JPH01120811A - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体ウェハのプロセス処理として、ＥＣ
Ｒ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用いてプラズ
マＣＶＤ、ないしエツチング等の処理を行う半導体ウェ
ハ処理装置に関する。

〔従来の技術〕

頭記した半導体ウェハ処理装置の一例として、第３図に
枚葉処理方式によるプラズマＣＶＤ装置の従来構成を示
す０図において、１はステンレス鋼材で構成されたプロ
セス反応室、２は導波管３を介してマイクロ波発振器と
してのマグネトロン４が接続され、かつ室の周域に励磁
コイル５が配備されたプラズマ生成室、６はプロセス反
応室１に真空仕切弁７を介して隣設されたロードロック
室、８はロードロック室６と室外大気側との間の通路を
仕切る真空仕切弁、９．１０はプロセス反応室１．およ
びロードロック室６に接続した真空排気系、１１はプラ
ズマ生成室２に対向してプロセス反応室１内に設置した
静電チャック１２を装備のウェハ保持機構、１３は複数
枚の半導体ウェハ１４を並置収容したカセットである。

かかる構成で、プロセス反応室１．プラズマ生成室２を
真空排気しておき、プラズマ生成室２内へ目的に応じた
プラズマ生成用原料のキャリアガスを外部から供給した
状態でマグネトロン４で発振したマイクロ波を導波管３
を通じて送り込み、かつ励磁コイルを通電して磁場を与
えることにより、プラズマ生成室内にＥＣＲプラズマが
発生する。

一方、ウェハは次記の搬送操作によってプロセス反応室
内に一枚宛送りこまれてウェハ保持機構１１に受は渡し
保持される。すなわちまず真空仕切弁７．８をそれぞれ
閉、開とした状態で室外より未処理ウェハを収容したカ
セット１３を図示されてないカセット搬送手段によりロ
ードロック室６内に送り込み、真空仕切弁８を閉じた後
に室内を真空排気する。ここでロードロック室６の圧力
がプロセス反応室ｌと同等な真空圧に達したところで次
に真空仕切弁７を開き、ここで室内に設置したウェハの
ハンドリング機構（図示せず）の操作によりカセット１
３から一枚のウェハ１４を取り出してプロセス反応室内
に搬入し、室内のウェハ保持機構１１に受は渡すととも
に、真空仕切弁７を再び閉じる。

この状態でプロセス反応室１内へ例えばシランガス等の
成膜原料ガスを送り込みながら前述のようにＥＣＲプラ
ズマを生成すると、このプラズマがプロセス反応室内に
押し出されて前記シランガスを活性化し、これにより発
生した活性種の作用によりウェハ１４の表面にキャリア
ガスの種類によって異なるシリコン系の各種薄膜が形成
されることになる。

一方、所定のウェハ処理が終了するとウェハ１４は前記
搬入操作と逆な順序でウェハ保持機構１１よリカセット
１３に戻され、続いて次のウェハの処理操作が行われる
。またカセット１３内に収容されている全てのウェハ１
４に付いて処理が済むと、再びロードロック室６の真空
仕切弁８を開放した上でカセット１３を室外に搬出し、
代わりに次のカセットを搬入して前記と同様な操作でウ
ェハ処理を行　−う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記した従来装置では、プロセス反応室１と室
外大気側との間には準備室としてのロードロック室６が
設けであるとは言え、このロードロツタ室６はカセット
１３の搬入、＊出の都度大気側との間の真空仕切弁８を
開放して室内を一旦大ス圧に戻すために、室外大気側よ
り空気中に浮遊している塵埃が侵入して室内を汚損する
。しかも室内に侵入した塵埃はカセット、ハンドリング
機構等に付着し、続くプロセス反応室ｌとの間で行うウ
ェハの搬送５受は渡し操作の過程でハンドリング機構の
摺動部等から再飛散した塵埃がプロセス反応室１に侵入
するようになる。しかも先記したプラズマＣＶＤ等のウ
ェハ処理方式では、プラズマ反応室内へ侵入した塵埃等
の異物がプロセス処理に大きな影響を与え、プロセス処
理された成膜の膜質を低下させてウェハの品質２歩留り
を悪化させる。したがってこのような塵埃汚損の問題は
、実用量産規模生産ラインでのプロセス処理装置として
解決すべき重要、かつ本質的な問題である。。

