JP6272079B2

JP6272079B2 - 搬送部材、これを備える基板搬送装置および基板処理装置

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Publication number: JP6272079B2
Application number: JP2014034230A
Authority: JP
Inventors: 敬一関口; 石峯　裕作; 裕作石峯; 和彦藤尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: JP2015159244A

Description

本発明は、基板を搬送するのに用いられる搬送部材、これを備える基板搬送装置および基板処理装置に関する。

ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）やＭＰＵ（Microprocessor Unit：超小型演算処理装置）のフラッシュメモリ等に用いられる半導体ウエハの１種であるシリコンエピタキシャルウエハは、シリコン単結晶基板の表面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させることによって作製することができる。このような気相成長は、例えば、枚葉式の気相成長装置を用いて行なわれる。この枚葉式の気相成長装置は、シリコン単結晶基板を１枚ずつ処理する装置であり、シリコン単結晶基板を載置するサセプタと、周囲にハロゲンランプ等の加熱手段を配した反応室と、サセプタ上にシリコン単結晶基板を搬送したり、気相成長処理が終わった後の半導体ウエハを反応室外部に搬送したりするための搬送部材とを内部に備えている。

このような搬送部材として、特許文献１には、先端が二股に分岐した板状体であり、内側面の形状が、半導体ウエハを搭載する面に対して垂直である例が示されている。

特開2002−307364号公報

しかしながら、特許文献１において示された搬送部材では、内側面の形状がシリコン単結晶基板を搭載する面に対して垂直な面になっていることから、搬送部材にシリコン単結晶基板を搭載して搬送する際に、搬送部材の内側面を沿った風が下方からあおられ、このあおられた風がシリコン単結晶基板側に流れることによって、搭載しているシリコン単結晶基板が動いて位置がずれることがあった。

このような、位置ずれがあったときには、ダイヤモンドプレートでダイシングして得られたＩＣチップの品質にバラツキが生じたり、不良が生じたりするという問題があった。

また、同様に処理後の半導体ウエハを搬送する際に位置ずれが生じる場合があり、この場合には、ダイシング不良が生じたり、位置合わせに時間を要するために稼働効率が低下したりするという問題があった。それゆえ、シリコン単結晶基板や半導体ウエハ等の基板を搬送する搬送部材には、位置ずれが少ないことが求められている。

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、基板の位置ずれの少ない搬送部材、この搬送部材を備える基板搬送装置およびこの基板搬送装置を備える基板処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明の搬送部材は、基板を搬送するための搬送部材であって、前記基板を支持する支持部と、該支持部を保持する保持部とを備える板状体からなり、前記支持部は、先端側が少なくとも二股に分岐しており、前記支持部は、対称軸に垂直な断面形状を見たとき、一方の内側面における輪郭と他方の内側面における輪郭とが挟まり合う部位を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の基板搬送装置は、前記基板を搬送するための部材として、上記搬送部材を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の基板処理装置は、前記基板を搬送するための装置として、上記基板搬送装置を備えることを特徴とするものである。

本発明の搬送部材によれば、基板を搬送する際における基板の位置ずれを抑制することができる。

また、本発明の基板搬送装置によれば、基板を搬送するための部材として上記搬送部材を備えることから、基板の位置ずれが生じにくいため、ＩＣチップの品質バラツキを小さくすることができる。また、位置ずれによる不良が少なくなることから、半導体ウエハ１枚当たりにおけるＩＣチップの良品率を向上させることができる。

また、本発明の基板処理装置によれば、基板を搬送するための装置として上記基板搬送装置を備えることから、処理効率を向上させることができるとともに、高い信頼性を有する。

本実施形態の搬送部材の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＨにおける支持部の内側面の断面拡大図である。本実施形態の搬送部材における支持部の内側面の他の例を示す断面拡大図である。本実施形態の搬送部材の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。本実施形態の基板処理装置の一例を示す平面図である。

以下、本実施形態の搬送部材、この搬送部材を備える基板搬送装置、この基板搬送装置を備える基板処理装置の実施の形態の一例について説明する。

図１は、本実施形態の搬送部材の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＨにおける支持部の内側面の断面拡大図である。

