(57)【要約】【課題】２種類の基板にそれぞれ適合した各カセットキャリアから基板を共通の装置で搬送できる真空処理装置を提供する。【解決手段】この真空処理装置は、異なる種類の形状を有した複数のカセットキャリア１と、カセットキャリア１に収納されている基板を運ぶためのオートローダ２０と、カセットキャリア１をセットするためのカセットステージ３０とを備える。さらに、この装置は、カセットステージ３０にカセットキャリア１がセットされると当該カセットキャリア１の種類を判別する判別スイッチ５０を備える。さらに、この装置は、判別スイッチ５０で判別されたカセットキャリア１の種類に基づき、基板受け取り初期高さを変えられるオートローダ２０の基板搬送アーム１３を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を上下多段に収納する形状が異なる複数の種類のカセットキャリアと、前記カセットキャリアに収納されている基板を運ぶためのローダとを有する真空処理装置において、
前記カセットキャリアをセットするためのカセットステージと、
前記カセットステージに前記カセットキャリアがセットされると当該カセットキャリアの形状に基づいて当該カセットキャリアの種類を判別する判別手段と、
前記ローダに備えられた前記基板を搬送するための基板搬送アームであって、前記判別手段で判別された前記カセットキャリアの種類に基づき、基板受け取り初期高さを変える基板搬送アームと、を備えたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記基板搬送アームの上下方向高さは、前記判別手段で判別された前記カセットキャリアの種類に基づき、当該カセットキャリアの種類ごとに予め設定された基板受け取り初期高さに調整されることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記カセットステージにセットされた前記カセットキャリアに収納されている基板の撓み量を計測する計測手段をさらに備え、
前記撓み量に応じて、予め設定されている基板受け取り初期高さが補正されることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記計測手段は、前記カセットキャリアの下部に収納される基板の中心位置に近接させられる位置検出センサを有し、当該位置検出センサによって、当該基板の、撓みの無い被支持部からの変位を前記撓み量として計測することを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記カセットキャリアの種類ごとに、前記カセットキャリアに収納される基板の収納ピッチが設定されており、
前記基板搬送アームの上下移動ピッチは、前記判別手段で判別された前記カセットキャリアの種類に基づき、当該カセットキャリアの種類ごとに設定された基板の収納ピッチに合う移動ピッチに変更されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項６】
処理室への搬送経路を大気と隔絶するロードロック室と、該ロードロック室に前記基板を載置する多段の棚と、前記判別手段で判別された前記カセットキャリアの種類に基づき、前記棚の上下方向高さを調整する機構とを有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造工程に使用される真空処理装置に関する。特に、パワーデバイスと言われる電力素子用半導体の製造あるいは実装配線工程などで、薄膜基板を搬送して成膜処理を行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、標準的なＳｉ基板の厚みは７５０μｍ程度であり、このような半導体基板は、搬送時の部分的な接触支持に起因する基板の反りや垂れを発生せず、多くの半導体製造や電子部品製造において研究用あるいは量産用に幅広く用いられてきた。
【０００３】
