JP2017139249A - 基板搬送方法及び基板処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の中心の位置を正確に算出することができる基板搬送方法及び基板処理システムを提供する。
【解決手段】ウエハが搬送される際に回転する基板処理システムにおいて、直進方向座標系において特定されたウエハのエッジ上の各点の位置を、直進方向座標系に対するフォーク２８座標系の回転角θｆだけ回転移動させる。これにより、直進方向座標系において特定されたウエハのエッジ上の各点の位置からフォーク座標系におけるウエハのエッジ上の各点の位置を特定することができ、もって、フォーク座標系においてウエハの中心Ｃｗの位置を正確に算出することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板搬送方法及び基板処理システムに関し、特に、搬送アームで基板を搬送する基板搬送方法及び基板処理システムに関する。
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に所定の処理、例えば、プラズマを用いた成膜処理を施す基板処理システムは、複数の処理室と、各処理室に接続された搬送室とを備え、搬送室内に配置された搬送アームによってウエハを各処理室へ搬出入する。各処理室は載置台を有し、ウエハは載置台に載置されるが、ウエハへ正確に所定の処理を施すために、ウエハを載置台の所望の位置へ正確に載置する必要がある。そこで、ウエハを搬送アームによって搬送中にウエハの位置をセンサで計測し、ウエハの所望の位置からのずれ（以下、「位置ずれ」という。）を算出し、さらに、位置ずれを修正するように搬送アームによる搬送軌道を調整する。なお、以下の説明では、搬送アームにおける節（可曲点）と節の間において一体となって移動する部分をリンクと称し、搬送アームの先端部（終端部）をエンドエフェクタと称する。また、２リンク形式の搬送アームとは２つのリンクを有する搬送アームを示し、１リンク形式の搬送アームとは１つのリンクのみを有する搬送アームを示す。
従来、基板処理システムでは、搬送アームとして２リンク形式のスカラ型やフロッグレッグ型の搬送アームを使用している。スカラ型やフロッグレッグ型の搬送アームでは、ウエハを把持する二股状のフォークが回転することなく直進する。例えば、図９に示すスカラ型の搬送アーム９０では、台座９１とフォーク９２を連結する２つのアーム部９３，９４は回転するものの、収縮時（図９（Ａ））から伸長時（図９（Ｂ））に移行してウエハＷが搬送される際、フォーク９２やウエハＷは直進し、フォーク９２やウエハＷは回転しない。
基板処理システムは、ウエハＷの外縁（エッジ）がウエハＷの搬送軌道上に配置されたセンサ９５の対面を横切る（センサを覆う）際の搬送アーム９０のフォーク９２の中心（図９中の破線で示す十字の交差点）の位置と、センサ９５の位置との相対的な位置関係からウエハＷのエッジの位置を特定する。通常、センサ９５は２つ設けられ、各センサ９５の対面をウエハＷのエッジは２回横切るため、４つのウエハＷのエッジの位置が特定される。その後、特定された４つのエッジの位置からウエハＷの中心の位置を算出し、ウエハＷの位置ずれを算出する（例えば、特許文献１参照。）。このとき、搬送アーム９０のエンコーダ値からはウエハＷの直進方向を基準とする座標系（以下、「直進方向座標系」という。）におけるフォーク９２の中心の位置及びセンサ９５の位置が特定可能である一方、ウエハＷの中心の位置を算出するためにウエハＷの各エッジの位置はウエハＷを把持するフォーク９２の中心を基準とする座標系（以下、「フォーク座標系」という。）９６において特定（プロット）される必要があるが、上述したように、フォーク９２やウエハＷは直進して回転しないため、ウエハＷの搬送中に直進方向座標系はフォーク座標系９６と一致し、直進方向座標系において特定されたウエハＷの各エッジの位置をフォーク座標系９６におけるウエハＷの各エッジの位置と見なすことができる。
