(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に設けられ、上面に凹部が設けられた基板ホルダーと、
前記処理チャンバー内において前記凹部に収容可能な、基板が載置されるステージと、
基板が載置された前記ステージを下降させ、基板を前記基板ホルダーの上面に載置した後、前記ステージを前記凹部内に収容可能なように前記ステージを昇降させる昇降機構と、
前記ステージを回転させる回転機構と、
発光器及び受光器を有する光学式位置検出手段と、
前記ステージから基板を搬送する搬送ロボットと、
搬送ロボットを制御する制御部と
を具備し、
前記発光器は、前記ステージに載置されている基板の周縁に一部が遮断されるよう幅のある光を発するものであって、前記受光器は、遮断された残りを受光するものであり、
前記昇降機構は、基板が載置された前記ステージを上昇させて基板を前記基板ホルダーの基板載置面より高い検出位置に位置させるものであり、
前記回転機構は、前記昇降機構により基板が検出位置に位置した状態で前記ステージを回転させるものであり、
前記光学式位置検出手段は、検出位置で前記ステージの回転に伴って基板が回転する際の前記受光器での受光結果から該基板の位置情報を検出するものであり、
前記制御部は、前記光学式位置検出手段により検出された基板の位置情報に基づいて、
前記搬送ロボットの動作を制御するものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記位置情報は、基板の中心位置及び基板の周方向の位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板ホルダーは、基板を加熱するヒータを内蔵することを特徴とする請求項１、又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記発光器と前記受光器は、前記発光器から前記受光器に向かう光が前記基板ホルダーに遮蔽されないように、前記処理チャンバーの天井壁と側壁にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の前記処理チャンバーは、基板を加熱するヒートチャンバーであり、このヒートチャンバーに加えて、薄膜を作成するスパッタチャンバー又はＣＶＤチャンバーとを備えたことを特徴とするマルチチャンバー基板処理装置。
【請求項６】
請求項５記載のマルチチャンバー基板処理装置を用いて電子デバイスを製作することを特徴とする電子デバイス製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、半導体集積回路等の電子デバイスを製作する際に使用される基板処理装置に関し、特に、複数の処理チャンバーを備えたマルチチャンバータイプの基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に対して各種処理を施すことは、半導体集積回路等の製作の際に盛んに行われている。例えば、配線用導電膜を作成する際にはスパッタリングや化学蒸着（ＣＶＤ）等の方法による成膜処理が多く行われているし、配線パターンの形成の際には反応性ガスを使用したエッチング処理が盛んに行われている。
【０００３】
このような処理を行う基板処理装置のタイプの一つとして、マルチチャンバータイプの基板処理装置が既に知られている。図１５は、従来のマルチチャンバータイプの基板処理装置（以下、マルチチャンバー基板処理装置）の構成を示す平面概略図である。マルチチャンバー基板処理装置は、中央に設けられたセパレーションチャンバー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に設けられた複数の処理チャンバー２及び一対のロードロックチャンバー３等からなる構成である。
【０００４】
各処理チャンバー２及び一対のロードロックチャンバー３は、セパレーションチャンバー１に対して気密に接続されている。セパレーションチャンバー１と各処理チャンバー２及び一対のロードロックチャンバー３との境界部分には、それぞれ不図示のゲートバルブが設けられている。また、各チャンバーは、専用又は兼用の不図示の排気系によって所定圧力まで排気されるようになっている。
【０００５】
セパレーションチャンバー１は、各処理チャンバー２を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚染を防止するとともに、各処理チャンバー２やロードロックチャンバー３への基板搬送の経由空間となるものである。即ち、セパレーションチャンバー１内には、各チャンバーに対して基板Ｓｂの搬送を行う搬送ロボット１１が設けられている。
【０００６】
また、各ロードロックチャンバー３内には、所定数の基板Ｓｂを収納したロック内カセット３１が設けられている。搬送ロボット１１は、一方のロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１から基板Ｓｂを一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２に順次送る。基板Ｓｂに対して各処理チャンバー２で段階的に処理が行われ、基板Ｓｂは搬送ロボット１１によって元の又は他方のロードロックチャンバー３に戻されてロック内カセット３１に収容されるようになっている。
【０００７】
また、大気側に設けられた外部カセット４１とロック内カセット３１との間で基板Ｓｂの搬送を行うオートローダ４が設けられている。オートローダ４は、一枚の基板Ｓｂを保持する保持フィンガ４２と、保持フィンガ４２を移動させる移動機構４３とから構成されている。
移動機構４３は、多くの場合、鉛直な回転軸の周りに回転可能なアームを備えた多関節ロボットが採用される。この移動機構４３は、アームの回転半径方向（ｒ方向）、軸方向（ｚ方向）、回転方向（θ方向）に基板Ｓｂを移動させることができる。
【０００８】
このような構成により、オートローダ４は、外部カセット４１から基板Ｓｂを一枚ずつ取り出し、一方のロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１に収容するようになっている。尚、ロードロックチャンバー３には、大気側との基板Ｓｂの出し入れの際に開閉される不図示のゲートバルブを有する。このゲートバルブが開いている際には、セパレーションチャンバー１との境界部分のゲートバルブは閉じられる。
【０００９】
上述した従来のマルチチャンバー基板処理装置において、各処理チャンバー２への基板Ｓｂの搬入位置を常に同じ位置に保つことが要請されている。この理由は、一般的に言えば、基板Ｓｂを常に処理チャンバー２内の同じ位置に配置して処理を行わないと、プロセスの再現性の点で問題が生じる恐れがあるからである。
【００１０】
また、多くの場合、処理チャンバー２内に設けられた台状の基板ホルダーの上面に基板Ｓｂは載置されて処理される。この際、例えば成膜処理の場合には、基板ホルダーの表面領域のうち基板Ｓｂによって覆われていない領域にも薄膜は堆積するから、基板Ｓｂの載置位置が異なると、前の回の成膜処理によって堆積した薄膜の上に基板Ｓｂが載ってしまい、基板Ｓｂの裏面等にパーティクル（粒状の塵埃）が付着する原因となってしまう。
【００１１】
また、エッチング処理の場合には、基板ホルダーの表面領域のうち、基板Ｓｂが載置される領域以外には耐エッチング性の表面処理が施されているが、基板Ｓｂが載置される領域には熱接触性等を考慮してこのような表面処理は施されていない。従って、基板Ｓｂの載置位置がずれると、表面処理が施されていない部分が露出し、基板ホルダーがエッチングされてパーティクルを生ずる問題が発生する。
【００１２】
また一方、基板Ｓｂを常に同じ位置に配置するとともに、その周方向の配置位置（基板Ｓｂの中心を回転軸として回転させた際の回転方向の位置）も常に同じ位置にすることが要請されている。この点も、一般的には、プロセスの再現性の点からである。また、基板Ｓｂが配置された際、基板Ｓｂの輪郭の形状に適応した形状の部材が付近に存在する場合、基板Ｓｂの周方向の配置位置がずれると、その部材に干渉してしまう問題がある。例えば、基板Ｓｂがオリエンテーションフラット（以下、オリフラ）を有する半導体ウェーハであり、基板ホルダーがその形状に適合した凹部を有してその凹部内に基板Ｓｂが落とし込まれる構成である場合、オリフラの部分がずれていると基板Ｓｂが凹部内に落とし込まれず、搬送エラーとなってしまう。
【００１３】
