JP2010506167A - 重複した加速度計を有する加速度センサ - Google Patents

Abstract

加速度測定システム（２００）が提供される。本システム（２００）は、少なくとも第一及び第二の加速度計（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）を含む。第一の加速度計（２２０）は、第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する。第二の加速度計（２２４）もまた、同じ第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する。制御部（２８０）は、第一及び第二の加速度計（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）に動作可能に結合され、第一及び第二の加速度計（２２２、２２４、２２６、２２８、２３０）の電気的特性に基づいた加速度出力（２５６）を提供する。一つの態様では、加速度システムは、基板状センサ（１００）の形状である。並列に接続されたいくつもの重複した加速度計からの信号を読み取ることにより、信号対雑音比を低減することができる。

Description

半導体加工システムは、きわめて清浄な環境及びきわめて精密な半導体ウエハの移動を特徴とする。工業界は、必須精度を備える半導体加工システム内のさまざまな加工ステーションについて、基板、たとえば半導体ウエハを移動させるため、高精度のロボットシステムに広範囲にわたり依拠している。

そのようなロボットシステムの信頼性のある効率的な動作は、部品の精密な位置決め、配列、及び／又は平行度に依存する。正確なウエハ位置は、ウエハがウエハ加工システムの壁に誤って擦れるかもしれない可能性を最小限にする。加工チャンバ内の加工台上での正確なウエハ位置は、その加工の歩留まりを最適にするために必要とされる場合がある。半導体加工システム内の表面間の精密な平行度が重要であるのは、ロボットのエンドエフェクタから、ウエハキャリアの棚、プリアライナ真空チャック、ロードロックエレベータ棚、プロセスチャンバ移送ピン及び／又は台に移送する間、基板の滑動又は移動の発生を最小限にすることを確実にするためである。ウエハが支持部に対して滑動するとき、粒子が擦り落とされて、歩留まりの損失を生じさせることがある。誤配置又は誤配列された部品は、数分の１ミリメートル程度であっても、半導体加工システム内部のさまざまな部品の協働に影響し、生産の歩留まり及び／又は品質の低下を生じさせる可能性がある。

この精密な位置決めは、初期製造で達成される必要があり、システム使用中は維持される必要がある。部品の位置決めは、通常の磨耗のために、又は保守、修理、交換、又は再配置の結果として変わる可能性がある。したがって、半導体加工システムのさまざまな部品の比較的微小な位置的変化を、自動的に測定して補償することが非常に重要になってくる。

これまで、半導体加工システムを通して移動させて、基盤の傾き及び加速度等の情報をワイヤレス搬送することができる、基板、たとえばウエハの形状の基板状センサを提供するための試みがなされてきた。そのようなシステムの一つの特定例は、Reginald Hunterの米国特許第6,266,121号に示されている。このシステムは、導電性流体、たとえば水銀で部分的に充填されたキャビティと、キャビティ内に導電性流体の中に向かって垂直に配置されたプローブのアレイとを有する傾斜計を含む。加えて、米国特許第6,266,121号のシステムは、支持プラットフォームに取り付けて、センサデバイスの加速度を感知する加速度計を提供する。

レベル感知のために用いられる高精度な加速度計は、比較的高価で、最も顕著にはｚ軸に大きい傾向があるが、これはそれらが大きな可動パーツを含むためである。かさばる加速度計、たとえばかさばる電解加速度計、又は大きなマイクロ電気化学システム（ＭＥＭＳ）加速度計の使用は、高い信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を提供することができるが、大きな垂直ｚ軸空間が求められる。加えて、これらの加速度計は、一般的に比較的コストがかかり、基板状センサのコスト全体を増大させる。

基板状センサが、その設計によって、基板の移動と同じように半導体加工システムを通して移動することができる場合、基板状センサが、基板を考慮した物理的エンベロープを越えないことが不可欠である。一般的なウエハ寸法及び特性は、以下の仕様に見ることができる：SEMI Ml-0302, "Specification for Polished Monochrystoline Silicon Wafers"、Semiconductor Equipment and Materials International、www.semi.org. 基板状センサとともに用いるための加速度計の選択は、加速度計全体のコストの他に、高さの問題で制約される。低コストかつきわめて小型の加速度計システムを提供することは、ワイヤレス基板状感知技術のために有意な利点を提供する。

加速度測定システムが提供される。本システムは、少なくとも第一及び第二の加速度計を含む。第一の加速度計は、第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する。第二の加速度計もまた、同じ第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する。制御部は、第一及び第二の加速度計に動作可能に結合され、第一及び第二の加速度計の電気的特性に基づいた加速度出力を提供する。一つの態様では、加速度システムは、基板状センサの形状である。

本発明の実施形態が特に有用であるワイヤレス基板状センサの斜視図である。 本発明の実施形態のワイヤレス基板状センサのブロック図である。 多数の個別の加速度計の概略図である。 電子的に合成された各自の出力がより正確であるように、電気的に結合されている４つの個別の加速度計の回路図である。

