(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して所定の処理を行う処理チャンバーと、この処理チャンバーに対して真空中で基板を搬送できるように接続されたロードロックチャンバーとを備え、ロードロックチャンバー内には、複数の基板を同時に収容可能なロック内カセットが設けられた基板処理装置であって、
ロードロックチャンバー外に配設されているとともに収容状態の各基板の位置関係が前記ロック内カセットと同じである外部カセットと、この外部カセットと前記ロック内カセットとの間で基板を搬送することが可能なオートローダとを備えており、
オートローダは、前記ロック内カセット及び外部カセットの同一である収容状態の各基板の位置関係に適合した構造で基板を保持するとともに少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することが可能な複数の保持ユニットを有し、
各保持ユニットが一回に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が前記ロック内カセットの所定の収容枚数に一致しており、複数の保持ユニットの各々を一回又は複数回順次動作させることにより、前記所定の収容枚数の基板を前記外部カセットから前記ロック内カセットに搬送して収容するか又は前記ロック内カセットから前記外部カセットに搬送して収容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】
基板に対して所定の処理を行う処理チャンバーと、この処理チャンバーに対して真空中で基板を搬送できるように接続されたロードロックチャンバーとを備え、ロードロックチャンバー内には、複数の基板を同時に収容可能なロック内カセットが設けられた基板処理装置であって、
ロードロックチャンバー外に配設されているとともに収容状態の各基板の位置関係が前記ロック内カセットと同じである外部カセットと、この外部カセットと前記ロック内カセットとの間で基板を搬送することが可能なオートローダとを備えており、
オートローダは、前記ロック内カセット及び外部カセットの同一である収容状態の各基板の位置関係に適合した構造で基板を保持するとともに少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することが可能な複数の保持ユニットを有し、
各保持ユニットが一回に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が前記ロック内カセットの所定の収容枚数に一致しており、複数の保持ユニットの各々を一回又は複数回順次動作させることにより、前記所定の収容枚数の基板を前記外部カセットから前記ロック内カセットに搬送して収容するとともに前記ロック内カセットから前記外部カセットに搬送して収容するものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
基板に対して所定の処理を行う処理チャンバーと、この処理チャンバーに対して真空中で基板を搬送できるように接続されたロードロックチャンバーとを備え、ロードロックチャンバー内には、複数の基板を同時に収容可能なロック内カセットが設けられた基板処理装置であって、
ロードロックチャンバー外に配設されているとともに収容状態の各基板の位置関係が前記ロック内カセットと同じである外部カセットと、この外部カセットと前記ロック内カセットとの間で基板を搬送することが可能なオートローダとを備えており、
オートローダは、前記ロック内カセット及び外部カセットの同一である収容状態の各基板の位置関係に適合した構造で基板を保持するとともに少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することが可能な複数の保持ユニットを有し、
各保持ユニットが一回に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が前記ロック内カセットの所定の収容枚数に一致しており、複数の保持ユニットの各々を一回又は複数回順次動作させることにより前記所定の収容枚数の基板を搬送するものであり、
前記外部カセット、前記ロードロックチャンバー、前記ロック内カセット及び前記オートローダから成る組みが左右一対設けられており、
左右一対の組みのうちの一方の外部カセットは未処理の基板が収容されるものであって、一方のオートローダは一方のロードロックチャンバーに設けられた一方のロック内カセットに一方の外部カセットから未処理の基板を搬送して収容するものであり、他方のロック内カセットは処理済みの基板が収容されるものであって、他方のオートローダは他方のロードロックチャンバーに設けられた他方のロック内カセットに収容された処理済みの基板を他方の外部カセットに搬送して収容するものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
前記複数の保持ユニットは、少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することができる第一第二の二つの保持ユニットを含んでおり、
第一の保持ユニットを駆動させる第一駆動部と、第二の保持ユニットを駆動させる第二駆動部とが設けられており、
第一駆動部と第二駆動部とは、互いに独立して駆動されるものであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記複数の基板を同時に保持することが可能な保持ユニットは、前記複数の基板を各々の上面に載置して保持するよう設けられた複数の保持フィンガと、これら複数の保持フィンガを一体に支持したフィンガ支持体とから構成されており、この保持ユニットを水平方向及び垂直方向に移動させることが可能な移動機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記複数の保持ユニットのうちの一つは、他の保持ユニットに比べてより多くの基板を保持することが可能なものであり、このより多くの基板を保持することができる保持ユニットを複数回動作させることで前記所定の収容枚数の基板を搬送して収容するものであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記複数の保持ユニットのうちの一つは、一枚の基板を保持するものであり、