このような要請のため、従来のマルチチャンバー基板処理装置では、ある基準位置を設定し、この基準位置に基板Ｓｂの中心を位置させる（以下、中心位置出しと呼ぶ）とともに、その位置での周方向位置を所定の位置にする（以下、周方向位置出しと呼ぶ）アライメントを行うことが必要となっている。従来、このアライメントは、位置出し器と呼ばれる機構を使用して行われている。
【００１４】
図１５に示すように、位置出し器５は、外部カセット４１とロードロックチャンバー３との間に設けられている。図１６は、図１５に示された位置出し器５のより詳細な構成を説明する斜視概略図である。
位置出し器５は、基板Ｓｂが載置されるステージ５１と、ステージ５１を支える支柱５２と、支柱５２を回転させる回転機構５３と、ステージ５１、支柱５２及び回転機構５３を一体に支持している支持台５４と、支持台５４をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構５５と、支持台５４をＹ方向に移動させるＹ方向移動機構５６と、基板Ｓｂの位置を検出する不図示のセンサと、センサからの信号に従ってＸ方向移動機構５５及びＹ方向移動機構５６を制御する不図示の制御部とから主に構成されている。
【００１５】
ステージ５１は、基板Ｓｂよりも小さな円板状である。また、保持フィンガ４２は、内側の幅がステージ５１の直径よりも大きな略Ｕ字状であり、基板Ｓｂをステージ５１に載置する際、ステージ５１が保持フィンガ４２のＵの字の内側に位置する状態となる。尚、基板Ｓｂをステージ５１に載置する際、保持フィンガ４２の中心は、ステージ５１の中心を垂直に貫くように設定された回転軸上に位置した状態となる。
【００１６】
基板Ｓｂの中心位置出しは、ステージ５１の回転軸が基板Ｓｂの表面を貫く点（以下、回転中心）と基板Ｓｂの中心とがどの程度ずれているかを検出し、基板Ｓｂの中心が回転中心に一致するようにＸ方向移動機構５５及びＹ方向移動機構５６を駆動することにより行う。
Ｘ方向移動機構５５及びＹ方向移動機構５６の駆動は、不図示のセンサの検出結果によって行う。センサの構成は、検出の方式によって異なるが、複数のフォトセンサを用いる場合と、ＣＣＤセンサ等のイメージセンサを使用する場合に分けられる。このうち、複数のフォトセンサを使用する場合は、回転軸を中心とする円周上に均等に複数のフォトセンサを配置する。フォトセンサの配置位置は、基板Ｓｂの直径よりも僅かに大きな直径の円周上である。
【００１７】
基板Ｓｂがステージ５１に載置されると、回転機構５３が支柱５２を介してステージ５１を回転させる。基板Ｓｂはステージ５１の回転に伴って回転する。この回転の際、回転中心と基板Ｓｂの中心とのずれに従って、基板Ｓｂの周縁が複数のフォトセンサを周期的に斜光したり透過させたりすることになる。この際、どのフォトセンサがどのようなタイミングで斜光されたり透過したりすることを知ることから、回転中心と基板Ｓｂの中心のずれが演算によって求められる。不図示の制御部は、この演算を行って回転中心と基板Ｓｂの中心のずれを求め、このずれを補正するようにＸ方向移動機構５５とＹ方向移動機構５６に駆動信号を送る。そして、保持フィンガ４２の中心と基板Ｓｂの中心とが一致した状態で、保持フィンガ４２が基板Ｓｂをステージ５１から取り去る。
【００１８】
また、ＣＣＤセンサを用いる場合、基板Ｓｂの周縁のうち特定の領域の画像を捉えるようにしてＣＣＤセンサを配置する。そして、ＣＣＤセンサは固定した状態にしておき、基板Ｓｂを回転機構５３によって回転させる。回転中心と基板Ｓｂの中心とのずれに従い、ＣＣＤセンサに捉えられる基板Ｓｂの周縁の画像に振れが生ずる。この振れの量及び振れが生じた際の基板Ｓｂの回転角度の情報から、回転中心と基板Ｓｂの中心とのずれが演算によって求められる。そして、同様にＸ方向移動機構５５とＹ方向移動機構５６に駆動信号を送って、保持フィンガ４２の中心と基板Ｓｂの中心とが一致した状態で基板Ｓｂがステージ５１から取り去られる。
【００１９】
また、振れの量及び振れが生じた際の基板Ｓｂの回転角度の情報から、オリフラ等の基板Ｓｂの周縁上の特定箇所が、ある基準となる角度位置からどの程度離れているかの情報も演算により得られる。従って、この演算の結果に基づいて所定角度ステージ５１を回転させ、その後、保持フィンガ４２が基板Ｓｂをステージ５１から取り去る。この結果、基板Ｓｂの周方向位置出しも行われた状態となる。
【００２０】
このようにして中心位置出し及び周方向位置出しを行った状態で、保持フィンガ４２が基板Ｓｂをステージ５１から取り去り、ロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１に基板Ｓｂを搬送する。尚、図１５及び図１６に示すように、上述のようなオートローダ４は、二つ設けられている。そして、二つのオートローダ４の間に一つの位置出し器５が設けられている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマルチチャンバー基板処理装置では、位置出し器５が外部カセット４１とロードロックチャンバー３との間に設けられているので、外部カセット４１とロードロックチャンバー３の間のスペースが広くなる。このため、オートローダ４の移動距離も長くなる。このようなことから、ロードロックチャンバー３の外側での機構の占有スペースが大きくなってしまう欠点がある。
また、外部カセット４１からロードロックチャンバー３に基板Ｓｂを一枚ずつ搬送する過程で中心位置出し及び周方向位置出しを行うので、搬送に要する時間が長くかかり、リードタイム（一枚の基板Ｓｂを装置に投入してから回収されるまでの合計の時間）が長くなる欠点がある。
【００２２】
さらに、中心位置出しや周方向位置出しが必要なのは、処理チャンバー２内で基板Ｓｂが処理される際であるが、従来の装置では、処理チャンバー２に搬送される時点よりもかなり前の時点で中心位置出しや周方向位置出しを行っている。このため、中心位置出しや周方向位置出しを行った後に処理チャンバー２に搬送されるまでの過程で、基板Ｓｂが本来の位置からずれてしまう可能性が多く残っている。ずれが生じると、処理チャンバー２内において基板Ｓｂが正しく配置されず、行った中心位置出しや周方向位置出しが無駄となってしまう。例えば、中心位置出し及び周方向位置出しを行った後に、基板Ｓｂが何らかの事情で保持フィンガ４２又は搬送ロボット１１上でずれてしまった場合、処理チャンバー２内での配置位置もずれてしまう。
【００２３】
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、処理チャンバー内の所定の位置に常に正しく基板が配置されるマルチチャンバー基板処理装置であって、占有スペースが大きくならず、生産性に優れた実用的な装置を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に設けられ、上面に凹部が設けられた基板ホルダーと、
前記処理チャンバー内において前記凹部に収容可能な、基板が載置されるステージと、
基板が載置された前記ステージを下降させ、基板を前記基板ホルダーの上面に載置した後、前記ステージを前記凹部内に収容可能なように前記ステージを昇降させる昇降機構と、
前記ステージを回転させる回転機構と、
発光器及び受光器を有する光学式位置検出手段と、
前記ステージから基板を搬送する搬送ロボットと、
搬送ロボットを制御する制御部と
を具備し、
前記発光器は、前記ステージに載置されている基板の周縁に一部が遮断されるよう幅のある光を発するものであって、前記受光器は、遮断された残りを受光するものであり、
前記昇降機構は、基板が載置された前記ステージを上昇させて基板を前記基板ホルダーの基板載置面より高い検出位置に位置させるものであり、
前記回転機構は、前記昇降機構により基板が検出位置に位置した状態で前記ステージを回転させるものであり、
前記光学式位置検出手段は、検出位置で前記ステージの回転に伴って基板が回転する際の前記受光器での受光結果から該基板の位置情報を検出するものであり、
前記制御部は、前記光学式位置検出手段により検出された基板の位置情報に基づいて、
