JP5409063B2 - 真空処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、真空容器内部の処理室内で処理対象の半導体ウェハ等の基板状の試料を処理する真空処理装置に係り、一般的にクラスターツールと呼ばれる搬送系ユニットに対して複数の真空処理容器（プロセスユニット）を有して複数のウェハの処理を行うことができ生産性を向上させた真空処理装置に関する。
上記のような半導体ウェハを処理して半導体デバイスを製造する半導体製造装置は、プロセスユニットと呼ばれる処理室を内部に有した真空容器，排気装置及びプラズマ形成装置を備えた処理ユニットを複数具備して、半導体ウェハ等の基板状の試料（以下ウェハとする）をその処理室内で形成したプラズマを用いて処理するものである。このような半導体製造装置においては、低コスト化，生産性向上が求められており、特に単位時間当たりのウェハ処理枚数を向上させて装置一台あたりの処理の効率を高くすることが重要な課題となっている。
上記のような半導体製造装置は、ウェハを所定の枚数、例えば２５枚収納するカセットが装置の前面側に装着され、このカセット内から搬送用のロボットがウェハを１枚ずつ取り出してロック室に搬送した後、真空排気された減圧されたロック室から減圧された搬送用の経路を介して処理を行ういずれかの各プロセスユニットの真空容器内の処理室に搬入されて処理が行われる。この後、処理が終わると、再度、搬出されて、搬入時と逆方向の経路を通りロック室を介して大気圧下に戻される。その後、搬送ロボットにより、搬出されたときと同じカセットの同じ位置に戻される。これが半導体製造装置のウェハを処理する際の一般的な動作の順序である。
このような動作の順序は、１つのカセットに対し複数のプロセスユニットが割り当てられる場合や、１つのカセットに対し１つのプロセスユニットが割り当てられる場合、また、複数のカセットに対し複数のプロセスユニットが同時に割り当てられる場合等の動作パターンが存在し、更に、プロセスユニットを複数に渡って処理を行う運用や、事前にプロセスユニットのコンディションを整える処理を行う場合等もあり、複雑且つ多様な動作パターンを持つことになる。
このような半導体製造装置の技術の例はとしては、特開２００６−１９０８９４号公報（特許文献１），特開２００７−１２９１７７号公報（特許文献２）が知られている。
特許文献１では、複数の処理室（プロセスモジュール）とこれらを連結した搬送機構を備えたクラスターツールであって、搬送機構が試料に対し複数の処理室で順次行われる処理に応じて試料を各処理室に搬入出していく際に、処理前の試料と処理後の試料とを入れ換えていくことで、全体の搬送効率を向上するものが開示されている。
特許文献２では、複数の処理室（プロセスモジュール）とこれらを連結した搬送機構を備えたクラスターツールであって、複数の処理室のコンディショニングがすべて完了するのを待って試料搬送を開始するのではなく、コンディショニングの完了した処理室から順次試料の搬送を開始し、全体の搬送効率を向上するものが開示されている。
上記従来の技術は、次の点について考慮が不十分であり問題が生じていた。
すなわち、上記のような真空処理装置において、複数の処理室は、通常、内部が１つの真空搬送用の空間となった真空搬送容器の周囲にその側壁同士を対向させて連結されている。このため、真空搬送容器内の真空搬送用の搬送系ユニット或いは搬送装置は、各処理用のプロセスユニット共通に用いられ、いわば共有されている。このような装置においては、各プロセスユニットの処理室での処理の終了時間によってその次の動作の時刻が大きく影響を受ける。
このため、例えば、搬送される準備が整ったウェハから順次搬送を行うように搬送装置の動作の順序を決めると、複数の処理室で同時若しくは他のウェハの搬送途中に、並列して他の処理室での搬送準備が整った場合には、一方の処理室での搬送を終えてから次に他方の処理室の搬送に移る若しくはその動作途中の搬送を終わらせて後に次の搬送動作に移る等、複数の搬送可能となったウェハを順次搬送することになるため、少なくとも一方に待ち時間を生じさせ、これは最大で搬送時間１回分のウェハ搬送に要するだけの時間を発生させることになる。
このような待ち時間を低減するために特許文献１では、モジュールサイクル時間を定義して、さらには、ウェハを搬送する搬送ロボットは処理済のウェハ及び未処理のウェハを１回のアクセスでピック＆プレースする構成を開示している。しかし、この従来技術では待ち時間の発生するタイミングは調節しようとしておらず、また、このために待ち時間は不定期に発生し、積み重なることによって、単位時間当たりの処理枚数を大幅に低下させてしまうという問題点について十分に考慮されていなかった。
また、上記従来技術では、時間固定処理以外の場合は各処理室での処理時間，搬送にかかる時間が未確定であったために、実際に処理や搬送動作が完了したことを確認若しくは完了信号を受け取ってから次の動作に移行していた。このため、全て処理や動作した結果に基づいた出来高方式で次の処理や搬送などのタイミングが決まってくるため、事前のスケジューリングを行うことが不可能で、例えスケジューリングできたとしても、精々、どのウェハをどの処理室で処理するか程度のスケジューリングだった。
このように上記の従来技術では、効率のよい装置運用ができているとは言い難く、装置の生産性（スループット）を損なっていた。
本発明の目的は、生産性を向上させた真空処理装置を提供することにある。
上記目的は、減圧された処理室内側に配置された試料がこの処理室内に形成されたプラズマを用いて処理される複数の真空処理容器と、これら真空処理容器がその周囲に連結されその内部に減圧されて前記試料が搬送される搬送室を有する真空搬送ユニットと、この真空搬送ユニットと連結され前記試料がその内部に配置された状態でこの内部を大気圧及び減圧された圧力に調節可能であって真空側と大気側とで前記試料がやりとりされる複数のロック室と、前記搬送室内に配置され前記ロック室と前記複数の真空処理容器内の処理室との間で前記試料を搬送する真空搬送手段と、前記ロック室の大気側に連結され内部に大気圧下で前記試料を搬送する空間を有した大気搬送容器と、この大気搬送容器内の空間に配置され前面側に装着される前記試料を収納するカセットから前記試料を搬送する大気搬送手段と、複数の前記試料の各々を順次前記カセットから搬出して何れかの前記処理室に搬送して該処理室内で処理した後にこの処理室から搬出して前記カセットに戻すまでの前記試料の操作を調節する制御装置とを備えた真空処理装置であって、複数の前記処理室は搬送された前記試料に同じ処理を実施するものであり、前記試料の操作は、前記試料を前記カセットから前記複数のロック室の何れかに搬送する動作、前記試料を前記ロック室に収納した状態で前記減圧された圧力まで減圧する動作、前記試料をロック室からいずれかの前記処理室に搬送する動作、前記処理室内に搬送された試料をこの処理室内で処理する動作、該処理室から処理された前記試料をいずれかの前記ロック室に搬送する動作、前記試料をロック室内に収納した状態で前記大気圧まで昇圧する動作、及び前記試料を元の前記カセットに戻す動作を含む複数の動作から構成され、複数の前記試料各々について順次実施される前記操作は、各々の前記複数の動作の順序および当該複数の動作の各動作毎の割当時間が前記複数の試料同士の間で予め等しいものに設定されると共に、これら複数の動作の前記割当時間の各々は当該動作に実際に要する最小の期間とこの期間の前または後に所定の猶予の時間が追加されたものであって、これらの予め設定された前記複数の動作の情報に基づいて前記制御装置が前記操作を調節することにより達成される。
また、複数の前記試料の各々について順次実施される前記操作の各々は、前記複数の動作のうち前記試料をロック室からいずれかの前記処理室に搬送する動作または前記処理室内に搬送された試料をこの処理室内で処理する動作の前に前記試料を滞留させる時間を有し、この滞留させる時間が前記複数の試料に対する前記操作の各々同士の間で予め共通に設定されたことにより達成される。
さらにまた、前記制御装置は前記試料を前記カセットから搬出して前記処理室で処理された後に前記カセットに戻すまでの動作毎の時間を積算して算出する機能及び前記カセットから搬出されて前記処理室で処理された後に前記カセットに戻すまでの複数の動作のうちの律速となる動作を検出する機能を備えたことにより達成される。
さらにまた、前記制御装置は、予め記憶された前記試料を前記カセットから搬出して前記処理室で処理された後に前記カセットに戻す各動作毎の時間および前記滞留時間の情報を用いてこれら動作および前記滞留時間の複数の順序または組合せにおける所定の枚数の前記試料の操作に要する時間が最小となるものを動作の予定情報として選択することにより達成される。
本発明の実施の形態を以下図面を用いて説明する。
〔実施例〕
本発明は、搬送律速域でのスループット向上を目的とし、処理室（プロセスユニット）での処理時間が十分に短い場合において、ウェハ１枚の処理に掛かる工程すべてを、事前にスケジューリングすることで、各処理／各動作のタイミングによって左右されない安定したスループットを実現できる。一般的にクラスターツールと呼ばれる、搬送系ユニット１つに対し、複数の処理室（プロセスユニット）で構成されるマルチチャンバシステムでは、処理室での処理時間が十分に短い場合、搬送系システムの動作（搬送にかかる時間）によってスループットが決まる領域がある。これは、複数の処理室の単位時間当たりの処理能力が、処理時間が短いために、ウェハ１枚当たりに掛かる搬送時間を追い越してしまうために起こる現象であり、これを搬送律速域として考えるが、本発明を利用することで、この搬送の律速域でのスループットが向上し、安定した生産能力が見込める装置となる。以下、本発明の実施例を図１乃至図５を参照しながら説明する。
