JP3982644B2 - 光学的位置較正システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にウェーハハンドリングシステムに関し、特にウェーハ移送アームを較正すること、およびウェーハ処理システム内の領域の間でのウェーハの移送を通してウェーハの向きをモニターするシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチステーションウェーハ処理システムは集積回路および他のウェーハに基づく製品を製造する装置の一部をなす。これらのシステムは典型的に、種々の材料をウェーハに付着させることのできるマルチコーティングステーションを有する。パターン化およびエッチ化ステーションはコーティングステーションの間に配置される。
【０００３】
マルチ処理ステーションを有する一つのシステムが製造の各ステージに対し別個の処理システムを使用する場合以上の多くの利点をもつ。第一に、マルチステーションのウェーハ製造は、ウェーハが各ステーション間で前処理される必要がなく、全システムが容易に自動化できるので、個々の処理システムを使用する場合よりも早い。第二に、ウェーハが製造工程間で汚染されないことから、このようなシステムを使用することで優れた製品を製造することができる。汚染は空気汚染から生じるばかりではなく、上記のような他のソースからも生じる。したがって、可能な限り多くの処理を通して、排気環境下にウェーハを維持することが重要である。マルチステーションシステムにおいて、ウェーハの移送中でさえも、ウェーハは約5×10^-8トルより高い圧力に晒されることがない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
マルチステーションウェーハハンドリングシステムは典型的に、ステーションからステーションへウェーハを移送させるロボット移送アームを使用する。これらアームは、それらが各処理ステーション内の正しい位置にウェーハを配置するように較正されなければならない。もしウェーハが、ステーションに適正に配置されないと、不適正な処理がなされ、したがって、欠陥のある部分が生じる。さらに、この欠陥は容易に判明せず、したがって実質的でそしてコストのかかる処理および試験が、欠陥が識別される前になされる。この問題をさらに悪化させることは、移送アームの較正がなされないと、数十、数百のウェーハが、この欠陥が認識される前に処理され、このことは多額の損失を与えることになる。
【０００５】
移送アームが較正されなければならないと決定されると、全ハンドリングシステムは大気圧まで圧力を上げ、技術者によりアームの較正ができる程度まで十分に分解される。アームは各処理ステーションへ移動させられ、視覚的に位置が調べられる。この視覚的検査に基づいて、アームは調節され、この検査処理が繰り返される。この手順は、システムの使用者がアームの較正について満足するまで続き、そしてシステムは再度組み立てられ、排気される。微細な移送アーム調節および較正が必要となると、この手順は典型的に約16-20時間を要する。さらに、最終的な較正は、それが各処理ステーション内での移送アームの配置を視覚認識のみに基づくために、正確ではない。
【０００６】
ウェーハはしばしば、結晶構造上の向きに基づいて処理を行うために、選択される。この向きは典型的に、ウェーハの周囲に沿ったノッチ、またはフラットの位置により個々に認識される。したがって、ウェーハハンドリングシステムが、各ウェーハの向きを認識し、処理を通してウェーハの適正な整合を維持する何らかの手段を有することは重要である。
【０００７】
現在では、ウェーハの向きはコストのかかるレーザシステムを用いて決定されている。レーザは向きを決定するために各ウェーハを走査し、次に、ウェーハは処理システムに関してウェーハの向きの所望の整合を達成するために回転される。ウェーハの向きが適正に整合されると、使用者は、ウェーハが続くハンドリングおよび処理の間に非整合とならないようにしなければならない。処理の間に非整合となったウェーハは必要な処理を満たさず、したがって、このようなものは排除される。
【０００８】
上記から、システムの真空を解除することなく、またシステムの長い中断をすることなく、マルチステーション処理システムの移送アームを較正する方法が所望されている。さらに、処理の間にウェーハを整合し、その整合を維持する容易な方法も所望されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空を解除することなく、またシステムの中断を最小にして、マルチステーションの処理システムの移送アームを正確に較正する方法およびシステムを提供する。本発明はまた、処理の前にウェーハの結晶構造上の向きを決定し、適正に整合し、さらに処理ステーションの間でのウェーハの移動の間に個々のウェーハの向きをモニターする単純なシステムを提供する。
