專利名稱：基板托持機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基板托持機(jī)構(gòu)，其例如應(yīng)用在用于搬運(yùn)半導(dǎo)體基 板的機(jī)械手上。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)的角度來(lái)看，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中，使用具有多關(guān)節(jié)臂的基板搬運(yùn)機(jī)器手來(lái)搬運(yùn)基板。圖7是表示這種現(xiàn)有的基板搬運(yùn)機(jī) 器手的大致結(jié)構(gòu)的立體圖。該基板搬運(yùn)機(jī)器手l具有驅(qū)動(dòng)部2;臂 3，其為多關(guān)節(jié)構(gòu)造并與該驅(qū)動(dòng)部2相連接；末端執(zhí)行器4 (手)， 其與臂3的前端相連接。末端執(zhí)行器4用其上表面來(lái)托持基板的背面， 在成膜室和蝕刻室等多個(gè)處理室之間進(jìn)行基板的搬運(yùn)，或與平臺(tái)、基 板收納箱之間進(jìn)行基板的交接作業(yè)。末端執(zhí)行器4通常由陶瓷或不銹鋼等材料制成。因此，當(dāng)使末端 執(zhí)行器4高速進(jìn)行搬運(yùn)動(dòng)作時(shí)，會(huì)給基板一個(gè)加速度，受該加速度的 影響，基板會(huì)在末端執(zhí)行器4上滑動(dòng)，從而，不能將基板搬運(yùn)到正確 位置。鑒于這種情況，如圖8所示，在末端執(zhí)行器4上設(shè)置多個(gè)保持 部5，各保持部5分別與基板W背面的規(guī)定位置相接觸。這些保持部 5由橡膠或彈性體等彈性材料制成，具有防止基板W的背面和末端執(zhí) 行器4之間相對(duì)滑動(dòng)的作用。由此，可以保持位于末端執(zhí)行器4上的 基板W在搬運(yùn)時(shí)處于穩(wěn)定的狀態(tài)(例如，參照下述專利文獻(xiàn)l)。 專利文獻(xiàn)1:日本發(fā)明專利特開2002-353291號(hào)公報(bào) 對(duì)于用彈性體等彈性材料制成的保持部5,在基板W或周圍溫度 比較低的情況下(例如，200。C以下)，能有效地防止基板W打滑。 但在溫度高的情況下(例如，300 ~ 500°C)，會(huì)發(fā)生保持部5因熱變 質(zhì)或因熔化變形的問(wèn)題，其結(jié)果，就不能獲得防止基板W滑動(dòng)的效果。另一方面，在溫度較低的情況下(20(TC以下)，也會(huì)出現(xiàn)基板 W與保持部5黏著在一起而不能很好地脫離末端執(zhí)行器4的問(wèn)題。例 如，在與工藝室內(nèi)的平臺(tái)之間進(jìn)行基板交接時(shí)，會(huì)發(fā)生基板不能從保 持部5脫離而裂開或者不能將基板搬運(yùn)到正確位置的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而作出的，目的在于提供一種基板托持機(jī) 構(gòu)，采用該基板托持機(jī)構(gòu)，既可以實(shí)現(xiàn)基板搬運(yùn)的高速化，又可以確 保正確的基板搬運(yùn)動(dòng)作。本發(fā)明的基板托持機(jī)構(gòu)具有托持面，其用于托持被搬運(yùn)物，保 持部，其由碳納米管形成，設(shè)置在托持面的至少一部分上。


圖1是表示基板搬運(yùn)機(jī)器手的末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)的立體示意圖， 該基板搬運(yùn)機(jī)器手具有本發(fā)明實(shí)施方式的基板托持機(jī)構(gòu)。圖2是SEM照片，用于例示構(gòu)成本發(fā)明中的保持部的碳納米管。 圖3是表示末端執(zhí)行器和基板之間的摩擦力的一實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例中的機(jī)器手動(dòng)作時(shí)間和晶圓的偏移量之 間的關(guān)系的一實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例中的機(jī)器手動(dòng)作時(shí)間和晶圓的偏移量之 間的關(guān)系的一實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例的一評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。圖7是表示現(xiàn)有技術(shù)的基板搬運(yùn)機(jī)器手的結(jié)構(gòu)的立體示意圖。圖8是現(xiàn)有技術(shù)的基板搬運(yùn)機(jī)器手的末端執(zhí)行器的立體示意圖。符號(hào)說(shuō)明14:末端執(zhí)行器；14a:托持面；15保持部；W:基板具體實(shí)施方式
