JPH0831906A - 基板処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロセスチャンバ単独の入れ替えが容易であ
るとともに、基板を大気中にさらすことなく装置間で搬
送でき、しかも、基板処理におけるスループットの向上
を可能とした基板処理システムを提供する。 【構成】 所定の雰囲気下で基板３の表面に所定の処理
を施す複数のプロセスチャンバ１と、各プロセスチャン
バ１に基板１を搬送する基板搬送車２とによって基板処
理システムを構成した。各プロセスチャンバ１には基板
３を取り込むためのゲートバルブ４を設けた。これに対
して基板搬送車２には、複数のプロセスチャンバ１間を
移動可能な自走台車５と、複数枚の基板３を収納可能な
真空チャンバ６と、プロセスチャンバ１のゲートバルブ
４に連結可能なゲートバルブ７と、ゲートバルブ４、７
同士が連結された状態で真空チャンバ６とプロセスチャ
ンバ１との間で基板３の移載を行う移載ロボット８とを
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置やディスプ
レイ装置、さらには記録メディアや他の電子部品などに
用いられる基板の処理システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の製造ラインでは、
ウエハの処理を終えるまでに２００〜３００もの工程を
経る。現状の半導体製造ラインにおいては、各工程間で
ウエハを搬送する場合、所定枚数（通常は２５枚）のウ
エハをカセットに入れて、さらにそのカセットを専用の
ボックスに収納する。そして、オペレータまたは工程間
搬送ロボットによって各装置の入口（専用のカセット台
または真空ロードロック室等）にカセットをセットす
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
ラインのウエハ処理工程では、エッチング、スパッタ、
ＣＶＤ、拡散、イオン注入、アッシング等、数多くの真
空プロセス装置を使用している。これらのプロセス装置
はその殆どが何らかのかたちで大気−真空をつなぐ独立
した真空ロードロック室を備えている。このため、各装
置にウエハカセットをセッティングするたびに大気→真
空〜プロセス中〜真空→大気といった排気シーケンスが
繰り返されることになり、そこには必ずロードロック室
を大気圧から所定の真空圧まで排気する時間が必要とな
り、この排気時間が単位時間当たりのウエハの処理枚
数、つまりスループットを向上させるうえでネックにな
っていた。

【０００４】また、半導体のウエハ処理工程では空気中
に浮遊する微粒子などによってウエハ表面が汚染されて
しまうため、きわめて高い清浄空間が必要不可欠となっ
ている。ところが、従来のウエハ処理システムでは、た
とえプロセスインテグレーションが行われているクラス
タツールであっても、その装置と別の装置との間の搬送
ではウエハが大気中にさらされてしまう。このため、搬
送中にウエハの表面に自然酸化膜が生成され、これがウ
エハプロセスにおいて種々の問題を引き起こす。したが
って、ＣＶＤ装置やスパッタリング装置などでは、自然
酸化膜を除去するための前処理室を設け、そこで表面の
自然酸化膜を完全に除去してからウエハをプロセスチャ
ンバに取り込む必要があった。

【０００５】そこで従来では、ウエハを窒素雰囲気中で
装置間搬送する処理システムも提案されているが、そう
した場合には各装置において真空引きや大気圧にもどす
といった動作が必要となり、結局はシーケンスのトータ
ル時間が非常に長くなり、大幅なスループットの低下を
招いてしまう。またこれ以外にも、真空カセットにウエ
ハを収納して装置間搬送を行うシステムも提案されてい
るが、このシステムでは各装置毎に別個に真空カセット
用のロードロック室が必要となり、個々の装置が大型化
してしまう。

【０００６】さらに、ウエハ処理用のクラスタツールに
は複数のプロセスチャンバが組み込まれているが、装置
改良によって次世代のプロセスチャンバが登場し、これ
を導入する場合はクラスタツール内のチャンバ設置スペ
ース、ウエハ搬送系との互換性などの面から装置全体を
入れ替える必要があり、一つのプロセスチャンバだけを
単独に入れ替えることはきわめて困難であった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、プロセスチャン
バ単独の入れ替えが容易であるとともに、基板を大気中
にさらすことなく装置間で搬送でき、しかも、基板処理
におけるスループットの向上を可能とした基板処理シス
テムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、大きくは、所定の雰囲気
下で基板の表面に所定の処理を施す複数のプロセスチャ
ンバと、これらのプロセスチャンバに対して処理対象と
なる基板を搬送する基板搬送車とによって構成される。
複数のプロセスチャンバはそれぞれに基板を取り込むた
めのゲートバルブを備えている。また、基板搬送車は、
複数のプロセスチャンバ間を移動可能な自走台車と、こ
の自走台車に搭載されて複数枚の基板を収納可能な真空
チャンバと、この真空チャンバに設けられてプロセスチ
ャンバのゲートバルブに連結可能なゲートバルブと、真
空チャンバ内に設けられてゲートバルブ同士が連結され
た状態で真空チャンバとプロセスチャンバとの間で基板
の移載を行う移載ロボットとを備えている。

