JPH0630372B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウエハ処理装置に関する。

（従来の技術） ＩＣ又はＬＳＩ等の半導体デバイスを製造する工程にお
いては、半導体ウエハの超微細パターン形成面が塵付着
等の汚染を受けないようにするために、クリーンルーム
内で半導体ウエハが取扱われる。クリーンルーム内で半
導体ウエハを搬送する手段として、ベルトコンベア方式
又はメカニカルハンド方式の搬送装置が利用される。特
に、エッチング処理装置及びイオン注入処理装置等の重
要な加工では、半導体ウエハを一枚ずつ真空処理室に出
入れするために、専用のハンドリング機構が使用され
る。枚葉処理専用のハンドリング機構は、真空処理時間
の短縮化及び超クリーン度維持の要求を満たすために、
下記に示す性能を有することが望まれる。

(1)非使用時における専有スペースが小さく、かつ、使
用時における搬送距離が大きいこと (2)使用時における塵の発生量が少ないこと 近時、上記性能を満たすような種々のハンドリング機構
が開発され、コンパクトで、塵の発生量が少ないハンド
リング機構が実用化されている。

実開昭60-61191号公報，特開昭60-183736号公報，特開
昭61-160949号公報に、半導体ウエハ用のハンドリング
機構がそれぞれ開示されている。これらのハンドリング
機構は、搬送機構にパンタグラフを利用したものであ
る。

また、上記のハンドリング機構を更に小型化したもの
が、特開昭61-90903号公報，特開昭61-87351号公報，特
開昭61-90887号公報にそれぞれ開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のハンドリング機構を用いた半導体
ウエハ処理装置においては、非使用時の収納スペースを
小さくするために、パンタグラフのアーム長さを短くす
ると共に、関節数を減らすと、被搬送物の搬送可能エリ
アが狭い範囲に限定される。一方、被搬送物の搬送可能
エリアを拡大するために、パンタグラフのアーム長さを
延長すると共に関節数を増やすと、非使用時における装
置の収納スペースが大きくなる。

近年超ＬＳＩ技術が集積度４Ｍ，16Ｍの開発が進むにつ
れ枚葉処理が要望されている。この枚葉処理装置におい
てスループットを向上させるためにロードロッキ機構を
用いることが慣用技術である。このロードロック機構の
実現において要求されるのは、発塵のない搬送機構であ
る。限られた空間を大きくなるウエハを如何に搬送する
かが解決の鍵である。

ところで、ハンドリング機構を収納するための室と、半
導体ウエハを加工するための真空処理室とは、ゲートバ
ルブにより仕切られ、ゲードバルブを開くと相互に連通
するようになっている。このため真空処理室を真空状態
にするために、長時間を要するという欠点がある。ま
た、従来のハンドリング機構においては、その駆動機構
から無視できない量の塵が発生し、これがハンドリング
機構収納室から真空室へ侵入し、真空処理室内が汚染さ
れる。特に、高集積度の超ＬＳＩを取扱うクリーンルー
ムでは、クラス10以上の超クリーン度を要求されるため
に、半導体ウエハの加工に不都合を生じていた。

本発明の目的とするところは、上記問題点に鑑みなされ
たもので、第１に、非使用時における収納スペースが小
さく、且つ被搬送体の搬送可能エリアが大きなハンドリ
ングアーム機構を用いた半導体ウエハ処理装置を提供す
ることにある。

また、第２に操作性に優れると共に軽量かつ小型で駆動
時に機構から発生する塵の量が極めて少ないハンドリン
グ装置を用いた半導体処理装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、半導体ウエハを保持する保持部材に接続さ
れ、略同一の所定の長さを有する２本の平行したリンク
により構成された第１の平行リンク機構と、この第１の
平行リンク機構の前記保持部材と接続されない側のそれ
ぞれのリンクに各々重ねて、接続され、前記第１の平行
リンクの長さの略２倍の長さを有する２本の平行したリ
ンクにより構成された第２の平行リンク機構と、この第
２の平行リンク機構の前記第１の平行リンク機構と接続
されない側のそれぞれのリンクに各々重ねて、接続さ
れ、前記第１の平行リンク機構のリンクの長さと略同一
の長さを有する２本の平行したリンクにより構成された
第３の平行リンク機構とで構成したアームを具備し、こ
のアームは、前記半導体ウエハを処理する処理室に並設
される大気圧と所定の真空圧とを繰り返すよう構成され
た予備室内に設けられたことを特徴とする。

