(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板支持体表面の第２の粗位置ユニットの対の片方である第１の粗位置ユニットと、
前記基板支持体表面の第２の精密位置ユニットの対の片方である第１の精密位置ユニットを備える基板デバイスであって、
前記基板デバイスが、前記第１の粗位置ユニットと前記第２の粗位置ユニットとの間の粗位置オフセットを測定するように構成され、
前記基板デバイスが、前記第１の精密位置ユニットと前記第２の精密位置ユニットとの間の精密位置オフセットを測定するように構成されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の基板デバイスであって、ワイヤレス通信リンクをさらに備え、前記基板デバイスが、前記粗位置オフセットと前記精密位置オフセットとに関する位置情報を前記ワイヤレス通信リンクを介して実時間で伝達するように構成されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の基板デバイスであって、
前記第１の粗位置ユニットが、少なくとも１つの光学検出器を備え、
前記基板支持体表面の前記第２の粗位置ユニットが、少なくとも１つの粗ターゲットを備え、
前記基板デバイスが、前記少なくとも１つの光学検出器を介して前記少なくとも１つの粗ターゲットの相対的位置を測定することによって前記粗位置オフセットを測定するように構成されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の基板デバイスであって、
前記少なくとも１つの粗ターゲットが、少なくとも２つの離間した十字線ターゲットであることを特徴とする基板デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の基板デバイスであって、
前記少なくとも１つの光学検出器が、位置敏感検出器の少なくとも２つの離間した組であり、前記少なくとも２つの組の各組が、１つ以上の光学検出器を備えることを特徴とする基板デバイス。
【請求項６】
請求項４に記載の基板デバイスであって、
前記少なくとも２つの十字線ターゲットの各十字線ターゲットが、前記十字線ターゲットの中心から離れて延びるにつれて幅が増大する外側に延びる部分を備えることを特徴とする基板デバイス。
【請求項７】
請求項３に記載の基板デバイスであって、前記少なくとも１つの光学検出器が、前記少なくとも１つの粗ターゲットからの照射を検出するように構成された二次元（２Ｄ）位置敏感検出器であることを特徴とする基板デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載の基板デバイスであって、
前記基板デバイスの前記第１の精密位置ユニットが、前記基板支持体表面の前記第２の精密位置ユニットにおける少なくとも１つの第２のバーニヤパターンに対して相補的である少なくとも１つの第１のバーニヤパターンを備え、前記第１の精密位置ユニットが、光検出器の組をさらに備え、
前記基板デバイスが、前記光検出器の組を介して相補的な前記第１のバーニヤパターンと前記第２のバーニヤパターンとの間のオフセットを測定することによって前記精密位置オフセットを測定するように構成されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載の基板デバイスであって、
前記少なくとも１つの第１のバーニヤパターンが、少なくとも２つの離間した第１のバーニヤパターンであり、
前記基板支持体表面の前記第２の精密位置ユニットにおける前記少なくとも１つの第２のバーニヤパターンが、前記少なくとも２つの離間した第１のバーニヤパターンに対して相補的である少なくとも２つの離間した第２のバーニヤパターンであることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の基板デバイスであって、前記第２の粗位置ユニットと前記第２の精密位置ユニットとの裏面上の受動背面照射ユニットを照射するように構成される少なくとも１つの発光体をさらに備えることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板デバイスであって、
前記基板支持体表面の前記受動背面照射ユニットが、蛍光体であり、前記少なくとも１つの発光体が、前記蛍光体に対して照射を行うように構成された少なくとも１つの光源であることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板デバイスであって、前記受動背面照射ユニットが、前記光源から前記蛍光体に光を誘導するように構成された光学素子を含むことを特徴とする基板デバイス。
【請求項１３】
請求項１１に記載の基板デバイスであって、前記受動背面照射ユニットが、前記光源と前記蛍光体との間に配設された光学素子を含み、前記光学素子が、前記蛍光体によって粗ターゲットに提供される均一の照射をするように構成されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１４】
請求項１０に記載の基板デバイスであって、前記基板支持体表面の前記受動背面照射ユニットが、非蛍光体照射ユニットであることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１５】
請求項１に記載の基板デバイスであって、３つの相補軸における前記基板デバイスの運動、方向、または加速度のうちの１つ以上を測定するように構成された少なくとも１つの運動、方向、または加速度センサをさらに備えることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載の基板デバイスであって、周囲空気中の粒状物質を測定するように構成された粒子検出器をさらに備えることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１７】
請求項１に記載の基板デバイスであって、
前記基板デバイスが、ウェーハ基板と、前記ウェーハ基板上に配設された電子機器とを備え、
前記第１の粗位置ユニットおよび前記第１の精密位置ユニットが、前記ウェーハ基板上に配設されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載の基板デバイスであって、
前記ウェーハ基板が、１００〜４５０ミリメートルの直径を有するシリコンウェーハであることを特徴とする基板デバイス。
【請求項１９】
請求項１に記載の基板デバイスであって、
前記粗位置オフセットが、Ｘ方向粗オフセットと、Ｙ方向粗オフセットと、回転粗オフセットとを含み、
前記精密位置オフセットが、Ｘ方向精密オフセットと、Ｙ方向精密オフセットと、回転精密オフセットとを含むことを特徴とする基板デバイス。
【請求項２０】
請求項１に記載の基板デバイスであって、
ワイヤレス通信リンクをさらに備え、
前記基板デバイスが、前記粗位置オフセットと前記精密位置オフセットとに関する位置情報を前記ワイヤレス通信リンクを介して実時間で伝達するように構成され、
前記基板支持体表面の前記第２の粗位置ユニットが、少なくとも２つの離間した十字線ターゲットを備え、
前記第１の粗位置ユニットが、位置敏感検出器の少なくとも２つの離間した組を備え、前記少なくとも２つの組の各組が、実質的に直角の位置敏感検出器の対を備え、
前記基板デバイスが、位置敏感検出器の前記少なくとも２つの離間した組の各々を介して前記少なくとも２つの離間した十字線ターゲットの各々の相対的位置を測定することによって、前記粗位置オフセットを測定するように構成され、
前記第１の精密位置ユニットが、フォトダイオードの組と、少なくとも２つの離間した第１のバーニヤパターンとを備え、前記第１のバーニヤパターンの各々が、前記基板支持体表面の前記第２の精密位置ユニットにおける少なくとも２つの離間した第２のバーニヤパターンに対して相補的であり、
前記基板デバイスが、前記フォトダイオードの組を介して相補的な前記第１のバーニヤパターンと前記第２のバーニヤパターンとの間のオフセットを測定することによって、前記精密位置オフセットを測定するように構成されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載の基板デバイスであって、
３つの相補軸における前記基板デバイスの運動、方向、または加速度のうちの少なくとも１つを測定するように構成された少なくとも１つの運動、方向、または加速度センサと、
周囲空気中の粒状物質を測定するように構成された少なくとも１つの粒子検出器と、
前記基板支持体表面の前記第２の粗位置ユニットおよび前記第２の精密位置ユニットの裏面上の受動背面照射ユニットを照射するように構成された少なくとも１つの発光体とをさらに備え、
前記基板デバイスが、ウェーハ基板と、前記ウェーハ基板上に配設された電子機器とを備え、
前記第１の粗位置ユニット、前記第１の精密位置ユニット、前記少なくとも１つの運動、方向、または加速度センサ、前記少なくとも１つの粒子検出器、および前記発光体が、前記ウェーハ基板上に配設されることを特徴とする基板デバイス。
【請求項２２】
