JP4570852B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセスにて用いられる半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置の製造プロセスにおいては、ウエハ、液晶基板、石英基板、ガラス基板等（以下、これらを単に「基板」と総称する）に対して、例えばドライエッチング処理やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理のように、真空または所定ガス環境下といった減圧状態にて処理を行うことが多い。
【０００３】
減圧状態にて処理を行うための半導体製造装置としては、減圧状態での処理室（減圧チャンバ室）となるプロセスチャンバと、そのプロセスチャンバに連結し減圧（真空）状態にも大気開放状態にもなるロードロックチャンバ（減圧予備室）と、そのロードロックチャンバに連結した大気開放状態のイクイップメント・フロント・エンド・モジュール室（以下「ＥＦＥＭ」という）とを有して構成されたものがある。この半導体製造装置において、プロセスチャンバとロードロックチャンバとの間には開閉可能な第一のゲートドアが設けられ、さらにロードロックチャンバとＥＦＥＭとの間には開閉可能な第二のゲートドアが設けられている。また、ＥＦＥＭ内には、例えば水平多関節アームの先端部に基板の支持部としてのフォークを備えて構成された移載ロボットが配設されており、その移載ロボットが例えばＳＥＭＩ（Semiconductor Equipments and Materials International）規格でＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）と呼ばれている基板収納容器からの基板の取り出しや、そのＦＯＵＰへの基板の収納を行うようになっている。一方、ロードロックチャンバ内にも、基板を移載するための移載ロボットが配設されている。さらに、ロードロックチャンバ内には、その移載ロボットの基板移載方向前後に、基板を一時的に載置するためのバッファ台が設けられている。
【０００４】
このような構成の半導体製造装置では、ＥＦＥＭ内の移載ロボットとロードロックチャンバ内の移載ロボットとが、それぞれ以下に述べるような動作を行う。
例えば、未処理の基板を移載する場合であれば、先ず、ＥＦＥＭ内の移載ロボットがＦＯＵＰからの基板を取り出している間に、ロードロックチャンバ内をＥＦＥＭ内と同様の大気開放状態とする。そして、ロードロックチャンバ内が大気開放状態になると、第二のゲートドアを開けてロードロックチャンバとＥＦＥＭとの間を連通させる。この状態で、ＥＦＥＭ内の移載ロボットは、ＦＯＵＰから取り出した基板をロードロックチャンバ内のバッファ台上に一旦載置する。その後は、第二のゲートドアを閉じて真空ポンプで減圧し、ロードロックチャンバ内をプロセスチャンバ内と同様の減圧（真空）状態とする。そして、ロードロックチャンバ内が減圧状態になると、第一のゲートドアを開けてロードロックチャンバとプロセスチャンバとの間を連通させ、そのロードロックチャンバ内の移載ロボットが、バッファ台上の基板をフォーク上に載置してプロセスチャンバ方向に向かって移送する。また、これとは逆に、処理済みの基板を移載する場合であれば、ロードロックチャンバ内の移載ロボットで当該基板をバッファ台上に一旦載置し、ロードロックチャンバ内を大気開放状態にした後に、第二のゲートドアを開ける。この状態で、ＥＦＥＭ内の移載ロボットが、バッファ台上の基板をフォーク上に載置して、ＥＦＥＭ内に運び入れるのである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−４５９３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体製造装置およびその半導体製造装置に搭載される移載ロボットにおいては、次に述べるような難点がある。すなわち、上述した半導体製造装置において、ロードロックチャンバは、その内部が減圧状態と大気開放状態とを遷移する。したがって、大気開放状態から減圧状態への移行時には、ロードロックチャンバ内を排気するのに伴い、そのロードロックチャンバ内に配設された移載ロボットの胴体内が、その周囲（ロードロックチャンバ内部）の空間に比べて徐々に陽圧になる。このことは、移載ロボットの胴体内からロードロックチャンバ内へのパーティクル、オイル、ミスト等といった塵埃の流出を招いてしまうため、好ましくない。
