JP6663774B2 - 基板搬送方法及び基板処理システム - Google Patents

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Description

本発明は、搬送アームで基板を搬送する基板搬送方法及び基板処理システムに関する。
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に所定の処理、例えば、高温処理である成膜処理やプラズマを用いたエッチング処理を施す基板処理システムは、複数の処理室と、各処理室に接続された搬送室とを備え、搬送室内に配置された搬送アームによってウエハを各処理室へ搬出入する。各処理室は載置台を有し、ウエハは載置台に載置される。なお、以下の説明では、搬送アームにおける節（可曲点）と節の間において一体となって移動する部分をリンクと称し、搬送アームの先端部をエンドエフェクタと称する。また、２リンク形式の搬送アームとは２つのリンクを有する搬送アームを示し、１リンク形式の搬送アームとは１つのリンクのみを有する搬送アームを示す。
従来、基板処理システムでは、搬送アームとして２リンク形式のスカラ型やフロッグレッグ型の搬送アームを使用している。これらの搬送アームは、ウエハを把持するエンドエフェクタとしてのフォークと、リンクとしての２つのアーム部とを有し、フォークと各アーム部とは別個に構成される。
ところで、近年、ウエハの処理の高温化が進み、例えば、処理室においてウエハを例えば、７００℃〜８００℃まで加熱する場合がある。この場合、搬送アームのフォークやアーム部は高温のウエハからの伝熱によって加熱されるが、アーム部に内蔵されるベアリングや駆動ベルトが熱によって破損するおそれがある。そこで、ベアリングや駆動ベルトを廃して耐熱性を高めるためにフォークとアーム部を一体化したエンドエフェクタを有する１リンク形式の搬送アームが本出願人によって提案されている（例えば、特許文献１参照。）。１リンク形式の搬送アームでは、ウエハを搬送する際、エンドエフェクタがウエハを把持するが、当該搬送アームを伸長させるとエンドエフェクタが回転するため、該エンドエフェクタが把持するウエハも回転する。一方、基板処理システムではウエハへ正確に所定の処理を施すために、ウエハを所望の回転角で載置台へ正確に載置する必要がある。
特願２０１６−０１６８６３号明細書
しかしながら、基板処理システムの各構成要素の熱膨張に起因するウエハの実質的な搬送距離の変化に対応し、若しくは、把持されるウエハのエンドエフェクタに対する位置ずれの修正に伴うウエハの搬送距離の変化に対応するために、ウエハの搬送量、すなわち、搬送アームの伸長量を変更する必要が生じる場合がある。この場合、搬送アームの伸長量の変更により、ウエハが所定の回転角よりも余分に回転し、ウエハを所望の回転角で載置台へ正確に載置することができないという問題が生じる。
本発明の目的は、基板を所望の回転角で正確に載置することができる基板搬送方法及び基板処理システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の基板搬送方法は、基板を搬送元から受け取り且つ搬送先へ搬送する搬送系を備え、前記搬送系は前記基板を把持する把持部を有し、前記基板を搬送するために前記搬送系が伸長する際に前記搬送系が前記把持部を回転させる基板処理システムにおける基板搬送方法であって、前記搬送先における前記基板の回転方向のずれを算出する第１のステップと、前記算出された基板の回転方向のずれを解消するように、前記搬送元において前記基板を前記搬送系が受け取る際の前記把持部に対する前記基板の回転角を変更する第２のステップとを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の基板処理システムは、基板を搬送元から受け取り且つ搬送先へ搬送する搬送系と、制御部とを備え、前記搬送系は前記基板を把持する把持部を有し、前記基板を搬送するために前記搬送系が伸長する際に前記搬送系が前記把持部を回転させる基板処理システムであって、前記制御部は、前記搬送先における前記基板の回転方向のずれを算出し、さらに、前記算出された基板の回転方向のずれを解消するように、前記搬送元において前記基板を前記搬送系が受け取る際の前記把持部に対する前記基板の回転角を変更することを特徴とする。
