JP4810510B2 - 半導体素子の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の製造装置に関し、より詳しくは半導体素子処理工程の安定性および処理速度を向上させる半導体素子の製造装置に関するものである。

半導体素子の製造工程は、絶縁膜および金属物質の蒸着、エッチング、感光剤の塗布、現像、アッシング、洗浄などが数回繰り返されて微細なパターニングの配列を形成する過程である。

このような工程を進行する装置は基板の処理枚数によって、バッチ式装置（ｂａｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と枚葉式装置（ｓｉｎｇｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に分けられる。

バッチ式装置は工程チャンバ内で一度に２５枚または５０枚の基板を処理して、同時に大容量処理を可能にするという利点がある。しかし、バッチ式装置は基板の大口径化が進むほど工程チャンバが大きくなって、装置の大きさおよび薬液の使用量が多くなるだけでなく、多数の基板ごとに均一な条件で処理できないという短所がある。

したがって、最近には基板直径の大型化により枚葉式装置が注目されているが、枚葉式装置は工程チャンバ内で一つの基板を処理して、基板ごとに均一に処理できるという利点がある。

図１は従来の枚葉式真空チャンバシステムを示す図面である。

従来の枚葉式真空チャンバシステム１は、ロード部２、大気圧ウエハ移送部（ＡＴＭ ＴＭ）４、ロードロックチャンバ（Ｌ／Ｌ）部６、真空ウエハ移送部１０、工程チャンバ（ＰＭ）１２を備えて構成される。

ロード部２はウエハのロードおよびアンロードのためのものであって、通常ウエハはウエハカセットに収納されてロードされたりアンロードされる。

ロード部２から移送されるウエハは大気圧ウエハ移送部４を通じて移送される。ここでウエハの移送はロボットアームによって行われる。

大気圧ウエハ移送部４を通過したウエハはロードロックチャンバ部６のロードロックチャンバ８にロードされる。このとき、アライナ（図示せず）によってノッチの方向に設定された状態でロードされる。

次のステップで、ロードロックチャンバ８内でのポンピング過程を経た後に、ウエハは真空ウエハ移送部１０を通過して工程チャンバ１２内にロードされる。

そして、工程チャンバ１２内にウエハがロードされればウエハ処理工程が行われ、この工程が終了すればロードされるルートの逆にアンロードされる。

しかし、前記のように真空ウエハ移送部１０の周囲に工程チャンバ１２が配置された形態はフットプリント１４が大きく、装着可能な工程チャンバ１２の最大数が制限される。またウエハの製造処理量が真空ウエハ移送部１０の処理速度によって制限される問題点がある。

本発明は半導体素子の製造装置を提供して、半導体素子処理工程の安定性および処理速度を向上させることを目的とする。

本発明の目的は以上に言及した目的に制限されず、言及していない他の目的は下記によって当業者に明確に理解できるものである。

前記目的を達成するための本発明の一実施形態による半導体素子の製造装置は、各ステージごとに配置されて一列に整列された真空ウエハ移送部と、ウエハを真空状態で移送させるためのロードロックチャンバ部と、真空ウエハ移送部の周囲に配置されてロードロックチャンバ部から移送されたウエハを処理する第１工程チャンバと、真空ウエハ移送部内に配置されてウエハのロードおよびアンロードを可能に構成された第１バッファステージと、第１工程チャンバの間に配置されてロードロックチャンバ部から第１工程チャンバへウエハを移送し、またロードロックチャンバ部から第１バッファステージへウエハを移送する第１移送ロボットと、真空ウエハ移送部の周囲に配置されて第１バッファステージから移送されたウエハを処理する第２工程チャンバと、第２工程チャンバの間に配置されて第１バッファステージへ移送されたウエハを第２工程チャンバへ移送する第２移送ロボットとを備える。

本発明のその他の具体的な事項は詳細な説明および図面に含まれている。

前記半導体素子の製造装置によれば、次のような効果が一つあるいはそれ以上ある。

第一に、ウエハ処理において安定性および生産性を上げることができるという長所がある。

第二に、半導体素子の製造装置のフットプリントを減らし、ウエハ処理のための工程チャンバ数を半導体素子の製造工程によって多様に増減させることができるという長所もある。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態によって具現でき、単に本実施形態は本発明の開示を完全なものにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであって、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。明細書全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

素子または層が他の素子または層の「上（ｏｎ）」と指し示されるのは、他の素子または層の真上だけでなく、中間に他の層または素子を介在した場合のすべてを含む。反面、素子が「直接上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」または「真上」と指し示されるのは、中間に他の素子または層を介在しない場合を示す。

