JP2001267254A

JP2001267254A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2001267254A
Application number: JP2000078285A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kakizaki; 智柿崎; Shinichi Shimada; 真一島田; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】反応室を大気にさらすことなくサセプタを交
換することができるようにして、半導体製造装置のメン
テナンスによるダウンタイムを低減する。【解決手段】半導体製造装置は、反応管３１と、反応
管内に設けられ基板を支持するサセプタ１１と、サセプ
タ１１を支持し且つ上下動させるアダプタ３５と、基板
をサセプタ１１上に移載するサセプタ交換用ツィーザ２
８を有する基板搬送ロボットとを備える。サセプタ１１
を交換する際に、基板搬送ロボットを利用してサセプタ
１１を交換する。ツィーザ２８を反応管３１内に挿入
し、アダプタ３５を降下させてツィーザ２８上にサセプ
タ１１を受け取る。アダプタ１１をさらに降下させてサ
セプタ１１をアダプタ３５からフリーにし、ツィーザ２
８ごとサセプタ１１を反応管３１内から抜き取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板を処理する半
導体製造装置に係り、特にサセプタの交換作業を自動化
するために好適な半導体製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の半導体製造装置の一例を
示す枚葉処理装置の概略構成図である。この枚葉処理装
置は、サセプタ５１上にウェーハを支持して加熱し、ウ
ェーハ上にエピタキシャル層を成膜する装置である。枚
葉処理装置は、上部が開口した石英容器５２と、開口を
覆う石英蓋５３とから組み立てられた反応室５４、反応
室５４の外周に配設された複数のランプモジュール５
５、反応室５４内に設けられたＳｉＣサセプタ５１、Ｓ
ｉＣサセプタ５１を支持する石英サセプタ支持部品５
６、及びその他の石英、ＳｉＣ以外の反応室部品から構
成される。

【０００３】上述した枚葉処理装置において成膜を行な
うことで、ウェーハの他に、石英部品、および石英部品
以外のサセプタ５１上にも反応生成物が付着する。そこ
で、石英部品、および石英部品以外のサセプタ５１に付
着した反応生成物を除去するために、複数回のウェーハ
処理後に、ＣｌＦ₃やＮＦ₃などのクリーニングガスを使
ってドライエッチングを行なう。ドライエッチングによ
るクリーニングなので、反応室を分解する必要はない
が、クリーニング時にサセプタ自信もエッチングされる
ため、複数回のエッチング後に、反応室を分解してサセ
プタ５１を交換する必要がある。

【０００４】この枚葉処理装置のサセプタ交換を含むメ
ンテナンス作業は、次のように行なうが、サセプタ５１
を反応室５４内から取り出さなければならないため非常
に煩雑になり、２日間以上もかかっているのが現状であ
る。

【０００５】（１）ランプモジュール５５の取り外し（２）反応室５４の分解、および石英部品及びＳｉＣサ
セプタ５１などの取り外し（３）石英、ＳｉＣサセプタ５１以外の反応室部品の取
り外し（４）取り外した部品の洗浄もしくは交換（５）反応室５４の組み立て（６）反応室５４のパージ（Ｎ₂等）など

【発明が解決しようとする課題】上述したように、枚葉
処理装置のサセプタ交換を含むメンテナンスを行なうた
めには、枚葉処理装置の運転を２日間以上にわたって止
める必要がある。そのため経済的損失も多く、また作業
工数も大きかった。ところが、上記メンテナンス作業
は、然程問題視されていなかった。その理由は、これま
で装置の主要な部品であるランプモジュールの寿命が短
く、上記のメンテナンス作業時にランプモジュール交換
も併せて行なっていたので、メンテナンス作業自体が、
止むを得ざる消耗品の交換作業であるという認識で受け
止められていたからである。

【０００６】ところが、最近、ランプモジュールの構造
の見直しなどにより、ランプモジュールの寿命が飛躍的
に伸びて、従来の２〜３倍にもなってきた。このため上
述した２日間以上もの期間を要する反応室のメンテナン
ス作業がもたらす装置のダウンタイムが、新たにクロー
ズアップされてきた。

【０００７】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、メンテナンスによるダウンタイムを低減
することが可能な半導体製造装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応室と、前
記反応室内に設けられ基板を支持するサセプタと、前記
サセプタを支持し且つ上下動させるサセプタ支持体と、
前記基板を前記サセプタ上に移載する基板移載機とを備
え、前記サセプタを交換する際に、前記基板移載機を利
用して前記サセプタを交換するようにしたことを特徴と
する半導体製造装置である。基板は半導体ウェハ、ＬＣ
Ｄ用のガラス基板等である。