（作用） 本発明は、半導体ウエハを保持する保持部材に接続さ
れ、略同一の所定の長さを有する２本の平行したリンク
により構成された第１の平行リング機構と、この第１の
平行リンク機構のリンクに各々重ねて、接続され、第１
の平行リンクの長さの略２倍の長さを有する２本の平行
したリンクにより構成された第２の平行リンク機構と、
この第２の平行リンク機構のリンクに各々重ねて、接続
され、第１の平行リンク機構のリンクの長さと略同一の
長さを有する２本の平行したリンクにより構成された第
３の平行リンク機構とで構成したアームなので、第２の
平行リンク機構の面積内に第１及び第３の平行リンク機
構を収納可能となるので、アームを小スペースに折り畳
むことができる。

また、このアームは、半導体ウエハを処理する処理室に
並設される大気圧と所定の真空圧とを繰り返すよう構成
された予備室内に設けられているので、アームが小スペ
ース折り畳めることにより、予備室を小スペースに構成
可能となり、予備室内を所定の真空度に設定する速度を
高速化できる。

（実施例） 本発明装置をエッチング処理装置に適用した一実施例を
図面を用いて説明する。

先ず第１図に示すように半導体ウエハ(1)を一枚ずつエ
ッチング処理するエッチング処理装置が、クリーンルー
ム内に設置されている。エッチング処理装置は、ステー
ジ(2)上の半導体ウエハ(1)（以下、ウエハと略記する）
を真空雰囲気下でエッチング処理するための真空処理室
(3)及びスループットを向上させるためこの真空処理室
(3)に隣接して設けられ、ウエハ(1)を真空処理室(3)に
出入れするための二つの予備室(4,5)を有している。真
空処理室(3)は、真空装置（図示せず）及び露光装置
（図示せず）を備えている。各予備室(4,5)には、それ
ぞれハンドリング機構(6)が設置されている。真空処理
室(3)の概略サイズは、縦〔370〕mm×横〔370〕mm×高
さ〔200〕mmである。また、各予備室(4,5)の概略サイズ
は、縦〔300〕mm×横〔300〕mm×高さ〔80〕mmである。

また、真空処理室(3)及び予備室(4,5)は、それぞれ開口
(3a,3b)にて相互に連通しており、これらの開口(3a,3b)
にそれぞれゲートバルブ(7,8)が設けられている。更
に、予備室(4,5)は、開口(4a,5a)にて外部と連通してお
り、これらの開口(3a,3b)にもそれぞれゲートバルブ(9,
10)が設けられている。

予備室(4,5)は一枚のウエハ(1)が収納されるサイズに構
成され、外側との間でウエハ(1)の出し入れの都度、大
気中にさらされるため、より高速で所望の真空度に排気
される必要がある。

従って、排気が所望する期間内に完了するためには小容
量が要求され、ハンドリング機構(6)の移動領域は制限
される。

予備室(4)の開口（ウエハ取入れ口）(4a)の前方には、
位置決めのステージ(11)が設けられておりロボットハン
ド（図示せず）によりウエハ(12)がステージ(11)に載置
されると、ステージ(11)によりウエハ(1)が自動アライ
メントされるようになっている。予備室(4)のハンドリ
ング機構(6)は、上述の位置決めのステージ(11)から真
空処理室(3)までウエハ(1)を搬入するための搬入専用機
である。一方、予備室(5)のハンドリング機構(6)は、処
理済みのウエハ(12)を真空処理室(3)から外部に搬出す
るための搬出専用機である。

各ハンドリング機構(6)の円筒状ベース部材(13)は、予
備室(4,5)の中央に据付けられている。ベース部材(13)
の旋回は、回転速度制御手段を有するステッピングモー
タ（図示せず）の回転軸に連結されており、ステッピン
グモータによりハンドリング機構(6)がベース部材(13)
を中心に所望の角度に旋回するようになっている。ベー
ス部材(13)の中心及び真空処理室(3)のステージ(2)の中
心の相互間距離２Ｌは、約〔370〕mmである。

ハンドリング機構(6)のアームは、３段の平行連動機構
（平行リンク機構）で構成されている。使用時における
アームの最大伸長は“２Ｌ”であり、非使用時における
アーム（折り畳まれた状態）の占有スペースは“Ｌ×
Ｗ”である。但し、長さＷは〔50〕mmである。

第２図に示すように、保持部材(14)が、ハンドリング機
構(6)のアーム先端に取付けられている。なお、保持部
材(14)は、アームに着脱可能に取付けられており、ウエ
ハサイズに応じて適宜交換されるようになっている。

