JP4575647B2 - 炉内でウェハをバッチ処理するための方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に半導体製造に関し、より詳細には、炉内でのバッチ処理のためにウェハを移送して支持するための方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
熱に関連する複雑さが、炉内でウェハのバッチを非常に高い温度で扱う、または処理する、例えば最大約1350℃の温度で処理するために一般的なウェハボートを使用することを妨げる可能性がある。例えば、一般的なウェハボートでは、縁部でのみウェハを支持することができる。そのような支持スキームでは、非常に高い温度ではウェハの機械的強度が低減することがあるため、ウェハ自体の重量によって、非常に高い温度でウェハを塑性変形する可能性がある。
【0003】
他の利用可能なウェハボートウェハ支持機構が特許文献1および特許文献2に記載されている。特許文献1は、複数の内側位置でウェハを支持するために複数の内側延在アームを有するウェハ支持機構を有するウェハボートに関するものである。特許文献2は、リング支持機構の円周全体を使用して、中心位置でウェハを支持するウェハボートに関するものである。しかし、これらのウェハボードでの支持機構は、依然として、ウェハの塑性変形および結果として生じる結晶学的すべりを防止するのに十分な支持性を有しない。すべりを防止するために、ウェハを、底面領域の実質的な部分にわたって支持する必要がある。
【0004】
この基準に見合うウェハ支持機構が、単一ウェハシステムに関して知られている。そのようなシステムでは、底面領域全体にわたってウェハを支持するサセプタと、周縁でウェハを支持するために完全な円を形成する支持リングとが従来技術において知られている。しかし、そのようなサセプタ上にウェハを配置するために、またはサセプタからウェハを分離するために特別の措置が必要である。
【0005】
特に、そのような単一ウェハシステムでは、従来技術によるロボットエンドエフェクタを使用するとき、ウェハへのアクセスは通常、底部からなされ、サセプタはプロセスチャンバ内部で定位に留まり、ウェハは直列に装填され、装填解除される。一般的には、ロボットエンドエフェクタは、サセプタの上のレベルで可動ピン上にウェハを配置し、ウェハはサセプタの十分上方に間隔を空けて配置されて、ウェハまたはサセプタにロボットエンドエフェクタが接触することなくロボットエンドエフェクタを引き抜くための十分なクリアランスを可能にする。引抜き後、ピンは下方向に移動して、ウェハをサセプタまで下げる。ウェハを装填解除するためには、これらのステップの逆が行われる。そのようなウェハ装填および支持システムは、単一ウェハ処理に適している一方で、バッチ処理システムに簡単には適用可能でない。これは、可能であったとしても、とりわけ、あらゆる処理位置が可動ピンと、これらのピンを移動するための関連ハードウェアおよび制御システムとを備える必要があるので、そのようなシステムは受け入れられないほど複雑で、扱いにくくなるためである。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第5865321号明細書
【特許文献2】
米国特許第5820367号明細書
【0007】
【特許文献3】
米国特許第4407654号明細書
【特許文献4】
米国特許第4770590号明細書
【特許文献5】
米国特許第5162047号明細書
【特許文献6】
米国特許第5192371号明細書
【特許文献7】
米国特許第5219079号明細書
【特許文献8】
米国特許第5310339号明細書
【特許文献9】
米国特許第5316472号明細書
【特許文献10】
米国特許第5334257号明細書
【特許文献11】
米国特許第5407449号明細書
【特許文献12】
米国特許第5482558号明細書
【特許文献13】
米国特許第5482559号明細書
【特許文献14】
米国特許第5492229号明細書
【特許文献15】
米国特許第5556147号明細書
【特許文献16】
米国特許第5556275号明細書
【特許文献17】
米国特許第5858103号明細書
【特許文献18】
米国特許第5897311号明細書
【特許文献19】
米国特許第5931666号明細書
【特許文献20】
米国特許第6099302号明細書
【特許文献21】
米国特許第6203617号明細書
【特許文献22】
米国特許第6287112号明細書
【特許文献23】
米国特許第6321680号明細書
【特許文献24】
米国特許第6341935号明細書
【特許文献25】
米国特許第6361313号明細書
【特許文献26】
米国特許第6390753号明細書
【特許文献27】
米国特許第6464445号明細書
【特許文献28】
欧州特許出願公開第86308980.1号明細書
【特許文献29】
国際公開第00/68977号パンフレット
【特許文献30】
特開昭63−10225号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、とりわけ、底面領域の実質的な部分にわたるウェハに関する支持機構を提供し、プロセスチャンバで処理するためのウェハの効率の良い装填および装填解除を可能にするウェハ支持システムをウェハボートに提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、半導体処理のための方法が提供される。この方法は、ウェハ支持機構上にウェハを配置するステップと、その後、ウェハ支持機構上に配置された状態で、ウェハをウェハボート内に輸送するステップと、ウェハボート内で、ウェハがウェハ支持機構上に配置された状態でウェハに半導体製造プロセスを施すステップとを含む。
【0010】
他の好ましい実施形態によれば、処理のためにウェハおよびウェハ支持機構を取り扱うための方法が提供される。この方法は、移送ステーション内でウェハ支持機構上にウェハを装填するステップと、ウェハを、移送ステーションからプロセスチャンバ内に輸送するステップと、プロセスチャンバ内でウェハに半導体製造プロセスを施すステップとを含む。ウェハをプロセスチャンバ内に輸送し、ウェハに半導体製造プロセスを施す間、ウェハはウェハ支持機構上に配置されている。
【0011】
さらに別の好ましい実施形態によれば、基板を処理するためのシステムが提供される。システムは、複数の基板を支持するための複数の基板支持機構を含む。
基板支持機構は、基板の周縁全体を支持し、基板支持ホルダ内に保持され、基板支持ホルダから取り外すこともできる。プロセスチャンバは、基板処理中に基板支持ホルダを収容する。システムはまた、基板支持機構上に基板を装填するように構成された、基板支持ホルダとは異なる基板装填ステーションを備える。
