JP2008028035A

JP2008028035A - 半導体製造装置

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Publication number: JP2008028035A
Application number: JP2006197225A
Authority: JP
Inventors: Takuya Hashimoto; 卓也橋本
Original assignee: Phyzchemix Corp
Current assignee: Phyzchemix Corp
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】被搬送体を搬送する搬送系を小型化して製造に掛かるコストの低減を実現する半導体製造装置を提供する。
【解決手段】開口を介してウェハの受け取り・引き渡しをする受け渡しロボット９０を内部に配設して内部圧が調圧可能に形成された受け渡しチャンバ１０、及びこの受け渡しチャンバ１０に隣接して配設されて受け渡しロボット９０を介してウェハの授受を行う処理チャンバ３１を備える複数の処理ユニット３０と、何れか１つの処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０の開口の位置まで移動して当該受け渡しチャンバ１０内部に配設された受け渡しロボット９０との間でウェハの受け渡しをするよう形成された大気搬送ロボット７０と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は被搬送体を搬送する搬送系を小型化して製造に掛かるコストの低減を実現する半導体製造装置に関する。

現在、半導体の製造等においてウェハに金属膜を作成する方法として、ＣＶＤ法等が利用されており、例えば特許文献１に示すようなシステムが提案されている。

かかるシステムでは、複数のプロセスモジュールがトランスファモジュールの周囲に環状に配設されている。このトランスファモジュールは内部が真空雰囲気に維持され、その内部に真空雰囲気下で被搬送体であるウェハを搬送する真空搬送ロボットを有している。真空搬送ロボットはウェハをプロセスモジュールに搬入し、プロセスモジュールは、搬入されたウェハに対して所定の処理を行う。その後、真空搬送ロボットはプロセスモジュールからウェハを取り出し、必要に応じて順次他のプロセスモジュールにウェハを搬入する。

この真空搬送ロボットがウェハをプロセスモジュールに搬入・搬出するタイミングは、他のプロセスモジュールとの間でウェハを搬入・搬出するタイミングと衝突しないように制御されている。したがって、プロセスモジュールでウェハに対して所定の処理を完了したにもかかわらず、真空搬送ロボットが他のプロセスモジュールとの間での搬入・搬出を完了させるまで次のウェハを待つような事態を回避できるため、システム全体の搬送効率や、スループットの向上が実現されている。

しかしながら、１つのトランスファモジュールに対して複数のプロセスモジュールを連結するため、多くのプロセスモジュールを設けると、その数量に比例してトランスファモジュールを大型化する必要がある。

一般に真空搬送ロボットは真空に対する構造（シール構造）が必要となるため、必然的にロボットの構造は複雑で高価なものとなる。したがって、上述したようなトランスファモジュールを大型化すると、かかる真空搬送ロボットの複雑化は更に助長される。すなわちトランスファモジュールを大型化すれば、トランスファモジュールの周囲に配設された各プロセスモジュールと真空系のロボットとの距離が長くなるため、真空系のロボットは、各プロセスモジュールにウェハを搬送すべく、複雑な搬送機構が必要となる。

したがって、大型化に対応した真空搬送ロボットのコストは高価なものとなり、かかるコストが半導体製造装置の製造に掛かるコストにも反映されることになる。

特開２００６−１０８５４９号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、被搬送体を搬送する搬送系を小型化して製造に掛かるコストの低減を実現する半導体製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
開口を介して被搬送体の受け取り・引き渡しをする受け渡しロボットを内部に配設して内部圧が調圧可能に形成された受け渡しチャンバ、及びこの受け渡しチャンバに隣接して配設されて前記受け渡しロボットとの間で前記被搬送体を受け渡す処理チャンバを備える処理ユニットと、
大気圧の下で何れか１つの処理ユニットの受け渡しチャンバの開口の位置まで移動すると共に、当該受け渡しチャンバ内部に配設された受け渡しロボットとの間で前記被搬送体の受け渡しをするよう形成された大気搬送ロボットと、
を具備することを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第１の態様では、真空に調圧可能な受け渡しチャンバを処理チャンバに連結して構成された処理ユニットを有し、この受け渡しチャンバに対して、被搬送体が大気圧の下で動作する大気搬送ロボットを介して搬入・搬出される。すなわち受け渡しチャンバが、被処理体を処理チャンバへ受け渡しをする部分として機能し、処理ユニットにウェハを搬送する大気搬送ロボットと分離されている。

これにより、受け渡しチャンバやこの内部に配設される受け渡しロボットを、処理チャンバの大きさや個数、又は搬送ロボットの搬送範囲に関わらず、必要最小限の大きさに形成することが可能となる。この結果、受け渡しロボットは、ウェハの受け渡しを行う機能のみを有すればよいことから構造を簡略化することができ、また必要最小限の大きさに形成することで受け渡しロボットの部材に掛かるコストを低減することができる。

更に、受け渡しチャンバを最小限の大きさに形成することで、その内部を真空にする時間を短縮し、又はエネルギーを削減することができ、ひいては半導体を製造するランニングコストを低減することができる。

