JP2006190968A - 半導体素子製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つの半導体素子製造装置で様々な工程を連続的に進行することができ、少量のウェーハに対して効率的に工程を進行することのできる半導体素子製造装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも二つの工程チャンバーを備えたチャンバーゾーンと、前記チャンバーゾーンと隣接して配置され、チャンバー内で加熱されたウェーハを冷却させ、前記チャンバーゾーンで工程が完了した基板をバッファリングするための冷却ゾーンと、ウェーハボートにウェーハを搭載したり、取り出すためのローディングゾーンと、前記ウェーハボートを前記チャンバーゾーン、冷却ゾーン、及びローディングゾーンに運搬するための移送手段と、前記チャンバーゾーン、冷却ゾーン及び移送手段の動作を制御するための制御部とを含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は半導体素子製造装置に関し、特に一つの半導体素子製造装置で同時に多数の工程を進行することのできる、連続工程の可能な半導体素子製造装置に関する。

一般に、半導体素子の製造のためには多様な製造工程が必要であり、その中で、ポリシリコン膜、窒化膜、酸化膜などの膜質をウェーハ上に蒸着させるためには、主に化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程が用いられ、不純物イオン注入後、注入された不純物イオンを半導体基板で拡散させるための拡散工程を経る。

このようなＣＶＤ工程や拡散工程を行う半導体製造装置としては、一つのウェーハを処理するクラスタ（cluster）方式と、複数のウェーハを同時に処理する配置方式とがある。
この中で配置方式の半導体製造装置としては、主に縦型拡散炉が用いられ、前記縦型拡散炉の内部には、多数のウェーハを積載したウェーハボートがローディングされて工程が進行する。

図１は、従来の半導体素子製造用の拡散装置の一例を概略的に示す斜視図である。
従来の半導体製造用の拡散装置は、図１に示したように、外部フレーム１００の内部の一側に縦型拡散炉１１０が設置されており、前記縦型拡散炉１１０と隣接した地域には、上述したウェーハボートにウェーハを搭載したり、前記ウェーハボートに搭載されたウェーハを取り出すためのローディング装置（図示せず）が設置されている。したがって、以前の工程を完了したウェーハを前記ローディング装置によって前記ウェーハボートに搭載した後、これをロボットアームのような移送装置によって拡散炉１１０の内部に投入した後、拡散工程を進行する。

そして、拡散工程が完了すると、前記ウェーハボートを拡散炉の外部に取り出し、常温まで冷却されるように待機させた後、前記ローディング装置に前記ウェーハボートを移送させ、拡散装置の外部にウェーハを搬出する。

図２は上述した従来のウェーハボートを示したものである。
図示したように、前記ウェーハボートは、多数のウェーハを拡散炉の内部にローディングさせるためのものであって、並びに配置される上板１２０と下板１２２の間を多数のロッド１２４が支持している構造を有する。前記ロッド１２４には多数のスロット（図示せず）が形成され、ここにウェーハ（ｗ）が挿入された状態で搭載される。一般的に約１５０〜１７０枚のウェーハが一つのウェーハボートに搭載される。

一方、前記ウェーハボートにウェーハが搭載される場合、最上部及び最下部には、前記拡散炉の内部に露出していて、反応ガス噴射時に上部及び下部に位置するウェーハに直接影響を与えることを防止するために、サイドダミーウェーハが追加に搭載される。

また、工程条件を満たすために、一枚のウェーハを対象に工程を進行する場合にもダミーウェーハを全てのスロットに搭載しなければならない。即ち、１７０枚の容量を有するウェーハボートの場合は、一枚のウェーハに対する工程を進行する場合に１６９枚のダミーウェーハを搭載しなければならない。

これはファウンドリ会社のように、主に多品目の少量生産をする場合、少量のウェーハを対象に工程を進行する場合が多いが、このような場合にもそれぞれのロットに対して許容範囲内の膜の厚さの均一性を得るためには、それぞれのウェーハボートを全てダミーウェーハで満たした状態で工程を進行しなければならない。

これにより、ダミーウェーハの使用量が増加するので、維持費用が増加するばかりでなく、多量のウェーハを対象に工程を進行するので、昇温及び冷却において相当な時間及びエネルギーが消耗されるという短所がある。

