(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウエハの製造において、損傷された消耗部品の交換時間と、クラスタツールアセンブリを長時間オフラインにし、チャンバ内部が外気に曝される事で汚染されるリスクを低減する。【解決手段】クラスタツールアセンブリ１００は、真空移送モジュール１０４と、プロセスモジュール１１２〜１２０を含み、交換ステーション１０８が結合される。プロセスモジュールは、プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に位置付けるリフト機構を含む。交換ステーションは、新しい消耗部品又は使用済み消耗部品を保持するための区画を備えた部品バッファを含み、交換ハンドラは、消耗部品のための交換部品を部品バッファからプロセスモジュールに提供するように構成される。交換ハンドラ及びプロセスモジュールによる交換は、プロセスモジュール及び交換ステーションが真空状態に維持されている間に行われる。【選択図】図１
2017085072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラスタツールアセンブリであって、
真空移送モジュールと、
前記真空移送モジュールに第１の側が接続されたプロセスモジュールと、
前記プロセスモジュールの第２の側に第１の側が結合された遮断弁と、
前記遮断弁の第２の側に結合された交換ステーションであって、交換ハンドラと、新しい消耗部品又は使用済みの消耗部品を保持するための複数の区画を含む部品バッファとを含む交換ステーションと、
を備え、
前記プロセスモジュールは、前記プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に位置付けることを可能にするためのリフト機構を含み、前記上昇位置は、前記交換ハンドラへのアクセスを提供して、前記消耗部品を前記プロセスモジュールから取り出すこと及び前記部品バッファの区画に保管することを可能にし、
前記交換ステーションの前記交換ハンドラは、前記消耗部品のための交換部品を前記部品バッファから前記プロセスモジュールに移動させて装着することを可能にされ、
前記リフト機構は、前記交換ハンドラによって交換用に提供された前記消耗部品を受け取って、装着位置に下降させるように構成され、
前記交換ハンドラ及び前記プロセスモジュールによる前記交換は、前記プロセスモジュール及び前記交換ステーションが真空状態に維持されている間に行われる、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記遮断弁、前記交換ステーション、及び前記プロセスモジュールは、コントローラと連動しており、前記コントローラは、前記プロセスモジュールが真空状態にとどまっている間に前記交換ステーションと前記プロセスモジュールとの間のアクセスを統合調整するための移送ロジック及び真空状態制御部を含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記コントローラは、前記プロセスモジュールが真空状態にとどまっている間に前記交換ステーションと前記プロセスモジュールとの間のアクセスを統合調整するための移送ロジック及び真空状態制御部を含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項４】
請求項２に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記交換ステーションは、ポンプに結合された真空制御部を含み、前記真空制御部は、前記消耗部品の交換時に前記ポンプの活動を統合調整して前記交換ステーションを真空状態に維持するために、前記コントローラと連動している、クラスタツールアセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記真空状態に維持されている前記プロセスモジュールは、前記消耗部品の交換に続いて前記プロセスモジュールがアクティブ動作に戻る前における前記プロセスモジュールの再調節が軽減されることを可能にする、クラスタツールアセンブリ。
【請求項６】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記消耗部品は、前記プロセスモジュールの静電チャックの上に配置されたときの基板を取り巻くように構成されたエッジリングであり、
前記リフト機構は、前記プロセスモジュール内に装着された前記エッジリングを前記上昇位置に位置付けることを可能にする複数のリフトピン及びアクチュエータを含み、
アクチュエータドライブが、前記アクチュエータに接続され、
前記エッジリングの交換の統合調整を可能にするために、コントローラが、前記アクチュエータドライブ及び前記交換ステーションと連動している、クラスタツールアセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記アクチュエータは、電源に接続され、前記電源は、前記リフトピンを通じて前記消耗部品に電力を供給するために使用され、前記供給される電力は、前記消耗部品に熱を提供するために使用される、クラスタツールアセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記アクチュエータ及び前記リフトピンは、導電性材料で作成され、前記リフトピンは、前記リフトピンが前記消耗部品に異なる電力を供給することを可能にするために、スイッチに接続される、クラスタツールアセンブリ。
【請求項９】
請求項６に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記アクチュエータドライブは、前記アクチュエータが前記リフトピンを空気圧で動作させることを可能にするために、空気圧縮器に接続される、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１０】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記交換ステーションは、前記消耗部品が交換されるときは前記遮断弁の前記第２の側に結合され、前記消耗部品の交換が完了したときは切り離される、可動ユニットである、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記遮断弁に結合された前記プロセスモジュールの前記第２の側に画定された開口、及び前記遮断弁に結合された前記交換ステーションの一方の側における開口は、前記プロセスモジュールに対して前記消耗部品が出し入れされることを可能にするようにサイズ決定される、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記消耗部品は、前記交換ステーション内の及び前記プロセスモジュール内の前記開口を通り抜けるようにサイズ決定された２つ以上の区分を有する区分化された消耗部品である、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記交換ハンドラは、任意の面内で前記消耗部品を取り出す、拾い上げる、持ち上げる、支持する、保持する、移動させる、又は回転させるように設計されたエンドエフェクタを含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記交換ハンドラは、前記プロセスモジュールから様々な消耗部品を取り出すように設計され、前記交換ハンドラは、様々なタイプの消耗部品を取り出すための異なるエンドエフェクタを有する、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１５】
クラスタツールアセンブリであって、
第１の側と第２の側とを有する真空移送モジュールであって、ロボットを含む真空移送モジュールと、
第１の側と第２の側とを伴う第１の遮断弁であって、前記第１の遮断弁の前記第１の側は、前記真空移送モジュールの前記第１の側に結合される、第１の遮断弁と、
前記第１の遮断弁の前記第２の側に結合された交換ステーションであって、部品バッファを含み、前記部品バッファは、新しい消耗部品又は使用済みの消耗部品を保持するための複数の区画を含む、交換ステーションと、
第１の側と第２の側とを伴う第２の遮断弁であって、前記第２の遮断弁の前記第２の側は、前記真空移送モジュールの前記第２の側に結合される、第２の遮断弁と、
前記第２の遮断弁の前記第１の側に結合されたプロセスモジュールと、
を備え、
前記プロセスモジュールは、前記プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に移動させることを可能にするためのリフト機構を含み、前記上昇位置は、前記真空移送モジュールの前記ロボットへのアクセスを提供して、前記消耗部品を前記プロセスモジュールから取り出すこと及び前記交換ステーションの前記部品バッファに保管することを可能にし、
前記真空移送モジュールの前記ロボットは、前記消耗部品のための交換部品を前記部品バッファから前記プロセスモジュール内に移動させて装着することを可能にされ、
前記リフト機構は、前記ロボットによって交換用に提供された前記消耗部品を受け取って、装着位置に下降させるように構成され、
前記ロボット及び前記プロセスモジュールの前記リフト機構による前記交換は、前記交換ステーション、前記真空移送モジュール、及び前記プロセスモジュールが真空状態に維持されている間に行われる、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記第１の遮断弁、前記第２の遮断弁、前記真空移送モジュール、前記プロセスモジュール、及び前記交換ステーションは、コントローラと連動しており、前記コントローラは、前記プロセスモジュール、前記交換ステーション、及び前記真空移送モジュールが真空状態にとどまっている間に、前記交換ステーションと、前記真空移送モジュールと、前記プロセスモジュールとの間のアクセスを統合調整するための移送ロジック及び真空状態制御部を含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１５に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記真空移送モジュール、前記プロセスモジュール、及び前記交換ステーションは、コントローラと連動しており、前記コントローラは、前記真空移送モジュール、前記交換ステーション、及び前記プロセスモジュールが真空状態にとどまっている間に、前記交換ステーションと前記真空移送モジュールとの間及び前記真空移送モジュールと前記プロセスモジュールとの間のアクセスを統合調整するための移送ロジック及び真空状態制御部を含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１６に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記交換ステーションは、ポンプに結合された真空制御部を含み、前記真空制御部は、前記消耗部品の交換時に前記ポンプの活動を統合調整して前記交換ステーションを真空状態に維持するために、前記コントローラと連動している、クラスタツールアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１５に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記真空状態に維持されている前記交換ステーション、前記真空移送モジュール、及び前記プロセスモジュールは、前記消耗部品の交換に続いて前記プロセスモジュールがアクティブ動作に戻る前における前記プロセスモジュールの再調節が軽減されることを可能にする、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２０】
請求項１５に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記リフト機構は、前記プロセスモジュール内に装着された前記消耗部品を前記上昇位置に位置付けることを可能にする複数のリフトピン及びアクチュエータを含み、
アクチュエータドライブが、前記アクチュエータに接続され、
