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JP7479229B2 - 真空搬送装置および基板処理システム - Google Patents

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Description

本開示は、真空搬送装置および基板処理システムに関する。
半導体製造プロセスにおいては、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤのような成膜処理が行われている。成膜処理を行う成膜システムは、基板である半導体ウエハ（ウエハ）に真空中でＣＶＤ等の成膜処理を行う処理装置に対し、真空搬送装置によりウエハを搬送している。成膜処理は高温で行われることが多く、真空搬送装置の基板保持部によりウエハを処理装置から取り出す際の基板保持部の温度は２００～４００℃となり、最近では５００～６００℃とさらに高温のこともある。
真空搬送装置として代表的なリンク機構を有するものは、真空シール部に磁性流体やシールリングなどが用いられ、また、駆動部およびギア・ベルト等の動力伝達機構のような機構部も存在しているがこれらの機構部も耐熱性を有していない。このため、基板保持部が高温の基板を取り出す際に、真空搬送装置が高温になって真空シール性能が低下し、不純物の混入による膜質の低下をまねくおそれがあり、また、機構部が故障したり、部材の熱膨張により搬送精度が低下したりするおそれもある。したがって、このような高温のウエハによる熱の影響を回避することが求められており、特許文献１には、ウエハを搬送する真空搬送装置（ロボット）のアームに、冷媒を循環させる冷却ブロックを固着させ、アームを冷却する冷却構造が開示されている。
特開２００１－３５９０２号公報
本開示は、簡易な構造で高温の基板から真空シール部や機構部へ熱の影響を抑制することができる真空搬送装置および基板処理システムを提供する。
本開示の一態様に係る真空搬送装置は、真空中で高温の基板を搬送する真空搬送装置であって、内部に機構部を有するアーム部と真空シール部とを有する本体部と、前記本体部に接続され、基板を保持する基板保持部と、前記本体部の表面に設けられ、前記本体部を構成する材料よりも沿面方向の熱伝導率が高い材料で構成され、前記基板から前記基板保持部に伝熱された熱を輸送する熱輸送部材と、前記熱輸送部材を輸送された熱を放熱する放熱部と、を有する。
本開示によれば、簡易な構造で高温の基板から真空シール部や機構部へ熱の影響を抑制することができる真空搬送装置および基板処理システムが提供される。
一実施形態に係る真空搬送装置が用いられる基板処理システムの一例を示す概略図である。 図１の基板処理システムに搭載された一実施形態に係る真空搬送装置の概略構成を示す断面図である。 図２の真空搬送装置をより詳細に示す断面図である。
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
＜基板処理システム＞
図１は、一実施形態に係る真空搬送装置が用いられる基板処理システムの一例を示す概略図である。
基板処理システム１００は、複数の基板に対して連続的に高温での処理、例えばＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ等の成膜処理を行うものである。基板は、特に限定されるものではないが、以下の説明では、基板として半導体ウエハ（ウエハ）を用いた場合を例にとって説明する。
図１に示すように、基板処理システム１００は、４つの処理装置１、２、３、４を備えており、これらの処理装置１～４は平面形状が六角形をなす真空搬送室５の４つの辺に対応する壁部にそれぞれ対応して設けられている。真空搬送室５内は真空ポンプ（図示せず）により排気されて所定の真空度に保持されるように構成されている。処理装置１～４では、実際に、ウエハＷに対して真空中における高温での処理、例えばウエハＷ上に高温で薄膜を形成する成膜処理が行われる。成膜処理としては、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤが例示される。
また、真空搬送室５の他の壁部には２つのロードロック室６が接続されている。２つのロードロック室６の真空搬送室５と反対側には大気搬送室８が接続されている。ロードロック室６は、大気搬送室８と真空搬送室５との間でウエハＷを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力制御するものである。なお、ロードロック室６は１つであっても３つ以上であってもよい。
真空搬送室５内には、処理装置１～４、ロードロック室６に対して、ウエハＷの搬入出を行う真空搬送装置１２が設けられている。この真空搬送装置１２は、真空搬送室５の略中央に配設されたベース３１と、ベース３１に基端部が取り付けられた２つの多関節アーム部３２と、ウエハＷを保持する２つのウエハ保持部３３とを有する。真空搬送装置１２の詳細については後述する。
大気搬送室８のロードロック室６と反対側にはウエハＷの収容容器であるフープ（ＦＯＵＰ）を取り付ける３つのポート９、１０、１１が設けられている。大気搬送室８の上部には清浄空気のダウンフローを形成するためのフィルタ（図示せず）が設けられている。