本発明によれば、搬送先における基板の回転方向のずれを解消するように、搬送元において基板を搬送系が受け取る際の把持部に対する基板の回転角が変更される。これにより、搬送先において基板の回転方向のずれが生じるのを防止することができ、もって、搬送先において基板を所望の回転角で正確に載置することができる。
本発明の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。 図１における搬送アームの構成を説明するための平面図であり、図２（Ａ）は搬送アームの収縮時を示し、図２（Ｂ）は搬送アームの伸長時を示し、図２（Ｃ）は搬送アームが図２（Ｂ）に示す状態よりもさらに微少距離だけ伸長した場合を示す。 ウエハの回転角及び搬送アームの伸長量の関係を示すグラフである。 フォークに対するウエハの位置ずれの算出方法を説明するための図である。 基板処理システムの各構成要素の熱膨張量の算出方法を説明するための図である。 搬送アームがウエハを受け取る際のフォークに対するウエハの回転角を変更する方法を説明するための図である。 搬送アーム１８の変形例の構成を説明するための平面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。なお、説明を容易にするために、図１では内部の構成要素の一部が透視されるように描画される。
基板処理システム１０は、高温処理である成膜処理やプラズマを用いたエッチング処理を実行する４つの真空処理室１１（搬送先）と、各真空処理室１１と接続される真空搬送室１２と、該真空搬送室１２に接続され、内部を大気圧及び真空のいずれかに切り替え可能な２つのロードロック室１３（搬送元）と、真空処理室１１との間に各ロードロック室１３を挟んで接続される内部が大気圧の搬出入室１４と、各構成要素の動作を制御するコントローラ１５（制御部）とを備える。各真空処理室１１及び真空搬送室１２の間、並びに各ロードロック室１３及び真空搬送室１２の間にはゲート１６が配置され、各ロードロック室１３及び搬出入室１４の間にはゲート１７が配置される。
真空搬送室１２は、各真空処理室１１や各ロードロック室１３の間でウエハＷを搬送する１リンク形式の搬送アーム１８（搬送系）と、各ゲート１６の前に配置された６つのセンサユニット１９とを内蔵する。なお、搬送アーム１８は２つの（後述する）エンドエフェクタ２７を有し、２つのエンドエフェクタ２７は重畳して配置される。各センサユニット１９は、２つの透過式の光学センサ１９ａ，１９ｂを有し、搬送アーム１８によって各真空処理室１１及び各ロードロック室１３の間を搬送されるウエハＷのエッジや搬送アーム１８のエッジの位置を特定する。各ロードロック室１３はステージ２０を内蔵し、該ステージ２０にウエハＷを載置させることにより、真空搬送室１２及び搬出入室１４の間におけるウエハＷの受け渡しを行う。なお、各ロードロック室１３はステージ２０の代わりにウエハＷを保持するバッファープレート内蔵してもよい。搬出入室１４は、複数のウエハＷを収容する容器２１が取り付けられるウエハＷの搬出入口としての３つのポート２２と、ウエハＷを回転させてウエハＷの位置を調整するオリエンタ２３と、各ポート２２、オリエンタ２３及び各ロードロック室１３の間でウエハＷを搬送する大気搬送アーム２４とを有する。
図２は、図１における搬送アームの構成を説明するための平面図であり、図２（Ａ）は搬送アームの収縮時を示し、図２（Ｂ）は搬送アームの伸長時を示し、図２（Ｃ）は搬送アームが図２（Ｂ）に示す状態よりもさらに微少距離だけ伸長した場合を示す。
図２において、搬送アーム１８は、円柱状の台座２５と、アーム部２６と、重畳して配置される２つのエンドエフェクタ２７とを有する。なお、図２以降では、搬送アーム１８において、２つのエンドエフェクタ２７の片方が省略して描画される。また、アーム部２６は一端２６ａが台座２５へ取り付けられ、内蔵する駆動ベルトによって当該台座２５の中心軸周り且つ水平に回動する。エンドエフェクタ２７は途中で屈曲する長板状部材からなり、一端２７ａがアーム部２６の半円状の他端２６ｂへ取り付けられる。エンドエフェクタ２７は、アーム部２６が内蔵する駆動ベルトによってアーム部２６の他端２６ｂの中心軸周り且つ水平に回動する。エンドエフェクタ２７の他端２７ｂには二股状のフォーク２８（把持部）が形成され、該フォーク２８はウエハＷを把持する。また、エンドエフェクタ２７はメカ機構を内蔵しないバルク材からなり、例えば、セラミックス等の耐熱材から構成される。
