JP5010856B2 - 非ニュートン流体を使用して基板を搬送する方法および装置 - Google Patents

Description

半導体ウェーハ等の基板は、ある場所から別の場所へ、様々な方法で移送できる。例えば、通常、半導体製造システムでは、機械的なローラを使用して、基板をシステム内で移動させる。具体的には、ローラのテーパ付き表面が基板の縁部を受け取るように、基板をローラの間に配置することができる。基板を移動させるために、ローラが回転して、回転方向に基板を押す。ローラと、その他の機械的デバイスとにおける問題は、ローラに関するメカニズムが複雑になり得ることである。更に、ローラは、基板を移動させるために基板に接触する必要がある。こうした接触は、基板に大きな応力を与える可能性があり、基板の劣化につながる恐れがある。

基板を移動させるために、水も使用されている。例えば、基板を水流の中に置き、流れの方向に基板を移動可能である。基板の搬送に水を使用する際の問題は、基板が沈み、底面に貼り付く可能性があり、これにより基板の搬送が妨げられることである。基板が表面に貼り付いた場合、基板を取り除くのは容易ではない。基板が底部に沈むのは、水が基板を支持できないためである。したがって、基板搬送のための水の使用は、信頼性が低くなる場合があり、基板が底部に貼り付きやすい。

上記を鑑みて、より単純で信頼性の高い、基板を搬送する方法および装置を提供する必要性が存在する。

大まかに言って、本発明は、基板を搬送する方法、装置、およびシステムを提供することで、こうした必要性を満たす。本発明は、方法、システム、またはデバイスを含む多数の形で実施できる。本発明のいくつかの実施形態について、下で説明する。

本発明の第一の態様によれば、導管の形態である空洞を有するチャンバを含む装置が提供される。導管は、非ニュートン流体を輸送して、導管を介した基板の搬送を可能にするように構成される。

本発明の第二の態様によれば、基板を搬送するシステムが提供される。システムは、導入端部と、排出端部と、チャンバ壁の導入口とを有するチャンバを含む。導入端部は、基板を受け入れ可能な第一の開口部を定め、排出端部は、第二の開口部を定める。導入口は、第一の開口部に近接し、非ニュートン流体をチャンバへ注入するように構成される。システムは、加えて、導入口に結合された非ニュートン流体アプリケータを含む。非ニュートン流体アプリケータは、導入口を介して非ニュートン流体をチャンバへ注入し、第二の開口部へ向かう非ニュートン流体の流動を可能にし、流動により基板を第一の開口部から第二の開口部へ移動させることが可能となるように構成される。

本発明の第三の態様によれば、基板を搬送する方法が提供される。この方法では、非ニュートン流体を供給し、非ニュートン流体中に基板を浮遊させる。非ニュートン流体は基盤を支持できるため、基板を浮遊させることが可能となる。その後、非ニュートン流体に供給力を加え、非ニュートン流体を流動させ、流動により基板を流動方向に沿って移動させることが可能となる。

本発明の第四の態様によれば、基板を搬送する方法が提供される。この方法では、導管の形態であるチャンバに、非ニュートン流体を充填する。チャンバは、導入端部および排出端部を有する。基板が非ニュートン流体中に浮遊するように、導入端部において、基板をチャンバ内へ導入する。非ニュートン流体の流動が基板の両表面上を移動し、非ニュートン流体が排出端部から退出するように、追加の非ニュートン流体をチャンバに押し通す。

本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例示する添付図面と併せて、以下の詳細な説明から、更に明らかとなるであろう。

本発明は、同様の参照符号が同様の構造要素を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明により容易に理解されるであろう。

基板を搬送する方法、装置、およびシステムについての発明を説明する。しかしながら、こうした具体的な詳細の一部または全部がなくとも、本発明を実施し得ることは、当業者に明白となるであろう。別の例において、周知の処理工程については、本発明を不必要に曖昧にしないために説明していない。

