JPH0652721B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体ウエ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，ないしエッチング等の処理を行う半導体ウエ
ハ処理装置に関する。

〔従来の技術〕

頭記した半導体ウエ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。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を装備のウエハ保持機構、13は複数枚の半導
体ウエハ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。

一方、ウエハは次記の搬送操作によってプロセス反応室
１内に一枚宛送りこまれてウエハ保持機構11に受け渡し
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エハを収容したカ
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１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、ここで室内に配置したウエハのハ
ンドリング機構（図示せず）の操作によりカセット13か
ら一枚のウエハ14を取り出してプロセス反応室１内に搬
入し、室内のウエハ保持機構11に受け渡すとともに、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１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エハ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、所定のウエハ処理が終了するとウエハ14は前記搬
入操作と逆な順序でウエハ保持機構11よりカセット13に
戻され、続いて次のウエ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エハ14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エハ処理を行
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
設けてあるとは言え、このロードロック室６はカセット
13の搬入，搬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気圧に戻すために、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１との間で行うウエ
ハの搬送，受け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等のウエ
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エハの品質，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、ウエハ
の搬入，搬出工程のロスタイムをできるだけ短縮してス
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、ウエハ
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エハ搬
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れてウエハ
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
る半導体ウエ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、ウエ
ハを室内の所定位置に保持するウエハ保持機構，ウエハ
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
り搬入されたウエ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エハ保
持機構との間でウエハを移送するハンドリング機構と、
前記第２ロック室の室外に配備してカセットと第２ロッ
ク室内の中継受け渡し機構との間でウエハをその処理面
が下向きのフィエスダウン姿勢で搬送して受け渡しを行
う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エハの搬入，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
枚宛のウエハを取り出し、さらにウエハの処理面を下に
向けるように反転したフェイスダウン搬送方式で第２ロ
ック室内に送り込んで室内に配備の中継受け渡し機構へ
フェイスダウン姿勢のまま受け渡す。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
機構によりウエハを第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。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エハをプロセス反応室内に搬入し
た上で室内の上部に装備された例えば静電チャックとし
てのウエハ保持機構にフェイスダウン姿勢のまま受け渡
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
エハ処理を行う。ウエ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エハがプロセス反応室から第１
ロック，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。

しかも上記のウエハ搬送工程では、ウエハは処理面を下
向きとしたフェイスダウン姿勢のまま搬送されるのでウ
エハの処理面に塵埃等の異物が沈降付着する可能性は極
めて少なく、また第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
でウエ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
り、かくしてウエハ処理性能を大幅に向上できる。

また前記のウエ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ロック室の中継受け渡し機構をウエハ搬入用，
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、
それぞれウエハの搬入用，搬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、ウエ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エハ搬
送工程の所定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，およびウエハを収容するカセット等
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。

〔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
付してある。

まず第１図において、プロセス反応室１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17，18を装備
し、かつプロセス反応室１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２ロック室16には室外より搬入されたウエハを
一時的に受容保持する中継受け渡し機構22が配備されて
いる。この中継受け渡し機構22はウエハ14の処理面を保
護するようにウエハの外周マージン部を担持するウエハ
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
のウエハ保持機構11との間，および前記した第２ロック
室内の中継受け渡し機構22との間でウエハを移送，受け
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ッ
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、その先端に取付けてウエハの外周マージン部を担持
するハンド部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け
渡し機構22との間でウエハ14の移送，受け渡しを行うハ
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
ているウエハを一枚宛取り出した後に、ウエハを表裏を
反転して第２ロック室内の中継受け渡し機構22に受け渡
すようにした，いわゆるフェイスダウン搬送方式のロボ
ットであり、ロボットアームの先端に装備してウエハ14
を真空吸着するハンド部25を駆動軸に対して図示矢印の
ように駆動軸26に対して前後方向，上下方向，旋回，お
よび反転操作するように構成されている。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27等のクリーンルーム機器内に据付けられてい
る。