本実施形態の搬送部材10は、基板Ｗを支持する支持部１と、この支持部１を保持する保持部２とを備えており、支持部１の先端側は二股に分岐している。なお、支持部１とは、少なくとも基板Ｗを支持する部位であり、保持部２とは、支持部１に繋がっている部位であり、図１（ａ）においては、Ｅの範囲の部分を支持部１とし、支持部１に繋がっているＦの範囲の部分を保持部２としている。そして、図１においては、ボルトで基板搬送装置（図示しない）のシャフト等に締結するための貫通孔４を４カ所有する締結部３（Ｇの範囲）を備えている例を示している。

なお、搬送部材10における各部位の長さは、搬送部材10や搬送する基板Ｗの形や大きさにあわせて適宜変更することができる。また、例えば、搬送部材10が基板搬送装置へ嵌め込まれる構成であり、締結するための貫通孔４を必要としないときには、締結部３は不要
であり、支持部１と保持部２のみの構成とし、保持部２の先端を嵌め合わせ形状とすればよい。

次に、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図であり、基板Ｗは、二股に分岐した部分を含む支持部１の上面に搭載されて搬送される。

そして、本実施形態の搬送部材10における支持部１は、内側面５の輪郭が変化しているとともに、向かい合う内側面５に挟合形状となる部位を有している。このような特徴的な外形状であることにより、図１（ａ）に矢印で示す内側面５を沿う風の量を少なくすることができるため、内側面５を沿う風が下方からあおられることによる基板Ｗの搬送時における位置ずれを少なくすることができる。

ここで、位置ずれを少なくすることができる理由について、図１（ｂ）のＨにおける支持部の内側面の断面拡大図である図１（ｃ）を用いて説明する。まず、向かい合う内側面５が、基板Ｗを搭載する面に対して垂直な面であるときには、内側面５を沿った風が下方からあおられたとき、内側面５を沿った風のすべてが基板Ｗ側に流れることとなるが、内側面５の輪郭が変化しており、向かい合う内側面５に挟合形状となる部位を有していれば、例えば、図１（ｃ）のような内側面５の輪郭において、支持部１を段部で分けて上部層および下部層としたとき、上層部は、左図において凸であり、右図において凹であり、下層部は、左図において凹であり、右図において凸である。このように、それぞれの層において、凸→凹や凹→凸となっているということは、内側面５のいずれかの部分で、それぞれの層を沿っていた風の少なくとも一部は開放されることとなるため、内側面５を沿う風の量を少なくすることができるのである。

なお、内側面５の輪郭が変化しているか否かについては、図１（ｃ）に示すような対称軸に垂直な断面（２カ所）と、対称軸における断面（１カ所）の計３カ所の内側面５の輪郭を確認すればよい。また、挟合形状とは、図１（ｃ）に示すような搬送部材10の対称軸に垂直な断面において、内側面５の断面同士が挟まり合う形状のことである。なお、挟合形状とは、隙間なく挟まり合わなければならないものではなく、向かい合う内側面５の断面のそれぞれの輪郭の凹凸傾向が逆になっていればよい。

そして、内側面５の輪郭の変化および挟合形状の確認は、マイクロスコープや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の公知の顕微鏡を用いて、５〜200倍程度の倍率で観察すればよい
。

次に、図２は、本実施形態の搬送部材10における支持部１の内側面５の他の例を示す断面拡大図である。まず、図２（ａ）は、内側面５の輪郭が階段状である例を示している。このような構成であるときには、左図においては、下端側が突出しているため、搬送部材10の下方からの風を遮ることができるとともに、また、右図においては、各段をそれぞれ層と見たとき、内側面５の各層を流れる風が、下方からあおられる風の風力を弱めることができるため、基板Ｗの位置ずれを小さくすることができる。

次に、図２（ｂ），（ｃ）は、内側面５に凹部１ａを有している例を示している。このように、内側面５に凹部１ａを有しているときには、内側面５を沿う風の一部は、凹部１ａに閉じ込められることとなり、下方からあおられた風によって基板Ｗ側へ流れる風の量は少なくなるため、基板Ｗの位置ずれを少なくすることができる。

