JP3286240B2 - 半導体処理用ロードロック装置及び方法 - Google Patents

半導体処理用ロードロック装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は処理室へ半導体ウエ
ハを順次搬送する搬送装置と協働するべく複数の半導体
ウエハを積載して待機するロードロック装置に関し，特
に効率よく半導体ウエハを処理室に搬送するための構造
を有するロードロック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，半導体製造装置において半導体ウ
エハなどの被処理体を順次反応室に搬送して処理するた
めに，複数の半導体ウエハを積載して待機するロードロ
ック装置が使用されてきた。図１(A)は従来の単一チャ
ンバ型のロードロック装置を示したものである。ロード
ロック装置は内部を真空排気されるチャンバ1と，複数
の半導体ウエハ4を積載するためのウエハ保持手段6と，
該ウエハ保持手段6から順次半導体ウエハ4を処理室2に
搬送するための搬送機構7とから成る。該チャンバ1は，
処理室2と当該チャンバ1とを連通するゲートバルブ3及
び外部から半導体ウエハ4の装填されたウエハ保持手段6
を搬入及び搬出するためのフロントドア5を有する。
【０００３】フロントドア5が開放されて半導体ウエハ4
が装填されたウエハ保持手段6がチャンバ1内に搬入され
た後，フロントドア5が閉じられてチャンバ1内部が真空
排気される。その後ゲートバルブ3が開けられ搬送機構7
によって半導体ウエハ4が一枚だけ処理室2内に搬送され
る。処理室2内での処理終了後に，当該半導体ウエハ4は
ウエハ保持手段6の元の場所に戻され，次の半導体ウエ
ハ4が処理室2へ搬送される。こうしてウエハ保持手段6
内のすべての半導体ウエハ4の処理が終了した後，ゲー
トバルブ3が閉じられフロントドア5が開かれて，チャン
バ1内部からウエハ保持手段6が取り出される。その後再
び別のウエハ保持手段6がフロントドア5からチャンバ1
内へ搬入される。
【０００４】しかし，このような従来の単一チャンバ型
のロードロック装置では，ウエハ保持手段の交換に要す
る時間の間処理装置を停止させなければならないため，
生産性が低いという欠点があった。
【０００５】そこで，生産性の向上を目的として，複数
チャンバ型のロードロック装置が開発された。図１(B)
は従来の複数チャンバ型のロードロック装置を略示した
ものである。この装置は，一つの搬送機構10と，該搬送
機構10に対してゲートバルブ12を介して接続された２つ
のロードロックチャンバ8，9と，該搬送機構10に対して
ゲートバルブ12を介して接続された２つの処理室13，14
とから成る。各チャンバ8，9は，所定の数の半導体ウエ
ハを積載待機するウエハ保持手段16，17及び処理済みの
半導体ウエハをチャンバ外部へ順次搬出するためのドア
バルブ11A，11Bをそれぞれ有する。
【０００６】各ロードロックチャンバ8，9のドアバルブ
11A，11Bが開かれてウエハ保持手段16，17内に所定の数
の半導体ウエハ18が装填された後，各チャンバ8，9内部
は真空排気される。その後第１のゲートバルブ12Aが開
放され，第１のロードロックチャンバ8から各処理室13,
14に順次半導体ウエハ18が搬送される。処理が終了する
と，各処理室13,14内の半導体ウエハ18が第１のロード
ロックチャンバ8に戻され，第１のゲートバルブ12Aが閉
じられる。その後第２のゲートバルブ12Bが開放されて
第２のロードロックチャンバ9から各処理室13,14へ順次
半導体ウエハ18が搬送される。その間に第１のロードロ
ックチャンバ8のドアバルブ11Aが開放されて，処理済み
の半導体ウエハが順次取り出され，次の半導体ウエハが
ウエハ保持手段16に装填される。
【０００７】この従来の複数チャンバ型ロードロック装
置によって，処理室のいわゆる空き状態の時間は減少
し，生産性も向上した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし，この従来の複
数チャンバ型ロードロック装置は以下のような欠点を有
する。
【０００９】従来の複数チャンバ型ロードロック装置で
は，処理室の稼働率を上げるために，第１のロードロッ
ク装置内の半導体ウエハを処理している時間中に，第２
のロードロック装置は，ロードロックチャンバ内のウエ
ハ保持手段から処理済みの半導体ウエハを搬出し，新し
い半導体ウエハを装填し，ドアバルブを閉じて，チャン
バ内部を真空排気して待機していなければならない。こ
の作業を半導体ウエハの処理時間中に実行できないと，
