JP5283394B2 - クラスタ型半導体処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、半導体処理装置に関し、特に、フットプリントが比較的小さいクラスタ型半導体処理装置に関する。

近年、半導体製造装置において、単位時間あたりに処理可能なウエハ枚数（スループット）が重要となってきている。スループットを改善するひとつの方法は、半導体製造装置に接続する処理チャンバの数を増やし、これらのチャンバを使って並行処理することにより、ウエハの処理数を増加させることである。

しかし、処理チャンバが同一平面上で水平に配置される場合、処理チャンバの数の増加は、装置による床占有面積（フットプリント）の増加をもたらす。限られたスペースでは、装着できる装置の数は減少する。処理チャンバが互いに垂直方向に積み重ねられれば、保守性が低下する。

上記問題を解決するべく、本発明は、特殊な形状を有する半導体ウエハ搬送チャンバを使った半導体製造装置を与える。ひとつの態様において、通常正七角形のベースを有する半導体ウエハ搬送チャンバは、２つの隣接する半導体処理チャンバにより形成される角度が大きくなるように変形され、その結果、半導体処理チャンバの数が増加しても、半導体製造装置の全体の幅の増加は最小限となる。２つの隣接する半導体処理チャンバにより形成される角度を大きくすることにより、隣接する半導体処理チャンバどうしの間隔が広がるという二次的な利点をもたらし、それによってこれらのチャンバの保守性を向上させることができる。

上記手法を使用すれば、スループットを向上させるべく同一平面上に水平により多くの処理チャンバを配列することにより、半導体処理チャンバの数が増加しても、装置の全体の幅の増加が最小限となる半導体製造装置を与えることができる。

本発明及び従来技術に対する利点を要約するために、本発明のいくつかの目的及び利点が開示される。もちろん、これらすべての目的または利点は本発明の任意の特定の実施例に従い必ずしも達成し得るものではない。よって、本発明は、ここに教示または示唆されるような他の目的または利点を達成することなく、ここに教示される一つまたは複数の利点を達成または最適化する方法で実施または実行可能であることは、当業者の知るところである。

本発明の他の態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明より明らかとなる。

以下、本発明を、好適な実施形態に関して説明する。しかし、この好適な実施形態は、本発明を限定することを意図したものではない。
第１の実施形態において、本発明に従うクラスタ型半導体処理装置はウエハ搬送チャンバを備える。該ウエハ搬送チャンバは、当該ウエハ搬送チャンバの軸線方向に見て、ウエハ処理チャンバ用の複数の側面及びウエハ搬入／搬出チャンバ用の２つの隣接する側面を有する。該複数の側面は、付加的に、保守作業用の空き側面を有してもよい。このウエハ処理チャンバ用の複数の側面及びウエハ搬入／搬出チャンバ用の２つの隣接する側面の各々は、当該ウエハ搬送チャンバの軸線方向に見て、ウエハ搬送チャンバの軸線及び各側面の中心を通る線に対して垂直に配列されている。第1の実施形態において、ウエハ処理チャンバ用の複数の側面の隣接する２つの側面は、ウエハ搬送チャンバの軸線とウエハ処理チャンバ用の隣接する２つの側面の一方の中心とを通る線と、ウエハ搬送チャンバの軸線とウエハ処理チャンバ用の隣接する２つの側面のもう一方の中心とを通る線との間で計測される角度A（例えば、図３の角度A３）を形成する。ここで、角度Aは、ウエハ処理チャンバ用の複数の側面とウエハ搬入／搬出チャンバ用の２つの隣接する側面から成る全側面数で、３６０°を割り算して算出される角度B（例えば、図２の角度A２）より大きい。第1の実施形態において、ウエハ搬送チャンバの軸線からウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の各々までの距離D１（例えば、図３の距離D１）は、ウエハ搬送チャンバの軸線からウエハ処理チャンバ用の複数の側面の各々までの距離D２（例えば、図３の距離D２）より長い。

ひとつの実施形態において、角度Aは角度Bより３％から２０％（５％、１０％、１５％、及びこれらの任意の２数間の値を含む）大きい。多角形ベースが七角形である場合、角度Aは角度Bより１０％から１６％大きい（例えば、A／B＝１．１３）。ひとつの実施形態において、距離D１は距離D２より１０％から９０％（２０％、４０％、６０％、８０％及びこれらの任意の２数間の値を含む）長い。多角形ベースが七角形である場合、距離D１は距離D２より５０％から８０％長い（例えば、D１／D２＝１．６８）。

