JP2773403B2 - 基板処理装置および基板ホルダの搬送方法 - Google Patents

基板処理装置および基板ホルダの搬送方法

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JP2773403B2 JP20715890A JP20715890A JP2773403B2 JP 2773403 B2 JP2773403 B2 JP 2773403B2 JP 20715890 A JP20715890 A JP 20715890A JP 20715890 A JP20715890 A JP 20715890A JP 2773403 B2 JP2773403 B2 JP 2773403B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 半導体デバイスの進歩は著しく、IC,LSIなどの集積回
路や発光ダイオード,半導体レーザなどが実用化されて
いる。
こゝで、半導体レーザや高電子移動度トランジスタの
ような半導体デバイスは伝導タイプが異なる数分子層の
半導体層をヘテロエピタキシヤル成長させて形成する必
要があり、このような結晶成長に分子線エピタキシヤル
成長(Molecular Beam Epitaxy,略称MBE)技術が使用さ
ている。
本発明はかゝるMBEを行う結晶成長装置(略してMBE装
置)の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
半導体デバイスの形成には各種の装置が使用されてい
るが、量産工程で使用されることから搬送路を備え、基
板を大気に取り出さずに連続して各種のプロセスを行う
搬送技術の開発が進められている。
こゝで、基板搬送には3アーム構成のロボットや2ア
ーム構成のロボットを使用する方法があるが、MBE装置
のように約200℃のシステムベーキングを必要とする超
高真空装置には適用することは困難である。
そして、超高真空装置における基板搬送機構としては
マグネット・カップル式直線運動導入器,ラックアンド
ピニオン式直線運動導入器,ベローズ式直線運動導入器
などが導入されている。
そして、複数個の半導体基板を位置決めした基板ホル
ダを搬送室から成長室に搬送し、成長室においてウエハ
上にエピタキシヤル成長或いはヘテロエピタキシヤル成
長を行った後、再び成長室より搬送室に戻すことが行わ
れている。
第2図はこの内で最も多く用いられているマグネット
・カップル式直線運動導入器を用いたMBE装置の構成を
示すものである。
すなわち、MBE装置は基板上にエピタキシヤル成長あ
るいはヘテロエピタキシヤル成長を行う成長チャンバ1
と、この成長チャンバ1に基板を搬入し、また搬出する
ロードロックチャンバ2からなり、それぞれに排気系を
備えると共にゲートバルブ3により分離して構成されて
いる。
こゝで、ロードロックチャンバ2には複数個の基板を
載置した基板ホルダー4を格納する基板ホルダカセット
5があり、また、基板ホルダ4を搬送する搬送アーム6
を駆動するマグネット・カップル式の基板搬送装置7が
ある。
また、成長室チャンバ1には基板ホルダ4を加熱しな
がら保持でき、上下動が可能な基板マニピュレータ8が
あり、また、下側にはエピタキシャル成長を行う複数
(図では3個)の分子線源セル9がある。
次に、基板搬送装置7は先端の基板支持部11の部分に
基板ホルダ4を搭載した搬送アーム6をロードロックチ
ャンバ2から成長チャンバ1へ搬送する装置であって、
搬送アーム6は、後端部にベアリング12をもち、フラン
ジによりロードロックチャンバ2に固定され、固定部に
ベアリング13を備えた真空シールド14の中に移動可能な
状態で収納されている。
そして、移動機構としては、搬送アーム6の端部には
マグネット15があり、また真空シールド14の外の大気側
にもマグネット16があって磁気的に結合されており、大
気側のマグネット16を真空シールド14に沿って移動する
ことにより、磁気吸着を利用して搬送アーム6を直線的
に移動させることができる。
そして、動作としては、ロードロックチャンバ2にお
いて搬送アーム6の先端にある基板支持部11に基板ホル
ダカセット5より基板ホルダ4を移行させた後、排気系
によりロードロックチャンバ2を10-6torr程度に排気し
てからゲートバルブ3を開け、搬送アーム6を10-7〜10
-8torrの高真空に排気されている成長室チャンバ1に搬
送し、こゝで、基板ホルダ4は基板マニュピレータ8に
受け渡されて、所定の場所に位置決めされる。
次に、搬送アーム6はロードロックチャンバ2に戻る
