JP7307240B1

JP7307240B1 - 真空ウエーハ搬送システム

Info

Publication number: JP7307240B1
Application number: JP2022106717A
Authority: JP
Inventors: 長田厚; 大木敬介; 任潮群
Original assignee: Suzhou Xinhuilian Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Xinhuilian Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: JP2024006121A

Abstract

【課題】本発明は、必要に応じてプロセスチャンバの後付けができ、かつプロセスチャンバを効率良く配置してデッドスペースを削減できる真空ウエーハ搬送システムを提供する。【解決手段】ウエーハに対して所定の物理的処理又は化学的処理を実行するプロセスチャンバ１２と、真空環境下においてウエーハを収容可能なバッファーチャンバ１４と、ウエーハをプロセスチャンバ１２に送り出し又はプロセスチャンバ１２からウエーハを取り出すウエーハ搬送装置１８を有するトランスファーチャンバ１６と、を含む真空ウエーハ搬送システム１０であって、複数のプロセスチャンバ１２が、第一の直線方向Ｘに沿って増設可能であり、バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６とが連通可能となるように一体的に配置された駆動モジュール２８を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、プラズマアッシング装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置などに用いる真空ウエーハ搬送システム（クラスターツール）及び当該システムを使用する真空ウエーハ搬送方法に関する。

図２に示すように、従来の真空ウエーハ搬送システム（クラスターツールともいう）５００は、主として、フープオープナ５０２と、プロセスチャンバ５０４と、ロードロックチャンバ５０６と、を有している。フープオープナ５０２とロードロックチャンバ５０６との間には、第１ゲートバルブ５０８が配置されている。ロードロックチャンバ５０６とプロセスチャンバ５０４との間には、第２ゲートバルブ５１０が配置されている（特許文献１参照）。

上記真空ウエーハ搬送システム５００によれば、フープオープナ５０２の開閉装置５１２によりフープが開放され、フープの内部に収容されたウエーハが搬送装置５１４により取り出される。このとき、ロードロックチャンバ５０６は、大気に開放されており、大気圧環境下の状態になっている。また、第１ゲートバルブ５０８が開かれており、フープオープナ５０２とロードロックチャンバ５０６との間が連通状態になっている。また、第２ゲートバルブ５１０が閉じられ、プロセスチャンバ５０４の気密性が維持される。

次に、搬送装置５１４で保持されたウエーハがロードロックチャンバ５０６の内部に移動する。このとき、第１ゲートバルブ５０８及び第２ゲートバルブ５１０が閉じられ、ロードロックチャンバ５０６及びプロセスチャンバ５０４の気密性が維持される。そして、ロードロックチャンバ５０６の内部が真空引きされ、真空状態になる。

次に、第２ゲートバルブ５１０が開かれ、ロードロックチャンバ５０６とプロセスチャンバ５０４とが連通状態になる。このとき、第１ゲートバルブ５０８が閉じられ、ロードロックチャンバ５０６とプロセスチャンバ５０４は、真空環境下になっている。

次に、搬送装置５１４で保持されたウエーハがプロセスチャンバ５０４の内部に移動し、プロセスチャンバ５０４の内部で保持される。そして、第２ゲートバルブ５１０が閉じられる。これにより、プロセスチャンバ５０４が気密状態になる。

次に、プロセスチャンバ５０４の内部において、ウエーハに対して所定の物理的又は化学的な処理（プロセス処理）が行われる。

ウエーハに対する所定のプロセス処理が終了後、第２ゲートバルブ５１０が開かれ、ウエーハが搬送装置５１４によりロードロックチャンバ５０６の内部に移動する。

次に、第１ゲートバルブ５０８が開かれ、ウエーハがロードロックチャンバ５０６からフープオープナ５０２側へ移動する。

しかしながら、上記真空ウエーハ搬送システム５００によれば、１個のプロセスチャンバ５０４しか搭載されておらず、ウエーハに対するプラズマ処理の効率が低いという問題があった。

