JP2008144194A - 位置調整装置およびスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スパッタ装置の真空ロボットにより基板を基板ホルダに取付ける際の位置調整を行う位置調整装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スパッタ装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整装置であって、取付け位置情報を記憶する記憶手段と、記憶された取付け位置情報に基づき真空ロボットにより基板を基板ホルダに取付ける取付け手段と、取付けられた基板の取付け状態を測定する測定手段と、測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、を有する位置調整装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、スパッタリング成膜工程における磁気記録基板の製造技術に関する。

磁気記録基板は、複数の製造工程を経て製造される。磁気記録基板のスパッタリング成膜工程の手順は、次のようである。まず、前の工程を通過してきたスパッタ成膜前の基板は、真空ロボットによりスパッタ装置内の基板ホルダに取り付けられる。次に、スパッタ装置内の成膜プロセスに投入される。そして、スパッタ成膜終了後に真空ロボットにより基板ホルダから基板が取り外され、次工程へ基板は、投入される。この真空ロボットによりスパッタ装置内の基板ホルダに取り付けの調整の際、真空ロボットの各運動軸における送りパルスを変更し、基板が基板ホルダの中心に来るように目視確認によって、X軸、Z軸、θ軸方向に位置合わせしている。Ｘ軸方向とは、基板ホルダに対して垂直方向、Ｚ軸方向とは、基板ホルダに対して高さ方向、θ軸方向とは、基板ホルダに対して水平方向を示す。

この方式では真空ロボット調整における精度が目視確認者の習熟度に依存してしまう。このため真空ロボット調整を行うたびに位置ずれが発生し、調整完了位置が不安定となる。すなわち、真空ロボットの調整位置にずれがある場合、基板と基板を抑える基板ホルダのツメとの間に擦れが生じる。一方、成膜により基板ホルダの基板を抑えるツメの部分にはスパッタ粒子が蓄積されている。このため、新規基板をこのようなスパッタ粒子がツメに蓄積された基板ホルダに取付ける際、位置ずれにより基板が基板ホルダ上を擦れると、基板ホルダから擦れにより削れたパーティクル（スパッタ粒子）が発塵し、基板表面上にパーティクルが付着する。この微小なパーティクルは磁気記録基板の読み書き不良欠陥の原因となる。一方、基板を搬送する際の基板のアライメント時に発生する発塵について、センサを使用して基板のベースに対する位置と角度を検出し補正する技術が提案されている(特許文献１)。
特開平９−６１７７５号公報（第２頁段落００１０、第３頁段落００１１）

特許文献１は、基板のベースに対する位置と角度を検出し、基板の傾きはモータを駆動させて補正する。位置の補正量は、基板を搬送するハンドラ装置にフィードバックする。しかし、この方法は、真空ロボットにより基板を基板ホルダに取付ける際の発塵を防止するために位置調整するものではない。本発明は、スパッタ装置の真空ロボットにより基板を基板ホルダに取付ける際の位置調整を行う位置調整装置およびスパッタ装置を提供することを目的とする。

本願発明の位置調整装置は、スパッタ装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整装置であって、取付け位置情報を記憶する記憶手段と、記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、取付けられた基板の取付け状態を測定する測定手段と、測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、を有する。この構成により、スパッタ装置の基板ホルダに対して基板を取付ける場合に精度高く取付けることができるため、パーティクルの発生が減少する。この結果、記録基板の歩留まりが向上する。

本発明により、ロボット調整位置の良否を量産開始以前に判定できるようになる。

（実施例１）
図１にスパッタ装置の説明図を示す。
磁気記録媒体のスパッタリング成膜工程においては、まず、前の工程を通過してきたスパッタ成膜前の基板１３が、スパッタ装置５１内の基板取付け部５２で基板ホルダ１１に取り付けられる。次に、基板１３は、スパッタ装置５１内の成膜プロセスに投入される。まず、基板１３が加熱部５３で加熱される。次に成膜部５４で基板１３上にメタルを複数層形成し、その上にＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜が生成される。スパッタ成膜終了後は、基板取外し部５５で基板ホルダ１１から成膜された基板１３が取り外され次工程へ投入される。真空ロボット２は、この基板１３の取り付けおよび取り外しをしている。真空ロボット２による基板ホルダ１１への基板１３の取付けの位置調整を行う位置調整装置１は、基板取付け部５２に搭載されている。

図２に、位置調整装置の構成図を示す。
位置調整装置１は、真空ロボット２、測定部３、判定部４、補正部５、メモリ６、駆動部７を有する。真空ロボット２は、基板を把持して、Ｘ軸、θ軸、Ｚ軸方向に移動する。

