JP6408349B2

JP6408349B2 - 基板搬送方法

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Publication number: JP6408349B2
Application number: JP2014228015A
Authority: JP
Inventors: 藤井　佳詞; 佳詞藤井
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: JP2016092330A

Description

本発明は、仕切弁装置を介して連通される真空引きが可能な第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基板搬送方法に関する。

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知られている。そして、搬送室と処理室とは、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、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することが一般である。

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、歪や所定の処理で基板に加わる外部ストレスで基板に反りが発生している。他方、基板に対して複数の処理を施す上記真空処理装置は、装置の小型化等のため、処理室を画成する真空チャンバの小容積化が進んでおり、これに伴い、基板を搬送するために利用できる空間も狭くなっている。このような場合、基板に大きな反りが生じていると、搬送ロボットにより基板を搬送する際、搬送室、各処理室及び仕切弁装置の弁箱の壁面や、処理室内に設けられる部品（例えば、スパッタリングによる成膜処理の場合には、防着板やアースシールド）に基板が接触して基板の破損や欠けを招くという不具合がある。例えば処理室内で基板が破損や欠けたりすると、量産を中止し、当該基板を除去する必要があり、これでは、量産性の著しい低下を招来する。

従来、基板の反りを検出する方法は例えば特許文献１で知られている。このものでは、基板外周部に形成されたノッチやオリフラを検知するアライナにおいて、基板の上方に位置させてセンサを設け、センサから基板までの距離を測定する。そして、基板を同一平面上の一方向に移動させながら、この測定を繰り返し行うことで、基板面内の異なるポイントで複数の測定が実行され、複数の測定データに基づき基板の反りを検知している。

然し、従来例のものでは、基板を一方向に移動させる機構を別途設ける必要があるため、装置構成が複雑化するという問題や、基板の搬送とは無関係な工程が追加されるためスループットの低下を招くという問題がある。

特表２０１１−５０４２９０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、搬送とは無関係の工程を追加することなく簡便に基板の反りの有無を検知することが可能な基板搬送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、真空引きが可能な第１室と第２室との間に介設され、両室を選択的に隔絶する本発明の仕切弁装置は、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、弁箱部の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を設けたことを特徴とする。尚、受光部により反射光を受光する場合、Ｚ軸方向に並設する投光部と受光部のいずれか一方が、両透孔のＺ軸方向の幅の範囲外に位置させる場合も含むものとする。

これによれば、上記仕切弁装置を介して連通される第１室から第２室に基板を搬送する場合を例に説明すると、弁箱内を通過する基板に対してＹ軸方向から投光し、その透過光または反射光を受光する。受光した透過光または反射光の光量は、基板のＺ軸方向の反りと相関を有するため、基板に対する投光及び受光を１回行うだけで基板の反りを簡便に検知することができる。しかも、仕切弁装置の弁箱内を基板が通過する間に基板の反りの有無を判定できるため、従来例のような基板の搬送とは無関係な工程を追加する必要がなく、スループットが低下しない。

本発明において、前記弁箱のＹ軸方向の壁面部分に光透過窓を設け、この光透過窓に前記投光部及び受光部を設けることが好ましい。

また、本発明において、前記受光部はＺ軸方向に並設される複数の素子を有することが好ましい。これによれば、各素子の光量から基板の反りの方向を判定することもできる。

上記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本発明の基板搬送方法は、搬送元の室を第１室、搬送先の室を第２室とし、弁体を開弁位置に移動させて第１室と第２室とを連通し、弁箱を通して搬送ロボットに保持された基板を第１室から第２室に搬送する間、弁箱内を通過する基板に対して投光部から投光し、その透過光または反射光を受光部で受光してそのときの光量から基板の反りの有無を判定する判定工程と、基板に反りがあると判定されると、搬送ロボットによる基板の搬送を禁止し、搬送ロボットを第１室に戻す搬送禁止工程とを含むことを特徴とする。

これによれば、仕切弁装置の弁箱内を基板が通過する間に基板の反りの有無を判定できるため、従来例のような基板の搬送とは無関係な工程を追加する必要がなく、スループットが低下しない。しかも、基板の反りがあると判定した場合には、第２室への基板の搬送が禁止されるため、第２室の壁面や第２室内に設けられる部品に基板が接触することを未然に防止できる。

また、本発明において、前記搬送ロボットの作動に関する制御信号を取得する取得工程を更に含み、この取得した制御信号に基づき基板が弁箱内を通過する通過時間から前記光量の計測開始及び計測終了を制御することが好ましい。