処理が終了しているにも関わらず，新しい半導体ウエハ
を処理室に搬送することができなくなり，処理室は空き
状態となってしまう。特に，薄膜処理のような処理時間
の短いプロセスの場合には，この危険性が大きい。また
処理室の数が多い場合にも同様の状況に陥りやすい。
【００１０】これを回避するために，ロードロックチャ
ンバの数を増やす方法があるが，ロードロックチャンバ
を水平に複数配設する従来の構造では，装置全体が大型
化してしまい，装置スペース削減の市場ニーズに反する
ことになる。
【００１１】したがって，本発明の目的は，装置スペー
スが削減でき，生産性を向上させるロードロック装置及
び方法を与えることである。
【００１２】また，本発明の他の目的は，処理室が多い
場合や，処理時間の短いプロセスに対しても高い生産性
を保証するロードロック装置及び方法を与えることであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明に係るロードロック装置は以下の手段から成
る。
【００１４】処理室へ被処理体を順次搬送する搬送機構
と協働するべく該被処理体を積載して待機するロードロ
ック装置は，チャンバ手段と，複数の前記被処理体を装
填するためのウエハ保持手段であって，前記チャンバ内
を上下に移動可能なウエハ保持手段と，前記ウエハ保持
手段の側面に設けられたフランジ手段であって，前記チ
ャンバの内壁の一部と係合することで，前記チャンバの
内部空間を隔絶された２つの部屋に分離するところのフ
ランジ手段と，から成る。
【００１５】ここで，好適には前記搬送機構は前記チャ
ンバ手段の側面の略中央部に接続されている。
【００１６】また，好適には前記フランジ手段は前記ウ
エハ保持手段の側面の実質的に中央に結合されており，
それが前記チャンバの前記内壁の一部と係合したとき前
記ウエハ保持手段の一部が前記搬送機構から完全に離隔
され，前記ウエハ保持手段の残りの部分が前記搬送機構
にさらされる。
【００１７】さらに，好適には前記チャンバは，前記被
処理体を前記ウエハ保持手段へ搬入及び搬出するための
少なくとも一つのドアバルブを有する。
【００１８】さらに，前記ウエハ保持手段は具体的には
昇降手段によって支持されている。
【００１９】さらにまた，好適には前記フランジ手段は
シール手段を有する。
【００２０】一方本発明に係る，ロードロック装置の内
部に積載待機された被処理体を順次所定の処理室へ搬入
及び搬出する方法は，当該ロードロック装置が，チャン
バ手段と，複数の前記被処理体を装填するためのウエハ
保持手段であって，前記チャンバ内を上下に移動可能な
ウエハ保持手段と，前記ウエハ保持手段の側面に設けら
れたフランジ手段であって，前記チャンバの内壁の一部
と係合することで，前記チャンバ内部空間を隔絶された
２つの部屋に分離するところのフランジ手段と，から成
るところの方法であって，前記フランジ手段を第１の位
置で係合当接させた状態で，前記ウエハ保持手段の第１
部分へ前記被処理体を装填し，その間に処理済みの被処
理体を前記処理室から搬出し前記ウエハ保持手段の第２
部分へ戻す工程と，前記ウエハ保持手段を移動させ，前
記フランジ手段を第２の位置で係合当接させた状態で，
前記ウエハ保持手段の第１部分から前記被処理体を取り
出して前記処理室へ搬送し，その間に前記ウエハ保持手
段の第２部分から前記処理済みの被処理体をチャンバ外
部へ搬出する工程と，前記フランジ手段を第２の位置で
係合当接させた状態で，前記ウエハ保持手段の第２部分
へ前記被処理体を装填し，その間に処理済みの被処理体
を他の処理室から搬出し前記ウエハ保持手段の第１部分
へ戻す工程と，前記ウエハ保持手段を移動させ，再び前
記フランジ手段を第１の位置で係合当接させた状態で，
前記ウエハ保持手段の第２部分から前記被処理体を取り
出して前記他の処理室へ搬送し，その間に前記ウエハ保
持手段の第１部分から前記処理済みの被処理体をチャン
バ外部へ搬出する工程と，上記工程を繰り返す工程と，
から成る。
【００２１】ここで当該方法は，さらに，前記ウエハ保
持手段への被処理体の装填またはチャンバ外部への搬出
中において，搬送機構から隔絶された方の部屋を大気圧
に戻す工程と，前記ウエハ保持手段への被処理体の装填
または搬出が終了した後，搬送機構から隔絶された方の
部屋を真空排気する工程と，を含むことができる。
【００２２】また，好適には搬送機構から隔絶された方
の部屋を大気圧に戻す工程において，前記フランジ手段
と前記チャンバ内壁の一部との係合が保持される。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下，図面を交えながら本発明を
