JP2010278271A - 半導体基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフトピンの動作状況の異常を迅速に把握して半導体装置の加工不良を未然に防ぐことができ、半導体装置の製造ロスを大幅に軽減して製品の歩留まりを確実に向上することができる半導体基板処理装置を提供する。
【解決手段】リフトピン２を駆動するモータ１１の負荷を常時監視する機能１と、機能１における電圧値のバラつきが規格値を超えた場合にリフトピン２の動作を異常とみなす機能２を備え、リフトピン２を駆動するモータ１１の負荷を迅速に把握することにより、リフトピン２の昇降状況の迅速な把握を可能にする。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体基板をリフトピンにより昇降させながら基板処理する半導体基板処理装置に関するものである。

従来の半導体基板処理装置において、半導体基板（以下、ウェーハとする）の大口径化に伴い、ロット毎の基板処理をはじめとするバッチ式の基板処理から、ウェーハ毎に基板処理を行う枚葉式の半導体基板処理装置に移行している。

このような半導体基板処理装置において、ウェーハは、半導体基板処理を行うために、基板処理室に持ち込まれて基板処理され、その後、次の処理を行うために基板処理室から持ち出される、という一連の動作を繰り返し、その動作の中で、リフトピンはウェーハの昇降を行うための重要な部品である。

以上のような従来の半導体基板処理装置（例えば、特許文献１を参照）について、図面を用いて以下に説明する。
図１は従来の半導体基板処理装置の構成を示す概要ブロック図である。ウェーハ１は基板処理を行うためにステージ３上に載置する。所定の基板処理を施されたウェーハ１は、次の基板処理室に運ぶために、リフトピン２によりウェーハ１を持ち上げる。リフトピン２の安定した昇降動作を行うために、リフトピン駆動用モータ制御回路１０が半導体基板処理装置に組み込まれている。複数本のリフトピン２と連動しているリフトフープ４を介して、モータ１１によりリフトピン２の昇降を行う。

この際に、直流電源１４によりモータ１１を駆動し、モータ１１のトルク電流は電流検出部１２を介して、電流監視部１７で常時監視を行っている（例えば、特許文献２を参照）。

このような半導体基板処理装置のリフトピン駆動用モータ制御回路１０において、リフトピン２の昇降時は、常時、エンコーダ１５にてリフトピン２の昇降位置を把握し、その昇降位置を示す座標データは、都度、制御・座標データ保存部１６に送られる。制御・座標データ保存部１６にて、エンコーダ１５から送られた座標データと予め設定された座標データの指示値との差分が取られ、エンコーダ１５から送られた座標データとその指示値との差がゼロになるように、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）１３からモータ１１を駆動するトルク電流を制御し、ＭＯＳＦＥＴ１３から制御により決められたトルク電流でモータ１１を駆動する。

図２は従来の半導体基板処理装置におけるウェーハリフト機構の一連の動作例（１）を示す。はじめに、基板処理室にあるリフトピン２の先端部はステージ３の表面に組み込まれている（図２（ａ）を参照）。ウェーハ１を受け取るために、リフトフープ４を介してリフトピン２を所定の高さまで上昇して、ウェーハ１の到着を待つ（図２（ｂ）を参照）。搬送アーム５にて、運ばれてきたウェーハ１はリフトピン２上に載置され（図２（ｃ）を参照）、ウェーハ１の基板処理を行うために、リフトピン２はリフトフープ４を介して下降し、所定の基板処理を行う（図２（ｄ）を参照）。最後に基板処理が施されたウェーハ１は次の基板処理室に運ぶために、リフトピン１を所定の高さまで上昇させ、搬送アーム５の到着を待ち、そのまま搬送アーム５にウェーハ１を受け渡す（図２（ｅ）を参照）。

特開２００８−２７７７０６号公報 特開平５−１９５９８３号公報

上記のような従来の半導体基板処理装置において、何らかの原因により、リフトピン２が破損する場合があるが、このような場合に対して、リフトピン２の駆動用モータ１１のトルク電流を制御するためにトルク電流を監視しているものの、リフトピン２の動作の常時監視は行われていない。従って、リフトピン２が破損しても、その破損を迅速に知ることが困難である。

この問題点について、図面を用いて説明する。
図３に従来の半導体基板処理装置におけるウェーハリフト機構の一連の動作例（２）を示す。ここでは、例えば複数のリフトピン２（２ａ、２ｂ）の一方側が破損した場合について説明する。

