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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-17
(45)【発行日】2024-10-25
(54)【発明の名称】自動バッチ生産の薄膜付着システム及びその使用方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/677 20060101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 A
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021571641
(86)(22)【出願日】2020-02-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-12
(86)【国際出願番号】 US2020018786
(87)【国際公開番号】W WO2020172244
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2023-02-07
(31)【優先権主張番号】62/807,612
(32)【優先日】2019-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504225666
【氏名又は名称】ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ペイシアー、マイケル、ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】サーシェン、マイケル、ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】バータック、アダム、エフ．
(72)【発明者】
【氏名】ルコルディエール、ローラン
(72)【発明者】
【氏名】ブデン、ソーシフ アーマド、カーン ホサコテ
(72)【発明者】
【氏名】ラオ、ラメシュ プラサド、マンシャラドア ナラハリ
【審査官】湯川 洋介
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－３１２７２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２０３４５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１３４８５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５２１２６１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６７７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体処理システムであって、前記半導体処理システムが、真空チャンバ、前記真空チャンバ内に位置するＶＴＭロボット・アーム、及び複数の開口部を有する真空搬送モジュール（ＶＴＭ）と、
予加熱チャンバ、反応器、ロード・ロック、及びロード・ステーションを有する複数の薄膜付着プロセス・モジュールと、
複数の半導体ウエハを保持するように構成される少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックと
を備え、
前記予加熱チャンバ、前記反応器、及び前記ロード・ロックの各々が、前記複数の開口部のうちのそれぞれの対応する開口部に結合され、前記ロード・ステーションが前記ロード・ロックに結合され、前記ＶＴＭロボット・アームが、前記搬送可能なウエハ・ラックの上に装填される複数のウエハの自動バッチ処理のために、前記ロード・ロックと、前記予加熱チャンバと、前記反応器との間で前記搬送可能なウエハ・ラックを自動で選択的に搬送するように構成され、
前記ロード・ロックが、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを支持するように設計及び構成されるターンテーブルを有し、前記ロード・ロックが前記ターンテーブルの回転位置を制御するための回転駆動システムを有し、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが、前記搬送可能なウエハ・ラックの上にウエハを装填するための第１の回転位置と、前記ＶＴＭロボット・アームにより前記搬送可能なウエハ・ラックを前記ロード・ロックから前記真空チャンバまで搬送することを目的として前記搬送可能なウエハ・ラックを前記ＶＴＭロボット・アームに結合するための第２の回転位置との間にある、半導体処理システム。
【請求項2】
前記ロード・ステーションが、前記ロード・ロックの中に前記搬送可能なウエハ・ラックが配置されるとき、ウエハ・カセットから、前記搬送可能なウエハ・ラックまで、ウエハを搬送するように構成されるロード・ステーション・ロボット・アームを有する、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項3】
前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが、第１のウエハ・サイズを保持するように構成される第１の搬送可能なウエハ・ラック、及び第２のウエハ・サイズを保持するように構成される第２の搬送可能なウエハ・ラックを有する、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項4】
前記第１及び第２の搬送可能なウエハ・ラックの各々が、前記ＶＴＭロボット・アームに結合されるように構成されるユニバーサル・インターフェースを有するベースを有する、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項5】
前記ＶＴＭロボット・アームが、前記第１の搬送可能なウエハ・ラック及び前記第２の搬送可能なウエハ・ラックの両方に結合されてそれらを搬送するように構成されるユニバーサルのエンド・エフェクタを有する、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項6】
前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが、複数のウエハを各々装填される複数の搬送可能なウエハ・ラックを有し、前記半導体処理システムが、前記複数の薄膜付着プロセス・モジュールのうちの対応するそれぞれの１つの薄膜付着プロセス・モジュールの中に前記複数の搬送可能なウエハ・ラックの各々を同時に配置することにより、前記複数の搬送可能なウエハ・ラックを並行して処理するように構成される、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項7】
前記ＶＴＭロボット・アームが、薄膜付着の製造プロセスに従って前記複数の薄膜付着プロセス・モジュールの中まで及びその外へ前記複数の搬送可能なウエハ・ラックを連続的に搬送するように構成される、請求項６に記載の半導体処理システム。
【請求項8】
前記半導体処理システムが、前記複数の搬送可能なウエハ・ラックのうちのそれぞれの対応する搬送可能なウエハ・ラック上でのウエハ処理プロセスの、予熱フェーズ、薄膜付着フェーズ、及び冷却フェーズを別個に且つ同時に実施することによりウエハ処理のスループットを向上させるように構成される、請求項６に記載の半導体処理システム。
【請求項9】
真空搬送モジュール（ＶＴＭ）、前記ＶＴＭ内に位置するＶＴＭロボット、ロード・ロック、予加熱チャンバ、薄膜付着反応器、及び少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを有する薄膜付着システムを用いて、薄膜付着プロセスを実施する方法であって、前記方法が、前記ＶＴＭロボットを用いて、前記ロード・ロックから、前記ＶＴＭを通して、前記予加熱チャンバまで、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックの第１の搬送を行うステップであって、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックに複数のウエハが装填されている、第１の搬送を行うステップと、
前記予加熱チャンバの中で前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び前記複数のウエハを加熱する加熱ステップと、
前記ＶＴＭロボットを用いて、前記予加熱チャンバから、前記ＶＴＭを通して、前記薄膜付着反応器まで、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び前記複数のウエハの第２の搬送を行うステップと、
前記薄膜付着反応器の中で前記複数のウエハに対して薄膜付着プロセスを実施するステップと、
前記ＶＴＭロボットを用いて、前記薄膜付着反応器から、前記ＶＴＭを通して、前記ロード・ロックまで、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び前記複数のウエハの第３の搬送を行うステップと、
前記ロード・ロックの中で前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び前記複数のウエハに対して制御下の冷却プロセスを実施するステップと
を含み、
前記薄膜付着システムがロード・ステーションをさらに有し、前記ロード・ステーションがロード・ポート及びロード・ステーション・ロボット・アームを有し、
前記方法が、
前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが前記ロード・ロックの中に位置するとき、前記ロード・ステーション・ロボット・アームを用いて、前記ロード・ポート内に位置するウエハ・カセットと前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックとの間で前記複数のウエハを連続的に搬送するステップ
をさらに含み、
前記ロード・ロックが前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを支持するように構成されるターンテーブルを有し、
前記方法が、
前記連続的な搬送ステップのために、前記ターンテーブル及び前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを第１の回転位置に配置するステップと、
前記第１の搬送を行うステップ及び前記第３の搬送を行うステップのために、前記ターンテーブル及び前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを第２の回転位置に配置するステップと
をさらに含む、方法。
【請求項10】
前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが複数の搬送可能なウエハ・ラックを有し、前記複数の搬送可能なウエハ・ラックの各々に対応する複数のウエハが装填され、前記方法が、第１の複数のウエハを装填される前記複数の搬送可能なウエハ・ラックのうちの第１の搬送可能なウエハ・ラックに対しての前記加熱ステップ、第２の複数のウエハを装填される前記複数の搬送可能なウエハ・ラックのうちの第２の搬送可能なウエハ・ラックに対しての前記薄膜付着プロセス、及び第３の複数のウエハを装填される前記複数の搬送可能なウエハ・ラックのうちの第３の搬送可能なウエハ・ラックに対しての前記制御下での冷却プロセス、を並行して実施するステップ
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第１、前記第２、及び前記第３の複数のウエハのうちの少なくとも１つが、前記第１、前記第２、及び前記第３の複数のウエハのうちの別の１つとは異なるサイズを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
半導体処理システムであって、真空チャンバ、前記真空チャンバ内に位置するＶＴＭロボット・アーム、および複数の開口部を有する真空搬送モジュール（ＶＴＭ）と、
反応器およびロード・ロックを有する複数の薄膜付着プロセス・モジュールと、
複数の半導体ウエハを保持するように構成された少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックと
を備え、
前記反応器と前記ロード・ロックの各々は、前記複数の開口部のうちの対応する開口部にそれぞれ結合され、
