(57)【要約】  未処理ウェハを外部から搬入し、処理済みウェハを外部へ搬出するためのロードロックチャンバ（５１）と、ロードロックチャンバに接続される第１の末端搬送チャンバ（５４ａ）と、少なくとも１つの中間搬送チャンバ（５４ｂ）と、隣接して設けられ独立に処理可能な一対のプロセスモジュール（５２ａ、５２ｂ）の複数の組と、ロードロックチャンバと反対側の端部に配置された第２の末端搬送チャンバ（５４ｃ）とが直列に接続された構造を有する。プロセスモジュール（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）の各組は、第１の末端搬送チャンバと中間搬送チャンバとの間、中間搬送チャンバ間、及び中間搬送チャンバと第２の末端搬送チャンバとの間にそれぞれ１組ずつ配置される。
2009060541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理ウェハを外部から搬入し、処理済みウェハを外部へ搬出するためのロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバに接続される第１の末端搬送チャンバと、少なくとも１つの中間搬送チャンバと、隣接して設けられ独立に処理可能な一対のプロセスモジュールの複数の組と、前記ロードロックチャンバと反対側の端部に配置された第２の末端搬送チャンバとが直列的に接続されたインライン型ウェハ搬送装置であって、
プロセスモジュールの各組は、第１の末端搬送チャンバと中間搬送チャンバとの間、中間搬送チャンバ間、及び中間搬送チャンバと第２の末端搬送チャンバとの間にそれぞれ１組ずつ配置されるインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項２】
前記第１の末端搬送チャンバ、前記中間搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバが、少なくとも２枚のウェハを同時に搬送可能な搬送機構を有することを特徴とする請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項３】
前記第１の末端搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバが、少なくとも１つの搬送機構を有し、直交する少なくとも第１及び第２の側面を有しており、
前記中間搬送チャンバの各々が少なくとも１つの搬送機構を有し、略方形の平面形状及び４つの側面を有し、
前記プロセスモジュールの各々が、直交する少なくとも第１及び第２の側面を有し、
前記第１の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面は、プロセスモジュールの第１の組を構成する一方のプロセスモジュールの第１の側面及び他方のプロセスモジュールの第１の側面とそれぞれ接続され、
各中間搬送チャンバの第１及び第２の側面は、直前のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第２の側面及び他方のプロセスモジュールの第２の側面とそれぞれ接続され、各中間搬送チャンバの第３及び第４の側面は、直後のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第１の側面及び他方のプロセスモジュールの第１の側面とそれぞれ接続され、
前記第２の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面は、直前のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第２の側面及び他方のプロセスモジュールの第２の側面とそれぞれ接続される請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項４】
前記第１の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面、前記中間搬送チャンバの第１乃至第４の側面、前記第２の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面並びに前記プロセスモジュールの第１及び第２の側面は、それぞれ、ウェハを通過させるための水平なスリットを備え、
前記プロセスモジュールはウェハを設置するステージを有する請求項３記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項５】
前記第１の末端搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバの各々が少なくとも１つの搬送機構を有し、前記中間搬送チャンバの各々が少なくとも１つの搬送機構を有し、
前記プロセスモジュールの各組に属する一対のプロセスモジュールは、それぞれ、直交する向きの２つのゲートバルブの一方を介して隣接する一方の搬送チャンバに接続され、他方のゲートバルブを介して隣接する他方の搬送チャンバに接続される請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項６】
前記第１の末端搬送チャンバ、前記中間搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバの合計数がｍであるとき、前記プロセスモジュールの数ｎが最大でもｎ＝２（ｍ−１）である請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項７】
前記ロードロックチャンバ、前記第１の末端搬送チャンバ、前記中間搬送チャンバ、前記プロセスモジュール及び前記第２の末端搬送チャンバがゲートバルブを介して接続される請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項８】
前記ロードロックチャンバが、搬送機構並びに第１及び第２のバッファ室を備え、
前記第１の末端搬送チャンバは略方形の平面形状及び４つの側面を有し、前記第１の末端搬送チャンバの第３及び第４の側面は、前記第１及び第２のバッファ室にそれぞれ接続される請求項３記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項９】
前記ロードロックチャンバが、搬送機構並びに第１及び第２のバッファ室を備え、
前記第１の末端搬送チャンバは、前記第１及び第２のバッファ室にそれぞれ接続される請求項５記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項１０】
未処理ウェハは、前記第１の末端搬送チャンバの搬送機構により前記第１のバッファ室から前記第１の末端搬送チャンバに接続される一方のプロセスモジュールへ搬入され、処理済みウェハは、前記第１の末端搬送チャンバの搬送機構により前記第１の末端搬送チャンバに接続される他方のプロセスモジュールから前記第２のバッファ室へ搬出される、請求項８又は９記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置及び製造方法に関し、より詳細には、コンパクトな構成のインライン型ウェハ搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体ウェハ搬送装置には幾つかの方式があり、そのいずれもが大きな欠点を有している。従来のクラスタ型のウェハ搬送装置は、中央に位置する搬送チャンバの周囲に複数のプロセスモジュールを放射状に配置した構成を有する。このようなクラスタ型ウェハ搬送装置は、設置のために大きなフットプリント（footprint）を必要とする。また、各プロセスモジュールでの処理が完了するたびに、ウェハはバッファ部などに一時的に置かれて次の処理まで待機するので、装置全体の処理速度は比較的遅い。さらに、設計上の都合により、クラスタ型ウェハ搬送装置におけるプロセスモジュールの数は、通常最大で５台又は６台程度に制限されてしまうことが多い。【０００３】
インライン型のウェハ搬送装置はクラスタ型装置と比較して高い処理速度を有する。しかし、直線的な構造を有するため、最新の半導体製造設備の構造には適合しにくい。また、従来のインライン型ウェハ搬送装置においては、半導体製造過程における真空環境においては、ウェハを搬送する際、ウェハ搬送装置の構成部品同士の摩擦により、許容できないレベルのパーティクルが生じることもある。【０００４】
従来のインライン型のウェハ搬送装置の平面図を図１に示す（例えば、特許文献１を参照）。ウェハ搬送装置１０において、各プロセスモジュール１３ａ乃至１３ｇは隣接して配置され、インラインに接続される。各プロセスモジュールはゲートバルブ（図示せず）により分離されている。ウェハは搬送チャンバ１１内のロボット１２によりロードチャンバ１４から最初のプロセスモジュール１３ａに搬送され、各プロセスモジュールにおいて順次に処理される。処理を終えたウェハはロボット１２により最後のプロセスモジュール１３ｇからアンロードチャンバ１５へと搬送される。ウェハを搬送するための余分なロボットや搬送チャンバが不要であるので、ウェハ搬送装置１０に必要とされるフットプリントは比較的小さい。【０００５】