と共にゲートバルブ3が閉じられ、一方、基板ホルダ4
の枠部に保持されている基板に対し、分子線源セル9よ
り分子線の照射が行われ、ヘテロエピタキシヤル成長或
いはエピタキシヤル成長が行われる。
そして、結晶成長が終わった後は、ゲートバルブ3を
開いて搬送アーム6を移動し、基板マニピュレータ8か
ら基板ホルダ4を受取った後、再びロードロックチャン
バ2に戻ってゲートバルブ3を閉じ、基板ホルダ4を基
板ホルダカセット5に収納すると共に、新しい基板ホル
ダ4を搭載し、上記の操作を繰り返している。
以上はマグネット・カップル式の直線運動導入器を使
用したMBE装置の構成であるが、ラックアンドピニオン
式の場合でもベローズ式の場合でも基板搬送は一本の搬
送アームを用いて行われている。
こゝで、例えば、ガリウム・砒素(GaAs)について云
えば、現在は3インチ径で厚さが約500μmの基板三枚
程度を基板ホルダ4に搭載してMBEが行われているが、
ウエハの径が4インチに増加するに従って基板ホルダ4
が大型となり、従って搬送アーム6とこれを収納する真
空シールド14の径と長さが増加し、装置の専有面積の点
と保守の点から問題となる。
また、従来のように一方向支持の構造では搬送アーム
6に変形が起こり易く、また基板ホルダ4の基板マニピ
ュレータ8への受け渡しに当たって位置精度が低下する
と云う問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上記したように、一本の搬送アームを用いる従来の
構造では基板の重量が増し、また、搬送アームが長くな
るに従って搬送アームの歪みが大きくなり、搬送精度の
低下を招いていた。
また、MBE装置において、基板は下向き(重力方向)
にして基板ホルダに装着されているが、基板ホルダを基
板マニピュレータに移行した際、基板のすぐ下を搬送ア
ームの基板支持部が移動するが、この際に基板支持部の
上に蒸着物などの微粒子が存在すると、搬送アームの振
動により舞い上がり基板表面に付着すると云う問題があ
る。
そこで、これらの問題を解決することが課題である。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、直線運動により基板ホルダをその軸線
上に位置するチャンバ内に搬送する第1の搬送アーム
と、前記第1の搬送アームと対向する軸線上に位置し、
前記基板ホルダを前記第1の搬送アームと共に保持し
て、前記基板ホルダを搬送する第2の搬送アームと、を
有することを特徴とする基板処理装置、または、基板を
載置する基板ホルダを、チャンバの第1の側から直線運
動して導入される第1の搬送アームと、前記チャンバの
第1の側と対向する第2の側から直線運動して導入され
る第2の搬送アームによって基板ホルダを保持し、前記
第1および第2の搬送アームの両方を駆動して前記チャ
ンバ内に基板ホルダを導入することを特徴とする基板ホ
ルダの搬送方法によって解決することができる。
なお、上記基板処理装置においては、前記チャンバ内
は真空状態に保持されること、前記チャンバ内では分子
線結晶成長が行われることがその好適な態様の一つであ
る。
〔作用〕
本発明では、MBE装置内の基板搬送において、基板ホ
ルダを二本のアームで挟み込むように搬送することによ
り、一つの基板ホルダに加わる重量を軽減することがで
き、これにより搬送アームの歪みをなくするものであ
る。
また、基板の下に基板支持部がなく、基板の直下を搬
送アームが通らないため、搬送系の振動に起因する塵埃
の付着を無くすることができ、これにより搬送の位置精
度とMBE膜の特性とを向上することができる。
第1図は本発明を実施したMBE装置の構成を示す断面
図であり、ロードロックチャンバ2に設けてある第1の
真空シールド18の延長線上にある成長チャンバ1の側面
の対称位置に第2の真空シールド19を設け、この中に従
来と同様な基板ホルダの搬送機構を設けるものである。
但し、第1の真空シールド18の中にある第1の搬送ア
ーム20と第2の真空シールド19の中にある第2の搬送ア
ーム21とも先端には基板支持部はなく、その代わりに基
板挟持部22,23を備えており、これにより基板ホルダ4
を両側から挟持して搬送する構造をとる。
そして、基板ホルダカセット5より基板マニピュレー
タ8の位置まで搬送し、基板マニピュレータ8に基板ホ
ルダ4を移行した後は、第1の搬送アーム20は第1の真
空シールド18に、また第2の搬送アーム21は第2の真空
シールド19に戻る。
そして、MBEが終わった後は再び成長チャンバ1にま
で搬送して基板ホルダ4を挟持してロードロックチャン
バ2まで搬送し、基板ホルダカセット5に基板ホルダ4
