特開 2024-149708 基板保持体、基板搬送装置及び基板保持体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024149708

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】基板保持体、基板搬送装置及び基板保持体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024130696

(22)【出願日】2024-08-07

(62)【分割の表示】P 2020184955の分割

【原出願日】2020-11-05

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】松本 航

(57)【要約】

【課題】基板の搬送装置において基板保持体の温度を適切に調節する。
【解決手段】基板を搬送する装置に設けられ、当該基板を保持する基板保持体であって、本体部と、前記本体部の内部に形成されたヒートパイプと、を有し、前記ヒートパイプは、前記本体部に形成された流路によって形成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を搬送する装置に設けられ、当該基板を保持する基板保持体であって、
本体部と、
前記本体部の内部に形成されたヒートパイプと、を有し、
前記ヒートパイプは、前記本体部に形成された流路によって形成される、基板保持体。

【請求項2】

前記本体部は、セラミック製である、請求項１に記載の基板保持体。

【請求項3】

前記ヒートパイプは、前記流路の内部に形成されたセラミック製のウィックを備える、請求項１又は２に記載の基板保持体。

【請求項4】

前記ウィックの空隙率は、前記本体部の空隙率より高い、請求項３に記載の基板保持体。

【請求項5】

前記ヒートパイプは、前記流路の開口端部に設けられた封止部材を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板保持体。

【請求項6】

前記ヒートパイプは、前記本体部の先端から基端まで延伸している、請求項１～５のいずれか一項に記載の基板保持体。

【請求項7】

基板を搬送する装置に設けられ、当該基板を保持する基板保持体であって、
本体部と、
前記本体部における１層に形成された作業流体の流路を備えるヒートパイプと、を有する、基板保持体。

【請求項8】

複数の処理装置に対して減圧雰囲気下で基板を搬送する基板搬送装置であって、
基板を保持する基板保持体と、
前記基板保持体を少なくとも水平方向に移動させる移動機構と、を有し、
前記基板保持体は、
本体部と、
前記本体部の内部に形成されたヒートパイプと、を有し、
前記ヒートパイプは、前記本体部に形成された流路によって形成される、基板搬送装置。

【請求項9】

前記本体部は、セラミック製である、請求項８に記載の基板搬送装置。

【請求項10】

前記移動機構には、温度調節機構が設けられている、請求項８又は９に記載の基板搬送装置。

【請求項11】

前記ヒートパイプは、前記本体部の先端から基端まで延伸し、
前記ヒートパイプの基端には、前記温度調節機構の熱が伝導する、請求項１０に記載の基板搬送装置。

【請求項12】

基板を搬送する装置に設けられ、当該基板を保持する基板保持体の製造方法であって、
（ａ）積層構造を有する本体部を形成する工程と、
（ｂ）前記本体部の１層に作動流体の流路を形成して、当該流路を備えるヒートパイプを形成する工程と、を有する、基板保持体の製造方法。

【請求項13】

前記本体部は、セラミック製である、請求項１２に記載の基板保持体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板保持体、基板搬送装置及び基板保持体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、処理容器内でウェハに熱処理を施す処理装置に対してウェハを搬出入させる搬送機構が開示されている。搬送機構は、複数のアームを有して屈伸及び旋回が可能になされたアーム部と、アーム部の先端に連結されてウェハを保持するフォーク部とを備える。フォーク部は、セラミック材よりなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１８７９１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、基板の搬送装置において基板保持体の温度を適切に調節する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、基板を搬送する装置に設けられ、当該基板を保持する基板保持体であって、本体部と、前記本体部の内部に形成されたヒートパイプと、を有し、前記ヒートパイプは、前記本体部に形成された流路によって形成される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基板の搬送装置において基板保持体の温度を適切に調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ウェハ処理システムの構成の概略を示す平面図である。

【図2】ウェハ搬送装置の構成の概略を示す斜視図である。

【図3】フォークの内部構成の概略を示す横断面図である。

【図4】フォークの内部構成の概略を示す縦断面図である。

【図5】フォークを製造する方法を示す説明図である。

【図6】フォークの製造方法においてヒートパイプを形成する方法を示す説明図である。

【図7】他の実施形態においてヒートパイプを形成する方法を示す説明図である。

【図8】他の実施形態においてヒートパイプを形成する方法を示す説明図である。

【図9】他の実施形態においてヒートパイプを形成する方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（基板；以下、「ウェハ」という。）に対して、例えば減圧雰囲気下（真空雰囲気下）で成膜処理やエッチング処理などの各種処理が行われる。例えば枚葉式の処理モジュールで複数種類の処理を行う場合には、内部に搬送装置を備えたトランスファモジュールの周囲に、複数の処理モジュールをゲートバルブを介して連結した、いわゆるクラスター型のウェハ処理システムが用いられる。そして、トランスファモジュール内の搬送装置を用いて、ウェハを各処理モジュールに向けて順に搬送し、ウェハに対して順次所望の処理を行うようになっている。