前記搬送ロボットの動作を制御するものであるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記位置情報は、基板の中心位置及び基板の周方向の位置を含という構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項３記載の発明は、上記請求項１、又は２の構成において、前記基板ホルダーは、基板を加熱するヒータを内蔵するという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記発光器と前記受光器は、前記発光器から前記受光器に向かう光が前記基板ホルダーに遮蔽されないように、前記処理チャンバーの天井壁と側壁にそれぞれ取り付けられているという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記載の前記処理チャンバーは、基板を加熱するヒートチャンバーであり、このヒートチャンバーに加えて、薄膜を作成するスパッタチャンバー又はＣＶＤチャンバーとを備えたマルチチャンバー基板処理装置であるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項６記載の発明は、請求項５記載のマルチチャンバー基板処理装置を用いて電子デバイスを製作するという構成を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の実施形態に係るマルチチャンバー基板処理装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すマルチチャンバー基板処理装置は、図１５に示す従来の装置と同様、中央に設けられたセパレーションチャンバー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に設けられた複数の処理チャンバー６，７，８，９及び一対のロードロックチャンバー３からなるチャンバー配置である。
【００２６】
本実施形態の装置は、スパッタリングとＣＶＤとを複合させた薄膜作成装置であり、複数の処理チャンバー６，７，８，９には、二つのスパッタチャンバー８と二つのＣＶＤチャンバー９が含まれている。また、処理チャンバーのうちの一つは、基板Ｓｂの予備加熱を行うヒートチャンバー６であり、別の一つは、薄膜作成に先立って表面の自然酸化膜又は保護膜等をエッチングして除去するエッチングチャンバー７になっている。
【００２７】
基板Ｓｂは、セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１によって、一方のロードロックチャンバー３からヒートチャンバー６、エッチングチャンバー７、スパッタチャンバー８、ＣＶＤチャンバー９の順に送られる。そして、所定の成膜処理が終了した後、基板Ｓｂは、他方のロードロックチャンバー３に戻されるようになっている。
【００２８】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点の一つは、中心位置出しや周方向位置出しがされた状態で基板Ｓｂを処理する必要のある処理チャンバーに搬送されるまでに基板Ｓｂが一時的に搬入される別の処理チャンバー内で中心位置出し及び周方向位置出しを行うことである。具体的には、本実施形態の装置では、エッチングチャンバー７、スパッタチャンバー８及びＣＶＤチャンバー９において中心位置出しや周方向位置出しがされている必要があり、その前に基板Ｓｂが搬入されるヒートチャンバー６で中心位置出し及び周方向位置出しを行うようになっている。即ち、ヒートチャンバー６は、中心位置出し及び周方向位置出しを行う手段（以下、位置出し手段）を備えている。
【００２９】
図２を使用して、このヒートチャンバー６の構成について説明する。図２は、ヒートチャンバー６の構成を説明する側面概略図である。ヒートチャンバー６は気密な箱状の真空容器であり、ゲートバルブ６１を介在させてセパレーションチャンバー１に気密に接続されている。
【００３０】
ヒートチャンバー６内には、基板Ｓｂを載置して加熱するための基板ホルダー６２が設けられている。基板ホルダー６２は、ヒータ６２１を内蔵した加熱ブロック６２２と、加熱ブロック６２２の上側に設けられた上面ブロック６２３と等から構成されている。
加熱ブロック６２２は、基板Ｓｂより大きな円盤状の部材であり、材質としてはステンレス等の金属製である。尚、ステンレスと熱伝導性の良い銅等のように異種の金属よりなるブロックを組み合わせて加熱ブロック６２２を構成する場合、両者の接合は拡散接合の方法によると熱接触性が良いため好適である。
【００３１】
ヒータ６２１としては、本実施形態では、抵抗発熱方式のものが使用されている。ヒータ６２１は線状であり、加熱ブロック６２２の中心軸の回りに螺旋状又は同心円周状等の形状で設けられている。ヒータ６２１には、不図示のヒータ電源が接続されており、通電により発熱するようになっている。
上面ブロック６２３は、加熱の際に基板Ｓｂが表面に載せられる部材である。上面ブロック６２３は、基板Ｓｂとほぼ同じ直径の円盤状である。上面ブロック６２３は、材質的にはアルミナ等で形成されており、カーボンシート等の緩衝材を介在させるなどして加熱ブロック６２２に対して熱接触性よく接合されている。
尚、基板ホルダー６２は、ホルダー固定部６２４によってヒートチャンバー６の底面に固定されている。また、基板ホルダー６２は、基板ホルダー６２の急冷や温度調節のために水冷されることがある。
【００３２】
また、上記基板ホルダー６２とは別に、表面に基板Ｓｂが載置されるステージ６３が設けられている。ステージ６３は、基板Ｓｂよりも小さな径の円板状の部材である。上面ブロック６２３の表面には、図２に示すように凹部（符号省略）が形成されている。この凹部は、ステージ６３の直径より僅かに大きな円形であり、基板Ｓｂの加熱時にはこの凹部内にステージ６３が位置するようになっている。
【００３３】
ステージ６３には、支柱６３１が固定されている。支柱６３１は、ステージ６３の裏面の中央に先端が固定されて下方に延びている。上面ブロック６２３及び加熱ブロック６２２には、中央に上下に延びる貫通孔（符号省略）が形成されている。貫通孔の断面積は支柱６３１の断面積よりも少し大きく、支柱６３１はこの貫通孔を通して下方に延びている。
【００３４】
支柱６３１の下端には、回転機構６４及び昇降機構６５が設けられている。まず、回転機構６４について説明すると、回転機構６４は、支柱６３１と一体に回転するように設けられた被駆動ギア６４１と、被駆動ギア６４１に噛み合わされた駆動ギア６４２と、駆動ギア６４２を出力軸に固定した回転用モータ６４３と、回転機構６４全体を保持した保持板６４４等から構成されている。
【００３５】
保持板６４４には、支柱６３１が挿通された貫通孔が設けられている。また、保持板６４４には、貫通孔の周囲から下方に延びるようにしてほぼ円筒状のフレーム６４５が固定されている。このフレーム６４５は、底部を有する形状である。フレーム６４５は、貫通孔の下側にほぼ円筒状の気密な内部空間を形成している。そして、このフレーム６４５の内部空間に支柱６３１の下端部分が配置されている。尚、フレーム６４５と支柱６３１とは同軸となっている。
そして、フレーム６４５の外側面には鍔状の突出部分（符号省略）が形成されており、この突出部分にベアリング（符号省略）を介して被駆動ギア６４１が係止されている。被駆動ギア６４１は、全体がほぼ円筒状であり、外側に突出した部分にギア歯が設けられている。支柱６３１は、図２に示すように、下端部分では少し径が太くなっている。そして、支柱６３１の下面がベアリングを介してフレーム６４５の底面に係止されている。
【００３６】
また、支柱６３１の外周面と被駆動ギア６４１の内周面とは、フレーム６４５を挟んで狭い空間で対向している。そして、支柱６３１の外周面と被駆動ギア６４１の内周面とは、磁気カップリングされている。即ち、支柱６３１の外周面と被駆動ギア６４１の内周面には、異なる磁極の不図示の磁石が設けられている。また、支柱６３１の外周面と被駆動ギア６４１の内周面とが対向する部分では、フレーム６４５の肉厚が薄くなっている。従って、外側の被駆動ギア６４１が回転すると、内側の支柱６３１も磁気結合によって回転するようになっている。従って、回転用モータ６４３が回転して駆動ギア６４２が回転すると、被駆動ギア６４１の回転によって支柱６３１が回転する。尚、フレーム６４５は保持板６４４に固定されており回転しない。
支柱６３１が回転すると、ステージ６３も一体に回転し、ステージ６３上の基板Ｓｂも回転するようになっている。尚、基板Ｓｂの裏面とステージ６３の表面との間の摩擦力により、基板Ｓｂは、滑ることなくステージ６３と一体に回転する。また、ステージ６３の表面に静電気を誘起して基板Ｓｂを静電吸着するよう構成してもよい。
【００３７】
また、被駆動ギア６４１から下方に突出するようにして補助棒６４８が設けられている。補助棒６４８は支柱６３１と同軸であり、被駆動ギア６４１や支柱６３１と一体に回転するようになっている。また、補助棒６４８は、ベアリングを介して補助保持板６４６に保持されている。そして、補助棒６４８の下端には、ロータリーエンコーダ６４７が設けられている。上記のように支柱６３１が回転すると、補助棒６４８も一体に回転し、その回転角度がロータリーエンコーダ６４７で検出されるようになっている。
【００３８】
