JP4614863B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ、ガラス基板などの基板を所定の雰囲気で処理するプロセスチャンバと、基板の大気側との出入口となるロードロックチャンバと、プロセスチャンバとロードロックチャンバとの間に設けられるトランスファチャンバとを有する基板処理装置に関する。

図１０は、従来のプロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２及びロードロックチャンバ７から構成される半導体ウェハの処理装置の一例を示す上面図である。プロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２が第１のゲートバルブ３を間に挟み連結され、同様にトランスファチャンバ２とロードロックチャンバ７が第２のゲートバルブ１１を間に挟み連結されている。
筒状体とされ、左右２つの開口部に第１のゲートバルブ３と第２のゲートバルブ１１が設けられるトランスファチャンバ２は、その底面２ａの略中央に搬送ロボット４が設置されている。
搬送ロボット４は、前記トランスファチャンバ２の底面２ａの下側に固定される図示しない胴体部と、胴体部からトランスファチャンバ２の内側に突設された回転軸の回りに旋回自在に取り付けられた第１アーム４ｂと、第１アーム４ｂ先端に旋回自在に取り付けられた第２アーム４ｃと、第２アーム４ｃ先端に旋回自在に取り付けられ前後２箇所のそれぞれに基板Ｗ，Ｗを保持するためのフォーク４ｄとから構成されている。

ロードロックチャンバ７は、その第２のゲートバルブ１１が接続されている側とは反対の側に第３のゲートバルブ１２が取り付けられ、底面には基板Ｗを仮置きするための図示しないバッファが設置される。そして ロードロックチャンバ７には、図示しない真空配管が設けられ真空状態にも大気状態にもできるようになされる。そして、第３のゲートバルブ１２に対して大気の側には図示しない大気搬送装置が連結される。
大気搬送装置は、ロードロックチャンバ７が大気圧復帰されて第３のゲートバルブ１２が開放された状態で、この第３のゲートバルブ１２を通ってロードロックチャンバ７内のバッファ上に基板Ｗを載置あるいはバッファ上から基板Ｗを取出すことでロードロックチャンバ７との間で基板Ｗの受け渡しをする。

このような従来の構成の半導体ウェハの処理装置での基板Ｗの搬送は以下のように行われる。
なお、基板Ｗをその状態により、未処理基板をＷ０、処理中基板をＷ１、処理済基板をＷ２で区別する。
プロセスチャンバ１で基板Ｗ１を処理している間に、第２のゲートバルブ１１を閉じた状態で、先ずロードロックチャンバ７を大気状態にする。そして、第３のゲートバルブ１２を開き図示しない大気搬送装置がロードロックチャンバ７内のバッファに未処理の基板Ｗ０を戴置する。
次に、第３のゲートバルブ１２を閉じロードロックチャンバ７を真空状態にする。
次に、第２のゲートバルブ１１を開け、この状態で搬送ロボット４がロードロックチャンバ７内に進入する。そして、フォーク４ｄでバッファ上の基板Ｗ０を受け取りトランスファチャンバ２の中央に戻り、プロセスチャンバ１での処理が完了するまで待機する。

次に、プロセスチャンバ１での処理完了により第１のゲートバルブ３を開け、搬送ロボット４が基板Ｗ０を載せていない方のフォーク４ｄでプロセスチャンバ１内の処理済基板Ｗ２を取り出し、トランスファチャンバ２の中央に戻る。このとき、フォーク４ｄ上には、処理済基板ｗ２と未処理基板Ｗ０が載置されている。
次に、搬送ロボット４はそのままの姿勢で回転軸の回りに１８０度旋回して、フォーク４ｄの未処理の基板Ｗ０が載置されている側をプロセスチャンバ１の方向へ向ける。そして、フォーク４ｄを直進運動するように駆動して、未処理の基板Ｗ０をプロセスチャンバ１内に載置し、フォーク４ｄをトランスファチャンバ２の中央に戻す。このとき、フォーク４ｄには処理済基板Ｗ２がそのまま載置されている。

次に、第１のゲートバルブ３を閉め、プロセスチャンバ１以内での処理を開始する。一方、搬送ロボット４はロードロックチャンバ７内のバッファに処理済基板Ｗ２を載置し、空となったフォーク４ｄをトランスファチャンバ２の中央に戻す。
次に、第２のゲートバルブ１１を閉じてからロードロックチャンバ７を大気状態に戻し、第３のゲートバルブ１２を開ける。
最後に、大気搬送装置がロードロックチャンバ７内の処理済基板Ｗ２をバッファから取出し、未処理基板Ｗ０をバッファ上に載置・交換する。

すなわち、図１０例の半導体ウェハの処理装置では、トランスファチャンバ２の略中央に設けられる回転軸の回りに旋回自在とされるアーム４ｂと、このアーム４ｂに対して旋回自在とされるアーム４ｃと、アーム４ｃに設けられる旋回軸に対称に２つの基板載置部を持つフォーク４ｄとが、３つのゲートバルブ３，１１，１２と協調して動作するように駆動制御される。そして、トランスファチャンバ２が常に真空雰囲気を保つようにして未処理基板Ｗ０の搬入、処理済基板Ｗ２の取出しを行うようにしている。

また、半導体処理装置などに用いられる、従来知られている他の基板搬送装置には、特許文献１に開示されているものがある。
この特許文献１には、大気状態の基板ローディング位置から真空状態のプロセスチャンバまで基板を搬送する基板搬送装置に関するものが記載されている。
この基板搬送装置は、ロードロックチャンバと、このロードロックチャンバに連結されたトランスファチャンバと、このトランスファチャンバに装着可能なプロセスチャンバとを備え、ロードロックチャンバとトランスファチャンバとの間及びトランスファチャンバとプロセスチャンバとの間で基板の搬送を可能とする真空搬送手段をこのトランスファチャンバに設けた基板搬送装置において、ロードロックチャンバとトランスファチャンバとを上下に重ねて配置すると共に、ロードロックチャンバ及びトランスファチャンバのいずれか一方に、基板の高さ位置を変更するための昇降手段を設けたものである。
このように構成した基板搬送装置では、基板サイズに対応させてトランスファチャンバ及びロードロックチャンバの面積を大きくしてもその設置面積（フットプリント）を小さくできる効果がある。

