JP3076996B2 - 被処理体の移載方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置におけ
る被処理体の移載方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体集積回路の高集積化が進み、
これに伴い、半導体製造装置においても厳しい要求がな
されている。

【０００３】例えばＣＶＤ、拡散、酸化処理などの熱処
理を行う装置として、従来横型炉が主流であったが、半
導体ウエハを搭載したボートを反応管内にローディング
するときに、炉内外の温度差に起因する対流により、空
気が反応管内部へ混入してウエハに自然酸化膜ができ、
これがウエハの特性を左右するといった問題が指摘され
るようになり、これに代って縦型熱処理装置が注目され
ている。

【０００４】縦型熱処理装置では、別の領域から移載ロ
ボットに受け渡した未処理のウエハを、反応管の下方側
のウエハ着脱領域にて、移載ロボットのアームの高さレ
ベルを順次変えることにより、ウエハボートに上下方向
に間隔をおいて積載し、これを反応管内にロードし、熱
処理後に反応管からアンロードしてウエハ着脱領域にて
ウエハを取り出している。従ってこの場合には上方側の
領域の方が温度が高くしかも下側が開口しているので反
応管内への空気の巻き込みが少ないという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで縦型熱処理装
置を設計する場合、ボートへのウエハの着脱を行う操作
一つを取ってみても、上方の熱処理領域からの熱の影響
をいかに抑えるか、また移載ロボットや受け渡しのため
のステージなどを含めた領域をいかにコンパクトにする
かなどの課題をかかえている。そして最近において、反
応管の下方側を不活性ガス雰囲気にするということにつ
いて検討されてきており、この場合移載ロボットをどの
ような構造にし、ロードロック機能をいかに確保するか
などといった課題が加重され、その設計は非常に困難で
あるのが実情である。

【０００６】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、例えば半導体ウエハの上記の
着脱に必要な機構を簡素化できると共にその設置スペー
スを小さくでき、しかもウエハの着脱時における熱の影
響を極力抑えることのできる被処理体の移載方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】被処理体着脱領域にて、
被処理体収納部に多数の被処理体を上下方向に間隔を置
いて積載し、これを上昇させて熱処理のための反応管内
にローディングし、熱処理後に前記被処理体着脱領域ま
で降下させて被処理体を前記収納部から取り出す縦型熱
処理装置において、被処理体を前記収納部に積載すると
きには、各被処理体の載置の高さレベルを一定にしてお
き、前記収納部を間欠的に降下させて下段側から順次被
処理体を積載し、被処理体を前記収納部から取り出すと
きには、各被処理体の取り出しの高さレベルを一定にし
ておき、前記収納部を間欠的に上昇させて上段側から順
次被処理体を取り出すことを特徴とする。

【０００８】

【作用】例えば半導体ウエハをウエハボートに載置する
ときには、既に載置されたウエハは降下するので反応管
から遠ざかる。またウエハを取り出すときには、取り出
しの順番を待っているウエハは、常に取り外しの高さレ
ベルより下方側に位置し、やはり反応管からは遠ざかっ
た位置にある。従ってウエハの着脱時におけるウエハの
熱履歴が抑えられる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を縦型ＣＶＤ装置での実施に適
用した一実施例について説明する。図１及び図２に示す
縦型ＣＶＤ装置は、被処理体であるウエハに対してＣＶ
Ｄ処理を行う熱処理部１００と、これの下方側に位置
し、後述するウエハボートに対してウエハの着脱を行う
ためのウエハ着脱室２００と、このウエハ着脱室２００
に対してウエハの搬入、搬出を行うロボットを設置した
ロボット室３００と、このロボット室３００に連結され
た、ウエハカセットを収納するカセット室４００とから
構成される。

【００１０】これら各部について詳細に説明すると、前
記熱処理部１００は、例えば石英にて円筒状に形成さ
れ、軸方向を鉛直方向にして配置された反応管１を備え
ている。この反応管１の周囲にはヒータ１０が設けら
れ、反応管１内を所定温度例えばＣＶＤの場合５００〜
１０００℃、酸化や拡散の場合８００〜１２００℃に設
定するようにしている。前記反応管１の下側に設置した
マニホールド１１の図中左側部には、成膜用ガスやキャ
リアガスなどを導入するガス導入管１２が挿通されてお
り、前記マニホールド１１の図中右側部には、排気管１
３が連結されている。この排気管１３は、図示しない真
空ポンプに接続されており、この排気管１３を介して真
空引きすることにより、前記反応管１内を所定の真空度
に設定し、あるいは、反応管１に導入されたガスを排気
するようにしている。