この半導体基板処理装置において、まず図３（ａ）のように監視対象のウェーハ１を受け取るためにリフトフープ４を介してリフトピン２ａ、２ｂを上昇させようとするが、図３（ｂ）のようにリフトピン２ａは所定の高さまで上昇するが、破損した側のリフトピン２ｂは所定の高さまで上昇することが困難であるため、ウェーハ１を受け取る時のリフトピン２ａの高さ（ｈ１）とリフトピン２ｂの高さ（ｈ２）は異なる。

図３（ｃ）のようにウェーハ１を受け取るときにリフトピン２ａとリフトピン２ｂの高さが異なる（ｈ１≠ｈ２）ため、ウェーハ１は傾いた状態でステージ３に載置され、基板処理が行われる（図３（ｄ）を参照）。続いて、所定の基板処理が施されたウェーハ１は、次の基板処理室に運ぶために、再びリフトピン２ａおよび破損したリフトピン２ｂを所定の高さまで上昇させようとするものの、リフトピン２ｂは所定の高さまで到達することが困難である（図３（ｅ）を参照）ため、ウェーハ１は傾いた状態のままとなる。

その後、さらに図３（ｅ）のようにウェーハ１が傾いた状態のままで搬送アーム５が基板処理室に入るため、搬送アーム５が傾いたウェーハ１と衝突してウェーハ１が破損する場合が多々ある。その時、搬送アーム５の上には回収するべきウェーハ１が無いので、半導体基板処理装置として初めて搬送アーム５上にウェーハ１が無い“ウェーハロストエラー”を発報し、この発報に対応して作業者が搬送アーム５の状況を確認した時にウェーハ１が破損していることが判明するのである。

すなわち、リフトピン２の破損等の動作状況の異常が迅速にわからないことから、ウェーハ１が破損して半導体装置の加工不良を招いたり、またウェーハ１の破損が無い場合でも基板処理の異常により半導体装置の製造ロスが発生して歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、リフトピンの動作状況の異常を迅速に把握して半導体装置の加工不良を未然に防ぐことができ、半導体装置の製造ロスを大幅に軽減して製品の歩留まりを確実に向上することができる半導体基板処理装置を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の半導体基板処理装置は、半導体基板を移動手段の移動動作により移動させながら、前記半導体基板を処理する半導体基板処理装置において、前記移動手段の移動動作を駆動する駆動手段と、前記駆動手段への負荷の変化を常時監視する監視部と、前記監視部における監視により得られた前記負荷の変化量が規格値を超えた場合に、前記移動手段の移動動作を異常とする判断部とを有することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の半導体基板処理装置は、請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、前記移動手段は、前記半導体基板を昇降移動させるリフトピンとすることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の半導体基板処理装置は、請求項１または請求項２に記載の半導体基板処理装置であって、前記駆動手段は、前記移動手段の移動動作を駆動するモータとすることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の半導体基板処理装置は、請求項３に記載の半導体基板処理装置であって、前記モータへの負荷は、前記モータの電流値またはその電流値に対応する電圧値として相対的に測定された測定値が用いられることを特徴とする。

以上の構成によれば、移動手段（例えばリフトピン）を駆動する駆動手段（例えばモータ）の負荷の変化を迅速に把握することができる。
また、本発明の請求項５に記載の半導体基板処理装置は、半導体基板を移動手段の移動動作により移動させながら、前記半導体基板を処理する半導体基板処理装置において、前記移動手段の移動動作を駆動する駆動手段と、前記駆動手段への負荷の変化を常時監視する監視部と、前記監視部における監視により得られた前記負荷の単位時間あたりの変化量が規格値を超えた場合に、前記移動手段の移動動作を異常とする判断部とを有することを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の半導体基板処理装置は、請求項５に記載の半導体基板処理装置であって、前記移動手段は、前記半導体基板を昇降移動させるリフトピンとすることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載の半導体基板処理装置は、請求項５または請求項６に記載の半導体基板処理装置であって、前記駆動手段は、前記移動手段の移動動作を駆動するモータとすることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載の半導体基板処理装置は、請求項７に記載の半導体基板処理装置であって、前記モータへの負荷は、前記モータの電流値またはその電流値に対応する電圧値として相対的に測定された測定値が用いられることを特徴とする。

以上の構成によれば、ノイズ等の外乱の影響を受けることなく移動手段（例えばリフトピン）を駆動する駆動手段（例えばモータ）の負荷の変化を迅速に把握することができる。

本発明によれば、移動手段（例えばリフトピン）を駆動する駆動手段（例えばモータ）の負荷量（例えばトルク電流値を相関変換した電圧値）を常時監視し、その負荷量（例えば電圧値）に対するバラつきの規格値と比較することにより、移動手段（例えばリフトピン）を駆動する駆動手段（例えばモータ）の負荷の変化を迅速に把握することができる。

