JP6083769B2 - 小型製造装置及びこれを用いた製造システム - Google Patents

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Description

この発明は、処理基板（例えば半導体ウェハ等）を用いてデバイス（半導体デバイス等）を製造するプロセスで使用される小型製造装置及びこれを用いた製造システムに関する。
従来の半導体製造装置について、半導体製造プロセスに使用される製造システムを例に採って説明する。
従来の半導体製造装置としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載された半導体製造装置は、プロセスチャンバ（基板処理室）ＰＭ１，ＰＭ２毎に、バキュームロックチャンバ（前室）ＶＬ１，ＶＬ２が設けられている。プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２とバキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２との間には、ゲートバルブＧ１，Ｇ２が設けられている。そして、バキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２内に配置された真空ロボットＶＲ１，ＶＲ２により、プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２とバキュームロックチャンバＶＬ１，ＶＬ２との間で、ウェハＷの搬入、搬出が行われる（特許文献１の図１等参照）。
かかる半導体製造装置では、真空ロボットＶＲ１，ＶＲ２にウェハＷの搬入、搬出を行わせる制御や、プロセスチャンバＰＭ１，ＰＭ２内でウェハＷに所定の処理を施す制御等を、１個の制御手段ＣＮＴによって包括的に行っていた（特許文献１の段落［００４３］等参照）。
特開２００６−５０８６号公報
近年、半導体デバイスの多品種少量生産に対する要望が高まっている。また、研究開発等において半導体デバイスを試作する場合には、半導体デバイスを１個或いは数個単位で製造することが望まれる。
また、上述のように、大規模な工場で同一品種の製品を大量に製造する場合、市場の需要変動に合わせて生産量を調整することが非常に困難となる。少量の生産では、工場の運営コストに見合う利益を確保できないからである。更に、半導体製造工場は、高額の建設投資や運営費用が必要であるため、中小企業が参入し難いという欠点もある。
以上のような理由から、小規模な製造工場等で、小径の半導体ウェハや小型の製造装置を用いて、半導体デバイスの多品種少量生産を安価に行うための技術が望まれる。
このような問題は、半導体製造装置だけで無く、例えばサファイア基板やアルミニウム基板等に処理を施して電子デバイスを製造する装置や、光学デバイスを製造する装置等にも生じる。
本発明は、このような課題に鑑みて成されたものであり、小型の製造装置及び製造システムを安価に提供することを課題とする。
本発明に係る小型製造装置は、処理基板に所望の処理を施す処理室と、内部に設けられた搬送機構を用いて、該処理室との間で前記処理基板の搬入及び搬出を行う前室と、前記処理室による前記処理基板の処理を制御するために該処理室に設けられた処理室用制御部と、前記処理室と前記前室との間での前記処理基板の搬入及び搬出を制御するために該前室に設けられた前室用制御部とを備え、前記処理室用制御部は、前記処理の準備が終了すると、前記前室から前記処理室への該処理基板の搬入を前記前室用制御部に要求する搬入要求信号を送信し、前記処理基板の前記搬入が終了したことを示す搬入通知信号を前記前室用制御部から受信すると、前記処理を開始し、該処理が終了すると、前記処理室から前記前室への前記処理基板の搬出を前記前室用制御部に要求する搬出要求信号を送信し、前記処理基板の前記搬出が終了したことを示す搬出通知信号を前記前室用制御部から受信すると、前記処理の準備を開始し、前記前室用制御部は、前記処理室用制御部から前記搬入要求信号を受信すると、前記処理基板の搬入動作を開始し、前記処理基板の搬入動作が終了すると、前記搬入通知信号信号を前記処理室用制御部に送信し、該処理室用制御部から前記搬出要求信号を受信すると、前記処理基板の搬出動作を開始し、該処理基板が前記処理室から搬出されると、前記搬出通知信号を前記処理室用制御部に送信することを特徴とする。
