JP7296862B2 - 基板搬送装置及び基板処理システム - Google Patents

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Description

本開示は、基板搬送装置及び基板処理システムに関する。
例えば、複数の処理室と、処理室と接続する真空搬送室と、を備える基板処理システムが知られている。真空搬送室内には、基板を搬送するための基板搬送装置が設けられている。
特許文献１には、複数の処理モジュールと、搬送モジュールと、を備える処理ステーションが開示されている。搬送モジュールには、多関節アームから構成されるウエハ搬送機構が設けられている。
また、特許文献２には、平面モータを用いて基板を搬送する半導体処理設備が開示されている。
特開２０１７－１６８８６６号公報 特表２０１８－５０４７８４号公報
特許文献１に開示された処理ステーションでは、複数の処理モジュールに基板を搬送するために、真空雰囲気となる搬送モジュール内に複数の多関節アームが設けられている。発塵源となるおそれのあるモータは搬送モジュール外に配置され、多関節アームの回転軸は搬送モジュールの底面を貫通して配置され、底面と回転軸との間は磁気シールによってシールされている。このため、搬送モジュール内を高真空に保持することが困難であるという課題がある。また、特許文献２に開示されたシステムでは、取り回しが悪く、チャンバの開口を広くする必要があるという課題がある。
本開示の一態様は、基板を搬送する基板搬送装置を提供する。
本開示の一態様に係る基板搬送装置は、第１室に設けられ、配列されたコイルを有する第１の平面モータと、前記第１室に接続する第２室に設けられ、配列されたコイルを有する第２の平面モータと、前記第１の平面モータ及び／又は前記第２の平面モータ上を移動する、基板を搬送可能な１対の搬送ユニットと、前記第１の平面モータ及び前記第２の平面モータのコイルの通電を制御する制御部と、を備える。
本開示の一態様によれば、基板を搬送する基板搬送装置を提供する。
一実施形態に係る基板処理システムの一例の構成を示す平面図。 基板搬送機構の駆動原理を説明する斜視図。 一実施形態に係る搬送ユニットの一例を示す平面視図。 一実施形態に係る搬送ユニットの一例を示す図。 搬送ユニットから他の搬送ユニットにウェハを受け渡す手順を説明する模式図。 真空搬送室から処理室に搬送ユニットが移動する際の動作を説明する模式図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜基板処理システム１００＞
一実施形態に係る基板処理システム１００の全体構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る基板処理システム１００の一例の構成を示す平面図である。なお、図１では、ウェハＷにドットのハッチングを付して図示している。
図１に示す基板処理システム１００は、クラスタ構造（マルチチャンバタイプ）のシステムである。基板処理システム１００は、複数の処理室１１０、真空搬送室１２０、ロードロック室１３０、大気搬送室１４０及び制御部１５０を備えている。
処理室１１０は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」ともいう。）に所望の処理（エッチング処理、成膜処理、クリーニング処理、アッシング処理等）を施す。処理室１１０は、真空搬送室１２０に隣接して配置される。処理室１１０と真空搬送室１２０とは、ゲートバルブ１１２の開閉により連通する。処理室１１０は、ウェハＷを載置する載置台１１１を有する。また、処理室１１０の内部には、ウェハＷを搬送する基板搬送装置１２５の平面モータ１１が設けられている。なお、処理室１１０における処理のための各部の動作は、制御部１５０によって制御される。
真空搬送室１２０は、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、真空搬送室１２０の内部には、ウェハＷを搬送する基板搬送装置１２５の平面モータ１０が設けられている。基板搬送装置１２５は、ウェハＷを保持する搬送ユニット２０を有している。基板搬送装置１２５は、ゲートバルブ１１２の開閉に応じて、処理室１１０と真空搬送室１２０との間でウェハＷの搬入及び搬出を行う。また、基板搬送装置１２５は、ゲートバルブ１３２の開閉に応じて、ロードロック室１３０と真空搬送室１２０との間でウェハＷの搬入及び搬出を行う。なお、基板搬送装置１２５の動作、ゲートバルブ１１２の開閉は、制御部１５０によって制御される。なお、基板搬送装置１２５については、図２及び図３を用いて後述する。
ロードロック室１３０は、真空搬送室１２０と大気搬送室１４０との間に設けられている。ロードロック室１３０は、ウェハＷを載置する載置台１３１を有する。また、ロードロック室１３０の内部には、ウェハＷを搬送する基板搬送装置１２５の平面モータ１３が設けられている。ロードロック室１３０は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。ロードロック室１３０と真空雰囲気の真空搬送室１２０とは、ゲートバルブ１３２の開閉により連通する。ロードロック室１３０と大気雰囲気の大気搬送室１４０とは、ゲートバルブ１３３の開閉により連通する。なお、ロードロック室１３０内の真空雰囲気または大気雰囲気の切り替えは、制御部１５０によって制御される。
