JPS62214178A - 気相反応装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は気相反応装置に関する。更に詳細には、本発明
はローダ部の収容された第１予備室、アンローダ部の収
容された第２予備室、第１予備室内のローダ部にウェハ
を供給する第１ウエハ搬送機構、第２予備室内のアンロ
ーダ部からウェハを受け取る第２ウェハ搬送機構および
反応室を矩形に配列した、プラズマＣＶＤ処理またはプ
ラズマエツチング処理を行うための、気相反応装置に関
する。

［従来技術］ 薄膜の形成方法として、半導体工業において一般に広く
用いられているものの一つに、気相成長法（ＣＶＤ：Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）がある。ＣＶＤとは、ガス吠物質を化学反応で固体物
質にし、基板上に堆積することをいう。

ＣＶＤの特徴は、成長しようとする薄膜の融点よりかな
り低い堆積温度で種々の薄膜が得られること、および、
成長した薄膜の純度が高く、ＳｉやＳｉ上の熱酸化膜上
に成長した場合も電気的特性が安定であることで、広く
半導体表面のパッシベーション膜として利用されている
。

ＣＶＤ法は大別すると、（１）常圧、（２）減圧および
（３）プラズマの３種類がある。

最近の超ＬＳＩ技術の急速な進歩により、′超々ＬＳＩ
”という言葉も聞かれはじめた。これに伴い、Ｓｉデバ
イスはますます高集積化、高速度化が進み、６インチか
ら８インチ、更には１２インチ大口径基板が使用される
ようになった。

半導体デバイスの高集積化が進むに伴い、高品質、高精
度な絶縁膜が求められ、常圧ＣＶＤ法では対応が困難に
なってきた。そこで、プラズマ化学を利用したプラズマ
ＣＶＤ法が注目を浴びている。

プラズマＣＶＤは生成膜（例えば、５ｉｏｘ膜）の構成
原子を含む化合物気体（例えばＳｉＨ４およびＮ２０）
をプラズマ状態にし、化学的に活性なイオンやラジカル
（化学的に活性な中性原子または分子種のこと）に分解
させことによって、低温（例えば、約３００℃前後）で
薄膜を成長させる方法である。

従来のＣＶＤ法は気体分子の分解や反応を高い基板温度
で純粋に熱的に行うのに対して、プラズマＣＶＤ法は放
電による電気的エネルギーの助けによって、基板温度を
低く抑えることに特徴がある。

この方法はステップカバレージ（まわりこみ、またはパ
ターン段差部被覆性）が良く、膜の強度が強く、更に耐
湿性に優れているといった特長を有する。また、プラズ
マＣＶＤ法による成膜生成速度（デポレート）は、減圧
ＣＶＤ法に比べて極めて速い。

［発明が解決しようとする問題点］ プラズマＣＶＤ法は１−０．４Ｔｏｒｒ前後の真空条件
下で実施される。従って、ウェハの搬入および搬出操作
は、反応室とゲートバルブで隔てられた予備室内に収容
されているローダ部およびアンローダ部により行わなけ
ればならない。すなわち、反応室内の圧力とローダ部ま
たはアンローダ部の圧力を等圧にしてからゲートバルブ
を開き、ウェハを搬入または搬出する。ローダ部および
アンローダ部を予備室内に収容すると、ウェハへの異物
の付着を防止できる利点もある。

反応室に対するローダ部およびアンローダ部の配列方法
として従来から採用されてきた方法は例えば、ローダ／
アンローダ部を一本のウエハキャリアアームで兼用する
方法がある。この場合、予備室も一つで済むため、装置
はコンパクトになり、スペースの節約効果は大である。

しかし、スループットが大幅に低下する。

別の配列方法は、ローダ部を納めた第１予備室およびア
ンローダ部を納めた第２予備室を並列にならべて反応室
に接続する方法である。この方法は、予備室を二本並列
にならべることのできるサイズを有する大型の反応室に
しか採用できない。

反応室を長方形にして第１予備室と第２予備室を並列接
続する試みがなされた。しかし、長方形反応室は送入さ
れた反応ガスの炉内におけるフローパターンやグロー放
電などの内部条件が不均一になり、膜品質が低下する。

