JP7389076B2

JP7389076B2 - 基板搬送機構及びこれを用いた基板搬送方法

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Publication number: JP7389076B2
Application number: JP2021046984A
Authority: JP
Inventors: 瑞樹山中; 優哉山岡
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: JP2022146161A

Description

本発明は、基板搬送機構及びこれを用いた基板搬送方法に関し、詳しくは、気相成長装置において基板を搬送するための基板搬送機構及びこれを用いた基板搬送方法に関する。

一般に、半導体膜を製造するための気相成長装置は、複数の基板上に均一に薄膜を形成する必要があるため、成膜中の基板を自公転させる機構を備えており、こうした自公転機構によって、成膜処理の精度と生産性との両立が図られている。薄膜の製造プロセスにおいては、気相成長装置内に、基板に対して処理を行うモジュールが複数設けられ、これらモジュール間を、搬送用アームや搬送用ロボットなどと呼ばれる基板搬送機構を作動させて基板を順次搬送することにより、所定の処理が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１６－７６６１０号公報

特許文献１に記載された気相成長装置は、基板搬送経路における各種モジュールの配置に工夫を凝らし、基板の交換作業を反応炉室外で行うようにしたことから、生産性の向上や基板の汚染防止に資するものである。しかしながら、回転支持台などの専用装置を設置すると、隣接する室の容積がそれぞれ大きくなって装置が大型になるという問題があった。装置が大型になれば、それだけ搬送経路も長くなり、基板授受などの機構や制御システムが複雑になってしまう。また、近年、ニーズが高まってきている大口径基板への対応も困難になる。

そこで本発明は、コンパクトな構成で、基板の搬送効率を高めることが可能な基板搬送機構及びこれを用いた基板搬送方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の基板搬送機構は、気相成長用の反応炉室に隣接する搬送室内に設けられ、前記反応炉室に対して基板支持部材の収納又は取り出し動作を行う搬送用ロボットと、該搬送用ロボットに付設される基板入替装置とを備えている基板搬送機構において、前記基板支持部材は、基板が載置されるトレイと、該トレイを周方向に複数並べて配置した円盤状のサセプタカバーとを有し、前記サセプタカバーは、前記トレイの外形に対応する開口形状のトレイ保持部を有するとともに、該トレイ保持部に前記トレイを保持してなり、前記搬送用ロボットは、前記トレイ保持部に保持したトレイを前記サセプタカバーの径方向に移動させる多関節アームと、前記トレイを前記サセプタカバーの周方向に移動させる回転装置とを備えていることを特徴としている。

また、前記基板入替装置は、前記サセプタカバーに対して基板を昇降させる昇降装置を備え、前記搬送用ロボットは、前記回転装置に作動指令を与えて、複数の前記トレイ保持部にそれぞれ保持したトレイを、順次、間欠的に前記昇降装置と上下重なり合う位置に移動させる回転位相角制御手段を備えていることを特徴としている。さらに、前記昇降装置は、上動位置で前記基板を載置する上下出没可能な突き上げピンを備えていることを特徴としている。

また、本発明の基板搬送方法は、前記基板搬送機構を用いた基板搬送方法であって、前記回転位相角制御手段により前記トレイを前記昇降装置と上下重なり合う位置に移動する位置だし工程と、前記昇降装置を作動させて前記突き上げピンを上動位置に移動するピン上昇工程と、基板を前記突き上げピン上に載置するピン上載置工程と、前記突き上げピンを下動位置に戻して前記トレイに基板を載置するトレイ上載置工程と、を順に行うことを特徴としている。

本発明によれば、基板搬送機構に備わる搬送用ロボットが、トレイ保持部に保持したトレイをサセプタカバーの径方向に移動させる多関節アームと、トレイをサセプタカバーの周方向に移動させる回転装置とを備えているので、反応炉室に対して複数の基板を一括で収納したり、取り出したりする作業の流れが滞りなく行え、また、基板の入替作業を反応炉室から取り出して即座に行えることから、作業効率はもとより、入替作業に伴う専用スペースをなくして装置の一層の小型化を図ることができる。すなわち、気相成長における生産性や品質の向上を図り、もって、大口径基板のニーズに応えることが可能な搬送用ロボットを備えた基板搬送機構が達成される。

