JPH09120985A

JPH09120985A - 基板搬送方法

Info

Publication number: JPH09120985A
Application number: JP8249766A
Authority: JP
Inventors: Nushito Takahashi; 主人高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【目的】基板の大口径化により基板処理装置の床面積は
ますます増大する傾向にある。基板処理装置が大型化す
ると、現状のクリーンルームでは基板処理ラインを形成
できないことになり投資コストの増加となる。本発明の
目的は、基板の大口径化においても基板処理装置の床面
積基板処理装置のコストが増大しないような基板搬送方
法を提案することにある。【構成】基板搬送及び処理方法を、基板（１）面が垂直
方向としたままで実行する。これにより、搬送装置の床
面積は、基板サイズに関わらずほとんど同じとなる。ま
た、基板の保持に静電吸着法を用いる。基板裏面のみが
搬送部材と接触するので、基板表面は清浄に保たれると
ともに、基板搬送を高速化することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板などに薄
膜を作成したり、加工したりする基板処理装置における
基板搬送方法に関し、特に、基板のサイズが大口径化し
た際においても、基板処理装置のフットプリントを最少
にし基板処理装置の設置面積すなわちクリーンルームの
専有面積を最少にするのに好適な基板搬送方法に関す
る。また、本発明の別の利用分野として、基板表面に付
着する異物を低減できる基板搬送方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の基板処理装置の基板搬送方法は、
基板面を水平方向にしてカセットに収納した状態を出発
点として、基板面を水平にしたまま基板搬送アームに基
板を載置し、処理室に搬送して基板処理ホルダに基板を
受け渡し、処理後に搬出するというのが一般的である。
この間、基板面は水平に維持される。その一例として
は、例えば、特公平４ー１９８９号公報に記載されてい
るように、ウエハ（基板）は、その面を水平にして関節
を有する搬送アームで各部屋（搬送室や処理室など）の
間を搬送される。また、ウエハを複数枚収納して他の処
理装置に運搬したり、格納したりするためのカセット
は、ウエハの搬入及び搬出部にウエハ面が水平になるよ
うに置かれている。この構成は、基板の保持に重力を利
用できるため、不要な力が基板に作用せず、基板搬送機
構も簡略化されるという利点がある。しかし、基板サイ
ズが大きくなるにつれて、基板サイズに比例して装置の
設置面積が多くなるという問題がある。

【０００３】基板面を水平方向ではなく、垂直方向（基
板面の法線は水平方向）にしている例としては、例え
ば、米国特許第４，７４３，５７０号公報に記載のよう
に、基板の前処理や処理室がほぼ同じ平面上に設置され
ており、基板面が垂直のまま各部屋を上下方向に移動し
ながら基板搬送が実行されるものがある。この例では、
確かに基板の大口径化に際しても、基板の厚さ方向への
装置の拡大はほとんど必要ではない。しかし、基板の処
理室は基板面内ではそのサイズに合わせて大きくする必
要があるため、処理装置全体の垂直面内での大きさは基
板サイズの拡大に比例して大きくなってしまう。特に、
クリーンルームの天井高さに制約がある場合は、今後の
基板の大口径化によっては、装置がクリーンルームに収
納できない場合も発生し得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】基板のサイズは次第に
大口径化する。これに伴い、基板処理装置は大型化の一
途をたどっている。また、現在は８インチ基板が主流で
あるが、将来は１２インチ、１６インチ基板も使用され
ると思われる。この時基板面が水平方向で搬送処理され
るとすれば、基板面積の増加に比例して基板処理装置も
大きくなる。たとえば、基板面積比が８：１２：１６
（インチ）＝１：２．２５：４、であるから、１６イ
ンチ対応装置のフットプリントが８インチの実に４倍に
なってしまう。この値は、クリーンルームを完全に作り
替える必要があり、次世代の基板処理ラインを構築する
上でその投資額が膨大になるばかりでなく、世代交代の
早さによっては投資額そのものが回収できないことにも
成りかねず、到底許容できない。

