JP2020096122A - 搬送方法及び搬送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】フォーカスリングを精度良く搬送する技術を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係る搬送方法は、搬送装置によってフォーカスリングをステージ上に搬送するステップと、搬送されたフォーカスリングの内側領域且つ静電チャック上に測定器を搬送するステップと、搬送された測定器によって測定値群を取得するステップと、測定値群に基づいて、第1のずれ量及び第2のずれ量を求めるステップと、第1のずれ量及び第2のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置に対するフォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求めるステップと、第3のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置とフォーカスリングの中心位置とが一致するようにフォーカスリングの搬送位置を搬送装置によって調整するステップと、を含む。【選択図】図15

Description

本開示の例示的実施形態は、搬送方法及び搬送システムに関する。
特許文献1には、半導体製造装置が記載されている。この装置は、基板処理室と、フォーカスリング待機室と、搬送機構とを備えている。基板処理室の内側には、電極が配置されている。電極上には基板が載置される。フォーカスリング待機室は、複数のフォーカスリングを収容する。搬送機構は、基板処理室内を大気開放させずに、フォーカスリング待機室に収容されたフォーカスリングを基板処理室に搬送する。フォーカスリングは、電極に載置された基板の周囲を取り囲むように配置される。
特開2006−196691号公報
本開示は、フォーカスリングを精度良く搬送する技術を提供する。
一つの例示的実施形態においては、搬送方法が提供される。搬送方法は、フォーカスリングの搬送システムおける搬送方法であって、搬送システムは、処理システムと測定器とを含む。処理システムは、処理装置と搬送装置とを含む。処理装置は、チャンバ本体、及び、該チャンバ本体によって提供されるチャンバ内に設けられた、静電チャックを含むステージ、を有する。搬送装置は、ステージ上に配置されたフォーカスリングによって囲まれた内側領域且つ静電チャック上に、被加工物を搬送位置データに基づき搬送する。測定器は、内側領域且つ静電チャック上に該測定器が位置している状態で、フォーカスリングの中心位置に対する測定器の中心位置のずれ量である第1のずれ量、及び、静電チャックの中心位置に対する測定器の中心位置のずれ量である第2のずれ量を求めるための測定値群を取得するセンサを備える。該方法は、搬送装置によってフォーカスリングをステージ上に搬送するステップと、搬送されたフォーカスリングの内側領域且つ静電チャック上に、測定器を搬送装置によって搬送するステップと、搬送された測定器によって測定値群を取得するステップと、測定値群に基づいて、第1のずれ量及び第2のずれ量を求めるステップと、第1のずれ量及び第2のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置に対するフォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求めるステップと、第3のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置とフォーカスリングの中心位置とが一致するようにフォーカスリングの搬送位置を搬送装置によって調整するステップと、を含む。
一つの例示的実施形態に係る搬送方法によれば、フォーカスリングを精度良く搬送することができる。
処理システムを例示する図である。 アライナを例示する斜視図である。 プラズマ処理装置の一例を示す図である。 一例の測定器を上面側から見て示す平面図である。 一例の測定器を底面側から見て示す平面図である。 第1センサの一例を示す斜視図である。 図6のVII−VII線に沿ってとった断面図である。 図5の第2センサの拡大図である。 測定器の回路基板の構成を例示する図である。 フォーカスリングと測定器との位置関係の一例を模式的に示す図である。 静電チャックを模式的に示す断面図である。 静電チャックと測定器との位置関係の一例を模式的に示す断面図である。 オーバーラップ長と測定値との関係の一例を示すグラフである。 静電チャックと測定器との位置関係の一例を模式的に示す図である。 静電チャック、フォーカスリング及び測定器の位置関係の一例を模式的に示す図である。 フォーカスリングを搬送する方法の一例を示す流れ図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態においては、搬送方法が提供される。搬送方法は、フォーカスリングの搬送システムおける搬送方法であって、搬送システムは、処理システムと測定器とを含む。処理システムは、処理装置と搬送装置とを含む。処理装置は、チャンバ本体、及び、該チャンバ本体によって提供されるチャンバ内に設けられた、静電チャックを含むステージ、を有する。搬送装置は、ステージ上に配置されたフォーカスリングによって囲まれた内側領域且つ静電チャック上に、被加工物を搬送位置データに基づき搬送する。測定器は、内側領域且つ静電チャック上に該測定器が位置している状態で、第1のずれ量及び第2のずれ量を求めるための測定値群を取得するセンサを備える。第1のずれ量は、フォーカスリングの中心位置に対する測定器の中心位置のずれ量である。第2のずれ量は、静電チャックの中心位置に対する測定器の中心位置のずれ量である。該方法は、搬送装置によってフォーカスリングをステージ上に搬送するステップを含む。該方法は、搬送されたフォーカスリングの内側領域且つ静電チャック上に、測定器を搬送装置によって搬送するステップを含む。該方法は、搬送された測定器によって測定値群を取得するステップを含む。該方補は、測定値群に基づいて、第1のずれ量及び第2のずれ量を求めるステップを含む。該方法は、第1のずれ量及び第2のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置に対するフォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求めるステップを含む。該方法は、第3のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置とフォーカスリングの中心位置とが一致するようにフォーカスリングの搬送位置を搬送装置によって調整するステップを含む。
上記実施形態の搬送方法では、ステージ上にフォーカスリングが搬送された後に、フォーカスリングの内側領域に測定器が搬送される。測定器は、第1のずれ量及び第2のずれ量を求めるための測定値群を取得する。該方法では、測定値群に基づいて求められる第1のずれ量及び第2のずれ量から、静電チャックの中心位置に対するフォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求める。第3のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置とフォーカスリングの中心位置とが一致するようにフォーカスリングの搬送位置が調整される。このように、フォーカスリングがステージ上に搬送された後に、第3のずれ量に基づいてフォーカスリングの搬送位置の調整が行われることによって、フォーカスリングを精度良く搬送することができる。
一つの例示的実施形態において、搬送装置は、チャンバ本体に気密に接続された空間に配置されてもよい。この構成では、チャンバ本体に気密に接続された空間内において、フォーカスリングFRの搬送を行うことができる。この場合、チャンバ本体を大気開放することなく、フォーカスリングの搬送及び位置調整を行うことができる。
一つの例示的実施形態において、第3のずれ量が閾値を超えているか否かを判定するステップを有してもよい。この場合、フォーカスリングの搬送位置を調整するステップでは、第3のずれ量が閾値を超えているときにフォーカスリングの位置を調整してもよい。
一つの例示的実施形態において、フォーカスリングの搬送位置を調整するステップの後に、搬送位置が調整されたフォーカスリングにおける第3のずれ量が閾値を超えているかを確認するステップを更に備えてもよい。
別の例示的実施形態において、フォーカスリングを搬送するシステムが提供される。システムは、処理システムと測定器とを含む。処理システムは、処理装置と搬送装置とを含む。処理装置は、チャンバ本体、及び、該チャンバ本体によって提供されるチャンバ内に設けられた、静電チャックを含むステージ、を有する。搬送装置は、フォーカスリングをステージ上に搬送するとともに、フォーカスリングによって囲まれた内側領域且つ静電チャック上に、測定器を搬送する。測定器は、内側領域且つ静電チャック上に該測定器が位置している状態における第1のずれ量及び第2のずれ量に基づいて、第3のずれ量を求める。第1のずれ量は、フォーカスリングの中心位置に対する測定器の中心位置のずれ量である。第2のずれ量は、静電チャックの中心位置に対する測定器の中心位置のずれ量である。第3のずれ量は、静電チャックの中心位置に対するフォーカスリングの中心位置のずれ量である。搬送装置は、第3のずれ量に基づいて、静電チャックの中心位置とフォーカスリングの中心位置とが一致するようにフォーカスリングの搬送位置を調整する。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