請求項１に記載の基板デバイスを使用する方法であって、
初めに基板ハンドラを用いて前記基板デバイスを前記基板支持体表面上に位置決めするステップと、
前記基板デバイスを用いて前記第１の粗位置ユニットと前記第２の粗位置ユニットとの間の粗位置オフセットを測定するステップと、
前記粗位置オフセットに関する粗位置情報を前記基板デバイスから前記基板ハンドラに伝送するステップと、
前記粗位置情報に基づいて前記基板ハンドラを用いて前記基板デバイスを前記基板支持体表面上に再位置決めするステップと、
前記再位置決めするステップの後、前記第１の精密位置ユニットと前記第２の精密位置ユニットとの間の精密位置オフセットを測定するステップと、
前記精密位置オフセットに関する精密位置情報を前記基板デバイスから前記基板ハンドラに伝送するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
ａ）基板デバイスと、
ｂ）基板支持体表面と、
ｃ）前記基板デバイスを前記基板支持体表面上に位置決めするように構成された基板ハンドラを備えるシステムであって、
前記基板デバイスが、
ｉ）第１の粗位置ユニットと、
ｉｉ）第１の精密位置ユニットを備え、
前記基板デバイスが、前記粗位置オフセットと前記精密位置オフセットとを測定するように構成され、
前記基板支持体表面が、
ｉ）前記第１の粗位置ユニットの対の片方である第２の粗位置ユニットと、
ｉｉ）前記第１の精密位置ユニットの対の片方である第２の精密位置ユニットを備え、
前記システムが、前記第１の粗位置ユニットと前記第２の粗位置ユニットとの間の粗位置オフセットを測定し、前記粗位置オフセットに基づいて前記基板デバイスを前記基板支持体表面上に再位置決めし、続いて、前記第１の精密位置ユニットと前記第２の精密位置ユニットとの間の精密位置オフセットを測定するように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記基板デバイスが、ワイヤレス通信リンクを備え、  
前記基板デバイスが、前記基板ハンドラによる前記基板支持体表面上への前記基板デバイスの位置決めの間、前記粗位置オフセットと前記精密位置オフセットとを前記基板ハンドラに前記ワイヤレス通信リンクを介して実時間で伝達するように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記基板デバイスの前記第１の粗位置ユニットが、少なくとも１つの光学検出器を備え、
前記基板支持体表面の前記第２の粗位置ユニットが、少なくとも１つの粗ターゲットを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、
前記少なくとも１つの粗ターゲットが、少なくとも２つの離間した十字線ターゲットであり、
前記少なくとも１つの光学検出器が、位置敏感検出器の少なくとも２つの離間した組であり、前記少なくとも２つの組の各組が、１つ以上の光学検出器を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記少なくとも１つの粗ターゲットが、照射のスポットであり、前記少なくとも１つの光学検出器が、前記照射のスポットからの照射を検出するように構成された二次元（２Ｄ）位置敏感検出器であることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記第１の精密位置ユニットが、少なくとも１つの第１のバーニヤパターンを備え、前記第２の精密位置ユニットが、前記第１のバーニヤパターンに対して相補的である少なくとも１つの第２のバーニヤパターンを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムであって、
少なくとも１つの第１のバーニヤパターンが、少なくとも２つの離間した第１のバーニヤパターンであり、
前記少なくとも１つの第２のバーニヤパターンが、前記少なくとも２つの離間した第１のバーニヤパターンに対して相補的である少なくとも２つの離間した第２のバーニヤパターンであることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムであって、
前記第１の精密位置ユニットが、フォトダイオードの組を備え、
前記基板デバイスが、前記フォトダイオードの組を介して相補的な前記第１のバーニヤパターンと前記第２のバーニヤパターンとの間のオフセットを測定することによって前記精密位置オフセットを測定するように構成され、前記第１の精密位置ユニットが、光検出器の組をさらに備え、
前記基板デバイスが、前記光検出器の組を介して相補的な前記第１のバーニヤパターンと前記第２のバーニヤパターンとの間のオフセットを測定することによって前記精密位置オフセットを測定するように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記基板支持体表面が、前記第２の粗位置ユニットと前記第２の精密位置ユニットとを有するマスクを備え、
前記基板支持体表面が、前記マスクの裏面上に受動背面照射ユニットを備えることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムであって、
前記基板デバイスが、前記基板支持体表面の前記受動背面照射ユニットを照射するように構成された少なくとも１つの発光体を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記基板デバイスが、３つの相補軸における前記基板デバイスの運動、方向、または加速度のうちの１つ以上を測定するように構成された１つ以上の運動、方向、または加速度センサをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記基板デバイスが、周囲空気中の粒状物質を測定するように構成された粒子検出器をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記基板デバイスが、ウェーハ基板と、前記ウェーハ基板上に配設された電子機器とを備え、
前記第１の粗位置ユニットおよび前記第１の精密位置ユニットが、前記ウェーハ基板上に配設されることを特徴とするシステム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は基板の処理および分析ならびに関連するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体の内容を本願に引用して援用する、２０１３年１２月２１日に出願した「ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＳＥＮＳＩＴＩＶＥ  ＳＥＮＳＯＲ  ＷＡＦＥＲ  ＷＩＴＨ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ  ＡＮＤ  ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ  ＬＯＧＧＩＮＧ」という名称のアールジェンセン（Ｅａｒｌ  Ｊｅｎｓｅｎ）らへの米国仮特許出願第６１／９１９，７０７号、代理人整理番号Ｐ４３０１の利益の優先権を主張する米国非仮特許出願である。
【０００３】
本出願は、その全体の内容を本願に引用して援用する、２０１４年７月２５日に出願した「ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＳＥＮＳＩＴＩＶＥ  ＳＥＮＳＯＲ  ＷＡＦＥＲ  ＷＩＴＨ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ  ＡＮＤ  ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ  ＬＯＧＧＩＮＧ」という名称のアールジェンセン（Ｅａｒｌ  Ｊｅｎｓｅｎ）らへの米国仮特許出願第６２／０２９，３０６号、代理人整理番号Ｐ４３０１の利益の優先権をやはり主張する米国非仮特許出願である。
【０００４】
半導体デバイスおよび他の電子機器の製造に使用される基板の処理は、製作工程を最適化し、歩留まりを改善するために、綿密な監視ならびに後処理の検査および分析がしばしば関与する注意深く管理される工程である。製作工程および製作レベルの自動マテリアルハンドリングシステム（ＡＭＨＳ）における発達により、基板工程の多くの側面における効率を改善してきた高度の自動化がもたらされている。マテリアルハンドリングシステムは、しばしば、大量の基板を専用キャリア、通常フロントオープニングユニファイドポッド（ＦＯＵＰ：ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ）に入れて異なるツール間を自動的に輸送するシステムを含み、ロボットハンドラをツールに使用して、個々の基板をキャリアから処理または後処理精査用ステージに搭載するのに使用することができる。
【０００５】
