JP2004523880A - 処理装置用ダブル二重スロット式ロードロック - Google Patents

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Abstract

ここで提供されるのは、基板処理システムであり、カセットロード用ステーション；ロードロックチャンバ；中央に配置された移送用チャンバ；上記移送用チャンバの周囲付近に置かれた一以上の処理チャンバを備える。ロードロックチャンバは、同じ場所に構成されたダブル二重スロット式ロードロックを備え、このようなシステムは、半導体製造の為の処理基板用に使用されてもよい。

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、全体的に半導体製造分野に関する。より詳細には、本発明は、ダブル二重スロット式ロードロックを備える半導体ウエハまたはガラス基板処理システムと、その使用に関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
半導体装置の、より高いスループットや収率に対する必要性は、より高度に自動化されたウエハ処理機の発達および使用を推進してきた。また、処理中のウエハ粒子汚染を最小限にする要望は、真空ロードロック及び真空中で作動されるウエハ移送機構を使用するようになった。
【０００３】
連続したスループットシステムにおいて、ウエハは、当該チャンバ内の真空状態をチャンバ外の大気に晒すことを防止する為に、ロードロックを通して真空チャンバ内に導入されなければならない。ウエハがチャンバ内にロードされるとき、密閉ドアのような内部密閉手段が開かれる。次に、そのドアが開かれると、ウエハは開口部を通して挿入され、ドアは再び閉鎖される。そのとき、ウエハを内包するロードロック用チャンバは、処理中の真空用チャンバ内の環境と適合する環境を内包する為に真空引きされ、その後、内部密閉用プレートは開口部から離れて移動され、ウエハを処理の為にメイン真空用チャンバ内で露出する。スループットを高めるため、幾つかのシステムは、２つのロードロック用チャンバを使用するので、ウエハの処理は、単一ロードロック用チャンバを開放、空にすること、再ロード、再平衡化に起因した遅れにより中断されることなく連続することができる。
【０００４】
高められた真空分離に拘わらず、従来技術のシステムは、通常、高度な真空処理の為に商業的に許容可能なスループットを提供する困難性を有する。現在、通常のロードロック用チャンバは、単一ウエハを分離する為に摺動バルブや回転バルブを使用する。このようなロードロックは、処理された各ウエハの為に真空引きサイクルを必要とし、その為、スループットを抑制する。さらに、ロードロックは、通常、インライン装置であり、よって、ウエハがロードロックを通って直線に通過する。これは、実質的にウエハ処理機の全幅の一因となる。さらに、従来の設計において、真空密閉を通して運動を伝達する為に使用される機械的フィードスルーは、ロードロックを同時に作動し、内部のウエハカセットを割出す作業にとって、十分ではなかった。
【０００５】
そのため、従来技術は高いスループット様式で基板を処理し、同時に、処理中の粒子汚染を最小限にする効果的システム／手段が不足する点で、不完全である。特に、従来技術は、一体で構成されたダブル二重スロットロードロックを備える高度に自動化された基板処理システムが不足する点で不完全である。本発明は、当該技術において、この長年にわたる要求と要望を充足するものである。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の一態様は、基板処理システムであって、カセットロード用ステーションと；ロードロック用チャンバと；中央に置かれた移送用チャンバと；前記移送用チャンバの周囲の周りに置かれた一以上の処理用チャンバと；を備える。このシステムにおいて、ロードロック用チャンバは、同じ場所で構成された２つの二重スロット式ロードロックを備える。
【０００７】
