JP4477982B2 - クラスタツールの処理システム及び滞在時間監視プログラム - Google Patents

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・モジュールの処理時間がシステム内で最大の処理時間であるときは、その最大処理時間よりも留置時間の分だけ延長した最大ウエハ滞在時間を要し、この最大ウエハ滞在時間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・モジュールの処理時間がシステム内で最大の処理時間であるときは、この最大処理時間の間隔またはインターバルが待ち時間の分だけ長くなり、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。

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および滞在時間監視プログラ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群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群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各被処理体が滞在する時間を同じ長さに設定し、前記搬送機構が、前記第１群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群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の一連の処理と前記第２の一連の処理とが互いにサイクルを１／２ずらしてそれぞれ一定の周期で繰り返される。

本発明の滞在時間監視プログラムは、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群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群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用の滞在時間監視プログラムであって、レシピ情報を基に各プロセス・モジュールにおけるレシピ上の処理時間を算出するステップと、前記複数のプロセス・モジュールにおける処理時間の中で最大の処理時間を割り出すステップと、前記最大処理時間に基づいて被処理体滞在時間を設定するステップと、前記第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールで一律に各被処理体を前記被処理体滞在時間だけ滞在させるステップと、前記搬送機構が、前記第１群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群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するステップと、前記第１の一連の処理と前記第２の一連の処理とが互いにサイクルを１／２ずらしてそれぞれ一定の周期で繰り返されるステップとを実行する。

本発明の処理システムでは、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、被処理体の滞在時間が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１／２サイクルの時間差を設けることで、第１組のプロセス・モジュール回りの被処理体搬入出動作と第２組のプロセス・モジュール回りの被処理体搬入出動作とを相互に干渉させないようにして、スループットを大きく向上させることができる。

本発明の好適な一態様によれば、第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールの中で処理時間の最も長いものを割り出し、その最大処理時間に基づいて被処理体滞在時間の長さを選定する。好ましくは、被処理体滞在時間を最大処理時間に等しくしてよい。これにより、クラスタツール内の搬送タクトが被処理体滞在時間つまり最大処理時間によって律則される。また、処理時間が最大処理時間よりも短いプロセス・モジュールにおいては、被処理体滞在時間と当該処理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処理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した後に処理済の被処理体を搬出することも可能である。

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、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。

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Ｆ_A，Ｆ_B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Ｆ_A，Ｆ_B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Ｆ_A，Ｆ_B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Ｆ_A，Ｆ_B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、水平移動・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。

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Ｗ_Sを取り出し、このウエハＷ_S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Ｗ_S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Ｗ_S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Ｆ_A，Ｆ_B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Ｗ_S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Ｗ_S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（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Ｗ_Sを２番目のプロセス・モジュールＰＭ₂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（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。

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Ｗ_S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Ｗ_S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Ｗ_S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Ｆ_A，Ｆ_B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ＰＭ_nに搬入すべき未処理（処理前）のウエハＷ_jを片方の搬送アームたとえばＦ_Aに保持し、もう片方の搬送アームＦ_B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ＰＭ_n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Ｆ_Bを当該プロセス・モジュールＰＭ_nのチャンバに挿入して中から処理済のウエハＷ_i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Ｆ_A，Ｆ_Bを１８０゜旋回（反転）させて、未処理のウエハＷ_jを保持している搬送アームＦ_Aをプロセス・モジュールＰＭ_n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Ｆ_Aを当該プロセス・モジュールＰＭ_n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Ｗ_jを渡し、空になった搬送アームＦ_A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ＰＭ_n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ＰＭ_n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Ｗ_i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Ｗ_j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。

図３に、この実施形態における各プロセス・モジュールＰＭ_n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。

なお、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、以下に述べる滞在時間監視プログラムを実行する。この滞在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滞在時間監視プログラムを主メモリにロードする。この滞在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ＰＭ_nにおけるレシピ上の処理時間ＰＴ_n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ＰＴ_n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ＰＭ_n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。

