JP4632590B2 - 基板搬送システム及び基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本願の発明は、基板を搬送する基板搬送システム、及び、該基板搬送システムを備えた半導体製造装置等の基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体デバイスを製造する際に用いられる半導体製造装置や液晶ディスプレイを製造する際に用いられる液晶基板処理装置等の基板処理装置は、目的とする位置に基板を搬送するため、基板搬送システムを備えている。基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置では、基板搬送システムも基板を１枚ずつ搬送するものが多い。この種の基板搬送システムは、基板を先端に保持するアームを備えた多関節型の搬送ロボットを使用するものが多い。
【０００３】
一方、基板処理装置においては、基板を処理チャンバー内の所定位置に精度よく搬送することが求められることが多い。この理由は、一般的に言えば、基板を処理チャンバー内の所定位置に常に精度よく配置して処理しないと、処理の均一性や再現性が低下する恐れがあるからである。
また、多くの場合、処理チャンバー内に設けられた台状の基板ホルダーの上面に基板は載置されて処理される。この際、例えば成膜処理の場合には、基板ホルダーの表面領域のうち基板によって覆われていない領域にも薄膜は堆積するから、基板の載置位置が異なると、前の回の成膜処理によって堆積した薄膜の上に基板が載ってしまい、基板の裏面等にパーティクル（粒状の塵埃）が付着する原因となってしまう。
また、エッチング処理の場合には、基板ホルダーの表面領域のうち、基板が載置される領域以外には耐エッチング性の表面処理が施されているが、基板が載置される領域には熱接触性等を考慮してこのような表面処理は施されていない。従って、基板の載置位置がずれると、表面処理が施されていない部分が露出し、基板ホルダーがエッチングされてパーティクルを生ずる問題が発生する。
【０００４】
さらに、基板を常に同じ位置に配置するとともに、その周方向の配置位置（基板の中心を回転軸として回転させた際の回転方向の位置）も常に同じ位置にすることが要請されている。この点も、一般的には、プロセスの再現性の点からである。また、基板が配置された際、基板の輪郭の形状に適応した形状の部材が付近に存在する場合、基板の周方向の配置位置がずれると、その部材に干渉してしまう問題がある。例えば、基板がオリエンテーションフラット（以下、オリフラ）を有する半導体ウェーハであり、基板ホルダーがその形状に適合した凹部を有してその凹部内に基板が落とし込まれる構成である場合、オリフラの部分がずれていると基板が凹部内に落とし込まれず、搬送エラーとなってしまう。
【０００５】
このようなことから、基板処理装置では、処理チャンバー内で基板が正しい位置に位置しているかを検出することが必要になっている。ただ、処理チャンバー内での位置を直接検出することは困難なため、処理チャンバー内の搬送ライン上に設定された検出場所で基板の位置を検出することが多い。例えば、搬送ロボットのアームの先端に基板を保持して基板を搬送する際、アームの基準点を所定位置に位置させる。その際の基板の位置を光学的な手法により検出する。例えば、所定位置に一対の発光器と受光器とを設け、発光器からの光が基板の縁に一部遮られるようにする。そして、その遮られる光の量から基板の縁の位置を知り、そのデータを元に基板の中心の位置を演算処理により求める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した基板処理装置において、基板の搬送の能率を上げるため、搬送ロボットのアームが二枚の基板を同時に保持する構成が採用されることがある。この方が、二台の搬送ロボットを設けるよりは、全体の占有スペースが小さく、コストも安価となるからである。
このような複数基板保持の搬送ロボットを使用する場合、上記のような基板の位置検出は、基板を一枚ずつ検出場所に持っていって行うことになる。しかしながら、これを行うと、位置検出に時間がかかり、結果的に、全体として処理チャンバーまでの基板の搬送に要する時間が長くなってしまう。このため、複数基板保持の搬送ロボットを使用するメリットが小さくなってしまう。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、複数の基板について一括して位置検出を行える実用的な構成を提供し、生産性の向上などの顕著な改善をもたらす技術的意義を有するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記補正を解決するため、本願の請求項１記載の基板搬送システムは、二以上の基板を保持する基板保持具と、基板保持具を駆動する駆動系とを備え、二以上の基板を同時に保持しながら所定の位置に搬送することが可能な基板搬送システムであって、駆動系を制御して基板保持具を所定の監視位置に位置させる制御部と、基板保持具が所定の監視位置に位置した際に、基板保持具に保持された二以上の基板が占めると想定される空間を一の画像として撮像する撮像素子と、撮像素子からの画像を処理する画像処理部と、画像処理部の処理結果から、二以上の基板のそれぞれについて所定位置に位置しているか否か判断する判断部とを備え、撮像素子は、基板面に対して斜め方向から撮像する位置に配設され、画像は、少なくとも１つの基板のオリフラの一端と円弧状の部分との角の部分について撮像されたものであり、画像処理部の処理は、画像から基板の輪郭を抽出する処理を有し、判断部は、検出された輪郭の位置を予め登録された参照データと比較して、基板の位置が正しいか否かを判断することを特徴とする。また、上記問題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項２の構成において、画像は、二以上の基板の角の部分について同時に撮像されたものであり、判断部は、検出された角の部分の位置を予め登録された参照データと比較して、基板の位置が正しいか否かを判断すると好適である。また上記問題を解決するため、請求項３記載の基板処理装置は、前記請求項１若しくは２の構成において、基板保持具と駆動系は、二以上の基板を保持しながら所定の位置に搬送する搬送ロボットを構成しているとともに、搬送ロボットが内部に設けられた搬送チャンバーが設けられており、搬送チャンバーの周囲には、基板に対して所定の処理を施す処理チャンバー、及びロードロックチャンバーが気密に接続されており、所定の監視位置は、搬送チャンバー内に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
