JP2002516238A - 自動基板処理システム - Google Patents

自動基板処理システム

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Abstract

(57)【要約】 基板ハンドリング装置１０は、基板支持体を有する移送アームを含む。この装置は、基板支持体で支持される基板１１の画像を捕捉するように構成された少なくともひとつの画像捕捉センサを含む。加えて、この装置は画像捕捉センサに結合されて、基板支持体上に支持された基板の少なくともひとつの画像を捕捉するために画像捕捉センサを制御するように構成される制御装置を含む。コントローラ３５は、更に、画像捕捉センサにより捕捉された画像を受取り、その捕捉画像に基づいて基板の初期位置を判定するように構成される。コントローラ３５は、更に、基板支持体に結合されて、基板の初期位置に基づいて新しい位置まで基板を移動させるために、その動きを制御する。この装置は、基板ＩＤを判定し、熱的処理チャンバ内での基板処理前後に特定の基板欠陥を検出するために使用されることもできる。移送アーム上へ基板を位置決めする方法も開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
関連出願 本出願は、１９９７年１０月８日に出願された、同時係属中の米国特許出願第
０８／９４６，９２２号、発明の名称「モジュラーオンライン処理システム」に
関連するとともに、本出願と同時に出願された次の米国特許出願に関連する。す
なわち、次の出願である：（１）「基板移送および処理のための装置および方法
」[代理人整理番号２５１９／ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４２／２３５００１）]、（
２）「分離弁」[代理人整理番号２１５７／ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４２／２２６
００１）]、（３）「基板処理システム用多機能チャンバ」[代理人整理番号２７
１２／ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４２／２６８００１）]、（４）「磁気駆動装置を
有する基板移送シャトル」[代理人整理番号２６３８／ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４
２／２６４００１）]、（５）「基板移送シャトル」[代理人整理番号２６８８／
ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４２／２６５００１）]、（６）インシトゥー（In-situ）
基板移送シャトル」[代理人整理番号２７０３／ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４２／２
６６００１）]（７）「モジュラー基板処理システム」。[代理人整理番号２３１
１／ＵＳ／ＡＫＴ（０５５４２／２３３００１）]。
【０００２】 上記出願は本出願の譲受人へ譲渡された出願であるが、それら全体を引用して
本明細書中へ組み込まれる。
【０００３】 本発明は、一般的には自動基板処理システムに関し、より詳細には、基板アラ
イメントを改善し、画像捕捉センサを使用して基板欠陥を検出するための技法に
関する。
【０００４】
【従来の技術】
ガラス基板は、とりわけアクティブマトリクステレビジョンおよびコンピュー
タディスプレイ等の用途で使用されている。各ガラス基板は、複数のディスプレ
イモニタを形成することができ、各ディスプレイモニタは１００万個を超える薄
膜トランジスタを含む。
【０００５】 大型ガラス基板の処理は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、物理蒸
着（ＰＶＤ）プロセス、あるいはエッチプロセスの実行を含め、多数の逐次ステ
ップの実行を伴うことが多い。ガラス基板を処理するシステムは、それらプロセ
スを実行するために一つ以上のプロセスチャンバを含むことができる。
【０００６】 ガラス基板の寸法は、例えば、５５０ｍｍｘ６５０ｍｍである。この寸法の傾
向は、６５０ｍｍｘ８３０ｍｍ以上であるように、一様により大きな基板サイズ
へ向かい、基板上へより多くのディスプレイが形成されることを許容するととも
に、より大型のディスプレイが生産されることを許容する。大きいサイズほど、
処理システムの将来に更に多大な需要をもたらす。
【０００７】 大型ガラス基板上へ薄膜を堆積させるための基本的処理技術は、例えば、半導
体ウェハの処理で使用される技術にほぼ類似する。しかし、いくつかの類似性に
もかかわらず、大型ガラス基板の処理においては、半導体ウェハおよび小型ガラ
ス基板で現在取られている技術を用いて、コスト効果があるように実際的なやり
方で克服することができない多くの困難に直面していた。
【０００８】 例えば、効率的な生産ライン処理は、ひとつのワークステーションから別のワ
ークステーションへのガラス基板、および真空環境と大気環境間のガラス基板の
急速移動を必要とする。ガラス基板の大きなサイズと形状は、処理システム内の
一方の位置から他方の位置へのそれらの移送を困難にする。その結果、半導体ウ
ェハおよび、例えば５５０ｍｍｘ６５０ｍｍまでの小型ガラス基板の真空処理に
適するクラスターツールが、例えば６５０ｍｍｘ８３０ｍｍ以上の大型ガラス基
板の、同じような処理に十分適するとはいえない。その上、クラスターツールは
比較的大きい床面積を必要とする。
【０００９】 同様に、比較的小さい半導体ウェハの処理のために設計されたチャンバ構成は
、特にこれら大型ガラス基板の処理には適さない。チャンバは、大型基板がチャ
ンバを出入りできる十分な大きさの開口部を含まなくてはならない。更に、処理
チャンバ内での基板処理は、普通は真空中または低圧下で実行されなければなら
ない。従って、処理チャンバ間のガラス基板の動きは、特に広口の開口部を閉じ
ることで真空密なシールを提供する能力を持ち、汚染も最小限にしなくてはなら
ない弁機構を使用する必要がある。
【００１０】 更に、比較的少数の欠陥が、基板上に形成さたモニター全体を不合格にさせて
しまう可能性がある。従がって、ガラス基板が一方の位置から他方の位置へ移送
されるときにそのガラス基板内での欠陥の発生を減らすことが重要である。同様