【０００５】本発明の目的は、基板の大口径化による基
板処理装置の据え付け面積が大きくなることを防ぎ、ク
リーンルーム面積の増大や基板処理装置のコスト増加な
どを抑える基板搬送方法及び装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】基板サイズ（面積）の大
口径化に伴って基板処理装置の面積（処理装置の床への
投影面積；フットプリント）が増えるのは、基板面を水
平にしたまま搬送したり、処理するためである。その理
由は、（１）搬送治具や保持装置に特別に固定せず基板
を載置して取り扱うことで、搬送系の構造を簡略化する
ことができる、（２）基板面を垂直にして搬送すること
は異物付着防止の面から好ましいが、基板処理面に何ら
かの接触部材が必要となったり機械的に固定保持するこ
とになると、その部分から異物が発生する可能性が高
い、などである。しかし、基板面を垂直にして搬送する
ことができれば、基板処理装置のフットプリントは基板
サイズに関わり無く、一定で小さいものとすることがで
きる。基板面を垂直にするに際し、基板処理面や外周面
に接触することなく基板を搬送治具等に固定することが
できれば、基板表面に付着する異物の数を低減できる。
本発明では、その方法に静電吸着を利用した。つまり、
静電吸着は基板の裏面側から基板を吸着保持できるの
で、基板処理面には何ら接触に伴う傷や異物の付着が生
ぜず、本発明の主旨にかなうものである。

【０００７】

【作用】基板の口径に比較し基板の厚さは十分小さい。
たとえば、基板が８インチから１６インチに大口径化し
て基板の厚さもそれなりに増えたとしても、１ｍｍから
２ｍｍの程度の厚さであるから、基板面を水平にして搬
送しているときの搬送系のフットプリント増加に比較
し、基板面を垂直とした搬送系のフットプリントは、ほ
とんど大口径化を考慮する必要がない。また、静電吸着
は基板サイズに合わせて吸着面を合わせる必要が無く、
基板裏面の一部と接触するのみで基板を吸着保持できる
ので、基板の大口径化に際しても特別な考慮は必要とせ
ず使用できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説
明する。図１は、本発明の応用例を示したもので、イオ
ン打ち込み装置を例に取ったものである。基板処理室が
イオン打ち込み室ではなく、その他のスパッタ装置やエ
ッチング装置、成膜装置などであっても同じであること
は、いうまでもない。

【０００９】図１において、基板１がシリコンでドーパ
ントイオンとしてボロンやリン、ヒ素、アンチモンなど
を注入する場合は、イオンソース２にてそれらのイオン
を生成し、質量分析部３で不純物元素を取り除き、加速
管４にて所定のエネルギーをイオンに与え、基板処理室
５に設けられた基板保持装置６に保持されている基板１
の表面にイオンが打ち込まれる。この時、基板１の各部
に均等にイオンを注入するため、場合によっては基板１
を回転させたり、移動させたりすることもある。この基
板１の駆動は基板保持装置６にて行うことになる。さ
て、このような基板１へのイオン注入を効率的に多量に
実行するためには、基板１を基板処理室６に搬入し、処
理を施した後、搬出する基板搬送システムが必要であ
る。基板１が基板処理室５に一枚ずつ導入されて処理す
るいわゆる枚葉処理の例を図１には示したが、複数枚の
基板を同時に基板処理室にて処理するバッチ方式の基板
処理は、本発明が目指している基板の大口径に対応でき
る基板処理システムにおいては、装置の必要床面積が増
えることもさることながら、基板保持とその駆動システ
ムの大型化が技術的にますます難しくなる。したがっ
て、大口径基板処理システムとして、図１のような枚葉
処理は必須の技術となる。このような、径において、基
板１がその表面を水平に維持したまま搬送されるとする
と、図１と同じシステムが、図２に示したような構成と
なる。図１、図２とも装置を上から見たものである。す
なわち、平面図の外形がそのまま装置の床面積に相当す
る。図１では、基板導入室７にカセット８が導入され
る。カセット８には複数枚の、たとえば２５枚の８イン
チ基板が収納されている。このカセットから、バッファ
ー室９に設けられた搬送アーム１０で基板１が一枚ずつ
取り出され、基板処理室５に送り込まれてイオン注入が
行われる。その後、バッファー室１１の設けられた搬送
アーム１２にて基板１が取り出され、基板搬出室１３の
カセット１４に収納される。カセット８に納められてい
た基板の処理が終了した後、基板搬出室１３からカセッ
ト１４ごと基板が取り出されて、一連の処理が完了す
る。この間、基板処理室５の圧力は、イオンの注入を妨
げたり不純物元素が注入されるのを防ぐため、１０ー５
パスカル以下の高真空に保たれる。大気から高真空まで
の基板搬送を速やかに実行するため、基板導入室７、バ
ッファー室９、基板処理室５、バッファー室１１、基板
搬出室１３の間はバルブ１５で隔離され、必要に応じて
開閉される。また、各部屋は、それぞれ所定の圧力ま
で、真空ポンプにて排気される。図１のシステムは、基
板面が垂直のまま搬送されるので、図１の左右の方向
（基板の厚さ方向）の寸法が搬送アームなどの大きさに
依存するのみで、基板サイズにはそれほど影響されな
い。ところが、図２に示した基板の水平搬送システムの
場合は、装置のシステムを図１と全く同じとしたが、基
板１のサイズの影響を受け、水平方向の面積（装置の床
面積）が大きなものとなっている。さらに、本システム
のように、基板１６の処理が基板１６の処理面を垂直に
する必要がある場合は、水平で搬送した基板１６を、基
板保持装置１７で向きを変えなければならず機構的にも
複雑になる。

