JP5689367B2 - 基板搬送方法および基板搬送機 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハなどの基板を搬送する基板搬送方法および基板搬送機に関し、特に基板処理装置内で基板を搬送する方法および該基板処理装置に搭載される基板搬送機に関するものである。

基板の研磨や洗浄などを行う基板処理装置には、処理ユニット間で基板の受け渡しを行うための基板搬送機が不可欠である。基板搬送機には様々なタイプのものが存在するが、中でも、基板の周端部を把持して該基板を搬送する機構を持つ基板搬送機が広く使用されている。

基板搬送機は、所定の基板搬送動作ができるように、基板搬送機と処理ユニット側の基板支持台との間で位置決め調整（ティーチング作業）を行う必要がある。この位置決め調整が不十分であると、基板と基板支持台との間で擦れが生じ、基板へのダメージやパーティクル発生の原因となってしまう。さらには、基板を所定の場所から他の所定の場所へ搬送することができないことがある。このような問題を回避するために、非常に厳密な位置決め調整が要求されていた。

特開２０１０−５０４３６号公報 特開平１０−１７７９９９号公報

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、基板搬送機自体の位置決め調整の許容範囲を広げ、基板へのダメージ、パーティクルの発生、基板の搬送不良を防止することができる基板搬送方法および基板搬送機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を搬送する方法において、円筒面と、前記円筒面の上端から上方に傾斜する上側のテーパ面と、前記円筒面の下端から下方に傾斜する下側のテーパ面とからなる溝が複数形成された一対の支持アームにより、基板の周端部が前記溝に挿入された状態で該基板の周端部を支持し、前記一対の支持アームを反転させることで前記基板を反転させて、該基板の周端部を前記上側のテーパ面で支持し、前記円筒面と前記基板の周端部との間に所定のクリアランスが形成された状態で、反転された前記支持アームおよび前記基板を移動機構により移動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記上側のテーパ面と前記下側のテーパ面は対称的な形状を有していることを特徴とする。

本発明の他の態様は、基板を搬送する基板搬送機において、基板の周端部を支持する一対の支持アームと、前記支持アームを互いに近接および離間する方向に移動させる開閉機構と、前記一対の支持アームを反転させる反転機構と、前記開閉機構に連結された移動機構とを備え、前記一対の支持アームは、円筒面と、前記円筒面の上端から上方に傾斜する上側のテーパ面と、前記円筒面の下端から下方に傾斜する下側のテーパ面とからなる溝を複数有しており、前記開閉機構は、基板の周端部が前記溝に挿入され、かつ前記円筒面と前記基板の周端部との間に所定のクリアランスが形成されるまで前記支持アームを互いに近接する方向に移動させ、前記反転機構は、前記一対の支持アームを反転させることで前記基板を反転させて、該基板の周端部を前記上側のテーパ面で支持させ、前記移動機構は、前記所定のクリアランスを維持した状態で、反転された前記支持アームおよび前記基板を移動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、基板の有無を検知する基板検知器をさらに備えたこと特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記上側のテーパ面と前記下側のテーパ面は対称的な形状を有していることを特徴とする。

本発明によれば、基板を基板支持台（例えば、基板の仮置き台）に載置するときに、基板の横方向の動きがクリアランスにより許容される。したがって、基板と基板支持部とが強く擦り合わされることがなく、基板へのダメージ、パーティクルの発生、および基板の搬送不良を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る基板搬送機を備えた基板処理装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る基板搬送機（スイングトランスポータ）を示す斜視図である。 スイングトランスポータの把持機構を示す正面図である。 支持アームのチャックを示す拡大図である。 支持アームのチャックおよび仮置き台のピンの拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板搬送機を備えた基板処理装置を示す図である。図１に示すように、この基板処理装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。基板処理装置は、基板処理動作を制御する制御部５を有している。

ロード／アンロード部２は、多数の基板（例えば、半導体ウェハ）をストックするウェハカセットが載置されるフロントロード部２０を備えている。このロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。

