(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記ロードロックシステムは、
処理ポートによって前記処理チャンバーに直接接続されかつ搬送ポートによってフロントエンド搬送モジュールに直接接続されているロードロックチャンバーを有する筐体と、
前記所定の手順に従って前記処理ポートを開閉する第１のバルブと、
前記所定の手順に従って前記搬送ポートを開閉する第２のバルブと、
前記第１及び第２のバルブが閉じているとき、前記ロードロックチャンバーを真空排気するポンプと、
前記ロードロックチャンバーに実装されて、処理のために前記処理チャンバーへ基板を移動するよう構成された移送機構と、
を含み、
前記移送機構は、
互いに枢動自在に結合された無関節の下側アーム及び少なくとも１つの無関節のエンドエフェクタアームを有する多関節アームを有し、
前記ロードロックシステムはさらに、
前記処理チャンバー、第１及び第２のバルブ、並びに前記移送機構に接続されて、前記所定の手順においてその操作を制御する処理コントローラを含み、
前記下側アームは、前記アームの一端において前記ロードロックチャンバーに枢動自在に実装され第１の軸の周りに前記筐体に対して回転運動できるようになっており、
前記少なくとも１つのエンドエフェクタアームは、前記アームの受け側端部において基板を保持可能であり、
前記移送機構は、取り出し軌道及び取り下ろし軌道内で前記受け側端部を移動するように制御され、前記取り出し軌道は前記エンドエフェクタアームの受け側端部が前記ロードロックチャンバーから前記フロントエンド搬送モジュールへ移動して前記基板を取り出す際に通過する軌道であり、前記取り下ろし軌道は前記エンドエフェクタアームの受け側端部が前記処理ポートから外側に伸長して前記処理チャンバーに基板を搬送する際に通過する軌道であり、前記取り出し軌道と取り下ろし軌道とは互いに異なる軌道でありかつ前記移送機構の動作によって接続されていることを特徴とするロードロックシステム。
【請求項２】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記移送機構は、前記上側アーム及び前記少なくとも１つのエンドエフェクタアームを駆動する同軸駆動部を含む駆動メカニズムによってなされることを特徴とする請求項１記載のロードロックシステム。
【請求項３】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記駆動メカニズムは取り出し軌道及び取り下ろし軌道において前記受け側端部を移動するよう制御され、前記軌道は平行でかつ互いに変位していることを特徴とする請求項１記載のロードロックシステム。
【請求項４】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記処理ポートは前記搬送ポートと平行でかつ変位しており、前記軌道が位置決めされて前記移送機構が動作可能に伸びて前記両方のポートに対して機能することを可能にすることを特徴とする請求項１記載のロードロックシステム。
【請求項５】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記ロードロックから未処理の基板と処理された基板とを搬送しかつ取り除くよう構成されたフロントエンドモジュールをさらに含む請求項１記載のロードロックシステム。
【請求項６】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、少なくとも１組のバッファ棚が前記ロードロックチャンバー内において前記搬送ポートに隣接して構成され、前記フロントエンドモジュールが前記バッファ棚上の基板を取り出しかつ取り下ろすよう構成されていることを特徴とする請求項５記載のロードロックシステム。
【請求項７】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、取り出し軌道において、前記受け側端部が前記バッファ棚の１つに移動して処理用基板を得ることを特徴とする請求項６記載のロードロックシステム。
【請求項８】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記処理が完了した後に、前記受け側端部は、前記コントローラによって取り下ろし軌道を通って前記処理チャンバーへ移動され、前記処理された基板を得て、前記受け側端部は前記軌道を通って逆行し、前記バッファ棚の１つに前記処理された基板を格納することを特徴とする請求項６記載のロードロックシステム。