搬送アーム１８ではアーム部２６及びエンドエフェクタ２７が回転角を調整しながら協働することにより、フォーク２８に把持されるウエハＷを直進（図中左右方向に移動）させて搬送する。しかしながら、フォーク２８はエンドエフェクタ２７に一体化され、ウエハＷの搬送中にエンドエフェクタ２７はアーム部２６の他端２６ｂの中心軸周りに回動するため、フォーク２８も回転しながら移動する。したがって、搬送アーム１８が伸長する際、該搬送アーム１８はフォーク２８を回転させる。また、搬送アーム１８が伸長する際、フォーク２８に把持されるウエハＷも回転する。具体的には、図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示すように、破線で示されるウエハＷの直進方向を基準とする座標系（以下、「直進方向座標系」という。）に対して一点鎖線で示されるフォーク２８の中心を基準とする座標系（以下、「フォーク座標系」という。）が回転する。その結果、搬送アーム１８の収縮時（図２（Ａ））と伸長時（図２（Ｂ））とでは直進方向座標系に対するフォーク座標系の回転角が異なる。
ところで、基板処理システム１０では、各真空処理室１１において成膜処理が繰り返されると基板処理システム１０の各構成要素の温度が上昇し、各構成要素が熱膨張してロードロック室１３から真空処理室１１までの距離、すなわち、ウエハＷの搬送距離が変化する。また、フォーク２８に対してウエハＷがずれて把持される場合、フォーク２８に対するウエハＷの位置ずれを算出した後、算出されたウエハＷの位置ずれを修正するようにウエハＷの搬送軌道を調整するが、このときもウエハＷの搬送距離が変化する。例えば、ウエハＷの搬送距離の変化に対応するために搬送アーム１８の伸長量をＬａ（図２（Ｂ）参照）からＬｂ（図２（Ｃ）参照）に微少変更した際、搬送アーム１８の伸長量の微少変更に伴ってフォーク２８が微少回転し、フォーク２８に把持されるウエハＷも微少回転する。例えば、図３に示すように、伸長量がＬａ（９６９．５ｍｍ）からＬｂ（９７０．５ｍｍ）に変更されたとき、ウエハＷの回転角は１０．７９（ｄｅｇ）から１０．６２（ｄｅｇ）へと変化する。その結果、真空処理室１１においてウエハＷが所望の回転角よりも微少回転した状態で、例えば、真空処理室１１のステージ（図示しない）に載置される。すなわち、真空処理室１１においてウエハＷの回転方向のずれが生じる。
図４は、フォークに対するウエハの位置ずれの算出方法を説明するための図である。
基板処理システム１０では、搬送アーム１８によって真空処理室１１へウエハＷを搬入する際、センサユニット１９がウエハＷのエッジの位置を特定する。具体的には、ウエハＷの搬送中、まず、ウエハＷのエッジが光学センサ１９ａや光学センサ１９ｂの対面を横切る際のフォーク２８の中心の位置と、光学センサ１９ａや光学センサ１９ｂの位置との相対的な位置関係からウエハＷのエッジの位置を特定する。なお、フォーク２８の中心の位置は搬送アーム１８のエンコーダ値から算出される。その後、特定されたウエハＷのエッジの位置からウエハＷの中心の位置を算出し、さらに、ウエハＷの中心の位置及びフォーク２８の中心の位置に基づいてフォーク２８に対するウエハＷの位置ずれを算出する。
図５は、基板処理システムの各構成要素の熱膨張量の算出方法を説明するための図である。
基板処理システム１０では、搬送アーム１８によって真空処理室１１へウエハＷを搬入する際や真空処理室１１からウエハＷを搬出する際、各構成要素の熱膨張量を算出する。具体的には、熱膨張した搬送アーム１８によるウエハＷの搬送中、まず、エンドエフェクタ２７（フォーク２８）のエッジが光学センサ１９ｂの対面を横切る際、フォーク２８のエッジの位置を特定する（図５（Ａ））。このとき、搬送アーム１８のエンコーダ値から熱膨張していないときのフォーク２８のエッジの位置も特定する。その後、特定された２つのエッジの位置の差から搬送アーム１８の熱膨張量を算出する。また、フォーク２８のエッジが光学センサ１９ａの対面を横切る際も、フォーク２８のエッジの位置を特定する（図５（Ｂ））。さらに、このときの搬送アーム１８のエンコーダ値から熱膨張していないときのフォーク２８のエッジの位置も特定する。その後、特定された２つのエッジの位置の差からも搬送アーム１８の熱膨張量を算出する。次いで、算出された搬送アーム１８の２つの熱膨張量から基板処理システム１０の各構成要素の熱膨張量を算出する。例えば、算出された搬送アーム１８の２つの熱膨張量の平均値を基板処理システム１０の各構成要素の熱膨張量として算出する。
