(57)【要約】【課題】低コスト、小フットプリント、小フェースプリント、及び高スループットの一つまたはそれ以上を実現するウエハ搬送装置を提供する。【解決手段】（A）ウエハ収納部とロードロックチャンバーに接続し内部に搬送ロボットを備え、該ウエハ収納部と該ロードロックチャンバー間でエアー流動下でウエハの授受を行うための、ミニエンバイロメントと、（B）該ロードロックチャンバーの接続部の近傍で該ミニエンバイロメントの外部から該ミニエンバイロメントに開口、接続し、ウエハを一時載置して、該ミニエンバイロメントからのエアーを取り込んでウエハを冷却することができるクーリングステージと、を備えたウエハ搬送装置。【選択図】図１
2006253683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ収納部とロードロックチャンバーとの間でウエハを搬送するウエハ搬送装置において、
（A）前記ウエハ収納部及び前記ロードロックチャンバーに接続し、内部に搬送ロボットを備え、前記ウエハ収納部と前記ロードロックチャンバーと間で、エアー流動下で、ウエハの授受を行うための、ミニエンバイロメントと、
（B）処理済ウエハを冷却するべく一時待避させるためのクーリングステージであって、前記ミニエンバイロメントと前記ロードロックチャンバーとの接続部の近傍において前記ミニエンバイロメントと接続し、前記ミニエンバイロメントからのエアーを取り込むことにより、前記処理済ウエハを冷却するクーリングステージと、
を含み、
前記搬送ロボットにより、前記ウエハカセット、前記ロードロックチャンバー及び前記クーリングステージ間で効率的なウエハの授受が可能となり、その結果スループットが向上することを特徴とするウエハ搬送装置。
【請求項２】
前記クーリングステージは、前記ロードロックチャンバーの上方に配置されている、請求項１に記載のウエハ搬送装置。
【請求項３】
前記クーリングステージは、エアー流路と、前記エアー流路内でウエハを載置するウエハ支持体とを含む、請求項１に記載のウエハ搬送装置。
【請求項４】
前記エアー流路の入口である開口部の反対側のエアー流路出口にはスリットが設けられている、請求項３に記載のウエハ搬送装置。
【請求項５】
前記スリットは開度が調整可能である、請求項４に記載のウエハ搬送装置。
【請求項６】
前記エアー流路の入口である開口部の開口面積は、前記エアー流路の出口の開口面積よりも大きい、請求項３に記載のウエハ搬送装置。
【請求項７】
前記エアー流路の入口である開口部にはゲートバルブが備えられている、請求項３に記載のウエハ搬送装置。
【請求項８】
前記エアー流路の入口である開口部の反対側のエアー流路出口にはゲートバルブが設けられている、請求項３に記載のウエハ搬送装置。
【請求項９】
前記ウエハ支持体は、複数ウエハを一定間隔で積み重ね可能な構造を有する、請求項３に記載のウエハ搬送装置。
【請求項１０】
前記クーリングステージは、前記ロードロックチャンバーの接続位置と同軸上に配置され、前記搬送ロボットの垂直軸が一定のままで前記クーリングステージと前記ロードロックチャンバーとの間でウエハの授受が可能な、請求項１に記載のウエハ搬送装置。
【請求項１１】
前記ミニエンバイロメントは、前記搬送ロボットの下方に、エアーの流量を調整する、開度調整可能なダンパーを含む、請求項１に記載のウエハ搬送装置。
【請求項１２】
前記クーリングステージは、更に、固定部材を含み、前記固定部材により、前記ロードロックチャンバーの上面に支持される、請求項３に記載のウエハ搬送装置。
【請求項１３】
ロードロックチャンバーと、
ウエハを収納したウエハカセットと、
前記ウエハカセットと前記ロードロックチャンバーとを連通させる空間から成り、内部に搬送ロボットを含むミニエンバイロメントと、
前記ロードロックチャンバーの近傍に配置され、前記ミニエンバイロメントと接続し、前記ミニエンバイロメントからのエアーを取り込むクーリングステージと、
から成り、
前記搬送ロボットにより、前記ウエハカセット、前記ロードロックチャンバー及び前記クーリングステージ間で、効率的なウエハの授受が可能であり、その結果スループットが向上することを特徴とするウエハ搬送装置。
【請求項１４】
反応チャンバーと、
前記反応チャンバーに接続された搬送チャンバーと、
前記搬送チャンバーに接続されたロードロックチャンバーと、
前記ロードロックチャンバーに接続された請求項１に記載のウエハ搬送装置と、
前記ウエハ搬送装置に接続されたウエハ収納部と、
から成る半導体製造装置。
【請求項１５】
前記搬送チャンバーは、前記反応チャンバーの下部に配置されている、請求項１４に記載の半導体製造装置。
【請求項１６】
前記反応チャンバーと前記ロードロックチャンバーは前記搬送チャンバーの外周に配置されている、請求項１４に記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の半導体製造装置を使って半導体を製造するための方法であって、
ａ）反応チャンバーで成膜が終わったウエハをロードロックチャンバーに戻す工程と、
ｂ）前記ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、搬送ロボットにより前記ウエハを前記ロードロックチャンバーからミニエンバイロメントを経てクーリングステージに移す工程と、
ｃ）ウエハ収納部から次のウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ロードロックチャンバーに入れる工程と、
ｄ）前記次のウエハを前記ロードロックチャンバーから前記反応チャンバーへ移し成膜する工程と、
e）前記クーリングステージの前記ウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ウエハ収納部へ移す工程と、
ｆ）工程a）から工程e）を順次、次のウエハに対して繰り返す工程と、
から成る方法。
【請求項１８】
