JP2005251881A

JP2005251881A - 搬送装置

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Publication number: JP2005251881A
Application number: JP2004058338A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kusama; 義裕草間; Yoshiaki Kubota; 義昭久保田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP4356480B2

Abstract

【課題】腐食性ガスの流出を防ぐとともに低コスト、小フットプリントを実現しスループットを向上できるシングルチャンバの製造装置用の搬送装置を提供する。
【解決手段】真空環境にて処理を行なう枚葉式半導体処理装置に対し、処理対象である基板を搬入および搬出する搬送装置であって、前記基板を１枚載置し上下動作を行う第１のバッファ１０を備え、前記搬送装置の外部と前記基板をやりとりするロードロック室１と、前記基板表面に処理を施す処理室２と、ロードロック室１と処理装置２とに対し基板を搬送する水平多関節ロボット７を備えた搬送室３とからなり、搬送室３は、ロボット７の動作範囲に、前記基板を２枚載置し上下動作を行う第２のバッファ１１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体処理装置に対し、処理対象である基板の搬入および搬出を行なう搬送装置に関し、特に真空環境にて処理を行なう枚葉式の処理装置に対する搬送装置に関する。

一般にロードロック式の半導体製造装置は、ロードロック室と搬送室と搬送室に接続された処理室とから成る。搬送室内には搬送ロボットが設置され、ロードロック室と処理室との間で処理対象となる基板の搬送作業を行なう。
一方、半導体製造装置における基板処理の形態としてバッチ式と枚葉式とがある。バッチ式とは処理室で１度に複数枚の基板を処理する方式であり、これに対し枚葉式とは処理室で１枚ずつ基板を処理する方式である。バッチ式の方が１回の処理枚数が多いため生産性は高いが、品質向上や近年の多品種少量生産の市場要求に対しては枚葉式の方が有利である。
そこで、枚葉式の処理装置におけるスループット向上を実現するために、クラスター型と呼ばれる処理装置が開発された。そして、クラスター型に対応して搬送ロボットには２枚の基板が搭載できるダブルフォーク構造やアームを２本にしたダブルアーム構造を採用し、処理室で基板を処理している間に次の基板を待機させて素早く未処理基板と処理済み基板を交換する搬送装置が開発されてきた。

しかし、その結果搬送ロボットは大型化、複雑化して、搬送室の大型化をもたらし、コストやフットプリントの増大といった問題が発生していた。
また、クラスター型処理装置は、多角形の搬送室とその周囲に設置される多数の処理室を備える構成が一般的であるが、少量多品種生産を目的とした昨今の半導体製造工場では、処理室自体も１台、いわゆるシングルチャンバの製造装置が求められるようになっている。
このシングルチャンバの製造装置用の搬送装置には、主に低コスト、小フットプリントといった特性が求められている。

従来技術として、こうした要求に対応するための搬送装置が開示されている（例えば特許文献１）。以下に図を用いて簡単に説明する。図８は特許文献１にて開示される従来の半導体製造装置を示す図である。
図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は側面図である。図８において、１０１は処理室であり、１０２は処理室１０１とゲートバルブを介して接続されたロードロック室であり、１０３はリンク式の単一のアーム軸を有するウェハ搬送アームである。図のようにウェハ搬送アーム１０３はロードロック室１０２内に設置され、処理室１０１とロードロック室１０２との間で半導体ウェハ（基板）の搬送作業を行なう。
また、処理室１０１内には水平方向に回転し、かつ上下動する支持手段１０４、１０５にて基板を支持するバッファ機構を有しており、未処理基板や処理済み基板を必要に応じて処理室１０１内に一時待機させ、処理室１０１内で処理を行なう間にロードロック室１０２内の処理済み基板と未処理基板を入れ替える。

