JP7027057B2 - 基板搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、相互に隔絶可能に連結された第１室と第２室との間で、ロボットハンドを有する搬送ロボットにより基板を搬送する基板搬送装置に関する。

従来、処理すべき基板に対し、真空雰囲気中にて成膜処理、熱処理やエッチング処理といった各種処理を順次施す真空処理装置として、搬送ロボットを有する中央の搬送室と、この搬送室を囲うように配置される複数の処理室とを備える所謂クラスターツールが知られている（例えば、特許文献１参照）。真空雰囲気中にて搬送室を経由した各処理室の間で基板を搬送する搬送ロボットとしては、例えば基板の搬送によって律速されないように、２個のロボットハンドを備える所謂フログレック式のものが用いられる。このものは、一般に、同心に配置された回転軸と、各回転軸にリンク機構を介して連結される複数本のロボットアームとを有し、これらロボットアームの先端にギアボックスを介してロボットハンドが夫々設けられている。そして、予め設定されるシーケンスに従って、回転軸の回転角及び回転方向を適宜制御することで各ロボットハンドが伸縮及び旋回して各処理室の間で基板が搬送され、１枚の基板に対して各処理室にて各種の真空処理が順次施されていく。

ところで、各処理室で実施される処理の中には、処理すべき基板を所定温度（例えば、２５０℃）に加熱して処理を施すために、各処理室で当該基板を保持するステージ自体を所定温度に加熱する場合がある。このような場合に、一方のロボットハンドにより処理済みの基板を受け取りに行くと、ステージに対峙する位置にロボットハンドがあるときには、ステージからの輻射熱でロボットハンドが昇温し、ステージから受け取って次の処理室に基板を搬送する間には、処理時に加熱された基板からの伝熱と輻射熱でロボットハンドが更に昇温する。一方、次の処理室に基板を受け渡した後、例えばロボットハンドが搬送室に存する搬送ロボットの待機位置にあっても、気体を介する熱伝導のない真空雰囲気ではロボットハンドが然程降温しない。このため、基板搬送のシーケンスによっては、一方のロボットハンドが繰り返し熱を受ける場合があり、このとき、当該ロボットハンドが高い温度で保持され、熱の影響で搬送ロボットの円滑な作動が妨げられる虞がある。

また、各処理室で実施される処理の中には、処理すべき基板に対して、テルルなどの蒸気圧の高い材料を含む合金を成膜する場合がある。このような場合、一方のロボットハンドにより処理済みの基板を受け取りに行く際、当該ロボットハンドの温度が高いと、ステージから受け取って次の処理室に基板を搬送する間でも、基板からロボットハンドに殆ど熱引きせず、結果として、折角基板表面に成膜した材料が次の処理室に受け渡す前に気化し、合金の組成が所望の数値から外れてしまうという問題も生じる虞がある。

特開２０１６－９２３３０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ロボットハンドが繰り返し熱を受ける場合でも、ロボットハンドが高温に保持されることを防止することができる基板搬送装置を提供することをその課題とするものである。

また、上記課題を解決するために、相互に隔絶可能に連結された第１室と第２室とのいずれか一方に配置されたロボットハンドを有する搬送ロボットを備え、この搬送ロボットにより第１室と第２室との間で基板を搬送する本発明の基板搬送装置は、ロボットハンドの移動経路に、輻射及び／又は伝熱によるロボットハンドの冷却を可能とする冷却部が配置され、第１室と第２室との間に両室の雰囲気を隔絶する仕切弁装置が介設され、この仕切弁装置の内部に前記冷却部を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、例えば冷却パネルのような冷却部によって冷却されたロボットハンドで基板を受け取るため、基板からロボットハンドへと効率良く熱引きされる。また、輻射によるロボットハンドの冷却が所望の時間に終了しない場合は、冷却部とロボットハンドが接触する位置へロボットハンドを移動し、伝熱によるロボットハンドの冷却によって冷却速度を向上させてもよい。この場合、冷却部を、パネル形状よりも熱容量の大きいブロック形状のもので構成することが好ましい。輻射により熱交換の効果を高めるために、ロボットハンドが金属製である場合には、ＴｉＮコートを施すことが好ましく、ロボットハンドがセラミックス製である場合には、ＳｉＣやＡｌＮ等の輻射率の高い材料を選択することが好ましい。特に、ＳｉＣは熱伝導率が高く、ロボットハンドの温度が不均一であることに起因する歪みが発生しにくいため、好ましい。また、本発明によれば、第１室と第２室との間に両室の雰囲気を隔絶する仕切弁装置が介設され、この仕切弁装置の内部に前記冷却パネルを配置することで、ロボットハンドが仕切弁装置を通過するときにロボットハンドを冷却することができる。

