JP2008172241A - 高温ロボットエンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】処理システムにおいて基板を搬送するのに好適なロボットエンドエフェクタ又はブレードを提供する。
【解決手段】ある実施形態において、エンドエフェクタは反対の装着端と遠端とを有し、セラミックの単体の塊から作製された本体を含む。この本体は本体の上面から上方に延びる一対の弓型リップを含む。各リップは、本体の遠端に配置された各フィンガーに配置されている。弓型内壁は、本体の装着端で、上面から上方に延びている。内壁とリップは基板受容ポケットを画定している。複数の接触パッドが本体の上面から上方に延びており、そこで基板はサポートされる。リセスが本体の底面に形成されていて、装着クランプが収容されている。
【選択図】図５

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、高温半導体処理システムで利用するロボットコンポーネントに関する。

（関連技術の背景）
半導体基板処理では、一般的に、基板に複数の連続プロセスを行って、導体や絶縁体等のデバイスが基板上に作成されている。これらのプロセスは、通常、製造プロセスの一工程を行うように構成されたプロセスチャンバで実施される。処理工程の全体のシーケンスを効率よく完了するために、数多くのプロセスチャンバが、一般的に、中央搬送チャンバに結合されている。このチャンバには、ロボットが収容されていて、周りを囲むプロセスチャンバ間での基板の搬送を促す。この構成の半導体処理プラットフォームは、クラスターツールとして通常知られている。例を挙げると、カリフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手可能なプロデューサー（ＰＲＯＤＵＣＥＲ）（登録商標）、センチューラ（ＣＥＮＴＵＲＡ）（登録商標）及びエンデューラ（ＥＮＤＵＲＡ）（登録商標）の系列ものがある。

通常、クラスターツールは、ロボットが中に配置された中央搬送チャンバからなる。搬送チャンバは、通常、１つ以上のプロセスチャンバに囲まれている。プロセスチャンバは、通常、基板を処理するのに利用され、例えば、エッチング、物理蒸着、イオン注入、リソグラフィー等といった様々な処理工程を行う。搬送チャンバは、ファクトリーインタフェースに結合されていることがある。インタフェースには、複数の取り外し可能な基板格納カセットが収容されており、カセットの夫々に、複数の基板が収容されている。搬送チャンバの真空環境と、ファクトリーインタフェースの略周囲環境間での搬送を促すために、ロードロックチャンバが、搬送チャンバとファクトリーインタフェースの間に配置されている。

基板上に形成されたデバイスの線幅及びフィーチャーサイズが減少するにつれて、低欠陥率での繰り返しのデバイス製造を確実なものとするためには、搬送チャンバを囲む様々なチャンバにおける基板の位置の正確さが最優先となる。更に、デバイス密度の増大と、基板直径が大きくなることの両方により、基板上に形成されたデバイスの量が増えると、各基板の価値が大幅に上がる。従って、基板の位置合わせ不良といった不適合による、基板へのダメージや収率損失は、非常に望ましくない。

処理システム全体にわたって、基板の位置の正確さを増すために、数多くの戦略が用いられてきた。例えば、インタフェースは、基板格納カセット内での基板の位置合わせ不良を検出するセンサを備えていることが多い。２００２年７月２日発行の米国特許第６，４１３，３５６号（チョクシ（Ｃｈｏｋｓｈｉ）ら）を参照のこと。ロボットの位置較正が、より精巧になっている。２００３年１１月１８日発行の米国特許第６，６４８，７３０号（チョクシ（Ｃｈｏｋｓｈｉ）ら）を参照のこと。更に、ロボットのブレード上での基板の位置合わせ不良を補正する方法が考案されている。１４９９年１１月９日発行の米国特許第５，９８０，１９４号（フリークス（Ｆｒｅｅｒｋｓ）ら）及び１４９０年７月３１日発行の米国特許第４，９４４，６５０号（Ｔ．マツモト（Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ））を参照のこと。ロボット連結部の熱膨張を補正する方法も考案されている。２００６年５月２日発行の米国特許第７，０３９，５０１号（フリーマン（Ｆｒｅｅｍａｎ）ら）を参照のこと。