大気搬送室１４０は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。また、大気搬送室１４０の内部には、ウェハＷを搬送する搬送装置（図示せず）が設けられている。搬送装置（図示せず）は、ゲートバルブ１３３の開閉に応じて、ロードロック室１３０と大気搬送室１４０との間でウェハＷの搬入及び搬出を行う。なお、搬送装置（図示せず）の動作、ゲートバルブ１３３の開閉は、制御部１５０によって制御される。
また、大気搬送室１４０の壁面には、ロードポート（図示せず）が設けられている。ロードポートは、ウェハＷが収容されたキャリア（図示せず）又は空のキャリアが取り付けられる。キャリアとしては、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等を用いることができる。
搬送装置（図示せず）は、ロードポートに収容されたウェハＷを取り出して、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置することができる。また、搬送装置（図示せず）は、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置されたウェハＷを取り出して、ロードポートに収容することができる。
制御部１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）を有する。制御部１５０は、ＨＤＤに限らずＳＳＤ（Solid State Drive）等の他の記憶領域を有してもよい。ＨＤＤ、ＲＡＭ等の記憶領域には、プロセスの手順、プロセスの条件、搬送条件が設定されたレシピが格納されている。
ＣＰＵは、レシピに従って各処理室１１０におけるウェハＷの処理を制御し、ウェハＷの搬送を制御する。ＨＤＤやＲＡＭには、各処理室１１０におけるウェハＷの処理やウェハＷの搬送を実行するためのプログラムが記憶されてもよい。プログラムは、記憶媒体に格納して提供されてもよいし、ネットワークを通じて外部装置から提供されてもよい。
次に、基板処理システム１００の動作の一例について説明する。ここでは、基板処理システム１００の動作の一例として、ロードポートに取り付けられたキャリアに収容されたウェハＷを処理室１１０で処理を施し、ロードポートに取り付けられた空のキャリアに収容する動作に沿って説明する。なお、動作の開始時点において、ゲートバルブ１１２，１３２，１３３は閉じており、ロードロック室１３０内は大気雰囲気となっている。
制御部１５０は、ゲートバルブ１３３を開ける。制御部１５０は、大気搬送室１４０内の搬送装置を制御して、ロードポートのキャリアからウェハＷを取り出し、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置する。ウェハＷがロードロック室１３０の載置台１３１に載置され、搬送装置がロードロック室１３０から退避すると、制御部１５０は、ゲートバルブ１３３を閉じる。
制御部１５０は、ロードロック室１３０の排気装置（図示せず）を制御して室内の空気を排気し、ロードロック室１３０を大気雰囲気から真空雰囲気へと切り替える。
次に、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置されたウェハＷを、処理室１１０に搬送して、載置台１１１に載置する。具体的には、制御部１５０は、ゲートバルブ１３２を開ける。制御部１５０は、後述する基板搬送装置１２５を制御して、予め設定された教示点まで搬送ユニット２０をロードロック室１３０に挿入し、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置されたウェハＷを保持して、真空搬送室１２０へと搬送する。搬送ユニット２０がロードロック室１３０から退避すると、制御部１５０は、ゲートバルブ１３２を閉じる。
制御部１５０は、搬送先の処理室１１０のゲートバルブ１１２を開ける。制御部１５０は、基板搬送装置１２５を制御して、予め設定された教示点まで搬送ユニット２０を処理室１１０に挿入し、保持しているウェハＷを処理室１１０の載置台１１１に載置する。搬送ユニット２０が処理室１１０から退避すると、制御部１５０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
制御部１５０は、処理室１１０を制御して、ウェハＷに所望の処理を施す。
ウェハＷの処理が終了すると、処理室１１０の載置台１１１に載置されたウェハＷを、ロードロック室１３０に搬送して、載置台１３１に載置する。具体的には、制御部１５０は、ゲートバルブ１１２を開ける。制御部１５０は、基板搬送装置１２５を制御して、予め設定された教示点まで搬送ユニット２０を処理室１１０に挿入し、処理室１１０の載置台１１１に載置されたウェハＷを保持して、真空搬送室１２０へと搬送する。搬送ユニット２０が処理室１１０から退避すると、制御部１５０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
制御部１５０は、ゲートバルブ１３２を開ける。制御部１５０は、基板搬送装置１２５を制御して、予め設定された教示点まで搬送ユニット２０をロードロック室１３０に挿入し、保持しているウェハＷをロードロック室１３０の載置台１３１に載置する。搬送ユニット２０がロードロック室１３０から退避すると、制御部１５０は、ゲートバルブ１３２を閉じる。