【0012】
別の好ましい実施形態によれば、半導体ウェハカセットが提供される。カセットは、ウェハ支持機構上にウェハを装填するように構成されたウェハ装填ステーションを収容する。
【0013】
本発明は、本発明を例示するためのものであり、制限するためのものではない好ましい実施形態の詳細な説明、および添付図面からより良く理解されよう。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について以下に図面を参照して説明する。
【0015】
本発明の好ましい実施形態によれば、半導体製造プロセス中にウェハを支持するためのウェハ支持機構が提供される。ウェハ支持機構は、ウェハ支持ホルダの格納収容部に取外し可能に格納することができる。ウェハ支持ホルダは、半導体処理に使用される標準的なウェハボートと同様であり、炉内での処理中にウェハおよびウェハ支持機構を保持する。ウェハ支持機構はまた、ウェハとはわずかに異なる寸法のウェハ支持機構を収容するように適合されている前開き一体形ポッド(FOUP)などウェハ処理カセットの格納収容部内に取外し可能に格納することができる。ウェハ支持機構は、ウェハの周縁全体にわたってウェハを支持することが好ましく、この場合、望ましいことに、ウェハ支持機構は、ウェハの周縁全体の周りに延在しない支持機構に比べてフープ強度が高くなる。ウェハ支持機構がウェハの実質的な部分を支持することがより好ましい。一実施形態では、支持機構が、ウェハの底面全体を支持することができる材料のプレートを備えることができる。他の実施形態では、ウェハ支持機構はリング形状にすることができる。ウェハの「実質的な部分」を支持する際、ウェハ支持機構は、ウェハの底面の約10%よりも多く、好ましくは約50%よりも多く、より好ましくは約90%よりも多くをカバーするようにウェハの下に延在する。
【0016】
本発明の好ましい実施形態によるウェハ支持機構に加えて、ウェハ支持機構上にウェハを配置するため、およびウェハ支持機構からウェハを取り外すために、移送または装填ステーションも提供される。移送ステーションは、第1のレベルにあるウェハ支持機構用の収容部と、第1のレベルよりも上の第2のレベルにあるウェハ用の収容部とを備える。装填中、はじめはそれぞれ第2および第1のレベルにあるウェハおよびウェハ支持機構が接触される。接触時、ウェハはウェハ支持機構上に配置される。装填解除中、はじめは同じレベルにあるウェハとウェハ支持機構が分離され、それぞれ第2および第1のレベルに位置するようになる。
【0017】
本発明の好ましい実施形態によるウェハのバッチを装填して処理するための例示処置の流れ図が、図1に概略的に与えられている。参照番号10によって示されるように、ウェハ支持機構は、ウェハ支持機構格納位置から移送ステーションに輸送される。この移送は、ウェハ輸送のために設計されたロボットエンドエフェクタを使用して行うことができる。ロボットエンドエフェクタは、底部からウェハ支持機構に接触し、ウェハ支持機構を移送ステーションに輸送する。移送ステーションで、ロボットは、ウェハ支持機構を第1のレベルに配置する。
【0018】
参照番号12によって示されるように、ウェハも移送ステーションに輸送される。ウェハは、第1のレベルよりも上にある移送ステーション内の第2のレベルを占める。
【0019】
次いで、参照番号14によって示されるように、依然として移送ステーション内にある状態で、ウェハがウェハ支持機構上に配置される。次いで、参照番号16によって示されるように、ウェハが、そのウェハが配置されているウェハ支持機構と共に、ウェハ支持ホルダまたは「ボート」に輸送される。
【0020】
参照番号18によって示されるステップで、システムが、ウェハのバッチの装填が完了したかどうかチェックする。システムが、示したステップをロボットおよび他のシステム機構を制御することによって行うようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを含むことを理解されたい。装填が完了していない場合、ループ24によって示されるように、前の手順が繰り返される。ウェハは、順次に、例えば最上部スロットから最下部スロットに、ウェハ支持ホルダ内に装填されることが好ましい。装填が完了したとき、例えば、好ましくはウェハ支持機構上に支持された完全なウェハのバッチがウェハ支持ホルダ内に装填されたとき、参照番号20によって示されるように、ウェハ支持ホルダが、炉などプロセスチャンバ内に装填される。あるいは、ウェハ/支持機構組合せの装填を、ウェハ支持ホルダがプロセスチャンバ内部に配置された状態でドアを通して行うことができる。
【0021】
参照番号22によって示されるように、プロセスチャンバ内でウェハに処理が施される。有利には、処理は非常に高い温度で、好ましくは約1000℃よりも高い温度で、より好ましくは約1200℃よりも高い温度で、最も好ましくは約1300℃よりも高い温度で行うことができる。処理後、ウェハは逆順で装填解除される(図示せず)。
【0022】
移送ステーション内外へのウェハ支持機構とウェハの移送は、同じロボットおよび同じエンドエフェクタを使用して行われることが好ましい。しかし、ウェハ支持機構およびウェハを移動させるために、様々なロボットおよび/または様々なエンドエフェクタを他の構成で使用することもできることを理解されたい。特に、使用されるウェハ支持機構に応じて、ロボットエンドエフェクタを、縁部でウェハ支持機構とウェハの両方に接触する縁部支持エンドエフェクタにすることも、底面の中心に向けてウェハ支持機構とウェハの両方に接触するより従来型のエンドエフェクタにすることも、これら2つのエンドエフェクタの組合せ、例えば、縁部でウェハ支持機構に接触し、底面の中心に向けてウェハに接触するエンドエフェクタにすることもできる。より一般には、エンドエフェクタは、ウェハ支持機構およびウェハを保持し、本明細書で述べる作用を行うのに適した任意のエンドエフェクタにすることができる。例えば、縁部支持エンドエフェクタはリング形状ウェハ支持機構に特に適しており、一方、プレートであるウェハ支持機構は、ウェハ支持機構の縁部、またはウェハ支持機構の底面のより中心の領域でウェハ支持機構に接触するエンドエフェクタを用いて保持することができる。例示的なエンドエフェクタは、2002年5月2日に出願の米国仮特許出願60/377904号、およびそれに対応する、den Hartogによって2003年2月5日に出願された「TWO LEVEL END EFFECTOR」という名称の米国実用新案出願10/361480号に開示されており、それらの開示を参照により本明細書に組み込むものとする。