に、基板が移送されて、処理システム内に位置決めされる際の基板のミスアライ
メントは、ガラスが一旦ディスプレイへ形成されてしまうと、ガラス基板のひと
つのエッジが電気的に機能しなくなるほどにまで、プロセス均一性に障害を引き
起こす可能性がある。ミスアラインメントが深刻な場合、それは、基板が真空チ
ャンバ内側の構造物に当たって破壊する原因となるかもしれない。
【００１１】 大型ガラス基板の処理に伴う他の問題は、それらの独特な熱的性質に起因して
生ずる。例えば、ガラスの比較的低い熱伝導率が、基板を一様に加熱または冷却
することをより難しくする。特に、どのような大面積の薄い基板も、そのエッジ
近傍の熱損失は、その中心近傍の熱損失より大きくなる傾向があり、その結果、
基板を横断して一様でない温度勾配をもたらす。従がって、ガラス基板の、その
サイズに伴う熱的性質は、処理された基板の表面各部の上へ形成される電子構成
要素の一様な性質の獲得を、より困難にする。更に、その劣った熱伝導率の結果
、基板の急速かつ一様な加熱または冷却は一層困難になり、それにより、高いス
ループットを達成するシステムの能力を低下させる。
【００１２】 自動基板処理システムは、典型的には、処理システムの異なる部品間で基板を
移送するための一つ以上の移送機構、例えばロボット装置またはコンベヤを含む
。例えば、1つの移送機構は、カセットとロードロックチャンバ間で同時に一枚
つずつ基板を移送できる。第２の移送機構は、基板が様々な処理ステップにさら
される、ロードロックチャンバと真空チャンバとの間で、基板を移送できる。
【００１３】 基板が自動的に、チャンバへあるいはそこから移送されるたびに、基板は、チ
ャンバ内の構成要素に対してまたは他のシステムの構成要素に対してミスアライ
メント状態になるかもしれない。一般に、アライメント誤差は、基板が処理シス
テムを通って移送されるにつれて積み重なる。ミスアラインメントの程度が大き
過ぎると、処理済基板の品質は著しく劣化し、さもなければ破壊するかもしれな
い。基板が真空チャンバ内で破壊した場合、チャンバを開いて大気圧にさらし、
チャンバを洗浄して、処理に適する大気圧未満の圧力までチャンバをポンプ引き
しなくてはならない。このような手順は、多くて２４時間かけて完了するが、こ
のことにより、基板を処理するためにシステムを使用できる時間が著しく短くな
ってしまう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
一般に、一局面では、基板ハンドリング装置は、基板支持体を有する移送アー
ムまたはコンベヤと、基板支持体により支持される基板の画像を捕捉するように
構成される少なくともひとつの画像捕捉センサとを含む。基板ハンドリング装置
は、画像捕捉センサに結合され、画像捕捉センサを制御して、基板支持体に支持
される基板のひとつ以上の画像を捕捉するように構成されるコントローラも含む
ことができる。コントローラは更に、画像捕捉センサにより捕捉される画像（単
数または複数）を受け取り、この捕捉画像（単数または複数）に基づいて基板の
初期位置を判定するように構成されている。コントローラはまた、基板支持体に
結合されて、それらの動きを制御して、基板の初期位置に基づいて基板を新しい
位置に移動させる。
【００１５】 別の局面では、基板の位置決め方法は、移送アームの基板支持体に基板を支持
すること、そして、基板支持体に支持される基板の少なくともひとつの画像を捕
捉することを含む。この方法は更に、捕捉画像（単数または複数）に基づいて基
板の初期位置を判定すること、そして、初期位置に基づいて基板支持体を移動し
て、基板のミスアライメントを調整することを含む。
【００１６】 様々な実施形態は、ひとつ以上の次の特長を含んでいる。基板ハンドリング装
置は、基板を支持するようひとつ以上のブレードを含む大気内または真空内自動
移送アームまたはコンベヤを含むことができる。画像捕捉センサ（単数または複
数）は、電荷結合デバイスのアレイまたは他のカメラを含むことができる。各画
像捕捉センサは、ひとつ以上の基板画像を取るよう制御できる。
【００１７】 基板ハンドリング装置は、画像捕捉センサ（単数または複数）により捕捉され
る画像の質を高める光源を含むことができる。いくつかの実装では、光源は、白
熱光源またはストロボランプを含むことができる。
【００１８】 基板ハンドリング装置は、捕捉画像（単数または複数）が、基板の少なくとも
ひとつのエッジの一部を含むように構成できる。捕捉画像は、基板の隣接エッジ
の各部、または基板のコーナーを含むことができる。
【００１９】 コントローラは、エッジ検出または他の特定テンプレートアルゴリズムを捕捉
画像へ適用するように構成できる。基板の初期角度配向は、捕捉画像（単数また
は複数）に基づいて判定できる。装置は、コントローラと関連するメモリを含む
ことができ、メモリは、理想の基板位置を示す理想情報を格納し、コントローラ
は更に、初期基板位置を理想基板位置と比較するように構成される。
【００２０】 加えて、コントローラは、基板支持体の動きを制御して、基板の角度配向また
は線形水平直動を、基板の初期角度配向の判定に応じて調整するように構成でき
る。基板支持体の角度配向および線形水平直動は、基板の初期位置に基づいて基
板のミスアライメントを修正するよう制御できる。いくつかの実施形態では、基
板は、基板支持体を移動させて、ミスアライメントを調整した後、処理チャンバ
またはロードロックチャンバへ移送される。加えて、いくつかの実施形態では、
基板支持体は、基板を処理チャンバから取り出した後、または、基板をロードロ
ックチャンバから取り出した後、ミスアライメントを調整するよう移動される。
【００２１】 基板が基板ＩＤを含む場合、捕捉画像のひとつは、そのＩＤを獲得することが
でき、文字認識アルゴリズムが、基板ＩＤを解釈するよう実行できる。
【００２２】 いくつかの実施形態では、基板支持体が垂直に直動する一方で、基板はその上
に支持され、実質的に基板表面全体を含む画像を捕捉できる。判定は、基板表面
のひとつ以上の画像に基づき、欠陥が基板内に存在するか否かに関して行うこと
ができる。欠陥検出は、基板処理の前後いずれでも実行できる。
【００２３】 様々な実施形態は、ひとつ以上の次の利点を含んでいる。フラットパネルディ
