特許 7257916 気相成長装置の基板搬送機構

(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】2023-04-06

(45)【発行日】2023-04-14

(54)【発明の名称】気相成長装置の基板搬送機構

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20230407BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230407BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20230407BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20230407BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

H01L21/31 F

C23C16/44 F

C23C16/458

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019151526

(22)【出願日】2019-08-21

(65)【公開番号】P2021034491

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(73)【特許権者】

【識別番号】509054005

【氏名又は名称】大陽日酸ＣＳＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】山岡 優哉

(72)【発明者】

【氏名】矢野 良樹

(72)【発明者】

【氏名】内山 康右

【審査官】中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０７６６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４７０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２６７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００２２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サセプタに基板受け渡し位置で基板の設置及び取り出しを行う気相成長装置の基板搬送機構であって、
前記サセプタの、前記基板受け渡し位置に対応する位置には、円形の貫通孔である円孔部と、該円孔部を塞ぐ円盤状の基板載置台とが設けられており、
前記基板受け渡し位置の上方には、基板ケースと基板受け渡し位置とを往復して基板を搬送する搬送アームによって基板受け渡し位置の直上に運ばれた基板の外周を支持可能な複数の爪部を有する上部チャックと、該上部チャックの上方に位置し、該上部チャックの前記爪部を通す切欠き部を有し、内径が基板の径に対応した円筒形状の上部カバーと、前記上部チャックの前記爪部を開閉可能な爪部開閉手段と、前記上部チャックを昇降可能な上部チャック昇降手段と、前記上部カバーを昇降可能な上部カバー昇降手段とを備え、
前記基板受け渡し位置の下方には、前記サセプタの下方に位置し、前記基板載置台を下方から把持する下部チャックと、該下部チャックを動作させる下部チャック動作部と、該下部チャックを昇降可能な下部昇降手段とを備え、
前記基板載置台は、前記円孔部よりも径が大きい基礎部と、該基礎部の上方に突出し、基板に対応した径を有する円柱状の台であって、前記上部チャックの爪部に対応した位置に、円柱の側面を平坦に切り落とした切削部を有する載置部と、該基礎部の下方に突出した、前記円孔部よりも外径が小さい円筒部とを備え、
前記下部チャックは、前記下部チャック動作部によって動作する、水平方向へと放射状に伸縮して前記基板載置台の前記円筒部を内側から固定可能な複数の固定具を備えていることを特徴とする気相成長装置の基板搬送機構。

【請求項2】

前記基板載置台は、平面視で、前記切削部のなす円弧の高さが、基板の径の０．１５％～１．５％の長さに形成されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置の基板搬送機構。

【請求項3】

前記下部チャックは、前記下部チャック動作部によって鉛直方向を軸として回動可能に構成されており、前記基板載置台は、前記円筒部に位相マーカーを備え、前記下部チャック動作部は、前記位相マーカーの、前記下部チャックの回転軸に対する角度位置を検出可能な位相検出センサを備えるとともに、該位相検出センサの検出結果に応じて、あらかじめ設定された角度位置に前記位相マーカーが来るように前記下部チャックを回動することを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置の基板搬送機構。

【請求項4】

前記載置部は、上面外周の回転対称な３カ所以上の位置に突起部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の気相成長装置の基板搬送機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気相成長装置の基板搬送機構に関し、詳しくは、気相成長装置において、サセプタに自動で基板を設置する基板搬送機構に関する。

【背景技術】

【0002】

気相成長法により半導体を製造する気相成長装置では、シリコンやサファイヤなどのウェハーからなる基板をサセプタに設置し、チャンバー内で高温に加熱するとともに、その表面に半導体の原料となる有機金属を含んだ材料とキャリアガスとを流して分解・化学反応させ、基板表面に半導体結晶の薄膜をエピタキシャル成長させている。

【0003】

従来の気相成長装置では、サセプタに対して基板を設置したり取り出したりすることは手動で行われており、生産性が高くなかった。また、基板の設置や取り出しを手動で行うことで、ピンセット等が基板表面に接触したり、基板とサセプタとがこすれて生じたパーティクルが基板表面に付着したりする事態を誘発し、半導体の歩留まりの低下を招いていた。

