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JP7525169B2 - Hybrid system architecture for thin film deposition - Google Patents

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JP7525169B2
JP7525169B2 JP2021535690A JP2021535690A JP7525169B2 JP 7525169 B2 JP7525169 B2 JP 7525169B2 JP 2021535690 A JP2021535690 A JP 2021535690A JP 2021535690 A JP2021535690 A JP 2021535690A JP 7525169 B2 JP7525169 B2 JP 7525169B2
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track
carrier
section
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テリー ブラック,
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インテヴァック インコーポレイテッド
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Description

(関連技術)
本出願は、2019年9月25日に出願された米国出願第16/583165号の一部継続出願であり、その開示内容の全体が参照による方法で本明細書に組み込まれる。また、本出願は、2018年12月18日に出願された米国仮出願62/781577号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容の全体が参照による方法で本明細書に組み込まれる。
(技術分野)
本開示内容は、概して、基板、特に半導体ウェハの薄膜コーティングなどの基板処理の分野に関する。
Related Technology
This application is a continuation-in-part of U.S. Application No. 16/583,165, filed September 25, 2019, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. This application also claims the benefit of priority to U.S. Provisional Application No. 62/781,577, filed December 18, 2018, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.
(Technical field)
TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to the field of substrate processing, such as thin film coating of substrates, particularly semiconductor wafers.

基板の真空処理は、当技術分野ではよく知られており、薄膜処理と呼ばれることもある。一般に、薄膜処理システムは、バッチ処理、クラスタシステム、インラインシステムの3つのアーキテクチャのいずれかに分類できる。これらのアーキテクチャのそれぞれの利点と欠点は、当技術分野でよく知られている。 Vacuum processing of substrates is well known in the art and is sometimes referred to as thin film processing. Generally, thin film processing systems can be categorized into one of three architectures: batch processing, cluster systems, and in-line systems. The advantages and disadvantages of each of these architectures are well known in the art.

いくつかのシステムアーキテクチャ、特に、半導体ウェハを使用してマイクロチップを製造するために用いられるシステムアーキテクチャにおいては、基板はロボットアームによって個々に処理チャンバに搬送され、ステーショナリーチャックやサセプタの上に置かれる。これに対して、他のシステム、例えば、ハードディスクドライブや太陽電池の製造に使用されるシステムでは、基板は搬送可能な基板キャリアに配置された状態で搬送され処理される。 In some system architectures, particularly those used to manufacture microchips using semiconductor wafers, substrates are individually transported by a robotic arm into the processing chamber and placed on a stationary chuck or susceptor. In contrast, in other systems, such as those used to manufacture hard disk drives or solar cells, substrates are transported and processed while placed on a transportable substrate carrier.

当技術分野では、様々なタイプの基板の上に薄膜を形成するために使用できる改良型システムアーキテクチャが必要とされている。加えて、当技術分野では、高いスループットと商業的に許容されるコストで薄膜コーティングを形成できる装置が必要とされている。 There is a need in the art for improved system architectures that can be used to form thin films on a variety of substrate types. Additionally, there is a need in the art for apparatus that can form thin film coatings at high throughput and at commercially acceptable costs.

下記の本開示内容の概要は、本発明のいくつかの側面及び態様に関しての基本的な理解が可能となるよう含めたものである。本概要は、本発明の広範に至る全体像ではなく、故に、本発明の主要な若しくは重要な要素を殊更に特定したり、或いは、本発明の範囲を描写したりすることを意図したものではない。その唯一の目的は、以下に示す更に詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略化して提示することにある。 The following summary of the disclosure is included to provide a basic understanding of some aspects and embodiments of the invention. This summary is not an extensive overview of the invention, and thus is not intended to particularly identify key or critical elements of the invention or to delineate the scope of the invention. Its sole purpose is to present some concepts of the invention in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented below.

開示の実施形態は、大量生産で且つ許容可能な商業コストで改良型薄膜コーティングを形成できるよう特別に設計されたシステムを提供するものである。開示のシステムは、MRAM(Magnetoresistive Random-Access Memory;磁気抵抗ランダムアクセスメモリ)の製造など、半導体ウェハの上に異なる組成の複数の薄膜を形成するのに特に有効である。 The disclosed embodiments provide a system specifically designed to produce improved thin film coatings in high volume and at acceptable commercial costs. The disclosed system is particularly useful for forming multiple thin films of different compositions on a semiconductor wafer, such as in the fabrication of magnetoresistive random-access memory (MRAM).

MRAMセルでは、磁気記憶素子によってデータが保存される。その各素子は、薄い絶縁層で隔てられた2枚の強磁性プレートで構成されている。2枚のプレートのうちの1枚は、リファレンス層と呼ばれ、特定の極性に設定された永久磁石である。もう1枚は、フリープレートであり、その磁化状態は、外部から与えられる磁化に合わせて変化させ、メモリービットを記憶することができる。この構成は、磁気トンネル接合として知られており、MRAMビットに関する最も単純な構造である。MRAMのメモリーチップは、このような「セル」を格子状に並べて構築される。実際には、各々の強磁性プレートは、異なる材料組成の薄膜を何層にも重ねて形成されており、いくらかハードディスクの構造に似たものとなっている。 In an MRAM cell, data is stored by magnetic memory elements. Each element consists of two ferromagnetic plates separated by a thin insulating layer. One of the plates, called the reference layer, is a permanent magnet set to a specific polarity. The other plate is a free plate whose magnetization state can be changed to match an externally applied magnetization to store a memory bit. This configuration, known as a magnetic tunnel junction, is the simplest structure for an MRAM bit. An MRAM memory chip is built from a grid of such "cells." In reality, each ferromagnetic plate is made up of many thin layers of different material compositions, somewhat similar to the structure of a hard disk.

開示の実施形態は、薄膜層の高速形成に適した真空処理システムの2つの重要な要素、すなわち、真空システムのアーキテクチャ及びウェハローディングシステムのアーキテクチャを扱っている。このアーキテクチャは、円形シリコンウェハ上に磁性材料の薄膜をスパッタリングする際に関する様々な課題を解決するように設計されている。そのいくつかの課題として、水蒸気が層に到達するのを回避すること、粒子による汚染を避けること、ウェハの位置ずれや破損を避けることなどが含まれる。 The disclosed embodiments address two key elements of a vacuum processing system suitable for rapid deposition of thin film layers: the vacuum system architecture and the wafer loading system architecture. The architecture is designed to solve various challenges associated with sputtering thin films of magnetic materials onto circular silicon wafers, including avoiding water vapor from reaching the layer, avoiding particle contamination, and avoiding wafer misalignment and breakage.

開示の実施形態において、真空エンクロージャは、これに取り付けられた複数の処理チャンバを有している。処理中、キャリアは、真空エンクロージャの内部を連続的に一斉に移動していき、処理チャンバによって処理される。ロードロック部は、真空エンクロージャに取り付けられ、ロード側とアンロード側とを有しうるものであり、それらは真空環境を共有していてもよいし独立して有していてもよい。ゲートバルブは、ロードロック部を真空エンクロージャから分離する。トラック交換器は、真空エンクロージャ内に配置される。トラック交換器は、キャリアが真空エンクロージャ内を連続的に移動する第一の位置と、キャリアを真空エンクロージャとロードロック部との間で移動させるための第二の位置との間で移動可能となっている。 In the disclosed embodiment, the vacuum enclosure has a number of process chambers attached thereto. During processing, the carriers move continuously in unison within the vacuum enclosure and are processed by the process chambers. A load lock is attached to the vacuum enclosure and may have a load side and an unload side, which may share a vacuum environment or may have separate vacuum environments. A gate valve separates the load lock from the vacuum enclosure. A track exchanger is disposed within the vacuum enclosure. The track exchanger is movable between a first position, in which the carriers move continuously within the vacuum enclosure, and a second position for moving the carriers between the vacuum enclosure and the load lock.

一般的な態様によれば、処理システムが提供される。該処理システムは、真空エンクロージャと、前記真空エンクロージャの側壁に取り付けられた複数の処理チャンバと、第一ゲートバルブを介して前記真空エンクロージャのローディング端に結合され、内部に搬送トラックを有する移送チャンバと、第二ゲートバルブを介して前記移送チャンバに結合され、入口側に第三ゲートバルブを有するとともに、内部に搬送トラックを有するロードロックと、前記ロードロックの側壁に取り付けられ、前記ロードロック内で垂直又は略垂直の姿勢で基板を保持するウェハホルダーを有するウェハ保持モジュールと、回転可能な手首を介して多関節ロボットアームの末端部に取り付けられたエンドエフェクタを有する多関節ロボットアームであって、前記ロードロックの外側で且つFOUPから基板を水平方向に取り出すために到達可能に配置され、該基板を垂直又は略垂直な姿勢へと回転させて前記ウェハホルダー上に該基板を載置する多関節ロボットアームと、前記搬送トラック上を移動し、前記ウェハ保持モジュールとの間で基板の交換を行う複数の基板キャリアとを備える。 According to a general aspect, a processing system is provided. The processing system includes a vacuum enclosure, a plurality of processing chambers attached to a side wall of the vacuum enclosure, a transfer chamber coupled to a loading end of the vacuum enclosure via a first gate valve and having a transfer track therein, a load lock coupled to the transfer chamber via a second gate valve, having a third gate valve at an entrance side and having a transfer track therein, a wafer holding module attached to a side wall of the load lock and having a wafer holder that holds a substrate in a vertical or near-vertical position in the load lock, a multi-joint robot arm having an end effector attached to a distal end of the multi-joint robot arm via a rotatable wrist, the multi-joint robot arm being positioned outside the load lock and reachable to horizontally remove a substrate from a FOUP, and rotating the substrate to a vertical or near-vertical position to place the substrate on the wafer holder, and a plurality of substrate carriers moving on the transfer track to exchange substrates with the wafer holding module.

該システムは、上部に直線状トラック部が設けられたターンテーブルを含んでもよい。前記ターンテーブルは、前記基板キャリアをアンローディング位置からローディング位置へと、或いは、前記基板キャリアを一方の搬送トラックから他方の搬送トラックへと搬送するように回転可能となっていてもよい。前記ターンテーブルは、真空エンクロージャ内に配置されてもよいし、ロードロック内に配置されてもよく、また、電動ホイールを含んでいてもよい。 The system may include a turntable having a linear track portion thereon. The turntable may be rotatable to transfer the substrate carrier from an unloading position to a loading position, or from one transfer track to another. The turntable may be located in a vacuum enclosure or a load lock, and may include motorized wheels.

該システムは、前記真空エンクロージャ内に配置されたレーストラック形状のモノレールと、前記真空エンクロージャ内に配置され、前記レーストラック形状のモノレールの上を自由に進む各キャリアと係合する無端ベルトと、前記レーストラック形状のモノレールの一端に配置され、前記レーストラック形状のモノレールと前記搬送トラックとの間で各キャリアを搬送するトラック交換器とを含むものであってもよい。 The system may include a racetrack-shaped monorail disposed within the vacuum enclosure, an endless belt disposed within the vacuum enclosure and engaging each carrier that moves freely on the racetrack-shaped monorail, and a track exchanger disposed at one end of the racetrack-shaped monorail and transporting each carrier between the racetrack-shaped monorail and the transport track.