時折、望ましくない粒子および他の混入物質が製作に悪影響を及ぼすことがあり、後処理精査、例えば、検査、計測、または他の分析がしばしば処理状態に関する情報および他の有用な情報を収集するのに使用される。これに対処し、より有用な情報を収集するために、半導体ウェーハ処理の文脈で使用されるとき「センサウェーハ」と呼ばれることがある特別な基板状のセンサデバイスが、しばしば、処理状態に関する追加の情報を収集するために、通常の生産基板（例えば、動作可能電子デバイス中に製作された生産ウェーハ）とともに使用される。典型的には、これらの基板デバイスは、生産基板への処理状態の影響に厳密に近似するために、対象の生産基板と同様の寸法および他の物理的パラメータを有するように設計されるが、通常、これらの基板デバイスは、追加のデータを抽出するための追加の専用電子機器も含む。これらのセンサウェーハは、他の生産基板とともにＦＯＵＰ内に設置することができ、他の基板と同様のやり方で生産チャンバ内に設置することができる。データは、典型的には、処理状態に関する追加の有用な情報を取得するために、関連する処理ステージの後に続いて抽出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１０６７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
基板処理および後処理の検査に関連した多くの状況において、精密な位置決めおよび位置情報が極めて重要である。例えば、検査ツールは、非常に小さなマイクロまたはナノ目盛でフィーチャを解像することができる電子顕微鏡または他の電子ビーム系を有することができるが、逆に、基板上に特定の粒子または欠陥を見つけ、有用なデータを収集するために基板がツールに対して精密に位置決めされる必要がある非常に狭い視野を有する。したがって、ツールに対する基板の位置に関する精密な情報は、基板上に特定の小規模の欠陥、粒子、または対象の他の領域を見つけるために極めて重要となる。このような状況において、手動介入を必要とする時間のかかる工程が、典型的には、使用される。これには、通常、手動で光学系を取り付けること、ウェーハを観測すること（ウェーハターゲットを使用して）、および手動で位置オフセットをウェーハハンドラに入力することが関与する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のいくつかの態様は、集積回路またはシリコンウェーハなどの他の電子機器の製造に使用される生産基板に近似する物理的パラメータを有する基板デバイスに関する。いくつかの実装形態において、基板デバイスは、ウェーハステージなどの基板支持体表面に対する基板デバイスの位置を光学的に測定するのに使用することができる基板上に配設された電子機器および／または位置ターゲットを有する、ウェーハ基板などの基板を含む。
【０００９】
本開示のいくつかの他の態様は、基板デバイスと基板支持体表面との間の相対的位置を測定することに関する。いくつかの態様によれば、これは粗位置測定と精密位置測定との両方を含むことができる。いくつかの追加の態様によれば、相対的位置測定は、近接光学系を使用して行うことができる。さらに他の態様によれば、基板デバイスは、通信リンクを介して基板ハンドラに動作可能に結合することができ、相対的位置に関する位置情報をさらに設置するためのフィードバックとして通信リンクを介して基板デバイスからハンドラに伝達することができる。
【００１０】
いくつかの他の態様によれば、前述の基板デバイスは、運動、方向、または加速度の情報を収集することができる。本開示のいくつかの態様によれば、そのような情報は、ロボットハンドラによる基板デバイスの輸送中の基板デバイスの振動を記録するのに使用することができる。これはロボットハンドラによる基板の取り扱い中の安全速度プロファイルを確認するのに使用することができる。
【００１１】
さらに追加の態様によれば、前述の基板デバイスは、周囲空気中の粒状物質に関する粒子情報を収集することもできる。
【００１２】
本開示の教示は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することによって容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示のある態様による、基板デバイス例を示す。
【図１Ｂ】本開示のある態様による、基板支持体表面例を示す。
【図１Ｃ】本開示のある態様による、図１Ｂの基板支持体表面上に位置決めされた図１Ａの基板デバイスを示す。
【図２】本開示のある態様による、粗測定の間、基板支持体表面上に重なった基板デバイスの断面図（正面または側面図）を示す概略図である。
【図３】本開示のある態様による、精密測定の間、基板支持体表面上に重なった基板デバイスの断面図（正面または側面図）を示す概略図である。
【図４】本開示のある態様による粗ターゲットの例を示す概略図である。
【図５】本開示のある態様によるシステムの構成図である。
【図６】本開示のある態様による基板デバイスの電子構成要素の構成図である。
【図７】本開示のある態様による方法の流れ図である。
【図８Ａ】本開示のある態様による、基板デバイスと基板支持体とを有する代替システムの概略図である。
【図８Ｂ】本開示のある態様による、基板デバイスと基板支持体とを有する別の代替システムの概略図である。
【図８Ｃ】図８Ａまたは図８Ｂに示すシステムと併せて使用することができる二次元粗位置センサの可能な実装形態を例示する概略図である。
【図８Ｄ】図８Ａまたは図８Ｂに示すシステムと併せて使用することができる二次元粗位置センサの代替の可能な実装形態を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は、例示のために多くの具体的な詳細を含むが、以下の詳細に対する多くの変形および代替が本発明の範囲内にあることを当業者は理解するであろう。したがって、以下に説明する本発明の例示的な実施形態は、特許請求される本発明の一般性を失わず、特許請求される本発明に限定を加えずに、記載される。
【００１５】
図１Ａ〜３は、本開示のいくつかの態様を例示するシステムの例を示す。システム例は、基板デバイス１０２と、基板デバイスを受ける支持体表面１１０とを有する。支持体表面１１０は、デバイスの一部、例えば、支持体表面に対して基板デバイスを所定位置に固定する何らかの機構を有するチャックでよい。限定としてではなく、例として、そのようなチャックは機械式チャック、真空チャック、磁気チャック、静電チャックでよい。そのようなチャックは、しばしば、半導体ウェーハなどの基板を基板処理ツールに固定するのに使用される。図１Ａは基板デバイス１０２だけを示し、図１Ｂは基板支持体表面１１０だけを示し、図１Ｃは基板支持体表面１１０上に位置決めされた基板デバイス１０２を示す。図２〜３は基板支持体表面１１０上に重なった基板デバイス１０２の断面図（正面または側面図）を示す。図２は、図２が上記の例の粗測定フィーチャを強調しているのに対し、図３が上記の例の精密測定フィーチャを強調している点が図３とは異なる。
【００１６】
図１Ａ〜３に示すように、例示的なシステムにおいて、基板デバイス１０２と下層の支持体表面１１０との両方は、各々、支持体表面に対する基板デバイスの位置の決定を容易にする位置ユニットを含むことができる。位置ユニットは、互いに対の片方であることができ、したがって、２つの位置ユニットの関係、すなわち、基板デバイス内の位置ユニットと基板支持体表面内の位置ユニットとの関係は、基板デバイス１０２と支持体表面１１０との間の相対的位置に関する情報を収集するのに使用することができる。いくつかの実装形態において、位置ユニットは、光学ユニットであり、対の片方の関係には、基板デバイス１０２が下層の支持体表面１１０上に適切に位置決めされ、基板デバイスの正確な位置決め情報を取得するために、近接光学系を使用してユニット間の位置オフセットを測定することが可能になるとき、ユニットが位置合わせされることが関与する。さらに、いくつかの実装形態において、基板デバイス１０２と支持体表面１１０とは、対の片方の粗位置ユニットと対の片方の精密位置ユニットとの両方を含む。
【００１７】
図１Ａ〜１Ｃの例示される例において、基板デバイス１０２の粗位置ユニットは、構成要素１０６ａ、ｂで集合的に表され、対の片方の支持体表面１１０の粗位置ユニットは、構成要素１０４で集合的に表される。同様に、基板デバイス１０２の精密位置ユニットは構成要素１０８ａで集合的に表され、基板支持体表面１１０の精密位置ユニットは構成要素１０８ｂで集合的に表される。
【００１８】
本開示のいくつかの態様によれば、基板デバイス１０２は、基板状でよく、集積回路または他の電子機器の製造に使用される生産基板の物理的パラメータに近似する物理的パラメータを有することができる。そのような生産基板の例は、好ましくは単結晶のシリコン製であるが、場合により化合物半導体などの別の半導体材料から作製された半導体ウェーハである。生産ウェーハは、好ましくは１００ｍｍから４５０ｍｍの間の直径を有し、より好ましくは３００ｍｍまたは４５０ｍｍの直径を有する円形ウェーハでよい。生産基板は、５２５ミクロン（１００ｍｍのシリコンウェーハの場合）から９２５ミクロン（４５０ｍｍのシリコンウェーハの場合）の間の厚さを有することもできる。
【００１９】
