JP6059934B2 - 試料搬送装置のティーチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料搬送装置のティーチング方法に係り、特に複数の搬送室を介して処理室に被処理基板を搬送する試料搬送装置のティーチング方法に関する。

従来、半導体ウエハ等の基板（以下、「ウエハ」という）を処理する真空処理装置においては、処理の微細化、精密化とともに、処理対象であるウエハの処理の効率の向上が求められてきた。このために、一つの装置に複数の真空容器が連結され複数の処理室で並行してウエハの処理を行うことができるマルチチャンバ装置が開発された。

このような装置では、基板搬送機構として搬送ロボットがロック室を挟んで大気側と真空側にそれぞれ配置され構成される。これらの搬送ロボットは、装置の立ち上げ時に必ず搬送先教示作業（以下、ティーチングという）が必要となる。また、メンテナンス等により搬送先にずれが生じた場合、あるいは搬送ロボットのティーチング位置データが消失してしまった場合に、再度ティーチングを実施する場合がある。

特に、搬送ロボットが複数構成された場合、ティーチングにかかる時間は搬送ロボットの構成数の分増加し、かつマルチチャンバ化により基板搬送先が増加した装置では、ティーチングにかかる時間のダウンタイムが増加し生産性の低下に大きく影響を与えることとなる。この時間を短縮するため、これら搬送ロボットのティーチング作業を自動化させることにより、装置全体の生産性の向上させることが求められる。

このような複数の搬送ロボットが構成される装置において、従来の技術としては、特開2004-174669号公報（特許文献１）に開示のものが知られていた。 この従来技術では、位置ずれ量を検出する位置合わせ機構と、ピックを有する複数の搬送機構と、複数の搬送機構の間に配置された中継部と、搬送機構等の動作を制御する制御部と、を有する搬送システムの搬送位置合わせ方法において、位置合わせ用搬送物を、仮に決定されている搬送位置座標のポイントを１つ通る搬送経路を経由して位置合わせ機構へ搬送させてその位置ずれ量を求め、搬送位置座標を確定するようにし、そして、この工程を、仮に決定されている搬送位置座標がなくなるまで繰り返して行うようにし、オペレータが位置精度良くマニュアルで調整する箇所を少なく済ますことができ、ティーチング操作を迅速に且つ高い位置合わせ精度で行うことができるようにしたものが開示されている。

特開2004-174669号公報

上記従来技術は、搬送系が連なった装置におけるティーチングの効率性について充分配慮されておらず、位置合わせ機構と処理室との間に複数の搬送ロボットが存在する場合には、基板搬送に時間が掛かりティーチング時間が長くなるという問題がある。

本発明の目的は、ティーチングを短時間に効率よく行なうことのできる搬送ロボットのティーチング方法を提供することにある。

上記目的は、大気圧の内部を試料が搬送される大気搬送室と、この大気搬送室の後方にロック室を介して連結されその内部に試料搬送装置を有してこの内部を試料が搬送される第一の搬送室と、この第一の搬送室の後方に中間室を介して連結された第二の搬送室と、前記第一及び第二の搬送室に連結され前記試料がその内部に配置された処理室内に搬送されて処理される複数の処理容器とを備えた真空処理装置の前記試料搬送装置のティーチング方法であって、中心が前記処理室または中間室またはロック室内に配置されたステージの中心に合致する位置に配置された前記試料に対して前記試料搬送装置の搬送アームをその動作の調節の基準となる所定の位置から伸ばし当該アーム上に前記配置された試料を受け取る工程と、前記受け取った試料を保持して前記搬送アームを縮めて搬送し前記第一の搬送室の内側に配置された複数のセンサで前記保持された試料が搬送される際の当該試料の通過タイミングを検出してこの試料の中心位置及び前記搬送アーム上での基準の位置からのずれ量を求める工程と、前記試料を前記ステージの元の位置に戻す工程と、前記搬送アームを縮めて前記所定の位置に戻す工程と、前記試料の中心のずれ量に基づき前記試料の受け取り位置データの修正を行なう工程とを備え、前記試料中心のずれ量が許容範囲内であるかを判定し当該ずれ量が許容範囲内にないと判定された場合には、上記工程を再度実行することにより達成される。