処理装置１～４は、同図に示すように、真空搬送室５の各壁部に対応する壁部にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより真空搬送室５と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより真空搬送室５から遮断される。また、２つのロードロック室６は、真空搬送室５の残りの壁部のそれぞれに、第１のゲートバルブＧ１を介して接続され、また、大気搬送室８に第２のゲートバルブＧ２を介して接続されている。
大気搬送室８のウエハ収納容器であるポート９，１０、１１にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これらポート９，１０，１１にウエハＷを収容した、または空のフープＦがステージＳに直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ大気搬送室８と連通するようになっている。また、大気搬送室８の側面にはアライメントチャンバ１５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。
大気搬送室８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６に対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送装置１６が設けられている。この大気搬送装置１６は、２つの多関節アーム１７を有しており、これら２つの多関節アーム１７がフープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能となっていて、その先端のハンド１７ａ上にウエハＷを支持した状態でウエハＷの搬送を行う。
また、基板処理システム１００は、プロセスの制御を行う制御装置２０を有している。
このような基板処理システム１００においては、まず、大気搬送装置１６の多関節アーム１７により大気搬送室８に接続されたフープＦからウエハＷを取り出し、大気雰囲気のロードロック室６に搬入する。そして、ウエハＷが搬入されたロードロック室６を真空搬送室５に対応する真空状態とした後、その中のウエハＷを真空搬送装置１２のいずれかのウエハ保持部３３により、いずれかの処理装置に搬入する。ウエハＷが搬入された処理装置では、成膜処理等の高温処理が行われる。
処理装置での高温処理が終了した後、真空搬送装置１２のいずれかのウエハ保持部３３が、その処理装置から処理により高温、例えば２００～６００℃となったウエハＷを取り出し、ロードロック室６に搬送する。そして、ウエハＷが搬入されたロードロック室６を大気雰囲気とした後、大気搬送装置１６の支持アーム１７によりにそのロードロック室からウエハＷを取り出し、フープＦに収納する。
以上の処理を複数のウエハＷに対して同時並行的に行い、フープＦ内の全てのウエハＷについて処理を実施する。
＜真空搬送装置＞
次に、一実施形態に係る真空搬送装置について説明する。
図２は、真空搬送室５とその中に設けられた真空搬送装置１２との概略構成を示す断面図であり、図３は真空搬送装置１２をより詳細に示す断面図である。
真空搬送室５には排気口５２が設けられており、排気口５２は排気配管５３が接続されている。排気配管５３には圧力制御バルブ５４および真空ポンプ５５が接続されており、真空搬送室５内は予め定められた真空度に調整される。
真空搬送室５に設けられた真空搬送室１２は、上述したように、真空搬送室５の略中央に配設されたベース３１と、ベース３１に基端部が取り付けられた２つの多関節アーム部３２と、ウエハＷを保持する２つのウエハ保持部３３とを有する。２つの多関節アーム部３２、および２つの基板保持部３３は、それぞれ同じ構造を有しているので、図３では主に一方のみを示している。
ベース３１は、搬送室５の底部に設けられ、内部が大気圧の中空構造となっており、内部に駆動部が設けられている。多関節アーム部３２は、第１アーム４１と第２アーム４２とを有している。第１アーム４１の基端部は、ベース３１の上面から延びる軸および真空シール部を含む接続部３４により、ベース３１の上面に旋回可能に連結されている。また、第２アーム４２の基端部は、軸および真空シール部を含む接続部４３により、第１アーム４１の先端部に旋回可能に連結されている。ウエハ保持部３３は、ウエハＷを保持するものであり、その基端部は、軸および真空シール部を含む接続部３５により、第２のアーム４２の先端部に旋回可能に接続されている。真空搬送装置１２のウエハ保持部３３以外の部分は本体部を構成する。
第１アーム４１、第２アーム４２は、内部が大気圧の中空構造となっており、内部に動力伝達機構が設けられている。これにより、駆動部の駆動力を、動力伝達機構を介して、第１アーム４１、第２アーム４２、ウエハ保持部３３に伝達させ、これらを接続部３４，４３，３５を介して自在に旋回させて所望のウエハ搬送動作が行えるように構成されている。すなわち、真空搬送装置１２は、一般的なリンク機構により多関節構造を実現し、駆動部および動力伝達機構からなる機構部により動作される。