前記ＶＴＭロボット・アームは、前記搬送可能なウエハ・ラックに装填された複数のウエハの自動バッチ処理を行うために、自動で選択的に前記搬送可能なウエハ・ラックを前記ロード・ロックと前記複数の薄膜付着プロセス・モジュールの１つ又は複数との間に搬送するように構成されており、
前記ロード・ロックが、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを支持するように設計及び構成されたターンテーブルを有し、前記ロード・ロックが前記ターンテーブルの回転位置を制御するための回転駆動システムを有し、前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが、前記搬送可能なウエハ・ラック上にウエハを装填するための第１の回転位置と、前記ＶＴＭロボット・アームにより前記搬送可能なウエハ・ラックを前記ロード・ロックから前記真空チャンバまで搬送することを目的として前記搬送可能なウエハ・ラックを前記ＶＴＭロボット・アームに結合するための第２の回転位置との間にある、半導体処理システム。
【請求項13】
前記複数の薄膜付着プロセス・モジュールは、前記ロード・ロックに結合されたロード・ステーションを備え、該ロード・ステーションは、前記搬送可能なウエハ・ラックが前記ロード・ロックに配置されたときに、ウエハをウエハ・カセットから前記搬送可能なウエハ・ラックに搬送するように構成されたロード・ステーション・ロボット・アームを有する、請求項１２に記載の半導体処理システム。
【請求項14】
前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが、第１のウエハ・サイズを保持するように構成される第１の搬送可能なウエハ・ラック、及び第２のウエハ・サイズを保持するように構成される第２の搬送可能なウエハ・ラックを有する、請求項１２に記載の半導体処理システム。
【請求項15】
前記第１及び第２の搬送可能なウエハ・ラックの各々が、前記ＶＴＭロボット・アームに結合されるように構成されるユニバーサル・インターフェースを有するベースを有する、請求項１４に記載の半導体処理システム。
【請求項16】
前記ＶＴＭロボット・アームが、前記第１の搬送可能なウエハ・ラック及び前記第２の搬送可能なウエハ・ラックの両方に結合されてそれらを搬送するように構成されるユニバーサルのエンド・エフェクタを有する、請求項１４に記載の半導体処理システム。
【請求項17】
前記少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックが、複数のウエハを各々装填される複数の搬送可能なウエハ・ラックを有し、前記半導体処理システムが、前記複数の薄膜付着プロセス・モジュールのうちの対応するそれぞれの１つの薄膜付着プロセス・モジュールの中に前記複数の搬送可能なウエハ・ラックの各々を同時に配置することにより、前記複数の搬送可能なウエハ・ラックを並行して処理するように構成される、請求項１２に記載の半導体処理システム。
【請求項18】
前記ＶＴＭロボット・アームが、薄膜付着の製造プロセスに従って前記複数の薄膜付着プロセス・モジュールの中まで及びその外へ前記複数の搬送可能なウエハ・ラックを連続的に搬送するように構成される、請求項１７に記載の半導体処理システム。
【請求項19】
前記半導体処理システムが、前記複数の搬送可能なウエハ・ラックのうちのそれぞれの対応する搬送可能なウエハ・ラック上でのウエハ処理プロセスの、予熱フェーズ、薄膜付着フェーズ、及び冷却フェーズを別個に且つ同時に実施することによりウエハ処理のスループットを向上させるように構成される、請求項１７に記載の半導体処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広く言えば、薄膜付着システムの分野に関するものである。詳細には、本発明は、自動バッチ生産の薄膜付着システム及び当該自動バッチ生産の薄膜付着システムを使用する方法を対象とする。
【背景技術】
【0002】
薄膜付着プロセスは、絶縁性薄膜層、誘電性薄膜層、及び導電性薄膜層を、半導体サブスレート、半導体回路デバイス、などの、種々のサブストレート及び構成要素に、並びに、光学デバイス及び電気光学デバイスで使用される、透明ガラス、半透明ガラス、及び他のサブストレートに、加えるのに利用される。原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの化学蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスでは、ウエハがしばしば個別に位置合わせされてウエハ・キャリアの中に装填され、ウエア・キャリアが次いでＣＶＤ反応器の反応チャンバの中に慎重に配置される。化学反応が完了すると、高温のウエア・キャリア及びウエハが反応チャンバから慎重に取り外されなければならない。いくつかのシステムでは、薄膜付着プロセスが完了すると、高温の脆いウエハが個別に反応器から取り外される。このような個別の取り扱いにより、ウエハが割れてＣＶＤシステムのスループットが制限される可能性が増す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第９，１７５，３８８号明細書
【文献】米国特許第９，３２８，４１７号明細書
【文献】米国特許第９，７７７，３７１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実装形態では、本開示が、サブストレートのバッチ処理のために構成される自動の薄膜付着システムのための真空搬送モジュール（ＶＴＭ：ｖａｃｕｕｍ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）を対象とする。ＶＴＭが、薄膜付着プロセス・モジュールに結合されるように構成される複数の開口部を有する真空チャンバ、及びチャンバ内に位置するロボット・アームであって、ロボット・アームが搬送可能なサブストレート・ラックに結合されるように構成されるエンド・エフェクタを有し、搬送可能なサブストレート・ラックが複数のサブストレートを保持するように構成される、ロボット・アーム、を有し、ロボット・アームが、開口部のうちの１つ又は複数の開口部を通して搬送可能なサブストレート・ラックを選択的に移動させて、搬送可能なサブストレート・ラック上に装填される複数のサブストレートを処理するために搬送可能なサブストレート・ラックを薄膜付着プロセス・モジュールのうちの対応する１つの薄膜付着プロセス・モジュールの中に置くように、構成される。
【0005】
別の実装形態では、本開示が半導体処理システムを対象とする。システムが、真空チャンバ、真空チャンバ内に位置するロボット・アーム、及び複数の開口部を有する真空搬送モジュール（ＶＴＭ）と、予加熱チャンバ、反応器、ロード・ロック、及びロード・ステーションを有する複数の薄膜付着プロセス・モジュールと、複数の半導体ウエハを保持するように構成される少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックと、を有し、予加熱チャンバ、反応器、及びロード・ロックの各々が、複数の開口部のうちのそれぞれの対応する開口部に結合され、ロード・ステーションがロード・ロックに結合され、ロボット・アームが、搬送可能なウエハ・ラックの上に装填される複数のウエハの自動バッチ処理のために、ロード・ロックと、予加熱チャンバと、反応器との間で搬送可能なウエハ・ラックを自動で選択的に搬送するように構成される。
【0006】
別の実装形態では、本開示が、真空搬送モジュール（ＶＴＭ）、ＶＴＭ内に位置するＶＴＭロボット、ロード・ロック、予加熱チャンバ、薄膜付着反応器（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ）、及び少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを有する薄膜付着システムを用いて、薄膜付着プロセスを実施する方法を対象とする。本方法が、ＶＴＭロボットを用いて、ロード・ロックから、ＶＴＭを通して、予加熱チャンバまで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックの第１の搬送を行うことであって、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックに複数のウエハが装填されている、第１の搬送を行うことと、予加熱チャンバの中で少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハを加熱することと、ＶＴＭロボットを用いて、予加熱チャンバから、ＶＴＭを通して、反応器まで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハの第２の搬送を行うことと、反応器の中で複数のウエハに対して薄膜付着プロセスを実施することと、ＶＴＭロボットを用いて、反応器から、ＶＴＭを通して、ロード・ロックまで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハの第３の搬送を行うことと、ロード・ロックの中で少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハに対して制御下の冷却プロセスを実施することと、を含む。
【0007】
別の実装形態では、本開示が、薄膜付着システムを制御するための制御システムを対象とし、薄膜付着システムが、真空搬送モジュール（ＶＴＭ）、ＶＴＭ内に位置するＶＴＭロボット、ロード・ロック、予加熱チャンバ、薄膜付着反応器、及び少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを有する。制御システムが、プロセッサと、ＶＴＭロボットを用いて、ロード・ロックから、ＶＴＭを通して、予加熱チャンバまで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックの第１の搬送を行うことであって、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックに複数のウエハが装填されている、第１の搬送を行うこと、予加熱チャンバの中で少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハを加熱すること、ＶＴＭロボットを用いて、予加熱チャンバから、ＶＴＭを通して、反応器まで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハの第２の搬送を行うこと、反応器の中で複数のウエハに対して薄膜付着プロセスを実施すること、ＶＴＭロボットを用いて、反応器から、ＶＴＭを通して、ロード・ロックまで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハの第３の搬送を行うこと、並びに、ロード・ロックの中で少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハに対して制御下の冷却プロセスを実施すること、を含むオペレーションを実施するためにプロセッサにより薄膜付着システムを制御するための機械可読命令を含むメモリとを有する。
【0008】
別の実装形態では、本開示が、真空搬送モジュール（ＶＴＭ）、ＶＴＭ内に位置するＶＴＭロボット、ロード・ロック、予加熱チャンバ、薄膜付着反応器、及び少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを有する薄膜付着システムのプロセッサにより、ＶＴＭロボットを用いて、ロード・ロックから、ＶＴＭを通して、予加熱チャンバまで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックの第１の搬送を行うことであって、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックに複数のウエハが装填されている、第１の搬送を行うこと、予加熱チャンバの中で少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハを加熱すること、ＶＴＭロボットを用いて、予加熱チャンバから、ＶＴＭを通して、反応器まで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハの第２の搬送を行うこと、反応器の中で複数のウエハに対して薄膜付着プロセスを実施すること、ＶＴＭロボットを用いて、反応器から、ＶＴＭを通して、ロード・ロックまで、少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハの第３の搬送を行うこと、並びに、ロード・ロックの中で少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラック及び複数のウエハに対して制御下の冷却プロセスを実施すること、を含むオペレーションを実施するように構成される機械可読命令を含む非一時的な機械可読記憶媒体を対象とする。
