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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024131483
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】半導体製造装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/677 20060101AFI20240920BHJP
【FI】
H01L21/68 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023041757
(22)【出願日】2023-03-16
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(74)【代理人】
【識別番号】100170575
【弁理士】
【氏名又は名称】森 太士
(72)【発明者】
【氏名】大橋 貴志
【テーマコード(参考)】
5F131
【Fターム(参考)】
5F131AA02
5F131BA01
5F131BA11
5F131BA17
5F131BA35
5F131BA37
5F131BA39
5F131BB02
5F131BB03
5F131BB04
5F131BB18
5F131BB21
5F131CA32
5F131CA36
5F131DA22
5F131DA42
5F131DB01
5F131DB51
(57)【要約】
【課題】フロントエンドモジュールに接続する処理チャンバの数を増加させることができる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】半導体製造装置は、搬送容器が接続されるロードポートが上面に配置されたフロントエンドモジュールと、半導体基板を処理する複数の処理ユニットを備える。処理ユニットは、フロントエンドモジュールの上面の法線方向から見た平面視においてフロントエンドモジュールの周囲に配置され、平面視において少なくとも2方向からフロントエンドモジュールに処理ユニットがそれぞれ接続されている。半導体製造装置は、フロントエンドモジュールを介して搬送容器と処理ユニットとの間で半導体基板を搬送する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
搬送容器により搬送される半導体基板を処理する半導体製造装置であって、
前記搬送容器が接続されるロードポートが上面に配置されたフロントエンドモジュールと、
前記半導体基板を処理する処理ユニットであって、前記フロントエンドモジュールの前記上面の法線方向から見た平面視において前記フロントエンドモジュールの周囲に配置され、前記平面視において少なくとも2方向から前記フロントエンドモジュールにそれぞれ接続された複数の前記処理ユニットと
を備え、
前記フロントエンドモジュールを介して前記搬送容器と前記処理ユニットとの間で前記半導体基板を搬送する、半導体製造装置。
【請求項2】
前記処理ユニットが、それぞれの内部で前記半導体基板を処理する複数の処理チャンバを備える、請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項3】
前記平面視において相互に直交する4方向から前記処理ユニットがそれぞれ前記フロントエンドモジュールに接続されている、請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項4】
複数の前記処理ユニットが前記フロントエンドモジュールに接続された構成を単位ユニットとして、前記処理ユニットの1つを共有して相互に接続された複数の前記単位ユニットを備える、請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項5】
請求項4に記載の半導体製造装置の制御方法であって、
前記フロントエンドモジュールの動作を監視し、
前記フロントエンドモジュールの動作の異常を検出した場合に、異常が生じた前記フロントエンドモジュールを含む第1の前記単位ユニットと前記処理ユニットを共有する第2の前記単位ユニットに対して、第1の前記単位ユニットと共有する前記処理ユニットと前記搬送容器との間で前記半導体基板を搬送させるように制御する、
を備える半導体製造装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造工程では、処理対象の半導体基板が搬送容器に格納されて搬送される。半導体装置の製造工程で使用される半導体製造装置では、搬送容器と半導体基板を処理する処理チャンバとの間での半導体基板の搬送に、フロントエンドモジュール(Equipment Front End Module;EFEM)が使用されている。