制御部１５０は、ロードロック室１３０の吸気装置（図示せず）を制御して室内に例えば清浄空気を供給し、ロードロック室１３０を真空雰囲気から大気雰囲気へと切り替える。
制御部１５０は、ゲートバルブ１３３を開ける。制御部１５０は、搬送装置（図示せず）を制御して、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置されたウェハＷを取り出し、ロードポートのキャリアに収容する。ウェハＷがロードロック室１３０の載置台１３１から取り出され、搬送装置（図示せず）がロードロック室１３０から退避すると、制御部１５０は、ゲートバルブ１３３を閉じる。
なお、基板処理システム１００において、基板搬送装置１２５は、ロードロック室１３０の載置台１３１に載置されたウェハＷを処理室１１０の載置台１１１に搬送し、処理済のウェハＷを処理室１１０の載置台１１１からロードロック室１３０の載置台１３１に搬送する構成を例に説明したが、これに限られるものではない。基板搬送装置１２５は、一の処理室１１０の載置台１１１に載置されたウェハＷを他の処理室１１０の載置台１１１に搬送する構成であってもよい。
＜基板搬送装置１２５＞
次に、基板搬送装置１２５について、更に説明する。基板搬送装置１２５は、真空搬送室１２０に配置される平面モータ（リニアユニット）１０と、処理室１１０に配置される平面モータ１１と、ロードロック室１３０に配置される平面モータ１３と、平面モータ１０，１１，１３上を移動可能な一対の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂと、を有する。一対の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂは、それぞれベース３１，３２を有する。なお、搬送ユニット２０は、複数台設けられていてもよい。
平面モータ１０，１１，１３及び搬送ユニット２０のベース３１，３２について、図２を用いて更に説明する。図２は、基板搬送装置１２５の駆動原理を説明する斜視図である。
平面モータ１０，１１，１３は、複数のコイル１５が配列されている。コイル１５は、電流が供給されることにより、磁場を発生する。制御部１５０（図１参照）は、各コイル１５に通電する電流値を個別に制御可能に構成されている。
ベース３１，３２は、複数の永久磁石３５が配列されている。コイル１５が生成する磁場によって、ベース３１，３２は、平面モータ１０上で磁気浮上する。また、コイル１５が生成する磁場によって、永久磁石３５が引込力を受ける、または、反発力を受けることにより、ベース３１，３２は、平面モータ１０，１１，１３上を移動する。
この様な構成により、制御部１５０（図1参照）は、平面モータ１０，１１，１３の各コイル１５の電流値を制御することで、ベース３１，３２の位置、向き、浮上量を制御することができるように構成されている。
図３は、一実施形態に係る搬送ユニット２０の一例を示す図である。図３（ａ）は、搬送ユニット２０の一例を示す平面視図である。図３（ｂ）は、搬送ユニット２０の一例を示すＡ－Ａ断面図である。
基板搬送装置１２５は、一対の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂを用いて、ウェハＷを搬送する。一方の搬送ユニット２０Ａは、ベース３１、支持部４１及び基板支持部５１を有している。他方の搬送ユニット２０Ｂは、ベース３２、支持部４２及び基板支持部５２を有している。
搬送ユニット２０Ａは、ベース３１の中央から支持部４１が立設されている。基板支持部５１は、支持部４１の上に形成されている。なお、図３に示すように、ベース３１の長手方向において、支持部４１及び基板支持部５１は、中央に形成されるものとして図示しているが、これに限られるものではない。片方にオフセットして設けられていてもよい。
なお、一方の搬送ユニット２０Ａと他方の搬送ユニット２０Ｂとは、同形状であってもよく、鏡像関係の対象形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
制御部１５０は、ベース３１，３２の間隔を制御することにより、基板支持部５１，５２の間隔を制御することができる。また、制御部１５０は、ベース３１，３２の相対的な位置関係を維持したま、ベース３１，３２を移動させることにより、ウェハＷを搬送することができる。
＜載置台へのウェハの受け渡し＞
次に、搬送ユニット２０と載置台１１１（１３１）とのウェハＷの受け渡しについて、図４を用いて説明する。図４は、搬送ユニット２０から処理室１１０の載置台１１１にウェハＷを載置する手順を説明する模式図である。
図３（ａ）に示すように、搬送ユニット２０は、ベース３１，３２が所定の間隔で離れて、基板支持部５１，５２でウェハＷを支持する。搬送ユニット２０は、ベース３１，３２の間隔を保ったまま、平面モータ１０，１１，１３上を磁気浮上して移動する。
図４（ａ）に示すように、平面モータ１１上を磁気浮上したベース３１，３２が移動することで、載置台１１１の上方にウェハＷを移動させる。
図４（ｂ）に示すように、制御部１５０は、載置台１１１に設けられたリフトピン１１３を上昇させる。これにより、ウェハＷは、リフトピン１１３によって持ち上げられる。そして、搬送ユニット２０は、載置台１１１から離れて、真空搬送室１２０へと戻る。