【0009】
別の実装形態では、本開示が搬送可能なウエハ・ラックを対象とする。搬送可能なウエハ・ラックが、ベース・プレート、トップ・プレート、及びベース・プレートとトップ・プレートとの間に配置される複数のカラムであって、複数のカラムの各々が、ベース・プレートとトップ・プレートとの間に摺動可能に配置される複数のウエハを支持するための複数の凹部を有する、ベース・プレート、トップ・プレート、及び複数のカラムと、ベース・プレート上に配置されるインターフェースであって、インターフェースが、搬送可能なウエハ・ラック及び搬送可能なウエハ・ラックの上に配置される複数のウエハを、ウエハの処理のために複数の薄膜付着プロセス・モジュールの間で搬送するために、ロボット・アームのエンド・エフェクタに結合されるように構成及び寸法決定される、インターフェースと、を有する。
【0010】
本発明を説明するために、図面が本発明の１つ又は複数の実施例の態様を示す。しかし、本発明が、図面に示される正確な構成及び手段のみに限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】本開示のモジュール式の薄膜付着システムの一実例を示す上面図である。
【図1B】図１Ａのシステムの真空搬送モジュール（ＶＴＭ）及びロード・ロックを示す上面図であり、ここでは、ＶＴＭ内にあるロボット・アーム及びロード・ロック内にあるターンテーブルを含めて、これらの構成要素の内部チャンバを示すために頂部が取り外されている。
【図2A】空である、つまりウエハを装填されていない単一カラムの搬送可能なウエハ・ラックを示す上面斜視図である。
【図3A】複数のウエハを装填されている二重カラムの搬送可能なウエハ・ラックを示す上面斜視図である。
【図4】ロード・ステーションの内部の一部分を示す図である。
【図5】二重カラムの搬送可能なウエハ・ラックを備えるロード・ロックを示す図である。
【図9】２つの搬送可能なウエハ・ラックを支持するように構成されるターンテーブルを備えるロード・ロックを示す図である。
【図10】ＶＴＭの内部チャンバの一実例を示す図である。
【図11】ＶＴＭロボット・エンド・エフェクタを示す斜視図である。
【図12】モジュール式の薄膜付着システムを使用して自動バッチ生産の薄膜付着プロセスを実施する一実例の方法を示す図である。
【図13】モジュール式の薄膜付着システムを使用して自動バッチ生産の薄膜付着プロセスを実施する別の実例の方法を示す図である。
【図14】本開示のモジュール式の薄膜付着システムと共に使用されるための計算システムのコンポーネントの機能ブロック図を示す図である。
【図15】本開示のモジュール式の薄膜付着システムを使用する４つの搬送可能なウエハ・ラックの並行処理を概念的に示す時系列である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示の態様が、ウエハ当たりのコストを下げながら、高スループットと組み合わされる均一性をもたらすように構成される完全自動バッチ生産の薄膜付着システムを有する。本明細書で開示される実例の実施例は半導体ウエハ及び搬送可能なウエハ・ラックを参照するが、本開示のシステムは半導体ウエハ以外のサブストレートに対して薄膜処理を適用するのにも使用され得る。いくつかの実例では、システムが、低衝撃のバッチ式の搬送を介して自動で安全なウエハの取り扱いを含む。いくつかの実例では、本開示のシステムが、特定の仕様に概して合うように適合される柔軟性のある熱管理の解決策を可能にするモジュール式の予加熱・冷却のデザインを有する。いくつかの実例では、本開示の自動バッチの薄膜付着システムが、大容量の反応器、低い消耗品・維持コスト、及びコンパクトなフットプリントを組み込む。
【0013】
本開示の態様が、例えば最大３００ｍｍのウエハまでの、シームレスなウエハ・サイズの移行を可能にする、高いロバスト性及び柔軟性を有する反応器デザインをさらに有する。いくつかの実例では、システムが、例えば、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、及び／又は３００ｍｍなどの、特定のウエハ・サイズにおいて最適なスループットを達成するように容易に構成され得る。いくつかの実例では、システムが、例えば１００ｍｍ及び１５０ｍｍなどの、例えば２つ以上である、複数の異なるウエハ・サイズを並行して処理するのを可能にする。このような並行的であるサイズに関する能力により、プロセスの開発及び生産のスケーリングが容易になる。本開示の態様が、プロセス・フローのボトルネックを最小にして優れた処理の柔軟性を提供するように効果的に適合され得る構成性に関する利点を提供するモジュール式のアーキテクチャをさらに含む。
【0014】
本開示の態様が、小規模バッチの生産前の評価から、拡大した生産にわたって、ウエハごとのコストを低減することをさらに含む。一実例では、本開示のシステムが例えば、生産性、優れた膜性能、及び低い運転コストを組み合わせて、最大月４０，０００ウエハのスループットを実現することができる（１００ｎｍの厚さのＡｌ２Ｏ３ウエハのための及びバッチごとに１００個のウエハのための、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを想定する）。
【0015】
いくつかの実例では、本開示のシステムが、封入層及びバリア層、並びに光学コーティングを含めた、酸化フィルムのために最適化され得る。態様がさらに、高いスループット、自動化、並びに脆い及び／又は温度感受性のサブストレート（例えば、ＬＮＯ、ＬＴＯ、ガラス、ＩＩＩ－Ｖ）のための安全なウエハの取り扱い、さらには、プロセスの柔軟性及びスループットを最適化するためのモジュール式の熱管理を含むことができる。
【0016】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、モジュール式の薄膜付着システム１００の一実例が本開示の実施例に従って描かれている。システム１００が、例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）から６６６６１Ｐａ（５００Ｔｏｒｒ）の範囲内の真空圧力などの、大気圧を基準とした真空圧力で維持されるように設計される内部チャンバ１００２を画定する外側構造１０４を有する中央真空搬送モジュール（ＶＴＭ）１０２を有する。示される実例では、ＶＴＭ１０２が、システムの対応するモジュールに動作可能に結合されるように構成される開口部１００８（図１Ｂでは３つの開口部に符号が付される）を各々有する５つの側面を画定する五角形形状のフットプリントを有する。示される実例では、ＶＴＭ１０２が、原子層体積（ＡＬＤ）反応器などの、従来技術で既知の多様な薄膜付着反応器のうちの任意の薄膜付着反応器であってよい薄膜付着反応器１０６に結合される。一実例では、反応器１０６が、参照によりその内容の全体が本明細書に組み込まれている、「Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ ｗｉｔｈ ｒｅｍｏｖａｂｌｅ ｌｉｎｅｒ」と題される米国特許第９，１７５，３８８号、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」と題される米国特許第９，３２８，４１７号、及び、「ＡＬＤ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ」と題される米国特許第９，７７７，３７１号で説明されるような１つ又は複数の特徴を有するＡＬＤ反応器であってよい。一実例では、反応器１０６が、Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．によって製造されるＰｈｏｅｎｉｘ（商標）ＡＬＤ反応器であってよい。反応器１０６が、ウエハ・ラック２００及び３００（図２及び３）などの１つ又は複数の搬送可能なウエハ・ラックを受けるように構成及び寸法決定される反応器チャンバを有することができる。
【0017】
ＶＴＭ１０２がさらに、反応器１０６内でウエハを処理する前に、ウエハの少なくとも１つ又は複数のカラムを装填されている搬送可能なウエハ・ラックを予加熱するための第１の予加熱チャンバ１０８ａ及び第２の予加熱チャンバ１０８ｂに結合される。システム１００が第１のロード・ロック１１２ａ及び第２のロード・ロック１１２ｂをさらに有し、第１のロード・ロック１１２ａ及び第２のロード・ロック１１２ｂの各々が、ＶＴＭチャンバ内の真空環境と周囲環境との間でウエハ・ラックを搬送するためにＶＴＭ１０２に動作可能に結合される。システム１００が、ロード・ステーションのロード・ポート１１８ａ～ｄのうちの１つのロード・ポートの中に位置するウエハ・カセットとロード・ロック１１２の中に位置する搬送可能なウエハ・ラックとの間でウエハを搬送するためのロード・ステーション１１６をさらに有する。システム１００が、システム１００を制御するためのユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース１２０をさらに有する。ＶＴＭ１０２が、システム１００の種々のモジュールの間でウエハのラックを自動で搬送するための少なくとも１つのロボット１００４（図１Ｂ及び１０を参照）を有することができる。ロード・ステーション１１６が、ロード・ポート１１８の中に位置するウエハ・カセットとロード・ロック１１２の中に位置するウエハ・ラックとの間で個別のウエハを自動で搬送するための少なくとも１つのロボット（図４を参照）をさらに有することができる。システム１００が、システムの種々のモジュール内の環境を制御するための制御システムによって制御される一連のドア及び弁をさらに有する。示される実施例では、振り子ゲート弁（ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｇａｔｅ ｖａｌｖｅ）１２２ａ、１２２ｂがロード・ロック１２２とＶＴＭ１０２との間に位置し、大気ドア１２４ａ、１２４ｂが各々のロード・ロックとロード・ステーション１１６との間に位置する。一実例では、ゲート弁１２２がＩＳＯ５００の振り子ゲート弁であり、ＶＴＭロボット・アーム１００４（図１０）により、ロード・ロック１１２の中に位置するウエハ・ラックにアクセスするのを可能にするのに、及び対応するゲート弁１２２の中にある開口部を通してＶＴＭ１０２の中までウエハ・ラック及びウエハを搬送するのを可能にするのに、十分である５００ｍｍの直径の開口部を画定する。システム１００が、各々の予加熱チャンバ１０８をＶＴＭチャンバから分離するための大型フォーマットの加熱されるゲート弁１２６ａ及び１２６ｂをさらに有する。一実例では、加熱されるゲート弁１２６が、ＶＴＭロボット・アーム１００４によりＶＴＭチャンバと予加熱チャンバとの間でウエハ・ラックを搬送するのを可能にするのに十分である約４５０ｍｍ×２６０ｍｍであるサイズを有する開口部を画定する。加熱されるゲート弁１２６が、加熱中に予加熱チャンバの内部とほぼ同じ温度でドアの予加熱チャンバ側の温度を維持するために弁のドアを加熱するための加熱要素を有する。図１ＢがＶＴＭ１０２及びロード・ロック１１２の上面図であり、ここでは、ＶＴＭ内にあるロボット・アーム１００４及びロード・ロック内にあるターンテーブル５０６を含めて、これらの構成要素の内部チャンバを示すためにこれらの構成要素の頂部が取り外されている。
【0018】
システム１００のモジュールの性質が、製造量、サブストレートの種類、付着される薄膜の種類などの、具体的な処理要求に従ってシステム１００を容易に修正するのを可能にする。例えば、予加熱チャンバ１０８のうちの１つの予加熱チャンバが反応器１０６と同じ種類の反応器であってよいか又は異なる種類の反応器であってよい第２の反応器１０６に置き換えられ得るか、或はロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックが予加熱チャンバ１０８若しくは反応器１０６又は他のウエハ処理モジュールに置き換えられ得る。他の実例では、５つを超えるモジュールに結合されるための５つを超える数の開口部を有する代替のＶＴＭが提供され得、例えば、本開示に従って作られるＶＴＭが、開口部を備える対応する数の６つの、７つの、又は８つの側面を備える六角形、七角形、又は八角形などの外形を有することができるか、或はＶＴＭが、任意の数の開口部及び対応するモジュールを備える、細長い長方形形状などを有することができる。
