JPWO2020157967A1

JPWO2020157967A1 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JPWO2020157967A1
Application number: JP2020569319A
Authority: JP
Inventors: 護大石
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
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Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2021-10-14
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Abstract

基板移載機や基板移載機上の基板と、ボートやボート上の基板とが互いに接触したことを高精度に検出し、故障状態の前の軽微な異常を検出することができる。
基板を保持する基板保持具と、基板を直接的に操作するエンドエフェクタと、エンドエフェクタを移動させる駆動機構とを備え、基板保持具へ基板を移載し、又は基板保持具から基板を移載する基板移載機と、エンドエフェクタの振動を検出する振動センサと、基板移載機を制御する制御部と、基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に振動センサにより検出されたエンドエフェクタの振動の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより作成された正常空間を用い、基板移載機が基板を載置して所定の移載動作をする間に振動センサにより検出された時間領域データの正常空間上におけるマハラノビス距離を算出し、算出されたマハラノビス距離が所定の閾値を超えた時に、エンドエフェクタもしくはエンドエフェクタ上の基板と、基板保持具もしくは基板保持具上の基板とが互いに接触したと判定する解析装置と、を備え、制御部は、所定の移載動作の開始と終了を示す信号を解析装置に出力する。

Description

本開示は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

基板処理装置は、例えば基板移載機により基板(以下ウエハともいう)が格納される格納容器（以下ポッドともいう）から基板保持具であるボートへウエハを搬送し、ウエハを保持したボートが反応炉に装入されて、反応炉内にてウエハに対して所定の処理を行うよう構成されている。

基板移載機は、ポッドとボートとの間でウエハの移載を行うものであり、ウエハを基板移載機のツイーザ上に載置した状態で進退、昇降、回転する機能を有している。この基板移載機によりポッドからツイーザにウエハを載置する際やツイーザに載置されたウエハをボートに積載する場合等においてウエハが正規の位置に載置できるように、ティーチング作業を行っている。

しかしながら、ウエハの変形や、基板処理装置に設けられたポンプ等による振動、ツイーザの経年変化等によりティーチング作業とは異なる位置にウエハが積載されてウエハの位置ずれが生じてしまうことがある。ウエハの位置ずれが大きくなると、ツイーザやツイーザ上のウエハが、ボートやボート上のウエハ等に接触し、ウエハが破損したり、ボートが転倒したりすることがある。

従来から、この転倒事故を未然に防ぐために基板移載機に設けられた衝突センサより衝突時の振動を検知することが行われている(例えば、特許文献１参照)。また、ウエハを支持する支持台において昇降ピンに生じた振動を検出し、検出される振動の強度が閾値よりも大きくなった期間の合計値に基づいて載置状態を判定することが行われている(例えば、特許文献２参照)。

特開２００３−１０９９９９号公報特許第６２４４３１７号公報

しかしながら、従来技術によると、誤判定が多く、移載動作の中断の原因となってしまっていた。また、アナログ量の変化を閾値で検出していたために、軽微な接触等の異常を検出することが困難であった。

本開示の目的は、基板移載機や基板移載機上の基板と、基板保持具や基板保持具上の基板とが互いに接触したことを高精度に検出し、故障状態の前の軽微な異常を検出することができる構成を提供することにある。

本開示の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具と、
基板を直接的に操作するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる駆動機構とを備え、前記基板保持具へ基板を移載し、又は前記基板保持具から基板を移載する基板移載機と、
前記エンドエフェクタの振動を検出する振動センサと、
前記基板移載機を制御する制御部と、
前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより作成された正常空間を用い、前記基板移載機が基板を載置して所定の移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データの前記正常空間上におけるマハラノビス距離を算出し、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超えた時に、前記エンドエフェクタもしくは前記エンドエフェクタ上の基板と、前記基板保持具もしくは前記基板保持具上の基板とが互いに接触したと判定する解析装置と、を備え、
前記制御部は、前記所定の移載動作の開始と終了を示す信号を前記解析装置に出力する技術が提供される。

本開示によれば、基板移載機や基板移載機上の基板と、基板保持具や基板保持具上の基板とが互いに接触したことを高精度に検出し、故障状態の前の軽微な異常を検出することができる。

本開示の第一実施形態で好適に用いられる収容室の斜透視図である。本開示の第一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の横断面図である。本開示の一実施形態で好適に用いられる基板移載機の斜視図である。本開示の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。（Ａ）は、ＭＴ法を説明するための時間領域データを示す図であって、（Ｂ）は、（Ａ）の時間領域データから抽出された標本線毎の変化量と存在量を示す図である。正常空間を作成する際に用いられる多変量データを説明するための図である。本開示の一実施形態で好適に用いられる基板移載機の動作を説明するための図である。（Ａ）は、本開示の一実施形態で好適に用いられる解析装置の動作を説明するためのフロー図であって、（Ｂ）は、解析装置によるマハラノビス距離（ＭＤ値）の算出結果をリアルタイムに示す図である。（Ａ）は、正常時の移載動作における振動センサによる出力値の時間領域データの一例を示す図であって、（Ｂ）は、（Ａ）の時間領域データを用いて抽出された特徴量を示す図である。（Ａ）は、異常時の移載動作における振動センサによる出力値の時間領域データの一例を示す図であって、（Ｂ）は、（Ａ）の時間領域データを用いて抽出された特徴量を示す図である。

以下、本開示の一実施形態について説明する。

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、本実施形態において、基板処理装置４は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施する縦型熱処理装置（バッチ式縦型熱処理装置）として構成されている。この縦型熱処理装置では、基板としてのウエハＷを搬送するキャリアとしてＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ：以下、ポッドという。）２０が使用されている。基板処理装置４は後述する処理炉８、収容室１２、搬送室１６を備える。

