JP2011086795A - 基板搬送装置及びこの基板搬送装置を備えた真空処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースを小さくできる低いコストの基板搬送装置及びこの基板搬送装置を備えた真空処理システムを提供する。
【解決手段】基板搬送装置１は、基板Ｗの複数枚を収納する収納部４と、基板Ｗを位置決め支持する支持部が形成されたトレイＴの複数枚を収納可能なトレイ用の収納部５と、両収容部４，５の基板ＷまたはトレイＴを搬送する搬送ロボット６と、トレイＴへの基板Ｗの移載が行われる移載ステージ７とを備える。搬送ロボット６は、ロボットハンド６２の下面にベルヌーイチャック機構、上面にトレイ支持部が設けられている。このロボットハンド６２にてトレイＴを移載ステージ７に受け渡した後、このトレイＴをアライメントするアライメント機構を更に備える。そして、この基板搬送装置１と、真空搬送室２１と、ロードロック室及び真空処理室とを有する真空処理装置２とを、同一の基台３上に一体に配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板搬送装置及びこの基板搬送装置を備えた真空処理システムに関し、特に、トレイ上に複数枚の基板をセットした状態で複数の処理室間を移送して所定の処理を行うための基板搬送装置及びこの基板搬送装置を備えた真空処理システムに関する。

半導体装置の製造工程においては、処理すべき基板（例えば、シリコンウエハやサファイア基板）の複数枚を同時搬送して処理したり、または、装置構成を変更することなく外形寸法の異なる基板に対し同一の処理を同時に行うために、基板の複数枚を保持し得るトレイを用い、このトレイごと各処理室間を搬送して、成膜処理、エッチング処理や熱処理等の各種処理を施すことが一般に知られている。

従来、このようなトレイを用いて各種処理を行う場合、このトレイに対する基板の移載は作業者の手作業で行われていた。このため、トレイへのウエハの移載作業が非常に面倒であると共に、移載不良が発生し易いという問題があった。

そこで、基板を収納可能なカセットと、この基板を支持可能な支持部がその上面に区画されたトレイと、トレイへの基板の移載が行われる移載ステージと、カセットからの基板をトレイに移載する基板搬送用ロボットと、トレイを移載ステージに移送するトレイ搬送用ロボットと、を備えた基板搬送装置が特許文献１で知られている。このものでは、基板搬送ロボットの基板を保持する箇所がベルヌーイチャック機構で構成され、移載ステージには、基板の受け渡し位置に合致するようにトレイを位置合わせするアライメント手段が設けられている。

然し、上記特許文献１記載のものでは、基板搬送用ロボットと、トレイ搬送用ロボットとを別個に備えているため、設置スペースが大きくなるだけなく、コスト高を招くという不具合がある。

特開２００６−１９５４４号公報

本発明は、以上の点に鑑み、設置スペースを小さくできる低いコストの基板搬送装置及びこの基板搬送装置を備えた真空処理システムを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の基板搬送装置は、基板の複数枚を収納可能な基板用の収納部と、複数枚の基板を位置決め支持する支持部が形成されたトレイの複数枚を収納可能なトレイ用の収納部と、基板用及びトレイ用の両収容部に収納された基板またはトレイを搬送し得る搬送ロボットと、トレイへの基板の移載が行われる移載ステージとを、備え、前記搬送ロボットは、その先端にロボットハンドを有し、このロボットハンドの下面にチャック機構が設けられていると共に、ロボットハンドの上面に、トレイが支持されるトレイ支持部が設けられ、このロボットハンドにてトレイを移載ステージに受け渡した後、基板をトレイに移載する際に、このトレイの支持部が基板の受け渡し位置に一致するようトレイをアライメントするアライメント機構を更に備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ロボットハンドの下面に、基板保持部たるチャック機構が設けられていると共に、ロボットハンドの上面に、トレイが支持されるトレイ支持部が設けられいる搬送ロボットを用いるため、単一の搬送ロボットにて基板及びトレイの移載ステージへの移送や、トレイへの基板の移載を行い得る。このため、設置スペースを小さくでき、その上、装置を構成する部品の点数を減らして低コスト化を図ることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の真空処理システムは、請求項１記載の基板搬送装置と、搬送ロボットを配置した中央の真空搬送室と、この搬送室を囲うように配置されたロードロック室及び真空処理室とを有する真空処理装置とを、同一の基台上に一体に配置してなることを特徴とする。