次に、第２図及び第５図を参照しながら、ハンドリング
機構の多関節アーム及びその駆動機構について説明す
る。

ハンドリング機構(6)の多関節アームは、三段の平行リ
ンク機構により構成されている。第１段の平行リンク機
構は、第１乃至第３のリンク(15,16,17)及びベース部材
(18)により構成されている。大プーリ(19)が、ベース部
材(18)に軸(19)と同心に固定されている。また、第１の
リンク(15)の一端も、軸(19)に固定されている。この第
１のリンク(15)と平行になるように、第２のリンク(16)
の一端が、ベース部材(18)に回動可能に軸(20)により支
持されている。また、第３のリンク(17)が、軸(21,22)
を介して第１のリンク(15)及び第２のリンク(16)に回動
可能に取付けられている。なお、これら第１乃至第３の
リンク(15,16,17)は同一平面内に設けられている。

次に、多関節アームを駆動させる機構について説明す
る。

第１の小プーリ(23)が軸(21)に固定されている。そし
て、ワイヤ(24)が大プーリ(19)と第１の小プーリ(23)と
に掛け渡され、軸(19)の回転力がワイヤ(24)により小プ
ーリ(23)に伝達されるようになっている。大プーリ(19)
と小プーリ(23)との直径は、２：１である。

また、この場合に、第１及び第２のリンク(15,16)の長
さはそれぞれ“Ｌ／２”長さであり、第３のリンク(17)
の長さ及び軸(19,20)の相互間距離はそれぞれ“Ｗ”長
さである。このようにして、ベース部材(18)（大プーリ
(19)）、第１乃至第３のリンク(15,16,17)により第１段
目の平行リンク機構が構成される。

次に、二段目の平行リンク機構について説明する。

二段目の平行リンク機構は、上述の一段目の平行リンク
機構に重なるように設けられている。第４のリンク(25)
の一端が上述の軸(21)に固定され第５のリンク(26)の一
端が上述の軸(22)に回動可能に取付けられている。ま
た、第６のリンク(27)が、軸(28,29a)を介して第４及び
第５リンク(25,26)の間に回動可能に連結されている。
第４及び第５のリンク(25,26)の長さはそれぞれ“Ｌ”
であり、第６のリンク(27)の長さは第３のリンク(17)に
等しく“Ｗ”である。すなわち、第３乃至第６のリンク
(17,25,26,27)により第二段目の平行リンク機構が構成
されている。また、第２の小プーリ(30)が軸(22)ら固定
され、第３の小プーリ(31)が軸(29a)に固定され更にワ
イヤ(32)が第２及び第３の小プーリ(30,31)に巻き掛け
られている。第２及び第３の小プーリ(30,31)は、上述
の第１の小プーリ(23)と同じものである。

次に、三段目の平行リンク機構について説明する。

三段目の平行リンク機構は、上述の二段目の平行リンク
機構に重なるように設けられている。三段目の平行リン
ク機構は、第６のリンク(27)、第７のリンク(33)、第８
のリンク(34)、保持部材(14)により構成されている。第
７のリンク(33)は、その一端が二個のネジ(29b)で上述
の第３のプーリ(31)に固定されると共に、その他端が軸
(35)により保持部材(14)に回動可能に取付けられてい
る。また、第８のリンク(34)は、その一端が軸(28)によ
り第６のリンク(27)に、他端が軸(36)により保持部材(1
4)に、それぞれ回動可能に取付けられている。この場合
に、第７及び第８のリンク(33,34)の長さはそれぞれ
“Ｌ／２”であり、軸(35,36)の相互間隔は“Ｗ”であ
る。

この場合に、“Ｌ”は、取扱われるウエハの直径にほぼ
等しい。例えば、〔8〕インチのウエハを取扱うための
ハンドリング機構においては、“Ｌ”を約〔180〕mmの
長さとする。また、“Ｗ”は、“Ｌ”の１／４〜１／２
の範囲とすることが好ましい。

第３図及び第４図に示すように、ハンドリング機構(6)
は、そのアームが非使用時において折畳まれ、小さなス
ペースに収納できるようになっている。折畳まれたアー
ムが専有する面積は、およそＬ×Ｗの広さである。折畳
まれたアームは、その大部分がウエハ保持部材の下にか
くれてしまい、小プーリ(23,30,31)等の一部が保持部材
(14)からはみ出る程度である。また、アームを構成する
リンク同士も上下に重なるようになっている。

上記平行リンク機構及びその駆動機構を構成する各リン
ク及びプーリの材質は、ステンレス鋼又はアルミニウム
合金の母材に四弗化樹脂をコーティング（所謂、タフラ
ム処理）したものである。アルミニウム合金を母材とす
る場合は、四弗化樹脂コーティングの前に、母材表面に
硬質アルマイト被膜を形成する。また、ワイヤ(24,32)
には、ステンレス鋼ワイヤに四弗化樹脂をコーティング
したものである。更に、リンク，プーリ並びにワイヤの
材料に、チタン合金を採用してもよい。このような四弗
化樹脂コーティング材は、接触摺動時における塵の発生
量が無視できる程に極めて微量である。

