JP5999268B2

JP5999268B2 - 基板装着姿勢判定装置及び基板装着姿勢判定方法

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Publication number: JP5999268B2
Application number: JP2015535235A
Authority: JP
Inventors: 正久東; 直也武田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: JPWO2015033439A1; WO2015033439A1

Description

本発明は、基板が正常な姿勢でボートに装着されているか否かを判定する基板装着姿勢判定装置及び基板装着姿勢判定方法に関する。

半導体装置などの製造において、成膜やエッチングなどの処理工程では基板がボートに装着されて処理装置に搬入される。このとき、ボートに基板が正常な姿勢で正しく装着されていること必要である。このため、ボートに装着された状態の基板をカメラなどの撮像装置によって撮影し、基板がボートに正しく装着されていることを確認する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−６５８６８号公報

処理効率を向上させるために、基板を垂直に装着する縦型のボートを用いて、同時に処理できる基板の数を増やすことが有効である。しかしながら、ボートによっては、装着面がそれぞれ定義された複数の基板プレートを有し、基板プレート相互の間隔が狭い場合がある。このような場合には、隣接する基板プレートの陰に隠れて、基板プレートに装着された基板の全体を撮影することが困難である。

上記問題点に鑑み、本発明は、装着された基板全体の撮像を用いずに、基板が正常な姿勢でボートに装着されているか否かを判定する基板装着姿勢判定装置及び基板装着姿勢判定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）垂直方向に延伸する装着面をそれぞれ有する複数の基板プレートが、装着面の法線方向に沿って配列されたボートと、（ロ）装着面の法線方向にボートを搬送する搬送機構と、（ハ）装着面に装着された基板の上辺部及びその上辺部に連結する側辺部のそれぞれ一部を含んだ基板の角部、及び基板プレートの上辺部の一部を含む判定用画像を取得する画像取得装置と、（ニ）判定用画像から抽出される基板と基板プレートとの相対位置に基づいて、基板が装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置とを備える基板装着姿勢判定装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、（イ）垂直方向に延伸する装着面をそれぞれ有する複数の基板プレートが装着面の法線方向に沿って配列されたボートを、装着面の法線方向に搬送するステップと、（ロ）装着面に装着された基板の上辺部及びその上辺部に連結する側辺部のそれぞれ一部を含んだ基板の角部、及び基板プレートの上辺部の一部を含む判定用画像を取得するステップと、（ハ）判定用画像から抽出された基板と基板プレートとの相対位置に基づいて、基板が装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定するステップとを含む基板装着姿勢判定方法が提供される。

本発明によれば、装着された基板全体の撮像を用いずに、基板が正常な姿勢でボートに装着されているか否かを判定する基板装着姿勢判定装置及び基板装着姿勢判定方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る基板装着姿勢判定装置の構成を示す模式図である。本発明の実施形態に係る基板装着姿勢判定装置の支持機構の例を示す模式図である。図２に示した支持機構によって基板を支持する例を示す模式的な平面図である。基板をボートに装着する方法を説明するための模式図である。装着面に２つの基板が装着された例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る基板装着姿勢判定装置による基板装着姿勢判定方法を説明するための判定用画像の例である。基板が装着面に装着された例を示す模式図である。基板が装着面に装着された例を示す模式図である。複数の基板が装着面に装着された場合の画像取得装置の構成例を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１に示す本発明の実施形態に係る基板装着姿勢判定装置１は、製造装置に搬入されるボート１０に処理対象の基板１００が正常な姿勢で装着されているか否かを判定する。基板装着姿勢判定装置１は、図１に示すように、垂直方向に延伸する装着面１１０をそれぞれ有する複数の基板プレート１１が、装着面１１０の法線方向に沿って配列されたボート１０と、装着面１１０の法線方向にボート１０を搬送する搬送機構２０と、装着面１１０に装着された基板１００の上辺部及びその上辺部に連結する側辺部のそれぞれ一部を含んだ基板１００の角部、及び基板プレート１１の上辺部の一部を含む判定用画像を取得する画像取得装置３０と、判定用画像から抽出される基板１００と基板プレート１１との相対位置に基づいて、基板１００が装着面１１０に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置４０とを備える。搬送機構２０によってボート１０が搬送される方向を、以下において「搬送方向」という。図中に搬送方向を矢印Ｍで示している。搬送機構２０は、例えば、基板プレート１１の間隔の長さに応じてボート１０をピッチ送りする。或いは、搬送機構２０がボート１０を連続的に搬送してもよい。

