JP2008311475A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハ等の処理装置において、処理チャンバ内部にてリフトピンに基板を戴置した際の位置ずれ、脱離等を正確に検知するのは困難であり、基板搬送時に接触などによる破損の可能性があった。
【解決手段】 複数あるリフトピンそれぞれに荷重センサが接続され、荷重値を演算部で処理することにより基板の戴置状態を判断する。これにより基板位置のずれ、脱離を明確に検知することが可能となり、基板破損の可能性を低減することが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置を製造するためのウエハ処理装置やディスプレイ等の映像デバイスを製造するためのガラス基板処理装置等の処理装置に関する。

半導体ウエハの処理装置または液晶基板の処理装置において、処理チャンバと搬送ロボットなどとの間で被処理基板（被処理体）を受け渡す際、基板を水平に支持する支持装置が処理チャンバ内に設けられている。

上述の基板支持装置は一般に、処理チャンバ内において処理中に基板を戴置する処理ステージ上に設けられており、基板を安定して支持するために複数本のピン形状の支持体により構成される。さらに、支持体には一般に、ステージと基板との距離を調整する昇降手段が設けられている。基板の搬出入時には該支持体が上昇して該ステージと基板とを離すことで搬送ロボット等に設けられた基板支持ハンドとの受け渡しを可能とする。また、処理時には該支持体が下降して該ステージと被処理基板とを近接させる。

ところが、こういった支持装置は、基板を支持した状態で搬送ロボットのハンドとの受け渡しを行うため、該ハンドの進入に際して干渉しない位置に配されることが求められる。さらに、支持中は基板の裏面に接触するため最小限の接触面積と本数で支持する必要がある。

そのため、基板支持中及び昇降に際して、基板の位置ずれが発生する場合が有るが、処理チャンバ内部のため検知が困難であるという問題がある。処理チャンバ内部で被処理基板の位置ずれを検知できないと、支持装置から脱離した基板と搬送ハンドとの接触や、搬送ハンド上に不安定な状態で戴置されたことによる基板の脱離や破損の可能性がある。

また、処理チャンバへの基板の搬出入の際には、圧力を搬送チャンバと同等に調整したり、基板処理後に残留した雰囲気を置換する目的で不活性ガスを導入するパージと呼ばれる工程を行うことがある。こういったパージの際には大量の不活性ガスが導入されるため、基板の表裏面に圧力差が生じ前述した基板の位置ずれが発生しやすい。また、撓みなどによる破損の可能性もある。
さらに、液晶用のガラス基板やシリコンウエハは、共に近年、大面積化の傾向が強くなっている。こうした大型基板を少ない接触点数で支持すると、支持装置で支持した際の撓み量は拡大し、ステージなどへの接触及び基板破損の可能性は大きくなる。

こうした基板支持に関する異常を検知する手段としては、ステージに気流（例えば、特許文献１参照）または荷重を検知する（例えば、特許文献２参照）センサを備え、正常時と異なる場合にウエハずれと判断するものがある。また、ウエハを支持可能な少なくとも３本のリフトピンのそれぞれの先端に支持状態を検出するセンサを設けたものもある（例えば、特許文献１参照）。また、静電チャックと呼ばれる静電吸着を利用した基板固定装置から基板を脱離させる際の、基板の破損を防止する技術としては、特許文献４に開示されたものがある。これは、複数あるリフトピンの集合部に荷重センサを備え静電チャックに残留した吸着力を該センサで検知しつつ、リフトピンの突き上げ力を制御するものである。
特開２００５−１１７００７号公報 特開平１０−１６３３０８号公報 特開平０４−１９３９５１号公報 特開平０６−２５２２５３号公報

ところが、特許文献１の技術については、基板の昇降の際に裏面に生じる気流を検知しているため、使用できる局面は非常に限られたものとなってしまう。また、特許文献２においては、ステージに荷重センサを備えるため機構が複雑となり、ステージ本来の役割である、基板温度の制御に支障をきたす可能性がある。また、特許文献３においては、各リフターピンに歪検出器が設置されており、著しい基板の位置ずれには効果を有するが、支持体から脱落しない程度の位置ずれは検知することが出来ない可能性がある。特許文献４に開示されている支持装置については、荷重センサが複数の支持手段の集合部に搭載されており、吸着力の制御や著しい基板の位置ずれには効果を有するが、支持体から脱落しない程度の位置ずれは検知することが出来ない可能性がある。

本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされたもので、基板などの被処理体の戴置状態をより正確に検知し、より高い確率で破損を抑制することを課題とする。

