JP2017183384A - 搬送装置及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の低コスト化を図りつつ、ウェハを精度よく検出する。【解決手段】本実施形態に係る搬送装置は、ウェハを搬送する搬送装置であって、ウェハを保持する保持手段と、保持手段におけるウェハが保持される位置の近傍に配置される温度センサと、温度センサによって検出される温度に基づいて、保持手段上のウェハの有無を判断する処理手段と、を備える。また、本実施形態に係る半導体製造装置は、ウェハに熱処理を行うプロセス装置と、プロセス装置で熱処理が行われるウェハの搬送を行う搬送装置と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、搬送装置及び半導体製造装置に関する。

半導体デバイスの製造に用いられるウェハの表面には、単結晶シリコンのエピタキシャル膜や、酸化膜などの薄膜が形成される。ウェハに対する薄膜の形成は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置などの半導体製造装置によって行われる。この種の半導体製造装置でのウェハのハンドリングや、半導体製造装置に対するウェハの搬送には、例えばロボットアームなどの搬送装置が用いられる。

搬送の際、ロボットアームに保持されたウェハは、例えば光学式センサや、ロボットアームに設けられた磁気センサなどによって検出される（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−２６８５５６号公報

光学式センサは、ウェハが処理されるチャンバの外に配置することができる。そのため、ガスや熱の影響を受けることなく、ウェハを検出することができる。しかしながら、光学式センサは、構造が複雑なため高価である。したがって、光学式センサを用いると、半導体製造装置の製造コストやランニングコストが増加する。また、ウェハの表面の状態によっては、ウェハの検出精度が低下することも考えられる。

磁気センサを用いてウェハを検出するためには、磁気センサをウェハの近傍に配置する必要がある。このため、ロボットアームに保持されるウェハが、８００度以上に加熱されるような場合には、磁気センサが熱によって劣化し、ウェハの検出精度が低下することが予想される。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、装置の低コスト化を図りつつ、ウェハを精度よく検出することを課題とする。

上記課題を解決するため、本実施形態に係る搬送装置は、ウェハを搬送する搬送装置であって、ウェハを保持する保持手段と、保持手段におけるウェハが保持される位置の近傍に配置される温度センサと、温度センサによって検出される温度に基づいて、保持手段上のウェハの有無を判断する処理手段と、を備える。

また、本実施形態に係る半導体製造装置は、ウェハに熱処理を行うプロセス装置と、プロセス装置で熱処理が行われるウェハの搬送を行う上記搬送装置と、を備える。

本発明によれば、ウェハの検出に温度センサが用いられる。したがって、装置の低コスト化を図りつつ、ウェハを精度よく検出することができる。

本実施形態に係る半導体製造装置の概略構成を示す図である。 搬送アームの平面図である。 保持部の斜視図である。 保持部に保持されるウェハを示す図である。 搬送アームの制御系のブロック図である。 温度センサの検出結果を表すグラフを示す図である。 変形例に係る搬送アームを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態の説明にあたっては、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。

図１は、本実施形態に係る半導体製造装置１０の概略構成を示す図である。半導体製造装置１０は、例えばウェハＷの表面に、例えば熱化学反応により単結晶シリコンのエピタキシャル膜を形成する成膜装置である。図１に示されるように、半導体製造装置１０は、４つの反応室２１〜２４、搬送モジュール３０、及び搬送装置４０を備えている、半導体製造装置１０には、複数枚のウェハＷが収容されるウェハカセット５０が装着される。

反応室２１〜２４には、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）などの原料ガスの供給源と、Ｈ_２などのキャリアガスの供給源が接続されている。反応室２１〜２４では、室内に供給される原料ガスとキャリアガスとが反応することにより、加熱されたウェハＷの表面に、シリコンエピタキシャル膜が生成される。反応室２１〜２４では、ウェハＷは、例えば１０００度以上になるまで加熱される。

搬送モジュール３０は、チャンバ３０ａ、ロードロック室３６、及びチャンバ３０ａに収容される搬送アーム９０Ａ，９０Ｂを備えている。

チャンバ３０ａは、搬送モジュール３０の内部空間を外部から気密するケーシングである。チャンバ３０ａの内部空間は、ゲート３１〜３４を介して反応室２１〜２４の内部空間と通じる。チャンバ３０ａと反応室２１〜２４との間のウェハＷの搬送は、ゲート３１〜３４を介して行われる。

