(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置であって、
ウエハ搬送機チャンバと、
少なくともひとつのウエハ処理チャンバであって、各々が前記ウエハ搬送機チャンバと結合するところのウエハ処理チャンバと、
前記ウエハ処理チャンバの内部にウエハを搬入するための前記ウエハ搬送機チャンバ内に配置されたウエハ搬送機であって、前記ウエハ搬送機はウエハを載置するためのエンドエフェクタを含み、前記エンドエフェクタはウエハ搬入方向であるＸ軸線方向及びウエハ搬入面内で前記Ｘ軸線方向と垂直であるＹ軸線方向で搬入準備位置からウエハ処理チャンバへ移動可能であるところのウエハ搬送機と、
前記ウエハ搬送機チャンバ内で前記ウエハ処理チャンバの前に配置された少なくとも１つの第１光センサであって、搬入準備位置において前記エンドエフェクタ上に載置されたウエハが前記第１光センサにより受光される光を部分的に遮断し、ウエハが搬入準備位置から前記ウエハ処理チャンバへＸ軸線方向に移動するとき前記第１光センサにより受光される光を完全に遮断するところの位置に配置された第１光センサと、
前記ウエハ搬送機チャンバ内で前記ウエハ処理チャンバの前に配置された少なくとも１つの第２光センサであって、搬入準備位置において前記エンドエフェクタ上に載置されたウエハが前記第２光センサにより受光される光を遮断せず、ウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバへＸ軸線方向に移動するとき前記第２光センサにより受光される光を部分的に遮断するところの位置に配置された第２光センサと、
を含むことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２】
前記第１光センサは搬入準備位置で前記第１光センサにより感知される光量を示す第１信号を出力するよう適応され、前記第２光センサはウエハが搬入準備位置から前記ウエハ処理チャンバへ移動するとき、前記第２光センサにより感知される光量の最低値を示す第２信号を出力するよう適応されている、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項３】
さらに、Ｘ軸線方向またはＹ軸線方向のいずれにも前記エンドエフェクタ上に載置されたウエハの偏位が無いことを示す標準第１信号及び標準第２信号を格納する制御装置を含み、前記制御装置は前記第1及び第2光センサから前記第１及び第２信号を受光し、Ｘ軸線方向でのエンドエフェクタ上のウエハの偏位及びＹ軸線方向でのエンドエフェクタ上のウエハの偏位を決定するために前記第１及び第２信号を前記標準第１及び標準第２信号と比較する、
ことを特徴とする請求項２記載の半導体処理装置。
【請求項４】
前記制御装置は、ウエハの決定された偏位に基づいて前記ウエハ搬送機を制御し、前記ウエハ処理チャンバに対する偏位を補償するように前記エンドエフェクタを移動する、
ことを特徴とする請求項３記載の半導体処理装置。
【請求項５】
前記第１光センサは、前記エンドエフェクタの上から見て、前記ウエハ搬送機の軸線から前記ウエハ処理チャンバの中心に引かれたＸ軸線と位置合わせして配置される、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項６】
さらに、前記ウエハ搬送機チャンバと前記ウエハ処理チャンバとの間に前記ウエハ処理チャンバに対するゲートバルブを含み、
前記第１光センサは前記ゲートバルブの前に配置される、
ことを特徴とする請求項５記載の半導体処理装置。
【請求項７】
前記第１光センサはＸ軸線方向に伸長した形状を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項８】
前記第２光センサはＹ軸線方向に伸長した形状を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項９】
前記制御装置は前記第２光センサから出力された第２信号を一時的に保持するためのピークホールド回路を含む、
ことを特徴とする請求項３記載の半導体処理装置。
【請求項１０】
前記第１光センサは前記ウエハ処理チャンバの前の障害物を検出するためのセンサとしても機能する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項１１】
前記ウエハ搬送機は搬入準備位置に前記エンドエフェクタを位置させるよう前記ウエハ搬送機の軸線の周りに前記エンドエフェクタを回転するよう適応されている、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項１２】
前記少なくともひとつのウエハ処理チャンバは、前記ウエハ搬送機チャンバの周りに配置された２つ以上のウエハ処理チャンバを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項１３】
前記ウエハ搬送機は、２つのアームを備え、各々のアームがエンドエフェクタを有する、ことを特徴とする請求項１２記載の半導体処理装置。
【請求項１４】
前記ウエハ搬送機は、さらに、ウエハをクランプするためのウエハクランパを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２光センサの各々は、前記ウエハ搬送機の軸線方向で前記エンドエフェクタの下側に配置された光エミッタ及び前記軸線方向で前記エンドエフェクタの上側に配置された光センサを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２信号はアナログ信号である、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【請求項１７】