ところで、近年、ウエハＷの処理の高温化が進み、例えば、処理室においてウエハＷを例えば、７００℃〜８００℃まで加熱する場合がある。この場合、搬送アーム９０のフォーク９２やアーム部９４も高温のウエハＷからの伝熱によって加熱されるが、フォーク９２やアーム部９４に内蔵されるベアリングや駆動ベルトが熱によって破損するおそれがある。そこで、ベアリングや駆動ベルトを廃して耐熱性を高めるためにフォーク９２とアーム部９４を一体化したエンドエフェクタを有する１リンク形式の搬送アームが提案されている。１リンク形式の搬送アームでは、ウエハＷを搬送する際、エンドエフェクタがウエハＷを把持する。
特開２０１３−４２１１２号公報
しかしながら、１リンク形式の搬送アームではエンドエフェクタがアーム部９４に相当するため、ウエハＷの搬送中にエンドエフェクタは回転してウエハＷも回転する。これにより、ウエハＷの搬送中に直進方向座標系に対してフォーク座標系が回転する。その結果、直進方向座標系において特定されたウエハＷの各エッジの位置をフォーク座標系におけるウエハＷの各エッジの位置と見なすことができず、ウエハＷの中心の位置を正確に算出することができないという問題がある。
本発明の目的は、基板の中心の位置を正確に算出することができる基板搬送方法及び基板処理システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の基板搬送方法は、基板を把持する把持部を有する搬送系と、前記基板の搬送軌道上に配置されたセンサとを備え、前記搬送系は前記基板を搬送する際に前記基板を回転させる基板処理システムにおける基板搬送方法であって、前記基板の縁部が前記センサの対面を横切るときの前記把持部の位置、並びに、前記センサの位置に基づいて前記基板の縁部の位置を特定する第１のステップと、前記特定された前記基板の縁部の位置から前記基板の回転の影響を除去する第２のステップとを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の基板処理システムは、基板を把持する把持部を有する搬送系と、前記基板の搬送軌道上に配置されたセンサと、制御部とを備え、前記搬送系は前記基板を搬送する際に前記基板を回転させる基板処理システムであって、前記制御部は、前記基板の縁部が前記センサの対面を横切るときの前記把持部の位置、並びに、前記センサの位置に基づいて前記基板の縁部の位置を特定し、前記特定された前記基板の縁部の位置から前記基板の回転の影響を除去することを特徴とする。
本発明によれば、基板は搬送される際に回転するが、基板の縁部がセンサの対面を横切るときの把持部の位置、並びにセンサの位置に基づいて特定された基板の縁部の位置を基板の回転角だけ回転移動させる。これにより、特定された基板の縁部の位置からフォーク座標系における基板の縁部の位置を特定することができ、もって、フォーク座標系において基板の中心の位置を正確に算出することができる。
本発明の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。 図１における搬送アームの構成を説明するための平面図であり、図２（Ａ）は搬送アームの収縮時を示し、図２（Ｂ）は搬送アームの伸長時を示す。 ウエハの搬送中にウエハのエッジが各光学センサの対面を横切る様子を説明するための図である。 位置が特定されたウエハのエッジ上の１点と、直進方向座標系やフォーク座標系との関係を説明するための図である。 直進方向座標系において特定されたウエハのエッジ上の一点の位置のフォーク座標系における位置への換算方法を説明するための図である。 直進方向座標系において特定されたウエハのエッジ上の一点の位置のフォーク座標系における位置への換算方法を説明するための図である。 フォーク座標系におけるウエハの中心の位置を算出方法を説明するための図である。 本発明が適用可能な搬送軌道の一例を示す図である。 従来の搬送アームの構成を説明するための平面図であり、図９（Ａ）は搬送アームの収縮時を示し、図９（Ｂ）は搬送アームの伸長時を示す。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。なお、説明を容易にするために、図１では内部の構成要素の一部が透視されるように描画される。
