JP6306813B2 - モジュール式半導体処理システム - Google Patents

Description

本発明は半導体処理の分野に関し、より具体的には、独立に動作可能で相互に連結可能な複数の処理ユニットが１つのツールを形成するように統合され、その内部では、基板が、１つの処理ユニットから別の処理ユニットへ自動化された方法で選択的に搬送され得る、モジュール式半導体処理システムに関する。

本技術分野において、例えば、垂直バッチ炉のような半導体処理装置が知られている。単一の半導体処理装置は、通常、１つの特定の処置ステップ、例えば、単一の平坦基板又は一群バッチの平坦基板に対する酸化、アニーリング又は化学蒸着を実行するように構成され得る。単一の基板を完全に処理するためには種々の連続処置が要求され得るため、半導体製造施設は、複数の半導体処理装置を有し得、各々が、要求される処置ステップのうちの１つを実行するように構成され得る。異なる半導体処理装置の間では、保護的環境下、おそらくは密閉環境下で複数の基板を保持し得る基板カセット又はポッド内で基板が搬送され得る。ポッドは標準化されており、従って、異なる販売業者のツールに取付可能である。ポッドを用いてツール間で基板を搬送することは試行済みの方法であるが、そのお決まりの方法は比較的遅く労働集約的である。更に、一連の処理によっては、基板の周囲の保護的環境を壊したり変化させることなく１つのツールから別のツールへ基板を搬送することができれば有益であろう。

とりわけ労働集約的なポッドの使用を減らすために、全体的な基板の処理量を増やすために、そして複合処置の質を向上させるために、拡張性のあるツール、即ち、複数の異なる処理ユニットを組み合わせることのできるツール、さらには、それら処理ユニットの数及びタイプを、全体的な製造処理を規定する一連の処置における変更に合わせて自由に変更できるツールを設計する試みがなされてきた。しかしながら、多くのそのような試みは、個々の処理ユニットの設計における大きな妥協を求めるものであり、このことが、それらのスタンドアロン型ユニットとしての競争力又はそれらが独立して動作する能力を低下させている。別の試みもなされたが、過度に複雑であり、このため相対的に高価な信頼性に欠ける設計に終わっている。後者のタイプのモジュール式半導体処理装置の例が、特許文献１に開示されている。

米国特許第４，８２４，３０９号（Ｋａｋｅｈｉ他）

本発明の目的は、複数の処理ユニットを含むモジュール式半導体基板処理システムを提供することである。その各々は、１つの処理ユニットに提供された基板が、自動的な方法で、１以上の他の処理ユニット間で内部的に搬送され、これら他の処理ユニットにより選択的に処理されるように、スタンドアロン型システムとして独立に運転することができるか、或いは、任意の数の処理ユニットと結合することができる。

本発明の更なる目的は、結合された処理ユニット間で連動させる部品が構造的に単純且つ信頼性のある、モジュール式半導体基板処理システムを提供することである。

これらの目的のため、本発明の第１態様は、複数の独立に動作可能な基板処理ユニットを含むモジュール式半導体基板処理システムに関する。各処理ユニットは、少なくとも１つの基板を処理するために配置された反応器が内部に配設された反応器キャビネットを含み、且つパワー・キャビネット、制御ユニット及びガス・キャビネットを含む、ユニットの後側にある反応器モジュールを含む。各処理ユニットは、ユニットの前側にある基板搬送モジュールを更に含む。基板搬送モジュールは、少なくとも前壁及び２つの側壁によって規定される基板搬送室と、少なくとも１つの基板カセットを受けるために基板搬送室の前壁に設けられる基板カセットＩ／Ｏポートと、基板搬送室内に配置され、Ｉ／Ｏポートで受けた基板カセットと反応器モジュールとの間で基板を搬送することが可能な基板操作ロボットと、１以上の前記側壁の少なくとも１つの前記基板搬送室に設けられ、別の処理ユニットの側壁内に設けられた連結設備と協働して、それぞれの処理ユニットを相互に連結し、それらの基板搬送室間の任意に閉鎖可能な基板搬送通路を規定するように構成される連結設備と、を含む。システム内で、処理ユニットは、並列に配置され、前記連結設備によって順に相互に連結される。システムは、少なくとも１つの基板を一時的に保持するように構成される少なくとも１つの基板受渡しステーションを含む。少なくとも１つの基板受渡しステーションは、隣接し相互に接続された１対の、好ましくは各対の処理ユニットと関連付けられ、前記隣接する各対の処理ユニットの基板搬送室の１つ及び／又はそれらの間の基板搬送通路の内部に少なくとも部分的に配置される。隣接する処理ユニットの前記（各）対の基板操作ロボットは、２つの隣接した処理ユニットの一方に配置された基板操作ロボットから２つの隣接した処理ユニットの他方に配置された基板操作ロボットに、前記基板受渡しステーションを介して基板を交換するように、それらの関連付けられている基板受渡しステーション（即ち、前記対に関連付けられている受渡しステーション）にアクセスするように構成される。前記処理ユニットの前記反応器モジュールは、前記パワー・キャビネット、前記ガス・キャビネット、前記制御ユニット、及び並置された処理ユニットの前記反応器キャビネット内の前記反応器へのアクセスを容易にするためのＬ字状の占有スペースを備えている。

本発明の第２態様は、本発明の第１態様によるモジュール式半導体処理システムに統合可能であるように構成される独立に動作可能な半導体基板処理ユニットに関する。処理ユニットは、少なくとも１つの基板を処理するための少なくとも１つの反応器を含む、ユニットの後側にある反応器モジュールを含む。処理ユニットは、ユニットの前側にある基板搬送モジュールを更に含む。基板搬送モジュールは、少なくとも前壁及び２つの側壁によって規定される基板搬送室と、少なくとも１つの基板カセットを受けるために基板搬送室の前壁に設けられる基板カセットＩ／Ｏポートと、基板搬送室内に配置され、Ｉ／Ｏポートで受けた基板カセットと反応器モジュールとの間で基板を搬送することが可能な基板操作ロボットと、基板搬送室の側壁の少なくとも１つに設けられ、別の処理ユニットの連結設備と協働して、それぞれの処理ユニットを相互に連結し、それらの基板搬送室間の任意に閉鎖可能な基板搬送通路を規定するように構成される連結設備とを含む。基板搬送モジュールは、また、基板操作ロボットと前記連結設備を備える側壁との間に横方向に、基板搬送室に配置され、少なくとも１つの基板を一時的に保持するように構成される少なくとも１つの基板受渡しステーションを含む。

