JP2004179660A

JP2004179660A - 半導体製造システム

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Publication number: JP2004179660A
Application number: JP2003393671A
Authority: JP
Inventors: Colin John Dickinson; コリン・ジョン・ディキンソン
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2004-06-24
Also published as: US20050100435A1; EP1422742A3; TW200414986A; US6852644B2; EP1422742A2; KR20040045361A; KR101106803B1; TWI308883B; US20040102059A1

Abstract

【課題】大気ロボットハンドリング装置を提供すること。
【解決手段】半導体製造ツール３０は２つのロードロック３６，４０を有し、一方はツール３０に入って処理される半導体ウェーハ用であり、他方は処理後にツール３０から出るウェーハ用である。ツール３０は３つの大気ウェーハハンドリングロボット４４，４６，４８と関連して、ロードロック３６，４０により可能となる高スループットを得る。第１のロボット４４は未処理のウェーハを供給源からウェーハ・プリアライナ５０に搬送し、第２のロボット４６は、ウェーハを、ウェーハ・プリアライナ５０から、ウェーハがツール３０に入るロードロック３６に搬送し、第３のロボット４８は、処理済のウェーハを、ウェーハがツール３０から出るロードロック４０から供給源４２に搬送する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、集積回路およびフラットパネルディスプレイの製造に通常使用されるウェーハのハンドリングおよび搬送に関する。

直径が１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍのウェーハ、またはその他の直径のウェーハを処理するための真空処理システムが一般に公知である。半導体製造ツールとも呼ばれる一般的な真空処理システムは、中央搬送室または真空中央ハンドリング装置を有し、これがウェーハをシステム内で処理する動作の動作中心となる。１つまたは複数の処理室が弁の位置で搬送室に取り付けられ、搬送室内のロボットによりウェーハがこの弁を通過する。ウェーハが処理室内で処理される間、弁が選択的に開閉されて、処理室が搬送室から分離される。物理的に、処理室は、搬送室およびそのプラットホームにより支持されるか、または、処理室自体の１つまたは複数のプラットホーム上に支持される。システム内では、一般に、搬送室を一定の真空に保持し、処理室を吸引して、処理を処理室内で行うための必要に応じて、より高い真空にする。その後、処理済のウェーハを取り出して未処理のウェーハを処理室内に配置することができるように、弁が開いて室間の接近が可能になる前に、室の圧力レベルを搬送室の圧力に戻さなければならない。

一般に、１つまたは複数のロードロック室を通して、半導体製造ツールの外側から搬送室に接近することができる。ロードロック室は、クリーンルーム等の製造設備の周囲大気の圧力レベルと、搬送室内の真空圧レベルとの間を循環させて、ウェーハが両者間を通過できるようにする。したがって、ロードロック室は、非常にクリーンな環境の大気圧と搬送室の真空との間でウェーハを移行させる。ロードロック室は、単一のウェーハのみを保持するように設計されるか、または複数のウェーハ、例えば一般に２５個までのウェーハを保持するのに十分な容積を有する。この場合、ウェーハカセット内で各ウェーハ間に水平な間隔をおいてウェーハが積み重ねられることにより、ロボットのワンドをウェーハの下に伸ばしてウェーハを取り出し、処理することができる。

オペレータがウェーハカセットまたはポッドをロードロック室内に装填することができるように、ロードロック室を周囲環境に対して開放することができ、または、大気圧の非常にクリーンな環境下で、ウェーハをポッドからロードロック室に搬送することができる。後者の例では、ウェーハポッドとロードロック室との間の点にウェーハ方向付け装置またはアライナを設けて、ウェーハがロードロック室内で適切に方向付けされるようにウェーハを整合させる。

一般に、搬送室は４〜６個の切子面または側面を有し、処理室およびロードロック室をこれに取り付けることができる。一般に、６つの切子面または６つの側面を持つ搬送室は、２つの切子面に取り付けられたロードロック室と、他の４つの切子面に取り付けられた処理室とを有する。処理室は、例えば、急速熱処理（ＲＴＰ）室、物理蒸着（ＰＶＤ）室、化学蒸着（ＣＶＤ）室、エッチング室等とすることができる。搬送室に取り付ける処理室の数が多いほど、真空処理システムの生産性は増加する。これは、所与の時間でより多くのウェーハを処理することができるからである。さらに、システムの生産性が最大になっても、ある数のウェーハを処理するのに必要な製造設備内のスペースは少なくなる。

単一ウェーハロードロック室は、ウェーハ処理設備の生産性を増加させる１つの要求される方法に対して複数の利点をもたらす。一般に、単一ウェーハロードロック室またはロードロックの容積は、ウェーハポッドを保持することのできるロードロック室の容積よりもはるかに小さい。その結果、ウェーハポッドを保持することのできるロードロック室よりもはるかに急速に、単一ウェーハロードロックを排気、即ち吸引（ｐｕｍｐｅｄｄｏｗｎ）して真空にし、かつ通気させ、または周囲大気状態に戻すことができる。さらに、単一ウェーハロードロックを使用して、予熱、冷却、またはその他の補助的な処理をウェーハ上で行って、処理室内の他の装置のためのスペースを節約することができる。

