(57)【要約】【課題】基板の高速搬送を実現できるとともに適正な搬送動作を確保する。【解決手段】エンドエフェクタ（１４）の支持面（１４ａ）にカーボンナノチューブ製の保持部（１５）を設置し、基板（Ｗ）をカーボンナノチューブの先端で支持する。このとき、基板とカーボンナノチューブとの間には分子間力が発生し、基板は、支持面に対して一定の吸着力をもって支持される。この吸着力は、大気中においても真空中においても発生し、単位面積あたりのカーボンナノチューブの本数が多いほど大きな力が得られる。以上の構成により、支持面上における搬送物の滑りを効果的に抑制でき、基板の高速搬送を実現することが可能となる。また、カーボンナノチューブは耐熱性に優れているので、高温環境下での使用時における保持部の熱による変質や貼り付きによる搬送不良を防いで、基板の適正な搬送動作を確保することができる。
2008152940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送物を支持する支持面と、
前記支持面の少なくとも一部に設けられたカーボンナノチューブからなる保持部と
を具備する基板支持機構。
【請求項２】
請求項１に記載の基板支持機構であって、
前記保持部は、前記支持面の複数個所に設けられている
基板支持機構。
【請求項３】
請求項２に記載の基板支持機構であって、
前記基板支持機構は、前記搬送物を支持するエンドエフェクタを有する基板搬送ロボットであり、
前記支持面は、前記エンドエフェクタの上面に形成されている
基板支持機構。
【請求項４】
請求項１に記載の基板支持機構であって、
前記カーボンナノチューブの形成密度は、１平方センチメートルあたり１００億本以上である
基板支持機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体基板の搬送用ロボットに適用される基板支持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造の分野においては、多関節アームを備えた基板搬送ロボットが用いられている。図７は、この種の従来の基板搬送ロボットの概略構成を示す斜視図である。この基板搬送ロボット１は、駆動部２と、この駆動部２に連結された多関節構造のアーム３と、アーム３の先端に連結されたエンドエフェクタ（ハンド）４とを有している。エンドエフェクタ４はその上面で基板の裏面を支持し、成膜室やエッチング室等の複数の処理室間において基板の搬送を行ったり、ステージや基板収納カセット等との間において基板の受け渡しを行ったりする。【０００３】
エンドエフェクタ４は、一般に、セラミックスやステンレス鋼などで形成されている。したがって、エンドエフェクタ４を高速で動作させると、基板に加わる加速度の影響で基板がエンドエフェクタ４上を滑ってしまい、基板を正しい位置に搬送できなくなる。そこで、エンドエフェクタ４の上面に、図８に示すように、基板Ｗの裏面の所定箇所に接触する複数の保持部５が設けられている。これらの保持部５は、ゴムやエラストマー等の弾性材料で形成され、基板Ｗの裏面に対する滑り止め機能をもつ。これにより、エンドエフェクタ４の上面において基板Ｗの安定した搬送姿勢を保持するようにしている（例えば下記特許文献１参照）。【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５３２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エラストマー等の弾性材料で形成された保持部５は、基板Ｗや周囲の温度が比較的低い場合（例えば２００℃以下の場合）には、効率よく基板Ｗの滑りを抑えることができる。しかし、温度が高い場合（例えば３００〜５００℃の場合）には、保持部５が熱で変質したり、溶けて形状が維持できなくなったりすることがあり、その結果、基板Ｗの滑りを抑える効果が得られなくなる。【０００６】
一方、温度が比較的低い場合（２００℃以下の場合）でも、基板Ｗが保持部５の粘着で貼り付いてしまい、エンドエフェクタ４から基板Ｗが適正に離れなくなることがある。例えば、プロセスチャンバ内のステージに基板を受け渡す際、保持部から基板が離れず、基板が割れたり、あるいは、正しい位置に基板を搬送できなかったりする問題が生じる。【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、基板の高速搬送を実現できるとともに適正な搬送動作を確保できる基板支持機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係る基板支持機構は、搬送物を支持する支持面と、支持面の少なくとも一部に設けられたカーボンナノチューブからなる保持部とを具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態に係る基板支持機構は、搬送物を支持する支持面と、支持面の少なくとも一部に設けられたカーボンナノチューブからなる保持部とを具備する。【００１０】