図１に示すインライン型のウェハ搬送装置１０の一部の断面図を図２に示す。ウェハ２１は、キャリア２３に載せられて、あるプロセスモジュールから次のプロセスモジュールへと搬送される。各プロセスモジュール内において、ウェハ２１はリフト台２６によりキャリア２３から持ち上げられて処理され、再びキャリア２３に載せられて次のプロセスモジュールへと搬送される。キャリア２３はローラ２５などの移送機構を利用して移動される。ウェハ２１が隣接する次のプロセスモジュールに搬送される際には、ゲートバルブ２４が開かれ、隣接するプロセスモジュール同士が互いに密閉されない状態となる。あるプロセスモジュールにおける処理を終えたウェハ２１は、次のプロセスモジュールが空くまで待機する。【０００６】
従来の別のインライン型ウェハ搬送装置３０の平面図を図３に示す（例えば、特許文献２参照）。ウェハ搬送装置３０は２つのＦＯＵＰ（front opening unified pod）３１ａ及び３１ｂを具備する。例えば、ＦＯＵＰ３１ａは、未処理ウェハを格納するカセットを各々が有する２つのロードチャンバ３２ａ及び３２ｂを具備し、ＦＯＵＰ３１ｂは、処理済みウェハを格納するカセットを各々が有する２つのアンロードチャンバ３３ａ及び３３ｂを具備する。ウェハ搬送装置３０は、さらに、搬送の際にウェハを一時的に置くためのバッファチャンバ３６ａ乃至３６ｄを具備する。処理の際、ウェハは、搬送チャンバ３４ａ内のロボット３５ａにより、ロードチャンバ３２ａ又は３２ｂ内のカセットから最初のバッファチャンバ３６ａへ搬送される。図示するように、ウェハ搬送装置３０は、バッファチャンバ同士の間に搬送チャンバ３８ａ乃至３８ｃを備えている。各バッファチャンバとそれに隣接する搬送チャンバとの間、各搬送チャンバとそれに隣接するプロセスモジュールとの間には、図示されるようにゲートバルブ３９が設けられている。一旦バッファチャンバ３６ａに置かれたウェハは、搬送チャンバ３８ａ内のロボットによって最初のプロセスモジュール３７ａへ搬送されて処理される。続いて、当該ウェハは、再び搬送チャンバ３８ａ内のロボットにより第２のプロセスモジュール３７ｂへ搬送されて処理される。第２のプロセモジュール３７ｂでの処理を終えたウェハは、搬送チャンバ３８ａのロボットにより第２のバッファチャンバ３６ｂに置かれる。さらに、ウェハは第２の搬送チャンバ３８ｂのロボットによってバッファチャンバ３６ｂから第３のプロセスモジュール３７ｃへ搬送される。以下同様にして、ウェハはプロセスモジュール３７ｃ乃至３７ｆを順に移動して処理される。すべての処理を終えたウェハは、一旦バッファチャンバ３６ｄに置かれた後、搬送チャンバ３４ｂ内のロボット３５ｂにより、ＦＯＵＰ３１ｂのアンロードチャンバ３３ａ又は３３ｂ内のカセットに格納される。ウェハ搬送装置３０は、必要に応じて、プロセスモジュールの数を柔軟に増やせるという利点を有する。【０００７】
従来のクラスタ型ウェハ搬送装置の平面図を図４に示す（例えば、特許文献３を参照）。ウェハ搬送装置４０は、ウェハ４６を外部から搬入及び搬出するための入口モジュール４５ａ及び出口モジュール４５ｂ、プロセスモジュール４１ｂ、４１ｃ、４１ｆ及び４１ｇにウェハを搬送するための搬送チャンバ４２ａ及び４２ｂ、並びに、搬送チャンバ４２ａ及び４２ｂ内に設けられた搬送ロボット４３ａ及び４３ｂを具備する。主制御器４７は、各プロセスモジュール制御器Ｐ、入口モジュール４５ａ及び出口モジュール４５ｂ並びにオペレータ制御パネルと標準通信バス４８を介して通じている。入口モジュール４５a内の処理されていないウェハ４６は、搬送チャンバ４２ａ内の搬送ロボット４３ａによりアライナー４４に一旦置かれ、アライナー４４上で向きを調整される。その後、アライナー４４上のウェハは、搬送ロボット４３ａ又は４３ｂにより、例えばプロセスモジュール４１ｂ又は４１ｃに搬送され、処理されて、再びアライナー４４上に戻される。このような作業を繰り返した後、プロセスモジュール４１ｂ、４１ｃ、４１ｆ及び４１ｇでの処理を終えたウェハは、搬送ロボット４３ａにより出口モジュール４５ｂに戻される。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１０２０７８号明細書
【特許文献２】米国特許７２１０２４６号明細書
【特許文献３】特表平１−５０００７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１及び図２に示すインライン型ウェハ搬送装置１０は、ウェハ搬送装置１０内で処理されるウェハを保持することができる移動式のキャリア２３、及び当該キャリア２３の移動のためのローラ２５などの移送機構を具備する必要がある。この場合、ウェハ搬送装置１０の構成は複雑になり、価格が高価となるという問題がある。また、ローラ２５のような移送機構上でキャリア２３を移動させることにより、これらの構成部品の摩擦によってパーティクルが発生しやすいという問題がある。発生したパーティクルがウェハ搬送装置１０内を搬送されるウェハ２１に付着すると、ウェハ上に形成される膜の品質が劣化する。【０００９】
図３に示す従来のインライン型ウェハ搬送装置３０は、ウェハを一時的に置くためのバッファチャンバ３６ａ乃至３６ｄを必要とするため、装置の複雑さが増すという問題がある。また、これらバッファチャンバが必要であることから、ウェハ搬送装置３０に要求されるフットプリントは大きくなる。さらに、バッファチャンバ３６ａ乃至３６ｄを用いずにウェハ搬送装置３０を実現しようとすれば、例えば、第２のプロセスモジュール３７ｂでの処理を終えたウェハを搬送チャンバ３８ａから次の搬送チャンバ３８ｂへ直接受け渡さなければならない。すなわち、ロボット同士の間でのウェハの受け渡しが必要となる。この構成を採用すると、ウェハ搬送装置３０の動作の精度及び信頼性が低下するという問題が生じる。【００１０】
また、図４に示す従来のクラスタ型ウェハ搬送装置４０は、中央に位置する搬送チャンバ４２ａ及び４２ｂを中心として、プロセスモジュールを放射状に配置する構造を有しており、このためフットプリントが大きいという問題がある。さらに、クラスタ型ウェハ搬送装置４０は、各プロセスモジュールにウェハを搬送する前に、一旦アライナー４４にウェハを置く必要がある。このようなアライナーの必要性から、装置全体のフットプリントがさらに大きくなる。そして、１つの処理を終えるごとにウェハをアライナー４４に置く必要があり、複雑な搬送作業が必要である。【００１１】
上述の従来の問題点を解決すべく、本発明は、パーティクルの発生を抑制することができ、複雑な搬送機構を必要とせず、且つフットプリントが小さい、シンプルな構成のインライン型ウェハ搬送装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明によるインライン型ウェハ搬送装置は、未処理ウェハを外部から搬入し、処理済みウェハを外部へ搬出するためのロードロックチャンバと、ロードロックチャンバに接続される第１の末端搬送チャンバと、少なくとも１つの中間搬送チャンバと、隣接して設けられ独立に処理可能な一対のプロセスモジュールの複数の組と、ロードロックチャンバと反対側の端部に配置された第２の末端搬送チャンバとが直列に接続された構造を有する。プロセスモジュールの各組は、第１の末端搬送チャンバと中間搬送チャンバとの間、中間搬送チャンバ間、及び中間搬送チャンバと第２の末端搬送チャンバとの間にそれぞれ１組ずつ配置される。【００１３】
第１の末端搬送チャンバ、中間搬送チャンバ及び第２の末端搬送チャンバは、少なくとも２枚のウェハを同時に搬送可能な搬送機構を有してもよい。【００１４】
第１の末端搬送チャンバ及び第２の末端搬送チャンバは、少なくとも１つの搬送機構を有し、直交する少なくとも第１及び第２の側面を有するように構成してもよい。中間搬送チャンバの各々は、少なくとも１つの搬送機構を有し、略方形の平面形状及び４つの側面を有するように構成してもよい。プロセスモジュールの各々は、直交する少なくとも第１及び第２の側面を有するように構成してもよい。【００１５】
この場合、第１の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面は、プロセスモジュールの第１の組を構成する一方のプロセスモジュールの第１の側面及び他方のプロセスモジュールの第１の側面とそれぞれ接続される。各中間搬送チャンバの第１及び第２の側面は、直前のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第２の側面及び他方のプロセスモジュールの第２の側面とそれぞれ接続される。各中間搬送チャンバの第３及び第４の側面は、直後のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第１の側面及び他方のプロセスモジュールの第１の側面とそれぞれ接続される。また、第２の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面は、直前のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第２の側面及び他方のプロセスモジュールの第２の側面とそれぞれ接続される。【００１６】
