JP6103043B2 - 基板処理システム - Google Patents

Description

本発明は、処理対象の基板が基板キャリアに装着されて処理装置に格納される基板処理システムに関する。

太陽電池セルなどの半導体装置の製造における成膜やエッチングなどの処理工程において、処理対象の基板が基板キャリアに装着されて処理装置に搬入される方式がある。基板キャリアを用いるこのような基板処理システムでは、基板を装着した基板キャリアが移載装置と処理装置の間で搬送される（例えば、特許文献１参照。）。

この基板処理システムでは、移載装置によって、基板が格納される基板トレイと基板キャリア間で基板が移動される。即ち、移載装置によって基板トレイから取り出された未処理の基板が基板キャリアに装着される。そして処理工程後に、移載装置によって処理済の基板が基板キャリアから回収され、基板トレイに格納される。以下において、基板キャリアでの基板の装着及び基板キャリアからの基板の回収を総称して、「基板の移載」という。

処理枚数能力（スループット）を高くする要求から、基板処理システムの全体が自動化されることも多い。このため、基板キャリアでの基板の移載において、例えばロボットアームを用いて基板トレイと基板キャリア間での基板の移載が行われる。

特開２０１０−１９６１１６号公報

しかしながら、基板キャリアでの基板の移載時に、基板が正常な位置に装着されなかったり、基板が正常な姿勢で装着されなかったりすることがある。このような状態で基板キャリアが処理装置に搬入されると、処理装置が故障するなどの問題が生じる場合がある。

また、処理装置での処理工程中に、基板キャリアから基板が外れたり、基板の姿勢が乱れたりすることがある。このような状態で基板キャリアが移載装置に搬入されて移載作業が行われると、移載装置が故障するなどの問題が生じる場合がある。

更に、基板が基板キャリアから落下したり、基板が正常な位置に装着されていないことによって処理装置内の構成部品に基板が接触するなどしたりして、基板が破損する場合がある。

上記問題点に鑑み、本発明は、基板が正常に基板キャリアに装着されていないことに起因する障害を抑制可能な基板処理システム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）基板を基板キャリアに移載する移載装置と、（ロ）基板キャリアに装着された基板を処理対象とする処理装置と、（ハ）移載装置と処理装置間で基板キャリアを搬送する搬送装置と、（ニ）移載装置と処理装置間において、基板キャリアの基板が装着された基板装着面を撮影して基板装着面に定義された基板装着領域を含む判定用画像を取得し、基板装着領域に対する基板の位置や姿勢を判別することにより、基板キャリアに基板が正常に装着されているか否かを検出する基板装着センサとを備える基板処理システム提供される。

本発明によれば、基板が正常に基板キャリアに装着されていないことに起因する障害を抑制可能な基板処理システムを提供できる。

本発明の実施形態に係る基板処理システム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処理システムに使用される基板キャリアの構造例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板処理システムに使用される基板キャリアの基板装着面の構成例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板処理システムによる基板の移載方法の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板処理システムの処理装置の構成例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板処理システムの基板装着センサの構成例を示す模式図である。 基板が基板装着面に装着された例を示す模式図である。 基板が基板装着面に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処理システムに使用される基板キャリアの他の構造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処理システム１では、処理対象の基板１００が基板キャリア１０に装着されて処理装置３０に搬入される。基板処理システム１は、基板１００を基板キャリア１０に移載する移載装置２０と、基板キャリア１０に装着された基板１００を処理対象とする処理装置３０と、移載装置２０と処理装置３０間で基板キャリア１０を搬送する搬送装置４０と、移載装置２０と処理装置３０間において、基板キャリア１０に基板１００が正常に装着されているか否かを検出する基板装着センサ５０とを備える。

図１に示すように、基板１００が装着された基板キャリア１０が、搬送装置４０によって移載装置２０と処理装置３０を巡回する。図１において搬送装置４０上の基板キャリア１０に付した矢印は、基板キャリア１０の搬送方向を示す。搬送装置４０は、移載装置２０から処理装置３０に基板キャリア１０を搬送する第１の搬送路４１と、処理装置３０から移載装置２０に基板キャリア１０を搬送する第２の搬送路４２とを備える。なお、搬送装置４０によって複数の基板キャリア１０が同時に搬送されてもよいし、基板処理システム１内で使用される基板キャリア１０が１つであってもよい。

