JP2002501303A - ２ウエハ・ロードロック・ウエハ処理装置ならびにその装填および排出方法 - Google Patents

２ウエハ・ロードロック・ウエハ処理装置ならびにその装填および排出方法

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Abstract

(57)【要約】 複数の非真空多重ウエハ・キャリア（２５）からのウエハ（２８）を、ウエハ処理機械（１０）の大気フロント・エンド（３２）内において装填および排出し、単一の２ウエハ・ロードロック（４５）を介して、ウエハ処理クラスタ・ツール即ちバック・エンドの転送モジュールの高真空チェンバ（３１）におよびこれから転送する。好ましくは、ウエハ（２８）を完全に水平に向け、２枚のウエハ（２８）を連続的にシステムの高真空バック・エンドに装填し、１つのロードロック（４５）を介してシステムの高真空バック・エンドに対して搬入側に同時に移動させ、更に同一ロードロック（４５）内に移動し同時にこれを介して搬出側に移動させる。ロードロック（４５）は、２枚のウエハ（２８）を同時に能動的に冷却する１対の水冷支持部（４８）を有する。大気フロント・エンド（３２）および真空バック・エンド環境双方において、転送アーム（３５，４２）はロードロック（４５）を装填および排出し、全てのロードロックが封止されているときに、これらの環境内においてウエハ（２８）を転送する。好ましくは、２枚のウエハ（２８）をロードロック（４５）内において能動的に冷却する。また、好ましくは、キャリアから取り出された後、ロードロック（４５）内に配置される前に、ウエハ（２８）をウエハ・アライナに通過させる。２枚のウエハ（２８）をロードロック（４５）から真空バック・エンドに取り出すとき、１枚または２枚のウエハ（２８）を一時的にバック・エンド真空チェンバ（３１）内部のバッファ位置（６９）に保持することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本願は、１９９７年５月８日出願の"Multiple Single-wafer Loadlock Wafer
Processing Apparatus and Loading and Unloading Method Therefor"（多単一 ウエハ・ロードロック・ウエハ処理装置ならびにその装填および排出方法）と題
する、本願と同一譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第０８／８５３
，１７２号に関連し、その発明者は本願の発明者と同一であり、この言及により
本願にもその内容が明確に含まれるものとする。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、ウエハ処理機械の装填(loading)および排出(unloading)に関し、特
に、大気圧環境と高真空環境との間における、大径半導体基板群からの基板転送
に関するものである。
【０００３】 （発明の背景） 半導体ウエハの真空処理では、処理装置内における高真空環境またはウエハの
有害な大気汚染を発生しないように、ウエハのウエハ処理機器に対する装填およ
び排出が必要である。加えて、ウエハのスループットを最大限高めるためには、
典型的な装填および排出を行なう際に要する時間を極力短くすることが望ましい
。更に、ウエハ・サイズが拡大し続け、現在直径１５０ｍｍおよび２００ｍｍの
ウエハから直径３００ｍｍのウエハに移行しているため、汚染およびスループッ
ト双方の必要条件を同時に満たすことは増々難しくなっており、その結果多くの
場合理想からは懸け離れた妥協案に甘んじている。さらにまた、処理の後期段階
におけるようにウエハの価値が高まるに連れて、そして増々大径化するウエハが
より多くのデバイスおよびより複雑なデバイスを含むようになるに連れて、装置
の故障に起因するウエハの損傷による経済的損失の危険性が高まり、ウエハ転送
装置に対する信頼性要件が増々高まりつつある。
【０００４】 現在使用中の従来技術の半導体ウエハ真空処理システムの大部分は、ウエハ・
サイズが２００ｍｍまでの真空カセット・エレベータ（ＶＣＥ：Vacuum Cassett
e Elevator）と呼ばれているものを利用している。ＶＣＥを装備した従来技術の
ウエハ処理システム１０の一例を図１に概略的に示す。システム１０は、少なく
とも１つのＶＣＥ１１を含む。ＶＣＥ１１は、高真空に減圧可能なロードロック
・チェンバ１２、チェンバ１２内に位置するエレベータ・アセンブリ１３、チェ
ンバ１２が大気圧にあるときに多重ウエハ・カセット１５を装填および排出する
ために操作者がアクセスする前面ドア１４、ならびにＶＣＥ１１をある形態のウ
エハ転送モジュール１７に接続し、チャンバ１２が高真空にあるときにウエハを
個々に転送する、スリット・バルブで分離したインターフェース・ポート１６で
構成されている。
【０００５】 処理装置１０の典型的な動作は、ＶＣＥ１１の使用を基本としており、操作者
がＶＣＥ１１のドア１４を開けてウエハ１８の新たなカセット１５をエレベータ
１３の上面に載置する。次いで、ドア１４を閉じ、その後、インターフェース・
ポート１６のスリット・バルブを閉鎖状態として減圧過程を実行し、ＶＣＥ１１
内に適切な真空レベルを確立する。所与の真空圧レベルに到達するために減圧時
間は、概略的にＶＣＥ１１の容積、ならびにＶＣＥ１１および内部に収容されて
いるウエハ１８の露出内面積に比例する。適切なＶＣＥ真空レベルに達したとき
に、ＶＣＥ１１と真空運搬チェンバ１７との間にある分離スリット・バルブ・ポ
ート１６を開き、ロボット・アーム１９によるウエハ運搬モジュール１７内への
進入を可能にする。次に、エレベータ１３が、カセット１５内の所望のウエハ１
８に転送アーム１９が接近するように、カセット１５を位置付ける。次に、ロボ
ット転送アーム１９がスリット・バルブ・ポート１６を通ってＶＣＥ１１内まで
伸長し、位置付けたウエハ１８を捕獲し、運搬モジュール１７内に再度引っ込み
、装置１０の適切なプロセス・モジュール２０にウエハ１８を配給する準備を行
なう。ウエハをカセット１５に戻す場合は、これらの工程を逆に行い、ＶＣＥ１
１を真空とし、スリット・バルブを閉じて、ＶＣＥ１１を減圧する代わりにＶＣ
Ｅ１１を大気圧に通気する。
【０００６】 図１の従来技術の装置１０は、匹敵するサイズのオープン・ウエハ・カセット
を用いれば、３００ｍｍのウエハにも用いることができる。しかしながら、多数
の理由のために、ウエハ処理機器の最終ユーザである半導体デバイス製造業者は
、高真空に適合せず着脱式カセット１５を用いない形式のウエハ・キャリアの方
を好み、その標準を策定する過程にある。かかるキャリア２５を図２に示す。キ
ャリア２５は、当該キャリア２５内に形成した水平ウエハ支持レール２６の垂直
アレイを含む。これらは、１２または１３の等間隔レベルあるいは２５または２
６の等間隔レベルで標準化することが考えられている。キャリア２５は、処理機
器の異なる部分間でウエハ２８を運搬する間、通常は閉鎖されている前面ドア２
７を有する。
【０００７】 キャリア２５は高真空に適合せず、カセットもカセット・エレベータも内蔵し
ていないので、大気圧下でウエハをキャリア２５から、そしてウエハ処理機器に
転送しなければならない。従来技術において考えられた単純な方法は、図１の機
械１０のような処理装置に、キャリア２５からウエハ２８を転送することである
。１２または１３枚のウエハあるいは２５または２６枚のウエハのいずれかを収
容した、満杯のキャリア２５を大型のＶＣＥ１１に搬入することが望ましい場合
、キャリア２５からＶＣＥ１１に迅速にウエハを移動させる方法を考案しなけれ
ばならないであろう。単一ウエハ連続転送法では、装填および排出サイクルにか
かる時間が長くなり、したがって望ましくない。複数のウエハを１つまたは２つ
の集合にしてキャリア２５からＶＣＥ１１に転送する、多重ウエハ同時転送法が
提案されている。しかしながら、かかる並行転送法では、１回の機器故障によっ
て多数のウエハが損傷する危険性がある。この危険性は回避することが好ましい
。また、別の未処理ウエハ上に配置されるウエハの裏側に機械的に接触する可能
性のために、潜在的な粒子汚染問題も浮上する。これは、複数のウエハを同時に
転送する場合には回避するのは困難である。加えて、直径３００ｍｍ以上のウエ
ハを保持する寸法のＶＣＥでは、ＶＣＥの減圧および／または通気時間が容認で
きない程長くなる可能性があり、処理装置の動作において、ロードロック・サイ
クルがスループットを損なう要因となる。減圧または通気時間の妥協によってこ
れらの遅延を補償すると、転送チェンバの大気汚染、またはウエハ上の粒子汚染
、あるいはその双方が増大する虞れがある。
【０００８】 直径が大きいウエハでは、大径ウエハに必要な大型のＶＣＥを減圧するために
、大型の高真空ポンプが必要となる。かかる大型ポンプは、機械的にＶＣＥから
分離することが難しく、その結果、かかるポンプはＶＣＥに振動を伝達すること