スプレイおよび液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造中に使用されるガラス基板等
の大型基板を、より高い精度で整列させて、位置決めすることができる。基板破
損レートは、基板がミスアライメントである場合を検出し、基板を再位置決めす
ることによって低減できる。基板を処理できる時間を増やすことができ、スルー
プットレートと処理歩留りを同様に高めることができる。加えて、基板プロセス
の品質は、システムが開かれて、大気条件に暴露されなければならない回数を低
減させることによって向上できる。
【００２４】 更に、基板のミスアライメントの検出に使用される画像捕捉センサと同じもの
を、基板に付される基板ＩＤの検出に使用できる。同様に、このような画像捕捉
センサは、基板内の欠陥検出に使用でき、その結果、破損した基板を後続の処理
から取り外すことができる。従って、様々な実施において、画像捕捉センサは、
多数の利点を提供することができ、それによって、効率を高め、基板処理の全体
コストを低減させる。
【００２５】 他の特長および利点は、以下の説明、図面および請求項から明白となるであろ
う。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、ガラスまたは類似の基板１１を処理するためのシステム１
０は、大気内カセットロードステーション１２と、２つのロードロックチャンバ
１４、１６と、５つの基板処理チャンバ１８〜２６と、移送チャンバ２７とを含
む。基板処理チャンバ１８〜２６は、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバと、
化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバと、予熱チャンバと、エッチチャンバとを含む
ことができる。
【００２７】 各ロードロックチャンバ１４、１６は、２つの扉と、移送チャンバ２７へ通じ
る１つの開口部と、大気内カセットロードステーション１２へ通じる他の開口部
とを含む。基板をシステム内へロードするために、基板は大気側からロードロッ
クチャンバ１４、１６のうちの一方の内部に載置される。そして、ロードロック
チャンバ１４（または１６）は排気され、そして、基板は移送チャンバ側からア
ンロードされる。
【００２８】 大気内カセットロードステーション１２は、処理済および未処理の基板を収容
する４個のカセット２８〜３４、および大気内自動移送アームつまりロボット３
６を含む。移送チャンバ２７は、処理チャンバ１８〜２６、および基板をロード
ロックチャンバ１４、１６から出入移送するための真空内自動移送アームつまり
ロボット３８を含む。運転時に、大気内カセットロードステーション１２は大気
圧であり、各処理チャンバ１８〜２６と移送チャンバ２７は、大気圧未満に維持
される。基板が大気内カセットロードステーション１２へ、またはそこから移送
されているとき、ロードロックチャンバ１４、１６は大気圧であり、基板が移送
チャンバ２７へ、またはそこから移送されているとき、それらは大気圧未満であ
る。
【００２９】 図４を参照すると、真空移送アーム３８は、各軸８４〜８７周りに枢動するこ
とにより、両方向矢印８３で示すように伸縮可能な一対のアーム８１、８２を含
んで、移送チャンバ２７（図１）の底に対してシールされるベース８０を有する
。基板１１は、２つの支持ブレード９０、９２を含む支持ヘッド８８上に支持さ
れる。真空移送アーム３８も、軸９４周りに回転できる。
【００３０】 図５および６を参照すると、大気内移送アーム３６は、基板１１を支持するた
めの２つの薄い支持ブレード７２、７４を備える移送ヘッド３７を含む。移送ヘ
ッド３７は、例えばロードロックチャンバ内に基板１１を高精度に位置決めする
ための、複数の枢動軸周りに回転できるアームセグメント７６、７８を有する。
移送ヘッド３７も上下動できる。加えて、大気内移送アーム３６は、大気内カセ
ットロードステーション１２の内部で、直線軌道に沿って前後にスライドできる
。
【００３１】 真空内移送アーム３８と同様に、大気内移送アーム３６の位置と配向は、マイ
クロプロセッサーベースのコントローラ３５で制御および記録される。例えば、
移送アーム３６、３８は、コントローラ３５によって、位置が制御されるサーボ
モータにより駆動されることができる。
【００３２】 図２および３を参照すると、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）製造工程で用いるこ
とができる一実施形態では、ガラス基板は、以下のシステム１０内で処理できる
。大気内移送アーム３６は、基板を大気内カセットロードステーション１２から
、ロードロックチャンバ１４まで移送する（ステップ４０）。ロードロックチャ
ンバは、約１０-5Torrの圧力までポンプ引きされる（ステップ４１）。第１処理
チャンバ、例えばチャンバ２２は予熱される（ステップ４３）。真空内移送アー
ム３８は、ロードロックチャンバ１４から基板をアンロードし（ステップ４２）
、予熱した第１処理チャンバ２２へその基板を移送する（ステップ４４）。処理
チャンバ２２は約１０-8Torrの圧力までポンプ引きされ、基板は約２００〜４０
０℃の初期温度まで予熱される（ステップ４６）。真空内移送アーム３８は、処
理チャンバ２２から基板をアンロードして（ステップ４７）、基板を、次の処理
に備えてチャンバ２０などのもう一つの処理チャンバに移送する（ステップ４８
）。処理チャンバ２０は約１０-8Torrの圧力までポンプ引きされ、基板は、その
上に、チタン、アルミニウム、クロム、タンタル、インジウム―すず酸化物（Ｉ
ＴＯ）、またはそれらの類似物質の層を、例えばＰＶＤやＣＶＤによって堆積し
て処理される（ステップ４９）。必要に応じて、基板は一つ以上の他の処理チャ
ンバ内で処理されてもよい（ステップ５０）。最終的に基板が処理された後、真
空内移送アーム３８は、最後の処理チャンバから基板をアンロードし（ステップ
５１）、基板をロードロックチャンバ１４に移送する（ステップ５２）。ロード
ロックチャンバ１４は、大気圧まで戻される（ステップ５３）。次に、大気内移
送アーム３６は、大気内カセットロードステーション１２内で、基板を、ロード
ロックチャンバ１４からカセットまで移送する（ステップ５４）。
【００３３】 基板の著しいミスアライメントの防止を助けるため、処理システム１０は一つ