（収容室）
基板処理装置４の筐体内前側には、ポッド２０を装置内に搬入し、収納する収容室１２が配置されている。収容室１２の筐体前側には、ポッド２０を収容室１２に対して搬入搬出するための開口である搬入出口２２Ａが収容室１２の筐体内外を連通するように開設されている。搬入出口２２Ａはフロントシャッタによって開閉されるように構成されていても良い。搬入出口２２Ａの筐体内側にはロードポート（ポッド載置装置）としてのＡＧＶポート（Ｉ／Ｏステージ）２２が設けられている。収容室１２と搬送室１６との間の壁面には、移載ポート４２が設置されている。ポッド２０はＡＧＶポート２２上に基板処理装置４外にある工程内搬送装置（工程間搬送装置）によって基板処理装置４内に搬入され、かつまた、ＡＧＶポート２２上から搬出される。

収容室１２の筐体内前方のＡＧＶポート２２上方には、ポッド２０を収納する収納棚（ポッド棚）３０Ａが上下２段に設置されている。また、収容室１２の筐体内後方には、ポッド２０を収納する収納棚（ポッド棚）３０Ｂがマトリクス状に設置されている。

筐体前方の上段の収納棚３０Ａと水平方向の同一直線状には、ロードポートとしてのＯＨＴポート３２が左右に並んで設置されている。ポッド２０は、基板処理装置４外にある工程内搬送装置（工程間搬送装置）によって基板処理装置４の上方からＯＨＴポート３２上に搬入され、また、ＯＨＴポート３２上から搬出される。ＡＧＶポート２２、収納棚３０ＡおよびＯＨＴポート３２は、水平駆動機構２６によってポッド２０を載置位置と受渡し位置とに前後方向にスライド可能なように構成されている。以後、ＡＧＶポート２２を第１ロードポート、ＯＨＴポート３２を第２ロードポートという場合がある。

図２に示すように、収容室１２の筐体内の前側の収納棚３０Ａと後側の収納棚３０Ｂとの間の空間はポッド搬送領域１４を形成しており、このポッド搬送領域１４でポッド２０の受渡しおよび搬送が行われる。ポッド搬送領域１４の天井部（収容室１２の天井部）にはポッド搬送装置としてのポッド搬送機構４０の走行路としてのレール機構４０Ａが形成されている。ここで、受渡し位置はポッド搬送領域１４内に位置し、例えば、ポッド搬送機構４０の真下の位置のことである。

ポッド２０を搬送するポッド搬送機構４０は走行路を走行する走行部４０Ｂと、ポッド２４を掴持する保持部４０Ｃと、走行部４０Ｂと結合し保持部４０Ｃを垂直方向に昇降させる昇降部４０Ｄを備える。走行部４０Ｂを駆動させるモータのエンコーダを検出することにより、走行路４０Ｂ中の位置を検知することができ、任意の位置に走行部４０Ｂを移動させることができる。

（搬送室）
収容室１２の後方に隣接して搬送室１６が構成されている。収容室１２の搬送室１６側には、ウエハＷを搬送室１６に対して搬入出するためのウエハ搬入出口が水平方向に複数並べられて開設されており、各ウエハ搬入出口に対して移載ポート４２がそれぞれ設置されている。移載ポート４２では、ポッド２０を載置する載置台４２Ｂを水平移動させてウエハ搬入出口に押し当て、図示しない蓋開閉機構（蓋開閉装置）としてのＦＩＭＳ(Ｆｒｏｎｔ−ＯｐｅｎｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｔａｎｄａｒｄ)オープナによりポッド２０の蓋が展開される。ポッド２０の蓋が展開されると、基板移載装置としての基板移載機８６によって、ポッド２０内外へのウエハＷの搬送が行われる。基板移載機８６は、搬送室１６内に固定して設置され、後述するボート５８とポッド２０との間でウエハＷを移載する。

（処理炉）
搬送室１６の上方には処理炉８が設けられている。処理炉８には、反応容器（処理容器）を構成する反応管５０が配設されている。反応管５０は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管５０の筒中空部には、処理室５４が形成されている。処理室５４は、基板としてのウエハＷを保持する基板保持具としてのボート５８によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

処理室５４には、複数本のノズルが、反応管５０の下部を貫通するように設けられ、複数種類の処理ガスが処理室５４に供給されるよう構成されている。

反応管５０の下方には、反応管５０の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ７８が設けられている。シールキャップ７８の上面には、反応管５０の下端と当接するシール部材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ７８は、反応管５０の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。

ボート５８は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハＷを、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。

シールキャップ７８の処理室５４と反対側には、ボート５８を回転させるボート回転装置としての回転機構８０が設置されている。回転機構８０の回転軸８０Ａは、シールキャップ７８を貫通してボート５８に接続されている。回転機構８０は、ボート５８を回転させることでウエハＷを回転させるように構成されている。また、回転軸８０Ａには、ボート５８の振動を検出する補助振動センサとしての補助センサ３０１が取り付けられている。

（２）基板移載機の構成
次に、基板移載機８６の構成を、図３を用いて詳しく説明する。

基板移載機８６は、主に、ウエハＷを直接的に操作するエンドエフェクタとしてのツイーザ８６ａと、ツイーザ８６ａを移動させる駆動機構３０８と、ツイーザ８６ａと音響的に結合し、ツイーザ８６ａの振動を検出する振動センサ３００と、駆動機構３０８を垂直軸の周りで回転させる回転機構３１０を備えている。

