(57)【要約】  【課題】  低コスト、小フットプリント及び小フェースプリントを実現する基板処理装置を提供すると共に、安定したプロセス及び高スループットを実現する基板処理装置を提供する。  【解決手段】  反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするための基板搬送装置は、直線方向に水平に移動可能な遠端を有したアームと、反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするための、下側エンドエフェクタ及び上側エンドエフェクタを含むエンドエフェクタとを備える。下側エンドエフェクタ又は上側エンドエフェクタの一方は、アームの遠端でアームに移動可能に結合され、そして他方のエンドエフェクタは、移動可能に結合されたエンドエフェクタに固定されている。固定されたエンドエフェクタは、移動可能に結合されたエンドエフェクタに固定されている。【選択図】  図１
2008060577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするための基板搬送装置であって、
直線方向に水平に移動可能な遠端を有したアームと、
前記反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするための、下側エンドエフェクタ及び上側エンドエフェクタを含むエンドエフェクタとを備え、
前記下側エンドエフェクタ又は前記上側エンドエフェクタの一方は、前記アームの遠端で前記アームに移動可能に結合され、そして前記下側エンドエフェクタ又は前記上側エンドエフェクタの他方は、前記移動可能に結合されたエンドエフェクタに固定され、
前記移動可能に結合されたエンドエフェクタは、前側、後側、右側、及び左側を有し、そして前記固定されたエンドエフェクタは、前記移動可能に結合されたエンドエフェクタに右及び左側で固定された複数の部分からなることを特徴とする基板搬送装置。
【請求項２】
前記移動可能に結合されたエンドエフェクタは下側エンドエフェクタであり、そして前記固定されたエンドエフェクタは上側エンドエフェクタである請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項３】
前記移動可能に結合されたエンドエフェクタの前及び後側は、前記移動可能に結合されたエンドエフェクタの水平移動の方向上にある請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項４】
前記アームは、前記エンドエフェクタを水平且つ直線的に１つの方向に移動させるように構成されている請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項５】
前記アームは、ジョイントによって互いに移動可能に結合された近端リンクと遠端リンクとを備え、そして前記エンドエフェクタは、ジョイントによって前記遠端リンクに結合されている請求項４に記載の基板搬送装置。
【請求項６】
ロードロックチャンバを更に備え、前記アーム及び前記エンドエフェクタは、前記アーム及び前記エンドエフェクタが後退位置にあるときに、その中に配設される請求項１に記載の基板搬送装置。
【請求項７】
前記上側エンドエフェクタは、互いに平行に配設されると共に前記下側エンドエフェクタの右及び左側にそれぞれ固定された２つの長尺な部分からなる請求項２に記載の基板搬送装置。
【請求項８】
前記上側エンドエフェクタの前記各長尺な部分は、２つの基板接触部分を持ち、そして前記下側エンドエフェクタは、４つの基板接触部分を持つ請求項７に記載の基板搬送装置。
【請求項９】
ロードロックチャンバと、
該ロードロックチャンバに対しゲートバルブを介して接続された少なくとも１つの反応チャンバと、
前記ロードロックチャンバ内に配設された請求項１の基板搬送装置とを備え、
アーム及びエンドエフェクタは、反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするために開かれたときのゲートバルブを通して、前記反応チャンバまで伸長可能であることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
前記反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするために開かれたときの前記ゲートバルブを介して前記ロードロックチャンバに接近可能な大気ロボットアームを更に備える請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記反応チャンバは、該反応チャンバ内で基板を待機させておくためのバッファ機構を装備されている請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
ゲートバルブを介して接続された反応チャンバとロードロックチャンバとの間で基板を搬送する方法であって、
（i）前記ロードロックチャンバ内で未処理基板を搬送アームの上側エンドエフェクタ上にロードする工程と、
（ii）前記反応チャンバ内で処理済基板がその上に載置されるサセプタを下降させて、前記サセプタから上向きに延びたリフトピンで処理済基板を支持する工程と、
（iii）前記ゲートバルブを開くときに、前記搬送アームを前記ロードロックチャンバから前記反応チャンバへ水平に延ばして、前記リフトピンで支持された処理済基板が前記搬送アームの前記上側エンドエフェクタと下側エンドエフェクタとの間に配置され、未処理基板は上側エンドエフェクタに配置されるようにする工程と、
（iv）前記反応チャンバ内に設けられたバッファアームを使用して未処理基板を支持し、未処理基板を前記バッファアーム上にロードする工程と、
（v）未処理基板を保持した前記バッファアームを上昇させる一方で前記リフトピンを下降させて、処理済基板を前記下側エンドエフェクタ上に配置する工程と、
（vi）前記搬送アームを前記反応チャンバから前記ロードロックチャンバへ後退させると共に前記ゲートバルブを閉じる工程と、
（vii）未処理基板を保持した前記バッファアームを下降させて、前記サセプタから上向きに延びた前記リフトピンで未処理基板を支持する工程と、
（viii）前記サセプタを上昇させて、前記サセプタ上に未処理基板をロードする工程と、