近年ＩＴ産業の新興に伴い、パワーデバイス、実装配線基板の応用が活発化してきている。こうした応用面では、基板厚みが従来の標準的な基板の厚みから、薄くする事が必須となってきている。基板の厚さを薄くする背景としては、以下の必要性があった。パワーデバイスの場合には、基板に垂直にトランジスタを構成する、即ち基板厚み方向に電流を流す為に、抵抗を下げる目的で、基板厚みを極力薄くする必要が出てきた。
【０００４】
一方、ＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｐａｃｋａｇｅ）などの実装配線技術では、携帯用の各種モバイルに代表されるように、製品のコンパクト性を確保する為に、使用されるデバイスも出来る限り、薄く小さく実装する事が要求されてきた。
【０００５】
しかしながら、このような薄厚基板（一般的には３００〜４００μｍ以下の厚さのもので、３０〜５０μｍ厚までのものが対象）の搬送においては、基板の垂れ（撓み）や反りに起因する搬送不具合などが生じている。
【０００６】
図５は第一の背景技術例で、一般的なマルチチャンバー方式の真空処理装置を示す。この真空処理装置は、基板移送のための空間を形成するトランスファー室４２と、トランスファー室の４側面にそれぞれ配置された真空処理室２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよびロードロック室４１とを有する。トランスファー室４２には、基板搬送アーム４３を具備する搬送ロボット２５が設置されている。ロードロック室４１の外側面に対応する場所には、カセットキャリア１に収納されている基板２を装置内へ運ぶためのオートローダ２０が設置されている。オートローダ２０は、複数のカセットキャリア１をセットするカセットステージ３０と、基板搬送アーム１３を具備するオートローダロボット２１と、基板２のアライメントを行うアライナ４０とを具備する。
【０００７】
さらに、上記真空処理装置における、基板２の搬送経路を図５に基づいて詳述する。尚、図５の中の矢印は基板２の代表的な搬送経路を示す。
【０００８】
カセットキャリア１に収納された基板２はオートローダロボット２１の基板搬送アーム１３によって真空チャック方式で一枚ずつアライナ４０まで運ばれる。アライナ４０にて、基板２のセンター出しが実施されると共に、ＯＦ（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｌａｔ）またはノッチと呼ばれる基準位置を基に、基板２の回転方向における配向性が揃えられる。その後、基板搬送アーム１３でロードロック室４１に基板２が運ばれる。
【０００９】
通常カセットキャリア１には標準の基板収納ピッチの場合、２５枚の基板２が多段に収納されており、ロードロック室４１にも２５枚の棚が確保されている。上記のように基板２のアラインメントとセンター出しが終了した２５枚全てがロードロック室４１の棚に載置されると、ゲートバルブ（図示せず）が閉まりロードロック室４１は大気と遮断されて真空排気される。真空排気が完了すると、ロードロック室４１とトランスファー室４２の間のゲートバルブ（図示せず）が開く。そして、トランスファー室４２の基板搬送アーム４３がロードロック室４１に収納された基板２を一枚ずつ真空処理室２４ａ内のステージ２６にセットして、基板２に成膜やエッチング処理がなされる。
【００１０】
多層膜を成膜する場合には図中の矢印のように別の真空処理室２４ｂ，２４ｃに順番に基板２がセットされて処理が続行され、最終的にロードロック室４１の棚（以下、ＬＬ棚と呼ぶ。）に戻る。この作業を２５枚終了すると、ロードロック室４１がトランスファー室４２からゲートバルブで隔離され、その後大気に開放され、最終的に、処理済の基板２がカセットキャリア１に回収される。
【００１１】
図６は上記真空処理装置に適用されるカセットキャリアの図で、（Ａ）は標準基板（反りが無い場合）２ａを標準カセットキャリア１ａに収納した場合を示す。この場合カセットキャリア１ａの棚のピッチは標準で約６ｍｍになっている。一方、図６の（Ｂ）に示されるカセットキャリアは倍ピッチキャリア１ｂと呼ばれるもので、薄厚基板２ｂの弛みを考慮して、棚のピッチが標準カセットキャリア１ａに比較して２倍になっている。この場合、基板の収納枚数が標準の２５枚に対して、倍ピッチキャリア１ｂでは、１３枚となり、収納枚数が少なくなる。因みに、１００μｍ厚基板の場合、最大反り量が約２ｍｍ程度となる事が実験で確認された。