まず、基板搬送システムの発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態の基板搬送システムの側面概略図である。図１に示す基板搬送システムは、二以上の基板９を保持する基板保持具と、基板保持具を駆動する駆動系とを備え、二以上の基板９を同時に所定の位置に搬送する基板搬送システムである。
基板保持具と駆動系とは、搬送ロボット１０を構成している。搬送ロボット１０は、基板保持具と、基板保持具を先端に備えた多関節型のアーム機構と、駆動系とから主に構成されている。
【０００９】
図２は、図１に示す搬送ロボット１０の詳細構造を示す正面断面図、図３は、図２に示す搬送ロボット１０の平面概略図である。搬送ロボット１０は、基板９を保持する基板保持具としてのフォーク１，２と、フォーク１，２を保持する複数のアーム３１，３２，４１，４２から成るアーム機構と、アーム機構を駆動するアーム駆動系とからなっている。アーム駆動系は、アーム３１，３２，４１，４２を介してフォーク１，２を前後運動させる前後運動機構５１，５２と、アーム３１，３２，４１，４２を介してフォーク１，２を回転運動させる回転運動機構６と、アーム３１，３２，４１，４２を介してフォーク１，２を上下運動させる上下運動機構７１，７２とから成っている。
【００１０】
本実施形態の大きな特徴点の一つは、図１乃至図３から解るように、フォーク１，２が二つ設けられており、それが上下に配置されている点である。説明の都合上、下側に配置されたフォーク１を下側フォーク１、上側に配置されたフォーク２を上側フォーク２と呼ぶ。
二つのフォーク１，２は、同じ形状であり、ほぼ長方形の板状部材にＵ字状の切り欠きを設けた形状である。本実施形態では、半導体ウェーハのような円形の基板９を搬送することが想定されており、図３に示すように、基板９はその中心がＵの字の切り欠きの円弧部分の中心（以下、フォーク中心）にほぼ一致する位置で保持されるようになっている。
【００１１】
下側フォーク１は、四本のアーム３１，３２，４１，４２で保持されている。
四本のアーム３１，３２，４１，４２は、下側フォーク１に連結された左右一対のアーム３１，４１（以下、下側左第一アーム３１及び下側右第一アーム４１）と、下側左第一アーム３１に下側左関節部３３を介して連結された下側左第二アーム３２と、下側右第一アーム４１に下側右関節部４３を介して連結された下側右第二アーム４２となっている。尚、下側フォーク１の根元の部分には、下側アーム固定具２１が設けられている。
【００１２】
下側左第一アーム３１及び下側右第一アーム４１は、下側アーム固定具２１に連結されており、アーム固定具２１を介して上側フォーク２を保持している。尚、下側左第一アーム３１及び下側右第一アーム４１の先端は、不図示のギア機構又はベルトを介して連結されている。この連結により、後述する前後運動の際、下側フォーク１の向きが一定に保たれるようになっている。
【００１３】
上側フォーク２についても同様の構造であり、四本のアーム３４，３５，４４，４５は、上側フォーク２に連結された左右一対のアーム３４，４４（以下、上側左第一アーム３４及び上側右第一アーム４４）と、上側左第一アーム３４に下側左関節部３６を介して連結された上側左第二アーム３５と、上側右第一アーム４４に上側右関節部４６を介して連結された上側右第二アーム４５となっている。
尚、図２に示すように、左右の上側第一アーム３４，４４と左右の上側第二アーム３５，４５との距離は長くなっており、上側左関節部３６及び上側左関節部４６は、それらを繋ぐように長くなっている。下側フォーク１を保持した四本のアーム３１，３２，４１，４２は、左右の上側第一アーム３４，４４と左右の上側第二アーム３５，４５との間の空間に位置している。
【００１４】
左右の下側関節部３３，４３は、各々上端が下側第一アーム３１，４１の端部に不図示の軸受を介して填め込まれ、下端が下側第二アーム３２，４２の端部に不図示の軸受を介して填め込まれている。また、左右の上側関節部３６，４６も同様であり、各々、不図示の軸受を介して上側第一第二アーム３４，３５，４４，４５の端部に不図示の軸受を介して填め込まれている。
【００１５】
上記各四本のアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４６は、各々独立した前後運動機構５１，５２によって各フォーク１，２を前後に移動させるようになっている。この点について以下に説明する。
まず、下側フォーク１を前後運動させる前後運動機構（以下、下側用前後運動機構）５１について説明する。下側用前後運動機構５１は、下側フォーク１を保持した四本のアーム３４，３５，４４，４５が連結された下側用駆動軸５１１と、下側用駆動軸５１１を駆動して下側フォーク１を前後運動させる下側用駆動源５１２とから主に構成されている。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態の搬送ロボット１０のロボット中心軸Ａと同軸になるようにして、下側用駆動軸５１１が設けられている。そして、下側用駆動軸５１１の上端部分に、下側左第二アーム３５及び下側右第二アーム４５が設けられている。下側左第二アーム３５は下側用駆動軸５１１に直結されているが、下側右第二アーム４５は、ベアリングを介して下側用駆動軸５１１に連結されている。
【００１７】
下側用駆動源５１２は、モータを構成する下側用回転子５１３及び下側用固定子５１４より成る構成となっている。下側用駆動軸５１１の下端部分には、下側用回転子５１３が設けられており、下側用回転子５１３を取り囲むようにして下側用固定子５１４が設けられている。
下側用固定子５１４には、不図示の下側用駆動回路が接続されている。下側用駆動回路が動作すると、下側用固定子５１４が通電され、下側用駆動軸５１１に固定された下側用駆動軸５１１を回転させるようになっている。下側用固定子５１４及び下側用回転子５１３の構成は、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ＤＣ又はＡＣサーボモータ、ステッピングモータ等、各種のモータの構成を同様のものを任意に選んで採用することができる。