（ix）処理済基板を前記下側エンドエフェクタからアンロードすると共に前記ロードロックチャンバ内で工程（i）を実行しながら前記反応チャンバ内で未処理基板を処理した後、工程（ii）から（ix）を実行する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記搬送アームは、アクチュエータに接続されるように構成された近端を有し、複数の水平移動軸で水平に移動するアームと、前記下側エンドエフェクタ及び前記上側エンドエフェクタとを備え、
前記下側エンドエフェクタは、前記アームの遠端で該アームに移動可能に結合され、そして前記上側エンドエフェクタは、前記下側エンドエフェクタに固定され、
下前記側エンドエフェクタは、水平移動の方向に関して前側、後側、右側、及び左側を有し、そして前記上側エンドエフェクタは、前記下側エンドエフェクタに右及び左側で固定された複数の部分からなる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アームは、前記エンドエフェクタを水平且つ直線的に１つの方向に移動させるように構成されている請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アームは、ジョイントによって互いに移動可能に結合された近端リンクと遠端リンクとを備え、そして前記エンドエフェクタは、ジョイントによって遠端リンクに結合されている請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記上側エンドエフェクタは、互いに平行に配設されると共に前記下側エンドエフェクタの右及び左側にそれぞれ固定された２つの長尺な部分からなる請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記上側エンドエフェクタの各長尺な部分は、２つの基板接触部分を持ち、そして前記下側エンドエフェクタは、４つの基板接触部分を持つ請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板を搬送する方法であって、
（i）前記第１のチャンバ内で第１の基板を搬送アームの上側エンドエフェクタ上にロードする工程と、
（ii）前記搬送アームを前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ水平に延ばして、前記第２のチャンバ内で第２の基板が前記搬送アームの前記上側エンドエフェクタと下側エンドエフェクタとの間に配置され、前記第１の基板は前記上側エンドエフェクタ上に配置されるようにする工程と、
（iii）前記第１の基板を前記上側エンドエフェクタからアンロードすると共に前記第２の基板を前記下側エンドエフェクタ上にロードすると工程と、
（iv）前記搬送アームを第２のチャンバから前記第１のチャンバへ後退させる工程と、
（v）前記第２の基板を前記下側エンドエフェクタからアンロードすると共に前記第１のチャンバ内で工程（i）を実行した後、工程（ii）から（v）を実行する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記搬送アームは、アクチュエータに接続されるように構成された近端を有して、複数の水平移動軸で水平に移動するアームと、前記下側エンドエフェクタ及び前記上側エンドエフェクタとを備え、
前記下側エンドエフェクタは、前記アームの遠端で該アームに移動可能に結合され、そして前記上側エンドエフェクタは、前記下側エンドエフェクタに固定され、
前記下側エンドエフェクタは、水平移動の方向に関して前側、後側、右側、及び左側を有し、そして前記上側エンドエフェクタは、前記下側エンドエフェクタに右及び左側で固定された複数の部分からなる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ロードロックチャンバと、
該ロードロックチャンバに対しゲートバルブを介して接続された少なくとも１つの反応チャンバと、
前記ロードロックチャンバと前記反応チャンバとの間で基板を搬送すると共に、未処理基板と処理済基板を、前記反応チャンバから後退させることなく、該反応チャンバ内で待機させておくための手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ロードロックシステムを使用した基板処理装置及び基板搬送装置に関する。この発明は更に、半導体基板をバッファリングするためのバッファ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の半導体集積回路を製造するために使用される真空ロードロックシステムを使用した半導体処理装置のチャンバは、ロードロックチャンバと、搬送チャンバと、この搬送チャンバに接続された複数のリアクタ（プロセスチャンバ）とを備える。各チャンバに対し、ウエハを自動的に供給するためにウエハ搬送ロボットが使用される。真空ロードロックシステムを使用した半導体処理装置は、次のように動作する。先ず、大気ロボットがウエハをカセット又は前面ドア付きポッド（ＦＯＵＰ、例えばボックス処理着脱可能カセット及び前面ドアインターフェース）からロードロックチャンバ内へ運ぶ。ロードロックチャンバから空気を抜いた後に、ウエハは、共通の多角形搬送チャンバ内に設けられた真空ロボットによって各リアクタへ搬送される。リアクタ内で処理が終了したウエハは、真空ロボットによってロードロックチャンバへ搬送される。最後に、ロードロックチャンバの内部が大気圧に回復された後に、処理済みウエハは、大気ロボットによってカセット又はＦＯＵＰへ搬送される。そのような装置は、一般にクラスターツールと呼ばれる。
【０００３】
従来、クラスターツールは、単一ウエハ処理タイプと、バッチ式ウエハ処理タイプとを有する。単一ウエハ処理タイプは、単一のウエハが各リアクタによって処理されるタイプである。バッチ式ウエハ処理タイプは、複数のウエハが単一のリアクタによって処理されるタイプである。
【０００４】
バッチ式ウエハ処理タイプでは、複数のウエハが単一のリアクタによって処理されるので、生産性は高い。バッチ処理では、ウエハ上に形成された薄膜の膜厚及び膜質の不均一性の発生が頻繁に問題になる。膜厚及び膜質の均一性を改善するために、単一ウエハ処理タイプのウエハ処理装置を使用することが効果的である。
