JP2011103463A - ｚ運動し、多関節アームを備える直線真空ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】小さい設置面積を維持すると共に、処理ステーション毎に個別に滞留時間を制御することができるコスト及びスループットを改善下装置及び方法を提供する。
【解決手段】線形搬送チャンバは、線形トラックと、線形トラックに乗せられて、処理チャンバの側面に沿って基板を線形に搬送するロボットアームとを含み、処理チャンバに到達させる方法として、基板を、制御された雰囲気中にロードロックを介してフィードし、次いで搬送チャンバに沿ってフィードする。線形平行移動、回転と分節、及びｚ運動が可能な４軸ロボットアームが開示される。
【選択図】図１８Ａ

Description

本発明は、新規な基板搬送処理装置及び方法に関し、特にウェーハ搬送処理装置及び方法に関する。特に、本発明は、ｚ運動し、多関節アームを備える直線運動真空ロボットに関する。

半導体製造では、クラスタツールと呼ばれる一般的なツールが、ウェーハ製造で使用される重要なユニットの１つである。典型的な商用装置は、ほぼ多角形状の中央搬送領域を有し、その外周に沿ってチャンバが取り付けられる。各チャンバは中央領域周囲の外側に延在する。ウェーハが処理されるとき、各ウェーハは、先ず中央チャンバの外周上の入出力ステーションから中央搬送チャンバ内に移動され、次いで中央搬送チャンバから付属の（ａｔｔａｃｈｅｄ）又は周辺の処理チャンバ内に移動され、それぞれの処理が行われる。このツールでは、今日使用されているほぼ大半の半導体及びフラットパネルの製造システムの場合と同様に、ウェーハは通常、一時に１つずつ処理される。ウェーハは、処理のためにチャンバ内に移動させた後、中央搬送チャンバに戻すことができる。その後、さらに別の周辺処理チャンバへと移動させた後、後続の処理を行って中央搬送チャンバに戻すことができる。

最終的にウェーハの処理が完了すると、当該ウェーハ全体がツールの外部に移動される。このような外部への移動は、真空システムと連結された入手力ステーション又はチャンバを介して同様に行われ、このような処理は一般に、「ロードロック」と呼ばれる。ロードロックでは、ウェーハが真空中から雰囲気（大気：ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）中に移動される。この種のユニットは、例えば特許文献１に記載されている。

別のツールでは、ウェーハは、中心軸に沿って索引付けされ、周囲の処理チャンバを介してフィードされる。このツールでは、すべてのウェーハが同時に次の処理停止地点にフィードされる。各ウェーハを独立して処理することができるが、独立して移動させることはできない。ウェーハはすべて同じ時間だけ処理ステーションに留まるが、各ステーションにおける処理は、ステーション毎に許可される最大時間に限り、独立して制御することができることは言うまでもない。最初に説明したツールは、前記のように動作させることができるが、実際には、各ウェーハが隣接する処理チャンバに順々に移動しないように、また、必ずしもすべてのウェーハの処理チャンバにおける滞留時間を同一にする必要がなくなるように、各ウェーハを移動させることができる。

前記のいずれかのシステムが動作しているとき、中央領域は、一般に真空側に所在するが、他の何らかの事前選択される制御された環境あるいは所定の制御された環境に所在することもある。たとえば、当該中央セクションには、処理チャンバ内で実施される処理に有用なガス雰囲気が所在する可能性がある。中央ゾーンの外面に沿うチャンバ又はコンパートメントも、一般には真空側に所在するが、事前選択される制御されたガス環境を有することもある。処理もまた真空中で実施され、一般には、真空中のウェーハを中央チャンバから付属のチャンバ又はコンパートメントに移動させることによって実施される。一般に、ウェーハが処理のためにチャンバ又はコンパートメントに到達すると、当該チャンバ又はコンパートメントは、中央チャンバから隔離（ｓｅａｌｅｄ ｏｆｆ）される。これにより、処理チャンバ又はコンパートメント内で使用される材料及び／又はガスが中央ゾーンに到達することが防止され、その結果、中央ゾーンならびに付属の処理チャンバ内の雰囲気の汚染が防止され、且つ／又は中央ゾーンに位置する処理待ちのウェーハ又は後続処理待ちのウェーハの汚染が防止される。これにより、チャンバ内で実行される特定の処理のために中央搬送チャンバで使用される真空レベルとは異なる真空レベルに、処理チャンバをセットすることも可能となる。例えば、チャンバの処理技術でより多くの真空が必要とされる場合には、当該チャンバ内で実施される特定の処理の処理要件に合致するように、中央ゾーンとチャンバの間の所定の位置にシールを設けてチャンバ自体をさらに減圧することができる。一方、より少ない真空が必要とされる場合には、中央チャンバの圧力に影響を与えることなく加圧することができる。ウェーハの処理が完了した後は、ウェーハは中央チャンバに戻され、その後システム外部に移動される。このように、ウェーハは、前記のツールを利用して順次チャンバ内を進行することができ、使用可能なすべての処理を受けることができる。別法として、ウェーハは、１つの、又は選択されたチャンバ内だけを通過し、選択された処理だけを受けることもできる。

当該技術分野で提供される機器では、前記の処理の様々なバリエーションも使用されている。しかしながら、それらのバリエーションは、様々な処理に不可欠な中央領域又は中央ゾーンに依存する傾向がある。また、そのような機器の主な用途がウェーハを作成することであるため、本明細書では、主にウェーハに関して論じている。しかしながら、本明細書で論じる処理の大部分は、基板全般に、たとえば、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル、発光ダイオード等にも適用可能であり、本明細書の論旨は、そのような基板及び製造装置にも適用されるものと解釈すべきであることを理解されたい。
近年、それ自体の形状が多角形状でなく線形である点、及びウェーハが処理のためにあるチャンバから次のチャンバへと移動する点でこれら従来のユニットとは異なるシステムが説明されている。ウェーハが１つのチャンバから隣接するチャンバに順々に移動するため、機器の一部として中央ゾーンを設ける必要がなくなる。このツールでは、ウェーハがユニット内に入ると、一般には、ウェーハがシステム内を移動するときにウェーハと一緒に移動するチャックに取り付けられる。このユニットでは、各チャンバ内で実施される処理時間は、それぞれ等しい。

このシステムの設置面積は、処理チャンバのみの設置面積に近似し、大きい中央ゾーンを含まないため、当技術分野の典型的な設置面積よりも小さくなる。これが、このタイプの機器の利点である。このシステムは、特許文献２に記載されている。この特定のシステムでは、各処理ステーションにおける滞留時間が均一となる。言うまでもなく、これによっていくつかの処理上の差異を最長滞留時間の長さで制限することができる。様々なステーションで滞留時間を独立して制御する必要がある場合は、別のアプローチが好ましい可能性もある。また、このタイプの機器は、修理又は保守のために１つのステーションがダウンした場合、システム全体が処理のために使用できなくなるという欠点を有する。

米国特許第４，９５１，６０１号 米国特許出願公開第２００６／０１０２０７８ Ａ１号

この発明は、小さい設置面積を維持すると共に、処理ステーション毎に個別に滞留時間を制御することができることを狙った新規なウェーハ処理ユニットに向けられたものである。またこの発明は、もし１又はそれ以上のステーションが１つ又はその他の理由でダウンしている場合であっても、進行中の動作を許容する。半導体を製造するためのコストが極めて高いとの認識が一部においては存在しており、またこのコストは増加している。コストが高くなるほど、この分野への投資を行う際の危険はより大きくなる。その目的は、当理的な割合だけコストを下げる機器を定義し、「無駄のない」製造原理にしたがった改良されたシステム及びサービスを提供することである。このように、本発明の目的は、小さい設置面積を維持しつつ処理チャンバを最大化することである。他の目的は、処理ステーションの利用を最大化することである。他の目的は、ロボット工学及びこの器材の点検（ｓｅｒｖｉｃｅ）を単純化することである。このシステムはまた、相当な冗長性も提供する。それは、メインフレームの点検の間でさえ、処理システムを最大で１００％利用できる可能性を含んでいる。このような場合、使用されているチャンバは少ないが、すべてのプロセスはウェーハの処理に使われ続けることができる。そして、チャンバの点検及び処理は、処理チャンバの後部又は前面から可能である。加えて、好ましい実施例では、処理チャンバは、線形配置にて準備される。これは、さまざまな処理ステーションにおいてウェーハ用の個別プログラムを実行可能とするシステムにとって最少の設置面積を保証する。

処理チャンバは一般に、ウェーハの処理に関連して使用される様々なプロセスのいずれかを実行する能力を有することができる。例えば、ウェーハの製作で、ウェーハは、とりわけ、通常一つ以上のエッチングステップ、一つ以上のスパッタリングまたは物理蒸着法プロセス、イオン注入、化学蒸着（ＣＶＤ）、及び加熱及び／または冷却処理を実行される。
ウェーハを作る処理ステップの数は、これらのさまざまなプロセスを実行するために従来の装置を使用する場合には、複数のツール、又は大きいサブシステムを有するツールが必要とされるであろう、ということを意味し得る。しかしながら、本発明のシステムは、付加的な機能的なステーションが、サイズの顕著な増加を伴わず、また新規な全体のシステムを加える必要なしで、加えられることが可能であるという更なる効果を提供する。