図１に示した基板処理システム１では、基板装着センサ５０が、第１の搬送路４１における移載装置２０から基板キャリア１０が搬出される位置と、第２の搬送路４２における移載装置２０に基板キャリア１０が搬入される位置に、それぞれ配置されている。図１に示したように、第１の搬送路４１上に配置された基板装着センサ５０を「搬出側基板装着センサ５１」といい、第２の搬送路４２上に配置された基板装着センサ５０を「搬入側基板装着センサ５２」という。

ここで、基板キャリア１０について説明する。基板キャリア１０には、基板１００を水平に装着するカートタイプや、基板１００を垂直に装着するボートタイプなどがある。処理効率を向上させるために、ボートタイプの基板キャリア１０を用いて同時に処理できる基板１００の数を増やすことが有効である。即ち、図２に示すような、基板１００が装着される基板プレート１１を複数有するボートタイプの基板キャリア１０を使用することにより、多数の基板１００を同時に処理する処理装置３０のフットプリントを小さくすることができる。ボートタイプの基板キャリア１０では、通常、それぞれの底部が１つの底板１２に固定された複数の基板プレート１１が、基板装着面１１０の面法線方向に沿って配列されている。以下では、基板キャリア１０がボートタイプである場合を例示的に説明する。

基板プレート１１の基板装着面１１０には、例えば図３に示すように、基板１００が装着される基板装着領域１１１が水平方向に配列して定義されている。１つの基板装着領域１１１に１枚の基板１００が装着される。

なお、図３では基板装着面１１０に４つの基板装着領域１１１が定義されている例を示したが、１つの基板装着面１１０に装着される基板１００の枚数は任意に設定可能である。例えば、１つの基板装着面１１０に定義される基板装着領域１１１が１つでもよい。また、基板プレート１１の対向する２つの主面をそれぞれ基板装着面１１０としてもよい。なお、基板装着面１１０に配置した図示を省略した固定ピンなどによって、基板装着領域１１１上で基板１００が支持される。

基板１００は、例えばシリコン基板やガラス基板などの、半導体装置や太陽電池セルに使用される基板である。

移載装置２０は、処理装置３０での処理が行われた処理済の基板１００を基板キャリア１０から回収し、処理装置３０での処理を行う未処理の基板１００を基板キャリア１０に装着する。例えば、未処理の基板１００が格納された基板トレイ２００が移載装置２０内に搬入される。そして、基板トレイ２００から基板キャリア１０に基板１００が移載される。また、処理済の基板１００が基板キャリア１０から回収されて、基板トレイ２００に格納される。上記のように、移載装置２０によって、基板キャリア１０において処理済の基板１００と未処理の基板１００とが交換される。

移載装置２０における基板１００の移載作業は、例えば図４に示すようなロボットアーム２１によって行われる。即ち、基板回収時においては、基板キャリア１０に装着された基板１００を真空吸着などによってロボットアーム２１で保持する。その後、ロボットアーム２１を移動させて基板キャリア１０から基板１００を回収し、基板１００を基板トレイ２００に格納する。また、基板装着時においては、ロボットアーム２１によって基板１００を基板トレイ２００から取り出す。そして、基板１００を基板キャリア１０上に配置した後にロボットアーム２１が基板１００を離して、基板キャリア１０に基板１００が装着される。なお、図４に示したように、移載装置２０は、複数の基板１００を基板装着面１１０に同時に装着することが可能である。

処理装置３０は、例えば図５に示すような、基板取込室３１、処理室３２、基板取出室３３からなるインライン式製造装置などである。処理室３２において、例えば成膜処理、エッチング処理、スパッタ処理などが行われる。

図５に示した処理装置３０では、基板１００が装着された基板キャリア１０が基板取込室３１に取り込まれる。そして、基板キャリア１０が基板取込室３１から処理室３２に搬送され、処理室３２において所定の処理が行われる。例えば処理室３２において基板１００に薄膜が形成された後、基板キャリア１０は処理室３２から基板取出室３３に搬送される。その後、基板取出室３３から基板キャリア１０が取り出される、なお、処理装置３０が、基板取出室３３を備えない、基板取込室３１と処理室３２からなる構造であってもよい。

