JP7257920B2

JP7257920B2 - 気相成長装置の基板搬送機構及び基板搬送方法

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Publication number: JP7257920B2
Application number: JP2019159283A
Authority: JP
Inventors: 優志富田; 優哉山岡; 瑛一井口; 康右内山; 冠錫朴
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: JP2021039994A

Description

本発明は、気相成長装置の基板搬送機構及び基板搬送方法に関し、詳しくは、気相成長装置において基板を自動搬送によりサセプタに設置する基板搬送機構及び基板搬送方法に関する。

気相成長法により半導体を製造する気相成長装置では、シリコンやサファイヤなどのウェハーからなる基板をサセプタに設置し、チャンバー内で高温に加熱するとともに、その表面に半導体の原料となる有機金属を含んだ材料とキャリアガスとを流して分解・化学反応させ、基板表面に半導体結晶の薄膜をエピタキシャル成長させている。

従来の気相成長装置では、サセプタに対して基板を設置したり取り出したりすることは手動で行われており、生産性が高くなかった。また、基板の設置や取り出しを手動で行うことで、ピンセット等が基板表面に接触したり、基板とサセプタとがこすれて生じたパーティクルが基板表面に付着したりすることがあり、半導体の歩留まりの低下を招いていた。

そこで、気相成長装置において基板を自動搬送によりサセプタに設置する基板搬送機構が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。特許文献１及び２に記載された気相成長装置の基板搬送機構では、サセプタ底面に基板を支持する複数のピンを昇降可能に設けて、これらのピンによって基板をサセプタから浮かせた状態で受け取れるようにすることで、基板を載せて運ぶアームに対して基板の受け取りや受け渡しを行えるように構成されている。

特開平２－１１２２５５号公報特開２０００－２０８４１９号公報特開２００３－０１７５４４号公報

しかしながら、このような構成では、昇降可能なピンをサセプタ底面に設けるためにサセプタ底面にピンを通す孔部を複数箇所設ける必要があり、この孔部によって、基板を加熱する際に温度分布に偏りが生じ、半導体結晶の成膜について均一性が損なわれるという問題があった。

また、特許文献３に記載されている気相成長装置の基板搬送機構では、基板を運ぶアームの先端に真空チャックが設けられており、基板を上面から把持できるように構成されているが、基板又は基板に成膜した半導体結晶の表面に真空チャックが接触して傷をつけやすく、半導体結晶の均一な成膜が損なわれ、半導体の歩留まり低下の要因となっていた。

そこで本発明は、半導体結晶の均一な成膜を促すことができ、半導体の歩留まりがよい気相成長装置の基板搬送機構及び基板搬送方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置の基板搬送機構は、サセプタに基板受け渡し位置で基板の設置及び取り出しを行う気相成長装置の基板搬送機構であって、前記サセプタの、前記基板受け渡し位置に対応する位置には、円形の貫通孔である円孔部と、該円孔部を塞ぐ円盤状の基板載置台が設けられており、前記基板受け渡し位置の上方には、基板ケースと基板受け渡し位置とを往復して基板を搬送する搬送アームによって基板受け渡し位置の直上に運ばれた基板の外周を支持可能な複数の爪部を有する上部チャックと、該上部チャックの上方に位置し、該上部チャックの前記爪部を通す切欠き部を有し、内径が基板の径に対応した円筒形状の上部カバーと、前記上部チャックの前記爪部を開閉可能な爪部開閉手段と、前記上部チャックを昇降可能な上部チャック昇降手段と、前記上部カバーを昇降可能な上部カバー昇降手段とを備え、前記基板受け渡し位置の下方には、前記サセプタの下方に位置し、前記基板載置台を下方から把持する下部チャックと、該下部チャックを動作させる下部チャック動作部と、該下部チャックを昇降可能な下部昇降手段とを備えていることを特徴としている。

