JP2012104761A - 半導体装置の製造ライン - Google Patents

Abstract

【課題】加工装置でウエハに対して繰り返し加工を行うことができるとともに、ウエハの汚染を抑制することができる半導体装置の製造ラインを提供する。
【解決手段】複数回周回するように伸びる移動経路に沿ってウエハを搬送する搬送手段と、複数の加工装置を備えた半導体装置の製造ライン。各加工装置は、前記移動経路上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを前記移動経路上に戻すように構成されている。少なくとも１つの加工装置は、前記移動経路のうちの第１のループ上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを第１のループ上に戻すように構成されているとともに、前記移動経路のうちの第１のループとは異なる第２のループ上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを第２のループ上に戻すように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造ラインに関する。

半導体装置の製造時には、ウエハに対して多くの加工が施される。ウエハに対して行われる基本的な加工は、洗浄、成膜、エッチング、イオン注入等である。特許文献１には、循環する移動経路に沿ってウエハを移動させる搬送手段と、複数の加工装置を備えた製造ラインが開示されている。各加工装置は、移動経路上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを移動経路上に戻すように構成されている。したがって、ウエハが移動経路を１周する間に、各加工装置によってウエハに対して一連の加工が施される。これによって、ウエハに一層分の構造が形成される。このような加工を繰り返すことで、半導体ウエハに多層の構造を形成することができる。これによって、半導体装置の構造が半導体ウエハ中に作り込まれる。

特開２００５−２２８７７１号

半導体装置の製造ラインに対する設備投資を低減するためには、１つの加工装置を繰り返し用いてウエハに加工を行うことが好ましい。例えば、上述した特許文献１の技術を用いる場合には、移動経路に沿ってウエハを複数回循環させることによって同じ加工装置により繰り返し加工を行い、ウエハに多層の構造を作り込むことができる。この場合、周回数が異なるウエハが、同一の移動経路上を流れることとなる。すなわち、加工の程度が異なるウエハが、同一の移動経路上を流れることとなる。

一方で、ウエハに対して加工が行われる際には、ウエハの表面に極微量の物質が付着する。したがって、多くの加工が行われたウエハほど、ウエハの表面の付着物の種類や量が増加する。このように、ウエハの表面に物質が付着することを、以下では「汚染」という。ウエハが加熱されると、ウエハの表面の付着物がウエハの内部に拡散し、ウエハの特性が変化する。したがって、ウエハの汚染を管理しなければ、半導体装置を安定して製造することができない。

上述したように加工の程度が異なるウエハが同一の移動経路上を流れると、移動経路上でウエハが汚染されてしまう。すなわち、多くの加工が行われたウエハ（汚染度が高いウエハ）が移動経路上を移動すると、そのウエハによってその移動経路が汚染される。その後に、未加工のベアウエハ（汚染度が低いウエハ）が同じ移動経路上を移動すると、汚染された移動経路によってベアウエハが汚染される。このため、初期の加工を行う際にウエハの内部に付着物が拡散し、ウエハの特性を所望の特性に制御することが困難となる。したがって、半導体装置を安定して製造することができない。

したがって、本明細書では、１つの加工装置でウエハに対して繰り返し加工を行うことができるとともに、ウエハの汚染を抑制することができる半導体装置の製造ラインを提供する。

本明細書が開示する半導体装置の製造ラインは、複数回周回するように伸びる移動経路に沿ってウエハを搬送する搬送手段と、複数の加工装置を備えている。各加工装置は、前記移動経路上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを移動経路上に戻すように構成されている。少なくとも１つの加工装置は、前記移動経路のうちの第１のループ上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを第１のループ上に戻すように構成されているとともに、前記移動経路のうちの第１のループとは異なる第２のループ上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを第２のループ上に戻すように構成されている。