前記消耗部品の交換の統合調整を可能にするために、コントローラが、前記アクチュエータドライブ、前記交換ステーション、及び前記真空移送モジュールと連動している、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２１】
請求項１５に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記ロボットは、任意の面内で前記消耗部品を取り出す、拾い上げる、持ち上げる、支持する、保持する、移動させる、又は回転させるように設計されたエンドエフェクタを含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２２】
請求項２１に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記ロボットは、前記プロセスモジュールに対して半導体ウエハを出し入れするように設計された第２のエンドエフェクタを含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２３】
請求項１５に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記交換ステーションと前記プロセスモジュールとを結合し、前記クラスタツールアセンブリにおける均一性及び対称性を維持するために、前記真空移送モジュールの前記第１の側及び前記第２の側に開口が画定される、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２４】
クラスタツールアセンブリであって、
第１の側と第２の側とを有する大気圧移送モジュールであって、ロボットを有する大気圧移送モジュールと、
第１の側と第２の側とを有する真空移送モジュールであって、第２のロボットを有する真空移送モジュールと、
前記大気圧移送モジュールの前記第１の側に及び前記真空移送モジュールの前記第１の側に結合されたロードロックチャンバであって、前記大気圧移送モジュールと前記真空移送モジュールとの間のインターフェースを提供するロードロックチャンバと、
前記真空移送モジュールの前記第２の側に結合されたプロセスモジュールと、
前記大気圧移送モジュールの前記第２の側に結合された交換ステーションであって、部品バッファを有し、前記部品バッファは、新しい消耗部品又は使用済みの消耗部品を保持するための複数の区画を含む、交換ステーションと、
を備え、
前記プロセスモジュールは、前記プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に移動させることを可能にするためのリフト機構を含み、前記上昇位置は、前記真空移送モジュールの前記第２のロボットへのアクセスを提供して、前記消耗部品を前記プロセスモジュールから取り出すこと及び前記ロードロックチャンバに移送することを可能にし、前記大気圧移送モジュールの前記ロボットは、前記消耗部品を前記ロードロックチャンバから前記交換ステーションの前記部品バッファに移動させることを可能にされ、
前記大気圧移送モジュールの前記ロボット及び前記真空移送モジュールの前記第２のロボットは、前記消耗部品のための交換部品を前記部品バッファから前記プロセスモジュール内に移動させることを可能にされ、
前記リフト機構は、前記第２のロボットによって交換用に提供された前記消耗部品を受け取って、装着位置に下降させるように構成され、
前記第２のロボット、及び前記プロセスモジュールの前記リフト機構による前記交換は、前記真空移送モジュール及び前記プロセスモジュールが真空状態に維持されている間に行われる、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記大気圧移送モジュール、前記真空移送モジュール、前記プロセスモジュール、及び前記交換ステーションは、コントローラと連動しており、前記コントローラは、前記プロセスモジュール及び前記真空移送モジュールが真空状態にとどまっている間に、前記交換ステーションと、前記大気圧移送モジュールと、前記真空移送モジュールと、前記プロセスモジュールとの間のアクセスを統合調整するための移送ロジック及び真空状態制御部を含む、クラスタツールアセンブリ。
【請求項２６】
請求項２４に記載のクラスタツールアセンブリであって、
前記大気圧移送モジュール及び前記交換ステーションは、大気条件に維持される、クラスタツールアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、半導体ウエハの製造に使用されるクラスタツールアセンブリに関し、より具体的には、クラスタツールアセンブリ内に配置されたプロセスモジュール内の消耗部品の取り出し及び交換を可能にするクラスタツールアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハを作成するための製造プロセスで使用される代表的なクラスタツールアセンブリは、洗浄動作、蒸着、エッチング動作、すすぎ動作、乾燥動作などの特定の製造動作を実施するためにそれぞれ使用される１つ以上のプロセスモジュールを含む。これらの動作を実施するために使用される化学剤及び／又は処理条件は、プロセスモジュール内の過酷な条件に常に曝されるプロセスモジュールのハードウェアコンポーネントの幾つかを損傷させる。損傷されたこれらのハードウェアコンポーネントは、プロセスモジュール内のその他のハードウェアコンポーネントがこれらの過酷な条件に曝さないようにするために、及び半導体ウエハの品質を保証するために、迅速に交換される必要がある。例えば、プロセスモジュール内で半導体ウエハに隣接して配置されるエッジリングは、その場所と、プロセスモジュール内で生成されてエッチング動作に使用されるプラズマからのイオン衝撃に継続的に曝されることとが原因で、頻繁に損傷を受ける恐れがある。損傷されたエッジリングは、その下にあるチャックなどのハードウェアコンポーネントを過酷なプロセス条件に曝さないようにするために、迅速に交換される必要がある。交換が可能なハードウェアコンポーネントは、本明細書では消耗部品と呼ばれる。
【０００３】
損傷された消耗部品を交換する現行のプロセスは、一連の手順を実施するために、熟練の保守技術員を必要とする。技術員は、クラスタツールアセンブリをオフラインにし、毒性残留物への暴露を回避するためにクラスタツールアセンブリをポンプで排気し／パージし、クラスタツールを開き、損傷された消耗部品を取り出して、新しい消耗部品と交換する必要がある。損傷された部品が交換されたら、技術員は、クラスタツールを洗浄し、クラスタツールアセンブリをポンプで真空に排気し、クラスタツールアセンブリをウエハ処理に備えて調節しなければならない。場合によっては、この調節は、プロセス動作の質を保証するために、半導体ウエハに対してテストプロセスを実行し、半導体ウエハの断面を捉えて解析することによってクラスタツールアセンブリを適格化することを伴うだろう。損傷された消耗部品の交換は、クラスタツールアセンブリをかなり長い時間にわたってオフラインにすることを要する非常に複雑で且つ時間のかかかるプロセスであり、これは、半導体メーカの利ざやに影響を及ぼす恐れがある。
【０００４】
本発明の実施形態が生じるのは、このような状況においてである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、クラスタツールアセンブリ内に配置されたプロセスモジュール内の損傷されたハードウェアコンポーネントを、真空を破る（即ち、クラスタツールアセンブリを大気条件に曝す）必要なく取り出して交換するように設計された、クラスタツールアセンブリを定める。交換が可能な損傷されたハードウェアコンポーネントは、本明細書では、消耗部品とも呼ばれる。クラスタツールアセンブリは、１つ以上のプロセスモジュールを含み、各プロセスモジュールは、半導体ウエハ処理動作を実施するように構成される。プロセスモジュール内の消耗部品は、化学物質及びプロセス条件に曝されるにつれて損傷され、したがって、適時に交換される必要がある。クラスタツールアセンブリに交換ステーションを取り付けることによって、損傷された消耗部品を、クラスタツールアセンブリを開くことなく交換することができるだろう。消耗部品の交換が可能であるために、コントローラが、プロセスモジュールが真空状態に維持されている間に交換ステーションとプロセスモジュールとの間のアクセスを統合調整することを可能にするために、交換ステーション及びプロセスモジュールは、コントローラに結合される。
【０００６】
損傷された消耗部品への容易なアクセスを可能にするために、プロセスモジュールは、リフト機構を含むように設計されてよい。リフト機構は、係合時に消耗部品が上昇位置に移動されることを可能にするように構成され、持ち上げられた消耗部品にアクセスしてプロセスモジュールから取り出すためには、クラスタツールアセンブリ内で使用可能なロボットが使用されてよい。交換用の消耗部品がプロセスモジュールに提供され、リフト機構は、その消耗部品を受け取ってプロセスモジュール内の定位置に下降させるために使用される。
【０００７】
消耗部品にアクセスするための交換ステーションを提供することによって、損傷された消耗部品にアクセスするためにクラスタツールアセンブリを開いて大気条件に曝す必要がなくなる。交換ステーションは、一部の実装形態では真空に維持され、そうすることによって、消耗部品の交換時における汚染のリスクを排除している。その結果、損傷された消耗部品の交換後にプロセスモジュールを再調節してアクティブ動作状態にするために必要とされる時間が、大幅に短縮される。更に、ロボット及びリフト機構は、消耗部品の取り出し及び交換の際にプロセスモジュール内のハードウェアが不注意で損傷されるリスクを伴うことなく消耗部品が交換されることを可能にする。
【０００８】
本開示の実施形態は、クラスタツールアセンブリを開いて大気条件に曝す必要なくプロセスモジュールから消耗部品を取り出して交換するために使用することができるクラスタツールアセンブリを提供する。交換ステーションは、消耗部品の装着及び取り出しの際にクラスタツールアセンブリが汚染されるリスク及びプロセスモジュールのハードウェアコンポーネントが損傷されるリスクを低減する。クラスタツールアセンブリは、開かれないので、パージされる又はポンプで排気される必要がない。その結果、クラスタツールアセンブリを調節する及び適格化するために必要とされる時間が、大幅に短縮される。
【０００９】
交換ステーションは、３つの異なる位置に配置されることが可能である。１つ目の位置では、クラスタツールアセンブリ内のプロセスモジュールに、該プロセスモジュールをポンプで真空に排気してプロセスモジュールから消耗部品を直接撤退させる機能を伴うロールアップ（巻き上げ）型交換ステーションが一時的に取り付けられる。新しい消耗部品は、プロセスモジュールに直接入れられる。この位置では、交換ステーションは、使用済みの消耗部品及び新しい消耗部品を保持するためのロボットと部品バッファとを含むだろう。遮断弁は、プロセスモジュール内にとどまるだろう。この構成は望ましいのは、このメインテナンス活動のために、クラスタツールアセンブリ全体ではなくプロセスモジュールのみがオフラインにされる必要があるだろうゆえである。
【００１０】
２つ目の位置では、交換ステーションは、取り外し不可の形で真空移送モジュール（ＶＴＭ）に取り付けられ、プロセスモジュールから消耗部品を取り出して交換するためには、ＶＴＭ内のロボットが用いられる。この位置では、交換ステーションは、専用ロボットを必要とせず、ＶＴＭロボットのエンドエフェクタが、半導体ウエハ及び消耗部品の両方の移動を取り扱うだろう。
【００１１】
３つ目の位置では、交換ステーションは、取り外し不可の形で大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）に取り付けられ、プロセスモジュールから消耗部品を取り出して交換するために、ＡＴＭのロボットと、真空移送モジュール（ＶＴＭ）のロボットとが用いられる。この位置では、交換ステーションは、専用ロボットを必要とせず、ＶＴＭロボット及びＡＴＭロボットのエンドエフェクタ、並びにＡＴＭとＶＴＭとの間に配置されたロードロックチャンバが、半導体ウエハ及び消耗部品の両方の移動を取り扱うだろう。
【００１２】
