(57)【要約】【課題】半導体ウエハハンドリング装置を提供すること。【解決手段】半導体ウエハを移送するためのベルヌーイ・ワンド（５０）であり、そのワンド（５０）は、ウエハの上方表面と下方表面との間に圧力差を生成するために、ウエハの上方表面に沿ってガスの流れを生成するように構成された、複数のガス出口（７４、７５）を有するヘッド部（５４）を有する。圧力差は、ベルヌーイの原理を用い、略非接触状態にて、ワンドのヘッド部（５４）の下方にてウエハを支持する持上げ力を生成する。ワンド（５０）は、異なるセットのガス出口穴（７４、７５）に流れを提供するように構成された、独立して制御可能なガス流路（７０、８０）を有する。ガス出口穴（７４、７５）およびガス流路（７０、８０）はベルヌーイの原理を用い、ウエハを支持するように構成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハハンドリング装置であって、
第１のセットのガス出口および第２のセットのガス出口を有するヘッド部であって、前記第１および第２のセットのガス出口は、ベルヌーイ効果を用い、ウエハを支持するために、前記ウエハに対してガスの流れを向けるように構成される、ヘッド部と、
第１の端部および第２の端部を有するネックであって、前記ネックは、前記第１の端部上のロボットアームおよび前記第２の端部上の前記ヘッド部に接続されるように構成され、前記ネックは、前記ネックを通る、複数の独立して制御可能なガス流路の一部を備え、前記ガス流路の各々は、前記第１および第２のセットのガス出口のうちの１つと流体連絡する、ネックと
を備える、装置。
【請求項２】
前記複数の独立して制御可能なガス流路は第１のガス流路のセットおよび第２のガス流路のセットを備え、前記第１のガス流路のセットは前記第１のセットのガス出口と流体連絡し、前記第２のガス流路のセットは前記第２のセットのガス出口と流体連絡する、請求項１に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項３】
前記第１のセットのガス出口は、略放射状外側に向けられたガスの流れを提供するように構成される、請求項１に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項４】
前記第１のガス流路のセットは、前記第１のセットのガス出口の前記ガス出口の各々にガスを供給するように構成される、請求項２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項５】
複数のワンド足部をさらに備え、
前記第１のガス流路のセットおよび第１のセットのガス出口は、前記複数のワンド足部に対して、前記ウエハを付勢する第１の力にてガスを提供するように構成される、請求項２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項６】
前記第２のセットのガス出口および第２のガス流路のセットは、前記複数のワンド足部に対して、前記ウエハを付勢する第２の力にてガスを提供するように構成され、前記第２の力は前記第１の力よりも大きい、請求項５に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項７】
前記第２のガス流路のセットは、第１の分岐および第２の分岐を備え、前記第１および第２の分岐は、前記第１および第２の分岐を介するガスの流量を制御するために、調節可能な流れ開口部を有する、請求項２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項８】
前記調節可能な流れ開口部は、前記第２のセットのガス出口から、バランスのとれたガスの流れを提供するように構成され、前記ガスの流れは、前記第１のガス流路のセットと前記第２のガス流路のセットとの間においてバランスがとれている、請求項７に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項９】
前記第２のセットのガス出口は、前記第１の分岐に接続された少なくとも１つの出口を備え、第１の回転方向において前記ウエハを付勢する方向にガスを向けるように構成され、前記第２のセットの出口はまた、前記第２の分岐に接続された少なくとも１つの出口を備え、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向において前記ウエハを付勢する方向にガスを向けるように構成される、請求項７に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の分岐は、前記ウエハがベルヌーイ効果を用いて支持される一方でウエハの回転を制御するように構成され、前記ウエハの回転は、前記ヘッド部の主表面に対して並行する面にある、請求項７に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の分岐の各々は、前記第１および第２の分岐を介するガスの流量を制御するように構成された調節可能な開口部を備える、請求項７に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１２】
前記ヘッド部およびネックは、高温材料で形成される、請求項１に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１３】
前記高温材料は石英である、請求項１２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１４】
半導体ウエハハンドリング装置であって、
ベルヌーイ効果を用い、ウエハを支持するための方法において、前記ウエハに対してガスの流れを向けるように構成された複数のガス出口を有するヘッド部と、
前記ヘッド部から延在する複数のワンド足部と、
第１の端部および第２の端部を有するネックであって、前記ネックは、前記第１の端部上のロボットアームおよび前記第２の端部上の前記ヘッド部に接続されるように構成され、前記ネックは、前記ネックを通る、複数の独立して制御可能なガス流路を備え、前記ガス流路は、前記複数のガス出口と流体連絡し、前記ワンド足部に対して、前記ウエハに二段階で付勢するように構成される、ネックと
を備える、装置。
【請求項１５】
