JPH03136345A

JPH03136345A - 半導体ウエーハ処理装置

Info

Publication number: JPH03136345A
Application number: JP1275217A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yoshida; 誠吉田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-11
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600399B2

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、半導体ウェーノ・（以下単にウェーハとも
記す）に対し、プラズマＣＶＤなどによる簿膜形成やエ
ツチング等の表面処理をウェーハ１枚づつ順に行う枚葉
処理方式の半導体ウェーハ処理ｆ装置に関する。

〔従来の技術〕

この種半導体ウェーハ処理ｔｃ！！の従来の構成例を第
６図に示す。図において、１はプロセス反応室、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ｐ−ドロクク室、８はロードロッ
ク室６と室外とを仕切る真空仕切り弁、９．ｌＯはそれ
ぞれ１ロセス反応室１忘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内に設置した例えば静電チャック１２を
装備のウェーハ保持機構、１３は複数枚の半導体ウェー
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．フ”ラズマ生成室ｌ
を真空排気しておき、プラズマ生成室旦内へ目的に応じ
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５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。

これに先文ち、ウェーハは欠配の搬送操作によってプロ
セス反応室１内に１枚送りこまれてウェーハ保持機構１
１に受け渡し保持される。すなわち、まず、ロードロッ
ク室６内にＮ２ガスを外部から図示されない管路を通じ
て導入し、室内を大気圧に復帰させる。次に真空仕切弁
８を開き、搬送機構１５が未処理ウェーハを収納したカ
セット１３からウェーハ１４を１枚抜き取りロードロッ
ク室６内に搬入し旋回後プロセス反応室１方向を向いて
待機する。ここでロードロック室６は真空排気系１０に
より再び真空状態に保たれ、ロードロック室６の圧力が
プロセス反芯室１と同等な真空圧に達したところで、次
に真空仕切り弁７を開き前記搬送機構１５がウェーハ１
４をプロセス反応室１内に搬入し、室内のウェーハ保持
機構１１に受け渡すとともに真空仕切り弁７を再び閉じ
る。

この状態で１０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ＥＣＲ７ラ
ズマを生成すると、このプラズマがプロセス反応室１門
番こ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ーハ１４の表面にキ
ャリアガスの種類により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、所定のウェーハ処理が終了するとウニＩ・１４は
前記搬入操作と逆な順序でウェーハ保持機構１１よりカ
セット１３に戻され、続いて次のウェーハの処理操作が
行われる。またカセット１３内に収容されている全ての
ウェーハ１４に付いて処理が済むと、再びロードロ、り
室６の真空仕切り弁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
様な操作でウェーハ処理を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このようなプラズマＣＶＤ装置における未処
理ウェハは空気中にさらされており、水分の吸着やその
他の不純ガスが吸着されており、そのままプロセス処理
を行った場合、ボイド等が発生して成膜の膜質を低下さ
せ、ウェーハの品質。

歩留りを悪化させる。またこのようなプラズマＣＶＤ装
置等で処理された直後のウェーハは高温（約２００℃）
であり、一方、通常量産装置等で使用されているカセッ
トの材質番こはポリ１０ピレンが用いられている場合が
多く、そのまま直ぐにカセットへ搬出するとカセットが
変形する問題がありた。この問題を解決するために１本
願発明者は、鋳込ヒータ等の加熱手段を内層した予備加
熱室と、水冷等による冷却ステージを内層した冷却室と
を装備した半導体ウェーハ処理装置を先に考案した。

この考案による半導体ウェーハ処理装置は、予備加熱室
を第６図におけるロードロック室６のカセット１３側に
真空仕切り弁８を介して結合するとともＩこ、冷却室を
第６図の紙面に垂直方向にロードロック室６と真空仕切
り弁を介して結合したものであるが、半導体ウェーハの
予備加熱中は表面処理の終了したウェーハをカセット１
３内へ搬出することができず、また、予備加熱室、ロー
ドロック室。

冷却室相互間のウェーハの受渡しの度ごとに真空仕切り
弁を開けなければならず、真空仕切り弁の開閉操作に要
するロスタイムのため、かかる装置構成では実用量産規
模の装置とした場合、スルー１ツトに問題が生じるとい
う問題があった。