これらのさまざまな目的を達成するために、ウェーハの搬送は、チャンバ設計から独立するように構築される。このため、チャンバはある処理能力を有するチャンバとして働くように設計される。そして、搬送システムはチャンバ設計とは独立して作動するように構成されて、処理チャンバへ、又は処理チャンバからウェーハを供給するように構築される。
開示された実施例の搬送は、真空壁を介した線形／回転運動に基づいている単純なリンケージアームに依存している。経費を低く保つことと関連して、チャンバ設計は、モジュール方式に基づく。このように、一実施例において、システムは３つのチャンバを有することができる。または、マッチング構造を利用することができ、システムは６つのチャンバを有することができる。あるいは、この最後の一文は、４又は８個のチャンバ、又はこれ以外の複数に関し繰り返され得るものであり、あるいは、異なる数の処理ステーションを有するモジュールにマッチさせることができる。

このシステムは拡張可能であり、加えて将来のプロセスや用途に適用されるかもしれない技術とは独立に拡張可能である。線形のウェーハの搬送が使用される。その結果、クリーンルームの大きさの要求を超えない小さな面積のシステムにおいて、高いスループットが得られる。加えて、異なる処理ステップが同一の処理プラットフォームに構築され得る。

この発明の一態様によれば、基板処理システムが開示される。このシステムは真空部と雰囲気部を有する細長い基板搬送チャンバと、前記真空部内で前記搬送チャンバに装着される第１線形トラックと、前記雰囲気部において前記搬送チャンバに装着される第２線形トラックと、前記第１線形トラックに線形的に載せられた第１基部と、前記第２線形トラックに線形的に載せられた第２基部と、前記第１基部に乗せられ、入力として磁気結合フォロワを有し、減速された回転速度を出力として提供する減速器と、前記第２基部に搭載され、磁気駆動源を回転させる回転モータと、真空壁を介して前記磁気結合フォロワに回転運動を与える前記磁気駆動源と、前記減速器の出力に結合されたロボットアームとを備えている。入力として磁気結合フォロワを有するｚ運動モジュールが前記第１基部に装着され、第２回転モータが前記第２基部に装着され、前記ｚ運動フォロワに回転運動を与え、それにより前記ロボットアームにｚ運動を与える。リニアモータを前記第２基部に装着して、線形動作を与えても良く、また、磁化ホイールが第２基部に装着されていてもよい。線形運動エンコーダが前記第２基部に連結されていてもよく、前記回転モータにロータリーエンコーダが結合されていてもよい。２つのロボットアームを有するシステムでは、アーム延長部がロボットアームの１つに結合され、複数のロボットアームの回転軸が一致するようにしてもよい。

この発明の別の一態様によれば、ロードロックから処理チャンバに向けて、真空搬送チャンバを介してウェーハを搬送する方法が提供される。この方法は、搬送チャンバ内においてロボットアームを提供し、真空壁を介してロボットアームに線形運動を磁気的に連結させ、それによりロボットアームを線形に搬送し、真空壁を介して回転運動を磁気的に連結させてロボットアームを回転させつつ、真空搬送チャンバの内部において前記回転運動の速度を減速させ、真空壁を介して回転運動を磁気的に連結させてロボットアームを上昇させるものである。

この発明の態様によれば、４軸運動（直線、回転、伸長、Ｚ上昇）を有するロボットアームが、ロボットアームが動作する真空環境に配線やモータを存在させることなく実現される。様々な運動に必要とされるモータや電子装置の全てが真空チャンバの外部に配置され、ロボットアームの４軸運動に必要とされる動力の全てが真空チャンバの壁を介して連結される。

ＰＶＤ用途向けの従来技術のクラスタツールの概略図である。 先述の米国特許出願公開第２００６／０１０２０７８ Ａ１号に記載されるシステムの概略図であり、従来技術のシステムの性質を示す概略図である。 本発明に係る処理システムの概略図である。 搬送チャンバをより詳細に示す上面概略図である（本図では、３処理ステーションが示されているが、このステーション数は単なる例示目的で使用されている）。 ロードロックから搬送又は搬送チャンバ内へのシステム内の一部分を示す略図である。 システムのための容器の外側において示されたウェーハ移動機構の概略図である。 好適な実施形態において採用されるトラック駆動システムの概略図である。 線形運動アセンブリの実施例を例示する。 図４の線ＡＡについての断面図であり、線形運動アセンブリの他の実施例を例示する。 雰囲気中の線形トラック及び真空中の線形トラックの実施例を例示している断面図である。 雰囲気中の線形トラック及び真空中の線形トラックの他の実施例を例示する。 本発明に従った４−ステーション物理蒸着法（ＰＶＤ）、又はスパッタリングのシステムの概略図である。 本発明に従う８−ステーション・システムの概略図である。 本発明に従う６−チャンバシステムの概略図である。 本発明の２つの異なる実施例の概略図の１つである。 本発明の２つの異なる実施例の概略図の１つである。 直列型（ｔａｎｄｅｍ−ｔｙｐｅ）の処理チャンバに適用される革新的なメインフレーム・システムの実施例を示す。 異なる処理チャンバの組合せを有する革新的なメインフレームのさらにもう一つの実施例を示す。 異なるタイプの処理チャンバが線形搬送チャンバに取り付けられるもう１つの実施例を示す。 革新的なメインフレームが、基板の高いスループット処理のために利用される別の実施例を示す。 ２つの線形搬送システムが垂直に積み重ねられたものである実施例を例示する。 誘発された電流がロボットアームへ起動力を供給するために用いられる革新的なメインフレーム・システムの実施例を例示する。 本発明の実施形態に係る多関節アームロボットを例示する。 本発明の実施形態に係る多関節アームロボットを例示する。 本発明の実施形態に係る多関節アームロボットを例示する。 本発明の実施形態に係る４軸ロボットアームを例示する。 本発明の実施形態に係る４軸ロボットアームを例示する。

ここで図１を参照すると、現在一般に使用されているタイプのクラスタツールが示されている。一般に、このクラスタツールは、中央チャンバ２２を取り囲むように放射状に配置され取り付けられた処理チャンバ２１を備える。本システムには、２つの中央チャンバが存在する。単一の中央チャンバしか有さないシステムバがあってもよい。扱いづらさを無視すれば、３つ以上の中央チャンバを有するシステムが存在する可能性もあるが、ユーザは一般に、別のシステムを選択することになるであろう。動作において、典型的には各中央チャンバ２２内にロボットが配置される。ロボットは、ウェーハをシステム内に受け、中央チャンバから処理チャンバにウェーハを搬送し、処理が行われた後はウェーハを中央チャンバに戻す。
いくつかの従来技術のシステムでは、中央ロボットは一時に１つのウェーハ及び１つのチャンバにしかアクセスすることができない。したがって、ウェーハが単一のチャンバ内にあり、関連する処理が行われている間に、ロボットが手一杯となり又はビジー状態となる可能性がある。ロボットが１つしか存在しないことと、そのようなロボットが処理中に処理ステーションに拘束されることにより、このタイプのクラスタツールのスループットが制限されている。より近代的なユニットでは、マルチアーム式のロボティクスが使用される。
処理チャンバは、任意の形のプロセッサを備えることができ、例えば物理気相成長用チャンバ、化学気相成長（ＣＶＤ）用チャンバ、エッチング用チャンバ、ウェーハ製造中にウェーハ上で実施される他の処理用のチャンバ等を含むことができる。このタイプのツールによれば、処理時間を異ならせることができる。それは、ウェーハが処理される際において、ロボットアームによるチャンバへの搬送、及びチャンバからのウェーハの取り出しは、他の要因とは独立して行われ、コンピュータ制御されるためである。言うまでもなく、処理は、同じ時間及び定義された順序に設置することができる。

次に図２を参照すると、チャンバ内のウェーハ滞留時間が各チャンバ毎に同一となるウェーハ処理ツールが示されている。本実施形態では、プロセッサ２３が直線状に並べられており、また、本例の各チャンバは、互いに隣接して且つ１つの上に他のものが重なり合うように配置されている。これらのチャンバの端部には、処理対象となるウェーハを一方のレベルから他方のレベルに移動させるエレベータ２５が存在する。ウェーハは、入口２６から入り、支持部上に配置される。ウェーハは、システム内を移動するときにこの支持部上に留まる。本システムの一実施形態では、ウェーハが支持部によってプロセッサの上位レベルに上昇された後、ウェーハは、当該レベルにおいて処理チャンバ２３内を次々に連続的に移動する。エレベータ２５は、ウェーハのレベルを変更し、その後他方のレベルに沿って移動し、再びある処理チャンバから次の処理チャンバへ、以下同様に移動した後、システム外部へと移動する。