なお、上記の「ループ」とは、前記複数回周回するように伸びる移動経路のうちの、１周分の経路を意味する。また、上記の「複数回周回するように伸びる移動経路」の例としては、螺旋状に伸びる移動経路や、渦巻状に伸びる移動経路が挙げられる。また、各ループの形状は円形である必要はなく、設置スペースに合わせて設計することができる。また、上記移動経路は、必ずしも連続する１つのレールで構成されている必要はない。例えば、一周するレールが複数段積み重ねられており、レールを一周する毎にエレベータ等によってウエハが一段下のレールに移動されるように構成されていてもよい。

この半導体装置では、移動経路に沿ってウエハが搬送される。また、各加工装置が、移動経路上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを移動経路上に戻す。したがって、ウエハが移動経路に沿って移動すると、各加工装置によってウエハに対して種々の加工が行われる。これによって、ウエハ中に半導体装置の構造が作り込まれる。移動経路は、複数回周回するように伸びている。すなわち、この移動経路は、複数のループが互いに接続された構造を備えている。ウエハは、１つのループを一周すると、次のループに移動する。したがって、ウエハは、一度通過した経路を再び通過することがない。したがって、この製造ラインでは、移動経路の下流側ほど、多くの加工が行われたウエハが存在している。すなわち、加工の程度が異なるウエハが移動経路上に混在することがない。したがって、この製造ラインによれば、移動経路上で汚染が生じることを抑制することができる。また、この製造ラインでは、少なくとも１つの加工装置が、第１のループ上のウエハと第２のループ上のウエハに対して加工を行うことができる。すなわち、ウエハは、第１のループにおいてこの加工装置により加工され、第２のループにおいて再度この加工装置により加工される。このように、ウエハに対して、１つの加工装置で繰り返し加工を行うことができる。

製造ライン１０の平面図。 加工装置７０〜７４の前方の周回レール１８の側面図。 加工装置７０の内部構造と、加工装置７０の前方の周回レール１８と、エレベータ１７０を示す平面図。 加工装置７０の内部構造と、加工装置７０の前方の周回レール１８と、エレベータ１７０を示す縦断面図。 加工装置７０の前方の周回レール１８と、エレベータ１７０と、ローダ・アンローダ７０ａを示す斜視図。 製造ライン１０の各工程で使用する加工装置を示す図。

図１に示すように、実施形態の製造ライン１０は、搬送装置１２と、複数の加工装置７０〜９６と、エレベータ１７０〜１９６と、制御装置６０を備えている。

搬送装置１２は、投入レール１６と、周回レール１８と、搬出レール２０を備えている。周回レール１８は、製造ライン１０の中央部１０ａの周りを螺旋状に伸びている。周回レール１８は、中央部１０ａの周りを同心状に１３周している。したがって、図２に示すように、周回レール１８は、１３段のループ１０１〜１１３が積層された構造を備えている。なお、各ループ１０１〜１１３は、中央部１０ａの周りを１周する分のレールである。以下では、ループの段数を上から数える。すなわち、１段目のループという場合には、最上部のループ１０１を意味し、２段目のループという場合には、上から２段目のループ１０２を意味する。投入レール１６は、周回レール１８の上端部（すなわち、１段目のループ１０１）に接続されている。搬出レール２０は、周回レール１８の下端部（すなわち、１３段目のループ１１３）に接続されている。投入レール１６、周回レール１８及び搬出レール２０には、図３に示す搬送ベルト３０が設けられている。搬送ベルト３０は、レール上に載置された半導体ウエハを、レールに沿って移動させる。搬送ベルト３０は、投入レール１６側から搬出レール２０側に向かって半導体ウエハを移動させる。したがって、投入レール１６上に載置された半導体ウエハは、図１の矢印２００に示すように、投入レール１６から周回レール１８の１段目のループ１０１に移動する。ループ１０１に移動した半導体ウエハは、図１の矢印２０２、２０４に示すように周回レール１８を周回する。半導体ウエハは、各ループを１周する毎に下側のループに移動し、最終的に、１３段目のループ１１３まで移動する。ループ１１３を周回したウエハは、矢印２０６に示すように、搬出レール２０に搬出される。このように、半導体ウエハは、螺旋状に伸びる周回レール１８に沿って周回しながら下側に移動する。したがって、１段目のループ１０１上に存在している半導体ウエハは１周目のウエハであり、２段目のループ１０２上に存在している半導体ウエハは２周目のウエハである。このように、ループの順序は、そのループ上の半導体ウエハが周回レール１８上で周回している回数（以下、周回数という）と一致する。

