JP6363927B2 - 気相成長装置における基板搬送方法及び装置 - Google Patents
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Description
このような気相成長装置が特許文献1に開示されている。
特許文献1の実施の形態1として開示された気相成長装置では、成膜室に隣接してグローブボックスを設け、成膜室への基板の搬入及び成膜室からの基板の搬出を手動にて行うようにしている。
また、特許文献1の実施の形態2として開示された気相成長装置では、成膜室に隣接して基板搬送室を設け、さらに基板搬送室に隣接して搬入室及び搬出室を設け、成膜室への基板の搬入及び成膜室からの基板の搬出を自動で行うようにしている。
他方、特許文献1の実施の形態2のものでは、基板の搬出入を自動で行うとしているため、成膜後に温度が低下するまで待つ必要がないと考えられるが、特許文献1で具体的にどのようにして基板の搬出入を自動で行うのかについては開示がなく、具体的な装置の開発が望まれていた。
本発明はかかる考えに基づくものであり、具体的には以下の構成を備えている。
成膜が行われた処理済の基板の回収又は未処理の基板をセットするために基板を仮置きする基板仮置き室と、該基板仮置き室と前記反応炉室との間に介在して前記反応炉室と前記基板仮置き室との間で前記基板の搬送を行う搬送ロボットが設置されている搬送室とを設け、
反応炉室内で気相成長処理が行われている間に、前記反応炉室外において未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機させておく待機工程と、
気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する基板搬出工程と、
前記待機工程で待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉室内に搬入する基板搬入工程と、
前記基板搬出工程で前記基板仮置き室に搬出された処理済みの基板の回収と未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載せ換える基板載せ換え工程と、を備えたことを特徴とするものである。
成膜が行われた処理済の基板又は未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーと共に仮置きする基板仮置き室と、
該基板仮置き室に付随して設けられて処理済の基板を回収するための基板回収用カセット室と、
前記基板仮置き室に付随して設けられて未処理の基板を搬入するための基板搬入用カセット室と、
該前記基板仮置き室と前記反応炉室との間に介在して前記反応炉室と前記基板仮置き室との間で前記基板の搬送を行う搬送ロボットが設置されている搬送室と、
前記基板仮置き室に仮置きされている処理済みの基板を前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から未処理の基板を前記基板仮置き室に搬出して前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載置する基板入替装置とを有し、
前記搬送ロボットは、
前記反応炉内で気相成長処理が行われている間に、前記未処理の基板が載置された前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機場に搬送する機能と、
気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する機能と、
前記待機場に待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉内に搬入する機能とを有することを特徴とするものである。
また、基板仮置き室7と基板回収用カセット室9との間は第1ゲートバルブ25で、基板仮置き室7と基板搬入用カセット室11との間は第2ゲートバルブ27で、それぞれ仕切られている。
なお、基板6を載置する方法としては、サセプタカバー15にトレイ29(図4参照)を設け、トレイ29に基板6を載置する方法と、サセプタ87(図22参照)に基板プレート89(図22参照)を設け、該基板プレート89に基板6を載置する方法があるが、以下の説明では、サセプタカバー15に設けたトレイ29に基板6を載置する方法を前提に説明する。
本明細書において、基板6のうち処理済みのものには基板6B、未処理のものには基板6Aとし、基板6Bと基板6Aの両方を含む場合には基板6と表記する。
