JP2004200576A - End effector for substrate carrying robot - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種半導体デバイスを製作する際に使用される半導体製造装置等に用いられる基板搬送ロボットに備えられるエンドエフェクタに関し、特に、熱等の影響によりそった状態の基板を載置して搬送する際に、基板を安定して載置することのできるエンドエフェクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIを始めとする各種半導体デバイスは、基板に対する多くの表面処理を経て製作される。
【0003】
このようなプロセスを行う装置は半導体製造装置と総称され、この中には、スパッタリング装置や化学蒸着(CVD)等の薄膜作成を行う装置や、エッチングや不純物注入等の表面処理を行う装置が含まれる。
【0004】
このような半導体製造装置では、処理チャンバー内に基板を搬入したり、処理後の基板を処理チャンバーから搬出したりすることが必要であり、多くの場合、チャンバ−間の基板の搬送を行う基板搬送ロボットを備えている。
【0005】
この基板搬送ロボットについて、マルチチャンバータイプのスパッタリング装置の場合を例にして説明すると以下の如くである。
【0006】
図4は、マルチチャンバータイプのスパッタリング装置の従来の構成について説明する平面概略図である。
【0007】
図4に示すスパッタリング装置では、中央に配置されたセパレーションチャンバー1と、セパレーションチャンバー1の周囲に設けられた複数の処理チャンバー2及び二つのロードロックチャンバー3とからなるチャンバー配置がされている。
【0008】
これらのセパレーションチャンバー1、処理チャンバー2及びロードロックチャンバー3は、専用または兼用の排気系によって排気される真空容器であり、セパレーションチャンバー1と処理チャンバー2、ロードロックチャンバー3のそれぞれの接続個所にはゲートバルブ4が設けられている。
【0009】
これらのうちセパレーションチャンバー1は、各処理チャンバー2を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚染を防止するとともに、処理チャンバー2やロードロックチャンバー3への基板搬送の経由空間となるものである。このため、セパレーションチャンバー1内には、基板搬送ロボット8が備え付けられている。
【0010】
この基板搬送ロボット8は、基板処理に際し、まず、いずれか一方のロードロックチャンバー3から基板5を一枚ずつ取りだし、各処理チャンバー2に送り、各処理チャンバー2内での処理完了後、いずれか一方のロードロックチャンバー3に戻す。
【0011】
2つの処理チャンバー2のうち一方は、所定のスパッタリングを行うスパッタチャンバー2Aとして構成されている。スパッタチャンバー2A内には、成膜する材料よりなるターゲット、ターゲットをスパッタするための電力印加機構やガス導入手段、マグネトロンスパッタリングのための磁石機構、所定位置に基板を保持する基板ホルダー等が設けられている。このようなスパッタチャンバー2Aによって、基板に対し1,000〜10,000オングストロームのTi、TiN、Al等の成膜が行われる。
【0012】
また、他方の処理チャンバー2は、スパッタリングの前に基板を予備加熱するプリヒートチャンバー2Bとして構成され、このプリヒートチャンバー2B内に搬送された基板5は、プリヒートチャンバー2B内において約300〜500℃で加熱される。
【0013】
スパッタチャンバー2Aやプリヒートチャンバー2B内への基板5の搬送は、前記の基板搬送ロボット8によって行われるが、この基板搬送ロボット8は、不図示の駆動部と、駆動部によって可動するアーム6を備えており、さらにアーム6は基板5を保持するエンドエフェクタ7を具備している。
【0014】
ここで、エンドエフェクタ7は、直接、基板5をエンドエフェクタ7の表面(上側面)に載置して保持するタイプのものや、エンドエフェクタ7の表面(上側面)にピンが取りつけてあり、ピン上に基板5を保持するタイプのものもある。
【0015】
図4は、直接、基板5をエンドエフェクタ7の表面(上側面)に載置して保持するタイプの従来の形状のエンドエフェクタ7を示す斜視図である。
【0016】
図6は、図5図示のエンドエフェクタ7に、処理チャンバー2における処理前の基板5を保持させた状態を示す断面図である。エンドエフェクタ7には、基板搬送時に基板5のズレを防止するために、基板5の形状に合致する形状の溝9を設けてある。図5中、寸法aは溝9の外径、寸法bは溝9の深さを示す。
【0017】
【特許文献1】
特開平7−297262号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようなマルチチャンバー構造の処理装置を用いた場合、プリヒートチャンバー内で処理された基板には、熱による膨張で歪みが発生する。一方、スパッタチャンバー内で処理された基板にも、薄膜形成時に基板表面に生ずる圧縮応力によって歪みが発生する。これらの歪みが発生すると、処理された基板は凹形、もしくは凸形に反った形状に変形することがある。
【0019】
図7に、従来の基板をエンドエフェクタの表面(上側面)に載置して保持するタイプのエンドエフェクタ7に、処理後の基板5を保持させた状態の断面図を示す。
【0020】
処理済の基板5は前記のように反ってしまうことがあるが、例えば、図7図示のように基板5が凹形に反った状態であると、エンドエフェクタ7に置かれた基板5はエンドエフェクタ7の表面(上側面)に設けた溝9の底部9aと点接触となり、安定して基板5を搬送させることができず、基板5がズレたり、エンドエフェクタ7より脱落してしまう難点があった。
【0021】
また、エンドエフェクタ7の表面(上側面)で基板が不安定であと、基板5が溝9内で水平方向に動いてしまうことにより、基板5の周縁付近と溝9の周縁角部9bとが衝突、接触してしまい、パーティクルの発生原因となる難点があった。