次に図３を参照すると、処理チャンバ３１が、搬送チャンバ３２に沿って直線状に配置されている。ウェーハは、ＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ：機器フロントエンドモジュール）３３又はこれと等価な何らかのフィード装置を介してシステム３４内に入る。ＥＦＥＭ ３３は、その上部にＦＯＵＰ（ｆｒｏｍ ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ：前開き一体型ポッド）を設置することが可能なステーション３０を備える。
ＦＯＵＰ（図示せず）は、ウェーハが収容され、処理動作の待機中に清浄に保たれるハウジング又は筐体を備える。ＥＦＥＭ ３３にはフィード機構も関連付けることができる。フィード機構は、ウェーハを処理のためにシステム内に配置し、処理が行われた後は、システムからウェーハを取り出して、ウェーハを一時的に収容するためのものである。ＥＦＥＭ ３３上にはウェーハのＦＯＵＰが配置されており、そこでは、ＥＦＥＭ ３３内のＦＯＵＰからウェーハを持ち上げ、該ウェーハをシステム内に入れるためにロードロックコンパートメント３５内に搬入するブレードによって、ウェーハが１つずつＦＯＵＰから搬送される。
ウェーハは、ロードロックコンパートメント３５から搬送チャンバ３２に沿って移動し、搬送チャンバ３２から処理チャンバ３１内へと搬送される。基板は、処理チャンバ内に入った後、支持アームから離れ、その代わりにチャンバ内の基板支持体上に置かれる。この時点で、処理チャンバの雰囲気と搬送チャンバの雰囲気とを分離するためにバルブが閉じられる。これにより、搬送チャンバ又は他の処理チャンバを汚染することなく処理チャンバ内部に変更を加えることが可能となる。処理が行われた後は、処理チャンバと搬送チャンバとを分離していたバルブが開き、ウェーハが処理チャンバから取り出され、追加的な処理を行う場合は搬送チャンバ３２に沿って別の処理チャンバへと搬送され、あるいはロードロックへと搬送され、当該ロードロックからＥＦＥＭ ３３上のＦＯＵＰに戻される。図３には、４つの処理チャンバ３１が示されている。
図３には、４つの処理電源３７と、配電ユニット３６も示されている。これらを組み合わせてシステムのエレクトロニクスが提供され、個々の各処理チャンバに電力が供給される。処理チャンバ３１の上には、プロセスガスキャビネット３８と、情報処理キャビネット４０とが存在する。これらのユニットを利用して、システムに入力された情報によって搬送チャンバ３２に沿った基板の移動が制御され、基板がさらなる処理のために処理チャンバ内に搬送されるかどうかが制御される。これらのユニットは、処理チャンバ内で発生した事象に関する記録も提供する。チャンバ内の処理中に使用されるガスが供給される。ここでは、システムへウェーハを供給し且つシステム内の各処理ステーションを介してウェーハを供給するロボット操作機構が２アームシステムとして説明されているが、実際には、３本以上のアームが存在してもよく、搬送移動チャンバ内でそれぞれのアームが独立して移動するように設定することも、一緒に移動するように設定することも可能である。

システム内の処理チャンバは、ウェーハ製造時の希望に応じて様々な処理を実施することができる。今日、多くの製造業者は、システム全体がスパッタリング又はエッチング処理に専念する専用システムを購入している。本質的に、ウェーハ製造では、４段以上のシステム全体がスパッタリング処理に専念するのに十分な程度のスパッタリング工程又はエッチング工程が存在する。一方、ウェーハは、それぞれ最終プロセスに至るまでに必要とされる一連の様々な処理を経て搬送され得る。例えば、５処理ステーションでは、使用時に以下の順序で処理が行われることが十分想定される。第１処理ステーションでは、ウェーハを脱ガス処理に掛け、第２処理ステーションを前洗浄ステーションとし、第３処理ステーションを例えばチタンを堆積させるスパッタリングステーションとし、第４処理ステーションを例えばニッケルバナジウムを堆積させるスパッタステーションとし、第５処理ステーションでは、金をスパッタ堆積させることが可能である。

次に図４を参照すると、上蓋を取り除いた状態の３ステーションシステムが示されている。図４を示す目的は、搬送チャンバ３２の理解を高めることにある。処理対象となるウェーハは、ロードロック３５側から本システムに入る。ロードロック３５は、デュアルレベルロードロックであり、２つのウェーハを同時に保持し、処理することができる。一方は下位レベル上、他方は上位レベル上にある。ロードロック側からシステムに入ったウェーハは、真空又は制御された環境内に入る。また、処理が済んだウェーハは、それらが本システム及び本システム内の真空又は他の制御された状態から離脱するように移動する間、ロードロック３５を通過し、ＦＯＵＰ（図４では省略）内に戻る。
非真空状態から真空状態への移行が完了すると、ウェーハがアーム４１上に持ち上げられ、アーム４１が搬送チャンバ３２内に移動する。図４では、そのようなアームの一方を確認することができ、他方のアームは、第１処理チャンバの左側の要素で部分的に覆われている。図には、全体が確認できる方のアームがウェーハを処理チャンバ３１内に配送する様子（あるいは、当該チャンバから処理済みのウェーハを取り出す様子）が示されている。アーム４１は、搬送チャンバ内に沿って直線レール４３上を移動する。本実施形態では、搬送チャンバ３２内のレールは、支持アーム４１をチャンバ３２の床面上方に保持する。また、図４には示していないが、真空の外部からチャンバ３２の筐体壁部を介して作用する駆動機構が存在する。この駆動機構は、アーム４１をチャンバ内又はロードロック３５内まで延ばすことが望まれる場合に、アーム４１のほぼ直線運動ならびに回転運動を可能にする。
したがって、アームは、搬送チャンバ３２の内外、処理チャンバ３１の内外、又はロードロックチャンバ３５の内外にウェーハを移動させるのに使用される。このようなチャンバの基部との接触を回避することにより、パーティクルの発生が抑えられ、その結果、環境をより清浄に保ち、又はパーティクルフリー状態を維持することが可能となる。
以下では、後続の図面を参照して、本搬送システムのさらなる詳細について論じる。また、図４には２本のアームが示されているが、システムは、レール上に３本以上のアームを有することも２本未満のアームを有することもでき、また、任意の時点で３つ以上のウェーハ搬送装置を取り扱うことができることも容易に理解されるであろう。

本発明の方法によれば、支持アーム４１は、ウェーハが直線内だけを移動されるように、回転運動と直線運動の組み合わせを使用して操作される。即ち、図４に示されるように、アーム４１は、双頭矢印Ａで例示される直線運動と、双頭矢印Ｂで例示される回転運動との組み合わせを使用して移動される。ただし、アーム４１の動きは、ウェーハの中心が破線ＢＬｌ、ＢＬｍ、及びＢＬで示した直線運動に追従するようにプログラムされる。これにより、チャンバ３１及びロードロック３５のあらゆる開口を、チャンバの直径を僅かに上回る直径にすることが可能となる。また、アーム４１の直線運動と円弧運動の組合せは、あらゆる状況に応じて、例えばユーザインターフェースＵＩ（図３）を介してプログラム可能なコントローラによって作動されるため、任意のタイプ及び任意の組合せのチャンバを搬送チャンバ３２上に取り付けることも可能となる。

本発明の方法によれば、コントローラによって実行されるアームの直線運動と円弧運動の組合せを計算するために、以下の処理が実施される。ウェーハがロードロック内に配置されているときのウェーハの中心位置が判定される。ウェーハが付属の各処理チャンバ内に配置されているときのウェーハの中心が判定される。各アームの旋回点が判定される（後述するように、いくつかの実施形態では両方のアームの旋回点を一致させることができることに留意されたい）。搬送順序、即ち各ウェーハがロードロックと単一のチャンバとの間を移動する必要があるのか、それともロードロックと複数のチャンバとの間を移動する必要があるのかが判定される。これらの値は、ＵＩを使用してコントローラ内でプログラムすることができる。次いで、各アーム上に配置されたウェーハが、判定された旋回点とロードロック及び各チャンバについて判定された中心との間の直線内だけを移動するように、各アームの直線運動及び回転運動が計算される。

一実施形態では、部分的に、アーム４１の直線運動と円弧運動との組み合わせを簡略化するために、本発明の以下の特徴が実装される。図４では、支持アーム４１の一方、具体的には図４で完全に露出しているアーム４１は、アーム延長部４１’に結合され、他方のアーム４１は、内部の駆動支持機構４５（図５及び図６も参照されたい）に直接結合されている。図示の実施形態では、アーム延長部４１’は、固定されており、即ち、駆動支持機構４５の直線運動に追従するだけで、回転することはできないようになっている。言い換えれば、回転運動は、アーム延長部４１’の端部に固着されたアーム４１にのみもたらされる。また、図示の実施形態では、アーム延長部４１’は、両方のアーム４１の回転中心すなわち旋回中心点の中心を一致させることができるように、即ち、図示のように、直線破線ＢＬｍが両方のアーム４１の回転点又は旋回点の中心を通過するように固着されている。さらに、図５の実施形態に示されるように、アーム４１は、両方のアーム４１の回転中心が上下に正確に一致するように直線方向に移動させることができる。このような設計を用いると、２本のアーム４１が同一の旋回点中心線から同一の直線運動と円弧運動との組合せに追従することになるので、それらのアーム４１を同一の形で製作することが可能となる。

