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公開番号2025161093
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024064007
出願日2024-04-11
発明の名称真空処理装置
出願人株式会社日立ハイテク
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類H01L 21/68 20060101AFI20251017BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】搬送ロボットが試料を試料ステージへ搬送する際に、ステージが有する試料載置面の基準座標と試料の中心座標を精度よく一致させることができる、真空処理装置を提供する。
【解決手段】本開示に係る真空処理装置は、真空試料室内へ搬送された試料の外縁の位置を計測し、計測した前記外縁の位置に基づいて、前記真空試料室内へ搬送された前記試料の下方に試料ステージを移動する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
試料を真空中で処理する真空試料室、
予備排気室内にある前記試料を前記真空試料室内へ搬送する搬送ロボット、
前記搬送ロボットによって前記真空試料室内へ搬送された前記試料の外縁の位置を計測する検出器、
前記真空試料室内に配置され、前記試料が保持される載置面を備えたステージ、
前記ステージを制御するコンピュータ、
を備え、
前記コンピュータは、前記計測した前記外縁の位置に基づいて、前記真空試料室内へ搬送された前記試料の下方に前記ステージを移動する
ことを特徴とする真空処理装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記搬送ロボットは、前記真空試料室内の搬送目標位置へ前記試料を搬送し、
前記検出器は、前記搬送目標位置上にある前記試料の外縁の位置を計測することができる位置に配置されており、
前記コンピュータは、前記搬送目標位置上における前記試料の外縁の位置に基づき、前記試料の中心座標を計算し、
前記コンピュータは、前記計算した前記中心座標に基づき、前記搬送目標位置上にある前記試料の下方に前記ステージを移動する
ことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記検出器は、前記搬送目標位置上にある前記試料の外縁の位置を、３点以上計測することができるように配置されており、
前記コンピュータは、前記３点以上の前記外縁の位置に基づき、前記中心座標を計算する
ことを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記真空試料室は、真空隔壁によって大気環境から遮断されており、
前記検出器は、前記真空隔壁の大気環境側に取り付けられており、
前記検出器は、前記試料が前記真空試料室内へ搬送されたとき、前記試料の上方から前記試料を計測するように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記検出器は、線分状の光を出射することにより前記外縁の位置を検出するラインセンサとして構成されており、
前記真空隔壁は、前記光のうち少なくとも一部を透過する透過部分を備え、
前記検出器は、前記透過部分を介して前記真空試料室内に前記光を出射するように配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記コンピュータは、前記計算した前記中心座標と、前記ステージが有する試料載置面の基準座標とが一致するように、前記ステージを移動する
ことを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。
【請求項７】
前記コンピュータは、前記試料の下方に前記ステージを移動した後、前記ステージ上に前記試料を移載することにより、前記計測した前記外縁の位置に基づき、前記ステージ上の基準座標に対して前記試料を位置合わせする
ことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項８】
前記試料は円板形状であり、
前記検出器は、前記試料の円形外周上の位置を３点以上計測することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項９】
前記真空処理装置はさらに、前記予備排気室と前記真空試料室との間を気密接合するベローズを備え、
前記ベローズは、前記予備排気室と前記真空試料室との間の相対位置を変化させることができるように構成されており、
前記コンピュータは、前記相対位置の下で前記検出器が計測した前記外縁の位置に基づいて、前記試料の下方へ前記ステージを移動する
ことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項１０】
前記真空処理装置はさらに、前記真空試料室と前記予備排気室との間に配置されたロボット室を備え、