以上の画像捕捉センサを含み、より詳細に以下で説明するように、画像捕捉セン
サは基板１１の位置と配向に関する情報を提供するよう位置決めされる。捕捉情
報は、基板１１の位置および／または配向を調整するためにコントローラ３５で
用いることができる。
【００３４】 図５を再び参照すると、カメラ１００等の画像捕捉センサは、大気内移送アー
ム３６のベース９８に関係する固定位置に位置決めされる。カメラ１００は、例
えば、移送アーム３６のベース９８に取付けた金属ブラケットつまりフランジ９
９に搭載されることができる。開示の実施形態では、カメラ１００は、支持ブレ
ード７２、７４のやや下方に位置決めされる。カメラ１００は、カメラの動作を
制御するコントローラ３５に結合される。カメラ１００によって、捕捉された、
つまり獲得された画像に対応する信号は、以下説明するように、処理のためにコ
ントローラ３５へ送信できる。
【００３５】 図７を参照すると、１つの実施形態では、カメラ１００は、ＮｘＭアレイの画
素１０６を形成するデバイス（ＣＣＤ）１０４のアレイと、焦点面１０２とを有
するレンズを含む。典型的な基板１１は、およそ１／４メートルのオーダーであ
る。しかし、異なった寸法の基板を用いることもできる。基板１１のエッジ、例
えば、エッジ１０１Ａは、実質的にはストレート、面取り、または丸められてい
てもよい。１つの実施形態では、カメラ１００は、基板１１の底面から１００〜
２００ミリメートル（ｍｍ）である。他の実施形態では、カメラ１００は、基板
１１へより接近させるか、または更に離して位置決めできる。カメラレンズの形
状と大きさおよびＣＣＤアレイ１０４の大きさは、１メートルあたり少なくとも
１ｍｍ、つまり、少なくとも約１／１０００の処理後解像度を提供するよう選択
される。
【００３６】 図８を参照すると、大気内移送アーム３６は、大気内カセットロードステーシ
ョン１２と、例えばロードロックチャンバ１４との間での移送のために基板１１
を支持する（ステップ１１０）。基板１１が、ブレード７２、７４で支持されて
、移送ヘッド３７がコントローラ３５により制御されて、ブレード７２、７４を
所定位置に位置決めされるとき、基板１１の側部エッジ１０１Ａの一部はカメラ
視野の範囲内にある。ステップ１１２で示されるように、コントローラ３５は信
号を生成し、カメラ１００がＣＣＤアレイ１０４に画像を獲得つまり捕捉させる
。ＣＣＤアレイ１０４からの捕捉画像を表す信号は、コントローラ３５に付随す
るフレームグラバつまり記憶アレイ９６へ移送される（ステップ１１４）。制御
装置３５は次に、獲得された画像データ上のいくつかのエッジ検出アルゴリズム
のうちいずれか一つを実行する（ステップ１１６）。エッジ検出アルゴリズムは
、エッジでの画質を向上させる機能を含むことができる。エッジ１０１Ａにより
反射された光またはそれを透過した光を受ける画素１０６は、空気を透過した光
、基板本体に反射された光またはそれを透過した光、を受ける画素と比較された
異なる信号レベルを格納する。コントローラ３５は、基板エッジの検出に基づい
て、Ｙ軸上の基板の位置およびＸＹ平面（図７）上の基板１１の角度配向を計算
する（ステップ１１８）。計算値は、コントローラ３５に付随する不揮発性メモ
リ９７へ格納された理想的な基板の配向、および理想位置と比較される（ステッ
プ１２０）。この比較に基づいて、コントローラ３５は移送アーム３６を制御し
て、基板１１を回転させ、および／または基板１１の検出されたいずれのミスア
ライメントをも修正するためにＹ軸に沿って基板を直線的に移送できる（ステッ
プ１２２）。適合するように、移送アーム３６は次に、基板１１をカセットロー
ドステーション１２または選択されたロードロックチャンバに移送できる（ステ
ップ１２４）。
【００３７】 図９〜１０は、基板１１がブレード７２、７４に支持され、ブレードが所定位
置にある場合、基板１１のコーナー１０５Ａの一部がカメラの視野１０２Ａ内に
あるように、単一のカメラ１００Ａが位置決めされる別の実施形態を図示する。
従って、単一のカメラ１００Ａは、基板１１の少なくとも２つの隣接したエッジ
の一部を獲得でき、Ｘ軸とＹ軸両方に沿った基板１１のミスアライメントを検出
できる。コントローラ３５はエッジ検出アルゴリズムを用いて獲得された画像を
解析して、コーナー１０５Ａを形成する隣接したエッジ１０１Ａ、１０１Ｂを表
す直交線を判定する。コントローラ３５は、コーナー検出アルゴリズムを用いて
、例えば、エッジ１０１Ａ、１０１Ｂに対応する直線の交点を算出する。その交
点は、基板のコーナー１０５Ａの位置に対応する。また、メモリ９７は、基板１
１の呼び寸法を示す情報を格納する。基板１１の呼び寸法と算出された交点に基
づいて、ＸＹ平面内の基板の中心点を計算できる。加えて、エッジ１０１Ａ、１
０１Ｂに対応する直線を用いて、基板１１の角度配向を算出できる。基板の中心
の計算値およびその角度配向は、メモリ９７に格納された理想値と比較される。
その比較に基づいて、基板１１は、基板１１の位置を調整するよう、Ｘ軸、Ｙ軸
、または両軸に沿って回転または移動され、基板の位置を調整して理想位置近く
まで持っていくことができる。基板１１の角度配向も、比較の結果に基づいて調
整できる。
【００３８】 ＸＹ平面内の基板の位置のみならず、基板１１の角度配向も決定できるので、
基板のコーナー部１０５Ａの画像を捕捉するためにカメラを位置決めすることは
有利である。しかし、状況によっては、図９〜図１０に示すように位置決めされ
たカメラは、所望されるほど多くの有益な情報を獲得できないかもしれない。例
えば、カメラ１００Ａに関する基板１１の初期位置に依存して、ＣＣＤアレイ１
０４Ａの画素１０６Ａの比較的小さな割合だけが、エッジ１０１Ａで反射される
か、そこを透過する光信号を検出できる。
【００３９】 第３の実施形態は、複数のカメラ、１００Ｂ、１００Ｃを組み込んで、図１１
〜１２に図示される。基板１１がブレード７２、７４によって支持され、ブレー
ドが所定の位置にある場合、基板１１の隣接辺１０１Ａ、１０１Ｂが各カメラ１
００Ｂ、１００Ｃの視野内にくるよう、カメラ１００Ｂ、１００Ｃが位置決めさ
れる。２つ以上のカメラからの画像を使用することによって、コントローラ３５
は、より良好な解像度を得られるとともに、ＸＹ平面における基板１１の角度配
向および位置をより精確に判定することができる。コントローラ３５は次いで、
