TWI407529B - 基板支持機構 - Google Patents

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TWI407529B TW97120891A TW97120891A TWI407529B TW I407529 B TWI407529 B TW I407529B TW 97120891 A TW97120891 A TW 97120891A TW 97120891 A TW97120891 A TW 97120891A TW I407529 B TWI407529 B TW I407529B
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Description

基板支持機構
本發明係有關一種應用於例如半導體基板的搬運用機器人之基板支持機構。
以往，在半導體製造的領域中，使用一種具有多關節手臂的基板搬運機器人。第7圖係顯示這種習知的基板搬運機器人的概略構成之斜視圖。此基板搬運機器人1係具有驅動部2、連結至該驅動部2的多關節構造手臂3、以及連結至手臂3前端的端接器(end-effector)(手)4。在端接器4的上面支持基板的背面，而在成膜室與蝕刻室等複數個處理室間進行基板的搬運，或在工作台與基板收容匣等之間進行基板的授受。
端接器4一般係以陶瓷或不鏽鋼等所形成。因此，當使端接器4高速動作時，會因為施加至基板的加速度之影響使基板在端接器4上滑動，而無法將基板搬運至正確的位置。因此，如第8圖所示，在端接器4的上面設置有與基板W背面之預定部位接觸的複數個保持部5。這些保持部5係以橡膠或彈性體(elastomer)等彈性材料所形成，且具有防止基板W的背面滑動之功能。藉此，在端接器4的上面穩定地保持基板W的搬運姿勢(例如參照下述專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2002-353291號公報
以彈性體等彈性材料所形成的保持部5在基板W和周圍溫度較低的情形中(例如為200℃以下時)，能有效地抑制基板W的滑動。然而，在高溫的情形中(例如300℃至500℃)，會有保持部5因為熱度而變質、或者熔化而無法維持原本形狀之問題，導致無法獲得抑制基板W滑動的效果。
另一方面，即使在溫度較低的情形中(200℃以下時)，亦會有基板W因保持部5的黏著性而貼附，使基板W無法正確地從端接器4脫離之問題。例如，在將基板授受至製程室(process chamber)內的工作台時，會有基板不會從保持部脫離，而導致基板破裂或無法將基板搬運至正確位置的問題。
本發明乃有鑑於上述問題而研創者，其課題為提供一種能實現基板的高速搬運，並確保正確的搬運動作之基板支持機構。
本發明一實施形態的基板支持機構係具備有：支持面，用以支持搬運物；以及保持部，由設置在支持面之至少一部分的奈米碳管所構成。
本發明的一實施形態的基板支持機構係具備有：支持面，用以支持搬運物；以及保持部，由設置在支持面之至少一部分的奈米碳管所構成。
在本發明的實施形態中，基板支持機構的保持部係由奈米碳管所構成。搬運物係被奈米碳管的前端所支持。此時，在搬運物與奈米碳管之間產生分子間力，搬運物會藉由一定吸附力支持在支持面。此吸附力在大氣環境中和真空環境中皆會產生，且每單位面積的奈米碳管的數目愈多，所獲得的吸附力愈大。藉由以上的構成，能有效地抑制搬運物在支持面上之滑動，而可實現基板的高速搬運。
此外，由於奈米碳管的耐熱性佳，即使在高溫環境下使用時，亦能避免因為保持部的熱度所導致的變質或劣化。並且，由於奈米碳管所產生的搬運物之保持力不同於例如黏著膠帶般的黏著力，故能防止因貼著導致移載時之搬運物的破損或搬運不良。因此，確保基板的正常搬運動作。
從而，依據上述基板支持機構，能抑制搬運物在支持面上之滑動，而實現基板的高速搬運。此外，由於能避免保持部的變質，因此能確保正確的搬運動作。
上述搬運物雖列舉半導體基板和玻璃基板等板狀構件，但並未限定於此。支持面係相當於基板搬運機器人等搬運裝置中之基板支持用的端接器(手)的上表面。保持部係可設置在支持面的複數個部位，亦可將支持面的整面作為保持部而構成。
以下，參照附圖說明本發明的實施形態。
第1圖係顯示本發明的一實施形態之圖，並顯示用以搬運作為搬運物的半導體基板(以下簡稱為「基板」)W之基板搬運機器人的端接器(手)14。雖未圖示，但基板搬運機器人係與例如第7圖所說明的習知的基板搬運機器人同樣具備有驅動部與多關節手臂等，且端接器14係連結至上述多關節手臂的前端。