本発明の他の態様は、ここで開示された半導体製造の為のシステムで基板を処理する為の方法である。この方法は、以下のステップを含む：最１に、基板をカセットロード用ステーションから移送用チャンバにロードロック用チャンバを通して移動させるステップと、第２に、移送用チャンバから処理用チャンバに基板を移送するステップと、第３に、処理用チャンバで基板を処理するステップと、最後に、処理済み基板を処理用チャンバから同一のカセットロード用ステーションに同一のロードロック用チャンバを通してアンロードするステップとを備える。この方法において、１つのロードロックは真空状態にあり、他のロードロックは同時に大気圧／ベンティング状態にある。
【０００８】
本発明の他の更なる態様、特徴、利点は、開示目的で与えられた本発明の実施形態の、以下の説明から明らかであろう。
【０００９】
【発明の説明】
ここで提供されているのは、半導体ウエハ処理システムであり、カセットロード用ステーション１０１，ロードロック用チャンバ１０２，中央移送用チャンバ１０３，１以上の処理用チャンバ１０４，加熱用チャンバ１０５，コントロールタワー及びガスチャンバ１０６（図１）を備える。
【００１０】
ロードロック用チャンバ１０２は、移送用チャンバ１０３と外部との間でウエハを移送する為に備えられ、移送用チャンバ１０３は少なくとも通常は真空であり、外部は通常、大気圧のクリーンルームである。中央移送用チャンバ１０３は、ウエハをロードロック用チャンバ１０２と処理用チャンバ１０４／加熱用チャンバ１０５との間で移送する為に内部に置かれた真空移送用ロボットが備えられ、これらは、移送用チャンバ１０３の周囲の付近に置かれている。図２は、基板移送用リンク１０７の概観である。
【００１１】
特に、ロードロック用チャンバ１０２は、単体に（例えば、一つのチャンバ内の一カ所で）構成されたダブル二重スロット式ロードロックを備える。各ロードロックは、二重スロット式ロードロック（ＤＳＬ）機能；カセットロード用ステーション１０１（大気圧側）から前処理済み基板をロードする為の上部スロット；カセットロード用ステーション１０１（大気圧側）に処理済み基板をアンロードする為の下部スロットを有する。大抵の場合、基板はウエハまたはガラス基板である。
【００１２】
基板は、真空用ロボットと大気圧用ロボットの両方でロード／アンロードされる。中央移送用チャンバ１０３内の真空用ロボットは、基板を、いろいろな連結された処理用チャンバ１０４または加熱用チャンバ１０５内のスリットバルブを通過させ、チャンバ内の処理が終了した後、これらを取り出す。個別の処理用チャンバ１０４の間と、移送用チャンバ１０３とロードロック用チャンバ１０２の間のアクセスは、フリップドア型スリットバルブを介しており、これらのスリットバルブは、選択的に処理用チャンバ１０４又は加熱用チャンバ１０５を（移送用チャンバ１０３内の）ロボットから又はロードロック用チャンバ１０２からのロボットから隔離する。しかし、大気圧側のロードロック用チャンバは、フリップドア型スリットバルブ以外のものを有してもよい。他のドアも同様に、ロードロック用チャンバ内の真空状態をチャンバ外の大気圧状態から分離する為に使用可能である。
【００１３】
図３は、ダブル二重スロット式ロードロック及び移送用チャンバの構成を示すシステムの側面図である。フリップ型バルブは、大気圧側から閉じられ、ロードロックの真空状態を小さなトルクアクチュエータで維持することを可能にしている。バルブは、粒子の被ばくを減少する為に常に基板移送面の下方で作動され、基板のロード／アンロード前に開かれる。
【００１４】
このシステム構成は、一以上のチャンバ内での処理を許容すると同時に、ウエハは他の処理用チャンバ又はロードロック用チャンバでロード又はアンロードされ、移送用チャンバを介して一つの処理用チャンバから他へとウエハの移送を許容する。異なる処理用チャンバで異なる基板上で、異なる処理が同時に実行可能である。ロードロックから投与される各ウエハは、同一処理ステップを通じてステップを踏まれて、同一タイプのウエハが生産されてもよい。また、同一ロードロックから異なるウエハが、異なるステップ及び／又は処理時間を伴う別の「レシピ」を受ける為にプログラムされ、異なるタイプのウエハが生産されてもよい。