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からレシピ上の最大処理時間ＰＴ_maxを読み込む（ステップＳ₃）。ここで、最大処理時間ＰＴ_maxは、このクラスタツール内で同時に稼動する全てのプロセス・モジュールにおける処理時間の中の最大値であり、当該プロセス・モジュールＰＭ_nの処理時間ＰＴ_nが最大処理時間ＰＴ_maxということもあり得る。

次に、最大処理時間ＰＴ_mqxから当該プロセス・モジュールＰＭ_nの処理時間ＰＴ_nを差し引いて、その時間差を当該プロセス・モジュールＰＭ_nにおける待ち時間ＷＴ_nとし、ウエハを搬入した時点から待ち時間ＷＴ_n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Ｓ₄，Ｓ₅）。そして、全ステップの終了後に所要のレシピ後処理を行って１回の枚葉処理を終了する（ステップＳ₆，Ｓ₇）。

図４に、この実施形態において各プロセス・モジュールＰＭ_nにウエハを搬入してから搬出するまでのウエハ滞在時間の内訳（時間割）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・・）について同一のウエハ滞在時間ＳＴが設定される。このウエハ滞在時間ＳＴは最大処理時間ＰＴ_max以上の値、好ましく最大処理時間ＰＴ_maxと等しい値に選ばれる。したがって、たとえばプロセス・モジュールＰＭ₁の処理時間ＰＴ₁が最大処理時間ＰＴ_maxである場合、このプロセス・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搬出するようになっている。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搬出するようになっている。

図５Ａおよび図５Ｂ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、滞在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５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。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、「ＬＬＭ₁プロセス」および「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９Ｔである。

「ＬＬＭ₁ウエハ搬送（ＬＭ）」および「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２Ｔ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３Ｔ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３Ｔである。

「ＰＭ₁ウエハ搬送」、「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ＰＭ₁，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、３Ｔの時間を要している。なお、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１番目のプロセス・モジュールＰＭ₁に搬入する際にはプレース動作だけが行われ、最後尾のウエハを２番目のプロセス・モジュールＰＭ₂から搬出する際にはピック動作だけが行われる。

「ＰＭ₁プロセス」、「ＰＭ₂プロセス」は、プロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂が該当のウエハＡにＴi，ＴiＮの薄膜を形成する処理であり、所要時間は待ち時間を含めて１５Ｔである。すなわち、この実施例におけるウエハ滞在時間ＳＴは１５Ｔである。この場合、両プロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂のいずれか一方または双方の処理時間がウエハ滞在時間ＳＴに等しい１５Ｔである。一例として、１番目のプロセス・モジュールＰＭ₁の処理時間ＰＴ₁が１５Ｔで、２番目のプロセス・モジュールＰＭ₂の処理時間ＰＴ₂が１２Ｔとする。この場合、プロセス・モジュールＰＭ₁では待ち時間がなく（ＷＴ₁＝０）、２番目のプロセス・モジュールＰＭ₂ではウエハ滞在時間ＳＴ（１５Ｔ）の中の最初の３Ｔがレシピ処理開始前の待ち時間ＷＴ₂である。

「アームＦ_A上のウエハ」、「アームＦ_B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Ｆ_A，Ｆ_B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５Ａにおいて、期間ｔ₀〜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Ｆ_Aで処理済のウエハＡ₀₄を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Bで新規または未処理のウエハＡ₀₅を搬入する。プロセス・モジュールＰＭ₁は、ウエハＡ₀₅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Ａ₀₃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。この直後の期間ｔ₃〜ｔ₆で「ＰＭ₂ウエハ搬送」が行われ、搬送ロボットＲＢ₁がピック＆プレース動作により空の搬送アームＦ_Bで処理済のウエハＡ₀₃を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Aでプロセス・モジュールＰＭ₁から取り出してきたばかりのウエハＡ₀₄を搬入する。プロセス・モジュールＰＭ₂は、ウエハＡ₀₄を搬入すると「ＰＭ₂プロセス」で待ち時間ＷＴ₂（３Ｔ）の経過後に（時点ｔ₈から）ＴiＮ成膜のためのレシピ処理を開始する。このように、第１工程のプロセス・モジュールＰＭ₁から第２工程のプロセス・モジュールＰＭ₂へウエハを移送するまでの時間、つまりトランスファ・モジュールＴＭ内に留めておく時間を最短時間（３Ｔ）にしているため、連続処理の品質管理を向上できる。