【００１２】
一方、基板の反りや撓みを防止する目的で、反りのない支持基盤と呼ばれる支持材（石英やパイレックスなど、熱的に安定な基盤）に薄い基板を接着剤を介して貼り付け、この状態で搬送させる方式のものも実用化されている。この場合には、反りや撓み等が無い為に、標準のカセットキャリア１ａを使用して、収納効率を上げている。図７はロードロック室のエレベータ機構に搭載されたＬＬ棚に、薄厚基板を収納した場合を示す。この場合も、カセットキャリアを示す図６（Ａ）（Ｂ）と同様に、２種類の基板を載せる場合に図７（Ａ）（Ｂ）のようになる。即ち、標準厚みＳｉ基板の場合や、石英などの支持基盤に薄厚基板２ｂが接着された場合には、標準ピッチの棚３ａになる。一方、薄厚基板２ｂの場合には、棚３ｂのピッチが、標準ピッチの棚３ａの場合と比べて２倍ピッチとなる。また、薄厚基板の場合には、通常、上面とは反対側に配線などデバイスが作りこまれているので、接触時の傷を防止するようなコーティング４が棚３ｂに施されている。このコーティング材はポリテトラフロオロエチレン、ポリイミドといった材料が真空中では広く用いられている。
【００１３】
上記支持基盤に基板を貼り付ける方式では、図８に示されるように薄厚基板５を石英支持基盤７に接着剤１０を介して張り合わされている。この方式は一般的にはＨＷＳＳ（Ｈａｒｄ  Ｗａｒｅ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）といわれる。このように、ＨＷＳＳでは前後工程が必要な分、デバイス製造上のコストが嵩むが、基板に成膜するときの反り、撓みの問題が解決される為に搬送信頼性が向上する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一方、上述したＨＷＳＳ方式の基板（以下、ＨＷＳＳ基板と略す）への成膜においては、支持基盤に薄厚基板を接着させる為に接着材の耐熱温度から、成膜時の基板温度上限に制約が生じるという課題がある。これを解消するため、メカクランプやＥＳＣ（静電チャック）によりＨＷＳＳ基板をホルダーに固定して、ＨＷＳＳ基板裏面にガスを充満させて、ガスを媒体として基板の冷却を行い、成膜中の基板温度上昇を抑制する必要がある。
【００１５】
然しながら、機械的なクランプ方式（図示せず）では、石英基板などの支持基盤の端部が割れやすく、支持方式に不安定要因が有った。一方、ＥＳＣ（静電チャック）方式は機械的なクランプ方式に比較して、裏面ガスの封入効率が良い。その結果、成膜中のプラズマ熱の吸収効率が良い事と、何よりも基板表面との接触面を小さくできることにより傷発生によるダメージやパーティクル発生が抑制される事が利点として有った。図９に一般的なＥＳＣ（静電チャック）にＨＷＳＳ基板を吸着させたときの断面図を示す。
【００１６】
図９によれば、ＨＷＳＳ基板７をＥＳＣステージ８に載せ、ＥＳＣ内蔵の電極に電圧を印加して、誘導電荷による、静電クーロン力でＨＷＳＳ基板７を保持する。このＥＳＣ方式では、ＥＳＣ表面（基板との接触面）をエンボス加工１１と呼ばれる、多数の凸状の部位で形成する。そして、このような部位に基板に接触させ、凸状部間の空隙１２をガスで充満させることで、ガスを媒体とした熱伝導効率を向上させる方式が一般的である。また、このような凸状の突起物が無く平面的な形状で、裏面にガス導入しないタイプ（図示せず）も存在する。
【００１７】
このＥＳＣ方式は、上述したような利点が多く有るが、ＨＷＳＳ基板のように厚い材料を吸着する場合には、電極間クーロン力を利用した静電吸着力を発生させる為にＥＳＣ内蔵の電極に、通常より数倍も高い電圧供給が可能な構造が必要であった。このため、供給電力に耐圧がある電極構造を工夫する必要がある。
【００１８】
いずれにしても、上記実装配線基板、パワーデバイス系のデバイスの用途では、２種類の基板すなわち撓みの有る基板（薄厚基板）と撓みの無い基板（ＨＷＳＳ基板等）にそれぞれ適合したカセットキャリア１を用意して基板搬送を行うことが必要となる。
