专利名称：基板托持机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基板托持机构，其例如应用在用于搬运半导体基 板的机械手上。
背景技术：
从现有技术的角度来看，在半导体制造领域中，使用具有多关节臂的基板搬运机器手来搬运基板。图7是表示这种现有的基板搬运机 器手的大致结构的立体图。该基板搬运机器手l具有驱动部2;臂 3，其为多关节构造并与该驱动部2相连接；末端执行器4 (手)， 其与臂3的前端相连接。末端执行器4用其上表面来托持基板的背面， 在成膜室和蚀刻室等多个处理室之间进行基板的搬运，或与平台、基 板收纳箱之间进行基板的交接作业。末端执行器4通常由陶瓷或不锈钢等材料制成。因此，当使末端 执行器4高速进行搬运动作时，会给基板一个加速度，受该加速度的 影响，基板会在末端执行器4上滑动，从而，不能将基板搬运到正确 位置。鉴于这种情况，如图8所示，在末端执行器4上设置多个保持 部5，各保持部5分别与基板W背面的规定位置相接触。这些保持部 5由橡胶或弹性体等弹性材料制成，具有防止基板W的背面和末端执 行器4之间相对滑动的作用。由此，可以保持位于末端执行器4上的 基板W在搬运时处于稳定的状态(例如，参照下述专利文献l)。 专利文献1:日本发明专利特开2002-353291号公报 对于用弹性体等弹性材料制成的保持部5,在基板W或周围温度 比较低的情况下(例如，200。C以下)，能有效地防止基板W打滑。 但在温度高的情况下(例如，300 ~ 500°C)，会发生保持部5因热变 质或因熔化变形的问题，其结果，就不能获得防止基板W滑动的效果。另一方面，在温度较低的情况下(20(TC以下)，也会出现基板 W与保持部5黏着在一起而不能很好地脱离末端执行器4的问题。例 如，在与工艺室内的平台之间进行基板交接时，会发生基板不能从保 持部5脱离而裂开或者不能将基板搬运到正确位置的问题。发明内容本发明是鉴于上述问题而作出的，目的在于提供一种基板托持机 构，采用该基板托持机构，既可以实现基板搬运的高速化，又可以确 保正确的基板搬运动作。本发明的基板托持机构具有托持面，其用于托持被搬运物，保 持部，其由碳纳米管形成，设置在托持面的至少一部分上。
图1是表示基板搬运机器手的末端执行器的结构的立体示意图， 该基板搬运机器手具有本发明实施方式的基板托持机构。图2是SEM照片，用于例示构成本发明中的保持部的碳纳米管。 图3是表示末端执行器和基板之间的摩擦力的一实验结果。 图4是表示本发明实施例中的机器手动作时间和晶圆的偏移量之 间的关系的一实验结果。图5是表示本发明实施例中的机器手动作时间和晶圆的偏移量之 间的关系的一实验结果。图6是表示本发明实施例的一评价结果的图。图7是表示现有技术的基板搬运机器手的结构的立体示意图。图8是现有技术的基板搬运机器手的末端执行器的立体示意图。符号说明14:末端执行器；14a:托持面；15保持部；W:基板具体实施方式
本发明 一 实施方式的基板托持机构具有托持被搬运物的托持面 和保持部，该保持部由碳纳米管形成，设置在托持面的至少 一部分上。在本发明的 一 实施方式中，基板托持机构的保持部由碳纳米管形 成，用碳纳米管的顶端来托持被搬运物。此时，在被寺般运物和碳纳米 管之间，会产生分子间相互作用力，被搬运物以对托持面具有一定的 吸引力的状态受其托持。无论在大气中还是在真空中，都会产生该吸 引力，并且，单位面积上碳纳米管的根数越多，产生的吸引力越强。 采用上述结构，能有效地防止位于托持面上的被搬运物滑动，从而实 现基板搬运的高速化。此外，由于碳纳米管具有很好的耐热性，因此，即使在高温环境 中使用，也能避免保持部因热变质或者劣化。