本発明においては、前記冷却部は厚み方向に貫通する貫通孔を有し、この貫通孔を通してロボットハンドから放射される赤外線の強度を基にロボットハンドの温度を測定する温度検知手段を更に備えることが好ましい。これによれば、温度検知手段によりロボットハンドの温度を測定しながらロボットハンドを冷却することができる。また、冷却部の温度上昇および一定温度制御中の冷却手段の消費電力など、ロボットハンドの放射熱量に関する情報を基にロボットハンドの温度を計算しながらロボットハンドを冷却してもよい。この場合、過冷却によりロボットのベアリング潤滑剤の機能低下、熱収縮、熱膨張のサイクルによる劣化を起こす場合があるので、冷却温度下限を管理して過冷却を回避することが好ましい。

本発明の実施形態の基板搬送装置を適用したクラスターツールを説明する図。 図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う拡大断面図。

以下、図面を参照して、クラスターツールで構成された真空処理装置に組み付けられるものを例に、本発明の実施形態の基板搬送装置について説明する。

図１に示すように、真空処理装置たるスパッタリング装置Ｍは、基板Ｗを保持する搬送ロボットＲが配置される中央の搬送室Ｔと、この搬送室Ｔを囲うように配置される処理室Ｃ１，Ｃ２及びロードロック室Ｌ１，Ｌ２とを備える。これら搬送室Ｔ、ロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び処理室Ｃ１，Ｃ２は、図示省略の真空ポンプにより夫々真空引きできるようになっている。搬送ロボットＲとしては、２個のロボットハンドを備える所謂フログレッグ式のものが用いられる。この搬送ロボットＲは、図示省略の２個のモータを有し、同心に配置された各モータの回転軸１１ａ，１１ｂにロボットアーム１２ａ，１２ｂが図示省略のリンク機構を介して連結され、ロボットアーム１２ａ，１２ｂの先端に図示省略のギアボックスを介してロボットハンド１３ａ，１３ｂが夫々設けられている。そして、予め設定されるシーケンスに従って、回転軸１１ａ，１１ｂの回転角及び回転方向を適宜制御することで、ロボットハンド１３ａ，１３ｂが伸縮及び旋回して各処理室の間で基板Ｗが搬送され、１枚の基板に対して各処理室にて各種の真空処理が順次施されていく。

搬送室Ｔとロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び処理室Ｃ１，Ｃ２とは、仕切弁装置ＩＶを介してそれぞれ連結され、各室が相互に隔絶できるようになっている。仕切弁装置ＩＶは、弁箱２１と、弁箱２１内で往復動自在に設けられる弁体２２とを備える。以下においては、弁体２２の往復動方向をＺ軸方向、このＺ軸方向に直交する同一平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。弁箱２１のＸ軸方向の互いに対向する壁面部分には、ロボットハンド１３ａ，１３ｂ及びロボットアーム１２ａ，１２ｂの通過を許容する透孔２１ａ，２１ａが夫々開設されている。弁体２２が下動位置に移動した状態では、これらの透孔２１ａ，２１ａを通じて搬送室Ｔと処理室Ｃ１とが連通し、搬送室Ｔと処理室Ｃ１との間で基板Ｗの搬送が可能となる。