基板１１の検出されたいずれのミスアライメントも、より精密に修正できる。一
実施形態では、基板の位置および配向の測定に割り当てられる時間は、１秒の何
分の一かの範囲内である。
【００４０】 状況によっては、基板１１は、ブレード７２、７４に載置されている間、わず
かに振動する。この種の振動は、およそ数ミリメートル以下であるが、移送アー
ム３６の動きが瞬間的に停止して、アライメント測定ができるようになった時で
も発生することがある。振動によって、基板１１が焦点に合ったり、焦点を外れ
たりするので、カメラが捕らえる画像は、僅かに不鮮明になってしまうことがあ
る。更に、基板１１上の特定スポットの画像を捕らえる画素１０６（単数または
複数）は、基板の振動に従って変動することがある。振動は、従って、ミスアラ
イメントに関するシステムの計算に悪影響を及ぼすことがあるとともに、振動に
よってコントローラ３５は、感知したミスアライメントを過度に補正するか、ま
たは不足して補正することがある。
【００４１】 基板振動をより精確に補正するために、カメラ、例えばカメラ１００は、オー
トフォーカス機能を含んでいてもよい。代替として、さらにコストを低減させる
ために、コントローラ３５は、短時間フレーム内に複数の画像を捕らえるよう、
各カメラ、例えばカメラ１００を制御してもよい。 例えば、一実施形態では、カメラは略６０ヘルツ（Hz）のレートで複数の画像を
捕らえるよう制御される。コントローラ３５は次いで、獲得画像に基づいて、各
画素１０６毎に平均信号を決定する。平均信号はその後、公称上の、すなわち静
的な基板の位置と配向を計算するのに用いられる。さらに、カメラレンズは、基
板振動の予測振幅をカバーするために設計された焦点深度を有することができる
。
【００４２】 獲得画像の解像度をさらに高めるために、コントローラ３５は、いくつかのサ
ブ画素処理技術のうちのいずれかひとつを使用するようプログラムすることがで
きる。例えば、一実施形態では、サブ画素処理は１０分の１の画素解像度を提供
する。
【００４３】 状況によっては、コントローラ３５は、獲得画像の画素内のコントラストを、
周辺光で十分に検出することができ、エッジ、例えばエッジ１０１Ａの位置が決
定される。しかし、他の状況では、コントラストを向上させて、エッジ検出アル
ゴリズムの結果を改善するために、ひとつ以上の光源９５（図５）が備えられて
いてもよい。例えば、一実施形態では、白熱光源は、カメラ１００として基板１
１の同一側に備えられる。別の実施形態では、ストロボランプが光源９５として
用いられている。ストロボランプは、カメラ１００によって獲得された画像をフ
リーズするのに用いることができる。この種の特長は、基板振動の周波数が比較
的高い場合、特に役立つ。
【００４４】 カメラ、例えばカメラ１００は、他の目的または追加の目的にも用いることが
できる。図１３を参照すると、ガラス基板１１Ａは、その側縁部１０９のひとつ
に隣接する面に沿って基板ＩＤ１０７を含む。基板ＩＤ１０７は、基板１１Ａ上
にエッチングされるか、彫り込まれるか、またはその他の方法で印されることが
できる。一実施形態では、基板ＩＤ１０７は、英数字記号を含む。基板１１Ａが
ブレード７２、７４によって支持され、移送ヘッド３７がコントローラ３５によ
って制御されてブレード７２、７４を所定位置に位置決めする際に、基板ＩＤ１
０７を含む基板１１Ａの面がカメラ１００の視野内にくるよう、カメラ１００は
位置決めされる。先に記載のように、ひとつ以上の画像がカメラ１００によって
獲得され、コントローラ３５によって処理されるためにフレームグラバ９６へ移
送されてもよい。画像がコントローラ３５によって処理される際、文字認識アル
ゴリズムを用いて、基板ＩＤ１０７の獲得画像を解釈する。別の実施形態では、
基板ＩＤ１０７はバーコードを含み、コントローラ３５はバーコードリーダーア
ルゴリズムを用いて、獲得画像を処理する。コントローラ３５によって判定され
る基板ＩＤ１０７は、後続の検索のためにメモリ１０８内へ保存される。
【００４５】 画像捕捉センサ、例えばカメラ１００Ｂも、チャンバ１８〜２６内での基板処
理前後の基板欠陥総数の検出に使用することができる。図１４Ａを参照するとブ
レード７２、７４が基板１１を支持している状態で、上昇位置まで持ち上げられ
た移送ヘッド３７とともに、移送アーム３６が示されている。カメラ１００Ｂが
上に搭載されるブラケット９９は、それぞれ、図１４Ａおよび１４Ｂに示す第１
と第２の位置の間で回転することができる。カメラ１００Ｂが、コントローラ３
５に対して基板ミスアライメントの修正を許容するよう画像の捕捉に使用される
場合、ブラケット９９は、その第１の位置にある。コントローラ３５は、空圧ア
クチュエータ１２５を制御して、ブラケット９９をその第１位置からその第２位
置まで回転させることができる。ブラケット９９がその第２位置（図１４Ｂ）ま
で回転されるとき、カメラ１００Ｂは僅かに傾動され、その結果、実質的に基板
１１の表面全体１２７を含む画像を捕捉することができる。コントローラ３５に
よって、カメラ１００Ｂが、実質的に基板表面全体１２７のひとつ以上の画像を
捕捉する。捕捉画像はフレームグラバ９６へ移送され、その結果、コントローラ
３５は捕捉画像を処理することができる。一実施形態では、基板の理想画像はメ
モリ９７に格納され、捕捉画像は理想画像と比較される。例えば、一実施形態で
は、捕捉画像内の各画素の輝度は、格納された理想画像内の対応画素の輝度と比
較できる。捕捉画像の画素輝度間の差が、理想画像の画素輝度と比較して所定の
許容範囲内にない場合には、基板１１は、著しいまたは相当量の欠陥を含むと想
定される。このような欠陥は、例えば、基板内の欠けたエッジまたは割れを含む
ことができる。次いで、基板１１の更なる処理を停止することができ、基板をシ
ステム１０から取り出すことができる。
【００４６】 カメラまたは他の画像捕捉センサは、エッジ１０１Ａ、１０１Ｂに沿わせる以
外、またはコーナー１０５Ａ以外にも、基板１１の画像を捕捉するよう位置決め
することができる。従って、例えば、ひとつ以上の画像捕捉センサは、フランジ
またはブラケットによって、画像捕捉センサが移送アーム３６の基部に隣接して
位置決めされるように支持することができる。また、画像捕捉センサ用のブラケ
ットまたは他の支持体の相対的な寸法は、それらが添付図面に表示されているよ