研磨部３は、基板の研磨（平坦化）が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ａと、基板を保持しかつ基板を研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するためのトップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液（例えばスラリ）やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための研磨液供給ノズル３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うためのドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射するアトマイザ３４Ａとを備えている。

同様に、第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｂと、トップリング３１Ｂと、研磨液供給ノズル３２Ｂと、ドレッサ３３Ｂと、アトマイザ３４Ｂとを備えており、第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｃと、トップリング３１Ｃと、研磨液供給ノズル３２Ｃと、ドレッサ３３Ｃと、アトマイザ３４Ｃとを備えており、第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ｄと、トップリング３１Ｄと、研磨液供給ノズル３２Ｄと、ドレッサ３３Ｄと、アトマイザ３４Ｄとを備えている。

第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３１Ａについて説明する。研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、この研磨パッド１０の上面は基板を研磨する研磨面を構成する。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａは、その軸心周りに回転するように構成されている。基板は、トップリング３１Ａの下面に真空吸着により保持される。

基板の研磨時には、研磨液供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨液が供給され、基板がトップリング３１Ａにより研磨面に押圧されて研磨される。研磨終了後は、ドレッサ３３Ａによる研磨面のドレッシング（コンディショニング）が行われ、さらにアトマイザ３４Ａから高圧の流体が研磨面に供給されて、研磨面に残留する研磨屑や砥粒などが除去される。

第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間で基板を搬送する機構である。また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間で基板を搬送する機構である。

基板は、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、そのスイング動作により研磨テーブル３０Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング３１Ａへの基板の受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。同様に、第２研磨ユニット３Ｂのトップリング３１Ｂは研磨テーブル３０Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング３１Ｂへの基板の受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃのトップリング３１Ｃは研磨テーブル３０Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング３１Ｃへの基板の受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄのトップリング３１Ｄは研磨テーブル３０Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング３１Ｄへの基板の受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。

第１搬送位置ＴＰ１には、搬送ロボット２２から基板を受け取るためのリフタ１１が配置されている。基板はこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、基板の搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１に基板が渡されるようになっている。

第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７への基板の受け渡しは、スイングトランスポータ１２によって行われる。基板は、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。また、研磨部３で研磨された基板はスイングトランスポータ１２により洗浄部４に搬送される。

図２はスイングトランスポータ１２の構造を示す斜視図である。このスイングトランスポータ１２は、本発明の一実施形態に係る基板搬送機である。スイングトランスポータ１２は、基板処理装置のフレーム１６０に設置されており、鉛直方向に延びるリニアガイド１６１と、リニアガイド１６１に取り付けられたスイング機構１６２と、スイング機構１６２を鉛直方向に移動させる昇降駆動機構１６５とを備えている。この昇降駆動機構１６５としては、サーボモータとボールねじを有するロボシリンダなどを採用することができる。

スイング機構１６２にはスイングアーム１６６を介して反転機構１６７が連結されている。さらに反転機構１６７には基板Ｗを把持する把持機構１７０が連結されている。スイングトランスポータ１２の側方には、図示しないフレームに設置された基板Ｗの仮置き台１８０が配置されている。この仮置き台１８０は、図１に示すように、第１リニアトランスポータ６に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ６と洗浄部４との間に位置している。

スイングアーム１６６は、スイング機構１６２の図示しないモータの駆動により該モータの回転軸を中心として旋回するようになっている。これにより、反転機構１６７および把持機構１７０が一体的に旋回運動し、把持機構１７０は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、および仮置き台１８０の間を移動する。

把持機構１７０は、基板Ｗを支持する一対の支持アーム１７１を有している。それぞれの支持アーム１７１は、基板Ｗの周端部を支持するチャック１７２を備えている。これらのチャック１７２は各支持アーム１７１の両端に位置しており、下方に突出して設けられている。基板Ｗはこれら複数の（図２では４つの）チャック１７２により保持される。把持機構１７０は、一対の支持アーム１７１を基板Ｗに近接および離間する方向に移動させる開閉機構１７３をさらに備えている。

