特許 7169334 基板移送ロボットエンドエフェクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-01

(45)【発行日】2022-11-10

(54)【発明の名称】基板移送ロボットエンドエフェクタ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20221102BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020198010

(22)【出願日】2020-11-30

(62)【分割の表示】P 2017521054の分割

【原出願日】2015-06-05

(65)【公開番号】P2021048406

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2020-12-28

(31)【優先権主張番号】62/020,769

(32)【優先日】2014-07-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】14/476,224

(32)【優先日】2014-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】アガルワル パルキット

(72)【発明者】

【氏名】グリーンベルグ ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】スー ソン－ムーン

(72)【発明者】

【氏名】ブロディン ジェフリー

(72)【発明者】

【氏名】サンソーニ スティーヴン ヴィー

(72)【発明者】

【氏名】モーリ グレン

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２５８０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３９０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１４４７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６６２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０１－０８９４５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－０５３１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１８１８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０００６９１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００９６２２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を支持するための装置であって、
支持部材と、
前記支持部材から突き出る複数の基板コンタクト要素と、
を備え、
前記複数の基板コンタクト要素のそれぞれが、
配置されたときに基板を支持するための第１のコンタクト面と、
前記第１のコンタクト面から延在する第２のコンタクト面と、を備え、
前記第２のコンタクト面が前記基板の半径方向の移動を防ぐように前記基板の周辺部に隣接し、
前記第１のコンタクト面が前記支持部材の水平面に対して第１の角度にあり、前記第２のコンタクト面が前記支持部材の水平面に対して第２の角度にあり、前記第１のコンタクト面及び前記第２のコンタクト面は湾曲しており、前記水平面と前記第１及び第２のコンタクト面との間の角度は、前記第１のコンタクト面の初めの０度から前記第２のコンタクト面の終わりの９０度まで変化し、
前記第１の角度が０度～５度の間であり、
前記複数の基板コンタクト要素が、複数のねじによって前記支持部材に結合されており、
前記複数のねじのそれぞれが、前記複数のねじのそれぞれと、対応する前記基板コンタクト要素との間に空隙がないようにするための貫通孔を含む、装置。

【請求項2】

前記支持部材が基板移送ロボットのアームのブレードであり、前記複数の基板コンタクト要素が前記ブレードの上面から突き出る、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ブレードが導電性のチタンドープされたセラミックから形成されている、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記第２のコンタクト面は、前記第２のコンタクト面の終わりに実質的に垂直な部分を含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。

【請求項5】

前記第１のコンタクト面および前記第２のコンタクト面が、連続した湾曲面を形成する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

前記第１のコンタクト面が、前記基板の滑りを防ぐために摩擦力および半径方向の力を印加するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

前記第１のコンタクト面の水平の長さが４ｍｍ～７ｍｍの間である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

前記支持部材と前記複数の基板コンタクト要素の１つまたは複数との間に配置された１つまたは複数のシム、
をさらに備える、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。

【請求項9】

前記複数の基板コンタクト要素が、アルミニウム酸化物、窒化ケイ素、ステンレス鋼、または導電性プラスチックの１つまたは複数から形成されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に半導体処理設備に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板上にマイクロ電子デバイスを製造する際、半導体基板は、製造プロセス中に何度も基板のエッジおよび裏側がハンドリングされる。そのようなハンドリングによって、汚染物質が基板の裏側に付着し、基板と共に処理構成要素間を、例えば、チャンバからチャンバへ、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ：前面開閉搬送容器）からＦＯＵＰへ、またはプロセスツールからプロセスツールへ、あるいは異なる基板間を移動し、汚染物質を除去するための保守用ツールの休止時間を不所望に増加させる場合がある。また、これらの汚染物質は、基板の表側に移動することがあり、結果としてデバイスの性能低下および／または歩留り損失を生じる。
上記の問題に対する典型的な解決策は、基板と基板移送／ハンドリング装置との間のコンタクト領域を低減させることによって、裏側粒子の生成を低減させようとしてきた。しかしながら、コンタクト領域を低減させることによって粒子生成を軽減することはできるが、本発明者らは、想定される最も小さなコンタクト領域に関してでさえ多数の粒子がなお生成されることに気づいた。
そのため、本発明者らは、粒子生成を低減させた、基板を支持しハンドリングするための改善された装置の実施形態を提供した。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