【００１０】このように、基板を垂直にして搬送するシ
ステムが、基板の大口径化に対して装置の床面積の増加
を防ぐ特徴を有していることがわかった。このシステム
を達成するためには、基板を垂直にしたまま搬送する技
術が必要となる。その技術の例として示した図３は、基
板の搬送アームの断面を示したもので、静電吸着力を用
いて基板を保持している。電極１８と電極１９の間に直
流高電圧を印加して静電吸着する。電極１８の基板１の
裏面に対応する部分には、アルミナなどの絶縁材からな
る静電吸着部材２０が取り付けられている。電極１９の
同じく基板１の裏面に対応する部分は、電気良導体で構
成される。なお図には示していないが、基板１の裏面が
酸化シリコンなどで覆われ電気的に導通が取りにくい場
合は、電極１９の表面に針状の突起を設けることもあ
る。電極１８、電極１９は、リード線２１に接続され、
高電圧が印加される。また、電極１８と電極１９は、ア
ーム２２に保持されるが、後述するような基板１の表面
に垂直な法線方向へのアーム２２の動きにおいて基板１
に無理な力が作用し基板１を損傷したりすることがない
ように、基板法線方向に動くことができるようになって
いる。その機構は、摺動材でかつ電気絶縁材からなるス
リーブ２３に挿入された電極１８、１９を、バネ２４で
前後から押さえるようになっている。これにより、電極
１８、１９は、その軸方向にバネ２４の抵抗を感じなが
ら動くことができる。バネ２４の抵抗を設けた理由は、
あまりに自由に電極が動くと基板搬送時の基板１の位置
が定まらなかったり、搬送アームから別の基板保持装置
に基板１を受け渡すときの位置合わせが必要になるなど
の問題が生じたりするので、基板１を静電吸着した後は
電極１８、１９の位置を常に同じにするためである。な
お、図３では、電極１８と電極１９を独立に動くように
したが、両者を一体に構成し電極全体が一つになって動
いても良い。具体的には、電極１９側のスリーブ２３と
バネ２４を取り除き、電極１８と電極１９間を電気絶縁
材を介して固定すればよい。また、図３には示していな
いが、電極１８、１９とも回転方向には動けないように
キーなどで固定される。

【００１１】図４は、図３に示した静電吸着機構を備え
た基板搬送アームの全体を示したものである。図４にお
いて、電極１８と電極１９がアーム２２の先端に設けら
れ、もう一つのアーム２５を介してアーム駆動部２６に
接続され、支柱２７にて支持される。また、アーム２
２、２５には静電吸着に必要な直流高電圧を印加するた
めのリード線２１とそのガイド２８が設けられている。
アーム２２、２５はアーム駆動部２６によって、図の面
内を自由に動くことができる。また、アーム関節部２９
も回転ができるようになっている。このような搬送アー
ム間で基板を受け渡す例を示したのが図５である。図５
において、搬送アーム３０と搬送アーム３１の間で基板
１を受け渡す。搬送アーム３０の静電吸着部３２に基板
１が吸着されている。搬送アーム３０から搬送アーム３
１に設けられた静電吸着部３３に基板１を受け渡す。そ
れぞれの静電吸着部は、図６に示すように、一方は円
形、他方は馬蹄形になっているため、お互い交差するこ
となしに基板１の中心部で静電吸着することができる。
図６のように基板中心部に両方の静電吸着部が動いてき
て基板１の受け渡し準備ができた後、図５に示したよう
に、搬送アーム３０あるいは搬送アーム３１が矢印に示
した方向に駆動される。この矢印方向の駆動部は、図４
のアーム駆動部２６に設けられている。両静電吸着部３
２、３３が基板１の裏面に接触した状態で、基板１が受
け渡されるべき静電吸着部３３に直流高電圧を印加し、
静電吸着部３２への直流高電圧印加を停止する。これに
より、基板１は静電吸着部３３に保持された。次に、搬
送アーム３０あるいは３１を図５の矢印方向に駆動し
て、基板１が搬送アーム３１に受け渡される。