本発明に係る小型製造装置においては、前記前室は、前記処理室への前記処理基板の搬入及び搬出を行う際に開かれるロードポートを更に備え、前記前室用制御部は、前記処理室用制御部から前記搬入要求信号を受信すると、前記処理基板の搬入前に前記ロードポートを開く動作と、該処理基板の搬入後に前記ロードポートを閉じる動作との制御を更に行い、該処理室用制御部から前記搬出要求信号を受信すると、前記処理基板の搬出前に前記ロードポートを開く動作と、該処理基板の搬出後に前記ロードポートを閉じる動作との制御を更に行うことが望ましい。
本発明に係る製造システムは、上記本発明の小型製造装置を複数台備える製造システムであって、いずれかの該小型製造装置として、前記処理室の構成が異なるものを一台以上含み、且つ、全ての該小型製造装置において、前記前室の構成が互いに同一であることを特徴とする。
本発明の小型製造装置によれば、処理室用制御部と前室用制御部とを用いて処理室と前室とを別個独立に制御すると共に、処理室用制御部と前室用制御部との間で搬入要求信号、搬入通知信号、搬出要求信号及び搬出通知信号を送受信するタイミングによって、小型製造装置の処理準備中／搬送中／処理中を切り換えることとした。
このため、本発明の小型製造装置では、処理室制御部の制御プログラムを開発する際に、前室制御部の制御を考慮する必要が殆ど無いので、単一の制御手段で小型製造装置全体を制御する場合と比較して、小型製造装置の開発コストを低減することができる。
更に、本発明の小型製造装置によれば、処理室制御部と前室制御部との間で送受信される制御信号が簡単なので、これら処理室制御部と前室制御部との間のインタフェースを簡単化することができ、この点でも、小型製造装置の開発コストや製造コストを低減することができる。
また、本発明の製造システムによれば、各小型製造装置において処理室と前室とをほぼ独立に制御することができることにより、小型製造装置の種類（すなわち、処理基板に施す処理の種類）に拘わらず、前室の制御を共通化することができる。このため、各小型製造装置の制御プログラムの開発に当たって、前室の制御内容等を考慮する必要が殆ど無く、従って、開発コストを低減することができる。
実施の形態に係る小型製造装置の構成を概略的に示す平面図である。 実施の形態に係る小型半導体製造装置の制御系を概略的に示すブロック図である。 実施の形態に係る処理室から前室へ送信する信号のインタフェース回路図である。 実施の形態に係る前室から処理室へ送信する信号のインタフェース回路図である。 実施の形態に係る小型製造装置の処理室の動作を説明するための状態遷移図である。 実施の形態に係る小型製造装置の前室の動作を説明するための状態遷移図である。
［発明の実施の形態１］
以下、この発明の実施の形態１について、本発明を小型の半導体製造装置に適用する場合を例に採って説明する。
図１は、この実施の形態１に係る小型半導体製造装置の構成を概略的に示す平面図である。また、図２は、小型半導体製造装置１００の制御系を概念的に示すブロック図である。
この実施の形態１において、複数台の小型半導体製造装置１００を用いて半導体製造システムを構築する場合（図２参照）には、各小型半導体製造装置１００の前室１２０として、同じ構造のものが使用される。
それぞれの小型半導体製造装置１００は、図１に示したように、処理室１１０と、前室１２０と、ゲートバルブ１３０（本発明のロードポートに対応）とを備えている。なお、この実施形態では、後述するように、ゲートバルブ１３０は、前室１２０に設置されている。