本明細書で説明する実施形態は、非ニュートン流体を使用して基板を搬送する方法、装置、およびシステムを提供する。基本的に、基板は、非ニュートン流体の流動内に基板を配置することで搬送される。非ニュートン流体の流動は、流動方向に沿って基板を移動させる。下で更に詳細に説明するように、一実施形態において、基板を搬送する装置は、導管の形態である空洞を有するチャンバを含む。導管は、非ニュートン流体を輸送して、導管を介した基板の搬送を可能にできる。

図１は、本発明の一実施形態による、基板を搬送する方法の高レベルの概要を示すフローチャートである。図１に示したように、非ニュートン流体は、最初にステップ１１０において供給される。非ニュートン流体は、加えられた剪断力により粘度が変化する流体である。非ニュートン流体の例は、固体および液体という両極端の中間部分を占める軟質凝縮物質（ソフトマター）である。軟質凝縮物質は、外的応力により容易に変形可能であり、軟質凝縮物質の例は、エマルジョン、コロイド、フォーム等を含む。エマルジョンは、例えば、練り歯磨き、マヨネーズ、水中の油といった、非混和液の混合物であると理解されたい。コロイドは、水中に分散したポリマであり、ゼラチンがコロイドの例となる。フォームは、液体素材中に形成された気泡であり、シェービングクリームがフォームの例となる。

非ニュートン流体を供給した後、ステップ１１２において、基板を非ニュートン流体中に浮遊させる。言い換えると、基板を非ニュートン流体に浸漬する。非ニュートン流体は、流動が無くとも、ほぼ無期限に基板を支持可能であり、これは、それを下回った場合に非ニュートン流体が流動しなくなる降伏点を有することが非ニュートン流体の特徴であるためである。基板の重量は十分に小さく、非ニュートン流体に載った基板は、非ニュートン流体の降伏点を上回らない。したがって、非ニュートン流体は、基板を支持できる。

基板は、任意の適切な基材である。例示的な一実施形態において、基板は、半導体ウェーハであり、即ち、様々な材料の拡散および堆積により超小型回路が上に構築される、シリコン結晶等の半導体材料の薄片である。別の例示的な実施形態において、基板は、磁気媒体コーティングを備えた円形の硬板から成るハードディスクのプラッタ（円盤状記録媒体）である。

更に図１を参照すると、基板を非ニュートン流体中に浮遊させた後、ステップ１１４において、非ニュートン流体に供給力を加えて、非ニュートン流体を流動させる。下で更に詳細に説明するように、基板を非ニュートン流体中で浮遊させているため、非ニュートン流体の流動は、基板に力を及ぼし、基板を流動方向に沿って移動させる。結果として、非ニュートン流体の流動は、基板を搬送できる。

図２Ａは、本発明の一実施形態による、水平方向に沿って基板を搬送する装置の簡略斜視図である。装置２１４は、導管の形態である空洞を有するチャンバ２１６を含む。下で更に詳細に説明するように、導管は、非ニュートン流体を輸送して、導管を介した基板の搬送を可能にするように構成される。図２Ａは、導管が長方形の形状を有することを示している。しかしながら、空洞は、基板を収容および搬送するために寸法を決定した任意の適切な形状により定めてよいと理解されたい。例えば、別の実施形態において、空洞は、円筒形状を有する。

図２Ｂは、切断線Ａ−Ａに沿った、図２Ａに示した装置の搬送部の側断面図である。図２Ｂに示したように、装置２１４のチャンバ２１６には、非ニュートン流体２１０を充填する。基板２１２は、非ニュートン流体２１０内に浮遊させる。チャンバ２１６の搬送部は、基板２１２を搬送するために寸法を決定されたチャネル導管により定められる。例えば、図２Ｂでは、搬送部を定める、部分的に囲まれた導管を示している。特に、側面から見た時、部分的に囲まれた導管は、上平面２３０と、上平面および底平面間で基板２１２を囲むように上平面に対して配向された底平面２３２とにより定められる。導管の高さ２４０は、上平面２３０と底平面２３２との間の距離により定義され、基板２１２の厚さより大きな任意の適切な寸法にできる。例えば、基板２１２の厚さが一ミリメートルである場合、高さ２４０は、四ミリメートルとすることができる。

