JP2008520837A - ウエハファブ - Google Patents

Abstract

ウエハ製造方法および製造システムが述べられており、本システムの占める床面積は実質的に複数のプロセスチャンバに近いサイズ内である。一連のウエハは、システムを通して水平方向に移動し、プロセスチャンバのグループ内で同時に処理がなされる。半導体ウエハ製造に採用される種々の製造プロセスが、本システムのプロセスチャンバとして含まれる。

Description

本発明は、ウエハ製造に関し、特にウエハ製造のための汎用的製造器具におけるモジュラーシステムに関する。

ウエハはいままでバッチ式で処理されていた。例えばカセット中の１バッチのウエハは処理ステップに置かれ、ウエハは装置(equipment)から外され、装置(equipment)は次のバッチのために再利用される。再利用するには、プロセスチャンバは一旦開けられ大気にさらされるので、係るシステムによって次のバッチが回されるすなわち処理される前に、ポンプダウン(pump down)が必要となるため、遅延をもたらし負担がかかることになる。そうしてバッチは次の処理ステップを介して運ばれる。バッチシステムは、その後、枚葉式処理ユニットへと発展した。これらの発展の経緯は、バッチモードでなく枚葉式のスパッタコーティングシステムをも記述している米国特許第4,756,815に記載されている。本質的に枚葉式での作業から得られる有用性は、バッチプロセスから枚葉式プロセスに変えることを経済的に健全なものとした。中央ウエハハンドリングシステムの回りにプロセスチャンバを群らがるように配置し、ウエハを中央部から一つの処理チャンバへ搬送し、それから中央部へ戻し、中央部では次の処理のための中央部の回りに群がって配置されている別のチャンバにウエハを運ぶようにすることが今日では典型的である。これらの器具は付加的なプロセスを含むこともできる。例えば米国特許第4,756,815に記載されている器具は、スパッタリングに加えて加熱・冷却処理ステップを含んでいる。しかしながら、このようなプロセスの組合せは、装置で行われるスパッタリングプロセスに加熱および／または冷却ステップが付加されている点において、装置(equipment)のメインプロセスすなわちキイプロセスと相関連する傾向にある。他の専用ユニットの例が米国特許第5,186,718および第5,855,681に記載されている。今日、一般的に産業上利用されているこれらの器具は、単一の機能ユニットの傾向にあるので、すなわち、これらの器具はスパッタリングまたはＰＶＤを行うか、または化学的蒸気蒸着(ＣＶＤ)またはエッチングまたはイオン注入等を行うので、製造者は最終的な半導体装置を製造するために使用される各プロセスステップのための個々の器具を購入することを強いられている。装置から装置へのウエハの搬送およびその他のウエハのハンドリングを考慮するために、極度に清浄なクリーンルームの必要性が増した。そして、多数の機械や器具によって占められる大きな床占有面積に加えて、クリーンルーム内で行われるこの操作が、高価で特別な設備の必要性をさらに増大させ、またウエハ製造エリアでの製造の費用をさらに増大させた。半導体製造装置の先導的製造者であるアプライドマテリアル社は、一例として、１０種以上の異なる機械をウェブサイトの「製品概欄」に載せている。各機械は、異なるプロセスを行う各ユニットとともに製造ラインで使用することを意図している。さらにこれらのユニットは一ユニットにつき数百万ドル以上の費用がかかる。もちろん、同様に製造ラインで使用されるウエハ処理のための異なるプロセス用の他のユニットを提供している半導体製造装置の製造業者がいる。今日、新しい製造ラインを立ち上げるにはいかなる事業であっても多大な投資である２０億ドル以上の費用がかかる。

一般的に、今日使用されている枚葉式処理システムは、中央ウエハハンドリングシステムの回りに群がって配置したプロセスチャンバを基本としている。上述したように、このようなシステムは製造フロアの、特にクリーンルーム内のスペース利用において非効率的である。またウエハを処理するという目的達成の面からは非効率的である、これらのユニットにおいてウエハハンドリングサブシステムは、プロセスサブシステムとは対照的に、床面積およびシステム全体の５０％以上を占めるからである。さらに、装置のハンドリング部において、ウエハは通常ロボットを使用して処理され、ロボットはシステムの正味のスループットを下げる。またウエハがあるチャンバから他のチャンバに移るというシークエンス性も生産率の観点からは本来的には理想的ではない。またプロセスステーションを加えるのにも制限がある。ある点ではこれは中央部とその他の部分にある出口の数に原因があり、この中央部分の回りの物理的スペースの制限に起因するかもしれない。連携チャンバがお互いに独立して稼働する傾向にあるという事実がポンプ、質量流量コントローラまたは発電機などの補助的構成要素の共有を困難にしている。またチャンバがすべて中央コンパートメントと連結しているので、単一の器具に集約できるプロセスの数に制限を必要とするほどクロスコンタミネーションという危険性がある。

ここに記述される本発明は、これらの問題点に対処するものである。ウエハ移動サブシステムに必要なスペースを減らし、プロセスサブシステムによって占められるフロアスペースを超えて物理的フロアスペースすなわち機器の床占有面積を占めることはない。基本的にウエハハンドリングメカニズムは、プロセスステーションによって一般的に占有されるスペース内にある。本システムは多数のチャンバを有し、以下により詳細に述べられるようにシリーズおよびパラレル式でウエハはチャンバからチャンバへと移動する。ウエハのロードロックへのエントリのような初期の時点において、ウエハはサポートチャックと組み合わさってウエハはチャックに載せられてシステム内を移動してロードロックに戻る。これはコストを下げ、薄い基板のプロセス中に基板の破損を防止するという効果を有している。