次に、昇降機構６５について説明すると、昇降機構６５は、上記回転機構６４を保持した保持板６４４を保持する被駆動体６５１と、被駆動体６５１が螺合するボールネジ６５２と、ジョイント６５３を介してボールネジ６５２に結合された昇降用モータ６５４等から構成されている。昇降用モータ６５４が回転すると、ジョイント６５３を介してボールネジ６５２が回転し、これによって被駆動体６５１が上下に直線移動するようになっている。この結果、保持板６４４に保持された回転機構６４、支柱６３１及びステージ６３等が全体に昇降するようになっている。
尚、保持板６４４とヒートチャンバー６との間には、ベローズ６６が設けられている。ベローズ６６は、支柱６３１が挿通されているヒートチャンバー６の底板部分の開口からのリークを防止している。
【００３９】
上述した通り、上記昇降機構６５が支柱６３１を上昇させると、支柱６３１に保持されたステージ６３も上昇し、ステージ６３上に載置された基板Ｓｂも上昇する。本実施形態の装置では、所定の上昇位置にある基板Ｓｂの縁が光路上に位置するように、一対の発光器６７１と受光器６７２が設けられている。
【００４０】
まず、発光器６７１は、本実施形態では、半導体レーザが使用されており、発振波長は７８０ｎｍである。この発光器６７１は、枠体６７３によってヒートチャンバー６に固定されている。また、発光器６７１の前面には、出射窓６７４が設けられている。枠体６７３や出射窓６７４は、ヒートチャンバー６内の真空のリークが無いよう、ヒートチャンバー６に対して気密に取り付けられている。尚、ヒートチャンバー６の器壁には、発光器６７１からの光が通過する出射側開口が十分な大きさで設けられている。
【００４１】
受光器６７２は、発光器６７１が発する光に対して十分な検出感度があるものが使用されており、具体的には本実施形態ではフォトダイオードアレイが使用されている。受光器６７２の前面には入射窓６７５が設けられており、入射窓６７５や受光器６７２は、発光器６７１同様、枠体６７６によって気密にヒートチャンバー６に設けられている。また、ヒートチャンバー６の器壁には、受光器６７２に入射する光が通過する入射側開口がやはり十分な大きさで設けられている。
【００４２】
発光器６７１が発する光は、出射窓６７４を通してヒートチャンバー６内に入射し、所定の上昇位置にある基板Ｓｂの縁に一部の光が遮蔽されながら、残りの一部の光が入射窓６７５を通して受光器６７２に入射する。受光器６７２が受光した光の強度は、受光器６７２内の増幅器で増幅された後、コンピュータ６８に送られるようになっている。また、コンピュータ６８には、ロータリーエンコーダ６４７からの信号も入力されるようになっている。
【００４３】
さて、本実施形態の装置では、上記ヒートチャンバー６に設けられたステージ６３、支柱６３１、回転機構６４、昇降機構６５、発光器６７１及び受光器６７２、そして、コンピュータ６８、ステージ６３との間で基板Ｓｂの受け渡しを行う搬送ロボット１１のアーム等の要素が位置出し手段を構成している。これらの要素を使用した中心位置出し及び周方向位置出しの方式を説明しながら、位置出し手段の構成について説明する。
【００４４】
位置出しを行う場合には、セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１によってステージ６３上に基板Ｓｂを載置した後、昇降機構６５によって基板Ｓｂを所定の高さ（以下、位置出しレベル）の位置に位置させる。次に、発光器６７１を動作させながら回転機構６４によって基板Ｓｂを回転させる。そして、受光器６７２に入射する光を電気信号に変換して得られた出力信号（以下、単に出力信号）をコンピュータ６８が処理し、搬送ロボット１１のアームが基板Ｓｂを受け取る際に位置する位置を特定する。そして、搬送ロボット１１が実際にこの位置で基板Ｓｂを受け取ってステージ６３から取り去ることで、位置出しが完了する。
【００４５】
以下の説明では、主にコンピュータ６８に格納された処理プログラムについて説明する。
まず、図３及び図４を使用して、回転中心から基板Ｓｂの周縁の各点までの距離（以下、周縁距離）の算出について説明する。図３は、周縁距離の算出について説明する図であり、受光器６７２の受光面６７７を示す平面概略図である。また、図４は、中心位置出しがされた基板Ｓｂと光軸６７０との関係を示す側面概略図である。
【００４６】
前述した通り、本実施形態では受光器６７２としてフォトダイオードアレイが使用されている。この受光器６７２の受光面６７７は、図３に示す通り細長い長方形である。受光器６７２は、この受光面６７７が光軸６７０に対して垂直であり、受光面６７７の中心が光軸６７０上に位置するよう、精度よく光軸６７０に対して配置されている。
【００４７】
一方、発光器６７１は、ビームエキスパンダー及びコリメータレンズ等の光学系を内蔵しており、発光器６７１から発せられる光は、図４中にＬmaxで示す幅の平行光になっている。尚、図３に示す受光面６７７は、この平行光のビームの断面積より少し大きなものになっており、すべてのビームが垂直に入射するよう光軸６７０に対して垂直な姿勢となっている。また、図３に示す通り、受光面６７７の中央を光軸６７０が通るよう設定されている。
【００４８】
ここで、発光器６７１からのビームのうちの一部が基板Ｓｂにより遮蔽されて残りが受光器６７２に入射することによる生ずる出力信号の大きさは、光軸６７０に対する基板Ｓｂの位置に対応している。以下、この点を具体的に説明する。
【００４９】
まず、発光器６７１からのビームが基板Ｓｂに遮蔽されずにすべて受光器６７２に入射する際の出力信号の大きさをＳmaxとすると、Ｓmaxの大きさは、ビームの幅Lmaxに依存する。即ち、
Smax＝kLmax…（１）
となる。式（1）において、kは受光器６７２の感度等によって決まる比例定数である。
【００５０】
また、図４に示す通り、基板Ｓｂが位置出しレベルの高さにあり、基板Ｓｂの中心が回転中心に一致しているとき（中心位置出しがされているとき）、基板Ｓｂの縁は、発光器６７１と受光器６７２とを結ぶ光軸６７０上に位置するようになっている。この中心位置出しがされているときの出力信号を大きさをS0とすると、発光器６７１からのビームのうちの半分が基板Ｓｂにより遮蔽され、残りの半分が受光器６７２に入射する。つまり、図３に斜線で示すように、受光面のうち半分の領域に光が入射する。従って、受光器の出力信号S0 は、
S0 ＝Smax／2＝kLmax／2…（２）
となる。尚、図３に示す受光面６７７の幅ｗは、基板Ｓｂの曲率に比べて充分小さく、基板Ｓｂにより遮蔽されるビームの輪郭は直線と見なせるものと取り扱える。
【００５１】
そして、図４に点線で示すように、基板Ｓｂの中心が回転中心に一致せず、基板Ｓｂが回転中心に対して外側にずれているときは、発光器６７１からのビームのうち基板Ｓｂに遮蔽される量が多くなる。この結果、受光器６７２に入射するビームの量が減少し、出力信号も小さくなる。この際の受光器６７２に入射するビームの幅をL、幅Lのビームによって生ずる出力信号の大きさをSdとすると、
Sd＝kL…（３）
となる。また、周縁距離をＤ、基板Ｓｂの表面方向における回転中心から光軸６７０までの距離をRとすると、図４から明らかなように、L＝Lmax／2−（D−R）sinθLとなるから、式（３）は、
Sd＝k｛Lmax／2−k（D−R）sinθL｝…（４）
と書き直せる。
式（２）を考慮すると、式（４）は、
S0−Sd ＝k（D−R）sinθL…（５）
となる。そして、式（１）より、k＝Smax／Lmaxであるから、式（５）は、
S0−Sd＝α（D−R）…（６）
となる。但し、式（６）において、α＝Smaxsinθ／Lmaxである。
【００５２】
上記式（６）から、周縁距離Dは、
D＝R＋（S0−Sd）／α…（７）
として算出できる。上記式（７）において、Rは前述したように設計事項であって既知である。また、S0については、レーザーを用いた距離計を使用しながら基板Ｓｂの中心が回転中心に一致するように基板Ｓｂを配置した状態で受光器６７２にビームを入射させ、その際の出力信号の値を求めておく。また、αについても、Lは設計事項であって既知であり、Smaxは予め求めておくことができる。従って、αの値も既知である。このようなR、S0及びαの値を定数として予めコンピュータ６８に記憶させ、出力されるSdの信号の大きさから、式（７）に従って周縁距離Dを算出するようにする。
【００５３】
図５は、周縁距離Dの算出結果の一例を示す図であり、具体的には、基板Ｓｂがオリフラを有する半導体ウェーハのような円形の基板である場合の周縁距離Dの算出結果を示している。図５の横軸はステージ６３の回転角度を、縦軸は周縁距離Dをそれぞれ示している。
