JP2021521651A - 半導体処理のための無線基板状ティーチングセンサ - Google Patents

半導体処理のための無線基板状ティーチングセンサ Download PDF

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Abstract

搬送座標をロボット基板ハンドリングシステムにティーチングするための無線基板状センサ（１００）が提供される。センサ（１００）は、ロボット基板ハンドリングシステムによってハンドリングされる基板のようなサイズおよび形状のベース部（１０４）を包含する。電子機器ハウジング（１０２）は、ベース部（１０４）に連結される。電源モジュール（２００）は、電子機器ハウジング（１０２）内に配置され、センサ（１００）の構成要素に電力供給するように構成される。少なくとも一つのエッジカメラ（１０８、１１０、１１２、１１４）は、ベース部（１０４）のエッジ（１１６）の近くに配置される。少なくとも一つのエッジカメラ（１０８、１１０、１１２、１１４）は、無線基板状センサ（１００）の少なくとも一つのエッジカメラ（１０８、１１０、１１２、１１４）の視野内の対象物のアライメントフィーチャ（１３２）を撮像する視野を有する。コントローラ（２０６）は、電子機器ハウジング（１０２）内に配置され、少なくとも一つのエッジカメラ（１０８、１１０、１１２、１１４）に連結される。コントローラ（２０６）は、少なくとも一つのエッジカメラ（１０８、１１０、１１２、１１４）から画像を取得し、アライメントフィーチャ（１３２）の場所を決定し、決定された場所をロボット基板ハンドリングシステムに提供するように構成される。

Description

［発明の背景］
ほとんどすべての現代の電子機器は、集積回路を使用する。これらの集積回路は、半導体処理施設で半導体材料、例えば、シリコンを使用して生産される。半導体は、一般的に、処理されて数百または数千の集積回路にされる潜在力がある丸い薄型ウェーハの形態で提供される。
半導体処理施設は、自動化されたロボットを使用して、処理チャンバ内で材料を扱う。ウェーハは、高い精度および再現性で処理するために、位置決めされなければならない。ウェーハは、破片を生じさせ得る衝突を避けるために、それらの保管場所に慎重に戻されなければならず、破片やほこりが処理歩留まりに有意な悪影響を有し得ることから、処理環境は、極めてクリーンであることが必要とされる。
半導体処理のためのウェーハハンドリングシステムは、多くの形態を取り得る。これらのシステムは、保管ポッドからウェーハを取り出し、ウェーハを処理ステーションに移動させ、ウェーハを処理ステーション間で移動させおよび／または処理されたウェーハをポッドに戻すために採用される。通常、ウェーハハンドリングシステムは、ウェーハ取り出し／交換のためにポッドに挿入される形状およびサイズの、エンドエフェクタを有するロボットアームを包含する。エンドエフェクタは、運搬中にそれが滑ったり、ずれたりしないことを確実にするために、ウェーハをグリップないしは付着するための真空システムを包含し得る。
エンドエフェクタは、正確さで位置決め可能でなければならない。ウェーハハンドリングシステムにおける位置決め誤差は、ウェーハ、エンドエフェクタおよび／または半導体処理システムの他の構成要素間の不測の接触を引き起こし得る。小さい影響でさえも他のウェーハを汚染し得るパーティクルを払い落し得、結果として非常に高コストのスクラップを生む。
一部の処理工程では、ウェーハ表面にわたる均一なプロセス結果を確保するために、処理ツール上でウェーハを非常に正しくセンタリングすることが必要である。それゆえに、ハンドリングシステム位置決め誤差は、最小限にされなければならない。
半導体処理中、ウェーハは、一般的に、「プロセスチャック」と一般的に呼ばれるプラットフォームに搬送され、その上で適切に位置決めされる必要がある。プロセスチャックは、一つまたは複数のプロセス工程中、ウェーハを保持する装置である。それは、多くの場合、ウェーハのサイズおよび円形形状に近い。チャックは、真空開口も有し得、ウェーハがプロセスチャック上に設置されるとき、真空を使用してそれがそこにしっかりと保持され得るようにする。ウェーハがプロセスチャック上に正確に設置されない場合、ウェーハのエッジダイは、正確に処理されない。これらのダイは、瑕疵を有し、結果として歩留まりの損失を生む。一部の処理工程、例えば、イオンエッチングおよびその他については、チャックは、プロセスをガイドするのに役立つ特別な側壁を包含し得る。ウェーハは、プロセスを成功させるために、側壁内に非常に正しく設置されなければならない。