【0004】

そこで、サセプタに自動で基板を設置する基板設置機構を有する気相成長装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。特許文献１及び２に記載された気相成長装置では、サセプタ底面に基板を支持する複数のピンを昇降可能に設けて、これらのピンによって基板をサセプタから浮かせた状態で受け取れるようにすることで、基板を載せて運ぶアームに対して基板の受け取りや受け渡しを行えるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平２－１１２２５５号公報

【文献】特開２０００－２０８４１９号公報

【文献】特開２００３－０１７５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このような構成では、昇降可能なピンをサセプタ底面に設けるためにサセプタ底面にピンを通す孔部を複数箇所設ける必要があり、この孔部によって、基板を加熱する際に温度分布に偏りが生じ、半導体結晶の成膜について均一性が損なわれるという問題があった。

【0007】

また、特許文献３に記載されている気相成長装置では、基板を運ぶアームの先端に真空チャックが設けられており、基板を上面から把持できるように構成されているが、基板又は基板に成膜した半導体結晶の表面に真空チャックが接触して傷をつけやすく、半導体結晶の均一な成膜が損なわれ、半導体の歩留まり低下の要因となっていた。

【0008】

そこで本発明は、半導体結晶の均一な成膜を促すことができ、半導体の歩留まりがよい気相成長装置の基板搬送機構を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置の基板搬送機構は、サセプタに基板受け渡し位置で基板の設置及び取り出しを行う気相成長装置の基板搬送機構であって、前記サセプタの、前記基板受け渡し位置に対応する位置には、円形の貫通孔である円孔部と、該円孔部を塞ぐ円盤状の基板載置台とが設けられており、前記基板受け渡し位置の上方には、基板ケースと基板受け渡し位置とを往復して基板を搬送する搬送アームによって基板受け渡し位置の直上に運ばれた基板の外周を支持可能な複数の爪部を有する上部チャックと、該上部チャックの上方に位置し、該上部チャックの前記爪部を通す切欠き部を有し、内径が基板の径に対応した円筒形状の上部カバーと、前記上部チャックの前記爪部を開閉可能な爪部開閉手段と、前記上部チャックを昇降可能な上部チャック昇降手段と、前記上部カバーを昇降可能な上部カバー昇降手段とを備え、前記基板受け渡し位置の下方には、前記サセプタの下方に位置し、前記基板載置台を下方から把持する下部チャックと、該下部チャックを動作させる下部チャック動作部と、該下部チャックを昇降可能な下部昇降手段とを備え、前記基板載置台は、前記円孔部よりも径が大きい基礎部と、該基礎部の上方に突出し、基板に対応した径を有する円柱状の台であって、前記上部チャックの爪部に対応した位置に、円柱の側面を平坦に切り落とした切削部を有する載置部と、該基礎部の下方に突出した、前記円孔部よりも外径が小さい円筒部とを備え、前記下部チャックは、前記下部チャック動作部によって動作する、水平方向へと放射状に伸縮して前記基板載置台の前記円筒部を内側から固定可能な複数の固定具を備えていることを特徴としている。

【0010】

また、前記基板載置台は、平面視で、前記切削部が前記載置部に対してなす円弧の高さが、基板の径の０．１５％～１．５％の長さに形成されていること、前記下部チャックは、前記下部チャック動作部によって鉛直方向を軸として回動可能に構成されており、前記基板載置台は、前記円筒部に位相マーカーを備え、前記下部チャック動作部は、前記位相マーカーの、前記下部チャックの回転軸に対する角度位置を検出可能な位相検出センサを備えるとともに、該位相検出センサの検出結果に応じて、あらかじめ設定された角度位置に前記位相マーカーが来るように前記下部チャックを回動すること、前記載置部は、上面外周の回転対称な３カ所以上の位置に突起部を備えていることも特徴としている。

【発明の効果】

【0011】

本発明の気相成長装置の基板搬送機構によれば、下部チャックが把持した基板載置台を下部昇降シリンダによってサセプタから押し上げた状態で、搬送アームによって基板受け渡し位置の上方に運ばれた基板を、上部チャックが基板の外周を支持して上部昇降シリンダで降ろし、上部チャックが放した基板を押し上げた基板載置台で受け止めた後、基板載置台をサセプタに戻すことで、搬送アームから送られた基板を、基板上面との接触がないように搬送してサセプタに設置することができるので、基板表面を傷つけることがなく、半導体結晶の均一な成膜を促すことができる。