基板Ｓｂの中心と回転中心とが一致せず、基板Ｓｂが偏心して回転する場合、回転中心から基板Ｓｂの縁までの距離は上述したように光軸６７０に対して一定でなく変化する。この変化は周期的であり、ステージ６３を３６０度回転させた際の周縁距離Dの変化は、図５に示すようにほぼ正弦波状となる。つまり、ステージ６３を回転させながら、所定のサンプリング周期でSdをサンプリングし、上記プログラムに従ってDを算出すると、Dの描く曲線は図５のようになる。
【００５４】
次に、周縁距離Dのデータから基板Ｓｂの中心の位置及び基板Ｓｂの周縁の基準点の位置を求めるプログラムについて説明する。基板Ｓｂの中心の位置は、上記のようにサンプリングした周縁距離Dのデータのうち、三つのデータを使用することで算出できる。しかしながら、三つのデータの中にオリフラ等の非円周部分におけるデータが含まれていると正しく算出できない。また、オリフラ等の非円周部分は、周方向位置出しの基準点として位置を特定する必要がある。そこで、まず非円周部分の位置を求める演算が行われる。
【００５５】
一例として、非円周部分がオリフラである場合について説明する。非円周部分の位置の算出を行う場合、図５に示す周縁距離Dの曲線を一次微分する演算を行う。この結果、図６に示す曲線が得られる。図６は、図５に示す曲線を一次微分して得られた曲線を示す。また、図７は、図５及び図６に示すデータからオリフラの中心を求める演算について説明する図である。
【００５６】
図５に示す周縁距離Dの曲線を一次微分すると、図６に示すように、周期的な変化は非常に小さくフラットになる（以下、このデータをD’と呼ぶ）。そして、オリフラの部分における出力信号の変化が鋭く表される。このD’のデータのうちの最小値D’min と最大値D’max が得られた際の回転角度θmin、θmaxは、オリフラの始まりの点と終わりの点が光路上に位置した際の回転角度に相当している。
周方向位置出しの基準点には、オリフラの中心が採用されることが多い。しかしながら、上記回転角度θmin 及びθmax の丁度中間の角度がオリフラの中点の位置に相当している訳ではない。そこで、以下のような演算を行い、オリフラの中点の位置を特定する。
【００５７】
図７において、説明を簡単にするため、直角座標の原点を回転中心Ｏにとる。そして、オリフラの始まりの点をF1、終わりの点をF2とし、オリフラの中点をFmとする。また、原点からF1までの距離OF1、原点からF2までの距離をOF2とする。さらに、原点とF1を結ぶ線分がx軸に対して成す角をθF1、原点とF2を結ぶ線分がx軸に対して成す角をθF2、原点とFmを結ぶ線分がx軸に対して成す角をθFmとする。
ここで、原点とFmを通る直線の傾きをaとすると、傾きaは、
a＝tanθFm
となる。また、F1からx軸に引いた垂線（F1X1）が直線y＝axと交わる点をE1とすると、
F1E1＝｜OF1sinθF1−OX1tanθFm｜
＝｜OF1sinθF1−aOX1｜
となる。OX1＝OF1cosθF1だから、
F1E1＝｜OF1sinθF1−aOF1cosθF1｜…（８）
となる。
一方、F2からx軸に引いた垂線（F2X2）を延ばして直線y＝axと交わらせた点をE2とすると、
F2E2＝｜OF2sinθF2−OX2tanθFm｜
＝｜OF2sinθF2−aOX2｜
となる。同様に、OX2＝OF2cosθF2だから、
F2E2＝｜OF2sinθF2−aOF2cosθF2｜…（９）
となる。
【００５８】
図７から明らかなように、F1E1＝F2E2であるから、（８）及び（９）の各左辺の二乗が等しいとおいて、
（OF12cos2θF1−OF22cos2θF2）a2
−2（OF12cosθF1sinθF1−OF22cosθF2sinθF2）a
＋OF12sin2θF1−OF22sin2θF2
＝０…（10）
が得られる。
上記式（10）中、OF1，OF2，θF1，θF2は前述した周縁距離のデータであり、定数である。従って、これらのデータを式（10）に代入し、式（10）の二次方程式を解くことでaが求められる。そして、オリフラの中点Fmが光路上に位置した際のステージ６３の回転角度（以下、オリフラ中点検出角度）θFmは、θFm＝tan-1(a)で求められる。
【００５９】
次に、基板Ｓｂの縁の非円周部分の別の例として、非円周部分が小さな切り欠き（以下、ノッチと呼ぶ）である場合の位置算出方法について説明する。
図８は、基板Ｓｂがノッチを有する半導体ウェーハのような円形の基板である場合の周縁距離の算出結果を示している。図８の横軸はステージ６３の回転角度を、縦軸は周縁距離Dをそれぞれ示している。
【００６０】
図８に示す周縁距離Dの曲線を一次微分すると、図９に示す曲線が得られる。図９は、図８に示す曲線を一次微分して得られた曲線を示す。
図９に示すように、図８に示す曲線を一次微分すると、周期的な変化は非常に小さくフラットになる（以下、このデータをD”と呼ぶ）。そして、ノッチの部分で鋭いリップル状の波となる。ノッチの幅は基板Ｓｂの円周の長さに比べて充分に小さく、また、ノッチの形は三角形状、半円状、半楕円状等の場合が多い。従って、オリフラの場合のような複雑な計算はせず、以下のようにしてノッチが光路上に位置した際のステージ６３の回転角度（以下、ノッチ検出角度θn）を算出する。
即ち、まず、D”のデータのうちの最小値と最大値が得られた際の回転角度θmin及びθmaxを求める。そして、図８に示す微分する前のデータに戻り、回転角度θmin〜θmaxの間で周縁距離の値が最小値となった際の回転角度をノッチ検出角度θnとする。
【００６１】
次に、上記周縁距離のデータから基板Ｓｂの中心を求める演算について説明する。図１０は、周縁距離のデータから基板Ｓｂの中心を求める演算について説明する平面図である。
基板Ｓｂの中心は、周縁距離のデータから三つのデータを取り出して使用することで算出できる。しかしながら、このデータに非円周部分のデータが含まれていると正しく算出できないので、以下のようにする。
【００６２】
具体的には、上記のように求めたオリフラ中点検出角度θＦm又はノッチ検出角度θnから６０度、１８０度、２４０度離れた三つの回転角度における周縁距離のデータを採用する。このデータに相当する基板Ｓｂの周縁の三点をP1，P2，P3とし、非円周部分がノッチであるとすると、三点P1，P2，P3とノッチの位置関係は、図１０に示すように例示できる。
【００６３】
図１０において、基板Ｓｂの中心をCとし、回転中心OからCまでの距離をM、OとCを結ぶ線分がx軸に対して成す角をAとする。尚、図１０において、基板Ｓｂの周縁がx軸と＋側で交差する点Sは、図８及び図９に示す周縁距離のデータにおいて、回転角度０度（又は３６０度）の点に相当している。従って、角Aは、どの程度ステージ６３が時計回りに回転すると基板Ｓｂの中心Cを通る直線が光軸６７０上に位置するかの角度になっている。
【００６４】
基板Ｓｂの中心Cは、上記角度Aと距離Mを求めることで特定できる。具体的には、図１０において、回転中心OとP1，P2，P3のそれぞれの距離をr1，r2，r3とし、OとP1，P2，P3をそれぞれ結ぶ線分が線分OS（x軸の＋側）に対して成す角をθ1，θ2，θ3とする。そして、三点の座標を、
P1 （r1 cosθ1 ，r1 sinθ1 ）＝（P1x，P1y）
P2 （r2 cosθ2 ，r2 sinθ2 ）＝（P2x，P2y）
P3 （r3 cosθ3 ，r3 sinθ3 ）＝（P3x，P3y）
とし、点Cの座標を（McosA，MsinA）とする。
【００６５】
Cは基板Sbの中心であるから、CP1 ＝CP2 ＝CP3 である。従って、
√｛（McosA−r1cosθ1）2＋（MsinA−r1sinθ1）2｝
＝√｛（McosA−r2cosθ2）2＋（MsinA−r2sinθ2）2｝
＝√｛（McosA−r3cosθ3）2＋（MsinA−r3sinθ3）2｝
となる。
これを変形して、
M2−2Mr1cosAcosθ1−2Mr1sinAsinθ1＋r12
＝M2−2Mr2cosAcosθ2−2Mr2sinAsinθ2＋r22
＝M2−2Mr1cosAcosθ3−2Mr3sinAsinθ3＋r32
が得られる。
上式の（第一辺）−（第二辺）より、
r12−r22
＝2M（r1cosAcosθ1＋r1sinAsinθ1−r2cosAcosθ2−r2sinAsinθ2）
＝2M｛（r1cosθ1−r2cosθ2）cosA＋（r1sinθ1−r2sinθ2）sinA｝…（11）
が得られる。また、（第二辺）−（第三辺）より、
r22−r32
＝2M（r2cosAcosθ2＋r2sinAsinθ2−r3cosAcosθ3−r3sinAsinθ3）
＝2M｛（r2cosθ2−r3cosθ3）cosA＋（r2sinθ2−r3sinθ3）sinA｝…（12）
がそれぞれ得られる。
【００６６】
