JP2000114187A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜の大気圧
形成とシリコン多結晶膜の減圧形成過程において、歩留
まり向上と総合的な処理時間の短縮を図る。 【解決手段】 バッチ式の減圧処理室３２にロードロッ
ク室４４を設けて、減圧処理室３２と枚葉式の大気圧処
理室３１との圧力連絡を断てるようにする。大気圧処理
室３１側と減圧処理室３２側のそれぞれに搬送室３３、
３５を設けるとともに、両搬送室３３、３５の中間にウ
ェーハを一時保管するバッファ棚３４を設けて、大気圧
処理室３１に対して、および減圧処理室３２に対してウ
ェーハを独立して搬送できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の処理室を持
ち、被処理基板を大気に晒すことなく複数の処理室で連
続して処理を行なう半導体製造装置に係り、特に複数の
処理室の圧力が異なり、一方が大気圧状態のような大気
圧下で、他方が真空ないし減圧状態のような減圧下にあ
る半導体製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体のウェーハ処理において、ウェー
ハを一枚、あるいは少枚数づつ処理できる枚葉式処理室
をロードロック式の搬送室に複数個接続し、複数の枚葉
式処理室間で連続処理を行なうことのできる半導体製造
装置が知られている。この半導体製造装置は、例えば図
４に示すように、中央にロードロック式の搬送室１３を
備え、その搬送室１３を取り囲むように、第１の枚葉式
処理室１１、第２の枚葉式処理室１２が設けられ、さら
にウェーハを収納したカセットを投入する投入室１５、
カセットを払い出す払出し室１６が接続される。これら
の第１、第２の枚葉式処理室１１、１２、投入室１５、
および払出し室１６と、前記搬送室１３との間には気密
接続のためのゲートバルブ１８、１９、２０、２１が設
けられる。

【０００３】このようなウェーハを一枚、あるいは小数
枚処理する半導体製造装置は、バッチ式で多数枚を一度
に処理するバッチ式処理装置に比べてウェーハ一枚当り
の処理時間が短縮でき、ごく薄い薄膜を制御性よく形成
できる。また一つの処理を終了した後にウェーハを大気
に晒すことなく次の処理室に遅滞なく搬送し、次工程の
処理ができるという利点があり、バッチ式処理装置で見
られた処理と処理の間に大気中の酸素や水分による意図
しない自然酸化膜の形成や、大気中の汚染物質のウェー
ハへの付着を大幅に抑制できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ハを一枚、あるいは小数枚処理する半導体製造装置にお
いて、複数の枚葉式処理室が大気圧処理室と減圧処理室
とからなる場合であって、これらの大気圧処理室と減圧
処理室とを使用した連続処理を行なうときには問題が生
じる。例えば、図８に示すようにＳｉ基板５１上にＭＯ
Ｓトランジスタのゲート酸化膜５２および上部電極であ
るシリコン多結晶膜５３を形成する場合、大気圧下でゲ
ート酸化膜の形成を行う第１枚葉処理部と、減圧下で多
結晶シリコン膜の形成を行う第２枚葉処理部との間でや
りとりする場合を考える。

【０００５】図４において、投入室１５から第１枚葉処
理室１１としての大気圧処理室へはロードロック式の搬
送室１３を介し大気圧下で搬送される。大気圧処理室で
の処理が終了した後に第２枚葉処理室１２としての減圧
処理室に搬送するためには搬送室１３を減圧にする必要
がある。したがって図５に示すように、大気圧処理室か
らウェーハを取り出した後、搬送治具１７にウェーハを
保持した状態で目的の圧力になるまで減圧処理室への搬
送を待たせる必要がある（Ａ）。

【０００６】あるいは図６に示すように、ウェーハを一
時的に置くバッファ棚１４を設けて大気圧処理室での処
理が済んだウェーハを搬送治具１７から開放し、バッフ
ァ棚１４に一時退避し、次の要処理ウェーハを投入室１
５から大気圧処理室に搬送し、大気圧処理室で処理が進
行している間に搬送室１３を減圧にし、減圧処理室にバ
ッファ棚１４のウェーハを搬送する方法も考えられる。