【００１１】前記ウエハ着脱室２００には、被処理体収
納部であるウエハボート２を反応管１内に対して搬入、
搬出するための昇降機構をなすボートエレベータ２１が
設置されている。このボートエレベータ２１は、上下方
向に伸びる駆動用のネジ軸２１ａと螺合していて、ネジ
軸２１ａの回動により昇降する。そしてこの例ではこの
ネジ軸２１ａに対する輻射熱の影響を抑えるため、その
前方側（図中左側）に熱遮断板２１ｂが上下方向に配置
されている。前記ボート２は、ウエハｗを水平な状態で
かつ縦方向に所定間隔をおいて多数枚例えば９９枚搭載
できる構造となっており、その下方の保温筒２２及びフ
ランジ２３を介してボートエレベータ２１上に載置され
ている。従ってボートエレベータ２１を昇降させること
により、前記ボート２は反応管１内にローディングさ
れ、あるいはアンローディングされる。ボート２がロー
ディングされたときには、フランジ２３によりマニホー
ルド１１の下端開口部が密閉される。

【００１２】また前記ウエハ着脱室２００内には、不活
性ガス例えば窒素ガスを当該ウエハ着脱室２００内に噴
射するための多数のガス噴射孔２４ａを備えたガス噴射
管２４が配管されており、このガス噴射管２４は、コ字
状に形成されていて、垂直管部がウエハ着脱室２００の
ロボット室３００側両隅（紙面の表面側及び裏面側の隅
部）付近に位置し、水平管部が上端付近に位置してい
る。

【００１３】このようにガス噴射管２４を設ければ、不
活性ガスの導入という本来の役割に加えて、ウエハｗの
着脱時に発生したパーティクルのウエハＷへの再付着を
防止できるといった利点がある。

【００１４】そして前記ウエハ着脱室２００を画成する
チャンバの外面には、この中を冷却するための冷却水管
２５が配管されており、更にウエハ着脱室２００を真空
引きするための排気管２６が接続されている。

【００１５】前記ロボット室３００内には、例えば多関
節ロボットよりなる移載機構としての移載ロボット３
と、カセット室４００から受け取ったウエハを一旦載置
するためのバッファステージ３１と、オリフラ（オリエ
ント フラット）合わせをするためのオリフラ合わせ機
構３２とが配置されている。前記移載ロボット３は、ア
ーム全体の回転と伸縮と上下動の自由度を備えている。

【００１６】前記カセット室４００は、例えば２５枚の
ウエハを収納した２つのカセット４を上下に収納した状
態で昇降させる図示しないエレベータを備えている。こ
のカセット室４００内に外部から搬入された２つのカセ
ット４は、エレベータにより図１に示す位置まで持ち上
げられ、下方側のウエハｗから順にロボット室３００内
に取り込まれると共に、処理済のウエハｗをロボット室
３００から受け取るときには、逆にカセット４を降下さ
せておいて、上から順に載置するようにしている。 こ
こで前記ロボット室３００及びカセット室４００は、各
々真空雰囲気にできるように排気管（図示せず）が接続
され、また不活性ガス雰囲気にできるようにガス導入管
（図示せず）が接続されている。そしてロボット室３０
０とカセット室４００との間、及びロボット室３００と
ウエハ着脱室２００との間には、夫々ゲートバルブＧ
１、Ｇ２が設けられており、これらの間を気密に遮断で
きるようにしている。またカセット室４００には、大気
との間を遮断するゲートバルブＧ３が設けられている。

【００１７】この実施例に用いる縦型熱処理装置は以上
のように構成されている。

【００１８】次に本発明である、ボート２におけるウエ
ハの移載方法の一例を上記装置の作用の中で説明する。
先ずゲートバルブＧ１、Ｇ２を閉じておき、反応管１、
ウエハ着脱室２００、及びロボット室３００内を排気管
１３、２６及び図示しない排気管により所定の真空度ま
で真空引きし、その後ガス導入管１２、ガス噴射管２４
及び図示しないガス噴射管により例えば窒素ガスを導入
して窒素ガス雰囲気とする。