本発明は、搬送律速域でのスループット向上を目的とし、処理室（プロセスユニット）での処理時間が十分に短い場合において、ウェハ１枚の処理に掛かる工程すべてを、事前にスケジューリングすることで、各処理／各動作のタイミングによって左右されない安定したスループットを実現できる。一般的にクラスターツールと呼ばれる、搬送系ユニット１つに対し、複数の処理室（プロセスユニット）で構成されるマルチチャンバシステムでは、処理室での処理時間が十分に短い場合、搬送系システムの動作（搬送にかかる時間）によってスループットが決まる領域がある。これは、複数の処理室の単位時間当たりの処理能力が、処理時間が短いために、ウェハ１枚当たりに掛かる搬送時間を追い越してしまうために起こる現象であり、これを搬送律速域として考えるが、本発明を利用することで、この搬送の律速域でのスループットが向上し、安定した生産能力が見込める装置となる。以下、本発明の実施例を図１乃至図５を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施例に係る真空処理装置の構成の概略を示す上面図である。この実施例において、真空処理装置は、一般的にクラスターツールと呼ばれる、中央部に配置された搬送系ユニット１つに対し、その外周側に配置されてこれと連結された内部に処理室を備えた真空処理容器及び真空排気装置，プラズマ形成装置を備えた処理用ユニット（プロセスユニット）の複数を備えて構成されるマルチチャンバシステムである。
さらに、本実施例の真空処理装置は、その前面側（図上下方側）はウェハが内部に所定枚数収納されたカセットが搬送される搬送路となっており、この搬送路に面して真空環境下でウェハを搬送する真空搬送ユニット１４１及びこれの側面に連結された４つのプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの前面側に複数のロードポート１１１を備えた大気側ブロックを構成するＥＦＥＭ１２１を備えている。さらに、搬送系ユニットは、このＥＦＥＭ１２１とその背面において連結され真空及び大気圧との間でウェハの搬入出するために用いられるロック室１３１を備えている。
本実施例のＥＦＥＭ１２１の前面側には３つのロードポート１１１が配置され各ロードポート１１１は、ウェハを収納したカセットを設置するためのものであって前後に動作するステージを前面側に備え、カセットの蓋を開閉するためのチャッキング機構とその蓋を下方に収納するための上下機構備えている。また、その蓋の上下機構には、カセット内に収納されているウェハの有無／枚数をカウントするためのセンシング機能も有している。
ＥＦＥＭ１２１は、内部にウェハがカセットとロードポート１１１との間で搬送される空間である搬送室を備えた略直方体形状の大気搬送用の容器を備えている。また、この大気圧の搬送室の異物低減を目的として容器内に下向きの気流を形成するためのファン及び異物捕捉用のフィルターを備えており、搬送室を異物の少ない周囲環境より少しだけ圧力の高い空間としている。大気搬送用の搬送室内にはウェハを搬送するために大気搬送ロボット１２２を、容器内にはアライナー１２３を備えている。アライナー１２３は、カセットに収納されていたウェハの位置ずれと、ノッチと呼ばれるウェハの外周にある切り欠きの角度合わせを行う機構であり、これにより、ウェハ中心を割り出し、位置ずれの少ない、精度の良いウェハ搬送を実現できる。
ロードポート１１１上のカセット内部からのウェハ搬出、アライナー１２３からのウェハ搬出は、大気搬送ロボット１２２に行われ、アライナー１２３から取り出された位置決めされた後のウェハはロック室１３１内部に搬入される。大気搬送ロボット１２２は、ＥＦＥＭ１２１内の空間で前面側に沿って延在するレールに沿って左右方向に移動できるだけでなく、ＥＦＦＥＭ１２１の図上左端のアライナー１２３、カセット或いはロック室１３１にウェハを送達できるだけの距離を上下左右に移動可能に構成されている。
ロック室１３１は、ＥＦＥＭ１２１背面と真空搬送ユニット１４１を構成する真空容器の前方側（図上下方側）の側面との間に挟まれた位置に複数が配置されている。本実施例のロック室１３１は、各々が大気圧及び真空との間で圧力を変化させることができ、内部にウェハ格納して大気圧から真空に（ロード）或いは真空から大気圧に（アンロード）にすることのいずれも用いることができる。
各ロック室１３１は、その両方側の内部の空間に対して気密に閉塞或いは開放を行うためのバルブとその駆動装置を有するゲートバルブ機構と、真空排気を行うための排気装置と、大気圧に戻すためのベンチレーション装置とを備えている。ロック室１３１がウェハを真空側にロードする場合には、先ず、ＥＦＥＭ１２１の側（大気側）に配置されたゲートバルブを開き大気搬送ロボット１２２が内部に進入できるようにした後、アライナー１２３で位置決めが終了したウェハを大気搬送ロボット１２２が内部に搬入する。ロック室１３１内に配置された試料台上にウェハが受け渡された後、大気搬送ロボット１２２が退出し大気側のゲートバルブが気密に閉じられる。さらに、排気装置を使って室内が目標の真空度の圧力に到達するまで真空排気を行う。真空排気が完了したと判断されると、真空搬送ユニット１４１側のゲートバルブが開放され真空搬送ユニット１４１に具備された真空搬送ロボット１４２が内部に進入できる準備をする。
このようにロック室１３１は、大気圧から真空排気（減圧）を行い、ウェハを真空環境にある真空搬送ユニット１４１へ移送するための準備を行う。また、このロック室１３１は、真空環境にあるウェハを真空搬送ユニット１４１から大気圧環境に搬出するためのベンチレーション機能も有しており、ウェハの流れによって、どちらかの動作を行うユニットである。
真空搬送ユニット１４１は、内部にウェハを真空圧下で搬送するための空間である搬送室を有する真空容器と、この搬送室の真空排気を行うための排気装置と、搬送室内部のほぼ中央部に配置され真空環境下でのウェハ搬送を行うための真空搬送ロボット１４２を有している。本実施例では、真空搬送ユニット１４１の真空容器は、その上方から見た平面形状が略多角形（本実施例では特に六角形）状に構成され、その周囲にプロセスユニットａ〜ｄ及び２つのロック室１３１が真空搬送ユニット１４１と着脱可能に配置されている。すなわち、各々の辺を構成する側面はプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄ及び２つのロック室１３１と着脱可能に連結され、連結された状態で搬送室とプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの処理室及び２つのロック室１３１内側の室とは各々ウェハが通過可能な形状を有するゲートにより連通されている。
この真空搬送ロボット１４２が、ゲートバルブを開いた状態のロック室１３１に進入し、ウェハをロック室１３１内の試料台との間で授受する。真空搬送ロボット１４２は、ウェハを受け取った後、搬送室内にウェハを保持した状態で収縮し、目標となるプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄのいずれかの処理室に向かって旋回してその処理室と搬送室とを連通するゲートに対向した位置で旋回を停止し、伸張して処理室内にウェハを搬入する。
本実施例では、ウェハ受け取りの準備が整った処理室から順番にウェハが搬送される。なお、真空搬送ユニット１４と各プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの間は、ゲートを気密に開閉して処理室内を閉塞／開放するゲートバルブが配置されており、ウェハの処理室への搬入，搬出の際には開放状態となる。ウェハが搬入された処理室では、ゲートバルブを閉塞後予め決められた処理レシピによってウェハが処理され、処理が終了後搬入時とは逆の手順で真空搬送ロボット１４２がウェハを搬出する。
真空搬送ロボット１４２は、処理後のウェハを受け取った後は、搬入してきたときとは逆の手順で処理室からウェハを搬出し次の目標の室に向かって搬送する。このとき、次の処理を違う処理室で行う場合には、その目的とする処理室に旋回し、そのまま搬出する場合には、準備の整っているロック室１３１に向けて旋回する。本実施例の真空処理装置は、２つのロック室１３１の内、一方をロード用、他方をアンロード用に限定してウェハの処理を行うことも、いずれも両方の動作に使用することも、いずれも選択可能に構成されている。前者ではロック室１３１をウェハがロード／アンロードの一方向にのみ使用されるためロック室１３１内で処理に使用されるガスにより処理前のウェハが汚染されることが抑制される。また、後者では、ロック室１３１でのスループットを向上させることができる。
処理後のウェハが真空搬送ロボット１４２により搬送され内部の試料台上に載せられた後、ロック室１３１の真空搬送ユニット１４１側のゲートバルブが閉塞された後室内を真空環境下から大気圧に戻すためベンチレーションを行われる。ベンチレーションにはＮ2（乾燥窒素）が用いられ、Ｎ2を決められた速度で室内に導入し徐々に大気圧にする。大気圧になったロック室１３１は、大気側（ＥＦＥＭ１２１側）のゲートバルブが開放され、内部に進入した大気搬送ロボット１２２にウェハが受け渡されウェハが搬出された後、大気側のゲートバルブが閉塞される。