【請求項９】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、前記ロードロックチャンバーは前記軌道を通る前記移送機構及び基板の運動を可能にするのに最小の間隔だけを有する空間を確定するよう構成され、前記ロードロックチャンバーの容量を最小化することを特徴とする請求項３記載のロードロックシステム。
【請求項１０】
処理サイクル中に半導体基板を処理する処理チャンバーに所定の手順に従って前記基板を供給するよう構成されたロードロックシステムであって、
前記第２の軸の周りを回転運動するために前記下側アーム上で前記少なくとも１つのエフェクタアームの上方に実装された第２のエンドエフェクタアームをさらに含み、前記第２のエンドエフェクタは前記基板と係合する第２の受け側端部を有することを特徴とする請求項１記載のロードロックシステム。
【請求項１１】
移送機構がその中に実装されているロードロックチャンバー及びフロントエンドモジュールと動作可能に関係する処理チャンバーを有する半導体基板処理システムにおいて、前記ロードロックチャンバー内の基板を移送する方法は、
前記ロードロックチャンバーを前記フロントエンドモジュールの大気圧に排気するステップと、
その搬送ポートを通して前記ロードロックチャンバーの前記移送機構によってアクセス用のフロントエンドモジュールから前記ロードロックチャンバーへ直接処理用基板を積載するステップと、
前記ロードロックチャンバーの前記搬送ポートを閉じて、前記ロードロックチャンバーを前記処理チャンバーの動作圧力にポンプで排気するステップと、
前記ロードロックチャンバーが前記動作圧力になった後に前記ロードロックチャンバーの処理ポートを開放して、前記処理チャンバーへのアクセス手段を提供するステップと、
前記移送機構を動作させて前記基板を前記ロードロックチャンバーから前記処理チャンバーに直接移動させて前記ロードロックチャンバーの処理ポートを通して前記処理チャンバー内に前記基板を置くステップと、を含み、
前記移送機構を動作させて前記基板を置くステップは、前記移送機構の上側アーム及びエンドエフェクタアームを対応する回転軸の周りを回転させ、それにともない移送経路に沿って基板を動かすステップを含み、前記移送経路は、前記基板が前記移送経路に沿って動いている間に前記基板の中心を前記上側アーム又はエンドエフェクタアームの回転軸と一致させ、前記移送経路は取り出し軌道及び取り下ろし軌道を含み、前記取り出し軌道は前記エンドエフェクタアームが前記フロントエンドモジュールから前記ロードロックチャンバーへ前記基板を取り出す際に前記基板の中心が通過する軌道であり、前記取り下ろし軌道は前記エンドエフェクタアームが前記処理ポートから外側に伸長して前記処理チャンバーに基板を搬送する際に前記基板の中心が通過する軌道であり、前記取り出し軌道と取り下ろし軌道とは互いに異なる軌道でありかつ前記軌道は前記移送機構の動作によって接続されていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
ロードロックチャンバー及びフロントエンドモジュールと動作可能に関係する処理チャンバーを有する半導体基板処理システムにおいて、前記基板を移送する方法であって、前記基板を置くステップは、
前記移送機構を用いて前記ロードロックチャンバー内のバッファ棚から前記基板を得るステップを含み、
前記基板を前記移送経路に沿って動かすステップは、
前記移送機構上の前記基板を第１の軌道を通って前記バッファ棚からスタート位置へ移動させるステップと、
前記移送機構の位置を調整して、前記第１の軌道と平行でありかつ変位している第２の軌道を通って、前記処理チャンバーの方へ前記基板が移動することを可能にするステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
ロードロックチャンバー及びフロントエンドモジュールと動作可能に関係する処理チャンバーを有する半導体基板処理システムにおいて、前記基板を移送する方法であって、前記軌道を通る前記移送機構及び基板の運動を可能にするのに最小の間隔だけを有するロードロックチャンバー内の空間を画定し、前記ロードロックチャンバーの容量を最小化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