【０００７】
この点については、減圧状態での動作に対応すべく移載ロボットにシール処理等を施すことも考えられる。ところが、その場合には、特に多関節アーム等の可動部に対するシール処理等によって、移載ロボットの構成の複雑化やそれに伴う大型化を招いてしまうおそれがある。さらに、常時減圧状態で使用するのではなく、減圧状態と大気開放状態とを遷移する環境下で用いる場合には、移載ロボットの胴体内が周囲に比べて陽圧になってしまうことが避けられず、シール処理等を施しても塵埃の流出を確実に防止できるとは限らない。
【０００８】
そこで、本発明は、減圧状態と大気開放状態とを遷移する環境下であっても塵埃の流出を防止し、被処理物である基板の搬送を効率よく短時間で行うことができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体製造装置である。すなわち、減圧プロセスチャンバに通じる開閉可能な第一のドアおよび大気開放室に通じる開閉可能な第二のドアを備えたロードロックチャンバ内に、減圧プロセスチャンバと大気開放室との間で被処理物の授受を行うための移載ロボットを配設し、ロードロックチャンバに第一のバルブを備えた排気用経路と連通させ、移載ロボットに第二のバルブを備えた排気用経路を連通させ、第一のバルブを備えた排気用経路と第二のバルブを備えた排気用経路とを１台の排気ポンプに接続させ、さらにロードロックチャンバに第三のバルブを備えたロードロックチャンバを減圧状態から大気開放状態にもどす吸気用経路を連通させ、第一のバルブ、第二のバルブおよび第三のバルブの開閉切り換え並びに排気ポンプによる排気を通じて、密封されたロードロックチャンバの内部を減圧状態にするか、あるいは大気開放状態にするかを切り換え得るように構成された半導体製造装置であって、移載ロボットは、外装パネルによって覆われた胴体を有する第一アームおよび第二アームと、これらを支持する密封支持部材とを備えており、第一アームおよび第二アームを可動可能にする回転軸のそれぞれに排気穴を設け、胴体内を減圧状態にするための排気ポートを密封支持部材に設けて第二のバルブを備えた排気用経路に連通させ、ロードロックチャンバの内部を大気開放状態から減圧状態にするにあたり、第三のバルブを閉状態に切り換え、第二のバルブを開状態に切り換え、所定時間経過後、第一のバルブを開状態に切り換えることにより、移載ロボットの胴体内部を減圧状態にした後に、ロードロックチャンバの内部を減圧状態にし、ロードロックチャンバの内部を減圧状態から大気開放状態にするにあたり、第一のバルブを閉状態に切り換え、第三のバルブを開状態に切り換え、所定時間経過後、第二のバルブを閉状態に切り換えることにより、移載ロボットの胴体内部の減圧状態を保ちつつ、ロードロックチャンバの内部を大気開放状態にすることを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成の半導体製造装置によれば、移載ロボットの胴体内を減圧状態にし得る。ここで、減圧状態とは、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいい、真空状態（１０²Ｐａ以上の低真空状態〜１０^-10Ｐａ以下の高真空状態）をも含む。したがって、ロードロックチャンバの内部が大気開放状態から減圧状態へ遷移する場合であっても、これに先立って移載ロボットの胴体内を減圧状態にした後にロードロックチャンバ内を減圧状態にすることで、移載ロボットの胴体内がその周囲（ロードロックチャンバ内）の空間に比べて徐々に陽圧になってしまうことがない。また、ロードロックチャンバの内部が減圧状態から大気開放状態へ遷移する場合であっても、移載ロボットの胴体内部の減圧状態を保ちつつロードロックチャンバの内部を大気開放状態にすることで、移載ロボットの内部が徐々に陽圧になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る半導体製造装置について説明する。