本発明の実施例に係る試料搬送装置を備えた真空処理装置の全体の構成の概略を説明する上面図である。 図１に示す実施例に係る真空処理装置のセンサの配置の概略を示す上面図である。 図１に示す実施例の真空処理装置において実施されるティーチングの手順を示したフローチャートである。 図１に示す実施例に係る真空処理装置の搬送ロボットが行う図３に示すティーチングの手順に沿った動きを模式的に示す上面図である。

以下、本発明による真空処理装置の実施の形態を図面により詳細に説明する。

以下、本発明の実施例を図１乃至４を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係る試料搬送装置を備えた真空処理装置の全体の構成の概略を説明する上面図である。

図１に示す本実施例に係る真空処理装置１００は、大きく分けて、前方側（図上下側）のブロックである大気側ブロック１０１と後方側（図上上側）の真空側ブロック１０２とにより構成されている。大気側ブロック１０１は、大気圧下で被処理物である半導体ウエハ等の基板状の試料を搬送、収納位置決め等を行う部分であり、真空側ブロック１０２は、大気圧から減圧された圧力下でウエハ等の基板状の試料を搬送し、予め定められた真空処理室内において処理を行うブロックである。そして、真空側ブロック１０２の前述した搬送や処理を行う真空側ブロック１０２の箇所と大気側ブロック１０１との間には、これらを連結して配置され試料を内部に有した状態で圧力を大気圧と真空圧との間で上下させる部分が配置されている。

大気側ブロック１０１は、内部に大気側搬送ロボット１０９を備えた略直方体形状の筐体１０６を有し、この筐体１０６の前面側に取付けられていて、処理用またはクリーニング用の被処理対象の半導体ウエハ等の基板状の試料（以下、ウエハ）が収納されているカセットがその上に載せられる複数のカセット台１０７が備えられている。

真空側ブロック１０２は、第一の真空搬送室１０４及び第二の真空搬送室１１０と、大気側ブロック１０１との間に配置され、大気側と真空側との間でやりとりをするウエハを内部に有した状態で圧力を大気圧と真空圧との間でやりとりをするロック室１０５を一つまたは複数備えている。このロック室は、内部の空間を上記の圧力に調節可能な真空容器であって、連結される箇所にウエハが内部を通過して搬送される通路とこれを開放、閉塞して気密に封止可能なバルブ１２０が配置されており、大気側と真空側との間を気密に分割している。また、内部の空間には、複数のウエハを上下にすき間を開けて収納し保持可能な収納部を備えており、これらウエハを収納した状態でバルブ１２０で閉塞され気密に分割される。

第一の真空搬送室１０４、第二の真空搬送室１１０は各々の平面形状が略矩形状を有した真空容器を含むユニットであり、これらは、実質的に同一と見なせる程度の構成上の差異を有する２つのユニットである。

真空搬送中間室１１１は、内部が他の真空搬送室または真空処理室と同等の真空度まで減圧可能な真空容器であって、真空搬送室を互いに連結して、内部の室が連通されている。真空搬送室との間には、内部の室を連通して内側でウエハが搬送される通路を開放、遮断して分割するバルブ１２０が配置されており、これらのバルブ１２０が閉塞することによって、真空搬送中間室と真空搬送室との間は気密に封止される。

また、真空搬送中間室１１１内部の室には、複数のウエハをこれらの面と面の間ですき間を開けて載せて水平に保持する収納部が配置されており、第一、第二の真空搬送室１０４，１１０の間でウエハが受け渡される際に、一端収納される中継室の機能を備えている。すなわち、一方の真空搬送室内の真空搬送ロボット１０８によって搬入され前記収納部に載せられたウエハが他方の真空搬送室内の真空搬送ロボット１０８により搬出されて当該真空搬送室に連結された真空処理室１０３またはロック室１０５に搬送される。

第一の真空搬送室１０４と第二の真空搬送室１１０との対面にある一面に相当する互いの側壁の間には真空搬送中間室１１１が配置されて両者を連結している。さらに他の一面に、内部が減圧されその内部にウエハが搬送されて、ウエハを処理する真空処理室１０３が接続される。