この後、次のウェハのアンロードのための再度の減圧の動作、あるいはウェハのカセットへの再収納の動作は並列して行っても良い。処理後のウェハを受け取った大気搬送ロボット１２２は、そのウェハが処理前に収納されていたカセットまで移動し、そのウェハが処理前に収納されていた位置に戻して１枚のウェハに対する一連の処理が終了する。
上記のような一連の処理を実施した場合、全ての動作や処理が連動または同期をとって動いている訳ではなく、必ずそこに生産性を疎外する、要するにその部分で真空処理装置全体の生産の効率、即ちスループットを決める律速ポイントが発生する。図１で示した装置の構成を例にとると、ウェハを前の室，ユニット或いは装置から受け取り次のユニット等に受け渡すという処理の単位時間当たりの量（能力）という観点で括れば、ＥＦＥＭ１２１の能力，ロック室１３１の能力，真空搬送ユニットの能力，プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの処理の能力の４つに分割して考えることができる。この４つの処理の能力のうち、最も処理の能力が低い箇所が、真空処理装置全体の処理の能力、即ち生産性を決めることとなる。これは、カセットからどのルートを経由して、どのプロセスユニットで処理させた後どのルートで元のカセットに戻すかというその時々の運用の方法によって、真空搬送ユニット１４１，ロック室１３１等に変化する。
本実施例では、各プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄがウェハを処理する時間は、大気搬送ロボット１２２によるカセットからアライナー１２３を介しロック室１３１の何れかへウェハを搬送するに要する時間（大気搬送時間），ロック室１３１のいずれかに収納されて密封された内部の圧力が昇降されて内部が開放されるまでの時間（ロック室内時間），真空搬送ロボット１４２によりプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの何れかとロック室１３１のいずれかとの間を搬送される時間（真空搬送時間）のいずれよりも大きなものとなっている。つまり、プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの内部でエッチング処理が行われる場合、各プロセスユニットのエッチング処理能力は、大気搬送ロボット１２２，ロック室１３１，真空搬送ロボット１４２の動作によって得られる搬送能力よりも小さいものとなっている。このような真空処理装置のウェハの処理では、プロセスユニットの処理が真空処理装置全体の効率，スループットや生産の効率に対する律速の動作となっていると言える。
しかしながら、近年の半導体デバイスの高集積化に伴って、加工する半導体ウェハの表面に形成される処理対象の膜の厚さも小さくなっており、このためプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄでウェハに施される処理の時間も小さくなっている。
つまり、エッチング処理の時間が小さくなることによる真空処理装置のスループットが向上するが、その一方で処理に要する時間が短縮されていくと搬送に要する時間に近接して、真空処理装置の動作の効率やスループットに対する律速の動作がエッチング処理から搬送に変化することになる。
このような真空処理装置では、スループットや生産の効率を向上するために律速となる搬送の動作を適切に調節することが求められる。本実施例では、真空処理装置が行う搬送に係る各動作を処理前に予め開始，終了を定める（事前スケジューリング）を行って、生産性や効率を向上させている。
図２は、従来の技術の真空処理装置において、ウェハを所定の枚数、例えば２５枚連続的に処理した場合の時間の変化に対する各ウェハ毎の動作の流れを示したチャートである。特に本実施例は、ウェハを２５枚収納したカセットがロードポート１１１に設置され、その２５枚をＰＵ１からＰＵ４までのプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄを使って同じレシピで順番に処理を行う運転を実行し、その際の真空処理装置のウェハの搬送の動作及びウェハが所定時間滞留している各箇所の動作の状況を、各動作毎に色分けしてガントチャートと呼ばれるフローに表したものである。１枚のウェハのカセット→処理室→カセットの移動に伴う動作の流れを２段に渡って表示しているのは、並行した動作となって重なって見える動作を、表示の便宜上、下の段に表示したものである。
この図２より、各ウェハの処理の最初の動作、即ち、カセット内から大気搬送ロボット１２２によりウェハが取り出されるところから、そのウェハの最終の処理、即ち、元あったカセットの位置に大気搬送ロボット１２２で戻されるまでの間に、数回に渡って、上記動作のいずれもが行われていない時間（以下、待ち時間）２０１が存在することである。
この待ち時間２０１は、その動作が完了しても、直ぐに次の動作に移行することができず、その位置でウェハが滞留しており、次の動作まで待たされていることを意味する。発明者らの検討によれば、この待ち時間が発生する要因は、搬送のスケジュールが組み立てられてないことによるもので、ウェハが保持されている各箇所（ステーション）、例えばアライナー１２３での位置合わせ、ロック室１３１でのウェハ授受のための準備の動作（例えばベンチレーション），ロック室１３１でのウェハを真空搬送ユニット１４１側へ搬出するための準備の動作（例えば真空排気）等の完了時間と、大気搬送ロボット１２２や真空搬送ロボット１４２の動作のバランスが崩れてしまい、各ステーションにおいてウェハを受け渡す準備が整っているにも関わらず、各ステーション間でウェハを搬送するための大気搬送ロボット１２２や真空搬送ロボット１４２が他の処理に追われ、直ちに対応できない状況になっていることに起因している。
しかも、この待ち時間２０１は非計画的に不定期に発生するため、ウェハ１枚あたりの総処理時間２０２が少しずつ増加していっている。次にこのウェハ１枚あたりの総処理時間２０２が少しずつ増加していく場合の影響を説明する。
図３は、従来技術において待ち時間の発生によりウェハの総処理時間が増大している状態を模式的に表したグラフである。本図においては、ウェハ１枚あたりの全工程を４つのブロックに見立てている。最初は、４つの工程がすべて待ち時間なく処理が行われているが、次の２枚目では最初の１ブロック分の処理が終わった後、待ち時間が発生して１ブロック分の空白時間が入ったとする。２枚目の処理は、その１ブロック分の空白時間、即ち１ブロック分の待ち時間で済んだが、次の３枚目では、同じタイミングで１ブロック分の待ち時間が発生し、更には、処理の後半で１ブロック分の待ち時間が発生したとする。３枚目は全工程４ブロックのうちで、２ブロック分の待ち時間が間に入り、合計６ブロック分となった。こうして順次処理を重ねていき、８枚目の処理まで完了した時点で、８枚目までの総時間３０１は、１４ブロック分となる。
図４は、本実施例に係る真空処理装置により複数枚のウェハを処理した際のウェハの総処理時間の変化を模式的に表したグラフである。本図は、ウェハ１枚あたりの全工程を４つのブロックに見立てているのは図３と同じであるが、本実施例の真空処理装置は、予め各動作及び待ち時間の開始時刻及び終了時刻，タイミングをスケジュールとしてタイムテーブル上に配置して設定して、一番適正な位置に待ち時間を意図的に作り出してやり、その分は最初からウェハ１枚あたりの全工程として盛り込んでいる。
本図の例では、その一番適切な位置が、３ブロック目と４ブロック目の間にあったと仮定して記述しているが、場合によっては、１ブロック目と２ブロック目，２ブロック目と３ブロック目の間に待ち時間を設定する場合が適切な場合もでてくる。ここで言う適正な位置での待ち時間設置とは、最初のウェハから最後のウェハまでのウェハ１枚あたりの処理時間（全工程）が全て同じ時間で終わるように、タイムテーブル上でスケジューリングを行うことである。このような方法でスケジューリングを実施した場合、１枚あたりの全工程の総合計は５ブロック分になるが、それが規則正しく８枚目まで処理が進んでいった場合の８枚目までの総時間４０１は１２ブロック分となり、最初に図３で示した処理方法に比べ、２ブロック分短縮できることがわかった。この短縮分は真空処理装置の生産性（スループット）向上を示すものである。
本実施例の真空処理装置は、１枚のウェハの処理の流れにおける動作、つまりカセットからの搬出からこのカセットの元の位置への戻される搬入までの真空処理装置の各動作の時間、例えばロック室１３１でのベンチレーションに要する時間、大気搬送ロボット１２２による１アクションに掛かる時間、アライナー１２３でウェハの位置決めに要する時間、真空搬送ロボット１４２の１アクションに掛かる時間等の情報を処理の対象の所定枚数のウェハの処理前にデータとして制御装置１４４が通信手段を介して利用可能に具備されており、事前スケジューリングは制御装置１４４内に配置された演算装置によりこれらの情報を用いて行われる。制御装置１４４の演算装置は通信手段を介して記憶装置内に記録されたこのような情報をデータとして読み出して演算装置内または制御装置１４４内の別の記憶装置内に複製して記憶する。
また、製品を製造するためのウェハを処理する前に予め少なくとも１枚の別のウェハを用いて本実施例の真空処理装置で処理を行い、このような情報のデータを測定して記録してもよい。本実施例の真空処理装置は、この記録のため動作を検知するセンサ等の検知装置を備えまた制御装置１４４は内部に検知装置からの出力を受信するインターフェースと時間を計測する計時装置を備えている。