しかしながら、ロボットの正確さを増すためのこれらの戦略は、通常、エンドエフェクタ（例えば、ブレード）ロボットが受ける膨張や収縮の熱膨張は補正しない。というのは、熱は、プロセスチャンバ内の熱ウエハ及び熱表面からエンドエフェクタに移るからである。プロセス技術の進化により、多くのプロセスで高温の操作温度となっているため、搬送ロボットは、高温に晒されることが増えている。搬送ロボットが熱に晒されることが増えることから、ロボットの熱膨張の基板配置に与える悪影響、及びロボットと基板間の望ましくない熱交換を最小にする戦略が更に開発されなければならない。

従って、ロボット配置への熱の影響を最小にし、且つ、ロボットと運ばれている基板の間の熱交換を最小にするような、改善されたロボットエンドエフェクタが望まれている。

発明の概要

処理システムにおいて基板を搬送するのに好適なロボットエンドエフェクタ又はブレードが提供される。一実施形態において、エンドエフェクタは、反対の装着端と遠端とを有する本体を含む。本体は、セラミックの単体の塊から製造されていてよい。本体は、本体の上面から上方に延びる一対の弓形リップを含む。各リップは、本体の遠端に配置された各フィンガーに配置されている。弓形内壁は、本体の装着端で上面から上方に延びている。内壁及びリップは、基板受容ポケットを画定している。複数の接触パッドが、基板をサポートする本体の上面から上方に延びている。接触パッド及び本体は、セラミックの同じ塊の一部である。リセスが、本体の底面に形成されていて、装着クランプを収容している。

一実施形態において、本体は、更に、内壁の外方へ本体を通して形成された複数の孔を含み、孔の一端はリセスに開いている。
他の実施形態において、本体は、更に、本体のセンターラインを通して形成された孔を含み、内壁及びリップが、孔の中心から同じ半径方向距離で配置されている。

他の実施形態において、本体の重さは、約２３７〜約７０３グラムである。更に他の実施形態において、本体は、約９９．５重量パーセントのアルミナである。

詳細な説明

図１は、エンドエフェクタ又はブレード１３０を備えたロボット１０８を有する半導体処理システム１００の一実施形態を示す。典型的な処理システム１００は、概して、１つ以上のプロセスチャンバ１０４に囲まれた搬送チャンバ１０２と、ファクトリーインタフェース１１０と、１つ以上のロードロックチャンバ１０６とを有する。ロードロックチャンバ１０６は、概して、搬送チャンバ１０２と、ファクトリーインタフェース１１０の間に配置されて、搬送チャンバ１０２で維持される真空環境と、ファクトリーインタフェース１１０で維持される実質的に周囲環境の間での基板の搬送を促している。本発明により利点の得られるよう適合された処理システムの一例としては、カリフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手可能なセンツーラ（ＣＥＮＴＵＲＡ）（登録商標）処理プラットフォームがある。ブレード１３０は、他のメーカーより入手可能なものを含め、他のロボット及び処理システムで利用してもよいものと考えられる。

ファクトリーインタフェース１１０には、概して、１つ以上の基板格納カセット１１４が収容されている。各カセット１１４は、その中に複数の基板を格納するように構成されている。ファクトリーインタフェース１１０は、概して、大気圧又は略大気圧に維持される。一実施形態において、濾過空気がファクトリーインタフェース１１０に供給されて、ファクトリーインタフェース内のパーティクル濃度を最小とし、基板がそれによって清浄になる。本発明により利点の得られるよう適合されたファクトリーインタフェースの一例は、２００４年４月１３日発行のクローカー（Ｋｒｏｅｋｅｒ）による米国特許第６，７１９，５１６号に記載されている。

搬送チャンバ１０２は、概して、アルミニウム等の材料の単体片から製造されている。搬送チャンバ１０２は、排気可能な室内容積１２８を画定しており、この中を基板が、搬送チャンバ１０２の外部に結合されたプロセスチャンバ１０４間で搬送される。ポンピングシステム（図示せず）が、チャンバ床に配置されたポートを通して、搬送チャンバ１０２に結合されていて、搬送チャンバ１０２内の真空が維持されている。一実施形態において、ポンピングシステムは、ターボ分子又は低温ポンプにタンデム結合された粗ポンプを含む。

プロセスチャンバ１０４は、典型的に、搬送チャンバ１０２の外部にボルトで固定されている。利用できるプロセスチャンバ１０４としては、エッチングチャンバ、物理蒸着チャンバ、化学蒸着チャンバ、イオン注入チャンバ、配向チャンバ、リソグラフィーチャンバ等が例示される。異なるプロセスチャンバ１０４を、搬送チャンバ１０２に結合して、所定の構造やフィーチャーを基板表面に形成するのに必要な処理シーケンスを提供してもよい。

