JP2019195055A - 半導体プロセス用の基板搬送機構及び成膜装置 - Google Patents

半導体プロセス用の基板搬送機構及び成膜装置 Download PDF

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Abstract

【課題】堆積プロセスのスループットを向上できるとともに、回路を汚染することを防止できる基板搬送機構及び気相成膜システムを提供する。【解決手段】半導体プロセス用の成膜装置における基板搬送機構１１であって、複数の受渡部１１２,１１４と、複数のフロントアーム１１１,１１３と、バックアーム１１５とを含む。複数の受渡部は、夫々に複数のフロントアームに取り付けられ、各々に基板を受け渡す。複数のフロントアームは、バックアームに設けられるとともに、夫々にバックアームに対して近づく又は離れるように移動する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体基板上に薄膜を形成する気相成膜装置に関し、詳しくは、半導体プロセス用の成膜装置における基板搬送機構に関するものである。
半導体基板上に薄膜を形成するプロセスにおいて、成膜装置における基板が収納されるチャンバ内には、ガス噴射器によりガス供給源から供給されるガスを水平（又は垂直）にサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）に搭載される基板の上方に噴射し混ぜさせ、加熱による物理的又は化学的な反応によって、基板（例えば、ウエハ）上に薄膜を堆積する。
従来の成膜装置は、気相堆積により薄膜を形成するためのチャンバを備える。このチャンバは、チャンバ壁により取り囲まれることによって、ほぼ真空になるように構成される密閉チャンバである。このチャンバ内に、複数の基板保持部材を有することにより、複数の基板を載置して保持するサセプタが設置される。基板保持部材と対向するように対向面形成部材が設置され、前記基板保持部材と前記対向面形成部材との間にガス噴射器が設置される。前記ガス噴射器は、独立した三つのガス流路が形成され、一般的に、プロセス用ガス（例えば、Ｈ２／Ｎ２／Ｖ族原料ガス、ＩＩＩ族原料ガスとキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）の混合ガス、及びＨ２／Ｎ２／Ｖ族原料ガス）の輸送及び導入に利用され、それらのガスを基板上に水平に噴射して混合させ、加熱による物理的又は化学的な反応により、薄膜をウエハ上に堆積するものである。
前記成膜装置は、複数の基板を外部のカセット（ｃａｓｓｅｔｔｅ）から順に載置し、例えば、従業員により真空ツールを操作することにより、各基板をカセットから取り出し、異なる基板保持部材上に載置しても良い。しかし、人工により基板の表面（回路が形成される面）を吸着し、又は、載置する間に、パーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）がクリーンウエア又は真空ツールから基板の表面に落ち、基板に形成された回路を汚染し、歩留まりを低下させる恐れがある。或は、真空ロボットにより各基板をカセットから取り出し、異なる基板保持部材上に夫々載置しても良い。しかし、上記のような受渡サイクルは、一度に一枚の基板しか扱わないため、スループット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）があまり良くない。一方、真空ツール又は真空ロボットが基板の表面に直接的に接触するため、形成された微細回路を損なう可能性もある。なお、基板保持部材に基板を載置する際に、位置ずれが発生してしまう恐れもある。
上記したように、半導体の製造には、上記の問題点を改善できる気相成膜システムが求められている。これにより、堆積された薄膜の質及び単位時間当たりのスループットを向上することが可能となる。
本発明は、基板搬送機構の設計を改良することにより、堆積プロセスのスループット（即ち、単位時間当たりのスループット）を向上できるとともに、外からのパーティクルが基板に形成された回路を汚染することを防止できる基板搬送機構及び気相成膜システムを提供する。
本発明は、カメラを利用することにより、前記基板搬送機構が基板を所望の位置に配置できると共に、堆積された膜の歩留まりを向上できる基板搬送機構及び気相成膜システムを提供する。
本発明は、静電チャック（Ｅ−ｃｈｕｃｋ）にて基板の正面を吸着することにより、基板の破裂、又は、基板に形成された微細回路に傷をつけることを防止できる基板搬送機構を提供する。