【０００５】
この発明が解決できる問題は、以下の通りである。
【０００６】
従来の単一ウエハ処理タイプのウエハ処理装置を使用して生産性を増加させるために、処理器の数は増加し、フットプリント（必要とされる装置スペース）及びフェースプリント（装置前面のパネル幅）は増加し、そしてコストは増大する。これは、装置が共通の多角形搬送室を有し、それに対し複数のリアクタが放射状に取り付けられるからである。加えて、処理器の数の増加に起因して、装置の故障や保守によって動作が不連続になる場合は、生産性が著しく低下する。
【０００７】
更には、薄膜堆積プロセスでは、プロセス時間が短く、プロセスが連続的になされる場合がしばしばある。これらの理由から、次のウエハをロードロックチャンバ内に待機させておく場合、ウエハ搬送機構は、ダブルアームを持つ必要がある。ウエハ搬送機構にダブルアームを装備させる場合、搬送機構は複雑になり、そしてコストは増大する。加えて、ロードロックチャンバの容積は増加し、従って空気を抜くのに要する時間と大気圧に回復するに要する時間は長くなり、搬送速度律速ファクタは増加する。この結果、スループットは制限される。
【０００８】
更には、ウエハをリアクタ内部に効率的に搬入／搬出する目的で、ダブルアームを持つウエハ搬送機構が良好であるが、正多角形タイプの搬送チャンバを使用する装置でさえ、搬送機構は複雑になり、そしてコストは増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の一実施形態では、低コスト、小フットプリント及び小フェースプリントを実現する基板処理装置が提供される。
【００１０】
更に、本発明の一実施形態では、安定したプロセス及び高スループットを実現する基板処理装置が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
例えば、本発明の一態様によると、真空ロードロックシステムが装備された基板処理装置は、ロードロックチャンバと、このロードロックチャンバの付近に配設された反応チャンバと、ロードロックチャンバ外に配設された搬送ロボットとを備える。ロードロックチャンバは、基板搬送アームを有する。このアームは、薄いリンク型リムと、このリムに接続されて搬送ロボットと反応チャンバとの間で基板を搬送するための複数のエンドエフェクタとからなる。
【００１２】
一態様では、ロードロックチャンバは、共通の環境を共用する２つの並んで配設された区画を備える。各区画は、基板搬送アームが装備されると共に、ゲートバルブを介して反応チャンバに接続されている（即ち、２つの反応チャンバが２つの区画を有する１つのロードロックチャンバに接続されている）。
【００１３】
一態様では、複数のエンドエフェクタは、一度に２つの基板を搬送することが可能であると共に、反応チャンバから後退させることなく、反応チャンバ内で未処理基板をアンロードすると共に処理済基板をロードすることが可能なデュアルエンドエフェクタ（各々が１つの基板を支持する）である。上記において、搬送アームの単一の移動によって、２つの基板がロードロックチャンバから反応チャンバへ、また逆へ、搬送される。例えば、単一搬送アームの１回の伸長及び収縮移動によって、処理済基板が回収される間に未処理基板はバッファリングされる。
【００１４】
一態様では、反応チャンバは、処理済基板又は未処理基板をバッファリング即ち一時的に支持するためのバッファ機構を装備する。反応チャンバのバッファ機構は、デュアルエンドエフェクタ付きの搬送アームと協動する。１つの反応チャンバに対して単一アームが使用される場合でも、複数のエンドエフェクタが装備された単一アームと反応チャンバのバッファ機構を使用することによって、搬送能力は、デュアルアームが使用されるときよりも大きくなり、またロードロックチャンバのサイズは、小さくなる。更に、スループットは、著しく高くなり得る。
【００１５】
一態様では、複数のエンドエフェクタは、個別に操作されない。例えば、第１のエンドエフェクタは、アームの遠端に移動可能に接続され、第２のエンドエフェクタは、第１のエンドエフェクタに固定される。かくして、この搬送アームの動作は、単一エンドエフェクタ付きの搬送アームと異なることはない。
【００１６】
一態様では、バッファリング手段は、１つの処理済又は未処理基板をリアクタ内で一時的に懸架又は支持しながら、もう１つの基板がリアクタ内又は外へ搬送されるようにする。一実施形態では、エンドエフェクタは、基板を支持するためのフランジであり、リムに対し移動可能に接続されている。
【００１７】
この発明と、従来技術に対して達成された利点と、を要約する目的のために、この発明のある目的及び利点が上述されてきた。勿論、そのような目的又は利点の全てが、この発明の特別な実施形態によって必ずしも達成される必要はない、という点が理解されるべきである。かくして、例えば、当業者は、ここで教示又は示唆される他の目的又は利点を達成する必要なしに、ここで教示された１つの利点又は利点のグループを達成又は最適化する手法で、この発明が具体化又は実施されるものである点を認識するであろう。
【００１８】
この発明の別の形態、特徴及び利点は、後述する好ましい実施形態の詳細な説明から明らかとなる。
【００１９】
この発明のこれら及び他の特徴は、好ましい実施形態の図面を参照して以下で説明される。これらの図面は、この発明を図解しようとするものであって、制限しようとするものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明は、好ましい実施形態を参照して以下で詳細に説明される。しかしながら、好ましい実施形態は、本発明を制限しようとするものではない。
【００２１】
１）反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするための基板搬送装置は、（ａ）直線方向に水平に移動可能な遠端を有したアームと、（ｂ）反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするための、下側エンドエフェクタ及び上側エンドエフェクタを含むエンドエフェクタとを備える。下側エンドエフェクタ又は上側エンドエフェクタの一方は、アームの遠端でアームに移動可能に結合され、そして下側エンドエフェクタ又は上側エンドエフェクタの他方は、移動可能に結合されたエンドエフェクタに固定される。移動可能に結合されたエンドエフェクタは、前側、後側、右側、及び左側を有し、そして固定されたエンドエフェクタは、移動可能に結合されたエンドエフェクタに右及び左側で固定された複数の部分からなる。
