JP2009071180A - 基板を搬送及び処理する装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現在用いられているシステムに比べて、適正なコストで効率的に生産でき、スループットが向上した、ウエハを含む基板を搬送及び処理する装置及び方法を提供する。
【解決手段】主要な要素は、基板を、処理チャンバーの側方に沿ってロードロックを介して制御された大気に供給し、その後処理チャンバーに到達させる一手段としての搬送チャンバーに沿い、そして処理チャンバー内での処理に続いて、制御された大気の外部に放出する搬送チャンバーを用いることである。
【選択図】図３

Description

この発明は、一般に基板、特にはウエハを搬送及び処理するための新規な装置並びに方法に関する。

半導体の製造において、クラスタツールと呼ばれる共通性ツールは、ウエハの製造に用いられる最も重要なユニットの一つである。典型的な商業用の装置は、一般に、円周方向に沿ってチャンバーが取り付けられた環状の中央領域を有する。チャンバーは、中央領域の周囲に外方へ延びる。ウエハを処理する場合、かかるウエハを、先ず中央チャンバーの円周上にある入出ステーションから中央チャンバー内に移し、その後中央チャンバーから処理が行われる付属の又は円周のチャンバーに移す。今日、このツールは、ほぼ全ての製造システムで用いられており、ウエハは一枚ずつ処理されることとなっている。ウエハを、処理のためにチャンバー内に移し、その後中央チャンバーに戻しても良い。さらに、この後に他の円周チャンバーに移し次の処理を行い、中央チャンバーに戻すこともできる。最終的には、ウエハが完全に処理された時点で、ウエハを完全に外部に放出する。外部への放出は、入出ステーション又は、ウエハを真空から大気圧まで移す一般にロードロックと呼ばれる真空システムに接続されたチャンバーを通り再度行われる。この種のユニットは、例えば米国特許第４９５１６０１号明細書に記載されている。

他のツールは、中央軸に沿うウエハにインデックスを付し、周囲の処理チャンバーを介してウエハを供給する。このツールでは、全てのウエハは次の処理停止場所に同時に供給される。ウエハは、独立して処理することができるが、独立して移動することはできない。それらは全て処理ステーションに同一時間留まるが、各ステーションにおける処理は、停止場所での許容時間により許容された最大時間に当然に従うことを条件に、それぞれ独立して制御することができる。最初に記載したツールはこのように操作することが可能ではあるが、実際には、ウエハを隣接する処理チャンバーに順次進行させることができず、それゆえ処理チャンバーにて滞留時間を同一とすることは必要とされない。

これらシステムの何れを操作する場合、一般に中央領域は真空状態であるが、それとは別に予備選択又は予備決定されるとともに制御された環境としても良い。この中央セクションには、例えば処理チャンバー内で行われる処理に利用されるガスを存在させることができる。チャンバー又は、中央ゾーンの外面に沿う容器もまた、一般に真空状態であるが、予備選択されるとともに制御されたガス環境としても良い。処理もまた一般に、真空内でウエハを中央チャンバーから付属のチャンバー又は容器に移動することにより真空状態で行われる。一般に、一旦ウエハが処理用のチャンバー又は容器に到達すると、かかるチャンバー又は容器は中央チャンバーから隔離される。これにより、処理チャンバー又は容器内で使用される物質及び／又は気体の、中央ゾーンへの到達が妨げられ、中央ゾーンと共に付属の処理チャンバー内の空気の汚染は防止され、及び／又は、処理又は追加の処理を待つ、中央ゾーン内に位置するウエハの汚染は防止される。また、このようにすれば、処理チャンバー内で実施される特殊な処理のため、処理チャンバー内の真空度を中央チャンバー内の真空度に対して異ならせて設定することができる。例えば、チャンバーの処理技術がより高い真空を要求する場合、中央ゾーンとチャンバーとの間を密封すれば、チャンバー自体が、チャンバー室内で行われる特殊な処理のため、その処理要求へ適合するようさらにポンプダウンされ得る。あるいは、より低い真空が要求される場合、中央チャンバーの圧力に影響を与えずに圧力を増大しても良い。ウエハの処理が完了した後、ウエハは中央チャンバーに戻され、次いでシステムの外部に放出される。このようにしてウエハは、このツールを介してチャンバー及び利用可能な全処理を介してして進行することができる。あるいは、ウエハは、特定のチャンバーにのみ進行し、特定の処理のみ受けても良い。

これらの処理の変形形態もまた、その分野に提供された設備に使用されている。しかしながら、それらは全て種々の処理に不可欠な中央領域又はゾーンに依存する傾向にある。また、そのような設備の支配的な使用法はウエハを製造にあることから、ウエハに関しての議論が主としてある。その一方で、議論下における処理の大半は、一般に基板に適用できるものであり、またその議論は、そのような基板及びそのような製造設備に適用されるべきであることを理解すべきである。