この発明の目的は１、これらの問題点を解決し、スルー
プ、トが向上した。膜質の良好な成膜が可能な半導体ウ
ェーハ処理装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明においては、半導
体ウェーハを１枚づつ表面処理する枚葉処理方式の半導
体ウェーハ処理装置を、半導体ウェーハに表面処理が施
されるプロセス反応室に真空仕切り弁を介して連設され
た１つの真空容器内に、表面処理前の半導体ウェーハを
予備加熱する加熱手段と２表面処理後の半導体ウェーハ
を冷却する冷却手段と、半導体ウェーハを保持して前進
後退、上昇下降、水平旋回させる機能を持ち該真空容器
外部から該容器内へ狭面処理前の半導体ウェーハを取り
込むとともに前記プロセス反応室内のウェーハステージ
ヘ前記加熱手段による予備加熱後の半導体ウェーハを受
け渡しする搬送機構とが相互間の仕切りを設けることな
（開放状態に配設され、かつ該加熱手段と冷却手段との
それぞれ下方に、半導体ウェーハが載置されて該半導体
ウェーハを上下方向に移動させるウェーハ上下機構を備
えるとともに該真空容器が加熱手段の反搬送機構側に半
導体ウェーハが装填されたカセットを収容するカセット
室を気密に結合可能に形成されている装置とするものと
する。

〔作用〕

まず、作用の理解を容易にするために、前記手段に従り
て！成される半導体ウェーハ処理装置の操作手順に２き
説明する。

まず、真空仕切り弁を介してロードロック室を構成する
真空容器の大気側に結合されたカセット室内を大気圧に
復帰しカセットを収納する。収納後真空引きを行う。ロ
ードロック室と連結された真空仕切り弁を開放した状態
でロードロック室内の搬送機構によりカセットから１枚
りエーハを取り出し、四−ドロック室内に設定され加、
熱手段が配される加熱ゾーンにおいて該加熱手段の下方
に配置されたウェーハ上下機構に受け渡Ｔ、久◆こウェ
ーハ上下機構は加熱ゾーンの最適加熱位置まで移動し加
熱処理を行う。処理終了後、ウェーハ上下機構は受渡し
位置まで下降し前記搬送機構がウェーハを受取る。ウェ
ーハを受け取った搬送機構は旋回しプロセス反応室を向
いて待機する。次いでプロセス反応室と連結された真空
仕切り弁が開かれ待機しているウェーハを１０セス反応
室内に搬入した上で室内に装備されたウェーハ保持機構
に受け渡す。ここで搬送機構をロードロック室内に戻し
て再び真空仕切り弁を閉じた後にプロセス反応室内で所
定のウェーハ６理を行う。ウェーハ処理中に搬送機構は
再びカセット室からウェーハを１枚抜き取り加熱ゾーン
のウェーハ上下機構に受け渡す。次にウェーハ上下機構
は加熱ゾーンの最適位置まで移動し、ウェーハを予備加
熱して待機している。

ウェーハ処理が済むと前記した搬入操作と逆な順序で処
理済みウェーハがプロセス反応室からロードロック室へ
搬出され、前記搬送機構がロードロック室内憂と設定さ
れた冷却ゾーン内の冷却子゛段下方に配置されたウェー
ハ上下機構に受け渡す。

次にウェーハ上下機構は冷却ゾーンの最適位置へ移動し
冷却する・さらに搬送機構は加熱ゾーンのウェーハ上下
機構からウェーハを受け取り、前記と同様にプロセス反
応案内のウェーハ保持機構に受け渡す。ここで再び所定
のウェーハ処理が行われる。次に搬送機構は再びカセッ
ト室からウェーハを１枚抜き取り加熱ゾーンのウェーハ
上下機構に受け渡す。ここでウェーハ上下機構は加熱ゾ
ーンの最適位置まで移動し、ウェーハを予備加熱して待
機している。

加熱ゾーンの９工−ハ上下機構が所定の位置へ移動終了
後搬送機構は冷却ゾーンのウェーハ上下機構からウェー
ハを受け取り、加熱ゾーンのウェーハ上下機構の下を通
り、カセット室内のカセ。

トの取り出した位置と同じ位置へ収納する。

同様にして設定枚数分の処理が繰り返される。

・このようζこ、本発明の装置構成によれば、ウェーハ
搬送工程では、カセット室、ｏ−ドロック室。

プロセス反応室が常に真空に保持されていて大気側に開
放されるこ七がなく、水分の吸着、不純ガスの吸着、ｊ
ｉ（よび外部からの塵埃の侵入が殆どな（室内が高清浄
な状態６ζ維持される。これにより１■セス反応富内と
の間でウェーハを受け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
（なり、かつ予偏加熱によりウェーハ上の水分が除去さ
れ、ウェーハに形成される薄膜の質を大幅に向上させる
ことができる。またウェーハ搬送工程でロスタイム発生
の要因となる各室間の真空仕切り弁の開閉動作が最少限
で済み、かつ全室が常に真空状態であるため、大気圧へ
の復帰および再真空排気といった動作が不要であり、ロ
スタイムが少なくなるとともに予備加熱中に冷却処理終
了のウェーハをカセットへ搬出するといった並列処理が
可能となり、一連のウェー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。