プロセスモジュールは、消耗部品リフト機構を含む。消耗部品は、通常は、エッジリングなどのリングである。消耗部品は、ロボットがそれを抜き出せるように、持ち上げられる必要があるだろう。一実施形態では、リフト機構は、リフトピンを装着された真空密閉アクチュエータを含む。別の一実施形態では、アクチュエータは、真空に維持される。通常動作下では、リフトは、撤退された状態にあり、消耗部品に接触していない。消耗部品が交換される必要があるときに、アクチュエータは、リフトピンを伸長させて、消耗部品を上昇させる。ロボットは、エンドエフェクタ（例えば、ロボットに取り付けられたヘラ状の部品）を、消耗部品の下側へスライドするようにプロセスモジュール内へ伸長させる。アクチュエータは、次いで、リフトピンを撤退させて、消耗部品をエンドエフェクタ上に載らせる。消耗部品は、交換ステーション内へ引き戻される。新しい消耗部品をプロセスモジュールに入れるためには、逆の順序が起きる。
【００１３】
一実施形態では、クラスタツールアセンブリが開示される。クラスタツールアセンブリは、真空移送モジュールと、プロセスモジュールと、交換ステーションとを含む。プロセスモジュールは、第１の側と第２の側とを含み、第１の側は、真空移送モジュールに接続される。遮断弁の第１の側が、プロセスモジュールの第２の側に結合される。交換ステーションは、遮断弁の第２の側に結合される。交換ステーションは、交換ハンドラと、部品バッファとを含む。部品バッファは、新しい消耗部品又は使用済みの消耗部品を保持するための複数の区画を含む。プロセスモジュールは、プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に位置付けることを可能にするためのリフト機構を含む。上昇位置は、交換ハンドラへのアクセスを提供し、消耗部品をプロセスモジュールから取り出すこと及び部品バッファの区画に保管することを可能にする。交換ハンドラは、また、消耗部品の交換部品を部品バッファからプロセスモジュールに移動させて装着することも可能にする。リフト機構は、交換ハンドラによって交換用に提供された消耗部品を受け取って装着位置に下降させるように構成される。交換ハンドラ及びプロセスモジュールによる交換は、プロセスモジュール及び交換ステーションが真空状態に維持されている間に行われる。
【００１４】
別の一実施形態では、クラスタツールアセンブリが開示される。クラスタツールアセンブリは、第１の側と第２の側とを有する真空移送モジュールを含む。真空移送モジュールは、ロボットを含む。クラスタツールアセンブリには、第１の側と第２の側とを有する第１の遮断弁が含められる。第１の遮断弁の第１の側は、真空移送モジュールの第１の側に結合される。第１の遮断弁の第２の側には、プロセスモジュールが結合される。真空移送モジュールの第２の側には、第２の遮断弁が結合される。第２の遮断弁の第２の側には、交換ステーションが結合される。交換ステーションは、部品バッファを含む。部品バッファは、新しい消耗部品又は使用済みの消耗部品を保持するための複数の区画を含む。プロセスモジュールは、プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に移動させることを可能にするためのリフト機構を含む。上昇位置は、真空移送モジュールのロボットへのアクセスを提供して、消耗部品をプロセスモジュールから取り出すこと及び部品バッファの区画に保管することを可能にする。真空移送モジュールのロボットは、消耗部品のための交換部品を部品バッファからプロセスモジュールに移動させることも可能にする。リフト機構は、ロボットによって交換用に提供された消耗部品を受け取って、装着位置に下降させるように構成される。ロボット、及びプロセスモジュールのリフト機構による交換は、交換ステーション、真空移送モジュール、及びプロセスモジュールが真空状態に維持されている間に行われる。
【００１５】
別の一実施形態では、クラスタツールアセンブリが開示される。クラスタツールアセンブリは、第１の側と第２の側とを有する真空移送モジュールを含む。真空移送モジュールは、ロボットを含む。クラスタツールアセンブリには、第１の側と第２の側とを有する第１の遮断弁が含められる。第１の遮断弁の第１の側は、真空移送モジュールの第１の側に結合される。第１の遮断弁の第２の側には、プロセスモジュールが結合される。真空移送モジュールの第２の側には、第２の遮断弁が結合される。第２の遮断弁の第２の側には、交換ステーションが結合される。交換ステーションは、部品バッファを含む。部品バッファは、新しい消耗部品又は使用済みの消耗部品を保持するための複数の区画を含む。プロセスモジュールは、プロセスモジュール内に装着された消耗部品を上昇位置に移動させることを可能にするためのリフト機構を含む。上昇位置は、真空移送モジュールのロボットへのアクセスを提供し、消耗部品をプロセスモジュールから取り出すこと及び部品バッファの区画に保管することを可能にする。真空移送モジュールのロボットは、また、消耗部品のための交換部品を部品バッファからプロセスモジュールに移動させることも可能にする。リフト機構は、ロボットによって交換用に提供された消耗部品を受け取って装着位置に下降させるように構成される。ロボット、及びプロセスモジュールのリフト機構による交換は、交換ステーション、真空移送モジュール、及びプロセスモジュールが真空状態に維持されている間に行われる。
【００１６】
本発明の原理を例として示した添付の図面との関連のもとで、本発明のその他の特徴が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明は、添付の図面との関連のもとで与えられる以下の説明を参照することによって、最もよく理解されるだろう。
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における、半導体ウエハの処理に使用されるプロセスモジュールに交換ステーションが取り付けられたクラスタツールアセンブリを示した簡易ブロック図である。
【００１９】
【図２】本発明の代替の一実施形態における、クラスタツールの真空移送モジュールに交換ステーションが取り付けられたクラスタツールアセンブリを示した簡易ブロック図である。
【００２０】
【図３】本発明の代替の一実施形態における、クラスタツールの大気圧移送モジュールに交換ステーションが取り付けられたクラスタツールアセンブリを示した簡易ブロック図である。
【００２１】
【図４】本発明の一実施形態における、消耗部品へのアクセスを提供するために使用される代表的なリフト機構を含むクラスタツールアセンブリのプロセスモジュールの一部分を示した簡易ブロック図である。
【００２２】
【図５Ａ】本発明の一実施形態における、消耗部品を移動させるための交換ステーションが取り付けられたプロセスモジュールをリフト機構が非係合モードにある状態で示した簡易ブロック図である。
【００２３】
【図５Ｂ】本発明の一実施形態における、交換ステーションが取り付けられたプロセスモジュールをリフト機構が係合モードにある状態で示した簡易ブロック図である。
【００２４】
【図５Ｃ】本発明の一実施形態における、交換モジュールが真空移送モジュールに取り付けられプロセスモジュール内のリフト機構がプロセスモジュール内の消耗部品を交換するために使用されるプロセスモジュールを示した簡易ブロック図である。
【００２５】
【図６】一実施形態にしたがった、クラスタツールの様々な態様を制御するための制御モジュールを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示の実施形態は、半導体ウエハを処理するために使用されるクラスタツールアセンブリを定めている。クラスタツールアセンブリは、半導体ウエハを処理するために使用されるプロセスモジュールを含む。クラスタツールアセンブリには、交換ステーションが取り付けられる。交換ステーションは、消耗部品の交換のために必要とされるプロセス条件を、プロセスモジュール又はクラスタツールアセンブリを汚染するリスクを伴うことなく提供するために、真空に維持される。プロセスモジュールから使用済みの消耗部品を取り出して新しい消耗部に交換するために、交換ステーション内の専用ロボット又はクラスタツールアセンブリ内で使用可能なロボットが使用される。
【００２７】
一部の実施形態では、交換ステーションは、消耗部品の交換が必要とされるクラスタツールアセンブリのプロセスモジュールに、直接取り付けられてよい。このような実施形態では、交換ステーションは、プロセスモジュールに直接結合される。交換ステーション内に画定されたロボットが、消耗部品を取り出して交換するために使用される。
【００２８】
その他の幾つかの実施形態では、交換ステーションは、クラスタツールアセンブリ内の真空移送モジュール（ＶＴＭ）に直接取り付けられてよい。交換ステーションは、クラスタツールアセンブリの均一性及び対称性を維持するように取り付けられる。プロセスモジュール内に配置された消耗部品を取り出して交換するためには、半導体ウエハをプロセスモジュールに対して出し入れするために使用されるＶＴＭのロボットも使用される。
【００２９】
その他の幾つかの実施形態では、交換ステーションは、クラスタツールアセンブリの大気圧移送モジュールに直接取り付けられてよい。このような実施形態では、プロセスモジュール内の消耗部品にアクセスしてその部品を交換するために、大気圧移送モジュールのロボットが、クラスタツールアセンブリの真空移送モジュールのロボットと連携する。交換ステーションは、クラスタツールアセンブリの様々なモジュールに取り付けられるように、及び消耗部品にアクセスするためにクラスタツールアセンブリを開いて大気条件に曝す必要なく消耗部品を交換することを可能にするように設計される。
【００３０】
従来の設計のクラスタツールアセンブリは、プロセスモジュール内の消耗部品にアクセスして交換するために、クラスタツールアセンブリを開く必要があった。クラスタツールアセンブリを開くためには、クラスタツールアセンブリをオフラインにし、大気条件になるまでパージして、プロセスモジュールへのアクセスを可能にする必要があった。クラスタツールアセンブリが開かれたら、熟練の技術員が、手動でプロセスモジュールから消耗部品を取り出して交換するだろう。消耗部品の交換に際し、クラスタツールアセンブリは、半導体ウエハが処理可能であるように調節される必要があった。半導体ウエハは、貴重な製品であるので、クラスタツールアセンブリを調節する際は、細心の注意を払わなければならない。調節は、クラスタツールアセンブリを洗浄することと、クラスタツールアセンブリをポンプで真空に排気することと、クラスタツールアセンブリを調節することと、テスト運転を使用してクラスタツールアセンブリを適格化することとを必要とするだろう。これらの各手順は、かなりの時間と努力とを必要とする。クラスタツールアセンブリを調節する際の１つ以上の手順において問題に遭遇したときは、クラスタツールアセンブリを調節するための各手順で必要とされる時間に加えて更なる遅延に見舞われるだろう。クラスタツールアセンブリの調節の際によく遭遇する幾つかの問題として、交換時に消耗部品の位置がずれること、損傷された又は使用済みの消耗部品を交換するときに新しいハードウェアコンポーネントが損傷されること、消耗部品の取り出し又は交換の際にプロセスモジュール内のその他のハードウェアコンポーネントが損傷されること、ポンプによる排気後にクラスタツールアセンブリが真空を実現できないこと、クラスタツールアセンブリがプロセス性能を達成できないことなどが挙げられる。各問題の深刻度に基づいて、更なる時間と努力とが費やされなくてはならず、クラスタツールアセンブリをオンラインに持ってくるときの遅延の更なる要因になり、これは、メーカの利ざやに直接的に影響を及ぼす恐れがある。
【００３１】
クラスタツールアセンブリに交換ステーションを取り付けて、交換ステーションを通して消耗部品にアクセスすることによって、クラスタツールアセンブリを維持するために必要とされる時間と努力とが大幅に削減される。消耗部品を交換するために、クラスタツールアセンブリ内で使用可能なロボットを使用することによって、消耗部品、プロセスモジュール、及び／又はクラスタツールアセンブリが損傷されるリスクが最小限に抑えられ、交換ステーションを真空に維持し、それによって、クラスタツールアセンブリの内部が外気に曝される事態を回避することによって、汚染のリスクが最小限に抑えられる。ロボットを使用することによって、プロセスモジュール内の消耗部品を、プロセスモジュールのその他のハードウェアコンポーネントの損傷を最小限に抑えつつ、更に正確に位置合わせすることができる。その結果、クラスタツールアセンブリを調節するために必要とされる時間が、大幅に短縮される。消耗部品の適時な交換は、半導体ウエハ内に画定される半導体コンポーネントの品質及び歩留まりを高める。