近年、これらとは異なるシステムが記載されており、そこでは、システムは環状ではなく直線状であり、ウエハは、処理のためチャンバーから次のチャンバーに移動する。ウエハは、チャンバーから隣接するチャンバーに順次移動するので、設備の一部としての中央ゾーンは必要ない。このツールでは、ウエハは、ユニット内に進入し、システム内を移動する際にウエハと共に移動するチャックに取り付けられる。このユニットでは、処理は、各チャンバーにおいて同一時間行われる。

このシステムの設置面積は、おおよそ処理チャンバーのみの設置面積であり、大きな中央ゾーンを含まないことから、この分野における典型的なそれの設置面積よりも小さい。これは、この形式の設備の利点である。このシステムは、係属中の米国特許出願公開第２００６／０１０２０７８号明細書に記載されている。この特殊なシステムは、各処理ステーションにて同一の滞留時間を有する。これにより、最長の滞留時間によって制限されるものの、異なる処理が可能となる。異なるステーションにて、滞留時間を個別に制御することが必要となった場合、これとは別の提案が好まれるであろう。また、この形式の設備では、或るステーションを修理又は保守のために停止した場合、全てのシステムで処理が行えなくなるという欠点も有する。
米国特許第４９５１６０１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１０２０７８号明細書

この発明は、小さい設置面積を確保しつつ、処理ステーションにおける滞留時間の個別の制御を可能とすることを目的に新規のウエハ処理ユニットを対象とする。また、一の又は他の理由により一又は複数のステーションが停止した場合でも、継続した操作を可能とすることである。一つには、これは半導体の製造コストが非常に高く、またコストが上昇しているという知見に基づくものである。コストが高くなればなるほど、この分野における投資リスクが増大する。目的は、適正な割合に基づいた低コストの設備であり、「リーン」生産方式に従う改良されたシステム及びサービスを提供する設備を示すことである。従って、目的は、小さい設置面積を確保しつつ、処理チャンバーを最大化することにある。他の目的は、処理ステーションの利用を最大化することである。他の目的は、ロボット工学及びこの設備のサービスを簡素化することである。

システムはまた、処理のための１００％に至るシステムの供給力を含む相当な余力を、メインフレームの作動中においても提供する。このような場合、多くのチャンバーが使用中になり得るが、全処理は、引き続きウエハの処理のために利用することができる。さらに、供給又は処理チャンバーは、処理チャンバーの後方又は前方から可能である。加えて、好適な実施形態では、処理チャンバーは、一直線に配置される。これにより、種々の処理ステーションにてウエハに個別のプログラムを適用可能とするシステムの設置面積を確実に最小化することができる。

処理チャンバーは、一般に、ウエハの処理に関連して使用される種々の処理のうち何れかを実行する能力を有していても良い。例えば、ウエハの製造においては、ウエハには通常、特に、一又はそれ以上のエッチング工程、一又はそれ以上のスパッタリング又は物理気相堆積、イオンインプランテーション、化学気相堆積（ＣＶＤ）、及び加熱及び／又は冷却処理が行われる。ウエハを製造する際の処理工程の数は、これら種々の処理を行うため先行技術を用いた場合、複数のツール又は大きなサブシステムを有するツールが必要とされることを意味する。一方で、このシステムは、著しくサイズが増大することなく又は新しいトータルシステムを追加する必要なしに、追加の機能的なステーションを追加することができるというさらなる利点を提供することができる。

これらの種々の目的を達成するため、ウエハの搬送は、チャンバーの設計から独立するよう構成されている。従って、チャンバーは、特定の処理能力を有するチャンバーとして機能するよう設計され、搬送システムは、チャンバーの設計から独立して操作するよう構成されるとともに、処理チャンバーへ及びそこからウエハを供給するよう構成されている。開示された好適な実施形態における搬送は、真空壁を介して連結され、直線又は回転動作に基づく単純な連結アームに依存する。維持コストの低減を踏まえ、チャンバーの設計はモジュール方式に基づいている。従って、一実施形態では、システムは３つのチャンバーを持つことができ、又はマッチング構造を利用することができ、システムは６つのチャンバーを持つことができる。あるいは、繰り返しになるが、他の倍数と同様に４つ及び８つのチャンバー、又は異なる数の処理ステーションを有するモジュールも適合し得る。

このシステムは拡張することができ、加えて、追加の処理又はアプリケーションとして適用され得る技術から独立して拡張することができる。ウエハは直線的に搬送される。この結果、クリーンルームの面積の過剰要求がない小さい設置面積のシステムにおいても高いスループットが得られる。加えて、異なる処理工程を同一の処置プラットフォーム内で構築することができる。

