JP2012094554A - 真空処理装置、電子部品の製造方法及び真空処理プログラム - Google Patents

真空処理装置、電子部品の製造方法及び真空処理プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 基板搬送用ロボットのフィンガーの変形を精度よく検出する。
【解決手段】 基板を保持可能なフィンガーを有した基板搬送用のロボット、及び、前記ロボットにより基板を搬出入させるための基板搬送口を備えた搬送チャンバと、前記基板搬送口に着脱可能に接続され、前記搬送チャンバ内部に連通する開口を有し、外部に対して密閉された内部空間を形成する筐体、及び、前記内部空間に挿入される前記フィンガーの変形を検出するための変位センサを備えたセンシングポートと、前記搬送チャンバに設けられる排気口を介して、前記搬送チャンバ及び前記筐体内部を排気する排気手段と、前記排気手段により前記搬送チャンバ及び筐体内部を減圧させた状態で、前記筐体の内部空間に挿入されたフィンガーの形状の前記変位センサによる検出結果を取得する制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板搬送ロボットのフィンガーの変形を迅速かつ精度良く検出可能な真空処理装置、電子部品の製造方法及び真空処理プログラムに関する。
従来、半導体装置などの電子部品の製造装置としては、基板やトレイを搬送するロボットを搬送チャンバに配置し、その搬送チャンバの周囲に配された処理を行うプロセスチャンバに基板やトレイを搬送することで、処理を行う装置が知られている。このような装置では、例えば、特許文献１に示すように、基板やトレイをプロセスモジュールに適切に配置するために、基板やトレイの位置ずれを求めて補正する方法が知られている。
特開２００２−２６１１５４号公報
しかしながら、基板を搬送するロボットのアームやフィンガーの変形については測定することができなかった。この理由としては、各種のプロセスチャンバに対応して、搬送チャンバではアームの可動スペースを大きく確保しなければならないため、センサ類を配置するのが困難である点が挙げられる。これに対し、センサ類をプロセスチャンバに置くことも考えられるが、プロセスの合間に形状異常を検出するアームを導入するために、わざわざプロセスチャンバ内を真空排気したり、タクトタイム内で通常のプロセス時間に測定時間を付加したりすることは工程上大きなロスで、やはり実現できなかった。
このため、アームやフィンガーの変形を発見できず、変形したアームやフィンガーが基板やステージを傷つけてしまうという問題があった。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、稼動中に真空を破ることなく精度よくフィンガーの変形を検出可能な手段を提供することをその目的とする。
本発明は、基板を保持可能なフィンガーを有した基板搬送用のロボット、及び、前記ロボットにより基板を搬出入させるための基板搬送口を備えた搬送チャンバと、前記基板搬送口に着脱可能に接続され、前記搬送チャンバ内部に連通する開口を有し、外部に対して密閉された内部空間を形成する筐体、及び、前記内部空間に挿入される前記フィンガーの変形を検出するための変位センサを備えたセンシングポートと、前記搬送チャンバに設けられる排気口を介して、前記搬送チャンバ及び前記筐体内部を排気する排気手段と、前記排気手段により前記搬送チャンバ及び筐体内部を減圧させた状態で、前記筐体の内部空間に挿入されたフィンガーの形状の前記変位センサによる検出結果を取得する制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、ロボットフィンガーの変形により基板を傷つけることを防止できる。
センシングポートを備えた真空処理装置の概略平面図である。 真空処理装置の機能ブロック図である。 センシングポートの概要を表す斜視図である。 センシングポートの正面図（図３の矢印Ｙ方向から見た図）である。 センシングポートの断面図（図４のＡ−Ａ線断面図）である。 第１実施形態に係る異常検出動作を示すフローチャートである。 第２実施形態による異常検出方法を説明するための筐体の平面図である。 第２実施形態に係る異常検出動作を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る異常検出動作を示すフローチャートである。