【0012】

また、下部チャック動作部が、位相検出センサが検出した基板載置台の円筒部にある位相マーカーの位置に応じて、下部チャックによって把持した基板載置台を、載置部の切削部が上部チャックの爪部の位置に来るように回動させることで、基板外周の下面に入り込んだ上部チャックの爪部の先端が基板載置台と接触しないので、基板の載置位置がずれることがなく、また、上部チャックが基板載置台に基板を載置する際に、上部カバーが下降して、上部カバーの下端が基板の外周を囲って水平方向の移動を規制することで、上部チャックが基板を放す際に、基板が基板載置台に対してずれて載置されることがなく、サセプタに設置した基板を加熱する際に、基板載置台から基板がずれて温度分布が偏ることがなく、半導体結晶の均一な成膜を損なうことがない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明にかかる気相成長装置の基板搬送機構の一形態例を模式的に示す側面図である。

【図2】基板載置台を示す平面図である。

【図3】図３の基板載置台のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す側面図である。

【図4】同じくＩＶ－ＩＶ断面を示す側面図である。

【図5】同じくＶ－Ｖ断面を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明にかかる気相成長装置の基板搬送機構を示しており、図２乃至図５は、基板搬送機構の基板載置台を示している。

【0015】

図１に示されるように、基板搬送機構１２は、鉛直方向に延びた回転軸Ａを中心に回転する回転テーブル１３に取り付けられた、平面視で円形のサセプタ１４に対して基板１５の設置及び取り出しを行うものである。

【0016】

回転軸Ａから長さＤ離れた位置には、基板１５の受け渡しを行う基板受け渡し位置１６と、基板受け渡し位置１６を通って鉛直方向に延びた受け渡し中心軸Ｃとが設定されている。また、サセプタ１４には、回転軸Ａを中心として半径が長さＤの円周上の回転対称となる位置に、円形の貫通孔である円孔部１４ａが複数配設されている。したがって、サセプタ１４は、回転テーブル１３の回転によって、各円孔部１４ａを円の中心が受け渡し中心軸Ｃを通る位置に移動させることができる。

【0017】

各円孔部１４ａには、それぞれ、上から被さって円孔部１４ａを塞ぐ円盤状の基板載置台１７が設置されている。図２乃至図５に示されるように、基板載置台１７は、円孔部１４ａよりも径が大きい基礎部１７ａと、基礎部１７ａの上方に突出し、基板１５の径ｄに対応した径を有する円柱状の台であって、円柱の回転対称となる４カ所に側面を平坦に切り落とした切削部１７ｄを設けた載置部１７ｂと、基礎部１７ａの下方に突出した、外径が円孔部１４ａよりも小さく、一部に切欠き状の位相マーカー１７ｅが設けられた円筒部１７ｃとを備えている。

【0018】

載置部１７ｂは、上面の外周近傍で回転対称な３カ所に、凸状に盛り上がった突起部１７ｆを備え、平面視で、切削部１７ｄのなす円弧の高さｈが、基板１５の径ｄの０．１５％～１．５％の長さに形成されている。

【0019】

また、図１に示されるように、サセプタ１４の上方には、基板ケース（図示せず）と基板受け渡し位置１６とを往復して基板１５を搬送する搬送アーム１８が設けられており、さらにその上方には、受け渡し中心軸Ｃを中心とする上部チャック１９及び上部カバー２０と、上部チャック１９及び上部カバー２０を個別に昇降可能な上部昇降シリンダ２１とが設けられている。

【0020】

上部チャック１９は、受け渡し中心軸Ｃを中心にして９０度回転対称となる４カ所に設けられた、端部にＬ字状の返しを有する爪部１９ａと、各爪部１９ａを開閉可能な爪部開閉駆動部１９ｂとによって基板１５の外周を支持可能に形成されており、爪部１９ａの返しの長さＬは、切削部１７ｄのなす円弧の高さｈより短く形成されている。上部カバー２０は、基板１５の径に対応した内径を有する円筒形状の部材であり、受け渡し中心軸Ｃを中心として上部チャック１９の爪部１９ａの上側に配設され、上部昇降シリンダ２１による昇降の際に上部チャック１９の爪部１９ａと衝突しないように、爪部１９ａを通す切欠き部２０ａを有している。