チャンバ間のウエハの移動は、ウエハがプロセスチャンバから隣接したプロセスチャンバへ移動するという意味でシリーズ式で、また、すべてのウエハをチャンバからチャンバへと一度に移動させることによって、チャンバの列にあるすべてのウエハが同時に移動するという点からパラレル式で行われ、それ以外にはチャンバ間のウエハの移動は起こらない。また、チャンバ内での処理時間は各チャンバで同一である。さらに、装置を同一のプロセス用に、または複数のプロセス用に、または完全に操作プロセスを分離する隔離チャンバ用に構成することもできる。また複数のチャンバ間で、ポンプやガス供給具などのような補助的装置を共有するという利益を得ることも可能であり、これらのユニットは多数のチャンバ内で同時にまたは別々に使用することができる。また電源やガスコントローラをプロセスチャンバ間で共有するようにシステムを構成することも可能である。このようにして、器具は、一例として、スパッタリングまたはＰＶＤのみ、またはＣＶＤのみ、エッチングのみ、メタライゼーションのみ、イオン注入のみ等のその他のプロセスを行うことができ、またはこれらのプロセスを同一のシステムで同一のフレームで同時に行うことができる。これらのプロセスは独立したサポートを有することもでき、共有型の配置に基づくサポートを有することもできる。器具は単一のプロセス用の多数のチャンバを有することができ、チャンバはお互い順に続くこともでき、またはチャンバ間に他の操作のスペースを設けてもよい。

本発明ではすべてウエハまたはプロセスチャンバを汚染させることなく行うことができる。一枚のウエハがチャンバを離れ別のウエハがチャンバに入り込むときに作動するチャンバ間のバルブを使用して、チャンバを個々に分離することもできる。またウエハを連続したチャンバを通して供給し、装置用の中央コントロールシステムにおける圧力を調節することによりシステムにおけるプロセス間のポンプダウンがより少ない状態で次のチャンバ内でより低い真空状態を達成することも可能である。チャンバには実質的に制限なく付加的なプロセスを付け加えることもできる。拡張の限界は器具の全体の長さになりがちである。ある観点では基本的に第２の器具を考慮することが望ましい。

本発明の記述は、処理用のウエハを使った種々のプロセスによる動作に重点をおいているが、他の薄い基板層の中で、ダイシングされたウエハ、テープ上のダイシングされたウエハ、テープ上の全ウエハ、光学ディスク、フラットパネル、ソーラーセルなどの他の基板についても適用することができる。したがって、ウエハという用語で記載されているが、これらの他のいかなる基板も本発明にかかるプロセスで使用されるウエハと置き換えることができると理解されるべきである。

図１について説明すると、本発明の一実施例として２０ステーションシステムの例が示されている。本図面にはある一定の数のステーションが示されているが、設備における必要性に応じてこれ以上またはこれ以下のステーションを有するシステムで本発明を実施することができると理解すべきである。また右側に比べて左側には異なるステーションが示されている（図ではそれぞれ後ろまたは前として表されている）。しかしながら、ステーションは図に示されているものと異なるものが選択されてもよく、ユニットはその目的に応じて機能する。本図において、１１は２０ステーションシステムを示す。システムのフロントエンド１２は、ロードロック１３が位置する場所である。反対側の端部には、トランスバースすなわちシャトルチャンバ１５、およびプロセスチャンバ、トランスポートシステム、システムのその他のメカニズム用の電源１６が設置されている。本図において現れているように、プロセスモジュール１７はフロントエンド１２から見て左側に沿って設置されている。本図に示されるように、数個のみ符号で記されているが、ここでも顧客の要求次第だが、一方の側のすべてが同一のプロセスモジュールであってもよい。もう一方の側には別のプロセスモジュール１８のセットが示されている。ここでも、図に現れているようにモジュールが示され、数個のみ符号１８で記されている。しかし、ここでも顧客の設備に対する要求にもよるが、それらは全て同一の型のモジュールからなり同一形式のプロセスに使用することができる、または、異なるプロセスステップ用の異なるモジュールからなっていてもよい。本図において示されているプロセスモジュールは、単に例証する目的のためのものである。実際、プロセスモジュール１７は、スパッタクリーニングまたはエッチングに使用されるモジュールの典型的な例である。モジュールで使用されるガスキャビネット１９は各スパッタ又はクリーニングプロセスチャンバ１７の上方に位置している。プロセスモジュール１８は、典型的なＰＶＤプロセスモジュールとして示されている。しかしながら、これらの外観の呈示は、一例として表したものであり単に例証する目的のためのものであり、各使用者の判断により他のプロセス用のモジュールがシステムに含まれてもよく、実際に含まれると理解されるべきである。システム中のモジュールは、使用者によってシステム中のプロセス配置を変えるためにときどき他のモジュールに交換されうる。

動作において、フロントエンド１２にあるロードロック１３においてウエハをシステム１１に供給する。本明細書の他の図においても同様である。この時点でウエハは大気圧状態から真空環境下に移行する。次にウエハはプロセスチャンバ１７に移動し、そこで洗浄、エッチングが行われ、必要に応じて他のプロセスに回される。ウエハは定常的にトランスファチャンバ１５に着くまでチャンバからチャンバへと移動し、トランスファチャンバ１５においてウエハは、一方の移動経路（左側）から新しい経路に沿って処理されるために、もう一方の移動経路（右側）へ移動する。システム１１へのエントリに続いて、このようにウエハは、ここでもシステムに関する本明細書による顧客の必要性によるが、例えばスパッタ蒸着サブシステムやプロセスサブシステムなどを含むことのできるプロセスチャンバ１７を通り移動する。ウエハは次にシャトルチャンバ１５に移動しシステムのもう一方の経路に沿って、例えばウエハに一例としてＰＶＤ、イオン注入またはＣＶＤ等のような蒸着プロセスを施すプロセスチャンバ１８を通って戻る。次にウエハは、ロードロック１３に入る前段階のプレロードロックチャンバ９に移動し、ロードロック１３からウエハは本システムの外に出る。電源サブシステム１６はシステム１１における各チャンバの操作に必要な電力を供給し、同様にウエハをシステムに移動しまたシステム中を移動するのに必要な電力を供給する。コントロールボックス１４（いくつかのみ本図において記されている）は、チャンバ内で行われるプロセスの種々のパラメータの制御、チャンバ内の真空条件、ウエハの移動等の制御を含む、隣接するチャンバ内での操作を行い、コントロールボックス１４はコンピュータコントロール２４に接続されコンピュータコントロール２４によって操作される。