また、前記基板載置台は、前記円孔部よりも径が大きい基礎部と、該基礎部の上方に突出した、基板よりも径が小さい載置部と、該基礎部の下方に突出した、円孔部よりも外径が小さい円筒部とを備え、前記下部チャックは、前記下部チャック動作部によって動作する、水平方向へと放射状に伸縮して前記基板載置台の前記円筒部を内側から固定可能な複数の固定具を備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の気相成長装置の基板搬送機構を用いた基板搬送方法は、前記下部チャックが前記下部昇降手段により上昇して基板載置台を押し上げる第一工程と、前記下部チャックが押し上げた基板載置台を前記下部チャック動作部により把持する第二工程と、前記搬送アームが前記基板ケースから前記基板受け渡し位置の直上に基板を搬送する第三工程と、前記上部チャックが前記上部チャック昇降手段により基板の高さまで下降する第四工程と、下降した前記上部チャックが前記爪部開閉手段により前記爪部を閉じて基板の外周を支持することで基板を把持する第五工程と、基板を把持した上部チャックが上部昇降シリンダによりわずかに上昇した後、前記搬送アームが前記基板受け渡し位置の直上から後退する第六工程と、基板を把持した前記上部チャックが前記上部チャック昇降手段により押し上げられた前記基板載置台の高さまで下降する第七工程と、前記上部カバーが前記上部カバー昇降手段により下降して該上部カバーの下端が基板の水平方向への移動を規制する第八工程と、前記上部チャックの前記爪部開閉手段が前記爪部を開いて基板を前記基板載置台に載置する第九工程と、前記上部カバー昇降手段により前記上部カバーが上昇する第十工程と、前記上部チャック昇降手段により前記上部チャックが上昇する第十一工程と、前記下部チャックが前記下部チャック動作部により基板載置台を把持した状態を解除する第十二工程と、前記下部チャックが前記下部昇降手段により下降する第十三工程とを含むことを特徴としている。

本発明の気相成長装置の基板搬送機構及び基板搬送機構方法によれば、搬送アームによって基板受け渡し位置の上方に運ばれた基板を、上部チャックが基板の外周を支持して上部チャック昇降手段で降ろし、下部チャックが把持した基板載置台を下部昇降手段によってサセプタから押し上げて、上部チャックが放した基板を受け止めた後、基板載置台をサセプタに戻すことで、搬送アームから送られた基板を、基板上面との接触がないように搬送してサセプタに設置することができるので、搬送の過程で基板表面を傷つけることがなく、半導体結晶の均一な成膜を促すことができる。

また、基板は、搬送の際に、基板載置台に真上から載置されるので、基板の底面がこすられることがなく、パーティクルの発生を抑えられるので、半導体結晶の均一な成膜をより促すことができる。

そして、基板載置台にはピン孔がないので、サセプタに設置した基板を加熱する際に、望ましくない温度分布を生じさせて半導体結晶の均一な成膜を損なうことがない。

本発明にかかる気相成長装置の基板搬送機構における一形態例を模式的に示す側面図である。気相成長装置のサセプタに設けられた基板載置台と上部チャック及び上部カバーとを示す側面図である。本発明の基板搬送機構を用いて基板を搬送する方法の第一工程を示す説明図である。同じく第二工程を示す説明図である。同じく第三工程を示す説明図である。同じく第四工程を示す説明図である。同じく第五工程を示す説明図である。同じく第六工程を示す説明図である。同じく第七工程を示す説明図である。同じく第八工程を示す説明図である。同じく第九工程を示す説明図である。同じく第十工程を示す説明図である。同じく第十一工程を示す説明図である。同じく第十二工程を示す説明図である。同じく第十三工程を示す説明図である。

図１及び図２は、本発明にかかる気相成長装置の基板搬送機構１２を示しており、図３乃至図１５は、基板搬送機構１２により基板を搬送する工程を示している。

図１及び図２に示されるように、基板搬送機構１２は、鉛直方向に延びた回転軸Ａを中心に回転する回転テーブル１３に取り付けられた、平面視で円形のサセプタ１４に対して基板１５の設置及び取り出しを行うものである。