また、移動手段（例えばリフトピン）を駆動する駆動手段（例えばモータ）の負荷量（例えばトルク電流値を相関変換した電圧値）の単位時間あたりの変化量を常時監視し、その負荷量（例えば電圧値）に対する単位時間あたりの変化量の平均値およびバラつきの規格値と比較することにより、ノイズ等の外乱の影響を受けることなく移動手段（例えばリフトピン）を駆動する駆動手段（例えばモータ）の負荷の変化を迅速に把握することができる。

以上の結果、移動手段（例えばリフトピン）の動作状況の異常を迅速に把握して半導体装置の加工不良を未然に防ぐことができ、半導体装置の製造ロスを大幅に軽減して製品の歩留まりを確実に向上することができる。

従来の半導体基板処理装置の構成を示すブロック図 同従来例の半導体基板処理装置におけるウェーハリフト機構の一連の動作例（１）の説明図 同従来例の半導体基板処理装置におけるウェーハリフト機構の一連の動作例（２）の説明図 本発明の実施の形態１の半導体基板処理装置の構成を示すブロック図 同実施の形態１の半導体基板処理装置におけるリフトピン駆動用モータに寄与するトルク電圧の測定例（１）の説明図 同実施の形態１の半導体基板処理装置におけるリフトピン動作の常時監視方法のフローチャート 同実施の形態１の半導体基板処理装置におけるリフトピン駆動用モータに寄与するトルク電圧の測定例（２）の説明図 本発明の実施の形態２の半導体基板処理装置の構成を示すブロック図 同実施の形態２の半導体基板処理装置におけるリフトピン駆動用モータに寄与するトルク電圧の測定例の説明図 同実施の形態２の半導体基板処理装置におけるリフトピン動作の常時監視方法のフローチャート

以下、本発明の実施の形態を示す半導体基板処理装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の半導体基板処理装置を説明する。本実施の形態１は半導体基板処理装置におけるリフトピンの動作状況の迅速な把握に関するものである。

図４は本実施の形態１の半導体基板処理装置の構成を示す概要ブロック図である。図４において、１８は電圧変換部、１９は監視条件設定部、２０はデータ収集部、２１はデータ保存部、２２は第１データ演算部、２３はデータ判断部、５０はホストコンピュータである。

このような半導体基板処理装置のリフトピン駆動用モータ制御回路１０において、移動手段であるリフトピン２の昇降時、エンコーダ１５にてリフトピン２の昇降位置を把握し、その昇降位置を示す座標データは、都度、制御・座標データ保存部１６に送られる。制御・座標データ保存部１６にて、エンコーダ１５から送られた座標データと予め設定された座標データの指示値との差分が取られ、エンコーダ１５から送られた座標データとその指示値との差がゼロになるように、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）１３からモータ１１を駆動するトルク電流を制御し、ＭＯＳＦＥＴ１３から制御により決められたトルク電流でモータ１１を駆動する。

以上のようなリフトピン駆動用モータ制御回路１０において、モータ１１を駆動しているトルク電流について常時監視を行うために、監視対象のデータとしては電圧値で収集することが一般的である。そのため、電流検出部１２を通じて電流監視部１７から得られたトルク電流を、電圧変換部１８を介してトルク電圧として、データ収集部２０にて収集し、データ保存部２１に格納する。このようなデータ収集を行う際には、予め、データのサンプリング時間やリフトピン２の１回あたりの動作の監視時間などの監視条件を、監視条件設定部１９にて設定しておく。本実施の形態では、サンプリング時間は０．１秒、リフトピン２の１回あたりの動作の監視時間は１０秒とする。

ここで、例えばリフトピン２が破損した場合は、リフトピン２の昇降動作が困難となるため、エンコーダ１５で把握する座標データと座標データの指示値の差が大きくなり、その差をゼロにするために駆動手段であるモータ１１のトルクに負荷が大きくなる。それに対応して、モータ１１を駆動するトルク電流が増大し、トルクに対する負荷の変動も大きくなる。このトルクデータ（：電圧値）の常時監視を行うことで、リフトピン動作の常時監視が可能になる。

収集されたトルクデータの平均値やバラつきσは、都度、第１データ演算部２２にて算出され、データ判断部２３にてリフトピン２の動作の正常あるいは異常を判断し、ホストコンピュータ５０に報告する。