例えば処理装置３０がプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）成膜装置である場合には、基板キャリア１０はアノード電極として使用される。処理室３２内に原料ガスを導入後、基板キャリア１０とカソード電極間に電力を供給して原料ガスをプラズマ状態にする。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、原料ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１００の露出した表面に形成される。原料ガスを適宜選択することによって、シリコン半導体薄膜、シリコン窒化薄膜、シリコン酸化薄膜、シリコン酸窒化薄膜、カーボン薄膜などの所望の薄膜を基板１００上に形成することができる。例えば、基板１００が太陽電池セルである場合に、アンモニア（ＮＨ₃）ガスとシラン（ＳｉＨ₄）ガスの混合ガスを用いて、基板１００上に反射防止膜や絶縁膜として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成できる。

太陽電池反射防止膜の成膜処理などでは、処理対象の基板１００の温度を予め決められた設定温度にした状態で、基板１００に膜を形成する。このため、処理装置３０で成膜処理する場合には、処理室３２に搬入される前に、基板取込室３１において基板１００は予備加熱される。つまり、基板取込室３１は予備加熱室を兼ねる。そして、設定温度に達した基板１００が処理室３２に搬入され、成膜処理が行われる。

基板装着センサ５０は、基板キャリア１０に基板１００が正常な姿勢で装着されていることや、基板キャリア１０の正常な位置に基板１００が装着されていることを検出する。

基板装着センサ５０は、例えば図６に示すように、基板１００が装着された基板プレート１１の基板装着面１１０を撮影して判定用画像を取得する画像取得装置５０１と、判定用画像に基づいて基板１００が基板装着面１１０に正常に装着されているか否かを判定する判定装置５０２とを備える。

画像取得装置５０１は、基板１００が搭載された基板キャリア１０について、搬送装置４０上を移動して撮影範囲に入ったときに、基板装着面１１０上の基板装着領域１１１を含む画像を撮影する。これにより、基板装着領域１１１に対する位置基板１００の位置や姿勢を判別できる画像が撮影される。判定装置５０２は、画像取得装置５０１が撮影した画像について画像処理を行って基板１００の位置や姿勢を判別する。そして、設定された基板装着領域１１１の位置に基板１００が配置されていない場合に、判定装置５０２は基板１００が基板装着面１１０に正常に装着されていないと判定する。

判定装置５０２は、例えば判定用画像の所定の位置に基板１００の画像が存在していない場合に、基板キャリア１０に基板１００が正常に装着されていないと判定する。画像取得装置５０１には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）カメラなどを採用可能である。

なお、図６では、基板装着センサ５０が２つの画像取得装置５０１を有し、基板プレート１１の対向する２つの基板装着面１１０を同時に撮影する例を示した。これにより、基板プレート１１の両面において基板１００の装着を同時に検出できる。一方、基板プレート１１の片方の主面のみが基板装着面１１０である場合には、１つの画像取得装置５０１によって、その基板装着面１１０において基板１００の装着を検出する。

また、基板装着センサ５０が、撮像装置以外の手段を用いて、基板１００が基板装着面１１０に正常に装着されているか否かを判定してもよい。例えば、反射型の光センサなどの検出装置も基板装着センサ５０に採用可能である。

基板キャリア１０に基板１００が正常に装着されていないことが基板装着センサ５０によって検出された場合には、例えば搬送装置４０から基板キャリア１０を取り出して基板１００の移載をやり直す。図１に示した例では、基板１００が正常に装着されていないことが搬出側基板装着センサ５１によって検出された基板キャリア１０は、第１の修正用搬送路６１を経由して搬送装置４０から取り出される。また、基板１００が正常に装着されていないことが搬入側基板装着センサ５２によって検出された基板キャリア１０は、第２の修正用搬送路６２を経由して搬送装置４０から取り出される。搬送装置４０から取り出された基板キャリア１０については、例えば作業者によって基板１００の移載のやり直しが行われる。