【０００７】しかしながらこの方法では、図７に示すよ
うに、搬送室１３が減圧状態時に大気圧処理室の処理が
完了した場合、圧力差があるため大気圧処理室と搬送室
１３の間のゲートバルブ１８を開けることができず、大
気圧処理室のウェーハを搬送室１３に回収できない。そ
の結果、大気圧処理室内でウェーハを待機させることに
なり（Ｂ）、大気圧処理室内のウェーハ滞在時間を一定
に保つことができず、処理時間にばらつきが生じる。そ
の結果、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜およびシリ
コン多結晶膜の効率的な形成ができない。

【０００８】このような待ち時間を減らすためには、全
て減圧あるいは全て大気圧の処理室を組み合わせるか、
搬送室１３の減圧時間、大気圧復帰時間を考慮に入れた
搬送手順を構成する必要がある。

【０００９】しかしながら前者では、組み合わせる処理
は大気圧処理室のみ、あるいは減圧処理室のみという制
限が生じる。また後者は搬送室の減圧、および大気圧復
帰を搬送ごとに行わねばならないため、必然的に総合的
な処理時間の大幅な増加となり、大気暴露せずに連続処
理ができるという優位性が失われる。

【００１０】本発明の課題は、前述した従来技術の問題
点を解決し、大気暴露せずに連続処理ができるという優
位性を失うことなく、大気圧処理と減圧処理の連続処理
を効率的に行える半導体製造装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、大気圧状態の
下で１枚または小数枚ずつ被処理基板に第１の処理を施
す枚葉式処理室と、前記枚葉式処理室で第１の処理の済
んだ被処理基板をボートに多数枚収容しかつ減圧状態の
下で各被処理基板に第２の処理を施すバッチ式処理室
と、前記バッチ式処理室に対して被処理基板を多数枚収
容したボートを真空状態で出し入れするロードロック室
と、前記第１の処理の済んだ被処理基板、または前記第
２の処理の済んだ被処理基板を大気圧状態の下で多数枚
一時収容する基板受渡し室と、前記基板受渡し室と前記
枚葉式処理室との間で被処理基板のやりとりを大気圧状
態の下で行う第１搬送部と、前記基板受渡し室と前記ロ
ードロック室との間で、大気圧状態の下で被処理基板の
やりとりを行う第２搬送部とを備えた基板処理装置であ
る。

【００１２】減圧状態には真空状態も含まれる。大気圧
状態は大気圧に近い状態のみならず、減圧状態と大きな
圧力差が生じる大気圧よりも低い状態、あるいは大気圧
よりも高い状態も含まれる。小数枚とは２〜５枚、好ま
しくは２〜３枚である。基板受渡し室はバッファ棚など
で構成され、被処理基板の収容枚数は、ボートに収容す
る枚数よりも多いことが好ましい。第１搬送部および第
２搬送部は被処理基板を１枚または小数枚ずつやりとり
することが好ましい。バッチ式処理室に対するロードロ
ック室からのボートの出し入れは、ボート上下機構によ
り行う。

【００１３】第１の搬送部を介して大気圧状態の下で、
装置内に投入された被処理基板を枚葉式処理室に１枚な
いし小数枚搬送する。同じく大気圧状態下の枚葉式処理
室で被処理基板に第１の処理を施す。枚葉式処理室で処
理された被処理基板は、処理が終わる毎に大気圧状態下
の第１搬送部を介して基板受渡し室に収容される。

【００１４】基板受渡し室に収容された被処理基板がボ
ートに収容可能な多数枚に達したら、基板受渡し室の多
数枚の被処理基板を第２搬送部を介して大気圧状態下に
あるロードロック室の前記ボートに収容していく。ボー
トに収容された被処理基板が所定枚数に達したら、ロー
ドロック室を真空状態にする。多数枚の被処理基板が収
容されたボートをロードロック室から減圧状態下にある
バッチ式処理室に入れる。バッチ式処理室で被処理基板
に第２の処理を施す。第２の処理を施した後、ボートを
バッチ式処理室から真空状態が保持されているロードロ
ック室に出す。ロードロック室を大気圧状態に戻す。ボ
ートに収容された多数枚の被処理基板を第２搬送部を介
してロードロック室から基板受渡し室に移載していく。
ボートに収容された全ての被処理基板の移載が終わった
ら、基板受渡し室から第１の搬送部を介して被処理基板
を装置外へ払い出す。