【０００９】

【作用】本発明の基板処理システムにおいては、真空チ
ャンバに収納された基板が自走台車の移動とともに複数
のプロセスチャンバ間を搬送される。また、所定のプロ
セスチャンバに搬送されると、プロセスチャンバ側のゲ
ートバルブと真空チャンバ側のゲートバルブとが連結さ
れ、この状態で移載ロボットにより真空チャンバからプ
ロセスチャンバに未処理の基板が移載されるとともにプ
ロセスチャンバから真空チャンバに処理済の基板が移載
される。これにより基板は搬送から処理にいたるまで一
貫して真空雰囲気下に保持され、従来のように大気にさ
らされることがなくなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明に係わる基板処理
システムの一実施例を説明する要部斜視図である。本実
施例の基板処理システムは、大きくは、複数のプロセス
チャンバ（図１ではその中の１台だけ表示）１と基板搬
送車２によって構成されている。

【００１１】各々のプロセスチャンバ１は、所定の雰囲
気下で基板３の表面に所定の処理を施すもので、その前
部には基板３を取り込むためのゲートバルブ４が設けら
れている。

【００１２】基板搬送車２は、上述した複数のプロセス
チャンバ１間で基板３の搬送を行うものであり、その主
要な構成部分として、自走台車５、真空チャンバ６、ゲ
ートバルブ７、移載ロボット８を備えている。

【００１３】自走台車５は、上記複数のプロセスチャン
バ１間を移動するための第１の車輪９と、プロセスチャ
ンバ１と真空チャンバ６とをドッキングさせるための第
２の車輪１０と、自走するための電力を供給する電源部
１１とを備えている。ここで、第１の車輪９と第２の車
輪１０とはそれぞれ向きが直交する状態で台車底部に設
けられており、このうち第１の車輪９はプロセスチャン
バ１の配置形態に応じて敷設された主軌道Ｌ１に係合
し、第２の車輪１０はそれぞれのプロセスチャンバ１か
ら主自動Ｌ１に直交して敷設された副軌道Ｌ２に係合し
ている。また電源部１１には、遠隔操作用の無線通信ユ
ニットやマイクロコンピュータ等からなる制御ユニット
１２が組み込まれている。

【００１４】なお、本実施例では、自走台車５に電源部
１１を搭載して自走のための電力を得るようにしている
が、これ以外にも、例えばプロセスチャンバ１の配置形
態に応じてトロリ線を架設し、集電装置（パンダグラ
フ）を介して電力を得る、いわゆるトロリ方式を採用す
ることもできる。

【００１５】真空チャンバ６は、例えばアルミ合金製の
箱型気密構造をなすもので、これは上記自走台車５に搭
載されている。真空チャンバ６の底面部からは図示せぬ
昇降ユニットの構成部品である昇降軸１３がシール部材
（不図示）を介して延出し、この昇降軸１３の上端部に
基板カセット１４が支持されている。基板カセット１４
には所定枚数（例えば２５枚）の基板３が収納され、こ
の状態で真空チャンバ６の内部に複数枚の基板３を収納
し得る構造になっている。また、真空チャンバ６には例
えばターボ分子ポンプ等のメインポンプ１５とロータリ
ポンプ等の補助ポンプ１６、そしてチャンバとポンプ間
を繋ぐ配管、バルブ等が接続されている。さらに、真空
チャンバ６には基板３を出し入れするためのドア１７が
取り付けられており、このドア１７を開放した状態で、
基板カセット１４に収納された基板３の出し入れが行わ
れ、ドア１７を閉めた状態でチャンバ内が気密状態に保
持されるようになっている。

【００１６】ここで、真空チャンバ６に接続される真空
ポンプはプロセスチャンバ１の処理内容に応じて適宜選
定されるものである。例えば、半導体ウエハ処理工程に
おいて、スパッタリングプロセスのようにきわめて高真
空（１０^-5〜１０^-8Ｔｏｒｒレベル）に保持する必要が
ある場合はメインポンプ１５としてターボ分子ポンプや
クライオポンプ等の高真空対応の真空ポンプが採用さ
れ、ＣＶＤプロセスのように比較的中・低真空（１０^-1
〜１０^-4Ｔｏｒｒレベル）に保持しても支障がない場合
は油回転ポンプやドライポンプ等の真空ポンプをメイン
ポンプ１５として採用することができる。なお、高真空
対応として、上述のごとくメインポンプ１５にターボ分
子ポンプを採用した場合は補助ポンプ１６が必要になる
が、メインポンプ１５にクライオポンプを採用した場合
は補助ポンプ１６が不要となる。