前記光センサはＣＣＤ素子により構成される、
ことを特徴とする請求項１５記載の半導体処理装置。
【請求項１８】
ウエハ搬送機チャンバへ結合されたウエハ処理チャンバへウエハを搬入するための方法であって、
（i）前記ウエハ搬送機チャンバ内に配置されたウエハ搬送機のエンドエフェクタ上にウエハを配置する工程と、
（ii）ウエハとともに前記エンドエフェクタを搬入準備位置に移動する工程と、
（iii）前記ウエハ搬送機チャンバ内で前記ウエハ処理チャンバの前に配置された第１光センサによりウエハ搬入方向であるＸ軸線方向で前記エンドエフェクタ上の標準位置からのウエハの偏位を検出する工程であって、前記エンドエフェクタ上に載置されたウエハは、搬入準備位置で前記第１光センサにより受光される光を部分的に遮断し、ウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバへＸ軸線方向に移動するとき、前記第１光センサにより受光される光を完全に遮断するところの位置に前記第１光センサが配置されるところの工程と、
（iv）ウエハとともに前記エンドエフェクタを搬入準備位置からウエハ処理チャンバへＸ軸線方向に移動する工程と、
（v）前記ウエハ搬送機チャンバ内で前記ウエハ処理チャンバの前に配置された第２光センサによりウエハ搬入面上でＸ軸線方向と垂直のＹ軸線方向で前記エンドエフェクタ上の標準位置からのウエハの偏位を検出する工程であって、前記エンドエフェクタ上に載置されたウエハは、搬入準備位置で前記第２光センサにより受光される光を遮断せず、ウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバへＸ軸線方向に移動するとき、前記第２光センサにより受光される光を部分的に遮断するところの位置に前記第２光センサが配置されるところの工程と、
（vi）前記ウエハ処理チャンバ内にウエハを搬入する際、Ｘ軸線及びＹ軸線方向での検出された偏位に基づいて、前記エンドエフェクタの動きを調節する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記光センサは工程（iii）において搬入準備位置で第１光センサにより感知された光量を示す第１信号を出力し、前記第２光センサは工程（v）においてウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバへ移動するとき前記第２光センサにより感知される光量の最低値を示す第２信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記工程（vi）は、前記第１及び第２光センサから前記第１及び第２信号を受光する工程と、Ｘ軸線方向での前記エンドエフェクタ上のウエハの偏位及びＹ軸線方向での前記エンドエフェクタ上のウエハの偏位を決定するために、前記第１及び第２信号を標準第１及び標準第２信号と比較する工程を含み、前記標準第１及び標準第２信号はＸ軸線方向及びＹ軸線方向のいずれにもエンドエフェクタ上に載置されたウエハが偏位していないことを示す、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記工程（vi）は、ウエハの決定された偏位に基づいてウエハ搬送機を制御し、前記ウエハ処理チャンバに対する偏位を補償するように前記エンドエフェクタを移動する工程を含む、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記工程（iii）において、偏位は、前記エンドエフェクタの上から見て、前記ウエハ搬送機の軸線からウエハ処理チャンバの中心に引かれたＸ軸線上で測定される、
ことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記第１光センサは前記ウエハ搬送機チャンバと前記ウエハ処理チャンバとの間に設けられた前記ウエハ処理チャンバに対するゲートバルブの前に配置されている、
ことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
偏位は、前記第２光センサから出力された前記第２信号を一時的に保持するためのピークホールド回路により測定される、
ことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２５】
前記工程（ii）は、搬入準備位置に前記エンドエフェクタを位置させるよう前記ウエハ搬送機の軸線の周りに前記エンドエフェクタを回転させる工程を含む、
ことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
前記工程（iii）及び工程（v）は、第１及び第２信号としてアナログ信号を使用する、
ことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は概して、ウエハ位置合わせ装置を備えた半導体処理装置に関し、特に、ウエハの偏位を補償するウエハ搬送機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、単位時間当たりに処理されるウエハの枚数（＝スループット）は、半導体の製造の際に使用される半導体製造装置に関して、重要な関心事となってきている。スループットを改善するために、半導体製造装置においてさまざまなアイデアが試行されてきた。例えば、ウエハ処理チャンバの数を増加させること、ウエハ搬送機に複数のアームを取付けること、及びウエハ搬送機のウエハ搬入スピードを上げることなどである。
【０００３】