また、大気搬送ロボットは、真空搬送ロボットに比して、大型化したり、移動機構を設けて広範囲に被搬送体を搬送するように構成することが容易である。このことは、処理ユニットを多数設けて半導体製造能力の向上を図る場合に、特に顕著である。なぜならば、広範囲に配設された各処理ユニットとの間で被搬送体を搬送する場合、大気搬送ロボットは、大気搬送ロボットに移動機構を設けたり、大型化するなどして、かかる場合に容易に対応できるが、真空搬送ロボットは、かかる場合に対応すると、真空雰囲気下で動作するための構造が複雑になると共に、これに伴う部材に掛かる費用の上昇を引き起こすからである。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する半導体製造装置において、
長手方向の側面に前記処理ユニットが接続されると共に内部圧が大気圧となっている搬送チャンバを具備し、
前記大気搬送ロボットは、前記搬送チャンバ内部で前記長手方向に移動自在に設けられると共に、前記側面に接続された処理ユニットの受け渡しロボットとの間で前記被搬送体の受け渡しが可能に構成された
ことを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第２の態様では、処理ユニットが搬送チャンバの長手方向の側面に接続されており、処理ユニットの受け渡しロボットが、搬送チャンバ内部の搬送ロボットとの間で被搬送体を受け渡すよう構成されている。これにより、搬送ロボットは搬送チャンバ内の長手方向に直線的に移動するよう構成すればよいため、搬送ロボットの移動機構を簡略化することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する半導体製造装置において、
前記複数の処理ユニットを、上下方向に積層して配設した
ことを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第３の態様では、半導体製造装置の上方の空間を利用して、各処理ユニットを上下方向に積層して配設することにより、半導体製造装置の設置面積を拡張せずに半導体を製造するスループットを向上することができる。

本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様に記載する半導体製造装置において
前記処理チャンバは、上下方向に積層して構成された複数の処理チャンバであり、
前記受け渡しチャンバは、昇降機構により上下方向に昇降可能な１つの受け渡しチャンバであり、
前記処理ユニットは、何れか１つの処理チャンバと同じ高さの位置に移動した前記１つの受け渡しチャンバが、接離可能に前記何れか１つの処理チャンバと連結するよう形成されていることを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第４の態様では、上下方向に積層された複数の処理チャンバに対して１つの受け渡しチャンバを用いて被搬送体の受け渡しを行うことで、受け渡しチャンバの個数を削減して製造コストを低減することができる。

本発明の第５の態様は、第１乃至４の何れかの態様に記載する半導体製造装置において、
前記処理ユニットは、当該処理ユニットを支持する支持体から退避可能に形成されたことを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第５の態様では、各処理ユニットが、各処理ユニットを支持する支持体から退避可能に形成されている。これにより、必要に応じて処理ユニットを取外しても、他の処理ユニットでは所定の処理を行うことが可能となる。これにより、処理ユニットのメンテナンス、例えば清掃や交換等を行っても他の処理ユニットを用いて処理を続行することができるため、半導体製造装置全体の稼働を停止することなく、メンテナンスの容易性を向上することができる。

本発明の第６の態様は、第１乃至第５の何れかの態様に記載する半導体製造装置において、
前記処理チャンバには、ハロゲンを含有する作用ガスの作用により高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成した被エッチング部材をエッチングして前記元素とハロゲンとからなる前駆体を形成する一方、この前駆体を、前記被エッチング部材の温度よりも低温の前記被搬送体であるウェハに吸着させ、その後前記前駆体をハロゲンラジカルで還元して前記元素成分を析出させることにより所定の薄膜を形成する手段が設けられたことを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第６の態様では、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を用いてウェハに成膜処理をすることができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載する半導体製造装置において、
前記被エッチング部材を前記処理チャンバ内に搬入してこの処理チャンバ内に配設すると共に前記処理チャンバ内に配設された前記被エッチング部材を前記処理チャンバの外に搬出する搬送手段を更に具備し、
前記大気搬送ロボット、及び前記受け渡しロボットは、前記被搬送体として前記被エッチング部材を搬入・搬出可能に構成されたことを特徴とする半導体製造装置にある。

かかる第７の態様では、ウェハの搬送のみならず、被エッチング部材を搬送して薄膜作成装置の所定位置に固定することができる。このため、被エッチング部材を交換する際に、処理チャンバを半導体製造装置から退避して被エッチング部材を交換する作業が不要となり、かかる作業に掛かる負担を軽減することができる。

本発明によれば、受け渡しチャンバが、被搬送体を処理チャンバへ受け渡しをする部分として機能し、処理ユニットに被搬送体を搬送する大気搬送ロボットと分離されているため、受け渡しチャンバやこの内部に配設される受け渡しロボットを、処理チャンバの大きさや個数、又は大気搬送ロボットの搬送範囲に関わらず、必要最小限の大きさに形成することが可能となる。したがって、受け渡しロボット、及び受け渡しチャンバを適切な大きさに形成して、その構造を簡略化することが可能となると共に、部材コストを低減することができる。

更に詳言すれば、受け渡しロボットは、隣接する処理チャンバや、受け渡しロボット側に移動してきた大気搬送ロボットとの間で被搬送体の受け渡しが可能であればよいことから移動機構などは不要となり、この結果受け渡しロボットの構造を簡略化することができる。更に、被搬送体を搬送可能な程度に可及的に小型化できるため部材に掛かるコストを低減することができる。また、受け渡しチャンバも内部に受け渡しロボットを配設できるよう最小限の大きさに形成すればよいため、構造を簡略化し、部材コストを低減することができる。

この結果、上述した構造の簡略化・部材コストの低減化により製造に掛かるコストを低減した半導体製造装置を実現することが可能となる。

なお、受け渡しチャンバを最小限の大きさに形成することで、その内部を真空にする時間を短縮し、又はエネルギーを削減することが可能となり、ひいては半導体を製造するランニングコストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。なお、本発明は以下に示した実施の形態には限定されない。