詳述する。
【００２４】図２は，本発明に係るロードロック装置を
含む半導体製造装置の平面略示図である。装置は，中央
の搬送機構24と，該搬送機構24に接続された本発明に係
るロードロック装置20と，該搬送機構24の周囲にゲート
バルブ23を介して接続された４つの処理室22とから成
る。ここで注意すべきは，後に詳しく説明するようにロ
ードロックチャンバ25と搬送機構24の間にゲートバルブ
が存在しない点である。これが本発明の最大の特徴であ
る。搬送機構24は通常のアーム機構タイプのものであ
る。また，処理室22は，例えば，熱CVD装置またはエッ
チング装置などである。本発明に係るロードロック装置
20は，好適実施例において一つのロードロックチャンバ
25から成るが，図５に示すように２つのロードロックチ
ャンバを水平方向に隣接配置して使用することも可能で
ある。また，同様に２つ以上のロードロックチャンバを
使用することも可能である。
【００２５】図３は，図２の装置の断面図を示したもの
である。図３(A)は線A-A断面図を，図３(B)は線B-B断面
図をそれぞれ表す。
【００２６】本発明に係る，処理室へ半導体ウエハを順
次搬送する搬送機構と協働するべく該半導体ウエハを積
載して待機するロードロック装置20は，チャンバ25と，
複数の半導体ウエハ38を装填するためのウエハ保持手段
31であって，チャンバ25内を上下に移動可能なウエハ保
持手段31と，該ウエハ保持手段31の側面に設けられたフ
ランジ手段30であって，チャンバの内壁の当接部36と係
合することで，前記チャンバ25の内部空間を隔絶された
２つの部屋X及びYに分離するところのフランジ手段30
と，から成る。
【００２７】チャンバ25の側面の略中央部には搬送機構
24が接続され，アーム機構35によって，ウエハ保持手段
31に載置された半導体ウエハ38が処理室22内へ搬送され
る。また，チャンバ25の側面には好適に２つのドアバル
ブ32，33が設けられ，半導体ウエハ38が該ドアバルブを
通じて外部のアーム機構39によってウエハ保持手段31へ
搬入及び搬出される。ここで，ドアバルブ32，33は排気
口及び吸気口として機能することもできる。さらに，チ
ャンバ25はチャンバ内部を排気及び吸気するための排気
口及び／または吸気口を別々に有することもできる。
【００２８】ウエハ保持手段31は，好適には左右一対の
支持体31d,31d',31e,31e'及びウエハを載置する複数の
載置部31cから成る。ウエハ保持手段31は上記フランジ
手段30によって上下２つの部分31a及び31bに分離され
る。ウエハ保持手段31に装填される半導体ウエハ38の数
は，ロードロック装置に接続される処理室22の数や処理
の内容によって異なり，生産性を考慮して最適な数が選
択される。ウエハ保持手段31は外部の駆動装置（図示せ
ず）に接続された昇降手段34によって支持され，チャン
バ25内を上下に移動することができる。
【００２９】フランジ手段30は好適には容易に変形しな
い材質から成るディスクであって，ウエハ保持手段31の
略中央部に結合されている。ウエハ保持手段31が昇降手
段34によって上昇して上限位置まで達すると，フランジ
手段30の周縁部がチャンバ25の内壁の当接部36と当接し
係合する。好適には，フランジ手段の周縁部及び／また
はチャンバ内壁の当接部36にはシール手段37が設けられ
ている。その結果ウエハ保持手段31の上部31aは搬送機
構24から完全に隔絶され，同時にウエハ保持手段31の下
部31bは搬送機構24にさらされる。上記当接部36は，他
にチャンバ25の内側に伸張したフランジであってもよ
い。この場合にはフランジ手段30の周縁部は，チャンバ
25の内壁に設けられたフランジと係合する。
【００３０】次に，本発明に係るロードロック装置の動
作について説明する。図４は，本発明に係るロードロッ
ク装置の断面図を略示したものであり，図４(A)及び(D)
はウエハ保持手段31が上限位置にあるときを示し，一方
図４(B)及び(C)はウエハ保持手段31が下限位置にあると
きを示している。
【００３１】本発明に係るロードロック装置20を使っ
て，チャンバ内部に積載された半導体ウエハを順次所定
の処理室へ搬入及び搬出する方法は，フランジ手段30を
上限位置でチャンバ内壁の当接部36と係合当接させた状
態で，ドアバルブ32を開放し，該ウエハ保持手段30の上
部31aへアーム機構39によって新しい半導体ウエハ38を
装填し，ドアバルブ32を閉止して部屋Xを真空排気し，
その間に処理済みの半導体ウエハ43を処理室22から取り