、　さらに別な問題として実用量産規模の装置では、ウ
ェハの搬入、搬出工程のロスタイムをできるでけ短縮し
てスループットを高めることが生産性向上の面からも重
要な課題となる。かかる点、先記した従来装置では、ウ
ェハの搬送工程としてロードロック室６に対するカセッ
ト１３の搬入、搬出を含めた一連の工程が直列的に行わ
れるために、アイドルタイムとして少なくとも十数秒の
時間が費やされることからスループットを高めることが
技術的に困難である。

この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的はプロセス反応室と室外大気側との間のウェハ搬
送経路に付いて改良を加えることにより、外部から侵入
する塵埃等の異物による汚損を大幅に軽減させてウェハ
処理性能の向上を図るとともに、併せてスループットを
高めることができるようにした実用量産に十分対応し得
る半導体ウェハ処理装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、ウェ
ハを室内の所定位置に保持するウェハ保持機構、ウェハ
処理手段を装備したプロセス反応室と、該プロセス反応
室へ直列に連ねて遠投設置した真空排気系を装備の第１
．および第２のロック室と、プロセス反応室と第１ロッ
ク室との間。

第１ロック室と第２ロック室との間、および第２ロック
室と室外大気側との間の各通路を個々に仕切る真空仕切
弁と、第２ロック室内に配備して室外より搬入されたウ
ェハを受容保持する中継受は渡し機構と、第１ロック室
内に配備して第２ロック室側の中継受は渡し機構との間
、およびプロセス反応室内のウェハ保持機構との間でウ
ェハを移送するハンドリング機構とを具備して構成する
ものとする。

〔作用〕

上記の構成によるウェハの搬入、搬出は次記のように行
われる。まず第２ロック室の大気側仕切弁を開放した状
態で室外配置のハンドリング機構によりカセットから一
枚宛のウェハを取り出して第２９ツク室内に配備の中継
受は渡し機構に送り込む０次いで前記仕切弁を閉じて第
２ロック室内を真空排気した後に、常時真空圧に保持さ
れている第１ロック室と第２ロック室との間の仕切弁を
開き、第１ロック室内に装備のハンドリング機構により
ウェハを第１ロック室内に取り込むとともに第２ロック
室との間の仕切弁を閉じる０次に第１ロック室とプロセ
ス反応室との間の仕切弁を開き、第１ロック室内に待機
しているウェハをプロセス反応室内に搬入した上で室内
に装備のウェハ保持機構に受は渡す、ここでハンドリン
グ機構を第１ロック室内に戻して再び仕切弁を閉じた後
に、プロセス反応室内で所定のウェハ処理を行う、ウェ
ハ処理が済むと前記した搬入操作と逆な順序で処理済み
ウェハがプロセス反応室から第１ロック室、第２ロック
室を経由して搬出され、室外に待機しているカセットに
収容され、これで枚葉毎の一連の工程が終了する。

しかも上記のウェハ搬送工程では、第１ロック室内は常
に真空に保持されていて大気側に開放されることがなく
、かつ第２ロック室との間は該室内が真空排気された状
態でのみ連通されるので、外部からの塵埃の侵入が殆ど
なく室内を高清浄な状態に維持される。これによりプロ
セス反応室内との間でウェハを受は渡しする過程でもプ
ロセス反応室内に外部から塵埃等の異物が持ち込まれる
ことが殆どなくなり、かくしてウェハ処理性能を大幅に
向上できる。