【００１０】
本発明の一態様において、レチクルがウェーハ移送アームに取り付けられ、ロケーター・マークが各処理ステーション内の既知の位置に配置される。移送アームが「較正」位置に配置されたとき、ロケーター・マークは移送アームが適正に較正されているときのみ、レチクル上の既知の位置と一致する。レチクルおよび重ね合わされたロケーター・マークの像が使用者へと光学的に伝えられる。移送アームが較正許容範囲にないとき、使用者は遠隔より移送アームを所定のところへと移動するように調節できる。そのシステムはまた、移送アームの較正を通常の手順でチェックし、必要な調整を行うように自動化され得る。
【００１１】
本発明の他の態様において、システムはビデオカメラを含み、そのカメラは、ウェーハがシステムのローディングカセットから取り出され、処理の準備がされるとき、向きの印を観測するために使用される。システムはまた、結晶構造上の向きが適正に配置されるまで、各ウェーハを回転させる手段を含む。このシステムは手動により使用されても、自動で使用されてもよい。
【００１２】
本発明の他の実施例において、ウェーハの向きをモニターするシステムが、個々の処理ステーションの近傍に取り付けられる。個々のモニターシステムが、ウェーハが前のステーションから今のステーションへと移送されるときに、各ウェーハ上の向きの印を観測するビデオカメラを使用する。ウェーハ移送操作が向きをモニターする間に、停止される必要がないので、全システムの処理に影響を与えない。動作中、ウェーハがビデオの下を通過するとき、ウェーハの像、したがってその向きの印がデジタル化される。デジタル像は次に、システム内に記憶されたデータと比較される。ウェーハの向きが較正範囲にあるようにウェーハの整合がなされる間中、その処理が続く。ウェーハの向きが不正確であると、ウェーハ識別データはウェーハを続いて除去されるものと認識される。他の実施例において、システムは間違って向けられたウェーハを、再整合のためのウェーハの向きを決定するモジュールに戻すようにプログラムされている。
【００１３】
さらに、本発明の利点は以下の説明、図面を参照することにより明らかになろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図1は在来のマルチステーションウェーハ処理システムの断面図である。領域1はウェーハカセットをロード、アンロードするためのものである。必要ならば、各ウェーハは、ウェーハの結晶構造上の向きを適正に整合させるために、回転ステージ2において回転させることができる。在来のシステムにおいて、ウェーハの向きは、レーザ操作システム（図示せず）を使用して決定される。ウェーハの向きは、ノッチ（図2に示されている）またはフラット（図3に示されている）のような物理的なマーキングに基づいて決定される。整合後に、ウェーハは脱ガスステーション3へと移送される。ステーション3から、ウェーハが複数の処理ステーション4のいずれか一つへと移送される。各処理ステーション4がバルブ6により移送モジュール5から分離され、したがって個々のステーションは移送モジュールで維持される圧力とは異なる圧力で動作できる。ウェーハが伸縮自在なロボット移送アームによりステーションの間で移送される。システムはウェーハ処理速度を増加させるために二つのアーム7を有する。適正に較正をしたときに、移送アーム7は各ステーション4内のゾーン8の中心にウェーハを配置する。
【００１５】
図1に示された従前のシステムにおいて、移送アーム7が較正を必要とするとき、全システムはまず大気圧下に戻されなければならない。次に、カバーが移送モジュール5、各処理ステーションから除去されなければならない。実際の較正を行うために、移送アーム7が、ウェーハを運ぶかのように処理ステーションの一つへと伸長する。次に、操作者がゾーン8に関連して移送アーム7の位置を視覚的に検査する。この検査処理は適正にアーム7をどれだけ調節するかを決定するために各ステーションにおいて実行される。調節の後に、その手順は典型的に、アーム7が適正に較正されたことを確実にするために少なくとも一回以上繰り返される。較正後、移送モジュール5および各処理ステーション4は再度組み立てられ、システム全体が排気される。較正処理は開始から終了まで、一般的に16〜20時間を要する。
【００１６】