【0023】
ウェハを支持するウェハ支持機構は、円形プレート、すなわちその上に配置されるウェハの底面領域全体を支持する構造を備えることが好ましい(図5Aおよび6A、および以下のそれに対応する本文を参照のこと)。ウェハ支持機構は、リングの形状、すなわち中心が空いた構造にすることもできる(図5Bおよび6B、および以下のそれに対応する本文を参照のこと)。支持「リング」は円形状を有することができるが、円形である必要はなく、関連する装置がその形状を受け入れるように構成されている限り、例えば六角形、さらには正方形にすることもできる。
【0024】
一実施形態では、ウェハ支持機構は、処理システム内に永久的に留まることができる。例えば、処理前後にウェハ支持ホルダ内に格納することができる。別の実施形態では、ウェハ支持機構は、カセット内、より詳細には、ウェハ支持機構を収容するように適合されたFOUP内で、処理システム内に格納され、供給される。この適合は、FOUP内部でウェハ支持機構を保持するための支持フレームがFOUPの標準的な構成から変化することのみを必要とする。したがって、FOUPの外面は、その標準的な構成を保つことができる。ウェハ支持機構は、300mmウェハを支持するように構成され、したがって、300mmウェハの直径よりもわずかに大きな直径を有することが好ましい。
【0025】
さらに、1つの好ましい実施形態では、移送ステーションが、ウェハ支持機構を保持するFOUPの一部として提供される。これらの適合されたFOUPは、FOUPドアオープナを備える市販のFOUP受取りステーションを介して処理システムと連結することができる。したがって、この実施形態は、既存のシステムを後付けするように特に良く適合されている。さらに、移送ステーションを、FOUPの上端部と下端部の間の任意の点に、または上端部または下端部のどちらかに位置付けることができる。移送ステーションがFOUPの下端部に位置付けられることが好ましい。
【0026】
好ましくは、ウェハも、カセット内で処理システムに供給される。300mmの直径を有するウェハに関しては、標準的なFOUPが、ウェハを処理システムに提供するために使用されるカセットとして働くことが好ましい。FOUPは、処理システム内に提供されたFOUPドアオープナを備えるFOUPステーションと連結する。したがって、別の実施形態では、ウェハ支持機構を格納するFOUPが移送ステーションを含むことができるのと同様に、ウェハを格納するFOUPも移送ステーションを含むことができる。有利には、処理システム内にウェハ支持機構が永久的に留まる処理システム内で使用されるとき、そのようなFOUPは、例えば個別の移送ステーションを処理システムに有意に後付けする必要性を含まない。さらに別の実施形態では、FOUPがウェハを格納するか、ウェハ支持機構を格納するかに関係なく、移送ステーションが構造内に存在することもできる。
【0027】
移送ステーション内部で、移送ステーション内のウェハおよびウェハ支持機構収容部が、ウェハ支持機構上にウェハを装填し、装填解除するために使用される様々なタイプの支持構造を備えることができる。したがって、ウェハ支持機構上へのウェハの配置は、いくつかの方法で行うことができる。例えば、一実施形態では、ウェハは静止したままで、ウェハ支持機構用の支持構造を垂直方向で可動にすることができる。別の実施形態では、ウェハ用の支持構造を垂直方向で可動にすることができ、ウェハ支持機構は静止したままである。さらに別の実施形態では、ウェハ用の支持機構とウェハ支持機構用の支持構造との両方が可動である。例えば、ウェハ支持機構およびウェハを格納収容部内に配置した後、ウェハ用の支持構造は、ウェハがウェハ支持機構上に位置するまでウェハ支持機構に向けて移動されるように移動することができる(あるいはその逆であり、またはウェハとウェハ支持機構の両方が移動することができる)。ウェハ支持機構が、好ましくは切欠き(例えばスルーホール)を備えて、ウェハ支持機構自体とは関係なく、それら支持構造およびウェハの垂直移動を可能にする。
【0028】
特に単純な他の実施形態では、移送ステーション内の全ての支持構造が静止している。ウェハをウェハ支持機構上に配置するための垂直移動は、ウェハに接触するようにウェハ支持機構を上に向けて輸送するロボットによって行われる。したがって、好ましい実施形態は、有利には、ウェハの周縁全体を含めたウェハの底面領域の実質的な部分を支持するウェハ支持機構上で、ウェハをプロセスチャンバに提供することができる。
【0029】
次に図面を参照する。図面を通して、同じ参照番号が同じ部分を指す。
【0030】
図2および3を参照すると、プロセスチャンバを含む例示的なウェハ処理システムが図示され、一般に参照番号30によって示されている。図2および3の例示システム30は、ハウジング32を備え、一般にはいわゆる「クリーンルーム」内に設置されている。ハウジング32に加えて、隔壁33、34、および35(図を見やすくするために図2からは省かれている)も存在する。ハウジング32は、隔壁33と共に処理チャンバ51の範囲を定める。処理領域51は反応器を備え、反応器はこの場合、垂直炉36、37である。ハウジング32と隔壁33および34とが、ウェハ取扱いセクションまたはチャンバ52を画定する。カセット移送セクションまたはチャンバ53が、ハウジング32と隔壁34および35との間に画定される。システム30内外にカセットを移送するための入出力ステーションが参照番号63によって示されている。
【0031】
ウェハが、入出力ステーション63に配置されているカセット40内に供給される。好ましい実施形態によるFOUPが、好ましくはカセット40として働く。カセット取扱いデバイス61が、入出力ステーション63から閉鎖可能開口64を通して、カセット移送セクション53内に位置付けられたカセットストア38内にカセット40を移送する。カセットストア38は、カセット40が格納される、垂直方向に位置合わせされたいくつかのロータリプラットフォーム57を備える。カセット取扱いデバイス61は、様々なプラットフォーム57に到達することができるように、エレベータ65によって垂直方向に可動である。カセット取扱いデバイス61はカセットエンドエフェクタ62を備え、カセットエンドエフェクタ62は、ロータリプラットフォーム57の一連の切欠き56の寸法よりもわずかに小さい寸法を有する。カセット取扱いデバイス61がストア38内にカセット40を移送するとき、カセット取扱いデバイス61のエンドエフェクタ62を、プラットフォーム57の1つの切欠き56の1つを通して下げて、プラットフォーム57上にカセット40を配置することができる。その後、カセット取扱いデバイス61をカセットストア38から引き抜くことができる。カセット取扱いデバイス61は、入出力ステーション63とストア38の間でカセット40を移送することができるように取り付けられている。デバイス61は、ストア38と回転可能カセット移送プラットフォーム60との間で、または入出力ステーション63と回転可能カセット移送プラットフォーム60との間でカセット40を移送することもできる。