処理室１１０は、半導体ウェハ１４０に所望の処理（成膜処理やエッチング処理、検査処理等）を行うための部屋である。処理室１１０には、半導体ウェハ１４０を前室１２０から搬入するための搬入口１１１が設けられている。また、この処理室１１０には、半導体ウェハ１４０を載置する載置台１１２や、この載置台１１２に載置された半導体ウェハ１４０に対して所望の処理を行う処理機構（図示せず）等が設置されている。半導体ウェハ１４０に対する処理については、詳細な説明を省略する。なお、複数台の小型半導体製造装置１００を用いて半導体製造システムを構築する場合には、通常、各小型半導体製造装置１００の処理室１１０は、処理の内容や装置構造が相互に異なっている。
前室１２０は、外部から半導体ウェハ１４０を取り込んで、処理室１１０に搬送するための部屋である。前室１２０には、外部から取り込まれた半導体ウェハ１４０を載置する載置台１２１や、この載置台１２１に載置された半導体ウェハ１４０を処理室１１０の載置台１１２まで搬送して載置する搬送機構１２２や、ゲートバルブ１３０等が設置されている。また、前室１２０には、半導体ウェハ１４０を処理室１１０に搬送するための搬出口１２３が設けられている。なお、前室１２０には、半導体ウェハ１４０を外部から搬入するための機構や搬入口等が更に備えられているが、これらの構造や位置等は任意である（図示せず）。
ゲートバルブ１３０は、搬入口１１１と搬出口１２３との間に設けられる。後述するように、ゲートバルブ１３０は、処理室１１０と前室１２０との間で半導体ウェハ１４０を搬送するときには開き、処理室１１０内で半導体ウェハ１４０の処理を行う時には閉じる。
図２に示したように、処理室１１０には、処理室操作部１１３、処理室制御部１１４、処理室電源ユニット１１５等が設けられている。
処理室操作部１１３としては、処理室１１０を手動操作するためのスイッチやタッチパネル等が接続された操作基板を使用することができる。なお、処理室操作部１１３として、外付の操作装置（例えば、パーソナルコンピュータや、専用の操作端末等）を使用してもよい。
処理室制御部１１４は、処理室操作部１１３から入力された操作信号等に基づいて、半導体ウェハ１４０（図１参照）に対する処理を実行する。
また、処理室制御部１１４は、前室制御部１２５に、以下のような信号をパラレルに送信する。
（１）処理室正常動作信号NORM_PROCESS：処理室１１０が正常動作中であることを示す信号
（２）搬入要求信号REQ_LOAD：前室１２０から処理室１１０へ半導体ウェハ１４０を搬入するように要求する信号
（３）搬出要求信号REQ_UNLOAD：処理室１１０から前室１２０に半導体ウェハ１４０を搬出するように要求する信号
処理室電源ユニット１１５は、外部から供給された電力を、処理室操作部１１３、処理室制御部１１４、実際に半導体ウェハ１４０に対する処理を行う処理機構（図示せず）等に供給する。更に、処理室電源ユニット１１５は、操作前室１２０にも、電力を供給する。なお、電源ユニット１１５は、前室操作部１２４（後述）によって、オン／オフされる。
なお、複数台の小型半導体製造装置１００を用いて半導体製造システムを構築する場合、通常は各処理室１１０の処理内容や装置構造が異なるため（上述）、処理室操作部１１３や処理室制御部１１４の制御も相互に異なる。但し、前室１２０を共通化するため、上記信号NORM_PROCESS、REQ_LOAD、REQ_UNLOADの信号形態や出力条件は共通化されている。
一方、前室１２０には、図２に示したように、前室操作部１２４、前室制御部１２５、電源ユニット１２６等が設けられている。
前室操作部１２４には、前室１２０を手動操作するためのスイッチ等が設けられている。更に、前室操作部１２４は、処理室１１０及び前室１２０の運転状態（稼動中／停止中や、正常／異常）を表示する表示灯や、前室１２０及び処理室１１０を緊急停止させるための操作スイッチや、電源ユニット１１５、１２６をオン／オフするための電源スイッチ等を含む。
前室制御部１２５は、半導体ウェハ１４０を、外部から前室１２０内に搬入するための制御や、前室１２０から外部に取り出すための制御を行う。加えて、前室制御部１１０は、前室操作部１２４から入力された上記信号NORM_PROCESS、REQ_LOAD、REQ_UNLOADに基づいて、外部と前室１２０との間で半導体ウェハ１４０の搬入・搬出を行う。また、前室制御部１２５は、処理室制御部１１４に、以下のような信号をパラレルに送信する。