その結果、製品の歩留りも低下する。

他の配列方法は、ローダ部を納めた第１予備室およびア
ンローダ部を納めた第２予備室を反応室を挟んで１８０
’の関係に配置する方法である。

この場合、装置全体が縦長になり、スペース的に無駄が
多くなる。従って、装置設計の浮動率の点からみれば必
ずしも適当な配置ではない。更に、装置の配置スペース
は半導体製造工場では限られている。すなわち、ライン
構成が寸法的に決まっている。ウェハ寸法が６インチか
ら１２インチに大きくなったからといって、ラインの全
長をウェハの口径拡大に合わせて任意に伸ばすことはで
きない。

反応室、第１予備室、第２予備室を１８０°に配列する
別の態様として、反応室および／または予備室を多連に
する試みがなされた。これは、反応室および／または予
備室を共用することにより、スループットの向上を目的
とするものである。

反応室を多連にすると、成膜反応中のものと、成膜準備
（例えば、ウェハの搬入／搬出）中のものとに区別する
ことができ、無駄な待機時間を節約することによりスル
ープットを向上させようとするものである。しかし、こ
の場合、群中の一つの装置にトラブルが発生したとき、
影響が全体に及び、群全体の操業を停止しなければなら
なくなる。結果的に、期待したほどスループットを向上
させることができない。

更に、従来はウェハをストックしておくためのカセット
が予備室内に収容され、予備室内で直接ローダ部または
アンローダ部にウェハが受け渡しされていた。この場合
、ウェハを多量にストック出来ないという欠点の他に、
予備室の圧力が大気圧と等圧の時でなければカセットを
交換出来ないという欠点もある。

特に枚葉式の場合にはウェハを一枚毎に反応室内に搬入
／搬出しなければならないので、カセットを予備室内に
収容したのでは、カセットの交換により成膜作業が中断
され好ましくない。

別の問題点として、ＣＶＤ薄膜形成装置を駆動させるた
めの排気系および／または駆動系等の周辺装置類の配設
スペースも考慮しなければならない。従来のＣＶＤ薄膜
形成装置では、これらの周辺装置類は単に本体の脇に配
置されていたが、その部分だけ突出してしまい、無駄な
空間を多量に作り出していた。

プラズマＣＶＤ法とプラズマエツチング法とは使用する
反応ガスが異なるだけであり、装置自体の構成および／
または構造は原則的に大体同じである。

［発明の目的コ 従って、本発明の目的は、ウェハの搬入から搬出まで間
断なく連続的に成膜作業をすることができ、しかもスペ
ース的に無駄がなく、装置設計の坪効率が高いコンパク
トな気相反応装置を提供することである。

ｃ問題点を解決するための手段］ この問題点を解決するための手段として、この発明は、
ウェハを反応室内に搬入するためのローダ部およびウェ
ハを反応室内から搬出するためのアンローダ部を有する
気相反応装置において、前記ローダ部を納めた第１予備
室、前記アンローダ部を納めた第２予備室、前記ローダ
部にウェハを供給するための第１ウエハ搬送機構、前記
アンローダ部からつ゛エバを受け取るための第２ウェハ
搬送機構および反応室を矩形に配列したことを特徴とす
る気相反応装置を提供する。

［作用］ 前記のように、本発明の気相反応装置は第１予備室、第
２予備室、第１ウエハ搬送機構、第２ウェハ搬送機構お
よび反応室が全体として矩形配列されている。

従って、この矩形の内部空間に排気系や駆動系のための
様々な周辺装置類を収容することができる。その結果、
気相反応装置全体が正方形状にまとめあげられ、坪効率
の高い極めてコンパクトな装置となる。

また、ウェハ搬送機構が予備室外に配置されるので、カ
セットの交換は極めて容易であり、ウニ・　　ハの搬入
から搬出まで間断なく連続的に自動運転することができ
る。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について更
に詳細に説明する。