【0032】
回転可能カセット移送プラットフォーム60は、回転時に、カセット移送セクション53とウェハ取扱いセクション52の間の隔壁34に対してカセット40が配置されるように構成されている。隔壁34は、クロージャとクロージャ機構を備え、これらが、参照番号67によって概略的に示される境界面を形成する。
隔壁34での境界面67に対してカセットを配置した後、クロージャ機構が、カセットのクロージャを把持し、ロック解除し、隔壁34のクロージャとカセットのクロージャとを同時に開く。
【0033】
ウェハ取扱いセクション52内部のウェハ取扱いデバイス54が、当該のカセットとウェハ支持ホルダ42との間でウェハを移送する。ウェハ支持ホルダ42は、好ましい実施形態のカセット内に保持することができるウェハよりも多くのウェハ、すなわち、現在標準的なFOUPを使用するときには25枚よりも多くのウェハ、好ましくは50枚よりも多くのウェハ、より好ましくは70枚よりも多くのウェハを収容する。本明細書で述べるように、ウェハ取扱いデバイス54は、個々のウェハを取り扱うように構成されたロボットエンドエフェクタ59を備えることが好ましい。ウェハをウェハ支持ホルダ42内に装填するために、ウェハ取扱いデバイス54はまず、カセット40から、例えばカセット40内に含まれる移送ステーションにウェハを移送し、次いで、例えばウェハ支持ホルダ42内に含まれる格納位置から移送ステーションにウェハ支持機構を移送する。ウェハをウェハ支持機構上に配置した後、ウェハ支持機構上に設置されたウェハが、ウェハ支持ホルダ42内に装填される。ウェハ支持ホルダ42はそれぞれ、ペデスタル上に支持されたウェハボートまたはラックを備えることが好ましい。ドアプレートが、各ペデスタルの下に提供されることが好ましい。
【0034】
ウェハを含むFOUPまたはカセット40内部に移送ステーションが含まれていない場合、個別の移送ステーション(図示せず)がウェハ取扱いセクション52内に提供されることは明らかである。また、別の実施形態では、好ましくはウェハとウェハ支持機構との両方が、各FOUPごとに境界面67にクロージャ(図示せず)を有して、FOUP内で処理システム30に提供されていてもよい。
そのような実施形態では、2つの回転可能なカセットプラットフォーム60が両方のFOUP(図示せず)に向き、それにより前記FOUPがウェハ取扱いセクション52に対して同時に開かれる。
【0035】
ウェハ支持ホルダ42内へのウェハの装填が完了した後、移送アーム46が、好ましくは、ウェハ取扱いチャンバ52から処理チャンバ51内に隔壁33の開放可能クロージャ49を通して、ウェハ支持ホルダ42を支持表面47上に移動する。例示した処理セクション51は、複数のウェハ支持ホルダ42を支持するロータリ移送プラットフォーム41を備える。この場合は炉36、37を備える2つの反応器が処理チャンバ51内に配置されている。炉36、37は、垂直に配置され、ウェハ/ウェハ支持組合せ43を充填されたウェハ支持ホルダ42が下から炉36、37内に垂直に導入される。このために、各炉36、37は、垂直方向で可動な挿入アーム44を有する。ウェハ支持ホルダ42の下のドアプレートは、ウェハ支持ホルダ42が反応器内に持ち上げられたときに、外側処理セクションから反応器を封止する働きをする。
【0036】
多数のウェハの処理は以下のように行うことができる。図2に概略的に示される操作者が、入出力ステーション63にいくつかのカセット40を導入し、制御パネル66で制御操作を行うことによってストア38に装填する。各カセット40が、入出力ステーション63から、カセット取扱いデバイス61を使って、ストア38内にこれらのカセットのために作成された格納コンパートメント39内に、具体的にはスタックロータリプラットフォーム57上に移送される。ストア38の回転およびエレベータ65の使用により、様々なコンパートメントにカセット40を充填することができる。ストア38に充填した後は、この例示自動設置により、さらなる人の干渉は必要ない。
【0037】
次いで、当該のカセット40が、カセット取扱いデバイス61によってストア38から取り外されて、カセット移送プラットフォーム60上に配置される。カセット移送プラットフォーム60は、図2に概略的に示される2つのレベルを備え、各レベルがカセットを受け取ることができ、2つのレベルは、互いに関係なく回転することができる。カセット移送プラットフォーム60の回転後、カセットは隔壁34に対して配置される。有利には、移送ステーションがFOUP内に配置されてプロセスチャンバ51にウェハまたはウェハ支持機構を提供する実施形態では、1つのプラットフォーム60が、ウェハを提供するためのFOUPを収容することができ、他のプラットフォームが、ウェハ支持機構を提供するためのFOUPを収容する。次いで、両方のレベルでのFOUPを、取扱いチャンバ52に同時に開くことができる。任意の場合に、隔壁34のクロージャ67と共にカセットのクロージャを開いた後、ウェハがウェハハンドラ54によって取り外され、移送ステーションに輸送され、ウェハ支持機構上に配置され、ウェハ/支持機構組合せ43がウェハ支持ホルダ42内に配置される。ウェハ支持ホルダ42が充填され、反応器36、37の1つに関して利用可能になった後、隔壁33のクロージャ49が開かれ、ウェハボートまたは支持ホルダ42が、移送アーム46によって移送プラットフォーム41上に配置される。次いで、移送プラットフォーム41は、プロセスチャンバ51内部のウェハ支持ホルダ42を、装填する反応器の下の位置に移動する。次いで、挿入機構またはエレベータ44が、ウェハ支持ホルダ42を反応器36または37内に移動させる。処理されたウェハは、プロセスチャンバ51内部で下げられて冷却された後に、上述したコースを逆順に移動する。
【0038】
上述したように、ウェハ支持機構は、閉鎖可能FOUPなどカセット内で処理システムに提供することができる。ここで、図4を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるFOUPが、参照番号100によってその全体を示されている。FOUP100は、ドア110(図5Aおよび5B)を受け取るために一端にフランジ104を備えるハウジング102を備える。FOUP100の底部に、支持テーブル上にFOUP100を支持するための機械的境界面106が提供されることが好ましい。ハウジング102および底部境界面106を含めたFOUP100の外面は、SEMIスタンダードに従って構成されていることが好ましい。