【００１５】
特に、真空用ロボットは、上下動運動ではＺドライブで作動される。Ｚドライブシャフトは、窒素パージ及び真空を同時に備えたチャンバ内に構成された真空シールである。
【００１６】
上記に開示されたシステムは、半導体製造用の基板を処理する為に使用可能である。より詳細には、前処理済み基板は、カセットロード用ステーション（図４，図５）から一つのロードロック内の上部スロット内にロードされる。上部スロットは、選択的に、基板を加熱する為に加熱用プレートを有する。加熱用プレートは、静止プレートか可動プレートのいずれか一方である。それは、Ｚドライブにより基板に近づき、熱効率を高めることができる。真空引きの間、加熱温度は、４００℃まで上昇可能である。加熱された基板は、その後、他のロードロックから移送用チャンバに、更に、処理の為に処理用チャンバへと、又は、予熱かアニーリングの為に加熱用チャンバへとアンロードされる。
【００１７】
チャンバ内の処理が完了すると、その後、処理用基板は一つのロードロック内の下部スロットからカセットロード用ステーションにアンロードされる（図６）。下部スロットは、処理済み基板を冷却する為に冷却用プレートを有する。冷却用プレートは、静止プレートか可動プレートのどちらかであり、Ｚドライブにより基板に近づき、冷却効率を高めることができる。また、冷却の為に、小量のヘリウムガス（Ｈｅ）が窒素ガス（Ｎ２）と共に供給可能である。フィルタ付きディフューザＮ２ベントが、ロードロック内で粒子発生を防止する為に使用される（図７）。ベンティング中、温度は３５０℃から８０℃に冷却可能である。ロードロックが作動されると、それぞれのロードロックは、基板を別々にロード及びアンロードする。通常、一つのロードロックがベントすると、他方のロードロックは真空引きを行うが、真空用ポンプは２つのロードロックで共有可能である。
【００１８】
本願で開示されたダブル二重スロット式ロードロック（ＤＤＳＬ）システムは、伝統的なＤＳＬシステム（ＡＫＴ５５００またはＡＫＴストレッチ（図８Ａ−図８Ｃ））と組み合わされて幾つかの利点を与える。最初に、２つの二重スロット式ロードロックを単体にて（１カ所で）構成することにより、システムのコストパフォーマンスを高めること、すなわち、システムのフートプリントを最小限にし、ロードロック・ポンピング／ベンティング動作により制限されるシステム・スループットを高めることができる。（４つの処理チャンバを備えた）伝統的な単一の二重スロット式ロードロックに対する、ロードロック動作により決定されるシステムの最大スループットは、１時間当たり約３０枚の基板である。対照的に、本願で開示されたダブル二重スロット式ロードロックの一実施形態に対する、システムの最大スループットは、１時間当たり約６０枚の基板である。例えば、単層の安定した（パッシベーション）処理は、伝統的な一つのＤＳＬシステムに対して、１時間当たり約２６枚の基板というスループットを有するが、本願で開示するダブル二重スロット式ロードロックシステムに対して、パッシベーション処理は１時間当たり約５０枚の基板というスループットを有する。ロードロック動作によりスループットは制限されるが、３つの処理用チャンバを備えた伝統的な単一ＤＳＬシステムは、４つの処理用チャンバを備えたものと同一のスループットを有する。活性層処理に対し、（４つの処理用チャンバを備えた）伝統的な単一ＤＳＬシステムは、１時間当たり約１８枚の基板というスループットを有し、本願で開示されたダブル二重スロット式ロードロックシステムの一実施形態と同一である。この場合、システムスループットは、単一及びダブルＤＳＬシステムの両方と同一であり、したがって、システムは２つの二重スロット式ロードロックの一つを使用できる。大抵の顧客は、生産状況に基づき処理を切り替えることができるシステムを好むので、システムは急速な処理を扱うように構成されていなければならない。例えば、当該システムは、短い処理時間を持ち、処理データに基づき処理時間を変更するように構成可能である。
【００１９】