【0021】

基板受け渡し位置１６の下方には、受け渡し中心軸Ｃを中心として回動可能な下部チャック２２と、下部チャック２２を動作させる下部チャック動作部２３と、下部チャック２２を昇降可能な下部昇降シリンダ２４とが設けられている。また、下部昇降シリンダ２４には、基板載置台１７の円筒部１７ｃに設けられた位相マーカー１７ｅの、受け渡し中心軸Ｃに対する角度位置を検出可能な位相検出センサ２５が設けられている。

【0022】

下部チャック２２は、受け渡し中心軸Ｃを中心にして９０度回転対称となる４カ所に設けられた、下部チャック動作部２３により水平方向へと放射状に同期して伸縮する固定具２２ａを備え、基板載置台１７の円筒部１７ｃを内側から固定することで、直上に位置した基板載置台１７を下方から把持できるように形成されている。

【0023】

また、下部チャック動作部２３は、下部チャック２２により基板載置台１７を把持させた後、位相検出センサ２５による位相マーカー１７ｅの検出結果に応じて、あらかじめ設定された角度位置に位相マーカー１７ｅが来るように下部チャック２２を回動させることができる。ここで、その角度位置は、図２に示されるように、受け渡し中心軸Ｃを中心とする基板載置台１７のある切削部１７ｄと上部チャック１９のある爪部１９ａとの位相差θが９０ｎ度（ｎ＝０，１，２，３）になる値に設定されている。

【0024】

また、図示していないが、搬送アーム１８の基板１５を載せる板状の先端部分は、基板１５の径よりも幅が狭く、かつ、二股に形成されており、基板１５を載せても図１における基板１５の手前側、奥側、右側及び左側にあたる外周付近の底面が覆われないので、上部チャック１９の各爪部１９ａが基板１５の外周を支持する際に、爪部１９ａと衝突することがない。

【0025】

以下、本発明の基板搬送機構１２により基板１５を搬送アーム１８からサセプタ１４に搬送する一連の工程を説明する。

【0026】

まず、下部昇降シリンダ２４によって下部チャック２２が上昇して基板載置台１７を所定の高さまで押し上げると、下部チャック２２が、下部チャック動作部２３により各固定具２２ａを伸ばして基板載置台１７の円筒部１７ｃの内壁に押し付けることで、押し上げた基板載置台１７を把持するとともに、基板載置台１７の中心を下部チャック２２の中心、すなわち、受け渡し中心軸Ｃに合わせる。さらに下部チャック動作部２３が、位相検出センサ２５により検出された位相マーカー１７ｅの角度位置に応じて、位相マーカー１７ｅが所定の角度位置に来るように下部チャック２２を回動させる。

【0027】

次に、搬送アーム１８が基板１５が収納されている基板ケース（図示せず）から基板受け渡し位置１６の直上に基板１５を搬送すると、上部チャック１９と上部カバー２０とが上部昇降シリンダ２１により基板１５の高さまで下降し、下降した上部チャック１９が爪部開閉駆動部１９ｂにより爪部１９ａを閉じて基板１５の外周を支持することで基板１５を把持した後、上部チャック１９が上部昇降シリンダ２１によりわずかに上昇して、基板１５を渡した搬送アーム１８が基板受け渡し位置１６の直上から後退する。

【0028】

さらに、基板１５を把持した上部チャック１９が上部カバー２０とともに、上部昇降シリンダ２１により、押し上げられた基板載置台１７の高さまで下降すると、上部カバー２０が上部昇降シリンダ２１により下降して上部カバー２０の下端が基板載置台１７の基礎部１７ａまで下がり、基板１５の外周を覆って水平方向への移動を規制した状態になり、上部チャック１９の爪部開閉駆動部１９ｂが爪部１９ａを開いて基板１５を基板載置台１７に載置する。

【0029】

その後、上部昇降シリンダ２１により上部カバー２０が上部チャック１９の爪部１９ａの上側に上昇すると、上部昇降シリンダ２１により上部チャック１９と上部カバー２０とが元の高さまで上昇する。

【0030】

そして、下部チャック２２が、伸ばしていた各固定具２２ａを下部チャック動作部２３により縮めて、基板載置台１７を把持した状態を解除したら、下部チャック２２が下部昇降シリンダ２４により下降して、基板１５が載置された基板載置台１７がサセプタ１４に戻される。