〈実施形態１〉
図１は、実施形態１に係る半導体製造装置の概略平面図、図２は、実施形態１に係る半導体製造装置のＡ−Ａ断面図である。

図１乃至図２に示すように、半導体製造装置１は次のように構成されている。被搬送体であるウェハ２６に所定の成膜処理を行う処理チャンバ３１とウェハ２６の受け取り・引き渡しを行う受け渡しチャンバ１０とから構成される複数の処理ユニット３０が、搬送チャンバ４０の長手方向（図中長手方向Ｂ）の両側面にゲートバルブ１２０を介して接続されている。また、この搬送チャンバ４０の内部には、搬送チャンバ４０内を移動して処理ユニット３０との間でウェハ２６の搬入・搬出を行う大気搬送ロボット７０が設けられている。更に実施形態１では、半導体製造装置１には、大気搬送ロボット７０との間でウェハ２６の授受を行うカセットステージ２０が設けられている。

カセットステージ２０は、成膜処理の対象となるウェハ２６を設置する場所となり、大気搬送ロボット７０によりウェハ２６が各処理ユニット３０に搬送される。

より具体的には、カセットステージ２０は、複数のウェハ２６が収納されたウェハカセット２７を支持するウェハカセット支持台２１と、ガイドレール２３とウェハアライナ２５とが設けられた搬送台２２とから構成されている。更に搬送台２２には、ロボット８０がガイドレール２３に沿って水平方向に移動可能に設けられ、ウェハカセット２７から大気搬送ロボット７０へ、又は大気搬送ロボット７０からウェハカセット２７へとウェハ２６を授受するよう構成されている。

ウェハ２６の搬入時は、ロボット８０がウェハカセット２７内のウェハ２６を取得して、ウェハアライナ２５によりセンタリング等の所定の位置合わせを行い、大気搬送ロボット７０にウェハ２６を渡す。また、ウェハ２６の搬出時には、ロボット８０が所定の成膜処理が行われたウェハ２６を大気搬送ロボット７０から取得し、所定のウェハカセット２７に配置する。

搬送チャンバ４０は、ウェハ２６を各処理ユニット３０に配送する配送経路として機能する。詳言すると、搬送チャンバ４０は、その内部が中空に形成されると共に、長手方向Ｂの両側面には、各処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０に対応して複数の開口４１が設けられている。更に搬送チャンバ４０の内部の底面上にはガイドレール４２が長手方向Ｂに延設されており、このガイドレール４２に沿って移動自在に大気搬送ロボット支持体４３が配設されている。

また、搬送チャンバ４０内部には、大気搬送ロボット７０が大気搬送ロボット支持体４３に取り付けられており、大気搬送ロボット支持体４３と一緒に水平面上をガイドレール４２に沿って移動する。

大気搬送ロボット７０は、鉛直方向に伸びる回転軸であり回動自在に大気搬送ロボット支持体７３に配置された回転部７１と、回転部７１に接続されてウェハ２６を支持すると共に伸縮自在であるアーム７２とを具備している。

かかる構成の大気搬送ロボット７０は、複数の処理ユニット３０のうち何れか１つの処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０の開口１１ａと対向する位置まで長手方向Ｂに沿って移動し、アーム７２が伸張して当該１つの処理ユニット３０のゲートバルブ１２０を通過して、受け渡しチャンバ１０内の受け渡しロボット９０にウェハ２６を受け渡すことができる。また、回転部７１の回動に伴いアーム７２も一体的に回動することが可能になっており、カセットステージ２０のロボット８０側にウェハ２６を向けて、ウェハ２６の受け渡しが可能になっている。

上述したように、大気搬送ロボット７０は、内部圧が大気圧となっている搬送チャンバ４０の内部で動作する。このため、真空雰囲気下で動作する場合に比して、大気搬送ロボット７０を大型化したり、移動機構を設けることが容易であり、安価である。このことは、大気搬送ロボット７０の稼働範囲を拡張する場合等にも有利である。これにより、例えば搬送チャンバ４０を長手方向Ｂに更に延長すると共に、これに対応するよう稼働範囲を拡張した大気搬送ロボット７０を配設し、その両側面に処理ユニット３０を増設することで、半導体製造のスループットの向上を図ることができる。このスループットの向上は、、内部圧が真空雰囲気に維持された搬送チャンバ４０を用いてウェハ２６を搬送する場合に比して著しく安価に実現することができる。

処理ユニット３０は、ウェハ２６に所定の成膜処理を行う処理チャンバ３１と、処理チャンバ３１との間でウェハ２６を受け渡す受け渡しチャンバ１０から構成されている。

受け渡しチャンバ１０は、搬送チャンバ４０側の側面に開口１１ａが形成される一方、処理チャンバ３１が接続される側面にも開口１１ｂが形成されている。開口１１ａは、ゲートバルブ１２０を介して搬送チャンバ４０の側面に設けられた開口４１と連結しており、開口１１ｂは、ゲートバルブ１３０を介して処理チャンバ３１の側面に設けられた開口３６と連結している。

受け渡しチャンバ１０の内部には、大気搬送ロボット７０との間でウェハ２６の受け渡しを行うと共に、処理チャンバ３１との間でウェハ２６の受け渡しを行う受け渡しロボット９０が配設されている。