ロードロック室３６は、チャンバ３０ａの内部空間を大気に開放しないことを目的に設けられた気密室である。ロードロック室３６の内部空間は、ゲート３５を介してチャンバ３０ａの内部空間と通じる。また、ロードロック室３６の内部空間は、ゲート３７を介して外部空間と通じる。

ゲート３１〜３４は、反応室２１〜２４に対するウェハＷの搬入出時に開となり、反応室２１〜２４で成膜処理を行うときに閉となり、反応室２１〜２４を密閉する。また、ゲート３５，３７は、ロードロック室３６に対するウェハＷの搬入出時に開となる。また、それ以外のときに閉となり、ロードロック室３６を密閉する。

搬送アーム９０Ａは、各反応室２１〜２４とロードロック室３６との間で、ウェハＷの搬送を行う装置である。図２は、搬送アーム９０Ａの平面図である。図２に示されるように、搬送アーム９０Ａは、ベース９１、ウェハＷを保持する保持部９４、及びベース９１に対して、保持部９４を移動可能に支持する１組のアーム９２，９３を備えている。

ベース９１は、不図示の支持部材によって、チャンバ３０ａの中央で支持されている。ベース９１には、アーム９２の一端が回動可能に接続されている。

アーム９２の一端は、ベース９１に対して、Ｚ軸に平行な軸Ｓ１を中心に回動可能に接続されている。また、アーム９２の他端には、アーム９３の一端が、Ｚ軸に平行な軸Ｓ２を中心に回動可能に接続されている。

保持部９４は、先端（＋Ｙ側端）が２つの指部９４ａ，９４ｂに分岐したＹ字状の部材である。保持部９４の根本（−Ｙ側端）は、アーム９３の他端に、Ｚ軸に平行な軸Ｓ３中心に回動可能で、Ｚ軸に沿って昇降可能に接続されている。

図３は、保持部９４の斜視図である。図３に示されるように、指部９４ａには、温度センサ９６が配置されている。温度センサ９６は、例えば熱電対を用いた熱電対式の温度センサである。温度センサ９６は、図４を参照するとわかるように、保持部９４にウェハＷが保持される位置、或いはウェハＷが保持される位置の近傍に配置されている。温度センサ９６への配線は、例えば、保持部９４の下面に敷設される。

図５は、搬送アーム９０Ａの制御系のブロック図である。搬送アーム９０Ａの制御系は、搬送アーム制御装置１００、駆動機構９７、温度センサ９６から構成される。

搬送アーム制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００ａ、主記憶部１００ｂ、補助記憶部１００ｃ、インタフェース部１００ｄ、及び上記各部を接続するシステムバス１００ｅを有するコンピュータである。

ＣＰＵ１００ａは、補助記憶部１００ｃに記憶されるプログラムを読み出して実行する。そして、プログラムに応じて、駆動機構９７を駆動する。

主記憶部１００ｂは、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリを有している。主記憶部１００ｂは、ＣＰＵ１００ａの作業領域として用いられる。

補助記憶部１００ｃは、ＲＯＭ（Read Only Memory）、磁気ディスク、半導体メモリなどの不揮発性メモリを有している。補助記憶部１００ｃは、ＣＰＵ１００ａが実行するプログラムを記憶している。

インタフェース部１００ｄは、ＬＡＮインタフェース、シリアルインタフェース、パラレルインタフェース、アナログインタフェースなどを備えている。駆動機構９７、温度センサ９６は、インタフェース部１００ｄを介して、搬送アーム制御装置１００に接続される。

駆動機構９７は、アーム９２，９３、及び保持部９４を駆動するためのモータや、リンク機構から構成される。駆動機構９７は、搬送アーム制御装置１００の指示に基づいて、保持部９４を、軸Ｓ１を中心に回転する。また、保持部９４を、軸Ｓ１から離間する方向、或いは軸Ｓ１へ接近する方向へ移動するとともに、Ｚ軸にそって昇降させる。これによって、ロードロック室３６と反応室２１〜２４との間で、ウェハＷの搬送が可能になる。