ひとつの実施形態において、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面は、ウエハ搬送チャンバの軸線とウエハ搬入／搬出用チャンバの隣接する２つの側面の一方の中心とを通る線と、ウエハ搬送チャンバの軸線とウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の他方の中心とを通る線の間で計測される角度C（例えば、図３の角度A４）を形成する。ここで、角度Cは角度Bより小さい。ひとつの実施形態において、角度Cは角度Bより３％から５０％（１０％、３０％、４０％及びこれらの任意の２数間の値を含む）小さい。多角形ベースが七角形である場合、角度Cは角度Bより３３％から３９％小さい（例えば、C／B＝０．６４）。

ひとつの実施形態において、全側面数は７である。他の実施形態において、全側面数は５、６、８またはそれ以上であってもよい。しかし、側面数が少ない場合、上記変形が容易ではないか、この変形の有意な利点が得られないこともある。一方、側面数が多い場合、ウエハ搬送チャンバそれ自体のフットプリントが大きくなり、ウエハ処理チャンバの数を増やすことの利点が生かされない。

ひとつの実施形態において、ウエハ処理チャンバ用の複数の側面は保守作業用のひとつの空き側面を含んでもよい。保守のために、典型的にひとつの空き側面が設けられる。ウエハ処理チャンバの数が多い場合、ひとつ以上の空き側面が設けられてもよい。

ひとつの実施形態において、ウエハ処理チャンバ用の複数の側面は、保守用のひとつの空き側面を有し、それはウエハ搬送チャンバの軸線に関して、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置する。

ひとつの実施形態において、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の一方の隣のウエハ処理チャンバ用の側面の端部と、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の他方の隣のウエハ処理チャンバ用の側面の端部との間の距離W（例えば、図３の距離W４）は、ウエハ搬送チャンバの軸線に関して、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置するウエハ処理チャンバ用の側面の長さ（例えば、図３のW７）と実質的にまたはほぼ同じ長さであってもよい。ひとつの実施形態において、距離Wは、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置する側面を除き、ウエハ処理チャンバ用の各側面の長さ（例えば、図３の距離W５）より長くてもよい。ひとつの実施形態において、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置するウエハ処理チャンバ用の側面は保守作業用の空き側面であってもよい。

ひとつの実施形態において、クラスタ型半導体処理装置はさらに、保守作業用のひとつの空き側面を除いたウエハ処理チャンバ用の側面にそれぞれ接続されるウエハ処理チャンバを備える。ひとつの実施形態において、クラスタ型半導体処理装置はさらにウエハ搬入／搬出チャンバ用の側面にそれぞれ接続されたウエハ搬入／搬出チャンバを備える。

ひとつの実施形態において、保守作業用の空き側面はウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置する。ここで、ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面と空き側面との間に配置されたウエハ処理チャンバの最外部は、ウエハ搬送チャンバの軸線方向に垂直な線（例えば、図３の線aまたはb）に位置合わせされている。ここで、当該線は、ウエハ搬送チャンバの軸線及びウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の間を通る線と平行である。２つのウエハ処理チャンバの最外部が位置合わせされると、クラスタ型半導体処理装置の幅（例えば、図３の幅W３）はベースが正多角形の場合の幅（例えば、図２の幅W２）より狭くなる。

ひとつの実施形態において、少なくともひとつのウエハ処理チャンバはプラズマCVDリアクタであってもよい。ひとつの実施形態において、ウエハ搬入／搬出チャンバはロードロックチャンバであってもよい。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態及び図面に限定されない。

図１は、従来の半導体製造装置の一例を概略的に示した平面図である。この装置は以下で説明する複数の個別のチャンバ（モジュール）を備える。特定的に、ウエハ搬送チャンバ４はWHC（Wafer Handling Chamber）と表記され、このウエハ搬送チャンバ４は正六角形を構成する。ウエハ搬入／搬出チャンバ５、６であるIOC１及びIOC２（In-Out Chamber）がウエハ搬送チャンバ４の２つの側面に沿って配置されており、ウエハ処理チャンバ１、２、３であるRC１、RC２及びRC３（Reactor Chamber）はウエハ搬送チャンバ４の残りの３つの側面に沿って配置されている。六角形の一つの側面は保守作業用に空いたままである。図１において、理論的には、４つのウエハ処理チャンバがウエハ搬送チャンバに装着可能である。しかし、実際には、４つの処理チャンバを装着すると、例えばロボットを交換する場合などに、保守性が大きく低下してしまう。したがって、ウエハ搬送チャンバのひとつの側面は空いたままであり、ウエハ処理チャンバの数は３つに保たれる。