【0009】

ここで、一のウェハ処理システムにおいて複数の処理を行う場合、各処理の処理温度が異なる場合がある。例えば成膜処理は高温処理であるのに対し、エッチング処理は低温処理である。そして、例えば特許文献１に開示された搬送機構（搬送装置）では、高温処理及び低温処理のいずれの処理も行われたウェハを支持できるように、当該ウェハを支持するフォーク部（フォーク）には、高温処理に合わせた耐熱性を備えたセラミック材が用いられる。

【0010】

しかしながら、このように処理温度の異なる処理を行う場合、搬送装置によってウェハを適切な温度で搬送するのが困難であるため、様々な影響が起こり得る。例えば、高温処理の処理モジュール（高温チャンバ）に対してウェハを搬入出すると、ウェハからの温度や処理モジュールからの輻射熱によって、搬送装置においてウェハを保持するフォークの温度が上昇する。この状態で、低温処理の処理モジュール（低温チャンバ）に対してウェハを搬入出する場合、低温処理前のウェハが過剰に加熱された状態で低温チャンバに搬入されるため、プロセスレートが所望のレートから乖離するおそれがある。また、低温処理前のウェハと低温処理後のウェハにおいて温度差が生じるため、ウェハに対するダメージや割れなどが発生するおそれがある。

【0011】

したがって、従来の搬送装置には改善の余地があり、搬送装置のフォークを適切に温度調節することが所望されている。

【0012】

本開示にかかる技術は、基板の搬送装置において基板保持体の温度を適切に調節する。以下、本実施形態にかかる基板搬送装置としてのウェハ搬送装置、基板保持体としてのフォーク、及びフォークの製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0013】

＜ウェハ処理システムの構成＞
先ず、本実施形態にかかるウェハ搬送装置を備えたウェハ処理システムの構成について説明する。図１は、ウェハ処理システムの構成の概略を示す平面図である。本実施形態においては、ウェハ処理システム１が、基板としてのウェハＷに成膜処理とエッチング処理を行うための各種処理モジュールを備える場合について説明する。なお、本開示のウェハ処理システム１の構成はこれに限られず、任意に選択され得る。

【0014】

図１に示すようにウェハ処理システム１は、常圧部１０と、減圧部１１とがロードロックモジュール２０ａ、２０ｂを介して一体に接続された構成を有している。常圧部１０では、常圧雰囲気下（大気雰囲気下）において複数のウェハＷを収容可能な後述のフープ３１の搬入出が行われ、さらにロードロックモジュール２０ａ、２０ｂに対してウェハＷが搬送される。減圧部１１では、減圧雰囲気下（真空雰囲気下）においてウェハＷに所望の処理が行われ、さらにロードロックモジュール２０ａ、２０ｂに対してウェハＷが搬送される。

【0015】

ロードロックモジュール２０ａは、常圧部１０の後述するローダーモジュール３０から搬送されたウェハＷを、減圧部１１の後述するトランスファモジュール４０に引き渡すため、ウェハＷを一時的に保持する。

【0016】

ロードロックモジュール２０ａは、ゲートバルブ２１ａを介して後述するローダーモジュール３０に接続されている。また、ロードロックモジュール２０ａは、ゲートバルブ２２ａを介して後述するトランスファモジュール４０に接続されている。このゲートバルブ２１ａ、２２ａにより、ロードロックモジュール２０ａと、ローダーモジュール３０及びトランスファモジュール４０との間の気密性の確保と互いの連通を両立する。

【0017】

ロードロックモジュール２０ａにはガスを供給する給気部（図示せず）とガスを排出する排気部（図示せず）が接続され、当該給気部と排気部によって内部が常圧雰囲気と減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。すなわちロードロックモジュール２０ａは、常圧雰囲気の常圧部１０と、減圧雰囲気の減圧部１１との間で、適切にウェハＷの受け渡しができるように構成されている。

【0018】

なお、ロードロックモジュール２０ｂはロードロックモジュール２０ａと同様の構成を有している。すなわち、ロードロックモジュール２０ｂは、ローダーモジュール３０側のゲートバルブ２１ｂ、トランスファモジュール４０側のゲートバルブ２２ｂを有している。

【0019】

なお、ロードロックモジュール２０ａ、２０ｂの数や配置は、本実施形態に限定されるものではなく、任意に設定できる。

【0020】

常圧部１０は、ウェハ搬送装置（図示せず）を備えたローダーモジュール３０と、複数のウェハＷを保管可能なフープ３１を載置するロードポート３２とを有している。なお、ローダーモジュール３０は、ＥＦＥＭ（Ｅｐｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）とも称される。