【００１５】基板受渡し室とロードロック室、あるいは
ロードロック室とバッチ式処理室とで被処理基板のやり
とりをしている間も、枚葉処理室での第１の処理と基板
受渡し室への搬送は並行して動作しており、第１の処理
を完了した被処理基板は基板受渡し室に順次収納され
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００１７】図１は代表的な半導体デバイスであるＭＯ
Ｓトランジスタのゲート酸化膜または酸窒化膜の形成処
理と上部電極であるシリコン多結晶膜形成処理の二つの
処理をウェーハを大気に晒すことなく連続して行う半導
体製造装置例である。ここで、二つの処理をウェーハを
大気に晒すことなく連続して行うことで自然酸化膜形成
や汚染物質の付着を抑制できるため、ＭＯＳトランジス
タの性能や歩留まりが上がる。また薄い酸化膜を形成す
るためにはバッチ式の酸化処理よりもウェーハを一枚、
あるいは少数枚ずつ処理して酸化する方が膜厚制御性や
処理速度の点で有利であることは知られている。また、
酸化処理は通常大気圧処理であり、シリコン多結晶膜形
成処理は通常減圧処理である。

【００１８】図１に示すように半導体製造装置は、大気
圧の状態の下で１枚または小数枚ずつ被処理基板として
のウェーハに酸化膜処理を施す大気圧処理室３１と、大
気圧処理室３１で酸化膜処理の済んだウェーハをボート
４５に多数枚収容しかつ減圧状態で各ウェーハにシリコ
ン多結晶膜の形成処理を施す減圧処理室３２と、酸化膜
処理の済んだウェーハまたはシリコン多結晶膜の形成処
理の済んだウェーハを大気圧の状態の下で多数枚一時収
容する基板受渡し室としてのバッファ棚３４と、大気圧
処理室３１とバッファ棚３４との間でウェーハのやりと
りを大気圧状態の下で搬送治具４２を使って行う第１搬
送室３３とを主に備える。搬送治具４２はウェーハを１
枚または小数枚を同時に搬送することができるような構
造になっている。

【００１９】この第１搬送室３３は装置の略中央に位置
し、この第１搬送室３３を取り囲むように、前記大気圧
処理室３１、バッファ棚３４、およびウェーハを収納し
たカセットを投入する投入室３６、投入室３６と横並び
でカセットを払い出す払出し室３７が設けられる。前記
大気圧処理室３１、投入室３６、および払出し室３７
と、第１搬送室３３との間には気密接続のためのゲート
バルブ３８、３９、４０が設けられる。

【００２０】また、ウェーハを一時的に置くバッファ棚
３４には、このバッファ棚３４と、ウェーハを大気に暴
露せずに処理するためのロードロック室４４との間で大
気圧状態の下でウェーハのやりとりを搬送治具４３を使
って行う第２搬送室３５が接続され、この第２搬送室３
５には前記減圧処理室３２に対して多数枚のウェーハを
収容したウェーハボート４５を出し入れするロードロッ
ク室４４が接続されている。このロードロック室４４
は、ボックスを真空チャンバ構造にしロードロック構造
により減圧処理室３２内を減圧状態ないし真空状態に保
ったままウェーハボート４５の出し入れができるように
なっている。

【００２１】バッファ棚３４、第２搬送室３５、ロード
ロック室４４、減圧処理室３２の配置関係は、図１のＡ
−Ａ′線断面図である図２に示すようになっている。バ
ッファ棚３４の隣に第２の搬送室３５が開放状態で接続
され、第２の搬送室３５にはロードロック室４４がゲー
トバルブ４１を介して気密状態で接続される。ロードロ
ック室４４の真上に減圧処理室３２が設けられる。減圧
処理室に対するウェーハボート４５の出し入れは、ボー
ト上下機構としてのエレベータ４６によって行う。

【００２２】なお、図１のレイアウト例では、第２搬送
室３５およびロードロック室４４、減圧処理室３２をバ
ッファ棚３４に対して、投入室３６および払出し室３７
の取付け側と反対方向（矢印方向）に延びるように直列
接続したが、これは設置面積を低減するためである。設
置面積が許容できるのであれば、投入室３６及び払出し
室３７が並ぶ横並び方向に延ばしてもよい。いずれにし
てもレイアウトは自由である。