フロントエンドモジュールからロードロックチャンバーと関係する半導体基板処理システムの処理チャンバーへ基板を移動するよう構成された移送機構であって、前記移送機構は、
前記ロードロックチャンバー内に実装される無関節の下側アームを含み、前記アームは前記下側アームの近位端で第１の軸の周りを回転運動し、
前記移送機構はさらに、
前記第１の軸に平行な第２の軸の周りを回転運動するための前記下側アームの遠心端上に実装された少なくとも１つの無関節のエンドエフェクタアームを含み、前記少なくとも１つのエンドエフェクタアームは前記基板に係合する受け側端部を有し、
前記移送機構はさらに、
取り出し動作と取り下ろし動作とを含む所定の手順において前記少なくとも１つのエンドエフェクタアームの前記受け側端部の運動を制御する処理コントローラを含み、
前記取り出し動作は前記受け側端部が前記ロードロックチャンバーから前記フロントエンドモジュールへ移動して前記基板を取り出す動作であり、前記取り下ろし動作は前記受け側端部が前記処理ポートから外側に伸長して前記処理チャンバーに基板を搬送する動作であり、前記少なくとも１つのエンドエフェクタアームの前記受け側端部は、前記少なくとも１つのエンドエフェクタアームにより保持される基板の中心を第１の軸に一致させる経路に沿って動かされ、前記取り出し動作の間に前記受け側端部は前記経路の取り出し軌道内を移動し、前記取り下ろし動作の間に前記受け側端部は前記取り下ろし軌道内を移動し、前記取り出し軌道と取り下ろし軌道とは互いに異なる軌道でありかつ前記移送機構の動作によって接続されていることを特徴とする移送機構。
【請求項１５】
フロントエンドモジュールからロードロックチャンバーと関係する半導体基板処理システムの処理チャンバーへ基板を移動するよう構成された移送機構であって、前記取り出し動作及び取り下ろし動作が独立した軌道における前記エンドエフェクタアームの運動を含み、前記軌道は平行であって互いに変位していることを特徴とする請求項１４記載の移送機構。
【請求項１６】
フロントエンドモジュールからロードロックチャンバーと関係する半導体基板処理システムの処理チャンバーへ基板を移動するよう構成された移送機構であって、前記移送機構は、
前記第２の軸の周りを回転運動するために前記下側アームの前記遠心端上で前記少なくとも１つのエフェクタアームの上方に実装された第２のエンドエフェクタアームを含み、前記第２のエフェクタアームは前記基板に係合する第２の受け側端部を有し、
前記処理コントローラは、前記所定の手順において前記第２のエフェクタアームの動作を制御するために接続され、前記ロードロックチャンバー内にある基板収容バッファを用いないように前記移送機構を変えることを特徴とする請求項１５記載の移送機構。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理システムの一部を構成するロードロックを経由する基板移送に関する。ロードロックは個々の処理チャンバーのために機能する。
【発明の背景】
【０００２】
半導体処理には、加熱、冷却、洗浄だけでなく基板上または化学気相成長法（ＣＶＤ）による基板上のフィルム蒸着、フィルムのフォトエッチングなどの複数の処理ステップがしばしば含まれる。
【０００３】
処理操作の各々は通常専門の処理チャンバー内で真空下で実施される。各々の処理が極度の清浄度を必要とし細心の注意を要する性質を有するので、概して半導体基板のバッチ処理は個々の基板処理に代替されてきた。このことは各々の基板の処理をさらに制御可能にするが、システムの全体的なスループットを制限する。なんとなれば、各々の処理ステップに対して、処理チャンバーが排気され、基板が搭載され、チャンバーが密封されてポンプで真空排気されなければならないからである。処理後に、ステップは逆行される。
【０００４】
処理量を改善するために、処理チャンバーの一群は、真空に保持されるべく構成されている基板移送チャンバーの周囲に配置される。１つ以上のロードロックチャンバーがスリットバルブを通して移送チャンバーに接続される。
【０００５】
ロードロックは処理すべき基板のカセットを収容する。カセットはシステムのフロントエンドの搬送移送によってロードロックに搬送される。かかるカセットを収容するよう構成されたロードロックが、本出願と共通に所有されている米国特許第５，６６４，９２５号に示されている。‘９２５号特許の開示はその全体が参照としてここに組み込まれている。