【００２２】
上記実施形態は、限定されるものではないが、以下の実施形態を更に含む。
【００２３】
１）において、２）移動可能に結合されたエンドエフェクタは下側エンドエフェクタであり、そして固定されたエンドエフェクタは上側エンドエフェクタである。
【００２４】
１）又は２）において、３）移動可能に結合されたエンドエフェクタの前及び後側は、移動可能に結合されたエンドエフェクタの水平移動の方向上にある。
【００２５】
１）〜３）のいずれかにおいて、４）アームは、エンドエフェクタを水平且つ直線的に１つの方向に移動させるように構成される。
【００２６】
１）〜４）のいずれかにおいて、５）アームは、ジョイントによって互いに移動可能に結合された近端リンクと遠端リンクとを備え、そしてエンドエフェクタは、ジョイントによって遠端リンクに結合される。
【００２７】
１）〜５）のいずれかにおいて、６）この装置は、ロードロックチャンバを更に備え、アーム及びエンドエフェクタは、アーム及びエンドエフェクタが後退位置にあるときに、その中に配設される。
【００２８】
２）に言及した１）〜６）のいずれかにおいて、７）上側エンドエフェクタは、互いに平行に配設されると共に下側エンドエフェクタの右及び左側にそれぞれ固定された２つの長尺な部分からなる。
【００２９】
７）において、８）上側エンドエフェクタの各長尺な部分は、２つの基板接触部分を持ち、そして下側エンドエフェクタは、４つの基板接触部分を持つ。
【００３０】
もう１つの実施形態において、９）基板処理装置は、（Ａ）ロードロックチャンバと、（Ｂ）このロードロックチャンバに対しゲートバルブを介して接続された少なくとも１つの反応チャンバと、（Ｃ）ロードロックチャンバ内に配設された１）〜８）のいずれかの基板搬送装置とを備える。アーム及びエンドエフェクタは、反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするために開かれたときのゲートバルブを通して、反応チャンバまで伸長可能である。
【００３１】
上記実施形態は、限定されるものではないが、以下の実施形態を更に含む。
【００３２】
９）において、１０）この装置は、反応チャンバ内で基板をロード及びアンロードするために開かれたときのゲートバルブを介してロードロックチャンバに接近可能な大気ロボットアームを更に備える。
【００３３】
９）又は１０）において、１１）反応チャンバは、反応チャンバ内で基板を待機させておくためのバッファ機構を装備する。
【００３４】
更にもう１つの実施形態では、１２）ゲートバルブを介して接続された反応チャンバとロードロックチャンバとの間で基板を搬送する方法は、（i）ロードロックチャンバ内で未処理基板を搬送アームの上側エンドエフェクタ上にロードする工程と、（ii）反応チャンバ内で処理済基板がその上に載置されるサセプタを下降させて、サセプタから上向きに延びたリフトピンで処理済基板を支持する工程と、（iii）ゲートバルブを開くときに、搬送アームをロードロックチャンバから反応チャンバへ水平に延ばして、リフトピンで支持された処理済基板が搬送アームの上側エンドエフェクタと下側エンドエフェクタとの間に配置され、未処理基板は上側エンドエフェクタに配置されるようにする工程と、（iv）反応チャンバ内に設けられたバッファアームを使用して未処理基板を支持し、未処理基板をバッファアーム上にロードする工程と、（v）未処理基板を保持したバッファアームを上昇させる一方でリフトピンを下降させて、処理済基板を下側エンドエフェクタ上に配置する工程と、（vi）搬送アームを反応チャンバからロードロックチャンバへ後退させると共にゲートバルブを閉じる工程と、（vii）未処理基板を保持したバッファアームを下降させて、サセプタから上向きに延びたリフトピンで未処理基板を支持する工程と、（viii）サセプタを上昇させて、サセプタ上に未処理基板をロードする工程と、（ix）処理済基板を下側エンドエフェクタからアンロードすると共にロードロックチャンバ内で工程（i）を実行しながら反応チャンバ内で未処理基板を処理した後、工程（ii）から（ix）を実行する工程とを備える。
【００３５】
上記実施形態は、限定されるものではないが、以下の実施形態を更に含む。
【００３６】
１２）において、１３）搬送アームは、１）〜８）の搬送アームのいずれかから選択される。
【００３７】
別のもう１つの実施形態において、１４）第１のチャンバと第２のチャンバとの間で基板を搬送する方法は、（i）第１のチャンバ内で第１の基板を搬送アームの上側エンドエフェクタ上にロードする工程と、（ii）搬送アームを第１のチャンバから第２のチャンバへ水平に延ばして、第２のチャンバ内で第２の基板が搬送アームの上側エンドエフェクタと下側エンドエフェクタとの間に配置され、第１の基板は上側エンドエフェクタ上に配置されるようにする工程と、（iii）第１の基板を上側エンドエフェクタからアンロードすると共に第２の基板を下側エンドエフェクタ上にロードすると工程と、（iv）搬送アームを第２のチャンバから第１のチャンバへ後退させる工程と、（v）第２の基板を下側エンドエフェクタからアンロードすると共に第１のチャンバ内で工程（i）を実行した後、工程（ii）から（v）を実行する工程とを備える。
【００３８】
１４）において、１５）搬送アームは、１）〜８）の搬送アームのいずれかから選択される。
【００３９】
１３）又は１４）において、１６）第１のチャンバはロードロックチャンバであり、第２のチャンバは反応チャンバであり、第１の基板は未処理基板であり、第２の基板は処理済基板である。
【００４０】
別の実施形態において、１７）基板処理装置は、（ａ）ロードロックチャンバと、（ｂ）このロードロックチャンバに対しゲートバルブを介して接続された少なくとも１つの反応チャンバと、（ｃ）ロードロックチャンバと反応チャンバとの間で基板を搬送すると共に、未処理基板と処理済基板を、反応チャンバから後退させることなく、反応チャンバ内で待機させておくための手段とを備える。