【００３２】
図１は、一実施形態における、半導体ウエハの処理に使用されるクラスタツールアセンブリ１００の簡略図を示している。クラスタツールアセンブリ１００は、半導体ウエハが環境への露出を最小限に抑えられた状態で制御環境内において処理されることを可能にする複数のモジュールを含む。クラスタツールアセンブリ１００は、一実施形態では、大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）１０２と、一般的な真空移送モジュール（ＶＴＭ）１０４と、１つ以上のプロセスモジュール１１２〜１２０とを含む。ＡＴＭ１０２は、周囲（即ち、大気）条件下で運転され、半導体ウエハをその処理のために統合型クラスタツールアセンブリ１００内に持ってくるための及び半導体ウエハをその処理後に戻すためのウエハローダ（不図示）と連動している。ＡＴＭ１０２は、半導体ウエハをウエハローダからＶＴＭ１０４に移動させるためのロボットを含んでいてよい。ＡＴＭ１０２が大気条件にあるゆえに、ロボットは、ドライロボットの一部であってよい。
【００３３】
ＴＶＭ１０４は、半導体ウエハが１つのプロセスモジュールから別のプロセスモジュールに移動されるのにともなって半導体ウエハ表面が大気に曝されるのを最小限に抑えられるように、真空下で運転される。ＶＴＭ１０４が真空下で運転され、ＡＴＭ１０２が大気条件で運転されるので、ＡＴＭ１０２とＶＴＭ１０４との間には、ロードロックチャンバ１１０が配置される。ロードロックチャンバ１１０は、ＡＴＭ１０２からＶＴＭ１０４内への半導体ウエハの移送を可能にするための制御されたインターフェースを提供する。この実施形態では、半導体ウエハをロードロックチャンバ１１０に入れるために、ＡＴＭ１０２内のロボットが使用されてよい。ＶＴＭ１０４内には、半導体ウエハをロードロックチャンバ１１０から取り出してプロセスモジュール（１１２〜１２０）に対して出し入れするための別のロボットが提供されてよい。
【００３４】
ＶＴＭ１０４には、ＶＴＭ１０４によって維持されている制御環境内において１つのプロセスモジュールから別のプロセスモジュールに半導体ウエハが移動することを可能にするために、１つ以上のプロセスモジュール１１２〜１２０が統合されている。一部の実施形態では、プロセスモジュール１１２〜１２０は、ＶＴＭ１０４の周囲に等間隔で分布されてよく、それぞれ別々のプロセス動作を実施するために使用される。プロセスモジュール１１２〜１２０を使用して行うことができるプロセス動作の幾つかとして、エッチング動作、すすぎ、洗浄、乾燥動作、プラズマ動作、蒸着動作、めっき動作などが挙げられる。例えば、プロセスモジュール１１２は、蒸着動作を実施するために使用されてよく、プロセスモジュール１１４は、洗浄動作を実施するために使用されてよく、プロセスモジュール１１６は、第２の蒸着動作を実施するために使用されてよく、プロセスモジュール１１８は、エッチング又は除去動作を実施するために使用されてよく、以下同様である。制御環境を伴うＶＴＭ１０４は、汚染のリスクを伴うことなく半導体ウエハがプロセスモジュール１１２〜１２０に対して出し入れされることを可能にし、ＶＴＭ１０４内のロボットは、ＶＴＭ１０４に統合された様々なプロセスモジュール１１２〜１２０に対して半導体ウエハを出し入れすることを助ける。
【００３５】
一実施形態では、クラスタツールアセンブリ１００内のプロセスモジュール（例えば、プロセスモジュール１１２〜１２０のうちの任意の１つ）に、交換ステーションが取り付けられる。図１に示された実施形態の例では、交換ステーション１０８は、プロセスモジュール１１８に取り付けられる。交換ステーションは、もし、任意のその他のプロセスモジュール１１２〜１２０内の（１つ又は複数の）消耗部品が交換を必要とするのであれば、その対応するプロセスモジュール１１２〜１２０に取り付けられるように構成されてよい。例えば、プロセスモジュール１１８は、エッチング動作を実施するために使用されてよい。交換モジュール１０８は、プロセスモジュール１１８内で使用される消耗部品を取り出して交換するために使用される。交換ステーション１０８は、それがプロセスモジュールに取り付けられるときに交換ステーション１０８をポンプで排気して真空に維持するためのポンプ機構（不図示）などの機構を含む。
【００３６】
一実施形態では、交換ステーション１０８は、プロセスモジュール（即ち、プロセスモジュール１１２〜１２０のうちの任意の１つ）に、そのプロセスモジュール（１１２〜１２０）において消耗部品の交換が必要なときは遮断弁を通じて結合されてよく、消耗部品が成功裏に交換されたときはそのプロセスモジュールから切り離されてよい。この実施形態では、交換ステーション１０８は、所要の動作（例えば、消耗部品の交換）を完了させるためにプロセスモジュールに一時的に取り付けられように、及びそのプロセスモジュールにおける所要の動作が完了したら取り外されて撤退される又は消耗部品を交換する所要の動作が実施される別のプロセスモジュールに移動されるように設計された、可動のモジュール式ユニットである。例えば、遮断弁は、交換ステーション１０８が真空に維持されることを可能にする。
【００３７】
交換ステーション１０８は、消耗部品を収容して保持するための部品バッファを含む。一部の実施形態では、部品バッファは、プロセスモジュールから取り出された使用済みの消耗部品及びプロセスモジュールに送られる予定の新しい消耗部品を収容するための複数の区画を含んでいてよい。一実施形態では、交換ステーションが遮断弁に取り付けられるところである交換ステーションの開口部が、交換ステーション１０８に対する消耗部品の出し入れを可能にするようにサイズ決定される。
【００３８】
消耗部品は、プロセスモジュール内でプロセス条件に継続的に曝されるゆえに交換される必要があるプロセスモジュール内のハードウェア部品である。半導体ウエハの処理時に使用される過酷なプロセス条件に継続的に曝されるゆえに、消耗部品は、それが迅速に交換可能であるために、厳密に監視されて、損傷がいつ許容レベルを超えるかを決定される必要がある。例えば、エッチングプロセスモジュールでは、半導体ウエハのプロセス領域を広げるために、チャックアセンブリに載せられた半導体ウエハに隣接してエッジリングが配置される。エッチング動作中、エッジリングは、半導体ウエハの表面上に特徴を形成するために使用されるプラズマからのイオン衝撃に曝される。時間の経過とともに継続的に曝された結果、エッジリングは損傷されるだろう。エッジリングが許容レベルを超えて損傷されたときは、そのエッジリングは、その損傷がその下の他のコンポーネントを露出させないように、又はそれ以外の形で半導体ウエハ処理に悪影響を及ぼさないように、交換される必要がある。
【００３９】
代表的なエッチング動作では、プラズマからのイオンが、プロセスモジュールに収容されたときの半導体ウエハの上方に画定されたプロセス領域内に形成されるプラズマシースに直交する角度で半導体ウエハ表面にぶつかる。イオン衝撃ゆえにエッジリングの層が摩耗されると、半導体ウエハの縁が露出され、プラズマシースを半導体ウエハの縁の輪郭に沿って巻き上がらせる。その結果、半導体ウエハ表面にぶつかるイオンは、プラズマシースの輪郭をたどり、これは、半導体ウエハ表面の縁に向かって傾斜した特徴を形成させる。これらの傾斜特徴は、半導体ウエハ上に形成される半導体コンポーネントの全体の歩留まりに影響を及ぼすだろう。更に、エッジリングの層が摩耗されるにつれて、その下の例えばチャックなどのコンポーネントがイオンに曝されて、チャック表面を損傷させる恐れがある。歩留まりを向上させるため及び下にあるコンポーネントの損傷を回避するためには、エッジリング（即ち、消耗部品）が定期的に交換される必要がある。
【００４０】
プロセスモジュール１１８に取り付けられた交換ステーション１０８は、プロセスモジュール内の真空を破ることなく消耗部品（即ち、エッジリング）が容易に交換されることを可能にするだろう。一実施形態では、交換ステーション１０８は、交換を必要とする消耗部品を取り出すために及び新しい消耗部品を送り込むためにプロセスモジュール（例えば、プロセスモジュール１１８）内へエンドエフェクタを伸長させるように構成された専用ロボットを含む。プロセスモジュール内のリフト機構が、消耗部品へのアクセスを提供する。交換ステーション１０８のロボットは、リフト機構のリフトピン上に新しい消耗部品を置く働きをしてよく、リフト機構は、新しい消耗部品をプロセスモジュール内のその定位置に装着するだろう。
【００４１】
一実施形態では、消耗部品の交換を助けるために、交換ステーションは、第１の遮断弁を通じてプロセスモジュール（例えば、プロセスモジュール１１２〜１２０のうちの任意の１つ）に取り付けられる。消耗部品にアクセスしてプロセスモジュールから取り出して、交換ステーション内に画定された部品バッファ内へ移動させるために、及び交換用の消耗部品を部品バッファから提供するために、交換ステーションからのロボットが使用される。一実施形態では、第１の遮断弁は、プロセスモジュール内の消耗部品の取り出し及び交換を統合調整するために、動作可能な方式でコントローラに接続されてよい。
【００４２】
第１の遮断弁を使用して交換ステーションをプロセスモジュールに取り付けることに加えて、第２の遮断弁を使用してクラスタツールアセンブリ１００の真空移送モジュール（ＶＴＭ）にプロセスモジュールが結合されてよい。第２の遮断弁は、係合されたときに、プロセスモジュール内の消耗部品の交換がクラスタツールアセンブリ１００のその他のプロセスモジュールの動作に影響を及ぼすことなく実施可能であるように、プロセスモジュール（１１２〜１２０）をクラスタツールアセンブリ１００の残りの部分から遮断するように構成される。第２の遮断弁の提供は、クラスタツールアセンブリ１００全体ではなく特定のプロセスモジュール（１１２〜１２０のうちの任意の１つ）が、クラスタツールアセンブリ１００内の残りのプロセスモジュール（１１２〜１２０）が半導体ウエハの処理を続けることを許されている間に、オフラインにされることを可能にする。更に、（１つ又は複数の）消耗部品を交換するために特定のプロセスモジュール（例えば、１１２〜１２０のうちの任意の１つ）のみが、オフラインにされるゆえに、プロセスモジュール（１１２〜１２０）及びクラスタツールアセンブリ１００を完全稼働状態に回復させるためにかかる時間は、大幅に短縮されるだろう。その結果、クラスタツールアセンブリ１００の動作を調節及び適格化するためにかかる時間も、大幅に短縮される。半導体ウエハ処理時に半導体ウエハをプロセスモジュール（１１２〜１２０）に対して出し入れするために、ＶＴＭ１０４のロボットが使用されてよい。
【００４３】
交換ステーション１０８のロボットがプロセスモジュール（１１２〜１２０）から消耗部品を取り出すことを可能にするためには、消耗部品が容易にアクセス可能である必要がある。プロセスモジュール（１１２〜１２０）は、一実施形態では、交換を必要とする消耗部品へのアクセスを提供するリフト機構を含む。リフト機構は、一部の実施形態では、消耗部品を上昇位置に移動させるために伸長可能であるリフトピンを含んでいてよい。交換ステーション１０８内のロボットのエンドエフェクタが、プロセスモジュール（１１２〜１２０）内へ伸長されて、消耗部品の下へスライドされる。リフト機構は、次いで、リフトピンを撤退させ、消耗部品をロボットのエンドエフェクタ上に載った状態で残らせる。消耗部品を伴うエンドエフェクタは、次いで、プロセスモジュール（１１２〜１２０）から交換ステーション１０８内へ撤退される。ロボットのエンドエフェクタを使用して、新しい消耗部品がプロセスモジュール（１１２〜１２０）に移動され、リフト機構のリフトピンは、その新しい消耗部品を受け取るために伸長される。リフト機構のリフトピンは、新しい消耗部品をプロセスモジュール（１１２〜１２０）内の定位置に位置合わせするために連携し合う。リフト機構を使用して消耗部品を取り出す及び交換するプロセスは、図４を参照にして後程更に詳しく論じられる。
【００４４】