より具体的には、受け渡しロボット９０は、鉛直方向に伸びる回転軸であり回動自在に配置された回転部９１と、回転部９１に接続されてウェハ２６を支持すると共に伸縮自在であるアーム９２とを具備している。

かかる構成の受け渡しロボット９０は、回転部９１の回動に伴いアーム９２も一体的に回動することが可能になっているため、アーム９２に支持されたウェハ２６を搬送チャンバ４０側、又は処理チャンバ３１側に向けることができる。また、アーム９２が伸縮可能であるため、ゲートバルブ１２０を通過して、大気搬送ロボット７０との間でウェハ２６の受け取り・引き渡しが可能であると共に、ゲートバルブ１３０を介して処理チャンバ３１内部の支持体１０１にウェハ２６を載置することが可能になっている。

また、受け渡しチャンバ１０の下面には排気口１０８を介して真空排気装置１０９が設けられている。したがって、ゲートバルブ１３０、及びゲートバルブ１２０を閉鎖して真空排気装置１０９を作動させることで、受け渡しチャンバ１０の内部圧が調圧可能になっている。

したがって、受け渡しロボット９０が処理チャンバ３１との間でウェハ２６の授受を行うときには、受け渡しチャンバ１０の内部圧を予め真空に調圧しておけば、ゲートバルブ１３０を開放しても、処理チャンバ３１の内部圧（真空に調圧されている。）を維持することができる。

これにより、各処理チャンバ３１では、連続的にウェハ２６を順次入れ替えても内部圧を再度真空にする時間が不要となるため、効率的にウェハ２６を処理できると共に、常に安定した雰囲気下で所定の成膜処理が行える。

なお、この真空排気装置１０９は塩素ガスを無害化する機能を有している。ゲートバルブ１３０の開放時に、塩素ガスが処理チャンバ３１から受け渡しチャンバ１０へ流入するが、この真空排気装置１０９により受け渡しチャンバ１０の外部へ排気され、無害化される。

以上に説明したように受け渡しチャンバ１０、及び受け渡しロボット９０を設けることで、これらを可及的に小型化することが可能となる。すなわち、受け渡しロボット９０は、受け渡しロボット９０側に移動してきた大気搬送ロボット７０との間でウェハ２６を受け渡し、隣接する処理チャンバ３１との間でウェハ２６を受け渡すことが可能であればよいことから、例えば水平移動・垂直移動するための移動機構などが不要となるため、受け渡しロボット９０の構造を簡略化・小型化することができる。

一般に、真空雰囲気の下で動作するロボットは真空に対する特別な構造（シール構造）を有する必要があり、また構造が複雑になるためその可動範囲が規制される。このため、かかるロボットを大型化することは必要な部材も多くなり、また可動範囲を拡張することは更に複雑な構造が必要となり、かかるロボットの製造コストの上昇を引き起こす問題が生じる。

従って、上記受け渡しロボット９０の構造を簡略化・小型化可能であることにより、この問題を回避することができる。この結果、半導体製造装置１全体の製造コストを低減することができる。

なお、上述したように受け渡しロボット９０を小型化できることから、これを内部に配設する受け渡しチャンバ１０も可及的に小型化することができる。これにより受け渡しチャンバ１０の内部圧を真空にするのに要する時間を短縮すると共に、エネルギーを節約することが可能となるため、ウェハ２６を成膜して半導体を製造するランニングコストを低減することができる。

処理チャンバ３１はその内部でウェハ２６に対して所定の成膜処理を行う。具体的には、各処理チャンバ３１の側面には開口３６が形成されており、この開口３６はゲートバルブ１３０を介して受け渡しチャンバ１０の開口１１ｂと連結している。すなわち、ゲートバルブ１３０を開放することにより、処理チャンバ３１及び受け渡しチャンバ１０の内部同士が連通する構成となっている。これにより搬送チャンバ４０の受け渡しロボット９０がこの開口３６を介して処理チャンバ３１内部の所定の位置にウェハ２６を載置することが可能となっている。

かかる構成の処理チャンバ３１内部で、受け渡しロボット９０により載置されたウェハ２６に対して所定の成膜処理が行われる。本実施形態では、一例として、処理チャンバ３１内部でＭＣＲ−ＣＶＤ法（ＭｅｔａｌＣｈｌｏｒｉｄｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎ；ハロゲン化金属還元ＣＶＤ法）を用いてウェハ２６に金属を成膜する場合について説明する。

処理チャンバ３１の底部近傍にはウェハ２６を支持する支持体１０１が設けられている。処理チャンバ３１の上方には処理チャンバ３１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ１０３が設けられ、プラズマアンテナ１０３には整合器１０４及び高周波電源１０５が接続されて高周波が供給される。処理チャンバ３１内のウェハ２６の上部には高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属からなる被エッチング部材１０２が格子状に設けられており、この被エッチング部材１０２により原料金属が供給される。また、底面には排気口１０８が設けられ、この排気口１０８を介して処理チャンバ３１内部を真空に調圧する真空排気装置１０９が設けられている。なお、この真空排気装置１０９はハロゲンガス、例えば塩素ガスを無害化する機能を有しており、処理チャンバ３１内部の塩素ガスを外部へ排気し、無害化する。