回転軸Ａから長さＤ離れた位置には、基板１５の受け渡しを行う基板受け渡し位置１６と、基板受け渡し位置１６を通って鉛直方向に延びた受け渡し中心軸Ｃとが設定されている。また、サセプタ１４には、回転軸Ａを中心として半径が長さＤの円周上の回転対称となる位置に、円形の貫通孔である円孔部１４ａが複数配設されている。したがって、サセプタ１４は、回転テーブル１３の回転によって、各円孔部１４ａを円の中心が受け渡し中心軸Ｃを通る位置に移動させることができる。

各円孔部１４ａには、それぞれ、上から被さって円孔部１４ａを塞ぐ円盤状の基板載置台１７が設置されている。基板載置台１７は、円孔部１４ａよりも径が大きい基礎部１７ａと、基礎部１７ａの上方に突出して基板１５よりも径が小さい円形状の載置部１７ｂと、基礎部１７ａの下方に突出した、外径が円孔部１４ａよりも小さい円筒部１７ｃとを備えている。

サセプタ１４の上方には、基板ケース（図示せず）と基板受け渡し位置１６とを往復して基板１５を搬送する搬送アーム１８が設けられており、さらにその上方には、受け渡し中心軸Ｃを中心とする上部チャック１９及び上部カバー２０と、上部チャック１９及び上部カバー２０を個別に昇降可能な上部昇降シリンダ２１とが設けられている。

上部チャック１９は、受け渡し中心軸Ｃを中心にして９０度回転対称となる４カ所に設けられた、端部にＬ字状の返しを有する爪部１９ａと、各爪部１９ａを開閉可能な爪部開閉駆動部１９ｂとによって基板１５の外周を支持可能に形成されている。上部カバー２０は、基板１５の径に対応した内径を有する円筒形状の部材であり、受け渡し中心軸Ｃを中心として上部チャック１９の爪部１９ａの上側に配設され、上部昇降シリンダ２１による昇降の際に上部チャック１９の爪部１９ａと衝突しないように、爪部１９ａを通す切欠き部２０ａを有している。

基板受け渡し位置１６の下方には、受け渡し中心軸Ｃを中心とする下部チャック２２と、下部チャック２２を動作させる下部チャック動作部２３と、下部チャック２２を昇降可能な下部昇降シリンダ２４とが設けられている。下部チャック２２は、受け渡し中心軸Ｃを中心にして９０度回転対称となる４カ所に設けられた、下部チャック動作部２３により水平方向へと放射状に同期して伸縮する固定具２２ａを備え、基板載置台１７の円筒部１７ｃを内側から固定することで、直上に位置した基板載置台１７を下方から把持できるように形成されている。

ここで、図示していないが、搬送アーム１８の基板１５を載せる板状の先端部分は、基板１５の径よりも幅が狭く、かつ、二股に形成されており、基板１５を載せても図１における基板１５の手前側、奥側、右側及び左側にあたる外周付近の底面が覆われないので、上部チャック１９の各爪部１９ａが基板１５の外周を支持する際に、爪部１９ａと衝突することがない。

以下、本発明の基板搬送方法における、基板搬送機構１２により基板１５を搬送アーム１８からサセプタ１４に搬送する一連の工程を説明する。図３に示されるように、第一工程では、下部昇降シリンダ２４によって下部チャックが２２上昇して基板載置台１７を所定の高さまで押し上げる。

図４に示されるように、第二工程では、下部チャック２２が、下部チャック動作部２３により各固定具２２ａを伸ばして基板載置台１７の円筒部１７ｃの内壁に押し付けることで、押し上げた基板載置台１７を把持するとともに、基板載置台１７の中心を下部チャック２２の中心、すなわち、受け渡し中心軸Ｃに合わせる。

図５に示されるように、第三工程では、搬送アーム１８が、基板１５が収納されている基板ケース（図示せず）から基板受け渡し位置１６の直上に基板１５を搬送する。

図６に示されるように、第四工程では、上部チャック１９と上部カバー２０とが上部昇降シリンダ２１により基板１５の高さまで下降する。

図７に示されるように、第五工程では、下降した上部チャック１９が爪部開閉駆動部１９ｂにより爪部１９ａを閉じて基板１５の外周を支持することで基板１５を把持する。

図８に示されるように、第六工程では、基板１５を把持した上部チャック１９が上部昇降シリンダ２１によりわずかに上昇した後、基板１５を渡した搬送アーム１８が基板受け渡し位置１６の直上から後退する。

