。この
実施例では、第２図の上面図を参照して明らかな通り、プロセスチャンバー２の
前面側には、カセットエレベータ機構があり、これは上下方向に延びていて、各
チャンバー位置までウェハーカセットを搬送する。 同じく前面側で、各プロセスチャンバー２の前面には、搬送されてきたカセッ
トからウェハーを一枚づつ抜き取り、ゲート１２を通ってプロセスチャンバー内
にウェハー１０をセットし、処理が終了したらプロセスチャンバーからウェハー
を取り出して、各段位置に備えられたカセット収納室１３へウェハーを収納する
動作を行うウェハー移送機構（ロボット）１４が設けられている。 ゲート１２は言うまでもなく搬送機構側とプロセスチャンバー２の間にあって
、両者を気密に分離することができ、また、ウェハーの導入・導出時にはゲート
が開いて、ウェハーの通過を可能とする。 従って、第１図及び第２図の例では、カセットエレベータ機構１１が上下のプ
ロセスチャンバーにまたがって垂直の柱状となっており、各プロセスチャンバー
位置にて水平方向にウェハー移送機構（ロボット）とカセット収納室を囲む仕切
りがなされており、必要な空間を最少としており、排気に要する時間の節約を図
っている。 なお、図示していないが、カセットエレベータ１１の最下段にカセットのロー
ドロック機構が備えられており、このロードロック機構を用いてカセットを複数
入れ、処理済カセットは各カセット収納室から取り出す。 次に、本実施例装置の使用方法について説明する。 カセットエレベータ１１の最下段にあるロードロック機構付きカセット収納室
に複数のカセットを設置し、第１図の最下段にて排気と記した箇所よりカセット
搬送機構部の排気を行う。各プロセスチャンバーは、各々のポンプ３にて予め所
定圧力まで排気しておく。カセット搬送機構部での排気が完了したら、カセット
収納ボックスからカセットを一つ取り出し、カセットエレベータ機構１１によっ
て、例えば最上段の位置まで搬送し、その位置にロックしておく。次いで、搬送
機構を最下段まで下降させ、カセット収納ボックスから次のカセットを取り出し
、搬送機構にて、中間段位置まで搬送し、その位置にてロックしておく。更に、
搬送機構を最下段まで下降させ、カセット収納ボックスから次のカセットを取り
出し、搬送機構にて、プロセスチャンバーの最下段位置まで搬送し、その位置に
てロックしておく。 各段位置のウエハー移送ロボット１４は、当該位置にロックしておかれたカセ
ットからウェハーの一枚づつ取り出し、前述の手順にて、プロセスチャンバー内
の下部電極６の上にウェハー１０をセットし、所定のプロセスが完了したら、そ
のウェハーを取り出してカセット収納室１３に収納する。この操作をウェハーの
数だけ繰り返して、各プロセスチャンバーでの処理を完了する。 上記の実施例においては、各カセットのウェハーに対して、同一または異なる
プロセスを実行するものであったが、異なるプロセスを順次実行できる様にカセ
ットエレベータを駆使することができる。 なお、上記の実施例では、ポールを設けて各チャンバーを固定した構造とした
が、棚を上下方向に設けておき、この各棚の中にチャンバー他を設置していくこ
とも可能である。また、各チャンバーは異なる処理ができる様に独立排気として
いるが、全てのチャンバーにて同一条件での処理を行う場合には、ポンプは一台
でよい。 【発明の効果】 以上の通り、本発明では、マルチプロセスチャンバーを縦積みとしてシステム
を構成したので、床面積の縮小化が実現できる。また、ポールまたは棚に対して
プロセスチャンバーを取り付けていく縦型のシステムであるので、増設が容易で
あり、また、いずれかのチャンバーの補修をしている間も他のチャンバーにてプ ロセスを実行できるし、装置全体の補修も簡便となし得る利点がある。 勿論、カセットを搬送機構内部で移送している限りは、ウェハー上への塵埃の
付着はない。所謂、スルーザウォールの方式であれば、カセット収納室１３から
カセットを取り出し、再度カセット収納ボックスにセットとして、次のプロセス
を実行する場合では、塵埃の付着は左程問題にはならない。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の本実施例になる縦型システムの構成を示す断面図であり、第
２図は、第１図のシステムの上面図、第３図は従来提案されているマルチプロセ
スシステムの上面図である。 図中、１は装置全体の支柱となるポール、２はプロセスチャンバー、３はポン
プ、５は上部電極、６は下部電極、７はマッチングボックス、８は発振電源、９
はガス系、１０は半導体ウェハー、１１はカセットエレベータ、１２はゲート、
１３はカセット収納室、１４はウェハー移送ロボットである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 上下方向に、仕切られた空間の各段位置にプロセスチャンバー
   （２）を配置し、当該複数の縦型配置されたプロセスチャンバー（２）のそれぞ
   れの前面側に、ウェハーを該プロセスチャンバー（２）内に送りかつプロセスチ
   ャンバー（２）から取り出すウェハーロード・アンロード機構（１４）を設ける
   とともに、該ウェハーロード・アンロード機構（１４）の両側に、それぞれ、各
   プロセスチャンバー（２）にまたがって共通するカセットエレベータ（１１）及
   び、処理済みウェハーを収納する収納室（１３）を設けたことを特徴とする縦型
   半導体製造システム。