【０００６】
この方法では、サイクル時間が短縮され、同時にシステムのスループットが著しく向上する。処理チャンバー及び移送チャンバーは継続的に真空下で維持され、一方ロードロックだけがサイクルされる。ロードロックは、移送チャンバーから密封されて大気圧に対して排気された後に、処理すべき基板を受け取る。次にフロントエンドポートが密封され、ロードロックは移送チャンバー及び処理チャンバーと一致してポンプで真空排気される。
【０００７】
ロボット利用の移送メカニズムは移送チャンバー内に実装され、操作されてロードロックから基板を取り出し選択された処理チャンバーに運ぶ。処理後、基板はロボットによって取り出され、次の処理チャンバーへ移送されるか、または移送チャンバーからの移動のためにロードロックへ移送される。いくつかの例では、時間的調節のために、これらのシステムはバッファステーションを使用しており、積載前かまたはシステムを経由する基板移送の間の他の時のいずれかに基板を格納するようになっている。
【０００８】
この種のシステムは米国特許第５，８８２，４１３号に説明され、ロボット利用移送メカニズムの例は米国特許第５，６４７，７２４号に示されている。各特許は本出願に共通の所有者に譲渡されている。これらの特許の開示はそれらの全体が参照としてここに組み込まれている。
【０００９】
直径が２００ｍｍまでの基板はクラスタタイプのシステムで効率的に処理されることがわかっている。しかしながら、直径は増加傾向にあり、直径が３００ｍｍ以上の基板を処理するとき、クラスタシステムは極度に大きくなる。小さな範囲の場所の中に並置関係で据えつけられることが可能な、よりコンパクトな処理操作モジュールを設けることが必要である。さらに、各種の処理チャンバー及びフロントエンド搬送移送により適応できるシステムモジュールに対する必要性が存在する。
【００１０】
本発明の目的は、移送チャンバー及び移送ロボットを用いずに、個々の処理チャンバーのために直接機能するよう構成されたロードロックチャンバーを設けることである。本発明の２つめの目的は、それ自体に移送メカニズムを備えたロードロックを構成することである。本発明の別の目的は、少なくとも２つの基板を収容し、処理サイクルの間フロントエンド移送へかつフロントエンド移送から積み下ろしを可能にする移送を設けることである。
【発明の概要】
【００１１】
半導体処理システムのロードロックチャンバーには、バッファステーションまたはシステムのフロントエンドによって設けられた他の搬送手段から基板を取り出すためのアクティブな移送メカニズムが備わっている。ロードロック移送メカニズムはシステムの処理チャンバーに直接基板を搬送する付加された性能を有する。それゆえ、ロードロックチャンバーは、従来のシステムのより受動的な移送通路と対照的に、システムに対して能動的な移送ロボットになる。このことは、本発明のロードロックが各種のアプリケーション及びシステム構造において用いられることを可能にする。能動的な移送メカニズムは、少なくとも１つのエンドエフェクターを設け、移送用基板を取り出して保持する。第１のバッファ棚はロードロックの中に設けられ、荷下ろしメカニズムによって取り出し用の処理された基板を格納するかもしれない。第２のバッファ棚は未処理の基板を受け取りかつ格納するために設けられるかもしれない。
【００１２】
密封可能なポートが、処理サイクルにおいて必要な順次の動作のために、処理側とロードロックのフロントエンドの搬送側に設けられる。フロントエンド搬送モジュールは搬送ポートの中へとロックされて、処理用基板を搬送する。これは処理ポートが閉じられてロードロックが大気圧に対して排気される間実施される。
【００１３】