【0039】
ハウジング102内部に支持構造120が提供される。支持構造120は、ボルト122を用いてハウジングの下側に取り付けられる。
【0040】
ウェハ支持機構140を保持するために表面132および138を備える垂直方向延在支持ビーム130および136が支持構造120に取り付けられている。各表面132が、傾斜付き側面を有する支持リッジ134を備える。支持リッジ134は、ウェハ支持機構140の穴142内に嵌合して、ウェハ支持機構140に関する中心合わせおよび位置決め能力を提供する。ウェハ支持機構140を一体となって収容するための表面132および138、支持リッジ134、ならびにFOUP内部の体積が、格納収容部141を構成する。合計で、ウェハ支持機構140に関する23箇所の格納収容部141が例示されており、その最下部の収容部141は空の状態で示されている。
【0041】
例示したFOUP100とは適合していない形態においては、25枚のウェハ160を収容することができることを理解されたい。しかし、例示したように、25枚のウェハ160を収容するように設計されたカセット内に2箇所の追加の格納収容部141が元々見られるFOUP100の下端部には、代わりに移送ステーション143が提供されることが好ましい。移送ステーション143は、好ましくは3つのピン150を備え、各ピンは、ウェハ支持機構140を支持することができる円錐下端部152と、上にウェハ160を支持することができる円柱形上部153とを備える。好ましくは、ピン150の材料は、PEEK(商標)(ポリエーテルエーテルケトン)、またはTeflon(商標)やポリプロピレンなどウェハに損傷を加えない別の材料である。ピン150の円柱形上部153の通過を可能にするように、各ウェハ支持機構140が3つの穴142を備えることが好ましい。
【0042】
ウェハ支持機構140上にウェハ160を配置するために、ウェハ支持機構140が、FOUP100内の格納収容部141から移送ステーション143に移送される。格納収容部141は、支持機構140の意図していない接触を伴わずに、隣接するウェハ支持機構140間でロボットエンドエフェクタ154が移動することができる十分な高さを有する。ウェハ支持機構140を移送するために、ロボットエンドエフェクタ154は、ウェハ支持機構140にその底部から接触し、ウェハ支持機構140を表面132および138から、かつ支持リッジ134から離す。次いで、ウェハ支持機構140は、エンドエフェクタ154上にある状態で、その格納収容部141から、FOUP100の下端部に提供される移送ステーション143にロボットによって移動される。ロボットは、支持機構の穴142が支持ピンの円柱形上部153にわたって通り、ウェハ支持機構が支持ピン150の円錐部152上に位置するようにウェハ支持機構140を配置する。
【0043】
上述したように、ウェハ支持機構140の位置を、支持リッジ134によって格納収容部141内でロックすることができる。有利には、このロックは、移送ステーション143に輸送されるようにウェハ支持機構140が正確に向けられ、それによりウェハ支持機構140が移送ステーション143に移動されるときにウェハ支持機構140の穴142の位置がピン150の位置と位置合わせされることを保証する。
【0044】
ウェハ支持機構140が移送ステーション143に移送された後、ウェハ160も移送ステーション143に移送され、ピン150の上部に配置される。エンドエフェクタ154が、ウェハ160と接触しないように下がり、次いでウェハ160またはウェハ支持機構140の意図してない接触を伴わずに、ピン150上に支持されたウェハ160の下面とピン150の円錐部152上に支持されたウェハ支持機構140の上面との間で引き抜かれて移動されるのに十分な空間が存在するように、ピン150の上端部は十分に高いことを理解されたい。
【0045】
ウェハ160を下げて、ウェハ160をピン150の上部に配置した後、ロボットがエンドエフェクタ154を引き抜き、ウェハ支持機構140の下面よりも下のレベルに垂直にエンドエフェクタ154を移動させ、次いで再び延ばし、それにより、上述したように、ピン150の円錐部152に配置されているウェハ支持機構140の下にエンドエフェクタ154がこのとき配置される。次に、エンドエフェクタ154は上方向に移動する。その際、エンドエフェクタ154は、ウェハ支持機構140に接触して持ち上げて、ウェハ支持機構140をウェハ160に接触させて持ち上げる。そのように移動することによって、ウェハ支持機構140とウェハ160の両方が、ピン150の上に持ち上げられて、ウェハ160はウェハ支持機構140上に位置する。次いで、ロボットは、ウェハ160と共にウェハ支持機構140をボートまたはウェハ支持ホルダ42(図2)に輸送することができ、ここでウェハ160に半導体製造プロセスが施される。
【0046】
図5Aおよび5Bは、FOUP100の断面上面図を例示し、各図においてFOUP100のドア110が閉じた位置で示されている。図5Aでは、ウェハ支持機構140は円形プレートであり、図5Bでは、ウェハ支持機構140が、円形状および内周または境界146を有するリングである。図5Aおよび5Bそれぞれにおいて、ウェハ支持機構140が、ドア110と反対側で、支持リッジ134によって格納向きでロックされていることは注目に値する。さらに、ウェハ支持機構140は、好ましくは、処理中の余剰熱放射からウェハ160の縁部を遮蔽することができる隆起縁部144(図9)を有する。
【0047】
図6Aおよび6Bは、FOUP100内の移送ステーション143の断面上面図を例示し、図6Aでのウェハ支持機構140は円形プレートであり、図6Bでのウェハ支持機構140は円形リングである。図6Aに例示されるように、エンドエフェクタ154は、ウェハ支持機構140および/またはウェハ160(図示せず)にその底面で、典型的にはその中心で接触することができる。そのような例示エンドエフェクタは、2002年5月2日に出願の米国仮特許出願60/377904号、およびそれに対応する、den Hartogによって2003年2月5日に出願された「TWO LEVEL END EFFECTOR」という名称の米国実用新案出願10/361480号に記載されており、それらの開示を参照により本明細書に組み込む。図6Bで、エンドエフェクタ154は、リングの直径にわたって延在して、ウェハ支持機構140および/またはウェハ160(図示せず)の反対側に接触し、例えば縁部支持エンドエフェクタにすることができる(図6Bおよび7を参照のこと)。そのような例示縁部支持エンドエフェクタも、米国仮特許出願60/377904号、およびden Hartogによって2003年2月5日に出願された「TWO LEVEL ENDEFFECTOR」という名称の米国実用新案出願10/361480号に記述されている。縁部支持エンドエフェクタは、ウェハ支持機構140がプレートであれリングであれ、ウェハ支持機構140と共に使用するのに適していることを理解されたい。