【００１９】
薄厚基板を搬送させる方式では、カセットキャリア内における基板が垂れる事を考慮して、棚ピッチを標準カセットキャリアのそれよりも２倍〜３倍にする必要がある。また、基板の厚さが異なると基板の撓み量も異なるため、搬送する基板に応じて、基板搬送アームの上下方向の送りピッチを調整する必要があった。一方、標準的な厚みのＳｉ基板やＨＷＳＳ基板を搬送する方式では標準カセットキャリアを使用するが、基板を保持するＥＳＣステージに印加する供給電力を通常より大きくする必要がある。これらの方式は一長一短で、デバイス種類により使い分ける必要がある。従来、こうした複数のカセットキャリアに対応する場合には、カセットキャリアの種類ごとに専用のローダを準備するか、１台のローダをカセットキャリアの種類変更の度に改造すること等が必要であった。前者は１種類のカセットキャリアに対応させる場合の２倍以上のコストが発生する。また後者は改造に時間がかかり生産効率上の阻害要因となっていた。
【００２０】
そこで本発明の目的は、上述した背景技術が有する課題に鑑み、上記２種類の基板にそれぞれ適合した収納する形状が異なる各カセットキャリアから基板を共通の装置で搬送できる真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の真空処理装置は、基板を上下多段に収納する形状が異なる複数の種類のカセットキャリアと、カセットキャリアに収納されている基板を運ぶためのローダとを有する。この真空処理装置は、カセットキャリアをセットするためのカセットステージと、カセットステージにカセットキャリアがセットされると当該カセットキャリアの形状に基づいて当該カセットキャリアの種類を判別する判別手段とを備える。そして真空処理装置は、ローダに備えられた基板搬送アームであって、判別手段で判別されたカセットキャリアの種類に基づき、基板受け取り初期高さを変える基板搬送アームを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、撓みや反り等を生じる基板とそうでない基板にそれぞれ適合した複数種のカセットキャリアから基板を共通の装置で搬送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、背景技術の欄で説明した構成部品と同一のものには同一符号を用いている。
【００２４】
図１は本発明の第一実施例で、各種カセットキャリアとオートローダの基板搬送アームとの位置関係を示したものであり、図２は各種カセットキャリアを示す。
【００２５】
図１（Ａ）では標準カセットキャリア１ａにＨＷＳＳ基板２ａまたは標準基板を上下多段に収納した状態を断面で示している。一方、図１（Ｂ）は倍ピッチキャリア１ｂに薄厚基板２ｂを上下多段に収納した状態を断面で示している。これらの図で符号１３はオートローダの基板搬送アームである。
【００２６】
基板搬送アーム１３は、各キャリア１ａ，１ｂに関して基板間の隙間に挿入され、基板をすくい上げて保持する。標準カセットキャリア１ａのＨＷＳＳ基板２ａを搬送する場合は、基板搬送アーム１３は標準カセットキャリア１ａの最上部の基板間に最初に挿入される。この初期挿入位置は基板搬送アーム１３の基板受け渡し初期高さとして予め設定されている。また、標準カセットキャリア１ａの棚ピッチに合わせて、基板搬送アーム１３の基板受け渡し初期高さから上下方向の移動ピッチも予め設定されている。一方、倍ピッチキャリア１の薄厚基板２ｂを搬送する場合、薄厚基板２ｂは垂れが生じているために、その撓み量ｄを考慮してＨＷＳＳ基板２ａの基板受け渡し初期高さよりも、寸法Ａだけ下方に基板搬送アーム１３の高さを調整する。そして、この高さで基板搬送アーム１３を倍ピッチキャリア１内に挿入して、ＨＷＳＳ基板２ｂをすくい上げる。また、その下方の基板２ｂをすくい上げるには標準カセットキャリア１ａとは２倍の移動ピッチで基板搬送アーム１３を下移動させて、挿入する事となる。
【００２７】