上記の目的を達成するため、本発明の処理装置は、被処理体を戴置するためのステージと、該被処理体をステージ上方で支持し、所定の位置まで移動させる複数の支持手段とを備え、前記被処理体に対して所定の処理を行う処理装置であって、各支持手段にかかる荷重値を個別に計測する計測手段と、前記支持手段毎に計測された前記計測手段の値を元に、定められた処理を行う演算部と、前記支持手段で被処理体を保持した際に、前記演算部の処理結果を元にその被処理体の戴置状態の判定を行う判定部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、全てのリフトピンに荷重センサが接続されており、これに基づいて被処理体の戴置状態を判定する。基板の戴置状態として、従来は、被処理体の一部がシフトピンから脱離した場合や破損した場合のようにリフトピンにかかる全荷重が変化する場合を検知していた。しかし、本発明では、これだけでなく、被処理体の脱離には至らない程度の位置ずれが生じた場合やリフトピン自体が磨耗し均等に支持されなくなった場合なども検知することが可能となる。そのため、本発明によれば、基板の戴置状態をより正確に検知し破損をより高い確率で抑制できる。

本発明の被処理体としては、例えば半導体装置の原料であるシリコンウエハ、化合物半導体のウエハ、液晶デバイスに用いられるガラス板などが挙げられる。但し、後述の支持手段によって昇降できる形態であれば、特に材質、形状は規定されない。
支持手段は、通常、リフトピンと呼ばれ、細長い棒状体により形成されることが多く、被処理体と処理ステージとの距離を調節するために、ステージに対して昇降可能なように構成される。
計測手段の、荷重を検知する手段としては、ロードセルと呼ばれるセンサが知られている。各リフトピンが個別に荷重検知手段に接続されることにより、各リフトピン毎にかかる荷重データを収集してリフトピン上に戴置されたウエハなどの状態を判定することができる。荷重検知手段は、当然、荷重を検知できるものであればロードセルに限定されない。

本発明の好ましい第１の実施形態において、前記演算部は、各支持手段にかかる荷重の合計値を計算する。前記判定部は、該合計値を予め入力された重量値と比較し、該合計値が該重量値よりも小さい場合に前記被処理体が前記支持手段以外の部材に接触していると判定する。

本発明の好ましい第２の実施形態において、前記演算部は、各支持手段の荷重値のばらつき量を計算し、前記判定部は、該ばらつき量が所定の値より大きい場合に、被処理体位置のずれが生じていると判定する。

本発明の好ましい第３の実施形態において、当該装置は、被処理体の搬出入を行う搬送手段をさらに備え、前記判定部は、前記判定結果に基づいて該搬送手段を停止する。このように、異常を検知した場合には搬送手段を自動的に停止するように構成することで、搬送手段自体の破損や、被処理体と搬送手段との干渉などといったさらなる被害の拡大を抑制することが出来る。

本発明の好ましい第４の実施形態において、当該装置は、前記支持手段上にある被処理体を受け取って搬出する搬出手段をさらに備える。そして、前記演算部は、該支持手段上にある前記被処理体の位置ずれを計算し、前記判定部は、該計算結果に基づいて、前記位置ずれの方向及び量に関係なく該搬出手段上の同じ位置で前記被処理体を受け取るよう、受け取り位置を補正する。位置ずれが生じた場合に、各リフトピンにかかる荷重バランスより被処理体の位置を算出し、搬送手段が受け渡しの位置を補正することで、位置ずれが生じても正規の搬送を行うことが出来るため、搬送異常を未然に防止することが出来る。

本発明の好ましい第５の実施形態において、当該装置は、前記処理を気密空間にて実施するために、前記ステージを内包した処理チャンバと、該処理チャンバ内に不活性ガスを導入するパージ手段と、をさらに備える。そして、前記支持手段に前記被処理体を戴置した状態で該パージ手段によってパージが行われる。ここで、前記判定部は、該各支持手段の荷重値が全て所定の範囲となるよう、該パージ手段のコンダクタンス及び該不活性ガス流量の少なくとも１つを制御する。

ここで処理チャンバは処理空間を外界と隔てるために用いられるが、処理が終了し被処理体を処理チャンバから出す場合には、不活性ガスを導入することにより処理雰囲気を置換する場合がある。これにより、チャンバ内のガスが外界に流出するのを防止したり、チャンバ内圧が外界よりも低い場合には不活性ガスで外界と同じ圧力に調整するいわゆるパージと呼ばれる作業を行う。第５の実施形態は、リフトピンで支持した状態でパージを行う際に各リフトピンの荷重値を監視し、パージガスの流量またはパージガス導入経路のコンダクタンスを制御する。
パージを行う際は処理効率を損なわないようにするため、比較的大流量のガスを用いる事が多い。しかし、各リフトピンの荷重値を所定の範囲内に収めるよう流速の制御を行うことで、大量のガスによる被処理体のずれやしなりによる破損などを抑制することができる。

