JP2009500869A5

JP2009500869A5 - オンザフライ（on the fly）ワークピースセンタリングを用いる基板処理装置

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Publication number: JP2009500869A5
Application number: JP2008521545A
Authority: JP
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2012-11-29

Description

図1を参照すると、開示した実施例の特徴を含む基板処理装置１００と基板２１５の斜視図が示されている。図面に示されるように、実施例に関して説明されているが、開示された実施例は多くの別な形態によって具現化されることを理解すべきである。さらに、任意の適切な大きさ、形状、要素の種類、材料が使用できる。

ここに説明した典型的な実施例の用途からすると、基板２１５は、例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ若しくはその他所望の直径の基板の半導体ウェハや、基板処理装置１００によるその他の処理に適したタイプの基板、空基板、一定の大きさや特定の質量を有するなど基板に類似する特性を有するものでもよい。上記実施例において、基板２１５は、基板上に取り付けられた、もしくはタグが付された読取可能な表示識別部を有する。基板上に取り付けられた表示識別部を備えた基板の好適な例は、２００３年６月１９日に出願された米国特許出願第１０/４６５，６６７号に記載されており、この特許の内容全体を参照により本願明細書に引用したものとする。別の実施例では、所定基板の識別データ及び測定データは、上記対象基板と関連して、その他の適当ないかなる方法でも上記装置に提供（伝達、読取など）され得る。識別表示片２１５Ｉは、例えば基板２５の識別情報（基板タイプ、ロット、シーケンス番号、その他所望の識別子情報など）でもよい。また、上記基板識別表示は、例えば基板測定データを含む他の所望基板特有の情報、すなわち基準タイプや位置、任意基板の欠陥、タイプ、位置、基板の半径並びに直径、及び真円度データ等、を含み得る。別の実施例では、任意の他の所望データ、情報が基板の識別表示により提供され得る。上記基板表示は、上記基板識別情報及び測定データを任意の所望の方法（例えばバーコード、アルファ‐ナンバーコード等）で具現化し得る。承知のように、許容差は結果的に個々の基板間の実質的な寸法の不一致を引き起こし得る。例えば、SEMIスタンダードは２００ｍｍシリコンウェハで寸法差±０．５ｍｍ、３００ｍｍシリコンウェハで寸法差±０．２ｍｍを指定する。

上記典型的実施例では、バキュームロボットアーム１３０は、セクション１１０の中央チャンバ１７５に搭載され得る（図１を参照）。コントローラ１７０が動作し、開口部１８０及び１８５をサイクリングさせ、且つバキュームロボットアーム１３０の動作を調整して処理モジュール１２５とロードロックＡ１３５とロードロックＢ１４０との間で基板を搬送する。バキュームロボットアーム１３０は、ドライビングセクション１９０と、１以上のエンドエフェクタ１９５とを含んでもよい。他の実施例では、ＡＴＭロボット１２０及びバキュームロボットアーム１３０は、適当な搬送装置であればいかなる種類でもよく、例えばＳＣＡＲＡタイプのロボットや、関節のあるアームロボット、カエル足タイプの装置、あるいは左右対称の搬送装置等でもよい。