一部の実施形態では、消耗部品を交換するために、クラスタツールアセンブリ１００全体をオフラインにする必要があるかもしれない。これは、例えば、２つ以上のプロセスモジュール（１１２〜１２０）内の２つ以上の消耗部品が交換を必要とするときに生じるだろう。たとえこのような実施形態でも、交換ステーション及び（１つ又は複数の）プロセスモジュールが真空に維持されるゆえに、クラスタツールアセンブリ１００をオフラインにし、交換ステーションを（１つ又は複数の）プロセスモジュール（１１２〜１２０）に取り付け、消耗部品を取り出して交換し、クラスタツールアセンブリ１００を調節及び適格化する時間は、大幅に短縮されるだろう。その結果、クラスタツールアセンブリ１００のプロセス条件（即ち、真空）が、消耗部品の交換中に悪影響を及ぼされることはない。更に、ロボットを使用して交換がなされるゆえに、より正確な消耗部品の取り出し及び交換が設計され、それによって、消耗部品及び／又はプロセスモジュール（１１２〜１２０）が損傷されるリスクが回避されるだろう。
【００４５】
一部の実装形態では、プロセスモジュールにおいて交換ステーションが取り付けられる側に設けられた開口が、その開口を消耗部品が容易に通り抜け可能であるようにサイズ決定されてよい。更に、プロセスモジュール（１１２〜１２０）内の開口は、プロセスモジュール（１１２〜１２０）内及びクラスタツールアセンブリ１００内で生じえるあらゆる非対称性の問題を全体として最小限に抑えられるように設計されてよい。
【００４６】
図１を参照にして論じられた様々な実施形態及び実装形態は、交換ステーション１０８が、プロセスモジュール（１１２〜１２０）内の消耗部品が交換を必要とするときにプロセスモジュール（１１２〜１２０）に一時的に取り付けられること及び消耗部品の交換が完了したときに撤退されることを可能にする。交換ステーション１０８は、使用済みの消耗部品及び新しい消耗部品を収容して保持するための２つの別々の保持領域を伴う１つの部品バッファを含んでいてよい、又は使用済みの消耗部品及び新しい消耗部品を別々に保持するための複数の部品バッファを有していてよい。交換ステーション１０８内に提供されたロボット、及び（１つ又は複数の）部品バッファは、消耗部品をプロセスモジュール（１１２〜１２０）に直接供給すること及びプロセスモジュール（１１２〜１２０）から直接取り出すことを可能にする。プロセスモジュール（１１２〜１２０）内の遮断弁は、クラスタツールアセンブリ１００全体の代わりにプロセスモジュール（１１２〜１２０）のみをオフラインにすることを可能にする。
【００４７】
図２は、代替の一実施形態のクラスタツールアセンブリ１００を示しており、該実施形態では、交換ステーション１０８は、プロセスモジュール（１１２〜１１８）ではなく、クラスタツールアセンブリ１００内に配置された真空移送モジュール（ＶＴＭ）１０４に取り付けられるように構成される。ＶＴＭ１０４は、半導体ウエハの処理時に半導体ウエハをロードロックチャンバ１１０からプロセスモジュール１１２〜１１８に移動させるために及びＶＴＭ１０４と一体化された１つ以上のプロセスモジュール１１２〜１１８に対して出し入れするために使用されるロボットを含む。ロボットは、異なるプロセスモジュール間で半導体ウエハの受け取り、保持、及び移動を行うために使用されるエンドエフェクタを含む。ＶＴＭ１０４には、別の開口が、ＶＴＭ１０４内に画定されたその開口に位置を合わせて交換ステーション１０８が取り付けられることを可能にするために画定される。対称性が重要である場合は、ＶＴＭ１０４内の開口は、ＶＴＭ１０４の、及びクラスタツールアセンブリ１００の、均一性及び対称性を保つように画定される。例えば、ＶＴＭ１０４における均一性及び対称性を維持するために、ＶＴＭ１０４には、ダミーの扉を伴うダミーの開口が上記開口に相対して画定されてよい。或いは、もし、ＶＴＭ１０４に、ダミーの開口が既に存在しており、その開口が、消耗部品を移動させるのに十分な大きさであるならば、交換ステーション１０８は、クラスタツールアセンブリ１００における均一性及び対称性を引き続き維持するために、そのダミーの開口に取り付けられてよい。
【００４８】
通常、ＶＴＭ１０４の開口は、半導体ウエハを、及びＶＴＭ１０４に対して半導体ウエハを出し入れするために使用されるキャリア／ロボットを、通り抜けさせるようにサイズ決定される。しかしながら、半導体ウエハよりも大きい消耗部品は、通り抜けできない恐れがある。例えば、プロセスモジュール（１１２〜１１８）に収容されたときの半導体ウエハを取り巻くように配置されるエッジリングは、半導体ウエハよりも幅が広い。このような場合は、半導体ウエハの移動用に設計された開口を再設計しないと、エッジリングが全体として通り抜けることはできないだろう。場合によっては、ＶＴＭ１０４の開口の再設計は、クラスタツールアセンブリの対称性に影響するだろうゆえに、実現可能な選択肢ではないだろう。したがって、ＶＴＭ１０４の開口を再設計してクラスタツールアセンブリ１００内に非対称性をもたらす代わりに、区分化された消耗部品を使用して、各区分が開口を通り抜けできるようにすることができる。例えば、プロセスモジュール内で半導体ウエハを取り囲むために使用されるエッジリングは、ＶＴＭ１０４の開口及び交換ステーション１０８を通り抜け可能であるようにそれぞれが設計された２つ以上の区分からなる区分化されたエッジリングとして設計されてよい。この例では、区分化されたエッジリングは、個別に抜き出されて交換されてよい。
【００４９】
特に、複数の部分からなる区分化された消耗部品などの、消耗部品を交換するときは、消耗部品の各区分は、区分どうしの間に隙間が形成されることがないように、プロセスモジュール内で適切に位置を合わせてセットされる必要がある。留意すべきは、高アスペクト比エッチング動作などのプロセス動作では、エッチングプロセスモジュールのコンポーネント間に存在する隙間をイオンが通り抜けて、その下のコンポーネントを損傷させるだろうことである。例えば、高アスペクトエッチャモジュールにおけるエッジリングの隙間は、高エネルギイオンを通り抜けさせ、エッジリングが載せられているだろうその下のチャックに到達させて、チャックの表面を損傷させるだろう。隙間の形成を防ぐためには、区分化された消耗部品を、プロセスモジュール内に装着されたときに各区分がその他の区分と確実にしっかり嵌り合うように、設計することができる。したがって、一部の実装形態では、区分化された、即ち複数の部分からなる消耗部品は、噛み合い区分を有するように設計されてよい。或いは、消耗部品は、その下のコンポーネントに至る直接的な流路をイオン又は処理ガス／化学剤が見つけることがないように、重なり合う区分を有するように設計されてよい。例えば、一部の実装形態では、消耗部品は、ＶＴＭ１０４と交換ステーションとの間に画定された開口をそのままの状態で又は部分ごとに分けられた状態のいずれかで通り抜けることができる内側部分と外側部分とで作成されて、一方の部分がもう一方の部分に重なり合う状態でプロセスモジュール内に装着されてよく、そうすることによって、隙間の形成を防ぐことができる。クラスタツールアセンブリ内における対称性を維持するように設計された開口を再設計する必要なく消耗部品がＶＴＭ１０４に対して出し入れされることを可能にするように、その他のヴァリエーションの設計で消耗部品が実現されてもよい。
【００５０】
一実施形態では、交換ステーション１０８内で専用ロボットを使用する代わりに、プロセスモジュールに対して半導体ウエハを出し入れするために使用されるＶＴＭ１０４内のロボットが、消耗部品の取り出し及び交換にも使用されてよい。一部の実装形態では、プロセスモジュール間で半導体ウエハを移動させるために使用されるロボットのエンドエフェクタが、プロセスモジュール１１２〜１１８及び交換ステーション１０８の間で消耗部品の受け取り、保持、及び移動を行うためにも使用される。その他の実装形態では、ＶＴＭ１０４のロボットは、消耗部品の移動用及び半導体ウエハの移動用に異なるエンドエフェクタを有するように設計される。エンドエフェクタは、半導体ウエハ又は消耗部品などの可動部品を取り出す、支持する、保持する、拾い上げる、持ち上げる、移動させる、又は回転させるために通常はロボット内に画定される部品である。可動部品は、任意の向きの面内に保持されてよい。半導体ウエハの汚染を防ぐために、消耗部品と半導体ウエハとを別々に移動させるための別々のエンドエフェクタが提供されてよい。
【００５１】
代替の一実施形態では、プロセスモジュール内の消耗部品を抜き出して交換するために、交換ステーション１０８内の専用ロボットが、ＶＴＭ１０４のロボットと連携してよい。例えば、ＶＴＭ１０４のロボットは、プロセスモジュールから使用済みの消耗部品を抜き出して、それをＶＴＭ１０４と交換ステーション１０８との間に画定された一時保管領域に移動させるために使用されてよい。交換ステーション１０８の専用ロボットは、使用済みの消耗部品を一時保管領域から部品バッファに移動させるために使用されてよい。同様に、交換ステーション１０８の専用ロボットは、交換ステーション１０８部品バッファから一時保管領域に新しい消耗部品を移動させるために使用されてよく、ＶＴＭ１０４のロボットは、一時保管領域からプロセスモジュールに新しい消耗部品を移動させるために使用されてよい。一実施形態では、一時保管領域は、使用済みの消耗部品を収容するための第１の領域と、新しい消耗部品を収容するための第２の領域とを有していてよい。プロセスモジュール（１１２〜１１８）内のリフト機構は、新しい消耗部品をプロセスモジュール（１１２〜１１８）内に装着するために使用される。
【００５２】
図２に示された実施形態における交換ステーション１０８の設計は、図１を参照にして論じられた交換ステーション１０８の設計と同様である。例えば、図２の交換ステーション１０８は、交換ステーション１０８がＶＴＭ１０４に取り付けられるときに交換ステーション１０８を真空に維持するためのポンプなどの機構を含む。交換ステーション１０８のプロセス条件をＶＴＭ１０４と同様に（即ち、真空に）維持することによって、消耗部品の交換中にＶＴＭ１０４内のプロセス条件が悪影響を受けないことが保証されるだろう。交換ステーション１０８内には、使用済みの消耗部品及び新しい消耗部品を収容及び保持するための１つ以上の部品バッファが画定される。
【００５３】
図２に示された設計のプロセスモジュール（１１８）は、第２の開口を含まないという点で、図１で定められたプロセスモジュール（１１８）とは僅かに異なる。例えば、交換ステーション１０８は、ＶＴＭ１０４に直接取り付けられ、交換ステーション１０８からプロセスモジュール（１１８）へのアクセスは、ＶＴＭ１０４を通じて提供されるので、プロセスモジュール（１１８）は、交換ステーション１０８を取り付けるための第２の開口を必要としない。また、消耗部品の交換時にＶＴＭ１０４を通じたプロセスモジュール（１１８）へのアクセスを可能にするために、及び半導体ウエハの処理時にプロセスモジュールを遮断するために、１つの遮断弁が使用される。留意すべきは、クラスタツールアセンブリ１００内のプロセス条件に悪影響を及ぼすことなく消耗部品が容易に交換可能であるために、交換ステーション１０８が真空に維持されることである。その結果、パージ／ポンプ排気プロセスが不要になり、その他の適格化の手順がより短時間で実施されるので、半導体ウエハを処理するためのクラスタツールアセンブリ１００の調節及び適格化がより短時間で実現されるだろう。交換ステーション１０８は、一部の実装形態では、取り外し不可の形でＶＴＭ１０４に取り付けられてよい。
【００５４】
図３は、大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）１０２に交換ステーション１０８が取り付けられた別の一実施形態のクラスタツールアセンブリ１００を示している。例えばローダからロードロックチャンバ１１０に半導体ウエハを移動させるために使用される、クラスタツールアセンブリ１００のＡＴＭ１０２内のロボットが、消耗部品を交換ステーション１０８に対して出し入れするためにも使用される。この実施形態では、ＡＴＭ１０２に取り付けられた交換ステーション１０８は、ＡＴＭ１０２と同じ大気条件に維持される。その結果、交換ステーション１０８は、交換ステーション１０８を真空に維持するためのポンプ又は同様な機構を必要としない。一部の実装形態では、交換ステーション１０８は、取り外し不可の形でＡＴＭ１０２に取り付けられてよい。
【００５５】
