JP6377717B2 - 小ロット基板ハンドリングシステムのための温度制御システム及び方法 - Google Patents

Description

［０００１］本出願は、２０１３年３月１５日出願の「ＷＡＦＥＲ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＳＭＡＬＬ ＢＡＴＣＨＥＳ ＯＦ ＷＡＦＥＲＳ」（代理人整理番号第２０６６７／Ｌ／ＦＥＧ／ＳＹＮＸ号）と題する米国特許仮出願第６１／８００，５９５号から優先権を主張し、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。

［０００２］本発明は概して、電子機器の製造に関し、更に具体的には小ロット基板ハンドリングシステムのための温度制御システム及び方法に関する。

［０００３］電子機器の製造プロセスでは、基板ハンドリングシステムにより、プロセスが実施される様々なチャンバの中へ又はチャンバから基板を移動することができる。あるチャンバは同時に、比較的少数の基板（例：約６枚の基板）を一括処理することができる。ある従来の基板ハンドリングシステムは、高スループットの製造プロセス中に基板を移動可能でありうるが、一つずつしか基板を移動させることができない。これにより、基板の製造速度が遅くなるため、製造コストが上がる可能性がある。従って、様々なチャンバの中へ又はチャンバから小ロット基板を移動することができる、改善された基板ハンドリングシステム及び方法が目標となる。

［０００４］本発明の実施形態の幾つかの態様では、基板ハンドリングシステムが提供される。基板ハンドリングシステムには、基板処理チャンバの中へ又は基板処理チャンバから複数の基板を移動するように構成されたロボットと、ロボットによる移動のために基板を位置決めするように構成されたコンベヤと、コンベヤ上の基板を加熱する又は冷却するように構成された温度制御システムとが含まれる。

［０００５］他の態様では、基板プロセスにおいて基板を移動する方法が提供されている。この方法には、基板処理チャンバの中へ又は基板処理チャンバから複数の基板を移動するように構成されたロボットと、ロボットによる移動のために基板を位置決めするように構成されたコンベヤと、コンベヤ上の基板を加熱する又は冷却するように構成された温度制御システムとが含まれる基板ハンドリングシステムを提供することと、基板をコンベヤに載せることと、コンベヤ上の基板を加熱することと、加熱された基板を処理チャンバの中へ入れることが含まれる。

［０００６］更に別の態様では、基板処理システムが提供されている。基板処理システムには、処理チャンバと、処理チャンバに結合された基板ハンドリングシステムであって、基板処理チャンバの中へ又は基板処理チャンバから複数の基板を移動するように構成されたロボットと、ロボットによる移動のために基板を位置決めするように構成されたコンベヤと、コンベヤ上の基板を加熱する又は冷却するように構成された温度制御システムとが含まれる基板ハンドリングシステムと、基板ハンドリングシステムへ基板を搬送し、基板ハンドリングシステムから基板を受取るように配置されたファクトリーインターフェースが含まれる。

［０００７］本発明の他の特徴及び態様は、例示の実施形態についての以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより明らかになる。

［０００８］
本発明の実施形態による、並列基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームを含む例示の基板処理システムを示す概略図である。［０００９］ 本発明の実施形態による、例示の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームを示す概略図である。［００１０］ 本発明の実施形態による、例示の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームを示す斜視図である。［００１１］ 本発明の実施形態による基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム内の例示の基板加熱システムを示す斜視断面図である。［００１２］ 本発明の実施形態による、基板冷却システムを含む例示の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームを示す概略図である。［００１３］ 本発明の実施形態による、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームのための例示の基板冷却板を示す概略図である。［００１４］ 本発明の実施形態による、基板冷却システム及びロードロック機能を含む基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームを有する例示の基板処理システムを示す概略図である。［００１５］ 本発明の実施形態による、基板加熱システム及びロードロック機能を含む基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームを有する基板処理システムを示す概略図である。［００１６］ 図８の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームの拡大図である。［００１７］ 本発明の実施形態による、例示の方法を示すフロー図である。

