JPH02152251A - 縦型半導体製造システム - 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〕 本発明は、半導体装置の製造に関し、特に、半導体装置
の製造等における種々の皮膜形成、エツチング処理を同
時に行うことのできる継型半導体製造システムに関する
ものである。

半導体装置の製造においては、種々の皮膜を形成する必
要があり、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、
ポリシリコンなどを気相成長させる。成長温度の低温化
のため、プラズマを利用するこきもある。いずれの場合
も、成長温度は異なり、用いるガスの種類も異なってい
る。従って、専用の反応装置が必要であり、処理すべき
ウェハーは、カセットに収容した状態で各専用の反応装
置まで運搬する必要があり、この間のウェハー保管には
汚染防止の手段をとらなければならない。

気相成長の一例として、古典的なエピタキシャル成長に
は、縦型反応管中にカーボンサセプターを配置し、塩化
シリコンガスを上方から供給するものであった。この装
置は、枚葉式であり、処理枚数の改善のため、ウェハー
を周囲に多数枚セットできるサセプタを備えた装置が開
発されてきたシリコン酸化膜を始めとする上記の各種の
皮膜の気相成長にあたっては、現状では、ホット・つ〔
従来の技術〕 オール型のＣＶＤ装置が主流であり、横型の反応管の中
に、ウェハーは立てて配置して、−度に処理できる枚数
の改善が図られている。

と述した縦型炉および横型炉において、さらに処理枚数
の改善を図るとすると、装置自体を複数配置する以外に
方策がなく、縦型炉にあっては、複数の炉を縦に配置し
、ウェハーカセットを供給するシステムが提案されてい
る。

また、横型炉では、拡散炉としては、古くから、炉芯管
を横に複数配置して、おのおのにウェハーカセットを供
給する２ｉ置を備えて、処理枚数の改善を図っている。

所で、半導体デバイスは益々小型化すると共に複雑な構
造をとるようになってきており、反応ガスの流れや温度
分布などの微妙な違いにより、ウェハー間分布、ウェハ
ー内分布の均一性が保てない場合が発生してきた。即ち
、上記のホット・ウオール型のＣＶＤ装置において、反
応ガスの人口側と出口側とでは、供給する反応ガス（２
種以−ヒの組み合わせ）の分圧変動が生じる。従って、
バンチ内で均一に調整することが難しい、特に、シリコ
ンオキシナイトライド形成時に、反応ガスはモノシラン
５アンモニア、−酸化窒素の３成分となり、ますますそ
の調整が難しくなる。

そこで、各ウェハーは、それぞれ＃Ｒ密に制御された雰
囲気の中に置き、再現性良く加工する枚葉式装置の必要
が出てきた０枚葉式装置では、ウェハーの大口径化にも
対応し易く、また、−台の装置で各種製造プロセスに柔
軟に対応できる利点があるが、−時に処理できる枚数が
限られている。

これを改善するために、−台の’ＡＷに複数のチャンバ
ーを設けて同時に同じ処理を行うマルチチャンバ一方式
が提案され、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置にて採
用され始めている。

更に、最近の報告では、複数のチャンバーにて同しプロ
セスではなく、各チャンバー毎に異なる種類のプロセス
を実行できるａ能を持たせたマルチプロセス装置が登場
してきている０例えば、第３図に示す様に、４つのプロ
セスチャンバーを用意し、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ
、プラズマエッチ、スパッタエッチを行うことで、多層
配線の眉間！？！縁膜形成プロセスが一台の装置で均−
且つ平坦に自動形成できるとされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のマルチプロセス装置では、中央に多角形乃至円形
の真空室を設け、その周囲に独立した排気系の複数のプ
ロセスチャンバーを配した構造であり、設置できるチャ
ンバーの数に制限があり、規定以上の増設が不可能であ
る。更にチャンバーを増設しようとすると、同じ装置系
を併置する必要がある。装置全体は全て平面的な配置と
なるため、床面積が多くなる欠点がある。