本發(fā)明 一 實(shí)施方式的基板托持機(jī)構(gòu)具有托持被搬運(yùn)物的托持面 和保持部，該保持部由碳納米管形成，設(shè)置在托持面的至少 一部分上。在本發(fā)明的 一 實(shí)施方式中，基板托持機(jī)構(gòu)的保持部由碳納米管形 成，用碳納米管的頂端來(lái)托持被搬運(yùn)物。此時(shí)，在被寺般運(yùn)物和碳納米 管之間，會(huì)產(chǎn)生分子間相互作用力，被搬運(yùn)物以對(duì)托持面具有一定的 吸引力的狀態(tài)受其托持。無(wú)論在大氣中還是在真空中，都會(huì)產(chǎn)生該吸 引力，并且，單位面積上碳納米管的根數(shù)越多，產(chǎn)生的吸引力越強(qiáng)。 采用上述結(jié)構(gòu)，能有效地防止位于托持面上的被搬運(yùn)物滑動(dòng)，從而實(shí) 現(xiàn)基板搬運(yùn)的高速化。此外，由于碳納米管具有很好的耐熱性，因此，即使在高溫環(huán)境 中使用，也能避免保持部因熱變質(zhì)或者劣化。而且，由于碳納米管對(duì) 被搬運(yùn)物的保持力不是類似膠帶一樣的粘著力，因此，可以防止因粘 著而引起被搬運(yùn)物在移放時(shí)破損或搬運(yùn)不良。所以，可以確保適當(dāng)?shù)?基板搬運(yùn)動(dòng)作。因此，通過(guò)上述基板托持機(jī)構(gòu)，可以防止位于托持面上的被搬運(yùn) 物滑動(dòng)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)基板搬運(yùn)的高速化。此外，因?yàn)榭梢员苊獗３?部變質(zhì)，所以也可以確保正確的基板搬運(yùn)動(dòng)作。上述被搬運(yùn)物可以是半導(dǎo)體基板或者玻璃基板等板狀部件，當(dāng) 然，被搬運(yùn)物不限于此。在上述基板托持機(jī)構(gòu)中，托持面相當(dāng)于基板 搬運(yùn)機(jī)器手等搬運(yùn)裝置中的末端執(zhí)行器(手)的上表面。此外，既可 在托持面上的多個(gè)位置都設(shè)置保持部，又可將托持面的整個(gè)表面都作 為保持部。下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式加以說(shuō)明。 圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的示意圖，表示將半導(dǎo)體基板(以 下簡(jiǎn)稱"基板")W作為被搬運(yùn)物的基板搬運(yùn)機(jī)器手的末端執(zhí)行器 14(手)。本發(fā)明涉及的基板搬運(yùn)機(jī)器手未進(jìn)行圖示，與參照?qǐng)D7進(jìn) 行說(shuō)明的現(xiàn)有技術(shù)的基板搬運(yùn)機(jī)器手 一樣，具有驅(qū)動(dòng)部和多關(guān)節(jié)臂 等，末端執(zhí)行器14與上述多關(guān)節(jié)臂的前端相連接。末端執(zhí)行器14呈叉狀，其上表面為托持基板W背面的托持面14a。并且在末端執(zhí)行器14的托持面14a上，設(shè)置有多個(gè)保持部15， 各保持部15分別與基板背面的規(guī)定位置相接觸。這些托持面14a以 及保持部15構(gòu)成本發(fā)明的"基板托持機(jī)構(gòu)"。再者，圖1中所示的 保持部15相對(duì)于托持面14a形成突出狀，但是保持部15與托持面14a 處于同 一平面的構(gòu)造也是可以的。
末端執(zhí)行器14的托持面14a由含有氧化鋁、氮化硅等耐熱性好的 陶瓷材料或者不銹鋼等形成。然而，該托持面14a的形成材料并不限 于此。此外，末端執(zhí)行器14的形狀也不局限于圖示的形狀，亦可為 其他形狀。
保持部15由碳納米管(CNT)構(gòu)成。碳納米管是如同將石墨片巻 成筒狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，直徑為數(shù)nm到數(shù)十nm，長(zhǎng)度為數(shù)ja m到數(shù)mm， 長(zhǎng)徑比大，并具有高導(dǎo)電性、高熱傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度高等物理特性， 因此，近年來(lái)，研究者以納米技術(shù)領(lǐng)域?yàn)檠芯恐行恼归_研究，希望其 技術(shù)能應(yīng)用在半導(dǎo)體、醫(yī)療、生物等廣泛領(lǐng)域。作為碳納米管的成膜 方法，公知的有如熱CVD法。在用熱CVD法制作碳納米管的過(guò)程中， 在反應(yīng)管中設(shè)置基板，并將甲烷或乙炔等原料氣體導(dǎo)入該反應(yīng)管的內(nèi) 部，由加熱后的基板使導(dǎo)入的原料氣體分解，從而使碳納米管定向生長(zhǎng)。