図４（ｃ）に示すように、制御部１５０は、載置台１１１に設けられたリフトピン１１３を下降させる。これにより、リフトピン１１３で支持されたウェハＷが載置台１１１に載置される。
なお、搬送ユニット２０から載置台１１１にウェハＷを受け渡す場合を例に説明したが、載置台１１１から搬送ユニット２０にウェハＷを受け渡す場合は、図４で説明した手順の逆の手順を行えばよく、説明を省略する。また、処理室１１０の載置台１１１を例に説明したが、ロードロック室１３０の載置台１３１の場合も同様であり、重複する説明は省略する。
＜搬送ユニット間のウェハの受け渡し＞
次に、一の一対の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂと他の一対の搬送ユニット２０Ｃ，２０ＤとのウェハＷの受け渡しについて、図５を用いて説明する。図５は、一の一対の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂから他の一対の搬送ユニット２０Ｃ，２０ＤにウェハＷを受け渡す手順を説明する模式図である。
図５（ａ）に示すように、処理の開始時においては、一対の搬送ユニット２０Ａ，２０ＢでウェハＷを支持している。
図５（ｂ）に示すように、制御部１５０は、各コイル１５の電流を制御して、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄを受け取り位置に移動させる。図５（ｂ）の例では、搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂを結ぶ直線と搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄを結ぶ直線とが直交するように、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄを移動させる。この際、搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂの磁気浮上量は、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄの磁気浮上量よりも高くなっている。このため、
ウェハＷは、搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂの基板支持部５１，５２に支持されている。また、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄの基板支持部５１，５２は、ウェハＷと接触することなく、ウェハＷの下方を移動することができる。
制御部１５０は、各コイル１５の電流を制御して、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄの磁気浮上量を搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂの磁気浮上量よりも相対的に高くする。これにより、ウェハＷは、搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂから、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄに受け渡される。
図５（ｃ）に示すように、制御部１５０は、各コイル１５の電流を制御して、搬送ユニット２０Ａ，２０ＢをウェハＷの下から退避させる。これにより、一の一対の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂで支持されたウェハＷを、他の一対の搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄに受け渡すことができる。
なお、搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂの間隔と、搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄの間隔と、は異なっていてもよい。例えば、ロードロック室１３０の載置台１３１からウェハＷを受け取った搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂは、載置台１３１の幅に基づいて間隔が設定されている。処理室１１０の載置台１１１にウェハＷを受け渡す搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄは、載置台１１１の幅に基づいて間隔が設定されている。このように、載置台１１１，１３１の幅が異なっていても、搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂと搬送ユニット２０Ｃ，２０Ｄとの間でウェハＷを受け渡すことにより、ウェハＷを保持する搬送ユニット２０の間隔を変更することができる。
＜室間移動＞
次に、通路を介して接続される２つの室の間を、一の搬送ユニット２０Ａ，２０Ｂが移動する処理について、図６を用いて説明する。図６は、真空搬送室１２０から処理室１１０に搬送ユニット２０が移動する際の動作を説明する模式図である。