前記複数のガス出口は、第１のセットのガス出口および第２のセットのガス出口を備え、前記第１のセットのガス出口は、前記ウエハの下方の圧力よりも小さい前記ウエハの上方の圧力を生成するために、前記ウエハの上方表面に亘って、前記ウエハの周縁へ、略放射状外側に、ガスを向けるように角度付けられ、前記第１のセットのガス出口は、前記ワンド足部に対して僅かな付勢を分与するように構成される、請求項１４に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１６】
前記第２のセットのガス出口は、前記ワンド足部に対して、前記ウエハを付勢する流れを提供するように角度付けられ、前記第２のセットのガス出口からの流れは、前記第１のセットのガス出口からの流れよりも、前記ワンド足部に対して付勢される、請求項１５に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１７】
前記複数のガス流路は、第１のガス流路のセットおよび第２のガス流路のセットを備え、前記第１のセットのガス出口は前記第１のガス流路のセットと流体連絡し、前記第２のセットのガス出口は前記第２のガス流路のセットと流体連絡する、請求項１５に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１８】
各ガス流路は別個に制御される、請求項１４に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項１９】
各ガス流路は別個のセットのガス出口と流体連絡する、請求項１４に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２０】
前記ヘッド部は石英で形成される、請求項１４に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２１】
前記ワンド足部は前記ヘッド部の遠位端または近接端部において配置される、請求項１４に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２２】
半導体ウエハハンドリング装置であって、
ベルヌーイ効果を用い、ウエハを支持するために、前記ウエハに対してガスの流れを向けるように構成された複数のガス出口を有するヘッド部と、
第１の端部および第２の端部を有するネックであって、前記ネックは、前記第１の端部上のロボットアームおよび前記第２の端部上の前記ヘッド部に接続されるように構成され、前記ネックは、前記ネックを通る、複数の独立して制御可能なガス流路を備え、前記ガス流路は前記複数のガス出口と流体連絡し、前記ガス流路は、回転方向において前記ウエハを付勢しないガスの流れを、前記ガス出口から提供するように調節可能である、ネックと
を備える、装置。
【請求項２３】
前記ヘッド部に配置された複数のワンド足部をさらに備え、前記ワンド足部は、前記ウエハの側方向への動きを制限するように構成される、請求項２２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２４】
前記ワンド足部は、前記ヘッドの遠位端または近接端部において配置される、請求項２３に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２５】
第１のガス流路が第１のセットの前記ガス出口と流体連絡し、第２のガス流路が第２のセットの前記ガス出口と流体連絡する、請求項２２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２６】
前記第１のセットのガス出口は、略放射状外側に向けられたガスの流れを供給するように構成される、請求項２５に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２７】
前記第２のガス流路は第１の分岐および第２の分岐を備え、前記第１の分岐は第１の回転方向において、前記ウエハを付勢する方向にガスを向けるように構成された少なくとも１つの出口に、前記ガスを供給するように構成され、前記第２の分岐は、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向において、前記ウエハを付勢する方向にガスを向けるように構成された少なくとも１つの出口に、ガスを供給するように構成され、前記第１および第２の分岐は、前記第１および第２の分岐を介する相対的なガスの流れを調節するように構成される、請求項２５に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２８】
前記第１および第２の分岐の各々は制限手段を備える、請求項２７に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項２９】
前記制限手段はバルブである、請求項２８に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項３０】
前記ヘッド部およびネックは石英からなる、請求項２２に記載の半導体ウエハハンドリング装置。
【請求項３１】
半導体ウエハを移送する方法であって、
前記ウエハの上方表面に亘ってベルヌーイ・ワンドのヘッド部を配置することであって、前記ヘッド部は、前記ウエハの側方向への動きを制限するように構成された複数のワンド足部を備える、ことと、
前記ウエハの前記上方表面に亘って低い圧力領域を生成し、前記ワンドの足部に対して、前記ウエハ上に僅かな側方向の力を加えることによって、前記ヘッド部に対して前記ウエハを引き付けることによって前記ウエハを支持することと、
前記低い圧力領域を用いて前記ウエハを支持する一方で前記僅かな側方向の力を加えた後、前記ウエハに対して追加の略側方向の力を加えることであって、前記追加の略側方向の力は前記僅かな側方向の力よりも大きい、ことと、
前記追加の略側方向の力を加えた後、前記低い圧力領域を用いて前記ウエハを支持する一方で、略非接触状態で前記ウエハを移送することと
を含む、方法。
【請求項３２】