本発明の一形態例を示す基板搬送機構の平面図である。図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。同じく基板を載置するトレイの回転位相角を調整する説明図である。同じく突き上げピンを上動位置に移動させる説明図である。同じく搬送用アームにより突き上げピン上に基板を載置する説明図である。同じく突き上げピンを下動位置に戻してトレイに基板を載置する説明図である。同じく基板を周状に並べてトレイに載置する説明図である。

図１乃至図７は、本発明の基板搬送機構の一形態例を示すものである。基板搬送機構１１は、半導体薄膜を成膜する気相成長装置の一要素であって、図１及び図２に示すように、気相成長用の反応炉室（図示せず）に隣接する搬送室１２内に設けられ、反応炉室に対して基板支持部材１３の収納又は取り出し動作を行う搬送用ロボット１４と、該搬送用ロボット１４に付設される基板入替装置１５とを備えている。これらの各装置は、センシングによって位置調整しながら実際の移動を行うように多軸制御され、基板搬送に適合した駆動精度を有している。

搬送室１２は、直方体状の内部空間に各種装置を収容したものであって、１枚の隔壁１６によって第１の空間１７と第２の空間１８との２室が並んで区画されている。両空間１７，１８は、隔壁１６に設けられたゲートバルブ１９を介して互いに接続されている。第１の空間１７には、前記基板入替装置１５の一部として機能する搬送用アーム２０と、基板の向きを調節するためのオリエンタ２１とが設置されており、搬送用アーム２０の基板ピックアップ部２０ａで保持した基板を搬入搬出する際にゲートバルブ１９が開閉するようになっている。

一方、第２の空間１８は、基板支持部材１３が収まる程度に幅寸法や奥行き寸法が小さく抑えられており、この空間には前記搬送用ロボット１４と、基板入替装置１５の一部として機能する昇降装置２２とが設置されている。

基板支持部材１３は、基板２３が載置される円環形状のトレイ２４と、該トレイ２４を周方向に複数並べて配置した円盤状のサセプタカバー２５とを有している。トレイ２４には、基板２３の円形状に対応した基板載置部（係合凹部）２４ａが設けられている。サセプタカバー２５には、トレイ２４の外形状（外径）に対応する円形開口形状のトレイ保持部（係合凹部）２５ａが設けられており、このトレイ保持部２５ａは、サセプタカバー２５と同心の円周上に等間隔で６箇所設けられている。トレイ保持部２５ａにトレイ２４を嵌め込むと係合状態で保持され、これにより、６つのトレイ２４が、つまり６枚の基板２３が円周状に並んで安定的に配置される。

搬送用ロボット１４は、複数のアーム部材２６ａ，２６ｂ同士を水平回動自在に連結した多関節アーム２６を備え、これらアーム部材２６ａ，２６ｂを回動して、トレイ保持部２５ａに保持したトレイ２４をサセプタカバー２５の中心軸Ｃを通る径方向に移動させる。すなわち、トレイ２４上の基板２３は、搬送用ロボット１４の動作に従って直線移動（図１の左右方向に移動）し、反応炉室内の収納位置と、反応炉室内から搬送室１２の第２の空間１８に取り出した基板入替位置（図１）との間で移動可能になっている。

多関節アーム２６は、前記基板入替位置においてサセプタカバー２５の略真下に位置し、図示は省略するが、台座部やこれに連結されるアーム基部材を含む各部（アーム部材２３ａ，２３ｂ）がまとまった形で設けられている。各関節には、モータなどのアクチュエータが取り付けられ、アクチュエータの駆動はコントローラ（制御装置）からの制御信号により制御される。

