JP2020188218A - 真空搬送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】真空チャンバが変形した場合でも、搬送ロボットの搬送誤差を抑制すること。【解決手段】真空チャンバは、外部と導通する貫通穴が形成されている。搬送ロボットは、真空チャンバ内に配置され、基板を支持するアーム部と、貫通穴との間に隙間を設けて貫通穴を貫通し、アーム部を支持する支持部と、真空チャンバ外に配置され、支持部を支持するベース部とを備える。ベローズは、支持部の周囲を囲み、真空チャンバの内壁の貫通穴の周囲とアーム部とに封止して取り付けられている。【選択図】図１

Description

本開示は、真空搬送装置に関する。
特許文献１は、真空チャンバを構成する壁の一部にＯリングを介して搬送ロボットを取り付けた真空搬送装置を開示する。
特開２０１３−７７６６７号公報
本開示は、真空チャンバが変形した場合でも、搬送ロボットの搬送誤差を抑制する技術を提供する。
本開示の一態様による真空搬送装置は、真空チャンバと、搬送ロボットと、ベローズとを有する。真空チャンバは、外部と導通する貫通穴が形成されている。搬送ロボットは、真空チャンバ内に配置され、基板を支持するアーム部と、貫通穴との間に隙間を設けて貫通穴を貫通し、アーム部を支持する支持部と、真空チャンバ外に配置され、支持部を支持するベース部とを備える。ベローズは、支持部の周囲を囲み、真空チャンバの内壁の貫通穴の周囲とアーム部とに封止して取り付けられている。
本開示によれば、真空チャンバが変形した場合でも、搬送ロボットの搬送誤差を抑制できる。
図１は、実施形態に係る真空搬送装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、本実施形態に係る真空搬送装置を設置する流れの一例を説明する図である。 図３は、本実施形態に係る真空搬送装置を設置する流れの一例を説明する図である。 図４は、実施形態に係るアーム部の先端の低下の計測の一例を示す図である。
以下に、開示される真空搬送装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される真空搬送装置が限定されるものではない。
ところで、真空チャンバは、内部の圧力を大気状態から真空状態にした場合、大気圧により変形する。また、真空チャンバは、温度変化によっても変形する。このため、特許文献１のように、真空チャンバの壁面にＯリングを介して搬送ロボットを取り付けた場合でも、真空チャンバの変形による応力がＯリングを介して搬送ロボットに伝わり、搬送ロボットの位置や傾きが変化する。搬送ロボットは、位置や傾きが変化すると、同じ動作を行っても基板の搬送位置が変化し、搬送誤差が発生する。そこで、真空チャンバが変形した場合でも、搬送ロボットの搬送誤差を抑制することが期待されている。
［真空搬送装置の構成］
本実施形態に係る真空搬送装置の一例を説明する。図１は、実施形態に係る真空搬送装置１０の概略構成の一例を示す図である。実施形態に係る真空搬送装置１０は、減圧状態で基板を搬送する装置である。以下では、基板を半導体ウエハ（以下「ウエハ」とも称する）とした場合を例に説明する。
真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０を有する。真空チャンバ２０は、平板な箱型とされ、不図示の真空ポンプにより内部が所定の真空度に減圧可能とされている。真空チャンバ２０は、外部と導通する貫通穴２１が形成されている。例えば、真空チャンバ２０は、真空チャンバ２０の容器を構成する壁の一部に、開口２２が形成されている。本実施形態では、真空チャンバ２０を構成する下面の壁の一部に、開口２２が形成されている。真空チャンバ２０は、開口２２が平板な板状のフランジ２３により外側から封止されている。フランジ２３は、真空チャンバ２０の下部の壁の一部を構成する。フランジ２３には、貫通穴２１が形成されている。
真空搬送装置１０は、搬送ロボット３０を有する。搬送ロボット３０は、真空チャンバ２０に取り付けられている。搬送ロボット３０は、アーム部３１と、支持部３２と、ベース部３３とを有する。
アーム部３１は、真空チャンバ２０内に配置されている。アーム部３１は、複数のアーム３１ａを関節３１ｂで接続した多関節アームとして構成されている。本実施形態に係るアーム部３１は、３つのアーム３１ａが関節３１ｂで接続されている。関節３１ｂは、アーム３１ａを水平方向に回転させる。アーム部３１は、関節３１ｂにおいてアーム３１ａを回転させることで水平方向に伸縮可能とされ、先端のアーム３１ａでウエハＷを支持してウエハＷを搬送する。