ここで、図１に示す半導体製造装置において、保守性を低下させることなくウエハ処理チャンバの数を増やすことにより、スループット（単位時間あたりのウエハ処理枚数）を増加させる唯一の方法は、ウエハ搬送チャンバの形状を変更することである。単純な論理により、図１のウエハ搬送チャンバは正六角形であるため、それを正七角形に変更すればもう一つのウエハ処理チャンバを追加することができる。これを実施したのが図２である。図２において、ウエハ処理チャンバ７が追加されている。

しかし、ここで生じる一つの問題は、４つのウエハ処理チャンバを装着することにより、装置の幅が増加するということである。図２に示す構成での装置の幅W２は、図１に示す構成での装置の幅W１より約２８％広い。ここで、“装置の幅”とは、ウエハ搬送チャンバの軸線方向から見てウエハ搬入／搬出チャンバからのウエハの搬入／搬出方向に対して垂直に計測した際ウエハ処理チャンバの最外端間の最大距離を表す。また、当該用語は、ウエハ搬入／搬出チャンバ及びウエハ搬送チャンバの中心を通る線に対して垂直方向に計測した際ウエハ処理チャンバの最外端間の最大距離を表す。

この構成において、ウエハ処理チャンバ２と３との間にひとつの空き側面が存在するが、ウエハ処理チャンバ１と２の間の間隔は狭く、ウエハ処理チャンバ３と４の間の間隔も狭い。結果として、保守性が低下する。図１に示す正六角形のウエハ搬送チャンバに関して、隣接する２つのウエハ処理チャンバにより形成される角度A１は６０°（３６０／６）として計算される。しかし、図２に示すような正七角形のウエハ搬送チャンバと一緒に使用される隣接する２つのウエハ処理チャンバにより形成される角度A２は５１．４°（３６０／７）である。角度がより小さいため、開口部もより小さくなり、結果的に動作性が低下する。

これらの問題を解決するために、本発明のひとつの実施形態において、ウエハ処理チャンバの数を変更することなく装置の幅を狭くするよう、図３に示す形状が採用される。ここに示す装置の一つの実施形態では、装置の軸線方向から見て多角形のウエハ搬送チャンバの外周に沿った２つの隣接する側面の各々にウエハ搬入／搬出チャンバが装着され、ウエハ処理チャンバが少なくとも残りの複数の側面の各々に沿って装着され、空き側面を除き隣接する２つの処理チャンバどうしにより形成される角度は一定に保たれる。

言い換えれば、図２に示す正七角形の構成では７つの側面が存在し、該７つの側面は、ウエハ処理チャンバ１が接続される側面１１、ウエハ処理チャンバ２が接続される側面１２、ウエハ処理チャンバ３が接続される側面１３、ウエハ処理チャンバ７が接続される側面１７、空き側面１８、ウエハ搬入／搬出チャンバ５、６が接続される側面１５、１６を含む。図３において、隣接する２つのウエハ処理チャンバにより形成される角度（図中、ウエハ搬送チャンバ４の中心２０から隣接するウエハ処理チャンバの中心へ伸びる破線により挟まれる角度であって、この破線はウエハ処理チャンバが装着可能な側面と直角に交わる）が増大し、特に、ウエハ処理チャンバ１、７はウエハ搬送チャンバ内に押し込まれている。ここで、ウエハ処理チャンバ１、７が押し込まれる最大距離は図３の幅W４により決定される。この幅W４はウエハの直径を考慮して決定される。ひとつの実施形態において、それは、ウエハがウエハ搬入／搬出チャンバ５、６からウエハ搬送チャンバへ移送可能な最小幅を表す。