又、多数のチャンバーに対して、ウェハーのチャンバー
への出し入れのロボットが一台のため、同時にウェハー
をセットしたり、取り出したりすることはできない。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するため、本発明では、上下方向に
、仕切られた空間の各段位置にプロセスチャンバー（２
）を設置し、当該複数の縦型配置されたプロセスチャン
バー（２）の前面側にはウェハーのロード・アンロード
機構を設けたことを特徴とする縦型半導体製造システム
としている。

〔作用〕

本発明では、従来のマルチプロセス装置が平面的な配置
構成を有し、チャンバーの増設が規定以上は不可能であ
り、また、各チャンバーに対するウェハーのロード・ア
ンロードを並列に行えない問題点を有していることに鑑
みて、床面積が少なくても枚様式のスループットを改善
でき、しかもチャンバーの増設が極めて簡単な装置とす
べく検討を重ねた結果、高価なりリーンルームを有効活
用するべく、各プロセスチャンバーを上下方向に積み重
ねていく縦型システムの概念に至った。即ち、本発明の
好適な実施例では、上下方向に、プロセスチャンバーと
排気ポンプとの対を積み重ねて固定させる。こうして、
チャンバーの増設を容易としている。各チャンバーは、
プラズマＣＶＤ、スパッタリング、プラズマセルフクリ
ーニング付き熱ＣＶＤ、ドライエツチングに適した内部
構造、例えば、平行平板型の電極（ガス供給）構造を持
ち、各々の処理に適した内部圧力とするために、この排
気ポンプを動作させる。プロセスチャンバーの排気ポン
プ側とは反対の前面側においては、ウェハーカセットの
人出を行うロード・アンロード機構を設けるが、この機
構としては、まず、プロセスチャンバーの前面側には各
チャンバーにまたがって共通するカセットエレベータを
設置する。また、前記各段のプロセスチャンバーの前面
側の他の位置にカセット収納室を設ける。

カセットエレベータは、各プロセスチャンバーに連接し
て、上下方向にエレベータ動作を行い、カセットを任意
の位置段に運ぶ。

各プロセスチャンバーの前面位置には、各チャンバーに
ウェハーを出し入れするウェハーロード・アンロード機
構を設ける。即ち、運ばれたウェハーカセットから、−
枚づづウェハーを抜き取ってプロセスチャンバーに送り
、所定のプロセスが終了したら、カセット収納室にある
カセットに処理済ウェハーを移し返すウェハー移送機構
（ロボット）が配置されている。この移送機構は、ウェ
ハーを平板棒の先端に乗せて水平方向に移動する形式の
ものであってもよいし、伸縮自在のロボットでもよい、
より好ましくは、チャンバーでの加熱時間を短縮するた
め、各プロセスチャンバーの前面位置には、ウヱハーｉ
ｆｆ台を設けておき、この台にヒーターを内蔵させ、プ
リヒートをさせ、その後、上記のロード・アンロード機
構により、ウェハーをチャンバーに移すのがよい。

カセット収納室は、プロセスチャンバーの前面側の他の
位置に設けられていて、処理済みウェハーを収納し、こ
の位置からカセット毎取り出す。

カセット収納室は、各段にて独立にしてもよいが、最上
段または最下段に集積できる機構とするのがよい。

カセットエレベータとウェハー移送機構（ロボット）な
らびにカセット収納室は前方外壁面が共遡の面となる様
にすることができ、作業者はこの壁に向かってカセット
の出し入れを行う様にするのがよい、この様な方式は、
所謂スルーザラオール方式と称されている。

プラズマ処理に対して高周波の発振電源が必要であり、
また、処理のための反応ガス系も必要であり、これらは
、前述の支柱を中心として対向配置し、バランスをとっ
て支柱にとりつけるのがよい、前述のチャンバー、排気
ポンプ、発振電源。

