JP4465518B2 - 長方形ウエーハの整合システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料処理の分野に関するものであって、より詳細には、ロボットアーム上及び処理ステーション中の半導体ウエーハ等の基板の整合に関し、更に詳細には、非標準形の基板若しくはウエーハであって、例えば長方形、より広範には、直角四辺形に成形されたウエーハ等の整合に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
半導体装置製造業者及び材料製造業者により利用される製造プロセス及び品質管理プロセスは、ウエーハ特性、とりわけウエーハの中心及び方向の正確な測定を大抵要求している。ウエーハ検査システムといった、自動化され且つ処理能力の高い集合ラインは、所望の情報を得るように設計されている。特殊なウエーハの検査システムの選択ウエーハの特性化ステーションに搬送される前に、ウエーハは、その重心及び選択的に方向付けるウエーハの平坦部が整合されなければならない。この事については、ジュデル（Ｊｕｄｅｌｌ）らによる米国特許第４，４５７，６６４号は、平坦部を有するウエーハの重心を整合し且つ選択的に平坦部の方向合わせを自動的に行うウエーハ整合ステーションを開示しており、自動製造及び品質管理に適切に使用されている。ウエーハ整合ステーションは、処理能力の高い材料処理システム中に他のウエーハ特性化ステーションが使用されるように適合されているモジュールに使用され得る。
【０００３】
ここ数年、ロボットアームは、一方の位置から他方の位置に物体を搬送することに益々利用されてきている。ロボット工学を半導体ウエーハの処理に応用する場合、ロボットアームは、半径方向、円周方向、及び昇降方向の動作を独立して制御可能となるようにして、一方の位置から他方の位置に半導体ウエーハを搬送するには有用である。しかしながら、多くの場合、ロボットアームにより搬送されるウエーハは、重心及び基準部分に関して予め決定された整合に配置されなければならない。
【０００４】
ポデュジェ（Ｐｏｄｕｊｅ）らによる米国特許第５，３３２，３５２号及び米国特許第５，１０２，２８０号中に開示された発明によると、ロボットアームは、整合ステージを伴って動作され、ロボットアームの円形ウエーハ又は他の材料の方向を予め決められた整合に調整し、ロボットアームにより所望の方向のまま近辺のステーションへウエーハを配置するように使用されている。ポデュジェ（Ｐｏｄｕｊｅ）らの開示によると、ロボットアームは、独立して制御され且つ分離された半径方向、円周方向、昇降方向の動作、つまりｒ、Θ、ｚの動作を行うマニピュレーターが含まれている。回転支持部は、ロボットアームにより搬送された半導体ウエーハが配置される範囲内に提供され、且つ回転支持部で回転されることによりウエーハエッジの位置を判定するエッジ検出器と連結している。ロボットアームは、ｒ、Θ、ｚの独立したコマンドを実行して、最初の位置から動作子又はハンドにウエーハを載置する。その後、ロボットアームは、回転支持部上にウエーハを配置し、ウエーハはエッジ検出器上でエッジと共に回転させられる。エッジ位置は、重心の移動量を判定する電子機器により検出され、回転支持部のウエーハの整合を生成し、又はウエーハの基準部分を予め決められた位置に配置し、又はその双方を行う。第１の場合において、ロボットアームは、基準部分が予め決められた位置に再配置されて整合が確実になるまで回転支持部上のウエーハを移動させるように操作されている。ウエーハは、予め規定された整合のまま更なるステーションに搬送するようにロボットアームにより再度取り上げられる。第２の場合において、ロボットアームは、既知の不整合のままウエーハを取り上げて且つ後段ステーションへウエーハを搬送する際に当該不整合を修正するように動作されている。前述の技術知識によれば、本発明が理解され且つ実施可能である。
【０００５】
【発明の概要】
ＳＥＭＩ（半導体製造装置材料協会）標準ウエーハとは異なるウエーハ、例えばＭＲ（磁気読み取りヘッド）処理用の直角四辺形ウエーハ等、を整合する要求が増加している。現在の整合技術では、これらのウエーハを取扱い出来ない。このために、新しい装置が、着想され且つ単一のセンサのみを使用して実行されている。更に、整合アルゴリズムの使用は、僅かなセンサ集合体の公差を自動的に補正するものとしてより完全にする。これにより、広範囲な大きさの長方形（正方形を含む）ウエーハを整合することが可能である。本発明によれば、ウエーハは３６０°回転させられ、且つエッジデータポイントは、適切なセンサを使用して収集される。その後に、当該データは、コーナー及びもしあれば基準部分を検出するように処理される。
【０００６】
より詳細には、本発明によるシステムは、偏心ベクトルεを決定するように提供されていて、偏心ベクトルεは透明体又は不透明体にされ得る直角四辺形の半導体ウエーハの重心Ｏの所望の位置から最初の位置への変位の大きさと方向を規定している。センサにより検出されるように周囲エッジに適切に設定された基準部分の最初の位置により、ウエーハはＰ点を中心に回転し、且つ周囲エッジの外形を規定する曲線が得られる。図９によると、偏心ベクトルは、ウエーハのコーナーの検出された位置から計算され、点Ｐに対する重心Ｏの空間的な変位を示す大きさを有し、且つ点Ｐと重心Ｏとを結ぶ第１線とウエーハの対角を結ぶ第２線により形成された角度を示す方向Φを有している。処理の手順に従うと、ウエーハは整合ステーションに挿入され、その後に最初の位置から所望の位置に再配置され、更に既に獲得された所望の位置を維持したまま複数の処理ステーションに順次進められる。整合及び処理ステーションは、真空（負圧）にされ得る。ウエーハは、その側部が整合ステーションの内壁にほぼ平行になるまでウエーハを回転させることにより新しい所望の位置に位置決めされ得、ロボットアームの動作子が、その支持部からウエーハを直に持ち上げて且つ既に獲得された所望の位置を維持したまま処理ステーション中に進めることを可能にしている。
【０００７】
従って、本発明の第１の特徴は、ウエーハ、例えば半導体ウエーハ等の整合するシステムを供与することであって、１又はそれより多い処理ステーションへ若しくは当該処理ステーションからロボットアームにより搬送されるようにすることである。
本発明の他の特徴は、非標準ウエーハ，例えば四辺形状にされたウエーハ等を搬送するシステムを供与することである。
【０００８】
本発明の更なる他の特徴は、ウエーハが、周囲エッジに形成された基準部分の最初の位置を有し且つ点Ｐを中心に回転され、当該周囲エッジの外形が検知され、更に周囲エッジの外形を規定する曲線が、センサにより得られた測定値を基に基準部分の最初の位置に対して発生され、偏心ベクトルがウエーハのコーナーの検出位置から計算されるシステムを供与することである。
【０００９】
本発明の他の更なる特徴、利点、及び利益は、添付図面に関連して記載された以下の説明において明確にされる。上記の概略的な記載及び以下の詳細な説明は、例示的であり及び説明的なものであって、本発明を限定するものではないことは理解されたい。添付図面は、本発明に組み込まれ且つ一部を構成しており、詳細な説明と共に本発明の実施例の１つを示し、概略的な用語で本発明の原理を説明するように提供している。同一の参照番号は、明細書及び図面に亘って類似の部分を参照している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照しながら説明を行う。本発明は、ロボットアーム用の整合補助装置に関するものであって、予め規定された整合のまま予め規定された位置に搬送するように調整されたロボットアームによって操作され且つ搬送される半導体ウエーハ等の部材を整合することを可能にしている。
【００１１】
本願と共通する譲受人による１９９２年４月７日に発行され、且つ特に本明細書の１部として本発明に組み込まれている、ポデュジェ（Ｐｏｄｕｊｅ）らによる米国特許第５，１０２，２８０号によると、図１に示される種類のロボットアーム１０が示されている。図示の如く、ロボットアーム１０は、基礎支持部１２から外側に伸びる第１アーム１４及び第２アーム１６及び末端の動作子１８を有する片持ちの複数脚ロボットアームを含んでいる。本実施例において半導体ウエーハを保持するように使用される動作子１８は、半導体ウエーハ２２を載置するよう取り付けられた指部２０を有し、且つ別の種類の装置上にウエーハを配置するように中心部分２４が保護されていない“Ｙ”字型の端部を含んでいる。
【００１２】
脚部１４は、ピボットハウジング３０を介して基礎支持部１２に接合されている。脚部１４及び１６は、ピボットハウジング３２を介して旋回が可能となるように接続される。脚部１６と動作子１８は、ピボットハウジング３４を介して接続される。ハウジング３２内にあって、脚部１６に固定されたプーリは、１つの規格化された単位の直径を有している。ベルト３６は、そのプーリーを覆い且つハウジング３０内の２つの規格化された単位の直径のプーリーに伸張している。ハウジング３２内の１つの規格化された単位の直径のプーリーは、脚部１４に取付けられ、且つ２つの規格化された単位の直径のプーリーを覆っていて更に動作子１８に取付けられているベルト３８に覆われている。