前記ウエハに亘る前記低い圧力領域における圧力は前記ウエハの下方の圧力よりも低い、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記低い圧力領域を生成することは、前記ウエハの前記上方表面に亘って、略放射状外側へガスを流すことを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記低い圧力を生成することは、前記ヘッド部の下方表面における第１のセットのガス出口穴を介してガスを流すことをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記追加の略側方向の力を加えることは、前記ヘッド部の前記下方表面における第２のセットのガス出口穴を介してガスを流すことを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ウエハを引き付けることは、前記ウエハを移送する一方で前記ウエハのエッジのみが前記足部と接触するように、前記足部に対して前記ウエハを付勢することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記追加の略側方向の力は、前記ウエハの前記エッジが前記足部と接触している間に加えられる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ワンド足部は、前記ヘッド部の遠位端または近接端部上に配置される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記ヘッド部は、高温プロセスのための材料で形成される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
半導体ウエハを移送する方法であって、
前記ウエハの上方表面に亘ってベルヌーイ・ワンドのヘッド部を配置することと、
前記ウエハの前記上方表面に亘って低い圧力領域を生成することによって、前記ヘッド部に対して前記ウエハを引き付けることによって前記ウエハを支持することと、
前記ウエハを支持する一方でウエハの回転を制御することであって、前記ウエハの回転は、前記ヘッド部の主表面に対して並行する面にある、ことと、
前記低い圧力領域を用いて前記ウエハを支持する一方で、略非接触状態において前記ウエハを移送することと
を含む、方法。
【請求項４１】
ウエハの回転を制御することは、前記ガスの流れが前記ウエハに対して回転の付勢を分与しないように、前記ヘッド部から前記ウエハへのガスの流れを調節することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記ウエハを支持することは、前記ヘッド部の第１のセットのガス出口を介して第１のガス流路からガスを流すことを含み、ウエハの回転を制御することは、前記ヘッド部の第２のセットのガス出口を介して第２のガス流路からガスを流すことを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２のガス流路は第１の分岐および第２の分岐を備え、前記第１および第２の分岐の各々は、別個のガス出口にガスを供給し、ウエハの回転を制御することは、前記第１の分岐と前記第２の分岐との間における相対的なガスの流れを調節することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記調節することはバルブを調節することを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記ヘッド部は高温プロセスのための材料で形成される、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板ハンドリングシステムに関し、より詳細には、ベルヌーイ効果を用い、基板を持ち上げるために、ガスの噴流を利用する、半導体基板持上げ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、通常、ウエハとして知られる薄い切片状の半導体材料上に形成される、トランジスタおよびダイオードなどの多くの半導体装置からなる。ウエハにおける半導体装置の製造において用いられるプロセスの一部は、高温のチャンバ内でウエハを位置決めするプロセスを含み、ここでウエハは高温ガスに露出され、ウエハ上に形成される層となる。そのような集積回路を形成する場合、高温のチャンバ内に、ウエハを取り付け、そしてそこから取り除くことがしばしば必要であり、その高温チャンバ内では、ウエハは１２００℃にも達し得る。そのような高温のプロセスの一例は、エピタキシャルの化学蒸着であるけれども、当業者は、例えば４００℃などよりも高い他の例の処理を容易に理解する。しかしながら、ウエハは微粒子の汚染に対して極めて脆く、脆弱であるため、移送の際、特にウエハが熱せられた状態において、そのウエハに対しての物理的なダメージを回避するように高度の注意を払う必要がある。
【０００３】
移送中でのウエハへのダメージを回避するために、様々なウエハ持上げ装置が開発されている。ウエハが持ち上げられる特定の用途または環境により、最も効果的なタイプの持上げ装置がしばしば決定される。ベルヌーイ・ワンドとして知られる一種の持上げ装置は、非常に高温のウエハを移送するのに特に適している。石英で形成されたベルヌーイ・ワンドは、高温のチャンバ間においてウエハを移送するのに特に有利である。というのは、金属設計では、そのような高温に耐えることはできず、および／または上昇した温度においてウエハを汚染し得るからである。ベルヌーイ・ワンドによって提供される利点は、高温のウエハは通常、ワンドの裏側のウエハエッジの外側に配置された１つ以上の小さなロケータまたは「足部（ｆｅｅｔ）」を除いて、持上げワンドと恐らく接触せず、それによりワンドによって生じたウエハへの接触ダメージを最小化することである。高温ウエハのハンドリングのためのベルヌーイ・ワンドは、Ｇｏｏｄｗｉｎらの特許文献１およびＦｅｒｒｏらの特許文献２に開示され、それらの開示全体は参照することにより本明細書に援用される。ベルヌーイ・ワンドは、通常、ロボットの前部またはウエハのハンドリングアームに実装される。
【０００４】
高温プロセスにおいてウエハを移送する通常のベルヌーイ・ワンド設計は図１に示される。図１に示すように、ベルヌーイ・ワンド１００は石英で形成でき、非常に高温のウエハを移送するのに有利である。通常、ガスは、ワンド１００のネック１１０における中央ガス流路１０２を介してガス源から流れる。中央ガス流路１０２は、ワンド１００のヘッド１３０に配置された複数のガスの出口穴１２０にガスを供給する。特に、ウエハ上に配置された場合、ベルヌーイ・ワンドは、ガスの出口穴１２０からの角度に流れるガスの噴射を利用して、ウエハ上にガス流のパターンを形成し、ウエハの直上における圧力を、そのウエハの直下の圧力よりも少なく生じさせることで、ベルヌーイ効果を生成する。その結果、圧力の不均衡なバランスにより、ウエハに、上方への「持上げ」力を受けさせる。さらに、ウエハがワンド１００に対して上方に引き付けられると、持上げ力を生成するその噴射は、ウエハをベルヌーイ・ワンド１００に接触させない、より大きくなる反発力を生成する。その結果、実質的に非接触の方法で、ワンドの下にウエハを浮遊させることが可能である。