〔笑施例〕

第１図は本発明による半導体ウェーハ処理装置構成の一
実施例を示す平面図、第２図は第１図に２けるＡ−Ａｍ
に沿う装置の縦断面図、第３図は第１図におけるＡ−Ｈ
ＭＡに沿う装置の縦断面図である。また第４図、第５図
はそれぞれｔｇＺ図、第３図におけるＣ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ
線に沿っ断面図であり、第６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１こおいて、プロセス反応室１の側方には真
空仕切り弁７を介してロードロ、り室がが連設配備され
、ロードロック室が内には、搬送機１１ｍ！１５と加熱
ゾーン１６と冷却ゾーン１７とが配設されている。さら
にカセット室１８が真空仕切りｙＰ１９を介してロード
ロック室２６番こ連設結合されており、かつ室外大気側
とは真空仕切り弁８により仕切られている。そして第２
図に示すように、前記カセット室１８にはカセット１３
の段ごとに１ピッチ送りをする送り機構加と真空排気系
２１とが設けられており、ロードロック室部は鋳込みヒ
ータとして形成された加熱手段ｎとウェーハ上下機構器
とを備える一方、第３図に示すように、ロードロック室
あ内に水冷による冷却ステージ冴とウェーハ上下機構器
とが配備されている。

次に上記構成による半導体ウェーハ処理装置におけるウ
ェーハの搬送、処理操作について順を追って説明する。

まず、カセット室１８　（第２図）を大気圧に復帰しカ
セッ）　１３を収納する。収納後真９排気系２１により
真空引きを行う。次に真空仕切り弁１９を開き搬送機構
１５がカセット室１８内のカセッ）　１３からウェーハ
１４を１枚抜き取りウェーハ上下機構器に受け渡す。ウ
ェーハ上下機構器は、加熱手段ｎとの最適位置までウェ
ーハ１４を上昇、近接させ、ここで刀口熱手段四により
予備加熱が行われる。予備加熱処理終了後ウェーハ上下
機構おが下降し、再度搬送機構１５ヘウエーハ１４が受
け渡され、次いで搬送機構１５は旋回し、プロセス反応
室１を向いて待機し、真空仕切り弁７が開かれると進入
し、プロセス反応室１内に装備されたウェーハ保持機構
１１にウェーハ１４を受け渡し、後退後、前記真空仕切
り弁７が閉じる。ここで所定のウェーハ処理が行われる
。

一方、ウェーハ処理中に、搬送機構１５は再びカセット
１３から前記と同様の手順でウェーハ１４を１枚抜き取
り、前記予備加熱ゾーン１６のクエーハ上’１１１構乙
にウェーハを受け渡す。ここでウェーハの予備加熱が行
われ１゜９エーハを受け渡した搬送機構１５はプロセス
反応室１を向いた状態で待機している。ウェーハ処理が
終了すると前記した搬入操作と逆な順序で搬送機構１５
が処理済みウェーハ１４を搬出する。搬出されたウェー
ハ１４は前記搬送機構１５により冷却ゾーン１７（第１
図、第３図）へ運ばれ、ウェーハ上下機構おへ受け渡さ
れる。

ここで冷却ステージ飼によってウェーハ１４は冷却され
る。一方、冷却ゾーン１７ヘウエーハ１４を受け渡した
搬送機構１５は、加熱ゾーン１６で予備加熱されたウェ
ーハ１４をプロセス反応室１内のウェーハ保持機構１１
へ前記と同様な順序で送り込む。ことで再び所定のウェ
ーハ処理が行われる。次に搬送機構１５は再びカセット
１３から前記と同様の手順でウェーハ１４を１枚抜き取
り、前記予備加熱ゾーン１６のウェーハ上下機構るにウ
ェーハを受け渡す。

ここで予備加熱が行われる。

次いで搬送機構１５は、冷却ゾーン１７のウェーハ上下
機構器から冷却処理されたウェーハ１４を受け取り、カ
セット１３の取り出した位置と同じ位置へ、加熱ゾーン
１６のウェーハ上下機構ｎのウェーハ台の下を通過して
搬出、挿入する。