本実施の形態では、算出されたフォーク２８に対するウエハＷの位置ずれの修正に伴うウエハＷの搬送距離の変化や算出された基板処理システム１０の各構成要素の熱膨張量に対応するウエハＷの搬送距離の変化に伴う真空処理室１１におけるウエハＷの回転方向のずれ（以下、「搬送先の回転方向ずれ」という。）を解消するように、ロードロック室１３において搬送アーム１８がウエハＷを受け取る際のフォーク２８に対するウエハＷの回転角（以下、「受け取り時のウエハ回転角」という。）を変更する。また、搬送先の回転方向ずれは、ウエハＷの搬送距離の変化に基づいて、例えば、図３に示す、ウエハＷの回転角及び搬送アーム１８の伸長量の関係から算出する。
図６は、搬送アームがウエハを受け取る際のフォークに対するウエハの回転角を変更する方法を説明するための図である。
まず、基板処理システム１０の各構成要素の熱膨張が発生していないときやフォーク２８に対するウエハＷの位置ずれが発生していないときに、ロードロック室１３において搬送アーム１８がウエハＷを受け取るための搬送アーム１８の伸長量をＬｃとする。このとき、ロードロック室１３においてウエハＷはステージ２０の中心に載置され、且つフォーク座標系と、ウエハＷのノッチＮ及びウエハＷの中心を基準とする座標系（以下、「ウエハ座標系」という。）とが一致すると仮定する（図６（Ａ））。
その後、搬送アーム１８によって次に搬送されるウエハＷを、大気搬送アーム２４によってステージ２０に載置する。このとき、大気搬送アーム２４はウエハＷをステージ２０の中心からオフセットさせて載置する。ステージ２０の中心からオフセットされたウエハＷを受け取るための搬送アーム１８の伸長量はＬｃと異なるＬｄとなる。この搬送アーム１８の伸長量の変化（ＬｃからＬｄへの変化）に伴い、図６（Ｂ）に示すようにフォーク座標系（図中一点鎖線で示す。）がウエハ座標系（図中破線で示す。）に対して回転方向にずれる。このときの回転方向のずれ量は、搬送アーム１８の伸長量の変化と、図３に示す、ウエハＷの回転角及び搬送アーム１８の伸長量の関係とに基づいて算出することができる。本実施の形態では、ステージ２０の中心からオフセットされたウエハＷを搬送アーム１８が受け取る際のフォーク座標系のウエハ座標系に対する回転方向のずれの絶対値を、搬送先の回転方向ずれの絶対値と同じにし、且つフォーク座標系のウエハ座標系に対する回転方向のずれのずれ方向を搬送先の回転方向ずれのずれ方向と同じにすることにより、ウエハＷを真空処理室１１へ搬送した際の搬送先の回転方向ずれを無くすことができる。
本実施の形態によれば、搬送先の回転方向ずれを解消するように、ロードロック室１３において受け取り時のウエハ回転角が変更される。これにより、真空処理室１１においてウエハＷの回転方向のずれが生じるのを防止することができ、もって、真空処理室１１においてウエハＷを所望の回転角でステージに正確に載置することができる。
また、本実施の形態では、ロードロック室１３においてウエハＷを搬送アーム１８が受け取る際の搬送アーム１８の伸長量を変更させて受け取り時のウエハ回転角が変更されるので、ウエハＷをステージ２０に載置する際にウエハＷの回転角を変更する必要が無い。これにより、ステージ２０や大気搬送アーム２４にウエハＷの回転機構を設ける必要を無くすことができ、もって、基板処理システム１０の構成が複雑になるのを防止することができる。
さらに、本実施の形態では、算出された搬送先の回転方向ずれが許容値を超えたときのみ、受け取り時のウエハ回転角を変更させてもよい。これにより、ロードロック室１３におけるウエハＷの回転角の変更が頻繁に実行されるのを抑制することができ、もって、ウエハＷの搬送のスループットが低下するのを抑制することができる。
また、本実施の形態では、搬送先の回転方向ずれを解消するために、ウエハの回転角がオリエンタ２３ではなく、ロードロック室１３において変更される。すなわち、搬送アーム１８によるウエハＷの搬送の直前にウエハの回転角が変更される。これにより、例えば、ウエハＷがオリエンタ２３からロードロック室１３に搬送される間に追加の工程を組み込んでも、搬送先の回転方向ずれを解消するためのウエハの回転角の変更の精度が低下することがない。その結果、ウエハＷの搬送工程の設計の自由度を増すことができる。
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
例えば、フォーク２８に対するウエハＷの位置ずれや搬送アーム１８の熱膨張量はセンサユニット１９を用いて算出したが、真空搬送室１２の内部にカメラを設け、該カメラによって搬送中のウエハＷのエッジの位置を特定し、若しくは、フォーク２８のエッジの位置を特定することにより、フォーク２８に対するウエハＷの位置ずれや搬送アーム１８の熱膨張量を算出してもよい。また、搬送アーム１８の温度を非接触の温度センサを用いて測定することにより、搬送アーム１８の熱膨張量を算出してもよい。