（４）前室正常動作信号NORM_PORT：前室１２０が正常動作中であることを示す信号
（５）遷移要求信号AUTO：処理室１１０へ自動モードへの遷移を要求する信号
（６）搬入通知信号ACK_LOAD：半導体ウェハ１４０の処理室１１０への搬入を終了して、処理室１１０にプロセスの開始を許可する信号
（７）搬出通知信号ACK_UNLOAD：半導体ウェハ１４０の処理室１１０からの搬出を終了して、処理室１１０に次回プロセスの準備開始を許可する信号
前室電源ユニット１２６は、処理室電源ユニット１１５から供給された電力を、前室操作部１２４、前室制御部１２５、搬送機構１２２（図１参照）等に供給する。
なお、上述のように、複数台の小型半導体製造装置１００を用いて半導体製造システムを構築する場合でも、前室１２０は共通化される。
集中管理部１５０は、この実施の形態１に係る半導体製造システムに設けられた複数の小型半導体製造装置１００の稼動状態を集中管理する。このために、集中管理部１５０は、各小型半導体製造装置１００の処理室制御部１１４や前室制御部１２５に、例えばイーサネット（登録商標）を介して接続されている。また、各小型半導体製造装置１００のプログラムや設定パラメータを更新したいような場合に、新しいプログラム等を、集中管理部１５０から各小型半導体製造装置１００に送信することとしても良い。
図３Ａ及び図３Ｂは、この実施の形態１に係る信号インタフェースの構成例を示す回路図であり、図３Ａは処理室１１０から前室１２０へ送信する信号NORM_PROCESS、REQ_LOAD、REQ_UNLOADのインタフェース、図３Ｂは前室１２０から処理室１１０へ送信する信号NORM_PORT、RESET_PROCESS、AUTO、ACK_LOAD、ACK_UNLOADのインタフェースである。
図３Ａ及び図３Ｂに示したように、この実施の形態１では、信号インタフェースとして、フォトカプラを用いた。
図３Ａに示したように、処理室１１０が出力する信号用のフォトカプラでは、処理室１１０側に発光素子３１１が配置されると共に、前室１２０側に受光素子３１４が配置される。発光素子３１１のアノードには、過電流防止のための定電流ダイオード３１３や、逆接続された場合にフォトカプラを保護するためのダイオード３１４等が直列接続されることが望ましい。このようなフォトカプラは、信号NORM_PROCESS、REQ_LOAD、REQ_UNLOAD毎に設けられる。
図３Ｂに示したように、前室１２０が出力する信号用のフォトカプラでは、前室１２０側に発光素子３２１が配置されると共に、処理室１１０側に受光素子３２１が配置される。このようなフォトカプラは、信号NORM_PORT、RESET_PROCESS、AUTO、ACK_LOAD、ACK_UNLOAD毎に設けられる。
この実施の形態１では、処理室制御部１１４と前室制御部１２５との間で送受信される信号は、処理室１１０の処理準備中／搬送中／処理中を遷移させる信号だけである。すなわち、半導体ウェハ１４０の搬送等の精密な動作は前室制御部１２５が単独で制御しており、処理室制御部１１４は関与する必要は無い。このため、フォトカプラ等を用いた簡単なインタフェースのみを用いて、処理室制御部１１４の動作と前室制御部１２５の動作とを同期させることができる。
次に、この実施の形態１に係る小型半導体製造装置１００の動作について説明する。図４はこの実施の形態１に係る小型製造装置の処理室の動作を説明するための状態遷移図、図５はこの実施の形態に係る小型製造装置の前室の動作を説明するための状態遷移図である。
まず、操作者により、前室操作部１２４の電源スイッチ（図示せず）が操作されて、処理室１１０及び前室１２０の電源ユニット１１５，１２６がオンされる（図５のＳ５０１）。処理室１１０の電源ユニット１１５がオンされると、処理室制御部１１４が処理室正常動作信号NORM_PROCESSをオンする。また、前室１２０の電源ユニット１２６がオンされると、前室制御部１２５が前室正常動作信号NORM_PORTをオンする。電源ユニット１１５，１２６のオン時には、処理室１１０及び前室１２０は、それぞれ手動モードに設定される（図４のＳ４０１、図５のＳ５０２）。