付加的に、ウエハ処理チャンバ１、２の先端と、ウエハ処理チャンバ３、７の先端とがそれぞれ装置と平行に伸びる直線（図３の直線a及びbで示されるような直線）と接触するような配列において、ウエハ処理チャンバ１と２との間の角度A３、またはウエハ処理チャンバ３と７との間の角度は５８°となる。これは図２に示す正七角形のウエハ搬送チャンバに装着された隣接する２つのウエハ処理チャンバにより形成される角度A２（３６０／７＝５１．４°）より６°またはそれ以上大きい。ここで、隣接する２つのウエハ処理チャンバの間の角度がより大きいことは、これらのウエハ処理チャンバの間隔がより広いことを意味しており、保守性の点で有利となる。

図３に示す構成の装置の幅W３は図１に示す構成の装置の幅W１より約１７％広い。言い換えれば、図２に示すような正七角形のウエハ搬送チャンバを使用する場合より、装置の幅は約１０％狭い。

図３において、ウエハ搬入／搬出チャンバ５、６の幅W６もまた従来の正七角形構成（図２）での対応する幅より狭い。ウエハ搬入／搬出チャンバ５、６により形成される角度A４（A３と同様の方法で定義される角度）は３３．０°であり、それは図２のA２より小さい。角度A４が小さいほど、ウエハ処理チャンバ１、７がより内側へ押し込まれる形状に設定することが容易となり、結果として、幅W３の減少がもたらされる。この幅の減少により、ウエハ搬入／搬出チャンバ５、６と、ウエハ処理チャンバ１、７との間の間隔が増加し、その結果、保守性が向上する。

空き側面の位置に関して、ウエハ処理チャンバ２と３との間にウエハ処理チャンバ１を設けることは、処理チャンバの保守性の点で問題となり得る。しかし、この問題が除かれれば、ウエハ処理チャンバ２と３との間にウエハ処理チャンバ１を設けることは可能であり、そうすれば装置の幅はさらに狭くなる。

図３において、ウエハ処理チャンバ１、２及びウエハ処理チャンバ３、７は処理チャンバの各対の間を通る中心線に関して互いに線対称であり、処理チャンバの２つの対により形成される角度もまた同じである。これは、ウエハ処理チャンバ１の端部とウエハ処理チャンバの２の端部（またはウエハ処理チャンバ３の端部とウエハ処理チャンバ７の端部）の両方が中心線と直角で交差する線（図３の直線）を通るとき（すなわち、該端部が装置の端部となるとき）、当該幅が最小となるためである。この場合、長さW５はそれぞれのウエハ処理チャンバが装着される各側面に対して同じであり、角度も隣接するウエハ処理チャンバの各対に対して同じである。したがって、図３において、空き側面１８の長さW７と長さW４は同じになる。ここで、W７はW５より長い。

上記により、本発明で提示された半導体製造装置は、装着されるウエハ処理チャンバの数が増加しても装置幅の増加が最小となるように設計され、ウエハ処理チャンバの数を増加させて並行処理することによりスループットを改善し、それにより、保守性を低下させることなく限られた空間で複数の装置を装着することが可能となる。

本発明の開示において条件及び／または構造が特定されなくとも、当業者は、技術常識の範囲で本発明を参考にしてその条件及び／または構造を容易に与えることができる。

本発明の思想及び態様から離れることなく、さまざまな修正をなし得ることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の態様を制限するものではない。

図１は、従来のクラスタ型半導体処理装置の概略的な平面図である。 図２は、クラスタ型半導体処理装置の比較例の概略的な平面図である。 図３は、本発明のひとつの実施例に従う、クラスタ型半導体処理装置の概略的な平面図である。

符号の説明

１ ウエハ処理チャンバ
２ ウエハ処理チャンバ
３ ウエハ処理チャンバ
４ ウエハ搬送チャンバ
５ ウエハ搬入／搬出チャンバ
６ ウエハ搬入／搬出チャンバ
７ ウエハ処理チャンバ
１１ ウエハ処理チャンバ１が接続される側面
１２ ウエハ処理チャンバ２が接続される側面
１３ ウエハ処理チャンバ３が接続される側面
１５ ウエハ搬入／搬出チャンバ５が接続される側面
１６ ウエハ搬入／搬出チャンバ６が接続される側面
１７ ウエハ処理チャンバ７が接続される側面
１８ 空き側面
２０ ウエハ搬送チャンバ４の中心

Claims (12)