【００１８】
次に、上側フォーク２を前後運動する前後運動機構（以下、上側用前後運動機構）５２について説明する。上側用前後運動機構５２は、上側フォーク２を保持した四本のアーム３４，３５，４４，４５が連結された上側用駆動軸５２１と、上側用駆動軸５２１を駆動して上側フォーク２を前後運動させる上側用駆動源５２２とから主に構成されている。
上側用駆動軸５２１は、下側用駆動軸５１１を取り囲むようして設けられている。上側用駆動軸５２１は、下側用駆動軸５１１と同軸に設けられた円筒状のものである。上側用駆動軸５２１の上端部分には、上側右第二アーム４５が連結されている。上側左第二アーム３５は、ベアリングを介して下側用駆動軸５１１に連結されている。
【００１９】
上側用駆動源５２２も、下側用駆動源５１２と同様に、モータを構成する上側用回転子５２３及び上側用固定子５２４より成る構成となっている。上側用駆動軸５２１の下端部分には、上側用回転子５２３が設けられ、上側用回転子５２３を取り囲むようにして上側用固定子５２４が設けられている。
上側用固定子５２４には、不図示の上側用駆動回路が接続されており、上側用固定子５２４を通電して上側用回転子５２３を回転させ、これにより上側用駆動軸５２１を回転させるようになっている。上側用固定子５２４及び上側用回転子５２３の構成も、同様に、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ＤＣ又はＡＣサーボモータ、ステッピングモータ等、各種のモータの構成を同様のものを任意に選んで採用することができる。
【００２０】
一方、図２に示すように、下側用駆動軸５１１の先端部分を取り囲むようにして、制動軸５３が設けられている。制動軸５３の役目は、下側用駆動源５１２又は上側用駆動源５２２が動作した際に、下側用駆動軸５１１又は上側用駆動軸５２１の回転を下側フォーク１又は上側フォーク２の前後運動に変換するよう制動力を加えることと、各フォーク１，２を一体に回転運動させる際に駆動力を導入することである。
【００２１】
制動軸５３は、全体としては、短い円筒状の部材である。制動軸５３は、図２から解るように、左半分と右半分との長さが違う段違いの形状になっている。そして、制動軸５３の左側面と下側左関節部３３の下端とを連結するようにして、第一固定力伝達具５４１が設けられている。第一固定力伝達具５４１は、具体的にはベルトであり、制動軸５３と下側左関節部３３との間に張架されている。また、制動軸５３の右側面と右側左関節部４３の下端とを連結するようにして、第二固定力伝達具５４２が設けられている。第二固定力伝達具５４２も、制動軸５３と上側右関節部４６との間に張架されたベルトである。
【００２２】
次に、上述した二つのフォーク１，２を前後運動させる場合の動作について説明する。
まず、下側フォーク１を前後運動させる場合、下側用駆動源５１２を動作させて下側用駆動軸５１１に回転方向の力を加える。この結果、下側用駆動軸５１１に直結された下側左第二アーム３２にも回転方向の力が加わる。この回転方向の力は、下側左関節部３３及び第一固定力伝達具５４１を介して制動軸５３に伝えられる。制動軸５３の反対側には、第二固定力伝達具５４２を介して上側右第二アーム４５が連結されているので、制動軸５３に与えられた回転方向の力は、上側右第二アーム４５に伝えられ、最終的には、上側用駆動軸５２１に対して与えられることになる。
【００２３】
一方、下側用駆動源５１２を動作させるとと同時に、上側用駆動源５２２を動作させ、上側用駆動軸５２１が回転しないようにトルクを与える。つまり、上側用駆動軸５２１を制動させる。下側左第二アーム３２が下側左第一アーム３１に連結され、下側左第一アーム３１が下側フォーク１を介して下側右第一アーム４１に連結され、下側右第一アーム４１が下側右第二アーム４２に連結され、下側右第二アーム４２がベアリングを介して下側用駆動軸５１１に保持されていることから、上記制動の結果、下側左第二アーム３２が下側用駆動軸５１１を中心にして円弧運動する際、下側左第一アーム３１は、下側左関節部３３を中心にして円弧運動する。
【００２４】
これに伴い、下側右第一アーム４１も下側左第一アーム３１とは線対称な円弧運動を行う。そして、下側右第二アーム４２は、下側左第二アーム３２とは線対称な円弧運動を従動して行う。このような対称な円弧運動の結果、図３に示すように、下側フォーク１は、その線対称の線の方向に前後運動することになる。前後の向きは、下側用駆動軸５１１の回転の向きによることは言うまでもない。
尚、上記前後運動の際、下側フォーク１の姿勢は変化せず、常に前後運動の方向に向いている。より正確には、下側フォーク１のＵの字の深さ方向は、常に前後運動の方向になるようになっている。
【００２５】
上側フォーク２を前後運動させる場合にも、上述したのと本質的に同様である。上側用駆動源５２２を動作させて上側用駆動軸５２１に回転方向の力を与えると同時に、下側用駆動源５１２を動作させて下側用駆動軸５１１が回転しないよう逆向きをトルクを発生させる。上側右第二アーム４５の円弧運動に従い、上側右第一アーム４４及び上側左第一アーム３４が互いに線対称の円弧運動を行い、上側フォーク２が前後運動する。
【００２６】
上記説明から解る通り、第一固定力伝達具５４１及び第二固定力伝達具５４２は、左右の第一アーム３１，４１，３４，４４が駆動軸５１１，５２１を中心にして回転してしまうのを規制する力を伝えるものである。このような第一固定力伝達具５４１及び第二固定力伝達具５４２は、前後運動の際、多少伸縮する。第一固定力伝達具５４１及び第二固定力伝達具５４２としてはベルトの他、スライダのような機構を採用することもできる。
【００２７】
上記前後運動のストローク長は、図３から容易に類推されるように、左第一アーム３１，３４と右第一右アーム４１，４４とが平行になる前進位置と、左第一アーム３１，３４と右第二アーム４１，４４とが平行になる後退位置との間の距離となっている。フォーク１，２の後端が、ロボット中心軸Ａを越えた状態までフォーク１，２が後退できるようになっている。
【００２８】
次に、二つのフォーク１，２を一体に回転運動させる回転運動機構６の構造について説明する。回転運動機構６は、回転用駆動軸６１と、回転用駆動軸６１を駆動する回転用駆動源６２とから主に構成されている。