本実施例では、真空処理室１０３は、真空容器を含んで構成された電界、磁界の発生手段、容器内部の減圧される空間を排気する真空ポンプを含む排気手段を含むユニット全体を示しており、内部の処理室においてエッチング処理、アッシング処理或いは他の半導体ウエハに施す処理が施される。また、各真空処理室１０３には、実施される処理に応じて供給される処理ガスが流れる管路が連結されている。

第一の真空搬送室１０４には最大２個の真空処理室１０３が連結可能に構成されているが、本実施例では２個の真空処理室１０３が連結される。一方、第二の真空搬送室１１０には最大３個の真空処理室１０３連結可能に構成されている。

第一の真空搬送室１０４および第二の真空搬送室１１０は、その内部が搬送室とされており、第一の真空搬送室１０４には、真空下でロック室１０５と真空処理室１０３または真空搬送中間室１１１の何れかとの間でウエハを搬送する第一の真空搬送ロボット１０８がその内部の空間の中央部分に配置されている。第二の真空搬送室１１０も前記同様に真空搬送ロボット１０８が内部の中央部分に配置されており、真空処理室１０３、真空搬送中間室１１１の何れかとの間でウエハの搬送を行う。

前記真空搬送ロボット１０８は、そのアーム上にウエハが載せられて、第一の真空搬送室１０４では真空処理室１０３に配置されウエハがその上に載せられて静電気力で保持される試料台あるいはステージとロック室１０５または真空搬送中間室１１１の何れかとの間でウエハの搬入、搬出を行う。これら真空処理室１０３、ロック室１０５、真空搬送中間室１１１、第一の真空搬送室１０４および第二の真空搬送室１１０の搬送室との間には、それぞれ気密に閉塞、開放可能なバルブ１２０により連通する通路が設けられており、この通路は、バルブ１２０により開閉される。

本実施例では、ロック室１０５、真空搬送中間室１１１の内部にはウエハを複数枚収納可能な収納空間が備えられ、収納空間内にはウエハを一枚ずつ一方の上面と他方の下面とを離間させて保持できるステージを備えている。ウエハは上下方向に離間されて保持可能であるため、真空搬送ロボット１０８はそのアームの先端部の上下方向の位置を変化させることができるように構成されている。

具体的には、各真空搬送ロボット１０８は２本の伸縮可能なアームを備え各々の先端部にウエハを載せて保持するハンド部を有するとともに、各アームの根元部分は第一の真空搬送室１０４、第二の真空搬送室１１０内の范沿うよう空間の中心部で上下方向の軸の周りに回転可能に構成されている。真空搬送ロボット１０８は、この軸周りの回転及びアームの伸縮に応じてハンド部を目標の箇所に対して搬入あるいはこの箇所から搬出して、所期の位置に移動させその位置に維持することが出来る。

各アームは、複数の梁状の部材とこれらの両端部同士を連結する複数の関節部と、関節部の軸周りに梁状の部材を相対的に回動させてその角度を変化させるアクチュエータやモータを有する駆動部とを備え、関節部の回転動作の調節により、アームを所定の方向に伸張、収縮させる。なお、各真空搬送ロボット１０８の２本のアームは互いの伸縮の動作の際に接触や干渉しないようにその高さ方向の位置を異なるように調節される。

図２は、本発明の実施例に係る真空処理装置のセンサ１２１の構成位置を説明する上面図である。このセンサ１２１はレーザ光を射出部から発振し、射出部と同じ位置にレーザ光の受光部を備えたもの、あるいは射出部とは別に受光部を備えたもののどちらでもよい。

センサ１２１は、ウエハや真空搬送ロボット１０８等のレーザ光を遮る物体がない間は検出部に常にレーザ光が照射されている。この状態を、以下ＯＮの状態とする。ここで、レーザ光を遮蔽する物体がレーザ光の経路上を通過するとき、レーザ光検出部はレーザ光を受光しない。この状態を以下ＯＦＦの状態とする。