本開示のいくつかの実装形態において、基板デバイス１０２は、前述の生産基板のパラメータに近似する物理的パラメータを有することができる。例えば、基板デバイス１０２は、１００〜４５０ｍｍの範囲の直径を有することができ、より好ましくは、多くの半導体製作施設（ファブ）によって現在最も通常に使用されるまたは将来通常に使用されることが予測される生産ウェーハと同様の約３００ｍｍまたは約４５０ｍｍの直径を有することができる。基板デバイス１０２は、生産基板の対応する厚さに近似する厚さを有することもできるが、追加の電子機器および／または他の構成要素を基板デバイスに収容するために対応する生産基板よりもわずかに厚い可能性がある。例えば、基板デバイスは、５００ミクロンから１０００ミクロンの間の厚さを有することができる。さらに、基板デバイス１０２は、複合材料製でよく、例えば、互いに接合される２つ以上の材料の層または単層もしくは多層内に混合される２つ以上の材料製でよい。シリコンウェーハよりも機械的に耐久性のある基板を収容するために、基板はグラファイト／エポキシなどの複合材料またはさらにはシリコン、グラファイト／エポキシ、シリコンで構成された積層板でもあり得る。これは単結晶シリコンの互換性のある清浄表面の最上のものとグラファイト複合材料の強靭性とを組み合わせる。
【００２０】
いくつかの実装形態において、生産基板の物理的パラメータに近似するために、基板デバイス１０２は、シリコンまたは別の半導体材料製のウェーハ基板などの基板を含むことができ、他の機能を提供するために１つ以上の追加の構成要素を基板上に配設することができる。これらの追加の構成要素は、本明細書に説明するある態様による、様々な電子機器および／または位置ユニットを含むことができる。金属またはグラファイト複合材などの材料とは対照的に、シリコンまたは同様の基板を基板デバイス１０２に使用することは、表面が清浄であり、基板デバイスによる周囲環境の汚染を回避することをより良く確実にするので、有利である。いくつかの実装形態において、基板上に配設された追加の構成要素のうちの少なくともいくつかは、電子機器または他の構成要素を周囲環境から保護することができる１つ以上の筐体１１４内に含めることができる。好ましくは、筐体は、基板デバイスの質量を最小限に抑え、厚さ（すなわち、側面または外皮）を最小限に抑えるために薄型になっている１つ以上の「パック」の形態をしている。
【００２１】
本開示のいくつかの態様によれば、基板支持体表面１１０は、基板を受けるように構成された任意の支持体表面でよい。例えば、いくつかの実装形態において、基板支持体表面は、半導体ウェーハを受けるように構成されたウェーハステージの表面である。他の実装形態において、支持体表面１１０は、ロボットウェーハハンドラのエンドエフェクタの支持体表面である。さらに他の実装形態において、支持体表面は、基板を受ける何らかの他の表面であり得る。他の代替実装形態において、システムは、支持体表面１１０の代わりにハンドラに対して基板を位置決めするように構成することができる。
【００２２】
本開示のいくつかの実装形態において、基板デバイス１０２は、粗位置ユニット１０４と１０６ａ、ｂとの間の粗測定および精密位置ユニット１０８ａと１０８ｂとの間の精密測定に基づいて基板デバイス１０２を支持体表面１１０上に再位置決めするために基板ハンドラと実時間で通信するように構成され、したがって、基板デバイスは所望の精度内までの測定値に基づいて位置測定値を収集することも、支持体表面上に位置決めすることもできる。これを容易にするために、基板デバイス１０２は、位置情報をハンドラに伝達して、位置情報に基づいてハンドラによって支持体表面１１０上の基板デバイス１０２の位置を実時間で調整するのに使用することができるフィードバックのために通信リンク、好ましくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標）などのワイヤレス通信リンクを含む電子機器を有することができる。したがって、基板デバイスとハンドラとの間の通信リンクは、有利には、基板デバイスとハンドラとの間の動作可能な結合を提供することができる。
【００２３】
本開示のいくつかの実装形態において、粗位置ユニット１０４、１０６ａ、ｂ、精密位置ユニット１０８ａ、ｂ、または両方は、対の片方のユニットの相対的位置決めに関する測定を行うために近接光学系を利用する光学位置ユニットである。概して、精密位置ユニットは粗位置ユニットよりも高い精度を提供することができるが、粗位置ユニットは精密位置ユニットよりも広い視野を提供するフィーチャを含むことができる。粗位置測定と精密位置測定との両方を利用することにより、そうでない場合精密位置測定だけまたは粗位置測定だけのいずれかを使用して可能であるよりも広い範囲でおよび高い精度での測定を容易にすることができる。
【００２４】
好ましくは、例えば、上記の基板デバイスとハンドラとの間の動作可能な通信リンクを使用して、粗位置測定と精密位置測定との両方を基板ハンドラへの位置情報の通信と組み合わせ、したがって、さらに設置するためのフィードバックとしてシステムによって初めに粗位置情報を使用することができ、その後、精密位置決めが続くことができる。これにより、基板デバイス１０２は、初期粗測定および位置決めのステップとそれに続く精密測定および位置決めのステップとの２つの主要ステップを有する工程を使用して正確に位置決めすることが可能になる。これは電子顕微鏡または他の電子ビーム系などのあるツールの使用を自動化するとき非常に有利である可能性があり、それによって、粒子または他の基板の状況を見つけるのに精密な位置決めが必要となる。
【００２５】
本開示のいくつかの態様によれば、対の片方の粗位置ユニット１０４および１０６ａ、ｂ、対の片方の精密位置ユニット１０８ａおよび１０８ｂ、または好ましくは両方の位置ユニットの組が、図１Ｃに示すようなＸ−Ｙ座標面を基準にして画定されるＸ方向オフセットとＹ方向オフセットとの両方を含むオフセット測定値を収集するのに使用される。Ｘ−Ｙ座標面が例示のために使用されるが、同等の軸および／または方向オフセットを本明細書に説明する原理から逸脱することなく使用できることが理解されることに留意されたい。さらに、Ｘ−Ｙオフセットに加えて、システムは支持体表面１１０に対する基板デバイス１０２の回転オフセット（θ）を測定することができる。本開示のいくつかの実装形態において、粗位置ユニットと精密位置ユニットとは、各々、粗回転オフセットと精密回転オフセットとの両方を含む回転オフセット測定値を取得するために、少なくとも２つの離間した構成ユニットを含むことができる。例えば、各粗位置ユニットは、基板デバイス１０２の場合２つの別個の構成要素１０６ａ、ｂの組および基板支持体表面１１０の場合２つの別個の構成要素１０４の組として図１Ａ〜１Ｃに示す基板の領域に対して離間した位置における２つの別個の離間した構成ユニットを含むことができ、各精密位置ユニットは、基板デバイス１０２の場合２つの別個の構成要素１０８ａの組および基板支持体表面１１０の場合２つの別個の構成要素１０８ｂの組として図１Ａ〜１Ｃに示す２つの別個の離間した構成ユニットも含むことができる。次いで、システムは、２つの別個の測定値の組に基づいて基板デバイス１０２の回転モーメントを決定することができ、それによって、単一の位置だけが使用された場合存在しない可能性がある相対的回転オフセットに関する情報（例えば、図１Ｃのθ方向に沿って）が提供される。
【００２６】
図１Ａ〜１Ｃにおいて、粗位置ユニット１０４および１０６は、例示のためにおよび概略図における２つを区別するために、それぞれ、精密位置ユニット１０８ａおよび１０８ｂから遠く離れて示されることに留意することが重要である。しかし、本開示のいくつかの実装形態において、粗位置ユニットおよび精密位置ユニットは、効率的なおよび正確な測定を行うために相互に非常に近接してまたは隣接して配設することができる。さらに、位置ユニットの各々における２つの構成の組が互いに遠く離れて配置されているものとして示される（例えば、粗位置ユニット１０６ａ、１０６ｂの２つの離間した組は、基板の領域の近接する対向端部として示され、１０４の２つの離間した組、精密位置ユニット１０８ａの２つの離間した組、および精密位置ユニット１０８ｂの２つの離間した組の各々の場合も同様である）が、基板デバイス１０２における位置ユニットの各々が基板支持体表面１１０におけるそれらの対の片方に対応する位置に設置されるという条件で、これらが基板の領域内の任意の位置で離間されることが可能である。概して、粗位置ユニット１０６ａ、１０６ｂの対の間の間隔が増大するにつれて、および精密位置ユニット１０８ａ、１０８ｂの間の間隔が増大するにつれて、角回転の決定が改善される。
【００２７】
図１Ａ〜１Ｃおよび図２を参照すると、支持体表面１１０は、粗位置ユニット１０４のうちの１つを含むことができるが、基板デバイス１０２は、それらの間の位置オフセットの測定を容易にするために対の片方の粗位置ユニット１０６ａ、ｂを含むことができる。いくつかの実装形態において、これらの位置決めユニットの各々は、基板デバイス１０２における位置敏感機能を提供する専用光学ユニットである。
【００２８】