ツイーザ８６ａは、例えばＵ字型の薄い板状を有し、複数枚（本実施形態においては５枚）、垂直方向等間隔に水平に設けられている。ツイーザ８６ａは、すくい上げ型であり、上面にウエハＷの端部よりわずかに外側の位置に設けられてウエハＷの位置を規制するガイド又は段差を有し、ウエハＷはガイド内に単に置かれる。或いはツイーザ８６ａは、エッジグリップ型、落とし込み（フリクション）エッジグリップ型、吸着型等から選ぶことができる。吸着型は、真空吸着、ベルヌーイチャック、Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒａｈｂｅｋ型静電チャックであり、非接触でウエハＷを扱うこともできる。

駆動機構３０８は、直動（リニア）型として構成され、主に、固定部３０４と誘導部３０２を有する。固定部３０４は、ツイーザ８６ａの根元を保持し、それらを等間隔に固定する。固定部３０４内には、エッジグリップの駆動機構、間隔可変機構、水平・垂直微動機構等が設けられうる。

誘導部３０２は、固定部３０４を下方から保持しつつ、水平方向の１軸上で進退運動させる。誘導部３０２には、ツイーザ８６ａを一軸方向に導く、例えば２本のガイドレール３０２ａ（不図示）が略平行に形成されている。そして、固定部３０４がガイドレール３０２ａに沿って摺動することにより、ツイーザ８６ａが誘導部３０２に対して進退して前後方向に移動される。
回転機構３１０は、誘導部３０２を下面の中心付近を保持しつつ、誘導部３０２を左右方向に回転する。

また、基板移載機８６は、後述する基板移載機エレベータ３０６に装着される。基板移載機エレベータ３０６は、基板移載機８６の回転機構３１０を保持し、基板移載機８６を上下方向に昇降する。

すなわち、基板移載機８６のツイーザ８６ａは、駆動機構３０８によりガイドレール３０２ａに沿って前後方向に進退され、回転機構３１０による駆動機構３０８の回転により左右方向に回転され、基板移載機エレベータ３０６による昇降により上下方向に移動される。

振動センサ３００は、３軸加速度センサである。振動センサ３００は、積層するツイーザ８６ａの根元の固定部３０４に設けられている。振動センサ３００は増幅器（不図示）を必要とする場合がある。増幅器は、振動センサ３００の近くに設けられることが望ましく、例えば駆動機構３０８内に設けられうる。

（３）コントローラの構成
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２１２、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８を備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８は、内部バス２２０を介して、ＣＰＵ２１２とデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２１０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２２２が接続されている。また、コントローラ２１０には、ウエハＷの移載動作中の異常を検出する解析装置４００が接続されている。

記憶装置２１６は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２１６内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２１０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ２１４は、ＣＰＵ２１２によって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート２１８は、上述のポッド搬送機構４０、水平駆動機構２６、センサ２５Ｂ，２８Ａ、駆動機構３０８、基板移載機エレベータ３０６、回転機構３１０、回転機構８０、ボートエレベータ８２等に接続されている。

ＣＰＵ２１２は、記憶装置２１６から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２１６からプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ２１２は、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ポッド搬送機構４０によるポッド２０の搬送動作、駆動機構３０８、回転機構３１０及び基板移載機エレベータ３０６による基板移載機８６のウエハＷのチャージング及びディスチャージング動作、ボートエレベータ８２によるボート５８の昇降動作等を制御するように構成されている。

コントローラ２１０は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）２２４に格納された上述のプログラムをコンピュータにプログラムをインストールすることにより、構成することができる。記憶装置２１６や外部記憶装置２２４は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２１６単体のみを含む場合、外部記憶装置２２４単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２４を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

（４）基板処理装置の動作
次に、上述の基板処理装置４を用いた一連の動作について説明する。

(キャリアロード工程：Ｓ１０)
ポッド２０がＡＧＶポート２２またはＯＨＴポート３２に供給されると、ＡＧＶポート２２またはＯＨＴポート３２の上のポッド２０は基板処理装置４内部へ搬入される。搬入されたポッド２０は収納棚３０の指定されたステージ２５へポッド搬送機構４０によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、収納棚３０から一方の移載ポート４２に搬送されて受け渡されるか、もしくは直接移載ポート４２に搬送される。

（蓋展開工程：Ｓ１１）
ポッド２０が、移載ポート４２の載置部に載置されるとＦＩＭＳオープナによりポッド２０の蓋が開けられる。

（ウエハチャージ工程：Ｓ１２）
ポッド２０の蓋が開けられると、ポッド２０内の複数枚のウエハＷが基板移載機８６によって、ボート５８に装填（ウエハチャージ）される。なお、これに先立って、ポッド２０内のウエハＷの収納状態を確認するマッピングが行われうる。

（ボートロード工程：Ｓ１３）
複数枚のウエハＷがボート５８に装填されると、ボート５８は、ボートエレベータ８２によって処理室５４に搬入（ボートロード）される。このとき、シールキャップ７８は、Ｏリングを介して反応管５０の下端を気密に閉塞した状態となる。

（成膜工程：Ｓ１４）
そして、処理室５４のウエハＷに対して、処理ガスを供給することで、ウエハＷ上に膜を形成する。

成膜処理が完了した後、処理室５４がパージされ、処理室５４に残留するガスや反応副生成物が処理室５４から除去される。その後、処理室５４の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室５４の圧力が常圧に復帰される。