また、従来知られている他の基板搬送装置には、特許文献２に開示されているものがある。
この特許文献２には、半導体製造装置の真空処理室と大気環境を連絡して、材料の搬出搬入を行うロードロックチャンバに関するものが記載されている。
このロードロックチャンバは、大気環境と真空処理室との間を連絡するロードロックチャンバであって、大気環境に近い位置に配置された第１のバッファと真空処理室に近い位置に配置された第２のバッファと第１のバッファと第２のバッファの中間に配置された搬送アームを備えたロードロックチャンバにおいて、第１のバッファと第２のバッファの間で被搬送物を直接移載する機能を備えたものである。
このように第１のバッファと第２のバッファを使用して半導体ウェハなどの基板を搬送するように構成したロードロックチャンバでは、搬送アームが第２のバッファと真空処理室の間だけで動作すればよいので、その寸法を小さくでき、フットプリントを小さくできる効果がある。
特開２００３−１３３３８８号公報（第２頁，図３） 特開２００４−３６３３７０号公報（第２頁，図１）

しかしながら、図１０例では、トランスファチャンバ２内で搬送ロボット４のアーム４ｂ，４ｃ及びフォーク４ｄが略１８０°旋回する必要があるため、回転動作のためのスペースを確保する必要があり、トランスファチャンバ２の横幅が大きくなり、半導体ウェハ処理装置自体の設置面積が大きくなってしまう。
また、特許文献１に開示されている基板搬送装置では、トランスファチャンバに重ねるようにロードロックチャンバが配されるため設置面積が小さくすることができるとはいっても、ロードロックチャンバとプロセスチャンバとの間に配され、基板を搬送する搬送ロボットが設けられるトランスファチャンバの占める設置面積が依然大きく、その効果は十分とは言えない。

さらに、特許文献２に開示されている基板搬送装置では、大気側との間での基板の挿抜においてロードロックチャンバ内で基板の載置部となる第１のバッファが第２のバッファ上とので旋回自在とされるため、ロードロックチャンバの設置面積が小さくなるものの、ロードロックチャンバ自体が大気状態と真空状態とを繰り返すため、流入した外気に含まれる水分とプロセスチャンバ内からの残留反応ガス成分との化学的反応による腐食性物質が生成され、各チャンバの内部及び内部に設けられる搬送ロボットなどの駆動機器が腐蝕されるおそれがある。

本発明はかかる点に鑑み、設置スペースを少なくし、かつ内部に設置される機器が腐蝕されることのない基板処理装置を提供するものである。

上記問題を解決するため、本発明は、トランスファチャンバに基板を処理するプロセスチャンバを設けるとともに、トランスファチャンバのプロセスチャンバの反対側に、大気との間の基板の移載の際にトランスファチャンバを所定雰囲気に保持するためのロードロックチャンバが連設される基板処理装置において、プロセスチャンバとトランスファチャンバとが開閉自在の第１の隔壁を介して連設されるとともに、ロードロックチャンバが開閉自在の第２の隔壁を介して大気と隔離され、トランスファチャンバは、トランスファチャンバ内に第１のバッファと、アームと基板を載置するフォークとを具備する搬送ロボットと、トランスファチャンバの上面部にロードロックチャンバとを備え、ロードロックチャンバとトランスファチャンバとの間に、基板の仮置用の第２のバッファを上面に有する昇降自在の仕切りを設け、プロセスチャンバの基板の載置部と、第１のバッファと、仕切りの下降位置での第２のバッファとのそれぞれに載置される基板の水平投影面での中心を略直線上に配設した上で、フォークの水平投影面での運動軌道を前記直線と略平行に配し、この運動軌道から外れた位置に搬送ロボットの主回転軸を配して基板を移載する基板処理装置である。
その上で、基板の仮置きに用いる第１のバッファをトランスファチャンバ内の搬送ロボットの主回転軸に対してプロセスチャンバ側に設け、搬送ロボットのアームの先端部に基板を保持するためのフォークを備え、搬送ロボットは、トランスファチャンバの底面に固定され、少なくともトランスファチャンバ内で略鉛直方向に突設される主回転軸を有する胴体部と、主回動軸に取り付けられる第１のアームと、第１のアームの先端部の第１の回動軸に回動自在に取り付けられる第２のアームと、第２のアームの先端部の第２の回動軸に回動自在に取り付けられ、第２の回動軸に対して中心線がオフセットするように取り付けられる前記フォークとから構成され、フォークの移動方向を変えることなく直線運動するように制御するとともに、フォークの前進運動により第１のバッファ又はプロセスチャンバの位置に処理前の基板を搬送し、フォークの後退運動により第２のバッファの位置に処理済の基板を搬送させる構成とする。
さらに、第１のバッファを、２つの支柱の上部に基板載置部を設けた構成として、第１のバッファの仮置部の上方又は下方を基板が載置されたフォークが略水平移動するとき、２つの支柱の間を搬送ロボットの第１のアームの先端側、第２のアーム、フォークが通過するように形成し、第２のバッファを、２つの支柱の上部に基板載置部を設けた構成として、第１のバッファの仮置部の上方又は下方を基板が載置されたフォークが略水平移動するとき、２つの支柱の間を搬送ロボットの第１のアームの先端側、第２のアーム、フォークが通過するように形成し、第１のアームの主回転軸と第１の回動軸間の長さと、第２のアームの第１の回動軸と第２の回動軸間の長さを略同じとし、第２の回動軸を前記直線と略平行で主回転軸を通る線上を移動させ、第２の回動軸に設けられるフォークの姿勢を一定方向に保つように制御するものである。