ガス系は全て先の壁の一方にあり、補修作業２増設作業
を容易ならしめている。ある場合には、機械設備の集積
化のため、チャンバーの側壁に配管を設けて、いわゆる
配管ＩＣ化を達することもできる。同様に、発振電源も
小さくしてマツチングボックスと一体化して、プロセス
チャンバーの上部空間に設置することもできる。更に、
支柱の内部も中空として各位置での排気管に接続し、パ
ラレル排気の際に、支柱自体を排気管として、排気効率
の改善に寄与させることもできる。

実用的には、クリーンルームは３〜３．５ｍ（７）ｉさ
があるので、旨く設計すれば６〜７チヤンバーを連ねる
ことも可能である。

〔実施例〕

第１図および第２図を参照して、本発明の実施例になる
縦型半導体製造システムを説明する。

第１図は、本発明実施例の縦型システムの構成を示す断
面図であり、１は装置全体の支柱となるポールであり、
このポールには、各プロセスチャンバー２とポンプ３と
がバランスをとって機械的に固定されている。ポンプ３
は通常の形式のポンプでよく、その排気側はダクト４（
第２図）を介して外気に導かれる。

このプロセスチャンバー２とポンプ３との対は、第１図
の例では３組として例示されているが、これは所定のプ
ロセス数に応じて選択できる。また、プロセスチャンバ
ー２は、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、
　　ドライエツチングのいずれかの専用チャンバーとし
て備えつけることができるが、マルチプロセスの観点か
ら、異なるプロセスの連続処理（例えば、平坦化プロセ
スでの各！ＩＩｃＶＤとエッチバックプロセス）を実行
できる様な内部構造を持つようにしておくができ、図の
例では、反応ガスをシャワー状に噴射できる上部電極５
と、ウェハーを所定の温度に加熱できるヒーターを内蔵
した下部電極６を備えたチャンバーが各々のプロセスチ
ャンバー内に設置されている。

プロセスチャンバー２の上部には、マツチングボックス
７が配置されており、このマツチングボックス７は、発
振電源８から発生された高周波（−ａには１３．７５　
ＭＨｚ）を上部電極５に印加する際のインピーダンスマ
ツチングの機能を果たす。

プロセスチャンバーに対する反応ガスの供給は、前述の
通り、上部電極５の内部を通してチャンバー内に導入さ
れるが、ガスの供給はこれに限定されるものではなく、
マツチングボックス７の左端側から導入することもでき
る。

いずれにしても、反応ガスの供給にあたっては、そのた
めの配管が必要であり、その配管類９は一括して支柱に
取りつけるが、第２図に示した通り発振電源８の反対側
にバランスを取って機械的に固定する。第１因において
は、簡単のため、発振電源Ｂとガス系９の対は図示を省
略しである。

次に、処理すべき半導体ウェハー１０の搬送機構１１に
ついて説明する。この実施例では、第２図のト面図を参
照して明らかな通り、プロセスチャンバー２の前面側に
は、カセットエレベータ機構があり、これは上下方向に
延びていて、各チャンバー位置までウェハーカセットを
搬送する。

同しく前面側で、各プロセスチャンバー２の前面には、
搬送されてきたカセットからウェハーを一枚づつ抜き取
り、ゲート１２を通ってプロセスチャンバー内にウェハ
ー１０をセントし、処理が終了したらプロセスチャンバ
ーからウェハーを取り出して、各段位置に備えられたカ
セット収納室１３ヘウエハーを収納する動作を行うウェ
ハー移送機構（ロボット）１４が設けられている。

ゲート１２は言うまでもなく搬送機構側とプロセスチャ
ンバー２の間にあって、両者を気密に分離することがで
き、また、ウェハーの導入・導出時にはゲートが開いて
、ウェハーの通過を可能とする。

従って、第１図及び第２図の例では、カセットエレベー
タ機構１１が上下のプロセスチャンバーにまたがって垂
直の柱状となっており、各プロセスチャンバー位置にて
水平方向にウェハー移送機構（ロボット）とカセット収
納室を囲む仕切りがなされており、必要な空間を最少と
しており、排気に要する時間の節約を図っている。