本発明の第３態様は、モジュール式半導体処理システムを動作させる方法に関する。本方法は、本発明の第１態様によるモジュール式半導体処理システムを準備することを含む。本方法は、システムの処理ユニットの基板カセットＩ／Ｏポートに、少なくとも１つの基板を保持する基板カセットをドッキングさせることと、前記ドッキングされた基板カセットから第１の処理ユニットの反応器へ、第１の処理ユニットの前記反応器から基板受渡しステーションへ、そして、前記基板受渡しステーションから第２の処理ユニットの反応器へ連続的に延びる処理ルートに沿って前記少なくとも１つの基板を搬送することとを更に含む。

本発明のこれら及び他の特徴及び効果は、添付の図面とともに、本発明の実施形態の以下の詳細な説明からより十分に理解されるだろう。図面は、本発明を例示するように意図したものであり、限定する意図ではない。

本発明による単一の例示的な半導体処理ユニットの概略平面図である。 図１に示すように４つの処理ユニットを含む、本発明による例示的なモジュール式半導体処理システムの概略平面図である。 各々がクラスターツールを含む、２つの相互接続された処理システムを含み、処理システムのうち１つにはポッド用ストッカ・システムが設けられている、本発明による第２の例示的なモジュール式半導体処理システムの概略平面図である。

図１は、本発明による単一の半導体処理ユニット１００の概略平面図である。図示されている処理ユニット１００は垂直バッチ炉であり、スタンドアロン型ツールとして、それのみが示されている。図２は、図１に示すタイプの４つの処理ユニット１００を含む、本発明による例示的なモジュール式半導体処理システム１の概略平面図である。最初に、単一の処理ユニット１００の構成及び動作について、図１を参照しながら一般的な用語を用いて簡単に説明する。その後、複数の処理ユニット１００をシステム１に統合したものについて、図２を参照しながら説明する。

半導体処理ユニット１００は、基板搬送モジュール１０２と、基板搬送モジュール１０２が追加された親ツールを形成する反応器モジュール１０４とを含む。基板搬送モジュール１０２は、基板搬送モジュールの前側にドッキングされ得る超清浄ポッド又は基板カセット１１４と、基板搬送モジュールの後ろに設けられる反応器モジュール１０４内の反応器１４２との間を、基板１１６、例えばシリコン・ウエハが経由して移動し得るインターフェースと考えることができる。

典型的な基板搬送モジュール１０２は、基板カセット又はポッド１１４を着脱可能にドッキングすることができる少なくとも１つの基板カセット出し／入れ（Ｉ／Ｏ：ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）ポート１１０を含んでよい。基板搬送モジュールに複数のＩ／Ｏポート１１０が装備されている場合、ポートは、垂直方向に積み重なった態様で、即ち１つのＩ／Ｏポートが別のＩ／Ｏポートの上に置かれるように配置されてもよく、或いは、水平方向に並置される、即ち１つのＩ／Ｏポートが別のＩ／Ｏポートの隣に置かれるように配置されてもよい。図示された例示的な処理ユニット１００は、いわゆるＦＯＵＰ＝（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄｓ）を用いて搬送され得る、３００ｍｍのシリコン・ウエハを取扱うように構成される。ＦＯＵＰ１１４は、半導体製造施設内で複数の基板１１６のための閉鎖された運搬ボックスを形成する。その主要な目的は、処理ユニット１００が全体として準備されるクリーンルーム環境から基板１１６を隔離することである。この目的のため、ＦＯＵＰ１１４内で特別な微気候が生成されて維持され、その微気候は、半導体製造施設の一般的なクリーンルーム環境の等級よりも低い（低いというのはより清浄であることを意味する）クリーンルーム等級を有していてよい。よって、ＦＯＵＰ１１４を利用することにより、高等級のクリーンルームに必要とされる投資を節約し得る。ＦＯＵＰ１１４を受けるため、図１の処理ユニット１００には、２つのＩ／Ｏポート１１０が装備されており、それらは、基板搬送モジュール１０２の前側に、垂直方向に積み重なった態様で配置されている。ＦＯＵＰ１１４は、そのＩ／Ｏポート１１０のうちの１つに基板搬送モジュール１０２を取り付けることによって、基板搬送モジュール１０２にドッキングされてよい。これにより、それぞれのＩ／Ｏポート１２０の水平方向移動ドア１１２が、基板搬送モジュール１０２の基板搬送室１２０内の雰囲気と流体連通するＦＯＵＰ１１４内部に微気候をもたらすように開放され、また、ＦＯＵＰ内部の基板１１６へのアクセスを可能なようにする。

基板搬送モジュール１０２の基板搬送室１２０は、前壁１２０ａ、２つの対向する横方向側壁１２０ｂ及び後壁１２０ｃを含む複数の境界壁によって画成される作業セルと考えてよく、これらは全て、基板が通るための設備１１０，１２６を含んでよい。前壁１２０ａにおけるＩ／Ｏポート１１０に関して既に図示して説明したように、そのような設備は、典型的に、基板搬送通路を規定するある種の（好ましくは流体密封の）ゲートを含んでよく、その通路は、関連するゲート開閉手段によって開放及び／又は閉鎖されてよい。基板搬送室１２０は、酸素レベル、湿度、温度及び／又は粒子汚染が監視されて特定のパラメータ以内に制御される、保護的で調節された、例えば空気による雰囲気又は窒素による雰囲気を保持してよい。基板搬送室１２０の雰囲気は、好ましくは、実質的に大気圧に保持されてよい。その雰囲気の内部で、基板搬送室は、基板操作ロボット１２２及び基板受渡しステーション１３０を収容してよい。