前記各基板キャリアは、それぞれ略垂直姿勢で配置されたウェハホルダー及び/又は静電チャックを含むものでもよい。 Each of the substrate carriers may include a wafer holder and/or an electrostatic chuck arranged in a substantially vertical position.

該システムは、前記真空エンクロージャの末端であって前記ローディング端に対向する末端に配置されたターンテーブルと、前記真空エンクロージャ内に配置されたレーストラック形状のモノレールと、前記真空エンクロージャ内に配置され、前記レーストラック形状のモノレールの上を自由に進む各キャリアと係合する無端ベルトと、前記レーストラック形状のモノレールの一端に配置され、前記レーストラック形状のモノレールと前記ターンテーブルとの間で各キャリアを搬送するトラック交換器と、前記真空エンクロージャにおける前記末端に取り付けられた少なくとも1つの第二処理システムとを含むものであってもよい。前記無端ベルトは、複数のドライビングフォーク(driving fork)を含み、各々の前記基板キャリアは、前記レーストラック形状のモノレールと係合するように構成された複数の自由に回転するホイールと前記ドライビングフォークと係合するように構成されたドライブピンとを含むものであってもよい。前記ターンテーブルは、直線状トラック部と電動式ホイールとを含み、各々の前記基板キャリアは、前記電動式ホイールと係合するドライブバーを含むものでもよい。 The system may include a turntable disposed at an end of the vacuum enclosure opposite the loading end, a racetrack-shaped monorail disposed within the vacuum enclosure, an endless belt disposed within the vacuum enclosure and engaging each carrier moving freely on the racetrack-shaped monorail, a track exchanger disposed at one end of the racetrack-shaped monorail and transporting each carrier between the racetrack-shaped monorail and the turntable, and at least one second processing system attached to the end of the vacuum enclosure. The endless belt may include a plurality of driving forks, and each of the substrate carriers may include a plurality of freely rotating wheels configured to engage the racetrack-shaped monorail and a drive pin configured to engage the driving fork. The turntable may include a linear track portion and a motorized wheel, and each of the substrate carriers may include a drive bar that engages the motorized wheel.

さらに、該システムは、前記真空エンクロージャのローディング端に結合された第二移送チャンバと、前記第二移送チャンバに結合された第二ロードロックとを備えるものでもよい。該システムは、さらに、記第二ロードロックから前記ロードロックへと、或いは、前記第二移送チャンバから前記移送チャンバへと、前記キャリアを搬送する。前記搬送機構は、可動テーブル、該テーブル上に配置された直線状モノレール部、及び、該テーブル上に配置された曲線状モノレール部を有する少なくとも1つのトラック交換器を含むものでもよく、また、上部に直線状トラック部を有するターンテーブルをさらに含むものでもよい。また、該システムは、前記真空エンクロージャ内に配置され、レーストラックのような形状が設定された第一モノレール部と2つの平行な直線状モノレール延長部を有する第二モノレール部とで構成されたモノレールと、前記第一モノレール部に配置された原動要素と、前記第二モノレール部に沿って配置された複数の電動式ホイールとを含んでいてもよく、前記トラック交換器は、前記第一モノレール部及び前記第二モノレール部との間で各キャリアを搬送するようになっていてもよい。複数の前記キャリアの各々は、基体と、前記基体に取り付けられ、該キャリアを前記第一モノレール部にあるときに移動させるよう、前記原動要素と係合するように構成された係合機構と、前記基体に取り付けられたドライブバーであって、前記第2モノレール部を進んでいる該キャリアを移動させるよう、複数の電動式ホイールと係合するように構成されたドライブバーとを含むものでもよい。 The system may further include a second transfer chamber coupled to the loading end of the vacuum enclosure and a second load lock coupled to the second transfer chamber. The system further transports the carrier from the second load lock to the load lock or from the second transfer chamber to the transfer chamber. The transport mechanism may include at least one track changer having a movable table, a linear monorail section disposed on the table, and a curved monorail section disposed on the table, and may further include a turntable having a linear track section thereon. The system may also include a monorail disposed within the vacuum enclosure, the monorail being configured with a first monorail section shaped like a racetrack and a second monorail section having two parallel linear monorail extensions, a motive element disposed on the first monorail section, and a plurality of motorized wheels disposed along the second monorail section, and the track changer may be adapted to transport each carrier between the first monorail section and the second monorail section. Each of the plurality of carriers may include a base, an engagement mechanism attached to the base and configured to engage with the motive element to move the carrier while it is on the first monorail section, and a drive bar attached to the base and configured to engage with a plurality of motorized wheels to move the carrier traveling on the second monorail section.

さらに別の態様によれば、複数の処理ウィンドウを有し且つ内部に連続トラックが配置された真空エンクロージャと、前記真空エンクロージャの側壁に取り付けられ、それぞれが前記処理ウィンドウの1つに対応して設けられる複数の処理チャンバと、前記真空エンクロージャの一端に取り付けられ、内部にローディングトラックが配置されたロードロックと、前記真空エンクロージャから前記ロードロックを分離する少なくとも1つのゲートバルブと、前記連続トラックと前記ローディングトラックの上を移動するように構成された複数の基板キャリアと、前記真空エンクロージャの内部に配置され、前記基板キャリアを前記連続トラック上で連続的に移動させるための第一の位置と上記基板キャリアを前記連続トラックと前記ローディングトラックとの間で移送させるための第二の位置との間で移動可能な少なくとも1つのトラック交換器とを含む処理システムが提供される。 According to yet another aspect, a processing system is provided that includes a vacuum enclosure having a plurality of processing windows and a continuous track disposed therein, a plurality of processing chambers attached to a side wall of the vacuum enclosure, each of which corresponds to one of the processing windows, a load lock attached to one end of the vacuum enclosure and having a loading track disposed therein, at least one gate valve isolating the load lock from the vacuum enclosure, a plurality of substrate carriers configured to move on the continuous track and the loading track, and at least one track exchanger disposed inside the vacuum enclosure and movable between a first position for continuously moving the substrate carrier on the continuous track and a second position for transferring the substrate carrier between the continuous track and the loading track.

さらに別の態様では、
第一サイド及び該第一サイドの反対側に位置する第二サイドを有するロードロック部と、
前記ロードロック部の第一サイドに連結された大気部と、
前記ロードロック部の第二サイドに取り付けられ、複数の処理チャンバが取り付けられた真空部と、
以下の(i)~(iv)を含むキャリア搬送機構と、
(i)レーストラック形状をなし、前記真空部内に配置された第一モノレール部、前記ロードロック部内に配置され、前記大気部及び真空部の中に延びる延長部を持つ2つの平行な直線状モノレールを有する第二モノレール部、ならびに、前記大気部に配置されるとともに曲線状をなし、一端が前記各直線状モノレールのうちの一方における延長部に対応し、他端が前記各直線状モノレールのうちの他方における延長部に対応した第三モノレール部として形成されたモノレール
(ii)前記レーストラックに配置された原動要素
(iii)前記第二モノレール部に沿って配置された複数の電動式ホイール
(iv)前記第一モノレール部の一端に配置され、それぞれ、可動テーブル、該テーブル上に配置された直線状モノレール部、及び、該テーブル上に配置された曲線状モノレール部を含む2つのトラック交換器
複数のホイールを有し、前記モノレールと係合して前記キャリアが前記モノレール上を進むように構成された複数のキャリアと、を備える基板処理システムが提供される。
In yet another aspect,
a load lock portion having a first side and a second side opposite the first side;
an atmospheric section coupled to a first side of the load lock section;
a vacuum section attached to a second side of the load lock section and having a plurality of processing chambers attached thereto;
A carrier transport mechanism including the following (i) to (iv);
(i) a first monorail section having a racetrack configuration and disposed within the vacuum section; a second monorail section disposed within the load lock section and having two parallel straight monorails with extensions extending into the atmospheric section and the vacuum section; and a third monorail section disposed in the atmospheric section and having a curved configuration with one end corresponding to the extension of one of the straight monorails and the other end corresponding to the extension of the other of the straight monorails.
(ii) a motive element disposed on said race track;
(iii) a plurality of motorized wheels disposed along the second monorail section;
(iv) two track exchangers disposed at one end of the first monorail section, each including a movable table, a straight monorail section disposed on the table, and a curved monorail section disposed on the table; and a plurality of carriers having a plurality of wheels and configured to engage with the monorail so that the carriers move along the monorail.

一実施形態において、前記システムは、第一サイド及び該第一サイドの反対側に位置する第二サイドを有するロードロック部と、該ロードロック部の第一サイドに取り付けられた大気部と、前記ロードロック部の第二サイドに取り付けられ、複数の処理チャンバが取り付けられた真空部と、以下の(i)~(v)を含むキャリア搬送機構と、
(i)レーストラック形状をなし、前記真空部内に配置された第一モノレール部、前記ロードロック部内に配置され、前記大気部及び真空部の中に延びる延長部を持つ2つの平行な直線状モノレールを有する第二モノレール部、ならびに、前記大気部に配置されるとともに曲線状をなし、一端が前記各直線状モノレールのうちの一方における延長部に対応し、他端が前記各直線状モノレールのうちの他方における延長部に対応した第三モノレール部として形成されたモノレール
(ii)前記レーストラックに配置され、複数のドライブフォーク(drive fork)が取り付けられた無端ベルト
(iii)前記大気部に配置され、複数のドライブフォークが取り付けられたドライビングホイール
(iv)前記第二モノレール部に沿って配置された複数の電動式ホイール
(v)前記第一モノレール部の一端に配置され、それぞれ、可動テーブル、該テーブル上に配置された直線状モノレール部、及び、該テーブル上に配置された曲線状モノレール部を含む2つのトラック交換器
基体と、該基体に取り付けられ、前記モノレールと係合して前記キャリアが前記モノレール上を自由に進むように構成された複数のホイールと、前記基体に取り付けられ、前記第二モノレール部を進んでいる前記キャリアを移動させるよう、前記複数の電動式ホイールと係合するように構成されたドライブバーと、前記基体に取り付けられ、前記第一モノレール部又は第三モノレール部にある前記キャリアを移動させるよう、前記ドライビングフォークと係合するように構成されたドライブピンとを有する複数のキャリアとを備え、前記トラック交換器が第一の位置にあるとき、前記曲線状モノレール部は、前記第一モノレール部と整列し、前記キャリアを前記ドライビングフォークにより前記第一モノレール部に沿って連続的に移動させ、前記トラック交換器が第二の位置にあるとき、前記直線状モノレール部は、前記第一モノレール部を前記第二モノレール部に接続し、前記ロードロック部と前記真空部との間で前記キャリが交換されるように構成されている。
In one embodiment, the system includes a load lock unit having a first side and a second side opposite to the first side, an atmospheric section attached to the first side of the load lock unit, a vacuum section attached to the second side of the load lock unit and having a plurality of processing chambers attached thereto, and a carrier transport mechanism including:
(i) a first monorail section having a racetrack configuration and disposed within the vacuum section; a second monorail section disposed within the load lock section and having two parallel straight monorails with extensions extending into the atmospheric section and the vacuum section; and a third monorail section disposed in the atmospheric section and having a curved configuration with one end corresponding to the extension of one of the straight monorails and the other end corresponding to the extension of the other of the straight monorails.
(ii) an endless belt disposed on the racetrack and having a plurality of drive forks attached thereto;
(iii) a driving wheel disposed in the atmospheric section and having a plurality of drive forks attached thereto;
(iv) a plurality of motorized wheels disposed along the second monorail section;
(v) two track exchangers disposed at one end of the first monorail section, each including a movable table, a linear monorail section disposed on the table, and a curved monorail section disposed on the table; a base, a plurality of wheels attached to the base and configured to engage with the monorail so that the carriers move freely on the monorail, a drive bar attached to the base and configured to engage with the plurality of motorized wheels to move the carriers traveling on the second monorail section, and a drive pin attached to the base and configured to engage with the driving fork to move the carriers on the first monorail section or the third monorail section, wherein when the track exchanger is in a first position, the curved monorail section is aligned with the first monorail section and the carriers are moved continuously along the first monorail section by the driving fork, and when the track exchanger is in a second position, the linear monorail section connects the first monorail section to the second monorail section, and the carriers are exchanged between the load lock section and the vacuum section.