次に図５を参照すると、内部要素を封鎖する蓋を取り除いた状態のシステム３４の各部分、即ち、ロードロック３５を始点とし、搬送チャンバ３２の先頭部へと続き、第１の処理チャンバ３１を含めた各部分が示されている。図５には、ロードロック３５内のウェーハ４２がアーム４１上に置かれた様子が示されている。別のアーム４１は、処理チャンバ３１内に延びた形で示されている。図示のとおり、独立して働き、異なるレベルに所在し得る各アーム４１は、それぞれ同時に異なる領域に入るように延ばすこともできる。各アームは、ウェーハを搬送チャンバ３２に沿ってロードロックからシステム３４内に移動させ、その後、システム３４の周囲の処理チャンバから処理チャンバへと移動させる。
最終的に、各アームは、各ウェーハの処理が行われた後、それらを搬送チャンバに沿ってロードロック３５内に移動させ、その後システム３４外部に移動させる。処理が完了したときは、ウェーハをロードロックから処理済みのウェーハが回収されるＦＯＵＰ内に戻すことができる。ロードロック又は処理チャンバ内のウェーハは、それ自体をアーム４１と関連付けられた支持体表面上まで持ち上げることによって搬送される。支持体表面のリフトピンがウェーハを上昇させることにより、アームがウェーハの下方に進入することが可能となり、その結果、アームによってウェーハを持ち上げ、ウェーハをシステム内の次の工程に移動させることが可能となる。
別法として、ウェーハの下方にスライドし、ウェーハを搬送中に支持する棚としての性質を有する構造を利用して、チャンバ又はコンパートメントからウェーハが持ち出されるとき又は取り出されるときに、ウェーハを支持し保持することができ、また、ウェーハをアームから受け取り、アームから離すことができる。各アームは、接触することなく互いの上下を通過するように配置され、互いにすれ違うことができる。
各アームは、内部の駆動支持機構４５に連結されている。駆動支持機構４５には直線駆動トラック（ｌｉｎｅａｒ ｄｒｉｖｅ ｔｒａｃｋ）が設けられており、駆動支持機構４５は、この直線駆動トラックに沿って搬送チャンバ３２内を移動する。駆動支持機構４５の動作は、モータ等の外部駆動源によって引き起こされる。ある形態の駆動源は、駆動支持機構４５を駆動トラック４６に沿って直線運動させる。別の形態の駆動源は、ウェーハ４２をシステム内に移動させシステム内を通過させる過程で、各アーム４１が搬送チャンバ３２からロードロック３５又は処理チャンバ３１内に延びるようにアーム４１を回転させる。駆動トラック４６の内部には、各駆動支持機構がその上に独立して載せられる個々のレール４７（詳細は図６に示される）が存在し、それにより、各アーム４１が互いに独立して移動し作用するように配置することが可能となる。処理チャンバ内へのウェーハの移動は、その性質上、直線駆動経路からチャンバ内への平行移動となる。というのも、好ましい実施形態では、ウェーハが２つの運動形態を同時に経験するためである。ウェーハは、直線移動すると同時に回転する。外部モータ又は他の形態の駆動機構を使用して前記の機構を搬送チャンバ３２の真空中で駆動することにより、密閉された真空領域の望ましくないパーティクルが少なくなる。

次に図６を参照すると、本発明の好ましい実施形態で利用される駆動システムが示されている。図６では、駆動トラック４６の各レール４７を独立して確認することができる。本図では、一方の支持アーム４１上にウェーハ４２が示されている。本図では、他方の支持アームは、単に伸びただけの状態を示されている。駆動支持機構４５は、それぞれレール４７のうちの１つに乗せられる。これにより、アーム４１は、様々なレベルに容易に配置される。各駆動支持機構４５の基部には、磁気ヘッド又は磁気結合フォロワ（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）４８が配置されている。
磁気ヘッド４８から離れた位置に、磁気駆動源５０が配置されている。磁気ヘッド４８は、搬送チャンバの真空中に配置され、真空チャンバの壁（図７Ａの５３）は、各磁気ヘッド４８の下方、及び磁気ヘッド４８と駆動源５０との間を通る。したがって、駆動源５０は、搬送チャンバ３２の真空壁の外部にある。上述のとおり、アーム４１は、ウェーハ４２を処理システム内に移動させ処理システム内を通過させるものであり、互いに独立して移動する。これらのアーム４１は、駆動源５０及び磁気ヘッド４８を備える磁気カプラ装置によって駆動される。このカプラは、アーム４１に対して直線運動と回転運動の両方をもたらす。駆動源５０は、真空の外部に位置し、レールシステムの両側に現れる外側レール５１に乗せられる。１つのレールセットが、反対側に現れる別のレールセットと対向関係をもって示されている。アームの回転は、磁気カプラを介して伝達され、回転モータ５２によって駆動される。図６では、磁気結合が直線運動及び回転に使用されるものとして示されているが、別個の磁気カプラ及び駆動源を使用することもできることが容易に理解されるであろう。したがって、直線運動及び回転運動は同一のカプラを介して伝達されることが好ましいが、直線運動用と回転運動用に別個のカプラを使用することも可能である。

処理ステーション３１における停止動作を含めたウェーハの搬送チャンバ３２内での移動及び操作に使用され得る１つのタイプのアームは、略してＳＣＡＲＡロボットとも呼ばれる選択的コンプライアンス多関節組立ロボットアーム（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｒｏｂｏｔｉｃ ａｒｍ）として説明される。ＳＣＡＲＡシステムは、それ自体と置き換えられる可能性が高いカルテシアンシステムよりも高速且つ清浄である傾向がある。

また、磁気駆動システムに関連する負荷要因の減少及び／又は解消のために、運動結合磁石（ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ）によって生み出される引力を減少させる反発磁石を含めることもできる。回転運動及び直線運動を真空に結合する磁石は、かなりの引力を有する。これが、部品を支持する機械機構の負荷となる。負荷が高くなると、ベアリングの寿命が短くなり、より多くのパーティクルが発生する。磁気カプラ又は別個の装置内に配置された互いに反発し合う磁石を使用することにより、引力を減少させることが可能となる。実際には、磁気カプラ内の最も内側にある磁石は、さほど高い結合剛性を達成しない。しかしながら、それらの内側の磁石は、カプラの直径の周りに交互に存在するＮＳ極位置に配置され、互いに引き合って使用される結合磁石との斥力を生み出すのに使用することができる。

言うまでもなく、密閉チャンバ内にパーティクルダストが入る心配がなければ、駆動機構を密閉チャンバ内に含めることができることを理解されたい。

次に図７Ａを参照すると、蓋を取り除いた状態のトラック駆動システムの側面図が示されている。図７Ａでは、真空壁又は真空隔壁５３が、アーム４１の駆動及び位置制御を行う磁気カプラ４８と磁気カプラ５０の間の位置に配置されている。駆動トラック４６には、外側レール５１によってもたらされる直線運動を駆動支持機構４５及びアーム４１に提供するレール４７が収容されている。回転運動は、回転モータ５２によってもたらされる。図７Ａでは、Ｖａで示した側が真空中、Ａｔで示した側が雰囲気中となっている。図７Ａに示すように、磁気カプラ５０は、回転モータ５２によって駆動され、真空隔壁５３を通じた磁気結合により、磁気カプラ４８が同じ回転動作をするように仕向ける。一方、磁気結合のヒステリシスが生じることにより、アームの回転運動の正確さが低下する可能性がある。
実際には、アームの長さが原因で、カプラ４８とカプラ５０の間の小さい角度誤差が、アーム４１の端部に置かれたウェーハを大きく変位させることもある。また、アームの長さ及び重さが原因で、また、アームがウェーハを支持しているのか否かに応じた重さの変化が原因で、過渡運動が許容できない時間にわたって持続することもある。これらの問題を回避するために、磁気カプラ４８と回転カプラ５６又はアーム４１との間に減速ギア（減速機又はギア減速機と呼ばれることもある）５５が介装されている。減速機は、動力によりロボットアームに与えられる作動速度を減らすためのものである。ギア減速機５５には、磁気カプラ４８の回転が入力され、ギア減速機５５からは、モータ５２の回転速度よりも低い回転速度でアーム４１を作動させるために、より遅い回転速度の出力が得られる。この具体例では、ギア減速機５５の減速比は、５０：１に設定される。これにより、アーム４１の角度配置の正確さが大幅に向上し、過渡運動が大幅に減少するとともに、駆動アセンブリ技術の慣性モーメントも大幅に減少する。

図７Ａでは、減速ギアアセンブリ５５は、基部４９上に載置されている。基部４９は、非モータ駆動式（ｕｎｍｏｔｏｒｉｚｅｄ）であり、直線レール４７上に自由に乗せられる。一方、回転モータ５２は、機械化動力を使用して直線レール５１上に乗せられる基部５４上に載置されている。機械化動力によって基部５４が直線移動されるため、磁気カプラ５０と磁気フォロワ４８との間の磁気結合は、直線レール４７上に自由に乗せられる基部４９に直線動作をもたらし、それによってアーム４１を直線移動させる。したがって、この装置は、すべてのモータ駆動運動（ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ ｍｏｔｉｏｎ）、即ち直線運動及び回転運動が雰囲気条件下で実行され、真空環境内にモータ駆動システムが存在しない点で有利である。以下では例示として、雰囲気中のモータ駆動運動及び真空中の自由な非モータ駆動運動に関する様々な実施形態について説明する。