このように前記２種類のキャリアと基板の種類に応じて、オートローダの基板搬送アーム１３の初期挿入位置（基板受け渡し初期高さ）と移動ピッチを調整する必要がある。この為に、本発明の背景技術ではカセットキャリアの種類を変える度に、オートローダの基板搬送アーム１３の初期挿入位置および移動ピッチを設定し直す必要が有った。これに対し、本発明はその初期挿入位置および移動ピッチを、自動で変更させるものである。
【００２８】
具体的には図１に示すように、カセットキャリア１ａや１ｂをセットするカセットステージ３０のセット場所の下部に、セットされたキャリアの種類を判別するための判別スイッチ５０が設置されている。
【００２９】
標準カセットキャリア１ａには底部に遮断板５５が設置されている。そのため、標準カセットキャリア１ａがカセットステージ３０にセットされた場合、遮断板５５が判別スイッチ５０の発光部５１からの信号５３（出射光）を遮断してそこからの反射信号５４（反射光）が検出部５２で検出される。一方、倍ピッチキャリア１ａの底部には遮断板５５が設けられていない為、倍ピッチキャリア１ｂがカセットステージ３０にセットされたときは発光部５１の光が遮断されず、検出部５２に信号が入らない。このような判別スイッチ５０における検出部５２のＯＮ／ＯＦＦ状態でキャリアの種類が判別される。そして、このときの判別信号（ＯＮ信号，ＯＦＦ信号）に応じて、オートローダロボット２１の基板搬送アーム１３の、Ｚ軸高さ（上下方向高さ）及び上下移動ピッチの設定が変更される。これにより、２種類の基板２ａ，２ｂの搬送調整を行う事が出来る。尚、２種類の基板に限られず、３種類以上の基板に応じて基板搬送アーム１３の初期挿入位置および移動ピッチを予め設定しておくと、各種基板に適合させた複数種類のカセットキャリアにも対応可能である。
【００３０】
次に、図３を参照し、本実施例の真空処理装置を説明する。図３は、図５に示した背景技術に係る真空処理装置に、判別スイッチ５０などの本発明の構成要素を追加した図である。図のようにカセットステージ３０の、各カセットキャリア１をセットする場所には判別スイッチ５０が設置されており、各判別スイッチ５０からの信号線６１は制御器６０に接続されている。また、制御器６２とオートローダロボット２１が信号線６２で接続されている。尚、各判別スイッチ５０から制御器６０を結ぶ信号線６１は各キャリアのセット場所に対応する判別スイッチの検出器５０からのＯＮ信号やＯＦＦ信号を伝送する。
【００３１】
したがって、キャリアステージ２０にカセットキャリア１がセットされると、そのカセットキャリア種類に応じたＯＮ信号またはＯＦＦ信号が信号線６１を通して制御器６０に伝わる。そして制御器６０は、いずれかの信号に基づく制御信号を信号線６２を介してオートローダロボット２１に伝送して、予め設定された基板搬送アーム１３の初期挿入位置および上下移動ピッチを変更する。つまり、制御器６０には、判別スイッチ５０からのＯＮ信号またはＯＦＦ信号の受信に応じて出力する制御信号として、カセットキャリア種類に応じた基板搬送アーム１３の初期挿入位置情報および上下移動ピッチ情報が格納されている。
【００３２】
また制御器６０は、カセットステージ３０の各キャリアセット場所のどの判別スイッチ５０からの信号であるかを認識し、その信号を送信した判別スイッチ５０が設けられている場所のカセットキャリア１について基板搬送アーム１３による搬送を実施する。そのために各判別スイッチ５０の出力はキャリアセット場所ごとに変えるなどして識別できることが好ましい。
【００３３】
尚、上記判別スイッチ５０によるキャリア種類の判別結果は、処理室への搬送経路を大気と隔絶するロードロック室４１の、棚（ＬＬ棚）の上下方向高さを調整する機構の駆動に用いてもよい。つまり、ＬＬ棚の上下方向高さの調整を、判別スイッチ５０で判別されたカセットキャリアの種類に基づいて行ってもよい。
【００３４】
次に、本発明の別の実施例を説明する。図４は、本発明の別の実施例で、キャリアカセットと判別スイッチと基板搬送アームの関係を示したものである。本例は上述した真空処理装置に、カセットキャリア１ａや１ｂに収納された基板の撓み量を計測する計測手段を具備させている。計測手段は、カセットキャリア１ａや１ｂをセットするカセットステージ３０のセット場所に配置された位置検出センサである近接センサ７０と、近接センサ７０からの信号を信号線６４を介して伝送するための検出器７１とからなる。