そこで、図３に示すように、複数のプロセスチャンバ５２２、５２４、５２６、５２８を備えた真空ウエーハ搬送システム５２０が提案されている。当該真空ウエーハ搬送システム５２０は、平面視において多角形状のトランスファーチャンバ５３０の周囲にゲートバルブ５３２を介して４個のプロセスチャンバ５２２、５２４、５２６、５２８が配置されている。トランスファーチャンバ５３０の内部には、ウエーハを搬送するための搬送装置５３４が配置されている。これにより、複数のウエーハに対してプラズマ処理を同時に実行することができ、処理効率を上げていた。

ＪＰ２０１６－８１９３６Ａ（特開２０１６－８１９３６号公報）

ところで、上記真空ウエーハ搬送システムでは、多角形状のトランスファーチャンバの周囲にプロセスチャンバが配置されている構成上、デッドスペースが多くなり、大型のクリーンルームが必要であった。また、４個以上のプロセスチャンバが必要となった場合には、新たなプロセスチャンバを後付けすることができない技術上の課題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、必要に応じてプロセスチャンバの後付けができ、かつプロセスチャンバを効率良く配置してデッドスペースを削減できる真空ウエーハ搬送システムを提供することを目的とする。

本発明の一形態は、ウエーハが通過するゲートバルブと、内部を真空状態にするための環境制御装置と、を有し、真空環境下において前記ウエーハに対して所定の物理的処理又は化学的処理を実行するプロセスチャンバと、真空環境下において前記ウエーハを収容可能なバッファーチャンバと、前記ウエーハを前記プロセスチャンバに送り出し又は前記プロセスチャンバから前記ウエーハを取り出すウエーハ搬送装置と、前記ウエーハが通過するゲートバルブと、を有するトランスファーチャンバと、を含む真空ウエーハ搬送システムであって、複数の前記プロセスチャンバが、第一の直線方向に沿って増設可能であり、前記バッファーチャンバと前記トランスファーチャンバとが連通可能となるように前記第一の直線方向に沿って配置され、前記バッファーチャンバと前記トランスファーチャンバが一体的に駆動する駆動モジュールを構成し、複数の前記プロセスチャンバが前記第一の直線方向に沿って配置されてなるプロセスチャンバ群を複数群設け、前記各プロセスチャンバ群同士の間には、所定の離間領域が設けられ、前記駆動モジュールが前記離間領域に配置される。

本発明の別の一形態は、上記の真空ウエーハ搬送システムを採用する真空ウエーハ搬送方法であって、真空環境下においてウエーハをトランスファーチャンバからプロセスチャンバに移管する第１搬送ステップと、プロセスチャンバにおいて所定の処理が施された前記ウエーハを、トランスファーチャンバを介してバッファーチャンバに移管する第２搬送ステップと、を含み、駆動モジュールを移動させて、それぞれのプロセスチャンバに対して、前記第１搬送ステップと前記第２搬送ステップとを繰り返して実行する、真空ウエーハ搬送方法である。

本発明によれば、必要に応じてプロセスチャンバの後付けができ、かつプロセスチャンバを効率良く配置してデッドスペースを削減できる。

本発明の真空ウエーハ搬送システムの例示的な構成図である。従来の真空ウエーハ搬送システムの構成図である。従来の真空ウエーハ搬送システムから改良された真空ウエーハ搬送システムの構成図である。

本発明の一実施形態に係る真空ウエーハ搬送システムについて説明する。なお、真空ウエーハ搬送システムは、クラスターツールとも称する。

図１に示すように、真空ウエーハ搬送システム１０は、ウエーハ（図示省略）に対して所定の物理的処理又は化学的処理を実行するプロセスチャンバ１２と、少なくとも真空環境下においてウエーハを収容可能なバッファーチャンバ１４と、ウエーハをプロセスチャンバ１２に送り出し又はプロセスチャンバ１２からウエーハを受け取るウエーハ搬送装置１８を有するトランスファーチャンバ１６と、を有している。

なお、トランスファーチャンバ１６は、トランスファーモジュールともいう。

プロセスチャンバ１２は、密閉状態を実現でき、真空環境下においてウエーハに対して所定の物理的処理又は化学的処理を実行する部屋である。プロセスチャンバ１２は、ウエーハのプロセス処理に必要となるプロセス処理装置２０を備えている。

プロセスチャンバ１２は、例えば立方体形状又は直方体形状の筐体である。プロセスチャンバ１２の一つの側面には、ゲートバルブ２２が設けられている。このため、ゲートバルブ２２の開閉駆動によりプロセスチャンバ１２の内部を大気に開放し、又は気密状態として大気を遮断することができる。

