(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を同時に処理する少なくとも２つのリアクタに使用されるガスラインシステムであって、
前記少なくとも２つのリアクタに接続された１系統のガス供給手段と、
前記リアクタと前記ガス供給手段との間に接続された、それぞれのリアクタに均等にガスを供給するための分流器と、
前記少なくとも２つのリアクタに接続された１系統のガス排気手段と、
前記リアクタと前記ガス排気手段との間にリアクタ毎に接続されたAPCと、
から成るシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、さらに前記分流器と前記リアクタとの間にリアクタ毎にガスストップバルブを有するところのシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムであって、さらに前記リアクタとAPCとの間にリアクタ毎に真空排気バルブを有するところのシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ロードロック方式の半導体製造装置に関し、特にコンパクトなレイアウトフリーの枚葉式半導体製造装置及びそのガスラインシステム並びにリアクタ装置の構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、従来の半導体集積回路の製造に使用される真空ロードロック方式の半導体製造装置のチャンバは、ロードロック室と、搬送室と、搬送室に接続された複数のリアクタ(処理室)とから成る。各チャンバには、基板を自動的に供給するための基板ハンドリングロボットが用いられ、以下のように作用する。まず、大気ロボットがカセット又はFOUP（取り出し可能なカセット及びフロントオープニングインターフェースを備えたボックス）から基板をロードロックチャンバ内に搬入する。次に、ロードロックチャンバを真空引きした後、共通の多角形型搬送室内の真空ロボットで各リアクタへ基板を搬送する。リアクタで処理の終わった基板は、真空ロボットによってロードロックチャンバ内に搬送される。最後に、ロードロックチャンバ内を大気圧状態に復帰した後、処理済の基板を大気ロボットでカセット又はFOUPへ搬出する。この様な装置は一般にクラスター・ツールと呼ばれている。
【０００３】
従来、クラスター・ツールには、枚葉式基板処理型とバッチ式基板処理型がある。枚葉式基板処理型とは、リアクタ毎に一枚の基板を処理するタイプを言い、一方バッチ式基板処理型とは、単一のリアクタで複数枚の基板を処理するタイプを言う。
【０００４】
バッチ式基板処理型は単一のリアクタで複数枚の基板を処理するため生産性が高い。しかしバッチ処理では、基板上に成膜される薄膜の膜厚及び膜質にバラツキが生じることがしばしば問題になる。膜厚及び膜質の均一性を改善するために枚葉式基板処理装置の使用が有効である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の枚葉式処理装置において生産性を高めようとすると、リアクタの個数が増え、装置のフットプリント（装置占有面積）及びフェースプリント（装置正面パネル幅）が増加し、コストも高くなる。これは共通の多角形型搬送室を有しているため、そこに放射状にリアクタを取り付けることによる。また、多角形数によりリアクタの個数又はレイアウトが制限される。さらに、従来、各リアクタは個々に独立したガス系及び真空系を有し、各々単独でデポジション（成膜）を行っていた。生産性を高めるべくリアクタの個数を増やすと、その個数分ガスライン及び真空ポンプを含む真空エレメントも増えることになり、リアクタ１台当たりのコストが高くなると同時にフットプリントも増大する。
【０００６】
また、従来の枚葉式半導体製造装置において、リアクタは一層構造であり、同室内で基板の載置及び処理を行っている。したがって、処理室の容積が大きくなり、反応ガス量、成膜時間及びクリーニング時間が増大していた。この問題を解決するために、リアクタをウエハ搬送後シールし処理室の容積を小さくする方法が考案された。この方法はバッチ処理タイプの縦型炉等では一般に行われている技術であるが、この技術を枚葉式のリアクタに応用すると、以下のような問題が生じる。通常、枚葉式タイプのリアクタ内のサセプタには、基板の搬送時に真空ロボットのエンドエフェクタを出し入れできるように、基板とサセプタとの間に空間を作り出すべく、基板を一時的に支持するための基板リフトピンが貫通して設けられている。サセプタの周縁部でシールを行おうとすると、この貫通した穴を塞ぐ必要がある。そのひとつのアプローチとして、基板リフトピンにシール可能なフランジを設け、ピンの自重によりシールさせる方法が考案された。しかし、この方法では何らかの影響でピンが引っ掛かり適切なシールが為されない場合や搬送室内の圧力が処理室内の圧力より高くなった場合などにリークが生じる危険性があり、非常に不安定である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、低コスト、小フットプリント及び小フェースプリントを実現する半導体製造装置を与えることである。