端接器14係形成為叉狀，端接器14的上表面係作為用以支持基板W背面之支持面14a。於端接器14的支持面14a設置有與基板W背面固定部位接觸之複數個保持部15。這些支持面14a與保持部15係構成為本發明的「基板支持機構」。在第1圖中，保持部15雖形成為從支持面14a突出，但亦可構成為與支持面14a形成同一面。
端接器14的支持面14a係以氧化鋁、氮化矽等之具有耐熱性的陶瓷材料或不鏽鋼等所構成，但材料並不限定於此。此外，端接器14的形狀並未限定於圖示的形狀，亦可為其他形狀。
保持部15係以奈米碳管(carbon nano tube；簡稱CNT)所構成。奈米碳管係為將石墨薄片作成圓形筒狀的構造之物質，具有直徑為數nm至數十nm、長度為數μm至數mm之高縱橫比(aspect ratio)，且具有高導電性、高熱傳導性、以及機械性強韌性等特徵特性，因此近年來以奈米技術領域作為中心，期待應用於半導體、醫療、以及生物等廣泛的領域。作為奈米碳管的成膜方法，已知例如有熱CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)法。使用熱CVD法製作奈米碳管時，係在設置有基板的反應管的內部導入甲烷或乙炔(acethylene)等原料氣體，在經過加熱的基板上使原料氣體分解，使經過配向控制的奈米碳管成長。
在本實施形態中，將成膜有奈米碳管的基板予以分割，而形成一定形狀及大小的CNT細片(chip)，並予以固定於支持面14a的預定位置。奈米碳管的形成密度為平均每一平方公分100億條以上。保持部(CNT細片)15的形狀和設置數目並未特別限定，在本實施形態中，係將四角形或圓形的CNT細片係固定在支持面14a上之預定的三個部位。此外，保持部15的面積亦未有特別的限定，可根據設置數目、基板W、以及支持面14a的大小等而適當地設定。保持部15相對於支持面14a的固定方法亦無特別限制，可採用雙面膠帶、接著劑、或螺絲固定等公知的手法。
第2圖為用以構成保持部15之奈米碳管的剖面SEM(掃描式電子顯微鏡)照片。形成密度為平均每一平方公分約為100億條(1010 /cm2 )、高度50μm。奈米碳管的成膜係以下述順序進行。
首先，以濺鍍法在矽基板的(100)面成膜5nm的鐵以作為觸媒層。濺鍍係在氬氣環境中(0.6Pa)進行，並以100W的DC濺鍍條件來進行。
接著，將形成有鐵膜的基板裝填至石英反應管的金面(gold image)爐，在真空排氣至1.33Pa後，以1000sccm的流量供給氮氣(N2 )，使爐內溫度在一氣壓中升溫至750℃。當溫度到達750℃後，在整體壓力一氣壓下，以300sccm的流量將乙炔(C2 H2 )氣體供給至爐內，使奈米碳管開始成長至基板上。經過一分鐘的成長後，進行爐內的排氣與降溫，取出CNT基板。
在以上述方式所構成的本實施形態中，由於以奈米碳管構成支持面14a上的保持部15，因此基板W會被該奈米碳管的前端所支持。此時，在基板W與保持部(奈米碳管)15之間會產生分子間力，基板W會藉由一定吸附力被支持在支持面14a。此吸附力在大氣環境中與真空環境中皆會產生，平均每單位面積的奈米碳管的數目愈多，所獲得的吸附力愈大。藉此，能有效地抑制基板在支持面14a上之滑動，並且能實現基板的高速搬運。
第3圖A、B係顯示在大氣環境中與真空環境中(壓力4.0×10-3 Pa)，矽晶圓與各材料間之磨擦力的測量值。在第3圖中，「氧化鋁」表示在氧化鋁製的板上放置兩英吋矽晶圓的測量值，「CNT」表示在成長於矽晶圓上之奈米碳管的上面放置兩英吋矽晶圓的測量值，「氟系橡膠」表示在三片ψ6mm的氟系橡膠板上支持矽晶圓的情形。
從第3圖A、B可知，在大氣環境中與真空環境中，「CNT」與「氟系橡膠」的摩擦力皆比「氧化鋁」的摩擦力大。因此，與例如在氧化鋁製的端接器上直接支持基板的情形相比，介設「CNT」或「氟系橡膠」的保持部來支持基板時的摩擦力較大，因此可抑制基板在端接器的支持面上之滑動，而謀求搬運速度的高速化。
此外，從第3圖A、B可知，與奈米碳管製的保持部相比，氟系橡膠製的保持部可獲得較大的摩擦力。因此，藉由採用氟系橡膠製的保持部，可進一步謀求基板搬運速度的高速化。然而，這種橡膠系的彈性材料會容易受到基板或周圍溫度的影響而變質，且會有因對於基板的貼附性而成為搬運不良的原因之情形。
相對於此，由於奈米碳管的耐熱性佳，因此即使在高溫環境下使用時，亦能避免因為保持部的熱度導致變質或劣化。並且，由於奈米碳管對於基板的保持力為非黏著性，故能防止因為貼著導致移載時之基板破裂或搬運不良。因此，不會受到周圍溫度的影響，能確保正確的基板搬運動作。
[實施例]
以下，說明本發明的實施例。在本實施例中，使用基板搬運機器人來進行基板(晶圓尺寸為300mm)的搬運測試，並測量基板相對於端接器的位置偏移量。