りも小さくすることができる。
【００４７】 前記の実施形態は、大気内移送アーム３６の文脈に沿って説明したが、カメラ
１０Ｄ（図１５を参照）等の画像捕捉センサは、真空内移送アーム３８等の他の
基板処理装置と同様に、ひとつ以上の作用、つまり基板ミスアライメントの修正
、基板ＩＤの判定、および、前処理または後処理の欠陥検出の実行、を行うよう
使用することができる。画像捕捉センサは、移送アーム３６、３８上へ直接、取
り付けられたり、搭載される必要はない。従って、例えば、カメラ１０Ｄは、移
送チャンバ２７の蓋１３０に搭載されて、真空内移送アーム３８のブレード９０
、９２によって支持される基板１１の画像の捕捉を許容することができる。しか
し、固定されたいくつかの基準点に関するこのようなカメラの位置は、知られる
か、またはコントローラ３５に備えられなければならない。
【００４８】 一般に、基板が、ロードロックチャンバ、処理チャンバ、またはカセットロー
ドステーションへ、あるいはそれらから含むひとつの位置から別の位置へ移送さ
れる場合、基板の画像を捕捉でき、基板の位置を調整することができる。
【００４９】 同様に、画像捕捉センサは、基板アライメントの調整、または、前処理あるい
は後処理欠陥検出を実行する前記特定システムとは異なる基板処理システムに組
み込むことができる。従って、ひとつ以上の画像捕捉センサは、米国特許出願第
０８／９４６９２２号に記載のシステムに組み込むことができる。例えば、図１
６に示すような、基板処理システムは、コンベヤシステム２０２およびチャンバ
のアイランド２０４、２０６を含む通路２１０を有する。軌道２０８に沿って移
動できるロボット２１２は、基板を、アイランド２０４、２０６と同様にコンベ
ヤ２０２へ、あるいはそこから移送することができる。画像捕捉センサは、ロボ
ット２１２に搭載されて、例えば、基板ミスアライメントを修正し、基板ＩＤを
判定し、前処理または後処理欠陥検出を実行することができる。このような線形
システムは、大型基板の処理に特に適している。他の実施形態は、請求項の適用
範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による基板処理システムの平面図である。
【図２】 基板処理システムを介する基板移動の実施形態を示すブロック図である。
【図３】 基板処理システムにおける典型的な基板の処理方法のフローチャートである。
【図４】 真空内自動移送アームの立面図である。
【図５】 本発明の一実施形態による画像捕捉システムを用いる大気内自動移送アームの
、縮尺で描かれていない側面図である。
【図６】 大気内移送アームの移送ヘッドの平面図である。
【図７】 図５の実施形態の更なる詳細を示す図である。
【図８】 本発明の一実施形態による方法のフローチャートである。
【図９】 本発明の第２の実施形態による画像捕捉システムを用いる移送アームの側面図
である。
【図１０】 図９の実施形態の更に詳細を示す図である。
【図１１】 本発明の第３の実施形態による画像捕捉システムを用いる移送アームの側面図
である。
【図１２】 図１１の実施形態の更に詳細を示す図である。
【図１３】 本発明の実施形態による画像捕捉システムの更なる特長を示す移送アームの側
面図である。
【図１４Ａ】 本発明の実施形態による画像捕捉システムの更なる追加の特長を示す移送アー
ムの側面図である。
【図１４Ｂ】 本発明の実施形態による画像捕捉システムの更なる追加の特長を示す移送アー
ムの側面図である。
【図１５】 本発明の一実施形態による画像捕捉システムを用いる真空内移送アームの立面
図である。
【図１６】 画像捕捉センサを本発明に従って使用できる別の基板処理システムの平面図で
ある。
【符号の説明】
１０…システム、１１…基板、１２…大気内カセットロードステーション、１
４、１６…ロードロックチャバ、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、
２５、２６…基板処理チャンバ、２７…移送チャンバ、２８、２９、３０、３１
、３２、３３、３４…カセット、３５…コントローラ、３５…マイクロプロセッ
サーベースのコントローラ、３６…大気内移送アーム、３７…移送ヘッド、３８
…真空移送アーム、７２、７４、９０、９２…支持ブレード、７６、７８…アー
ムセグメント、８０、９８…ベース、８１、８２…アーム、８３…両方向矢印、
８４、８５、８６、８７…軸、８８…支持ヘッド、９４…軸、９５…光源、９６
…記憶アレイ、９６…フレームグラバ、９７、１０８…メモリ、９９…フランジ
、９９…ブラケット、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ…カメ
ラ １０１Ａ、１０１Ｂ…エッジ、１０２Ａ…カメラの視野、１０４、１０４Ａ…Ｃ
ＣＤアレイ、１０５Ａ…コーナー、１０６、１０６Ａ…画素、１０７…基板ＩＤ
１０９…側縁部、１２５…空圧アクチュエータ、１２７…基板表面全体、１３０
…蓋、２０２…コンベヤシステム、２０４、２０６…チャンバのアイランド、２
０８…軌道、２１０…通路、２１２…ロボット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C007 AS03 AS31 BS23 CT02 CT04 CT05 KS00 KS04 KS30 KT01 KT02 KT04 LT12 NS12 5F031 CA05 FA02 FA07 FA12 GA02 GA35 GA44 GA47 JA04 JA27 JA36 JA38 JA51 KA06 KA08 KA10 MA21 NA05 PA02 PA18

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板ハンドリング装置であって、 基板支持体を含む移送アームと、 前記基板支持体によって支持される基板の画像を捕捉するように構成される少
    なくともひとつの画像捕捉センサと、 前記少なくともひとつの画像捕捉センサに結合され、前記少なくともひとつの
    画像捕捉センサを制御して、前記基板支持体に支持される前記基板の少なくとも
    ひとつの画像を捕捉するように構成されるコントローラと を備え、前記コントローラは更に、前記画像捕捉センサによって捕捉される前
    記少なくともひとつの画像を受け取るように構成され、そして前記少なくともひ