図２に示すように、上側用駆動軸５２１の外側に回転用駆動軸６１が同軸上に設けられている。回転用駆動軸６１は円筒状であり、内部に上側用駆動軸５２１等を挿通させている。
回転用駆動軸６１の上端には、連結棒６３が固定されて上方に伸びている。この連結棒６３の上端は、制動軸５３に固定されている。また、上側用駆動軸５２１の上端部分には、連結棒６３を挿通させた挿通孔が設けられている。この挿通孔は、回転用駆動軸６１と同軸の円弧状である。
【００２９】
二つのフォーク１，２を一体に回転させるための回転用駆動源６２は、回転用駆動軸６１の下端部分の側面に設けられた回転用回転子６２１と、回転用回転子６２１を回転させる回転用固定子６２２と、回転用固定子６２２を通電する不図示の回転用駆動回路とから主に構成されている。回転用駆動回路が動作すると、回転用固定子６２２が通電され、回転用駆動軸６１を回転させるようになっている。下側用固定子５１４及び下側用回転子５１３の構成は、同様に、ＤＣモータ等の各種のモータの構成と同様のものを任意に選んで採用することができる。
【００３０】
二つのフォーク１，２を一体に回転させる際には、回転用駆動源６２によって回転用駆動軸６１が回転させる。この際、前述した下側用駆動源５１２及び上側用駆動源５２２は動作させず、下側用駆動軸５１１や上側用駆動軸５２１はフリー（力を加えない状態）にしておく。回転用駆動軸６１が回転すると、連結棒６３を介して制動軸５３も回転する。この結果、第一固定力伝達具５４１を介して下側フォーク１及びそれを保持する四本のアーム３１，３２，４１，４２が一体に回転するとともに、第二固定力伝達具５４２を介して上側フォーク２及びそれを保持する四本のアーム３４，３５，４４，４５が一体に回転する。この回転により、上述した前後運動の方向を水平面内に任意の方向に設定することが可能となる。
【００３１】
次に、二つのフォーク１，２を一体に上下運動させる上下運動機構７１，７２について説明する。本実施形態では、上下運動のための機構が二つ設けられている。一つは、移動距離の短い上下運動のための機構（以下、第一上下運動機構）７１であり、もう一つは移動距離の長い上下運動のための機構（以下、第二上下運動機構）７２である。
【００３２】
まず、第一上下運動機構７１について説明する。
前述した下側用駆動軸５１１、上側用駆動軸５２１、回転用駆動軸６１、さらにはそれらに連結された各部は、支持体７１１によって全体が保持されている。より具体的に説明すると、図２に示すように、下側用固定子５１４、上側用固定子５２４、回転用固定子６２２は支持体７１１に保持されている。支持体７１１と回転用駆動軸６１の間、回転用駆動軸６１と上側用駆動軸５２１との間、上側用駆動軸５２１の間には、軸受を含む不図示の保持具が設けられている。従って、各軸は、最終的には支持体７１１によって支持されており、上方のアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５群や二つのフォーク１，２も支持体７１１によって支持されている。
【００３３】
支持体７１１は円筒状であり、水平な姿勢の第一ベース板７１２に下端が固定されている。第一上下運動機構７１は、第一ベース板７１２の下面に固定されて下方に延びる第一被駆動ボールねじ７１３と、第一被駆動ボールねじ７１３に噛み合う第一駆動ボールねじ７１４と、第一駆動ボールねじ７１４を回転させる第一上下用駆動源７１５とから主に構成されている。
【００３４】
図２に示すように、第一被駆動ボールねじ７１３は、下側用駆動棒５１１等と同軸であり、従って搬送ロボット１０全体と同軸である。第一駆動ボールねじ７１４は全体としては円筒状であり、その内面がねじ切りされて第一被駆動ボールねじ７１４に噛み合っている。第一上下用駆動源７１５は、前述した下側用駆動源５１２等の同様の構成であり、第一駆動ボールねじ７１４の側面に固定された上下用回転子７１６と、上下用回転子７１６に磁気結合する上下用固定子７１７と、上下用固定子７１７を通電駆動する不図示の上下用駆動回路とから構成されている。
【００３５】
第一上下用駆動源７１５が動作すると、上下用回転子７１６の回転に伴い、第一駆動ボールねじ７１４が回転する。第一被駆動ボールねじ７１３は、不図示の回転規制部によって回転しないようになっている。従って、第一駆動ボールねじ７１４の回転によって第一被駆動ボールねじ７１３は上下に移動する。これに伴い、第一ベース板７１２を介して各支持体７１１が一体に上下運動し、この結果、二つのフォーク１，２も一体に上下運動する。運動の向きは、第一上下用駆動源７１５による回転の向きによる。
【００３６】
次に、第二上下運動機構７２について説明する。
第一ベース板７１２の下方には、第二ベース板７２１が設けられている。第二ベース板７２１は、前述した機構を全体に支持している。具体的には、第一上下用駆動源７１５の第一駆動ボールねじ７１４は、ベアリングを介して第二ベース板７２１に支持されている。
第二上下運動機構７２は、第二ベース板７２１を上下運動させる機構となっている。具体的には、第二上下運動機構７２は、第二ベース板７２１に固定された第二被駆動ボールねじ７２２と、第二被駆動ボールねじ７２２に噛み合う第二駆動ボールねじ７２３と、第二駆動ボールねじ７２３を回転させる第二上下用駆動源７２４とから主に構成されている。
【００３７】
図２に示すように、第二ベース板７２１の隅の部分には、挿通用開口が形成されている。第二被駆動ボールねじ７２２は、短い円筒ロッド状であり、その内面がねじ切りされている。第二被駆動ボールねじ７２２は、その端面が挿通用開口の縁を取り囲むようにして第二ベース板７２１に固定されている。
第二駆動ボールねじ７２３は、垂直に延びる長い棒状であり、第二ベース板７２１の挿通用開口に挿通されるとともに第二被駆動ボールねじ７２２に噛み合っている。第二駆動ボールねじ７２３の上端は、軸受を介してフレーム７２５に取り付けられている。第二駆動ボールねじ７２３の下端は、第二ベース板７２１の下方に位置し、ギア７２７を介して第二上下用駆動源７２４に連結されている。
【００３８】