図4は、本発明の一態様を含めるために変更された処理システム20の略示である。システム20は移送モジュール21および処理ステーション22を含む。移送アーム23が示され、その一つは伸長位置にある。伸長位置で、移送アームは処理するためにウェーハを搬送するか、または図1に示されているようにアームは較正のための準備のために空になっている。処理台24が処理ステーション22内に含められている。通常の処理条件の下で、ウェーハがアーム23により処理台24の上に配置され、アームは処理ステーション23から（図5に示されているように）引き出され、弁（図示せず）がアクセスポート25のところでステーション22を閉じ、システムは排気され、そしてウェーハは処理される（たとえば、特定の材料でコートされる）。
【００１７】
遠隔位置検知組立体26が移送アーム23内に位置し、ファイバー光学ケーブル31が組立体26から中心プリズム組立体27に位置情報を伝える。
【００１８】
図示の実施例において、組立体26は、処理台24の中心と一致するように移送アームの中心に位置する。しかし、組立体26はまた、図6に示されているように、標準的な移送アーム形状をもつプロングの一つに、または他の場所に配置されてもよい。
【００１９】
図7は検知組立体26の場所からの移送アーム23の断面を図示する。この実施例において、組立体26は処理台24の一部の像を離れたところから見る者に向けるために、ファイバー光学ケーブル31に連結されたプリズム30を使用する。最適で、効率化のために、プリズム30は内側斜面32に反射性コーティングを、直角面33および34に無反射コーティングを有する。無反射コーティングがまた、ファイバー光学ケーブル31の端面に施されている。プリズム30は単純ミラーで置き換えられ得るが、プリズムは温度が上昇しても安定であり、適正な角度で取り付けまた維持できることから好ましい。レチクル40（図8に一つが示されている）が検知組立体26の下方でアームに取り付けられた窓35に付設されるか、またはプリズム面34に直接付設される。好適実施例において、レチクル40は窓 35に刻みつけられたもので、レチクル40は、使用者が適正な整合をなすために移送アーム23をどの程度再配置しなければならないかを正確に決定できるように較正交差線を含む。
【００２０】
処理台24はロケーター・マーク36を含む。ロケーター・マーク36はこの好適実施例において処理台24の面上のへこみであるが、エッチ（刻み）マークでも、通常のウェーハ処理の間処理台24の性能に悪影響を与えない他の形のインディケータ・マークであってもよい。システムが適正に整合し、図9に示されているように移送アーム23が較正位置にあるとき、ロケーター・マーク36はレチクル40の中心の直下にある。
【００２１】
好適実施例において、ファイバー光学ケーブル31はレチクル40の像を、レチクル40の像に重ね合わされたロケーター・マーク36とともに中心プリズム組立体27へ伝える。図10に示されているように、中心プリズム組立体27は、像を各ファイバー光学ケーブル31から一つのファイバー光学ロッド51に結合する二つのプリズム50を含む。プリズム50はプリズム30と同じコーティングがなされ、同様に回転ミラーで置き換えることができる。ロッド51は移送モジュール21（図示せず）の頂面を通過する。プリズム27は移送アーム23の回転とともに回転するが、ロッドは移動モジュール21に関して固定されたままである。
【００２２】
図11はカメラ組立体を示す。ファイバー光学ロッド51は、移送モジュール21（図示せず）の頂面を通過した後に、カメラ組立体61のビデオカメラのレンズ組立体60に結合される。カメラ組立体61はレチクル40および各移送アーム23の関連したロケーター・マーク36の像を記録する。
【００２３】
好適実施例において、カメラ組立体により受信したカメラ較正データはデジタル化され、システムのオペレータによりＣＲＴ視覚スクリーンに送られる。この情報に基づいて、システムのオペレータは遠隔より、移送アーム23の位置を、そのアームが正しく整合されるまで調節する。これに代わる実施例において、コンピュータが移送アームの位置を自動調節するために、カメラ組立体61からのデジタル化されたデータを使用する。
【００２４】
他の実施例において、ファイバー光学ケーブル31およびファイバー光学ロッド51が一連の中継ミラーにより置き換えられる。像は移送モジュール21の頂面に取り付けられた窓を透過し、そこでカメラ組立体61により記録される。
【００２５】
図12に示された本発明の実施態様において、窓70が回転ステージ2の真上のマルチウェーハ処理システムの頂面に取り付けられている。広角レンズ72を有するビデオカメラ71がこの窓の真上に取り付けられている。ウェーハ73が回転ステージ2の上に置かれた後に、ウェーハの像がカメラ71により記録され、デジタル化され、ＣＲＴ74に送られる。一実施例において、ただしく整合されたウェーハのアウトラインの像がウェーハ73の像に重ね合わされる。次に、使用者は、ウェーハ73の像が正しく整合したウェーハのアウトラインと一致するまでステージ2を回転できる。図13はウェーハ73の像および正しく整合したウェーハ75のアウトラインを示すＣＲＴ74のスクリーンを図示する。