【0019】
システム１００が、システムの全体にわたって搬送される搬送可能なウエハ・ラック（例えば、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、及び３Ｂを参照）の上にウエハのバッチを配置することにより、ウエハのバッチを並行して処理するのに使用され得る。搬送可能なウエハ・ラックの上にウエハを配置することにより、ウエハ・ラックに最初に装填するときの高温ではない室温においてのみウエハを取り扱いながらウエハのバッチを処理することが可能となり、これは特には、例えば、ＬＮＯ、ＬＴＯ、ガラス、及びＩＩＩ－Ｖウエハなどの、非常に脆いウエハのために有益である。システム１００のモジュールの性質が、反応器内で行われる薄膜付着プロセスから、時間を要する予加熱段階及び冷却段階を切り離すことにより効率的な熱管理を可能にする。例えば、図１に示される実例では、反応器１０６内で１つの搬送可能なウエハ・ラックを処理しながら、第２の搬送可能なウエハ・ラックが予加熱チャンバ１０８のうちの１つの予加熱チャンバ内で加熱され得、反応器１０６内で既に処理された第３の搬送可能なウエハ・ラックがロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロック内で冷却され得、このとき、ロード・ロックのうちの他の１つのロード・ロックの中に位置する第４の搬送可能なウエハ・ラックに、処理するためのウエハが装填され得る。システム１００の全体にわたってウエハのラック全体を搬送及び処理することによりさらに、複数のウエハ・サイズを並行して処理することが可能となる。例えば、後で説明されるように、システム１００が、多様なサイズのウエハを担持するように各々構成されるがＶＴＭロボット及びロード・ロックに結合されるためのユニバーサル・インターフェースを各々有する複数の搬送可能なウエハ・ラックを有することができる。システム１００の構成要素の例示の態様が下記で説明される。
【0020】
搬送可能なウエハ・ラック
図２Ａ及び２Ｂが単一カラムのウエハ・ラック２００の一実例を示しており、図３Ａ及び３Ｂが２つのカラムの搬送可能なウエハ・ラック３００の一実例を示している。示される実例では、ラック２００が約２０．３ｃｍ（８インチ）の高さ及び３３．０ｃｍ（１３インチ）の幅を有することができ、約２０個から３０個の２００ｍｍ～３００ｍｍのウエハを保持するように構成及び寸法決定され得る。二重カラムのラック３００が約２０．３ｃｍ（８インチ）の高さ及び３３．０ｃｍ（１３インチ）の幅を有することができ、２０個から３０個の１５０ｍｍのウエハを各々の含む２つのカラムを保持するように構成及び寸法決定され得る。他の実例では、搬送可能なウエハ・ラックが、ウエハの３つの以上のカラムを担持するように構成され得る。ラック２００及びラック３００の各々が、ＶＴＭ１０２の中にあるロボット１００４（図１０を参照）のエンド・エフェクタ１００６及びロード・ロック１１２内のターンテーブル５０６（図５を参照）にインターフェース接続されるように構成される同じユニバーサル・インターフェース２０４を有するベース２０２、３０２を有する。インターフェース２０４が、ＶＴＭロボット１００４のエンド・エフェクタ１００６の中の凹部１１０２（図１１）のサイズ及び形状に対して相補的である外形を有し、それによりエンド・エフェクタと対合するようになる。示される実例では、インターフェース２０４がベース２０２及びベース３０２から隆起しており（ｓｔａｎｄ ｐｒｏｕｄ ｏｆ）、第１の湾曲端部２０６及び第２の湾曲端部２０８並びに第１の平坦側面２１０及び第２の平坦側面２１２を有する。インターフェース２０４が、ロード・ロック・ターンテーブル５０６上の対応するテーパ状の突出部７１４ａ～７１４ｃに位置合わせされるように構成される、相補的な形状を有する複数のテーパ状の凹部２１４ａ～２１４ｃをさらに有する。当業者には認識されるように、ターンテーブル上の対応する突出部との組合せで、多様な凹部個数のうちの任意の凹部個数、多様な凹部パターンのうちの任意の凹部パターン、及び各々の多様な凹部の形状のうちの任意の凹部の形状が使用され得、本出願で示される具体的な構成は見た目及び機能の両方のために選択されるものである。他の実例では、エンド・エフェクタ１００６、ターンテーブル５０６、又はシステム１００の他の構成要素を基準としたラック２００、３００の特定の側方位置及び回転位置を画定するために、或はラックを固定するか又は結合するために、他の対合構造部が使用され得る。例えば、インターフェース２０４がベース２０２、３０２から延在するのではなく窪んでいてよく、対応する形状の突出部を受けるようにサイズ決定され得る。
図２Ａ及び２Ｂが単一カラムのウエハ・ラック２００の一実例を示しており、図３Ａ及び３Ｂが２つのカラムの搬送可能なウエハ・ラック３００の一実例を示している。示される実例では、ラック２００が約２０．３ｃｍ（８インチ）の高さ及び３３．０ｃｍ（１３インチ）の幅を有することができ、約２０個から３０個の２００ｍｍ～３００ｍｍのウエハを保持するように構成及び寸法決定され得る。二重カラムのラック３００が約２０．３ｃｍ（８インチ）の高さ及び３３．０ｃｍ（１３インチ）の幅を有することができ、２０個から３０個の１５０ｍｍのウエハを各々の含む２つのカラムを保持するように構成及び寸法決定され得る。他の実例では、搬送可能なウエハ・ラックが、ウエハの３つの以上のカラムを担持するように構成され得る。ラック２００及びラック３００の各々が、ＶＴＭ１０２の中にあるロボット１００４（図１０を参照）のエンド・エフェクタ１００６及びロード・ロック１１２内のターンテーブル５０６（図５を参照）にインターフェース接続されるように構成される同じユニバーサル・インターフェース２０４を有するベース２０２、３０２を有する。インターフェース２０４が、ＶＴＭロボット１００４のエンド・エフェクタ１００６の中の凹部１１０２（図１１）のサイズ及び形状に対して相補的である外形を有し、それによりエンド・エフェクタと対合するようになる。示される実例では、インターフェース２０４がベース２０２及びベース３０２から隆起しており（ｓｔａｎｄ ｐｒｏｕｄ ｏｆ）、第１の湾曲端部２０６及び第２の湾曲端部２０８並びに第１の平坦側面２１０及び第２の平坦側面２１２を有する。インターフェース２０４が、ロード・ロック・ターンテーブル５０６上の対応するテーパ状の突出部７１４ａ～７１４ｃに位置合わせされるように構成される、相補的な形状を有する複数のテーパ状の凹部２１４ａ～２１４ｃをさらに有する。当業者には認識されるように、ターンテーブル上の対応する突出部との組合せで、多様な凹部個数のうちの任意の凹部個数、多様な凹部パターンのうちの任意の凹部パターン、及び各々の多様な凹部の形状のうちの任意の凹部の形状が使用され得、本出願で示される具体的な構成は見た目及び機能の両方のために選択されるものである。他の実例では、エンド・エフェクタ１００６、ターンテーブル５０６、又はシステム１００の他の構成要素を基準としたラック２００、３００の特定の側方位置及び回転位置を画定するために、或はラックを固定するか又は結合するために、他の対合構造部が使用され得る。例えば、インターフェース２０４がベース２０２、３０２から延在するのではなく窪んでいてよく、対応する形状の突出部を受けるようにサイズ決定され得る。
【0021】
単一カラムの搬送可能なウエハ・ラック２００が、複数のカラム２２４ａ～２２４ｄにより離間される平行な関係で配置されるトップ・プレート２２０及びボトム・プレート２２２を有し、それによりこれらの間で複数のウエハ又は他のサブストレートを受けて支持する。カラム２２４の各々が、ウエハの縁部を受けて支持するようにサイズ決定及び構成される複数の凹部２２６（１つのみ符号を付される）を有し、隣接する凹部の間隔がラック内の隣接するウエハの間の間隔を画定する。示される実例では、ラック２００が４つのカラムを有し、カラム２２４ａ及び２２４ｃが、トップ・プレート２２０の両側の、トップ・プレートのほぼ中間点のところに位置し、ウエハのほぼ中心線のところでウエハを支持する。カラム２２４ｂ及び２２４ｄが、ウエハの一方側を支持して、ラックの反対側からラックに挿入されるウエハのためのバックストップとして機能するために、トップ・プレートの片側に位置する。ボトム・プレート２２２がトップ・プレート２２０より大きい幅を有し、ボトム・プレートの底部表面２２８がＶＴＭロボット１００４のエンド・エフェクタ１００６のための持ち上げ表面として構成され、それによりラックを持ち上げるときにラックに接触してラックを押圧する。比較的幅広のボトム・プレート２２２によりさらに、ラック２００がエンド・エフェクタ上で安定的に支持されるようになる。
【0022】
二重カラムの搬送可能なウエハ・ラック３００が、複数のカラム３２４ａ～２２４ｇにより離間される平行な関係で配置されるトップ・プレート３２０及びボトム・プレート３２２を有し、それによりこれらの間でウエハ３５０（１つのみ符号を付される）の２つのカラムを受けて支持する。カラム３２４の各々が、ウエハの縁部を受けて支持するようにサイズ決定及び構成される複数の凹部３２６（１つのみ符号を付される）を有し、隣接する凹部の間隔がラック内の隣接するウエハの間の間隔を画定する。示される実例では、ラック３００が７つのカラムを有し、カラム３２４ａ、３２４ｇ、及び３２４ｆが、両側において、トップ・プレート３２０の中間点且つトップ・プレートのほぼ中心線のところに位置し、それによりウエハのほぼ中心線のところでウエハを支持する。カラム３２４ｂ、３２４ｃ、３２４ｄ、及び３２４ｅが、ウエハの片側を支持して、ラックの反対側からラックの中に挿入されるウエハのためのバックストップとして機能するために、トップ・プレートの片側に位置する。ボトム・プレート３２２が、ラックを持ち上げるときにラックに接触してラックを押圧するための、ＶＴＭロボット１００４のエンド・エフェクタ１００６のための持ち上げ表面として構成される底部表面３２８を画定する。比較的幅広のボトム・プレート３２２によりさらに、ラック３００がエンド・エフェクタ上で安定的に支持されるようになる。
【0023】
一実例では、ラック２００及び３００がシステム１００の全体にわたって常に垂直位置となるように方向付けられるように構成され、その結果、ウエハのカラムの中心長手方向軸が実質的に垂直となり、ラックのベース２０２、３０２のところのみで支持されるように構成される。ラック２００及び３００がシステム１００内の特定のロケーションに配置されてエンド・エフェクタ１００６などのロボット・アームのエンド・エフェクタによりベースから持ち上げられるように構成される。したがって、後で説明されるように、ラック２００又は３００の全体が、垂直の向きにおいて、ラック・ロック１１２からゲート弁１２２を通してＶＴＭ１０２の中まで搬送され、さらに、ＶＴＭから加熱されるゲート弁１２６を通して予熱チャンバ１０８の中まで及び予熱チャンバ１０８から外へ搬送され、さらに、ＶＴＭから反応器１０６の中まで及び反応器１０６から外へ搬送される。一実例では、ラック２００及び３００が、ＶＴＭ１０２の中まで又はＶＴＭ１０２から外へ移動させられるときに常に同様の垂直の向きで維持される。他の実例では、本開示に従って作られる搬送可能なウエハ・ラックが、ウエハ・ラックを安全に持ち上げて例えば垂直位置と水平位置との間で回転させるといったように回転させるための、追加の結合構造部を有することができる。例えば、システムが水平の向きでウエハを処理するように構成される薄膜付着反応器を有する。他の実例では、システム１００が搬送可能なウエハ・ラックを水平位置で維持するように構成され得、ここでは、ウエハ・カラムの中心長手方向軸がシステム全体にわたって常に実質的に水平となる。
【0024】
搬送可能なウエハ・ラック２００及び３００が、ステンレス鋼、石英、及び／又はセラミック材料などの、多様な材料のうちの任意の材料から形成され得る。ラック２００、３００の容易に取り外され得る性質の１つの利点は、ラック２００、３００が、多様なサイズのウエハを容易に洗浄、置換、及び交換するために、容易に取り外され得ることである。
【0025】
ロード・ステーション