ここで、図１を参照すると、今日一般に使用されている形式のクラスタツールが示されている。一般にこれは、中央チャンバー２２の周囲に放射状に配置され、取り付けられた処理チャンバー２１を具える。このシステムには、２つの中央チャンバーがある。他のシステムでは、１つの中央チャンバーのみ有しているものもある。２つ以上有するシステムは存在するものの、扱い難いことからユーザーは一般に他のシステムを採用している。作業においては、ロボットは典型的に各中央チャンバー内に配置される。ロボットは、システム内にウエハを受け、中央チャンバーから処理チャンバーにウエハを運び、処理後に中央チャンバーに戻す。ある従来のシステムでは、中央ロボットは、たった１つのウエハ及び１つのチャンバーのみに同時にアクセス可能である。従って、ウエハが１つのチャンバー内にあり処理が行われている間、ロボットは、使用中となるか、又は忙しくなり得る。処理中に処理ステーションに拘束される単一ロボットの組み合わせは、この形式のクラスタツールのスループットに制限を与える。ロボット工学を利用したより新しいユニットは、複数のアームを有する。処理チャンバーは、任意の形式のプロセッサを具えていても良く、また、例えば物理気相堆積のためのチャンバー、化学気相堆積（ＣＶＤ）、エッチング、又は製造過程にてウエハに対して行われ得る他の処理のためのチャンバーを具えていても良い。ロボットアームによるチャンバー内への移行及びウエハが処理された際のチャンバーからのその取出しは、その他の因子から独立し、かつコンピュータにより制御されていることから、この形式のツールは、処理に異なる時間を適用することが可能となる。同一時間及び定められた順序に処理を設定できることは明らかである。

ここで、図２を参照すると、ウエハを処理するためのツールであり、チャンバー内でのウエハの滞留時間が各チャンバーにおいて等しいツールが示されている。この実施形態では、プロセッサ２３は一直線に並べられ、この場合チャンバーは、互いに隣接し、かつ互いの上に配置されている。終端部には、処理されるウエハをある階から他の階へ移動させるエレベータ２５が設けられている。入口２６では、ウエハが進入し、ウエハは、ウエハがシステムを進むときにウエハを滞留させるサポート上に配置される。このシステムの実施形態では、かかるサポートは、プロセッサの上階までウエハを上昇させ、その後ウエハは、順次、次々にその階の処理チャンバー２３に進む。エレベータ２５はウエハの階を変更し、その後ウエハは、他の階に沿って移動し、再度任意の処理チャンバーからそこまで移動し、その後次のチャンバー等に移動し、その後システムから出る。

ここで、図３を参照すると、処理チャンバー３１は、搬送チャンバー３２に沿って直線状に配置されている。ウエハは、ＦＯＵＰ３３又は他の同等の供給装置を介してシステム３４に進入する。ＦＯＵＰ（front opening unified podの略）３３は、処理作業に入るのを待つ間、ウエハを収納するとともに清潔に保つハウジング又は筐体を具える。ＦＯＵＰと関連して、処理のためウエハをシステム内に載置するとともに処理後にシステムからウエハを取り出して一時的に収納する供給機構をも設けても良い。ウエハのカセットはＦＯＵＰ内に配置され、ウエハは、ＦＯＵＰ３３内のカセットからウエハを持ち上げるとともにウエハをロードロック室３５内に運ぶことによりシステム内に入れるブレードによってカセットから一つずつ搬送される。ウエハは、ロードロック室３５から搬送チャンバー３２に沿って進み、ロードロック室３５から処理チャンバー３１に移動する。基板が処理チャンバー内に進入した後、かかる基板はサポートアームから離れるとともに、チャンバー内部の基板サポート上に代えて置かれる。この段階では、バルブは閉鎖され、処理チャンバーの空気は、搬送チャンバーの空気から隔離されている。これにより、搬送チャンバー又は他の処理チャンバーを汚染することなく、処理チャンバー内を変化させることが可能となる。処理後、搬送チャンバーから処理チャンバーを隔離しているバルブは開放され、ウエハは、処理チャンバーから取り出され、処理チャンバーから搬送チャンバー３２に沿って追加の処理のために他の処理チャンバー又はロードロックまで搬送され、ウエハはＦＯＵＰ３３に戻る。この図では、４つの図示された処理チャンバーが設けられている。また、４つの図示された電力供給装置３７及び電力分配ユニット３６が設けられている。これらは共同してシステムの電子機器を構成し、個々の処理チャンバーにそれぞれ電力を供給する。上記処理チャンバー３１は、処理ガスキャビネット３８及び情報処理キャビネット４１である。これらユニットによって、システムに入力された情報は、基板の、搬送チャンバー３２に沿う動作を制御し、基板は必ず追加処理のため処理チャンバーに搬送される。これらユニットはまた、処理チャンバー内で起きた事を記録する。処理中にチャンバー内で使用するガスが供給される。ウエハをシステム内ひいてはシステム内の処理ステーションに供給するロボットハンドリング機構が、二腕システムとして示されており、実際には二腕よりも多いものもあるが、それぞれは、搬送工程チャンバー内を独立して又は一緒に移動するよう設定することができる。