本発明の他の態様及び特徴は、以下の図面を参照して行う詳細な説明により明らかになろう。詳細な説明及び図面は、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の様々な実施形態の非限定例を提供するものである、という点を理解されたい。 Other aspects and features of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the drawings. It should be understood that the detailed description and drawings provide non-limiting examples of various embodiments of the invention as defined by the appended claims.

本明細書に組み込まれて当該明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、本明細書とともに本発明の原理を説明、図解する役割を果たすものである。図面は、例示的な実施形態の主な特徴を図式的に説明することを意図したものである。当該図面は、実際の実施形態における全ての特徴を描写することを意図したものではなく、また、図示の各要素の相対的な寸法を描写することやそれらを原寸で描くことを意図したものでもない。
図1、図1A、及び図1Bは、デュアル-モーションキャリアを使用して薄膜コーティングを形成するためのモジュールシステムの実施形態を示す。 図2Aは、デュアル-モーション基板キャリアの一実施形態を示し、図2Bは、円形基板用の基板ホルダーを示す。 図3A~図3Bは、半導体ウェハを処理するために構成したアーキテクチャの実施形態を示し、図3Cは、本システムの一端に処理モジュールを取り付けるための実施形態を示す。
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain and illustrate the principles of the invention. The drawings are intended to diagrammatically illustrate major features of exemplary embodiments. The drawings are not intended to depict every feature of an actual embodiment, nor are they intended to depict relative dimensions of the illustrated elements or to draw them to scale.
1, 1A, and 1B illustrate an embodiment of a modular system for forming thin film coatings using a dual-motion carrier. FIG. 2A shows one embodiment of a dual-motion substrate carrier, and FIG. 2B shows a substrate holder for a circular substrate. 3A-3B show an embodiment of an architecture configured for processing semiconductor wafers, and FIG. 3C shows an embodiment for mounting a processing module at one end of the system.

さて、薄膜コーティングを製造するための本発明に係るシステム及びそのウェハローディングシステムの各実施形態について、図面を参照しながら説明する。種々の用途において、また、種々の利点を得るために、多様なの実施形態又はそれらの組み合わせを用いることができる。本明細書で開示する種々の特徴は、達成しようとする成果に応じ、部分的に又は最大限に、また、単独で又は他の特徴との組み合わせで、そして、利点と要求や制限とのバランスを取りながら用いることができる。したがって、特定の利点が種々の実施形態を参照して強調されても、その利点がその開示の実施形態に限定されることはない。すなわち、本明細書で開示する各特徴は、それらを説明している実施形態に限定されるものではないし、他の特徴との「組み合わせや整合」を図ったり、或いは、他の実施形態に組み込んだりしてもよい。 Now, the embodiments of the system for producing thin film coatings and the wafer loading system thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. Various embodiments or combinations thereof can be used in various applications and to obtain various advantages. The various features disclosed herein can be used partially or to the fullest extent, alone or in combination with other features, and in a balance of advantages and requirements and limitations, depending on the results to be achieved. Thus, even if a particular advantage is emphasized with reference to various embodiments, the advantage is not limited to the disclosed embodiment. That is, each feature disclosed herein is not limited to the embodiment in which it is described, but may be "combined or aligned" with other features or incorporated into other embodiments.

開示の実施形態は、薄膜層の高速形成に適した真空処理システムの2つの重要な要素、すなわち、真空システムのアーキテクチャとウェハローディングシステムのアーキテクチャを説明するものである。以下に示す開示内容は、真空処理システムの説明から始まり、次いでローディングシステムの説明に移るようになっている。 The disclosed embodiments describe two key elements of a vacuum processing system suitable for rapid deposition of thin film layers: the vacuum system architecture and the wafer loading system architecture. The disclosure below begins with a description of the vacuum processing system and then moves to a description of the loading system.

開示の実施形態は、キャリアモーションの第一モードを使用して連続通過処理部内での基板の連続処理を可能にするシステムのアーキテクチャ、及び、キャリアモーションの第二モードを使用してキャリアを連続通過処理部外へ搬送するメカニズムを提供するものである。何れのキャリアモーションモードにおいても、キャリアは自由にトラック上を進むが、キャリアをトラック上で進ませるために該キャリアに与える原動力は、キャリアモーションモードごとに異なる。連続通過処理部内においては、すべてのキャリが一斉に移動するが、連続通過処理部から出るときには、各キャリアは独立して移動しうる。 The disclosed embodiments provide a system architecture that allows continuous processing of substrates in a continuous pass processor using a first mode of carrier motion, and a mechanism for transporting carriers out of the continuous pass processor using a second mode of carrier motion. In both carrier motion modes, the carriers move freely along the track, but the driving force applied to the carriers to move them along the track varies from carrier motion mode to carrier motion mode. All carriers move in unison within the continuous pass processor, but when exiting the continuous pass processor, each carrier may move independently.

次に、図2A及び図2Bと併せて図1を参照しながら第一実施形態について説明するが、図2Bは半導体ウェハの処理に特化したものである。図1は、システムの上面概略図であり、図2Aはキャリアを示し、図2Bは図2Aのキャリアの交換用基板ホルダーを示している。 The first embodiment will now be described with reference to FIG. 1 in conjunction with FIGS. 2A and 2B, with FIG. 2B being specific to the processing of semiconductor wafers. FIG. 1 is a top schematic view of the system, FIG. 2A shows the carrier, and FIG. 2B shows a replacement substrate holder for the carrier of FIG. 2A.

図1のシステム100は、大気部105、ロードロック部110、及び、真空部115から構成されている。各キャリアは、大気部105でロード又はアンロードされ、ロードロック部110を経由して大気部105と真空部115との間で移送される。 基板は、連続通過処理部を形成する真空部115内で処理される。この例では4つの処理チャンバ120A~120Dを図示しているが、以下でさらに示すように、任意数の処理チャンバを設けることができる。図示の処理チャンバ120A~120Dは、それぞれエッチングチャンバ、スパッタリングチャンバ、イオン注入チャンバなどでもよく、本実施形態においては、各処理チャンバは、それらの間にバルブゲートを設けることなく共通の真空雰囲気に接続されており、通過処理が可能な構成になっている。MRAMの製造においては、該チャンバは、磁性層を形成すべく、コバルト(Co)、タンタル(Ta)、プラチナ(Pt)、ルテニウム(Ru)、及び、コバルト-鉄-ホウ素(CoFeB)のような合金など、種々の材料から成るターゲットを備えたマグネトロンスパッタリングチャンバとすることができる。 The system 100 of FIG. 1 is comprised of an atmospheric section 105, a load lock section 110, and a vacuum section 115. Each carrier is loaded or unloaded in the atmospheric section 105 and transferred between the atmospheric section 105 and the vacuum section 115 via the load lock section 110. The substrates are processed in the vacuum section 115 forming a continuous pass-through processing section. Although four processing chambers 120A-120D are shown in this example, any number of processing chambers can be provided, as further described below. The illustrated processing chambers 120A-120D can be etching chambers, sputtering chambers, ion implantation chambers, etc., and in this embodiment, each processing chamber is connected to a common vacuum atmosphere without providing a valve gate between them, allowing pass-through processing. In MRAM manufacturing, the chamber can be a magnetron sputtering chamber with targets of various materials, such as cobalt (Co), tantalum (Ta), platinum (Pt), ruthenium (Ru), and alloys such as cobalt-iron-boron (CoFeB), to form the magnetic layers.

モノレールセグメント125は、3つの構成部105、110、及び115に設けられており、基板キャリアが3つの構成部全てを横断できるようになっている。モノレールセグメントは、連続通過処理部115内にレーストラックモノレール127を形成し、また、ロードロック部110を横断して部分的に大気部と真空部とに延在する直線状トラック128A及び128Bを形成し、そして、大気部105内で湾曲して三日月形状をなす回転トラック129を形成している。無端ベルト130は、連続通過処理部115内の回転ドラム131Aから回転ドラム131Bにわたって設けられており、該無端ベルト130には複数の原動フォーク132が取り付けられている。直線状トラックの隣には複数の通電可能なホイール135が設けられており、大気部105内に複数の原動フォーク132を備えた回転ホイール137が設けられている。 Monorail segments 125 are provided in the three components 105, 110, and 115 to allow substrate carriers to traverse all three components. The monorail segments form a racetrack monorail 127 in the continuous pass processing section 115, linear tracks 128A and 128B that traverse the load lock section 110 and extend partially between the atmospheric section and the vacuum section, and a rotating track 129 that curves into a crescent shape in the atmospheric section 105. An endless belt 130 is provided from a rotating drum 131A to a rotating drum 131B in the continuous pass processing section 115, and a plurality of driving forks 132 are attached to the endless belt 130. A plurality of electrically conductive wheels 135 are provided adjacent to the linear track, and a rotating wheel 137 with a plurality of driving forks 132 is provided in the atmospheric section 105.