このように構成した本発明基板処理装置によれば、プロセスチャンバの基板の載置部とトランスファチャンバの第１のバッファ及び昇降自在の隔壁の下降位置での第２のバッファのそれぞれの略中心をフォークの運動軌道上に配するとともに、運動軌道からずらした位置に搬送ロボットの主回動軸を配したので、基板搬送時の搬送ロボットの主回動軸の回動角度が１８０°より小さくすることができ、基板搬送に伴う基板および搬送ロボットのアームなどの水平投影面積が小さくなり、またトランスファチャンバを常に所定雰囲気に保つように動作させることができるのでトランスファチャンバ内の機器にダメージを与えることがない。

本発明基板処理装置によれば、少ない設置スペースで内部に設置される機器が腐蝕されることがない搬送装置を有する基板処理装置とすることができる。

本発明の一実施の形態の例を図１〜図９を参照して説明する。以下では、この図１〜図９を説明するに図１０に対応する部分には同一の符号を付し説明する。

先ず、図１〜図４を参照して本例の基板処理装置の概要を説明する。
図１〜図４は半導体ウェハ、ガラス基板などの基板処理装置を示し、この基板処理装置は、主に基板Ｗを処理するプロセスチャンバ１と、トランスファチャンバ２及び大気側との間で基板Ｗを受け渡しするロードロックチャンバ７とから構成される。
プロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２が第１のゲートバルブ３を間に挟み連結され、トランスファチャンバ２の上部に配されるロードロックチャンバ７が弁体プレート９を介して連結され、このロードロックチャンバ７と大気側とが第２のゲートバルブ１１により開閉自在に隔離される。
なお、第２のゲートバルブ１１に対して大気の側に図示しない大気搬送装置が設けられ、ロードロックチャンバ７との間で基板Ｗの受け渡しを行うようにしている。

プロセスチャンバ１は、図示しない処理ガスなどのガス注入配管と、真空排気管が接続されており、高純度の石英ガラスなどにより作製されたサセプタ１ａ上に載置された基板Ｗを、所定の処理温度、処理ガス圧力、処理ガス流量の条件下でエッチング、成膜処理あるいは加熱処理を行う。また、サセプタ１ａには、図１及び図４に示すように、複数の昇降ピン１ｂ，１ｂ…が埋設され、基板Ｗの受け渡しのときに昇降ピン１ｂ，１ｂ…が上昇してサセプタ１ａの上部に後述するフォーク４ｄが挿抜するための空間を確保できるようにしている。

トランスファチャンバ２は、図１及び図２に示すように、矩形断面を有し横向きの筒状に形成されるもので、大気側で一般空気に曝されるロードロックチャンバ７の影響がプロセスチャンバ１に及ぶことがないように、所定の雰囲気（一般に真空）に保つとともに、プロセスチャンバ１とロードロックチャンバ７との間での基板の搬送を行う搬送機構が設けられる。そして、図１及び図４に示すように、トランスファチャンバ２の上部に設けられる開口１８を介してロードロックチャンバ７と連通される。

トランスファチャンバ２は、図示しないガス注入配管と真空排気管が接続されており、通常は所定真空度となるように真空排気され、チャンバ内の清掃などの保守のときに、例えば乾燥空気を注入して大気圧に復帰させることができるようにされる。
また、トランスファチャンバ２の底面２ａには、図２に示すように、プロセスチャンバ１に近い側から第１のバッファ５、多関節型の搬送ロボット４、第２のバッファ６の順に配設される。

第１のバッファ５は、図１及び図２に示すように、２つの支柱の上部に基板載置部を設けたもので、この２つの支柱を、搬送ロボット４のアームが干渉せず基板サイズより大きな間隔となるように立設する。なお、図３は第１のバッファ５の上部の基板載置部に処理前の基板Ｗが仮置きされ、プロセスチャンバ１内での基板の処理終了待ちの状態を示している。

搬送ロボット４は、図１，図２，図７及び図８に示すように、昇降軸と３つの鉛直方向の回転軸を有する水平面多関節を有する円筒座標ロボット構成をなし、その胴体部４ａがトランスファチャンバ２の底面２ａの下側に固定され、胴体部４ａからトランスファチャンバ２の内部に主回転軸４ｇが突設される。そして、トランスファチャンバ２内部に突設された主回転軸４ｇの回りに旋回自在に取り付けられた第１アーム４ｂと、第１アーム４ｂの先端に設けられた回転軸４ｈの回りに旋回自在に取り付けられた第２アーム４ｃと、第２アーム４ｃの先端に設けられた回転軸４ｉの回りに旋回自在に取り付けられて基板を保持するフォーク４ｄとが設けられる。

そして、搬送ロボット４は、図２に示すように、プロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２の中心線ＣＣから、その主回転軸４ｇがＱだけ内壁よりにずらすように固定される。また、回転軸間寸法となる第１アーム４ｂの長さｍ１と第２アーム４ｃの長さｍ２は、ｍ１≒ｍ２でｍ１，ｍ２＞Ｑとなるように形成される。さらに、フォーク４ｄは、図２に示すように、略Ｌ字状に形成され、長辺の側に基板を載置する幅広の基板載置面を１つだけ設け、短辺の側の端部に第２アーム４ｃと回動自在とされる回転軸４ｉが設けられる。ここで、基板載置面の中心と回転軸４ｉ中心とは、主回転軸４ｇのずらし量Ｑと略同じ距離Ｑ’（Ｑ≒Ｑ’）となるように形成される。
なお、搬送ロボット４は、主回転軸４ｇの下方に配されるベローズ継手４ｊにより、フォーク４ｄが昇降駆動されてもトランスファチャンバ２の気密が保持される（図１，図８Ｂ参照）。