基板処理システム１０は、高温処理である成膜処理を実行する４つの真空処理室１１と、各真空処理室１１と接続される真空搬送室１２と、該真空搬送室１２に接続され、内部を大気圧及び真空のいずれかに切り替え可能な２つのロードロック室１３と、真空処理室１１との間に各ロードロック室１３を挟んで接続される搬出入室１４と、各構成要素の動作を制御するコントローラ１５（制御部）とを備える。各真空処理室１１及び真空搬送室１２の間、並びに各ロードロック室１３及び真空搬送室１２の間にはゲート１６が配置され、各ロードロック室１３及び搬出入室１４の間にはゲート１７が配置される。
真空搬送室１２は、各真空処理室１１や各ロードロック室１３の間でウエハＷを搬送する１つの搬送アーム１８（搬送系）と、各ゲート１６の前に配置された６つのセンサユニット１９とを内蔵する。なお、搬送アーム１８は２つの（後述する）エンドエフェクタ２７を有し、２つのエンドエフェクタ２７は重畳して配置される。各センサユニット１９は、２つの透過式の光学センサ１９ａ，１９ｂを有し、搬送アーム１８によって各真空処理室１１及び各ロードロック室１３の間を搬送されるウエハＷのエッジ（縁部）の位置を特定する。各ロードロック室１３はステージ２０を内蔵し、該ステージ２０にウエハＷを載置させることにより、真空搬送室１２及び搬出入室１４の間におけるウエハＷの受け渡しを行う。搬出入室１４は、複数のウエハＷを収容する容器２１が取り付けられるウエハＷの搬出入口としての３つのポート２２と、ウエハＷの位置を調整するオリエンタ２３と、各ポート２２、オリエンタ２３及び各ロードロック室１３の間でウエハＷを搬送する搬送アーム２４とを有する。
この基板処理システム１０では、搬送アーム１８によって各真空処理室１１へウエハＷを搬入する際や各真空処理室１１からウエハＷを搬出する際、各センサユニット１９がウエハＷのエッジの位置を特定し、さらに、特定されたウエハＷのエッジの位置からウエハＷの中心の位置を算出し、ウエハＷの位置ずれを算出する。その後、算出されたウエハＷの位置ずれを修正するようにウエハＷの搬送軌道を調整する。
図２は、図１における搬送アームの構成を説明するための平面図であり、図２（Ａ）は搬送アームの収縮時を示し、図２（Ｂ）は搬送アームの伸長時を示す。
図２において、搬送アーム１８は、円柱状の台座２５と、アーム部２６と、重畳して配置される２つのエンドエフェクタ２７とを有する。なお、図２以降では、搬送アーム１８において、２つのエンドエフェクタ２７の片方が省略して描画される。また、アーム部２６は一端２６ａが台座２５へ取り付けられ、内蔵する駆動ベルトによって当該台座２５の中心軸周り且つ水平に回動する。エンドエフェクタ２７は途中で屈曲する長板状部材からなり、一端２７ａがアーム部２６の半円状の他端２６ｂへ取り付けられる。エンドエフェクタ２７は、アーム部２６が内蔵する駆動ベルトによってアーム部２６の他端２６ｂの中心軸周り且つ水平に回動する。エンドエフェクタ２７の他端２７ｂには二股状のフォーク２８（把持部）が形成され、該フォーク２８はウエハＷを把持する。また、エンドエフェクタ２７はメカ機構を内蔵しないバルク材からなり、例えば、セラミックス等の耐熱材から構成される。
搬送アーム１８ではアーム部２６及びエンドエフェクタ２７が回転角を調整しながら協働することにより、フォーク２８に把持されるウエハＷを直進（図中左右方向に移動）させて搬送する。しかしながら、フォーク２８はエンドエフェクタ２７に一体化され、ウエハＷの搬送中にエンドエフェクタ２７はアーム部２６の他端２６ｂの中心軸周りに回動するため、フォーク２８も回転しながら移動する。したがって、フォーク２８に把持されるウエハＷも回転する。具体的には、図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示すように、一点鎖線で示されるウエハＷの直進方向を基準とする座標系（以下、「直進方向座標系」という。）に対して破線で示されるフォーク２８の中心を基準とする座標系（以下、「フォーク座標系」という。）が回転する。また、搬送アーム１８の収縮時（図２（Ａ）と伸長時（図２（Ｂ）とでは直進方向座標系に対するフォーク座標系の回転角が異なる。
図３は、ウエハの搬送中にウエハのエッジが各光学センサの対面を横切る（センサを覆う）様子を説明するための図である。図３では、見易さを優先して搬送アーム１８が簡素化して描画される。