第１図は本発明の気相反応装置の一実施例を示す概略的
斜視図である。

第１図に示されるように、本発明の気相反応装置は反応
室１０に対して第１予備室１２および第２予備室１４が
ほぼ直交するようにＬ字形に配列されている。更に、第
１予備室１２の終端付近に、第１予備室１２に対してほ
ぼ直交するように、第１ウェハ搬送機構２５が配設され
、第２予備室１４の終端付近に、第２予備室１４に対し
てほぼ直交するように、第２ウェハ搬送機構６２が配列
されている。このようにして、装置全体が矩形状配列を
構成している。

この矩形の中央空間１００内に排気系および／または駆
動系等の周辺支援装置類を配置することができる。かく
して、装置全体を方形杖にまとめることができ、空間が
極めて有効に利用されるので、無駄な空間はほとんど発
生しない。

第１予備室１２および第２予備室１４は各ゲートバルブ
（図示されていない）を介して反応室１０に接続されて
いる。

反応室１０は横断面が正方形の対称形をしている。対称
形反応室は室内に送入された反応ガスのフローパターン
が均一となり良好な成膜結果が得られる。対称形は円形
であってもよい。プラズマＣＶＤまたはプラズマエツチ
ングの場合、反応室が対称形だと放電も安定になり、一
層良好な結果が得られる。

反応室の内部にはウェハ載置台１６が配置されている。

図示されていないが、ウェハ載置台にはヒータが配設さ
れており、載置台上に置かれるウェハをプラズマ成膜反
応に必要な温度にまで加熱する。

ウェハ載置台の周囲には載置台上に置かれるウェハを持
ち上げるためのウェハ受け爪１８が配設されている。ウ
ェハ受け爪は使用されるウェハの口径にあわせて、交換
可能に構成されている。従って、６インチウェハに対し
ては長いウェハ受け爪を使用し、１２インチウェハに対
しては短い受け爪を使用する。

ウェハ載置台周囲の反応空間を円形に画成するため、ウ
ェハ載置台の外周にシャッターリング２０を配置する。

このシャッターリングにより反応空間の断面を円形の対
称形にすることができ、ウェハ１ｉｆｔ　置台」―のウ
ェハへの反応ガスのフローパターンが一層均一になるば
かりか、プラズマ放電の密度が常に一定になり膜質的に
優れた膜が得られる。

図示されていないが、反応室の上部には、反応ガス送大
ノズルおよび／または平行平板電極などを備えたトップ
カバーが被せられ、反応室を気密構造に密閉する。

第１予備室１２の内部には、反応室内にウェハを搬入す
るためのローダ部２２が収容されている。

ローダ部２２は予備室内に配設されている駆動機構（図
示されていない）に韮り進退可能である。

ローダ部２２はウェハキャリアアーム２２ａおよびウェ
ハキャリアプレート２２ｂを有する。キャリア少レート
２２ｂはキャリアアーム２２ａに螺着されている。

次に、ウェハを反応室に搬入し、また、反応室から搬出
する動作について説明する。

ホッパーテーブル２６の上部まは下部にウェハ、カセッ
ト（図示されていない）が装着される。ウエハ力セット
から供給されたウェハ２４は第１ウェハ搬送機構２５の
ホッパーテーブル２６上に置かれ、ベルト駆動またはエ
アベアにより前進されウェハ搬送フォーク２８のウェハ
トラック３０に達する。

第１ウエハ検出器がウェハを検出するき、第１ウエハ移
送アーム３２がウェハを下側から真空吸着し、その状態
のまま回転して、第１蓋部３４の下部に配設されたウェ
ハ受け渡し爪３６にウェハを移送し、該爪上にウェハを
載置する。第１蓋部３４は覗き窓３８を有する。第１蓋
部３４は第１蓋開閉機構４０の昇降可能アーム４２に螺
着または固設されている。ウェハ受け渡し爪３６にウェ
ハ２４が載置されると、昇降可能アーム４２は下降し、
第１予備室１２の上部に開けられた第１開口部４４を経
て予備室内に進入し、キャリアプレート２２ｂにウェハ
を載置する。昇降可能アーム４２は更に下降し、第１蓋
部３４が第１開口部４４を覆い、第１予備室１２を密閉
する。