本発明の実施形態の仕切弁装置を適用した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。仕切弁装置ＩＶをＸ軸方向から見た正面図。（ａ）及び（ｂ）は、基板ＷにＹ軸方向から投光したときの遮光領域ｒ１及び受光領域ｒ２を示す図。（ａ）〜（ｃ）は、受光部で受光した受光光の光量変化を示す図。（ａ）及び（ｂ）は、基板の反り方向を判定可能な受光部の受光素子を示す図。

以下、図面を参照して、クラスターツールで構成された真空処理装置に組み付けられるものを例に、本発明の実施形態の仕切弁装置ＩＶについて説明する。図１に示すように、真空処理装置たるスパッタリング装置Ｍ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が取り付けられている。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。

搬送室Ｔとロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び処理室Ｃ１，Ｃ２とは、本実施形態の仕切弁装置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及び図３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３１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１１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３１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。また、処理室Ｃ１内には、上下の防着板３６ｕ，３６ｄが配置され、真空チャンバ１内壁面にスパッタ粒子が付着しないようにしている。

このように、処理室Ｃ１内には防着板３６ｕ，３６ｄ等の部品が設けられており、ロボットハンド１３により保持された基板Ｗが反りを有する場合、この基板Ｗを搬送室Ｔから処理室Ｃ１に搬送する際、これらの部品に接触し、基板Ｗの破損や欠けを招く虞がある。

そこで、本実施形態では、弁箱２１のＹ軸方向の壁面部分に光透過窓２３を設け、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を設けた。そして、弁箱２１内を通過する基板Ｗに対してＹ軸方向から投光し、その透過光を受光するように構成した。ここで、受光した透過光の光量は、基板ＷのＺ軸方向の反りと相関を有する。すなわち、基板ＷのＺ軸方向の反りが大きいほど、基板Ｗで遮蔽される光が増えると共に基板Ｗを透過する光が少なくなり、結果として、受光部２４ｂでの受光光量が少なくなる。このため、従来例の如くセンサから基板までの距離を多点で測定する必要はなくなり、基板Ｗに対する投光及び受光を１回行うだけで基板Ｗの反りの有無を簡便に検知することができる。

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、搬送ロボットＲの作動に関する制御信号を取得し、その制御信号に基づき基板Ｗが弁箱２１内を通過する通過時間を求め、この通過時間から上記光量の計測開始及び計測終了を制御すると共に、受光部２４ｂにより受光した透過光の光量から基板Ｗの反りの有無を判定できるようになっている。以下、仕切弁装置ＩＶを介して連設される搬送室Ｔを第１室、処理室Ｃ１を第２室とし、搬送室Ｔから処理室Ｃ１に基板Ｗを搬送する場合を例に、本実施形態の基板搬送方法を説明する。

先ず、大気中でロードロック室Ｌ１に基板Ｗを投入し、ロードロック室Ｌ１が真空引きした後、搬送ロボットＲによりロードロック室Ｌ１から搬送室Ｔに基板Ｗを搬送する。

次に、搬送室Ｔの基板Ｗを処理室Ｃ１に搬送する搬送ロボットＲの作動に関する制御信号を取得し（取得工程）、この取得した制御信号に基づき基板Ｗが弁箱２１内を通過する通過時間（通過タイミング）を求める。そして、求めた通過時間から透過光の光量の計測開始及び計測終了を制御する。これにより、弁箱２１内を通過する基板Ｗに対してＹ軸方向から投光され、その透過光を受光部２４ｂにより受光し、受光した透過光の光量から基板Ｗの反りを判定する（判定工程）。

ここで、受光した透過光の光量は、基板ＷのＺ軸方向の反りと相関を有する。すなわち、基板ＷのＺ軸方向の反りが大きいほど、基板Ｗで遮蔽される光が増えると共に基板Ｗを透過する光が少なくなり、結果として、受光部２４ｂでの受光光量が少なくなる。このため、従来例の如くセンサから基板までの距離を多点で測定する必要はなくなり、基板Ｗに対する投光及び受光を１回行うだけで基板Ｗの反りの有無を簡便に検知することができる。しかも、弁箱２１内を基板Ｗが通過する間に判定できるため、従来例のような基板の搬送とは無関係な工程を追加する必要がなく、スループットが低下しない。