システム内の処理チャンバーは、ウエハの製造において所望に応じ異なる処理を行っても良い。今日、多くの製造者が、専用のシステムを購買しており、全システムには、スパッタ又はエッチ処理機能が付加されている。実質的には、ウエハの製造には十分なスパッタ工程又はエッチ工程があり、４段又はそれ以上の段のシステムは、スパッタリング作業に完全に専念することが可能である。あるいは、それぞれに異なるが、最終処理に至るまでに必要とされる一連の作業を通してウエハを運ぶことができる。例えば、５つの処理ステーションでは、使用にあたって以下の順序が期待される。第１処理ステーションでは、ウエハは、脱気操作され、第２処理ステーションは予備洗浄ステーションでも良く、第３スパッタリングステーションでは例えばチタンを堆積させ、第４スパッタリングステーションでは、例えば、ニッケル、バナジウムを堆積させ、第５ステーションでは金のスパッタ堆積を行っても良い。

ここで、図４を参照すると、上蓋が取り外された状態の３つのステーションシステムが示されている。この図に関しては、搬送チャンバー３２についてのより深い理解を提供することを目的している。処理されるウエハは、このシステムのロードロック３５から進入する。ロードロック３５は、二段式ロードロックであり、２つのウエハを同時に保持及び処理することが可能である。一方は、下段であり、他方は上段である。ロードロックにてシステム内に進入するウエハは、真空又は制御された環境内に進入する。処理されたウエハはまた、それらの進行がこのシステムから離れ、かつシステム内が真空又は他の制御された状態にある間、ロードロック３５を通過し、（ここでは図示しない）ＦＯＵＰ内に戻る。ウエハに対する非真空状態から真空状態への移行が一旦完了すると、搬送チャンバー３２内に移動するアーム４１によってウエハは持ち上げられる。アームの１つは見えるが、他のアームは第１処理チャンバー内の部品に左側が部分的に隠れている。その見えるアームは、ウエハをこの処理チャンバー３１内に運んでいる（又は、処理されたウエハをこのチャンバーから取り出している）様子が示されている。アーム４１は、搬送チャンバー内の直線レール４３上に沿って移動する。この実施形態では、搬送チャンバー３２内のレールは、チャンバー３２の底部上にサポートアーム４１を保持する。また、この図では見られない駆動機構は、真空の外側からチャンバー３２の筐体の壁面を通って動く。これにより、アームに一般的な直線動作とともに、アームをチャンバー内又はロードロック３５内に伸長することが望まれた際の回転動作がもたらされる。従ってアームは、ウエハを、搬送チャンバー３２内に又はその外部に、処理チャンバー３１内に又はその外部に、あるいはロードロック３５内又はその外部に移動させるのに用いられる。このチャンバーの底部との接触を避けることによって、パーティクルが減少し、より純粋な又はパーティクルフリー状態の環境は維持される。この搬送システムのより詳細を、以下に図示するとともに説明する。また、この図では２つのアームが図示されているが、システムは、レール上に２以上又はそれ未満のアームを有することができるとともに、常に２以上のウエハ搬送装置を操作することができる。

ここで、図５を参照すると、この図には、内部の部品を遮蔽するカバーが取られ、ロードロック３５から始まり、搬送チャンバー３２の入口へと続き、第１処理チャンバー３１を含む、システム３４の一部が示されている。この図に示されたロードロック３５内のウエハ４２は、アーム４１上に載置されている。他のアーム４１は、処理チャンバー３１内に伸長する状態が示されている。図のように、異なる段においてでも良く、独立して動作するアームは、異なる領域で同時に伸長することができる。アームは、ウエハを、ロードロックからシステム内に搬送チャンバー３２に沿って移動し、次いで、このシステムにおいて処理チャンバーから処理チャンバーへと移動する。最終的にアームは、ウエハを、処理後に搬送チャンバーに沿って移動してロードロック３５内に入れ、そしてシステム３４の外部に出す。処理が完了した場合、その後にウエハを、処理後のウエハが集められたロードロックからＦＯＵＰ内に差し戻しても良い。ロードロック内又は処理チャンバー内のウエハは、アーム４１に関連するサポート面上に乗せられて搬送される。サポート面上のリフトピンはウエハを上昇させ、アームによりウエハを持ち上げ可能とするとともにウエハをこのシステムの次の工程に進行可能とするよう、アームの、ウエハの下部へのアクセスを可能する。あるいは、搬送の間、ウエハの下方にスライドしウエハを支持する棚の性質を持った構造は、ウエハを支持及び保持し、並びにチャンバー又はコンパートメントからもたらされ又は引き継いだ際にアーム４１からウエハを引き受ける又は解放するのに用いられる。アームは、相互に接触することなく、上下に通過するよう配置されるとともに、相互に接近して通過することができる。それらは、内部の駆動及びサポート機構４５に接続されている。駆動及びサポート機構４５には、搬送チャンバー３２内を進行する駆動及びサポート機構４５に沿って直線状の駆動トラックが設けられている。駆動及びサポート機構４５の動作は、モータのような外部ドライバによりもたらされる。駆動の一形態は、駆動及びサポート機構４５に駆動トラック４６に沿う直線的な動作をもたらす。その他には、ウエハ４２をシステム内に入れ、及びシステム内を通過させる過程で、アームを搬送チャンバー３２からロードロック３５又は処理チャンバー３１内に伸長させるためのアーム４１の回転をもたらす。駆動トラック４６内部には、駆動及びサポート機構を独立して載せ、位置決めを可能とする個別のレール４７（レール４７は、図６に一層明瞭に示されている。）があり、これにより、各アーム４１は、互いに独立して移動及び動作する。処理チャンバー内へのウエハの動作は、直線状の駆動経路からチャンバー内へ移動するという性質を有する。これは、好適な実施形態において、ウエハが２つの動作形態を同時に受けることにより起こる。つまり、直線的な移動と回転とが同時に行われる。搬送チャンバー３２の真空内のこの機構を駆動するために外部のモータ又は他の駆動機構形態を使用することにより、密封された真空領域内の望ましくないパーティクルは減少する。