【0021】

ローダーモジュール３０は内部が矩形の筐体からなり、筐体の内部は常圧雰囲気に維持されている。ローダーモジュール３０の筐体の長辺を構成する一側面には、複数、例えば３つのロードポート３２が並設されている。ローダーモジュール３０の筐体の長辺を構成する他側面には、ロードロックモジュール２０ａ、２０ｂが並設されている。また、ローダーモジュール３０は、筐体の内部においてその長手方向に移動可能なウェハ搬送装置（図示せず）を有している。ウェハ搬送装置はロードポート３２に載置されたフープ３１とロードロックモジュール２０ａ、２０ｂとの間でウェハＷを搬送できる。

【0022】

なお、ロードポート３２の数や配置は、本実施形態に限定されるものではなく、任意に設計できる。また、常圧部１０には、常圧雰囲気下でウェハＷに所望の処理を行う処理モジュール、例えばウェハＷの水平方向の向きを調節する処理を行うモジュールが設けられていてもよい。

【0023】

フープ３１は複数、例えば１ロット２５枚のウェハＷを等間隔で多段に重なるようにして収容する。また、ロードポート３２に載置されたフープ３１の内部は、例えば、大気や窒素ガスなどで満たされて密閉されている。

【0024】

減圧部１１は、ウェハＷを各種処理モジュールに搬送するトランスファモジュール４０と、ウェハＷに成膜処理を行う処理装置としての成膜モジュール４１と、ウェハＷにエッチング処理を行う処理装置としてのエッチングモジュール４２とを有している。トランスファモジュール４０、成膜モジュール４１、及びエッチングモジュール４２の内部は、それぞれ減圧雰囲気に維持される。トランスファモジュール４０に対し、成膜モジュール４１及びエッチングモジュール４２は複数、例えば２つずつ設けられている。なお、トランスファモジュール４０は、ＶＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）とも称される。

【0025】

また、成膜モジュール４１及びエッチングモジュール４２はそれぞれ、ゲートバルブ４３、４４を介して、トランスファモジュール４０に接続されている。このゲートバルブ４３、４４により、トランスファモジュール４０と成膜モジュール４１及びエッチングモジュール４２の間の気密性の確保と互いの連通を両立する。

【0026】

なお、トランスファモジュール４０に設けられる処理モジュールの数や配置、及び処理の種類は本実施形態に限定されるものではなく、任意に設定できる。

【0027】

トランスファモジュール４０は内部が矩形の筐体からなり、上述したようにゲートバルブ２２ａ、２２ｂを介してロードロックモジュール２０ａ、２０ｂに接続されている。トランスファモジュール４０は、ロードロックモジュール２０ａに搬入されたウェハＷを一の成膜モジュール４１、一のエッチングモジュール４２に順次搬送して成膜処理とエッチング処理を行った後、ロードロックモジュール２０ｂを介して常圧部１０に搬出する。

【0028】

トランスファモジュール４０の内部には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送装置５０が設けられている。なお、ウェハ搬送装置５０の詳細な構成については後述する。

【0029】

以上のウェハ処理システム１には、制御部６０が設けられている。制御部６０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御部６０にインストールされたものであってもよい。

【0030】

＜ウェハ処理システムにおけるウェハ処理＞
本実施形態にかかるウェハ処理システム１は以上のように構成されている。次に、ウェハ処理システム１におけるウェハ処理について説明する。

【0031】

先ず、複数のウェハＷを収納したフープ３１がロードポート３２に載置される。

【0032】

次に、ウェハ搬送装置（図示せず）によって、フープ３１からウェハＷが取り出され、ロードロックモジュール２０ａに搬入される。ロードロックモジュール２０ａにウェハＷが搬入されると、ゲートバルブ２１ａが閉じられ、ロードロックモジュール２０ａ内が密閉され、減圧される。その後、ゲートバルブ２２ａが開放され、ロードロックモジュール２０ａの内部とトランスファモジュール４０の内部が連通される。

【0033】

次に、ロードロックモジュール２０ａとトランスファモジュール４０が連通すると、ウェハ搬送装置５０によってウェハＷが取り出され、ロードロックモジュール２０ａからトランスファモジュール４０に搬入される。

【0034】

次に、ゲートバルブ４３が開放され、ウェハ搬送装置５０によってウェハＷが成膜モジュール４１に搬入される。続いて、ゲートバルブ４３が閉じられ、ウェハＷに対して成膜処理が行われる。成膜処理が終了すると、ゲートバルブ４３が開放され、ウェハ搬送装置５０によってウェハＷが成膜モジュール４１から搬出される。そして、ゲートバルブ４３が閉じられる。

【0035】

次に、ゲートバルブ４４が開放され、ウェハ搬送装置５０によってウェハＷがエッチングモジュール４２に搬入される。続いて、ゲートバルブ４４が閉じられ、ウェハＷに対してエッチング処理が行われる。エッチング処理が終了すると、ゲートバルブ４４が開放され、ウェハ搬送装置５０によってウェハＷがエッチングモジュール４２から搬出される。そして、ゲートバルブ４４が閉じられる。