が多く、一方のウエハからその下にある別のウエハに粒子を落下させる原因とな
り得る。同様に、ＶＣＥにおけるエレベータの昇降運動も、振動によって誘発す
る上側のウエハから下側のウエハへ粒子落下の一因となる。また、振動のために
、ウエハがカセット内におけるその位置からずれてしまい、転送アームによる捕
捉に必要な位置から外れる可能性もある。
【０００９】 このように、高真空環境の有害な大気汚染や、ウエハ処理装置内部でのウエハ
の粒子汚染を発生せず、特に直径３００ｍｍ以上のウエハのような大径ウエハの
場合に、機器のウエハ・スループットを低下させないように、更にはウエハ転送
装置に対する信頼性要件を強化することになりかねない、装置の故障による多数
のウエハの損傷による経済的損失の危険性を高めることなく、非ＶＣＥキャリア
からウエハをウエハ処理機器に転送しそこから排出する必要性がなおも残ってい
る。
【００１０】 （発明の概要） 本発明の主要な目的の１つは、半導体ウエハ処理機械およびプロセスにおいて
、大型の真空カセット・エレベータ・モジュールの必要性をなくすことである。
本発明の別の目的は、半導体ウエハ処理機械においてロードロックの減圧および
通気に要する時間を大幅に短縮すること、特にロードロックがスループットを損
なう要因となることを防止することにある。
【００１１】 本発明の別の目的は、処理機械内へのウエハの転送および処理機械からのウエ
ハの転送において、粒子汚染を低減または回避することにある。即ち、本発明の
目的は、粒子汚染問題の原因となるエレベータの移動およびそれに伴う振動の根
絶、高真空ポンプの小型化および減圧動作による振動の低減、ならびに大型高真
空ポンプの使用必要性の回避を含む。
【００１２】 本発明の別の目的は、特にウエハ認定の間に用いるような小さいウエハ群に対
して、ウエハ処理機械のスループットを向上することである。本発明の特定の目
的は、大型のＣＶＥおよびロードロックがウエハ処理装置のスループットを損な
う根源となる可能性を低下させることである。
【００１３】 本発明の付加的な目的は、同時即ち並行ウエハ処理の必要性をなくし、特にこ
れによって多数のウエハに対する損傷の危険性、および粒子がウエハ上に落下す
る確率を低下させることである。
【００１４】 本発明の具体的な目的の１つは、ウエハ処理機械のウエハ・スループットが水
冷や整合による影響を受けないようにすることである。
【００１５】 本発明の別の目的は、簡素で経済的であり、しかも効率的にパッケージ化され
る装置を提供しつつ、前述の目的を最適化することである。
【００１６】 本発明の原理によれば、高真空転送機構を内部に備え、ロードロックを介して
、同様に転送機構を内部に有する大気圧フロント・エンド・モジュール（ＡＦＥ
）と接続する、転送または運搬モジュールを有するウエハ処理クラスタ・ツール
を提供する。好ましくは、垂直に離間し水平に向けた２枚の平行なウエハを保持
するように構成した単一のロードロックを用いる。ウエハ転送モジュール内の転
送機構は、ロードロックと処理モジュールとの間でウエハを個々に移動させる。
各処理モジュールは、分離バルブを介して転送モジュールと接続し、高真空環境
において処理モジュール間でウエハを移動させる。フロント・エンド・モジュー
ル内の転送機構は、１つ以上のロードロックと複数の多重ウエハ・キャリアとの
間で、大気圧環境において個々のウエハを移動させる。ＡＦＥ転送アームまたは
各キャリアのいずれかが垂直方向に移動可能であり、選択した個々のウエハを、
転送アームによってウエハの水平方向移動によってキャリアに装填すること、ま
たはキャリアから排出することを可能とする。ＡＦＥと転送モジュールとの間の
接続は、好ましくはオーバ・アンダー型(over-under type)の単一２ウエハ・ロ ードロックを介して行なうことが好ましい。この種のロードロックは、上面に、
真空圧側または大気圧側のいずれかを有することができる。
【００１７】 本発明の好適な実施形態によれば、ＡＦＥは、ウエハ・アライナ、および２つ
または３つの多重ウエハ・キャリアに接続するための装備を含む。ウエハを真空
内に転送するように搬入ロードロック(inbound loadlock)として動作可能であり
、かつ真空からウエハを転送するように搬出ロードロック(outbound loadlock) として動作可能な１つのロードロックが設けられている。また、搬出ロードロッ
クとして動作可能なロードロックには、冷却要素が装備され、ウエハを処理した
後、およびウエハを再度キャリア内に装填する前に、ロードロック通気サイクル
の間、ウエハを冷却する。搬出ロードロックは、かかる冷却要素によって、なお
も処理温度またはその付近にある高熱ウエハを支持することができる。したがっ
て、かかる搬出ロードロックには、例えば、金属の高温適合ウエハ支持要素を設
けることが好ましい。１つよりも多くのロードロックを設け、各々、搬入および
搬出ウエハ双方に使用するように構成し、各々に冷却機能を装備し、１つのロー
ドロックが故障した場合にも連続動作を可能とすることにより、スループットの
最適化を図ることも可能である。
【００１８】 本発明の代替実施形態では、別個の専用搬入および搬出ロードロックを設ける
ことも可能である。かかる場合、専用搬入ロードロックには冷却要素を設ける必
要がなく、そのコストが削減される。また、その内部の基板支持部は、高温のウ
エハを支持可能である必要はない。その結果、高摩擦ゴム弾性ウエハ支持構造を
用いて、その上に支持される基板の振動または位置ずれの可能性を低下させるこ
とができ、これによってロードロックにおける基板の移動を高速化することが可
能となる。同様に、搬出ウエハ程ウエハ整合保持は重要ではないので、ウエハの
搬出転送に用いるロードロックを一層高速化して動作させることができる。
【００１９】 また、ＡＦＥは、層流環境内に維持することが好ましい。好ましくは、キャリ
アを室内環境において装填し、ここから装置のＡＦＥ部分に隣接する所に転送す
る。かかるキャリアは、内部ＡＦＥチェンバへの開口に面したキャリア・ドアを
キャリアに備える構造上に固着し、キャリア・アクセス・ドアが開いているとき
に、ＡＦＥ転送アームによる内部のウエハへの接近を可能とする適正な位置およ
び配向とすることが好ましい。このように位置付けかつ配向すると、ＡＦＥ内の
機構は、ＡＦＥ転送アームによる接近を可能にするように、キャリア上のドアを
動作させる。キャリア・ドアが開いている場合、清浄空気またはその他のガスの
層流好ましくは水平流をＡＦＥ内に維持し、ロードロックおよびキャリアから粒
子およびガスを吹き飛ばす。
【００２０】 本発明によれば、空気の層流をＡＦＥチェンバ内に維持している間に、ＡＦＥ
チェンバへの開口に隣接する位置にキャリアを移動させる。キャリア・ドアを開
き、ウエハ、好ましくは一番下にある未処理のウエハをＡＦＥ転送アームによっ
て、開いたキャリアから捕捉し、ロードロック内に配置する。ロードロックは、
ＡＦＥチェンバに対して開き、装置の高真空チェンバからは封止されている。ロ
ードロック内に置かれたウエハは、隆起したリフト・ピンの上、好ましくは２組
のピンの内上側の方に設定され、転送アームはロードロック・チェンバから引っ
込められる。次いで、キャリアから、好ましくはキャリア内の次に高い位置から
第２ウエハが取り出され、第２組の隆起リフト・ピンの上に、好ましくは前記組
のピンの内低い方に配置され、ロードロック・チェンバから転送アームが引っ込
められる。次いで、ロードロック・チェンバをＡＦＥチェンバから封止し、高真
空転送チェンバの高真空レベルと適合する真空レベルにロードロックを減圧する
。ロードロック・チェンバを減圧している間、ＡＦＥ転送アームは、同じキャリ
アから、または他のキャリアが設けられている場合にはそのキャリアから、別の
ウエハを取り出し、ロードロック・チェンバ内に配置する準備ができている位置
にウエハを保持するか、あるいはＡＦＥ転送アームはポンプのダウン・タイムを
用いてウエハを、別のロードロック設けられている場合にはそのロードロックか
ら取り出し、それをキャリア内に配置することもできる。
【００２１】 搬入未処理ウエハを収容したロードロックを適切な真空まで減圧し終えると、
ロードロックを高真空転送チェンバに対して開き、リフト・ピン上、好ましくは
、低い方の１組のピン上のウエハを垂直方向に、ロードロックから取り出す位置
まで移動させ、次いで処理チェンバの１つに転送する。次いで、処理したウエハ
を処理チェンバから取り出し、ロードロック内の低い方の１組のピン上に配置す
る。殆どのプロセスにおいて、このようにすることにより、スループットは最適
化される。また、好ましくは、他の１組のリフト・ピン上にあるウエハ、好まし
くは、高い方の１組のピン上にあるウエハを垂直方向に、ロードロックから取り
出す位置まで移動させ、次いで処理チェンバの１つに転送する。次に、処理チェ
ンバから別の処理済みウエハを取り出し、ロードロック内の高い方の１組のピン
