(57)【要約】【課題】設置面積を低減しつつ、半導体ウェハの位置合わせすることができる半導体製造装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、基板を処理する反応チャンバと、反応チャンバに対向するように平行移動または回転移動可能で、駆動機構を有する第１のアーム部と、基板が載置され、第１のアーム部の駆動機構により、第１のアームに対して相対的に伸縮して、基板を反応チャンバ内に搬入出可能な第２のアーム部と、第１のアーム部の所定位置に固定されたエッジグリップと、第２のアーム部に設けられ、基板をエッジグリップとの間に挟持して当接させることにより基板のアライメントを行う突起部とを備えていることを特徴とする。【選択図】図３
2015204449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する反応チャンバと、
前記反応チャンバに対向するように平行移動または回転移動可能で、駆動機構を有する第１のアーム部と、
前記基板が載置され、前記第１のアーム部の前記駆動機構により、前記第１のアームに対して相対的に伸縮して、前記基板を前記反応チャンバ内に搬入出可能な第２のアーム部と、
前記第１のアーム部の所定位置に固定されたエッジグリップと、
前記第２のアーム部に設けられ、前記基板を前記エッジグリップとの間に挟持して当接させることにより前記基板のアライメントを行う突起部と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記第１のアーム部はステンレス鋼、前記第２のアーム部は石英で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記反応チャンバは、複数設けられ、
前記第１のアーム部は、各複数の前記反応チャンバに対向するように平行移動又は回転移動することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
エッジグリップが所定位置に固定された第１のアーム部を平行移動又は回転移動させ、
前記第１のアームに接続された第２のアーム部上に基板を載置し、
前記第２のアーム部を前記第１のアーム部に対して相対的に収縮させ、前記基板を前記第２のアーム部に設けられた突起部と前記エッジグリップを当接させることにより、前記基板のアライメントを行い、
前記第１のアーム部を平行移動又は回転移動させ、反応チャンバに対向する位置に前記基板を搬送し、
前記第２のアーム部を前記第１のアーム部に対して相対的に延伸させ、前記反応チャンバへ前記基板を搬入し、前記基板の処理を行うことを具備する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板の処理後、前記第２のアーム部を前記第１のアーム部に対して相対的に延伸させ、前記反応チャンバ内で前記第２のアーム部に前記基板を載置し、
前記第２のアーム部を前記第１のアーム部に対して相対的に収縮させ、前記反応チャンバから前記基板を搬出し、
前記第２のアーム部を前記第１のアーム部に対して相対的に収縮させ、前記基板を前記突起部と前記エッジグリップを当接させることにより前記基板のアライメントを行うことをさらに具備したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記反応チャンバ内の温度は、８００℃〜１０００℃であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置やエピタキシャル装置等の半導体製造装置は、半導体ウェハを反応チャンバ内へ搬送する搬送機構を有する。半導体ウェハを適切に処理するために、搬送機構は、半導体ウェハを反応チャンバ内のステージ上に精度良く位置合わせする必要がある。このため、従来の半導体製造装置は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等のアライメント機構を搬送機構に備えていた。
【０００３】
従来のアライメント機構では、まず、大気圧中にあるロボット（大気ロボット）がウェハカセットから半導体ウェハを取り出し、大気圧のもとアライメント機構により半導体ウェハの位置合わせを行う。その後、大気ロボットは、半導体ウェハをＩＯポートに搬送する。ＩＯポート内では、真空引きにより大気を排出しトランスファチャンバ内の気圧とほぼ同じ気圧になるまでＩＯポートを加圧した後、トランスファチャンバ内のロボットが石英ハンドで半導体ウェハを反応チャンバへ搬入する。
【０００４】