基板１００は、例えばシリコン基板やガラス基板などの、半導体装置に使用される基板である。基板プレート１１の相互の間隔が狭いため、隣接する基板プレート１１の陰に隠れて装着面１１０に装着された基板１００の全体を撮影することは困難である。しかし、基板１００の一部、例えば基板１００の上部の画像を撮影することは可能である。

画像取得装置３０は、例えば搬送方向に沿った方向から、少なくとも上辺部と側辺部のそれぞれ一部を含む基板１００上部の１つの角部が撮影された判定用画像を取得する。図１に示した画像取得装置３０は、ボート１０の上方に配置されている。つまり、基板１００の斜め上から判定用画像を撮影するように画像取得装置３０が配置されている。判定用画像のデータは、信号Ｉｄで画像取得装置３０から判定装置４０に送信される。

図１に示した基板装着姿勢判定装置１では、両端以外の基板プレート１１の対向する２つの主面にそれぞれ装着面１１０が定義されている。つまり、基板プレート１１の両面に基板１００が装着されている。以下において、搬送方向に向いた装着面１１０を第１の装着面１１０とし、第１の装着面１１０に対向する装着面１１０を第２の装着面１１０とする。

図１に示した画像取得装置３０は、第１の装着面１１０に装着された基板１００を搬送方向から撮影する第１の撮像装置３１Ａと、第２の装着面１１０に装着された基板１００を搬送方向の逆方向から撮影する第２の撮像装置３１Ｂを有する。図１に破線で示した矢印Ｉａ、Ｉｂは、第１の撮像装置３１Ａと第２の撮像装置３１Ｂのそれぞれの撮影方向である。

画像取得装置３０が第１の撮像装置３１Ａと第２の撮像装置３１Ｂを備えることにより、第１の装着面１１０に装着された基板１００の判定用画像と第２の装着面１１０に装着された基板１００の判定用画像とを同時に取得することができる。これにより、判定用画像を効率よく取得することができる。図１に示した例では、隣接する２つの基板プレート１１のうち、搬送方向前方の基板プレート１１の第２の装着面１１０に装着された基板１００の判定用画像と、搬送方向後方の基板プレート１１の第１の装着面１１０に装着された基板１００の判定用画像が、同時に取得される。なお、１つの基板プレート１１の第１の装着面１１０に装着された基板１００の判定用画像と第２の装着面１１０に装着された基板１００の判定用画像を同時に取得するように、第１の撮像装置３１Ａと第２の撮像装置３１Ｂを配置してもよい。

上記では基板プレート１１の両面に基板１００が装着された例を示したが、基板プレート１１の一方の主面にのみ基板１００が装着されていてもよい。この場合、基板プレート１１の基板１００が装着されていない主面を撮影する撮像装置は不要である。

図１に示した基板装着姿勢判定装置１は、断熱カバー５０とシャッター６０を有する。ボートの温度が高い場合に、断熱カバー５０によってボート１０の熱から画像取得装置３０を保護する。更に、シャッター６０が判定用画像の撮影時のみに開くようにして、画像取得装置３０を熱から保護できる。

基板１００は、基板１００の処理対象の表面と対向する裏面を装着面１１０に向けて、支持機構によって基板プレート１１の装着面１１０に固定される。例えば、表面に薄膜が形成される基板１００の裏面が装着面１１０と接するように、基板１００が基板プレート１１に固定される。

支持機構は、例えば図２に示すようなピン形状である。具体的には、図２に示した平型タイプのピン７０の軸部分を基板プレート１１に埋め込み、基板プレート１１とピン７０の頭部との隙間に基板１００が配置される。これにより、基板プレート１１の装着面１１０に装着された基板１００がピン７０によって支持される。

例えば、図３に示すように、基板プレート１１に固定された複数のピン７０に基板１００を引っ掛けるようにして、基板１００が基板プレート１１に装着される。なお、図３は、基板プレート１１に装着された直後の基板１００の状態を示しており、この後に基板１００を図面上の時計方向に回転して、基板プレート１１の上辺部と基板１００の上辺部を平行にする。

ボート１０の装着面１１０への基板１００の装着は、多間接ロボットによる精密位置決め動作などによって行われる。例えば、図４に示すように、多間接ロボットのアームに取り付けられたハンド２００によって基板１００が移動される。ハンド２００は吸着機構を有しており、これの吸着機構によって基板１００を保持・開放する。図４は、３枚の基板１００を同時にボート１０に装着する例である。