真空処理装置１００には前記センサが複数個所に配置されており、より具体的には真空処理装置１００を構成する各真空搬送室の１辺に対しそれぞれ左右1個ずつ、真空搬送室１個につき８個備えられる。例えば、このセンサ１２１がウエハ通過により遮光された場合、図示しない真空搬送ロボットの制御装置は、センサ１２１がＯＦＦになった瞬間の真空搬送ロボット１２１のアームの座標値を読み取る。

続いてウエハが完全に通過し、センサがＯＮ状態になった瞬間の真空搬送ロボット１０８のアームの座標値を読み取る。真空搬送ロボット１０８は、前記座標値を読み取ることで、ウエハ保持部上のウエハ有無の確認及び、各座標値の比較・計算によりアーム上のウエハのずれ量及びウエハの中心位置を検出することを可能としている。

次に、図３及び図４により、このような真空処理装置１００における、真空搬送ロボットの自動ティーチング手順を以下に説明する。図３は、図１に示す実施例の真空処理装置において実施されるティーチングの手順を示したフローチャートである。図４は、図１に示す実施例に係る真空処理装置の搬送ロボットが行う図３に示すティーチングの手順に沿った動きを模式的に示す上面図である。

真空処理装置１００は、真空処理装置１００の動作を調節する、何らかの通信手段により前記真空処理装置１００に接続された図示しない制御装置から指令を受けて、または、真空処理装置１００が設置される製造ラインの制御装置等からの指令を受けて、ティーチングが開始される。

〔ステップ１〕
ウエハが載置されるステージにおけるウエハの載置される基準の位置である中心位置とウエハの中心とを高い精度で合わせ配置することが可能な治具を用いて、ウエハをステージ上に載置する。なお、ステージは、真空処理室３または真空搬送中間室１１１或いはロック室１０５の内部に配置されたウエハを載置あるいは保持可能な試料台である。

ウエハをステージ上に載置した後、制御装置は真空搬送ロボット１０８に対しステップ２へ移行する指令を行う。この載置動作は、作業者がティーチング対象となる真空処理室３、真空搬送中間室１１１或いはロック室１０５のいずれか少なくとも１つを大気開放した状態で手作業あるいは手動で真空搬送ロボット１０８を動作、調節して行っても良く、真空処理装置１００の制御装置からの指令に基づいて真空搬送ロボット１０８を駆動して行っても良い。

〔ステップ２〕
真空搬送ロボット１０８は制御装置の指令を受け、その何れかの搬送用のアームをステップ１でウエハを載置したステージに対して伸ばしてその先端部のハンド上にウエハを受け取る。なお、ウエハをその上に載せるハンドにも、そのウエハを載せられた基準の状態として想定される位置が予め設定されており、ハンドの特定の位置に対してウエハの中心が特定の相対位置となる基準の状態において、ウエハはハンド上でその周縁端はハンド上の突起との間に許容される隙間を有して保持される。具体的には、基準となる状態でウエハの中心と合致するようにハンドの特定の位置がハンドの中心位置として設定されている。

〔ステップ３〕
ウエハを受け取った後、真空搬送ロボット１０８は制御装置の指令を受け搬送用のアームを収縮してこのアームの根元の回転軸に接近した最もアームを収縮させた位置までハンドを移動させる。この収縮させた状態におけるハンドの中心位置は、予め当該アームの伸縮、回転の動作を制御装置が調節する際の基準となる位置であって、原点位置として予め定められて制御装置の記憶装置内に記憶されている。

当該アームの上記原点位置までの収縮の動作に際して、ウエハがその上方を通過することで遮光した２つのセンサ１２１のＯＦＦとなる時刻と制御装置がセンサにより或いはそのアームの動作指令から検出したアームの動作位置の上方からアーム座標値及び、ＯＮ時のアーム座標値が制御装置内の演算器により算出される。制御装置はこの座標値によりウエハ中心のハンドに対する位置を算出し前記基準となるハンドの中心位置からのずれ量を算出する。

〔ステップ４〕
制御装置によりずれ量が算出されたた後、真空搬送ロボット１０８は制御装置の指令を受けて再度ティーチング対象のアームを伸ばして、保持しているウエハを元のステージの元の位置に戻す。さらに、真空搬送ロボット１０８は、ウエハを元の位置に戻した後アームを縮め上記原点の位置まで収縮する。