【００１３】
先ず、本発明に係る半導体製造装置について説明する。図１は、本発明に係る半導体製造装置の要部構成の一例を示す説明図である。ここで説明する半導体製造装置は、減圧状態にて処理を行うためのもので、処理前室（減圧予備室）となるロードロックチャンバ１を備えてなるものである。このロードロックチャンバ１は、プロセスチャンバとＥＦＥＭとの間に配設されたもので、プロセスチャンバに通じる開閉可能な第一のドアおよびＥＦＥＭに通じる開閉可能な第二のドアを備えている（ただし、いずれも不図示）。
【００１４】
また、ロードロックチャンバ１は、配管等の接続経路２を介して、排気ポンプ３と接続されている。この排気ポンプ３は、減圧状態を作り、これを維持するためのものである。ここで、減圧状態とは、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいい、真空状態（１０²Ｐａ以上の低真空状態〜１０^-10Ｐａ以下の高真空状態）をも含む。ただし、ロードロックチャンバ１と排気ポンプ３との間の接続経路２上には、ロードロックチャンバ１の室内を排気ポンプ３による排気を通じて減圧状態にするか、あるいは大気開放状態にするかを切り換える第一のバルブ４が設けられている。
【００１５】
さらに、ロードロックチャンバ１には、プロセスチャンバとＥＦＥＭとの間で、被処理物である基板５の授受を行うための移載ロボット６が配設されている。この移載ロボット６も、接続経路２を介して排気ポンプ３と接続されている。
そして、その接続経路２上には、第一のバルブ４と同様に構成された第二のバルブ７が設けられている。また、ロードロックチャンバ１には、減圧状態から大気開放状態にもどす時のエアー吸気穴を有した吸気用経路８が連接されているとともに、その吸気用経路上に第三のバルブ９が設けられている。
【００１６】
これら第一〜第三のバルブ４，７,９は、例えば電磁ソレノイドバルブからなるもので、図示しない制御部からの指示に従いつつ、減圧／大気開放状態の切り換えを行うようになっている。なお、制御部は、第一および第二のバルブ４，７の動作タイミングが予めプログラミングされたマイクロプロセッサ等によって構成することが考えられる。
【００１７】
次に、ロードロックチャンバ１に配設された移載ロボット６、すなわち半導体製造装置に搭載されて用いられる移載ロボット６について、さらに詳しく説明する。この移載ロボット６が本発明に係る移載ロボットの一具体例を示すものである。図２は本発明に係る移載ロボットの概略構成例を示す断面図であり、図３および図４はその要部構成例を示す断面図である。
【００１８】
図２に示すように、ここで説明する移載ロボット６は、水平多関節アームの先端部に基板５の支持部としてのフォークを備えて構成されたものである。具体的には、大別すると、移載ロボット６の駆動源として機能する例えば減速機付きの駆動モータ１１と、その駆動モータ１１の出力軸１１ａを中心にして回動自在に配された第一の水平アーム１２と、その第一の水平アーム１２の回動先端側に回動自在に配された第二の水平アーム１３と、その第二の水平アーム１３の回動先端側に配されたフォーク１４と、から構成されている。そして、そのフォーク１４上に基板５を載置し得るようになっている。
【００１９】
これらのうち、駆動モータ１１は、ロードロックチャンバ１の室外（大気側）に位置するように配設されている。また、第一および第二の水平アーム１２，１３とフォーク１４は、ロードロックチャンバ１の室内（真空側）に位置するように配設されている。さらに、第一および第二の水平アーム１２，１３は、外装パネルによって覆われた胴体を有しているとともに、その胴体内に例えばタイミングベルト、プーリ、ベアリングといった回動を実現するための機構部品が配されている。