アーム部３１は、支持部３２により支持されている。支持部３２は、円柱状に形成されており、貫通穴２１を貫通するように配置されている。支持部３２は、貫通穴２１の周面との間に所定間隔の隙間を設けている。支持部３２は、上端でアーム部３１を支持し、下部がベース部３３により支持されている。
ベース部３３は、真空チャンバ２０外に配置されている。ベース部３３は、ブラケット７１により床７２に固定されている。ベース部３３は、支持部３２を昇降させる昇降機構３４が設けられている。搬送ロボット３０は、ベース部３３の昇降機構３４により支持部３２を昇降させることで、アーム部３１を昇降させることが可能とされている。
支持部３２は、周囲を囲むようにベローズ４０が設けられている。ベローズ４０は、下端が真空チャンバ２０の貫通穴２１の周囲の内壁に取り付けられ、上端がアーム部３１に取り付けられている。ベローズ４０の下端と真空チャンバ２０の内壁との間、および、ベローズ４０の上端とアーム部３１との間は、不図示の封止部材により封止されている。真空搬送装置１０は、ベローズ４０およびアーム部３１によって貫通穴２１が封止されており、貫通穴２１から真空チャンバ２０内に大気が流入しないように構成されている。
また、真空チャンバ２０は、ウエハＷを搬送するための搬送口２５が側面に設けられている。搬送口２５は、ベローズ５１を介して処理室５０に接続されている。処理室５０には、開閉可能なゲートバルブ５２が設けられている。ベローズ５１と真空チャンバ２０の外壁との間、および、ベローズ５１とゲートバルブ５２との間は、不図示の封止部材により封止されている。処理室５０は、不図示の真空ポンプにより内部が所定の真空度に減圧可能とされ、減圧状態で基板処理を実施する。基板処理としては、例えば、成膜やエッチングなどが挙げられる。基板処理は、プラズマを用いた処理であってもよく、プラズマを用いない処理であってもよい。
搬送ロボット３０は、アーム部３１を伸縮させ、搬送口２５からベローズ５１を介して処理室５０にウエハＷを搬送する。例えば、ウエハＷに対して基板処理を実施する場合、搬送ロボット３０は、アーム部３１を伸縮させ、搬送口２５からベローズ５１を介して処理室５０にウエハＷを搬送する。処理室５０では、ゲートバルブ５２が閉じられ、ウエハＷに対して基板処理を実施する。
また、真空搬送装置１０は、制御部１００と、記憶部１０１とを有している。制御部１００および記憶部１０１は、例えば、コンピュータによって構成される。
記憶部１０１には、真空搬送装置１０を制御するための制御プログラムなどの各種のプログラムが格納されている。また、記憶部１０１には、プログラムで使用する処理条件などの各種データが格納されている。例えば、記憶部１０１には、補正情報１０１ａが記憶されている。なお、各種のプログラムや各種データは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）に記憶されていてもよい。また、各種のプログラムや各種データは、他の装置に記憶され、例えば専用回線を介してオンラインで読み出して利用されてもよい。
制御部１００は、記憶部１０１に記憶された制御プログラムなどの各種のプログラムを読み出し、真空搬送装置１０の動作を制御する。例えば、制御部１００は、アーム部３１の動作を制御する。また、制御部１００は、記憶部１０１に記憶された補正情報１０１ａに基づき、昇降機構３４を制御する。
次に、本実施形態に係る真空搬送装置１０を設置する流れについて説明する。
図２および図３は、本実施形態に係る真空搬送装置１０を設置する流れの一例を説明する図である。図２に示すように、搬送ロボット３０は、ベース部３３がブラケット７０によりフランジ２３に固定される。真空チャンバ２０の開口２２は、収縮させたアーム部３１が通過可能なサイズとされている。真空搬送装置１０は、アーム部３１を開口２２に通過させた状態として、開口２２を真空チャンバ２０の外側からフランジ２３により封止して、搬送ロボット３０を真空チャンバ２０に固定する。ベース部３３をブラケット７０により真空チャンバ２０に固定したため、真空搬送装置１０を設置する際、真空チャンバ２０と共に搬送ロボット３０が移動する。これにより、真空搬送装置１０を設置する際、真空チャンバ２０と搬送ロボット３０との位置関係を保ったまま、搬送ロボット３０を配置できる。すなわち、真空搬送装置１０を設置する際、真空チャンバ２０に対して搬送ロボット３０を特定の初期位置に位置決めして配置できる。また、ベース部３３をブラケット７０により真空チャンバ２０に固定したため、真空チャンバ２０および搬送ロボット３０を移動した場合でも、ベローズ４０に過剰な負荷がかかって破損することを抑制できる。