ロードロック・モジュールＬＬＭ₁では、期間ｔ₀〜ｔ₉にウエハＡ₀₂に対して「ＬＬＭ₁プロセス」が行われる。このウエハＡ₀₂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。時点ｔ₉でロードロック・モジュールＬＬＭ₁の「ＬＬＭ₁プロセス」が終了すると、この直後の期間ｔ₉〜ｔ₁₀に「ＬＬＭ₁ウエハ搬送（ＬＭ）」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Ａ₀₂を取り出す。

一方、ロードロック・モジュールＬＬＭ₂では、期間ｔ₁₀〜ｔ₁₂の「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＬＭ）」で搬送ロボットＲＢ₂が未処理の新規ウエハＡ₀₆を搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ₂は、ウエハＡ₀₆を搬入すると、この直後（ｔ₁₂〜ｔ₁₅）の「ＬＬＭ₂真空引き」で室内を減圧状態にする。そして、真空引き完了直後（ｔ₁₅〜ｔ₁₈）の「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＴＭ）」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＆プレース動作により空の搬送アームＦ_Aで新規のウエハＡ₀₆を取り出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Bに保持していたプロセス・モジュールＰＭ₂からのウエハＡ₀₃を搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ₂は、ウエハＡ₀₃を搬入すると直ちに「ＬＬＭ₂プロセス」を開始する。

プロセス・モジュールＰＭ₁においては、時点ｔ₁₈でウエハＡ₀₅に対する「ＰＭ₁プロセス」が終了すると、直後の期間ｔ₁₈〜ｔ₂₁にプロセス・モジュールＰＭ₁で「ＰＭ₁ウエハ搬送」が行われ、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ₁が搬送アームＦ_B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Ｆ_Aで新規のウエハ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Ａ₀₄に対する「ＰＭ₂プロセス」が終盤に差し掛かり、時点ｔ₂₁で終了する。この直後の期間ｔ₂₁〜ｔ₂₄で「ＰＭ₂ウエハ搬送」が行われ、搬送ロボットＲＢ₁が空の搬送アームＦ_Aで処理済のウエハＡ₀₄を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Bでプロセス・モジュールＰＭ₁から取り出してきたばかりのウエハＡ₀₅をプロセス・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Ａ₀₅を搬入すると「ＰＭ₂プロセス」で待ち時間ＷＴ₂（３Ｔ）の経過後に（時点ｔ₂₇から）ＴiＮ成膜のためのレシピ処理を開始する。

ロードロック・モジュールＬＬＭ₂では、時点ｔ₂₇でウエハＡ₀₃に対する「ＬＬＭ₂プロセス」が終了すると、この直後の期間ｔ₂₇〜ｔ₂₉に「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＬＭ）」でローダ・モジュールＬＭの搬送ロボットＲＢ₂がロードロック・モジュールＬＬＭ₂から半導体ウエハＡ₀₃を搬出する。

また、ロードロック・モジュールＬＬＭ₁では、期間ｔ₂₈〜ｔ₃₀の「ＬＬＭ₁ウエハ搬送（ＬＭ）」で搬送ロボットＲＢ₂が未処理の新規ウエハＡ₀₇を搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ₂は、新規ウエハＡ₀₇を搬入すると、直後（ｔ₃₀〜ｔ₃₃）に「ＬＬＭ₁真空引き」で室内を減圧状態にする。そして、真空引きが完了すると、直後（ｔ₃₃〜ｔ₃₆）に「ＬＬＭ₁ウエハ搬送（ＬＭ）」において、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ₁がそれまで空になっていた搬送アームＦ_Bで新規のウエハＡ₀₇を取り出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Aに保持していた処理済のウエハＡ₀₄を搬入する。