搬送チャンバ及びプロセスモジュールは、方形、円形その他様々な平面形状を有するように構成することが可能であり、必ずしも上述のような構成の側面を要しない。プロセスモジュールの各組に属する一対のプロセスモジュールは、それぞれ、直交する向きの２つのゲートバルブの一方を介して隣接する一方の搬送チャンバに接続され、他方のゲートバルブを介して隣接する他方の搬送チャンバに接続されるように構成することができる。【００１７】
第１の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面、中間搬送チャンバの第１乃至第４の側面、第２の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面並びにプロセスモジュールの第１及び第２の側面は、それぞれ、ウェハを通過させるための水平なスリットを備えてもよい。また、プロセスモジュールはウェハを設置するステージを有してもよい。【００１８】
中間搬送チャンバが略方形の平面形状を有する上述のような構成において、第１の末端搬送チャンバ、中間搬送チャンバ及び第２の末端搬送チャンバの合計数をｍとすると、プロセスモジュールの数ｎは最大でｎ＝２（ｍ−１）である。【００１９】
なお、ロードロックチャンバ、第１の末端搬送チャンバ、中間搬送チャンバ、プロセスモジュール及び第２の末端搬送チャンバはゲートバルブを介して接続される。【００２０】
ロードロックチャンバは、搬送機構並びに第１及び第２のバッファ室を備えてもよい。この場合、第１の末端搬送チャンバは略方形の平面形状及び４つの側面を有するように構成される。第１の末端搬送チャンバの第３及び第４の側面は、第１及び第２のバッファ室にそれぞれ接続される。未処理ウェハは、第１の末端搬送チャンバの搬送機構により第１のバッファ室から第１の末端搬送チャンバに接続される一方のプロセスモジュールへ搬入される。処理済みウェハは、第１の末端搬送チャンバの搬送機構により第１の末端搬送チャンバに接続される他方のプロセスモジュールから第２のバッファ室へ搬出される。第１の末端搬送チャンバが、円形その他の方形以外の平面形状を有する場合であっても、ロードロックチャンバの第１及び第２のバッファ室の各々に第１の末端搬送チャンバを接続すればよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、パーティクルの発生を抑制することができ、複雑な搬送機構を必要とせず、且つフットプリントが小さいインライン型ウェハ搬送装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のインライン型ウェハ搬送装置の平面図である。
【図２】図１に示す従来のインライン型ウェハ搬送装置の一部の断面図である。
【図３】従来の別のインライン型ウェハ搬送装置の平面図である。
【図４】従来のクラスタ型ウェハ搬送装置の平面図である。
【図５】本発明のインライン型ウェハ搬送装置の平面図である
【図６】本発明によるインライン型ウェハ搬送装置の一実施例の平面図である。
【図７】本実施例によるインライン型ウェハ搬送装置の別の構成例の平面図である。
【図８】図６のウェハ搬送装置に類似した構成において、具体的なプロセスを実行する場合の構成例を示す図である。
【図９】図７のウェハ搬送装置に類似した構成において、プロセスモジュール及び中間搬送チャンバの数を増やした場合の構成例を示す図である。
【図１０】図６のウェハ搬送装置に類似した構成の具体例を示す図である。
【図１１】図７記載のものに類似する本実施例のインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１２】図１１記載のインライン型ウェハ搬送装置にさらに２つのプロセスモジュールと１つの中間搬送チャンバを追加して実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１３】図１２と同様のインライン型ウェハ搬送装置を使用して実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１４】図１０記載のようなインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１５】図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１６】図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１７】図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１８】図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図１９】図１４記載の構成においてプロセスモジュールの数を８、中間搬送チャンバの数を３としたインライン型ウェハ搬送装置を用いて実際のプロセスを行った場合を示す図である。
【図２０】本発明によるウェハ搬送装置のように第２の末端搬送チャンバを使用する場合と第２の末端搬送チャンバを使用しない場合とにおける、ウェハ搬送装置のスループットとプロセス時間との関係を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ウェハ搬送装置
１１  搬送チャンバ
１２  ロボット
１３ａ−１３ｇ  プロセスモジュール
１４  ロードチャンバ
１５  アンロードチャンバ
２１  ウェハ
２３  キャリア
２４  ゲートバルブ
２５  ローラ
２６  リフト台
３０  ウェハ搬送装置
３１ａ、３１ｂ  ＦＯＵＰ
３２ａ、３２ｂ  ロードチャンバ
３３ａ、３３ｂ  プロセスモジュール
３４ａ、３４ｂ  搬送チャンバ
３５ａ、３５ｂ  ロボット
３６ａ−３６ｄ  バッファチャンバ
３７ａ−３７ｆ  プロセスモジュール
３８ａ−３８ｃ  搬送チャンバ
３９  ゲートバルブ
４０  ウェハ搬送装置
４１ｂ、４１ｃ、４１ｆ、４１ｇ  プロセスモジュール
４２ａ、４２ｂ  搬送チャンバ
４３ａ、４３ｂ  搬送ロボット
４４  アライナー
４５ａ  入口モジュール
４５ｂ  出口モジュール
４６  ウェハ
４７  主制御器
４８  標準通信バス
５０  ウェハ搬送装置
５１  ロードロックチャンバ
５２ａ−５２ｄ  プロセスモジュール
５４ａ  第１の末端搬送チャンバ
５４ｂ  中間搬送チャンバ
５４ｃ  第２の末端搬送チャンバ
５５ａ−５５ｃ  搬送機構
５６ａ−５６ｊ  ゲートバルブ
６０  ウェハ搬送装置
６１  ＦＯＵＰ
６１ａ  ロード室
６１ｂ  アンロード室
６２ａ−６２ｄ  プロセスモジュール
６４ａ  第１の末端搬送チャンバ
６４ｂ−６４ｄ  中間搬送チャンバ
６４ｅ  第２の末端搬送チャンバ
６５ａ−６５ｅ  搬送機構
６６  ゲートバルブ
７０  ウェハ搬送装置
７１  ロードロックチャンバ
７１ａ  ロード室
７１ｂ  アンロード室
７１ｃ  搬送機構
７１ｄ、７２ｅ  バッファ室
７２ａ−７２ｄ  プロセスモジュール
７４ａ  第１の末端搬送チャンバ
７４ｂ  中間搬送チャンバ
７４ｃ  第２の末端搬送チャンバ
７５ａ  搬送機構
８０  ウェハ搬送装置
８１  ＦＯＵＰ
８１ａ  ロード室
８１ｂ  アンロード室
８２ａ−８２ｈ  プロセスモジュール
８４ａ  第１の末端搬送チャンバ
８４ｂ−８４ｄ  中間搬送チャンバ
８４ｅ  第２の末端搬送チャンバ
８７  カソード電極
９０  ウェハ搬送装置
９１  ロードロックチャンバ
９１ｄ、９２ｅ  バッファ室
９１ｆ  搬送チャンバ
９２ａ  プロセスモジュール
９８  空間
１００、１１０、１２０、１３０．１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０  ウェハ搬送装置
１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ．１４１ａ、１５１ａ、１６１ａ、１７１ａ、１８１ａ、１９１ａ  ロード室
１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ．１４１ｂ、１５１ｂ、１６１ｂ、１７１ｂ、１８１ｂ、１９１ｂ  アンロード室
１０２ａ−１０２ｄ、１１２ａ−１１２ｄ、１２２ａ−１２２ｆ、１３２ａ−１３２ｆ、１４２ａ−１４２ｊ、１５２ａ−１５２ｊ、１６２ａ−１６２ｊ、１７２ａ−１７２ｊ、１８２ａ−１８２ｊ、１９２ａ−１９２ｊ  プロセスモジュール
１０５ａ、１０５ｂ  アーム
１０７  カソード電極
１１４ａ  第１の末端搬送チャンバ
１１５ａ  第１のウェハ保持手段
１２４ｄ  第２の末端搬送チャンバ
１２５ａ  搬送機構
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図５は、本発明のインライン型ウェハ搬送装置の平面図である。ウェハ搬送装置５０は、ロードロックチャンバ５１、第１の末端搬送チャンバ５４ａ、第１のプロセスモジュール５２ａ及び第２のプロセスモジュール５２ｂの組、中間搬送チャンバ５４ｂ、第３のプロセスモジュール５２ｃ及び第４のプロセスモジュール５２ｄの組、及び第２の末端搬送チャンバ５４ｃを具備する。第２の末端搬送チャンバ５４ｃは、ロードロックチャンバ５１とは反対側のウェハ搬送装置５０の端部に配置され、その先には構成要素が配置されない。【００２５】