【０００９】基板移載機によるサセプタの交換は次のよ
うにして行なう。反応室内のサセプタは、上昇位置にあ
るサセプタ支持体で支持されている。基板移載機は一般
にアームを有する。そのアームを反応室内に挿入して、
サセプタ支持体によって支持されているサセプタの下に
滑り込ませる。サセプタ支持体を下降してサセプタをサ
セプタ支持体からアームに移載する。基板移載機のアー
ムを動かしてサセプタを反応室内から取り出す。サセプ
タを交換してアームに載せ、アームを動かして交換した
サセプタを反応室内に挿入する。サセプタ支持体を上昇
させてサセプタをアームからサセプタ支持体に移載す
る。基板移載機のアームを反応室内から抜き取り、サセ
プタの交換を終了する。

【００１０】本発明によれば、基板を移載する基板移載
機を利用してサセプタを交換するようにしたので、反応
室を分解することなくサセプタを自動交換することが可
能となり、反応室を分解してサセプタを交換する場合に
比して、メンテナンス作業を大幅に軽減することができ
る。

【００１１】特に、前記発明において、前記移載機はサ
セプタを載置することができる２本爪のフォーク状ツィ
ーザを有し、この２本の爪の間隔が、サセプタの径より
は小さいが、サセプタ支持体の径よりは大きくなるよう
に設定することが好ましい。ツィーザの２本の爪の間隔
が、サセプタの径よりも小さいとサセプタを容易に支持
できる。また、２本の爪の間隔がサセプタ支持体の径よ
りも大きいと、サセプタ支持体を降下させるとき、ツィ
ーザに対するサセプタ支持体の干渉を防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００１３】まず図３を用いて半導体製造装置としての
クラスタ型の枚葉処理装置を説明する。外形５角形状の
搬送室１の側壁に、複数の真空室２〜５を放射状に配置
する。複数の真空室２〜５は、右から左回りに順に、冷
却室２、第１反応室３、第２反応室４、前処理室５であ
り、それぞれゲートバルブ１２〜１５を介して気密に搬
送室１と連設される。なお、図３では基板を収納したカ
セットの出し入れを行なうロードロック室が省略されて
いる。第１反応室３および第２反応室４は、共にサセプ
タ上に半導体ウェハ等の基板を支持して加熱し、基板上
にエピタキシャル層を成膜するようになっている。中央
の搬送室１内には基板搬送ロボット（図示略）が設けら
れる。基板搬送ロボットは上述した複数の室２〜５また
は図示しないロードロック室の任意の室に対して基板を
搬送または搬出できるようになっている。

【００１４】搬送室１内の基板搬送ロボットにより基板
を図示しないロードロック室から受取り、第１反応室３
または第２の反応室４に移載して、基板の処理を行な
う。なお、必要があれば反応室での処理前に前処理室５
にて前処理を行なう。基板の処理が完了すると、冷却室
２に移載され、ここで基板は冷却される。冷却された基
板は冷却室２から搬送室１を経て図示しないロードロッ
ク室に移載され、外部へ搬出される。

【００１５】図４は、従来の冷却室２の構造を示した説
明図である。冷却室２は、スループットを向上させるた
め複数の積層した棚６を有し、１枚から５枚以上挿入で
きる構造としてある。また、昇降機８を備え、昇降機８
により棚６を昇降できるようになっているため、ゲート
バルブ１２の高さに関係なく、冷却室２での基板処理枚
数を増やすことが可能になっている。基板の冷却は、Ｎ
₂パージまたはＨ₂パージなどで行なっている。

【００１６】そこで、実施の形態では、サセプタの交換
を自動で行なえるようにするために、従来の図４に示す
冷却室２を図２のように改造する。図２は、搬送室１、
冷却室１７、新規に設けたサセプタ交換室１８の概略構
成図を示した説明図である。冷却室１７の上にサセプタ
交換室１８が設けられ、昇降機２０の昇降によって、冷
却室１７またはサセプタ交換室１８を選択的に搬送室１
に連通できるようになっている。気密を保持するため
に、搬送室１とサセプタ交換室１８または冷却室１７と
の間にゲートバルブ２３、２２を介して置換室２４が設
けられる。