基板２１２を搬送するために、非ニュートン流体２１０に供給力を加え、非ニュートン流体を流動させる。供給力は、任意の適切な方法で生成してよい。例えば、供給力は、追加の非ニュートン流体２１０をポンプでチャンバ内へ送ることで生成してよい。非ニュートン流体２１０の流動は、流動方向に沿って基板２１２を移動させることができる。図２Ｂは、左から右へ、基板２１２の表面に対して実質的に平行な流動の方向を示している。非ニュートン流体２１０の流動は、基板２１２の表面上を移動して、基板の表面に対して平行な力を及ぼし、流動の速度またはそれに近い速度で、基板を左から右へ水平に移動させる。

図３Ａは、本発明の一実施形態による、垂直方向に沿って基板を搬送する装置の簡略斜視図である。装置３０２は、円筒状導管の形態である空洞を有するチャンバ３０３を含む。導管は、非ニュートン流体を輸送して、導管を介した基板の搬送を可能にするように構成される。

図３Ｂは、切断線Ｂ−Ｂに沿った、図３Ａに示した装置の搬送部の側断面図である。図３Ｂに示したように、装置３０２のチャンバ３０３には、非ニュートン流体２１０を充填する。基板２１２は、非ニュートン流体２１０内に浮遊される。チャンバ３０３の搬送部は、基板２１２を垂直に搬送するために寸法を決定されたチャネル導管により定められる。側面から見た時、導管は、左垂直面３０５と右垂直面３０４とにより定められる。左垂直面３０５は、左垂直面および右垂直面間で基板２１２を囲むように、右垂直面３０４に対して配向される。この実施形態において、基板２１２は、右垂直面３０４と左垂直面３０５と対して実質的に垂直に配向される。

基板２１２を垂直に搬送するために、非ニュートン流体２１０に供給力を加え、非ニュートン流体を流動させる。図３Ｂに示したように、非ニュートン流体２１０は、下から上へ垂直に流動する。非ニュートン流体２１０の流動方向は、基板２１２の表面に対して実質的に垂直である。したがって、流動は、基板２１２の底面に対して実質的に垂直な力を及ぼし、基板を垂直に上方へ移動させる。

図４Ａないし４Ｃは、本発明の一実施形態による、基板を搬送する別の装置の様々な図である。図４Ａは、装置３１０の上面図、図４Ｂは、側面図、図４Ｃは、拡大側面図を示している。装置３１０は、チャンバと、導入口３３２と、保持ピン３１２と、パネル３３０とを含む。チャンバは、長方形の導管の形態である空洞を有する。チャンバは、導入端部３１６と、導入端部の反対に位置する排出端部３１７とを有する。導入端部３１６は、基板２１２を受け入れ可能な第一の開口部により定められる。排出端部３１７は、基板２１２を排出可能な第二の開口部により定められる。加えて、第一の開口部を密封するために使用可能なパネル３３０が、導入端部３１６の第一の開口部に近接して含まれる。

