(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
枚葉式のプラズマ半導体処理装置であって、
ひとつのチャンバであって、半導体基板の処理を実行するための反応チャンバと、前記反応チャンバの下方に設けられ前記反応チャンバと連通する搬送チャンバとを構成するところのひとつのチャンバと、
前記ひとつのチャンバの内部に設けられた、前記半導体基板を載置するための昇降可能なサセプタと、
前記ひとつのチャンバの外壁に、前記搬送チャンバと連通するように結合されたロードロックチャンバであって、前記半導体基板を搬送するための搬送機構を含むところのロードロックチャンバと、
前記半導体基板の処理中に前記搬送チャンバにパージガスを流すための手段と、
外周端が前記ひとつのチャンバの側壁に結合された円環形状の絶縁分離板と、
を含み、
前記半導体基板を処理する際、前記サセプタが前記絶縁分離板の位置まで上昇することで、前記ひとつのチャンバが前記反応チャンバと前記搬送チャンバとに区画され、
前記反応チャンバは第１の排気口を有し、前記搬送チャンバは第２の排気口を有し、前記半導体基板の処理中において、前記反応チャンバに流れる反応ガス及び前記パージガスは、前記第１の排気口を通じて排気され、前記パージガスは、前記サセプタと前記絶縁分離板との隙間を通り、それによって、前記反応ガスは前記搬送チャンバ内に流入されない、
ことを特徴とするプラズマ半導体処理装置。
【請求項２】
前記搬送機構は、アーム式のウエハ搬送ロボットから成る、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第２の排気口は、前記搬送チャンバの側壁に設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記反応チャンバの内側面は絶縁体材料から成る、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記パージガスは不活性ガスから成る、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載のプラズマ半導体処理装置を使って半導体基板をプラズマ処理する方法であって、
真空排気されたロードロックチャンバから搬送機構により、第２の排気口を通じて排気された搬送チャンバへ前記半導体基板を搬入し、サセプタ上に載置する工程と、
前記サセプタを前記絶縁分離板の位置まで上昇させて、ひとつのチャンバを反応チャンバと搬送チャンバとに区画する工程と、
前記第２の排気口を閉じ、第１の排気口を開いて、前記第１の排気口を通じて前記反応チャンバを排気し、前記反応チャンバ内部を所定の圧力に設定する工程と、
前記搬送チャンバ内にパージガスを流して前記第１の排気口から排気しながら、前記反応チャンバ内に反応ガスを流して、前記半導体基板のプラズマ処理を実行する工程と、
を備え、
前記半導体基板の処理中において、前記反応チャンバに流れる反応ガス及び前記パージガスは、前記第１の排気口を通じて排気され、前記パージガスは、前記サセプタと前記絶縁分離板との隙間を通り、それによって、前記反応ガスは前記搬送チャンバ内に流入されない、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
さらに、前記半導体基板のプラズマ処理を実行する工程の後に、前記第２の排気口を開き、前記第２の排気口を通じて、前記搬送チャンバを排気する工程を含む、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記パージガスは不活性ガスから成る、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記反応チャンバの内側面は絶縁体材料から成り、それにより、前記反応チャンバの内側面への膜の堆積が防止される、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して真空ロードロック半導体処理装置に関し、特に連続的に若しくは同時にウエハを効果的に処理することができるコンパクトな枚葉式半導体処理装置に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、真空ロードロックシステムを使用する半導体処理装置は、ロードロックチャンバ、搬送チャンバ及び該搬送チャンバに接続された複数の反応チャンバを含む。各装置に対して、反応チャンバへ基板を自動的に供給するために基板ハンドリングロボットが使用される。そのような装置において、大気ロボットが最初にカセット若しくは前面開放一体型ポッド(FOUP)からロードロックチャンバ内に基板を搬入する。FOUPは取外し可能なカセット及び前面開放インターフェースを有する箱から成る。基板がロードロックチャンバ内に配置された後、該ロードロックチャンバは排気され、基板は共通の多角形搬送チャンバ内に与えられた真空ロボットによって反応チャンバ内に搬送される。基板が反応チャンバ内で完全に処理された後、それは真空ロボットによってロードロックチャンバへ戻される。最後に、ロードロックチャンバが大気圧に回復した後、処理済の基板は大気ロボットによってカセット若しくはFOUPへ戻される。このタイプの装置は概してクラスターツールと呼ばれている。