以後同様にして設定枚数分の処理が繰り返される。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明においては、半導体９エ
ーハを１枚づつ表面処理する枚葉処理方式の半導体ウェ
ーハ処理装置を、半導体ウェーハに表面処理が施される
プロセス反ＥＷｉに真空仕切り弁を介して連設された１
つの真空容器内に、表面処理前の半導体ウェーハを予備
加熱する加熱手段と９表面処理後の半導体ウェーハを冷
却する冷却手段と、半導体ウェーハを保持して前進後退
。

上昇下降、水平旋回させる機能を持ち該真空容器外部か
ら該容器内へ表面処理前の半導体ウェーハを取り込むと
ともに前記プロセス反応室内のウェーハステージヘ前記
加熱手段による予備加熱後の半導体ウェーハを受け渡し
する搬送機構とが相互間の仕切りを設けることなく開放
状態に配設され、かつ該加熱手段と冷却手段とのそれぞ
れ下方に、半導体ウェーハが載置されて該半導体ウェー
ハを上下方向に移動させるウェーハ上下機構を備えると
ともに該真空容器が加熱手段の反搬送機構側に半導体ウ
ェーハが装填されたカセットを収容するカセット室を気
密に結合可能に形成されている装置としたので、ウェー
ハ搬送工程では、カセット室、ロードロック室、プロセ
ス反応室が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、水分の吸着、不純ガスの吸着、および外
部からの塵埃の侵入が殆どなく室内が高清浄な状態に維
持される。これによりプロセス反応室内との間でウェー
ハを受け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る。また
、加熱手段による予備加熱によりウェーハに吸Ｎされた
水分が除去された状態で表面処理が行われるため、ウェ
ーハに形成される薄膜の膜質が向上し、かつ、この膜質
を、最小限の真空仕切り弁の開閉動作と、加熱手段、冷
却手段のそれぞれ下方に配されたウェーハ上下機構によ
り可能となる。未処理ウェーハ予備加熱中に冷却終了の
ウェーハをカセットへ搬出する並列処理とにより、一連
のウェーハ搬送工程の所要時間を従来ｆ装置と比べ大幅
に短縮して得ることができ、スルー１ツトが向上する効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例による半導体ウ
ェーハ処理装置の構成を示し１．第１図は要部の検断面
図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ線に沿う装置の縦断
面図、第３図は第１図に３けるＡ−Ｂ線に沿う装置の縦
断面図、第４図は第２図におけるＣ−ＣＭに沿う正面断
、面図、第５図は第３図に８けるＤ−Ｄ縁に沿う正・面
断面図、第６図は従来の半導体ウェーハ処理ｆｃ装置の
構成例を示す縦断面図である。ｌ・・・プロセス反応ｇ、６．２６・・・ロードロック
室（真空容器）、７．１９・・・真空仕切り升、１３・
・・カセット、１４・・・半導体ウェーハ、１５・・・
搬送機構、１６・・・予備加熱ゾーン、　１７・・・冷
却ゾーン、１８・・・カセット室、四・・・加熱手段、
２３・・・ウェーハ上下機構、ＩＰ　　１　ｒｉＡ → 拳２目第目

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体ウェーハを１枚づつ表面処理する枚葉処理
方式の半導体ウェーハ処理装置であって、半導体ウェー
ハに表面処理が施されるプロセス反応室に真空仕切り弁
を介して連設された１つの真空容器内に、表面処理前の
半導体ウェーハを予備加熱する加熱手段と、表面処理後
の半導体ウェーハを冷却する冷却手段と、半導体ウェー
ハを保持して前進後退、上昇下降、水平旋回させる機能
を持ち該真空容器外部から該容器内へ表面処理前の半導
体ウェーハを取り込むとともに前記プロセス反応室内の
ウェーハステージヘ前記加熱手段による予備加熱後の半
導体ウェーハを受け渡しする搬送機構とが相互間の仕切
りを設けることなく開放状態に配設され、かつ該加熱手
段と冷却手段とのそれぞれ下方に、半導体ウェーハが載
置されて該半導体ウェーハを上下方向に移動させるウェ
ーハ上下機構を備えるとともに該真空容器が加熱手段の
反搬送機構側に半導体ウェーハが装填されたカセットを
収容するカセット室を気密に結合可能に形成されている
ことを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。