【００１３】
基礎支持部１２は、ｒ、Θ、ｚ制御電子部品４０により独立して調整可能な３種類の動作システムを含んでいる。電子部品４０は、基礎支持部１２内の個々の動作システムを制御し、４２に配置された軸に沿って独立したｒ、Θ、ｚの動作を生じさせる。ｒ方向の動作は、ウエーハ２２の中心及びハウジング３４、３０の中心若しくは回転軸を通過する線に沿って完全に線上に並ぶものである。このｒ方向の作動は、ハウジング３０の軸を中心に脚部１４を回転させ、同時にハウジング３０内に固定された２つの規格化された単位の直径のプーリーを維持することにより達成される。Θ方向の動作は、ハウジング３０及び脚部１４を一体として完全に回転することにより達成され、一方ｚ方向の動作は、ハウジング３０及びアーム１４を一体として昇降するか、若しくは変形例として支持要素の上に基礎支持部１２を昇降することにより達成される。
【００１４】
プーリーの結合比及びその配置は、Θ又はｚの動作に独立した動作子１８の厳密なｒ方向すなわち半径方向の動きを提供する。Θ及びｚ動作の双方とも、他の２軸に対して独立した動作となるように基礎支持部１２内のモーターシステムにより生成される。
台座５０は、ウエーハ２２を保持し得る真空チャック５２を回転可能なように支持し、動作子１８の指部２０間の領域２４にウエーハを保持するように当該真空チャックを支持している。ロボットアームのｒ、Θ、ｚ動作の組合わせは、真空チャック上にウエーハ２２を配置することが可能であり、アームは、動作子１８から真空チャック５２にウエーハを移載して保持するように下側に移動する。
【００１５】
容量式若しくは他の方式によるエッジセンサ５４は、真空チャック５２で回転される半導体ウエーハ２２のエッジの位置を検出する。この位置情報は、オフセット検出及び制御回路５６に供給され、既に記載された米国特許第４，４５７，６６４号に記載されるような方法で、真空チャック５２上のウエーハ２２の不整合の大きさ及び角度を判定し且つ最初に動作子から真空チャック５２に移載された時にウエーハが動作子１８で不整合にされた度合いの不整合の大きさ及び角度を判定する。
【００１６】
１つの実施例として、この情報は、図２の処理に基づいて利用され、真空チャック５２とウエーハ２２は整合されて、予め規定された整合状態で動作子１８に戻される。特に図２に図示される如く、スタート状態６０から、ロボットアーム１０は、基礎支持部１２内の動作システムにより制御され、ステップ６２で真空チャック５２にウエーハが配置される。次のステップ６４において、真空チャック５２はモーター保持体５０により回転させられる。ステップ６６において、エッジの位置は、センサ５４により検出され、且つ真空チャック５２の回転中心に対してウエーハ重心の位置を検出するように電子機器５６により処理される。次のステップ６８において、真空チャック５２はウエーハを位置決めし、その結果オフセットは、真空チャック５２の中心とハウジング３０の中心とを通過する軸７０に沿って表れるようにする。その後、ステップ７２において、ロボットアームが作動させられ、且つウエーハは動作子１８により取り上げられて軸７０に沿って移動し、厳密にｒ方向に沿って線形に動作し、真空チャック５２にウエーハを再載置し、その結果ウエーハの重心が回転体の軸上に配置される。ステップ６４からステップ６８は、検証又は誤りの最小化を目的として数回にわたり繰り返され得る。
【００１７】
その後のステップ７４において、ウエーハ２２の基準部分又は平坦部等の構造の位置は、予め決められた位置に配置され、且つその後のステップ７６においてロボットアームが、動作され、且つウエーハは予め規定された判っている整合のまま動作子１８に移載される。基礎支持部１２内の動作システムにより形成されたｒ、Θ、ｚ方向に予め規定された数の独立した制御及び定量ステップを利用して、ウエーハ２２は、予め決定された整合のまま予め決定された次のステーション、例えばステーション８０、に再載置され得る。
【００１８】
その変形例として、第２の実施例において、動作は、ステップ６６又はステップ６８の後に、ステップ８２へと枝分かれされ、真空チャック５２での再整合より前に、且つ不整合の度合いを認知したままウエーハ２２は動作子１８に移載される得る。その後、ウエーハ２２は、基礎支持部１２中の移動システムの制御の下でロボットアームにより搬送され、ウエーハ２２を独立したｒ、Θ、ｚ方向に規定された数のステップで移動させられる。移動ステップに計算された不整合のオフセットを導入して、予め決められた整合と同一になるようにステーション８０にウエーハを配置する。
【００１９】
本発明の説明のために、集合装置８４であってその周囲に沿って複数の処理ステーション８６が含まれる装置の概略図を示す図３を参照する。ロボットアーム１０の構造をほぼ有しているロボットアーム８８は、集合装置内の中心位置に配置され、且つ上部アーム９０、前部アーム９２及び動作子９４を使用し、更にロードロック９８からアライナー１００を介して半導体ウエーハ又はウエーハ群９６を移載することに使用され、その後、処理ステーション８６へ１回に１枚搬送する。アライナー１００において、ウエーハは、その後に処理ステーションへ搬送されるようにこれから説明する本発明の方法により正確に位置決めされる。図４に示した代替構造では、アライナー１００は、ロードロック９８と整列されるよりもむしろ円周方向に離れて配置された方が好ましい。この実施例によると、ロボットアーム８８の動作子９４は、ウエーハ９６を受け取り、１又はそれより多い処理ステーション８６にウエーハを搬送する前に、ロードロック９８を介して処理される。どちらの例によっても、アライナー１００は、真空（負圧にする）又は非真空すなわち大気圧型の何れかにされ得る。ロードロックにてウエーハを受け取った後に、ロボットアームは、矢印１０２に示す如く時計回りに回転又はスイープされ、正確に位置決めされるようにまずアライナー１００へウエーハを搬送し、その後に、上述の如く適切な処理ステーション８６へ配置される。
【００２０】
集合装置又は他のシステムコンポーネント内において行う処理に対して、ウエーハは各処理ステーション８６内で確実に配置されることが重要である。これを達成する為に、図５及び６を参照すると、ウエーハ９６の重心Ｏは保持チャック１０６の回転軸１０４に整合され、その結果チャックの回転はウエーハの全ての位置に対して釣り合って均一に分与されることが重要である。従って、本発明は、直角四辺形に形成されたウエーハ９６の所望の位置からの変位の大きさと方向を規定する偏心ベクトルε（図５参照）を決定する方法に関する。上記の如く、ウエーハは、重心Ｏと、４つのコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤと、連続した周囲エッジ１０８と、４つの側部、すなわち１１０（又はＡＢ）、１１２（又はＢＣ）、１１４（又はＣＤ）、１１６（又はＤＡ）とを有する。本発明の方法によれば、ウエーハ９６は、点Ｐにおいてウエーハと交差する回転軸を中心に回転するように保持されている。例えばＣＣＤを線形に配列したものとされ得る適切なエッジセンサ１１８は、ウエーハが回転軸１０４を中心に回転した場合に周囲エッジ１０８の外形を検出するように設けられる。図５中の点Ｓは、センサー１１８の最外端であり且つ点Ｐを中心とした特定方向とは関係無くウエーハ９６と同一の平面上にある点を示している。説明の為に、点Ｓは、線ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ及びＰＤ上に各々図示され、センサに重なった場合に当該各ライン上に共通記号の点で示す。
【００２１】
基準部分１２０等の基準部分の最初の位置は、エッジセンサにより検出されるように周囲エッジに設定され得る。基準部分１２０は、例えばコーナーＣにおいて切欠きエッジ（図５）とされ得る。基準部分を設定した目的は、作業員がウエーハを手動で取扱うか又は機械が自動的に操作する場合にウエーハの方向を認知させることである。極端な例として、基準部分はウエーハの側部の全体に付けられ得る。
【００２２】
集合装置８４の動作のある時点において、ウエーハ９６は、ロードロック９８に到着した後にアライナー１００内の保持チャック１０６上に配置される。上記の如く、これが実行された場合、ウエーハの重心Ｏは、回転軸１０４がウエーハに交差する点Ｐに対してオフセットされていて、本発明の目的は、アライナー又はロボットアームの何れかにより点Ｐを重心Ｏに整合することである。図６に示される如く、光源１２２、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）とされ得る適切な光源が、アライナー１００内に配置され、複数の矢印１２４により表現される幅の広いビーム光が、ウエーハ９６の平面及びウエーハの周囲エッジ１０８と同一の平面を横切る方向のエッジ又は光センサ１１８に向けて方向付けられる。この方法により、ウエーハに遮断されない光のみが、光センサ１１８到達し且つ光センサで検出される。従って、保持チャック１０６は、適切な速度により一回転より多く回転されせられ、エッジセンサ１１８は、周囲エッジ１０８の外形を検出する。この情報から、制御回路５６は４つの側部１１０（又はＡＢ）、１１２（又はＢＣ）、１１４（又はＣＤ）、及び１１６（又はＤＡ）を含む周囲エッジの外形を規定する曲線１２６（図７）と、基準部分の最初の位置に対してエッジセンサにより得られた測定値を基に４つのコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとを決定する。