（ボートアンロード工程：Ｓ１５）
大気圧復帰した後、ボートエレベータ８２によりシールキャップ７８が下降され、反応管５０の下端が開口される。そして、処理済のウエハＷが、ボート５８に支持された状態で、反応管５０の下端から反応管５０の外部に搬出される（ボートアンロード）。

（ウエハディスチャージ工程：Ｓ１６）
処理済のウエハＷは、基板移載機８６によって、ボート５８より取出される（ウエハディスチャージ）。

（キャリアアンロード工程：Ｓ１７）
処理済のウエハＷは、基板移載機８６によって、ポッド２０に収納され、処理済のウエハＷが収納されたポッド２０は、キャリアロードと反対の動作により、ロードポート(ＡＧＶポート２２、ＯＨＴポート３２)に戻され、外部搬送装置により回収される。

（５）解析装置
次に、本実施形態における解析装置４００について説明する。

本実施形態における解析装置４００は、ＭＴ（マハラノビス・タグチ）法を用いて、上述のウエハチャージ工程（Ｓ１２）とウエハディスチャージ工程（Ｓ１６）におけるウエハＷの移載動作中の異常を検出するものである。

ＭＴ法は、品質工学における多変量解析の手法であって、正常状態を基準とし、そこからの距離（マハラノビス距離、ＭＤ値ともいう）を計算することで、正常異常の判断を行うという考え方である。

本実施形態における解析装置４００は、振動センサ３００により検出された出力値の時間領域データにおいて特徴量を抽出することにより多変量データを生成し、ＭＴ法を用いてウエハＷの移載動作中の異常を検出するよう構成されている。また解析装置４００は、図４に示すように、振動センサ３００、補助センサ３０１に接続されており、それらの出力値を取得可能に構成される。

まず、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて振動センサ３００の出力値の時間領域データから変化量と存在量を特徴量として抽出する具体的な方法を説明する。なお、図５（Ａ）は、移載動作中の１９．５秒間に、ある軸の加速度を１００ｓｐｓのサンプルレートで取得したデータである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示される時間領域データから抽出された標本線毎の変化量と存在量を示す図である。

ここで、変化量とは、時間領域データの微分特性であって、時間領域データにおいて設定された標本線毎の標本線を跨いだ回数である。また、存在量とは、時間領域データの積分特性であって、時間領域データにおいて設定された標本線毎の標本線より大きい値のデータ数である。

また、図５（Ａ）に示すように、振動センサ３００の出力値（アナログ値）の時間領域データに対して、予め時間軸方向に複数本（図５（Ａ）では７本）の標本線（ｙ＝−４０、−２０、１０、２０、２５、５０、７５）を設定する。各標本線は、複数の閾値として設定され、監視しようとする値、または環境の変化を特徴的に示す値を設定する。

そして、標本線毎に、波形が標本線を跨いだ回数を変化量としてカウントする。また、標本線毎に、標本線より大きい値の数を存在量として算出する。つまり、１本の標本線につき、変化量と存在量の２項目の特徴量が抽出される。なお、特徴量として、変化量、存在量の他、波形の最大値、最小値、平均値等を用いてもよい。

そして、図５（Ｂ）に示すように、正常時の移載動作における変化量と存在量を特徴量として抽出された１４次元の多変量データであるサンプルデータを算出する。

そして、図６に示すように、正常時の複数回（図６ではＮ個）の移載動作における時間領域データから、共通の標本線を用いて算出されたＮ個のサンプルデータを算出し、このＮ個のサンプルデータを用いて正常空間を作成する。具体的には、正常時のＮ個のサンプルデータを用いて平均ベクトルと共分散行列を算出する。正常空間は、共分散行列の固有ベクトルによって張られる空間である。

そして、正常空間におけるマハラノビス距離ＭＤは、移載動作中の振動センサ３００により検出された出力値の時間領域データに基づいて作成された多変量データであるデータベクトル（列ベクトル）と、算出された正常空間における多変量データの平均ベクトルと共分散行列の逆行列を用いて以下のように示される。

そして、マハラノビス距離（ＭＤ値）が、予め設定された閾値を越えている場合には、移載動作中に異常事態が発生したと判定する。なお、多変量データの基になる時間領域データは同じサンプル数（１９５０サンプル）であることが望ましいが、多変量データをサンプル数で除算して正規化することもできる。また、マハラノビス距離は、その２乗の値のままで閾値判定されてもよい。

次に、本実施形態における解析装置４００の動作について、図７、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を用いて説明する。

図７は、搬送室１６において、移載ポート４２のポッド２０とボート５８との間で、基板移載機８６によってウエハＷが搬送される様子を示す図である。搬送室１６には、カメラ２２６が設置され、コントローラ２１０の指令に応じて、ウエハＷが搬送される様子やボート５８が昇降される様子が撮影され録画される。

解析装置４００は、移載工程であるウエハチャージ工程（Ｓ１２）とウエハディスチャージ工程（Ｓ１６）におけるウエハＷのボート５８への移載動作中に、ツイーザ８６ａやツイーザ８６ａ上のウエハＷと、ボート５８やボート５８上のウエハＷ等とが互いに接触したことなどを検出する。