以後も、図５Ｂに示すように、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「ＰＭ₁プロセス」，「ＰＭ₂プロセス」の所要時間が同一（共通）のウエハ滞在時間ＳＴ（１５Ｔ）に設定され、モジュール内にウエハが入っていない非滞在時間またはインターバルは３Ｔであり、各プロセス・モジュールＰＭの動作サイクルは１８Ｔである。

より詳細には、１番目のプロセス・モジュールＰＭ₁では、上記インターバル（３Ｔ）を挟んで所要時間１５Ｔのレシピ処理（Ｔi成膜処理）が１８Ｔ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、上記インターバル（３Ｔ）と「ＰＭ₂プロセス」内の待ち時間ＷＴ₂（３Ｔ）とを挟んで所要時間１２Ｔのレシピ処理（ＴiＮ成膜処理）が１８Ｔの周期で繰り返し行われる。プロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂のいずれにおいても、１周期（１８Ｔ）内に搬送ロボットＲＢ₁がアクセスする回数は１回である。また、パイプライン処理で連続する２つのウエハＷ_i，ウエハＷ_i+1間の搬送周期つまり搬送タクトは１８Ｔ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におけるウエハ滞在時間ＳＴを最大処理時間ＰＴ_maxと同じ長さ（１５Ｔ）に設定し、トランスファ・モジュールＴＭの搬送ロボットＲＢ₁が各プロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂に対する１回のアクセスでピック＆プレース動作により処理済のウエハＷ_iを搬出してそれと入れ替わりに次のウエハＷ_i+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６Ａおよび図６Ｂ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、両プロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂における「ＰＭ₁プロセス」、「ＰＭ₂プロセス」の所要時間をそれぞれレシピ上の処理時間１５Ｔ、１２Ｔに合わせるものである。そして、「ＰＭ₁プロセス」、「ＰＭ₂プロセス」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両プロセス・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。この参考例における「ＰＭ₁ウエハ搬送」、「ＰＭ₂ウエハ搬送」は、３Ｔの時間を費やすときはピック＆プレース動作が行われる場合であり、２Ｔの時間を費やすときはピック動作もしくはプレース動作のいずれか一方が行われる場合である。

この参考例によれば、図６Ａに示すように、たとえば時点ｔ₁₇で２番目のプロセス・モジュールＰＭ₂における「ＰＭ₂プロセス」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（ｔ₁₇〜ｔ₁₉）に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Ｆ_Aで処理済のウエハＡ₀₄を搬出する。この時、搬送ロボットＲＢ₁の他方の搬送アームＦ_Bは、直前（ｔ₁₂〜ｔ₁₄）に「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＴＭ）」でロードロック・モジュールＬＬＭ₂から受け取った新規のウエハＡ₀₆を保持している。

こうして搬送ロボットＲＢ₁がプロセス・モジュールＰＭ₂にアクセスしている間（時点ｔ₁₈）に１番目のプロセス・モジュールＰＭ₁で「ＰＭ₁プロセス」が終了する。この時、搬送ロボットＲＢ₁は両搬送アームＦ_A，Ｆ_BにそれぞれウエハＡ₀₄，Ａ₀₆を保持しているため、「ＰＭ₁プロセス」の終了に直ぐに応じることはできず、先に期間ｔ₁₉〜ｔ₂₁で「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＴＭ）」を実行してウエハＡ₀₄をロードロック・モジュールＬＬＭ₂に搬入する。その後に、期間ｔ₂₁〜ｔ₂₄でプロセス・モジュールＰＭ₁に対する「ＰＭ₁ウエハ搬送」を実行し、ピック＆プレース動作により空の搬送アームＦ_A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Ｆ_Bで新規のウエハ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。このように、プロセス・モジュールＰＭ₁では、設定時間１５Ｔの「ＰＭ₁プロセス」を終了した後も処理済のウエハＡ₀₅を３Ｔ（ｔ₁₈〜ｔ₂₁）の時間だけ延長して留め置くことになる。