【００２３】
図６に示す如く、もしウエーハ９６が不透明体であれば、エッジセンサ１１８は、光源１２２のウエーハと重ならない部分つまり周囲エッジ１０８の左側で光を受光するのみであり、図６Ａ中に示す如く、横座標に沿って示された“ｂ”及び“ｃ”の値の間で信号１２８が発生する。もちろん、図６Ａに示す如く、ウエーハと重なる部分つまり周囲エッジ１０８の右側であって、横座標に沿って示された“ｂ”と“ａ”の間では、信号はゼロである。
【００２４】
変形例であるが、図６を参照する。もしウエーハ９６が透明体であれば、曲線１２６を生成するために、幾つかの他の方法が行わなければならない。この変形例によれば、ウエーハ９６の動作にその後影響しないが透明ウエーハの光透過性を変更でき且つ所定の方法によりエッジセンサ１１８により認知されることが可能な光を変更する溝等の連続した構造が、周囲エッジ１０８上に形成される。エッジセンサ１１８は、検出可能な全範囲内に亘って光源１２２から光を受光し、図６Ｂに示す如く、横座標に沿って“ａ”及び“ｃ”の値の間に示された信号１３０が生成される。しかしながら、図６Ｂに示されるように、“ｂ”の位置において、信号１３０は、透明体ウエーハ９６の周囲エッジ１０８上に設けられた構造により生ずる光学的な影響である切欠き信号１３２に変更される。この切欠き信号は、任意の回転位置Θにおけるウエーハエッジの実際の位置を示す。
【００２５】
いずれにしても、図７に示す如く、曲線１２６は、ＸＹ座標系に形成されていて、ウエーハ９６が０°から３６０°の間で回転する回転角度Θを示している横座標の横軸すなわちＸ軸１５０を横切るように伸長し、離散した４つの放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８を含んでいる。４つの離散した放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８は、相隔てられ且つ相互に平行になっていて、各放物線状の部分は線形に整列された部分からの最も離れた垂直距離の位置において頂点を有する。従って、図７の如く、放物線状部分１４２の頂点Ｂ’は、横座標１５０から垂直距離ＳＢを有している。図示の如く、距離ＳＢは、縦軸又は回転が０°におけるＹ軸１５２に整列されている。同様の形態で、放物線状部分１４４の頂点Ａ’は、横座標軸１５０から垂直距離ＳＡを有しており、放物線状部分１４６の頂点Ｄ’は、横座標軸１５０から垂直距離ＳＤを有しており、放物線状部分１４８の頂点Ｃ’は、横座標軸１５０から垂直距離ＳＣを有している。上述の如く、距離ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤは、エッジセンサ１１８により得られた測定値を全て反映している。
【００２６】
ＸＹ座標系において各コーナーを検出する為に、各放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８に対して、目的は、ｙminを決定し、それによりＡ’Ｂ’Ｃ’及びＤ’を見つけ出すことである。図７を継続して参照し且つ図８を更に参照して、本方法を以下に記載することとする。図７に示され且つ上述の如く、ウエーハ９６の周囲エッジを規定する曲線１２６は、ＸＹ座標軸系中にまず位置決めされる。その後、４つの離散した放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８の各頂点領域において、横座標１５０に沿って増加する距離に従って縦座標１５２の方向における曲線１２６の方向の変化率が、計算される。より詳細には、Θ1とΘ2との間、例えば離散した点ΘA、ΘB、ΘC、ΘD及びΘE（図８）であって、４つの離散した放物線状部分の各の頂点領域において、曲線１２６の方向の変化率は、横座標１５０に沿って増加する距離に従って縦座標の方向に計算される。横座標１５０に沿って増加する距離に従って縦座標１５２の方向に発生する最小の変化率値を示す曲線１２６の位置は、コーナーの位置である。図８に示す如く、拡大された曲線１２６により、この手順が実施可能であり、特に、頂点Ａ’の周囲の領域を含む放物線状の部分１４４は、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４のデータ点に適合するよう曲線のあてはめが使用され、その後にＸnose及びＹnoseを内挿して最小二乗法を適用して、Ａ’が決定される。
【００２７】
上述の如く、本発明のシステムがウエーハ９６の基準部分１２０の位置を決定することが可能となるようにされることが好ましい。図７を継続して参照し且つ図８を更に参照して、本方法を以下に記載することとする。図７に示されており且つ上述の如く、ウエーハ９６の周囲エッジを規定する曲線１２６は、ＸＹ座標軸系中にまず配置される。その後、Θ1とΘ2との間の４つの離散した放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８の各頂点領域において、目的は、Θ1とΘ2との間の領域で最も平坦になる頂点を規定することである。特に、横座標１５０に沿って増加した距離に従い縦座標１５２の方向における曲線１２６の方向の変化率が計算される。これが４つのコーナーの各々に対して実施された場合、変化率が比較され、且つ最小の変化率を有する曲線が基準部分を有するコーナーとして、判断される。ＳＣの測定値が、既知の平坦部の大きさにより補正される。
【００２８】
図９を参照すると、保持チャック１０６に最初に配置されたウエーハ９６の平面図が示されている。本発明によるシステムは、偏心ベクトルεを判定するように設けられていて、偏心ベクトルは直角四辺形である半導体ウエーハ９６の重心Ｏの所望の位置から最初の配置に変位されている大きさと方向を規定しているとして、最初に述べられた。センサにより検出されるように周囲エッジに望ましく設定された基準部分の最初の位置を用いて、ウエーハは点Ｐを中心として回転され、周囲エッジの外形を規定する曲線が得られる、として更に説明した。
【００２９】
偏心ベクトルは、ウエーハのコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの検出された位置から制御回路により計算され、且つ点Ｐに対する重心Ｏの空間的な変位を示す大きさを有し、且つ点Ｐと重心Ｏを接続する第１線とウエーハの対角線となる第２線により形成された角度を示す方向Φを有している。更に説明を行うと、図９に示す如く、ウエーハ９６のコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、重心Ｏを中心にして周囲エッジ１０８に沿って時計回りの方向に連続的にされている。この最初の配置により、本発明に含まれる次の計算方法を使用するために、ＸＯＹ座標系中のＸ軸は、コーナーＡ及びＣを接続し且つ重心Ｏを通過する線ＡＣとして規定されている。その後で、点Ｐ、つまりウエーハが保持チャック１０６上で回転される中心となるウエーハ上の点が、Ｘ軸上（線ＡＣ）の点Ｆに投影され、それによって線ＯＦが規定される。
【００３０】
コーナーＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの位置を判別し、且つ線ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤの測定値を得る手順は、既に記載してある。
更に、本発明の方法を続けると、次のように計算され得る。
【００３１】
【数１】
【００３２】
従って、線ＯＧは、重心Ｏを通過して且つＸ軸に垂直に線引きされ、現在採用されているＸＯＹ座標系となるようＹ軸を規定している。その後に、点Ｐは、Ｙ軸の点Ｅ’上に投影され、それによって線ＯＥ’が規定される。これらの操作を基礎として、εの大きさは、√（ＯＦ2＋ＯＥ’2）として規定され、方向Φは、ｔａｎ-1（ＯＥ’／ＯＦ）として規定され得る。
【００３３】
テーラー展開式の適用により、上記の式（１）及び（２）は、正しいことが証明され、実際は、ＦＡ、ＦＣ、ＥＢ及びＥＤよりもむしろＰＡ、ＰＢ、ＰＣ及びＰＤを使用する場合の方が、得られる最大誤差値は小にされる。例えば、９．３９８ｃｍ（３．７インチ）と１１．４３ｃｍ（４．５インチ）の長方形状のウエーハの測定を行うと、略０．０１２７ｍｍ（０．０００５インチ）よりも小の誤差量である。これはほとんどの場合、許容誤差である。
【００３４】
既に説明された如く、ウエーハ９６は、各処理ステーション８６に配置された時に、正確に位置決めされなければならない。この目的を達成する為に、ウエーハ９６は、動作子９４上に配置され、好ましくは、エッジセンサ１１８が設置されたアライナー１００内に配置される。ウエーハは、任意の基準部分として基準部分１２０が形成され得、又はエッジ１１４等のエッジが基準として使用され得る。説明の都合上、エッジ１１４を基準部分として考慮する。従って、この実施例において、エッジ１１４が、アライナー１００の壁部Ｗに平行となるようにウエーハ９６を再位置決めすることが所望される。この目的の為に、エッジ１１４として形成された基準部分は、上記の如く、ウエーハが回転するとセンサ１１８により検出されることが理解されるであろう。