図１に戻り、搬送装置４０は、ウェハカセット５０とロードロック室３６との間でウェハＷの搬送を行う装置である。搬送装置４０は、搬送アーム９０Ａと同等の構成を有する搬送アーム９０Ｂを備えている。搬送装置４０の搬送アーム９０Ｂによって、ウェハＷの搬送が行われる。

ウェハカセット５０は、半導体製造装置１０に対して着脱自在なケースである。ウェハカセット５０には、複数枚のウェハＷが収容される。

次に、上述した半導体製造装置１０の動作について説明する。前提として、半導体製造装置１０の反応室２１〜２４は、ウェハＷが搬入されていないものとする。

半導体製造装置１０では、まず、搬送装置４０の搬送アーム９０Ｂによって、ウェハカセット５０からウェハＷがとり出され、ロードロック室３６へ搬入される。ロードロック室３６に搬送されたウェハＷは、搬送モジュール３０の搬送アーム９０Ａによって、反応室２１へ搬入される。同様に、順次ウェハＷが、反応室２２〜２４へ搬入される。

反応室２１〜２４へウェハＷが搬入されると、各反応室２１〜２４では、ウェハＷに対する成膜処理が行われる。これにより、ウェハＷは加熱され、その表面に、例えば単結晶シリコンのエピタキシャル膜などの被膜が生成される。

反応室２１〜２４で、被膜が生成されたウェハＷは、ウェハカセット５０から反応室２１〜２４へ搬送された手順と逆の手順で、ウェハカセット５０へ搬送される。

搬送アーム９０Ａ、９０ＢによるウェハＷの搬送では、温度センサ９６の検出結果に基づいて、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂに保持されたウェハＷの有無が検出される。例えば、反応室２１〜２４でエピタキシャル膜が形成される際に加熱されたウェハＷは、反応室２１〜２４内、或いは搬送中に冷却されるが、ウェハＷの温度は常温より高温となっている。ウェハＷが、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂによって反応室２１〜２４からウェハカセット５０へ搬送される際、ウェハＷが搬送アーム９０Ａ，９０Ｂ上に保持されるが、そのときウェハＷと接触する、或いはウェハＷの保持位置の近傍に配置される温度センサ９６は、ウェハＷが保持される前より高い温度を検出する。従って、検出される温度が高くなったときに搬送アーム９０Ａ，９０ＢにウェハＷが保持されていると判断することができる。

そのため、反応室２１〜２４からウェハＷを搬出する際に、搬送アーム９０Ａの搬送アーム制御装置１００は、温度センサ９６による温度の検出結果と閾値ＴＨ１とを比較する。そして、検出結果が閾値ＴＨ１以上になった場合に、搬送アーム９０Ａの保持部９４によって、ウェハＷが正常な位置で保持されたと判断する。

次に、搬送アーム９０Ａの搬送アーム制御装置１００は、反応室２１〜２４から搬出したウェハＷを、ロードロック室３６へ搬入する際に、温度センサ９６の検出結果と閾値ＴＨ２とを比較する。そして、検出結果が閾値ＴＨ２以下になったときに、ウェハＷが搬送アーム９０Ａの保持部９４からロードロック室３６へ受け渡されたと判断する。

同様に、反応室２１〜２４からロードロック室３６へ搬入されたウェハＷが、ロードロック室３６から搬出される際に、搬送アーム９０Ｂの搬送アーム制御装置１００は、温度センサ９６の検出結果と閾値ＴＨ３とを比較する。そして、検出結果が閾値ＴＨ３以上になった場合に、搬送アーム９０Ｂの保持部９４に、ウェハＷが正常な位置で保持されたと判断する。

次に、搬送アーム９０Ｂの搬送アーム制御装置１００は、ロードロック室３６から搬出したウェハＷを、ウェハカセット５０へ搬入する際に、温度センサ９６による温度の検出結果と閾値ＴＨ４とを比較する。そして、検出結果が閾値ＴＨ４以下になったときに、ウェハＷが搬送アーム９０Ｂの保持部９４からウェハカセット５０へ受け渡されたと判断する。