反応炉室5は反応炉3が設置される室であり、反応炉3ではサセプタを覆うサセプタカバー15に設置された複数枚のトレイ29上のそれぞれに基板6を載置し、複数枚の基板6A上に原料ガスを供給して前記基板6A上に薄膜を成長させる反応が行われる。薄膜の種類としては、一般式AlxInyGa1−x−yN(ただしx、yは0≦x<1、0≦y<1、0≦x+y<1である。)で表記される窒化物半導体が挙げられる。
基板仮置き室7は、サセプタカバー15と共に搬送されてきた成膜が行われた処理済の基板6Bの回収するため、あるいは未処理の基板6Aをサセプタカバー15に載置してサセプタカバー15と共に仮置きするための室である。
基板仮置き室7内を気密にし、水分、酸素の混入を防止しつつ、基板6上空より下方へダウンフローの流れを作ることで、基板6に落下するパーティクルの量を減らすことができる。
なお、基板仮置き室7は大気暴露されることがなく、真空引きを行って不活性ガスに置換するいわゆる真空置換が不要なので、ダウンフローの気流を常時生じさせることができ、基板6へのパーティクルの付着を確実に防止できる。
基板仮置き室7には、基板入替装置35が設けられており、比較的容積の大きな室となっている。このような容積の大きな室に対して真空引きを行った後、窒素ガスを封入するといういわゆる真空置換を行うと、それだけで相当な時間を必要とし、スループットが低下する。そこで、本発明では、基板仮置き室7を、搬送室13との間は第2仕切り扉21で仕切り、基板回収用カセット室9との間は第1ゲートバルブ25で、基板搬入用カセット室11との間は第2ゲートバルブ27でそれぞれ仕切るようにして、基板仮置き室7自体は大気暴露しない密封可能な室とすることで、基板仮置き室7の真空置換を不要としてスループットの低下を防止している。
各構成を詳細に説明する。
基板載置機構36は、載置部37に載置されたサセプタカバー15の位置を後述する昇降アーム51の位置と合わせる第1位置合わせ機構42を有している。
第1位置合わせ機構42は、載置部37に載置されたサセプタカバー15の中心位置出しをする第1中心位置出し機構43と回転方向の位置を調整する第1回転位置調整機構45から構成されている。
第1中心位置出し機構43は、図4に示すように、載置されているサセプタカバー15の外周部を、複数の方向(少なくとも3方向)から径内方向に押すことで、サセプタカバー15を中心位置に位置出しする。
また、第1回転位置調整機構45は、回転支持台46と第1センサ47で構成されており、載置部37に載置されているサセプタカバー15を回転させながら第1センサ47によってサセプタカバー15に形成された第1凹部49(図5参照)を検出し、第1凹部49が検出されると、載置部37が所定位置で回転を停止することで回転方向の位置調整ができる。
昇降装置39は、サセプタカバー15に設置されているトレイ29を上方に持ち上げる昇降アーム51と、トレイ29に載置されている基板6を突き上げて支持する突き上げ支持機構53を有している。
昇降アーム51は、載置部37に載置されているサセプタカバー15の下方から上方に延出して、サセプタカバー15に設置されているトレイ29を上方に持ち上げる。
突き上げ支持機構53は、昇降アーム51の先端部に設けられ、昇降アーム51に支持されているトレイ29上の基板6を突き上げる機能を有している。
突き上げ支持機構53は、トレイ29に設けられた貫通孔65(図6参照)を貫通して基板6を突き上げる突き上げ棒55と、トレイ29に設けられた貫通孔65の位置と突き上げ棒55の位置を位置合わせする第2位置合わせ機構57を有している。
第2中心位置出し機構58は、図6に示すように、昇降アーム51に支持されているトレイ29の外周部を、複数の方向(少なくとも3方向)から径内方向に押すことで、トレイ29の中心位置に位置出しする。
また、第2回転位置調整機構59は、昇降アーム51に支持されているトレイ29を回転させる回転支持部60と第2センサ61を有し、トレイ29を回転支持部60で支持して回転させながら第2センサ61によってトレイ29に形成された第2凹部63(図6参照)を検出し、第2凹部63が検出されると、回転支持部60が所定位置で回転を停止することで回転方向の位置調整ができる。
搬送アーム41は、トレイ29から上方に突き上げられている基板6を保持して基板回収用カセット室9に搬送し、また基板搬入用カセット室11から基板6を搬出して突き上げ棒55上に載置する機能を有している。
《処理済みの基板を回収する場合》