しかし、ウエハの搬入速度を上げることにより生じるウエハ搬送機上でのウエハの偏位の問題は、大きな問題として残されている。特に、ウエハがウエハ処理チャンバ内の特定の位置からずれた位置に載置されると、膜の均一性の低下などのさまざまなプロセス上の問題が発生する。また、ウエハ格納チャンバへウエハを戻す処理中にウエハがそのウエハ格納チャンバ内に落ちたり、チャンバに当たりダメージを受けることもあり得る。
【０００４】
ウエハのこの偏位の問題を解決するための周知の方法は、ウエハ搬入方向前方の位置にひとつまたは複数の光センサを配置し、ウエハ搬送機がウエハを目標方向に搬入する際に、該光センサによって受光される光が遮断される時間間隔または搬送機のエンコーダからのパルスの数を測定して、測定した値を正しいウエハ位置に対応する予め登録した値と比較して、ウエハ位置の偏位を検出し、ウエハ位置を補正する、というものである。
【０００５】
上記方法にも採用されるが、出力信号のデジタルサンプリングはウエハ搬送機が動作中にセンサ出力を検出するのに使用される一般的な方法である。特に、この方法は、信号値が古い順にデジタル値に変換され、その変換された一連のデジタルデータが最大値及び最小値を得るのに使用されるものである。近年、信号サンプリング及びデータ解析はＥＥＳ（イクイップメント・エンジニアリング・システム）のようなシステムを使って実行される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このサンプリングの方法では、高速なウエハ搬送機の動作を捉えることが難しく、ＥＥＳで使用される一般的なサンプリング周波数である１００ミリ秒のサンプリング周波数において、ウエハ搬送機のアーム動作を追跡するのはほとんど不可能である。この問題を解消するためにウエハ搬送機の動作速度が低下すると、半導体製造装置のスループットは低下する。一方、サンプリング周波数が上がれば、データの量が増加し、データを保存する記憶装置が必要となる。その結果、必然的にコストが上昇する。
【０００７】
また、ウエハ搬送機のアームの伸長方向の偏位はセンサ出力のみから検出することができない。アーム伸長方向の偏位を検出するために、搬送機制御器は、ウエハ搬送機自身の動作をモニターし、かつ、センサにより受光される光が遮断される間の時間間隔にわたって搬送機のエンコーダからのパルス数をカウントするように専ら設計された、ビルトイン型のウエハ偏位検出部を具備しなければならない。この検出部の使用は検出精度及びコスト増加などの問題をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題の少なくともひとつを解決するために、本願発明のひとつの態様に従う半導体製造装置は、ウエハ搬送機に載置されたウエハの前方または側方に配置された光センサを有し、前方光センサからの出力信号はウエハ搬送機が静止している間に検出され、側方光センサからの出力信号はウエハ搬送機がウエハを処理チャンバへ搬入する際にウエハがセンサを通過する時間に検出され、これら２つの検出信号はウエハの偏位量を計算し該偏位量を補正するために、正しいウエハ位置に対応する予め登録された信号と比較され、それによりウエハは処理チャンバ内の正しい位置に搬入される。
【０００９】
本願発明のひとつの態様において、ウエハの側方に配置された光センサは、ウエハにより遮断されているセンサにより受光される光の最大量を保存することができるピークホールド回路に接続されている。こうして、ウエハ搬送機の速度を減速する必要がなくなり、光センサ出力信号または搬送機からのパルス数の高速サンプリングの必要もなくなる。さらに、専用のビルトインウエハ偏位検出部を搬送機制御器内部に設ける必要がなくなる。上記すべての利益が組み合わされるとき、コスト的に有効な方法で、ウエハ偏位の検出及び補正の機能を与えることが可能となる。
【００１０】
本発明の態様及び従来技術に対する利点を要約する目的で、本発明のある目的及び利点が開示される。もちろん、本発明の特定の実施形態に従ってこれらすべての目的または利点が必ずしも達成されるものではない。よって、例えば、ここに教示または示唆されるような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここに教示されるような利点のひとつまたは集合を達成しまたは最適化する方法で本発明が実施または実行され得ることは当業者の知るところである。
【００１１】
本発明の他の態様、特徴及び利点は以下の好適実施形態の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、４つのウエハ処理チャンバ、２つのウエハ入／出チャンバ、２つのロボットアーム、及び本発明の実施形態において使用可能なひとつのウエハ搬送機チャンバを含む半導体処理装置を概略的に示したものである。
【図２】図２は、本発明の実施形態において使用可能なウエハ搬送機を概略的に示したものである。
【図３】図３は、本発明のひとつの実施形態に従い、ウエハが第１光センサを覆うところの搬入準備位置のウエハ搬送機に載置されたウエハを示す。
【図４】図４は、本発明のひとつの実施形態に従い、ウエハ搬送機チャンバ内での光センサの位置を示す。
【図５】図５は、本発明のひとつの実施形態に従い、光センサを覆うウエハを概略的に示す。
【図６】図６は、本発明のひとつの実施形態に従い、ウエハ搬送機の動きと第１光センサからの出力との関係を概略的に示したものである。
【図７】図７は、本発明のひとつの実施形態に従い、ウエハ搬送機の動きと第２光センサからの出力との関係を概略的に示したものである。
【図８】図８は、本発明のひとつの実施形態に従い、第２光センサ内で使用されるピークホールド回路を概略的に示したものである。
【図９】図９は、本発明のひとつの実施形態に従い、位置ずれしたウエハ及び標準位置に位置合わせされたウエハに対するセンサ出力に基づいてＸ軸方向の偏位を計算するための方法を概略的に示したものである。