而且，由于碳纳米管对 被搬运物的保持力不是类似胶带一样的粘着力，因此，可以防止因粘 着而引起被搬运物在移放时破损或搬运不良。所以，可以确保适当的 基板搬运动作。因此，通过上述基板托持机构，可以防止位于托持面上的被搬运 物滑动，进而可以实现基板搬运的高速化。此外，因为可以避免保持 部变质，所以也可以确保正确的基板搬运动作。上述被搬运物可以是半导体基板或者玻璃基板等板状部件，当 然，被搬运物不限于此。在上述基板托持机构中，托持面相当于基板 搬运机器手等搬运装置中的末端执行器(手)的上表面。此外，既可 在托持面上的多个位置都设置保持部，又可将托持面的整个表面都作 为保持部。下面，参照附图，对本发明的实施方式加以说明。 图1是表示本发明一实施方式的示意图，表示将半导体基板(以 下简称"基板")W作为被搬运物的基板搬运机器手的末端执行器 14(手)。本发明涉及的基板搬运机器手未进行图示，与参照图7进 行说明的现有技术的基板搬运机器手 一样，具有驱动部和多关节臂 等，末端执行器14与上述多关节臂的前端相连接。末端执行器14呈叉状，其上表面为托持基板W背面的托持面14a。并且在末端执行器14的托持面14a上，设置有多个保持部15， 各保持部15分别与基板背面的规定位置相接触。这些托持面14a以 及保持部15构成本发明的"基板托持机构"。再者，图1中所示的 保持部15相对于托持面14a形成突出状，但是保持部15与托持面14a 处于同 一平面的构造也是可以的。
末端执行器14的托持面14a由含有氧化铝、氮化硅等耐热性好的 陶瓷材料或者不锈钢等形成。然而，该托持面14a的形成材料并不限 于此。此外，末端执行器14的形状也不局限于图示的形状，亦可为 其他形状。
保持部15由碳纳米管(CNT)构成。碳纳米管是如同将石墨片巻 成筒状结构的物质，直径为数nm到数十nm，长度为数ja m到数mm， 长径比大，并具有高导电性、高热传导性、机械强度高等物理特性， 因此，近年来，研究者以纳米技术领域为研究中心展开研究，希望其 技术能应用在半导体、医疗、生物等广泛领域。作为碳纳米管的成膜 方法，公知的有如热CVD法。在用热CVD法制作碳纳米管的过程中， 在反应管中设置基板，并将甲烷或乙炔等原料气体导入该反应管的内 部，由加热后的基板使导入的原料气体分解，从而使碳纳米管定向生长。
在本实施方式中，分割已形成有碳纳米管膜的基板，形成具有一 定形状、大小的CNT芯片，并将该CNT芯片固定在托持面14a的规 定位置上。碳纳米管的形成密度为每平方厘米100亿根以上。保持部 (CNT芯片)15的形状或设置个数没有特别的限制，在本实施方式 中，在托持面14a上规定的3个位置上，都固定有四边形或圆形的 CNT芯片。此外，保持部15的面积也没有特别限定，可根据保持部 15的设置个数、基板W或托持面14a的大小等适当设定。此外，保 持部15相对于托持面14a的固定方法也不特别限定，可采用双面胶 带或粘结剂、螺丝等公知的方法进行固定。
图2是构成保持部15的碳纳米管的横截面的SEM照片。碳纳米 管的形成密度约为每平方厘米IOO亿根(101G/cm2)，高度为50jam。
6碳纳米管的成膜是按照以下工序进行的。
首先，在Ar的环境中(0.6Pa)且功率为100W的DC濺射条件 下，用溅射法在Si基;f反的(100)面上形成5nm厚的Fe膜，以该Fe 膜作为触媒层。
接下来，将形成有Fe膜的基板装到石英反应管的金面反射炉 (gold image furnace )中，当通过真空排气后的炉内气压达到1.33Pa 之后，向炉内输入1000sccm流量的氮气(N2)，然后在炉内气压为 1个大气压的条件下使炉内温度升到750°C，当炉内温度达到750°C 后，保持炉内气压仍为1个大气压不变，向炉内供给300sccm流量的 乙炔(C2H2)气体，使碳纳米管开始在基板上生长。当碳纳米管生长1 分钟后，对炉内进行排气和降温，进而取出CNT基板。