次に上記構成によるウエハの搬送，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。ここで未処理ウエハを収容したカセ
ット13をクリーンベンチ27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
のウエハ14を取り出し、かつウエハ14を反転してその処
理面が下を向くようにフェイスダウン姿勢で空気中の塵
埃が処理面に付着するのを極力防止したがらウエハ14を
第２ロック室内の中継受け渡し機構22に受け渡してここ
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、ウエハ14を中継
受け渡し機構22に受け渡した後に、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
ところで第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の操作で中継受け渡し機構22に保持
されているウエハ14をフェイスダウン姿勢のまま第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。
またウエハ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の操作でウエ
ハ14を処理面下向き姿勢のままプロセス反応室１内に装
備した静電チャックとしてのウエハ保持機構11に受け渡
す。なおウエハ保持機構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、ウエハ保持機構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てある。一方、
ウエハ14の受け渡しが済むとハンドリング機構23は第１
ロック室15内に戻り、真空仕切弁19が再び閉じる。

さて、未処理のウエハ14がウエハ保持機構11に保持され
ると、ここでプラズマＣＶＤ，ないしエッチング等の所
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。

ここでウエハのプロセス処理が終了すると、前記したウ
エハの搬入操作と逆な順序で処理済みのウエハ14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
て室外配備のハンドリング機構24に受け渡され、ここで
ハンドリング機構24は待機中のカセット13へ受け渡す直
前でウエハ14をフェイスダウン姿勢から反転させた上で
カセット内へ収容する。これで一枚のウエハに付いての
一連の工程が終了し、続いて次のウエハを前記と同様な
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エハの搬入と搬出
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構24，クリーンベン
チ26等を含む設備を一組として、プロセス反応室１に対
してその両側にウエハ搬入用，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、未処理ウエハの搬入操作と処理済み
ウエ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ットの向上を図るこ
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、ウエハを室内の所
定位置に保持するウエハ保持機構，ウエハ処理手段を装
備したプロセス反応室１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
たウエ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エハ保持機構との間
でウエハを移送するハンドリング機構と、前記第２ロッ
ク室の室外に配備してカセットと第２ロック室内の中継
受け渡し機構との間でウエハをその処理面が下向きのフ
ィエスダウン姿勢で搬送して受け渡しを行うハンドリン
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
１ロック室と、同じく真空圧に保持され、室外との間で
ウエハの受け渡しを行う時にのみ大気側に開放される第
２ロック室とを組合せた二重の準備室を直列に経由して
ウエハを処理面を下向きにしたフェイスダウン姿勢を保
持して搬入，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、かつウエハの処理面に塵埃等の異物が沈降
付着するのを極力防止することができてウエハプロセス
処理性能に対する大幅な信頼性向上が図れる。

しかもウエハ収納カセットを室外に置いたままウエハ搬
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エハ搬送系をプロセス反応
室に対してウエハ搬入用，搬出用として設置することで
ウエ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
プットの面で量産規模にも十分対応し得る実用的な半導
体ウエ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エハのプラズマ処理
装置の構成図である。各図において、 １：プロセス反応室、２：プラズマ生成室、９：真空排
気系、１１：ウエハ保持機構、13：カセット、14：ウエ
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：中継受け渡し
機構、23：ハンドリング機構、24：室外配備のハンドリ
ング機構、25：ハンド部、26：駆動軸、27：クリーンベ
ンチ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハを収容したカセットからウエ
   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、ここで所定のウエハ処理を行い、しか
   る後にプロセス反応室からウエ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エハ処理装置であっ
   て、ウエハを室内の所定位置に保持するウエハ保持機
   構，およびウエ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エ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
   室内のウエハ保持機構との間でウエハを移送するハンド
   リング機構と、前記第２ロック室の室外に配備してカセ
   ットと第２ロック室内の中継受け渡し機構との間でウエ
   ハをその処理面が下向きのフィエスダウン姿勢で搬送し
   て受け渡しを行うハンドリング機構とを具備して構成し
   たことを特徴とする半導体ウエハ処理装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の半導体ウエハ
   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、ウエハの搬入用，搬
   出用として用いる二組の設備がプロセス反応室に連設設
   備されていることを特徴とする半導体ウエハ処理装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の半導体ウエハ
   処理装置において、ロック室外に設置のハンドリング機
   構がクリーンベンチ等のクリーンルーム機器内に配備さ
   れていることを特徴とする半導体ウエハ処理装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の半導体ウエハ
   処理装置において、ハンドリング機構はウエハを吸着保
   持するハンド部を駆動軸に対して前後方向，上下方向，
   旋回，および反転操作するロボットであることを特徴と
   する半導体ウエハ処理装置。