位置の誤差を減らすために、ウェーハハンドリングシステムをプロセスツール、ウェーハ保管搬送ポッドまたは両方において知り得たマーカーに定期的に再アライメントすることは有効である。これは、ウェーハハンドリングシステムの座標系と半導体処理システムの座標系との間のいかなる相違も減らすまたは排除するための、ウェーハハンドリングシステムに対するウェーハ搬送座標の「ティーチング」と一般に呼ばれる。一つの市販されているシステムは、ミネソタ州ゴールデンバレーのCyberOptics CorporationによってWaferSense ATSの商品名で販売されている。WaferSense ATS（オートティーチングシステム）は、マシンビジョンを使用して、ウェーハ搬送座標をウェーハハンドリングシステムにティーチングするのに役立つ校正された「目」を提供する。このシステムは、ウェーハ状に形作られたセンサを採用し、それがまさしくプロセスウェーハのようにハンドリングされ得るようにする。このようにして、センサは、プロセスチャンバを開けることなくロボットハンドオフを測定するために、半導体処理システムを動き回ることができる。プロセスチャンバを開けることおよび閉めることは、費用のかかる数時間から数日続く生産の中断であり得る。ウェーハ状センサは、プリアライナーやロードロックのように到達するのが難しいステーションにもアクセスし得る。WaferSense ATSセンサは、円形ターゲットフィーチャ、例えば、チャックの中央穴を認識するようにティーチングされる、マシンビジョンおよびその搭載信号処理を使用して、センサの校正された幾何学的中心からターゲットフィーチャの中心までのＸ−Ｙ−Ｚオフセットを測定する。ＡＴＳセンサは、機器ユーザが機器メンテナンス中にチャンバを開けることなく時間を削減することを可能にし、正しいロボットティーチングは、ウェーハがプロセスチャックの中心に適切に搬送されることを確実にする。
現在のＡＴＳセンサは、ウェーハチャックの中心に丸い形状のターゲットを必要とし、ＡＴＳがウェーハとチャックとの間の偏位を計算するためにそれを使用することができるようにする。また、ロボットブレードまたはエンドエフェクタは、妨げのない開口部またはポートを有する必要があり、ＡＴＳセンサのカメラがプロセスチャックの丸い形状を見つけるためにそれを通して見ることができるようにする。しかしながら、有意なパーセンテージの半導体処理機器（〜＞７０％）は、プロセスチャック上に丸い形状のターゲットを有しないか、エンドエフェクタは、必要とされる中央開口部を有しない。これらの場合、現在のＡＴＳセンサは、限定的であり、ウェーハ搬送座標をウェーハハンドリングシステムにティーチングするのに好適でない場合がある。それゆえに、プロセスチャックの中央開口またはエンドエフェクタの中央開口部なしでティーチング機能を実施する、ウェーハハンドリングシステムのための自動ティーチングセンサを提供することは、有益である。そのようなセンサは、自動ウェーハ搬送座標ティーチングの恩典がより多くの適用に到達することを可能にするであろう。
搬送座標をロボット基板ハンドリングシステムにティーチングするための無線基板状センサが提供される。センサは、ロボット基板ハンドリングシステムによってハンドリングされる基板のようなサイズおよび形状のベース部を包含する。電子機器ハウジングは、ベース部に連結される。電源モジュールは、電子機器ハウジング内に配置され、センサの構成要素に電力供給するように構成される。少なくとも一つのエッジカメラは、無線基板状センサのベース部のエッジの近くに配置される。少なくとも一つのエッジカメラは、無線基板状センサの少なくとも一つのエッジカメラの視野内の対象物のアライメントフィーチャを撮像する視野を有する。コントローラは、電子機器ハウジング内に配置され、少なくとも一つのエッジカメラに連結される。コントローラは、少なくとも一つのエッジカメラから画像を取得し、アライメントフィーチャの場所を決定し、決定された場所をロボット基板ハンドリングシステムに提供するように構成される。
本発明の一つの態様に従ったプロセスチャックエッジ検出を有する基板状センサの概略図である。 本発明の一つの態様に従ったプロセスチャックエッジ検出を有する基板状センサの概略図である。 本発明の一つの態様に従ったプロセスチャックエッジ検出を有する基板状センサの概略図である。 エッジカメラの視野（ＦＯＶ）内のチャックエッジの一部分を撮像する、改善されたセンサのエッジカメラの概略図であり、ＦＯＶが点光源によって照らされる。 カメラによって撮像され得る構造化光の例を図示する概略図であり、その後の画像がセンサによってレンジの正しい決定のために処理される。 本発明の態様に従った無線ウェーハ状ティーチングセンサの概略図である。 本発明の態様に従った無線ウェーハ状ティーチングセンサの概略図である。 発明の一つの態様に従ったウェーハハンドリングロボットをトレーニングする方法のフロー図である。