基板操作ロボット１２２は従来からの設計によるものでよく、例えば、選択的柔軟関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ）又はフロッグ・レッグ（ｆｒｏｇ−ｌｅｇ）型であり得る。一般的に、基板操作ロボット１２２は、端部エフェクタ１２２ａ、例えば、任意には平行で駆動可能な軸によって、相互接続された幾つかのリンクを含む関節アーム１２２ｂの先端に設けられる、１以上の基板用の機械式又は負圧型端部エフェクタを含んでよい。アームは、それ自体、アーム１２２ｂが垂直軸回りに回転することも垂直軸に沿って移動することも可能とする昇降機構を含む、中軸又はベース１２２ｃに回転可能に取り付けられてよい。従って、基板操作ロボット１２２は、２７０°、そして好ましくは３６０°の（垂直軸回りの）運動範囲を有してよく、その運動範囲全体にわたって、基板操作ロボット１２２はとりわけ、ドッキングされたポッド１１４、基板受渡しステーション１３０、及び、以下に説明する反応器１４２のウエハボート１４４から基板１１６を受け取ったり、これらへ基板１１６を届けたりするために異なる高さに径方向に伸縮することができる。

基板受渡しステーション１３０は、少なくとも１つの、そして好ましくは複数の基板を一時的に保持するように構成される保管所である。それは、複数の離間した基板保持位置を規定する受動ラックによって形成されてよい。基板保持位置の各々は、配膳口を思い起こさせるような方法で、一方の側から基板保持位置への基板の挿入、及び、反対側から基板保持位置からの基板の除去、及びその逆を可能とするように、実質的に反対の側からアクセス可能であってよい。ラックは、好ましくは、垂直方向に離間した関係にある複数の水平方向に向く基板を保持するように構成されてよい。しかしながら、他の基板の向き及び離間関係を同様に用いてもよいと考えられるが、それはスペース効率がよくないだろう。

構造的な観点から、基板受渡しステーション１３０は、従来型ポッド１１４における基板保持構造に類似してもよく、もしそのような構造が一般的に反対側からの基板の挿入及び除去を容易にする構造でなくても構わない。図示する実施形態では、基板受渡しステーション１３０の受動ラックは、２つの実質的に垂直方向に延びる板部材１３２を含み、それらの高さに沿って均等に離間した位置に基板支持体１３４が設けられている。基板支持体１３４は、板部材１３２から突出する、長尺で実質的に水平方向に延びる畝であってよい。同じ高さに位置する２つの部材１３２の対向する側の基板支持体１３４は、基板保持位置を規定してよい。図示するように、基板１１６は、その突出する基板支持体１３４の上面で基板１１６を支持することによって、実質的に水平方向の向きで基板保持位置に保管されてよい。基板受渡しステーション１３０の前側及び後側に支持体１３４を置くことにより、受渡しステーション１３０の対向する横側にて基板操作ロボット１２２が、それぞれ、基板支持体１３４に基板１１６を置くこと及びそこから基板１１６を除去することが容易になることが理解されるだろう。

基板搬送モジュール１０２のハウジングの横方向側１２０ｂの各々は、連結設備１２６を更に含んでよい。連結設備１２６は、それぞれの処理ユニットの相互接続を可能とし、それによって、それらの基板搬送室１２０間の任意に閉鎖可能な基板搬送通路を規定するように、別の処理ユニット上の類似的連結設備又は補完的連結設備と協働するように構成されてよい。処理ユニット１００の図示する実施形態において、横方向側１２０ｂの各々は、開放及び閉鎖状態の間で切替可能なゲート１２６の形をとる連結設備を含む。ゲート１２６は、その開放状態では、基板搬送通路１２６ａ（図２参照）経由で当該ゲートを通って基板の交換を可能としてよく、一方、当該ゲートは、その閉鎖状態では、好ましくは流体密封の態様で基板搬送室１２０を密閉的に閉鎖して基板搬送室１２０の境界となってよい。図１に示すように、処理ユニット１００がスタンドアロン使用で配置される場合、ゲート１２６は閉鎖されてよい。しかしながら、図２に示すように、処理ユニット１００が、更なる処理ユニット１００を含むモジュール式システム１に統合される場合、第１の処理ユニットのゲート１２６と、他の並置された処理ユニット１００の対向するゲート１２６とは、開放されてよい。開放されたゲート１２６は、第１の処理ユニットの基板搬送室１２０と第２の処理ユニットの基板搬送室１２０との間に延びる（共通の）基板搬送通路１２６ａを規定するように相互接続されてよい。

当業者は、同じ処理ユニット１００又は異なる処理ユニット１００上の連結設備１２６が、構造的に異なってよいことを理解するだろう。本システムの一実施形態では、例えば、全ての処理ユニットは、両方の横方向側に同一の連結設備を有してよく、ここで、各々の連結設備は、それ自身と同種類の連結設備に連結されることができる（同種連結）。別の実施形態では、全ての処理ユニットは、一方の横方向側に第１タイプの連結設備を有し、反対の横方向側に第２タイプの連結設備を有してよく、ここで、第１タイプの連結設備は、第２タイプの連結設備と協働するように構成される（異種連結）。更に別の実施形態では、処理ユニットは全て相互に交換可能である必要はない。即ち、処理ユニットによっては、それらの連結設備の選択によって、選択された処理ユニットのみと連結することができ、他の処理ユニットとは連結できないように構成されてよい。