本発明の基板搬送装置を備えた本発明の真空処理システムの構成を概略的に説明する図。 (ａ)及び（ｂ）は、ロボットハンドの構成を説明する部分断面図。 移載ステージを説明する斜視図。

以下、処理対象物を、半導体発光素子形成用のサファイア基板（以下、「基板」という）とし、この基板Ｗに対してエッチング処理する場合を例に、本発明の実施形態の基板搬送装置を備えた真空処理システムＳを説明する。

図１を参照して、真空処理システムＳは、基板搬送装置１と真空処理装置２とを、同一基台３に前後（図１中、上下方向）に並設して構成される。基板搬送装置１は、基板Ｗの複数枚を収納可能な基板用の収納部４と、基板の複数を位置決め支持するトレイＴの複数枚を収納可能なトレイ用の収納部５と、基板用及びトレイ用の両収容部に収納された基板Ｗ及びトレイＴを搬送し得る搬送ロボット６と、トレイＴへの基板Ｗの移載が行われる移載ステージ７とを備える。

トレイＴは、真空処理装置の処理室内で実施される処理に応じて、熱伝導が良く、その処理に影響を与えない材料、例えば、酸化シリコン、ステンレスやアルミニウム等の材料から形成され、円板から構成される。トレイＴの上面（基板Ｗの処理面側）には、基板Ｗの輪郭に一致する凹部Ｔ１が同一円周上に位置させて形成され、基板Ｗの支持部を構成する（本実施形態では、４個の支持部が形成されている）。これにより、これらの凹部Ｔ１に、基板Ｗの処理面を上にした状態で基板Ｗを落とし込むことで、トレイＴに基板Ｓが位置決め支持される。

基板用の収納部４は、基台３のうち前側に設けた天板３１上でかつ前後方向前側（図１中、下側）に、この前後方向と直交する左右方向に沿って並設した持ち運び自在なカセットＫから構成され、カセットＫ自体が、本実施形態での基板用の収納部４となる。この場合、カセットＫのうち一部には複数枚の基板Ｗが収納され、残りのカセットには、処理済みの基板Ｗが収納できるようになっている。他方、トレイ用の収納部５は、天板３１上でかつ前後方向と直交する左右方向の一端（図１中、左端）に配置されている。本実施形態では、トレイ用の収納部５は前後方向に２個並設されており、例えば、一方には処理前のトレイＴが収納され、他方はトレイＴが収納できるように空となっている。また、トレイ用の収容部５は、箱状の形態を有し、特に図示しないが、その側板内壁には、トレイＴを支持する上下複数段の棚部が設けられている。

搬送ロボット６は、天板３１の中央部に配置され、ロボットアーム６１と、このロボットアーム６１の先端に設けれたロボットハンド６２とを有する多関節式のものである。また、ロボットアーム６１が連結されて回転軸６３には、直動モータやエアーシリンダからなる図示省略の昇降手段が連結され、ロボットハンド６２を上下動できるようになっている。

図２に示すように、ロボットハンド６２は、ロボットアーム６１より幅広に形成された板状部材から構成されている。なお、ロボットハンド６２の幅は、搬送ロボット６を作動させたときにトレイＴがずれたり、落下したりしないようにトレイＴの面積に応じて適宜設定される。また、ロボットハンド６２の下面には、ベルヌーイ式のチャック機構６２ａが設けられていると共に、ロボットハンド６２の上面は、トレイＴが載置されてトレイＴを支持するトレイ支持部６２ｂとして構成されている。チャック機構６２ａは、ロボットハンド６２の先端側の下面中央に形成された負圧発生用の逆凹状の空間６２１と、逆凹状の空間を画成する板状部材下面中央に形成した気体噴出孔６２２と、気体噴出孔６２２に連通するように板状部材の側面に穿設した気体通路６２３と、気体通路６２３に連通する気体供給管６２４とを備える。

