JP4353903B2 - クラスタツールの処理システム - Google Patents

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Description

本発明は、クラスタツールの処理システムに係わり、特に一群の被処理体を１つずつクラスタツール内の複数のプロセス・モジュールに順次搬送して一連の処理を施す処理システムに関する。
クラスタツールは、プロセスの一貫化、連結化あるいは複合化をはかるために複数のプロセス・モジュールを主搬送室の周りに配置するマルチチャンバ装置であり、典型的には半導体製造装置で採用されている（特許文献１）。
たとえば、薄膜形成加工用のクラスタツールは、各プロセス・モジュールのチャンバだけでなく主搬送室も真空に保持し、主搬送室にゲートバルブを介してロードロック・モジュールを連結する。被処理体たとえば半導体ウエハは、大気圧下でロードロック・モジュールに搬入され、しかる後減圧状態に切り替えられたロードロック・モジュールから主搬送室に取り出される。主搬送室に設置されている搬送機構は、ロードロック・モジュールから取り出した半導体ウエハを１番目のプロセス・モジュールに搬入する。このプロセス・モジュールは、予め設定されたレシピにしたがい所定の時間を費やして第１工程の処理（たとえば第１層の成膜処理）を実施する。この第１工程の処理が終了すると、主搬送室の搬送機構は、該半導体ウエハを１番目のプロセス・モジュールから搬出し、次に２番目のプロセス・モジュールに搬入する。この２番目のプロセス・モジュールでも、予め設定されたレシピにしたがい所定の時間を費やして第２工程の処理（たとえば第２層の成膜処理）を実施する。この第２工程の処理が終了すると、主搬送室の搬送機構は、該半導体ウエハを２番目のプロセス・モジュールから搬出し、次工程があるときは３番目のプロセス・モジュールに搬入し、次工程がないときはロードロック・モジュールに戻す。３番目以降のプロセス・モジュールで処理が行われた場合も、その後に次工程があるときは後段のプロセス・モジュールに搬入し、次工程がないときはロードロック・モジュールに戻す。
こうしてプロセス・モジュールによる一連の処理を終えた半導体ウエハがロードロック・モジュールに搬入されると、ロードロック・モジュールは減圧状態から大気圧状態に切り替えられ、主搬送室とは反対側のウエハ出入口から搬出される。
このように、クラスタツールは、一群の被処理体を１つずつ真空雰囲気中で複数のプロセス・モジュールに順次搬送して一連の処理（たとえば成膜処理や熱処理等）を実施するインラインの処理システムに適している。
特開２０００−１２７０６９号公報
通常のクラスタツールでは、主搬送室の搬送機構が一時にアクセスできるプロセス・モジュールは１台であり、同時に２台のプロセス・モジュールにアクセスすることはできない。従来のこの種のクラスタツールは、各プロセス・モジュールに所定時間のレシピ処理（プロセスジョブ）を個別に行わせ、プロセスジョブの終了次第やりかけのウエハ搬送がなければ搬送機構が該プロセス・モジュールから処理済の被処理体を搬出する仕組みになっている。このため、一群の被処理体をパイプライン方式で処理するに際して複数のプロセス・モジュール間でウエハ搬入出のタイミングが衝突または競合する可能性があった。たとえば、上記の例で、２番目のプロセス・モジュールにおける処理時間がタイムアップして、搬送機構が該プロセス・モジュールから半導体ウエハを取り出してロードロック・モジュールへ移動しようとする矢先に、１番目のプロセス・モジュールにおける処理時間がタイムアップする場合がある。この場合、搬送機構は、先にやりかけた２番目のプロセス・モジュールからロードロック・モジュールへのウエハ搬送を先に済ませ、それから１番目のプロセス・モジュールにアクセスして半導体ウエハを取り出し、取り出した半導体ウエハを２番目のプロセス・モジュールに搬入することになる。
しかしながら、このような搬送手順は、搬送効率やプロセス・モジュールの稼働率が低いという問題がある。たとえば、上記の例で、１番目のプロセス・モジュールは、処理時間がタイムアップしてから搬送機構が該ウエハを取りに来るまで処理済みの半導体ウエハを留め置かなくてはならない。この１番目のプロセス・モジュールにおける処理時間とウエハ搬入・搬出時間とを足し合わせたウエハ一枚当たりの総所要時間がシステム内で最大である（他のいずれのプロセス・モジュールにおけるウエハ一枚当たりの総所要時間よりも長い）ときは、その最大総所要時間よりもさらに留置時間の分だけ総所要時間が延びてしまい、その延長したサイクルによってシステム全体の搬送タクトが律則されることになる。
一方で、２番目のプロセス・モジュールにおいては、処理済の半導体ウエハを搬出して、それと入れ替わりではなく、しばらくしてから、つまり搬送機構が１番目のプロセス・モジュールにアクセスして半導体ウエハを取り出してきてから該半導体ウエハを搬入することとなる。このため、ゲートバルブの開閉動作や搬送機構の搬送動作等で二度手間を要する。さらに、次のレシピ処理を開始するまでに待ち時間が入るため、この２番目のプロセス・モジュールにおけるウエハ一枚当たりの総所要時間がシステム内で最大であるときは、この最大総所要時間の間隔またはインターバルが待ち時間の分だけさらに長くなり、この場合もシステム全体の搬送タクトが増大するはめになる。もちろん、搬送タクトの増大はプロセス・モジュールの稼働率やスループットの低下につながる。
さらに、各プロセス・モジュールにおいて、レシピ処理の終了後に半導体ウエハを搬出してからＮ2パージ等の後処理（アフターレシピ処理）が行われることもあり、この後処理の実行時間中は当該プロセス・モジュールの機能が塞がるため後続のウエハを搬入することはできない。したがって、上記の例でウエハ一枚当たりの総所要時間がシステム内で最大であるプロセス・モジュールでそのような後処理が行われるときは、この分の更なる延長によってシステム全体の搬送タクトが一層増大するはめになる。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、処理時間の独立した複数のプロセス・モジュール間でウエハ搬入出のタイミングが衝突するおそれを回避してシステム全体の搬送効率ないしスループットを向上させるクラスタツールの処理システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点における処理システムは、搬送機構を設けた真空搬送室の周囲に前記搬送機構のアクセス可能な真空チャンバを有する複数のプロセス・モジュールを配置し、前記搬送機構により一群の被処理体を一つずつ前記複数のプロセス・モジュールの中で選択された２以上のプロセス・モジュールに真空中で順次搬送して、前記選択された２以上のプロセス・モジュールにより各被処理体に減圧下で一連の処理を施すクラスタツールの処理システムであって、前記複数のプロセス・モジュールの少なくとも１つで、当該プロセス・モジュールから被処理体を搬出した直後に当該被処理体のための所定の後処理が行われ、前記選択された２以上のプロセス・モジュールについてモジュール内に１つの被処理体が滞在する滞在時間とその滞在の前後で当該被処理体のためにモジュールの機能が塞がる付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間を実質的に同じ長さに設定し、前記付随的ビジー時間は、少なくとも、前記搬送機構が各プロセス・モジュールに被処理体を搬入するのに要する搬入時間と、前記搬送機構が各プロセス・モジュールから被処理体を搬出するのに要する搬出時間とを含み、さらに当該プロセス・モジュールで前記後処理が行われる場合にはその後処理に要する時間をも含み、各被処理体が前記選択された２以上のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序で前記搬送機構が前記選択された２以上のプロセス・モジュールを巡回し、巡回先のプロセス・モジュールで前記後処理が行われない場合は、当該プロセス・モジュールに対するアクセスでは、処理済みの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに後続の別の被処理体を搬入し、巡回先のプロセス・モジュールで前記後処理が行われる場合は、当該プロセス・モジュールに対するアクセスでは、処理済みの被処理体を搬出してから前記後処理の後に後続の別の被処理体を搬入し、前記一群の被処理体の中の先頭の被処理体が前記選択された２以上のプロセス・モジュールを巡る際には、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、先頭のプロセス・モジュールを除く他の巡回先プロセス・モジュールのうち、前記後処理が行われないプロセス・モジュールでは、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入し、前記後処理が行われるプロセス・モジュールでは、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、前記後処理の所要時間と当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間との和に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入する。
上記第１の観点における処理システムでは、真空系のクラスタツール内で同時に稼動する全てのプロセス・モジュールについてモジュール内に１つの被処理体が滞在する滞在時間とその滞在の前後で当該被処理体のためにモジュールの機能が塞がる付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間が実質的に同じ長さに設定され、これによって被処理体一枚当たりの枚葉処理動作の周期が全モジュールで同一の値（最小値）になる。搬送機構は、各被処理体が同時稼動する複数のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序でプロセス・モジュールを巡回し、巡回先のプロセス・モジュールで前記後処理が行われない場合は、当該プロセス・モジュールに対するアクセスでは、処理済みの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに後続の別の被処理体を搬入し、巡回先のプロセス・モジュールで後処理が行われる場合は、当該プロセス・モジュールに対するアクセスでは、処理済みの被処理体を搬出してからその後処理の後に後続の別の被処理体を搬入する。処理内容とは関係なく被処理体の搬入出のサイクルは全てのプロセス・モジュールで同一であり、それらの間に一定のオフセット（時間差）を設けることで、任意の複数のプロセス・モジュール間で被処理体の搬入出のタイミングが衝突ないし競合するのを確実に回避することができる。
さらに、上記一群の被処理体の中の先頭の被処理体が選択された２以上のプロセス・モジュールを巡る際には、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、先頭のプロセス・モジュールを除く他の巡回先プロセス・モジュールのうち、後処理が行われないプロセス・モジュールでは、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、搬送機構が先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入し、後処理が行われるプロセス・モジュールでは、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、後処理の所要時間と当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間との和に相当する時間を遅らせて、搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入する。これにより、ロット先頭の被処理から定常時と同じタイミングで枚葉処理動作のサイクルが回り、プロセス・モジュール間の競合ないしシステム全体の搬送効率の低下を回避することができる。
