(57)【要約】【課題】ロードロック室や処理チャンバが垂直方向に運動する必要がなく、移載装置の運動のみにより、半導体ワークピースのローディング・アンローディングや交換の動作が容易に完成でき、更に迅速且つ低コストでワークピースをローディング・アンローディングし交換することができ、生産能率を高めることができる半導体ワークピース処理システムを提供する。【解決手段】ロードロック室と、移載室と、一つ或いは複数の処理チャンバとを含む半導体ワークピース処理システムにおいて、移載装置を備える移載室が、ロードロック室と移載室を囲んで設けられている処理チャンバとの間に位置する。処理チャンバ内の各処理ステーションの間に反応ガスのガス幕が形成されて、各処理ステーション間の均一性が改良され、異なる処理ステーション間の反応ガスの相互干渉が避けられるように、特別に設計された吸排気システムを採用した処理チャンバも開示している。【選択図】図１
2007049150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部キャビティとその中に設置されている複数の処理ステーションとを具備する複数の処理チャンバと、
前記処理チャンバのいずれに連結されている移載室と、
前記移載室と連結して、それぞれに複数の溝と、前記各処理チャンバに処理される半導体ワークピースを供給し、先行の前記各処理チャンバによる処理済みの半導体ワークピースを受けるような、半導体ワークピースを置くための一つの温度制御板とを具備する複数のローディングチャンバと、
前記移載室に設置され、前記各処理チャンバによる処理済みの半導体ワークピースの数をほぼ最大化するように、前記個別の半導体ワークピースを前記各処理チャンバと前記ローディングチャンバとにそれぞれ移載し、そこから移出する、少なくとも２つの伸縮できる移載アームを具備する垂直と水平に移動できる移載装置とを有することを特徴とする半導体ワークピース処理システム。
【請求項２】
前記少なくとも２つの伸縮できる移載アームは、全て前記ローディング・アンローディング口を指す時にほぼ垂直に対向することを特徴とする請求項１に記載の半導体ワークピース処理システム。
【請求項３】
前記少なくとも２つの伸縮できる移載アームは、前記移載室、ローディングチャンバ及び前記各処理チャンバの中に、ほぼ水平な面に回転できることを特徴とする請求項１に記載の半導体ワークピース処理システム。
【請求項４】
さらに、前記ローディングチャンバのいずれが前記移載室と連結し、前記伸縮できる移載アームが異なる溝と前記一つの温度制御板へ指してこれらに向けて移動し又はその反対方向へ移動するように位置合わせてから、半導体ワークピースを取り出すことができる、又は半導体ワークピースを前記各溝のうち一つ及び前記温度制御板に移載できることを特徴とする請求項１に記載の半導体ワークピース処理システム。
【請求項５】
一つの内部キャビティとその中に設置されている複数の処理ステーションとを具備する複数の処理チャンバを提供するステップと、
前記各処理チャンバのいずれに連結する移載室を提供するステップと、
前記移載室と連結し、前記各処理チャンバで処理される半導体ワークピースを供給し、先行の前記各処理チャンバによる処理済みの半導体ワークピースを受けるような、半導体ワークピースを置くための複数のスロットと一つの温度制御板とを含む複数のローディングチャンバを提供するステップと、
前記移載室に設置され、前記各処理チャンバで処理される半導体ワークピースの数を実質的に最大化するように、前記個々の半導体ワークピースを前記各処理チャンバと前記ローディングチャンバにそれぞれ移載し、そこから移出する、２つの伸縮できる移載アームを少なくとも具備し、垂直と水平に搬送できる移載装置を提供するステップと、
前記伸縮可能な一つの移載アームにより、前記一つのローディングチャンバから回収された半導体ワークピースは、前記伸縮可能な移載アームの回転により前記搬送口を指すステップと、
前記各伸縮できる移載アーム中の一つを適宜な位置に垂直移動させてから、前記ローディング・アンローディング口を通して前記処理チャンバに水平移動させて、半導体ワークピースを移載すると共に前記各伸縮できる移載アームを前記ローディング・アンローディング口により収縮することによって、前記処理チャンバから前記半導体ワークピースを取り出すステップと、
前記半導体ワークピースを回収するステップの後に、前記移載アーム中の他方により他方の伸縮できる移載アームを適宜な位置に垂直移動させて、他の伸縮できる移載アームを前記ローディング・アンローディング口を通して前記処理チャンバに水平移動させて、他の半導体ワークピースを前記処理チャンバに移載するステップとを含むことを特徴とする半導体ワークピース処理システムにおいて半導体ワークピースを移載する方法。
【請求項６】
さらに、前記移載室の中に、ほぼ水平な面に前記移載装置を他のローディングチャンバに移載することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記他方の伸縮できる移載アームを適宜な位置に垂直移動させることにより、前記処理済みの半導体ワークピースを他のローディングチャンバの前記温度制御板に移載することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
複数の処理ステーションを含む半導体処理チャンバにおいて、
さらに処理ステーションに対応する複数のステーションホールを有し、かつ処理ステーションに置かれるガス遮蔽プレートを含み、半導体処理の過程において、ステーションホールによって各処理ステーションの反応環境が互いに隔離されることを特徴とする半導体処理チャンバ。
【請求項９】
さらに、それぞれの処理ステーションの範囲を限定するチャンバ筐体を備え、そのチャンバ筐体と組み合わされるチャンバリッドと、ガス遮蔽プレートがチャンバリッドとチャンバ筐体との間に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１０】
前記チャンバリッドには、処理チャンバ内部に位置する、複数の細孔を持つシャワーヘッドを複数有することを特徴とする請求項９に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１１】
前記ガス遮蔽プレートのステーションホールが前記シャワーヘッドに対応すると共に、半導体ワークピース処理の過程において、シャワーヘッドがガス遮蔽プレートのステーションホールに密接することを特徴とする請求項１０に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１２】
前記ガス遮蔽プレートの下方にあるチャンバ筐体はステーションホールごとに対応する加熱ベースを備え、前記対応するシャワーヘッド、ステーションホール及び加熱ベースにより処理ステーションが形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１３】
前記ステーションホールの周辺に、ガス遮蔽プレートの周辺に近い側がガス遮蔽プレートの中心に近い側より疎らであるように分布する放射状溝が若干設置されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１４】
前記チャンバリッドに窪み部が設置され、前記窪み部の周辺に延在部が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１５】
前記ガス遮蔽プレートの周囲に、さらにチャンバリッドの窪み部の延在部と連通する排気口が設置されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１６】
前記ガス遮蔽プレートの周囲に複数の対称する排気口が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１７】
前記チャンバ筐体においてガス遮蔽プレートに近い周囲に、排気するための排気溝が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１８】
前記チャンバ筐体の底部に、前記排気溝と連通する排気通路が設けられ、前記排気通路が排気装置と接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項１９】
前記チャンバ内のガス流が、反応ガスがシャワーヘッドによって処理ステーション毎に送入され、加熱ベースに置かれる半導体ワークピースに対して処理を行い、吸気システムの気圧および排気装置の反応ガス抽出によって、各処理ステーションのガス遮蔽プレートの放射状溝から反応ガスが流出して、チャンバリッドの窪み部に入り、窪み部の延在部へ流れて、ガス遮蔽プレートの周囲の排気口を経由してチャンバ筐体の排気溝に流れ、さらに排気溝と連通する排気通路により排気装置に入るように流れることを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項２０】