例えば、上述したウエハチャージ工程（Ｓ１２）において、コントローラ２１０は、基板移載機８６、回転機構３１０、基板移載機エレベータ３０６を制御して、移載対象のウエハＷの移載を行うが、移載動作の全てまたは一部において、異常の検出を行う。具体的には、ツイーザ８６ａがポッド２０内の移載対象のウエハＷに正対している状態で、移載機８６がツイーザ８６ａをウエハＷ下方まで前進させ、ツイーザ８６ａを上昇させてウエハＷを載せた後、ツイーザ８６ａを後退させる。そして、基板移載機エレベータ３０６によりボート５８のウエハＷの載置位置まで上下方向に昇降する。また、回転機構３１０が移載機８６を左右方向に回転させてボート５８に正対させる。そして、移載機８６によりツイーザ８６ａをボート５８のウエハ載置位置まで前進させてから鉛直方向に移動して、ボート５８にウエハＷを移載させ、後方向に退避する。その後、移載機８６は、次の移載対象のウエハＷの高さまで上下方向に移動されるとともに、移載対象のウエハＷに正対するように回転される。コントローラ２１０は、この一連の動作を、全てのウエハＷを移載するまで繰り返す。このとき、一連の動作の中で接触の可能性の高い区間である、ツイーザ８６ａのボート５８への前進から後退までの動作において、異常の検出を行うことができる。本例ではこの異常検知区間の動作は毎回同じであり、その所要時間は一定である。

同様に、上述したウエハディスチャージ工程において、処理済みのウエハＷがウエハチャージ工程と反対の動作によりポッド２０に払出される。

解析装置４００は予め、装置の据付後の調整時などにウエハＷのボート５８への移載動作における正常空間を作成し、内部に記録する。具体的には、作業員の立会いのもと、基板移載機８６によるウエハＷのボート５８への移載動作が正常に行われた際の振動センサ３００の出力値の時間領域データを複数回取得し標本線を設定して、取得された複数の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより正常空間を作成する。

図８（Ａ）は、解析装置４００の動作を説明するためのフロー図である。運用時には、コントローラ２１０は、移載における異常検知区間の開始と終了を示す信号を、解析装置４００に伝達する。解析装置４００はこの開始信号を受けて、図８の動作を開始し、終了信号を受けるまで継続する。本例では、異常検知区間において、１００ｓｐｓ〜１００ｋｓｐｓ（サンプル／秒）で時間領域データを取得し、２０４８サンプル未満の時間領域データを単位として、特徴量の抽出（多変量データ化）やマハラノビス距離の算出を行う。このとき、接触事象の発生から３秒以内にマハラノビス距離が算出されることが望ましい。より好ましくは、マハラノビス距離の算出周期が０．５秒以下もしくは時間領域データの取得開始からマハラノビス距離が算出されるまでの時間が１秒以下である。

最初に、解析装置４００は、基板移載機８６による移載動作をする間に振動センサ３００による出力値の時間領域データを、Ｍサンプル取得する（ステップＳ１００）。ここでＭは、正常空間の作成時に用いた時間領域データのサンプル数と同じ数であり、本例では１９５０である。Ｍは、Ｍサンプルの時間が、特定のノイズ（例えば電源ハム）の周期の整数倍になるように設定されてもよい。取得するＭサンプルは、既に取得したデータと一部重複してもよい。例えば、時間領域データを、Ｍ／ｄサンプルずつずらしながら設定されるスライディングウインドウを用いて、取得することができる。ここでｄは分割数であり、２≦ｄ≦ＭかつＭ／ｄが整数となるように選ばれる。

次に、ステップＳ１００で取得された時間領域データに基づいて、標本線毎の変化量、存在量を特徴量として抽出する（ステップＳ１０１）ことにより多変量データを生成する。スライディングウインドウを用いた場合、この処理をＭ／ｄサンプル単位で行って保持しておき、直近のｄ個分を合算すればよい。

次に、ステップＳ１０１で作成された多変量データと、正常空間における多変量データの平均値と共分散行列とから、正常空間上でのマハラノビス距離を移載動作毎に算出する（ステップＳ１０２）。スライディングウインドウを用いた場合、マハラノビス距離の２乗値を、時間領域データにおけるＭ／ｄサンプル単位で算出して保持しておき、直近のｄ個分を合算すればよい。

次に、算出されたマハラノビス距離が予め設定された閾値を越えているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。マハラノビス距離が予め設定された閾値を越えていない場合（ステップＳ１０３においてＮｏ）には、ウエハＷのボート５８への搬送中は解析動作を継続し（ステップＳ１０４においてＮｏ）、ウエハＷのボート５８への搬送（異常検知区間）が終了したら（ステップＳ１０４においてＹｅｓ）、解析動作を停止する。なお閾値判定は、１回で行うものに限らず、例えば連続して閾値を越えた回数に応じて判定するようにしてもよい。

また、マハラノビス距離が予め設定された閾値を越えている場合（ステップＳ１０３においてＹｅｓ）には、異常事態が発生したと判定され（ステップＳ１０５）、基板移載機８６は緊急停止される。つまり、ツイーザ８６ａやツイーザ８６ａ上のウエハＷと、ボート５８やボート５８上のウエハＷとが互いに接触する異常事態が発生したと判定され、解析装置４００からコントローラ２１０に緊急停止信号が伝達され、基板移載機８６は緊急停止される。

図８（Ｂ）は、解析装置４００によって算出されたマハラノビス距離（ＭＤ値）の時間推移を示す図である。閾値が約３．８に設定されており、ＭＤ値は最終的に閾値を超え、緊急停止する様子が示されている。時間領域データのサンプルレートが１００ｓｐｓであっても、ｄ＝５０とすることで、約０．４秒間隔でマハラノビス距離が算出され、実質的にリアルタイムに異常を検知することができる。なおＭＤ値から検出されうる異常には、ウエハが製品として使用できないことを意味する衝突的な接触や、ツイーザ８６ａによるウエハの引っ掻き（スクラッチ）のほか、ツイーザ８６ａに保持されたウエハＷの端面とボート５８の溝との摩擦も含まれうる。このような摩擦は、より深刻な接触の予兆と捉えることができるが、軽微な摩擦による緊急停止の多発が望まれないような状況では、摩擦を含むデータで正常空間を作成したりＭＤ値の閾値を調整したりして、緊急停止を抑制することができる。