図２は本発明の一実施形態による半導体素子の製造装置を示す図面であり、図３は本発明の他の実施形態による半導体素子の製造装置を示す図面である。

図２に示すように、半導体素子の製造装置１００は、ロード部１１０、大気圧ウエハ移送部１２０、ロードロックチャンバ部１３０、真空ウエハ移送部１４１ないし１４３、工程チャンバ１５１ないし１５６、バッファステージ１６１ないし１６４を備える。前記図１に示すように、従来には一つの真空ウエハ移送部１０の周囲に複数の工程チャンバ１２が配置された。しかし、本発明では、真空ウエハ移送部１４１ないし１４３が各ステージごとに配置されて一列に所定の基準軸を中心に整列される。また、各真空ウエハ移送部１４１ないし１４３内に移送ロボット１４４ないし１４６が配置され、ウエハがロードおよびアンロードされるためのバッファステージ１６１ないし１６４が配置される。そして、工程チャンバ１５１ないし１５６は各ステージで真空ウエハ移送部１４１ないし１４３の周囲に互いに対向して配置される。また、後述する図３のように配置される個数を変更することができ、追加された工程チャンバが奇数の場合には真空ウエハ移送部１４１ないし１４３の周囲の所定部位に配置できる。以下、各構成要素についてより具体的に説明する。

ロード部１１０はウエハのロードおよびアンロードのためのものであって、通常ウエハはウエハカセットに収納されてロードされたりアンロードされる。ウエハカセットは半導体素子の製造工程でウエハを運搬したり保管するときにウエハが汚染されるのを防止するための装置である。ウエハカセットにはウエハを水平に装着するための多数のスロットが備えられている。スロット内にはウエハが装着されるが、例えば２５枚のウエハが装着できる。ロード部１１０から移送されるウエハは大気圧ウエハ移送部１２０を通じて移送される。

大気圧ウエハ移送部１２０は前記ロード部と前記ロードロックチャンバ部の間で前記ウエハの移送経路を提供し、ウエハ移送ロボット１２２およびプリアライナ１２４を備える。ウエハ移送ロボット１２２はロード部１１０にロードされたウエハカセットからウエハを取り出してロードロックチャンバ部１３０のロードロックチャンバ１３２へ移送させる。また、ウエハ移送ロボット１２２はウエハカセットのスロットからウエハを搬出してロードロックチャンバ１３２内のスロットに挿入し得るように上下に移動可能である。プリアライナ１２４はウエハの位置整列およびノッチの方向を設定する。

ロードロックチャンバ部１３０は前記ウエハを真空状態で移送させるためのものである。ロードロックチャンバ部１３０のロードロックチャンバ１３２は、ウエハを半導体素子の製造工程が行われる工程チャンバへ移送する前に工程チャンバ内の環境条件に近接した環境条件に接し得るようにし、工程チャンバ内の環境条件が外部から影響を受けないように遮断する役割をする。そして、ロードロックチャンバ１３２は工程進行によって大気圧（ａｔｍ）状態でもあり得、真空（ｖａｃｕｕｍ）状態でもあり得る。

ロードロックチャンバ１３２は工程チャンバ数に比例して多数のスロットで構成されたウエハカセットを備える。

ロードロックチャンバ１３２にロードされたウエハは第１ウエハ移送部１４１の第１移送ロボット１４４によって左右の第１工程チャンバ１５１、１５２へ移送される。すなわち、第１移送ロボット１４４はロードロックチャンバ部１３０と第１工程チャンバ１５１、１５２の間でウエハの移送経路を提供する。

そして、ロードロックチャンバ１３２に残るウエハは第１移送ロボット１４４によって第１バッファステージ１６１，１６２へ移送される。

真空ウエハ移送部１４１ないし１４３は移送ロボット１４４ないし１４６とバッファステージ１６１ないし１６４を備える。真空ウエハ移送部１４１ないし１４３は各ステージごとに一列に配置され、各真空ウエハ移送部１４１ないし１４３の間には真空バルブ１１１によって連結される。移送ロボット１４４ないし１４６は真空ウエハ移送部１４１ないし１４３内に装着されてウエハの移送を担当する。そして、バッファステージ１６１ないし１６４が真空ウエハ移送部１４１の前段には装着されず、その後方の真空ウエハ移送部１４２，１４３の前段に装着される。その理由は、第１ステージでは第１移送ロボット１４４によってロードロックチャンバ１３２にロードされたウエハが左右の第１工程チャンバ１５１、１５２へ移送されるためである。真空ウエハ移送部１４１ないし１４３には移送ロボット１４４ないし１４６のいずれか一つが誤作動する場合、正常に作動する移送ロボットだけを駆動させるように制御する制御部（図示せず）を備えることができる。例えば第３移送ロボット１４６が故障により作動が停止した場合、制御部はこれを感知して残り移送ロボット１４１，１４２だけで半導体素子の製造工程を継続するようにする。制御部は各真空ウエハ移送部１４１ないし１４３内に装着されたり半導体素子の製造装置内の所定部位に装着されて中央集中的に真空ウエハ移送部１４１ないし１４３内の装置の誤動作有無を感知して制御することができる。