【００４１】
上記において、基板は、任意のタイプの基板、例えば、限定されるものではないが、半導体ウエハである。
【００４２】
本発明は、図面を参照して以下で更に説明される。しかしながら、図面は実施形態を示すものであって、本発明を制限しようとするものではない。
【００４３】
図１は、半導体ウエハ上に薄膜を形成するための本発明の一実施形態に係るウエハ処理装置を示す例示的平面図である。この装置は、ＦＯＵＰ１０６と、大気ロボット１０５がその中に配設される小環境と、ロードロックチャンバ２と、ゲートバルブ１３を介してロードロックチャンバ２に接続された反応チャンバ１とを備える。ロードロックチャンバ２は、２つの区画からなり、各区画は、デュアルエンドエフェクタ３１，３３付き搬送アーム３を装備されている（図４及び５参照）。ロードロックチャンバ２と２つの反応チャンバ１は、モジュール又はリアクタユニットを構成する。この処理装置は、上記構成に限定されるものではなく、任意の好適な構成、例えば特許文献１（米国特許第６，６３０，０５３号）に開示されている構成を持つことができる。この米国特許の開示は、ここに参照文献として組み込まれる。
【特許文献１】米国特許第６，６３０，０５３号明細書
【００４４】
大気ロボット１０５は、水平方向に前後左右に移動して、ＦＯＵＰ１０６と反応チャンバ１との間で基板を搬送することができる。更に、大気ロボット１０５は、垂直方向に移動することができる。このため、大気ロボットは、上側エンドエフェクタ３３に、また下側エンドエフェクタ３１に位置決めされ得る。即ち、大気ロボット１０５は、ロードロックチャンバ２内で下側エンドエフェクタ３１から基板（例えば、処理済基板）をアンロードすると共に、それをＦＯＵＰ１０６へ運ぶことができる。また、大気ロボット１０５は、基板（例えば、未処理基板）をＦＯＵＰ１０６から運ぶと共に、それを上側エンドエフェクタ３３にロードすることができる。図３（ａ）は、ロードロックチャンバ２及び大気ロボット１０５の例示的平面図であり、また図３（ｂ）は、ロードロックチャンバ２及び大気ロボット１０５の例示的側面図である。大気ロボット１０５は、ロードロックチャンバ２と小環境との間でゲートバルブ１０４を介して基板を搬送することができる。本発明の一実施形態に係る動作シーケンスでは、大気ロボット１０５は、下側エンドエフェクタ３１上に（即ち、下側エンドエフェクタ３１の支持部材３２上に）載置された処理済基板をアンロードすると共にそれをＦＯＵＰ１０６へ運び、それから大気ロボット１０５は、未処理基板をＦＯＵＰから取ると共にそれを上側エンドエフェクタ３３に（即ち、上側エンドエフェクタ３３の段部３４上に）ロードする。上記順序は、反転可能である。上記動作中に、エンドエフェクタとアームは移動しないで、ロードロックチャンバ２内に留まる。変形例では、大気ロボット１０５は垂直方向に移動しないが、エンドエフェクタとアームが垂直方向に移動することができる。この結果、大気ロボット１０５は、エンドエフェクタとの間で基板をロード及びアンロードすることができる。
【００４５】
図２（ａ）は、図１に示されたリアクタユニットの例示的平面図であり、図２（ｂ）は、ロードロックチャンバと反応チャンバからなる本発明の一実施形態に係るモジュールの変形側面図である。半導体ウエハ１２上に膜を成長させるためのリアクタ１と、半導体ウエハ１２を真空中で待機させるためのロードロックチャンバ２とが設けられている。このロードロックチャンバ２は、ゲートバルブ１３を介してリアクタ１に直接接続されている。更に、ロードロックチャンバ２内部にウエハ搬送アーム３が設けられている。このウエハ搬送アームは、半導体ウエハ１２をリアクタ１内に搬送するための１つの薄いリンク型アームシャフトを有する。
【００４６】
リアクタ１には、半導体ウエハ１２を載置するサセプタ１４と、反応ガスのジェットを半導体ウエハ１２へ均一に導入するためのシャワープレート（図示せず）とが設けられている。プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）では、サセプタ１４とシャワープレートが全体として高周波電力用電極を構成する。サセプタ１４とシャワー板との距離を短縮することによって、プラズマ反応領域は縮小される。反応チャンバ又はリアクタは、ＰＥＣＶＤチャンバである必要はないが、任意のタイプの反応、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ、及びＡＬＤ（原子層堆積）用の任意の好適なチャンバであっても良い。
【００４７】
サセプタ１４の円周付近では、均等な間隔で取り付けられた少なくとも３つのウエハリフトピン１５がサセプタを垂直に貫通している。ウエハリフトピン１５は、シリンダ６によって上下動することができる。
【００４８】
サセプタ１４の周辺付近には、少なくとも一対のバッファ機構が設けられている。関係しているバッファ機構は、（上側エンドエフェクタ３４上に載置された）半導体ウエハ１２を支持するための少なくとも２つ（例えば、２，３又は４つ）の支持手段（４，５）を有する。これら支持手段は、サセプタ１４の回りに設けられていて、水平方向に回転する。支持手段の回転は同期し、そして半導体ウエハをバッファリングするときにのみ、支持手段はサセプタ１４の内部に向かって回転してウエハを支持する。支持手段（４，５）は、幅２ｍｍから５ｍｍの薄板材料からなることが好ましい。支持手段（４，５）の形状は、その形状がウエハ１２を安定して支持することができる限り、制限されるものではない。支持手段とウエハの接触面積が大きい場合、汚染を生ずる。この理由から、ウエハの裏面に接触する支持手段（４，５）の部分の形状は、その部分がウエハの裏面と線接触するように、円周に沿って湾曲する形状であることが好ましい。加えて、支持手段（４，５）に使用される材料は、汚染を回避するために、セラミックかアルミニウムが好ましい。支持手段（４，５）の各々は、シャフト手段１７の上端に結合されると共に垂直に支持されている。シャフト手段１７の下端は、上下アクチュエータ８及びロータリアクチュエータ９に結合され、そして支持手段は、ロータリアクチュエータによって回転させられる。シャフト手段１７、上下アクチュエータ８、及びロータリアクチュエータ９は、ベローズ１０によって外部から隔離されている。更には、シャフト手段１７は、Ｏリング１６によってシールされることが好ましい。ロータリアクチュエータ９は、電気的に又は空気圧によって動作させることができる。シャフト手段１７の下端に対し、ロータリアクチュエータ９は動的に接続されている。上下アクチュエータ８は、シャフト手段１７を上下に移動させることができ、このことによって、支持手段（４，５）は同様に上下に移動する。上下アクチュエータ８は、電気的に又は空気圧によって動作させることができる。シャフト手段１７の直径は、８ｍｍから１６ｍｍの範囲内にあることが好ましい。シャフト手段１７に使用される材料は、汚染を回避するために、セラミックかアルミニウムが好ましい。