【００２０】
ところで、このような構成の移載ロボット６において、駆動モータ１１と第一の水平アーム１２との間、すなわち移載ロボット６の第一関節部Ａでは、図３に示すように、駆動モータ１１の出力軸１１ａとその駆動モータ１１の密封支持部材１１ｂとの間に密閉シール１１ｃが設けられているとともに、密封支持部材１１ｂに排気ポート１１ｄが設けられており、その排気ポート１１ｄに排気ポンプ３へ繋がる接続経路２が接続されるようになっている。また、駆動モータ１１の出力軸１１ａに軸着された中空の回転軸１２ａには、その中空部を排気ポート１１ｄが設けられた密封支持部材１１ｂの内部空間と連通させるための排気穴１２ｂと、同中空部を第一の水平アーム１２の胴体内の空間と連通させるための排気穴１２ｃが設けられている。
【００２１】
一方、第一の水平アーム１２と第二の水平アーム１３との間、すなわち移載ロボット６の第二関節部Ｂでは、図４に示すように、第一の水平アーム１２と第二の水平アーム１３とを回動自在に支持するための回転軸１２ｄに、第一の水平アーム１２の胴体内の空間と第二の水平アーム１３の胴体内の空間とを互いに連通させるための排気穴１２ｅが設けられている。
【００２２】
なお、移載ロボット６における他の構成（例えば、各アーム１２，１３の胴体内に設けられた機構部品）については、従来と略同様であり、公知技術を用いて実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
【００２３】
次に、以上のように構成された半導体製造装置、特にその半導体製造装置に搭載された移載ロボット６の動作例について説明する。例えば、未処理の基板５を移載する場合であれば、ＥＦＥＭ内の移載ロボットが、大気開放状態のロードロックチャンバ１内のバッファ台上に当該基板５を一旦載置する。そして、その後は、ロードロックチャンバ１の第一および第二のゲートドアを閉じて、そのロードロックチャンバ１内を減圧状態にする。
【００２４】
ただし、ロードロックチャンバ１の内部を減圧状態にするのにあたっては、先ず、第三のバルブ９を閉じた後、排気ポンプ３に吸引動作をさせつつ、第二のバルブ７の切り換えを行う。これにより、移載ロボット６の胴体内のみを減圧状態にする。すなわち、ロードロックチャンバ１内が減圧状態となるのに先立って、排気ポート１１ｄからの排気により移載ロボット６の各アーム１２，１３の胴体内を減圧状態とする。
【００２５】
そして、制御部からの指示に従いつつ、第二のバルブ７の切り換えから所定時間経過後に、第一のバルブ４の切り換えを行う。これにより、ロードロックチャンバ１内についてもプロセスチャンバ内と同様の減圧状態になる。つまり、ロードロックチャンバ１の内部が大気開放状態から減圧状態へ遷移する。なお、各バルブ４，７，９の切り換えの時間差については、排気ポンプ３の吸引能力や各アーム１２，１３の胴体内の容量等を基に、各アーム１２，１３の胴体内が十分に減圧状態となる時間を予め決定しておき、その決定結果を上記の所定時間として制御部にプログラミングしておけばよい。
【００２６】
ところで、第一のバルブ４を切り換えて、ロードロックチャンバ１内を大気開放状態から減圧状態へ遷移させようとする際には、既に移載ロボット６の各アーム１２，１３の胴体内の空間は、ロードロックチャンバ１の室内空間よりも圧力が低い状態となっている。つまり、ロードロックチャンバ１内を排気ポンプ３で吸引し、そのロードロックチャンバ１内が大気開放状態から減圧状態へ遷移する場合であっても、移載ロボット６の胴体内がその周囲（ロードロックチャンバ１内）の空間に比べて徐々に陽圧になってしまうことがない。したがって、移載ロボット６の胴体内からロードロックチャンバ１内へ、パーティクル、オイル、ミスト等といった塵埃が流出してしまうことはない。
【００２７】