そして、気体噴出孔６２２から、エアやアルゴンなどの気体を噴出させ、この気体噴出作用に伴うベルヌーイ効果を発生させる。これにより、ロボットハンド６２の空間６２１下方と、と基板Ｗの上面との間に正圧と負圧の均衡状態をつくり、基板Ｗの下面に作用する大気圧との圧力バランスによって基板Ｗを浮遊させ、基板Ｗがロボットハンド６２の下方で非接触で保持される。この場合、基板Ｗの位置決めは、例えば、同一の出願人により特許出願がなされ、出願公開された特開２００６−１９５４４号公報記載のものが利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。また、本実施形態では、ベルヌーイ式のものを例に説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、真空パッド等により基板Ｗを吸着保持するもので構成することができる。

トレイ支持部６２ｂの所定位置には、トレイＴの輪郭の一部に一致した所定高さの突条６２５が設けられている。ロボットハンド６２先端から突条６２５までの長さは、トレイ支持部６２ｂにトレイＴが載置されたとき、トレイＴの重心がトレイ支持部６２ｂ上に存するように設定される。そして、例えば、トレイ用の収納部５からトレイＴを取り出す場合には、突条６２５にトレイＴの外周を当接させることでロボットハンドＴが確実にトレイ支持部６２ｂで支持されるようにしている。なお、トレイ支持部６２ｂを構成する板状部材の上面には高摩擦材料を設けるようにしてもよい。

図３に示すように、移載ステージ７は、上下に重ねた基板用及びトレイ用の両収納部４、５に、搬送ロボット６を挟んで対向するように配置され、上下動及び回転駆動自在に設けられたリフター７１と、リフター７１の円形の支持部７１ａ上に設けられたテーブル７２とを備え、これらの部品が、基板Ｗの受け渡し位置に一致するようにトレイＴのアライメントを行うアライメント機構を構成する。テーブル７２には、ロボットハンド６２の進退を許容する切り込み部７２ａが形成されている。また、テーブル７２の外周には、トレイＴの中心位置をテーブル７２の中心位置に位置決めする位置合わせ機構部７２ｂを備え、この位置合わせ機構部７２ｂにてトレイＴを位置決めした後、リフター７１によりテーブル７２を回転駆動して、トレイＴの凹部Ｔ１への基板Ｗの受け渡し位置に一致するようにトレイＴの位相合わせが行われるようになっている。なお、このアライメント機構の構成及びそのアライメント動作については、同一の出願人により特許出願がなされ、出願公開された特開２００６−１９５４４号公報に記載されているため、ここでは、詳細な説明を省略する。

真空処理装置２は、フログレッグ式等の公知の真空搬送ロボット２１ａが配置され、基台３に固定された中央の真空搬送室２１と、この搬送室２１を囲うように、搬送室２１の側壁にゲートバルブＶを介して左右のロードロック室２２ｌ、２２ｒ及び２個の真空処理室２３ａ、２３ｂとが設けられている。

ロードロック室２２ｌ、２２ｒは、その基板投入口（図示せず）が搬送ロボット６の回転軸６３と対向するように配置されている。また、真空処理室２３ａ、２３ｂには、反応性イオンエッチングを行う公知の部品（図示せず）が組み込まれ、基板Ｗに対してエッチング処理をなし得る。

次に、本発明の実施形態の基板搬送装置１を備えた真空処理システムＳの作動を説明する。先ず、複数枚の基板Ｓが収納されたカセットＫと空のカセットＫとを基台３の天板３１上の所定位置にそれぞれ載置する。この作業は、例えば手作業で行うことができる。また、トレイ用の収納部５の一方（例えば、５ａ）には、複数枚のトレイＴが予め収納されている。この状態から、搬送ロボット６にてトレイ用の収納部５ａから一枚のトレイＴを取り出し、移載ステージ７に移送する。その際、支持テーブル７１ａは上動位置に存し、この状態でテーブル７２上にトレイＴを受け渡す。その後、テーブル７２を下動させて基台３の天板３１に載置されると、位置合わせ機構部７２ｂにて位置決め及び位相合わせされて保持される。