２番目のプロセス・モジュールＰＭ₂は、上記のように期間ｔ₁₇〜ｔ₁₉のピック動作により処理済のウエハＡ₀₄を搬出してから搬送ロボットＲＢ₁が戻ってくるまでしばらく待機する。そして、期間ｔ₂₄〜ｔ₂₆で搬送ロボットＲＢ₁が「ＰＭ₂ウエハ搬送」を実行し、搬送アームＦ_Aに保持しているプロセス・モジュールＰＭ₁からの半導体ウエハＡ₀₅をプレース動作でプロセス・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Ａ₀₅を搬入すると、「ＰＭ₂プロセス」で直ちにＴiＮ成膜のためのレシピ処理を開始する。

上記のように、この参考例では、クラスタツール内で並列的に稼動するプロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂における「ＰＭ₁プロセス」，「ＰＭ₂プロセス」の所要時間をそれぞれレシピ上の処理時間１５Ｔ、１２Ｔに合わせている。より詳細には、１番目のプロセス・モジュールＰＭ₁では、３Ｔのウエハ留置時間と３Ｔのインターバルとを挟んで所要時間１５Ｔのレシピ処理（Ｔi成膜処理）が２１Ｔ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、９Ｔのインターバルを挟んで所要時間１２Ｔのレシピ処理（ＴiＮ成膜処理）が２１Ｔの周期で繰り返し行われる。パイプライン処理において連続する２つのウエハＷ_i，ウエハＷ_i+1間の搬送周期つまり搬送タクトは２１Ｔである。また、搬送ロボットＲＢ₁は、プロセス・モジュールＰＭ₁に対しては１周期（２１Ｔ）内に１回アクセスするだけでよいが、プロセス・モジュールＰＭ₂に対しては１周期（２１Ｔ）内に２回アクセスしなければならない。

このように、実施例（図５Ａ，図５Ｂ）は、参考例（図６Ａ，図６Ｂ）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３Ｔ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５Ａ，図５Ｂ）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７Ａ，図７Ｂ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、滞在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５Ａ，図５Ｂ）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においてウエハをモジュール内に滞在させる「ＰＭ₁プロセス」、「ＰＭ₂プロセス」，「ＰＭ₃プロセス」、「ＰＭ₄プロセス」が同一の時間（１５Ｔ）に設定され、モジュール内にウエハが入っていない非滞在時間またはインターバルは３Ｔであり、各プロセス・モジュールの動作サイクルは１８Ｔである。

このうち、１番目のプロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₃では、上記インターバル（３Ｔ）を挟んで所要時間１５Ｔのレシピ処理（Ｔi成膜処理）が１８Ｔ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，ＰＭ₄では、上記インターバル（３Ｔ）と「ＰＭ₂プロセス」内の待ち時間ＷＴ₂（３Ｔ）とを挟んで所要時間１２Ｔのレシピ処理（ＴiＮ成膜処理）が１８Ｔ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のいずれにおいても、１周期（１８Ｔ）内に搬送ロボットＲＢ₁がアクセスする回数は１回である。また、パイプライン処理で連続する２つのウエハＷ_i，ウエハＷ_i+1間の搬送周期つまり搬送タクトは１８Ｔである。

図７Ａ，図７Ｂに示すように、第１のパイプライン処理と第２のパイプライン処理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。この第２の実施例によれば、上記第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７Ａ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ｔ₀〜ｔ₃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Ｆ_Bで処理済のウエハＡ₀₄を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Aで新規のウエハＡ₀₅を搬入する。