近年、設置面積を低減するために、大気ロボットおよびアライメント機構を省略した半導体製造装置が開発されている。しかし、一方で半導体ウェハの位置合わせは依然として必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１-１１９３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
設置面積を低減しつつ、半導体ウェハの位置合わせすることができる半導体製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態による半導体製造装置は、基板を処理する反応チャンバと、反応チャンバに対向するように平行移動または回転移動可能で、駆動機構を有する第１のアーム部と、基板が載置され、第１のアーム部の駆動機構により、第１のアームに対して相対的に伸縮して、基板を反応チャンバ内に搬入出可能な第２のアーム部と、第１のアーム部の所定位置に固定されたエッジグリップと、第２のアーム部に設けられ、基板をエッジグリップとの間に挟持して当接させることにより基板のアライメントを行う突起部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、エッジグリップが所定位置に固定された第１のアーム部を平行移動又は回転移動させ、第１のアームに接続された第２のアーム部上に基板を載置し、第２のアーム部を第１のアーム部に対して相対的に収縮させ、基板を第２のアーム部に設けられた突起部とエッジグリップを当接させることにより、基板のアライメントを行い、第１のアーム部を平行移動又は回転移動させ、反応チャンバに対向する位置に基板を搬送し、第２のアーム部を第１のアーム部に対して相対的に延伸させ、反応チャンバへ基板を搬入し、基板の処理を行うことを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態による半導体製造装置１の一例を示した斜視図。
【図２】第１の実施形態による半導体製造装置１の一例を示した平面図。
【図３】ウェハ搬送部３０の構成および機能の一例を示す概略図。
【図４】突起部Ｐとエッジグリップ３３との間で半導体ウェハＷを挟持している状態を示す断面図。
【図５】第１の実施形態による半導体製造装置１を用いた半導体装置の製造方法を示すフロー図。
【図６】突出部の変形例を示す図。
【図７】第２の実施形態による半導体製造装置２の一例を示した平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による半導体製造装置１の一例を示した斜視図である。図２は、第１の実施形態による半導体製造装置１の一例を示した平面図である。半導体装置１は、例えば、ＭＯＣＶＤ装置、エピタキシャル装置等である。尚、本実施形態は、上記装置に限定されず、チャンバおよびウェハ搬送系を備えた任意の半導体製造装置に適用可能である。
【００１２】
半導体製造装置１は、ガス供給部１０と、反応チャンバ２１〜２４と、ウェハ搬送部３０と、カセット収容部４０と、制御部５０とを備えている。
【００１３】
ガス供給部１０は、反応チャンバ２１〜２４のそれぞれに反応ガスを供給するように設けられている。
【００１４】
反応チャンバ２１〜２４のそれぞれは、半導体ウェハを搭載するステージ、半導体装置ウェハを加熱するヒータ、反応ガスを半導体ウェハの表面に供給するシャワーヘッド等（図示せず）を備えている。反応チャンバ２１〜２４は、その内部を減圧状態（例えば２ｋＰａ〜９３．３ｋＰａ、以下同様）に維持し、半導体ウェハを加熱および回転させながら、半導体ウェハへ反応ガスを供給する。これにより、半導体ウェハの表面上に任意の材料膜を堆積または成長させることができる。本実施形態では、４つの反応チャンバ２１〜２４が直線状に配列されている。即ち、本実施形態は、所謂、インライン型の半導体製造装置である。尚、反応チャンバの数は４つに限定されず、任意の数だけ設けてよい。
【００１５】
ウェハ搬送部３０は、ウェハカセット収容部４０から反応チャンバ２１〜２４へ半導体ウェハを搬送し、あるいは、反応チャンバ２１〜２４からカセット収容部４０へ半導体ウェハを搬送する。ウェハ搬送部３０のより詳細な構成および機能は、後で図３を参照して説明する。
【００１６】
カセット収容部４０は、複数の半導体ウェハを収容するウェハカセット（図示せず）を収容する。尚、ウェハ搬送部３０およびカセット収容部４０の内部は、反応チャンバ２１〜２４と同様に減圧とされている。これにより、半導体ウェハＷの搬送は、ウェハ搬送部３０内において減圧で行われる。
【００１７】
制御部５０は、半導体製造装置１の全体を制御する。例えば、制御部５０は、反応チャンバ２１〜２４やウェハ搬送部３０等の動作を制御する。