また、多関節アーム２６における最も先端側のアーム部材２６ｂには、サセプタカバー２５をその中心軸Ｃまわりに回転可能に支持する回転装置（回転テーブル）２７が設けられている（図２）。回転装置２７は、サセプタカバー２５に回転を与えてトレイ２４をサセプタカバー２５の周方向に移動させるもので、中央部に回転駆動ユニットを内蔵したフレーム体からなり、一端側がアーム部材２６ｂに回動可能に連結されてサセプタカバー２５の中心軸Ｃを通る径方向に延び、他端側にはトレイ保持部２５ａの位置（回転半径）に対応した開口部（図示せず）が設けられている。

昇降装置２２は、トレイ２４上の基板２３を入れ替えるときに作動するもので、前記回転装置２７の開口部直下に１台設けられ、その固定は、例えば、室内の床に据え付けて固定する構成や、取付ブラケットを介して回転装置２７に固定する構成などが挙げられる。昇降装置２２の本体には、図４などに示すように、上下方向に出没可能な突き上げピン２２ａが設けられ、この突き上げピン２２ａを本体から出没させることで、基板入替位置にあるサセプタカバー２５に対して基板２３を単独で、あるいは、アタッチメントを介して基板２３をトレイ２４と一体で昇降させる。

定位置に設けた昇降装置２２を作動して基板入替作業を行う場合、回転位相角制御手段として機能する前記コントローラから作動指令が出され、これを受けて回転装置２７の回転駆動ユニットでは、サセプタカバー２５を右回転又は左回転のどちらか一方向に回転させ、６箇所のトレイ保持部２５ａにそれぞれ保持したトレイ２４を、順次、間欠的に昇降装置２２と上下重なり合う位置、つまり、突き上げピン２２ａが機能する位置に周方向移動（円弧移動）させる。

このように構成された基板搬送機構１１を用いて、例えば、未処理の基板を炉内に設置する場合、以下の順で進行する基板搬送機構１１の自動制御がなされる。まず、図３に示すように、サセプタカバー２５を基板入替位置に保持した状態で、搬送用アーム２０により基板２３が搬送室１２の第２の空間１８に搬入される。そして、基板２３を載置する基準トレイ２４を特定し、このトレイ２４の回転位相角を調整する（位置だし工程）。これにより、トレイ２４と昇降装置２２とが上下重なり合う位置で対応付けられる。

次いで、図４に示すように、昇降装置２２を作動させて突き上げピン２２ａを上動位置に移動する（ピン上昇工程）。次いで、図５に示すように、搬送用アーム２０による基板保持を解除して、基板２３を突き上げピン２２ａ上に載置する（ピン上載置工程）。次いで、図６に示すように、突き上げピン２２ａを下動位置に戻してトレイ２４に基板２３を載置し（トレイ上載置工程）、搬送用アーム２０を搬送室１２の第１の空間１７に退室させる。これにより、基板２３は、基板載置部２４ａに係合して保持され、安定状態となる。

ここで、前記各工程を一巡した後、二巡目以降のそれぞれの開始前に、基板２３を載置するトレイ２４の回転位相角が調整される。したがって、本実施形態のように基板２３を６枚載置するならば、サセプタカバー２５の回転サイクル（一周期）の中で、基準トレイ２４を特定した位置から６０度ずつ回転位相角が調整され、各トレイ２４は、サセプタカバー２５の周方向に順次、間欠的に移動される。こうして、６枚の基板２３の全てが周状に並んで各トレイ２４に載置された状態になる。最後に、搬送用ロボット１４の多関節アーム２６を作動させて、サセプタカバー２５及びトレイ２４を反応炉室に収納する（炉内収納工程）。