基板は、フロントエンド移送メカニズムによってロードロックの中のバッファ棚の１つの上に配置されるか、または搬送モジュールからロードロック移送によって取り出されてロードロックの中へ移動される。搬送ポートを閉じて密封した後に、ロードロックはポンプで処理チャンバー動作真空に排気される。次に、処理ポートが開放され、基板が動作しているチャンバーへ移送される。基板の処理サイクルの間、ロードロック処理ポートは閉じられ、ロードロックは大気圧に対して排気される。搬送ポートは開放され、もう１つの基板が処理のためにロードロックバッファ棚の１つの上に挿入される。システムのパイプライン、即ちロードロックは、その時満たされており、ロードロックは真空へとサイクルされる。処理サイクルが完了するやいなや、処理された基板は処理チャンバーから取り除かれ、ロードロック内へ運ばれて、空のバッファ棚上に格納される。未処理の基板が処理チャンバーへ移送され、エフェクタが回収される。処理された基板は、ロードロックが排気される間ロードロック内に格納され、次にフロントエンド移送へ運ばれる。新しい基板が処理のためにロードロックチャンバーへ積載される。効果を最大にするために、排気、荷下ろし、積載、密封、及びポンプによる真空排気を含むロードロックのサイクルは、基板が処理される間に起こる。サイクル時間の短縮に制限をかける要因の１つは、ポンプによる真空排気である。ポンプ処理はロードロックの容量に依存するので、本発明のロードロックの内部空間は最小化される。ロードロックチャンバーの内部形状は移送の運動に応じて設計され、ロードロックシステムの拡張比に対する格納を最小化する。
【００１４】
従来技術のシステム及び設計は個別の移送チャンバー内及び基板を積み下ろしするフロントエンドでの複雑なメカニズムを強調した。ロードロックは単にカセットを保持したか、基板が積み下ろしされ得るバッファ棚で構成された。先行技術によるロードロックは導管機能をなして基板を真空にした。本発明のロードロックでは、能動的なロボットによる移送メカニズムがロードロックの内に設けられ、処理チャンバーに及び処理チャンバーから基板を搬送し取り出すという必要な機能を実現する。
【００１５】
フロントエンド搬送システムには、基板をロードロックに運ぶことが可能なフロントエンド移送が備わっている。この例では、ロードロック内の基板棚が一時的なバッファを設け、フロントエンド移送から基板を受け取る。それゆえ、エンドエフェクタは、搬送ポートの中から伸びる必要がないが、バッファ棚から基板を積み卸しするだろう。
【００１６】
移送メカニズムは、下側アーム及び延長されたエンドエフェクタから成る改良されたスカラアームとして構成される。下側アームの一端は主軸について回転するために駆動装置に接続される。エンドエフェクタは下側アームの自由端上で回転可能に実装される。下側アームは同軸駆動装置の第１のモーターによって直接駆動される。エンドエフェクタは、下側アームの許容範囲内に含まれるベルト及びプーリーを通して同軸駆動装置の第２のモーターによって駆動される。
【００１７】
駆動モーターに対する制御アルゴリズムは、エンドエフェクタがバッファ棚に移動されて処理用基板を得る取り出し運動と、エンドエフェクタが移動され処理ポートから外側に伸びて処理チャンバーに基板を搬送する取り下ろし運動と、を設ける。取り出し運動の間、駆動モーターは回転を制御されて、第２のモータの第１の駆動モータに対する角運動の比は２：１である。このことがエンドエフェクタの基板プラットフォームを主軸を通って半径方向に直線に移動させる。取り下ろし運動の間、アルゴリズムはコントローラに指示して、下側アームを回転させ、エンドエフェクタがロードロックの内壁をクリア（すなわち通過）して処理ポートに入ることを可能にする。エフェクタを処理チャンバーの中へ伸ばすために、駆動モータが制御されて、下側アームの遠心端を通って基板プラットフォームを直線に移動させる。処理された基板を取り出すために、逆の連続運動が実施されるだろう。
【００１８】
Ｚ軸運動、即ち上下、がロードロック内の移送メカニズムによって設けられ、バッファ棚または処理棚で必要な取り出し運動及び取り下ろし運動を設ける。
【００１９】
エンドエフェクタが下側アームの上方で回転するときに、下側アームは回転してエンドエフェクタがロードロックの処理側壁をクリアすることを可能にする。エンドエフェクタは、基板がロードロックの搬送ポートと一列に並ぶまで回転し続ける。この時、下側アームの前進運動は処理ポートを通ってエンドエフェクタを延ばし、処理チャンバー棚に基板を置く。この方法において、取り出しモードにおける基板プラットフォームの直線のパスは、取り下ろしモードにおける基板プラットフォームの直線のパスからずれている。基板の軌道は、下側アームの位置を調整する駆動制御アルゴリズムによって途中で調整され、上記に示したように、ずれを設ける。
【００２０】