かかる構成の処理チャンバ３１で、ゲートバルブ１３０を閉鎖した後、排気口１０８を介して真空排気装置１０９によりその内部圧を所定の圧力値まで減圧する。その後、ハロゲン含有ガスを流量制御器１０７により適切な流量に調節してノズル１０６から処理チャンバ３１内に供給し、誘導プラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成する。この結果、ハロゲンラジカルで被エッチング部材１０２がエッチングされることにより金属成分とハロゲンガス成分との前駆体が生成され、被エッチング部材よりも低い温度のウェハ２６上において、前駆体がハロゲンラジカルにより還元され、金属成分がウェハ２６表面に成膜される。

上述したような処理チャンバ３１は、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を用いて成膜処理を行うものに限定されず、例えば、ＰＶＤやＭＯＣＶＤ等の成膜チャンバ、スパッタリングプロセスチャンバ、エッチャー、成膜前後処理チャンバ（加熱、冷却、表面処理）等を用いることができる。すなわち製造するデバイスに応じたチャンバを利用することができる。また、実施形態１に係る半導体製造装置１のために特別に製造されたものである必要はなく、既存の処理チャンバを用いてもよい。これにより既存の処理チャンバを再利用するなどして、製造コストを低減することができる。

以上に説明した構成の処理ユニット３０により、半導体製造のスループットの向上を図るべく処理ユニット３０を増設し、これに伴い搬送チャンバ４０を拡張することになっても、内部圧を真空に調圧すべき受け渡しチャンバ１０の容積を拡張する必要がないため、内部圧を真空にする時間やエネルギーの増加を可及的に抑えることができる。これにより半導体製造のランニングコストを低減することができる。

次に、上述した構成の半導体製造装置１において半導体を製造する一連の動作について説明する。

最初に、ロボット８０が、カセットステージ２０のウェハカセット２７からウェハ２６取得し、ウェハアライナ２５により所定の位置合わせをした後、大気搬送ロボット７０にウェハ２６を渡す。

次に、大気搬送ロボット７０が複数の処理ユニット３０のうち何れか１つの処理ユニット３０と対向する位置までガイドレール４２に沿って移動し、ゲートバルブ１２０を開放して当該処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０へ向けてアーム７２を伸張し、ウェハ２６を受け渡しロボット９０に引き渡す。

次に、ゲートバルブ１３０、及びゲートバルブ１２０を閉鎖して受け渡しチャンバ１０の内部圧を処理チャンバ３１の内部圧と同程度に真空にする。その後、ゲートバルブ１３０を開放する一方、受け渡しロボット９０が処理チャンバ３１の支持体１０１にウェハ２６を配置する。

最後に、ゲートバルブ１３０を閉鎖して、処理チャンバ３１内部でウェハ２６に対して所定の成膜処理を行い半導体を製造する。

なお、大気搬送ロボット７０は、１枚のウェハ２６を何れか１つの処理ユニット３０に搬入した後は、その処理ユニット３０での処理の進捗状況によらず、他のウェハ２６を他の処理ユニット３０に搬入できるよう制御してもよい。

また、搬送チャンバ４０は必ず設けなければならないものではなく、例えば、大気搬送ロボット７０がウェハ２６を搬送できる範囲内に各処理ユニット３０を配設して、その受け渡しチャンバ１０との間でウェハ２６を受け渡しできるようにしてもよい。

〈実施形態２〉
実施形態１においては、複数の処理ユニット３０が搬送チャンバ４０の両側面に平面的に配設されていたが、これに限定されず、以下に説明するように複数の処理ユニット３０を上下方向に積層するよう配設してもよい。

図３（ａ）は、実施形態２に係る半導体製造装置の概略平面図、図３（ｂ）は、実施形態２に係る半導体製造装置の概略側面図である。なお、実施形態１に係る半導体製造装置１と同一の符号のものについては説明を省略する。

図３（ａ）乃至図３（ｂ）に示すように、実施形態２に係る半導体製造装置２００は、支持体（図示せず。）に支持されて上下方向に積層された複数の処理ユニット３０を具備している。一方、搬送チャンバ１４０は、最も高い位置にある処理ユニット３０の高さと略同一の高さに形成されており、その側面には各処理ユニット３０に対応して開口４１が形成されている。これらの開口４１がゲートバルブ１２０を介して各処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０の開口１１ａと連結しており、ゲートバルブ１２０を開放すると、搬送チャンバ１４０及び各処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０の内部同士が連通する。

搬送チャンバ１４０の内部の底面上にはガイドレール４２が延設されており、このガイドレールに沿って昇降機構１６０が移動自在に設けられている。この昇降機構１６０には昇降台座１６１が昇降ロッド１６２を介して取り付けられており、大気搬送ロボット７０を支持している。なお、この昇降機構１６０は昇降台座１６１を上下方向に直線的に移動させる既知の直線移動手段、例えばシリンダ等を用いて容易に形成することができる。

この昇降機構１６０が昇降台座１６１を移動させることにより、大気搬送ロボット７０は複数の処理ユニット３０のうち何れか１つの処理ユニット３０と同じ高さの位置まで移動することができる。

したがって、何れか１つの処理ユニット３０にウェハ２６を搬入する際には、最初に、ロボット８０が、カセットステージ２０のウェハカセット２７からウェハ２６取得し、ウェハアライナ２５により所定の位置合わせをした後、大気搬送ロボット７０にウェハ２６を渡す。

次に、大気搬送ロボット７０が何れか１つの処理ユニット３０と対向する位置まで水平方向に移動すると共に、昇降機構１６０により当該処理ユニット３０と同じ高さに移動する。その後、ゲートバルブ１２０を開放して当該処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０へ向けてアーム７２を伸張し、ウェハ２６を受け渡しロボット９０に引き渡す。