本発明の一実施の形態では、基板支持機構の保持部がカーボンナノチューブで構成されている。搬送物は、カーボンナノチューブの先端で支持される。このとき、搬送物とカーボンナノチューブとの間には分子間力が発生しており、搬送物は、支持面に対して一定の吸着力をもって支持される。この吸着力は、大気中においても真空中においても発生し、単位面積あたりのカーボンナノチューブの本数が多いほど大きな力が得られる。以上の構成により、支持面上における搬送物の滑りを効果的に抑制でき、基板の高速搬送を実現することが可能となる。【００１１】
また、カーボンナノチューブは耐熱性に優れているので、高温環境下での使用時においても保持部の熱による変質あるいは劣化を回避できる。更に、カーボンナノチューブによる搬送物の保持力は、例えば粘着テープのような粘着力ではないので、貼り付きによる移載時の搬送物の破損や搬送不良の発生を防ぐことができる。したがって、基板の適正な搬送動作が確保される。【００１２】
したがって、上記基板支持機構によれば、支持面における搬送物の滑りを抑制して基板の高速搬送を実現することができる。また、保持部の変質を回避できるので、適正な搬送動作を確保することができる。【００１３】
上記搬送物は、半導体基板やガラス基板等の板状部品が挙げられるが、勿論これに限られない。支持面としては、基板搬送ロボット等の搬送装置における基板支持用のエンドエフェクタ（ハンド）の上面が該当する。保持部は、支持面の複数個所に設けられてもよいし、支持面の全面を保持部として構成することも可能である。【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を示す図であり、搬送物として半導体基板（以下単に「基板」という。）Ｗを搬送する基板搬送ロボットのエンドエフェクタ（ハンド）１４を示している。基板搬送ロボットは図示せずとも、例えば図７を参照して説明した従来の基板搬送ロボットと同様に、駆動部や多関節アーム等を備え、エンドエフェクタ１４は上記多関節アームの先端に連結されている。【００１６】
エンドエフェクタ１４はフォーク状に形成されており、その上面は基板Ｗの裏面を支持する支持面１４ａとされている。そして、エンドエフェクタ１４の支持面１４ａには、基板Ｗの裏面の所定箇所に接触する複数の保持部１５が設けられている。これら支持面１４ａおよび保持部１５は、本発明に係る「基板支持機構」を構成している。なお、図において保持部１５は、支持面１４ａに対して突出形成されているが、支持面１４ａと同一面に構成されていてもよい。【００１７】
エンドエフェクタ１４の支持面１４ａは、アルミナ、窒化珪素などの耐熱性を有するセラミックス材料あるいはステンレス鋼などで構成されているが、材料はこれに限定されない。また、エンドエフェクタ１４の形状は図示する形状のものに限られず、他の形状であっても勿論構わない。【００１８】
保持部１５は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で構成されている。カーボンナノチューブは、グラファイトのシートを丸めた筒状の構造をした物質で、直径が数ｎｍから数十ｎｍ、長さが数μｍから数ｍｍと高いアスペクト比を有し、高導電性、高熱伝導性、機械的な強靭性など特徴的な物性をもつことから、近年、ナノテクノロジー分野を中心として半導体や医療、バイオなどの広い分野で応用が期待されている。カーボンナノチューブの成膜方法としては、例えば、熱ＣＶＤ法が知られている。熱ＣＶＤ法を用いたカーボンナノチューブの作製においては、基板が設置されている反応管の内部に、メタンやアセチレン等の原料ガスを導入し、加熱された基板上で原料ガスを分解させて、配向制御したカーボンナノチューブを成長させる。【００１９】