    とつの捕捉画像に基づいて前記基板の初期位置を判定するように構成されており
    、前記コントローラは更に、前記基板支持体に結合されて、それらの動きを制御
    して、前記基板の初期位置に基づいて前記基板を新しい位置に移動させる、基板
    ハンドリング装置。
  2. 【請求項２】 前記少なくともひとつの画像捕捉センサは、電荷結合デバイ
    スのアレイを備える、請求項１に記載の基板ハンドリング装置。
  3. 【請求項３】 前記少なくともひとつの捕捉画像が、前記基板の少なくとも
    ひとつのエッジの一部を含むように構成される、請求項２に記載の基板ハンドリ
    ング装置。
  4. 【請求項４】 前記コントローラは、エッジ検出アルゴリズムを前記少なく
    ともひとつの捕捉画像に適用するように構成される、請求項３に記載の基板ハン
    ドリング装置。
  5. 【請求項５】 前記コントローラは更に、前記少なくともひとつの捕捉画像
    に基づいて前記基板の初期角度配向を判定するように構成される、請求項１に記
    載の基板ハンドリング装置。
  6. 【請求項６】 前記コントローラは更に、前記基板支持体の動きを制御して
    、前記基板の角度配向を前記基板の初期角度配向の判定に応じて調整するように
    構成される、請求項５に記載の基板ハンドリング装置。
  7. 【請求項７】 前記少なくともひとつの捕捉画像が、前記基板の少なくとも
    ２つのエッジの一部を含むように構成される、請求項１に記載の基板ハンドリン
    グ装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくともひとつの捕捉画像が、前記基板のコーナーの
    一部を含むように構成される、請求項７に記載の基板ハンドリング装置。
  9. 【請求項９】 前記少なくともひとつの画像捕捉センサは、複数の画像捕捉
    センサを備える、請求項１に記載の基板ハンドリング装置。
  10. 【請求項１０】 前記コントローラは、前記各画像捕捉センサを制御して、
    前記基板のエッジを含む少なくともひとつの画像を捕捉するように構成される、
    請求項９に記載の基板ハンドリング装置。
  11. 【請求項１１】 前記捕捉画像は、少なくとも、前記基板の隣接エッジの各
    部を含む、請求項１０に記載の基板ハンドリング装置。
  12. 【請求項１２】 更に、前記コントローラと関連するメモリを備え、前記メ
    モリが、理想基板位置を示す情報を格納し、前記コントローラが更に、前記初期
    基板位置を前記理想基板位置と比較するように構成される、請求項１に記載の基
    板ハンドリング装置。
  13. 【請求項１３】 前記コントローラは、前記基板支持体を制御して、前記基
    板を前記新しい位置から基板処理チャンバへ移送するように構成される、請求項
    １に記載の基板ハンドリング装置。
  14. 【請求項１４】 前記少なくともひとつの画像捕捉センサは、前記基板の下
    で、前記基板の底面から略１００〜２００ミリメートルに位置決めされる、請求
    項１に記載の基板ハンドリング装置。
  15. 【請求項１５】 前記少なくともひとつの捕捉画像は、少なくとも略１／１
    ０００の画像処理後解像度を有する、請求項１に記載の基板処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記コントローラは、前記基板支持体の水平直動を制御し
    て、前記基板の初期位置に基づき、前記基板のミスアライメントを修正するよう
    に構成される、請求項１に記載の基板ハンドリング装置。
  17. 【請求項１７】 前記コントローラは、前記基板支持体の回転角を制御して
    、前記基板の初期位置の判定に応じて、前記基板のミスアライメントを修正する
    ように構成される、請求項１に記載の基板ハンドリング装置。
  18. 【請求項１８】 大気内自動移送アームを備える、請求項１に記載の基板ハ
    ンドリング装置。
  19. 【請求項１９】 真空内自動移送アームを備える、請求項１に記載の基板ハ
    ンドリング装置。
  20. 【請求項２０】 前記基板支持体は複数のブレードを備える、請求項１８に
    記載の基板ハンドリング装置。
  21. 【請求項２１】 更に、前記少なくともひとつの画像捕捉センサによって捕
    捉される画像の質を高める光源を備える、請求項１に記載の基板ハンドリング装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記光源は白熱光源を備える、請求項２１に記載の基板ハ
    ンドリング装置。
  23. 【請求項２３】 前記光源はストロボランプを備える、請求項２１に記載の
    基板ハンドリング装置。
  24. 【請求項２４】 基板ハンドリング装置であって、 基板支持体を含む移送アームと、 前記基板支持体によって支持される基板の画像を捕捉するように構成される少
    なくともひとつの画像捕捉センサと、 前記少なくともひとつの画像捕捉センサに結合され、前記少なくともひとつの
    画像捕捉センサを制御して、前記基板支持体に支持される前記基板の少なくとも
    ひとつのエッジの少なくともひとつの画像を捕捉するように構成されるコントロ
    ーラと を備え、前記コントローラは更に、前記画像捕捉センサによって捕捉される前
    記少なくともひとつの画像を受け取るように構成され、更に、エッジ検出アルゴ
    リズムを前記少なくともひとつの捕捉画像に適用して、前記基板の初期位置を判
    定するように構成され、前記コントローラは更に、前記基板支持体に結合されて
    、それらの動きを制御して、前記基板の初期位置に基づいて前記基板を新しい位
    置に移動させる、基板ハンドリング装置。
  25. 【請求項２５】 基板ハンドリング装置であって、 基板支持体を含む移送アームと、 前記基板支持体によって支持される基板の画像を捕捉するように構成される少
    なくともひとつの画像捕捉センサと、 前記少なくともひとつの画像捕捉センサに結合され、前記少なくともひとつの
    画像捕捉センサを制御して、前記基板支持体に支持される前記基板の少なくとも
    ひとつのコーナーの少なくともひとつの画像を捕捉するように構成されるコント