次に、搬送ロボット６にてカセットＫから一枚の基板Ｗが取り出されてトレイＴ上に移送され、トレイＴの凹部Ｔ１に落とし込むことでセットされる。そして、リフター７１によりテーブル７２を適宜回転させて位相合わせを行いつつこの作業を順次繰り返し、トレイＴの各凹部Ｔ１に基板Ｗがセットされる。全ての凹部Ｔ１に基板Ｗがセットされると、テーブル７２を再度上動し、この上動位置にて搬送ロボット６のロボットハンド６２でテーブル７２から基板ＳがセットされたトレイＴを受け取る。そして、いずれか一方のロードロック室２２ｌへと移送する。なお、ロードロック室２２ｌへとトレイＴが移送されると、搬送ロボット６により、上記と同様にして次のトレイＴが移載ステージ７へと移送され、引き続き、このトレイＴに処理前の基板Ｗがセットされ、その後、他方のロードロック室２２ｒへと移送される。

他方、ロードロック室２２ｌに搬送されたトレイＴは、所定真空度まで真空引きされた後、真空搬送ロボット２１により、真空処理室２３ａへと移送され、エッチング処理が行われる。エッチング処理後、真空搬送ロボット２１により真空処理室２３ａから取り出されたトレイＴは、再度一方のロードロック室２２ｌに移送される。そして、ロードロック室２２ｌの大気開放後、搬送ロボット６により取り出されて移載ステージ７に移送される。この場合、テーブル７２は上動位置に存し、この状態でテーブル７２上にトレイＴを受け渡す。そして、搬送ロボット６のチャック機構６２ａにて基板ＷがトレイＴから取り出され、空のカセットＫへの処理後の基板Ｗが戻される。この手順が繰り返された後、全ての基板Ｗが取り出されると、上記と同様にして処理前の基板Ｗが再度セットされる。これらを繰り返すことでカセットＫ内の基板Ｗが順次エッチング処理される。

以上説明したように、本実施形態の基板搬送装置１を備えた真空処理システムＳによれば、ロボットハンド６２の下面にチャック機構６２ａが設けられていると共に、ロボットハンド６２の上面がトレイ支持部６２ｂとなる構成を採用したため、単一の搬送ロボット６にて基板Ｗ及びトレイＴを搬送できる。このため、基板搬送装置１の設置スペースを小さくでき、その上、装置を構成する部品の点数を減らして低コスト化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、２個の真空処理室２３ａ、２３ｂを設けたものを例に説明しているが、これに限定されるものではない。真空処理室２３ａ、２３ｂは３個以上設けることができ、また、エッチング処理をするものに代えて、スパッタリングや蒸着処理を行い得るように構成することもできる。

また、本実施形態では、トレイ用の収納部５を２つ設けたものを例に説明したが、設置面積が増加しない範囲で複数設けることもできる。

１…基板搬送装置、２…真空処理装置、４…基板用の収納部（カセットＫ）、５…トレイ用の収納部、６…搬送ロボット、６２…ロボットハンド、６２ａ…ベルヌーイ式のチャック機構、６２ｂ…トレイ支持部、７…移載ステージ、７１…リフター（アライメント機構）７２ａ…テーブル（アライメント機構）、Ｓ…真空処理システム、Ｔ…トレイ、Ｗ…基板（処理対象物）、２１…搬送室、２２…ロードロック室、２３…処理室

Claims (2)

1. 基板の複数枚を収納可能な基板用の収納部と、
   複数枚の基板を位置決め支持する支持部が形成されたトレイの複数枚を収納可能なトレイ用の収納部と、
   基板用及びトレイ用の両収容部に収納された基板またはトレイを搬送し得る搬送ロボットと、
   トレイへの基板の移載が行われる移載ステージとを、備え、
   前記搬送ロボットは、その先端にロボットハンドを有し、このロボットハンドの下面にチャック機構が設けられていると共に、ロボットハンドの上面に、トレイが支持されるトレイ支持部が設けられ、
   このロボットハンドにてトレイを移載ステージに受け渡した後、基板をトレイに移載する際に、このトレイの支持部が基板の受け渡し位置に一致するようトレイをアライメントするアライメント機構を更に備えたことを特徴とする基板搬送装置。
2. 請求項１記載の基板搬送装置と、
   搬送ロボットを配置した中央の真空搬送室と、この搬送室を囲うように配置されたロードロック室及び真空処理室とを有する真空処理装置とを、同一の基台上に一体に配置してなることを特徴とする真空処理システム。

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