在本實(shí)施方式中，分割已形成有碳納米管膜的基板，形成具有一 定形狀、大小的CNT芯片，并將該CNT芯片固定在托持面14a的規(guī) 定位置上。碳納米管的形成密度為每平方厘米100億根以上。保持部 (CNT芯片)15的形狀或設(shè)置個(gè)數(shù)沒(méi)有特別的限制，在本實(shí)施方式 中，在托持面14a上規(guī)定的3個(gè)位置上，都固定有四邊形或圓形的 CNT芯片。此外，保持部15的面積也沒(méi)有特別限定，可根據(jù)保持部 15的設(shè)置個(gè)數(shù)、基板W或托持面14a的大小等適當(dāng)設(shè)定。此外，保 持部15相對(duì)于托持面14a的固定方法也不特別限定，可采用雙面膠 帶或粘結(jié)劑、螺絲等公知的方法進(jìn)行固定。
圖2是構(gòu)成保持部15的碳納米管的橫截面的SEM照片。碳納米 管的形成密度約為每平方厘米IOO億根(101G/cm2)，高度為50jam。
6碳納米管的成膜是按照以下工序進(jìn)行的。
首先，在Ar的環(huán)境中(0.6Pa)且功率為100W的DC濺射條件 下，用濺射法在Si基;f反的(100)面上形成5nm厚的Fe膜，以該Fe 膜作為觸媒層。
接下來(lái)，將形成有Fe膜的基板裝到石英反應(yīng)管的金面反射爐 (gold image furnace )中，當(dāng)通過(guò)真空排氣后的爐內(nèi)氣壓達(dá)到1.33Pa 之后，向爐內(nèi)輸入1000sccm流量的氮?dú)?N2)，然后在爐內(nèi)氣壓為 1個(gè)大氣壓的條件下使?fàn)t內(nèi)溫度升到750°C，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到750°C 后，保持爐內(nèi)氣壓仍為1個(gè)大氣壓不變，向爐內(nèi)供給300sccm流量的 乙炔(C2H2)氣體，使碳納米管開始在基板上生長(zhǎng)。當(dāng)碳納米管生長(zhǎng)1 分鐘后，對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行排氣和降溫，進(jìn)而取出CNT基板。
在如上述構(gòu)成的本實(shí)施方式中，位于托持面14a上的保持部15 由碳納米管形成，因此，該碳納米管的頂端托持著基板W。此時(shí)，在 基板W和保持部(碳納米管)15之間，會(huì)發(fā)生分子間相互作用力， 基板W以對(duì)托持面14a具有一定吸引力的狀態(tài)受其托持。該吸引力 無(wú)論是在大氣中還是真空中都會(huì)發(fā)生，且單位面積上碳納米管的根數(shù) 越多(即，碳納米管的密度越大)，吸引力越強(qiáng)。由此，可以有效地 防止位于托持面14a上的基板滑動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基板搬運(yùn)的高速化。
圖3中A表示大氣中的硅片和各材料之間的摩擦力的測(cè)量值，圖 3中B表示真空中(氣壓4.0xl(T3Pa)的硅片和各材料之間的摩擦力 的測(cè)量值。該圖中，"氧化鋁，，代表的是，在氧化鋁材質(zhì)板上放置2 英寸的硅片而測(cè)得的摩擦力值，"CNT"代表的是，在生長(zhǎng)于硅片上 的碳納米管上放置2英寸的硅片而測(cè)得的摩擦力值。此外，圖3中的 "氟(化)橡膠"代表的是，將硅片放在直徑①為6mm的3張氟(化) 橡膠板上的情況。 從圖3中A、 B可知，無(wú)論是在大氣中還是在真空中，"CNT" 及"氟(化)橡膠，，情況下的摩擦力都比"氧化鋁"情況下的摩擦力 大。因此，例如與在氧化鋁制末端執(zhí)行器上直接放置基板的情況相比， 在末端執(zhí)行器上設(shè)置用"CNT"或"氟(化)橡膠，，制成的保持部并通過(guò)該保持部來(lái)托持基板的情況下，摩擦力更大，可以防止位于末端 執(zhí)行器上的基板滑動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)基板搬運(yùn)的高速化。
此外，根據(jù)圖3中A、 B還可知，與由碳納米管制成的保持部相 比，采用由"氟(化)橡膠"制成的保持部能獲得更大的摩擦力。因 此，通過(guò)采用由"氟(化)橡膠"制成的保持部，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基 板搬運(yùn)的高速化。然而，橡膠類這樣的彈性材料容易受基板或周圍溫 度的影響而變質(zhì)，此外，有時(shí)也會(huì)粘著基板而出現(xiàn)搬運(yùn)不良問(wèn)題。