半導体処理ツールのための公知のオートティーチングシステムは、通常、プロセスチャック（ウェーハプラットフォーム）上の単一のセンタリングされた円形対象物を探す、単一のセンタリングされたカメラを採用する。このカメラは、センサボディと垂直に、ほぼ完全に真っすぐに見下ろす。カメラ画像内の円形対象物を探し出し、その中心を校正されたセンサ中心と比較するために、比較的単純な処理が使用される。照明は、カメラのＦＯＶを取り囲むリングライトによって提供される。
本明細書に記載された態様に従って、半導体処理ツールのためのオートティーチング無線基板状センサには、センサの外側エッジの近くに位置付けられた複数のカメラが提供される。新たなシステムおよび方法は、プロセスチャックの物理的なエッジを見て、センサに対するその位置および／または曲率を測定するために、センサのエッジの近くに位置付けられた一つまたは複数のカメラを使用する。一つまたは複数のエッジカメラに見えるアライメントマークは、チャックエッジの代わりにまたはそれに加えて使用され得る。これらのカメラは、中心カメラなしで使用され得るか、またはそれらは、中心カメラを補うために使用され得る。これらのエッジ観察カメラの視線は、センサと名目上同じ径であるプロセスチャックのエッジを見るために、比較的大きい視野角に対応しなければならない。この視野角が横方向の位置（ＸＹ）をカメラからプロセスチャックまでの距離（Ｚまたはレンジ）と強く結び付けるため、正しいＸＹを報告するためにはＺ（レンジ）を正しく知ることが重要である。一つの態様では、Ｚレンジ測定は、構造化照明で実施されるため、各エッジカメラがある種の構造化光を採用するイルミネータとペアを成し、それと校正されることが重要である。この構造化光およびカメラとイルミネータの校正は、チャックエッジまでのレンジの正しい決定およびレンジのわずかな変化によって引き起こされる横方向のずれに対する補償を可能にする。これは、無線基板状センサとエッジカメラの場所におけるプロセスチャック表面との間の正しいＺ（隔たり）を計算し、報告するやり方も提供する。本発明の他の態様は、カメラからチャックまでのレンジを決定するための他の方法を使用し得る。Ｚを取得するためのもう一つの方法の例は、超音波測距または飛行時間によるものである。
カメラ視野は、各視野の位置をすべての他の視野におよびセンサの単一の総合的な座標系に正しく関連させるために、追加的に校正されるべきである。一つのカメラ視野、例えば、中央カメラの視野は、単一の総合的な座標系を定義するために使用され得る。あるいは、単一の総合的な座標系は、センサの物理的なフィーチャ、例えば、センサの外側エッジ、アライメントノッチまたはアライメント穴に基づいて定義され得る。
本明細書に記載された態様は、一般的に、プロセスチャックの幾何学的なフィーチャ（例えば、エッジ）を撮像するために、基板状センサ上に配置された複数のカメラを活用する。したがって、センタリングされた円形マーカーのみを使用する代わりに、ここでは、プロセスチャックのエッジまたはエッジの近くの他のアライメントマーキングの検出を使用して、エンドエフェクタとプロセスチャックをアライメントすることが可能である。無線基板状センサは、処理されるべきウェーハと同様の形状およびサイズである。加えて、複数のカメラの視野内の他のアライメントフィーチャは、エンドエフェクタを再センタリングおよび再アライメントするために、システムがＸおよびＹ距離ならびに任意でＺ距離および角度配向を自動的に計算するための基準として使用され得る。
図１Ａから１Ｃは、一つの態様に従った改善されたチャックエッジ検出を有する無線基板状センサの概略図である。図１Ａは、上面図を示し、一方で、図１Ｂが側面図を示し、図１Ｃが底面図を示す。
図１Ａおよび１Ｃは、その中に電子機器（図４に関してより詳述される）を内蔵する円形隆起部分１０２を有する円形形状を有する無線基板状センサ１００を示す。基板状センサが円形形状（円形ウェーハに類似した）を有する本発明の態様が一般的に記載される一方で、同じく他の形状も使用され得ることが明確に企図される。基板状フィーチャの重要な側面は、それが、基板が処理されるときと同じように、センサ１００が処理環境内を移動することを可能にすることである。したがって、レチクル処理施設では、基板状センサは、長方形に形作られ得る。図１Ａおよび１Ｃに示された態様では、センサ１００は、好ましくは、処理されたウェーハと同じ径を有するベース部を包含する。一つの例では、外径は、３００mm径ウェーハを処理した処理システムに対しては３００mmである。もう一つの態様では、ベース部１０４は、２００mmウェーハを処理するシステムに対して２００mmの径を有する。ベース部１０４は、好ましくは、比較的硬質な材料、例えば、カーボンファイバーまたは化学的に強化されたガラス（例えば、ミシガン州ミッドランドのDow Corningから入手可能なGorilla Glass）で形成される。