【０００８】
本発明の他の目的は、コンパクトでレイアウトフリーの小量生産から大量生産まで対応できる半導体製造装置を与えることである。
【０００９】
本発明の他の目的は、プロセス的に安定で高スループットを実現する半導体製造装置を与えることである。
【００１０】
本発明の他の目的は、省力化及び低コスト化を実現するガス系及び真空系を含むガスラインシステムを与えることである。
【００１１】
本発明の他の目的は、処理室の容積を小さくしかつシンプルな構造で確実にシールできるリアクタのシール機構若しくはシールと同様の効果が得られる構造を与えることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体製造装置は以下の手段から成る。
【００１３】
半導体基板を処理するためのコンパクトな枚葉式の半導体製造装置は、
半導体基板上に膜を成長させるためのリアクタと、
リアクタにゲートバルブを介して直接接続された、真空下で半導体基板を待機させるためのロードロックチャンバと、
ロードロックチャンバ内にあって、リアクタ内に半導体基板を搬送するための薄いリンク式のひとつのアーム軸を有する基板搬送機構であって、半導体基板を直線方向に移動するところの基板搬送機構と、
から成るユニットを少なくとも２つ隣接するように接続してモジュール化したことを特徴とする。
【００１４】
他の半導体基板を処理するためのコンパクトな枚葉式の半導体製造装置は、  半導体基板上に膜を成長させるための２台のリアクタと、
前記２台のリアクタのそれぞれにゲートバルブを介して直接接続された、真空下で前記半導体基板を待機させるための１台のロードロックチャンバと、
前記ロードロックチャンバ内にあって、前記リアクタ内に前記半導体基板を搬送するための薄いリンク式のひとつのアーム軸を有する基板搬送機構であって、前記半導体基板を直線方向に移動するところの２台並列に配置された基板搬送機構と、から成り、モジュール化したことを特徴とする。
【００１５】
好適には、ロードロックチャンバは下部のマニホールドを介して連通し１台のロードロックチャンバを形成している。
【００１６】
一方、本発明に係る半導体基板を同時に処理する少なくとも２つのリアクタに使用されるガスラインシステムは、
少なくとも２つのリアクタに接続された１系統のガス供給手段と、
リアクタとガス供給手段との間に接続された、それぞれのリアクタに均等にガスを供給するための分流器と、
少なくとも２つのリアクタに接続された１系統のガス排気手段と、
リアクタとガス排気手段との間にリアクタ毎に接続されたAPCと、
から成る。
【００１７】
他の、半導体基板を同時に処理する少なくとも２つのリアクタに使用されるガスラインシステムは、
少なくとも２つのリアクタに接続された共通のガス供給手段であって、各リ
アクタに対して個別のMFCを有するガス供給手段と、
少なくとも２つのリアクタに接続された１系統のガス排気手段と、
リアクタと前記ガス排気手段との間にリアクタ毎に接続されたAPCと、
から成る。
【００１８】
また、成膜とクリーニングを交互に行う２つのリアクタに使用される電気及びガスラインシステムは、
２つのリアクタに接続された１系統のガス供給手段と、
２つのリアクタの各々に接続された複数のガス排気手段と、
いずれかのリアクタに電気的に接続される一つのRFジェネレータと、
RFジェネレータと各リアクタとの接続を切り替えるスイッチング手段と、
から成る。
【００１９】
一方、本発明に係る半導体基板を一枚ずつ処理するためのリアクタ装置は、
半導体基板を載置するためのサセプタと、
サセプタの下方にあってサセプタと同軸に配置されたシールプレートと、
サセプタ及びシールプレートを上下移動するための昇降手段と、
リアクタの天井に設けられたガスを導入するためのシャワーヘッドと、
シャワーヘッドに近接してリアクタの内壁面に沿って環状に設けられ、底面にシール面を有するダクト手段と、
から成り、
シールプレートは昇降手段によって上昇しその周縁部がダクト手段のシール面に当接してシールされリアクタ装置内を搬送室及び処理室に分割することを特徴とする。
【００２０】
好適には当該装置は、さらに
半導体基板を支持するための、サセプタを貫通する少なくとも３本の基板リフトピンと、
サセプタとシールプレートとの間にサセプタと同軸に設けられた、基板リフトピンを支持するための円盤と、
円盤の下面に一端が係合され、シールプレートの表面に設けられた凹部に一端が挿着されたフローティング弾性部材と、
から成り、
シールプレートがシール面にシールされる際に、円盤はダクト手段のシール面とシールプレートとに挟持され、フローティング弾性部材はシールプレートの凹部内に収納され、基板リフトピンはその先端がサセプタ表面レベルと同じかより低い位置まで下降する。
【００２１】
さらに好適には当該装置は、
シールプレートと昇降手段の間にあって、シールされた状態でさらにシールプレートをダクト手段のシール面に弾性的に押付けるための押付弾性部材を含むことができる。
【００２２】
他の半導体基板を一枚ずつ処理するためのリアクタ装置は、
半導体基板を載置するためのサセプタと、
サセプタを上下移動するための昇降手段と、