このような情報のデータには、各プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄの処理室内でウェハに対して施されるプラズマを用いた処理に用いられるガスの種類，圧力，時間等の処理の条件の情報も含まれている。このようなデータは真空処理装置が設置されるクリーンルーム等の建屋での複数の真空処理装置の各カセットの処理や搬送の順序を調節するホストコンピュータとの通信手段１４３を介して入手される。このように本実施例の真空処理装置は、制御装置１４４内または遠隔した箇所に記憶したデータを用いてタイムテーブル上で各動作の開始または終了時刻とその順序、組み合わせ及びこれらの動作の後または前に特定の待ち時間を配置して各ウェハ１枚あたりの処理時間及び所定の枚数（例えば、１ロットや２５枚）のウェハの処理時間を算出する。
本実施例でスケジュールされる各動作の開始，終了時刻の間隔の時間は、実際に真空処理装置の各動作に要する時間に所定の間だけ猶予を追加したものとなっている。このように動作の時刻，時間を定めることで、各ウェハの処理の際の異常や各機器毎の動作の差やバラツキを吸収して各ウェハの処理毎で動作を同期させることができる。
さらに、制御装置１４４は、上記動作及び待ち時間の順列、組み合わせの複数例各々についてこれらの開始，終了時刻を用いて各処理時間を算出し所定枚数のウェハの処理時間が最も短くなるとなるものを実行する動作の予定として選択し、これを設定スケジュールとして設定し内部の記憶装置内に記憶する。さらに、動作の予定情報である設定スケジュールの情報に基づいて真空処理装置の各部に各駆動部へ指令を発信しその動作を調節する。この事前スケジューリングにおいては、先に説明したような、どのポイントで生産性、即ちスループットを律速しているかが事前に把握できていることも重要で、その律速ポイントが判った上で、そのポイントを最も効率よく動作させるように、スケジューリングを行うような機能を持たせてある。
次に図５を用いて設定スケジュールについて説明する。図５は、図４に示す事前スケジュールにより図１に示す真空処理装置を稼動させた際の各動作の流れを示すチャートである。チャートの角柱のブロックの各々が真空処理装置の動作の各々を示している。
本実施例の事前スケジュールは、２つのロック室１３１はその動作を一方がロードに他方がアンロードに限定された処理について示している。つまり、本図において、各ウェハの処理の動作の流れにおいて２回ロック室１３１が使用され、ロック室１３１の一方は処理前のウェハが大気側から受け渡されて収納した状態で内部が大気圧から真空圧に減圧されて後処理室に搬送され、他方が処理後のウェハが処理室から搬送されて収納した状態で内部が真空圧から大気圧に昇圧された後に大気側に受け渡される。これら大気側から真空側へのウェハの搬送（ロード）と真空側から大気側への搬送（アンロード）とが２つのロック室１３１のそれぞれに動作，機能として固定される。
以下、本実施例の真空処理装置が３つのプロセスユニット１０１ａ乃至１０１ｃを用いてウェハに対して処理を施した場合の真空処理装置の動作の例について説明する。特に、同じ構成の薄膜の層が表面に形成されたほぼ円形のウェハ複数枚について各プロセスユニット１０１ａ乃至１０１ｃのいずれかにおいてガス，圧力等を同じ条件で処理を行う場合の動作の流れを説明する。
図上、時間の推移は横軸の左から右へ向かう方向となっている。縦軸は複数のウェハ各々を示している。このように、本図において各ウェハ毎に複数の角柱のブロックで示される動作が断続的に継がってウェハの操作を行っている。
上記の通り、本実施例では図示される各ウェハ毎に行われる動作及びその流れは複数枚のウェハ（例えば１ロット）で共通であり、各々のウェハの処理において複数の動作の順番，時間が等しいものとなっている。各動作の流れは、カセット内のウェハをロードポート１１１を介して大気側ユニット内部に取り込んでプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃの何れかに搬送してこれを処理後、再び元のカセットの元の位置に戻すものとなっている。
この際、２つのロック室１３１各々は独立して、ウェハの搬入（受け取り），内部の排気（減圧），ウェハの搬出，内部のベント（昇圧）という動作を繰り返している。特に、本実施例はこれらの動作を示すブロックが連続して継っている。
本図では各ウェハの動作を示す角柱は上下２段示されている。上段の角柱は、ウェハに対する操作に係る動作であり、下段の角柱はウェハが無い状態での動作すなわちウェハの非操作に係る動作を示している。具体的には下段は、いずれかのロック室１３１の動作であり、その内部にウェハを収納していない状態での排気（減圧）またはベント（昇圧）である。
図１に示す本実施例の真空処理装置は、ＥＦＥＭ１２１内部に大気搬送ロボット１２２が１台、ロック室１３１が２つ、真空搬送ユニット１４１を構成する真空容器内に真空搬送ロボット１４２が１台、真空搬送ユニット１４１の外周側にプロセスユニット１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄを備えている。これらプロセスユニットのうち、図５において示される動作に関するプロセスユニットは１０１ａ〜１０１ｃの３台である。
これらプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃ各々に、カセット内のウェハが１枚ずつ１台の大気搬送ロボット１２２および１台の真空搬送ロボット１４２によって搬入されて処理される。各ウェハは、プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃのうちウェハ毎にあらかじめ定められたものに向けて、所定の時間差でカセットから取り出しがなされ処理が開始され、プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃのいずれかでの処理が施された後に元のカセットの元の位置に所定の時間差で戻される。
本実施例では、任意のウェハの処理（カセットからの取り出し）の開始とその次のウェハの処理の開始とは、前者に係るウェハをロック室１３１のうちロード用に設定されたものに搬入する動作５０７が終了して以降に後者が開始される。
さらには、任意のウェハに係る真空搬送ロボット１４２によるプロセスユニットでの処理後にこのプロセスユニットからロック室１３１のうちアンロード用に設定されたものに搬入する動作５１５が終了して以降に、このウェハから４枚目のウェハに係る動作のうち真空搬送ロボット１４２によるロード用ロック室１３１からの処理前のウェハを取り出す動作５１０が開始される。このような条件を満足するように、各ウェハが同一の所定の時間差でカセットからの搬送が開始される。これは、真空搬送ロボット１４２が真空搬送ユニット１４１内に１台であり、真空容器の中央部に回転軸の位置を固定されて配置されているため、並行して２つのロック室１３１との間でウェハを受け渡しすることができないからである。
図上、この動作の最初は大気搬送ロボット１２２がロードポート１１１を介しカセットから所定のウェハを取り出してＥＦＥＭ１２１内に搬入する動作５０３である。次に、大気搬送ロボット１２２は保持したウェハをＥＦＥＭ１２１内のアライナー１２３に搬送してその上に受け渡す（動作５０４）。
アライナー１２３上に載せられて保持されたウェハは、アライナー１２３により中心の位置や向きが調整される（動作５０５）。その後、ウェハは再び大気搬送ロボット１２２によりアライナー１２３から取り出され（動作５０６）て２つのロック室１３１のうちロード用として機能が設定された一方の大気圧にされてＥＦＥＭ１２１内側に開放された内部に搬入されて内部の試料台上に受け渡され保持される（動作５０７）。
このロック室１３１の一方のゲートバルブが閉じられて閉塞され内部が排気されて真空搬送ユニット１４１内部と同等の所定の圧力まで減圧される（動作５０８）。所定の圧力まで減圧されたことが検出されると真空搬送ユニット１４１内部の側のゲートバルブが開放され真空搬送ロボット１４２が一方のロック室１３１の内部からウェハを受け取る（動作５１０）。なお、本実施例では、一方のロック室１３１は、その内部がＥＦＥＭ１２１内側に開放されて連通するまでに内部を大気圧まで昇圧させるベント動作が予め行われており（動作５０９）、この動作５０９終了後に直ちにゲートバルブが開放されて大気搬送ロボット１２２がウェハを搬入可能に構成されている。
ウェハを受け取った真空搬送ロボット１４２は、制御装置１４４からの指令に基づいて、予め定められたプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃの何れかの内部にウェハをアーム上に載せて搬入して内部の処理室内に配置された試料台上に受け渡される（動作５１１）。ウェハを受け取ったプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃのいずれかは、真空搬送ユニット１４１と処理室との間に配置されたゲートバルブを閉じて処理室内部を密封しウェハを試料台上に静電気により吸着して保持しウェハに対して予め定められた条件で処理を施す（動作５１２）。処理が終了すると、静電気を取り除く（動作５１３）。
その後、ゲートバルブが開放されて真空搬送ロボット１４２が処理室内部に進入し処理後のウェハを試料台から受け取る（動作５１４）。さらに、ウェハをそのアーム上に載せて真空搬送ユニット１４１の真空容器内部の搬送室内でアンロード用として機能が設定された他方のロック室１３１にウェハを搬送して内部に搬入して内部の試料台上にウェハを受け渡す（動作５１５）。