替わりの実施例において、第２の別の延長されたエンドエフェクタが上記に説明した下側アーム上に実装される。第２のエンドエフェクタは３軸駆動システムの３番目の駆動モータによって駆動され、制御されて第１のエンドエフェクと交互に使用される。第２のエンドエフェクタは同様の軌道を通って駆動される。一方のエンドエフェクタが使用されているとき、もう一方はロードロックチャンバーの後ろに退いている。二重化アームを使用すると、バッファ棚はもはや必要ではない。
【００２１】
このメカニズムのロードロックは、その特別な移動メカニズムに関連して、搬送ポートからオフセットしている処理ポートの使用を可能にする。このことは、処理ステーションが一列に設けられるときに特に役立つ。なんとなれば、処理ステーションの仕切りの寸法を最小にするからである。既存のフロントエンドが許容範囲内で用いられるとき、ポートは整列されていないかもしれない。移送メカニズムは、改装設計の検討材料を最小にするオフセット関係を収容し得る。
【好適実施例の説明】
【００２２】
本発明は添付図面を参照して以下により詳細に説明される。
本出願を通して、用語「基板」はシリコン基板及び平面ガラスパネルなどの平面基板を参照するために用いられる。この用語はその最も広い意味を意味する。
【００２３】
半導体処理システム２１が図１に示され、概して最先端を表す。システムは、１つのグループ内に配置され、閉じた移送チャンバー２６と通信する一群の処理チャンバー２４から成る。移送ロボット２８は、各処理チャンバー２４の動作範囲内にある移送チャンバーの中に含まれる。処理チャンバー２４及び移送チャンバー２６は密封された囲い込みを形成し、それはポンプで必要な処理真空へ排気され、真空に維持され得る。フロントエンド搬送移送２９は処理用の重ねられた基板から成るカセット２７を設ける。ドア開閉メカニズム２５は搬送ポートを経由してロードロック２２への接近手段を設ける。基板のカセットは周囲条件でロードロック内に積載される。ロードロック２２はバルブ２３の操作によって搬送ポートで閉じられ、ポンプによりシステムの動作真空へ排気される。次に、バルブ３０が開放されて、ロボット２８が処理のために順に基板を取り出すことを可能にする。この種の処理システムは大変有効であり信頼できる方法で大量の基板を処理できることが証明されている。基板の大きさが直径において増大するにつれて、処理システム２１などのシステムは必然的に大きくなり、これらのシステムに対して生産ラインにおいて割り当てられ得る場所よりも大きくなるという範囲に至った。
【００２４】
本発明の処理モジュール１が図２において単純な形で示されており、単一の処理チャンバー４のために機能するロードロック２で構成される。ロードロックチャンバーは処理ポート６及び搬送ポート７を有し、処理すべき基板の積載及び処理された基板の荷下ろしを可能にする。ポート６及び７はそれぞれバルブ９及び７によって制御される。フロントエンド搬送システムは出ポート８を通ってバルブ１０に係合する。処理チャンバーは入ポート５を通ってバルブ９に接続される。基板は図６ａ−ｄに示したように、ロボット３０によって移送され、周囲条件下でフロントエンド移送３によってロードロック２へと移送される。ロードロックが閉じられ、ポンプによって真空排気され、スリットバルブ９の動作を通して処理チャンバー４に開放される。この方法では、基板はよりコンパクトなシステムを用いて処理チャンバーへ供給される。
【００２５】
図３に示したように、複数の処理モジュールが連続して一列に並べられ得る。工業規格によれば、処理チャンバー４は最小すき間で隔てられなければならず、７５０ｍｍの隣接する処理チャンバーの動作パス１３による分離という結果になる。２重化処理チャンバーを収容し得る既存のフロントエンド搬送システムは５０５ｍｍ離れた動作パス１４を有する。本発明のロードロック２は動作パスのオフセットを収容するよう設計される。
【００２６】
フロントエンド搬送システム３は、基板カセット１７及び１８の結合を可能にするドア開閉器１５を備えている。搬送システム３はロボット１９を含み、結合ポート数に応じてそれが機能するトラック２０上に固定されるか実装されるかもしれない。この種の移送は共通に所有されている米国特許第６，００２，８４０号で説明されており、その開示は全体が本出願に含まれている。
【００２７】