リアクタの天井に設けられたガスを導入するためのシャワーヘッドと、
シャワーヘッドに近接してリアクタの内壁面に沿って環状に設けられたダクト手段と、
ダクト手段と同軸でその底面と僅かに隙間を形成するように及び成膜時にサセプタとの間に僅かに隙間を形成するように設置された環状のバッフルプレートと、
から成り、
バッフルプレートとダクト手段との間に形成された隙間から反応ガスが排気され、バッフルプレートとサセプタとの間に形成された隙間を通じて不活性ガスが下から上に流れることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導体基板上に薄膜を形成するためのコンパクトな枚葉式の半導体製造装置を示したものである。図１(a)は装置の平面図を、図１(b)は装置の正面図を、図１(c)は装置の側面図をそれぞれ示す。該半導体製造装置は、以下に説明するモジュール化されたリアクタユニット部分と、AFE部分（カセット又はFOUP6内の基板をロードロックチャンバ内に搬入または搬出するための大気ロボット5を含む部分）と、カセットまたはFOUP6が配置されるロードポート部分とから成る。リアクタユニット部分は、半導体基板上に膜を成長させるためのリアクタ1と、リアクタ1にゲートバルブ2を介して直接接続された、真空下で半導体基板を待機させるためのロードロックチャンバ3と、ロードロックチャンバ3内にあって、リアクタ1内に半導体基板を搬送するための薄いリンク式のひとつのアーム軸を有する基板搬送機構であって、半導体基板を直線方向に移動するところの基板搬送機構4とから成るユニットを２つ隣接するように接続してモジュール化したものである。本実施例においてロードロックチャンバ3は垂直方向に一層式のものである。
【００２４】
アームのリンク方式には、アーム内部にワイヤー若しくはタイミングベルトを内蔵する方式、パンタグラフ方式またはアームを直線的に動かすためのガイドを外付けする方式などがある。アーム内部にワイヤー若しくはタイミングベルトを内蔵した方式は、半導体基板の表面積に対して小さくすることができる。一方、パンタグラフ方式若しくはガイド外付け方式は、表面積は大きいが薄くすることができる。
【００２５】
例えば上記内蔵方式では、アーム軸は一端が回転軸に回動可能に連結された第１のリンクと、第１のリンクの他端にピンにより枢着された第２のリンクと、第２のリンクの他端にピンにより枢着された半導体基板を載置するためのブレードとから成り、各ピン及び回転軸はワイヤー若しくはタイミングベルトによってリンクされ、回転軸の回転のみによってブレードが直線方向に移動するものである。このように回転軸によってのみブレードが直線方向に移動するアーム軸は“ひとつのアーム軸”と言われている。
【００２６】
基板搬送機構4においてリンク式アームを使用したことにより、非常にコンパクトに収納することができ、またアームを薄くすることでさらにデッドスペースを少なくすることができた。
【００２７】
図１３は、本発明にかかる半導体製造装置の他の実施例の部分側面図を示したものである。点線部分はチャンバ内真空領域を示す。図１３に示されるように、他の実施例では２つのロードロック室(131,132)が隣接するように見えるがチャンバ下部に設けられたマニホールド135によって各々のロードロック室(131,132)は連通しており実質的に一つのロードロックチャンバを形成する。ロードロック室(131,132)の下部には各々の基板搬送機構を駆動させるためのロータリアクチュエータ(133,134)が設けられている。マニホールド135は真空排気バルブ136及び配管を通じてドライポンプ137に連結されており一つの排気系によって１つのロードロックチャンバが排気される。
【００２８】
上記により直径300mmの基板に対応するロードロックチャンバでも10ｌ以下の小容量を実現することができた。これにより、真空引き及び大気復帰の時間を短縮することができた。さらに、モジュール化したことにより、リアクタユニット内のデッドスペースを最小化でき、装置全体のフェースプリント7を小さくすることもできた。
【００２９】
次に、本発明に係る半導体製造装置の動作について説明する。図２(a)〜(d)は、
装置の動作シーケンスを示したものである。まず、図２(a)において、大気ロボット5がカセットまたはFOUPから各ロードロックチャンバ3内へフラッパーバルブ21を介して半導体基板20を搬入する。搬入終了後、フラッパーバルブ21が閉じられ、ロードロックチャンバ3は真空排気される。次に、図２(b)において、ゲートバルブ2が開かれ、薄いリンク式のアームを有する基板搬送機構4によって、半導体基板はリアクタ1内のサセプタ22上に搬送される。リンク式のアームから成る基板搬送機構4は、ロードロック室とリアクタとの間を直線方向に往復運動するのみであるため、調節は機械的な位置決めのみで足り複雑なティーチングが不要である。次に、図２(c)において、基板支持ピン23がサセプタ表面から突き出て半導体基板20を支持する。基板搬送機構4のアームはロードロック室内に収容され、ゲートバルブ2が閉じられる。次に、図２(d)において、サセプタ22が上昇し半導体基板20はサセプタ22表面に載置される。その後、半導体基板20への薄膜形成処理が開始される。薄膜形成処理が終了した後、今度は逆に図２(d)→(c)→(b)→(a)の順に動作シーケンスをたどり処理済の半導体基板はカセットまたはFOUPへ搬出される。
