JP6342299B2

JP6342299B2 - 基板割れ判定方法

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Publication number: JP6342299B2
Application number: JP2014224427A
Authority: JP
Inventors: 藤井　佳詞; 佳詞藤井
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016092186A

Description

本発明は、仕切弁装置を介して連設された第１室と第２室との間でいずれか一方の室に配置された搬送ロボットにより基板を搬送する際、基板の割れや欠けの有無を判定する基板割れ判定方法に関する。

従来、処理すべき基板に対し、真空雰囲気下で熱処理、成膜処理やエッチング処理といった複数の処理を施す真空処理装置として、基板を保持する搬送ロボットが配置される中央の搬送室と、この搬送室を囲うように配置される複数の処理室とを備える所謂クラスターツールが例えば特許文献１で知られている。このものでは、搬送室と処理室とが、弁箱とこの弁箱内に往復動自在に設けられる弁体とを備えて両室を選択的に隔絶することができる仕切弁装置を介して連設されている。

近年、量産性向上等のため、処理すべき基板の大型化や薄肉化が進んでおり、これに伴い、歪や処理室で施される処理で基板に加わる外部ストレスによって基板に割れや欠けが生じることがある。割れや欠けが生じた基板を他の処理室に搬送すると、その途中で基板の欠片が落下してパーティクルの原因となる虞がある。また、処理室にて基板はステージ上面に保持されることが一般であるが、保持された基板の割れや欠けの部分ではステージ上面が露出するため、例えば成膜処理を行うと、露出したステージ上面にも成膜され、ステージの洗浄や交換作業が必要となって生産性の著しい低下を招来する。そのため、基板の割れや欠けの有無を判定することが望ましいが、従来そのような判定方法は不知であった。

特表２０１１−５０４２９０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、基板の割れや欠けの有無を判定することが可能な基板割れ判定方法を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、仕切弁装置を介して連設された第１室と第２室との間で、いずれか一方の室に配置され、ロボットアームとその先端に設けたロボットハンドとを有する搬送ロボットにより基板を搬送する際、基板の割れや欠けの有無を判定する本発明の基板割れ判定方法は、前記仕切弁装置として、弁箱とこの弁箱内に往復動自在に設けられる弁体とを備え、弁体の往復動方向をＺ軸方向、このＺ軸方向に直交する平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、弁箱のＸ軸方向の壁面部分に互いに対向させて第１室と第２室との連通を可能とする透孔が夫々開設され、弁箱のＹ軸方向の壁面部分に、両透孔のＺ軸方向の幅の範囲内に位置させて投光部と受光部とを有する光電センサが設けられるものを用い、ロボットハンドで基板を保持させた状態で、弁箱内に存するロボットアームの部分に投光部から投光し、その透過光または反射光を受光部で受光したときの光量から基板の重量情報を取得し、この取得した重量情報に基づき基板の割れや欠けの有無を判定する工程を含むことを特徴とする。

これによれば、ロボットハンドで基板を保持させた状態で、仕切弁装置を横切るロボットアームに投光し、その透過光または反射光を受光する。ここで、基板に割れや欠けがあると、基板の重量が軽くなる。また、ロボットハンドで基板を保持させると、基板の重量によりロボットアームに所謂ダレが生じる。基板重量とロボットアームのダレ量との間には比例関係があり、基板重量が軽いほどロボットアームのダレ量が小さくなる。ロボットアームのダレ量が異なると、受光部で受光する透過光または反射光の光量も異なる。このため、光量と基板の重量情報との関係を予め求めておけば、受光部で受光した透過光または反射光の光量から基板の重量情報が求まり、この重量情報に基づき基板の割れや欠けの有無を判定することができる。

本発明において、光量と重量情報との関係を示す検量線を用いれば、重量情報を簡単に求めることができてよい。この場合、判定に先立ち、仕切弁装置を通してロボットアームを伸ばすと共にロボットハンドにより基板を保持しない状態で投光し、そのときに受光した光量を用いて、前記検量線を補正することが好ましい。これによれば、ロボットアームの劣化により生じたダレに起因する光量の変化を補正することができるため、基板の割れや欠けの有無を精度良く判定することができる。

本発明の実施形態の基板割れ判定方法を実施するクラスターツールを説明する図。図１に示す第１室Ｔと第２室Ｃ１との間に介設された仕切弁装置ＩＶを示す図。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態の基板割れ判定方法を説明する図。本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の基板割れ判定方法について説明する。図１は、基板割れ判定方法に用いられる仕切弁装置ＩＶを示す図である。仕切弁装置ＩＶは、クラスターツールで構成された真空処理装置Ｍに組み付けられる。