r12−r22＝k1、r22−r32＝k2とし、k2 ／k1を計算すると、（12）／（11）より、
k2 ／k1
＝｛（r2cosθ2−r3cosθ3）cosA＋（r2sinθ2θL−r3sinθ3）sinA｝
／｛（r1cosθ1−r2cosθ2）cosA＋（r1sinθ1−r2sinθ2）sinA｝…（13）
となる。
式（13）の右辺の分子分母をcosAで割ると、
k2 ／k1
＝｛（r2sinθ2−r3sinθ3）＋（r2cosθ2−r3cosθ3）tanA｝
／｛（r1sinθ1−r2sinθ2）＋（r1cosθ1−r2cosθ2）tanA｝
＝｛（P2y−P3y）＋（P2x−P3x）tanA｝
／｛（P1y−P2y）＋（P1x−P2x）tanA｝…（14）
となる。
式（14）より、
k2｛（P1y−P2y）＋（P1x−P2x）tanA｝
＝k1｛（P2y−P3y）＋（P2x−P3x）tanA｝
である。よって、
｛k2（P1x−P2x）−k1（P2x−P3x）｝tanA
＝k1（P2y−P3y）−k2（P1y−P2y）
となる。
従って、
tanA
＝｛k1（P2y−P3y）−k2（P1y−P2y）｝
／｛k2（P1x−P2x）−k1（P2x−P3x）｝
となり、tan-1Aによって角度Aが求められる。
【００６７】
また、式（11）から、
M＝［k1／｛（P1x−P2x）cosA＋（P1y−P2y）sinA｝］／２
となり、求めた角度Aからこの式に従ってMの大きさが求められる。このようにして、角度Aと線分Mの大きさを求めることで、基板Ｓｂの中心Cの位置が特定される。
【００６８】
そして、このようにして特定された基板Ｓｂの中心の位置に、搬送ロボット１１のアームの特定の点が一致するように搬送ロボット１１を制御してアームに基板Ｓｂを受け取らせることで、中心位置出しの動作が完了する。但し、このままでは、基板Ｓｂの周方向の位置はランダムなままなので、以下のように周方向位置出しが行われるようにする。
【００６９】
図１１、図１２及び図１３は、周方向位置出しについての説明図である。本実施形態では、搬送ロボット１１のアームは、その先端にフォーク１１１（図１２及び図１３参照）を備えており、フォーク１１１の上に基板Ｓｂを載せて移動させるようになっている。
前述したアームの特定の点は、フォーク１１１の中心点（以下、フォーク中心）A0に設定されている。フォーク１１１は、長方形の板材にＵ字状の切り欠きを設けた形状である。フォーク中心A0は、Ｕの字の円弧部分の中心に設定されている。
【００７０】
搬送ロボット１１は、前述のように特定された基板Ｓｂの中心Cにフォーク中心A0が一致するように（より正確には同一鉛直線上に位置するように）フォーク１１１を移動させて基板Ｓｂをフォーク１１１の上に載せて保持する。この際、周方向位置出しが行われるように、基板Ｓｂを所定角度回転させた後に、フォーク１１１を移動させて基板Ｓｂを保持する。この周方向位置出しのための回転動作について、以下に説明する。
【００７１】
まず、周方向位置出しのための回転を行う前の状態で、基板Ｓｂの周縁の基準点が周方向のどの位置に位置しているかを求める演算を行う。この演算について、周縁の基準点がノッチである場合を例にして説明する。図１１は、周方向位置出しに必要な演算の説明図であって、回転前の基板Ｓｂの周縁の基準点の位置を求める演算について説明した図である。
【００７２】
図１１において、基準点であるノッチNと基板Ｓｂの中心Cとを結ぶ線分がx軸に対して成す角をθNとすると、
tanθN＝（Dnsinθn−MsinA）／（Dncosθn−McosA）…（15）
となる。式（15）において、Dnはノッチ検出角度θnにおける周縁距離のデータで既知であり、MやAもまた既に求められている。従って、式（15）にこれらの値を代入して、tan-1により角度θNが求められる。尚、図１１ではノッチの例であるが、オリフラの場合も同様である。
【００７３】
一方、図１２及び図１３に示すように、基板Ｓｂを受け取るために行う搬送ロボット１１のフォーク１１１の移動は、搬送ロボット１１の動作基準点を基準にして設定される。本実施形態では、多関節ロボットが搬送ロボット１１として使用されており、搬送ロボット１１の動作基準点は、多関節のアームの最も手元側に位置する固定された回転軸上に設定されている。この動作基準点（図１２及び図１３にQで示す）は、図１に示すセパレーションチャンバー１の中心軸上に位置している。
【００７４】
前述した図１１におけるx軸は、図１２及び図１３における動作基準点Qと回転中心Oとを結ぶ方向に一致している。つまり、図１２及び図１３における動作基準点Qと回転中心Oとを結ぶ方向をx軸として、上述したθNが算出される。
周方向位置出しは、基板Ｓｂの周縁の基準点を周方向で所定の位置に位置させることであるが、この所定の位置は、基板Ｓｂを保持する際のフォーク１１１の姿勢を基準として設定されている。具体的には、フォーク１１１は前述した通りＵ字状の板材であり、フォーク中心A0を通るＵ字の深さ方向が基準となっている。以下、この方向をフォーク基準方向と呼ぶ。
【００７５】
一方、算出された基板Ｓｂの中心Cと動作基準点Qとを結ぶ線は、フォーク進入ラインＡLとして設定される。フォーク１１１は、フォーク進入ラインALに沿って直線移動してフォーク中心A0が基板Ｓｂの中心Cに一致した位置で基板Ｓｂを受け取るようになっている。この際、フォーク１１１は、フォーク基準方向がフォーク進入ラインALに一致した状態で直線移動するようになっている。つまり、図１２及び図１３に示すように、フォーク進入ラインALはフォーク基準方向に一致している。
従って、本実施形態では、基板Ｓｂの周縁の基準点であるノッチNの位置は、フォーク進入ラインALを基準として設定される角度になっている。つまり、図１２及び図１３に示すように、ノッチNと基板Ｓｂの中心Cとを結ぶ線分がフォーク進入ラインALに対して成す角度Kは、ノッチNの周方向の位置を特定するものとなっており、この角度（以下、位置出し角）Kを所定の値（以下、K’）にすることが周方向位置出しの作業である。
【００７６】
位置出し角Kは、基板Ｓｂを回転中心Oの周りに回転させると変化する。従って、基板Ｓｂを回転させて位置出し角Kを所定の値K’にした後に、フォーク１１１が基板Ｓｂを受け取るようにする。どの程度基板Ｓｂを回転させればK＝K’となるかは、以下のような演算により予め求められる。
図１２及び図１３は、周方向位置出しのための回転角度を求める演算について説明する図である。このうち、図１２は、回転させる前の状態を示している。また、図１３は、位置出し角Kを所定の値K’にするために、図１２の状態からθだけ回転させた状態を示す図である。
【００７７】
図１２に示す状態から基板Ｓｂをθだけ回転させると、図１３に示すように、基板Ｓｂの中心Cや周縁の点SやノッチNも、回転中心Oの周りにθだけ回転する。そして、中心Cが回転する結果、フォーク進入ラインALもまた変化する。さらに、位置出し角Kも変化する。但し、角度θN、角度A、線分Mの大きさは変化しない。これらの値が保存された状態で、基板Ｓｂが回転する。
ここで、動作基準点Qと回転中心Oとを結ぶ線分に対してフォーク進入ラインALが成す角G、位置出し角K、前述のように求めた角度θN及び回転角度θの間には、以下の式（16）の関係が基板Ｓｂの回転にかかわらず常に成り立っている。
θN＋θ＝K＋G…（16）
この式（16）において注意すべきことは、基板Ｓｂを回転させると、Kのみならず、Gも変化することである。つまり、Gはθの関数であり、G（θ）と表現されるものである。
【００７８】
この点を考慮に入れながら式（16）を変形すると、
K＝θ−G（θ）＋θN…（17）
となる。
式（17）において、θNは前述のように既に求められている。従って、式（17）においてこの値は定数である。周方向位置出しのための回転角度θは、K＝K’を代入して式（17）の方程式を解くことにより求められる。しかし、式（17）の方程式を直接解いてθの値を求めることは困難である。そこで、コンピュータ６８による繰り返し計算の手法を用いる。即ち、θの値として−１８０°〜１８０°の範囲で例えば１°刻みでθの値を逐次代入して式（８）の右辺を計算する。そして、その値がK’に最も近似した際のθの値を求めるようにする。尚、G（θ）は、図１２及び図１３から明らかなように、以下の式（18）により算出される。
G（θ）
＝tan-1［Msin（A＋θ）／｛OL＋Mcos（A＋θ）｝］…（18）
【００７９】
このようにして回転角度θが求められると、このθの角度だけステージ６３を回転させる。この結果、位置出し角Kは、所定の角度K’にほぼ一致した状態となる。
【００８０】