【0022】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記の問題点を改善するためになされたもので、熱等の影響で基板に生じる応力により形状、寸法が変化した状態の基板を保持できる手段を設けて、基板の安定搬送、及び基板搬送時に基板がエンドエフェクタに設けた溝の周縁角部に衝突して起こるパーティクル発生を抑えることができた。
【0023】
すなわち、この発明は、半導体製造装置等の基板搬送ロボットに具備されており、直接基板を保持するエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタは、平板状の基板外径に対応する径を有する基板ズレ防止用の大径溝を備えると共に、当該大径溝の内側に小径溝を少なくとも一段設けたことを特徴とする基板搬送ロボット用エンドエフェクタである。
【0024】
ここで、前記大径溝は、凹形や凸形に変形が生じていない状態の基板を載置し、はめ込んでエンドエフェクタ上に保持するために設けたものである。
【0025】
また、小径溝は、熱等の影響で基板に生じた応力により凹形や凸形に変形した基板の下面側を安定した状態でエンドエフェクト上に保持するために設けたものである。すなわち、当該小径溝は、凹形に変形した基板の下面側に形成された凸部の逃げとなる収容部を形成すると共に、その周縁に凹形に変形した基板の下面側を当接保持するものである。
【0026】
なお、この発明は、特に凹形に変形した基板がエンドエフェクタ上でズレることを防止することを目的とした提案である。
【0027】
基板が凸状に変形する場合は、凹形に変形する場合と異なり、基板の周縁がエンドエフェクタに接触することとなり、凹形に変形する場合と比較してエンドエフェクタに接触している線分距離が長い。すなわち、基板が凹形に変形するときと比較して摩擦力が大きく、基板がエンドエフェクタ上で移動するおそれも少ないため、変形後の基板のズレを防止する特別な対策を施す必要性は低いといえる。
【0028】
但し、例えば、内側に行く程小径となるように径の異なる溝を複数段に亘って設けておけば、基板が凸形に変形しても、基板は変形後の基板の径よりわずかに小径の溝に嵌り、エンドエフェクタ上でのズレがより効果的に防止される。
【0029】
【発明の実施の形態】
図3は、この発明の一実施形態のエンドエフェクタ10に基板5を載置した状態を側面側から見た説明図である。
【0030】
この発明は、熱等の影響で基板に生じた応力により凹状や凸状に変形した基板を安定して保持すべく、エンドエフェクタに、平板状の基板5の外径に対応する径を有する基板ズレ防止用の大径溝11を備えると共に、当該大径溝11の内側に小径溝12を設けたことを特徴とする。ここで、小径溝12の外径は、大径溝11の外径に対して50%から80%の寸法とすることが好ましい。
【0031】
エンドエフェクタ10に載置されて搬送される基板5の変形量は、基板5の大きさ、形状、材質によって異なるものである。従って、小径溝12の外径と、大径高11の外形との寸法比率は、基板5の大きさ、形状、材質に応じて決定すべき事項である。
【0032】
一方、凹形に変形した基板5を安定した状態でエンドエフェクタ10上に載置するためには、エンドエフェクタ10と基板5との間の摩擦力はできるだけ大きい方がよい。エンドエフェクタ10と基板5との間の摩擦力を大きくすべくエンドエフェクタ10と基板5との接触面積を大きく採るためには、図3(a)図示のようにA部、B部、C部の3カ所でエンドエフェクタ10と基板5とが当接していなければならない。また、A部、C部の円弧長が長い方が接触面積を大きくできるため、小径溝12の外径はできだけ大きい方がよい。
【0033】
しかし、小径溝12の外径の、大径溝11の外径に対する比率が大きいと、図3(b)図示のように、C部(すなわち基板5)は矢示13の方向に摺動できる状態となり、A部とB部の2カ所に同時に当接することはできなくなることから、基板のズレの問題は解消することができない。このような状態は、基板5の変形量が大きいときに顕著である。
【0034】
これとは逆に、小径溝12の外径の、大径溝11の外径に対する比率が小さいと、基板5をエンドエフェクタ10上に載置することすら困難となる。また、あまりに小径溝12の外径の、大径溝11の外径に対する比率が小さいと、図3(c)図示のように、A部、B部の2カ所でしか当接保持されないことから、却って不安定な保持となりかねず、C部では、エンドエフェクタ10と基板5との間に隙間が生じて、基板5が、より一層凹状に湾曲するおそれがあり、基板5のそり防止の観点からはこのような状態は好ましくない。
【0035】
以上のように小径溝12の外径の、大径溝11の外径に対する適当な比率は、基板5の変形量を考慮して決定しなければならい。
【0036】
以上の考慮すべき要素を総合的に判断すると、小径溝12の外径は、大径溝11の外径に対して50%から80%の寸法とすることが好ましい。
【0037】
【実施例】
以下、この発明の実施例について添付図面を参照して説明する。
【0038】
図1は、この発明の実施例を示すエンドエフェクタ10の斜視図である。
【0039】
エンドエフェクタ10は、平板状の基板5の外径に対応する径を有する基板ズレ防止用の大径溝11と、大径溝11の内側に一段の小径溝12を備えて構成されている。
【0040】
図2は、エンドエフェクタ10に、処理室2(図4)における処理後の基板5を載置し、保持させた状態を示す断面図である。
【0041】
エンドエフェクタ10に設ける大径溝11と小径溝12の寸法形状は、実際に様々な寸法値の溝を設けたエンドエフェクタを製作し、また、実際に基板搬送を行い、基板5とエンドエフェクタ10が円弧状の線で接触して、基板が安定して搬送できるような寸法として基準値を得た。
【0042】
図2図示のエンドエフェクタ10は、基板5として6インチウェハー(外径φ150mm)を搬送するものであり、平板状の基板のズレを防止する大径溝11の外径aはφ150.3mm、深さbは1mmである。
【0043】
この大径溝11の寸法に対して、凹形に変形した基板5の下面側に形成された凸部の逃げとなる収容部を形成する小径溝12の寸法は、外径cがφ115mm、深さdが0.2mmである。従って、小径溝12の外径は、大径溝11の外径に対しておよそ76%である。
【0044】