そして、ロードロックチャンバ１内が減圧状態になると、第一のゲートドアを開けてロードロックチャンバ１とプロセスチャンバとの間を連通させ、そのロードロックチャンバ１内の移載ロボット６が、バッファ台上の基板５をフォーク上に載置してプロセスチャンバ方向に向かって移送する。
【００２８】
一方、処理済みの基板５を移載する場合には、従来と略同様に、移載ロボット６がプロセスチャンバ内から基板５を取り出してバッファ台上に一旦載置した後、第一のゲートドアを閉じてから第一のバルブ４を閉じた後、第三のバルブ９を開け、その後、第二のバルブ７の切り換えを行い、ロードロックチャンバ１内および移載ロボット６の胴体内を大気開放状態にする。つまり、ロードロックチャンバ１が大気開放状態となった後の一定期間、排気ポート１１ｄからの排気により移載ロボット６の胴体内の減圧状態が維持されるようにする。このときの一定期間については、各アーム１２，１３の胴体内の容量等を基に予め決定しておき、その決定結果を制御部にプログラミングしておけばよい。このように、第二バルブ７を開いた状態で排気ポンプ３で引きながら移載ロボット６の内部を徐々に陽圧にすることで、ロードロックチャンバ１内あるいは移載ロボット６内にある塵埃が回り込むのを防止し、最終的には第二のバルブ７を閉じて大気開放状態の圧力とする。そして、第二のゲートドアを開けると、ＥＦＥＭ内の移載ロボットがバッファ台上の基板５をフォーク上に載置してＥＦＥＭ内に運び入れる。
【００２９】
以上のように、本実施形態で説明した半導体製造装置および移載ロボット６によれば、ロードロックチャンバ１の内部が大気開放状態から減圧状態へ遷移する場合であっても、移載ロボット６の胴体内を減圧状態にし得るので、その胴体内が周囲の空間に比べて陽圧になってしまうことがない。したがって、移載ロボット６の胴体内からロードロックチャンバ１内に塵埃が流出してしまうことがなく、ロードロックチャンバ１内の基板５が汚染されるのを防止することができる。
【００３０】
さらには、移載ロボット６の胴体内を減圧状態にすることによって塵埃の流出を防止しているので、例えば第一または第二関節部Ａ，Ｂに対するシール処理等を厳重に施さなくても、塵埃の流出防止が実現可能となる。しかも、シール処理等によって移載ロボット６の構成の複雑化やそれに伴う大型化を招いてしまうこともないので、移載ロボット６の小型化や低コスト化等の実現も非常に容易となる。
【００３１】
その上、本実施形態で説明した移載ロボット６は、減圧状態と大気開放状態とが遷移する環境下において用いて好適なものである。すなわち、本実施形態で説明した移載ロボット６を用いれば、減圧環境下と大気環境下とで兼用可能であることから、減圧環境下用のロボットと大気環境下用のロボットとをそれぞれ個別に用意する必要がない。したがって、例えば従来であれば二つのロボットが必要な場合であっても、減圧環境下と大気環境下とで兼用可能である一つの移載ロボット６を用意すれば済むので、被処理物である基板５の搬送を効率よく短時間で行うことができる。さらには、これに伴って、消費電力等の低減（省エネルギー化）が図れるとともに、半導体製造装置の小型化や低コスト化等の実現も非常に容易となる。
【００３２】
また、本実施形態で説明した半導体製造装置および移載ロボット６によれば、ロードロックチャンバ１内が減圧状態となるのに先立って、移載ロボット６の胴体内を減圧状態にするようになっている。すなわち、先ず移載ロボット６の胴体内を減圧状態とし、その後にロードロックチャンバ１内を減圧状態にするというシーケンスを採用している。したがって、ロードロックチャンバ１内を減圧状態とする際には、既に移載ロボット６の胴体内が減圧状態となっていることから、確実に塵埃の流出を防止することができ、ロードロックチャンバ１内の基板５の汚染を防止する上で非常に有効なものとなる。
【００３３】