図３は、把持機構１７０を示す正面図である。図３に示すように、支持アーム１７１は、開閉機構１７３に連結されており、図３の矢印で示すように、支持アーム１７１は互いに近接および離間する方向に移動する。基板Ｗは、支持アーム１７１のチャック１７２によって保持される。

図４は、支持アーム１７１のチャック１７２を示す拡大図である。チャック１７２は円筒状の部材であり、図４に示すように、チャック１７２には基板Ｗの周端部が緩やかに嵌合する環状の溝１７５が形成されている。この溝１７５は、円筒面１７５ａと、この円筒面１７５ａの上端から上方に傾斜する環状のテーパ面１７５ｂと、円筒面１７５ａの下端から下方に傾斜する環状のテーパ面１７５ｃとから構成されている。基板Ｗの周端部は、テーパ面１７５ｃ上に載置される。

チャック１７２が基板Ｗを支持しているとき、チャック１７２と基板Ｗの周端部との間には所定のクリアランスが形成されている。すなわち、基板Ｗはチャック１７２によって完全には拘束されず、チャック１７２の溝１７５により緩やかに保持されるようになっている。支持アーム１７１のチャック１７２と基板Ｗの周端部とのクリアランスは、基板Ｗの半径方向におけるクリアランスであり、より具体的には、溝１７５を構成する円筒面１７５ａと基板Ｗの周端部とのクリアランスである。このクリアランスは、基板Ｗを支持しているときの２つの支持アーム１７１間の間隔（距離）によって決定される。支持アーム１７１間の間隔は、開閉機構１７３に予め設定されている。

開閉機構１７３の下部には、基板検知センサ１７６が設けられている。この基板検知センサ１７６は、支持アーム１７１の間に基板が存在するか否かを検知するように構成されている。基板の搬送中に基板の落下などの原因で基板が存在しないと基板検知センサ１７６によって検知されると、基板の搬送動作が停止されるようになっている。

反転機構１６７は、把持機構１７０に連結された回転軸１６８と、この回転軸１６８を回転させるモータ（図示せず）とを有している。モータにより回転軸１６８を駆動させることにより、把持機構１７０は、その全体が１８０度回転し、これにより把持機構１７０に把持された基板Ｗが反転する。このように、把持機構１７０全体が反転機構１６７により反転するので、従来必要であった把持機構と反転機構との間の基板の受け渡しを省くことができる。なお、基板Ｗを第４搬送位置ＴＰ４から第５搬送位置ＴＰ５に搬送するときは、反転機構１６７は基板Ｗを反転させず、被研磨面が下を向いた状態で基板Ｗが搬送される。一方、基板Ｗを第４搬送位置ＴＰ４または第５搬送位置ＴＰ５から仮置き台１８０に搬送するときは、研磨された面が上を向くように反転機構１６７によって基板Ｗが反転させられる。

基板Ｗの搬送は次のようにして行われる。まず、支持アーム１７１を開いた状態で、チャック１７２の溝１７５が基板Ｗと同一平面内に位置するまで把持機構１７０を昇降駆動機構１６５により下降させる。そして、開閉機構１７３を駆動して支持アーム１７１を互いに近接する方向に移動させ、支持アーム１７１のチャック１７２と基板Ｗの周端部との間にクリアランスが形成された状態で基板Ｗの周端部を支持する。この状態で、昇降駆動機構１６５により支持アーム１７１および基板Ｗを上昇させ、さらにスイング機構１６２により支持アーム１７１および基板Ｗを旋回させる。本実施形態においては、昇降駆動機構１６５およびスイング機構１６２は、基板Ｗおよび支持アーム１７１を移動させる移動機構を構成する。