粉塵パーティクルが加熱ベースの下方に堆積し、フィルムが成長することを防ぐように、加熱ベースの底部に不活性ガスが流れていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項２１】
a.それぞれに内部キャビティを含み、前記内部キャビティへのアクセスが許されるローディング・アンローディング口をさらに定義し、且つ前記処理チャンバ毎の内部キャビティにn個の処理ステーションを定義する複数の処理チャンバを提供するステップと、
b.移動可能に前記内部キャビティ内に取り付けられる半導体ワークピースインデックス板を提供するステップと、
c.前記処理チャンバにおける前記ローディング・アンローディング口と隣接に設置される移載室を提供するステップと、
d.全て前記移載室と隣接に位置付けされ、それぞれに複数の溝と、半導体ワークピースを置くための温度制御板を含む複数のローディングチャンバを提供するステップと、
e.垂直と水平に移動でき且つ互いにほぼ垂直に対向し、前記各処理チャンバによる処理済みの半導体ワークピースの数をほぼ最大化するように、前記ローディング・アンローディング口と前記各ローディングチャンバを指す、第１と第２の伸縮できる移載アームを少なくとも含む前記移載室内に位置される移載装置を提供するステップと、
f.前記各伸縮できる移載アームにより、前記ローディングチャンバから前記各処理チャンバで処理される二つの半導体ワークピースを取り出すステップと、
g.前記第１の伸縮できる移載アームを回転して、これを前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向させるように、ある位置へ垂直と水平に調整するステップと、
h.前記半導体ワークピースを移載する第１の伸縮できる移載アームを前記移載室から移動して前記ローディング・アンローディング口を通して、前記処理チャンバにおける前記内部キャビティへ移動させて、前記半導体ワークピースを前記ワークピースインデックス板の上に置くステップと、
i.前記第１の伸縮できる移載アームを前記内部キャビティから引き出すステップと、
j.前記ワークピースインデックス板をn分の一周回転するステップと、
k.前記第２の伸縮できる移載アームを回転して、これを前記ローディング・アンローディング口と対向させるように、ある位置へ垂直と水平に調整するステップと、
l.前記半導体ワークピースを移載する第２の伸縮できる移載アームを、前記移載室から移動させて、前記ローディング・アンローディング口を通して、前記処理チャンバおける前記内部キャビティに移動させて、前記半導体ワークピースを前記ワークピースインデックス板の上に置くステップと、
m.前記第２の伸縮できる移載アームを前記内部キャビティから引き出すステップと、
n.前記ワークピースインデックス板をn分の一周回転するステップと、
o.前記n個の処理ステーション毎に一つの半導体ワークピースが存在するまで、f〜nステップを繰り返すステップとを含むことを特徴とする半導体ワークピースを空きの半導体ワークピース処理システムに移載する方法。
【請求項２２】
前記数nは、自然数であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ステップ oの後に、
前記内部キャビティにおいて、前記各半導体ワークピースのを処理するステップと、
前記第１の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディングチャンバとほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
前記第１の伸縮できるアームを前記ローディングチャンバに延長して、未処理された半導体ワークピースを取り出し、前記第１の伸縮できる移載アームを前記ローディングチャンバから引き出すステップと、
前記第２の伸縮できる移載アームを回転させて、前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
前記第２の伸縮できる移載アームを延長することにより、前記ローディング・アンローディング口を通して前記ワークピースインデックス板から処理済みの半導体ワークピースを取り出し、前記第２の伸縮できる移載アームを前記内部キャビティから引き出すステップと、
前記第１の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
前記未処理の半導体ワークピースを移載する前記第１の伸縮できる移載アームを延長して、前記ローディング・アンローディング口を通して、前記未処理の半導体ワークピースを前記ワークピースインデックス板に堆積させ、後に前記第１の伸縮できる移載アームを引き出すステップと、
前記第２の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディングチャンバとほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整して、前記第２の伸縮できる移載アームを前記ローディングチャンバに移動させて、前記処理済みの半導体ワークピースを前記ローディングチャンバに堆積させるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ワークピースインデックス板上に取り付けられるn対の移載アームを提供するステップと、
前記ワークピースインデックス板を回転することにより、１対移載アーム毎に、前記各n個の処理ステーションと対応するようになるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
a.それぞれに一つの内部キャビティを含み、前記内部キャビティへのアクセスが許されるローディング・アンローディング口をさらに定義し、且つ前記内部キャビティに、それぞれ一つの処理済みの半導体ワークピースが存在するn個の処理ステーションを定義する複数の処理チャンバを提供するステップと、
b.移動可能に前記内部キャビティの中に取り付けられる半導体ワークピースインデックス板を提供するステップと、
c.前記処理チャンバにおける前記ローディング・アンローディング口と隣接に設置される移載室を提供するステップと、
d.垂直と水平に移動でき、互いにさらにほぼ垂直に対向し、前記ローディング・アンローディング口を指すことができる、第１及び第２の伸縮できる移載アームを少なくとも含む前記移載室内に位置する移載装置を提供するステップと、
e.前記移載室と隣接に設置されるローディングチャンバを提供するステップと、
f.前記第１の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
g.前記第１の伸縮できる移載アームを移動させて、前記ローディング・アンローディング口を通して、前記ワークピースインデックス板から一つの処理済みの半導体ワークピースを取り出すステップと、
h.前記処理済みの半導体ワークピースを移載する第１の伸縮できる移載アームを、前記内部キャビティから引き出すステップと、
i.前記ワークピースインデックス板をn分の一周回転するステップと、
j.前記第２の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
k.前記第２の移載アームを移動させて、前記ローディング・アンローディング口を通して、前記ワークピースインデックス板から処理済みの一つの第２の半導体ワークピースを取り出すステップと、
l.前記処理済みの半導体ワークピースを移載する第２の伸縮できる移載アームを、前記内部キャビティから引き出すステップと、
m.前記第１及び第２の伸縮できる移載アームを回転して、いずれも前記ローディングチャンバの方向にほぼ位置するように、垂直と水平に調整するステップと、
n.前記第１及び第２の伸縮できる移載アームを個別に前記ローディングチャンバに延長して、前記処理済みの半導体ワークピースを前記ローディングチャンバに堆積させるステップと、
o.n個の処理ステーションが空になるまで、f〜nステップを繰り返すステップとを含むことを特徴とする半導体ワークピース処理システムから半導体ワークピースをアンロードする方法。
【請求項２６】
前記数nは、自然数であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ワークピースインデックス板上に取り付けられるn対の移載アームを提供するステップと、
１対移載アーム毎に前記各n個の処理ステーションと対応するように、前記ワークピースインデックス板を回転するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
a.それぞれに一つの内部キャビティを含み、前記内部キャビティへのアクセスが許されるローディング・アンローディング口をさらに定義し、且つ前記内部キャビティに、少なくとも一つの中に処理済みの一つの半導体ワークピースを有するn個の処理ステーションを定義する処理チャンバを提供するステップと、
b.前記内部キャビティ中に取り付けられるワークピースインデックス板を提供するステップと、
c.前記処理チャンバにおける前記ローディング・アンローディング口と隣接に設置される移載室を提供するステップと、