装置３１０は、更に、チャンバの壁に結合された導入口３３２を含む。導入口３３２は、非ニュートン流体をチャンバへ注入するように構成される。図４Ｂの上面図に示したように、一実施形態において、導入口３３２は、チャンバの幅方向に沿って伸びる。しかしながら、導入口３３２は、任意の適切な形状およびサイズにできると理解されたい。非ニュートン流体アプリケータ（図示なし）は、導入口３３２に結合し、導入口を介して非ニュートン流体をチャンバへ注入することが可能である。図４Ｂの実施形態において、装置３１０は、導入端部３１６に近接して位置する二個の導入口３３２を含む。側面図では、導入口３３２の一方がチャンバの上部に位置し、他方の導入口が底部に位置することを示している。導入口３３２は、上部および底部から非ニュートン流体の対向する流動を形成するために、互いに対向して配置される。対向する流動は、基板の反対の表面に力を及ぼすことで、チャンバの中央で基板２１２を浮遊した状態に維持するのを助ける。しかしながら、所望の流動方向に応じて、装置３１０は、一個の導入口または三個以上の導入口を含むことができる。更に、下で詳細に説明するように、所望の流動方向が導入端部から排出端部３１７であることから、導入口３３２は、導入端部３１６に近接して配置される。ただし、導入口３３２は、様々な流動特性を形成するために、チャンバ内の任意の適切な位置に配置してよいと理解されたい。

更に図４Ａないし４Ｃを参照すると、基板２１２を装置３１０のチャンバに導入する前に、非ニュートン流体アプリケータは、導入口３３２を介してチャンバに非ニュートン流体を注入し、チャンバに非ニュートン流体を充填する。チャンバに非ニュートン流体を充填した後、導入端部３１６の第一の開口部を介して、基板２１２をチャンバ内に導入する。基板２１２は、非ニュートン流体中に基板が浮遊するように導入される。言い換えると、基板２１２は、基板がチャンバの表面に接触しないように、チャンバ内に配置される。非ニュートン流体は、基板がチャンバの中央に浮遊するように基板２１２を支持する能力を有する。導入口３３２からの対向する流動も、基板の反対の表面に力を及ぼすことで、チャンバの中央で基板２１２を浮遊した状態に維持するのを助ける。

基板２１２をチャンバ内に導入した後、導入端部３１６の第一の開口部に近接するパネル３３０を閉じて、第一の開口部を密封する。非ニュートン流体は導入端部３１６の第一の開口部を介して流出できないため、導入口３３２から注入された非ニュートン流体は、導入端部から排出端部３１７へ向けて流動し、排出端部の第二の開口部において流出する。非ニュートン流体の流動は、基板２１２の表面上を移動し、流動方向で基板に力を及ぼす。結果として、流動は、基板２１２を出力端部３１７に向けて移動させる。

装置３１０の実施形態は、チャンバ内に一本以上の保持ピン３１２を含むことができる。保持ピン３１２は、基板２１２の縁部を受領して、基板の移動を防止するために使用される。図４Ａおよび４Ｂの実施形態において、保持ピン３１２は、排出端部３１７に近接して配置され、非ニュートン流体がチャンバを通って流動する時に、基板２１２が排出端部の第二の開口部を介して移動するのを防止する。保持ピン３１２は、導管を介した非ニュートン流体の流動を可能にしながら、基板２１２を保持できる。基板２１２を移動させるために、保持ピン３１２は、基板の保持を解除して、非ニュートン流体の流動により、基板を導管に沿って排出端部３１７の第二の開口部の外へ移動できるように構成することができる。例えば、一実施形態では、保持ピン３１２を降下させて、基板２１２を移動させることができる。

図５は、本発明の一実施形態による、図４Ａないし４Ｃに示した装置を利用して基板を搬送する半導体基板洗浄システムのブロック図である。基板洗浄システム５０２は、半導体デバイス製造処理において、基板から粒子および微量金属汚染を除去するために使用される。図５に示したように、基板洗浄システム５０２は、導入ステーション５０４と、洗浄ステーションＡ５１０と、洗浄ステーションＢ５１１と、乾燥ステーション５０６と、非ニュートン流体アプリケータ５１２と、排出ステーション５０８とを含む。基板洗浄システム５０２の実施形態では、図４Ａないし４Ｃに示した装置を洗浄ステーションＡ５１０および洗浄ステーションＢ５１１に組み込んで、基板を搬送できる。洗浄ステーションＡ５１０および洗浄ステーションＢ５１１は、基板を洗浄するように構成された任意の適切な洗浄デバイスを含むことが可能であると理解されたい。例えば、洗浄ステーションＡ５１０および洗浄ステーションＢ５１１は、フォームを使用して基板を洗浄できる。基板を洗浄するためのフォームの使用についての詳細は、２００５年６月１５日提出の米国特許出願第１１／１５３，９５７号「非ニュートン流体を使用して基板を洗浄する方法および装置」を参照し得る。