特開２００３−３７１４６号公報

しかし従来の搬送装置では、処理室とロードロック室の間にはゲートバルブが１つしかない構成のため、処理室内で腐食性ガスを使用する際にロードロック室にガスが侵入すると装置の外部にまでガスが流出し危険であるという問題があった。
また、ロードロック室に搬送アームを設置する構成のため、ロードロック室の容量が大きくなって、それに伴いロードロック室内の真空引き・大気復帰を行なうポンプも大型化し、コストが増大するという問題があった。またロードロック室の大型化によりフットプリントが増大するという問題があった。
他にも真空引き・大気復帰に時間を要し、さらに１枚のウェハしかバッファリングできないためスループット向上についても限界があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、腐食性ガスの流出を防ぐとともに低コスト、小フットプリントを実現しスループットを向上できるシングルチャンバの製造装置用の搬送装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、真空環境にて処理を行なう枚葉式半導体処理装置に対し、処理対象である基板を搬入および搬出する搬送装置であって、前記基板を１枚載置し上下動作を行う第１のバッファを備え、前記搬送装置の外部と前記基板をやりとりするロードロック室と、前記ロードロック室と前記処理装置とに対し基板を搬送する水平多関節ロボットを備えた搬送室とからなり、前記搬送室は、前記ロボットの動作範囲に、前記基板を２枚載置し上下動作を行う第２のバッファを備えることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記第１のバッファは、上下２位置動作を行なうことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記第２のバッファは、上中下３位置動作を行なうことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記第２のバッファは、同一形状の板を上下２段に重ねた形状であって、それぞれの段に前記基板を１枚ずつ載置し、上面から見た前記基板の支持位置が同一であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記第２のバッファは、前記ロボットの旋回軸上に配置されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によると、装置外部への腐食性ガスの流出を防止し安全性を確保することができる。また、ロードロック室の容積が小さくなり、真空引きおよび大気復帰に要する時間を短縮し、さらに基板をバッファリングできるためスループット向上を実現できる。さらにロードロック室の小型化によりポンプ容量が小さくなるためコストが低減できる。
請求項２に記載の発明によると、ロードロック室に搭載するバッファを簡易で低コストな機構で実現できる。
請求項３に記載の発明によると、搬送室に搭載するバッファを簡易で低コストな機構で実現できる。
請求項４に記載の発明によると、２枚の基板を上下に基板１枚分の面積でバッファリングできるのでフットプリント縮小とスループット向上を同時に実現できる。
請求項５に記載の発明によると、フットプリントの小さい搬送装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の搬送装置の実施例を示す図であり、図１（ａ）は装置の上面図であり、図１（ｂ）は側面図である。
図１において、１は未処理基板を装置外部から搬入し、処理済み基板を装置外部へと搬出するためのロードロック室である。ロードロック室内は図示しないポンプによって真空引き・大気復帰を繰り返す。２は基板表面に処理を施す処理室であり、製造プロセスにより様々な処理を行なう。３は搬送ロボット７とを備えた搬送室である。ロードロック室１と搬送室３はそれぞれ基板を載置するバッファ１０、バッファ１１を備える。
各部はそれぞれ仕切り弁によって仕切られており、４は装置外部とロードロック室１とを仕切る仕切り弁、５はロードロック室１と搬送室３とを仕切る仕切り弁、６は搬送室３と処理室２とを仕切る仕切り弁であり、それぞれ必要に応じて開閉する。なお、各仕切り弁は搬送室３内が常に真空状態に保たれるように開閉する。

また、ロードロック室１、処理室２および搬送室３の各部が仕切られているため、仮に処理室２において使用した腐食性ガスが搬送室３に漏れたとしても直ちに装置外部にまで汚染が広がるという危険を防止できる。

搬送ロボット７はシングルアーム８を備えた水平多関節機構のロボットであり、アーム先端のフォーク９に基板を載せてロードロック室１内のバッファ１０、搬送室３内のバッファ１１および処理室２に対して搬送動作を行なう。
搬送ロボット７は、適切な長さのシングルアーム８とフォーク９のみの簡単な構成で、それぞれが独立して動作できるものであればよい。これにより、従来の水平多関節機構で多用される、複数のアームがそれぞれフォークを備える構成に比べて低コストを実現できる。

ロードロック室１は、基板を１枚搭載でき、かつ上下２位置のみの動作をするバッファ１０を備える。バッファ１０が上下動作する目的は、搬送ロボット７に上下動機構を付加することなしに基板授受を実現するためである。
一般的に、搬送ロボットに上下動させるには、アームやフォークを旋回させるための機構すべてを上下させるために複雑な機構と容量の大きなモータが必要であり、基板の方を上下動できるバッファを設けた方が低コストで、構成も簡単となる。
本実施例では、バッファ１０を上下動させる機構１２には一般的に用いられるサーボモータとボールネジの組み合わせではなく、安価で、構造の簡単な２位置エアシリンダを用いている。

また、ロードロック室は、極力容積を小さくすることが必要である。これはポンプによって真空引き・大気復帰する時間を節約することで、スループットが向上するからである。ここではロードロック室に設けるのは基板１枚分のバッファであるため、ロードロック室の容積を抑制することは困難ではない。

搬送室３のバッファ１１のプレートは同じ形状をした薄板であり、それを２枚上下に配置した構成となっている。基板が搭載される上下２段のプレート中心は、搬送ロボット７のフォーク９の動作範囲内で、かつアーム８の旋回中心上に位置するよう設置する。また、それぞれのプレートは基板を載置するのに十分な面積を有しており、なおかつ図５に示すように、二股に分かれたフォーク９の先端の間に納まる形状をしている。
また、バッファ１１も搬送ロボット７と基板の授受を行なう際に上下動する。バッファ１１の上下動の機構は、バッファ１０と同様にエアシリンダを用いて安価に実現することができる。しかし、エアシリンダでは微妙な上下動速の制御が不可能なため基板授受の際に基板が微動して粉塵を発生しやすいというデメリットもあるため、本実施例ではサーボモータとボールネジを用いた機構１３によりバッファ１１を上下動させている。