次に、上記ハンドリング機構によりウエハをエッチング
処理室に出入れする場合について説明する。

図示しないロボットハンドによりウエハカセットからウ
エハ(1)を一枚だけ抜取り、これをステージ(11)上に一
旦載置する。載置されたウエハ(1)を、ロボットハンド
及びセンサ（図示せず）により所望の位置になるように
アライメントする。このようにして、ウエハ(1)をステ
ージ(11)上で予め位置決めした後に、ゲートバルブ(9)
を下降させ、搬入予備室の開口(4a)を開く。

ハンドリング機構(6)の駆動機構の動作は、所定のコン
ピュータソフトプログラミングに基づきコンピュータ制
御されるようになっている。ベース部材(18)を旋回さ
せ、保持部材(14)のウエハ挿入口(14a)を開口(4a)へ向
ける。次いで、ステッピングモータで軸(19)を低速回転
させ、ハンドリング機構(6)のアームを伸ばす。保持部
材(14)をステージ(11)上のウエハ(1)に向って直進さ
せ、ウエハ(1)を保持部材(14)により保持する。ウエハ
保持の確認後に、ステッピングモータを逆転させてアー
ムを縮め、保持部材(14)によりウエハ(1)を保持しつ
つ、これを予備室(4)に搬入する。ゲートバルブ(9)を上
昇させ、予備室の開口(4a)を閉じる。次いで、予備室
(4)の内圧が真空処理室(3)の内圧と同等程度になるま
で、予備室(4)内のガスを真空ポンプにより排気する。
予備室(4)の内圧が所定値に到達すると、ゲートバルブ
(9)を下降させ、予備室(4)と真空処理室(3)とを連通さ
せる。ベース部材(18)を反時計回りに90°旋回させ、保
持部材(14)を真空処理室(3)に向ける。次いで、軸(19)
を正転させてアームを伸ばし、保持部材(14)に保持され
たウエハ(1)を予備室(4)から真空処理室(3)に搬入し、
保持部材(14)からステージ(2)上にウエハ(1)を移す。軸
(19)を逆転させてアームを縮め、保持部材(14)を予備室
(4)に戻す。ゲートバルブ(7)を上昇させ、真空処理室
(3)を予備室(4)から遮断する。気密状態にされた真空処
理室(3)内にてウエハ(1)をエッチング処理する。

エッチング処理終了後、ゲートバルブ(8)を下降させ、
予め真空状態にされた搬出予備室(5)と真空処理室(3)と
を相互に連通させる。予備室(5)内の第２のハンドリン
グ機構(6)のアームを伸ばし、保持部材(14)によりステ
ージ(2)上のウエハ(1)を保持する。ウエハ(1)の保持が
確認されると、軸(19)を逆転させてアームを縮め、保持
部材(14)に保持されたウエハを真空処理室から予備室に
搬入する。ゲートバルブを上昇させ、予備室(5)を真空
処理室(3)から遮断する。ベース部材(13)を反時計回り
に90°旋回させ、保持部材(14)をゲートバルブ(10)に向
ける。ゲートバルブ(10)を下降させて予備室(5)を開
き、軸(19)を正転させたアームを伸ばし、予備室(5)か
ら外部へウエハ(1)を搬出する。ウエハ搬出後、アーム
を縮めて予備室(5)内に保持部材(14)を戻し、ゲートバ
ルブ(10)を上昇させて予備室(5)を気密にし、予備室(5)
内のエアを排気する。これにより予備室(5)が、次回の
ウエハを受入可能な状態となる。

次に、ハンドリング機構(6)のアームを伸縮させたとき
に、アーム先端の保持部材(14)が直進する理由について
説明する。

このハンドリング機構(6)のアームは、三段の平行リン
ク機構で構成されている。第一段の平行リンク機構のア
ーム（第１及び第２のリンク15,16）と、第二段の平行
リンク機構のアーム（第４及び第５のリンク25,26）と
の長さの比を１：２に設定してある。また、第１乃至第
３の小プーリ(23,30,31)と、大プーリ(19)との直径の比
も１：２に設定してある。このため、軸(19)により直接
駆動される第１のリンクの角変位量が“２δ”の場合
に、小プーリを介して間接的に駆動される第４のリンク
(15)の角変位量が“δ”になる。従って、第１のリンク
(15)の先端の変位量は（２δ×１／２Ｌ）となり、第４
のリンク(25)の先端の変位量は（δ×Ｌ）となるので、
結局、両者が相殺されてアーム先端の軌跡は直線を描
く。