真空チャンバ２０および搬送ロボット３０を移動して位置決めをした後、図３に示すように、ベース部３３をブラケット７１により床７２に固定する。これにより、搬送ロボット３０は、配置位置が固定される。ブラケット７１によりベース部３３を床７２に固定した後、ブラケット７０は、取り外される。ブラケット７０を取り外すことで、搬送ロボット３０は、ベース部３３が真空チャンバ２０と離間した状態となる。また、支持部３２は、貫通穴２１との間に隙間を設けているため、真空チャンバ２０と離間した状態となる。なお、床７２には、ベース部３３を固定した部分にマークを記録してもよい。例えば、搬送ロボット３０を交換する場合に、床７２に記録されたマークの位置にベース部３３を固定することで、交換前と同じ位置に搬送ロボット３０を設置できる。
また、真空搬送装置１０に処理室５０を接続する場合、図２に示すように、真空チャンバ２０と処理室５０とをブラケット７５で接続した状態で位置決めする。位置決め後、図３に示すように、ブラケット７５は、取り外される。ブラケット７５を取り外すことで、真空チャンバ２０と処理室５０は、離間しており、ベローズ５１を介して接続された状態となる。これにより、真空チャンバ２０の変形の応力が処理室５０に伝わることを抑制できる。
ところで、真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０内部の圧力を大気状態から真空状態にした場合、大気圧により真空チャンバ２０が変形する。また、真空チャンバ２０は、処理室５０で実施された基板処理の熱が伝わって温度が変化し、温度変化によっても変形する。
真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０が変形した場合、真空チャンバ２０の変形による応力が搬送ロボット３０に伝わり、搬送ロボット３０の位置や傾きが変化してしまう場合がある。搬送ロボット３０の位置や傾きが変化した場合、搬送ロボット３０が同じ動作を行ってもウエハＷの搬送位置が変化し、搬送ロボット３０に搬送誤差が発生する。
真空搬送装置１０は、接続される処理室５０の数が多くなり、大型化される傾向がある。真空搬送装置１０は、真空中でのウエハＷの搬送をより広範囲で行うためには、真空チャンバ２０や搬送ロボット３０の大型化が必要となる。
しかし、真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０を大型化すると、真空引き後の真空チャンバ２０の変形量が増加し、真空チャンバ２０の変形に起因して搬送ロボット３０に搬送誤差の増加を引き起こす。
そこで、真空チャンバ２０の壁厚を増加させて真空チャンバ２０の変形量を低減させる対策が考えられる。また、搬送誤差が増加してもアーム部３１が真空チャンバ２０に衝突しないように、搬送ロボット３０の搬送領域と真空チャンバ２０内壁とのクリアランスを増加させる対策が考えられる。また、真空チャンバ２０の変形のアーム部３１を伸ばした先端の位置の低下に対応して、真空チャンバ２０の高さを増加させて、搬送ロボット３０の昇降可能な範囲を増加させる対策が考えられる。
しかし、これらの対策を実施する場合、真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０のサイズが大型し、コストが増加する。
そこで、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、搬送ロボット３０のアーム部３１を支持する支持部３２を、貫通穴２１との間に隙間を設けて貫通穴２１を貫通させている。これにより、真空チャンバ２０が変形した場合でも、貫通穴２１と支持部３２との間に隙間があるため、真空チャンバ２０の変形による応力が支持部３２に伝わらず、搬送ロボット３０の位置や傾きが変化しない。貫通穴２１と支持部３２との間の隙間は、真空チャンバ２０の変形量以上あればよい。例えば、隙間は、数センチメートル程度あればよい。この結果、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０が変形した場合でも、搬送ロボット３０の搬送誤差を抑制できる。
また、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、支持部の周囲を囲むようにベローズ４０を設けている。ベローズ４０は、真空チャンバ２０の内壁の貫通穴２１の周囲とアーム部３１とに封止して取り付けられている。これにより、真空チャンバ２０は、内部が大気から遮断されるため、内部を減圧して真空状態を維持できる。また、ベローズ４０は、容易に変形する。このため、ベローズ４０の片端が取付けられた真空チャンバ２０が変形したとしても、ベローズ４０の逆側の片端が取り付けられた搬送ロボット３０及びベローズ４０両端の封止部分に対する応力は、無視できるほど微小に抑えられる。よって、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０の変形が搬送ロボット３０に与える影響を抑えながら真空状態を維持できる。一方、特許文献１のように真空チャンバを構成する壁の一部にＯリングを介して搬送ロボットを取り付けた場合は、Ｏリングの変形によって真空チャンバ変形の吸収する機構のため、封止性能と応力抑制が両立不可能なトレードオフの関係となる。