そこで、本発明の一実施例によれば、バックアームと、前記バックアームに設けられると共に、夫々に前記バックアームに対して近づく、又は離れるように移動する複数のフロントアームと、対応する前記複数のフロントアームに取り付けられ、基板を受け渡すための複数の受渡部と、を含む半導体プロセス用の基板搬送機構が提供される。
他の実施例において、前記複数の受渡部は、静電チャックである。
他の実施例において、前記複数のフロントアームは、夫々に前記バックアームにおける対向の両表面に設けられると共に、前記バックアームの長手方向において外側に伸びる、または内側に重なり合う。
他の実施例において、固定アームを更に含み、前記バックアームは、前記固定アームに設けられると共に、夫々に前記固定アームに対して近づく、又は離れるように移動する。
他の実施例において、前記固定アームに接続されると共に、前記固定アームが回転できるように駆動する支持部を更に含む。
他の実施例において、前記支持部に接続されると共に、前記支持部が上昇、又は下降できるように駆動する基部を更に含む。
本発明の他の実施例によれば、複数の基板保持部材を含むチャンバ、及び、バックアームと、前記バックアームに設けられると共に、夫々に前記バックアームに対して近づく、又は離れるように移動する複数のフロントアームと、対応する前記複数のフロントアームに取り付けられ、基板を受け渡すための複数の受渡部と、を含む基板搬送機構を含む半導体プロセス用の成膜システムが提供される。
他の実施例において、前記複数の受渡部は、複数の基板を順に吸着して、前記複数の基板を対応する前記複数の基板保持部材に順に配置する。
他の実施例において、前記複数の受渡部のいずれか一つが前記基板保持部材から基板を吸着した後、他の基板を既に吸着している前記複数の受渡部のうち、他方の受渡部が前記他の基板を、アンロードしたばかりの前記基板保持部材に配置する。
他の実施例において、カメラを更に含み、前記複数の受渡部のいずれか一つが基板を前記複数の基板保持部材のいずれか一つに配置した場合、前記カメラは、前記基板と前記基板保持部材の影像を撮影して、前記影像における両者の相対位置を判断することによって、前記受渡部の位置を調整する。
本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。 本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。
以下、本発明を実施するための各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一又は同一の構成については、同一の符号を付与することによって、重複した説明を省略する。
図１Ａ〜１Ｄは、本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。図１Ａに示すように、成膜システム１０は、基板搬送機構１１と、チャンバ１２とを含み、さらに、複数のウエハを収納するカセット８０を含む。前記基板搬送機構１１は、前記カセット８０に収納されたウエハを取り出し、又は前記カセット８０の空いたスペースにウエハを入れることができる。前記チャンバ１２は、複数の基板保持部材１２１が有って回転可能なサセプタを備え、この基板保持部材１２１の上方にカメラ１２２が設置されている。
前記基板搬送機構１１は、第一フロントアーム１１１と、第一受渡部１１２と、第二フロントアーム１１３と、第二受渡部１１４と、バックアーム１１５と、を含む。前記第一フロントアーム１１１及び前記第二フロントアーム１１３は、前記バックアーム１１５に設置されるとともに、夫々に前記バックアーム１１５に対して近づく、又は離れるように移動できる。例えば、前記第一フロントアーム１１１及び前記第二フロントアーム１１３は、夫々に前記バックアーム１１５における対向の両表面（上表面と下表面）に接続されるとともに、長さ方向において前記バックアーム１１５に対して外側に伸びる、又は、前記バックアーム１１５に重なり合うように移動することができる。前記第一受渡部１１２及び前記第二受渡部１１４は、基板を受け渡すためのものであり、夫々に前記第一フロントアーム１１１及び前記第二フロントアーム１１３に取り付けられている。
前記基板搬送機構１１は、固定アーム１１６と、支持部１１７と、基部１１８と、を更に含む。前記バックアーム１１５は、前記固定アーム１１６に取り付けられるとともに、夫々に前記固定アーム１１６に対して近づく、又は離れるように移動できる。前記支持部１１７は、前記固定アーム１１６に接続されるとともに、前記固定アーム１１６が回転できるように駆動する。前記基部１１８は、前記支持部１１７に接続されるとともに、前記支持部１１７が上昇、又は下降できるように駆動する。