［００１８］本発明の実施形態は、基板ハンドリングシステム内で使用される温度制御方法及びシステムに関する。これらの基板ハンドリングシステムは、電子機器処理システムにおいて、基板処理チャンバ、又は少なくとも２つの基板処理チャンバ間から同時に出し入れ処理するために、小ロットの基板（例えば、５又は６枚の基板）を移動させるように構成される。基板処理チャンバは、小ロットの基板を同時に処理することができる。処理チャンバからの効率的な基板ロットの入出は、処理チャンバ（複数可）に隣接して配置された移動チャンバに格納されたコンベヤ形式の基板ハンドリングシステムを使用して行われる。ここで留意すべきは、ある実施形態では、ハウジング又はチャンバ（例：移動チャンバ）は、基板ハンドリングシステムの一部と見なされることである。

［００１９］基板ハンドリングシステムの幾つかの実施形態には、基板が処理チャンバの中へ又は処理チャンバから移動される間に、移動チャンバ内で基板の前処理予熱及び／又は後処理冷却が含まれる。更に、ある実施形態は、（ａ）基板温度制御システムを有する基板ハンドリングシステムと、（ｂ）基板ハンドリングシステム／移動チャンバとファクトリーインターフェースとの間のロードロックの必要性をなくすロードロック機能の両方を提供する。

［００２０］本明細書に記載される基板ハンドリングシステムの幾つかの実施形態は、従来の基板ハンドリングシステムよりも設置面積が小さく、基板スループットも上がりうる。設計により処理チャンバでのロードロックの操作が切り離されるため、改善されたロードロックを用いることでこれらの利点が達成されうる。加えて、追加の時間を要さない移動中に基板に予熱及び／又は後処理冷却を施すことによってスループットを改善することができる（例：加熱及び／又は冷却が基板の移動に平行して行われるために、加熱及び／又は冷却は「クリティカルパス」の時間の計算から取り除かれる）。更に、ある実施形態は、処理チャンバへ入れる時間まで継続的に予熱をかけることによって、予熱の制御を改善することができる。本明細書に記載されるある実施形態を、原子層成長法（ＡＬＤ）コンベヤに適用可能である。

［００２１］ここで、２つの並列基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム１０２を含む基板処理システム１００の例示の実施形態を示す図１及び２を参照する。例示のシステム１００には、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム１０２が付随する２つの小ロット処理チャンバ１０４が含まれ、一つの処理チャンバ１０４に一つの基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム１０２が専用でついている。基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム１０２は各々、コンベヤ形式の基板ハンドリングシステム１０８を格納する移動チャンバ１０６を含む。図２により明らかに示すように、基板ハンドリングシステム１０８は、基板のハンドリング用エンドエフェクタ１１２（例：ブレード）を支持する移動ロボット１１０（例：スカラ型連結式ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ））と、移動ロボット１１０を使用して処理チャンバ１０４の中へ又は処理チャンバから移動するために基板を適所に回転させるための基板コンベヤ１１４とを含む。ここで留意すべきことは、ある実施形態において、線形延長軸ロボットアームを連結式ロボットアームの代わりに使うことができることである。基板コンベヤ１１４は、ファクトリーインターフェース１２０内のファクトリーインターフェースロボット１１８へ又はからロードロック１１６を通過するように、基板を位置決めするようにも構成される。ある実施形態では、システム１００には、ファクトリーインターフェース１２０の冷却ステーション１２２も含まれうる。

［００２２］図２に、図１の例示の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム１０２の内の一つの拡大図を示し、図３にこれの斜視図を示す。ここで留意すべきなのは、具体的な特徴をより明らかに示すために、図３から移動チャンバ１０６の上面が取り除かれていることである。図２に示すように、コンベヤ１１４は、コンベヤ１１４が回転すると回転する複数の基板支持部２０２（例：５、６、又は７個の支持部）を含んでいてよく、加熱システム２０４の近くを支持部２０２が通過するとすぐに、一又は複数の基板支持部２０２の基板３０２を一又は複数の固定加熱システム２０４によって加熱することができる。