一実施形態では、処理ユニット１００の基板搬送モジュール１０２は、本発明の特徴が追加された市販の設備フロントエンド・モジュール（ＥＦＥＭ：ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ ｍｏｄｕｌｅ）であってよく、特に基板受渡しステーション１３０、及び、ＥＦＥＭと隣接するＥＦＥＭとの間の基板の搬送を容易にするようにそれらのＥＦＥＭを連通させるための１以上の連結設備１２６が追加された市販のＥＦＥＭであってよい。典型的なＥＦＥＭは、並置されたＥＦＥＭ間で基板１１６を搬送する目的に適するプログラム可能な基板操作ロボット１２２を既に含んでもよい。従って、既存のＥＦＥＭを含む処理ユニット１００は、幾つかの高価でない部品を、それらが本発明によるモジュール式システム１で使用可能となるように取り付けて改造してもよい。

基板搬送モジュール１０２の後ろに、処理ユニット１００は、反応器モジュール１０４を含む。図１の例示的な処理ユニット１００では、基板搬送モジュール１０２の後壁１２０ｃに近接して位置する反応器モジュール１０４の第１部分は、熱炉の形をとる、複数の基板を同時に処理するための単一の垂直バッチ反応器１４２を収容する反応器キャビネット１４０を含む。熱炉１４２は、加熱可能なベル形の反応チューブ１４２ａを規定してよく、反応チューブ１４２ａの下端は、ウエハボート１４４が下からその中に導入されることを許容するように開放していてよい。処理前に反応チューブ１４２ａ内へウエハボート１４４を上昇させるために、また、処理後に反応チューブからウエハボートを降下させるために、反応器１４２は、昇降機構１４２ｃを含んでよい。ウエハボートを支持するドア・プレートは、処理中、反応チューブ１４２ａを密閉してよい。加えて、ウエハボートが反応チューブから除去される時間の間、反応チューブ１４２ａの開口を閉鎖するために、また、反応チューブから発せられる熱放射を制限するために、水平方向に移動可能でモータ駆動されるシャッタ・プレート１４２ｂが設けられてよい。

反応器モジュール１０４は、更に後ろに、パワー・キャビネット１５０、制御ユニット１５２、及びガス・キャビネット１６０を規定してよい。パワー・キャビネット１５０は、処理ユニット１００の全ての主要な電気的部品を収容し、ガス・キャビネット１６０、制御ユニット１５２、反応器１４２及び基板搬送モジュール１０２、特にその基板操作ロボット１２２へ電気設備を分配してよい。ガス・キャビネット１６０は、例えば、圧力計、流量調整器、弁、処理ガス調整器、及び周辺機器を含む全ての処理ガス施設を収容してよい。制御ユニット１５２は、プログラム可能なＣＰＵを含み、実行するように構成されるプログラムに従ってユニット及びその部分の動作を制御することができるように、特に反応器１４２及び基板操作ロボット１２２を含む、全ての制御可能な電気的部品及び処理ユニット１００の処理ガス設備に動作可能に接続されていてよい。

反応器キャビネット１４０とパワー・キャビネット１５０及びガス・キャビネット１６０とを含む処理ユニット１００全体、より具体的には反応器モジュール１０４は、全ての部品を収容するのに必要とされる任意の形状、例えば方形、多角形等を有してよい。しかしながら、反応器モジュール１０４は、好ましくは大体Ｌ字状の占有スペースを有してよい。そのような占有スペースは、パワー・キャビネット１５０及びガス・キャビネット１６０へのアクセス、そして反応器キャビネット１４０内の反応器１４２へのアクセスを容易にし得るので、他の処理ユニット１００（図２参照）と並置して使用される処理ユニット１００のメンテナンス及び再構成を容易にし得る。特に有利な実施形態では、反応器１４２は、反応器キャビネット内に移動可能に装着されてよく、例えば、反応器１４２が反応器キャビネット１４０から出てＬ字状占有スペースの凹みにおけるメンテナンス位置１４６へ移動するのを可能とするように、レール上を走行するキャリッジによって反応器キャビネット１４０の上壁から吊り下げられてよい。

処理ユニット１００は、以下のようにスタンドアロン型で動作してよい。１又は２のポッド１１４が基板搬送モジュール１０２のそれぞれのＩ／Ｏポート１１０に手動でドッキングされてよく、それによって、制御ユニット１５２は一連の動きを開始してよい。例えば、制御ユニット１５２は、ポッド１１４から基板１１６を持ち上げ、反応器キャビネット１４０内に配置された反応器１４２のウエハボート１４４内にそれらを置くように、基板操作ロボット１２２に指示してよい。いったんウエハボート１４４が満載されると、制御ユニット１５２は、シャッタ１４２ｂを制御して、反応チューブ１４２ａが開放される位置へ移動させ、昇降機構１４２ｃを起動してウエハボート１４４を上げて、反応チューブ１４２ａ内へ入れてもよい。その後、制御ユニット１５２は、反応器１４２内での基板１１６の処置を調整してよい。基板１１６の処理が完了すると、ポッド１１４内の基板を再び回収するために上記の動きを逆の順番で実行すればよい。ポッド搬送システムは、その後、基板搬送モジュール１０２のＩ／Ｏポート１１０からポッド１１４を除去し、更なる処置のために半導体製造施設内の別の処理ユニットへそれらを搬送してよい。

以上、単一の処理ユニット１００の構成及び動作について幾らか詳細に説明したので、次に注目するのは、複数のそのようなユニット１００がモジュール式処理システムに統合され得る態様についてである。

図２は、４つの処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４を含む例示的なモジュール式半導体処理システム１の平面図を概略的に示しており、４つの処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４の各々は、図１を参照して上記で説明したものと構造的に同一であってよい。それらは構造的に類似性しているが、処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４は、個別に選択された処置を実行するように構成されてよい。即ち、例えば、一連の処理処置の所望の構成及びこれらの個々の処置の期間に応じて、処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４は、相互に異なる処置であるが、正しい順序でそれぞれが実行されると全体が所望の順序を構成することになる各処置を実行するように構成されてよい。