【００１２】このような方法を繰り返すことにより、基
板を次々に搬送することができる。また、搬送アームか
ら基板保持装置への基板受け渡しにおいては、基板保持
装置側に基板の法線方向に動くことのできる静電吸着部
を設けることが有効である。図５のたとえば搬送アーム
３１が基板保持装置とするようなものである。なお、基
板を静電吸着する位置を図６では基板中心部としたが、
静電吸着は基板裏面であればどこでも同じように基板を
固定して搬送できるだけの吸着力がある。したがって、
特に図６に示したような馬蹄形の静電吸着部を設ける必
要はなく、基板裏面の一方の端と他方の端で吸着するこ
とにより基板受け渡しをすることもできる。この場合
は、静電吸着部を両方とも円形にしておいても良い。両
方の静電吸着部が同時に基板裏面に収まる大きさであれ
ば十分である。

【００１３】以上にて述べた本発明の静電吸着部は、い
ずれも基板の厚さに比較すると大きめのものであった
が、静電吸着部は、基板の厚さたとえば１ｍｍに比較し
て厚くする必要はない。直流高電圧を印加しても絶縁破
壊しない程度の厚さがあればよい。アルミナの場合は、
数１００μｍもあれば十分である。ただこの静電吸着層
を形成する部材が強度的に十分厚ければ良く、アルミニ
ウムであれば、搬送アームの合成にもよるが、１ｍｍ程
度でも可能である。このような薄い静電吸着部を必要と
するところは、カセットから基板を取り出したり、収納
したりする場合である。その例を図７に示す。薄く作ら
れた静電吸着部３４が、同じく薄く作られた搬送アーム
３５によって、カセット３６に収納された基板と基板の
間に差し込まれる。カセット３６に収納された基板と基
板の間の寸法よりも、静電吸着部３４の厚さは薄い。そ
のため、静電吸着部は、基板１に接触することなく基板
１の中心部（端でも良いが）まで差し込まれる。その次
に、カセット駆動部３７によってカセット３６が基板１
とともに図の矢印方向の取り出そうとする基板裏面に向
かったどちらか一方に動く。この動きによって基板１の
裏面が静電吸着部３４に接触し、そこで直流高電圧が静
電吸着部に印加される。これにより、基板１は静電吸着
部３４に保持された。次に搬送アーム３５が動かされ、
基板１がカセット３６から取り出される。カセット３６
に基板１を収納する場合は、これと逆の手順となる。カ
セット３７が図の矢印方向に動き基板裏面に静電吸着部
３４を接触させる手順において、カセット駆動部による
のではなく、基板搬送アーム３５に矢印方向の動きをさ
せても良い。これは、図５にて説明したものと同様な手
順となる。この時のカセット駆動部３７の役割は、搬送
されるべき基板の位置が搬送アーム３５の可動範囲に入
るように、カセット３６を動かすことである。

【００１４】さて、図７に示したような薄い搬送アーム
３５を用いると、搬送アームの運動中にアームが振動し
基板が他の部材に接触したりするなどの不具合が生ずる
恐れがある。その振動の程度を検出し、搬送アーム３５
の運動を制御するなどの目的で設けたのが、図８に示し
た歪みセンサー３８である。歪みセンサー３８は、搬送
アーム３５の歪みを検出してアームの曲がり量、すなわ
ち振動振幅を測定することができる。また、この歪みセ
ンサー３８により、基板受け渡しに際しての基板裏面と
静電吸着部３４との接触状態をモニターすることも可能
である。したがって、基板の受け渡しの時の搬送アーム
３５の動きや、あるいはカセット駆動部３７の動きの制
御用信号として使用することも可能である。