図５に示すように装着面１１０に２つの基板１００が装着されている場合にも、１つの判定用画像が画像取得装置３０によって取得される。具体的には、同一の装着面１１０に隣接して装着された２つの基板１００それぞれの、互いに隣接する角部を含むように、図５に破線で示した範囲Ｓの画像を取得する。これにより、画像取得装置３０に用意する撮像装置の台数の増大を抑制できる。

図６を参照して、画像取得装置３０によって取得された判定用画像を用いて、基板１００の姿勢を検出する方法の例を説明する。図６は、２つの基板１００が装着された装着面１１０の判定用画像３００である。具体的には、判定用画像３００は第１の基板１００Ａと第２の基板１００Ｂとが隣接した領域の画像であり、第１の基板１００Ａの上部の１つの角部と第２の基板１００Ｂの上部の１つの角部を含む画像である。図６では基板１００の角部が面取りされている例を示したが、角部が直角である基板や丸みを帯びている基板などであっても同様に姿勢を検出可能である。

判定装置４０は、図６に○印で示した検出領域において基板プレート１１の上辺部を示す境界線があるか否かを判定する。○印に境界線がある場合には、基板プレート１１の上辺部が、○印の位置をつないだ近似線として抽出される。図６において、基板プレート１１の抽出された上端部を示す近似線を一点鎖線３１１で示している。

同様に、図６に△印で示した検出領域において第１の基板１００Ａ及び第２の基板１００Ｂの上辺部と側辺部をそれぞれ示す境界線があるか否かを、判定装置４０が判定する。△印に境界線がある場合には、第１の基板１００Ａ及び第２の基板１００Ｂの上辺部と側辺部が、△印の位置をつないだ近似線としてそれぞれ抽出される。図６において、抽出された上辺部と側辺部を示す近似線を破線３１０で示している。

図６において×印で示した上辺部と側辺部の近似線の交点Ａ、交点Ｂとして、第１の基板１００Ａと第２の基板１００Ｂの角部の頂点がそれぞれ決定される。上記のようにして、基板プレート１１の装着面１１０に装着された基板１００の姿勢を判定装置４０が検出する。

次いで、判定装置４０は、交点Ａ、交点Ｂと一点鎖線３１１との最短距離を算出する。つまり、一点鎖線３１１から交点Ａ、交点Ｂにそれぞれ引いた垂線の長さＬａ、Ｌｂを算出する。そして、垂線の長さＬａ、Ｌｂが所定値と一致する場合には、基板１００Ａと基板１００Ｂが装着面３１１に正常な姿勢で装着されていると判定装置４０が判定する。所定値は、基板１００が装着面３１１に正常な姿勢で装着された場合における基板１００の角部の頂点と基板プレート１１の上辺部との間の最短距離として、予め設定されている。

判定装置４０は、垂線の長さＬａが所定値と一致しない場合に、第１の基板１００Ａは装着面３１１に正常な姿勢で装着されていないと判定する。同様に、垂線の長さＬｂが所定値と一致しない場合に、第２の基板１００Ｂが装着面３１１に正常な姿勢で装着されていないと判定される。

なお、△印に境界線がない場合には、判定装置４０は、基板１００が装着面１１０に正常な姿勢で装着されていないと判定する。つまり、基板１００が装着面３１１に正常な姿勢で装着された場合に、判定用画像の○印の領域に基板プレート１１の上辺部が写り、且つ△印の領域に基板１００の上辺部と側辺部が写るように、画像取得装置３０は判定用画像を取得する。

以上の説明では、判定用画像に２つの基板１００の角部の画像が含まれている場合を示した。判定用画像に含まれる基板１００の画像が１つの場合でも、同様にして基板１００が装着面３１１に正常な姿勢で装着されているか否かを判定することができるのはもちろんである。

なお、判定用画像に２つの基板１００の角部の画像が含まれている場合に、判定用画像から抽出される２つの基板１００それぞれの角部同士の相対位置に基づいて、２つの基板１００が装着面１１０に正常な姿勢で装着されているか否かを判定してもよい。例えば、装着面１１０に隣接して装着された２つの基板１００それぞれの、互いに隣接する角部間の距離を測定し、この距離が予め設定された所定値と一致する場合に、基板１００が装着面１１０に正常な姿勢で装着されていると判定する。