この直後、期間ｔ₃〜ｔ₆の「ＰＭ₂ウエハ搬送」で隣のプロセス・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、搬送アームＦ_Bで処理済のウエハＡ₀₃を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Aでプロセス・モジュールＰＭ₁からのウエハＡ₀₄を搬入する。

次に、搬送ロボットＲＢ₁は、期間ｔ₆〜ｔ₉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Ｆ_Aで新規のウエハＢ₀₅を受け取り、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Bでプロセス・モジュールＰＭ₂からのウエハＡ₀₃を渡す。

次に、搬送ロボットＲＢ₁は、期間ｔ₉〜ｔ₁₂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Ｆ_Bで処理済のウエハＢ₀₄を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Aで新規ウエハＢ₀₅を搬入する。この直後、搬送ロボットＲＢ₁は、期間ｔ₁₂〜ｔ₁₅の「ＰＭ₄ウエハ搬送」でプロセス・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、空の搬送アームＦ_Aで処理済のウエハＢ₀₃を搬出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Bでプロセス・モジュールＰＭ₃からのウエハＢ₀₄を搬入する。

次に、搬送ロボットＲＢ₁は、期間ｔ₁₅〜ｔ₁₈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Ａ₀₆を受け取り、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Bでプロセス・モジュールＰＭ₄からのウエハＢ₀₃を渡す。この直後、期間ｔ₁₈〜ｔ₂₁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Ｆ_A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Ｆ_Bで未処理のウエハＡ₀₆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Ｆ_A，Ｆ_B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し、ウエハの無い空きの状態はほとんどない。たとえば、ロードロック・モジュールＬＬＭ₂においては、期間ｔ₀〜ｔ₉でウエハＢ₀₂に対する「ＬＬＭ₂プロセス」が行われると、その直後（ｔ₉〜ｔ₁₁）に「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＬＭ）」でローダ・モジュールＬＭの搬送ロボットＲＢ₂がピック＆プレース動作により処理済のウエハＢ₀₂を搬出し、それと入れ替わりに新規のウエハＡ₀₆を搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ₂は、新規ウエハＡ₀₆を搬入すると、直後（ｔ₁₂〜ｔ₁₅）に「ＬＬＭ₂真空引き」で室内を減圧状態にする。この真空引きが完了すると、直後（ｔ₁₅〜ｔ₁₈）に「ＬＬＭ₂ウエハ搬送（ＴＭ）」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＆プレース動作により搬送アームＦ_Bで新規のウエハＡ₀₆を取り出し、それと入れ替わりに搬送アームＦ_Aに保持しているプロセス・モジュールＰＭ₄からのウエハＢ₀₃を搬入する。ロードロック・モジュールＬＬＭ₂は、ウエハＢ₀₃を搬入すると、「ＬＬＭ₂プロセス」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におけるプロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂のレシピ上の処理時間ＰＴ₁，ＰＴ₂がそれぞれ１５Ｔ，１２Ｔで、第２のパイプライン処理におけるプロセス・モジュールＰＭ₃，ＰＭ₄のレシピ上の処理時間ＰＴ₃，ＰＴ₄がそれぞれ１３Ｔ，１４Ｔの場合を例にとる。この場合も、プロセス・モジュールＰＭ₁の処理時間ＰＴ₁が最大処理時間ＰＭ_max（１５Ｔ）であるから、全てのプロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂，ＰＭ₃，ＰＭ₄について最大処理時間（１５Ｔ）に等しい同一のウエハ滞在時間ＳＴが設定される。したがって、「ＰＭ₁プロセス」、「ＰＭ₂プロセス」，「ＰＭ₃プロセス」、「ＰＭ₄プロセス」は同一の時間（１５Ｔ）であり、各プロセス・モジュール内にウエハが入っていない非滞在時間またはインターバルは３Ｔであり、各プロセス・モジュールの動作サイクルは１８Ｔ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処理時間の中の最大のもの（最大処理時間ＰＭ_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。