ここで、図６を参照すると、この発明の好適な実施形態に用いられる駆動システムが示されている。この図では、駆動トラック４６のレール４７をそれぞれ独立して見ることができる。また、一方のサポートアーム４１上にウエハ４２が示されている。他方のサポートアームは、この図では単純に伸長した状態で示されている。駆動及びサポート機構４５は、それぞれ一方のレール４７の上に搭載されている。これにより異なる段におけるアーム４１の位置決めが容易になる。各駆動及びサポート機構４５の下部に配置されているのは、磁気ヘッド４８である。磁気ヘッド４８から離間して配置されているのは、ドライバ５０である。磁気ヘッド４８は、搬送チャンバーの真空内に配置され、真空チャンバー（図７で示す５３）の壁は、それぞれの磁気ヘッド４８の真下であって、磁気ヘッド４８とドライバ５０との間を通る。従って、ドライバ５０は、搬送チャンバー３２の真空壁の外側にある。既に述べたように、アーム４１は、ウエハ４２を処理システム内に入れ進め、アームは、相互に独立して動く。これらアーム４１は、ドライバ５０及び磁気ヘッド４８を具える磁気連結器により駆動する。連結器は、直線及び回転の双方の動作をアーム４１に与える。ドライバ５０は、真空の外側に配置され、かつレールシステムの両側に見える外側レール５１上に搭載されている。一方のセットは、対向した状態で見え、他方は、反対側に正確なレールが見える。アームの回転は、磁気連結器を介して伝達され、回転モータ５２により駆動される。この図では、磁気連結は、直線運動及び回転運動のために用いられるよう図示されているが、別個の磁気連結器及びドライバを用いても良いことは容易に理解されよう。従って、直線及び回転動作を同一の連結器を介して伝達することが好ましいが、直線運動のための別個の連結器及び回転動作のための他の装置を用いることも可能である。

処理ステーション３１に停止場所を含む搬送チャンバー３２を介してウエハを移動及び操作するのに用いても良いアームの一種が、ＳＣＡＲＡロボットとして略称された選択的コンプライアンス構造を持つ組立用ロボットアームとして記載されている。ＳＣＡＲＡシステムは、置換し得るデカルトシステムに比べて速く、汚染が少ない傾向にある。

また、磁気駆動システムに関連した負荷要因を低減及び／又は除去するため、マグネットを連結する動作に起因する引力を低減する反発用マグネットを設けることができる。真空内で回転及び直線動作を連結するマグネットは、相当量の引力を有する。これは、部品を支持する機械的な機構に負荷を与える。高い負荷は、ベアリングの寿命が短くなるとともにパーティクルの発生が増大することを意味する。磁気連結器内又は相互に反発させる別個の装置内に配置されたマグネットを用いることにより、引力は低減される。実際、磁気連結器の内側では、内部マグネットの大部分は、大きな連結剛性をもらたすものではない。その一方で、これら内部マグネットは、連結器の直径周りにＮ−Ｓ位置が交互に配置され、引き付けるのに用いられる連結マグネットに対して反発力を発生させるのに用いることができる。

閉鎖されたチャンバー内のパーティクルダストの懸念がなければ、駆動機構を閉鎖されたチャンバー内に収納しても良いということは、もちろん理解されよう。

ここで、図７を参照すると、カバーのないトラック及び駆動システムの側面が示されている。この図では、真空壁５３が示され、それはアーム４１の位置を駆動及び制御する磁気連結器４８と５０との間に位置している。駆動トラック４６は、外側レール５１によって与えたれた直線動作を駆動及びサポート機構４５ひいてはアーム４１にもたらすレール４７を収納する。回転動作は、回転モータ５２により与えられる。

ここで、図８を参照すると、この発明に従う処理システムが示されている。図３の場合のように、ＦＯＵＰ３３は、この実施形態では、内部でスパッタ堆積が行われるチャンバーを説明することを目的とされているが、ウエハを先ずロードロック３５に移送し、次いで搬送又は移送チャンバー３２に沿ってウエハを移送することによって、処理チャンバー３１を含むシステム３４に渡すためのウエハを受け取り、収納する。処理されたウエハは、その後、移送チャンバー３２に沿ってロードロック３５に戻され、そしてシステム外部のＦＯＵＰ３３に戻される。