ロードロックチャンバ１０６が、通常、ファクトリーインターフェース１１０と搬送チャンバ１０２の間に結合されている。通常、ロードロックチャンバ１０６を用いると、搬送チャンバ１０２内の真空が失われることなく、搬送チャンバ１０２の真空環境と、ファクトリーインタフェース１１０の実質的に周囲環境の間での基板の搬送が促される。各ロードロックチャンバ１０６は、スリットバルブ（図１には図示せず）を用いることにより、搬送チャンバ１０２及びファクトリーインタフェース１１０から選択的に分離されている。

基板搬送ロボット１０８は、通常、搬送チャンバ１０２の室内容積１２８に配置されていて、搬送チャンバ１０２を囲む様々なチャンバ間での基板１１２の搬送を促す。ロボット１０８は、フロッグ-レッグ（frog-leg）、ポーラー又はその他連結構成を有していてよい。

ロボット１０８は、搬送中に基板をサポートするのに利用する１つ以上のブレードを有していてよい。ロボット１０８は、２つのブレードを有していてよく、夫々、独立制御可能なモータ（デュアルブレードロボットとして知られている）に結合されている。或いは、共通の連結部により、ロボット１０８に結合された２つのブレードを有している。連結部は、通常、アルミニウムや、その他強固な軽量材料から作製されている。ある実施形態において、搬送ロボット１０８は、（ポーラー）連結部１３２によりロボット１０８に結合された単一ブレード１３０を有している。図１に示す一実施形態において、連結部１３２は、第１のアーム１４８を含んでおり、これは、ジョイント１４４で、第２のアーム１４６に結合されている。手首１４２が、ジョイント１４４に向かい合った第１のアーム１４８に結合されている。ブレード１３０が手首１４２に結合されていて、ブレード１３０が、汚れたり、摩耗したり、欠けたり、その他補修の必要がある場合には、交換し易くなっている。

図２に、連結部１３２の手首１４２（ファントムで示す）に結合されたブレード１３０の平面図を示す。図２のブレード１３０は、１２インチ（３００ｍｍ）基板を収容するように構成されている。この代わりに、ブレード１３０は、異なる直径又は形状の基板を収容するように調整してもよい。

ブレード１３０は、通常、センターライン２０４周囲で対照の本体２０２を有する。本体２０２のセンターライン２０４はまた、手首１４２のセンターラインであってもよい。本体２０２は、セラミック等の好適な高温及び軽量材料で製造される。ある実施形態において、本体２０２は、アルミナで構成されている。他の実施形態において、本体２０２は、９９．５重量パーセントのアルミナで構成されている。特定の用途に好適なその他の本体材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼及び石英が挙げられる。本体２０２は、通常、約２３７〜約７０３グラムの重さである。

本体２０２は、装着端２０６と、遠端２０８とを有する。遠端２０８は、２つのフィンガー２１０、２１２を有している。フィンガー２１０、２１２の外半径は、本体２０２を通して形成された孔２１４の中心から、約６．１２インチである。孔２１４は、本体２０２を通したのぞき窓として、又は、ブレード１３０に較正ジグを結合するための位置決めとして用いてよい。センターライン２０４に沿って、本体２０２を通して形成された孔２１８もまた、ブレード１３０を較正ジグに結合するために用いてよい。

図３に示した本体２０２の部分断面図を更に参照すると、各フィンガー２１０、２１２はリップ３０２を有する。リップ３０２は、通常、本体２０２の上面３０４の上に約０．１２５インチ延びている。リップ３０２の内壁３０６は、本体２０２を通して形成された孔２１４の中心から、約６．０６２インチの半径を有している。

本体２０２は、更に、複数の基板接触パッド２１６を含む。ある実施形態において、３つの接触パッド２１６が用いられており、１つのパッド２１６は、装着端２０６近傍のセンターライン２０４に配置され、残りの各パッド２１６は、フィンガー２１０、２１２のそれぞれに配置されている。

接触パッド２１６は、本体２０２の上面３０４の上に約０．７５インチ延びている。接触パッド２１６は、単体の隣接した塊のセラミックとして、本体２０２に一体形成されているため、孔２１４に対する接触パッド２１６の位置と向きは、ブレード毎に繰り返すことができ、基板の接触点は、ブレード交換後でも変わらないままである。これは、基板取扱いの再現性とブレード交換の透明性が向上し有利である。