図９（Ａ）は、正常時の移載動作における振動センサ３００による出力値の時間領域データの一例を示す図であって、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の時間領域データを用いて抽出された特徴量を示す図である。また、図１０（Ａ）は、異常時の移載動作における振動センサによる出力値の時間領域データの一例を示す図であって、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の時間領域データを用いて抽出された特徴量を示す図である。

図９（Ｂ）に示されている時間領域データから抽出された特徴量に基づく、正常空間上でのマハラノビス距離（ＭＤ値）は０．９であった。本移載動作においてＭＤ値は、閾値３．８を下回っているため正常状態であると判定されて、搬送動作は継続される。

一方、図１０（Ｂ）に示されている時間領域データから抽出された特徴量に基づく、正常空間上でのマハラノビス距離（ＭＤ値）は３３．１であった。本移載動作においてＭＤ値は、閾値を大きく上回っているため、異常状態であると判定される。

なお、搬送室１６には、基板移載機８６による移載動作を撮像するカメラ２２６が設けられ、カメラ２２６により撮像された画像は時刻と対応付けられて記録装置としての記憶装置２１６又は外部記憶装置２２４に記録される。つまり、基板移載機８６による移載動作が時刻と対応付けられて動作ログとして記憶装置２１６又は外部記憶装置２２４に記録され、解析装置４００により異常事態が検出されると、リモートで接続して操作画面を表示している入出力装置２２２において、ユーザは搬送エラーの時刻や、搬送エラーの箇所や、搬送エラーの内容等を把握することができるように構成されている。また、搬送エラーが発生した場合に、カメラ２２６による搬送エラー前後のリプレイ映像やライブ映像を入出力装置２２２に表示することができる。

また、解析装置４００は、振動センサ３００の前後、左右、上下の各軸の時間領域データ及び補助センサ３０１の時間領域データのそれぞれに基づく変化量及び存在量を特徴量として抽出することにより生成された複数の多変量データを用いて正常空間を作成し、複数の正常空間の中から、対応する正常空間を選択して、選択した正常空間上でのマハラノビス距離を算出することにより、異常検出の精度が向上される。例えば、振動センサ３００の３軸のデータからは、それらの特徴量を結合することで１つの正常空間が作成され、補助センサ３０１のデータからは別個の正常空間が作成される。そして、それぞれの正常空間におけるマハラノビス距離の共起性を考慮して、接触による異常が判定されうる。つまり、２つのマハラノビス距離が同時に閾値を超えた時に、接触がより強く推定され、そうでなければ、別の異常が推定される。

また、解析装置４００は、移載中のウエハＷの枚数、ツイーザ８６ａの移動速度や加速度、ツイーザ８６ａのボート５８への差し込み量、ボート５８の周囲を流れる風の風量、ボート５８の温度又はボート５８を収容していた処理室の温度の毎に複数の正常空間をそれぞれ作成し、複数の正常空間の中から、基板移載機８６による移載動作が行われた際の状態に合致した正常空間を選択して、選択した正常空間上におけるマハラノビス距離を算出することにより異常を検出するように構成することができる。これにより異常の検出精度が向上される。あるいは、移載動作中の時間領域データの中で、常に値が大きくなる傾向のある区間（例えば加速や減速の開始点や終了点、動作の切り替え点などの近傍）がある場合、その大値区間を含むデータから作成した第１の正常空間の他に、大値区間を含まないデータから第２の正常空間を作成し、当該区間では第２の正常空間で異常を検出するようにしてもよい。このとき、大値区間を除外したことで時間領域データはその前後で時間的に不連続になるが、解析装置４００は問題なくそれらを連続するものとして扱うことができる。

（６）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下の(ａ)〜(ｄ)のうち、少なくとも一つ以上の効果を奏する。

(ａ)本実施形態によれば、基板移載機８６や基板移載機８６上のウエハＷと、ボート５８やボート５８上のウエハＷとが互いに接触したことを高精度に検出し、更には、接触に至る前の軽微な異常をも検出することができる。つまり経年変化等によって基板移載機８６など自体から発生する振動から、故障する前の異常な振動を検出できる可能性がある。

（ｂ）本実施形態によれば、ボート５８の振動を検出する補助センサ３０１を設けたことにより、接触の検出精度が向上される。

（ｃ）本実施形態によれば、接触の発生から３秒以内に異常の検出及び緊急停止を行うことができる。ツイーザ８６ａの１回の進退の時間が３秒程度であるので、進退の途中で緊急停止を行い、ウエハ破損の拡大を防ぐことが期待できる。更に、解析装置４００が時間領域データをスライディングウインドウによって取得するようにしたので、比較的少ない計算負荷で、異常の検出周期を短くできる。このため市販の産業用シーケンサで解析装置４００を構成しても、十分な速さで緊急停止を行うことができる。一方でＦＦＴを用いたスペクトル解析では、所定（例えば５１２ポイント）以上の分解能が必要であるが、スライディングウインドウを用いても、過去の計算結果を利用できず、計算負荷が大きい。つまり計算量によって算出周期が律速され、サンプルレートを高くしても算出周期を短くすることができない。