【図１０】図１０は、本発明のひとつの実施形態に従い、第１光センサを覆う位置ずれしたウエハを概略的に示したものである。
【図１１】図１１は、本発明のひとつの実施形態に従い、第２光センサを覆う位置ずれしたウエハを概略的に示したものである。
【図１２】図１２は、本発明のひとつの実施形態に従い、第１及び第２光センサを覆うウエハを概略的に示したものである。
【図１３】図１３は、本発明のひとつの実施形態に従い、ウエハクランパを備えたエンドエフェクタを概略的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の好適実施形態を詳細に説明する。好適実施形態及び図面は本願発明を限定するものではない。
【００１４】
ひとつの実施形態において、半導体処理装置は、（I）ウエハ搬送機チャンバと、（II）少なくともひとつのウエハ処理チャンバであって、各々が該ウエハ搬送機チャンバに結合されるところのウエハ処理チャンバと、（III）該ウエハ処理チャンバ内にウエハを搬入するための、該ウエハ搬送機チャンバ内に配置されたウエハ搬送機であって、前記ウエハ搬送機はウエハを載置するためのエンドエフェクタを含み、前記エンドエフェクタは搬入準備位置からウエハ処理チャンバへ、ウエハ搬入方向であるＸ軸線方向及びウエハ搬入面内で該Ｘ軸線方向に垂直のＹ軸線方向に移動可能であるところのウエハ搬送機と、（IV）ウエハ搬送機チャンバ内でウエハ処理チャンバの前に配置された少なくともひとつの第１光センサであって、エンドエフェクタ上に載置されたウエハが搬入準備位置で第１光センサにより受光される光を部分的に遮断し、ウエハが搬入準備位置からＸ軸線方向に沿ってウエハ処理チャンバ方向へ移動するとき、第１光センサにより受光される光を実質的に完全に遮断するところの位置に配置された第１光センサと、（V）ウエハ搬送機チャンバ内でウエハ処理チャンバの前に配置された少なくともひとつの第２光センサであって、エンドエフェクタ上に載置されたウエハが搬入準備位置で第２光センサにより受光される光を遮断せず、ウエハが搬入準備位置からＸ軸線方向に沿ってウエハ処理チャンバ方向へ移動するとき、第２光センサにより受光される光を部分的に遮断するところの位置に配置された第２光センサを含む。
【００１５】
上記したひとつの実施形態において、第１光センサは搬入準備位置で第１光センサにより感知される光量を示す第１信号を出力するように適応され、第２光センサはウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバ方向へ移動するとき第２光センサにより感知される光量の最小値を示す第２信号を出力するよう適応される。
【００１６】
上記いずれかの実施形態において、半導体処理装置は、さらに、Ｘ軸線方向またはＹ軸線方向のいずれにもエンドエフェクタ上に載置されたウエハが偏位していないことを示す標準第１信号及び標準第２信号を保存する制御装置を含み、該制御装置は第１及び第２光センサから第１及び第２信号を受光し、第１及び第２信号を標準第１及び標準第２信号と比較して、Ｘ軸線方向でのエンドエフェクタ上のウエハの偏位及びＹ軸線方向でのエンドエフェクタ上のウエハの偏位を決定する。ひとつの実施形態において、ウエハの決定された偏位に基づいて制御装置はウエハ処理チャンバに対する偏位を補償するようにウエハ搬送機を制御しエンドエフェクタを移動する。ひとつの実施形態において、制御装置は第２光センサから出力された第２信号を一時的に保持するためのピークホールド回路を含む。ひとつの実施形態において、第１及び第２信号はアナログ信号であってもよい。他の実施形態において、信号は８ビット信号から構成されてもよい。
【００１７】
上記いずれかの実施形態において、エンドエフェクタの上から見た場合、第１光センサは、ウエハ搬送機の軸線からウエハ処理チャンバの中心へ向けて引かれたＸ軸線と位置合わせされて配置される。ひとつの実施形態において、第１及び第２光センサはウエハ処理チャンバの付近に配置される。
【００１８】
上記いずれかの実施形態において、第１光センサはＸ軸線方向に伸長した形状を有し、第２光センサはＹ軸線方向に伸長した形状を有する。
【００１９】
上記いずれかの実施形態において、第１光センサはウエハ処理チャンバの前方の障害物を検出するためのセンサとしても機能する。
【００２０】
上記いずれかの実施形態において、ウエハ搬送機は、搬入準備位置にエンドエフェクタを配置するようウエハ搬送機の軸線の周りにエンドエフェクタを回転させるように適応される。
【００２１】
上記いずれかの実施形態において、少なくともひとつのウエハ処理チャンバは、ウエハ搬送機チャンバの周りに配置された２つ以上のウエハ処理チャンバを含む。
【００２２】
ある実施形態において、ウエハ搬送機は、各々がエンドエフェクタを有するダブルアームを持つ。
【００２３】
上記いずれかの実施形態において、ウエハ搬送機はさらにウエハをクランプするためのウエハクランパを含む。
【００２４】
上記いずれかの実施形態において、第１及び第２光センサの各々はウエハ搬送機の軸線方向でエンドエフェクタの下側に配置された光エミッタ、及び軸線方向でエンドエフェクタの上側に配置された光センサを含む。ひとつの実施形態において、該光センサはＣＣＤ素子により構成される。
【００２５】