上に配置する。殆どのプロセスでは、同様にこのようにすることによってスルー
プットは最適化される。
【００２２】 理想的には、ロードロックを減圧しているときには１枚または２枚のウエハを
常にロードロックを介して搬入(pass inbound)し、ロードロックを通気している
ときには１まいまたは２枚のウエハを常にロードロックを介して排出(pass outb
ound)する。あるいは、１つのロードロックを専用搬入ロードロックとし、別の １つを専用搬出ロードロックとすることも可能である。いずれの場合でも、１枚
以上の搬出ウエハを高真空バック・エンド即ちＨＶＢＥからロードロック内に配
置したなら、ロードロックを高真空転送チェンバから閉鎖し、大気に通気する。
【００２３】 ２枚のウエハを処理し終えたなら、次にプロセスに用いた最終処理チェンバか
ら各ウエハをロードロックに転送することができる。高真空転送チェンバの転送
アームによって、処理したウエハを連続的に各々１組のピン上に配置し、ここで
転送アームをロードロックから引っ込め、続いてウエハを垂直方向にロードロッ
ク・チェンバ内まで移動し、チェンバが高真空環境から封止されている間に、搬
出転送を行なう。好ましくは、支持部内のピンを下降させてウエハを支持部上に
設定し、ここでウエハ支持部内の冷却管が、ウエハから熱を除去するように機能
し、これによって、ウエハをキャリア内に配置するのに適した温度まで、ウエハ
を冷却する。何故なら、キャリアは、処理し終えたばかりのウエハのような高い
温度には適合性がない場合もあるからである。冷却速度および通気ガスは、高温
のウエハが空気と接触するのを回避するように選択する。この接触は、ウエハの
膜特性を劣化させる虞れがある。
【００２４】 ロードロック内において処理済みウエハを冷却し、ロードロックをＡＦＥチェ
ンバの大気圧レベルに通気したなら、ロードロックをＡＦＥチェンバに対して開
き、リフト・ピンはウエハを上昇させ、ＡＦＥ転送アームは連続的にウエハを捕
捉してこれらを、各キャリアに１枚ずつ戻す。好ましくは、ウエハは、それを取
り出した元のキャリアに戻す。機械の高真空処理部分には、これらの処理空間が
あるので、キャリアからのウエハの循環は、好ましくは、最初に一番下にあるウ
エハを取り出し、次いでキャリアの下から上に順次ウエハの各々を取り出すこと
を含む。ウエハは、一旦処理を終えると、通常はそれらを取り出した際と同じ過
程でキャリアに戻され、それらを取り出した元のキャリア内の同じスロットまた
は位置に置かれる。したがって、キャリアは下から上に充填される。つまり、キ
ャリアの底面から延びる処理済みウエハの部分的積層体の最上部にある、キャリ
アに戻された最後のウエハと、キャリアの最上部まで達する未処理ウエハの部分
的積層体の一番下にある、処理のために取り出される次の未処理ウエハとの間に
、キャリア内における空のスロット部分がある。
【００２５】 本発明の一実施形態によれば、ＨＶＢＥ運搬チェンバ内にバッファ・ステーシ
ョンを設け、ウエハをロードロックに装填したりまたはこれから排出する際に、
最短の待ち時間でロードロックが動作することを可能にする。かかるバッファ・
ステーションは、ＨＶＢＥ転送チェンバ内部の支持部の形態とすることができる
。あるいは転送チェンバに対して常に開いており、ＨＶＢＥ転送チェンバの真空
レベルに維持した転送チェンバ・ポートの１つにバッファ・チェンバを設けるこ
とも可能である。
【００２６】 本発明のある態様によれば、ＡＦＥ内のウエハを未処理ウエハのキャリアによ
って交換しつつ、他のキャリアのウエハをＡＦＥ転送アームによってロードロッ
クへおよびロードロックから循環させている。この場合、使用中のキャリアが占
めるＡＦＥチェンバの部分と、交換するキャリアまたは複数のキャリアが占める
部分との間の空気流を制限する構造を、オプションとして設けるとよい。
【００２７】 本発明の好適な実施形態では、キャリアからロードロックに装填するウエハは
、ウエハ整合ステーションを通過する。ウエハ整合ステーションは、ウエハ上の
平面またはその他の基準を、ＡＦＥの転送アームに対して、ある角度に配向する
。また、アライナは、転送アーム上でウエハを中心に位置付けるが、好ましくは
、偏心ｘ−ｙ距離を測定し、転送アームの移動を制御して偏心距離を補償するよ
うにする。高真空内ではなく、ＡＦＥ内にアライナを配置することによって、ス
ループットは向上する。これまでに示した全てのウエハ処理の間、ウエハは、そ
のデバイス側を上に向けて、水平方向に向けて保持することが好ましい。また、
好ましくは、ロードロック、アライナおよびキャリア間において、ＡＦＥ内のウ
エハの運動の殆どは、ウエハの沿層運動が共通面内で行われ、ウエハを選択し適
当な位置にウエハを戻すために必要なウエハの運動のみが、垂直成分を有する運
動を伴うようにする。同様に、転送チェンバ内におけるロードロックと処理ステ
ーション間のウエハの運動が行われる場合、ウエハの沿層運動は共通面内にある
。ＡＦＥおよび転送チェンバ内における運動面は、垂直方向に離間することが好
ましく、垂直方向に離間した面間の運動は、ロードロックを介したウエハの転送
によって行われる。これは、垂直運動のみによって行われることが好ましい。ま
た、転送アームには、ウエハをロードロックの支持ピン上に配置するとき、また
はそこからウエハを持ち上げるときにも、多少の垂直運動が生ずる。
【００２８】 本発明は、大型のＶＣＥやそれに伴う長い減圧および通気時間を、特に、大径
ウエハのために設計されそれを収容する場合に、不要とする。したがって、特に
小さなウエハ群の場合にスループットの向上が達成され、ロードロック動作は、
スループット制約要因となる可能性はない。特に、機械のスループットに悪影響
を及ぼすことなく、キャリアをウエハの他のキャリアと交換するための時間が得
られる。一旦機械に装填する位置にウエハを挿入したなら、キャリアの移動は生
じない。別のウエハの上から１枚のウエハを捕捉すること、およびこれによって
生ずる、下側のウエハに粒子が落下する潜在的可能性は、回避される。本発明で
は、ロードロック減圧のための高真空ポンプは小型化され、コスト削減、サイク
ル・タイムの短縮、ならびに粒子汚染およびキャリア内部での望ましくない振動
によって誘発されるウエハ位置ずれの増加を招き得る潜在的な振動の減少を実現
する。単一ウエハのキャリア内への移動およびそこから外への移動は、業界で認
められているロボット転送デバイスを用いて行われる。本発明では、標準的な大
気アライナを用いることができるので、高真空アライナを用いる場合よりも、コ
ストを抑え、処理の複雑化を軽減し、動作の高速化が可能となる。本発明の好適
な実施形態では、２つまたは３つのキャリアを収容することができる。２つのウ
エハ・オーバ・アンダー・ロードロックには、米国特許第５，２３７，７５６号
および第５，２０５，０５１号の汚染回避構造を容易に装備することができる。
これらの特許の内容は、この言及により本願にも含まれるものとする。
【００２９】 本発明の装置は、設計の簡略化、コストの節約、および空間の効率的使用を可
能にする。特に、１つよりも多いロードロックに伴う構成部品のコストは、追加
の極低温ポンプおよびコンプレッサを不要とすることによって、なくすことがで
きる。追加のバルブ、測定およびその他の機械的部品も削減される。装置全体で
は、動作部品が少なくしたがって高い信頼性は不要である。更に、第２ロードロ
ックに用いられるはずのＨＶＢＥ内の転送ポートを他の目的に用いることも可能
である。
【００３０】 本発明のこれらおよびその他の目的は、本発明の以下の詳細な説明から容易に
明白となろう。
【００３１】 （好適な実施形態の詳細な説明） 図３を参照すると、半導体ウエハ処理装置３０の好適な一実施形態が概略的に
示されている。装置３０は、２つの基本的部分、即ち、高真空バック・エンド（
ＨＶＢＥ：high vacuum back end）３１および大気フロント・エンド（ＡＦＥ：
atmospheric front end）３２を有する。ＨＶＢＥ３１は、転送チェンバ３３を 含む。これには、４つのモジュール３４ａ〜３４ｄとして図示する、多数のプロ
セス・チェンバ３４が接続されている。しかし、５つ以上のかかるモジュールを
含むあらゆる数のモジュールでも含むことができる。転送チェンバ３３は、垂直
軸３６のまわりに回動するために設置され、かつ半径方向の延長が可能な市販型
のウエハ転送アーム３５を有する。これは、処理モジュール３４間における複数
のウエハの個別移動や、単一のロード・ロック・ステーションへの移動およびこ
れからの移動が可能である。しかし、１つよりも多くのロードロックを含むこと
もでき、ＨＶＢＥ３１およびＡＦＥ３２間でウエハを移動させる、単一のロード
ロック・ステーション３７を含むものとして示す。
【００３２】 転送チェンバ３３および処理チェンバ３４を含むＨＶＢＥ３１は、処理装置３
０の動作中高真空が内部に発生し、一方ＡＦＥ３２は、空気または乾燥不活性ガ
スのようなその他のガスを、周囲即ち大気圧レベルで含む。処理チェンバ３４は