前記移送ロボット１４４ないし１４６は真空ウエハ移送部１４１ないし１４３内部に設置されて各ステージごとに配置される。移送ロボット１４４ないし１４６は工程チャンバ１５１ないし１５６にウエハを搬入させる搬入動作と工程チャンバ１５１ないし１５６から工程を終えたウエハを搬出させる動作を行う。また、バッファステージ１６１ないし１６４と工程チャンバ１５１ないし１５６の間へウエハを移送する。

より具体的に説明すれば、第１移送ロボット１４４はロードロックチャンバ１３２にロードされたウエハを左右の第１工程チャンバ１５１、１５２へ移送する。また、第１移送ロボット１４４はロードロックチャンバ１３２に残るウエハをさらに第１バッファステージ１６１，１６２へ移送する。このとき、第１バッファステージ１６１，１６２のいずれか一方がウエハのロードおよびアンロードのための専用として使用できる。

そして、第２移送ロボット１４５は第１バッファステージ１６１，１６２にロードされたウエハを左右第２工程チャンバ１５３，１５４へ移送し、第１バッファステージ１６１，１６２に残るウエハをさらに第２バッファステージ１６３，１６４へ移送する。

そして、第３移送ロボット１４６は第２バッファステージ１６３，１６４にロードされたウエハを左右の第３工程チャンバ１５５，１５６へ移送する。前記移送ロボット１４４ないし１４６は負荷率を最小化するために、デュアルアームまたはデュアルエンドエフェクタ構造で構成できる。

バッファステージ１６１ないし１６４は第２および第３真空ウエハ移送部１４２，１４３内に配置され、ウエハのロードおよびアンロードのためのものであって、多数のスロットが備えられている。例えば、ロードロックチャンバ１３２に残るウエハは第１移送ロボット１４４によって第１バッファステージ１６１，１６２へ移送されて第１バッファステージ１６１，１６２の各スロットに挿入される。そして、前述したように、バッファステージ１６１ないし１６４は第一ステージでは装着されず、第二ステージ以上で装着される。

また、バッファステージ１６１ないし１６４はウエハロード用バッファステージまたはウエハアンロード用バッファステージで構成できる。例えば第１バッファステージ１６１，１６２のいずれか一方がウエハロード用バッファステージとして使用でき、他方がウエハアンロード用バッファステージとして使用できる。

この場合、ウエハロード用バッファステージとして使用されるバッファステージは、ウエハが移送され、後述するセミアライナが装着されてウエハの位置整列及びノッチの方向を設定することができる。そして、ウエハアンロード用バッファステージとして使用されるバッファステージには工程が終わったウエハがロードされ、別途のセミアライナが装着されないこともあり得る。バッファステージ１６１ないし１６４に備えられたスロットはウエハが挿入される場合、ウエハに損傷を負わせないようにスロットの間隔がウエハの厚さよりさらに大きく形成できる。

このようにバッファステージ１６１ないし１６４を各真空ウエハ移送部１４１ないし１４３内に配分することによって、半導体素子の製造装置を効率的に利用し、製造工程の効率を向上させる。

セミアライナ１６５ないし１６８はウエハの位置整列およびノッチの方向を設定する。例えば、セミアライナ１６５ないし１６８は第１バッファステージ１６１，１６２のいずれか一方のバッファステージがウエハをロードするためのウエハロード用バッファステージとして使用される場合、該当バッファステージに装着できる。反面、他方のバッファステージがウエハをアンロードするためのウエハアンロード用バッファステージとして使用される場合には、該当バッファステージには装着されないこともあり得る。

前記ウエハのノッチ方向は基本的にプリアライナ１２４で設定するようになっている。例えば、ノッチ方向が３時方向であるとき、第１セミアライナ１６５，１６６に置かれるウエハは最初より１３５度程ずれている。したがってセミアライナ１６５ないし１６８がずれた角度だけウエハを回転させなければ、第２工程チャンバ１５３，１５４に同様に３時方向へウエハを移送させることができない。

工程チャンバ１５１ないし１５６は各ステージで真空ウエハ移送部１４１ないし１４３の基準軸を中心に互いに対向して配置される。工程チャンバ１５１ないし１５６は半導体素子の製造工程が行われる空間であって、真空ウエハ移送部１４１ないし１４３を通じてバッファステージ１６１ないし１６４内のウエハを受けてウエハに拡散、エッチングまたはクリーニング工程などを行う。