本発明の他の態様に従い、ウエハ搬送機チャンバに結合されたウエハ処理チャンバへウエハを搬入するための方法は、（i）ウエハ搬送機チャンバ内に配置されたウエハ搬送機のエンドエフェクタ上にウエハを載置する工程と、（ii）搬入準備位置にウエハとともにエンドエフェクタを移動する工程と、（iii）ウエハ搬送機チャンバ内でウエハ処理チャンバの前に配置された第１光センサにより、ウエハ搬入方向であるＸ軸線方向でのエンドエフェクタ上の標準位置からのウエハの偏位を検出する工程であって、当該第１光センサは、エンドエフェクタ上に載置されたウエハが搬入準備位置で第１光センサにより受光される光を部分的に遮断し、ウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバに向けてＸ軸線方向へ移動するとき、第１光センサにより受光される光を実質的に完全に遮断するところの位置に配置される、ところの工程と、（iv）搬入準備位置からウエハ処理チャンバへＸ軸線方向にウエハとともにエンドエフェクタを移動する工程と、（v）ウエハ搬送機チャンバ内でウエハ処理チャンバの前に配置された第２光センサにより、ウエハ搬入面上でＸ軸線方向と垂直なＹ軸線方向でのエンドエフェクタ上の標準位置からのウエハの偏位を検出する工程であって、前記第２光センサは、エンドエフェクタ上に載置されたウエハが搬入準備位置において第２光センサにより受光される光を遮断せず、ウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバへＸ軸線方向に移動するとき第２光センサにより受光される光を部分的に遮断するところの位置に配置される、ところの工程と、（vi）ウエハ処理チャンバ内へウエハを搬入する際、Ｘ軸線及びＹ軸線方向での検出された偏位に基づいてエンドエフェクタの動きを調節する工程を含む。
【００２６】
上記ひとつの実施形態において、第１光センサは工程（iii）において搬入準備位置で第１光センサにより感知される光量を示す第１信号を出力し、第２光センサは工程（v）においてウエハが搬入準備位置からウエハ処理チャンバへ移動するとき、第２光センサにより感知される光量の最小値を示す第２信号を出力する。
【００２７】
上記いずれかの実施形態において、工程（vi）は、第１及び第２光センサから第１及び第２信号を受光する工程と、Ｘ軸線方向でのエンドエフェクタ上のウエハの偏位及びＹ軸線方向でのエンドエフェクタ上のウエハの偏位を決定するべく第１及び第２信号を標準第１及び標準第２信号と比較する工程であって、前記標準第１信号及び標準第２信号はＸ軸線方向またはＹ軸線方向のいずれにもエンドエフェクタ上に載置されたウエハの偏位がないことを示すところの工程を含む。
【００２８】
上記いずれかの実施形態において、工程（vi）は、ウエハの決定された偏位に基づいてウエハ搬送機を制御し、ウエハ処理チャンバに対する偏位を補償するようにエンドエフェクタを移動する工程を含む。
【００２９】
上記いずれかの実施形態において、工程（iii）において、偏位は、エンドエフェクタの上から見て、ウエハ搬送機の軸線からウエハ処理チャンバの中心へ引かれたＸ軸線上で測定される。ひとつの実施形態において、第１及び第２光センサはウエハ処理チャンバの付近に配置される。ひとつの実施形態において、偏位は第２光センサから出力された第２信号を一時的に保持するためのピークホールド回路により測定される。
【００３０】
上記いずれかの実施形態において、工程（ii）は搬入準備位置にエンドエフェクタを配置するべく、ウエハ搬送機の軸線の周りにエンドエフェクタを回転する工程を含む。
【００３１】
上記いずれかの実施形態において、工程（iii）及び（v）は第１及び第２信号としてアナログ信号を使用する。
【００３２】
以下、図面を参照して、本願発明をさらに詳細に説明する。本願発明は、これらの図面に限定されるものではない。
【００３３】
本明細書の開示において条件及び／または構造が特定されていない場合、当業者は通常の実験的事項として本発明の開示を参照してこれらの条件及び／または構造を容易に与えることができる。
【００３４】
図１は、従来の半導体製造装置の一例を概略的に示したものである。この装置は以下に挙げた別々のチャンバ（モジュール）を含む。
【００３５】
ＩＯＣ１、ＩＯＣ２（入／出チャンバ）：ウエハ入／出チャンバ３、４
ＷＨＣ（ウエハ搬送機チャンバ）：ウエハ搬送機チャンバ２
ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４（リアクタチャンバ）：ウエハ処理チャンバ５、６、７、８
図１において、ウエハ搬送機１（真空ロボットまたはＶＲ）がウエハ搬送機チャンバ２内に配置されている。このウエハ搬送機１はスループットを改善するために２本のアームを有する。これら２本のアームは、例えば、ウエハ処理チャンバ内で処理が完了したウエハがピックアップされると同時に次のウエハが処理チャンバ内に運ばれるようにすることにより、スループットを改善する。すなわち、処理済みのウエハをピックアップする動作のすぐ後の動作により新しいウエハが処理チャンバ内に配置されるので、ウエハ搬入時間が短縮され、その結果スループットが改善されるのである。
【００３６】
次に、図２は、図１のウエハ搬送機を拡大して示したものである。図２において、単純化のために一本のアームのみが示されている。
【００３７】
ウエハ搬送機１は、ジョイントを有するアーム２２に枢着されたエンドエフェクタ２１を含む。アーム２２は回転可能な支持台２３に枢着されている。エンドエフェクタ２１は、前方端部に配置された突起２４及び後方端部に配置された突起２５から成るウエハロケータを備える。該エンドエフェクタはひとつ以上のエンドエフェクタを含んでもよい。
【００３８】
次に、図３は、ウエハ３３を載置した状態のウエハ搬送機１を示したものである。図３に示すように、ウエハ３３がウエハ搬送機に載置されているとき、ウエハ搬送機上のウエハ３３の先端は、ウエハ搬送機チャンバ内の特定位置に配置された第１光センサ３１により受光される光を遮断する。ウエハ搬送機が図３の左側に位置するウエハ処理チャンバ（図示せず）にウエハ３３を搬入するときも、図３に示すウエハ３３の底端は該底端が通過する位置に配置された第２光センサにより受光される光を遮断する。言い換えれば、ウエハ搬送機がウエハを正しい位置に配置した場合、ウエハの左端部（図３）が第１光センサ３１により受光される光を遮断し、矢印３４で示されるＸ軸線方向にウエハ３３が処理チャンバへ搬入されるとき、ウエハの底端が第２光センサ３２を通過し、光センサにより受光される光を遮断するように、２つの光センサはウエハ搬送機チャンバ内に配置されなければならない（ウエハ搬送機チャンバ、ウエハ搬送機等の構造に応じて、２つ以上の光センサを配置することも可能である）。図３において、ウエハを上から見た場合、Ｙ軸はＸ軸と直角に延びている。