本体部の主要部をなす、ベース３１の筐体、多関節アーム部３２、および接続部３４，３５，４３のシール部以外の部分は、アルミニウム等の金属で構成される。ウエハ保持部３３は、ウエハＷの温度に対して耐熱性を有する材料で構成される。ウエハ保持部３３は、ウエハＷの温度が２００℃以下であれば一般的なアルミニウムを用いることができるが、２００℃を超える場合は、耐熱性が高い材料、例えばアルミナ等が好ましい。なお、ウエハ保持部３３を後述する熱輸送部材６１と同じ材料で構成してもよい。
図３に示すように、真空搬送装置の本体部、すなわち、ベース３１、多関節アーム部３２の第１アーム４１および第２アーム４２、ならびに接続部３４，３５，４３の表面には、断熱部材６２を介して、熱輸送部材６１が設けられている。熱輸送部材６１は、本体部を構成する材料よりも沿面方向の熱伝導率が高い材料で構成されている。熱輸送部材６１は、ベース３１の筐体からさらに真空搬送室５の底壁５１の内側をベース３１から離れる方向に延び、途中で真空搬送室５の下方に延びて、真空搬送室５の外部に設けられた放熱部７０に至る。なお、図３では熱輸送部材６１は一体の部材として描かれているが、接続部３４，４３，３５においては、ウエハ保持部３３、第１アーム４１、第２アーム４２が旋回可能なように、熱輸送部材６１は接触を保った状態で分離している。また、接続部３５には熱輸送部材６１を設けなくてもよい。
これにより、高温のウエハＷからの熱がウエハ保持部３３に伝熱された後、本体部の表面に設けられた熱輸送部材６１を放熱部７０まで輸送され、放熱部７０で放熱される。放熱部７０は特に限定されず、フィン等のヒートシンクでもよく、冷却機能を有するものであってもよい。また、単に熱輸送部材６１を真空搬送室５の外部に露出させ、その露出部を放熱部として用いてもよい。
熱輸送部材６１は、ベース３１の筐体、多関節アーム部３２の第１アーム４１および第２アーム４２等からなる本体部を構成する材料よりも沿面方向の熱伝導率が高ければよく、例えば、本体部がアルミニウムで構成されている場合は、銅、ＡｌＮ、グラファイトなどを挙げることができる。アルミニウムの熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対し、銅は３７０～４００Ｗ／ｍ・Ｋ、ＡｌＮは２５０Ｗ／ｍ・Ｋである。また、グラファイトは熱伝導率に異方性があり、厚さ方向では１００Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、沿面方向では２０００Ｗ／ｍ・Ｋとアルミニウムの１０倍程度の極めて大きい熱伝導率が得られる。このため、ベース３１や多関節アーム部３２等の本体部への伝熱を抑制しつつ、極めて大きな熱輸送性を発揮する。なお、ウエハ保持部３３の表面に熱輸送部材６１を設けてもよい。
断熱部材６２を構成する材料としては、樹脂等の低熱伝導性の材料を挙げることができ、多孔質体であってもよい。また、本体部と熱輸送部材６１との間に隙間をあけて真空断熱としてもよい。
なお、熱輸送部材６１から真空シール部や機構部に及ぼされる熱が許容されれば、本体部と熱輸送部材６１との間に断熱材６２や隙間を設けることなく、本体部に直接熱輸送部材６１を設けてもよい。
本実施形態では、基板に対して高温での処理、例えばＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ等の高温での成膜処理を行う。真空搬送装置１２の基板保持部３３によりウエハＷをウエハ保持部３３で処理装置から取り出す際のウエハＷの温度は、例えば、２００～６００℃の高温となる。
この場合、真空搬送装置１２は、接続部３４，４３，３５等に存在する真空シール部は、磁性流体やシールリング等からなり耐熱性を有していないため、ウエハＷからの熱が伝達されると真空シール性能が低下し、不純物の混入により膜質の低下をまねくおそれがある。また、駆動部や動力伝達機構のような機構部も耐熱性を有していないため、ウエハＷからの熱が伝達されると故障や搬送精度の低下のおそれがある。そのような熱の影響を回避するため、特許文献１のように、冷媒を循環させる冷却機構を設けると、真空搬送装置の構造が複雑となり、装置が大型化し、コストも増大する。
これに対して、本実施形態では、真空搬送装置１２において、ウエハ保持部３３に保持された高温のウエハＷの熱を、沿面方向の熱伝導率が多関節アーム部３２等を構成する材料の熱伝導率よりも高い材料で構成された熱輸送部材６１を伝熱させて輸送し、放熱する。具体的には、接続部３５、第２アーム４２、接続部４３、第１アーム４１、接続部３４、およびベース３１の筐体の表面に沿って熱輸送部材６１を設け、ウエハＷからウエハ保持部３３に伝熱した熱を、熱輸送部材６１に伝熱させてその沿面方向に輸送する。そして、熱輸送部材６１の沿面方向に伝熱して輸送された熱は、真空搬送室５の外部に設けられた放熱部７０に放熱される。したがって、冷却機構のような大掛かりな構成を用いることなく、簡易な構造で、真空シール部や機構部に及ぼされる熱を抑制することができる。