【００１７】ゲートバルブ７は、上記ドア１７の反対側
に位置して真空チャンバ６に設けられている。このゲー
トバルブ７は、副軌道Ｌ２に沿った自走台車５の走行動
作によってプロセスチャンバ１のゲートバルブ４に連結
可能となっている。

【００１８】移載ロボット８は、上記基板カセット１４
とゲートバルブ７の間に位置して真空チャンバ６の内部
に設けられている。この移載ロボット８は、真空中にて
動作するもので、一般的には主軸の昇降動作と回転動
作、さらにはリンク機構による伸縮動作等の組み合わせ
によって基板３の移載を行う。本実施例では、ゲートバ
ルブ４、７同士が連結された状態で真空チャンバ６とプ
ロセスチャンバ１との間で基板３の移載を行う。

【００１９】続いて、本実施例の基板処理システムにお
ける基板の搬送形態について説明する。まず、処理対象
となる基板３は各工程の中継点となるステーションにて
真空チャンバ６に収納される。ステーションでは、真空
チャンバ６のドア１７が開放され、この状態で所定枚数
の基板３が基板カセット１４に収納された状態で真空チ
ャンバ６に収納される。このとき、所定枚数の基板３を
収納した基板カセット１４は昇降軸１３の上端部に供給
される。なお、基板搬送車２の専用カセットとして基板
カセット１４が昇降軸１３の上端部に固定されている場
合は、上記ステーションにて図示せぬ基板移載ロボット
により汎用カセットと基板カセット１４との間で基板３
の移替えが行われ、これによって真空チャンバ６に所定
枚数の基板３が収納される。

【００２０】こうして真空チャンバ６に基板３が収納さ
れると、ドア１７の閉塞によって真空チャンバ６の内部
が気密状態に保持される。次いで、メインポンプ１５お
よび補助ポンプ１６の作動により真空チャンバ６の内部
が真空状態に保持される。そうすると、主軌道Ｌ１に沿
った自走台車５の移動とともに基板搬送車２が走行を開
始し、予め決められた処理手順にしたがって複数のプロ
セスチャンバ１間を渡り歩く。例えば、図２（ａ）に示
すように複数のプロセスチャンバ１が所定の間隔を置い
て一列に並べられている場合は、これに並行して敷設さ
れた主軌道Ｌ１に沿って基板搬送車２が複数のプロセス
チャンバ１間を往復移動する。

【００２１】その移動途中で、例えば図２（ａ）に示す
３つのプロセスチャンバ１のうち、中央に設置されたプ
ロセスチャンバ１に基板３を供給する場合は、そのプロ
セスチャンバ１に対向する位置で基板搬送車２が主軌道
Ｌ１上で停止する。続いて、図２（ｂ）に示すように、
主軌道Ｌ１に直交する副軌道Ｌ２に沿った自走台車５の
移動により基板搬送車２がプロセスチャンバ１側に接近
し、これによってプロセスチャンバ１のゲートバルブ４
に真空チャンバ６のゲートバルブ７が連結される。

【００２２】次に、チャンバ相互のロードロック機能に
よりプロセスチャンバ１と真空チャンバ６とがいずれも
真空状態に保持されている条件の下で双方のゲートバル
ブ４、７が開けられる。続いて、真空チャンバ６内に収
納された基板（未処理）３が基板カセット１４から移載
ロボット８に受け渡される。基板３を受け取った移載ロ
ボット８はその主軸の回転動作によって向きを反転し、
ゲートバルブ４、７を介して基板３をプロセスチャンバ
１に送り込む。以降、基板カセット１４内の基板３は昇
降軸１３の昇降動作に連動した移載ロボット８の移載動
作により一枚ずつプロセスチャンバ１に送り込まれる。

【００２３】こうして所定枚数の基板３が全てプロセス
チャンバ１に送り込まれると、一旦、ゲートバルブ４、
７が閉ざされて真空チャンバ６とプロセスチャンバ１と
が遮断される。ゲートバルブ４、７が閉ざされている
間、プロセスチャンバ１では所定の雰囲気下で基板３の
表面に所定の処理を施す。プロセスチャンバ１での基板
処理が終了すると、再びゲートバルブ４、７が開けられ
る。次いで、移載ロボット８によってプロセスチャンバ
１から処理済の基板３が一枚ずつ取り出され、昇降軸１
３の昇降動作に連動して再び基板カセット４の元の位置
に戻される。