図３に示す実施形態において、接触パッド１２６は、孔２１４の中心から、半径が約５．２１インチの内壁３０８と、半径が約５．５５インチの外壁３１０とを有している。接触パッド２１６の幅は約０．５５インチである。

接触パッド２１６は、そこにサポートされている基板との接触面積を最小にするため有利である。接触面積が最少になると、基板とブレード１３０の間の熱伝達が減少し、それによって、搬送中の基板の熱による汚染が減じる。同時に、基板との熱伝達のために、ブレード１３０の熱膨張／収縮が最少になって、ロボットの動きの位置の正確さを維持するのに寄与する。更に、セラミックパッド２１６と基板の間の低熱伝導率により、更に熱伝達が制限される。

図４に、本体２０２の装着端２０６の部分断面図を示す。装着端２０６は、本体２０２の上面３０４に形成された内壁４０２と、本体２０２の下面４０６に形成されたリセス４０４とを有する。内壁４０２は湾曲していて、通常、孔２１４の中心から、約６．０６２の半径を有している。内壁４０２の高さは、上面３０４の上約０．１０インチである。内壁４０２及びリップ３０２は協働して、基板受容ポケットを形成する。

リセス４０４は、通常、内壁４０８と底部４１０とを有する。内壁４０８は、通常、本体２０２のセンターライン２０４に垂直である。底部４１０は、通常、本体２０２の上下面３０４、４０６に平行である。リセス４０４の底部４１０は、下面４０６の下約０．０５０インチである。

図５の分解斜視図を更に参照すると、リセス４０４は、クランプ部材５０２を収容するサイズとなっていて、本体２０２が、手首１４２に結合されている時は、クランプ部材５０２の外表面５０４は、本体２０２の下面４０６と実質的に面一又はリセスとなっている。クランプ部材５０２のこの構成によって、ブレード１３０断面が最少となり、処理システムの混み合った部分におけるロボットの動きの範囲が大きくなり、空間制限が緩和されて、システムコンポーネントの設計がより柔軟となる。

クランプ部材５０２は、通常、そこから延びる４つのネジ突起５０６を有している。一実施形態において、突起５０６は、２ｘ２の格子パターンで配列されている。突起５０６の外径を選択して、ブレード１３０の本体２０２を通して形成された複数の孔５０８とスリップフィットを与える。孔５０８は、通常、内壁４０８の外側に形成されて、孔５０８の一端が、リセス４０４に開くようにする。突起５０８の高さは、本体１３０の厚さより低くなるように選択する。手首１４２を通して形成された孔５１２を通して延びるファスナ５１０が、突起５０８と係合すると、ブレード１３０が、ロボット連結部１３２に堅く留まるようにする。配向フィーチャー及びファスニングコンポーネントの両方として突起５０８を利用すると、ブレード設計が単純化され、ブレードを交換し易くし、手首とのブレード毎の配向が維持される。

このように、熱処理環境を有する処理ツールにおいて、基板の位置付けの再現性が向上するセラミックロボットエンドエフェクタが提供された。一体型接触パッド及びセラミックブレード本体が、ブレードと基板の間の熱伝達を最小にし、ブレード毎の再現性も提供する。更に、ブレードが留め易くなることによって、ブレードの連結部配向が失われることなく、即時のブレード交換が促進される。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他及び更なる実施形態はその基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

本発明の上述の構成が得られ、詳細に理解できるように、上に簡単にまとめた本発明について、添付図面に示した実施形態を参照して、より具体的に説明する。

高温処理環境で用いるのに好適な改善されたエンドエフェクタを有する半導体処理システムの一実施形態の平面図である。 図１のエンドエフェクタの一実施形態の平面図である。 図１のエンドエフェクタの部分断面図である。 図１のエンドエフェクタの部分断面図である。 エンドエフェクタとロボット連結部の部分分解斜視図である。

しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎないため、その範囲を限定するものとは考えられず、本発明はその他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。また、一実施形態の構成は、特に挙げないが、他の実施形態にも有利に利用されるものと考えられる。

Claims (14)