【００３５】
エッジ１１４（つまり線ＤＣ）がアライナー１００の壁部Ｗに整合するように、アライナー１００の壁部Ｗに垂直な線ＰＷ1とエッジ１１４に垂直な線ＰＨにより形成される角度である角度ｂ（図５参照）の分だけしてウエーハ９６を回転させることが必要である。角度ｂを得るために、チャックの回転の中心とウエーハの内部にあるセンサのエッジＳとの間であるＰＳ距離が
【００３６】
【数２】
【００３７】
として記載される式により最初に計算される。
角度ｂは、次の式、つまり
【００３８】
【数３】
【００３９】
により計算され、ここで、
【００４０】
【数４】
【００４１】
である。
ウエーハが、図５に示された方向とは異なる方向に配置された場合に、開始の方向から図示された方向へのオフセット角度が、角度ｂに付加される。
上記のことが達成された場合に、動作子が動作させられ、重心Ｏが動作子９４の中心Ｔ（図３参照）に整合し、且つエッジ１１４が更にアライナー１００の壁部Ｗに平行になったままの状態のウエーハ９６が持ち上げられる。その後に、ロボットアーム８８が、各処理ステーション８６内へと動作子９４を動作し、ウエーハ９６の位置と方向は移動させられた場所の壁部に対して最終的な位置を保持しており、これは直前に述べられている。
【００４２】
本発明の好ましい実施例が、詳細に開示されているものの、様々な他の変更が、本明細書及び特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく記載された実施例に対して実施され得ることは、当業者には理解され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知のロボットアーム及びウエーハを整合する補助装置の透視図である。
【図２】 図１のロボットアームの動作を表示したフローチャートである。
【図３】 周囲に複数の処理ステーションを含む集合装置を示した概略平面図である。
【図４】 図３に示されたものと同様であるが、他の実施例を示している集合装置の一部の概略平面図である。
【図５】 集合装置に結合されたアライナー内に配置されたウエーハを示す概略平面図である。
【図６】 エッジセンサにより動作が規定されるように保持チャック上にマウントされたウエーハの概略的な側面図である。
【図６Ａ】 不透明体ウエーハに対して向けられたエッジセンサにより得られた信号を示す図６に関するグラフである。
【図６Ｂ】 透明体ウエーハに対して向けられたエッジセンサにより得られた信号を示す図６に関するグラフである。
【図７】 図６に示されたエッジセンサにより得られた測定値を基にウエーハの周囲エッジの外形を規定する曲線である。
【図８】 図７の曲線の部分拡大図である。
【図９】 保持チャック上に最初に配置されたウエーハであって、ウエーハの重心Ｏの所望の位置から最初の位置の変位の大きさと方向を示す偏心ベクトルεを示した概略平面図である。
【符号の説明】
８６ 処理ステーション
８８ ロボットアーム
９４ 動作子
９６ ウエーハ
９８ ロードロック
１００ アライナー
１０８ 周囲エッジ
１１８ エッジセンサ
１２０ 基準部分
１２２ 光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料処理の分野に関するものであって、より詳細には、ロボットアーム上及び処理ステーション中の半導体ウエーハ等の基板の整合に関し、更に詳細には、非標準形の基板若しくはウエーハであって、例えば長方形、より広範には、直角四辺形に成形されたウエーハ等の整合に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
半導体装置製造業者及び材料製造業者により利用される製造プロセス及び品質管理プロセスは、ウエーハ特性、とりわけウエーハの中心及び方向の正確な測定を大抵要求している。ウエーハ検査システムといった、自動化され且つ処理能力の高い集合ラインは、所望の情報を得るように設計されている。特殊なウエーハの検査システムの選択ウエーハの特性化ステーションに搬送される前に、ウエーハは、その重心及び選択的に方向付けるウエーハの平坦部が整合されなければならない。この事については、ジュデル（Ｊｕｄｅｌｌ）らによる米国特許第４，４５７，６６４号は、平坦部を有するウエーハの重心を整合し且つ選択的に平坦部の方向合わせを自動的に行うウエーハ整合ステーションを開示しており、自動製造及び品質管理に適切に使用されている。ウエーハ整合ステーションは、処理能力の高い材料処理システム中に他のウエーハ特性化ステーションが使用されるように適合されているモジュールに使用され得る。
【０００３】
ここ数年、ロボットアームは、一方の位置から他方の位置に物体を搬送することに益々利用されてきている。ロボット工学を半導体ウエーハの処理に応用する場合、ロボットアームは、半径方向、円周方向、及び昇降方向の動作を独立して制御可能となるようにして、一方の位置から他方の位置に半導体ウエーハを搬送するには有用である。しかしながら、多くの場合、ロボットアームにより搬送されるウエーハは、重心及び基準部分に関して予め決定された整合に配置されなければならない。
【０００４】
ポデュジェ（Ｐｏｄｕｊｅ）らによる米国特許第５，３３２，３５２号及び米国特許第５，１０２，２８０号中に開示された発明によると、ロボットアームは、整合ステージを伴って動作され、ロボットアームの円形ウエーハ又は他の材料の方向を予め決められた整合に調整し、ロボットアームにより所望の方向のまま近辺のステーションへウエーハを配置するように使用されている。ポデュジェ（Ｐｏｄｕｊｅ）らの開示によると、ロボットアームは、独立して制御され且つ分離された半径方向、円周方向、昇降方向の動作、つまりｒ、Θ、ｚの動作を行うマニピュレーターが含まれている。回転支持部は、ロボットアームにより搬送された半導体ウエーハが配置される範囲内に提供され、且つ回転支持部で回転されることによりウエーハエッジの位置を判定するエッジ検出器と連結している。ロボットアームは、ｒ、Θ、ｚの独立したコマンドを実行して、最初の位置から動作子又はハンドにウエーハを載置する。その後、ロボットアームは、回転支持部上にウエーハを配置し、ウエーハはエッジ検出器上でエッジと共に回転させられる。エッジ位置は、重心の移動量を判定する電子機器により検出され、回転支持部のウエーハの整合を生成し、又はウエーハの基準部分を予め決められた位置に配置し、又はその双方を行う。第１の場合において、ロボットアームは、基準部分が予め決められた位置に再配置されて整合が確実になるまで回転支持部上のウエーハを移動させるように操作されている。ウエーハは、予め規定された整合のまま更なるステーションに搬送するようにロボットアームにより再度取り上げられる。第２の場合において、ロボットアームは、既知の不整合のままウエーハを取り上げて且つ後段ステーションへウエーハを搬送する際に当該不整合を修正するように動作されている。前述の技術知識によれば、本発明が理解され且つ実施可能である。
【０００５】
【発明の概要】
ＳＥＭＩ（半導体製造装置材料協会）標準ウエーハとは異なるウエーハ、例えばＭＲ（磁気読み取りヘッド）処理用の直角四辺形ウエーハ等、を整合する要求が増加している。現在の整合技術では、これらのウエーハを取扱い出来ない。このために、新しい装置が、着想され且つ単一のセンサのみを使用して実行されている。更に、整合アルゴリズムの使用は、僅かなセンサ集合体の公差を自動的に補正するものとしてより完全にする。これにより、広範囲な大きさの長方形（正方形を含む）ウエーハを整合することが可能である。本発明によれば、ウエーハは３６０°回転させられ、且つエッジデータポイントは、適切なセンサを使用して収集される。その後に、当該データは、コーナー及びもしあれば基準部分を検出するように処理される。
【０００６】
より詳細には、本発明によるシステムは、偏心ベクトルεを決定するように提供されていて、偏心ベクトルεは透明体又は不透明体にされ得る直角四辺形の半導体ウエーハの重心Ｏの所望の位置から最初の位置への変位の大きさと方向を規定している。センサにより検出されるように周囲エッジに適切に設定された基準部分の最初の位置により、ウエーハはＰ点を中心に回転し、且つ周囲エッジの外形を規定する曲線が得られる。図９によると、偏心ベクトルは、ウエーハのコーナーの検出された位置から計算され、点Ｐに対する重心Ｏの空間的な変位を示す大きさを有し、且つ点Ｐと重心Ｏとを結ぶ第１線とウエーハの対角を結ぶ第２線により形成された角度を示す方向Φを有している。処理の手順に従うと、ウエーハは整合ステーションに挿入され、その後に最初の位置から所望の位置に再配置され、更に既に獲得された所望の位置を維持したまま複数の処理ステーションに順次進められる。整合及び処理ステーションは、真空（負圧）にされ得る。ウエーハは、その側部が整合ステーションの内壁にほぼ平行になるまでウエーハを回転させることにより新しい所望の位置に位置決めされ得、ロボットアームの動作子が、その支持部からウエーハを直に持ち上げて且つ既に獲得された所望の位置を維持したまま処理ステーション中に進めることを可能にしている。