連続通過処理部115内に2つのトラック交換器140が設けられており、その拡大図を吹き出しで示す。トラック交換器は、曲線状トラックセグメント142及び直線状トラックセグメント144が設けられたテーブル141を含む。図1の双方向矢印で示すように、該トラック交換器は、2つの位置のうちの一方の位置へと移動できるようになっている。一方の位置では、真空部内のキャリアがレーストラックに沿って連続的に移動してチャンバ120A~120Dによって基板が連続的に処理されるように、曲線状トラックセグメントがレーストラック127を完成させる。真空チャンバ内での基板の処理が完了すると、トラック交換器は第二の位置に移動し、真空チャンバ内の各キャリアがロードロックに出てロードロック内の各キャリアが真空部に入るように、直線状トラックが直線状トラック128A及び128Bとレーストラック127の直線状部との間の接続を形成する。 Two track exchangers 140 are provided in the continuous pass processing section 115, and are shown in an enlarged view in the callouts. The track exchanger includes a table 141 provided with a curved track segment 142 and a straight track segment 144. As shown by the double arrow in FIG. 1, the track exchanger is movable to one of two positions. In one position, the curved track segment completes the racetrack 127 so that the carriers in the vacuum section move continuously along the racetrack to continuously process the substrates through the chambers 120A-120D. Once processing of the substrates in the vacuum chambers is completed, the track exchanger moves to a second position, where the straight track forms a connection between the straight tracks 128A and 128B and the straight portion of the racetrack 127 so that the carriers in the vacuum chambers exit the load locks and the carriers in the load locks enter the vacuum section.

基板キャリア150の実施形態を図2Aに示す。本実施形態において、キャリア150は、基体152と基板ホルダー154とを有している。基板ホルダー154は、異なる形状と数の基板の処理できるように、ベースに対して着脱可能になっている。例えば、図2Aに示すホルダー154は、正方形又は長方形の基板を3段に保持し、図2Bに示すホルダー154’は、半導体ウェハなどの円形基板を保持するものとなっている。MRAMの製造に有利な一実施形態におけるホルダー154’は、静電チャック157を含む。代替的に又は追加的に、ホルダー154’は、ウェハの周縁部と係合する任意的な支持ピン159を含むものでもよい。また、ホルダーの平面は、水平に対して角度θで傾斜している。この例では、当該角度は15度である。 2A shows an embodiment of a substrate carrier 150. In this embodiment, the carrier 150 has a base 152 and a substrate holder 154. The substrate holder 154 is detachable from the base so that substrates of different shapes and numbers can be processed. For example, the holder 154 shown in FIG. 2A holds three tiers of square or rectangular substrates, while the holder 154' shown in FIG. 2B holds circular substrates such as semiconductor wafers. In one embodiment advantageous for MRAM manufacturing, the holder 154' includes an electrostatic chuck 157. Alternatively or additionally, the holder 154' may include optional support pins 159 that engage the periphery of the wafer. The plane of the holder is also inclined at an angle θ to the horizontal. In this example, the angle is 15 degrees.

図2Aに示すように、基体152は、モノレール125に係合して進むローラー機構153を含む。該ローラー機構は、電動化されておらず、基体がモノレール上を自由に進むことができるような、自由に回転する複数のホイールを含んでもよい。原動力は、ドライブバー156と係合するホイール135又はドライブピン158と係合するフォーク132の何れかにより得られるようになっている。 As shown in FIG. 2A, the base 152 includes a roller mechanism 153 that engages and propels the monorail 125. The roller mechanism may be non-motorized and may include a number of freely rotating wheels that allow the base to freely propel on the monorail. Motive power may be provided by either the wheels 135 engaging the drive bar 156 or the forks 132 engaging the drive pins 158.

次に、システム100で実行される一般的な処理の一例を説明する。空のキャリアがローディングステーション160まで駆動され、ローラー機構153が直線状トラック128Aと係合するとともに、電動式ホイール135がドライブバー156と係合する。そして、新しい基板が基板ホルダー154にロードされる。一方、処理された基板は、アンロードステーション161に配置された別のキャリアから取り除くことができる。ロード及びアンロードが完了すると、ローディング部160におけるロードロックの入口ゲートバルブENが開く。適宜、アンローディング部161におけるロードロックの出口ゲートバルブEXも開く。ローディングロードロックの出口ゲートバルブは閉じたままである。また、アンロード部の出口ゲートバルブが開くと、その入口ゲートバルブは閉じる。いくつかの実施形態では、破線の仕切り170で例示したように2つのロードロックが独立しており、故に、それぞれが互いに独立して真空を維持できるようになっている。このような構成では、新しいキャリアがローディングロードロック内へとロードされている間に、処理済みのキャリアを真空部からアンローディングロードロック161にロードすることができる。入口ゲートバルブと出口ゲートバルブの構造は同じで、入口ゲートバルブと出口ゲートバルブは、キャリアの進行方向によって識別されている点に留意されたい。つまり、進行方向が反転すれば、入口バルブと出口バルブの呼称も反転する。 An example of a typical process performed by the system 100 is now described. An empty carrier is driven to the loading station 160, where the roller mechanism 153 engages the linear track 128A and the motorized wheels 135 engage the drive bar 156. A new substrate is then loaded onto the substrate holder 154. Meanwhile, a processed substrate can be removed from another carrier located at the unloading station 161. Once loading and unloading is complete, the inlet gate valve EN of the load lock in the loading section 160 opens. If appropriate, the outlet gate valve EX of the load lock in the unloading section 161 also opens. The outlet gate valve of the loading load lock remains closed. Also, when the outlet gate valve of the unloading section opens, its inlet gate valve closes. In some embodiments, the two load locks are independent, as illustrated by the dashed partition 170, so that each can maintain a vacuum independently of the other. In this configuration, a processed carrier can be loaded from the vacuum section into the unloading load lock 161 while a new carrier is being loaded into the loading load lock. Note that the inlet and outlet gate valves have the same structure and are identified by the direction of carrier travel. That is, if the direction of travel is reversed, the designations of the inlet and outlet valves are also reversed.

この条件においては、電動式ホイール135が通電され、ローディングステーション内のキャリアをそれぞれのロードロックに移送する一方で、他のロードロック内のキャリアを大気部105に移動させることができ、且つ/又は、処理済みのキャリアをアンローディングロードロックへと移動させることができる。但し、これらの操作を必ずしも同時に実行する必要はない点に留意されたい。適宜、ローディングを時間差で実行することもでき、そのような場合には、アンロード部の電動ホイールには通電せずに新し基板を搭載したキャリア用の入口ゲートバルブだけを開けて該キャリアをロードロックへと移動させる。つまり、直線状トラック部の電動式ホイールは独立して通電することも、或いは、一部の電動式ホイールだけを通電させるような、纏めての通電も可能となっている。また、各ロードロックが独立している場合は、つまり、独立した専用のポンプ機構を有している場合は、様々なゲートバルブに独立して通電することができることから、ローディング及びアンローディングを同期させる必要はない。勿論、作業効率を考えれば、同期処理は有益である。 In this condition, the motorized wheels 135 are energized to transport the carriers in the loading station to their respective load locks, while the carriers in the other load locks can be moved to the atmospheric section 105 and/or the processed carriers can be moved to the unloading load lock. Note, however, that these operations do not necessarily have to be performed simultaneously. If desired, loading can be performed with a time lag, in which case the motorized wheels of the unloading section are not energized and only the inlet gate valve for the carrier with the new substrate is opened to move the carrier to the load lock. In other words, the motorized wheels of the linear track section can be energized independently, or can be energized collectively, with only some of the motorized wheels being energized. Also, if each load lock is independent, i.e. has an independent dedicated pump mechanism, the various gate valves can be energized independently, and therefore there is no need to synchronize loading and unloading. Of course, synchronous processing is beneficial in terms of work efficiency.

ロードロックが共通の真空雰囲気を維持し、共通にポンピングされる実施形態においては、例えば、仕切り170が無い実施形態では、ゲートバルブは同期して作動する。例えば、ローディングロードロックのゲートバルブENは、アンローディングロードロックのゲートバルブEXと一緒に作動し、ローディングロードロックのゲートバルブEXは、アンローディングロードロックのゲートバルブENと一緒に作動する。 In embodiments in which the load locks maintain a common vacuum atmosphere and are commonly pumped, e.g., in embodiments without partition 170, the gate valves operate synchronously. For example, gate valve EN of the loading load lock operates together with gate valve EX of the unloading load lock, and gate valve EX of the loading load lock operates together with gate valve EN of the unloading load lock.

キャリアがロードロックに入ると、入口ゲートバルブが閉じて真空引きが行われる。処理済みキャリアが出口ロードロックから取り出された場合には、その場合も真空状態になるようポンピングされる。適切な真空度に到達すると、ローディングロードロックの出口ゲートバルブEXが開き、適切な電動式ホイールに通電してキャリアを真空部115に移動させる。このとき、トラック交換器140は、直線状トラック部144がレーストラックモノレール127の直線状部と整列する位置をとるように移動する。そして、キャリアを真空部へと移動させるためにホイールに通電すると、キャリアがレーストラック周回路に入り、原動フォークの1つがドライブピン158に係合する。次いで、トラック交換器140は、曲線状トラック部142がレーストラックモノレール127の直線状部と整列する位置をとるように移動する。この位置では、キャリアは、電動式ホイール135ではなく、無端ベルト130によって移動する。そして、この状態において、無端ベルトが回転すると、キャリアが処理部から出る準備が整うまでの間、必要な回数だけレーストラックに沿って移動することとなる。故に、チャンバ120A~120Dの各々により、キャリア上の基板を必要な回数だけ繰り返し処理することができる。 As the carrier enters the load lock, the inlet gate valve is closed and a vacuum is applied. When the processed carrier is removed from the exit load lock, it is also pumped to vacuum. Once the appropriate vacuum is reached, the loading load lock's exit gate valve EX opens and the appropriate motorized wheels are energized to move the carrier to the vacuum section 115. The track exchanger 140 then moves to a position where the straight track section 144 is aligned with the straight section of the racetrack monorail 127. The wheels are then energized to move the carrier to the vacuum section, causing the carrier to enter the racetrack circuit and one of the driving forks to engage the drive pin 158. The track exchanger 140 then moves to a position where the curved track section 142 is aligned with the straight section of the racetrack monorail 127. In this position, the carrier is moved by the endless belt 130 rather than the motorized wheels 135. In this state, as the endless belt rotates, the carrier moves along the racetrack as many times as necessary until it is ready to leave the processing section. Thus, the substrates on the carrier can be repeatedly processed by each of chambers 120A-120D as many times as necessary.

処理が完了すると、アンロード部のトラック交換器140は、直線状トラック部144がレーストラックモノレール127の直線状部と整列する位置をとるように移動する。無端ベルトが回転し続けると、キャリアはトラック交換器へと移動し、原動フォークとの係合が解除されると同時にドライブバー156が電動式ホイール135と係合する。そして、キャリアがレーストラック周回路の外へ出るように、電動式ホイールが通電される。 Once processing is complete, the unloading section's track exchanger 140 is moved to a position where the straight track section 144 is aligned with the straight section of the racetrack monorail 127. As the endless belt continues to rotate, the carrier moves into the track exchanger and disengages from the prime mover fork while the drive bar 156 engages the motorized wheel 135. The motorized wheel is then energized to move the carrier out of the racetrack circuit.