本発明は、従来使用可能なロードロックよりも急速に排気かつ通気することのできる新世代の単一ウェーハロードロックを有する、半導体製造ツールに関する。新しいロードロックにより節約された時間からより多くの恩恵を得るために、本発明は、クリーンルーム製造設備内における、大気圧の周囲環境での改良されたウェーハのハンドリングを対象とする。

したがって、本発明は、半導体ウェーハを処理するための半導体製造システムである。システムは、半導体製造ツールと、関連する大気ロボットハンドリング装置とを含む。
半導体製造ツールは、真空中央ハンドリング装置と、第１のロードロックと、第２のロードロックと、真空中央ハンドリング装置内のウェーハハンドリングロボットとを含む。真空中央ハンドリング装置は、半導体ウェーハを処理するための１つまたは複数の処理室に接近する。

第１のロードロックおよび第２のロードロックは、真空中央ハンドリング装置と半導体ウェーハ用ツールの外側とを接近させる。第１のロードロックは、通常、ツールの外側から真空中央ハンドリング装置に入るウェーハ（すなわち「入」ウェーハ）専用である。一方、第２のロードロックは、通常、処理後に真空中央ハンドリング装置から外側に戻るウェーハ（すなわち「出」ウェーハ）専用である。あるいは、入ウェーハおよび出ウェーハの両方をハンドリングし収容するように、各ロードロックを構成してもよい。好ましくは、ロードロックは、約１〜４秒の間、例えば約２秒で排気または通気することのできるより新しい世代のロードロックである。

ウェーハハンドリングロボットは、真空中央ハンドリング装置内にあり、未処理のウェーハを第１のロードロックから取り出して、処理済のウェーハを第２のロードロックに入れる。あるいは、ウェーハハンドリングロボットは、未処理のウェーハを第１のロードロックまたは第２のロードロックから取り出して、処理済のウェーハを第１のロードロックまたは第２のロードロックに入れることができる。

大気ロボットハンドリング装置は、第１の大気ウェーハハンドリングロボットと、第２の大気ウェーハハンドリングロボットと、第３の大気ウェーハハンドリングロボットと、ウェーハ・プリアライナ（ｗａｆｅｒｐｒｅ−ａｌｉｇｎｅｒ）とを含む。第１の大気ウェーハハンドリングロボットは、未処理のウェーハを供給源から前記ウェーハ・プリアライナへ１つずつ搬送し、ウェーハ・プリアライナはウェーハを所望の方法で方向付けする。第２の大気ウェーハハンドリングロボットは、未処理のウェーハをウェーハ・プリアライナから第１のロードロックに搬送する。最後に、第３の大気ウェーハハンドリングロボットは、処理済のウェーハを第２のロードロックから供給源へ１つずつ戻す。あるいは、第２の大気ウェーハハンドリングロボットおよび第３の大気ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハを第１のロードロックまたは第２のロードロックに入れることができ、処理済のウェーハを第１のロードロックまたは第２のロードロックから取り出すことができる。

以下で、下記の図面を頻繁に参照しながら、本発明についてより詳細に説明する。

図面に注目すると、図１は、従来技術の半導体製造ツール１０および関連する大気ロボットハンドリング装置１２の概略図である。半導体製造ツール１０は真空中央ハンドリング装置１４を含み、この真空中央ハンドリング装置１４は、ウェーハハンドリングロボット１８を収容し、かつ図示しない１つまたは複数の処理室に接近することができる。ウェーハハンドリングロボット１８は、３アームロボットおよび蛙脚ロボット等の適宜の様々なロボットの１つとすることができる。

半導体製造ツール１０は、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０をさらに含む。半導体製造ツール１０では、第１のロードロック１６を使用して半導体ウェーハを真空中央ハンドリング装置１４に導入し、図示しない処理室の１つまたは複数で処理する。第２のロードロック２０を使用して、処理後に半導体ウェーハを真空中央ハンドリング装置１４から取り出す。第１のロードロック１６および第２のロードロック２０は、ツール１０が配置されるクリーンルームまたは他の設備の周囲大気と真空中央ハンドリング装置１４が維持される真空との間を循環させる。すなわち、ウェーハを真空中央ハンドリング装置１４に導入する場合、最初はクリーンルームの大気に対して開放された第１のロードロック１６により、これを行うことができる。ウェーハが第１のロードロック１６に配置されると、周囲大気につながる接近開口１５が閉じて、第１のロードロック１６が吸引されて真空になる。第１のロードロック１６が真空に達すると、第１のロードロック１６から真空中央ハンドリング装置１４につながる接近開口１７が開き、ウェーハがウェーハハンドリングロボット１８により処理室に搬送される。この後者の接近開口１７は閉じ、第１のロードロック１６が周囲大気に連通し、最後に、周囲大気につながる接近開口１５が開いて別のウェーハが導入される。

同様に、処理済ウェーハを真空中央ハンドリング装置１４から取り出す場合、最初は真空中央ハンドリング装置１４の真空に対して開放された第２のロードロック２０により、これを行うことができる。処理後にウェーハハンドリングロボット１８によりウェーハを処理室（または仮位置）から取り出して、第２のロードロック２０に配置すると、真空中央ハンドリング装置１４につながる接近開口１９が閉じ、第２のロードロック２０が周囲大気に連通する。最後に、周囲大気につながる接近開口２１が開いてウェーハが取り出される。この後者の接近開口２１は閉じ、第２のロードロック２０が吸引されて真空になり、真空中央ハンドリング装置１４につながる接近開口１９が開いて別のウェーハが取り出される。