各々スリット・バルブ３８を介して転送チェンバ３３と連通する。スリット・バ
ルブ３８は、転送アーム３３５の水平面にウエハ転送スリットを有し、アーム３
５は、スリット・バルブの水平スリットを介して、ウエハを個々に処理チェンバ
３４に出し入れしたり、転送チャンバ３３に出し入れする。
【００３３】 ＡＦＥ３２は、複数のキャリア支持ステーション４０を含む。その各々は、図
２に示すように、別個の着脱型カセットを有さない様式のキャリア２５を支持す
ることができる。キャリア・ステーションの数は２つまたは３つが好ましく、２
つのかかるステーション４０ａおよび４０ｂが図示されている。キャリア・ステ
ーション４０は、各々、好ましくは３００ｍｍキャリア２５または典型的にＶＣ
Ｅ（図１）において用いられていた形式の従来からのオープン・ウエハ・カセッ
トのいずれかの形態の垂直ラックまたはキャリア内にある１群のウエハを、受け
入れる。また、ＡＦＥ３２は、ウエハ・アライナ・ステーション４１および、好
ましくは、垂直軸４３上で回動する、市販型の延長可能なウエハ転送アーム４２
という形態の、５つのウエハ転送デバイス・ロボットも含む。アーム４２は、個
々のウエハのキャリア・ステーション４０ａ，４０ｂにおけるキャリア２５に対
する双方向の転送、アライナ・ステーション４１に対する双方向の転送、および
ロードロック・ステーション３７に対する双方向の転送を行なう。アライナ・ス
テーション４１には、例えば、光学アライナのような、数種類の市販型のいずれ
かのウエハ・アライナが装備されている。アライナは、アーム４２上のウエハを
配向し、あらゆる偏心距離を測定し、機械コントローラが、補償用転送アーム移
動によって、かかる偏心距離を全て補償することを可能とする。ＡＦＥ３２には
、転送アーム４２、アライナ・ステーション４１、およびロードロック・ステー
ション３７の大気側を包囲する、シート・メタル・エンクロージャ７４が設けら
れている。エンクロージャ７４内には、キャリア・ステーション４０ａ，４０ｂ
の各々に対して１つずつ、複数の開口４４がある。開口４４は、当該開口に面し
これを通って突出するキャリア・ドア２７で開口をほぼ覆うような位置にキャリ
ア２５の前面を配置できるような形状をしており、キャリア・ドア２７が開いた
ときに、キャリア２５内に配置したウエハに転送アーム４２が接近可能としてい
る。
【００３４】 図示する装置３０の実施形態では、ユーザのクリーン・ルーム環境に少なくと
も１つのキャリア装填ステーション７０が設けられている。ステーション７０は
、装置３０にウエハを装填しかつ装置３０からウエハを排出するために、操作者
またはロボット・キャリア処理デバイス（図示せず）からキャリア２５を受け取
りこれらにキャリア２５を渡すように位置付けたプラットフォームまたはキャリ
ッジ（図示せず）を含む。装填ステーション７０のプラットフォームまたはキャ
リッジはキャリア処理機能を有し、装填ステーション７０とキャリア・ステーシ
ョン４０ａ，４０ｂのいずれか１つとの間でキャリア２５の自動的な移動を可能
とする。
【００３５】 図４に見られるように、ロードロック・ステーション３７では、独立して動作
可能な２ウエハ・ロードロック４５が設けられている。これは、ＨＶＢＥ３１の
上側または下側の水平壁の一部であり、それと一体化されている。ロードロック
４５は、好ましくは一度に２枚ずつ、ＡＦＥ３２の大気環境からＨＶＢＥ３１の
高真空環境にウエハの通過を可能にしつつ、２つの環境間における分離を維持す
る。ロードロック４５には、高真空極低温ポンプ４６が設けられている。高真空
極低温ポンプ４６は、ロードロック４５をかなりの高真空圧力レベルまで減圧す
るように動作可能であるが、必ずしもＨＶＢＥ３１の真空レベルまで減圧しなく
てもよい。ロードロックの減圧は、ＡＦＥ３２からＨＶＢＥ３１に移動させたウ
エハ周囲でロードロック４５を密閉して行われる（図４Ｂ）。また、ロードロッ
ク４５には、各々、通風バルブ構造３９が設けられており、ＨＶＢＥ３１からＡ
ＦＥ３２に移動させたウエハ周囲でロードロック４５を密閉しているときに、流
量を制御しつつ、ロードロック４５を大気圧に通気し、ＡＦＥ３２内にある種類
のガスを導入するように動作可能である。
【００３６】 ロードロック４５は、密閉可能なロードロック・チェンバ４７を密閉する。こ
のチェンバ４７の容積は、ウエハ転送支持部４８上に垂直に離間して水平方向に
向けた平行な２枚の大径ウエハを収容するのに必要な容積に限定されている。ウ
エハ転送支持部４８は、図４に更に詳しく示すように、上側支持部４８ａおよび
下側支持部４８ｂを含む。図面では、支持部４８ａ，４８ｂの垂直方向寸法を誇
張しその詳細を図示するようにしているが、実際には２つの支持部４８ａ，４８
ｂの間隔および垂直方向寸法をできるだけ小さくし、ロードロック・チェンバ４
７の容積を極力抑える。
【００３７】 ロードロック４５は、転送チェンバ３３とＡＦＥ３２との間に位置する、転送
チェンバ３３の壁５１、例えば、横上壁内の開口５０に配置される。ロードロッ
ク４５には、垂直方向に移動可能で下を向いた上側のカップ形状のチェンバ・カ
バー５２が設けられている。チェンバ・カバー５２は、転送チェンバ３３の上壁
５１に対して下に向かって移動する。カバー５２には、その底面リムの周囲に沿
って環状シール５５が設けられ、カバー５２の選択的下方向活性化によって、Ａ
ＦＥ３２内の大気圧環境からロードロック・チェンバ４５を封止する。カバー５
２を上方向に上昇させると、ＡＦＥ転送アーム４２がウエハを転送しロードロッ
ク４５への出し入れが可能となる。
【００３８】 同様に、開口５０直下にある壁５１の底面側には、上に向けたウエハ支持部４
８ａ，４８ｂを含み、垂直方向に移動可能なウエハ・エレベータ５６と、上向き
のカップ型閉鎖パネル５７とが設けられている。閉鎖パネル５７には、その上側
リムの周囲に沿って環状シール５８が設けられ、閉鎖パネル５７の選択的上向き
移動によって、ＨＶＢＥ３１内部の低圧環境からロードロック・チェンバ４７を
封止する。閉鎖パネル５７を上方向に上昇させると、ＨＶＢＥ転送アーム３５が
ウエハを転送しロードロック４５への出し入れが可能となる。
【００３９】 ウエハ支持部４８ａ，４８ｂは、各々、リフト・ピン５９のアレイを含むこと
が好ましい。各支持部４８ａ，４８ｂのピン５９を選択的に同期して下降および
隆起させ、支持部４８ａ，４８ｂの表面へまたはこれらからウエハを移動させる
。通常、ピン５９は、転送アーム３５および４２と支持レベル４８ａ，４８ｂと
の間におけるウエハの受け渡しを簡単に行なうために、隆起した位置にある。か
かる受け渡しでは、転送アーム３５および４２が、隆起したピンの上端によって
規定される面とウエハをロードロック・チェンバ４７に対して水平方向に移動し
て出し入れする、多少高い水平面との間で、把持したウエハを垂直方向にずらす
。図示の双方向ロードロックでは、ピン５９は、金属のような高耐熱材料で作ら
れている。ロードロックが専用搬入ロードロック(inbound loadlock)である場合
、ピンはウエハを冷却プラットフォームに下降させる機能を有する必要がなく、
したがって支持部４８上の固定ピンとしてもよい。搬入および搬出ロードロック
双方を収容する多重ロードロックでは、専用搬入ロードロックにおけるピン５９
は、耐熱材料で作る必要はなく、したがってウエハが動くことなくプラットフォ
ーム動作の高速化を可能とするように、高摩擦材料で作ることが好ましい。
【００４０】 ロードロック４５の動作において、装填プロセス（即ち、ウエハをＨＶＢＥ３
１内に移動させ、更に真空環境における転送および処理を行なう）では、ＨＶＢ
Ｅ３１内への転送のためにウエハをＡＦＥ３２からロードロック・ステーション
３７に転送する前に、図４に示すように、ロードロック４５は既にＡＦＥ３２の
大気に通気されており、カバー５２は持ち上げられており、ロードロック４５を
ＡＦＥチェンバ３２の内側に開いている。この状態では、閉鎖パネル５７を上昇
して、ＨＶＢＥ３１の高真空環境からロードロック４５を封止している。ピン５
９は隆起しており、ＡＦＥ転送アーム４２は伸長して、支持レベル４８ａ，４８
ｂの一方の上にある隆起ピン５９の先端の面および転送チェンバ３３の上壁５１
の面の上方にて、転送アーム４２の水平面内において、ロードロック・チェンバ
４７の中心にウエハ６０を位置付ける。ウエハ６０をロードロック・チェンバ４
７の中心に配置すると、アーム４２は支持部４８ａ，４８ｂの一方、好ましくは
最初に上側支持部４８ａに向かって多少下降し、ウエハ６０をピン５９上に設定
する。好ましくは、次いで第２のウエハ６０も同様に、図４Ａに示すように、下
側支持部４８ｂのピン５９上に配置する。
【００４１】 次に、図４Ｂに示すように、アーム４２を引っ込め、カバー５２を適所に下降
させ、ポンプ４６の動作によってチェンバ４７の小容積を吸引する。ロードロッ
ク吸引サイクルが完了したなら、底面のエレベータ・ユニット５６を転送チェン