一つの例示的実施形態におけるフォーカスリングFRの搬送システムS1は、例えば使用によって消耗したフォーカスリングFRを新しいフォーカスリングFRに交換するために、フォーカスリングFRの搬送を実行する。搬送システムS1は、処理システム1と測定器100とを含む。まず、被加工物を処理するための処理装置、及び、当該処理装置に被処理体を搬送するための搬送装置を有する処理システムについて説明する。図1は、処理システムを例示する図である。処理システム1は、台2a〜2d、容器4a〜4d、ローダモジュールLM、アライナAN、ロードロックモジュールLL1,LL2、プロセスモジュールPM1〜PM6、トランスファーモジュールTF、及び、制御部MCを備えている。なお、台2a〜2dの個数、容器4a〜4dの個数、ロードロックモジュールLL1,LL2の個数、及び、プロセスモジュールPM1〜PM6の個数は限定されるものではなく、一以上の任意の個数であり得る。
台2a〜2dは、ローダモジュールLMの一縁に沿って配列されている。容器4a〜4dはそれぞれ、台2a〜2d上に搭載されている。容器4a〜4dの各々は、例えば、FOUP(Front Opening Unified Pod)と称される容器である。容器4a〜4dのそれぞれは、被加工物Wを収容するように構成され得る。被加工物Wは、ウエハのように略円盤形状を有する。
ローダモジュールLMは、大気圧状態の搬送空間をその内部に画成するチャンバ壁を有している。この搬送空間内には搬送装置TU1が設けられている。搬送装置TU1は、例えば、多関節ロボットであり、制御部MCによって制御される。搬送装置TU1は、容器4a〜4dとアライナANとの間、アライナANとロードロックモジュールLL1〜LL2の間、ロードロックモジュールLL1〜LL2と容器4a〜4dの間で被加工物Wを搬送するように構成されている。
アライナANは、ローダモジュールLMと接続されている。アライナANは、被加工物Wの位置の調整(位置の較正)を行うように構成されている。図2は、アライナを例示する斜視図である。アライナANは、支持台6T、駆動装置6D、及び、センサ6Sを有している。支持台6Tは、鉛直方向に延びる軸線中心に回転可能な台であり、その上に被加工物Wを支持するように構成されている。支持台6Tは、駆動装置6Dによって回転される。駆動装置6Dは、制御部MCによって制御される。駆動装置6Dからの動力により支持台6Tが回転すると、当該支持台6T上に載置された被加工物Wも回転するようになっている。
センサ6Sは、光学センサであり、被加工物Wが回転されている間、被加工物Wのエッジを検出する。センサ6Sは、エッジの検出結果から、基準角度位置に対する被加工物WのノッチWN(或いは、別のマーカー)の角度位置のずれ量、及び、基準位置に対する被加工物Wの中心位置のずれ量を検出する。センサ6Sは、ノッチWNの角度位置のずれ量及び被加工物Wの中心位置のずれ量を制御部MCに出力する。制御部MCは、ノッチWNの角度位置のずれ量に基づき、ノッチWNの角度位置を基準角度位置に補正するための支持台6Tの回転量を算出する。制御部MCは、この回転量の分だけ支持台6Tを回転させるよう、駆動装置6Dを制御する。これにより、ノッチWNの角度位置を基準角度位置に補正することができる。また、制御部MCは、アライナANから被加工物Wを受け取る際の搬送装置TU1のエンドエフェクタ(end effector)の位置を、被加工物Wの中心位置のずれ量に基づき、制御する。これにより、搬送装置TU1のエンドエフェクタ上の所定位置に被加工物Wの中心位置が一致する。
図1に戻り、ロードロックモジュールLL1及びロードロックモジュールLL2の各々は、ローダモジュールLMとトランスファーモジュールTFとの間に設けられている。ロードロックモジュールLL1及びロードロックモジュールLL2の各々は、予備減圧室を提供している。
トランスファーモジュールTFは、ロードロックモジュールLL1及びロードロックモジュールLL2にゲートバルブを介して気密に接続されている。トランスファーモジュールTFは、減圧可能な減圧室を提供している。この減圧室には、搬送装置TU2が設けられている。搬送装置TU2は、例えば、搬送アームTUaを有する多関節ロボットであり、制御部MCによって制御される。搬送装置TU2は、ロードロックモジュールLL1〜LL2とプロセスモジュールPM1〜PM6との間、及び、プロセスモジュールPM1〜PM6のうち任意の二つのプロセスモジュール間において、被加工物Wを搬送するように構成されている。
プロセスモジュールPM1〜PM6は、トランスファーモジュールTFにゲートバルブを介して気密に接続されている。プロセスモジュールPM1〜PM6の各々は、被加工物Wに対してプラズマ処理といった専用の処理を行うよう構成された処理装置である。
この処理システム1において被加工物Wの処理が行われる際の一連の動作は以下の通り例示される。ローダモジュールLMの搬送装置TU1が、容器4a〜4dの何れかから被加工物Wを取り出し、当該被加工物WをアライナANに搬送する。次いで、搬送装置TU1は、その位置が調整された被加工物WをアライナANから取り出して、当該被加工物WをロードロックモジュールLL1及びロードロックモジュールLL2のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、一方のロードロックモジュールが、予備減圧室の圧力を所定の圧力に減圧する。次いで、トランスファーモジュールTFの搬送装置TU2が、一方のロードロックモジュールから被加工物Wを取り出し、当該被加工物WをプロセスモジュールPM1〜PM6のうち何れかに搬送する。そして、プロセスモジュールPM1〜PM6のうち一以上のプロセスモジュールが被加工物Wを処理する。そして、搬送装置TU2が、処理後の被加工物WをプロセスモジュールからロードロックモジュールLL1及びロードロックモジュールLL2のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、搬送装置TU1が被加工物Wを一方のロードロックモジュールから容器4a〜4dの何れかに搬送する。
この処理システム1は、上述したように制御部MCを備えている。制御部MCは、プロセッサ、メモリといった記憶装置、表示装置、入出力装置、通信装置等を備えるコンピュータであり得る。上述した処理システム1の一連の動作は、記憶装置に記憶されたプログラムに従った制御部MCによる処理システム1の各部の制御により、実現されるようになっている。
図3は、プロセスモジュールPM1〜PM6の何れかとして採用され得るプラズマ処理装置の一例を示す図である。図3に示すプラズマ処理装置10は、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置10は、略円筒形状のチャンバ本体12を備えている。チャンバ本体12は、例えば、アルミニウムから形成されており、その内壁面には、陽極酸化処理が施され得る。このチャンバ本体12は保安接地されている。
チャンバ本体12の底部上には、略円筒形状の支持部14が設けられている。支持部14は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部14は、チャンバ本体12内に設けられており、チャンバ本体12の底部から上方に延在している。また、チャンバ本体12によって提供されるチャンバS内には、ステージSTが設けられている。ステージSTは、支持部14によって支持されている。
ステージSTは、下部電極LE及び静電チャックESCを有している。下部電極LEは、第1プレート18a及び第2プレート18bを含んでいる。第1プレート18a及び第2プレート18bは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第2プレート18bは、第1プレート18a上に設けられており、第1プレート18aに電気的に接続されている。
第2プレート18b上には、静電チャックESCが設けられている。静電チャックESCは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有しており、略円盤形状を有している。静電チャックESCの電極には、直流電源22がスイッチ23を介して電気的に接続されている。この静電チャックESCは、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被加工物Wを吸着する。これにより、静電チャックESCは、被加工物Wを保持することができる。
第2プレート18bの周縁部上には、フォーカスリングFRが設けられている。このフォーカスリングFRは、被加工物Wのエッジ及び静電チャックESCを囲むように設けられている。フォーカスリングFRは、第1部分P1及び第2部分P2を有している(図7参照)。第1部分P1及び第2部分P2は環状板形状を有している。第2部分P2は、第1部分P1よりも外側の部分である。第2部分P2は、第1部分P1よりも高さ方向に大きな厚みを有している。第2部分P2の内縁P2iは第1部分P1の内縁P1iの直径よりも大きい直径を有している。被加工物Wは、そのエッジ領域が、フォーカスリングFRの第1部分P1上に位置するように、静電チャックESC上に載置される。このフォーカスリングFRは、シリコン、炭化ケイ素、酸化シリコンといった種々の材料のうち何れかから形成され得る。