前記ロック内カセットと外部カセットとの間には、周縁基準点に対する周縁特異点の回転方向のずれ及び又は中心基準点に対する基板の中心のずれを算出する位置出し器が設けられており、未処理の基板が外部カセットから取り出されてロック内カセットに収容される際、位置出し器を経由することによって、基板の周縁特異点が周縁基準点に一致した状態で、又は基板の表面の中心点が中心基準点に一致した状態で収容されるよう構成されており、
前記一枚の基板を保持する保持ユニットが位置出し器への基板の搬送を行うものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記外部カセットと前記位置出し器との間には、前記位置出し器を経由する際に複数の基板を一度に係留することが可能な係留棚が設けられていることを特徴とする請求項７載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記複数の基板を保持することが可能な保持ユニットは、前記外部カセットから前記係留棚への基板の搬送を行うものであり、前記一枚の基板を保持する保持ユニットは、前記係留棚から前記位置出し器への基板の搬送を行うものであることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記係留棚で一度に係留される基板の枚数は、前記外部カセットの基板の収容枚数と同数以上であることを特徴とする請求項８又は９記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記複数の保持ユニットのうちの一つは一枚の基板を保持するものであり、
前記ロック内カセットと外部カセットとの間には、周縁基準点に対する周縁特異点の回転方向のずれ及び又は中心基準点に対する基板の中心のずれを算出する位置出し器が設けられており、処理済みの基板がロック内カセットから取り出されて外部カセットに収容される際、位置出し器を経由することによって、基板の周縁特異点が周縁基準点に一致した状態で、又は基板の表面の中心点が中心基準点に一致した状態で収容されるよう構成されており、
前記一枚の基板を保持する保持ユニットが位置出し器への基板の搬送を行うものであることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記ロック内カセットと前記位置出し器との間には、前記位置出し器を経由する際に複数の基板を一度に係留することが可能な係留棚が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記複数の基板を保持することが可能な保持ユニットは、前記ロック内カセットから前記係留棚への基板の搬送を行うものであり、前記一枚の基板を保持する保持ユニットは、前記係留棚から前記位置出し器への基板の搬送を行うものであることを特徴とする請求項１２載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記係留棚で一度に係留される基板の枚数は、前記ロック内カセットの基板の収容枚数と同数以上であることを特徴とする請求項１２又は１３記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記ロードロックチャンバーと前記ロック内カセットと前記オートローダの組みが左右一対設けられており、前記位置出し器は中央に設けられていて、左右の組みで兼用されるものであることを特徴とする請求項７乃至１４記載いずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記ロードロックチャンバーと前記ロック内カセットと前記オートローダの組みが左右一対設けられており、前記係留棚は中央に設けられていて、左右の組みで兼用されるものであることを特徴とする請求項８、９、１０、１２、１３又は１４記載いずれかに記載の基板処理装置。
【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、基板搬送システムを備えた基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩを始めとする各種半導体デバイスは、基板に対する多くの表面処理を経て製作される。このようなプロセスを行う装置は半導体製造装置と総称され、この中には、スパッタリングや化学蒸着（ＣＶＤ）等の薄膜作成を行う装置や、エッチングや不純物注入等の表面処理を行う装置等が含まれる。このような半導体製造装置には、処理チャンバー内に基板を搬入したり、処理後の基板を処理チャンバーから搬出したりすることが必要であり、多くの場合、基板搬送システムを備えている。
【発明が解決しようとする課題】
基板搬送システムについて、マルチチャンバータイプのスパッタリング装置の場合を例にして説明する。
【０００３】
図４は、マルチチャンバータイプのスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。図４に示すスパッタリング装置では、中央に配置さ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の周囲に設けられた複数の処理チャンバー２及び二つのロードロックチャンバー３とからなるチャンバー配置になっている。各チャンバー１，２，３は、専用又は兼用の排気系によって排気される真空容器である。各チャンバー１，２，３同士の接続個所には不図示のゲートバルブが設けられている。
【０００４】
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１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、搬送ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、いずれか一方のロードロックチャンバー３から基板を一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２に送って順次処理を行うことになっている。そして、最後の処理を終了した後、いずれか一方のロードロックチャンバー３に戻すようになっている。
【０００５】
処理チャンバー２の一つは、所定のスパッタリングを行うスパッタチャンバー２Ａとして構成される。スパッタチャンバー２Ａ内には、成膜する材料よりなるターゲット、ターゲットをスパッタするための電力印加機構やガス導入手段、マグネトロンスパッタリングのための磁石機構、所定位置に基板を保持する基板ホルダー等が設けられている。