スイング機構１６２により基板Ｗを旋回させる前に、基板Ｗを反転機構１６７により反転させてもよい。溝１７５の上側のテーパ面１７５ｂと下側のテーパ面１７５ｃとは対称的な形状を有しており、基板Ｗが反転したときは、上側のテーパ面１７５ｂにより基板Ｗの周端部が支持される。基板Ｗの周端部は、チャック１７２の溝１７５に挿入されているので、基板Ｗが反転しても、チャック１７２から基板Ｗが落下することはない。したがって、スイングトランスポータ１２は、基板Ｗの把持、反転、および搬送を一連の動作として行うことができる。

仮置き台１８０は、ベースプレート１８１と、このベースプレート１８１の上面に固定された複数の（図２では２本の）垂直ロッド１８２と、ベースプレート１８１の上面に固定された１つの逆Ｌ字型の水平ロッド１８３とを有している。水平ロッド１８３は、ベースプレート１８１の上面に接続された垂直部１８３ａと、この垂直部１８３ａの上端から把持機構１７０に向かって水平に延びる水平部１８３ｂとを有している。水平部１８３ｂの上面には基板Ｗを支持するための複数の（図２では２つの）ピン１８４が設けられている。垂直ロッド１８２の上端にも、基板Ｗを支持するためのピン１８４がそれぞれ設けられている。これらのピン１８４の先端は同一水平面内に位置している。水平ロッド１８３は、垂直ロッド１８２よりも基板Ｗの旋回移動の中心（すなわち、スイング機構１６２のモータの回転軸）に近い位置に配置されている。

反転機構１６７により反転させられた把持機構１７０は、基板Ｗを把持したまま、仮置き台１８０に向かってスイング機構１６２により移動される。開閉機構１７３は、水平ロッド１８３の水平部１８３ｂとベースプレート１８１との間の空間に進入し、基板Ｗおよび支持アーム１７１はピン１８４の上方を移動する。全てのピン１８４が基板Ｗの下方に位置したときに、スイング機構１６２による把持機構１７０の旋回が停止される。この状態で、把持機構１７０が下降し、さらに支持アーム１７１が開くことで基板Ｗが仮置き台１８０のピン１８４上に載置される。

図５は、支持アーム１７１のチャック１７２および仮置き台１８０のピン１８４の拡大図である。図５においては、反転機構１６７により反転させられたチャック１７２および基板Ｗが示されている。図５に示すように、各ピン１８４の上端には下方に傾斜するテーパ面１８４ａが形成されている。スイングトランスポータ１２によって搬送された基板Ｗは、テーパ面１８４ａ上に載置される。

上述したように、チャック１７２と基板Ｗの周端部との間にはクリアランスが設けられている。このクリアランスは、基板Ｗを仮置き台１８０のピン１８４上に置いたときの、基板Ｗの横方向の動きを許容する。したがって、スイングトランスポータ１２と仮置き台１８０との間に位置決め誤差があったり経時的な位置ずれが生じたとしても、基板Ｗと仮置き台１８０とが強く擦り合わされることがない。結果として、基板Ｗへのダメージ、基板Ｗからのパーティクルの発生、基板Ｗの搬送不良などを防止することができる。

さらに、次のような効果も得られる。図１に示すように、基板Ｗは、第４搬送位置ＴＰ４または第５搬送位置ＴＰ５、スイングトランスポータ１２、仮置き台１８０の順に搬送される。もし、支持アーム１７１のチャック１７２と基板Ｗとの間のクリアランスが設けられていないとすると、搬送位置ＴＰ４またはＴＰ５とスイングトランスポータ１２との間の位置決め誤差の影響により、スイングトランスポータ１２と仮置き台１８０との間の位置決めが難しくなる。上記実施形態によれば、チャック１７２と基板Ｗとの間に設けられたクリアランスが位置決め誤差を吸収することができるので、スイングトランスポータ１２と仮置き台１８０との間の位置決め調整を容易にすることができる。