第2プレート18bの内部には、冷媒流路24が設けられている。冷媒流路24は、温調機構を構成している。冷媒流路24には、チャンバ本体12の外部に設けられたチラーユニットから配管26aを介して冷媒が供給される。冷媒流路24に供給された冷媒は、配管26bを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路24とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックESCによって支持された被加工物Wの温度が制御される。
ステージSTには、当該ステージSTを貫通する複数(例えば、三つ)の貫通孔25が形成されている。複数の貫通孔25は、平面視において静電チャックESCの内側に形成されている。これら、それぞれの貫通孔25には、リフトピン25aが挿入されている。なお、図3においては、一本のリフトピン25aが挿入された一つの貫通孔25が描かれている。リフトピン25aは、貫通孔25内において上下動可能に設けられている。リフトピン25aの上昇によって、静電チャックESC上に支持された被加工物Wが上昇する。
ステージSTには、平面視において静電チャックESCよりも外側の位置に、当該ステージST(下部電極LE)を貫通する複数(例えば、三つ)の貫通孔27が形成されている。これら、それぞれの貫通孔27には、リフトピン27aが挿入されている。なお、図3においては、一本のリフトピン27aが挿入された一つの貫通孔27が描かれている。リフトピン27aは、貫通孔27内において上下動可能に設けられている。リフトピン27aの上昇によって、第2プレート18b上に支持されたフォーカスリングFRが上昇する。
また、プラズマ処理装置10には、ガス供給ライン28が設けられている。ガス供給ライン28は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスを、静電チャックESCの上面と被加工物Wの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置10は、上部電極30を備えている。上部電極30は、ステージSTの上方において、当該ステージSTと対向配置されている。上部電極30は、絶縁性遮蔽部材32を介して、チャンバ本体12の上部に支持されている。上部電極30は、天板34及び支持体36を含み得る。天板34はチャンバSに面しており、当該天板34には複数のガス吐出孔34aが設けられている。この天板34は、シリコン又は石英から形成され得る。或いは、天板34は、アルミニウム製の母材の表面に酸化イットリウムといった耐プラズマ性の膜を形成することによって構成され得る。
支持体36は、天板34を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この支持体36は、水冷構造を有し得る。支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。このガス拡散室36aからは、ガス吐出孔34aに連通する複数のガス通流孔36bが下方に延びている。また、支持体36には、ガス拡散室36aに処理ガスを導くガス導入口36cが形成されており、このガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。
ガス供給管38には、バルブ群42及び流量制御器群44を介して、ガスソース群40が接続されている。ガスソース群40は、複数種のガス用の複数のガスソースを含んでいる。バルブ群42は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群44はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群40の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群42の対応のバルブ及び流量制御器群44の対応の流量制御器を介して、ガス供給管38に接続されている。
また、プラズマ処理装置10では、チャンバ本体12の内壁に沿ってデポシールド46が着脱自在に設けられている。デポシールド46は、支持部14の外周にも設けられている。デポシールド46は、チャンバ本体12にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するものであり、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
チャンバ本体12の底部側、且つ、支持部14とチャンバ本体12の側壁との間には排気プレート48が設けられている。排気プレート48は、例えば、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート48には、その板厚方向に貫通する複数の孔が形成されている。この排気プレート48の下方、且つ、チャンバ本体12には、排気口12eが設けられている。排気口12eには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気装置50は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ本体12内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ本体12の側壁には被加工物Wの搬入出口12gが設けられており、この搬入出口12gはゲートバルブ54により開閉可能となっている。
また、プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64を更に備えている。第1の高周波電源62は、プラズマ生成用の第1の高周波を発生する電源であり、例えば、27〜100MHzの周波数を有する高周波を発生する。第1の高周波電源62は、整合器66を介して上部電極30に接続されている。整合器66は、第1の高周波電源62の出力インピーダンスと負荷側(上部電極30側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第1の高周波電源62は、整合器66を介して下部電極LEに接続されていてもよい。
第2の高周波電源64は、被加工物Wにイオンを引き込むための第2の高周波を発生する電源であり、例えば、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数の高周波を発生する。第2の高周波電源64は、整合器68を介して下部電極LEに接続されている。整合器68は、第2の高周波電源64の出力インピーダンスと負荷側(下部電極LE側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
このプラズマ処理装置10では、複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスがチャンバSに供給される。また、チャンバSの圧力が排気装置50によって所定の圧力に設定される。さらに、第1の高周波電源62からの第1の高周波によってチャンバS内のガスが励起される。これにより、プラズマが生成される。そして、発生した活性種によって被加工物Wが処理される。なお、必要に応じて、第2の高周波電源64の第2の高周波に基づくバイアスにより、被加工物Wにイオンが引き込まれてもよい。
以下、測定器について説明する。図4は、測定器を上面側から見て示す平面図である。図5は、測定器を底面側から見て示す平面図である。図4及び図5に示す測定器100は、ベース基板102を備えている。ベース基板102は、例えば、シリコンから形成されており、被加工物Wの形状と同様の形状、即ち略円盤形状を有している。ベース基板102の直径は、被加工物Wの直径と同様の直径であり、例えば、300mmである。測定器100の形状及び寸法は、このベース基板102の形状及び寸法によって規定される。したがって、測定器100は、被加工物Wの形状と同様の形状を有し、且つ、被加工物Wの寸法と同様の寸法を有する。また、ベース基板102のエッジには、ノッチ102N(或いは、別のマーカー)が形成されている。
ベース基板102には、静電容量測定用の複数の第1センサ104A〜104Cが設けられている。複数の第1センサ104A〜104Cは、ベース基板102のエッジに沿って、例えば当該エッジの全周において、等間隔に配列されている。具体的には、複数の第1センサ104A〜104Cの各々は、ベース基板102の上面側のエッジに沿うように設けられている。複数の第1センサ104A〜104Cの各々の前側端面は、ベース基板102の側面に沿っている。
また、ベース基板102には、静電容量測定用の複数の第2センサ105A〜105Cが設けられている。複数の第2センサ105A〜105Cは、ベース基板102のエッジに沿って、例えば当該エッジの全周において、等間隔に配列されている。具体的には、複数の第2センサ105A〜105Cの各々は、ベース基板の底面側のエッジに沿うように設けられている。複数の第2センサ105A〜105Cの各々のセンサ電極161は、ベース基板102の底面に沿っている。また、第2センサ105A〜105Cと第1センサ104A〜104Cとは、周方向において60°間隔で交互に配列されている。
ベース基板102の上面の中央には、回路基板106が設けられている。回路基板106と複数の第1センサ104A〜104Cとの間には、互いを電気的に接続するための配線群108A〜108Cが設けられている。また、回路基板106と複数の第2センサ105A〜105Cとの間には、互いを電気的に接続するための配線群208A〜208Cが設けられている。回路基板106、配線群108A〜108C、及び配線群208A〜208Cは、カバー103によって覆われている。