そして、搬送ロボット１１の動作基準点Qとステージ６３の回転中心Oとの距離OLと角度Gから、動作基準点Qと基板Ｓｂの中心Cまでの距離Tを計算する。この距離Tは、T＝｛Mcos（A＋θ）＋OL｝secGから求められる。尚、搬送ロボット１１は、アーム進入ラインAL上であって、動作基準点Qから所定の短い距離離れた点（以下、フォーク動作原点）にフォーク中心A0が位置するとともにフォーク基準方向がアーム進入ラインALに一致するようにフォーク１１１を配置する。そして、この状態からフォーク１１１を移動させる。従って、動作基準点Qからフォーク動作原点までの距離をtとすると、フォーク１１１の移動距離はT-tとなり、この距離だけフォーク１１１が移動するようコンピュータ６８から信号が送られる。
【００８１】
このようにして、アーム進入ラインALの方向に距離(T-t)だけフォーク中心A0を移動させると、フォーク中心A0と基板Ｓｂの中心Cとが一致した状態で、フォーク１１１の上に基板Ｓｂが載置される。より正確に言えば、基板Ｓｂの中心Cを通る鉛直な直線上にフォーク中心A0を位置させ、フォーク１１１を上昇させてフォーク１１１上に基板Ｓｂを載せる。これによって、中心位置出しとともに周方向位置出しも行われた状態で、フォーク１１１の上に基板Ｓｂが載ることになる。
【００８２】
以上まとめると、周縁距離の算出、オリフラ中心又はノッチNの位置の算出、基板Ｓｂの中心Cの算出、周方向位置出し用回転角度θの算出の順でプログラムが実行される。
【００８３】
次に、図１に戻り、本実施形態の装置における他の処理チャンバーの構成について説明する。まず、エッチングチャンバー７は、アルゴン又は窒素などのガスを内部に導入する不図示のガス導入手段と、導入されたガスに高周波エネルギー等を与えてプラズマを形成する不図示のプラズマ形成手段と、基板Ｓｂに高周波電圧を印加してプラズマと高周波との相互作用により基板Ｓｂに負のセルフバイアス電圧を印加する不図示の高周波電源とから主に構成されている。
【００８４】
プラズマ中の正イオンは、負のセルフバイアス電圧によって引き出されて基板Ｓｂに入射し、基板Ｓｂの表面の自然酸化膜又は保護膜等がエッチングされる。この結果、基板Ｓｂの本来の材質の清浄な表面が露出するようになっている。
【００８５】
また、スパッタチャンバー８は、マグネトロンスパッタリングによって所定の薄膜を基板Ｓｂの表面に作成するよう構成されている。具体的には、前面の被スパッタ面がスパッタチャンバー８内に露出するようにして不図示のターゲットを設け、このターゲットに負の直流電圧又は高周波電圧を印加するよう構成する。そして、ターゲットの背後に不図示の磁石機構を設けてターゲットを貫くアーチ状の磁力線を周状に形成する。また、スパッタチャンバー８内にアルゴンや窒素等のガスを導入する不図示のガス導入手段が設けられる。
【００８６】
導入されたガスは、ターゲットに印加された電圧によって放電し、プラズマが形成される。プラズマ中の正イオンはターゲットをスパッタしてスパッタされたターゲットの材料が基板Ｓｂに達する。この結果、ターゲットの材料よりなる薄膜が基板Ｓｂの表面に作成される。スパッタされたターゲットの材料がガスと反応して反応生成物の薄膜が基板Ｓｂの表面に作成される場合もある。
【００８７】
また、ＣＶＤチャンバー９は、内部に所定の反応性ガスを導入する不図示のガス導入手段と、導入されたガスにエネルギーを与えて所定の気相反応を生じさせる不図示のエネルギー印加手段とを備えるよう構成される。エネルギー印加手段は、プラズマＣＶＤであればガスに高周波エネルギー等を与えてプラズマを形成する手段とされ、熱ＣＶＤであれば基板Ｓｂを所定温度に加熱して基板Ｓｂ表面の熱により反応が生ずるよう構成される。
【００８８】
次に、上述した本実施形態のマルチチャンバー基板処理装置に好適に採用されるオートローダ４の構成について説明する。図１４は、本実施形態のマルチチャンバー基板処理装置に好適に採用されるオートローダについて説明する斜視概略図である。
【００８９】
図１４に示すオートローダ４の大きな特徴点は、外部カセット４１から複数枚の基板Ｓｂを一括してロック内カセット３１に搬送できるようになっている点である。即ち、オートローダ４は、複数の保持フィンガ４４と、この複数の保持フィンガ４４を一体に移動させる移動機構４５とから主に構成されている。一つ一つの保持フィンガ４４は、略Ｕ字状の形状の部材である。
【００９０】
複数の保持フィンガ４４は、一定の間隔をおいて上下方向に重なるようにして配置されている。各保持フィンガ４４には、基板Ｓｂを静電気によって吸着する静電吸着機構が必要に応じて設けられる。このような保持フィンガ４４は、フィンガ保持体４６によって一体に保持されている。フィンガ保持体４６は、移動機構４５に連結されている。
移動機構４５には、多関節ロボットが多く採用され、フィンガ保持体４６をロボットの動作範囲内の任意の位置に位置させることができるよう構成される。
【００９１】
尚、外部カセット４１とロック内カセット３１とは、収容状態における各基板Ｓｂの位置関係が同じになっている。即ち、両カセット３１，４１とも、各基板Ｓｂが水平な姿勢で所定間隔をおいて上下に重なるようにして保持するものである。そして、その各基板Ｓｂの離間間隔も二つのカセット３１，４１では同じになっている。
【００９２】
上記構成のオートローダ４の動作を説明すると、まず、移動機構４５によってフィンガ保持体４６を移動させ、各保持フィンガ４４を外部カセット４１内の各基板Ｓｂの下側に挿入させる。そして、フィンガ保持体４６を上昇させて、各保持フィンガ４４に各基板Ｓｂが載った状態とする。この状態でフィンガ保持体４６を移動させ、複数の基板Ｓｂを一括してロック内カセット３１に搬送する。ロック内カセット３１では、フィンガ保持体４６を少し下降させて各基板Ｓｂがロック内カセット３１の各段の突起の上に載るようにする。その後、各保持フィンガ４４をロック内カセット３１から後退させ、所定の待機位置に戻す。
【００９３】
上記のような構成のオートローダ４を使用すると、搬送の効率が飛躍的に増大するため生産性の大幅な向上が期待できる。その一方で、従来のように、外部カセット４１からロック内カセット３１に搬送する際に位置出し器５によって一枚一枚中心位置出しと周方向位置出しを行うことは困難になる。従って、上述した構成の位置出し手段を備える構成は、上記構成のオートローダ４を使用することのデメリットを解消するものであり、相乗効果がある。
【００９４】
次に、上記構成に係る本実施形態のマルチチャンバー基板処理装置の全体の動作について概略的に説明する。
まず、上述したオートローダ４によって複数の基板Ｓｂが一括して一方のロック内カセット３１に搬送される。セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１は、ロック内カセット３１から基板Ｓｂを一枚ずつ取り出し、ヒートチャンバー６に送る。
【００９５】
ヒートチャンバー６では、基板Ｓｂを受け取ったステージ６３は下降し、基板Ｓｂが基板ホルダー６２の上面ブロック６２３の上に載せられる。加熱ブロック６２２内のヒータ６２１が予め動作しており、載せられた基板Ｓｂはヒータ６２１からの熱によって加熱される。基板Ｓｂの温度は、不図示の放射温度計又は熱電対等によってモニタされ、ヒータ６２１が制御されて、所定の加熱温度が所定時間維持される。
【００９６】
所定時間経過すると、昇降機構６５が動作してステージ６３が上昇し、基板Ｓｂを位置出しレベルの高さに位置させる。そして、上述した位置出し手段が動作して、上述したように基板Ｓｂの中心Cの位置が算出され、周方向位置出し用回転角度θの大きさが算出される。そして、周方向位置出し用回転角度θの分だけステージ６３が回転する。その後、セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１は、上述したように、そのフォーク中心A0が基板Ｓｂの中心Cに一致するように移動して基板Ｓｂを受け取る。これで、中心位置出し及び周方向位置出しが完了する。
【００９７】
その後、搬送ロボット１１はこの状態の基板Ｓｂをエッチングチャンバー７に送る。上述したようにエッチングによって表面の自然酸化膜又は保護膜等が除去された後、基板Ｓｂは搬送ロボット１１によってスパッタチャンバー８に送られる。そして、前述したようにスパッタチャンバー８内でスパッタリングによる成膜が行われた後、基板ＳｂはＣＶＤチャンバー９に送られ、ＣＶＤによる成膜が行われる。その後、基板Ｓｂは元の又は他方のロードロックチャンバー３に戻される。尚、ＣＶＤチャンバー９からロードロックチャンバー３に搬送される際に、冷却チャンバーに搬入されて冷却が行われる場合もある。
【００９８】