ロードロックチャンバ５１は、外部（大気側）から未処理ウェハを搬入し、外部（大気側）に処理済みウェハを搬出するためのものであり、真空排気機構（図示せず）を備えている。ロードロックチャンバ５１は、外部（大気側）から未処理ウェハを搬入し、外部（大気側）に処理済みウェハを搬出するための複数のロード／アンロード室（図示せず）を具備してもよい。この場合、一つのロード／アンロード室から第１の末端搬送チャンバ５５ａを用いてプロセスモジュール５２ａへと搬入されたウェハは、各プロセスモジュールでの処理をロードロックチャンバ５１に戻される際、同一のロード／アンロード室もしくは別個のロード／アンロード室へ送られ、外部へ搬出される。【００２６】
第１の末端搬送チャンバ５４ａ、中間搬送チャンバ５４ｂ及び第２の末端搬送チャンバ５４ｃは、ウェハを搬送するための搬送機構５５ａ、５５ｂ及び５５ｃをそれぞれ備えている。搬送機構５５ａ乃至５５ｃは、例えば、ウェハを移動させるためのアームを有するロボットとして構成される。【００２７】
第１の末端搬送チャンバ５４ａは、ゲートバルブ５６ａ及び５６ｂを介してロードロックチャンバ５１に接続される。第１の末端搬送チャンバ５４ａ及び中間搬送チャンバ５４ｂの間には、一対の第１のプロセスモジュール５２ａ及び第２のプロセスモジュール５２ｂが並列に配置される。第１のプロセスモジュール５２ａは、ゲートバルブ５６ｃ及び５６ｅを介して第１の末端搬送チャンバ５４ａ及び中間搬送チャンバ５４ｂとそれぞれ接続される。第２のプロセスモジュール５２ｂは、ゲートバルブ５６ｄ及び５６ｆを介して第１の末端搬送チャンバ５４ａ及び中間搬送チャンバ５４ｂとそれぞれ接続される。第１のプロセスモジュール５２ａ及び第２のプロセスモジュール５２ｂはそれぞれ独立してウェハを処理可能に構成される。【００２８】
図５に示すウェハ搬送装置５０は、中間搬送チャンバを１つ、そしてプロセスモジュールの組を２つ具備するが、本実施例はこの構成に限定されない。ウェハ搬送装置５０は、必要な処理の数に応じて、複数の中間搬送チャンバ及び３つ以上のプロセスモジュールの組を具備してもよい。すなわち、第１の末端搬送チャンバと最初の中間搬送チャンバとの間、各中間搬送チャンバ同士の間、及び最後の中間搬送チャンバと第２の末端搬送チャンバとの間に、それぞれ一対の独立して処理可能なプロセスモジュールが配置される。【００２９】
未処理ウェハは、外部からロードロックチャンバ５１のロード室（図示せず）に搬入される。ゲートバルブ５６ａ及び５６ｃが開かれ、当該ウェハは、搬送機構５５ａによりロードロックチャンバ５１から第１のプロセスモジュール５２ａへ搬送される。開かれていたゲートバルブ５６ａ及び５６ｃが閉じられ、ウェハは第１のプロセスモジュール５２ａ内で処理される。処理が終わると、ゲートバルブ５６ｅ及び５６ｇが開かれ、ウェハは搬送機構５５ｂにより第１のプロセスモジュール５２ａから第３のプロセスモジュール５２ｃへ搬送される。開かれていたゲートバルブ５６ｅ及び５６ｇが閉じられ、ウェハは第３のプロセスモジュール５２ｃ内で処理される。【００３０】
本実施例のウェハ搬送装置は、最後のプロセスモジュールの組（図５における第３のプロセスモジュール５２ｃ及び第４のプロセスモジュール５２ｄ）の、ロードロックチャンバ５１とは反対側に接続される第２の末端搬送チャンバ（図５の５４ｃ）を設けたことを特徴とする。この第２の末端搬送チャンバはウェハ搬送装置の端部に位置する。【００３１】
当該構成により、上記のように第１のプロセスモジュール５２ａ及び第３のプロセスモジュール５２ｃで処理したウェハを、第２の末端搬送チャンバ５４ｃ内の搬送機構５５ｃにより、第３のプロセスモジュール５２ｃと並列して配置された第４のプロセスモジュール５２ｄへ搬送することが可能となる。動作の際には、ゲートバルブ５６ｉ及び５６ｊを開いた後、搬送機構５５ｃが、第３のプロセスモジュール５２ｃ内のウェハを、第４のプロセスモジュール５２ｄへと移動させることになる。開かれていたゲートバルブ５６ｉ及び５６ｊが閉じられ、ウェハは第４のプロセスモジュール５２ｄ内で処理される。処理が終わると、ゲートバルブ５６ｈ及び５６ｆが開かれ、ウェハは搬送機構５５ｂにより第２のプロセスモジュール５２ｂへ搬送される。開かれていたゲートバルブ５６ｈ及び５６ｆが閉じられ、ウェハは第２のプロセスモジュール５２ｂ内で処理される。処理が終わると、ゲートバルブ５６ｄ及び５６ｂが開かれ、処理済みウェハが搬送機構５５ａによりロードロックチャンバ５１へ搬送され、アンロード室（図示せず）から外部へ搬出される。【００３２】
本実施例においては、プロセスモジュール５２ａでの処理を終えたウェハを中間搬送チャンバ５４ｂによりプロセスモジュール５２ｃへ搬送して処理する間に、未処理ウェハを第１の末端搬送チャンバ５４ａによりロード室（図示せず）からプロセスモジュール５２ａへ搬送して処理することも可能であり、装置全体としての処理速度が向上する。【００３３】
本実施例において、さらに、搬送機構５５ａ乃至５５ｃが少なくとも２枚のウェハを同時に搬送可能なように構成してもよい。例えば、搬送機構５５ａ乃至５５ｃは、それぞれ独立して動作可能な２つのアームを有するウェハ保持手段として構成される。当該構成によれば、例えば、搬送機構５５ａの１つのアームを用いて未処理ウェハをロードロックチャンバ５１から第１のプロセスモジュール５２ａに搬送し、同時に、搬送機構５５ａの別のアームを用いて処理済みウェハを第２のプロセスモジュール５２ｂからロードロックチャンバ５１へ搬送することができる。したがって、装置全体のスループットが向上する。【００３４】
本実施例のインライン型ウェハ搬送装置は、図２に示すキャリア２３及びローラ２５のような移送機構を必要としない。このため、ウェハの搬送に際してパーティクルが発生しにくい。また、図３に示すようなバッファチャンバを使用する搬送装置と比較して構成がよりシンプルであり、フットプリントが小さい。さらに、ロボット同士が直接的にウェハの受け渡しをする必要がないので、高い信頼性をもつウェハ搬送装置を実現できる。加えて、図４に示すようなクラスタ型搬送装置と比較しても構成が非常にシンプルであり、フットプリントが小さい。このように、本発明によれば、上述した従来技術の問題点を総合的に解決することが可能である。
【実施例１】
【００３５】
図６は本発明によるインライン型ウェハ搬送装置の一実施例の平面図である。ウェハ搬送装置６０は、図５のロードロックチャンバ５１に代えて、ロード室６１ａ及びアンロード室６１ｂからなるＦＯＵＰ（front opening unified pod）６１を具備している。ＦＯＵＰ６１は第１の末端搬送チャンバ６４ａに接続されている。ＦＯＵＰ６１に代えてロードロックチャンバ５１を使用することも当然に可能である。【００３６】
ウェハ搬送装置６０は、上述のＦＯＵＰ６１のほか、第１の末端搬送チャンバ６４ａと、一対のプロセスモジュールの４つの組（第１のプロセスモジュール６２ａ及び第２のプロセスモジュール６２ｂ、第３のプロセスモジュール６２ｃ及び第４のプロセスモジュール６２ｄ、第５のプロセスモジュール６２ｅ及び第６のプロセスモジュール６２ｆ、第７のプロセスモジュール６２ｇ及び第８のプロセスモジュール６２ｈ）と、中間搬送チャンバ６４ｂ、６４ｃ及び６４ｄと、第２の末端搬送チャンバ６４ｅとを具備する。図５と同様に、各構成要素はゲートバルブ６６を介して接続される。ゲートバルブを設けることにより、プロセスモジュール間での異物混入が低減される。【００３７】
ウェハ搬送装置６０における各構成要素の基本的な接続関係はウェハ搬送装置５０と同様であり、最後のプロセスモジュールの組（図６における第７のプロセスモジュール６２ｇ及び第８のプロセスモジュール６２ｈ）の、ロードロックチャンバ５１とは反対側に接続される第２の末端搬送チャンバ６４ｅを設けたことを特徴とする。第２の末端搬送チャンバ６４ｅはウェハ搬送装置６０の端部に位置する。【００３８】
当該特徴に加えて、ウェハ搬送装置６０は、各構成要素の形状に大きな特徴がある。図６に示すように、中間搬送チャンバ６４ｂ乃至６４ｄの各々は、上から見て、好ましくは略方形の平面形状を有する。例えば、各中間搬送チャンバの平面形状は略正方形であり、その正方形の各辺が、ウェハ搬送装置６０の長手方向（図６の水平方向）に対して約４５°の角度をなすように配置される。中間搬送チャンバ６４ｂ乃至６４ｄは、図６の紙面に対して垂直な方向の４つの側面を有し、各側面は、隣接する各プロセスモジュールとゲートバルブ６６を介して接続される。例えば、当該側面の各々は、ウェハを通過させるための水平なスリットを備えてもよい。【００３９】
第１の末端搬送チャンバ６４ａは、ＦＯＵＰ６１に接続される側面のほか、隣接する一対のプロセスモジュールの組に属する第１のプロセスモジュール６２ａ及び第２のプロセスモジュール６２ｂの各々とそれぞれ接続するための２つの側面を有する。これら２つの側面は、ウェハを通過させるための水平なスリットを備えていてもよい。また、これら２つの側面は、第１の末端搬送チャンバ６４ａ、第１及び第２のプロセスモジュール６２ａ及び６２ｂ並びに第１の中間搬送チャンバ６４ｂを互いに余分な隙間なく配置するためのある角度をなすように構成される。第１の中間搬送チャンバ６４ｂは略方形の平面形状を有するので、当該角度は約９０°とすることが好ましい。【００４０】