前記第一フロントアーム１１１は、前記バックアーム１１５に対して前記カセット８０内に伸び出すことができる。前記第一受渡部１１２が基板Ｗ１を吸着すると同時に、前記第二フロントアーム１１３が前記バックアーム１１５の下方に退避して、前記バックアーム１１５と重なり合う。
図１Ｂ〜１Ｄは、第一実施例における、図１Ａに続く基板搬送の動作を示す図である。図１Ｂに示すように、前記基板Ｗ１が前記第一受渡部１１２に吸着されたら、前記支持部１１７は、適切な位置まで上昇して、前記第二フロントアーム１１３は、前記バックアーム１１５に対して前記カセット８０内まで伸び出した後、前記第二受渡部１１４は、基板Ｗ２を吸着する。前記基板Ｗ１が前記第一受渡部１１２に吸着されるとともに、前記基板Ｗ２が前記第二受渡部１１４に吸着されたら、前記基板搬送機構１１は、二枚の基板Ｗ１及び基板Ｗ２を同時に前記チャンバ１２内に搬送する。
図１Ｃに示すように、前記第一受渡部１１２が前記基板Ｗ１を前記基板保持部材１２１に配置する同時に、前記基板Ｗ２を吸着している前記第二受渡部１１４は、前記バックアーム１１５の下方に待機する。前記基板Ｗ１が前記第一受渡部１１２により前記基板保持部材１２１に配置されたら、前記カメラ１２２は、前記基板Ｗ１と前記基板保持部材１２１の影像を撮影すると共に、前記影像における両者の相対位置を判断することにより、前記第一受渡部１１２の位置を調整する。
そして、前記基板Ｗ１が前記基板保持部材１２１に配置されたら、前記支持部１１７が上昇するとともに、前記サセプタは他の基板保持部材１２３が同一の受渡位置になるように回転する。この時、前記第一フロントアーム１１１は、前記バックアーム１１５の真下側まで退避して、前記バックアーム１１５と重なり合う。図１Ｄに示すように、前記第二フロントアーム１１３は、前記第二受渡部１１４が前記基板Ｗ２を前記基板保持部材１２３に配置できるように、前記バックアーム１１５に対して前記チャンバ１２の内部におけるサセプタ（未図示）まで伸び出す。
この実施例において、各前記受渡部（１１２、１１４）は、静電チャックであり、誘電体材料によりポテンシャルエネルギーを蓄えることによって生じた静電気で基板等の材料を吸附するものである。また、前記基板搬送機構１１における前記第一フロントアーム１１１、前記第一受渡部１１２、前記第二フロントアーム１１３、前記第二受渡部１１４、前記バックアーム１１５、前記固定アーム１１６、前記支持部１１７及び前記基部１１８は、ロボットアームのようなものを適用してもよいが、各種の機械部材、例えば、リンク機構、リニアスライド、サーボモーター、リニアモーター、タイミンプーリ（ｔｉｍｅ ｐｕｌｌｅｙ）、タイミングベルト（ｔｉｍｅ ｂｅｌｔ）等の機械部品を組み合せたものを適用しても良い。
図１Ａ〜１Ｄに対応して、図２Ａ〜２Ｄは、本発明の第一実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。図２Ａ〜２Ｄには、前記基板保持部材（１２１、１２３）の上方にある前記カメラ１２２が図示されていないが、図２Ａ〜２Ｄは、夫々に図１Ａ〜１Ｄを模式的に示す側面図に対応する図であるため、図２Ａ〜２Ｄに関する説明は、上記の記載を参酌しても良い。
図３Ａ〜３Ｄは、本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す側面図である。図３Ａに示すように、成膜システム１０は、基板搬送機構１１と、チャンバ１２とを含み、さらに、複数のウエハを収納するカセット８０を含む。前記基板搬送機構１１は、前記カセット８０に収納されたウエハを取り出し、又は前記カセット８０の空いたスペースにウエハを入れることができるものである。前記チャンバ１２は、複数の基板保持部材１２１が有って回転可能なサセプタを備え、この基板保持部材１２１の上方にカメラ１２２が設置されている。
前記基板搬送機構１１は、第一フロントアーム１１１と、第一受渡部１１２と、第二フロントアーム１１３と、第二受渡部１１４と、バックアーム１１５と、を含む。前記第一フロントアーム１１１及び前記第二フロントアーム１１３は、前記バックアーム１１５に設置されるとともに、夫々に前記バックアーム１１５に対して近づく、又は離れるように移動できる。例えば、前記第一フロントアーム１１１及び前記第二フロントアーム１１３は、夫々に前記バックアーム１１５における対向の両表面（上表面と下表面）に接続されるとともに、長さ方向において前記バックアーム１１５に対して外側に伸びる、又は、前記バックアーム１１５に重なり合うように移動することができる。前記第一受渡部１１２及び前記第二受渡部１１４は、基板を受け渡すためのものであり、夫々に前記第一フロントアーム１１１及び前記第二フロントアーム１１３に取り付けられている。