以下、第1センサについて詳細に説明する。図6は、センサの一例を示す斜視図である。図7は、図6のVII−VII線に沿ってとった断面図である。図6、図7に示す第1センサ104は、測定器100の複数の第1センサ104A〜104Cとして利用されるセンサであり、一例では、チップ状の部品として構成されている。なお、以下の説明では、XYZ直交座標系を適宜参照する。X方向は、第1センサ104の前方向を示しており、Y方向は、X方向に直交する一方向であって第1センサ104の幅方向を示しており、Z方向は、X方向及びY方向に直交する方向であって第1センサ104の上方向を示している。図7には、第1センサ104と共にフォーカスリングFRが示されている。
第1センサ104は、電極141、ガード電極142、センサ電極143、基板部144及び絶縁領域147を有している。
基板部144は、例えばホウケイ酸ガラスまたは石英から形成されている。基板部144は、上面144a、下面144b、及び前側端面144cを有している。ガード電極142は、基板部144の下面144bの下方に設けられており、X方向及びY方向に延在している。また、電極141は、絶縁領域147を介してガード電極142の下方に設けられており、X方向及びY方向に延在している。絶縁領域147は、例えば、SiO、SiN、Al、又は、ポリイミドから形成されている。
基板部144の前側端面144cは、段状に形成されている。前側端面144cの下側部分144dは、当該前側端面144cの上側部分144uよりもフォーカスリングFRの側に向けて突出している。センサ電極143は、前側端面144cの上側部分144uに沿って延在している。一つの例示的実施形態では、前側端面144cの上側部分144u及び下側部分144dは、それぞれに所定の曲率をもった曲面となっている。即ち、前側端面144cの上側部分144uは、当該上側部分144uの任意の位置で一定の曲率をしており、当該上側部分144uの曲率は、測定器100の中心軸線AX100と前側端面144cの上側部分144uとの間の距離の逆数である。また、前側端面144cの下側部分144dは、当該下側部分144dの任意の位置で一定の曲率をしており、当該下側部分144dの曲率は、測定器100の中心軸線AX100と前側端面144cの下側部分144dとの間の距離の逆数である。
センサ電極143は、前側端面144cの上側部分144uに沿って設けられている。一つの例示的実施形態では、このセンサ電極143の前面143fも曲面になっている。即ち、センサ電極143の前面143fは、当該前面143fの任意の位置で一定の曲率を有しており、当該曲率は、測定器100の中心軸線AX100と前面143fとの間の距離の逆数である。
この第1センサ104を測定器100のセンサとして用いる場合には、後述のように電極141が配線181に接続され、ガード電極142が配線182に接続され、センサ電極143が配線183に接続される。
第1センサ104においては、センサ電極143が、電極141及びガード電極142によって、第1センサ104の下方に対して遮蔽されている。したがって、この第1センサ104によれば、特定方向、即ち、センサ電極143の前面143fが向いている方向(X方向)に高い指向性をもって静電容量を測定することが可能となる。
以下、第2センサについて詳細に説明する。図8は、図5の部分拡大図であり、一つの第2センサを示す。センサ電極161のエッジは部分的に円弧形状をなしている。即ち、センサ電極161は、中心軸線AX100を中心とした異なる半径を有する二つの円弧である内縁(第2のエッジ)161a及び外縁(第1のエッジ)161bによって規定される平面形状を有している。複数の第2センサ105A〜105Cそれぞれのセンサ電極161における径方向外側の外縁161bは、共通する円上で延在する。また、複数の第2センサ105A〜105Cそれぞれのセンサ電極161における径方向内側の内縁161aは、他の共通する円上で延在する。センサ電極161のエッジの一部の曲率は、静電チャックESCのエッジの曲率に一致している。一つの例示的実施形態では、センサ電極161における径方向外側のエッジを形成する外縁161bの曲率が、静電チャックESCのエッジの曲率に一致している。なお、外縁161bの曲率中心、即ち、外縁161bがその上で延在する円の中心は、中心軸線AX100を共有している。
一つの例示的実施形態では、第2センサ105A〜105Cの各々は、センサ電極161を囲むガード電極162を更に含んでいる。ガード電極162は、枠状をなしており、センサ電極161をその全周にわたって囲んでいる。ガード電極162とセンサ電極161は、それらの間に絶縁領域164が介在するよう、互いに離間している。また、一つの例示的実施形態では、第2センサ105A〜105Cの各々は、ガード電極162の外側で当該ガード電極162を囲む電極163を更に含んでいる。電極163は、枠状をなしており、ガード電極162をその全周にわたって囲んでいる。ガード電極162と電極163は、それらの間に絶縁領域165が介在するよう互いに離間している。
以下、回路基板106の構成について説明する。図9は、測定器の回路基板の構成を例示する図である。回路基板106は、高周波発振器171、複数のC/V変換回路172A〜172C、複数のC/V変換回路272A〜272C、A/D変換器173、プロセッサ(演算部)174、記憶装置175、通信装置176、及び、電源177を有している。
複数の第1センサ104A〜104Cの各々は、複数の配線群108A〜108Cのうち対応の配線群を介して回路基板106に接続されている。また、複数の第1センサ104A〜104Cの各々は、対応の配線群に含まれる幾つかの配線を介して、複数のC/V変換回路172A〜172Cのうち対応のC/V変換回路に接続されている。複数の第2センサ105A〜105Cの各々は、複数の配線群208A〜208Cのうち対応の配線群を介して回路基板106に接続されている。また、複数の第2センサ105A〜105Cの各々は、対応の配線群に含まれる幾つかの配線を介して、複数のC/V変換回路272A〜272Cのうち対応のC/V変換回路に接続されている。以下、複数の第1センサ104A〜104Cの各々と同構成の一つの第1センサ104について説明する。同様に、複数の配線群108A〜108Cの各々と同構成の一つの配線群108について説明する。複数のC/V変換回路172A〜172Cの各々と同構成の一つのC/V変換回路172について説明する。複数の第2センサ105A〜105Cの各々と同構成の一つの第2センサ105について説明する。複数の配線群208A〜208Cの各々と同構成の一つの配線群208について説明する。複数のC/V変換回路272A〜272Cの各々と同構成のC/V変換回路272について説明する。
配線群108は、配線181〜183を含んでいる。配線181の一端は、電極141に接続されたパッド151に接続されている。この配線181は、回路基板106のグランドGに接続されたグランド電位線GLに接続されている。なお、配線181は、グランド電位線GLにスイッチSWGを介して接続されていてもよい。また、配線182の一端は、ガード電極142に接続されたパッド152に接続されており、配線182の他端はC/V変換回路172に接続されている。また、配線183の一端は、センサ電極143に接続されたパッド153に接続されており、配線183の他端はC/V変換回路172に接続されている。
配線群208は、配線281〜283を含んでいる。配線281の一端は、電極163に接続されている。この配線281は、回路基板106のグランドGに接続されたグランド電位線GLに接続されている。なお、配線281は、グランド電位線GLにスイッチSWGを介して接続されていてもよい。また、配線282の一端は、ガード電極162に接続されており、配線282の他端はC/V変換回路272に接続されている。また、配線283の一端は、センサ電極161に接続されており、配線283の他端はC/V変換回路272に接続されている。
高周波発振器171は、バッテリーといった電源177に接続されており、当該電源177からの電力を受けて高周波信号を発生するよう構成されている。なお、電源177は、プロセッサ174、記憶装置175、及び、通信装置176にも接続されている。高周波発振器171は、複数の出力線を有している。高周波発振器171は、発生した高周波信号を複数の出力線を介して、配線182及び配線183、並びに、配線282及び配線283に与えるようになっている。したがって、高周波発振器171は、第1センサ104のガード電極142及びセンサ電極143に電気的に接続されており、当該高周波発振器171からの高周波信号は、ガード電極142及びセンサ電極143に与えられるようになっている。また、高周波発振器171は、第2センサ105のセンサ電極161及びガード電極162に電気的に接続されており、当該高周波発振器171からの高周波信号は、センサ電極161及びガード電極162に与えられるようになっている。