システム１の処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４は、並置して配置される。それらの整列した基板搬送モジュール１０２により、任意の２つの隣接する処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４の間の横方向ゲート１２６は、好ましくは流体密封の態様で、開放され接続されている。従って順に相互接続された基板搬送室１２０は、ここで、共有の内部雰囲気を有する共通の基板搬送室２を規定する。なお、図２の実施形態におけるゲート１２６は不変的に開放されているが、代替的な実施形態でもそうである必要はないことに留意されたい。そのような代替的な一実施形態では、例えば、任意の２つの隣接する基板搬送室１２０間のゲート１２６は、通常は閉鎖されていてよく、２つの隣接する基板搬送室１２０間において基板の交換が実際に直ちに必要となった場合にのみ選択的に開放されてよい。

加えて、処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４の制御ユニット１５２は、処理ユニット群が統合された全体として動作するように、互いに連結されていてもよく、或いは、それらユニットの動作が互いに連動されてもよい。一実施形態では、処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４の制御ユニット１５２のうちの１つは、直接的に又は他の制御ユニット１５２の介入を通して、全ての連結された処理ユニットの動作を調和させるよう機能するマスター制御ユニットとして指定されてよい。ここで、その他の制御ユニット１５２は、この目的のためにスレーブとして指定されてよい。マスター制御ユニット１５２は、とりわけ、システムを通した個々の基板１１６の流れ及び実際の位置、ポッド１１４及び基板受渡しステーション１３０の空いた基板保持位置、及びゲート１２６の状態を記録し、種々の反応器１４２による基板１１６の処理及び反応器１４２間の基板１１６の搬送を調整してよい。代替的な実施形態では、マスター制御ユニットの上記タスクは、追加の外部マスター制御ユニット（図示せず）によって行われてもよい。

１つの制御ユニット１５２にマスター制御ユニットの地位を割り当てる代わりに、異なる処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４の制御ユニットが、代替的に、独立して動作するよう構成され、それらが基板を受け取ったり基板を出したりし得る他の処理ユニットへ連結されているという事実を指示されるにすぎないことが考えられる。それぞれの処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３，１００−４の制御ユニット１５２に、例えば、第１の位置、例えばそれぞれの処理ユニットの基板カセットＩ／Ｏポート１１０又はその基板受渡しステーション１３０から基板を拾い上げ、それらを第２の位置、例えばそれぞれの処理ユニットの基板カセットＩ／Ｏポート又は隣接する処理ユニットの基板受渡しステーション１３０へ、おそらくは基板を介在して届けることによって、届け、そして、第３のステーション、例えばそれぞれの処理ユニットの反応器１４２から基板を拾い上げるという指示が与えられてよい。

相互接続された処理ユニット１００−１，１００−２，１００−３及び１００−４が如何にして協働し得るのかを示すために、図２の平面図は、２つの異なる処理ルート１７０ａ、１７０ｂを概略的に図示する。処理ルートは、第１の基板カセットＩ／Ｏポート１１０から、１以上の反応器１４２を通って、システム１の同じ又は別の基板カセットＩ／Ｏポート１１０へ戻るように延びる、基板１１６が従うべきシステム１を通る経路である。システムの制御ユニット１５２は、システム１に入る各個別の基板に対して処理ルートを割り当て、その処理ルートを素早く且つ確実に実行するために特にその基板操作ロボット１２２を制御してよい。

処理ルート１７０ａは、処理ユニット１００−２の基板カセットＩ／Ｏポート１１０から、処理ユニット１００−２の反応器１４２、処理ユニット１００−３の反応器、処理ユニット１００−４の反応器、そして処理ユニット１００−４の基板カセットＩ／Ｏポート１１０へ連続して延びる。この処理ルート１７０ａを実行するに際して、処理ユニット１００−２の基板操作ロボット１２２は、まず、そのユニットの基板カセットＩ／Ｏポートにドッキングされた基板カセット１１４から基板１１６を降ろし、そして、その反応器１４２のウエハボート１４４へ基板を搬送してよい。一旦この反応器１４２による処置が完了してしまうと、処理ユニット１００−２の基板操作ロボット１２２は、処理ユニット１００−２のウエハボート１４４から基板を降ろし、それを、隣接する処理ユニット１００−３の基板受渡しステーション１３０へ搬送してよい。並置された処理ユニット１００−２及び１００−３のゲート１２６は整列され、開放され、接続されているため、そのような搬送に対する障壁はない：処理ユニット１００−２の基板取扱いロボット１２２は、単純に、処理ユニット１００−２及び１００−３の基板搬送室１２０を接続する基板搬送通路１２６ａに達し、処理ユニット１００−３の基板受渡しステーション１３０の空いた基板保持位置に基板を置いてよい。処理ユニット１００−３の基板操作ロボット１２２は、それから、処理ユニット１００−３の基板受渡しステーション１３０から基板１１６を拾い上げ、それを、処理ユニット１００−３の反応器１４２のウエハボート１４４に渡してよい。一旦処理ユニット１００−３の反応器による基板１１６の処置が完了すると、基板１１６は、同様に、処理ユニット１００−４の基板受渡しステーション、処理ユニット１００−４の反応器１４２、及び、処理ユニット１００−４の基板カセットＩ／Ｏポート１１０にドッキングされた基板カセット１１４へ渡されてよい。

図２は、同じ基板カセット１１４（ここでは処理ユニット１００−２の基板カセットＩ／Ｏポートにドッキングされた基板カセット１１４）からの基板１１６が、必ずしもシステムを通して同じ経路に従う必要はないことを示すための２つの異なる例示的な処理ルート１７０ａ，１７０ｂを図示する。各基板１１６にはそれ自身の処理ルートが割り当てられてよく、よって、特定の個々の指示に従って処理される。従って、処理ユニット１００−２の反応器１４２から出されたものは、２つの隣接する処理ユニット１００−１と１００−３とで分かれてもよい。このことは、例えば、第１処置工程を実行するように構成される処理ユニットの実際の処理量（単位時間当りの基板）及び／又は基板能力（即ち同時に処置可能な基板の数）が、第２の連続する処置工程を実行するように構成される処理ユニットのそれよりもずっと大きい場合に有利であろう。図２の実施形態の場合、処理ユニット１００−２は、第１処置工程を実行するよう構成されてよく、処理ユニット１００−２からの基板を出すフローは、同じ第２処置工程を実行するように同様に構成されるであろう隣接する処理ユニット１００−１と１００−３とで分かれてもよい。他の実施形態では、２つの処理ユニットが同様であるものの逆になっているため、２つの処理ユニットから出たものを一緒にして、共通の隣接箇所に送られてよい。