ここで、図９を参照すると、８つのステーションを持つ、この発明に従う処理システムが示されている。ＦＯＵＰ３３はウエハをロードロック３５に供給する。ウエハはその後、搬送チャンバー３２に沿って移動し、搬送チャンバー３２から処理チャンバー３１内に移動する。この図では、双方の搬送チャンバー組が中央領域に配置され、処理チャンバー３１は外側にある。図１０では、一組の処理チャンバーが隣接する他の組の処理チャンバーと同じとなるよう処理を行うセクションは全て並べられている。従って、システムの処理チャンバーは平行に並べられて見える。

他の変形形態は容易に可能であり、簡単に想定される。例えば、図９及び１０に示すように処理チャンバーを並べるのに代えて、処理チャンバーを一方の組の上方に他方を、又は一方の組の後に続いて他方の組を配置することができる。一方の組の後に続いて他方の組を配列した場合には、これらの組は、第２組が第１組の後に一直線に続くよう並べることができ、あるいは代替として第２組は、第１組に対してある種の角度をもって配置することができる。搬送チャンバーは、ウエハをチャンバーの各側方に供給することができるので、二組の処理装置は、単一の搬送チャンバーの周囲に配置することができ、同一の搬送チャンバーから供給される（図１１Ａをみると、符号は、先の図に関連して説明した部材と同一の部材を指している。上述したように搬送チャンバー３２から処理チャンバーを隔離するようバルブ３９が図１１Ａ及び１１Ｂに追加されていることに留意されたい。）。第２組の処理装置が第１組のそれに続く場合、システムに沿って追加のロードロックを配置することの利点があることがある。ＦＯＵＰを遠端に追加し、かつＦＯＵＰの手前にロードロックを配置することも同然に可能であり、これによれば、ウエハは、一端から入り他端から出て一直線に進行することができる（図１１Ｂをみると、符号は、先の図の部材と同一の部材を指している。）。後者の場合、ウエハが一方の又は双方の端から入り又は出るよう設定することが可能である。処理チャンバーを移送チャンバーに沿って不規則な間隔で、又は処理チャンバー間に間隔を持って配置することもまた可能である。この装置においては、ウエハを、要望どおりに、またシステムのコンピュータ制御による指示どおりに個々の処理チャンバーに供給することができるよう移送チャンバーを配置することが主要な特徴となる。

チャンバーは、真空状態にあると記載されているが、実際には、閉鎖領域内に特定のガス又は他の流体を含むことの利点がある場合がある。従って、ここに用いられる用語「真空」は、例えばシステム全体に用いられる特殊なガスを含む内蔵環境としても解釈されるべきである。

図１では、クラスタツールは、７つの処理チャンバーを含む。図９では、開示されたシステムは、８つの処理チャンバーを含む。図１のツールの全設置面積は、周辺機器を入れておおよそ３８ｍ^２である。図９のツールの全設置面積（追加の処理チャンバー及び周辺機器を含む）は、２３ｍ^２である。従って、よりチャンバーが多いシステムの設置面積は、この発明に従う直線状の装置を用いれば、相当に小さくなる。図１に示す形式のシステムをやめて中央セクションを用いた場合と比べて、この向上の大部分は、図９の搬送チャンバー３２として説明した改良された供給システムを用いることにより達成される。

この発明の直線状の構造は、非常に適応性が高く、多様な基板サイズと形状を提供できる。半導体の製造に用いられるウエハは、一般に円形であり約２００又は３００ｍｍの直径を有する。半導体産業は、常に、ウエハ一枚あたりにより多くのデバイスを入手しようとし、さらにウエハを、７５ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍから３００ｍｍというように、より大きいサイズへと着実に移行しつつあり、直径４５０ｍｍのウエハへの移行を視野にいれ継続的な努力がなされている。特異な構造により、ウエハ工場に必要とされるクリーンルームの床面積は、処理装置が円周上に配置された一般のクラスタツールを有するそれと同じようには増大しない。

さらに、アウトプットを増大するためにクラスタツール形式（図１）のサイズを大きくすることが望まれる場合、全寸法が大きくなり電力が上がるが、この出願に記載されたシステムのサイズは、システムの幅が一定のまま一方向に増大し、すなわち長さが増大する。アルミニウム処理のような同様の処理では、図１に示す設備よりも占有面積が小さい、図９で説明した形式のシステムの同一時間内におけるスループットは、図９の設備は、図１の設備のようなシステムのおおよそ２倍（簡易計算では約１７０％）の量のウエハを産出する。従って、先行技術のユニットと比較し、開示されたシステムを用いることで一定のクリーンルーム領域に対するウエハのアウトプットは格段に向上する。これにより、ウエハの製造におけるコストを低減するという目的が達成されたことは明らかである。