ロード・ステーション１１６が、当技術分野でよく知られている標準機械的インターフェース（ＳＭＩＦ：ｓｔａｎｄａｒｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）カセット又はフロント・オープニング・ユニバーサル・ポッド（ＦＯＵＰＳ：ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｏｄ）カセットなどのウエハ・カセットを受けるように構成される。ウエハ・カセットが、システム１００によって処理されるために、操作者によりロード・ポート１１８のうちの１つのロード・ポートの中に配置され得る。一実例では、システム１００が複数のウエハ・サイズを並行して処理することができ、例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、及び３００ｍｍのウエハのうちの１つ又は複数を処理することができる。一実例では、各ロード・ポート１１８が、例えば最大２５個のウエハ、又は最大５０個のウエハといったように、複数のウエハを保持するウエハ・カセットを受けるように構成される。
ロード・ステーション１１６が、当技術分野でよく知られている標準機械的インターフェース（ＳＭＩＦ：ｓｔａｎｄａｒｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）カセット又はフロント・オープニング・ユニバーサル・ポッド（ＦＯＵＰＳ：ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｏｄ）カセットなどのウエハ・カセットを受けるように構成される。ウエハ・カセットが、システム１００によって処理されるために、操作者によりロード・ポート１１８のうちの１つのロード・ポートの中に配置され得る。一実例では、システム１００が複数のウエハ・サイズを並行して処理することができ、例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、及び３００ｍｍのウエハのうちの１つ又は複数を処理することができる。一実例では、各ロード・ポート１１８が、例えば最大２５個のウエハ、又は最大５０個のウエハといったように、複数のウエハを保持するウエハ・カセットを受けるように構成される。
【0026】
図４が、ロード・ステーション１１６の一実例の内部の一部分を示す。示される実例では、ロード・ステーション１１６が、個別のウエハを、ロード・ポート１１８のうちの１つのロード・ポート内に位置するウエハ・カセットから搬送可能なウエハ・ラック（例えば、ロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロック内に位置するウエハ・ラック２００又は３００（図２、３））まで連続的に搬送するための少なくとも１つのロボット４００を有する。図４が、一対のロボット・アーム４０２、４０４を有するロード・ステーション・ロボット４００の一実例を示す。一実例では、各ロボット・アームが、枢動可能なショルダ、第１のアーム・セグメント、枢動可能なエルボー、第２のアーム・セグメント、枢動可能なリスト、及び１つ又は複数のエンド・エフェクタ４０６、４０８を有する。示される実例では、エンド・エフェクタ４０６及び４０８が２つの異なるウエハ・サイズのためにサイズ決定され、例えば、エンド・エフェクタ４０６が１００ｍｍ及び１５０ｍｍのウエハのためにサイズ決定され、エンド・エフェクタ４０８が１５０ｍｍ及び２００ｍｍのウエハのためにサイズ決定され、その結果、ロード・ステーション１１６が、並行して処理するために、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、及び２００ｍｍのウエハをシステム１００の中に自動で装填することができる。エンド・エフェクタ４０６、４０８が、ウエハを安全に握持するための真空チャックをさらに有することができる。
【0027】
一実例では、ロード・ステーション１１６が、ウエハ・カセットの中に装填されるウエハのサイズを判断してウエハを連続的に搬送するための対応するアーム４０２／４０４を使用するために、ウエハ・カセットの上にある、及び／又はロード・ポート１１８の中に装填されるウエハの上にある、機械可読コードを読み取るように構成されるウエハＩＤ読取装置（示されない）を有する。したがって、ロード・ステーション１１６のこの二重アームの構成により、ハードウェアを一切変えることなく例えば２つである複数の異なるウエハ・サイズを処理することが可能となる。
【0028】
一実例では、ロード・ステーション１１６内のロボット４００が、単一のウエハを取り扱うところである、システム１００内の唯一のロケーションである。加えて、単一のウエハがほぼ室温・大気の条件で取り扱われる。各ウエハがロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックの中に装填された後、ウエハがバッチ式で取り扱われ、ここでは、ロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックの中でウエハが処理されてほぼ室温まで冷却されるまで、いずれのウエハも、操作者に、或は、ウエハを支持する搬送可能なウエハ・ラック以外の、システム１００の任意のロボット構成要素又は他の構成要素に、直接に接触しない。
【0029】
ロード・ステーション１１６が、一体型のＨＥＰＡフィルタ、静電気放電を防止するためのイオナイザー・バー、及びロード・ポート内のカセット内でのウエハのアライメントを決定するためのウエハ・アライナをさらに有することができる。
【0030】
ロード・ロック
図５及び６がロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックを示す。示されるように、ロード・ロック１１２が、ＶＴＭ１０２（図１）内の真空圧力と実質的に等しい、大気圧を基準とした真空圧力まで引き下げられるように構成されるロード・ロック・チャンバを画定するエンクロージャ５０２を有する。ロード・ロック１１２が、ロード・ステーション１１６に結合されるように構成及び寸法決定されるロード・ステーション開口部５０４、及びＶＴＭ１０２に結合されるように構成及び寸法決定されるＶＴＭ開口部６０２（図６）を有する。示される実例では、ロード・ロック１１２が、例えばターンテーブル上に位置する図５及び６に示されるウエハ・ラック３００などの、搬送可能なウエハ・ラックに取り外し可能に結合されて搬送可能なウエハ・ラックを支持するように構成される、ロード・ロックの中に回転可能に配置されるターンテーブル５０６をさらに有する。一実例では、システム１００の制御システムが、ウエハをウエハ・ラック３００の上に装填するための第１の回転位置にターンテーブル５０６を配置するように、並びにＶＴＭロボット・アームを用いてロード・ロックからウエハ・ラックを持ち上げて取り外すための第２の位置までターンテーブルを回転させるように、構成される。
図５及び６がロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックを示す。示されるように、ロード・ロック１１２が、ＶＴＭ１０２（図１）内の真空圧力と実質的に等しい、大気圧を基準とした真空圧力まで引き下げられるように構成されるロード・ロック・チャンバを画定するエンクロージャ５０２を有する。ロード・ロック１１２が、ロード・ステーション１１６に結合されるように構成及び寸法決定されるロード・ステーション開口部５０４、及びＶＴＭ１０２に結合されるように構成及び寸法決定されるＶＴＭ開口部６０２（図６）を有する。示される実例では、ロード・ロック１１２が、例えばターンテーブル上に位置する図５及び６に示されるウエハ・ラック３００などの、搬送可能なウエハ・ラックに取り外し可能に結合されて搬送可能なウエハ・ラックを支持するように構成される、ロード・ロックの中に回転可能に配置されるターンテーブル５０６をさらに有する。一実例では、システム１００の制御システムが、ウエハをウエハ・ラック３００の上に装填するための第１の回転位置にターンテーブル５０６を配置するように、並びにＶＴＭロボット・アームを用いてロード・ロックからウエハ・ラックを持ち上げて取り外すための第２の位置までターンテーブルを回転させるように、構成される。
【0031】
図７及び８が、ロード・ロック・エンクロージャ５０２のフロア７０２内に回転可能に配置されるターンテーブル５０６の追加の図を示す。示される実例では、ターンテーブル５０６が、ウエハ・ラック２００又は３００（図２及び３）を含めた、複数のウエハ・ラックに結合されて支持するように構成されるユニバーサルのウエハ・ラック・インターフェース７０４を有する。ユニバーサルのウエハ・ラック・インターフェース７０４が、ウエハ・ラックの底部表面の方を向くように構成される頂部表面７０８、反対側の底部表面７１０、及び外側ペリメータ７１２を有するプレート７０６を有し、外側ペリメータが、ＶＴＭ１０２（例えば、図１０及び１１を参照）のロボット・アーム１００４のエンド・エフェクタ１００６に対して相補的な形状を有するように構成及び寸法決定される形状を有し、その結果、ＶＴＭロボット・アーム・エンド・エフェクタが外側ペリメータ５１２の少なくとも一部分の周りに配置され得、したがって、ウエハ・ラックをＶＴＭ１０２の中へ搬送することを目的としてターンテーブル５０６から離して複数のウエハを保持する搬送可能なウエハ・ラックを持ち上げるために垂直方向に移動させられ得る。プレート７０６が、ウエハ・ラック２００及び３００のインターフェース２０４のテーパ状の凹部２１４ａ～２１４ｃに位置合わせされるように構成される複数のテーパ状の突出部７１４ａ～７１４ｃを有する。
【0032】
図７及び８に示されるように、ターンテーブル５０６の回転が、真空フィードスルー７２２を介してフロアを通って延在するシャフト７２０を介してターンテーブル５０６に結合される、フロア７０２の下方に位置する回転駆動システム８０２によって駆動され、したがってすべての可動部品がロード・ロック１１２の真空環境の外部にあり、ウエハ環境での粒子発生が低レベルになることが保証される。示される実例では、回転駆動システム８０２が回転駆動装置８０４及び回転アクチュエータ８０６を有し、回転アクチュエータが空気圧的に制御され、ターンテーブルの回転位置を制御するためのリード・スイッチを有する。他の実例では、ロード・ロックが、回転可能なターンテーブルではなくウエハ・ラックを支持するための静止プラットフォームを有することができる。一実例では、制御システムが、ターンテーブル５０６の回転位置を制御するように構成され得、その結果、搬送可能なウエハ・ラックが、その後で反応器１０６の中に配置されるために正確な回転位置にくるようになる。適切な回転位置に達した後、ＶＴＭロボットが、予加熱チャンバ１０８及び反応器１０６の中への及びそれらから外への搬送の全体を通して適切な位置を維持するように構成され得る。
【0033】
一実例では、ロード・ロック１１２の各々が、信頼性の高い真空搬送のための存在センサ、ウエハ・ラックに対しての適切なウエハの配置を保証するための突出部センサ、及びＶＴＭロボット１００４及びロード・ステーション・ロボット４００に教示するのを容易にするためのビューポートを有する。ビューポートが、ウエハ・ラック２００、３００を基準としてＶＴＭ及びロード・ステーション・エンドエフェクタ１００６、４０６、４０８を正確に配置することを保証するための、並びにロード・ロック蓋５１０を取り外すのを必要とすることなく両方のロボット・エンド・エフェクタの位置を操作者が確認及び教示するのを可能にすることを保証するための、明瞭な視覚的アクセスを操作者に提供する。
【0034】
各ロード・ロック１１２が、ロード・ロック・チャンバ内の環境を制御するための圧力・流量制御システム１３０に結合される。新しいウエハがロード・ロック・チャンバ内のウエハ・ラック２００、３００の上に装填された後、圧力・流量制御システム１３０がロード・ロック・チャンバをパージしてチャンバ内の圧力を真空圧力まで低下させるように構成される。後で説明されるように、ウエハが処理された後、ウエハのラックが制御下での冷却のためにロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックへ戻される。圧力・流量制御システム１３０が、窒素、アルゴン、又はヘリウムなどの、１つ又は複数のガスを注入するように、及び標的の冷却シーケンスを達成することを目的として処理されている特定のウエハ又はサブストレートに応じて多様な圧力・温度シーケンスのうちの任意の圧力・温度シーケンスに従うように、構成され得る。ウエハの損傷につながり得るような不適切な冷却により発生する可能性があるウエハ内の熱応力の発生を最小にする又は回避するのに、１つの特定の冷却シーケンスが重要なものとなり得る。一実例では、冷却プロセスが、パージ流量、ロード・ロック・チャンバの圧力、及び時間、の３つの構成要素を含む。一実例では、冷却プロセスが、（１）ロード・ロックの圧力を標的の真空圧力まで低下させること、（２）搬送可能なウエハ・ラックを有するチャンバ及び直近に処理されたウエハを分離すること、（３）指定される時間にわたって窒素などのパージ・ガスを用いてチャンバをパージすること、（４）パージを停止して指定される時間にわたって保持すること、（５）圧力を漸進的に増大させること、並びに（６）大気圧に達するまでステップ３～５を繰り返すこと、を含むことができる。