図５に本実施の形態１の半導体基板処理装置におけるリフトピン駆動用モータに寄与するトルク電圧の測定例（１）を示す。図５（ａ）はリフトピン２が正常時、図５（ｂ）は、リフトピン２が破損したときのトルク電圧波形である。

図５（ａ）のように、リフトピン２が正常な時は、安定した昇降動作であるため、エンコーダ１５で把握した座標データと座標データの指示値の差分がほぼ一定であり、その差分と連動しているリフトピン駆動用のモータ１１に寄与するトルク電流もほぼ一定である。常時監視を行うために、トルク電流は電圧変換部１８を介して電圧に変換してデータ収集を行うため、トルク電圧の波形のバラつきはσ＝０．０７と小さい。

図５（ｂ）のように、リフトピン２が破損した時は、不安定な昇降動作であるため、エンコーダ１５で把握した座標データと座標データの指示値の差分が不安定であり、その差分と連動しているリフトピン駆動用のモータ１１に寄与するトルク電流も、その値が大きく変動する。

従って、収集しているトルク電圧の変動が大きく、図５（ｂ）に示すようにトルク電圧の波形のバラつきはσ＝０．８６となり、図５（ａ）に比べてσが１０倍大きいことがわかる。

図６に本実施の形態１の半導体基板処理装置におけるリフトピン動作の常時監視方法のフローチャートを示す。まず、リフトピン駆動用のモータ１１に寄与するトルク電圧の測定を開始する前に予め監視時間ｔｏを決めておいて、トルク電圧の測定を開始する。この測定開始から測定時間がｔｏに到達するまで（ステップＳ６２）トルク電圧を測定してそのデータ収集を実行する（ステップＳ６１）。トルク電圧の測定終了後に第１データ演算部２２にてトルク電圧の平均値Ｖならびにバラつきσの演算を行い（ステップＳ６３）、データ判断部２３にて規格値との照合比較を行い（ステップＳ６４）、バラつきσが規格値内ならば正常と判定し（ステップＳ６５）、バラつきσが規格値を越えた場合は異常と判定して（ステップＳ６６）、異常時を示すアラームを発報する（ステップＳ６７）。

以上より、リフトピン駆動用のモータ１１に寄与するトルク電圧の常時監視を行い、トルク電圧のバラつきσの規格値を設定することにより、リフトピン２の昇降動作を迅速に把握することが可能である。

図７に本実施の形態１の半導体基板処理装置におけるリフトピン駆動用モータに寄与するトルク電圧の測定例（２）を示す。図７（ａ）はリフトピン２が正常時、図７（ｂ）はリフトピン２が破損時のトルク電圧の測定例である。

図７（ａ）では、測定開始後０．５秒時にトルク電圧が４．５Ｖを示している。これは移動手段であるリフトピン２の動作異常でなく、外乱によるノイズの影響によるものであり、０．５秒付近以外のトルク電圧は１．０〜１．２Ｖと安定している。

図７（ａ）のトルク電圧の平均値は１．１５Ｖ、バラつきσは０．４８であり、図７（ｂ）と比べてみても殆ど差が無いように見受けられる。このような場合に、トルク電圧のバラつきσを規格設定した場合、誤った判断をする可能性があり、新たな監視方法が必要である。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の半導体基板処理装置を説明する。本実施の形態２は半導体基板処理装置におけるリフトピンの動作状況の迅速な把握に関するものである。

図８は本実施の形態２の半導体基板処理装置の構成を示す概要ブロック図である。２４は第２データ演算部であり、図４に示す第１データ演算部２２とは異なる機能を特徴とする。第２データ演算部２４では、外乱のノイズの影響を抑制するために、単位時間あたりのトルク電圧すなわちトルク電圧の変化量を算出している。本実施の形態２では、トルク電圧の変化量を、トルク電圧／０．１秒と算出している。この電圧の変化量の平均値ならびにバラつきσの規格設定を行う。

図９に本実施の形態２の半導体基板処理装置におけるリフトピン駆動用モータに寄与するトルク電圧の変化量の測定例（２）を示す。図９（ａ）はリフトピンが正常時、図９（ｂ）はリフトピンが破損時のトルク電圧変化量の測定例である。

図９（ａ）の場合には、測定開始後０．５秒時のトルク電圧の変化量は、約２．０（ａ．ｕ．）であり、それ以外のトルク電圧の変化量はほぼゼロであることもあり、平均値は０．１１、バラつきσは０．２０である。