プロセスモジュール６２ａ乃至６２ｈの各々は、隣接する第１の末端搬送チャンバ６４ａ、中間搬送チャンバ６４ｂ乃至６４ｄ又は第２の末端搬送チャンバ６４ｅと接続するための２つの側面を有する。これら２つの側面は、ウェハを通過させるための水平なスリットを備えてもよい。また、これら２つの側面は、各搬送チャンバ及び各プロセスモジュールを互いに余分な隙間なく配置するためのある角度をなすように構成される。例えば、当該角度は約９０°である。尚、プロセスモジュール６２ａ乃至６２ｈは、必ずしも略方形の平面形状を有する必要はなく、図６の６２ｅのような、その他の様々な平面形状を有することができる。【００４１】
第２の末端搬送チャンバ６４は、隣接する一対のプロセスモジュールの組に属する２つのプロセスモジュール６２ｇ及び６２ｈと接続される２つの側面を少なくとも有する。これら２つの側面は、ウェハを通過させるための水平なスリットを備えていてもよい。また、これら２つの側面は、第２の末端搬送チャンバ６２ｅと隣接する２つのプロセスモジュール６２ｇ及び６２ｈとを互いに余分な隙間なく配置するためのある角度をなすように構成される。例えば、当該角度は約９０°である。【００４２】
搬送チャンバ及びプロセスモジュールは、方形、円形その他様々な平面形状を有するように構成することが可能であり、必ずしも上述のような構成の側面を要しない。プロセスモジュールの各組に属する一対のプロセスモジュール（例えば、図６の６２ａ及び６２ｂ）を、それぞれ、直交する向きの２つのゲートバルブの一方を介して隣接する一方の搬送チャンバ（例えば、図６の６５ａ）に接続され、他方のゲートバルブを介して隣接する他方の搬送チャンバ（例えば、図６の６５ｂ）に接続されるように構成すればよい。【００４３】
プロセスモジュール６２ａ乃至６２ｈは、例えば、エッチング処理、物理的気相成長（ＰＶＤ）処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）処理、熱処理、アライメント（位置合わせ）処理などを実行可能に構成される。図６に示すように、コンパクトな構成の搬送チャンバ及びプロセスモジュールを隙間なく配置することにより、本実施例のウェハ搬送装置は、従来技術と比較して、フットプリントを小さく抑えつつ、多数の搬送チャンバを具備するように構成することが可能である。【００４４】
各プロセスモジュールにおける処理の際、ウェハは、プロセスモジュール内のステージに設置される。本実施例においては、各搬送チャンバはウェハをあるプロセスモジュールから次のプロセスモジュールへと移動させるに過ぎず、複雑なウェハ搬送を要しない。また、ウェハを一旦置いておくためのバッファチャンバを搬送経路の途中に配置することは必須ではない。【００４５】
本実施例においては、プロセスモジュール６２ａでの処理を終えたウェハを中間搬送チャンバ６５ｂによりプロセスモジュール６２ｃへ搬送して処理する間に、未処理ウェハを第１の末端搬送チャンバ６４ａによりロード室６１ａからプロセスモジュール６２ａへ搬送して処理することも可能であり、装置全体としての処理速度が向上する。【００４６】
そして、各搬送機構を、独立して動作可能な２つのアームを有するロボットとして構成し、同時に少なくとも２枚のウェハを搬送できるように構成してもよい。このような構造により、本実施例のウェハ搬送装置は、例えば図４に示すような従来のウェハ搬送装置と比較して、より高いスループットを達成することができる。【００４７】
尚、図６に示すような構成について、ウェハ搬送装置に配置可能なプロセスモジュールの最大数ｎは、ｎ＝２（ｍ−１）と表すことができる。ここで、ｍは搬送チャンバ（第１の末端搬送チャンバ、中間搬送チャンバ及び第２の末端搬送チャンバ）の数である。【００４８】
本実施例によるウェハ搬送装置の別の構成例の平面図を図７に示す。ウェハ搬送装置７０は、ロードロックチャンバ７１、第１の末端搬送チャンバ７４ａ、１つの中間搬送チャンバ７４ｂ、第２の末端搬送チャンバ７４ｃ、第１乃至第４のプロセスモジュール７２ａ乃至７２ｄを具備する。【００４９】
ロードロックチャンバ７１は、ロード室７１ａ、アンロード室７１ｂ、搬送機構７１ｃ、第１のバッファ室７１ｄ及び第２のバッファ室７２ｅを備えている。第１の末端搬送チャンバ７４ａは略方形の平面形状を有し、プロセスモジュール７２ａ及び７２ｂと接続される第１及び第２の側面に加えて、ロードロックチャンバ７１の第１及び第２のバッファ室７１ｄ及び７１ｅとそれぞれ接続される第３及び第４の側面を有する。未処理ウェハは、外部からロード室７１ａに搬入され、搬送機構７１ｃによってバッファ室７１ｄに置かれる。当該ウェハは、第１の末端搬送チャンバ７４ａの搬送機構７５ａを用いてバッファ室７１ｄから第１のプロセスモジュール７２ａへ搬送される。以降、図６の場合と同様にして搬送及び処理された後、処理済みウェハは、搬送機構７５ａにより、第２のプロセスモジュール７２ｂから第２のバッファ室７１ｅへ搬入され、さらにロードロックチャンバ７１内の搬送機構７１ｃによってアンロード室７１ｂへ移され、外部へ搬出される。ウェハ搬送装置７０もまた図６のウェハ搬送装置６０と同様の効果を奏する。【００５０】
尚、第１の末端搬送チャンバ７４ａが円形その他の方形以外の平面形状を有する場合であっても、図６のロードロックチャンバ７１の適用は可能である。この場合、第１の末端搬送チャンバ７４ａは、例えば、直交する向きを有する２つのゲートバルブを介して第１及び第２のバッファ室の各々と接続される。【００５１】
図６のウェハ搬送装置６０に類似した構成において、具体的なプロセスを実行する場合の構成例を図８に示す。図８において、各ウェハは様々なプロセスモジュール８２ａ乃至８２ｈを通過して、処理を終えた後にＦＯＵＰ８１へと戻る。一例として、図８において、第１のプロセスモジュール８２ａはウェハの汚染を洗浄する熱プロセスモジュールであり、第３のプロセスモジュール８２ｃはウェハ上の酸化物を取り除くためのエッチングモジュールである。また、第５のプロセスモジュール８２ｅは、同時スパッタリング又は少なくとも順次の成膜プロセスによりウェハ上に異なる材料の膜を形成する、４つのターゲットを保持するカソード電極８７をもつＰＶＤモジュールである。第７のプロセスモジュール８２ｇ及び第８のプロセスモジュール８２ｈは、単一のターゲットをもつＰＶＤモジュールである。第６のプロセスモジュール８２ｆ及び第２のプロセスモジュール８２ｂは、２つのターゲットをもつＰＶＤモジュールである。第４のプロセスモジュール８２ｄは、ウェハをアライメント（位置合わせ）したり熱処理をしたりするためのバッファモジュールである。【００５２】
図示されるように、各プロセスモジュールは異なるサイズを有すが、隣接する搬送チャンバと接続される２つの側面は、それら搬送チャンバとの間に余分な隙間なく配置することが可能に構成される。これらの側面は、搬送の際にウェハを通過させるためのスリットをそれぞれ備えてもよい。好ましくは、各プロセスモジュール内のステージもまた、これらのスリットに対して、垂直方向に同一の位置に配置される。これにより、搬送機構によるウェハの搬送がより容易になる。また、大きなサイズのプロセスモジュールに関しては、隣接する少なくとも１つの搬送チャンバを他の搬送チャンバよりも小さいサイズに構成してもよい。【００５３】
高いスループットを得るため、各プロセスモジュールでの処理時間はほぼ同一とする必要がある。ウェハ搬送装置８０全体にわたって１枚のウェハを処理するのに要するタクトタイムが３６秒であれば、ウェハ搬送装置８０のスループットは１００ｐｐｈであり、１００枚のウェハを１時間で処理できる。タクトタイムが１２秒であれば、スループットは３００ｐｐｈであり、１時間で３００枚のウェハを処理できる。【００５４】
さらに、各搬送チャンバを、２枚のウェハを同時に搬送可能な独立した２つのアームを有するように構成すれば、搬送時間はさらに低減でき、したがってスループットは増す。この場合、例えば、ウェハが第１の中間搬送チャンバ８４ｂ内の搬送機構の１つのアームによって第１のプロセスモジュール８２ａから第３のプロセスモジュール８２ｃに搬送される間に、別のウェハが第１の中間搬送チャンバ８４ｂ内のもう１つのアームによって第４のプロセスモジュール８２ｄから第４のプロセスモジュール８２ｂへ搬送される。【００５５】
図８に示すウェハ搬送装置８０は、図６に示す例と比較して多様なプロセスモジュールを使用しており、プロセスモジュールの形状によらずに８種類の連続処理が可能であり、スループットが高いという特有の効果を奏する。プロセスモジュール及び搬送チャンバの数をさらに増やせば、より多くの処理をウェハに対して連続的に施すことができる。【００５６】
図７のウェハ搬送装置７０に類似した構成において、プロセスモジュール及び中間搬送チャンバの数を増やした場合の構成例を図９に示す。既に述べたように、図９の９２ａのような多様なプロセスモジュールを使用することができる。配置可能なプロセスモジュールの最大数ｎは、ｎ＝２（ｍ−１）と表すことができる。ここで、ｍはＦＯＵＰ９１内の搬送チャンバ９１ｆを含めた搬送チャンバの数である。【００５７】