【００２３】さて上記のような構成における作用を図３
を用いて説明する。

【００２４】始めに第１搬送室３３と投入室３６および
大気圧処理室３１との間にそれぞれ設けられたゲートバ
ルブ３８、３９を開ける。搬送治具４２を投入室３６に
挿入して、投入室３６に投入されたカセットから１枚ま
たは２〜３枚のウェーハを抜取り、大気圧処理室３１へ
搬送する（ａ）。この時の第１搬送室３３の圧力は大気
圧である。大気圧処理室３１のゲートバルブ３８を閉じ
て大気圧処理室３１で酸化膜処理をする（ｂ）。ゲート
バルブ３８を開いて酸化膜処理を終了したウェーハを搬
送治具４２でバッファ棚３４に収納する（ｃ）。バッフ
ァ棚３４に所定枚数収納されるまで上記操作を繰り返
す。

【００２５】上記操作を繰り返した後、ロードロック室
４４のゲートバルブ４１を開放し、第２搬送室３５内の
搬送治具４３を使ってバッファ棚３４からロードロック
室４４内のバッチ式処理用のウェーハボート４５に順次
ウェーハを搬送（ｄ）、収納していく（ｅ）。１度に処
理可能な枚数がウェーハボート４５に収納し終わった
ら、ゲートバルブ４１を閉じ、ロードロック室４４を減
圧にする（ｆ）。ウェーハボート４５を減圧処理室３２
内にエレベータ４６を使ってロードし（ｇ）、ボート４
５下部で減圧処理室３２を塞いでシリコン多結晶膜形成
を行う（ｈ）。シリコン多結晶膜の形成が終わったら、
減圧処理室３２からウェーハボート４５をアンロードし
（ｉ）、ロードロック室４４に返す。ゲートバルブ４１
を開けてロードロック室４４を大気圧に戻した後
（ｊ）、搬送治具４３によりボート４５に収納されてい
るウェーハを搬送して（ｋ）、ボート４５から再びバッ
ファ棚３４に収納する（ｌ）。

【００２６】この間も大気圧処理室３１での酸化膜処理
（ｂ）とバッファ棚３４への搬送（ａ）は並行して動作
しており、酸化処理を完了したウェーハはバッファ棚３
４に順次収納される（ｃ）。

【００２７】大気圧処理室３１で多結晶シリコン膜を形
成し終わり、バッファ棚３４に収納されているウェーハ
は、大気圧処理室３１でウェーハの酸化処理を行ってい
る時間で、かつ搬送治具４２の動作空き時間を利用し
て、ゲートバルブ４０を開けることにより、バッファ棚
３４から払出し室３７に搬送されたうえ（ｍ）、払出し
室３７から払い出されて（ｎ）、全ての処理を完了す
る。

【００２８】実施形態では、バッファ棚３４をプロセス
の中心に位置させ、バッファ棚３４の一方に第１の搬送
室３３を介して大気圧処理室３１を接続し、バッファ棚
３４の他方に第２の搬送室３５を介して減圧処理室３２
を接続するとともに、減圧処理室３２にはロードロック
室４４を設けて、減圧処理室３２と大気圧処理室３１と
の圧力連絡を断てるようにしたので、大気圧処理室３１
からバッファ棚３４、およびバッファ棚３４から減圧処
理室３２また減圧処理室３２からバッファ棚３４への移
送を、圧力差の影響を受けずに、独立して行うことがで
きる。

【００２９】また、大気圧処理室３１側の搬送室３３と
減圧処理室３２側の搬送室３５とを別個に設けたので、
大気圧処理室３１とバッファ棚３４との間、およびバッ
ファ棚３４とロードロック室４４との間で並行してウェ
ーハのやりとりを行うことができる。