図２について述べると、ウエハはフロントエンド１２（概して同一の符号を部材の特定に使用する）にロードされる。ウエハは、２９で示される位置に設置されたウエハカセットからシステム１１に置かれることができる。ウエハはシステム内に一枚ずつ供給される。未処理ウエハはフロントエンド１２に入りロードロック１３に移動し、続いてプロセスチャンバ１７を通って順次移動する。簡潔化のため、左側の全チャンバ（本図において上側のチャンバラインで示される）は同一のプロセス用の同じ型のチャンバとみなされ、それぞれチャンバ１７として特定される。ウエハはフロントエンド１２からチャンバ１７を通って移動しトラバースすなわちシャトルチャンバ１５に到達し、シャトルチャンバ１５でウエハはシステムの左側から右側（本図において下側のチャンバ列で示される）に移動する。ここでも説明を簡潔にするために、右側のチャンバ（図中下側）は全て１８で指示されている。しかし使用者が希望する場合には各チャンバは異なるプロセスを行うことができると理解すべきである。いずれにしても、左側（図２において上側の列で示される）に沿って移動した後ウエハはトランスバースすなわちシャトルトランスファーチャンバ１５を通過することによってシステム１１の右側（図２において下側の列で示される）のチャンバに移動する。ウエハは順次１８で指示されるチャンバを通過しプレロードロックチャンバ９に戻り、プレロードロックチャンバ９でウエハはロードロック１３に移動するまで留まる。この移動は、ウエハがロードロック１３から移動しシステムの左側のチャンバすなわち１７で指示されるチャンバ内に移動することによって本システムに移動する場合に起こる。その時点ではロードロック内は空であり、ウエハはプレロードロックチャンバ９からロードロック１３に移動し、真空から大気圧に戻りながらフロントエンド１２にて装置の外に出る。このとき未処理の新ウエハはロードロック１３に入りプロセスチャンバに移動する。チャンバ１７とチャンバ１８の経路は、本システムの床占有面積がチャンバそのものの床占有面積より実質的に大きくならないように並んでいる。プロセスチャンバ、シャトルチャンバおよびロードロックの床占有面積内で行われる一般的なウエハの移動は、以下に記載される。本図においてここではウエハのサイクルにおけるウエハの移動方向を示すために何カ所か矢印が記されている。

図３は、４ステーションシステムの概略図を示す。ある使用者は、ある理由からまたは他の理由からウエハを限られた処理だけ取扱うシステムを欲するかもしれない、そのような場合、本図はサイズが小さめなシステムの動作を理解するのに有益である。しかしながら重要なことに、より大きなシステムをより完全に理解することもでき、より大きなユニットを議論する場合に関わってくる複雑さよりもより複雑でなく理解することができるように、本システムはまた大きめのシステムのトランスポート経路と同様に実質的に鍵となる構成要素の全てを示している。図３において、フロントエンドは１２として特定される。２０はエッチングプロセスチャンバを示し、２１はスパッタ洗浄プロセスチャンバを示している。２２はＰＶＤチャンバを示し、２３は排気ガスポートを構成する。ガス流入ポートは排気ガスポート２３に隣接して設けてもよい。これらのポートは独立して各ガスボックス２５に接続されている。１３はロードロックを示し、１５はシャトルすなわちトランスバースチャンバを示す。２７は真空ポンプを示す。本ポンプはロードロック１３を真空にするのに使用される。プロセッサ電源１６は、トランスファシャトル１５の下方のシステムの後ろ側に示され、コンピュータが２４で示される仕切室に収納されている。

図４Ａ−Ｊ（Ａ−Ｊ群から“Ｉ”は除く）は、ウエハのシステムにおける段階的移動を示す。これらの図において、ウエハのグループは同時に移動するが全てのウエハが同時に移動するわけではないと理解されるべきである。このことはこれらの図面に関する記述に沿って後述される。

図４Ａにおいて、４ステーションシステムが示されており、このシステムでは、ウエハはロードロック１３、プロセスチャンバ２６およびプロセスチャンバ２７、２８、３０にある。本図においてもフロントエンド１２が記されている。システムにウエハを供給する構造は、本技術分野においてＦＯＵＰとして知られている。フープ（ＦＯＵＰ）は、ウエハがプロセスオペレーションに入る前の待機中に収納され清浄に保たれる封入容器からなる「front opening unified part」を表す。このユニットは、本例の場合のように、ウエハをプロセスシステムに置き、処理後ウエハが一時保管されるシステムからウエハを取り出す供給メカニズムを含んでいてもよい。ウエハカセット２９はウエハを水平位置に置いて、フロントエンド構造すなわちフープ（ＦＯＵＰ）３１に設置されている。ウエハは、ブレード３２によって一枚ずつカセットから搬送される。ブレード３２は、カセット内でウエハを持ち上げ、ロードロック室１３に運ぶ。

図４Ａは、一サイクルの初めを表している。ロードロック１３にあるウエハは本システムに入り込むプロセスにある。ロードロック１３でシステムは真空状態にある。チャンバ２６内のウエハは処理を施されている。一例として、チャンバ２６内のウエハはエッチングされている。チャンバ２７内ではエッチングチャンバを通過したあとの他のウエハが例えばさらなる処理のために洗浄されている。チャンバ２８内のウエハは第一金属蒸着チャンバ内で金属がコーティングされており、チャンバ３０内のウエハには別の金属がコーティングされている。