前記基板搬送機構１１は、固定アーム１１６と、支持部１１７と、基部１１８と、を更に含む。前記バックアーム１１５は、前記固定アーム１１６に取り付けられるとともに、夫々に前記固定アーム１１６に対して近づく、又は離れるように移動できる。前記支持部１１７は、前記固定アーム１１６に接続されるとともに、前記固定アーム１１６が回転できるように駆動する。前記基部１１８は、前記支持部１１７に接続されるとともに、前記支持部１１７が上昇、又は下降できるように駆動する。
前記第一フロントアーム１１１は、前記バックアーム１１５に対して前記カセット８０内に伸び出すことができる。前記第一受渡部１１２が基板Ｗ１を吸着すると同時に、前記第二フロントアーム１１３が前記バックアーム１１５の下方に退避して、前記バックアーム１１５と重なり合う。
図１Ｂに対して、この実施例における前記第二受渡部１１４は、続いて基板Ｗ２を吸着しない。図３Ｂに示すように、前記基板Ｗ１が前記第一受渡部１１２に吸着されたら、前記第二受渡部１１４に基板が吸着されていない状態で、前記第一受渡部１１２は、前記基板Ｗ１を前記チャンバ１２内に搬送する。この時、前記基板保持部材１２１には既に一枚の基板Ｗ３が載置されており、前記基板Ｗ３が堆積プロセス済みの基板であるため、前記基板搬送機構１１により受渡サイクル、又は前記チャンバ１２においてロードとアンロードとの二つの動作を行うことができる。前記第二受渡部１１４が前記基板保持部材１２１から前記基板Ｗ３を吸着する時、前記基板Ｗ１を吸着している前記第一受渡部１１２は、前記バックアーム１１５の上方に待機する。
そして、図３Ｃに示すように、前記基板保持部材１２１に載置された前記基板Ｗ３が吸着されたら、前記支持部１１７が下降して、前記基板Ｗ３を吸着している前記第二受渡部１１４が前記バックアーム１１５の下方に待機する。前記第二フロントアーム１１３は、前記バックアーム１１５に対して前記チャンバ１２内のサセプタ（未図示）に伸び出すことができるため、前記第一受渡部１１２により前記基板Ｗ１を空いた前記基板保持部材１２１に載置させることができる。前記基板Ｗ１が前記第一受渡部１１２により前記基板保持部材１２１に配置されたら、前記カメラ１２２は、前記基板Ｗ１と前記基板保持部材１２１の影像を撮影すると共に、前記影像における両者の相対位置を判断することにより、前記第一受渡部１１２の位置を調整する。
図３Ｄを参照して、前記基板Ｗ３を吸着している前記第二受渡部１１４と空いたばかりの前記第一受渡部１１２は、前記基板搬送機構１１の動作と伴い、前記カセット８０まで移動する。前記第二フロントアーム１１３が前記バックアーム１１５に対して前記カセット８０内に伸び出した後、前記第二受渡部１１４は、前記基板Ｗ３をカセット８０の空いたスペース（この実施例では、カセット８０の一番上にあるスペース）に配置する。前記基板保持部材１２１に配置された前記基板Ｗ１に対して、堆積プロセスを行うことができる。
図３Ａ〜３Ｄに対応して、図４Ａ〜４Ｄは、本発明の第二実施例に係わる気相成膜システムを模式的に示す平面図である。図４Ａ〜４Ｄにおいて、前記基板保持部材１２１の上方にある前記カメラ１２２が図示されていないが、図４Ａ〜４Ｄは、夫々に図３Ａ〜３Ｄを模式的に示す側面図に対応する図であるため、図４Ａ〜４Ｄに関する説明は、上記の記載を参酌しても良い。
以上、本発明の技術内容及び技術特点の詳細について説明したが、本発明に属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の記載及び教示に基づき、本発明の精神を離脱しない各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。そのため、本発明の範囲は実施例の掲示内容に限定されることではない。本発明の精神を離脱しない各種の変更例または修正例も本発明の範囲に含まれるものであり、添付の特許請求の範囲に含まれるべきである。
１０ 成膜システム
１１ 基板搬送機構
１２ チャンバ
８０ カセット
１１１ 第一フロントアーム
１１２ 第一受渡部
１１３ 第二フロントアーム
１１４ 第二受渡部
１１５ バックアーム
１１６ 固定アーム
１１７ 支持部
１１８ 基部
１２１ 基板保持部材
１２２ カメラ
１２３ 基板保持部材
Ｗ１ 基板
Ｗ２ 基板
Ｗ３ 基板

Claims (15)

  1. バックアームと、