図７Ｂは、直線運動アセンブリの一例を示している。図７Ｂでは、基部５４にベルト又はチェーン駆動源が結合されている。ベルト又はチェーン５８は、回転体５９上に乗せられており、矢印Ｃで示されるように、回転体５９のうちの１つは、両方向の動きが可能となるようにモータ駆動化されている。直線運動を制御するために、エンコーダ５７ａは、基部５４の直線運動を識別する信号をコントローラに送信する。例えば、エンコーダ５７ａは、直線トラック４６上で提供されるエンコーディングを読み込む光エンコーダであってもよい。また、モータ５２上には回転式エンコーダ４７ｂが設けられており、回転式エンコーダ４７ｂは、回転運動のエンコーディングをコントローラに送信する。回転運動及び直線運動に関するこれらの読み込みデータを使用して、ウェーハの中心線が直線内だけを移動するように、アーム４１の回転運動及び直線運動を制御することができる。

図７Ｃは、直線運動アセンブリの別の実施形態を示す、図４のＡ−Ａ線断面図である。図７Ｄでは、駆動トラック４６が、レール４７を支持しており、レール４７上にはホイール６１及び６２が乗せられている。これらのホイールは、磁化させることによって牽引力を改善することができる。ホイール６１及び６２は、基部５４に結合されており、基部５４上には回転モータ５２が載置されている。基部５４の下部には、駆動トラック４６上に載置された一連の磁石６４の相互作用するリニアモータ６３が取り付けられている。リニアモータ６３は、磁石６４と相互作用して、図面用紙の内外に向かう直線動力を基部５４にもたらす。基部５４の直線運動は、トラック４６上で提供される位置／運動エンコーディング５７ｃを読み込むエンコーダ５７ｂによって監視され報告される。この具体例では、エンコーダ５７ｂの精度は、５千分の一インチである。

図７Ｄは、雰囲気中の直線トラック及び真空中の直線トラックの一例を示す断面図である。真空側はＶＡによって示され、雰囲気側はＡＴにより示されており、真空側と雰囲気側は、それらの間に介在する真空隔壁５３及びチャンバ壁３２によって分離されている。雰囲気側では、ライダー６１が、直線トラック４７上に乗せられている。こちらは雰囲気中にあるため、パーティクルの発生は、真空側ほど重要でない。したがって、ライダー６１は、ホイールを含むことができ、あるいはフッ素樹脂等の摺動材料でできていてもよい。基部５４は、スライダ６１に取り付けられており、磁気カプラ５０を回転させる回転モータを支持する。真空側では、直線トラック７８が、カプラ７２を介して基部７０に取り付けられた摺動ベアリング７３を受けるようになっている。直線トラック７８は、ステンレス鋼で作成することができ、パーティクルの発生を最小限に抑えるように製作される。また、発生したパーティクルをベアリングアセンブリの範囲内に収めるために、蓋７４及び７６が設けられている。基部７０は、ベアリングアセンブリを越えて延在し、磁気フォロワ４８に結合されたギア減速機５５を支持する。

図７Ｅは、雰囲気中の直線トラック及び真空中の直線トラックの別の一例を示している。図７Ｅでは、雰囲気側を図７Ｄのそれと同様に構築することができる。一方、真空側では、汚染を最小限に抑えるために摺動ベアリングの代わりに磁気浮上が利用される。図７Ｅに示すように、アクティブ状態の電磁アセンブリ８０は、永久磁石８２と協働して磁気浮上を形成し、基部７０の自由な直線運動を可能にする。特に、永久磁石８２は、自由空間８４を維持し、電磁アセンブリ８０と接触しないようになっている。基部５４がスライダ６１と共に直線移動するため、カプラ５０とフォロワ４８との間の磁気結合により、浮上された基部７０の直線運動がもたらされる。同様に、カプラ５０が回転することによってフォロワ４８が回転し、この回転がギア減速機５５に伝達される。したがって、本明細書における「直線トラック」との言及は、機械による運動又は磁気浮上による運動を実現するトラックを含むものと理解すべきである。

次に図８を参照すると、本発明に係る処理システムが示されている。図３の場合と同様に、ＥＦＥＭ ３３は、処理チャンバ３１を含むシステム３４に渡されるウェーハを受け、収容するものである。本実施形態では、処理チャンバ３１は、ウェーハを先ずロードロック３５に搬送し、次いで搬送チャンバ３２に沿ってウェーハを搬送することによってスパッタ堆積が行われるチャンバを例示するものである。次いで、処理済みのウェーハが搬送チャンバ３２に沿ってロードロック３５に、その後システムの外部へとフィードされ、ＥＦＥＭ ３３に戻される。

次に図９を参照すると、本発明に係る８ステーション処理システムが示されている。ＥＦＥＭ ３３は、ウェーハをロードロック３５にフィードする。次いで、ウェーハは、搬送チャンバ３２に沿って搬送チャンバ３２から処理チャンバ３１へと移動される。図９では、両方の搬送チャンバセットが中央領域内に配置され、その外側に各処理チャンバ３１が配置されている。図１０では、１つの処理チャンバセットが次の処理チャンバセットの複製となるように、すべての処理セクションが整列されている。したがって、このシステムの処理チャンバは、平行に整列して見える。

無論、他の変形形態も可能であり、容易に想到されるであろう。例えば、図９及び図１０に示した形で処理チャンバを並べる代わりに、各セットを上下に配置することも、各セットを続けて配置することもできる。各セットが続けて並べられる場合には、各セットは、２番目のセットが１番目のセットの後に続いて１列に並ぶように、あるいは２番目のセットが１番目のセットと何らかの角度を成してセットされ得るように整列させることができる。搬送チャンバは、ウェーハを各側のチャンバにフィードすることができるため、単一の搬送チャンバの周囲に２組のプロセッサをセットすることができ、同一の搬送チャンバによってフィードすることができる（図１１Ａ参照。図１１Ａの各参照符号は、既出の図面に関して論じた要素と同様の要素を示している。なお、図１１Ａ及び図１１Ｂは、先に述べたように処理チャンバ３１と搬送チャンバ３２とがバルブ３９によって分離された様子を示している）。
２組目のプロセッサが１組目のプロセッサに連接される場合には、システムに沿って追加的なロードロックを配置することが有益である可能性もある。言うまでもなく、ウェーハが直線移動して一方側から入り他方側からでることができるように、末端部分にＥＦＥＭを追加し、当該ＥＦＥＭの手前にロードロックを配置することも可能である（図１１Ｂ参照。図１１Ｂの各参照符号は、既出の図面の要素と同様の要素を示している）。後者の場合では、ウェーハが一方側あるいは両側から出入りするようにプログラムすることが可能である。処理チャンバは、搬送チャンバに沿って不規則な間隔で配置すること、即ち処理チャンバ間にスペースを設けて配置することも可能である。この配列の重要な特徴は、搬送チャンバが所望の形で且つシステムに関するコンピュータ制御の指令に応じてウェーハを個々の処理チャンバにフィードすることができるように、搬送チャンバが配置されることである。

公知例において、直列型（ｔａｎｄｅｍ）の処理チャンバを有するものは知られている。この処理チャンバの各々は、隣り合った（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）２枚のウェーハを処理するように構成されている。しかし、これら公知のシステムは、常に互いに既定の距離だけ離れた位置にある２枚のウェーハを積み込むように構成されたメインフレーム及びロボットを有するものである。すなわち、公知の直列型積み込み用ロボットの２本のアームは、独立して制御することができず、互いに固定の距離だけ離れて設置されるものである。従って、メインフレーム、ロードロック及びチャンバの構成は同じ距離だけ離れた２枚のウェーハを積載するものに限定される。
加えて、システムにおける全てのもの、例えばロードロック、ロボットアーム、チャンバのチャック等が完全に同じ離間距離にあるように調整されることが確実となるよう、注意を払う必要がある。これは、システムの設計、動作、及びメンテナンスにおいて、とてつもなく大きな限定でありかつ負担である。

この革新的なメインフレーム・システムは設計の自由度を高めつつ直列型チャンバを搭載するよう構成されることが容易であり、且つ調整やメンテナンスの必要性を低減したものである。図１２は、直列型処理チャンバに適用される革新的なメインフレーム・システムの実施例を示している。メインフレームは線形搬送チャンバ１２３２を含む。そして、この線形搬送チャンバ１２３２は、互いに独立して移動するロボットアーム１２４１、１２４３、及び単層のロードロックチャンバ１２３５を有する。この革新的なメインフレームの用途の広さを例示するために、この例では、単層すなわち非直列型のロードロックチャンバ１２３５が示されている。特に、直列型のチャンバとして設計されるメインフレームが直列型のロードロックを有しなければならない従来技術とは異なり、ここでは、ロボットアームが独立に作動されるので、単層のロードロックから直列型の複数の処理チャンバ上に向けてウェーハを積み込むことができる。
例えば、２枚のウェーハが、ロードロック１２３５内部において上下に重ねて配置され、１つのアームが下方のウェーハを取り、もう１つのアームが上方のウェーハを取ることができる。そして、各アームは、直列型のチャンバの一方の側にそのウェーハを配置する。この実施例の革新的な特徴によれば、各ロボットは、基板を直列型の処理チャンバのどちらの側にも配置できる。すなわち、ロボットアームとチャンバの間の１対１の対応がある従来技術と異なり、言い換えるならば、右側のロボットアームが直列型のチャンバの右側だけに運び込むことができる従来技術と異なり、本発明では、いかなるアームも、直列型のチャンバのどちらの側にも運び込みを行うことができる。