本発明は、基板加熱装置、プラズマ処理装置、及び露光装置等の基板処理装置に特に好適に適用される。

以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例に係る処理装置の構造を示す概略図である。この処理装置において、被処理体である半導体ウエハ２は、処理チャンバ１内部にある処理ステージ３上に戴置され、加熱、プラズマ処理、及び露光など所定の処理がなされる。半導体ウエハ２は、図示しない搬送ロボットにより同じく図示しないキャリア等から該処理チャンバへ１枚ずつ移送されるが、その際、３本のリフトピン４を該ステージから突出した状態で受け渡しがなされる。処理が終了した後も同様にウエハ２を３本のリフトピン４により支持した状態で搬送ロボットとの間の受け渡しが行われる。すなわち、リフトピン４は、ウエハ２をステージ上方で支持し、ウエハを処理位置とウエハ受け渡し位置との間で移動させる。

５は荷重センサであり、３本のリフトピンそれぞれに接続されており、リフトピンにかかった荷重を個別に（支持手段毎に）検出できるようになっている。荷重センサ５の情報は演算部６に送られ、演算部６では荷重値のばらつき量や合計値など種々の計算を行う。さらに演算結果は判定部７に送られ、予め入力された基準値に基づいて戴置状態の判定が行われる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、直径３００ｍｍのＳｉウエハがリフトピン上に戴置される様々な状態を示す。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、それらの様々な状態に対して、各リフトピンで検出される荷重の分布をそれぞれ示す。荷重センサは定格５００ｍＮのものを使用しており、荷重がかかっていない場合に０を示すように調整されている。

ウエハ２が正常な戴置状態（図２（ａ））で保持されていれば、図３（ａ）で示されるように第１〜第３リフトピンでほぼ均等に荷重（約３９０ｍＮ）が検知される。これに対し、ウエハ２がずれた場合（図２（ｂ））は、図３（ｂ）に示すように、荷重の合計値は同一ではあっても荷重値に偏りが生じる。また、ウエハ２がリフトピンから脱離した場合（図２（ｃ））は、図３（ｃ）に示すように、荷重の合計値が正常時から大きく減少したり、極端に荷重の低いリフトピンが出たりする。このようにウエハ２の戴置状態を明確に識別することが可能である。

例えば、演算部６でリフトピン４に係る荷重の合計値を計算し、判定部７でこの合計値（処理結果）を予め入力された重量値と比較することにより、ウエハ２がリフトピン４から脱離した場合を判定する。この後、判定部７により搬送自体を停止するよう指示を出すことで、ウエハ２の損傷を防ぐことが出来る。
一方、ウエハが脱離していない場合（図２（ｂ））には、演算部６で各リフトピン４の荷重値のばらつき量を計算し、判定部７でばらつき量（処理結果）が所定の値より大きい場合にウエハ２の戴置位置がずれていると判定する。この場合には、演算部６によりウエハがどの程度ずれたか計算を行い、搬送ハンド自体が受け取り位置を補正して、搬送ハンド上にウエハが置かれる位置が正常時と同じとなるようにしてもよい。

［第２の実施例］
図４は本発明の第２の実施例に係る処理装置の構成を示す概略図である。
処理チャンバ１は搬送環境よりも低い圧力状態で処理を施すための気密チャンバとして構成され、排気手段１０によりチャンバ１内を減圧することが出来る。ここでウエハ２は、チャンバ１に設けられた図示しないゲートバルブ等を経由して搬入され、減圧時は該ゲートバルブを閉じることでチャンバ１を気密状態とし、減圧を行う。

処理チャンバ１はさらに不活性ガスによるパージを行うため、チャンバ内壁に付設されたガスノズルや、マスフローコントローラ等で構成されるパージガス導入手段９を備えている。ウエハ２の処理終了後は、図示しないガスボンベ等から該導入手段９を経由して不活性ガス（パージガス）がチャンバ１内に導入され、処理チャンバ内を搬送環境の圧力まで加圧する。

この際、ウエハ２をステージ３に戴置した状態でパージを行うと、しばしばウエハ２の表裏面に圧力差が生じ、ウエハ２の位置ずれが発生するため、パージはウエハ２をリフトピン４に戴置した状態で行うことが多い。処理チャンバの加圧が終了すると前記ゲートバルブが開放され、搬送ハンドによってウエハが搬出される。８はパージガス導入手段９の流量を制御するパージガス制御部であり、荷重センサ５の情報を元に不活性ガスの導入量を任意に制御することが出来る。