［００２３］ある実施形態では、放射加熱システムを、例えば処理チャンバ１０４に極めて近い位置の基板支持部２０２上に基板３０２のすぐ上及び／又は下に配置することができる。適切な放射基板予熱器の例は、ミズーリ州セントルイスのワトロー電気製造会社から市販されているＲＡＹＭＡＸ（登録商標）モデルパネルヒータである。異なる種類（例：伝導又は対流）のヒータを含む他の実際的な加熱システム、例えばＵＬＴＡＭＩＣ（登録商標）アドバンスドセラミックヒータ、厚膜対流ヒータ、及びこれもまたワトロー電気製造会社のコイル＆ケーブルヒータを使用することができる。例えば、基板コンベヤ１１４には、一又は複数の基板支持部２０２内に埋め込み抵抗加熱要素を含むことができ、これによりコンベヤ１１４が回転すると加熱システムが移動する。従って、システム１００を、処理チャンバ１０４の方へ回転する支持部２０２の基板３０２を選択的に加熱し、処理チャンバ１０４から離れるように回転する支持部２０２の基板３０２を加熱しないように構成することができる。

［００２４］システム１００の構成により、ヒータの位置づけと使用が実質的に柔軟になる。従来、予熱はロードロック１１６で行われていた。これにより、基板３０２を処理チャンバ１０４へ運ぶプロセスに余計な時間がかかる。本発明の実施形態は、ロードロックの機能と予熱を分離させ、予熱をクリティカルパスのスケジュール外で実施できるようにした。この構成により、使用するヒータを減らし、例えば異なる用途に対し、現場においてヒータの追加又は除去も可能になる。更に、システム１００により、加熱システム２０４を処理チャンバ１０４のすぐ前に位置づけすることができるため、基板３０２を処理チャンバ１０４の中へ入れる直前まで加熱することが可能になり、基板の温度制御が改善される。これにより、予熱の場所から処理チャンバ１０４までの温度変化が最小限に抑えられる。

［００２５］図４は、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム１０２内の例示の基板加熱システム２０４を示す斜視断面図である。図示した具体例の加熱システム２０４の実施形態は、図３に示すように、コンベヤ１１４の基板支持部２０２の上に処理チャンバ１０４に隣接して位置決めされる。ある実施形態では、赤外線又は他の波長の電球を使用する放射加熱システム２０４を熱源４０２として使用することができる。ある実施形態では、熱源４０２の下に配置された反射器４０４を使用して、処理チャンバ１０４への途中の加熱システム２０４の下に位置決めされた基板３０２に放射熱を直接方向づけし、フォーカスすることができる。

［００２６］図５に、本発明の代替的実施形態による、基板冷却システム５０２を含む例示の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム５００の概略図を示す。基板冷却システム５０２には、コンベヤ５０４の冷却板５０６の内の一つに置かれた基板３０２から熱を除去するヒートシンクとして機能する一又は複数の冷却板５０６を支持する回転可能なコンベヤ５０４が含まれる。エンドエフェクタ１１２を使用する移動ロボット１１０は、基板３０２が処理チャンバ１０４から出された後に、基板３０２を冷却板５０６に配置するように作動する。コンベヤ５０４はそれから、別の処理チャンバ１０４‘の中へ、又はファクトリーインターフェースにつながるロードロック１１６の中へ入れられる適切な位置まで冷却基板３０２を回転させることができる。

［００２７］図６に、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム５００で使用されるコンベヤ５０４に装着された基板冷却板５０６一式を含む例示の冷却システム５０２の詳細図を示す。各冷却板５０６には、基板３０２が冷却板５０６に配置され、又は冷却板５０６から取り外される時に、エンドエフェクタ１１２のフィーチャを収容するための切り込み６０２及び溝６０４が含まれる。ある実施形態では、冷却板５０６は、アルミニウム、アルミニウムに埋め込まれ又は加締められた銅製管類、ニッケルめっきしたアルミニウム、ステンレス鋼又は比較的熱伝導率が高い他の材料からできていてよい。ある実施形態では、板には、熱が更に除去されやすくなるように、冷却液（例：水）を流すためのチャネルが含まれうる。

［００２８］同様に、支持コンベヤ５０４は、基板３０２から熱を引き抜けやすくする同様の材料からできていてもよい。所望の時間間隔内で所望の目標温度まで支持基板の温度を下げるために、基板３０２との表面接触を最大限にし、熱が十分に放散／吸収されるように、冷却板の寸法と質量を選択することができる。ある実施形態では、冷却板５０６及び／又はコンベヤ５０４に更なるヒートシンクを結合させることができる。ある実施形態では、冷却板５０６及び／又はコンベヤ５０４に結合された能動冷却システム（例：循環水冷却システム）を使用して、更に冷却性を高めることができる。