第二上下用駆動源７２４は、ＡＣサーボモータ等のモータである。第二上下用駆動源７２４が駆動されると、ギア７２７を介して第二駆動ボールねじ７２３が回転する。第二被駆動ボールねじ７２２や第二ベース板７２１は不図示の回転規制部によって回転しないようになっているので、第二駆動ボールねじ７２３の回転により上下運動する。この結果、第一ベース板７１２も上下運動し、二つのフォーク１，２も一体に上下運動する。
尚、第二ベース板７２１には、第二駆動ボールねじ７２３と平行に延びるリニアガイド７２６が設けられている。リニアガイド７２６は、均等な位置に２〜３本程度設けられており、第二ベース板７２１の上下運動が安定するようガイドする。
【００３９】
尚、上述した搬送ロボット１０は、二つのフォーク１，２の動作を監視する手段を備えている。監視手段は、下側葉駆動軸５１１、上側用駆動軸５２１、回転用駆動軸６１、第一被駆動ボールねじ７１３の回転角度を監視する手段であり、光センサ又は磁気センサを使用したロータリエンコーダと同様の構成である。監視手段は、最終的には各フォーク１，２の現在位置を検出するようになっている。
【００４０】
上記構成に係る搬送ロボット１０の動作について、以下に説明する。
搬送ロボット１０の初期状態では、各アーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５は収縮した状態であり、二つのフォーク１，２ともロボット中心軸Ａ上に位置している。まず、いずれか一方のフォーク１，２は、別の場所にある基板９を受け取って保持する動作について説明する。
【００４１】
まず、基板９のある場所の高さの位置に、いずれか一方のフォーク１，２（以下、一例として下側フォーク１）を位置させるため、二つの上下運動機構７１，７２の一方を駆動させる。下側フォーク１が基板９の高さの位置したら、ロボット中心軸Ａとその基板９の中心とを結ぶ水平な線の方向にフォーク基準方向が向くように回転用駆動源６２を動作させて回転運動を行う。この際も各アーム３１，３２，４１，４２は収縮状態であり、二つのフォーク１，２はロボット中心軸Ａ上にある。
【００４２】
ロボット中心軸Ａとその基板９の中心とを結ぶ水平な線の方向に基板９の中心とフォーク基準方向が向いたら、下側フォーク１が前進運動するよう、下側用駆動源５１２を駆動させる。下側フォーク１の前進距離は、下側フォーク１が基板９の下側に進入し、フォーク中心が基板９の中心と一致する（又は同一鉛直線上になる）よう設定される。そして、第一又は第二上下用駆動源７１５，７２４を動作させ、所定の短い距離だけ下側フォーク１を上昇させる。この結果、基板９は下側フォーク１の上に載った状態となる。
【００４３】
次に、このようにして保持した基板９を、別の場所に搬送する動作について説明する。
まず、下側用駆動源５１２を動作させ、下側フォーク１を上記基板９を受け取った位置から後退させる。後退の距離は、基板９の中心がロボット中心軸Ａに一致した位置となるよう設定される。基板９の中心がロボット中心軸Ａに一致するまで下側フォーク１が後退すると、次に、第一又は第二上下用駆動源７１５，７２４を動作させ、基板９を搬送して最終的に位置させるべき場所（以下、搬送場所）の高さの位置に下側フォーク１を位置させる。
【００４４】
そして、搬送場所とロボット中心軸Ａとを結ぶ水平な線の方向に下側フォーク１のフォーク基準方向が向くように、回転用駆動源６２を動作させる。搬送場所とロボット中心軸Ａとを結ぶ水平な線の方向に下側フォーク１のフォーク基準方向が向いたら、下側用駆動源５１２を動作させ、下側フォーク１を前進させて基板９を搬送場所まで搬送する。尚、上記動作において、高さを合わせる上下運動と方向を合わせる回転運動とは順序が逆であっても良いことは、勿論である。
【００４５】
さて、本実施形態の基板搬送システムの別の大きな特徴点は、図１に示すように、駆動系を制御して基板保持具としてのフォーク１，２を所定の監視位置に位置させる制御部８１と、フォーク１，２が監視位置に位置した際に、フォーク１，２に保持された基板９が占めると想定される空間の画像を撮像する撮像素子８２と、撮像素子８２からの画像を処理する画像処理部８３と、画像処理部８３の処理結果から、各基板９が正しくフォーク１，２に保持されているかどうか及び各基板９が所定位置に位置しているかを判断する判断部８４とを備えている点である。以下、これらの構成について詳説する。
【００４６】
まず、撮像素子８２としては、本実施形態では、ＣＣＤエリアイメージセンサが使用されている。撮像素子８２は、図１に示すように、その光軸（入射面の中心を通り入射面に垂直な軸）８２Ａがロボット中心軸Ａに対して斜めになるよう設けられている。本実施形態では、監視位置は、二つのフォーク１，２のフォーク中心がロボット中心軸Ａ上に位置する位置に設定されている。撮像素子８２は、この位置に各フォーク１，２が位置した際、各基板９が各フォーク１，２に保持されている場合に、各基板９の周縁を撮像できる位置に設けられている。つまり、図１に示す撮像素子８２の見込み角（立体角）内に、各フォーク１，２上の各基板９の周縁が入る位置関係となっている。後述するように、基板９は位置ずれてフォーク１，２に保持されている場合があるが、位置ずれがあった場合でも、それが極端に大きくならない限り、周縁が撮像素子８２によって撮像されるようになっている。
【００４７】
画像処理部８３の詳細は図示されていないが、ハードウェアとしてのプロセッサと、プロセッサによって実行される画像処理プログラムとにより、画像処理部８３は構成されている。この画像処理部８３は、撮像素子８２から送られる画像データを処理して、判断部８４における判断に必要な情報を抽出するようになっている。
【００４８】
具体的に説明すると、撮像素子８２から送られるデータは、ＣＣＤの各セルの出力信号である。画像処理部８３は、このデータを、撮像素子８２の入射面上に設定された座標に変換して処理する。図４は、画像データの座標について説明する図である。図４に示すように、座標の原点は、撮像素子８２の光軸８２Ａ上に設定されている。そして、Ｘ軸は、撮像素子８２の光軸８２Ａに直角に交差する水平線上に設定されている。また、Ｙ軸は、撮像素子８２の光軸８２Ａ及びＸ軸の双方に直交する線上に設定されている。
【００４９】