第２のバッファ６は、図１，図３及び図４に示すように、２つの支柱の上部に基板載置部を設け、昇降自在とされる弁体プレート９の上側に固定されたものである。そして、弁体プレート９が最も下降した状態で、第１のバッファ５と同様に、この２つの支柱が、搬送ロボット４のアームが干渉せず基板サイズより大きな間隔となるように立設される。

弁体プレート９は、図１及び図３に示すように、径が基板Ｗより大きな略円板状に形成されるもので、トランスファチャンバ２の底面２ａの下面に設けられる直動機構１０の出力シャフト１０ａの端面に設けられて昇降自在とされる。ここで、直動機構１０は、例えば大径のエアーシリンダを利用したもので、トランスファチャンバ２の内部に駆動用の出力シャフト１０ａが突設される。また、出力シャフト１０ａは真空シール１０ｂを貫通してトランスファチャンバ２内に導入される。
また、弁体プレート９には、図１に示すように、その上面の周縁に例えばＯリングなどの真空パッキン８が設けられる。

そして、弁体プレート９が上昇駆動されたとき、弁体プレート９の真空パッキン８でトランスファチャンバ２上部に設けられる略円形の開口１８を閉止し、ロードロックチャンバ７と隔離するようにする。
つまり、弁体プレート９は、図１及び図４に示すように、直動機構１０を駆動させることでトランスファチャンバ２内で上下駆動され、図１に示す最上端まで上昇させた場合には、弁体プレート９がロードロックチャンバ７下部のトランスファチャンバ２上部の開口１８にはまり込み、同時に真空パッキン８がロードロックチャンバ７の図示しないシール面に密着する。これにより、トランスファチャンバ２の内部とロードロックチャンバ７の内部とを十分な気密を保ち仕切ることができる。

そして、トランスファチャンバ２内の機構は、図２に示すように、プロセスチャンバ１内の基板載置部中心と、トランスファチャンバ２内の第１のバッファ５に載置される基板の中心と、最下位置での第２のバッファ６に載置される基板の中心とが、水平投影面で見たときプロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２の中心線ＣＣ上に略並ぶように配設される。そして、搬送ロボット４のフォーク４ｄが移動するとき、常にプロセスチャンバ１に向いた姿勢となり、その運動軌道がプロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２の中心線ＣＣ上をなぞるようになされる。

ロードロックチャンバ７は、図示しないガス注入配管と真空排気管が接続されており、通常は所定真空度となるように真空排気され、基板Ｗをロードロックチャンバ７と大気側の基板搬送装置との間で授受するときに、弁体プレート９を上昇駆動してトランスファチャンバ２とロードロックチャンバ７とを仕切った後、ロードロックチャンバ７に例えば乾燥空気を注入して大気圧に復帰させて第２のゲートバルブ１１を開放するようにする。

このように構成した基板処理装置において、基板の受け渡し動作を図１〜図４，フロー図である図５及び図６を参照して説明する。以下では、未処理基板をＷ０、処理中の基板をＷ１、処理済基板をＷ２で表わし、基板一般をいうときは上述と同様Wで表わす。

プロセスチャンバ１で基板Ｗ１の処理開始当初では、図１に示すように、プロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２とロードロックチャンバ７はおのおの気密を保つように仕切られた状態である。このとき、第１及び第２のゲートバルブ，１１は閉止された状態で、トランスファチャンバ２は弁体プレート９が上昇位置とされて真空パッキン８により真空状態に保たれ、搬送ロボット４はフォーク４ｄが第1のバッファ５の直下となる位置（待機位置）とされる。

この状態で、大気側の大気搬送装置から未処理基板Ｗ０「有り」の信号を本例の基板処理装置が受け取ることにより搬送ロボット４などの機器が動作開始する（図５のステップＳ１）。
そして、プロセスチャンバ１で基板Ｗ１を処理している間に、弁体プレート９を上昇させトランスファチャンバ２と気密を保つように仕切った状態で、ロードロックチャンバ７を大気圧に復帰する（ステップＳ２）。このとき、第１のゲートバルブ３は閉止された状態で、トランスファチャンバ２は弁体プレート９の真空パッキン８により真空状態に保たれ、搬送ロボット４はフォーク４ｄが第1のバッファ５の直下となる位置（待機位置）とされる。

次に、第２のゲートバルブ１１を開き（ステップＳ３）、図示しない大気搬送装置によってロードロックチャンバ７内の第２のバッファ６の基板載置部に未処理の基板Ｗ０を載置する（ステップＳ４）。そして、第２のゲートバルブ１１を閉じ（ステップＳ５）、ロードロックチャンバ７の内部の空気を排気し真空状態にする（ステップＳ６）。図１はこの状態における基板処理装置の側断面図である。

次に、第２のバッファ６に未処理基板Ｗ０が載置された状態で弁体プレート９を最下部まで下降させる（フォーク４ｄは下位置）（ステップＳ７）。
それから搬送ロボット４のフォーク４ｄを空身の状態で第２のバッファ６の直下へ後退させ（ステップＳ８）、搬送ロボット４のフォーク４ｄを上昇駆動することで第２のバッファ６からフォーク４ｄへと未処理基板Ｗ０を受け渡す（フォーク４ｄは上位置）（ステップＳ９）。図２はこの時の搬送ロボット４の姿勢を示す基板処理装置の上断面図である。

次に、フォーク４ｄに未処理基板Ｗ０を載置した搬送ロボット４は第１のバッファ５の直上の位置まで直進駆動される（フォーク４ｄは上位置）（ステップＳ１０）。
そして、フォーク４ｄを下降駆動して第１のバッファ５の載置部に未処理基板Ｗ０を移載し（ステップＳ１１）、フォーク４ｄは第１のバッファ５の直下位置で待機し（ステップＳ１２）、プロセスチャンバ１で処理が終了するのを待つ（フォーク４ｄは下位置）（ステップＳ１３）。