図１の左側では、未処理のウェーハがウェーハポッド２２から得られ、処理済のウェーハがウェーハポッド２２に戻される。例えば、ウェーハポッド２２には、垂直に並んだ水平ウェーハ支持レールがあり、例えば、２５個のウェーハを保持することができる。ウェーハポッド２２に収容されたウェーハがすべて処理されると、ウェーハポッド２２が適時、未処理のウェーハの新しいウェーハポッド２２に取り替えられることを理解すべきである。さらに、未処理のウェーハを有するウェーハポッド２２を即使用可能にしておき、別のウェーハポッド２２のウェーハがすべて処理されたときに、これを自動的に定位置に移動させることができるように、所与の時間に複数のウェーハポッド２２を設けることができる。

大気ロボットハンドリング装置１２は、第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４および第２の大気ウェーハハンドリングロボット２６を含む。真空中央ハンドリング装置１４内のウェーハハンドリングロボット１８と同様に、ロボット２４、２６は、３アームロボットおよび蛙脚ロボット等の当業者が現在使用している様々なロボットの１つとすることができる。

大気ロボットハンドリング装置１２はウェーハ・プリアライナ２８をさらに含み、このウェーハ・プリアライナ２８は、例えば光学アライナ等の、市販されている数種類のアライナの１つとすることができる。ウェーハ・プリアライナ２８は、ウェーハを事前に選択された方法で方向付けする。

作動時には、第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４は未処理のウェーハをウェーハポッド２２から１つずつ取ってウェーハ・プリアライナ２８上に配置し、ウェーハ・プリアライナ２８がこのウェーハを所望の方法で方向付けし、その後、第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４は、ウェーハをプリアライナから取って第１のロードロック１６に入れる。第２の大気ウェーハハンドリングロボット２６は処理済のウェーハを第２のロードロック２０から取ってウェーハポッド２２に一つずつ戻す。

第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４および第２の大気ウェーハハンドリングロボット２６が前記の搬送を行うのに要する時間、ウェーハ・プリアライナ２８が各ウェーハを適切に整合させるのに要する時間、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０の循環通気および排気に要する時間、並びに真空中央ハンドリング装置１４内でウェーハハンドリングロボット１８により行われる搬送に要する時間がすべて合わさって、半導体製造ツール１０内で１時間当たりに処理可能なウェーハの最大数（ツール１０のスループットとも呼ばれる）を制限することは理解できよう。

図１に概略的に示す従来技術の半導体製造ツール１０および関連する大気ロボットハンドリング装置１２は、１時間当たり最大で約１００個のウェーハを処理することができる。ツール１０のスループットがこの値よりもはるかに大きくなるということはあり得ない。これは、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０を排気するのに要する時間、並びに第１のロードロック１６および第２のロードロック２０に通気して真空から周囲大気圧に戻すのに要する時間により制限されるためである。

一般に、従来技術の半導体製造ツール１０の第１のロードロック１６および第２のロードロック２０の吸引時間、即ち排気時間は約３０秒であり、通気時間は約８秒である。その結果、ウェーハが、４０毎秒もしくはそれよりも遅い速度で第１のロードロック１６および第２のロードロック２０を通過して真空中央ハンドリング装置１４に入り、または真空中央ハンドリング装置１４から出る。この場合、ツール１０は１時間当たり最大で約９０個のウェーハしか処理することができない。

第１のロードロック１６および第２のロードロック２０の排気および通気に要する時間を考慮して、第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４、第２の大気ウェーハハンドリングロボット２６、ウェーハ・プリアライナ２８、および真空中央ハンドリング装置１４内のウェーハハンドリングロボット１８は、ツール１０のスループットを制限しない。これらは、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０の排気および通気に要する時間よりもかなり短い時間間隔で特定の作業を行うからである。これに関し、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０は、従来技術のツール１０のスループットを増加させる際の障害となっている。

図２は、本発明の半導体製造ツール３０および関連する大気ロボットハンドリング装置３２の概略図である。前記従来技術のツール１０と同様に、半導体製造ツール３０は、図示しない１つまたは複数の処理室に接近することのできる真空中央ハンドリング装置３４を含む。

半導体製造ツール３０は、第１のロードロック３６および第２のロードロック４０を含む。半導体製造ツール１０と同様に、第１のロードロック３６を使用して半導体ウェーハを真空中央ハンドリング装置３４に導入し、図示しない処理室の１つまたは複数で処理する。第１のロードロック３６は、図１の第１のロードロック１６の接近開口１５、１７にそれぞれ類似した接近開口３５、３７を有する。第２のロードロック４０を使用して、処理後に半導体ウェーハを真空中央ハンドリング装置３４から取り出す。第２のロードロック４０は、図１の第２のロードロック２０の接近開口１９、２１にそれぞれ類似した接近開口３９、４１を有する。第１のロードロック３６および第２のロードロック４０は、ツール３０が配置されるクリーンルームまたは他の設備の周囲大気と真空中央ハンドリング装置３４が維持される真空との間を、前記第１のロードロック１６および第２のロードロック２０と同一の方法で循環させる。しかし、第１のロードロック３６および第２のロードロック４０は、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０よりも新しい世代のロードロックであり、第１のロードロック１６および第２のロードロック２０による同一の動作にそれぞれ要する３０秒および８秒に比べて、約１〜４秒の間、例えば約２秒で吸引されて真空になり、同一の時間間隔で周囲大気に連通することができる。さらに詳細に後述し、示されるように、新世代の第１のロードロック３６および第２のロードロック４０を含むことにより、半導体製造ツール３０のスループットがツール１０のスループットよりもはるかに高くなる。