なお、図示していないが、カセットエレベータ１１の最
下段にカセットのロードロック機構が備えられており、
このロードロック機構を用いてカセットを複数入れ、処
理済カセットは各カセット収納室から取り出す。

次に、本実施例装置の使用方法について説明する。

カセットエレベータ１１の最下段にあるロードロツタ機
構付きカセット収納室に複数のカセットを設置し、第１
図の最下段にて排気と記した箇所よりカセットａ送機構
部の排気を行う。各プロセスチャンバーは、各々のポン
プ３にてｔめ所定圧力まで排気しておく、カセット搬送
機構部での排気が完了したら、カセット収納ボックスか
らカセットを一つ取り出し、カセットエレベータ機構１
１によって、例えば最上段の位置まで搬送し、その位；
ηにロックしておく０次いで、搬送機構を最下段まで下
降させ、カセット収納ボックスから次のカセットを取り
出し、搬送機構にて、中間段位置まで搬送し、その位置
にてロックしておく。更に、搬送機構を最下段まで下降
させ、カセット収納ボックスから次のカセットを取り出
し、搬送機構にて、プロセスチャンバーの最下段位置ま
で搬送し、その位置にてロックしておく。

各段位置のウェハー移送ロボット１４は、当該位置にロ
ックしておかれたカセットからウェハーを一枚づつ取り
出し、前述の手順にて、プロセスチャンバー内の下部電
極６のヒにウェハーｌＯをセットし、所定のプロセスが
完了したら、そのウェハーを取り出してカセット収納室
１３に収納する。

この操作をウェハーの数だけ繰り返して各、プロセスチ
ャンバーでの処理を完了する。

上記の実施例においては、各カセットのウエノ１−に対
して、同一または異なるプロセスを実行するものであっ
たが、異なるプロセスを１頌次実行できる様にカセット
エレベータを駆使することができる。

なお、上記の実施例では、ポールを設けて各チャンバー
を固定した構造としたが、棚を上下方向に設けておき、
この各欄の中にチャンバー他を設置していくことも可能
である。また、各チャンバーは異なる処理ができる様に
独立排気としているが、全てのチャンバーにて同一条件
での処理を行う場合には、ポンプは一台でよい。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明では、マルチプロセスチャンバーを
縦積みとしてシステムを構成したので、床面積の縮小化
が実現できる。また、ポールまたは棚に対してプロセス
チャンバーを取りつけていく縦型のシステムであるので
、増設が容易であり、また、いずれかのチャンバーの補
修をしている間も他のチャンバーにてプロセスを実行で
きるし、装置全体の補修も簡便となし得る利点がある。

勿論、カセットを搬送機構内部で移送している限りは、
ウェハー上への塵埃の付着はない。所謂、スルーザラオ
ールの方式であれば、カセット収納室１３からカセット
を取り出し、再度カセット収納ボックスにセットとして
、次のプロセスを実行する場合では、塵埃の付着は左程
問題にはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の本実施例になる縦型システムの構成を
示す断面図であり、第２図は、第１図のシステムの上面
図、第３図は従来提案されているマルチプロセスシステ
ムの上面図である。 図中、ｌは装置全体の支柱となるポール、２はプロセス
チャンバー２．３はポンプ３．５は上部電極、６は下部
電極６．７はマツチングボックス、８は発振電源、９は
ガス系、１０は半導体ウェハ、１１はカセットエレベー
タ、１２はゲート、１３番よりセット収納室、１４はウ
エノ１−移送ロボットである。 木茫男す３ヒ鐸１１のｔ毛ｘ５又テム。断血図子１　図 オｑを唱失ｎ４列システムー１命ロ 従来ン入テムのと面図 午３　Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上下方向に、仕切られた空間の各段位置にプロセスチャ
   ンバー（２）を設置し、当該複数の縦型配置されたプロ
   セスチャンバー（２）の前面側にウェハーのロード・ア
   ンロード機構を設けたことを特徴とする縦型半導体製造
   システム。