與此相對(duì)，碳納米管具有很好的耐熱性，因此，即使在高溫環(huán)境 下使用時(shí)，也可以避免保持部因熱變質(zhì)或劣化。而且，因碳納米管對(duì) 基板的保持力是非粘性的，所以，可以防止因粘著而引起基板在移放 時(shí)損壞或搬運(yùn)不良問(wèn)題的發(fā)生。因此，不管周圍的溫度如何，該保持 部都可確保適當(dāng)?shù)幕灏徇\(yùn)動(dòng)作。
實(shí)施例
下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說(shuō)明，在本實(shí)施例中，使用基板搬 運(yùn)機(jī)器手對(duì)基板(晶圓(wafer)的尺寸300mm)進(jìn)行搬運(yùn)測(cè)試， 測(cè)量基板相對(duì)于末端執(zhí)行器的位置偏移量。
末端執(zhí)行器由氧化鋁制成，其上表面安裝有圖1及圖2中所示的 碳納米管制保持部15，保持部的安裝位置為圖1所示的3個(gè)位置，即 分叉前端的2個(gè)位置和分叉基部的一個(gè)位置。保持部采用的是在硅片 上生長(zhǎng)有碳納米管的結(jié)構(gòu)，該碳納米管的生長(zhǎng)條件與圖2所示樣本的 生長(zhǎng)條件相同。保持部的總面積為11.5cm2。
搬運(yùn)測(cè)試是讓機(jī)器手反復(fù)做下述(1 ) ~ ( 5 )的動(dòng)作。測(cè)量是在 大氣中和真空中(氣壓2xi0-spa以下)中進(jìn)行的。 (i )與升降機(jī)之間進(jìn)行基板交接。
(2)用CCD傳感器測(cè)量晶圓的中心位置。
(3 )進(jìn)行規(guī)定的動(dòng)作(伸展動(dòng)作、收縮動(dòng)作、180度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、 180度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))。
(4) 將晶圓低速移動(dòng)到測(cè)量位置。
(5) 用CCD傳感器測(cè)量晶圓的中心位置。將測(cè)量結(jié)果表示在圖4及圖5中。圖4、 5中，A表示在大氣中的 測(cè)量結(jié)果，B表示在真空中的測(cè)量結(jié)果。圖中的圓墨點(diǎn)表示7次測(cè)量 結(jié)果的平均值。作為對(duì)比例，表示的是在氧化鋁制的末端執(zhí)行器上直 接放置基板并進(jìn)行同樣的測(cè)試所得到的測(cè)試結(jié)果。
圖4中A、 B表示末端執(zhí)行器的伸展/收縮動(dòng)作時(shí)間與基板偏移量 之間的關(guān)系。在動(dòng)作時(shí)間為1.62秒這樣比較低速的情況下，從實(shí)施例 和比較例中，都不能判斷基板發(fā)生了偏移。另一方面，當(dāng)縮短末端執(zhí) 行器的動(dòng)作時(shí)間而使基板高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)比例中基板的偏移會(huì)變大， 而在具有CNT制保持部的實(shí)施例中，即使末端執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)間縮 短為1.16秒這樣高速的情況下，基板也幾乎不發(fā)生偏移。無(wú)論是在大 氣中還是在真空中，都有這樣相同的結(jié)果。
圖5中A、 B表示末端執(zhí)行器進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作時(shí)間與基板 偏移量之間的關(guān)系。在動(dòng)作時(shí)間為3.31秒這樣低速的情況下，實(shí)施例 和比較例中，基板都沒(méi)有發(fā)生偏移。另一方面，當(dāng)縮短末端執(zhí)行器的 動(dòng)作時(shí)間而使基板高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)比例中基板的偏移變大，而在具有 CNT制保持部的實(shí)施例中，即使末端執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)間縮短為2.36 秒這樣高速的情況下，基板也幾乎不發(fā)生偏移。無(wú)論是在大氣中還是 在真空中，都有這樣大致相同的結(jié)果。
