JP2868767B2 - 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ム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ム生成室、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、ここで室内に設置したウエハのハ
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の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でけ短縮し
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せてウエ
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〕 上記の目的を達成するために、本発明によれば、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，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、室外に配置されたカセットからウエハを取り出し
て第２ロック室内にウエハを搬入する室外に設けられた
ハンドリング機構と、第２ロック室内に配備して室外よ
り搬入されたウエハ１枚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
を具備して構成し、第１ロック室は常時真空圧にし、第
２ロック室はウエハ搬入ごとに真空引きすることとす
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て第２ロック室内に配備の中
継受け渡し機構に送り込む。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
内に装備のウエハ保持機構に受け渡す。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ロック室，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、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
ハ搬送工程の所要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，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。さらに従来装置では
プロセス反応室が経済性，加工性等の面からステンレス
鋼材で構成されているが、ステンレス鋼はプラズマ照射
を受けると鋼材の表面から不純物が飛び出してウエハに
打ち込まれて処理特性を低下させるいわゆる重金属汚染
が問題となるが、かかる点、プロセス反応室，プラズマ
生成室をあらかじめ純アルミニウムで構成しておくこと
により重金属汚染の問題を解消することができる。 〔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
に取付けたウエハ保持具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
しを行うようにハンドリング機構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25
等のクリーンルーム機器内に据付けられている。なお前
記した中継受け渡し機構22,ハンドリング機構23,24はい
ずれもウエハ14の外周マージン部を支持して処理面を保
護するようなウエハ保持具を備えている。 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25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、かつウエハを反転し，その処理面
が下を向くようにして空気中の塵埃が処理面に付着する
のを極力防止しながらウエハ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れる。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の圧力の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内に装
備のウエハ保持機構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ロック室内に戻り、真空
仕切弁19を再び閉じる。 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
て室外に待機しているカセット13へ収容される。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。 また第１図，第２図の実施例において、プロセス反応
室1,プラズマ生成室２は純アルミニウムで構成され、さ
らにその内部に配備されている静電チャック12等は不純
物の少ないアルミナ磁器を使用して構成されている。こ
れによりプラズマ照射に伴い生じる重金属汚染の発生を
十分に防止することができる。 〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、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，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、室
外に配置されたカセットからウエハを取り出して第２ロ
ック室内にウエハを搬入する室外に設けられたハンドリ
ング機構と、第２ロック室内に配備して室外より搬入さ
れたウエハ１枚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を具備し
て構成し、第１ロック室は常時真空圧にし、第２ロック
室はウエハ搬入ごとに真空引きする構成を採用したこと
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。 しかもウエハ収容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、19,2
0,21:真空仕切弁、22:中継受け渡し機構、23:ハンドリ
ング機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 幸一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 土岐 雅彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 筑根 敦弘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−249329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−246635（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 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，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、室外に配置されたカセットからウエハを
   取り出して第２ロック室内にウエハを搬入する室外に設
   けられたハンドリング機構と、第２ロック室内に配備し
   て室外より搬入されたウエハ１枚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
   グ機構とを具備して構成し、第１ロック室は常時真空圧
   にし、第２ロック室はウエハ搬入ごとに真空引きするこ
   とを特徴とする半導体ウエハ処理装置。 ２．特許請求の範囲第１項記載の処理装置において、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設置されていることを特徴とす
   る半導体ウエハ処理装置。 ３．特許請求の範囲第１項記載の処理装置において、プ
   ロセス反応室が純アルミニウムで構成されていることを
   特徴とする半導体ウエハ処理装置。