そして、プロセスチャンバ１内での処理が終わると昇降ピン１ｂ，１ｂ…が上昇してサセプタ１ａと処理済基板Ｗ２との間に間隙を設けられる（ステップＳ１４）。それから、弁体プレート９が上昇位置であることを確認後、プロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２内の圧力を同じに合わせる（ステップＳ１５）。
そして、第１のゲートバルブ３を開け（ステップＳ１６）、搬送ロボット４のフォーク４ｄがプロセスチャンバ１内に進入する（フォーク４ｄは下位置のまま）（ステップＳ１７）。なお、上断面図の図３及び側断面図の図４は、このときのサセプタ１ａと処理済基板Ｗ２の間隙にフォーク４ｄが進入した状態を示している。

次に、搬送ロボット４が上昇駆動されてフォーク４ｄに処理済基板Ｗ２を載置し（図６のステップＳ１８）、そして処理済基板Ｗ２をフォーク４ｄに載せたまま第２のバッファ６の位置まで直線状に、第２のバッファ６の直上位置まで後退する（フォーク４ｄは上位置）（ステップＳ１９）。
そして、搬送ロボット４が下降駆動されてフォーク４ｄから第２のバッファ６に処理済基板Ｗ２を渡す（フォーク４ｄは下位置）（ステップＳ２０）。

次に、搬送ロボット４のフォーク４ｄは空身の状態で第１のバッファ５の位置まで直線状に、第１のバッファ６の直下位置まで前進する（フォーク４ｄは下位置）（ステップＳ２１）。
次に、搬送ロボット４が上昇駆動されて第１のバッファ５上の未処理基板Ｗ０をフォーク４ｄに載置して（ステップＳ２２）から、このフォーク４ｄがサセプタ１ａの直上位置まで直線状に前進する（フォーク４ｄは上位置）（ステップＳ２３）。

それから、搬送ロボット４が下降駆動されてフォーク４ｄから未処理基板Ｗ０をサセプタ１ａの上方に突き上げられた昇降ピン１ｂ，１ｂ…の上端に載置し（フォーク４ｄは下位置）（ステップＳ２４）、下位置の状態でフォーク４ｄが第１のバッファ５の直下の待機位置まで後進する（ステップＳ２５）。
プロセスチャンバ１内からフォーク４ｄが退避することにより、昇降ピン１ｂ，１ｂ…が下降し（ステップＳ２６）、サセプタ１ａ上に未処理基板Ｗ０が載置されるとともに第１のゲートバルブ３が閉止され（ステップＳ２７）、プロセスチャンバ１内での処理が開始される（ステップＳ２８）。

次に、第１のゲートバルブ３でプロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２とが仕切られてプロセスチャンバ１内での処理が開始すると略同時に、処理済基板Ｗ２が載置された第２のバッファ６を有する弁体プレート９が最上部まで上昇駆動されてトランスファチャンバ２とロードロックチャンバ７とが仕切られる（ステップＳ２９）。
そして、ロードロックチャンバ７内を大気圧復帰した（ステップＳ３０）後、第２のゲートバルブ１１を開け（ステップＳ３１）、図示しない大気搬送装置により第２のバッファ６上の処理済基板Ｗ２を取り出す（ステップＳ３２）。

そして、未処理基板Ｗ０有りが大気搬送装置から発せられているときは、ステップＳ４の前に戻り、新たな未処理基板Ｗ０を第２のバッファ６に載置し、以降ステップＳ３２までを上記と同じ手順により繰り返す。

このように構成された基板処理装置では、弁体プレート９でトランスファチャンバ２とロードロックチャンバ７を気密に仕切った状態で、第２のゲートバルブ１１を開け、大気搬送装置から弁体プレート９上の第２のバッファ６上に処理済基板Ｗ２が有るときは未処理基板Ｗ０と入れ替え、処理済基板Ｗ２が無いときは未処理基板Ｗ０を供給することができる。
そして、未処理基板Ｗ０は、第２のゲートバルブ１１が閉じ、ロードロックチャンバ７が十分真空排気された状態で弁体プレート９を最下位置まで下降させた状態で搬送ロボット４のフォーク４ｄが第２のバッファ６の直下まで後退し、フォーク４ｄが上昇することでフォーク４ｄ上に未処理基板Ｗ０が保持され、この未処理基板Ｗ０の載置状態でフォーク４ｄが第１のバッファ５の直上まで前進する。

そして、プロセスチャンバ１内に処理中基板Ｗ１又は処理済基板Ｗ２が無いときは、第１のゲートバルブ３が開けられ、フォーク４ｄが上昇位置のままでさらに前進して、プロセスチャンバ１のサセプタ１ａ上に未処理基板Ｗ０を載置してからフォーク４ｄが第１のバッファ５の直下まで後退する（フォーク４ｄの待機位置）。そして、第１のゲートバルブ３を閉じて処理が開始されるとともに、空となった第１のバッファ５に新たな未処理基板Ｗ０を載置するように、大気搬送装置からの投入を準備する。

一方、プロセスチャンバ１内に未処理基板Ｗ０又は処理中基板Ｗ１が有るときは、搬送ロボット４を駆動してフォーク４ｄを第１のバッファ５の直上から直下位置まで下降駆動し、未処理基板Ｗ０１を第１のバッファ５に載置し、処理が終了するまでフォーク４ｄは待機状態となる。
そして、プロセスチャンバ１内での処理終了により第１のゲートバルブ３が開き、昇降ピン１ｂ，１ｂ，…による処理済基板Ｗ２とサセプタ１ａとの間隙にフォーク４ｄが挿入、上昇して処理済基板Ｗ２がフォーク４ｄ上に保持される。
処理済基板Ｗ２を保持したフォーク４ｄは、直線状に第２のバッファ６の直上まで後退、下降して処理済基板Ｗ２を第２のバッファ６に載置する。