在如上述构成的本实施方式中，位于托持面14a上的保持部15 由碳纳米管形成，因此，该碳纳米管的顶端托持着基板W。此时，在 基板W和保持部(碳纳米管)15之间，会发生分子间相互作用力， 基板W以对托持面14a具有一定吸引力的状态受其托持。该吸引力 无论是在大气中还是真空中都会发生，且单位面积上碳纳米管的根数 越多(即，碳纳米管的密度越大)，吸引力越强。由此，可以有效地 防止位于托持面14a上的基板滑动，进而实现基板搬运的高速化。
图3中A表示大气中的硅片和各材料之间的摩擦力的测量值，图 3中B表示真空中(气压4.0xl(T3Pa)的硅片和各材料之间的摩擦力 的测量值。该图中，"氧化铝，，代表的是，在氧化铝材质板上放置2 英寸的硅片而测得的摩擦力值，"CNT"代表的是，在生长于硅片上 的碳纳米管上放置2英寸的硅片而测得的摩擦力值。此外，图3中的 "氟(化)橡胶"代表的是，将硅片放在直径①为6mm的3张氟(化) 橡胶板上的情况。 从图3中A、 B可知，无论是在大气中还是在真空中，"CNT" 及"氟(化)橡胶，，情况下的摩擦力都比"氧化铝"情况下的摩擦力 大。因此，例如与在氧化铝制末端执行器上直接放置基板的情况相比， 在末端执行器上设置用"CNT"或"氟(化)橡胶，，制成的保持部并通过该保持部来托持基板的情况下，摩擦力更大，可以防止位于末端 执行器上的基板滑动，从而可实现基板搬运的高速化。
此外，根据图3中A、 B还可知，与由碳纳米管制成的保持部相 比，采用由"氟(化)橡胶"制成的保持部能获得更大的摩擦力。因 此，通过采用由"氟(化)橡胶"制成的保持部，可以进一步实现基 板搬运的高速化。然而，橡胶类这样的弹性材料容易受基板或周围温 度的影响而变质，此外，有时也会粘着基板而出现搬运不良问题。
与此相对，碳纳米管具有很好的耐热性，因此，即使在高温环境 下使用时，也可以避免保持部因热变质或劣化。而且，因碳纳米管对 基板的保持力是非粘性的，所以，可以防止因粘着而引起基板在移放 时损坏或搬运不良问题的发生。因此，不管周围的温度如何，该保持 部都可确保适当的基板搬运动作。
实施例
下面，对本发明的实施例加以说明，在本实施例中，使用基板搬 运机器手对基板(晶圓(wafer)的尺寸300mm)进行搬运测试， 测量基板相对于末端执行器的位置偏移量。
末端执行器由氧化铝制成，其上表面安装有图1及图2中所示的 碳纳米管制保持部15，保持部的安装位置为图1所示的3个位置，即 分叉前端的2个位置和分叉基部的一个位置。保持部采用的是在硅片 上生长有碳纳米管的结构，该碳纳米管的生长条件与图2所示样本的 生长条件相同。保持部的总面积为11.5cm2。
搬运测试是让机器手反复做下述(1 ) ~ ( 5 )的动作。测量是在 大气中和真空中(气压2xi0-spa以下)中进行的。 (i )与升降机之间进行基板交接。
(2)用CCD传感器测量晶圆的中心位置。
(3 )进行规定的动作(伸展动作、收缩动作、180度顺时针旋转、 180度逆时针旋转)。
(4) 将晶圆低速移动到测量位置。
(5) 用CCD传感器测量晶圆的中心位置。将测量结果表示在图4及图5中。图4、 5中，A表示在大气中的 测量结果，B表示在真空中的测量结果。图中的圆墨点表示7次测量 结果的平均值。作为对比例，表示的是在氧化铝制的末端执行器上直 接放置基板并进行同样的测试所得到的测试结果。