図４Ｂにおいて、本システムにおける左側（本図中、上の列で示される）のウエハは、次にステージに移動するように示されている。より詳細に言うと、ロードロック１３にあるウエハはエッチングプロセスチャンバ２６に移動し、洗浄が行われるチャンバ２７内のウエハはトランスファシャトル１５に移動するところが表されている。２枚の未処理のウエハ３５、３６は本システムに搬入するために待機しているところが示されている。ウエハは通常フープ（ＦＯＵＰ）またはこれと同等な供給装置を使用してシステムに入るため、これらのウエハは図示する目的のためのみでかかる位置に示されている。チャンバ３０および２８で処理中のウエハは静止した状態で示されている。図から明らかなように、トランスバースチャンバ１５内にはウエハが存在しない。したがって、左側チャンバ（本図中、上部に示される）と右側チャンバ（３０および２８）のウエハ移動のシステムはお互いに独立してセットすることができる。すなわち右側（下の列）におけるウエハは、左側（本図中、上の列）用にセットした時間の２倍の時間処理されることが可能であり、本システム中で処理されるウエハを次から次へと順次移動することもでき、使用者自身が選択または決定した完成品を得るために、使用者が希望する速度で移動させることも可能である。

図４Ｃにおいて、ロードロックチャンバにあったウエハが現在エッチングチャンバ２６に移動しているので、ロードロック１３が空の状態で示されている。一般的にウエハはサポート上をチャンバからまたチャンバを通って移動する。ウエハはロードロック１３内のサポート上にすなわちウエハキャリア上に設置される。サポートは一旦ウエハに付くとシステムを通ってウエハが移動する間ウエハとともに移動する。

エッチングチャンバ２６から移動していたウエハはチャンバ２７に移動し、ここで洗浄すなわち表面処理が施される。クリーニングチャンバから移動していたウエハは、次にトランスバーストランスファすなわちシャトルチャンバ１５に移動し、ここでウエハは一方側から他方側へと、ここではシステムの左側から右側へと移動する。ウエハがトランスファシャトル１５に入ったときにウエハサポートすなわちキャリアを変更することも可能である。例えばこのような変更は、システムを通してウエハが動くときサポートの事前の被汚染に基づくプロセスチャンバの汚染を避けるためになされる。しかしながら、通常ウエハを処理する間、汚染源をプロセスチャンバから外部に離隔しておくことによってこの汚染は避けられる。サポートシステムの要素を交換する主な原因は、かかる要素の寿命がきたときである。本図においてウエハはシャトルチャンバ１５においてシステムの左側から右側に移動しようとしている。

図４Ｄにおいて、チャンバ２６、２７内のウエハが処理されている。また空のキャリア３７が、ロードロックチャンバ１３からプレロードチャンバ９と呼ばれるチャンバへ移動しようとするところが示されている。一方、システムの左側にあるチャンバ、すなわちチャンバ２６、２７で処理されたウエハが、トランスバーストランスファすなわちシャトルチャンバ１５においてシステムの左側から右側に移動するところが示されている。図４Ｅにおいて、空のキャリア３７は、プレロードロックチャンバ３８に到達し、ウエハはトランスバーストランスファチャンバ１５においてシステムの右側に到達している。また同時にシステム右側（下の列）にあるプロセスチャンバ内のウエハ処理も完了している。

図４Ｆにおいて、システム右側（下の列）にあるウエハの動きを示している。より詳細には、第２のメタライゼーションチャンバ３０で最終処理され全プロセスチャンバを通過しようとしている処理済みのウエハが、プレロードロックチャンバ９に移動しようとしているところが示されている。トランスバーストランスファすなわちシャトルチャンバ１５において搬送されたウエハが第１メタライゼーションチャンバ２８に移動しようとしているところが示されており、第１メタライゼーションチャンバ２８にあったウエハは第２メタライゼーションチャンバ３０に移動しようとしているところが示されている。

図４Ｇにおいて、トランスバーストランスファすなわちシャトルチャンバ１５にあるサポートすなわちキャリア４０がシステムの左側に移動しようとしているところが示され、プレロードロックチャンバ９にある処理完了のウエハがロードロックチャンバ１３に移動しようとしているところが示されている（キャリア４０の説明図である図６および図９参照）。図４Ｈにおいて、キャリアとしてのサポートはトランスバーストランスファすなわちシャトルチャンバ１５においてシステムの左側（本図中、上部に示される）に到達し、完全に処理されたウエハはプレロードロックチャンバ９からロードロックチャンバ１３へ移動が完了している。

図４Ｊにおいて、処理が完了したウエハは、ロードロックチャンバ１３からフープ（ＦＯＵＰ）（図４に示される）にあるブレードに載り、ブレードで、処理済みのウエハは完成品としてフープ（ＦＯＵＰ）内のカセットに積まれ、カセットを満たすのに必要な他のウエハが処理され同カセットに供給される間、フープ（ＦＯＵＰ）には処理済みのウエハはとどまっている。そしてカセットはフロントエンド１２から外される。ウエハの処理が完了しカセットに戻ったのち、ウエハをカセットに戻したブレードは、他の未処理のウエハをカセットから持ち上げ、チャンバからチャンバへの経路上に置き処理を開始させ、完全に処理済みのウエハとしてカセットに戻すために、ウエハをシステムに供給するのに使用される。このようにして、図４Ａから説明をしてきた本サイクルは、各ウエハが本システムに入り込むように繰り返される。