また、他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２Ｂとして構成され、さらに他の処理チャンバーの一つは、スパッタリング後に基板９を冷却する冷却チャンバー２Ｃ等として構成される。
また、ロードロックチャンバー３の外側には、オートローダ４が設けられている。オートローダ４は、ロードロックチャンバー３の外側に設けられた外部カセット５と、ロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１との間で基板９を搬送する機構である。
【０００６】
さて、本願発明の対象である基板搬送システムとは、半導体製造装置において基板を搬送する機構部分の総称であるから、上記装置においては、セパレーションチャンバー１に設けられた搬送ロボット１１や外部カセット５とロードロックチャンバー３との間で基板を搬送するオートローダ４等が基板搬送システムに該当している。このうち、以下の説明では、オートローダ４の場合を例にして説明する。図４に示すオートローダ４は、一枚の基板９を保持する保持フィンガ４１と、保持フィンガ４１を移動させる移動機構４２とから構成されている。保持フィンガ４１は、略Ｕ字状に形成された板部材であり、上面に基板９を載せて保持するよう構成される。また、移動機構４２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。
【０００７】
上記オートローダは、位置出し器４３を有している。位置出し器４３は、外部カセット５からロック内カセット３１に未処理の基板９を搬入する際、または、ロック内カセット３１から外部カセット５に処理済みの基板９を搬出する際に、基板９の位置出しに使用されるものである。
【０００８】
外部カセット５からオートローダ４によって取り出されて搬送される際、オートローダ４の保持フィンガ４１の中心と基板９の中心とがずれていると、このずれは基板９がセパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１に受け渡された際にも維持される。この結果、処理チャンバー２内の基板ホルダーに基板９が載置された際も、基板９の中心と基板ホルダーの中心とがずれていることになる。ここで、基板ホルダーと基板９との接触性を高めるため、基板９の周縁の部分をクランパと呼ばれるリング状の押さえ部材で押さえることが行われる。この場合、基板ホルダーの中心からずれて基板９が載置されると、クランパも基板９の周縁から外れてしまって周縁を正常に押圧せず、基板ホルダーに対する基板９の接触性が不十分となる。
また、クランパが基板９の厚さ分だけ下に落ちてしまうので、クランパと基板９との間に連続して薄膜が堆積してしまい、基板９とクランパとが癒着してしまう結果となる。基板９とクランパとが癒着すると、クランパの解除が困難になり、基板９の搬送ができなくなってしまう。このため、オートローダ４は、外部カセット５からロック内カセット３１に基板９を搬送する際、基板９の中心を所定の基準点（以下、中心基準点）に一致させる動作（以下、中心出し）を行う。
【０００９】
また、処理済みの基板９をロードロックチャンバー３に回収する際、基板９の中心がオートローダ４の保持フィンガ４１の中心からずれていると、外部カセット５に収容する際、外部カセット５の縁等に衝突したり、外部カセット５の内面にこすれたりする問題がある。このため、外部カセット５への収容の際にも必要に応じて基板９の中心出しが行われる。
また特に、基板９の管理を行うため、基板９に周縁のマージンの部分に設けられた基板ＩＤ番号を処理済みに読み出すことが行われることがある。基板ＩＤ番号の読み出しは、固定されたイメージセンサに対して基板９を所定位置に配置することにより行われる。このため、中心出しのみならず、基板９の周縁の特異点を所定の回転方向の基準点（以下、回転基準点）に一致させる動作（以下、回転位置出し）を処理後に行う必要がある場合がある。
【００１０】
基板９の中心出し及び回転位置出し（本明細書において位置出しと総称する）は、以下のような構成により行われる。図５は、図４に示された位置出し器４３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４３は、基板９が載置されるステージ４３１と、ステージ４３１を支える支柱４３２と、支柱４３２を回転させる回転機構４３３と、ステージ４３１、支柱４３２及び回転機構４３３を一体に支持している支持台４３４と、支持台４３４をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構４３５と、支持台４３４をＹ方向に移動させるＹ方向移動機構４３６と、基板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４３５及びＹ方向移動機構４３６を制御する不図示の制御部とから主に構成されている。
【００１１】
ステージ４３１は、基板９よりも小さな円板状である。また、保持フィンガ４１は、内側の幅がステージ４３１の直径よりも大きな略Ｕ字状であり、基板９をステージ４３１に載置する際、ステージ４３１が保持フィンガ４１のＵの字の内側に位置する状態となる。尚、基板９をステージ４３１に載置する際、保持フィンガ４１の中心は、ステージ４３１の中心軸（ステージ４３１の中心を通る鉛直な線）上に位置した状態となる。
【００１２】
中心基準点は、上記保持フィンガ４１が基板９をステージ４３１に載置した際に、ステージ４３１の中心軸が基板９の表面を貫く点に設定されている。中心出しは、基板９がステージ４３１に載置された際に、基板９の表面の中心点が中心基準点に対してどの程度ずれているかを検出し、中心点が中心基準点に一致するようにＸ方向移動機構４３５及びＹ方向移動機構４３６を駆動することにより行う。また、基板９の回転方向の位置出しは、基板９の周縁に形成された特定の点（以下、周縁特異点）の位置を検出し、基板９を回転させて周縁特異点を所定の回転基準点に位置させることにより行う。この周縁特異点は、具体的には基板９のオリエンテーションフラット（以下、オリフラ）の中点である。
【００１３】
Ｘ方向移動機構４３５及びＹ方向移動機構４３６の駆動は、不図示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、中心軸を中心とする円周上に均等に複数のフォトセンサ（透過型でも反射型でもよい）を配置する。フォトセンサの配置位置は、基板９と同等の直径の円周上である。