d.前記移載室と連結し、それぞれに複数の溝と、前記各処理チャンバで処理される半導体ワークピースを供給し、先行の前記各処理チャンバによる処理済みの半導体ワークピースを受けるような、半導体ワークピースを置くための一つの温度制御板を含む複数のローディングチャンバを提供するステップと、
e.垂直と水平に移動して、互いにさらにほぼ垂直に対向し、前記各処理チャンバで処理される半導体ワークピースの数をほぼ最大化するように、前記ローディング・アンローディング口と前記各ローディングチャンバの方向に指す第１と第２の伸縮できる移載アームを含む、前記移載室の中に位置する移載装置を提供するステップと、
f.前記第１の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディングチャンバとほぼ対向するように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
g.前記第１の伸縮できる移載アームを延長して、前記ローディングチャンバから、一つの未処理の半導体ワークピースを取り出し、前記第１の伸縮できる移載アームを前記ローディングチャンバから引き出すステップと、
h.前記ワークピースインデックス板を回転して、少なくとも一つの処理済みの半導体ワークピースを前記ローディング・アンローディング口と対向させるステップと、
i.前記第２の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向させるように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
j.前記第２の伸縮できる移載アームを延長して、前記ローディング・アンローディング口を通して、前記内部キャビティから処理済みの一つの半導体ワークピースを取り出し、前記第２の伸縮できる移載アームを前記処理チャンバから引き出すステップと、
k.前記第１の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディング・アンローディング口とほぼ対向させるように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
l.前記未処理の半導体ワークピースを移載する前記第１の伸縮できる移載アームを前記内部キャビティに延長して、前記未処理の半導体ワークピースを前記ワークピースインデックス板に堆積させて、前記第１の伸縮できる移載アームを前記処理チャンバから引き出すステップと、
m.前記第２の伸縮できる移載アームを回転して、前記ローディングチャンバとほぼ対向させるように、ある位置に垂直と水平に調整するステップと、
n.前記第２の伸縮できる移載アームを前記ローディングチャンバに延長して、前記処理済みの半導体ワークピースを前記ローディングチャンバに堆積させて、前記第２の伸縮できる移載アームを前記ローディングチャンバから引き出すステップとを含むことを特徴とする半導体ワークピース処理システムで半導体ワークピースを交換する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造設備技術分野に関し、特に半導体ワークピース処理システム及びその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、常用される半導体ワークピース処理システムには二種類あり、一つはワークピースに対するバッチ式処理を行うもの、もう一つはワークピースに対する枚葉式処理を行うものである。バッチ式処理システムにおいて、数枚のワークピースが同時に水平又は垂直に置かれて処理される。
【０００３】
装置内で同時に数枚のワークピースを処理するため、ワークピース間のピッチが非常に小さい。これに対して、低圧力処理でガス圧力勾配を消去する必要があり、一般的に、ワークピース間のピッチがその厚さの１／４より大きい場合、圧力を５００ミリトールより小さくすることが必要になるが、この時の堆積速度は１００A／min未満になる。これは更に長い加工時間が必要となることを意味する。
【０００４】
枚葉式処理システムは、一枚の製品に対する処理の均一性、熱履歴低減および１ロットあたりの加工速度の点において優れているが、その低生産性および非常に高い生産コストはどう見ても解決され難い致命的な欠陥である。
【０００５】
以上のような課題を解決するために、特許文献１の背景技術部分には、バッチ式処理のシステムが記載された。図１２に示すように、このようなバッチ式処理システム１０１は、処理チャンバ１０２を有し、この処理チャンバ１０２には複数の処理ステーション１０３を備える。このようにして、処理チャンバ１０２は、ワークピース間のピッチを考慮せず、一回で同時に数枚のワークピースを処理することができる。
【０００６】
しかし、このようなシステムにも同様にいくつかの問題が存在しているため、ワークピースの処理速度や品質に影響を与えて、多量のワークピースの同時処理を有効的に行うことができない。主に処理品質に影響するのは、それぞれの処理ステーションの処理条件の均一性である。処理条件の均一性は、主に反応ガス及び温度の両方の影響を受ける。一般的に、処理ステーションの間が密閉されると、ステーションの間の熱隔離が生じ、各処理ステーション間の温度均一性が制御し難くなる。また、処理ステーションの間が密閉されないと、各処理ステーション間の反応ガスが相互干渉して、各処理ステーション間の処理雰囲気の均一性に影響を及ぼす可能性がある。
【０００７】
このため、現在の複数の処理ステーションからなる処理チャンバは、多量のワークピースの同時処理を均一的に行うことができない。
【０００８】
また、特許文献２は、その他のワークピースのバッチ式処理システムを提供した。図１３に示すように、前記システムは、移載室１１１が簡素化されて床面積の少ない装置となった。
【０００９】
しかし、前記システムは、そのローディングシステム１１２が複雑であり、ワークピースのローディング速度が遅く、工程にはワークピースのローディング・アンローディングを待つ時間が必要であるため、生産効率が劣化する。これで、ローディング・アンローディング過程の待機時間を減少してワークピースに対する処理効率を高めるために、高効率なワークピースのローディング・アンローディング装置及び方法を提供する必要がある。
【００１０】
それに、前記特許に記載のワークピース処理装置は、処理チャンバ１１３を一つしか備えることができないので、装置ごとに同時処理可能なワークピースの数が減少され、生産コストを増加することになる。
【００１１】
また、従来のワークピースのバッチ式処理装置には、その機械構造が複雑であり、保守が容易でなく、かつ移載装置がワークピースのローディング・アンローディングと交換を行う時の移載コストが高く、単位生産能率が低下するというような共通な問題がある。
【特許文献１】米国特許第５８５５６８１号明細書
【特許文献２】米国特許第６８６０９６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、従来のワークピース量産装置の信頼性が欠け、機械構造が複雑であるという問題が解決される半導体ワークピース処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、移載装置が設けられている移載室と、ローディング・アンローディング口を有する処理チャンバとを含む半導体ワークピース処理システムにおいて、前記移載装置は、ワークピースを出し入れするために、同時に前記処理チャンバの同一なローディング・アンローディング口を指すとともに、それぞれ垂直方向に前記同一なローディング・アンローディング口の位置に対向するように調整でき、且つそれぞれ伸縮できる移載アームを少なくとも二つ有する技術方法によって、達成する。
【００１４】
その中には、前記二つの移載アームは、ローディング・アンローディング口を指す上下位置に位置する。前記二つの移載アームが、移載室と処理チャンバの間の水平面において回転できると共に、移載装置の二つの移載アームが移載装置のスピンドルに伴って上下移動でき、移載装置の各移載アームが前後方向に伸縮自在である。
【００１５】
前記半導体ワークピース処理システムは、複数のワークピース・スロットが設けられているロードロック室を少なくとも一つ備え、二つの前記移載アームは、ワークピースを出し入れするために、ロードロック室の異なるワークピース・スロットの位置に同時に向くことができる。各ロードロック室には二つあるいは四つのワークピース・スロットが設けられている。ロードロック室は上下二層に分けられ、下層に位置するワークピース・スロットには、放熱効果を増加するように放熱しやすいパッドが設けられている。
【００１６】
本発明の他の目的は、現在のワークピース量産装置処理が均一性に欠け、ワークピースのバッチ式処理が高品質に実行できない問題を解決できる半導体ワークピース処理システムを提供することにある。
【００１７】
本発明は、排気するための放射状の溝が周囲に設けられている複数の処理ステーションを備え、排気通路が周囲に設けられている半導体処理チャンバにおいて、処理チャンバの排気通路と、処理ステーションの放射状の溝とが連通して、排気システムを構成する技術方法によって、上記目的を達成する。