［第１実施形態］
図１に本実施形態に係るセンシングポート１５０を備えた真空処理装置の概略平面図、図２に真空処理装置の機能ブロックを示す。
図１の真空処理装置は、クラスタ型の真空処理装置であり、基板に対して処理を行うためのプロセスモジュール２００と、基板搬送を行うための搬送モジュール１００と、これらを制御する真空処理装置制御部ＣＯＭと、ロードロック／アンロードロックモジュールＬＬ／ＵＬと、を備える。真空処理装置制御部ＣＯＭは、例えばコンピュータを備えて構成され、所定の基板の処理手順（レシピ）に従って、各プロセスモジュール２００や搬送モジュール１００を制御し、基板に対しレシピに定められた一連の処理を実行させる。なお、真空処理装置制御部ＣＯＭは、キーボードやマウスなどの入力装置、スピーカやディスプレイなどの出力装置を備えたユーザインタフェース３００が接続しており、ユーザによりレシピやその他の指示の入力が可能である。ロードロック／アンロードロックモジュールＬＬ／ＵＬは、基板供給装置ＦＥに接続され、基板を搬送モジュール１００に導入する。
プロセスモジュール２００は、基板に対して処理を施すためのモジュールであり、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜が可能な成膜モジュールや、ドライエッチングなどが可能なエッチングモジュール、加熱や冷却が可能な温度調整モジュールが挙げられる。また、プロセスモジュール２００は、基板処理室としてのチャンバと、基板の搬送時にチャンバ内部を減圧する排気ポンプと、モジュールの各構成要素を制御するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）などの制御部と、を備える。
搬送モジュール１００は、基板処理室としての搬送チャンバ１１０と、搬送ロボット１２０と、搬送モジュール制御部１３０（図１に不図示）と、センシングポート１５０と、排気ポンプ１９２（図１に不図示）と、を備える。搬送チャンバ１１０は、周囲に複数の基板搬送口が開口しており、これにゲートバルブＧＶを介してプロセスモジュール２００を接続可能である。図１の例では、搬送チャンバ１１０は正八角柱状であり、各側面に基板搬送口が形成され、８個のプロセスモジュール２００を接続可能になっている。なお、搬送チャンバ１１０の形状や基板搬送口の数はこれに限定されない。排気ポンプ１９２は、チャンバ内部を排気するためのポンプ（ターボ分子ポンプ、ドライポンプなど）であり、排気ポンプ１９２により搬送チャンバ１１０及びセンシングポート１５０内部を減圧した状態で基板を導入する。
搬送ロボット１２０は、搬送チャンバ１１０内に配され、搬送チャンバ１１０周囲に接続されたプロセスモジュール２００と搬送チャンバ１１０との間で基板を搬送する。具体的に、本実施形態に係る搬送ロボット１２０は、アーム１２１と、アーム１２１の先端に取り付けられた基板載置用のフィンガー１２２と、を備える。さらに、搬送ロボット１２０は、配置中心を軸にアーム１２１を回転させる回転駆動部１２７と、アーム１２１を上記回転面内で径方向に伸縮させる伸縮駆動部１２６と、アーム１２１を高さ方向（上記回転面に垂直な方向）に駆動させる高さ駆動部１２５と、を備える。つまり、回転駆動部１２７の回転動作によりいずれのプロセスモジュール２００に搬送するか搬送方向を決定し、伸縮駆動部１２６の伸長動作によりプロセスモジュール２００に応じた所定の搬送距離移動させ、プロセスモジュール２００内の所定位置への基板搬送を行う。そして、高さ方向への移動により、基板の受け渡し動作が可能である。なお、伸縮駆動部１２６や回転駆動部１２７は、例えばモータを備えて構成され、高さ駆動部１２５は、例えばボールねじを備えて構成される。
図３にセンシングポート１５０の概要を表す斜視図を、図４にセンシングポート１５０の正面図（図３の矢印Ｙ方向から見た図）、図５にセンシングポート１５０の断面図（図４のＡ−Ａ線断面図）を示す。