【００３０】さらに、これにより大気圧処理室３１は減
圧処理室３２の減圧状態の影響を受けないので、大気圧
処理室３１内にウェーハを待機させずに、いつでも大気
圧処理室３１から酸化処理済みのウェーハを取り出して
バッファ棚３４に搬送することができる。また、大気圧
処理室３１から酸化処理済みのウェーハを取り出してバ
ッファ棚３４へ移送するときにも、バッファ棚３４と減
圧処理室３２との間にロードロック室４４を介在させる
ことにより、減圧処理室３２とバッファ棚３４との連絡
を断ち、減圧処理室３２の減圧状態がバッファ棚３４や
第１搬送室３３に伝わらないようにしたので、減圧処理
室３２へのウェーハ搬送や、減圧処理室３２からのウェ
ーハ取出しを待たせることがない。

【００３１】このように大気圧状態が最適な処理と、減
圧状態が最適な処理を連続して行う場合の搬送圧力調整
時間を縮小できるため、全体として処理効率が向上す
る。また、一枚あるいは少数枚処理が最適な処理と、バ
ッチ式で大量処理が最適な処理を互いに組合せることが
できるため、それぞれの利点を生かした処理の組み合わ
せが可能になる。これらの組み合わせにより、特にＭＯ
Ｓトランジスタのゲート酸化膜とシリコン多結晶膜の形
成過程において、搬送圧力調整のための待ち時間を設け
ずに二つの処理を連続処理にすることができ、製品の歩
留まり向上、および総合的な処理時間の短縮が図れる。

【００３２】なお、上記実施の形態では、大気圧処理室
と減圧処理室とがそれぞれ１室の場合を説明したが、２
室以上の場合にも本発明を適用できる。また、バッファ
棚を中心にして一方に第１搬送室と大気圧処理室、他方
に第２搬送室、ロードロック室、減圧処理室を配置した
が、この配置レイアウトを変更しない限り、変更は任意
である。例えば各室の形状は任意であり、また搬送室内
に設けられる搬送治具も制約を受けない。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、バッチ式処理室に対し
て多数枚の被処理基板を収容したボートを真空状態で出
し入れするロードロック室を備えたので、大気圧処理と
減圧処理との２つの処理を大気暴露せずに続けて行う過
程において、搬送部での圧力調整のための待ち時間を設
けずに二つの処理を連続処理にすることができ、製品の
歩留まり向上、および総合的な処理時間の短縮が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態による半導体製造装置の概略平面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ′線断面図である。

【図３】実施形態のタイムチャートである。

【図４】従来例による半導体製造装置の概略平面図であ
る。

【図５】従来例のタイムチャートである。

【図６】他の従来例の半導体製造装置の概略平面図であ
る。

【図７】他の従来例のタイムチャートである。

【図８】シリコン基板上に形成したゲート酸化膜上にシ
リコン多結晶膜を形成したＭＯＳトランジスタの概略断
面図である。

【符号の説明】

３１ 大気圧処理室（枚葉式処理室） ３２ 減圧処理室（バッチ式処理室） ３３ 第１搬送室 ３４ バッファ棚（基板受渡し室） ３５ 第２搬送室 ３６ 投入室 ３７ 払出し室 ３８ ゲートバルブ ３９ ゲートバルブ ４０ ゲートバルブ ４１ ゲートバルブ ４２ 搬送治具 ４３ 搬送治具 ４４ ロードロック室 ４５ ウェーハボート ４６ エレベータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 久志 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA06 AB03 AB32 BB08 BB10 CA05 DP19 EB08 EB10 EB12 EN02 EN05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大気圧状態の下で１枚または小数枚ずつ被
   処理基板に第１の処理を施す枚葉式処理室と、 前記枚葉式処理室で第１の処理の済んだ被処理基板をボ
   ートに多数枚収容しかつ減圧状態の下で各被処理基板に
   第２の処理を施すバッチ式処理室と、 前記バッチ式処理室に対して被処理基板を多数枚収容し
   たボートを真空状態で出し入れするロードロック室と、 前記第１の処理の済んだ被処理基板、または前記第２の
   処理の済んだ被処理基板を大気圧状態の下で多数枚一時
   収容する基板受渡し室と、 前記基板受渡し室と前記枚葉式処理室との間で被処理基
   板のやりとりを大気圧状態の下で行う第１搬送部と、 前記基板受渡し室と前記ロードロック室との間で、大気
   圧状態の下で被処理基板のやりとりを行う第２搬送部と
   を備えた基板処理装置。