【０００５】
ガス出口穴１２０の一部は通常、ワンド１００の一端に配置された「足部」１４０に対して付勢され、ワンド１００の下の適当な位置にウエハを保持する。足部１４０は、２つの位置において、そのエッジ上においてウエハと接触することによって、ウエハを拘束し、さらなる側方向への動きを回避する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，０８０，５４９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２４２，７１８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によれば、半導体ウエハハンドリング装置が提供される。本装置はヘッド部およびネックを備える。ヘッド部は、第１のセットのガス出口および第２のセットのガス出口を有する。第１および第２のセットのガス出口は、ベルヌーイ効果を用い、ウエハを支持するために、ウエハに対してガスの流れを向けるように構成される。ネックは、第１の端部および第２の端部を有し、第１の端部上のロボットアームおよび第２の端部上のヘッド部に接続されるように構成される。ネックは、ネック間を通る、複数の独立して制御可能なガス流路の一部を含む。ガス流路の各々は、第１および第２のガス出口のうちの１つと流体連絡する。
【０００８】
別の実施形態によれば、半導体ウエハハンドリング装置が提供される。この装置は、ヘッド部、ヘッド部から延在する複数のワンド足部、およびネックを備える。ヘッド部は、ベルヌーイ効果を用い、ウエハを支持する方法において、ウエハに対してガスの流れを向けるように構成された複数のガス出口を有する。ネックは第１の端部および第２の端部を有し、第１の端部上のロボットアームおよび第２の端部上のヘッド部に接続されるように構成される。ネックは、ネック間を通る、複数の独立して制御可能なガス流路を備える。ガス流路は複数のガス出口と流体連絡し、ウエハ足部に対して、ウエハに二段階で付勢するように構成される。
【０００９】
別の実施形態によれば、半導体ウエハハンドリング装置が提供される。その装置はヘッド部およびネックを備える。ヘッド部は、ベルヌーイ効果を用い、ウエハを支持するために、ウエハに対してガスの流れを向けるように構成された複数のガス出口を有する。ネックは第１の端部および第２の端部を有し、第１の端部上のロボットアームおよび第２の端部上のヘッド部に接続されるように構成される。ネックは、ネック間を通る、複数の独立して制御可能なガス流路を備える。ガス流路は、複数のガス出口と流体連絡し、ガス流路は、回転方向において、ウエハを付勢しないガスの流れを、ガス出口から提供するように調節可能である。
【００１０】
さらに別の実施形態によれば、半導体ウエハを移送する方法が提供される。ベルヌーイ・ワンドのヘッド部は、ウエハの上方表面に亘って配置され、ヘッド部は、ウエハの側方向への移動を制限するように構成された複数のワンド足部を備える。ウエハは、ウエハの上方表面に亘って低い圧力領域を生成し、ワンド足部に対して、ウエハ上に僅かな側方向の力を加えることによって、ヘッド部に対してウエハを引き付けることにより、支持される。追加のより大きい略側方向の力は、低い圧力領域を用いてウエハを支持する一方で僅かな側方向の力を加えた後、ウエハに対して加えられ、ここでその追加の略側方向の力は僅かな側方向の力よりも大きい。ウエハは、追加の略側方向の力を加えた後、低い圧力領域を用いて、ウエハを支持している間、略非接触状態にて移送される。
【００１１】
別の実施形態によれば、半導体ウエハを移送する方法が提供される。ベルヌーイ・ワンドのヘッド部はウエハの上方表面に亘って配置される。ウエハは、ウエハの上方表面に亘って低い圧力領域を生成することにより、ヘッド部に対してウエハを引き付けることによって支持される。ウエハの回転は、ウエハを支持する間、制御され、そのウエハの回転は、ヘッド部の主表面に対して並行する面にある。ウエハは、低い圧力領域を用いてウエハを支持する一方で、略非接触状態において移送される。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下の記載、添付の特許請求の範囲、および図面から当業者には明らかであり、それらの態様は、例示を目的とし、本発明を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のベルヌーイ・ワンドの平面略図である。
【図２Ａ】一実施形態に係る、半導体ウエハと係合するように構成されたベルヌーイ・ワンドからなるウエハ移送システムを概略的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａのベルヌーイ・ワンドの上面略図である。
【図２Ｃ】図２Ａのベルヌーイ・ワンドのヘッドの下方プレートにおける、角度を付けられたガス出口穴の断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａのベルヌーイ・ワンドの側面図である。
【図２Ｅ】図２Ａのベルヌーイ・ワンドのヘッドの側面図であり、一実施形態に係る、ガス出口穴からのガスの流れを示す。
【図３Ａ】別の実施形態に係る、ベルヌーイ・ワンドの下側平面略図である。
【図３Ｂ】図３Ａのベルヌーイ・ワンドのガス流路における調節可能な開口部の詳細図である。
【図４】別の実施形態に係る、ベルヌーイ・ワンドの下側平面略図である。
【図５Ａ】さらなる別の実施形態に係る、ベルヌーイ・ワンドの平面略図である。
【図５Ｂ】カセットの棚の間における図５Ａのベルヌーイ・ワンドの平らなヘッド部の上面略図である。
【図５Ｃ】カセットラックの上面および正面の概略斜視図である。
【図６】ベルヌーイ・ワンドを含む半導体プロセスシステムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
好ましい実施形態および方法の以下の詳細な記載は、特許請求の範囲を理解することに役立つために、所定の特定の実施形態の記載を提示する。しかしながら、特許請求の範囲によって規定され網羅される、多くの異なる実施形態および方法において本発明を実施してもよい。
【００１５】