本発明の実施形態は、全体として、少なくとも２つの加速度計が、同軸の加速度に反応するように配設された、複数の比較的低コストで高さが低い加速度計を提供する。このように配設することにより、複数の低コストな加速度計がより正確な信号を、それぞれのセンサから個々に入手するよりも高い信号対雑音比で提供することが可能になる。さらに、複数の低コストなセンサの全体のコストの他に、そのようなセンサを収容するために必要とされる高さは、ワイヤレス基板状センサにとって有益であると思われる。

図１は、本発明の実施形態が特に有用であるワイヤレス基板状センサの斜視図である。センサ１００は、好ましくは標準的な基板サイズのものと等しい直径を有するようなサイズにされた基板状部１０２を含む。代表的なサイズは、直径２００ミリメートル、又は直径３００ミリメートルを含む。しかし、異なる規格が開発されるか又は使用される場合、この寸法は変えることができる。センサ１００は、基板状部１０２上に配置される電子機器ハウジング又はエンクロージャ１０４を含む。センサ１００全体の剛性を増大させるために、複数のフィン又はストラット１０６が設けられ、基板状部１０２の表面１１０に、電子機器エンクロージャ１０４の側壁１０８を結合させる。シールされた半導体加工チャンバを容易に通過するために、基板状センサ１０２は、実際の基板と、同一でない場合には非常に似た全高を含む形状因子を有することが必要である。

図２は、本発明の実施形態のワイヤレス基板状センサのブロック図である。センサ２００は、電子機器エンクロージャ１０４を含み、これはバッテリ２０４、電源管理モジュール２０６及び制御部２０８、無線周波数モジュール２１２並びにメモリ２１０を収納する。

加速度センサ２２０は、図２においてエンクロージャ１０４内部に図示されているが、エンクロージャ１０４の一部を形成してもよいし、又はエンクロージャ１０４付近であるがその外側に配置されてもよい。

図２に図示されるように、バッテリ２０４は好ましくは、エンクロージャ１０４内部に配置され、電源管理モジュール２０６を介して制御部２０８に結合される。好ましくは、電源管理モジュール２０６は、Linear Technology Corporationより商品名ＬＴＣ３４４３として入手可能な電源管理集積回路である。好ましくは、制御部２０８は、Texas Instrumentsより商品名ＭＳＣ１２１１Ｙ５として入手可能なマイクロプロセッサである。制御部２０８は、メモリモジュール２１０に結合され、メモリモジュールは任意のタイプのメモリの形状をとることができ、制御部２０８に対して内側であるメモリの他に、制御部２０８に対して外側であるメモリを含む。好ましい制御部は、内部ＳＲＡＭ、フラッシュＲＡＭ及びブートＲＯＭを含む。また好ましくは、メモリモジュール２１０は、６４Ｋ×８のサイズを有する外部フラッシュメモリを含む。フラッシュメモリは、プログラム、較正データ等の不揮発性データ、及び／又は必要な場合には不変データを格納するために有用である。内部ランダムアクセスメモリは、プログラム動作に関する揮発性データを格納するために有用である。

制御部２０８は、好適なポート、たとえばシリアルポートを介して、無線周波数通信モジュール２１２に結合され、外部デバイスと通信する。一つの実施形態では、無線周波数モジュール２１２は、Bluetooth SIG（www.bluethooth.com）より入手可能な周知のBluetooth規格、Bluetooth Core Specification Version 1.1（２００１年２月２２日）に従って動作する。モジュール２１２の一例は、商品名ＷＭＬＣ４０としてMitsumiより入手可能である。加えて、モジュール２１２に加えて、又はその代わりに、ワイヤレス通信の他の形式を用いることができる。そのようなワイヤレス通信の好適な例は、任意の他の形式の無線周波数通信、音響通信、赤外線通信、又は磁気誘導を使用した通信を含む。

制御部２０８は、加速度センサ２２０に結合され、ワイヤレス基板状センサによって認められた加速度を感知する。そのような加速度は、ワイヤレス基板状センサの物理的な移動、重力の力及び向き、又はそれらの組合せによって生じるものを含むことがある。

加速度センサモジュール２２０は複数の個別の加速度計を含み、この場合少なくとも２つの加速度センサが同じ方向の加速度に反応するように配設される。このように、少なくとも２つの加速度計が重複していると考えられる。好ましくは、これら個別の加速度計はそれぞれ、比較的低コストで小型の加速度計である。そのようなセンサを並列で複数使用することにより、結果として、大きなｚ軸空間を必要としないより高い精度の加速度計が得られる。好ましくは、そのような加速度計はそれぞれ、ＭＥＭＳ加速度計である。理論上は、低コストなＭＥＭＳ加速度計の内部雑音は、ほぼガウス関数の分布であり、そのようなデバイスをＮ個並列にすることにより、結果として得られるセンサの全信号対雑音比が、Ｎの平方根によって改善されることが考えられる。たとえば、並列に配設された１６個の重複した加速度計のアレイは、信号対雑音比の改善４を示す。さらに、騒音分布がガウス形ではないが振幅がより限定されている場合、結果的に改善はより一層優れたものになる。