フロントエンドモジュールに接続する処理チャンバの数を増やすことにより、同時に処理する半導体基板の枚数を増やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2021-10011号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、フロントエンドモジュールに接続する処理チャンバの数を増加させることができる半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る半導体製造装置は、搬送容器が接続されるロードポートが上面に配置されたフロントエンドモジュールと、半導体基板を処理する複数の処理ユニットを備える。処理ユニットは、フロントエンドモジュールの上面の法線方向から見た平面視においてフロントエンドモジュールの周囲に配置され、平面視において少なくとも2方向からフロントエンドモジュールに処理ユニットがそれぞれ接続されている。半導体製造装置は、フロントエンドモジュールを介して搬送容器と処理ユニットとの間で半導体基板を搬送する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1図1は、実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式的な平面図である。
図2図2は、実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式的な側面図である。
図3図3は、実施形態に係る半導体製造装置における搬送容器の移動の例を示す模式図である。
図4図4は、実施形態に係る半導体製造装置における半導体基板の搬送の例を示す模式図である。
図5図5は、ロボットアームの例を示す模式図である。
図6図6は、比較例の半導体製造装置の構成を示す模式図である。
図7図7は、実施形態に係る半導体製造装置の単位ユニットの構成を示す模式的な平面図である。
図8図8は、単位ユニットにおける半導体基板の搬送の例を示す模式図である。
図9図9は、実施形態に係る半導体製造装置の単位ユニットの他の構成を示す模式的な平面図である。
図10図10は、実施形態に係る半導体製造装置のユニット群の配置の例を示す模式的な平面図である。
図11図11は、実施形態に係る半導体製造装置の制御方法を説明するための半導体製造装置の模式図である。
図12図12は、実施形態に係る半導体製造装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
次に、図面を参照して、実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なものである。また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、部品の材質、形状、構造、配置などを特定するものではない。実施形態は、種々の変更を加えることができる。
【0008】
図1に示す実施形態に係る半導体製造装置1は、搬送容器100により搬送される半導体基板を処理する。半導体製造装置1は、搬送容器100が接続されるロードポート11が上面101に配置されたフロントエンドモジュール10と、半導体基板を処理する第1処理ユニット21、第2処理ユニット22、第3処理ユニット23および第4処理ユニット24を備える。図1に示すように、フロントエンドモジュール10の上面101に複数のロードポート11が配置されている。図1では、ロードポート11の個数が16個である場合を例示的に示した。
【0009】
以下において、第1処理ユニット21~第4処理ユニット24のそれぞれを限定しない場合は、処理ユニット20と表記する。処理ユニット20は、それぞれの内部で半導体基板を処理する複数の処理チャンバCHと、処理ユニット20内で半導体基板を搬送する搬送装置210を含む。図1に示した処理ユニットは、それぞれ10個の処理チャンバCHを有する。図1に示すように、搬送装置210を挟んで5個ずつの処理チャンバCHが2列に配置されている。
【0010】
処理ユニット20は、フロントエンドモジュール10の上面101の法線方向から見て(以下、「平面視」ともいう。)、フロントエンドモジュール10の周囲に配置される。処理ユニット20のそれぞれは、互いに異なる方向からフロントエンドモジュール10に接続される。
【0011】
図1に示すように、フロントエンドモジュール10の上面101の法線方向をZ方向とする。図1において、Z方向は紙面の奥行方向であり、X方向は紙面の左右方向、Y方向は紙面の上下方向である。言い換えると、上面101は、Z方向に垂直なXY平面に平行である。
【0012】
図1に示した半導体製造装置1では、平面視において相互に直交する4方向から処理ユニット20がフロントエンドモジュール10に接続されている。言い換えると、フロントエンドモジュール10を中心として、平面視でフロントエンドモジュール10の上下左右にそれぞれ処理ユニット20が配置されている。図1の紙面では、第1処理ユニット21は、平面視で矩形状のフロントエンドモジュール10の上側から接続している。第2処理ユニット22は、フロントエンドモジュール10の右側から接続している。第3処理ユニット23は、フロントエンドモジュール10の下側から接続している。第4処理ユニット24は、フロントエンドモジュール10の左側から接続している。言い換えると、第1処理ユニット21と第3処理ユニット23は、Y方向に延伸する。第2処理ユニット22と第4処理ユニット24は、X方向に延伸する。
【0013】