【００２６】
本発明の他の実施例において、カメラ71からのデジタル化されたデータはウェーハ73が正しく整合されているか、されていないとするとどれだけずれているかを決定するためにコンピュータに送られる。コンピュータ76は次に、ウェーハ73が正しく整合されるまでステージ2を回転し、そしてウェーハ73の向きを再度チェックし、整合許容範囲にあるかを確かめる。この作業に適した比較アルゴリズムは当業者には周知である。
【００２７】
図14に示された発明の一態様において、複数の窓80が移動モジュール21の頂面に配置され、各窓80は各処理ステーション22の入り口のすぐそばにある。図15は本発明のこの態様例の断面図である。広角レンズ82を有するビデオカメラ81が各窓80の上に直に取り付けられている。移送アーム23がウェーハ73をアクセスポート25を通して処理ステーション22へ移動したとき、ウェーハ73の像が記憶され、カメラ81によりデジタル化され、コンピュータ76に送られる。コンピュータ76はウェーハが、ステーション22に入り、正しく整合されているかどうかを決定する。好適実施例において、ウェーハ73が指定された向きの許容範囲にないとき、コンピュータ76はそのウェーハ識別データを、それが後に容易に除去できるように記憶する。他の実施例において、コンピュータ76はウェーハ73の処理を一時的に停止して、再整合のためにステージ2にウェーハを戻す。
【００２８】
当業者であれば、本発明が本思想、または基本的な特徴から逸脱することなく他の特定の形で実施できることは理解できよう。したがって、本発明の好適実施例の開示は説明のためのもので、特許請求の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従前のマルチステーションウェーハ処理システムの断面図である。
【図２】ウェーハ結晶構造上の方向付けを示すノッチを有するウェーハの図である。
【図３】ウェーハ結晶構造上の方向付けを示すために、ウェーハの周囲にそったフラットを有するウェーハ図である。
【図４】本発明の一態様を含む処理システムの簡単化図である。
【図５】処理ステーションから引っ込められた移送アームを有する図4に示された処理システムの図である。
【図６】本発明の遠隔位置検知組立体を含むように変更された標準的な二つのプリング移送アームの図である。
【図７】遠隔位置検知組立体を強調する移送アームの断面図である。
【図８】本発明とともに使用するのに適したレチクルの図である。
【図９】中心に重ね合わされたロケータマークをもつ、図8のレチクルの図である。
【図１０】中心プリズム組立体の図である。
【図１１】遠隔位置検知組立体とともに使用されるカメラ組立体の図である。
【図１２】本発明のウェーハの向きを決める例の図である。
【図１３】正確に向きが決められたウェーハのアウトラインおよび不適正に向きが決められたウェーハを示すＣＲＴディスプレーのスクリーンの図である。
【図１４】各処理ステーションの入り口の近傍に配置された複数の窓を有するマルチステーションウェーハ処理システムの図である。
【図１５】各処理ステーションに近接して取り付けられたウェーハの向き決定のモニターシステムの断面図である。
【符号の説明】
20 処理システム
21 処理モジュール
22 処理ステーション
23 移送アーム
24 処理台
25 アクセスポート
26 遠隔位置検知組立体
27 中心プリズム組立体
30 プリズム
31 ファイバー光学ケーブル

Claims (16)

1. 密閉可能な半導体処理システム内で移送アームを較正する方法であって、
   前記密閉可能な半導体処理システム内の圧力が予め定められた圧力になるまで、前記密閉可能な半導体処理システムが排気されている間、前記移送アームの位置を位置検出手段により検出する工程と、
   前記密閉可能な半導体処理システム内の圧力を前記予め定められた圧力に維持する一方で、前記アームの前記位置を調節する工程と、
   を含み、
   前記予め定められた圧力は前記前記密閉可能な半導体処理システム内で半導体ウェーハを処理するときの圧力である、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記移送アームに結合したレチクルの像を映像器により作る工程と、
   前記密閉可能な半導体処理システムの表面に結合したロケーター・マークの像を前記映像器により作る工程と、
   を含み、