図３に真空ロボットの説明図を示す。
真空ロボット２は、基板ホルダ１１に対して垂直方向に移動する方向のＸ軸、基板ホルダ１１を正面から見て、左右の水平方向に移動するθ軸、基板ホルダ１１に対して、高さ方向に移動するＺ軸を有する。また、真空ロボット２は、ハンド１７の先端に基板１３を搭載している。キャリア１２は、基板ホルダ１１を２セット搭載している。キャリア１２は、スパッタ装置５１内で基板１３を搬送するためのものである。

図４に基板ホルダへの基板の取り付けの説明図を示す。
真空ロボット２の基板１３の取り付け方は、次のようである。まず、スパッタ装置５１が基板ホルダ１１に近接して配置しているレバーを押下げて基板ホルダ１１の下ツメ１６を押し下げる。そして押下げることで広げられた空間（図４(ａ)参照）、に向けて真空ロボット２は、真空ロボット２のハンド１７上の基板１３を基板ホルダ１１に向けてＸ軸方向に移動する。移動が完了すると、スパッタ装置５１がレバーを上げ、下ツメ１６を解放すると、下ツメ１６は持ち上がる（図４(ｂ)参照）。この結果、下ツメ１６は基板１３を持ち上げ、基板１３は上ツメ１４，１５と接触する。上下ツメ１４〜１６のバネ力が均衡する地点で基板１３は保持される（図４(ｃ)参照）。上下ツメ１４〜１６ツメは、Ｖ字型であり、基板１３を保持する。位置ずれのない状態を図４(ｄ)に示す。一方、パーティクル２４は、この上下ツメ１４〜１６ツメ上に蓄積されている。このため、基板１３は、矢印の方向にＶ字面上ずれて基板ホルダ１１に取付けられると、Ｖ字面上をＶ字の底の中央に向けてずれるため擦れを生じ、パーティクル２４が発塵する（図４(e)参照）。

図２の説明に戻る。測定部３は、基板ホルダ１１に基板１３を取り付けたときの状態を測定する。測定方法としては、基板１３に付着したパーティクル２４の測定、飛散したパーティクル２４の測定、基板取付け位置の画像測定の３種類の方法がある。これらは、個別的にも、組合せても用いることができる。判定部４は、上ツメ１４，１５，下ツメ１６と基板１３との衝突位置を判定する。補正部５は、推定された位置に従って、補正方向を決定し、所定の補正量に対応する設定値をメモリ６に格納する。メモリ６は、駆動部７の初期値としての設定値、補正された設定値および画像測定の場合の基準のエッジ情報を記憶する。駆動部７は、真空ロボット２の駆動制御を行う。最初は、メモリ６に格納されている初期値の設定値に従って、Ｘ軸、θ軸、Ｚ軸方向に移動するための駆動パルスを真空ロボット２に送付する。その後、補正部５から補正完了を受けると、メモリ６から設定値を取得する。そして、初期値を補正した設定値に従った駆動パルスを真空ロボット２に送付する。このようなスパッタ装置５１内の真空ロボット２により、基板ホルダ１１への基板１３のセットを正確に行うための、位置測定方法の説明を以下に行う。

図５に基板上のパーティクルの測定方法を示す。
測定器Ａ２１を用いて基板１３上のパーティクル２４を測定する。測定器Ａ２１を基板１３の両面に２台、設置して測定する。基板１３は、所定方向に移動させることで、基板１３の全面を測定できる。測定器Ａ２１は、レーザ発光ユニット２２と、受光ユニット２３を有する。レーザ発光ユニット２２により放射されたレーザがパーティクル２４で反射し、散乱した光を受光ユニット２３が検出する。測定場所は、スパッタ装置５１内でも、スパッタ装置５１外でも可能である。測定のため、スパッタ装置５１外での測定の場合は、スパッタ装置５１内を成膜動作はさせずに、１周させたのちに、調査基板１３をスパッタ装置５１から排出し所定の測定場所に設置する。