本発明のロードロック２は図５に最も良く示されている。移送３０はロードロック２のキャビティ３１の中に実装され、主軸３３について回転するために適当な駆動（図示されず）上に実装される下側アーム３２から成る。エフェクタ３４は延長されたアームとして形成され、遠心端３５に関して回転するために下側アーム３２の遠心端に回転可能に取り付けられる。エフェクタ３４の自由端は、基板３７を受けて支持するよう設計された適当なプラットフォーム３６で構成される。
【００２８】
ロードロック２の有効なキャビティ３１は、移送３０の自由な動作を可能にするのに十分な空間だけを与えるよう設計されている。フロア３８を上げて十分な動作空間だけを設け、同じ目的のために内壁を形成することによって、ロードロックの容量は最小化される。このことは処理サイクル時間と一致するサイクル時間を設けるために真空へのサイクル時間が短縮されることを可能にする。
【００２９】
ロードロック２は処理ポート６及び搬送ポート７を備えており、それぞれスリットバルブ９及び１０によって制御される。バルブは図７に示したように処理制御システム４２によって操作される。ポート７はフロントエンド搬送モジュール３がチャンバー３１に接近することを可能にする。フロントエンド搬送モジュール３はロボット１９を使用して、バッファ棚４０上の処理用基板を積載する。エンドエフェクタ３４は制御システム４２によってシェルフ４０と整列するよう移動され、参照番号３７で示したような基板を取り出す。第２のバッファ棚４１が設けられてフロントエンドモジュール３によって取り除かれ得るまで処理された基板を収容する。
【００３０】
処理制御システム４２が図７に示され、本発明のロードロックを基にした基板処理システムにおいて必要とされる様々な機能を実現するために用いられ得る典型的なシステムを説明する。処理モジュールの各々は適当な検出素子を与えられて制御プロセッサに情報をフィードバックする。制御プロセッサは処理の進捗を監視しかつ一連の操作ステップのタイミングをはかる。
【００３１】
主要なサイクル事象は真空ポンプ４４の動作であり、ロードロック２をポンプで真空排気する。ポンプ４４は動作しているチャンバー４内の真空を維持するためにも作動する。圧力モニタはロードロックチャンバー３１内の圧力を検出し、システム制御プロセッサ４５にロードロック圧力の指標を与える。制御プロセッサ４５は処理全体に対するアルゴリズムによって制御される。前に示したように、ロードロックをポンプで真空排気するために必要な時間はチャンバー３１の容量に依存する。ロードロックチャンバーの容量を最小にするために、チャンバー内の全ての空間は、バッファ棚４０及び４１並びに移送運動に対して必要とされないが、チャンバー３１の範囲を確定する上面、底面、側壁の輪郭を形成して満たされる。このことはロードロックの延長比に対する格納を最小化する。
【００３２】
ロードロック２内の移送３０の運動は図６ａ−６ｄに説明される。基板ホルダ３６の全体の軌道が一続きの矢印４３で示されている。矢印４３は処理積載方向を示し、基板３７は処理のために棚４０上にすでに格納されていると想定される、とういうことに注意されるべきである。図６ａにおける移送の位置が便宜上スタート位置として参照されるだろう。この位置において、エフェクタ３４は下側アーム３２の上方に整列している。ホルダ３６をシェルフ４０の取り出し位置へ移動させるために、下側アーム３２は角度θを通って移動し、同時にエフェクタ３４が、図６ｂに示したように、角度φを通って移動する。移送駆動４６は制御アルゴリズムによって指示されたようにアームを移動させる。下側アーム３２に対するエフェクタ３４の相対的運動は、この運動の間２対１の比率で保持される。それによって、矢印４３aで示された直線軌道が生成される。取り出し後に、移送はスタート位置に戻る。次にエフェクタアーム３４は処理ポート６と整列するよう移動して、処理チャンバー４の中へ移送が伸びるのを可能にする。この運動は、角度θbを通して下側アームを回転させ、角度φbを通してエフェクタ３４を移動することによって実現される。制御アルゴリズムは下側アーム３２とエフェクタ３４の相対的運動を調整し、軌道部分４３bに沿ったクリア運動を設ける。移送素子は２対１相対運動によって延長され直線延長軌道４３ｃを実現する。
【００３３】