【００３９】
ここで、ウエハ搬送機チャンバ上での光センサ３１、３２の配置が図４において黒丸で示されている。図３で上記したように、第１光センサ３１はウエハ搬送機の回転中心軸を通過する直線に沿って、各ウエハ処理チャンバ５、６、７若しくは８または入／出チャンバの前に配置される。センサは各処理チャンバに対するゲートバルブ４２の前に配置されるため、このセンサはゲートバルブ４２に対する障害物センサとしても使用可能であり、それがセンサ数の減少及び低コスト装置の実現に寄与する。図３で説明したように、第２光センサは、ウエハ搬送機が処理チャンバへウエハを搬入する際に、ウエハの側方端がセンサを通過する位置に配置される。このセンサもまた、各ウエハ処理チャンバまたはウエハ入／出チャンバの前に配置される。第１光センサは搬送機が回転する際のウエハの外周端のトラック４１に沿って配置されるが、第２光センサはこのトラック４１に沿って配置される必要はない（しかし、このセンサがトラックに沿って配置されてもよい）。
【００４０】
第２光センサは、ウエハ搬送機の旋回が終わりウエハを処理チャンバ内にＸ軸線方向に搬入できる状態（搬入位置）のときに遮光せず、搬入が開始され処理チャンバ内に搬入されるまでの過程で部分的に遮光される位置に配置されていればよい。また、第１光センサもＸ軸線上でなく、Ｘ軸線から若干外れた位置に配置してもよく、搬入位置においてウエハが第１光センサを部分的に遮光し、搬入が開始され処理チャンバ内に搬入されるまでの過程で（一時的に）ほぼ完全に遮光される位置に配置されていればよい。
【００４１】
第１光センサ３１’及び第２光センサ３２’がまた、入／出チャンバ内部のウエハ位置を最適化するように、ウエハ入／出チャンバ（またはロードロックチャンバ）３、４の前に配置されてもよい。
【００４２】
次に、光センサの動作原理を図５に示す。ここで使用される光センサは発光部５１及び受光部５２を含み、これらは特定の寸法で互いに離隔されている。センサにより受光される光がウエハ３３により遮断されたとき、光量が変化し、それによりセンサ出力が変化する（本発明のひとつの実施形態において、ウエハ位置はウエハにより遮断される光量に基づいて約１ミクロンの精度（反復精度）で検出可能である）。発光部５１は半導体レーザビーム（例えば、波長６７０ｎｍ）のソースである単一光源であり、受光部５２はラインに沿って配置されたＣＣＤ素子を含む。好適には、光センサは幅及び長さが異なる寸法を有し、特に、受光部５２はウエハ偏位を適切に検出することができるよう長手方向を有する（好適には、受光部５２及び発光部５１は一対で与えられ、ほぼ同じ形状を有する）。例えば、発光部は９ｍｍ×３ｍｍの発光面積を有し、受光部は７ｍｍ×０．０８５ｍｍの有効受光面積を有する（有効受光面積のアスペクト比は、その１０倍から１００倍である）。発光部５１は底部に配置され、受光部５２は天部に配置される。これにより、受光センサ位置の調節が容易となる。本発明のひとつの実施形態において好適に使用可能な光センサは、ＰＢＺ-ＣＬ００７Ｖ（Yamatake社製のレーザ型ラインＣＣＤ）を含む。
なお、受光部５２からの信号は制御部５３に入力されるが、制御部５３には、ウエハが適正位置にあった場合の信号の値（基準値）が登録されており、入力信号の値と比較できるようになっている。比較結果により制御部５３は、ウエハ搬送機起動装置５４に是正量にかかる制御信号を出力しウエハ搬送機を制御し、処理チャンバに搬入されるウエハの位置を是正する。
【００４３】
次に、ウエハ搬送機の実際の動作及びいかにしてウエハ偏位が検出され補正されるかを説明する。最初に、ウエハ偏位検出の例を図３及び図１２を参照して説明する。ウエハ入／出チャンバからウエハ３３をピックアップした後、ウエハ搬送機は回転し、目標の処理チャンバのちょうど正面（搬入準備位置）にウエハを移動する（図１２（ａ））。ウエハ搬送機及びウエハが目標のウエハ処理チャンバの前で静止したとき、第１光センサ３１の出力が検出される。この検出された出力は図３に従いＸ軸線方向でのウエハ位置を表す。次に、図１２（ｂ）に示すように、ウエハが搬入準備位置から目標のウエハ処理チャンバ内にまっすぐ移動したとき、第２光センサ３２の出力が検出される。この検出された出力は、図３に従いＹ軸線方向でのウエハ位置を表す。図６及び図７はそれぞれＸ軸線方向及びＹ軸線方向でのウエハ位置の動きを示す。
【００４４】
図６は、第１光センサ３１の出力がウエハ搬送機の動作時間に対してどのように変化するかを示すグラフである。横軸は時間（ｔ）を示し、縦軸はセンサにより受光される光量（ＱＬ）を示す。図６の左側において、ウエハ搬送機は回転し、目標のウエハ処理チャンバに徐々に近づき、結果として第１光センサ３１により受光される光は徐々に遮られ、光量が減少する。図６の中央付近において、ウエハ搬送機は回転を完了し、しばらくの間静止状態となる。その後、ウエハが目標のウエハ処理チャンバ内に搬入されたとき、第１光センサ３１により受光される光はウエハにより完全に遮断され、光量はゼロになる。これは、図６の右側で生じる。
【００４５】