図５はスパッタステーション２１の概略図である。スパッタステーションは、本発明のシステムにおいて処理中のウエハの表面に蒸着材料をスパッタリングするためのプロセスチャンバとして使用することができる。システムにおける特定のプロセスは使用者が意図する用途に依存するので、かかるステーションの説明を目的としてステーションを図示する。したがって本システムでは、ＰＶＤプロセスチャンバが含まれてもよく、また含まれなくてもよい。もし含まれる場合には、スパッタステーション２１のような外観とすることができる。本ステーションにおいて、スパッタチャンバ５２が表されている。トランスファチャンバ４７の基部には駆動機構５３があり、本駆動機構５３はローラ、ホイール、駆動モータまたは駆動キャリア４０（図６参照）と同等の機構を含む磁気駆動システムからなる。キャリア４０上には、ウエハが本チャンバに搬送され、さらに本チャンバから次のチャンバへ搬送される間、ウエハが載置される。４９で特定される開口部はキャリアのスパッタチャンバ２１への入口（または出口ともなりうる）となる。本図では、受け台４１から下方に延びるアームである受け台４１の支持用アームはトランスファチャンバ４７の下方に延びており、より明確には図８に示される。この台は、処理中にウエハを上方に持ち上げるのに使用され、これにより、頂部を横切るスパッタ源５１と底部を横切るウエハ４３（図８参照）との間のスパッタチャンバ５２を実質的に密閉する。本構成が、スパッタリング操作の間スパッタチャンバで必要とされる条件を満たしている。概してこのことは適切な真空を維持し、この技術分野で知られているようにスパッタリングを促進するためシードガスをチャンバ内へ供給することを意味する。

図６はスパッタプロセスチャンバ２１の部分的な切り取り内部図である。キャリア４０は、トランスファチャンバ４７において、ウエハを搬送してスパッタプロセスチャンバ２１へのウエハの搬出入を行い、トランスファチャンバ４７ではウエハはＰＶＤプロセスを経る。スパッタプロセスチャンバ２１へまた本チャンバ２１からウエハを搬送する。図示されるように、キャリア４０の中央部がシステムを通して搬送される間ウエハを支持する。図６に示されるような一つのステーションにおいて、受け台４１はキャリア４０からウエハ４３を持ち上げ、図８により全体が示されているように、分離リング４２にほぼ接触するまで運ぶ。取り外し可能なシールド４５はスパッタリングの行われるチャンバの側壁を覆っている。シールドはスパッタリングではじき飛ばされた物質によって被膜されるので、チャンバ壁の古い蒸着物質からチャンバ内で新しくスパッタリングされた層への汚染を避けるために、シールドは時々取り替えられる。スパッタ源５１（図５参照）がスパッタ台４６上に置かれ、それによってチャンバを囲んでいる。

図７には、ウエハ処理のためのプロセスチャンバ内においてウエハ４３を位置決めする工程で、ウエハ４３が分離リング４２（図６）にほぼ接触するように持ち上げられた位置で示されている。本プロセスチャンバは、スパッタチャンバからなっていてもよく、また、エッチングチャンバ、化学的蒸気蒸着(ＣＶＤ)チャンバまたは洗浄チャンバまたはシステムにおける他のチャンバからなっていてもよい。ウエハ４３の下に受け台４１とキャリア４０が存在する。通路すなわち開口部４９は、キャリアがトランスファチャンバ４７に入ったり出たりするのを可能にする。このモジュールは、本図では見えない対向部にも同様の開口部を有している。図８でより充分に述べられるように、スパッタチャンバを密閉するためにウエハを上方に押す位置まで、受け台４１を持ち上げる昇降機５５も本図において示されている。図８に関してより充分に述べられ示されるように、受け台４１は、中央開口部５４（図６に示される）を通過しウエハ４３をキャリア４０から持ち上げ、ウエハ４３をチャンバ内に位置させ、かつプロセスチャンバの分離リング４２に対して基部を押圧してシールする。

ここで述べられる特定したプロセスチャンバは、例示して説明する目的のためのみのものである。本技術分野において知られているような半導体ウエハの製造に有益ないかなる種類のプロセスも本発明のシステムにおいて使用することができると理解すべきである。

図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃにおいて、プロセスチャンバ内でのウエハ処理に関連するウエハの取り扱いのメカニズムが図示されている。図８Ａにおいて、システム操作が３プロセッサーセクションが図示されており、ここでシステムの操作は、ウエハ４３がキャリア４０上でチャンバトランスポート通路４９を通ってウエハ処理のための新しいプロセスチャンバ１８まで移動するという点にある。ウエハ４３それ自体は、サブキャリアすなわちチャック６０上に位置し、サブキャリアすなわちチャック６０は今度はキャリア４０上に位置している。このことは図８Ｃにおいてより明確である。好ましい態様の実施例におけるウエハは、かかるチャックまたはサブキャリアに付いてロードロックステーションすなわちロードロックチャンバでシステムに入る。ロードロックステーションすなわちロードロックチャンバにおいて、チャックは持ち上げられロボット搬送面でキャリアの上方の位置でウエハにくっ付けられる。全プロセスステップを通してチャックはウエハに付いたままで、ウエハがシステムから離れるときロードロックステーションでチャックがウエハから分かれる。またサブキャリア上のウエハはキャリア上でシステムを移動するといえる。キャリアとチャックの下方に位置する受け台５７はベローズ５８内に収容され、真空状態を維持し、処理のためプロセスチャンバにウエハを位置させるよう受け台が上昇するのを可能にしている。トランスファチャンバ１５は図示されているシステムにおいてプロセスチャンバの端部に示されている。

図８Ｂの左側にある２個のチャンバ内で必要な操作時間は、受け台５７がキャリア４０の開口部に入って開口部を通りプロセスチャンバ１８内の処理位置までウエハ４３を上げる時間である。キャリア４０は駆動機構５３上に置かれている。本実施例において駆動機構５３は、磁気的に連結されるホイールが採用されている磁気駆動システムが好ましいものとして示されている。本搬送システムは、同様に処理を施す基板をチャンバからチャンバへと搬送するのに使用されるロボット式のものと比べて、より廉価となる傾向がある。