プロセスチャンバ１２は、例えばエッチング装置やアッシング装置などである。本実施形態では、１０個のプロセスチャンバ１２が配置されている。

各プロセスチャンバ１２は、部屋内部を真空状態にするための環境制御装置（真空ポンプ等）２４を備えている。

ここで、複数のプロセスチャンバ１２が、第一の直線方向（図１中矢印Ｘ方向）に沿って配置されている。このように１つのプロセスチャンバ１２の隣に次のプロセスチャンバ１２が増設され、さらに次のプロセスチャンバ１２が増設可能となる。直線上に位置する各プロセスチャンバ１２のゲートバルブ２２同士は、同じ方向を向くように配置されていることが好ましい。プロセスチャンバ１２の個数は、ウエーハのプラズマ処理の効率の要求に応じて適宜調節することができる。なお、各プロセスチャンバ１２の構成は、同じである。

バッファーチャンバ１４は、真空環境下においてウエーハを収容する。バッファーチャンバ１４は、例えば立方体形状又は直方体形状の筐体である。

トランスファーチャンバ１６は、ウエーハを把持して、プロセスチャンバ１２の内部に送り出し又はプロセスチャンバ１２の内部からウエーハを取り出すウエーハ搬送装置１８を備えている。ウエーハ搬送装置１８として、例えば、ロボットアームが好ましい。

トランスファーチャンバ１６は、例えば立方体形状又は直方体形状の筐体である。また、トランスファーチャンバ１６の各側面には、ゲートバルブ２６が設けられている。このため、ゲートバルブ２６の開閉駆動により、トランスファーチャンバ１６の内部を大気に開放し、又は気密状態として大気を遮断することができる。

バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６は、相互に連通可能となるように一体的に配置された駆動モジュール２８を構成する。バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６との間には、開放することで相互に連通状態とし又は閉鎖することで両者を区画して気密状態にするためのゲートバルブ２６が配置されている。しかしながら、当該ゲートバルブ２６が設けられておらず、バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６との間が常時、連通状態としてもよい。

バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６の内部は、真空状態（真空環境下）に維持することができる。具体的には、トランスファーチャンバ１６がプロセスチャンバ１２と接続（ドッキング）した後、トランスファーチャンバ１６のゲートバルブ２６とプロセスチャンバ１２のゲートバルブ２２の間に挟まれた大気圧状態の微小空間（図示省略）に対してプロセスチャンバ１２の環境制御装置２４により真空引きを行い、真空状態にする。そして微小空間の圧力がトランスファーチャンバ１６の内部の圧力と同じ圧力になったタイミングでトランスファーチャンバ１６のゲートバルブ２６を開く。その後、トランスファーチャンバ１６の内部の圧力（微小空間の圧力も同じ）がプロセスチャンバ１２の内部の圧力と同じ圧力になったタイミングでプロセスチャンバ１２のゲートバルブ２２を開く。これにより、トランスファーチャンバ１６とプロセスチャンバ１２とが連通状態になり、両者の間でウエーハの受け渡しが可能になる。

なお、後述するようにロードロックチャンバ４０のゲートバルブ４２とトランスファーチャンバ１６のゲートバルブ２６との間でも微小空間が形成され得るが、これらの微小空間の体積は小さい方が好ましい。微小空間の体積を小さくすることにより、各チャンバの内部の圧力と同じ圧力になるまでの時間が短くなり、処理効率が向上する。

複数のプロセスチャンバ１２が第一の直線方向Ｘに沿って配置されたプロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂが、例えば２個配置されている。各プロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂの間には、所定の離間領域３０が設けられている。バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６が一体的に配置された駆動モジュール２８は、離間領域３０に配置されている。離間領域３０を最小限の面積にすることが好ましい。

離間領域３０には、バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６が一体的に配置された駆動モジュール２８を第一の直線方向Ｘ及び第一の直線方向Ｘに対して直交する第二の直線方向Ｙに沿って移動させるための駆動部３２が配置されている。例えば、駆動部３２として、リニアモータ駆動機構が好ましい。このように、離間領域３０を最小限の面積にしつつ、駆動モジュール２８が駆動部３２により駆動されて、トランスファーチャンバ１６がプロセスチャンバ１２及びロードロックチャンバ４０と接続し、ウエーハの受け渡しが可能になる。