【0036】

次に、ゲートバルブ２２ｂが開放され、ウェハ搬送装置５０によってウェハＷがロードロックモジュール２０ｂに搬入される。ロードロックモジュール２０ｂ内にウェハＷが搬入されると、ゲートバルブ２２ｂが閉じられ、ロードロックモジュール２０ｂ内が密閉され、大気開放される。

【0037】

次に、ウェハ搬送装置（図示せず）によって、２枚のウェハＷがフープ３１に戻されて収容される。こうして、ウェハ処理システム１における一連のウェハ処理が終了する。

【0038】

＜ウェハ搬送装置の構成＞
次に、上述したウェハ搬送装置５０の構成について説明する。図２は、ウェハ搬送装置５０の構成の概略を示す斜視図である。

【0039】

図２に示すようにウェハ搬送装置５０は、多関節型のロボットであり、複数、例えば３つのアーム１０１、１０２、１０３を有している。アーム１０１、１０２、１０３は、搬送基台１０４に支持されている。

【0040】

第１アーム１０１は、基端が搬送基台１０４に接続され、先端が第２アーム１０２に接続されている。第２アーム１０２は、基端が第１アーム１０１に接続され、先端が第３アーム１０３に接続されている。第３アーム１０３は、基端が第２アーム１０２に接続されている。

【0041】

第１アーム１０１の基端と搬送基台１０４の間には、第１関節１１１が設けられている。第２アーム１０２の基端と第１アーム１０１の先端の間には、第２関節１１２が設けられている。第３アーム１０３の基端と第２アーム１０２の先端の間には、第３関節１１３が設けられている。これら関節１１１、１１２、１１３の内部にはそれぞれ、駆動機構（図示せず）が設けられている。この駆動機構により、各アーム１０１、１０２、１０３はそれぞれ、関節１１１、１１２、１１３を中心に回動自在（旋回自在）に構成されている。

【0042】

第１アーム１０１及び第２アーム１０２のそれぞれの内部には、常圧雰囲気の中空部が形成されている。各中空部には、第１アーム１０１、第２アーム１０２のそれぞれを所望の温度に調節するための温度調節機構（図示せず）が収容されている。温度調節機構には、公知の機構を任意に選択して用いることができ、例えば中空部にドライエアを供給することで温度調節が可能となる。

【0043】

なお、各中空部には、温度調節機構以外にも種々の部品が収容される。例えば、上記関節１１１、１１２、１１３の駆動機構に動力を伝えるためのケーブル（図示せず）が収容される。

【0044】

第３アーム１０３は、基板保持部としてのフォーク１２０（エンドエフェクタ）と、フォーク１２０を支持するハンド部１２１とを有している。フォーク１２０は、第３アーム１０３の先端側に設けられ、ウェハＷを保持する。ハンド部１２１は、第３アーム１０３の基端側に設けられ、第３関節１１３に取り付けられる。

【0045】

なお、本実施形態においてフォーク１２０は、搬送基台１０４の駆動機構によって鉛直方向に昇降自在に構成され、さらに関節１１１、１１２、１１３の駆動機構によって水平方向に移動自在に構成されている。すなわち、本実施形態では、搬送基台１０４及び関節１１１、１１２、１１３が、本開示における移動機構を構成している。

【0046】

＜フォークの構成＞
次に、フォーク１２０の構成について説明する。図３は、フォーク１２０の内部構成の概略を示す横断面図である。図４は、フォーク１２０の内部構成の概略を示す縦断面図である。

【0047】

図３及び図４に示すようにフォーク１２０は、本体部１３０と、本体部１３０の内部に形成されたヒートパイプ１４０とを有している。

【0048】

図３に示すように本体部１３０は、２股状に形成されており、２本の分岐部１３１と、２本の分岐部１３１を支持する支持部１３２とが一体に形成されている。本体部１３０は、セラミック材からなる。本体部１３０は薄く、その厚みは例えば２ｍｍ～３ｍｍである。なお、本体部１３０の上面には複数のパッド（図示せず）が設けられ、フォーク１２０はこれら複数のパッドでウェハＷを吸着保持する。

【0049】

ヒートパイプ１４０は、本体部１３０の内部において、複数、例えば２本形成されている。２本のヒートパイプ１４０は、２本の分岐部１３１の内部のそれぞれに形成され、さらに支持部１３２の内部にも形成されている。各ヒートパイプ１４０は、本体部１３０の先端から基端まで、すなわち分岐部１３１の先端から支持部１３２の基端まで延伸している。