また、ベース３１や多関節アーム部３２や接続部３４，４３，３５からなる本体部と熱輸送部材６１との間に断熱部材６２を設けることにより、熱輸送部材６１から真空シール部や機構部に及ぼされる熱をより有効に抑制することができる。また、本体部と熱輸送部材６１との間に隙間をあけて真空断熱とすることにより同様の効果を得ることができる。
熱輸送部材６１を構成する材料としては、上述したように、本体部を構成する材料よりも沿面方向の熱伝導率が高いものが用いられるが、特にグラファイトを好適に用いることができる。グラファイトは熱伝導率に異方性があり、厚さ方向では１００Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、沿面方向では２０００Ｗ／ｍ・Ｋとアルミニウムの１０倍程度の極めて大きい値となる。したがって、ベース３１や多関節アーム部３２等の本体部への伝熱を抑制しつつ、沿面方向に極めて大きな熱輸送性を発揮することができ、真空シール部や機構部への熱影響を抑制する効果が極めて高い。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記実施形態では、ベースと、多関節アーム部と、ウエハ保持部を有する真空搬送装置について示したが、この構造に限らず、真空シール部および機構部を有する本体部と、ウエハ保持部を有する構造であればよい。
また、基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板をであってもよい。
１～４；処理装置
５；真空搬送室
６；ロードロック室
８；大気搬送室
１２；真空搬送装置
１６；大気搬送装置
２０；制御装置
３１；ベース
３２；多関節アーム部
３３；ウエハ保持部
３４，３５，４３；接続部
４１；第１アーム
４２；第２アーム
６１；熱輸送部材
６２；断熱部材
１００；基板処理システム
Ｗ；ウエハ（基板）

Claims (11)

  1. 真空中で高温の基板を搬送する真空搬送装置であって、
    内部に機構部を有するアーム部と真空シール部とを有する本体部と、
    前記本体部に接続され、基板を保持する基板保持部と、
    前記本体部の表面に設けられ、前記本体部を構成する材料よりも沿面方向の熱伝導率が高い材料で構成され、前記基板から前記基板保持部に伝熱された熱を輸送する熱輸送部材と、
    前記熱輸送部材を輸送された熱を放熱する放熱部と、
    を有する真空搬送装置。
  2. 前記アーム部は、第１のアームと、第２のアームと、前記第１のアームと前記第２のアームとを接続する第１の接続部とを有する多関節構造であり、前記真空シール部は、前記第１の接続部に設けられた第１の真空シール部を有する、請求項１に記載の真空搬送装置。
  3. 前記本体部は、内部に機構部として駆動部を有するベースをさらに有し、前記ベースに第２の接続部を介して前記アーム部が接続されており、前記真空シール部は、前記第２の接続部に設けられた第２の真空シール部を有する、請求項１または請求項２に記載の真空搬送装置。
  4. 前記本体部は、前記アーム部と前記基板保持部とを接続する第３の接続部をさらに有し、前記真空シール部は、前記第３の接続部に設けられた第３の真空シール部を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の真空搬送装置。
  5. 前記熱輸送部材は、グラファイトで構成される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の真空搬送装置。
  6. 前記本体部と前記熱輸送部材との間に設けられた絶縁部材をさらに有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の真空搬送装置。
  7. 前記本体部と前記熱輸送部材との間に隙間を有し、前記隙間により前記本体部と前記熱輸送部材とが真空断熱される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の真空搬送装置。
  8. 前記基板の温度は２００～６００℃である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の真空搬送装置。
  9. 前記真空搬送装置は、真空に保持された真空搬送室の内部に設けられ、前記放熱部は前記真空搬送室の外部に設けられ、前記熱輸送部材は、前記真空搬送室の外部に延びる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の真空搬送装置。
  10. 基板に対して真空中で高温の処理を行う処理装置と、
    前記処理装置と隣接して設けられ、真空に保持された真空搬送室と、
    前記真空搬送室の内部に設けられ、前記処理装置に対して基板を搬出および搬入する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の構成を有する真空搬送装置と、
    を有する、基板処理システム。
  11. 前記放熱部は前記真空搬送室の外部に設けられ、前記熱輸送部材は、前記真空搬送室の外部に延びる、請求項１０に記載の基板処理システム。
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