図１Ｃは、センサ１００の外側エッジ１１６の近くに配置された四つの追加のカメラ１０８、１１０、１１２および１１４と一緒に提供された中央カメラ１０６を示す。センサ１００は、一つまたは複数の構造化照明光源（図２に示される）も包含する。好ましくは、構造化イルミネータまたは構造化照明光源は、カメラ１０８、１１０、１１２および１１４の各々に提供される。図１Ｃに示された態様では、四つのカメラ１０８、１１０、１１２および１１４は、センサ１００のエッジ１１６の近くに約９０度離れて配置される。しかしながら、当業者は、より多くのまたはより少ない外側カメラが本発明の態様に従って使用され得ることを認識する。さらに、外側エッジカメラ１０８、１１０、１１２および１１４が互いから等間隔に設けられる一方で、カメラ間の間隔が等しくない本発明の態様が実践され得ることも企図される。
図２は、エッジカメラ１０８の視野（ＦＯＶ）１３３内のプロセスチャックエッジ１３２の部分１３０を撮像する、無線基板状センサのエッジカメラ、例えば、カメラ１０８の概略図であり、ＦＯＶ１３３が構造化イルミネータ１３６（点光源として概略的に図示される）によって照らされる。この実例は、ペアを成しているカメラとイルミネータを示すことを意図している。先に明記したように、カメラとイルミネータのペアリングは、プロセスチャック１３８のエッジ１３２までのレンジの正しい決定を可能にするカメラの校正を容易にする。カメラ１０８は、視野の有効な画像を取得する能力がある任意の好適な装置であり得る。カメラ１０８は、モノクロカメラまたはカラーカメラであり得る。一般的に、カメラ１０８も同じくカメラ１１０、１１２および１１４も、エリアアレイ装置、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像装置である。これらのカメラは、カメラ内のアレイ上に像を結ぶために、好適な光学システム（別途図示せず）を包含する、または、に連結され得る。
図３は、レンジの正しい決定のために校正され、使用され得る構造化照明の非常に単純な例を図示する概略図である。図３では、構造化照明は、単一のドットの形態である。校正を通じて、ドット１４０のサイズおよび基準位置は、センサコントローラ（図４に示される）が知り得ている。ドット１４０の画像がカメラ、例えば、カメラ１０８によって取得されるとき、画像内のドット１４０の見かけのサイズおよび場所を、知り得た校正情報と対比することは、カメラ／イルミネータペアが正しいレンジ（すなわち、対象物までの距離）決定を提供し得ることを容易にする。高さに対するカメラの画像内の構造化照明の位置は、画像内の観察された位置が正しいＺ測定をするために処理され得るように校正される。図３は、単純な例を示すが、当業者は、構造化照明パターンが多くの形態、例として、非限定的に、一つのドット、二つ以上のドット、十字、円、複数の線、正弦的に変動するパターン、菱形および碁盤目状を取り得ることを認識する。
図４Ａは、本発明の一つの態様に従った無線ウェーハ状ティーチングセンサの概略図である。図４Ａは、本発明の態様に従った円形隆起部分１０２内の回路の概略図である。示されたように、電源モジュール２００は、好ましくは、センサ１００に電力供給するために、それが半導体処理施設内を移動するので、バッテリ２０２を包含する。好ましくは、バッテリ２０２は、再充電可能なバッテリである。電源モジュール２００は、「すべてへ」と標識付けされた矢印２０４によって表されるセンサ１００の様々な他の構成要素に必要電力を提供するように構成される。一つの例では、電源モジュール２００は、Texas Instrumentから商品名TPS5602で入手可能な電源管理集積回路を包含し得る。
コントローラ２０６は、電源モジュール２００に連結され、そこから電力を受け取る。コントローラ２０６は、それが連結されるカメラから画像データを取得するために、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせを通じてプログラムで命令を実行するように構成される。コントローラ２０６は、画像を、それらが保存または処理され得るセンサウェーハの外部の受け取りハードウェアに送信するための通信回路２０７を採用するように構成され得る。好ましい態様では、センサコントローラは、基準場所（例えば、プロセスチャックのエッジ部分）を示唆している画像内のフィーチャを識別し、基準場所と保存された校正情報に基づいて基準位置（すなわち、プロセスチャックの中心）を計算するための処理を実行する。