ここで、実線Ａ及び点線Ｂを含む、光量の変化を示す２本の線が図６に示されている。実線Ａは、ウエハがウエハ搬送機上に正しく配置されているときの光量の変化を表し、点線Ｂはウエハがウエハ搬送機上で偏位したときの光量の変化を表している。これらの２つの光量の間の差は、正しい位置からのウエハの偏位の度合いを示す量を与える。本発明のひとつの実施形態において、ウエハ搬送機が回転を停止しかつウエハ処理チャンバの前でしばらく静止したとき得られた２つの光量の間の差が偏位量として与えられる。また、ウエハがウエハ搬送機上で正しく配置されているときの光量はまえもって装置制御器５３に登録される必要があり、ウエハの偏位量を検出するのにその登録値が実際のセンサ出力（光量）と比較される。図６において、ウエハは光センサにより受光される光をより遮断する方向へ偏位している。言うまでもなく、ウエハは反対方向へも偏位可能であり、その場合、点線は図６の実線Ａの上を通ることになる。
【００４６】
次に、第２光センサ３２の出力がウエハ搬送機の動作時間に関してどのように変化するかを図６と同様の方法で図７に示す。図７の左側において、ウエハの側端が第２光センサ３２により受光される光を徐々に遮断し、図７の中央付近でウエハは第２光センサ３２により受光される光を最大に遮断する。その後、センサにより受光される光量はウエハがセンサから離れるに従い増加する。これは、図７の右側で生じる。
【００４７】
ここでも、図６の説明と同様に、光量の２つの変化が実線Ａ及び点線Ｃにより示されている。実線Ａはウエハがウエハ搬送機上に正しく配置されているときの光量の変化を表し、点線Ｃはウエハがウエハ搬送機上で偏位しているときの光量の変化を表している。ウエハが第２光センサ３２により受光される光を最大に遮っているときの２つの光量間の差は、ウエハの偏位量を与える。ウエハ搬送機が高速で動作中に、遮断された光量の最大値を検出する方法を以下で説明する。図６の場合と同様に、ウエハがウエハ搬送機上で正しく配置されているときの光量はまえもって装置制御器５３に登録される必要があり、ウエハの偏位量を検出するために、この登録値が実際のセンサ出力（光量）と比較される。図７において、ウエハは光センサにより受光される光をより遮断する方向へ偏位してもよい。言うまでもなく、ウエハは反対方向に偏位することもでき、その場合、点線は図７の実線Ａの上を通ることになる。
【００４８】
上記した動作原理をわかりやすく説明するために、図１０及び図１１は、それぞれ図６及び図７の状態でのウエハ搬送機と光センサの位置関係を表している。特に、ウエハ３３が図１０において正しい位置Ａにあるとき、ウエハの先端は光センサ３１の中央付近に配置されている。一方、ウエハ位置がＸ軸線方向に変位したとき（位置Ｂ）、光センサにより受光される光はより遮断される。図１１において、ウエハ３２が正しい位置Ａにあるとき、ウエハの先端は光センサ３２の中央付近に配置されている。一方ウエハがＹ軸線方向に移動したとき（位置Ｃ）、光センサにより受光される光はより遮断される。したがって、図６及び図７に示すように、受光側のセンサにより受光される光量が減少する。言うまでもなく、上記したように、ウエハは受光量の増加する方向（図１０及び図１１で示す偏位方向と反対方向）に偏位してもよい。
【００４９】
次に、図７に関して言及した遮断光量の最大値を検出する方法のひとつの実施形態を説明する。センサ出力は図８に示す回路に入力される。出力電圧が降下するに従い、電流の方向が逆転してキャパシタＣが充電する。次に、出力電圧が遮断光量の最大値を超えて上昇する場合を考える。これは、図７の右側に示す状態に対応する。この状態において、電荷はダイオードＤのために後方には流れることができない。したがって、キャパシタＣにより保持された電荷の量は、光を最大に遮断しているときに達成された値と等しいままである。言い換えれば、図８に示すのは、一般的なピークホールド回路である。この回路は一例に過ぎず、同様の目的を達成することができる限り、他の回路を使用してもよい。
【００５０】
センサ出力信号をデジタル信号に変換しかつ変換した信号をサンプリングする上記した方法に比べ、図８に示すようなピークホールド回路を使って最大遮断状態に対応する出力値のみを保持する方法によれば、必要な出力値のみを、高信頼性かつ低コストで取得することが可能となる。
【００５１】
ここで、図６及び図７に示すようなウエハ偏位を補正する動作を、図９を参照し要約して説明する。本発明のひとつの実施形態において、動作は概ね以下の通りである。
【００５２】
１）ウエハ搬送機が回転した後、第１光センサ３１がＸ軸線方向の偏位ａ’の量を検出する。ウエハはＸ軸線方向だけでなくＹ軸線方向にも偏位しているため、第１光センサ３１により検出された位置Ｐ’はウエハの先端の替わりに第１光センサを覆うウエハの位置を表す。したがって、位置Ｐと位置Ｐ’との間の差はＸ軸線方向での偏位を直接与えるものではない。Ｘ軸線方向の実際の偏位は偏位したウエハ（その中心はＯ’にある）の先端Ｑと適当な位置でのウエハ（その中心はＯにある）の先端Ｐとの間の差ａ（＝Ｐ’とＰとの間の距離及びＱ’とＱとの間の距離の和）により与えられる。ここでａは以下で説明するように計算できる。
【００５３】
２）装置制御器の記憶領域内にａ’を登録する。
【００５４】
３）ウエハ搬送機がウエハ処理チャンバへウエハの搬入を開始する。
【００５５】
４）ウエハにより遮断される光量の最大値を検出するためのピークホールド回路及び第２光センサ３２を使用し、Ｙ軸線方向での偏位ｂの量を検出する。（ちなみに、この偏位は図示の都合上拡大されている。また、図９において、第２光センサ３２はウエハの底端から偏位しているが、ウエハは第２センサ３２上にありセンサにより受光される光を遮断している。）
【００５６】
５）装置制御器の記憶領域内にｂを登録する。
【００５７】
６）記憶領域からＸ軸線方向の検出した偏位量ａ’及びＹ軸線方向の検出した偏位量ｂを読み出し、以下の式に基づいて装置制御器を使ってＸ軸線方向の実際の偏位量ａを計算する（Ｒはウエハ半径を示す）。