以上に説明したように、実施形態２に係る半導体製造装置２００は、その上方の空間を利用して、各処理ユニット３０を上下方向に積層して配設することにより、半導体製造装置２００の設置面積を拡張せずに半導体を製造するスループットを向上することができる。

〈実施形態３〉
実施形態１においては、処理ユニット３０は、１つの処理チャンバ３１と１つの受け渡しチャンバ１０とから構成されていたが、これに限定されず、複数の処理チャンバ３１と１つの受け渡しチャンバ１０とから構成されてもよい。

図４（ａ）は、実施形態３に係る半導体製造装置の概略平面図、図４（ｂ）は、実施形態３に係る半導体製造装置の概略側面図である。なお、実施形態１に係る半導体製造装置１と同一の符号のものについては説明を省略する。

図４（ａ）乃至図４（ｂ）に示すように、実施形態３に係る半導体製造装置３００の処理ユニット３３０は、上下方向に積層されて構成された複数の処理チャンバ３１と、昇降機構１６０により上下方向に昇降する受け渡しチャンバ３１０とから構成されている。

昇降機構１６０には、昇降台座１６１が昇降ロッド１６２を介して取り付けられており、受け渡しチャンバ３１０を支持している。

この昇降機構１６０が昇降台座１６１を移動させることにより、受け渡しチャンバ３１０は上下方向に積層した複数の処理チャンバ３１のうち何れか１つの処理チャンバ３１と同じ高さの位置まで移動することができる。

また、受け渡しチャンバ３１０が上下に昇降する際に、処理チャンバ３１、又は搬送チャンバ４０と接触しないように、これらの間には適当な間隔が設けられており、受け渡しチャンバ３１０と処理チャンバ３１との間には次に説明するような連結機構５０が設けられている。

図５は、受け渡しチャンバと処理チャンバとの連結部分の要部拡大図である。処理チャンバ３１と受け渡しチャンバ３１０との間の連結機構５０について説明する。

図５に示すように、連結機構５０は次のよう構成されている。伸縮性を有するベローズ５１の基端部が処理チャンバ３１に設けられたゲートバルブ１３０に取付けられている。また中央部に貫通孔が形成されたフランジ５２がベローズ５１の先端部に取付けられている。なお、ベローズ５１は自重によりその先端部が鉛直方向の下向きに撓まない程度に剛性を有している。

また、連結機構５０には、ベローズ５１をその軸線方向に直線的に伸縮させる駆動機構（図示せず。）が設けられている。この駆動機構は、既知の直線移動手段、例えばラック・ピニオン、シリンダ、ボールネジ軸などを用いて容易に形成し得る。

かかる構成の連結機構５０は、必要に応じてその先端部が受け渡しチャンバ３１０の側面と接離可能になっている。このため、先端部が受け渡しチャンバ３１０の側面に接触していないときは、受け渡しチャンバ３１０はこの連結機構５０や処理チャンバ３１に接触することなく昇降機構１６０により円滑に上下移動することができる。

一方、フランジ５２が受け渡しチャンバ３１０の側面に接触しているときは、フランジ５２が受け渡しチャンバ３１０の開口１１ｂを覆うように接触するため、開口１１ｂは処理チャンバ３１の開口３６と、気密を維持して連結することができる。この状態で、ゲートバルブ１３０を開放すると、受け渡しチャンバ３１０及び処理チャンバ３１の内部同士がベローズ５１の内部を介して連通する。

この結果、受け渡しチャンバ３１０の内部圧を処理チャンバ３１の内部圧と予め同程度にした状態でゲートバルブ１３０を開放しても、連結機構５０により処理チャンバ３１内部が外気と混ざることがないため、処理チャンバ３１の内部圧を一定に保つことができる。すなわち、成膜処理時のみならず、ウェハ２６を搬入・搬出するときでも、処理チャンバ３１の内部圧を一定に保つことが可能となる。このため、ウェハ２６の搬入・搬出のたびに処理チャンバ３１の内部圧を真空にするための時間を節約することができ、この結果、高いスループットで半導体を製造することが可能になる。

上述した連結機構５０は、搬送チャンバ３４０と受け渡しチャンバ３１０との間にも設けられており、連結機構５０の基端部が搬送チャンバ３４０の側面に取付けられ、先端部が受け渡しチャンバ３１０の側面に接離可能になっている。

なお、連結機構５０は、その基端部を処理チャンバ３１側に取付ける場合に限定されず、受け渡しチャンバ３１０側に取付けてもよい。

したがって、何れか１つの処理ユニット３３０にウェハ２６を搬入する際には、最初に、ロボット８０が、カセットステージ２０のウェハカセット２７からウェハ２６取得し、ウェハアライナ２５により所定の位置合わせをした後、大気搬送ロボット７０にウェハ２６を渡す。

次に、大気搬送ロボット７０が何れか１つの処理ユニット３３０と対向する位置まで水平方向に移動する。その後、搬送チャンバ３４０に設けられた連結機構５０を伸張させてその先端部を受け渡しチャンバ３１０に接触させる。この状態で、処理ユニット３３０の受け渡しチャンバ３１０へ向けてアーム７２を伸張し、ウェハ２６を受け渡しロボット９０に引き渡す。