さらに、コントローラ２０６は、ロボットハンドリングシステムに基準位置をティーチングするために、基準位置を示唆している情報をロボットハンドリングシステムまたは他の好適な装置に送信するための通信回路２０７を採用するように構成される。一つの例では、コントローラは、マイクロプロセッサ、例えば、Texas Instrumentsから入手可能な、商品名TMS320C6211で販売されているそれである。コントローラ２０６は、任意のタイプのメモリの形態を取り得るメモリ２０８にも連結される、またはそれを包含する。しかしながら、好ましくは、メモリ２０８は、好ましくは、少なくとも１６Ｍ×１６のサイズを有するシンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）のモジュールを包含する。メモリ２０８も、好ましくは、２５６Ｋ×８のサイズを有するフラッシュメモリも包含する。フラッシュメモリは、プログラムとしてのそのような不揮発性データ、校正データおよび／または必要とされ得る追加の他の不変データを保存するために有効である。ランダムアクセスメモリは、揮発性データ、例えば、取得された画像またはプログラム動作に関連するデータを保存するために有効である。メモリ２０８は、コントローラ２０６によって実行されるときに本明細書に記載された機能を実施する命令を含有する。
照明モジュール２１０は、コントローラ２０６にも同じく構造化イルミネータ２１２、２１４、２１６および２１８にも連結される。各構造化イルミネータ２１２、２１４、２１６、２１８は、好ましくは、ベース部１０４の裏面上にカメラ１０８、１１０、１１２および１１４のそれぞれの近くに位置付けられる。構造化イルミネータは、各カメラ／イルミネータペアのためのレンジの校正を可能にする特定の構造、例えば、図３に示される、を有する照明を発生させる。構造化光イルミネータは、好適な画像が記録されることを可能にするために、カメラＦＯＶに十分なモノクロまたは多色光を採用し得る。構造化イルミネータは、ＬＥＤ、レーザーダイオードまたは任意の他の好適な装置を含むことができる。
図４Ａに示されたように、コントローラ２０６は、すべてのカメラ２２０、２２２および２２４に連結される。カメラ２２０は、先行技術で使用されるカメラに類似した中央カメラであり得る。さらに、カメラ２２０がプロセスチャック上の中央開口の妨げのない視野を有する環境では、コントローラ２０６は、先行技術を使用して座標ティーチングを実施し得る。コントローラ２０６は、本発明の態様に従った座標ティーチングを提供するために、様々なエッジカメラ２２２、２２４にも連結される。カメラ２２４は、任意の好適な数のエッジカメラ２２２、２２４が使用され得ることを表すために、図４では「カメラ（ｎ）」と標識付けされている。さらに、コントローラ２０６は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせを通じて、カメラ２２０が妨げられた視界を有するかどうかまたはプロセスチャック上に中央開口もしくはフィーチャが提供されていないかどうかを決定し、プロセスチャックの中心を計算するためにエッジカメラを自動的に採用するように適応され得る。
通信回路２０７は、コントローラ２０６が半導体処理環境内で動作中に、好ましくは双方向で、通信することを可能にするために、コントローラ２０６に連結される。通信回路２０７は、任意の好適な無線通信プロトコルおよび／または周波数を採用し得る。一つの例では、通信回路は、Bluetooth SIG（www.bluetooth.com）から入手可能な、周知のBluetooth規格であるBluetooth Core Specification Version 1.1（２００１年２月２２日）に従っておよそ２．４GHzで動作する。回路２０７の一つの例は、商品名WML-C11でMitsumiから入手可能である。
より高い精度および正確さを提供するために、本明細書に記載された態様は、一般的に、各エッジカメラ／イルミネータペアの校正を容易にし、プロセスチャックのエッジまでのレンジが正しく決定され、レンジの変化によって引き起こされる横方向のずれに対して補償するために使用され得るようにする。一つの態様に従って、センサは、知り得たレンジを有する精密な治具または校正器に設置される。少なくとも一つのエッジカメラは、一つまたは複数の知り得たレンジにおける一つまたは複数の画像を記録させられる。コントローラ２０６は、その後、取得された一つまたは複数の画像を処理して、一つまたは複数の画像内の構造化照明の外観を知り得たレンジに関連付ける。校正方法は、ティーチング中に使用される校正情報を構築して、画像内の構造化光の外観からレンジを測定する。この校正情報は、ルックアップテーブルまたは校正情報の関数的表現の係数の形態であり得る。コントローラによる校正情報の使用は、保存された校正点間の内挿または保存された校正の範囲を超えた外挿を伴い得る。さらに、センサが環境的な変化に対して感受性が高い場合があることから、校正情報は、温度、湿度、圧力および他の環境的な変数の補助的な測定への依存を含有し得る。