【0050】

なお、ヒートパイプ１４０の幅や数、配置形状は、本実施形態に限定されるものではなく、任意に設定できる。但し、ヒートパイプ１４０がフォーク１２０の全体に設けられていると、フォーク１２０全体を均一に温度調節することができる。

【0051】

図３及び図４に示すようにヒートパイプ１４０は、作業流体の流路１４１と、ウィック１４２（毛細管構造）と、流路１４１の開口端部を封止する封止部材１４３とを有している。

【0052】

流路１４１は、本体部１３０の内部において、中空に形成される。流路１４１は、上述したように分岐部１３１の先端から支持部１３２の基端まで延伸している。

【0053】

ウィック１４２は、流路１４１の内部（側面視において内側）に形成され、流路１４１と同様に分岐部１３１の先端から支持部１３２の基端まで延伸している。ウィック１４２は、本体部１３０の同種のセラミック材からなる。本実施形態において、ウィック１４２の空隙率は本体部１３０の空隙率より高く、これによりウィック１４２は毛細管構造の役割を果たすことができる。但し、本体部１３０の空隙率が十分に高い場合には、ウィック１４２の空隙率を本体部１３０の空隙率と同じにしてもよい。

【0054】

封止部材１４３は、流路１４１の先端の開口端部と基端の開口端部の両端部に設けられる。封止部材１４３は、流路１４１の内部に作業流体を封入するものであれば限定されるものではないが、例えばセラミック部品が用いられる。

【0055】

ここで上述したように、本実施形態のウェハ処理システム１では、成膜モジュール４１においてウェハＷに成膜処理が行われた後、エッチングモジュール４２においてウェハＷにエッチング処理が行われる。かかる場合、高温処理の成膜処理を行う成膜モジュール４１に対してウェハＷを搬入出すると、フォーク１２０の温度が上昇する。この状態で、低温処理のエッチング処理を行うエッチングモジュール４２に対してウェハＷを搬入出すると、エッチング処理前のウェハＷが過剰に加熱された状態でエッチングモジュール４２に搬入されるため、エッチングレートが所望のレートから乖離するおそれがある。また、エッチング処理前のウェハＷとエッチング処理後のウェハＷにおいて温度差が生じるため、ウェハＷに対するダメージや割れなどが発生するおそれがある。

【0056】

この点、本実施形態では、第１アーム１０１及び第２アーム１０２に温度調節機構が設けられており、この温度調節機構によって、第１アーム１０１及び第２アーム１０２の温度が調節され、さらにハンド部１２１の温度も調節される。そして、フォーク１２０の内部にはヒートパイプ１４０が形成されているので、ヒートパイプ１４０を介してフォーク１２０がハンド部１２１と熱交換可能となる。この際、フォーク１２０は、加熱も冷却も可能である。そして、フォーク１２０の温度をハンド部１２１の温度に近づけることができ、当該フォーク１２０を所望の温度に制御して調節することができる。特にヒートパイプ１４０は熱伝達性能が高いため、基端を所望の温度に調整することで、先端までも所望の温度に調整することができる。またかかる場合、冷却液の循環部などを外部に設ける必要なく、フォーク１２０全体を目的の温度に制御して調整することが可能になる。

【0057】

また、ヒートパイプ１４０は、本体部１３０の先端から支持部１３２の基端まで延伸しているので、ヒートパイプ１４０の基端に温度調節機構の熱が伝導しやすく、フォーク１２０とハンド部１２１との熱交換をより効率よく行うことができる。したがって、フォーク１２０の温度をさらにハンド部１２１の温度に近づけることができ、フォーク１２０の温度をより適切に調節することができる。

【0058】

そして、このようにフォーク１２０の温度を調節できるので、一のウェハ処理システム１において処理温度の異なる複数の処理を行う場合であっても、フォーク１２０の温度を調節して、フォーク１２０に保持されるウェハＷの温度を適切に調節することができる。その結果、当該ウェハＷに対する各処理を適切に行うことができる。また、ウェハＷに温度差が生じることに起因する、ウェハＷの損傷を抑制することも可能となる。

【0059】

また、本実施形態では、第１アーム１０１及び第２アーム１０２に温度調節機構が設けられていたが、ハンド部１２１にも温度調節機構が設けられていてもよい。いずれにしても、ヒートパイプ１４０の基端部を温度調節機構、すなわち熱源に近づけて配置することで、フォーク１２０を適切な温度に調節することができる。なお、従来、ハンド部のみに温度調節機構、例えば放熱板を設けることが提案されている。しかしなら、ハンド部のみではフォークの温度調節効果は限定的である。本実施形態のように本体部１３０の内部にヒートパイプ１４０を設けることで、フォーク１２０の温度調節を適切に行うことができる。

【0060】

また、フォーク１２０の本体部１３０はセラミック材からなるので、高温処理に加えて低温処理にも耐え、フォーク１２０は広い温度帯に対応することができる。しかも、セラミック材は発塵が少なく、パーティクル等による周囲への汚染を抑制することもできる。