本発明の好適な一態様によれば、複数のプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が最大のプロセス・モジュールを基準とし、その最大総所要時間をモジュール・サイクル時間とする。この場合、被処理体一枚当たりの正味の処理時間と付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間がモジュール・サイクル時間よりも短いプロセス・モジュールにおいては、モジュール・サイクル時間と総所要時間との差を被処理体滞在時間の中で待ち時間として消費することになるが、上記のようにクラスタツール内の搬送タクトが最大総所要時間によって律則されるため、この待ち時間は搬送タクトに影響しない。好適な一態様によれば、被処理体を搬入してから待ち時間の経過した後に処理が開始される。もっとも、処理が終了してから待ち時間の経過後に処理済の被処理体を搬出することができる。
本発明の第２の観点における処理システムは、搬送機構を設けた真空搬送室の周囲に前記搬送機構のアクセス可能な真空チャンバを有する第１組および第２組のプロセス・モジュールを配置し、前記搬送機構により、前記真空搬送室の外部に配置された第１ロットの被処理体を一つずつ前記第１組のプロセス・モジュールに真空中で順次搬送して前記第１組のプロセス・モジュールにより各被処理体に減圧下で第１の一連の処理を施すとともに、前記真空搬送室の外部に配置された第２ロットの被処理体を一つずつ前記第２組のプロセス・モジュールに真空中で順次搬送して前記第２組のプロセス・モジュールにより各被処理体に減圧下で第２の一連の処理を施すクラスタツールの処理システムであって、前記第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールについてモジュール内に１つの被処理体が滞在する滞在時間とその滞在の前後で当該被処理体のためにモジュールの機能が塞がる付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間を実質的に同じ長さに設定し、前記搬送機構が、前記第１ロットの各被処理体が前記第１組のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序で前記第１組のプロセス・モジュールを巡回するとともに、前記第２ロットの各被処理体が前記第２組のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序で前記第２組のプロセス・モジュールを巡回し、各々の前記プロセス・モジュールに対するアクセスで処理済みの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに後続の別の被処理体を搬入し、前記第１ロットの先頭の被処理体が前記第１組のプロセス・モジュールを巡る際に、前記第１組における先頭のプロセス・モジュールを除く各プロセス・モジュールでは、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入し、前記第２ロットの先頭の被処理体が前記第２組のプロセス・モジュールを巡る際に、前記第２組における先頭のプロセス・モジュールを除く各プロセス・モジュールでは、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入する。
上記第２の観点における処理システムでは、真空系のクラスタツール内で２系統のパイプライン処理が並列的に行われる中で第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールについて、モジュール内に１つの被処理体が滞在する滞在時間とその滞在の前後で当該被処理体のためにモジュールの機能が塞がる付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間が実質的に同じ長さに設定される。搬送機構は、タイムシェアリングの搬送動作を行い、第１組および第２組の各々において各被処理体が一巡りするのと同じ順序でプロセス・モジュールを巡回し、前工程のプロセス・モジュールに対してそこで処理の済んだばかりの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに未処理の次の被処理体を搬入した後は、次工程のプロセス・モジュールにアクセスしてそこで処理の済んだばかりの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに前工程のプロセス・モジュールから搬出してきたばかりの被処理体を搬入する。処理内容とは関係なく、また第１組か第２組かに関係なく枚葉処理動作のサイクルは全てのプロセス・モジュールで同一であり、それらの間に一定のオフセット（時間差）を設けることで、任意の複数のプロセス・モジュール間で被処理体の搬入出のタイミングが衝突ないし競合するのを確実に回避することができる。
さらに、第１ロットの先頭の被処理体が前記第１組のプロセス・モジュールを巡る際に、前記第１組における先頭のプロセス・モジュールを除く各プロセス・モジュールでは、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入し、第２ロットの先頭の被処理体が第２組のプロセス・モジュールを巡る際に、第２組における先頭のプロセス・モジュールを除く各プロセス・モジュールでは、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入する。これにより、第１および第２ロット先頭の被処理から定常時と同じタイミングで枚葉処理動作のサイクルが回り、プロセス・モジュール間の競合ないしシステム全体の搬送効率の低下を回避することができる。
本発明の好適な一態様によれば、搬送の順序で相前後する２つのプロセス・モジュールの間では、上流側または前工程側のプロセス・モジュールから処理済の第１の被処理体を搬出したタイミングとほぼ同時または直後に下流側または後工程側のプロセス・モジュールで被処理体滞在時間がタイムアップし、下流側のプロセス・モジュールにおいて処理済みの第２の被処理体を搬出してそれと入れ替わりに第１の被処理体を搬入する。かかる搬送シーケンスによれば、搬送機構が前工程の処理の済んだ第１の被処理体をモジュールの外で保持している時間を最短にすることができ、連続処理の合間の管理を向上させることができる。したがって、搬送の順序で相前後するプロセス・モジュールを空間的に隣り合わせで配置するのが好ましい。
また、本発明の好適な一態様によれば、搬送機構が、各々のプロセス・モジュールに出入り可能な２つの搬送アームを有し、各プロセス・モジュールに対する１回のアクセスにおいて一方の搬送アームで処理済みの被処理体を搬出して（ピック動作）それと入れ替わりに他方の搬送アームで後続の別の被処理体を搬入する（プレース動作）。このようなピック＆プレース動作により、本発明の搬送方式の利点を最大限に発揮することができる。
また、本発明の好適な一態様によれば、クラスタツール内の複数のプロセス・モジュールがそれぞれ真空チャンバを有し、搬送機構が真空搬送室内に設けられ、該真空搬送室に各々のプロセス・モジュールがゲートバルブを介して連結され、搬送機構が真空中で各被処理体を搬送する。かかる構成によれば、真空雰囲気中でインラインの連続処理を行うことができる。
また、好適な一態様では、クラスタツール内の複数のプロセス・モジュールの中の少なくとも１つが減圧下で被処理体に薄膜を形成する成膜処理装置である。また、真空搬送室にロードロック・モジュールがゲートバルブを介して連結されてよい。この場合、新規または未処理の被処理体が大気雰囲気中からロードロック・モジュールを介して真空雰囲気中のクラスタツール内に搬入され、複数のプロセス・モジュールで所要の一連の処理を受けた後にロードロック・モジュールを介して大気雰囲気中へ戻される。
本発明のクラスタツールの処理システムによれば、処理時間の独立した複数のプロセス・モジュール間でウエハ搬入出のタイミングが衝突するおそれを回避して、システム全体の搬送効率ないしスループットを向上させることができる。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１に、本発明の一実施形態におけるクラスタツールの処理システムの構成を示す。このクラスタツールの処理システムは、中央搬送室を構成するトランスファ・モジュールＴＭの周りに複数たとえば４つのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4と２つのロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2とを環状に配置したマルチチャンバ装置である。各々のモジュールは個別に所望の真空度で減圧空間を形成できる真空チャンバまたは処理室を有しており、中心部のトランスファ・モジュールＴＭは周辺部の各モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4，ＬＬＭ1，ＬＬＭ2とゲートバルブＧＶを介して連結されている。
トランスファ・モジュールＴＭの室内には、旋回および伸縮可能な一対の搬送アームＦA，ＦBを有する真空搬送ロボットＲＢ1が設けられている。この搬送ロボットＲＢ1は、各搬送アームＦA，ＦBがそのフォーク形のエンドエフェクタに１枚の被処理体たとえば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）を保持できるようになっており、周囲の各モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4，ＬＬＭ1，ＬＬＭ2に開状態のゲートバルブＧＶを通って搬送アームＦA，ＦBのいずれか一方を選択的に挿入または引き抜いてウエハの搬入（ローディング）／搬出（アンローディング）を行うことができる。両搬送アームＦA，ＦBは、ロボット本体に互いに背中合わせに搭載され、一体的に旋回運動し、一方の搬送アームが原位置に止まった状態で他方の搬送アームが原位置と前方（周辺モジュール内）の往動位置との間で伸縮移動するようになっている。
プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4は、各々のチャンバ内で所定の用力（処理ガス、電力等）を用いて所定の枚葉処理、たとえばＣＶＤまたはスパッタリング等の成膜処理、熱処理、ドライエッチング加工等を行うようになっている。また、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2も、必要に応じて加熱部または冷却部を装備することができる。
ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2は、トランスファ・モジュールＴＭと反対側でゲートバルブＧＶを介して常時大気圧下のローダ・モジュールＬＭと連結されている。さらに、このローダ・モジュールＬＭと隣接してロードポートＬＰおよびオリフラ合わせ機構ＯＲＴが設けられている。ロードポートＬＰは、外部搬送車との間でウエハカセットＣＲの投入、払出しに用いられる。オリフラ合わせ機構ＯＲＴは、ウエハＷのオリエンテーションフラットまたはノッチを所定の位置または向きに合わせるために用いられる。
ローダ・モジュールＬＭ内に設けられている大気搬送ロボットＲＢ2は、伸縮可能な搬送アームを有し、リニアガイド（リニアスライダ）ＬＧ上で水平方向に移動可能であるとともに、昇降・旋回可能であり、ロードポートＬＰ、オリフラ合わせ機構ＯＲＴおよびロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2の間を行き来してウエハを１枚または複数枚単位で搬送する。なお、リニアガイドＬＧは、たとえば永久磁石からなるマグネット、駆動用励磁コイルおよびスケールヘッド等で構成され、ホストコントローラからのコマンドに応じて搬送ロボットＲＢ2の直線駆動制御を行う。
ここで、ロードポートＬＰに投入されたウエハカセットＣＲ内の１枚のウエハにこのクラスタツール内で一連の処理を受けさせるための基本的なウエハ搬送シーケンスを説明する。
ローダ・モジュールＬＭの搬送ロボットＲＢ2は、ロードポートＬＰ上のウエハカセットＣＲから１枚のウエハＷSを取り出し、このウエハＷSをオリフラ合わせ機構ＯＲＴに搬送してオリフラ合わせを受けさせ、それが済んだ後にロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2のいずれか一方（たとえばＬＬＭ1）に移送する。移送先のロードロック・モジュールＬＬＭ1は、大気圧状態でウエハＷSを受け取り、搬入後に室内を真空引きし、減圧状態でウエハＷSをトランスファ・モジュールＴＭの真空搬送ロボットＲＢ1に渡す。