C/V変換回路172の入力には配線182及び配線183が接続されている。即ち、C/V変換回路172の入力には、第1センサ104のガード電極142及びセンサ電極143が接続されている。また、C/V変換回路272の入力には、センサ電極161及びガード電極162がそれぞれ接続されている。C/V変換回路172及びC/V変換回路272は、その入力における電位差に応じた振幅を有する電圧信号を生成し、当該電圧信号を出力するよう構成されている。なお、C/V変換回路172に接続されたセンサ電極の静電容量が大きいほど、当該C/V変換回路172が出力する電圧信号の電圧の大きさは大きくなる。同様に、C/V変換回路272に接続されたセンサ電極の静電容量が大きいほど、当該C/V変換回路272が出力する電圧信号の電圧の大きさは大きくなる。高周波発振器171と配線282及び配線283とC/V変換回路272とは、高周波発振器171と配線182及び配線183とC/V変換回路172と同様に接続されている。
A/D変換器173の入力には、C/V変換回路172及びC/V変換回路272の出力が接続している。また、A/D変換器173は、プロセッサ174に接続している。A/D変換器173は、プロセッサ174からの制御信号によって制御され、C/V変換回路172の出力信号(電圧信号)及びC/V変換回路272の出力信号(電圧信号)を、デジタル値に変換し、検出値としてプロセッサ174に出力する。
プロセッサ174には記憶装置175が接続されている。記憶装置175は、揮発性メモリといった記憶装置であり、後述する測定データを記憶するよう構成されている。また、プロセッサ174には、別の記憶装置178が接続されている。記憶装置178は、不揮発性メモリといった記憶装置であり、プロセッサ174によって読み込まれて実行されるプログラムが記憶されている。
通信装置176は、任意の無線通信規格に準拠した通信装置である。例えば、通信装置176は、Bluetooth(登録商標)に準拠している。通信装置176は、記憶装置175に記憶されている測定データを無線送信するように構成されている。
プロセッサ174は、上述したプログラムを実行することにより、測定器100の各部を制御するように構成されている。例えば、プロセッサ174は、ガード電極142、センサ電極143、センサ電極161、及び、ガード電極162に対する高周波発振器171からの高周波信号の供給を制御するようになっている。また、プロセッサ174は、記憶装置175に対する電源177からの電力供給、通信装置176に対する電源177からの電力供給等を制御するようになっている。さらに、プロセッサ174は、上述したプログラムを実行することにより、A/D変換器173から入力された検出値に基づいて、第1センサ104の測定値及び第2センサ105の測定値を取得する。
以上説明した測定器100では、測定器100がフォーカスリングFRによって囲まれた領域に配置されている状態において、複数のセンサ電極143及びガード電極142はフォーカスリングFRの内縁と対面する。これらセンサ電極143の信号とガード電極142の信号との電位差に基づいて生成される測定値は、複数のセンサ電極143それぞれとフォーカスリングとの間の距離を反映する静電容量を表している。なお、静電容量Cは、C=εS/dで表される。εはセンサ電極143の前面143fとフォーカスリングFRの内縁との間の媒質の誘電率であり、Sはセンサ電極143の前面143fの面積であり、dはセンサ電極143の前面143fとフォーカスリングFRの内縁との間の距離と見なすことができる。したがって、測定器100によれば、被加工物Wを模した当該測定器100とフォーカスリングFRとの相対的な位置関係を反映する測定データが得られる。例えば、測定器100によって取得される複数の測定値は、センサ電極143の前面143fとフォーカスリングFRの内縁との間の距離が大きくなるほど、小さくなる。
また、測定器100が静電チャックESCに載置されている状態では、複数のセンサ電極161は静電チャックESCと対面する。一つのセンサ電極161について考えると、センサ電極161が静電チャックESCに対して径方向の外側にずれた場合、センサ電極161によって測定される静電容量は、所定の搬送位置に測定器100が搬送された場合の静電容量に比べて小さくなる。また、センサ電極161が静電チャックESCに対して径方向の内側にずれた場合、センサ電極161によって測定される静電容量は、所定の搬送位置に測定器100が搬送された場合の静電容量に比べて大きくなる。
以下、フォーカスリングFRによって囲まれた領域の中心位置(中心軸線AXF)に対する、該領域内に配置された測定器100の中心位置(中心軸線AX100)のずれ量である第1のずれ量を求める方法について説明する。
図10は、フォーカスリングFRとフォーカスリングFRの内側に配置された測定器100との位置関係を模式的に示す。図10では、フォーカスリングFRの内周と測定器100のエッジとが示されている。また、図10では、フォーカスリングFRの中心軸線AXFを原点とするX軸及びY軸による直交座標系と、測定器100の中心軸線AX100を原点とするX’軸及びY’軸による直交座標系とが示されている。図示例では、Y’軸が第1センサ104Aを通るように設定されている。
図示されるように、フォーカスリングFRの中心軸線AXFと測定器100の中心軸線AX100とのずれ量は、ΔXa及びΔYaによって表されている。以下、ΔXa及びΔYaの導出方法について説明する。一つの例示的実施形態では、3つの第1センサ104A,104B,104Cがベース基板102の周縁に周方向に120°間隔で均等に設けられている。これにより、複数のセンサ電極143からフォーカスリングFRの内周面までのそれぞれの最短の距離の和Aは一定の値となっている。図示例では、フォーカスリングFRの内径Dは302mmであり、測定器100の外径Dは300mmである。第1センサ104AからフォーカスリングFRの内周面までの最短距離をGとする。第1センサ104BからフォーカスリングFRの内周面までの最短距離をGとする。第1センサ104CからフォーカスリングFRの内周面までの最短距離をGとする。この場合、以下の式(3)が成立する。
((D−D)/2)×3=G+G+G=3.00mm ・・・式(3)
ここで、上述の通り、静電容量CはC=εS/dによって表されるので、距離dはd=εS/Cで表される。「εS」を定数aとおくと、距離dはd=a/Cとなる。距離dは、上式におけるG、G及びGに対応する。第1センサ104Aによる測定値(静電容量)をC、第1センサ104Bによる測定値をC、第1センサ104Cによる測定値をC、とすると、G=a/C、G=a/C、G=a/Cが成立する。すなわち、式(3)は以下の式(4)のように変換される。
(a/C)+(a/C)+(a/C)=3.00mm ・・・(4)
なお、式(4)は以下の式(5)のように一般化できる。すなわち、N個の第1センサ104による測定値をC(i=1,2,3,…,N)とすると、式(5)が成立する。N個の第1センサ104からフォーカスリングFRの内周面までの最短の距離の和Aが一定の値となる場合、和Aは、((D−D)/2)×Nによって算出され得る。
Figure 2020096122
ΔXa及びΔYaを導出する場合、まず、第1センサ104A,104B,104Cのそれぞれの測定値C,C,Cを取得する。これらの測定値C,C,Cを上式(4)に代入することによって、定数aを求めることができる。そして、定数aとそれぞれの測定値C,C,Cとに基づいて、距離G、G、Gが導出される。
本実施形態のように、フォーカスリングFRの内径Dと測定器100の外径Dとの差が、フォーカスリングFRの内径Dに対して十分に小さい場合、以下の式(6)が成立する。すなわち、Gの大きさは、Y軸上におけるフォーカスリングFRの内周から測定器100のエッジまでの距離Yとして近似できる。
≒Y ・・・(6)
原点(中心軸線AX100)を中心として第1センサ104Aに対称な位置からフォーカスリングFRの内周までの距離をG’とすると、同様に、以下の式(7)が成立する。すなわち、G’の大きさは、Y軸上におけるフォーカスリングFRの内周から測定器100のエッジまでの距離Yに近似できる。
’≒Y ・・・(7)
ここで、Y及びYは、いずれもY軸上における距離である。そのため、YとYとの和は、フォーカスリングFRの内径Dと測定器100の外径Dとの差として近似できる。すなわち、式(6)、(7)に基づいて以下の式(8)が成立する。
+Y≒G+G’≒2 ・・・(8)
ΔYaは、YとYとの差の1/2として規定できるので、以下の式(9)のように距離GからΔYaが求まる。
ΔYa=(Y−Y)/2=1−G ・・・(9)
同様に、X軸上において、測定器100のエッジからフォーカスリングFRの内周までの距離をそれぞれX、Xとすると、以下の式(10)が成立する。
+X≒2 ・・・(10)
また、第1センサ104BからフォーカスリングFRまでの最短距離Gと第1センサ104CからフォーカスリングFRまでの最短距離Gとの比は、以下の式(11)ように示される。
:X=G:G ・・・(11)
ここで、G+G=Zとおくと、式(10)、(11)からX、Xはそれぞれ以下の式(12)、(13)で示される。
=2G/Z=2G/(G+G) ・・・(12)
=2G/Z=2G/(G+G) ・・・(13)
よって、ΔXaは、以下の式(14)として規定できるので、距離G,GからΔXaが求まる。
ΔXa=(X−X)/2=(G−G)/(G+G) ・・・(14)
以上のようにして、一つの例示的実施形態では、フォーカスリングFRの中心軸線AXFとフォーカスリングFRの内側に配置された測定器100の中心軸線AX100とのずれ量である第1のずれ量が求められる。第1のずれ量は、X軸に沿った方向のずれ量ΔXaと、Y軸に沿った方向のずれ量ΔYaとして算出することができる。
続いて、静電チャックESCの中心位置(中心軸線AXE)と静電チャックESC上に配置された測定器100の中心軸線AX100とのずれ量である第2のずれ量を求める方法について説明する。