【００１９】一方カセット室４００は大気圧となってお
り、この中に未処理のウエハｗを収納した２つのカセッ
ト４、４が配置される。そしてゲートバルブＧ３を閉じ
てカセット室４００内を図示しない排気管により排気し
た後、例えばロボット室３００との間に連結された図示
しないバイバス路を開いてこの中も窒素ガス雰囲気とす
る。続いてゲートバルブＧ１、Ｇ２を開き、移送ロボッ
ト３によりカセット４内のウエハｗを順次取りだし、オ
リフラ合わせ機構３２にてオリフラ合わせを行った後、
ボート２に移載する。なお、オリフラ合わせが行われて
いる間に、次のウエハはバッファステージ３１に載置さ
れて待機される。ここでウエハｗのボート２への移載は
次のようにして行われる。即ち図３の左側に示すように
ボートエレベータ２１によりボート２を上昇させ、その
最下段が移載ロボット３のアームの高さレベルに対応す
る位置に停止させる。続いて移載ロボット３により、オ
リフラ合わせ機構３２上からウエハｗを受け取り、ボー
ト２の最下段に載置する。そして移載ロボット３のアー
ムを縮退させた後、ボート２を降下させ、下から２段目
がアームの高さレベルに対応する位置に停止させ、同様
に当該下から２段目にウエハｗを載置する。このように
ボート２を間欠的に降下させながらウエハｗを下から順
次積載し、図３の右側に示すようにボート２へのウエハ
ｗの移載を終了する。

【００２０】次にゲートバルブＧ２を閉じた後、このボ
ート２をエレベータ２１により反応管１内にロードして
フランジ２３により反応管１の下端開口部を密閉する。
一方ヒータ１０により反応管１内は所定の温度に加熱し
てあり、この中を真空引きした後ガス導入管１２を介し
て処理ガスやキャリアガスを導入し、ウエハｗにＣＶＤ
処理を行ってその表面に例えばポリシリコン膜などを成
膜する。

【００２１】成膜工程が終了した後エレベータ２１によ
りボート２１をアンロードし、図３の右側に示す位置、
即ちボート２１の最上段がアームの高さレベルに対応す
る位置まで降下させる。しかる後ゲートＧ２を開き、搬
送ロボット３によりボート２の最上段のウエハｗを取り
出し、ゲートＧ２、ロボット室３００を及びゲートＧ１
を介してカセット室４００内のカセット４に戻す。続い
てボート２を上昇させ、同様に上から２段目のウエハｗ
を移載ロボット３により取り出し、こうしてボート２を
間欠的に上昇させながらウエハｗを上から順次取り出し
ていく。なお、カセット室４００では、上段側のカセッ
ト４、下段側のカセット４の順にウエハｗが戻され、か
つ上から順に載置されていく。

【００２２】以上のようにしてウエハの熱処理が実施さ
れるが、この実施例に係るウエハの移載方法では、ボー
ト２に対してウエハｗを移載するとき、つまりボート２
に対してウエハｗを載置あるいは取り出すときに、移載
の高さレベル例えばアームにより載置される（または取
り出される）高さレベルを一定にしておいて、ボート２
を間欠的に昇降させ、下から順に載置すると共に上から
順に取り出すようにし、こうしてウエハｗの移載時に、
ボート２のウエハｗを熱処理部からできるだけ遠ざけて
熱の影響を受けないようにしている。

【００２３】ここでアームにより載置されている（また
は取り出される）高さレベルを一定にすることは、この
例ではボート２を昇降して載置、取り出しの位置を一定
にすることを意味するものであり、各ウエハの載置、取
り出し時には移載ロボット３は若干上下動する。