図４Ｂは、本発明のもう一つの態様に従った無線ウェーハ状ティーチングセンサの概略図である。図４Ｂに示された態様は、図４Ａに示された態様と多くの類似性があり、同種の構成要素が同様に番号付けられる。態様間の主な違いは、構造化イルミネータの代わりに測距装置４１２、４１４、４１６および４１８が使用され得ることを図４Ｂが示していることである。これらの測距装置は、無線基板状センサから対象物またはプロセスチャックまでのレンジまたは距離を決定するための任意の好適な技術を利用し得る。好ましい態様では、測距装置４１２、４１４、４１６および４１８は、コントローラ２０６に連結される測距装置回路４１０によって駆動ないしは制御される。図４Ｂが多数の測距装置が使用されていることを示す一方で、本発明の態様が、センサの傾斜／先端の示度を提供するために、無線基板状センサに取り付けられ、コントローラに連結された傾斜／先端センサ４２０と組み合わせて、単一の測距装置で実践され得ることが明確に企図される。そのような傾斜／先端センサは、単一の構造化イルミネータ、例えば、先に記載されたそれらと組み合わせて使用されることもできる。
図５は、本発明の一つの態様に従ったウェーハハンドリングロボットをティーチングする方法のフロー図である。方法３００は、センサが半導体ハンドリングロボットのエンドエフェクタ上に装着ないしは配置されるブロック３０２で開始する。これは、技術者がエンドエフェクタ上にセンサを設置することによって手動で３０４、または知り得たセンサ場所、例えば、ベースステーション、またはウェーハハンドリングカセットもしくはポッド内のある場所から半導体ハンドリングロボットがセンサを回収させることによって自動的に３０６行われ得る。次に、ブロック３０８では、センサは、半導体ハンドリングロボットによって搬送位置に隣接させられる。本明細書で定義したように、搬送位置は、半導体基板、例えば、ウェーハまたはレチクルが半導体ハンドリングロボットのエンドエフェクタから離れる、または半導体ハンドリングロボットのエンドエフェクタによってピックアップないしは係合される、半導体処理施設内の任意の場所である。それゆえに、プロセスチャックは、そのような搬送位置の一つである。
ブロック３１０において、センサは、搬送位置の少なくとも一つのエッジ画像を取得する。一つの例では、搬送位置は、円形プロセスチャックである。ブロック３１２に示されたように、本発明の態様がプロセスチャックのエッジをカバーするＦＯＶを有する単一のカメラで実践され得ると考えられる。例として、取得された画像では、曲線外側エッジは、画像処理装置、例えば、コントローラ２０６によって識別され得る。曲線エッジは、円にあてはめられることができ、あてはめられた円から中心が見つけられる。それゆえに、センサがプロセスチャックの中心を見ることができない場合、または中心が基準フィーチャ、例えば、開口を有しない場合でさえ、本明細書に記載された態様は、依然として、半導体ハンドリングシステムにウェーハ搬送座標の自動ティーチングを提供し得る。単一のエッジカメラを使用して本発明の態様を実践することが可能であると考えられる一方で、符号３１４で表され、図１Ｃに示されたように、より高い精度が複数のカメラによって達成され得ると考えられる。
次に、ブロック３１６において、コントローラ、例えば、コントローラ２０６は、プロセスチャックの曲線エッジの一つまたは複数の画像を使用してプロセスチャックの中心位置を計算する。中心計算は、任意の好適なやり方で行われ得る。各カメラ画像内で識別された円形エッジ円弧は、組み合わせられ、その後、コントローラ２０６に保存された方法を使用して、単一の円に数学的にあてはめられる。あるいは、各カメラのエッジ円弧は、その自身の円にあてはめられることができ、各カメラ由来の円の中心は、好適に組み合わせられて、単一の中心結果にたどり着き得る。追加のエッジカメラを加えることは、センサの精度をさらに改善する。最後に、ブロック３２０において、センサは、搬送位置をハンドリングシステムにティーチングするために、計算された中心座標をハンドリングシステムに提供する。好ましくは、これは、無線通信を使用して、例えば、無線通信回路２０７を使用して行われる。