チャンバ内での処理操作のためにどのようにチャンバが密閉されるかについての詳細は、図８Ｂに示される。図８Ａ及び図８Ｃにおいてウエハ４３は静電的チャック６０上に位置した状態が示されている。シール６１はチャック６０の縁に密着し、処理のためにウエハがチャンバ１８（図８Ｂ参照）まで持ち上げられるときチャンバエッジ６２がシール６１を押圧しシール６１に密着する。図８Ｂ中左側の２つのプロセスチャンバにおいて、チャック６０上のウエハ４３が持ち上げられた状態で示されている。図８Ｂ中３番目に示されるプロセスチャンバ１８において、受け台５７が下がった位置で示されベローズ５８は伸張し密閉されたエリアを維持している。図８Ｃは、静電的チャック６０上に置かれたウエハ４３を表し、静電的チャック６０はキャリア４０上にあり、シール６１も示している。キャリア４０の下方には、ウエハがシステム中を動くようにチャンバからチャンバへとキャリアを送るのに使用される駆動機構５３の一部が示されている。

図９はトランスバースすなわちシャトルチャンバ１５を示す。本チャンバにおいて、キャリア４０上のウエハは、一つのプロセスチャンバ列の位置から次のプロセスチャンバ列の位置へと移動する。チャンバ間に位置するバルブは、これらのチャンバ内のウエハをプロセスチャンバ列で進行するプロセスから分離するために設けることもできる。このことは、他の列でなされる場合と比較して一つの列でなされるプロセスの純度を保証している。キャリアが一つのチャンバから別のチャンバへ移動するとき、キャリアはスロット３６を通って移動する。本ユニットの基部には、キャリアを一つのチャンバから別のチャンバへ動かす駆動モータ５３が示されている。本ユニットの後部にあるシャトルの場合には、両チャンバは高真空状態にある。

システムの入口および出口には同じようなチャンバを使用することができる。その場合、左側のチャンバは、通常ロードロックであり、ウエハがシステムに入るときウエハが置かれるチャンバと、ウエハが真空状態に導かれるチャンバからなっている。
システムから出るときは、ロードロックはウエハが真空状態から大気へと移動するのに通過する最後のチャンバになる。シャトルの場合では、ウエハはチャンバ３０（例えば図４Ａ及び図４Ｂ参照）から図１中のチャンバ９のような待機チャンバすなわちプレロードロックチャンバへと移動し、次に待機チャンバからロードロックに移動し、ロードロックからウエハはシステム外に出る。ウエハは、ロードロックが空になるまで（ウエハがロードロック室からチャンバ２６へ移動後）待機チャンバすなわちプレロードロックチャンバにとどまり、ロードロックが空になったときウエハはロードロック内の位置まで移動し本システムから出る。

ここで述べられる本システムの独特な点は、半導体ウエハまたは他の基板が、装置のいずれの列においても同時に異なるステーションを移動する点である。さらに、ステーションは、ウエハが存在する間にステーションで施される処理が隣接するステーションと異なってもよい。なぜなら、ステーションは、ウエハまたは他の基板がチャンバからチャンバへまたはステーションへと移動するとき、チャンバ間にあって各チャンバを密閉するバルブシステムによってお互いに隔離されているからである。このようにして、第一のステーションではエッチングを行い、第二のステーションではイオン注入処理を行い、第三のステーションではＣＶＤを行うなど、最終製品を製作するためのプロセスでウエハまたは他の基板が必要とするあらゆる処理プロセスを行うことができる。ある例として、同一のプロセスを行う一連のチャンバからなることも可能である。これは、チャンバ内のドウェル時間(time of dwell)がウエハに施される全処理を行うために必要とされる時間より少ないような場合にあてはまる。例えば、チャンバ内のドウェル時間(time of dwell)を時間ｔとしたとき、エッチングを例としてエッチングには時間４ｔを要するのであれば、別のプロセスチャンバに移る前に、４個のチャンバで続けてエッチングを行うように工程管理を行うことができる。もし全エッチングを続けて行う必要がないときは、その間に他のチャンバを入れることができ、そのようにして結局エッチングがなされる４個のチャンバをウエハが通ることになる。各プロセスチャンバは真空下にあるので、各チャンバが次の操作のために準備されるとき、チャンバから次のチャンバへの基板の動きは、一般的にいずれのチャンバにおいても完全なポンプダウンを必要としない。

本構成で注目すべきことは、複数の処理が本システム内で行われるので、製造者は複数の異なる装置ユニットを必要としないという点である。単一の装置に異なるプロセスを有することによって、異なるプロセスステップ用の別の装置間を移動する必要がなくなる。また、全プロセスを処理できる単一のユニットで異なるプロセスが行われるので、処理が遅延するということがなくなる。その遅延は、ウエハがある装置のあるプロセス、例えばエッチングというプロセス下におかれ、次にウエハはかかる装置から別の装置、例えばスパッタシステムに移動する場合に起こる。ここでは、ウエハは第二のプロセスに回る前に、２時間以上になりがちな通常の処理遅延の一部として在庫としてそのままに置かれる。もし現在存在する工場で第３のプロセスを使用する場合には、さらなる装置、さらなるフロア面積、さらなるクリーンルームの必要性、およびユニット間のウエハ搬送の遅延が、製造プロセスにおける費用となることは明らかである。またプロセスとプロセスの間で大気圧下に置かれないということは基板にとって有益であり、この利益は本発明によれば得ることができるが、基板が装置の別のユニットの間を移動するような場合にはこの利益は得られない。現在行われている実務上の欠点は、本発明の上述されたシステムによって克服することができる。

本発明の典型的な実施例を示し述べてきたが、ここに添付する請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって半導体層の製造に通常使用されるように種々のプロセスが採用され、上述したシステムの操作やメカニズムにおいて種々の変更、変形がなされ得ると理解すべきである。

