JP5800447B2 - 基板移送用高温抗垂下エンドエフェクター - Google Patents

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明の実施形態は通常半導体プロセシング時の半導体基板の処理と移送に関する。より詳しくは本発明の実施形態は、半導体基板処理用ロボットと共に用いるエンドエフェクターに関する。
（関連技術の説明）

ロボットアームの使用は人による処理が不適切で、及び／又は好ましくない応用で定着した製造の便宜的方法である。例えば半導体の製造では、種々の段階中及び段階間での基板処理にロボットアームを用いてスピードを上げ汚染を減少する。

半導体プロセシングに用いる基板ハンドラーとしては、通常ロボットアームに取付け、又ロボットブレード又はキャリヤーとして知られる１つ以上のエンドエフェクターが挙げられる。エンドエフェクターは基板移送時に基板を支えるように配置する。集積回路プロセシングシステムでは、通常ロボットアームは複数のプロセスチャンバーとロード／アンロードポートを収容する面を有する移送チャンバーに配置する。移送チャンバーのロボットアームは、加工時に先ず基板をロードポートからエンドエフェクターに搭載する。基板を移送チャンバーに取り出した後、ロボットアームにより基板を移送チャンバーに連結したプロセスチャンバーに送り込む。ロボットアームにより基板をプロセスチャンバー内の基板支持部上に降ろし、エンドエフェクターを引き戻す。プロセスがプロセスチャンバー内で完了すると、ロボットアームを用いて基板を基板チャンバーから取り出し、基板を次の加工段階用の他のプロセスチャンバーに往復させる。

幾つかの一般的移送チャンバーは４〜６個のプロセスチャンバーを収容する面を有する。プロセスチャンバーは高速熱加工（ＲＴＰ）チャンバー、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバー、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバー及びエッチングチャンバーを含むことができる。

図１に移送チャンバーで基板処理のために配置した基板ハンドラー１０を概略的に示す。基板ハンドラー１０は回転部１８に取付けたアームアセンブリ１６に取付けの２個のエンドエフェクター１４を含む。基板は移送中エンドエフェクター１４上に置く。エンドエフェクター１４はアームアセンブリ１６の取付け接点２８に取付けた固定端２７と、その上にある基板を支えるように配置した自由端２７を有する。自由端２９はセンサー光線を用いて基板の存在を検出できるように配置した基板感知穴１５を有してもよい。アームアセンブリ１６は、エンドエフェクター１４を基板ハンドラー１０の外側から内側に放射状に移動して、基板をプロセスチャンバーへ基板を挿入するか、又は基板を取り出す。

先行技術のエンドエフェクターは幾つかの限界を有する。先ずエンドエフェクターは基板の天然材料整合性と重量により垂下（即ち頂部―尾部撓み）を示す。エンドエフェクターが高密度実装基板にアクセスするようにより薄くなり、基板サイズがより大きくなると、垂下はより顕著になる。図２Ａに基板無しでのエンドエフェクター１４の部分側断面図を概略的に示す。図２Ｂはその上に搭載した基板３０有りのエンドエフェクター１４の略側断面図である。エンドエフェクター１４での垂下の増加が、エンドエフェクター１４に位置する基板３０重量に起因することが示される。基板３０を搭載後、自由端が角度αまで垂れ下がる。

半導体プロセシングでは高精度が非常に重要である。基板ハンドラー、従ってエンドエフェクターを高精度に位置合わせすることが非常に重要である。通常エンドエフェクターは位置合わせし、熱膨張による変形が起こりうる任意の無用な動きを防ぐようにロボットアームにしっかりと固定する。高速熱アニーリングのような幾つかの高温プロセス時に、エンドエフェクターは高温基板を移送したり、高温チャンバー内で操作する必要が起こり得る。その温度は３５０℃迄にもなり得る。しっかりと固定したエンドエフェクターはこのような高温では変形し得る。図３にアームアセンブリ１６の取付け接点２８に固定したエンドエフェクター１４の平面図を概略的に示す。エンドエフェクター１４の固定端２７を取付け接点２８の側壁３１間にぴったり合わして僅かの回転も防止する。エンドエフェクター１４が取付け接点２８材料より大きな熱膨張率を有する材料で出来ている場合、エンドエフェクター１４の固定端２７は継ぎ目３２の許容範囲を全く使い果たし変形する。更に高温では垂下が又増加する。