図１に示すように、加工装置７０〜９６は、周回レール１８に沿って配置されている。加工装置７０〜９６は、半導体ウエハに対して加工を行う。各加工装置７０〜９６は、洗浄装置、成膜装置、エッチング装置、イオン注入装置、または、その他の装置である。

図１、３に示すように、各加工装置７０〜９６と周回レール１８の間には、エレベータ１７０〜１９６が設置されている。また、周回レール１８の各エレベータ１７０〜１９６に隣接する位置には、必要に応じてウエハ取出部２２が形成されている。各エレベータと各ウエハ取出部の構造は略共通している。したがって、以下では、加工装置７０の前方に位置するエレベータ１７０とウエハ取出部２２の構造について説明する。

図４、５に示すように、加工装置７０の前方の周回レール１８には、１段目のループ１０１と２段目のループ１０２にウエハ取出部２２（すなわち、ウエハ取出部２２ａ、２２ｂ）が形成されている。ウエハ取出部２２では、搬送ベルト３０が独立して設けられている。また、ウエハ取出部２２には、周回レール１８の幅方向にウエハを搬送する搬送ベルト３２が設けられている。

図３〜５に示すように、エレベータ１７０は、鉛直方向に伸びる支柱と、ステージ１７０ａを備えている。ステージ１７０ａには、半導体ウエハを載置することができる。ステージ１７０ａは、支柱に沿って高さ方向に移動することができる。ステージ１７０ａには、搬送ベルト１７０ｂが設けられている。搬送ベルト１７０ｂは、搬送ベルト３２と同一方向に半導体ウエハを搬送する。

図３、４に示すように、加工装置７０内には、ローダ・アンローダ７０ａと、ロボットアーム７０ｂと、加工用載置部７０ｃが設置されている。ローダ・アンローダ７０ａには、搬送ベルト７０ｄが設けられている。搬送ベルト７０ｄは、搬送ベルト１７０ｂと同一方向に半導体ウエハを搬送する。ロボットアーム７０ｂは、ローダ・アンローダ７０ａと加工用載置部７０ｃの間で半導体ウエハを移動させる。加工装置７０は、加工用載置部７０ｃ上に載置された半導体ウエハに対して加工を行う。