また、多数の工程を順次進行しなければならない半導体製造工程の特性上、多数のウェーハを対象にする場合、一つの工程が完了してから次の工程に投入されるまでの待機時間が長くなるしかなく、この過程でウエーハの表面に自然酸化膜が成長するようになるので、収率にも多くの影響を与えているのが現実である。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、一つの半導体素子製造装置で様々な工程を連続的に進行することができ、少量のウェーハに対して効率的に工程を進行することのできる半導体素子製造装置を提供することにその目的がある。

上記目的を達成するための本発明に係る半導体素子製造装置は、少なくとも二つの工程チャンバーを備えたチャンバーゾーンと、前記チャンバーゾーンと隣接して配置され、チャンバー内で加熱されたウェーハを冷却させ、前記チャンバーゾーンで工程が完了した基板をバッファリングするための冷却ゾーンと、ウェーハボートにウェーハを搭載したり、取り出すためのローディングゾーンと、前記ウェーハボートを前記チャンバーゾーン、冷却ゾーン、及びローディングゾーンに運搬するための移送手段と、前記チャンバーゾーン、冷却ゾーン、及び移送手段の動作を制御するための制御部とを含んで構成されることを特徴とする。

ここで、前記冷却ゾーンは少なくとも２つの冷却装置を備えることを特徴とする。

前記ウェーハボートは、搭載可能な最大のウェーハの枚数が２５枚以内であることを特徴とする。

前記チャンバーゾーンの各工程チャンバーは、同一の工程が同時に進行されることを特徴とする。

前記チャンバーゾーンの各工程チャンバーは、半導体素子の製造工程に含まれる一連の工程を連続的に進行することを特徴とする。

前記移送手段は、チャンバーゾーンと、冷却ゾーン及びローディングゾーンの間に配置されることを特徴とする。

前記移送手段は、チャンバーゾーンと、冷却ゾーン及びローディングゾーンの間に設置されるレールと、前記レールに沿って移動して、前記チャンバーゾーン、冷却ゾーン及びローディングゾーンの間に前記ウェーハボートを移送するボートアームとを備えて構成されることを特徴とする。

本発明に係る半導体素子製造用の装置においては次のような効果がある。

第一に、従来に比べて少ない空間を有する工程チャンバーを複数備え、最大に積載可能なウェーハの数が少ないウェーハボートを用いるので、少量のウェーハを対象に工程を進行しても、追加に搭載するダミーウェーハの数が従来に比べて減少し、内部空間が小さいため、意図する工程温度に到達するのに必要な時間及び熱エネルギーも従来に比べて減少する。

第二に、上記のような効果を得ながら、前記複数の工程チャンバーで同一の工程を同時に実施することができるので、各工程チャンバーの内部に積載されるウェーハ数の減少による生産性の低下を防止することができる。

第三に、多数の工程を進行する場合も、各工程チャンバーで順次異なる工程を進行することができるので、移動及び待機時間を減少させ、生産性を向上させるばかりでなく、長時間の待機過程でウェーハの表面に自然酸化膜が発生することを防止できる。

以下、本発明に係る半導体素子製造装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図３は、本発明に係る半導体素子製造装置の一実施例を概略的に示す平面図である。
本発明に係る半導体素子製造装置は、図３に示したような外形をなして、各種の構成要素を支持する外部フレーム２００を有する。
前記外部フレーム２００は、内部に大きく６つの区別される空間を有しており、前記６つの空間は、平面から見て２つの行と３つの列をなしている。

そして、３つの空間にはそれぞれ工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが設置される。前記工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは全て従来の工程チャンバーとその構成が同一であるが、その内部の容量は従来に比べて小さく構成される。例えば、各工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの内部に最大に積載可能なウェーハの数は２５枚に制限される。

したがって、少量のウェーハを対象に工程を進行しても、追加に搭載するダミーウェーハの数が従来に比べて減少し、内部空間が小さいので、意図する工程温度に到達するのに必要な時間及び熱エネルギーも従来に比べて減少する。

上記実施例で前記各工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの内部に積載されるウェーハ数の減少によって生産性が低下するおそれがあるが、図示したように、３つの工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを設置して、これを同時に稼動すると、生産性の低下を防ぐすることができる。