前記クーリングステージにおけるウエハ面上のエアー流速は１m/s以上である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
クーリングステージが２枚のウエハを収納できるものであるところの請求項１４に記載の半導体製造装置を使って、半導体を製造するための方法であって、
a）反応チャンバーで成膜が終わった第一のウエハをロードロックチャンバーに戻す工程と、
ｂ）前記ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、搬送ロボットにより前記第一のウエハを前記ロードロックチャンバーからミニエンバイロメントを経てクーリングステージに移す工程と、
ｃ）ウエハ収納部から第二のウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ロードロックチャンバーに入れる工程と、
ｄ）前記第二のウエハを前記ロードロックチャンバーから前記反応チャンバーへ移し成膜する工程と、
e）前記反応チャンバーで成膜が終わった前記第二のウエハを前記ロードロックチャンバーに戻す工程と、
ｆ）前記ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、前記搬送ロボットにより前記第二のウエハを前記ロードロックチャンバーから前記ミニエンバイロメントを経て前記クーリングステージに移す工程と、
ｇ）前記ウエハ収納部から第三のウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ロードロックチャンバーに入れる工程と、
ｈ）前記第三のウエハを前記ロードロックチャンバーから前記反応チャンバーへ移し成膜する工程と、
i）前記クーリングステージの前記第一のウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ウエハ収納部へ移す工程と、
ｊ）工程e）から工程i)を順次、次のウエハに対して繰り返す工程と、
から成る方法。
【請求項２０】
前記クーリングステージにおけるウエハ面上のエアー流速は１m/s以上である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
クーリングステージは２枚のウエハを収納できるものであるところの請求項１４に記載の半導体製造装置を使って、半導体を製造するための方法であって、
a）ウエハ収納部から搬送ロボットによりクーリングステージに未処理ウエハを入れる工程と、
ｂ）反応チャンバーで成膜が終わった処理済ウエハをロードロックチャンバーに戻す工程と、
ｃ）前記ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、前記搬送ロボットにより前記処理済ウエハを前記ロードロックチャンバーからミニエンバイロメントを経て前記クーリングステージに移す工程と、
ｄ）前記クーリングステージから未処理ウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ロードロックチャンバーへ移す工程と、
e）前記未処理ウエハを前記ロードロックチャンバーから前記反応チャンバーへ移し成膜する工程と、
ｆ）前記ウエハ収納部から前記搬送ロボットにより前記クーリングステージに次の未処理ウエハを入れる工程と、
ｇ）前記クーリングステージの前記処理済ウエハを前記搬送ロボットにより前記ミニエンバイロメントを経て前記ウエハ収納部へ移す工程と、
ｈ）工程ｂ）から工程ｇ）を順次、次のウエハに対して繰り返す工程と、
から成る方法。
【請求項２２】
前記クーリングステージにおけるウエハ面上のエアー流速は１m/s以上である、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ロードロック方式の半導体製造装置に関し、ウエハを効率よく連続処理することが出来る枚葉式半導体製造装置の構造及び運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般のCVD装置の反応室での成膜温度は約400℃のため、成膜後、ロードロックチャンバーバックフィル（ロードロックチャンバー(IOC)を真空状態からN2を流入し大気圧に復帰させること）後のウエハ温度は、約200℃程度の高温状態にある。このため、従来の装置では、高温のウエハがウエハキャリア許容温度（100℃程）に冷えるまで、ロードロックチャンバー内や専用の冷却室等にウエハを待機させていた。そのためウエハ搬送律速が生じ、スループットを悪化させていた。
【０００３】
対策として、搬送ロボットを収容するミニエンバイロメント内にクーリングステージを設置することが考えられるが、ミニエンバイロメントの大型化によるフットプリントの増大が生じる。更に、ミニエンバイロメント内のウエハの冷却を促進するために、クーリングファンを別途設けるか、または、冷却水を併用することも考えられるが、コストが増加してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コスト、小フットプリント、小フェースプリント、及び高スループットの一つまたはそれ以上を実現するウエハ搬送装置を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、プロセス的に安定で高スループットを実現するウエハ搬送装置を提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、上記のようなウエハ搬送装置を備えた半導体製造装置を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、上記のような半導体製造装置を使って半導体を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のひとつの態様において、ウエハ搬送装置は、
（A）ウエハ収納部とロードロックチャンバーに接続し内部に搬送ロボットを備え、該ウエハ収納部と該ロードロックチャンバー間でエアー流動下でウエハの授受を行うための、ミニエンバイロメントと、