そして、本実施形態の搬送部材10は、セラミックス、樹脂、炭素繊維強化複合材料、金属等により作製することが可能であるが、腐食性の高いガス内や高温、高圧での使用が可能であり、高い耐久性や耐食性を有していることから鑑みれば、セラミックスからなるこ
とが好適である。なお、セラミックスの材質としては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化硼素、コージェライトまたはこれらの複合物を用いることができる。

特に、基板Ｗを支持部１に搭載した場合における搬送部材10の撓みという観点から鑑みれば、セラミックスの中でも剛性の高い炭化珪素質焼結体からなることが好適である。なお、炭化珪素質焼結体とは、炭化珪素結晶が存在しているとともに、焼結体を構成する全成分100質量％のうち、炭化珪素の含有量が70質量％以上を占めている焼結体のことを指
す。

ここで、セラミックスの材質を確認する方法としては、例えば、搬送部材10から所定の大きさの試料を切り出し、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた結果をＪＣＰＤＳカードと照合して同定することによって確認することができる。そして、含有量については、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）やＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて測定し、ＸＲＤにおいて確認された結晶が炭化珪素であれば、測定されたＳｉ量をＳｉＣに換算して求めればよい。そして、ＸＲＤで確認された結晶が炭化珪素であり、含有量が焼結体を構成する全成分100質量％のうち、70質量％以上占めていれば、このような焼結体
を炭化珪素質焼結体という。

そして、本実施形態の搬送部材10においては、支持部１の内側面５の表面側が内部側よりも炭素を多く含有していることが好適である。なお、ここでいう内側面５の表面側とは、支持部１の表面から500μｍまでの領域のことをいい、表面から500μｍを超える領域を内部側という。支持部１の内側面５の表面側が内部側よりも炭素を多く含有しているときには、比較的硬度が低い炭素がクッションの役割を成すため、基板Ｗを搭載した際や基板Ｗを搭載して搬送する際に掛かる応力、例えば、内側面５において最も突出している部位と凹部１ａとが隣り合っているときの凹部１ａの最も突出している部位側などに掛かる応力を緩和し、この応力によって生じるクラック等を少なくすることができる。

ここで、内側面５の表面側および内部側の炭素の含有量の比較については、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付設のエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＳ）分析装置を用いて確認すればよい。

図３は、本実施形態の搬送部材の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。

図３は、本実施形態の搬送部材の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。図３に示す例の搬送部材20は、外形状は、図１に示す搬送部材10と同じであり、相違しているのは、吸着孔６、接続孔７および流路８を有している点にある。ここで、吸着孔６および接続孔７は、板状体内の流路８と繋がっており、吸着孔６は、基板Ｗを吸着するためのものであり、接続孔７は、吸引機構（図示しない）に接続するためのものである。

このような構成であれば、基板Ｗを吸着して搬送することができるため、基板Ｗの搬送スピードを向上させることができるが、本実施形態の搬送部材20は、特徴的な外形状によって、搬送時において吸着力を低下させるおそれが少ないことから、さらに搬送スピードを向上させることができる。また、搬送時において吸着力を低下させるおそれが少ないことから、搬送スピードを上げようとしなければ、低い吸引力での搬送が可能となるため、吸引機構に掛かる負担が小さくなり、メンテナンスコスト等を抑えることができる。

また、本実施形態の搬送部材10，20は、支持部１において基板Ｗと接する部位を樹脂で被覆してもよい。このように、支持部１において基板Ｗと接する部位を樹脂で被覆すれば、搭載時の基板Ｗと支持部１との接触によって基板Ｗの裏面を傷つけることを抑制することができる。また、板状体がセラミックスからなるときには、搭載時の基板Ｗと支持部１との接触によるパーティクルの発生を抑制することができる。

この支持部１において基板Ｗと接する部位を被覆する樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリテトラフロロエチレン樹脂、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂およびポリビニリデンフルオライド樹脂等の化学的に安定で耐熱性に優れたフッ素樹脂が好適である。そして、樹脂の厚みとしては、例えば、0.5ｍｍ以上1.0ｍｍ以下である。なお、樹脂による被覆は、基板Ｗと接する部位のみならず、支持部１の全領域を被覆するものであってもよい。