【0035】
図９が、例えば、１回のバッチで１００個のウエハを得るような、１００ｍｍ及び１５０ｍｍの５０個以上のウエハを各々収容することができる２つのラックであるか、又は１回のバッチで５０個のウエハを得るような、各々２００ｍｍの２５個以上のウエハを各々収容することができる２つのラックである、２つの搬送可能なウエハ・ラックを支持するように構成されるターンテーブル９０２を有するロード・ロック１１２の別の実例を示す。示される実例は、二重カラムの搬送可能なウエハ・ラック３００のうちの２つを支持するターンテーブル９０２を示す。このような実例では、搬送可能なウエハ・ラックを装填する方法が、ロード・ステーション１１６に隣接するラックのうちの第１のラックを装填して次いでターンテーブルを約１８０度回転させて次いで第２のラックを装填すること、並びに弁１２２及び１２４を閉じてロード・ロック・チャンバをパージしてロード・ロック・チャンバ内に真空を引くこと、を含むことができる。
【0036】
ＶＴＭ
図１０が、ＶＴＭ１０２の内部チャンバ１００２の一実例を示す。示される実例では、ＶＴＭ１０２が、システム全体にわたって、ウエハ・ラック２００及び３００などの搬送可能なウエハ・ラックを移動させるように構成されるロボット・アーム１００４を有する。示される実例では、ロボット・アーム１００４が、枢動可能なショルダ、第１のアーム・セグメント、枢動可能なエルボー、第２のアーム・セグメント、枢動可能なリスト、及びエンド・エフェクタ１００６を有する。図１０は、エンド・エフェクタ１００６上に配置される複数のウエハを装填されるウエハ・ラック３００のうちの１つのウエハ・ラックを示す。上述したように、ＶＴＭ１０２が、システム１００の種々のモジュールに結合されるように構成される複数の開口部を有する。図１０は２つの開口部１００８ａ、１００８ｂを示す。予加熱チャンバ１０８のうちの１つの予加熱チャンバが開口部１００８ｂに結合されており、図１０が、開口部１００８ｂ内で閉位置にある加熱されるゲート弁１２６ｂのうちの１つの加熱されるゲート弁を示す。反応器１０６が開口部１００８ａに結合され、図１０では反応器ドア１０１０が閉位置で示されている。ＶＴＭロボット・アーム１００４が、処理のために、例えば１分未満といったように、迅速に、予加熱チャンバ１０８から反応器１０６までウエハ・ラックを搬送するように構成され、その結果、ウエハを反応器の中に置くときの加熱されるウエハの温度が、予加熱チャンバ内のウエハの温度に実質的に等しくなる。
図１０が、ＶＴＭ１０２の内部チャンバ１００２の一実例を示す。示される実例では、ＶＴＭ１０２が、システム全体にわたって、ウエハ・ラック２００及び３００などの搬送可能なウエハ・ラックを移動させるように構成されるロボット・アーム１００４を有する。示される実例では、ロボット・アーム１００４が、枢動可能なショルダ、第１のアーム・セグメント、枢動可能なエルボー、第２のアーム・セグメント、枢動可能なリスト、及びエンド・エフェクタ１００６を有する。図１０は、エンド・エフェクタ１００６上に配置される複数のウエハを装填されるウエハ・ラック３００のうちの１つのウエハ・ラックを示す。上述したように、ＶＴＭ１０２が、システム１００の種々のモジュールに結合されるように構成される複数の開口部を有する。図１０は２つの開口部１００８ａ、１００８ｂを示す。予加熱チャンバ１０８のうちの１つの予加熱チャンバが開口部１００８ｂに結合されており、図１０が、開口部１００８ｂ内で閉位置にある加熱されるゲート弁１２６ｂのうちの１つの加熱されるゲート弁を示す。反応器１０６が開口部１００８ａに結合され、図１０では反応器ドア１０１０が閉位置で示されている。ＶＴＭロボット・アーム１００４が、処理のために、例えば１分未満といったように、迅速に、予加熱チャンバ１０８から反応器１０６までウエハ・ラックを搬送するように構成され、その結果、ウエハを反応器の中に置くときの加熱されるウエハの温度が、予加熱チャンバ内のウエハの温度に実質的に等しくなる。
【0037】
図１１が、ＶＴＭロボット・エンド・エフェクタ１００６の斜視図である。上述したように、エンド・エフェクタ１００６が、ウエハ・ラック２００及び３００などの、複数の異なる搬送可能なウエハ・ラックに結合されるためのユニバーサルのエンド・エフェクタとして設計及び構成される。エンド・エフェクタ１００６が、ラックに結合されるための、ラック２００及び３００（図２及び３）のユニバーサル・インターフェース２０４に対して相補的な形状を有する凹部１１０２を有する。示される実例では、ロボット・アーム１００４が、ウエハ・ラックのベースに結合されるように、及びシステム全体にわたってロボット・アームによりウエハ・ラックを移動させるときにウエハ・ラックを持ち上げてウエハ・ラックを垂直位置で維持するように、構成される。凹部１１０２が、ラック２００又は３００（図２Ａ～３Ｂ）のユニバーサル・インターフェース２０４の第１の湾曲端部２０６及び第２の湾曲端部２０８並びに第１の平坦側面２１０又は第２の平坦側面２１２と対合するように構成される、第１及び第２の反対側の側面１１０４、１１０６、及び第３の側面１１０８を有する。エンド・エフェクタが、ラック２００又は３００のボトム・プレート２２２又は３２２の底部表面２２８又は３２８に接触するように構成される平坦な頂部表面１１１２ａ、１１１２ｂを各々有する対向するアーム１１１０ａ、１１１０ｂをさらに有する。他の実例では、ＶＴＭロボット・アームが、搬送可能なウエハ・ラックの頂部にさらに結合されるか又はウエハ・ラックの頂部のみに結合されるように構成され得、いくつかの実例では、ＶＴＭロボット・アームが、垂直の向きから水平の向きへウエハ・ラックを回転させるように構成され得る。
【0038】
ＶＴＭ１０２が、ＶＴＭの中へ及びＶＴＭから外へウエハ・ラックを高い信頼性で搬送するのを保証するための、内部チャンバ１００２の全体に位置する１つ又は複数の存在センサを有することができる。一実例では、チャンバ１０２が、ロボット・アーム１００４までの又はロボット・アーム１００４からのウエハ・ラックの搬送が成功したことを確認することを目的としてエンド・エフェクタ１００６上のウエハ・ラックの存在を検出するように構成される、各々の開口部１００８の近傍に位置するか又は各々の開口部１００８の中に位置する全通ビーム・センサを有することができる。
【0039】
予加熱チャンバ
図１を再び参照すると、予加熱チャンバ１０８が、ウエハ・ラック２００又は３００などの、ウエハを装填される少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを受けるようにサイズ決定される内部空間を確定し、一実例では、内部空間が反応器１０６のプロセス・チャンバの内部空間とほぼ同じサイズである。図１が、予加熱チャンバに電力供給するための配電モジュール１３２に結合される予加熱チャンバ１０８ａ、並びに、加熱中の予加熱チャンバ内の圧力及び空気の化学組成を制御することを目的として、窒素、アルゴン、又はヘリウムなどのガス媒体を提供するための圧力・流量制御システム１３４を示す。システム１００のための制御システムが、特定の、ウエハのサイズ、種類、又はウエハの数、及び反応器１０６で実施されることになる薄膜付着プロセスの種類のための、特定の加熱プロフィール及び必要である場合の大気を提供するように予加熱チャンバを制御するように構成され得る。予加熱チャンバ１０８が、加熱器の内部空間を画定する構造に結合される、放射加熱要素、加熱ランプ、又は管状ヒータなどの、多様な種類の加熱システムのうちの任意の加熱システムを有することができる。一実例では、複数の管状ヒータが予加熱チャンバの外部壁に結合され、予加熱チャンバが壁の温度を読み取るための複数の熱電対を有し、チャンバ内の圧力が、チャンバを隔離することにより、及び所望の圧力を達成するまで２段の逃し弁を通して窒素を流すことにより、制御される。
図１を再び参照すると、予加熱チャンバ１０８が、ウエハ・ラック２００又は３００などの、ウエハを装填される少なくとも１つの搬送可能なウエハ・ラックを受けるようにサイズ決定される内部空間を確定し、一実例では、内部空間が反応器１０６のプロセス・チャンバの内部空間とほぼ同じサイズである。図１が、予加熱チャンバに電力供給するための配電モジュール１３２に結合される予加熱チャンバ１０８ａ、並びに、加熱中の予加熱チャンバ内の圧力及び空気の化学組成を制御することを目的として、窒素、アルゴン、又はヘリウムなどのガス媒体を提供するための圧力・流量制御システム１３４を示す。システム１００のための制御システムが、特定の、ウエハのサイズ、種類、又はウエハの数、及び反応器１０６で実施されることになる薄膜付着プロセスの種類のための、特定の加熱プロフィール及び必要である場合の大気を提供するように予加熱チャンバを制御するように構成され得る。予加熱チャンバ１０８が、加熱器の内部空間を画定する構造に結合される、放射加熱要素、加熱ランプ、又は管状ヒータなどの、多様な種類の加熱システムのうちの任意の加熱システムを有することができる。一実例では、複数の管状ヒータが予加熱チャンバの外部壁に結合され、予加熱チャンバが壁の温度を読み取るための複数の熱電対を有し、チャンバ内の圧力が、チャンバを隔離することにより、及び所望の圧力を達成するまで２段の逃し弁を通して窒素を流すことにより、制御される。
【0040】
動作方法
図１２が、システム１００などのモジュール式の薄膜付着システムを使用して自動バッチ生産の薄膜付着プロセスを実施する方法１２００の一実例を示す。示される実例では、ブロック１２０１で、本方法が、第１の複数のウエハを備えるロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックなどの第１のロード・ロックの中に位置するウエハ・ラック２００又は３００などの第１の搬送可能なウエハ・ラックを装填することを含むことができる。ブロック１２０１が、ロボット４０４などのロード・ステーション・ロボットにより自動で実施され得る。ブロック１２０３で、予加熱チャンバ１０８のうちの１つの予加熱チャンバなどの、第１の予加熱チャンバまで第１のウエハ・ラックを搬送する。ブロック１２０３が、ＶＴＭロボット１００４などのＶＴＭロボットによって実施され得る。ブロック１２０５で、第１のウエハ・ラックが加熱される間、ロード・ロックの中に位置する第２の搬送可能なウエハ・ラックに第２の複数のウエハを装填して第２のウエハ・ラックを第２の予加熱チャンバまで搬送する。ブロック１２０７で、第１及び第２のウエハ・ラックが予加熱される間、ロード・ロックの中に位置する第３の搬送可能なウエハ・ラックに第３の複数のウエハを装填する。ブロック１２０９で、第２のウエハ・ラックが第２の予加熱チャンバ内で加熱される間、加熱される第１のウエハ・ラックを反応器１０６などの反応器チャンバまで搬送し、ＡＬＤプロセスなどの薄膜付着プロセスを実施する。ブロック１２１１で、第１の複数のウエハで薄膜付着プロセスを実施した後、冷却のために反応器チャンバからロード・ロックまで第１のウエハ・ラックを搬送し、第２のウエハ・ラックを反応器チャンバまで搬送し、ロード・ロックから第１の予加熱チャンバまで第３のウエハ・ラックを搬送する。１２１３で、第１の複数のウエハが冷やされて第３の複数のウエハが予加熱される間、第２の複数のウエハ上で薄膜付着プロセスを実施する。方法１２００のステップは、方法１２００を実施するための命令を有するバッチ生産のソフトウェア・プログラムを実行するシステム１００などのバッチ生産の薄膜付着システムを動作させる制御システムによって実施され得る。