    前記バックアームに設けられると共に、夫々に前記バックアームに対して近づく、又は離れるように移動する複数のフロントアームと、
    対応する前記複数のフロントアームに取り付けられ、基板を受け渡すための複数の受渡部と、を含む
    半導体プロセス用の基板搬送機構。
  2. 前記複数の受渡部は、静電チャックであることを特徴とする
    請求項１に記載の半導体プロセス用の基板搬送機構。
  3. 前記複数のフロントアームは、夫々に前記バックアームにおける対向の両表面に設けられると共に、前記バックアームの長手方向において外側に伸びる、または内側に重なり合うことを特徴とする
    請求項１に記載の半導体プロセス用の基板搬送機構。
  4. 固定アームを更に含み、
    前記バックアームは、前記固定アームに設けられると共に、夫々に前記固定アームに対して近づく、又は離れるように移動することを特徴とする
    請求項１に記載の半導体プロセス用の基板搬送機構。
  5. 前記固定アームに接続されると共に、前記固定アームが回転できるように駆動する支持部を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体プロセス用の基板搬送機構。
  6. 前記支持部に接続されると共に、前記支持部が上昇、又は下降できるように駆動する基部を更に含むことを特徴とする
    請求項５に記載の半導体プロセス用の基板搬送機構。
  7. 複数の基板保持部材を含むチャンバ、及び
    バックアームと、
    前記バックアームに設けられると共に、夫々に前記バックアームに対して近づく、又は離れるように移動する複数のフロントアームと、
    対応する前記複数のフロントアームに取り付けられ、基板を受け渡すための複数の受渡部と、を含む基板搬送機構、を含む
    半導体プロセス用の成膜システム。
  8. 前記複数の受渡部は、複数の基板を順に吸着して、前記複数の基板を対応する前記複数の基板保持部材に順に配置することを特徴とする
    請求項７に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  9. 前記複数の受渡部のいずれか一つが前記基板保持部材から基板を吸着した後、他の基板を既に吸着している前記複数の受渡部のうち、他方の受渡部が前記他の基板を、アンロードしたばかりの前記基板保持部材に配置することを特徴とする
    請求項７に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  10. カメラを更に含み、
    前記複数の受渡部のいずれか一つが基板を前記複数の基板保持部材のいずれか一つに配置した場合、前記カメラは、前記基板と前記基板保持部材の影像を撮影して、前記影像における両者の相対位置を判断することによって、前記受渡部の位置を調整することを特徴とする
    請求項７に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  11. 前記複数の受渡部は、静電チャックであることを特徴とする
    請求項７に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  12. 前記複数のフロントアームは、夫々に前記バックアームにおける対向の両表面に設けられると共に、前記バックアームの長手方向において外側に伸びる、または内側に重なり合うことを特徴とする
    請求項７に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  13. 固定アームを更に含み、
    前記バックアームは、前記固定アームに設けられると共に、夫々に前記固定アームに対して近づく、又は離れるように移動することを特徴とする
    請求項７に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  14. 前記固定アームに接続されると共に、前記固定アームが回転できるように駆動する支持部を更に含むことを特徴とする
    請求項１３に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
  15. 前記支持部に接続されると共に、前記支持部が上昇、又は下降できるように駆動する基部を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体プロセス用の成膜システム。
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