トレイ29に処理済みの基板6Bが載置されたサセプタカバー15が基板仮置き室7に搬入されると、載置部37に載置され、サセプタカバー15の中心位置出しと回転位置調整が行われる。これによって、昇降装置39の昇降アーム51を上昇させることでトレイ29を持ち上げることができるようになる。
この状態で、突き上げ棒55を突き上げると、基板6Bがトレイ29から突き上げられる。トレイ29の上方に突き上げられた基板6Bを、搬送アーム41によって保持して基板回収用カセット室9に搬送する。
次に、同様の動作によって、他のトレイ29に載置されている基板6Bを回収し、全ての基板6Bを回収することで回収動作が終了する。
交換ボックス17で洗浄済みのものに交換されたサセプタカバー15が基板仮置き室7に搬入されると、載置部37に載置され、サセプタカバー15の中心位置出しと回転位置調整が行われる。これによって、昇降装置39の昇降アーム51でトレイ29を持ち上げることが可能となる。
昇降アーム51を上昇させ、トレイ29を持ち上げ、この状態で、トレイ29の中心位置出しと、回転方向の位置調整をして、突き上げ棒55がトレイ29の貫通孔65に挿入可能にする。
この状態で、突き上げ棒55を突き上げると、トレイ29の貫通孔65を貫通して突き上げ棒55の先端がトレイ29から突き出た状態となる。この状態で、基板搬入用カセット室11から搬送アーム41によって、基板6Aを保持して突き上げ棒55の上に未処理の基板6Aを載置する。その後、突き上げ棒55を下げて基板6Aをトレイ29上に載置し、さらに昇降アーム51を下げてトレイ29をサセプタカバー15上に載置する。
次に、同様の動作によって、他のトレイ29にも未処理の基板6Aを載置し、全てのトレイ29に未処理の基板6Aが載置されると載置動作が終了する。
基板回収用カセット室9は、基板仮置き室7に隣接して設けられ、基板仮置き室7に仮置きされた基板6Bを回収するための室である。
基板搬入用カセット室11は、基板仮置き室7に隣接して設けられ、未処理の基板6Aを搬入するための室である。
前述したように、基板回収用カセット室9と基板仮置き室7の間には第1ゲートバルブ25が設けられ、基板搬入用カセット室11と基板仮置き室7の間には第2ゲートバルブ27が設けられている。
また、基板搬入用カセット室11には、第2ガス導入管73が設けられ、N2ガス又はCDA(クリーンドライエア)を選択的に供給することが可能になっている。
搬送室13は、反応炉室5と基板仮置き室7との間、反応炉室5と交換ボックス17の間及び基板仮置き室7と交換ボックス17の間に介在してサセプタカバー15に載置された基板6及び/又はサセプタカバー15を、それぞれの室間で搬送する搬送ロボット75が設置されている室である。
搬送室13には、窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管77が接続されている。また、室内のガスを吸気して排気するための第2排気管79が接続され、第2排気管79には第2真空ポンプ81が接続されている。
窒素ガス供給管77にはバルブV3が、第2排気管79にはバルブV4がそれぞれ設けられている。
具体的には、反応炉3内で気相成長処理が行われている間に、未処理の基板6Aが載置されたサセプタカバー15を待機場93(図13、図23参照)に搬出する機能と、気相成長処理が終了したときに処理済みの基板6Bを載置したサセプタカバー15を炉外に取り出して基板仮置き室7に搬送する機能と、反応炉3内に待機場93に待機させておいた未処理の基板6Aを載置したサセプタカバー15を反応炉3内に搬入する機能とを有している。
交換ボックス17は、サセプタ87及び/又はサセプタカバー15を交換するための室である。
交換ボックス17には、室外と連通させて室内の気圧を大気圧と同じにするため外気連通管83が設けられている。
制御部18は、操作者からの動作支持の入力に基づいて、第1仕切り扉19〜第3仕切り扉23、第1ゲートバルブ25、第2ゲートバルブ27、搬送ロボット75及び基板入替装置35の動作制御を行う機能を有している。なお、図面において、制御部18から各機器への制御線は図面が煩雑になるので図示を省略している。
なお、以下に示す動作は、制御部18が上記の機能に基づいて各機器の動作制御を行うことで実現される。
図1に示す状態では、交換ボックス17は大気雰囲気となっており、第3仕切り扉23は閉じられ、交換ボックス17自体は閉じた空間となっている。
基板仮置き室7はFFUによる気流循環でダウンフローが常に行われている。基板搬入用カセット室11には基板6Aが設置され、適宜N2による真空置換が行われている。