図９（ｂ）の場合には、測定開始後１．０〜２．５秒および６．０〜７．０秒にてトルク電圧の変化量に大きな変動が見られ、平均値は０．３１、バラつきσは０．６２であり、平均値およびバラつきσともに、図９（ａ）の場合の約３倍であることがわかる。

図１０に本実施の形態２の半導体基板処理装置におけるリフトピン動作の常時監視方法のフローチャートを示す。まず、リフトピン駆動用の駆動手段であるモータ１１に寄与するトルク電圧の変化量の測定を開始する前に、予め監視時間ｔｏおよびトルク電圧の変化量を測定するための単位時間（Δｔ）を決めておいて、トルク電圧の変化量の測定を開始する。この測定開始から測定時間がｔｏに到達するまで（ステップＳ１０２）トルク電圧の変化量を測定してそのデータ収集を実行する（ステップＳ１０１）。トルク電圧の変化量の測定終了後に第２データ演算部２４にてトルク電圧の変化量の平均値（ΔＶ）ならびにバラつきσの演算を行い（ステップＳ１０３）、データ判断部２３にて規格値との照合比較を行い（ステップＳ１０４）、トルク電圧の変化量の平均値（ΔＶ）もしくはバラつきσが規格値内ならば正常と判定し（ステップＳ１０５）、それらが規格値を越えた場合は異常と判定して（ステップＳ１０６）、異常時を示すアラームを発報する（ステップＳ１０７）。

以上より、半導体基板処理装置にてリフトピン駆動用のモータ１１に寄与するトルク電圧の変化量の常時監視を行い、トルク電圧の変化量のバラつきσの規格値を設定することにより、外乱の影響を抑制したリフトピン２の昇降動作を迅速に把握することが可能であるため、半導体装置の製造ロスを未然に防ぐことが可能である。

なお、上記の各実施の形態では、半導体基板処理装置のリフトピンをモータで昇降動作させる場合を事例に挙げて説明しているが、前工程に関連する半導体基板処理装置のリフトピン以外の移動手段およびモータ以外の駆動手段や、後工程に関連する半導体製造装置に関しても、同様に常時監視していくことが可能である。

本発明の半導体基板処理装置は、半導体装置の製造ロスの低減や半導体製造装置の生産性（歩留まり）向上に貢献することが可能であるため、半導体製造における半導体基板処理装置として有用である。

１ ウェーハ
２ リフトピン
３ ステージ
４ リフトフープ
５ 搬送用アーム
１０ リフトピン駆動用モータ制御回路
１１ （リフトピン駆動用の）モータ
１２ 電流検出部
１３ ＭＯＳＦＥＴ
１４ 直流電源
１５ エンコーダ
１６ 制御・座標データ保存部
１７ 電流監視部
１８ 電圧変換部
１９ 監視条件設定部
２０ データ収集部
２１ データ保存部
２２ 第１データ演算部
２３ データ判断部
２４ 第２データ演算部
５０ ホストコンピュータ

Claims (8)

1. 半導体基板を移動手段の移動動作により移動させながら、前記半導体基板を処理する半導体基板処理装置において、
   前記移動手段の移動動作を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段への負荷の変化を常時監視する監視部と、
   前記監視部における監視により得られた前記負荷の変化量が規格値を超えた場合に、前記移動手段の移動動作を異常とする判断部とを有する
   ことを特徴とする半導体基板処理装置。
2. 前記移動手段は、
   前記半導体基板を昇降移動させるリフトピンとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板処理装置。
3. 前記駆動手段は、
   前記移動手段の移動動作を駆動するモータとする
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体基板処理装置。
4. 前記モータへの負荷は、
   前記モータの電流値またはその電流値に対応する電圧値として相対的に測定された測定値が用いられる
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体基板処理装置。
5. 半導体基板を移動手段の移動動作により移動させながら、前記半導体基板を処理する半導体基板処理装置において、
   前記移動手段の移動動作を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段への負荷の変化を常時監視する監視部と、
   前記監視部における監視により得られた前記負荷の単位時間あたりの変化量が規格値を超えた場合に、前記移動手段の移動動作を異常とする判断部とを有する
   ことを特徴とする半導体基板処理装置。
6. 前記移動手段は、
   前記半導体基板を昇降移動させるリフトピンとする
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体基板処理装置。
7. 前記駆動手段は、
   前記移動手段の移動動作を駆動するモータとする
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体基板処理装置。
8. 前記モータへの負荷は、
   前記モータの電流値またはその電流値に対応する電圧値として相対的に測定された測定値が用いられる
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体基板処理装置。

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