このように、本発明によれば、基板搬送機構１１に備わる搬送用ロボット１４が、トレイ保持部２５ａに保持したトレイ２４をサセプタカバー２５の径方向に移動させる多関節アーム２６と、トレイ２４をサセプタカバー２５の周方向に移動させる回転装置２７とを備えているので、反応炉室に対して複数の基板２３を一括で収納したり、取り出したりする作業の流れが滞りなく行え、また、基板２３の入替作業を反応炉室から取り出して即座に行えることから、作業効率はもとより、入替作業に伴う専用スペースをなくして装置の一層の小型化を図ることができる。すなわち、気相成長における生産性や品質の向上を図り、もって、大口径基板のニーズに応えることが可能な搬送用ロボット１４を備えた基板搬送機構１１が達成される。

さらに、搬送用ロボット１４が、複数のトレイ保持部２５ａにそれぞれ保持したトレイ２４を、順次、間欠的に昇降装置２２と上下重なり合う位置に移動させる回転位相角制御手段を備えているので、複数枚の基板２３を入れ替える作業が精度よく安定して行え、これにより、昇降装置２２に備わる突き上げピン２２ａの機能を最大限に活用可能な基板搬送機構及びこれを用いた基板搬送方法が達成される。

なお、基板搬送について、成膜がなされた処理済の基板に対して行う場合、基板は、反応炉室から取り出された後、基板入替位置において設置時と逆の手順で回収されて、次工程に引き継がれる。また、搬送用ロボットは、回転装置とこれを円滑に作動させるシステムとを備えていればよく、必要に応じて適宜変更を加えることができる。さらに、基板支持部材の構成についても基板のサイズなどに応じて最適化が図れ、例えば、基板をトレイと一体的に取り扱うような使用態様にも柔軟に応じることができる。

１１…基板搬送機構、１２…搬送室、１３…基板支持部材、１４…搬送用ロボット、１５…基板入替装置、１６…隔壁、１７…第１の空間、１８…第２の空間、１９…ゲートバルブ、２０…搬送用アーム、２０ａ…基板ピックアップ部、２１…オリエンタ、２２…昇降装置、２２ａ…突き上げピン、２３…基板、２４…トレイ、２４ａ…基板載置部、２５…サセプタカバー、２５ａ…トレイ保持部、２６…多関節アーム、２６ａ，２６ｂ…アーム部材、２７…回転装置

Claims

気相成長用の反応炉室に隣接する搬送室内に設けられ、前記反応炉室に対して基板支持部材の収納又は取り出し動作を行う搬送用ロボットと、該搬送用ロボットに付設される基板入替装置とを備えている基板搬送機構において、
前記基板支持部材は、基板が載置されるトレイと、該トレイを周方向に複数並べて配置した円盤状のサセプタカバーとを有し、
前記サセプタカバーは、前記トレイの外形に対応する開口形状のトレイ保持部を有するとともに、該トレイ保持部に前記トレイを保持してなり、
前記搬送用ロボットは、前記トレイ保持部に保持したトレイを前記サセプタカバーの径方向に移動させる多関節アームと、前記トレイを前記サセプタカバーの周方向に移動させる回転装置とを備えていることを特徴とする基板搬送機構。
前記基板入替装置は、前記サセプタカバーに対して基板を昇降させる昇降装置を備え、
前記搬送用ロボットは、前記回転装置に作動指令を与えて、複数の前記トレイ保持部にそれぞれ保持したトレイを、順次、間欠的に前記昇降装置と上下重なり合う位置に移動させる回転位相角制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の基板搬送機構。
前記昇降装置は、上動位置で前記基板を載置する上下出没可能な突き上げピンを備えていることを特徴とする請求項２記載の基板搬送機構。
請求項３記載の基板搬送機構を用いた基板搬送方法であって、
前記回転位相角制御手段により前記トレイを前記昇降装置と上下重なり合う位置に移動する位置だし工程と、
前記昇降装置を作動させて前記突き上げピンを上動位置に移動するピン上昇工程と、
基板を前記突き上げピン上に載置するピン上載置工程と、
前記突き上げピンを下動位置に戻して前記トレイに基板を載置するトレイ上載置工程と、を順に行うことを特徴とする基板搬送方法。