製造ライン１０では、周回レール１８とエレベータ１７０〜１９６を用いて半導体ウエハを各加工装置７０〜９６の間で搬送し、各加工装置によって半導体ウエハに加工を行う。上述したウエハ取出部２２は、周回レール１８上からエレベータ１７０〜１９６に半導体ウエハを搬送するために用いられる。図６は、本実施形態の製造ライン１０において、１つの半導体ウエハに対して行う加工工程の一覧を示している。図６に示すように、周回数が１周目の半導体ウエハに対しては、加工装置７０、７２、７４、８２、８４、９２、９４及び９６で加工が行われる。２周目の半導体ウエハに対しては、加工装置７０、７２、７６、７８、８２、８４、８８及び９６で加工が行われる。同様に、３周目以降の半導体ウエハに対しても、周回数に応じて使用される加工装置が定められている。図６の工程順は、半導体ウエハが周回レール１８を１周する毎に、１つのレイヤーが形成されるように定められている。半導体ウエハが周回レール１８を複数回周回することで、半導体ウエハに多数のレイヤーが形成される。これによって、半導体ウエハ中に半導体装置の構造が形成される。ウエハ取出部２２は、図６の工程順に従って、半導体ウエハを各加工装置７０〜９６に搬送できるように設置されている。すなわち、図２に示すように、加工装置７０では、１周目の半導体ウエハと２周目の半導体ウエハに対して加工が行われる。したがって、図４、５に示すように、加工装置７０の前方の周回レール１８には、１段目のループ１０１と２段目のループ１０２にウエハ取出部２２が設けられている。同様に、加工装置７２では、１周目の半導体ウエハと２周目の半導体ウエハに対して加工が行われる。したがって、加工装置７２の前方の周回レール１８には、１段目のループ１０１と２段目のループ１０２にウエハ取出部２２が設けられている。加工装置７６では、２周目の半導体ウエハと３周目の半導体ウエハと４周目の半導体ウエハに対して加工が行われる。したがって、加工装置７４の前方の周回レール１８には、２段目のループ１０２と３段目のループ１０３と４段目のループ１０４にウエハ取出部２２が設けられている。このように、各加工装置の前方の周回レール１８には、加工対象である周回数のウエハが流れるループにウエハ取出部２２が設けられている。

制御装置６０は、搬送装置１２と各エレベータ１７０〜１９６と各加工装置７０〜９６を制御する。周回レール１８上から各加工装置７０〜９６に半導体ウエハを搬送するときに、制御装置６０が各部を制御する方法について説明する。ここでは、例として、加工装置７０に半導体ウエハを搬送するときの制御方法について説明する。

上述したように、周回レール１８では、搬送ベルト３０によって、半導体ウエハが下流側に搬送される。半導体ウエハが、図３〜５に示すウエハ取出部２２ａ（加工装置７０の前方の１段目のループ１０１に設けられたウエハ取出部２２）に進入すると、図示しないセンサによって、ウエハ取出部２２ａ内に半導体ウエハが進入したことが検出される。すると、制御装置６０は、ウエハ取出部２２ａ内の搬送ベルト３０を停止させて、半導体ウエハをウエハ取出部２２ａ内で停止させる。次に、制御装置６０は、エレベータ１７０のステージ１７０ａを、ウエハ取出部２２ａと同一の高さまで移動させる。次に、制御装置６０は、ウエハ取出部２２ａの搬送ベルト３２とステージ１７０ａの搬送ベルト１７０ｂによって、半導体ウエハを、ウエハ取出部２２ａ上からステージ１７０ａ上に移動させる。次に、制御装置６０は、ステージ１７０ａを下方に移動させ、加工装置７０のローダ・アンローダ７０ａと同一の高さでステージ１７０ａを停止させる。次に、制御装置６０は、ステージ１７０ａの搬送ベルト１７０ｂとローダ・アンローダ７０ａの搬送ベルト７０ｄによって、半導体ウエハを、ステージ１７０ａ上からローダ・アンローダ７０ａ上に移動させる。次に、制御装置６０は、ロボットアーム７０ｂによって、半導体ウエハを、ローダ・アンローダ７０ａ上から加工用載置部７０ｃ上に移動させる。次に、制御装置６０は、加工装置７０によって、加工用載置部７０ｃ上の半導体ウエハに対して加工を行う。加工装置７０による加工が完了すると、制御装置６０は、ロボットアーム７０ｂによって、半導体ウエハを、加工用載置部７０ｃ上からローダ・アンローダ７０ａ上に移動させる。次に、制御装置６０は、ローダ・アンローダ７０ａの搬送ベルト７０ｄとステージ１７０ａの搬送ベルト１７０ｂによって、半導体ウエハを、ローダ・アンローダ７０ａ上からステージ１７０ａ上に移動させる。次に、制御装置６０は、ステージ１７０ａを上方に移動させ、ウエハ取出部２２ａと同一の高さでステージ１７０ａを停止させる。次に、制御装置６０は、ステージ１７０ａの搬送ベルト１７０ｂとウエハ取出部２２ａの搬送ベルト３２によって、半導体ウエハを、ステージ１７０ａ上からウエハ取出部２２ａ上に移動させる。次に、制御装置６０は、ウエハ取出部２２ａの搬送ベルト３０によって、半導体ウエハをウエハ取出部２２ａから周回レール１８の下流側に移動させる。