バ３３の高真空内に下降させ、カバー５２で開口５０を封止し、図４Ｃに示すよ
うに、ＨＶＢＥ転送アーム３５のウエハ６０と係合する移動によって、ウエハ６
０を取り出し、ウエハ６０をピン５９から持ち上げる。支持部４８の２つの支持
部４８ａ，４８ｂにおけるウエハ６０は、ＨＶＢＥ３１のアーム３５によって連
続的に取り出すことが好ましく、支持部４８ｂ上にある下側のウエハ６０を最初
に取り出し、上側のウエハからその表面に粒子が落下する可能性を低下させるこ
とが好ましい。ロードロック４５から取り出す第１ウエハ６０は、ＨＶＢＥ３１
の真空チェンバ３３内部にある保持用即ちバッファ・ステーション６９（図３）
に一時的に格納してもよい。保持ステーション６９は、ロードロック４５から真
空チェンバ３３に取り出す一方のウエハ６０、双方のウエハ６０またはそれ以上
のウエハ６０を保持する多数の支持部を含むことができ、更に、ロードロック４
５への装填、または処理ステーション３４のような他のステーションへの移動を
待っている、処理済みウエハのための支持部も含むことができる。
【００４２】 ロボット・アーム３５によって、ウエハを処理する真空プロセス・チェンバ３
４ａ〜ｄにおよびこれらからウエハを運搬した後、前述の装填プロセスの逆を行
なうことによって、処理済みのウエハ６０をＡＦＥ３２内にあるそれぞれの元の
場所に戻すことができる。排出プロセス（即ち、例えば、プロセス・チェンバ３
４の真空環境における処理の後にＨＶＢＥ３１から、およびキャリア２５に戻す
ためにＡＦＥ３２内に１枚または２枚のウエハを移動させるプロセス）における
ロードロック４５の動作が開始すると、ロードロック４５を転送チェンバ３３の
真空圧力に吸引し、カバー５２を下降させてＡＦＥ３２の大気圧環境からロード
ロック・チェンバ４７を封止し、閉鎖パネル５７を下降して、ＨＶＢＥ３１の転
送チェンバ３３の内側にロードロック４５を開放する。これは、ＨＶＢＥ３１の
真空チェンバ３３内にウエハを転送した後のロードロック４５の状態でもあり得
る。図４Ｃに示すように、支持部４８ａ，４８ｂの一方の上方で、ピン５９を隆
起させ、ＨＶＢＥ転送アーム３５が延長し、転送アーム３５の水平面におけるロ
ードロック・チェンバ４７内の中心にウエハ６０を位置付ける。
【００４３】 次いで、アーム３５は多少下降し、ピン５９の先端上にウエハ６０を設定する
。ここでウエハ６０はアーム３５から解放され、アーム３５はロードロック・チ
ェンバ４７から引っ込められる。好ましくは、連続して２枚のウエハをロードロ
ック４５に、１枚ずつ支持部４８ａ，４８ｂの各々に装填する。次に、図４Ｂに
示すように、閉鎖パネル５７が転送チェンバ３３の真空環境からロードロック・
チェンバ４７を封止するまで、エレベータ５６を上昇させる。次いで、バルブ３
９の動作を制御することによって、チェンバ４７の小容積を、ＡＦＥ３２の大気
圧環境に通気させる。通気サイクルが完了すると、図４Ａに示すように、カバー
５２を上昇させ、ウエハ６０の下におけるＡＦＥ転送アーム４２の移動によって
ウエハ６０を取り出し、図４に示すように、転送アーム４２によってピン５９か
らウエハ６０を持ち上げる。
【００４４】 ＨＶＢＥ３１における処理の後、そしてウエハ６０をＡＦＥ３２外部の周囲環
境に露出する前に、ウエハ６０を冷却することが望ましい。この冷却は、１つよ
りも多いロードロック・ステーションが設けられている場合、１つのロードロッ
ク・ステーションによってのみ行なえばよい。単一の２ウエハ・ロードロック３
７では、図示の単一ロードロック実施形態において、各支持部４８ａ，４８ｂ上
で冷却を行なう。好ましくは、ステーション３７の外側にある搬出ロードロック
に通気するのに要する時間中ウエハを冷却し、冷却によるスループットの損失を
招かないようにするのに有効な冷却能力をロードロック４５が備える。これを行
なうために、支持部４８ａ，４８ｂ双方の支持部４８の上面を冷却するに当たり
、その上面上の水冷ウエハ支持板を設ける。好ましくは、水冷ウエハ支持板には
、複数の、例えば３つ以上の小さな隆起エリア６６を形成する。ウエハ６０を保
持していたピン５９を支持部４８ａまたは４８ｂ内に下降させた後には、これら
が実際にウエハ６０を支持する。支持部の各支持部４８ａ，４８ｂ内に冷却ポー
トを設けてもよく、あるいは、支持部に、熱伝導性プレートを設けて一緒に接続
するか、あるいは水導入(water ported)または能動冷却、または温度制御ヒート
・シンクに接続することも可能である。隆起エリア６６の高さは、直接伝導によ
る熱転移を回避し、これによって冷却速度の低下を回避するように選択し、こう
しなければ発生し得る望ましくないウエハの反りを回避する。何故なら、物理的
なウエハの締め付けは行なわない方が好ましいからである。ウエハ・スループッ
トを極力高める時間枠でロードロックに通気可能とするという目的を損なう虞れ
があるので、冷却速度を規制するためのロードロック４５内部のガス圧力制御を
回避する。
【００４５】 単一２ウエハ・ロードロック４５のバッチ・キャリア２５との併用によって、
全体的な容積および全露出表面積を、図１におけるような、最大のウエハ・カセ
ットに合わせた大きさとしこれらを収容するロードロックに見られるものの小部
分に縮小し、コストを極力抑え、簡単で信頼性の高い効率的なパッケージ構造を
維持することが可能となる。最大カセット・ロードロックの代わりに単一２ウエ
ハ・ロードロック４５を使用することにより、例えば、検定用ウエハのような、
少数のウエハ群を装置３０内におよび装置３０から移動させるのに要する時間は
、大幅に短縮する。更に、通気および減圧過程の間、２ウエハ・ロードロック４
５は、米国特許第５，２０５，０５１号および第５，２３７，７５６号に記載さ
れている汚染防止機構の使用により、粒子または水分の凝縮のいずれかによる汚
染を低減することが可能とする。これらの特許の内容は、この言及により本願に
も明示的に含まれるものとする。
【００４６】 機械３０の装填は、操作者によって行なうことができるが、好ましくはロボッ
トによって行なう。図３および図４に示すように、ロボットは、複数の未処理ウ
エハ、例えば１２または１３枚、あるいは２５または２６枚の３００ｍｍウエハ
の標準的な１群全て装填したキャリア２５を、例えば、ＡＦＥ３２の装填ステー
ション７０における適所に配置する。次いで、転送機構（図示しないが、矢印７
１で表わす）が、キャリア２５を装填ステーション７０からキャリア・ステーシ
ョン４０の１つ、例えばステーション４０ａに移動させる。キャリア２５のドア
２７はロックされ、開口４４の１つを通じてＡＦＥ転送アーム４２の軸に面して
いる。このように配置すると、キャリア２５と機械的に相互作用するＡＦＥ３２
内の固定および解除機構７２によってキャリア２５が係合され、キャリア２５が
適所に配置されると、ドア２７が自動的に解除される。次いで、機構７２は、キ
ャリア・ドア２７をキャリア２５から離れる方向に移動させ、次いで下降させる
ことにより、キャリア２５を開き、選択したウエハを転送アーム４２に露出する
。この状態において、キャリア２５は、ＡＦＥ３２における壁７４の開口４４の
１つを占め、ＡＦＥ３２の内側をクリーン・ルーム環境から緩く分離することに
より、クリーン・ルーム規格の緩和に対処し、ＡＦＥ３２内において粒子の分離
を更に強める。好ましくは、アーム４２は、最初に、キャリア２５の最も下の位
置に隣接するように垂直方向に位置付け、ウエハ転送アーム２５がキャリア２５
内の一番下にあるウエハを最初に捕捉し、転送するようにする。このようにすれ
ば、ウエハをキャリア２５から取り外すことによって散乱するキャリア２５内の
粒子は、未処理ウエハの上向きの面に落下することはない。粒子があると、処理
における欠陥の原因となり得る。
【００４７】 第１ウエハを取り出すために、キャリア２５に隣接して適正に、好ましくはキ
ャリア２５内のウエハ積層体の底面側から、アーム４２を位置付けると、転送ア
ーム４２はキャリア２５からウエハを捕捉し、それを整合ステーション４１に移
動し、ここでウエハの偏心距離があれば測定し、転送アーム４２がウエハを適正
に配向できるようにする。次に、アーム４２はロードロック３７内の支持レベル
４８ａ，４８ｂ上にウエハを置き、偏心距離が測定されていればこれを補償する
。一旦ロードロック４５内に入ると、ウエハ６０、または好ましくは１対のウエ
ハ６０をＡＦＥ３２からＨＶＢＥ３１に前述のように移動させる。転送アーム４
２が次にキャリア・ステーション４０ａに戻るときに捕捉する、下から２番目の
ウエハとそれを整合させるように、アーム４２は垂直方向に位置合わせ(index) を行なう。
【００４８】 ロードロック・ステーション３７においてロードロック４５からウエハを取り
出し、転送チェンバ３３の転送アーム３５によって処理ステーション３４を一順
した後、アーム３５はウエハを好ましくはロードロック４５内に置く。このとき
、ロードロック４５は既にチェンバ３３に対して開いている。ロードロック４５
を通過した後、ウエハは好ましくはＡＦＥ転送アーム４２によって、好ましくは