以上のような寸法のエンドエフェクタ10を使用すると、基板5は、変形が生じておらず、平板状のときには大径溝11の底面11aと面接触した状態で載置され、外径がほぼ基板5の外径と等しい大径溝11に保持されるのでガタつくことがなく、安定した状態で搬送できた。
【0045】
また、基板5は、変形を生じ、凹形となっているときにも、小径溝12の円弧状周縁で接触保持されるのでガタつくことがなく、安定した状態で搬送できた。
【0046】
このように、基板5は、変形の有無に拘わらずガタつくことがなく安定して保持されるので、基板5の周縁付近と大径溝11や小径溝12の周縁角部とが衝突、接触することがなく、パーティクルの発生を抑えることができた。
【0047】
なお、前記a、b、c、dの各寸法値は、半導体デバイス用ウェハー等の安定した基板搬送を行える基準値として決定したものであり、絶対的な寸法値ではなく、基板の大きさ、形状、材質等の条件により若干の寸法の違いはあり得るので、基板の大きさ、形状、材質等の条件に応じて、適宜、設計、調整を行う。
【0048】
しかし、現在の半導体製造に用いられる基板では、搬送する基板の外形をφLmm、基板の厚みをtmmとすると、目安となる値としては、大体、外径cは約φ0.8Lmm、深さdは外径aの値が大きくなるにつれて変化し、約0.2tmm以上の値となる。
【0049】
例えば、搬送する基板5を8インチウェハー(外径φ200mm)と仮定すると、大径溝11の外径aはφ200.3mm、深さbは1mmとなり、小径溝12の外径cはφ160mm、深さdは0.5mmとなる。この場合、小径溝12の外径は、大径溝11の外径に対しておよそ80%ということになる。
【0050】
以上、この発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のエンドエフェクタは、平板状の基板外径に対応する径を有する基板ズレ防止用の大径溝を備えると共に、当該大径溝の内側に小径溝を少なくとも一段設けたので、凹形に変形した基板の下面側に形成された凸部の逃げを形成することができ、小径溝の外径を、基板ズレ防止用の大径溝の外径に対して50%から80%の寸法としたので、基板の安定した搬送を行うことができる。また、ガタつきの生じない安定した状態での基板の搬送により、基板5の周縁付近と溝の周縁角部との衝突、接触を回避することとができるので、パーティクルの発生を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のエンドエフェクタの実施例を示す斜視図である。
【図2】同じくエンドエフェクタに、処理後の基板を保持させた状態を示す断面図である。
【図3】(a) 凹形状の基板をエンドエフェクタ上に安定して載置保持した状態の説明図。
(b) 小径溝12の外径の、大径溝11の外径に対する比率が大きく、凹形状の基板がエンドエフェクタ上で動いてしまう状態の説明図。
(c) 小径溝12の外径の、大径溝11の外径に対する比率が小さく、凹形状の基板がエンドエフェクタ上に不安定に載置された状態の説明図。
【図4】エンドエフェクタが取り付けられる基板搬送ロボットを備えたマルチチャンバータイプのスパッタリング装置の構成について説明する平面概略図である。
【図5】従来の技術例のエンドエフェクタを示す斜視図である。
【図6】同じく従来の技術例のエンドエフェクタに、処理前で平板状の基板を保持させた状態を示す断面図である。
【図7】従来の技術例のエンドエフェクタに、処理後で凹形状の基板を保持させた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 セパレーションチャンバー
2 処理チャンバー
2A スパッタチャンバー
2B プリヒートチャンバー
3 ロードロックチャンバー
4 ゲートバルブ
5 基板
6 アーム
7、10 エンドエフェクタ
11 大径溝
12 小径溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an end effector provided in a substrate transfer robot used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like used when manufacturing various semiconductor devices, and particularly, to place and transfer a substrate in a state in which the substrate is aligned due to heat or the like. The present invention relates to an end effector capable of stably mounting a substrate when performing the operation.
[0002]
[Prior art]
Various semiconductor devices such as LSIs are manufactured through many surface treatments for substrates.
[0003]
An apparatus for performing such a process is collectively referred to as a semiconductor manufacturing apparatus, and includes an apparatus for forming a thin film such as a sputtering apparatus and a chemical vapor deposition (CVD), and an apparatus for performing a surface treatment such as etching and impurity implantation. It is.
[0004]
In such a semiconductor manufacturing apparatus, it is necessary to carry a substrate into a processing chamber or to carry out a processed substrate from a processing chamber, and in many cases, a substrate for carrying a substrate between chambers. It has a transfer robot.