【０００３】
反応チャンバの数が増加するに従い、処理装置によって占められる面積（フットプリント）及び装置のフロントパネルの幅（フェースプリント）が増加し、同時に動作コストも増大する。これは、従来の枚葉式処理装置が反応チャンバが放射状に接続する共通の多角形搬送チャンバを有するためである。付加的に、レイアウト中の反応チャンバの数は多角形搬送チャンバの側面数によって制限される。さらに、従来の枚葉式処理装置では、各反応チャンバが独立のガス及び真空ラインを有し、独立に蒸着（成膜）を実行している。したがって、反応チャンバの数が生産性を改善するために増加されれば、ガスライン及び真空ポンプの数も増加されなければならず、それによって処理装置が益々複雑化する。
【０００４】
従来の枚葉式処理装置のフットプリント若しくはフェースプリントを減少させるために、搬送機構がロードロックチャンバ内部に含められた。搬送機構は基板を保持し反応チャンバから基板をロード／アンロードすることができる単純なハンドリング装置である。ロードロックチャンバはゲートバルブを使って反応チャンバから分離される。この構成によって、処理装置のフットプリント若しくはフェースプリントはある程度減少されるが、その減少は不十分であり、処理効率若しくは生産性は改善されず、全体的なシステムは概して単純化されない。さらに、この構成は灰化処理のような連続の化学気相成長（CVD）処理において反応チャンバへウエハを供給することを困難にする。結局、蒸着中に膜がゲートバルブの周囲に形成されやすくなり、それによってプラズマを使用するCVD処理用に高価な耐プラズマOリングをインストールする必要がでてくる。
【０００５】
W形状の搬送アームをロードロックチャンバ内に組み込むことはこれらの問題のいくつかを解決するが、そうすることによりロードロックチャンバのキャパシティが増大し、その結果ロードロックチャンバを排気し及び加圧するために必要な時間が増加し、処理能力が低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の目的は、低コスト、小フットプリント、小フェースプリント、安定処理及び高スループットを実現する半導体処理装置を与えることである。
【０００７】
本発明の第２の目的は、ガス消費量及び反応チャンバ壁への蒸着を減少させるために反応チャンバの体積を減少させることである。
【０００８】
本発明のひとつの態様に従って、半導体処理装置は、ロードロックチャンバ、ロードロックチャンバに隣接される搬送チャンバ、及び搬送チャンバの上部に配置される反応チャンバから成る。さらに半導体処理装置は、真空内で動作しかつ各チャンバ間でウエハを搬送することができる薄いリンク式のウエハ搬送アームから成る。
【０００９】
本発明の他の態様に従って、ロードロックチャンバ、搬送チャンバ及び反応チャンバはそれぞれ排気口を有する。そのような構成において、搬送チャンバの排気口と反応チャンバの排気口との間を切替えることによって搬送チャンバ及び反応チャンバから空気が排気される。
【００１０】
本発明の他の態様に従って、蒸着及びクリーニング中に、搬送チャンバの雰囲気は絶縁分離板を使い不活性ガスで搬送チャンバを加圧することによって反応チャンバの雰囲気から効果的に分離される。この構成は反応チャンバ内の反応ガスが搬送チャンバ内へ流れるのを防止する。さらにまた、反応チャンバと搬送チャンバに対して別々に排気口が存在することは搬送チャンバのクリーニングを容易にする。
【００１１】
本発明の他の態様に従い、反応チャンバ側壁としても機能する排気ダクトを構成するのに絶縁体材料が使用される。この構成は反応チャンバの内壁へのプラズマ蒸着を減少させる。
【００１２】
本発明の他の態様に従い、搬送チャンバが反応チャンバの下方に配置され、それによってロードロックチャンバを搬送チャンバから分離するゲートバルブの周囲に膜が形成されるのが防止される。この構成により外部の汚染物質が生成されることなく複数のウエハ上に蒸着することが可能となる。
【００１３】
本発明の他の態様に従い、搬送チャンバは反応チャンバの下方に配置され、それによって半導体処理装置の全体のスループットを増加するために適応されるウエハ用の一時保管機構をインストールすることが可能となる。ウエハバッファ機構の詳細は、ここに参考文献として組み込む日本国特許出願に開示されている。
【００１４】
本発明の他の態様に従い、反応チャンバは反応チャンバ内に搬送されている半導体ウエハの表面下方の位置から排気され、それによって半導体ウエハが搬送チャンバ内に搬送される際若しくは蒸着中に生成されるかもしれない粒子の付着が減少される。さらに、この構成はより小さい反応チャンバを与え、それによって半導体処理装置の効率が増加する。
【００１５】
【発明の実施の態様】