次に、受け渡しチャンバ３１０の各開口１１ａ，１１ｂを閉鎖して、その内部圧を処理チャンバ３１の内部圧と同程度に真空にすると共に、受け渡しチャンバ３１０を昇降機構１６０により何れか１つの処理チャンバ３１と同じ高さの位置に移動させる。処理チャンバ３１側から連結機構５０を伸張させてその先端部を受け渡しチャンバ３１０に接触させる。この状態で、ゲートバルブ１３０を開放する一方、受け渡しロボット９０がベローズ５１内部を通過して処理チャンバ３１の支持体１０１にウェハ２６を載置する。

以上に説明したように、実施形態３に係る半導体製造装置３００は、上下方向に積層された複数の処理チャンバ３１に対して１つの受け渡しチャンバ３１０を用いてウェハ２６の受け渡しを行う。

一方、実施形態１乃至実施形態２の如く１つの処理チャンバ３１と１つの受け渡しチャンバ１０とから構成される処理ユニットは、処理チャンバ３１の個数だけ受け渡しチャンバ１０が必要になるため、比較的高価な受け渡しロボット９０の数も増加する。

したがって、複数の処理チャンバ３１で１つの受け渡しチャンバ３１０を共通して用いることで受け渡しロボット９０の個数の増加を抑え、製造コストを低減した半導体製造装置を実現することができる。

〈実施形態４〉
実施形態１乃至実施形態３に説明したように、搬送チャンバ４０、１４０、３４０（図１、図３、図４参照。以下同じ。）の内部に配設された大気搬送ロボット７０（図１参照。以下同じ。）、及び受け渡しチャンバ１０、３１０（図１、図４参照。以下同じ。）の内部に配設された受け渡しロボット９０はウェハ２６を搬送したが、これに限定されず、例えば被搬送体として被エッチング部材１０２を搬送してもよい。これにより処理チャンバ３１内に配設された被エッチング部材１０２を交換することができる。

図６は、実施形態４に係る半導体製造装置の処理チャンバの断面図、図７は、支持体と被エッチング部材の関係を表す斜視図である。なお、実施形態１に係る半導体製造装置１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図６乃至図７に示すように、処理チャンバ３１には、被エッチング部材１０２を処理チャンバ３１内の所定の位置に配設すると共に、この所定の位置に配設された被エッチング部材１０２を処理チャンバ３１の外に搬出する搬送手段として、上下方向に昇降する支持体１５０と、被エッチング部材を着脱自在に固定する固定治具１１０とが設けられている。

支持体１５０は、ウェハ２６を支持する支持台１５１と、支持台１５１を上下方向に昇降させるシリンダ１５２とを備え、更に支持台１５１の上面の外縁部には被エッチング部材１０２を保持する支持棒１５３を備えている。この支持棒１５３に被エッチング部材１０２が載置されることにより、支持台１５１の上面に対して間隔をあけた状態、すなわち受け渡しロボット９０のアーム９２が挿入される間隔を保った状態で被エッチング部材１０２が支持台１５１の上面側に保持される。

被エッチング部材１０２を搬入・搬出する際には、受け渡しロボット９０が開口３６を介して支持棒１５３に被エッチング部材１０２を載置可能な高さまで支持台１５１を下降させる（この状態を下降状態という。）。一方、被エッチング部材１０２を固定治具１１０に固定する、又は固定治具１１０から解放する際には、支持台１５１を固定治具１１０が配設された高さにまで上昇させる（この状態を上昇状態という。）。

一方、被エッチング部材１０２は固定治具１１０によって着脱自在に処理チャンバ３１に固定される。即ち、固定治具１１０は処理チャンバ３１の側面の３箇所に設けられ、固定治具１１０には被エッチング部材１０２の周縁に係止する係止部材１１１が設けられている。係止部材１１１はそれぞれシリンダ１１２により前後移動自在にされ、一斉に前進動することにより３つの係止部材１１１が被エッチング部材１０２の周縁に係止して被エッチング部材１０２を支持状態にする。また、シリンダ１１２が一斉に後退動することにより３つの係止部材１１１が被エッチング部材１０２の周縁から離脱して被エッチング部材１０２を解放状態にする。

かかる構成の処理チャンバ３１により、被エッチング部材１０２は、受け渡しロボット９０により支持棒１５３に積置され、支持台１５１の昇降、及びシリンダ１１２の前後移動により固定治具１１０に固定される。

詳言すると、被エッチング部材１０２は次のように処理チャンバ３１へ搬入される。まず被エッチング部材１０２がウェハ２６と同様にカセットステージ２０（図１参照。以下同じ。）から搬送チャンバ４０の大気搬送ロボット７０に搬送され、複数の処理ユニット３０のうち何れか１つの処理ユニット３０の受け渡しチャンバ１０の受け渡しロボット９０に引き渡される。この受け渡しロボット９０が処理チャンバ３１内部へアーム９２を伸張させて、支持台１５１の支持棒１５３に被エッチング部材１０２を載置する。その後、アーム９２を後退させ、シリンダ１１２を後退動させると共に、支持台１５１を上昇状態にする。次に、シリンダ１１２を前進動させて係止部材１１１を被エッチング部材１０２の周縁に当接させることで、被エッチング部材１０２を固定治具１１０で固定し、次いで支持台１５１を下降状態にする。この結果、被エッチング部材１０２は支持棒１５３から離脱して、固定治具１１０により固定される。