また、フォーク２８はウエハＷを把持する際、大部分をウエハＷによって覆われるため、センサユニット１９でフォーク２８のエッジの位置を特定するのは多少困難が伴う。これに対応して、図７に示すように、フォーク２８へウエハＷに覆われないように突起２８ａを設け、センサユニット１９によって突起２８ａのエッジを特定することにより、搬送アーム１８の熱膨張量を算出してもよい。この場合、搬送アーム１８の熱膨張量の算出ミスの発生を抑制することができる。
さらに、上述した実施の形態では、搬送アーム１８の伸長量を変更させて受け取り時のウエハ回転角を変更したが、ステージ２０や大気搬送アーム２４がウエハＷの回転機構を備え、回転機構によってウエハＷを回転させてステージ２０に載置することにより、受け取り時のウエハ回転角を変更してもよい。
また、搬送アーム１８は１リンク形式の搬送アームであるが、搬送アーム１８が２リンク形式のスカラ型やフロッグレッグ型の搬送アームであっても、ウエハＷが搬送される際に回転すれば、本発明を適用することができる。
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コントローラ１５等が備えるコンピュータ（図示しない）に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
１１ 真空処理室
１３ ロードロック室
１８ 搬送アーム
２０ ステージ
２７ エンドエフェクタ
２８ フォーク

Claims (7)

  1. 基板を搬送元から受け取り且つ搬送先へ搬送する搬送系を備え、前記搬送系は前記基板を把持する把持部を有し、前記基板を搬送するために前記搬送系が伸長する際に前記搬送系が前記把持部を回転させる基板処理システムにおける基板搬送方法であって、
    前記搬送先における前記基板の回転方向のずれを算出する第１のステップと、
    前記算出された基板の回転方向のずれを解消するように、前記搬送元において前記基板を前記搬送系が受け取る際の前記把持部に対する前記基板の回転角を変更する第２のステップとを有することを特徴とする基板搬送方法。
  2. 前記算出された基板の回転方向のずれが許容値を超えたときに、前記第２のステップを実行することを特徴とする請求項１記載の基板搬送方法。
  3. 前記第２のステップでは、前記搬送元において前記基板を前記搬送系が受け取る際の前記搬送系の伸長量を変更させ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。
  4. 前記第１のステップでは、前記基板処理システムの各構成要素の熱膨張に起因する前記基板の搬送距離の変化に対応するために前記搬送系の伸長量を変更した際、前記搬送系の伸長量の変更に起因する前記搬送先における前記基板の回転方向のずれを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板搬送方法。
  5. 前記第１のステップでは、前記把持部に対する前記基板の位置ずれの修正に伴う前記基板の搬送距離の変化に対応するために前記搬送系の伸長量を変更した際、前記搬送系の伸長量の変更に起因する前記搬送先における前記基板の回転方向のずれを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板搬送方法。
  6. 前記搬送系は１リンク形式の搬送アームであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板搬送方法。
  7. 基板を搬送元から受け取り且つ搬送先へ搬送する搬送系と、制御部とを備え、前記搬送系は前記基板を把持する把持部を有し、前記基板を搬送するために前記搬送系が伸長する際に前記搬送系が前記把持部を回転させる基板処理システムであって、
    前記制御部は、前記搬送先における前記基板の回転方向のずれを算出し、さらに、前記算出された基板の回転方向のずれを解消するように、前記搬送元において前記基板を前記搬送系が受け取る際の前記把持部に対する前記基板の回転角を変更することを特徴とする基板処理システム。

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