ウェハが試料台上に受け渡されると他方のロック室１３１の真空搬送ユニット１４１側のゲートバルブが閉じられて内部が密閉され大気圧まで昇圧される（動作５１６）。その内部が大気圧と同等まで昇圧されたことが検出された後、他方のロック室１３１のＥＦＥＭ１２１内側に面したゲートバルブが開放されて大気搬送ロボット１２２が他方のロック室１３１内部に進入し処理後のウェハを内部の試料台から受け取る（動作５１７）。ウェハを受け取った大気搬送ロボット１２２はＥＦＥＭ１２１内部の空間内をウェハをそのアーム上に載せて搬送してロードポート１１１を介して元のカセット内部の元の位置にウェハを格納する（動作５１８）。なお、動作５１７が終了後、他方のロック室１３１のＥＦＥＭ１２１内部に面したゲートバルブが直ちに閉じられて内部が密封され、次のウェハの格納のために排気，減圧される（動作５１９）。
このように、他方のロック室１３１は、プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃにおいてウェハの表面の膜層に対してプラズマを用いた処理が施されている間に真空搬送ユニット１４１の真空容器内部の搬送空間（搬送室）内に面した側のゲートバルブが開かれており内部が減圧されて搬送室内と同等の圧力の真空度にされている。この状態で、処理済のウェハが真空搬送ロボット１４２によりその内部に搬入されてアーム上から試料台上に受け渡され（動作５１５）、内部を閉塞し密封して昇圧（ベント）（動作５１６）、大気開放後大気搬送ロボット１２２にウェハを受け渡し（動作５１７）た後、再度内部を密封して排気（減圧）する（動作５１９）動作を連続して行う。図上、これらの動作は角柱の連続した複数のブロックで示されている。
特に、本実施例では、１つのロットに含まれる複数のウェハの処理で、上記動作５０３〜５１９までのウェハの操作，非操作を含む動作の時間，順序は同一になるように予めスケジュールが決められている。つまり、複数のウェハの処理において、ロード用に設定された一方のロック室１３１の動作を示すブロックは、連続して継っている。
前のウェハを処理する動作の流れにおける一方のロック室１３１内から処理前のウェハを真空搬送ロボット１４２によって真空搬送ユニット１４１に取り出す（搬出する）動作５１０が終了後直ちに次のウェハの動作の流れにおける一方のロック室１３１の大気圧への昇圧（ベント）する動作５０９を開始する。このようにして処理に貢献できない空き時間が低減される。
また同様に、アンロード用に動作が設定された他方のロック室１３１も、複数のウェハの処理に係る動作において、真空搬送ロボット１４２から処理済ウェハが内部に搬入される動作（動作５１５），ウェハを収納した状態でロック室１３１を密封して内部を昇圧（ベント）する動作（動作５１６），内部が大気圧と同等の圧力にされた状態で開放し大気搬送ロボット１２２が内部のウェハをＥＦＥＭ１２１内に取り出す動作（動作５１７）が連続的に継っており、これらの動作の順序，時間が同一にされて共通している。
また、この他方のロック室１３１の動作においても、前のウェハの処理に係る他方のロック室１３１の真空排気の動作５１９が終了後に次のウェハの処理に係る真空搬送ロボット１４２による他方のロック室１３１への処理済ウェハの搬入を開始する。このように本実施例では、ウェハの操作，非操作の動作を含むアンロード用の他方のロック室１３１の複数の動作５１５〜５１９が、連続するように制御装置１４４における事前のスケジューリングにおいて、これらの動作が設定されおり、他方のロック室１３１のこれらのウェハの操作に係る動作の間に、プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃとアライナー１２３、一方のロック室１３１を覗く大気搬送ロボット１２２，真空搬送ロボット１４２による他のウェハの操作は挿入されていない。このような動作の継りによりウェハの処理に貢献しない待ち時間が低減される。
また、本実施例の事前スケジュールによる各ウェハの動作の流れでは、継って配置された一方と他方のロック室１３１の動作のうち、大気搬送ロボット１２２による処理前ウェハのロック室１３１への搬入及び真空搬送ロボット１４２による処理済ウェハのロック室１３１への搬入の動作５０７，５１５の前側に待ち時間が配置されている。より具体的には、動作５０７の前側でこれが連続して継っている動作５０６（大気搬送ロボット１２２によるアライナー１２３から処理前ウェハの受け取り）の前に待ち時間が配置されている。さらに、動作５１５の前側でこれが連続して継っている動作５１４（真空搬送ロボット１４２による処理済ウェハのプロセスユニットからの受け取り）の前に待ち時間が配置されている。このようにして、他のウェハの処理に係る動作との間で同期をとって、各ウェハの処理が１台の大気搬送ロボット１２２，真空搬送ロボット１４２に要求する動作が重複しないようにされている。
例えば、５枚目のウェハの動作５０７（動作５０６）の前側の待ち時間５０１は、このウェハの処理において大気搬送ロボット１２２を用いて行おうとする動作５０７（動作５０６）に要する１枚目のウェハの処理に係る動作５１７，５１８と重複しないように、これらの動作の開始時刻に時間差をつけている。具体的には、５枚目のウェハに係る動作が１枚目のウェハに係る動作が終了を待つためにこのウェハの操作を行っていない時間を配置している。つまり、待ち時間５０１は、他のウェハに係る動作の終了を待っている待ち時間である。尚、動作５０６は直接的にロック室１３１の動作とは関わっていないので、動作５０７の直前でなくとも良く、１枚目のウェハの大気搬送ロボット１２２による搬出の動作と干渉しない限り本図の待ち時間５０１の間の何れの時点に配置されていても良い。
同様に、１枚目ウェハの処理に係る動作５１５の前側の待ち時間５０１は、このウェハの処理において真空搬送ロボット１４２を用いて行おうとする動作５１５（動作５１４）に要する３枚目のウェハの処理に係る動作５１０または５１１と重複しないように、これらの動作の開始時刻に時間差をつけている。具体的には、３枚目のウェハに係る動作が１枚目のウェハに係る動作が終了を待つためにこのウェハの操作を行っていない時間を配置している。
上記本実施例の各ウェハの処理に係る動作を示す各ブロックは、これらブロックの横軸方向の長さがその動作に係る真空処理装置の大気搬送ロボット１２２，アライナー１２３，ロック室１３１，真空搬送ロボット１４２，プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃ等の部分が駆動されて行われる動作の時間の長さを示すものである。なお、本実施例では、ブロックにおいて上記部分がそのブロックの長さ一杯にわたり駆動されるものではない。
すなわち、上記ブロックの横軸方向の長さは、制御装置１４４によって、各部分が各動作を開始して終了することが要求される、割り当てられた時間を示しており、各動作の前または後に所定の短い時間が生じるように制御装置１４４が各動作の時間を割り当てている。このような短い時間の余裕は、各動作に制御できない不具合や遅れが生じた場合でも、要求された動作が割り当てられた時間内で終了されるようにできる。また、任意の動作の前後の動作において上記遅れや不具合、あるいは動作の開始、終了時刻のずれが生じた或いは生じると予測される場合でも、制御装置により、この任意の動作に係る予め割り当てられたその動作の時間内でこの動作の開始あるいは終了の時刻を前後にずらすように設定され、指令が発信されるようにしてもよい。
上記の本実施例の事前スケジュールによれば、図５で示される通りその設定されたスケジュールは、ロック室１３１へのウェハ搬入前及びプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｄのいずれかの処理室でウェハの処理を終えた直後に待ち時間５０１を配置したスケジュールとなっている。さらに、ロック室１３１のウェハ搬入前の待ち時間５０１ではロック室１３１の真空排気の動作は、ウェハ待ち時間５０１の間アライナー１２３上に滞留する間とともに、少なくともその一部がアライナー１２３からロック室１３１までのウェハの搬送の時間と並行して行われている。
さらに、待ち時間５０１を動作５０７，５１５の前側に配置している。このような待ち時間は、一方のロック室１３１から処理前ウェハを真空搬送ロボット１４２が搬出する動作５１０或いは他方のロック室１３１から処理後のウェハを大気搬送ロボット１２２が搬出する動作５１７の後にも配置してもよい。本実施例では、ウェハのプロセスユニットでの早期の処理を優先して、動作５１０，動作５１７後に待ち時間は配置していない。
２つのロック室１３１に係る動作５０７〜５１０，５１５〜５１７の前後に待ち時間を配置している。特に、動作５０７，５１５の前側に待ち時間５０１を配置している。
この待ち時間により、他のウェハの処理に係る動作との間の同期が調整されると共に、事前にスケジュールが設定されたウェハの処理に係る各動作の予定のずれが調節される。上記待ち時間を各ウェハの処理に係る動作の流れ内に予め含めて事前スケジュールが設定されることにより、この待ち時間において上記動作の遅れが調節されて、待ち時間以降の動作を所期のものに沿ったスケジュールに戻すことが可能になる。
さらに、上記待ち時間を図５に示す複数ウェハの処理において律速となる動作であるロック室１３１の動作の前、特に連続的に繋げられたロック室１３１に係る複数の動作の最初のものの直前に配置することで、律速動作であるロック室１３１の動作の開始の遅れが抑制され、ウェハの処理の効率が向上し、真空処理装置の稼働率や半導体デバイスの生産の効率が向上する。
各動作には、上記の通り制御できない遅れや想定されていない不具合等の回避できない事象が発生する可能性がある。従来の技術では、このような事象によって生じた動作の遅れが積み重なって大きなものとなって、予想外の大きな待ち時間が生じてしまっていた。