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示すように、ウエハＷの搬送中にウエハＷのエッジは光学センサ１９ａ，１９ｂの対面をそれぞれ２回ずつ、合計で４回横切る。具体的には、ウエハＷの搬送中、まず、ウエハＷのエッジ上の１点２９が光学センサ１９ａの対面を横切り（図３（Ａ））、ウエハＷのエッジ上の１点３０が光学センサ１９ｂの対面を横切り（図３（Ｂ））、ウエハＷのエッジ上の１点３１が光学センサ１９ｂの対面を横切り（図３（Ｃ））、さらに、ウエハＷのエッジ上の１点３２が光学センサ１９ａの対面を横切る（図３（Ｄ））。このとき、ウエハＷのエッジ上の１点２９（３０，３１又は３２）が光学センサ１９ａ（又は１９ｂ）の対面を横切る際のフォーク２８の中心の位置と、光学センサ１９ａ（又は１９ｂ）の位置との相対的な位置関係から当該１点２９（３０，３１又は３２）の位置が特定される。基板処理システム１０では、フォーク２８の中心の位置は搬送アーム１８のエンコーダ値から算出されるが、エンコーダ値からは直進方向座標系における位置しか算出できないため、ウエハＷのエッジ上の１点２９（３０，３１又は３２）の位置は直進方向座標系において特定される。
ところで、ウエハＷの中心の位置を算出するためには、本来であれば、ウエハＷの中心を基準とする座標系（以下、「ウエハ座標系」という。）においてウエハＷのエッジ上の各点の位置を特定する必要があるが、ウエハＷの中心の位置は不明である。一方、ウエハＷはフォーク２８と一体となって回転するため、フォーク座標系はウエハ座標系に対して回転することがない。したがって、本実施の形態では、フォーク座標系におけるウエハＷのエッジ上の各点の位置を特定し、特定されたエッジ上の各点の位置からフォーク座標系におけるウエハＷの中心の位置を算出する。また、フォーク２８の中心の位置と光学センサ１９ａ（又は１９ｂ）の位置との相対的な位置関係から算出されるウエハＷのエッジ上の各点の位置は、上述したように、直進方向座標系において特定される。したがって、フォーク座標系においてウエハＷのエッジ上の各点の位置を特定するために、本実施の形態では、直進方向座標系において特定されたウエハＷのエッジ上の各点の位置をフォーク座標系における位置へ換算する。
図４は、位置が特定されたウエハのエッジ上の１点と、直進方向座標系やフォーク座標系との関係を説明するための図である。なお、図４では、位置が特定されるエッジ上の４点２９〜３２のうち１点２９について説明する。
直進方向座標系（一点鎖線）において位置が特定されたウエハＷのエッジ上の１点２９（図４（Ａ））をフォーク座標系（破線）にプロットすると（図４（Ｂ））、直進方向座標系に対してフォーク座標系は回転しているため、直進方向座標系における１点２９の位置の回転角θ１と、フォーク座標系における１点２９の位置の回転角θ２とは異なる。したがって、直進方向座標系における１点２９の位置をフォーク座標系における位置へ換算するためには、直進方向座標系における１点２９を回転角θ２と回転角θ１の差分角だけ回転移動する必要がある。ここで、回転角θ２と回転角θ１の差分角は、１点２９の位置が特定されたとき（１点２９が光学センサ１９ａの対面を横切ったとき）の直進方向座標系に対するフォーク座標系の回転角である。
図５及図６は、直進方向座標系において特定されたウエハのエッジ上の一点の位置のフォーク座標系における位置への換算方法を説明するための図である。
まず、ウエハＷのエッジ上の１点２９が光学センサ１９ａの対面を横切ったときの直進方向座標系におけるフォーク２８の中心Ｃの位置（ｘｃ，ｙｃ）を搬送アーム１８のエンコーダ値から算出し、さらに、直進方向座標系における光学センサ１９ａ（１点２９）の位置（ｘｓ，ｙｓ）も搬送アーム１８のエンコーダ値から算出する（第１のステップ）。次いで、フォーク２８の中心Ｃの位置（ｘｃ，ｙｃ）と１点２９の位置（ｘｓ，ｙｓ）とを結ぶ線分Ｌの距離Ｄを下記式（１）から算出する。
Figure 2017139249
 ここで、１点２９が光学センサ１９ａの対面を横切ったとき（１点２９の位置が特定されたとき）のフォーク２８（エンドエフェクタ２７）の直進方向座標系における回転角は、１点２９の位置が特定されたときの直進方向座標系に対するフォーク座標系の回転角である。したがって、１点２９の位置が特定されたときのフォーク２８の回転角を１点２９の位置が特定されたときの直進方向座標系に対するフォーク座標系の回転角θｆとして搬送アーム１８のエンコーダ値から算出する（このとき、θｆは負角として算出される）。さらに、直進方向座標系における１点２９の位置の回転角θ１を下記式（２）から算出する。