本発明をよりよく理解するために、図面も組み入れ図面とともに説明するが、ここで、
図１は、本発明にかかる２０ステーションシステムの概略図である。 図２は、システムのチャンバを示す図１における２０ステーションシステムの概略平面図である。 図３は、本発明にかかる４ステーションシステムを説明する概略図である。 図４Ａから４Ｊは、４ステーションシステムの動作を説明する概略図である。 図５は、スパッタステーションの概略図である。 図６は、スパッタチャンバの切り取り内部図である。 図７は、ウエハをプロセスステーション、例えばメタライゼーションチャンバに持ち上げる状態を説明する概略図である。 図８Ａ、Ｂ、Ｃは、ディスクハンドリングメカニズムを概略的に示している。 図９は、シャトルチャンバの概略図である。

Claims (46)

1. 基板が真空環境に入るロードロックチャンバと、
   プロセスシステムで処理される基板を支持するキャリアと、
   前記ロードロックに接続し前記ロードロックの横に配置されチャンバ内で基板に処理ステップを施す第１プロセスチャンバと、前記第１プロセスチャンバに接続し前記第１プロセスチャンバの横に配置されチャンバ内で基板に第２処理ステップを施す第２のプロセスチャンバとを少なくとも有する第１チャンバ列と、
   前記第１プロセスチャンバ列に隣接し前記第１プロセスチャンバ列の側部に位置しさらに基板を処理する複数のプロセスチャンバを有する少なくとも第２チャンバ列と、
   一つのプロセスチャンバ列に一端で接続し横に配置され、別のプロセスチャンバ列に一端で接続し横に配置され、基板を一つのプロセスチャンバ列から別のプロセスチャンバ列へ移送する少なくとも一つのトランスファチャンバと、
   前記第１プロセスチャンバ列を通り、前記トランスファチャンバを通り、そして前記第２プロセスチャンバ列を通って基板キャリアを動かす搬送システムとを備えた処理システムであって、
   前記処理システムは、前記プロセスチャンバ列および前記少なくとも一つのトランスファチャンバと略同一の床占有面積を占めることを特徴とする処理システム。
2. 基板をカセットから持ち上げ、また基板を前記ロードロックに供給するロボットアーム構造を有する請求項１に記載の基板処理システム。
3. ウエハを前記カセットから持ち上げ前記ロードロックに供給し、また処理済みのウエハを前記ロードロックから前記カセットに戻すように構成されたロボットアームを有する請求項２に記載のウエハ処理システム。
4. 基板は、横方向に搬送され処理される請求項１に記載の基板処理システム。
5. 前記第１チャンバ列は、蒸着材料物質をウエハの表面上にスパッタリングするチャンバを含む請求項３に記載のウエハ処理システム。
6. 前記第１チャンバ列は、ウエハの表面上をエッチングするチャンバを含む請求項３に記載のウエハ処理システム。
7. 前記キャリアは中央部に開口部を有し、昇降機は前記開口部を通って移動し処理用の基板を持ち上げる請求項１に記載の基板処理システム。
8. 前記基板はウエハからなり、静電的チャックがウエハ面に接続し、昇降機が静電的チャックに接触する請求項７に記載のウエハ処理システム。
9. バルブが前記トランスファチャンバを密閉し、チャンバ列に並んだトランスファチャンバの一区分（セグメント）は別個の環境として維持される請求項１に記載の基板処理システム。
10. 前記第１チャンバ列のプロセスステーションにおける基板は、前記第１列においてお互いに他の基板と同時に次に並んでいるチャンバに移動する請求項１に記載の基板処理システム。
11. 前記第２チャンバ列のプロセスステーションにおける基板は、前記第２列においてすべて同時に次に並んでいるチャンバに移動する請求項１に記載の基板処理システム。
12. 前記基板はウエハからなり、前記搬送システムが前記ロードロックにあるウエハを第１プロセスチャンバへ動かすとき、前記搬送システムは前記第１チャンバ列にある複数のウエハを同時に前記列上の次のチャンバに配置する請求項１０記載のウエハ処理システム。
13. 前記基板はウエハからなり、前記搬送システムは、ウエハを前記第２チャンバ列上のプロセスチャンバからプレロードロックチャンバへ動かし、前記第２チャンバ列にある他のウエハを同時に前記列上に並ぶ次のチャンバに移動させる請求項１１記載のウエハ処理システム。
14. 前記第１チャンバ列にあるプロセスチャンバからシャトルチャンバへ基板を搬送するのと同時に、前記第１チャンバ列にある他のウエハは、前記列にある次のチャンバに配置される請求項１０記載の基板処理システム。
15. 前記基板はウエハからなり、前記搬送システムは、シャトルチャンバにおいて交差するようにして前記第２チャンバ列に隣り合う位置までウエハを搬送する請求項１４記載のウエハ処理システム。
16. スパッタステーション内のキャリアにある基板は、スパッタリング操作の間プロセスチャンバを密閉する位置まで持ち上げられる請求項１記載の基板処理システム。
17. 前記基板はウエハからなり、キャリアにおけるある位置でウエハの裏面を押圧し、前記キャリアの開口部を通って上方に延び、ウエハのもう一方の面をプロセスチャンバの基部で密閉される位置に置くアームによって、ウエハが昇降する請求項１６記載の処理システム。
18. シャトルチャンバ内のウエハは前記第２プロセスチャンバ列にある隣接するプロセスチャンバに搬送され、前記第２チャンバ列にある他の前記ウエハは隣接するチャンバに移動する請求項１５記載のウエハ処理システム。
19. 前記第２の列にある基板が隣接するプロセスチャンバに置かれるときに、前記プレロードロックステーション内の前記基板は、前記ロードロックに移動する請求項１４記載の基板処理システム。
20. ウエハをカセットからロードロックチャンバへ供給するロボット式ウエハハンドリング装置と、
    ウエハを大気状態から真空環境へ移送するロードロックチャンバと、