基板を支持するための装置の実施形態が本明細書で開示される。一部の実施形態では、基板を支持するための装置は、支持部材と、支持部材から突き出る複数の基板コンタクト要素と、を含み、複数の基板コンタクト要素のそれぞれが、配置されたときに基板を支持するための第１のコンタクト面と、第１のコンタクト面から延在する第２のコンタクト面と、を含み、第２のコンタクト面が基板の半径方向の移動を防ぐために基板の周辺部と隣接し、第１のコンタクト面が支持部材に対して第１の角度にあり、第２のコンタクト面が支持部材に対して第２の角度にあり、第１の角度が約３度～５度の間である。
一部の実施形態では、基板を移送するための基板移送ロボットは、ブレードを含むアームと、ブレードの上面から突き出る複数の基板コンタクト要素と、を含む。複数の基板コンタクト要素のそれぞれは、配置されたときに基板を支持するための第１のコンタクト面と、第１のコンタクト面から延在する第２のコンタクト面と、を含み、第２のコンタクト面が基板の半径方向の移動を防ぐために基板の周辺部と隣接し、第１のコンタクト面が上面に対して第１の角度にあり、第２のコンタクト面が上面に対して第２の角度にあり、第１の角度が約３度～５度の間である。
一部の実施形態では、基板を移送するための基板移送ロボットは、導電性のチタンドープされたセラミックから形成されるブレードを含むアームと、ブレードの上面から突き出る複数の基板コンタクト要素と、を含む。複数の基板コンタクト要素のそれぞれは、配置されたときに基板を支持するための第１のコンタクト面と、第１のコンタクト面から延在する第２のコンタクト面と、を含み、第２のコンタクト面が基板の半径方向の移動を防ぐために基板の周辺部と隣接し、第１のコンタクト面が上面に対して第１の角度にあり、第２のコンタクト面が上面に対して第２の角度にあり、第１の角度が約３度～５度の間であり、第２の角度が第１の角度よりも大きい。

【0004】

本開示の他のおよびさらなる実施形態について以下に記載する。
上で簡単に要約され、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付図面に表された本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解され得る。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本開示が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるため、範囲を限定していると考えられるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本開示の一部の実施形態による基板支持体のリフトピン上に静止している基板を移送するための基板移送ロボットの概略図である。

【図2】本開示の一部の実施形態による基板移送ロボットのエンドエフェクタの等角図である。

【図3】本開示の一部の実施形態による基板移送ロボットブレードの一部の側面断面図である。

【図4】本開示の一部の実施形態による基板移送ロボットブレードの一部の側面断面図である。

【図5】本開示の一部の実施形態による基板移送ロボットのエンドエフェクタの平面図である。

【図6】本開示の一部の実施形態による基板移送ロボットブレードの一部の側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

理解を容易にするために、可能な場合は同一の参照数字を使用して、各図に共通の同一の要素を指定した。図は、縮尺通りには描かれておらず、明瞭にするために簡略化されることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態において有益に組み込まれ得る。
本開示の実施形態は、従来の基板を支持する装置と比較して、粒子生成の低減を実現する改善された基板ハンドリング装置を提供する。本開示の実施形態は、プロセスステップ間で基板をハンドリングしている間などの、製造プロセス中に基板に蓄積される汚染を有利に回避するまたは低減させることができ、汚染物質が基板の表側に達しデバイスの性能問題および／または歩留り損失を引き起こすのをさらに制限するもしくは防ぐことができる。本開示の実施形態は、粒子の付加が非常に低いことが望まれるプロセスにおいて、例えば、ディスプレイの処理、シリコンウエハの処理、光学部品の製造などにおいて、基板とコンタクトする種々様々の表面で使用されてもよい。

【0007】

図１は、本開示の一部の実施形態による基板移送ロボット１００を表す。例えば、基板移送ロボット１００は、第１の端部１０６で垂直および回転変位するためのロボットアーム（アーム１０４）を備えることができる。アーム１０４は、１つまたは複数の連結部、例えば、軸１１２で一緒にピン留めされた第１の連結部１０８および第２の連結部１１０を備えることができる。アーム１０４の第２の端部１１４は、ブレード１０２の第１の端部が結合したリスト１１６を含むことができる。ブレード１０２は、基板を支持するための、ブレードの上面から突き出るコンタクトパッド１１８を含むことができる。コンタクトパッド１１８は、図２～図６に関して以下でより詳細に記載される。

【0008】

動作において、基板移送ロボット１００は、ブレード１０２が複数のリフトピン１２０上に支持された基板１５０よりも下に位置するように制御され得る。基板移送ロボット１００およびアーム１０４の操作によって、ブレード１０２を基板１５０よりも下の位置から上昇させて、コンタクトパッド１１８を基板１５０のエッジまたは裏側の少なくとも１つとコンタクトさせ、基板１５０をリフトピン１２０から持ち上げる。基板１５０とコンタクトするとき、コンタクトパッド１１８と基板１５０との間のコンタクト領域で粒子がしばしば生成される。