ここで図２を参照すると、センタリングシステム１０１の平面図を示しており、センタリングシステム１０１は上記典型的実施例では搬送ロボット１３０とセンサ１９９とロボットコントローラ１７０とシステム１３０とを含み、基板の不一致を確定し得る。前述の通り、１のセンサ１９９は例示の目的で図２に示されており、もう１つの別な実施例では上記センタリングシステムは複数のセンサを有し得る。図２はまた、装置１００の典型的な処理モジュール１２５を示している（図１を参照）。図２では、搬送ロボット１３０は全体的に概略的に表されており、前述のようにロボット１３０は様々な所望の構成を採り得る。ロボット１３０が示されており、ロボットは基板２１５を保持し、処理モジュール１２５へ搬送を行う。処理モジュール１２５は基板ステーションＳを含み、基板ステーションＳは所定のセンターポジションＳＰを確定する。基板２１５の中心は、ステーションＳ内に位置付けられる際、実質的にステーションセンターＳＣと一致することが望ましい。もう１つの別な実施例では、上記基板ステーション及びセンサは上記処理装置の所望のいかなる部分によっても定めることができ、そこでは基板は上記ロボットに対して所望の場所に設置される。図２に示すロボット１３０に対するステーションＳ並びにセンサ１９９の位置関係は、単に例示にすぎない。もう１つの別な実施例では、上記基板ステーション及びセンサは、上記搬送ロボットに対して所望どおりに配置され得る。図２では、ロボット１３０、センサ１９９、システム３００及びコントローラ１７０が後述のように接続している状態で示され、ロボットオンザフライ基板センタリングシステム１０１を形成し、システム１０１は、ロボットがステーションＳへの搬送経路Ｐに沿って基板を搬送する際にロボットエンドエフェクタ上で基板２１５の離心率を確定することを可能にし、また、センタリングファクターによりロボットが基板２１５を基板ステーション中心ＳＣに設置すること確実にすること可能にする。図２に示すように、上記典型的実施例ではシステム３００はアライナ１６２及び基板表示読取装置３０２を含み得る。また、基板処理モジュール１２５は基板ステーションＳを定めるものであるが、コントローラ１７０（図２に図式的に示す）と接続され、後述のようにオンザフライ基板センタリングシステム１０１を提供する。コントローラ１７０は、アライナ１６２と読取装置３０２と処理モジュール１２５とから提供されたあるいは得られた情報又はデータを使用し得、オンザフライセンタリングを実施する。さらに、後述のように、上記進行経路に対するセンサ１９９の位置は、処理モジュール１２５の所定の特性に基づいて確定される。

承知の通り、ロボット１３０はコントローラ１７０と接続し通信可能な状態にすることで、上記コントローラがロボットの動作を制御し、ロボットエンドエフェクタ１９５、具体的にはエンドエフェクタ中心１９５Ｃを公知の制御方法で装置１００内のいかなる所望の位置へ移動させることが可能となる。例えばロボット１３０は所望位置確定装置を含み得、当該装置がコントローラと接続して適切な信号を送信し、コントローラは以下の双方、つまりエンドエフェクタ中心１９５Ｃの位置座標及び運動量確定パラメータを確定することが可能となり、これはロボット１３０にかかわる所望の参照システムにおいてなされる。例えば、ロボット１３０は前述の通り回転自在に搭載され、Ｚ軸のまわりをロボット全体で回転することが可能であり、また接続されてエンドエフェクタ中心１９５Ｃを回転軸Ｚに対して少なくとも半径方向に移動させる。ロボット１３０はモータエンコーダを含み、モータエンコーダはコントローラ１７０と接続し、移動しているロボットモータの相対的あるいは絶対的な移動を識別する。さらにコントローラ１７０にはプログラムが組み込まれ、上記エンコーダデータを変換し（コントローラ内にプログラミングされたロボットのジオメトリー情報と共に）、エンドエフェクタ中心１９５Ｃの位置座標及び慣性パラメータを生成する。こうしてコントローラ１７０は、いつでもエンドエフェクタ中心１９５Ｃ（図２にＲcとして表す）の（所望の基準座標系における）位置座標と、エンドエフェクタのいかなる所望位置と（例えば基板ステーションのセンターＳＣなど）を把握する。