次に、処理室Ｃ１について説明すると、処理室Ｃ１を画成する真空チャンバ１の底壁には、排気口３０が設けられ、この排気口３０には真空ポンプＰに通じる排気管が接続され、処理室Ｃ１内を真空引きできるようになっている。真空チャンバ１の側壁にはガス源に通じるガス管３１が接続され、このガス管３１に介設された図示省略のマスフローコントローラにより、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガス（反応性スパッタリングを行うときには、酸素ガスなどの反応ガスを含む）を処理室Ｃ１内に所定流量で導入できるようになっている。真空チャンバ１の天井部には、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択される材料で作製されたターゲット３２が配置され、ターゲット３２の上面にはボンディング材を介してバッキングプレート３３が接合され、成膜時にターゲット３２が冷却されるようになっている。ターゲット３２には、公知の構造を有するスパッタ電源Ｅの出力が接続され、スパッタリング時、ターゲット３２に負の電位を持った直流電力や交流電力が投入されるようになっている。バッキングプレート３３の上方には、ターゲット３２の下面（スパッタ面）の下方空間に磁場を発生させる公知構造を有する磁石ユニット３４が配置され、ターゲット３２からのスパッタ粒子を効率よくイオン化できる。真空チャンバ１の底部には、ターゲット３２に対向させてステージ３５が配置され、基板Ｗがその成膜面を上側にして位置決め支持されるようにしている。ステージ３５には、例えば抵抗加熱式の加熱手段３５ａが内蔵され、成膜中に基板Ｗを加熱できるようになっている。尚、ステージ３５には、図示省略の冷媒循環用の通路が穿設されており、ステージ３５を冷却することもできる。また、処理室Ｃ１内には、上下の防着板３６ｕ，３６ｄが配置され、真空チャンバ１の内壁面にスパッタ粒子が付着しないようにしている。下側の防着板３６ｄには、図示省略のシール手段を介して真空チャンバ１の底板を貫通する駆動手段３７の駆動軸が接続されており、駆動軸を駆動することで、防着板３６ｄを、図中仮想線で示す成膜位置と、実線で示す搬送位置との間で上下動させることができる。

上記スパッタリング装置Ｍは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段Ｃｕを有し、搬送ロボットＲの稼働、駆動手段３７の作動、マスフローコントローラの稼働及び真空ポンプＰの稼働、スパッタ電源Ｅの稼働等を統括制御するほか、後述する温度検知手段５により測定された温度や消費電力検出部４４により検出された消費電力から算出された温度からロボットハンド１３ａ，１３ｂによる基板Ｗの受け取りを許可する。以下、上記真空処理装置Ｍを用い、処理室Ｃ１から搬送室Ｔに基板Ｗを搬送する本実施形態の基板搬送方法を適用した真空処理方法について説明する。

先ず、大気中でロードロック室Ｌ１に基板Ｗを投入し、ロードロック室Ｌ１を真空引きした後、搬送ロボットＲによりロードロック室Ｌ１から搬送室Ｔに基板Ｗを搬送する。次いで、防着板３６ｄを搬送位置に下降させた状態で搬送室Ｔから処理室Ｃ１のステージ３５上に基板Ｗを搬送した後、防着板３６ｄを成膜位置に上昇させる。そして、処理室Ｃ１内の圧力が所定の圧力（例えば、１×１０^－５Ｐａ）に達すると、マスフローコントローラを制御してアルゴンガスを所定流量で導入し（このとき、処理室１ａの圧力が０．０１～３０Ｐａの範囲となる）、スパッタ電源Ｅからターゲット３２に電力投入して真空チャンバ１内にプラズマを形成する。これにより、ターゲット３２をスパッタリングし、飛散したスパッタ粒子を基板Ｗ表面に付着、堆積させることにより、基板Ｗ表面に薄膜を成膜する。成膜中、加熱手段３５ａによりステージ３５を加熱することで、基板Ｗを所定温度に加熱することができる。所定時間成膜を行った後、電力投入を停止すると共にアルゴンガスの導入を停止する。

処理室Ｃ１で処理済みの基板Ｗは、ロボットハンド１３ａにより搬送室Ｔに搬送される。そして、ロボットハンド１３ｂにより未処理の基板Ｗが、搬送室Ｔから処理室Ｃ１に搬送され、処理室Ｃ１での処理を開始する。搬送室Ｔに搬送された処理済みの基板Ｗは、ロボットハンド１３ａにより処理室Ｃ２に搬送され、処理室Ｃ２にて、処理室Ｃ１で行われる処理とは異なる真空処理が施される。処理室Ｃ２での真空処理が終了すると、処理済みの基板Ｗはロードロック室Ｌ２に搬送され、ロードロック室Ｌ２を大気圧までベントした後、基板Ｗが取り出される。このように、１枚の基板Ｗに対して各処理室Ｃ１，Ｃ２にて各種の真空処理が順次施される。