ここで開示されたダブル二重スロット式ロードロックシステムを使用する他の利点は、そのコンパクトな大きさである。ダブル二重スロット式ロードロックシステムは、２つのＤＳＬシステムより狭い大気圧用カセットロード用ステーションが必要である。地上輸送の為には、寸法が約３．０ｍという装置の大きさ限定がある。ダブル二重スロット式ロードロックシステムの一実施形態において、移送用チャンバは、七角形の形状で設計され、最大の処理用チャンバ量は５である。同一サイズの要件を満足する為には、２つのＤＳＬシステムに対する最大の処理用チャンバ量は、３であろう。
【００２０】
そのため、基板処理用システムが本願で提供されているが、これは、カセットロード用ステーション、ロードロック用チャンバ、移送用チャンバ、１以上の処理用チャンバを備える。移送用チャンバは、中央に置かれ、複数の処理用チャンバが移送用チャンバの周囲付近に置かれている。ロードロック用チャンバは、一カ所に構成された２つの二重スロット式ロードロックを備える。
【００２１】
特に、各々の二重スロット式ロードロックは、異なるスロットに置かれた冷却用プレートと加熱用プレートとを有する。加熱用プレートは、静止プレート又は、Ｚドライブで作動される可動プレートであるが、ポンピング中、４００℃までの温度に加熱することができる。同様に、冷却用プレートは、静止プレート又は、Ｚドライブで作動される可動プレートであるが、ベンティング中、約３５０℃から約８０℃まで温度を冷却することができる。より詳細には、冷却は水により達成されるか、ヘリウムで混合された窒素ガスを使用してベンティングにより達成される。
【００２２】
本願で説明された基板処理システムは、更に、真空用ロボットを備えてもよいが、真空用ロボットは、基板を移送する為に移送用チャンバ内に置かれる。真空用ロボットは、Ｚドライブで作動される。また、システムは、更に、カセットロード用ステーションとロードロック用チャンバとの間に置かれたフリップ型ドアを備えてもよい。フリップ型スリットバルブも同様に、ロードロック用チャンバと移送用チャンバとの間に構成されてもよい。このようなスリットバルブは、大気圧側から閉じられ、常時、基板移送面の下方で作動され、粒子被ばくを減少する。また更に、基板処理システムは、さらに、フィルタディフューザを備えてもよいが、フィルタディフューザは、両方の二重スロット式ロードロック内に置かれ、粒子発生を防止する。
【００２３】
さらに提供される基板処理方法は、半導体製造の為に上述したシステムを使用する。この方法は、基板をカセットロード用ステーションから移送用チャンバへとロードロック用チャンバを通して移動させるステップと；基板を移送用チャンバから処理用チャンバへと移送するステップと；基板を処理用チャンバ内で処理するステップと；処理済み基板を処理用チャンバからカセットロード用ステーションへとロードロック用チャンバを通してアンロードするステップと；を備える。この方法において、一方の二重スロット式ロードロックは、前処理済み基板をロードロック用チャンバから移送用チャンバにアンロードする為に真空状態にあるが、同時に、他方の二重スロット式ロードロックは、処理済み基板をロードロック用チャンバからカセットロード用ステーションにアンロードする為に大気圧状態にある。
【００２４】
さらに、前処理済み基板は、移送用チャンバにロードする前に約４００℃まで加熱される。加熱された基板は、その後、Ｚドライブにより駆動される真空用ロボットにより移送用チャンバに移送される。処理後、処理済み基板は、カセットロード用ステーションにロードする前に、約３５０℃から約８０℃まで冷却される。冷却効率を高める為に、小量のヘリウムガスは窒素ガスと共に供給される。代替え的に、冷却は水により達成可能である。
【００２５】
この方法において、一方のロードロックは真空状態にあり、同時に、他方のロードロックは大気圧／ベンティング状態にある。一つの真空ポンプが、２つのロードロック間で共有される。さらに、フィルタディフューザは、両方のロードロック上に置かれ、粒子発生を防止する。高められたベント速度は、更に粒子発生を防止する為にも使用し得る。
【００２６】