ＡＴＭ１０２に加えて、図３に示されたクラスタツールアセンブリ１００は、真空移送モジュール（ＶＴＭ）１０４と、該ＶＴＭ１０４と一体化された複数のプロセスモジュール１１２〜１２０とを含む。ＡＴＭ１０２とＶＴＭ１０４との間には、ロードロックチャンバ１１０が画定され、ＡＴＭ１０２内及びＶＴＭ１０４内のプロセス条件を保ちつつＡＴＭ１０２からＶＴＭ１０４に半導体ウエハを移動させるためのインターフェースとして機能する。
【００５６】
クラスタツールアセンブリ１００のロードロックチャンバ１１０は、半導体ウエハ及び消耗部品の両方を取り扱うように設計される。半導体ウエハの汚染を回避するために、ロードロックチャンバ１１０内には、区画などの、半導体ウエハ及び消耗部品を収容するための別々の一時保管領域が提供されてよい。消耗部品の収容用に設計されたロードロックチャンバ１１０内の一時保管領域は、更に、使用済みの消耗部品及び新しい消耗部品を収容するための分離された一時保管領域を提供するように構成されてよい。ロードロックチャンバ１１０に画定された開口は、消耗部品及び半導体ウエハを通り抜けさせるように設計される。或いは、消耗部品を通り抜けさせるように開口が設計されていないときは、ロードロックチャンバ１１０に画定された開口を消耗部品の各区分が通り抜け可能であるように、区分化された消耗部品が使用されてよい。
【００５７】
図３に示された実施形態では、ロードロックチャンバ１１０からＶＴＭ１０４に組み込まれたプロセスモジュール（１１２〜１２０）に又は１つのプロセスモジュール（１１２〜１２０）から別のプロセスモジュールに半導体ウエハを移動させるために使用されるＶＴＭ１０４内のロボットが、ロードロックチャンバ１１０とプロセスモジュール（１１２〜１２０）との間で消耗部品を移動させるためにも使用される。
【００５８】
一部の実装形態では、ＡＴＭ１０２のロボット及びＶＴＭ１０４のロボットに加えて、交換ステーション１０８が、ＡＴＭ１０２と交換ステーションの部品バッファとの間で消耗部品を移動させるように構成された専用ロボットを含んでいてよい。このような実施形態では、ＡＴＭ１０２のロボットは、ＡＴＭ１０２とロードロックチャンバ１１０との間で消耗部品及び半導体ウエハを移動させるために使用されてよく、ＶＴＭ１０４内ロボットは、ロードロックチャンバ１１０とプロセスモジュール（１１２〜１２０）との間で消耗部品及び半導体ウエハを移動させるために使用されてよい。一実装形態では、ＡＴＭ１０２のロボット及びＶＴＭ１０４のロボットに、半導体ウエハ及び消耗部品の両方を移動させる用に異なる時点で係合されえる１本のエンドエフェクタが提供されてよい。別の実施形態では、ＡＴＭ１０２のロボット及びＶＴＭ１０４のロボットに、１本は半導体ウエハを移動させるための、そしてもう１本は消耗部品を移動させるための、別々のエンドエフェクタが提供されてよい。リフト機構が、プロセスモジュール（１１２〜１２０）内の適切な場所に新しい消耗部品を位置合わせして装着するために使用される。
【００５９】
クラスタツールアセンブリに組み込まれたプロセスモジュール内の消耗部品を交換するためには、プロセスモジュールへの及びプロセスモジュール内の消耗部品へのアクセスが必要である。プロセスモジュールへのアクセスは、図１〜３を参照にして論じられており、交換ステーション１０８は、プロセスモジュール（１１２〜１２０）に直接取り付けられる、又は真空移送モジュール１０４若しくは大気圧移送モジュール１０２に取り付けられて、該モジュールを通じてプロセスモジュール（１１２〜１１８、１２０）へのアクセスが提供される。プロセスモジュール（１１２〜１１８、１２０）がアクセスされたら、プロセスモジュール（１１２〜１２０）の消耗部品又はその他のハードウェアコンポーネントを損傷させることなく消耗部品が安全に取り出されて交換されるように、消耗部品へのアクセスが提供される必要がある。
【００６０】
図４は、交換を必要とする消耗部品へのアクセスを提供するためにクラスタツールアセンブリ１００のプロセスモジュール（１１２〜１２０）内で使用されてよいリフト機構の代表的な実施形態を示している。一部の実装形態では、消耗部品２０８は、ボトムエッジリング２３６の上に、カバーリング２３２に隣接して配置される。ボトムエッジリング２３６は、ベースリング２４０の上に、一部の実施形態ではスリーブリング２３８の隣りに配置される。リフト機構は、消耗部品２０８を、それがアクセスされることが可能であるように上昇位置に移動させるように構成される。一部の実装形態では、消耗部品２０８は、処理時にプロセスモジュールに収容される半導体ウエハ１５０に隣接して配置されるエッジリングである。リフト機構は、複数のアクチュエータ２０４に接続される複数のリフトピン２０２を含む。例えば、リフトピンは、リフトピンが消耗部品の様々な地点に接触して消耗部品を移動させることを可能にするために、面内に分布されてよい。一部の実装形態では、面内に分布されたリフトピンは、複数の組にグループ分けされてよく、各組のリフトピンは、それぞれ異なる消耗部品に独立にアクセスしてその部品を持ち上げるように動作される。一部の実装形態では、アクチュエータ２０４は、複数のリフトピン２０２を装備された真空密閉アクチュエータ２０４である。
【００６１】
アクチュエータ２０４は、アクチュエータドライブ２０６によって駆動される。非係合モードでは、リフトピン２０２は、リフト機構内に画定されたケースの内側へ撤退された状態にとどまり、消耗部品２０８には接触していない。消耗部品２０８が交換される必要があるときは、アクチュエータ２０４は、アクチュエータドライブ２０６によって通電される。通電されたアクチュエータ２０４は、リフトピンを消耗部品２０８に接触させて消耗部品２０８を上昇位置に移動させるために、リフトピンをケースから出るように伸長させる。プロセスモジュール（例えば、１１８）は、真空状態に維持されているので、消耗部品は、上昇されるときに、真空空間２１０内へ上昇される。ＶＴＭ１０４の又は交換ステーション１０８のいずれかのロボットが、エンドエフェクタをプロセスモジュール１１８内へ伸長させ、上昇した消耗部品２０８の下側にエンドエフェクタがスライドすることを可能にする。一部の実施形態では、ロボットに取り付けられたエンドエフェクタは、ヘラ状に形成され、上昇した消耗部品をエンドエフェクタが支持することを可能にしている。エンドエフェクタが定位置にスライドしたら、アクチュエータ２０４は、リフトピン２０２をケース内へ撤退させ、消耗部品２０８をエンドエフェクタ上に載せる。ロボットは、次いで、消耗部品を取り出すためにどのロボットが使用されるかに応じて、ＶＴＭ１０４又は交換ステーション１０８のいずれかへエンドエフェクタを引き戻してそれとともに消耗部品２０８も持ってくるように操作される。新しい消耗部品２０８をプロセスモジュール（１１８）に入れる必要があるときは、逆の順序が起きる。プロセスモジュール（例えば、１１８）のリフト機構は、プロセスモジュール（１１８）及びクラスタツールアセンブリ１００が動作可能であるように、消耗部品をプロセスモジュール（１１８）内の適切な場所に正しく装着するために使用される。
【００６２】
リフトピンを動作させて消耗部品２０８を上昇させるためにアクチュエータに電力を供給することに加えて、リフト機構のアクチュエータドライブ２０６に接続された電源は、一部の実装形態では、リフトピンを通じて消耗部品に電力を供給してよい。アクチュエータ２０４及びリフトピン２０２は、一部の実装形態では、消耗部品２０８に電力を供給するために、導電性材料で作成されてよい。一部の実装形態では、消耗部品に接触することになるリフトピンの表面領域が、電気接点として機能して、電源から消耗部品に電力を供給するために使用されてよい。一部の実装形態では、電源は、リフトピン２０２がＲＦ電力を消耗部品２０８に供給することを可能にするための高周波（ＲＦ）電源である。一部の実装形態では、リフトピンは、切り替えられてよい。切り替えは、消耗部品２０８に供給される電力の量を制御するために使用されてよい。一部の実装形態では、切り替えは、消耗部品２０８に異なる電力を供給するために使用されてよい。一部の実装形態では、消耗部品２０８に供給される電力は、消耗部品２０８を加熱するために使用されてよい。例えば、消耗部品２０８がエッジリングであるときは、電源によって供給される電力は、温度制御されたエッジリングを提供するために使用されてよい。一部の実装形態では、消耗部品２０８は、容量結合などのその他の手段を通じて通電されてよい。なお、留意すべきは、本明細書で論じられる、消耗部品２０８を通電するための様々な手段が単なる例に過ぎずないこと、及びエッジリングを通電するその他の形態が用いられてもよいことである。一部の実装形態では、消耗部品２０８（複数の部分からなる消耗部品の１つの部分又は複数の部分）は、１つ以上の磁石を使用して、プロセスモジュール（例えば、１１８）内で位置合わせされて定位置に装着されてよい。例えば、プロセスモジュール（例えば、１１８）内に提供されるリフト機構は、消耗部品２０８を支持する表面を含んでいてよい。消耗部品２０８を支持する表面の下側には、１つ以上の磁石が配置されてよい。リフト機構内に配置された磁石は、消耗部品をプロセスモジュール（例えば１１８）内で位置合わせして装着するために使用されてよい。
【００６３】
一部の実装形態では、リフト機構は、リフト機構が空気圧で動作されることを可能にするために、空気圧縮器又はその他の圧縮圧力源に接続されてよい。一部の実装形態では、リフト機構は、消耗部品２０８をプロセスモジュール（例えば、１１８）内で定位置に把持するための静電把持力を提供するために使用されてよい。これらの実装形態では、リフト機構は、リフトピン２０２が消耗部品２０８をプロセスモジュール（例えば１１８）内で定位置に把持するための直流（ＤＣ）電力を供給することを可能にするために、ＤＣ電源に接続されてよい。
【００６４】
図５Ａは、一実施形態における、プロセスモジュール１１８内の消耗部品を交換するために使用される様々なコンポーネントを定めた代表的なクラスタツールアセンブリを示している。プロセスモジュール１１８は、導電性エッチングを実施するためのトランス結合プラズマ（ＴＣＰ）若しくは導電性誘導体エッチングを行うための容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成するために使用することができる、又は半導体ウエハに対してプラズマ支援化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）若しくは原子層堆積（ＡＬＤ）若しくはその他の任意のタイプのエッチングを実施するために使用することができる、エッチャモジュールであってよい。或いは、プロセスモジュール１１８は、半導体ウエハ上に様々な特徴を画定するためのその他の任意のプロセス動作（例えば、蒸着やめっきなど）を実施するために使用されてよい。
【００６５】
交換ステーション１０８は、部品バッファ２２４を含んでいてよい。部品バッファ２２４は、一実施形態では、プロセスモジュールから取り出された使用済みの消耗部品２０８及びプロセスモジュールに供給される必要がある新しい消耗部品２０８を収容するように構成された複数の区画２０７を含む。或いは、使用済みの消耗部品２０８と新しい消耗部品２０８とを別々に保管するために、別々の部品バッファ２２４が使用されてよい。部品バッファ２２４の区画２０７からプロセスモジュール１１８内へ新しい消耗部品２０８を移動させるために及びプロセスモジュール１１８から使用済みの消耗部品２０８を取り出して部品バッファ２２４の区画２０７内に保管するために、交換ステーション１０８内の交換ハンドラ２１４が使用されてよい。交換ハンドラ２１４は、そのエンドエフェクタ２１３が部品バッファ２２４内の及びプロセスモジュール１１８内の消耗部品２０８にアクセスすることを可能にするために、横方向に、垂直方向に、及び／又は半径方向に動くように構成された、ロボット２１５を含む。エンドエフェクタは、消耗部品２０８にアクセスしてそれを部品バッファ２２４又はプロセスモジュールに対して出し入れするように構成されてよい。一部の実装形態では、エンドエフェクタは、任意の面内で消耗部品を取り出す、拾い上げる、持ち上げる、支持する、保持する、移動させる、又は回転させるように設計された特殊なエンドエフェクタであってよい。交換ハンドラ２１４のエンドエフェクタは、消耗部品がプロセスモジュールから取り出されて部品バッファ２２４に保管されえるように、動作時に伸長及び収縮するように操作されてよい。一部の実装形態では、エンドエフェクタは、取り出し動作時における柔軟性を大きくするために、半径方向に、横方向に、及び／又は垂直方向に動くように構成されてよい。交換ハンドラ２１４は、交換ハンドラ２１４のロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３の動きを制御するために、コントローラ２２０に接続される。