この設備の設計は、円形の基板に限定されるものではない。円弧状の軌跡に沿ってウエハを移動させるクラスタツールは、基板が長方形の場合には、長方形形状の実際の基板を内接する円形の基板を扱えるサイズとする必要があるため特に不利であるが、直線状のツールでは、実際の形状を通過させるのに方向性はもはや必要ない。例えば、３００ｍｍの正方形の基板を扱う場合、クラスタツールは、４２４ｍｍの円形の基板を扱えるサイズとする必要があるが、直線状のツールは３００ｍｍの円形の基板しか必要としない。

また、搬送チャンバー３２の大きさは、基板が、ウエハの別の部材かどうかに関わらず、入口チャンバーから処理チャンバー内に沿って進入し、処理チャンバーからシステムの外部に移動するのに必要な空間のみを提供することが必要である。従って、このチャンバーの幅は、処理される基板のサイズよりも僅かに大きくなければならない。また一方で、システム内でより小さな部材を処理しても良く、この場合、１つの基板ホルダ内でかかる部材を複数同時に処理しても良い。

この発明を、特定の材料及び特定の工程の模範的な実施形態に関して説明してきたが、これら特定の形態の変形がなされ及び／又は用いられ、このような構成及び方法は、記載及び図示されるともに説明された操作の実施によりもたらされる理解から得られるものであり、添付の特許請求の範囲に定義された発明の範囲から逸脱しない範囲でなされる変形形態を容易にするものであることを当業者は理解すべきである。

図１は、ＰＶＤへの適用を目的としたクラスタツールの先行技術の概略図である。 図２は、特許公開（米国特許出願公開第２００６／０１０２０７８号明細書）に記載されたシステムの概略図であり、本質的には先行技術のシステムの範ちゅうにある。 図３は、この発明の処理システムの概略図である。 図４は、明瞭化のため図示した移送チャンバーの概略平面図である。この図では、３つの処理ステーション構造が記載されているが、ステーションの個数はもっぱら図説を目的として用いられているものである。 図５は、ロードロックから搬送又は移送チャンバーに至る、システム部分概略図である。 図６は、このシステムの収容体の外側が示された、ウエハの動作メカニズムの概略図である。 図７は、好適な実施形態に用いられるトラック及び駆動システムの概略図である。 図８は、この発明に従う物理気相堆積（ＰＶＤ）又はスパッタリングを行う４つのステーションシステムの概略図である。 図９は、この発明に従う８つのステーションシステムの概略図である。 図１０は、この発明に従う６つのチャンバーシステムの概略図である。 図１１Ａは、この発明に従う実施形態の概略図である。 図１１Ｂは、この発明に従う他の実施形態の概略図である。

Claims (26)