【００１５】以上述べたように、静電吸着力を利用した
基板搬送方法を用いると、基板サイズに関わりのない床
面積で装置を構成することができる。もちろん、基板の
表面に対応する方向の装置面積（垂直方向の面積）は増
える。しかし、これは、装置が設置されるクリーンルー
ムなどの天井と基板サイズの比を考えると、十分許容で
きる大きさである。また、基板サイズが大口径化して
も、搬送室の容器の交換や装置の改造で大口径基板搬送
が可能であり、多世代に渡って、処理装置を使用できる
可能性もある。

【００１６】また、基板が静電吸着部材にしっかり固定
されているため、基板と吸着部材が相対的に滑りにくく
なる。そのため、高速搬送が可能となる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、基板の大口径化に際し
ても基板処理装置や搬送系のフットプリントを小さくで
きるので、クリーンルームの専有面積が小さくできると
いう効果がある。また、基板処理装置のフットプリント
が基板の大口径化においてもほとんど変化しないので、
予め次世代を踏まえた基板サイズが搬送できる搬送系サ
イズにすることや、基板処理装置の搬送系の容器を変え
ることで次世代も同じ装置が使用できるので、装置コス
トの低減が可能になるという効果がある。また、搬送系
において、基板の保持に静電吸着法を利用するため基板
表面には接触する必要がないので、異物が付きにくいと
いう効果がある。さらに、搬送や基板処理中に基板上面
から異物が落下したとしても、基板面が垂直なので基板
処理面には異物が付着せず、基板処理の歩留まりが向上
するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示したイオン打ち込み装置
の説明図である。

【図２】従来のイオン打ち込み装置の説明図である。

【図３】静電吸着部の断面図である。

【図４】搬送アームの正面図である。

【図５】基板受け渡しの説明図である。

【図６】基板受け渡しの説明図である。

【図７】基板をカセットから取り出す場合の説明図であ
る。

【図８】搬送アームに歪みセンサー取り付けた説明図で
ある。

【符号の説明】

１…基板、２…イオンソース、３…質量分析部、４…加
速管、５…基板処理室、６…基板保持装置、７…基板導
入室、８…カセット、９…バッファー室、１０…搬送ア
ーム、１１…バッファー室、１２…搬送アーム、１３…
基板搬出室、１４…カセット、１５…バルブ、１６…基
板、１７…基板保持装置、１８…電極、１９電極、２０
…静電吸着部材、２１…リード線、２２…アーム、２３
…スリーブ、２４…バネ、２５…アーム、２６…アーム
駆動部、２７…支柱、２８…ガイド、２９…アーム関節
部、３０…搬送アーム、３１…搬送アーム、３２…静電
吸着部、３３…静電吸着部、３４…静電吸着部、３５…
搬送アーム、３６…カセット、３７…カセット駆動部、
３８…歪みセンサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｈ０１Ｊ 37/317 ＢＨ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の導入室、搬出室と基板処理室及び前
記基板導入室や搬出室と基板処理室間で基板を搬送する
基板搬送室から構成される基板処理システムの基板搬送
方法において、複数枚の基板を収納できるカセットに基
板を収納してそのカセットを前記基板の導入室に載置
し、前記カセットから基板を一枚ずつ取り出して基板処
理室に搬送し、基板の処理を実施した後に基板を取り出
し基板搬出室に載置されているカセットに基板を収納す
る一連の工程を、被搬送基板面の法線が略水平方向を維
持した状態で実施し、この工程中の基板の保持を静電気
力を利用した静電吸着力で行うことを特徴とする基板搬
送方法。
【請求項２】請求項１に記載の基板搬送方法において、
基板保持のための静電吸着部材が基板の法線方向に可動
となるように、静電吸着部材が取り付けら基板を搬送す
るための搬送アームに静電吸着部材を弾性変形部材で支
持したことを特徴とする基板搬送方法。
【請求項３】請求項１及び２に記載の基板搬送方法にお
いて、基板搬送アームとそれに取り付けられている静電
吸着部とが基板の法線方向に運動できるように駆動機構
を設け、かつその運動を制御できるようにしたことを特
徴とする基板搬送方法。
【請求項４】請求項１から３に記載の基板搬送方法にお
いて、基板搬送アームに基板搬送アームの変形が検出で
きるセンサーを取り付けたことを特徴とする基板搬送方
法。
【請求項５】請求項１から４に記載の基板搬送方法を用
いた基板処理装置。