【0031】

このように、本発明にかかる気相成長装置の基板搬送機構１２によれば、下部チャック２２が把持した基板載置台１７を下部昇降シリンダ２４によってサセプタ１４から押し上げた状態で、搬送アーム１８によって基板受け渡し位置１６の上方に運ばれた基板１５を、上部チャック１９が基板１５の外周を支持して上部昇降シリンダ２１で降ろし、上部チャック１９が放した基板１５を押し上げた基板載置台１７で受け止めた後、基板載置台１７をサセプタ１４に戻すことで、搬送アーム１８から送られた基板１５を、基板１５上面との接触がないように搬送してサセプタ１４に設置することができるので、基板１５表面を傷つけることがなく、半導体結晶の均一な成膜を促すことができる。

【0032】

また、基板１５が搬送される際に、基板載置台１７に真上から載置されるので、基板１５の底面がこすられることがなく、パーティクルの発生を抑えられるので、半導体結晶の均一な成膜をより促すことができる。

【0033】

さらに、下部チャック２２が水平方向へと放射状に同期して伸縮する複数の固定具２２ａを備えていることで、下部チャック２２が基板載置台１７を把持すると、固定具２２ａの中心軸、すなわち、受け渡し中心軸Ｃと、固定具２２ａによって把持される基板載置台１７の円筒部１７ｃの中心軸とが一致するので、基板１５が確実に基板載置台１７の中心に載置される。

【0034】

しかも、下部チャック動作部２３が、位相検出センサ２５が検出した基板載置台１７の円筒部１７ｃにある位相マーカー１７ｅの位置に応じて、下部チャック２２によって把持した基板載置台１７を、載置部１７ｂの切削部１７ｄが上部チャック１９の爪部１９ａの位置に来るように回動させることで、上部チャック１９の爪部１９ａの先端を基板１５外周の下面に入り込ませることができ、爪部１９ａが基板載置台１７と接触することがないので、基板１５の載置位置がずれることがない。

【0035】

また、上部チャック１９が基板載置台１７に基板１５を載置する際に、上部カバー２０が下降して、上部カバー２０の下端が基板１５の外周を囲って水平方向の移動を規制することで、上部チャック１９が基板１５を放す際に、基板１５が基板載置台１７に対してずれて載置されることがない。

【0036】

したがって、サセプタ１４に設置した基板１５を加熱する際に、基板載置台１７から基板１５がずれて温度分布が偏ることがなく、半導体結晶の均一な成膜を損なうことがない。

【0037】

また、基板載置台１７にピン孔がなく、載置部１７ｂの径が基板１５の径ｄと対応しているので、基板１５を加熱する際の温度分布に局所的な偏りが生じにくく、載置部１７ｂ上面の外周近傍に突起部１７ｆが設けられていることで、基板載置台１７に載置された基板１５と載置部１７ｂとの間にわずかに隙間ができるので、基板１５の、底面の直下が載置部１７ｂで覆われる切削部１７ｄより内側の部分と、載置部１７ｂで覆われない切削部１７ｄより外側の部分との温度差を少なくして温度分布の偏りを抑制することができ、半導体結晶の成膜の均一性を向上させることができる。

【0038】

しかも、切削部１７ｄ及び突起部１７ｆは、いずれも載置部１７ｂの外周近傍に設けられているので、温度分布が極めて均一な領域を載置部１７ｂの中心から広くとることができるので、半導体の歩留まりがよい。

【0039】

なお、本発明は、以上の形態例に限定されることなく、発明の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、本形態例では、上部チャックの爪部及び基板載置台の切削部を４カ所に設けているが、基板を落とすことなく把持できるのであれば必ずしも爪部や切削部を４カ所に設ける必要はなく、３カ所又は５カ所以上にしてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１２…基板搬送機構、１３…回転テーブル、１４…サセプタ、１４ａ…円孔部、１５…基板、１６…基板受け渡し位置、１７…基板載置台、１７ａ…基礎部、１７ｂ…載置部、１７ｃ…円筒部、１７ｄ…切削部、１７ｅ…位相マーカー、１７ｆ…突起部、１８…搬送アーム、１９…上部チャック、１９ａ…爪部、１９ｂ…爪部開閉駆動部、２０…上部カバー、２０ａ…切欠き部、２１…上部昇降シリンダ、２２…下部チャック、２２ａ…固定具、２３…下部チャック動作部、２４…下部昇降シリンダ、２５…位相検出センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】