JP6688850B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、および、プログラム - Google Patents
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Description
技術または技術を使用する方法が提供される。
(1)基板処理装置
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における基板処理装置を説明する。本実施形態において、基板処理装置(以下、単に処理装置ともいう)は、一例として、半導体デバイス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。以下の実施形態では、基板処理装置として基板にCVDなどの成膜処理を行うバッチ式縦型熱処理装置を適用した場合について述べる。
図1に示されるように、処理装置10は、移載室50と、カセット保持室60と、を有する。移載室50には、ウエハ移載装置19、ウエハ保持部20、ウエハ保持プレート21およびボートエレベータ22等が設置されている。カセット保持室60には、カセット棚15、予備カセット棚16及びカセット移載装置17等が設置されている。移載室50とカセット保持室60との間には、壁部70が設けられる。図1には図面の簡素化のため記載されていないが、壁部70は、図2に示されるように開口71を有し、更には開口71を開閉可能なゲート72が設けられる。開口71は、ウエハ移載装置19がウエハを移載可能な位置(通常、ウエハ移載装置19から最も近い位置である)に置かれた1乃至複数のカセットに対応して設けられ、その上端及び下端の高さは、降下されたボート25の上端及び下端と略等しくすることができる。例えば製品ウェハを150枚搭載するボートに対しては、棚3段分の高さの開口になる。ゲート72は、板とその駆動機構を有し、例えば、板が開口から浮き上がった状態で壁部70に沿って左右または上下にスライドすることで開け閉めする。つまり板は、開いているときに、カセット移載装置17の運動範囲と干渉しない位置に収納されればよい。また、複数の開口がそれぞれのカセットに対応して別個に設けられうるが、ゲート72はそれらを一括に開閉するものが1つ備えられればよい。壁部70及びゲート72の板は、圧力差に耐える強度は不要であり、むしろ、カセット移載装置17と接触しないように薄型に設計されうる。ウエハ移載装置(移載機)19は、ゲート72が開いた状態(72a)で、開口71を介して、カセット保持室60内のカセット2からウエハ1を、ボート25へ移載する。ゲート72が閉じた状態では、開口71が閉じられて、移載室50とカセット保持室60とは隔離された状態となる。したがって、移載室50内の雰囲気は、カセット保持室60とは異なる雰囲気とする事が可能である。移載室50内の雰囲気とカセット保持室60の雰囲気に関しては、後で詳細に説明する。
図3に示されているように、処理装置10は石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられて一端が開口で他端が閉塞の円筒形状に形成された反応管(処理管)31を備えており、反応管31は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。反応管31の筒中空部は複数枚のウエハ1が収容される処理室32を形成しており、反応管31の下端開口はウエハ1を出し入れするための炉口33を形成している。炉口33は、移載室50に対して開口しており、処理室32と移載室50は繋がっている。反応管31の外部には処理室32を全体にわたって均一に加熱するためのヒータ34が、反応管31の周囲を包囲するように同心円に設備されており、ヒータ34は処理装置10の筐体11に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
図4に、処理装置10が備えるコントローラ121のブロック図が示される。コントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バスを介して、CPU121aと通信可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122や外部記憶装置123が接続されている。
次に、処理装置10の反応管31を用いた基板処理方法を、図5、図6および図7を参照して、説明する。ここ説明される基板処理方法では、上述の処理装置10の反応管31を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程、例えば、基板上にシリコン含有膜を形成する成膜処理を例として説明する。以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
外部搬送装置(図示せず)によって搬送されて来たカセット2は、カセット授受ユニット(ロードポートトランスファー)12のカセットステージ13に垂直姿勢で載置されると、ウエハ姿勢整合装置14によってカセット2内のウエハ1の向きを揃えられた後、水平姿勢にされて、ロボットアーム18によってバッファ棚(15、16)に搬入される。棚への搬入は、成膜処理と非同期に進行しうる。そして、次の成膜処理のバッチの対象となったカセット2は、カセット棚15の、開口71に対面する位置に移される。この時、図6(A)に示されるように、ゲート72は開いた状態とされており、カセット保持室60と移載室50とは、開口71で連絡された状態とされている。そして、カセット保持室60と移載室50には、フィルターされた大気であるクリーンエアが供給される。ゲート72が開いた状態となる工程の全てにおいて、原則として、移載室50はカセット保持室60と比べて陽圧とされ、クリーンエアが、矢印arで示されるように、移載室50から開口71を介してカセット保持室60の方へゆっくり流れている。なお、S10ではゲート72は閉じた状態としてもよい。