真空中央ハンドリング装置３４内にはウェーハハンドリングロボット３８があり、ウェーハハンドリングロボット３８はツール１０のウェーハハンドリングロボット１８と同一の機能を果たす。ウェーハハンドリングロボット３８は図２に概略的に示され、３アームロボットおよび蛙脚ロボット等の様々なロボットのいずれかとすることができる。ウェーハハンドリングロボット３８は、第１のロードロック３６から入ウェーハを１つずつ取り出して、半導体製造ツール３０の処理室または仮位置に搬送する。さらに、ウェーハハンドリングロボット３８は、出ウェーハを半導体製造ツール３０の処理室または仮位置から第２のロードロック４０に搬送する。

図２の左側では、未処理のウェーハがウェーハポッド４２から得られ、処理済のウェーハがウェーハポッド４２に戻される。これに関しては、ウェーハポッド２２について前記した記述が同様に当てはまる。すなわち、ウェーハポッド４２に収容されたウェーハがすべて処理されると、ウェーハポッド４２が適時、未処理のウェーハの新しいウェーハポッド４２に取り替えられることを理解すべきである。さらに、未処理のウェーハを有する１つのウェーハポッド４２を即使用可能にしておき、別のウェーハポッド４２のウェーハがすべて処理されたときに、これを自動的に定位置に移動させることができるように、所与の時間に複数のウェーハポッド４２を設けることができる。

大気ロボットハンドリング装置３２は、従来技術のツール１０の２つの大気ウェーハハンドリングロボット２４、２６の代わりに、３つの大気ウェーハハンドリングロボットを含む。

第１のウェーハハンドリングロボット４４は、未処理のウェーハをウェーハポッド４２から１つずつ取ってウェーハ・プリアライナ５０上に配置し、ウェーハ・プリアライナ５０はこのウェーハを所望の方法で方向付けする。ウェーハ・プリアライナ５０は、例えば光学アライナまたは他の適宜のアライナ等の、市販されている数種類のアライナの１つとすることができる。第２のウェーハハンドリングロボット４６は、整合されたウェーハをプリアライナ５０から取って第１のロードロック３６に入れる。第１のウェーハハンドリングロボット４４および第２のウェーハハンドリングロボット４６は同時に（または並行して）動作して、それぞれウェーハをウェーハポッド４２からウェーハ・プリアライナ５０へ、かつウェーハ・プリアライナ５０から第１のロードロック３６へと搬送する。

第３の大気ウェーハハンドリングロボット４８は、処理済のウェーハを第２のロードロック４０から取ってウェーハポッド４２に一つずつ戻す。前記したように、第１の大気ウェーハハンドリングロボット４４、第２の大気ウェーハハンドリングロボット４６、および第３の大気ウェーハハンドリングロボット４８は、３アームロボットおよび蛙脚ロボット等の当業者が現在使用している様々なロボットの１つとすることができる。

従来技術の半導体製造ツール１０の第１のロードロック１６および第２のロードロック２０と異なり、排気時間および通気時間がより短い新世代の第１のロードロック３６および第２のロードロック４０は、ウェーハのスループットに対する障害にはならない。代わりに、入ウェーハをウェーハポッド４２からウェーハ・プリアライナ５０へ、次いで第１のロードロック３６へと搬送するために単一ウェーハハンドリングロボットを使用することが、律速段階となり得る。本発明は、第１のウェーハハンドリングロボット４４および第２のウェーハハンドリングロボット４６を設けてウェーハの搬送を連続して行うことにより、これを回避する。すなわち、ウェーハハンドリングロボット４６がウェーハをウェーハ・プリアライナ５０から第１のロードロック３６に搬送するときに、ウェーハハンドリングロボット４４が別のウェーハをウェーハポッド４２からウェーハ・プリアライナ５０に搬送することができる。この場合、１６秒毎に１つのウェーハを第１のロードロック３６に導入し、かつ別のウェーハを第２のロードロック４０から取り出すことができる。その結果、半導体製造ツール３０は、１時間当たり約２２５個のウェーハを処理することができ、１時間当たり約１００個という従来技術のスループットに比べてかなりの改善が見られる。

下記の表１は、このような高スループットを達成する可能性を示す例として提供される。しかし、１時間当たり２２５個のウェーハというスループットは、各ウェーハが第１のロードロック３６から取り出され、特定の処理に要する時間を含まない最短時間である１０秒後に第２のロードロック４０に入れられるという仮定に基づく。実際には、おそらくツール３０内の段階で、はるかに長い時間が処理に必要となる。したがって、実際のスループットは特定の処理の必要性に応じて変化する。

表１には、半導体製造ツール３０および関連する大気ロボットハンドリング装置３２を含むシステムが始動されてウェーハ処理ステップを開始してから経過した時間（秒）が数値で記載されている。ウェーハ・プリアライナ５０は、各ウェーハを適切に方向付けするのに約６秒かかる。