1. 処理システムにおいて、基板を搬送するのに好適なロボットエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタが、
   反対にある装着端と遠端とを有し、セラミックの単体の塊で製造された本体を含み、前記本体が、
   前記本体の前記遠端に配置された一対のフィンガーと、
   前記本体の上面から上方に延びていて、各フィンガーに配置された一対の弓形リップと、
   前記本体の前記上面から上方に延びる複数の接触パッドと、
   前記本体の前記装着端で前記上面から上方に延びる弓形内壁であって、リップと共に基板受容ポケットを画定している弓形内壁と、
   前記本体の底面に形成されたリセスとを含むロボットエンドエフェクタ。
2. 前記本体が前記内壁の外側へ前記本体を通して形成された複数の孔を含み、前記孔の一端が前記リセスに開いている請求項１記載のエンドエフェクタ。
3. 前記本体が前記本体のセンターラインを通して形成された孔を含み、前記内壁及びリップが前記孔の中心から同じ半径方向距離で配置されている請求項１記載のエンドエフェクタ。
4. 前記本体の重さが約２３７〜約７０３グラムである請求項１記載のエンドエフェクタ。
5. 前記本体が約９９．５重量パーセントのアルミナである請求項１記載のエンドエフェクタ。
6. 処理システムにおいて、基板を搬送するのに好適なロボットエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタが、
   反対の装着端と遠端とを有する矩形の平坦な本体と、
   前記本体の前記遠端に配置された一対のフィンガーと、
   前記本体の上面から上方に延びていて、各フィンガーに配置された一対の弓形リップと、
   前記本体の前記上面から上方に延びる複数の接触パッドであって、リップ及び前記本体と同じくセラミックの単体の塊から製造されている接触パッドと、
   前記本体の前記装着端で前記上面から上方に延びる弓形内壁であって、リップと共に基板受容ポケットを画定している弓形内壁と、
   前記本体のセンターラインを通して形成された孔であって、前記孔の中心から同じ半径方向距離で、前記内壁及びリップが配置されている孔と、
   前記内壁の外側へ前記装着端で前記本体の底面に形成されたリセスであって、前記本体のセンターラインに実質的に垂直で、横方向に延びる壁を有するリセスと、
   前記本体の前記装着端を通して形成された複数の装着孔であって、孔の一端が前記リセスに開いている孔とを含むロボットエンドエフェクタ。
7. 前記本体の重さが約２３７〜約７０３グラムである請求項６記載のエンドエフェクタ。
8. 前記本体が約９９．５重量パーセントのアルミナである請求項６記載のエンドエフェクタ。
9. 前記パッドが外壁及び内壁を有しており、前記内壁及び外壁がアークセグメントである請求項６記載のエンドエフェクタ。
10. 前記孔の中心に対する前記内壁の半径が約５．２１インチであり、前記外壁の半径が約５．５５インチである請求項９記載のエンドエフェクタ。
11. 前記パッドが前記本体の上に約０．７５インチ延びている請求項６記載のエンドエフェクタ。
12. 真空処理システムにおいて基板を搬送するのに好適なロボットであって、前記ロボットが、
    ベースと、
    前記ベースの第１の端部で結合した連結部と、
    前記連結部の第２の端部に結合した手首と、
    矩形の平坦なエンドエフェクタを備え、前記エンドエフェクタが、
    本体と、
    前記本体の遠端に配置された一対のフィンガーと、
    前記本体の上面から上方に延びていて、各フィンガーに配置された一対の弓形リップと、
    前記本体の前記上面から上方に延びる複数の接触パッドであって、リップ及び前記本体と同じくセラミックの単体の塊から製造されている接触パッドと、
    前記本体の前記装着端で前記上面から上方に延びる弓形内壁であって、リップと共に基板受容ポケットを画定している弓形内壁と、
    前記本体のセンターラインを通して形成された孔であって、前記孔の中心から同じ半径方向距離で、前記内壁及びリップが配置されている孔と、
    前記内壁の外側へ前記装着端で前記本体の底面に形成されたリセスであって、前記本体のセンターラインに実質的に垂直で、横方向に延びる壁を有するリセスと、
    前記本体の前記装着端を通して形成された複数の装着孔であって、前記装着孔の一端が前記リセスに開いている孔とを含むロボット。
13. クランププレートであって、そこから延びていて、前記エンドエフェクタの前記装着孔へ延びる複数のボスを有するクランププレートと、
    前記クランププレートを前記手首に結合する複数のファスナとを含む請求項１２記載のロボット。
14. 前記クランププレートが、前記エンドエフェクタの前記リセスに配置されている請求項１３記載のロボット。

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