ところで、処理室Ｃ１で処理済みの基板Ｗをロボットハンド１３ａにより受け取るとき、ステージ３５からの輻射熱でロボットハンド１３ａが昇温し、ステージ３５から受け取った基板Ｗを次の処理室Ｃ２に搬送する間には、処理時に加熱された基板Ｗからの伝熱と輻射熱でロボットハンド１３ａが更に昇温する。処理室Ｃ２に基板Ｗを受け渡した後のロボットハンド１３ａを搬送室Ｔ内の処理室Ｃ１を指向する位置（以下「待機位置」という）に移動させ、当該待機位置にてロボットハンド１３ａが待機する間、ロボットハンド１３ａは然程降温しない。

そこで、本実施形態では、上記待機位置に存するロボットハンド１３ａの上下に隙間を存して冷却部としての２枚の冷却パネル４１ａ，４１ｂを対向配置した。冷却パネル４１ａの下面は、搬送室Ｔの底壁面から立設させた保持部４２ａに連結され、冷却パネル４１ｂの上面は、搬送室Ｔの上壁面から垂設させた保持部４２ｂに連結されている。冷却パネル４１ａ，４１ｂの固定方法は、これに限定されない。冷却パネル４１ａ，４１ｂの表面は、冷凍機等の冷却手段４３により－１００℃以下の温度に冷却される。冷却手段４３としては公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。これらの冷却パネル４１ａ，４１ｂの輻射により、処理室Ｃ１で基板Ｗを受け取る前のロボットハンド１３ａを所定温度以下（例えば、６０℃）に冷却できる（冷却工程）。冷却パネル４１ｂには厚み方向に貫通する貫通孔４１ｈが開設されている。この貫通孔４１ｈを通してロボットハンド１３ａから放射される赤外線の強度を基にロボットハンド１３ａの温度を測定する温度検知手段５としての赤外線温度センサが、搬送室Ｔの上壁に埋め込まれている。これによれば、温度検知手段５によりロボットハンド１３ａの温度を測定し（測定工程）、測定した温度が所定温度以下（例えば、６０℃）になったときに、ロボットハンド１３ａによる基板Ｗの受け取りを許可することで、ロボットハンド１３ａが繰り返し熱を受ける場合でも、ロボットハンド１３ａが高い温度で保持されることを防止することができる。

尚、冷却手段４３の消費電力（つまり、ロボットハンド１３ａを冷却するために消費された電力）を検出する消費電力検出部４５を設け（図２参照）、一定温度制御中に検出した消費電力が所定範囲内になったときに、ロボットハンド１３ａが冷却されたとみなして、ロボットハンド１３ａによる基板Ｗの受け取りを許可するように構成してもよい。また、冷却パネル４１ａから放射される赤外線の強度を基に冷却パネル４１ａの温度を測定する第２温度検知手段６としての赤外線温度センサを搬送室Ｔの下壁に埋め込み、ロボットハンド１３ａの温度と冷却パネル４１ａの温度との相関を予め取得しておき、冷却パネル４１ａの測定温度が所定範囲内となったときに、ロボットハンド１３ａが冷却されたとみなして、ロボットハンド１３ａによる基板Ｗの受け渡しを許可するように構成してもよい。この場合、過冷却により搬送ロボットＲのベアリング潤滑剤の機能低下、熱収縮、熱膨張のサイクルによる劣化を起こす場合があるので、冷却温度下限を管理して過冷却を回避することが好ましい。

また、処理室Ｃ１にて例えばテルルなどの蒸気圧の高い材料が成膜される場合でも、処理室Ｃ１内に基板Ｗを受け取りに行くロボットハンド１３ａの温度が所定温度以下と低いため、ステージ３５から受け取った基板Ｗを処理室Ｃ２に搬送する間に、基板Ｗからロボットハンド１３ａに熱引きし、その結果として、処理室Ｃ１で成膜した材料が、基板Ｗを処理室Ｃ２に受け渡す前に気化することを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、基板Ｗを受け取る前にロボットハンド１３ａ，１３ｂを冷却する場合について説明したが、基板Ｗを受け取った後にロボットハンド１３ａ，１３ｂを冷却してもよい。また、上記実施形態では、搬送室Ｔ内の上記待機位置に２枚の冷却パネル４１ａ，４１ｂを配置する場合を例に説明したが、ロボットハンド１３ａ，１３ｂの移動経路に配置すればよく、例えば、仕切弁装置ＩＶの内部に配置することもできる。この場合、ロボットハンド１３ａ，１３ｂが仕切弁装置ＩＶを通過するときにロボットハンド１３ａ，１３ｂを冷却することができる。また、処理室Ｃ２内に冷却パネルを配置し、処理室Ｃ２内でロボットハンド１３ａ，１３ｂが待機する間に冷却してもよい。また、配置する冷却パネルの数は、特に限定されず、処理室Ｃ１，Ｃ２での処理温度や処理時間などを考慮して適宜設定することができる。ロボットハンド１３ａ，１３ｂの移動経路の複数箇所に（例えば、ロボットハンド１３ａ，１３ｂが処理室Ｃ２に指向する他の待機位置にも）冷却パネルを配置してもよい。