【００１８】
その中には、前記処理チャンバは、突き出しているシャワーヘッドを有するチャンバリッドとチャンバ筐体を含み、このチャンバリッドとチャンバ筐体の間にガス遮蔽プレートが設けられ、前記ガス遮蔽プレートに前記シャワーヘッドと対応する若干のステーションホールを有し、このガス遮蔽プレートの下方にあるチャンバ筐体は、ステーションホールごとに対応する加熱ベースを有し、前記対応しているシャワーヘッド、ステーションホール、及び加熱ベースにより処理ステーションが形成されている。そのガス遮蔽プレートの周辺に複数の放射状の溝が設置されている。前記放射状の溝は、ガス遮蔽プレートの周辺に近い側がガス遮蔽プレートの中心に近い側より疎らであるように分布している。また、ガス遮蔽プレートの周囲には、チャンバリッドの窪み部の延在部に対応する排気口が複数設けられている。
【００１９】
チャンバ筐体に排気するための排気溝が少なくとも一つ設けられ、排気溝がガス遮蔽プレートの排気口と連通する。チャンバ筐体の底部に、前記排気溝と連通する排気通路が設けられており、前記排気通路は排気装置と接続されている。
【００２０】
処理ステーションの周囲に排出されたガス流で形成したガス幕は、本発明のシャワーヘッドによってガスが各処理ステーションに送入され、吸気システムの気圧および排気装置のガス抽出によって、各処理ステーションの放射状の溝の中からガスが流出し、気圧の作用により、ガスが非常に速く流れて、処理ステーションの周囲にガス幕を形成するように、形成される。加熱ベースの周囲には、加熱ベース下部へのガス幕の流入を防ぐために上向きに噴射する不活性ガスのガス幕が設けられている。
【００２１】
他の技術案は、複数の処理ステーションを含み、処理ステーションに置かれる、処理ステーションに対応する複数のステーションホールを有するガス遮蔽プレートも含む半導体処理チャンバにおいて、半導体ワークピース処理の過程で、ステーションホールにより、各処理ステーションの反応環境が互いに隔離されるようになる。
【００２２】
その中の、前記処理チャンバはチャンバリッドとチャンバ筐体を備え、このチャンバ筐体内に処理ステーションが設けられ、このチャンバリッドとチャンバ筐体との間にガス遮蔽プレートが設けられている。その中には、チャンバリッドが突き出している細孔付きのシャワーヘッドを有する。前記ガス遮蔽プレートのステーションホールが前記シャワーヘッドに対応すると共に、半導体ワークピース処理の過程の中で、シャワーヘッドがガス遮蔽プレートのステーションホールに密接する。ガス遮蔽プレートの下方にあるチャンバ筐体において、ステーションホールごとに対応する加熱ベースを備え、前記対応するシャワーヘッド、ステーションホール、及び加熱ベースにより処理ステーションが形成されている。ステーションホールの周辺に、ガス遮蔽プレートの周辺に近い側がガス遮蔽プレートの中心に近い側より疎らであるように分布する放射状の溝が若干設けられている。ガス遮蔽プレートの周囲に、チャンバリッドの窪み部の延在部に対応する複数の排気口が設けられている。ガス遮蔽プレートの周囲に、対称する複数の排気口が設けられている。チャンバ筐体に、ガス遮蔽プレートの周囲に近づいて排気するための排気溝が少なくとも一つ設置されている。チャンバ筐体の底部に、前記排気溝に連通し、且つ排気装置に接続する排気通路が設けられている。
【００２３】
前記処理チャンバにおいて、ガス流は、反応ガスがシャワーヘッドによって各処理ステーションに送入され、加熱ベースに置かれる半導体ワークピースに対して処理を行い、吸気システムの気圧および排気装置による反応ガスの抽出によって、各処理ステーションのガス遮蔽プレートの放射状の溝から反応ガスが流出して、チャンバリッドの窪み部に入り、窪み部の延在部へ流れて、ガス遮蔽プレートの周囲の排気口を介してチャンバ筐体の排気溝に流れて、排気溝と連通する排気通路により排気装置に入るように、流れる。
【００２４】
チャンバ筐体の移載室に対向する側に、ワークピースをローディング・アンローディングするためのローディング・アンローディング口が設けられている。粉塵パーティクルが加熱ベースの下方で堆積し、フィルムが成長することを防ぐために、加熱ベースの底部に不活性ガスが流れている。
【００２５】
本発明の更なる目的は、現在のワークピース量産処理装置においてワークピースのローディング・アンローディングの速度が遅く、ワークピースの処理効率が低いとの問題を解決できる処理システムを提供することにある。
【００２６】
本発明は、上下位置に位置してそれぞれ水平方向に沿って伸縮できる移載アームを少なくとも二つ具備する移載装置が設けられている移載室と、処理チャンバとからなる半導体ワークピース処理システムによるワークピースの移載方法であって、（１）移載装置の一方の移載アームが、処理チャンバ内の一つのワークピースローディング・アンローディング口から一枚のワークピースを取り出すステップと、（２）ステップ（１）完成した直後、移載装置の他方の移載アームが前記ワークピースローディング・アンローディング口により別の一枚のワークピースを処理チャンバ内に置くステップを含む技術方法により、上記目的を達成する。
【００２７】
その中には、前記移載装置は移載室における水平面上で回転できる。移載装置の二つの移載アームは、移載装置のスピンドルに伴って上下移動できる。移載装置は、一回毎にワークピースのローディング・アンローディング口を介して一枚のワークピースをロードあるいはアンロードする。半導体ワークピース処理システムは、また、ロードロック室を含み、移載装置が一回毎にロードロック室から二枚のワークピースを取り出すことができる。
【００２８】
本発明の他の技術方案は、ロードロック室と、同一方向を指して上下に位置する移載アームを少なくとも二つ具備する移載装置を有する移載室と、ワークピース交換アームが設けられ、処理ステーションをn個有する処理チャンバとを備える半導体ワークピース処理システムによるワークピースのローディング方法であって、処理チャンバにワークピースがない場合、（１）移載装置がロードロック室からその二つの移載アームで二枚のワークピースを取り出すステップと、（２）二つの移載アームを処理チャンバのローディング・アンローディング口に回転させ、その中には、第１の移載アームがローディング・アンローディング口に対向して、前記第１の移載アームが持つワークピースをワークピース交換アームに置き、ワークピース交換アームをn分の一サイクルに回転させるステップと、（３）移載装置の第２の移載アームをローディング・アンローディング口に対向するように調整し、前記第２の移載アームが持つワークピースをワークピース交換アームに置くステップと、（４）二つの移載アームがロードロック室に戻ってから二枚のワークピースを取り出し、ワークピース交換アームがn分の一サイクルに回転するステップと、（５）処理チャンバがいっぱいになるまで、上記（２）、（３）、（４）ステップを繰り返すことにより、ワークピースをロードする。
【００２９】
その中には、処理ステーションの個数nは自然数である。処理チャンバの数は二つ又は三つである。ロードロック室は、ワークピースの移載や交換するための交換層である上層と、放熱するための放熱しやすいパッドが設けられる下層とからなる上下二層構造とされている。ロードロック室内には二枚又は四枚のワークピースが収納できる。
【００３０】
ステップ（５）が完了し、且つすべてのワークピースが処理された後には、ワークピースを交換するステップをさらに含む。これには、以下のステップが含まれ、すなわち、a．移載装置がロードロック室に戻り、第１の移載アームでロードロック室から一枚の未処理のワークピースを取り出すステップと、b．処理チャンバに戻すように移載装置を回転させ、、第２の移載アームを処理チャンバのローディング・アンローディング口に対向するようにするステップと、c．移載装置がローディング・アンローディング口によって第２の移載アームでワークピース交換アームから一枚の処理済みのワークピースを取り出すステップと、d．移載装置の位置を調整し、第１の移載アームをローディング・アンローディング口に対向するようにして、移載装置がローディング・アンローディング口によって第１の移載アームでワークピース交換アームへ一枚の未処理のワークピースを置くステップと、e．移載装置の第２の移載アームがロードロック室に戻り、第２の移載アームが取得した処理済みのワークピースをロードロック室に置くステップとを備える。
【００３１】
１対毎の移載アームが一つの処理ステーションに対応するように回転できるワークピース交換アームには、n対の移載アームが設けられている。
【００３２】