最初にロードロック２は排気され、搬送ポート７は開放されている。フロントエンド移送１９が始動され処理用棚４０へ基板３７を搬送する。搬送ポートバルブ１０は密封され、ロードロックチャンバー３１はポンプで真空排気される。処理動作真空が得られると、処理ポート６はスリットバルブ９を通して開放される。この時点で処理チャンバー４は空であり、移送３０はそのいわゆるスタート位置にある。移送３０はバッファ棚４０から基板３７を得て、処理のために基板３７を取り下ろす完全に伸張位置へその搬送軌道４３を通って平行移動する。移送３０はそのスタート位置へ引っ込み、処理バルブ９は閉じられて密封される。すぐに基板３７はチャンバー４内の処理サイクルに従う。同時に、ロードロック２は排気され、開放され、搬送ロボット１９から新しい基板を受け取る。新しい基板が積載されると、搬送バルブ１０は閉じられ、ロードロック１０は真空へサイクルされる。搬送ポートが開放されると、移送３０が伸び、処理された基板３７を取り出し、バッファ棚４１内にそれを積載する。この時点でシステムはサイクルを完了し、新しいサイクルが開始されて新しい基板を処理する。
【００３４】
図８に示された替わりの実施例では、第２の延長されたエンドエフェクタ５０がエンドエフェクタ３４の上方に実装されて示されている。エンドエフェクタ５０はヨークまたは同様のチップをその外端に有し、移送用基板を受け取る。エンドエフェクタの各々は交互に使用されるために駆動され、基板が処理されるときに基板を取り出し、または取り下ろす。この駆動メカニズムは３軸駆動を必要とし、各々のアームが下側アーム３２と連携して個別に制御されることを可能にする。第２のエンドエフェクタ５０は図６ａに示されたように同様の軌道４３を通って移動されるだろう。付加エンドエフェクタは、基板がバッファ棚の必要なしに格納されることを可能にする。
【００３５】
動作中、エンドエフェクタの各々は最初に処理用基板を保持するだろう。ロードロックがポンプで真空排気された後に、格納位置で自由になった１つのエンドエフェクタを用いて、基板が処理のために積載される。処理サイクルが完了した後に、処理された基板は空のエンドエフェクタによって取り出されて、処理チャンバーから引っ込められる。処理された基板を保持するエンドエフェクタは格納位置へ移動され、同時に未処理の基板を保持するエンドエフェクタが前進する。自由になった処理された基板のエフェクタを用いて、下側アーム３２は処理用の未処理の基板を積載する。処理中、前のように、ロードロックは排気され、開放されて、新しい基板がフロントエンド３によって積載されることを可能にする。第２のエンドエフェクタを用いると、ロードロックの中からエフェクタアームを伸ばし、より受動的なフロントエンドシステムから基板を取り出すことが可能であるだろう。
【００３６】
この方法では、単純化された大いに柔軟性のあるロードロックが構成されて個々の処理チャンバーのために機能する。統合された移送メカニズムは基板を処理チャンバーに搬送し、処理の期間中次の処理サイクルのためにリサイクルするメカニズムを設ける。このことは既存のフロントエンドシステムに完全な処理モジュールを実装し、処理モジュールの並置を可能にする能力を設け、それによって基板の直径が増加することによって現れた扱いにくいシステムを避けるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行技術による半導体処理システムの平面図である。
【図２】本発明による半導体処理システムの斜視図である。
【図３】本発明によるロードロックシステムを用いた２重化モジュール処理システムの平面図である。
【図４】本発明による処理についてのフローチャートである。
【図５】本発明によるロードロックの内部の開放図である。
【図６ａ】移送メカニズムの運動を示す本発明によるロードロックの平面図である。
【図６ｂ】移送メカニズムの運動を示す本発明によるロードロックの平面図である。
【図６ｃ】移送メカニズムの運動を示す本発明によるロードロックの平面図である。
【図６ｄ】移送メカニズムの運動を示す本発明によるロードロックの平面図である。
【図７】本発明についての制御システムのブロック図である。
【図８】移送メカニズムの替わりの実施例を示す本発明によるロードロックの開放図である。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７】
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【図８】
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