図６に基板上のパーティクルの測定処理を示す。
新規調査基板１３を基板ホルダ１１にセットする（Ｓ１１ステップ）。このとき、Ｘ軸、θ軸、Ｚ軸方向の駆動パルスの値は、メモリ６から設定値を取得して行う。設定値は、測定開始当初は、初期値である。次に、基板１３の表面のパーティクル２４を測定する（Ｓ１２ステップ）。測定は、基板１３の表面にレーザを当て、散乱光を検出することで基板１３の表面に付着しているパーティクル２４の数、大きさを検出する。基板１３の両面について測定を行う。基板１３の両面でパーティクル２４の絶対量が大きい否かを判断する（Ｓ１３ステップ）。パーティクル２４の数が所定の個数を越えていたら絶対量が大きいと判断する。絶対量が大きい場合は、基板１３のθ方向のずれと推定し、所定量、補正する（Ｓ１４ステップ）。補正は、基板ホルダ１１に対して例えばまず左に移動してみて改善しない場合は、右に移動する順序で行う。これは、基板１３の取り付け位置が、真空ロボット２から見て所定値より右方向または左方向にずれることによる擦れが発生しているためである。すなわち、基板１３により下ツメ１６のパーティクル２４および上ツメ１４または１５上のパーティクル２４の削ずれが発生し、基板の両面にパーティクルが付着するためである。基板１３のパーティクル２４の絶対量が両面で大きくない場合は、面間差をチェックする（Ｓ１５ステップ）。面間差が大きい場合、Ｘ軸方向のずれがあるため小さくなるように所定量、補正する（Ｓ１６ステップ）。パーティクル数２４の絶対量の大きい面が、Ａ面側（真空ロボット２側）であれば、Ｘ軸の値を増加する。これは、基板１３の取り付け位置が、真空ロボット２から見て所定値より手前にずれることによる擦れが発生しているためである。すなわち、基板１３により上下ツメ１４〜１６のパーティクル２４の削ずれが、手前で発生し、基板にパーティクルが付着するためである。パーティクル数２４の絶対量の大きい面が、B面側（Ａ面の反対面）であれば、Ｘ軸方向の値を減少する。これは、基板１３の取り付け位置が、真空ロボット２から見て所定値より奥よりにずれることによる擦れが発生しているためである。すなわち、基板１３により上下ツメ１４〜１６のパーティクル２４の削ずれが、奥よりで発生し、基板にパーティクルが付着するためである。両面で絶対量が小さく、面間差がない場合には、設定値をメモリ６に記憶する（Ｓ１７ステップ）。

図７に、飛散パーティクルの測定方法を示す。
飛散パーティクルの測定器Ｂ２５は、センサ２６とマグネット２７を有する。測定対象物の基板１３を搭載する基板ホルダ１１の両側にセンサ２６の番号１〜４が配置されるように測定器Ｂ２５をスパッタ装置５１内に設置する。また、センサ２６でのパーティクル検出感度を増すため、センサ２６近傍にパーティクル吸着マグネット２７を配置する。センサ２６は、レーザ発光ユニット２２と受光ユニット２３を有する。

図８に、飛散パーティクルの測定処理を示す。
真空ロボット２により、基板１３を基板ホルダ１１にセットする（Ｓ２１ステップ）。次に飛散パーティクル数を測定する。測定は、センサ２５により、単位時間ごとに(最小1sec刻み)で飛散したパーティクル数をカウントする（Ｓ２２ステップ）。そして、基板取り付けの際の飛散パーティクル数を測定した結果、センサ２６の１，３とセンサ２６の２，４が、ほぼ等しいか否かを判定する（Ｓ２３ステップ）。ほぼ等しくない場合は、真空ロボット２のＸ方向の移動距離を変更する（Ｓ２４ステップ）。具体的には、センサ２６の１，３＞センサ２６の２，４の場合には、基板１３の取り付け位置が奥寄り(図６の上寄り)になっており基板１３と上下ツメ１４〜１６との削ずれが、発生しているため、真空ロボット２のＸ方向の移動距離が短くなる方向、すなわち手前(図６の図面下方向)になるように、ロボットの移動を所定量、補正する。また、センサ２６の１，３＜センサ２６の２，４の場合には、基板１３の取り付け位置が手前(図６の下寄り)になっており基板１３と上下ツメ１４〜１６との削ずれが、発生しているため、真空ロボット２のＸ方向の移動距離が長くなる方向、すなわち手前(図６の図面上方向)になるように、真空ロボット２の移動を所定量、調整する。新しい基板により、再測定をするため、Ｓ２１ステップに戻る。飛散パーティクル数を測定した結果、センサ２６の１，３とセンサ２５の２，４が、ほぼ等しい場合には、センサ２６の１，２とセンサ２６の３，４がほぼ等しいか否かを判定する（Ｓ２５ステップ）。ほぼ等しくない場合は、真空ロボット２のθ方向の移動距離を変更する（Ｓ２６ステップ）。