ロードロック室と、同一方向を指して上下の位置に位置する移載アームを少なくとも二つ具備する移載装置を含む移載室と、ワークピース交換アームが設けられ、処理ステーションをn個有する処理チャンバとを備える半導体ワークピース処理システムによるワークピースのアンロード方法であって、処理チャンバがいっぱいになった場合、（１）移載装置がローディング・アンローディング口を介して第１の移載アームでワークピース交換アームから一枚のワークピースを取り出すステップと、（２）ワークピース交換アームがn分の一サイクル回転して、ローディング・アンローディング口に対向するように第２の移載アームの位置を調整するステップと、（３）移載装置がローディング・アンローディング口を介して第２の移載アームでワークピース交換アームから一枚のワークピースを取り出すステップと、（４）移載装置の第２の移載アームがロードロック室に戻って、取得した二枚のワークピースをロードロック室に置くステップと、（５）処理チャンバのアンロードが終了するまでに、上記ステップを繰り返すステップとにより、ワークピースをアンロードする。
【００３３】
その中の、処理ステーションの個数nは自然数４である。処理チャンバの数は二つ又は三つである。ロードロック室は、ワークピースの移載や交換するための交換層である上層と、放熱するための放熱しやすいパッドが設けられる下層とからなる上下二層構造になる。１対毎の移載アームが一つの処理ステーションに対応するように回転できるワークピース交換アームには、n対の移載アームが設けられている。
【００３４】
ロードロック室と、同一方向を指して上下位置に位置する移載アームを少なくとも二つ具備する移載装置を含む移載室と、ワークピース交換アームが設けられ、処理ステーションをn個有する処理チャンバとを備える半導体ワークピース処理システムによるワークピースの交換方法であって、処理チャンバにワークピースがある場合、（１）移載装置がロードロック室に戻って、第１の移載アームでロードロック室から一枚の未処理のワークピースを取り出すステップと、（２）処理チャンバ位置に戻るように移載装置を回転させ、第２の移載アームが処理チャンバのローディング・アンローディング口に対向させるステップと、（３）移載装置がローディング・アンローディング口を介して第２の移載アームでワークピース交換アームから一枚の処理済みのワークピースを取り出すステップと、（４）第１の移載アームがローディング・アンローディング口に対向するように、移載装置の位置を調整し、移載装置がローディング・アンローディング口を介して第１の移載アームでワークピース交換アームへ一枚の未処理のワークピースを置くステップと、（５）移載装置の第２の移載アームがロードロック室に戻り、第２の移載アームが取得した処理済みのワークピースをロードロック室に置くステップとにより、ワークピースを交換する。
【００３５】
その中には、処理ステーションの個数nは自然数４である。処理チャンバの数は二つ又は三つである。ロードロック室は、ワークピースの移載や交換するための交換層である上層と、放熱するための放熱しやすいパッドが設けられる下層とからなる上下二層構造になる。ロードロック室内には二枚又は四枚のワークピースが収納できる。１対毎の移載アームが一つの処理ステーションに対応するように回転できるワークピース交換アームには、n対の移載アームが設けられている。
【００３６】
本発明は特別な移載装置ワークピースの移載構造を採用して、さらに迅速にワークピースをローディング・アンローディングし、生産能力を高めることができる。本発明による処理チャンバに特殊な設計の吸排気システムを採用することにより、各処理ステーションの間で反応ガスのガス幕が形成され、各ステーション間の均一度を高めることができ、異なる処理ステーションの間に反応ガスが相互干渉することが避けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、本発明による半導体ワークピース処理システムの一つの実施形態の構成を示す模式斜視図である。本実施形態は、一つの標準的な工場インタフェース１と、二つのロードロック室２と、一つの移載室３と、一つあるいは複数の処理チャンバ４とから構成されている。そのうち、工場インタフェース１はロードロック室２と隣接している。移載室３はロードロック室２と処理チャンバ４との間に位置する。複数の処理チャンバ４が移載室３を取り囲むように設けられることができる。各処理チャンバ４が複数の処理ステーション５を含み、処理ステーション５毎に一枚の半導体ワークピースを処理できる。図１のような実施形態において、半導体ワークピース処理システムは、移載室３を取り囲むように設けられた二つの処理チャンバ４を備える。各処理チャンバ４の上方にそれぞれ一つのチャンバリッド８が閉開自在に設けられ、本発明を説明するために、一方の処理チャンバ４のチャンバリッド８が閉じた場合、他方のチャンバリッド８が開いた状態となる。閉じた状態であるチャンバリッド８から、処理チャンバ４のチャンバリッド８に、吸気管によってチャンバリッド８の頂部から処理チャンバ４内の異なる処理ステーション５へ反応ガスを導入できる反応ガスの供給装置６が設けられていることがわかる。開いているチャンバリッド８から、チャンバリッド８の内部に、延在部１０がその四周にそれぞれ設定される窪み部９を有することがわかる。窪み部９の中に、反応ガス供給装置６が提供した反応ガスを処理ステーション５に送り込むために、均一に細かく分布する細孔１２が若干設けられた、処理ステーション１の個数と同じ複数の突き出しているシャワーヘッド１１を有する。なお、処理チャンバ４のブラケット側にも、ワークピースの処理を行う時に必要とする制御、排気および動力装置７が設けられているが、簡単のため、ここでは詳述しない。本発明によれば、複数の処理チャンバ４は、１セットの洗浄源及び反応ガス供給装置と、排気ポンプ及び端末感知器を共有することができる。プラズマ化学気相成長の場合、同一な処理チャンバ４の処理ステーション５の間にも、１セットのRFエネルギー導入装置を共有することができる。
【００３８】
図２は、本発明による半導体ワークピース処理システムのチャンバリッドを除いた状態の平面図である。図２の実施形態において、移載室３は五角形で、周囲には処理チャンバ４が最大三つ設置でき、図２の実施形態に二つ設けられているが、当然処理チャンバ４が一つだけでもよい。他の実施形態には、移載室３が他の形状、例えば六角形でもよい。それに対応して、移載室３の周囲に設けられる処理チャンバ４の最大数が異なってもよい。図２に示すような実施形態において、処理チャンバ４は、内部に処理ステーション５が四つ設けられ、角部が面取りされた四角形である。当然ながら、他の実施形態には、処理チャンバ４が他の形状および他の数量の処理ステーション５を有してもよい。
【００３９】
図３は、本発明による半導体ワークピース処理システムにおける処理チャンバの構造を示す分解模式図である。図３の、処理チャンバはチャンバリッド８と、ガス遮蔽プレート１３と、ワークピース交換アーム２５と、加熱ベース１９およびチャンバ筐体１８とを備える。その中には、加熱ベース１９がその中心軸３１によってチャンバ筐体１８の軸穴３１’に取り付けられ、ガス遮蔽プレート１３と、ワークピース交換アーム２５とチャンバ筐体１８とが図に示すような共通の軸心線に沿って上下に取り付けられ、チャンバリッド８がチャンバ筐体１８と機械的に連結されて開けたり、閉じたりすることができる。チャンバリッド８がチャンバ筐体１８をカバーすると、チャンバリッド８とチャンバ筐体１８の内部とは、密閉なワークピース処理チャンバを形成する。説明の必要があるのは、本発明における処理チャンバの内部に複数のワークピース処理ステーションを設置しても良いが、説明のために、図３に示すような実施形態には、四つのワークピース処理ステーションのみを例とするということである。
【００４０】
チャンバリッド８は中へ凹んで、四周に突出状に伸びる延在部１０がある窪み部９が形成されている。半導体ワークピースを処理する時に、チャンバリッド８をチャンバに閉じることにより反応チャンバの内部が密閉されるようになり、この状態で反応ガスが窪み部９内に流れて、最終的に処理チャンバ（詳しくは後述する）から排出される。チャンバリッド８の窪み部９内に、反応ガス導入用細孔１２が均一に分布している、窪み部９から突き出されたシャワーヘッド１１が四つ設けられている。
【００４１】
ガス遮蔽プレート１３に、シャワーヘッド１１の個数と位置に対応するステーションホール１６が若干設けられている。ステーションホール１６の孔径が上から下へ狭くなり、これと対応するように、チャンバリッド８のシャワーヘッド１１の直径が前記ステーションホール１６上端の直径より小さく、前記ステーションホール１６下端の直径より大きい状態になっている。このような設置によっては、チャンバリッド８がチャンバ筐体１８をカバーする時に、シャワーヘッド１１とステーションホール１６が緊密に接触するようになる。また、ガス遮蔽プレート１３の周囲にも、チャンバリッド８の窪み部９の延在部１０と連通する排気口１４が四つ設けられている。
【００４２】
ワークピース交換アーム２５は、各処理ステーション５の間にワークピースを移載するように用いられ、回転軸穴３３と、回転軸穴３３周辺に沿って均一に設置された、ワークピースステーションの数に対応する対の数の開閉可能な移載アーム３７とを備え、各対の移載アーム３７にワークピースを置く。ワークピース交換アーム２５が回転でき、１対ごとの移載アーム３７をちょうど処理ステーション５の上に位置させる。本実施形態において、ワークピース交換アーム２５が持つ四対の開閉可能な移載アーム３７は、ガス遮蔽プレート１３のステーションホール１６に対応している。