真空処理装置Ｍたるスパッタリング装置は、基板Ｗを保持する搬送ロボットＲが配置される中央の搬送室Ｔと、この搬送室Ｔを囲うように配置される処理室Ｃ１，Ｃ２及びロードロック室Ｌ１，Ｌ２とを備える。これら搬送室Ｔ、ロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び処理室Ｃ１，Ｃ２は、図示省略の真空ポンプにより夫々真空引きできるようになっている。搬送ロボットＲは、図示省略の２個のモータを有し、同心に配置された各モータの回転軸１１ａ，１１ｂにはロボットアーム１２が図示省略のリンク機構を介して連結され、ロボットアーム１２の先端に基板Ｗを保持するロボットハンド１３が設けられている。そして、回転軸１１ａ，１１ｂの各回転角を適宜制御することで、ロボットアーム１２が伸縮及び旋回自在となり、ロボットハンド１３で保持した基板Ｗを各室の所定位置に搬送できるようになっている。また、回転軸１１ａ，１１ｂは、図示省略の昇降機構の昇降軸１４に連結され、この昇降軸１４を昇降させることにより、ロボットアーム１２が後述のＺ軸方向に昇降自在となっている。

搬送室Ｔとロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び処理室Ｃ１，Ｃ２とは、仕切弁装置ＩＶを介してそれぞれ連結され、各室が相互に隔絶できるようになっている。図２も参照して、仕切弁装置ＩＶは、弁箱２１と、この弁箱２１内で、図中実線で示す開弁位置と仮想線で示す閉弁位置との間で往復動自在に設けられる弁体２２とを備える。以下においては、弁体２２の往復動方向をＺ軸方向、このＺ軸方向に直交する同一平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。

弁箱２１のＸ軸方向の壁面部分には互いに対向させて透孔２１ａ，２１ａが夫々開設されている。弁体２２が開弁位置に移動した状態では、これらの透孔２１ａ，２１ａを通じて搬送室Ｔと処理室Ｃ１とが連通し、両室Ｔ，Ｃ１の間で基板Ｗの搬送が可能となる。

処理室Ｃ１を画成する真空チャンバ１の底壁には、排気口３０が設けられ、この排気口３０に図示省略の真空ポンプに通じる排気管が接続され、処理室Ｃ１内を真空引きできるようになっている。また、真空チャンバ１側壁にはガス源に通じるガス管３１が接続され、このガス管３１に介設された図示省略のマスフローコントローラにより、Ａｒなどの希ガス（または希ガスと酸素ガスの混合ガス）からなるスパッタガスを処理室Ｃ１内に所定流量で導入できる。真空チャンバ１の天井部には、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択されるターゲット３２が配置され、ターゲット３２の上面にはボンディング材を介して金属製のバッキングプレート３３が接合され、成膜時にターゲット３２が冷却される。ターゲット３２には、公知の構造を有するスパッタ電源Ｅからの出力が接続され、スパッタリング時、ターゲット３２に直流電力が投入される。バッキングプレート３３の上方には、ターゲット３２の下面（スパッタ面）の下方空間に磁場を発生させる公知構造を有する磁石ユニット３４が配置され、ターゲット３２からのスパッタ粒子を効率よくイオン化している。真空チャンバ１の底部には、ターゲット３２に対向させてステージ３５が配置され、基板Ｗがその成膜面を上側にして位置決め保持されるようにしている。ステージ３５には、ステージ３５に対して基板Ｗの受け渡しに用いられるリフトピン３６が、出没自在に組み付けられている。このリフトピン３６は、エアシリンダ３７のロッドに連結され、突出位置（図２中、仮想線で示す）とステージ３５内に没入する没入位置（図２中、実線で示す）との間で昇降できるようになっている。

また、本実施形態で用いる仕切弁装置ＩＶは、弁箱２１のＹ軸方向の壁面部分に光透過窓２３が設けられ、両透孔２１ａ，２１ａのＺ軸方向の幅の範囲内に位置させて投光部２４ａと受光部２４ｂとを有する透過型の光電センサ２４が設けられている。尚、上記スパッタリング装置Ｍは、特に図示しないが、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段を有し、この制御手段により、搬送ロボットＲの作動のほか、電源Ｅの稼働、マスフローコントローラの稼働や真空ポンプの稼働等を統括管理するようになっている。さらに、上記制御手段は、受光部２４ｂにより受光した透過光の光量から基板Ｗの割れや欠けの有無を判定できるようになっている。以下、処理室Ｃ１で処理済みの基板Ｗを搬送室Ｔに搬送する際に、基板Ｗの割れや欠けの有無を判定する場合を例に、基板割れ判定方法について説明する。