本開示のいくつかの態様によれば、２つの対の片方の粗位置ユニットのうちの１つは、粗ターゲット１０４を含むことができ、他方の対の片方の粗位置ユニットは、光学検出器１０６ａ、１０６ｂを含む。基板デバイス１０２がステージ１１０上に重なったとき、光学検出器はターゲットに対するオフセットを検出するのに使用することができる。図１Ａ〜３の例示される例において、粗ターゲットを有する粗位置ユニットは、２つの別個の十字線ターゲット１０４を含み、光学検出器を有する粗位置ユニットは、２つの別個の組の検出器を含み、各組は相互に実質的に直角に向いた位置敏感検出器１０６ａおよび１０６ｂの対を含む。各対における２つの直角の検出器は、十字線ターゲット１０４の対応する直角の棒に対してＸ方向およびＹ方向におけるオフセットの検出を容易にすることができる。いくつかの実装形態において、各位置敏感検出器は、感光画素の線形アレイを有するラインカメラでよい。例示される例において、ラインカメラ１０６ａはＸ方向のオフセットの決定を容易にすることができ、ラインカメラ１０６ｂはＹ方向のオフセットの決定を容易にすることができる。したがって、これらの実装形態において、光学検出器１０６ａ、ｂは、ターゲットまたは粒子を見つけるために完全な画像を撮らなくてもよく、全画像を処理しようとしなくてもよく、むしろ、単に、ＸおよびＹの向きの線形検出器に対応する、ターゲット１０４に対してＸ方向およびＹ方向の各々における線形オフセットを検出することができる。これは、有利には、システムの動作を単純化し、オフセットを決定するために収集した位置データを処理することに関連付けられた計算の効率を改善することができる。
【００２９】
図４は本開示のある追加の態様による、十字線ターゲット１０４の例を示す。ある実装形態において、十字線１０４は、実質的に直角の棒１２２の形態をした交差要素を含むことができ、交差要素は、対の片方の粗位置ユニットの対応する組における直角に向いた位置敏感検出器１０６ａ、ｂの対に対応することができる。システムは、線形検出器のそれぞれの１つを使用して十字線内の棒１２２の各々の相対的位置を検出することによってオフセットを測定するように構成することができる。図４の例示される例において、十字線ターゲット１０４は、ターゲットの中心１２０に対してより正確なオフセット測定を容易にする追加のフィーチャを含む。具体的には、本例では、十字線１０４は外側に延びる要素１２２を含み、十字線１０４において、外側に延びる要素は、ターゲット１０４の中心１２０から離れて延びるにつれて幅が増大する広がる部分を含む。したがって、２つの線形検出器１０６ａ、ｂのうちの一方がオフである場合、このフィーチャにより、それらは検出される棒の厚さに基づいてオフである程度に関して追加の情報を抽出することが可能になる。より重要なことには、線形検出器の出力が十字線の幅の変化を反映する場合、そのような変化から、線形検出器が中心１２０に向かって移動しているのか、またはｘおよびＹ方向に沿って中心１２０から離れて移動しているのかを決定することが可能である。図４に示す「ダブルボウタイ」十字線１０４は、本質的に太い十字線オフセットである領域におけるＸＹオフセットを与える。代替実装形態は、１つの方向でおよびより小さい範囲で、より精度が低いが、単一のセンサにより、ＸおよびＹ位置の両方を提供するために単一のセンサ（例えば、ラインカメラ）と併せてダブルボウタイ１０４の代わりにシングルボウタイターゲットを使用することができる。
【００３０】
好ましくは、粗位置ユニットは、最小約５０ミクロンの精度まで位置を解像することができる。例えば、いくつかの実装形態において、検出器１０６ａ、ｂは＋／−６３．５ミクロンに対応する＋／−１画素までの位置を測定することができる線形ダイオードアレイを含む。この種類の近接光学系なしの性能を容易にするために、線形ダイオードアレイは粗ターゲットを有するマスクから２５ミクロン未満離すことができる。いくつかの実装形態において、各粗位置ターゲット１０４は約１０ｍｍの直径を有することができる。他の実装形態において、粗位置ターゲット１０４は、５ｍｍから２５ｍｍの間の直径を有することができる。さらに他の実装形態において、他のサイズを使用することができる。ターゲット１０４の最適寸法は、部分的に検出器１０６ａ、ｂの寸法および必要な捕捉範囲による。例えば、センサが長さ約８ミリメートル（ｍｍ）であり、捕捉範囲が約９ｍｍである場合、最小ターゲットサイズは約１０ｍｍとなる。そのような場合、ターゲット１０４のサイズは、約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲であり得る。図４に示す十字線は、粗ターゲットの例の概略的例示に過ぎず、本開示により他の形態、形状、およびサイズを使用することができることが強調される。
【００３１】
好ましくは、光学検出器１０６ａ、ｂを有する粗位置ユニットは基板デバイス１０２に含まれ、粗ターゲットを有する粗位置ユニットは支持体表面１１０上に配設された支持体表面マスク１１８に含まれるが、基板デバイス上の粗ターゲットを支持体表面上の検出器で検出することによってこれらを逆にしてオフセットを測定することが可能である。そのような実装形態において、光学系および電子機器は支持体表面１１０中に統合することができ、基板デバイス１０２がターゲットとなる。基板デバイスと基板ハンドラとの間の動作可能な通信リンクに結合されたとき、基板デバイス１０２は、その粗位置ユニットの光学検出器を使用してオフセット測定値を収集し、次いで、これらのオフセットに関する位置情報をワイヤレス通信リンクを介してハンドラに伝達するように構成することができ、次いで、ハンドラは、その後に、基板デバイス１０２を支持体表面１１０上に自動的に再位置決めするために、オフセット測定値を利用することができる。このフィードバックにより、システムは自動的におよび実時間で基板デバイスを高精度内まで支持体表面上に正確に位置決めすることが可能になり得る。
【００３２】
図２を参照すると、粗ターゲット１０４は、支持体表面上に配設されたマスク１１８、例えば、ウェーハステージのステージマスクに含まれ得る。いくつかの実装形態において、マスクは、受動背面照射ユニット１１６をその裏面上に含むことができ、したがって、基板支持体表面１１０上に配設されたとき、ターゲット１０４の可視性が高められ、より高い品質の信号を対の片方の位置ユニットの対応する検出器１０６ａ、ｂによって取得することができる。例示される例において、基板デバイス１０２は、マスク１１８の受動背面照射ユニット１１６を照射するように構成される発光体１１２を含む。
【００３３】
いくつかの実装形態において、受動背面照射ユニット１１６は、１つ以上の光源、例えば、１つ以上のＬＥＤによって励起される蛍光体でよい。例えば、基板デバイス１０２は、蛍光体を励起するように構成された１つ以上の青色ＬＥＤを有する発光体１１２を有することができる。他の実装形態において、受動背面照射ユニット１１６は、散乱を通じて光を均一に広げる構造化された表面を有することができる。例えば、受動背面照射ユニット１１６は、端面照明ＬＥＤから散乱を通じて光を拡散する微細構造の表面を有することができる。好ましくは、基板デバイスが発光体を有する実装形態において、発光体は、端面照明照射を受動背面照射ユニット、例えば、蛍光体または微細構造の表面に与えるために、マスク１１８の対向する周辺端部上に配列された少なくとも２つのＬＥＤを有する。発光体は照射を前面から（すなわち、基板デバイス１０２から）蛍光体裏面発光体に与えるものとして示されるが、本開示の態様は、そのような実装形態に限定されない。代替実装形態において、発光体１１２は支持体表面１１０中に統合することができ、照射を非蛍光体背面照射ユニット１１６に裏面または側面から、例えば、ＬＣＤディスプレイに使用される照射ユニットのやり方で、与えることができる。
【００３４】
図１Ａ〜１Ｃおよび図３を参照すると、本開示のいくつかの態様は、精密位置ユニットを使用する精密測定および位置決めに関する。支持体表面１１０は、精密位置ユニット１０８ｂのうちの１つを含むことができ、基板デバイス１０２は、例示される例に示すように、基板支持体表面の精密位置ユニットの対の片方である別の精密位置ユニット１０８ａを含むことができる。いくつかの実装形態において、これらの位置決めユニットの各々は、基板デバイス１０２において位置敏感機能を提供する専用光学ユニットである。
【００３５】
いくつかの実装形態において、精密位置ユニットの両方、例えば、基板デバイス１０２の精密位置ユニット１０８ａと基板支持体表面１１０の精密位置ユニット１０８ｂとの両方は、少なくとも１つのターゲットを含み、少なくとも１つのターゲットは、基板デバイス１０２が基板支持体表面１１０上に設置されるとき、互いに対面することができる。好ましくは、精密位置ユニット１２４の各々は、少なくとも２つの離間したターゲットを含み、少なくとも２つの離間したターゲットは、粗回転オフセットに関する上記の理由と同様の理由で、基板デバイスと支持体表面との間の精密回転オフセット（θ）を計算するのに有利であり得る。
【００３６】