端接器為氧化鋁製，並在端接器上安裝有第1圖與第2圖所示的奈米碳管製的保持部(15)。保持部的安裝部位為第1圖所示的三個部位，亦即叉狀前端部的兩個部位以及叉狀基部的一個部位。保持部係以與第2圖所示的樣本相同的條件，在矽晶圓製作奈米碳管而成者。保持部的合計面積為11.5cm2 。
搬運測試為使機器人反覆進行下述(1)至(5)的動作。測量係在大氣環境中與真空環境中(壓力2×10-3 Pa以下)進行。
(1)在機器人與舉升器(hoist)之間進行晶圓的暫時授受。
(2)以CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合元件)感測器測量晶圓中心位置。
(3)進行預定的動作(伸展動作、收縮動作、順時針方向180度旋轉、逆時針方向180度旋轉)。
(4)以低速移動至測量位置。
(5)以CCD感測器測量晶圓中心位置。
測量結果如第4圖與第5圖所示。在各圖中，A係顯示在大氣環境中的測量結果，B係顯示在真空環境中的測量結果。圖中的繪圖係表示各測量七次的平均值。此外，比較例係顯示在氧化鋁製的端接器上直接載置晶圓，並進行相同試驗時的測量結果。
第4圖A、B係顯示伸展/收縮動作時間與晶圓偏移量的關係。當動作時間為1.62秒這種較為低速的情形時，實施例與比較例皆未確認到有晶圓的偏移。另一方面，將動作時間予以高速化時，在比較例中晶圓的偏移會變大，相對於此，在具備有CNT製的保持部的實施例中，即使在1.16秒這種較為高速的情形中，亦幾乎未確認到有晶圓的偏移。此結果在大氣環境中與真空環境中皆相同。
第5圖A、B係顯示180度旋轉動作時間與晶圓的偏移量之關係。當動作時間為3.31秒這種較為低速的情形時，實施例與比較例皆未確認到晶圓的偏移。另一方面，將動作時間予以高速化時，在比較例中晶圓的偏移會變大，相對於此，在具備有CNT製的保持部的實施例中，即使在2.36秒這種較為高速的情形時，亦幾乎未確認到有晶圓的偏移。此結果在大氣環境中與真空環境中幾乎皆相同。
依據本實施例，關於伸展/收縮動作時間，可從1.62秒縮短0.46秒而變成1.16秒。關於180度旋轉動作時間，可從3.31秒縮短0.95秒而變成2.36秒。結果，例如換算成機器人從成膜室取出基板之動作(提取動作)時，動作時間會變成如第6圖所示，動作時間可從6.65秒縮短1.42秒而變成5.23秒。
以上，雖針對本發明的實施形態與實施例來進行說明，但本發明並未限定於此，根據本發明的技術思想，可進行各種的變形。
例如，在以上的實施形態中，雖以在端接器14的支持面14a上設置複數個奈米碳管製的保持部15為例來說明，但並未限定於此，例如亦可在支持面的整面或局部直接成膜奈米碳管來構成本發明的基板支持機構。
此外，在以上的實施形態中，雖針對將本發明的基板支持機構應用在基板搬運裝置的端接器為例來說明，但本發明亦可應用於基板搬運用的托盤、工作台、以及升降銷等以預定姿勢來支持基板之全部的基板支持系統。
1．．．機器人
2．．．驅動部
3．．．手臂
4、14．．．端接器
5、15．．．保持部
14a．．．支持面
W．．．基板
第1圖係顯示具備有本發明實施形態的基板支持機構之基板搬運機器人的端接器的構成之概略斜視圖。
第2圖係顯示構成本發明的保持部之奈米碳管的一例之SEM照片。
第3圖A及B係顯示端接器與基板間的摩擦力之一實驗結果。
第4圖A及B係顯示本發明實施例的機器人動作時間與晶圓的偏移量的關係之一實驗結果。
第5圖A及B係顯示本發明實施例的機器人動作時間與晶圓的偏移量的關係之一實驗結果。
第6圖係顯示本發明實施例的一評價結果之圖。
第7圖係顯示習知的基板運送機器人的構成之構略斜視圖。
第8圖係習知的基板運送機器人的端接器的概略構成圖。
14．．．端接器
14a．．．支持面
15．．．保持部
W．．．基板

Claims (4)

  1. 一種基板支持機構，係具備有：支持面，係支持搬運物；以及保持部，係由設置在前述支持面之至少一部分的奈米碳管所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板支持機構，其中，前述保持部係設置在前述支持面的複數個部位。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板支持機構，其中，前述基板支持機構係為具有用以支持前述搬運物的端接器之基板搬運機器人；前述支持面係形成於前述端接器的上表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板支持機構，其中，前述奈米碳管的形成密度為每一平方公分100億條以上。
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