同様に、半導体ウエハがウエハ取出部２２ｂ（加工装置７０の前方の２段目のループ１０２に設けられたウエハ取出部２２）内に進入した場合にも、図示しないセンサによって、半導体ウエハがウエハ取出部２２ｂ内に進入したことが検出される。すると、制御装置６０は、ウエハ取出部２２ｂの搬送ベルト３２、エレベータ１７０、ローダ・アンローダ７０ａ及びロボットアーム７０ｂによって、ウエハ取出部２２ｂから加工装置７０の加工用載置部７０ｃ上に半導体ウエハを移動させ、加工装置７０によって半導体ウエハに加工を行う。その後、制御装置６０は、ウエハ取出部２２ｂの搬送ベルト３２、エレベータ１７０、ローダ・アンローダ７０ａ及びロボットアーム７０ｂによって、加工用載置部７０ｃ上からウエハ取出部２２ｂ上に半導体ウエハを移動させる。そして、搬送ベルト３０によって、半導体ウエハをウエハ取出部２２ｂから周回レール１８の下流側に移動させる。

以上に説明したように、ウエハ取出部２２ａ、２２ｂ内に進入した半導体ウエハは、加工装置７０内に搬入され、そこで半導体ウエハに対して加工が行わる。加工が完了した半導体ウエハは、元のウエハ取出部２２（ウエハ取出部２２ａまたは２２ｂ）上に戻され、周回レール１８の下流側に搬送される。加工装置７０の前方の周回レール１８には、１段目のループ１０１と２段目のループ１０２にウエハ取出部２２が設けられている。したがって、図２に示すように、加工装置７０で、１周目の半導体ウエハと２周目の半導体ウエハに対して加工が行われる。

上述したウエハ取出部２２ａ及び２２ｂ以外のウエハ取出部２２に半導体ウエハが進入した場合にも、制御装置６０は、同様に各部を制御する。これによって、何れかのウエハ取出部２２に進入した半導体ウエハは、対応する加工装置内に搬入され、その加工装置内で加工を受け、その後、元のウエハ取出部２２上に戻される。上述したように、ウエハ取出部２２は、図２の表に従って、半導体ウエハを各加工装置に搬入できるように設置されている。したがって、周回レール１８上を移動する半導体ウエハに対して、図２に示す順序で各加工装置により加工が行われる。これによって、半導体ウエハ中に半導体装置の構造が形成される。全ての加工が完了した半導体ウエハは、搬出レール２０上に搬出される。搬出された半導体ウエハをダイシングすることで、半導体装置を製造することができる。

この製造ライン１０では、周回レール１８が螺旋状に伸びているので、各加工装置の前方に１段目から１３段目までのループ１０１〜１１３が位置している。また、エレベータ等の搬送機構によって、必要なループ上から加工装置に半導体ウエハを搬送できるように構成されている。このため、１つの加工装置によって、１つの半導体ウエハに対して繰り返し加工を行うことができる。例えば、加工装置７０によって、１周目の半導体ウエハ（すなわち、１段目のループ１０１上の半導体ウエハ）を加工することができるとともに、２周目の半導体ウエハ（すなわち、２段目のループ１０２上の半導体ウエハ）を加工することができる。このため、少ない加工装置で製造ライン１０を構成することができ、設備投資に要する費用を抑えることができる。