を収納すると共に、新しい基板ホルダ4を受取り、先と
同様に成長チャンバ1に搬送するものである。
この方法をとることにより、搬送の位置精度が高く、
汚染の少ないMBE成長を行うことができる。
〔実施例〕
直径が3インチで厚さが500μmのGaAs基板三枚を搭
載してある基板ホルダの複数個を第1図に示すMBE装置
の基板ホルダカセット5に格納した。
この状態では第1の搬送アーム20と第2の搬送アーム
21は、それぞれ、第1の真空シールド18と第2の真空シ
ールド19の中に格納されている。
まず、ゲートバルブ3を閉じ、ロードロックチャンバ
2と成長チャンバ1とを排気系を動作させて排気し、両
チャンバ2,1の真空度が10-6torr以下に排気した後、ゲ
ートバルブ3を開け、第2の搬送アーム21をゲートバル
ブ3を通って移動させ、第1の搬送アーム20と基板ホル
ダカセット5の基板ホルダ4を挟持した後、そのまゝの
状態で基板ホルダ4が基板マニピュレータ8の直下に来
るまで第1の搬送アーム20を移動させた。
そして、従来と同様に基板マニピュレータ8に基板ホ
ルダ4を移行した。
次に、第1の搬送アーム20と第2の搬送アーム21を元
の真空シールド18,19に戻した後、ゲートバルブ3を閉
じ、真空度が10-8torrまで排気した後、MBEを行った。
MBE終了後、ゲートバルブ3を開け、第1の搬送アー
ム20と第2の搬送アーム21を基板マニピュレータ8の直
下にまで移動させて、基板マニピュレータ8より基板ホ
ルダ4を受け取った後、基板ホルダ4を挟持した状態
で、第2の搬送アーム21を基板ホルダカセット5の位置
にまで移動させ、基板ホルダカセット5に基板ホルダ4
を格納した後、新しい基板ホルダ4を挟持し、先と同様
にして成長チャンバ1に移動させ、MBEを行った。
〔発明の効果〕
本発明によれば、二本の搬送アームで基板ホルダを保
持して搬送を行うために、一本の搬送アームに掛かる重
量を軽減することができ、これにより搬送アームの歪み
による位置精度の低下が無くなり、また基板の下に基板
支持部がなく、また搬送アームが通らぬことから、搬送
系による微粒子の付着を無くすることができる。
また、本発明は蒸着装置などの真空装置にも応用する
ことができ、前記の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るMBE装置の構成を示す断面図、 第2図は従来のMBE装置の構成を示す断面図、 である。 図において、 1は成長チャンバ、 2はロードロックチャンバ、 3はゲートバルブ、4は基板ホルダ、 5は基板ホルダカセット、 8は基板マニピュレータ、 18は第1の真空シールド、 19は第2の真空シールド、20は第1の搬送アーム、 21は第2の搬送アーム、22,23は基板挟持部、 である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 23/00 - 25/22 C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/203 - 21/205 H01L 21/31 H01L 21/68 C23C 14/00 - 16/56 B65G 49/07

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直線運動により基板ホルダをその軸線上に
    位置するチャンバ内に搬送する第1の搬送アームと、 前記第1の搬送アームと対向する軸線上に位置し、前記
    基板ホルダを前記第1の搬送アームと共に保持して、前
    記基板ホルダを搬送する第2の搬送アームと、 を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 【請求項2】前記チャンバ内は真空状態に保持されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
  3. 【請求項3】前記チャンバ内では分子線結晶成長が行わ
    れることを特徴とする請求項2記載の基板処理装置。
  4. 【請求項4】基板を載置する基板ホルダを、チャンバの
    第1の側から直線運動して導入される第1の搬送アーム
    と、前記チャンバの第1の側と対向する第2の側から直
    線運動して導入される第2の搬送アームによって基板ホ
    ルダを保持し、前記第1および第2の搬送アームの両方
    を駆動して前記チャンバ内に基板ホルダを導入すること
    を特徴とする基板ホルダの搬送方法。
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