次に、図13に示すように、未処理の基板6Aを載置したサセプタカバー15を搬送ロボット75によって搬送室13に搬送して待機する。本実施の形態では、図13に示す搬送室13の搬送ロボット75の上が本発明の待機場93となる。
図14に示した2枚のサセプタカバー15の入れ替え方法については、例えば反応炉室5内にサセプタカバー15を仮置きできる場所を設けておき、搬送ロボット75によって未処理の基板6Aを載置したサセプタカバー15を反応炉室5内に仮置きして、その状態で処理済みの基板6Bを載置したサセプタカバー15を搬送ロボット75で搬出し、その後、仮置きしているサセプタカバー15を反応炉3の所定の場所に設置するようにすればよい。
交換ボックス17では、洗浄済みのサセプタカバー15に交換する(図19参照)。この状態が、図1に示す状態と同じ状態となり、引き続き、図12以降の処理を繰り返す。
また、処理済みの基板6Bを載置したサセプタカバー15を、搬送室13を介して基板仮置き室7に搬送し、さらに基板回収用カセット室9に処理済みの基板6Bを回収して、基板6Bの回収が完了したサセプタカバー15を交換ボックス17に戻すという一連の工程の中で、基板仮置き室7が大気暴露されることはなく、それ故に基板仮置き室7を真空置換する必要がないので、スループットが向上する。
また、上記の一連の工程において、サセプタカバー15や基板6Bは窒素雰囲気の中にあり、表面の酸化が防止されており、この環境の実現とスループットの向上の両立が図られている。
そこで、図21に示すように、トレイ29における基板6を載置する部位に円形の溝部84aを設けることにより、基板6が当接する基板載置部84の面積を基板6よりも小さく設定し、基板6を載置したときに基板6の外周部がその全周に亘って基板載置部84から突出するようにし、搬送アーム41が基板6における基板載置部84から突出した部位を把持する把持部85を有するように構成してもよい。
これによって、貫通孔65と突き上げ棒55の位置合わせをする必要がなくなる。
なお、図23、図24はトレイ29についての図面であるが、基板プレート89についても同様の構成を採用することができる。
この場合の反応炉室5は、反応炉3本体の壁が反応炉室5の壁となり、内部にファンフィルターユニット31などを設置する空間などはなく、直接サセプタ87及び/又はサセプタカバー15を設置するヒーター部分が設けられ、また気相成長に用いられるガスの導入、排気は反応炉室5に対して直接行われる構造である。
そのため、この場合には、成膜処理がされた基板6Bを載置しているサセプタカバー15を反応炉室5から搬出して基板仮置き室7に搬入して基板入替装置35に載置した後で、未処理の基板を載置したサセプタカバー15を反応炉室5に搬入することになる。このため、上記の実施の形態のように、搬送室13の搬送ロボット75を待機場93とすることができないので、例えば、図25に示すように、搬送室13内に搬送ロボット75上ではなくサセプタカバー15を仮置きできるスペースを設けて、該スペースを待機場93とすればよい。
このように、待機場93は、搬送室13の搬送ロボット75の上であってもよいし、搬送室13の搬送ロボット75とは別の場所であってもよく、あるいは基板仮置き室7における基板入替装置35とは別の場所であってもよい。
3 反応炉
5 反応炉室
6 基板
6A 未処理の基板
6B 処理済みの基板
7 基板仮置き室
9 基板回収用カセット室
11 基板搬入用カセット室
13 搬送室
15 サセプタカバー
17 交換ボックス
18 制御部
19 第1仕切り扉
21 第2仕切り扉
23 第3仕切り扉
25 第1ゲートバルブ
27 第2ゲートバルブ
29 トレイ
31 ファンフィルターユニット
33 気流通流部
35 基板入替装置
36 載置機構
37 載置部
39 昇降装置
41 搬送アーム
42 第1位置合わせ機構
43 第1中心位置出し機構
45 第1回転位置調整機構
46 回転支持台
47 第1センサ
49 第1凹部
51 昇降アーム
53 突き上げ支持機構
55 突き上げ棒
57 第2位置合わせ機構
58 第2中心位置出し機構
59 第2回転位置調整機構
60 回転支持部
61 第2センサ
63 第2凹部
65 貫通孔
67 第1排気管
69 第1真空ポンプ
71 第1ガス導入管
73 第2ガス導入管
75 搬送ロボット
77 窒素ガス供給管
79 第2排気管
81 第2真空ポンプ
83 外気連通管
84 基板載置部(トレイ)
85 把持部
87 サセプタカバー
88 基板載置部(基板プレート)
89 基板プレート
90 凹部
91 ギア機構
93 待機場
V1〜V7 バルブ
Claims (8)