根據(jù)本實(shí)施方式，在進(jìn)行伸展/收縮的動(dòng)作時(shí)，可以將動(dòng)作時(shí)間從 1.62秒縮短到1.16秒，共縮短0.46秒。此外，在進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)動(dòng) 作時(shí)，可以將動(dòng)作時(shí)間從3.31秒縮短到2.36秒，共縮短0.95秒。如 果將上述結(jié)果換算成機(jī)器手從成膜室取出基板的動(dòng)作(拿起動(dòng)作)時(shí) 間，則動(dòng)作時(shí)間如圖6所示，可以將動(dòng)作時(shí)間乂人6.65秒縮短到5.23 秒，共縮短1.42秒。
以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式以及實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，當(dāng)然，本發(fā) 明不局限于此，可基于本發(fā)明的技術(shù)思想進(jìn)行的各種變形。
例如，在上述的實(shí)施方式中，以在末端^丸行器14的托持面14a 上設(shè)置多個(gè)碳納米管制保持部15的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明 不局限于此，例如，也可在托持面的整個(gè)表面或者部分表面上直接形成碳納米管膜，由此構(gòu)成本發(fā)明的基板托持機(jī)構(gòu)。
此外，在上述的實(shí)施方式中，以本發(fā)明的基板托持機(jī)構(gòu)應(yīng)用在基 板搬運(yùn)裝置的末端執(zhí)行器上的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但除此之外，本 發(fā)明還可以應(yīng)用到搬運(yùn)基板用的托盤、平臺(tái)、升降桿等以規(guī)定狀態(tài)托 持基板的整個(gè)基板托持系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種基板托持機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括托持被搬運(yùn)物的托持面和保持部，該保持部由碳納米管形成，設(shè)置在所述托持面的至少一部分上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板托持機(jī)構(gòu)，其特征在于，在所述 托持面上的多個(gè)位置上都設(shè)置有所述保持部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基板托持機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述基 板托持機(jī)構(gòu)，是基板搬運(yùn)機(jī)器手，該基板搬運(yùn)機(jī)器手具有對(duì)所述被搬 運(yùn)物進(jìn)行托持的末端執(zhí)行器，所述托持面設(shè)置在末端執(zhí)行器的上表 面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板托持機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述碳 納米管的形成密度為每平方厘米100億根以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種既可實(shí)現(xiàn)基板搬運(yùn)高速化又能確保適當(dāng)?shù)陌徇\(yùn)動(dòng)作的基板托持機(jī)構(gòu)。其中，在末端執(zhí)行器(14)的托持面(14a)上設(shè)置由碳納米管制成的保持部(15)，并用碳納米管的頂端來(lái)托持基板(W)。此時(shí)，基板和碳納米管間產(chǎn)生分子間相互作用力，基板以對(duì)托持面具有一定吸引力的狀態(tài)受其托持。該吸引力在大氣中、空氣中都會(huì)發(fā)生，且單位面積上碳納米管的根數(shù)越多，吸引力越強(qiáng)。根據(jù)上述構(gòu)造，可有效防止托持面上的被搬運(yùn)物滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基板搬運(yùn)的高速化。此外，碳納米管有很好的耐熱性，可防止在高溫環(huán)境下使用時(shí)保持部因熱變質(zhì)或因粘著而引起的搬運(yùn)不良，可確保適當(dāng)?shù)幕灏徇\(yùn)動(dòng)作。
文檔編號(hào)B65G49/07GK101678970SQ200880019238
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者中野美尚, 南展史, 川口崇文, 村上裕彥, 武者和博, 江上洋一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科