【００４３】
加熱ベース１９は、円形の加熱ステーションを有し、加熱ステーションの底面の中心位置に、チャンバ筐体１８の中で軸穴３１’に沿って上下に昇降できる支持ロッド３１が設けられている。加熱ステーションには、処理用ワークピースを置く。ワークピース交換アーム２５が加熱ベース１９にワークピースを出し入れすることに合わせるために、また加熱ベース１９にはチャンバ筐体１８の軸穴２０’に沿って上下移動できる複数のエジェクタピン２０が設けられている。エジェクタピン２０の個数及び配列方式はいくつかあるが、図３のような前記実施形態においては、加熱ベース１９ごとに、三角形のように分布するエジェクタピン２０を三つ有する。
【００４４】
図３と図４を合わせて参照すると、チャンバ筐体１８の中間にワークピース交換アーム２５の軸穴３３と軸心が共通する軸穴３３’が設けられ、ワークピース交換アーム２５が回転機構（図示せず）によりチャンバ筐体１８中の軸穴３３’に取り付けられている。チャンバ筐体１８内にワークピース処理ステーション５が四つ設けられ、各ワークピース処理ステーションに一つの軸穴３１’と三つの軸穴２０’が設けられ、加熱ベース１９の支持ロッド３１が軸穴３１’内を上下に昇降でき、エジェクタピン２０が軸穴２０’内を上下に昇降できる。チャンバ筐体１８が一つワークピース処理ステーション５に対向する側に、ワークピースが出入りするためのワークピースローディング・アンローディング口２３が設けられている。チャンバ筐体１８において、ワークピースローディング・アンローディング口２３の両側に、排気するための排気溝１７、１７が互いに対向するように配置されている。チャンバ筐体１８の底部にも排気通路２１と連通する排気装置２２が設置されている。また図７を合わせて参照すると、図７は図４に示すチャンバ筐体１８をI-I線に沿った断面図である。図７から見ると、排気溝１７と排気通路２１との間は接続溝２７で連通されることがわかる。そのため、排気溝１７、排気通路２１及び排気装置２２が互いに連通する。
【００４５】
図６は本発明によるガス遮蔽プレート１３の構造を示す模式図であり、図６に示すように、ガス遮蔽プレート１３のステーションホール１６の周辺に放射状の溝２４が若干設けられ、また、ガス遮蔽プレート１３の周囲には、チャンバリッド８の窪み部９の延在部１０と連通する複数の排気口１４が設けられている。
【００４６】
図３を合わせて参照すると、ワークピース処理の場合に、チャンバリッド８がチャンバ筐体１８をカバーして処理チャンバを形成し、処理チャンバにおいて、ガス遮蔽プレート１３がチャンバ筐体１８に置かれると共に、ガス遮蔽プレート１３の各ステーションホール１６がちょうど加熱ベース１９の上に位置し、チャンバリッド８のシャワーヘッド１１がガス遮蔽プレート１３のステーションホール１６に近づいて隣接し、加熱ベース１９がガス遮蔽プレート１３に近づいて隣接し、被処理ワークピースが加熱ベース１９とガス遮蔽プレート１３との間に置かれて、ワークピース交換アーム２５の移載アーム３７が、多様な設置で移載アーム３７が加熱ベース１９を干渉しない位置に設置されるので、シャワーヘッド１１から噴出した反応ガスが直接に加熱ベース１９に位置するワークピースに噴射するのに影響を与えない。このため、シャワーヘッド１１、ガス遮蔽プレート１３、及び加熱ベース１９により処理ステーション５が形成されている。反応ガス供給装置６は、シャワーヘッド１１上の細孔１２によってチャンバリッド８の頂部から処理ステーション５に反応ガスを送り込む。反応ガスは、シャワーヘッド１１から噴出して、加熱ベース１９に置かれている半導体ワークピースに対して処理を行い、ガス遮蔽プレート１３に放射状の溝２４が設けられているため、チャンバリッド８のシャワーヘッド１１がガス遮蔽プレート１３とは完全に密閉できなく、シャワーヘッド１１に細かく分布された細孔１２より処理ステーション５に入る反応ガスが、ワークピースを処理した後、これら放射状の溝２４より構成されたガス遮蔽プレートの隙間から漏れて、チャンバリッド８の内側へ凹んだ窪み部９に入り、窪み部９の延在部１０へ流れ、延在部１０がガス遮蔽プレート１３の複数の排気口１４と連通するため、また排気装置２２の作用のため、漏れたガスが自動にガス遮蔽プレート１３上の複数の排気口１４に流れ、複数の排気口１４がチャンバ筐体１８に設けた排気溝１７と連通し、且つ排気溝１７が排気通路２１と連通するため、ガスがこの通路で排気通路２１に入り、最終的に排気装置２２より抽出されて、完全な吸気排気システムが形成される。反応ガス供給装置６の気圧および排気装置２２の反応ガスの抽出のため、全体吸排気システムの反応ガスの流速が非常に速くさせることができ、処理ステーション５の周囲にガス幕が形成され、各ステーション間の反応ガスが互いに干渉しなくなる。
【００４７】
更に、本発明は、処理チャンバ４内部の気圧の大きさが異なることによる反応ガスの流速への影響を考慮し、放射状の溝２４として、ガス遮蔽プレート１３の周辺に近い側がガス遮蔽プレート１３の中心軸穴３５に近い側より疎らであるように分布して設置されている。このように、それぞれの放射状の溝２４から流出した反応ガスに対する排気装置２２への流入の容易さは同じであるため、ガス流もさらに均一になる。
【００４８】
処理チャンバ４内の処理ステーション５は対称して設けられているため、処理ステーション５ごとに排出した反応ガスが受ける障碍が一致である。本発明は、チャンバ筐体１８上でガス遮蔽プレート１３の周囲に近づいて設けられた排気溝１７によって、排出されたガスが均一に、迅速に抽出され、数枚のワークピースの間の処理均一性が保証される。また、本発明は、シャワーヘッド１１とガス遮蔽プレート１３との間にある放射状の溝１４より構成された隙間を、処理ステーション５の排気口として採用したため、処理ステーション５中のガス流がより均一になり、また排出したガスがガス幕に形成し、チャンバ内部が開放された条件でガス幕の隔離が形成して、各処理ステーションの処理環境が相対的に独立になった。なお、加熱ベース１９の周囲にも上向き噴射する不活性反応ガスのガス幕を設けて、反応ガスが加熱ベース１９とガス遮蔽プレート１３の間の隙間からの漏洩や侵入をさらに防止できる。これらの措置によって、処理ステーション５間における反応ガスの相互干渉を効果的に回避することができる。
【００４９】
図２は、本発明による半導体ワークピース処理システムにおける処理チャンバリッドを省略した場合の平面図である。ワークピースがワークピースケースから作業ラインを経由して本発明の半導体ワークピース処理システムに送られ、工場インタフェース１がワークピースケースからワークピースを取り出してロードロック室２に置く。移載室３に、それぞれ伸縮できる移載アーム（詳しくは後述する）を少なくとも二つ有する移載装置１５が設けられている。図に示すような実施形態において、移載装置１５は移載アームを二つ具備する両腕ロボットであり、当然ながら、移載アームを二つ以上含むロボットでもよい。前記移載装置１５は、ロードロック室２からワークピースを取り出して、処理チャンバ４にある処理ステーション５内に置く。一つの処理チャンバ４にある全ての処理ステーション５内にワークピースを置く作業が終わると、前記処理チャンバ４がワークピースに対する処理を始めることができる。処理が完了した後、また移載室３の移載装置１５によって処理済みのワークピースを取り出しながら、元のポジションに未処理のワークピースを入れて次のロットの処理を行う。取り出されたワークピースをロードロック室２に入れて冷却させる。冷却された後、また工場インタフェース１を介してそれを作業ライン上のワークピースケースに置いてから次の工程ステップに送って処理を行う。
【００５０】
図８は、本発明によるロードロック室２と移載室３との構造を示す模式図である。本発明において、五角形である移載室３の工場インタフェース１の隣接する二つの辺に位置するロードロック室２を二つ備える。そのうち、各ロードロック室２は四つの溝に区切られ、溝ごとに一枚のワークピースを収納できる。ロードロック室２及びその各溝は、吸引され真空にすることができる。工場インタフェース１は、一回又は何回もロードロック室２の四つの溝内にあるワークピースをロード、アンロードできる。他のいくつかの実施形態において、ワークピースをロードロック室２と処理チャンバ４の間に移載する交換層と、処理済みのワークピースを冷却して工場インタフェース１にアンロードされるように非真空環境に送る冷却層とによって、ロードロック室２が分割されている。
【００５１】
図８に示す移載室３は五角形の真空チャンバである。移載室３には、二つの移載アームが水平方向にで同期に回転あるいは異なる角度で単独に回転でき（例えば、二つの移載アームが互いに１８０度になるように回転できる）、また垂直方向にそれぞれスピンドルに沿って上下移動できるとともに、水平方向において前後に伸縮できる、移載装置１５を備える。作業時に、工場インタフェース１がワークピース移載ケースからロードロック室２にワークピースを取り出し、また移載室３の移載装置１５によってワークピースを処理チャンバ４にロードする。
【００５２】