- サセプタに設置された複数枚の基板プレート上又は、サセプタを覆うサセプタカバーに設置された複数枚のトレイ上のそれぞれに基板を載置し、複数枚の基板上に、気相成長法により薄膜を成膜する機能を備えた反応炉室と、
成膜が行われた処理済の基板又は未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーと共に仮置きする基板仮置き室と、
該基板仮置き室に付随して設けられて処理済の基板を回収するための基板回収用カセット室と、
前記基板仮置き室に付随して設けられて未処理の基板を搬入するための基板搬入用カセット室と、
該前記基板仮置き室と前記反応炉室との間に介在して前記反応炉室と前記基板仮置き室との間で前記基板の搬送を行う搬送ロボットが設置されている搬送室と、
前記基板仮置き室に仮置きされている処理済みの基板を前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から未処理の基板を前記基板仮置き室に搬出して前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載置する基板入替装置とを有し、
前記搬送ロボットは、
前記反応炉内で気相成長処理が行われている間に、前記未処理の基板が載置された前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機場に搬送する機能と、
気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する機能と、
前記待機場に待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉内に搬入する機能とを有し、
前記基板入替装置は、前記サセプタ又は前記サセプタカバーを載置する載置機構と、該載置機構に載置された前記サセプタに設置されている前記基板プレート又は前記サセプタカバーに設置されている前記トレイを昇降させる昇降装置と、該昇降装置によって上昇した前記基板プレート又は前記トレイに載置されている基板を保持して前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から基板を搬出して前記昇降装置に載置する搬送アームを備えていることを特徴とする気相成長装置。 - 前記昇降装置は前記基板プレート又は前記トレイを下方から押し上げて上昇させる昇降アームを有し、前記載置機構は載置されたサセプタ又はサセプタカバーの位置を前記昇降アームの位置と合わせる第1位置合わせ機構を有することを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
- 前記第1位置合わせ機構は、前記載置機構に載置されているサセプタ又はサセプタカバーの中心位置出しをする第1中心位置出し機構と、前記サセプタ又は前記サセプタカバーを回転させて回転方向の位置を調整する第1回転位置調整機構を備えて構成されていることを特徴とする請求項2記載の気相成長装置。
- 前記昇降装置は、前記基板プレート又は前記トレイに載置されている基板を突き上げて支持する突き上げ支持機構を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の気相成長装置。
- 前記突き上げ支持機構は、前記基板プレート又は前記トレイの下方から上方に上昇する突き上げ棒を有し、前記基板プレート又は前記トレイに設けられた貫通孔に前記突き上げ棒を貫通させて前記基板を突き上げることを特徴とする請求項4記載の気相成長装置。
- 前記突き上げ支持機構は、前記貫通孔と前記突き上げ棒の位置を合わせる第2位置合わせ機構を有していることを特徴とする請求項5記載の気相成長装置。
- 前記第2位置合わせ機構は、前記基板プレート又は前記トレイの中心位置出しをする第2中心位置出し機構と、前記基板プレート又は前記トレイを回転させて回転方向の位置を調整する第2回転位置調整機構を備えて構成されていることを特徴とする請求項6記載の気相成長装置。
- 前記基板プレート又は前記トレイは、前記基板を載置する基板載置部の面積が前記基板よりも小さく設定され、前記基板を載置したときに前記基板の外周部の少なくとも一部が前記基板載置部から突出するように構成され、前記搬送アームは前記基板における前記基板載置部から突出した部位を把持する把持部を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の気相成長装置。
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