図５（ａ）は不活性ガスの流量を一定にした場合の、リフトピン４の１つにかかる荷重センサ５の値を示したものであり、パージ開始時にウエハ２に大きな荷重がかかることを示している。
大量の不活性ガスが供給されるパージにおいては、チャンバ内に高い圧力でガスが吐出されるため、特にチャンバ内圧が低い場合にウエハ表裏面の圧力差が大きくなり、ウエハに大きな力がかかることになる。このことは、特にウエハの面積が大きくなると、しなりや裏面のキズの拡大につながり、破損等の可能性が大きくなる。
その一方で、全てのリフトピンについて荷重値が一定範囲になるよう図５（ｂ）に示すように流量を制御することで、ウエハへの過度の荷重やウエハの破損の可能性を抑制することが出来る。

上記の実施例においては、被処理体として半導体ウエハを用いる例をあげている。しかし、本発明は、液晶基板として用いるガラス板の処理装置にも適用が可能であり、さらに略平板状であれば、被処理体の形状や材質に関係なく適用できることは言うまでもない。
また、支持手段の形状、本数、配置も任意であり、処理装置に関してもプラズマ処理装置や気相堆積装置、熱処理装置など種々の処理装置に適用できる
さらにパージに関しても、不活性ガスを導入するものであればその目的は上記の例に限られるものではない。例えば処理チャンバ内に残留したガスを排気しつつ不活性ガスを導入するようないわゆる雰囲気置換のためのパージや、被処理体を冷却するためのパージなど種々の用途に適用することが出来る。

本発明の第１の実施例に係る処理装置の概略図である。 ウエハ戴置状態の種々の例を示す図である。 図２に示すウエハ戴置状態に対する荷重センサの検知状態を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る処理装置の概略図である。 図４の装置において、処理チャンバ内のパージをパージガス流量を一定で行った際の、処理チャンバの圧力、パージガスの流量値、荷重センサで検知した値の遷移を示す図である。 図４の装置において、処理チャンバ内のパージを荷重センサ値に基づいてパージガス流量を制御しながら行った際の、処理チャンバの圧力、パージガスの流量値、荷重センサで検知した値の遷移を示す図である。

符号の説明

１ 処理チャンバ
２ ウエハ
３ 処理ステージ
４ リフトピン
５ 荷重センサ
６ 演算部
７ 判定部
８ パージガス制御部
９ パージガス導入部
１０ 排気手段

Claims (6)

1. 被処理体を戴置するためのステージと、該被処理体をステージ上方で支持し所定の位置まで移動させる複数の支持手段と、を備え被処理体に対して所定の処理を行う処理装置であって、
   各支持手段にかかる荷重値を個別に計測する計測手段と
   前記支持手段毎に計測された前記計測手段の値を元に、定められた処理を行う演算部と、
   前記支持手段で前記被処理体を保持した際に、前記演算部の処理結果を元にその被処理体の戴置状態の判定を行う判定部と、
   を備えることを特徴とする処理装置。
2. 前記演算部は、各支持手段にかかる荷重の合計値を計算し、
   前記判定部は、該合計値を予め入力された重量値と比較し、該合計値が該重量値よりも小さい場合に前記被処理体が前記支持手段以外の部材に接触していると判定することを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 前記演算部は、各支持手段の荷重値のばらつき量を計算し、
   前記判定部は、該ばらつき量が所定の値より大きい場合に、被処理体位置のずれが生じていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の処理装置。
4. 前記ステージに対して被処理体の搬出入を行う搬送手段をさらに備え、
   前記判定部は、前記判定結果に基づいて該搬送手段を停止することを特徴とする請求項２または３に記載の処理装置。
5. 前記支持手段上にある被処理体を受け取って搬出する搬出手段をさらに備え、
   前記演算部は、該支持手段上にある前記被処理体の位置ずれを計算し、
   前記判定部は、該計算結果に基づいて、前記位置ずれの方向及び量に関係なく該搬出手段上の同じ位置で前記被処理体を受け取るよう、受け取り位置を補正することを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
6. 前記処理を気密空間にて実施するために、前記ステージを内包した処理チャンバと、該処理チャンバ内に不活性ガスを導入するパージ手段と、をさらに備え、
   前記支持手段に前記被処理体を戴置した状態で該パージ手段によってパージが行われ、
   前記判定部は、該各支持手段の荷重値が全て所定の範囲となるよう、該パージ手段のコンダクタンス及び該不活性ガス流量の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の処理装置。

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