従って、垂下又は変形することなしに高温で基板を移送する装置と方法の必要性がある。

発明の概要

本発明は通常高温での基板移送用の装置と方法に関する。特に本発明の実施形態は、半導体基板移送用の高温抗垂下エンドエフェクターに関する。

本発明の一実施形態では、基板を支えるように配置した基板支持面を有し、該基板を水平面に対し第１角度に位置する自由端と、基板ハンドラーに取付けるように配置した固定端を含む基板ハンドラーと共に用いるエンドエフェクターが提供され、基板が自由端上に配置されず、第１角度が第２角度と異なる場合には、基板支持面が水平面に対し第２角度である位置にエンドエフェクターを基板ハンドラーに取付ける。

本発明の他の実施形態では、その上の基板を支えるように配置した基板支持面を有する自由端と、固定端を基板ハンドラー取付け面に固定するように配置した底面を有する固定端を含むエンドエフェクターが提供され、底面は基板支持面に対してある角度を形成する。

本発明の更なる実施形態では、取付け板を有する動作アームと、基板を支えるように配置したエンドエフェクターを含む基板ハンドラーが提供され、エンドエフェクターは基板を水平面に対し第１角度で支えるように配置した基板支持面を有する自由端と、動作アーム取付け板に取付けた固定端を含み、基板が自由端上に配置されず、第１角度が第２角度と異なる場合には、水平面に対し第２角度となる位置でエンドエフェクターを取付け板に取付ける。

詳細な説明

本発明は、一般に、半導体基板移送用の装置と方法に関する。本発明の実施形態により、高温抗垂下機能をもつエンドエフェクターが提供される。本発明の一実施形態では、基板重量及び／又はエンドエフェクター自身の重量が起す垂れ下がりを打ち消すように、予め決めた角度にエンドエフェクターを取付けられる。一実施形態では、エンドエフェクターの取付け端に傾斜を持たして傾斜取付けを容易にする。本発明の一実施形態では、横方向への熱膨張可能な許容範囲を持つロボットアームにエンドエフェクターを取付ける。一実施形態ではエンドエフェクター固定端の中心近くでエンドエフェクターをロボットアームに固定する。本発明の一実施形態では、クランプを用いてエンドエフェクターをロボットアームに固定する。

図４に本発明の一実施形態に係るエンドエフェクターアセンブリ１００の分解図を概略的に示す。エンドエフェクターアセンブリ１００は、エンドエフェクター１１０と、ロボットアーム取付け板１４０の空洞１４１内にエンドエフェクター１１０を固定するように配置したクランプ１３０を含む。一実施形態では、取付け板１４０、エンドエフェクター１１０及びクランプ１３０を、ネジ１３３を用いて対応穴１４３、１１３、１３１に通し一緒に積み重ねる。

エンドエフェクター１１０は自由端１２４と、取付け板１４０にエンドエフェクター１１０を取付けるように配置の固定端１１１を有する。固定端１１１とクランプ１３０は空洞１４１と類似の形状を有することにより、固定端１１１とクランプ１３０の両者は空洞１４１内に置かれる。

自由端１２４は外向き縁１２８と内向き縁１２７で規定される２個のフィンガー１１５を有する。エンドエフェクター１１０は、赤外線ビームのようなセンサー光線がエンドエフェクター１１０上の基板の存在を検出できる標準的位置に基板感知切り取り１１８を有する。エンドエフェクター１１０は又中心割り出し穴１１４を有する。運転者はチャンバーを開け、エンドエフェクター１１０の中心を調製するようピンを中心割り出し穴１１４に挿入することにより、チャンバー内で基板を降ろしたり取り上げたりする場合にエンドエフェクター１１０をチャンバーと適切に位置合せできる。