【００１７】より具体的に説明すると、従来の冷却室を
２階立て構造とし、１階を冷却室１７、２階をサセプタ
交換室１８とする。なお、上下逆にしてもよいが、サセ
プタの取り出しという観点からは、２階をサセプタ交換
室１８とするのが好ましい。１階の冷却室１７は従来と
同じく、複数の積層した棚１０を有し、１枚から５枚以
上挿入できる構造としてある。２階のサセプタ交換室１
８はサセプタ交換用として冷却室１７とは独立して設
け、個別にＮ₂またはＨ₂パージが行なえるようにしてあ
る。また、図示していないがサセプタ交換室１８に設け
た開閉口からサセプタを出し入れできるようになってい
る。

【００１８】冷却室１７およびサセプタ交換室１８には
ゲートバルブ２２、２３がそれぞれ設けられる。そして
昇降機は、独立駆動の２段構造になっており、下段の昇
降機２０は、１階の冷却室１７および２階のサセプタ交
換室１８を共に昇降し、上段の昇降機１９は冷却室１７
内の棚１０を上下動する。下段昇降機２０の上昇時の冷
却室位置（図２（ａ））が、冷却室１７の通常ポジショ
ンであり、そのとき冷却室１７はゲートバルブ２２を介
して置換室２４と連結され、さらに反対側のゲートバル
ブ２１を介して搬送室１と連通する。下段昇降機２０の
下降時のサセプタ交換室位置（図２（ｂ））が、サセプ
タ交換室１８のメンテナンスポジションであり、そのと
きサセプタ交換室１８はゲートバルブ２３を介して置換
室２４と連結され、さらにゲートバルブ２１を介して搬
送室１と連通する。

【００１９】前述した第１反応室３よび第２反応室４は
共通構造をしており、図５および図６のように構成され
ている。図５は反応室の正断面図、図６は同じく反応室
の一部を切り欠いた平面図である。

【００２０】石英製の反応管３１は、水平方向に偏平な
空間を有する筒状（筒部は透明石英を使用し、フランジ
部は不透明石英を使用する）をしている。前記反応管３
１の両端にはガス導入フランジ３３、ガス排気フランジ
３４が気密に設けられる。また、下端中央には回転軸フ
ランジ（図示せず)が気密に設けられる。

【００２１】前記ガス導入フランジ３３にはガス導入ラ
イン３９、４０が連通され、前記ガス排気フランジ３４
にはガス排気ライン４１が連通されている。また前記回
転軸フランジには、ベローズ(図示せず）を介して回転
昇降機構(図示せず）が接続されており、回転軸３８、
サセプタ支持体としてのアダプタ３５を介してサセプタ
１１の回転および昇降を行っている。アダプタ３５の中
央下部にスリーブを設け、そのスリーブ内に回転軸３８
を嵌め込むことで、アダプタ３５は回転軸３８に対して
着脱自在に取り付けられているまた、前記反応管３１の上下には上ランプハウス４６、
下ランプハウス４７が設けられ、左右には反射ミラー４
５が設けられており（図６参照）、上下のランプユニッ
トにより基板Ｗを均一に加熱するようになっている。ラ
ンプユニット内のランプの寿命は、ランプモジュール構
造の見直しなどにより従来の２〜３倍に向上している。

【００２２】さらに、筒状の反応管３１の内部に上下分
割プレート３２が設けられる。この上下分割プレート３
２の上に、サセプタ１１の外側に配置される外周リング
３７が載せられている。外周リング３７は、サセプタ１
１と同じＳｉＣなどで構成されサセプタ１１の側面から
のラジェーション放熱を低減し、基板外周部の温度低下
を低減させる目的で設置されている。

【００２３】ガス導入フランジ３３にはゲートバルブ
（図示せず）を介して搬送室（図示せず）が連接されて
いる。前記ゲートバルブ(図示せず）が開かれ、搬送室
内の基板搬送ロボット(図示せず）により図中左方より
基板Ｗが挿入され、前記サセプタ１１に載置される。前
記基板搬送ロボットが後退してゲートバルブ（図示せ
ず）が閉じられる。

【００２４】反応管３１内に前記ガス導入ライン３９、
４０からパージガスＮ₂（またはＨ₂）が導入され、置換
した後、一方のガス導入ライン３９から反応ガスが導入
され、他方のガス導入ライン４０からはパージガスがそ
のまま流され、前記排気ライン４１より排気される。処
理の均一性を確保するため、反応ガスは、ガス導入ライ
ン３９の３個所以上のポート３９ａ、３９ｂから導入さ
れ（図６参照）、その両端より等ピッチで開けられたシ
ャワーノズル（図示せず）を通して均等な層流となりガ
ス排気ライン４１に向かって流される。さらに、基板Ｗ
の中心部と外周部とでは反応ガスの消費量が異なるた
め、前記回転軸３８を通してサセプタ１１上の基板Ｗを
回転させる。