また、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、ベース部３３に支持部３２を昇降する昇降機構３４を設けている。昇降機構３４は、真空チャンバ２０内など真空側に設けた場合、パーティクルの発生原となる虞がある。本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、大気側となるベース部３３に昇降機構３４を設けているため、昇降機構３４により支持部３２を昇降させた場合でも、昇降機構３４から真空チャンバ２０内にパーティクルが発生することを抑制できる。
また、搬送ロボット３０のアーム部３１は、重力の影響でアーム部３１の先端が低下し、アーム部３１を伸ばすほど、アーム部３１の先端の低下量が大きくなる。
そこで、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、アーム部３１の先端の低下を補正するための補正情報１０１ａを記憶部１０１に記憶している。補正情報１０１ａは、大気圧状態下で搬送ロボット３０のアーム部３１を伸縮させてアーム部３１の先端を計測して生成する。図４は、実施形態に係るアーム部３１の先端の低下の計測の一例を示す図である。搬送ロボット３０を真空チャンバ２０に取り付けていない状態の大気圧下に配置する。例えば、真空搬送装置１０の真空チャンバ２０の下部の構成を模したフレーム９０に搬送ロボット３０を取り付ける。フレーム９０は、大気状態に配置されている。フレーム９０は、開口２２と同様の開口９１が形成されている。
搬送ロボット３０のアーム部３１の先端を含む複数の位置に位置計測用のマーカ９２を取り付ける。搬送ロボット３０のアーム部３１を伸縮させてアーム部３１のマーカ９２の位置を計測して、アーム部３１の伸縮量に対するアーム部３１の先端の低下量を求める。そして、アーム部３１の伸縮量に対するアーム部３１の先端の低下量から、アーム部３１の伸縮量に対するアーム部３１の先端の位置の補正量を記録した補正情報１０１ａを生成する。例えば、補正情報１０１ａには、補正量として、アーム部３１の先端の低下量を記憶する。なお、搬送ロボット３０は、アーム部３１の先端を伸ばした際、アーム部３１の先端の低下に伴い、先端の水平方向の位置も変化する。重力の影響によるアーム部３１の先端の位置の変化は、垂直方向の方が水平方向よりも大きい。このため、本実施の形態では、垂直方向の位置の変化を補正する場合を説明するが、水平方向の位置の変化も補正するようにしてもよい。例えば、補正情報１０１ａには、補正量として、アーム部３１の先端の低下量と水平方向の変化量も記憶し、記憶した水平方向の変化量に基づいてアーム部３１の水平方向の位置も補正してもよい。また、補正情報１０１ａには、補正量として、アーム部３１の先端の低下を補正するために必要なアーム部３１の上昇量を記憶させてもよい。なお、アーム部３１の伸縮量に対するアーム部３１の先端の低下量は、図１に示すように、搬送ロボット３０を真空搬送装置１０に取り付けた後、真空チャンバ２０内を大気圧として計測してもよい。
搬送ロボット３０は、真空チャンバ２０に取り付けられた場合でも、真空チャンバ２０の変形の影響を受けない。搬送ロボット３０は、真空状態とした真空チャンバ２０内でも、大気圧下と同様に、重力の影響でアーム部３１の先端が低下する。よって、本実施の形態に係る真空搬送装置１０は、大気圧下でアーム部３１の先端が低下を計測して生成した補正情報１０１ａを、真空状態とした真空チャンバ２０内でのアーム部３１の先端が低下の補正に使用できる。
アーム部３１を動作させる際、制御部１００は、記憶部１０１に記憶された補正情報１０１ａから、アーム部３１の伸縮量に対応したアーム部３１の先端の補正量を求める。そして、制御部１００は、昇降機構３４を制御し、求めた補正量分、アーム部３１を昇降させる。これにより、真空搬送装置１０は、重力の影響によるアーム部３１の先端の低下を補正できるため、アーム部３１を目標の位置に精度よく制御でき、基板を精度よく搬送位置に搬送できる。これにより、真空搬送装置１０は、基板の搬送位置に対するクリアランスを減らすことができるため、真空チャンバ２０のサイズの大型化を抑制でき、コストの増加を抑制できる。