第１予備室が密閉された後、第１予備室を排気して反応
室と等圧にする。等圧になったら、第１予備室と反応室
を隔てる第１ゲートバルブ（図示されていない）を開き
、ウェハキャリアプレート２２ｂを反応室内のウェハ載
置台１６のところまで前進させる。キャリアプレー）２
２ｂが所定位置に達したら、ウェハ受け爪１８が上昇し
てキャリアプレート２２ｂからウェハを受け取る。その
後、キャリアアーム２２ａは反応室外に退去し、第１ゲ
ートバルブが閉じられ、成膜反応処理が開始される。

第２予備室１４の内部には、反応室内から成膜処理済ウ
ェハを搬出するためのアンローダ部４６が収容されてい
る。アンローダ部４６は予備室内に配設されている駆動
機構（図示されていない）により進退可能である。アン
ローダ部４６はウェハキャリアアーム４８ａおよびウェ
ハキャリアプレート４６ｂを有する。キャリアプレート
４６ｂはキャリアアーム４６ａに螺着されている。

成膜反応処理が終了し、第２予備室１４内の圧力を反応
室１０の圧力と等圧にしてから、反応室と第２予備室を
隔てる第２ゲートバルブ（図示されていない）を開く。

ウェハ受け爪１８が成膜処理の済んだウェハをウェハ載
置台１６から持ち上げる。アンローダ部４６のキャリア
アーム４８ａが前進し、ウェハ受け爪１８により持ち上
げられているウェハの下側に入る。ウェハ受け爪１８が
下降し、ウェハをキャリアプレート４ｅｂ上に載置する
。

その後、キャリアアーム４６ａは反応室を退去し、キャ
リアプレート４８ｂが第２蓋部４８の下部に配設された
ウェハ受け渡し爪（図示されていない）の位置に達した
ら後退を停止する。キャリアプレート４６ｂが反応室か
ら完全に退去した時点で、第２ゲートバルブが閉じられ
る。第２蓋部４８も覗き窓５４を有する。第２蓋部４８
は第２蓋開閉機構５０の昇降可能アーム５２に螺着また
は固設されている。

第２予備室１４の圧力を大気圧にもどしてから、第２蓋
開閉機構５０の昇降可能アーム５２を上昇させる。第２
予備室の上部で第２蓋部が施蓋される位置に第２開口部
５８が配設されている。ウェハ受け渡し爪に保持された
ウェハは、この第２開口部５８を通り第２予備室の外に
出る。

その後、第２ウェハ移送機構６０がウェハ受け渡し爪に
より保持されているウェハを真空吸着して第２ウェハ搬
送機構６２に移送する。第２ウェハ搬送機構６２のウェ
ハトラック８４にウェハが載置されたことを第２ウエハ
検出器６６が検出するとコンベヤまたはエアベアなどに
よりウェハはマガジンスタッカテーブル６８に送られる
。

マガジンスタッカテーブル６８の上部または下部にカセ
ット（図示されていない）が装着されており、マガジン
スタッカテーブルまで送られてきたウェハを収納し、ウ
ェハ一枚についての一連の作業が終了する。

この作業が各ウェハについて間断なく連続的に、かつ、
自動的に行われる。カセットは予備室の外の大気圧下に
配置されているので、成膜作業を中断することなく極め
て簡単に交換できる。

前記のように本発明の装置は、いわゆる、カセツトツー
カセツトの形式に構成できる。

本発明の装置は反応室のウェハ載置台上にウェハを一枚
毎に搬入／搬出する、いわゆる“枚葉式”である。枚葉
式は８インチ以上の大口径ウェハの表面に均一な膜厚１
ｃｖｏｉを成膜するのに特に適している。しかし、従来
のようなバッチ式反応室についても適用できる。ただし
、バッチ式反応室は小口径ウェハにはよいが、大口径ウ
ェハに対しては膜厚の粗密の差が大きくなりすぎて製品
品質にバラツキが出やすい。特に、プラズマＣＶＤ法の
場合は、バッチ式だと放電密度が一定にならず歩留りが
低下するので、好ましくない。