本願で開示されたシステム／方法は、改善されたウエハサポート及び移送手段を提供し、個々のウエハをロードロックの内外に、処理チャンバを通して、自動的かつ反復的に移動させ、同時に、ウエハの損傷や汚染を最小限にする。さらに、同一チャンバに構成された２つの二重スロット式ロードロックを使用することにより、システムのコストパフォーマンスが高められる（すなわち、システムのフートプリントを最小限にし、かつ、ロードロックポンピング／ベンティング動作により制限されるシステムスループットが高められる）。
【００２７】
この明細書で言及された特許および公報は、本発明が属する技術の通常の知識を有する者のレベルの指標である。これらの特許及び公報は、参考の為に個別かつ具体的に表示される場合、同程度に参考の為に本願に組み入れられる。
【００２８】
本発明は、目的を実行する為に更に言及された利点や結果と本来の利点や結果を得る為に、良好に適合されることを当業者は容易に認識するであろう。本発明の精神又は範囲から逸脱することなく本発明を実施する際、いろいろな変形や変更が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。ここで、請求の範囲により規定された本発明の精神に包含される変更や他の用途は、当業者に想起されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、ここで開示されたシステム、すなわち、ＡＧＶ／ＭＧＶインターフェースと大気圧カセットロード（ＡＣＬＳ）を持つＡＫＴ Ｇｅｎ４の概観である。
【図２】
図２は、基板移送用リンク１０７を備えたシステムＡＫＴ Ｇｅｎ４の概観である。
【図３】
図３は、システムＡＫＴ Ｇｅｎ４内のダブル二重スロット式ロードロックと移送用チャンバの構成の側面図である。
【図４】
図４は、ダブル二重スロット式ロードロックを用いて前処理済み基板のローディングとアンローディングを例示する概略図であり、基板はＡＣＬＳから上部のロードロックにロードされ、その後、下部のロードロックを通して移送用チャンバにアンロードされる。
【図５】
図５は、ダブル二重スロット式ロードロックを用いて前処理済み基板のローディングとアンローディングを例示する概略図であり、基板はＡＣＬＳから下部のロードロックにロードされ、その後、上部のロードロックを通して移送用チャンバにアンロードされる。
【図６】
図６は、ダブル二重スロット式ロードロックを用いて処理済み基板のローディングとアンローディングを例示する概略図であり、基板は移送用チャンバから下部のロードロックにロードされ、その後、上部のロードロックを通してＡＣＬＳにアンロードされる。
【図７】
図７は、ダブル二重スロット式ロードロック内で生じるポンピング及びベンティング処理を例示する概略図である。特に、フィルタ付きディフューザＮ２ベントは、ベンティングの時に処理済み基板を冷却する為に使用される。
【図８】
図８Ａ−図８Ｃは、ＡＫＴ５５００（従来システム）（分図Ａ）、ＡＫＴストレッチ（分図Ｂ）、ＡＫＴ Ｇｅｎ４（分図Ｃ）間におけるシステムの大きさの比較を示す。ＡＫＴストレッチは、ＡＫＴ５５００の１３３％ストレッチで、ＡＫＴＧｎｅ４への伝統的アプローチである。ＡＫＴ５５００とＡＫＴストレッチの両方とも、２つの二重スロット式ロードロックを持ち、これらは、２カ所で構成されているが、ＡＫＴＧｅｎ４は、一つの二重スロット式ロードロックを持つ。
【符号の説明】
１０１…カセットロード用ステーション，１０２…ロードロック用チャンバ，１０３…中央移送用チャンバ，１０４…１以上の処理用チャンバ，１０５…加熱用チャンバ，１０６…制御用タワーとガス用チャンバ。

Claims (24)

  1. 基板処理システムであって、
    カセットロード用ステーションと；
    同一場所に構成されたダブル二重スロット式ロードロックを備えるロードロックチャンバと；
    中央に置かれた移送用チャンバと；
    前記移送用チャンバの周囲の近くに置かれた一以上の処理用チャンバと；
    を備える、前記基板処理システム。
  2. 前記基板は、ウエハまたはガラス基板である、請求項１記載の基板処理システム。