このような悪影響は、上記ずれを吸収できる、謂わばバッファ用の時間をウェハの処理の動作の流れ中に備えることにより低減されることが予想される。しかしながら、従来の技術では、上記の通り、搬送される準備が整ったウェハから順次搬送を行うように搬送装置の動作の順序が決められる、所謂、事象駆動法により順序が決められるため、待ち時間を何時，何処に配置するかを事前に設定することが困難であった。
一方で、本実施例では、複数ウェハの処理について予め同一のスケジュールが設定されていることから、特定の動作の前に特定の長さの待ち時間を配置することができる。特に、律速となる動作の開始前に待ち時間を配置することで効率的な処理が実現されている。
さらに、次のウェハの処理の動作は、実行中である前のウェハの処理におけるロック室１３１の真空排気の動作が終了して後に開始される。このようにすることで、任意のウェハの処理の動作の流れにおいて、律速となっているロック室１３１の真空排気の動作が他のウェハの処理の動作に干渉されることが抑制され、ロック室１３１の動作をスムーズに行わせその効率を向上することができる。
また、任意のウェハの次のウェハの処理に係る１つのロック室１３１の動作の開始を、任意のウェハの処理に係るこのロック室１３１の動作の終了後に開始している。特に、ロード用のロック室１３１のロードのための動作５１０の終了直後に次のウェハの処理に係るベントの動作５０９を開始している。
この一方のロック室１３１の動作５０９、５０７，５０８，５１０までの動作は連続して配置されており継った一連なりの動作となっている。つまり、これらの動作、特にウェハを操作する動作５０７〜５１０までの動作の間には、他のウェハの処理に係る動作のための時間が明けられていない。これは、他方のロック室１３１の動作５１５〜５１７，５１９についても同様である。このようにして、処理の律速となるロック室１３１の動作の効率を向上し、ひいては真空処理装置による複数ウェハの処理の効率，半導体デバイスの生産の効率が向上する。
このような待ち時間５０１を含めて各動作の時間（開始時刻，終了時刻）及びこれら動作の順序を設定したことにより、各ウェハの処理の動作の流れはそのスケジュール通りに稼動できている。また、この待ち時間を予め設定してスケジュールとして動作の流れ内に配置したことにより、この待ち時間５０１において並列して行われている別のウェハの動作の流れの同期をとることができる。このことにより、並列して複数のウェハの処理を行っている際でもウェハ１枚あたりの工程（処理に掛かる時間）が揃い、その規則的な状態でウェハの複数の処理を勧めることができる。また、この事前スケジューリングの方法を用いて、生産性向上が図れている。
また、事前スケジュールによって、複数ウェハの処理の終了時間がより正確に予測される。このため、制御装置１４４からの指令によって行われる次のカセットの準備、次のロットの準備に無駄な時間が生じることが抑制される、生産の効率が向上する。
本実施例でウェハ１枚あたりの処理に係る各動作の流れ，時間，順序は所定の枚数の複数ウェハで共通であってウェハ１枚あたりの総処理時間５０２は、図２で示す従来の技術に基づくもののうち１枚あたりの処理時間が最も短いものよりも長くなっている。一方、所定の複数枚数のウェハの処理に要する時間は、従来の技術よりも本実施例の方が短縮されている。すなわち、図２で説明した状態では、ウェハ６枚の処理に掛かる総時間が５５０秒であったが、図５で説明した本発明を適用した処理を実施すれば、ウェハ６枚の処理に掛かる総時間５２３は４８０秒で仕上がっている。これは、約１５％の生産性向上、スループット向上を示している。実際に２５枚まで処理したときの生産性向上率は４０％を超える値を確認した。
２つのロック室をロード／アンロードのいずれにも動作させる場合（並列動作）には、ウェハの処理の律速となる動作が図４または図５に示す本実施例と異なる場合があると考えられる。例えば、図４または図５の例ではスループットに律速となっている動作の一つはロック室の真空排気であったが並列動作では律速の動作とならない場合がある。このような場合について、以下に、図６乃至図８を用いて説明する。
図６は、本発明の真空処理装置と同じ数の大気側及び真空側の搬送装置及びプロセスユニットを備えた従来の技術の真空処理装置において上記並列動作を行った場合の処理の動作の流れを示すチャートである。本図では図５と同様に、チャートの角柱のブロックの各々が真空処理装置の動作の各々を示している。
本図の例では、２つのロック室１３１が、ロード及びアンロードの２方向についての動作を行うことが可能になるため、ロック室１３１のいずれもがロード或いはアンロードの動作を同時に行う場合が生じる。つまり、ロック室１３１のウェハの搬送の能力が増大されたことになる。
このようにロック室１３１の搬送の能力が増大することによって、ウェハ搬送に係る動作の律速となるものが変化する。図５に示した実施例では、２つのロック室１３１の一方がロード用、他方がアンロード用に固定されていたことから、ロック室１３１での動作が律速となっていたが、図６以下に示す例では、真空搬送ロボット１４２の動作が律速となる場合を示している。
図６は、このような並列動作における従来の技術の真空処理装置の複数枚のウェハの処理に係る動作の流れを示したもので、事象駆動型の動作を行っているため、空時間（待ち時間）がランダムに発生している。
図６に示す各ウェハの処理に係る動作の流れは、図５に示した例と同等であり、図上左から右に向かって、各ウェハがカセットから大気搬送ロボット１２２により取り出されてアライナー１２３を介してロック室１３１の何れかに搬入された後、このロック室１３１の内部が減圧されて真空搬送ロボット１４２により取り出されて所定のプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃの何れかに搬送されてこのユニットで処理を施される。この後、処理済のウェハが真空搬送ロボット１４２によりプロセスユニットから搬出されてロック室１３１のいずれかに搬入される。ウェハを受け取ったロック室１３１内にウェハが収納された状態でロック室１３１内がベントされ昇圧されて大気開放された後、処理済のウェハが大気搬送ロボット１２２によりロック室１３１内から元のカセットの元の位置に戻される。
図７は、本発明の別の実施例に係る真空処理装置の動作の流れを示すチャートであり、図７（ａ）は図６と同様の並列動作の場合において、複数のウェハを処理する際に事前にスケジューリングをしたものを示している。この図において、各ウェハの動作は角柱状のブロックにより示されており、上下２段になっている。上段はウェハの操作に係る動作であり、下段はロック室１３１のいずれかのものの排気、ベントの動作を示している点、図５と同様である。
本実施例の大気搬送ロボット１２２及び真空搬送ロボット１４２は、ウェハをその上に載せて自在にその長さと方向を変えることができるアームを２つ備えている。このようなロボットを用いることで、プロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃまたは２つのロック室１３１内の試料台上に載せられている処理前後の２つウェハの各々を入れ換えること、所謂ピックアンドロードが可能に構成されている。このような試料台上のウェハの入れ換えの動作では、処理済のウェハを優先して先ず取り出して一方のアーム上に載せた上で他方のアーム上の処理前ウェハを試料台上に載せるように動作する。
本実施例でも、各ウェハの処理に係る動作の流れのなかに待ち時間が配置されており、本例では、律速の動作となる真空搬送ロボット１４２の動作の前または後に待ち時間７０３，７０４が配置され、特に前側に配置されている。則ち、真空搬送ロボット１４２が何れかのロック室１３１から処理前ウェハを取り出す動作の前に待ち時間７０３を、処理済のウェハをプロセスユニットから取り出す動作の前に待ち時間７０４を、処理済のウェハをロック室に搬入する動作の後にも待ち時間を配置している。処理前のウェハの処理を優先する為に処理前ウェハをプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃの何れかに搬入する動作の後には待ち時間をいれていない。
本実施例は、図５に示す実施例の通り、１台ずつの大気搬送ロボット１２２，真空搬送ロボット１４２，２つのロック室１３１及び３つのプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃを備えており、時間差をつけて複数のウェハのカセットからの搬送を開始している。本例の事前スケジュールでは、１台の大気搬送ロボット１２２によりＥＦＥＭ１２１内でウェハを搬送するために、前のウェハの処理に係る大気搬送ロボット１２２の動作の終了後に次のウェハの処理に係る大気搬送ロボット１２２の搬送の動作が開始される。
本実施例における各ウェハの処理に係る動作は、図５に示す実施例と同等であり、図上左から右に向かって、各ウェハがカセットから大気搬送ロボット１２２により取り出されてアライナー１２３を介してロック室１３１の何れかに搬入された後、このロック室１３１の内部が減圧されて真空搬送ロボット１４２により取り出されて所定のプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃの何れかに搬送されてこのユニットで処理を施される。この後、処理済のウェハが真空搬送ロボット１４２によりプロセスユニットから搬出されてロック室１３１のいずれかに搬入される。ウェハを受け取ったロック室１３１内にウェハが収納された状態でロック室１３１内がベントされ昇圧されて大気開放された後、処理済のウェハが大気搬送ロボット１２２によりロック室１３１内から元のカセットの元の位置に戻される。