一方、工程チャンバ１５１ないし１５６は多様なウエハプロセシング作動を行えるように構成できる。例えば、工程チャンバ１５１ないし１５６は絶縁膜を蒸着させるように構成されたＣＶＤチャンバ、相互接続構造を形成するために、絶縁膜にアパーチャや開口をエッチするように構成されたエッチチャンバ、バリア膜を蒸着させるように構成されたＰＶＤチャンバ、金属膜を蒸着させるように構成されたＰＶＤチャンバなどで多様に構成できる。以後、半導体素子の製造工程を終えた工程チャンバ１５１ないし１５６内のウエハはバッファステージ１６１ないし１６４へ移送される。

前記図２の一実施形態による半導体素子の製造装置は図３のように多様な形態で構成できる。

図３は本発明の他の実施形態による半導体素子の製造装置を示す図面である。

前記図２に示す半導体素子の製造装置は図３に示すように多様な形態に変形することができる。例えば、図３に示す第１半導体素子の製造装置２１０は前記図２に示す工程チャンバ数を６つから７つに拡張した例である。したがって第３移送ロボット１４６は追加された工程チャンバ１５７にウエハを挿入するようになる。

また、第２および第３半導体素子の製造装置２２０，２３０は前記図２に示す工程チャンバ数を５つまたは４つに減らし、これによって移送ロボット数、バッファステージ数、およびセミアライナ数を共に減らした例である。半導体素子の製造工程のための各装置についての説明は前述した図２の説明を参照する。

以上、添付する図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態によって実施できることを理解することができる。したがって前述した実施形態はすべての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。

従来の枚葉式真空チャンバシステムを示す図面である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造装置を示す図面である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の製造装置を示す図面である。

符号の説明

１１０ ロード部
１２０ 大気圧ウエハ移送部
１３０ ロードロックチャンバ部
１４１、１４２，１４３ 真空ウエハ移送部
１５１、１５２、１５３，１５４、１５５，１５６ 工程チャンバ
１６１，１６２、１６３，１６４ バッファステージ

Claims (6)

1. 各ステージごとに配置されて一列に整列された真空ウエハ移送部と、
   ウエハを真空状態で移送させるためのロードロックチャンバ部と、
   前記ロードロックチャンバ部へ移送される前記ウエハのロードおよびアンロードのためのロード部と、
   前記ロード部と前記ロードロックチャンバ部の間に配置されて前記ウエハの移送経路を提供する大気圧ウエハ移送部と、
   前記真空ウエハ移送部の周囲に配置されて前記ロードロックチャンバ部から移送された前記ウエハを処理する第１工程チャンバと、
   前記真空ウエハ移送部内に配置されて前記ウエハのロードおよびアンロードを可能に構成された第１バッファステージと、
   前記第１工程チャンバの間に配置されて前記ロードロックチャンバ部から前記第１工程チャンバへ前記ウエハを移送し、前記ロードロックチャンバ部から前記第１バッファステージへ前記ウエハを移送する第１移送ロボットと、
   前記真空ウエハ移送部の周囲に配置されて前記第１バッファステージから移送された前記ウエハを処理する第２工程チャンバと、
   前記第２工程チャンバの間に配置されて前記第１バッファステージへ移送された前記ウエハを前記第２工程チャンバへ移送する第２移送ロボットと、を備え、
   前記大気圧ウエハ移送部は、前記ウエハの位置整列およびノッチ方向を設定するプリアライナを備え、
   前記第１バッファステージは、前記ウエハの位置整列およびノッチ方向を設定するセミアライナを備え、前記セミアライナは、前記ウエハが当該第１バッファステージから前記第２工程チャンバに移送される際に、前記プリアライナによって設定されたノッチ方向に前記ウエハを回転させる、半導体素子の製造装置。
2. 前記セミアライナは、前記第１バッファステージで前記ウエハがロードされる部位に装着される請求項１に記載の半導体素子の製造装置。
3. 前記第１バッファステージは、前記ウエハを挿入し得るように多数のスロットを備える請求項１に記載の半導体素子の製造装置。
4. 前記第１移送ロボットおよび前記第２移送ロボットのいずれか一つが誤作動する場合、正常に作動する移送ロボットだけを駆動させるように制御する制御部をさらに備える請求項１に記載の半導体素子の製造装置。
5. 前記第１バッファステージが配置された真空ウエハ移送部から前記ウエハを受ける第２バッファステージをさらに備える請求項１に記載の半導体素子の製造装置。
6. 前記第２バッファステージから移送された前記ウエハを処理する第３工程チャンバをさらに備える請求項５に記載の半導体素子の製造装置。
   

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