例示を目的とした図面を特に参照すると、本発明は、通常、図面に示される装置において具体化されている。本明細書に開示される基本的な考え方から逸脱することなく、本装置は構成および部分の詳細に関しては変化してもよく、本方法は特定の工程および順序に関しては変更されてもよいことは理解される。
【００１６】
単一の中央ガス流路を有する既存のベルヌーイ・ワンドは特に問題があることが見出されている。これらの既存のベルヌーイ・ワンドが有する１つの問題は、ガス出口穴の一部が足部方向に付勢されると、ワンドの足部により、エッジが足部と接触するウエハのエッジにダメージを生じることである。上述のように、ワンドの足部は、ウエハが、ベルヌーイ・ワンドから側方向に離れないようにするために提供される。通常、ガスは、ベルヌーイ効果を用い、ウエハを十分に強く支持する保持力を提供するような速度で、ガスがガス出口穴から流れる。しかしながら、通常、適用された力により、ウエハはまず強い運動量および力でワンドの足部と接触され、その結果、ウエハエッジにダメージを与えてしまう。上述のように、ベルヌーイ・ワンドは、ワンドの下で、適切な位置にウエハを保持するために、十分な保持力を適用する必要がある。少なすぎる保持力が提供された場合、そのベルヌーイ・ワンドが、新たな位置に回転される（例えば、ウエハは新たなプロセスチャンバまたはロードロック（ｌｏａｄｌｏｃｋ）チャンバに移送される）と、ウエハはワンドの足部を「弾いて」しまい、（遠心力のために）投げ出される場合がある。
【００１７】
特に、超高純度のエピタキシャルのシリコン層を用いてウエハに前もってコーティングするために、機械においてベルヌーイ・ワンドを用いるウエハ製造者は、ウエハエッジに対してダメージをしばしば与えてしまう。また、ガス出口穴の方向および製造中の穴の直径公差を制御することは困難である。ガス出口穴の方向および／または直径における僅かな変化（例えば１インチ（２．５４ｃｍ）の千分の一）でさえ、ベルヌーイ・ワンドによって支持されている間にも、ウエハを回転させて、ウエハは「弾かれて」しまい、その結果、ワンドの性能に悪影響を与えてしまう。このウエハの回転に対して反対に作用するために、従来のベルヌーイ・ワンドの出口穴は、適切にサイズ合わせされ、角度付け（左右のバランス付け）がなされるべきである。
【００１８】
以下で記載される、改良されたウエハ移送システムは、上述のワンドに関連するウエハエッジへのダメージの問題を最小化する、高温プロセスのための材料からなる、改変されたベルヌーイ・ワンドを含む。このベルヌーイ・ワンドのための適切な材料は、セラミック、石英、およびガラスを含むが、それらに限定されない。好ましくは、そのようなベルヌーイ・ワンドは、室温から約１１５０℃の範囲の温度、そして特に、約４００℃から約９００℃の範囲の温度、さらに重要には、約３００℃から５００℃の範囲における温度に耐えることができる。ワンドの足部による引っかきによる、ウエハエッジへの潜在的なダメージは、ガスを異なるセットのガス出口に供給する複数の独立して、制御可能なガス流路を有するように、ワンドを改変することによって最小化可能である。本明細書に記載されたウエハ移送機構は、エピタキシャルの蒸着システムにおいて用いられてもよいが、他のタイプの半導体プロセスシステムにおいて用いることもできる。
【００１９】
ここで図面を参照する。図面において同様の部材符号は図面を通して同様の部分を示す。図２Ａは、高温のチャンバ内へ、およびそこから、略平らの半導体ウエハ６０を移送するように適合された半導体ウエハ移送システム２９の一実施形態を図式的に示す。特に、ウエハ移送システム２９は、略非接触の方法における移送のために、ウエハ６０と係合するように構成された可動式ベルヌーイ・ワンド５０を有するウエハ移送アセンブリ３０を備える。システム２９は、窒素（Ｎ２）などの不活性ガス３３の流れをワンド５０に供給するように適合されたガス供給アセンブリ３１をさらに備える。ベルヌーイ・ワンド５０は、半導体プロセス分野において、他のエンドエフェクタと同様に、通常はロボット上に実装されると理解される。
【００２０】
図２Ａに示すように、ガス供給アセンブリ３１は、通常、主ガス貯蔵器３２およびそれに接続される主ガス管３４を備える。特に、貯蔵器３２は、好ましくは、比較的高圧力下で大量のガスを貯蔵するように適合された、密封された空洞、および長期間、管３４を介してガスの流れ３３を制御可能なように搬送するための圧力調整器を備える。あるいは、加圧型ガス供給が、ガス貯蔵器の代わりに用いられてもよい。
【００２１】
図２Ａの例示的な実施形態において、ウエハ移送アセンブリ３０は、ガス接触部３６、２つの管４０、近接端部または後部４１を有するロボットアーム４４、可動式遠位端部または前部４３、およびそれら両端の間に延在する２つの密封ガス流路４２を備える。特に、ガス接触部３６は、ガス３３がロボットアーム４４に流れることができるように、ガス供給アセンブリ３１の主ガス管３４と連結するように適合される。さらに、ロボットアーム４４の前部４３は、制御された状態にて、その前部４３に接続されたベルヌーイ・ワンド５０を動かすように、制御可能に配置されるように適合される。当業者は、ガス接触部３６が、分配マニホルド、制御バルブ、蓄圧器、流量コントローラ、流量メータ、ガスドライヤ、ガスフィルタなどの構成要素を備えてもよいことを理解する。
【００２２】
図２Ａに示す実施形態において、ベルヌーイ・ワンド５０は、細長のネックすなわち後部分５２、前部分すなわち平らなヘッド５４、および複数の位置合わせ足部５６を含む。ネック５２は、第１の端部５１、第２の端部５３、上部表面４８、ならびに、第１の端部５１から第２の端部５３へと延在する密封された第１のガス流路７０および第２のガス流路８０を備える。さらに、ネック５２の第１の端部５１は、ロボットアーム４４の前部４３に取り付けられているので、ガス３３は、ロボットアーム４４内の流路４２から、ベルヌーイ・ワンド５０のネック部分５２内のガス流路７０および８０に流れることが可能である。さらに、ベルヌーイ・ワンド５０のネック部分５２の第２の端部５３は、ワンド５０のヘッド５４に取り付けられているので、ヘッド５４を物理的に支持し、ガス３３がガス流路７０および８０からヘッド５４に流れることが可能である。図２Ａに示す実施形態において、ロボットアーム４４内の各ガス流路は、ネック部分５２のガス流路７０および８０のうちの１つと流体連絡することが理解される。代替実施形態において、ロボットアーム４４内の１つのガス流路４２は、ネック部分５２内のガス流路７０および８０に分かれる。当業者は、この代替実施形態において、好ましくは、ガス接触部３６とロボットアーム内のガス流路４２とを流体接続する単一のガス管４０が存在することを理解する。