図４は、本実施形態の基板処理装置の実施の形態の一例を示す平面図である。

図４に示す例の基板処理装置40は、基板Ｗを１枚ずつ連続的に処理するマルチチャンバ方式の基板処理装置40であり、搬送室41のほぼ中央に基板搬送装置30を備えている。そして、搬送室41の周囲には、ゲートバルブ42を介して配置された複数の処理室43ａ〜43ｄおよび処理前後の基板Ｗを収納する基板カセット44を備えた２個の基板カセット室45が配置されている。なお、以下の説明では、総称する場合は、基板Ｗと記載するが、処理の前後を明確にしたい場合には、処理前の基板をシリコン単結晶基板、処理後の基板を半導体ウエハと記載することもある。

ここで、各処理室43ａ〜43ｄでは、例えば以下のような処理が行なわれる。処理室43ａでは、シリコン単結晶基板に対して酸化処理が施され、その表面にシリコン酸化膜が形成される。また、処理室43ｂでは、プラズマドライエッチングにより、シリコン単結晶基板上に形成された酸化膜が除去される。また、処理室43ｃでは、エピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル処理が行なわれる。また、処理室43ｄでは、例えば、アルミニウム、チタン、窒化チタン等からなるスパッタリング層が形成され、半導体ウエハとなる。

そして、搬送室41のほぼ中央に設置されている本実施形態の基板搬送装置30は、軸方向に回転するシャフト31と、シャフト31に対して回転可能に取り付けられた第１のアーム32と、第１のアーム32の先端に同じく回転可能に取り付けられた第２のアーム33と、第２のアーム33の先端に固定された搬送部材10とを備えた多関節型の基板搬送装置30である。

この基板搬送装置30は、基板カセット室45と処理室43や各処理室43ａ〜43ｄの間で、基板Ｗの搬出および搬入を行なう。

本実施形態の基板搬送装置30は、本実施形態の搬送部材10を備えることから、シリコン単結晶基板の搬送時の位置ずれが生じにくいため、ＩＣチップの品質バラツキを小さくすることができる。また、位置ずれによる不良が少なくなることから、半導体ウエハ１枚当たりにおけるＩＣチップの良品率を向上させることができる。

また、本実施形態の基板処理装置40は、本実施形態の基板搬送装置30を備えることから、位置ずれが生じにくく、再度位置合わせを行なう必要がないため、処理効率を向上することができるとともに、高い信頼性を有する。

なお、搬送する基板Ｗとして、シリコン単結晶基板や半導体ウエハを記載したが、これらに限定されるものではなく、液晶表示パネル用ガラス基板や半導体製造装置用マスク基板等の搬送にも本実施形態の搬送部材が有用であることはいうまでもない。

以下、本実施形態の搬送部材の製造方法として、セラミックスからなる例を説明する。

まず、純度が90％以上であり平均粒径が１μｍ程度のセラミック原料を用意し、これに焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を所定量添加して混合したスラリーを噴霧造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒し、１次原料とする。次に、得られた１次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後ゴム型から取り出して切削加工を施すことにより、所望の外形状を有する成形体を得る。なお、この切削加工において、貫通孔４となる孔を形成してもよい。

また、成形体を得る他の方法としては、所望の外形状が得られる金型を準備し、１次原料を公知の押出し成形法によって押し出した後、切削加工を施してもよい。

さらに、成形体を得る他の方法としては、スラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを形成する、または１次原料を用いてロールコンパクション法によりグリーンシートを形成し、金型もしくはレーザーにより所望形状としたシートを得た後、積層すればよい。

ここで、炭化珪素質焼結体からなる搬送部材をシート積層によって作製する方法を詳細に説明する。まず、平均粒径が0.5μｍ以上２μｍ以下である炭化珪素粉末を準備する。
また、焼結助剤として、炭化硼素およびカルボン酸塩の粉末を準備する。そして、各粉末を、例えば、炭化珪素粉末100質量％に対して、炭化硼素の粉末を0.12質量％以上1.4質量％以下、カルボン酸塩の粉末を１質量％以上3.4質量％以下となるように秤量して混合す
る。