移載室50内のウエハ移載装置(移載機)19は、図6(B)に示されるように、開口71を介して、カセット棚15内のカセット2内のウエハ1を複数枚一括して、または、一枚宛、ボート25へ移載する。この間、移載室50に充満するクリーンなエアは、開口71からカセット保持室60の方へ流れ出ている。図6(B)に示される状態では、炉口シャッタ28が閉じられウエハ1の周囲(ボート25等)の温度は高くないので、ウエハ1上に余計な酸化膜(品質の悪い酸化膜)が生成されることはない。つまり、オープンカセットで扱われるウェハには、そもそも薄い自然酸化膜が形成されうるが、この工程における酸化の進行は無視できる。なおシリコンウェハにおいては、フッ酸処理によって水素終端された表面は、常温であれば大気に曝露されても自然酸化はほとんど進行しないことが知られる。
ボート25への複数のウエハ1の移載が完了すると、図6(C)に示されるように、開口71がゲート72により塞がれることで、移載室50はほぼ密閉状態とされる。そして、移載室50は不活性ガス供給器(図示なし)からの窒素ガス(N2ガス)によりパージされる。すなわち、移載室50の空間内に窒素ガスを送り込み、移載室50の空間に充満している大気が窒素ガスに置き換えられる。炉口シャッタ28が開けられる前に、反応管31内も同様に略大気圧の窒素ガスで満たされる。酸素濃度が所定未満になるまで移載室50が窒素ガスでパージされた後、炉口シャッタ28が開けられ、複数のウエハ1の積層されたボート25が、ボートエレベータ22により、反応管31内に挿荷(ロード)される(図6(D)参照)。
次に、図6(E)に示されるように、反応管31内へのボート25の搬入が完了したら、反応室32内が所定の圧力となるよう反応室32内の雰囲気を制御する。また、ヒータ34により、反応室32内が所定の温度(例えば、800℃未満)となる様に制御し、反応室32内に、原料ガス(ジシラン)をガス供給管35から供給し、ウエハ1上に、単結晶もしくは多結晶シリコン膜を形成する。あるいは反応ガス(アンモニア(NH3)ガス)および原料ガス(ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6)ガス)を供給して、シリコン窒化層(SiN層)などの薄膜を生成する。この時、反応室32内の未反応の原料ガスや反応ガス等が排気管36から排気される。なお成膜の間、移載室50へ所定量の窒素ガスが供給され、陽圧が維持される。反応室32内が800℃未満であるため、自然酸化膜の蒸発による除去は期待できない。
ウエハ1上に所望の膜厚の薄膜が生成された後、図6(F)に示されるように、ボート25がボートエレベータ22により、反応管31から取り出される(アンロード)。この時、移載室50は窒素ガス(N2ガス)によりパージされている為、ウエハ1上に酸化膜が生成されることはない。アンロード後もしばらくの間、ウエハの冷却のために待機する。S50の最後に、移載室50内の窒素ガスを排出し空気を導入する大気復帰が行われる。なお、成膜後の酸化膜は必要に応じてエッチング等で除去できるため、成膜直前にウエハ下地に生成する酸化膜に比べて深刻ではない。そのため、常温よりも高い温度で、大気復帰が開始されうる。
ウエハ1の温度が移載可能な温度まで低下するとともに移載室50内の雰囲気が空気とほぼ同じ組成となった後、図7(A)に示されるように、移載室50が大気雰囲気とされて、ゲート72が開かれ、移載室50とカセット保持室60との間の開口71が露出される。
その後、処理済みの複数のウエハ1を収納したカセット2は、図7(C)に示されるように、カセット移載装置17により、カセット授受ユニット12のカセットステージ13に載置され、カセット保持室60から外部搬送装置(図示せず)によって搬出される。
図7(D)は、基板処理装置10のアイドル状態またはスタンバイ状態を示している。ゲート72は開いた状態とされており、カセット保持室60と移載室50とは、開口71で連結された状態とされている。
図8は、ステップS10−S70、アイドル状態IDOLにおける移載室50への窒素ガスの流量の状態を説明するための図である。図8において、横軸は各ステップおよびアイドル状態IDOLの状態を示し、縦軸は窒素ガスの流量を示している。移載室50への窒素ガスの流量の制御は、移載室50の雰囲気制御として、コントローラ121により制御される。移載室50の雰囲気制御は、窒素ガスの供給バルブ(図示せず)の開閉制御、窒素ガスのマスフローコントローラ(図示せず)の流量制御等である。
図9に、実施形態に係る処理装置10における大気雰囲気の流れが示される。
図10は、移載室50の雰囲気の制御構成を概念的に示す図である。図11は、移載室50の雰囲気の制御を説明するための図である。
PROCESS)と、第2モード(Stanby、BUNLOAD)と、第3モード(大気復帰)を有する。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
Claims (8)
- 基板を基板支持具に載置した状態で処理する反応室と、
前記反応室に連接され、前記反応室から取り出した前記基板支持具が配置される移載室と、
前記移載室の内外で前記基板を移動させるために前記移載室に設けられた開口を開閉するゲートと、
前記移載室の外側で前記開口に面して設けられ、基板収容器を保持するバッファ棚と、
前記バッファ棚の前記基板収容器と前記基板支持具との間で前記基板を搬送する移載機と、
前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットと、
前記移載室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給器と、