、ウエハを取り出した同じキャリア２５内の同じ位置、例えば、キャリア・ステ
ーション４０ａにおけるキャリア２５に戻す。ロードロック・ステーション３７
からキャリア２５に移動させる際、通常アライナ・ステーションを迂回する。し
かしながら、アライナをフロント・エンド内に有することにより、望ましければ
、キャアリアへの挿入に先立って、ＨＶＢＥ３１におけるバック・エンド処理に
影響を及ぼすことなく、ウエハを整合し直すことが可能となる。この搬出ウエハ
整合機能(outbound wafer alignment capability)は、冷却やロードロック通気 サイクルの間、ウエハが位置ずれを起こし、ウエハ・キャリア２５の内壁に沿っ
て引きずられ、粒子問題が重大化する虞れがある場合に望ましい。キャリア・ス
テーション４０においてキャリア２５内のウエハ全てを処理し終えると、キャリ
ア２５のドア２７を閉鎖し、固定および解除機構７２を外す。次に、キャリア２
５を装填ステーション７０に移動させ、ここから操作者またはロボットによって
取り出すことができる。
【００４９】 キャリア・ステーション４０におけるウエハのキャリア２５に対する装填およ
び排出の間、他のステーション４０からキャリア２５を取り出し、他のウエハの
キャリア２５と交換し、ＨＶＢＥ３１全体を一巡させることができる。この動作
およびＡＦＥチェンバ内における全ての動作の間、粒子汚染の危険性は、濾過空
気の層流によって低減する。濾過空気は、ＡＦＥ３２内で水平に横方向に移動す
ることが好ましい。当業者が満足する結果が得られる層流を生成するのに効果的
な構造（送風機７５およびフィルタ７６として概略的に表わす）であればいずれ
でも、受け入れ可能である。
【００５０】 先に概説したＡＦＥ３２のフロント・エンド構造では、必要であれば、例えば
、配置替えが可能なウエハ・アライナが占める位置に第３のウエハ・キャリア・
ステーション４０の追加を容易に行なうことができる。
【００５１】 ロードロック４５の好適な構造の利点は、実用上できるだけ小さい容積を有す
るようにロードロック４５を構成することによって、最も効果的に実現され、好
ましくは、約６ないし８リットル未満であり、僅か約４．５ないし５リットル未
満であることが好ましい。ロードロック・チェンバ４７の容積は図４から図４Ｃ
では誇張されており、チェンバ・カバー５２の下面は、上昇させたとき、ピン５
９上に支持されるウエハから２００００から３００００インチ（５０８００から
７３５００ｃｍ）以内に位置するような形状にすることができる。同様に、上昇
位置におけるピン５９の高さも図では誇張されており、転送アーム３５および４
２へおよびこれらからの転送を可能とし、ならびに転送中に上昇した表面６６に
対する隙間が取れるのに十分であればよい。また、支持部４８ａ，４８ｂの厚さ
および間隔も、好ましいものよりも大きく示されている。支持部４８ａ，４８ｂ
の上支持面は、約１インチ離れていればよい。ピン５９は、集合化し、内側に突
出するタブを有し、同時に２枚のウエハを持ち上げることができるようにする。
【００５２】 好ましくは、チェンバ４７は平坦であり、即ち、縦の輪郭形状が低く、平面で
は円形か、少なくともほぼ円形であり、無駄な容積を極力減らすことにより、減
圧を高速化し、通気を一層容易に可能とする。加えて、好適なオーバ・アンダー
形状(over and under configuration)におけるロードロック４５の垂直転送方向
により、一層ロバスト性の高い低容積ロック構造が得られる。かかる形状により
、ＨＶＢＥ３１の構造壁内にロックを加工し、真空ポンプをロードロック４５に
取り付けおよび接続しても、振動は最少に抑えることができる。ロードロック４
５内において時間または空間を浪費する、予備加熱やガス抜きプロセスのような
、プロセスの配置を回避することによって、ロードロックのスループット低下を
回避する。オーバ・アンダー変形(over-under version)により、小さなフットプ
リントを維持しつつ、振動を低減させる。
【００５３】 図３に示す単一装填ステーション７０は、キャリア配給システムの設計および
ユーザによる使用を簡便化する。キャリア２５は、キャリア配給システムによっ
て、装填ステーション７０または予め整備されたトラックから受け渡され搬送さ
れる。加えて、１つ以上のバッファ位置７８を、矢印７１で示す経路に沿って確
保し、その中に、受け入れた未処理ウエハのキャリアのような、１つ以上のキャ
リア２５を一時的に止めておく。これによって、機械１０とステーション７０に
おける単一のキャリア・ハンドラとの間でのキャリア２５の交換が容易となる。
例えば、ステーション４０ａおよび４０ｂの各々におけるキャリア２５では、未
処理ウエハのキャリア２５を装填ステーション７０に送り込み、次いでステーシ
ョン４０ａに移動させ、図ではステーション７０の左側の、矢印７１の円弧状経
路に沿った位置に止めておくことができる。次いで、ステーション４０ｂからス
テーション７０にキャリア２５を転送し、ステーション７０においてロボットで
これを取り出し、ステーション７０の左に止めてある受け入れキャリアを位置４
０ｂに転送することができる。他の移動の組み合わせも、追加のバッファ・ステ
ーション７８によって得ることができる。
【００５４】 前述の特徴、目的および利点は、図６および図７に示す本発明の代替実施形態
によって実現される。これらの図では、ＶＨＢＥ３１ａの代替変形を、ＡＦＥ３
２ａの代替変形と組み合わせて備えている。これらは水平方向に通過するスリッ
ト・バルブを装備したロードロック３７ａによって相互接続されている。ＨＶＢ
Ｅ３１ａは、転送チェンバ３３ａを含み、これに、６つのモジュール３４ａ〜３
４ｆとして図示する多数のプロセス・チェンバ３４、およびバッファ即ち保持ス
テーション６９ａが接続されている。モジュール３４ａは、例えば、誘導結合プ
ラズマ・エッチング・モジュールであり、モジュール３４ｂ〜３４ｅは堆積モジ
ュールとすることができる。モジュール３４ｆは、例えば、ガス抜きモジュール
とすることができる。保持ステーション６９ａは、例えば、分離バルブのない２
位置動作バッファとすることができ、その中にあるチェンバは、転送チェンバ３
３ａの延長であり、これと同一圧力および同一雰囲気にある。また、転送チェン
バ３３ａは、内部に回動および延長可能なウエハ転送アーム３５を有する。ウエ
ハ転送アーム３５は、処理モジュール３４間でウエハを個別に移動可能とすると
共に、ロード・ロック・ステーション３７ａへおよびこれからのウエハの移動を
可能とするように、垂直軸３６上に装着されている。
【００５５】 ロードロック・ステーション３７ａには、内部に容積が小さいロードロック・
チェンバ４７ａを有するロードロック４５ａが装備されている。チェンバ４７ａ
は、ＡＦＥ３２ａの雰囲気およびＨＶＢＥ３１ａの真空と、それぞれ、従来のス
リット・バルブ９１および９２を介して連通する。ロードロック４５ａには、真
空ポンプ４６ａおよび大気通気ポート３９ａが設けられている。これらは、図３
の実施形態の要素４６および３９と同様に機能する。ロードロック４５ａのチェ
ンバ４７ａ内には、１対の垂直に離間した支持部１４８ａおよび１４８ｂを有す
る２つのレベル支持部１４８が設けられており、その上に２枚のウエハ６０を載
置することができ、先に論じた図３の実施形態と同様の連続動作にしたがって、
それぞれ真空状態および大気状態に減圧および通気し、ＡＦＥ３２ａからＨＶＢ
Ｅ３１ａへ、またはＨＶＢＥ３１ａからＡＶＥ３２ａに転送する。支持部１４８
ａ，１４８ｂは双方共、リフト・ピン（図示せず）または支持部１４８ａ，１４
８ｂ内において冷却要素（図示せず）から離れるように、およびこれらに接触す
るようにウエハを移動させるその他の昇降構造を含むことが好ましい。
【００５６】 先に詳しく論じた２つの実施形態に加えて、その他の実施形態も可能である。
本発明の用途は様々であり、本発明は主に好適な実施形態において説明したこと
を当業者は認めよう。したがって、本発明の原理から逸脱することなく、追加お
よび変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のＶＣＥを装備したクラスタ・ツールの正面断面図。
【図２】 高真空に適合性がなく、着脱型カセットを用いない、業界提案のウエハ・キャ
リアの斜視図。
【図３】 本発明の好適な一実施形態による、単一２ウエハ・ロードロックを装備したウ
エハ処理装置の上平面図。
【図４】 開放位置にある単一２ウエハ・ロードロックを示す、図３の線４−４に沿った
断面図。
【図４Ａ】 大気環境からロードロックを介した高真空環境へのウエハの通過を示す、図４
のロードロックの連続図。
【図４Ｂ】 大気環境からロードロックを介した高真空環境へのウエハの通過を示す、図４
のロードロックの連続図。
【図４Ｃ】 大気環境からロードロックを介した高真空環境へのウエハの通過を示す、図４
のロードロックの連続図。
【図５】 図４Ｃの線５−５に沿った図。