図11は、静電チャックの断面図であり、静電チャックに被加工物が載置された状態を示す。一つの例示的実施形態では、静電チャックESCは、セラミック製の本体と、本体内に設けられた電極Eとを有する。本体は、円板形状を有しており、静電チャックESCの中心に対して周方向に延在する周縁を有する。電極Eのエッジは、円板形状を有しており、本体の周縁よりも内側で、静電チャックESCの中心に対して周方向に延在している。静電チャックESCは、被加工物W及び測定器100がその上に載置される載置領域Rを有している。載置領域Rは、円形のエッジを有している。被加工物W及び測定器100は、載置領域Rの外径よりも大きい外径を有している。
図12は、静電チャックの載置領域に対する測定器の搬送位置を示す図である。図12の(a)は、測定器100の中心位置と静電チャックの中心位置とが一致している場合の配置を示す。図12の(b)及び図12の(c)は、測定器100の中心位置と静電チャックの中心位置とが互いにずれている場合の配置を示す。なお、図12の(c)では、フォーカスリングFRと測定器100とが干渉し合っている。すなわち、実際には、図13の(c)に示す配置になることはない。
図12の(a)に示すように、測定器100の中心軸線AX100と静電チャックESCの中心軸線AXEとが一致している場合、センサ電極161の外縁161b(図8参照)と静電チャックESCの外縁とは一致している。また、この場合、センサ電極161の内縁161a(図8参照)と電極Eの外縁とが一致してもよい。すなわち、センサ電極161の外縁161bは中心軸線AX100を中心とする第1の円上で延在しており、第1の円は静電チャックESCの本体の周縁の半径と同一の半径を有している。また、センサ電極161の内縁161aは中心軸線AX100を中心とする第2の円上で延在しており、第2の円は静電チャックESCの電極Eの周縁の半径と同一の半径を有する。
上述のように、静電容量CはC=εS/dによって表される。ここで、距離dは、センサ電極161から静電チャックESCの表面までの距離であり、一定である。一方、Sは、センサ電極161と静電チャックESCとが互いに対面している部分の面積である。そのため、このSは、測定器100と静電チャックESCとの位置関係に応じて変動する。例えば、図12の(b)に示すように、センサ電極161と静電チャックESCとのオーバーラップ長Wが小さくなる配置では、Sは小さくなっている。ここで、オーバーラップ長は、静電チャックESCの周縁からセンサ電極161における内縁161aまでの最短の距離として定義され得る。
センサ電極161の形状は、中心軸線AX100を中心とする円の径方向と、径方向に直交する方向とに辺を有する矩形に近似されることができる。この場合、Sは、径方向に直交する方向の辺の長さとオーバーラップ長Wとの積によって示される。径方向に直交する方向の辺の長さをSとすると、Sは、SとWとの積によって示される。この場合、C=εS/dは、C=ε・S・W/dのように変形することができる。よって、オーバーラップ長Wは、以下の式(15)で示される。
=(d/(ε・S))C ・・・(15)
ここで、d/(ε・S)を定数bとおくことによって、以下の式(16)が導出される。
=b・C ・・・(16)
図12の(c)に示されるように、センサ電極161の内縁161aと静電チャックESCの外縁とが一致した状態では、オーバーラップ長Wがゼロとなる。この場合、理論上、センサ電極161によって計測される静電容量Cはゼロとなる。そこで、本実施形態では、オーバーラップ長Wがゼロのときに静電容量Cがゼロとなるように、第2センサ105が校正される。一方、図12の(a)に示す状態よりもセンサ電極161が静電チャックESCの中心軸線AXE側に移動した場合、オーバーラップ長Wはセンサ電極161の径方向の長さよりも大きくなる。この場合、オーバーラップ長Wが大きくなったとしても、「S」の値は変化しない。しかし、静電チャックESCに電極Eが配置されているので、オーバーラップ長Wの増加に応じて、静電容量Cは増加し得る。
図13は、オーバーラップ長と静電容量Cを示す測定値との関係を示すグラフである。図13のグラフでは、例えば、オーバーラップ長W毎に第2センサ105A〜105Cによって計測された測定値がプロットされている。第2センサ105A〜105Cの測定値は、ch.01〜ch.03にそれぞれ対応している。また、図13では、オーバーラップ長と静電容量との関係を示す理想線が示されている。3つの第2センサによって計測された測定値(静電容量)は、オーバーラップ長Wがセンサ電極161の径方向の長さよりもオーバーラップ長Wが大きくなっても、理想線と略同じように上昇している。なお、本実施形態では、フォーカスリングFRの内径と測定器100の外径との差が2mmである。そのため、実際の運用領域は、オーバーラップ長Wが1.00mm〜3.00mmの間となっている。
図14は、静電チャックESCと静電チャックESC上の位置に配置された測定器100との位置関係を模式的に示す。図14では、静電チャックESCの外縁と測定器100におけるセンサ電極161の内縁に沿った円(第2の円100N)とが示されている。また、図14では、静電チャックESCの中心位置を原点とするX軸及びY軸による直交座標系と、測定器100の中心軸線AX100を原点とするX’軸及びY’軸による直交座標系とが示されている。図示例では、Y’軸が第2センサ105Aと中心位置とを通るように設定されている。
図示されるように、静電チャックESCの中心位置と測定器100の中心軸線AX100とのずれ量は、ΔXb及びΔYbによって表されている。以下、ΔXb及びΔYbの導出方法について説明する。一つの例示的実施形態では、静電チャックESCの外縁から複数のセンサ電極161の内縁までの最短の距離の和Bが一定の値となるように、3つの第2センサ105A,105B,105Cがベース基板102の周縁に周方向に120°間隔で均等に配置されている。図示例では、静電チャックESCの外径Dは297mmであり、センサ電極161の内縁に沿った円の外径Dは297mmであり、センサ電極161の径方向の長さWは2.00mmである。第2センサ105Aのセンサ電極161のオーバーラップ長をW、第2センサ105Bのセンサ電極161のオーバーラップ長をW、第2センサ105Cのセンサ電極161のオーバーラップ長をWとすると、以下の式(17)が成立する。
(W−(W−D)/2)×3=W+W+W=6.00mm ・・・式(17)
ここで、上述の通り、式(16)が成立するので、第2センサ105Aによる測定値(静電容量)をD、第2センサ105Bによる測定値をD、第2センサ105Cによる測定値をD、とすると、W=b・D、W=b・D、W=b・Dが成立する。すなわち、式(17)は式(18)のように変換される。
(b・D)+(b・D)+(b・D)=6.00mm ・・・(18)
なお、この式(18)は、各センサ電極161におけるオーバーラップ長の和Bが一定の値となる場合には、M個の測定値D(i=1,2,3,…,M)を用いて以下の式(19)のように一般化できる。
なお、式(18)は以下の式(19)のように一般化できる。すなわち、M個の第2センサ105による測定値をD(i=1,2,3,…,M)とすると、式(19)が成立する。各センサ電極161におけるオーバーラップ長の和Bが一定の値となる場合、和Bは、(W−(W−D)/2)×Mによって算出され得る。
Figure 2020096122
ΔXb及びΔYbを導出する場合、まず、第2センサ105A,105B,105Cのそれぞれの測定値D,D,Dを取得する。これらの測定値D,D,Dを上式(18)に代入することによって、定数bを求めることができる。そして、定数bとそれぞれの測定値D,D,Dとによって、W、W、Wが導出される。
の大きさは、Y軸上における静電チャックESCの外縁から第2の円100Nまでの距離Yに近似できる。すなわち、以下の式(20)が成立する。
≒Y ・・・(20)
第2の円100Nの原点(中心軸線AX100)を中心として第2センサ105Aに対称な位置から静電チャックESCの外縁までの距離をW’とすると、同様に、以下の式(21)が成立する。すなわち、W’の大きさは、Y軸上における静電チャックESCの外縁から第2の円100Nまでの距離Yに近似できる。
’≒Y ・・・(21)
ここで、Y及びYは、いずれもY軸上における距離である。そのため、YとYとの和は、静電チャックESCの外径と第2の円100Nの径との差に近似できる。すなわち、以下の式(22)が成立する。
+Y≒W+W’≒4 ・・・(22)
ΔYbは、YとYとの差の1/2として規定できるので、以下の式(23)のように距離WからΔYbが求まる。
ΔYb=(Y−Y)/2=W−2 ・・・(23)
同様に、X軸上において、第2の円100Nから静電チャックESCの外縁までの距離をそれぞれX、Xとすると、以下の式(24)が成立する。
+X≒4 ・・・(24)
また、第2センサ105Bにおけるオーバーラップ長Wと第2センサ105Cにおけるオーバーラップ長Wとの比は、以下の式(25)のように示される。
:X=W:W ・・・式(25)
ここで、W+W=Zとおくと、X、Xはそれぞれ以下の式(26)、(27)で示される。
=4W/Z=4W/(W+W) ・・・(26)
=4W/Z=4W/(W+W) ・・・(27)
よって、ΔXbは、以下の式(28)として規定できるので、オーバーラップ長W,WからΔXbが求まる。
ΔXb=(X−X)/2=2(W−W)/(W+W) ・・・(28)