【0009】

本発明者らは、基板とコンタクトするいかなる要素の材料も基板材料（例えば、シリコン）よりも硬く、基板材料に対する高い接着性を有し、基板が滑るのを防ぐことができず、粗い表面を有し、導電性でない場合に、粒子が生成されることを見出した。例えば、基板が粘着性の材料から形成された要素によって初めにコンタクトされ、その後硬い材料から形成された別の要素によってコンタクトされる場合に、基板上での粒子の生成が悪化する。同様に、基板と導電性材料との間に電流の流れがあり、基板が非導電性の材料によって持ち上げられる場合、アーク発生が起こり、基板上での粒子の生成を悪化させることがある。
本発明者らは、基板とコンタクトする要素（例えば、コンタクトパッド１１８）に所定の１組の特性を示す材料を使用することによって、粒子の生成を防ぐことができ、または実質的に最小化することができることを見出した。所定の１組の特性には、支持される基板（例えば、シリコン）の硬度以下の硬度、非接着性、基板とコンタクトする要素上で基板の滑りを防ぐのに十分に高い静止摩擦係数、導電性、および１０Ｒａ以下の表面粗さが含まれる。そのような材料には、例えば、アルミニウム酸化物、窒化ケイ素、ステンレス鋼、およびｋａｐｔｏｎ（登録商標）、ｋａｌｒｅｚ（登録商標）、ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）、およびｃｅｌａｚｏｌｅ（登録商標）などの導電性プラスチックの１つまたは複数が含まれてもよい。上記の特性を示す他のプロセス互換の材料が使用されてもよい。

【0010】

従来のエッジコンタクトパッドは、水平面に対して急角度（およそ６０度）のエッジ支持面を含む。本発明者らは、基板を持ち上げる際、エッジ支持面角度の急峻さのために最終的な静止位置に基板が滑り込み、このことが基板のエッジ上での粒子生成の原因となることを見出した。したがって、本発明者らは、エッジコンタクトパッドに浅い傾斜を設けることによって粒子生成を防ぐことができ、または実質的に最小化することができることを見出した。

【0011】

例えば、図２は、本開示の一部の実施形態によるエンドエフェクタ２０２を表す。エンドエフェクタ２０２は、支持部材２０４に結合された複数のエッジコンタクトパッド２１０（図２では４つ示されている）を含む。エッジコンタクトパッド２１０は、図１に表されたコンタクトパッド１１８として使用することができる。一部の実施形態では、支持部材２０４は、実質的に平面の、または基板を支持するのに十分な実質的に平面の領域を含む。一部の実施形態では、支持部材２０４はセラミック材料から形成され、チタンでドープされてもよい。チタンドープされたセラミック材料は、従来の基板移送ロボットブレードと比較して、有利には、より大きな抵抗の低下をもたらす。加えて、チタンドープされたセラミック支持部材は、有利には、導電性である。また、エンドエフェクタ２０２は、基板の位置合わせおよび／またはエンドエフェクタ２０２の重量低減のために使用することができる孔などの特徴２０６を含んでもよい。前方と後方のエッジコンタクトパッド２１０間の距離Ｌは、処理される基板の直径よりもわずかに大きい。例えば、距離Ｌは、３００ｍｍの直径を有する基板をハンドリングするために約３０４ｍｍであってもよい。しかしながら、距離Ｌは、ハンドリングされる基板のサイズに依存する。

【0012】

図３は、本開示の一部の実施形態によるエッジコンタクトパッド２１０の側面図を表す。エッジコンタクトパッド２１０は、第１のコンタクト面３０２および第２のコンタクト面３０４を含む。第１のコンタクト面３０２は、支持部材２０４に対して第１の角度θにある。第２のコンタクト面３０４は、支持部材２０４に対して第２の角度αにある。基板１５０の重量および基板移送ロボット１００による基板１５０の移動によって引き起こされる慣性力により、各エッジコンタクトパッド２１０は、基板上に垂直の（摩擦）力および半径方向の力を与える。半径方向の力は、確実に基板１５０が静止したままとなるように、基板１５０の中心の方に向けられる。基板への十分な大きさの摩擦力および半径方向の力を確実にするため、第１の角度θは、約３度～５度の間であってもよい。第１の角度θは、基板の滑りを防ぐのに十分な摩擦力を維持しながら、確実に基板の中心の方に向けられた半径方向の力が存在するほどに十分に小さい。第１のコンタクト面３０２の水平の長さは、約４ｍｍ～約７ｍｍの間、好ましくは約５．８ｍｍであってもよい。第２の角度αは、第２のコンタクト面３０４が実質的に垂直となるように、第１の角度θよりも大きい。第２のコンタクト面３０４は、配置中に基板が滑る場合のバンパーとして働く。