基板を洗浄するための例示的な動作は、導入ステーション５０４に基板を入れることで開始される。洗浄ステーションＡ５１０および洗浄ステーションＢ５１１に結合された非ニュートン流体アプリケータ５１２は、非ニュートン流体と供給力とを提供して、洗浄ステーションＡ５１０のチャンバへ非ニュートン流体を注入する。洗浄ステーションＡ５１０のチャンバに非ニュートン流体を充填した後、導入チャンバ５０４内のローラにより、基板を洗浄ステーションＡのチャンバに押し入れ、チャンバ内に配置された保持ピンで停止させる。基板が洗浄ステーションＡ５１０内に完全に挿入された時に、洗浄ステーションＡのパネルを閉じて、洗浄ステーションの開口部を密封する。次に、適切な洗浄法を使用して、洗浄ステーションＡ５１０により基板を洗浄する。基板を洗浄した後、保持ピンを降下させ、非ニュートン流体の流動により、基板を洗浄ステーションＡ５１０の外へ移動させる。

洗浄ステーションＡ５１０で基板を洗浄した後、基板をすすぎ、第二の洗浄のために洗浄ステーションＢ５１１へ導入する。洗浄ステーションＢ５１１は、洗浄ステーションＡ５１０と同じ洗浄処理、或いは異なる洗浄処理を使用してよい。洗浄ステーションＢ５１１で基板を洗浄した後、非ニュートン流体の流動を使用して基板を洗浄ステーションＢ５１１の外へ搬送し、基板をすすぎ、次に乾燥ステーション５０６で乾燥させる。その後、洗浄および乾燥済みの基板をローラにより排出ステーション５０８へ押し出し、ここで基板は基板洗浄システム５０２から排出される。

簡単に言えば、上述の実施形態は、基板を搬送する方法、装置、およびシステムを提供する。基本的には、非ニュートン流体の流動を使用して、ある場所から別の場所へ基板を移動させる。水とは違い、非ニュートン流体は、基板を支持できる。結果として、基板は、非ニュートン流体中に配置する時、沈んで底部に貼り付くことがない。更に、非ニュートン流体は基板を支持できるため、搬送中、基板には機械的な機構が全く接触しない。非ニュートン流体は、何らかの目立った応力を基板に及ぼさない。結果として、ローラの使用とは異なり、基板に対する大きな応力なしに、基板を非ニュートン流体により搬送できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明してきたが、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の多くの具体的な形態で本発明を実施し得ることは、当業者には理解されよう。したがって、本例および実施形態は、限定的ではなく例示的なものとみなされるべきであり、本発明は、本明細書に記載の詳細に限定されるべきではなく、付記した特許請求の範囲内で変形かつ実施し得る。

本発明の一実施形態による、基板を搬送する方法の高レベルの概要を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による、水平方向に沿って基板を搬送する装置の簡略斜視図である。 図２Ａに示した装置の搬送部の側断面図である。 本発明の一実施形態による、垂直方向に沿って基板を搬送する装置の簡略斜視図である。 図３Ａに示した装置の搬送部の側断面図である。 本発明の一実施形態による、基板を搬送する別の装置の図である。 本発明の一実施形態による、基板を搬送する別の装置の図である。 本発明の一実施形態による、基板を搬送する別の装置の図である。 本発明の一実施形態による、図４に示した装置を利用して基板を搬送する半導体基板洗浄システムのブロック図である。