ふた開閉機構、ローダ／アンローダ部およびウェハ受け
爪などの駆動にはニアシンリンダ−を使用できる。従っ
て、本発明の装置の駆動に必要な排気系やニアコンプレ
ッサーなどの周辺駆動系は第１予備室、第２予備室、第
１ウェハ搬送機構および第２ウェハ搬送機構により囲ま
れる空間１００に配置することができる。かくして、高
いスルーブツトを維持しながら、高品質の半導体素子を
製造することができ、しかも装置設計の点から坪効率に
優れた、極めてコンパクトなＣＶＤ薄膜形成装置が得ら
れる。

本発明の装置は常圧、減圧およびプラズマのいずれのタ
イプのＣＶＤ法にも使用できるが、特にプラズマＣＶＤ
法に使用することが好ましい。プラズマエツチング法に
使用することもできる。更に、最近の技術として、光Ｃ
ＶＤ法が活発に研究され、一部には実用機に近い形の装
置も試作されつつある。本発明の矩形配列方式は当然、
この光ＣＶＤ装置についても適用できる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の気相反応装置
にあっては、第１予備室、第２予備室。

第１ウエハ搬送機構、第２ウェハ搬送機構および反応室
が全体として矩形状に配列されている。

従って、この矩形の内部空間に排気系や駆動系のための
様々な周辺装置類を収容することができる。その結果、
気相反応装置全体が正方形状にまとめあげられ、坪効率
の高い極めてコンパクトな装置となる。また、スペース
の限られた半導体製造工場のフロアに多数台設置するこ
とが可能になる。

ウェハ載置台はウニハロ径の変化に対応可能に構成され
ているので、例えば、６インチウェハから１２インチウ
ェハに移行する場合でも、半導体製造工場のライン構成
自体は変化させる必要が無い。その結果、本発明のし字
配列方式は従来の１８０ａ配列方式に比べて、融通性が
高い。

本発明の装置は、カセットツーカセットの枚葉式なので
、６インチ以上の大口径ウェハに均一な膜厚のＣＶＤ膜
を形成するのに特に適している。

装置全体が極めてコンパクトに構成されているので、枚
葉式でも、装置を複数台設置すれば、バッチ式と同等の
処理能力を発揮する。この内の一台に、万一トラブルが
発生しても、各装置は全て独立しているので、他の装置
は何らの影響を受けることなくそのまま操業を続行でき
る。従って、反応室多連式やバッチ式のＣＶＤ装置のよ
うに、トラブルが発生すると全体の操業を停止しなけれ
ばならないものに比べて、むしろスループットは高くな
る。

また、ウェハ搬送機構が予備室外に配置されるので、カ
セットの交換は極めて容易であり、ウェハの搬入から搬
出まで間断なく長時間にわたって連続的に自動運転する
ことができる。

以上、本発明の装置の効果を要約すれば、限られたフロ
アスペースで、高いスループットヲ維持しながら、高品
質の半導体素子を歩留り良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相反応装置の一実施例を示す概略的
斜視図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応室と、ウェハを前記反応室内に搬入するため
   のローダ部およびウェハを前記反応室内から搬出するた
   めのアンローダ部を有する気相反応装置において、前記
   ローダ部を納めた第１予備室と、前記アンローダ部を納
   めた第２予備室と、前記ローダ部にウェハを供給するた
   めの第１ウェハ搬送機構と、前記アンローダ部からウェ
   ハを受け取るための第２ウェハ搬送機構をとを備え、前
   記反応室、前記第１予備室、前記第２予備室、前記第１
   ウェハ搬送機構および前記第２ウェハ搬送機構とを全体
   として矩形状に配列したことを特徴とする気相反応装置
   。
2. （２）前記第１および第２予備室はゲートバルブを介し
   て反応室と接続され、前記反応室はプラズマＣＶＤ処理
   たはプラズマエッチング処理を行うことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の気相反応装置。
3. （３）前記反応室は枚葉式の対称形反応室である特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の気相反応装置。
4. （４）第１ウェハ搬送機構および第２ウェハ搬送機構は
   予備室外の大気圧下に配置されている特許請求の範囲第
   １項から第３項までのいづれかに記載の気相反応装置。
5. （５）第１ウェハ搬送機構および第２ウェハ搬送機構は
   それぞれウェハカセットが装着可能に構成されている特
   許請求の範囲第１項から第４項までのいづれかに記載の
   気相反応装置。