【００６６】
交換ステーション１０８は、交換ステーション１０８内のプロセス条件を操作するためにポンプ２３３に接続された真空制御モジュール２３１も含んでいてよい。一部の実装形態では、交換ステーション１０８は、消耗部品の交換時に真空制御モジュール２３１を通じてポンプ２３３の動作を統合調整することを可能にするために、コントローラ２２０に接続される。
【００６７】
交換ステーション１０８がプロセスモジュール１１８に取り付けられることを可能にするために、交換ステーション１０８とプロセスモジュール１１８との間に第１の遮断弁２１６が提供される。一部の実装形態では、第１の遮断弁２１６は、仕切り弁であってよい。プロセスモジュール１１８は、第１の側と第２の側とを含み、プロセスモジュール１１８の第１の側は、真空移送モジュール（ＶＴＭ）１０に結合され、プロセスモジュール１１８の第２の側は、第１の遮断弁２１６の第１の側に結合される。第１の遮断弁２１６の第２の側は、交換ステーション１０８に結合される。この結合は、交換ステーション１０８内のロボット２１５がプロセスモジュール１１８にアクセスすることを可能にするために、例えば交換ステーション１０８内及びプロセスモジュール１１８内に画定されたドア２１７及びドア２１９をそれぞれ操作する。第２の遮断弁２１６’の第１の側は、ＶＴＭ１０４に結合され、第２の遮断弁２１６’の第２の側は、プロセスモジュール１１８の第１の側に結合される。この結合は、ＶＴＭ１０４内のロボットが処理時にプロセスモジュール１１８にアクセスして半導体ウエハをプロセスモジュール１１８に対して出し入れすることを可能にするために、プロセスモジュール１１８内及びＶＴＭ１０４内にそれぞれ画定された対応する開口を覆うドア２２７及びドア２２９を操作することを可能にする。第１の遮断弁２１６及び第２の遮断弁２１６’は、ＶＴＭ１０４への及び交換ステーション１０８へのプロセスモジュール１１８の結合を統合調整するために、コントローラ２２０に接続される。
【００６８】
プロセスモジュール１１８は、プロセスモジュール１１８内に画定されたプロセス領域にプロセス化学剤を供給するために使用されえる上方電極２１８を含む。上方電極２１８は、例えばプラズマを発生させるために、プロセス領域内のプロセス化学剤に電力を供給するための電源（不図示）に接続されてよい。一部の実施形態では、電源は、整合回路網（不図示）を通じて上方電極２１８に接続されたＲＦ電源であってよい。或いは、上方電極は、電気的に接地されてよい。
【００６９】
プロセスモジュール１１８は、下方電極２３０も含む。下方電極２３０は、一部の実装形態では、処理のために半導体ウエハ１５０を受けるように構成される。一部の実装形態では、下方電極２３０は、静電チャックである。下方電極２３０は、処理時に下方電極２３０に電力を供給するための電源（不図示）に接続されてよい。或いは、下方電極２３０は、電気的に接地されてよい。
【００７０】
プロセスモジュール１１８は、消耗部品２０８が上昇位置に移動されることを可能にするためのリフト機構２２１を含む。リフト機構２２１は、図４を参照にして論じられたリフト機構と同様であり、消耗部品を上昇位置に持ち上げるための複数のリフトピン２０２及びアクチュエータ２０４と、アクチュエータ２０４を駆動するための電力を提供するためにアクチュエータ２０４に接続されたアクチュエータドライブ２０６とを含む。アクチュエータ２０６は、消耗部品の交換時にリフト機構２２１の動作を制御するために、コントローラ２２０に結合されてよい。
【００７１】
コントローラ２２０は、コントローラ２２０に接続された様々なコンポーネントの動作の統合調整を促すために、真空状態制御部２２３と移送ロジック２２５とを含む。一実装形態では、プロセスモジュール１１８内の消耗部品が交換されるときに、交換ステーション１０８は、第１の遮断弁２１６に接触される。第１の遮断弁２１６において交換ステーション１０８が検出されると、それに応えて、第１の遮断弁２１６からコントローラ２２０に信号が送信される。コントローラ２２０は、すると、プロセスモジュール１１８への交換ステーション１０８の結合及び交換ステーション１０８における真空の維持の統合調整を行う。例えば、第１の遮断弁２１６から受信された検出信号に応えて、コントローラ２２０の真空状態制御部２２３は、プロセスモジュール１１８に交換ステーション１０８を結合するプロセスを開始させるための信号を真空制御部２３１に送信してよい。真空状態制御部２２３から受信された信号に応えて、真空制御部２３１は、ポンプ２２３が交換ステーションを真空状態にすることを可能にするためにポンプ２３３を作動させてよい。交換ステーション１０８が真空状態に達したら、真空制御部２３１から真空状態制御部２２３に信号が送信される。真空状態制御部２２３は、すると、交換ステーションをプロセスモジュール１１８に結合するための信号を第１の遮断弁２１６に送信する。第１の遮断弁２１６は、これに応えて、交換ステーション１０８とプロセスモジュール１１８との間における第１の遮断弁２１６のあらゆる中間領域を真空状態に確保する。この確保の際に、第１の遮断弁２１６は、第１の遮断弁２１６の第１の側へのプロセスモジュール１１８の結合及び第１の遮断弁２１６の第２の側への交換ステーション１０８の結合を実施する。プロセスモジュール１１８へのアクセスを提供するためにドア２１７及びドア２１９を操作する前に、交換ステーション１０８、及び第１の遮断弁２１６の中間領域が真空であることを保証するための更なるテストがなされてよい。
【００７２】
結合動作の一部として、真空状態制御部２２３は、プロセスモジュール１１８内に画定された及び該プロセスモジュール１１８が一体化されるＶＴＭ１０４内に画定された対応する開口を覆うドア２２７及びドア２２９が閉じられて密閉されたままであるように、第２の遮断弁２１６’の動作を統合調整してよい。結合の際に、プロセスモジュール１１８内のリフト機構２２１は、リフトピン２０２がリフト機構２２１のケース内に撤退されて、消耗部品２０８がその装着位置に載っている、非係合状態に維持される。例えば、消耗部品２０８は、エッジリングである。その装着位置にあるときに、エッジリングは、プロセスモジュール１１８内に半導体ウエハ１５０が存在するときに、該半導体ウエハ１５０に隣接して位置決めされて、該半導体ウエハ１５０を実質的に取り囲んでいる。
【００７３】
結合のプロセスが完了したら、第１の遮断弁２１６から及び一部の実施形態では第２の遮断弁２１６’から、コントローラ２２０に信号が送信される。これに応えて、コントローラ２２０は、移送ロジック２２５を作動させる。移送ロジック２２５は、エンドエフェクタ２１３がプロセスモジュール１１８から消耗部品を取り出して、交換ステーション１０８内に画定された部品バッファ２２４内の区画２０７へ移動させること、及び上記消耗部品のための交換部品を装着のために部品バッファ２２４の区画２０７からプロセスモジュール１１８に移動させることを可能にするために、交換ステーション１０８内の交換ハンドラ２１４のロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３の動きと、プロセスモジュール１１８内のリフト機構２２１のアクチュエータドライブ２０６の動きとを連携させるように構成される。リフト機構２２１は、交換用の消耗部品をプロセスモジュール１１８内の適切な場所に装着するように操作される。
【００７４】
図５Ｂは、一実施形態における、プロセスモジュール１１８から消耗部品２０８を取り出すために従われるプロセスを示している。消耗部品２０８は、通常は、半導体ウエハが処理のためにプロセスモジュール１１８内に収容される前に交換される。この実施形態にしたがうと、交換ステーション１０８が第１の遮断弁２１６を通じてプロセスモジュール１１８に結合され、第２の遮断弁２１６’がＶＴＭ１０４に通じるドア２２７、２２９を封じると、コントローラ２２０の移送ロジック２２５が、プロセスモジュールから消耗部品を取り出して新しい消耗部品に交換するための信号を交換ハンドラ２１４に及びアクチュエータドライブ２０６に送信するために使用される。移送ロジック２２５は、エンドエフェクタ２１３がプロセスモジュール１１８内へ伸長して消耗部品を取り出すことを可能にするようにロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３を操作するための信号を送信する。それと同時に、移送ロジック２２５は、アクチュエータ２０４がリフトピン２０２をリフト機構２２１内に画定されたケースから出るように移動させそれによって消耗部品２０８を装着位置から図５Ｂに示されるような上昇位置に移動させるように、アクチュエータドライブ２０６を操作する。エンドエフェクタ２１３は、上昇された消耗部品２０８の下にスライドして該消耗部品２０８を実質的に支持する。アクチュエータドライブ２０６は、次いで、アクチュエータ２０４がリフトピン２０２をリフト機構２２１内のケース内へ撤退させて、上昇された消耗部品２０８が交換ハンドラ２１４のエンドエフェクタ２１３上に載ることを可能にするように操作される。交換ハンドラ２１４のエンドエフェクタ２１３は、次いで、交換ステーション１０８内へ撤退されてそれとともに消耗部品２０８を持ってくるように操作される。エンドエフェクタ２１３は、次いで、取り出された消耗部品２０８を部品バッファ２２４の区画２０７に移動させるように操作される。
【００７５】
同様なやり方で、新しい消耗部品２０８が、部品バッファ２２４の別の区画２０７からプロセスモジュール１１８に移動される。新しい消耗部品２０８がプロセスモジュール１１８内へ移動されるときに、アクチュエータドライブ２０６は、アクチュエータ２０４がリフトピン２０２をケースから出るように伸長させて、新しい消耗部品２０８を受け取らせるように操作される。アクチュエータ２０４は、消耗部品２０８がプロセスモジュール１１８内の装着位置にセットされるようにリフトピン２０２が下降されることを可能にする。消耗部品の交換時に、真空状態制御部２２３は、ポンプ２３３が交換ステーションを真空状態に維持し続けて、プロセスモジュール１１８内に維持されている真空状態に一致していることを保証するために、真空制御部２３１との相互作用を続ける。
【００７６】
消耗部品２０８が交換されたら、コントローラ２２０は、プロセスモジュール１１８からの交換ステーション１０８の撤退を統合調整するために使用される。これにしたがって、コントローラ２２０は、プロセスモジュール１１８と交換ステーション１０８との間のドア２１７、２１９を閉じるための信号を第１の遮断弁２１６に送信し、ドア２２７、２２９のロックを解除してＶＴＭ１０４がプロセスモジュール１１８にアクセスすることを可能にするための信号を第２の遮断弁２１６’に送信する。
【００７７】
一部の実装形態では、プロセスモジュール１１８は、プロセスモジュールをアクティブ動作に戻す前に調節されてよい。調節動作は、消耗部品の交換が真空内で行われ、プロセスモジュール１１８のみが調節されればよいゆえに、短時間ですむだろう。次いで、ポンプ２３３が交換ステーション１０８をパージすることを可能にするための信号が、真空状態制御部２２３から真空制御部２３１に送信されてよい。交換ステーション１０８は、すると、プロセスモジュール１１８から取り外されてよい。
【００７８】