搬送ロボットＲＢ1は、搬送アームＦA，ＦBの片方を用いて、ロードロック・モジュールＬＬＭ1より取り出したウエハＷSを１番目のプロセス・モジュール（たとえばＰＭ1）に搬入する。プロセス・モジュールＰＭ1は、予め設定されたレシピにしたがい所定のプロセス条件（ガス、圧力、電力、時間等）で第１工程の枚葉処理を実施する。
この第１工程の枚葉処理が終了した後に、搬送ロボットＲＢ1は、ウエハＷSをプロセス・モジュールＰＭ1から搬出する。ここで、当該プロセス・モジュールＰＭ1においてウエハＷSを抜いた直後にパージングまたは真空引き等の後処理が行われることもある。搬送ロボットＲＢ1は、１番目のプロセス・モジュールＰＭ1から搬出したウエハＷSを次に２番目のプロセス・モジュール（たとえばＰＭ2）に搬入する。この２番目のプロセス・モジュールＰＭ2でも、予め設定されたレシピにしたがい所定のプロセス条件で第２工程の枚葉処理を実施する。
この第２工程の枚葉処理が終了すると、搬送ロボットＲＢ1は、ウエハＷSを２番目のプロセス・モジュールＰＭ2から搬出する。このプロセス・モジュールＰＭ2においてもウエハＷSを搬出した直後に後処理が行われることがある。搬送ロボットＲＢ1は、このプロセス・モジュールＰＭ2から搬出したウエハＷSを、次工程があるときは３番目のプロセス・モジュール（ＰＭ3もしくはＰＭ4）に搬入し、次工程がないときはロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2の片方に搬送する。３番目以降のプロセス・モジュールで処理が行われた場合も、その後に次工程があるときは後段のプロセス・モジュールに搬入し、次工程がないときはロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2の片方に戻す。また、３番目以降のプロセス・モジュールでもウエハＷSを搬出した直後に後処理のあり得ることは、１番目または２番目のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2の場合と同じである。
こうしてクラスタツール内の複数のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2・・で一連の処理を受けたウエハＷSがロードロック・モジュールの片方（たとえばＬＬＭ2）に搬入されると、このロードロック・モジュールＬＬＭ2の室内は減圧状態から大気圧状態に切り替えられる。しかる後、ローダ・モジュールＬＭの搬送ロボットＲＢ2が、大気圧状態のロードロック・モジュールＬＬＭ2からウエハＷSを取り出して該当のウエハカセットＣＲに戻す。なお、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2において滞在中のウエハＷSに所望の雰囲気下で加熱または冷却処理を施すこともできる。
上記のように、このクラスタツールは、ウエハを複数のプロセス・モジュールに真空中で順次シリアルに搬送して一連の処理を連続的に実施することが可能であり、特に真空薄膜形成加工では複数のプロセス・モジュールに異なる成膜加工を連続的に行わせて所望の薄膜をインラインで積層形成することができる。また、複数のプロセス・モジュールがパイプライン方式でそれぞれの枚葉処理を連続的に繰り返すため、高い稼働率および生産性を可能とする。
もっとも、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が１台で真空クラスタ内のウエハ搬送を全部司る搬送システムであるため、複数のプロセス・モジュールで同時にウエハの搬入出を行うことはできない。このため、複数のプロセス・モジュール間でウエハ搬入出のタイミングが近接または競合すると、後回しされた方のプロセス・モジュールで無駄な待ち時間が発生し、それが巡り巡って他の（優先させた方の）プロセス・モジュールでも次のアクセスまでのインターバルが長引く結果となり、システム全体の搬送効率や稼働率が低下する。この実施形態では、後述するように、クラスタツール内の複数のプロセス・モジュール間でウエハ搬入出のタイミングが競合する可能性をなくして、各プロセス・モジュールに対して搬送ロボットＲＢ1のアクセスする周期や各プロセス・モジュールにおける枚葉処理の周期を可及的に短くし、システム全体の搬送効率や稼働率ひいてはスループットを高めている。
この実施形態では、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が上記のように一対の搬送アームＦA，ＦBを有しており、その周囲の各プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4に対して、当該モジュールで処理が済んだ直後のウエハと次に当該モジュールで処理を受けるべきウエハとを１回のモジュール・アクセスで入れ替えるピック＆プレース動作を行えるようになっている。
ここで、図２につき、この実施形態におけるピック＆プレース動作を模式的な図解で説明する。搬送ロボットＲＢ1は、図２の(A)に示すように、目的のプロセス・モジュールＰＭnに搬入すべき未処理（処理前）のウエハＷjを片方の搬送アームたとえばＦAに保持し、もう片方の搬送アームＦBをウエハ無しの空の状態にして当該プロセス・モジュールＰＭnと向き合う。そして、図２の(B)，(C)に示すように、空の搬送アームＦBを当該プロセス・モジュールＰＭnのチャンバに挿入して中から処理済のウエハＷiを取り出す（ピック動作）。次に、図２の(D)に示すように、搬送アームＦA，ＦBを１８０゜旋回（反転）させて、未処理のウエハＷjを保持している搬送アームＦAをプロセス・モジュールＰＭnの正面に付ける。そして、今度は、図２の(E) ，(F)に示すように、搬送アームＦAを当該プロセス・モジュールＰＭnのチャンバに挿入して内部の載置台または支持ピン等に該ウエハＷjを渡し、空になった搬送アームＦAを引き抜く（プレース動作）。なお、このピック＆プレース動作の間、当該プロセス・モジュールＰＭnのウエハ出入口に設けられているゲートバルブＧＶ（図１）は開いたままになっている。
このように、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1は、各プロセス・モジュールＰＭnに対する１回のアクセスで、当該モジュールで処理の済んだウエハＷiと次に当該モジュールで処理を受けるべき半導体ウエハＷjとを上記のようなピック＆プレース動作により入れ替えることができる。さらに、搬送ロボットＲＢ1は、各ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2に対しても上記と同様のピック＆プレース動作により１回のアクセスで新規ウエハおよび処理済ウエハの入れ替えまたは受け渡しを行うことができる。また、１回のアクセスにおいて、ピック動作に続いて間髪を入れずにプレース動作を行うことも可能であれば、ピック動作の後に少し待ち時間を置いてからプレース動作を行うことも可能である。さらに、ウエハＷiを搬出するピック動作のみあるいはウエハＷjを搬入するプレース動作のみを単発で行うことも可能である。
図３に、この実施形態における各プロセス・モジュールＰＭnについてのレシピ上の処理手順を示す。このソフトウェア処理は、レシピ開始要求に応じてこのシステムの全体および各部を統括制御する制御部（図示せず）で行われる。
該制御部は、コンピュータたとえばパーソナルコンピュータからなり、以下に述べるモジュール・サイクル時間監視プログラムを実行する。このモジュール・サイクル時間監視プログラムはＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク等の記録媒体に格納・保存され、制御部は操作者の指示に応じてモジュール・サイクル時間監視プログラムを主メモリにロードする。このモジュール・サイクル時間監視プログラムは以下のようにして実行される。
最初に、レシピ前処理（ステップＳ1）で、予め設定されているプロセス・パラメータ等の各種設定値やシステム内の各部の機能について所要の初期化を行う。
次に、コントロールジョブ内のレシピ情報を基に各プロセス・モジュールＰＭnにおけるレシピ上の処理時間ＰＴn、搬入時間ＡＴn、搬出時間ＢＴn、後処理時間ＣＴnを事前（プロセス実行前）に算出する（ステップＳ2）。
ここで、処理時間ＰＴnは、１回の枚葉処理を構成する多数のステップの所要時間を積算して得られる時間であり、所要の枚葉処理を完遂するために当該プロセス・モジュールＰＭn内に半導体ウエハを留め置かなければならない必要最小限の時間である。搬入時間ＡＴnは、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が当該プロセス・モジュールＰＭnに半導体ウエハを搬入するのに要する時間であり、搬送ロボットＲＢ1における搬送アームＦA，ＦBの旋回および伸縮動作の所要時間やゲートバルブＧＶの開閉動作の所要時間等が含まれている。搬出時間ＢＴnは、搬送ロボットＲＢ1が当該プロセス・モジュールＰＭnから半導体ウエハを搬出するのに要する時間であり、やはり搬送ロボットＲＢ1における搬送アームＦA，ＦBの旋回および伸縮動作の所要時間やゲートバルブＧＶの開閉動作の所要時間等が含まれている。後処理時間ＣＴnは、当該プロセス・モジュールＰＭnからウエハを搬出した直後に主としてモジュールの状態または処理室内の雰囲気を調整またはリセットするための後処理（たとえばパージング、真空引き等）に要する時間である。
次に、レシピ集合体のデータの束であるグローバルデータに基づいて、ウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴn（レシピ処理時間ＰＴn＋搬入時間ＡＴn＋搬出時間ＢＴn＋後処理時間ＣＴn）がシステム全体の中で最大のプロセス・モジュールＰＭnを割り出し、その最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）をモジュール・サイクル時間ＭＴと決定する（ステップＳ3）。すなわち、このクラスタツールにおけるモジュール・サイクル時間ＭＴは、システム内で同時に稼動する全てのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2・・におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ1，ＳＴ2・・の中の最大値に等しい周期に設定される。ここで、総所要時間ＳＴnのうち、（搬入時間ＡＴn＋搬出時間ＢＴn＋後処理時間ＣＴn）は、レシピ処理時間ＰＴnの前後で各プロセス・モジュールＰＭnの機能が当該半導体ウエハの搬入・搬出・後処理のために塞がる（別のウエハを受け付けられない）付随的ビジー時間である。
実際にプロセスを実行する中で当該プロセス・モジュールＰＭnに半導体ウエハを搬入すると（ステップＳ4）、モジュール・サイクル時間ＭＴから当該プロセス・モジュールＰＭnの総所要時間ＳＴnを差し引いて、その時間差を当該プロセス・モジュールＰＭnにおける待ち時間ＷＴnとし、ウエハ搬入時から待ち時間ＷＴnの経過後にレシピ上のステップ処理を実行する（ステップＳ5，Ｓ6）。ただし、モジュール・サイクル時間ＭＴと当該プロセス・モジュールＰＭnの総所要時間ＳＴnとが等しい場合、つまりこの総所要時間ＳＴnがクラスタツール内で最大の総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）である場合は、待ち時間無しで直ちにレシピ処理を開始する（ステップＳ5' ，Ｓ6）。そして、全ステップの終了後に半導体ウエハを搬出する（ステップＳ7，Ｓ8）。ここで、レシピ後処理がプログラムされている場合は、ウエハ搬出の直後にこの後処理を実行して１回の枚葉処理を終了する（ステップＳ9）。レシピ後処理がプログラムされていない場合は、ウエハ搬出時点で１回の枚葉処理を終了する（ステップＳ9'）。
図４に、各プロセス・モジュールＰＭnにおけるモジュール・サイクル時間ＭＴの内訳（時間割）の例を示す。この実施形態では、並列的に動作する全てのプロセス・モジュール（たとえばＰＭ1，ＰＭ2・・）について同一のモジュール・サイクル時間ＭＴが設定される。
図４Ａは、プロセス・モジュールＰＭ1におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ1（搬入時間ＡＴ1＋処理時間ＰＴ1＋搬出時間ＢＴ1＋後処理時間ＣＴ1）が最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）で、ＳＴ1＝ＭＴの場合である。この場合、プロセス・モジュールＰＭ1では、ウエハを搬入してから実質的な待ち時間を挟まずに直ちにレシピ上の枚葉処理を開始し、処理が終了すると実質的な待ち時間を挟まずに直ちにウエハを搬出し、次いで後処理を行うことになる。他の各プロセス・モジュールたとえばＰＭ2では、ウエハを搬入してから待ち時間ＷＴ2の経過後にレシピ上の枚葉処理を開始し、処理が終了すると直ちにウエハを搬出し、次いで後処理を行うことになる。なお、該待ち時間ＷＴ2はＷＴ2＝ＭＴ−ＳＴ2で与えられる。