そして、処理済基板Ｗ２を第２のバッファ６に載置したままで、下位置の状態のフォーク４ｄが、第１のバッファ５の直下まで前進する。そして、フォーク４ｄが上昇して未処理基板Ｗ０をその上に保持、さらに前進してプロセスチャンバ１のサセプタ１ａに未処理基板Ｗ０を載置する。
そして、フォーク４ｄがプロセスチャンバ１から退避したのを条件に第１のゲートバルブ３を閉じて処理が開始するとともに、弁体プレート９を上昇させロードロックチャンバ７をトランスファチャンバ２と仕切り、ロードロックチャンバ７を大気圧復帰したのち第２のバッファ６に載置されている処理済基板Ｗ２を大気搬送装置により取り出すようにする。

次に、本例の基板搬送装置のトランスファチャンバ２内で用いられる搬送ロボット４を、図７〜図９を参照して説明する。

図７は、本例の搬送ロボット４の動作を説明するため、フォーク４ｄがプロセスチャンバ１の側に前進している図３に対応するアーム４ｂ，４ｃとフォーク４ｄの状態を示している。
また、平面図の図８Ａ及び側面図の図Bは、搬送ロボット４のアーム４ｂ，４ｃとフォーク４ｄとが略重なり合った状態を示し、この状態での第１のバッファ５の直下位置がフォーク４ｄの待機位置としている。

搬送ロボット４の動作説明に供するため、図２，図７及び図８Ａに示すように、搬送ロボット４の主回転軸４ｇを原点Ｏとし、原点Ｏを通りプロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２の中心線ＣＣの方向をｘ軸、原点Ｏを通りこのｘ軸と直交する方向をy軸とする（図２及び図７参照）。
また、アーム４ｂ，４ｃとフォーク４ｄとが略重なり合った図８Ａに示す状態を初期状態とし、このとき回転軸４ｇ，４ｈ，４ｉの回転角をそれぞれ０°とし、時計回り（ＣＷ）の方向を正とする。

図７に示すように、搬送ロボット４の各部の長さ、角度を以下の符号で表わす。すなわち、アーム４ｂの長さをｍ１、アーム４ｃの長さをｍ２とし、上述のようにＬ字状とされるフォーク４ｄの短辺側の長さをＱ’（ｍ１，ｍ２＞Ｑ’）とし、載置される基板Ｗの中心位置を短辺の中心軸に対してＦの距離とする。

また、アーム４ｂの主回転軸４ｇ回りの回転角度をφ、アーム４ｂとアーム４ｃとがなす回転軸４ｈ回りの角度をθ、アーム４ｃとフォーク４ｄの短辺側とがなす回転軸４ｉ回りの角度をωとする。
ここで、搬送ロボット４の主回転軸４ｇは、図７に示すように、中心線ＣＣに対して距離Ｑだけオフセットして配置される。
そして、本例では、上述のように主回転軸４ｇのオフセット量Ｑとフォーク４ｄの短辺側の長さＱ’とをＱ≒Ｑ’となるようにし、また、アーム４ｂの長さｍ１とアーム４ｃの長さｍ２とをｍ１≒ｍ２とする。

このような大きさに作製された搬送ロボット４のアーム４ｂ，４ｃとフォーク４ｄは、アーム４ｂの主回転軸４ｇ回りの回転角度φとアーム４ｃとフォーク４ｄの短辺側とがなす回転軸４ｉ回りの角度ωとがφ≒ωとなるように制御される。
この場合、回転軸４ｈ，４ｉの中心を図７に示すように、Ｏ_１，Ｏ_２とすると、三角形ＯＯ_１Ｏ_２は∠ＯＯ_１Ｏ_２を頂角とする二等辺三角形をなすので、φ≒ωとなるように制御することによりフォーク４ｄの短辺側は常にｙ軸と平行な状態に保たれ、回転軸４ｉの中心Ｏ_１は常にｘ軸上を移動するものとなる。

すなわち、フォーク４ｄの短辺側が常にｙ軸と平行な状態に保たれるとき、アーム４ｂとアーム４ｃとがなす回転軸４ｈ回りの角度θは、θ＝φ＋ω≒２φとなるので、主回転軸４ｇの回転角度φに対して、回転軸４ｈの角度θをθ＝２φとすればよく、また、回転軸４ｉの角度ωもω＝φと主回転軸４ｇの回転角度φに追従させればよい。このため、アーム４ｂ、４ｃの長さが異なるときと比べ、座標変換等の余分な処理が不要となり簡便にフォーク４ｄを中心線ＣＣ上で一定の姿勢を保ったまま移動させることができる。フォーク４ｄの中心が中心線ＣＣである運動軌道上に載るように駆動される。

図９Ａ〜Ｄは、搬送ロボット４の平面的な動作を順を追って説明するための略図である。図９では、アーム４ｂ，４ｃは直線で、回転軸は○（丸）で簡略化して示した。また、図９で実線又は破線で示す大きな円は半径Ｒの基板Ｗで、その中心を黒点で示した。そして、符号Ｐ１は第２のバッファ６での基板Ｗの載置位置、符号Ｐ２は第１のバッファ５での基板Ｗの載置位置、符号Ｐ３はサセプタ１ａ上の基板Ｗの載置位置である。