見てわかるように、説明した実施形態においては、キャリアは2つの動作モードを有していて、直線状トラックの範囲内では電動式ホイールと係合し、レーストラック内及び大気還流回路ARC内では原動フォークと係合する。レーストラックにおける当該フォークは、無端ベルトに取り付けられており、大気還流回路における当該フォークはドライビングホイールに取り付けられている。そして、トラック交換器は、キャリアをレーストラックに案内したりレーストラックから取り出したりするために使用される。第一の位置にあるトラック交換器により、キャリアをレーストラック周りに無限に駆動させることができ、第二の位置にあるトラック交換器により、キャリアをレーストラックに案内したりレーストラックから取り出したりすることができる。 As can be seen, in the described embodiment, the carrier has two operating modes, engaging with motorized wheels within the linear track and with driving forks within the race track and the air return circuit ARC. The forks in the race track are attached to an endless belt, and the forks in the air return circuit are attached to a driving wheel. And the track exchanger is used to guide the carrier to and from the race track. With the track exchanger in the first position, the carrier can be driven infinitely around the race track, and with the track exchanger in the second position, the carrier can be guided to and from the race track.

前述のように、本システムは、必要数の処理チャンバを含むように調整可能である。その例を図1Aに示す。図1Aに示す例は、図1に示した例と同様であり、同様の要素は同じ符号で示す。主な違いは、本例は6つの処理チャンバ120A~120Fを含んでいる点である。それ以外の全ての要素は、図1のものと同一であってもよく、これらは、当該アーキテクチャの汎用性を説明するものである。 As mentioned above, the system can be scaled to include any number of processing chambers as required. An example is shown in FIG. 1A. The example shown in FIG. 1A is similar to the example shown in FIG. 1, and like elements are numbered the same. The main difference is that this example includes six processing chambers 120A-120F. All other elements may be identical to those in FIG. 1, illustrating the versatility of the architecture.

図1Bは、6つの処理チャンバを有する実施形態の外観を示しており、当該視点からは処理チャンバ120A~120Cが見えている。この構成においても、本システムは、3つの構成部、すなわち、大気部105、ロードロック110、及び、処理チャンバが取り付けられた真空エンクロージャ163を含む真空部115から構成されている。この図は、真空エンクロージャの内部の視覚化のため、サービスアクセスウィンドウ166、167、及び168が開いた状態を示している。例えば、回転ドラム311A及び311Bは、それぞれ、サービスアクセスウィンドウ166及び168から見ることができる。レーストラックモノレール127及び無端ベルト130の一部は、サービスアクセスウィンドウ167を通してみることができる。 Figure 1B shows an external view of an embodiment having six processing chambers, from which processing chambers 120A-120C are visible. In this configuration, the system still consists of three components: atmospheric section 105, load lock 110, and vacuum section 115, which includes vacuum enclosure 163 in which the processing chambers are mounted. This view shows service access windows 166, 167, and 168 open to allow visualization of the interior of the vacuum enclosure. For example, rotating drums 311A and 311B are visible through service access windows 166 and 168, respectively. A portion of racetrack monorail 127 and endless belt 130 can be seen through service access window 167.

この例では、チャンバ120Bは、処理ウィンドウ172を介して処理チャンバ及び真空エンクロージャの内部に容易にアクセスできるように、開いた状態で示している。具体的に説明すると、この例では、処理チャンバ120A~120Cは、回転可能なヒンジ170(図1Bでは隠れて見えないが、図1Aでは示されている)を介して、真空エンクロージャ163に取り付けられている。チャンバ120Bが該ヒンジで回転すると、真空エンクロージャ163の内部が露出し、4つの基板を備えたキャリア150が見える。 In this example, chamber 120B is shown open to allow easy access to the interior of the process chamber and vacuum enclosure through process window 172. Specifically, in this example, process chambers 120A-120C are attached to vacuum enclosure 163 via rotatable hinges 170 (hidden in FIG. 1B but visible in FIG. 1A). When chamber 120B rotates on its hinge, the interior of vacuum enclosure 163 is exposed, revealing carrier 150 with four substrates.

ここまで開示してきたアーキテクチャは、大気部105、ロードロック部110、複数の処理チャンバ120が取り付けられた真空部115を有する処理システムを提供するものである。キャリア搬送機構は、レーストラック形状をなして上記真空部内に配置された第一モノレール部127と、上記ロードロック部内に配置され、上記大気部及び真空部の中へと延びる延長部を有する2つの平行な直線状モノレール128A及び128Bを有する第二モノレール部と、上記大気部に配置されて一端が上記各直線状モノレールのうちの一方における延長部に対応し且つ他端が上記各直線状モノレールのうちの他方における延長部に対応した三日月形状の回転トラック129をなす曲線状の第三モノレール部と、上記レーストラックに配置され、複数のドライブフォーク32が取り付けられた無端ベルト130と、上記大気部に配置され、複数のドライブフォーク132が取り付けられたドライビングホイール137と、上記第二モノレール部に沿って配置された複数の電動式ホイール135と、上記第一モノレール部の一端に配置された2つのトラック交換器140とを備え、各トラック交換器140は、可動テーブル141、該テーブル上に配置された直線状モノレール部144、及び、該テーブル上に配置された曲線状モノレール部142を有している。 The architecture disclosed thus far provides a processing system having an atmospheric section 105, a load lock section 110, and a vacuum section 115 to which a number of processing chambers 120 are attached. The carrier transport mechanism includes a first monorail section 127 arranged in the vacuum section in a racetrack configuration, a second monorail section arranged in the load lock section and having two parallel linear monorails 128A and 128B with extensions extending into the atmospheric section and the vacuum section, a curved third monorail section arranged in the atmospheric section and having a crescent-shaped rotating track 129 with one end corresponding to the extension of one of the linear monorails and the other end corresponding to the extension of the other of the linear monorails, and a carrier transport mechanism for the racetrack. The system includes an endless belt 130 arranged in the rack and having multiple drive forks 32 attached thereto, a driving wheel 137 arranged in the atmospheric section and having multiple drive forks 132 attached thereto, multiple motorized wheels 135 arranged along the second monorail section, and two track exchangers 140 arranged at one end of the first monorail section, each track exchanger 140 having a movable table 141, a straight monorail section 144 arranged on the table, and a curved monorail section 142 arranged on the table.

複数のキャリアが処理対象の基板を支持するところ、各キャリアは、基体152と、該基体に取り付けられるとともに上記モノレールと係合して該キャリアを上記モノレール上で自由に進ませるように構成された複数の自由回転ホイール153と、上記基体に取り付けられ、上記複数の電動式ホイール135と係合して該キャリアを上記第二モノレール部に乗っている間に移動させるように構成された複数のドライブバー156と、上記基体に取り付けられ、上記ドライビングフォーク132と係合して該キャリアを上記第一モノレール部又は第三モノレール部にある間に移動させるように構成されたドライブピン158とを有している。 A plurality of carriers support substrates to be processed, each carrier having a base 152, a plurality of free-rotating wheels 153 attached to the base and configured to engage the monorail to move the carrier freely on the monorail, a plurality of drive bars 156 attached to the base and configured to engage the motorized wheels 135 to move the carrier while it is on the second monorail section, and a drive pin 158 attached to the base and configured to engage the driving fork 132 to move the carrier while it is on the first monorail section or the third monorail section.

上記トラック交換器が第一の位置にあるときは、上記曲線状モノレール部が上記第一モノレール部と整列し、上記ドライビングフォークによって上記キャリアを上記第一モノレール部に沿って連続的に移動させ、上記トラック交換器が第二の位置にあるときは、上記直線状モノレール部が上記第一モノレール部と第二モノレール部とを接続し、上記ロードロック部と上記真空部との間で上記キャリアを交換するようになっている。 When the track exchanger is in a first position, the curved monorail section is aligned with the first monorail section, and the driving fork moves the carrier continuously along the first monorail section, and when the track exchanger is in a second position, the straight monorail section connects the first monorail section to the second monorail section, and exchanges the carrier between the load lock section and the vacuum section.

開示の処理システムで基板を処理する方法は、キャリアに該基板をロードするステップと、搬送トラックを介して該キャリアをロードロックに搬送するステップと、該ロードロック内を真空引きするステップと、上記搬送トラック上のキャリアを複数の処理チャンバが取り付けられた処理エンクロージャに搬送するステップと、第一の位置をとるようにトラック交換器を操作し、それにより、上記搬送トラックと処理トラックとの接続を形成するステップと、該トラック交換器上で該キャリアを移動させ、そこから当該キャリアを上記処理エンクロージャ内の処理トラックに移動させるステップと、第二の位置をとるように上記トラック交換器を操作し、それにより、上記処理トラックを上記処理トラックから分離するステップと、上記処理チャンバに通電しながら上記処理トラック上で上記キャリアを連続的に移動させるステップと、処理が完了してから、上記第一の位置をとるように上記トラック交換器を操作して、上記キャリアを上記処理トラックから上記搬送トラックに搬送するステップとを含むものでもよい。上記キャリアを連続的に移動させる方法としては、例えば、複数のキャリアを無端ベルトに連結して当該複数のキャリアを一斉に且つ連続的に移動させる方法を含むものでもよい。 A method for processing a substrate in a disclosed processing system may include loading the substrate onto a carrier, transporting the carrier to a load lock via a transport track, drawing a vacuum in the load lock, transporting the carrier on the transport track to a processing enclosure having a plurality of processing chambers attached thereto, manipulating a track exchanger to a first position, thereby forming a connection between the transport track and a processing track, moving the carrier on the track exchanger and from there to a processing track in the processing enclosure, manipulating the track exchanger to a second position, thereby isolating the processing track from the processing track, continuously moving the carrier on the processing track while energizing the processing chambers, and, after processing is completed, manipulating the track exchanger to the first position, thereby transporting the carrier from the processing track to the transport track. A method for continuously moving the carrier may include, for example, a method in which a plurality of carriers are connected to an endless belt and the plurality of carriers are moved simultaneously and continuously.

ここまで説明してきたシステムの一般的なアーキテクチャは、様々な基板を処理するのに使用できる。他方、MRAMの製造等、半導体ウェハの処理のためには、一般にファブと呼ばれるウェハ製造工場での使用に向けた調整を容易に行えるよう、本システムを再構成することが望ましい。ファブにおいて、ウェハは、複数のウェハを保持するための特別に設計された筐体であるFOUP(Front Opening Universal Pod)に入れて搬送される。以下の開示内容は、FOUPから本明細書記載の処理システムへのウェハの搬送を可能にする機構を提供するものである。 The general architecture of the system described thus far can be used to process a variety of substrates. However, for processing semiconductor wafers, such as for the manufacture of MRAM, it is desirable to reconfigure the system so that it can be easily adapted for use in a wafer fabrication facility, commonly referred to as a fab. In the fab, wafers are transported in Front Opening Universal Pods (FOUPs), specially designed enclosures for holding multiple wafers. The following disclosure provides mechanisms that allow wafers to be transported from the FOUP to the processing system described herein.