センシングポート１５０は、フィンガー１２２の変形を検出するための装置であり、搬送チャンバ１１０の基板搬送口１１１に連通し、かつ、外部に対して密閉された内部空間を形成する筐体１５２と、フィンガー１２２の位置を検出する変位センサ１５１と、を備える。本実施形態では、筐体１５２は、開口１５３を有する箱状に形成され、その開口側端部が搬送チャンバ１１０の外壁面にボルト１５２ｂｔ（図４参照）によって固定されている。筐体１５２の材質は特に限定されないが、例えば、搬送チャンバ１１０のと同じ材質（例えば、Ａｌなど）を用いることができる。また、図５に示すように、筐体１５２と搬送チャンバ１１０との接続端面には、シール部材１５２ｓとして、例えばフッ素ゴムなどからなるＯリングが開口１５３の周囲を囲むようにして介装され、外部に対して密閉される。開口１５３の大きさや筐体１５２の大きさは特に限定されないが、本実施形態では、図５に示すように、開口１５３が搬送チャンバ１１０の基板搬送口１１１よりも小さく形成されている。
また、図３に示すように、筐体１５２の正面には、石英ガラスなどの透明材料で形成された監視用窓１５３ｇが設けられ、内部を目視可能になっている。これにより、フィンガー１２２の変形を実際に確認することができる。なお、監視用窓１５３ｇは、図４に監視用窓１５３ｇを透過して示すように、シール部材１５３ｓとしてのＯリングを介しボルト１５３ｂｔによって筐体１５２に固定されている。
また、変位センサ１５１は、本実施形態では、筐体１５２の外部に設けられ、測定対象となるフィンガー１２２に非接触でその高さを測定可能である。具体的には、変位センサ１５１として、測定位置に移動したフィンガー１２２に対しレーザ光を放射する発光素子と、フィンガー１２２からの反射光を検出する受光素子と、を有するレーザ式の変位センサを用いる。これを、測定位置に移動したフィンガー１２２と高さ方向で対向する位置に設けることで、反射光の受光量に基づきフィンガー１２２の高さを検出可能である。なお、筐体１５２は、開口１５３と変位センサ１５１の発光素子との間の部分に貫通孔１５４を有すると共に、当該貫通孔１５４の端部を塞ぐセンサ用窓１５４ｇを有し、レーザ光が透過可能になっている。なお、センサ用窓１５４ｇも図５に示すようにシール部材１５４ｓを介してボルト１５４ｂｔにより固定され、筐体１５２の内部が密閉される。
なお、変位センサ１５１は、ケーブル１５１ｃにより増幅器（不図示）に接続され、これを介してさらに搬送モジュール制御部１３０に接続しており、搬送モジュール制御部１３０に測定結果を出力する。なお、本実施形態では、フィンガー１２２の両端の高さを夫々測定するために、変位センサ１２２を２つ設けているが、センサの設置箇所や設置個数はこれに限定されるものではない。例えば、３つ以上設けてもよいし、フィンガー１２２の端部の１箇所の高さのみを検出するようにしてもよい。
搬送モジュール制御部１３０は、コンピュータやＰＬＣなどを備えて構成され、排気ポンプ１９２などの搬送モジュール２００の各構成要素を制御する機能を有する。本実施形態では、プログラムの実行により実現される、搬送制御部１３１及び異常判定部１３２の各機能部を備える。搬送制御部１３１は、搬送ロボット１２０を制御する機能を有する。具体的には、搬送制御部１３１は、真空処理装置制御部ＣＯＭから取得するレシピ（あるいは基板搬送手順を指定するデータ）及びティーチングデータに基づいて、搬送ロボット１２０に搬送位置を指定した搬送指令を出力する。搬送位置は、例えば、角度（回転駆動部の回転位置）、搬送距離（アーム１２１の伸縮位置）及び高さ（アーム１２１の高さ）により指定され、例えば搬送位置とプロセスモジュール２００とを対応させた、ティーチングデータとして記憶部１３３に保持される。異常判定部１３２は、詳細な動作は後述するが、フィンガー１２２の異常検出タイミングになると、搬送制御部１３１を介して搬送ロボット１２０にセンシングポート１５０への移動指令を出力し、変位センサ１５１からの入力に基づいて異常判定を行う。また、形状異常が補正可能な範囲であると判定した場合は、ティーチングデータを補正する補正処理を行う。
次に、図６のフローチャートを用いて、変位センサ１５１による異常検出動作フローを説明する。