【００１４】
基板９がステージ４３１に載置されると、回転機構４３３が支柱４３２を介してステージ４３１を回転させる。ステージ４３１の表面には、基板９をステージ４３１に吸着する真空吸着口が設けられており、基板９はステージ４３１に真空吸着され、ステージ４３１の回転に伴って一体に回転する。この回転の際、中心基準点と中心点とのずれに従って、基板９の周縁が複数のフォトセンサ４３７を周期的に遮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４３７がどのようなタイミングで遮光されたり透過したりすることを知ることから、中心基準点と中心点のずれ及び周縁特異点と回転基準点とのずれが演算によって求められる。不図示の制御部は、この演算を行って二つのずれ量を求め、このずれを補正するようにＸ方向移動機構４３５とＹ方向移動機構４３６に駆動信号を送る。
【００１５】
また、ＣＣＤセンサを用いる場合、基板９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９を回転機構４３３によって回転させる。中心基準点と中心点とのずれ及びオリフラの中心等の周縁特異点の回転方向の位置に従い、ＣＣＤセンサに捉えられる基板９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９の回転角度の情報から、中心基準点と中心点とのずれ及び回転基準点に対する周縁特異点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４３５とＹ方向移動機構４３６に駆動信号を送って、中心基準点と中心点を一致させ、回転機構４３３に駆動信号を送って周縁特異点を回転基準点に一致させる。
【００１６】
このような中心出しを行った後、保持フィンガ４１が基板９をステージ４３１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９に搬送する。尚、図４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４３が設けられている。
【００１７】
半導体製造装置用基板搬送システムは、装置の生産性を高めるため、基板搬送に要する時間を短くすることが要求されている。しかしながら、上述した基板搬送システムでは、外部カセットからロック内カセットに基板を一枚ずつ搬送しているため、基板搬送に要する時間を短くすることは困難であった。即ち、外部カセットの基板の収容枚数の分だけオートローダを動作させることが必要であり、基板搬送に要する時間を短くすることは困難であった。また、オートローダの動作回数が多くなると、オートローダのメンテナンスの頻度が増加したり、動作の信頼性が極めて高い機構が必要になったりして、ランニングコストや設備コスト等を上昇させる原因にもなる。
【００１８】
搬送に要する時間を短くする方法として、オートローダの動作速度、具体的には、保持フィンガの移動速度を速くする方法がある。しかしながら、保持フィンガの移動速度を速くすると、保持フィンガに確実に基板を保持させるため、保持フィンガの表面に真空吸着口を設けて基板を真空吸着する必要が生ずる。この場合、真空吸着口が真空引きされることによって周囲の塵や埃を集める結果となり、基板上に塵、埃、パーティクル等の異物が付着し易くなる。このため、基板の表面状態を汚損させ、出来上がるデバイスの品質を損なう恐れがある。
【００１９】
このような問題を解決する構成として、複数の基板を一括して保持して搬送する構成が考えられる。しかしながら、ロック内カセットへの収容数の基板を一度に搬送しようとすると、オートローダはかなり重い重量の負荷を運ばなければならないことになる。最近では、基板が大型化する傾向が顕著であり、大型化した基板を多数保持して搬送すると、アームに過度の荷重がかかってアームが撓んでしまい、最悪の場合には基板が落下してしまう恐れがある。また、荷重が大きくなると、慣性も大きくなるので、移動機構の構成が大がかりとなり、コスト上の問題も生じてくる。
【００２０】
このように、上記基板搬送システムでは、基板搬送に要する時間が長くかかり易く、また、それを解決する方法もコストを上昇させたり基板を汚損させたりする別の問題を生ずることがあった。本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、基板の搬送に要する時間を効果的に短くできる実用的な基板搬送システムを備えた基板処理装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【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、基板に対して所定の処理を行う処理チャンバーと、この処理チャンバーに対して真空中で基板を搬送できるように接続されたロードロックチャンバーとを備え、ロードロックチャンバー内には、複数の基板を同時に収容可能なロック内カセットが設けられた基板処理装置であって、
ロードロックチャンバー外に配設されているとともに収容状態の各基板の位置関係が前記ロック内カセットと同じである外部カセットと、この外部カセットと前記ロック内カセットとの間で基板を搬送することが可能なオートローダとを備えており、
オートローダは、前記ロック内カセット及び外部カセットの同一である収容状態の各基板の位置関係に適合した構造で基板を保持するとともに少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することが可能な複数の保持ユニットを有し、
各保持ユニットが一回に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が前記ロック内カセットの所定の収容枚数に一致しており、複数の保持ユニットの各々を一回又は複数回順次動作させることにより、前記所定の収容枚数の基板を前記外部カセットから前記ロック内カセットに搬送して収容するか又は前記ロック内カセットから前記外部カセットに搬送して収容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、請求項２記載の発明は、基板に対して所定の処理を行う処理チャンバーと、この処理チャンバーに対して真空中で基板を搬送できるように接続されたロードロックチャンバーとを備え、ロードロックチャンバー内には、複数の基板を同時に収容可能なロック内カセットが設けられた基板処理装置であって、