【００４９】
図６（ａ）及び６（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るバッファ機構を示している。図６（ａ）は、バッファ機構の底部端から見た分解斜視図である。図６（ｂ）は、作動部分の部分断面斜視図である。支持手段は、バッファフィン４である。部分２５は、リアクタの底部に固定されている。バッファフィンは、上下アクチュエータ８を使用して上下動するメインシャフト１７に取り付けられている。上下アクチュエータは、メインシャフトの両側に配設されたスライドシャフト２３を持つ。メインシャフト１７は、ベローズ１０内に包含されると共に、Ｏリング２４でシールされている。このため、メインシャフト１７がリアクタ内で回転及び上昇／下降する場合でさえ、リアクタの内部は外部からシールされている。メインシャフト１７は、ロータリアクチュエータ９を使用して回転する。バッファフィン４の高さは、センサドッグ２１及び光電センサ２２を使用して制御される。一実施形態では、バッファフィン４は、３つの高さ、即ち高（バッファ位置）、中（アンローディング／ローディング位置）、及び低（底位置）をもつことができる。
【００５０】
ここで注意すべき点は、図１に示された半導体処理装置は１つのロードロックチャンバ（２つの区画を持つ）と、このロードロックチャンバに直接接続された２つのリアクタとを備えるが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない、という点である。例えば、単一の区画を持つロードロックチャンバと、単一のリアクタとを接続することができる。しかしながら、図１に示された２つのユニットを並列に配置すると共に１つのロードロックチャンバが共通に使用されるようにすることによって、且つ独立した搬送システムを使用することによって、２つのウエハは同時にリアクタへ搬送され、これらウエハは２つのリアクタ内で同時に処理され得る。加えて、一実施形態のバッファ機構は、任意の好適な単一ウエハ処理式リアクタを有する全ての半導体処理装置に適用可能である。例えば、バッファ機構は、ロードロックチャンバとリアクタが搬送チャンバを介して接続される任意の好適な単一ウエハ処理式の半導体処理装置（例えば、日本エー・エス・エム社製Ｅａｇｌｅ１０（商標））に適用可能である。
【００５１】
図２（ｂ）に示された半導体処理装置のバッファ機構が使用されない場合の動作シーケンスが説明される。先ず、大気ロボットは、半導体ウエハ１２をカセット又はＦＯＵＰからフラッパ弁２０を通してそれぞれのロードロックチャンバ２に搬入する。ウエハの搬入が終了した後に、フラッパ弁２０は閉じられ、そしてドライポンプ（図示せず）によってロードロックチャンバ２が排気される。ゲートバルブ１３は開かれ、薄いリンク型アームを持つウエハ搬送アーム３はロータリアクチュエータ１１によって延び、そして半導体ウエハ１２はリアクタ１内のサセプタ１４上へ搬送される。リンク型アームを備えるウエハ搬送アーム３は、エンドエフェクタ３１に遠端１８で移動可能に接続されているので、エンドエフェクタは、ロードロックチャンバ２とリアクタ１の間を直線方向に往復動することができる。この構成は、機械的な位置決め調整しか要しない。基板リフトピン１５はサセプタ１４の表面から突出して、半導体ウエハ１２を支持する。ウエハ搬送アーム３はロードロックチャンバ２内に配置され、そしてゲートバルブ１３は閉じられる。サセプタ１４はサセプタ駆動モータ７によって上昇し、半導体ウエハ１２はサセプタ１４の上に載置される。その後、半導体ウエハ１２上への薄膜堆積処理が開始される。薄膜堆積処理が終了した後に、今度は逆に動作シーケンスの順番をトラックバックすることによって、処理済み半導体ウエハは、カセット又はＦＯＵＰへ搬送される。アーム３は、アクチュエータに接続されるように構成された近端を持つと共に、複数の水平移動軸で水平に移動できる任意のタイプでよい。アーム３は、３つの水平移動度を持ち、（エンドエフェクタに移動可能に接続された）アーム３の遠端１８が（ロードロックチャンバ２と反応チャンバ１の間で）直線方向に移動できるようにする。
【００５２】
上述したように、バッファ機構を持たない半導体処理装置では、リアクタ毎に１つの搬送アームしか存在しないので、スループットが搬送速度律速ファクタによって制限される問題がある。リアクタ内のバッファ機構は、特許文献１（米国特許第６，８６０，７１１号）に記載されているように、この問題を解決することができる。この特許の開示は、ここに参考文献として組み込まれる。本発明の一実施形態では、複数のエンドエフェクタを持つ搬送アームと組み合わせることによって、スループットは、特許文献２（米国特許第６，８６０，７１１号）と比べて著しく向上する。
【特許文献２】米国特許第６，８６０，７１１号明細書
【００５３】
図４は、本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの例示的側面図である（下側エンドエフェクタ３１は透明であるように描かれており、上側エンドエフェクタ３３と下側エンドエフェクタ３１は重なっている）。図５は、本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの模式的斜視図である。エンドエフェクタは、下側エンドエフェクタ３１と上側エンドエフェクタ３３とにより構成され、そして下側エンドエフェクタ３１の近端は、搬送アーム、例えば３つの水平移動軸が与えられた図１の搬送アームに対し移動可能に接続されている。エンドエフェクタは、図５の矢印３５，３６によって示される方向に移動する。そして、方向３６は、ロードロックチャンバに向かう方向である。図５において、基板１２’及び１２”は、図解目的のために透明板として示されている。下側エンドエフェクタ３１上には、処理済基板１２”の周辺を支持するための４つの支持部材３２が設けられている。上側エンドエフェクタ３３は、下側エンドエフェクタ３１の右及び左側に配設された２つのサイド部材からなる。このため、上側エンドエフェクタは、バッファフィン及び大気ロボットを使用した基板のローディング及びアンローディングを妨害することがない。上側エンドエフェクタ３３の各サイド部材は、未処理基板１２’の周辺に対応した段部３４を有する。