以上のように、一つの例示的実施形態では、静電チャックESCの中心軸線AXEと静電チャックESC上に配置された測定器100の中心軸線AX100とのずれ量である第2のずれ量が求められる。第2のずれ量は、X軸に沿った方向のずれ量ΔXbと、Y軸に沿った方向のずれ量ΔYbとして算出される。
続いて、静電チャックESCの中心位置に対するフォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求める方法について説明する。なお、一つの例示的実施形態では、第3のずれ量を用いて、搬送装置によるフォーカスリングFRの搬送位置データを較正する。図15は、静電チャックESC、フォーカスリングFR及び測定器100の互いの位置関係の一例を模式的に示す。図15では、静電チャックESCの周縁と、フォーカスリングFRの内縁と、測定器100の周縁とが示されている。図15に示すように、静電チャックESC及び測定器100はフォーカスリングFRの内側領域FRIに配置されている。測定器100は、静電チャックESC上の位置に配置されている。
上述の第1のずれ量は、フォーカスリングFRの中心軸線AXFから測定器100の中心軸線AX100に向かうベクトルVAとして表現され得る。ベクトルVAは、VA=(ΔXa,ΔYa)で示される。同様に、第2のずれ量は、静電チャックESCの中心軸線AXEから測定器100の中心軸線AX100に向かうベクトルVBとして表現され得る。ベクトルVBは、VB=(ΔXb,ΔYb)で示される。この場合、フォーカスリングFRの中心軸線AXFから静電チャックESCの中心軸線AXEに向かうベクトルVCは、VA−VBであり、VC=(ΔXa−ΔXb,ΔYa−ΔYb)で示される。すなわち、X軸に沿った方向のずれ量ΔXcと、Y軸に沿った方向のずれ量ΔYcとによって、第3のずれ量を求める場合、ΔXcはΔXa−ΔXbとなり、ΔYcはΔYa−ΔYbとなる。以上のように、一つの例示的実施形態では、第1のずれ量及び第2のずれ量に基づいて、静電チャックESCの中心軸線AXEに対するフォーカスリングFRの中心軸線AXFのずれ量である第3のずれ量が求められる。
以下、搬送システムS1におけるフォーカスリングFRの搬送方法について説明する。図16は、一つの例示的実施形態に係るフォーカスリングFRの搬送方法を示す流れ図である。図16に示す方法MTでは、一例として、使用によって消耗したフォーカスリングFRを新しいフォーカスリングFRに交換する場合の流れが示される。処理システム1のような半導体製造装置では、フォーカスリングは使用によって消耗するので、定期的な交換が必要である。フォーカスリングの交換に際しては、生産性を安定させるために、被加工物WとフォーカスリングFRとを最適な位置関係に配置することが重要である。交換されたフォーカスリングの設置位置を確認する場合、一般にチャンバを開放する必要が生じる。そのため、交換作業が煩雑となり得る。そこで、簡易な方法によってフォーカスリングを精度良く搬送することが望まれる。
上述の通り、処理システム1における搬送装置TU2は、制御部MCによって制御される。一つの例示的実施形態では、搬送装置TU2は、制御部MCから送信される搬送位置データに基づき第2プレート18b上にフォーカスリングFRを搬送し得る。また、搬送装置TU2は、制御部MCから送信される搬送位置データに基づき静電チャックESCの載置領域R上に被加工物W及び測定器100を搬送し得る。
一例では、プロセスモジュールPM1〜PM6のいずれかがフォーカスリングFRの保管場所として用いられてもよい。上述の通り、プロセスモジュールPM1〜PM6は、トランスファーモジュールTFにゲートバルブを介して気密に接続されている。この場合、プロセスモジュールを大気開放することなく、搬送装置TU2によってフォーカスリングFRを交換することができる。
図16に示す方法MTでは、まず、ステップST1が実行される。ステップST1では、使用によって消耗したフォーカスリングFRがプロセスモジュールから搬出される。フォーカスリングFRは、第2プレート18b上に支持されている。リフトピン27aの上昇によってフォーカスリングFRが上昇する。上昇したフォーカスリングFRと第2プレート18bとの隙間に搬送装置TU2の搬送アームTUaが挿入されることによって、搬送アームTUa上にフォーカスリングFRが載置される。搬送アームTUa上に載置されたフォーカスリングFRは、搬送装置TU2の動作によって保管場所として用いられているプロセスモジュール内の所定位置に移載され得る。
続くステップST2では、新しいフォーカスリングFRがプロセスモジュールに搬入される。例えば、搬送装置TU2は、フォーカスリングFRによって囲まれる領域の内側に静電チャックESCが位置するように、新しいフォーカスリングFRを第2プレート18b上に搬送する。新しいフォーカスリングFRは、搬送アームTUaに載置された状態で搬送位置データに基づいて搬送装置TU2によって搬送される。搬送位置データは、例えば静電チャックESCの中心位置にフォーカスリングFRの中心位置が一致するように予め定められた座標データであってよい。搬送されたフォーカスリングFRは、リフトピン27aに支持され、リフトピン27aの下降に伴って静電チャックESCを囲む位置に載置される。
続くステップST3では、搬送されたフォーカスリングFRの内側領域FRIに測定器100を搬送する。具体的には、搬送装置TU1が、ロードロックモジュールLL1及びロードロックモジュールLL2のうち一方のロードロックモジュールに測定器100を搬送する。そして、搬送装置TU2が、搬送位置データに基づいて、一方のロードロックモジュールから、プロセスモジュールに測定器100を搬送し、当該測定器100を静電チャックESCの載置領域R上に載置する。搬送位置データは、例えば載置領域Rの中心位置に測定器100の中心軸線AX100の位置が一致するように予め定められた座標データである。なお、フォーカスリングFRと同様に、プロセスモジュールPM1〜PM6のいずれかが測定器100の保管場所として用いられてもよい。
続くステップST4では、測定器100によって測定値を取得する。具体的には、測定器100は、フォーカスリングFRと第1センサ104A〜104Cのそれぞれのセンサ電極161との間の静電容量の大きさに応じた複数のデジタル値(測定値)を取得し、当該複数のデジタル値を記憶装置175に記憶する。また、測定器100は、静電チャックESCの載置領域Rと第2センサ105A〜105Cのそれぞれのセンサ電極161との間の静電容量の大きさに応じた複数のデジタル値(測定値)を取得し、当該複数のデジタル値を記憶装置175に記憶する。なお、複数のデジタル値は、プロセッサ174による制御の下で予め定められたタイミングで取得され得る。
続くステップST5では、測定器100がプロセスモジュールから搬出され、トランスファーモジュールTF、ロードロックモジュールLL1,LL2、ローダモジュールLM及び容器4a〜4dの何れかに戻される。
続くステップST6では、複数の測定値(測定値群)に基づいて、上述したずれ量を求める方法を用いて、第1のずれ量及び第2のずれ量を求める。そして、続くステップST7では、ステップST6で求められた第1のずれ量及び第2のずれ量に基づいて、静電チャックESCの中心軸線AXEに対するフォーカスリングFRの中心軸線AXFのずれ量である第3のずれ量を求める。一つの例示的実施形態のステップST6及びステップST7では、まず、記憶装置175に記憶されている複数のデジタル値が制御部MCに送信される。複数のデジタル値は、制御部MCからの指令によって通信装置176から制御部MCに送信されてもよく、或いは、回路基板106に設けられたタイマのカウントに基づくプロセッサ174の制御により、所定のタイミングで制御部MCに送信されてもよい。続いて、受信した複数のデジタル値に基づき、制御部MCが第1のずれ量、第2のずれ量及び第3のずれ量を求める。なお、第1のずれ量、第2のずれ量及び第3のずれ量は、測定器100のプロセッサ174で求められてもよい。その場合、求められた第1のずれ量、第2のずれ量及び第3のずれ量が制御部MCに送信される。
続くステップST8では、第3のずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定する。第3のずれ量が所定の閾値以下であると判定された場合、フォーカスリングFRが正確に搬送されたことが確認される。この場合、方法MTが終了する。一方、ずれ量が閾値よりも大きいと判定された場合には、ステップST9に進む。ステップST9では、第3のずれ量に基づいて、静電チャックESCの中心位置とフォーカスリングFRの中心位置とが一致するようにフォーカスリングFRの搬送位置が調整される。例えば、第3のずれ量を除去するように、搬送位置データが制御部MCによって修正される。そして、修正された搬送位置データに基づいて、静電チャックESCの中心位置にフォーカスリングFRの中心位置が一致するように、搬送装置TU2によってフォーカスリングFRが再び搬送される。この場合、例えばフォーカスリングFRは、第2プレート18b上から保管場所として用いられているプロセスモジュールに一旦搬出される。そして、搬送アームTUaによって再びフォーカスリングFRが支持され、フォーカスリングFRが第2プレート18b上に搬送される。この際、第3のずれ量に基づいて搬送アームTUaの搬送位置データが調整されることによって、フォーカスリングFRの搬送位置が調整される。なお、フォーカスリングFRの位置調整において、フォーカスリングFRは保管場所に戻されなくてもよい。例えば、搬送アームTUaによってフォーカスリングを支持し、第3のずれ量の分だけ搬送アームTUaを移動させることによって、フォーカスリングFRの搬送位置を調整してもよい。