図１２の実施例において、５つのチャンバ１２０１、１２０３、１２０５、１２０７、及び１２０９は、搬送チャンバ１２３２の上部に載置される。チャンバ１２０１、１２０３、１２０５の各々は、同時に２枚の基板を処理するために構成される直列型のチャンバを形成する。チャンバ１２０１及び１２０５は上部カバーが置かれた状態を図示されており、一方、チャンバ１２０３は上部カバーを取り外した状態を図示されている。この革新的なメインフレームの１つの効果は、各直列型処理チャンバの各々のピッチ（すなわち、中心−中心間距離）が他のものと一致したものである必要がないということである。例えば、距離Ｘとして示されるチャンバ１２０５のピッチは、距離Ｙとして示されるチャンバ１２０３のピッチと同一である必要はない。むしろ、各ロボットはメインフレームに載置される各チャンバの各処理領域の中心を知るように“教育”（ｔｒａｉｎ）されることができる。その結果、各ロボットアームはウェーハをいかなる処理領域にも分配することができて、正確にその中心に配置することができる。
加えて、従来技術システムで単一のバルブが直列型のチャンバ及びロードロックのために提供されなければならない。これに対し、本発明では、ロボットアームが独立しているので、チャンバ１２０１のための１２５１及び１２５３で示すように、各プロセス領域はそれ自身の独立した遮断バルブを有することができる。または、チャンバ１２０３のための１２５５で示すように、単一のバルブが用いられてもよい。

直列型のチャンバを使用することの１つの効果は、資源を２つの直列型の処理ゾーンで共有することができることである。例えば、チャンバ１２０１の２つの処理ゾーンは、処理ガス供給源１２１０及び真空ポンプ１２１２を共有する。すなわち、各処理ゾーンがそれ独自のガス分配機構１２１４、１２１６（例えば、シャワーヘッド及び関連した要素）を有する一方で、２つの処理ゾーンのガス分配機構は、同じガス供給源１２１０（例えば、ガス・スティック）に連結する。
真空ポンプ１２１２は両方の処理ゾーンに至る排気連結管（ｍａｎｉｆｏｌｄ）に接続していることができる。それによって、両方のゾーンを同じ圧力に維持する。他の要素、例えばＲＦ源は両方の処理ゾーンに共通でもよいし、または、各ゾーン毎に別々に設けられていてもよい。

チャンバ１２０７及び１２０９は、複合型の単一−直列型処理チャンバを形成する。すなわち、チャンバ１２０７及び１２０９の各々は、単一のウェーハを処理するよう構成される。しかしながら、直列型の処理チャンバのいくつかの特徴は、本実施例において実現される。例えば処理ガス供給源１２１１及び真空ポンプ１２１３は、両方のチャンバに共通とされていてもよい。ガス供給源及びバイアス・エネルギーは、同一の又は別々のソースから供給されることができる。
また、任意には、２つのチャンバが、メインフレームに搭載されつつ整列配置されて通常の直列型チャンバとして機能するようキー１２０２が設けられていても良い。これならば、より大きい直列型処理チャンバを製造するための複雑さ、及びコストを伴わない。

図１３は、２つの直列型チャンバ１３０１及び１３０５、２つの独立した単一ウェーハ用チャンバ１３０３及び１３０４、並びにチャンバ１３０７及び１３０９を含む１つの複合型単一−直列型チャンバを備えた革新的なメインフレームのさらにもう一つの実施例を例示する。すなわち、ロボット１３４１及び１３４３が独立している革新的なメインフレーム１３３２を用いていることにより、ピッチがすべてのチャンバにおいて同一であることを保証する必要をなくすことができる。このため、同一のピッチを有する直列型チャンバ、異なるピッチを有する直列型チャンバ、単一ウェーハ用チャンバを混合できる。ロボット１３４１及び１３４３は、互いの間での引き渡しが可能であるので、これらは同時に直列型のチャンバの各々にロードすることができる。また、それらはそれぞれ独立に、又は、並行して複数の単一ウェーハ用チャンバの各々にロードすることができるので、このように、複雑な直列型チャンバを利用する必要無しに、チャンバ配置のスループットを高めることができる。

図１３に図示される他の特徴は、直列型チャンバ１３０５へのロードを行うために、単一の中心遮断バルブ１３５７を使用していることである。図示されるように、バルブ１３５７は単一のウェーハだけの通過を許容するような大きさを設定される。しかしながら、２枚のウェーハは、カーブする矢で示すように、直列型のチャンバ１３０５にセットされる。これは、従来技術システムでは実行できない。

図１４は、異なるタイプの処理チャンバが線形搬送チャンバ１４３２に取り付けられる他の実施例を例示する。この例では、複数ウェーハ処理チャンバ１４０５、三連直列型チャンバ１４０１、単一チャンバ１４０４、複合型単一−直列型チャンバ１４０７及び１４０９が革新的なメインフレームに取り付けられている。
チャンバ１４０５は従来のバッチ処理チャンバ（例えば、４つのウェーハ・ステーション（内部に定められる４つの円形配列の処理領域）を有する熱ＣＶＤ又は又はプラズマ増幅ＣＶＤチャンバ）でもよい。ステーションは、一度に１つだけロードされてもよいし、２つロードされてもよい。
単一チャンバ１４０４は、単一の基板処理チャンバでもよいし、積層型複数ウェーハ冷却ステーションであってもよい。例えば、複数の、例えば２５枚のウェーハを積み重ねた冷却ステーションでもよい。
更に、本発明ではロボットアームが独立しているので、直列型の処理は一度に２枚のウェーハ処理に限定されない。この例では、３枚の基板の直列型処理チャンバが示され、３枚のウェーハの並行処理を可能にしている。
ここでは、２本のアームだけが示され、チャンバ１４０１に完全にロードを行うため１本のアームが２回の移動を必要としている一方、図１５にて図示したように、３本以上のアームを有する装置が用いられることも可能である。
図１４において示される他の任意の特徴は、蛙の脚、一般的にはＳＣＡＲＡ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ）と呼ばれているロボットアーム１４４１及び１４４３を使用していることである。ロボットアーム１４４１、１４４３は、本発明の他の実施形態と同様に線形のレールに載っている。

図１４の実施例も直列・堆積型のロードロックチャンバ１４３５を利用する。このロードロックチャンバ１４３５は、横に並んだ２山のウェーハを有する。ロードロック１４３５は従来の直列型のロードロックでもよい一方、革新的なメインフレームは、以前に利用不可能であった特徴をロードロックに与えることを可能にする。例えば、ロードロックが直列型である一方、しきい１４３８を有することにより、このロードロックは２つの別々のチャンバにより構成されることができる。そして、２つの隔離ゲート１４３７及び１４３９を設けることもできる（直列型のウェーハ毎に）。このような構成を用いて、本発明では、一方のゲートは、他方のゲートとは独立して開閉されることができる。この点、従来技術は、単一のゲートのみが使用され、直列型ロードロックの両側が一緒に開かれる点で本発明と異なっている。このようにして、ロボットが同時に２枚のウェーハを積み込む場合、両方の遮断バルブは開かれることができる。しかしながら、単一のウェーハが積み込まれる場合、単一の隔離ゲートだけが開かれるようにする必要がある。

図１５は、革新的なメインフレームが基板の高いスループット処理のために利用される他の実施例を例示する。この装置は、基板の処理を高いスループットで繰り返す場合（例えば太陽電池の製作のための基板処理等）において有益である。
この例では、２本の線形レール１５４３及び１５４３’が搬送チャンバ１５３２に位置している。そして、それぞれは２本の線形ロボットアーム１５４１を支持する。一例において、線形トラック１５４３上のロボットアームが搬送チャンバ１５３２の左側において処理チャンバ１５０１に供給を行い、その一方で、他のロボットアームは他方の側のチャンバに供給を行う。しかしながら、ロボットアームは、搬送チャンバ１５３２のどちらの側のチャンバに対しても供給を行うように構成されることが可能である。

図１５の実施例の他の任意の特徴は、２つのロードロックを備えていることである。ロードロック１５３５は処理のための基板を積載するために用いる。その一方で、ロードロック１５３７は処理完了後基板を降ろすために使われる。
この例では直列型のロードロックが例示されているが、単一基板用ロードロック又は積層型ロードロックが同様に利用できることと理解されるべきである。
積載用ロードロックに対向する側で積み下ろし用（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）ロードロックを有することによって、必要に応じて、破線シルエットで示すように、他のシステムは、積み下ろし用ロードロックに直接連結できる。このように、本システムは、特定の状況によって、必要に応じてさまざまな数の処理チャンバを搭載するようモジュール式にされることができる。