なお、上記閾値ＴＨ１〜ＴＨ４については、反応室２１〜２４での処理内容や、処理時間、或いはウェハＷの大きさや熱容量などに応じて決定することができる。

また、ウェハカセット５０から反応室２１〜２４へウェハＷを搬送するときには、ウェハＷの温度と、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂの温度との差が比較的小さい。この場合には、温度センサ９６によって検出される温度の変化に基づいて、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂに保持されたウェハＷが検出される。

図６には、温度センサ９６の検出結果を表すグラフが示されている。このグラフは、搬送アーム９０Ｂによって、ウェハＷが保持された時刻ｔ１の前後での検出結果が示されている。

例えば、成膜後のウェハＷを搬送したばかりの搬送アーム９０Ｂにおいては、ウェハカセット５０に収容されたウェハＷの温度よりも、搬送アーム９０Ｂの保持部９４の温度の方がわずかに高くなる。時刻ｔ１にウェハＷが保持されると、温度センサ９６の検出結果は、時刻ｔ１から比較的急峻に低下する。そして、一定の値に収束する。そこで、搬送アーム制御装置１００は、時刻ｔにおける検出結果としての温度ｆ（ｔ）を、時刻ｔで微分して得られる微分値ｄｆ（ｔ）／ｄｔを演算し、微分値の絶対値Ｖ１と閾値ＴＨ５とを比較する。そして、絶対値Ｖ１が閾値以上の場合に、ウェハＷが保持部９４に保持されたと判断する。

なお、閾値ＴＨ５の値については、作業環境や半導体製造装置１０の内部温度などによって決定することができる。

以上説明したように、本実施形態では、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂに保持されるウェハＷの検出のために温度センサ９６が用いられる。したがって、光学式センサなどの高価なセンサを用いた装置に比べて、製造コスト及びランニングコストを削減することが可能になる。

本実施形態では、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂに保持されるウェハＷの有無の検出のために構造がシンプルな温度センサ９６が用いられる。したがって、熱の影響を受けやすい高温環境下においても、精度よくウェハＷを検出することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、搬送アーム９０Ａ，９０Ｂの保持部９４に１つの温度センサ９６が設けられている場合について説明した。これに限らず、例えば図７に示されるように、保持部９４に複数の温度センサ９６を設けてもよい。これによれば、温度センサ９６の検出結果のバラつきに基づいて、温度センサ９６の故障や、保持部９４上のウェハＷの載置位置などを検出することが可能になる。

上記実施形態では、半導体製造装置１０が、ウェハＷ上に単結晶シリコンのエピタキシャル膜を生成する熱ＣＶＤ装置である場合について説明した。これに限らず、半導体製造装置１０が、高温下でウェハに酸化膜や窒化膜などを成膜する装置であってもよく、当該装置のみならず、ウェハを加熱処理する装置などであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 半導体製造装置
２１〜２４ 反応室
３０ 搬送モジュール
３０ａ チャンバ
３１〜３７ ゲート
３６ ロードロック室
４０ 搬送装置
５０ ウェハカセット
９０Ａ、９０Ｂ 搬送アーム
９１ ベース
９２，９３ アーム
９４ 保持部
９４ａ，９４ｂ 指部
９６ 温度センサ
９７ 駆動機構
１００ 搬送アーム制御装置
１００ａ ＣＰＵ
１００ｂ 主記憶部
１００ｃ 補助記憶部
１００ｄ インタフェース部
１００ｅ システムバス
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. ウェハを搬送する搬送装置であって、
   前記ウェハを保持する保持手段と、
   前記保持手段における前記ウェハが保持される位置の近傍に配置される温度センサと、
   前記温度センサによって検出される温度に基づいて、前記保持手段上の前記ウェハの有無を判断する処理手段と、
   を備える搬送装置。
2. 前記処理手段は、
   前記温度センサによって検出される温度の変化に基づいて、前記保持手段上の前記ウェハの有無を判断する請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記処理手段は、
   前記温度センサによって検出される温度変化の微分値に基づいて、前記ウェハの有無を判断する請求項１又は２に記載の搬送装置。
4. 前記温度センサは複数である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の搬送装置。
5. ウェハに熱処理を行うプロセス装置と、
   前記プロセス装置で熱処理が行われる前記ウェハの搬送を行う請求項１乃至４のいずれか一項に記載の搬送装置と、
   を備える半導体製造装置。

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