【0061】

＜フォークの製造方法＞
次に、フォーク１２０の製造方法について説明する。図５は、フォーク１２０を製造する方法を示す説明図である。図６は、フォーク１２０の製造方法においてヒートパイプ１４０を形成する方法を示す説明図である。

【0062】

［工程Ｓ１：素体成形工程］
先ず、工程Ｓ１において、セラミック材２００の内部にサポート材２１０が設けられたセラミック素体２２０を成形する。セラミック素体２２０の成形方法は任意であるが、本実施形態では、例えばセラミックの３Ｄプリント技術を利用して、セラミック材２００とサポート材２１０を積層してセラミック素体２２０を成形する。

【0063】

セラミック材２００には、セラミック粉体を媒体となる液体中に分散させた流動体スラリーを用いる。また、セラミック材２００は、本体部１３０として機能する本体部用セラミック材２０１と、ウィック１４２として機能するウィック用セラミック材２０２とを含む。サポート材２１０の材料は任意であるが、後述する工程Ｓ４において除去される材料が用いられる。

【0064】

セラミック素体２２０の成形には、公知の加工装置が用いられる。例えば加工装置は、セラミック材２００とサポート材２１０を吐出可能なインクジェットヘッドを備える。そして、これらセラミック材２００とサポート材２１０を１層ずつ積層して、立体構造を形成する。

【0065】

工程Ｓ１では、先ず、図５（ａ）に示すように本体部用セラミック材２０１を積層する。

【0066】

次に、図５（ｂ）に示すように本体部用セラミック材２０１、ウィック用セラミック材２０２、及びサポート材２１０をさらに積層する。サポート材２１０は後述する工程Ｓ４において除去され、ヒートパイプ１４０の流路１４１が形成される。このため、サポート材２１０は、本体部用セラミック材２０１の側面視内側において、流路１４１を形成する位置に形成される。

【0067】

ウィック用セラミック材２０２はウィック１４２として機能するため、サポート材２１０の側面視内側に形成される。また、ウィック用セラミック材２０２は、本体部用セラミック材２０１の空隙率より高い空隙率を有する。例えば、本体部用セラミック材２０１とウィック用セラミック材２０２に用いられるスラリーの配合を調整することで、それぞれのセラミック材２０１、２０２の空隙率を調整することができる。このように、ウィック用セラミック材２０２の空隙率が本体部用セラミック材２０１の空隙率より高いので、ウィック１４２は毛細管構造の役割を果たすことができる。但し、上述したように、本体部用セラミック材２０１の空隙率が十分に高い場合には、ウィック用セラミック材２０２の空隙率を本体部用セラミック材２０１の空隙率と同じにしてもよい。

【0068】

次に、図５（ｃ）及び図６（ａ）に示すように本体部用セラミック材２０１をさらに積層する。そうすると、セラミック素体２２０が成形される。すなわち、セラミック素体２２０は、本体部用セラミック材２０１の内部に、サポート材２１０とウィック用セラミック材２０２を備えた構成を有している。

【0069】

ここで、フォーク１２０（本体部１３０）の厚みは例えば２ｍｍ～３ｍｍと薄い。このようなセラミック薄板は焼成後に内部を切削して微細構造を形成することは難しく、従来の方法では、フォークの内部に温度調節のためのヒートパイプを形成することは困難であった。換言すれば、フォークの内部にヒートパイプを形成しようとすると、フォークの厚みが大きくなる。

【0070】

この点、本実施形態では、工程Ｓ１において、本体部用セラミック材２０１の内部に、サポート材２１０とウィック用セラミック材２０２の微細構造を形成することができる。すなわち、フォーク１２０の本体部１３０の厚みを薄く維持したまま、当該本体部１３０の内部にヒートパイプ１４０を構成するための微細構造を形成することができる。

【0071】

また、セラミック薄板に金属製のヒートパイプや冷媒配管を埋め込むことも考えられるが、このような場合と比較して、本実施形態のようにセラミック材からなる本体部１３０に微細構造を形成する場合、セラミック材の機械的強度の低下を抑制することができる。さらに、セラミック薄板に金属製のヒートパイプや冷媒配管を埋め込む場合、セラミックと金属の熱膨張差によるクラックの発生や発塵のおそれ、また接合部での熱抵抗による温度制御性の低下といった事態が発生し得るが、本実施形態ではこのような事態の発生も抑制することができる。

【0072】

なお、工程Ｓ１においてセラミック素体２２０を成形する方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、液中で立体形状を形成させながら重合させたポリマーを焼成することでセラミック素体２２０を成形してもよい。あるいは、セラミックスラリーをインクジェット印刷してセラミック素体２２０を成形してもよい。