図９のウェハ搬送装置９０によれば、バッファ室９１ｄ及び９１ｅの間に空間９８があるため、この部分にアライナーなどの機能を付加することも可能である。【００５８】
図６のウェハ搬送装置６０に類似した構成を具体的に表した例を図１０に示す。ウェハ搬送装置１００は、様々なターゲット材料を保持する２つ又は４つのカソード電極１０７を有する１０個のプロセスモジュールを具備している。また、各搬送チャンバは、２つのアーム１０５ａ及び１０５ｂを備えたダブルアーム構成である。ウェハは、図中の点線矢印により示されるように、ロード室１０１ａからアンロード室１０１ｂへと搬送され、各プロセスモジュールにおいて処理される。ダブルアーム構成により、１つのアーム１０５ａによりあるウェハを第１のプロセスモジュール１０２ａから第３のプロセスモジュール１０２ｃへ搬送する間に、別のウェハを第４のプロセスモジュール１０２ｄから第２のプロセスモジュール１０２ｂへ搬送することが可能である。したがって、ウェハ搬送装置１００全体のスループットが向上する。【００５９】
図１１は、図７記載のものに類似する本実施例のインライン型ウェハ搬送装置１１０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。LaHfOxやLaAlOxなど、半導体デバイスに用いられる絶縁膜をウェハ上に成膜することを想定している。【００６０】
まず、ロード室１１１ａの外部（大気側）から未処理ウェハをロード室１１１ａに搬入した後、真空排気機構（図示せず）を用いて、ロード室１１１ａを真空排気する。次に、第１の末端搬送チャンバ１１４ａ内の搬送機構を構成する第１のウェハ保持手段１１５ａを用いて未処理ウェハを第１のプロセスモジュール１１２ａに搬入し、ウェハからのガス抜き（デガス）あるいはウェハのプリクリーニングを行う。次に、第３のプロセスモジュール１１２ｃ内で、ＲＦスパッタによりウェハ上にLaHfOxやLaAlOx あるいはこれらの積層膜を成膜する。例えば、第３のプロセスモジュール１１２ｃは、ターゲット材料LaHfOxやLaAlOxを保持するカソード電極を内部に具備する。ガス導入口（図示せず）から、第３のプロセスモジュール１１２ｃ内に例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが導入されて、さらに上記カソード電極にＲＦ電力が印加されると、プロセスモジュール１１２ｃ内にプラズマが発生する。プラズマから引き出されたＡｒイオン等がターゲットに衝突し、スパッタ粒子としてウェハ上に所望の膜が形成される。必要に応じて第４のプロセスモジュール１１２ｄ内においてウェハに対してＵＨＶアニールを行い、第２のプロセスモジュール１１２ｂにおいて所定の処理を行った後、最終的に処理済みウェハをアンロード室１１１ｂから搬出する。【００６１】
図１２は、図１１記載のインライン型ウェハ搬送装置にさらに第５のプロセスモジュール１２２ｅ及び第６のプロセスモジュール１２２ｆ並びに１つの中間搬送チャンバを追加して実際のプロセスを行った場合を示したものである。メモリー系デバイスに使用されるビアホール埋め込みを含む配線用Al膜の成膜フローを想定している。膜構成を、例えば、Ti(20nｍ)/TiN(60nm)/Seed-Al(200nm)/Fill-Al(450nm)とした。【００６２】
まず、ロード室１２１ａに外部（大気側）から未処理ウェハを搬入し、ロード室１２１ａを真空排気する。次に、第１のプロセスモジュール１２２ａに未処理ウェハを搬入した後、ウェハのデガスを行い、第３のプロセスモジュール１２２ｃ内でウェハ表面のプレクリーニングを行う。次に第５のプロセスモジュール１２２ｅにウェハを搬入し、チタン膜(例えば、20nm)とTiN膜(例えば、60nm)を順次成膜する。次に、第２の末端搬送チャンバ１２４ｄ内の搬送機構１２５ａを用いて、ウェハを第５のプロセスモジュール１２２ｅから第６のプロセスモジュール１２２ｆに搬入し、Seed-Al膜(例えば、200nm)を成膜する。次に、ウェハを第６のプロセスモジュール１２２ｆから第４のプロセスモジュール１２２ｄに搬入し、Fill-Al膜(例えば、450nm)を成膜する。次に、ウェハを第４のプロセスモジュール１２２ｄから第２のプロセスモジュール１２２ｂに搬入し、上記ウェハを冷却した後、アンロード室から外部（大気側）に搬出する。なお、図１２においては、１２２ｅでＴｉ膜を２０nm成膜し、１２２ｆでＳｅｅｄ−Ａｌ膜を２００ｎｍ成膜しているが、１２２ｅのプロセスモジュールを２つ用意し、１つ目のプロセスモジュールでＴｉ膜を１０nm成膜、２つ目のプロセスモジュールでＴｉ膜を１０nm成膜し、合計でＴｉ膜を２０nm成膜することも可能である。例えば、１２２ｅの成膜に２分、１２２ｆの成膜に１分を要する場合には、１２２ｅのチャンバを２つ用意することにより、処理待ちのウエハを無くすることができ、結果的にスループットの向上を図ることができる。【００６３】
図１３は、図１２と同様のインライン型ウェハ搬送装置１３０を使用して実際のプロセスを行った場合を示したものである。想定したプロセスは、磁性膜の積層膜をエッチングした後、大気開放することなくCVDでカバー膜を成膜する加工/成膜一貫プロセスである。例えばエッチングされる被エッチング膜の構成はPR/Ta/TMRである。外部から搬入された未処理ウェハをロード室１３１ａから第１のプロセスモジュール１３２ａへ搬送する。先ず、必要に応じ、第１のプロセスモジュール１３２ａにおいて第１レジストのトリミングを行い、第３のプロセスモジュール１３２ｃにおいてそのレジストをマスクとしてCF4系のガスによりTa膜の反応性イオンエッチング（RIE）を行う。更に、レジスト剥離を目的に同一モジュール１３２ｃにおいてレジストを除去する。ウェハを第５のプロセスモジュール１３２ｅへ搬送した後、当該モジュールにおいて、TMR構造の磁性膜積層膜に対してCH3OHプロセスによるRIEを行う。更にウェハを第６のプロセスモジュール１３２ｆへ搬送し、CH3OHによるRIE後の表面のクリーニングを目的にイオンビームエッチング（IBE）を行う。IBE後のウェハを真空一貫で搬送した後、第４のプロセスモジュール１３２ｄにおいて、プラズマ化学気相堆積（CVD）またはリモートプラズマCVDにより窒化膜、酸化膜、カーボン膜などを成膜する。さらに必要に応じて第２のプロセスモジュール１３２ｂにおいて所定の処理を行う。【００６４】
図１４は、図１０記載のようなインライン型ウェハ搬送装置１４０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（MRAM）に使用される記憶セル部のTMR積層膜の成膜フローを想定した。膜構成を例えば、Ta(20nm)/Ru(5 nm)/IrMn (7 nm) /CoFe (2.5 nm) /Ru (0.9 nm) /CoFeB (3 nm) /MgO (1 nm) /CoFeB (3 nm) /Ta (2 nm) /Ru (10 nm) /Ta (30 nm)とした。【００６５】
第１のプロセスモジュール１４２ａにおいてウェハのエッチングを行った後、第３のプロセスモジュール１４２ｃにおいてTa膜(例えば、20 nm)を、第５のプロセスモジュール１４２ｅにおいてRu膜(例えば、5 nm)を、第７のプロセスモジュール１４２ｇにおいてIrMn膜 (例えば、7 nm)およびCoFe膜(例えば、2.5nm)を、第９のプロセスモジュール１４２ｉにおいてRu膜 (例えば、0.9 nm) およびCoFeB膜 (例えば、3 nm)を、それぞれDCスパッタにより成膜する。さらに、第１０のプロセスモジュール１４２ｊにおいてMgO膜 (例えば、1nm)をRFスパッタにより成膜する。さらに、第８のプロセスモジュール１４２ｈにおいてCoFeB膜 (例えば、3nm)およびTa膜 (例えば、2nm) を、第６のプロセスモジュール１４２ｆにおいてRu膜 (例えば、10nm) を、第４のプロセスモジュール１４２ｄにおいてTa膜 (例えば、30nm)を、それぞれDCスパッタにより成膜する。さらに必要に応じて第２のプロセスモジュール１４２ｂにおいて所定の処理を行う。上記プロセスではMgO膜をRFスパッタで成膜している。なお、図１４においては、１４２ｃでＴａ膜を２０nm成膜し、１４２ｅでＲｕ膜を５ｎｍ成膜しているが、１４２ｃのプロセスモジュールを２つ用意し、１つ目のプロセスモジュールでＴａ膜を１０nm成膜、２つ目のプロセスモジュールでＴａ膜を１０nm成膜し、合計でＴａ膜を２０nm成膜することも可能である。例えば、１４２ｃの成膜に２分、１４２ｅの成膜に１分を要する場合には、１４２ｃのチャンバを２つ用意することにより、処理待ちのウエハを無くすることができ、結果的にスループットの向上を図ることができる。【００６６】
尚、図１４において、第１のプロセスモジュール１４２ａはエッチングモジュールである。【００６７】
図１５は、図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置１５０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。MRAMに使用される記憶セル部のTMR積層膜の成膜フローを想定した。膜構成を例えば、Ta(20nm)/Ru(5 nm)/IrMn (7 nm) /CoFe (2.5 nm) /Ru (0.9 nm) /CoFeB (3 nm) /MgO (1 nm) /CoFeB (3 nm) /Ta (2 nm) /Ru (10 nm) /Ta (30 nm)とした。【００６８】