まず、ステップＳ１０１において、搬送チャンバ１１０及びこれに接続するセンシングポート１５０内部を排気ポンプ１９２により排気し、例えば１．０×１０−３Ｐａ以下の減圧状態とする。その後、搬送ロボット１２０により、レシピに従い各プロセスモジュール２００への基板搬送を行う（ステップＳ１０２）。なお、基板搬送前に基板の搬送先となるプロセスモジュール２００で排気処理を行い、内部を例えば１．０×１０−３Ｐａ以下の減圧状態としてから、搬送チャンバ１１０との間のゲートバルブＧＶを開き、搬送チャンバ１１０からプロセスモジュール２００に基板を搬送させる。
そして、搬送モジュール制御部１３０は、基板搬送の合間に、測定タイミングであるかを判定し（ステップＳ１０３）、測定タイミングがきたら（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、搬送ロボット１２０を測定位置へ移動させる（ステップＳ１０４）。測定タイミングは、予めプログラムにより定めてもよいし、ユーザインターフェース３００を介したユーザからの指示の入力によって測定を行わせるようにしてもよい。なお、このときアーム１２１には基板を載置しない状態で測定を行うが、基板を載置させた状態で測定を行ってもよい。但し、基板を載置させた状態だと、基板の載置位置や重みによって変形状態も異なってしまうことから、基板を載置させない状態で測定した方が、より精度の高い検出が可能である。
アーム１２１が測定位置で停止後、変位センサ１５１からの入力信号に基づき、フィンガー両端１２２ａ、１２２ａの高さを夫々演算し（ステップＳ１０５）、異常であるかを判定する（ステップＳ１０６）。異常であるかの判定は、例えば、フィンガー両端１２２ａ、１２２ａの高さの夫々が所定範囲内にあるかを判定することにより行う。異常と判定された場合（ステップＳ１０６：異常）は、ユーザに交換通知を行う。これは、例えば、アラームによる報知、画面への警告表示の出力等による。
一方、フィンガー両端１２２ａ、１２２ａの高さが所定値とずれているが、補正可能な範囲にある場合（ステップＳ１０７：補正可能範囲）は、補正処理を行い（ステップＳ１０８）、ステップＳ１１０に移行する。補正処理は、例えば、高さ方向のティーチングデータを補正することにより行う。より具体的には、フィンガー１２２の先端が熱変形等により上側に反ってしまっている場合は、例えば、基板をプロセスモジュール２００内に載置するときの高さ方向のティーチングデータの初期値ｈ０を、沿った分Δｈだけ低い値ｈ０′（＝ｈ０−Δｈ）に修正する。補正処理の後、交換予告通知を行う（ステップＳ１０９）。これは交換時期が近いことの通知であり、例えば、変形量を表示させたり、交換が必要と推測される時期を表示したりすることにより行う。
フィンガー両端１２２ａ、１２２ａの高さが補正も交換も必要のない、正常な範囲にあると判定された場合（ステップＳ１０６：正常）は、ステップＳ１１０に移行し、フィンガー両端１２２ａ、１２２ａの高さの差が所定閾値以内かを判定する。所定閾値を超えると判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）は、交換通知を行う（ステップＳ１０７）。正常である場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）は、再びレシピに従って基板搬送を実行する（ステップＳ１０２）。
以上のように、フィンガーの変形を検出するためのセンシングポート１５０を、搬送チャンバと排気ポンプを共用可能に設けることで、測定のために排気処理を行ったりする等のロスを伴うことなく、常時、精度良くフィンガーの変形を検出可能である。これにより、基板を傷つけたりするのを防止できる。
さらに、変形量が大きい場合は、自動的に補正を行うことで、基板の位置ずれ等も防止できる。また、補正量が規定量を超えた場合、装置の稼働停止時期やロボットの交換の時期を察知でき、前もって準備を行うこともできる。
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、変位センサ１５１として、高さ方向の変位センサを２個用いた第１実施形態と異なり、１つは高さ方向の変位センサを用い、１つは伸縮方向及び回転方向の位置を検出可能な２次元の変位センサを用いている。その他の点では、第１実施形態と共通するので、詳細な説明は省略する。
図７に、本実施形態による異常検出方法を説明するための筐体１５２の平面図を示す。