図４Ｂは、プロセス・モジュールＰＭ1において後処理が無いにも拘わらずそのウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ1（搬入時間ＡＴ1＋処理時間ＰＴ1＋搬出時間ＢＴ1）が最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）で、ＳＴ1＝ＭＴの場合である。この場合も、プロセス・モジュールＰＭ1では、ウエハを搬入してから実質的な待ち時間を挟まずに直ちにレシピ上の枚葉処理を開始し、処理が終了すると実質的な待ち時間を挟まずに直ちにウエハを搬出する。他の各プロセス・モジュールたとえばＰＭ2では、ウエハを搬入してから待ち時間ＷＴ2（ＷＴ2＝ＭＴ−ＳＴ2）の経過後にレシピ上の枚葉処理を開始し、処理が終了すると直ちにウエハを搬出し、次いで後処理を行う。
図４Ｃは、プロセス・モジュールＰＭ1において後処理がなく、プロセス・モジュールＰＭ2における総所要時間ＳＴ2（搬入時間ＡＴ2＋処理時間ＰＴ2＋搬出時間ＢＴ2＋後処理時間ＣＴ2）が最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）で、ＳＴ2＝ＭＴの場合である。この場合、プロセス・モジュールＰＭ1では、ウエハを搬入してから待ち時間ＷＴ1（ＷＴ1＝ＭＴ−ＳＴ1）の経過後にレシピ上の枚葉処理を開始し、処理が終了すると直ちにウエハを搬出する。一方、プロセス・モジュールＰＭ2では、ウエハを搬入してから実質的な待ち時間を挟まずに直ちにレシピ上の枚葉処理を開始し、処理が終了すると実質的な待ち時間を挟まずに直ちにウエハを搬出し、次いで後処理を行う。
図５に、この実施形態においてロードポートＬＰにカセット単位で投入された一群のウエハＡを一枚ずつクラスタツール内の複数のプロセス・モジュールに順次搬送して各ウエハＡに一連の処理を施すための搬送シーケンスの一実施例を示す。この搬送シーケンスは、モジュール・サイクル時間監視プログラムにしたがって実行される。図中の斜線部分は、各部がウエハＡを保持、留置または搬送しているアクティブな状態の期間を示す。升目の横幅は一定時間（たとえば８〜１０秒）の基本単位時間Ｔを示し、説明と図解の簡略化のために各部のアクティブ期間（斜線部分の長さ）を基本単位時間Ｔの整数倍で表している。
この実施例は、たとえばＳｉプロセスでバリアメタルに用いられるＴi／ＴiＮの積層膜をインラインの連続成膜処理で形成するものであり、各ウエハＡについて最初にプロセス・モジュールＰＭ1でＴi膜を形成し、次いでプロセス・モジュールＰＭ2でＴiＮ膜を形成する。プロセス・モジュールＰＭ1では後処理が行われず、プロセス・モジュールＰＭ2では後処理が行われる。なお、残りのプロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4は稼動しないものとする。
図中、「ＰＭ1ウエハ搬送」は、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が１番目のプロセス・モジュールＰＭ1において上記のようなピック＆プレース動作により相前後する２枚のウエハＡを入れ替える搬送動作であり、搬入時間（ＡＴ1）および搬出時間（ＢＴ1）はそれぞれ１Ｔである。ただし、同一の搬送経路で同じ一連の処理を受ける一群のウエハのうち、先頭のウエハを搬入する際にはプレース動作だけが行われ、最後のウエハを搬出する際にはピック動作だけが行われる。
「ＰＭ1プロセス」は、プロセス・モジュールＰＭ1が該当のウエハＡにＴi薄膜を形成する処理であり、レシピ処理時間（ＰＴ1）は１２Ｔである。待ち時間は含まれていない（ＷＴ1＝０）。
「ＰＭ2ウエハ搬送」は、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1がプロセス・モジュールＰＭ2において上記のようなピック＆プレース動作により相前後する２枚のウエハＡを入れ替える搬送動作であり、搬入時間（ＡＴ2）および搬出時間（ＢＴ2）はそれぞれ１Ｔである。ただし、このプロセス・モジュールＰＭ2においても、同一の搬送経路で同じ一連の処理を受ける一群のウエハのうち先頭のウエハを搬入する際にはプレース動作だけが行われ、最後のウエハを搬出する際にはピック動作だけが行われる。
「ＰＭ2プロセス」は、プロセス・モジュールＰＭ2が該当のウエハＡにＴiＮ薄膜を形成する処理とその直後に行う後処理とを含み、さらにレシピ処理直前の待機も含んでいる。処理時間（ＰＴ2）は９Ｔ、待ち時間（ＷＴ2）は２Ｔ、後処理時間（ＣＴ2）は１Ｔである。
「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＴＭ）」、「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」は、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2にトランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が該当のウエハＡを搬入または搬出する搬送動作であり、所要時間は１Ｔである。
「ＬＬＭ1プロセス」、「ＬＬＭ2プロセス」は、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2において成膜処理の後工程として該当のウエハＡを加熱または冷却する処理であり、所要時間は室内を減圧状態から大気圧状態へ切り替える時間も含んで７Ｔである。
「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＬＭ）」、「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＬＭ）」は、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2にローダ・モジュールＬＭの搬送ロボットＲＢ2が該当のウエハＡを搬入または搬出する搬送動作であり、所要時間は１Ｔである。
「ＬＬＭ1真空引き」、「ＬＬＭ2真空引き」は、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2に該当のウエハＡを搬入してから室内を大気圧状態から所望の真空度の減圧状態に切り替える真空引き動作であり、所要時間は２Ｔである。
「アームＦA上のウエハ」、「アームＦB上のウエハ」は、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1の搬送アームＦA，ＦB上に該当のウエハＡが保持されている状態である。
より詳細には、図５において、期間ｔ1〜ｔ3の「ＰＭ1ウエハ搬送」では、搬送ロボットＲＢ1がプロセス・モジュールＰＭ1にアクセスし、ピック＆プレース動作により、搬送アームＦBで処理済のウエハＡ05を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦAで新規または未処理のウエハＡ06を搬入する。プロセス・モジュールＰＭ1は、ウエハＡ06を搬入すると「ＰＭ1プロセス」で直ちにＴi成膜のためのレシピ処理を開始する。
一方、プロセス・モジュールＰＭ2では、ウエハＡ 04 に対する「ＰＭ2プロセス」が終盤に差し掛かり、時点ｔ3で終了する。この直後、「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ3〜ｔ4）で搬送ロボットＲＢ1がピック動作により空の搬送アームＦAで処理済のウエハＡ04を搬出する。ウエハＡ04の抜けたプロセス・モジュールＰＭ2では後処理（ｔ4〜ｔ5）が行われる。この後処理が終わると、「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ5〜ｔ6）で、搬送ロボットＲＢ1が先程プロセス・モジュールＰＭ1から搬送アームＦBで取り出してきたウエハＡ05をプレース動作により搬入する。プロセス・モジュールＰＭ2は、ウエハＡ05を搬入すると「ＰＭ2プロセス」で待ち時間ＷＴ2（２Ｔ）の経過後の時点ｔ8からＴiＮ成膜のためのレシピ処理を開始する。
搬送ロボットＲＢ1は、期間ｔ6〜ｔ7の「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」で、搬送アームＦAで保持しているウエハＡ04をロードロック・モジュールＬＬＭ2に搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ2では、ウエハＡ04が搬入されると「ＬＬＭ2プロセス」（ｔ7〜ｔ14）が行われる。このウエハＡ04は、両プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2でＴi，ＴiＮの成膜処理を受けてきたものである。そして、ロードロック・モジュールＬＬＭ2で「ＬＬＭ2プロセス」が終了すると（時点ｔ14）、この直後に「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＬＭ）」（ｔ14〜ｔ15）でローダ・モジュールＬＭの大気搬送ロボットＲＢ2がロードロック・モジュールＬＬＭ2からウエハＡ04を取り出す。
一方、ロードロック・モジュールＬＬＭ1では、期間ｔ9〜ｔ10の「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＬＭ）」で搬送ロボットＲＢ2により未処理の新規ウエハＡ07が搬入される。ロードロック・モジュールＬＬＭ1は、ウエハＡ07が搬入されると、この直後の「ＬＬＭ1真空引き」（ｔ10〜ｔ12）で室内を減圧状態にする。そして、真空引き完了直後の「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ12〜ｔ13）において、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1がピック動作により空の搬送アームＦBで新規のウエハＡ07を取り出す。
その後、搬送ロボットＲＢ1は、搬送アームＦBで新規のウエハＡ07を保持したままプロセス・モジュールＰＭ1のゲート前で待機する。プロセス・モジュールＰＭ1においては、時点ｔ15でウエハＡ06に対する「ＰＭ1プロセス」が終了すると、搬送ロボットＲＢ1が直後の「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ15〜ｔ16）で空の搬送アームＦAを用いたピック動作により処理済のウエハＡ06を搬出し、次いで直後の「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ16〜ｔ17）で搬送アームＦ B のプレース動作により新規のウエハＡ07を搬入する。プロセス・モジュールＰＭ1は、ウエハＡ07が搬入されると、その時点（ｔ17）から直ちに「ＰＭ1プロセス」でＴi成膜のためのレシピ処理を開始する。
一方、プロセス・モジュールＰＭ2では、ウエハＡ05に対する「ＰＭ2プロセス」が終盤に差し掛かり、時点ｔ17で終了する。この直後に、「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ17〜ｔ18）で搬送ロボットＲＢ1が空の搬送アームＦ B のピック動作により処理済のウエハＡ 05 を搬出する。この搬出の直後（ｔ18〜ｔ19）に、ウエハＡ05の抜けたプロセス・モジュールＰＭ2で後処理が行われる。この後処理が終わると、次の「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ19〜ｔ20）で、搬送ロボットＲＢ1が先程プロセス・モジュールＰＭ1から搬送アームＦ A で取り出してきたウエハＡ06をプレース動作によりプロセス・モジュールＰＭ2に搬入する。プロセス・モジュールＰＭ2は、ウエハＡ06が搬入されと、「ＰＭ2プロセス」で待ち時間ＷＴ2（２Ｔ）の経過後の時点ｔ22からＴiＮ成膜のためのレシピ処理を開始する。