当業者は、多数の変形態様が本発明の本質および範囲を逸することなく成され得ることを理解する。変形態様の例は、様々な形態、例えば、正弦曲線や菱形の繰り返しの構造化照明を提供することを包含する。Ｚレンジは、先に詳述したように構造化照明を使用して光学的にのみならず、他の手段、例えば、超音波もしくは容量測距またはチャックとセンサの相対的傾きの正しい決定と組み合わせた単一の点における様々な手段を通じた測距の組み合わせを通じても決定され得る。さらに、二つ以上のカメラは、単一の照明光源と関連付けられ得、および／または二つ以上の照明光源が単一のカメラと関連付けられ、またはペアになり得る。一つのまたは両方のイルミネータの照明は、単一の波長または複数の波長であり得る。同様に、カメラは、カラーまたはモノクロ画像の検出および潜在的な記録のために使用され得る。単一のまたは複数の画像は、所望のＸＹ位置結果に到達するために使用され得る。最後に、高さ（Ｚ）値は、正しいＸおよびＹを決定することとは別の目的のために使用され得る。
本発明が好ましい態様を参照しながら記載されてきたものの、当業者は、本発明の本質および範囲を逸することなく形態および詳細の変更が成され得ることを認識する。

Claims (36)

  1. 搬送座標をロボット基板ハンドリングシステムにティーチングするための無線基板状センサであって、センサが、：
    ロボット基板ハンドリングシステムによってハンドリングされる基板のようなサイズおよび形状のベース部と；
    ベース部に連結された電子機器ハウジングと；
    電子機器ハウジング内に配置され、センサの構成要素に電力供給するように構成された電源モジュールと；
    ベース部のエッジの近くに配置され、無線基板状センサの少なくとも一つのエッジカメラの視野内の対象物のアライメントフィーチャを撮像する視野を有する、少なくとも一つのエッジカメラと；
    電子機器ハウジング内に配置され、少なくとも一つのエッジカメラに連結され、少なくとも一つのエッジカメラから画像を取得し、アライメントフィーチャの少なくとも一つの画像に基づいて対象物の場所を決定するように構成され、決定された場所を提供するように構成されるコントローラとを含む、
    無線基板状センサ。
  2. 決定された場所がロボット基板ハンドリングシステムに提供される、請求項１記載の無線基板状センサ。
  3. 決定された場所がユーザに提供される、請求項１記載の無線基板状センサ。
  4. ベース部の中央領域に配置され、無線基板状センサの下に位置付けられた対象物の中央部分を撮像するように構成された追加のカメラをさらに含む、請求項１記載の無線基板状センサ。
  5. アライメントフィーチャがプロセスチャックの丸いエッジである、請求項１記載の無線基板状センサ。
  6. 対象物がプロセスチャックである、請求項１記載の無線基板状センサ。
  7. アライメントフィーチャが対象物上のアライメントマーキングを包含する、請求項１記載の無線基板状センサ。
  8. 無線基板状センサと対象物との間のレンジの示度を提供するために、ベース部に対して取り付けられ、コントローラに動作可能に連結された測距装置をさらに含む、請求項１記載の無線基板状センサ。
  9. 無線基板状センサの先端および傾斜を測定するために、コントローラに動作可能に連結された傾斜／先端センサをさらに含む、請求項８記載の無線基板状センサ。
  10. カメラ画像からＸＹ座標を正確に報告するために、コントローラがレンジの示度を利用するように構成される、請求項９記載の無線基板状センサ。
  11. 少なくとも一つのエッジカメラが四つのエッジカメラを包含し、各々がベース部のエッジに接近して配置される、請求項１記載の無線基板状センサ。
  12. 一つまたは複数の点でＺを決定するために、一つまたは複数の測距センサをさらに含む、請求項１記載の無線基板状センサ。
  13. ベース部に対して少なくとも一つのエッジカメラに接近して取り付けられた構造化イルミネータをさらに含み、構造化イルミネータが少なくとも一つのエッジカメラの視野内に構造化照明を発生させるように構成される、請求項１記載の無線基板状センサ。
  14. 無線基板状センサが少なくとも四つのエッジカメラと、各それぞれのエッジカメラに接近して配置される構造化イルミネータを含む、請求項１３記載の無線基板状センサ。
  15. 構造化照明がドット、円、プラス記号、複数の平行線、ＸおよびＹの少なくとも一つの方向に正弦的に変動する強度パターン、菱形形状および碁盤目状からなる群より選択される形態である、請求項１３記載の無線基板状センサ。
  16. 構造化照明に基づいて見かけのレンジを校正するために、構造化照明が校正動作を可能にするように構成される、請求項１３記載の無線基板状センサ。