【００２３】
図２Ａおよび図２Ｂに概略的に示されるように、ヘッド５４は、第１の端部５７、下方表面５５、および上方表面５９を有する複合構造を形成するために、並行な状態において組み合わされている略平らな上方プレート６６および略平らな下方プレート６４から形成される。好ましくは、ヘッド５４は、ウエハの領域全体を覆うようにサイズおよび形状が合わされている。好ましい実施形態において、ヘッド５４は実質的に円形である。ヘッド５４の直径は、好ましくは、ウエハの直径とほぼ同じである。例えば、２００ｍｍのウエハを移送するように構成されたワンド５０のヘッド５４は、約２００ｍｍの直径を有することが好ましい。一部の実施形態において、ヘッド５４は、ウエハの直径よりも、大きいか、または小さい直径を有していてもよい。当業者は、大きすぎるヘッド５４は、ヘッド５４とラックまたはカセットとの間にある接触面と干渉する場合があり、これに対して、小さすぎるヘッド５４は十分なベルヌーイ効果を提供しない場合があることを理解する。従って、ヘッド５４の直径は、好ましくは、ウエハの直径の±５ｍｍ以内であり、より好ましくは、ウエハの直径の±２ｍｍ以内である。一部の実施形態において、ヘッド５４は、完全に円形ではなく、１つの軸に沿った直径は、他の軸に沿った直径よりも大きくてもよい。ヘッド５４は、好ましくは、厚さ約１／８インチ（０．３１７５センチメートル）から約３／８インチ（０．９５２５センチメートル）、より好ましくは、厚さ約０．１２０インチ（０．３０４８センチメートル）の厚さ「ｔ」（図２Ａおよび図２Ｄ）を有する。好ましい実施形態において、各プレート６４および６６は、厚さ約０．６０インチ（１．５２４センチメートル）である。
【００２４】
他の実施形態において、当業者は、複数ウエハプロセス装置において、複数のウエハを保持するためのカセットラックから、ベルヌーイ・ワンドがウエハを取り付け、および取り外しできるように、ヘッドは、面取りされた面を有してもよいことを理解する。そのようなワンド１０は、面取りされた面１２を有するヘッド部１４を有して図５Ａに示される。図５Ｂは、カセットラックの棚１６の間にあるベルヌーイ・ワンド１０の平らなヘッド部１４の上面図である。典型的なカセットラック８は図５Ｃに示される。各スロット１７はウエハ２０を保持することができる。通常、これらのカセットラック１６は、例えば、垂直の列において約２６個のウエハを保持する。図５Ｂに示すように、面取りされた面１２によって、ベルヌーイ・ワンド１０は、カセットラックの棚１６の間に挿入可能である。ウエハ２０がカセットラック８のスロット１７（図５Ｃ）に取り付けられると、図５Ｂの点線２０によって示される、ウエハ２０の対向する周縁端部（それらは面取りされた面１２によって「露出された」ままである）は、ベルヌーイ・ワンド１０が棚１６の間に挿入されている間、カセットラック８の棚１６によって水平に支持される。面取りされた面１２を有するベルヌーイ・ワンド１０は、棚１６の間にフィットでき、それにより、かなり密に積み重なったカセットラック８を可能とするように構成される。
【００２５】
さらに、ワンド５０のネック５２、ヘッド５４、および足部５６は、好ましくは、例えば石英またはセラミックなどの高温材料から構成されるので、ベルヌーイ・ワンド５０は、好ましくは、１１５０℃もの高温、そして特に、約４００℃から約９００℃の範囲の高温、さらに重要には、約３００℃から約５００℃の範囲の高温を有するウエハ６０を操作するために、高温のチャンバに及ぶことが可能であり、同時に、ウエハ６０へのダメージを最小化できる。そのような高温材料の使用により、ワンド５０は、基板を汚染することなく、比較的高温の基板を持上げるために用いることが可能である。
【００２６】
図２Ａおよび図２Ｂは、２つの別個のガス流路７０および８０を有するベルヌーイ・ワンドの実施形態を示す。２つの別個のガス流路７０および８０は、好ましくは独立して制御可能であり、各々の流路はガスを、異なるセットの出口穴７４および７５各々に供給する。１つ以上のガス流路７０のセットの一部および１つ以上のガス流路８０のセットの一部はネック５２に提供可能であることは理解される。図に示すように、ヘッド５４はネック５２に支持され、ネック５２と流体連絡する。以下で記載するように、ヘッド５４は、ヘッド５４の下方表面５５（図２Ａ）上に配置された、２つのセットのガス出口穴７４および７５（図２Ｂ）にガス３３を流すことができるようにさらに適合される。ガス出口穴７４の第１のセットは、第１のガス流路７０からガスが供給される。ガス出口穴７５の第２のセットは、第２のガス流路８０からガスが供給される。図２Ｂに示すように、ガス出口穴７５の第２のセットは、ヘッド５４の下方表面５５の中心にあり、ガス出口穴７４の第１のセットは、ガス出口穴７５の第２のセットの周囲に配置される。
【００２７】
図２Ｂに示すように、ヘッド５４はさらに、第１のガス流路７０から延在する、複数の密封された分配流路７２を備える。分配流路７２および第１のガス流路は共に、第１のガス流路セットを形成する。図２Ｂに示すように、第１のガス流路７０は、これらの分配流路７２を介して、ガスを、ガス出口穴７４の第１のセットに供給する。第２のガス流路８０はガスを、ガス出口穴７５の第２のセットに供給し、該ガス出口穴７５の第２のセットは、図示された実施形態において、２つのガス出口穴を備える。当該ガス出口穴７５の第２のセットは代替実施形態において３つ以上の出口穴を備えてもよいことを当業者は理解する。他の実施形態において、ガスをガス出口穴７５の第２のセットに供給し得る第２のガス流路８０から延在する複数の分配流路が存在してもよいことは理解される。第２のガス流路８０から延在するそのような複数の分配流路は、第２のガス流路８０と共に、第２のガス流路セットを形成することは理解される。
【００２８】
ヘッド５４において、第１の流路７０および第２の流路８０、ならびに各々の分配流路７２は、図２Ｂに示すように、ヘッド５４の下方プレート６４の上方表面内の溝として形成される。あるいは、第１の流路７０および第２の流路８０、ならびに複数の分配流路７２は、上方プレート６６の下方表面に形成されてもよい。
【００２９】