上記のように、ステップST8によってフォーカスリングFRの位置調整が行われると、続いて、搬送位置の確認がなされる。すなわち、上記のステップST3〜ステップST8が再び実行されることによって、搬送位置が調整されたフォーカスリングFRにおける第3のずれ量が所定の閾値を超えていないか否かが確認される。フォーカスリングFRが正確に搬送されたことが確認された場合、方法MTが終了する。一方、ずれ量が閾値よりも大きいと判定された場合には、再びステップST9に進んでもよい。
以上説明したように、一つの例示的実施形態の搬送方法では、第2プレート18b上にフォーカスリングFRが搬送された後に、フォーカスリングFRの内側領域FRIに測定器100が搬送される。測定器100は、第1のずれ量及び第2のずれ量を求めるための複数の測定値(測定値群)を取得する。該方法では、測定値群に基づいて求められる第1のずれ量及び第2のずれ量から、静電チャックESCの中心位置に対するフォーカスリングFRの中心位置のずれ量である第3のずれ量が求められる。そして、第3のずれ量に基づいて、静電チャックESCの中心位置とフォーカスリングFRの中心位置とが一致するように、フォーカスリングFRの搬送位置が調整される。このように、フォーカスリングFRが第2プレート18b上に搬送された後に、第3のずれ量に基づいてフォーカスリングFRの搬送位置の調整が行われることによって、フォーカスリングFRを精度良く搬送することができる。
一つの例示的実施形態において、搬送装置TU2は、チャンバ本体12に気密に接続された空間であるトランスファーモジュールTFに配置されている。この構成では、チャンバ本体12に気密に接続された空間内において、フォーカスリングFRの搬送を行うことができる。この場合、チャンバ本体12を大気開放することなく、フォーカスリングFRの搬送及び位置調整を行うことができる。
一つの例示的実施形態においては、第3のずれ量が閾値を超えているか否かを判定するステップST8を有している。この場合、第3のずれ量が閾値を超えているときに、フォーカスリングFRの搬送位置を調整するステップST9において、フォーカスリングFRの位置が調整される。第3のずれ量に閾値を設けることによって、不要な位置調整を省略することができる。
一つの例示的実施形態においては、フォーカスリングFRの搬送位置を調整するステップST9の後に、搬送位置が調整されたフォーカスリングFRにおける第3のずれ量が閾値を超えているかが確認される。これにより、フォーカスリングFRの搬送の精度をより高めることができる。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、測定器に搭載される第1センサ及び第2センサの数は、上記の実施形態に限定されない。第1センサ及び第2センサの数は、いずれも3つ以上の任意の数であってよい。また、一軸方向におけるずれ量のみを取得したい場合には、センサの数は2つであってもよい。
また、プロセスモジュールのうちの一つをフォーカスリングFRの保管場所として用いる例について説明したが、これに限定されない。例えば、被加工物Wを収容する容器(FOUP)のうちの一つをフォーカスリングFRの保管場所として用いてもよい。
また、プロセスモジュール内においてフォーカスリングの位置調整を行う形態を示したが、位置調整の方法は、これに限定されない。例えば、トランスファーモジュールに隣接した場所に、位置調整用のモジュールを設けてもよい。位置調整用のモジュールは、フォーカスリング及び測定器を載置するための載置台を有する。一例では、モジュールの載置台上にフォーカスリングを搬入した後、同載置台上に載置されたフォーカスリングの内側領域に測定器を搬入する。なお、測定器の搬送位置データは、プロセスモジュールの静電チャックの中心に測定器を搬送できるように事前に調整されている。続いて、フォーカスリングと測定器との互いの位置関係を取得し、測定器及びフォーカスリングを位置調整用のモジュールから搬出する。続いて、取得された位置関係に基づいて、目的とするプロセスモジュールへのフォーカスリングの搬入位置を調整し、フォーカスリングを該プロセスモジュールに搬送する。なお、フォーカスリングを位置調整用のモジュールから搬出する際に、取得された位置関係に基づいて、搬送アームによるフォーカスリングの受取位置を調整してもよい。この場合、搬送アーム上におけるフォーカスリングの中心位置が調整されているので、その状態のまま、目的とするプロセスモジュールにフォーカスリングを搬送すればよい。このように、プロセスモジュール以外の場所でフォーカスリングと測定器との互いの位置関係を把握することにより、プロセスモジュール内におけるフォーカスリングの搬送位置を調整してもよい。これにより、目的とするプロセスモジュール内の所望の位置にフォーカスリングを搬送することができる。
また、フォーカスリングの中心軸線からの測定器の中心軸線のずれ量である第1のずれ量、及び、静電チャックの中心軸線からの測定器の中心軸線のずれ量である第2のずれ量を求める例を示したが、これに限定されない。第1のずれ量は、測定器100の中心軸線からのフォーカスリングの中心軸線のずれ量であってもよい。また、第2のずれ量は、測定器の中心軸線からの静電チャックの中心軸線のずれ量であってもよい。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
1…処理システム、10…プラズマ処理装置(処理装置)、100…測定器、102…ベース基板、104…第1センサ(センサ)、105…第2センサ(センサ)、ESC…静電チャック、FR…フォーカスリング、ST…ステージ。

Claims (5)

  1. フォーカスリングの搬送システムにおける搬送方法であって、
    前記搬送システムは、処理システムと測定器とを含み、
    前記処理システムは、
    チャンバ本体、及び、該チャンバ本体によって提供されるチャンバ内に設けられた、静電チャックを含むステージ、を有する処理装置と、
    前記ステージ上に配置された前記フォーカスリングによって囲まれた内側領域且つ前記静電チャック上に、被加工物を搬送位置データに基づき搬送する搬送装置と、
    を備え、
    前記測定器は、
    前記内側領域且つ前記静電チャック上に該測定器が位置している状態で、前記フォーカスリングの中心位置に対する前記測定器の中心位置のずれ量である第1のずれ量、及び、前記静電チャックの中心位置に対する前記測定器の中心位置のずれ量である第2のずれ量を求めるための測定値群を取得するセンサを備え、
    該方法は、
    前記搬送装置によって前記フォーカスリングを前記ステージ上に搬送するステップと、
    搬送された前記フォーカスリングの前記内側領域且つ前記静電チャック上に前記測定器を前記搬送装置によって搬送するステップと、
    搬送された前記測定器によって前記測定値群を取得するステップと、
    前記測定値群に基づいて、前記第1のずれ量及び前記第2のずれ量を求めるステップと、
    前記第1のずれ量及び前記第2のずれ量に基づいて、前記静電チャックの中心位置に対する前記フォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求めるステップと、
    前記第3のずれ量に基づいて、前記静電チャックの中心位置と前記フォーカスリングの中心位置とが一致するように前記フォーカスリングの搬送位置を前記搬送装置によって調整するステップと、を含む、搬送方法。
  2. 前記搬送装置は、前記チャンバ本体に気密に接続された空間に配置されている、請求項1に記載の搬送方法。
  3. 前記第3のずれ量が閾値を超えているか否かを判定するステップを有し、
    前記フォーカスリングの搬送位置を調整するステップでは、前記第3のずれ量が閾値を超えていると判定された場合に前記フォーカスリングの位置を調整する、請求項1又は2に記載の搬送方法。
  4. 前記フォーカスリングの搬送位置を調整するステップの後に、前記搬送位置が調整された前記フォーカスリングにおける前記第3のずれ量が前記閾値を超えていないか否かを確認するステップを更に備える、請求項3に記載の搬送方法。
  5. フォーカスリングの搬送システムであって、
    前記搬送システムは、処理システムと測定器とを含み、
    前記処理システムは、
    チャンバ本体、及び、該チャンバ本体によって提供されるチャンバ内に設けられた、静電チャックを含むステージ、を有する処理装置と、
    前記フォーカスリングを前記ステージ上に搬送するとともに、前記フォーカスリングによって囲まれた内側領域且つ前記静電チャック上に、前記測定器を搬送するする搬送装置と、
    を備え、
    前記測定器は、前記内側領域且つ前記静電チャック上に該測定器が位置している状態における、前記フォーカスリングの中心位置に対する前記測定器の中心位置のずれ量である第1のずれ量、及び、前記静電チャックの中心位置に対する前記測定器の中心位置のずれ量である第2のずれ量に基づいて、前記静電チャックの中心位置に対する前記フォーカスリングの中心位置のずれ量である第3のずれ量を求め、
    前記搬送装置は、前記第3のずれ量に基づいて、前記静電チャックの中心位置と前記フォーカスリングの中心位置とが一致するように前記フォーカスリングの搬送位置を調整する、搬送システム。
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