この表を参照し、最初の６８秒が経過した後に第１のウェーハがウェーハポッド４２に戻されると、次のウェーハが１６秒間隔でウェーハポッド４２に戻されることに注目すべきである。

さらに、第１の大気ウェーハハンドリングロボット４４は、１２秒の間にウェーハをウェーハ・プリアライナ５０上に配置し、その後、別のウェーハを１２秒後にウェーハポッド４２から自由に取り上げることができる。図１に示す従来技術のシステムでは、第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４が第１の大気ウェーハハンドリングロボット４４および第２の大気ウェーハハンドリングロボット４６の両方の機能を果たす。したがって、第１の大気ウェーハハンドリングロボット２４は、第１のウェーハを第１のロードロック３６に配置すると、３０秒の間は別のウェーハをウェーハポッド４２から自由に取り上げることができない。スループットの改善は、明らかに、図１に示す従来技術の単一大気ウェーハハンドリングロボット２４の代わりに、第１の大気ウェーハハンドリングロボット４４および第２の大気ウェーハハンドリングロボット４６を使用した結果によるものである。

前記したように、第１のロードロック３６および第２のロードロック４０は、真空中央ハンドリング装置３４の真空状態と製造設備の周囲大気との間を循環させる。下記の表２は、ロードロックサイクルが表１に示すデータにどのように関連するのかを示し、理解しやすいように、表１のデータのいくつかを表２でも繰り返している。

表２では、第１のロードロック３６および第２のロードロック４０の排気および通気に要する時間間隔が２秒と短いことが明らかである。

本発明を、２つのロードロックおよび大気ウェーハハンドリングロボットを有する半導体製造ツールと共に使用することができる。この種の半導体製造ツールは、カリフォルニア州、サンタクララのアプライド・マテリアル社（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から商標名センチュラ（Ｃｅｎｔｕｒａ）およびエンデューラ（Ｅｎｄｕｒａ）で入手可能である。センチュラ（ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標））およびエンデューラ（ＥＮＤＵＲＡ（登録商標））は、アプライド・マテリアル社（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）が所有する登録商標である。前記したように、好ましくは、一方のロードロックがツールに入るウェーハ専用であり、他方のロードロックがツールから出るウェーハ専用であるが、代わりに、両方のロードロックを入ウェーハおよび出ウェーハに使用できるようにツールを構成してもよい。この代替構成では、大気ウェーハハンドリングロボット４４が未処理のウェーハをウェーハポッド４２からウェーハ・プリアライナ５０へ続けて搬送する一方で、大気ウェーハハンドリングロボット４６、４８が、未処理のウェーハをウェーハ・プリアライナ５０から第１のロードロック３６および第２のロードロック４０に搬送し、かつ処理済のウェーハを第１のロードロック３６および第２のロードロック４０からウェーハポッド４２へ戻し、第１のロードロック３６および第２のロードロック４０が所望の順序で入ウェーハおよび出ウェーハに使用される。あるいは、図２には示していないが、ツールが、第１のロードロック３６および第２のロードロック４０の代わりに単一のロードロックのみを有することもできる。この実施形態でも、大気ウェーハハンドリングロボット４４が未処理のウェーハをウェーハポッド４２からウェーハ・プリアライナ５０へ再び続けて搬送する一方で、大気ウェーハハンドリングロボット４６、４８が、所望の順序で、未処理のウェーハをウェーハ・プリアライナ５０から単一ロードロックに搬送し、かつ処理済のウェーハを単一ロードロックからウェーハポッド４２へ戻す。

この種の半導体製造ツールは、前記した種類の一つまたは複数の処理室を含み、連続処理または並行処理のいずれかに設定することができる。連続処理の場合、ウェーハは、ツール内で１つの処理室から次の処理室へと進み、所望の順序で異なる処理を行う。並行処理の場合、同一の処理または異なる処理をウェーハに対して行うために、２つ以上の処理室が設置される。ウェーハは個々に、所望の処理専用の処理室のいずれか１つに対して向けられる処理処理。

本発明が添付の特許請求の範囲を超えて修正されることなく、前記ツールに対して修正を加えることができることは当業者には自明であろう。例えば、図３は、本発明の半導体製造ツール６０および関連する大気ロボットハンドリング装置６２の代替実施形態の概略図である。

図３に示すように、半導体製造ツール６０は、接近開口６８を通して処理室６６に接近することのできる真空中央ハンドリング装置６４を含む。好ましくは、処理室６６は、本発明の大気ロボットハンドリング装置により可能となる高スループットを利用するために、処理時間の比較的短い１つまたは複数の処理をウェーハに対して行うことのできる室である。一般に、処理室６６は、例えば蒸着またはエッチングを含む様々な処理用に構成することができる。接近開口６８は処理室６６を真空中央ハンドリング装置６４から分離して、処理室６６を吸引することにより真空中央ハンドリング装置６４内よりも高い真空にすることができる。