図２のモジュール式半導体処理システム１は、容易に再構成することができ、高度に拡張可能であることは明らかだろう。例えば、１以上の基板の製造／処置工程における変更を可能とするためには、少なくとも所望の処置がシステム１に存在する処理ユニット１００によって全て提供され得るのであれば、これらの基板に割り当てられた処理ルートを変更することで十分であろう。代替的に、１以上の半導体処理ユニット１００は、例えば異なる処理ガス供給にそれらを接続したり異なる処理ガス供給をそれらに与えることによって、好ましくは事業遂行上経済的な処理ルートに沿って、所望の処置を実行できるように再構成されてよい。そのような再構成は、処理ユニット１００の反応器モジュール１０４のＬ字状占有スペースによって容易にでき、それは、並置されたユニットのパワー・キャビネット１５０、制御ユニット１５２、及びガス・キャビネット１６０へのアクセスを作業者に与える。製造工程を１以上の処置によって延長しなければならない場合、システム１は、これらの処置を実行するよう構成される１以上の処理ユニット１００によって適宜に延長されてよい。システムにおける処理ユニットの数は、自由に変更してよい。延長は、単に、システム１の末端の処理ユニット１００−１、１００−４に新たな処理ユニット１００を接続したり、或いは、システム１の既に連続的に接続された２つの処理ユニットの間に新たな処理ユニット１００を挿入したりすることによって実施することができ、一方、縮小は、逆の動きによって実施することができる。システム１から取り除かれた任意の処理ユニット１００は、スタンドアロン構成で使用してもよいし、或いは、別のシステム１の一部として使用してもよい。

半導体製造施設が１以上のモジュール式システム１を用いる場合、おそらくは１以上の単体処理ユニット１００との組合せで１以上のモジュール式システム１を用いる場合、完全な一連の処置を実行するためには、システム１間で、そして任意に単体処理ユニット１００間でポッド１１４を交換しなければならないかも知れない。半導体製造施設の周りでのそのようなポッド１１４の搬送と、処理ユニット１００の基板搬送モジュール１０２のＩ／Ｏポート１１０へのポッド１１４のドッキング及びＩ／Ｏポート１１０からのポッド１１４の切離しとは、原則として、作業者が手動で行ってもよい。しかしながら、装填されたポッド１１４は比較的重量が大きいため、この操作方法は、一般的には推奨されない。代替手段として、基板搬送モジュール１０２に対するポッド１１４の搬送、ドッキング及び切離しを行うためのある技術的設備について、以下に説明する。

モジュール式半導体処理システム１の一実施形態では、ポッド１１４は、１つのモジュール式処理システム１又は処理ユニット１００から別のモジュール式処理システム１又は処理ユニット１００へポッド１１４を搬送するよう構成される、従来型ポッド搬送システムによって基板搬送モジュール１０２のＩ／Ｏポート１１０へ搬送されたりそこから搬出されたり、Ｉ／Ｏポート１１０とドッキングされたり切り離されたりしてよい。そのような、ポッド搬送システムは、例えば、頭上レールシステム又は自動搬送車を含んでよい。

代替的な実施形態では、モジュール式半導体処理システム１は、ポッド用のストッカ・システムを備えてもよい。ストッカ・システムは、ある処理ユニットによって処理されるべき基板バッチが複数のポッドからの基板を含み、そのバッチの積込みが処理ユニットのＩ／Ｏポート（単数または複数）でのポッドの交換を必要とする場合、とりわけ便利であり得る。図３の例示的な実施形態では、２つの処理ユニット１００−１，１００−２は、モジュール式システム１を形成するように相互接続されており、処理ユニット１００−１は、ポッド１１４用のストッカ・システム１７０を備えている。ストッカ・システム１７０は、処理ユニット１００−１の基板搬送モジュール１０２の前に位置してよく、外部からポッド１１４を受け取ったり外部へポッド１１４を出したりするための少なくとも１つのストッカＩ／Ｏポート１７２を含む。この目的のため、ストッカＩ／Ｏポート１７２は、ストッカＩ／Ｏポート１７２へポッド１１４を供給したりストッカＩ／Ｏポート１７２からポッド１１４を排出したり、異なる処理システム１、１’間でポッド１１４の搬送を効率的に行う自動頭上レールシステム１７８と接続するように構成されてよい。また、ストッカ・システム１７４は、例えばポッド１１４を貯蔵するための箱又は１以上の棚によって提供される幾つかの収容設備１７４を規定してもよい。図示する実施形態では、ストッカ・システム１７０は、各々がポッド１１４を支持する垂直方向に離間した一連の棚の形をとる２つの収容設備１７４を含む。ストッカ・システム１７０は、ストッカＩ／Ｏポート１７２とポッド貯蔵収容部１７４とそれが追加された処理ユニット１００−１の基板搬送モジュール１０２のＩ／Ｏポート（単数または複数）１１０との間でポッド１１４を搬送するように構成されるポッド搬送ロボット１７６を更に含んでよい。一実施形態では、ポッド搬送ロボット１７６は、２つの垂直方向案内部材１７６ａを含んでよく、そこでは、水平方向に向いた案内レール１７６ｂがモータにより上下に駆動可能であってよい。案内レール１７６上に移動可能に取り付けられるポッド操作装置１７６ｃは、ポッド１１４を拾い上げ、水平方向の案内レール１７６ｂを越えてそれらを前後に動かしたり、案内レール１７６ｂに沿って横方向に動かしたりすることが可能であってよい。