出し，アーム機構35によってウエハ保持手段31の下部31
bへ戻す工程（図４(A)参照）と，ウエハ保持手段31を昇
降手段34によって下方へ移動させ，フランジ手段30を下
限位置でチャンバ内壁の当接部40と係合当接させた状態
で，ウエハ保持手段30の上部31aから半導体ウエハ38を
取り出してアーム機構35によって処理室22へ搬送し，そ
の間にドアバルブ33を開放してウエハ保持手段31の下部
31bから処理済みの半導体ウエハ43をアーム機構42によ
ってチャンバ外部へ搬出する工程（図４(B)参照）と，
フランジ手段30を下限位置でチャンバ内壁の当接部40と
係合当接させた状態で，ウエハ保持手段31の下部31bへ
新しい半導体ウエハ38を装填し，ドアバルブ33を閉止し
て部屋Yを真空排気し，その間に処理済みの半導体ウエ
ハ43を他の処理室22から搬出しアーム機構35によってウ
エハ保持手段31の上部31aへ戻す工程（図４(C)参照）
と，ウエハ保持手段31を上昇移動させ，再びフランジ手
段30を上限位置でチャンバ25の内壁の当接部36と係合当
接させた状態で，ウエハ保持手段31の下部31bから半導
体ウエハ38を取り出してアーム機構35によって他の処理
室22へ搬送し，その間にドアバルブ32を開放してウエハ
保持手段31の上部31aから処理済みの半導体ウエハ43を
アーム機構39によってチャンバ外部へ搬出する工程（図
４(D)参照）と，上記工程を繰り返す工程と，から成
る。上記ウエハ保持手段31の上部31a及び下部31bへ装填
される半導体ウエハの枚数は，処理室の数及び処理内容
に応じて最適な数が選択される。チャンバ25の外部から
ウエハ保持手段31に半導体ウエハを搬入及び搬出する工
程において，ドアバルブ32，33を開放すると部屋が大気
圧に戻されるため，フランジ手段30は係合と逆方向の圧
力を受ける。この場合，好適には昇降手段34が密閉が維
持されるようにウエハ保持手段を保持する。
【００３２】本発明に係るロードロック装置によれば、
フランジ手段30がバルブとして機能するため、従来、搬
送機構24とロードロックチャンバ25の間に必要であった
ゲートバルブは省略可能となった。その結果、ゲートバ
ルブの開閉に要する時間が節約でき、生産性が向上し
た。
【００３３】また，上記ゲートバルブを省略できたこと
により，チャンバ内壁面に設けられていたゲートバルブ
取り付け部分の構造体を除去でき，その結果，搬送機構
とロードロックチャンバとの距離が少なくとも１２０mm
程度短縮できて装置の小型化が達成できた。
【００３４】さらに，本発明に係るロードロック装置の
有する作用効果は，従来の２つのロードロックチャンバ
を水平配置したロードロック装置の有する作用効果と実
質的に同等であるため，平面的に見れば，１つのロード
ロックチャンバでその２つ分の効果を有することにな
る。その結果，搬送機構及びロードロック装置部分の装
置面積を約４０％削減できた。
【００３５】さらにまた，従来型のロードロック装置で
は処理時間の短い薄膜処理の場合や処理室が多い場合に
被処理体の交換が間に合わず処理室が停止するような問
題も，本発明に係るロードロック装置を２つ使用すれば
実質的に４つのロードロックチャンバと同等になり容易
に解決できる。例えば，処理室が３つで，処理時間が約
４０秒程度の薄膜処理の場合，従来のロードロック装置
に比べ生産性で約３０％改善された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(A)及び(B)は，従来のロードロック装置を
含む半導体製造装置を略示したものである。
【図２】図２は，本発明に係るロードロック装置の好適
実施例の平面略示図である。
【図３】図３(A)は図２のA-A断面図を略示したものであ
り，図３(B)は図２のB-B断面図を略示したものである。
【図４】図４(A)〜(D)は，本発明に係るロードロック装
置の拡大断面図である。
【図５】図５は，本発明に係るロードロック装置の他の
実施例の平面略示図である。
【符号の説明】
20 ロードロック装置 22 処理室 23 ゲートバルブ 24 搬送機構 25 ロードロックチャンバ 30 フランジ手段 31 ウエハ保持手段 31a ウエハ保持手段上部 31b ウエハ保持手段下部 32 ドアバルブ 33 ドアバルブ 34 昇降手段 35 アーム機構 36 当接部 37 シール手段 38 半導体ウエハ 39 アーム機構

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】処理室へ被処理体を順次搬送する搬送機構
    と協働するべく該被処理体を積載して待機するロードロ