図５は、画像処理プログラムの概略について説明する図である。画像処理プログラムは、上記のように設定された座標上での画像データについて、撮像された画像の輪郭を抽出する画像処理を行う。撮像素子８２を撮像した画像データにおいて、基板９やアーム等の部材とそれ以外の背景の部分では、濃淡（入射光の強さ）又は色（入射光の波長）に違いが出る。従って、画像データを座標平面上でスキャンした際、値が急に変化しているところを抽出することで、基板９や部材の輪郭に相当する座標群が抽出できる。図５（１）には、このように画像処理した一次処理データを示す図である。
【００５０】
次に、画像処理プログラムは、図５（１）に示す一次処理データから、基板９の周縁に相当する座標群を特定する。画像処理部８３には、基板９の直径ないしは周縁の曲率のデータが予め記憶されている。画像処理プログラムは、このデータを呼び出し、このデータに従って、図５（１）に示す一次処理データの線群のうち、基板９の周縁に相当するものと、そうでないものを区別し、基板９の周縁に相当している座標群のみを抽出する。このようにして得られたデータ（二次処理データ）を、図５（２）に示す。判断部８４には、図５（２）に示す二次処理データが送られる。
【００５１】
次に、判断部８４の構成について説明する。判断部８４は、ハードウェアとしてのプロセッサと、プロセッサにより実行される判断プログラムとから構成されている。
判断プログラムは、画像処理部８３から出力された二次処理データに従い、各フォーク１，２上に基板９が保持されているか、及び、基板９の位置が正しいかどうかを最終的に判断するようになっている。
【００５２】
まず、画像処理部８３からの二次処理データに従い、フォーク１，２上の基板９の有無をまず判断する。この判断は、画像データを二つの領域に分けて行う。図５（２）に示すように、本実施形態では、画像データをＸ軸を境にして上下二つの領域に区分する。上側領域は、上側フォーク２に基板９が保持されている場合にその基板９の輪郭が捉えられると想定される領域であり、下側領域は、下側フォーク１に基板９が保持されている場合にその基板９の輪郭が捉えられると想定される領域である。
【００５３】
判断プログラムは、二次処理データについて、それが上側領域にあるか、下側領域にあるか、またそのいずれにもあるかを判断する。そして、上側領域に二次処理データが無い場合、「上側フォークに基板無し」を出力し、下側領域に二次処理データが無い場合、「下側フォークに基板無し」を出力する。そして、二次処理データが画像処理プログラムから全く出力されなかった場合、「両方のフォークに基板無し」を出力する。
【００５４】
次に、判断プログラムは、「両方のフォークに基板無し」を出力した場合を除き、基板９の位置が正しいかどうかについて判断する位置判断ステップを行う。図６は、判断プログラムが行う位置判断ステップについて説明した図である。
本実施形態においては、各フォーク１，２上に基板９が正しく位置した場合、基板９のオリフラと円弧状の部分との角の部分が撮像素子８２の見込み角内に入るようになっている。この「正しく位置した場合」とは、基板９の水平方向での位置、基板９の中心軸の回りの回転方向の位置のいずれもが正しい位置といういう意味であり、以下、正規位置と呼ぶ。
【００５５】
判断部８４には、参照用データが登録されている。参照用データは、基板９を正規位置に位置させながら各フォーク１，２に基板９を保持させた状態で撮像した画像データを元に予め作成したデータであり、これに一致していれば、基板９が正規位置にあると判断されるデータである。判断部８４は、位置判断ステップにおいて、二次処理データと参照用データとを比較し、そのズレが所定の小さい範囲に入っているか判断する。図６の下側領域に示すように、ずれが所定の小さい範囲に入っていれば正規位置にあると判断し、図６の上側領域に示すようにずれが大きければ正規位置にはないと判断する。場合によっては、オリフラと円弧状の部分との角の部分を特異点として検出し、その位置のずれによって正規位置であるかどうかを判断する場合もある。
【００５６】
尚、この正規位置の判断は、前述した上側領域と下側領域の各々について独立して行う。つまり、上側領域における参照用データと上側領域での二次処理データを比較し、それによって上側フォーク２上の基板９が正規位置かどうかを判断する。そして、上側領域における参照用データと上側領域での二次処理データを比較し、それによって上側フォーク２上の基板９が正規位置かどうかを判断する。
【００５７】
上記構成及び動作に係る本実施形態の基板搬送システムによれば、二枚の基板９を一括して搬送できるため、搬送の能率が高い。加えて、基板９が基板保持具に正規位置で保持されているかどうかを確認しながら基板９の搬送を行うことができるため、信頼性の点でも優れている。そして、二枚の基板９について同時に正規位置での保持を確認することができるため、この点でさらに能率が高いシステムとなっている。
【００５８】
尚、上述したように、本実施形態の搬送ロボット１０は、基板９をフォーク１，２の上に載せて回転させる際、基板９の中心が回転の中心にほぼ一致した状態としている。このため、回転の際に基板９に加わる遠心力はほぼゼロである。従って、遠心力によって基板９がフォーク１，２上でずれたり、フォーク１，２から落下したりすることは、本実施形態では皆無である。従って、この点でも信頼性の高いシステムになっている。また、フォーク１，２の回転運動の際、フォーク１，２の基板９の中心がロボット中心軸Ａに一致する位置まで後退させるため、回転のためのスペースも小さくて済む。
【００５９】
本実施形態では、基板保持具としてフォーク１，２が使用されたが、「フォーク」という名称は、その形状から付されたものであって、これに限定されるものではない。ハンドと呼ばれたりエンドエフェクタと呼ばれることがある。基板保持具は基板９を保持できれば良いのであって、図３に示す以外の任意の構成を採用し得る。上面に基板９を載せて保持する以外にも、例えば基板９を左右の縁で挟んで保持するような構成でもよい。また、情報記録ディスク用の基板９では中央に円形の開口が設けられた形状である場合があり、このような場合には、基板９を垂直な姿勢にして開口の縁で保持する構成もあり得る。
【００６０】
また、基板保持具の数は、上述した二つには限られず、三つ又はそれ以上であってもよく、同時に三つ以上の基板９を保持しながら搬送する構成であってもよい。上記実施形態では、基板保持具としてのフォーク１，２が二つ（基板保持具が二つ）であったが、一つの基板保持具で二つ以上の基板９を保持する場合もある。