図２の半導体製造ツール３０と同様に、半導体製造ツール６０は、第１のロードロック７０および第２のロードロック７６を含む。第１のロードロック７０を使用して半導体ウェーハを真空中央ハンドリング装置６４に導入し、図２の第１のロードロック３６の接近開口３５、３７にそれぞれ類似した接近開口７２、７４を有する。第２のロードロック７６を使用して、処理後に半導体ウェーハを真空中央ハンドリング装置６４から取り出す。第２のロードロック７６は、図２の第２のロードロック４０の接近開口３９、４１にそれぞれ類似した接近開口７８、８０を有する。第１のロードロック７０および第２のロードロック７６は、ツール６０が配置されるクリーンルームまたは他の設備の周囲大気と真空中央ハンドリング装置６４が維持される真空との間を、前記第１および第２のロードロック１６、２０、３６、４０と同一の方法で循環させる。第１のロードロック７０および第２のロードロック７６は、より新しい世代のロードロックであり、約１〜４秒の間、例えば約２秒で吸引されて真空になり、ほぼ同一の時間間隔で周囲大気に連通することができる。

真空中央ハンドリング装置６４内にはウェーハハンドリングロボット８２がある。ウェーハハンドリングロボット８２は図３に概略的に示され、３アームロボットおよび蛙脚ロボット等の様々なロボットのいずれかとすることができる。ウェーハハンドリングロボット８２は、第１のロードロック７０から入ウェーハを１つずつ取り出して処理室６６に搬送する。さらに、ウェーハハンドリングロボット８２は、出ウェーハを処理室６６から第２のロードロック７６に搬送する。

図３の左側では、未処理のウェーハがウェーハポッド８４から得られ、処理済のウェーハがウェーハポッド８４に戻される。これに関しては、ウェーハポッド２２、４２について前記した記述が同様に当てはまる。ウェーハポッド８４に収容されたウェーハがすべて処理されると、ウェーハポッド８４が適時、未処理のウェーハの新しいウェーハポッド８４に取り替えられることを再度理解すべきである。さらに、未処理のウェーハを有する１つのウェーハポッド８４を即使用可能にしておき、別のウェーハポッド８４のウェーハがすべて処理されたときに、これを自動的に定位置に移動させることができるように、所与の時間に複数のウェーハポッド８４を設けることができる。

大気ロボットハンドリング装置６２は、例えば、第１の大気ウェーハハンドリングロボット８８および共通の軸を持つ第２の大気ウェーハハンドリングロボット９０を有する、１つの二重大気ウェーハハンドリングロボット８６、例えば２アームロボットと、第３の大気ウェーハハンドリングロボット９２との形状の、３つの大気ウェーハハンドリングロボットを含む。

第１の大気ウェーハハンドリングロボット８８は、未処理のウェーハをウェーハポッド８４から１つずつ取ってウェーハ・プリアライナ９４上に配置し、ウェーハ・プリアライナ９４はこのウェーハを所望の方法で方向付けする。ウェーハ・プリアライナ５０は、例えば光学アライナまたは他の適宜のアライナ等の、市販されている数種類のアライナの１つとすることができる。第２の大気ウェーハハンドリングロボット９０は、整合されたウェーハをプリアライナ９４から取って第１のロードロック７０に入れる。第１のウェーハハンドリングロボット８８および第２のウェーハハンドリングロボット９０は同時に動作して、それぞれウェーハをウェーハポッド８４からウェーハ・プリアライナ９４へ、かつウェーハ・プリアライナ９４から第１のロードロック７０へと搬送する。

第３の大気ウェーハハンドリングロボット９２は、処理済のウェーハを第２のロードロック７６から取ってウェーハポッド８４に一つずつ戻す。第１の大気ウェーハハンドリングロボット８８、第２の大気ウェーハハンドリングロボット９０、および第３の大気ウェーハハンドリングロボット９２は、３アームロボットおよび蛙脚ロボット等の当業者が現在使用している様々なロボットの１つとすることができる。

本発明のこの代替実施形態では、第１の大気ウェーハハンドリングロボット８８および第２の大気ウェーハハンドリングロボット９０が、図２に示す実施形態の第１の大気ウェーハハンドリングロボット４４および第２の大気ウェーハハンドリングロボット４６により行われる連続搬送を行う。すなわち、ウェーハハンドリングロボット９０がウェーハをウェーハ・プリアライナ９４から第１のロードロック７０に搬送するときに、ウェーハハンドリングロボット８８が別のウェーハをウェーハポッド８４からウェーハ・プリアライナ９４に搬送することができるので、１６秒毎に１つのウェーハを第１のロードロック７０に導入し、かつ別のウェーハを第２のロードロック７６から取り出すことができる。その結果、半導体製造ツール６０は、１時間当たり約２２５個のウェーハを処理することができ、１時間当たり約１００個という従来技術のスループットに比べてかなりの改善が見られる。また、１時間当たり２２５個のウェーハというスループットは、各ウェーハが第１のロードロック７０から取り出され、特定の処理に要する時間を含まない最短時間である１０秒後に第２のロードロック７６に入れられるという仮定に基づくものであることを考慮すべきである。