  3. 前記二重スロット式ロードロックは、加熱用プレートと冷却用プレートとを有し、前記加熱用プレートと前記冷却用プレートは、異なるスロットの内部に置かれている、請求項１記載の基板処理システム。
  4. 前記加熱用プレートは、静止プレートまたは可動プレートである、請求項３記載の基板処理システム。
  5. 可動する加熱用プレートは、Ｚ−ドライブで作動される、請求項４記載の基板処理システム。
  6. 前記加熱用プレートは、約４００℃の温度まで加熱される、請求項３記載の基板処理システム。
  7. 前記冷却用プレートは、静止プレートまたは可動プレートである、請求項３記載の基板処理システム。
  8. 可動する冷却用プレートは、Ｚ−ドライブで作動される、請求項７記載の基板処理システム。
  9. 前記冷却用プレートは、温度を約３５０℃から約８０℃まで冷却する、請求項３記載の基板処理システム。
  10. 前記冷却は、水または窒素ガスで行われる、請求項９記載の基板処理システム。
  11. 前記窒素ガスは、ヘリウムで混合される、請求項１０記載の基板処理システム。
  12. 真空用ロボットであって、前記移送用チャンバ内に置かれ、基板を前記ロードロック用チャンバと前記移送用チャンバとの間でロード／アンロードする、前記真空用ロボットを更に備える、請求項１記載の基板処理システム。
  13. 前記真空用ロボットは、Ｚ−ドライブで作動される、請求項１２記載の基板処理システム。
  14. カセットロード用ステーションとロードロック用チャンバとの間に置かれたフリップ型ドアを更に備える、請求項１記載の基板処理システム。
  15. ロードロック用チャンバと移送用チャンバとの間に置かれたフリップ型スリットバルブを更に備える、請求項１記載の基板処理システム。
  16. 前記バルブは、大気圧側から閉じられ、基板移送面の下方で作動される、請求項１５記載の基板処理システム。
  17. ダブル二重スロット式ロードロック内に置かれ、前記ロードロック内の粒子発生を防止する、フィルタディフューザを更に備える、請求項１記載の基板処理システム。
  18. 請求項１記載のシステムで基板を処理する方法であって：
    前処理済みの基板をカセットロード用ステーションから上記移送用チャンバにロードロック用チャンバを通して移動させるステップと；
    前記基板を前記移送用チャンバから上記処理用チャンバに移送するステップと；
    前記基板を前記処理用チャンバで処理するステップと；
    処理済み基板を前記処理用チャンバから前記カセットロード用ステーションに前記ロードロック用チャンバを通してアンロードするステップであって、前記ロードロック用チャンバ内の第１の二重スロット式ロードロックは、前処理済み基板を前記ロードロック用チャンバから前記移送用チャンバにアンロードする為に真空状態にあり、同時に、前記ロードロック用チャンバ内の第２の二重スロット式ロードロックは、処理済み基板を前記ロードロック用チャンバから前記カセットロード用ステーションにアンロードする為に大気圧状態にある、前記ステップと；
    を備える、前記方法。
  19. 前記基板は、ウエハまたはガラス基板である、請求項１８記載の方法。
  20. 移動させるステップは、前記第１の二重スロット式ロードロック内で前記前処理済み基板を約４００℃までの温度に加熱するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
  21. 移送するステップは、Ｚ−ドライブで駆動される真空用ロボットにより実行される、請求項１８記載の方法。
  22. アンロードするステップは、前記第２の二重スロット式ロードロック内で前記処理済み基板を約３５０℃から約８０℃に冷却するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
  23. 前記冷却は、窒素ガスと混合された小量のヘリウムガスを使ってベンティングを通じて行われる、請求項２２記載の方法。
  24. 前記冷却は、水で行われる、請求項２２記載の方法。
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