【０００７】
従って、本発明の第１の特徴は、ウエーハ、例えば半導体ウエーハ等の整合するシステムを供与することであって、１又はそれより多い処理ステーションへ若しくは当該処理ステーションからロボットアームにより搬送されるようにすることである。
本発明の他の特徴は、非標準ウエーハ，例えば四辺形状にされたウエーハ等を搬送するシステムを供与することである。
【０００８】
本発明の更なる他の特徴は、ウエーハが、周囲エッジに形成された基準部分の最初の位置を有し且つ点Ｐを中心に回転され、当該周囲エッジの外形が検知され、更に周囲エッジの外形を規定する曲線が、センサにより得られた測定値を基に基準部分の最初の位置に対して発生され、偏心ベクトルがウエーハのコーナーの検出位置から計算されるシステムを供与することである。
【０００９】
本発明の他の更なる特徴、利点、及び利益は、添付図面に関連して記載された以下の説明において明確にされる。上記の概略的な記載及び以下の詳細な説明は、例示的であり及び説明的なものであって、本発明を限定するものではないことは理解されたい。添付図面は、本発明に組み込まれ且つ一部を構成しており、詳細な説明と共に本発明の実施例の１つを示し、概略的な用語で本発明の原理を説明するように提供している。同一の参照番号は、明細書及び図面に亘って類似の部分を参照している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照しながら説明を行う。本発明は、ロボットアーム用の整合補助装置に関するものであって、予め規定された整合のまま予め規定された位置に搬送するように調整されたロボットアームによって操作され且つ搬送される半導体ウエーハ等の部材を整合することを可能にしている。
【００１１】
本願と共通する譲受人による１９９２年４月７日に発行され、且つ特に本明細書の１部として本発明に組み込まれている、ポデュジェ（Ｐｏｄｕｊｅ）らによる米国特許第５，１０２，２８０号によると、図１に示される種類のロボットアーム１０が示されている。図示の如く、ロボットアーム１０は、基礎支持部１２から外側に伸びる第１アーム１４及び第２アーム１６及び末端の動作子１８を有する片持ちの複数脚ロボットアームを含んでいる。本実施例において半導体ウエーハを保持するように使用される動作子１８は、半導体ウエーハ２２を載置するよう取り付けられた指部２０を有し、且つ別の種類の装置上にウエーハを配置するように中心部分２４が保護されていない“Ｙ”字型の端部を含んでいる。
【００１２】
脚部１４は、ピボットハウジング３０を介して基礎支持部１２に接合されている。脚部１４及び１６は、ピボットハウジング３２を介して旋回が可能となるように接続される。脚部１６と動作子１８は、ピボットハウジング３４を介して接続される。ハウジング３２内にあって、脚部１６に固定されたプーリは、１つの規格化された単位の直径を有している。ベルト３６は、そのプーリーを覆い且つハウジング３０内の２つの規格化された単位の直径のプーリーに伸張している。ハウジング３２内の１つの規格化された単位の直径のプーリーは、脚部１４に取付けられ、且つ２つの規格化された単位の直径のプーリーを覆っていて更に動作子１８に取付けられているベルト３８に覆われている。
【００１３】
基礎支持部１２は、ｒ、Θ、ｚ制御電子部品４０により独立して調整可能な３種類の動作システムを含んでいる。電子部品４０は、基礎支持部１２内の個々の動作システムを制御し、４２に配置された軸に沿って独立したｒ、Θ、ｚの動作を生じさせる。ｒ方向の動作は、ウエーハ２２の中心及びハウジング３４、３０の中心若しくは回転軸を通過する線に沿って完全に線上に並ぶものである。このｒ方向の作動は、ハウジング３０の軸を中心に脚部１４を回転させ、同時にハウジング３０内に固定された２つの規格化された単位の直径のプーリーを維持することにより達成される。Θ方向の動作は、ハウジング３０及び脚部１４を一体として完全に回転することにより達成され、一方ｚ方向の動作は、ハウジング３０及びアーム１４を一体として昇降するか、若しくは変形例として支持要素の上に基礎支持部１２を昇降することにより達成される。
【００１４】
プーリーの結合比及びその配置は、Θ又はｚの動作に独立した動作子１８の厳密なｒ方向すなわち半径方向の動きを提供する。Θ及びｚ動作の双方とも、他の２軸に対して独立した動作となるように基礎支持部１２内のモーターシステムにより生成される。
台座５０は、ウエーハ２２を保持し得る真空チャック５２を回転可能なように支持し、動作子１８の指部２０間の領域２４にウエーハを保持するように当該真空チャックを支持している。ロボットアームのｒ、Θ、ｚ動作の組合わせは、真空チャック上にウエーハ２２を配置することが可能であり、アームは、動作子１８から真空チャック５２にウエーハを移載して保持するように下側に移動する。
【００１５】
容量式若しくは他の方式によるエッジセンサ５４は、真空チャック５２で回転される半導体ウエーハ２２のエッジの位置を検出する。この位置情報は、オフセット検出及び制御回路５６に供給され、既に記載された米国特許第４，４５７，６６４号に記載されるような方法で、真空チャック５２上のウエーハ２２の不整合の大きさ及び角度を判定し且つ最初に動作子から真空チャック５２に移載された時にウエーハが動作子１８で不整合にされた度合いの不整合の大きさ及び角度を判定する。
【００１６】
１つの実施例として、この情報は、図２の処理に基づいて利用され、真空チャック５２とウエーハ２２は整合されて、予め規定された整合状態で動作子１８に戻される。特に図２に図示される如く、スタート状態６０から、ロボットアーム１０は、基礎支持部１２内の動作システムにより制御され、ステップ６２で真空チャック５２にウエーハが配置される。次のステップ６４において、真空チャック５２はモーター保持体５０により回転させられる。ステップ６６において、エッジの位置は、センサ５４により検出され、且つ真空チャック５２の回転中心に対してウエーハ重心の位置を検出するように電子機器５６により処理される。次のステップ６８において、真空チャック５２はウエーハを位置決めし、その結果オフセットは、真空チャック５２の中心とハウジング３０の中心とを通過する軸７０に沿って表れるようにする。その後、ステップ７２において、ロボットアームが作動させられ、且つウエーハは動作子１８により取り上げられて軸７０に沿って移動し、厳密にｒ方向に沿って線形に動作し、真空チャック５２にウエーハを再載置し、その結果ウエーハの重心が回転体の軸上に配置される。ステップ６４からステップ６８は、検証又は誤りの最小化を目的として数回にわたり繰り返され得る。
【００１７】
その後のステップ７４において、ウエーハ２２の基準部分又は平坦部等の構造の位置は、予め決められた位置に配置され、且つその後のステップ７６においてロボットアームが、動作され、且つウエーハは予め規定された判っている整合のまま動作子１８に移載される。基礎支持部１２内の動作システムにより形成されたｒ、Θ、ｚ方向に予め規定された数の独立した制御及び定量ステップを利用して、ウエーハ２２は、予め決定された整合のまま予め決定された次のステーション、例えばステーション８０、に再載置され得る。
【００１８】
その変形例として、第２の実施例において、動作は、ステップ６６又はステップ６８の後に、ステップ８２へと枝分かれされ、真空チャック５２での再整合より前に、且つ不整合の度合いを認知したままウエーハ２２は動作子１８に移載される得る。その後、ウエーハ２２は、基礎支持部１２中の移動システムの制御の下でロボットアームにより搬送され、ウエーハ２２を独立したｒ、Θ、ｚ方向に規定された数のステップで移動させられる。移動ステップに計算された不整合のオフセットを導入して、予め決められた整合と同一になるようにステーション８０にウエーハを配置する。
【００１９】
本発明の説明のために、集合装置８４であってその周囲に沿って複数の処理ステーション８６が含まれる装置の概略図を示す図３を参照する。ロボットアーム１０の構造をほぼ有しているロボットアーム８８は、集合装置内の中心位置に配置され、且つ上部アーム９０、前部アーム９２及び動作子９４を使用し、更にロードロック９８からアライナー１００を介して半導体ウエーハ又はウエーハ群９６を移載することに使用され、その後、処理ステーション８６へ１回に１枚搬送する。アライナー１００において、ウエーハは、その後に処理ステーションへ搬送されるようにこれから説明する本発明の方法により正確に位置決めされる。図４に示した代替構造では、アライナー１００は、ロードロック９８と整列されるよりもむしろ円周方向に離れて配置された方が好ましい。この実施例によると、ロボットアーム８８の動作子９４は、ウエーハ９６を受け取り、１又はそれより多い処理ステーション８６にウエーハを搬送する前に、ロードロック９８を介して処理される。どちらの例によっても、アライナー１００は、真空（負圧にする）又は非真空すなわち大気圧型の何れかにされ得る。ロードロックにてウエーハを受け取った後に、ロボットアームは、矢印１０２に示す如く時計回りに回転又はスイープされ、正確に位置決めされるようにまずアライナー１００へウエーハを搬送し、その後に、上述の如く適切な処理ステーション８６へ配置される。
【００２０】