Figure 2017139249
 このとき、フォーク座標系における１点２９の位置は、線分Ｌをフォーク座標系において回転角（θ１−θｆ）で回転させたときの線分Ｌの頂点の座標に該当する。したがって、フォーク座標系における１点２９の位置（ｘｆ，ｙｆ）を下記式（３），（４）から算出する（第２のステップ）。
Figure 2017139249
 また、直進方向座標系において位置が特定されたウエハＷのエッジ上の他の３点３０〜３２のそれぞれについても、図５及図６の換算方法と同様の方法で、フォーク座標系における位置を算出する。その後、図７に示すように、フォーク座標系において各点２９〜３２をプロットし、各点２９〜３２の位置に基づいてフォーク座標系におけるウエハＷの中心Ｃｗの位置を算出する。
本実施の形態によれば、ウエハＷは搬送される際に回転するが、直進方向座標系において特定されたウエハＷのエッジ上の各点の位置をフォーク座標系における位置へ換算する。具体的には、直進方向座標系において特定されたウエハＷのエッジ上の各点の位置を、上記式（３），（４）に示すように、直進方向座標系に対するフォーク座標系の回転角θｆ（なお、本実施の形態では、フォーク座標系の回転角はウエハ座標系の回転角と同じ。）だけ回転移動させる。これにより、直進方向座標系において特定されたウエハＷのエッジ上の各点の位置からフォーク座標系におけるウエハＷのエッジ上の各点の位置を特定することができ、もって、フォーク座標系においてウエハＷの中心Ｃｗの位置を正確に算出することができる。
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
本実施の形態では、ウエハＷが搬送される際に回転してもウエハＷの中心Ｃｗの位置を正確に算出することができるため、例えば、図８に示すように、搬送アーム１８によって搬送されるウエハＷが直進せず、いわゆるバナナフック軌道（図中に一点鎖線で示す。）に沿って搬送される結果、ウエハＷが回転する場合にも本発明を適用することができる。
また、搬送アーム１８は１リンク形式の搬送アームであるが、搬送アーム１８が２リンク形式のスカラ型やフロッグレッグ型の搬送アームであっても、ウエハＷが搬送される際に回転すれば、本発明を適用することができる。
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コントローラ１５等が備えるコンピュータ（図示しない）に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
１８ 搬送アーム
１９ センサユニット
１９ａ，１９ｂ 光学センサ
２８ フォーク

Claims (4)

  1. 基板を把持する把持部を有する搬送系と、前記基板の搬送軌道上に配置されたセンサとを備え、前記搬送系は前記基板を搬送する際に前記基板を回転させる基板処理システムにおける基板搬送方法であって、
    前記基板の縁部が前記センサの対面を横切るときの前記把持部の位置、並びに、前記センサの位置に基づいて前記基板の縁部の位置を特定する第１のステップと、
    前記特定された前記基板の縁部の位置から前記基板の回転の影響を除去する第２のステップとを有することを特徴とする基板搬送方法。
  2. 前記第２のステップでは、前記特定された前記基板の縁部の位置を前記基板の回転角だけ回転移動させることを特徴とする請求項１記載の基板搬送方法。
  3. 前記搬送系は１リンク形式の搬送アームであることを特徴とする請求項１又は２記載の基板搬送方法。
  4. 基板を把持する把持部を有する搬送系と、前記基板の搬送軌道上に配置されたセンサと、制御部とを備え、前記搬送系は前記基板を搬送する際に前記基板を回転させる基板処理システムであって、
    前記制御部は、前記基板の縁部が前記センサの対面を横切るときの前記把持部の位置、並びに、前記センサの位置に基づいて前記基板の縁部の位置を特定し、前記特定された前記基板の縁部の位置から前記基板の回転の影響を除去することを特徴とする基板処理システム。
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