図９Ａは、基板Ｗが第２のバッファ６の位置Ｐ１にあり、基板Ｗの直下又は下方にフォーク４ｄが配された状態を示している。このとき、主回転軸４ｇ、回転軸４ｈ，４ｉは、ｙ軸方向を基準としたとき図７とは反対の反時計回り（ＣＣＷ）に駆動される。すなわち、φ１≒ω１＜０であり、このとき、回転軸４ｇ，４ｉ間の距離Ｓ１は、Ｓ１＝ｍ１×sinφ１＋ｍ２×sinω１≒２ｍ１×sinφ１となる。
ここで、回転軸４ｉからの基板Ｗ中心までのｘ軸方向の距離は寸法Ｆなので、端部の内側壁２ｃとの間隙をΔｓ１として、この内側壁２ｃから第２のバッファ６の位置Ｐ１までの寸法を、Ｆ＋Δｓ１と定めることができる。そして、この第２のバッファ６で基板Ｗを受け取るときのフォーク４ｄの位置では、フォーク４ｄがアーム４ｃと同じ側に略重なり、回転軸４ｉが最もトランスファチャンバ２の内側壁２ｃに近接するようになされるため、主回転軸４ｇから内側壁２ｃ間での距離を短くすることができる。

図９Ｂは、基板Ｗが第１のバッファ６の位置Ｐ２にあり、基板Ｗの直上、又は待機位置となる直下にフォーク４ｄが配された状態を示している。このとき、主回転軸４ｇ、回転軸４ｈ，４ｉの回転角度は０である。このとき、回転軸４ｉからの基板Ｗ中心までのｘ軸方向の距離は寸法Ｆとなる。そして、基板Ｗと第１のゲートバルブ３との間隙をΔｓ２として、この第１のゲートバルブ側の側壁２ｄから端部の内側壁までの寸法を、（Δｓ２＋Ｒ＋Ｆ）＋（Δｓ１＋２ｍ１×sinφ１）とすることができる。

図９Ｃは、プロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２との中心線ＣＣ上に第１のゲートバルブ３の中心を配するようにして、基板Ｗが第１のゲートバルブ３を通過するときを示している。このとき、主回転軸４ｇ、回転軸４ｈ，４ｉは、ｙ軸方向を基準としたとき図７の時計回り（ＣＷ）に駆動される。すなわち、φ２≒ω２＞０であり、このとき、回転軸４ｇ，４ｉ間の距離Ｓ２は、Ｓ２＝ｍ１×sinφ２＋ｍ２×sinω２≒２ｍ１×sinφ２となる。
そして、回転軸４ｉの外形の半径ｒとして、基板半径ＲがＲ＞Ｑ’＋ｒの条件を満たすとき、第１のゲートバルブ３の開口幅は、基板Ｗの直径２Ｒに対し余裕を持つように形成され、また、Ｒ＜Ｑ’＋ｒのとき、開口幅は２×（Ｑ’＋ｒ）に対し余裕を持つように形成される。

図９Ｄは、基板Ｗがプロセスチャンバ１のサセプタ１ａの位置Ｐ３にあり、基板Ｗの直下にフォーク４ｄが配された状態を示している。このとき、回転軸４ｈ，４ｉは、ｙ軸方向を基準としたときの時計回り（ＣＷ）に駆動される。すなわち、φ３≒ω３＞０であり、このとき、回転軸４ｇ，４ｉ間の距離Ｓ３は、Ｓ３＝ｍ１×sinφ３＋ｍ２×sinω３≒２ｍ１×sinφ３となる。
ここで、回転軸４ｉからの基板Ｗ中心までのｘ軸方向の距離は寸法Ｆなので、プロセスチャンバ１の端部の内側壁１ｄとの間隙をΔｓ３として、この内側壁１ｄからサセプタ１ａの位置Ｐ３までの寸法を、Ｓ３＋Ｆ＋Ｒ＋Δｓ３と定めることができる。

そして、第２のバッファ６の位置でのアーム４ｂの回転角をφ１、プロセスチャンバ１のサセプタ１ａ上でのアーム４ｂの回転角をφ３としたとき、図９Ｄに示すように、プロセスチャンバ１の内側壁１ｄからトランスファチャンバ２の内側壁２ｃまでのチャンバの長手方向の大きさを、Ｓ１＋Ｓ３＋Ｒ＋Ｆ＋Δｓ１＋Δｓ３として定めることができる。
また、トランスファチャンバ２の長手方向の大きさ（内寸）を、図９Ａ及び図９Ｂに示す寸法から、Ｓ１＋Ｒ＋Ｆ＋Δｓ１＋Δｓ２として定めることができる。

一方、基板処理装置の幅方向の大きさ（内寸）は、図１に示すように、先ずプロセスチャンバ１では、基板の処理で内側壁の影響がないようにサセプタ１ａとの間隙が決められ、トランスファチャンバ２では、図３に示すように、第２のバッファ６が設けられ昇降自在に駆動される弁体プレート９と干渉しない、弁体プレート９の外径より僅か大きい幅に決めることができる。

このように構成した本例の基板処理装置によれば、トランスファチャンバ２を大気状態とすることなくプロセスチャンバ１との間で基板を供給・排出することができるのでトランスファチャンバ２内が腐食性の雰囲気となることがないので搬送ロボット４やバッファ５，６などの機器が腐食されることがない。また、ロードロックチャンバ７をトランスファチャンバ２の上方に配設し、基板をプロセスチャンバ１とトランスファチャンバ２の略中心線ＣＣ上を移動させるだけでよく、またチャンバ１，２の幅を弁体プレート９より僅か大きいものとすれば十分なため設置面積（フットプリント）を小さくすることができる。