搬送ロボットＲＢ1は、上記のようにしてプロセス・モジュールＰＭ2にウエハＡ06を搬入した直後に、「ＬＬＭ 1 ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ 20 〜ｔ 21 ）で搬送アームＦ B のプレース動作によりウエハＡ05をロードロック・モジュールＬＬＭ1に搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ1では、ウエハＡ05が搬入されると、「ＬＬＭ 1 プロセス」（ｔ21〜ｔ28）が行われる。このウエハＡ05は、両プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2でＴi，ＴiＮの成膜処理を受けてきたものである。そして、ロードロック・モジュールＬＬＭ 1 の「ＬＬＭ 1 プロセス」が終了すると（ｔ28）、この直後の「ＬＬＭ 1 ウエハ搬送（ＬＭ）」（ｔ28〜ｔ29）でローダ・モジュールＬＭの大気搬送ロボットＲＢ2がロードロック・モジュールＬＬＭ1からウエハＡ05を取り出す。
一方、ロードロック・モジュールＬＬＭ2には、期間ｔ23〜ｔ24の「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＬＭ）」で搬送ロボットＲＢ2により未処理の新規ウエハＡ08が搬入される。ロードロック・モジュールＬＬＭ2は、ウエハＡ08が搬入されると、この直後の「ＬＬＭ2真空引き」（ｔ24〜ｔ26）で室内を減圧状態にする。そして、真空引き完了直後の「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ26〜ｔ27）で、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1がピック動作により空の搬送アームＦAで新規のウエハＡ08をロードロック・モジュールＬＬＭ2から取り出す。
その後、搬送ロボットＲＢ1は、搬送アームＦAで新規のウエハＡ08を保持したままプロセス・モジュールＰＭ1のゲート前で待機する。そして、時点ｔ29でプロセス・モジュールＰＭ1においてウエハＡ07に対する「ＰＭ1プロセス」が終了すると、搬送ロボットＲＢ1が直後の「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ29〜ｔ30）で空の搬送アームＦ B を用いたピック動作により処理済のウエハＡ 07 を搬出し、さらに直後の「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ30〜ｔ31）で搬送アームＦAのプレース動作により新規のウエハＡ 08 を搬入する。プロセス・モジュールＰＭ1は、ウエハＡ 08 を搬入すると「ＰＭ1プロセス」で直ちにＴi成膜のためのレシピ処理を開始する。
以後も、上記と全く同じ動作が各部で繰り返される。この実施例では、クラスタツール内で同時に稼動する全てのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2においてウエハ一枚当たりの待ち時間（ＷＴ）を含む総所要時間が同一（共通）のモジュール・サイクル時間ＭＴ（１４Ｔ）に設定され、全てのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2がモジュール・サイクル時間ＭＴ（１４Ｔ）の周期で枚葉処理動作を行う。
より詳細には、１番目のプロセス・モジュールＰＭ1では、２Ｔの付随的ビジー時間（搬入時間ＡＴ1（１Ｔ）＋搬出時間ＢＴ1（１Ｔ））を挟んで所要時間１２Ｔのレシピ処理（Ｔi成膜処理）が１４Ｔの周期で繰り返し行われる。２番目のプロセス・モジュールＰＭ2では、３Ｔの付随的ビジー時間（搬入時間ＡＴ2（１Ｔ）＋搬出時間ＢＴ2（１Ｔ）＋後処理時間ＣＴ2（１Ｔ））と２Ｔの待機時間ＷＴ2と挟んで所要時間９Ｔのレシピ処理（ＴiＮ成膜処理）が１４Ｔの周期で繰り返し行われる。プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2のいずれに対しても、１周期（１４Ｔ）内に搬送ロボットＲＢ1がアクセスする回数は１回である（１回のピック＆プレース動作で済む）。また、パイプライン処理で連続する２つのウエハＷi，Ｗi+1間の搬送周期つまり搬送タクトは１４Ｔである。
このように、この実施例では、クラスタツール内の複数のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2においてウエハ滞在時間（待ち時間＋処理時間）と付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間ＭＴを同じ長さ（１４Ｔ）に設定し、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が各半導体ウエハが一巡するのと同じ順序でプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2を巡回し、各プロセス・モジュールに対するアクセスで処理済のウエハＷiを搬出してそれと入れ替わりに次のウエハＷi+1を搬入することにより、搬送効率やプロセス・モジュールの稼働率を大幅に改善することができる。
この実施例における搬送効率や稼働率の改善効果の度合いは図６に示す参考例と比較するとよく分かる。この参考例は、従来方式にしたがい、クラスタツール内に共通のモジュール・サイクル時間ＭＴを設定せず、両プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2におけるウエハ滞在時間をそれぞれレシピ上の処理時間ＰＴ1（１２Ｔ），ＰＴ2（９Ｔ）に合わせるものである。そして、各処理時間ＰＴ1（１２Ｔ），ＰＴ2（９Ｔ）の終了次第、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1がその時の状況に応じて、つまり他の各部におけるウエハ搬送との兼ね合いで各プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2から処理済のウエハＡを搬出するものである。
この参考例によれば、図６に示すように、たとえば時点ｔ13で２番目のプロセス・モジュールＰＭ2における「ＰＭ2プロセス」（ＴiＮ成膜処理）が終了する。これに応じてトランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1は、直後の「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ13〜ｔ14）で２番目のプロセス・モジュールＰＭ2にアクセスしてピック動作により搬送アームＦAで処理済のウエハＡ05を搬出する。ウエハＡ05の抜けたプロセス・モジュールＰＭ2では次に後処理（ｔ14〜ｔ15）が行われる。この直後（ｔ15）、１番目のプロセス・モジュールＰＭ1において「ＰＭ1プロセス」（Ｔi成膜処理）が終了する。そこで、搬送ロボットＲＢ1は、このプロセス・モジュールＰＭ1にアクセスして空の搬送アームＦBで処理済のウエハＡ06を搬出する。
ここで、本来ならば（理想的には）、このプロセス・モジュールＰＭ1においては、空の搬送アームＦBでウエハＡ06を搬出したのと入れ替わりに新規のウエハＡ07を搬入したい場面である。ところが、他方の搬送アームＦAは直前に下流側のプロセス・モジュールＰＭ2より取り出したばかりのウエハＡ05をまだ保持しており、新規ウエハＡ07のためのプレース動作を行うことができない。このため、搬送ロボットＲＢ1は、先に「ＬＬＭ2ウエハ搬送」（ｔ16〜ｔ17）で処理済みのウエハＡ05をロードロック・モジュールＬＬＭ2に引き取らせてから、「ＬＬＭ1ウエハ搬送」（ｔ17〜ｔ18）でロードロック・モジュールＬＬＭ1より新規ウエハＡ07を搬送アームＦAで取り出して、ようやく次の「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ18〜ｔ19）でプロセス・モジュールＰＭ1に戻り搬送アームＦAのプレース動作で新規ウエハＡ07を搬入する。しかる後、「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ19〜ｔ20）で先ほど（時点ｔ 15 から）搬送アームＦ B に保持していたウエハＡ06をようやく２番目のプロセス・モジュールＰＭ 2 に搬入する。
このように、１番目のプロセス・モジュールＰＭ1においては、処理済みのウエハＷiを搬出してから次の新規ウエハＷjを搬入するまでに２Ｔの遅延時間またはインターバルを挟む結果、１６Ｔの周期で枚葉処理動作が行われる。また、２番目のプロセス・モジュールＰＭ2においても、処理済みのウエハＷiについて後処理を終えた時から次の（１番目のプロセス・モジュールＰＭ1からの）ウエハＷjを搬入するまでに２Ｔの遅延時間またはインターバルを挟むことになり、やはり１６Ｔの周期で枚葉処理動作が行われる。クラスタツール内の搬送周期つまり搬送タクトは１６Ｔである。
上記のように、実施例（図５）は、参考例（図６）と比較して搬送タクトやプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2の動作サイクルを２Ｔ短縮している。一般にクラスタツールは長時間の連続処理を行うため、搬送タクトの短縮はスループットの大幅な向上につながる。
上記した実施例（図５）は、クラスタツール内で一部のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2のみを稼動させ、残りのプロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4を稼動させない場合であった。図７に、プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4の全部を同時に稼動させる第２の実施例を示す。この第２の実施例は、ロードポートＬＰからローダ・モジュールＬＭを介して一群のウエハＡを一枚ずつクラスタツール内の２台のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2に順次搬送して各ウエハＡに一連の処理（たとえばＴi／ＴiＮ成膜処理）を施す第１のパイプライン処理と、ロードポートＬＰからローダ・モジュールＬＭを介して別の一群のウエハＢを一枚ずつクラスタツール内の別の２台のプロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4に順次搬送して各ウエハＢに一連の処理（たとえばＴi／ＴiＮ成膜処理）を施す第２のパイプライン処理とを並列的に行うものである。この実施例における搬送シーケンスも、モジュール・サイクル時間監視プログラムにしたがって実行される。
この第２の実施例において、上記第１の実施例（図５）に実質的に追加された動作は、「ＰＭ3ウエハ搬送」、「ＰＭ4ウエハ搬送」、「ＰＭ3プロセス」、「ＰＭ4プロセス」である。「ＰＭ3ウエハ搬送」、「ＰＭ4ウエハ搬送」は、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1がプロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4において上記のようなピック＆プレース動作により相前後する２枚のウエハＢを入れ替える搬送動作である。「ＰＭ3プロセス」、「ＰＭ4プロセス」は、プロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4が該当のウエハＢにＴi，ＴiＮの薄膜を形成する処理である。
この第２の実施例においても、クラスタツール内で同時に稼動する全てのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4においてウエハ一枚当たりの待ち時間（ＷＴ）を含む総所要時間が同一（共通）のモジュール・サイクル時間ＭＴ（１４Ｔ）に設定され、全てのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4がモジュール・サイクル時間ＭＴ（１４Ｔ）の周期で枚葉処理動作を行う。