【００３０】
図１３に示す本発明の他の実施例によれば、左右のロードロックチャンバは連通しているため、同時に真空排気することができ、同じタイミングで左右同時に半導体ウエハをリアクタ内に搬送することができる。したがって左右2枚の半導体ウエハは同時に処理される。
【００３１】
本発明によれば、枚葉式でありながら、複数の基板を同時タイミングで搬送しかつ同時に成膜処理を実行することができることからスループットが高く、またプロセス的にも安定である。
【００３２】
次に、本発明に係る半導体製造装置の実施例について説明する。図３は、２つのロードロックチャンバを垂直方向に重ねて多層化した半導体製造装置を表す。図３に示されるように、当該装置は、対向する上下２段のロードロックチャンバ（30、36）と、上下２段のロードロックチャンバ（30、36）に接続されるひとつのリアクタ31とから成る。各ロードロックチャンバ（30、36）内には、基板搬送機構（37、38）がそれぞれ設けられている。下側の基板搬送機構37は、薄いリンク式のアームと基板を載置若しくはガイドするピン39が取付けられたブレードから成り、半導体基板を該ブレードのピン39上に載置して下から支持するものであるが、上側の基板搬送機構38はそれと異なり、半導体基板を上から支持するためのブレード及び爪部40を有する。この例において、リアクタ31は以下に詳細に説明されるように、上下に移動可能なサセプタ機構32及びシール面33に当接することで狭い反応領域35を形成するためのシールプレート34を有する。
【００３３】
この実施例によれば、フェースプリント及びフットプリントを増加させることなく、より多くの基板を処理することができるためスループットが高くなる。また、上下２段のロードロックチャンバはそれぞれ独立に基板搬送機構を有しているため、一方のロードロックチャンバが使用中の場合には常にもう一方のロードロックチャンバ内で半導体基板は待機状態にある。したがって、リアクタは基板の搬送時間に拘束されることなく連続処理を行うことができる。
【００３４】
図４は、本発明に係る半導体製造装置の他の実施例を示したものである。図４に示されるように、当該装置は、水平方向にリニアに接続された２つのモジュールから成る。AFEは２つのモジュールで共通である。モジュールは２つ以上いくつでも接続することが可能である。
【００３５】
この実施例によれば、一度に多くの基板を処理することができるためスループットが向上する。１装置あたりのモジュール数に制限がなく少量生産から大量生産まで対応することができるが、特にモジュール数が少ない場合はフェースプリントの増大も少なく効果的である。
【００３６】
図５は、半導体製造装置の他の実施例を示し、当該実施例において水平方向にリニアに接続された２つのモジュールは、互いに対向して配置されている。AFEは４つのモジュールで共通である。モジュールは２つ以上いくつでも接続することが可能である。当該実施例では、接続モジュール数に係りなくフェースプリントは一定である。また処理済みの半導体基板を検査するための検査装置50を接続することもできる。これによって、半導体基板の処理の間に検査工程を入れることができる。図５の装置において、AFEは、カセットまたはFOUPに接続される第１AFE部51と、モジュールに共通に接続される第２AFE部52とから成る。第１AFE部51内には、アーム軸、昇降軸及び回転軸を有し２５枚の基板スロットとリンク式アームから成る第１大気ロボット53が配置されている。該第１大気ロボット53は、２５枚の基板を収納するカセットまたはFOUP6から基板スロット内に２５枚一括で基板を取り込み、第２AFE部52内の第２大気ロボット54に受け渡し可能な位置まで回転軸の回りに回転する。第２大気ロボット54はスライド軸無しで第１大気ロボットとの間で基板を受け渡しすることができる。基板スロットにはセンサーが取付けられ、カセットまたはFOUP6内の基板の配列情報を取り込む（以下、マッピングという）ことができる。第１AFE部51内には複数の第１大気ロボット53を配置することもできる。
【００３７】
図５の実施例によれば、フェースプリントを一定に保ちつつモジュールをレイアウトフリーとし、一度に多くの基板を処理することができ、スループットを向上させることができる。また第１大気ロボットはスライド軸を有しないため装置スペース及びコストを抑えることができる。さらに、基板スロットに取付けられたセンサーによりマッピングが容易になり、搬送時間を短縮することができる。さらにまた、第１大気ロボット53は、リアクタで熱せられた基板を冷却するためのクーリングステージとして使用することもできる。
【００３８】
次に、本発明に従う半導体製造装置のガスラインシステムについて説明する。