本例の基板処理装置によれば、トランスファチャンバ２内を腐食性雰囲気とすることなく基板の搬送を行うことができ、設置面積（フットプリント）を小さくすることができる。

なお、上述例では、弁体プレート９の直動機構１０にエアーシリンダを利用しているが、それ以外にも例えば回転モータと台形ネジ、ボールネジ、ウォームギアなどの組み合わせを利用してもよい。また、真空パッキン８にＯリングを利用しているが、シール性の向上、密着したシールからの剥離性向上を目的として、丸断面以外の形状のものを利用したり、種々の材料のパッキンが利用できる。
また、第１および第２のバッファ５，６と搬送ロボット４との基板Ｗの受け渡しのため、上述例では搬送ロボット４が上下動するように構成したが、逆に第１および第２のバッファ５，６を上下動できるようにすれば搬送ロボット４の上下動機構が不要になり搬送ロボットの構成を簡略化することができる。
さらに、搬送ロボット４のアーム４ｂ，４ｃの長さを略同じｍ１≒ｍ２として説明したが、これに限らず位置制御での補間がやや複雑になるがｍ１≠ｍ２としてもよいものである。

本発明の基板処理装置は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることは勿論である。

本発明の一実施の形態の例による基板処理装置のプロセスチャンバ内で基板の処理が行われ、第２のバッファに未処理基板が載置された状態を示す側断面図である。 図１例の基板処理装置の、未処理基板を第２のバッファから搬送ロボットのフォークで受け取る状態を示す上断面図である。 図１例の基板処理装置の、プロセスチャンバから処理済基板を取り出す状態を示す上断面図である。 図３例での基板処理装置の側断面図である。 図１例の基板処理装置の搬送動作の説明に供するフローの前半を示すフロー図である。 図１例の基板処理装置の搬送動作の説明に供するフローの図５例に続く後半を示すフロー図である。 図１例の基板処理装置の搬送ロボットアームの動作の説明に供する説明図である。 図１例の基板処理装置の搬送ロボットアームの動作原点の説明に給する説明図で、Ａは平面図、Ｂは側面図である。 図１例の基板処理装置の基板搬送動作の説明に給する、Ａはフォークが第２のバッファ位置、Ｂはフォークが第１のバッファ位置、Ｃはフォークが第１のゲートバルブ位置、Ｄはフォークがサセプタ位置での状態を示す説明図である。 従来の基板処理装置の例を示す上面図である。

符号の説明

１…プロセスチャンバ、２…トランスファチャンバ、４…搬送ロボット、４ｄ…フォーク、４ｇ…主回転軸、５…第１のバッファ、６…第２のバッファ、７…ロードロックチャンバ、９…弁体プレート、ＣＣ…中心線、Ｗ…基板

Claims (1)

1. トランスファチャンバに基板を処理するプロセスチャンバを設けるとともに、前記トランスファチャンバの前記プロセスチャンバの反対側に、大気との間の前記基板の移載の際に前記トランスファチャンバを所定雰囲気に保持するためのロードロックチャンバが連設される基板処理装置において、
   前記プロセスチャンバと前記トランスファチャンバとが開閉自在の第１の隔壁を介して連設されるとともに、前記ロードロックチャンバが開閉自在の第２の隔壁を介して前記大気と隔離され、
   前記トランスファチャンバは、前記トランスファチャンバ内に第１のバッファと、アームと前記基板を載置するフォークとを具備する搬送ロボットと、前記トランスファチャンバの上面部に前記ロードロックチャンバとを備え、
   前記ロードロックチャンバと前記トランスファチャンバとの間に、前記基板の仮置用の第２のバッファを上面に有する昇降自在の仕切りを設け、
   前記プロセスチャンバの前記基板の載置部と、前記第１のバッファと、前記仕切りの下降位置での第２のバッファとのそれぞれに載置される前記基板の水平投影面での中心を略直線上に配設した上で、前記フォークの水平投影面での運動軌道を前記直線と略平行に配し、該運動軌道から外れた位置に前記搬送ロボットの主回転軸を配して前記基板を移載する基板処理装置であり、
   前記基板の仮置きに用いる前記第１のバッファをトランスファチャンバ内の前記搬送ロボットの主回転軸に対して前記プロセスチャンバ側に設け、前記搬送ロボットのアームの先端部に前記基板を保持するためのフォークを備え、
   前記搬送ロボットは、
   前記トランスファチャンバの底面に固定され、少なくとも前記トランスファチャンバ内で略鉛直方向に突設される主回転軸を有する胴体部と、
   前記主回転軸に取り付けられる第１のアームと、
   前記第１のアームの先端部の第１の回動軸に回動自在に取り付けられる第２のアームと、
   前記第２のアームの先端部の第２の回動軸に回動自在に取り付けられ、前記第２の回動軸に対して中心線がオフセットするように取り付けられる前記フォークとから構成され、
   前記フォークの移動方向を変えることなく直線運動するように制御するとともに、前記フォークの前進運動により前記第１のバッファ又は前記プロセスチャンバの位置に処理前の前記基板を搬送し、前記フォークの後退運動により前記第２のバッファの位置に処理済の前記基板を搬送させる構成とし、
   前記第１のバッファを、
   ２つの支柱の上部に基板載置部を設けた構成として、前記第１のバッファの仮置部の上方又は下方を前記基板が載置された前記フォークが略水平移動するとき、２つの支柱の間を前記搬送ロボットの前記第１のアームの先端側、前記第２のアーム、前記フォークが通過するように形成し、
   前記第２のバッファを、
   ２つの支柱の上部に基板載置部を設けた構成として、前記第２のバッファの仮置部の上方又は下方を前記基板が載置された前記フォークが略水平移動するとき、２つの支柱の間を前記搬送ロボットの前記第１のアームの先端側、前記第２のアーム、前記フォークが通過するように形成し、
   前記第１のアームの主回転軸と前記第１の回動軸間の長さと、前記第２のアームの前記第１の回動軸と前記第２の回動軸間の長さを略同じとし、
   前記第２の回動軸を前記直線と略平行で前記主回転軸を通る線上を移動させ、前記第２の回動軸に設けられる前記フォークの姿勢を一定方向に保つように制御する
   基板処理装置。

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