また、図４（ａ）に示すように基板Ｗが凹状に反る場合と図４（ｂ）に示すように基板Ｗが凸状に反る場合とでは、反り量が同じであれば、光を遮光する遮光領域ｒ１（光を受光する受光領域ｒ２）の面積が同等となる。このため、図５（ｂ）の実線Ｌ２及び図５（ｃ）の実線Ｌ３で示すように、受光部２４ｂにより受光した受光光の光量の変化も同等となる。尚、図５（ａ）の実線Ｌ１並びに図５（ｂ）及び（ｃ）の破線Ｌ１は、基板Ｗに反りが発生していない場合の受光光の光量の変化を示す。基板Ｗの反り量だけでなく、反りの方向（凹状又は凸状）をも判定する必要がある場合には、図５（ｂ）及び（ｃ）中の仮想線Ｌｍで示す部分に投光部２４ａから投光し、その透過光を受光部２４ｂにより受光すればよい。このとき、ロボットハンド１３と基板Ｗとの間の隙間を光が透過して受光部２４ｂに達するため、受光部２４ｂでは、ロボットハンド１３により遮光された遮光領域、上記隙間に対応する受光領域、基板Ｗにより遮光された遮光領域が、Ｚ軸方向に沿って検出されることとなる。このため、受光部２４ｂとして、図６に示すようにＺ軸方向に並設される複数の受光素子２５を有し、受光した（光量が閾値よりも高い）受光素子２５と受光していない（光量が閾値以下である）受光素子２５とを個別に判別できるものを用いれば、基板Ｗの反りの方向を求めることができる。図６（ａ）に示すように、基板Ｗの反りが凸状である場合、ロボットハンド１３による遮光領域に対応して光量が閾値以下となる受光素子（下から４番目の黒丸）２５_４と、基板Ｗによる遮光領域に対応して光量が閾値以下となる受光素子（下から５番目の黒丸）２５_５とが連続することとなる。一方、図６（ｂ）に示すように、基板Ｗの反りが凹状である場合、ロボットハンド１３による遮光領域に対応して光量が閾値以下となる受光素子（下から４番目の黒丸）２５_４と、基板Ｗによる遮光領域に対応して光量が閾値以下となる受光素子（下から６番目の黒丸）２５_６との間に、基板Ｗとロボットハンド１３の間に生じるスリット（隙間）による受光領域に対応して光量が閾値よりも高くなる受光素子（下から５番目の白丸）２５_５が存するため、遮光領域を検出する受光素子２５_４，２５_６が不連続となる。このように、Ｚ軸方向に沿って並設された複数の受光素子２５のうち遮光領域を検出する受光素子の連続／不連続を判別することにより、基板の反り方向を判定することができる。尚、各受光素子２５の形状は特に限定されないが、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのスリットを検出できるように、φ１ｍｍ以下の受光素子２５を有することが好ましい。

上記判定工程において、基板Ｗの反りがあると判定されると、搬送ロボットＲによる処理室Ｃ１への基板Ｗの搬送を禁止し、搬送ロボットＲを搬送室Ｔに戻す（搬送禁止工程）。これにより、処理室Ｃ１の壁面や処理室Ｃ１内に設けられる防着板３６ｕ，３６ｄ等の部品に基板Ｗが接触することを未然に防止することができる。

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、搬送室Ｔから処理室Ｃ１に搬送する際に基板Ｗの反りの有無を判定する場合を例に説明したが、ロードロック室Ｌ１から搬送室Ｔに搬送する際に判定してもよい。

ＩＶ…仕切弁装置、Ｔ…搬送室（第１室）、Ｃ１…処理室（第２室）、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、２５…受光素子。

Claims

仕切弁装置を介して連設された真空引きが可能な第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基板搬送方法であって、
前記仕切弁装置は、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ていると共に、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ているものにおいて、
搬送元の室を第１室、搬送先の室を第２室とし、弁体を開弁位置に移動させて第１室と第２室とを連通し、弁箱を通して搬送ロボットに保持された基板を第１室から第２室に搬送する間、弁箱内を通過する基板に対して投光部から投光し、その透過光または反射光を受光部で受光してそのときの光量から基板の反りの有無を判定する判定工程と、基板に反りがあると判定されると、搬送ロボットによる基板の搬送を禁止し、搬送ロボットを第１室に戻す搬送禁止工程とを含むことを特徴とする基板搬送方法。
前記弁箱のＹ軸方向の壁面部分に光透過窓を設け、この光透過窓に前記投光部及び受光部を設けたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送方法。
前記受光部はＺ軸方向に並設される複数の受光素子を有することを特徴とする請求項１又は２記載の基板搬送方法。
前記搬送ロボットの作動に関する制御信号を取得する取得工程を更に含み、この取得した制御信号に基づき基板が弁箱内を通過する通過時間から前記光量の計測開始及び計測終了を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の基板搬送方法。