図3Aは、半導体ウェハを処理するために構成された実施形態を示している。本実施形態は、シリコンウェハ上にMRAMの磁性層を作るのに特に有効であるが、標準的な円形シリコンウェハ上に他のデバイスを製造するために使用してもよい。ここで、円形シリコンウェハ上に薄い層を作る際における3つの潜在的な困難性、及び、本開示の実施形態によって此れらの困難性に対処する方法について、特に説明しておくのがよい。 Figure 3A shows an embodiment configured for processing semiconductor wafers. This embodiment is particularly useful for creating magnetic layers for MRAM on silicon wafers, but may also be used to fabricate other devices on standard circular silicon wafers. It is worthwhile to specifically discuss three potential difficulties in creating thin layers on circular silicon wafers and how these difficulties are addressed by embodiments of the present disclosure.

製造後の磁性層の品質は、汚染、特に水蒸気に対して非常に敏感である。したがって、開示の実施形態は、システムにおけるウェハ搬送機構の如何なる部分も真空環境から出ないように設計されている。これにより、上記キャリアが大気環境で汚染されることがなくなる。また、磁性層の形成には、スパッタリングが必要であり、粒子による汚染が懸念されるところ、本システム内ではウェハが略垂直姿勢で移動するため、粒子による汚染の可能性が低減する。ウェハは、丸いうえにその周縁部でしか保持できないので、本システム内で該ウェハを垂直姿勢で保持すると、上記キャリアから外れやすくなって危険である。そこで、開示の実施形態に係るシステムでは、略垂直姿勢のキャリアでウェハを保持するようにしている。開示の実施形態では、略垂直姿勢とは、ウェハが垂直から5~20度傾いて保持されていることを指し、これにより、汚染の可能性が低減すると同時に、ウェハがキャリアから脱落する可能性も低減する。 The quality of the magnetic layer after manufacture is very sensitive to contamination, especially water vapor. Therefore, the disclosed embodiment is designed so that no part of the wafer transport mechanism in the system leaves the vacuum environment. This prevents the carrier from being contaminated by the air environment. Also, the formation of the magnetic layer requires sputtering, which is a concern for particle contamination, but the wafer moves in a substantially vertical position in the present system, reducing the possibility of particle contamination. Since the wafer is round and can only be held by its periphery, if the wafer is held in a vertical position in the present system, it is likely to come off the carrier, which is dangerous. Therefore, in the system according to the disclosed embodiment, the wafer is held in a carrier in a substantially vertical position. In the disclosed embodiment, a substantially vertical position refers to the wafer being held at an angle of 5 to 20 degrees from vertical, which reduces the possibility of contamination and also reduces the possibility of the wafer falling off the carrier.

図3Aでは、図1~図1Bの要素と同様の要素には同じ番号を付して識別する。また、Vac115と示した連続通過処理部は、図1~1Bのものと同様である。しかし、連続通過処理部115の真空環境にウェハをロードする配置が異なっている。 In FIG. 3A, elements similar to those in FIGS. 1-1B are identified by the same numbers. Also, the continuous pass processor, designated Vac115, is similar to that in FIGS. 1-1B. However, the arrangement for loading wafers into the vacuum environment of the continuous pass processor 115 is different.

このように、連続通過処理部115内では、ウェハは略垂直姿勢で移動する。しかし、ファブ内のFOUPは、ウェハを水平姿勢で収容している。したがって、本処理システムの真空環境にウェハを導入するだけではなく、該ウェハを略垂直の姿勢へと回転させることも必要になる。これらの目的は、以下のようにして達成される。 Thus, within the continuous pass processing section 115, the wafers move in a generally vertical position. However, the FOUPs within the fab house the wafers in a horizontal position. Therefore, in addition to introducing the wafer into the vacuum environment of the processing system, it is also necessary to rotate the wafer to a generally vertical position. These objectives are achieved as follows.

ウェハは、ロボット312によってFOUP300から取り出され、又は補充される。開示の実施形態では、ロボット312は、回転手首316を介してロボットアームに結合されたエンドエフェクタ314を有するSCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)ロボットである。回転手首316は、エンドエフェクタ314がウェハを水平姿勢から垂直姿勢の範囲で回転させることを可能にしている。ここで、エンドエフェクタという語は、一般的に受け入れられている意味、すなわち、ワークピース、この場合はウェハと相互作用するロボットアームの最後のリンクについて使用するものとする。従来のエンドエフェクタを使用してもよいが、開示の実施形態において、エンドエフェクタは、接触するようなもの(ウェハをその周縁部で物理的に把持するようなもの)や、引き寄せるようなもの(ウェハをその背面から真空引き或いは磁気的/電気的な吸着力を利用して保持するようなもの)とすることができる。 Wafers are removed from or replenished in the FOUP 300 by a robot 312. In the disclosed embodiment, the robot 312 is a Selective Compliance Assembly Robot Arm (SCARA) robot having an end effector 314 coupled to the robot arm via a rotating wrist 316. The rotating wrist 316 allows the end effector 314 to rotate the wafer from a horizontal to a vertical position. The term end effector is used herein in its commonly accepted sense, i.e., the last link of the robot arm that interacts with the workpiece, in this case the wafer. While conventional end effectors may be used, in the disclosed embodiment, the end effector can be contact (physically gripping the wafer by its periphery) or attraction (holding the wafer by applying a vacuum or magnetic/electrical attraction to the backside of the wafer).

そして、本システムに新しいウェハをロードするため、エンドエフェクタは、FOUP300からウェハを取り出すべく水平姿勢をとる。SCARAロボットが回転すると手首316が回転し、ウェハは垂直又は略垂直、すなわち、垂直方向から0度~20度傾いた姿勢をとる。ゲートバルブINが開くと、該ロボットは、ロードロック/交換チャンバLL/EX305内のウェハ保持モジュール302上にウェハを配置する。ウェハは、垂直又は略垂直、すなわち、垂直から0度~20度傾いた姿勢でウェハ保持モジュール302のウェハホルダー304上に配置される。次いで、ロボット312が引っ込み、ゲートバルブINが閉じられる。これでロードロック/交換チャンバLL/EX305内を真空引きできるようになる。真空引きが行われると、搬送キャリア150は、ロードロック/交換チャンバLL/EX305内のローディング位置に移動し、ウェハがウェハホルダー304から搬送キャリア150上に移動する。 The end effector then assumes a horizontal position to remove a wafer from the FOUP 300 to load a new wafer into the system. The SCARA robot rotates, rotating the wrist 316 so that the wafer assumes a vertical or near-vertical position, i.e., 0-20 degrees from vertical. When the gate valve IN is opened, the robot places the wafer on the wafer-holding module 302 in the load lock/exchange chamber LL/EX 305. The wafer is placed on the wafer holder 304 of the wafer-holding module 302 in a vertical or near-vertical position, i.e., 0-20 degrees from vertical. The robot 312 then retracts and the gate valve IN is closed. This allows the load lock/exchange chamber LL/EX 305 to be evacuated. Once evacuated, the transport carrier 150 moves to a loading position in the load lock/exchange chamber LL/EX 305, and the wafer moves from the wafer holder 304 onto the transport carrier 150.

前述の通り、いくつかの実施形態では、キャリア150は、静電チャック157を含む基板ホルダー154’を有している。そのような実施形態では、本方法は、ウェハのデバイス面がウェハホルダー304と対面し且つウェハの裏面がホルダー304から離れる方向を向く姿勢で該ウェハがウェハホルダー304上に置かれるようにエンドエフェクタを作動させて進行する。次いで、キャリアがロードロック305に入ると静電チャックが通電され、ウェハがその裏側にて基板ホルダー154’に吸着される。 As previously mentioned, in some embodiments, the carrier 150 has a substrate holder 154' that includes an electrostatic chuck 157. In such embodiments, the method proceeds by actuating the end effector such that the wafer is placed on the wafer holder 304 with the device side of the wafer facing the wafer holder 304 and the backside of the wafer facing away from the holder 304. The electrostatic chuck is then energized as the carrier enters the load lock 305, and the wafer is attracted to the substrate holder 154' on its backside.

本実施形態では、ウェハ保持モジュール302は、第一の配置と第二の配置、すなわち、伸長位置と収縮位置との間で水平移動する伸縮型ウェハホルダー304を有している。一方の位置は、ロボット312との間でウェハを交換するのに使用され、他方の位置は、キャリア150との間でウェハを交換するのに使用される。また、一方の位置は、(新しい基板をロードする場合はロボットから、処理済みの基板をアンロードする場合はキャリアから)ウェハを受け取るために、他方の位置は、(新しい基板をロードする場合はキャリアへ、処理済み基板をアンロードする場合はロボットへ)ウェハを送り出すために用いられる。 In this embodiment, the wafer holding module 302 has a telescoping wafer holder 304 that moves horizontally between a first position and a second position, i.e., an extended position and a retracted position. One position is used to exchange wafers to and from the robot 312, and the other position is used to exchange wafers to and from the carrier 150. Also, one position is used to receive wafers (from the robot to load a new substrate or from the carrier to unload a processed substrate) and the other position is used to deliver wafers (to the carrier to load a new substrate or to the robot to unload a processed substrate).

キャリア150は、使用される特定のアーキテクチャに応じて、種々の位置から、そして、種々の方法と経路で、ロードロック305内のローディング位置へと移動させることができる。図3Aに示す例では、キャリア150は、ターンテーブル322の回転によってローディング位置に移動するようになっている。図3Bに関して説明するように、別の例では、搬送キャリア150は、移送チャンバTR310からロードロック/交換チャンバLL/EX305のローディング位置に移動する。逆に、図3Cに関して説明するように、別の例では、ターンテーブルを使用しないで搬送キャリア150をローディング位置に移動させる。 The carrier 150 can be moved to the loading position in the load lock 305 from a variety of locations and in a variety of ways and routes, depending on the particular architecture used. In the example shown in FIG. 3A, the carrier 150 is moved to the loading position by rotation of the turntable 322. In another example, as will be described with respect to FIG. 3B, the transport carrier 150 is moved from the transfer chamber TR 310 to the loading position of the load lock/exchange chamber LL/EX 305. Conversely, in another example, the transport carrier 150 is moved to the loading position without the use of a turntable, as will be described with respect to FIG. 3C.

ターンテーブル322は、直線状トラック部321を含み、キャリアが直線状トラック128A及び128Bに対して乗降できるようにしている。また、ターンテーブル322は、直線状トラック部321上でのキャリアの効果的な直線移動を実現するために、ホイール135と同様の電動式ホイールを有していてもよい。 Turntable 322 includes linear track portion 321 to allow carriers to move on and off linear tracks 128A and 128B. Turntable 322 may also have motorized wheels similar to wheels 135 to provide efficient linear movement of carriers on linear track portion 321.