また前記のウェハ搬送工程ではロスタイム発生の要因と
なるカセットのロック室内搬入、搬出工程が不要となる
他、第２ロック室の中継受は渡し機構をウェハ搬入用、
搬出用に２基配備して置くか、あるいは第１．第２のロ
ック室、およびその付属機器を含む設備を一組として、
それぞれウェハの搬入用、＊出用として用いる二組の設
備を独立してプロセス反応室に接続設置して置くことに
より、ウェハの搬入と搬出工程を並列的に行うことが可
能となり、これにより従来装置と比べて一連のウェハ搬
送工程の所要時間を大幅に短縮してスループットの向上
を図ることができる。

なお、第２ロック室に対向して室外の大気側に配置した
ハンドリング機構、カセット等はクリーンベンチ等の清
浄な作業空間内に置かれている。

さらに従来装置ではプロセス反応室が経済性、加工性等
の面からステンレス調材で構成されているが、ステンレ
ス鋼はプラズマ照射を受けると鋼材の表面から不純物が
飛び出してウェハに打ち込まれて処理特性を低下させる
いわゆる重金属汚染が問題となるが、かかる点、プロセ
ス反応室、プラズマ生成室をあらかじめ純アルミニウム
で構成しておくことにより重金属汚染の問題を解消する
ことができる。

［実施例〕 第１図、第２図はそれぞれ本発明の異なる実施例を示す
ものであり、第３図に対応する同一部材には同じ符号が
付しである。

まず第１図において、プロセス反応室ｌの側方には第１
ロック室１５と第２ロック室１６とが直列に連設配備さ
れている。また各ロック室は個々に真空排気系１７．１
８を装備し、かつプロセス反応室ｌと第１ロック室１５
との間、第１ロック室１５と第２ロック室１６との間、
および第２ロック室１６と室外大気側との間にはそれぞ
れの通路を個別に仕、切る真空仕切弁１９．２０．２１
を備えている。

さらに第２０ンク室１６には室外より搬入されたウェハ
を一時的に受容保持する中継受は渡し機構２２が配備さ
れている。この中継受は渡し機構２２はウェハ保持具を
室外の駆動部で上下移動操作するようにしたものである
。一方、第１ロック室１５にはプロセス反応室１のウェ
ハ保持機構１１との間。

および前記した第２ロック室内の中継受は渡し機構２２
との間でウェハを移送、受は渡し操作するハンドリング
機構２３が装備されている。このハンドリング機構２３
は従来より使用されているフロングアーム方式のメカニ
カルパンタグラフ型ロボットであり、その先端に取付け
たウェハ保持具を室外の駆動部で水平、上下移動操作す
るようにしたものである。また第２ロック室１６に対向
して室外大気側にはカセット１３と第２ロック室内の中
継受は渡し機構２２との間でウェハ１４の移送、受は渡
しを行うようにハンドリング機構２４が配備されている
。

このハンドリング機構２４は処理面を上向けにしてカセ
ット１３内に収容されているウェハを一枚宛取り出した
後に、ウェハを表裏を反転して第２ロック室内の中継受
は渡し機構２２に受は渡すようにした。いわゆるフェイ
スダウン搬送方式のロボットである。なおこのハンドリ
ング機構２４は周囲の作業空間を清浄化するクリーンベ
ンチ２５等のクリーンルーム機器内に据付けられてい多
、なお前記した中継受は渡し機構２２．ハンドリング機
構２３．２４はいずれもウェハ１４の外周マージン部を
支持して処理面を保護するようなウェハ保持具を備えて
いる。