図５Ｃは、交換ステーション１０８がプロセスモジュール１１８ではなくＶＴＭ１０４に取り付けられる図２に示された一実施形態のクラスタツールアセンブリ内で消耗部品を交換するために従われるプロセスを示している。この実施形態では、第１の遮断弁２１６の第１の側が、真空移送モジュール（ＶＴＭ）１０４の第１の側に結合されるように、交換ステーション１０８は、第１の遮断弁２１６を通じてＶＴＭ１０４に取り付けられる。交換ステーション１０８は、第１の遮断弁２１６の第２の側に結合される。第２の遮断弁２１６’は、第２の遮断弁２１６’の第１の側がプロセスモジュール１１８に結合され第２の遮断弁２１６’の第２の側がＶＴＭ１０４の第２の側に結合されるように配置される。ＶＴＭ１０４内のロボットが、プロセスモジュール１１８と、交換ステーション１０８内の部品バッファ２２４内の区画２０７との間における、消耗部品へのアクセス、消耗部品の取り出し、及び消耗部品の移動を可能にするために、第１の遮断弁２１６は、交換ステーション１０８内及びＶＴＭ１０４内に画定された対応する開口を覆うドア２３７、２３９をそれぞれ操作するように構成され、第２の遮断弁２１６’は、ＶＴＭ１０４内及びプロセスモジュール１１８内に画定された対応する開口を覆うドア２２７、２２９をそれぞれ操作するように構成される。図５Ｃに示された交換ステーション１０８は、ロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３を伴う専用の交換ハンドラ２１４を含んでいない。ロボット２３５は、コントローラによるロボット２３５の動作の統合調整を可能にするために、動作可能な方式でコントローラ２２０に結合される。更に、交換ステーション、第１の遮断弁２１６、ＶＴＭ１０４、第２の遮断弁２１６’、及びプロセスモジュール１１８は、プロセスモジュール１１８、ＶＴＭ１０４、及び交換ステーション１０８が真空状態に維持されている間に、消耗部品の交換時における交換ステーションとプロセスモジュールとの間のアクセスを同期化させるために、コントローラ２２０に接続される。
【００７９】
交換ステーション１０８をＶＴＭ１０４に取り付けるプロセスは、交換ステーション１０８がプロセスモジュール１１８ではなくＶＴＭ１０４に取り付けられるという点を除き、図５Ａを参照にして論じられた実施形態と同様である。消耗部品２０８を交換するプロセスは、コントローラ２２０が、図５Ａで論じられた交換ステーション１０８のロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３と連携する代わりにＶＴＭ１０４のロボット２３５と連携するという点を除き、図５Ａを参照にして論じられた実施形態と同様である。
【００８０】
代替の一実施形態では、交換ステーション１０８は、ロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３を伴う交換ハンドラ２１４（不図示）を含んでいてよく、この場合、交換ハンドラ２１４は、動作可能な方式でコントローラ２２０に接続される。コントローラ２２０は、消耗部品の交換時におけるロボット２１５と、エンドエフェクタ２１３と、ロボット２３５との連携を制御するために使用される。この実施形態では、ロボット２１５及びエンドエフェクタ２１３は、部品バッファ２２４とＶＴＭ１０４との間で消耗部品の取り出し及び移動を行うために使用されてよく、ＶＴＭ１０４のロボット２３５は、ＶＴＭ１０４とプロセスモジュール１１８との間で消耗部品を移動させるために使用されてよい。
【００８１】
図５Ｃに示された実施形態では、第２の遮断弁２１６’が、消耗部品の交換時にプロセスモジュール１１８をクラスタツールアセンブリ１００内の残りの部分から隔離するためには使用されないことが、留意されるべきである。これは、この実施形態では、プロセスモジュールへのアクセスがＶＴＭ１０４を通じて提供されるという事実に起因する。したがって、第２の遮断弁２１６’は、半導体ウエハの処理時におけるプロセスモジュール１１８の選択的隔離を可能にしつつ、消耗部品の交換が必要なときのアクセスを提供するように構成される。この実施形態における、消耗部品の交換後におけるクラスタツールアセンブリ１００の調節は、消耗部品の交換時に交換ステーション、ＶＴＭ１０４、及びプロセスモジュール１１８が全て真空状態に維持されるゆえに、かかる時間が短くてすむ。
【００８２】
図６は、上述されたクラスタツールアセンブリを制御するための制御モジュール（即ち、コントローラ）２２０を示している。一実施形態では、制御モジュール２２０は、プロセッサ、メモリ、及び１つ以上のインターフェースなどの、幾つかの代表的なコンポーネントを含んでいてよい。制御モジュール２２０は、クラスタツールアセンブリ１００内のデバイスを一部には検知値に基づいて制御するために用いられてよい。ほんの例を挙げると、制御モジュール２２０は、検知値及びその他の制御パラメータに基づいて、弁６０２（図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃの遮断弁２１６、２１６’を含む）、フィルタヒータ６０４、ポンプ６０６、及びその他のデバイス６０８の１つ以上を制御することができる。制御モジュール２２０は、ほんの例として圧力計６１０、流量計６１２、温度センサ６１４、及び／又はその他のセンサ６１６が挙げられるところからの検知値を受信する。制御モジュール２２０は、前駆体の供給時及び膜の蒸着時におけるプロセス条件を制御するために用いられてもよい。制御モジュール２２０は、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを含む。
【００８３】
制御モジュール２２０（即ち、コントローラ）は、前駆体供給システム及び蒸着装置の活動を制御してよい。制御モジュール２２０は、特定のプロセスの、プロセスタイミング、供給システム温度、フィルタ間の圧力差、弁の位置、ロボット及びエンドエフェクタ、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハチャック又は台座の位置、及びその他のパラメータを制御するための命令一式を含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュール２２０は、また、圧力差を監視して、１本以上の経路から１本以上のその他の経路へ蒸気前駆体の供給を自動的に切り替えてもよい。実施形態によっては、制御モジュール２２０に関係付けられたメモリデバイスに記憶されたその他のコンピュータプログラムが用いられてもよい。
【００８４】
通常は、制御モジュール２２０に、ユーザインターフェースが関連付けられている。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ６１８（例えば、ディスプレイ画面、並びに／又は装置及び／若しくはプロセス条件のグラフィックソフトウェアディスプレイ）や、ポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイス６２０が挙げられる。
【００８５】
前駆体供給、プラズマ処理、及びプロセス手順におけるその他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどの、従来の任意のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語で記述することができる。プログラムに指定されたタスクを実施するために、コンパイル済みのオブジェクトコード又はスクリプトがプロセッサによって実行される。
【００８６】
制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベルや低周波ＲＦ周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧力、並びにチャンバ壁温度などの、プロセス条件に関する。
【００８７】
システムソフトウェアは、様々に設計又は構成されてよい。例えば、本発明の蒸着プロセスを実施するために必要とされるチャンバ又はプロセスモジュールのコンポーネントの動作を制御するために、様々なチャンバコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。これを目的としたプログラム又はプログラム部分の例として、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、プラズマ制御コード、リフト機構制御コード、ロボット位置コード、エンドエフェクタ位置コード、及び弁位置制御コードが挙げられる。
【００８８】
基板位置決めプログラムは、基板を台座又はチャックに載せるために使用される、並びに基板とガス入口及び／又は標的などのチャンバのその他の部品との間の間隔を制御するために使用されるチャンバコンポーネントを制御するための、プログラムコードを含んでいてよい。プロセスガス制御プログラムは、ガスの組成及び流量を制御するための、並びに随意としてチャンバ内の圧力を安定化させるために蒸着前にチャンバにガスを流し込むための、コードを含んでいてよい。フィルタモニタリングプログラムは、（１つ以上の）測定された差を（１つ以上の）所定の値と比較するためのコード、及び／又は経路を切り替えるためのコードを含む。圧力制御プログラムは、チャンバの排気システムにおける例えば絞り弁を調節することによってチャンバ内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。ヒータ制御プログラムは、前駆体供給システム内のコンポーネント、基板、及び／又はシステムのその他の部分を加熱するための加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、ヘリウムなどの伝熱ガスの、ウエハチャックへの供給を制御してよい。弁位置制御コードは、例えばプロセスモジュール又はクラスタツールへのアクセスを提供する遮断弁を制御することによってプロセスモジュール又はクラスタツールアセンブリへのアクセスを制御するための、コードを含んでいてよい。リフト機構制御コードは、アクチュエータが例えばリフトピンを移動させるようにアクチュエータドライブを作動させるためのコードを含んでいてよい。ロボット位置コードは、例えばロボットを左右軸、上下軸、又は放射軸に沿って移動させる操作を含む（１つ以上のロボット）の位置の操作を行うためのコードを含んでいてよい。エンドエフェクタ位置コードは、ロボットを例えば左右軸、上下軸、又は放射軸に沿って伸長、収縮、又は移動させる操作を含むエンドエフェクタの位置の操作を行うためのコードを含んでいてよい。
【００８９】
蒸着時に監視されえるセンサの非限定的な例として、質量流量制御モジュール、圧力計６１０などの圧力センサ、供給システム内に位置付けられる熱電対、台座、又はチャック（例えば温度センサ６１４）が挙げられる。所望のプロセス条件を維持するために、適切にプログラムされたフィードバック・制御アルゴリズムが、これらのセンサからのデータと併せて使用されてよい。以上は、単独のチャンバ又は複数のチャンバを含む半導体処理ツールにおける本開示の実施形態の実装形態を説明している。
【００９０】
本明細書で説明される様々な実施形態は、クラスタツールアセンブリを開いて大気条件に曝す必要なく迅速に且つ効率的に消耗部品が交換されることを可能にする。その結果、消耗部品を交換するための時間はもちろん、消耗部品の交換時にチャンバが汚染されるリスクが大幅に低減され、それによって、クラスタツールアセンブリをより迅速にオンラインにもってくることが可能になる。更に、プロセスモジュール、消耗部品、及びプロセスモジュール内のその他のハードウェアコンポーネントが予期せず損傷されるリスクが大幅に抑えられる。
【００９１】
実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提供されたものであり、全てを網羅するものであること又は発明を制限することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、総じて、その特定の実施形態に制限されず、たとえ具体的に図示又は説明されていなくても、該当するところでは、代替可能であり、選択された実施形態に使用可能である。同じことは、また、様々に可変であってもよい。このようなヴァリエーションは、発明からの逸脱とは見なされず、このような変更形態も、全て、発明の範囲内に含まれることを意図される。
【００９２】
以上の実施形態は、理解を明瞭にする目的で幾らか詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で、特定の変更及び修正が加えられてよいことが明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、本明細書で与えられる詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内で変更されてよい。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【外国語明細書】
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