    ローラと を備え、前記コントローラは更に、前記画像捕捉センサによって捕捉される前
    記少なくともひとつの画像を受け取るように構成され、コーナー検出アルゴリズ
    ムを前記少なくともひとつの捕捉画像に適用して、前記基板の初期位置を判定す
    るように構成され、前記コントローラは更に、前記基板支持体に結合されて、そ
    れらの動きを制御し、前記基板の初期位置に基づいて前記基板を新しい位置に移
    動させる、基板ハンドリング装置。
  26. 【請求項２６】 基板を位置決めする方法であって、 移送アームの基板支持体上に前記基板を支持する工程と、 前記基板支持体に支持される前記基板の少なくともひとつの画像を捕捉する工
    程と、 前記少なくともひとつの捕捉画像に基づいて前記基板の初期位置を判定する工
    程と、 前記初期位置に基づいて前記基板支持体を移動して、前記基板のミスアライメ
    ントを調整する工程とを含む、基板の位置決め方法。
  27. 【請求項２７】 更に、前記基板支持体を移動して、前記ミスアライメント
    を調整した後、前記基板を処理チャンバに移送する工程を含む、請求項２６に記
    載の方法。
  28. 【請求項２８】 更に、前記基板支持体を移動して、前記ミスアライメント
    を調整した後、前記基板をロードロックチャンバへ移送する工程を含む、請求項
    ２６に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 更に、前記基板を処理チャンバから取り出した後、前記基
    板支持体を移動して、前記ミスアライメントを調整する工程を含む、請求項２６
    に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 更に、前記基板をロードロックチャンバから取り出した後
    、前記基板支持体を移動して、前記ミスアライメントを調整する工程を含む、請
    求項２６に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 少なくともひとつの画像を捕捉する工程は、電荷結合デバ
    イスのアレイを用いて画像を獲得する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 更に、前記判定された初期位置を理想位置と比較する工程
    を含み、前記基板支持体を移動する工程は、前記基板支持体を線形直動させる工
    程を含む、請求項３０に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 更に、前記判定された初期位置を理想位置と比較する工程
    を含み、前記基板支持体を移動する工程は、前記基板支持体を回転させる工程を
    含む、請求項３０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記捕捉画像のひとつが基板ＩＤを含み、前記方法は更に
    、前記基板ＩＤを解釈するよう文字認識アルゴリズムを実行する工程を含む、請
    求項３０に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 更に、前記基板支持体を、前記基板がその上に支持されて
    いる間に、垂直に直動させる工程と、 実質的に前記基板表面全体を含む画像を捕捉する工程と、 実質的に前記基板表面全体の前記画像に基づいて、欠陥が前記基板内に存在す
    るか否かを判定する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 更に、前記少なくともひとつの捕捉画像に基づいて前記基
    板の初期角度配向を判定する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 更に、前記初期位置および初期角度配向を、理想位置およ
    び理想角度配向と比較する工程を含む、請求項３６に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 更に、前記初期位置に基づいて前記基板支持体を回転させ
    て、前記基板の角度ミスアライメントを調整する工程を含む、請求項３６に記載
    の方法。
  39. 【請求項３９】 少なくともひとつの画像を捕捉する工程は、前記基板の少
    なくともひとつのエッジの少なくともひとつの画像を捕捉する工程を含み、前記
    基板の初期位置を判定する工程は、エッジ検出アルゴリズムを使用する工程を含
    む、請求項２６に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 更に、複数の画像捕捉センサのそれぞれから少なくともひ
    とつの画像を捕捉する工程を含む、請求項３９に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 更に、前記少なくともひとつの画像捕捉センサのそれぞれ
    から複数の画像を捕捉する工程を含む、請求項３９に記載の方法。
  42. 【請求項４２】 少なくともひとつの画像を捕捉する工程は、前記基板のコ
    ーナーの少なくともひとつの画像を捕捉する工程を含む、請求項２６に記載の方
    法。
  43. 【請求項４３】 基板を処理する方法であって、 移送アームの基板支持体上に前記基板を支持する工程と、 前記基板の表面を含む画像を捕捉する工程と、 前記捕捉画像に基づいて、欠陥が前記基板内に存在するか否かを判定する工程
    と を含む、基板の処理方法。
  44. 【請求項４４】 更に、前記基板支持体を、前記基板がその上に支持されて
    いる間に、垂直に直動させる工程を含む、請求項４３に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 更に、画像捕捉センサを傾けて、前記画像を捕捉する工程
    を含む、請求項４３に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 実質的に前記基板表面全体を含む画像を捕捉する工程を含
    む、請求項４３に記載の方法。
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