さらに図１及び図２を参照すると、アライナ１６２は適切な種類であればどのようなものでもよい。本実施例では、アライナ１６２は、上記装置の前方あるいは大気セクションに配置されるが（図１参照）、別の実施例では装置内のいかなる所望位置にも配置され得る。アライナの好適な例は、２００５年７月１１日に出願され、発明の名称を「高速アライナ装置」とする米国特許出願第１１／１７９，７４５号に開示されており、これは参考のため本明細書全体に包含されている。上記の通り、アライナ１６２は適当なセンサを含み得、それは例えばスルービームセンサなどであるが、センサは基板２１５上で基準Ｆを検出することが可能である（図２を参照）。承知のように、また上記したように、基準Ｆは基板２１５の所望のアライメント（位置関係）を識別する働きをするが、基板２１５は１以上の処理モジュール１２５のプロセス特性に関わるものである。例えば、図２に示す処理モジュール１２５は、基板２１５上で特定の処理を実行可能となし得、その処理は基板２１５の特定の位置合わせを必要とする処理である。上記アライナは、例えば、その内部に基板２１５を配置することもでき、それにより、その後搬送されてロボット１３２により基板ステーションＳ内に配置されると、基板２１５は上記所望の配置をとることが可能となる。もう１つ別な実施例では、上記アライナは上記コントローラに対し位置情報を識別し得、それにより、コントローラは上記搬送ロボットを制御して、処理モジュール内で上記基板に特定の向きをとらせることが可能となる。アライナ１６２によりなされた基板の向きは、既知の位置に上記基板の基準Ｆを位置付ける。上記基板に関する基準の既知の位置は、コントローラに送信される。コントローラはプログラミングされ、エンドエフェクタに対し基準Ｆの予想される位置を定めるが、これはロボットエフェクタ１９５によってアライナにより提供される基準位置情報から基板２１５が搬送されるときになされる。エンドエフェクタ上の予想される基準位置はコントローラ１７０により使用され、後述のように、システム１０１におけるオンザフライセンタリングを実施し、それはオンザフライウェハ検出のために、例えば基板上の少なくとも２箇所を識別するセンサ１９９あるいは単一センサ１９９を用いる。

典型的な本実施例では、アライナ１６２は検知能力を有し得、ゆえに上記基板の直径に関する測定データを生成することが可能である。典型的な本実施例におけるアライナは、コントローラ１７０と接続して、基板の直径を測定可能で、且つ基板周囲の真円度及び同心度をマッピング可能で、さらに基板周縁部のいかなる欠損や不一致をも識別可能である。例えば、当該アライナ検知装置（例えば、直線のまたは配列された検知装置など）は、基板外周部の位置を基板周縁部として検知することを可能となし得る。アライナ１６２による外周位置データはコントローラ１７０に送信され、登録され得る。上記典型的実施例では、コントローラはプログラム１７３を有し、上記データから基板の直径を確定し得る。コントローラ１７０は、システム１０１におけるオンザフライセンタリングの対象となる各基板の基板直径及び基準位置情報を登録する。もう１つの別な実施例では、基板の直径情報は、いかなる他の手段であっても適当な手段であれば、それによってコントローラ内に提供され登録される。上記典型的実施例では、コントローラ１７０のプログラム１７３は、基板の他の幾何学的情報、つまりアライナ１６２により送信された外周位置データからの情報を確定可能である。例えばコントローラ１７０は基板の中心部の計算が可能であり、且つセンター部と基板外周付近の基板周辺部との相対的半径をマッピング可能である。例えば、基板は完全な円形でなくても良く、いくらか円からずれていても良い（図５など参照）。真円ではない周辺部ＰＥの情報はアライナにより検知され、コントローラ１７０のプロセッサと通信可能であるが、これは計算技術を用いて、真円でない基板の中心部を確定するものである。逆に、半径（すなわち、基板中心と外周との距離）は基板の円周運動によって異なる。コントローラ１７０は典型的実施例では、基板の円周辺りで半径の変動を確定することが可能であり、それを基板の所望レファレンス（例えば基準Ｆなど）に対してマッピングすることも可能である。半径変動はコントローラ１７０によってアルゴリズムあるいは表を形成して、コントローラのメモリに保存され得る。例えば所望の偏心距離及び角度位置に関する円弧長ＡＬ（図５を参照）等の基板の他の形状的特徴がコントローラによって定義されてメモリ内に保存される。当該他の形状的特徴は、特定の基板外周位置における基板半径と相関していてもよく、センタリングシステムのセンサ（１または複数）１９９によって検出されてもよい。こうして後述のように、コントローラ１７０は基板外周上の１点で特定の基板半径を確定し得るが（例えばメモリ内の半径マッピングから識別するなど）、これはその点で得られた円弧長測定値や上記基板の既知の配向から確定される。もう１つの別な実施例では、基板のその他いかなる所望ジオメトリーも使用され、センタリング中に基板の半径を確定する。