本開示のいくつかの態様によれば、精密位置ユニットは、基板デバイスと基板支持体表面との対の片方の間の相対的位置を検出するために、近接光学系を利用することもできる。いくつかの実装形態において、基板デバイス１０２および基板支持体表面１１０の精密位置ユニットは、基板デバイスが基板支持体表面上に設置されたとき互いに対面することができる相補的なバーニヤパターン１０８ａおよび１０８ｂを含む。例えば、相補的なバーニヤパターンのうちの１つは、反復正規化パターンの形態の増分バーニヤ目盛を含むことができ、相補的なバーニヤパターンはわずかにより小さい周期または位相オフセットを有する反復正規化パターンの形態の相補的な増分バーニヤ目盛を含むことができ、したがって、２つのバーニヤパターンは互いに相補的である。位相オフセットにより、特に有用なことがある位相検出が可能になる。基板デバイスが支持体表面上に重なったとき、近視野光学検出を相補的なバーニヤパターン１０８ａと１０８ｂとの間の精密位置オフセットを対向する干渉パターンから検出するのに使用することができる。
【００３７】
いくつかの実装形態において、フォトダイオード１２４の組を有する精密位置検出器は、基板デバイス１０２および基板支持体表面１１０のそれぞれのバーニヤパターン１０８ａと１０８ｂとの間の相対的オフセットを検出するのに使用することができる。より具体的には、複数のフォトダイオード、例えば、バーニヤパターン１０８ａおよび１０８ｂを通過してフォトダイオード１２４に達する、背面照射ユニット１１６からの照射を検出することができる、相補的なバーニヤパターンの各組の３つ以上のフォトダイオードを使用することができる。フォトダイオード機能の出力は、例えば、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を介して、デジタル値に変換することができる。２つのバーニヤパターンを通過する照射の量は、２つのパターンの相対的位置合わせによる。したがって、フォトダイオード１２４は、２つのバーニヤパターンがほとんどの照射がフォトダイオードに達することが可能になるように位置合わせされたときピークを有する位置の関数として出力を引き起こす。基板デバイス１０２が支持体表面１１０に対して完全に中心に置かれまたはそうでない場合は完全に位置合わせされたときフォトダイオード１２４からの信号におけるピークが起きるように、２つのバーニヤパターン１０８ａおよび１０８ｂを位置決めすることができる。いくつかの実装形態において、フォトダイオードの組は、Ｘ方向およびＹ方向の各々に対して別個のフォトダイオードの組ならびに基準用として少なくとも１つのフォトダイオードを含む。限定としてではなく、例として、いくつかの実装形態において、フォトダイオードの組は、Ｘ方向に３つのフォトダイオードと、Ｙ方向に３つのフォトダイオードと、基準として使用される少なくとも１つのフォトダイオードとを含むことができる。いくつかの実装形態において、これにより、精密位置ユニットの検出器は、約２ミクロン未満を解像することが可能になる。好ましくは、検出器部分、例えば、フォトダイオードの組１２４を有する精密位置ユニットは、図２に示すように、基板デバイス１０２に含まれ、基板デバイスは、検出された精密位置情報をハンドラに伝達するように構成される。
【００３８】
本開示の態様は単一のフォトダイオードを用いて実装することができるが、２つ以上を使用することがしばしば有利である。１つのフォトダイオードを用いて、１つは相対的位置がターゲット間で変化するとき、変化を検出することができる。１つ以上の基準フォトダイオードの追加により、装置は、絶対オフセットを決定することができるように信号を正規化することが可能になる。オフセットが±１／２周期の、より多くのバーニヤパターンの組を有することにより、パターンが±１周期以内であるならば、大きさおよび方向の検出が可能になる。
【００３９】
図８Ａに示す別の実装形態において、基板デバイス１０２は、二次元（２Ｄ）位置敏感検出器（ＰＳＤ：ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）８００の形態で粗位置センサを含むことができ、例えば、２Ｄフォトダイオードは、ＰＳＤに対して照射のスポットの図心を提供することができる。図８Ａに示す例において、基板支持体１１０は、マスク１１８の後ろにある受動背面照射ユニット１１６の蛍光体１１３を照射するように構成される光源１１２を含むことができる。照射のスポット８０１は、穴部１１５を通って、基板支持体１１０に対して固定されて取り付けられるマスク１１８に投影することができる。マスクの開口は優先的に円形を有する。図８Ｂに示すさらに別の実装形態において、ＰＳＤ８００および照射スポット８０１は、基板支持体上に配置することができ、蛍光体１１３、穴部１１５、照射ユニット１１６、マスク１１８は、基板デバイス１０２上に配置することができる。実際問題として、穴部（したがって、照射のスポット８０１）のサイズはＰＳＤ８００の感光性部分の面積よりも小さいことが望ましい。
【００４０】
照射ユニット１１６は、光を光源１１２から蛍光体１１３に誘導する光学素子を含むことができる。照射ユニット１１６は、照射のスポット８０１が均一になるように、均一の照射を穴部１１５に与えるために蛍光体からの光を拡散させる光学素子も含むことができる。限定としてではなく、例として、光学素子は蛍光体１１３からの光を散乱させる光学的に拡散性の材料を含むことができる。照射のスポット８０１は粗位置ターゲット１０４として働く。２Ｄ  ＰＳＤ８００からの信号は、照射スポット８０１とＰＳＤ８００との間の不整合の粗推定を行うために、上記のデュアルラインカメラと同様のやり方で、分析することができる。
【００４１】
２Ｄ位置敏感デバイスおよび／または位置敏感検出器（ＰＳＤ）という用語は、センサ表面上の一次元または二次元の光スポットの位置を測定することができる光学位置センサ（ＯＰＳ）を指す。２Ｄ  ＰＳＤは、連続位置データを供給するラスタ状構造を有する等方性センサ表面を有するセンサならびに局部個別データを供給するセンサ表面上に個別センサを有するデバイスを含む。等方性センサの例には、いわゆるＰＩＮダイオードに基づく設計が含まれる。本明細書では、また、一般に当業者によって理解されるように、ＰＩＮダイオードとは、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に広い、低濃度にドープされた「ほぼ」真正の半導体領域を有するダイオードのことである。ｐ型およびｎ型領域は、抵抗接点として使用するために高濃度にドープすることができる。ＰＩＮダイオードにおいて、空乏領域が真正領域内にほぼ完全に存在する。十分なエネルギーの光子がダイオードの空乏領域に入るとき、それは電子−穴部の対を作り出す。逆バイアス場がキャリアを空乏領域から一掃して電流を作り出す。
【００４２】
第１の非限定例によれば、ＰＳＤ８００は図８Ｃに示すように構成されたＰＩＮダイオードに基づくＰＳＤ８００Ｂでよい。この例では、ＰＩＮダイオードが積層半導体８０２上に形成される。ＰＩＮダイオードは、小さな光のスポット８０１に露光される。この露光により、局部抵抗に変化が生じ、したがって、４つの電極８０４、８０６、８０８、および８１０に電子流が生じる。電極のうちの２つ８０４、８０６はｘ軸に平行の積層半導体８０２の一方の側面の対向端部の近くに配置され、他の２つの電極８０８、８１０はｙ軸に平行の２つの端部に沿って積層半導体の対向する側面上に配置される。電極８０４、８０６、８０８、および８１０における電流Ｉａ、Ｉｂ、ＩｃおよびＩｄからそれぞれ、光スポット８０１の図心の位置を以下の式を使用して計算することができる。
【００４３】
【数１】
0006598782.tif 000002
および
【数２】
0006598782.tif 000003
【００４４】
ｋｘおよびｋｙは座標への変換を可能にする単純な倍率である。
【００４５】
この種類の２Ｄ  ＰＳＤは、光スポット８０１の位置を最大１００ｋＨｚ超までの測定速度で連続的に測定することができる。位置測定は、光スポット８０１が一方の面または他方の面の中心近くに当たるとき最も線形であるが、端部近くでは非線形となる。位置測定は光スポット８０１の形態およびサイズにもいくらか左右される。この、ならびに非線形の接続は、部分的に電極８０４、８０６、８０８、および８１０の形状の適当な構成によって補償され得る。
【００４６】
第２の非限定例によれば、粗位置ＰＳＤは、図８Ｄに示すように２ＤテトララテラルＰＳＤ８００Ｃでよい。この種類のＰＳＤは二次元の入射光スポットの連続位置測定を提供することができる。この種類のＰＳＤは、抵抗層を有する、単一の正方形ＰＩＮダイオードからなる。センサのアクティブ領域に入射光があるとき、光電流が正方形側面の積層半導体８０２の各端部に沿って設置された４つの電極８１１、８１２、８１３、８１４から生成され捕集される。入射光８０１の位置は、それぞれ電極８１１、８１２、８１３、および８１４から捕集された電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、およびＩ４に基づいて推定することができる。
【数３】
0006598782.tif 000004
および
【数４】
0006598782.tif 000005
【００４７】
