(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するプロセスチューブと、前記基板を保持して前記プロセスチューブに搬入搬出するボートと、上下に複数段設置され前記基板を収納して搬送するキャリアから前記基板を出し入れするための基板ローディングポートと、前記基板を前記ボートおよび前記基板ローディングポートに対して移載する基板移載装置とを一組とした複数組が、一つの筐体に設備されており、
前記基板移載装置は前記ボートと複数段の前記基板ローディングポートとの間を移動するように構成されており、
前記筐体には前記キャリアを前記基板ローディングポートそれぞれに移送する一台のキャリア移送装置が設備されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記ボートの基板収納枚数は、前記キャリアの基板収納枚数より複数倍以上多いことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体製造装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記複数組のうち、一組の前記プロセスチューブで基板が処理されている間に、他の組では前記プロセスチューブに搬入搬出する前記ボートと、一つの前記基板ローディングポートに有る前記キャリアとの間での前記基板の搬送作業と、前記キャリア移送装置による他の前記基板ローディングポートへの前記キャリアの移送作業とを同時進行させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
例えば、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込まれる基板としての半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜等のＣＶＤ膜を形成したり不純物を拡散したりするバッチ式縦形拡散・ＣＶＤ装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
ウエハに絶縁膜や金属膜等のＣＶＤ膜を形成したり不純物を拡散したりするバッチ式縦形拡散・ＣＶＤ装置（以下、単にＣＶＤ装置という。）には、ウエハを処理するプロセスチューブと、ウエハを保持してプロセスチューブに搬入搬出するボートと、ウエハをボートおよびウエハローディングポートに対して移載するウエハ移載装置と、ウエハを収納して搬送するキャリアを移送するキャリア移送装置が一台ずつ設備されている。
【０００３】
一般に、このＣＶＤ装置を使用して大量のウエハを所定の時間内で処理する場合には、二台のＣＶＤ装置が隣合わせに並べられて実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二台のＣＶＤ装置を隣り合わせに並べた場合においては、次のような問題点がある。第一に、イニシャルコストおよびランニングコストが一台のＣＶＤ装置のコストの二倍になってしまう。第二に、クリーンルーム内の占有床面積が隣合うＣＶＤ装置の間に発生する隙間の分だけ増加してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、コストや占有床面積の増加を抑制しつつ大量の基板を処理することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置は、基板を処理するプロセスチューブと、前記基板を保持して前記プロセスチューブに搬入搬出するボートと、上下に複数段設置され前記基板を収納して搬送するキャリアから前記基板を出し入れするための基板ローディングポートと、前記基板を前記ボートおよび前記基板ローディングポートに対して移載する基板移載装置とを一組とした複数組が、一つの筐体に設備されていることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段によれば、一つの筐体にプロセスチューブ、ボートおよびウエハ移載装置が複数台ずつ設備されているため、大量の基板を所定の時間内で処理することができるとともに、複数台の半導体製造装置を並べて設備する場合に比べて隙間が発生しない分だけ占有床面積を低減することができる。また、キャリア移送装置を一台だけ設備することにより、複数台のキャリア移送装置を設備する場合に比べてコストを低減することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る半導体製造装置は、図１に示されているように、バッチ式縦形拡散・ＣＶＤ装置として構成されている。以下、バッチ式縦形ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）を例にして説明する。図２および図５に示されているように、ＣＶＤ装置１は気密室構造に構築された筐体２を備えており、筐体２内の一端部（以下、後端部とする。）の上部には二台のヒータユニット３、３が左右に並べられてそれぞれ垂直方向に据え付けられている。各ヒータユニット３の内部にはプロセスチューブ４が同心に配置されており、プロセスチューブ４にはプロセスチューブ４内に原料ガスやパージガス等を導入するためのガス導入管５と、プロセスチューブ４内を真空排気するための排気管６とが接続されている。