   前記ロケーター・マークの前記像が前記レチクルの前記像に重ね合わされる、ことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、さらに、
   前記レチクルの前記像に重ね合わされる前記ロケーター・マークの前記像を、前記映像器の像面に伝える工程、および
   前記像面からの前記レチクルの前記像に重ね合わされる前記ロケーター・マークの前記像をビデオカメラで撮像して記憶する工程、を含む、ことを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記検出工程が、さらに前記記憶された像をディスプレーに表示する工程を含む、ことを特徴とする方法。
5. 請求項３に記載の方法であって、
   前記検出工程が、さらに前記記憶された像をコンピュータに伝える工程を含み、前記コンピュータが前記移送アームの位置の前記調節を制御する、ことを特徴とする方法。
6. 内部の圧力が予め定められた圧力になるように排気される密閉可能な半導体処理システム内で移送アームを光学的に較正する方法であって、
   前記密閉可能な半導体処理システムを所望の圧力に維持する一方、移送アームに結合されるレチクルおよび該レチクルに重ね合わされるロケーター・マークを映像器により像にする工程と、
   前記密閉可能な半導体処理システムを所望の圧力に維持する一方、移送アームが正しく較正されるまで移送アームの位置を調節する工程と、
   から成り、
   前記ロケーター・マークは前記半導体処理システムの予め定められた面に結合され、そこで、前記ロケーター・マークが前記レチクル上の既知の所と一致するときに、移送アームは正しく較正される、ことを特徴とする方法。
7. 内部の圧力が予め定められた圧力になるように排気される密閉可能な半導体処理システム内にある移送アームの較正システムであって、
   前記密閉可能な半導体処理システムの圧力を予め定められた圧力に維持する一方、前記移送アームの位置を決定する位置検知システムと、
   前記密閉可能な半導体処理システムを所望の圧力に維持する一方、前記移送アームの前記位置を調節するための調整装置と、
   を含むシステム。
8. 請求項７に記載の移送アーム較正システムであって、
   前記位置検知システムが、
   前記移送アームに結合されるレチクルと、
   前記密閉可能な半導体処理システムの表面に結合され、前記移送アームが正しく較正されるときに前記レチクルの既知の所と一致するロケーター・マークと、
   前記レチクルに重ね合わされる前記ロケーター・マークを像にするための映像器と、
   を含む、ところの移送アーム較正システム。
9. 請求項８に記載の移送アーム較正システムであって、
   前記ロケーター・マークが前記表面におけるくぼみである、ところの移送アーム較正システム。
10. 請求項８に記載の移送アーム較正システムであって、
    前記レチクルが前記移送アームに結合された窓に形成された刻みを含む、ところの移送アーム較正システム。
11. 請求項８に記載の移送アーム較正システムであって、
    前記ロケーター・マークが目盛りづけである、ところの移送アーム較正システム。
12. 請求項８に記載の移送アーム較正システムであって、
    前記映像器が、
    前記移送アームに結合され、前記レチクルに重ね合わされる前記ロケーター・マークの像を第1の映像面に伝える第1のプリズムと、
    前記移送アームに結合され、前記第1の映像面の前記映像を第2の映像面に伝えるファイバー光学ケーブルと、
    前記第2の映像面の前記像を第3の映像面に伝える第2のプリズムと、
    前記第3の映像面の前記像を第4の映像面に伝えるファイバー光学ロッドと、
    を含む、ところの移送アーム較正システム。
13. 請求項８に記載の移送アーム較正システムであって、さらに
    前記レチクルに重ね合わされる前記ロケーター・マークの像を撮像して記録するためのビデオカメラ、および前記記録された像を表示するディスプレーを含む、ところの移送アーム較正システム。
14. 請求項８に記載の移送アーム較正システムであって、
    前記映像器が、前記レチクルに重ね合わされる前記ロケーター・マークの像を映像面に伝える複数のミラーを含む、ところの移送アーム較正システム。
15. 請求項１３に記載の移送アーム較正システムであって、
    前記調整装置が、さらにビデオカメラに結合されるコンピュータを含む、ところの移送アーム較正システム。
16. 請求項１５に記載の移送アーム較正システムであって、
    前記コンピュータが前記移送アームの前記位置を自動的に調節する、ところの移送アーム較正システム。

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