具体的には、センサ２６の１，２＞センサ２６の３，４の場合には、基板取り付け位置が真空ロボット２から見て左寄りになっており基板１３と上ツメ１４および下ツメ１６の削ずれが、発生しているため、真空ロボット２のθ方向を右方向に調整するように、真空ロボット２の移動を所定量、調整する（Ｓ２７ステップ）。また、センサ２６の１，２＜センサ２６の３，４の場合には、基板１３の取り付け位置が右寄りになっており基板１３と上ツメ１５および下ツメ１６との削ずれが、発生しているため、真空ロボット２のθ方向を左方向に調整するように、真空ロボット２の移動を所定量、調整する。そして新しい基板１３により、再測定をするため、Ｓ２１ステップに戻る。そして、飛散パーティクルがセンサ１，３とセンサ２，４がほぼ等しくなった場合には、設定値をメモリ６に記憶する。

図９に、画像モニタによる位置調整の測定方法を示す。
基板１３の真空ロボット２と反対側の基板ホルダ１１と対向する位置に画像モニタ３１をスパッタ装置５１内に設置する（図９(a)参照）。画像モニタ３１での検出位置は、３箇所の上下ツメ１４〜１６の先端位置、および基板１３の上下左右方向の６箇所の予め定めた測定領域３２を検出する（図９(ｂ)参照）。

図１０に、画像モニタ測定処理を示す。
真空ロボット２にて、新基板１３を基板ホルダ１１にセットする（Ｓ３１ステップ）。画像モニタ３１で測定する。測定は、下ツメ１６のレバーが解放され、基板１３が上下ツメ１４〜１６で保持されたタイミングで各ポイントのエッジを検出する（Ｓ３２ステップ）。画像モニタ３１はエッジ位置が所定範囲内かどうかの合否判定を行う（Ｓ３３ステップ）。偏りがある場合はθ方向に補正する（Ｓ３４ステップ）。偏りの判定は、次のようである。まず、画像モニタ３１で空の基板ホルダ１１の画像を取得する。そして仮想的に計算で基板１３の中心位置を設定する。次に、エッジ検出をする領域を設定する。エッジ検出とは、コントラストの変化(白→黒 or 黒→白)で対象物の輪郭を求めることをいう。そして、予め各検出箇所の基板搭載時のエッジを計算で設定する。所定の領域内の基板１３と上下ツメ１４〜１６の輪郭データが取得する。次に、実際の測定をする。そして、エッジのラインが、所定領域内のどの位置か、所定領域外かを判定する。

図１１にずれの説明図を示す。
例えば、図１１（ａ）に取り付けが正常の場合、図１１（b）に取付けが、真空右寄りの図を示す。エッジ検出での計測結果が、基板１３の位置が右寄りの場合、測定領域３２−１の右上ツメ１５が上がっているので、NGと判定し、θ方向を左寄りに修正する。一方、エッジ検出での計測結果が、基板１３の位置が左寄り、左上ツメ１４が上がっている場合は、NGと判定し、θ方向を右寄りに修正する。そして、補正値を決定したあとは、再測定のため、Ｓ３１ステップに戻る。各エッジの検出結果が所定範囲内となり正常となった場合には、その設定値をメモリ６に記憶する（Ｓ３５ステップ）。但し、この画像センサはX軸のずれは検出できない。そのためX方向のずれを検出するためパーティクル測定または基板表面のパーティクル測定を併せて行うことで、精度向上できる。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）スパッタ装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整装置であって、取付け位置情報を記憶する記憶手段と、記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、取付けられた基板の取付け状態を測定する測定手段と、測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、を有する位置調整装置。
（付記２）測定手段は、基板ホルダと基板の接触により基板に付着したパーティクル数を測定することを特徴とする請求項１記載の位置調整装置。
（付記３）測定手段は、基板ホルダと基板の接触により飛散したパーティクル数を測定することを特徴とする請求項１記載の位置調整装置。
（付記４）真空装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整装置であって、取付け位置情報を記憶する記憶手段と、記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、画像を入力する画像入力手段と、基板を取付けていないときの基板ホルダの画像を基に所定領域の第１のエッジ画像を取得するエッジ画像取得手段と、基板を取付けたときの基板ホルダの画像を基に前記所定領域のエッジ画像を取得する第２のエッジ画像取得手段と、第１のエッジ画像と第２のエッジ画像の差分を測定する差分測定手段と、測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、を有する位置調整装置。
（付記５）基板を基板ホルダに真空ロボットにより取付ける基板取付け部と、基板ホルダに取付けられた基板を加熱する過熱部と、加熱された基板上に薄膜を形成する成膜部と、を有するスパッタ装置であって、基板取付け部が、基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置情報を記憶する記憶手段と、記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、取付けられた基板の取付け状態を測定する測定手段と、測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、を有するスパッタ装置。
（付記６）判定手段は、付着したパーティクル数について絶対量が所定値より大きいときは、基板ホルダに対して水平方向の基板の位置ずれと判定する位置ずれ判定手段を有することを特徴とする付記２記載の位置調整装置。
（付記７）判定手段は、付着したパーティクル数について基板の面間差が所定値より大きいときは、基板ホルダに対して垂直方向の基板の位置ずれと判定する位置ずれ判定手段を有することを特徴とする付記２記載の位置調整装置。
（付記８）判定手段は、飛散したパーティクル数について基板の面間差が所定値より大きいときは、基板ホルダに対して垂直方向の基板の位置ずれと判定する位置ずれ判定手段を有することを特徴とする付記３記載の位置調整装置。
（付記９）判定手段は、基板の左右部分の近傍に飛散したパーティクル数の差が所定値より大きいときは、基板ホルダに対して水平方向の位置ずれと判定することを特徴とする付記３記載の位置調整装置。
（付記１０）スパッタ装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整方法であって、取付け位置情報をメモリに記憶する記憶ステップと、記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動ステップと、取付けられた基板の取付け状態を測定する測定ステップと、測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定ステップと、位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正ステップと、を有する位置調整方法。