フィンガー１２２の先端の一方に位置検出用のマーク１２２ｍを付し、２次元の変位センサ１５１によりこのマーク１２２ｍの回転平面内の２次元座標（ｘ、ｙ）を取得する。２次元の変位センサ１５１としては、例えばＣＣＤセンサを用い、このマーク１２２ｍを撮像する。なお、変位センサ１５１の設置位置は、第１実施形態と同じである。
次に、図８のフローチャートを用いて、第２実施形態に係る異常検出動作フローを説明する。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。ステップＳ２０５において、高さ方向の変位センサ１５１からの入力に基づき、搬送モジュール制御部１３０でフィンガー１２２の先端高さを演算する。次に、２次元の変位センサ１５１からのマーク１２２ｍの撮像データの入力に基づき、搬送モジュール制御部１３０でその２次元座標（ｘ、ｙ）を取得する。そして、これを搬送ロボット１２０の配置中心を基準とした（ｒ、θ）座標に変換することで、回転方向位置及び伸縮方向位置を取得する（ステップＳ２０６）。
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０５及びＳ２０６で取得したフィンガー１２２先端の高さ方向位置、回転方向位置、及び、伸縮方向位置の各検出結果に基づいて、異常判定を行う。異常判定は、例えば、各方向の位置が所定の閾値内にあるかを判定することにより行う。もちろん、各方向の位置の組み合わせが所定閾値の組み合わせ範囲にあるかにより判定してもよい。
この結果、異常範囲と判定した場合（ステップＳ２０７：異常）は、ユーザに交換通知を行う（ステップＳ２０８）。一方、正常範囲内であると判定した場合（ステップＳ２０７：正常）は、ステップＳ２０２に戻り、それ以降の動作を繰り返す。正常範囲よりもずれているが、補正可能範囲にあると判定した場合（ステップＳ２０７：補正可能）は、ティーチングデータの補正処理を行い（ステップＳ２０９）、ステップＳ２０２に戻り、それ以降の動作を繰り返す。
以上のように、高さ方向、回転方向及び伸縮方向の全てを検出し、異常判定に用いることで、種々の形状変化を検出でき、基板の位置ずれやフィンガー１２２の衝突などを防止できる。
なお、本発明の適用は上記第２実施形態で示したものに限定されない。例えば、要交換と判定する場合は、高さ方向位置の検出結果だけを用い、伸縮方向位置や回転方向位置の検出結果は、ティーチング補正にのみ用いてもよい。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、第２実施形態と略同じであるが、２つの変位センサ１５１の代わりに、１つの高さ方向の変位センサ１５１と、温度センサを用いた点で異なっている。センシングポートにおけるセンサの設置位置は、他の実施形態と同様である。温度センサとしては、例えば、放射温度計を用いることができる。
この場合の異常検出フローについて、図９を参照して説明する。
ステップＳ３０１〜Ｓ３０５は第２実施形態と同様である。次のステップＳ３０６において、フィンガー先端１２２ａの温度を検出する。そして、続くＳ３０７の異常判定において、フィンガー先端１２２ａの高さが所定閾値内にあるかを判定する。このとき、フィンガー先端１２２ａの温度に応じて、異なる閾値を適用する。具体的には、例えば、温度が高いほど閾値の範囲を大きくし、高温になったことにより一時的に変形が発生している場合に異常と判定しないようにし、逆に温度が低くても変形量が大きく塑性変形が発生している場合は異常と判定できるようにする。その後、異常と判定した場合は交換通知を行い（ステップＳ３０８）、補正可能範囲であると判定した場合はティーチング補正を行い（ステップＳ３０９）、正常の場合はステップＳ３０２以降の処理を繰り返す。
以上のように、変位センサと温度センサを組合せることで、任意のプロセスの合間に異常検出を行ったとしても、定常的な形状異常の発生を検出できる。なお、温度センサを変位センサとして用いてもよい。つまり、温度の測定結果に基づいて、変形量を推定し、この変形量を異常判定に用いてもよい。
１００ 搬送モジュール
１２０ 搬送ロボット
１２１ アーム
１２２ フィンガー
１５０ センシングポート
１５１ 変位センサ
１５２ 筐体