図３は、モジュール２２０を含む多数の個別の加速度計の概略図である。具体的には、モジュール２２０は、実質的に同じ向きの加速度に反応するように配設された３つの加速度計２２２、２２４、２２６を含む。加えて、モジュール２２０は、別の直交する方向の加速度を感知するように配設された複数のセンサ２２８、２３０を含む。図３に図示された個別のＭＥＭＳセンサの数は任意であり、同じ方向の加速度を感知するように配設された複数の個別の加速度計の使用を図示することを意図している。各種加速度計２２２、２２４、２２６、２２８、２３０はそれぞれ制御部２０８に結合される。制御部２０８は、回路構成又は演算を通して、各種加速度計２２２、２２４、２２６、２２８、２３０からの個別の信号を用いて、より正確で、加速度計単体それぞれによって生成されるものよりも大きな信号対雑音比を有する加速度出力を提供することができる。

図４は、４つの個別の加速度計の回路図であり、電気的に結合されて、電子的に合成された各自の出力がより正確であるようにされている。図４は、図３に関連して図示された３つの加速度計２２２、２２４、２２６の他に、さらなる加速度計２５０（図３に図示せず）を図示する。各加速度計２２２、２２４、２２６及び２５０は、同じ方向の加速度に反応する。加速度計はそれぞれ、抵抗器と直列に配線され、オペアンプ２５２の入力に動作可能に結合される。基準電圧２５４は、アンプ２５２のその他の入力に供給される。加えて、コンデンサ及び抵抗器（Ｒ２）は、オペアンプ２５２の出力２５６と入力２５８との間に並列に結合される。ライン２５６上の合成出力は基本的には、雑音がおよそ２倍に低減された平均出力である。上述のように、個別の加速度計の数が増大することにより、出力２５６の雑音がさらに低減する。そして、出力２５６は、制御部２０８に、又は制御部２０８にさらに結合される好適な測定回路構成、たとえばアナログ・ディジタル変換器に直接結合可能である。好ましくは、本発明の実施形態に従って用いられる加速度計はすべて、同じ材料で形成される。このようにして、あらゆる温度変化がすべての加速度計に等しく作用する。

好ましい実施形態を参照して本発明を記載してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に改変を加えてもよいことが認識されよう。

Claims (15)

1. 第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する第一の加速度計と、
   第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する第二の加速度計と、
   第一及び第二の加速度計に動作可能に結合され、第一及び第二の加速度計の電気的特性に基づいた加速度出力を提供する制御部と、
   を含む加速度測定システム。
2. 第二の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する第三の加速度計をさらに含む、請求項１記載の加速度システム。
3. 第二の軸が、第一の軸に対して直角である、請求項２記載のシステム。
4. 第二の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する第四の加速度計をさらに含む、請求項２記載のシステム。
5. すべての加速度計が同じ材料で形成される、請求項４記載のシステム。
6. 第一及び第二の加速度計が、ＭＥＭＳデバイスである、請求項１記載のシステム。
7. 基板に類似したサイズにされた基板状部と、
   基板状部に結合された電子機器エンクロージャと、
   第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する第一の加速度計と、
   第一の軸の加速度によって変化する電気的特性を有する第二の加速度計と、
   電子機器エンクロージャ内部に配置され、第一及び第二の加速度計に動作可能に結合され、第一及び第二の加速度計の電気的特性に基づいた加速度出力を提供する制御部と、
   を含む基板状センサ。
8. 電子機器エンクロージャ内部に配置され、制御部に動作可能に結合されたバッテリをさらに含む、請求項７記載の基板状センサ。
9. 電子機器エンクロージャ内部に配置され、制御部とバッテリとの間に介在させた電力管理モジュールをさらに含む、請求項８記載の基板状センサ。
10. 電子機器エンクロージャ内部に配置され、制御部に結合されたワイヤレス通信モジュールをさらに含む、請求項７記載の基板状センサ。
11. ワイヤレス通信モジュールが、少なくとも一つのbluetooth規格に従って通信するように構成される、請求項１０記載の基板状センサ。
12. 第一及び第二の加速度計がそれぞれ、オペアンプの入力に動作可能に結合される、請求項１記載の基板状センサ。
13. オペアンプが、基準電圧に結合される、請求項１２記載の基板状センサ。
14. 各加速度計が、抵抗器と直列に配設される、請求項１２記載の基板状センサ。
15. オペアンプが、制御部に動作可能に結合される、請求項１２記載の基板状センサ。

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