次に上記構成によるウェハの搬送、処理操作に付いて順
を追って説明する。まずプロセス反応室１、および第１
ロック室１５は常時真空排気系９゜１７により所定の真
空圧に保持されている。ここで未処理ウェハを収容した
カセット１３をクリーンベンチ２５内の所定位置にセッ
トし、真空仕切弁２１を開いて第２ロック室１６を大気
側に開放した状態でハンドリング機構２４の操作でカセ
ット１３より一枚のウェハ１４を取り出し、かつウェハ
を反転し、その処理面が下を向くようにして空気中の塵
埃が処・　埋置に付着するのを極力防止しながらウェハ
１４を第２ロック室内の中継受は渡し機構２２に受は渡
してここに受容保持させる。なお第２ロック室１６を大
気側に開放する際には、真空仕切弁２１を徐々に開いて
スローリークさせるとともに、室内に清浄空気を送り込
んで室内圧力を大気圧より僅か高くするようにして大気
側からの塵埃侵入を極力防ぐように配慮する。一方、ウ
ェハ１４を中継受は渡し機構２２に受は渡した後に、ハ
ンドリング機構２４を後退させた上で真空仕切弁２１を
閉じ、さらに第２ロック室１６を真空排気する。なおこ
の真空排気を行う際には大気側より侵入堆積した塵埃が
再飛散しないようにスロースタートするように配慮する
。

続いて第２ロック室１６の圧力が所定の真空圧に低下し
たことろで第１ロック室１５との間の真空仕切弁２０を
開き、ハンドリング機構２３の操作で中継受は渡し機構
２２に保持されているウェハ１４を第１ロック室１５内
に取り込む、この過程では第１ロック室１５と第２ロッ
ク室１６との間には差圧がなく、かつ第２ロック室１６
では排気により浮遊塵埃が室外に排除された状態にある
ので、第１ロック室１５への塵埃の侵入は殆どない、ま
たウェハ１４の搬入が済むと、真空仕切弁２０を再び閉
じる。

次にプロセス反応室１と第１ロック室１５との間の真空
仕切弁１９を開き、ここでハンドリング機構２３の操作
でウェハ１４を処理面下向き姿勢のままプロセス反応室
内に装備のウェハ保持機構１１に受は渡す、なおウェハ
保持機構１１はプロセス反応室１を貫通する部分に真空
ベローズ２６を介して調節移動可能に支持されており、
ウェハ保持機構１１の設置位置を最適なプロセス条件に
位置合わせ調節できるようにしである。一方、ウェハ１
４の受は渡しが済むとハンドリング機構２３は第１ロッ
ク室内に戻り、真空仕切弁１９を再び閉じる。

さて、未処理のウェハ１４がウェハ保持機構１１に保持
されると、ここでプラズマＣＶＤ、ないしエツチング等
の所定のプロセス処理が行われる。そのプラズマ処理動
作は先述した通りである。

ここでウェハのプロセス処理が終了すると、前記したウ
ェハの搬入操作と逆な順序で処理済みのウェハがプロセ
ス反応室１より第１ロック室１５゜第２ロック室１６を
経て室外に待機しているカセット１３へ収容される。こ
れで−枚のウェハに付いての一連の工程が終了し、続い
て次のウェハを前記と同様な操作でプロセス反応室内に
搬入して所定の処理を行う。

次に第２図に別な実施例を示す、すなわち第１図の実施
例では第１．第２ロック室を通じてウェハの搬入と搬出
を交互に行うようにしたものであるのに対し、第２図の
実施例では第１．第２ロック室１５と１６．各ロック室
の付属機器、および室外ハンドリング機１２４を含む設
備を一組として、プロセス反応室１に対してその両側に
ウェハ搬入用。

搬出用として用いる二組の設備が独立的に設置されてい
る。

かかる構成により、未処理ウェハの搬入操作と処理済み
ウェハの搬出操作とを別系統の搬送経路で並列的に行う
ことができ、したがって第１図の実施例と比べてアイド
ルタイムを大幅に短縮してスループントの向上を図るこ
とができる。

また第１図、第２図の実施例において、プロセス反応室
１．プラズマ生成室２は純アルミニウムで構成され、さ
らにその内部に配備されている静電チャック１２等は不
純物の少ないアルミナ磁器を使用して構成されている。