Claims (15)

1. 基板を搬送するシステムであって、
   チャンバであって、前記基板を受け入れ可能な第一の開口部を定める導入端部と、第二の開口部を定める排出端部と、前記チャンバの壁において前記第一の開口部に近接し非ニュートン流体を前記チャンバへ注入するように構成された導入口と、を有するチャンバと、
   前記導入口に結合された非ニュートン流体アプリケータであって、前記導入口を介して前記非ニュートン流体を前記チャンバへ注入し、前記第二の開口部へ向かう前記非ニュートン流体の流動であって、前記基板を前記第一の開口部から前記第二の開口部へ移動させることが可能な前記非ニュートン流体の流動を可能にする非ニュートン流体アプリケータと、を備えるシステム。
2. 請求項１のシステムであって
   前記チャンバの搬送部は、前記基板を搬送するように寸法を決定したチャネル導管により定められる、システム。
3. 請求項１のシステムであって、
   前記チャンバの搬送部は、部分的に囲まれた導管により定められる、システム。
4. 請求項３のシステムであって、
   前記部分的に囲まれた導管は、
   第一の平面と、
   前記第一の平面に対して配向された第二の平面であって、前記第一および第二の平面間で前記基板を囲むように構成された第二の平面と、を含む、システム。
5. 請求項１のシステムであって、更に
   前記チャンバ内において前記第二の開口部に近接する保持ピンであって、前記基板の縁部を受領して、前記非ニュートン流体が前記チャンバを通って流動する時に、前記第二の開口部を通って前記基板が移動するのを防止するように構成された保持ピンを備える、システム。
6. 請求項５のシステムであって、
   前記保持ピンは、前記基板が前記第二の開口部を通って移動できるように、降下させることが可能である、システム。
7. 請求項１のシステムであって、
   前記非ニュートン流体の前記流動の方向は、前記基板の一つの表面に対して実質的に垂直である、システム。
8. 請求項１のシステムであって、
   前記非ニュートン流体の前記流動の方向は、前記基板の一つの表面に対して実質的に平行である、システム。
9. 請求項１のシステムであって、
   前記非ニュートン流体は、フォーム、コロイド、およびエマルジョンの中の一つ以上として定義される、システム。
10. 基板を搬送する方法であって、
    非ニュートン流体を供給する方法処理と、
    前記基板を支持することが可能な前記非ニュートン流体中に前記基板を浮遊させる方法処理と、
    前記基板を流動方向に沿って移動させることが可能な前記非ニュートン流体の流動を発生させるように、前記非ニュートン流体に供給力を加える方法処理と、を備える方法。
11. 請求項１０の方法であって、
    前記非ニュートン流体中に前記基板を浮遊させる前記方法処理は、
    前記非ニュートン流体中への前記基板の浸漬を含む、方法。
12. 請求項１のシステムであって、更に、
    前記第一の開口部に近接し、前記第一の開口部を密封するように構成されたパネルを備える、システム。
13. 基板を搬送する方法であって、
    導入端部および排出端部を有し、導管の形態であるチャンバに、非ニュートン流体を充填する方法処理と、
    前記基板が前記非ニュートン流体中に浮遊するように、前記導入端部において前記基板を前記チャンバ内へ導入する方法処理と、
    前記非ニュートン流体の流動が基板の両表面上を移動し、前記非ニュートン流体が前記排出端部から退出するように、追加の非ニュートン流体を前記チャンバに押し通す方法処理と、を備える方法。
14. 請求項１３の方法であって、
    前記非ニュートン流体が前記チャンバを介して流動可能としつつ、前記基板が前記チャンバ内に保持される、方法。
15. 請求項１４の方法であって、更に
    前記非ニュートン流体の前記流動により、前記基板が前記チャンバに沿って移動し前記排出端部の外へ移動するように、前記基板の前記保持を解除することを含む、方法。

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