[0005]
The substrate transfer robot will be described below with reference to a multi-chamber type sputtering apparatus as an example.
[0006]
FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a conventional configuration of a multi-chamber type sputtering apparatus.
[0007]
In the sputtering apparatus shown in FIG. 4, a chamber arrangement including a
[0008]
The
[0009]
Among these, the
[0010]
At the time of substrate processing, the substrate transfer robot 8 first takes out the
[0011]
One of the two
[0012]
The
[0013]
The transfer of the
[0014]
Here, the
[0015]
FIG. 4 is a perspective view showing a
[0016]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the
[0017]
[Patent Document 1]
JP-A-7-297262
[Problems to be solved by the invention]
When a processing apparatus having a multi-chamber structure as described above is used, a substrate processed in the preheat chamber is distorted due to expansion due to heat. On the other hand, the substrate processed in the sputter chamber is also distorted by the compressive stress generated on the substrate surface during the formation of the thin film. When these distortions occur, the processed substrate may be deformed into a concave or convex shape.
[0019]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a processed
[0020]
Although the processed
[0021]
If the substrate is unstable on the surface (upper surface) of the
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to improve the above-mentioned problems, by providing means capable of holding a substrate in a state in which the shape and dimensions have changed due to stress generated on the substrate due to the influence of heat and the like, stable conveyance of the substrate, and The generation of particles caused by the collision of the substrate with the peripheral edge of the groove provided in the end effector during the transfer of the substrate could be suppressed.
[0023]
That is, the present invention is an end effector provided in a substrate transfer robot such as a semiconductor manufacturing apparatus and directly holding a substrate, wherein the end effector has a substrate displacement having a diameter corresponding to an outer diameter of a flat substrate. An end effector for a substrate transfer robot, comprising: a large-diameter groove for prevention; and at least one small-diameter groove provided inside the large-diameter groove.
[0024]
Here, the large-diameter groove is provided for mounting a substrate in a state in which a concave or convex shape is not deformed, fitting the substrate, and holding the substrate on an end effector.