【００３５】
近接センサ７０は、カセットキャリア１ａや１ｂの下部に収納される基板の中心位置に近接可能に配置されている。この近接センサ７０によって、基板の、撓みの無い被支持部からの変位を前記撓み量として計測する。ここで「基板の、撓みの無い被支持部」とは、基板２ｂの、棚に支持されている部位をいい、撓み量はこの部位から下方への基板変位量である。
【００３６】
基板搬送アーム１３は、制御器６０から伝えられる前記撓み量に応じて、基準カセットキャリア１ａに対して予め設定された基板受け取り初期高さ（初期挿入位置）を補正する機能を有する。具体的には、図４のように近接センサ７０をカセットキャリア１ａの下部の基板２ｂの中心位置に対して近接させて、検出器７１により基板２ｂの反り量が計測される。このときの検出信号が信号線６４を通して、制御器６０に伝送される。制御器６０はこの信号（基板２ｂの反り量）に基づいた制御信号を信号線６２を介してオートローダロボット２１に伝え、カセットキャリア１ａに対して予め設定されていた基板搬送アーム１３の初期挿入位置を補正して、倍ピッチキャリア１ｂに対応させる。この方法によれば、第一実施例のようにカセットキャリアの種類ごとに基板搬送アーム１３の初期挿入位置を設定しておかなくても良いという効果がある。
【００３７】
このような計測手段によって計測した基板撓み量は、上記のようなオートローダロボット２１のアーム搬送調整に使用するだけでなく、他の装置の調整にも用いることができる。例えばアライナ４０においてはアライナステージ上での基板の垂れがあると、光学系がノッチまたはＯＦの検出が出来ない事がある。この場合、上記のように計測した基板撓み量を用いて光学系による基板認識を調整することが可能である。
【００３８】
以上説明したような本発明の真空処理装置で基板搬送を行うことで、複数のカセットキャリア、すなわち複数の基板タイプのものが生産性を損なうことなく搬送させられるので、とりわけ実装、パワーデバイス関連の生産性向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一実施例で、各種カセットキャリアとオートローダの基板搬送アームとの位置関係を示した図である。
【図２】図１の各種カセットキャリアを示す断面図である。
【図３】本発明の真空処理装置の構成概念を示す平面図である。
【図４】本発明の別の実施例で、キャリアカセットと判別手段と基板搬送アームの関係を示す図である。
【図５】本発明の背景技術に係る真空処理装置の構成概念を示す平面図である。
【図６】背景技術に係るカセットキャリアを示す断面図である。
【図７】背景技術に係るロードロック棚（ＬＬ棚）を示す断面図である。
【図８】背景技術に係るＨＷＳＳ基板の断面図である。
【図９】背景技術に係るＥＳＣステージの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    カセットキャリア
１ａ    標準カセットキャリア
１ｂ    倍ピッチキャリア
２    基板
２ａ    ＨＷＳＳ基板
２ｂ    薄厚基板
１３，４３    基板搬送アーム
２０    オートローダ
２１    オートローダロボット
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ    処理室
２５    搬送ロボット
２６    ステージ
３０    カセットステージ
４０    アライナ
４１    ロードロック室
４２    トランスファー室
５０    判別スイッチ
５１    発光部
５２    検出部
５５    遮断板
６０    制御器
６１，６２    信号線
７０    近接センサ
７１    検出器
【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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