本発明の他の実施例によれば、この革新的なメインフレームは積層される。図１６に示すように、上部線形搬送チャンバ１６３３は、下部線形搬送チャンバ１６３２より上にある。各線形搬送チャンバは、処理チャンバを接続するための適当な取り付け装置を有する複数の開口部１６０１を有する。
エレベータ１６６２は、上下の線形搬送チャンバの間で基板を移動させる。この特定の例では、基板は、積み込みチャンバ１６７１から載せられて、積み下ろしチャンバ１６７３を経て取り除かれる。しかしながら、必要に応じて、他のエレベータを同様にシステムの前に設けることができる。その結果、チャンバは同じレベルで載せられて、降ろされる。

図１７は、誘発された電流が起動力をロボットアームへ供給するために用いられる革新的なメインフレーム・システムの実施例を例示する。この例は、図７Ｅに示された例と類似しているが、１つの主たる相違点を有する。すなわち、前述の実施例では、磁力が線形及び回転運動をロボットアームに与えるために用いられていた。しかしながら、本実施例において、誘発された電流が起動力を供給するために用いられる。例えば、ロボット・アームアセンブリは、回転運動のため、線形運動のため、又は回転及び線形運動の両方を行うためのステッパーモータを含むことができる。本実施例において、搬送チャンバの真空部分に電気的配線を配線することを回避するために、ステッパーモータは、誘発された電流を使用して付勢される。ステッパーモータの各々は、真空環境に位置する導電コイル（例えば、コイル４８）に連結する。
駆動コイル５０は、コイル４８に対向している位置の真空環境の外側に位置する。ステッパーモータが付勢されることを必要とするときに、電流は適当なコイル５０において流される。このコイル５０は対応するコイル４８の電流を誘発する。そして、このことによりモータに付勢する。

図１８Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態に係る多関節アームロボットを示す。図１８Ａ〜Ｃに示すロボットアームは、基部に取り付けられた第１のアーム部と、第１のアーム部に回転可能に連結された第２のアーム部と、第２のアーム部に回転可能に連結された第３のアーム部とを有する。図１８Ａ〜Ｃにおいて、基部１８１０は、線形トラック１８０５に自由に乗せられている。基部の直線運動力は、本明細書においてその他の実施形態に関して説明したように、リニアモータによって与えられてよい。第１のアーム部１８１５は基部１８１０に取り付けられ、第１のアーム部１８１５は回転しないようになっている。基部には、２つの磁気結合フォロワアセンブリ１８２０及び１８２５も取り付けられている。これらは、前述した磁気結合フォロワアセンブリのいずれに類似した構成であってもよい。この特定的な例では、第１のアーム部１８１５は磁気結合フォロワアセンブリ１８２０及び１８２５を介して基部１８１０に取り付けられているが、第１のアーム部１８１５を基部１８１０に取り付けるその他の手段を用いてもよいことに留意すべきである。

磁気結合フォロワアセンブリ１８２０は、筐体１８２２によって形成されており、筐体には上記したように減速ギアを収容してよい。減速ギアは、例えば図７Ａ及び７Ｂの実施形態で示したようなものであってよい。回転する磁気結合フォロワ１８２４が筐体１８２２の底部から延在している。回転軸１８２６が筐体１８２２の上部から延伸している。磁気結合フォロワアセンブリ１８２５も同様に構成される。

磁気結合フォロワアセンブリ１８２０はプーリ１８３０に結合され、磁気結合フォロワアセンブリ１８２５はプーリ１８３５に結合される。つまり、プーリは磁気結合フォロワアセンブリの筐体の上部から延伸する回転軸、例えば軸１８２６に取り付けられる。第２のアーム部１８４０は、第１のアーム部１８１５の端部に回転可能に連結される。第２のアーム部１８４０は、本例ではプーリ１８５０の下に設けられるプーリ１８４５を介して回転可能である。これは、例えば入れ子式軸を使用して達成されてよい。入れ子式軸では、プーリ１８４５は第２のアーム部１８４０に回転運動を与える外側軸に結合され、プーリ１８５０は外側軸の内部に入れ子された内側軸に結合されて第２のアーム部１８４０の回転とは無関係に回転する。プーリ１８５０は、第２のアーム部１８４０の内部に設けられたプーリ１８５５に回転運動を与える。プーリ１８５５は、第１のアーム部１８１５により覆い隠されて見えなくなっている。つまり、プーリ１８５０及び１８５５は共通の軸に取り付けられてよい。第３のアーム部１８６０は第２のアーム部１８４０の端部に回転可能に連結されている。回転は、プーリ１８６５を介して第３のアーム部に与えられる。

動作時、ロボットアームアセンブリは、前記したように、リニア駆動を使用して直線状に移動する。第１の回転モータ（不図示）がロボットアームアセンブリの下の雰囲気中に配置され、磁気結合フォロワアセンブリ１８２５に回転運動を与え、それにより磁気結合フォロワアセンブリ１８２５はプーリ１８３５を回転させる。例えばベルト、コード、鎖等の無端柔軟バンド１８７０によってプーリ１８３５からプーリ１８４５に回転が伝達され、それによって第２のアーム部１８４０が回転される。本実施形態では、プーリ１８３５と１８４５との間には減速比がある。つまり、プーリ１８３５はプーリ１８４５より小さい直径を有しており、プーリ１８３５はプーリ１８４５より早く回転する。したがって、第２のアーム部１８４０の回転速度は減速される。

別の回転モータ（不図示）によって磁気結合フォロワアセンブリ１８２０は回転運動を与えられ、磁気結合フォロワアセンブリ１８２０はプーリ１８３０を回転させる。ベルト、コード、鎖等の無端柔軟バンド１８７５によってプーリ１８３０からプーリ１８５０に回転が伝えられる。プーリ１８５０の回転は、軸を介してプーリ１８５５に伝えられる。次いで、別の無端柔軟バンド１８８０によりプーリ１８５５からプーリ１８６５に回転が伝えられ、それによりアーム部１８６０が回転される。本実施形態では、プーリ１８３０及び１８５０は同じ直径を有しており、したがって減速比がなく、プーリ１８３０及び１８５０は同じ速度で回転する。他方、プーリ１８５５はプーリ１８５０及びプーリ１８６５より小さい直径を有する。したがって、プーリ１８５５及び１８６５は減速比を有し、プーリ１８５５はプーリ１８６５より早く回転するので、第２のアーム部１８６０の回転速度は減速する。

図１９Ａ及び１９Ｂは、本明細書に開示される実施形態のいずれにおいても実施することができる、本発明の実施形態に係る４軸ロボットアームを示す。図１９Ａ及び１９Ｂの実施形態は、これまでに開示した実施形態のいずれにおいても実施され得るｚ運動機構を示す。しかし、本明細書に開示される様々な特徴の全てを如何に組み合わすことができるかを示すべく、図１９Ａ及び１９Ｂの実施形態は、アームの直線運動、回転、及び分節（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ）、並びにアームに適用されるｚ運動機構を含む。他方、本実施形態の重要な部品が覆い隠されないようにするべく、蓋やｚ運動ベアリング等の要素は図示されない。

図１９Ａ及び１９Ｂの実施形態は、図１８Ａ〜Ｃの実施形態に示すものと類似した固定アーム１９１５を有する。また、磁気結合フォロワアセンブリ１９２０及び１９２５は真空チャンバの外部に配置されたモータを介して回転され、アーム部１９４０及び１９６０の回転を与える。磁気結合フォロワ１９２０及び１９２５は、本明細書に示されるその他の実施形態でのようにトラック１９０５に自由に乗せられ且つリニアモータ（不図示）によりモータ駆動される基部に取り付けられる。もちろん、ロボットアームは、例えば図５及び６の実施形態に示すように固定アーム部又は単一の回転部だけを有して良いが、しかし以下に記載するｚ運動を含む。

ｚ運動を与えるべく、第３の磁気結合フォロワアセンブリ１９８５が提供される。磁気結合フォロワアセンブリ１９８５は、真空チャンバの外部に配置された回転モータ（不図示）を介して回転され、本明細書のその他の実施形態で示したように回転モータが与える回転速度を減速させるべくギア減速を含んでよい。磁気結合フォロワは回転運動を、任意には減速ギアを介して、送りネジ（ｌｅａｄ ｓｃｒｅｗ）１９９０に伝える。次いで送りネジ１９９０は、回転方向に応じて固定アーム１９１５を上昇又は下降させる。このようにして、多関節ロボットアームにｚ運動が与えられる。本実施形態では、駆動プーリ１９３０及び１９３５がスプライン軸又はその他の機構に取り付けられており、それによって駆動プーリは基部アセンブリに対して上昇又は下降することができるようになっている。また、不図示ではあるが、本実施形態では真空チャンバにおいてパーティクルを回避するべく送りネジアセンブリを覆うためにベローズが使用されている。

チャンバは真空内にあるものとして説明がなされたが、実際には、いくつかの場合には、特定のガスまたは他の流体が含まれた領域にチャンバを設けることもできる。従って、本明細書で用いられる「真空」という用語も、例えば全体のシステムで採用され得る特別なガスを含むような自己包含環境（ａ ｓｅｌｆ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）と解釈されなければならない。