図９に示されるように、第七工程では、基板１５を把持した上部チャックが上部カバー２０とともに、上部昇降シリンダ２１により、押し上げられた基板載置台１７の高さまで下降する。

図１０に示されるように、第八工程では、上部カバー２０が上部昇降シリンダ２１により下降して上部カバー２０の下端が基板載置台１７の基礎部１７ａまで下がり、基板１５の外周を覆って水平方向への移動を規制する。

図１１に示されるように、第九工程では、上部チャック１９の爪部開閉駆動部１９ｂが爪部１９ａを開いて基板１５を基板載置台１７に載置する。

図１２に示されるように、第十工程では、上部昇降シリンダ２１により上部カバー２０が上部チャック１９の爪部１９ａの上側に上昇する。

図１３に示されるように、第十一工程では、上部昇降シリンダ２１により上部チャック１９と上部カバー２０とが元の高さまで上昇する。

図１４に示されるように、第十二工程では、下部チャックが、伸ばしていた各固定具２２ａを下部チャック動作部２３により縮めて、基板載置台１７を把持した状態を解除する。

図１５に示されるように、第十三工程では、下部チャック２２が下部昇降シリンダ２４により下降して、基板１５が載置された基板載置台１７がサセプタ１４に戻される。

このように、本発明にかかる気相成長装置の基板搬送機構１２及び基板搬送機構１２を用いた基板搬送機構方法によれば、搬送アーム１８によって基板受け渡し位置１６の上方に運ばれた基板１５を、上部チャック１９が基板１５の外周を支持して上部昇降シリンダ２１で降ろし、下部チャック２２が把持した基板載置台１７を下部昇降シリンダ２４によってサセプタ１４から押し上げて、上部チャック１９が放した基板１５を受け止めた後、基板載置台１７をサセプタ１４に戻すことで、搬送アーム１８から送られた基板１５を、基板１５上面との接触がないように搬送してサセプタ１４に設置することができるので、搬送の過程で基板１５表面を傷つけることがなく、半導体結晶の均一な成膜を促すことができる。

また、基板１５は、搬送の際に、基板載置台１７に真上から載置されるため、底面をこすられることがなく、パーティクルの発生を抑えられるので、半導体結晶の均一な成膜をより促すことができる。

また、基板載置台１７にはピン孔がないので、サセプタ１４に設置した基板１５を加熱する際に、望ましくない温度分布を生じさせて半導体結晶の均一な成膜を損なうことがない。

さらに、基板載置台１７の載置部１７ｂの径が基板の径よりも小さいことで、基板１５外周の下面に入り込んだ上部チャック１９の爪部１９ａの先端が基板載置台１７と接触して載置位置がずれることがなく、また、上部チャック１９が基板載置台１７に基板１５を載置する際に、上部カバー２０が下降して、上部カバー２０の下端が基板１５の外周を囲って水平方向の移動を規制することで、上部チャック１９が把持した基板１５を放す際に、基板１５が基板載置台１７に対してずれて載置されることがない。

しかも、下部チャック２２が水平方向へと放射状に同期して伸縮する複数の固定具２２ａを備えていることで、下部チャック２２が基板載置台１７を把持すると、固定具２２ａの中心軸、すなわち、受け渡し中心軸Ｃと、固定具２２ａによって把持される基板載置台１７の円筒部１７ｃの中心軸とが一致するので、基板１５が確実に基板載置台１７の中心に載置される。したがって、サセプタ１４に設置した基板１５を加熱する際に、温度分布に偏りが生じにくく、半導体結晶の均一な成膜を損なうことがない。

なお、本発明は、以上の形態例に限定されることなく、発明の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、本形態例では、基板載置台の載置部は基板よりも径の小さい円形状としているが、基板載置台に基板を載置した際に、基板の底面に上部チャックの爪部の先端が入り込む隙間ができるのであれば必ずしも円形状である必要はなく、爪部の対応する位置で円の弧を直線上に切り落とした形状や、爪部の対応する位置に辺を位置させた多角形状にしてもよい。