図1に示したように相互に直交する方向から処理ユニット20をフロントエンドモジュール10に接続させることにより、それぞれの処理ユニット20の延伸する長さを任意に設定できる。このため、処理ユニット20が含む処理チャンバCHの個数を容易に増加させることができる。
【0014】
半導体製造装置1の処理ユニット20の個数は4個に限定されないが、半導体製造装置1は複数の処理ユニット20を含む。言い換えると、処理ユニット20は、平面視において少なくとも2方向からフロントエンドモジュール10に接続されている。
【0015】
半導体製造装置1は、フロントエンドモジュール10を介して、搬送容器100と処理ユニット20との間で半導体基板を搬送する。以下に、半導体製造装置1の動作について説明する。
【0016】
図2に示すように、処理対象の半導体基板が格納された搬送容器100が、ロードポート11に接続される。図示を省略するが、ロードポート11は、搬送容器100を所定の位置に固定する機構、搬送容器100の扉を開閉して搬送容器100の内部とフロントエンドモジュール10の内部を連通させる機構、半導体基板を移送する機構などを有する。搬送容器100に、例えば、半導体基板の周囲のクリーン度を保つために内部を密閉するフープ(FOUP)などを使用してもよい。フロントエンドモジュール10は、処理ユニット20との間で半導体基板を受け渡しする接続装置12を備える。接続装置12は、フロントエンドモジュール10の処理ユニット20と接続する領域にそれぞれ配置されている。
【0017】
フロントエンドモジュール10は、搬送容器100の内部に格納した半導体基板の処理を行う処理ユニット20が接続する接続装置12に搬送容器100が接近するように、上面101で搬送容器100を移動させる。例えば、図3に矢印で示すように一定の順路で、上面101で搬送容器100が移動する。図3では搬送容器100がジグザグに移動する例を示したが、搬送容器100の移動方法は任意に設定可能である。搬送容器100が上面101に設定された複数のロードポート11を順に一周することにより、任意のフロントエンドモジュール10に半導体基板をスムーズに移動させることができる。
【0018】
フロントエンドモジュール10の接続装置12に搬送された搬送容器100から、半導体基板が処理ユニット20に搬送される。その後、処理ユニット20の所定の処理チャンバCHにおいて、半導体基板が処理される。例えば、フォトリソグラフィ工程や成膜工程が処理チャンバCHで行われる。処理チャンバCHでの処理が終了した半導体基板は、処理ユニット20から接続装置12に配置された搬送容器100に戻される。
【0019】
フロントエンドモジュール10と処理ユニット20との間の半導体基板の搬送は、例えば図4に示すように移送機構110および搬送装置210によって行ってもよい。図4に示した搬送方法の例では、接続装置12に搬送された搬送容器100から、フロントエンドモジュール10の移送機構110によって半導体基板300が取り出され、処理ユニット20の基板配置領域201に移送される。処理ユニット20は、搬送装置210によって、半導体基板300を基板配置領域201から所定の処理チャンバCHの内部に搬送する。処理チャンバCHでの処理が終了した半導体基板300は、搬送装置210と移送機構110により搬送容器100に搬送される。
【0020】
図4に示した例では、処理チャンバCHの配列方向に沿って移送機構110および搬送装置210がそれぞれ2つ配置されている。例えば、1組の移送機構110と搬送装置210により、処理ユニット20の2列に配置された処理チャンバCHのうちの一方の列の処理チャンバCHに対する半導体基板の搬送を行ってもよい。
【0021】
搬送装置210は、例えばロボットアームであってもよい。図5に、搬送装置210と移送機構110に使用できるロボットアーム400の例を示す。ロボットアーム400は、固定部401と、固定部401に接続し関節部402で自在に折り曲がるアーム403と、アーム403の端部に接続し半導体基板300を搭載する戴置部404を備える。半導体基板300は、例えば戴置部404の表面に配置された支持部305で支持される。
【0022】
図6に、比較例の半導体製造装置の構成を示す。比較例の半導体製造装置では、フロントエンドモジュール10の一方の側面に処理ユニット20が接続し、他方の側面にロードポート11が配置されている。比較例の半導体製造装置では、フロントエンドモジュール10の側面の長さによりロードポート11の個数が制限される。このため、処理ユニット20の処理チャンバCHの個数を増やした場合に、処理チャンバCHの個数に対してロードポート11の個数が不足する。一方、処理チャンバCHの個数に対応させてロードポート11を配置すると、フロントエンドモジュール10の設置面積が増大してしまう。
【0023】
これに対し、図1に示した半導体製造装置1では、フロントエンドモジュール10の上面101に多数のロードポート11が配置されている。このため、半導体製造装置1によれば、処理ユニット20の処理チャンバCHの個数を増やしても、処理ユニット20の個数に対してロードポート11の個数が不足することを防止できる。
【0024】