【００１０】
図３および図５に示されているように、筐体２の後端部の下部には二台のエレベータ７、７が左右に並べられてそれぞれ垂直に設置されており、各エレベータ７は二本のプロセスチューブ４、４の真下にそれぞれ水平に配置された二枚のキャップ８、８を垂直方向に昇降させるように構成されている。各キャップ８はプロセスチューブ４の下端開口よりも大径の円盤形状に形成されており、プロセスチューブ４の下端開口をシールし得るように構成されているとともに、ボート９を垂直に立脚させた状態で支持し得るように構成されている。各ボート９は被処理基板としてのウエハＷを多数枚、中心を揃えて水平に配置した状態で保持するように構成されており、キャップ８のエレベータ７による昇降によってプロセスチューブ４の処理室に対して搬入搬出されるようになっている。
【００１１】
ところで、ウエハを収容して搬送するためのキャリア（搬送治具）としては、互いに対向する一対の面が開口された略立方体の箱形状に形成されているカセットと、一つの面が開口された略立方体の箱形状に形成され開口面にキャップが着脱自在に装着されているＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）とがある。ウエハのキャリアとしてポッドが使用される場合には、ウエハが密閉された状態で搬送されることになるため、周囲の雰囲気にパーティクル等が存在していたとしてもウエハの清浄度は維持することができる。したがって、ＣＶＤ装置が設置されるクリーンルーム内の清浄度をあまり高く設定する必要がなくなるため、クリーンルームに要するコストを低減することができる。そこで、本実施の形態に係るＣＶＤ装置においては、ウエハのキャリアとしてはポッド１０が使用されている。
【００１２】
図３および図４に示されているように、筐体２の正面の下部にはウエハＷを搬送するためのキャリアとしてのポッド１０を筐体２内に搬入搬出するポッド搬入搬出ステージ（以下、ポッドステージという。）１１が設定されており、筐体２の正面壁のポッドステージ１１に対向する位置にはフロントシャッタ（図示せず）によって開閉される出し入れ口１２が開設されている。筐体２内の出し入れ口１２に対向する位置には、ポッドステージ１１から出し入れ口１２を通して筐体２内に搬入されたポッド１０を受ける受け台１３が設置されている。
【００１３】
筐体２の正面壁の内面における上部には複数個のポッド１０を保管するバッファ棚１４が、左右方向に一杯に水平に敷設されている。バッファ棚１４は筐体２の正面壁の内面に据え付けられた支持板１５と、支持板１５に左右方向に架設されて水平に支持された複数段（本実施の形態においては四段。但し、図１では三段が図示されている。）の棚板１６とを備えており、各棚板１６にポッド１０が複数個ずつ左右方向に並べて載置されるようになっている。
【００１４】
図２および図５に示されているように、筐体２内の前後方向の中央部には筐体２の内部空間を上下および前後に仕切る垂直壁部２１と水平壁部２２とからなる隔壁２０が構築されており、隔壁２０の水平壁部２２の上には二台の回転棚１７、１７が左右に並べられて設置されている。一台の回転棚１７は複数個（本実施の形態においては八個）のポッド１０を保管するように構成されている。すなわち、回転棚１７は略卍形状に形成された棚板１９が複数段（本実施の形態においては二段）、モータ等の間欠回転駆動装置（図示せず）によって一方向ピッチ送り回転される回転軸１８に上下方向に配置されて水平に固定されており、各棚板１９に保管されたポッド１０が正面の位置に回転軸１８のピッチ送り回転によって順次送られるようになっている。
【００１５】
隔壁２０の垂直壁部２１における筐体２内の回転棚１７の下側にはウエハＷをローディングおよびアンローディングするためのポート（以下、ウエハローディングポートという。）２３が左右で一組かつ上下で一対ずつ設置されており、垂直壁部２１の各ウエハローディングポート２３に対応する位置にはウエハＷを出し入れするための出し入れ口２４がそれぞれ開設されている。各ウエハローディングポート２３にはポッド１０のキャップ１０ａを着脱してポッド１０を開閉するためのポッドオープナ２５がそれぞれ設置されている。
【００１６】