搬送キャリア150に新しいウェハがロードされた後、該キャリア150は、移送チャンバ310内に移動し、ゲートバルブENは、別のローディングサイクルのために閉鎖可能となる。ゲートバルブENを閉じた後でゲートバルブEXを開くことができ、搬送キャリア150が連続通過処理部115に入っていく。次いで、ウェハの処理は、開示の実施形態の何れかに対応して上述の如く進行し、キャリアは、レーストラックモノレールに入って必要な通過数に至るまでレーストラック周回路に沿って移動する。 After the transport carrier 150 is loaded with a new wafer, the carrier 150 moves into the transfer chamber 310 and gate valve EN can be closed for another loading cycle. After gate valve EN is closed, gate valve EX can be opened and the transport carrier 150 enters the continuous pass processing section 115. Processing of the wafer then proceeds as described above for any of the disclosed embodiments, with the carrier entering the racetrack monorail and moving along the racetrack circuit until the required number of passes have been made.

勿論、アンロードは逆の操作となる。処理済みのウェハを載せたキャリアは、移送チャンバ310に入った後、ターンテーブル322上のアンロード位置に移動し、ウェハがウェハホルダー304上にロードされる。次いで、空のキャリアは、ローディング位置に移動し、新しいウェハを受け取る。一方、SCARAロボットを使用して、ウェハホルダー304からウェハを取り外し、取り外したウェハをFOUP300内に置く。 Of course, unloading is the reverse operation. After the carrier with the processed wafer enters the transfer chamber 310, it moves to the unload position on the turntable 322, where the wafer is loaded onto the wafer holder 304. The empty carrier then moves to the loading position to receive a new wafer. Meanwhile, the SCARA robot is used to remove the wafer from the wafer holder 304 and place it in the FOUP 300.

このように、ウェハローディングシステムは、回転手首を介してエンドエフェクタが連結されたロボットアームと、ウェハホルダーを作動させるウェハ保持モジュールを有するロードロックチャンバと、該ロードロックチャンバを緩和する移送チャンバと、該ロードロックチャンバと該移送チャンバとの間に配置されたゲートバルブと、該ロードロックチャンバと該移送チャンバとを通過するトラックと、該トラック上を進み、上記ウェハホルダーとの間でウェハを交換するように構成されたウェハキャリアとを備えるものとして開示されている。また、本ウェハローディングシステムは、ターンテーブルを含んでもよく、該ターンテーブルの上には、キャリアを受け取るためのトラック部が配置されていてもよい。該ターンテーブルは、キャリアを直線状トラック部上で移動させる電動式ホイールをさらに含んでいてもよい。該キャリアは、上記トラック上を自由に進むよう設定されていてもよいし、該電動式ホイールによって搬送されるように構成されてもよい。さらに、該キャリは、静電チャックを含んでいてもよい。 Thus, a wafer loading system is disclosed that includes a robot arm with an end effector connected via a rotating wrist, a load lock chamber having a wafer holding module for actuating a wafer holder, a transfer chamber for cushioning the load lock chamber, a gate valve disposed between the load lock chamber and the transfer chamber, a track passing through the load lock chamber and the transfer chamber, and a wafer carrier configured to travel on the track and exchange a wafer between the wafer holder and the load lock chamber. The wafer loading system may also include a turntable, on which a track portion for receiving the carrier may be disposed. The turntable may further include a motorized wheel for moving the carrier on a linear track portion. The carrier may be configured to travel freely on the track or may be configured to be transported by the motorized wheel. The carrier may further include an electrostatic chuck.

輸送キャリアをアンロード位置からロード位置に搬送させるためには、搬送キャリアをアンロード位置から連続通過処理部115へと単に戻すだけでよく、また、無端ベルト130を使用して、キャリアをレーストラックに沿って移動させ、ローディングステーションに出すことができる。しかし、開示の実施形態では、このような搬送プロセスは、例えば、ターンテーブル322を使用することによって回避される。図3Aの実施形態では、ターンテーブル322は、ロードロックチャンバ内に配置されている。しかし、ターンテーブル322は、以下に示すように、本システムにおける他のチャンバに配置したり、完全に撤廃したりしてもよい。 To transfer the transport carrier from the unload position to the load position, the transport carrier can simply be returned from the unload position to the continuous pass processing section 115, and the endless belt 130 can be used to move the carrier along the racetrack and out to the loading station. However, in the disclosed embodiment, such a transfer process is avoided, for example, by using a turntable 322. In the embodiment of FIG. 3A, the turntable 322 is located in the load lock chamber. However, the turntable 322 may be located in other chambers in the system or eliminated entirely, as described below.

図3Bは、半導体ウェハを処理するために構成された別の実施形態を示している。図3Bの実施形態は、ターンテーブル322がロードロックチャンバ及び移送チャンバの外側に配置されていることを除いて、図3Aの実施形態と同様である。この例では、ターンテーブルは、移送チャンバ310と処理部115との間に、すなわち、移送チャンバとレーストラック部との間に配置されている。別の実施形態(図示せず)では、ターンテーブル322は、例えば、移送チャンバTR310内に配置されていてもよい。 Figure 3B shows another embodiment configured for processing semiconductor wafers. The embodiment of Figure 3B is similar to the embodiment of Figure 3A, except that the turntable 322 is located outside the load lock chamber and the transfer chamber. In this example, the turntable is located between the transfer chamber 310 and the processing section 115, i.e., between the transfer chamber and the racetrack section. In another embodiment (not shown), the turntable 322 may be located, for example, within the transfer chamber TR310.

このように、本ウェハローディングシステムは、直線状トラック部を有するターンテーブルをさらに備えていてもよい。これに代えて、処理チャンバが、直線状トラック部を有するターンテーブルをさらに備えるものでもよい。さらに、これに代えて、直線状トラック部を有するターンテーブルは、処理チャンバとウェハローディングシステムとの間に配置されてもよい。 Thus, the wafer loading system may further include a turntable having a linear track portion. Alternatively, the process chamber may further include a turntable having a linear track portion. Still alternatively, the turntable having a linear track portion may be disposed between the process chamber and the wafer loading system.

ここまでに説明してきた実施形態は、何れも他の処理チャンバ及び/又はシステムと結合させることができる。その一例を図3Cに示す。明確化のため、図3Cにおける図示では、ローディング部の一部を省略しているが、本明細書で詳述した実施形態の何れかに記載の任意のローディング部を使用して、該システムに基板をロードすることができる。 Any of the embodiments described thus far can be combined with other processing chambers and/or systems, an example of which is shown in FIG. 3C. For clarity, the illustration in FIG. 3C omits a portion of the loading section, but any of the loading sections described in any of the embodiments detailed herein can be used to load a substrate into the system.

ターンテーブル323は、ローディング側とは反対側の端側にあるレーストラックを越えて配置されている。該ターンテーブル323は、レーストラックから搬送キャリアを受け取り、取り付けられている処理チャンバ又は処理システム(例えば、従来の大型汎用処理システム)に該キャリアを搬送するように構成されている。図3Cの図示において、要素326の何れかが、そのような処理チャンバ、又は処理システム、例えば、大型汎用器を示しうる。反対側にあるトラック交換器140の機構と同様、トラック交換器140Aの機構を使用して、レーストラックモノレール127からターンテーブル323にキャリア150を移送するようにしてもよい。例えば、ターンテーブル323は、キャリアを受け取るための直線状トラック部321を含み、また、直線状トラック部321上でキャリアを移動させるための電動式ホイール135を含んでいてもよい。 A turntable 323 is positioned over the racetrack at the opposite end from the loading side. The turntable 323 is configured to receive a transport carrier from the racetrack and transport the carrier to an attached processing chamber or processing system (e.g., a conventional large general-purpose processing system). In the illustration of FIG. 3C, any of the elements 326 may represent such a processing chamber or processing system, e.g., a large general-purpose device. A mechanism of the track exchanger 140A, similar to the mechanism of the track exchanger 140 on the opposite side, may be used to transfer the carrier 150 from the racetrack monorail 127 to the turntable 323. For example, the turntable 323 may include a linear track portion 321 for receiving the carrier and may include motorized wheels 135 for moving the carrier on the linear track portion 321.

また、図3Cにおいて、ターンテーブルの異なる構造を示しており、該ターンテーブルは、開示の実施形態の何れにおいても使用することができ、単にターンテーブルと言及されてもよい。具体的には、ターンテーブル327は、スポーク329を有するハブ328としての構造になっている。直線状トラック部331は、各々のスポーク329の端部に取り付けられている。各直線状トラック部331は、トラック128の続きを形成するように適合化されている。 3C also illustrates a different configuration of a turntable that may be used in any of the disclosed embodiments and may simply be referred to as a turntable. Specifically, turntable 327 is configured as a hub 328 having spokes 329. A linear track portion 331 is attached to the end of each spoke 329. Each linear track portion 331 is adapted to form a continuation of track 128.

図3A~図3Cは、ローディング機構とアンローディング機構とに分割され、アンローディング側からローディング側にキャリアを移動させるターンテーブルを備えた実施形態を示している。しかし、この構成は必須ではなく、これに代えて、ローディングとアンローディングのための単一の機構を使用することもできる。処理シーケンスにおいて十分な時間がある場合には、処理ウェハをアンロードして新しいウェハをロードするのにあたって、単一のローディング/アンローディング機構を使用することができる。図3Dに一例を示す。ロードロック305の排気が完了した後、ゲートバルブENを開き、移送チャンバ310で待機している処理済みウェハを搭載したキャリア150をロードロック305に移動できるようにする。次いで、処理済みウェハをキャリア150からウェハホルダー304に移動させる。その後、キャリアを移送チャンバ310に戻すことができるようになり、ゲートバルブENは閉じる。次いで、ロードロックを大気圧にして、ゲートバルブINを開き、ロボット312によって処理済みウェハをホルダー304から取り出し、新しいウェハをホルダー304に配置できるようにする。次いで、ゲートバルブINを閉じて、ロードロック305内を真空引きする。次いで、ゲートバルブENを開き、キャリア150をロードロックに戻し、ウェハホルダー304から新しいウェハをロードする。次いで、キャリアを移送チャンバに戻し、ゲートバルブENを閉じる。その後、ゲートバルブEXを開いてキャリアを進ませ、トラック交換器140を介して該キャリアをレーストラックモノレール127に移送させる。 3A-3C show an embodiment split into a loading mechanism and an unloading mechanism with a turntable for moving the carrier from the unloading side to the loading side. However, this configuration is not required and instead a single mechanism for loading and unloading can be used. If there is enough time in the processing sequence, a single loading/unloading mechanism can be used to unload the processed wafer and load a new wafer. An example is shown in FIG. 3D. After evacuation of the load lock 305 is completed, the gate valve EN is opened to allow the carrier 150 with the processed wafer waiting in the transfer chamber 310 to be moved to the load lock 305. The processed wafer is then moved from the carrier 150 to the wafer holder 304. The carrier can then be returned to the transfer chamber 310 and the gate valve EN is closed. The load lock is then brought to atmospheric pressure and the gate valve IN is opened to allow the robot 312 to remove the processed wafer from the holder 304 and place a new wafer in the holder 304. Gate valve IN is then closed and a vacuum is drawn in load lock 305. Gate valve EN is then opened and carrier 150 is returned to the load lock and loaded with a new wafer from wafer holder 304. The carrier is then returned to the transfer chamber and gate valve EN is closed. Gate valve EX is then opened to advance the carrier and transfer it to racetrack monorail 127 via track exchanger 140.