（B）該ロードロックチャンバーの接続部の近傍（好ましくは上方）で該ミニエンバイロメントの外部から該ミニエンバイロメントに開口、接続し、ウエハを一時載置して、該ミニエンバイロメントからのエアーを取り込んでウエハを冷却することができるクーリングステージと、
を備え、該搬送ロボットにより該ウエハ収納部、該ロードロックチャンバー、該クーリングステージ間でウエハの授受が可能なウエハ搬送装置が提供される。
【０００９】
上記の態様はさらに少なくとも次の態様を含むことができる。
【００１０】
該クーリングステージは、エアー流路と該エアー流路内でウエハを一時載置するウエハ支持体とを有するウエハ搬送装置。
【００１１】
該エアー流路の入口である開口部の反対側のエアー流路出口にはスリットが設けられているウエハ搬送装置。
【００１２】
該スリットは開度が調整可能であるウエハ搬送装置。
【００１３】
該エアー流路の入口である開口部の開口面積は、該エアー流路の出口の開口面積よりも大きいウエハ搬送装置。
【００１４】
該エアー流路の入口である開口部にはゲートバルブが備えられているウエハ搬送装置。
【００１５】
該エアー流路の入口である開口部の反対側のエアー流路出口にはゲートバルブが設けられているウエハ搬送装置。
【００１６】
該ウエハ支持体は、複数のウエハを一定間隔で積み重ね可能な構造を有するウエハ搬送装置。
【００１７】
該クーリングステージは、該ロードロックチャンバーの接続位置と同軸上に配置され、該搬送ロボットの垂直軸が一定のままで該クーリングステージと該ロードロックチャンバーの間でウエハの授受が可能なウエハ搬送装置。
【００１８】
該ミニエンバイロメントは、該搬送ロボットの下方に、エアーの流量を調整する、開度調整可能なダンパーを備えるウエハ搬送装置。
【００１９】
該クーリングステージは、更に固定部材を備え、該固定部材により、該ロードロックチャンバーの上面に支持されるようになっているウエハ搬送装置。
【００２０】
上記のいずれかの態様によれば、クーリングチャンバーはロードロックチャンバーの上方に配置され、ミニエンバイロメントからエアーを取り込める（好ましい態様によれば、別途冷却手段が不要であり、ミニエンバイロメントからのエアーを利用するだけで足りる）ように接続されているため、低コスト、小フットプリント、及び小フェースプリントの一つまたはそれ以上の効果を達成することができる。また、ある態様では、クーリングチャンバーはロードロックチャンバーの近傍に配置され、搬送ロボットは横方向の動きを全く、または、ほとんどせずともクーリングチャンバーとロードロックチャンバーの間でウエハの授受ができ、また、クーリングチャンバーは、ウエハステージとしても機能し、ウエハバッファとしも使うことができる。従って、このような態様によれば、高スループットが実現できる。
【００２１】
上記の態様はウエハ搬送装置であるが、本発明は、それに限定されず、ウエハ搬送装置を使った半導体製造装置をも提供し、本発明の別の態様によれば、（A）反応チャンバーに続くロードロックチャンバーと、（B）ウエハを収納したウエハカセットと、（C）該ウエハカセットと該ロードロックチャンバーを接続し内部に搬送ロボットを備えたミニエンバイロメントと、（D）該ロードロックチャンバーの近傍（好ましくは上方）に配置され、該ミニエンバイロメントに開口し該ミニエンバイロメントのエアーを取り込むクーリングステージと、を備え、（E）該搬送ロボットにより該ウエハカセット、該ロードロックチャンバー、該クーリングステージ間でウエハの授受が可能なウエハ搬送装置が提供される。
【００２２】
更に、本発明の別の態様によれば、（A）反応チャンバーと、（B）該反応チャンバーに接続された搬送チャンバーと、（C）該搬送チャンバーに接続されたロードロックチャンバーと、（C）該ロードロックチャンバーに接続された前記いずれかのミニエンバイロメントと該クーリングステージを備えた該ウエハ搬送装置と、（D）該ウエハ搬送装置に接続されたウエハ収納部とを備えた、半導体製造装置が提供される。
【００２３】
上記の態様はさらに少なくとも次の態様を含むことができる。
【００２４】
該搬送チャンバーは、該反応チャンバーの下部に配置されている半導体製造装置。
【００２５】
該反応チャンバーと該ロードロックチャンバーは該搬送チャンバーの外周に配置されている半導体製造装置。
【００２６】
上記のウエハ製造装置、半導体製造装置において、ある態様における各要件は、他の態様における各要件と相互に交換可能であり、それぞれの要件を組み合わせることもできる。本発明は上記の態様に限定されるものではなく、上記で述べた目的の一つ以上またそれ以外の目的を達成し得る他の態様も含むものである。
【００２７】
また、本発明はウエハ搬送装置や半導体製造装置と同様に、製造方法にも適用され、本発明のさらに別の態様では、前記いずれかのウエハ搬送装置を使った半導体製造方法であって、a）反応チャンバーで成膜が終わったウエハを該ロードロックチャンバーに戻す工程、ｂ）該ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、該搬送ロボットにより該ウエハを該ロードロックチャンバーから該ミニエンバイロメントを経て該クーリングステージに移す工程、ｃ）該ウエハ収納部から次のウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ロードロックチャンバーに入れる工程、ｄ）該次のウエハを該ロードロックチャンバーから該反応チャンバーへ移し成膜する工程、e）該クーリングステージの該ウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ウエハ収納部へ移す工程、ｆ）工程a）から工程e）を順次、次のウエハに対して繰り返す工程、から成る半導体製造方法が提供される。上記工程の一例は図８に説明されている。
【００２８】