図１から４は真空ロードロックチャンバ装置を使用する半導体処理装置のひとつの実施例を略示する。当該実施例は、処理前に半導体ウエハ40を待機させるためのロードロックチャンバ10、搬送チャンバ20及び半導体ウエハ40上に膜を成長させるための反応チャンバ30から成る。搬送チャンバ20はロードロックチャンバ10に隣接して配置され、反応チャンバ30は搬送チャンバ20の上方に配置される。搬送ロボット22はロードロックチャンバ10の外側に配置される。該搬送ロボット22は半導体ウエハ40を搬送ロボット22からロードロックチャンバ10、搬送チャンバ20及び反応チャンバ30へ搬送することができる薄いリンク式のウエハ搬送アーム24から成る。
【００１６】
そのような実施例において、ロードロックチャンバはさらにロードロック排気口12から成り、搬送チャンバ20はさらに搬送排気口26から成り、反応チャンバはさらに反応排気口32から成る。これらの排気口により搬送チャンバ20及び反応チャンバ30は排気されることができる。
【００１７】
半導体ウエハ蒸着処理の間及び半導体処理装置のクリーニングの間に、搬送チャンバ20の雰囲気は反応チャンバ30の雰囲気から効果的に分離される。これらの工程は反応チャンバ30中に存在する反応ガスが搬送チャンバ20中へ流れることを防止する。
【００１８】
付加的に、反応排気口32及び反応チャンバ30の側壁を構成するのに絶縁体材料が使用される。この構成は反応チャンバ側壁上へのプラズマ蒸着を減少させ、それによって半導体処理装置の効率が向上しかつ装置の動作に関連するクリーニングコストが減少する。
【００１９】
また、搬送チャンバ20を反応チャンバ30の下方に配置することにより、複数の利点が与えられる。例えば、この構成は搬送チャンバ20をロードロックチャンバ10から分離するゲートバルブ14の周囲に膜が形成されるのを減少させ、それによって汚染物質を生成することなく複数の半導体ウエハ40上に蒸着することができる。付加的に、この構成は、ロードロックチャンバ10と搬送チャンバ20との間での半導体ウエハ40の搬送に使用されるウエハバッファ機構42の導入を許す。ウエハバッファ機構42の詳細はここに参考文献として組み込む日本国特許出願に記載されている。
【００２０】
搬送チャンバから搬送される半導体ウエハ40の表面下方から反応チャンバ30を排気することによって、ウエハ搬送中若しくは蒸着中に生成される粒子の付着は減少されるか若しくは防止される。また、この排気構成により反応チャンバはより小さく作ることが可能になる。搬送チャンバ20から反応チャンバ30へ排気口を切替えかつ搬送チャンバ20内にパージガスを流すことによって、反応ガスの搬送チャンバ20中への流入は防止される。クリーニングの最中、クリーニングは搬送排気口を使って実行されるが、この同じガス流構成が使用され、それによって搬送チャンバ20の内部のクリーニングが可能になる。
【００２１】
図２は反応チャンバ30内の反応ガスが搬送チャンバ20中へ流入するのを防止する機構のひとつの実施例を略示する。このような実施例において、蒸着中には搬送チャンバ20内に不活性ガスが導入され、それによって効果的に搬送チャンバ20が反応チャンバ30から分離される。
【００２２】
図３に記載されるように、半導体ウエハ40が反応チャンバ30へ搬送されるか若しくは搬送チャンバ20内で待機しているとき、反応チャンバ30の雰囲気は半導体ウエハ40の表面下方に配設された搬送排気口26から排気される。この構成はウエハ搬送中若しくは蒸着中に生成される粒子が半導体ウエハ40の表面に付着するのを防止する。
【００２３】
図４は本発明のひとつの実施例に従うガス及び真空ラインの構成を略示したものである。
【００２４】
上記実施例に従う半導体処理装置は動作コスト、フットプリント及びフェースプリントを減少させる点に特徴を有する。付加的に、反応チャンバ30のキャパシティを減少させかつ絶縁体材料で反応チャンバ壁を構成することによって、反応チャンバ壁への蒸着が最小化される。その結果この装置は増加した効率、スループット及び安定性でもって動作することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1(A)は、本発明のひとつの実施例に従うロードロックチャンバ、搬送チャンバ及び反応チャンバの構成を略示するレイアウト図であり、図１(B)は、本発明のひとつの実施例におけるロードロックチャンバ、搬送チャンバ及び反応チャンバの構成を略示する断面図である。
【図２】図２は、蒸着中の本発明のひとつの実施例の構成を略示する断面図である。
【図３】図３は、反応チャンバからウエハを搬送している最中の本発明のひとつの実施例の構成を略示する断面図である。
【図４】図４は、本発明のひとつの実施例に従うガス及び真空ラインの略示図である。
【符号の説明】
10      ロードロックチャンバ
12      ロードロック排気口
14      ゲートバルブ
20      搬送チャンバ
24      ウエハ搬送アーム
26      搬送排気口
30      反応チャンバ
32      反応排気口
42      ウエハバッファ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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