フォーク１，２を保持するアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５の構成も、前述したものに限られるものではない。左右各二本で計四本のアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５で一つのフォーク１，２を保持する構成の他、例えば左右各三本計六本のアームで一つのフォーク１，２を保持する構成でもよい。
【００６１】
次に、基板処理装置の発明の実施形態について説明する。図７は、基板処理装置の発明の実施形態の平面概略図である。図７に示す装置は、内部で基板９に対して所定の処理を施す処理チャンバー８５と、処理チャンバー８５に未処理の基板９を搬入するとともに処理済みの基板９を処理チャンバー８５から搬出する基板搬送システムとを備えている。基板搬送システムは、上述した実施形態のものと同じ構成である。
【００６２】
本実施形態の装置では、基板搬送システムを構成する搬送ロボット１０が内部に設けられた搬送チャンバー８６が、中央に設けられている。処理チャンバー８５は、本実施形態では三つ設けられている。搬送チャンバー８６は、平面視が方形であり、三つの処理チャンバー８５は、搬送チャンバー８６の三つの側面に気密にそれぞれ接続されている。
搬送チャンバー８６の残りの側面には、大気側と搬送チャンバー８６との間で搬送される際に基板９が一時的に滞留するロードロックチャンバー８７が接続されている。尚、各チャンバー８５，８６，８７の境界部分には、ゲートバルブ８８が設けられている。また、各チャンバー８５，８６，８７には、内部を排気する不図示の排気系が設けられている。
【００６３】
また、装置の大気側には、未処理の基板９や処理済みの基板９を収容する外部カセット８９１が設けられている。一方、ロードロックチャンバー８７内には、基板９を一時的に収容するロック内カセット８７１が設けられている。装置に対して基板９の搬入や基板９の回収を行う場所であるロードステーション８９０には外部カセット８９１が設けられている。そして、外部カセット８９１とロック内カセット８７１との間で基板９を搬送するオートローダ８９２が設けられている。オートローダ８９２は、多関節型のシングルアームタイプのロボットである。また、
【００６４】
図８は、図７に示す基板処理装置における搬送チャンバー８６の側面断面概略図である。図８に示すように、搬送チャンバー８６の器壁には、モニタ用開口８６１が設けられており、モニタ用開口８６１を気密に塞ぐようにしてモニタ窓８６２が設けられている。そして、前述した撮像素子８２は、このモニタ用開口８６１及びモニタ窓８６２を通して撮像が行えるよう搬送チャンバー８６に対して所定位置に取り付けられている。
【００６５】
本実施形態の基板処理装置における処理チャンバー８５の構成は、特に限定されず、処理の内容に応じて適宜選択し得る。例えば、スパッタリング処理を行う場合、処理チャンバー８５内には、上面に基板９を載置して保持する基板ホルダーと、基板ホルダーと対向するようにして配置されたターゲットとが設けられる。そして、処理チャンバー８５内を排気する排気系と、処理チャンバー８５内にプロセスガスを導入するガス導入系が備えられる。ターゲットの背後には、マグネトロン放電を達成する磁石ユニットが配置される。
アルゴン等のプロセスガスを導入して、ターゲットに負の高電圧又は直流電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる。スパッタ放電によってターゲットから放出された材料が基板９に達して、基板９の表面に所定の薄膜が作成される。
【００６６】
また、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）により薄膜作成を行う場合、処理チャンバー８５内には、基板ホルダーと、プラズマを形成するための電極とが設けられる。そして処理チャンバー８５内を排気する排気系と、処理チャンバー８５内に原料ガスを導入するガス導入系と、電極に高周波電圧を印加して高周波放電を生じさせる高周波電源とが備えられる。高周波放電により生じたプラズマ中で原料ガスに気相反応が生じ、基板９の表面に薄膜が作成される。
さらには、プラズマエッチングを行う場合、プラズマ化学蒸着とほぼ同様の構成であるが、処理チャンバー８５９１内にフッ素系ガス等のエッチング作用のあるガスを導入するよう構成される。プラズマ中で生成されたフッ素活性種等の作用を利用して基板９の表面のエッチングが行われる。
【００６７】
次に、上記構成に係る本実施形態の基板処理装置の全体の動作について説明する。
未処理の基板９は、大気側に置かれた外部カセット８９１に収容されている。
未処理の基板９は、オートローダ８９２により外部カセット８９１からロードロックチャンバー８７内に搬送され、ロック内カセット８７１に一時的に収容される。
【００６８】
搬送ロボット１０は、制御部８１からの制御信号に従い、未処理の基板９の搬送動作を行う。即ち、搬送ロボット１０は、アーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５を伸ばして上下のフォーク１，２を順次ロードロックチャンバー８７に進入させ、未処理の基板９を保持してロック内カセット８７１から取り出す。各フォーク１，２に基板９を保持した搬送ロボット１０は、各アーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５を収縮させて、二つのフォーク１，２のフォーク中心をともにロボット中心軸Ａ上に位置させる。
【００６９】
この状態で、前述したように、撮像素子８２による撮像が行われ、演算処理部８３による演算処理及び判断部８４による判断が行われる。この結果、二つのフォーク１，２に基板９が適正位置で保持されているかどうか判断され、適正位置で保持されていないと判断されると、搬送エラーとして搬送動作が中止される。そして、基板９をロードロックチャンバー８７内に戻し、搬送エラーの原因を調査する。
【００７０】
二枚の基板９とも適正位置で保持されていると判断されると、搬送ロボット１０は、基板９を一枚ずつ処理チャンバー８５に搬送する。例えば、上側フォーク２の基板９を最初の処理チャンバー８５に搬送し、その処理チャンバー８５での処理が終了した後、下側フォーク１の基板９を最初の処理チャンバー８５に搬送する。最初の処理チャンバー８５で処理が終了した基板９は、上側フォーク２に保持されながら次の処理チャンバー８５に搬送されて処理される。