第１のプロセスモジュール１５２ａにおいてウェハのエッチングを行った後、第３のプロセスモジュール１５２ｃにおいてTa膜(例えば、20 nm)を、第５のプロセスモジュール１５２ｅにおいてRu膜(例えば、5 nm)を、第７のプロセスモジュール１５２ｇにおいてIrMn膜 (例えば、7 nm)及びCoFe膜 (例えば、2.5 nm)を、第９のプロセスモジュール１５２ｉにおいてRu膜 (例えば、0.9 nm)及びCoFeB膜 (例えば、3 nm)を、それぞれ成膜する。さらに、第１０のプロセスモジュール１５２ｊにおいてMg膜 (例えば、1 nm)を成膜氏、第８のプロセスモジュール１５２ｈにおいて当該Mg膜を酸化する。そして、第６のプロセスモジュール１５２ｆにおいてCoFeB膜 (例えば、3nm)及びTa膜 (例えば、2nm)を、第４のプロセスモジュール１５２ｄにおいてRu膜(例えば、10nm)を、第２のプロセスモジュール１５２ｂにおいてTa膜 (例えば、30nm) を、それぞれ成膜する。上記プロセスにおいて、Mg膜はDCスパッタにより成膜され、その後酸化プロセスによりMgO膜が形成される。なお、図１５においては、１５２ｃでＴａ膜を２０nm成膜し、１５２ｅでＲｕ膜を５ｎｍ成膜しているが、１５２ｃのプロセスモジュールを２つ用意し、１つ目のプロセスモジュールでＴａ膜を１０nm成膜、２つ目のプロセスモジュールでＴａ膜を１０nm成膜し、合計でＴａ膜を２０nm成膜することも可能である。例えば、１５２ｃの成膜に２分、１５２ｅの成膜に１分を要する場合には、１５２ｃのチャンバを２つ用意することにより、処理待ちのウエハを無くすることができ、結果的にスループットの向上を図ることができる。【００６９】
尚、図１５において、第１のプロセスモジュール１５２ａはエッチングモジュールであり、第８のプロセスモジュール１５２ｈは酸化モジュールである。。【００７０】
図１６は、図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置１６０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。半導体デバイスに用いられる絶縁膜であるCrOx/AlOx積層膜、CrOx単層膜又はAlOx単層膜の成膜フローを想定している。第１のプロセスモジュール１６２ａにおいてデガスされたウェハを第３のプロセスモジュール１６２ｃに搬送して当該ウェハ上にCrを成膜した後、第５のプロセスモジュール１６２ｅにおける酸化プロセスによりCrOx膜を形成する。AlOx膜の形成に関しても同様であり、第１０のプロセスモジュール１６２ｊにおいてAl膜を成膜後、第８のプロセスモジュール１６２ｈにおける酸化プロセスによりAlOx膜を形成する。必要な膜厚に応じて、図１６に示すようにCr成膜モジュール（１６２ｃ、１６２ｇ）と酸化モジュール（１６２ｅ、１６２ｉ）を複数セット（図示せず）用意することにより、戻り搬送無しでCrOxの成膜を行うことができる。同様に、必要な膜厚に応じて、Al成膜モジュール（１６２ｊ、１６２ｆ）と酸化モジュール（１６２ｈ、１６２ｄ）を複数セット（図示せず）用意することにより、戻り搬送無しでAlOxの成膜を行うことができる。所望のCrOx/AlOx積層膜、CrOx単層膜又はAlOx単層膜の成膜が完了した後、第２のプロセスモジュール１６２ｂにおいてアニール処理を行う。【００７１】
なお、図１６において、第１のプロセスモジュール１６２ａはデガスモジュールであり、第５のプロセスモジュール１６２ｅ、第９のプロセスモジュール１６２ｉ、第８のプロセスモジュール１６２ｈ及び第４のプロセスモジュール１６２ｄは酸化モジュールであり、第２のプロセスモジュール１６２ｂはアニールモジュールである。【００７２】
図１７は、図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置１７０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。半導体デバイスに用いられる絶縁膜であるCrOx/AlOx積層膜、CrOx単層膜又はAlOx単層膜の成膜フローを想定した。第１のプロセスモジュール１７２ａにおいてデガスされたウェハを第３のプロセスモジュール１７２ｃに搬送して当該ウェハ上にCr膜を成膜した後、第５のプロセスモジュール１７２ｅにおける酸化プロセスによりCrOx膜を形成する。AlOx膜の形成に関しても同様であり、第１０のプロセスモジュール１７２ｊにおけるAl膜の成膜後、第８のプロセスモジュール１７２ｈにおける酸化プロセスによりAlOx膜を形成する。必要な膜厚に応じて、図１７に示すようにCr成膜モジュール（１７２ｃ、１７２ｇ）と酸化モジュール（１７２ｅ、１７２ｉ）を複数セット（図示せず）用意し、成膜/酸化を戻り搬送で繰り返す。仮に20nmのCrOx膜を成膜する際には、Cr成膜モジュールにて1nmのCr膜を成膜した後、酸化モジュールにてこれを酸化して2nmのCrOx膜を形成し、この作業のセットを10回繰り返して20nmの厚さのCrOx膜を成膜する。AlOxの成膜も同様である。所望のCrOx/AlOx積層膜、CrOx単層膜又はAlOx単層膜の成膜完了後、第２のプロセスモジュール１７２ｂにおいてアニール処理を行う。【００７３】
なお、図１７においても、第１のプロセスモジュール１７２ａはデガスモジュールであり、第５のプロセスモジュール１７２ｅ、第９のプロセスモジュール１７２ｉ、第８のプロセスモジュール１７２ｈ及び第４のプロセスモジュール１７２ｄは酸化モジュールであり、第２のプロセスモジュール１７２ｂはアニールモジュールである。【００７４】
図１８は、図１４と同様のインライン型ウェハ搬送装置１８０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。半導体デバイスに用いられる絶縁膜であるLaAlOx膜の成膜フローを想定した。第３のプロセスモジュール１８２ｃにおいてLaとAlのコスパッタ（Co-Sputtering）でLaAl合金を成膜した後、第５のプロセスモジュール１８２ｅにおける酸化プロセスによりLaAlOx膜を形成する。更に第７のプロセスモジュール１８２ｇにおけるLaとAlのコスパッタでLaAlを成膜した後、第９のプロセスモジュール１８２ｉにおける酸化プロセスによりLaAlOx層を形成する。同様に、成膜（第10のプロセスモジュール１８２ｊ）と酸化（第8プロセスモジュール１８２ｈ）、成膜（第６プロセスモジュール１８２ｆ）と酸化（第４プロセスモジュール１８２ｄ）を繰り返す。所望のLaAlOx膜を形成する為に上記セットを繰り返す。【００７５】
なお、図１８においても、第１のプロセスモジュール１８２ａはデガスモジュールであり、第５のプロセスモジュール１８２ｅ、第９のプロセスモジュール１８２ｉ、第８のプロセスモジュール１８２ｈ及び第４のプロセスモジュール１８２ｄは、酸化モジュールであり、第２のプロセスモジュール１８２ｂはアニールモジュールである。【００７６】
図１９は、図１４記載の構成においてプロセスモジュールの数を８、中間搬送チャンバの数を３としたインライン型ウェハ搬送装置１９０を用いて実際のプロセスを行った場合を示したものである。メモリー系デバイスに使用されるビアホール埋め込みを含む配線用Al膜の成膜フローを想定した。膜構成を例えば、Ti(20nｍ)/TiN(60nm)/Seed-Al(200nm)/Fill-Al(450nm)/TiN(100nm)とした。まず、ロード室１９１ａに外部（大気側）から未処理ウェハを搬入し、ロード室１９１ａを真空排気する。次に、第１のプロセスモジュール１９２ａに未処理ウェハを搬入した後、当該ウェハのデガスを行い、第３のプロセスモジュール１９２ｃ内でウェハ表面のプレクリーニングを行う。次に第５のプロセスモジュール１９２ｅにウェハを搬入し、チタン膜(例えば、20nm)とTiN膜(例えば、60nm)を順次成膜する。次に、当該ウェハを第５のプロセスモジュール１９２ｅから第７のプロセスモジュール１９２ｇに搬入し、Seed-Al膜(例えば、200nm)を成膜する。次に、末端搬送チャンバ１９４ｅ内の搬送機構１９５ａを用いてウェハを第７のプロセスモジュール１９２ｇから第８のプロセスモジュール１９２ｈに搬入し、Fill-Al膜(例えば、450nm )を成膜する。次に、ウェハを第８のプロセスモジュール１９２ｈから第６のプロセスモジュール１９２ｆに搬入し、上記ウェハを冷却した後、第４のプロセスモジュール１９２ｄまたは第２のプロセスモジュール１９２ｂにてTiNのARC Capを成膜し、アンロード室１９１ｂから外部（大気側）に搬出する。なお、図１９においては、１９２ｅでＴｉ膜を２０nm成膜し、１９２ｇでSeed-Al膜を２００ｎｍ成膜しているが、１９２ｅのプロセスモジュールを２つ用意し、１つ目のプロセスモジュールでＴｉ膜を１０nm成膜、２つ目のプロセスモジュールでＴｉ膜を１０nm成膜し、合計でＴｉ膜を２０nm成膜することも可能である。例えば、１９２ｅの成膜に２分、１９２ｇの成膜に１分を要する場合には、１９２ｅのチャンバを２つ用意することにより、処理待ちのウエハを無くすることができ、結果的にスループットの向上を図ることができる。【００７７】