図９は、本発明の移載装置が処理チャンバ内に位置する場合の平面図であり、前記移載装置１５が、同一なスピンドルの上下位置に位置している二つの移載アーム１５１、１５２を有する。移載装置１５の二つの移載アーム１５１、１５２が、ロードロック室２（図２）と処理チャンバ４（図２）との間の水平面上に同期にあるいは個別に回転できる。移載装置１５は、一回毎に一方の移載アーム（移載アーム１５１あるいは移載アーム１５２）で一つの処理チャンバへそのワークピースのローディング・アンローディング口２３を介して一枚のワークピースをロードあるいはアンロードし、移載装置１５は一回毎に一つあるいは複数のロードロック室２から二枚のワークピースを取り出せる。移載装置１５のアーム１５１、１５２は移載装置１５のスピンドルに伴って垂直方向に上下移動して位置が調整できると共に、移載装置１５のアーム１５１、１５２は水平方向において自由に前後方向に伸縮できる。移載装置１５の二つの移載アーム１５１、１５２は、同時にある方向を指すことができ、例えば、同一なロードロック室あるいは同一な処理チャンバを同時に指すことができ、各々独自に回転して異なる方向を指すこともできる。例えば、二つの移載アームがそれぞれ同一なロードロック室の二つの異なるワークピース・スロットを指し、またはそれぞれ異なる二つのロードロック室のワークピース・スロットを指す。或いは、一方の移載アームがロードロック室を指して、前記ロードロック室に対して半導体ワークピースを取る又は置くようになるが、他方の移載アームが一つの処理チャンバを指して、前記処理チャンバに対して半導体ワークピースを取る又は置くようになる、あるいは、二つの移載アームがそれぞれ移載室近傍に設けられた二つの異なる処理チャンバを指して、それぞれ二つの処理チャンバに対して半導体ワークピースを取る又は置くようにする。従って、本発明の移載装置による複数の移載アームが個別に半導体ワークピースの出し入れ動作を柔軟に実行でき、一つあるいは複数のロードロック室から二枚の半導体ワークピースを同時にロード或いはアンロードでき、一つあるいは複数の処理チャンバに対して半導体ワークピースのロード、アンロードや交換動作を待機時間なく、連続的に完成でき、特に複数のロードロック室や処理チャンバが統合された半導体ワークピース処理システムに適用するため、全体の半導体ワークピース処理システムはスループット（throughput）が大幅に高められた。よって、本発明による移載装置１５は、ワークピースの交換あるいはローディング・アンローディングする場合、移載装置１５の移載アーム１５１、１５２の垂直位置を調整するだけで、ロードロック室２のワークピースブラケットと処理チャンバ４の中のワークピース交換アーム２５が垂直位置に固定されて、移載装置１５の運動だけでワークピースの交換を終了する。
【００５３】
図１０を参照すると、ガス遮蔽プレート１３と加熱ベース１９との間にステーションホール１６毎に対応するワークピース交換アーム２５が設けられいる。図１０に示すような実施形態においては、前記ワークピース交換アーム２５に、四つのステーションホール１６に対応する移載アーム３７が合計四つある。前記ワークピース交換アーム２５は、その１対毎の移載アーム３７が処理ステーション５の上に位置するように回転でき、移載アーム３７の上に半導体ワークピースを置くことができる。図３のエジェクタピン２０の動作に合わせることによって、ワークピース交換アーム２５の移載アーム３７から加熱ベース１９に半導体ワークピースを非常に容易に置くことができ、また、逆に加熱ベース１９からワークピース交換アーム２５の移載アーム３７に半導体ワークピースを置くことができる。このようなワークピースの移載動作は従来の技術では普通であり、幾つかの方式があるので、ここでは詳しく述べない。前記ワークピース交換アーム２５もその中の１対をローディング・アンローディング口２３に対向させるように回転でき、移載室３の移載装置１５に合わせて、ワークピース交換アーム２５の１対の移載アーム３７にワークピースを置くか、あるいは移載アーム３７からワークピースをアンロードするようになる。
【００５４】
処理が終了した後、またチャンバからワークピースを取り出す。まず図３のエジェクタピン２０の動作に合わせて、ワークピースがワークピース交換アーム２５の四対の移載アーム３７に落下して装着される。ワークピース交換アーム２５を回転することによって、ワークピース交換アーム２５の１対毎の移載アーム３７を順次にワークピースローディング・アンローディング口２３と対向する側に移働させ、またワークピースローディング・アンローディング口２３によって移載装置１５の移載アームで１対毎の移載アーム３７から処理済みのワークピースを取り出して、ロードロック室２に移載する。
【００５５】
次に、添付図面を参照して、移載装置がワークピースをローディング・アンローディングする流れを説明する。図１１に示すように、ここで二つのロードロック室２０１、２０２、移載装置１５を含む一つの移載室３、および二つの処理チャンバ４０１、４０２の構造を例とする。本実施形態において、二つのロードロック室２０１、２０２はそれぞれ四つの溝（図示せず）がある。移載装置１５が二つの移載アーム１５１、１５２を有する。二つの処理チャンバ４０１、４０２が移載室３に対向するローディング・アンローディング口２３１、２３２をそれぞれ有し、処理チャンバ４０１、４０２にそれぞれ四つの処理ステーションがあり、即ち、処理ステーション５１１、５１２、５１３、５１４および処理ステーション５２１、５２２、５２３、５２４である。
【００５６】
はじめにロードロック室２０１、２０２には、それぞれ四枚のワークピースがあり、二つの処理チャンバ４０１、４０２にはワークピースがない。移載装置１５はその二つの移載アーム１５１、１５２でそれぞれロードロック室２０１の二つの溝から一枚のワークピースを取り出し、この時に二つの移載アーム１５１、１５２が上下垂直の位置にある。また二つの移載アーム１５１、１５２を処理チャンバ４０１のローディング・アンローディング口２３１に向けるように水平方向に回転させてから、移載アーム１５１の垂直位置をローディング・アンローディング口２３１に対向するように調整して、移載アーム１５１を前後方向に伸縮することによって移載アーム１５１が持つワークピースをワークピース交換アーム２５の１対の移載アーム７３に置いてから、ワークピース交換アーム２５が四分の一周回転する。次に、移載装置１５の他の移載アーム１５２がローディング・アンローディング口２３１に対向するように垂直方向に調整され、移載アーム１５２が持つワークピースをワークピース交換アーム２５の次の１対の移載アーム３７に置いてから、ワークピース交換アーム２５がまた四分の一周回転する。その後、移載装置１５が元のポジションに戻り、ロードロック室２０１の他の二つの溝から二枚のワークピースを取り出し、移載アーム１５１、１５２がローディング・アンローディング口２３１に対向するように回転する。前述の工程を繰り返して、ワークピース交換アーム２５にワークピースを順序に置き、ワークピース交換アーム２５が一周回転した後、四対の移載アーム３７にもワークピースが載置されており、またワークピース交換アーム２５の上下昇降により、エジェクタピン２０の動作に合わせて、ワークピースを共に処理ステーション５１１、５１２、５１３、５１４に置く。このように、処理チャンバ４０１によるワークピースのロード作業を完成する。その後、移載装置１５をロードロック室２０２の位置に戻して、上記ステップを繰り返し、処理チャンバ４０２によるワークピースのロード作業を完成する。
【００５７】
ロード作業が完了した後、ロードロック室２０１、２０２が必要に応じワークピースケースから新たにワークピースをロードしても良い。以上の実施形態において、ロードロック室２０１、２０２におけるワークピースの出し入れする順序が自由であり、必ずしも上から下へ或いは下から上へとは限らない。
【００５８】
処理チャンバ４０１、４０２が処理を完了した後、処理チャンバ４０１、４０２中の処理済みのワークピースを取り出し、未処理のワークピースと取り換える必要がある。具体な過程は、移載装置１５がロードロック室２０１の溝からその移載アーム１５２で一枚の未処理のワークピースを取り出して、移載装置１５を処理チャンバ４０１のローディング・アンローディング口２３１まで回転させる。この時、仮に移載アーム１５２が移載アーム１５１の下にあり、移載アーム１５１がローディング・アンローディング口２３１に対向することとする。移載アーム１５１がワークピース交換アーム２５にあるローディング・アンローディング口２３１に対向する１対の移載アーム３７から一枚の処理済みのワークピースを取り出し、その後、ローディング・アンローディング口２３１に対向する１対の移載アーム３７にはワークピースがないため、一枚の新たな未処理のワークピースが置かれることを待つことができ、続いて、移載アーム１５２がローディング・アンローディング口２３１に対向する位置に上昇して、ロードロック室から取り出したその一枚の新たな未処理のワークピースを、ワークピース交換アーム２５にある処理済みのワークピースが先ほど取られた１対の移載アーム３７に置くことで、移載装置１５の上下移載アーム１５１、１５２の動作だけにより、ワークピース交換アーム２５の同一の１対の移載アーム３７に一枚の新たな未処理のワークピースで一枚の処理済みのワークピースを取り換えることができる。その後、ワークピース交換アーム２５がまた四分の一周回転する。移載装置１５が元のポジションに戻り、その移載アーム１５１がそのワークピース交換アーム２５から取ったワークピースをロードロック室２０１の溝に置き、移載アーム１５２がまたロードロック室２０１の他の溝から一枚のワークピースを取り出す。以上のステップを繰り返して、一つの処理チャンバの四枚のワークピースの交換作業が全て完成してから、ワークピース交換アーム２５がワークピースを一括に処理ステーションに置く。その上に、処理チャンバ４０２によるワークピースの交換作業を行う。