図１２が、システム１００などのモジュール式の薄膜付着システムを使用して自動バッチ生産の薄膜付着プロセスを実施する方法１２００の一実例を示す。示される実例では、ブロック１２０１で、本方法が、第１の複数のウエハを備えるロード・ロック１１２のうちの１つのロード・ロックなどの第１のロード・ロックの中に位置するウエハ・ラック２００又は３００などの第１の搬送可能なウエハ・ラックを装填することを含むことができる。ブロック１２０１が、ロボット４０４などのロード・ステーション・ロボットにより自動で実施され得る。ブロック１２０３で、予加熱チャンバ１０８のうちの１つの予加熱チャンバなどの、第１の予加熱チャンバまで第１のウエハ・ラックを搬送する。ブロック１２０３が、ＶＴＭロボット１００４などのＶＴＭロボットによって実施され得る。ブロック１２０５で、第１のウエハ・ラックが加熱される間、ロード・ロックの中に位置する第２の搬送可能なウエハ・ラックに第２の複数のウエハを装填して第２のウエハ・ラックを第２の予加熱チャンバまで搬送する。ブロック１２０７で、第１及び第２のウエハ・ラックが予加熱される間、ロード・ロックの中に位置する第３の搬送可能なウエハ・ラックに第３の複数のウエハを装填する。ブロック１２０９で、第２のウエハ・ラックが第２の予加熱チャンバ内で加熱される間、加熱される第１のウエハ・ラックを反応器１０６などの反応器チャンバまで搬送し、ＡＬＤプロセスなどの薄膜付着プロセスを実施する。ブロック１２１１で、第１の複数のウエハで薄膜付着プロセスを実施した後、冷却のために反応器チャンバからロード・ロックまで第１のウエハ・ラックを搬送し、第２のウエハ・ラックを反応器チャンバまで搬送し、ロード・ロックから第１の予加熱チャンバまで第３のウエハ・ラックを搬送する。１２１３で、第１の複数のウエハが冷やされて第３の複数のウエハが予加熱される間、第２の複数のウエハ上で薄膜付着プロセスを実施する。方法１２００のステップは、方法１２００を実施するための命令を有するバッチ生産のソフトウェア・プログラムを実行するシステム１００などのバッチ生産の薄膜付着システムを動作させる制御システムによって実施され得る。
【0041】
方法１２００によって示されるように、システム１００などのモジュール式のシステムが、スループットを有意に向上させるための及びウエハごとの処理コストを低減するための明確な利点を提供する。時間を要する加熱・冷却フェーズを薄膜付着フェーズから切り離すことにより、ウエハの複数のラックが並行して処理され得る。
【0042】
図１３が、システム１００などのモジュール式の薄膜付着システムを使用して薄膜付着プロセスの自動バッチ生産を実施する方法１３００の一実例を示す。示される実例では、ブロック１３０１で、本方法が、サブストレートのカセットを、ロード・ステーション１１６のロード・ポート１１８などのロード・ステーションの開いているカセット・ロード・ポートの中に装填することを含むことができる。ブロック１３０３で、装填されたサブストレートのための「処理方法（ｒｅｃｉｐｅ）」を選択する。一実例では、この処理方法が、実施される薄膜付着プロセスの種類及びこの付着プロセスを自動で実施するための制御システムへの入力情報として使用される重要なプロセス・パラメータを指定する。一実例では、処理方法が、例えば、サイズ、平坦性（又は、ノッチを有する）、材料、カセットの種類、ウエハ・ラックの標識、ラックの中へウエハを装填するときの優先事項（頂部から底部へ、など）、予加熱の処理方法（例えば、温度、時間、予加熱チャンバの圧力）、薄膜付着反応器の処理方法、及びロード・ロックの冷却の処理方法（例えば、時間及びロード・ロック内の圧力）、などの、ウエハ特性を特定することを含むことができる。処理方法がさらに、例えば角度などのウエハのアライメントの指定、ウエハＩＤ、ＶＴＭ内の搬送圧力、ゲート弁のための圧力差、並びに、装填及び取り出しのための指定されるロード・ロック（例えば、装填及び取り出しの両方で同じロード・ロックを使用するか又は異なるロード・ロックを使用する）をさらに含むことができる。処理方法が、ロード・ロックの圧送・パージのサイクルの指定、及び予加熱チャンバのアイドリング温度をさらに含むことができる。
【0043】
ブロック１３０５で、ロード・ロックの事前の確認を実施し、装填のためにロード・ロックの準備を整える。いくつかの実例では、ロード・ロックの事前の確認が、例えばラック上に位置する機械可読コードを読み取ることにより、ロード・ロックの中に適切な搬送可能なウエハ・ラックが装填されているかを確認することを１回又は複数回として含むことができる。ロード・ロックから気体を排出し、ターンテーブルの位置を確認し、ラックの中にウエハが確実に存在しないようにするためにラックをマッピングする。ブロック１３０７で、ロード・ステーション・ロボットを用いてカセットから搬送可能なウエハ・ラックまでウエハを連続的に搬送し、ブロック１３０９で、ロード・ロック内に位置する突出部センサを用いて搬送可能なウエハ・ラック内に装填されたウエハのアライメントを確認する。１３１１で、ロード・ロックを固定してポンプ・ダウンを行い、ＶＴＭロボットの準備を整える。一実例では、ウエハを搬送可能なウエハ・ラックの中に装填した後、ロード・ロック・ドアが閉じられ、ロード・ロックの内部を標的の真空圧力にするまで、１回又は複数回の圧送・パージのサイクルが実施される。制御システムがさらに、ＶＴＭロボットまで搬送するために、ロード・ロック・ターンテーブルを適切な位置まで回転させることができ、突出部センサを用いて、第２のウエハ突出部の確認が実施され得る。
【0044】
ブロック１３１３で、ＶＴＭロボットを用いて、ロード・ロックから予加熱チャンバまで搬送可能なウエハ・ラックを搬送する。ロード・ロックが適切な圧力となった後、制御システムがゲート弁を開けることができ、ＶＴＭロボット・アームが、ロボット・アームのエンド・エフェクタを搬送可能なウエハ・ラックのベースに係合させるまで、ゲート弁を通ってロード・ロック・チャンバまで延伸することができる。次いで、制御システムがロボット・アームによりウエハのラック全体をロード・ロック・ターンテーブルから持ち上げることができ、アーム及びウエハ・ラックをＶＴＭチャンバの中まで後退させることができる。次いで、制御システムが、搬送が成功したことを確認するためにロボット・アーム・エンド・エフェクタ上のウエハ・ラックの存在を確認するために、ＶＴＭチャンバ内に位置する１つ又は複数の存在センサを使用することができる。搬送が成功したことが確認されると、制御システムがロード・ロック・ゲート弁を閉じて予加熱されたゲート弁を開けることができ、ウエハのラックを加熱のために予加熱チャンバの中まで搬送することができる。
【0045】
ブロック１３１５で、予加熱チャンバの中で搬送可能なウエハ・ラック及びウエハを予加熱する。ウエハ・ラックを予加熱チャンバの中に置いた後、制御システムがロボット・アームをＶＴＭチャンバの中まで後退させることができ、ＶＴＭ存在センサを用いて搬送が成功したことを確認することができ、加熱されるゲート弁を閉じることができ、選択された処理方法に従って予加熱シーケンスを開始することができる。ブロック１３１７で、予加熱された搬送可能なウエハ・ラック及びウエハを予加熱チャンバから反応器まで搬送する。予加熱プロセスが完了してウエハのラックが指定される温度に達した後、制御システムが加熱されるゲート弁及び反応器チャンバ・ドアを開けることができ、ＶＴＭロボット・アームを予加熱チャンバの中まで延伸させることができ、予加熱されたウエハ・ラックに係合して持ち上げて、予加熱されたウエハ・ラックを予加熱チャンバからＶＴＭチャンバの中まで迅速に搬送してさらにＶＴＭチャンバから処理のために反応器チャンバの中まで搬送することができる。
【0046】
ブロック１３１９で、反応器チャンバの中でウエハを処理する。ウエハ・ラックを反応器チャンバの中に置いた後、制御システムがロボット・アームを反応器チャンバからＶＴＭチャンバの中まで後退させ、ＶＴＭ存在センサを用いて成功裏の搬送を確認し、反応器チャンバ・ドアを閉じ、選択される処理方法に従って薄膜付着シーケンスを開始することができる。ブロック１３２１で、ウエハ・ラックを反応器から冷却のためにロード・ロックまで搬送する。薄膜付着プロセスが完了した後、制御システムが、反応器ゲート弁を開け、ＶＴＭロボットを反応器チャンバの中まで延伸させ、ウエハ・ラックに係合して持ち上げ、ウエハ・ラックを、反応器チャンバから、ＶＴＭチャンバを通して、冷却のための指定されるロード・ロックまで、搬送することができる。
【0047】
ブロック１３２３で、冷却プロセス及び取り出しが実施される。ＶＴＭ存在センサを用いてロード・ロックまでのウエハ・ラックの成功裏の搬送を確認した後、制御システムがロード・ロック・ゲート弁を閉じ、選択される処理方法に従って冷却プロセスを開始することができる。冷却プロセスが完了した後、制御システムが、ロード・ロック・アライメント・センサを用いてラック内のすべてのウエハが位置合わせされたことを確認し、ロード・ステーション・ロボットによりウエハを取り出すための適切な位置までターンテーブルを回転させることができる。システムがさらに、ウエハ温度センサの読取値が例えば５０℃などの標的値未満であることを確認し、ロード・ロックから気体を排出して、ロード・ステーション・ロード・ロック・ドアを開けることができる。次いで、ロード・ステーション・ロボットが、冷却されて処理されたウエハを、ウエハ・ラックから、操作者によって取り外すためのカセットまで、連続的に移送することができる。
【0048】
ステップ１３０１及び１３０３以外では、方法１３００が、方法１３００を実施するための命令を有するバッチ生産ソフトウェア・プログラムを実行するシステム１００などのバッチ生産の薄膜付着システムを動作させる制御システムによって実施され得る。認識されるであろうが、方法１３００により多数の明確な利点が提供され、これには、システムのロード・ステーションにおいてウエハが室温であるときの個別のウエハのみに物理的に接触しながら、搬送可能なウエハ・ラック上に位置する複数のウエハを並行して処理することが可能であることが含まれる。加熱フェーズ中、膜付着フェーズ中、及び冷却フェーズ中に個別のウエハを取り扱ったり個別のウエハに物理的に接触したりすることを一切回避することにより、ウエハが破損する可能性が有意に低下する。
【0049】
本明細書で説明される態様及び実施例のうちの任意の１つ又は複数の態様及び実施例は、コンピュータの技術分野の当業者には明らかなように、本明細書の教示に従ってプログラムされる１つ又は複数の機械（例えば、電子化文書のためのユーザ計算デバイス、ドキュメント・サーバーなどの１つ又は複数のサーバー・デバイス、など、として利用される１つ又は複数の計算デバイス）を使用して好都合に実施され得る。ソフトウェアの技術分野の当業者には明らかなように、本開示の教示に基づいて、適切なソフトウェア・コーディングが熟練のプログラマーによって予め処理され得る。ソフトウェア及び／又はソフトウェア・モジュールを採用する上で考察した態様及び実装形態は、ソフトウェア及び／又はソフトウェア・モジュールの機械実行可能命令を実施するのを補助するための適切なハードウェアをさらに有することができる。
【0050】
このようなソフトウェアは、機械可読記憶媒体を採用するコンピュータ・プログラム製品であってよい。機械可読記憶媒体は、機械（例えば、計算デバイス）によって実行されるための命令のシーケンスを記憶及び／又はエンコードすることができ、本明細書で説明される方法体系及び／又は実施例のうちの任意の１つの方法体形及び／又は実施例を機械により実施する、任意の媒体であってよい。機械可読記憶媒体の実例には、限定しないが、磁気ディスク、光学ディスク（例えば、ＣＤ，ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－Ｒなど）、光磁気ディスク、リードオンリー・メモリ（ＲＯＭ）デバイス、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）デバイス、磁気カード、光学カード、固体メモリデバイス、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びこれらの任意の組合せが含まれる。本明細書で使用される機械可読媒体は、単一の媒体、さらには、例えばコンピュータ・メモリとの組合せの、コンパクト・ディスクの集合物或は１つ又は複数のハードディスク・ドライブなどの、物理的に分離している媒体の集合物を含むことを意図される。本明細書で使用される機械可読記憶媒体は一時的な形態の信号伝送を含まない。
【0051】
このようなソフトウェアが、伝送波などのデータ・キャリア上でデータ信号として伝達される情報（例えば、データ）をさらに含むことができる。例えば、機械可読情報がデータ・キャリアに包含されるデータ伝達信号として含まれ得、ここでは、信号が、機械（例えば、計算デバイス）による実行のための、命令のシーケンス又はその一部を、及び本明細書で説明される方法体系及び／又は実施例のうちの任意の１つの方法体系及び／又は実施例を機械により実施するための任意の関連情報（例えば、データ構造、及びデータ）をエンコードすることができる。
【0052】
計算デバイスの実例には、限定しないが、電子ブック読み取りデバイス、コンピュータ・ワークステーション、ターミナル・コンピュータ、サーバー・コンピュータ、携帯用デバイス（例えば、タブレット・コンピュータ、スマートフォンなど）、ウェブ・アプライアンス、ネットワーク・ルータ、ネットワーク・スイッチ、ネットワーク・ブリッジ、機械によって行われることになる処置を指定する命令のシーケンスを実行することができる任意の機械、及びこれらの組合せが含まれる。一実例では、計算デバイスがｋｉｏｓｋを含むことができ、及び／又はｋｉｏｓｋに含まれ得る。