【図６】 図３と同様であるが、本発明の代替実施形態の上面図。
【図７】 図６の線７−７に沿った断面図。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年９月２８日（２０００．９．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 直径が大きいウエハでは、大径ウエハに必要な大型のＶＣＥを減圧するために
、大型の高真空ポンプが必要となる。かかる大型ポンプは、機械的にＶＣＥから
分離することが難しく、その結果、かかるポンプはＶＣＥに振動を伝達すること
が多く、一方のウエハからその下にある別のウエハに粒子を落下させる原因とな
り得る。同様に、ＶＣＥにおけるエレベータの昇降運動も、振動によって誘発す
る上側のウエハから下側のウエハへ粒子落下の一因となる。また、振動のために
、ウエハがカセット内におけるその位置からずれてしまい、転送アームによる捕
捉に必要な位置から外れる可能性もある。 米国特許第５５０９７７１号は、キャリアから第１ロード・ロック・チェンバ
に２枚のＬＣＤ基板を一度に転送し、次いで個別に第２ロード・ロック・チェン
バに、そしてプロセス・チェンバ間で転送する真空処理装置について記載する。 ＥＰ−Ａ−０６０８６３３号は、ガラス基板上に薄膜を多層堆積する方法につ
いて記載する。基板は連続的に大気圧環境から処理ツール内にある真空カセット
・エレベータ（ＶＣＥ）型ロードロックに転送される。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ８）をロードロック（４５）内において能動的に冷却す る。また、好ましくは、キャリアから取り出された後、 ロードロック（４５）内に配置される前に、ウエハ（２ ８）をウエハ・アライナに通過させる。２枚のウエハ （２８）をロードロック（４５）から真空バック・エン ドに取り出すとき、１枚または２枚のウエハ（２８）を 一時的にバック・エンド真空チェンバ（３１）内部のバ ッファ位置（６９）に保持することもできる。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マルチ・ウエハ・キャリアとウエハ処理クラスタ・ツールの
    転送チェンバの高真空環境との間でウエハを転送する方法であって、 前記ツールの大気フロント・エンドに配置したロボット転送デバイスに隣接し
    たクリーンな大気環境と連通して、第１マルチ・ウエハ・キャリアを位置付ける
    ステップと、 前記ロボット転送デバイスによって、第１および第２ウエハを、前記第１キャ
    リアから、前記大気環境に対して開いている搬入ロードロックとして動作し、前
    記転送チェンバの高真空環境からは封止されている、２ウエハ・ロードロックに
    連続的に転送するステップと、 前記ロードロックを前記大気環境から封止するステップと、 前記ロードロックを真空圧力レベルに減圧するステップと、 前記転送チェンバの高真空環境に前記ロードロックを開放するステップと、 １つ以上の真空処理チェンバが前記高真空環境と連通状態にあるとき、前記転
    送チェンバ内に配置された転送アームによって、前記ロードロックから前記第１
    および第２ウエハを連続的に取り出し、前記第１および第２ウエハを前記真空処
    理チェンバ内に配置するステップと、 １つ以上の真空処理チェンバが前記転送チェンバの高真空環境に連通状態にあ
    るとき、前記転送チェンバ内に配置された転送アームによって、前記第１および
    第２ウエハを１つ以上の真空処理チェンバから連続的に取り出し、搬出ロードロ
    ックとして動作し、前記高真空環境に対して開いており、前記ツールのフロント
    ・エンドの大気環境からは封止されている２ウエハ・ロードロック内に、前記第
    １および第２ウエハを配置するステップと、 前記搬出ロードロックを、前記転送チェンバの高真空環境から封止するステッ
    プと、 前記搬出ロードロックを、前記ツールのフロント・エンドの大気環境の圧力レ
    ベルに通気するステップと、 前記搬出ロードロックを、前記フロント・エンドの大気環境に開放するステッ
    プと、 前記第１および第２ウエハを前記搬出ロードロックからキャリアに連続的に転
    送するステップと、 から成る方法。
  2. 【請求項２】 搬出ロードロックとして機能する前記２ウエハ・ロードロッ
    クが、前記搬入ロードロックとして機能するロードロックと同一であり、 前記第１および第２ウエハを前記２ウエハ・ロードロック内に配置するステッ
    プと、前記搬出ロードロックを封止するステップと、前記搬出ロードロックを通
    気するステップと、前記搬出ロードロックを開放するステップと、前記第１およ
    び第２ウエハを前記搬出ロードロックから転送するステップが、前記搬入ロード
    ロックとして用いる同一ロードロックに前記ウエハを配置するステップと、これ
    を封止するステップと、通気するステップと、開放するステップと、前記ロード
    ロックから前記ウエハを転送するステップを含む、 請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記真空転送チェンバ環境において前記ロードロックから前
    記ウエハを取り出すステップが、前記ロードロックから前記真空転送チェンバ環
    境内の保持位置に前記第１ウエハを取り出すステップと、次いで前記ロードロッ
    クから前記第２ウエハを取り出すステップとを含む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 更に、前記搬出ロードロック通気ステップ中に、前記ロード
    ロックにおいてウエハを能動的に冷却するステップを含む請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 更に、前記大気フロント・エンド環境において前記ロボット
    転送デバイスによってウエハを移動させるステップと、前記高真空転送チェンバ
    環境において前記転送アームによってウエハを移動させるステップとを含み、前
    記ロードロックを前記大気フロント・エンド環境および前記高真空転送チェンバ
    環境双方に対して封止しているときに、両ステップを行なう請求項１記載の方法
    。
  6. 【請求項６】 更に、前記大気フロント・エンド環境において前記ロボット
    転送デバイスに隣接する位置から前記第１マルチ・ウエハ・キャリアを取り出す
    ステップと、前記ロボット転送デバイスによって前記大気フロント・エンド環境
    と連通する第３キャリアからのウエハを前記ロードロックへおよび前記ロードロ
    ックから転送している間に、前記ロボット転送デバイスに隣接する前記大気フロ
    ント・エンド環境と連通するように第２マルチ・ウエハ・キャリアを配置するこ
    とによって、前記第１キャリアを前記第２キャリアと交換するステップとを含む
    請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記プロセスのステップは、前記ウエハを水平に向けて実行
    し、 ウエハの前記ロードロックへの転送、およびウエハの前記ロードロックからの
    取り出しは、前記ウエハの実質的に水平方向の移動によって行われ、 前記方法は、更に、ロードロック内にあるとき、前記ウエハを垂直方向に移動
    させるステップを含む、 請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記プロセスのステップは、前記ウエハを水平に向けて実行
    し、 前記高真空環境において行われる、ウエハの前記ロードロックおよび前記処理
    チェンバへの転送、およびウエハの前記ロードロックおよび前記処理チェンバか
    らの取り出しは、第１水平面における前記ウエハの実質的に水平方向の移動によ
    って行われ、 前記大気環境において行われる前記ウエハの前記ロードロックへの転送および
    前記ロードロックからのウエハの取り出しは、前記第１水平面から垂直方向に離
    間した第２水平面における前記ウエハの実質的に水平方向の移動によって行われ
    、 前記方法は、更に、前記第１および第２水平面間において前記ロードロックの
    各々の内部にあるとき、前記ウエハを垂直方向に移動させるステップを含む、 請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ウエハを前記第１キャリアから前記ロードロックに転送
    する前記ステップは、前記ウエハを前記大気環境における整合ステーションにへ
    並びに整合ステーションから転送するステップを含む請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 半導体ウエハの製造方法であって、 ツールの大気フロント・エンドに配置されたロボット転送デバイスに隣接する