一方、固定治具１１０に固定された被エッチング部材１０２を搬出する場合は、支持棒１５３の先端の上面が被エッチング部材１０２の下面側に当接するよう支持台１５１を上昇状態にし、次いでシリンダ１１２を後退動させる。この結果、被エッチング部材１０２はその下面側を支持棒１５３により保持され、固定治具１１０から離脱することになる。その後支持台１５１を下降状態にした後、受け渡しチャンバ１０の受け渡しロボット９０が被エッチング部材１０２を受け取り、搬送チャンバ４０の大気搬送ロボット７０に引き渡す。次いで大気搬送ロボット７０が被エッチング部材１０２をカセットステージ２０へと引き渡す。

以上に説明したように、本実施形態に係る半導体製造装置では、被エッチング部材１０２をウェハ２６と同様に処理チャンバ３１に搬送することができる。このため、被エッチング部材１０２を交換する際に、処理ユニット３０から処理チャンバ３１を退避して被エッチング部材１０２を交換する作業が不要となり、かかる作業に掛かる負担を軽減することができる。

本発明は、半導体を製造販売する産業分野で利用することができる。

実施形態１に係る半導体製造装置の概略平面図である。実施形態１に係る半導体製造装置のＡ−Ａ断面図である。実施形態２に係る半導体製造装置の概略平面図及び概略側面図である。実施形態３に係る半導体製造装置の概略平面図及び概略側面図である。実施形態３に係る半導体製造装置の受け渡しチャンバと処理チャンバとの連結部分の要部拡大図である。実施形態４に係る半導体製造装置の処理チャンバの断面図である。実施形態４に係る半導体製造装置の支持体と被エッチング部材の関係を表す斜視図である。

符号の説明

１，２００，３００半導体製造装置
１０，３１０チャンバ
１１ａ，１１ｂ，３６，４１開口
２０カセットステージ
２１ウェハカセット支持台
２２搬送台
２３ガイドレール
２５ウェハアライナ
２６ウェハ
２７ウェハカセット
３０，３３０処理ユニット
３１処理チャンバ
４０，１４０，３４０搬送チャンバ
４２ガイドレール
４３大気搬送ロボット支持体
５０連結機構
５１ベローズ
５２フランジ
７０大気搬送ロボット
７１，９１回転部
７２，９２アーム
７３大気搬送ロボット支持体
８０ロボット
９０受け渡しロボット
１０１支持体
１０２被エッチング部材
１０３プラズマアンテナ
１０４整合器
１０５高周波電源
１０６ノズル
１０７流量制御器
１０８排気口
１０９真空排気装置
１１０固定治具
１１１係止部材
１１２シリンダ
１２０，１３０ゲートバルブ
１５０支持体
１５１支持台
１５２シリンダ
１５３支持棒
１６０昇降機構
１６１昇降台座
１６２昇降ロッド

Claims

開口を介して被搬送体の受け取り・引き渡しをする受け渡しロボットを内部に配設して内部圧が調圧可能に形成された受け渡しチャンバ、及びこの受け渡しチャンバに隣接して配設されて前記受け渡しロボットとの間で前記被搬送体を受け渡す処理チャンバを備える処理ユニットと、
大気圧の下で何れか１つの処理ユニットの受け渡しチャンバの開口の位置まで移動すると共に、当該受け渡しチャンバ内部に配設された受け渡しロボットとの間で前記被搬送体の受け渡しをするよう形成された大気搬送ロボットと、
を具備することを特徴とする半導体製造装置。
請求項１に記載する半導体製造装置において、
長手方向の側面に前記処理ユニットが接続されると共に内部圧が大気圧となっている搬送チャンバを具備し、
前記大気搬送ロボットは、前記搬送チャンバ内部で前記長手方向に移動自在に設けられると共に、前記側面に接続された処理ユニットの受け渡しロボットとの間で前記被搬送体の受け渡しが可能に構成された
ことを特徴とする半導体製造装置。
請求項１又は請求項２に記載する半導体製造装置において、
前記複数の処理ユニットを、上下方向に積層して配設した
ことを特徴とする半導体製造装置。
請求項１又は請求項２に記載する半導体製造装置において、
前記処理チャンバは、上下方向に積層して構成された複数の処理チャンバであり、
前記受け渡しチャンバは、昇降機構により上下方向に昇降可能な１つの受け渡しチャンバであり、
前記処理ユニットは、何れか１つの処理チャンバと同じ高さの位置に移動した前記１つの受け渡しチャンバが、接離可能に前記何れか１つの処理チャンバと連結するよう形成されていることを特徴とする半導体製造装置。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載する半導体製造装置において、
前記処理ユニットは、当該処理ユニットを支持する支持体から退避可能に形成されたことを特徴とする半導体製造装置。
請求項１乃至請求項５の何れかに記載する半導体製造装置において、
前記処理チャンバには、ハロゲンを含有する作用ガスの作用により高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成した被エッチング部材をエッチングして前記元素とハロゲンとからなる前駆体を形成する一方、この前駆体を、前記被エッチング部材の温度よりも低温の前記被搬送体であるウェハに吸着させ、その後前記前駆体をハロゲンラジカルで還元して前記元素成分を析出させることにより所定の薄膜を形成する手段が設けられたことを特徴とする半導体製造装置。
請求項６に記載する半導体製造装置において、
前記被エッチング部材を前記処理チャンバ内に搬入してこの処理チャンバ内に配設すると共に前記処理チャンバ内に配設された前記被エッチング部材を前記処理チャンバの外に搬出する搬送手段を更に具備し、
前記大気搬送ロボット、及び前記受け渡しロボットは、前記被搬送体として前記被エッチング部材を搬入・搬出可能に構成されたことを特徴とする半導体製造装置。