なお、駆動部３２は、プロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂの第一の直線方向Ｘに沿った長さに応じて、適宜延長することができる。これにより、多くのプロセスチャンバ１２が第一の直線方向Ｘに沿って配置される構成において、駆動モジュール２８の駆動領域が確保でき、トランスファーチャンバ１６とプロセスチャンバ１２を接続させることができる。

図１では、２個のプロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂを配置した構成を示したが、２個に限定されるものではない。例えば、３個以上のプロセスチャンバ群を配置して、各プロセスチャンバ群の間に設けられた離間領域に、バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６が一体的に配置された駆動モジュール２８を配置することができる。

２個のプロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂの近傍には、基板自動搬送装置（ＥＦＥＭ）３４が配置されている。基板自動搬送装置３４には、ウエーハを把持するとともに、所定の方向に移動可能なロボットハンド３６が設けられている。基板自動搬送装置３４には、複数、例えば４個のロードポート３８が配置されている。各ロードポート３８には、ウエーハを保管可能なフープが搭載される。

基板自動搬送装置３４の近傍には、ロードロックチャンバ４０が配置されている。ロードロックチャンバ４０は、ゲートバルブ４２を備えている。ロードロックチャンバ４０は、ゲートバルブ４２の開閉動作により部屋の内部を大気に開放したり、また大気から遮断することができる。

ロードロックチャンバ４０は、部屋の内部を大気圧の気圧下（大気圧環境下）に維持したり、又は部屋の内部を真空引きにして真空状態（真空環境下）に維持することができる環境制御装置（真空ポンプ等）４４を備えている。

トランスファーチャンバ１６がロードロックチャンバ４０と接続（ドッキング）した後、トランスファーチャンバ１６のゲートバルブ２６とロードロックチャンバ４０のゲートバルブ４２の間に挟まれた大気圧状態の微小空間（図示省略）に対してロードロックチャンバ４０の環境制御装置４４により真空引きを行い、真空状態にする。そして微小空間の圧力がトランスファーチャンバ１６の内部の圧力と同じ圧力になったタイミングでトランスファーチャンバ１６のゲートバルブ２６を開く。その後、トランスファーチャンバ１６の内部の圧力（微小空間の圧力）がロードロックチャンバ４０の内部の圧力と同じ圧力になったタイミングでロードロックチャンバ４０のゲートバルブ４２を開く。これにより、トランスファーチャンバ１６とロードロックチャンバ４０とが連通状態になり、両者の間でウエーハの受け渡しが可能になる。

以上のように、各ロードポート３８に搭載されたフープからウエーハがロボットハンド３６により取り出され、ロードロックチャンバ４０の内部に移管される。ロードロックチャンバ４０の内部に移管されたウエーハは、トランスファーチャンバ１６のウエーハ搬送装置１８により取り出され、トランスファーチャンバ１６の内部に移管される。その後、ウエーハは、トランスファーチャンバ１６のウエーハ搬送装置１８によりプロセスチャンバ１２の内部に移管される（第１搬送ステップという）。

プロセスチャンバ１２の内部で所定の物理的処理又は化学的処理（プロセス処理）が施されたウエーハは、トランスファーチャンバ１６のウエーハ搬送装置１８により取り出され、トランスファーチャンバ１６を介してバッファーチャンバ１４に移管される（第２搬送ステップという）。なお、ウエーハの移管時のゲートバルブの開閉動作に関する説明は、省略する。

本実施形態では、バッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６を移動させて、それぞれのプロセスチャンバ１２に対して、上述した第１搬送ステップ及び第２搬送ステップを繰り返して実行する。

本実施形態によれば、各プロセスチャンバ１２を第一の直線方向Ｘに沿って後付け配置でき、かつ隣接するプロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂの間に形成された離間領域３０にバッファーチャンバ１４とトランスファーチャンバ１６が一体的に配置された駆動モジュール２８を配置したことにより、システムの要求に応じて、複数のプロセスチャンバ１２の後付け配置が自由になるとともに、デッドスペースを削減して小型化ができる。