集合装置又は他のシステムコンポーネント内において行う処理に対して、ウエーハは各処理ステーション８６内で確実に配置されることが重要である。これを達成する為に、図５及び６を参照すると、ウエーハ９６の重心Ｏは保持チャック１０６の回転軸１０４に整合され、その結果チャックの回転はウエーハの全ての位置に対して釣り合って均一に分与されることが重要である。従って、本発明は、直角四辺形に形成されたウエーハ９６の所望の位置からの変位の大きさと方向を規定する偏心ベクトルε（図５参照）を決定する方法に関する。上記の如く、ウエーハは、重心Ｏと、４つのコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤと、連続した周囲エッジ１０８と、４つの側部、すなわち１１０（又はＡＢ）、１１２（又はＢＣ）、１１４（又はＣＤ）、１１６（又はＤＡ）とを有する。本発明の方法によれば、ウエーハ９６は、点Ｐにおいてウエーハと交差する回転軸を中心に回転するように保持されている。例えばＣＣＤを線形に配列したものとされ得る適切なエッジセンサ１１８は、ウエーハが回転軸１０４を中心に回転した場合に周囲エッジ１０８の外形を検出するように設けられる。図５中の点Ｓは、センサー１１８の最外端であり且つ点Ｐを中心とした特定方向とは関係無くウエーハ９６と同一の平面上にある点を示している。説明の為に、点Ｓは、線ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ及びＰＤ上に各々図示され、センサに重なった場合に当該各ライン上に共通記号の点で示す。
【００２１】
基準部分１２０等の基準部分の最初の位置は、エッジセンサにより検出されるように周囲エッジに設定され得る。基準部分１２０は、例えばコーナーＣにおいて切欠きエッジ（図５）とされ得る。基準部分を設定した目的は、作業員がウエーハを手動で取扱うか又は機械が自動的に操作する場合にウエーハの方向を認知させることである。極端な例として、基準部分はウエーハの側部の全体に付けられ得る。
【００２２】
集合装置８４の動作のある時点において、ウエーハ９６は、ロードロック９８に到着した後にアライナー１００内の保持チャック１０６上に配置される。上記の如く、これが実行された場合、ウエーハの重心Ｏは、回転軸１０４がウエーハに交差する点Ｐに対してオフセットされていて、本発明の目的は、アライナー又はロボットアームの何れかにより点Ｐを重心Ｏに整合することである。図６に示される如く、光源１２２、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）とされ得る適切な光源が、アライナー１００内に配置され、複数の矢印１２４により表現される幅の広いビーム光が、ウエーハ９６の平面及びウエーハの周囲エッジ１０８と同一の平面を横切る方向のエッジ又は光センサ１１８に向けて方向付けられる。この方法により、ウエーハに遮断されない光のみが、光センサ１１８到達し且つ光センサで検出される。従って、保持チャック１０６は、適切な速度により一回転より多く回転されせられ、エッジセンサ１１８は、周囲エッジ１０８の外形を検出する。この情報から、制御回路５６は４つの側部１１０（又はＡＢ）、１１２（又はＢＣ）、１１４（又はＣＤ）、及び１１６（又はＤＡ）を含む周囲エッジの外形を規定する曲線１２６（図７）と、基準部分の最初の位置に対してエッジセンサにより得られた測定値を基に４つのコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとを決定する。
【００２３】
図６に示す如く、もしウエーハ９６が不透明体であれば、エッジセンサ１１８は、光源１２２のウエーハと重ならない部分つまり周囲エッジ１０８の左側で光を受光するのみであり、図６Ａ中に示す如く、横座標に沿って示された“ｂ”及び“ｃ”の値の間で信号１２８が発生する。もちろん、図６Ａに示す如く、ウエーハと重なる部分つまり周囲エッジ１０８の右側であって、横座標に沿って示された“ｂ”と“ａ”の間では、信号はゼロである。
【００２４】
変形例であるが、図６を参照する。もしウエーハ９６が透明体であれば、曲線１２６を生成するために、幾つかの他の方法が行わなければならない。この変形例によれば、ウエーハ９６の動作にその後影響しないが透明ウエーハの光透過性を変更でき且つ所定の方法によりエッジセンサ１１８により認知されることが可能な光を変更する溝等の連続した構造が、周囲エッジ１０８上に形成される。エッジセンサ１１８は、検出可能な全範囲内に亘って光源１２２から光を受光し、図６Ｂに示す如く、横座標に沿って“ａ”及び“ｃ”の値の間に示された信号１３０が生成される。しかしながら、図６Ｂに示されるように、“ｂ”の位置において、信号１３０は、透明体ウエーハ９６の周囲エッジ１０８上に設けられた構造により生ずる光学的な影響である切欠き信号１３２に変更される。この切欠き信号は、任意の回転位置Θにおけるウエーハエッジの実際の位置を示す。
【００２５】
いずれにしても、図７に示す如く、曲線１２６は、ＸＹ座標系に形成されていて、ウエーハ９６が０°から３６０°の間で回転する回転角度Θを示している横座標の横軸すなわちＸ軸１５０を横切るように伸長し、離散した４つの放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８を含んでいる。４つの離散した放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８は、相隔てられ且つ相互に平行になっていて、各放物線状の部分は線形に整列された部分からの最も離れた垂直距離の位置において頂点を有する。従って、図７の如く、放物線状部分１４２の頂点Ｂ’は、横座標１５０から垂直距離ＳＢを有している。図示の如く、距離ＳＢは、縦軸又は回転が０°におけるＹ軸１５２に整列されている。同様の形態で、放物線状部分１４４の頂点Ａ’は、横座標軸１５０から垂直距離ＳＡを有しており、放物線状部分１４６の頂点Ｄ’は、横座標軸１５０から垂直距離ＳＤを有しており、放物線状部分１４８の頂点Ｃ’は、横座標軸１５０から垂直距離ＳＣを有している。上述の如く、距離ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤは、エッジセンサ１１８により得られた測定値を全て反映している。
【００２６】
ＸＹ座標系において各コーナーを検出する為に、各放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８に対して、目的は、ｙminを決定し、それによりＡ’Ｂ’Ｃ’及びＤ’を見つけ出すことである。図７を継続して参照し且つ図８を更に参照して、本方法を以下に記載することとする。図７に示され且つ上述の如く、ウエーハ９６の周囲エッジを規定する曲線１２６は、ＸＹ座標軸系中にまず位置決めされる。その後、４つの離散した放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８の各頂点領域において、横座標１５０に沿って増加する距離に従って縦座標１５２の方向における曲線１２６の方向の変化率が、計算される。より詳細には、Θ1とΘ2との間、例えば離散した点ΘA、ΘB、ΘC、ΘD及びΘE（図８）であって、４つの離散した放物線状部分の各の頂点領域において、曲線１２６の方向の変化率は、横座標１５０に沿って増加する距離に従って縦座標の方向に計算される。横座標１５０に沿って増加する距離に従って縦座標１５２の方向に発生する最小の変化率値を示す曲線１２６の位置は、コーナーの位置である。図８に示す如く、拡大された曲線１２６により、この手順が実施可能であり、特に、頂点Ａ’の周囲の領域を含む放物線状の部分１４４は、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４のデータ点に適合するよう曲線のあてはめが使用され、その後にＸnose及びＹnoseを内挿して最小二乗法を適用して、Ａ’が決定される。
【００２７】
上述の如く、本発明のシステムがウエーハ９６の基準部分１２０の位置を決定することが可能となるようにされることが好ましい。図７を継続して参照し且つ図８を更に参照して、本方法を以下に記載することとする。図７に示されており且つ上述の如く、ウエーハ９６の周囲エッジを規定する曲線１２６は、ＸＹ座標軸系中にまず配置される。その後、Θ1とΘ2との間の４つの離散した放物線状の部分１４２、１４４、１４６、１４８の各頂点領域において、目的は、Θ1とΘ2との間の領域で最も平坦になる頂点を規定することである。特に、横座標１５０に沿って増加した距離に従い縦座標１５２の方向における曲線１２６の方向の変化率が計算される。これが４つのコーナーの各々に対して実施された場合、変化率が比較され、且つ最小の変化率を有する曲線が基準部分を有するコーナーとして、判断される。ＳＣの測定値が、既知の平坦部の大きさにより補正される。
【００２８】
図９を参照すると、保持チャック１０６に最初に配置されたウエーハ９６の平面図が示されている。本発明によるシステムは、偏心ベクトルεを判定するように設けられていて、偏心ベクトルは直角四辺形である半導体ウエーハ９６の重心Ｏの所望の位置から最初の配置に変位されている大きさと方向を規定しているとして、最初に述べられた。センサにより検出されるように周囲エッジに望ましく設定された基準部分の最初の位置を用いて、ウエーハは点Ｐを中心として回転され、周囲エッジの外形を規定する曲線が得られる、として更に説明した。