なお、本実施形態では、移載ロボット６として水平多関節アームを備えたものを例に挙げて説明したが、これは単なる一例に過ぎず、一軸型、ＸＹ直交型、三次元方向に動作可能な多関節アーム型等、他の形式のものであっても全く同様に適用可能であることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る半導体製造装置によれば、移載ロボットの胴体内を減圧状態にした後にロードロックチャンバ内を減圧状態にするので、ロードロックチャンバの内部が大気開放状態から減圧状態へ遷移する場合であっても、移載ロボットの胴体内がその周囲の空間に比べて陽圧になってしまうことがない。また、移載ロボットの胴体内部の減圧状態を保ちつつロードロックチャンバの内部を大気開放状態にするので、ロードロックチャンバの内部が減圧状態から大気開放状態へ遷移する場合であっても、移載ロボットの内部が陽圧になる。したがって、減圧状態と大気開放状態とを遷移する環境下であっても、移載ロボットからの塵埃の流出を無くし、被処理物である基板の汚染を防止することができる。また、減圧状態と大気開放状態とを遷移する環境下であっても、同一の移載ロボットで基板の搬送を行うことが可能となるので、当該搬送を効率よく短時間で行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体製造装置の要部構成の一例を示す説明図である。
【図２】 本発明に係る半導体製造装置における移載ロボットの概略構成例を示す断面図である。
【図３】 本発明に係る半導体製造装置における移載ロボットの要部構成例を示す断面図（その１）であり、図２の移載ロボットにおけるＡ部の拡大断面を示す図である。
【図４】 本発明に係る半導体製造装置における移載ロボットの要部構成例を示す断面図（その２）であり、図２の移載ロボットにおけるＢ部の拡大断面を示す図である。

Claims (1)

1. 減圧プロセスチャンバに通じる開閉可能な第一のドアおよび大気開放室に通じる開閉可能な第二のドアを備えたロードロックチャンバ内に、前記減圧プロセスチャンバと前記大気開放室との間で被処理物の授受を行うための移載ロボットを配設し、
   前記ロードロックチャンバに第一のバルブを備えた排気用経路と連通させ、
   前記移載ロボットに第二のバルブを備えた排気用経路を連通させ、
   前記第一のバルブを備えた排気用経路と前記第二のバルブを備えた排気用経路とを１台の排気ポンプに接続させ、
   さらに前記ロードロックチャンバに第三のバルブを備えたロードロックチャンバを減圧状態から大気開放状態にもどす吸気用経路を連通させ、
   前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブの開閉切り換え並びに前記排気ポンプによる排気を通じて、密封された前記ロードロックチャンバの内部を減圧状態にするか、あるいは大気開放状態にするかを切り換え得るように構成された半導体製造装置であって、
   前記移載ロボットは、外装パネルによって覆われた胴体を有する第一アームおよび第二アームと、これらを支持する密封支持部材とを備えており、
   前記第一アームおよび前記第二アームを可動可能にする回転軸のそれぞれに排気穴を設け、前記胴体内を減圧状態にするための排気ポートを前記密封支持部材に設けて前記第二のバルブを備えた排気用経路に連通させ、
   前記ロードロックチャンバの内部を大気開放状態から減圧状態にするにあたり、前記第三のバルブを閉状態に切り換え、前記第二のバルブを開状態に切り換え、所定時間経過後、前記第一のバルブを開状態に切り換えることにより、前記移載ロボットの胴体内部を減圧状態にした後に、前記ロードロックチャンバの内部を減圧状態にし、
   前記ロードロックチャンバの内部を減圧状態から大気開放状態にするにあたり、前記第一のバルブを閉状態に切り換え、前記第三のバルブを開状態に切り換え、所定時間経過後、前記第二のバルブを閉状態に切り換えることにより、前記移載ロボットの胴体内部の減圧状態を保ちつつ、前記ロードロックチャンバの内部を大気開放状態にする
   ことを特徴とする半導体製造装置。

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