本実施形態では、カーボンナノチューブが成膜された基板を分割して一定の形状、大きさのＣＮＴチップを形成し、支持面１４ａの所定位置に固定した。カーボンナノチューブの形成密度は、１平方センチメートルあたり１００億本以上である。保持部（ＣＮＴチップ）１５の形状や設置個数は特に限定されず、本実施形態では四角形状あるいは円形状のＣＮＴチップが支持面１４ａ上の所定の３箇所に固定されている。また、保持部１５の面積も特に限定されず、設置個数、基板Ｗや支持面１４ａの大きさ等に応じて適宜設定可能である。また、支持面１４ａに対する保持部１５の固定方法も特に制限されず、両面テープや接着剤、ネジ止め等の公知の手法が採用可能である。【００２０】
図２は、保持部１５を構成するカーボンナノチューブの断面ＳＥＭ写真である。形成密度は、１平方センチメートルあたり約１００億本（１０１０／ｃｍ２）、高さは５０μｍである。カーボンナノチューブの成膜は、以下の手順で行った。【００２１】
まず、Ｓｉ基板の（１００）面に触媒層としてＦｅをスパッタ法で５ｎｍ成膜した。スパッタはＡｒ雰囲気（０．６Ｐａ）中で行い、１００ＷのＤＣスパッタ条件にて行った。
次に、Ｆｅ膜を形成した基板を石英反応管のゴールドイメージ炉に装填し、１．３３Ｐａまで真空排気した後、窒素（Ｎ２）を１０００ｓｃｃｍの流量で供給し、１気圧中で７５０℃まで炉内を昇温させた。７５０℃に到達した後、全圧１気圧のまま、炉内にアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを３００ｓｃｃｍで供給し、基板上へのカーボンナノチューブの成長を開始させた。１分間成長させた後、炉内の排気および降温を行って、ＣＮＴ基板を取り出した。【００２２】
以上のように構成される本実施形態においては、支持面１４ａ上の保持部１５がカーボンナノチューブで構成されていることから、基板Ｗは当該カーボンナノチューブの先端で支持される。このとき、基板Ｗと保持部（カーボンナノチューブ）１５との間には分子間力が発生しており、基板Ｗは、支持面１４に対して一定の吸着力をもって支持される。この吸着力は、大気中においても真空中においても発生し、単位面積あたりのカーボンナノチューブの本数が大きいほど大きな吸着力が得られる。これにより、支持面１４ａ上における基板の滑りを効果的に抑制でき、基板の高速搬送を実現することができる。【００２３】
図３Ａ，Ｂは、大気中および真空中（圧力４．０×１０−３Ｐａ）における、シリコンウエハと各材料との間の摩擦力の測定値を示している。図中「アルミナ」はアルミナ製の板上に、また「ＣＮＴ」は、シリコンウエハ上に成長させたカーボンナノチューブ上に、それぞれ２インチシリコンウエハを置いて測定した値を示している。また「フッ素系ゴム」は、φ６ｍｍのフッ素系ゴム板３枚の上にシリコンウエハを支持した場合を示している。【００２４】
図３Ａ，Ｂから明らかなように、大気中および真空中のいずれについても、「アルミナ」に対して「ＣＮＴ」および「フッ素系ゴム」の方が摩擦力は大きい。したがって、例えばアルミナ製エンドエフェクタ上に直接基板を支持した場合に比べ、「ＣＮＴ」もしくは「フッ素系ゴム」の保持部を介在させて基板を支持する場合の方が摩擦力は大きく、エンドエフェクタの支持面における基板の滑りを抑制して、搬送速度の高速化を図れるようになる。【００２５】
また、図３Ａ，Ｂより、カーボンナノチューブ製の保持部に比べて、フッ素系ゴム製の保持部の方が大きな摩擦力が得られることがわかる。したがって、フッ素系ゴム製の保持部を採用することで、基板の搬送速度の更なる高速化を図ることが可能となる。しかしながら、このようなゴム系の弾性材料は、基板や周囲温度の影響によって変質しやすく、また、基板に対する貼り付きが生じて搬送トラブルの原因となる場合がある。【００２６】
これに対して、カーボンナノチューブは耐熱性に優れているので、高温環境下での使用時においても保持部の熱による変質あるいは劣化を回避できる。更に、カーボンナノチューブによる基板の保持力は非粘着性であるため、貼り付きによる移載時の基板の割れや搬送不良の発生を防ぐことができる。したがって、周囲温度に関係なく、基板の適正な搬送動作を確保することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、基板搬送ロボットを用いて、基板（ウエハサイズ３００ｍｍ）の搬送テストを行い、エンドエフェクタに対する基板の位置ズレ量を測定した。【００２８】
エンドエフェクタはアルミナ製であり、その上に図１及び図２に示したカーボンナノチューブ製の保持部（１５）を取り付けたものを用いた。保持部の取付け箇所は、図１に示した３箇所であり、フォーク先端部２箇所と、フォーク基部１箇所とした。保持部は、シリコンウエハに、図２に示したサンプルと同一の条件でカーボンナノチューブを作製したものを用いた。保持部の合計の面積は、１１．５ｃｍ２であった。【００２９】