図２に示す実施形態と同様に、前記したように、一方のロードロック７０がツール６０に入るウェーハ専用であり、他方のロードロック７６がツール６０から出るウェーハ専用であるが、代わりに、両方のロードロック７０、７６を入ウェーハおよび出ウェーハに使用できるようにツール６０を構成してもよい。この代替構成では、大気ウェーハハンドリングロボット８８が未処理のウェーハをウェーハポッド８４からウェーハ・プリアライナ９４へ続けて搬送する一方で、大気ウェーハハンドリングロボット９０および大気ウェーハハンドリングロボット９２が、未処理のウェーハをウェーハ・プリアライナ５０から第１のロードロック７０および第２のロードロック７６に搬送し、かつ処理済のウェーハを第１のロードロック７０および第２のロードロック７６からウェーハポッド８４へ戻し、第１のロードロック７０および第２のロードロック７６が所望の順序で入ウェーハおよび出ウェーハに使用される。あるいは、図３には示していないが、ツールが、第１のロードロック７０および第２のロードロック７６の代わりに単一のロードロックのみを有することもできる。この実施形態でも、大気ウェーハハンドリングロボット８８が未処理のウェーハをウェーハポッド８４からウェーハ・プリアライナ９４へ続けて搬送する一方で、大気ウェーハハンドリングロボット９０、９２が、所望の順序で、未処理のウェーハをウェーハ・プリアライナ９４から単一ロードロックに搬送し、かつ処理済のウェーハを単一ロードロックからウェーハポッド８４へ戻す。

一般に、本発明の大気ロボットハンドリング装置を、異なる構成を有する半導体製造ツールと共に使用することができることを理解されたい。特定の処理の適用に応じて、この種のツールは、例えば１つまたは複数の単一ウェーハ室もしくはバッチ処理室、または単一ロードロックを有することができ、あるいは処理済のウェーハを別のツールまたは位置に搬送して、元のウェーハ供給ポッドへ戻す代わりに更なる処理を行うようにツールを構成することができる。

従来技術の半導体製造ツールおよび関連する大気ロボットハンドリング装置の概略図である。本発明の半導体製造ツールおよび関連する大気ロボットハンドリング装置の概略図である。本発明の半導体製造ツールおよび関連する大気ロボットハンドリング装置の代替実施形態の概略図である。

符号の説明

３０半導体製造ツール
３２大気ロボットハンドリング装置
３４真空中央ハンドリング装置
３５、３７、３９、４１接近開口
３６第１のロードロック
３８ウェーハハンドリングロボット
４０第２のロードロック
４２ウェーハポッド
４４第１の大気ウェーハハンドリングロボット
４６第２の大気ウェーハハンドリングロボット
４８第３の大気ウェーハハンドリングロボット
５０ウェーハ・プリアライナ