1. 大気状態から制御された環境内に個々の基板を供給する入口チャンバーと、
   前記制御された環境から大気状態に基板を供給する出口チャンバーと、
   制御された環境内部の基板移送チャンバーであり、前記入口チャンバーにて基板を受け取り、前記基板移送チャンバーに沿って基板を搬送する、基板移送チャンバーと、
   基板を処理するため前記基板移送チャンバーに沿って配置された処理チャンバーであり、前記基板移送チャンバーにより、前記処理チャンバーとの間に直線状の経路が設けられる、処理チャンバーと、
   前記基板移送チャンバーに沿って移動する間、並びに前記入口チャンバーから、及び前記処理チャンバーに移送する間に基板を運ぶサポートアームと、
   前記基板移送チャンバー内の前記サポートアームに作用し、前記サポートアームに直線運動をもたらす第１駆動部と、
   前記基板移送チャンバー内の前記サポートアームに作用し、直線及び回転動作の組み合わせを用い、前記サポートアームを前記基板移送チャンバーから少なくとも１つの処理チャンバー内に移送する第２駆動部と、を具え、
   前記移送チャンバーは、処理後に基板の向きを前記出口チャンバーに向けて変え、大気状態に移送し戻す経路をもたらすことを特徴とする基板処理システム。
2. 前記第１及び第２駆動部を磁力で駆動する、請求項１に記載の基板処理システム。
3. ウエハ用であり、前記磁力は、制御された大気を区画する壁の外側から適用される、請求項２に記載の処理システム。
4. 前記磁力は、制御された環境の外側から、支持されたウエハを処理ステーション内及び外に移動させる前記ウエハ移送チャンバー内に適用される、請求項３に記載のウエハ処理システム。
5. 同一種の処理のためのウエハ処理チャンバーを相互に一致させる、請求項１に記載の基板処理システム。
6. 新しいチャンバーを複数のチャンバーに取り付け、前記ウエハ搬送チャンバーを延ばすことにより追加の処理チャンバーを追加する、請求項５に記載のウエハ処理システム。
7. 前記入口チャンバーはロードロックを具える、請求項１に記載の処理システム。
8. 前記出口チャンバーはロードロックを具える、請求項１に記載の処理システム。
9. 前記入口チャンバーと前記出口チャンバーとは同一のロードロックを具える、請求項１に記載の処理システム。
10. 前記基板移送チャンバーは、直線状であり、前記ロードロックから、前記基板移送チャンバーに沿って前記ロードロックから最も遠い地点の処理チャンバーまで延びる、請求項７に記載の処理チャンバー。
11. 前記処理チャンバーは、システム内の各処理チャンバーが余剰となるよう、マッチング組を具える、請求項１に記載の基板処理システム。
12. 前記サポートアームは、端部に基板サポートを持つ伸長部を具え、前記伸長部は、前記基板移送チャンバー内の制御された外気内のレール上に乗った中央セクションに取り付けられ、前記基板サポートは、処理のため基板を運ぶよう適合されている、請求項１に記載の基板処理システム。
13. 前記サポートアームは、複数のアームを具え、各アームは独立レール上に乗る、請求項１２に記載の基板処理システム。
14. 前記各アームは、制御された大気の外側から適用された力により独立して駆動される、請求項１３に記載の基板処理システム。
15. 前記アームを駆動する前記力は、磁力である、請求項１４に記載の基板処理システム。
16. ウエハを格納位置から大気状態下でロードロックに移送するウエハ処理ロボットと、
    前記ウエハ処理ロボットに接続され、前記ロボットから内部にウエハが移送され、該ウエハを真空状態とするロードロックと、
    交互に隣接し、かつ略直線状に配置された複数のウエハ処理チャンバーであり、該各処理チャンバーは、チャンバー内にあるウエハ上に半導体ウエハ処理を行うよう適応されたウエハ処理チャンバーと、
    前記ロードロックから前記処理チャンバーの表面まで及び前記処理チャンバーを横切って延びるウエハ移送チャンバーと、
    前記ウエハ移送チャンバーに沿って移動する間にウエハをロードロック及び前記ウエハ処理チャンバーの内及び外に運ぶサポートと、
    前記ウエハ移送チャンバー内に配置され、前記ロードロックから前記ウエハ処理チャンバーに沿い、ウエハを前記ロードロックから及び前記ロードロックに直線状にガイドし、前記ウエハ処理チャンバーの表面に沿い、処理のため特定のチャンバー内及び外に延びる第１駆動経路と、
    前記ウエハ移送チャンバー内に配置され、前記ロードロックから前記ウエハ処理チャンバーに沿い、前記第１駆動経路上のウエハの進行とは別々に及び独立して、ウエハを前記ロードロックから及びそこに直線的にガイドし、前記ウエハ処理チャンバーの表面に沿い、処理のための特定のチャンバー内及び外に延びる第２駆動経路と、を具えることを特徴とするウエハ処理システム。
17. 前記ウエハを前記第１駆動経路に沿って直線的に移動させ、前記ウエハを処理チャンバー内及び外に動かす駆動モータを含む、請求項１６に記載のウエハ処理システム。
18. 処理のため大気状態下でウエハを搬送する方法において、
    収容され及び制御された大気内のウエハサポート上に、ロードロックを介してウエハを移動し、
    前記サポート上のウエハを移送チャンバー内でウエハ処理チャンバーまで直線的に移動し、
    サポートを回転させ、ウエハを、移送チャンバーに取り付けられた処理チャンバー内に移し、
    バルブを閉鎖し、処理チャンバーの領域を前記移送チャンバーの領域から隔離し、
    前記処理チャンバー内で前記ウエハを処理し、
    前記移送チャンバーの領域から処理チャンバーの領域を隔離しているバルブを開放し、
    前記ウエハ用のサポートを回転させ、ウエハを前記処理チャンバーから取り出して、前記移送チャンバー内に移し、
    前記ウエハを前記移送チャンバーに沿う処理チャンバー内でさらに処理するため前記サポートを前記移送チャンバーに沿って直線的に移動し、
    ロードロックを介して前記移送チャンバーの前記収容され及び制御された大気から前記ウエハを外に出し大気状態に移すことを特徴とする、処理のため大気状態下でウエハを搬送する方法。
19. 第２のウエハは、前記収容され及び制御された大気内に同時に搬送され、前記処理チャンバー内で独立して処理される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２のウエハは、前記搬送チャンバー内を、最初のウエハが進行する高さと異なる高さで進行する、請求項１９に記載の方法。
21. 第２のウエハは、前記収容され及び制御された大気内を同時に搬送され、前記処理チャンバー内で独立して処理される、請求項１８に記載の方法。
22. 前記入口チャンバー及び前記出口チャンバーは、前記基板移送チャンバーの各端に一つずつ、独立したロードロックを具える、請求項１に記載の処理システム。
23. 前記処理チャンバーは、前記基板移送チャンバーの各側に配置され、基板は、前記基板移送チャンバーから前記基板移送チャンバーの各側の処理チャンバーに供給される、請求項１に記載の処理システム。
24. 前記基板移送チャンバーは、基板がシステム内を通過できるよう基板の全幅を有する、請求項２３に記載の処理システム。
25. ウエハを、前記処理チャンバー内でスパッタ成膜する、請求項１８に記載の方法。
26. 前記個々の基板は、処理する複数の基板を前記システム内に収納するための基板ホルダを具える、請求項１に記載の基板処理システム。

Images