【００５４】
一実施形態では、段部の高さは約２ｍｍ（±５０％）であり、支持部材３２の高さは約２．３ｍｍ（±５０％）であり得る。上側エンドエフェクタ３３と下側エンドエフェクタ３１間の距離（上下基板間の距離によって規定される）は、一実施形態では約１３ｍｍ（±５０％）であり得る（図４では、この距離は１２．１ｍｍである）。この距離は、バッファフィン及び大気ロボットを含む装置の他の構成に依存して調整可能である。上側エンドエフェクタの長尺なサイド部材３３の形状は、バッファフィンが基板の周辺に水平に接近して、基板をピックアップ及びバッファリングできるようにするものである。一実施形態では、バッファフィンによって基板を支持するためのクリアランスは、約１０ｍｍ（±５０％）であり得る（図４では、このクリアランスは１０．２ｍｍである）。更に、上側エンドエフェクタの２つの長尺部材３３は、移動方向に関して、下側エンドエフェクタ３１の右及び左側に配設されている。そして、２つの長尺部材３３は分離されているので、基板は、上側及び下側エンドエフェクタ間に挿入され、下側エンドエフェクタ３１上にロードされ得る。一実施形態では、２つの長尺部材３３間の距離は、基板の外径よりも僅かに大きいが、エンドエフェクタは、ゲートバルブを通過するために、ゲートバルブの幅よりも小さくなければならない。下側エンドエフェクタ３１は、エンドエフェクタ３１がリフトピンの移動を妨害しないような構成を有する。上記において、処理済基板は、リフトピンを使用して下側エンドエフェクタ３１上にロードされるのに対し、未処理基板は、バッファフィンを使用して上側エンドエフェクタ３３からアンロードされる。エンドエフェクタは、構成全体に依存して、少なくとも上記機能を達成するように設計されている。
【００５５】
上側エンドエフェクタは、一実施形態ではアルミニウムセラミック又は表面陽極酸化アルミニウムである。下側エンドエフェクタは、一実施形態ではアルミニウムセラミックである。支持部材は、一実施形態ではセラゾール（商標）（ポリベンゾイミダゾール樹脂）、ポリイミド樹脂、又はピーク（商標）ポリマー、表面陽極酸化アルミニウム等である。
【００５６】
図４及び５では、下側エンドエフェクタ３１は、移動可能にアームに接続されている。しかしながら、もう１つの実施形態では、上側エンドエフェクタは移動可能にアームに接続され、そして下側エンドエフェクタは上側エンドエフェクタに固定される。例えば、下側エンドエフェクタは、図４及び５の下側エンドエフェクタのようにＬ字型断面を有するが、基板の周辺を支持するための内部突起に段部が形成されている。更に、支持部材は、上側エンドエフェクタの上面に配設されている。
【００５７】
図４及び５では、上側エンドエフェクタ３３の２つの長尺部材は、下側エンドエフェクタ３１の右及び左側にそれぞれ配設されている。しかしながら、もう１つの実施形態では、３又は４以上の別々の部材が、下側エンドエフェクタの外周又は近傍に配設され得る。
【００５８】
以下、本発明の一実施形態に係るバッファ機構を使用した動作シーケンスが詳細に説明される。図７は、一実施形態において未処理ウエハ及び処理済ウエハをバッファリングするときの動作シーケンスを示す。図８は、一実施形態におけるリアクタ（例えば、日本エー・エス・エム社製のウエハバッファ機構付きドラゴン（商標）反応チャンバ）の動作の模式図を示す。先ず、未処理基板は、ロードロックチャンバ内で搬送アームの上側エンドエフェクタ上にロードされる（プロセス１）。反応チャンバ内でその上に未処理基板を載置するサセプタが降下される。これにより、サセプタから上向きに延びたリフトピンで処理済基板を支持する（初回は、反応チャンバ内に処理済基板は無い）（プロセス２）。ゲートバルブを開くときに、搬送アームはロードロックチャンバから反応チャンバへ水平に延ばされる。これにより、リフトピンで支持された処理済基板は、搬送アームの上側エンドエフェクタと下側エンドエフェクタの間に配置され、未処理基板は、上側エンドエフェクタ上に配置される（プロセス３）。アンローディング／ローディング位置にあるバッファアームは、未処理基板に向かって水平方向に回転する。そして、未処理基板は、反応チャンバ内に設けられたバッファアームを使用して支持される。これにより、未処理基板をバッファアーム上にロードする（プロセス４）。バッファアームは未処理基板を伴ってバッファ位置へ上昇されるのに対し、リフトピンを下げて未処理基板を下側エンドエフェクタ上に載置する（プロセス５）。搬送アームは、反応チャンバからロードロックチャンバへ引き戻される（プロセス６）。それからゲートバルブが閉じられる（プロセス７）。バッファアームは未処理基板を伴って底位置へ降下され、これによりサセプタから上向きに延びたリフトピンで未処理基板を支持する（プロセス８）。バッファアームは水平方向に未処理基板から離れてそのホーム位置へ回転する（プロセス９）。それからサセプタは上昇され、そしてリフトピンは後退させられる。これにより未処理基板をサセプタ上にロードする（プロセス１０）。プロセス１０の後に、１つの処理法、例えば堆積法が開始できる。ロードロックチャンバ内の処理済基板は、下側エンドエフェクタからアンロードされ、そしてプロセス１がロードロックチャンバ内で行われる一方で、未処理基板を反応チャンバ内で処理し、その後プロセス２〜１０を行う。
【００５９】
図７に示すように、この実施形態では、ロードロックチャンバ内で見られるように、エンドエフェクタ上で未処理基板を処理済基板と交換するための時間間隔（プロセス１の開始からプロセス７の終了まで）は、７．７秒であった。これはスループットについて著しい改良をもたらす。特許文献２‘米国特許第６，８６０，７１１号）では、バッファ機構が使用されているが、ロードロックチャンバ内で見られるように、エンドエフェクタ上で未処理基板を処理済基板と交換するための時間間隔は、約２０秒であった。この実施形態で使用されたシーケンスは大いに効果的である。