1. ウエハ搬送チャンバを含むクラスタ型半導体処理装置であって、
   前記ウエハ搬送チャンバは、横断面が線対称の多角形の形状で、該多角形の一辺が外部に向けて拡張されて成る２つの連続する等しい長さの辺にぞれぞれウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面が形成され、前記多角形の残りの辺にそれぞれウエハ処理チャンバ用の複数の側面が形成され、
   更に、前記ウエハ搬送チャンバは、前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面がそれぞれ形成される前記２つの連続する等しい長さの辺の中心と、前記多角形の中心とを結ぶ直線を対称軸とする線対称の多角形の形状として形成され、
   前記ウエハ処理チャンバ用の複数の側面及び前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の各々は、前記多角形の面に対して垂直に配列され、
   前記ウエハ処理チャンバ用の複数の側面の隣接する２つの側面は、横断面上で前記ウエハ処理チャンバ用の隣接する２つの側面の一方が形成される前記辺の中心及び前記多角形の中心を通る直線と、ウエハ処理チャンバ用の隣接する２つの側面の他方が形成される前記辺の中心及び前記多角形の中心を通る直線との間で角度Ａを形成し、当該角度Ａは、ウエハ処理チャンバ用の複数の側面及びウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面から成る全側面数で３６０°を割り算することにより計算される角度Ｂより大きく、
   前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面は、横断面上で前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の一方が形成される前記辺の中心及び前記多角形の中心を通る直線と、前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の他方が形成される前記辺の中心及び前記多角形の中心を通る直線との間で角度Ｃを形成し、当該角度Ｃは前記角度Ｂより小さく、
   前記ウエハ搬送チャンバの前記多角形の中心から前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の各々までの距離は、前記多角形の中心から前記ウエハ処理チャンバ用の複数の側面までの距離より長い、
   ことを特徴とするクラスタ型半導体処理装置。
2. 前記全側面数が７である、ことを特徴とする請求項１記載のクラスタ型半導体処理装置。
3. 前記ウエハ処理チャンバ用の複数の側面は保守用のひとつの空き側面を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のクラスタ型半導体処理装置。
4. 前記ウエハ処理チャンバ用の複数の側面は保守用のひとつの空き側面を含み、それは前記多角形の中心に関して、前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置する、
   ことを特徴とする請求項２記載のクラスタ型半導体処理装置。
5. 前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の一方の隣のウエハ処理チャンバ用の側面の端部と、前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の他方の隣のウエハ処理チャンバ用の端部との間の距離Wは、前記多角形の中心に関して、前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置するウエハ処理チャンバ用の側面の長さと実質的に等しい、
   ことを特徴とする請求項２記載のクラスタ型半導体処理装置。
6. 前記距離Wは、前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置する側面を除き、前記ウエハ処理チャンバ用のそれぞれの側面の長さより長い、
   ことを特徴とする請求項５記載のクラスタ型半導体処理装置。
7. 前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置するウエハ処理チャンバ用の側面は、保守用の空き側面である、
   ことを特徴とする請求項５記載のクラスタ型半導体処理装置。
8. さらに、前記保守用のひとつの空き側面を除き、ウエハ処理チャンバ用のそれぞれの側面に接続されたウエハ処理チャンバを備える、
   ことを特徴とする請求項１記載のクラスタ型半導体処理装置。
9. さらに、ウエハ搬入／搬出チャンバ用のそれぞれの側面に接続されたウエハ搬入／搬出チャンバを備える、
   ことを特徴とする請求項１記載のクラスタ型半導体処理装置。
10. 前記保守用の空き側面はウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の反対側に位置し、前記空き側面と前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面との間に配置された前記ウエハ処理チャンバの最外部が、横断面上における一本の直線上に位置合わせされ、前記直線は、前記多角形の中心と前記ウエハ搬入／搬出チャンバ用の隣接する２つの側面の間とを通る線に平行である、
    ことを特徴とする請求項８記載のクラスタ型半導体処理装置。
11. 前記ウエハ処理チャンバの少なくともひとつは、プラズマCVDリアクタである、
    ことを特徴とする請求項８記載のクラスタ型半導体処理装置。
12. 前記ウエハ搬入／搬出チャンバはロードロックチャンバである、
    ことを特徴とする請求項９記載のクラスタ型半導体処理装置。