先ず、図３（ａ）に示すように、リフトピン３６を突出位置に移動させて基板Ｗをリフトアップした後、基板Ｗとステージ３５の間にロボットハンド１３が位置するようにロボットアーム１２を伸ばす。

次に、図３（ｂ）に示すように、昇降軸１４を上昇させることにより、ロボットアーム１２を上昇させると共にロボットハンド１３を上昇させる。このとき、仮想線で示す如くロボットハンド１３が基板Ｗに接触し、その後更に上昇させると、実線で示す如くロボットハンド１３で基板Ｗが保持される。このようにロボットハンド１３で基板Ｗを保持させた状態で、弁箱２１内に存するロボットアーム１２の部分に対して投光部２４ａから投光し、そのときの透過光を受光部２４ｂで受光する。

ここで、基板Ｗに割れや欠けがあると、基板Ｗの重量が軽くなる。また、ロボットハンド１３で基板Ｗを保持させると、基板Ｗの重量によりロボットアーム１２が垂れ下がる所謂ダレが生じる。基板Ｗの重量とロボットアーム１２のダレ量との間には比例関係があり、基板Ｗの重量が軽いほどロボットアーム１２のダレ量が小さくなる。そして、ロボットアーム１２のダレ量が異なると、受光部２４ｂで受光する透過光の光量も異なる。このため、光量と基板Ｗの重量（重量情報）との関係（検量線、関係式）を予め求めておけば、受光部２４ｂで受光した透過光の光量から基板Ｗの重量に関する情報（以下「重量情報」という）が求まり、この重量情報に基づき基板Ｗの割れや欠けの有無を判定することができる。

上記判定で、基板Ｗの割れや欠けがあると判定されると、搬送ロボットＲによる搬送室Ｔへの基板Ｗの搬送を禁止し、ロボットアーム１２を下降させてリフトピン３６に基板Ｗを渡すことが好ましい。これにより、搬送室Ｔへの搬送途中に基板Ｗの欠片が落下してパーティクルの原因となったり、その欠片が処理室Ｃ１や搬送室Ｔの壁面を傷付けたり、基板Ｗが他の処理室に搬送されてトラブルを生じたりする等の不具合が発生することを未然に防止することができる。

上記効果を確認するために、以下の実験を行った。実験１では、先ず、重量２００ｇの基板Ｗ１を用い、図３（ａ）に示す位置までロボットアーム１２を伸ばした後、図３（ｂ）にて実線で示す位置までロボットアーム１２を所定量上昇させて基板Ｗ１を保持するまでの間、投光部２４ａによりロボットアーム１２の側方から投光し、受光部２４ｂで受光される透過光の光量（以下「レーザ透過量」という）の変化を測定した。実験１の測定結果を図４において実線Ｌ１で示す。図４に示す時刻ｔ０にてロボットアーム１２の上昇を開始すると、時刻ｔ１までは投光部２４ａからのレーザ光がロボットアーム１２で遮蔽されるため、レーザ透過量は最小Ａｍｉｎとなる。時刻ｔ１以降、ロボットアーム１２の上部がレーザスポット（図示省略）から徐々に外れていき、これに伴いロボットアーム１２の下側をレーザ光が透過し、レーザ透過量が増加する。時刻ｔ２にてロボットハンド１３が基板Ｗ１に接触した後、ロボットハンド１３の上昇速度が遅くなる（ロボットアーム１２の上昇速度は更に遅くなる）ため、レーザ透過量の上昇速度が一時的に遅くなる。時刻ｔ３_１にてリフトピン３６から基板Ｗ１が離れ、ロボットハンド１３で基板Ｗ１が完全に保持されると、ロボットアーム１２の上昇が完了する時刻ｔ４までの間、上記時刻ｔ１〜時刻ｔ２と同じ速度で上昇する。そして、時刻ｔ４におけるレーザ透過量はＡ１であった。

また、実験２では、上記基板Ｗ１よりも軽い重量１５０ｇの基板Ｗ２を用い、上記実験１と同様にレーザ透過量を測定し、その測定結果を図４において実線Ｌ２で示す。本実験２では、時刻ｔ２までは上記実験１と同様の結果であるが、リフトピン３６から基板Ｗ２が離れる時刻ｔ３_２が、上記実験１での時刻ｔ３_１よりも早く、また、時刻ｔ４におけるレーザ透過量Ａ２は、上記実験１でのレーザ透過量Ａ１よりも多いことが確認された。これより、基板Ｗ２の重量が基板Ｗ１よりも軽いと、ダレ量が少なくなり、レーザ透過量が多くなることが判った。