本発明の搬送装置の動作を図２〜６を用いて説明する。
初期状態では、仕切り弁４、５、６は全て閉じた状態であり、ロードロック室１は大気と同じ状態、処理室２および搬送室３は真空状態となっている。また、処理室２には処理済み基板はないとする。

（１）まずロードロック室１と装置外部との間の仕切り弁４を開け、未処理基板１４をロードロック室１の所定の場所すなわちバッファ１０に載置する。
（２）仕切り弁４を閉め、ロードロック室１内の雰囲気を図示しないポンプによって所定の圧力まで排気し、搬送室３と同じ真空状態にする。
（３）ロードロック室１と搬送室３との間の仕切り弁５を開け、搬送ロボット７は図２に示すようにアーム８を伸ばして未処理基板１４をロードロック室１のバッファ１０からフォーク９へと取り出し、再びアーム８を縮めて搬送室３内に搬入する。ロードロック室１と基板のやりとりを行う際はフォーク９が直線状に移動するようアーム８を動作させる。その後再び仕切り弁５を閉じる。その後ロードロック室１内を装置外部の大気と同じ状態に戻す。
（４）搬送室３内で搬送ロボット７は図３、図４、図５のようにアーム８を旋回させ、未処理基板１４を処理室２の手前まで搬送する。処理室２と搬送室３との間の仕切り弁６を開け、搬送ロボット７は図６に示すようにアーム８を伸ばしてフォーク９上の未処理基板１４を処理室２内に搬入する。基板搬入後、搬送ロボット７は直ちにアーム８を縮めてフォーク９を搬送室３内に戻し、仕切り弁６を閉じる。処理室２と基板のやりとりを行なう際はフォーク９が直線状に移動するようアーム８を動作させる。
（５）処理室２にて処理が行なわれている間、搬送ロボット７は（１）〜（３）のシーケンスに沿ってロードロック室１からもう１枚の未処理基板１４を搬送室３へと搬送する。その後搬送室３内のバッファ１１の上段に未処理基板１４を載置する。搬送ロボット７とバッファ１１との基板の授受については後述する。
（６）処理室２での処理が完了すると仕切り弁６を開け、搬送ロボット７は再び図６に示すようにフォーク９が直線状に移動するようアーム８を動作させ、処理室２から処理済み基板１５を取り出す。そして図５のようにアーム８が旋回し、処理済み基板１５をバッファ１１の下段に載置する。ここで（５）と（６）において、未処理基板１４はバッファ１１の上段に、処理済み基板１５はバッファ１１の下段に載置する。これは、処理室２での処理内容によっては、処理済み基板１５が汚染されたものとなることがあり、仮に処理済み基板１５を上段に、未処理基板１４を下段に搭載すると、処理済み基板１５からの粉塵が未処理基板１４上に落下して付着する恐れがあるためである。また、処理室２で腐食性ガスを使用する場合に備え、搬送ロボット７のアーム８やフォーク９およびバッファ１１の表面には腐食低減の処理を行っている。
（７）搬送ロボット７は続いてバッファ１１の上段の未処理基板１４をフォーク９に載置し、図６に示すように処理室２内に搬送する。その後、仕切り弁６を閉じて処理室２にて処理を行なう。なお（６）（７）の間にポンプにてロードロック室１内を再び真空状態にしておく。
（８）処理室２で処理が行なわれている間に搬送ロボット７はバッファ１１の下段から処理済み基板１５を取り出し、図４、図３のようにアーム８が旋回した後、仕切り弁５を開けて図２のように処理済み基板１５をロードロック室１内のバッファ１０に載置する。
（９）搬送ロボット７がアーム８を縮めて搬送室３に戻ったら仕切り弁５を閉じ、ポンプにてロードロック室１を装置外部の大気と同じ状態にした後、仕切り弁４を開けて処理済み基板１５を外部へと搬出する。
以上の動作を繰り返し、基板を一枚ずつ搬送し、処理を行なう。
なお搬送ロボット７の動作軌跡を説明するため、図２〜６のうち図５以外は搬送室３内のバッファ１１を省略している。

以上のように、アーム８とフォーク９をそれぞれ独立して駆動できるシングルアームの搬送ロボット７を採用し、さらに直線的に基板を搬送する直線搬送区間と非直線搬送区間とを組み合わせた小さな動作軌跡により搬送ができるよう搬送室３内の適切な位置に搬送ロボット７を配置した。またバッファ１１は、搬送ロボット７のアーム回転中心で基板が授受できるような位置に設置している。その結果搬送室３の容量を抑え、小フットプリントを実現している。