  17. コントローラがエッジカメラと構造化イルミネータの各ペアに対して校正動作を実施するように構成される、請求項１６記載の無線基板状センサ。
  18. カメラ画像内の構造化照明の外観に基づいて見かけのレンジを正しく計算するために、コントローラが保存された校正情報を利用するように構成される、請求項１６記載の無線基板状センサ。
  19. カメラ画像からＸＹ座標を正確に報告するために、コントローラが測定された見かけのレンジを利用するように構成される、請求項１６記載の無線基板状センサ。
  20. 対象物の中央開口を撮像しようと試み、対象物の中央開口を撮像する試みが失敗した場合、少なくとも一つのエッジカメラを選択的に係合するために、コントローラがセンサベースの中心に接近してカメラを採用するように構成される、請求項１記載の無線基板状センサ。
  21. 少なくとも一つのエッジカメラがモノクロカメラである、請求項１記載の無線基板状センサ。
  22. 少なくとも一つのエッジカメラがカラーカメラである、請求項１記載の無線基板状センサ。
  23. センサが半導体ウェーハに実質的に類似した形態を有する、請求項１記載の無線基板状センサ。
  24. センサが半導体プロセスレチクルに実質的に類似した形態を有する、請求項１記載の無線基板状センサ。
  25. 半導体処理ツールのロボットマニピュレータによって保持されたセンサに対する半導体処理ツールのプロセスチャックの位置を測定する方法であって、方法が、：
    少なくとも一つのエッジ検出カメラを有するセンサを提供する工程と；
    少なくとも一つのエッジ検出カメラにプロセスチャックの丸い外表面の少なくとも一つの画像を取得させる工程と；
    プロセスチャックの丸い外表面の少なくとも一つの画像を解析することに基づいてプロセスチャックの中心の位置を計算する工程と；
    プロセスチャックの中心の計算された位置をロボットマニピュレータのコントローラに通信する工程と、
    を含む方法。
  26. 少なくとも一つのエッジカメラの各々に対して構造化イルミネータを提供する工程と、測距のために各カメラ／イルミネータペアを校正するために、構造化照明を使用する工程とをさらに含む、請求項２５記載の方法。
  27. プロセスチャックの丸い外表面の少なくとも一つのその後の画像を取得するために、校正されたセンサを使用する工程をさらに含む、請求項２６記載の方法。
  28. 横方向の（ＸＹ）およびレンジ（Ｚ）距離を計算するために、保存された校正情報を使用する工程をさらに含む、請求項２５記載の方法。
  29. 計算された位置を通信する工程が計算された位置を示唆している無線データをロボットマニピュレータのコントローラに送信することを包含する、請求項２５記載の方法。
  30. 少なくとも一つのエッジ検出カメラが四つのエッジ検出カメラを包含し、チャックの位置を計算する工程が各エッジ検出カメラからの少なくとも一つの画像を解析することを包含する、請求項２５記載の方法。
  31. 半導体処理ツールのロボットマニピュレータによって保持されたセンサに対する半導体処理ツール内の対象物の位置を測定する方法であって、方法が：
    少なくとも一つのエッジ検出カメラを有するセンサを提供する工程と；
    少なくとも一つのエッジ検出カメラに少なくとも一つのカメラの視野内に位置付けられた対象物のアライメントマークの少なくとも一つの画像を取得させる工程と；
    アライメントマークの少なくとも一つの画像に基づいて対象物のアライメントマークの位置を計算する工程と；
    計算された位置をロボットマニピュレータのコントローラに通信する工程と
    を含む方法。
  32. 少なくとも一つのエッジカメラの各々に対して構造化イルミネータを提供する工程と、測距のために各カメラ／イルミネータペアを校正するために、構造化照明を使用する工程とをさらに含む、請求項３１記載の方法。
  33. チャックエッジの少なくとも一つのその後の画像を取得するために校正されたセンサを使用する工程をさらに含む、請求項３２記載の方法。
  34. 横方向の（ＸＹ）およびレンジ（Ｚ）距離を計算するために、保存された校正情報を使用する工程をさらに含む、請求項３１記載の方法。
  35. 計算された位置を通信する工程が計算された位置を示唆している無線データをロボットマニピュレータのコントローラに送信することを包含する、請求項３１記載の方法。
  36. 少なくとも一つのエッジ検出カメラが四つのエッジ検出カメラを包含し、チャックの位置を計算する工程が各エッジ検出カメラからの少なくとも一つの画像を解析することを包含する、請求項３１記載の方法。
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