【００５８】
ａ＝ａ’+（Ｒ−ＳＱＲＴ（Ｒ２−ｂ２））          （１）
【００５９】
７）ウエハ処理チャンバ内でウエハ搬送機のアーム軸を使って、Ｘ軸線方向の偏位量ａを補正する。
【００６０】
８）ウエハ処理チャンバ内でウエハ搬送機の回転軸を使って、Ｙ軸線方向の偏位量ｂを補正する。
【００６１】
９）ウエハ搬送機のＺ軸線方向動作（下方動作）を通じてウエハ搬入を完了する。
【００６２】
上記した式（１）の実際のＸ軸線方向の偏位量の計算を図９を参照してさらに説明する。図９において、実線は正しいウエハ位置を表し、点線は偏位したウエハ位置を表す。図の点線で示すウエハ位置は、ウエハが第2センサ上に全くないほど偏位している。この状態では、実際に偏位の検出は不可能である。ここで、状態は、見やすいように故意に拡大して示されている。
【００６３】
まず、第１センサ３１上で正しく配置されたウエハのＸ軸線方向の位置Ｐと第１センサ３１上で偏位したウエハのＸ軸線方向の位置Ｐ’との間の距離は、Ｘ軸線方向で検出した偏位量を与える。次に、第２センサ３２上で正しく配置されたウエハのＹ軸線方向位置と、第２センサ３２上で偏位したウエハのＹ軸線方向位置との間の距離ｂは、Ｙ軸線方向で検出した偏位量を与える（上記したように、図９において偏位したウエハは第２センサ上にはないが、説明の都合上、Ｙ軸線方向位置が検出されたと仮定する）。Ｘ軸線に沿って偏位したウエハの先端位置がＱで与えられると、ウエハのＸ軸線方向の実際の偏位量はＸ軸線に沿ってＰとＱとの間の距離ａで与えられる。このａを得るために、ポイントＰ’から延長する線がＸ軸と直角で交わるところのポイントＱ’と、偏位したウエハの原点Ｏ’との間の距離ｃを求める必要がある。しかしここで、距離ｃは三角形Ｏ’Ｐ’Ｑ’の一辺Ｏ’Ｑ’である。また、辺Ｏ’Ｐ’はウエハの半径Ｒを表し（ウエハサイズが３００ｍｍであれば、Ｒ＝１５０ｍｍ）、辺Ｐ’Ｑ’はＹ軸線方向の偏位量ｂを示す。辺Ｐ’Ｑ’と辺Ｏ’Ｑ’により形成される角度は９０°であるから、辺Ｏ’Ｑ’または距離ｃはピタゴラスの定理を使って得られる。特に、ピタゴラスの定理は以下の関係をもたらす。
【００６４】
（Ｏ’Ｑ’）２＋（Ｐ’Ｑ’）２＝（Ｏ’Ｐ’）２        （２）
Ｏ’Ｑ’＝ｃ、Ｐ’Ｑ’＝ｂ、Ｏ’Ｐ’＝Ｒであるから、以下の関係が成り立つ。
【００６５】
ｃ＝ＳＱＲＴ（Ｒ２−ｂ２）                        （３）
式（３）において、ＳＱＲＴは平方根である。
【００６６】
こうしてｃが得られ、図９より以下の関係を利用することができる。
【００６７】
ａ＝ａ’＋（Ｒ−ｃ）                        （４）
結果として、以下の関係が成り立つ。
【００６８】
ａ＝ａ’＋（Ｒ−ＳＱＲＴ（Ｒ２−ｂ２））
こうして最終的に式（１）が導出される。
【００６９】
本発明において、ウエハ搬送機は、上記したウエハ偏位の検出及び補正を達成するために、搬送機に取付けられたウエハクランパを有しても有しなくともよい。図１３に示すように、ウエハクランパ１３１が搬送機に取付けられれば、本発明の方法は、ウエハからの放熱のためにウエハ搬送機のアームの熱膨張から生じるアーム伸長方向のウエハ偏位を検出し補正するのに使用することも可能である。
【００７０】
上記に基づき、本発明のひとつの実施形態は、ウエハ偏位を検出し、ウエハ位置を補正することができる半導体製造装置を与え、特にウエハ搬送機上でのウエハの偏位が検出されかつ補正される。ピークホールド回路を光センサに接続することにより、ウエハ偏位を検出しかつ補正する機能が低コストな方法で実現可能である。
【００７１】
本発明は上記した実施形態及び以下に示す他のさまざまな実施形態を包含する。
【００７２】
１）半導体ウエハ搬送機チャンバ、半導体ウエハ処理チャンバ及び半導体ウエハ搬送機を含む半導体製造装置であって、当該半導体製造装置は、半導体ウエハ搬送機チャンバは特定の位置に少なくとも２つの光センサを有し、半導体ウエハ搬送機がウエハを載置したとき、ウエハは第1光センサにより受光される光を遮断し、ウエハ搬送機が半導体ウエハ処理チャンバへウエハを搬入するとき、ウエハは第2光センサにより受光される光を遮断し、該第2光センサは特定の時間間隔の間遮断された光量の最大値を格納することができる電気回路に接続され、そうしてウエハがウエハ搬送機上で正しい位置に配置されているか否かを検出し、光センサの遮断された光量から正しいウエハ位置を計算するために、第1光センサの遮断された光量及び第2光センサの遮断された光量の最大値は正しいウエハ位置に対応する予め登録された遮断された光量と比較され、結果として半導体ウエハ搬送機は半導体処理チャンバ内部においてウエハを計算された正しい位置に搬入することができることを特徴とする。
【００７３】
２）上記１）に記載の半導体製造装置であって、該電気回路はピークホールド回路であることを特徴とする。
【００７４】
３）上記１）に記載の半導体製造装置であって、ウエハが正しい位置に配置されているか否かを検出することができる第1光センサは、センサ数を削減するために他の目的用の光センサとしも機能することができ、それにより、低コストの装置が実現可能であることを特徴とする。
【００７５】
本発明の思想及び態様から離れることなく多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、言うまでもなく、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の態様を限定するものではない。
【図１】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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