【００１８】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、ウェハ搬送部３０の構成および機能の一例を示す概略図である。ウェハ搬送部３０は、第１のアーム部３１と、第２のアーム部３２と、エッジグリップ３３と、駆動機構３４とを備えている。第１のアーム部３１、第２のアーム部３２およびエッジグリップ３３は、図１に示すウェハ搬送部３０内に移動可能に設けられている。これにより、第１のアーム部３１、第２のアーム部３２およびエッジグリップ３３は、半導体装置ウェハＷをカセット収容部４０から反応チャンバ２１〜２４のいずれかに搬送し、あるいは、半導体ウェハＷを反応チャンバ２１〜２４のいずれかからカセット収容部４０に搬送するように構成されている。
【００１９】
第１のアーム部３１は、カセット収容部４０と反応チャンバ２１〜２４との間で半導体ウェハＷを平行移動させるために、Ｄ１方向に移動可能である。Ｄ１方向は、例えば、カセット収容部４０および反応チャンバ２１〜２４の配列方向と略同じ方向である。
【００２０】
第２のアーム部３２は、被処理基板としての半導体装置ウェハＷを搭載し、第１のアーム部３１に設けられる駆動機構３４により、第１のアーム部３１に対して相対的にＤ２方向へ伸縮自在に構成されている。例えば、第１のアーム部３１に駆動機構３４としてエアシュータを設け、このエアシュータが第２のアーム部３２を第１のアーム部３１から伸縮させてもよい。尚、Ｄ２方向は、例えば、Ｄ１方向に対して略直交方向である。
【００２１】
第２のアーム部３２は先端部に突起部Ｐを有する。突起部Ｐは、半導体ウェハＷに接触し、エッジグリップ３３と協働して半導体ウェハＷの位置を補正（アライメント）するために設けられている。
【００２２】
エッジグリップ３３は、例えば第１のアーム部３１の下方に設けられ短手水平方向に突出した支持部（図示せず）に支持されることにより、第１のアーム部３１に対して固定されている。これにより、図３（Ａ）に示すように、第２のアーム部３２が第１のアーム部３１に対して相対的に伸縮することによって突起部Ｐとエッジグリップ３３との間で半導体ウェハＷを挟持することができる。このときに、半導体ウェハＷが突起部Ｐに接触（当接）するように半導体ウェハＷの位置が補正される。
【００２３】
図４は、突起部Ｐとエッジグリップ３３との間で半導体ウェハＷを挟持している状態を示す断面図である。第２のアーム部３２がＤ２方向に伸縮することによって、突起部Ｐとエッジグリップ３３とが半導体ウェハＷを挟み、突起部Ｐに接触するように半導体ウェハＷの位置を補正する。
【００２４】
第２のアーム部３２が第１のアーム部３１に対して相対的にＤ２方向に伸縮することによって、半導体ウェハＷの位置を補正するだけでなく、第２のアーム部３２が半導体ウェハＷを反応チャンバ２１〜２４へ搬入することができる。即ち、第２のアーム部３２が第１のアーム部３１へ向かって収縮すると、突起部Ｐとエッジグリップ３３との間に半導体ウェハＷを挟んで該半導体ウェハＷの位置を補正する。一方、第２のアーム部３２が第１のアーム部３１から離れる方向に延伸すると、第２のアーム部３２は、半導体ウェハＷを反応チャンバ２１〜２４内へ搬入することができる。
【００２５】
半導体ウェハＷを反応チャンバ２１〜２４内へ搬入するとき、第１のアーム部３１およびエッジグリップ３３は、反応チャンバ２１〜２４の外部に配置されたままである。即ち、反応チャンバ２１〜２４の外部に第１のアーム部３１およびエッジグリップ３３を配置したまま、第２のアーム部３２は、半導体ウェハＷを搭載して反応チャンバ２１〜２４の内部へ進入可能である。
【００２６】
例えば、ＭＯＣＶＤ装置の反応チャンバの内部は、８００℃〜１０００℃の高温に加熱されている。加熱時間を短縮するために、第２のアーム部３２は、高温状態を可及的に維持した状態にある反応チャンバ２１〜２４へ半導体ウェハＷを搬入する。従って、第２のアーム部３２は、高温に対して耐性のある石英などの高融点材料で形成される。
【００２７】
一方、第１のアーム部３１およびエッジグリップ３３は、反応チャンバ２１〜２４の内部へは進入せず、反応チャンバ２１〜２４の外部に配置されたままである。従って、第１のアーム部３１はステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成され、エッジグリップ３３は、半導体ウェハＷの接触があることから、高温に対して耐性のある石英で形成される。ただし、反応チャンバ２１〜２４から半導体ウェハＷを搬出する温度が８００℃未満の低温の場合は、石英のような高価な材料で形成する必要は無く、例えば、搬出温度に応じてステンレス鋼（ＳＵＳ）、樹脂（ＰＴＦＥ）等の安価な低融点材料で形成され得る。