上記実施例（図５Ａ，図５Ｂ，図７Ａ，図７Ｂ）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。この場合は、最大処理時間ＰＴ_maxが１７９秒であるから、両プロセス・モジュールＰＭ₁，ＰＭ₂に共通のウエハ滞在時間ＳＴを１７９秒以上（好ましくは１７９秒）に設定してよい。

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、最大処理時間ＰＴ_maxが１２０秒であるから、プリクリーン・チャンバおよびｉＰＶＤチャンバに共通または同一のウエハ滞在時間ＳＴを１２０秒以上（好ましくは１２０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、最大処理時間ＰＴ_maxが３４３秒であるから、ＵＶＯチャンバおよびＭＯＣＶＤチャンバに共通または同一のウエハ滞在時間ＳＴを３４３秒以上（好ましくは３４３秒）に設定してよい。

なお、ウエハ滞在時間ＳＴの内訳（時間割）について、上記した実施形態では最大処理時間ＰＴ_maxと当該プロセス・モジュールの処理時間ＰＴ_nとの差を待ち時間ＷＴ_nとしてレシピ処理時間ＰＴ_n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ＷＴ_n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ＷＴ_n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ＰＴ_n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ＷＴ_n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８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８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。また、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Ｆ_A，Ｆ_B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Ｆ_A，Ｆ_B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。

本発明のクラスタツールは、上記実施形態のような真空系の処理システムに限定されるものではなく、一部または全体が大気系の処理システムにも適用可能である。被処理体も、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（時間割）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。 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。 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。 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
Ｆ_A，Ｆ_B 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 (11)

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群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群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各被処理体が滞在する時間を同じ長さに設定し、
   前記搬送機構が、前記第１群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群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の一連の処理と前記第２の一連の処理とが互いにサイクルを１／２ずらしてそれぞれ一定の周期で繰り返される、
   処理システム。
2. 前記第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールの中で処理時間の最も長いものを割り出し、その最大処理時間に基づいて前記被処理体滞在時間の長さを選定する、請求項１に記載の処理システム。
3. 前記被処理体滞在時間が前記最大処理時間に等しい、請求項２に記載の処理システム。
4. 前記第１組または第２組に属するプロセス・モジュールの中で処理時間が前記最大処理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被処理体滞在時間と当該処理時間との差に等しい時間が経過した後に処理を開始する、請求項２または請求項３に記載の処理システム。
5. 前記第１組または第２組に属するプロセス・モジュールの中で処理時間が前記最大処理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当該処理時間との差に等しい時間が経過した後に各被処理体を搬出する、請求項２または請求項３に記載の処理システム。
6. 前記搬送の順序で相前後する２つの前記プロセス・モジュールの間では、上流側のプロセス・モジュールから処理済みの第１の被処理体を搬出したタイミングと同時または直後に下流側のプロセス・モジュールで前記被処理体滞在時間がタイムアップし、前記下流側のプロセス・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前記第１の被処理体を搬入する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の処理システム。
7. 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１〜６のいずれか一項に記載の処理システム。
8. 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１〜７のいずれか一項に記載の処理システム。
9. 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１〜８のいずれか一項に記載の処理システム。
10. 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１〜９のいずれか一項に記載の処理システム。
11. 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群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群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用の滞在時間監視プログラムであって、
    レシピ情報を基に各プロセス・モジュールにおけるレシピ上の処理時間を算出するステップと、
    前記複数のプロセス・モジュールにおける処理時間の中で最大の処理時間を割り出すステップと、
    前記最大処理時間に基づいて被処理体滞在時間を設定するステップと、
    前記第１組または第２組に属する全てのプロセス・モジュールで一律に各被処理体を前記被処理体滞在時間だけ滞在させるステップと、
    前記搬送機構が、前記第１群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群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するステップと、
    前記第１の一連の処理と前記第２の一連の処理とが互いにサイクルを１／２ずらしてそれぞれ一定の周期で繰り返されるステップと
    を実行する滞在時間監視プログラム。

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