[0025]
The small-diameter groove is provided to hold the lower surface side of the substrate deformed into a concave or convex shape by the stress generated on the substrate due to the influence of heat or the like in a stable state on the end effect. In other words, the small-diameter groove forms a receiving portion for escaping a convex portion formed on the lower surface side of the concavely deformed substrate, and abuts and holds the lower surface side of the concavely deformed substrate on the periphery thereof. Things.
[0026]
The present invention is a proposal aimed at preventing a substrate deformed in a concave shape from shifting on an end effector.
[0027]
When the substrate is deformed in a convex shape, unlike the case in which the substrate is deformed in a concave shape, the peripheral edge of the substrate comes into contact with the end effector, and the line segment in contact with the end effector is compared with the case in which the substrate is deformed in a concave shape. The distance is long. That is, the frictional force is larger than when the substrate is deformed into a concave shape, and the risk that the substrate moves on the end effector is small, so that it is not necessary to take special measures to prevent the substrate from being displaced after the deformation. It can be said that.
[0028]
However, for example, if grooves having different diameters are provided in a plurality of steps so that the diameter becomes smaller toward the inner side, even if the substrate is deformed in a convex shape, the diameter of the substrate is slightly smaller than the diameter of the deformed substrate. And the displacement on the end effector is more effectively prevented.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 3 is an explanatory diagram of a state where the
[0030]
According to the present invention, a substrate having a diameter corresponding to the outer diameter of a
[0031]
The amount of deformation of the
[0032]
On the other hand, in order to place the
[0033]
However, when the ratio of the outer diameter of the small-
[0034]
Conversely, if the ratio of the outer diameter of the small-
[0035]
As described above, an appropriate ratio of the outer diameter of the small-
[0036]
When the factors to be considered are comprehensively determined, it is preferable that the outer diameter of the small-
[0037]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0038]
FIG. 1 is a perspective view of an
[0039]
The
[0040]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where the
[0041]
The dimensions of the large-
[0042]
The
[0043]
With respect to the dimensions of the large-
[0044]
When the
[0045]
In addition, even when the
[0046]
As described above, the
[0047]
The dimensions a, b, c, and d are determined as reference values that allow stable transfer of a substrate such as a semiconductor device wafer, and are not absolute dimensions, but rather the size of the substrate, Since there may be a slight difference in dimensions depending on conditions such as shape and material, design and adjustment are appropriately performed according to conditions such as the size, shape and material of the substrate.
[0048]
However, in the substrate used in the current semiconductor manufacturing, when the outer shape of the substrate to be conveyed is φLmm and the thickness of the substrate is tmm, as a rough guide, the outer diameter c is approximately φ0.8 Lmm and the depth d is approximately It changes as the value of the outer diameter a increases, and becomes a value of about 0.2 tmm or more.
[0049]
For example, assuming that the
[0050]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications may be made within the technical scope understood from the claims. It can be changed to a different form.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the end effector of the present invention includes the large-diameter groove for preventing substrate displacement having a diameter corresponding to the outer diameter of the flat substrate, and the small-diameter groove is provided at least one step inside the large-diameter groove. Therefore, it is possible to form the relief of the convex portion formed on the lower surface side of the substrate deformed into a concave shape, and to reduce the outer diameter of the small-diameter groove to 50% of the outer diameter of the large-diameter groove for preventing substrate displacement. Since the size is set to 80%, the substrate can be stably transported. Further, by carrying the substrate in a stable state without rattling, it is possible to avoid collision and contact between the vicinity of the periphery of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an end effector of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where a processed substrate is held by the end effector.
FIG. 3A is a diagram illustrating a state in which a concave substrate is stably mounted and held on an end effector.
(B) Explanatory drawing of the state where the ratio of the outer diameter of the small-
(C) An explanatory view of a state in which the ratio of the outer diameter of the small-
FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a configuration of a multi-chamber type sputtering apparatus including a substrate transfer robot to which an end effector is attached.
FIG. 5 is a perspective view showing an end effector of a conventional example.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a flat substrate is held by an end effector according to a conventional technique before processing.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a concave substrate is held by a conventional end effector after processing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記エンドエフェクタは、平板状の基板外径に対応する径を有する基板ズレ防止用の大径溝を備えると共に、当該大径溝の内側に小径溝を少なくとも一段設けたことを特徴とする基板搬送ロボット用エンドエフェクタ。An end effector that is provided in a substrate transport robot such as a semiconductor manufacturing apparatus and directly holds a substrate,
The end effector includes a large-diameter groove for preventing substrate displacement having a diameter corresponding to the outer diameter of the flat substrate, and at least one small-diameter groove is provided inside the large-diameter groove. End effector for robots.
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