上記の態様では、クーリングステージにウエハ一枚を収納して搬送する態様であるが、本発明はそれに限定されることはなく、例えば、本発明の更に別の態様において、該クーリングステージが２枚のウエハを収納できるものであるところの、前記いずれかのウエハ搬送装置を使った半導体製造方法であって、a）反応チャンバーで成膜が終わった第一のウエハを該ロードロックチャンバーに戻す工程、ｂ）該ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、該搬送ロボットにより該第一のウエハを該ロードロックチャンバーから該ミニエンバイロメントを経て該クーリングステージに移す工程、ｃ）該ウエハ収納部から第二のウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ロードロックチャンバーに入れる工程、ｄ）該第二のウエハを該ロードロックチャンバーから該反応チャンバーへ移し成膜する工程、e）反応チャンバーで成膜が終わった該第二のウエハを該ロードロックチャンバーに戻す工程、ｆ）該ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、該搬送ロボットにより該第二のウエハを該ロードロックチャンバーから該ミニエンバイロメントを経て該クーリングステージに移す工程、ｇ）該ウエハ収納部から第三のウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ロードロックチャンバーに入れる工程、ｈ）該第三のウエハを該ロードロックチャンバーから該反応チャンバーへ移し成膜する工程、i）該クーリングステージの該第一のウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ウエハ収納部へ移す工程、ｊ）工程e）から工程i)を順次、次のウエハに対して繰り返す工程、から成る半導体製造方法が提供される。上記工程の一例は図９に説明されている。
【００２９】
上記の態様ではクーリングステージにウエハ2枚を収容して搬送する態様であるが、本発明はそれに限定されるものではなく、3枚やそれ以上であっても、同様の要領で操作することができる。
【００３０】
また、クーリングステージをウエハステージとして使うこともでき、本発明の更に別の態様において、該クーリングステージが２枚のウエハを収納できるものであるところの、前記いずれかのウエハ搬送装置を使った半導体製造方法であって、a）該ウエハ収納部から該搬送ロボットにより該クーリングステージに未処理ウエハを入れる工程、ｂ）反応チャンバーで成膜が終わった処理済ウエハを該ロードロックチャンバーに戻す工程、ｃ）該ロードロックチャンバーを大気圧に戻した後、該搬送ロボットにより該処理済ウエハを該ロードロックチャンバーから該ミニエンバイロメントを経て該クーリングステージに移す工程、ｄ）該クーリングステージから未処理ウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ロードロックチャンバーへ移す工程、e）該未処理ウエハを該ロードロックチャンバーから該反応チャンバーへ移し成膜する工程、ｆ）該ウエハ収納部から該搬送ロボットにより該クーリングステージに次の未処理ウエハを入れる工程、ｇ）該クーリングステージの該処理済ウエハを該搬送ロボットにより該ミニエンバイロメントを経て該ウエハ収納部へ移す工程、ｈ）工程ｂ）から工程ｇ）を順次、次のウエハに対して繰り返す工程、から成る半導体製造方法が提供される。上記工程の一例は図１０に説明されている。
【００３１】
上記のいずれかの製造方法におけるある態様では、該クーリングステージにおけるウエハ面上のエアー流速は約１m/s以上である。
【００３２】
上記のように本発明によるクーリングステージを使うことにより、プロセス的に安定で高スループットを実現することができる。
【００３３】
上記において、ある態様における各要件は、他の態様における各要件と相互に交換可能であり、それぞれの要件を組み合わせることもできる。本発明は上記の態様に限定されるものではなく、上記で述べた目的の一つ以上またそれ以外の目的を達成し得る他の態様も含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図を参照して本発明の実施態様を説明するが、本発明はこれら図、実施態様に限定されるものではない。
【００３５】
本願発明は上記のさまざまな実施態様を包含するものであり、広くCVD成膜装置に適用できるものである。図１に、本発明のある態様における、クーリングステージを含むCVD成膜装置を示す。この態様は真空ロードロック方式の半導体製造装置であって、搬送チャンバーと反応チャンバー（搬送チャンバーは通常反応チャンバーの下方に配置されるが、両方を含んで反応チャンバーという）７と、ミニエンバイロメント１２と、反応チャンバー７とミニエンバイロメント１２を繋ぐロードロックチャンバー８と、から成り、該ミニエンバイロメント１２には搬送ロボット（大気ロボット）２４（図３参照）が備えられており、搬送ロボット２４と各々のチャンバー間でウエハの授受が行えるようになっている。また、ミニエンバイロメント１２にはFOUP（Front Opening Unified pod、300mm用ウエハを収納する一般的なウエハカセット）１１が接続され、該搬送ロボット２４により、FOUP１１とロードロックチャンバー８との間でウエハのやり取りができるようになっている。この実施態様においては、ミニエンバイロメント１２は、上部にFFU（Fan Filter Unit）１４を有するクリーンな環境のことをいう。また、FOUP１１は単にウエハカセットでもよい（対象となるウエハは３００ｍｍに限定されない）。
【００３６】