【0073】

［工程Ｓ２：焼成工程］
次に、工程Ｓ２において、セラミック素体２２０を焼成する。この際、セラミック材２０１のスラリーに応じた湿度や焼成条件で、セラミック素体２２０を焼成する。このセラミック素体２２０の焼成には、公知の加熱装置が用いられる。

【0074】

［工程Ｓ３：外形仕上加工工程］
次に、工程Ｓ３において、セラミック素体２２０の外形を切削し、表面を研磨して仕上げ加工する。このセラミック素体２２０の外形の仕上げ加工には、公知の研削装置が用いられる。こうして、セラミック素体２２０が形成される。

【0075】

［工程Ｓ４：本体部形成工程（流路形成工程）］
次に、工程Ｓ４において、本体部１３０を形成する。図５（ｄ）及び図６（ｂ）に示すようにセラミック素体２２０において、サポート材２１０を除去する。サポート材２１０の除去方法は、任意に選択され得る。例えばサポート材２１０が樹脂の場合、減圧雰囲気でサポート材２１０を昇温し昇華させることで、サポート材２１０を除去する。あるいは、酸性ガスを供給して、サポート材２１０を溶解させてもよい。そして、本体部用セラミック材２０１の内部に流路１４１が形成され、本体部１３０が形成される。

【0076】

［工程Ｓ５：作動流体封入工程］
次に、工程Ｓ５において、流路１４１の内部に作動流体を供給して、封入する。この作動流体の供給方法は、任意に選択され得る。

【0077】

［工程Ｓ６：封止工程］
次に、工程Ｓ６において、流路１４１の開口端部に封止部材１４３を設けて、当該流路１４１を封止する。例えば、セラミック部品である封止部材１４３を開口端部にろうづけ等で取り付ける。こうして、本体部１３０の内部にヒートパイプ１４０が形成され、フォーク１２０が製造される。

【0078】

本実施形態によれば、フォーク１２０の本体部１３０が薄いセラミック材であっても、本体部１３０の内部にヒートパイプ１４０を形成することができる。

【0079】

ここで、従来、例えば特許第４０５７１５８号公報に開示されているように、金属製のフォーク（搬送アーム）の内部に、冷媒の封入された冷却流路としてヒートパイプを設ける技術は存在する。この技術では、フォークが金属製であるが故に、フォークを加工しやすく、またフォークとヒートパイプの間に熱膨張差がない。このため、フォークが薄くても、その内部にヒートパイプを設けられる。

【0080】

しかしながら、金属製のフォークは使用温度帯に制限がある。この点、本実施形態ではフォーク１２０の本体部１３０にセラミック材を用いており、高温処理に加えて低温処理にも耐え、広い温度帯でフォーク１２０を使用することができる。なお、そもそも特許第４０５７１５８号公報に開示されるフォークは常圧雰囲気下で用いられるものであって、本実施形態のようにフォークを減圧雰囲気下の広い温度帯で用いることは想定されていない。

【0081】

一方、本実施形態のように本体部１３０に薄いセラミック材を用いる場合、上述したように従来の方法では、セラミック薄板の焼成後に内部を切削して微細構造を形成することは難しく、当該微細構造からなるヒートパイプを形成することは困難である。また、セラミック薄板に金属製のヒートパイプを埋め込む場合、セラミックと金属の熱膨張差が生じ、クラックの発生や発塵等が生じ得る。この点、本実施形態では、フォーク１２０の本体部１３０が薄いセラミック材であっても、上記工程Ｓ１～Ｓ６を実施することで本体部１３０の内部に微細構造を形成してヒートパイプ１４０を形成することができる。

【0082】

＜他の実施形態＞
ここで、ヒートパイプ１４０において流路１４１の内側面は、本体部１３０であるセラミック材であり、セラミック材は多孔体であるため、封入された作業流体が流路１４１の外部、すなわち本体部１３０の内部に浸透するおそれがある。例えば、本体部１３０の空隙率が高い場合には、作業流体が本体部１３０の内部に浸透し、ヒートパイプ１４０の機能が低下するおそれがある。そこで、対策として下記の３つが挙げられる。

【0083】

［対策１］
作動流体の漏洩を抑制する１つ目の対策としては、流路１４１の外壁の空隙率を低くすることである。図７は、対策１におけるヒートパイプ１４０を形成する方法を示す説明図である。

【0084】

工程Ｓ１においてセラミック素体２２０を成形する際、図７（ａ）に示すように本体部用セラミック材２０１として、内側本体部用セラミック材２０１ａと外側本体部用セラミック材２０１ｂとを積層する。内側本体部用セラミック材２０１ａは、ウィック用セラミック材２０２及びサポート材２１０の周囲に積層され、流路１４１の外壁として機能する。外側本体部用セラミック材２０１ｂは、内側本体部用セラミック材２０１ａのさらに周囲に積層する。