上記のように、基板処理システム１によれば、基板１００が正常に装着されていない基板キャリア１０が移載装置２０や処理装置３０に搬入されることを防止できる。

基板キャリア１０での基板１００の移載時において基板１００が正常な位置に装着されなかったり、基板１００が正常な姿勢で装着されなかったりした場合には、処理装置３０で不具合が生じるおそれがある。図７に、基板１００ａが基板装着面１１０に正常な姿勢で装着され、基板１００ｂ、１００ｃが基板装着面１１０に正常な姿勢で装着されていない例を示した。また、図８に、基板装着面１１０の正常な位置に装着されている基板１００ｄに対し、基板装着面１１０に密着していない基板１００ｅや基板装着面１１０から脱落している基板１００ｆの例を示す。

基板キャリア１０に基板１００が正常に装着されなかった場合には、例えば処理装置３０内で基板１００が基板キャリア１０から落下することによって、基板１００が破損したり、処理装置３０内の搬送機構が破壊されることがある。また、処理装置３０が下方から成膜用のガスが内部に噴射される成膜装置である場合に、ガスの吹き出し口が落下した基板１００によって塞がれたり、ガスの流れが乱されたりすることによって、正常な処理を行えないことがある。更に、基板１００と隣接する基板プレート１１間の距離が設定された値からずれることによって、正常な処理が行えない場合がある。

これに対し、基板処理システム１では、搬出側基板装着センサ５１が、移載装置２０から搬出されて処理装置３０に搬入される前の基板キャリア１０について、基板１００が正常に装着されていることを検出する。これにより、基板１００が基板キャリア１０に正常に装着されていないことに起因する処理装置３０の故障や自動運転の停止を防止できる。

なお、搬出側基板装着センサ５１は、第１の搬送路４１上を搬送される基板キャリア１０の基板装着面１１０を撮影可能な位置に配置される。例えば、移載装置１０から処理装置３０に基板キャリア１０が搬送される途中で第１の搬送路４１の周囲に配置される。搬出側基板装着センサ５１は処理装置３０内に配置されるのではないため、周囲が真空状態になることなどを考慮する必要はない。また、基板キャリア１０が第１の搬送路４１を移動してくるため、基板装着センサ５０の位置を固定しておいても、基板キャリア１０の基板装着面１１０を順次撮影することができる。

また、基板装着領域１１１に基板１００が装着されていない状態や、基板１００が正常に装着されずに基板装着領域１１１の一部が露出している状態で基板キャリア１０が成膜処理に使用されると、基板装着領域１１１に膜が形成される。通常、基板１００は基板装着面１１０に配置された固定ピンによって支持されるが、基板装着領域１１１上に膜が累積的に形成されることによって、固定ピンの基板装着領域１１１上に露出した部分の長さが短くなる。このため、固定ピンによって基板１００を支持できなくなって、基板１００を基板キャリア１０に装着できない状態になる。

また、基板装着領域１１１上に膜が形成されると、基板キャリア１０を電極として用いるプラズマ成膜装置などでは、基板キャリア１０の表面が膜によって絶縁される結果、基板キャリア１０と基板１００間の電気的接続が劣化する。これにより基板１００が電気的にフローティング状態となって、成膜速度の低下、膜厚の均一性の低下などの問題が生じる。

しかし、基板装着センサ５０が、基板キャリア１０に定義されたすべての基板装着領域１１１に基板が装着されていることを検出することにより、基板装着領域１１１に膜が形成されることを防止できる。基板キャリア１０のすべての基板装着領域１１１に基板が装着されていることを検出するためには、例えば、基板装着領域１１１のそれぞれが画像取得装置５０１の撮影範囲に入ってきたタイミングで、基板装着領域１１１について一つずつ画像を撮影する。或いは、画像取得装置５０１に広角レンズを使用して、すべての基板装着領域１１１を同時に撮影してもよい。

また、処理装置３０での処理工程において、基板キャリア１０から基板１００が外れたり、基板装着面１１０上の基板１００の姿勢が乱れたりすることがある。例えば、処理装置３０での処理において加熱された基板１００に反りが生じて、基板１００の位置が基板装着領域１１１からずれたり、基板１００の姿勢が乱れたりする場合がある。この状態で基板キャリア１０が移載装置２０に搬入されて移載作業が行われると、基板１００が基板キャリア１０から落下して破損したり、ロボットアーム２１が基板１００を正確に保持することができない。