ロードロックチャンバー外に配設されているとともに収容状態の各基板の位置関係が前記ロック内カセットと同じである外部カセットと、この外部カセットと前記ロック内カセットとの間で基板を搬送することが可能なオートローダとを備えており、
オートローダは、前記ロック内カセット及び外部カセットの同一である収容状態の各基板の位置関係に適合した構造で基板を保持するとともに少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することが可能な複数の保持ユニットを有し、
各保持ユニットが一回に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が前記ロック内カセットの所定の収容枚数に一致しており、複数の保持ユニットの各々を一回又は複数回順次動作させることにより、前記所定の収容枚数の基板を前記外部カセットから前記ロック内カセットに搬送して収容するとともに前記ロック内カセットから前記外部カセットに搬送して収容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、請求項３記載の発明は、基板に対して所定の処理を行う処理チャンバーと、この処理チャンバーに対して真空中で基板を搬送できるように接続されたロードロックチャンバーとを備え、ロードロックチャンバー内には、複数の基板を同時に収容可能なロック内カセットが設けられた基板処理装置であって、
ロードロックチャンバー外に配設されているとともに収容状態の各基板の位置関係が前記ロック内カセットと同じである外部カセットと、この外部カセットと前記ロック内カセットとの間で基板を搬送することが可能なオートローダとを備えており、
オートローダは、前記ロック内カセット及び外部カセットの同一である収容状態の各基板の位置関係に適合した構造で基板を保持するとともに少なくとも一つは複数の基板を同時に保持することが可能な複数の保持ユニットを有し、
各保持ユニットが一回に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が前記ロック内カセットの所定の収容枚数に一致しており、複数の保持ユニットの各々を一回又は複数回順次動作させることにより前記所定の収容枚数の基板を搬送するものであり、
前記外部カセット、前記ロードロックチャンバー、前記ロック内カセット及び前記オートローダから成る組みが左右一対設けられており、
左右一対の組みのうちの一方の外部カセットは未処理の基板が収容されるものであって、一方のオートローダは一方のロードロックチャンバーに設けられた一方のロック内カセットに一方の外部カセットから未処理の基板を搬送して収容するものであり、他方のロック内カセットは処理済みの基板が収容されるものであって、他方のオートローダは他方のロードロックチャンバーに設けられた他方のロック内カセットに収容された処理済みの基板を他方の外部カセットに搬送して収容するものであるという構成を有する。
【００２２】
【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。まず、実施形態の基板処理装置に備えられる基板搬送システムについて説明する。以下の説明では、上述したものと同様、マルチチャンバータイプのスパッタリング装置におけるオートローダ４を基板搬送システムの例として説明する。図１は、本願発明の実施形態の基板処理装置に備えられる基板搬送システムとしてのオートローダの構成を説明する斜視概略図、図２は、図１に示すオートローダの正面概略図である。図１及び図２に示すオートローダは、図４に示すオートローダと同様、外部カセット５とロック内カセット３１との間で基板（具体的には半導体ウェーハ）９の搬送を行うものである。
【００２３】
図１には、二つのオートローダが示されている。この二つのオートローダは、左右一対である。各オートローダは、第一第二の二つの保持ユニット４４Ａ，４４Ｂと、この保持ユニット４４Ａ，４４Ｂを移動させる移動機構４５と、基板９の位置出しを行う位置出し器４３と、基板９の回転位置出しの際に基板９が係留される係留棚４８とから主に構成されている。尚、位置出し器４３は一つであり、二つのオートローダに兼用されている。
【００２４】
第一の保持ユニット４４Ａは、１２枚の保持フィンガ４４１と、１２枚の保持フィンガ４４１を一体に支持したフィンガ支持体４４２とから構成されている。また、第二の保持ユニット４４Ｂは、一枚の保持フィンガ４４３と、この保持フィンガ４４３を支持したフィンガ支持体４４４とから構成されている。尚、本実施形態では、外部カセット５及びロック内カセット３１は、２５枚の基板９を収容するよう構成されている。図１には、図示の都合上１２枚となっているが、実際には２５枚である。
【００２５】
また、保持フィンガ４４１は、図４に示す保持フィンガ４１と同様の形状である。即ち、略Ｕ字状の形状の部材である。また、保持フィンガ４４１を支持したフィンガ支持体４４２は、保持フィンガ４４１のＵの字の先端とは反対側の部分で保持フィンガ４４１を固定したものである。
第一の保持ユニット４４Ａの構成において、保持フィンガ４４１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。複数の保持フィンガ４４１の水平方向での配置位置はすべて同じであり、従って、平面視で見ると、全て重なった状態に見える。尚、各保持フィンガ４４１には、基板９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。
【００２６】
移動機構４５は、第一の保持ユニット４４Ａを移動させる第一駆動部４５１と、第二の保持ユニット４４Ｂを移動させる第二駆動部４５２と、第一駆動部４５１及び第二駆動部４５２とを全体に回転及び上下動させる主駆動部４５３とから主に構成されている。
第一駆動部４５１と第二駆動部４５２は、互いに独立して駆動される多関節ロボットから構成されている。第一駆動部４５１及び第二駆動部４５２は、ロボットの動作範囲内における水平面内の任意の位置及び垂直方向の任意の位置に第一の保持ユニット４４Ａ及び第二の保持ユニット４４Ｂをそれぞれ位置させることが可能となっている。
また、主駆動部４５３は、第一駆動部４５１と第二駆動部４５２との動作範囲をより広くするため、第一駆動部４５１と第二駆動部４５２とを全体に回転させたり、上下動させたりする。尚、この回転の中心は、第一駆動部４５１と第二駆動部４５２との丁度中間の位置に設定されている。
【００２７】