また、この製造ライン１０では、多くの加工が行われた半導体ウエハほど周回レール１８の下流側に存在している。すなわち、加工の程度が異なる半導体ウエハが周回レール１８上で混在することがない。したがって、周回レール１８上で半導体ウエハが汚染されることを抑制することができる。例えば、電極が形成されている半導体ウエハと加工前の半導体ウエハがレール上で混在していると、レール上で加工前の半導体ウエハが汚染される。すなわち、電極が形成されている半導体ウエハがレール上を移動すると、そのレールに電極の構成材料である金属が極微量に付着する。その後にそのレール上に加工前の半導体ウエハが進入すると、レールに付着している金属（電極の構成材料である金属）が加工前の半導体ウエハに付着する。金属が付着した状態で半導体ウエハに加工（例えば、熱処理等）が行われると、半導体ウエハの内部に金属が拡散し、半導体ウエハの特性が変化してしまう。本実施形態の製造ライン１０では、加工の程度が異なるウエハが周回レール１８上で混在することが無いので、このような汚染を抑制することができる。したがって、半導体ウエハの特性が変化することを抑制することができ、安定した品質で半導体装置を製造することができる。

また、本実施形態の製造ライン１０では、加工の程度が異なる半導体ウエハが周回レール１８上に混在することがないので、各部の制御を単純化することができる。例えば、加工の程度が異なる半導体ウエハが周回レール上に混在する場合には、ある半導体ウエハがウエハ取出部２２に進入したときに、その半導体ウエハに対してどの程度加工が行われているのかを特定し、その半導体ウエハに対して加工を行うべきか否かを判定する必要が生じる。しかしながら、本実施形態の製造ライン１０では、加工の程度が異なる半導体ウエハがレール上に混在することがないので、このような判定を行う必要がない。ウエハ取出部２２に進入した半導体ウエハの全てを対応する加工装置で加工すればよい。複雑な制御が不要となるので、本実施形態の製造ライン１０では、容易に製造ライン１０を管理することができる。

なお、上述した実施例では、搬送ベルト３０によって、各半導体ウエハを単体で搬送するように搬送装置１２が構成されていた。しかしながら、搬送装置１２は、レールに沿って移動するトレーを有していてもよい。この場合には、各トレー上に半導体ウエハを載置し、トレーと共に半導体ウエハをレールに沿って移動させることができる。このような構成でも、搬出レール２０に搬出されたトレーを洗浄し、洗浄後のトレーに半導体ウエハを載置して投入レール１６に投入することで、周回レール１８上での半導体ウエハの汚染を抑制することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：製造ライン
１０ａ：中央部
１２：搬送装置
１６：投入レール
１８：周回レール
２０：搬出レール
２２：ウエハ取出部
２２ａ：ウエハ取出部
２２ｂ：ウエハ取出部
３０：搬送ベルト
３２：搬送ベルト
６０：制御装置
７０〜９６：加工装置
７０ａ：ローダ・アンローダ
７０ｂ：ロボットアーム
７０ｃ：加工用載置部
７０ｄ：搬送ベルト
１０１〜１１３：ループ
１７０〜１９６：エレベータ
１７０ａ：ステージ
１７０ｂ：搬送ベルト

Claims (2)

1. 半導体装置の製造ラインであって、
   複数回周回するように伸びる移動経路に沿ってウエハを搬送する搬送手段と、
   複数の加工装置、
   を備えており、
   各加工装置は、前記移動経路上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを前記移動経路上に戻すように構成されており、
   少なくとも１つの加工装置は、前記移動経路のうちの第１のループ上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを第１のループ上に戻すように構成されているとともに、前記移動経路のうちの第１のループとは異なる第２のループ上のウエハを取り込み、取り込んだウエハに加工を行い、加工後のウエハを第２のループ上に戻すように構成されている、
   ことを特徴とする製造ライン。
2. 前記移動経路が、螺旋状に伸びていることを特徴とする請求項１に記載の製造ライン。

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