図６は、本発明に従うモジュールのリアクタのガスラインシステムの好適実施例を示したものである。本発明に従うモジュールにおいて２枚の半導体基板は同時に成膜処理されることから、好適には、２台のリアクタで１ガス系及び１排気系とするのが望ましい。図６に示すリアクタのガスラインは、ガスソース60と、ガスソース60に接続されガスソース60からのソースガスを混合し２つのリアクタに等分配するための分流器61と、分流器61と各リアクタ（66、67）との間に接続されリアクタ毎に設けられるガスストップバルブ（62、62’）とを含む１つのガス系と、排気ポンプ64と、排気ポンプ64に接続されリアクタ（66、67）毎に設けられるAPC（自動的に圧力制御が可能な可変式バタフライバルブ）（63、63’）と、APCと各リアクタ（66、67）との間に接続されリアクタ毎に設けられる真空排気バルブ（65、65’）を含む１つの排気系とから成る。分流器61は１次側に入力した０〜１０SLMのガス流量を２次側に同量（０〜５SLM）ずつ出力することができるものである。
【００３９】
次に、図６に示す実施例の作用について説明する。真空排気バルブ（65、65’）が開かれ真空ポンプ64によってリアクタ（66、67）が真空引きされており半導体基板がロードされている。次に、ガスストップバルブ（62、62’）が開いてリアクタ内にソースガスが導入される。この際、分流器61及びAPC（63、63’）の組み合わせにより、各リアクタ（66、67）内には均等にソースガスが導入される。次に、RFジェネレータ（68、68’）によりリアクタ内の半導体基板に高周波電圧が印加されて成膜反応が両リアクタ内で同時に生じる。
【００４０】
図６の実施例では、リアクタ毎にAPCにより圧力制御を行いかつ単一のポンプを用いて各リアクタのガスを排出している。この独立した圧力制御と上記分流器を用いることにより、リアクタ毎にガスラインを用いたのと同様に単独で成膜の制御を行うことができ、処理室の個体差に対応できる。また、リアクタ毎にガスストップバルブ及び真空排気バルブを有しているため、１リアクタのみでも処理を行うことができる。さらに、ガスラインシステムがリアクタ２台に対し1ガス系及び１排気系から成ることにより、省力化及び低コスト化を図ることができる。
【００４１】
さらに本発明の他のガスラインシステムについて説明する。図１１は本発明の他の実施例に使用するガスラインシステムを示したものである。他の実施例において２枚のウエハは同時に成膜処理されることから、２台のリアクタで共通のガス系及び１排気系とするが好適である。リアクタのガスラインはレギュレータボックス110とガスボックス111までを1系統としている。ガスボックス111内でガスラインは分岐し、各リアクタに対しMFC（マスフローコントローラ）（図示せず）とガスストップバルブ112が設けられている。排気系はリアクタ毎に（APC）113と真空計（図示せず）が設けられ、排気バルブ114及びドライポンプ115は各リアクタで共通としている。
【００４２】
この実施例ではリアクタはAPCにより個別に圧力が制御され単一の排気ポンプによってリアクタ内のガスが排出されている。またガス供給はリアクタ毎にMFCにより調節されている。このAPCとMFCの組み合わせによりリアクタ毎にガスラインを用いたのと同様に単独で成膜の制御を行うことができる。またリアクタ毎にガスストップバルブ112を有していることから１リアクタのみでも処理を行うことができ、更に省力化及び低コスト化を図ることができる。
【００４３】
図７は図６の実施例の変形例を示す。図７の例において、電気及びガスラインシステムはリアクタ２台に対し１RFジェネレータ、１ガス系及び２排気系から成る。図７に示すリアクタのガスラインシステムは、ガスソース60と、ガスソース60と各リアクタ（66、67）との間に接続されリアクタ毎に設けられるガスストップバルブ（62、62’）とを含む１つのガス系と、排気ポンプ（64、64’）と、排気ポンプ（64、64’）に接続されリアクタ（66、67）毎に設けられるAPC（63、63’）と、APCと各リアクタ（66、67）との間に接続されリアクタ毎に設けられる真空排気バルブ（65、65’）を含む２つの排気系とから成る。RFジェネレータ70はスイッチ手段71により切り替えられて各チャンバ（66、67）に電気的に交互に接続される。
【００４４】
次に、図７に示す変形例の作用について説明する。真空排気バルブ（65、65’）が開かれ排気ポンプ（64、64’）によってリアクタ（66、67）が真空引きされている。まず、成膜処理したい方のリアクタ（例えば、66）のガスストップバルブ62が開いてリアクタ66内にソースガスが導入される。次に、スイッチ手段71によりリアクタ66と接続するように切り替えられたRFジェネレータ70によりリアクタ66内の半導体基板に高周波電圧が印加されて成膜反応が生じる。一方、クリーニングする方のリアクタ（例えば、67）のRGG OUTバルブが開かれ、リアクタ67内にクリーニングガスが導入され、リアクタ67内でエッチング反応が生じる。図７の例においては、このように各リアクタでクリーニングと成膜処理が同時に行われる。
【００４５】
図７の例では、RFジェネレータ70及びガスストップバルブ（62、62’）を切り替えることにより、２台のリアクタに交互に基板を出し入れして、交互にクリーニング及び成膜処理を行うことができる。また、システムがリアクタ２台に対し１RFジェネレータ、１ガス系から成ることにより、省力化及び低コスト化を図ることができる。