また、外部カセット５とロック内カセット３１とは、収容状態における各基板９の位置関係が同じになっている。即ち、両カセット５，３１とも、各基板９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９の離間間隔も二つのカセットでは同じになっている。
そしてまた、上記第一の保持ユニット４４Ａも、この位置関係を保持して複数の基板９を一体に保持するようになっている。即ち、上下の基板９の離間間隔と、各保持フィンガ４４１の配置間隔が一致した状態となっている。
【００２８】
図１及び図２に示すように、係留棚４８は、位置出し器４３の上方に配置されている。この係留棚４８は、垂直な姿勢のベース板に水平な姿勢の支持板を上下に所定間隔をおいて複数設けた構成である。そして、この係留棚４８は、外部カセット５やロック内カセット３１と同様の位置関係で所定数の基板９を収容して係留することが可能なものである。従って、係留棚４８は、２５枚の支持板を有し、２５枚の基板９を一度に収容することが可能になっている。
尚、係留棚４８は、外部カセット５やロック内カセット３１よりも多い収容数としてもよい。例えば、係留棚４８を５０枚の収容数とし、二つの外部カセット５分の基板９を収容するようにしてもよいし、予備の収容数として外部カセット５より数枚程度多く収容できるようにしてもよい。
【００２９】
本実施形態では、処理済みの基板９をロック内カセット３１から外部カセット５に搬送する際に回転位置出しを行うよう構成されている。具体的に説明すると、ロック内カセット３１に１２枚の処理済みの基板９の収容が完了すると、第一の保持ユニット４４Ａが２回、第二の保持ユニット４４Ｂが１回駆動されて計２５枚の基板９を係留棚４８に収容して係留させる。そして、この係留された２５枚の基板９を第二の保持ユニット４４Ｂが一枚ずつ取り出して位置出し器４３に搬送し、基板９の回転位置出しを行うよう構成されている。位置出し器４３の構成については、従来のものと同様なので説明を省略する。
【００３０】
次に、上記構成に係る基板搬送システムの全体の動作を説明する。尚、以下の説明では、外部カセット５及びロック内カセット３１は一度に２５枚の基板９を収容可能であり、二つの外部カセット５の各々には、未処理の基板９が２５枚収容されているとして説明する。
【００３１】
まず、一方の外部カセット５に収容された未処理の基板９を一方のロック内カセット３１に搬送するため、移動機構４５は、第一の保持ユニット４４Ａの保持フィンガ４４１を一方の外部カセット５内に移動させて所定位置で停止させる。この停止位置では、保持フィンガ４４１の各々は各基板９の少し下方に位置する。この状態で移動機構４５はフィンガ支持体４４２を少し上昇させ、保持フィンガ４４１の上に１２枚の基板９が載った状態とする。１２枚の基板９は、必要に応じて各保持フィンガ４４１に静電吸着される。
【００３２】
そして、移動機構４５が保持フィンガ４４１を移動させ、一方のロック内カセット３１まで搬送する。１２枚の基板９を一括してロック内カセット３１に収容した後、移動機構４５は保持フィンガ４４１を少し下降させ、各基板９から各保持フィンガ４４１を引き離した上で、各保持フィンガ４４１を後退させる。
【００３３】
次に、移動機構４５は、保持フィンガ４４１を上記と同様に移動させ、一方の外部カセット５からさらに１２枚の基板９を外部カセット５から一方のロック内カセット３１へ搬送する。さらにその後、移動機構４５は、第二の保持ユニット４４Ｂの保持フィンガ４４３を移動させ、残った一枚の基板９を外部カセット５から一方のロック内カセット３１へ搬送する。このようにして、２５枚の基板９の一方のロック内カセット３１への搬送が完了する。
【００３４】
次に、処理済みの基板９をロック内カセット３１から外部カセット５に搬出する動作について説明する。処理済みの基板９は、通常は他方のロック内カセット３１に収容される。従って、図１に示す左右一対のオートローダのうち、搬入の際に使用したのとは別のオートローダが使用される。
【００３５】
まず、移動機構４５は、フィンガ支持体４４２を移動させて各保持フィンガ４４１を他方のロック内カセット３１内に位置させる。そして、上述と同様にフィンガ支持体４４２を少し上昇させて１２枚の基板９を保持フィンガ４４１に一括して保持させる。移動機構４５は、フィンガ支持体４４２を係留棚４８に移動させ、１２枚の基板９を係留棚４８に一度に収容して係留させる。同様に、第一の保持ユニット４４Ａをもう一回動作させ、１２枚の処理済みの基板９をロック内カセット３１から係留棚４８に一度に搬送して係留させる。さらに、第二の保持ユニット４４Ｂを動作させ、残った１枚の処理済みの基板９をロック内カセット３１から係留棚４８に搬送する。
【００３６】
次に、第二の保持ユニット４４Ｂの保持フィンガ４４３が移動し、係留棚４８にある一枚の基板９を取り出す。移動機構４５は、保持フィンガ４４３を移動させてこの一枚の基板９を位置出し器４３のステージ４３１に運び、基板９をステージ４３１に載置する。尚、他方のロック内カセット３１には、２５枚分の空のスペースが出来ているが、このスペースには、処理が終了した基板９が順次収容される。
【００３７】
そして、ステージ４３１の回転によって基板９が回転し、基板９の周縁を検出するセンサからの信号によって、周縁特異点と回転基準点とのずれが求められる。即ち、オリフラの中点や周縁に形成された切り欠きの位置と回転基準点とのずれが求められる。次に、ステージ４３１がこのずれを補償するように回転し、基板９の周縁特異点が回転基準点に一致した位置で停止する。その後、第二の保持ユニット４４Ｂが基板９をステージ４３１から取り去り、外部カセット５に搬送して収容させる。
【００３８】
尚、ステージ４３１の中心軸と基板９の中心とが合っていない場合、必要に応じて中心出しの動作も行われる。即ち、基板９の周縁を検出するセンサからの信号によってステージ４３１の中心軸上の中心基準点と基板９の中心点とのずれを求める。そして、第二の保持ユニット４４Ｂが基板９をステージ４３１から取り去る際、このずれを補償するよう第二の保持ユニット４４Ｂを動作させる。具体的には、第二の保持ユニット４４Ｂの保持フィンガ４４３の中心（基板９の保持する領域として定められた領域の中心）と基板９の中心とが一致する位置で基板９を持ち上げるよう動作させる。
【００３９】
このようにして２５枚の基板９を一枚ずつ係留棚４８から取り出し、周縁特異点と回転基準点のずれの検出及び周縁特異点と回転基準点とを一致させる動作とを行った後、外部カセット５に収容する。２５枚めの基板９が外部カセット５に収納されると、外部カセット５は満杯となる。