搬送テストは、ロボットに以下の（１）〜（５）の動作を繰り返し行わせた。測定は、大気中と真空中（圧力２×１０−３Ｐａ以下）で行った。
（１）ホイストとの間で一旦ウエハの受け渡し。
（２）ウエハ中心位置をＣＣＤセンサで計測。
（３）所定の動作（伸び動作、縮み動作、１８０度時計周り旋回、１８０度反時計周り旋回）。
（４）低速で計測位置に移動。
（５）ウエハ中心位置をＣＣＤセンサで計測。【００３０】
測定結果を図４及び図５に示す。各図においてＡは大気中での測定結果を示し、Ｂは真空中での測定結果を示す。図中のプロットは、各７回測定したものの平均値を表している。なお、比較例として、アルミナ製のエンドエフェクタ上に直接ウエハを載置して同様の試験を行ったときの測定結果を示す。【００３１】
図４Ａ，Ｂは、伸び／縮み動作時間とウエハのズレ量との関係を示している。動作時間が１．６２秒という比較的低速の場合、実施例、比較例ともにウエハのズレは認められない。一方、これよりも動作時間を高速化した場合、比較例ではウエハのズレが大きくなるのに対し、ＣＮＴ製の保持部を備えた実施例の場合には、１．１６秒という比較的高速の場合でも、ウエハのズレはほとんど認められなかった。この結果は、大気中でも真空中でも同じであった。【００３２】
図５Ａ，Ｂは、１８０度旋回動作時間とウエハのズレ量との関係を示している。動作時間が３．３１秒という比較的低速の場合、実施例、比較例ともにウエハのズレは認めらない。一方、これよりも動作時間を高速化した場合、比較例ではウエハのズレが大きくなるのに対し、ＣＮＴ製の保持部を備えた実施例の場合には、２．３６秒という比較的高速の場合でも、ウエハのズレはほとんど認められなかった。この結果は、大気中でも真空中でもほぼ同じであった。【００３３】
本実施例によれば、伸び／縮み動作時間に関しては、１．６２秒から１．１６秒へ０．４６秒短縮することが可能となった。また、１８０度旋回動作時間に関しては、３．３１秒から２．３６秒へ０．９５秒短縮することが可能となった。この結果を例えば、成膜室から基板をロボットが取り出す動作（ピック動作）に換算すると、動作時間は図６のようになり、動作時間は６．６５秒から５．２３秒へ１．４２秒短縮されることが可能となる。【００３４】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。【００３５】
例えば以上の実施形態では、カーボンナノチューブ製の保持部１５をエンドエフェクタ１４の支持面１４上に複数設置した例を説明したが、これに限られず、例えば、支持面の全面または一部に直接カーボンナノチューブを成膜して本発明の基板支持機構を構成することも可能である。【００３６】
また、以上の実施形態では、本発明に係る基板支持機構を基板搬送装置のエンドエフェクタに適用した例について説明したが、これ以外にも、基板搬送用のトレイ、ステージ、リフターピン等、基板を所定姿勢で支持する基板支持系全般に対して本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態による基板支持機構を備えた基板搬送ロボットのエンドエフェクタの構成を示す概略斜視図である。
【図２】本発明に係る保持部を構成するカーボンナノチューブの一例を示すＳＥＭ写真である。
【図３】エンドエフェクタと基板の間の摩擦力を示す一実験結果である。
【図４】本発明の実施例におけるロボット動作時間とウエハのズレ量との関係を示す一実験結果である。
【図５】本発明の実施例におけるロボット動作時間とウエハのズレ量との関係を示す一実験結果である。
【図６】本発明の実施例の一評価結果を示す図である。
【図７】従来の基板搬送ロボットの構成を示す概略斜視図である。
【図８】従来の基板搬送ロボットのエンドエフェクタの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１４  エンドエフェクタ
１４ａ  支持面
１５  保持部
Ｗ  基板
【図１】
2008152940.tif 000003
【図３】
2008152940.tif 000004
【図４】
2008152940.tif 000005
【図５】
2008152940.tif 000006
【図６】
2008152940.tif 000007
【図７】
2008152940.tif 000008
【図８】
2008152940.tif 000009
【図２】
2008152940.tif 000010
【国際調査報告】
2008152940.tif 000011
2008152940.tif 000012