〔ステップ５〕
次に、真空搬送ロボット１０８の搬送動作を制御する図示しない制御装置は、ステップ３にて求めたウエハのずれ量に基づいて、ウエハの受け取り位置のデータの修正を行い、制御装置の記憶装置にその修正したデータを記憶させる。このデータを用いて、真空搬送ロボット１０８のアームの収縮動作が調節されることで、対象のアームを伸ばした状態でのハンドのウエハ保持の基準位置と搬送目標であるステージ上で載置されるべきウエハの中心の位置とが高い精度で合わせられる。

〔ステップ６〕
ステップ５で記憶されたデータに基づいて、制御装置の指令を受け真空搬送ロボット１０８が対象のアームを先のステージに向けて伸ばして当該ステージ上に保持されたウエハを受け取る。

〔ステップ７〕
真空搬送ロボット１０８は制御装置の指令を受け、ウエハを受け取った後アームを収縮してアームの原点位置までハンドを移動させる。このアームの収縮動作の際に第一の真空搬送室内に配置されたセンサ１２１のＯＮ/ＯＦＦの出力から制御装置において検出されたウエハの座標値を用いて、再度ハンドの中心とウエハの中心とのずれ量が算出される。制御装置は、このずれ量が予め作業者等が定めたずれ量の許容範囲内か範囲外であるかを判定する。

〔ステップ８〕
ステップ７で求められたずれ量が予め定められた許容範囲内である場合、真空搬送ロボット１０８は制御装置の指令を受けて次のステップに進む。一方で、当該ずれ量が予め定められた許容範囲外であった、許容値を超えていると判定された場合には、制御装置は真空搬送ロボット１０８にステップ４に戻り再度ステップ４からステップ８の動作を実行するように指令する。

〔ステップ９〕
真空搬送ロボット１０８は制御装置の指令を受けアームを伸ばし、保持しているウエハを元の位置に戻す。

ステップ８の繰り返し動作は、所定の繰り返し回数に到達したと検出されるまで、或いは検出されたずれ量が許容範囲内であると判定されるまで繰り返される。繰り返しが所定の回数に到達したと検出された場合には、制御装置はし両者にエラー或いは異常の発生としてこれをモニターや警報として使用者に報知する。

上記のように、搬送系が連なった装置において一連のティーチング手順を自動化することで、ウエハの位置合わせとウエハ搬送の時間を短縮することが可能となる。また、上記動作を複数の真空ロボット１０８が同時に行うことで、更にティーチングに費やす時間を短縮することが可能となる。これにより装置のダウンタイムの短縮を図ることが出来、装置全体の生産性を向上することが可能となる。

なお、本実施例において、前記制御装置に搬送ロボットの自動搬送先教示の制御システムを備えて、装置の制御を指令することが出来る画面上で任意に自動搬送先教示の制御システムを表示可能にしてもよい。これにより、中間室を介して複数の真空搬送室が連結されたものにおいても、ウエハの移動距離を最短にして搬送ロボットティーチングを行うことができ、ティーチング時間を短縮することにより、結果的に、設置面積あたりの生産性が高い半導体製造装置を提供することができる。

１０１…大気側ブロック
１０２…真空側ブロック
１０３…真空処理室
１０４…第一の真空搬送室
１０５…ロック室
１０６…筐体
１０７…カセット台
１０８…第一の真空搬送ロボット
１０９…大気搬送ロボット
１１０…第二の真空搬送室
１１１…真空搬送中間室
１２０…ゲートバルブ
１２１…センサ。

Claims (5)