なお、上記アームを四段又は五段あるいはそれ以上の段
数の平行リンク機構の組合わせとすることも可能であ
る。

上記実施例のエッチング処理装置によれば、非使用時の
装置を（Ｌ×Ｌ×Ｈ）のスペースに収納することがで
き、最大搬送距離を２Ｌとすることができる。例えば、
〔8〕インチ径のウエハの処理装置のハンドリング機構
においては、この機構収納スペースが〔310〕mm×〔31
0〕mm×〔80〕mm、最大搬送距離が〔370〕mmになる。こ
のため、ウエハ搬出搬入用の予備室の容積を小さくする
ことができ、真空処理前の備準時間を大幅に短縮するこ
とができる。

また、上記実施例によれば、各リンク、プーリ及びワイ
ヤをそれぞれ四弗化樹脂コーティングしてあるので、部
材相互の接触摺動による塵の発生量は極めて微量であ
る。また、ワイヤは、プーリに対して滑ることなく、プ
ーリと共に働く。このため、予備室から真空処理室への
塵の侵入が極めて少なく、真空処理室内の超クリーン度
を高レベルに維持することができる。

また、上記実施例によれば、コンピュータソフトプログ
ラミングを利用してハンドリング機構の各種動作をコン
トロールすることができるので、ウエハを無人搬送する
ことができる。

なお、上記実施例では、ハンドリング機構によりウエハ
をエッチング装置の真空処理室に出入れする場合につい
て説明したが、これに限られることなく、他の半導体ウ
エハや液晶基板（ＬＣＤ）を種々の加工装置及び検査装
置に出入れすることもできる。

この発明によれば、軽量・小型かつコンパクトで、大き
な搬送距離を得ることができる半導体ウエハ処理装置を
提供することができる。特に、非使用時における装置の
占有スペースを、従来のパンタグラフ式のハンドリング
機構よりも大幅に小さくすることができるので、真空処
理を必要とするエッチング装置等における半導体ウエハ
の搬送に最適である。例えば、アームを三段の平行リン
ク機構で構成した場合に、収納状態における装置の占有
スペースの減少率は約〔35〕％である。

また、この発明の半導体ウエハ処理装置によれば、駆動
時に機構から発生する塵の量が極めて少なく、超クリー
ン度を維持する必要がある加工装置又は検査装置、例え
ば、イオン注入装置やプロービングマシンにおいて半導
体ウエハを枚葉処理するのに最適である。

上記実施例ではエッチング装置に適用した例について説
明したが、処理装置であればアッシング装置やイオン注
入装置、スパッタ装置など半導体ウエハ処理装置であれ
ば何れにも適用できることは説明するまでもないことで
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、アームが小スペース折り畳めることにより、
予備室を小スペースに構成可能となり、予備室内を所定
の真空度に設定する速度を高速化できるので、半導体ウ
エハの処理のスループットを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置をエッチング処理装置に適用して説
明するための搬送工程説明図、第２図は第１図の半導体
ウエハ搬送機構の伸長した状態を説明するための機構説
明図、第３図及び第４図は第１図の半導体ウエハ搬送機
構の縮短した状態を説明するための機構説明図、第５図
は第２図の平行リング機構の動作を説明するための原理
説明図である。 １……ウエハ、２……ステージ（載置台） ３……真空処理室、４，５……予備室 ６……ハンドリング機構、7,8,8,10……ゲードバルブ 11……ステージ、14……保持部材 15……第１のリンク、16……第２のリンク 17……第３のリンク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハを保持する保持部材に接続さ
   れ、略同一の所定の長さを有する２本の平行したリンク
   により構成された第１の平行リンク機構と、 この第１の平行リンク機構の前記保持部材と接続されな
   い側のそれぞれのリンクに各々重ねて、接続され、前記
   第１の平行リンクの長さの略２倍の長さを有する２本の
   平行したリンクにより構成された第２の平行リンク機構
   と、 この第２の平行リンク機構の前記第１の平行リンク機構
   と接続されない側のそれぞれのリンクに各々重ねて、接
   続され、前記第１の平行リンク機構のリンクの長さと略
   同一の長さを有する２本の平行したリンクにより構成さ
   れた第３の平行リンク機構とで構成したアームを具備
   し、このアームは、前記半導体ウエハを処理する処理室
   に並設される大気圧と所定の真空圧とを繰り返すよう構
   成された予備室内に設けられたことを特徴とする半導体
   ウエハ処理装置。