［００２９］図７に、代替的な例示の基板処理システム７００の概略図を示す。この例示のシステム７００には、基板冷却システム７０４を有する基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム７０２と、（例：スリットバルブを使用して）プラットフォーム７０２を密閉し、プラットフォーム７０２内に真空を引くロードロック機能７０６とが含まれる。つまり、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム７０２の移動チャンバ７０８は、基板を処理チャンバ７１０の中へ又は処理チャンバから移動するように作動可能であるのに加えて、ロードロックとして機能するように構成される。ここで留意すべきは、ファクトリーインターフェース７１２と、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム７０２の移動チャンバ７０８との間に独立したロードロックがないことである。ここで留意すべきは、図示した例示のシステム７００において、ファクトリーインターフェース７１２内の基板加熱ステーション７１４を使用して、基板を移動チャンバ７０８に入れる前に予熱することができ、冷却システム７０４を使用して、基板が処理チャンバ７１０から取り出された後で基板を冷却することができることである。

［００３０］ここで更に留意すべきは、図７の例示の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム７０２には、連結式ロボットアームの代わりに線形延長軸ロボットアーム７１６も含まれることである。ロードするための基板の配置にコンベヤを使用することにより、連結式ロボットアームに対し低くて目立たない線形延長軸ロボットアーム７１６を使用することが可能になる。これにより、より小さい容積の、結合したロードロックと移動チャンバ７０８を使用することが可能になり、ポンプダウン時間が短縮されるため、スループットがより高くなる。

［００３１］図７と同様に、図８に、冷却システム７０４の代わりに、基板加熱システム８０６が含まれる実施形態の、ロードロック機能８０４を有する基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム８０２が含まれる基板処理システム８００を示す。図９に、図８の基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム８０２の拡大図を示す。ここで留意すべきは、チャンバ８０８の内部の寸法を最小限にするために、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム８０２の移動チャンバ８０８のサイズが縮小されていることである。これにより、移動チャンバ８０８がロードロックの機能を果たしている時に、移動チャンバ８０８において気圧をポンプダウンするのに要する時間が短縮される。ポンプダウン時間の短縮により、スループットがより高まる。ここで留意すべきは、図示した例示のシステム８００において、ファクトリーインターフェース８１２内の基板冷却ステーション８１４を使用して、基板が移動チャンバ８０８から出た後に基板を冷却することができ、加熱システム８０６を使用して、基板が処理チャンバ８１０の中へ入れられる前に基板を予熱することができることである。

［００３２］本発明の実施形態により、基板を処理チャンバの中へ又は処理チャンバから移動する間に、基板の温度を制御する方法が提供されている。図１０に、基板プロセスにおいて基板を移動させる例示の方法１０００を示す。この方法１０００には、基板を基板処理チャンバの中へ又は基板処理チャンバから移動するように構成されたロボットが含まれる基板ハンドリングシステムと、ロボットによって移動させるために基板を配置するように構成されたコンベヤと、コンベヤ上の基板を加熱又は冷却するように構成された温度制御システムとを供給することが含まれる（１００２）。次に、基板をコンベヤに載せる（１００４）。コンベヤに載った基板を次に予熱する（１００６）。最後に、加熱された基板を処理チャンバの中へ入れる（１００８）。

［００３３］ある実施形態では、予熱はロードロック又はファクトリーインターフェースで実施することができ、後冷却は基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームで実施することができる。代替的実施形態では、予熱は基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォームで実施することができ、後冷却は、ロードロックで又はファクトリーインターフェースで実施することができる。更に別の実施形態では、予熱は、基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム内の基板支持部の第１サブセットで実施することができ、後冷却は基板ハンドリングコンベヤ形式のプラットフォーム内の基板支持部の第２サブセットで実施することができる。

［００３４］したがって、本発明は、その例示的な実施形態に関連して開示されたが、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に含まれうることを理解されたい。

Claims (15)