【００６０】
バッファ機構は、垂直及び水平に移動可能であると共に基板をバッファリング可能な任意の好適なバッファ機構であり得る。一実施形態では、バッファ機構は上側エンドエフェクタ上で基板をバッファリングするのに対し、リフトピンは下側エンドエフェクタ上で基板をバッファリングする。
【００６１】
基板を搬送する方法は、半導体製造以外の任意の好適な応用に適用可能である。基板は、第１のチャンバと第２のチャンバとの間で搬送され得る。基板は、任意のタイプの基板であり得る。一実施形態では、第１の基板は、第１のチャンバ内で搬送アームの上側エンドエフェクタ上にロードされる（プロセス（i））。搬送アームは、第１のチャンバから第２のチャンバへ水平に延ばされ、これにより第２のチャンバ内の第２の基板は、搬送アームの上側エンドエフェクタと下側エンドエフェクタとの間に配置され、第１の基板は、上側エンドエフェクタ上に配置される（プロセス（ii））。第１の基板は上側エンドエフェクタからアンロードされ、そして第２の基板を下側エンドエフェクタ上にロードする（プロセス（iii））。搬送アームは、第２のチャンバから第１のチャンバへ後退させられる（プロセス（iv））。第２の基板は下側エンドエフェクタからアンロードされ、そしてプロセス（i）が第１のチャンバ内で行われ、その後プロセス（ii）〜（v）が実行される。
【００６２】
本発明の少なくとも１つの実施形態は、少なくとも次の効果を奏することができる。これらの効果は、全ての実施形態を制限することを意図したものではない。
【００６３】
デュアルエンドエフェクタとバッファ機構との組合せによって、処理済又は未処理ウエハをリアクタ内で待機させることによって、処理済基板及び未処理基板は非常に効率的に切り換えられる。そのようにする場合、リアクタ毎に１つの搬送アームを有する構成にもかかわらず、ダブルアーム付き装置よりも大きな能力を持つ装置が達成され得る。この結果、搬送速度律速ファクタによって引き起こされる問題は解決され、そして安定したプロセス及び極めて高いスループットを実現する半導体処理装置が実現され得る。
【００６４】
加えて、ロードロックチャンバの容積は、従来のダブルアーム付き装置と比べて低減されるので、低コスト、小フットプリント及び小フェースプリントを実現する半導体処理装置が提供され得る。
【００６５】
諸条件及び／又は構造が特定されていない本開示では、当業者は、本開示を考慮して、そのような条件及び／又は構造を、日常的な実験の問題として、容易に与えることができる。
【００６６】
当業者によって理解されるように、本発明の思想から逸脱することなく、多数且つ種々の変形がなされる。それ故、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定することが意図されたものではない、と明瞭に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、  ＦＯＵＰ、小環境、及びリアクタユニットを有する本発明の一実施形態に係る装置の例示的平面図である。
【図２】図２（ａ）は  図１に示されたリアクタユニットの例示的平面図である。図２（ｂ）はウエハリフトピン及びバッファリング機構が示され得るように変形された本発明の一実施形態に係るリアクタユニットの変形側面図である。
【図３】図３（ａ）は  図１に示されたロードロックチャンバ及び大気ロボットの例示的平面図である。図３（ｂ）は  図１に示されたロードロックチャンバ及び大気ロボットの例示的側面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの例示的側面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの模式的斜視図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の一実施形態に係るバッファ機構の底部端から見た分解斜視図である。図６（ｂ）は本発明の一実施形態に係る作動部分の部分断面斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る未処理ウエハ及び処理済ウエハをバッファリングするときの動作シーケンスを示す。
【図８】本発明の一実施形態に係るリアクタ動作の模式図を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１：リアクタ
２：ロードロックチャンバ
３：搬送アーム
４：支持手段
５：支持手段
６：シリンダ
７：サセプタ駆動モータ
８：上下アクチュエータ
９：ロータリアクチュエータ
１０：ベローズ
１１：ロータリアクチュエータ
１２：半導体ウエハ
１３：ゲートバルブ
１４：サセプタ
１５：ウエハリフトピン
１６：Ｏリング
１７：メインシャフト
２０：フラッパ弁
２１：センサドッグ
２１：光電センサ
２３：スライドシャフト
２４：Ｏリングシール
２５：リアクタの底部に取り付けられる部分
３１：下側エンドエフェクタ
３２：支持部材
３３：上側エンドエフェクタ
３４：段部
３５：移動方向
３６：後退方向
１０４：ゲートバルブ
１０５：大気ロボット
１０６：ＦＯＵＰ又はカセット
【図２】
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【図４】
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【図１】
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【図３】
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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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【外国語明細書】
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