【００２９】
偏心ベクトルは、ウエーハのコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの検出された位置から制御回路により計算され、且つ点Ｐに対する重心Ｏの空間的な変位を示す大きさを有し、且つ点Ｐと重心Ｏを接続する第１線とウエーハの対角線となる第２線により形成された角度を示す方向Φを有している。更に説明を行うと、図９に示す如く、ウエーハ９６のコーナーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、重心Ｏを中心にして周囲エッジ１０８に沿って時計回りの方向に連続的にされている。この最初の配置により、本発明に含まれる次の計算方法を使用するために、ＸＯＹ座標系中のＸ軸は、コーナーＡ及びＣを接続し且つ重心Ｏを通過する線ＡＣとして規定されている。その後で、点Ｐ、つまりウエーハが保持チャック１０６上で回転される中心となるウエーハ上の点が、Ｘ軸上（線ＡＣ）の点Ｆに投影され、それによって線ＯＦが規定される。
【００３０】
コーナーＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの位置を判別し、且つ線ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤの測定値を得る手順は、既に記載してある。
更に、本発明の方法を続けると、次のように計算され得る。
【００３１】
【数１】
従って、線ＯＧは、重心Ｏを通過して且つＸ軸に垂直に線引きされ、現在採用されているＸＯＹ座標系となるようＹ軸を規定している。その後に、点Ｐは、Ｙ軸の点Ｅ’上に投影され、それによって線ＯＥ’が規定される。これらの操作を基礎として、εの大きさは、√（ＯＦ2＋ＯＥ’2）として規定され、方向Φは、ｔａｎ-1（ＯＥ’／ＯＦ）として規定され得る。
【００３３】
テーラー展開式の適用により、上記の式（１）及び（２）は、正しいことが証明され、実際は、ＦＡ、ＦＣ、ＥＢ及びＥＤよりもむしろＰＡ、ＰＢ、ＰＣ及びＰＤを使用する場合の方が、得られる最大誤差値は小にされる。例えば、９．３９８ｃｍ（３．７インチ）と１１．４３ｃｍ（４．５インチ）の長方形状のウエーハの測定を行うと、略０．０１２７ｍｍ（０．０００５インチ）よりも小の誤差量である。これはほとんどの場合、許容誤差である。
【００３４】
既に説明された如く、ウエーハ９６は、各処理ステーション８６に配置された時に、正確に位置決めされなければならない。この目的を達成する為に、ウエーハ９６は、動作子９４上に配置され、好ましくは、エッジセンサ１１８が設置されたアライナー１００内に配置される。ウエーハは、任意の基準部分として基準部分１２０が形成され得、又はエッジ１１４等のエッジが基準として使用され得る。説明の都合上、エッジ１１４を基準部分として考慮する。従って、この実施例において、エッジ１１４が、アライナー１００の壁部Ｗに平行となるようにウエーハ９６を再位置決めすることが所望される。この目的の為に、エッジ１１４として形成された基準部分は、上記の如く、ウエーハが回転するとセンサ１１８により検出されることが理解されるであろう。
【００３５】
エッジ１１４（つまり線ＤＣ）がアライナー１００の壁部Ｗに整合するように、アライナー１００の壁部Ｗに垂直な線ＰＷ1とエッジ１１４に垂直な線ＰＨにより形成される角度である角度ｂ（図５参照）の分だけしてウエーハ９６を回転させることが必要である。角度ｂを得るために、チャックの回転の中心とウエーハの内部にあるセンサのエッジＳとの間であるＰＳ距離が
【００３６】
【数２】
として記載される式により最初に計算される。
角度ｂは、次の式、つまり
【００３８】
【数３】
により計算され、ここで、
【００４０】
【数４】
である。
ウエーハが、図５に示された方向とは異なる方向に配置された場合に、開始の方向から図示された方向へのオフセット角度が、角度ｂに付加される。
上記のことが達成された場合に、動作子が動作させられ、重心Ｏが動作子９４の中心Ｔ（図３参照）に整合し、且つエッジ１１４が更にアライナー１００の壁部Ｗに平行になったままの状態のウエーハ９６が持ち上げられる。その後に、ロボットアーム８８が、各処理ステーション８６内へと動作子９４を動作し、ウエーハ９６の位置と方向は移動させられた場所の壁部に対して最終的な位置を保持しており、これは直前に述べられている。
【００４２】
本発明の好ましい実施例が、詳細に開示されているものの、様々な他の変更が、本明細書及び特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく記載された実施例に対して実施され得ることは、当業者には理解され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知のロボットアーム及びウエーハを整合する補助装置の透視図である。
【図２】 図１のロボットアームの動作を表示したフローチャートである。
【図３】 周囲に複数の処理ステーションを含む集合装置を示した概略平面図である。
【図４】 図３に示されたものと同様であるが、他の実施例を示している集合装置の一部の概略平面図である。
【図５】 集合装置に結合されたアライナー内に配置されたウエーハを示す概略平面図である。
【図６】 エッジセンサにより動作が規定されるように保持チャック上にマウントされたウエーハの概略的な側面図である。
【図６Ａ】 不透明体ウエーハに対して向けられたエッジセンサにより得られた信号を示す図６に関するグラフである。
【図６Ｂ】 透明体ウエーハに対して向けられたエッジセンサにより得られた信号を示す図６に関するグラフである。
【図７】 図６に示されたエッジセンサにより得られた測定値を基にウエーハの周囲エッジの外形を規定する曲線である。
【図８】 図７の曲線の部分拡大図である。
【図９】 保持チャック上に最初に配置されたウエーハであって、ウエーハの重心Ｏの所望の位置から最初の位置の変位の大きさと方向を示す偏心ベクトルεを示した概略平面図である。
【符号の説明】
８６ 処理ステーション
８８ ロボットアーム
９４ 動作子
９６ ウエーハ
９８ ロードロック
１００ アライナー
１０８ 周囲エッジ
１１８ エッジセンサ
１２０ 基準部分
１２２ 光源
Claims (15)
- 重心Ｏと、４つの側部からなる連続する周囲エッジと、４つのコーナーと、を有する直角四辺形の半導体ウエーハの所望の位置からの変位の大きさと方向を規定する偏心ベクトルεを決定する方法であって、
（ａ）点Ｐにおいて前記ウエーハと交差する回転軸を中心に回転するように前記ウエーハを保持するステップと、
（ｂ）前記周囲エッジの外形を検出するエッジセンサを設けるステップと、
（ｃ）前記センサにより検出されるように前記周囲エッジに基準部分の最初の位置を設定するステップと、
（ｄ）前記回転軸を中心に前記ウエーハを回転させるステップと、
（ｅ）ステップ（ｄ）の間に、前記周囲エッジの外形を検出し、且つ前記基準部分の最初の位置に対して前記センサにより得られた測定値を基に前記４つのコーナー及び前記４つの側部の少なくとも１部を含む前記周囲エッジの外形を規定する曲線を生成するステップと、
（ｆ）前記偏心ベクトルが前記ウエーハのコーナーの検出された位置から計算されるステップと、を含み、前記偏心ベクトルは、前記点Ｐに対する前記重心Ｏの空間的な変位を示す大きさを有し、且つ前記点Ｐと前記重心Ｏを接続する第１線と前記ウエーハの対角線となる第２線により形成される角度を示す方向Φを有している、
ことを特徴とする偏心ベクトルの決定方法。 - （ｇ）前記ウエーハをアライナーステーションに挿入するステップと、
（ｈ）前記ウエーハを最初の位置から所望の位置に再配置するステップと、
（ｉ）ステップ（ｈ）において達成された所望の位置を維持しつつ前記ウエーハを順次、複数の処理ステーションに搬送するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 - （ｊ）前記アライナーステーション及び各前記処理ステーション中を真空に維持するステップと、
を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。 - ステップ（ｈ）は、新しい所望の位置を基準にして、前記ウエーハを後段で位置決めするステップを含み、
（ｊ）ステップ（ｂ）の前記センサの検出範囲内の位置に前記基準部分を大まかに位置決めするステップと、
（ｋ）前記ウエーハの前記基準部分が前記アライナーステーション内の第２基準に整合されるまで、前記ウエーハを回転させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。 - （ｌ）前記点Ｐに対する前記重心Ｏの空間的な変位を示す大きさ有し、且つ前記点Ｐと前記重心Ｏとを接続する第１線と前記ウエーハの対角を結ぶ第２線により形成された角度を示す方向Φとを有する偏心ベクトルεを計算するステップと、