仮置き台１８０に載置された基板Ｗは、洗浄部４の第１の搬送ロボット２０９によって洗浄部４に搬送される。図１に示すように、洗浄部４は、研磨された基板Ｗを洗浄液で洗浄する一次洗浄モジュール２０１および二次洗浄モジュール２０２と、洗浄された基板Ｗを乾燥する乾燥モジュール２０５とを備えている。第１の搬送ロボット２０９は、基板Ｗを仮置き台１８０から一次洗浄モジュール２０１に搬送し、さらに一次洗浄モジュール２０１から二次洗浄モジュール２０２に搬送するように動作する。二次洗浄モジュール２０２と乾燥モジュール２０５との間には、第２の搬送ロボット２１０が配置されている。この第２の搬送ロボット２１０は、基板Ｗを二次洗浄モジュール２０２から乾燥モジュール２０５に搬送するように動作する。

乾燥された基板Ｗは、搬送ロボット２２により乾燥モジュール２０５から取り出され、ウェハカセットに戻される。このようにして、研磨、洗浄、および乾燥を含む一連の処理が基板に対して行われる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ ハウジング
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 研磨ユニット
４ 洗浄部
５ 制御部
６ 第１リニアトランスポータ
７ 第２リニアトランスポータ
１０ 研磨パッド
１１ リフタ
１２ スイングトランスポータ（基板搬送機）
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ トップリング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 研磨液供給ノズル
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ ドレッサ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ アトマイザ
１６２ スイング機構
１６５ 昇降駆動機構
１６７ 反転機構
１７０ 把持機構
１７１ 支持アーム
１７２ チャック
１７５ 溝
１７６ 基板検知センサ
１８０ 仮置き台
２０１ 一次洗浄モジュール
２０２ 二次洗浄モジュール
２０５ 乾燥モジュール
２０９ 第１搬送ロボット
２１０ 第２搬送ロボット

Claims (5)

1. 基板を搬送する方法において、
   円筒面と、前記円筒面の上端から上方に傾斜する上側のテーパ面と、前記円筒面の下端から下方に傾斜する下側のテーパ面とからなる溝が複数形成された一対の支持アームにより、基板の周端部が前記溝に挿入された状態で該基板の周端部を支持し、
   前記一対の支持アームを反転させることで前記基板を反転させて、該基板の周端部を前記上側のテーパ面で支持し、
   前記円筒面と前記基板の周端部との間に所定のクリアランスが形成された状態で、反転された前記支持アームおよび前記基板を移動機構により移動させることを特徴とする基板搬送方法。
2. 前記上側のテーパ面と前記下側のテーパ面は対称的な形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の基板搬送方法。
3. 基板を搬送する基板搬送機において、
   基板の周端部を支持する一対の支持アームと、
   前記支持アームを互いに近接および離間する方向に移動させる開閉機構と、
   前記一対の支持アームを反転させる反転機構と、
   前記開閉機構に連結された移動機構とを備え、
   前記一対の支持アームは、円筒面と、前記円筒面の上端から上方に傾斜する上側のテーパ面と、前記円筒面の下端から下方に傾斜する下側のテーパ面とからなる溝を複数有しており、
   前記開閉機構は、基板の周端部が前記溝に挿入され、かつ前記円筒面と前記基板の周端部との間に所定のクリアランスが形成されるまで前記支持アームを互いに近接する方向に移動させ、
   前記反転機構は、前記一対の支持アームを反転させることで前記基板を反転させて、該基板の周端部を前記上側のテーパ面で支持させ、
   前記移動機構は、前記所定のクリアランスを維持した状態で、反転された前記支持アームおよび前記基板を移動させることを特徴とする基板搬送機。
4. 基板の有無を検知する基板検知器をさらに備えたこと特徴とする請求項３に記載の基板搬送機。
5. 前記上側のテーパ面と前記下側のテーパ面は対称的な形状を有していることを特徴とする請求項３または４に記載の基板搬送機。

Images