筐体２内のポッドステージ１１およびバッファ棚１５と回転棚１７およびウエハローディングポート２３との間にはポッド１０を移送するためのポッド移送装置２６が設置されており、ポッド移送装置２６はポッドステージ１１、バッファ棚１４、左右の回転棚１７および左右上下のウエハローディングポート２３間でポッド１０を搬送するように構成されている。ポッド移送装置２６はモータ２７ａを駆動源としたリニアアクチュエータ２７を備えており、リニアアクチュエータ２７は筐体２の底面上に左右方向に略一杯に敷設されている。リニアアクチュエータ２７の上にはモータ２８ａを駆動源としたエレベータ２８が垂直に立設されており、リニアアクチュエータ２７はエレベータ２８を左右方向に移動させるように構成されている。エレベータ２８には昇降台２９が昇降されるように支持されており、昇降台２９にはポッド１０をハンドリングするポッドハンドリング装置３０が設置されている。
【００１７】
ポッドハンドリング装置３０はスカラ形ロボット（selective compliance assembly robot arm 。ＳＣＡＲＡ）によって構成されている。すなわち、ポッドハンドリング装置３０は昇降台２９に垂直に据え付けられたロータリーアクチュエータ３１を備えており、ロータリーアクチュエータ３１はその出力軸である回転軸に一端部が固定された第一アーム３２を水平面内で回転させるように構成されている。第一アーム３２の他端部には第二アーム３３の一端部が軸支されており、第二アーム３３はロータリーアクチュエータ３１によって水平面内で回転されるようになっている。第二アーム３３の他端部にはハンド３４が水平に取り付けられており、ハンド３４はポッド１０を下から掬い取って水平に支持し得るように構成されている。
【００１８】
図３および図５に示されているように、隔壁２０後方の下側空間にはウエハ移載装置３５が二台、左右にそれぞれ設置されており、各ウエハ移載装置３５はウエハローディングポート２３とボート９との間でウエハＷを移送してポッド１０およびボート９に移載するように構成されている。すなわち、ウエハ移載装置３５はベース３６を備えており、ベース３６の上面にはロータリーアクチュエータ３７が設置されている。ロータリーアクチュエータ３７の上には第一リニアアクチュエータ３８が設置されており、ロータリーアクチュエータ３７は第一リニアアクチュエータ３８を水平面内で回転させるように構成されている。第一リニアアクチュエータ３８の上には第二リニアアクチュエータ３９が設置されており、第一リニアアクチュエータ３８は第二リニアアクチュエータ３９を水平移動させるように構成されている。第二リニアアクチュエータ３９の上には取付台４０が設置されており、第二リニアアクチュエータ３９は取付台４０を水平移動されるように構成されている。取付台４０にはウエハＷを下から支持するツィーザ４１が複数枚（本実施の形態においては五枚）、等間隔に配置されて水平に取り付けられている。そして、ウエハ移載装置３５は送りねじ機構によって構成されたエレベータ４２によって昇降されるようになっている。
【００１９】
なお、図示しないが、隔壁２０の後方の下側空間にはノッチ合わせ装置が設置されている。ノッチ合わせ装置は両方のウエハ移載装置３５、３５の片脇にそれぞれ設置してもよいが、両方のウエハ移載装置３５、３５の間に設置して兼用してもよい。また、図示しないが、隔壁２０の後方の下側空間にはクリーンユニットがキャップ８の上に支持されたボート９にクリーンエアを吹き付けるように設置されている。
【００２０】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を用いる本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を説明する。
【００２１】
図２および図４に示されているように、ポッドステージ１１に供給されたポッド１０は出し入れ口１２から搬入されて受け台１３の上に一時的に載置され、二台の回転棚１７、１７またはバッファ棚１４のうちの指定された位置にポッド移送装置２６によって適宜に搬送されて一時的に保管される。ちなみに、一台のポッド移送装置２６によって二台分の回転棚１７、１７およびバッファ棚１４にポッド１０を搬送するために、ポッド移送装置２６のリニアアクチュエータ２７およびエレベータ２８の移動速度は通常のＣＶＤ装置のそれよりも速く設定されている。
【００２２】
二台の回転棚１７、１７およびバッファ棚１４に保管されたポッド１０はポッド移送装置２６によって適宜にピックアップされて、四箇所のうちの指定されたウエハローディングポート２３に搬送され、図２および図５に示されているように、載置台２３ａに移載される。
【００２３】
ウエハローディングポート２３の載置台２３ａに移載されたポッド１０はポッドオープナ２５によってキャップを外されて開放される。この一箇所のウエハローディングポート２３におけるポッドオープナ２５による開放作業の間に、他の三箇所のうち所定のウエハローディングポート２３には別のポッド１０がポッド移送装置２６によって二台の回転棚１７、１７およびバッファ棚１４からピックアップされて移送される。したがって、ポッド移送装置２６は四箇所のウエハローディングポート２３と二台の回転棚１７、１７およびバッファ棚１４との間、並びに、二台の回転棚１７、１７およびバッファ棚１４とポッドステージ１１の受け台１３との間をきわめて効率よく移動して稼働することになる。