処理ユニット20に含まれる処理チャンバCHの種類は任意に選択可能である。例えば、同一の処理を行う処理チャンバCHの数を増やすほど、同時に処理する半導体基板の枚数を多くすることができる。これにより、半導体製造装置1での処理効率が向上する。或いは、互いに異なる処理を行う複数の処理チャンバCHによって構成した1つの処理ユニット20によって、一連の製造工程を実行してもよい。
【0025】
また、図7に示すように、複数の処理ユニット20がフロントエンドモジュール10に接続された構成を単位ユニット500とし、処理ユニット20の1つを共有して相互に接続された複数の単位ユニット500によって半導体製造装置1を構成してもよい。図7に示す半導体製造装置1では、Y方向に延伸する処理ユニット20には2つのフロントエンドモジュール10が接続されている。
【0026】
例えば、図6に示した比較例の半導体製造装置では、1つの処理ユニット20が接続するフロントエンドモジュール10は1つである。このため、フロントエンドモジュール10の故障又はメンテナンスなどのためにフロントエンドモジュール10と処理ユニット20との間で半導体基板を搬送できなくなった場合、処理ユニット20のすべての処理チャンバCHで半導体基板の処理ができない。
【0027】
これに対し、図7に示した半導体製造装置1では、2つのフロントエンドモジュール10が接続された処理ユニット20では、一方のフロントエンドモジュール10が使用できない場合に、他方のフロントエンドモジュール10を使用できる。このため、処理ユニット20に含まれるすべての処理チャンバCHで半導体基板の処理を実行することができる。
【0028】
2つのフロントエンドモジュール10が接続された処理ユニット20は、例えば図8に示すように、移送機構110と搬送装置210が2個ずつの搬送セットを2つ含んでもよい。1つの搬送セットは、処理ユニット20と一方のフロントエンドモジュール10との間で半導体基板300の搬送を行う。他の1つの搬送セットにより、処理ユニット20と他方のフロントエンドモジュール10との間で半導体基板300の搬送を行う。
【0029】
2つのフロントエンドモジュール10が接続された処理ユニット20では、処理チャンバCHに近い側のフロントエンドモジュール10から半導体基板を搬送することができる。このため、半導体基板を搬送する距離が短くなる。その結果、搬送時間の短縮が可能であり、また、搬送中に搬送装置210における半導体基板の位置ずれの発生を抑制することができる。
【0030】
なお、図9に示すように、半導体製造装置1の単位ユニットが、他の単位ユニットと共有されない処理ユニット20とのみ接続するフロントエンドモジュール10を含んでもよい。図9に示す半導体製造装置1によれば、半導体製造装置1のすべての処理ユニット20が2つのフロントエンドモジュール10と接続する。これにより、いずれの処理ユニット20においても、接続する一方のフロントエンドモジュール10が使用できない場合にも、接続する他方のフロントエンドモジュール10によって半導体基板の搬送が可能である。
【0031】
図10に示すように、半導体製造装置1が、複数の単位ユニットを接続したユニット群600を複数含む場合に、隣接するユニット群600の処理ユニット20が交互に並ぶようにユニット群600を配置してもよい。処理ユニット20が互い違いになるようにユニット群600を近接して配置することにより、半導体製造装置1の設置面積を小さくすることができる。
【0032】
上記のように、複数の単位ユニット500によって構成された半導体製造装置1によれば、フロントエンドモジュール10の1つが動作しない場合にも、半導体基板の処理を続行することができる。以下に、図11に示した半導体製造装置1を例にして、図12を参照して複数の単位ユニット500によって構成された半導体製造装置1の制御方法の例を説明する。
【0033】
図11に示した半導体製造装置1は、ユニット群600、センサ700、コントローラ800を含む。ユニット群600は、第1の単位ユニット501、第2の単位ユニット502および第3の単位ユニット503を含む。第1の単位ユニット501は、フロントエンドモジュール10A、およびフロントエンドモジュール10Aに接続する処理ユニット20A、20B、20C、20Dを含む。第2の単位ユニット502は、フロントエンドモジュール10B、およびフロントエンドモジュール10Bに接続する処理ユニット20E、20F、20G、20Bを含む。第1の単位ユニット501と第2の単位ユニット502は、処理ユニット20Bを共有して接続している。第3の単位ユニット503は、フロントエンドモジュール10C、およびフロントエンドモジュール10Cに接続する処理ユニット20H、20I、20J、20Fを含む。第2の単位ユニット502と第3の単位ユニット503は、処理ユニット20Fを共有して接続している。
【0034】
センサ700は、ユニット群600に含まれるフロントエンドモジュール10の動作を監視する。コントローラ800は、ユニット群600の動作を制御する。
【0035】