【0013】

エッジコンタクトパッド２１０は、エンドエフェクタ２０２の支持部材２０４に結合される。一部の実施形態では、１つまたは複数のねじ３０６を使用してエッジコンタクトパッド２１０を支持部材２０４に結合することができる。ねじ３０６は、確実にねじ３０６とエッジコンタクトパッド２１０との間のあらゆる空気ポケットを排出するための貫通孔を含む。一部の実施形態では、１つまたは複数のシム３０８を使用して支持部材２０４上方のエッジコンタクトパッド２１０の高さを制御し、したがって、有利には、確実に基板がエッジコンタクトパッドのすべてと正確に高さを合わせることができる。

【0014】

図４は、本開示の一部の実施形態によるエッジコンタクトパッド２１０の斜視図を表す。図４に表されるエッジコンタクトパッド２１０は、（図３に示される線形面と比較して）図４のエッジコンタクトパッド２１０が湾曲した第１のコンタクト面４０２および第２のコンタクト面４０４を含むという点を除いて、図３に示されるエッジコンタクトパッド２１０と同様である。本発明者らは、湾曲したコンタクト面を設けることによって、基板に印加される摩擦力および半径方向の力が基板の位置に応じて変わることを見出した。そのため、基板が滑る場合に、基板に作用する半径方向の力が、基板のエッジコンタクトパッド２１０に対する位置に応じて、増減する。例えば、半径方向の力は、基板がより大きな角度にある場合、より大きくなり、基板がより小さな角度にある場合、より小さくなる。その結果、基板の特定方向のさらなる滑りが制限され、または防止される。第１のコンタクト面４０２および第２のコンタクト面４０４と水平面との間の角度θは、第１のコンタクト面４０２の初めの０度、または０度近くから、第２のコンタクト面４０４の終わりの９０度、または９０度近くまで変化する。第１のコンタクト面４０２（例えば、より小さな角度の、半径方向により内側の湾曲面の部分）は配置された基板に対する支持面として機能し、第２のコンタクト面（例えば、より大きな角度の、半径方向により外側の湾曲面の部分）は、基板の滑りを防ぐバンパーとして機能する。第１のコンタクト面４０２および第２のコンタクト面４０４は、連続した湾曲面を形成する。あるいは、湾曲面と線形面との組合せを使用して、基板を支持するためのより浅い角度、および滑る場合に基板のさらなる移動を防ぐためのより大きな角度を提供することができる。

【0015】

図５は、本開示の一部の実施形態によるエンドエフェクタ５００を表す。エンドエフェクタ５００は、図２～図４に関して上記されたようなエッジではなく、基板の裏側によって基板を支持するために、エンドエフェクタ５００の支持部材５０２に結合された裏側コンタクトパッド５１０を含む。裏側コンタクトパッド５１０は、図１に表されたコンタクトパッド１１８として使用されてもよい。基板移送ロボットが基板１５０をリフトピン１２０から持ち上げるとき、基板１５０は、速度ゼロから移送スピードに加速される。加速の結果として、図６に示されるように、コンタクトパッド１１８の位置に対応するコンタクト領域に力Ｆが生じる。その結果、粒子が裏側コンタクトパッド５１０と基板１５０との間のコンタクト領域で生成される。

【0016】

エッジコンタクトパッド２１０と同様に、裏側コンタクトパッド５１０は、ねじ５０６を使用して、エンドエフェクタ５００の支持部材５０２に結合されてもよい。ねじ５０６は、ねじと裏側コンタクトパッド５１０との間のいかなる空隙の通気をも容易にするために通気孔が設けられてもよい。図示されていないが、図３および図４に表されたのと同様のシムを使用して、確実に、配置されたときに基板１５０の高さを適切に合わせるように、裏側コンタクトパッド５１０のいずれかを上昇させることができる。
このように、基板上の粒子生成を回避するための改善された装置および材料が本明細書で開示された。本発明の装置によって、プロセスステップ間での基板のハンドリング中、およびプロセスチャンバ内部で基板を支持している間などの製造プロセス中の、基板上に蓄積される汚染の低減または防止を有利に行うことができ、したがって汚染物質の発生が基板の表側に達し、デバイスの性能低下および／または歩留り損失を引き起こすのを防ぐあるいは低減させることができる。

【0017】

前述の事項は、本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱せずに考案され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】