本発明の例示的な実施形態を、一部は添付の図面を参照しながら以上のように説明してきたが、本発明がこれらの実施形態に限定されないことが理解されるべきである。開示された実施形態に対する変更は、図面、本開示内容、及び添付の特許請求の範囲を検討し、特許請求の範囲に記載された発明を実施する際に、当業者によって理解され達成されることができる。

例えば、図１及び２に図示される実施形態において、処理ユニット１００の反応器モジュール１０４は、複数の基板を同時に処理するための１つの垂直バッチ炉１４２を含む。しかしながら、他の実施形態では、処理ユニット１００の反応器モジュール１０４は、一度に１つずつ基板を処理するよう構成される単一ウエハ反応器を含んでもよい。そのような実施形態では、基板操作ロボット１２２は、反応器の反応チューブ１４２ａ内へ持ち上げられる必要のあるウエハボート１４４に基板１１６を置かなくてもよく、代わりに、単一ウエハ反応器に基板１１６を直接置いてもよい。更に、図３に図示するように、処理ユニット１００は、おそらくは複数の反応器１４２を含むクラスターツールの形をとる、２個以上の反応器１４２を収容する反応器モジュール１０４と、必要であれば、例えばクラスターツールの異なる反応器１４２間で基板を搬送するよう構成される関節アームを有する基板操作ロボット１２２のような専用の基板分配システムとを備えてもよい。そのような実施形態では、基板搬送モジュール１０２の基板搬送室１２０内の基板操作ロボット１２２は、反応器モジュール１０４の搬送位置１６２、例えば積荷固定室に基板１１６を置いてもよく、搬送位置１６２から基板は更に反応器１４２へ搬送され、また、真空状態で運転していてもよい専用の基板分配システムによって逆に搬送される。

上記では、３００ｍｍのウエハを処理するためのシステムを参照しながら本発明を説明している。しかしながら、当業者は、本発明が異なるサイズ及び寸法の基板、例えば２００ｍｍ又は４５０ｍｍ直径の円形基板、或いは方形又は他の平坦形状を有する基板を処理するためのシステムにも等しく適用可能であることを理解するだろう。さらに、開示されたシステム１は、シリコン基板の処理に限定されなくてよく、原理的に、任意の適切な材料の基板、例えばガラス、サファイア、炭化ケイ素、又は合成半導体材料も処理することができることにも留意されたい。

本明細書において「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」とは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。よって、本明細書において各所で「一実施形態において（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「実施形態において（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」というフレーズが現われるが、これらは必ずしも全てが同じ実施形態を指しているのではない。更に、新たな、非明示的に説明される実施形態を構成するために、任意の適切な方法で、１以上の実施形態の特定の特徴、構造又は特性を組み合わせてよいことに留意されたい。

１ モジュール式半導体処理システム
２ 共通基板搬送室
１００ 処理ユニット
１０２ 設備フロントエンド・モジュール（ＥＦＥＭ）
１０４ 反応器モジュール
１０６ メンテナンス空間
１１０ 基板カセットＩ／Ｏポート
１１２ Ｉ／Ｏポートドア
１１４ ポッド又は基板カセット
１１６ 基板
１２０ 基板搬送室
１２０ａ 基板搬送室の前壁
１２０ｂ 基板搬送室の側壁
１２０ｃ 基板搬送室の後壁
１２２ 基板操作ロボット
１２２ａ 端部エフェクタ
１２２ｂ 関節アーム
１２２ｃ 基板操作ロボットの中軸
１２６ 側部ゲート
１２６ａ 基板搬送通路
１３０ 基板受渡しステーション
１３２ 垂直方向に延びる部材
１３４ 基板支持体
１４０ 反応器キャビネット
１４２ 反応器
１４２ａ 反応チューブ
１４２ｂ 反応チューブ用の水平方向に移動可能なシャッタ
１４２ｃ ウエハボート昇降機
１４４ ウエハボート
１４６ メンテナンス空間へ移動した際の反応器位置
１５０ パワー・キャビネット
１５２ マスター制御ユニット
１６０ ガス・キャビネット
１６２ 基板搬送位置／積荷固定室
１７０ ポッド用ストッカ・システム
１７２ ストッカＩ／Ｏポート
１７４ ポッド収容部
１７６ ポッド搬送ロボット
１７６ａ 垂直方向案内部材
１７６ｂ 水平方向に向いた案内レール
１７６ｃ ポッド操作装置
１７８ ポッド搬送用頭上レールシステム

Claims (20)