本明細書に記載の処理及び技術は、本質的に特定の装置に関するものではなく、任意の適切な構成要素と組み合わせて実施してもよい点を理解されたい。また、本明細書に記載の教示事項に従い、様々なタイプの汎用装置を使用できる。本発明を特定の例に関して説明してきたが、その全ての点において制限的ではなく例示的な意図で説明している。当業者であれば、本発明の実施において、好適な異なる組み合わせが多数存在することを理解するであろう。 It should be understood that the processes and techniques described herein are not inherently apparatus specific and may be practiced in combination with any suitable components. Additionally, various types of general purpose equipment may be used in accordance with the teachings described herein. While the invention has been described with reference to specific examples, it is intended in all respects to be illustrative and not restrictive. Those skilled in the art will recognize that there are many different combinations that may be suitable for practicing the invention.

さらに、本発明の他の実施の態様についても、本明細書及び本明細書で開示した本発明の実施例を考慮することにより、当業者においては明らかであろう。以上に述べてきた実施形態の種々の態様及び/又は構成要素は、単独で又は任意の組み合わせで用いることができる。本明細書及び実施例は、あくまで一例として考えられたものであって、本発明の真の範囲及び真髄は、以下の特許請求の範囲によって指定される。 Additionally, other aspects of the present invention will be apparent to those of ordinary skill in the art from consideration of the specification and practice of the invention disclosed herein. Various aspects and/or components of the above-described embodiments may be used alone or in any combination. The specification and examples are considered as examples only, with the true scope and spirit of the invention being indicated by the following claims.

Claims (20)

真空エンクロージャと、
前記真空エンクロージャの側壁に取り付けられた複数の処理チャンバと、
第一ゲートバルブを介して前記真空エンクロージャのローディング端に結合され、内部に搬送トラックを有する移送チャンバと、
第二ゲートバルブを介して前記移送チャンバに結合され、入口側に第三ゲートバルブを有するとともに、内部に搬送トラックを有するロードロックと、
前記ロードロックの側壁に取り付けられ、前記ロードロック内で垂直又は略垂直な姿勢で基板を保持するウェハホルダーを有するウェハ保持モジュールと、
回転可能な手首を介して末端部にエンドエフェクタが取り付けられており、前記ロードロックの外側で且つFOUPから基板を水平方向に取り出すために到達可能に配置され、該基板を垂直又は略垂直な姿勢へと回転させて前記ウェハホルダー上に該基板を載置する多関節ロボットアームと、
前記搬送トラック上を移動し、前記ウェハ保持モジュールとの間で基板の交換を行う複数の基板キャリアとを備える基板処理システム。
A vacuum enclosure;
a plurality of processing chambers mounted on a sidewall of the vacuum enclosure;
a transfer chamber coupled to the loading end of the vacuum enclosure through a first gate valve and having a transfer track therein;
a load lock coupled to the transfer chamber via a second gate valve, the load lock having a third gate valve at an inlet side and a transfer track therein;
a wafer holding module having a wafer holder attached to a side wall of the load lock for holding a substrate in a vertical or near vertical position within the load lock;
an articulated robot arm having an end effector attached to its distal end via a rotatable wrist and positioned outside of the load lock and reachable to horizontally remove a substrate from a FOUP and rotate the substrate to a vertical or near vertical position to place the substrate on the wafer holder;
a plurality of substrate carriers that move on the transport track and exchange substrates with the wafer holding module.
直線状トラック部を有するターンテーブルをさらに備え
前記ターンテーブルは、前記真空エンクロージャの末端、前記ロードロック内、前記移送チャンバ内、又は、前記処理チャンバと基板ローディングシステムとの間に配置された、請求項1に記載のシステム。
a turntable having a linear track portion ;
The system of claim 1 , wherein the turntable is located at an end of the vacuum enclosure, in the load lock, in the transfer chamber, or between the processing chamber and a substrate loading system.
前記ターンテーブルは、前記基板キャリアをアンローディング位置からローディング位置へと搬送するように回転可能となっている、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the turntable is rotatable to transport the substrate carrier from an unloading position to a loading position. 前記ターンテーブルは、前記基板キャリアを一方の搬送トラックから他方の搬送トラックへと搬送するように回転可能となっている、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the turntable is rotatable to transport the substrate carrier from one transport track to the other transport track. 前記ターンテーブルは、前記真空エンクロージャ内に配置されている、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the turntable is disposed within the vacuum enclosure. 前記ターンテーブルは、前記ロードロック内に配置されている、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the turntable is disposed within the load lock. 前記ターンテーブルは、さらに電動式ホイールを含む、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the turntable further includes a motorized wheel. 前記真空エンクロージャ内に配置されたレーストラック形状のモノレールと、
前記真空エンクロージャ内に配置され、前記レーストラック形状のモノレールの上を自由に進む各キャリアと係合する無端ベルトと、
前記レーストラック形状のモノレールの一端に配置され、前記レーストラック形状のモノレールと前記搬送トラックとの間で各基板を搬送するトラック交換器とをさらに備える、請求項2に記載のシステム。
a racetrack-shaped monorail disposed within the vacuum enclosure;
an endless belt disposed within said vacuum enclosure and engaging each carrier moving freely on said racetrack-shaped monorail;
3. The system of claim 2, further comprising a track exchanger disposed at one end of said racetrack-shaped monorail for transporting each substrate between said racetrack-shaped monorail and said transport track.
前記基板キャリアは、それぞれ略垂直姿勢で配置された静電チャックを含む、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the substrate carriers each include an electrostatic chuck disposed in a substantially vertical orientation. 前記基板キャリアは、それぞれが略垂直姿勢で配置された基板ホルダーを含む、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the substrate carriers include substrate holders each arranged in a substantially vertical orientation. 前記真空エンクロージャの末端であって前記ローディング端に対向する末端に配置されたターンテーブルと、
前記真空エンクロージャ内に配置されたレーストラック形状のモノレールと、
前記真空エンクロージャ内に配置され、前記レーストラック形状のモノレールの上を自由に進む各キャリアと係合する無端ベルトと、
前記レーストラック形状のモノレールの一端に配置され、前記レーストラック形状のモノレールと前記ターンテーブルとの間で各キャリアを搬送するトラック交換器と、
前記真空エンクロージャにおける前記末端に取り付けられた少なくとも1つの第二処理システムとをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
a turntable disposed at an end of the vacuum enclosure opposite the loading end;
a racetrack-shaped monorail disposed within the vacuum enclosure;
an endless belt disposed within said vacuum enclosure and engaging each carrier moving freely on said racetrack-shaped monorail;
a track exchanger disposed at one end of the racetrack-shaped monorail for transporting carriers between the racetrack-shaped monorail and the turntable;
10. The system of claim 1, further comprising at least one second treatment system mounted at said end of said vacuum enclosure.
前記無端ベルトは、複数のドライビングフォークを含み、各々の前記基板キャリアは、前記レーストラック形状のモノレールと係合するように構成された複数の自由に回転するホイールと、前記ドライビングフォークと係合するように構成されたドライビングピンとを含む、請求項11に記載のシステム。 The system of claim 11, wherein the endless belt includes a plurality of driving forks, and each of the substrate carriers includes a plurality of freely rotating wheels configured to engage the racetrack-shaped monorail and a driving pin configured to engage the driving forks. 前記ターンテーブルは、直線状トラック部と電動式ホイールとを含み、各々の前記基板キャリアは、前記電動式ホイールと係合するドライブバーを含む、請求項12に記載のシステム。 The system of claim 12, wherein the turntable includes a linear track and motorized wheels, and each of the substrate carriers includes a drive bar that engages the motorized wheels. 前記真空エンクロージャのローディング端に結合された第二移送チャンバと、
前記第二移送チャンバに結合された第二ロードロックとをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
a second transfer chamber coupled to a loading end of the vacuum enclosure;
10. The system of claim 1, further comprising: a second load lock coupled to the second transfer chamber.
前記第二ロードロックから前記ロードロックへと前記基板キャリアを搬送する搬送機構をさらに備える、請求項14に記載のシステム。 The system of claim 14 , further comprising a transport mechanism for transporting the substrate carrier from the second load lock to the load lock. 前記第二移送チャンバから前記移送チャンバへと前記基板キャリアを搬送する搬送機構をさらに備える、請求項14に記載のシステム。 The system of claim 14 , further comprising a transfer mechanism for transferring the substrate carrier from the second transfer chamber to the transfer chamber. 前記真空エンクロージャ内に配置された搬送機構をさらに備え、
前記搬送機構は、可動テーブル、該テーブル上に配置された直線状モノレール部、及び、該テーブル上に配置された曲線状モノレール部を有する少なくとも1つのトラック交換器を含む、請求項に記載のシステム。
a transport mechanism disposed within the vacuum enclosure;
10. The system of claim 1 , wherein the transport mechanism includes at least one track interchanger having a movable table, a linear monorail section disposed on the table, and a curved monorail section disposed on the table.
前記送機構は、上部に直線状トラック部を有するターンテーブルをさらに含む、請求項17に記載のシステム。 20. The system of claim 17, wherein the transport mechanism further comprises a turntable having a linear track portion thereon. 前記真空エンクロージャ内に配置され、レーストラックのような形状が設定された第一モノレール部と、2つの平行な直線状モノレール延長部を有する第二モノレール部とで構成されたモノレールと、
前記第一モノレール部に配置された原動要素と、
前記第二モノレール部に沿って配置された複数の電動式ホイールとをさらに備え、
前記トラック交換器は、前記第一モノレール部及び前記第二モノレール部との間で各キャリアを移送する、請求項17に記載のシステム。
a monorail disposed within the vacuum enclosure and comprising a first monorail section configured like a racetrack and a second monorail section having two parallel linear monorail extensions;
A driving element disposed on the first monorail section;
a plurality of motorized wheels disposed along the second monorail section;
20. The system of claim 17, wherein the track exchanger transfers each carrier between the first monorail section and the second monorail section.
複数の前記キャリアの各々は、
基体と、
前記基体に取り付けられ、前記第一モノレール部にある該キャリアを移動させるよう、前記原動要素と係合するように構成された係合機構と、
前記基体に取り付けられたドライブバーであって、前記第モノレール部を進んでいる該キャリアを移動させるよう、複数の電動式ホイールと係合するように構成されたドライブバーとを含む、請求項19に記載のシステム。
Each of the plurality of carriers comprises:
A substrate;
an engagement mechanism attached to the base and configured to engage the motive element to move the carrier on the first monorail section;
20. The system of claim 19, further comprising: a drive bar attached to the base, the drive bar configured to engage a plurality of motorized wheels to move the carrier along the second monorail section.
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