【００２４】
例えば、上段のウエハローディングポート２３においてポッド１０の開放作業が実施されている間に、下段のウエハローディングポート２３へのポッド１０の移送作業が同時進行されていると、上段のウエハローディングポート２３におけるウエハＷの移載作業の終了と同時に、下段のウエハローディングポート２３にセットされたポッド１０についてのウエハＷのウエハ移載装置３５による移載（ローディング）作業を開始することができる。すなわち、ウエハ移載装置３５はポッド１０の入替え作業についての待ち時間を浪費することなくウエハ移載（ローディング）作業を連続して実施することができるため、ＣＶＤ装置１のスループットを高めることができる。
【００２５】
ウエハローディングポート２３においてポッド１０が開放されると、ポッド１０に収納された複数枚のウエハＷはウエハ移載装置３５によってボート９に移載（ローディング）される。この際、ボート９がバッチ処理するウエハＷの枚数（例えば、百枚〜百五十枚）は一台のポッド１０に収納されたウエハＷの枚数（例えば、二十五枚）よりも何倍も多いため、複数台のポッド１０が上下のウエハローディングポート２３、２３にポッド移送装置２６によって交互に繰り返し供給されることになる。
【００２６】
予め指定された複数枚のウエハＷが上下のウエハローディングポート２３、２３からボート９に移載されると、ボート９はエレベータ７によって上昇されてプロセスチューブ４の処理室に搬入される。ボート９が上限に達すると、ボート９を保持したキャップ８の上面の周辺部がプロセスチューブ４をシール状態に閉塞するため、処理室は気密に閉じられた状態になる。
【００２７】
プロセスチューブ４の処理室が気密に閉じられた状態で、所定の真空度に排気管６によって真空排気され、ヒータユニット３によって所定の温度に加熱され、所定の原料ガスがガス導入管５によって所定の流量だけ供給される。これにより、所定のＣＶＤ膜がウエハＷに形成される。
【００２８】
そして、予め設定された処理時間が経過すると、ボート９がエレベータ７によって下降されることにより、処理済みウエハＷを保持したボート９が元の待機位置に搬出される。なお、ボート９のプロセスチューブ４の処理室への搬入搬出作業および処理作業の間に、ポッドステージ１１やバッファ棚１４および回転棚１７においてはポッド１０の搬入搬出作業や移送作業が同時に進行される。ちなみに、取り扱う膜種によって異なるが、例えば、処理時間は約１時間〜２時間になる。
【００２９】
待機位置に搬出されたボート９の処理済みウエハＷはウエハローディングポート２３に予め搬送されてキャップ１０ａを外されて開放された空のポッド１０に、ウエハ移載装置３５によって移載（アンローディング）される。続いて、ポッド１０がポッドオープナ２５によって閉じられた後に、処理済みのウエハＷが収納されたポッド１０は二台の回転棚１７、１７またはバッファ棚１４の指定された位置にポッド移送装置２６によって搬送されて一時的に保管される。
【００３０】
以上の処理済みウエハＷの移載（アンローディング）作業の際も、ボート９がバッチ処理したウエハＷの枚数は一台の空のポッド１０に収納するウエハＷの枚数よりも何倍も多いため、複数台のポッド１０が上下のウエハローディングポート２３、２３に交互にポッド移送装置２６によって繰り返し供給されることになる。この場合にも、一方（上段または下段）のウエハローディングポート２３へのウエハ移載作業中に、他方（下段または上段）のウエハローディングポート２３への空のポッド１０への搬送や準備作業が同時進行されることにより、ウエハ移載装置３５はポッド１０の入替え作業についての待ち時間を浪費することなくウエハ移載（アンローディング）作業を連続して実施することができるため、ＣＶＤ装置１のスループットを高めることができる。
【００３１】
処理済みウエハＷを収納したポッド１０は回転棚１７からポッドステージ１１へポッド移送装置２６によって搬送される。ポッドステージ１１に移載されたポッド１０は次工程へ搬送される。
【００３２】
そして、新規のウエハＷを収納したポッド１０がポッドステージ１１に供給される。以降、前述した作用が繰り返されてウエハＷがＣＶＤ装置１によってバッチ処理されて行く。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、プロセスチューブ４やボート９、ウエハローディングポート２３およびウエハ移載装置３５が左右一組ずつ設備されているので、片側（左側または右側）の組のプロセスチューブ４において成膜処理が実施されている間に、他側（右側または左側）の組においてウエハローディングポート２３に対するポッド１０の移送（ローディングおよびアンローディング）作業や、ウエハローディングポート２３およびボート９に対するウエハＷの移載（ローディングおよびアンローディング）作業が同時進行される。このように左右の組同士で交互に作業を進行させることにより、成膜処理を休みなく継続することができるため、ＣＶＤ装置１のスループットを高めることができる。