【0048】
図6Aおよび6Bそれぞれにおいて、ウェハ支持機構140はピン150上に位置し、エンドエフェクタ154はウェハ支持機構140の下に存在する。FOUP100の機械側境界面が参照番号108で示されている。ウェハ支持機構140は、移送ステーション143でピン150上に位置した状態で、好ましくは、格納収容部141内に収容されたウェハ支持機構140に対して外方向に移動される。このようにすると、ウェハ支持機構140は、支持ビーム136から十分に離れ、それによりウェハ支持機構140を、ウェハ支持機構140およびウェハ160の装填および装填解除に十分な程度まで垂直に移動することができる。
【0049】
ウェハ支持機構および/またはウェハを輸送するための特に単純な縁部支持エンドエフェクタが図7に例示されている。例示されたエンドエフェクタ154は、縁部でウェハ支持機構140またはウェハ(図示せず)に接触して支持する傾斜付き接触面167を備える。
【0050】
ウェハ支持機構140がリングである場合、ウェハ支持機構140の縁部に沿ってウェハ160および/またはウェハ支持機構140に接触するエンドエフェクタ154に対する代替形態として、別の実施形態では、ウェハ160の底面で、典型的には中心領域でウェハ160に接触するエンドエフェクタ154を使用することができる。この実施形態では、エンドエフェクタ154の長さは、好ましくは、環状ウェハ支持機構140がリングの2つの対向する部分で支持されるのに十分な長さである。そのようなエンドエフェクタの一例が図8に示されている。ウェハ160を支持する接触面は参照番号166によって示され、環状ウェハ支持機構を支持する接触面は参照番号168によって示される。好ましくは、接触面168は、ウェハ160が表面166上に支持された状態でウェハ160に接触することなくウェハ160(図示せず)を収容するのに十分大きな半径を有する。
【0051】
図9Aおよび9Bは、別個に、本発明の1つの好ましい実施形態でウェハ支持機構140上に支持されたウェハ160のそれぞれ斜視図および断面図を示す。
図は必ずしもスケールを合わせて描かれておらず、そのため、例えばウェハ160とウェハ支持機構140の相対厚さ、およびウェハ160とウェハ支持機構140のギャップのサイズは、例示されているものと異なる場合があることを理解されたい。それにもかかわらず、例示されているように、ウェハ支持機構140は、好ましくは、ウェハ160の縁部145が加熱中に余剰熱放射を受け取るのを遮蔽することができる隆起ショルダまたは縁部144を有し、縁部145の過熱を防止する。さらに、ウェハ160を取り囲むことによって、隆起縁部144は、有利には、上にウェハ160を有するウェハ支持機構140の輸送中にウェハ160の水平方向移動を最小限に抑える。
【0052】
移送ステーション143は、好ましくはFOUPの下端部に提供されるが、他の実施形態では、FOUPの上端部に、またはFOUPの上端部と下端部の間の選択された点に配置することができることを理解されたい。さらに別の実施形態では、移送ステーション143は、処理システム内の別の位置に、例えばFOUP内ではなく固定位置に配置することができる。例えば、図10A〜10Cは、2つの例示代替構成と共に、FOUP100に関する上述の構成を概略的に例示する。
【0053】
図10Aは、図4〜6に関して上述した構成を例示している。参照番号601は、FOUP100内のウェハ支持機構および/またはウェハに関する全ての格納収容部141を示す。総計23本のストライプ603が示されており、各ストライプ603のすぐ上の空間が、23箇所の格納収納部141の1つを表す。参照番号143が移送ステーションを示す。2つのライン602が、ウェハ支持機構140およびウェハ160のロボット移送に必要な支持ピン150の上の空間を示す。格納収容部141の数を最大にするために、FOUP100の底部での移送ステーション143のピン150は、わずかに外方向にシフトされ、それにより移送ステーション143は、ピン150上にウェハ支持機構140およびウェハ160を収容することができる一方、下側壁604に沿って下方向にシフトすることができる(図6Aおよび6B)。したがって、支持機構140が格納収容部141(図4)内に配置されたときにウェハ支持機構140の穴142と同軸に位置合わせされたピン150に対して、この構成でのピン150は、FOUP100の開口606の方向で外方向にシフトされる。そのような構成では、移送ステーション143でピン150に位置するウェハ支持機構160が、FOUP100から突き出る(図4)。
【0054】
図10Bでは、ウェハ支持機構収容部141の数が21に減り、各ストライプ603のすぐ上の空間が、21箇所の格納収容部141の1つを表す。格納収容部141の数を低減することにより、移送ステーション143を、図10Aに例示される構成に関して内側にシフトすることができ、それにより格納収容部141と同軸に位置合わせして配置することができる。この構成では、ウェハ支持機構140が移送ステーション143に配置されたとき、FOUP100のドア(図示せず)を閉じることができる。
【0055】
図10Cでは、格納機能と移送機能が完全に分離されている。格納収容部141は、1つのFOUP100内に含まれ、移送ステーション143は、FOUP100から完全に離れた個別ステーション100’内に形成される。
【0056】