２ＤテトララテラルＰＳＤ８００Ｃは、応答が速い、暗電流がよりずっと少ない、バイアスをかけるのが容易である、製作コストがより低いという利点を有する。位置測定精度および分解能は、入射光スポットの形状およびサイズに左右されない。しかし、２ＤテトララテラルＰＳＤ８００Ｃはまだ非線形性の難点がある。スポットがＰＳＤの中心領域にあるとき位置推定が実際の位置に対してほぼ線形であるが、光スポットが中心から離れているとき関係は非線形となる。
【００４８】
非線形性を低減するために、ｘおよびｙ位置を次の代替式で推定することができる。
【数５】
0006598782.tif 000006
および
【数６】
0006598782.tif 000007
ここで、Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４であり、ｋｘ１、ｋｙ１は倍率である。
【００４９】
図５および６は、本開示のいくつかの態様による、システムの構成図を示す。具体的には、図５は、基板デバイス１０２と、基板支持体表面１１０と、基板デバイス１０２を基板支持体表面１１０上に位置決めするように構成された基板ハンドラ１３６とを有するシステム５００の構成図を示す。図６は基板デバイス１０２の構成図をより詳細に示す。図５および６に示すシステムは、上記の図１〜４に例示するシステムと共通のいくつかの要素を有することができることに留意されたい。したがって、必要に応じて異なる図のこれらの要素を識別するために共通の基準の符号が含まれており、これらの共通の要素に関するある詳細は、すでに上記に詳細に説明されている場合、これらの追加の図の説明から省かられている。
【００５０】
上記のように、基板デバイス１０２および基板支持体表面１１０は、対の片方の粗位置ユニット１０５ａ、ｂと対の片方の精密位置ユニット１０７ａ、ｂとの両方を含むことができる対の片方の位置ユニットを含むことができる。概して、粗位置ユニット１０５ａ、ｂは、精密位置ユニット１０７ａ、ｂよりも低い精度をもたらし、広い視野をもたらすことができる。図５の例示される例において、基板デバイス１０２は、対の片方の位置ユニット間の位置オフセット、例えば、Ｘ、Ｙ、および／またはθオフセットを測定するように構成され、基板デバイスは、これらのオフセットに関する位置情報を基板ハンドラに実時間で伝達するために通信リンクを含む。
【００５１】
図５に示すシステムにおいて、通信リンク１３８は、基板デバイス１０２を基板ハンドラ１３６に動作可能に結合し、したがって、基板デバイスは、これらのオフセットに関する位置情報を基板ハンドラ１３６に実時間で伝達することができ、基板ハンドラ１３６は、オフセット情報に基づいて基板デバイス１０２を支持体表面１１０上に再位置決めすることができる。基板ハンドラ１３６の制御モジュール１５０は、基板デバイスを用いて通信リンク１３８を介して、受け取った位置情報におけるオフセットに基づいて、基板デバイスを基板支持体表面上に位置決めするように構成することができる。例えば、いくつかの実装形態において、ロボットハンドラ１３６は、初めに基板デバイスを基板支持体表面１１０上に位置決めし、粗オフセット情報に基づいて基板デバイス１０２を再位置決めし、追加の精密オフセット情報を受け取り、続いて、精密オフセット情報に基づいて基板デバイスを再位置決めするように構成することができる。
【００５２】
図５に示すハンドラ１３６は、エンドエフェクタおよび関連するロボット機構ならびにエンドエフェクタに動作可能に結合されたコンピューティングシステムを含むことができる。ハンドラのコンピューティングシステムは、制御モジュール１５０と、通信リンク１３８とを有することができ、コンピューティングシステムは、エンドエフェクタと、物理的に基板デバイスを設置する機械的リンク機構とを有する同じデバイス内に物理的に入れても入れなくてもよいことが理解される。したがって、位置情報を伝達することには、ハンドラが基板を位置決めする際に情報を利用することを可能にするハンドラへの任意の動作可能な通信が関与することがある。
【００５３】
オフセットデータを収集するために、図５および６のシステムにおいて、基板デバイス１０２の粗位置ユニット１０５ａおよび精密位置ユニット１０７ａは、それぞれ、対応する粗検出器１０６ａ、ｂと、精密検出器１２４を含み、基板支持体表面の対の片方の粗位置ユニット１０５ｂおよび精密位置ユニット１０７ｂは、対応する粗ターゲット１０４と精密ターゲット１０８ｂとを含む。基板デバイス１０２の精密位置ユニット１０７ａは、基板支持体表面１１０の精密ターゲットに対して相補的である、例えば、上記のように相補的なバーニヤパターンである精密ターゲット１０８ａも含む。
【００５４】
好ましくは、対の片方の位置ユニットは、各々、回転オフセットの決定を容易にするために、Ｘ方向およびＹ方向オフセットに加えて少なくとも２つの離間した組を含む。基板支持体表面１１０内の粗位置ユニットおよび精密位置ユニットのターゲット１０４、１０８ｂは、支持体表面用のマスク１１８に含めることができる。いくつかの実装形態において、マスク１１８は、有利には、その裏面に塗布された受動背面照射ユニット１１６を有する。いくつかの実装形態において、基板デバイス１０２は、発光体１１２を用いてマスク１１８の受動照射ユニット１１６を照射するように構成することができる。代替として、他の実装形態において、基板デバイス１０２の一部ではない発光体を用いて受動背面照射ユニット１１６を照射することが可能であり得るが、その場合、発光体１１２は基板デバイスから省くことができる。
【００５５】
本開示のいくつかの態様によれば、システム５００の基板デバイス１０２は、基板デバイスが基板支持体表面上に重なったとき、近接光学系を使用して対の片方の位置ユニット間のオフセットを測定するように構成することができる。図６の例示される例は、本開示のいくつかの実装形態において、基板デバイス１０２による測定、計算、および／またはデータ感知機能などのデバイスの機能を容易にする追加の電子機器を示す。
【００５６】
図６に示すように、基板デバイス１０２は、基板デバイスの様々な電子構成要素、ならびにデバイスの様々な機能を制御することができる制御モジュール１７０の間の通信を可能にする１つ以上のデータバス１６０を含むことができる。基板デバイスは、デバイス１０２内の様々な処理回路および他の電子機器を動作させるのに使用される電力を管理することができる電力制御モジュール１６４を含むことができる。いくつかの実装形態において、電子機器は、１つ以上の太陽電池１６６、１つ以上の電力貯蔵モジュール１６２、または両方から電力を得ることができる。電力貯蔵モジュール１６２は、太陽電池の二次的予備電力として太陽電池１６６と併せて任意選択で使用することができる１つ以上の電池を含むことができる。
【００５７】
基板デバイスは、センサデバイスによって収集することができるデータを記憶するためのおよび／またはデバイスにおいていくつかの機能を実施するソフトウェアプログラミングを記憶するための１つ以上のメモリユニットを含むことができるデータ記憶モジュール１６８を含むこともできる。メモリユニットの各々は、データおよび／またはプロセッサ実行可能命令を記憶するように構成された非一時的コンピュータ可読媒体でよい。
【００５８】
図６は、本開示のいくつかの実装形態による、粗位置ユニット１０５ａおよび精密位置ユニット１０７ａのいくつかの電子構成要素も示す。粗位置ユニット１０５ａは、この例では複数のラインカメラとして例示される、１つ以上の線形位置敏感検出器を有する光学検出器を含むことができる。ラインカメラの各々は、基板支持体表面上の対の片方のターゲットに対する近接データを収集するのに使用することができる。ラインカメラによって収集された信号は、信号調整モジュールによって調整し、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）による処理のためにデジタル形式に変換することができる。デジタル信号データは、測定された生の粗オフセットデータから粗位置オフセットを決定するために処理ノードによる処理であり得る。粗位置ユニット１０５ａの通信モジュールは、例えば、データ記憶モジュール１６８にまたはワイヤレス通信リンク１３８を介して基板ハンドラに転送するためにデータバス１６０とインターフェースする。いくつかの実装形態において、基板ハンドラとの実時間通信に使用することができるワイヤレス通信リンク１３８に加えて、基板デバイスは、ＲＦＩＤコイルインターフェースとインターフェースすることができる追加の通信モジュールを含むこともできる。
【００５９】
いくつかの実装形態において、精密位置ユニット１０７ａは、例示される例において、各々が複数の光検出器、例えば、上記のように構成することができるフォトダイオード、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、光電池、ＣＭＯＳイメージセンサ、電荷結合素子などを含むことができる複数のバーニヤセンサを含む精密検出器を含むこともできる。バーニヤセンサによって収集された生の精密オフセットデータは、精密位置決めユニット１０７ａの信号調整モジュール、ＡＤＣ、および処理ノードを通過することもでき、精密位置ユニットの通信モジュールは、データバス１６０とインターフェースすることもできる。
【００６０】