また、本形態例では、搬送アームは、基板を載せて運ぶように構成されているが、基板の上面と接触しなければ必ずしも基板を載せる構成にする必要はなく、基板の底面は支持せず、側面を挟持して運ぶ構成にしてもよい。

１２…基板搬送機構、１３…回転テーブル、１４…サセプタ、１４ａ…円孔部、１５…基板、１６…基板受け渡し位置、１７…基板載置台、１７ａ…基礎部、１７ｂ…載置部、１７ｃ…円筒部、１８…搬送アーム、１９…上部チャック、１９ａ…爪部、１９ｂ…爪部開閉駆動部、２０…上部カバー、２０ａ…切欠き部、２１…上部昇降シリンダ、２２…下部チャック、２２ａ…固定具、２３…下部チャック動作部、２４…下部昇降シリンダ

Claims

サセプタに基板受け渡し位置で基板の設置及び取り出しを行う気相成長装置の基板搬送機構であって、
前記サセプタの、前記基板受け渡し位置に対応する位置には、円形の貫通孔である円孔部と、該円孔部を塞ぐ円盤状の基板載置台が設けられており、
前記基板受け渡し位置の上方には、基板ケースと基板受け渡し位置とを往復して基板を搬送する搬送アームによって基板受け渡し位置の直上に運ばれた基板の外周を支持可能な複数の爪部を有する上部チャックと、該上部チャックの上方に位置し、該上部チャックの前記爪部を通す切欠き部を有し、内径が基板の径に対応した円筒形状の上部カバーと、前記上部チャックの前記爪部を開閉可能な爪部開閉手段と、前記上部チャックを昇降可能な上部チャック昇降手段と、前記上部カバーを昇降可能な上部カバー昇降手段とを備え、
前記基板受け渡し位置の下方には、前記サセプタの下方に位置し、前記基板載置台を下方から把持する下部チャックと、該下部チャックを動作させる下部チャック動作部と、該下部チャックを昇降可能な下部昇降手段とを備えていることを特徴とする気相成長装置の基板搬送機構。
前記基板載置台は、前記円孔部よりも径が大きい基礎部と、該基礎部の上方に突出した、基板よりも径が小さい載置部と、該基礎部の下方に突出した、円孔部よりも外径が小さい円筒部とを備え、前記下部チャックは、前記下部チャック動作部によって動作する、水平方向へと放射状に伸縮して前記基板載置台の前記円筒部を内側から固定可能な複数の固定具を備えていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置の基板搬送機構。
請求項１又は２に記載の気相成長装置の基板搬送機構を用いた基板搬送方法であって、
前記下部チャックが前記下部昇降手段により上昇して基板載置台を押し上げる第一工程と、
前記下部チャックが押し上げた基板載置台を前記下部チャック動作部により把持する第二工程と、
前記搬送アームが前記基板ケースから前記基板受け渡し位置の直上に基板を搬送する第三工程と、
前記上部チャックが前記上部チャック昇降手段により基板の高さまで下降する第四工程と、
下降した前記上部チャックが前記爪部開閉手段により前記爪部を閉じて基板の外周を支持することで基板を把持する第五工程と、
基板を把持した上部チャックが上部昇降シリンダによりわずかに上昇した後、前記搬送アームが前記基板受け渡し位置の直上から後退する第六工程と、
基板を把持した前記上部チャックが前記上部チャック昇降手段により押し上げられた前記基板載置台の高さまで下降する第七工程と、
前記上部カバーが前記上部カバー昇降手段により下降して該上部カバーの下端が基板の水平方向への移動を規制する第八工程と、
前記上部チャックの前記爪部開閉手段が前記爪部を開いて基板を前記基板載置台に載置する第九工程と、
前記上部カバー昇降手段により前記上部カバーが上昇する第十工程と、
前記上部チャック昇降手段により前記上部チャックが上昇する第十一工程と、
前記下部チャックが前記下部チャック動作部により基板載置台を把持した状態を解除する第十二工程と、
前記下部チャックが前記下部昇降手段により下降する第十三工程とを含むことを特徴とする気相成長装置の基板搬送方法。