その後、オペレーターがこの外部カセット５を装置から取り出し、次のプロセスのための装置にまで持っていく。そして、空の外部カセット５を元の位置に配置する。そして、同様に、処理済みの基板９がロック内カセット３１から係留棚４８及び位置出し器４３を経由して外部カセット５に搬送される。
【００４０】
上記構成及び動作に係る基板搬送システムは、複数の基板９を収容可能であり収容状態の各基板９の位置関係が同じである外部カセット５とロック内カセット３１との間で当該複数の基板９を一括して搬送することが可能になっている。このため、基板９の搬送に要する時間が飛躍的に短縮できる。また、移動機構４４の動作回数も飛躍的に少なくなり、また、動作スピードも低くて良いので、移動機構４４のメンテナンスの頻度も低くて済み、動作の信頼性が極めて高い機構は特に必要が無くなる。このため、ランニングコストや設備コスト等も抑制できる。
【００４１】
そして、所定数の基板９を一度に搬送するのでなく、何回かに分けて搬送するので、基板９が大型化して重量が重くなった場合にも、保持フィンガ４４１を保持したアームが撓んだりすることがない。また、荷重が小さくできるので、慣性も小さくでき、移動機構の構成もそれほど大がかりとならない。
また、ロック内カセット３１の所定数の基板９をいったん係留棚４８に係留し、係留棚４８から一枚ずつ位置出し器４３に基板９を運んで位置出しを行うので、処理済みの基板９の位置出しを一枚ずつ行う間に未処理の基板９をロック内カセット３１にすぐに搬入することができる。このため、スループットが高くなり、生産性が向上する。
【００４２】
このような効果を有するため、上記基板搬送システムは、搬送の過程で基板９の中心ずれを求めたり回転位置出しを行ったりすることが必要な各種装置に好適に利用され、スループットの向上やコスト抑制に大きく貢献する。尚、基板９の中心ずれの算出や回転位置出しが不要な装置についても、上記複数の基板９を一括して搬送する構成はスループットの向上に大きく貢献する。この場合、位置出し器４３及び係留棚４８は不要である。
【００４３】
次に、上記基板搬送システムが備えられた本願発明の基板処理装置の実施形態について説明する。以下の説明では、図４に示す装置と同様に、マルチチャンバータイプのスパッタリング装置を例に採り挙げる。図３は、実施形態の基板処理装置の構成を説明する平面概略図である。この基板処理装置は、図４と同様に、中央に配置さ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及び二つのロードロックチャンバー３とからなるチャンバー配置になっており、各チャンバー１，２，３は専用又は兼用の排気系によって排気され、各チャンバー１，２，３同士の接続個所には不図示のゲートバルブが設けられている。
【００４４】
また、セパレーションチャンバー１内には、同様に搬送ロボット１１が設けられており、いずれか一方のロードロックチャンバー３から基板９を一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２に送って順次処理を行うことになっている。そして、最後の処理を終了した後、いずれか一方のロードロックチャンバー３に戻すようになっている。
【００４５】
処理チャンバー２の一つは、所定のスパッタリングを行うスパッタチャンバー２Ａとして構成され、内部に、成膜する材料よりなるターゲット、ターゲットをスパッタするための電力印加機構やガス導入手段、マグネトロンスパッタリングのための磁石機構、所定位置に基板９を保持する基板ホルダー等が設けられている。
また、他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２Ｂとして構成され、さらに他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリング後に基板９を冷却する冷却チャンバー２Ｃ等として構成される。
【００４６】
そして、ロードロックチャンバー３の外側には、上記基板搬送システムがオートローダ４として設けられている。オートローダ４は、上述の通り、ロードロックチャンバー３の外側に設けられた外部カセット５と、ロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１との間で基板９を搬送する機構である。
【００４７】
次に、上記構成に係る本実施形態の半導体製造装置の動作について説明する。まず、上述したように一方のオートローダ４が動作して、一方の外部カセット５から一方のロック内カセット３１に未処理の基板９を搬送する。この搬送は、１２枚ずつ２回、１枚１回、計２５枚の基板９の搬送である。
【００４８】
そして、一方のロック内カセット３１から搬送ロボット１１が基板９を一枚ずつ取り出し、順次まずプリヒートチャンバー２Ｂに搬入する。プリヒートチャンバー２Ｂ内には、所定の温度に加熱維持される不図示のヒートステージが配設されており、基板９はこのヒートステージに載置されて所定温度に加熱される。これによって、基板９はプリヒート（予備加熱）され、基板９中の吸蔵ガスが放出される。
【００４９】
次に、基板９はスパッタチャンバー２Ａに送られ、スパッタ成膜が行われる。具体的には、スパッタチャンバー２Ａ内に設けられた不図示のターゲットを不図示のスパッタ電源によってスパッタし、スパッタされたターゲットの材料を基板９に到達させて所定の薄膜を堆積させる。
その後、基板９は、必要に応じて冷却チャンバー２Ｃに送られる。プリヒートチャンバー２Ｂにおける加熱及びスパッタチャンバー２Ａにおけるスパッタ成膜を通して、基板９はある程度の温度まで加熱されるが、この温度のまま取り出すと問題がある場合、基板９は冷却チャンバー２Ｃで所定温度まで冷却される。具体的には、冷却チャンバー２Ｃ内には、内部に冷媒を循環させて所定温度に冷却された不図示の冷却ステージが配設されており、基板９はこの冷却ステージに所定時間載置されることで所定温度まで冷却される。
【００５０】
そして、搬送ロボット１１は基板９を冷却ステージから取り出し、他方のロック内カセット３１に収容する。他方のロック内カセット３１に２５枚の処理済みの基板９が収容されると、他方のオートローダ４が動作する。この際、上述したように、移動機構４５は、係留棚４８及び位置出し器４３を経由した基板９の搬送を、１２枚ずつ２回及び１枚１回行い、計２５枚の基板９を他方の外部カセット５に搬送する。
【００５１】