より詳細には、各パイプライン処理系における１番目のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ3では、２Ｔの付随的ビジー時間（搬入時間ＡＴ1（１Ｔ）＋搬出時間ＢＴ1（１Ｔ））を挟んで所要時間１２Ｔのレシピ処理（Ｔi成膜処理）が１４Ｔの周期で繰り返し行われる。また、２番目のプロセス・モジュールＰＭ2，ＰＭ4では、３Ｔの付随的ビジー時間（搬入時間ＡＴ2（１Ｔ）＋搬出時間ＢＴ2（１Ｔ）＋後処理時間ＣＴ2（１Ｔ））と２Ｔの待機時間ＷＴ2と挟んで所要時間９Ｔのレシピ処理（ＴiＮ成膜処理）が１４Ｔの周期で繰り返し行われる。プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4のいずれに対しても、１周期（１４Ｔ）内に搬送ロボットＲＢ1がアクセスする回数は１回である（１回のピック＆プレース動作で済む）。別な見方をすると、１４Ｔの時間内に４つのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4におけるウエハの出し入れが全部行われる。パイプライン処理で連続する２つのウエハＷi，Ｗi+1間の搬送周期つまり搬送タクトは１４Ｔである。
図７に示すように、第１のパイプライン処理系と第２のパイプライン処理系とはサイクルをほぼ１／２ずらしているため、プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2回りのウエハ搬入出動作とプロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4回りのウエハ搬入出動作とが相互に干渉することはない。
なお、ローダ・モジュールＬＭとロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2との間では、両パイプライン処理系間の搬送タイミングを競合させないようなウエハ搬送が行われる。特に、第１のパイプライン処理系における全プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2分の付随的ビジー時間の総和ΣＣＴ(I)（ＣＴ1＋ＣＴ2）と第２のパイプライン処理系における全プロセス・モジュールＰＭ 3 ，ＰＭ 4 分の付随的ビジー時間の総和ΣＣＴ(II)（ＣＴ3＋ＣＴ4）との差が大きい場合に、適切なタイミング調整をとる必要がある。たとえば、ΣＣＴ(I)がΣＣＴ(II)よりも大きい場合、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1は第２のパイプライン処理系よりも第１のパイプライン処理系に多くの時間を割くことになる。つまり、第１のパイプライン処理系を一巡するのに要する時間の方が第２のパイプライン処理系を一巡するのに要する時間よりも長くなる。この場合、ローダ・モジュールＬＭとロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2との間では、第１のパイプライン処理系に対しては新規ウエハを供出するタイミングを少し早め、反対に第２のパイプライン処理系に対しては新規ウエハを供出するタイミングを少し遅らせるような時間調整が行われる。この時間調整幅ＧＴは、第１のパイプライン処理系側のものをＧＴ(I)、第２のパイプライン処理系側のものをＧＴ(II) とすると、それぞれ次式（１），（２）で与えられる。
ＧＴ(I)＝［ＴＭ−｛ΣＣＴ(I)−ΣＣＴ(II)｝］／２ ・・（１）
ＧＴ(II)＝［ＴＭ−｛ΣＣＴ(II)−ΣＣＴ(I) ｝ ］／２ ・・（２）
この第２の実施例によれば、上記した第１の実施例と実質的に同一のパイプライン処理が２系統で並列的に行われるため、スループットは第１の実施例の２倍になる。もっとも、そのぶんプロセス・モジュール以外のモジュール、つまりトランスファ・モジュールＴＭ（搬送ロボットＲＢ1）、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2、ローダ・モジュールＬＭ（搬送ロボットＲＢ2）は上記第１の実施例の２倍の稼働率で動作することになる。
たとえば、図７に示すように、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1は、期間ｔ15〜ｔ17の「ＰＭ1ウエハ搬送」でプロセス・モジュールＰＭ1にアクセスして、ピック＆プレース動作により、空搬送アームＦBでウエハＡ06を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦAで新規のウエハＡ07を搬入する。ここで、搬送アームＦBは、この直前の「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ13〜ｔ15）で処理済のウエハＢ04をロードロック・モジュールＬＬＭ1に搬入したばかりで空（ウエハ無し）状態になっていたのである。次に、搬送ロボットＲＢ1は、隣のプロセス・モジュールＰＭ2にアクセスして、ピック＆プレース動作により、先ず期間ｔ17〜ｔ18の「ＰＭ2ウエハ搬送」で搬送アームＦAにより処理済のウエハＡ05を搬出し、続く後処理（ｔ18〜ｔ19）の待ち時間を挟んで、期間ｔ19〜ｔ20の「ＰＭ2ウエハ搬送」で搬送アームＦBによりプロセス・モジュールＰＭ1からのウエハＡ 06 を搬入する。
次に、搬送ロボットＲＢ1は、期間ｔ20〜ｔ22の「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」でロードロック・モジュールＬＬＭ2にアクセスし、ピック＆プレース動作により、空の搬送アームＦ B で新規のウエハＢ07を受け取り、それと入れ替わりに搬送アームＦAでプロセス・モジュールＰＭ2からのウエハＡ05を渡す。
次に、搬送ロボットＲＢ1は、期間ｔ 22 〜ｔ 24 の「ＰＭ3ウエハ搬送」でプロセス・モジュールＰＭ3にアクセスして、ピック＆プレース動作により、空の搬送アームＦAで処理済のウエハＢ06を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ B で新規ウエハＢ07を搬入する。この直後、搬送ロボットＲＢ1は、プロセス・モジュールＰＭ4にアクセスして、ピック＆プレース動作により、先ず期間ｔ 24 〜ｔ 25 の「ＰＭ4ウエハ搬送」で空の搬送アームＦBにより処理済のウエハＢ05を搬出し、続く後処理（ｔ25〜ｔ26）の待ち時間を挟んで、期間ｔ26〜ｔ27の「ＰＭ 4 ウエハ搬送」で搬送アームＦAによりプロセス・モジュールＰＭ3からのウエハＢ06を搬入する。
次に、搬送ロボットＲＢ1は、期間ｔ27〜ｔ29の「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＴＭ）」でロードロック・モジュールＬＬＭ1にアクセスし、ピック＆プレース動作により、空の搬送アームＦAで新規のウエハＡ08を受け取り、それと入れ替わりに搬送アームＦBでプロセス・モジュールＰＭ4からのウエハＢ05を渡す。この直後、期間ｔ29〜ｔ 31 の「ＰＭ1ウエハ搬送」でプロセス・モジュールＰＭ1にアクセスして、ピック＆プレース動作により、搬送アームＦBで処理済のウエハＡ07を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦAで未処理のウエハＡ08を搬入する。以後も、上記と同じ動作が繰り返される。
このように、搬送ロボットＲＢ1は殆ど休みなく動作し、周囲の全てのモジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4，ＬＬＭ1，ＬＬＭ2に対してはピック＆プレース動作でアクセスし、両搬送アームＦA，ＦBのいずれも間断なくウエハの保持またはハンドリングを行う。
また、各ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2においても、ピック＆プレース動作でウエハが頻繁に出入りする。たとえば、ロードロック・モジュールＬＬＭ2においては、期間ｔ8〜ｔ15でウエハＡ04に対する「ＬＬＭ2プロセス」が行われると、その直後の「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＬＭ）」（ｔ15〜ｔ16）でローダ・モジュールＬＭの搬送ロボットＲＢ2が処理済のウエハＡ 04 を搬出し、それと入れ替わりに新規のウエハＢ07を搬入する。なお、この実施例では、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2においてローダ・モジュールＬＭ側からのウエハの出し入れが１Ｔの期間内で行われる。ロードロック・モジュールＬＬＭ2は、新規ウエハＢ07が搬入されると、直後に「ＬＬＭ2真空引き」（ｔ16〜ｔ18）で室内を減圧状態にする。この真空引きが終了した後、「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ20〜ｔ21）で新規ウエハＢ07がトランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1によってロードロック・モジュールＬＬＭ2から搬出される。そして、入れ替わりに直後の「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ21〜ｔ22）で搬送ロボットＲＢ1が処理済みのウエハＡ05をロードロック・モジュールＬＬＭ2に搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ2は、ウエハＡ05が搬入されると、「ＬＬＭ2プロセス」（ｔ22〜ｔ29）を開始する。以後も、上記と同じ動作が繰り返される。ロードロック・モジュールＬＬＭ1においても同様である。
この第２の実施例は、第１のパイプライン処理と第２のパイプライン処理とが処理内容を同じにしていた。しかし、処理内容を異にしても上記と同じ搬送シーケンスで対応することができる。たとえば、第１のパイプライン処理系のプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ1，ＳＴ2がそれぞれ１４Ｔ，１２Ｔで、第２のパイプライン処理系のプロセス・モジュールＰＭ3，ＰＭ4におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ3，ＳＴ4がそれぞれ１３Ｔ，１０Ｔの場合を例にとる。この場合も、プロセス・モジュールＰＭ1の総所要時間ＳＴ1がクラスタツール内の最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）であるから、全てのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4について最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）に等しい同一のモジュール・サイクル時間ＭＴ（１４Ｔ）が設定される。したがって、各プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4の枚葉処理動作の周期はいずれも１４Ｔであり、搬送タクトも１４Ｔである。このように、クラスタツール内で並列的に稼動する全てのプロセス・モジュールにおけるレシピ上の総所要時間の中の最大のもの（最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ））に基づいてクラスタツール内の搬送シーケンスがパターン化または規格化されるため、搬送系ソフトウェアの負担が軽減される。
ところで、クラスタツール内でロット先頭のウエハＡ01を一巡させる場合、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1は下流側のプロセス・モジュールたとえばＰＭ2にアクセスする際にはこのウエハＡ01を搬入するプレース動作を行うだけで済み、プレース動作に先立って処理済のウエハを搬出するピック動作は不要である。したがって、上流側のプロセス・モジュールＰＭ1からウエハＡ01を取り出した後は、直ちにプロセス・モジュールＰＭ2にウエハＡ01を搬入することができる。