図１では、クラスタツールは、７つの処理チャンバを含んでいる。図９では、開示のシステムは、８つの処理チャンバを含んでいる。図１のツール及び周辺機器の総設置面積は、約３８ｍ^２である。図９のツール（ならびに追加的な処理チャンバ及び周辺機器）の総設置面積は、２３ｍ^２である。したがって、本発明に係る線形配列を利用すれば、チャンバ数を増やした場合にも、システムの設置面積はかなり小さくなる。大部分において、このような改良は、図１に示したタイプのシステムに関連する中央セクションを使用した場合よりも、図９の搬送チャンバ３２として示される改良型フィードシステムを利用した場合に達成される。

本発明の線形アーキテクチャは、極めて柔軟性が高く、複数の基板サイズ及び形状に適応する。半導体製作に使用されるウェーハは、典型的に円形であり、その直径は２００又は３００ｍｍである。半導体産業では、ウェーハ毎のデバイス数を増加させる試みが常になされており、ウェーハサイズは、７５ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍというように着実に大きくなっており、直径４５０ｍｍのウェーハを目指した努力が続けられている。本発明に固有のアーキテクチャによれば、クリーンルームウェーハ製造工場で必要とされる床面積は、各処理が周辺に配置される典型的なクラスタツールを用いた場合ほど大きくなることはない。

さらに、出力を高めるために、このタイプ（図１）のクラスタツールのサイズを増加させることが望まれる場合には、総寸法が指数的に増加する一方、本願に記載のシステムは、単一方向のサイズの増加、即ちシステムの幅は同じであり長さが増加するだけである。アルミニウム加工のような同様の処理でも、図１に示される機器よりも占有スペースの小さい、図９に示されるタイプのシステムを同一期間使用した場合のスループットについて言えば、図９の機器は、図１に示されるようなシステムのほぼ２倍の数（概算で約１７０％増）のウェーハを製造する。したがって、本明細書で開示されるシステムを使用すれば、測定されるクリーンルーム領域毎のウェーハ出力が、従来技術のユニットと比較して大幅に改善される。これにより、ウェーハ製造時のコスト削減の目的が達成されることは言うまでもない。

本機器の設計は、円形基板に限定されない。円弧状に形成される経路内でウェーハを移動させるクラスタツールは、基板が長方形であり、実際の基板の長方形形状に内接する円形基板を取り扱うサイズにツールを調整する必要がある場合に特に不利である一方、線形ツールは、いずれの方向においても、実際の形状を通過するのに必要となるサイズよりも小さくてよい。例えば、３００ｍｍの正方形基板を処理する場合、クラスタツールは、４２４ｍｍの円形基板を取り扱うサイズにする必要があるが、線形ツールは、３００ｍｍの円形基板に必要なサイズよりも小さくてよい。

搬送チャンバ３２のサイズもまた、他のどのような部材のウェーハであっても、入口チャンバ内を通過して処理チャンバ内に入り、処理チャンバからシステム外部に移動される基板の移動に必要な空間さえ提供すればよい。したがって、このチャンバの幅は、処理される基板のサイズよりも僅かに大きいだけである。しかしながら、より小さい部材をシステム内で処理することも、基板ホルダで複数の部材をまとめて処理することもできる。

以上、本発明が特定の材料、特定のステップを有する例示的実施形態に関して説明されたが、これらの具体例の変更がなされ又は使用可能であることは、当業者にとって理解されることである。そして、そのような構造と方法は、記載され図示された実践、及び添付の請求の範囲により定義される本発明の範囲内から逸脱することなく成され得る改変を容易にするような動作の議論によりもたらされる理解から得られるであろうことも、当業者にとって理解されることである。

Claims (20)

1. 線形トラックに自由に乗せられるように構成された基部と、
   前記基部に直線運動を与えるリニアモータと、
   前記基部に結合された第１のアーム部と、
   前記第１のアーム部に回転可能に結合された第２のアーム部と、
   前記第２のアーム部に回転可能に結合された第３のアーム部と、
   第１のモータの回転に磁気的に追従し、それにより前記第２のアーム部を回転させるよう構成された第１の磁気結合フォロワアセンブリと、
   第２のモータの回転に磁気的に追従し、それにより前記第３のアーム部を回転させるよう構成された第２の磁気結合フォロワアセンブリと
   を備えることを特徴とする多関節アームロボットシステム。
2. 前記第１の磁気結合フォロワアセンブリに結合された第１のプーリと、
   前記第２のアーム部に結合された第２のプーリと、
   前記第１のプーリから前記第２のプーリに回転運動を伝え、それにより前記第２のアーム部を回転させる柔軟無端バンドと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の多関節アームロボットシステム。
3. 前記第２のプーリは、前記第１のプーリより直径が大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載の多関節アームロボットシステム。
4. 前記第２の磁気結合フォロワアセンブリに結合された第３のプーリと、
   前記第３のプーリからの無端バンドにより駆動される第４のプーリと、
   前記第４のプーリに結合された第５のプーリと、
   前記第３のアーム部に結合された第６のプーリと、
   前記第５のプーリから前記第６のプーリに回転運動を伝え、それにより前記第３のアーム部を回転させる柔軟無端バンドと
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の多関節アームロボットシステム。
5. 前記第６のプーリは、前記第５のプーリより直径が大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の多関節アームロボットシステム。
6. 第３のモータの回転に磁気的に追従するよう構成された第３の磁気結合フォロワアセンブリと、
   前記第３の磁気結合フォロワアセンブリに結合されてそれと共に回転し、それにより前記第１のアーム部の高度を変化させる送りネジと
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多関節アームロボットシステム。
7. 前記第１の磁気結合フォロワアセンブリに第１のスプライン軸を介して結合された第１のプーリと、
   前記第２の磁気結合フォロワアセンブリに第２のスプライン軸を介して結合された第２のプーリと
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の多関節アームロボットシステム。
8. 入れ子式にされた複数の軸に取り付けられた第３のプーリ及び第４のプーリと、
   前記第１のプーリから前記第３のプーリに回転を伝え、それにより前記第２のアーム部を回転させる第１の駆動ベルトと、
   前記第２のプーリから前記第４のプーリに回転を伝え、それにより前記第３のアーム部を回転させる第２の駆動ベルトと
   をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の多関節アームロボットシステム。
9. 前記第３のプーリは、前記第１のプーリより直径が大きい
   ことを特徴とする請求項８に記載の多関節アームロボットシステム。
10. 細長い真空チャンバと、
    前記細長い真空チャンバ内に付加される線形トラックと、
    前記真空チャンバの外部に配置され、第１の磁気駆動源を回転させる第１のモータと、
    前記真空チャンバの外部に配置され、第２の磁気駆動源を回転させる第２のモータと、
    前記線形トラックに乗せられるロボットアームアセンブリと、
    エレベーション機構と
    を備える基板搬送システムであって、
    前記ロボットアームアセンブリは、
    前記線形トラックに自由に乗せられるように構成された基部と、
    前記基部に直線運動を与えるリニアモータと、
    前記基部に結合された固定アームと、
    前記固定アームに回転可能に結合された多関節アームと、
    前記第１の磁気駆動源の回転に磁気的に追従し、それにより前記多関節アームを回転させるよう構成された第１の磁気結合フォロワアセンブリと、
    前記第２の磁気駆動源の回転に磁気的に追従するよう構成された第２の磁気結合フォロワアセンブリと
    を備え、
    前記エレベーション機構は、前記第２の磁気結合フォロワアセンブリに結合されてそこから回転運動を受け取り、それにより前記固定アームを上昇させる
    ことを特徴とする基板搬送システム。
11. 前記第１の磁気結合フォロワアセンブリに結合された第１のプーリと、
    前記多関節アームに結合された第２のプーリと、
    前記第１のプーリから前記第２のプーリに回転運動を伝え、それにより前記多関節アームを回転させる柔軟無端バンドと
    をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の基板搬送システム。
12. 前記エレベーション機構は、送りネジを備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の基板搬送システム。
13. スプライン軸をさらに備え、
    前記第１のプーリは前記スプライン軸に取り付けられる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の基板搬送システム。
14. 前記多関節アームに回転可能に結合されたロボットアーム部
    をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の基板搬送システム。
15. 前記真空チャンバの外部に配置され、第３の磁気駆動源を回転させる第３のモータと、
    前記第３の磁気駆動源の回転に磁気的に追従し、それにより前記ロボットアーム部を回転させるよう構成された第３の磁気結合フォロワアセンブリと
    をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の基板搬送システム。
16. 前記第３のモータの回転運動を伝えて前記ロボットアーム部を回転させるプーリ−無端バンドアセンブリをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１５に記載の基板搬送システム。
17. スプライン軸をさらに備え、
    前記プーリ−無端バンドアセンブリの少なくとも１つのプーリが前記スプライン軸に取り付けられる
    ことを特徴とする請求項１６に記載の基板搬送システム。
18. 前記第１及び第２の磁気駆動源と前記第１及び第２の磁気フォロワアセンブリとの間に真空隔壁をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１０に記載の基板搬送システム。
19. 前記第１の磁気フォロワアセンブリは、減速ギアをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１８に記載の基板搬送システム。
20. 前記第２の磁気フォロワアセンブリは、減速ギアをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１９に記載の基板搬送システム。