即ち、前記それぞれの工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃで全て同一の工程が同時に進行されることができ、連続的に行われるそれぞれ異なる工程が同時に進行されることもできる。もし、７０枚程度のウェーハに同一の工程を実施する場合、前記３つの工程チャンバーに７０枚のウェーハを分けて積載し、同一の工程を進行する。

そして、ウェーハの表面にａ、ｂ、ｃという物質の薄膜を順次形成しなければならない場合、第１工程チャンバー２０２ａではａの物質を塗布する工程を、第２工程チャンバー２０２ｂではｂの物質を塗布する工程を、第３工程チャンバー２０２ｃではｃの物質を塗布する工程をそれぞれ進行することができる。これにより、それぞれ異なる地域で行われて移動及び待機時間が必要であったことを、一つの半導体素子製造装置内で連続的に処理できるようにして、生産性を倍加させるばかりでなく、長時間の待機過程でウェーハの表面に自然酸化膜が生じることを防止することもできる。

一方、前記第２工程チャンバー２０２ｂと第３工程チャンバー２０２ｃの対向側には冷却ゾーンが設置される。即ち、前記第２、第３工程チャンバー２０２ｂ、２０２ｃの対向側に二つの冷却装置２０４ａ、２０４ｂが設置される。

前記冷却装置２０４ａ、２０４ｂは、それぞれの工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃで工程が完了したウェーハを一時的に格納するバッファの役割を果たすばかりでなく、ウェーハを次の工程進行のための温度まで冷却させる役割を果たす。また、前記第１工程チャンバー２０２ａの対向側には、ローディング装置によってウェーハがウェーハボートに搭載されるローディングゾーン２０６が位置する。そして、前記工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃと冷却装置２０４ａ、２０４ｂ、及びローディングゾーン２０６の間には移送装置が設置される。

前記移送装置は前記工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃと冷却装置２０４ａ、２０４ｂ、及びローディングゾーン２０６の間に設置されるレール２１０と、前記レール２１０に沿って移動するボートアーム２１２とを備えて構成されている。前記ボートアーム２１２は、前記ウェーハボートを移動させるためのものであって、それぞれの工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃと冷却装置２０４ａ、２０４ｂ、及びローディングゾーン２０６の間に前記ウェーハボートを移送する。

上記のように構成される本発明に係る半導体素子製造装置の動作を説明する。

まず、互いに異なる工程を連続的に進行する方法を説明する。
トランスファー（図示せず）によって半導体素子製造装置に移送されてきたウェーハを、前記ローディングゾーン２０６で前記ウェーハボートに積載する。前記ウェーハボートに工程を進行するウェーハを搭載する。もし、前記ウェーハボートに空いている空間が存在すると、その空間にダミーウェーハをさらに搭載する。

このように前記ローディングゾーン２０６に前記ウェーハが搭載されたウェーハボートが存在すると、前記ボートアーム２１２がローディングゾーン２０６に移動する。そして、前記ウェーハの搭載が完了したウェーハボートを前記第１工程チャンバー２０２ａに投入する。ここで、第１工程チャンバー２０２ａに投入することは、ローディングゾーン２０６と最も近い位置に配置されていて、移送時間を最小化できるからである。

前記第１工程チャンバー２０２ａに前記ウェーハボートの投入が完了すると、前記第１工程チャンバー２０２ａを稼動させる。これと同時に、第１工程チャンバー２０２ａが稼動している間に前記ローディングゾーン２０６では、また他のウェーハボートにウェーハの搭載作業が進行される。これにより、半導体素子製造装置の稼動停止時間を最小化することができる。前記第１工程チャンバー２０２ａでの工程が完了すると、前記ボートアーム２１２は前記第１工程チャンバー２０２ａから前記ウェーハボートを取り出し、第１工程チャンバー２０２ａに隣接して位置する第２冷却ゾーン２０４ｂに移送させる。その後、ローディングゾーン２０６に位置するウェーハの搭載が完了した新たなウェーハボートを第１工程チャンバー２０２ａに投入させる。