【００２４】上述の実施例では、反応管１の下方のウエ
ハ着脱室２００を不活性ガス雰囲気として、ウエハｗ表
面の酸化を抑えるようにしており、そのためにウエハの
着脱室２００、ロボット室３００、カセット室４００を
ロードロック室として構成している。従って特にロボッ
ト室３００内の下方側にはロボット３の駆動モータやゲ
ートバルブの駆動機構などが設置されること、及びこの
中のスペースをできるだけ小さくして短時間で真空引き
を行えるようにすること、並びにゲートバルブをなるべ
く小さくするなどの要請からロボット室３００はなるべ
く小さい方が好ましい。このようなことから、移載ロボ
ット３を上下させずにボート２を上下させてウエハの移
載を行う方法は、こうした構造の装置に対しては非常に
有利である。

【００２５】しかしながら本発明は、このような構造の
装置に限定されることなく、ウエハの着脱領域が大気圧
雰囲気であっても、既述したような移載方法を利用すれ
ば、ウエハ群の一部が高熱にさらされるといった不具合
を回避できるので、有効である。

【００２６】なお本発明はＣＶＤ処理を行う装置に限ら
ず、酸化、拡散などの処理を行う場合に適用できること
は勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被処理体
収納部例えばボートに対して被処理体を載置あるいは取
り出すときに被処理体の移載の高さレベルを一定にし、
ボート側を昇降させているため、反応管内へのロード、
アンロードを行う昇降機構を利用して被処理体の移載を
行うことができ、従って移載ロボットの昇降機構が不要
になる。そしてこのことから例えば実施例のように不活
性ガス雰囲気下での移載を確保するためにロードロック
室であるロボット室を設置する場合、既述した如く、そ
のロードロック室を小型にでき、またゲートバルブはア
ームの通路分の大きさで済むから、スペース的にも構造
的にも非常に有利である。

【００２８】しかもボート側を昇降させたときには、通
常の被処理体の移載の方法つまりパーティクルの発生を
防止するために上段側から載せて下段側から取り出す方
法では、例えば既に載置された被処理体は上方側に移動
して反応管に接近あるいは挿入されてしまうので、先に
載置されたもの程熱履歴を受けることになり、そのため
に被処理体内の不純物拡散が進んでしまって所定の拡散
濃度から外れてしまうといった問題が起こる。このこと
は、被処理体の取り出しのときにも、後から取り出され
るもの程熱履歴を受けることになり、同様の問題が起こ
る。例えば上述実施例ではウエハ１枚当りのオリフラ合
わせを含めた移載に要する時間は、約４５秒であること
から、全部のウエハ例えば９９枚のウエハをボートに積
載するのに可成り長い時間がかかり、従ってウエハの受
ける熱履歴の程度は相当大きいものになる。 ここに本
発明では、ボートの下段側から順に被処理体を載置する
と共に、ボートの上段側から順に被処理体を取り出して
いるため、各被処理体は移載時に移載の高さレベルを越
えて反応管に接近することはなく、従って所定の熱処理
の前後における不用な熱履歴を抑えることができる。即
ち、移載時におけるパーティクルの発生という懸念より
も、縦型熱処理装置に伴う特有の熱履歴という現実的な
問題に着眼し、これを解決するようにしたため、結局被
処理体を良好に処理することができて、所要の特性を確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に適用される縦型熱処理装置の一例
を示す概略説明図

【図２】図１に示す装置の概略平面図

【図３】図１に示す装置におけるウエハの移載の様子を
示す説明図

【符号の説明】

１ 反応管 ２ ウエハボート ２１ ボートエレベータ ３ 移載ロボット ４ カセット ２００ ウエハ着脱室 ｗ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/40 H01L 21/469 H01L 21/68 H01L 21/86

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体着脱領域にて、被処理体収納部
   に多数の被処理体を上下方向に間隔を置いて積載し、こ
   れを上昇させて熱処理のための反応管内にローディング
   し、熱処理後に前記被処理体着脱領域まで降下させて被
   処理体を前記収納部から取り出す縦型熱処理装置におい
   て、被処理体を前記収納部に積載するときには、各被処
   理体の載置の高さレベルを一定にしておき、前記収納部
   を間欠的に降下させて下段側から順次被処理体を積載
   し、被処理体を前記収納部から取り出すときには、各被
   処理体の取り出しの高さレベルを一定にしておき、前記
   収納部を間欠的に上昇させて上段側から順次被処理体を
   取り出すことを特徴とする被処理体の移載方法。