    クリーン大気環境と連通するように第１キャリアを位置付けるステップと、 前記ロボット転送デバイスによって、前記第１キャリアから、前記大気フロン
    ト・エンド環境に対して開き、前記転送チェンバの前記高真空環境から封止され
    た２ウエハ・ロードロックに、２枚のウエハを連続的に転送するステップと、 前記大気フロント・エンド環境から前記ロードロックを封止するステップと、 前記ロードロックを真空圧力レベルに減圧するステップと、 前記ロードロックを前記高真空転送チェンバ環境に開放するステップと、 真空処理チェンバが前記転送チェンバの高真空環境に連通状態にあるとき、前
    記転送チェンバ内に配置された転送アームによって、前記ロードロックから前記
    ウエハを連続的に取り出し、前記ウエハを前記真空処理チェンバ内に配置するス
    テップと、 前記処理チェンバ内において前記ウエハを処理するステップと、 前記真空処理チェンバが前記高真空転送チェンバ環境と連通状態にあるとき、
    転送アームによって、前記真空処理チェンバから前記ウエハを連続的に取り出し
    、前記ロードロックが前記高真空転送チェンバ環境に対して開き、前記大気フロ
    ント・エンド環境から封止されているときに、前記ウエハを前記２ウエハロード
    ロック内に配置するステップと、 前記ロードロックを、前記高真空転送チェンバ環境から封止するステップと、 前記大気フロント・エンド環境に近い圧力レベルに、前記ロードロックを通気
    するステップと、 前記ロードロックを前記大気フロント・エンド環境に開放するステップと、 前記ロードの前記大気フロント・エンド内にある前記ロボット転送デバイスに
    よって、前記ロードロックから前記キャリアに前記ウエハを連続的に転送するス
    テップと、 から成る方法。
  11. 【請求項１１】 高真空ウエハ処理装置であって、 ポートを内部に有し、これを通じてウエハを個々に装填および排出する複数の
    真空処理チェンバと、 前記処理チェンバの前記ポートと連通可能な複数のポートを有する高真空転送
    チェンバと、 少なくとも１つのキャリア装填および排出ステーションを有する大気フロント
    ・エンド・チェンバと、 前記高真空転送チェンバと前記大気フロント・エンド・チェンバとの間にアク
    セス・チェンバを形成する２ウエハ・ロードロック・チェンバであって、前記ロ
    ードロックが内部に２枚のウエハを保持可能であり、前記ロードロックが内部に
    ２枚のウエハを保持可能であり、前記ロードロックが、前記ロードロック・チェ
    ンバおよび前記高真空転送チェンバに接続するように選択的に開放可能な真空側
    閉鎖部を有し、更に前記ロードロックおよび前記大気フロント・エンド・チェン
    バに接続するように選択的に開放可能な大気側閉鎖部とを有する、２ウエハ・ロ
    ードロック・チェンバと、 前記フロント・エンド・チェンバ内にあり、各々多重ウエハ・キャリアを支持
    するように構成した、複数のキャリア・ステーションと、 前記高真空転送チェンバ内にあり、前記処理チェンバおよびロードロックの各
    々へ、およびその各々から移動可能な単一のウエハ係合要素を有し、これらの間
    で個々のウエハを連続的に転送する転送アームと、 前記フロント・エンド・チェンバ内にあり、前記ロードロックおよび前記キャ
    リア間で移動可能であり、これらの間で個々のウエハを連続的に転送する個々の
    ウエハ転送デバイスと、 を備える高真空ウエハ処理装置。
  12. 【請求項１２】 更に、 前記フロント・エンド・チェンバ内にウエハ・アライナを備え、 前記ウエハ転送デバイスが、前記ウエハ・アライナに向かっておよびこれから
    移動可能である、 請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 更に、 ２つのウエハ冷却器を備え、前記ロードロックの通気中に前記２枚のウエハか
    らの熱をそれぞれのウエハ冷却器に移転させるように前記ロードロック内に位置
    付けた請求項１１記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ロードロックは、各々、前記ウエハ冷却器の各１つを
    内部に有する、２つの上向きウエハ支持面を含み、 前記ウエハ支持部は、各々、前記支持部と前記転送アームまたは前記転送デバ
    イス間でウエハを受け渡すように配置する隆起位置と、ウエハがそれぞれの支持
    面と接触する下降位置とを有する、１組の少なくとも３つのリフト・ピンを含む
    、 請求項１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記ロードロックは、真空転送位置と大気転送位置との間
    で移動可能なウエハ・エレベータを含み、 前記転送アーム、前記処理チェンバのポート、および前記ロードロックの真空
    転送位置が共通の水平面内に位置する、 請求項１１記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記ロードロックは、真空転送位置と大気転送位置との間
    で垂直方向に移動可能なウエハ・エレベータを含み、 前記転送デバイスが、前記ロードロックの大気転送位置を含む水平面内におい
    て水平方向に移動可能である、 請求項１１記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記ロードロックは、真空転送位置と大気転送位置との間
    で移動可能なウエハ・エレベータを含み、 前記転送アーム、前記処理チェンバのポート、および前記ロードロックの真空
    転送位置は、第１水平面内に位置し、 前記転送デバイスは、前記ロードロックの大気転送位置を含む第２水平面内に
    おいて水平方向に移動可能である、 請求項１１記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記キャリアは、内部で垂直方向に重なり合い、垂直方向
    に離間された複数のウエハ格納位置を有し、 前記キャリア・ステーションは、各々、前記複数のウエハ格納位置から選択し
    た１つから前記第２水平面に移動するように動作可能なキャリア・エレベータを
    含み、 前記転送デバイスは、前記ロードロックの大気転送位置と前記格納位置から選
    択した前記１つとの間で、前記第２水平面内において水平方向に移動可能である
    、 請求項１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記キャリアは、内部で垂直方向に重なり合い、垂直方向
    に離間された複数のウエハ格納位置を有し、 前記転送デバイスは、前記第２水平面と前記格納位置から選択した１つのレベ
    ルと間で垂直方向に移動可能である、 請求項１７記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記ロードロック・チェンバは、前記大気フロント・エン
    ドおよび高真空転送チェンバに対して閉鎖しているとき、多重ウエハ・キャリア
    を収容するのに必要な容積よりもかなり小さい吸引可能な容積を密閉する請求項
    １１記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記２ウエハ・ロードロック・チェンバは、離間した並行
    なウエハ支持面内にウエハを支持するように構成され、その閉鎖によって、前記
    ウエハ支持面に対して垂直な方向に、ウエハの前記チェンバへの転送および前記
    チェンバからの転送を行うように構成され、これによって、前記ウエハ支持面が
    水平なとき、前記ロードロック・チェンバがオーバ・アンダー型となる請求項１
    １記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記装置は、高真空バック・エンド・セクションを含み、
    該高真空バック・エンド・セクションが、前記複数の真空処理チェンバと、前記
    バック・エンド・セクション内部の真空環境を外部環境から分離する壁によって
    囲まれた前記真空転送チェンバとを含み、 前記ロードロック・チェンバは、前記バック・エンド・セクションの壁内に装
    着され、その閉鎖部の１つが前記壁の真空環境側にあり、その閉鎖部の１つが前
    記壁の前記真空環境の逆側にある、 請求項１１記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記装置は、２枚であり、２枚のウエハのみを同時に支持
    するように構成した単一のロードロックを含む請求項１１記載の装置。
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