第１ガス流路７０から第１のセットのガス出口穴７４へのガスの流れは、好ましくは、ベルヌーイ効果を用い、ウエハ６２を保持するのに十分な力をワンド５０に提供する。ガス出口穴７４の第１のセットは、ガス出口穴７４がヘッド５４の分配流路７２から下方表面５５（図２Ａ）へと下方プレート６４を介して延在し、図２Ａから図２Ｃに示すように、ウエハ上に、略放射状外側に向かう、穴からのガスの流れ７６を生成するように、角度付けおよび分配される。第１のセットのガス出口穴７４からの角度付けされたガスの流れの一般的なパターンは、ベルヌーイ効果という結果となることを当業者は理解する。さらに、第１のセットのガス出口穴７４に供給されたガスは、好ましくは、以下でさらに詳述するように、ワンド足部５６に対する少しの付勢を提供する。
【００３０】
第２のガス流路８０は、好ましくはワンド足部５６に対して大いに付勢された第２のセットのガス出口穴７５を供給する。図２Ｅの簡略図に示すように、第２のセットのガス出口穴７５は角度付けられて、以下でさらに詳述するように、ワンド足部５６に対してさらに付勢された流れ７８を生成する。当業者が容易に理解するように、第２のセットのガス出口穴７５から流れるガスは、第１のセットのガスの出口穴７４から流れるガスによって生成されたベルヌーイ効果の一因となる。
【００３１】
上述のように、第１のガス流路７０および第２のガス流路８０は、好ましくは独立して制御可能である。本実施形態によれば、第１のガス流路７０へのガスの流れは、好ましくは、第２のガス流路８０へのガスの流れに先立って流れる。前者が流れていて、後者が流れていない場合であって、ワンド５０が平らな上方表面６２および平らな下方表面６８を有するウエハ６０上に配置される場合、ウエハ６０は、図２Ａに示すように、略非接触した状態においてワンド５０と係合するようになる。特に、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１のセットの出口穴７４からのガスの流れ７６は、上方からウエハ６０の上方表面６２に亘って、略水平方向および略放射状外方向に流れ、ウエハ６０上に低い圧力領域を生成する。ここで、ウエハ６０上の圧力はウエハ６０下の圧力よりも小さい。従って、ベルヌーイ効果に従えば、ウエハ６０は上方への「持上げ」力を受け、ヘッド５４に対して引き付けられる。上述のように、当業者は容易に理解するように、一部の実施形態において、ロボットアーム４４において２つのガス流路４２が存在し、流路の各々はガス流路７０および８０の一方の一端上に接続され、かつ流路の各々は、他端上において、別個に流れることができる、別個のガス接触部３６またはガス供給部へ接続される。ガス流路７０および８０を介したガスの流れを独立して制御するために、バルブまたは他の制御器が、ロボットアーム４４内のガス流路４２上に、またはネック５２内のガス流路７０および８０上に提供されてもよい。
【００３２】
上述のように、ガスの流れ７６は、圧力の不均衡と、その結果生じる上方への力を生成し、それにより、ウエハ６０は、その後、平衡位置まで動かされる。ここで、ウエハ６０は、ヘッド５４と略接触することなくヘッド５４の下方で浮遊する。特に、垂直の平衡位置において、ウエハ６０の上方表面６２に影響を及ぼすガスの流れ７６によって生じたウエハ６０上に作用する下方の反力、およびウエハ６０上に作用する重力が組み合わされて、圧力の不均衡によって生成された持上げ力をオフセットする。その結果、ウエハ６０は、ヘッド５４に対して略固定された垂直位置において、ヘッド５４の下方において浮遊する。さらに、ウエハ６０が前述の方法においてヘッド５４によって係合されている間、ウエハ６０の平面は、ヘッド５４の平面に対して略並行に方向付けられる。さらに、ウエハ６０の上方表面６２とヘッド５４の下方表面５５との間の距離は、典型的には、ウエハ６０の直径に比較して短い。この距離は、好ましくは、約０．００８インチから０．０１３インチ（約０．０２０３２センチメートルから約０．０３３０２センチメートル）の範囲内である。
【００３３】
ウエハ６０が水平に移動することを回避するために、第１のセットのガス出口穴７４は、好ましくは、側方向への僅かな付勢をガスの流れ７６に分与してワンド５０の足部５６に対してウエハ６０を徐々に移動させるために、分散され、かつ角度付けられる。実施形態によれば、足部は、ワンド５０の下方表面５５から、約０．０８インチ（約０．２０３２センチメートル）の高さ「ｈ」を有する（図２Ｄ）。その結果、ウエハ６０のエッジ表面６９（図２Ａ）は、足部５６と徐々に係合し、ワンド５０に対してウエハ６０の側方向へのさらなる移動を回避し、ウエハエッジ６９へのあらゆるダメージを略回避する。
【００３４】
足部は、ヘッド５４のいずれかの端上に配置されてもよく、ワンド５０に対してウエハ６０の側方向へのさらなる移動を回避することは当業者によって理解される。一部の実施形態において、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、および２Ｅに示すように、足部５６は、ヘッド５４の近接端部において配置される。他の実施形態において、図１に示すように（本発明の実施形態ではないが、本発明の実施形態において提供可能な足部１４０を示す）、足部５６はヘッドの遠位端において配置される。ワンド５０がカセットなどのラックを有して用いられる場合、足部５６は、好ましくは、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、および図２Ｅに示すように、ヘッド５４の近接端部において配置されることは理解される。当業者は、ワンド５０がラックを用いられない場合、足部は、ヘッドの遠位端に配置されてもよいことを理解する。足部５６は、好ましくは、石英などの高温材料でも形成される。
【００３５】
操作において、上述のように、第１のガス流路７０へのガスの流れは、好ましくは、最初に流れ（すなわち、第２のガス流路８０を介してガスが流れる前に）、ウエハ６０をワンド５０の上方に引き付け、ウエハ６０をワンド足部５６に対して側方向に徐々に移動させる。所定時間の後、好ましくは、約１秒から約５秒の範囲にて、より好ましくは約２秒にて、ガスが第１のセットのガス出口穴７４から継続して流れている間に、第２のガス流路８０へガスが流れて、第１のセットのガスの出口穴７４から流れるガスによって生じるベルヌーイ効果の一因となり、また、ワンドの足部５６に対してウエハ６０の、追加の略側方向の保持力を提供する。上述のように、第２のセットのガス出口穴７５は角度付けられて、ガス出口穴７５はワンド足部５６に対して大いに付勢される。ウエハエッジ６９が既にワンド足部５６と接触していると（第１のセットのガス出口穴７４から流れるガスによって提供された僅かな付勢のために）、第２のガス流路８０からの追加の力は、強い衝撃が存在せず、追加の力が足部５６に対してさらに強力にウエハを保持するので、ウエハエッジ６９に対してさらなるダメージを生じない。これにより、ウエハ６０はベルヌーイ・ワンド５０によって（例えば別のステーションに）移送可能となり、ワンド５０が回転した場合に、遠心力でウエハ６０が離れ落ちる危険を著しく低下させる。