前記ロボット室は、前記搬送ロボットを格納しており、
前記搬送ロボットは、前記予備排気室から前記ロボット室を経由して前記真空試料室へ前記試料を搬送する
ことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置において、搬送ロボットを用いて試料を試料ステージに移載する技術に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体の加工・検査に用いられる真空処理装置は、１時間あたりに処理可能なウェーハ枚数（以下、スループット）の向上が強く求められている。荷電粒子線検査装置は高真空環境内で荷電粒子線を照射するので、装置外の大気圧環境と接続するための予備排気室から、真空環境の試料室へ、ウェーハを搬送する。これにより、真空試料室の高真空を維持したまま、予備排気室を用いて大気側の試料ウェーハを装置内に搬送することが可能になり、装置の高スループット化を実現することが可能である。
【０００３】
予備排気室と真空試料室との間で試料ウェーハを搬送するために、ハンドを備えた搬送ロボットが用いられる。搬送ロボットによる試料ウェーハの搬送の際、試料ウェーハの中心座標を、試料ステージ上に備えられた試料載置面の基準座標に一致させることが求められる。特に荷電粒子線検査装置においては、試料載置面の周辺に備え付けられたリング状の電極部品に対して、試料ウェーハ外縁部との距離が装置で定められた目標値から乖離すると、試料ウェーハ外縁部の表面電位を試料ウェーハ中央部の表面電位と同等に保つことが難しくなり、試料ウェーハ外縁部で荷電粒子線による表面形状測定の精度を担保できない領域（以下、エッジエクスクルージョン）が増大する。その結果、試料ウェーハ外縁部の半導体デバイスチップの寸法管理を試料ウェーハ中央部のチップと同等に実施することができず、歩留まりは低下する。
【０００４】
試料載置面の基準座標と試料ウェーハの中心座標を一致させるように試料ウェーハを搬送することにより、試料ウェーハ外縁部の表面電位を試料ウェーハ中央部の表面電位と同等に保つことが可能となる。これにより、エッジエクスクルージョンは低減され、歩留まり向上に寄与する。以上の理由から、真空処理装置には搬送精度向上のための技術が要求されている。
【０００５】
一般的に、搬送精度低下の要因は以下の３つが挙げられる：
（１）試料とハンドとの間の接触部において発生する滑り
（２）搬送ロボットの部品の熱変形
（３）搬送開始位置と搬送目標位置との間の相対位置の変化
【０００６】
（１）について、ロボットの動作に伴い、試料とハンドとの間の接触部にはウェーハ面水平方向に慣性力が生じる。試料とハンドとの間の接触部の摩擦力に対し、慣性力が上回った場合に試料がハンドに対して滑り移動し、搬送誤差を生じさせる。搬送ロボットは真空環境下に配置されているので、真空吸着を代表とした圧力差による試料保持手法を実装することは難しい。またアウトガスの観点から、滑りを検出するセンサを搭載することは難しい。
【０００７】
（２）について、ロボットは真空中に配置されるので熱の逃げ場が無く、ロボットの繰り返し動作によってロボット内部の部品の温度は上昇する。温度上昇に伴い、ロボット内部の部品が熱膨張し、搬送誤差を生じさせる。
【０００８】
（３）について、一般的に予備排気室および真空試料室を備える真空処理装置において、予備排気室と真空試料室との間をゲートバルブで封止する構成の場合、予備排気室と真空試料室との間は強固に接続されているので、真空バルブの開閉動作時の衝撃が真空試料室に対して伝達される。特に荷電粒子線検査装置の場合、荷電粒子線を使用した測定動作中に真空試料室内に対して振動が伝達すると、測定精度の低下を引き起こす。したがって、真空バルブを動作させる間は真空試料室内での測定動作を停止し、また真空試料室内での測定動作を実施している間は、真空バルブの動作を停止することによって、測定精度低下を回避している。しかし、このように真空試料室内での処理停止およびバルブ動作停止は、試料ウェーハ１枚あたりの処理時間の増加につながり、装置のスループット低下を引き起こす。他方で、予備排気室と真空試料室との間をベローズ等の柔らかい構造体で接続する場合、振動を抑制することはできる一方で、予備排気室内に存在する搬送開始位置と、真空試料室内に存在する搬送目標位置との間の相対位置の変化が引き起こされる。
【０００９】
特許文献１は、予備排気室および真空試料室との間をベローズで接続し、真空バルブの開閉動作によって発生する振動をベローズが吸収する構成を開示している。
【００１０】
特許文献２は、搬送精度を担保する技術として、試料上にパターニングされたアライメントマークを検出器で検出し、ロボットの動作にフィードバックして搬送精度を向上する手法を開示している。また同文献は、真空試料室と予備排気室との間をベローズで接続し、予備排気室において発生する振動を除振する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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