ボート１０に装着された基板１００の姿勢は、基板１００の割れ欠けや、支持機構からの基板１００の脱落などによって変化する。判定装置４０は、上記のように、判定用画像を用いて検出された基板１００の姿勢に基づいて、基板１００が装着面１１０に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する。

図７に示した例では、基板１００ａは装着面１１０に正常な姿勢で装着され、基板１００ｂ、１００ｃが装着面１１０に正常な姿勢で装着されていない例である。図７に示したように、装着面１１０の法線方向を中心軸として基板１００ｂ、１００ｃが回転して装着面１１０に装着された場合には、画像取得装置３０によって取得された判定用画像において、所定の検出領域において基板１００ｂ、１００ｃの上辺部と側辺部をそれぞれ示す境界線が存在しない。或いは、所定の検出領域において基板１００ｂ、１００ｃの上辺部と側辺部を示す境界線が存在する場合であっても、基板１００ｂ、１００ｃの上辺部と側辺部の交点と基板プレート１１の上辺部との最短距離は、所定値よりも長い。その結果、基板１００ｂ、１００ｃが装着面１１０に正常な姿勢で装着されていないと判定される。

また、基板１００が装着面１１０に正常な姿勢で装着されている図８の基板１００ｄに対し、装着面１１０に密着していない基板１００ｅや装着面１１０から脱落している基板１００ｆでは、上辺部の位置が所定の位置よりも低くなる。このため、判定用画像の所定の検出領域において基板１００ｅ、１００ｆの上辺部と側辺部を示す境界線が存在しないか、或いは、基板１００ｅ、１００ｆの上辺部と側辺部の交点と基板プレート１１の上辺部との最短距離が所定値よりも長い。その結果、判定装置４０によって、基板１００ｅ、１００ｆの姿勢が正常ではないと判定される。

基板１００の姿勢が正常ではないと判定された場合には、例えば、正しく装着されていない基板１００をボート１０から取り出して工程を進める。或いは、基板１００を改めてボート１０に装着した後に、基板１００が正しい姿勢で装着されているか否かを再度判定する。

なお、図９に示すように１つの装着面１１０に４枚の基板１００が装着された場合には、装着面１１０毎に２台の撮像装置３１を画像取得装置３０に用意する。具体的には、搬送方向に向いた同一の装着面１１０に装着された４枚の基板１００について、撮像装置３１Ａ１と撮像装置３１Ａ２によって判定用画像を取得する。撮影する範囲Ｓを破線で示した。同時に、搬送方向と逆方向に向いた同一の装着面１１０に装着された４枚の基板１００について、撮像装置３１Ｂ１と撮像装置３１Ｂ２によって判定用画像を取得する。このように、１つの装着面１１０に装着される基板１００の数は１又は２に限られず、１つの装着面１１０に装着される基板１００の数に応じて撮像装置３１の数を増減させればよい。

図１に示した基板装着姿勢判定装置１は、例えばプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により太陽電池基板上に反射防止膜やパッシベーション膜を形成する工程で利用可能である。即ち、シリコン基板などからなる太陽電池基板を、基板１００としてボート１０に装着する。そして、太陽電池基板が装着されたボート１０をプラズマＣＶＤ装置に搬入する前に、太陽電池基板が正常な姿勢でボート１０に装着されているかを基板装着姿勢判定装置１によって判定する。すべての太陽電池基板が正常な姿勢でボート１０に装着されていることが確認された後、ボート１０をプラズマＣＶＤ装置に搬入する。

この場合、基板プレート１１は、プラズマＣＶＤ装置のアノード電極として使用される。交流電源に接続するカソード電極とアノード電極との間に高周波電力が印加されて原料ガスを含むプラズマが励起され、所定の薄膜が太陽電池基板上に成長される。太陽電池基板が基板プレート１１に正常な姿勢で装着されているため、太陽電池基板に所望の膜を正常に形成することができる。

上記では、基板１００が太陽電池基板であり、基板プレート１１がプラズマＣＶＤ装置のアノード電極である例を説明した。しかし、基板プレート１１をアノード電極として使用する以外にも、例えば、ボート１０がエッチング装置や加熱装置に基板１００を搬入するためのボートであってもよい。つまり、図１に示した基板装着姿勢判定装置１は、各種製造装置において基板１００を垂直に装着する縦方向基板装着型のボート１０について適用可能である。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る基板装着姿勢判定装置１では、装着面１１０に装着された基板１００の姿勢が正しいか否かを、基板１００の１つの角部の画像を取得することによって判定できる。装着された基板１００全体の画像を用いる必要がないため、基板１００が縦方向に装着された基板プレート１１相互の間隔が狭い場合であっても、基板１００が正常な姿勢でボート１０に装着されているか否かを容易に判定することができる。その結果、基板１００が正しくボート１０に装着されていないことに起因する膜厚のばらつきや品質の低下を抑制できる。