前記移載機による前記基板収容器から前記基板支持具への前記基板の搬入が終了して前記ゲートが閉められてから、処理済の前記基板を前記基板支持具から前記基板収容器へ搬出するために前記ゲートが再び開けられるまでの間の期間の少なくとも一部において、前記不活性ガス供給器が前記不活性ガスを供給し、前記期間外においては、前記不活性ガス供給器は前記不活性ガスを供給せず、
前記クリーンユニットが、装置外から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する1パスモードと、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードと、を切り替えられるように構成され、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させるよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記基板支持具の前記反応室への挿荷及び前記反応室からの取り出しは、前記移載室が、所定の酸素濃度以下の雰囲気となっている間に行われる請求項1記載の基板処理装置。
- 前記クリーンユニットは、成膜処理シーケンスの中で前記移載室が大気環境、窒素環境、大気環境に順次切替わり、大気環境では、少なくとも前記移載機が稼動する間、前記移載機に由来するパーティクルを排出可能な第1の流量で大気を供給し、窒素環境では、移載室を陽圧に保つことができる第2の流量で循環させる請求項1又は2記載の基板処理装置。
- 前記クリーンユニットは、前記移載室に供給する雰囲気或いは大気を冷却する熱交換器を有し、前記移載機は移載室に設けられ、前記ゲートが開状態において、移載室外に置かれた基板収容器から前記基板支持具への基板の移載を実施する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板処理装置。
- 前記開口は、前記移載室の壁の、前記移載機から最も近い位置に、上下方向に並んで複数設けられ、
前記ゲートは、前記複数の開口を、一括に開閉する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板処理装置。 - 前記移載室と前記開口を介して連接して設けられ、前記バッファ棚を収容する保持室と、
前記保持室に連接して設けられ、前記基板収容器を前記基板処理装置の外部と授受する授受ユニットと、を備え、
前記基板収容器は、オープンカセットであり、前記授受ユニットは、外部に対して開放されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板処理装置。 - バッファ棚の基板収容器に収納された複数の基板を、開口を介して、移載室内の基板支持具へ装填する装填工程と、
前記開口をゲートで塞ぎ、前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記移載室に設けられた反応管へ挿荷する挿荷工程と、
前記複数の基板上に成膜する成膜工程と、
前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記反応管から取り出す取り出し工程と、
前記ゲートを開け、前記開口を介して、前記基板支持具に積層された前記複数の基板を、前記移載室から前記バッファ棚の前記基板収容器へ脱装する脱装工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記装填工程及び脱装工程において、前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットを、外部から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する1パスモードで動作させる一方、前記挿荷工程、前記成膜工程および取り出し工程において、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードで動作させ、
前記1パスモードでは、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させ、
前記循環モードでは、不活性ガス供給器から前記移載室に不活性ガスを供給する、
半導体装置の製造方法。 - バッファ棚の基板収容器の収納された複数の基板を、開口を介して、移載室内の基板支持具へ装填する装填手順と、
前記開口をゲートで塞ぎ、前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記移載室に設けられた反応管へ挿荷する挿荷手順と、
前記複数の基板上に成膜する成膜手順と、
前記複数の基板の積層された前記基板支持具を、前記反応管から取り出す取り出し手順と、
前記ゲートを開け、前記開口を介して、前記基板支持具に積層された前記複数の基板を、前記移載室から前記バッファ棚の前記基板収容器へ脱装する脱装手順と、を制御するためのコンピュータにおいて実行される基板処理装置のプログラムであって、
前記挿荷手順、前記成膜手順および取り出し手順において、不活性ガス供給器に不活性ガスを前記移載室へ供給させる手順と、
前記挿荷手順、前記成膜手順および取り出し手順以外においては、前記不活性ガス供給器に前記不活性ガスの供給を停止させる手順と、
前記移載室に清浄な雰囲気を供給するクリーンユニットが、外部から取り入れた空気を清浄化して前記移載室に供給するとともに余剰な空気を装置外に排出する1パスモードと、前記移載室内の雰囲気を吸引し清浄化して前記移載室に供給する循環モードと、を切り替えられるように構成され、前記ゲートが開いている間、前記移載室を空気である雰囲気によって陽圧に保つとともに、前記移載室の中から外へ空気を流出させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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