次に、操作者が、前室操作部１２４のスイッチを自動モードに切り換えると、前室制御部１２５は自動モードに遷移すると共に、遷移要求信号AUTOを出力する。上述のように、遷移要求信号AUTOは、処理室１１０に対して自動モードへの遷移を要求する信号である。処理室制御部１１４は、遷移要求信号AUTOを入力すると、自動モードに遷移して、プロセスの準備を開始する（図４のＳ４０２参照）。上述のように、処理室１１０の処理は小型半導体製造装置１００毎に異なるので、プロセス準備の内容も小型半導体製造装置１００毎に異なる。
前室制御部１２５は、自動モードに遷移した後、半導体ウェハ１４０を外部から前室１２０内に搬入するための制御を行う（図５のＳ５０３）。上述したように、外部から前室１２０内に半導体ウェハ１４０を搬入する為の機構は任意であるため、この制御についての詳細な説明も省略する。半導体ウェハ１４０の搬入が終了すると、前室制御部１２５は、そのまま待機する（図５のＳ５０４）。
処理室１１０は、プロセス準備が終了すると、搬入要求信号REQ_LOADを出力する。
前室制御部１２５は、搬入要求信号REQ_LOADを入力すると、半導体ウェハ１４０を前室１２０から処理室１１０に搬送するための制御を開始する（図４のＳ４０３、図５のＳ５０５）。この制御では、ゲートバルブ１３０が開かれ、載置台１２１上の半導体ウェハ１４０が前室１２０内の搬送機構１２２に保持され、この搬送機構１２２を伸延させることにより半導体ウェハ１４０が処理室１１０内に搬入される。そして、半導体ウェハ１４０を載置台１１２に載置した後で、搬送機構１２２を処理室１１０から縮退させて、ゲートバルブ１３０を閉じることにより、搬入制御が終了する。その後、前室制御部１２５は、搬入通知信号ACK_LOADを出力して、待機状態に入る（図５のＳ５０６）。
処理室１１０は、搬入通知信号ACK_LOADを入力すると、半導体ウェハ１４０に対する処理を実行する（図４のＳ４０４）。そして、処理が終了すると、搬出要求信号REQ_UNLOADを出力する。
前室制御部１２５は、搬出要求信号REQ_UNLOADを入力すると、半導体ウェハ１４０を処理室１１０から前室１２０に搬出するための制御を開始する（図４のＳ４０５、図５のＳ５０７）。この制御では、まず、ゲートバルブ１３０が開かれ、前室１２０の搬送機構１２２を処理室１１０まで伸延されて、載置台１１２上の半導体ウェハ１４０が搬送機構１２２に保持される。そして、搬送機構１２２を縮退されて、この搬送機構１２２及び半導体ウェハ１４０が処理室１１０から完全に退出されると、前室制御部１２５は、ゲートバルブ１３０を閉じるとともに、搬出通知信号ACK_UNLOADを出力する。その後、半導体ウェハ１４０が載置台１２１上に載置されて、搬出制御が終了する（図５のＳ５０８）。そして、前室制御部１２５は、処理済みの半導体ウェハ１４０を外部に搬出する為の制御と、次の半導体ウェハ１４０を外部から前室１２０内に搬入するための制御とを行う（図５のＳ５０３）。
一方、処理室１１０は、搬出通知信号ACK_UNLOADを入力すると、次の半導体ウェハ１４０の為の処理準備を開始する（図４のＳ４０２）。
以上説明したように、この実施の形態１では、処理室用制御部１１３及び前室用制御部１２４によって処理室１１０と前室１２０とを別個独立に制御すると共に、処理室用制御部１１３と前室用制御部１２４との間で搬入要求信号REQ_LOAD、搬入通知信号ACK_LOAD、搬出要求信号REQ_UNLOAD及び搬出通知信号ACK_UNLOADを送受信する。そして、これにより、処理室１１０の処理準備中／搬送中／処理中が切り替わるタイミングを規定することができると共に、この遷移に前室１２０の動作を同期させることがでる。
従って、この実施の形態１に係る小型半導体製造装置１００では、処理室制御部１１３の制御プログラムを開発する際に、前室制御部１２４の制御を考慮する必要が殆ど無いので、単一の制御手段で小型半導体製造装置１００全体を制御する場合と比較して、小型半導体製造装置１００の開発コストを低減することができる。