【００２４】その後、チャンバ相互のゲートバルブ４、
７が閉ざされて真空チャンバ６とプロセスチャンバ１と
が遮断され、副軌道Ｌ２に沿った自走台車５の移動とと
もにプロセスチャンバ１から真空チャンバ６が離反す
る。このように一つのプロセスチャンバ１における基板
処理が完了すると、再び主軌道Ｌ１に沿った自走台車５
の移動とともに次のプロセスチャンバ１に向けて基板搬
送車２が走行を開始する。以降、各々のプロセスチャン
バ１毎に上記同様の手順にしたがって真空チャンバ６と
プロセスチャンバ１との間で基板１の受け渡しが行わ
れ、最後のプロセスチャンバ１から真空チャンバ６が離
反した時点で基板搬送車２はステーションに戻る。

【００２５】このように本実施例の基板処理システムに
おいては、処理対象となる基板３が真空チャンバ６の内
部に収納された状態でプロセスチャンバ１間を搬送され
るため、従来のように基板３が大気中にさらされること
なく、常に真空雰囲気下に保持されるようになる。ま
た、それぞれ独立してプロセスチャンバ１を設置し、個
々に真空チャンバ６をドッキングさせて基板３の移載を
行う方式であるため、基板処理工程におけるプロセスチ
ャンバ１の入れ替えが容易である。さらに、自走台車５
の走行とともに真空チャンバ６がプロセスチャンバ１間
を移動し、互いのゲートバルブ４、７同士を連結した状
態で基板３の受け渡しを行うため、従来のように装置毎
にロードロック室を設ける必要がないうえ、ロードロッ
ク室を真空排気するための時間も生じない。

【００２６】なお、上記実施例においては、真空チャン
バ６に収納された基板３を一枚ずつプロセスチャンバ１
に移載し、一度に複数枚の基板３を処理する例を述べた
が、これ以外にも、プロセスチャンバ１に基板３を一枚
移載する毎にゲートバルブ４、７を閉じて基板処理を行
い、その後、処理済の基板３をプロセスチャンバ１から
取り出してから次の基板３をプロセスチャンバ１に移載
することも可能である。つまり、一度に複数枚の基板３
を処理するバッチ式と一枚ずつ処理する枚葉式のいずれ
にも対応することができる。したがって、バッチ式で基
板３を処理するプロセスチャンバ１と枚葉式で基板３を
処理するプロセスチャンバ１とを一つの工程ライン上に
設置し、それぞれの処理形式に応じて基板搬送車２の真
空チャンバ６とプロセスチャンバ１との間で基板３の移
載を行うことが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
処理対象となる基板が真空チャンバに収納された状態で
プロセスチャンバ間を搬送されるため、従来のように大
気中にさらされることなく、常に真空雰囲気下に保持さ
れるようになる。これにより、半導体製造プロセスでは
ウエハ表面における自然酸化膜の生成を抑えることが可
能となるため、自然酸化膜の生成に起因したウエハプロ
セスにおける種々の問題が解消されるとともに、自然酸
化膜を除去するための前処理室および前処理工程が不要
となり、装置の小型化とともにスループットの向上が図
られる。また、それぞれ独立してプロセスチャンバが設
置されるため、新規に開発されたプロセスチャンバの導
入にあたっては、従来システムのように装置全体を入れ
替える必要がなく、プロセスチャンバ単独での入れ替え
が容易となる。さらに、自走台車の走行とともに真空チ
ャンバがプロセスチャンバ間を移動する方式であるた
め、従来のように装置毎にロードロック室を設ける必要
がないうえ、ロードロック室を真空排気するための時間
も生じない。したがって、システム全体の簡素化ととも
に、より一層のスループットの向上が図られる。加え
て、基板処理装置の製造メーカ間で規格の統一に伴いプ
ロセスチャンバの間口サイズ等が共通化が図られれば、
異なる製造メーカのプロセスチャンバモジュールを一つ
のシステム内に組み込むことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる基板処理システムの一実施例を
説明する要部斜視図である。

【図２】実施例における基板の搬送形態を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ プロセスチャンバ ２ 基板搬送車 ３ 基板 ４ ゲートバルブ ５ 自走台車 ６ 真空チャンバ ７ ゲートバルブ ８ 移載ロボット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の雰囲気下で基板の表面に所定の処
   理を施すとともに、前記基板を取り込むためのゲートバ
   ルブを備えた複数のプロセスチャンバと、 前記複数のプロセスチャンバ間を移動可能な自走台車
   と、前記自走台車に搭載されて複数枚の基板を収納可能
   な真空チャンバと、前記真空チャンバに設けられて前記
   プロセスチャンバのゲートバルブに連結可能なゲートバ
   ルブと、前記真空チャンバ内に設けられて前記ゲートバ
   ルブ同士が連結された状態で前記真空チャンバと前記プ
   ロセスチャンバとの間で基板の移載を行う移載ロボット
   とを備えた基板搬送車とによって構成されたことを特徴
   とする基板処理システム。