２００ プロセスモジュール
ＧＶ ゲートバルブ
ＬＬ／ＵＬ ロードロック／アンロードロックモジュール
ＦＥ 基板供給装置

Claims (9)

  1. 基板を保持可能なフィンガーを有した基板搬送用のロボット、及び、前記ロボットにより基板を搬出入させるための基板搬送口を備えた搬送チャンバと、
    前記基板搬送口に着脱可能に接続され、前記搬送チャンバ内部に連通する開口を有し、外部に対して密閉された内部空間を形成する筐体、及び、前記内部空間に挿入される前記フィンガーの変形を検出するための変位センサを備えたセンシングポートと、
    前記搬送チャンバに設けられる排気口を介して、前記搬送チャンバ及び前記筐体内部を排気する排気手段と、
    前記排気手段により前記搬送チャンバ及び筐体内部を減圧させた状態で、前記筐体の内部空間に挿入されたフィンガーの形状の前記変位センサによる検出結果を取得する制御手段と、
    を備えることを特徴とする真空処理装置。
  2. 前記制御手段は、前記変位センサによる検出結果に基づいて、前記フィンガーの形状異常を通知する通知部を有することを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
  3. 前記制御手段は、前記フィンガーの変形の度合いに応じて、基板搬送時における前記ロボットの移動量を補正する補正部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置。
  4. 前記制御手段は、基板搬送の合間に、基板を保持しない状態の前記フィンガーを前記筐体の内部空間まで移動させる移動制御部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空処理装置。
  5. 前記筐体は、前記搬送チャンバに支持固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の真空処理装置。
  6. 前記変位センサは、前記フィンガーの先端の変形を検出するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の真空処理装置。
  7. 前記変位センサは、前記筐体の外部に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の真空処理装置。
  8. 基板を保持可能なフィンガーを有した基板搬送用のロボットと、前記ロボットにより基板を搬出入させるための基板搬送口とを備えた搬送チャンバに、前記基板搬送口を介して、前記フィンガーの変形を検出するための変位センサを備えたセンシングポートを接続し、前記搬送チャンバ及びセンシングポート内部を共通に設けた排気手段により排気する排気ステップと、
    前記排気ステップにより減圧した前記センシングポート内部に、前記フィンガーを移動させ、前記変位センサによりその変形を検出する検出ステップと、
    を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
  9. 基板を保持可能なフィンガーを有した基板搬送用のロボット、及び、前記ロボットにより基板を搬出入させるための基板搬送口を備えた搬送チャンバと、前記基板搬送口に着脱可能に接続され、前記搬送チャンバ内部に連通する開口を有し、外部に対して密閉された内部空間を形成する筐体、及び、前記内部空間に挿入される前記フィンガーの変形を検出するための変位センサを備えたセンシングポートと、前記搬送チャンバに設けられる排気口を介して、前記搬送チャンバ及び前記筐体内部を排気する排気手段と、前記ロボット及び排気手段を制御する制御装置と、を備えた真空処理装置の前記制御装置によって実行されるプログラムであって、
    前記排気手段により前記搬送チャンバ及び筐体内部を減圧させる排気ステップと、
    前記排気ステップにより減圧した状態で、前記筐体の内部空間にフィンガーを移動させる移動ステップと、
    前記変位センサによる前記フィンガーの形状の検出結果を取得する取得ステップと、
    を含むことを特徴とする真空処理プログラム。
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