次に、この混合した粉末と、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アクリル樹脂またはブチラール樹脂等のバインダと、水と、分散剤とを、ボールミル、回転ミル、振動ミルまたはビーズミル等に入れて混合する。ここで、バインダの添加量としては、成形体の強度や可撓性が良好で、また、焼成時にバインダの脱脂が不十分とならないようにすればよい。そして、このようにして作製されたスラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを形成する。もしくはスラリーを噴霧造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒した１次原料を用いてロールコンパクション法によりグリーンシートを形成する。

次に、得られたグリーンシートを金型もしくはレーザーによって所望形状のシートとする。そして、シートを積層するときに用いる接合剤としては、上述したスラリーを用いればよく、シートにおける接合箇所に接合剤を塗布した後に積層し、平板状の冶具等を用いて約0.5ＭＰａ程度加圧することにより、成形体を得ることができる。

このとき、例えば３層構造である場合、内側面の輪郭が変化するように、また、向かい合う内側面が挟合形状となるように、各層の外形状寸法を異ならせればよい。また、下層は外形状加工のみとし、中間層は外形状加工に加えて流路となる孔を設け、上層は外形状のみとすれば、流路等を有する搬送部材を容易に形成できる。

なお、上層において、中間層の流路と重なる位置に孔を設ければ、流路とつながる吸着孔を形成することもできる。また、グリーンシートの厚みを変更したり、積層するシートの枚数を変更したりすることにより、板状体の厚みや流路深さなどを適宜変更可能である。

次に、得られた成形体を約50〜70℃の室温で約10〜15時間乾燥させる。その後、例えば
公知のプッシャー方式やローラー方式の連続トンネル炉で焼成する。セラミック原料の種類により焼成温度は異なるが、セラミック原料が炭化珪素であるときには、不活性ガスの雰囲気中または真空雰囲気中、1800〜2200℃の温度範囲で10分〜10時間保持した後、2200〜2350℃の温度範囲で10分〜20時間にて焼成すればよい。これによって、基板Ｗを支持する支持部と、支持部を保持する保持部とを備える板状体からなり、支持部は、先端側が少なくとも二股に分岐しており、内側面の輪郭が変化しているとともに、向かい合う内側面に挟合形状となる部位を有している搬送部材を得ることができる。なお、搬送部材の所望の表面に、研削剤や研磨剤を用いて鏡面に仕上げてもよい。

また、支持部の内側面の表面側が内部側よりも炭素を多く含むようにするためには、得られた焼結体である板状体の両主面にマスキングを施し、公知の蒸着法で側面側にカーボンを蒸着した後に、マスキングを除去すればよい。

また、支持部における基板と接する部位を樹脂で被覆する場合は、樹脂の被覆が不要な部分にマスキングを施し、プライマー（下地剤）を塗装後に乾燥させてから、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂、ポリビニリデンフルオライド樹脂等のフッ素樹脂のいずれかをスプレーにより塗布した後、熱処理すればよい。そして、熱処理後にマスキングを取り除けばよい。

１：支持部
１ａ：凹部
２：保持部
３：締結部
４：貫通孔
５：側面
６：吸着孔
７：接続孔
８：流路
10，20：搬送部材
30：基板搬送装置
40：基板処理装置

Claims

基板を搬送するための搬送部材であって、前記基板を支持する支持部と、該支持部を保持する保持部とを備える板状体からなり、前記支持部は、先端側が少なくとも二股に分岐しており、
前記支持部は、対称軸に垂直な断面形状を見たとき、一方の内側面における輪郭と他方の内側面における輪郭とが挟まり合う部位を有していることを特徴とする搬送部材。
前記内側面に凹部となる部位を有していることを特徴とする請求項１に記載の搬送部材。
前記板状体がセラミックスからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の搬送部材。
前記セラミックスが炭化珪素質焼結体からなることを特徴とする請求項３に記載の搬送部材。
前記内側面の表面側が、内部側よりも炭素を多く含有していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の搬送部材。
基板を吸着する吸着孔と、前記板状体の内部に設けられた前記吸着孔に通じる流路とを有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の搬送部材。
前記基板を搬送するための部材として、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の搬送部材を備えることを特徴とする基板搬送装置。
前記基板を搬送するための装置として請求項７に記載の基板搬送装置を備えることを特徴とする基板処理装置。