【００２５】なお、基板Ｗを均一に加熱するため前記上
ランプハウス４６は基板中心に比べて外周部の出力を強
くし、下ランプハウス４７はそれに加えて回転軸３８か
らの熱逃げ対策のため中央部の出力も強くなるように調
節してある。また、前記回転軸３８や前記サセプタ１１
の下部に不要な成膜が成長しないように、前記上下分割
プレート３２の下方には、前述したようにパージガスを
流している。更に、成膜が反応管内面で進まないように
前記反応管３１の表面は、ブロア（図示せず）により空
冷されている。基板Ｗの処理が完了すると前記ゲートバ
ルブ(図示せず)が開かれ、基板搬送ロボットにより搬出
される。

【００２６】また、搬送室１内に設けられた基板搬送ロ
ボット２５を図７に示す。この基板搬送ロボット２５の
動きは、図３のレイアウトに合わせてある。基板搬送ロ
ボット２５は、多関節の搬送アーム２６を有し、その先
端に、回転により切換可能な複数の基板移載用ツィーザ
２７とサセプタ交換用ツィーザ２８とを取り付けてあ
る。両ツィーザ２７、２８の位置は例えば１８０°ずら
して設けてあり（図７では１２０°ずらして設けたもの
を示している）、１８０°回転して両者を切換えられる
ようにしてある。なお、符号３０は空きのツィーザ取付
部である。

【００２７】サセプタ交換時はサセプタ交換用ツィーザ
２８に切換えて、搬送室１からアーム２６を伸ばしてツ
ィーザ２８を反応室３（４）に挿入し、サセプタを受け
取る。受け取った後、アーム２６を縮小してサセプタを
反応室３（４）から搬送室１に搬送する。搬送後、アー
ム２６を回転してサセプタ交換用ツィーザ２８の向きを
変え、アーム２６を伸長してサセプタ交換室１８に挿入
する。

【００２８】前記サセプタ交換用ツィーザ２８は、２本
爪２８ａ、２８ｂを有するフォーク状をしている。この
２本の爪２８ａ、２８ｂの間隔は、図８に示すように、
サセプタ１１の径よりは小さいが、アダプタ３５の径よ
りは大きくなるように設定してある。ツィーザ２８の２
本の爪２８ａ、２８ｂの間隔が、サセプタ１１の径より
も小さいとサセプタ１１を容易に支持できる。また、２
本の爪２８ａ、２８ｂの間隔がアダプタ３５の径よりも
大きいと、アダプタ３５を降下させるとき、ツィーザ２
８に対するアダプタ３５の干渉を防止できる。また、サ
セプタ交換用ツィーザ２８には、反応管３１内において
サセプタ１１を搬送するために、基板移載用ツィーザ２
７とは異なるサセプタ搬送クリアランスが要求される。

【００２９】実施の形態の半導体製造装置は、上述した
ようにサセプタ１１を交換する際に、基板Ｗをサセプタ
１１上に移載する基板搬送ロボット２５を利用して、サ
セプタ１１を自動交換するようにしている。

【００３０】以下、図１を用いて、反応管３１内におけ
るサセプタ１１の自動交換動作を説明する。

【００３１】（１）搬送アームの先端部分を回転させる
ことで、アーム先端を通常の基板移載用ツィーザからサ
セプタ交換用のツィーザ２８に変更し、反応管３１のゲ
ートバルブを開けサセプタ交換用ツィーザ２８を反応管
３１内に挿入する（図１（ａ））。

【００３２】（２）サセプタ交換用ツィーザ２８をホー
ムポジション位置にあるサセプタ１１の直下で止める
（図１（ｂ））。

【００３３】（３）サセプタ１１を回転昇降させる回転
昇降機構を動かし、サセプタ１１をホームポジションか
ら下に降ろすことで、サセプタ交換用ツィーザ２８上に
載せる（図１（ｃ））。このときフォーク型のツィーザ
２８の幅は、サセプタ１１の径より小さいので、サセプ
タ交換用ツィーザ２８はサセプタ１１を支持することが
できる。

【００３４】（４）さらに回転昇降機構を動かしアダプ
タ３５を下に降ろすことで、サセプタ１１をアダプタ３
５による支持からツィーザ２８による支持に移し替え、
完全にサセプタ交換用ツィーザ２８上に移載する（図１
（ｄ））。このとき、フォーク型のツィーザ２８の幅
は、アダプタ３５の径よりも大きく設定してあるので、
アダプタ３５はサセプタ交換用ツィーザ２８を巻き込む
ことなく、単独下降する。