(ｄ)本実施形態によれば、基板移載機８６による移載動作が時刻と対応付けられて動作ログとして記憶装置２１６又は外部記憶装置２２４に記録され、解析装置４００により異常事態が検出されると、リモートで接続して操作画面を表示している入出力装置２２２において、ユーザは搬送エラーの時刻や、搬送エラーの箇所や、搬送エラーの内容等を把握することができるように構成されている。また、搬送エラーが発生した場合に設置されたカメラ２２６による搬送エラー直前の録画映像やライブ映像画面を入出力装置２２２に表示することができる。

（７）他の実施形態
なお、本開示は以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

上述の実施形態では、ツイーザ８６ａをボート５８に正対させてからボート５８にウエハＷを移載して退避するまでのボート５８間の基板移載機８６の動作において正常空間を作成し、この正常空間上におけるマハラノビス距離を算出したが、これに限らず、ポッド２０間の基板移載機８６の動作について正常空間を作成し、この正常空間におけるマハラノビス距離を算出するようにしてもよい。これにより、基板移載機８６や基板移載機８６上のウエハＷと、ポッド２０やポッド２０内のウエハＷとが互いに接触したことを高精度に検出し、故障状態の前の軽微な異常を検出することができる。

また、上述の実施形態では、補助振動センサとして補助センサ３０１を回転軸８０Ａに取り付けて、ボート５８の振動を検出する例について説明したが、これに限らず、補助センサ３０１を回転機構８０又はボート５８と回転軸８０Ａの間に設けられる断熱ユニットに取り付けるようにしてもよく、ボート５８を載置する台に取り付けるようにしてもよい。また、補助振動センサとして、ツイーザ８６ａの先端に向けて指向性を有し気中の振動を集音する集音マイクを用いても良い。このとき集音マイクは、基板移載機８６に搭載するか、搬送室１６内に設置する。また、補助振動センサとして、ボート５８にレーザ光を照射してその振動を検出するレーザドップラー振動計を用いても良い。このときレーザドップラー振動計は、搬送室１６内に設置する。なお、複数の補助振動センサを用いても良い。複数の補助振動センサを用いることにより解析装置４００の異常検出の精度が向上される。

また、上述の実施形態では、振動センサ３００が、複数のツイーザ８６ａの根元を積層して固定する固定部３０４に設けられる例について説明したが、これに限らず、複数のツイーザ８６ａのそれぞれに振動センサを設けても良い。この場合には、ツイーザ８６ａ毎の振動センサの出力値の時間領域データ毎に複数の正常空間をそれぞれ作成し、複数の正常空間の中から、対応する正常空間におけるマハラノビス距離を算出する。これにより、異常が検出されたツイーザ８６ａを特定することができる。

上述の実施形態では、振動センサ３００等の信号は、特段の前処理をされることなくＭＴ法が適用されるものとして説明したが、これに限らず、フィルタ等の前処理を行ってもよい。前処理は、特定の周波数のノイズを抑圧したり、接触に特有の周波数を通過させるようなフィルタや、固有周波数を有するツイーザを含む検出系の周波数特性を補償するイコライザとして構成されうる。スクラッチから発生する周波数が基板移載機８６の移動速度に依存する場合や、可変速真空ポンプが用いられノイズ周波数が変動する場合、その周波数に同調するようにフィルタの中心周波数や遮断周波数が可変制御されうる。

上述の実施形態では、ウエハを処理する場合について説明したが、本開示は液晶パネルのガラス基板や磁気ディスクや光ディスク等の基板を処理する基板処理装置全般に適用することができる。また上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いる例について説明した。本開示は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いる場合にも、好適に適用できる。

（８）本開示の好ましい態様
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

（付記１）
本開示の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具と、
基板を直接的に操作するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる駆動機構とを備え、前記基板保持具へ基板を移載し、又は前記基板保持具から基板を移載する基板移載機と、
前記エンドエフェクタの振動を検出する振動センサと、
前記基板移載機を制御する制御部と、
前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより作成された正常空間を用い、前記基板移載機が基板を載置して所定の移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データの前記正常空間上におけるマハラノビス距離を算出し、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超えた時に、前記エンドエフェクタもしくは前記エンドエフェクタ上の基板と、前記基板保持具もしくは前記基板保持具上の基板とが互いに接触したと判定する解析装置と、を備え、
前記制御部は、前記所定の移載動作の開始と終了を示す信号を前記解析装置に出力する
基板処理装置が提供される。

（付記２）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記解析装置は、前記時間領域データの、所定の複数の標本線毎に標本線を跨いだ回数である変化量、及び、標本線より大きい値のデータ数である存在量を特徴量として抽出することにより多変量データを生成し、
前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の複数の時間領域データに基づいて生成された多変量データの平均値と共分散行列とを算出し、前記共分散行列を用いて前記正常空間を定義し、
前記基板移載機による移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データに基づいて作成された多変量データから、前記正常空間上でのマハラノビス距離を移載動作中に算出する。

（付記３）
付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記解析装置は、移載中の基板の枚数、前記エンドエフェクタの移動速度、前記エンドエフェクタの前記基板保持具への差し込み量、前記基板保持具の周囲を流れる風の風量、前記基板保持具の温度又は前記基板保持具を収容していた前記処理室の温度の毎に複数の正常空間をそれぞれ記憶し、
前記複数の正常空間の中から、前記基板移載機による移載動作が行われた際の状態に合致した正常空間を選択して、選択した正常空間上におけるマハラノビス距離を算出する。