移送ステーション143を含むFOUPの内部空間内に入る格納収容部141の総数は、利用可能な空間および補助移送ステーション機器によってのみ制限されることを理解されたい。図10A〜10Cに例示される構成では、この数は、0(図10Cのステーション100’の構成)から約23(図10AのFOUP100の構成)の範囲にすることができる。しかし、FOUPの内部空間が増減する場合、例えばFOUPの高さが増減する場合、FOUPは、より多数の、またはより少数の格納収容部141に適合することができる。その結果、例示されたFOUPがウェハ支持機構140に関する特定数の収容部141を提供する一方で、本明細書における教示に従って形成されたカセット内に装填されるウェハ160およびウェハ支持機構140の総数は、本発明の教示によって制限されず、変えることができることを理解されたい。他の実施形態では、ウェハ160およびウェハ支持機構140の数は、25または50、あるいは処理システムによって収容することができる任意の数にすることができる。さらに、他の実施形態では、必要であれば複数のウェハ支持機構140をFOUP内で提供することができる。
【0057】
移送ステーション143内でウェハ160を支持するために支持ピン150が穴を通過することができるように、かつ格納収容部141内で支持ピン150が(典型的には支持リッジ134によって)表面132上にウェハ支持機構140をロックすることができるように同じ穴142(図4)が例示されているが、これらの各位置で、これらの各機能に個別の穴および/または溝を提供することができることも理解されたい。さらに、他の実施形態では、移送ステーション143での支持構造の様々なセットを使用して、それぞれウェハ支持機構140およびウェハ160を支持することができる。例えば、ピン150を使用してウェハ160のみを支持することができ、その一方で、ウェハ支持機構140を、他の支持構造、例えばピン150とは異なる一組のピンによって支持することができる。
【0058】
さらに、ウェハ支持機構140に穴142などの穴を設ける必要はない。例えば、別の実施形態では、ウェハ支持機構140を下面で支持することができ、エンドエフェクタ154の移動が妨げられない限り、ウェハ160を、環状ウェハ支持機構140(例えば図6Bを参照のこと)の中心の開いた領域でピンなどの持上げ構造の上に支持することができる。そのような場合、ウェハ支持機構140に穴142を設ける必要がない。
【0059】
好ましくは、ウェハ支持機構140は石英からなる。別の好ましい実施形態では、高温でのウェハ処理に関連して使用される場合、ウェハ支持機構140は、好ましくは、高温抵抗性をもち、高純度で利用可能な材料から形成される。炭化珪素(SiC)が、そのような材料の一例である。非常に高温での処理の場合、ウェハ支持機構に関する好ましいSiC材料は、いわゆる「フリー・スタンディング」CVD SiCである。これは、はじめは支持材料上に付着され、しかし支持材料の除去を可能にするのに十分な厚さを有するSiCコーティングである。当技術分野で知られているように、支持材料は例えばグラファイトであってよい。「フリー・スタンディング」CVD SiCを有する構造を形成する例示的な方法は、1990年12月18日にMillerに付与された米国特許第4978567号に開示されており、その開示を参照により本明細書に組み込む。
【0060】
有利には、上述したように、好ましい実施形態で、ウェハ160およびウェハ支持機構140を、標準的な炉と共に使用することができるFOUP100などカセット内に格納することができる。したがって、標準のウェハ取扱いロボットを備える標準的な炉は、ハードウェアの大幅な変化を必要とせず、これらの好ましい実施形態に関連して処理を行うように簡単に適合させることができる。さらに、有利には、同時に移送ステーション143を収容する特別なFOUP100内にウェハ支持機構140を提供することは、装填および装填解除中のウェハ支持機構140の移動を最小限に抑えるので特に効率が良い。さらに、ウェハ支持機構140の格納および輸送のためにFOUP100を使用することは、洗浄機器など、FOUPインターフェースを備える他の機器への簡単なアクセスを可能にする。
【0061】
さらに、ウェハ支持機構140を取外し可能にして標準的な設計のスロット付きカセット内に配置することは、ウェハ支持機構140の形状を簡単にし、製造を容易にする。
【0062】
本発明の範囲を逸脱することなく上述したプロセスおよび装置に様々な省略、追加、および修正を加えることができることを当業者は理解されよう。例えば、本明細書で説明した移送ステーションの態様は、開いたカセット内で提供することができ、またはカセットに関連付けられていない個別ステーション内で提供することができる。さらに、様々な構成で、装填解除中にウェハ支持機構からウェハを分離するため、または装填中にウェハ支持機構にウェハを接合するための機構は、例えば、ピン、様々なエンドエフェクトなどの様々なセットまたは向きを使用して、様々な構成を取ることができる。そのような修正および変形は全て、頭記の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲に入るものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態によるウェハのバッチの処理を例示する流れ図である。
【図2】本発明の好ましい実施形態と共に使用するための例示ウェハ処理システムの斜視図である。
【図3】図2のシステムの概略平面図である。
【図4】移送ステーションを備え、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたウェハ支持機構格納前開き一体形ポッド(FOUP)の断面図である。
【図5A】FOUPドアが閉じた状態で示された図4の線5−5に沿って取られた図4のウェハ支持機構格納FOUPと、本発明の1つの好ましい実施形態によるウェハ支持機構との断面上面図である。
【図5B】FOUPドアが閉じた状態で示された図4の線5−5に沿って取られた図4のウェハ支持機構格納FOUPと、本発明の別の好ましい実施形態によるウェハ支持機構との断面上面図である。
【図6A】図5Aのウェハ支持機構を保持する移送ステーションを示す、図4の線6−6に沿って取られた図4のウェハ支持機構格納FOUPの断面上面図である。
【図6B】図5Bのウェハ支持機構を保持する移送ステーションを示す、図4の線6−6に沿って取られた図4のウェハ支持機構格納FOUPの断面上面図である。
【図7】本発明の好ましい実施形態と共に使用するための例示縁部支持エンドエフェクタの断面図である。
【図8】本発明の好ましい実施形態と共に使用される例示接触エンドエフェクタの上面図である。
【図9A】本発明の好ましい実施形態によるウェハ支持機構上に支持されたウェハの斜視図である。
【図9B】図9Aのウェハおよびウェハ支持機構の断面図である。
【図10A】本発明の好ましい実施形態によるFOUPに関する例示的な構成を示す概略図である。
【図10B】本発明の好ましい実施形態によるFOUPに関する別の例示的な構成を示す概略図である。
【図10C】本発明の好ましい実施形態によるFOUPに関するさらに別の例示的な構成を示す概略図である。