【００２８】
また、エッジグリップ３３は、可撓性を有する材料で形成されてもよい。あるいは、エッジグリップ３３は、弾性材料を介して第１のアーム部３１に取り付けられてもよい。これにより、突起部Ｐとエッジグリップ３３との間で半導体ウェハＷを挟持したときに半導体ウェハＷが破損することを抑制することができる。
【００２９】
図５は、第１の実施形態による半導体製造装置１を用いた半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【００３０】
まず、図１に示すカセット収容部４０内にウェハカセットが収容されると、第１および第２のアーム部３１、３２がカセット収容部４０へ移動する。第２のアーム部３２がウェハカセット内へ伸び、半導体ウェハＷを搭載する（Ｓ１０）。このとき、第２のアーム部３２は、突起部Ｐが半導体ウェハＷに接触しないようにウェハカセット内へ差し込まれる。第２のアーム部３２上に半導体ウェハＷを載せた後に、第２のアーム部３２は引き戻される。これにより、第２のアーム部３２は、突起部Ｐと第１のアーム部３１との間の領域に半導体ウェハＷを搭載する。
【００３１】
尚、半導体ウェハＷの高さは、カセット収容部４０がウェハカセットを上下方向に移動させることによって調節され得る。従って、第２のアーム部３２をウェハカセット内に差し込んだ後に、カセット収容部４０がウェハカセットを下方向に移動させることによって、半導体ウェハＷを第２のアーム部３２上に載せることができる。
【００３２】
第２のアーム部３２上に半導体ウェハＷを搭載した後、第２のアーム部３２は、第１のアーム部３１へ向かって収縮する。このとき、突起部Ｐとエッジグリップ３３との間で半導体ウェハＷを挟持し押さえる。これにより、半導体ウェハＷが突起部Ｐに接触するように半導体ウェハＷの位置が第２のアーム部３２上において補正される（Ｓ２０）。
【００３３】
次に、第１のアーム部３１は、半導体ウェハＷを搭載した第２のアーム部３２とともに図１のウェハ搬送部３０内を平行移動する。これにより、第１のアーム部３１は、第２のアーム部３１および半導体ウェハＷを反応チャンバ２１〜２４のいずれかの前まで移動させる（Ｓ３０）。このとき、第１のアーム部３１は、第２のアーム部３２の突起部Ｐとエッジグリップ３３との間に半導体ウェハＷを挟持してままウェハ搬送部３０内を移動してもよい。これにより、第１のアーム部３１は、半導体ウェハＷの位置をずらすことなくかつ高速（短時間）で第２のアーム部３１および半導体ウェハＷを移動させることができる。以下、半導体ウェハＷは反応チャンバ２１へ搬入されるものとして説明を続ける。
【００３４】
次に、第２のアーム部３２は、第１のアーム部３１から延伸することによって、反応チャンバ２１の内部へ半導体ウェハＷを搬入する（Ｓ４０）。このとき、上述の通り、反応チャンバ２１の外部に第１のアーム部３１およびエッジグリップ３３を配置したまま、第２のアーム部３２は、半導体ウェハＷを反応チャンバ２１の内部へ搬入する。このとき、反応チャンバ２１の内部は、８００℃〜１０００℃の高温に加熱されている。
【００３５】
第２のアーム部３２は、反応チャンバ２１内のステージ上に半導体ウェハＷを配置し、第１のアーム部３１へ向かって収縮する（Ｓ５０）。
【００３６】
次に、反応チャンバ２１において半導体ウェハＷの処理が終了すると、第２のアーム部３２は、第１のアーム部３１から延伸し、反応チャンバ２１の内部から半導体ウェハＷを搬出する（Ｓ６０）。
【００３７】
次に、第２のアーム部３２は、突起部Ｐとエッジグリップ３３との間で半導体ウェハＷを押さえることによって第２のアーム部３２上の半導体ウェハＷの位置を再度補正する（Ｓ７０）。即ち、半導体製造装置１は、半導体ウェハＷの処理後においても、第２のアーム部３２上の半導体ウェハＷの位置合わせを行う。これにより、第１および第２のアーム部３１、３２は、半導体ウェハＷをウェハカセットへ確実に収納することができる（Ｓ８０）。
【００３８】
また、第１のアーム部３１は、第２のアーム部３２の突起部Ｐとエッジグリップ３３との間に半導体ウェハＷを挟持してままウェハ搬送部３０内を移動してもよい。これにより、第１のアーム部３１は、半導体ウェハＷの位置をずらすことなくかつ高速（短時間）で、第２のアーム部３１および半導体ウェハＷを移動させることができる。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、第２のアーム部３２が第１のアーム部３１に対して相対的に伸縮することによって、第１のアーム部３１に固定されたエッジグリップ３３と第２のアーム部３２の突起部Ｐとの間で半導体ウェハＷの位置を補正する。これにより、半導体製造装置１は、大気ロボットやＣＣＤセンサ等のアライメント機構を有していないものの、簡便に半導体ウェハＷの位置合せを行うことができる。