更に、本発明の小型半導体製造装置１００によれば、処理室制御部１１３と前室制御部１２４との間で送受信される制御信号を簡単にすることができるので、これら処理室制御部１１３と前室制御部１２４との間のインタフェースを簡単化することができ、この点でも、小型半導体製造装置１００の開発コストや製造コストを低減することができる。
また、本発明の製造システムによれば、各小型半導体製造装置１００において、処理室１１０と前室１２０とをほぼ独立に制御することができることにより、小型半導体製造装置１００の種類（すなわち、半導体ウェハ１４０に施す処理の種類）に拘わらず、前室１２０の制御を共通化することができる。このため、各小型製造装置１００の制御プログラムの開発に当たって、前室１２０の制御内容を考慮する必要が殆ど無く、従って、開発コストを低減することができる。
１００ 小型半導体製造装置
１１０ 処理室
１１１ 搬入口
１１２，１２１ 載置台
１１３ 処理室操作部
１１４ 処理室制御部
１１５，１２６ 電源ユニット
１２０ 前室
１２２ 搬送機構
１２３ 搬出口
１２４ 前室操作部
１２５ 前室制御部
１３０ ゲートバルブ
１４０ 半導体ウェハ
１５０ 集中管理部
３１１，３２１ 発光素子
３１２，３２２ 受光素子
３１３ 定電流ダイオード
３１４ 逆接続保護用ダイオード

Claims (3)

  1. 処理基板に所望の処理を施す処理室と、
    内部に設けられた搬送機構を用いて、該処理室との間で前記処理基板の搬入及び搬出を行う前室と、
    前記処理室による前記処理基板の処理を制御するために該処理室に設けられた処理室用制御部と、
    前記処理室と前記前室との間での前記処理基板の搬入及び搬出を制御するために該前室に設けられた前室用制御部と、
    を備え、
    前記処理室用制御部は、
    前記処理の準備が終了すると、前記前室から前記処理室への該処理基板の搬入を前記前室用制御部に要求する搬入要求信号を送信し、
    前記処理基板の前記搬入が終了したことを示す搬入通知信号を前記前室用制御部から受信すると、前記処理を開始し、
    該処理が終了すると、前記処理室から前記前室への前記処理基板の搬出を前記前室用制御部に要求する搬出要求信号を送信し、
    前記処理基板の前記搬出が終了したことを示す搬出通知信号を前記前室用制御部から受信すると、前記処理の準備を開始し、
    前記前室用制御部は、
    前記処理室用制御部から前記搬入要求信号を受信すると、前記処理基板の搬入動作を開始し、
    前記処理基板の搬入動作が終了すると、前記搬入通知信号を前記処理室用制御部に送信し、
    該処理室用制御部から前記搬出要求信号を受信すると、前記処理基板の搬出動作を開始し、
    該処理基板が前記処理室から搬出されると、前記搬出通知信号を前記処理室用制御部に送信する、
    ことを特徴とする小型製造装置。
  2. 前記前室は、前記処理室への前記処理基板の搬入及び搬出を行う際に開かれるロードポートを更に備え、
    前記前室用制御部は、
    前記処理室用制御部から前記搬入要求信号を受信すると、前記処理基板の搬入前に前記ロードポートを開く動作と、該処理基板の搬入後に前記ロードポートを閉じる動作との制御を更に行い、
    該処理室用制御部から前記搬出要求信号を受信すると、前記処理基板の搬出前に前記ロードポートを開く動作と、該処理基板の搬出後に前記ロードポートを閉じる動作との制御を更に行う、
    ことを特徴とする請求項１に記載の小型製造装置。
  3. 請求項１又は２に記載の小型製造装置を複数台備える製造システムであって、
    いずれかの該小型製造装置として、前記処理室の構成が異なるものを一台以上含み、且つ、全ての該小型製造装置において、前記前室の構成が互いに同一であることを特徴とする製造システム。
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