また、実験３では、上記基板Ｗ１よりも重い重量２５０ｇの基板Ｗ３を用い、上記実験１と同様にレーザ透過量を測定し、その測定結果を図４において実線Ｌ３で示す。本実験３では、リフトピン３６から基板Ｗ３が離れる時刻ｔ３_３が上記実験１の時刻ｔ３_１よりも遅く、また、時刻ｔ４におけるレーザ透過量Ａ３は、上記実験１のレーザ透過量Ａ１よりも少ないことが確認された。これより、基板Ｗ３の重量が基板Ｗ１よりも重いと、ダレ量が多くなり、レーザ透過量が少なくなることが判った。

以上の実験結果より、レーザ透過量と基板Ｗの重量情報との間の関係を予め求めておくことで、受光部２４ｂにより受光した光量から基板の重量情報を求めることができ、求めた重量情報から基板の割れや欠けの有無を判定できることが判った。また、ロボットハンド１３で２枚の基板を重ねて保持するような場合も判定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態及び実験では、透過型の光電センサ２４を用いる場合を例に説明したが、反射型の光電センサを用いることができる。この場合、投光部と基板Ｗからの反射光を受光する受光部とをＺ軸方向に並設するが、この投光部と受光部のいずれか一方が両透孔２１ａのＺ軸方向の幅の範囲外に位置してもよい。

また、上記実施形態では、ロボットハンド１３で基板Ｗを保持した状態の透過光の光量（上記実験の時刻ｔ４でのレーザ透過量Ａ１，Ａ２，Ａ３）から重量情報を取得する場合について説明したが、図４に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３_１，ｔ３_２，ｔ３_３までの時間に基づき重量情報を取得してもよい。

ところで、ロボットアーム１２の劣化によりダレ量が変化する場合がある。この場合、ロボットアーム１２を伸ばし、ロボットハンド１３に基板Ｗを保持しない状態でレーザ透過量Ａｍｉｎを求め、前回求めたレーザ透過量Ａｍｉｎとの差（変化分）ΔＡｍｉｎを算出し、この差ΔＡｍｉｎの分だけレーザ透過量を補正すれば、ロボットアーム１２の劣化状態を推測できると共に、劣化によるダレ量の変化の影響を除くことができる。但し、差ΔＡｍｉｎが規定値よりも大きい場合には、ロボットアーム１２の修理や交換（再組み付けを含む）するようにすれば、ロボットアーム１２の予防保全ができて良い。

また、ロボットハンド１３は、上下に振動することがある。その場合は振動が規定値に収まるのを待つか、上下振動の振動周波数を求め、振動周期の１周期以上の期間測定した値を平均化して重量情報とすると精度を高めることができてよい。

ＩＶ…仕切弁装置、Ｔ…搬送室（第１室）、Ｃ１…処理室（第２室）、１２…ロボットアーム、１３…ロボットハンド、Ｒ…搬送ロボット、Ｗ…基板、２１…弁箱、２１ａ…透孔、２２…弁体、２４…光電センサ、２４ａ…投光部、２４ｂ…受光部。

Claims

仕切弁装置を介して連設された第１室と第２室との間で、いずれか一方の室に配置され、ロボットアームとその先端に設けたロボットハンドとを有する搬送ロボットにより基板を搬送する際、基板の割れや欠けの有無を判定する基板割れ判定方法であって、
前記仕切弁装置として、弁箱とこの弁箱内に往復動自在に設けられる弁体とを備え、弁体の往復動方向をＺ軸方向、このＺ軸方向に直交する平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、弁箱のＸ軸方向の壁面部分に互いに対向させて第１室と第２室との連通を可能とする透孔が夫々開設され、弁箱のＹ軸方向の壁面部分に、両透孔のＺ軸方向の幅の範囲内に位置させて投光部と受光部とを有する光電センサが設けられるものを用い、
ロボットハンドで基板を保持させた状態で、弁箱内に存するロボットアームの部分に投光部から投光し、その透過光または反射光を受光部で受光したときの光量から基板の重量情報を取得し、この取得した重量情報に基づき基板の割れや欠けの有無を判定する工程を含むことを特徴とする基板割れ判定方法。
光量と重量情報との関係を示す検量線を用いて、重量情報を取得することを特徴とする請求項１記載の基板割れ判定方法。
前記判定に先立ち、前記仕切弁装置を通してロボットアームを伸ばすと共にロボットハンドにより基板を保持しない状態で投光し、そのときに受光した光量を用いて、前記検量線を補正することを特徴とする請求項２記載の基板割れ判定方法。