【００４６】
最後に、本発明に係るリアクタ装置について説明する。図８は本発明に係るリアクタ装置の好適実施例を示したものである。半導体基板を一枚ずつ処理するためのリアクタ装置80は、半導体基板93を載置するためのサセプタ81と、サセプタ81の下方にあってサセプタ81と同軸に配置されたシールプレート82と、サセプタ81及びシールプレート82を上下移動するための昇降手段（83、84、85）と、リアクタ80の天井に設けられたガスを導入するためのシャワーヘッド92と、シャワーヘッド92に近接してリアクタの内壁面に沿って環状に設けられ底面にシール面107を有するダクト手段86と、サセプタ81とシールプレート82との間にあってサセプタ81と同軸に設けられた円盤89と、該円盤89に支持されサセプタ81を貫通する基板リフトピン87と、一端が円盤89と係合し他端がシールプレート82に設けられた凹部に挿着されるフローティング弾性部材88と、サセプタ81を支持するための鉛直方向に伸長するサセプタ軸95と、シールプレート82を支持するための円筒シャフト97と、サセプタ軸95の下端に取付けられたサセプタ間隔調整板91と、円筒シャフト97の下端に取付けられ昇降手段（83、84、85）の推力を円筒シャフト97に伝達するためのスライドテーブル96と、該スライドテーブル96と昇降プレート84との間に設けられ昇降手段の推力をスライドテーブル96に伝達するための押付弾性部材94とから成る。
【００４７】
シールプレート82はサセプタ81より半径が大きくその周縁部が上方に突起している。好適にはこの突起部にOリングシールが設けられ、シールプレート82はダクト手段86の底面のシール面107にシールされる。シールプレート82の表面の凹部はシールされた状態でフローティング弾性部材88を収納するために設けられている。フローティング弾性部材88は好適にはバネから成るが他の弾性部材を使用することもできる。またフローティング弾性部材88は１つ以上いくつでも用いることができる。
【００４８】
円盤89は薄いディスクから成りその半径はサセプタ81より大きくシールプレート82より小さい。シールされた状態で当該円盤89はダクト手段86のシール面107とシールプレート82とに挟持される（図１０参照）。
【００４９】
昇降手段は、ボールネジ83と、昇降プレート84と、駆動手段85とから成る。駆動手段85は好適にはパルスモータであるが、他の手段を用いることもできる。また、ボールネジ83と駆動手段85の組み合わせ以外に空圧式シリンダーを用いることもできる。
【００５０】
円筒シャフト97の内部にはサセプタ軸95が貫通しており、円筒シャフト97の上部開口部付近にはOリングシール90が設けられている。また円筒シャフト97の外側はベローズ98に覆われている。サセプタ軸95の下端はサセプタ間隔調整板91に取付けられシールプレート82と独立してシャワーヘッド92と半導体基板93との間隔調整及びレベル調整を行うことができる。
【００５１】
ダクト手段86は、以下で説明する処理室内のガスを排気するためのガス通路100と、成膜時にサセプタ表面から下の部分へ反応ガスが流入するのを防止するべく不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口101とから成る。処理室内のガスは当該ガス通路100を通ってリアクタの側壁に設けられた排気口99から外部に排気される。不活性ガス（好適には、アルゴンガス）は不活性ガス導入口101から処理室内に導入され、サセプタ表面から下の部分に流入された反応ガスをパージする。
【００５２】
基板リフトピン87はサセプタ81上で半導体基板93を支持するために少なくとも３つ設けられる。基板リフトピン87の先端には段差102が設けられ、該段差102に半導体基板93の円周部が係合し半導体基板93が担持される（図１０参照）。好適には、半導体基板93がエッジコンタクトする段差102の幅は３mm以下である。
【００５３】
押付弾性部材94は好適には皿バネから成るがそれ以外の弾性部材を使用することもできる。
【００５４】
図８に示すように、半導体基板93の搬送時において、フローティング弾性部材88は円盤89をサセプタ81の底面に弾性力で押圧している。それによって、基板リフトピン87はサセプタ表面から突起し、先端の段差102で半導体基板93を受け取ることができる。この段差102は半導体基板93の搬送時のガイドとして機能するだけでなく、処理中の基板のずれを防止する機能も有する。
【００５５】
図９は、半導体基板93の処理時における各エレメントの位置関係を示したものである。また、図１０は図９の領域aを拡大したものである。まず、駆動手段85によりボールネジ83が回転する。それと同時に昇降プレート84が上昇し、押付弾性部材94を介して推力がスライドプレート96に伝達される。スライドプレート96の上昇に伴い円筒シャフト97及びサセプタ軸95が上昇しベローズ98が収縮する。
【００５６】