【００５９】
ロードロック室の設計のその他の好適な実施形態は、ロードロック室をワークピースの移載や交換をするための交換層である上層と、放熱しやすい石英パッドが設けられる下層とからなる二層構造に設計することである。このような設計はワークピースの冷却速度を速めることができる。仮に処理チャンバの中に４枚のワークピースが処理されることとする。工場インタフェース１が一つの未処理のワークピースを交換層に置き、移載装置１５が移載アーム１５２でロードロック室の交換層から未処理のワークピースを取り出して、処理チャンバ４０１のローディング・アンローディング口２３１の位置に回転する。移載アーム１５１がローディング・アンローディング口２３１に対向し、移載アーム１５２が移載アーム１５１の下にある。移載アーム１５１がワークピース交換アーム２５上の処理済みのワークピースを取り出してから、移載アーム１５２がローディング・アンローディング口２３１に対向する位置に上昇して、ロードロック室から取り出したワークピースをワークピース交換アーム２５上に置き、ワークピース交換アーム２５が四分の一周回転する。移載装置１５がロードロック室２０２まで回転し、移載アーム１５１が処理済みのワークピースをその冷却層に置き、移載アーム１５２がロードロック室２０２の交換層から新たな未処理のワークピースをピックアップする。ロードロック室２０１及び２０２の交換層が工場インタフェース１から新たな未処理のワークピースを取得する。ロードロック室２０２の冷却層が前記ワークピースを冷却させて、工場インタフェース１のピックアップのために非真空環境に送る。以上で、一枚のワークピースの交換を完成する。続いて、移載装置１５が交換完了後にロードロック室２０１に戻る。同様なステップを繰り返して、処理チャンバ４０１中のワークピースの交換が完了してから、処理チャンバ４０２のワークピースの交換を行う。
【００６０】
以上の実施形態において、四つの処理ステーションを持つ処理チャンバだけ説明したが、処理チャンバごとに他の数の処理ステーションを持つ半導体ワークピース処理システムについては、上述の例に基づいてそのローディング・アンローディング方法も簡単に類推できる。
【００６１】
本発明による移載装置は、上下位置関係に位置する移載アームを少なくとも二つ具備して、移載アームが移載装置のスピンドルに沿って垂直方向にその上下位置を調節できるため、移載装置がロードロック室あるいは処理チャンバからワークピースをピックアップする場合に、ロードロック室あるいは処理チャンバが垂直方向に調整する必要がなく、移載装置の運動だけによって、ワークピースのローディング・アンローディングあるいは交換動作を完成することができる。詳述すれば、半導体ワークピース処理システムは、ワークピースのローディング・アンローディングあるいは交換の場合に、従来の技術による半導体ワークピース処理システムがロードロック室あるいは処理チャンバの垂直方向の位置を調整するような必要がなく、移載装置の複数の移載アームの垂直方向の位置だけを調節する必要がある。なお、移載装置の上下移載アームの動作だけにより、それぞれ処理チャンバのローディング・アンローディング口に位置を合わせて、処理チャンバ内のワークピース交換アームの同じ１対の移載アームに一枚の新たな未処理のワークピースで一枚の処理済みのワークピースを取り換えるように、非常に容易にできるので、さらに迅速且つ低コストでワークピースをローディング・アンローディング、交換することが出来るため、生産能率を高める。
【００６２】
本発明は、半導体ワークピース処理システムに上記の移載装置を採用するもので、次の利点がある。従来の技術（米国特許第５８５５６８１号明細書）に開示されたデュアルブレード・デュアルアーム（dual  blades  dual  arms）による移載装置と比べると、本発明における移載装置の制作コストがより低く、且つ半導体ワークピースを移載する過程の中で、位置決めが更に柔軟でかつ精度も高く、また、本発明における移載装置の少なくとも二つの移載アームがスピンドルに沿って上下に設けられているのは、従来の技術における移載装置の両腕が水平方向に沿って設けられたのと異なるため、本発明による移載室が非常に小さく設けられることができ、移載室の設計に寄与することだけでなく、半導体ワークピース処理システム全体の床面積が小さくなり、製造コストと保守コストが大幅に低減される。なお、本発明による移載装置の複数の移載アームは個別に半導体ワークピースの出し入れをする動作を柔軟に実行でき、一つあるいは複数のロードロック室から二枚の半導体ワークピースを同時にロードあるいはアンロードでき、また一つあるいは複数の処理チャンバに対して半導体ワークピースのロード、アンロードや交換動作も待機時間なく連続的に完成でき、特に複数のロードロック室あるいは処理チャンバを統合している半導体ワークピース処理システムに適用するため、半導体ワークピース処理システム全体のスループットが大幅に高められる。
【００６３】
以上説明した部分は、本発明のいくかの好ましい実施形態のみに基づいたもので、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の装置に対して、本技術分野における周知の部品の置き換え、組み合わせ、分立、及び本発明の実施形態への本技術分野における周知の等価変化又は置換えのいずれも、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明における半導体ワークピース処理システムの構造を示す斜視模式図である。
【図２】本発明における処理チャンバリッドが省略された半導体ワークピース処理システムの平面図である。
【図３】本発明における半導体ワークピース処理システムの処理チャンバの構造を示す分解模式図である。
【図４】チャンバリッドが開いた状態で本発明における半導体ワークピース処理システムの一つの処理チャンバを示す模式図である。
【図５】本発明における半導体ワークピース処理システムのチャンバ筐体を示す底面模式図である。
【図６】本発明における処理チャンバのガス遮蔽プレートの構造を示す図である。
【図７】図４に示すチャンバ筐体がI-I線に沿った断面図である。
【図８】本発明におけるロードロック室及び移載室の構造図である。
【図９】本発明における移載装置が処理チャンバ内に位置する場合の平面図である。
【図１０】本発明におけるワークピース交換アームが処理チャンバ内に位置する場合の平面図である。
【図１１】本発明における半導体ワークピースのローディング工程の模式図である。
【図１２】従来の一つの半導体ワークピース処理システムを示す模式図である。
【図１３】従来の他の半導体ワークピース処理システムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 工場インタフェース
２ ロードロック室
３ 移載室
４ 処理チャンバ
５ 処理ステーション
６ 反応ガス供給装置
７ 制御、排気および動力装置
８ チャンバリッド
９ 窪み部
１０ 延在部
１１ シャワーヘッド
１２ 細孔
１３ ガス遮蔽プレート
１４ 排気口
１５ 移載装置
１６ ステーションホール
１７ 排気溝
１８ チャンバ筐体
１９ 加熱ベース
２０ エジェクタピン
２０’ 軸穴
２１ 排気通路
２２ 排気装置
２３ ローディング・アンローディング口
２４ 放射状の溝
２５ 交換アーム
２７ 接続溝
３１ 中心軸
３１’ 軸穴
３３ 回転軸穴
３３’ 軸穴
３７ 移載アーム
１０１ バッチ式処理システム
１０２ 処理チャンバ
１０３ 処理ステーション
１１１ 移載室
１１２ システム
１１３ 処理チャンバ
１５１ 移載アーム
１５２ 移載アーム
２０１ ロードロック室
２０２ ロードロック室
２３１ ローディング・アンローディング口
２３２ ローディング・アンローディング口
４０１ 処理チャンバ
４０２ 処理チャンバ
５１１ 処理ステーション
５１２ 処理ステーション
５１３ 処理ステーション
５１４ 処理ステーション
５２１ 処理ステーション
５２２ 処理ステーション
５２３ 処理ステーション
５２４ 処理ステーション
【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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