【符号の説明】
30 ウェハ処理システム
32 ハウジング
33、34、35 隔壁
36、37 垂直炉
38 カセットストア
40 カセット
42 ウェハ支持ホルダ
44 挿入アーム
46 移送アーム
47 支持表面
51 処理領域
52 ウェハ取扱いセクション
53 カセット移送セクション
54 ウェハ取扱いデバイス
100 FOUP
140、160 ウェハ支持機構
141 格納収容部
142 穴
143 移送ステーション
150 ピン
160 ウェハ
Claims (27)
- 基板を処理するためのシステムであって、
複数の基板を支持するための複数の基板支持機構であって、基板の周縁全体を支持する基板支持機構と、
前記複数の基板支持機構を保持するように構成された基板支持ホルダであって、前記複数の基板支持機構が、基板が前記基板支持機構上に配置されている状態で前記基板支持ホルダから取外し可能である基板支持ホルダと、
基板処理中に前記基板支持ホルダを収容するように構成された反応器と、
前記基板支持機構上に基板を装填するように構成された基板装填ステーションであって、前記基板支持ホルダから離隔されている基板装填ステーションと、を備え、
前記基板装填ステーションはウェハカセットに収容されるシステム。 - 上に基板が配置された前記基板支持機構を前記基板装填ステーションから前記基板支持ホルダに移送するように構成されたエンドエフェクタを備えるロボットをさらに備える請求項1に記載のシステム。
- 前記各基板支持機構が、ウェハの底面全体を支持することができるプレートである請求項1に記載のシステム。
- 上面から見た前記基板支持機構の形状がリングである請求項1に記載のシステム。
- 前記基板支持機構が石英を備える請求項1に記載のシステム。
- 前記基板支持機構が炭化珪素を備える請求項1に記載のシステム。
- 前記ウェハカセットが前開き一体形ポッドである請求項1に記載のシステム。
- 前記基板支持ホルダに前記基板支持機構を提供するための前開き一体形ポッドをさらに備える請求項7に記載のシステム。
- 前記反応器がバッチ処理炉である請求項1に記載のシステム。
- 前記基板支持ホルダが、25個よりも多くの前記基板支持機構を支持するウェハボートである請求項1に記載のシステム。
- ウェハ、及び円板状又は環状の基板支持機構を収容し、且つ前記基板支持機構上に前記ウェハを装填するように構成された基板装填ステーションを内部に備えるカセット。
- 前記カセットの前記内部に複数の基板支持機構格納スロットを備え、
前記各基板支持機構格納スロットが、前記基板支持機構を支持するための複数の横方向延在面を備える請求項11に記載のカセット。 - 前記各基板支持機構格納スロットがさらに突出部を備え、
当該突出部は、前記複数の横方向延在面の1つから垂直に延在し、当該横方向延在面まで傾斜して下がる側面を有し、
前記突出部は、前記基板支持機構の穴内に延在し、前記基板支持機構の回転を伴わないように、前記基板装填ステーション内で複数の支持ピンと位置合わせされるように前記基板支持機構の複数の穴に向かう請求項12に記載のカセット。 - 前記基板装填ステーションは、第1のレベルで前記基板支持機構を支持し、前記第1のレベルよりも上にある第2のレベルでウェハを支持するように構成されている請求項11に記載のカセット。
- 複数の基板支持機構支持構造が、前記第1のレベルで前記基板支持機構を支持する請求項14に記載のカセット。
- 複数のウェハ支持ピンが、前記第2のレベルで前記ウェハを支持する請求項15に記載のカセット。
- 前記複数の基板支持機構支持構造が、前記複数のウェハ支持ピンの少なくともいくつかを備え、前記ウェハ支持ピンが、前記基板支持機構の複数の穴を通って延在するように構成されている請求項16に記載のカセット。
- 前記基板支持機構の前記複数の穴は、前記基板支持機構を通って前記複数のウェハ支持ピンが通過することができるようにサイズを取られ、位置決めされ、
前記基板支持機構は、前記ウェハ支持ピンの複数のフレア付きベース上に位置し、
前記ウェハ支持ピンの上側延在部が、前記穴を通って前記基板支持機構の上に延在する請求項17に記載のカセット。 - 前記複数のウェハ支持ピンそれぞれの前記上側延在部は、前記複数のフレア付きベースに位置する前記基板支持機構と前記複数の上側延在部に位置するウェハとの間にエンドエフェクタが延在することができるようにするのに十分な高さを有し、
前記エンドエフェクタが、前記基板支持機構または前記ウェハに接触せずに延在する請求項18に記載のカセット。 - 前記カセットの外面が、前開き一体形ポッドに関するSEMIスタンダードに適合する請求項11に記載のカセット。
- 半導体を処理するための方法であって、
基板支持機構上にウェハを配置するステップと、
前記基板支持機構上に前記ウェハを配置するステップがウェハカセットの内部で実行され、その後、前記ウェハが前記基板支持機構上に配置された状態で、前記基板支持機構のための1つ以上の収容部を備えるウェハボート内に前記基板支持機構を輸送するステップと、
前記ウェハボート内で、前記ウェハが前記基板支持機構上に配置された状態で前記ウェハに半導体製造プロセスを施すステップと、を含む方法。 - 前記ウェハに半導体プロセスを施すステップは、前記ウェハおよび前記基板支持機構を前記ウェハボート内に輸送した後に、当該ウェハボートをプロセスチャンバ内に装填するステップを含む請求項21に記載の方法。
- 前記基板支持機構上に前記ウェハを配置するステップは、移送ステーション内の第1のレベルに前記基板支持機構を配置し、当該第1のレベルよりも上にある前記移送ステーション内の第2のレベルに前記ウェハを配置するステップを含む請求項21に記載の方法。
- 前記基板支持機構上に前記ウェハを配置するステップは、前記ウェハに接触するように前記基板支持機構を持ち上げるステップを含む請求項23に記載の方法。
- 前記ウェハに前記半導体製造プロセスを施した後に、前記移送ステーション内で前記基板支持機構から前記ウェハを装填解除するステップをさらに含む請求項23に記載の方法。
- 前記第1のレベルに前記基板支持機構を位置決めするステップ、前記第2のレベルに前記ウェハを位置決めするステップ、前記基板支持機構上に前記ウェハを配置するステップ、および前記ウェハを装填解除するステップが、単一のロボットエンドエフェクタを使用して行われる請求項23に記載の方法。
- 前記ウェハカセットの外面が、前開き一体形ポッド用のSEMIスタンダードに適合する請求項23に記載の方法。
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