上記典型的実施例および前述の通り、コントローラ１７０はプログラムによって制御され、上記装置及び基板の様々な位置推算表データをモニタリングし登録するが、それらは、後述のように、センタリングシステム１０１によって使用されるものである。承知の通り、基板の寸法の特性は環境条件、特に温度によって異なり得る。例えば、上記した基板２１５は、処理中に温度変化にさらされると、熱膨張および熱収縮を起こす。コントローラ１７０は、基板の事前位置や環境温度に関する情報、つまりその事前位置に基板がさらされることになり得る情報、を含み得るが、もちろん露光時間やその他関連情報も含み得る。例えば、上記基板は事前時間の一時点においてベーキングモジュールから外され、ある温度で搬送コンテナ内に設置され、そこに一定期間保持され得、その後一定の事前温度を有する装置１００に搭載され得る。コントローラメモリは、こうして装置１００の様々な領域における温度情報を保持し得、基板２１５は、その領域を経由して搬送され、あるいはその領域内においてＦＡＢの他の所望部分と共に保持される。例えば、温度情報は、搬送コンテナ（図示しない）のコントローラ１７０内に保存され得るが、コントローラ１７０では基板が上記装置に搬送される。基板がバッファリングされ得るフロントセクション１０５（図1を参照）やロードロック及び任意のバッファセクション（図示しない）に関する温度情報が保存され得る。同様に、バキュームセクション１１０では、熱情報、例えば放射表面の温度あるいは熱で吸収する表面の温度は（例えば、ヒーティングプレートやクーリングプレートなど）、承知の通りコントローラ１７０に保存され得、上記典型的実施例では、コントローラ１７０は位置や時間などの基板の一時的情報をモニタリングし保存し得る。こうしてコントローラ１７０は、上記典型的実施例では、所望パラメータの記憶情報を含み得、所望期間、例えばセンサ１９７から１９９を通過するとき、の基板の熱条件を十分に確定する。例えば、上記コントローラは適切な熱バランスアルゴリズムを含み得、それにより所定時間、例えばアライナ１６２による半径測定時やセンサ１９９の通過時などに、適切に基板の熱条件（つまり温度）を設けることが可能となる。もう１つの別な実施例では、上記した基板の熱条件を識別するデータは、コントローラによって所望の外部メモリ位置からアクセスされる。さらに別な実施例では、基板の熱条件は、光学温度計などの適当な装置によって直接測定され得る。ウェハの温度データはコントローラと通信可能な状態で使用され、それによって後述する熱条件に起因する寸法の差異が確定される。

ここで図４を参照すると、上記典型的実施例では、コントローラ１７０内にプログラミングされた上記センタリング処理は、ロボット参照構造に対するセンサ１９９の位置を較正し得る。これは図４に図示される。センサ１９９の位置を較正すべく、公知な寸法の較正基板２１５Ｃ（上記したように、コントローラはオンザフライセンタリング確定の所望精度に合わせて十分に正確な各基板寸法を把握する）は、上記した基板の中心に位置付けられ、実質的にエンドエフェクタ中心Ｒｃ上の所望の参照位置と一致する。もう１つの別な実施例では、上記した搬送ロボット上の位置のような任意の所望の参照位置が使用されてもよい。承知の通り、上記した所望参照位置の正確な位置は、搬送ロボット上でロボット参照フレームの範囲内で定められ、例えば適切なロボットティーチングシステムを使用することにより上記センサ位置の較正を容易にする。