なお、その他の構造としては、FOUP１１を開閉するFOUPオープナー１０がその下に設けられ、また、FFU１４の側面には信号灯１３が配置され、装置の状態を表示するようになっている。例えば、赤点灯はアラーム発生 (装置故障)、青点灯はロット処理待ち、黄点灯はロット処理終了、緑点灯はロット処理中等をそれぞれ示す。また、反応チャンバー７の上部にはRF電力を反応チャンバーに印加し、かつ、インピーダンスを調整するマッチングボックス６が配置されている。反応チャンバー（RC）７内のクリーニングのため、リモートプラズマチャンバーであるラジカルクリーニングユニット５も備えられている。その上方にはガスボックス２、ユーティリティボックス３が設けられている。また、アッパーリフタ１が備えられ、RCメンテナンス時、シャワーヘッドをアッパーリフタ１で吊り上げ、メンテナンスの部位により、前方向、後ろ方向に移動することができるようになっている。また、CVD装置制御用のタッチスクリーン４が装置前面に配置されている。上記は一例であり、これら構造に本発明が限定されるものではない。
【００３７】
上記態様においては、クーリングステージ１５がロードロックチャンバー８の上方（ここでは真上）に取り付けられ、ミニエンバイロメント１２のエアーを取り込んでウエハを冷却することができるようになっている。
【００３８】
図２は、本発明のある態様における、クーリングステージを含むミニエンバイロンメント周辺の構造、及びミニエンバイロンメント（M/E）１２内の空気の流れを示す一部断面模式図である。M/E１２の上方のファンフィルタユニットはシロッコファン２１とULPAフィルタ２２で構成され、FFU上部からプレフィルタ２０を介してエアーを取り込み、ULPAフィルタを通してクリーンになった空気をバッファプレート２３を介してM/E内に流すようになっている。M/E１２の下方には、可変ルーバー（ダンパー）２５が取り付けてあり、排気すると共にM/E１２内の圧力を調整することができる。すなわち、M/E１２では上から下に向かってエアーが定常的に流れている。
【００３９】
M/E１２の環境は例えば、以下の通りである。
【００４０】
温度(=室温)：約25℃（あるいは温度調整なし）
風速：約0.5 m/s ± 0.1 m/s  （ある態様では約０．１m/sから約１．５m/sの間であり、好ましくは約０．３m/sから約１．０m/sの間）
風量：約16 m3/min ± 3 m3/min  
圧力：約4.0 Pa ± 0.8 Pa  （ある態様では約２Paから約８Pa（ゲージ圧）の間）
なお、上記数値範囲、特に風量はM/Eの容量により異なる。また、これらの値は可変ルーバー２５により調整することができ、ウエハ冷却能力を調整することができる。
【００４１】
この態様では、クーリングステージ１５をロードロックチャンバー８の上方に配置し、M/E１２に開口することにより、M/E内のエアーをクーリングステージ１５内に取り込めるようにしている。これはM/E内の圧力が外気圧よりも大きく設定されているためである（別途のエアーブロアー等は不要である）。なお、このクーリングステージ１５は２枚のウエハを１枚ずつ上下に収納できるようになっているが、本発明はそれに限定されるものではない。
【００４２】
反応チャンバーで成膜が終わったウエハはロードロックチャンバーに戻し、ロードロックチャンバーを大気復帰し、ウエハをFOUPに戻すが、大気復帰直後のウエハの温度はまだ約200℃程度あり、直ちにFOUPに戻すことができないが、この態様では一旦クーリングステージ１５に入れ、待機させている間に他のウエハをFOUPからロードロックチャンバーへ搬入することができる。クーリングステージを使った搬送シークエンスについては後述する。
【００４３】
M/E１２からクーリングステージ１５に入ったエアー（M/E内に収納されたウエハを通過するエアー）の温度、風速（クーリングステージ環境）の一例としては以下の通りである。
【００４４】
温度(吹き出し部付近)：約60℃ ± 10℃  （ある態様では約４０℃から約８０℃の間）
風速：約1.7 m/s ± 0.4 m/s  （ある態様では約１m/sから約５m/sの間）（M/E内の風速の１．５倍から６倍、好ましくは２倍から４倍）
吹き出し温度はウエハのクーリングステージ収容時の温度により異なる。クーリングステージ１５内に収納されたウエハはその表面にクリーンエアーが流れ、ウエハの熱が効率よく排除される。
【００４５】
このようにクーリングステージを設けることにより、ウエハの処理能力が向上し、高スループットとなる。その理由（本発明はこれらの理由に制限されるものではないが）は、ある態様おいては、まず、ウエハ表面にエアーを強制的に流すことによりウエハ表面の熱伝達を向上させ冷却時間自体を短縮できること、また、下記のように搬送律速を回避できることが挙げられる。即ち、成膜済みウエハを直接FOUP(ウエハカセット)に戻すよりも、ロードロックチャンバー直上（例えば）のクーリングステージに搬送する方が、搬送にかかる時間が短くて済む。更に、クーリングステージに収納されたウエハは、一定時間（例えば60秒）経過後、ロボットの空き時間にFOUP（カセット）に戻せばよいので、搬送律速を回避することができる。搬送律速回避ステップに関しては後述する。
【００４６】
次に、ある態様におけるクーリングステージの構造について説明する。本発明はこれら態様に限定されるものではない。
【００４７】
図４Aは、本発明のある態様における可変ルーバー付きクーリングステージ（ウエハ２枚収容タイプ）の構造を示す平面断面模式図である。図４Bは、該クーリングステージ装着状態における側面模式図である。この態様では、クーリングステージ１５は、ロードロックチャンバー８の上にクーリングステージ固定板４３を使って固定している。また、M/E１２の側壁にクーリングステージ１５の接続口を発泡スポンジ(EPDM)により封止している。なお、クーリングステージ１５はロードロックチャンバー８の真上でなくてもよいが、好ましくは、ロードロックチャンバー８のゲートバルブの近傍で、搬送ロボットの最小の動きによりウエハをチャンバー間で搬送できる位置に設置する。クーリングステージ１５をロードロックチャンバー８の真上に配置し、ロードロックチャンバー８のゲートバルブとクーリングステージ１５の開口（接続口）を搬送ロボットの回転軸（垂直軸）方向に配列すると、搬送ロボットの上下の動きのみで、ロードロックチャンバー８とクーリングステージ１５間でウエハの授受ができ、搬送時間を短縮することができるので好ましい。