尚、一方のロック内カセット３１から２５枚の基板９が取り出されて処理にまわされると、一方のロック内カセット３１には２５枚分の空のスペースが出来る。すると、一方のオートローダ４が再び動作し、２５枚の未処理の基板９を外部カセット５からロック内カセット３１に搬送する。即ち、１２枚ずつ２回及び１枚１回の基板９の搬送を行い、計２５枚の基板９をロック内カセット３１に搬送する。
【００５２】
上述した実施形態の構成では、外部カセット５からロック内カセット３１へ（又はロック内カセット３１から係留棚４８へ）２５枚の基板９を搬送するための構成として、１２枚ずつ２回及び１枚１回の搬送としたが、これ以外の構成もあることは勿論である。例えば、８枚ずつ３回及び１枚１回でもよいし、６枚ずつ４回及び１枚１回でもよい。または、５枚ずつ５回でもよい。尚、最後に１枚１回の搬送を行うのは、位置出し器４３への基板９の搬送が１枚ずつであり、基板９を１枚保持して搬送する保持ユニット４４Ｂが必要になるため、この保持ユニット４４Ｂを効果的に利用するためである。また、外部カセット５及びロック内カセット３１の基板９の収容数が第一の保持ユニット４４Ａの基板保持数の倍数である場合、外部カセット５からロック内カセット３１へ（又はロック内カセット３１から係留棚４８へ）の基板９の搬送は、第一の保持ユニット４４Ａのみを利用して行われる場合もある。
【００５３】
上記説明から分かるように、本願発明における保持ユニットの構成は、外部カセット５及びロック内カセット３１の基板９の収容枚数によって変わる。具体的には、一つの保持ユニットを使用する場合、その保持ユニットが一度に保持する基板９の枚数は、上記収容枚数を割り切る数とされる。また、複数の保持ユニットを使用する場合、そのうちの少なくとも一つは複数の基板９を同時に保持することで可能なものとされ、各々の保持ユニットが一度に保持できる基板の数の合計又はその数の倍数の合計が上記収容枚数になるよう構成される。
【００５４】
また、係留棚４８における基板９の係留枚数が、ロック内カセット３１の収容枚数と同数以上である機構は、ロック内カセット３１内の処理済みの基板９を一括して係留することができ、ロック内カセット３１が一度に空になるメリットがある。このため、例えばそのロック内カセット３１に未処理の基板９を一括して搬入する場合、すぐに搬入を行うことができ、この点でさらにスループットが向上する。
【００５５】
尚、上記説明では、ロック内カセット３１から外部カセット５への処理済みの基板９の搬出の際に基板９の位置出しを行ったが、外部カセット５からロック内カセット３１への未処理の基板９の搬入の際に行っても良い。また、搬入時と搬出時の双方で行っても良い。
【００５６】
また、前述した説明では、一方の側の外部カセット５から同じ側のロック内カセット３１に基板９が搬入され、一方の側のロック内カセット３１から同じの側の外部カセット５に基板９が搬出されたが、他方の側に基板９を搬入したり搬出したりすることもできる。例えば、一方の側のオートローダが駆動して一方の側の外部カセット５から基板９を搬出して係留棚４８又は位置出し器４３に一時的に配置し、その後、他方の側のオートローダが駆動して他方の側のロック内カセット３１にこの基板９を搬入するようにしてもよい。つまり、一方の側のロック内カセット３１が搬入用で他方の側のロック内カセット３１が搬出用として固定して利用される場合だけではなく、両方のロック内カセット３１を時間帯で分け、ある時間帯では両方とも搬入用とし、ある時間帯では両方とも搬出用としたりする場合がある。
【００５７】
上記説明では、基板処理装置は半導体製造装置であり、その例としてマルチチャンバースパッタリング装置が採り上げられたが、インライン式などの他のチャンバー配置のスパッタリング装置や、化学蒸着（ＣＶＤ）装置等の他の成膜装置及びエッチング装置等、各種の半導体製造装置を実施形態とすることが可能である。また、前述した基板搬送システムを利用した本願発明の実施形態としては、半導体製造装置の他、液晶基板を処理する装置や情報記録ディスク用の基板を処理する装置等の各種の基板処理装置に利用例が考えられる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明した通り本願発明によれば、基板搬送に要する時間を短縮した装置になるので、各種基板処理工程の生産性の向上に寄与することができる。
また、特に請求項１１の発明によれば、処理済みの基板の位置出しが行われるので、基板のＩＤ番号の読み出し等の動作が容易に行えたり、外部カセットの壁面への基板の衝突が防止できたりするメリットがある。
また、特に請求項１２の発明によれば、処理済みの基板の位置出しの際、複数の基板が係留棚に係留されるので、さらにスループットが高くなる。
また、特に請求項１４の発明によれば、係留棚の基板の収容枚数がロック内カセットの基板の収容枚数と同数以上なので、係留棚への基板の係留によってロック内カセットがすぐに空にでき、この点でさらにスループットが高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の実施形態の基板処理装置に備えられる基板搬送システムとしてのオートローダの構成を説明する斜視概略図である。
【図２】図１に示すオートローダの正面概略図である。
【図３】実施形態の半導体製造装置の構成を説明する平面概略図である。
【図４】  マルチチャンバータイプのスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。
【図５】図４に示された位置出し器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
２  処理チャンバー
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
４３  位置出し器
４３１  ステージ
４３３  回転機構
４３５  Ｘ方向移動機構
４３６  Ｙ方向移動機構
４４Ａ  第一の保持ユニット
４４１  保持フィンガ
４４２  フィンガ支持体
４４Ｂ  第二の保持ユニット
４４３  保持フィンガ
４４４  フィンガ支持体
４５  移動機構
４５１  第一駆動機構
４５２  第二駆動機構
４５３  主駆動機構
４８  係留棚
５  外部カセット
９  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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