図上、この動作の最初は大気搬送ロボット１２２がロードポート１１１を介しカセットから所定のウェハを取り出してＥＦＥＭ１２１内に搬入する動作７０５である。次に、大気搬送ロボット１２２は保持したウェハをＥＦＥＭ１２１内のアライナー１２３に搬送してその上に受け渡す（動作７０６）。
アライナー１２３上に載せられて保持されたウェハは、アライナー１２３により中心の位置や向きが調整される（動作７０７）。その後、ウェハは再び大気搬送ロボット１２２によりアライナー１２３から取り出され（動作７０９）て２つのロック室１３１のうち一方の大気圧にされてＥＦＥＭ１２１内側に開放された内部に搬入されて内部の試料台上に受け渡され保持される（動作７１０）。
このロック室１３１の一方のゲートバルブが閉じられて閉塞され内部が排気されて真空搬送ユニット１４１内部と同等の所定の圧力まで減圧される（動作７１１）。所定の圧力まで減圧されたことが検出されると真空搬送ユニット１４１内部の側のゲートバルブが開放され真空搬送ロボット１４２が一方のロック室１３１の内部からウェハを受け取る（動作７１２）。なお、本実施例では、一方のロック室１３１は、その内部がＥＦＥＭ１２１内側に開放されて連通するまでに内部を大気圧まで昇圧させるベント動作が予め行われており（動作７０９）、この動作５０９終了後に直ちにゲートバルブが開放されて大気搬送ロボット１２２がウェハを搬入可能に構成されている。
ウェハを受け取った真空搬送ロボット１４２は、制御装置１４４からの指令に基づいて、予め定められたプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃの何れかの内部にウェハをアーム上に載せて搬入して内部の処理室内に配置された試料台上に受け渡される（動作７１３）。ウェハを受け取ったプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃのいずれかは、真空搬送ユニット１４１と処理室との間に配置されたゲートバルブを閉じて処理室内部を密封しウェハを試料台上に静電気により吸着して保持しウェハに対して予め定められた条件で処理を施す（動作７１４）。
その後、ゲートバルブが開放されて真空搬送ロボット１４２が処理室内部に進入し処理後のウェハを試料台から受け取る（動作７１５）。さらに、ウェハをそのアーム上に載せて真空搬送ユニット１４１の真空容器内部の搬送室内を他方のロック室１３１にウェハを搬送して内部に搬入して内部の試料台上にウェハを受け渡す（動作７１６）。
ウェハが試料台上に受け渡されると他方のロック室１３１の真空搬送ユニット１４１側のゲートバルブが閉じられて内部が密閉され大気圧まで昇圧される（動作７１７）。その内部が大気圧と同等まで昇圧されたことが検出された後、他方のロック室１３１のＥＦＥＭ１２１内側に面したゲートバルブが開放されて大気搬送ロボット１２２が他方のロック室１３１内部に進入し処理後のウェハを内部の試料台から受け取る（動作７１８）。ウェハを受け取った大気搬送ロボット１２２はＥＦＥＭ１２１内部の空間内でウェハをそのアーム上に載せて搬送してロードポート１１１を介して元のカセット内部の元の位置にウェハを格納する（動作７１９）。
これらの動作の時間と順序とは、制御装置１４４による事前のスケジューリングにより、１つのロットの複数のウェハの各々の処理において時間差が付けられて同一にされている。つまり、本実施例では１ロットのウェハに付いて処理の流れが同一にスケジューリングされている。
本実施例のスケジュールにおいても、律速の動作である真空搬送ロボット１４２の複数の動作は、連続して継っており、その動作の稼働効率を向上することで、真空処理装置の動作の効率，処理の効率、ひいては半導体デバイスの生産の効率を向上させている。
このような真空搬送ロボット１４２の連続した動作を実現する上で、本実施例では、異なるウェハの処理に係る真空搬送ロボット１４２の動作において入れ換えの動作を実施している。すなわち、１枚目のウェハの処理に係る動作７１５（処理済のウェハを真空搬送ロボット１４２がプロセスユニットから取り出す動作）と４枚目のウェハの動作７１３（処理前のウェハを搬送してプロセスユニット内の試料台上に受け渡す動作）とで真空搬送ロボット１４２による処理前と処理後のウェハの入れ換えの動作が行われている。
また、１枚目のウェハの処理に係る動作７１６（処理済ウェハをロック室１３１の何れかに搬入する動作）と５枚目のウェハの処理に係る動作７１２（未処理のウェハをロック室１３１の何れかから真空搬送ロボット１４２が取り出す動作）とで入れ換えの動作が行われている。
さらに、４枚目のウェハのプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃのいずれかへ向けた搬入（ロード）は、１枚目のウェハの搬出後である。このため、１枚目の処理済ウェハの処理に係るアンロードを行うためのロック室１３１のベント動作（動作７１７）は、７枚目の未処理ウェハを真空搬送ユニット１４１にロードする為のロック室１３１のベント動作７０８を兼ねている。
図７（ｂ）は、図７（ａ）に係る真空搬送ロボット１４２，大気搬送ロボット１２２の入れ換え動作の流れを説明するチャートである。図上左側のように、図７（ａ）において処理前後のウェハの入れ換えをする動作が示されているが、実際には、図７（ｂ）右側に示すように、処理後のウェハを大気搬送ロボット１２２または真空搬送ロボット１４２のウェハを載せいていない一方のアームを用いて試料台から受け取って取り出し、次に未処理のウェハを載せた他方のアームを用いて試料台にウェハを受け渡す動作が行われる。
このような入れ換え動作は、図上の任意のウェハの処理に係る真空搬送ロボット１４２の動作７１５と後に処理される他のウェハの当該処理に係る動作７１３との間、動作７１６と動作７１２との間、大気搬送ロボット１２２による７１９と７１０との間で行われている。これらの入れ換えの全てにおいて、本実施例では処理済のウェハの取り出しの動作が優先される。
本実施例では、１枚目のウェハの処理と４枚目及び５枚目のウェハの処理とで真空搬送ロボット１４２による入れ換えが行われ、１枚目のウェハの処理と７枚目のウェハの処理との間でロック室１３１のベント動作の兼用と大気搬送ロボット１２２による入れ換えが行われている。２枚目のウェハの処理以降は、これらの枚数差を維持して処理が継続される。なお、本図に係る実施例では、各動作の横軸方向の長さは、当該動作に係る各部分がそれを終了すべき時間として割り当てられたもので、各部分の駆動時間同士や前後に余分の時間を備えるように制御装置１４４が事前スケジュールを算出してこれを指令する点も、図８に示す例も含め、図５と同様である。
本実施例においても、図５に示す実施例と同様に、律速となる動作の前または後の待ち時間７０３，７０４等により、先に処理されたウェハと後に処理されたものに係る動作間の同期をとっている。また、事前のスケジュールからの制御不可能なずれが空き時間７０３，７０４等によって吸収されて、この後の律速となる動作に遅れの発生が抑制されて、処理や生産の効率が損なわれることが抑制されている。
また、律速となる真空搬送ロボット１４２に関する複数の動作は、間に他のウェハの処理に係る動作が挿入されることなく、待ち時間が配置されていない。このため、真空搬送ロボット１４２の動作の効率が高く維持されて、真空処理装置全体の処理の効率、生産性が向上される。
また、事前のスケジューリングに沿った動作を行うことで、次のロットやカセットの準備、例えば、処理中のカセットの終了時刻に合わせて次のカセットを搬送して送達させる操作において、無駄の発生が低減され生産性が向上する。
律速の動作の前に配置された待ち時間で、不可避に形成されたスケジュールからのずれを修正，調節して律速の動作が行われるため、生産性の低下が抑制される。
さらに、本実施例では律速の動作である真空搬送ロボット１４２の動作が連続して行われるように予めスケジュールが設定される。本図に示すように、特に３枚目のウェハの処理に係る動作７１２，動作７１３からの真空搬送ロボット１４２の動作は連続しており、真空搬送ロボット１４２の動作時間７２０から７２１以降が連続して継げられている。
本実施例では、１枚のウェハの処理に係る時間７０１は、図６に示す例の１枚のウェハの処理に係る時間のうちの最短のものよりも長いが、６枚のウェハの処理に係る時間７０２は図６に示す６１５よりも短縮されている。このように本実施例においても、６枚以上のウェハの処理に係る時間を短縮することができている。
本実施例では、１枚目のウェハの処理に係るアンロードのためのロック室１３１のベント動作が７枚目のウェハの処理に係るロードのためのベント動作を兼ねている。後者を６枚目のウェハの処理に係るものに換えた実施例も可能である。この例について図８を用いて説明する。
図８は、図７に示す変形例に係る真空処理装置の動作の流れを示すチャートであって、ロック室１３１を並列動作させた場合の複数のウェハを処理する際に事前にスケジューリングをしたものを示している。この図において、各ウェハの動作は角柱状のブロックにより示されており、上下２段になっている。上段はウェハの操作に係る動作であり、下段はロック室１３１のいずれかのものの排気、ベントの動作を示している点、図５と同様である。
事前に設定されたスケジュールにおいて、各ウェハの処理の各動作８０５〜８１９は、図７に示す７０５〜７１９に相当している。本例における真空搬送ロボット１４２，大気搬送ロボット１２２による入れ換えの動作も図７の実施例と同等である。