【００４８】
クーリングステージ１５は透明性があり熱耐性のあるプラスチックで構成することができる（例えばポリカーボネイト、熱変形温度１３７℃−１４２℃）が、それに限らず、アルミ等の金属で構成してもよい。クーリングステージ１５の大きさはウエハ４１が内壁に接触することなく搬入、搬出できる大きさでればよいが、内容積は小さい方が好ましい。例えば、ウエハを１枚または２枚収納できるクーリングステージ１５では、M/E１２との接続口（開口部）の大きさはロードロックチャンバーのゲートバルブと同等程度とすることができる。クーリングステージ１５内にはセットプレート４０が取り付けてあり、ウエハを支持するようになっている。セットプレート４０は、例えば、アルミニウム(A6061)で構成することができる。
【００４９】
また、クーリングステージはM/E１２との接続口（エアー入口）よりも、エアー出口の方を小さくすることが好ましい。これにより、ウエハ表面における風速を効率よく向上させることができる。図４A及び４Bの態様では、エアー出口に可変ルーバー４２を具備し、開度を調整できるようにしている。開度を調整することで、風速の調整（冷却速度の調整）が可能である。
【００５０】
図７A、７B及び７Cは、可変ルーバーを装着したクーリングステージ（ウエハ２枚収容タイプ）の一例を示す模式図である。可変ルーバー４２は２本の可変ルーバー固定ネジ７２でクーリングステージに可変ルーバーガイド７１を介して固定されている。可変ルーバー４２には可変ルーバー固定穴７３が設けられ、可変ルーバー固定ネジ７２を使うことで可変ルーバーを固定することができるが、可変ルーバー４２の可変ルーバー固定穴７３は縦長に切ってあるため、可変ルーバーの上下位置を調整することができる。可変ルーバー４２と、可変ルーバーガイド７１（あるいはクーリングステージのエアー出口面）にはスリットが切ってあり、可変ルーバーを上下に動かすことで、スリットの重なり具合を調整し、開度を調整することができる。図７Aは可変ルーバー４２の全開状態を示し、図７Bは可変ルーバーの半開状態を示し、図７Cは可変ルーバーの全閉状態を示す。
【００５１】
なお、可変ルーバーはなくてもよい。図５Aは、本発明のある態様における固定溝付きクーリングステージ（ウエハ２枚収容タイプ）の構造を示す平面断面模式図である。図５Bは、その背面図であり（向かって右のクーリングステージは固定溝が付いていない構造を示している）、図５Cは、その側面図である。この態様では、エアー出口には固定溝５０が２段で設けられている。なお、図５Bはロードロックチャンバーのゲートバルブ５１との位置関係も示している。
【００５２】
エアー出口の開口面積と接続口（エアー入口）の開口面積は、後者が前者よりも大きいのが普通であるが、その面積比は特に限定されるものではない。前述したウエハ表面における風速になるように適宜調整すればよい。ある態様においては、開口面積比は約２：１から約５０：１、好ましくは約１０：１から約３０：１である。
【００５３】
また、エアー出口にはゲートバルブを装着してもよい。図６Aは、ある態様におけるゲートバルブ付きクーリングステージ（ウエハ２枚収容タイプ）の構造を示す側面模式図であり、図６Bは、その平面模式図である。接続口側には、フロント側ゲートバルブ６０とそれを開閉するゲートバルブ開閉用エアーシリンダー６１が備えられており、また、エアー出口側には、リア側ゲートバルブ６３とそれを開閉するゲートバルブ開閉用エアーシリンダー６２が備えられている。ゲートバルブは通常「開」状態で使用するが、停電時など、FFU停止時に「閉」となり、FFU停止時の大気汚染からのウエハを保護することができる。
【００５４】
なお、クーリングステージの上面は、好ましくは、エアー入口から出口に向かって傾斜している。これにより、風速はエアー出口に近づくにつれて上昇することになる。傾斜角はウエハの大きさや入口、出口の設定開口面積比により適宜選択されるが、ある態様では、水平面から約２°から約２０°、好ましくは約５°から約１０°である。
【００５５】
また、クーリングステージは１段でも良く、２段以上であっても良い。クーリングステージが収容するウエハの枚数は成膜時間により選択することができる。即ち、成膜時間が長ければ1枚でよい（成膜中にクーリングが進むため、クーリングステージをバッファーとして使用する必要がない）が、短ければ2枚、3枚あるいはそれ以上収容できるようにし、クーリングステージをバッファーとして使用するのが好ましい。即ち、搬送が律速されない枚数を適宜選択することができる。通常、ロードロックチャンバーの収容枚数が増えると、クーリングステージの収容枚数も増える。また、２台またはそれ以上のロードロックチャンバーに対して一つのクーリングステージを備えることもでき、その場合は、複数枚収容可能なものが好ましい。また、複数枚収納する場合も、上下に複数段にする以外にも、横に並列配置してもよい。なお、エアー量が比較的大きいため、クーリングステージに収容されるウエハの枚数はクーリング時間にあまり影響を及ぼさない。
【００５６】
ウエハの目標クーリング時間は、ある態様では、ウエハの温度を100℃以下にするのに約60秒（ある態様では30秒、50秒、70秒、90秒、120秒、あるいはその間）である。この態様において、２枚収容した場合では、1枚当たり30秒となり、1枚収容した場合は1枚当たり60秒となる。
【００５７】