図４では、上記した較正基板が２１５Ｃ_ＴＥ及び２１５Ｃ_ＬＥの２方向に示され、その２方向において各センサ１９９は較正基板の外周の後縁部及び前縁部を検知する。較正アルゴリズム（１−２）は、コントローラ１７０がセンサ座標Ｘｃ及びＹｃを確定することを可能にする。（本例では、デカルト座標が使用される。但し、コントローラは適切な数式によってプログラミングされ、いかなる所望の空間座標システムにおいてもセンサ位置を確定する。）上記したように、ｒ_ｗ, ｒ_ｃ２及びｒ _ｃ１の値はコントローラ１７０に登録され、確定後、センサの座標（Ｘ_ｃ, Ｙ_ｃ）はコントローラ１７０に保存される。数式１−２における値ｒ_ｗは、較正ウェハの公知半径である。承知の通り、上記したセンサ位置の較正はいかなるときでも実行され、例えば上記した処理装置のセットアップ時などにも実行され得る。ウェハ半径ｒ_ｗの較正は、較正手順の実行に先立ち、こうして十分に短時間の間に正確に行われ、その結果、熱的効果に起因する寸法の不一致はごくわずかなものとなり、そのような効果に対するいかなる補正も不要となる。それでもなお、上記した較正基板２１５Ｃ半径の測定時とは実質的に異なる熱的効果を含む装置で較正が生じる場合、熱的効果に起因する半径の値ｒ_ｗの変化は、後述する操作基板に類似の方法で定められる。さらに承知の通り、上記した数式１−２に記載の較正アルゴリズムは、後述する他のウェハセンタリングアルゴリズムの数式と同様、図４に示す典型的実施例において半径搬送経路Ｐとして表されている。もう１つの別な実施例では、前記したように経路が半径方向でなくても、較正アルゴリズム（１−２）及び他のセンタリングアルゴリズムは適切に修正され得、経路の形状に対応する。例えば、半径方向経路Ｐに対して通常並行な搬送経路の補正については、アルゴリズムは通常、その形状が較正アルゴリズム及びセンタリングアルゴリズムに類似し得るが、例えば並行搬送経路オフセットに関する公知の定数計算を含み得る。こうして数式１−２はより一般的に以下のように表現され得る。

代替実施例では、上記した数式は様々な直線経路の形状に応じて修正され得る。

図５は、２１５w_le及び２１５w_teの位置（図３ｂ−３ｃのＣ１及びＣ２に類似）におけるオンザフライセンタリングの対象となる基板（プロダクション基板など）を図式的に示しており、そこでは前述のように、センサ１９９が基板前縁部及び後縁部を検知する際にコントローラ１７０によってロボット半径方向の位置ｒ _ｍ１及びｒ _ｍ２が取得される。コントローラ１７０は、ウェハセンタリングアルゴリズムによってプログラミングされ、例えば下記の数式（３）−（８）によって確定される。

【図１】

【図５】

Claims

基板処理装置であって、
前記処理装置の処理ステーション間において基板を搬送する搬送装置と、
前記搬送装置と接続され、前記搬送装置によって搬送された基板を検知可能な少なくとも１つのセンサであって、前記基板の検知に応じて少なくとも１つの信号を送信するようなされているセンサと、
前記搬送装置によって搬送される基板間の半径の差異を示す情報をもたらす基板差異判定システムと、
前記少なくとも１つのセンサ及び前記基板差異判定システムと通信可能に接続されて前記基板差異判定システムから前記基板間の半径の差異の情報を受信するコントローラと、を含み、
前記コントローラは、前記基板間の半径の差異の情報を用いて、前記基板上の２つの点を特定しかつ前記基板間の半径の差異に依存しない前記少なくとも１つの信号から、互いに角度をなす少なくとも２つの方向において、所定の場所に対する個々の基板の配置を決定することを特徴とする基板処理装置。
前記少なくとも１つのセンサはビーム源とビーム検出部と、を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
前記少なくとも１つのセンサはスルービームセンサであることを特徴とする請求項２記載の装置。
前記少なくとも１つのセンサは反射センサであることを特徴とする請求項２記載の装置。
前記コントローラはプログラムにより制御され、直線経路に沿って前記搬送装置で前記基板を搬送し、前記少なくとも１つの信号は、前記直線経路上で搬送された前記基板を検知する前記少なくとも１つのセンサに応答することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記直線経路は、前記搬送装置がユニットとして枢動可能なピボット軸を通過していることを特徴とする請求項５記載の装置。
前記直線経路は、前記搬送装置がユニットとして枢動可能なピボット軸から離れていることを特徴とする請求項５記載の装置。
前記少なくとも１つのセンサとは異なりかつ前記コントローラに接続されて、前記基板が前記搬送装置を用いて搬送されていない場合に、前記基板の所定の特性を測定する少なくとも１つの他のセンサをさらに含み、前記コントローラは、前記少なくとも１つの信号及び前記所定の特性の測定値を用いて前記基板のアラインメントを判定することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記少なくとも１つの他のセンサは基板アライナであることを特徴とする請求項８記載の装置。
前記少なくとも１つ他のセンサは、前記処理装置の隔壁により前記少なくとも１つのセンサから分離されていることを特徴とする請求項８記載の装置。