これによりプラズマ照射に伴い生じる重金属汚染の発生
を十分に防止することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、ウエノ＼を室内の
所定位置に保持するウェハ保持機構、ウェハ処理手段を
装備したプロセス反応室と、該プロセス反応室へ直列に
連ねて遠投設置した真空排気系を装備の第１．および第
２のロック室と、プロセス反応室と第１ロック室との間
、第１ロック室と第２ロック室との間、および第２ロッ
ク室と室外大気側との間の各通路を個々に仕切る真空仕
切弁と、第２ロック室内に配備して室外より搬入された
ウェハを受容保持する中継受は渡し機構と１、第１ロッ
ク室内に配備して第２ロック室側の中継受は渡し機構と
の間、およびプロセス反応室内のウェハ保持機構との間
でウェハを移送するハンドリング機構とを具備し、プロ
セス反応室と室外大気側に置かれたカセットとの間で常
時真空圧に保持されているる第１０フク室と、同じく真
空圧に保持され、室外との間でウェハの受は渡しを行う
時にのみ大気側に開放される第２０フク室とを組合せた
二重の準備室を直列に経由してウェハを搬入搬出するよ
う構成したことにより、大気側から塵埃等の異物がプロ
セス反応室内に侵入するのを確実に阻止してウェハプロ
セス処理性能に対する大幅な信頼性向上が図れる。

しかもウェハ収容カセットを室外に置いたままウェハ搬
送を行うようにしたので、従来装置と比べてカセットの
ロード、アンロードに要するアイドルタイムが省略でき
、さらに前記の第１．第２ロック室、およびその付属機
器を含む二組の独立したウェハ搬送系をプロセス反応室
に対してウェハ搬入用１搬出用として設置することでウ
ェハの搬入操作と搬出操作を並列的に行って生産性を高
めることができる等、処理性能、信頼性およびスループ
７）の面で量産規模にも十分対応し得る実用的な半導体
ウェハ処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ異なる本発明実施例の構成図
、第３図は従来における半導体ウェハのプラズマ処理装
置の構成図である。各図において、ｌ：プロセス反応室
、２：プラズマ生成室、９：真空排気系、１１：ウェハ
保持機構、１３：カセット、１４：ウェハ、１５：第１
ロック室、１６：第２ロック室、１７．１８：真空排気
系、１９．２０．２１　？真空仕切弁、２２：中継光は
渡し機構、２３：ハンドリング機構。 π 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体ウェハを収容したカセットからウェハを一枚
   ずつ取り出して真空圧に保持されたプロセス反応室内に
   搬入し、ここで所定のウェハ処理を行い、しかる後にプ
   ロセス反応室からウェハを搬出してカセットに収容する
   枚葉処理方式の半導体ウェハ処理装置であって、ウェハ
   を室内の所定位置に保持するウェハ保持機構、ウェハ処
   理手段を装備したプロセス反応室と、該プロセス反応室
   へ直列に連ねて連設設置した真空排気系を装備の第１、
   および第２のロック室と、プロセス反応室と第１ロック
   室との間、第１ロック室と第２ロック室との間、および
   第２ロック室と室外大気側との間の各通路を個々に仕切
   る真空仕切弁と、第２ロック室内に配備して室外より搬
   入されたウェハを受容保持する中継受け渡し機構と、第
   １ロック室内に配備して第２ロック室側の中継受け渡し
   機構との間、およびプロセス反応室内のウェハ保持機構
   との間でウェハを移送するハンドリング機構と具備して
   構成したことを特徴とする半導体ウェハ処理装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の処理装置において、第
   １、第２のロック室、およびその付属機器を含む設備を
   一組として、ウェハの搬入用、搬出用として用いる二組
   の設備がプロセス反応室に設置されていることを特徴と
   する半導体ウェハ処理装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載の処理装置において、プ
   ロセス反応室が純アルミニウムで構成されていることを
   特徴とする半導体ウェハ処理装置。