図６に示すように、真空搬送室１２０には平面モータ１０が配置され、処理室１１０には平面モータ１１が配置されている。また、真空搬送室１２０と処理室１１０との間には、通路としてのゲートバルブ１１２が設けられている。ここで、ゲートバルブ１１２は、平面モータが設けられておらず、即ち、コイル１５が配置されていない領域となっている。
図６に示すように、ベース３１，３２の進行方向の長さは、ゲートバルブ１１２の進行方向長さよりも長く形成されている。このため、図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、ベース３１，３２がゲートバルブ１１２を跨ぐ際、少なくともいずれかの永久磁石３５が平面モータ１０，１１上に配置されている。これにより、ベース３１，３２がゲートバルブ１１２を跨ぐ際も、平面モータ１０，１１から磁場を受けて、ベース３１，３２を駆動することができる。
また、ベース３１，３２の片側がゲートバルブ１１２に差し掛かる際は、ベース３１，３２が平行を維持するように、平面モータ１０が発生する磁場を制御する。具体的には、ゲートバルブ１１２側の反発力が大きくなるように磁場を形成する。これにより、ベース３１，３２がゲートバルブ１１２を跨ぐ際、ベース３１，３２の先端側が下がるように倒れ込むことを防止することができる。
なお、搬送ユニット２０が、処理室１１０と真空搬送室１２０の間のゲートバルブ１１２を跨ぐ際の動作について説明したが、搬送ユニット２０が、ロードロック室１３０と真空搬送室１２０の間のゲートバルブ１３２を跨ぐ際の動作についても、同様に行えばよい。
以上、基板搬送装置１２５によれば、制御部１５０が平面モータ１０の各コイル１５の通電を制御することにより、ベース３１，３２の位置・向き・浮上量を制御することができる。これにより、搬送ユニット２０の位置・向き・浮上量を制御することができる。
ここで、基板搬送装置として多関節アームを用いる場合、真空搬送室１２０に多関節アームの回転軸が貫通する貫通部及びシール部が形成される。これに対し、基板搬送装置１２５によれば、真空搬送室１２０を貫通する貫通部及びシール部を不要とすることができるので、真空搬送室１２０の真空度を高くすることができる。また、搬送ユニット２０は、平面モータ１０上を磁気浮上して移動することにより、発塵を抑制することができる。
また、基板搬送装置１２５によれば、ウェハＷを自在に搬送することができる。これにより、基板処理システム１００における設計の自由度が向上する。例えば、隣接する処理室１１０間のスペースを削減することができる。
以上、基板処理システム１００，１００Ｂについて説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
基板搬送装置１２５，１２５Ｂは、真空雰囲気の真空搬送室１２０に設けられるものとして説明したが、これに限られるものではない。大気雰囲気の搬送室において、基板搬送装置１２５，１２５Ｂを適用してもよい。
Ｗ ウェハ
１００，１００Ｂ 基板処理システム
１１０ 処理室（第２室）
１１１ 載置台
１１２，１３２ ゲートバルブ（通路）
１２０ 真空搬送室（第１室）
１２５ 基板搬送装置
１３０ ロードロック室（第２室）
１５０ 制御部
１０ 平面モータ
１５ コイル
２０，２０Ａ～２０Ｄ 搬送ユニット
３１，３２ ベース
３５ 永久磁石
４１，４２ 支持部
５１，５２ 基板支持部（基板支持部材）

Claims (9)

  1. 第１室に設けられ、配列されたコイルを有する第１の平面モータと、
    前記第１室に接続する第２室に設けられ、配列されたコイルを有する第２の平面モータと、
    前記第１の平面モータ及び／又は前記第２の平面モータ上を移動する、基板を搬送可能な１対の搬送ユニットと、
    前記第１の平面モータ及び前記第２の平面モータのコイルの通電を制御する制御部と、を備える、基板搬送装置。
  2. 前記搬送ユニットは、
    配列された磁石を有し、前記第１の平面モータおよび／または前記第２の平面モータ上で磁気浮上するベースと、
    前記ベースに設けられ、基板を支持する基板支持部材と、を有する、
    請求項１に記載の基板搬送装置。
  3. 前記制御部は、
    １対の前記搬送ユニットの相対的な位置関係を維持したまま、１対の前記搬送ユニットを移動させる、
    請求項１または請求項２に記載の基板搬送装置。
  4. 前記第１室は、搬送室であり、
    前記第２室は、前記基板を載置する載置台を有する、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
  5. 前記第２室は、処理室及び／又はロードロック室である、
    請求項４に記載の基板搬送装置。
  6. 前記第１室と前記第２室は、通路を介して接続する、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
  7. 前記通路は、ゲートバルブである、
    請求項６に記載の基板搬送装置。
  8. 前記第１室と、
    前記第２室と、
    請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の基板搬送装置と、
    を備える、基板処理システム。
  9. 前記第１室は、真空雰囲気の真空搬送室である、
    請求項８に記載の基板処理システム。
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