このようにして基板Ｓｂを一枚ずつ一方のロードロックチャンバー３から取り出して順次処理を行い、最後にロードロックチャンバー３に戻す。そして、ロードロックチャンバー３のロック内カセット３１に所定数の基板Ｓｂが収容されたら、オートローダ４を動作させ、この所定数の基板Ｓｂを一括して外部カセット４１に搬出する。
【００９９】
上記動作における基板処理の一例として、コンタクト膜バリア膜の連続作成について説明する。コンタクト膜バリア膜は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の電極部等において下地であるチャンネル表面とコンタクト配線との間に介在させるものであり、チャンネル表面とコンタクト配線との電気的導通を図りつつ、両者の相互拡散を防止するものである。主に電気的導通を向上させるために介在させるコンタクト膜には、通常、チタン膜が採用される。また、主に相互拡散防止のために介在させるバリア膜には、通常、窒化チタンが採用される。従って、チタン膜の上に窒化チタン膜を積層した多層膜構造が必要となる。
【０１００】
この構造を形成する場合、スパッタチャンバー８内ではアルゴンガスを導入してチタン製のターゲットをスパッタして基板Ｓｂの表面にチタン膜を作成する。そして、この基板Ｓｂをセパレーションチャンバー１を経由して真空中でＣＶＤチャンバー９まで搬送する。ＣＶＤチャンバー９では、塩化チタンのようなチタン化合物ガスと窒素ガスとを混合したガスを導入してプラズマＣＶＤを行う。プラズマ中でチタン化合物ガスが分解するとともにチタンと窒素が反応し、基板Ｓｂの表面に窒化チタンが付着し、窒化チタン膜が作成される。
【０１０１】
上記構成及び動作に係る本実施形態のマルチチャンバー基板処理装置では、エッチングチャンバー７に位置出し手段が設けられている。この構成は、中心位置出しや周方向位置出しがされた状態で処理する必要のある処理チャンバー（以下、要位置出しチャンバー）に搬送されるなるべく直前で中心位置出しや周方向位置出しを行うものとして意義がある。即ち、位置出しが行われてから基板Ｓｂが要位置出しチャンバーに搬入されるまでの経路や動作が短くなっているので、何らかの事情による位置ずれの可能性が従来に比べてかなり低くなっている。
【０１０２】
また、ヒートチャンバー６内に位置出し手段を設けて中心位置出しや周方向位置出しを行う別の理由は、基板Ｓｂの枚葉処理を律速する処理チャンバー以外で位置出しを行うことで、生産性の低下を防止するためである。つまり、各処理チャンバーで一枚の基板Ｓｂを処理するのに要する時間は、処理の内容によって異なる。そして、最も時間の掛かる一つの処理チャンバーの処理時間によって各処理チャンバーへの基板Ｓｂの搬入搬出動作が律速される。言い換えれば、その最も時間の掛かる処理チャンバー（以下、律速チャンバー）内での処理が終わるまでは、他の処理チャンバー内の基板Ｓｂは処理が終わっても次の処理チャンバーには搬送されず、その処理チャンバー内に留まっている。
そこで、本実施形態では、律速チャンバー以外の処理チャンバー内に位置出し手段を設けて、次の処理チャンバーに搬送されるまでの空いた時間で位置出しを行うようにしている。このため、タクトタイムが長くなることはなく、生産性の低下が防止されている。
【０１０３】
尚、前述した例では、基板Ｓｂの加熱処理の後に位置出しを行ったが、加熱処理の前に行うようにしてもよい。具体的には、搬送ロボット１１により基板Ｓｂがヒートチャンバー６に搬入されてステージ６３上に載置された際、ステージ６３を位置出しレベルの高さに位置させてステージ６３を回転させる。そして、前述した通り、基板Ｓｂの中心Cの位置の算出、基板Ｓｂのオリフラの中心又はノッチの位置の算出、周方向位置出し用回転角度θの大きさの算出を行う。そして、ステージ６３を下降させて基板Ｓｂを基板ホルダー６２上に載置して所定時間加熱する。その後、ステージ６３を上昇させ、周方向位置出し用回転角度θの大きさだけステージ６３を回転させた後、搬送ロボット１１のフォーク中心A0を基板Ｓｂの中心Cに一致させながらフォーク１１１に基板Ｓｂを受け取らせるようにする。
【０１０４】
上記の場合、基板Ｓｂの加熱に先立って搬送ロボット１１によって基板Ｓｂの位置を変更して位置出しされた状態で加熱するようにするとさらに好適である。具体的には、基板Ｓｂの中心Cの位置の算出及び周方向位置出し用回転角度θの算出の後、ステージ６３を周方向位置出し用回転角度θだけ回転させ、フォーク中心A0を基板Ｓｂの中心に一致させた状態でフォーク１１１に基板Ｓｂを一旦受け取らせる。
【０１０５】
その後、回転中心Oにフォーク中心A0を一致させながら、基板Ｓｂを再びステージ６３に載置する。そして、ステージ６３を下降させて基板Ｓｂを基板ホルダー６２上に載置して加熱を行う。こうすると、基板ホルダー６２の中心軸と基板Ｓｂの中心Cが一致し、さらに基板Ｓｂの周方向の位置も所定の位置になった状態で加熱処理がされる。従って、加熱処理の再現性も向上する。
【０１０６】
上述したヒートチャンバー６内に位置出し手段が設けられる構成は、ヒートチャンバー６内の空間を有効利用しているので、従来のように外部カセット４１とロードロックチャンバー３との間に位置出し器５を設ける構成に比べて、省スペース化できる。
特に、基板ホルダー６２とは別に同軸上に設けたステージ６３に基板Ｓｂを載置して回転させることで位置出しを行う構成は、ヒートチャンバー６内で大きなスペースを必要とすることがなく、ヒートチャンバー６の大型化を抑制する効果がある。また、ヒータ６２１を内蔵した基板ホルダー６２が回転する場合に比べ、回転のための機構が簡略化されるため好適である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の発明によれば、処理チャンバーにおいて位置検出がされるので、省スペース化が図れ、また、上記効果に加え、処理チャンバーの大型化が抑制されるとともに回転機構の構成が簡易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係るマルチチャンバー基板処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】ヒートチャンバー６の構成を説明する側面概略図である。
【図３】周縁距離の算出について説明する図であり、受光器６７２の受光面６７７を示す平面概略図である。
【図４】中心位置出しがされた基板Ｓｂと光軸６７０との関係を示す側面概略図である。
【図５】周縁距離Ｄの算出結果の一例を示す図であり、具体的には、基板Ｓｂがオリフラを有する半導体ウェーハのような円形の基板Ｓｂである場合の周縁距離の算出結果を示している。
【図６】図５に示す曲線を一次微分して得られた曲線を示す。
【図７】図５及び図６に示すデータからオリフラの中心を求める演算について説明する図である。
【図８】基板Ｓｂがノッチを有する半導体ウェーハのような円形の基板Ｓｂである場合の周縁距離の測定結果を示している。
【図９】図８に示す曲線を一次微分して得られた曲線を示す。
【図１０】周縁距離のデータから基板Ｓｂの中心を求める演算について説明する平面図である。
【図１１】周方向位置出しに必要な演算の説明図であり、回転前の基板Ｓｂの周縁の基準点の位置を求める演算について説明した図である。
【図１２】周方向位置出しのための回転角度を求める演算について説明する図であり、回転させる前の状態を示している。
【図１３】周方向位置出しのための回転角度を求める演算について説明する図であり、位置出し角Kを所定の角度にするために、図１２の状態からθだけ回転させた状態を示す図である。
【図１４】本実施形態のマルチチャンバー基板処理装置に好適に採用されるオートローダについて説明する斜視概略図である。
【図１５】従来のマルチチャンバータイプの基板処理装置の構成を示す平面概略図である。
【図１６】図１５に示された位置出し器５のより詳細な構成を説明する斜視概略図である。
【符号の説明】
１  セパレーションチャンバー
１１  搬送ロボット
３  ロードロックチャンバー
３１  ロック内カセット
４  オートローダ
４１  外部カセット
４４  保持フィンガ
４５  移動機構
４６  フィンガ保持体
６  ヒートチャンバー
６１  ゲートバルブ
６２  基板ホルダー
６２１  ヒータ
６２２  加熱ブロック
６３  ステージ
６４  回転機構
６５  昇降機構
６６  ベローズ
６７１  発光器
６７２  受光器
６８  コンピュータ
７  エッチングチャンバー
８  スパッタチャンバー
９  ＣＶＤチャンバー
Ｓｂ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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