【0085】

内側本体部用セラミック材２０１ａの空隙率は、外側本体部用セラミック材２０１ｂの空隙率より低い。例えば内側本体部用セラミック材２０１ａと外側本体部用セラミック材２０１ｂに用いられるスラリーの配合を調整することで、それぞれの本体部用セラミック材２０１ａ、２０１ｂの空隙率を調整することができる。

【0086】

その後、工程Ｓ２におけるセラミック素体２２０の焼成、工程Ｓ３におけるセラミック素体２２０の外形の仕上げ加工を順次行った後、工程Ｓ４において、図７（ｂ）に示すようにサポート材２１０を除去する。そうすると、本体部用セラミック材２０１の内部に流路１４１が形成され、本体部１３０が形成される。本体部１３０は、流路１４１の外壁を構成する内側本体部１３０ａと、内側本体部１３０ａの外側にある外側本体部１３０ｂとを含む。

【0087】

かかる場合、内側本体部１３０ａの空隙率が外側本体部１３０ｂの空隙率より低いので、ヒートパイプ１４０において流路１４１からの作動流体の漏洩を抑制することができる。

【0088】

［対策２］
作動流体の漏洩を抑制する２つ目の対策としては、流路１４１の外壁部にセラミック材とは異なる材料を用いることである。図８は、対策２におけるヒートパイプ１４０を形成する方法を示す説明図である。

【0089】

工程Ｓ１においてセラミック素体２２０を成形する際、図８（ａ）に示すようにウィック用セラミック材２０２及びサポート材２１０の周囲に外壁材２５０を積層し、さらに外壁材２５０の周囲に本体部用セラミック材２０１を積層する。外壁材２５０には、本体部用セラミック材２０１より空隙率の低い材料、例えば石英が用いられ、流路１４１の外壁部として機能する。

【0090】

その後、工程Ｓ２におけるセラミック素体２２０の焼成、工程Ｓ３におけるセラミック素体２２０の外形の仕上げ加工を順次行った後、工程Ｓ４において、図８（ｂ）に示すようにサポート材２１０を除去する。そうすると、本体部用セラミック材２０１の内部に外壁部２５１（外壁材２５０）を備えた流路１４１が形成され、本体部１３０が形成される。

【0091】

かかる場合、外壁部２５１の空隙率が低いので、ヒートパイプ１４０において流路１４１からの作動流体の漏洩を抑制することができる。

【0092】

［対策３］
作動流体の漏洩を抑制する３つ目の対策としては、流路１４１の内側面に金属膜を形成することである。図９は、対策３におけるヒートパイプ１４０を形成する方法を示す説明図である。

【0093】

工程Ｓ１～Ｓ３を順次行って、図９（ａ）に示すようにセラミック素体２２０を形成する。その後、工程Ｓ４において、図９（ｂ）に示すようにサポート材２１０を除去した後、流路１４１の内側面に金属膜２６０を形成する。金属膜２６０の形成方法は任意であるが、例えば流路１４１の内側面に金属材料を蒸着させて、金属膜２６０を形成する。

【0094】

かかる場合、金属膜２６０によって、ヒートパイプ１４０において流路１４１からの作動流体の漏洩を抑制することができる。

【0095】

＜他の実施形態＞
以上の実施形態では、ウェハ処理システム１で高温処理の成膜処理と低温処理のエッチング処理を順次行う際に、フォーク１２０の温度調節を行う場合について説明したが、低温処理から高温処理を順次行う場合にも、フォーク１２０を適切な温度に調節することができる。

【0096】

また、フォーク１２０は、単一の処理を行うウェハ処理システムのウェハ搬送装置にも適用できる。単一の処理であっても、処理開始時と処理終了時の温度は異なるため、やはり複数の処理を行う場合と同様の課題がある。この点、本実施形態では、フォーク１２０の温度調節を行い、ウェハＷの温度を適切に調節することができるので、当該単一の処理を安定して行うことができる。

【0097】

また、以上の実施形態においてフォーク１２０は、減圧雰囲気下で用いられるウェハ搬送装置５０に用いられたが、常圧雰囲気下で用いられるウェハ搬送装置に適用してもよい。

【0098】

以上の実施形態のフォーク１２０において、本体部１３０の内部に形成されるヒートパイプ１４０は作業流体を封止したクローズタイプであったが、ヒートパイプ１４０のタイプはこれに限定されるものではない。例えばヒートパイプ１４０は、作業流体を外部と循環させるタイプであってもよい。

【0099】

今回開示された実施形態はすべ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、添付の請求の範囲及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。

【符号の説明】

【0100】

５０ ウェハ搬送装置
１０４ 搬送基台
１１１ 第１関節
１１２ 第２関節
１１３ 第３関節
１２０ フォーク
１３０ 本体部
１４０ ヒートパイプ
１４１ 流路
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】