次に、搬送ロボット７とバッファ１１が、基板を授受する様子を側面から見た図７を用いて説明する。図７のように、搬送ロボット７のフォーク９に対して、２段構成のバッファ１１が上下端と中間点の合計３位置へ動作できるようにすることで、基板の授受を実現している。

図７（ａ）はバッファ１１が下端へ移動することにより、バッファ１１の上段に載置された未処理基板１４をフォーク９に授与した後の状態を示す。
またこの状態からバッファ１１が上方へ移動することにより、フォーク９に載置された未処理基板１４をバッファ１１の上段に授与することができる。

図７（ｂ）はバッファ１１が上方へ移動することにより、フォーク９に載置された未処理基板１４をバッファ１１の上段に授与した後の状態を示す。
またこの状態からバッファ１１が下方へ移動することにより、バッファ１１の上段に載置された未処理基板１４をフォーク９に授与することができる。

図７（ｃ）はバッファ１１が上端へ移動することにより、フォーク９に載置された処理済み基板１５をバッファ１１の下段に授与した後の状態を示す。
またこの状態からバッファ１１が下方へ移動することにより、バッファ１１の下段に載置された処理済み基板１５をフォーク９に授与することができる。

図７（ｄ）はバッファ１１が下方へ移動することにより、バッファ１１の下段に載置された処理済み基板１５をフォーク９に授与した後の状態を示す。
またこの状態からバッファ１１が上方へ移動することにより、フォーク９に載置された処理済み基板１５をバッファ１１の下段に授与することができる。

以上の状態のうち、図７（ｂ）と（ｄ）のバッファ１１の上下位置は同一でよい。すなわち、バッファ１１は、３位置を動作できるものであればよい。
本実施例では前述のようにサーボモータとボールネジを組み合わせた機構を用いたが、３位置動作ができるエアシリンダでもよい。
また、ロードロック室１内のバッファ１０の動作機構１２についても、サーボモータとボールネジによる駆動方式としてもよい。

本発明は搬送室に上下動するバッファを設けることによってフットプリント縮小とスループット向上とを同時に実現でき、枚葉式の半導体製造装置に広く適用できる。

本発明の搬送装置を示す図本発明の搬送装置における搬送ロボットのアームの動作および基板の軌跡を示す上面図本発明の搬送装置における搬送ロボットのアームの動作および基板の軌跡を示す上面図本発明の搬送装置における搬送ロボットのアームの動作および基板の軌跡を示す上面図本発明の搬送装置における搬送ロボットのアームの動作および基板の軌跡を示す上面図本発明の搬送装置における搬送ロボットのアームの動作および基板の軌跡を示す上面図本発明の搬送装置における搬送ロボットとバッファとの基板の授受を説明する側面図従来の半導体製造装置を示す図

符号の説明

１ロードロック室
２処理室
３搬送室
４、５、６仕切り弁
７搬送ロボット
８アーム
９フォーク
１０、１１バッファ
１２、１３バッファ動作機構
１４未処理基板
１５処理済み基板
１０１リアクタ
１０２ロードロックチャンバ
１０３搬送アーム
１０４、１０５支持手段
１０６シリンダ
１０７サセプタドライブモータ
１０８シリンダ
１０９ロータリーアクチュエータ
１１０ベローズ
１１１ロータリーアクチュエータ
１１２半導体ウェハ
１１３ゲートバルブ
１１４サセプタ
１１５ウェハリフトピン
１１６Ｏリング
１１７軸手段
１１８ドライポンプ
１１９シャワーヘッド
１２０フラッパーバルブ

Claims

真空環境にて処理を行なう枚葉式半導体処理装置に対し、処理対象である基板を搬入および搬出する搬送装置であって、
前記基板を１枚載置し上下動作を行う第１のバッファを備え、前記搬送装置の外部と前記基板をやりとりするロードロック室と、
前記ロードロック室と前記処理装置とに対し基板を搬送する水平多関節ロボットを備えた搬送室とからなり、
前記搬送室は、前記ロボットの動作範囲に、前記基板を２枚載置し上下動作を行う第２のバッファを備えることを特徴とする搬送装置。
前記第１のバッファは、上下２位置動作を行なうことを特徴とする請求項１記載の搬送装置。
前記第２のバッファは、上中下３位置動作を行なうことを特徴とする請求項１または２記載の搬送装置。
前記第２のバッファは、同一形状の板を上下２段に重ねた形状であって、それぞれの段に前記基板を１枚ずつ載置し、上面から見た前記基板の支持位置が同一であることを特徴とする請求項１乃至３記載の搬送装置。
前記第２のバッファは、前記ロボットの旋回軸上に配置されることを特徴とする請求項１乃至４記載の搬送装置。