スパッタ装置の説明図 位置調整装置の構成図 真空ロボットの説明図 基板ホルダへの基板の取り付けの説明図 基板上のパーティクルの測定方法 基板上のパーティクルの測定処理 飛散パーティクルの測定方法 飛散パーティクルの測定処理 画像モニタによる位置調整の測定方法 画像モニタ測定処理 ずれの説明図

符号の説明

１ 位置調整装置
２ 真空ロボット
３ 測定部
４ 判定部
５ 補正部
６ メモリ
７ 駆動部
１１ 基板ホルダ
１２ キャリア
１３ 基板
１４、１５ 上ツメ
１６ 下ツメ
１７ ハンド
２１ 測定器Ａ
２２ レーザ発光ユニット
２３ 受光ユニット
２４ パーティクル
２５ 測定器Ｂ
２６、２６−１〜２６−４ センサ
２７ マグネット
３１ 画像モニタ
３２、３２−１ 測定領域
５１ スパッタ装置
５２ 基板取付け部
５３ 加熱部
５４ 成膜部
５５ 基板取外し部

Claims (5)

1. スパッタ装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整装置であって、
   取付け位置情報を記憶する記憶手段と、
   記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、
   取付けられた基板の取付け状態を測定する測定手段と、
   測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、
   位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、
   を有する位置調整装置。
2. 測定手段は、基板ホルダと基板の接触により基板に付着したパーティクル数を測定することを特徴とする請求項１記載の位置調整装置。
3. 測定手段は、基板ホルダと基板の接触により飛散したパーティクル数を測定することを特徴とする請求項１記載の位置調整装置。
4. 真空装置内の基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置を調整する位置調整装置であって、
   取付け位置情報を記憶する記憶手段と、
   記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、
   画像を入力する画像入力手段と、
   基板を取付けていないときの基板ホルダの画像を基に所定領域の第１のエッジ画像を取得するエッジ画像取得手段と、
   基板を取付けたときの基板ホルダの画像を基に前記所定領域のエッジ画像を取得する第２のエッジ画像取得手段と、
   第１のエッジ画像と第２のエッジ画像の差分を測定する差分測定手段と、
   測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、
   位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、
   を有する位置調整装置。
5. 基板を基板ホルダに真空ロボットにより取付ける基板取付け部と、
   基板ホルダに取付けられた基板を加熱する加熱部と、
   加熱された基板上に薄膜を形成する成膜部と、を有するスパッタ装置であって、
   基板取付け部が、
   基板ホルダに真空ロボットにより基板を取付けるときの取付け位置情報を記憶する記憶手段と、
   記憶された取付け位置情報に基づき基板を基板ホルダに取付けるために真空ロボットを駆動する駆動手段と、
   取付けられた基板の取付け状態を測定する測定手段と、
   測定結果に基づき、位置ずれを生じているか否かを判定する判定手段と、
   位置ずれと判定されたときは、基板の取付け位置情報を補正する位置情報補正手段と、
   を有するスパッタ装置。

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