以上のように、本実施形態に係る真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０と、搬送ロボット３０と、ベローズ４０とを有する。真空チャンバ２０は、外部と導通する貫通穴２１が形成されている。搬送ロボット３０は、真空チャンバ２０内に配置され、ウエハＷを支持するアーム部３１と、貫通穴２１との間に隙間を設けて貫通穴２１を貫通し、アーム部３１を支持する支持部３２と、真空チャンバ２０外に配置され、支持部３２を支持するベース部３３とを備えている。ベローズ４０は、支持部３２の周囲を囲み、真空チャンバ２０の内壁の貫通穴２１の周囲とアーム部３１とに封止して取り付けられている。これにより、真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０が変形した場合でも、搬送ロボット３０の搬送誤差を抑制できる。
また、アーム部３１は、水平方向に伸縮可能とされている。ベース部３３は、支持部３２を昇降する昇降機構３４を備える。また、真空搬送装置１０は、記憶部１０１と、制御部１００をさらに有する。記憶部１０１は、大気圧状態下でアーム部３１を伸縮させて計測されたアーム部３１の伸縮量に対するアーム部３１の先端の位置の補正情報１０１ａを記憶する。制御部１００は、補正情報１０１ａに基づいて昇降機構３４を制御する。これにより、真空搬送装置１０は、アーム部３１を目標の位置に精度よく制御できる。
また、真空チャンバ２０は、壁面の一部に外部と導通する開口２２が形成され、貫通穴２１が形成されたフランジ２３により開口２２を封止されている。これにより、真空搬送装置１０は、開口２２からアーム部３１が真空チャンバ２０内となるように搬送ロボット３０を真空チャンバ２０に取り付けることができる。
また、真空搬送装置１０は、第１固定部材（ブラケット７０）により搬送ロボット３０を固定した状態のフランジ２３が開口２２を封止するように真空チャンバ２０に取り付けられる。そして、真空搬送装置１０は、搬送ロボット３０を第２固定部材（ブラケット７１）により床に固定した後、第１固定部材を取り外される。これにより、真空搬送装置１０を設置する際に、ベローズ４０が破損することを防止できる。
また、真空チャンバ２０は、ウエハＷに対して基板処理を実施する処理室５０にベローズ５１により接続されている。これにより、真空搬送装置１０は、真空チャンバ２０の変形の応力が処理室５０に伝わることを抑制できる。
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、実施形態では、基板をウエハＷとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。
１０ 真空搬送装置
２０ 真空チャンバ
２１ 貫通穴
２２ 開口
２３ フランジ
３０ 搬送ロボット
３１ アーム部
３２ 支持部
３３ ベース部
３４ 昇降機構
４０ ベローズ
５０ 処理室
５１ ベローズ
７０ ブラケット
７１ ブラケット
１００ 制御部
１０１ 記憶部
１０１ａ 補正情報
Ｗ ウエハ

Claims (5)

  1. 外部と導通する貫通穴が形成された真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内に配置され、基板を支持するアーム部と、前記貫通穴との間に隙間を設けて前記貫通穴を貫通し、前記アーム部を支持する支持部と、前記真空チャンバ外に配置され、前記支持部を支持するベース部とを備えた搬送ロボットと、
    前記支持部の周囲を囲み、前記真空チャンバの内壁の前記貫通穴の周囲と前記アーム部とに封止して取り付けられたベローズと、
    を有する真空搬送装置。
  2. 前記アーム部は、水平方向に伸縮可能とされ、
    前記ベース部は、前記支持部を昇降する昇降機構を備え、
    大気圧状態下で前記アーム部を伸縮させて計測された前記アーム部の伸縮量に対する前記アーム部の先端の位置の補正情報を記憶する記憶部と、
    前記補正情報に基づいて前記昇降機構を制御する制御部と、
    をさらに有する請求項１に記載の真空搬送装置。
  3. 前記真空チャンバは、壁面の一部に外部と導通する開口が形成され、前記貫通穴が形成されたフランジにより前記開口を封止された
    請求項１または２に記載の真空搬送装置。
  4. 第１固定部材により前記搬送ロボットを固定した状態の前記フランジが前記開口を封止するように前記真空チャンバに取り付けられ、前記搬送ロボットを第２固定部材により床に固定した後、前記第１固定部材を取り外された
    請求項３に記載の真空搬送装置。
  5. 前記真空チャンバは、前記基板に対して基板処理を実施する処理室に第２のベローズにより接続された
    請求項１〜４の何れか１つに記載の真空搬送装置。
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