基板１００の全体画像を撮影した場合には、細部に画像の歪みが生じる可能性がある。しかし、図１に示した基板装着姿勢判定装置１では、基板１００の４つの角部のうち１つの角部を含む画像を取得すればよい。このため、基板１００全体の広い範囲を撮影する際に生じるひずみを考慮する必要がない。

また、全体画像を取得するためには、ボート１０の位置決めを高い精度で行う必要があるため、機構が複雑になる。しかし、基板装着姿勢判定装置１では、基板プレート１１の上辺部と基板１００の１つの角部のみを撮影し、基板１００の角部の頂点と基板プレート１１の上辺部との位置関係によって基板１００の姿勢が正常か否かが判定される。このため、ボート１０の位置決めを高い精度で行う必要がなく、複雑な機構が不要である。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の基板装着姿勢判定技術は、縦方向に装着した基板を処理する半導体製造工程に利用可能である。

Claims

垂直方向に延伸する装着面をそれぞれ有する複数の基板プレートが、前記装着面の法線方向に沿って配列されたボートと、
前記装着面の法線方向に前記ボートを搬送する搬送機構と、
前記装着面に装着された基板の上辺部及び該上辺部に連結する側辺部のそれぞれ一部を含んだ前記基板の角部、及び前記基板プレートの上辺部の一部を含む判定用画像を取得する画像取得装置と、
前記判定用画像から抽出される前記基板と前記基板プレートとの相対位置に基づいて、前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置と
を備えることを特徴とする基板装着姿勢判定装置。
前記判定装置が、
前記判定用画像から前記基板の前記上辺部と前記側辺部、及び前記基板プレートの上辺部を抽出し、
前記基板の抽出された前記上辺部と前記側辺部の交点と前記基板プレートの抽出された前記上辺部との最短距離を算出し、
前記最短距離が所定値である場合に前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されていると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の基板装着姿勢判定装置。
前記画像取得装置が、同一の前記装着面に隣接して装着された２つの前記基板それぞれの、互いに隣接する前記角部を含む１つの前記判定用画像を取得することを特徴とする請求項１に記載の基板装着姿勢判定装置。
前記判定装置が、前記判定用画像から抽出される２つの前記基板それぞれの前記角部同士の相対位置に基づいて、２つの前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の基板装着姿勢判定装置。
前記画像取得装置が、前記基板プレートの対向する２つの主面に定義された２つの前記装着面にそれぞれ装着された前記基板の判定用画像を同時に取得することを特徴とする請求項１に記載の基板装着姿勢判定装置。
垂直方向に延伸する装着面をそれぞれ有する複数の基板プレートが前記装着面の法線方向に沿って配列されたボートを、前記装着面の法線方向に搬送するステップと、
前記装着面に装着された基板の上辺部及び該上辺部に連結する側辺部のそれぞれ一部を含んだ前記基板の角部、及び前記基板プレートの上辺部の一部を含む判定用画像を取得するステップと、
前記判定用画像から抽出された前記基板と前記基板プレートとの相対位置に基づいて、前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定するステップと
を含むことを特徴とする基板装着姿勢判定方法。
前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定するステップが、
前記判定用画像から前記基板の前記上辺部と前記側辺部、及び前記基板プレートの上辺部を抽出する段階と、
前記基板の抽出された前記上辺部と前記側辺部の交点と前記基板プレートの抽出された前記上辺部との最短距離を算出する段階と、
前記最短距離が所定値である場合に前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されていると判定する段階と
を含むことを特徴とする請求項６に記載の基板装着姿勢判定方法。
同一の前記装着面に隣接して２つの前記基板が装着された場合に、前記基板それぞれの互いに隣接する前記角部を含む１つの前記判定用画像を取得することを特徴とする請求項６に記載の基板装着姿勢判定方法。
前記判定用画像から抽出される２つの前記基板それぞれの前記角部同士の相対位置に基づいて、２つの前記基板が前記装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の基板装着姿勢判定方法。
前記基板プレートの対向する２つの主面に定義された２つの前記装着面にそれぞれ装着された前記基板の判定用画像を同時に取得することを特徴とする請求項６に記載の基板装着姿勢判定方法。