1. モジュール式半導体基板処理システムであって、
   複数の独立に動作可能な基板処理ユニットであって、各ユニットは、
   少なくとも１つの基板を処理するために配置された反応器が内部に配設された反応器キャビネットを含み、且つパワー・キャビネット、制御ユニット及びガス・キャビネットを含む、前記ユニットの後側にある反応器モジュールと、
   前記ユニットの前側にある基板搬送モジュールと、を含み、
   前記基板搬送モジュールは、
   少なくとも前壁及び２つの側壁によって規定される基板搬送室と、
   少なくとも１つの基板カセットを受けるために前記基板搬送室の前記前壁に設けられる基板カセットＩ／Ｏポートと、
   前記基板搬送室内に配置され、前記Ｉ／Ｏポートで受けた基板カセットと前記反応器モジュールとの間で基板を搬送することが可能な基板操作ロボットと、
   １以上の前記側壁の少なくとも１つの前記基板搬送室に設けられ、別の処理ユニットの側壁内に設けられた連結設備と協働して、それぞれの処理ユニットを相互に連結し、
   それらの基板搬送室間の任意に閉鎖可能な基板搬送通路を規定するように構成される連結設備と、を含み、
   前記処理ユニットは、並列に配置され、前記連結設備によって順に相互に連結され、少なくとも１つの基板を一時的に保持するように構成される少なくとも１つの基板受渡しステーションであって、前記少なくとも１つの基板受渡しステーションは、隣接し相互に接続された１対の処理ユニットと関連付けられ、前記隣接する各対の処理ユニットの前記基板搬送室の１つ及び／又はそれらの間の前記基板搬送通路の内部に少なくとも部分的に配置され、
   隣接する処理ユニットの前記対の前記基板操作ロボットは、２つの隣接した処理ユニットの一方に配置された基板操作ロボットから２つの隣接した処理ユニットの他方に配置された基板操作ロボットに、前記基板受渡しステーションを介して基板を交換するように、それらの関連付けられている基板受渡しステーションにアクセスするように構成され、
   前記処理ユニットの前記反応器モジュールは、前記パワー・キャビネット、前記ガス・キャビネット、前記制御ユニット、及び並置された処理ユニットの前記反応器キャビネット内の前記反応器へのアクセスを容易にするためのＬ字状の占有スペースを備えた、
   モジュール式半導体基板処理システム。
2. 少なくとも１つの基板操作ロボットは、関節アームを含み、その先端には端部エフェクタが設けられており、前記ロボットは、前記Ｉ／Ｏポートとドッキングされる基板カセット、基板受渡しステーション及び反応器モジュールの全てのそれぞれに対して基板を拾い上げ、基板を届けることが可能である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの基板操作ロボットは、選択的柔軟関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ）型のものである、請求項２に記載のシステム。
4. 前記基板受渡しステーションは、複数の基板を保持するように構成される、請求項１〜３のうち何れか１つに記載のシステム。
5. 少なくとも１つの基板受渡しステーションは、複数の離間した基板保持位置を規定する受動ラックであり、その位置の各々は、基板の挿入及び除去のために実質的に反対の側からアクセス可能である、請求項４に記載のシステム。
6. 前記受動ラックは、少なくとも２つの実質的に垂直方向に延びる部材を含み、前記部材には、それらの高さに沿って離間した位置に支持体が設けられ、前記支持体は、それぞれが実質的に水平方向に向いた基板を保持するための異なる垂直方向レベルにある複数の基板保持位置を規定する、請求項５に記載のシステム。
7. 少なくとも１つの処理ユニットの前記連結設備は、前記少なくとも処理ユニットの前記基板搬送室の側壁内に設けられるゲートを含み、前記ゲートは、基板の通過を可能とする前記基板搬送通路を規定する、請求項１〜６のうち何れか１つに記載のシステム。
8. 前記ゲートは、前記基板搬送通路を閉鎖する閉鎖状態と、前記基板搬送通路が基板の搬送を可能とする開放状態との間で配置可能である、請求項７に記載のシステム。
9. 前記システムの前記基板操作ロボットの運転を制御し、基板カセットＩ／Ｏポートにドッキングされる基板カセットから前記システムに入る基板に対して処理ルートを割り当てるように構成される少なくとも１つの制御ユニットを更に含む、請求項１〜８のうち何れか１つに記載のシステム。
10. 少なくとも１つの処理ルートの一部は、第１の処理ユニットの反応器から基板受渡しステーションへ、そして前記基板受渡しステーションから第２の処理ユニットの反応器へ延びる、請求項９に記載のシステム。
11. 少なくとも１つの処理ユニット、又は少なくとも１つの処理ユニットの反応器モジュールは、概してＬ字型の占有スペースを有する、請求項１〜１０のうち何れか１つに記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つの基板カセットＩ／Ｏポートは、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ）ロードポートである、請求項１〜１１のうち何れか１つに記載のシステム。
13. 少なくとも１つの処理ユニットの前記反応器は、垂直バッチ炉である、請求項１〜１２のうち何れか１つに記載のシステム。
14. 少なくとも１つの処理ユニットの前記反応器は、単一ウエハ反応器である、請求項１〜１３のうち何れか１つに記載のシステム。
15. 少なくとも１つの処理ユニットの前記反応器モジュールは、少なくとも２つの反応器を含む、請求項１〜１４のうち何れか１つに記載のシステム。
16. 前記処理ユニットの前記反応器モジュールは、少なくとも２つの反応器と、前記少なくとも２つの反応器の間で基板を分配するように構成される基板分配システムとを含む、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記基板搬送モジュールは、設備フロントエンド・モジュール（ＥＦＥＭ：ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ ｍｏｄｕｌｅ）である、請求項１〜１６のうち何れか１つに記載のシステム。
18. 少なくとも１つの処理ユニットはポッド貯蔵システムを含み、前記ポッド貯蔵システムは、外部からポッドを受け取り且つ外部へポッドを出すための少なくとも１つのストッカＩ／Ｏポート、複数のポッド貯蔵収容部、及び、前記ストッカＩ／Ｏポートと前記複数のポッド貯蔵収容部と前記少なくとも１つの処理ユニットの前記基板搬送室の基板カセットＩ／Ｏポートとの間でポッドを搬送するためのポッド搬送ロボットを含む、請求項１〜１７のうち何れか１つに記載のシステム。
19. 請求項１〜１８のうち何れか１つに記載のモジュール式半導体基板処理システムに統合可能であるように構成される半導体基板処理ユニットであって、
    前記基板操作ロボットと前記連結設備との間に横方向に、前記基板搬送室に配置され、少なくとも１つの基板を一時的に保持するように構成される少なくとも１つの基板受渡しステーションを含む、半導体基板処理ユニット。
20. 請求項１に記載のモジュール式半導体処理システムを準備することと、
    前記システムの処理ユニットの基板カセットＩ／Ｏポートに、少なくとも１つの基板を保持する基板カセットをドッキングさせることと、
    前記ドッキングされた基板カセットから第１の処理ユニットの反応器へ、前記第１の処理ユニットの前記反応器から前記少なくとも１つの基板受渡しステーションの基板受渡しステーションの１つへ、そして、前記基板受渡しステーションから第２の処理ユニットの反応器へ連続的に延びる処理ルートに沿って前記少なくとも１つの基板を搬送することと、を含む基板処理方法。