外向き縁１２８は、エンドエフェクター１１０の固定端１１１から始まり特有な砂時計形状に曲がり、次いで先細りして凹部を形成する。内向き縁１２７は全体が曲がり、基板感知切り取り１１８領域に延びる凹部を形成する。エンドエフェクター１１０の凹部により、エンドエフェクター１１０の質量を制限し軽量で頑丈な基板用支持部が得られる。

エンドエフェクター１１０は固定端１１１近くに形成した棚１２５と、フィンガー１１５の先端近くに形成した棚１２６を有する。棚１２５，１２６は基板裏面を支え、自由端１２４の主要部レベル上の基板裏側にすき間を与えるように配置する。棚１２５、１２６により基板裏面を支えるように配置した基板支持面１２５aが形成される。エンドエフェクター１１０は又その中に基板を横方向に収容するように配置した末端シュー１１７、１１６を有する。

本発明の一実施形態では、エンドエフェクター１１０は垂れ下がりを打ち消すように予め決めた角度で取付ける。図５Ａ−５Ｂに図４のエンドエフェクターアセンブリの側断面図を概略的に示す。

図５Ａに示すように、エンドエフェクター１１０を取付け板１４０とクランプ１３０の間に“挟む”。点線１５０は基板をエンドエフェクター１１０上で処理するに必要な所望角度を示す。通常所望角度は水平面に対し略ゼロ度、即ち平行である。一実施形態では、基板支持面１２５aが点線１５０で印を付けた所望角度に対して予め決めた角度βになるように、エンドエフェクター１１０を取付ける。一実施形態では、基板重量に起因するエンドエフェクター１１０の垂れ下がりを補正するように予め決める角度βを決めることで、基板がエンドエフェクター１１０上に位置する場合、その基板は点線１５０と平行になる。予め決める角度βに影響する要因としては、エンドエフェクター１１０材料の物性、エンドエフェクター１１０の構造、及び基板を移送すべき温度が含まれる。

一実施形態では、図５Ａに示す傾斜した取付けは、固定端１１１の底面１１９と傾斜を持たせて得られる。図５Ｂに示すように、固定端１１１の底面１１９は、底面１１９と基板支持面１２５aとが平行でないように傾斜してもよい。図５Ｂに示すように、底面１１９は底平面１１９ｂに延びる。基板支持面１２５aは支持平面１２５ｂに延びる。底平面１１９ｂは支持平面１２５ｂと交差する。底平面１１９aと最初の底面１１９で規定される傾斜角γは、角度βに対応して決めてもよい。一実施形態では、固定端１１１は支持平面１２５ｂと最初の底平面１１９aに平行な上面１２０と先細り形状を有しも良く、底面１１９と上面１２０は角度γを形成する。

一実施形態では、基板がその上に位置する場合、角度γは自由端１２４のずれにより決められる。例えばエンドエフェクター１１０を先ず底面１１９との傾斜なしに形成し、取付け板１４０に取付けることにより、固定端１１１をプロセス環境で実質的に水平に取付けてもよい。次いで基板を自由端１２４上に位置して、水平面からの自由端１２４の全体のずれを測ってもよい。傾斜角度γは全体のずれを補正するように決める。

このようにして、本発明のエンドエフェクターは、プロセス温度、加工する基板の重量とサイズ、エンドエフェクターの材料と構造のような異なるプロセスパラメーターに関して異なる傾斜角γで特注製作できる。ロボットのような基板ハンドラーにより、異なるエンドエフェクターを用いて異なるプロセスでの垂れ下がりが避けられる。

他の実施形態では、エンドエフェクター１１０を予め決めた角度で取付けるように、取付け板１４０の上面に傾斜を形成しもよい。他の実施形態では、取付け板１４０に取付けたエンドエフェクターが角度を持つように、取付け板１４０をロボットアームに予め決めた角度に位置してもよい。

本発明の一実施形態では、エンドエフェクター取付け領域の中心近くに制約物を用いて、エンドエフェクターと基板ハンドラー取付け板の間の位置合わせが得られる。図４に戻って参照すると、固定端１１１の中心線１５２近くに形成した位置合せノッチ１１２を用いて、エンドエフェクター１１０の位置合せが達成できる。クランプ１３０のセンター出し穴１３２と、取付け板１４０上に形成したセンター出し穴１４２との位置を合わす。エンドエフェクター１１０を取付けるとき、だぼピン１２１を用いてクランプ１３０のセンター出し穴１３２と、エンドエフェクター１１０の位置合せノッチ１１２と、取付け板１４０のセンター出し穴１４２を通す。