【００３４】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３５】
1)  一つの筐体２内にプロセスチューブ４やボート９、ウエハローディングポート２３およびウエハ移載装置３５を左右一組ずつ設備することにより、大量のウエハＷを所定の時間内で処理することができるとともに、二台のＣＶＤ装置を左右に隣り合わせに並べて設備する場合に比べて、隙間が発生しない分だけ占有床面積を低減することができるため、クリーンルームを有効に活用することができる。
【００３６】
2)  プロセスチューブ４やボート９、ウエハローディングポート２３およびウエハ移載装置３５を左右一組ずつ設備するのに対して、ポッドステージ１１やポッド移送装置２６は一組だけ設備することにより、二台のＣＶＤ装置を設備する場合に比べてイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができるため、半導体装置の製造方法のコストを低減することができる。
【００３７】
3)  一対のウエハローディングポート２３、２３を上下に二段設置するとともに、両ウエハローディングポート２３、２３にはポッド１０のキャップ１０ａを開閉するポッドオープナ２５をそれぞれ設けることにより、一方のウエハローディングポート２３におけるポッド１０に対するウエハＷの出し入れ作業（ローディングおよびアンローディング）中に、他方のウエハローディングポート２３へのポッド１０の搬入搬出作業やウエハローディングまたはアンローディングのための準備作業を同時進行させることができるため、ポッド１０を入替える際の待ち時間をなくしスループットを高めることができる。
【００３８】
4)  一対のウエハローディングポート２３、２３を上下に二段設置することにより、ウエハローディングポートの占拠面積を増加させなくて済むため、ＣＶＤ装置１の横幅の増加を回避しつつスループットを高めることができる。
【００３９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４０】
例えば、プロセスチューブ４やボート９、ウエハローディングポート２３およびウエハ移載装置３５は一つの筐体２に左右一組ずつ設備するに限らず、三組以上を設備してもよい。
【００４１】
ウエハローディングポートは上下二段設置するに限らず、一段だけ設置してもよいし、上中下三段のように三段以上設置してもよい。
【００４２】
ウエハのキャリアとしてはポッドを使用するに限らず、カセットを使用してもよい。カセットを使用する場合にはポッドオープナは省略することができる。
【００４３】
前記実施の形態ではバッチ式縦形ＣＶＤ装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、バッチ式縦形拡散装置等の半導体製造装置全般に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体製造装置のコストや占有床面積の増加を抑制しつつ大量の基板を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略斜視図である。
【図２】回転棚を通る平面断面図である。
【図３】ウエハ移載装置を通る平面断面図である。
【図４】ポッド移送装置側の側面断面図である。
【図５】ウエハ移載装置側の側面断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウエハ（基板）、１…ＣＶＤ装置（半導体製造装置）、２…筐体、３…ヒータユニット、４…プロセスチューブ、５…ガス導入管、６…排気管、７…エレベータ、８…キャップ、９…ボート、１０…ポッド（基板収納容器）、１０ａ…キャップ、１１…ポッドステージ（ポッド搬入搬出ステージ）、１２…出し入れ口、１３…受け台、１４…バッファ棚、１５…支持板、１６…棚板、１７…回転棚、１８…回転軸、１９…棚板、２０…隔壁、２１…垂直壁部、２２…水平壁部、２３…ウエハローディングポート、２４…出し入れ口、２５…ポッドオープナ、２６…ポッド移送装置、２７…リニアアクチュエータ、２８…エレベータ、２９…昇降台、３０…ポッドハンドリング装置、３１…ロータリーアクチュエータ、３２…第一アーム、３３…第二アーム、３４…ハンド、３５…ウエハ移載装置、３６…ベース、３７…ロータリーアクチュエータ、３８…第一リニアアクチュエータ、３９…第二リニアアクチュエータ、４０…取付台、４１…ツィーザ、４２…エレベータ。
【図１】
0004383636.tif 000002
【図２】
0004383636.tif 000003
【図３】
0004383636.tif 000004
【図４】
0004383636.tif 000005
【図５】
0004383636.tif 000006