やがてシールプレート82の突起した周縁部がダクト手段86の底面のシール面107に当接しシールされる。これによってリアクタ80内部は搬送室104及び処理室103に分割される。シールプレート82がシールされる際に、円盤89の周縁部はダクト手段86の底面とシールプレート82の突起部より内側の部分との間に挟持される。これによって円盤89とシールプレート82との隙間は無くなる。同時に、フローティング弾性部材88は収縮しシールプレート82表面に設けられた凹部に完全に収納される。
【００５７】
シールされた状態で基板リフトピン87の先端はサセプタ表面レベルと同じかそれより低い位置まで下降する。それによって半導体基板93はサセプタ81表面に載置される。シャワーヘッド92と半導体基板93との間に小さな反応領域105が画成される。シャワーヘッド92と半導体基板93との間隔はサセプタ間隔調整板91を上昇、下降または傾斜させることによってシールプレート82と独立に調整される。調整はサセプタ間隔調整板91に取付けられた複数の調整ネジ106を回転することによって行われる。
【００５８】
昇降プレート84がさらに上昇し、押付弾性部材94が好適には１mmから３mm撓むことによって、シールプレート82のシールがより確実となる。シールプレート82の周縁部は弾性力によってダクト手段86のシール面107に押圧される。これによってシール力が確保される。押付弾性部材94の撓み具合は外部から目視することができ、確実にシールされていることが確認できる。
【００５９】
シールプレート82の決め押しが終了した後、処理室103内のガスはダクト手段86のガス通路100を通って排気口99から外部へ真空排気される。同時に不活性ガス導入口101からアルゴンガスが導入される。次にシャワーヘッド92から反応ガスが導入され、処理が開始される。
【００６０】
本発明に係るリアクタ装置によれば、反応室を小さくすることができ、反応ガス量を減少させかつ成膜時間及びクリーニング時間を短縮することができた。また、基板リフトピンの貫通孔のシールが不要となった。さらに確実にシールできるシンプルなシール構造を与えることができた。
【００６１】
本発明に係るリアクタ装置の他の実施例について説明する。図１２(A)及び(B)は本発明に係るリアクタ装置の他の実施例を示したものである。
【００６２】
他の実施例のリアクタ装置は半導体基板を載置するためのサセプタ120と、サセプタを上下移動するための昇降手段121と、リアクタの天井に設けられたガスを導入するためのシャワーヘッド122と、シャワーヘッド122に近接してリアクタの内壁面に沿って環状に設けられたダクト手段123と、ダクト手段123と同軸でその底面と僅かに隙間125を形成するように及び成膜時にサセプタとの間に僅かに隙間126を形成するように設置された環状のバッフルプレート124とから成る。バッフルプレート124とダクト手段123との間に形成された隙間125から反応ガスが排気され、バッフルプレート124とサセプタ120との間に形成された隙間126を通じて不活性ガス（好適にはAr若しくはHe）が下から上に流れる。この不活性ガスによるパージによりサセプタ下方に反応ガス若しくはプラズマ（PE-CVDの場合）が侵入するのが防止される。バッフルプレート124及びダクト手段123は好適には絶縁体から成り、不要な成膜が防止される。
【００６３】
他の実施例によれば、好適実施例に比べ反応領域をさらに小さくすることができる。
【００６４】
ここで、本発明と類似の従来技術を説明し、両者の相違を考察する。まず、特開平１０−３０１８３号（以下、従来技術１という）と本願との相違を説明する。従来技術１には本発明と類似のアッシング処理装置が記載されている。ロードロックチャンバ内の搬送機構は、アームを回転動または直線動せしめることで、半導体基板を保持するハンド部を処理室に対し出し入れすることを特徴とする。
【００６５】
従来技術１に記載されたアームを回転動させる実施例では半導体基板はアームの回転軸を中心として弧を描きながら処理室内に搬送されるのに対し、本発明に係る半導体製造装置では半導体基板は直線方向に搬送される点で両者は相違する。
【００６６】
また、従来技術１に記載されたアームを直線動させる実施例ではスライド軸により半導体基板を搬送するのに対し、本発明に係る基板搬送機構はアーム軸により基板を搬送している点で両者は相違する。
【００６７】
さらに、従来技術１のリアクタユニットはクラスター化されていないのに対し、本発明に係る半導体製造装置はリアクタユニットがモジュール化されており、さらにクラスター化できる点で両者は相違する。本発明の特徴のひとつは、モジュール化されたリアクタユニットをAFEを介してクラスター化できる点にある。
【００６８】
以上の点から、本発明に比べ従来技術１は装置スペース及びデッドスペースが大きいことがわかる。本発明によれば、300mmの半導体基板対応のロードロックチャンバで10l以下の小容量を実現する事ができる。
【００６９】