【００４０】
本実施形態によれば、大気ロボットやアライメント機構を有さないので、半導体製造装置１の設置面積は従来よりも小さくなる。また、半導体製造装置１は、大気ロボットやアライメント機構を介すことなく、半導体ウェハＷをウェハカセットと反応チャンバとの間を搬送する。従って、半導体ウェハＷの処理速度が速くなり、生産性が向上する。
【００４１】
また、本実施形態による第２のアーム部３２とエッジグリップ３３は、高温に対して耐性のある石英などの高融点材料で形成されるが、第１のアーム部３１は安価なステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成することができる。従って、反応チャンバに挿入される第２のアーム部３２の高温耐性を維持しながら、半導体製造装置１のコストを低く抑えることができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、後述するように、第１のアーム部３１は、エッジグリップ３３と突起部Ｐとの間で半導体ウェハＷを挟持した状態で真空及び減圧状態のウェハ搬送部３０内を移動することができる。これにより、半導体製造装置１は、第２のアーム部３２上の半導体ウェハＷの位置をずらすことなく素早く半導体ウェハＷを搬送することができる。
【００４３】
尚、突起部Ｐは、エッジグリップ３３と半導体ウェハＷを挟持できればよく、第２のアーム部３２の先端部に設ける必要は必ずしもない。例えば、突起部Ｐは、第２のアーム部３２の中間部に設けてもよい。さらに、突起部Ｐは複数設けてもよい。図６は、突出部の変形例を示す図である。図６に示すように、複数の突起部Ｐ１、Ｐ２が第２のアーム部３２に設けられてもよい。本変形例であっても本実施形態の効果は失われない。
【００４４】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態による半導体製造装置２の一例を示した平面図である。第２の実施形態は、２つの反応チャンバ２１、２２がウェハ搬送部３５の周囲にクラスタ状に配列されている。即ち、第２の実施形態は、所謂、クラスタ型の半導体製造装置である。尚、反応チャンバの数は２つに限定されず、任意の数だけ設けてよい。
【００４５】
ウェハ搬送部３５は、第１の実施形態によるウェハ搬送部３０と同様に、第１のアーム部３１と、第２のアーム部３２と、エッジグリップ３３とを備えている。しかし、ウェハ搬送部３５は、第１のアーム部３１、第２のアーム部３２およびエッジグリップ３３を、軸Ｓを中心として回転移動可能に設けられている。第２のアーム部３２は、第１の実施形態のそれと同様に、第１のアーム部３１に対して相対的に伸縮自在に設けられている。これにより、第１のアーム部３１、第２のアーム部３２およびエッジグリップ３３は、半導体装置ウェハＷをカセット収容部４０から反応チャンバ２１、２２のいずれかに搬送し、あるいは、半導体装置ウェハＷを反応チャンバ２１、２２のいずれかからカセット収容部４０に搬送することができる。尚、カセット収容部４０およびウェハ搬送部３５は、第１の実施形態のカセット収容部４０およびウェハ搬送部３０と同様に真空引き及び減圧化されている。従って、ウェハ搬送は、真空中及び減圧において実行される。
【００４６】
第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。また、第２の実施形態による半導体製造装置２の動作は、第１および第２のアーム部３１、３２を、軸Ｓを中心として回転移動する点で第１の実施形態の動作と異なる。しかし、第２の実施形態のその他の動作は、第１の実施形態の動作と同様である。従って、第２の実施形態による半導体製造装置２は、クラスタ型の装置であるが、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１、２・・・半導体製造装置、１０・・・ガス供給部、２１〜２４・・・反応チャンバ、３０、３５・・・ウェハ搬送部、４０・・・カセット収容部、５０・・・制御部、３１・・・第１のアーム部、３２・・・第２のアーム部、３３・・・エッジグリップ、３４・・・駆動機構
【図１】
2015204449.tif 000003
【図２】
2015204449.tif 000004
【図３】
2015204449.tif 000005
【図４】
2015204449.tif 000006
【図５】
2015204449.tif 000007
【図６】
2015204449.tif 000008
【図７】
2015204449.tif 000009