【００７１】
このようにして、各フォーク１，２に基板９を保持しながら、各処理チャンバー８５に所定の順序で基板９を搬送し、基板９に対して真空中で連続して処理を行う。そして、最後の処理チャンバー８５での処理が終了した基板９は、ロードロックチャンバー８７を経由して外部カセット８９１に戻される。尚、最後の処理チャンバー８５からロードロックチャンバー８７に戻る際にも、基板９の周縁を撮像して基板９がフォーク１，２上の適正位置に保持されているかどうを判断するようにしても良い。
【００７２】
上記実施形態の基板処理装置では、搬送チャンバー８６の周囲に複数の処理チャンバー８５を設けたクラスターツール型の装置である。クラスターツール型では、それほど占有面積を大きくせずに処理チャンバー８５の数を増やしたり、処理チャンバー８５を別のものに交換するのが容易であるという長所がある。そして、本実施形態では、搬送チャンバー８６内に監視位置が設定されており、搬送チャンバー８６内で基板９が正規位置にあるかどうかの監視が行われる。このため、別途、監視用のチャンバーを設ける必要がない。従って、クラスターツール型の長所を活かしつつ基板９の監視が行えるとともに、装置の占有面積の増大を抑制することが可能となる。
【００７３】
以上の実施形態では、基板保持具と駆動系とは搬送ロボット１０を構成するものであり、搬送ロボット１０は多関節アーム型のものであったが、これに限られる訳ではない。単関節型のロボットでもよく、又は、ロボットとは呼べないような搬送機構を構成する場合であってもよい。
また、上記説明では、基板９の正規位置からずれているかどうかを判断するにとどまったが、正規位置からのずれ量を求めることも可能である。ずれ量とは、基板９の位置の正規位置からの直線的なずれの他、基板９の回転方向のずれも含まれる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１記載の基板搬送システムによれば、二以上の基板を同時に保持しながら所定の位置に搬送することが可能であるため、搬送の効率が高い。加えて、二以上の基板について一括して保持の有無又は位置検出が行えるので、全体の効率が大きく低下することもない。
また、請求項２記載の基板処理装置によれば、上記効果を得ながら基板を処理することが可能となり、生産性が大きく向上する。
また、請求項３記載の基板処理装置において、クラスターツール型の長所を活かしつつ基板の監視が行えるとともに、装置の占有面積の増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の基板搬送システムの側面概略図である。
【図２】図１に示す搬送ロボット１０の詳細構造を示す正面断面図である。
【図３】図２に示す搬送ロボット１０の平面概略図である。
【図４】画像データの座標について説明する図である。
【図５】画像処理プログラムの概略について説明する図である。
【図６】判断プログラムが行う位置判断ステップについて説明した図である。
【図７】基板処理装置の発明の実施形態の平面概略図である。
【図８】図７に示す基板処理装置における搬送チャンバー８６の側面断面概略図である。
【符号の説明】
１０ 搬送ロボット
１ 基板保持具としての下側フォーク
２ 基板保持具としての上側フォーク
３１ アーム
３２ アーム
３３ 関節部
３４ アーム
３５ アーム
３６ 関節部
４１ アーム
４２ アーム
４３ 関節部
４４ アーム
４５ アーム
４６ 関節部
５１ 下側用前後運動機構
５１１ 下側用駆動軸
５１２ 下側用駆動源
５２ 上側用前後運動機構
５２１ 上側用駆動軸
５２２ 上側用駆動源
５３ 制動軸
６ 回転運動機構
６１ 回転用駆動軸
６２ 回転用駆動源
７１ 第一上下運動機構
７２ 第二上下運動機構
８１ 制御部
８２ 撮像素子
８３ 画像処理部
８４ 判断部
８５ 処理チャンバー
８６ 搬送チャンバー
８７ ロードロックチャンバー
９ 基板

Claims (3)

1. 二以上の基板を保持する基板保持具と、該基板保持具を駆動する駆動系とを備え、二以上の前記基板を同時に保持しながら所定の位置に搬送することが可能な基板搬送システムであって、
   前記駆動系を制御して前記基板保持具を所定の監視位置に位置させる制御部と、
   前記基板保持具が前記所定の監視位置に位置した際に、前記基板保持具に保持された二以上の前記基板が占めると想定される空間を一の画像として撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子からの画像を処理する画像処理部と、
   前記画像処理部の処理結果から、二以上の前記基板のそれぞれについて所定位置に位置しているか否か判断する判断部とを備え、
   前記撮像素子は、前記基板の平面に対して斜め方向から撮像する位置に配設され、
   前記画像は、少なくとも１つの前記基板のオリフラの一端と円弧状の部分との角の部分について撮像されたものであり、
   前記画像処理部の処理は、前記画像から前記基板の輪郭を抽出する処理を有し、
   前記判断部は、検出された前記輪郭の位置を予め登録された参照データと比較して、前記基板の位置が正しいか否かを判断することを特徴とする基板搬送システム。
2. 前記画像は、二以上の前記基板の前記角の部分について同時に撮像されたものであり、
   前記判断部は、検出された前記角の部分の位置を予め登録された参照データと比較して、前記基板の位置が正しいか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の基板搬送システム。
3. 前記基板保持具と前記駆動系は、二以上の前記基板を保持しながら所定の位置に搬送する搬送ロボットを構成しているとともに、該搬送ロボットが内部に設けられた搬送チャンバーが設けられており、
   前記搬送チャンバーの周囲には、前記基板に対して所定の処理を施す処理チャンバー、及びロードロックチャンバーが気密に接続されており、
   前記所定の監視位置は、前記搬送チャンバー内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板搬送システムを備えた基板処理装置。

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