Claims

半導体製造ツールと、関連する大気ロボットハンドリング装置とを含む、半導体ウェーハを処理するための半導体製造システムであって、
前記半導体製造ツールが、真空中央ハンドリング装置と、第１のロードロックと、第２のロードロックと、ウェーハハンドリングロボットとを含み、前記真空中央ハンドリング装置が、前記半導体ウェーハを処理するための１つまたは複数の処理室に接近し、前記第１のロードロックおよび前記第２のロードロックが、前記真空中央ハンドリング装置と前記半導体ウェーハ用の前記半導体製造ツールの外側とを接近させ、前記ウェーハハンドリングロボットが、前記真空中央ハンドリング装置内にあり、未処理のウェーハを前記第１のロードロックまたは前記第２のロードロックから取り出して、処理済のウェーハを前記第１のロードロックまたは前記第２のロードロックに入れ、
前記関連する大気ロボットハンドリング装置が、第１の大気ウェーハハンドリングロボットと、第２の大気ウェーハハンドリングロボットと、第３の大気ウェーハハンドリングロボットと、ウェーハ・プリアライナとを含み、前記第１の大気ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハをその供給源から前記ウェーハ・プリアライナへ１つずつ搬送し、前記ウェーハ・プリアライナが前記ウェーハに所望の方向付けを行い、前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハを前記ウェーハ・プリアライナから前記第１のロードロックに搬送し、前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットが、処理済のウェーハを前記第２のロードロックから前記供給源へ戻す、半導体製造システム。
前記第１のロードロックが、前記ツールの外側から前記真空中央ハンドリング装置に入るウェーハ専用であり、前記第２のロードロックが、処理後に前記真空中央ハンドリング装置から外側に戻るウェーハ専用であり、前記真空中央ハンドリング装置内にある前記ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハを前記第１のロードロックから取り出して、処理済のウェーハを前記第２のロードロックに入れる、請求項１に記載のシステム。
前記第１のロードロックおよび前記第２のロードロックが、前記真空中央ハンドリング装置に出入りするウェーハを所望の順序で収容し、前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットが、処理済のウェーハを前記第１のロードロックから前記供給源へ戻し、前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハを前記ウェーハ・プリアライナから前記第２のロードロックに搬送する、請求項１に記載のシステム。
前記第１の大気ウェーハハンドリングロボットと前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットとが、二重大気ウェーハハンドリングロボットとして共通の軸を有する、請求項１に記載のシステム。
前記第１のロードロックおよび前記第２のロードロックの少なくとも一方を約１〜４秒で排気することができる、請求項１に記載のシステム。
前記第１のロードロックおよび前記第２のロードロックの少なくとも一方に約１〜４秒で通気することができる、請求項１に記載のシステム。
前記半導体製造ツールが連続処理に設定される、請求項１に記載のシステム。
前記半導体製造ツールが並行処理に設定される、請求項１に記載のシステム。
半導体処理システムと共に使用される大気ロボットハンドリング装置であって、
第１の大気ウェーハハンドリングロボットと、第２の大気ウェーハハンドリングロボットと、第３の大気ウェーハハンドリングロボットと、ウェーハ・プリアライナとを含み、
前記第１の大気ウェーハハンドリングロボットが、ウェーハをウェーハ供給源から前記ウェーハ・プリアライナに搬送するように構成され、
前記ウェーハ・プリアライナが前記ウェーハに所望の方向付けを行うように構成され、
前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットが、前記ウェーハを前記ウェーハ・プリアライナから前記半導体処理システムに搬送するように構成され、
前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットが、前記ウェーハを前記半導体処理システムから前記ウェーハ供給源へ戻す、大気ロボットハンドリング装置。
前記半導体処理システムが、ロードロック室と、ウェーハハンドリングロボットを収容する真空中央ハンドリング装置と、処理室とを含み、
前記ロードロック室が第１の開口及び第２の開口を有し、該第１の開口を通して、前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットおよび前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットが前記ウェーハを半導体処理システムの内外に搬送することができ、該第２の開口を通して、前記ウェーハハンドリングロボットが前記ウェーハを前記真空中央ハンドリング装置内に搬送することができ、前記ウェーハハンドリングロボットが、前記ウェーハを前記処理室の内外に搬送するようにさらに構成されている、請求項９に記載の装置。
半導体製造ツールと、関連する大気ロボットハンドリング装置とを含む、半導体ウェーハを処理するための半導体製造システムであって、
前記半導体製造ツールが、真空中央ハンドリング装置と、ロードロックと、ウェーハハンドリングロボットとを含み、前記真空中央ハンドリング装置が、前記半導体ウェーハを処理するための１つまたは複数の処理室に接近し、前記ロードロックが、前記真空中央ハンドリング装置と前記半導体ウェーハ用の前記半導体製造ツールの外側とを接近させ、前記ウェーハハンドリングロボットが、前記真空中央ハンドリング装置内にあり、未処理のウェーハを前記ロードロックから取り出して、処理済のウェーハを前記ロードロックに入れ、
前記関連する大気ロボットハンドリング装置が、第１の大気ウェーハハンドリングロボットと、第２の大気ウェーハハンドリングロボットと、第３の大気ウェーハハンドリングロボットと、ウェーハ・プリアライナとを含み、前記第１の大気ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハをその供給源から前記ウェーハ・プリアライナへ１つずつ搬送し、前記ウェーハ・プリアライナが前記ウェーハに所望の方向付けを行い、前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットが、未処理のウェーハを前記ウェーハ・プリアライナから前記ロードロックに搬送し、前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットが、処理済のウェーハを前記ロードロックから前記供給源へ戻す、半導体製造システム。
前記第１の大気ウェーハハンドリングロボットと前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットとが、二重大気ウェーハハンドリングロボットとして共通の軸を有する、請求項１１に記載のシステム。
前記ロードロックを約１〜４秒で排気することができる、請求項１１に記載のシステム。
前記ロードロックに約１〜４秒で通気することができる、請求項１１に記載のシステム。
前記半導体製造ツールが連続処理に設定される、請求項１１に記載のシステム。
前記半導体製造ツールが並行処理に設定される、請求項１１に記載のシステム。
半導体ウェーハをウェーハ供給源から半導体製造ツールに搬送して処理を行い、かつ処理後に前記半導体製造ツールから前記ウェーハ供給源へ戻す方法であって、前記ウェーハが少なくとも１つのロードロックを通して前記半導体製造ツールに出入りし、
ａ）第１の大気ウェーハハンドリングロボットと、第２の大気ウェーハハンドリングロボットと、第３の大気ウェーハハンドリングロボットとを設けるステップと、
ｂ）ウェーハ・プリアライナを設けるステップと、
ｃ）前記第１の大気ウェーハハンドリングロボットにより、前記ウェーハを前記ウェーハ供給源から前記ウェーハ・プリアライナに搬送するステップと、
ｄ）前記ウェーハを前記ウェーハ・プリアライナにおいて整合させるステップと、
ｅ）前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットおよび前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットの一方により、前記ウェーハを前記プリアライナから前記少なくとも１つのロードロックに搬送するステップと、
ｆ）前記ウェーハを前記半導体製造ツール内で処理するステップと、
ｇ）前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットおよび前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットの一方により、前記ウェーハを前記少なくとも１つのロードロックから前記供給源へ戻すステップとを含む方法。
ステップｅ）で、前記ウェーハが前記第２の大気ロボットにより搬送され、ステップｇ）で、前記ウェーハが前記第３の大気ロボットにより搬送される、請求項１７に記載の方法。
前記半導体製造ツールが２つのロードロックを有し、ステップｅ）で、前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットおよび前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットの一方により、前記ウェーハが前記プリアライナから前記２つのロードロックの１つに搬送され、ステップｇ）で、前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットおよび前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットの一方により、前記ウェーハが前記２つのロードロックの１つから前記供給源へ戻される、請求項１７に記載の方法。
前記第２の大気ウェーハハンドリングロボットにより、前記ウェーハが前記プリアライナから前記２つのロードロックの一方に搬送され、前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットにより、前記ウェーハが前記２つのロードロックの他方から前記第３の大気ウェーハハンドリングロボットにより、前記供給源へ戻される、請求項１９に記載の方法。