1. 大気圧の内部を試料が搬送される大気搬送室と、この大気搬送室の後方にロック室を介して連結されその内部に試料搬送装置を有してこの内部を試料が搬送される第一の搬送室と、この第一の搬送室の後方に中間室を介して連結された第二の搬送室と、前記第一及び第二の搬送室に連結され前記試料がその内部に配置された処理室内に搬送されて処理される複数の処理容器とを備えた真空処理装置の前記試料搬送装置のティーチング方法であって、
   中心が前記処理室または中間室またはロック室内に配置されたステージの中心に合致する位置に配置された前記試料に対して前記試料搬送装置の搬送アームをその動作の調節の基準となる所定の位置から伸ばし当該アーム上に前記配置された試料を受け取る工程と、前記受け取った試料を保持して前記搬送アームを縮めて搬送し前記第一の搬送室の内側に配置された複数のセンサで前記保持された試料が搬送される際の当該試料の通過タイミングを検出してこの試料の中心位置及び前記搬送アーム上での基準の位置からのずれ量を求める工程と、前記試料を前記ステージの元の位置に戻す工程と、前記搬送アームを縮めて前記所定の位置に戻す工程と、前記試料の中心のずれ量に基づき前記試料の受け取り位置データの修正を行なう工程とを含む前記試料搬送装置の位置を設定する工程を備え、
   前記試料中心のずれ量が許容範囲内であるかを判定し当該ずれ量が許容範囲内にないと判定された場合には、前記位置を設定する工程を再度実行する試料搬送装置のティーチング方法。
   
2. 大気圧の内部を試料が搬送される大気搬送室と、この大気搬送室の後方にロック室を介して連結されその内部に試料搬送装置を有してこの内部を試料が搬送される第一の搬送室と、この第一の搬送室の後方に中間室を介して連結された第二の搬送室と、前記第一及び第二の搬送室に連結され前記試料がその内部に配置された処理室内に搬送されて処理される複数の処理容器とを備えた真空処理装置の前記試料搬送装置のティーチング方法であって、
   （ａ）前記試料をその中心が前記処理室または中間室またはロック室内に配置されたステージの中心に合致する位置に配置する工程と、
   （ｂ）前記試料搬送装置の搬送アームをその動作の調節の基準となる所定の位置から伸ばしこのアーム上に前記配置された試料を受け取る工程と、
   （ｃ）前記受け取った試料を保持して前記搬送アームを縮めて搬送し前記第一の搬送室内に配置された複数のセンサで前記保持された試料が搬送される際の当該試料の通過タイミングを検出してこの試料の中心位置及び前記搬送アーム上での基準の位置からのずれ量を求める工程と、
   （ｄ）前記搬送装置により前記試料を前記ステージの元の位置に戻す工程と、
   （ｅ）前記搬送アームを縮めて前記所定の位置に戻す工程と、
   （ｆ）前記工程（ｃ）において求められた前記試料の中心のズレ量に基づいて前記搬送装置の前記試料の受け取り位置を修正する工程と、
   （ｇ）前記搬送装置の搬送アームを伸ばして前記ステージ上の前記試料を受け取る工程と、
   （ｈ）前記受け取った試料を保持して前記搬送アームを縮めて搬送し前記複数のセンサで前記試料が搬送される際の前記保持された試料の通過タイミングを検出してこの試料の中心位置及び前記搬送アーム上での基準の位置からのずれ量を求める工程とを備え、
   当該ずれ量が許容範囲内にないと判定された場合に前記ステップ（ｄ）乃至（ｈ）を再度実行する試料搬送装置のティーチング方法。
   
3. 請求項１または２に記載の試料搬送装置のティーチング方法であって、
   前記処理容器または前記ロック室または前記中間室を大気開放してその内部に配置された前記ステージ上に前記試料を両者の中心同士を合致させて配置する工程を備えた試料搬送装置のティーチング方法。
   
4. 請求項３に記載の試料搬送装置のティーチング方法であって、
   所定の真空度に減圧された前記処理室または中間室またはロック室内の前記ステージ上に前記試料搬送装置を用いて前記試料を両者の中心同士を合致させて配置する工程を備えた試料搬送装置のティーチング方法。
   
5. 請求項４に記載の試料搬送装置のティーチング方法であって、
   前記試料搬送装置が使用者により操作されて前記処理容器または前記ロック室または前記中間室内の前記ステージ上に前記試料を両者の中心同士を合致させて配置された後、前記試料搬送装置の搬送アームを伸ばしこのアーム上に前記配置された試料を受け取る工程からティーチングを開始する試料搬送装置のティーチング方法。