隣接するプロセスチャンバ群１２Ａ、１２Ｂの間に形成された離間領域３０の面積を最小限とすることにより、駆動モジュール２８の移動距離を短縮してウエーハの受け渡しに要する時間を削減でき、またシステムのさらなる小型化が可能になる。

駆動モジュール２８の駆動部３２がリニアモータ駆動方式で駆動されるため、駆動モジュール２８の位置制御を正確に行うことができ、また駆動に伴い粉塵等が発生せず、運転コストを削減できる。また、駆動モジュール２８の駆動領域を容易に延長することができる。

本発明は、構造特徴について極めて詳細に説明してきたが、特許請求の範囲にて定義される本発明は、開示された特定の特徴に対して必ずしも限定される必要はない、ということを理解すべきである。むしろ、本実施形態では、特許請求の範囲に記載された発明を実現化するための好ましい一例として説明されているにすぎない。

したがって、本実施形態では、発明の例示的な実施例が記述されている一方で、当業者においては、多数のバリエーションや他の具体化も起こり得る。発明の精神及び範囲から逸脱しない範囲で、このようなバリエーションや他の実施例の実現が可能である。本実施形態において使用されている文言遣いと用語は、要約と同様に、説明の目的のためであり、限定的な意味に解釈されるべきではない。

なお、本実施形態は、本発明の一態様を示したものであり、本発明がこれに限られるものではない。本実施形態例に対する設計変更程度の差異は、当然に、本発明の技術的思想の範囲内に含まれる。

１０真空ウエーハ搬送システム
１２プロセスチャンバ
１２Ａプロセスチャンバ群
１２Ｂプロセスチャンバ群
１４バッファーチャンバ
１６トランスファーチャンバ
１８ウエーハ搬送装置
２０プロセス処理装置
２２ゲートバルブ
２４環境制御装置
２６ゲートバルブ
２８駆動モジュール
３０離間領域
３２駆動部
３４基板自動搬送装置
３６ロボットハンド
３８ロードポート
４０ロードロックチャンバ
４２ゲートバルブ
４４環境制御装置

Claims

ウエーハが通過するゲートバルブと、内部を真空状態にするための環境制御装置と、を有し、真空環境下において前記ウエーハに対して所定の物理的処理又は化学的処理を実行するプロセスチャンバと、
真空環境下において前記ウエーハを収容可能なバッファーチャンバと、
前記ウエーハを前記プロセスチャンバに送り出し又は前記プロセスチャンバから前記ウエーハを取り出すウエーハ搬送装置と、前記ウエーハが通過するゲートバルブと、を有するトランスファーチャンバと、
を含む真空ウエーハ搬送システムであって、
複数の前記プロセスチャンバが、第一の直線方向に沿って増設可能であり、
前記バッファーチャンバと前記トランスファーチャンバとが連通可能となるように前記第一の直線方向に沿って配置され、前記バッファーチャンバと前記トランスファーチャンバが一体的に駆動する駆動モジュールを構成し、
複数の前記プロセスチャンバが前記第一の直線方向に沿って配置されてなるプロセスチャンバ群を複数群設け、
前記各プロセスチャンバ群同士の間には、所定の離間領域が設けられ、
前記駆動モジュールが前記離間領域に配置される、真空ウエーハ搬送システム。
前記トランスファーチャンバが前記プロセスチャンバと接続した後、前記トランスファーチャンバの前記ゲートバルブと前記プロセスチャンバの前記ゲートバルブとの間に挟まれた大気圧状態の微小空間に対して前記プロセスチャンバの前記環境制御装置により真空引きを行い、前記微小空間の圧力が前記トランスファーチャンバの内部圧力と同じ圧力になったタイミングで前記トランスファーチャンバの前記ゲートバルブを開き、その後、前記微小空間の圧力が前記プロセスチャンバの内部圧力と同じ圧力になったタイミングで前記プロセスチャンバの前記ゲートバルブを開いて、前記ウエーハの受け渡しを行う、請求項１に記載の真空ウエーハ搬送システム。
前記駆動モジュールを前記第一の直線方向及び前記第一の直線方向に対して直交する第二の直線方向に沿って移動させるための駆動部を有する、請求項１又は２に記載の真空ウエーハ搬送システム。