    前記ロードロックに置かれプロセスチャンバを通って前記ロードロックに戻るウエハを支持するウエハキャリアと、
    前記ロードロックに接続し前記ロードロックの横に配置されチャンバ内で基板に処理ステップを施す第１プロセスチャンバと、前記第１プロセスチャンバに接続し前記第１プロセスチャンバの横に配置されチャンバ内でウエハに第２処理ステップを施す第２のプロセスチャンバとを少なくとも有する第１チャンバ列と、
    少なくとも前記第２プロセスチャンバに隣接し前記第２プロセスチャンバ列の側部に位置する少なくとも第３のプロセスチャンバと、少なくとも前記第３プロセスチャンバに接続し前記第３プロセスチャンバの横に配置される少なくとも第４のプロセスチャンバとを有する第２チャンバ列と、
    前記第１プロセスチャンバ列に一端で接続し横に配置され、前記第２プロセスチャンバ列に一端で接続し横に配置され、ウエハを前記第１プロセスチャンバ列から前記第２プロセスチャンバ列へ移送するトランスファチャンバと、
    前記ロードロックから、前記第１プロセスチャンバ列を通り、前記トランスファチャンバを通り、そして前記第２プロセスチャンバ列を通って前記ロードロックに戻り大気状態にでるように前記ウエハキャリアを動かす搬送システムとを備えたウエハ処理システムであって、
    前記ウエハ処理システムは、前記ロードロック、前記第１および第２プロセスチャンバ列および前記トランスファチャンバと略同一の床占有面積を占めることを特徴とするウエハ処理システム。
21. ウエハが前記キャリアに置かれるとき、チャックがウエハの背面部に付着する請求項２０に記載のウエハ処理システム。
22. 前記第２列上の最終プロセスチャンバと前記第１列にある前記ロードロックとの間にあり、前記ロードロックへの搬送を待機している処理済みウエハの搬送のための経路に、前記第２チャンバ列と直線上に配列されるプレロードロックチャンバを有する請求項２０に記載のウエハ処理システム。
23. 前記第１列にある隣接する少なくとも２個のプロセスチャンバで同一の処理を行う請求項２０に記載のウエハ処理システム。
24. 前記第１列にある隣接する２個のプロセスチャンバで真空のもとで異なる処理を行う請求項２０に記載のウエハ処理システム。
25. 前記第２列にある隣接する２個のプロセスチャンバで同一の処理を行う請求項２０に記載のウエハ処理システム。
26. 前記搬送システムは、前記第１列にある複数のウエハを前記第１列上の隣接するチャンバに同方向に同時に動かす請求項２０に記載のウエハ処理システム。
27. 前記搬送システムは、前記第２列にある複数のウエハを前記第２列上の隣接するチャンバに同方向に同時に動かす請求項２０に記載のウエハ処理システム。
28. 前記搬送システムは、前記第１列にて特定時間の間隔をおいて複数のウエハを隣接するプロセスチャンバに順次配置する請求項２０に記載のウエハ処理システム。
29. 前記搬送システムは、前記第２列にて特定時間の間隔をおいて複数のウエハを隣接するプロセスチャンバに順次配置する請求項２０に記載のウエハ処理システム。
30. 少なくとも２個の隣接するチャンバは、お互いにチャンバ内での処理の間、離隔している請求項２０に記載のウエハ処理システム。
31. ３個に並んで配列されているチャンバの中央のチャンバは、両側を取り囲むチャンバ間にあって隔離されたチャンバである請求項２０に記載のウエハ処理システム。
32. 前記チャンバのうち一つのチャンバは、ウエハのメタライゼーションのためのチャンバからなる請求項３に記載のウエハ処理システム。
33. 前記チャンバのうち一つのチャンバは、ウエハのイオン注入のためのチャンバからなる請求項３に記載のウエハ処理システム。
34. 前記チャンバのうち一つのチャンバは、ウエハ表面を洗浄するためのチャンバからなる請求項３に記載のウエハ処理システム。
35. 前記チャンバのうち一つのチャンバは、ウエハを熱処理するためのチャンバからなる請求項３に記載のウエハ処理システム。
36. 前記昇降機は本システム内に納められたロッド上の受け台からなり、受け台はウエハを支持しているチャックに押圧される請求項８に記載のウエハ処理システム。
37. 前記昇降機はウエハを分離リングに隣接する位置まで持ち上げ、チャックに対してシールを接触させることによってチャンバを密閉する請求項８に記載のウエハ処理システム。
38. 処理すべきウエハを複数のプロセスチャンバからなるシステムに移動させることを含む一連のプロセス操作を複数のウエハに同一時間施し、
    少なくとも二つのウエハを同時にプロセスチャンバにて同一時間処理し、
    処理を行うチャンバにウエハを入れ処理後該チャンバからウエハを出すように搬送し、
    ウエハを新たなチャンバで処理し該新しいチャンバからウエハを動かして次の処理を続けるステップを繰り返し、
    搬送及び処理は真空下で行い、
    前記プロセスチャンバ内でウエハを処理する間、ウエハを水平位置に維持し、
    プロセスチャンバのサイズと同等な物理的空間で前記ウエハを製品に製造するウエハ製造方法。
39. ウエハ処理は、複数のウエハ処理技術によってなされる請求項３８に記載の方法。
40. ウエハをエッチング処理及び洗浄処理に供する請求項３８に記載の方法。
41. ウエハをエッチング処理及びメタライゼーション処理に供する請求項３８に記載の方法。
42. ウエハを少なくともイオン注入処理に供する請求項３８に記載の方法。
43. ウエハを少なくともスパッタリング処理に供する請求項３８に記載の方法。
44. ウエハを熱処理に供する請求項４３に記載の方法。
45. ウエハを熱処理に供する請求項４２に記載の方法。
46. ウエハを少なくともＣＶＤ処理に供することによりウエハ表面に成膜する請求項３８に記載の方法。

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