図１９においては、第１のプロセスモジュール１９２ａはデガスモジュールであり、第３のプロセスモジュール１９２ｃはプレクリーニングモジュールであり、第６のプロセスモジュール１９２ｆは冷却モジュールである。【００７８】
尚、図１０乃至１９に示す実施例において、各プロセスモジュールはダブルアーム構成として図示されているが、シングルアーム構成とすることも可能である。【００７９】
表１及び図２０は、本発明によるウェハ搬送装置のように第２の末端搬送チャンバを使用する場合と第２の末端搬送チャンバを使用しない場合とにおける、ウェハ搬送装置のスループットとプロセス時間との関係を示したものである。表１におけるnpはウェハ搬送装置が具備するプロセスモジュールの数、tpは１つのプロセスモジュールあたりに必要なプロセス時間、tRは１つの搬送チャンバが前後のプロセスモジュール間でウェハを搬送するのに要する搬送時間を示す。また表１中の最大時間は、すべてのプロセスモジュールにおけるプロセスの中で最大のプロセス時間である。第２の末端搬送チャンバを使用する場合の最大時間はtpとtRの和として計算され、第２の末端搬送チャンバを使用しない場合の最大時間はtpとtRの２倍との和として計算される。「wph（wafer per hour）」は１時間あたりの処理ウェハ数である。【００８０】
np＝６、tR＝２と仮定して、第２の末端搬送チャンバがある場合とない場合のそれぞれにつき、プロセス時間tpを様々に設定した場合のスループットを表１に示す。また、縦軸をスループット、横軸をプロセス時間としたグラフを図２０に示す。プロセス時間が短い場合は、第２の末端搬送チャンバの使用の有無による差が顕著であり、本発明のように第２の末端搬送チャンバを使用することにより、ウェハ搬送装置の単位時間当たりのウェーハ処理能力が向上することがわかる。【００８１】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理ウェハを外部から搬入し、処理済みウェハを外部へ搬出するためのロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバに接続される第１の末端搬送チャンバと、少なくとも１つの中間搬送チャンバと、隣接して設けられ独立に処理可能な一対のプロセスモジュールの複数の組と、前記ロードロックチャンバと反対側の端部に配置された第２の末端搬送チャンバとが直列的に接続されたインライン型ウェハ搬送装置であって、
プロセスモジュールの各組は、第１の末端搬送チャンバと中間搬送チャンバとの間、中間搬送チャンバ間、及び中間搬送チャンバと第２の末端搬送チャンバとの間にそれぞれ１組ずつ配置され、
前記第２の末端搬送チャンバは、前記インライン型ウェハ搬送装置の端部に位置することを特徴とするインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項２】
前記第１の末端搬送チャンバ、前記中間搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバは、少なくとも２枚のウェハを同時に搬送可能な搬送機構を有することを特徴とする請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項３】
前記第１の末端搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバは、少なくとも１つの搬送機構を有し、直交する少なくとも第１及び第２の側面を有しており、
前記中間搬送チャンバの各々は少なくとも１つの搬送機構を有し、略方形の平面形状及び４つの側面を有し、
前記プロセスモジュールの各々は、直交する少なくとも第１及び第２の側面を有し、
前記第１の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面は、プロセスモジュールの第１の組を構成する一方のプロセスモジュールの第１の側面及び他方のプロセスモジュールの第１の側面とそれぞれ接続され、
各中間搬送チャンバの第１及び第２の側面は、直前のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第２の側面及び他方のプロセスモジュールの第２の側面とそれぞれ接続され、各中間搬送チャンバの第３及び第４の側面は、直後のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第１の側面及び他方のプロセスモジュールの第１の側面とそれぞれ接続され、
前記第２の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面は、直前のプロセスモジュールの組の一方のプロセスモジュールの第２の側面及び他方のプロセスモジュールの第２の側面とそれぞれ接続され、
前記第２の末端搬送チャンバは、前記インライン型ウェハ搬送装置の端部に位置することを特徴とする請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項４】
前記第１の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面、前記中間搬送チャンバの第１乃至第４の側面、前記第２の末端搬送チャンバの第１及び第２の側面並びに前記プロセスモジュールの第１及び第２の側面は、それぞれ、ウェハを通過させるための水平なスリットを備え、
前記プロセスモジュールはウェハを設置するステージを有する請求項３記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項５】
前記第１の末端搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバの各々は少なくとも１つの搬送機構を有し、前記中間搬送チャンバの各々は少なくとも１つの搬送機構を有し、
前記プロセスモジュールの各組に属する一対のプロセスモジュールは、それぞれ、直交する向きの２つのゲートバルブの一方を介して隣接する一方の搬送チャンバに接続され、他方のゲートバルブを介して隣接する他方の搬送チャンバに接続されることを特徴とする請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項６】
前記第１の末端搬送チャンバ、前記中間搬送チャンバ及び前記第２の末端搬送チャンバの合計数がｍであるとき、前記プロセスモジュールの数ｎが最大でもｎ＝２（ｍ−１）であることを特徴とする請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項７】
前記ロードロックチャンバ、前記第１の末端搬送チャンバ、前記中間搬送チャンバ、前記プロセスモジュール及び前記第２の末端搬送チャンバがゲートバルブを介して接続されることを特徴とする請求項１記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項８】
前記ロードロックチャンバは、搬送機構並びに第１及び第２のバッファ室を備え、
前記第１の末端搬送チャンバは略方形の平面形状及び４つの側面を有し、前記第１の末端搬送チャンバの第３及び第４の側面は、前記第１及び第２のバッファ室にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項３記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項９】
前記ロードロックチャンバは、搬送機構並びに第１及び第２のバッファ室を備え、
前記第１の末端搬送チャンバは、前記第１及び第２のバッファ室にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項５記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項１０】
未処理ウェハは、前記第１の末端搬送チャンバの搬送機構により前記第１のバッファ室から前記第１の末端搬送チャンバに接続される一方のプロセスモジュールへ搬入され、
処理済みウェハは、前記第１の末端搬送チャンバの搬送機構により前記第１の末端搬送チャンバに接続される他方のプロセスモジュールから前記第２のバッファ室へ搬出されることを特徴とする請求項８又は９記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項１１】
前記第１のバッファ室と第２のバッファ室との間に空間を設けたことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【請求項１２】
前記プロセスモジュールの数が６であり、
前記１つの搬送チャンバが前後のプロセスモジュール間でウェハを搬送するのに要する搬送時間が２秒であり、各プロセスモジュールにおける最大プロセス時間が１０秒以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のインライン型ウェハ搬送装置。
【国際調査報告】
2009060541.tif 000024
2009060541.tif 000025