次に、特開平１０−１５４７３９号（以下、従来技術２という）と本願との相違を説明する。従来技術２には、 (a)ロードロック室と、(b)搬送室と、(c)搬送室に接続された複数 (実質的には2つ) の分離した処理領域を各々に定義する一つ以上のリアクタと、(d)搬送室内に配置された第1基板ハンドリング部材とを含む基板処理装置が記載されている。第1基板ハンドリング部材は、ロードロック室と一つ以上のリアクタの間で複数の半導体基板(実質的には2枚)を同時に搬送する複数の実質的に同一平面上の基板ハンドリングブレードを有しており、半導体基板を別個のリアクタに同時に移動する。反応ガスは、一つ以上のガス源からリアクタ内の各処理領域(実質的には2つ)に分配される。各処理領域(実質的には2つ)のガスは単一のポンプを用いてリアクタ外部に排出される。
【００７０】
まず、従来技術２に記載の基板処理装置は搬送室および搬送室内に配置された基板ハンドリング部材を有するのに対し、本発明に係る半導体製造装置は搬送室を有さず、リアクタにロードロックチャンバが直結している点で両者は相違する。
【００７１】
また、従来技術２の基板処理装置は同一室内に複数の実質的に同一平面上の基板ハンドリングブレードを有するのに対し、本発明に係る半導体製造装置は各ロードロックチャンバ内に独立に設けられた基板搬送機構を有する点で両者は相違する。
【００７２】
さらに、従来技術２の基板処理装置はリアクタとロードロックチャンバから成るユニットがモジュール化されていないのに対し、本発明に係る半導体製造装置はリアクタとロードロックチャンバから成るユニットが少なくとも２つ隣接するように接続されモジュール化されている点で両者は相違する。
【００７３】
さらにまた、従来技術２の半導体処理装置は、ガスの分流を単にT型継手で行っているのに対し、本発明に係る半導体製造装置は、ガスの分流に1次側0〜10SLMのガス量を2次側に同じ量ずつ分配することができる分流器を使用している点で両者は相違する。また、従来技術２の半導体処理装置では、1つのリアクタ内に2つの処理領域を有しており、リアクタ内で処理領域の排気ポートを集合してから単一のポンプを用いてガスを排出しているのに対し、本発明に係る半導体製造装置では、各々のリアクタの処理領域が独立しており、リアクタ毎にAPC等により圧力制御を行い、単一のポンプを用いて各リアクタのガスを排出している点で両者は相違する。
【００７４】
この独立した圧力制御と常に均等にガスの分流が行われる上記分流器を用いることにより、リアクタ毎にガスラインを用いたのと同様に単独でデポジションの制御を行うことができる。さらに、本発明に係る半導体製造装置はリアクタ毎にガスストップバルブ及び真空排気バルブを有しており、リアクタ2台、1ガスライン構成で有りながら、1リアクタのみでも処理が行える。
【００７５】
以上のように、従来技術１及び２に記載の半導体処理装置と本発明に係る半導体製造装置とでは装置の構成及び効果が異なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a)は、本発明に従う半導体製造装置の平面図を、図１(b)は正面図を、図１(c)は側面図をそれぞれ示す。
【図２】図２(a)〜(d)は、本発明に従う半導体製造装置の動作シーケンスを示す。
【図３】図３は、図１に示したロードロックチャンバを垂直方向に重ねて２層構造とした実施例の部分断面図を示す。
【図４】図４は、図１に示したモジュールを水平方向に２つリニアに並べた実施例の平面図を示す。
【図５】図５は、リニアに配置されたモジュールを対向して配置した実施例の平面図を示す。
【図６】図６は、２台のリアクタで同時に成膜処理する半導体製造装置に使用されるガスラインシステムの実施例を示す。
【図７】図７は、２台のリアクタで交互に成膜処理とクリーニングを行う半導体製造装置に使用されるガスラインシステムの実施例を示す。
【図８】図８は、本発明に従うリアクタ装置の断面図であって、半導体基板の搬送時の様子を略示したものである。
【図９】図９は、本発明に従うリアクタ装置の断面図であって、半導体基板の処理時の様子を略示したものである。
【図１０】図１０は、図９の領域aを拡大したものである。
【図１１】図１１は、本発明に従う他のガスラインシステムを示したものである。
【図１２】図１２(a)は、本発明に従う他のリアクタ装置の断面図であり、図１２(b)は図１２(a)の領域bを拡大したものである。
【図１３】図１３は、本発明に従う半導体製造装置の他の実施例の部分側面図である。
【符号の説明】
1      リアクタ
2      ゲートバルブ
3      ロードロックチャンバ
4      基板搬送機構
5      大気ロボット
20      半導体基板
21      フラッパーバルブ
22      サセプタ
23      基板支持ピン
【図１】
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【図２】
0004753224.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004753224.tif 000007
【図７】
0004753224.tif 000008
【図８】
0004753224.tif 000009
【図９】
0004753224.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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