なお、クーリングステージはウエハの冷却目的だけでなく、単にウエハを載せるウエハステージとして使うこともできる。例えば、成膜時間が長い場合はクーリングステージに収納する枚数は1枚で済む（搬送の律速は起こらない）が、その場合、上の段（クーリングステージが２枚収容できる場合）をウエハステージとして使用することができる。この場合、ロボットがFOUPからロードロックチャンバーにウエハを移載後、余った時間で次のウエハをFOUPからウエハステージに前もって搬送しておき、それにより、ロードロックチャンバー内でのウエハ入れ替え時間を短縮することができる。例えば、ロードロックチャンバーから成膜済みウエハをクーリングステージに戻し、直上のウエハステージから仕掛かりウエハを取り、ロードロックチャンバーに入れることで、ロボットがFOUPまでウエハを取りに行く時間を短縮することができる。なお、このような、クーリングステージからウエハステージへの切り替えは、ソフトウエアにより容易に実行できる。
【００５８】
なお、クーリングステージは図１１に示すような、一般的なクラスターツールに装着することもできる。このクラスターツールでは搬送室１１１の周りに複数の反応チャンバー７、複数のロードロックチャンバー１１０が配設されている。搬送室１１１内には真空ロボット１１２が備えてあり、ウエハをチャンバー間で搬送することができる。なお、クーリングステージはロードロックチャンバー１１０の上方に配置するのが好ましい。
【００５９】
なお、上記したように、ある態様では、AFE（Atmospheric Front End）からのクリーンエアーをM/Eに引き込み、ロードロックチャンバーの上方に設けられたクーリングステージを経由して、装置側に排気する経路に、ウエハをセットし、冷却する構造を採用しているが、クーリングステージはロードロックチャンバーの下方であっても実施可能である。ロードロックチャンバーの下方の場合は、エアーの取り込み効率が低下し得るが、装置全体及びその環境に応じ、適宜クーリングステージの位置を選択することができる。場合によっては、クーリングステージをロードロックチャンバーのゲートバルブと同じ面に配置せず、対向する面や隣接する面に配置することも可能である。但しその場合は、搬送効率が低下する可能性がある。
【００６０】
次に、クーリングステージを使ったウエハの搬送シーケンスの一例を説明する。
【００６１】
図８は、ある態様におけるウエハ１枚収納用のクーリングステージを使ったウエハ搬送シーケンスを示す模式図である。即ち、次の工程をから成る半導体製造方法である（図の番号は工程の番号と対応している）。
【００６２】
a）反応チャンバー７で成膜が終わったウエハW1をロードロックチャンバー８に戻す工程、
ｂ）ロードロックチャンバー８を大気圧に戻した後、搬送ロボット（図示せず）によりウエハW1をロードロックチャンバー８からミニエンバイロメント１２を経てクーリングステージ１５に移す工程、
ｃ）ウエハ収納部１１から次のウエハW2を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てロードロックチャンバー８に入れる工程、
ｄ）該次のウエハW2をロードロックチャンバー８から反応チャンバー７へ移し成膜する工程、
e）クーリングステージ８のウエハW1を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てウエハ収納部１１へ移す工程、
ｆ）工程a）から工程e）を順次、次のウエハに対して繰り返す工程。
【００６３】
図９は、他の態様のおけるウエハ２枚収納用のクーリングステージを使ったウエハ搬送シーケンスを示す模式図である。即ち、次の工程から成る半導体製造方法である（図の番号は工程の番号と対応している）。
【００６４】
a）反応チャンバー７で成膜が終わったウエハW1をロードロックチャンバー８に戻す工程、
ｂ）ロードロックチャンバー８を大気圧に戻した後、搬送ロボット（図示せず）によりウエハW1をロードロックチャンバー８からミニエンバイロメント１２を経てクーリングステージ１５に移す工程、
ｃ）ウエハ収納部１１からウエハW2を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てロードロックチャンバー８に入れる工程、
ｄ）ウエハW2をロードロックチャンバー８から反応チャンバー７へ移し成膜する工程、
e）反応チャンバー７で成膜が終わったウエハW2をロードロックチャンバー８に戻す工程、
ｆ）ロードロックチャンバー８を大気圧に戻した後、該搬送ロボットによりウエハW2をロードロックチャンバー８からミニエンバイロメント１２を経てクーリングステージ１５に移す工程、
ｇ）ウエハ収納部１１からウエハW3を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てロードロックチャンバー８に入れる工程、
ｈ）ウエハW3をロードロックチャンバー８から反応チャンバー７へ移し成膜する工程、
ｉ）クーリングステージ１５のウエハW1を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てウエハ収納部１１へ移す工程、
ｊ）工程e）から工程i)を順次、次のウエハに対して繰り返す工程。
【００６５】
図１０は、他の態様のおけるウエハ２枚収納用のクーリングステージを使ったウエハ搬送シーケンスを示す模式図である。即ち、次の工程から成る半導体製造方法である（図の番号は工程の番号と対応している）。
【００６６】
a）ウエハ収納部１１から搬送ロボット（不図示）によりクーリングステージ１５に未処理ウエハW2を入れる工程、
ｂ）反応チャンバー８で成膜が終わった処理済ウエハW1をロードロックチャンバー８に戻す工程、
ｃ）ロードロックチャンバー８を大気圧に戻した後、該搬送ロボットにより処理済ウエハW1をロードロックチャンバー８からミニエンバイロメント１２を経てクーリングステージ１５に移す工程、
ｄ）クーリングステージ１５から未処理ウエハW2を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てロードロックチャンバー８へ移す工程、
ｃ）未処理ウエハW2をロードロックチャンバー８から反応チャンバー７へ移し成膜する工程、
ｆ）ウエハ収納部１１から該搬送ロボットによりクーリングステージ８に次の未処理ウエハW3を入れる工程、