しかしながら、このような場当たり的な無条件の搬送手順によると、図８に示すように、プロセス・モジュールＰＭ2側のレシピ処理の開始が早まる結果、両プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2における「ＰＭ1プロセス」（ｔ19〜ｔ31）、「ＰＭ2プロセス」（ｔ20〜ｔ31）が終了時（ｔ31）で競合してしまう。この場合、図示のように、たとえば下流側のプロセス・モジュールＰＭ2からウエハＡ01を搬出する「ＰＭ2ウエハ搬送」（ｔ31〜ｔ32）を優先させると、他方のプロセス・モジュールＰＭ1側でウエハＡ02を搬出する「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ32〜ｔ33）が遅れてしまい、さらにはロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2との間で処理済みのウエハＡ01と新規のウエハＡ03とを相互にやりとりするための「ＬＬＭ2ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ33〜ｔ34）、「ＬＬＭ1ウエハ搬送（ＴＭ）」（ｔ34〜ｔ35）とも競合するため、プロセス・モジュールＰＭ1に新規ウエハＡ03を搬入する「ＰＭ1ウエハ搬送」（ｔ 35 〜ｔ 36 ）が相当遅れてしまう。このため、プロセス・モジュールＰＭ1における枚葉処理動作のサイクルに２Ｔ分の遅延時間またはインターバルが入り、巡り巡ってプロセス・モジュールＰＭ2における枚葉処理動作のサイクルにも２Ｔ分の遅延時間またはインターバルが入る。このため、搬送効率が低下し、搬送タクトも増大する。
本発明によれば、たとえば上記第１の実施例（図５）において、ロット先頭のウエハＡ01を一巡させる場合には、図９に示すように、下流側のプロセス・モジュールＰＭ2においてウエハＡ01よりも１つ前にあたかも別のウエハＡ00が枚葉処理を受けたものと仮定し、この仮想ウエハＡ00に対して定常時と同じタイミングでプロセス・モジュール時間ＭＴを費やしてから、つまり仮想のレシピ処理時間（ｔ10〜ｔ19）、仮想の搬出時間（ｔ19〜ｔ20）および仮想の後処理時間（ｔ20〜ｔ21）を費やしてから（仮想の搬出時間（ｔ19〜ｔ20）および仮想の後処理時間（ｔ20〜ｔ21）だけ遅らせて）、「ＰＭ 2 ウエハ搬送」（ｔ21〜ｔ22）でロット先頭のウエハＡ01を該プロセス・モジュールＰＭ2に搬入する。これによって、ロット先頭のウエハＡ01から定常時（図５）と同じタイミングで枚葉処理動作のサイクルが回り、上記のようなモジュール間の競合ないしシステム全体の搬送効率の低下を回避することができる。
上記のように、本発明においては、ウエハＡが一巡するのと同じ順序でトランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ1が複数のプロセス・モジュール（たとえばＰＭ1，ＰＭ2）を巡回し、各々のプロセス・モジュールに対するアクセスで処理済みのウエハＡiを搬出してそれと入れ替わりに後続の別のウエハＡi+1を搬入する搬送手順を原則とする。この原則によれば、相前後するウエハＡi，Ａi+1の間では、先に後続のウエハＡi+1が上流側のプロセス・モジュールＰＭ1から搬出され、その後に前のウエハＡiが下流側のプロセス・モジュールＰＭ2から搬出されるという関係がある。
しかしながら、上流側のプロセス・モジュールＰＭ1におけるレシピ処理時間ＰＴ1と下流側のプロセス・モジュールＰＭ2におけるレシピ処理時間ＰＴ2との間に非常に大きな開き（ＰＴ1≫ＰＴ2）がある場合は、上記原則の例外措置として、下流側のプロセス・モジュールＰＭ2に待ち時間ＷＴ2を設定せずに、搬送ロボットＲＢ1がプロセス・モジュールＰＭ2から処理済みのウエハＡiを直ちに搬出してロードロック・モジュールＬＬＭ1（ＬＬＭ2）へ移送し、代わりに新規のウエハＡi+2を受け取って、上流側のプロセス・モジュールＰＭ1へ移動するといった搬送手順も可能である。ただし、上流側のプロセス・モジュールＰＭ1でウエハＡi+1のレシピ処理が終わる迄に、搬送ロボットＲＢ1が新規のウエハＡi+2を手にプロセス・モジュールＰＭ1の正面に到着することが必須または好適な条件となる。この場合、相前後するウエハＡi，Ａi+1の間では、先に前のウエハＡiが下流側のプロセス・モジュールＰＭ2から搬出され、その後に後続のウエハＡi+1が上流側のプロセス・モジュールＰＭ1から搬出されるという関係になる。下流側のプロセス・モジュールＰＭ2で後処理が行われる場合は、該プロセス・モジュールＰＭ2における後処理と搬送ロボットＲＢ1の搬送動作（ＰＭ2→ＬＬＭ1（ＬＬＭ2）→ＰＭ1）とを並行して実行できるという利点がある。
上記した実施例（図５，図７，図９）では、図解の便宜からレシピ上の処理時間ＰＴを基本単位時間Ｔの整数倍で表した。しかし、処理時間ＰＴは基本単位時間Ｔとは独立して任意の長さに設定できる。たとえば、上記Ｔi／ＴiＮの成膜処理においては、プロセス・モジュールＰＭ1におけるＴi成膜のためのレシピ処理時間ＰＴ1を１７９秒に設定し、プロセス・モジュールＰＭ2におけるＴiＮ成膜のためのレシピ処理時間ＰＴ2を１５１秒に設定することがある。この場合、プロセス・モジュールＰＭ1における搬入時間ＡＴ1，搬出時間ＢＴ1をそれぞれ１０秒、プロセス・モジュールＰＭ2における搬入時間ＡＴ2，搬出時間ＢＴ2および後処理時間ＣＴ2をそれぞれ１０秒とすると、プロセス・モジュールＰＭ1におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ1はＰＴ1＋ＡＴ1＋ＢＴ1＝１７９＋１０＋１０＝１９９秒であり、プロセス・モジュールＰＭ2におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ2はＰＴ1＋ＡＴ1＋ＢＴ1＋ＣＴ1＝１５１＋１０＋１０＋１０＝１８１秒であり、最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）はＳＴ1の１９９秒である。したがって、両プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2に共通のモジュール・サイクル時間ＭＴを１９９秒以上（好ましくは１９９秒）に設定してよい。なお、モジュール・サイクル時間ＭＴを１９９秒に設定した場合、プロセス・モジュールＰＭ2における待ち時間ＷＴ2はＷＴ2＝１９９−１８１＝１８秒である。
また、処理内容に関して、上記実施例のＴi／ＴiＮ成膜処理は一例であり、このクラスタツールは様々なインラインの連続処理に好適である。
たとえば、プリクリーン工程とｉＰＶＤ工程のインライン連続処理も可能である。プリクリーン工程は、堆積または成膜前に被処理基板の表面をクリーニングする工程である。被処理基板の表面が酸化すると、材料の電気特性が著しく変質して性能劣化に繋がる。このため、基板が物理蒸着法や化学蒸着法による成膜装置の一次処理を受ける前に、前処理のクリーニングつまりプリクリーン工程によって表面酸化物（主に二酸化珪素や金属酸化物）を除去するのが望ましい。特に、タングステン、アルミニウムまたは銅のような金属導体を堆積させるためのトレンチ、コンタクトまたはバリア層のような基板表面層は、堆積層の間で極めて低い界面抵抗を確保するうえでプリクリーン工程により清浄にする必要がある。
ｉＰＶＤ（ionized Physical Vapor Deposition）または物理的気相成長法は、スパッタ粒子をイオン化させて段差被覆性の良い薄膜を形成する成膜法である。ｉＰＶＤの高指向性は、ターゲットからスパッタされた金属粒子がプラズマ中でイオン化され、その金属イオンが基板表面のシース内で加速され基板に垂直に入射するプロセスによって実現される。
この実施形態のクラスタツールは、プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4のいずれか２つにプリクリーン・チャンバとｉＰＶＤチャンバとを充てることができる。たとえば、配線工程のＣｕ薄膜の埋め込みとバリアメタルの堆積とをスパッタ装置（ｉＰＶＤ装置）にて連続して行うＣｕインテグレーション工程では、先ずエッチングによって絶縁層にビアホールを形成した後に、ｉＰＶＤによってＣｕ層の上にＣｕバリア層（ＴａＮ／Ｔａ）を形成する前にプリクリーン・チャンバでＣｕの表面酸化層をエッチングないし表面クリーニングして不純物下地層を削り、下層のＣｕ層を露出させる。そして、酸化膜が形成されないうちに真空雰囲気中で被処理基板をｉＰＶＤチャンバに移送し、上記Ｃｕバリア層（ＴａＮ／Ｔａ）をｉＰＶＤによって形成する。本発明によれば、プリクリーン・チャンバ（１番目のプロセス・モジュール）でプリクリーン処理を終えたばかりの被処理基板を待ち時間を置かずに真空雰囲気中で直ちにｉＰＶＤチャンバ（２番目のプロセス・モジュール）に移送できるため、不所望な酸化膜の形成を防止することができる。
上記のようなＣｕインテグレーション工程の処理時間は、プリクリーンを８０秒、ｉＰＶＤを１２０秒にそれぞれ設定するのがベストモードとされている。この場合、プリクリーン・チャンバ（プロセス・モジュールＰＭ1）およびｉＰＶＤチャンバ（プロセス・モジュールＰＭ2）のいずれにおいても後処理を行わないものとし、両チャンバＰＭ1，ＰＭ2における搬入時間ＡＴ1，ＡＴ2および搬出時間ＢＴ1，ＢＴ2を全て１０秒とすると、プリクリーン・チャンバＰＭ1におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ1はＰＴ1＋ＡＴ1＋ＢＴ1＝８０＋１０＋１０＝１００秒であり、ｉＰＶＤチャンバＰＭ2におけるウエハ一枚当たりの総所要時間ＳＴ2はＰＴ2＋ＡＴ2＋ＢＴ2＝１２０＋１０＋１０＝１４０秒であり、最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）はＳＴ2の１４０秒である。したがって、両チャンバＰＭ1，ＰＭ2に共通のモジュール・サイクル時間ＭＴを１４０秒以上（好ましくは１４０秒）に設定してよい。
インライン連続処理の別の例として、ＵＶＯ（Ultraviolet Oxidation）工程とＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）工程との組合せがある。ＭＯＳデバイスのゲート絶縁膜は、微細化の進展により、近いうちにシリコン酸化膜相当で１nm以下の膜厚が必要とされている。これは３〜４原子層の厚さに相当する。このような極薄の膜厚になると、トンネル電流の増大、ゲート電極にドープした元素の拡散、信頼性の低下等により、シリコン酸化膜は使えないため、誘電率の高い膜（いわゆるhigh-k膜）を用いる必要がある。この種のhigh-k膜としては、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2等の遷移金属酸化膜、Ｌａ2Ｏ3等の希土類酸化物およびそれらのシリケートなどが好ましく、ＭＯＣＶＤ法によって形成することができる。ただし、これらの高誘電率膜とＳｉ基板との間には、シリケートからなる組成遷移層乃至、シリケート層とＳｉ基板の間にはＳｉの中間酸化状態からなる組成遷移層が形成されてしまうので、これを防止するため先にＵＶＯ処理によって酸化膜防止層であるＳｉＯ2層を形成する必要がある。また、該酸化膜防止層がシリケート層とＳｉ基板に介在することによってデバイス特性の劣化、つまり移動度の低下防止となる効果もある。
この場合も、この実施形態のクラスタツールでは、プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4のいずれか２つにＵＶＯチャンバとＭＯＣＶＤチャンバとを充てることができる。ＵＶＯチャンバは、紫外線ランプによりたとえば波長１９０〜３８０ｎｍの紫外線を照射しつつ所定量のＯ2を導入して紫外線励起により酸素ラジカルを生成し、生成した酸素ラジカルによってシリコン基板の表面にほぼ０．５ｎｍのＳｉＯ2層を形成する。この０．５ｎｍのＳｉＯ2層を真空雰囲気中にてＭＯＣＶＤチャンバに移送し、ＭＯＣＶＤチャンバで上記high-kシリケート膜を形成する。この際、原料ガスは４００〜６００゜Ｃに加熱された被処理基板上で分解し、基板上に薄膜が成長する。この連続成膜の処理時間は、ＵＶＯを３００秒、ＭＯＣＶＤを３４３秒に設定するのがベストモードとされている。この場合、ＵＶＯチャンバおよびＭＯＣＶＤチャンバのいずれにおいても後処理を行わないものとし、両チャンバにおける搬入時間および搬出時間を全て１０秒とすると、最大総所要時間ＳＴ（ＭＡＸ）はＭＯＣＶＤチャンバ側の総所要時間（３６３秒）である。したがって、両チャンバＰＭ1，ＰＭ2に共通のモジュール・サイクル時間ＭＴを３６３秒以上（好ましくは３６３秒）に設定してよい。
なお、ウエハ滞在時間ＳＴの内訳（時間割）に関して、上記した実施形態ではモジュール・サイクル時間ＭＴと当該プロセス・モジュールＰＭnにおけるウエハ一枚当たりの総処理時間ＰＴnとの差を待ち時間ＷＴnとしてレシピ処理時間ＰＴnの前に置き、ウエハを当該プロセス・モジュールに搬入してから待ち時間ＷＴnの経過後にレシピ処理を開始した。しかし、ウエハ滞在時間ＳＴ内で待ち時間ＷＴnを任意に割り振りすることが可能であり、たとえばレシピ処理時間ＰＴnの後に設定し、当該プロセス・モジュール内でレシピ処理を終了してから待ち時間ＷＴnの経過後にウエハを搬出するようにしてもよい。