また、基板装着領域１１１に基板１００が装着されていない状態で基板キャリア１０が処理装置３０から移載装置２０に搬送された場合に、基板１００が装着されていない基板装着領域１１１をロボットアーム２１が吸着することがある。その結果、ロボットアーム２１によって基板キャリア１０が引っ張られ、基板キャリア１０が搬送装置４０から外れたり、基板キャリア１０から基板１００が落下するなどの障害が発生したりする。

これに対し、基板処理システム１では、搬入側基板装着センサ５２が、処理装置３０から搬出されて移載装置２０に搬入される前の基板キャリア１０について、基板１００が正常に装着されていることを検出する。これにより、基板１００が基板キャリア１０に正常に装着されていないことに起因する移載装置２０の故障や自動運転の停止を防止できる。搬入側基板装着センサ５２は、第２の搬送路４２上を搬送される基板キャリア１０の基板装着面１１０を撮影可能な位置に配置される。例えば、処理装置３０から移載装置１０に基板キャリア１０が搬送される途中で第２の搬送路４２の周囲に配置される。搬出側基板装着センサ５１と同様に搬入側基板装着センサ５２は処理装置３０内に配置されるのではないため、周囲が真空状態になることなどを考慮する必要はない。また、基板キャリア１０が第２の搬送路４２を移動してくるため、画像取得装置５０１の位置を固定しておいても、基板キャリア１０の基板装着面１１０を順次撮影することができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る基板処理システム１では、移載装置２０から搬出された直後や移載装置２０に搬入される直前において、基板キャリア１０に基板１００が正常に装着されていることが検出される。その結果、図１に示した基板処理システム１によれば、基板１００が正常に基板キャリア１０に装着されていないことに起因する障害を抑制することができる。

なお、図１では基板処理システム１が、搬出側基板装着センサ５１と搬入側基板装着センサ５２を備える場合を示した。しかし、移載装置２０に基板キャリア１０が搬入される位置と、移載装置２０から基板キャリア１０が搬出される位置の、いずれか一方だけに基板装着センサ５０を配置してもよい。例えば、処理装置３０内において基板装着面１１０上で基板１００の位置が変動するおそれがない場合には、移載装置２０に基板キャリア１０が搬入される位置には基板装着センサ５０を配置しなくてもよい。

（その他の実施形態）
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。

上記では、基板キャリア１０が基板１００を垂直に装着するボートタイプである例を示したが、他のタイプの基板キャリア１０にも本発明を適用することが可能である。例えば基板キャリア１０が、水平方向に延伸する基板装着面１１０に基板１００を水平に装着するカートタイプであってもよい。カートタイプの基板キャリア１０の場合には、例えば図９に示すように、上方から画像取得装置５０１によって基板装着面１１０を撮影することにより、基板キャリア１０に基板１００が正常に装着されていることを基板装着センサ５０が検出する。

このように、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。

本発明は、基板キャリアを用いる基板処理システムに利用可能である。

Claims (7)

1. 基板を基板キャリアに移載する移載装置と、
   前記基板キャリアに装着された前記基板を処理対象とする処理装置と、
   前記移載装置と前記処理装置間で前記基板キャリアを搬送する搬送装置と、
   前記移載装置と前記処理装置間において、前記基板キャリアの前記基板が装着された基板装着面を撮影して前記基板装着面に定義された基板装着領域を含む判定用画像を取得し、前記基板装着領域に対する前記基板の位置や姿勢を判別することにより、前記基板キャリアに前記基板が正常に装着されているか否かを検出する基板装着センサと
   を備えることを特徴とする基板処理システム。
2. 前記基板装着センサが、前記移載装置から前記基板キャリアが搬出される位置及び前記移載装置に前記基板キャリアが搬入される位置の少なくともいずれかに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。
3. 前記基板装着センサが、前記基板キャリアに前記基板が正常な姿勢で装着されていることを検出することを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。
4. 前記基板装着センサが、前記基板キャリアの正常な位置に前記基板が装着されていることを検出することを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。
5. 前記基板装着センサが、前記基板キャリアに定義されたすべての前記基板装着領域に前記基板が装着されていることを検出することを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。
6. 前記移載装置が、
   前記処理装置での処理が行われた処理済の前記基板を前記基板キャリアから回収し、
   前記処理装置での処理が行われていない未処理の前記基板を前記基板キャリアに装着する
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。
7. 前記処理装置が、前記基板上に膜を形成する成膜装置であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理システム。

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