1. 処理チャンバの中へ又は処理チャンバから、複数の基板を移動するように構成されたロボットと、
   前記ロボットによって移動するために前記基板を位置決めするように構成されたコンベヤと、
   任意の１または複数の基板が前記コンベヤ上で回転している間、前記任意の１または複数の基板の直下に選択的に熱を提供するように構成された温度制御システムと
   を含む基板ハンドリングシステム。
2. 前記基板ハンドリングシステムを囲むチャンバを更に含む、請求項１に記載の基板ハンドリングシステム。
3. 前記コンベヤは複数の基板支持部を含み、前記温度制御システムは、少なくとも一つの基板支持部と前記処理チャンバの近くに配置される、請求項１に記載の基板ハンドリングシステム。
4. 前記温度制御システムは、前記コンベヤが動くにつれて動くように構成された加熱システムを含む、請求項１に記載の基板ハンドリングシステム。
5. 前記温度制御システムは、少なくとも一つの基板支持部と前記処理チャンバの近くに配置された放射ヒータを含むかまたは前記少なくとも一つの基板支持部の一または複数の中に埋め込まれた抵抗熱エレメントを含む、請求項１に記載の基板ハンドリングシステム。
6. 前記基板ハンドリングシステムを囲み、チャンバ内でロードロック機能を提供するチャンバを更に含む、請求項１に記載の基板ハンドリングシステム。
7. 前記チャンバは、前記チャンバの内部容積を最小限に抑えるように構成される、請求項６に記載の基板ハンドリングシステム。
8. 基板プロセスにおいて基板を移動させる方法であって、
   基板処理チャンバの中へ又は基板処理チャンバから、複数の基板を移動するように構成されたロボットと、前記ロボットによって移動させるために前記基板を位置決めするように構成されたコンベヤと、前記コンベヤ上の基板を加熱するように構成された温度制御システムとを含む基板ハンドリングシステムを供給することと、
   前記コンベヤ上へ基板を載せることと、
   前記コンベヤ上の前記基板を加熱することと、
   前記加熱された基板を前記基板処理チャンバの中へ入れることと
   を含み、前記コンベヤ上で前記基板を加熱することは、任意の１または複数の基板が前記コンベヤ上で回転している間、前記任意の１または複数の基板の直下に選択的に熱を提供することを含む方法。
9. 前記基板ハンドリングシステムを囲むチャンバを供給することを更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記基板ハンドリングシステムを供給することは、複数の基板支持部を含むコンベヤを供給することと、少なくとも一つの基板支持部と基板処理チャンバの近くに前記温度制御システムを配置することとを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記基板ハンドリングシステムを供給することは、前記基板を冷却するため、前記基板から熱を引き抜くように構成された冷却板を含むコンベヤを供給することを含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記基板ハンドリングシステムを供給することは、前記コンベヤ上の基板支持部と前記基板処理チャンバの近くに配置された放射ヒータを有する前記温度制御システムを供給することを含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記基板ハンドリングシステムを囲み、前記チャンバ内でロードロック機能を実施するチャンバを供給することを更に含む、請求項８に記載の方法。
14. 前記チャンバが、前記チャンバの内部容積を最小限に抑えるように構成された、請求項１３に記載の方法。
15. 処理チャンバと、
    前記処理チャンバに結合された基板ハンドリングシステムであって、前記処理チャンバの中へ又は前記処理チャンバから、複数の基板を移動するように構成されたロボットと、前記ロボットによって移動させるために前記基板を位置決めするように構成されたコンベヤと、任意の１または複数の基板が前記コンベヤ上で回転している間に、前記任意の１または複数の基板の直下に選択的に熱を提供するように構成された温度制御システムとを含む、基板ハンドリングシステムと、
    基板を前記基板ハンドリングシステムへ搬送し、前記基板ハンドリングシステムから基板を受取るように配置されたファクトリーインターフェースとを備え、
    前記基板ハンドリングシステムの前記コンベヤは、複数の基板支持部を含み、前記温度制御システムは、少なくとも一つの基板支持部と前記処理チャンバの近くに配置されており、
    前記基板ハンドリングシステムは更に、チャンバ内でロードロック機能を提供するように構成され、前記基板ハンドリングシステムを囲むチャンバを含み、前記チャンバは、前記チャンバの内部容積を最小限に抑えるように構成されている、基板処理システム。

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