また、本発明のクラスタツールは、上記した実施形態の装置構成（図１）に限定されるものではなく、レイアウトや各部の構成等において種々の変形が可能である。たとえば、図１０に示すように、トランスファ・モジュールＴＭを水平方向に延ばしてトランスファ・モジュールＴＭに連結可能つまりクラスタツール内で稼動可能なプロセス・モジュールの台数を増やす構成（図１０の例は６台）も可能である。この構成例では、トランスファ・モジュールＴＭ内に長手方向に延びる２本のレール１０が敷設され、搬送ロボットＲＢ1がレール１０上で直進移動可能なスライダ１２を有している。この搬送ロボットＲＢ1は、互いに鋭角（たとえば６０゜）離れた２方向で伸縮可能な一対の搬送アームＦA，ＦBを有しており、各モジュールに対してピック＆プレース動作により両搬送アームＦA，ＦBを交互に出し入れするときなどに旋回角度が小さくて済むという特長を有している。
本発明における被処理体は、半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
一実施形態におけるクラスタツールの構成を示す略平面図である。 実施形態におけるピック＆プレース動作を説明するための模式図である。 実施形態におけるレシピ上の処理手順を示すフローチャート図である。 実施形態におけるウエハ滞在時間の内訳の一例を示す図である。 実施形態におけるウエハ滞在時間の内訳の一例を示す図である。 実施形態におけるウエハ滞在時間の内訳の一例を示す図である。 実施例における搬送シーケンスの一例を示す図である。 参考例における搬送シーケンスの一例を示す図である。 別の実施例における搬送シーケンスの一例を示す図である。 参考例における搬送シーケンスの一例を示す図である。 別の実施例における搬送シーケンスの一例を示す図である。 実施形態のクラスタツールの一変形例の構成を示す略平面図である。
符号の説明
ＴＭ トランスファ・モジュール
ＲＢ1 真空搬送ロボット
ＦA，ＦB 搬送アーム
ＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4 プロセス・モジュール
ＬＬＭ1，ＬＬＭ2 ロードロック・モジュール
ＧＶ ゲートバルブ
ＬＭ ローダ・モジュール
ＬＰ ロードポート
ＯＲＴ オリフラ合わせ機構
ＲＢ2 大気搬送ロボット
１０ 案内レール
１２ スライダ

Claims (13)

  1. 搬送機構を設けた真空搬送室の周囲に前記搬送機構のアクセス可能な真空チャンバを有する複数のプロセス・モジュールを配置し、前記搬送機構により一群の被処理体を一つずつ前記複数のプロセス・モジュールの中で選択された２以上のプロセス・モジュールに真空中で順次搬送して、前記選択された２以上のプロセス・モジュールにより各被処理体に減圧下で一連の処理を施すクラスタツールの処理システムであって、
    前記複数のプロセス・モジュールの少なくとも１つで、当該プロセス・モジュールから被処理体を搬出した直後に当該被処理体のための所定の後処理が行われ、
    前記選択された２以上のプロセス・モジュールについてモジュール内に１つの被処理体が滞在する滞在時間とその滞在の前後で当該被処理体のためにモジュールの機能が塞がる付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間を実質的に同じ長さに設定し、
    前記付随的ビジー時間は、少なくとも、前記搬送機構が各プロセス・モジュールに被処理体を搬入するのに要する搬入時間と、前記搬送機構が各プロセス・モジュールから被処理体を搬出するのに要する搬出時間とを含み、さらに当該プロセス・モジュールで前記後処理が行われる場合にはその後処理に要する時間をも含み、
    各被処理体が前記選択された２以上のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序で前記搬送機構が前記選択された２以上のプロセス・モジュールを巡回し、
    巡回先のプロセス・モジュールで前記後処理が行われない場合は、当該プロセス・モジュールに対するアクセスでは、処理済みの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに後続の別の被処理体を搬入し、
    巡回先のプロセス・モジュールで前記後処理が行われる場合は、当該プロセス・モジュールに対するアクセスでは、処理済みの被処理体を搬出してから前記後処理の後に後続の別の被処理体を搬入し、
    前記一群の被処理体の中の先頭の被処理体が前記選択された２以上のプロセス・モジュールを巡る際には、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、先頭のプロセス・モジュールを除く他の巡回先プロセス・モジュールのうち、
    前記後処理が行われないプロセス・モジュールでは、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入し、
    前記後処理が行われるプロセス・モジュールでは、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、前記後処理の所要時間と当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間との和に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入する、
    処理システム。
  2. 前記選択された２以上のプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と前記付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が最大のプロセス・モジュールを基準とし、その最大総所要時間を前記モジュール・サイクル時間とする、請求項１に記載の処理システム。
  3. 前記選択された２以上のプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と前記付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が前記モジュール・サイクル時間よりも短いプロセス・モジュールにおいては、各被処理体を搬入してから前記モジュール・サイクル時間と当該正味の所要時間との差にほぼ等しい待ち時間が経過した後に処理を開始する、請求項１または請求項２に記載の処理システム。
  4. 前記選択された２以上のプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と前記付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が前記モジュール・サイクル時間よりも短いプロセス・モジュールにおいては、各被処理体に対する処理が終了してから前記モジュール・サイクル時間と当該正味の所要時間との差にほぼ等しい待ち時間が経過した後に当該被処理体を搬出する、請求項１または請求項２に記載の処理システム。
  5. 搬送機構を設けた真空搬送室の周囲に前記搬送機構のアクセス可能な真空チャンバを有する第１組および第２組のプロセス・モジュールを配置し、前記搬送機構により、前記真空搬送室の外部に配置された第１ロットの被処理体を一つずつ前記第１組のプロセス・モジュールに真空中で順次搬送して前記第１組のプロセス・モジュールにより各被処理体に減圧下で第１の一連の処理を施すとともに、前記真空搬送室の外部に配置された第２ロットの被処理体を一つずつ前記第２組のプロセス・モジュールに真空中で順次搬送して前記第２組のプロセス・モジュールにより各被処理体に減圧下で第２の一連の処理を施すクラスタツールの処理システムであって、
    前記第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールについてモジュール内に１つの被処理体が滞在する滞在時間とその滞在の前後で当該被処理体のためにモジュールの機能が塞がる付随的ビジー時間とを足し合わせたモジュール・サイクル時間を実質的に同じ長さに設定し、
    前記搬送機構が、前記第１ロットの各被処理体が前記第１組のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序で前記第１組のプロセス・モジュールを巡回するとともに、前記第２ロットの各被処理体が前記第２組のプロセス・モジュールを巡る順序と同じ順序で前記第２組のプロセス・モジュールを巡回し、各々の前記プロセス・モジュールに対するアクセスで処理済みの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに後続の別の被処理体を搬入し、
    前記第１ロットの先頭の被処理体が前記第１組のプロセス・モジュールを巡る際に、前記第１組における先頭のプロセス・モジュールを除く各プロセス・モジュールでは、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入し、
    前記第２ロットの先頭の被処理体が前記第２組のプロセス・モジュールを巡る際に、前記第２組における先頭のプロセス・モジュールを除く各プロセス・モジュールでは、あたかも１つ前に別の被処理体が当該プロセス・モジュールで処理を受けたものとみなして、その１つ上流側のプロセス・モジュールへの２番目の被処理体の搬入を終えてから、当該プロセス・モジュールより処理済みの被処理体を搬出するための所要時間に相当する時間を遅らせて、前記搬送機構が前記先頭の被処理体を当該プロセス・モジュールに搬入する、処理システム。
  6. 前記第１の一連の処理と前記第２の一連の処理とが処理内容を異にする、請求項５に記載の処理システム。
  7. 前記第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と前記付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が最大のプロセス・モジュールを基準とし、その最大総所要時間を前記モジュール・サイクル時間とする請求項５または請求項６に記載の処理システム。
  8. 前記第１組または第２組に属するプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と前記付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が前記モジュール・サイクル時間よりも短いプロセス・モジュールにおいては、各被処理体を搬入してから前記モジュール・サイクル時間と前記総所要時間との差にほぼ等しい待ち時間が経過した後に処理を開始する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の処理システム。
  9. 前記第１組または第２組に属するプロセス・モジュールの中で被処理体一枚当たりの正味の処理時間と前記付随的ビジー時間とを足し合わせた総所要時間が前記モジュール・サイクル時間よりも短いプロセス・モジュールにおいては、処理が終了した時から前記被処理体滞在時間と前記総処理時間との差にほぼ等しい待ち時間が経過した後に各被処理体を搬出する、請求項５〜７のいずれか一項記載の処理システム。
  10. 前記搬送の順序で相前後するプロセス・モジュールを空間的に隣り合わせで配置する請求項１〜９のいずれか一項に記載の処理システム。
  11. 前記搬送機構が、各々の前記プロセス・モジュールに出入り可能な２つの搬送アームを有し、前記プロセス・モジュールに対する１回のアクセスにおいて一方の搬送アームで前記処理済みの被処理体を搬出してそれと入れ替わりに他方の搬送アームで前記後続の別の被処理体を搬入する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の処理システム。
  12. 前記複数のプロセス・モジュールの中の少なくとも１つが減圧下で被処理体に薄膜を形成する成膜処理装置である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の処理システム。
  13. 前記真空搬送室にロードロック・モジュールがゲートバルブを介して連結される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の処理システム。
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