图4中A、 B表示末端执行器的伸展/收缩动作时间与基板偏移量 之间的关系。在动作时间为1.62秒这样比较低速的情况下，从实施例 和比较例中，都不能判断基板发生了偏移。另一方面，当缩短末端执 行器的动作时间而使基板高速运动时，对比例中基板的偏移会变大， 而在具有CNT制保持部的实施例中，即使末端执行器的动作时间缩 短为1.16秒这样高速的情况下，基板也几乎不发生偏移。无论是在大 气中还是在真空中，都有这样相同的结果。
图5中A、 B表示末端执行器进行180度旋转的动作时间与基板 偏移量之间的关系。在动作时间为3.31秒这样低速的情况下，实施例 和比较例中，基板都没有发生偏移。另一方面，当缩短末端执行器的 动作时间而使基板高速运动时，对比例中基板的偏移变大，而在具有 CNT制保持部的实施例中，即使末端执行器的动作时间缩短为2.36 秒这样高速的情况下，基板也几乎不发生偏移。无论是在大气中还是 在真空中，都有这样大致相同的结果。
根据本实施方式，在进行伸展/收缩的动作时，可以将动作时间从 1.62秒缩短到1.16秒，共缩短0.46秒。此外，在进行180度旋转动 作时，可以将动作时间从3.31秒缩短到2.36秒，共缩短0.95秒。如 果将上述结果换算成机器手从成膜室取出基板的动作(拿起动作)时 间，则动作时间如图6所示，可以将动作时间乂人6.65秒缩短到5.23 秒，共缩短1.42秒。
以上，对本发明的实施方式以及实施例进行了说明，当然，本发 明不局限于此，可基于本发明的技术思想进行的各种变形。
例如，在上述的实施方式中，以在末端^丸行器14的托持面14a 上设置多个碳纳米管制保持部15的情况为例进行了说明，但本发明 不局限于此，例如，也可在托持面的整个表面或者部分表面上直接形成碳纳米管膜，由此构成本发明的基板托持机构。
此外，在上述的实施方式中，以本发明的基板托持机构应用在基 板搬运装置的末端执行器上的情况为例进行了说明，但除此之外，本 发明还可以应用到搬运基板用的托盘、平台、升降杆等以规定状态托 持基板的整个基板托持系统中。
权利要求
1.一种基板托持机构，其特征在于，包括托持被搬运物的托持面和保持部，该保持部由碳纳米管形成，设置在所述托持面的至少一部分上。
2. 根据权利要求1所述的基板托持机构，其特征在于，在所述 托持面上的多个位置上都设置有所述保持部。
3. 根据权利要求2所述的基板托持机构，其特征在于，所述基 板托持机构，是基板搬运机器手，该基板搬运机器手具有对所述被搬 运物进行托持的末端执行器，所述托持面设置在末端执行器的上表 面。
4. 根据权利要求1所述的基板托持机构，其特征在于，所述碳 纳米管的形成密度为每平方厘米100亿根以上。
全文摘要
本发明提供一种既可实现基板搬运高速化又能确保适当的搬运动作的基板托持机构。其中，在末端执行器(14)的托持面(14a)上设置由碳纳米管制成的保持部(15)，并用碳纳米管的顶端来托持基板(W)。此时，基板和碳纳米管间产生分子间相互作用力，基板以对托持面具有一定吸引力的状态受其托持。该吸引力在大气中、空气中都会发生，且单位面积上碳纳米管的根数越多，吸引力越强。根据上述构造，可有效防止托持面上的被搬运物滑动，实现基板搬运的高速化。此外，碳纳米管有很好的耐热性，可防止在高温环境下使用时保持部因热变质或因粘着而引起的搬运不良，可确保适当的基板搬运动作。
文档编号B65G49/07GK101678970SQ200880019238
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月3日 优先权日2007年6月13日
发明者中野美尚, 南展史, 川口崇文, 村上裕彦, 武者和博, 江上洋一 申请人:株式会社爱发科