【0053】
図１４が、例示の形態のコンピュータ・システム１４００の中の計算デバイスの一実施例の図的表示を示しており、ここでは、図１Ａのシステム１００を制御するための制御システムなどの制御システムにより本開示の態様及び／又は方法体系のうちの任意の１つ又は複数の態様及び／又は方法体系を実施するための１組の命令が実行され得る。デバイスのうちの１つ又は複数のデバイスにより本開示の態様及び／又は方法体系のうちの任意の１つ又は複数の態様及び／又は方法体系を実施するための特別の構成される１組の命令を実施するのに、複数の計算デバイスが利用され得ることも企図される。コンピュータ・システム１４００が、バス１４１２を介して互いに及び他の構成要素と通信するプロセッサ１４０４及びメモリ１４０８を有する。バス１４１２が、限定しないが、多様なバス構成のうちの任意のバス構成を使用する、メモリ・バス、メモリ・コントローラ、周辺機器用バス、ローカル・バス、及びこれらの任意の組合せを含む、複数の種類のバス構造のうちの任意のバス構造を有することができる。
【0054】
メモリ１４０８が、限定しないが、ランダム・アクセス・メモリ・コンポーネント、リード・オンリー・コンポーネント、及びこれらの組合せを含む、多様なコンポーネント（例えば、機械可読媒体）を含むことができる。一実例では、起動中などにコンピュータ・システム１４００内の要素の間での情報の伝送を補助するベーシック・ルーチンを有する基本入出力システム１４１６（ＢＩＯＳ）がメモリ１４０８内に記憶され得る。メモリ１４０８がさらに、本開示の態様及び／又は方法体系のうちの任意の１つ又は複数の態様及び／又は方法体系を具現化する命令（例えば、ソフトウェア）１４２０をさらに含むことができる（例えば、１つ又は複数の機械可読媒体に記憶することができる）。別の実例では、メモリ１４０８が、限定しないが、オペレーティング・システム、１つ又は複数のアプリケーション・プログラム、他のプログラム・モジュール、プログラム・データ、及びこれらの任意の組合せを含む、任意の数のプログラム・モジュールをさらに含むことができる。
【0055】
コンピュータ・システム１４００が記憶デバイス１４２４をさらに有することができる。記憶デバイス（例えば、記憶デバイス１４２４）の実例には、限定しないが、ハードディスク・ドライブ、磁気ディスク・ドライブ、光学媒体との組合せの光学ディスク・ドライブ、固体記憶デバイス、及びこれらの任意の組合せが含まれる。記憶デバイス１４２４が適切なインターフェース（図示せず）によりバス１４１２に接続され得る。実例のインターフェースには、限定しないが、ＳＣＳＩ、アドバンスド・テクノロジー・アタッチメント（ＡＴＡ）、シリアルＡＴＡ、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、ＩＥＥＥ１３９４（ＦＩＲＥＷＩＲＥ（登録商標））、及びこれらの任意の組合せが含まれる。一実例では、記憶デバイス１４２４（又は、記憶デバイス１２４２の１つ又は複数のコンポーネント）がコンピュータ・システム１４００に取り外し可能にインターフェース接続され得る（例えば、外部ポート・コネクタ（図示せず）を介する）。具体的には、記憶デバイス１４２４及び付随の機械可読媒体１４２８が、機械可読命令、データ構造、プログラム・モジュール、及び／又はコンピュータ・システム１４００のための他のデータの、不揮発性の及び／又は揮発性の記憶を実現することができる。一実例では、ソフトウェア１４２０が機械可読媒体１４２８内に完全に又は部分的に常駐することができる。別の実例では、ソフトウェア１４２０がプロセッサ１４０４の中に完全に又は部分的に常駐することができる。
【0056】
コンピュータ・システム１４００が入力デバイス１４３２をさらに有することができる。一実例では、コンピュータ・システム１４００のユーザが、入力デバイス１４３２を介して、コマンド及び／又は他の情報をコンピュータ・システム１４００に入力することができる。入力デバイス１４３２の実例には、限定しないが、英数字入力デバイス（例えば、キーボード）、ポインティング・デバイス、ジョイスティック、ゲームパッド、音声入力デバイス（例えば、マイクロフォン、音声応答システム、など）、カーソル制御デバイス（例えば、マウス）、タッチパッド、光学スキャナ、ビデオ・キャプチャ・デバイス（例えば、静止カメラ、ビデオ・カメラ）、タッチスクリーン、及びこれらの任意の組合せが含まれる。入力デバイス１４３２が、限定しないが、シリアル・インターフェース、パラレル・インターフェース、ゲーム・ポート、ＵＳＢインターフェース、ＦＩＲＥＷＩＲＥ（登録商標）インターフェース、バス１４１２への直接のインターフェース、及びこれらの任意の組合せを含めた、多様なインターフェース（図示せず）のうちの任意のインターフェースを介して、バス１４１２にインターフェース接続され得る。入力デバイス１４３２が、後でさらに考察されるディスプレイ１４３６の一部であってよいか又はディスプレイ１４３６から分離していてよいタッチ・スクリーン・インターフェースを含むことができる。入力デバイス１４３２が、上述のグラフィカル・インターフェース内で１つ又は複数の図的表示を選択するためのユーザ選択デバイスとして利用され得る。
【0057】
ユーザがさらに、記憶デバイス１４２４（例えば、取り外し可能なディスク・ドライブ、フラッシュ・ドライブなど）及び／又はネットワーク・インターフェース・デバイス１４４０を介してコンピュータ・システム１４００にコマンド及び／又は他の情報を入力することができる。ネットワーク・インターフェース・デバイス１４４０などのネットワーク・インターフェース・デバイスが、ネットワーク１４４４などの、多様なネットワークのうちの１つ又は複数のネットワークに対して、並びにネットワークに接続される１つ又は複数のリモート・デバイス１４４８に対して、コンピュータ・システム１４００を接続するのに利用され得る。ネットワーク・インターフェース・デバイスの実例には、限定しないが、ネットワーク・インターフェース・カード（例えば、モバイル・ネットワーク・インターフェース・カード、ＬＡＮカード）、モデム、及びこれらの任意の組合せが含まれる。ネットワークの実例には、限定しないが、ワイド・エリア・ネットワーク（例えば、インターネット、エンタープライズ・ネットワーク）、ローカル・エリア・ネットワーク（例えば、オフィス、建物、キャンパス、又は他の比較的小さい地理的空間に付随するネットワーク）、電話ネットワーク、電話／ボイス・プロバイダ（例えば、モバイル通信プロバイダのデータ及び／又はボイスネットワーク）に関連するデータ・ネットワーク、２つの計算デバイスの間での直接の接続、及びこれらの任意の組合せが含まれる。ネットワーク１４４４などの、ネットワークが、無線形態の及び／又は有線形態の通信を採用することができる。一般に、任意のネットワーク・トポロジーが使用され得る。情報（例えば、データ、ソフトウェア１４２０、など）が、ネットワーク・インターフェース・デバイス１４４０を介してコンピュータ・システム１４００まで及び／又はコンピュータ・システム１４００から通信され得る。
【0058】
コンピュータ・システム１４００が、ディスプレイ・デイバス１４３６などのディスプレイ・デバイスまで表示可能な画像を通信するためのビデオ・ディスプレイ・アダプタ１４５２をさらに有することができる。ディスプレイ・デバイスの実例には、限定しないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマ・ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、及びこれらの任意の組合せが含まれる。ディスプレイ・アダプタ１４５２及びディスプレイ・デバイス１４３６が、プロセッサ１４０４との組合せで、本開示の態様の図的表示を実現するために、利用され得る。ディスプレイ・デバイスに加えて、コンピュータ・システム１４００が、限定しないが、オーディオ・スピーカー、プリンタ、及びこれらの任意の組合せを含めた、１つ又は複数の他の周辺出力デバイスを有することができる。このような周辺出力デバイスが、周辺インターフェース１４５６を介して、バス１４１２に接続され得る。周辺インターフェースの実例には、限定しないが、シリアル・ポート、ＵＳＢ接続、ＦＩＲＥＷＩＲＥ（登録商標）接続、パラレル接続、及びこれらの任意の組合せが含まれる。
【0059】
図１５が、システム１００などの、本開示のモジュール式の薄膜付着システムを使用する４つの搬送可能なウエハ・ラックの並行の処理を概念的に示す時系列である。各列が、時間を基準として、特定のウエハ・ラックのための連続的な処理フェーズを示す。図１５が、反応器１０６などの薄膜付着反応器内で実施されるＡＬＤ処理フェーズ１５０２、予加熱チャンバ１０８ａ及び１０８ｂなどの２つの予加熱チャンバのうちの１つの予加熱チャンバ内での予加熱に対応する２つの異なる予加熱フェーズ（予加熱フェーズ１、１５０４、及び予加熱フェーズフェーズ２、１５０６）、ロード・ロック１１２ａ又は１１２ｂなどのロード・ロック内で行われ得るバッチ式の装填フェーズ１５０８、及びロード・ロックのうちの１つのロード・ロック内でやはり行われ得るバッチ式の冷却・取り出しフェーズ１５１０を示す。図１５が、ラック２００又は３００などの４つの搬送可能なウエハ・ラックを継続的に同時に処理するのにシステム１００が如何にして使用され得るかを示す。図１５が、予加熱フェーズ（１５０４／１５０６）が如何にして比較的長くなっているかを示している、一実例のための各フェーズの相対的な継続時間を概念的に示す。上述したように、システム１００の１つの利点は、予加熱フェーズ及び冷却フェーズの各々が薄膜付着フェーズから切り離され得ることである。図１５に示されるように、以前に番号を付されたラックにＡＬＤ処理を受けさせながら各ラックが予加熱され得、さらに各ラックがロード・ロック内で冷却され得、その結果、反応器が、冷却のために占有されずに次のウエハ・ラックへと直接に移され得、それによりシステムのスループットを有意に向上させる。
【0060】
上記で本発明の例示の実施例を詳細に説明してきた。本明細書及び添付の特許請求の範囲が、「Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの少なくとも１つ」及び「Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの１つ又は複数」というフレーズで使用されるような接続詞的な表現は、特に明記しない限り、接続されるリストの中にある各アイテムが、リスト内のすべての他のアイテムを排除して任意の数で存在することができるか、又は接続されるリストの中にある任意の又はすべての他のアイテムとの組合せで任意の数で存在することができる（各々のアイテムが同様に任意の数で存在することができる）ことを意味するものとして解釈される、ことに留意されたい。この一般的規則を適用すると、接続されるリストがＸ、Ｙ、及びＺから構成されるような上記の実例の接続詞的フレーズには、各々、「Ｘのうちの１つ又は複数」、「Ｙのうちの１つ又は複数」、「Ｚのうちの１つ又は複数」、「Ｘのうちの１つ又は複数、及びＹのうちの１つ又は複数」、「Ｙのうちの１つ又は複数、及びＺのうちの１つ又は複数」、「Ｘのうちの１つ又は複数、及びＺのうちの１つ又は複数」、並びに「Ｘのうちの１つ又は複数、Ｙのうちの１つ又は複数、及びＺのうちの１つ又は複数」が包含される。
【0061】
本発明の原理及び範囲から逸脱することなく、種々の修正及び追加が行われ得る。上述の種々の実施例の各々の特徴が、関連の新しい実施例において多様な形で特徴を組み合わせるのを可能にすることを目的として、適切である場合に、説明される他の実施例の特徴と組み合わされ得る。さらに、上記で多数の別個の実施例を説明してきたが、本明細書で説明してきたことは単に、本発明の原理の適用を単に説明するものである。また、本明細書では特定の方法を特定の順番で実施する形で示し、及び／又は説明したが、この順番は本開示の態様を達成するために当業者の範囲内で大きく変更され得る。したがって、本説明は単に例として解釈されることを意図され、本発明の範囲を限定するものとして解釈されない。
【0062】
例示の実施例を上記において開示して、さらには添付図面で示してきた。本発明の原理及び範囲から逸脱することなく、本明細書で具体的に開示される実施例に対して、種々の変更、省略、及び追加が行われ得ることが当業者には理解されよう。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A-3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