まず、図12のステップS10において、図11に示した半導体製造装置1による半導体基板の処理が開始される。そして、ステップS20において、半導体基板300の処理を実行中、センサ700がユニット群600に含まれるフロントエンドモジュール10の動作を監視する。例えば図11に示すように、ユニット群600は、フロントエンドモジュール10の動作の情報を動作情報信号ASによってセンサ700に通知する。
【0036】
ステップS30において、センサ700がフロントエンドモジュール10の動作の異常を検出しない場合には、処理はステップS20に戻る。一方、センサ700がフロントエンドモジュール10の動作の異常を検出した場合には、センサ700は、動作の異常が検出されたフロントエンドモジュール10(以下、「異常フロントエンドモジュール」と称する。)の情報を異常検出信号BSによってコントローラ800に通知する。その後、処理はステップS40に進む。
【0037】
ステップS40において、コントローラ800は、制御信号CSをユニット群600に送信し、異常フロントエンドモジュールに接続する処理ユニット20の半導体基板の搬送を、他のフロントエンドモジュール10に代行させる。これにより、異常フロントエンドモジュールに接続する処理ユニット20と搬送容器100との間の半導体基板の搬送が行われる。したがって、異常フロントエンドモジュールが動作しない間も、半導体基板の処理を続行させることができる。
【0038】
例えば、図11に示した半導体製造装置1において、第1の単位ユニット501のフロントエンドモジュール10が故障したとする。この場合、コントローラ800は、第1の単位ユニット501と処理ユニット20Bを共有する第2の単位ユニット502に対して、処理ユニット20Bと搬送容器100との間で半導体基板を搬送させるようにユニット群600を制御する。これにより、第2の単位ユニット502のフロントエンドモジュール10により、処理ユニット20Bと搬送容器100との間で半導体基板が搬送される。したがって、処理ユニット20Bでの処理を続行することができる。
【0039】
その後、ステップS50において、半導体基板の処理が完了したか否かが判断される。半導体基板の処理が完了していない場合には、処理はステップS20に戻る。半導体基板の処理が完了している場合に、半導体製造装置1での処理を終了する。
【0040】
上記のように、処理ユニット20に2つのフロントエンドモジュール10が接続していることにより、一方のフロントエンドモジュール10が故障しても他方のフロントエンドモジュール10により半導体基板の搬送が可能である。すなわち、センサ700が処理ユニット20に接続する一方のフロントエンドモジュール10の動作の異常を検出したときは、コントローラ800が他方のフロントエンドモジュール10を用いて半導体基板の処理を行うようにユニット群600を制御する。このため、半導体製造装置1による半導体基板の処理の効率を上げることができる。
【0041】
また、図9を参照して説明した処理ユニット20のすべてが2つのフロントエンドモジュール10と接続する半導体製造装置1によれば、フロントエンドモジュール10のいずれが故障した場合にも、すべての処理ユニット20での処理を続行することができる。
【0042】
以上に説明したように、実施形態に係る半導体製造装置1では、フロントエンドモジュール10の上面101にロードポート11を配置し、平面視においてフロントエンドモジュール10の周囲に複数の処理ユニット20が配置されている。このため、半導体製造装置1によれば、処理ユニット20の処理チャンバCHの個数を増やしても、処理チャンバCHの個数に対してロードポート11の個数が不足することを防止できる。したがって、処理ユニット20の処理チャンバCHの数を増加させることができる。更に、複数の単位ユニット500によって構成された半導体製造装置1によれば、フロントエンドモジュール10が故障した場合などの処理効率の低下を抑制することができる。
【0043】
(その他の実施形態)
上記では1つのフロントエンドモジュール10に接続する処理ユニット20の個数が4個の場合を例示的に説明したが、フロントエンドモジュール10に接続する処理ユニット20の個数は4個に限られない。例えば、フロントエンドモジュール10に接続する処理ユニット20の個数が2個又は3個でもよい。また、上記では、フロントエンドモジュール10の平面視の形状が矩形状である場合について説明したが、フロントエンドモジュール10の平面視の形状が矩形状形以外の多角形でもよい。例えば、フロントエンドモジュール10の平面視の形状を六角形状にして、六角形状の各辺に処理ユニット20を接続してもよい。言い換えると、1つのフロントエンドモジュール10に6個の処理ユニット20を接続して単位ユニット500を構成してもよい。
【0044】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0045】
1…半導体製造装置
10…フロントエンドモジュール
11…ロードポート
21…第1処理ユニット
22…第2処理ユニット
23…第3処理ユニット
24…第4処理ユニット
100…搬送容器
500…単位ユニット
600…ユニット群
700…センサ
800…コントローラ
CH…処理チャンバ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12