上記実施形態では、複数の処理室Ｃ１，Ｃ２を備える場合を例に説明したが、３つ以上の処理室を備える場合にも本発明を適用することができる。

上記実施形態では、温度検知手段５の測定温度が所定温度以下の場合に、ロボットハンド１３ａによる基板Ｗの受け取りを許可しているが、温度検知手段５を必ずしも設ける必要はない。この場合、ロボットハンド１３ａが待機位置に存する時間とロボットハンド１３ａの温度との関係を予め取得しておけば、ロボットハンド１３ａの温度を推定することができ、推定温度が所定温度以下の場合に許可するようにすればよい。

上記実施形態では、冷却部たる２枚の冷却パネル４１ａ，４１ｂの間で輻射によりロボットハンド１３ａを冷却しているが、輻射によるロボットハンド１３ａの冷却が所望の時間に終了しない場合には、冷却パネル４１ａ，４１ｂのいずれか一方に接触する位置へロボットハンド１３ａを上動又は下動し、伝熱によりロボットハンド１３ａを冷却するように構成してもよい。これによれば、ロボットハンド１３ａの冷却速度を向上させることができ、有利である。この場合、ロボットハンド１３ａが接触する冷却部の熱容量を大きくすることが好ましく、例えば、当該冷却部をパネル形状ではなくブロック形状（冷却ブロック）で構成することができる。

また、輻射により熱交換の効果を高めるために、ロボットハンド１３ａ，１３ｂが金属製である場合には、ＴｉＮコートを施すことが好ましく、ロボットハンド１３ａ，１３ｂがセラミックス製である場合には、ＳｉＣやＡｌＮ等の輻射率の高い材料を選択することが好ましい。特に、ＳｉＣは熱伝導率が高く、ロボットハンド１３ａ，１３ｂの温度が不均一であることに起因する歪みが発生しにくいため、好ましい。

Ｃ１…処理室（第２室）、ＩＶ…仕切弁装置、Ｒ…搬送ロボット、Ｔ…搬送室（第１室）、Ｗ…基板、１３ａ，１３ｂ…ロボットハンド、４１ａ，４１ｂ…冷却パネル（冷却部）、４１ｈ…貫通孔、４３…冷却手段、４４…消費電力検出部、５…赤外線温度センサ（温度検知手段）、６…赤外線温度センサ（第２温度検知手段）。

Claims (6)

1. 相互に隔絶可能に連結された第１室と第２室とのいずれか一方に配置されたロボットハンドを有する搬送ロボットを備え、この搬送ロボットにより第１室と第２室との間で基板を搬送する基板搬送装置であって、ロボットハンドの移動経路に、輻射及び／又は伝熱によるロボットハンドの冷却を可能とする冷却部が配置されるものにおいて、
   第１室と第２室との間に両室の雰囲気を隔絶する仕切弁装置が介設され、この仕切弁装置の内部に前記冷却部を配置したことを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記ロボットハンドは、ＴｉＮコートが施された金属製またはＳｉＣ製またはＡｌＮ製
   であることを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。
3. 前記冷却部は厚み方向に貫通する貫通孔を有し、この貫通孔を通してロボットハンドから放射される赤外線の強度を基にロボットハンドの温度を測定する第１温度測定手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の基板搬送装置。
4. 前記冷却部の温度を測定する第２温度測定手段を更に備えることを特徴とする請求項１～３に記載の基板搬送装置。
5. 前記冷却部を冷却する冷却手段と、
   前記冷却手段の消費電力を検出する消費電力検出部とを更に備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の基板搬送装置。
6. 前記冷却部の熱容量は、前記ロボットハンドの熱容量より大きいことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の基板搬送装置。

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