ｇ）クーリングステージ８の処理済ウエハW1を該搬送ロボットによりミニエンバイロメント１２を経てウエハ収納部１１へ移す工程、
ｈ）工程ｂ）から工程ｇ）を順次、次のウエハに対して繰り返す工程。
【００６７】
このようにクーリングステージを使うことにより、ウエハの処理能力が向上し、高スループットとなる。その理由（本発明はこれらの理由に制限されるものではないが）は、ある態様のおいては、まず、ウエハ表面にエアーを強制的に流すことによりウエハ表面の熱伝達を向上させ、冷却時間自体を短縮できること、また、下記のように搬送律速を回避できることが挙げられる。即ち、成膜済みウエハを直接FOUP(ウエハカセット)に戻すよりも、ロードロックチャンバー直上（例えば）のクーリングステージに搬送する方が、搬送時間は短くて済む。更に、クーリングステージに収納されたウエハは、一定時間（例えば60秒）経過後、ロボットの空き時間にFOUP（カセット）に戻せばよいので、搬送律速を回避することができる。
【００６８】
次に、本発明により、ウエハを冷却した実施例（図５A、５Bに示したクーリングステージを使った）を示す。
【００６９】
図１２は、その実施例におけるウエハの温度変化を示すグラフである。グラフの温度はクーリングステージ内のセットプレート近傍にTCを取り付けて測定した。ウエハが搬送されてセットプレート上に置かれるとウエハ裏面とTCが接触し測温できる様になっている。なお、該グラフは４８：１１．０から始まっているが、これはデータロガー上に残っていた時間であり、絶対値としての意味はない（相対的な時間軸）。
【００７０】
M/E環境：
温度(=室温)：約25℃
風速：約0.5 m/s
風量：約16 m3/mim
圧力：約4.0 Pa
クーリングステージ環境：
温度(吹き出し部付近)：約60℃
風速：約1.7 m/s
【００７１】
このグラフに示すように、ウエハをクーリングステージに載置した瞬間にセットプレート近傍のTCの温度が上昇し200℃を超えた。その後、約60秒で温度は100度以下になり、クーリングステージから搬出した。その後、次の処理済ウエハがセットプレート近傍のTCに近づき、その熱影響で、温度が若干上昇し（５０：１７の時点）、該ウエハをクーリングステージに載置した瞬間にセットプレート近傍のTCの温度が上昇し200℃を超えた。その後、約60秒で温度は100℃以下になり、クーリングステージから搬出した。なお、グラフ中の“put”が実際にウエハがセットプレート上に置かれ、ウエハ裏面とTCが接触した時点で、“get”が実際にウエハがセットプレートから取り去られ、ウエハ裏面とTCが離れた時点を示す。よって、ウエハ冷却曲線は、グラフ上、max温度からget温度までとなる。
【００７２】
以上のように、本実施例によればウエハを効率よくクーリングし搬入、搬出できることが分かる。
【００７３】
更に、以上に説明したように本発明の少なくとも一つの実施態様によれば、低コスト、小フットプリント、小フェースプリント、高スループットの装置及び方法を達成することができ、また、プロセス的に安定で高スループットを実現する半導体製造装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明のある態様における、クーリングステージを含むCVD成膜装置を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明のある態様における、クーリングステージを含むミニエンバイロメント周辺の構造、及びミニエンバイロメント内の空気の流れを示す一部断面模式図である。
【図３】図３は、本発明のある態様におけるクーリングステージを装着し得るCVD成膜装置の一例を示す平面断面模式図である。
【図４】図４Aは、本発明のある態様における可変ルーバー付きクーリングステージの構造を示す平面断面模式図である。図４Bは、該クーリングステージ装着状態における側面模式図である。
【図５】図５Aは、本発明のある態様における固定溝付きクーリングステージの構造を示す平面断面模式図である。図５Bは、その模式背面図であり（向かって右のクーリングステージは固定溝が付いていない構造を示している）、図５Cは、その側面模式図である。
【図６】図６Aは、本発明のある態様におけるゲートバルブ付きクーリングステージの構造を示す側面模式図であり、図６Bは、その平面模式図である。
【図７】図７A、７B、７Cは、本発明のある態様におけるクーリングステージの可変ルーバーの一例を示す模式図であり、図７Aは可変ルーバー全開状態を示し、図７Bは可変ルーバー半開状態を示し、図７Cは可変ルーバー全閉状態を示す。
【図８】図８は、本発明のある態様におけるウエハ１枚収納用のクーリングステージを使ったウエハ搬送シーケンスを示す模式図である。
【図９】図９は、本発明のある態様におけるウエハ２枚収納用のクーリングステージを使ったウエハ搬送シーケンスを示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明のある態様におけるウエハ２枚収納用のクーリングステージを使ったウエハ搬送シーケンスを示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明のある態様におけるクーリングステージを装着し得るクラスターCVD成膜装置を示す模式断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例におけるウエハの温度変化を示すグラフである。
【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】
2006253683.tif 000010
【図９】
2006253683.tif 000011
【図１０】
2006253683.tif 000012
【図１１】
2006253683.tif 000013
【図１２】
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