図６にクランプ１３０なしでの図４のエンドエフェクターアセンブリ１１０の平面図を概略的に示す。位置合せノッチ１１２とだぼピン１２１を用いて位置合せが得られるので、取付け板１４０の側壁１４４と、エンドエフェクター１１０の固定端１１１間に、逃げつなぎ目１２２が作成できる。逃げつなぎ目１２２と固定端１１１の中心近くに形成した位置合せノッチ１１２により、エンドエフェクター１１０の固定端１１１は変形なしに空洞１４１内で膨張できる。これはエンドエフェクター１１０が取付け板１４０及び／又はクランプ１３０の材料より大きな熱膨張率を有する材料で出来ている場合に、特に有益である。

だぼピンとノッチ位置合せを本発明に従い説明したが、又固定端中心領域近くにエンドエフェクターを位置合せする他の適切な位置合せ法が考えられる。

本発明のエンドエフェクターは、対応する加工チャンバーで実施する半導体プロセスに適合する任意の適切材料で作成できる。一実施形態では、エンドエフェクターはアルミニウム製である。他の実施形態では、エンドエフェクターはニッケルメッキアルミニウム製でもよい。適切な他材料としては、チタン、ステンレススチール及びセラミックが挙げられる。同様にクランプはチタン、アルミニウム、ステンレススチール及びセラミックのような適切材料で作成できる。

一実施形態では、クランプ１３０と取付け板１４０を同一材料で作成することにより、クランプ１３０が取付け板１４０の空洞１４１にぴたりと合致できる。

一実施形態では、エンドエフェクターはアルミニウム製であるが、取付け板１４０にエンドエフェクターを取付けるクランプはチタン製である。

図７Ａ−Ｂに本発明の他の実施形態に係るエンドエフェクター２１０を概略的に示す。

エンドエフェクター２１０は、自由端２２４とエンドエフェクター２１０を取付け板に取付けるように配置した固定端２１１を有する。固定端２１１はエンドエフェクター１１０の固定端１１１と類似であり、同様の形で取付けられる。固定端２１１はエンドエフェクター２１０の中心線２５２近くに形成した位置合せノッチ２１２と、ネジ取付け用の複数の貫通孔２１３を有する。

自由端２２４は外向き縁２２８と内向き縁２２７で規定される２個のフィンガー２１５を有する。エンドエフェクター２１０は、赤外線ビームのようなセンサー光線がエンドエフェクター２１０上の基板の存在を検出できる標準的位置に基板感知穴２１８を有する。エンドエフェクター２１０は又中心割り出し穴２１４を有する。運転者がチャンバーを開け、エンドエフェクター２１０の中心を調製するようにピンを中心割り出し穴２１４にピンを挿入することで、エンドエフェクター２１０をチャンバー内の基板を降ろすか取り上げるよう適切に位置合せできる。

外向き縁２２８は比較的頑丈な自由端２２４を形成する中心部近くでは実質的に直線であり、安定した支えを基板に与える。

エンドエフェクター２１０は自由端２２４上に形成した３個の隆起支持体２２６を有する。３個の隆起支持体２２６は、基板との接触を最小にする三点基板支持配置を形成する。隆起支持体２２６を自由端２２４上に機械加工し、基板端に自由端２２４とのすき間を作る。又エンドエフェクター２１０は移送する基板より大きい円を形成した末端シュー２１６を有する。末端シュー２１６は緊急時にその中の基板を横方向に掴むように配置する。

図７Ｂに示すように隆起支持体２２６と末端シュー２１６に丸角を形成することで基板が傷つくのを避け、その結果粒子汚染を減少えきる。

上の記述は本発明の実施形態に向けられたが、発明の他の更なる実施形態が、この基本的範囲から逸脱することなしに考案でき、その範囲は以下の特許請求項により決められる。

本発明の上記構成が詳細に理解できるように、実施形態を参照して上に簡単に要約した発明をより詳細に説明し、そのいくつかを添付図面に示す。しかしながら、添付図面は本発明の代表的実施形態を示すに過ぎず、従ってその範囲を制限すると解釈されず、同等に有効な他の実施形態も発明に含まれることに留意すべきである。