（ｍ）ステップ（ｊ）の前記アライナーステーションの位置から前記ウエーハを持ち上げるロボットアームを設け、且つステップ（ｈ）にて達成された所望の位置を維持しながら複数の処理ステーションに前記ウエーハを順次搬送するステップと、
を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。 - ステップ（ｃ）は、
（ｇ）前記ウエーハの前記周囲エッジの所定の場所において前記周囲エッジの規則的な外形を変更する構造を形成するステップ、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記ウエーハは、不透明体であり、
ステップ（ｂ）の前記センサは、光センサであり、
ステップ（ｂ）は、
（ｇ）前記ウエーハにより遮光されない光のみが前記光センサ到達し且つ前記光センサにより検出されるように、幅の広い光ビームを前記ウエーハの平面及び前記ウエーハの前記周囲エッジと同一平面を横切る方向の前記光センサに方向付けるステップ、を含む
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記ウエーハは透明体であり、
ステップ（ｂ）の前記センサは光センサであって、
ステップ（ｃ）は、
（ｇ）前記透明体ウエーハの光透過性を変化させる連続する構造を前記透明体のウエーハの前記周囲エッジに形成するステップ、を含み、
ステップ（ｂ）は、
（ｈ）前記光センサにより前記連続する構造から光学的な作用が検出されるように、幅の広い光ビームを前記透明体ウエーハの平面及び前記ウエーハの前記周囲エッジと同一平面内を横切る方向の前記光センサに方向付けるステップ、を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - ウエーハの上面図を観察することにより以下の全てのステップ及び関係が発生するものであって、
ステップ（ｆ）は、
（ｇ）前記重心Ｏを中心として前記周囲エッジに沿って時計回り方向に進めてＡ、Ｂ、Ｃ及びＤとしてウエーハのコーナーを規定するステップと、
（ｈ）コーナーＡとＣとを結び且つ前記重心Ｏを通過する線をＸＯＹ座標軸系のＸ軸に規定するステップと、
（ｉ）点Ｐから前記Ｘ軸の点Ｆに向けて投影し、それにより線ＯＦを規定するステップと、
（ｊ）前記重心Ｏを通過して且つ前記Ｘ軸に垂直なＹ軸を規定するステップと、
（ｋ）点Ｐから前記Ｙ軸の点Ｅ’に向けて投影し、それにより線ＯＥ’を規定するステップと、
（ｌ）εの大きさを、√（ＯＦ2＋ＯＥ’2）として判定するステップと、
（ｍ）方向Φを、ｔａｎ-1（ＯＥ’／ＯＦ）として判定するステップと、を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - ステップ（ｅ）で生成した前記曲線は、一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分と前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分を横切って伸長する４つの放物線状の部分とを含み、前記４つの放物線状の部分は、互いに隔てられ且つ相互に平行であって、前記４つの放物線状の部分の各々は、前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分から最も離れた垂直距離の位置に頂点を有していて、
（ｎ）前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分が前記Ｘ軸にほぼ平行となるように、ＸＹ座標系中に前記周囲エッジを規定する前記曲線の位置決めをするステップと、
（ｏ）各線ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤが規定されるように、前記点Ｓと前記ウエーハの各コーナーとの間で前記ウエーハの最も離れた垂直距離を測定するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項９記載の方法。 - ウエーハの上面図を観察することにより以下の全てのステップ及び関係が発生するものであって、
ステップ（ｆ）は、
（ｇ）前記重心Ｏを中心として前記周囲エッジに沿って時計回り方向に進めてＡ、Ｂ、Ｃ及びＤとしてウエーハのコーナーを規定するステップと、
（ｈ）コーナーＡとＣとを結び且つ前記重心Ｏを通過する線をＸＯＹ座標軸系のＸ軸に規定するステップと、
（ｉ）点Ｐから前記Ｘ軸の点Ｆに向けて投影し、それにより線ＯＦを規定するステップと、
（ｊ）点Ｐから線ＢＤ上の点Ｅに向けて投影し、それにより線ＯＥを規定するステップと、
（ｋ）εの大きさを、√（ＯＦ2＋ＯＥ’2）として判定するステップと、
（ｌ）方向Φを、ｔａｎ-1（ＯＥ’／ＯＦ）として判定するステップと、を含み、
前記線ＯＦの長さは、線ＰＡの長さから線ＰＣの長さを引いたものにほぼ等しく、
前記前記線ＯＥの長さは、線ＰＤの長さから線ＰＢの長さを引いたものにほぼ等しい、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - ステップ（ｅ）で生成した前記曲線は、一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分と前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分を横切って伸長する４つの放物線状の部分とを含み、前記４つの放物線状の部分は、互いに隔てられ且つ相互に平行であって、前記４つの放物線状の部分の各々は、前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分から最も離れた垂直距離の位置に頂点を有していて、
（ｎ）前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分が前記Ｘ軸にほぼ平行となるように、ＸＹ座標系中に前記周囲エッジを規定する前記曲線の位置決めをするステップと、
（ｏ）各線ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤが規定されるように、前記点Ｓと前記ウエーハの各コーナーとの間で前記ウエーハの最も離れた垂直距離を測定するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。 - ステップ（ｅ）で生成した前記曲線は、一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分と前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分を横切って伸長する４つの放物線状の部分とを含み、前記４つの放物線状の部分は、互いに隔てられ且つ相互に平行であって、前記４つの放物線状の部分の各々は、前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分から最も離れた垂直距離の位置に頂点を有していて、
前記ウエーハの１つのコーナーは、基準部分を有し、
（ｎ）前記基準部分を有する特定のコーナーを判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 - （ｏ）前記一列に並べられた離散した４つの線形の整列部分が前記Ｘ軸にほぼ平行となるように、ＸＹ座標系中に前記周囲エッジを規定する前記曲線の位置決めをするステップと、
（ｐ）前記離散した４つの放物線状部分の各頂点の領域において、前記曲線の方向の変化率を、前記横座標に沿って増加する距離に従って前記縦座標の方向で計算するステップと、
（ｑ）ステップ（ｐ）において得られた前記変化率を比較するステップと、
（ｒ）ステップ（ｑ）から変化率の最も少ない曲線を判定し、それによって前記基準部分を有するコーナーを判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。 - 重心Ｏと４つの側部を有する連続した周囲エッジと４つのコーナーとを有する直角四辺形の半導体ウエーハが第１位置から第２位置に再配置する方法であって、
（ａ）点Ｐにおいて前記ウエーハと交差する回転軸を中心に回転させることが可能であり且つＸ軸及びＺ軸に沿って移動可能なように前記ウエーハを保持するステップと、
（ｂ）前記周囲エッジの外形を検出するエッジセンサを設けるステップと、
（ｃ）前記センサにより検出される前記周囲エッジの基準部分の最初の位置を設定するステップと、
（ｄ）前記回転軸を中心に前記ウエーハを回転させるステップと、
（ｅ）ステップ（ｄ）で、前記周囲エッジの外形を検出し、且つ前記基準部分の最初の位置に対する値を基に前記４つの側部と４つのコーナーの少なくとも１部を含む周囲エッジの外形を決定する曲線を発生するステップと、
（ｆ）前記点Ｐに対して前記重心Ｏの空間的な変位を示す大きさを有し、且つ前記Ｘ軸に対して前記点Ｐと前記重心Ｏとを結ぶ線が形成する角度を示す方向Φを有する偏心ベクトルεが、前記ウエーハのコーナーの検出された位置から計算するステップと
（ｇ）偏心ベクトルεから得られた制御信号を用いて第２位置にウエーハを再配置するステップと、
を含むことを特徴とする再配置の方法。
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