【００３５】（５）サセプタ交換用ツィーザ２８を反応
管３１から抜き出して、サセプタ１１を反応管３１から
搬送室１内に移し、ゲートバルブを閉じる（図２
（ａ））。

【００３６】（６）冷却室側の下段昇降機２０を下降し
て、冷却室１７の上部に設けたサセプタ交換室１８をメ
ンテナンスポジション、すなわち搬送室１の高さ位置に
移動させる（図２（ｂ））。このとき、ゲートバルブ２
１〜２３が閉じていることを確認する。

【００３７】（７）搬送室１とサセプタ交換室１８との
間の置換室２４をＮ₂パージする。ゲートバルブ２１、
２３を開ける。

【００３８】（８）基板搬送ロボットを動かして、サセ
プタ交換用ツィーザに支持されているサセプタを搬送室
１からサセプタ交換室１８に挿入する（図２（ｂ））。

【００３９】（９）ゲートバルブ２１、２３を閉じる。

【００４０】（１０）下段昇降機２０を上昇して冷却室
１７を通常ポジションに戻し、サセプタ交換室１８から
サセプタを取り出す（図２（ａ））。

【００４１】（１１）洗浄後もしくは新品のサセプタを
サセプタ交換室１８に入れ、Ｎ₂パージ後、（１）〜
（１０）の逆の作業を行なう。

【００４２】上述したように基板搬送ロボットを利用し
てサセプタを交換するようにした実施の形態によれば、
従来のように反応室を分解してサセプタを取り出す必要
がなく、ドライクリーニングと同じく反応室はそのまま
にして、サセプタを自動交換できるので、メンテナンス
作業を大幅に軽減できる。また、ゲートバルブの開閉操
作により、反応室を大気開放しないため、装置のダウン
タイムを低減でき、さらに重金属汚染、パージＮ₂ガス
の使用量も大幅に低減できる。

【００４３】なお、実施の形態では、サセプタの交換に
ついて説明したが、アダプタについてもサセプタと同様
にして交換することができる。この場合において、アダ
プタ交換用のツィーザの幅はアダプタ３５の径よりも小
さくし、回転軸３８の径よりは大きく設定する。アダプ
タ３５を交換する場合は、図７に示す基板移載用ツィー
ザに代えて、または、空きのツィーザ取付部３０にアダ
プタ交換用ツィーザを取り付け、アーム先端を回転させ
（１）〜（１１）の動作を繰り返し、洗浄後もしくは新
品のアダプタをサセプタ交換室１８に入れ、Ｎ₂パージ
後、（１）〜（１０）の逆の作業を行なう。

【００４４】なお上記した実施の形態ではクラスタ型の
半導体製造装置について説明したが、インライン形の半
導体製造装置のメンテナンスについても適用できる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、サセプタ交換に基板移
載機を利用したので、反応室を大気にさらすことなくサ
セプタを交換することができ、装置のメンテナンスによ
るダウンタイムを大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態によるサセプタ自動交換の手順を示
す説明図である。

【図２】実施の形態による搬送室、冷却室、及びサセプ
タ交換室の配置関係を説明する概略構成図である。

【図３】実施の形態による半導体製造装置の概略平面図
である。

【図４】従来例の冷却室の構成図である。

【図５】実施の形態による反応室の正断面図である。

【図６】実施の形態による反応室の一部切り欠いた平面
図である。

【図７】実施の形態による基板搬送ロボットの平面図で
ある。

【図８】実施の形態によるサセプタ交換用ツィーザ、サ
セプタ、およびアダプタの寸法関係を示す説明図であ
る。

【図９】従来の枚葉処理装置の概略縦断面図である。

【符号の説明】

Ｗ基板３１反応管（反応室）１１サセプタ３５アダプタ（サセプタ支持体）２８サセプタ交換用ツィーザ（基板移載機のアーム
先端）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮田敏光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） 4K030 GA02 GA12 KA08 5F004 AA16 BB18 BC08 5F045 BB08 DP02 DQ17 EN05 EN08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室と、前記反応室内に設けられ基板を支持するサセプタと、前記サセプタを支持し、かつ上下動させるサセプタ支持
体と、前記基板を前記サセプタ上に移載する基板移載機とを備
え、前記サセプタを交換する際に、前記基板移載機を利用し
て前記サセプタを交換するようにしたことを特徴とする
半導体製造装置。