前記第２工程チャンバー２０２ａ内で工程が行われる間、第２冷却ゾーン２０４ｂに位置するウェーハが充分に冷却されると、これを前記第２工程チャンバー２０２ｂに搭載して、次の工程を進行させる。勿論、前記第１工程チャンバー２０２ａでの作業が冷却より先に完了する場合には、冷却完了時まで待機するようにすることができる。しかし、前記第２冷却装置２０４ｂの冷却速度を調節して、前記待機時間を充分に減らすことができる。

そして、前記第１、第２工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂでの工程が完了すると、前記ボートアーム２１２は、前記第２工程チャンバー２０２ｂから前記ウェーハボートを取り出し、第２工程チャンバー２０２ｂに隣接して位置する第１冷却装置２０４ａに移送させ、上述したように前記第１工程チャンバー２０２ａから前記ウェーハボートを取り出して、第１工程チャンバー２０２ａに隣接して位置する第２冷却装置２０４ｂに移送させる。

その後、ローディングゾーン２０６に位置するウェーハの搭載が完了した新たなウェーハボートを第１工程チャンバー２０２ａに、第２冷却装置２０４ｂのウェーハボートを第２工程チャンバー２０２ｂに、前記第１冷却装置２０４ａのウェーハボートを前記第３工程チャンバー２０２ｃにそれぞれ投入させ、次の工程を進行する。

以上のような過程を経て、従来より小さい内部空間を有する複数の工程チャンバーと、従来より最大搭載可能な枚数が少ないウェーハボートを用いても生産性が低下することなく、却って生産性を増加させながら一連の半導体素子製造工程を進行することができる。

尚、前記それぞれの工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃで全て同一の工程を進行する場合は次の通りである。

上述したように、トランスファー（図示せず）によって半導体素子製造装置に移送されてきたウェーハを、前記ローディングゾーン２０６で前記ウェーハボートに積載する。
このように前記ローディングゾーン２０６に前記ウェーハが搭載されたウェーハボートが存在すると、前記ボートアーム２１２がローディングゾーン２０６に移動して、前記ウェーハの搭載が完了したウェーハボートを前記第１、第２、第３工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃにそれぞれ投入する。

そして、前記第１、第２及び第３工程チャンバー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを稼動して、各工程チャンバーで全て同一の工程を同時に進行する。

従来の半導体素子製造用の拡散装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の拡散装置で用いられるウェーハボートを拡大して示す斜視図である。 本発明に係る半導体素子製造装置の一実施例を概略的に示す平面図である。

符号の説明

２００ 外部フレーム
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 工程チャンバー
２０４ａ、２０４ｂ 冷却装置
２０６ ローディングゾーン
２１０ レール
２１２ ウェーハボートアーム

Claims (7)

1. 少なくとも二つの工程チャンバーを備えたチャンバーゾーンと、
   前記チャンバーゾーンと隣接して配置され、前記チャンバー内で加熱されたウェーハを冷却させ、前記チャンバーゾーンで工程が完了した基板をバッファリングするための冷却ゾーンと、
   ウェーハボートにウェーハを搭載し、或いはウェーハボードからウェーハを取り出すためのローディングゾーンと、
   前記ウェーハボートを前記チャンバーゾーン、前記冷却ゾーン又は前記ローディングゾーンに運搬するための移送手段と、
   前記チャンバーゾーン、前記冷却ゾーン及び前記移送手段の動作を制御するための制御部とを含んで構成されることを特徴とする半導体素子製造装置。
2. 前記冷却ゾーンは少なくとも２つの冷却装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造装置。
3. 前記ウェーハボートは、搭載可能な最大のウェーハの枚数が２５枚以内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造装置。
4. 前記チャンバーゾーンの各工程チャンバーは、同一の工程が同時に進行されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造装置。
5. 前記チャンバーゾーンの各工程チャンバーは、半導体素子の製造工程に含まれる一連の工程を連続的に進行することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造装置。
6. 前記移送手段は、前記チャンバーゾーン、前記冷却ゾーン及び前記ローディングゾーンの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造装置。
7. 前記移送手段は、
   前記チャンバーゾーン、前記冷却ゾーン及び前記ローディングゾーンの間に設置されるレールと、
   前記レールに沿って移動して、前記チャンバーゾーン、冷却ゾーン及びローディングゾーンの間に前記ウェーハボートを移送するボートアームとを備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造装置。

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