粗位置ユニット１０５ａおよび精密位置ユニット１０７ａに加えて、基板デバイス１０２は、有利には、本開示のいくつかの実装形態において、他の感知ユニットを含むこともできる。例示される基板デバイスは、１つ以上の運動、方向、または加速度センサ１４７を含むことができる振動ユニットを含む。好ましくは、運動、方向、または加速度センサは、３つの相補軸における運動、方向、または加速度（またはこれらの２つ以上の何らかの組み合わせ）を測定するように構成される。これにより、基板デバイスは輸送中のロボットハンドラの平滑度を測定し、移動プロファイルおよび機械効率を特徴づけることが可能になる。適切なセンサの例には、３軸加速度計、３軸ジャイロメータ、および３軸コンパス（磁界）センサが含まれる。限定としてではなく、例として、加速度プロファイル（加速度のちょっとだけより高い周波数成分である振動を含む）は、機構および／またはモーションコントローラが異常な動作をしているかどうかを示すことができる「識別特徴」を提供することができる。異常な動作を検出すると（例えば、制御モジュール１７０によって）基板ハンドラの保守サイクルを始動させることができる。例示される例において、基板デバイス１０２は、周囲空気中の粒子を測定するように構成することができる、粒子計数器１４５の形態で粒子検出器を含む粒子ユニット１４４も含む。基板デバイス１０２が処理環境における温度および／または湿度に関するデータを収集することができるように１つ以上の温度センサ１７４を含むことは非常に有利でもある。
【００６１】
これらのモジュールの様々なものは、ハードウェアで、ソフトウェアで、またはそれらの何らかの組み合わせで実装することができる。限定としてではなく、例として、いくつかの実装形態において、前述のモジュールの様々なものは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）の形態でハードウェアモジュールとして実装することができる。他の非限定例として、いくつかの実装形態において、前述のモジュールの様々なものは、プロセッサユニットによって実行可能なソフトウェア命令として実装することができる。
【００６２】
次に図７を参照すると、本開示のいくつかの実装形態により、方法７００が示される。方法７００は、基板デバイスと、基板支持体表面と、図１〜６を参照して上記に説明するもののうちのいずれかと同様である、基板デバイスを支持体表面上に位置決めするハンドラとを有するシステムで実装することができる。
【００６３】
７５０に示すように、方法は初めにハンドラを用いて基板デバイスを支持体表面上に搭載するステップを含むことができる。いくつかの実装形態において、基板支持体表面は、ツールの一部であるウェーハステージの支持体表面である。限定としてではなく、例として、ツールは、検査または計測ツールなどの、基板を精査するためのツールでよく、ツールは電子顕微鏡または他の電子ビーム系を含むことができる。より一般的に、ツールは、ステージと基板ハンドラとを含む任意のツールでよい。基板デバイスは、ＦＯＵＰなどの基板キャリアに入れてツールに供給することができ、初めに、７５０において基板を搭載するステップは、基板デバイスをＦＯＵＰから取り除くステップと、基板デバイスを基板支持体表面上に設置するステップとが関与することがある。いくつかの実装形態において、基板デバイスは、初めに、ステージ上の円形内に設置することができ、円形は約９ｍｍの直径を有することができる。
【００６４】
基板デバイスが初めに設置された後、７５２において示すように、粗オフセット測定を基板デバイスの進路位置ユニットと基板支持体表面との間で行うことができる。いくつかの事例において、生の測定されたオフセットデータからオフセットを決定するために追加の計算が必要である。粗オフセットは、Ｘ方向オフセット、Ｙ方向オフセット、および／または回転（θ方向）オフセットを含むことができ、好ましくはすべての３つを含む。７５４に示すように、次いで、粗オフセットに関する粗位置情報が基板ハンドラに伝達される。７５６に示すように、次いで、粗位置情報に基づいて基板デバイスをハンドラによって基板支持体表面上に再位置決めすることができる。
【００６５】
基板デバイスを支持体表面上に粗く位置決めすると、次いで、方法７００は、精密位置ユニットに関連付けられた精密測定および位置決め工程を含むことができる。７６０、７６２、および７６４に示すように、精密位置決めは、粗位置決めとの類似性を有することができるが、今度はさらに補正するために精密位置ユニット間の測定を行い使用することができる。いくつかの実装形態において、基板デバイスおよび支持体表面の精密位置ユニットは、各々、上記の本開示の態様による、相補的なバーニヤパターンを有する対向するマスクを含む。バーニヤセンサからの測定は、７６０に示すように、精密オフセットデータを収集するために行うことができる。精密オフセット測定データは、正規化されることが必要である可能性があり、対の片方の精密位置ユニット間の精密オフセットを決定するためにさらに計算が実施されることが必要である可能性がある。７６２に示すように、次いで、測定された精密オフセットに関する精密位置情報をハンドラに伝達することができる。この場合も、７６４に示すように、基板デバイスは、精密位置情報に基づく新たな精密位置に合わせて再位置決めすることができる。
【００６６】
本開示の好ましい実装形態において、粗オフセット情報および精密オフセット情報は、基板デバイスによって測定され、次いで、対応する粗位置情報および精密位置情報が基板デバイスからハンドラに伝達される。これらの実装形態において、基板デバイスは、ワイヤレス通信リンクを介してハンドラに動作可能に結合することができ、位置情報は、７５４および７６２においてワイヤレス通信リンクを介して基板デバイスから伝達することができる。しかし、他の実装形態において、基板支持体表面または何らかの他のデバイスにおける検出器によってオフセットが測定されることが可能であり、次いで、基板支持体表面または何らかの他のデバイスは、さらに設置するために関連する情報をハンドラに伝達することができ、その場合、基板デバイスはハンドラに動作可能に結合される必要がない可能性がある。
【００６７】
伝達される粗位置情報および精密位置情報は、それぞれ、粗ユニット間の粗オフセット測定および精密ユニット間の精密オフセット測定から得た任意の情報であり得ることにさらに留意されたい。例えば、伝達された位置情報は、対応するオフセットに基づく最終位置補正、生のオフセット測定値から決定された計算されたオフセット、生の測定されたオフセットデータ、または粗オフセット測定値に関する何らかの他の位置情報であり得る。
【００６８】
いくつかの実装形態において、方法には、測定ステップ、例えば、粗オフセット測定および精密オフセット測定の少なくとも各々の間、同時に、基板支持体表面の受動背面照射ユニットを照射するステップが関与することができる。
【００６９】
図７のステップの各々は、システムによって自動的に実施され、したがって、人間の介在を必要とすることなく基板を正確に効率的に位置決めすることができることにも留意されたい。前述の方法の一部または全部を実施させるロジックをハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの何らかの組み合わせに埋め込むことができる。例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたプロセッサ実行可能命令として１つ以上のＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ、またはそれらの何らかの組み合わせの形態で、ロジックをハードウェアに埋め込むことができ、それによって、基板デバイスと、基板支持体表面と、ハンドラとを有するコンピューティングシステムが、前述の方法の一部または全部を実施する。
【００７０】
上記は本発明の好ましい実施形態の完全な説明であるが、様々な代替、変形、および同等物を使用することが可能である。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照して決定するのではなく、その代わりに、添付の特許請求の範囲をそれらの同等物の全範囲とともに参照して決定すべきである。本明細書に説明するいずれかの特徴は、好ましいかどうかにかかわらず、本明細書に説明するいずれかの他の特徴と、好ましいかどうかにかかわらず、組み合わせることができる。後に続く特許請求の範囲において、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という不定冠詞は、他に明示的に記載されている場合を除き、冠詞に続く物品の１つ以上の数量を指す。添付の特許請求の範囲は、ミーンズプラスファンクションの制限を含むものとして解釈されないものとするが、ただし、そのような制限が「のための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という語句を使用して所定の請求項に明示的に記載されていない場合に限る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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