移送チャンバー内で基板を処理するように配置した基板ハンドラーを概略的に示す図である（先行技術）。 〜 垂下したエンドエフェクターの概略部分側断面図である（先行技術）。 高温で変形したエンドエフェクターの概略平面図である（先行技術）。 本発明の一実施形態に係るエンドエフェクターアセンブリの概略分解図である。 〜 図４のエンドエフェクターアセンブリの概略側断面図である。 図４のエンドエフェクターアセンブリの概略部分平面図である。 〜 本発明の一実施形態に係るエンドエフェクターの概略図である。

理解し易くするため、可能な場合には、図面で共通する同一要素を示すために同一の参照番号を用いた。一実施形態で開示した要素は、特定な参照なしで他の実施形態でも有効に利用できることを意図する。

Claims (9)

1. 基板ハンドラーと共に用いるエンドエフェクターであって、
   基板を支持するように構成された基板支持面を形成する２以上の棚を有する自由端であって、自由端は、２つの外向き縁及び１つの内向き縁によって規定され、２つの外向き縁は、砂時計形状に曲がり、次いで先細りして凹部を形成する自由端と、
   基板ハンドラーに取付けるように構成された固定端を含み、固定端は上面と底面を有し、固定端の底面は基板ハンドラーに付くように構成され、底面は上面に対し傾斜しており、傾斜はエンドエフェクターの傾斜取り付けを容易にするように形成され、傾斜角は自由端上に支持された基板の重量によって引き起こる自由端の垂下を打ち消すように決められるアルミニウム製エンドエフェクター。
2. 自由端が、その上の基板を基板端と接触することなしに支えるように配置した３個の棚を含む請求項１記載のエンドエフェクター。
3. 固定端がエンドエフェクターの中心線近くの位置合せノッチを有し、位置合せノッチはエンドエフェクターを基板ハンドラーに位置合せするように構成された請求項１記載のエンドエフェクター。
4. 基板ハンドラー取付け板とエンドエフェクター間の熱膨張差に対応可能な基板ハンドラー取付け板の取付け空洞内に位置するように固定端を構成し、エンドエフェクター中心線近くに形成した位置合せノッチと、基板ハンドラー取付け板に形成したセンター出し穴にだぼピンを挿入して固定端を基板ハンドラー取付け板に位置合せする請求項３記載のエンドエフェクター。
5. 基板ハンドラーであって、
   取付け板を有する動作アームと、
   基板を支えるように構成されたアルミニウム製エンドエフェクターを含み、
   エンドエフェクターが、基板を支えるように構成された基板支持面を形成する２以上の棚を有する自由端であって、自由端は、２つの外向き縁及び１つの内向き縁によって規定され、２つの外向き縁は、砂時計形状に曲がり、次いで先細りして凹部を形成する自由端と、
   動作アームの取付け板に取付けた固定端を含み、固定端は上面と底面を有し、固定端の底面は取付け板に取り付けられ、底面は上面に対し傾斜しており、傾斜はエンドエフェクターの傾斜取り付けを容易にするように形成され、傾斜は自由端によって支持された基板の重量によって引き起こる自由端の垂下を打ち消すように決められる基板ハンドラー。
6. 取付け板にエンドエフェクターを取付けるように配置したクランプ部材を含み、エンドエフェクターをクランプ部材と取付け板の間に積み重ねる請求項５記載の基板ハンドラー。
7. 固定端がエンドエフェクターの中心線近くに形成した位置合せノッチを有し、位置合せノッチがエンドエフェクターと取付け板とを位置合せするように構成された請求項５記載の基板ハンドラー。
8. 取付け板がエンドエフェクターの底面を受けるように構成された取付け面を有し、取付け面を水平に配置している請求項５記載の基板ハンドラー。
9. 取付け板がチタン製である請求項５記載の基板ハンドラー。
   

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