    ック装置であって、 チャンバ手段と、 複数の前記被処理体を装填するための保持手段であっ
    て、前記チャンバ内を上下に移動可能な保持手段と、前記保持手段を上下移動するためのひとつの昇降手段
    と、 前記保持手段の側面に設けられたひとつのフランジ手段
    であって、前記チャンバの内壁の一部と当接係合するこ
    とで、前記チャンバの内部空間を隔絶された２つの部屋
    に分離するところのフランジ手段と、前記フランジ手段の周縁部及び／またはチャンバ内壁と
    前記フランジ手段の当接部に設けられたシール手段と、 から成る装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の装置であって、前記搬送
    機構は前記チャンバ手段の側面の略中央部に接続されて
    いる、 ところの装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の装置であって、前記フラ
    ンジ手段は前記保持手段の側面の実質的に中央に結合さ
    れており、それが前記チャンバの前記内壁の一部と係合
    したとき前記保持手段の一部が前記搬送機構から完全に
    離隔され、前記保持手段の残りの部分が前記搬送機構に
    さらされる、 ところの装置。
  4. 【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の装置で
    あって、前記チャンバは、前記被処理体を前記保持手段
    へ搬入及び搬出するための少なくとも一つのドアバルブ
    を有する、 ところの装置。
  5. 【請求項５】ロードロック装置の内部に積載待機された
    被処理体を順次所定の処理室へ搬入及び搬出する方法で
    あって、 当該ロードロック装置が、 チャンバ手段と、 複数の前記被処理体を装填するための保持手段であっ
    て、前記チャンバ内を上下に移動可能な保持手段と、前記保持手段を上下移動するためのひとつの昇降手段
    と、 前記保持手段の側面に設けられたひとつのフランジ手段
    であって、前記チャンバの内壁の一部と当接係合するこ
    とで、前記チャンバの内部空間を隔絶された２つの部屋
    に分離するところのフランジ手段と、前記フランジ手段の周縁部及び／またはチャンバ内壁と
    前記フランジ手段の当接部に設けられたシール手段と、 から成るところの方法であって前記フランジ手段を第１
    の位置で係合当接させた状態で、前記保持手段の第１部
    分へ前記被処理体を装填し、その間に処理済みの被処理
    体を前記処理室から搬出し前記保持手段の第２部分へ戻
    す工程と、 前記保持手段を移動させ、前記フランジ手段を第２の位
    置で係合当接させた状態で、前記保持手段の第１部分か
    ら前記被処理体を取り出して前記処理室へ搬送し、その
    間に前記保持手段の第２部分から前記処理済みの被処理
    体をチャンバ外部へ搬出する工程と、 前記フランジ手段を第２の位置で係合当接させた状態
    で、前記保持手段の第２部分へ前記被処理体を装填し、
    その間に処理済みの被処理体を他の処理室から搬出し前
    記保持手段の第１部分へ戻す工程と、 前記保持手段を移動させ、再び前記フランジ手段を第１
    の位置で係合当接させた状態で、前記保持手段の第２部
    分から前記被処理体を取り出して前記他の処理室へ搬送
    し、その間に前記保持手段の第１部分から前記処理済み
    の被処理体をチャンバ外部へ搬出する工程と、 上記工程を繰り返す工程と、 から成る方法。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の方法であって、さらに、
    前記保持手段への被処理体の装填またはチャンバ外部へ
    の搬出中において、搬送機構から隔絶された方の部屋を
    大気圧に戻す工程と、 前記保持手段への被処理体の装填または搬出が終了した
    後、搬送機構から隔絶された方の部屋を真空排気する工
    程と、 を含むところの方法。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の方法であって、搬送機構
    から隔絶された方の部屋を大気圧に戻す工程において、
    前記フランジ手段と前記チャンバ内壁の一部との係合が
    保持される、 ところの方法。
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