【００３６】
図３Ａは、ベルヌーイ・ワンド５０の第２の実施形態の底面略図である。図３Ａに示すように、ベルヌーイ・ワンド５０のこの実施形態は、１つの第１のガス流路７０および２つの第２の流路８０ａおよび８０ｂを備える、３つのガス流路を有する。この実施形態は、第２の流路８０が、左の分岐８０ａおよび右の分岐８０ｂに分離されることを除いて、図２Ａから図２Ｅに示すワンドに類似する。左の分岐８０ａおよび右の分岐８０ｂを介した流量は、開口部８２ａおよび８２ｂ（図３Ｂを参照）を調節することによって制御可能であり、ガス出口穴７４および７５からのガスの流れは、左の分岐８０ａおよび右の分岐８０ｂから流れるガスに対して、対称となるか、またはバランスをとるように調節可能であり、それにより、上述した問題を生じさせるようなウエハの回転を低減する。従って、ガス出口穴７４および７５のサイズおよび方向における僅かな変更（上述の）は、対称的な流れまたはバランスのとれた流れを提供してウエハの回転を低下させるために、左右の分岐８０ａおよび８０ｂを介した相対的なガスの流れを調節することによって補正可能である。
【００３７】
図３Ｂに示すように、左右の分岐８０ａおよび８０ｂの各々によって、調節可能な開口部８２ａおよび８２ｂが提供される。左右の分岐８０ａと８０ｂとの間の相対的な流れは、一方の側または他方の側において、その流れが対称となるかまたはバランスがとれるように調節するために、僅かだが、徐々に増加する制限手段を用いることによって調節可能である。流れの対称性に影響を与えることなく、ワンド足部５６に対して保持力を増加するために、開口部８２ａおよび８２ｂの両方は、必要とされる力が達成されるまで、同じ率で大きくすることができる。当業者は、バルブまたは制御器などの制御手段が開口部８２ａおよび８２ｂを介した流れを制御するために使用可能であり、ガス接触部３６は第１の流路７０を介した流れを制御してもよい。
【００３８】
第３の実施形態を図４に示す。この実施形態において、別個のガス流路が、各個別の出口穴に提供される。当業者は、この実施形態において、各出口穴を介した流れが独立に制御可能であり、その流れは細かく調整されてもよいことを理解する。この実施形態は、任意の数のガス流路およびそれに対応するガス出口穴が提供されてもよいことは理解される。
【００３９】
半導体プロセスシステム８５の一実施形態を図６に示す。図６は、半導体プロセスシステム８５の一部を示す俯瞰略図である。ロードポートまたはロードロックチャンバ８４は、好ましくは、図６に示すように、ウエハ・ハンドリングチャンバ（ＷＨＣ）８６と接合される。この図示された実施形態において、ベルヌーイ・ワンド５０は、ＷＨＣ８６内にあるＷＨＣロボット８９に接続される。ベルヌーイ・ワンド５０は、ロードポートまたはロードラックチャンバ８４からプロセスチャンバ８７への移送のためにウエハを保持するように構成されたラックまたはカセット８８内に、ウエハにアクセスするように構成され、ここでウエハは、この実施形態によれば、サセプタ上でプロセスされてもよい。従って、ベルヌーイ・ワンド５０は、ウエハを取り付けおよび取り外しするためにスロットに達することができる。
【００４０】
他の実施形態において、ＷＨＣ８６に隣接する、複数のプロセスチャンバ８７および／またはロードロックチャンバ８４が存在してもよく、ＷＨＣロボット８９およびベルヌーイ・ワンド５０は、ラックと相互に遣り取りをする必要なく、個々のプロセスチャンバおよび冷却ステーションの全ての内部に効果的なアクセスを有するように配置されてもよいことを、当業者は理解する。このようなシステムにおいて、別個のエンドエフェクタ（例えばパドル）は、ラックと相互に遣り取りするために提供可能である。プロセスチャンバ８７は、ウエハ上において同様のプロセスを実行するために用いられてもよい。あるいは、当業者は、プロセスチャンバ８７が、各々、ウエハ上において異なるプロセスを実行してもよいことを理解する。それらのプロセスは、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、エッチング、灰化、酸化、イオン注入、リソグラフィ、拡散などを含むが、それらに限定されない。各プロセスチャンバ８７は、通常、ウエハが、プロセスチャンバ８７内で処理されるのを支持するために、サセプタまたは他の基板支持を含む。プロセスチャンバ８７は、真空ポンプ、プロセスガス導入機構、および排気および加熱機構に接続されて取り付けられてもよい。ラック８８は携帯用カセットであってもよく、または、ロードロックチャンバ８４内の固定ラックでもよい。
【００４１】
本発明は、所定の好ましい実施形態および実施例の文脈において開示されているが、本発明は、特に開示された実施形態を超えて、他の代替実施形態、および／または本発明の使用および本発明の明らかな改変にまで及ぶことは当業者によって理解される。従って、本明細書において開示された本発明の範囲は、上述の特に開示された実施形態によって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲を公平に読むことによってのみ決定されるべきであることは理解される。
【図１】
2010512007.tif 000002
【図２Ａ】
2010512007.tif 000003
【図２Ｂ】
2010512007.tif 000004
【図２Ｃ】
2010512007.tif 000005
【図２Ｄ】
2010512007.tif 000006
【図２Ｅ】
2010512007.tif 000007
【図３Ａ】
2010512007.tif 000008
【図３Ｂ】
2010512007.tif 000009
【図４】
2010512007.tif 000010
【図５Ａ】
2010512007.tif 000011
【図５Ｂ】
2010512007.tif 000012
【図５Ｃ】
2010512007.tif 000013
【図６】
2010512007.tif 000014
【国際調査報告】
2010512007.tif 000015