（付記４）
付記２又は付記３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記基板移載機は、基板処理装置内に固定して設置され、前記処理室から搬出された基板保持具との間で基板を移載するものであり、
前記振動センサは３軸加速度センサであり、
前記基板保持具を保持している部材に取り付けられた補助センサ、前記エンドエフェクタの先端に向けて指向性を有し気中の振動を集音する集音マイク、もしくは前記基板保持具にレーザ光を照射してその振動を検出するレーザドップラー振動計の少なくとも１つを含む補助振動センサを更に備え、
前記解析装置は、前記振動センサの各軸の時間領域データ及び前記補助振動センサの時間領域データのそれぞれに基づく変化量及び存在量を特徴量として抽出することにより生成された複数の多変量データを用いて前記正常空間を作成する。

（付記５）
付記２又は付記３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記正常空間を作成する際の時間領域データのデータ数は、２４５７６サンプル以下であり、前記多変量データは、１０２４サンプル未満の間隔毎に多変量化する。

（付記６）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記移載動作を撮像するカメラと、撮像された画像を時刻と対応付けて記録する記録装置と、を更に備え、
前記制御部は、前記移載動作を時刻と対応付けて動作ログとして前記記録装置に記録するように制御する。

（付記７）
本開示の他の態様によれば、
基板を直接的に操作するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる駆動機構と、を備える基板移載機により、基板を保持する基板保持具へ基板を移載し、又は前記基板保持具から基板を移載する移載工程と、
解析装置により、前記移載工程における前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記エンドエフェクタの振動を検出する振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより作成された正常空間を用い、前記移載工程において前記基板移載機が基板を載置して所定の移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データの前記正常空間上におけるマハラノビス距離を算出し、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超えた時に、前記エンドエフェクタもしくは前記エンドエフェクタ上の基板と、前記基板保持具もしくは前記基板保持具上の基板とが互いに接触する異常事態が発生したと判定する解析工程と、
前記基板移載機による所定の移載動作の開始と終了を示す信号を前記解析装置に出力する出力工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。

４処理装置（基板処理装置）
２０ポッド（格納容器）
５８ボート（基板保持具）
８６基板移載機
２１０コントローラ
３００振動センサ
３０１補助センサ
４００解析装置

Claims

基板を保持する基板保持具と、
基板を直接的に操作するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる駆動機構とを備え、前記基板保持具へ基板を移載し、又は前記基板保持具から基板を移載する基板移載機と、
前記エンドエフェクタの振動を検出する振動センサと、
前記基板移載機を制御する制御部と、
前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより作成された正常空間を用い、前記基板移載機が基板を載置して所定の移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データの前記正常空間上におけるマハラノビス距離を算出し、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超えた時に、前記エンドエフェクタもしくは前記エンドエフェクタ上の基板と、前記基板保持具もしくは前記基板保持具上の基板とが互いに接触したと判定する解析装置と、を備え、
前記制御部は、前記所定の移載動作の開始と終了を示す信号を前記解析装置に出力する
基板処理装置。
前記解析装置は、前記時間領域データの、所定の複数の標本線毎に標本線を跨いだ回数である変化量、及び、標本線より大きい値のデータ数である存在量を特徴量として抽出することにより多変量データを生成し、
前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の複数の時間領域データに基づいて生成された多変量データの平均値と共分散行列とを算出し、前記共分散行列を用いて前記正常空間を定義し、
前記基板移載機による移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データに基づいて作成された多変量データから、前記正常空間上でのマハラノビス距離を移載動作中に算出する請求項１に記載の基板処理装置。
前記解析装置は、移載中の基板の枚数、前記エンドエフェクタの移動速度、前記エンドエフェクタの前記基板保持具への差し込み量、前記基板保持具の周囲を流れる風の風量、前記基板保持具の温度又は前記基板保持具を収容していた前記処理室の温度の毎に複数の正常空間をそれぞれ記憶し、
前記複数の正常空間の中から、前記基板移載機による移載動作が行われた際の状態に合致した正常空間を選択して、選択した正常空間上におけるマハラノビス距離を算出する請求項２記載の基板処理装置。
前記基板移載機は、基板処理装置内に固定して設置され、前記処理室から搬出された基板保持具との間で基板を移載するものであり、
前記振動センサは３軸加速度センサであり、
前記基板保持具を保持している部材に取り付けられた補助センサ、前記エンドエフェクタの先端に向けて指向性を有し気中の振動を集音する集音マイク、もしくは前記基板保持具にレーザ光を照射してその振動を検出するレーザドップラー振動計の少なくとも１つを含む補助振動センサを更に備え、
前記解析装置は、前記振動センサの各軸の時間領域データ及び前記補助振動センサの時間領域データのそれぞれに基づく変化量及び存在量を特徴量として抽出することにより生成された複数の多変量データを用いて前記正常空間を作成する、請求項２又は３の基板処理装置。
基板を直接的に操作するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる駆動機構と、を備える基板移載機により、基板を保持する基板保持具へ基板を移載し、又は前記基板保持具から基板を移載する移載工程と、
解析装置により、前記移載工程における前記基板移載機による基板の移載動作が正常に行われた際に前記エンドエフェクタの振動を検出する振動センサにより検出された前記エンドエフェクタの振動の時間領域データをＭＴ法によって分析することにより作成された正常空間を用い、前記移載工程において前記基板移載機が基板を載置して所定の移載動作をする間に前記振動センサにより検出された時間領域データの前記正常空間上におけるマハラノビス距離を算出し、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超えた時に、前記エンドエフェクタもしくは前記エンドエフェクタ上の基板と、前記基板保持具もしくは前記基板保持具上の基板とが互いに接触する異常事態が発生したと判定する解析工程と、
前記基板移載機による所定の移載動作の開始と終了を示す信号を前記解析装置に出力する出力工程と、
を備える半導体装置の製造方法。