本変形例では、律速の動作である真空搬送ロボット１４２に係る動作を連続させて行うことで、その動作の効率及び真空処理装置全体の処理の効率や生産性を向上させている。このために、１枚目のウェハの処理に係る動作７１５（処理済のウェハを真空搬送ロボット１４２がプロセスユニットから取り出す動作）と４枚目のウェハの動作７１３（処理前のウェハを搬送してプロセスユニット内の試料台上に受け渡す動作）とで真空搬送ロボット１４２による処理前と処理後のウェハの入れ換えの動作が行われている。
また、１枚目のウェハの処理に係る動作７１６（処理済ウェハをロック室１３１の何れかに搬入する動作）と５枚目のウェハの処理に係る動作７１２（未処理のウェハをロック室１３１の何れかから真空搬送ロボット１４２が取り出す動作）とで入れ換えの動作が行われている。
さらに、４枚目のウェハのプロセスユニット１０１ａ〜１０１ｃのいずれかへ向けた搬入（ロード）は、１枚目のウェハの搬出後である。このため、１枚目の処理済ウェハの処理に係るアンロードを行うためのロック室１３１のベント動作（動作７１７）は、７枚目の未処理ウェハを真空搬送ユニット１４１にロードする為のロック室１３１のベント動作７０８を兼ねている。さらに、１枚目の処理後のウェハの処理に係る動作８１８と６枚目の処理前のウェハに係る動作８１０とが入れ換え動作を行っている。
本実施例においても、図７に示す実施例と同様に、律速となる動作の前または後の待ち時間８０３，８０４等により、先に処理されたウェハと後に処理されたものに係る動作間の同期をとっている。また、事前のスケジュールからの制御不可能なずれが空き時間８０３，８０４等によって吸収されて、この後の律速となる動作に遅れの発生が抑制されて、処理や生産の効率が損なわれることが抑制されている。
また、律速となる真空搬送ロボット１４２に関する複数の動作は、間に他のウェハの処理に係る動作が挿入されることなく、待ち時間が配置されていない。このため、真空搬送ロボット１４２の動作の効率が高く維持されて、真空処理装置全体の処理の効率，生産性が向上される。
但し、本変形例では、１枚のウェハの処理に要する時間８０１は、図７に示す例の時間７０１と同等であっても、６枚のウェハを処理するに要する時間８０２は大きくなり、図６に示す従来の技術よりも長くなっている。
また、４枚目のウェハ以降の処理では、前に処理が開始されたウェハの搬出が必要であり、処理前のウェハを大気搬送ロボット１２２または真空搬送ロボット１４２で保持した状態では、入れ換えの動作は不可能である。このため、本実施の例では、真空搬送ロボット１４２の動作を連続させる上では、４枚目のウェハでの入れ換えと６枚目以降のウェハの処理でのロック室１３１のベント動作とを処理後ウェハのアンロードと処理前ウェハのロードのためのもので兼用する構成を備えている。
図７及び図８に示す７枚目ウェハまたは６枚目ウェハでのベントの兼用については、制御装置１４４が事前のスケジュールを設定する際に、所定の枚数のウェハの処理に掛かる時間を予め算出して短くなる方が選択されるようにしても良い。
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ プロセスユニット
１１１ ロードポート
１２１ ＥＦＥＭ
１２２ 大気搬送ロボット
１２３ アライナー
１３１ ロック室
１４１ 真空搬送ユニット
１４２ 真空搬送ロボット
１４３ 通信手段
１４４ 制御装置
２０１，５０１ 待ち時間
２０２，５０２ ウェハ１枚あたりの総処理時間
３０１，４０１ ８枚目までの総時間
１１１ ロードポート
１２１ ＥＦＥＭ
１２２ 大気搬送ロボット
１２３ アライナー
１３１ ロック室
１４１ 真空搬送ユニット
１４２ 真空搬送ロボット
１４３ 通信手段
１４４ 制御装置
２０１，５０１ 待ち時間
２０２，５０２ ウェハ１枚あたりの総処理時間
３０１，４０１ ８枚目までの総時間
Claims (5)
- 減圧された処理室内側に配置された試料がこの処理室内に形成されたプラズマを用いて処理される複数の真空処理容器と、これら真空処理容器がその周囲に連結されその内部に減圧されて前記試料が搬送される搬送室を有する真空搬送ユニットと、この真空搬送ユニットと連結され前記試料がその内部に配置された状態でこの内部を大気圧及び減圧された圧力に調節可能であって真空側と大気側とで前記試料がやりとりされる複数のロック室と、前記搬送室内に配置され前記ロック室と前記複数の真空処理容器内の処理室との間で前記試料を搬送する真空搬送手段と、前記ロック室の大気側に連結され内部に大気圧下で前記試料を搬送する空間を有した大気搬送容器と、この大気搬送容器内の空間に配置され前面側に装着される前記試料を収納するカセットから前記試料を搬送する大気搬送手段と、複数の前記試料の各々を順次前記カセットから搬出して何れかの前記処理室に搬送して該処理室内で処理した後にこの処理室から搬出して前記カセットに戻すまでの前記試料の操作を調節する制御装置とを備えた真空処理装置であって、
複数の前記処理室は搬送された前記試料に同じ処理を実施するものであり、
前記試料の操作は、前記試料を前記カセットから前記複数のロック室の何れかに搬送する動作、前記試料を前記ロック室に収納した状態で前記減圧された圧力まで減圧する動作、前記試料をロック室からいずれかの前記処理室に搬送する動作、前記処理室内に搬送された試料をこの処理室内で処理する動作、該処理室から処理された前記試料をいずれかの前記ロック室に搬送する動作、前記試料をロック室内に収納した状態で前記大気圧まで昇圧する動作、及び前記試料を元の前記カセットに戻す動作を含む複数の動作から構成され、
複数の前記試料各々について順次実施される前記操作は、各々の前記複数の動作の順序および当該複数の動作の各動作毎の割当時間が前記複数の試料同士の間で予め等しいものに設定されると共に、これら複数の動作の前記割当時間の各々は当該動作に実際に要する最小の期間とこの期間の前または後に所定の猶予の時間が追加されたものであって、これらの予め設定された前記複数の動作の情報に基づいて前記制御装置が前記操作を調節する真空処理装置。
- 減圧された処理室内側に配置された試料がこの処理室内に形成されたプラズマを用いて処理される複数の真空処理容器と、これら真空処理容器がその周囲に連結されその内部に減圧されて前記試料が搬送される搬送室を有する真空搬送ユニットと、この真空搬送ユニットと連結され前記試料がその内部に配置された状態でこの内部を大気圧及び減圧された圧力に調節可能であって真空側と大気側とで前記試料がやりとりされる複数のロック室と、前記搬送室内に配置され前記ロック室と前記複数の真空処理容器内の処理室との間で前記試料を搬送する真空搬送手段と、前記ロック室の大気側に連結され内部に大気圧下で前記試料を搬送する空間を有した大気搬送容器と、この大気搬送容器内の空間に配置され前面側に装着される前記試料を収納するカセットから前記試料を搬送する大気搬送手段と、複数の前記試料の各々を順次前記カセットから搬出して何れかの前記処理室に搬送して該処理室内で処理した後にこの処理室から搬出して前記カセットに戻すまでの前記試料の操作を調節する制御装置とを備えた真空処理装置であって、
複数の前記処理室は搬送された前記試料に同じ処理を実施するものであり、
前記試料の操作は、前記試料を前記カセットから前記複数のロック室の何れかに搬送する動作、前記試料を前記ロック室に収納した状態で前記減圧された圧力まで減圧する動作、前記試料をロック室からいずれかの前記処理室に搬送する動作、前記処理室内に搬送された試料をこの処理室内で処理する動作、該処理室から処理された前記試料をいずれかの前記ロック室に搬送する動作、前記試料をロック室内に収納した状態で前記大気圧まで昇圧する動作、及び前記試料を元の前記カセットに戻す動作を含む複数の動作から構成され、
複数の前記試料の各々について順次実施される前記操作の各々は、前記複数の動作のうち前記試料をロック室からいずれかの前記処理室に搬送する動作または前記処理室内に搬送された試料をこの処理室内で処理する動作の前に前記試料を滞留させる時間を有し、この滞留させる時間が前記複数の試料に対する前記操作の各々同士の間で予め共通に設定された真空処理装置。
- 請求項２に記載の真空処理装置であって、前記複数の試料各々について順次実施される前記操作は、各々の前記複数の動作の順序および当該複数の動作の各動作毎の割当時間が前記複数の試料同士の間で予め等しいものに設定されると共に、これら複数の動作の前記割当時間の各々は当該動作に実際に要する最小の期間とこの期間の前または後に所定の猶予の時間が追加されたものであって、これらの予め設定された前記複数の動作の情報に基づいて前記制御装置が前記操作を調節する真空処理装置。
- 請求項２または３に記載の真空処理装置であって、前記制御装置は前記試料を前記カセットから搬出して前記処理室で処理された後に前記カセットに戻すまでの動作毎の時間を積算して算出する機能及び前記カセットから搬出されて前記処理室で処理された後に前記カセットに戻すまでの前記複数の動作のうちの律速となる動作を検出する機能を備えた真空処理装置。
- 請求項２乃至４のいずれかに記載された真空処理装置であって、前記制御装置は、予め記憶された前記試料を前記カセットから搬出して前記処理室で処理された後に前記カセットに戻す各動作毎の時間および前記滞留時間の情報を用いてこれら動作および前記滞留時間の複数の順序または組合せにおける所定の枚数の前記試料の操作に要する時間が最小となるものを動作の予定情報として選択する真空処理装置。
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