(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが平行でない経路に沿って移動可能であると共に一方のアームから他方のアームに構成部品を渡すための各ハンドオフ位置に駆動可能である第１及び第２のアームと、二次元位置感知光センサと、前記光センサに向かって光を発する光源とを有する装置であって、前記第１のアームは、前記光源と前記光センサとの間に置かれたときに第１の特徴ある陰影を前記光センサにおいて発生させる第１のフラグを有しており、前記第２のアームは、前記光源と前記光センサとの間に置かれたときに第２の特徴ある陰影を前記光センサにおいて発生させる第２のフラグを有している、前記装置を較正する方法であって、
前記第１のフラグの前記第１の特徴ある陰影が前記センサの全体にわたってスキャンするように、自身のそれぞれの経路に沿って第１のアームを移動するステップと、
前記第１のフラグによって生じた前記センサの全体にわたって第１のスキャンラインの前記センサからの読取り値を記録するステップと、
前記第２のフラグの前記第２の特徴ある陰影が前記センサの全体にわたってスキャンするように、自身のそれぞれの経路に沿って第２のアームを移動するステップと、
前記第２のフラグによって生じた前記センサの全体にわたって第２のスキャンラインの前記センサからの読取り値を記録するステップと、
前記各アームのハンドオフ位置を表す、前記第１及び第２のスキャンラインが交差する前記第１及び第２のアームの位置を、２組の前記読取り値から算出するステップとを有する方法。
【請求項２】
前記２つの可動アームが、それぞれエンコーダを有する１つないしはそれ以上のサーボモータにより駆動されるロボットアームであり、
前記方法が、
前記各ハンドオフ位置において前記エンコーダの読取り値を記録するステップと、
その後に前記各ハンドオフ位置におけるエンコーダの読取り値から得られた位置に前記ロボットアームを進めるステップと、
この位置において前記センサにより発生する信号を検出するステップとを更に有する請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの可動部材が相互関係において適正に位置決めされていることを検出するための方法と装置に関する。
【０００２】
本発明は、真空チャンバの中で単一ウエハがグリッパ上でロードロックなどのローディング機構から静電チャックへと移送されるイオン注入装置に対して特定の適用法を有している。グリッパアームはまた、静電チャックからウエハを回収し、それをロードロックに戻す。
【０００３】
典型的には、グリッパアームを駆動するロボットは２から４本の運動軸を有する。例えば、EP  ６０４０６６は、垂直軸に沿って軸方向に移動でき、また同軸の周りに回転可能であるグリッパアームを開示している。
【０００４】
静電チャックは典型的には、例えば、WO ９９/１３４８８に開示されているように、いくつかの運動軸を有している。この場合、静電チャックを支持しているアームは真空チャンバから外へ伸びており、静電チャック上のウエハの全表面がスキャニングイオンビームにより水平方向にスキャニングされるように、静電チャックを垂直方向に往復可能に動かすための直線運動機構によって支持されている。直線運動機構それ自体は、ウエハとイオンビームの間の角度が多様に変化することを可能とし、水平方向に傾斜する軸の周りに回転可能なように実装される。静電チャックはさらに、ウエハの中心を通貨し、またウエハ平面には垂直な一本の軸の周りにウエハを回転させるための機構を備える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
グリッパアームと静電チャックを進める機構には非常に正確な位置にそれらを進めることを可能にするエンコーダが設けられるが、自由手段の軸が非常に多くあるため、時間が経過すると、その機構は、とくに機構の部品が磨耗し始めると、ドリフトする可能性がある。これにより結果的にはウエハがウエハの下面に微粒子の汚染物を生じさせるよう静電チャック表面上にきつく当たらざるを得なくなるため、グリッパアームと静電チャックの間のハンドオフが不正確になる。また、エンコーダが絶対位置の読取り値を供給できなくなるため、使用前にエンコーダを較正しなければならない。こうした較正は通常は手動で行われるが、とくに時間を浪費し、熟練したオペレーターが必要となる可能性が出てくる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明により、２つの部材が所定の位置に相互関係において適正に位置決めされていることを検出するための装置が与えられるが、その装置は、光源と、光源からの光がその上に投影される光センサと、２つの部材が所定の位置にあるときには光検出器上に１つの特徴的な陰影を生じ、２つの部材が互いに異なる位置にある場合にはその特徴的な陰影を光検出器上に生じる各部材上の各フラグとを有している。
【０００７】
本装置は、両方の部材が同じ光源に対して位置決めされているため、その２つの部材の相対的な位置を正確に証明することになる。光センサが使用されており、その光センサは２つの部材の絶対位置を呈示して供給するが、２つの部材を進める機構からは独立している。
【０００８】
好適には、各部材上のフラグは通し穴であり、１つの部材上の通し穴がもう１つの部材の通し穴よりも大きく、またその場合、部材が所定の位置にあるときには、センサに進んでくる光源からの光の方向に対して通し穴のセンターが整合している。センサは好適には、二次元位置感知ダイオードである。光源は何らかの平行光源でありうるが、しかし、好適にはセンサが光源からの光と周囲の光を識別することができ、また必要な安全基準を満足させるような、クラス１変調赤外線レーザーである。
【０００９】
本発明はとくに、一次部材が真空チャンバ内のウエハをロードする位置から処理する位置に移動させ、また戻すグリッパアームであり、また二次部材が、イオンビームによりウエハがスキャニングされている間にウエハがその上で保持されている静電チャックであるイオン注入装置に対して適用可能である。この場合、フラグは、センサ読取り値からウエハ位置を容易に測定することを可能にするようなウエハ位置と一定の位置関係を有するように静電チャックとグリッパアーム上に設けられて然るべきである。一般的に言うと、静電チャックはグリッパアーム前のハンドオフ位置に持ってこられる。そのため、２つの部材上のフラグが通し穴により供給されるとき、静電チャック関連通し穴の直径の方がグリッパアーム関連通し穴の直径よりも大きい。適切に位置決めされた窓の後側で真空チャンバの外側に光源と光センサを実装する場合は、光源と光センサは、真空チャンバにアクセスする必要なしにメンテナンスないしは取替えのために容易に除去することができる。
【００１０】
開放および閉鎖形状の間で動かすことができる一対のジョーを有するグリッパアームが使用される場合、そのグリッパアームが所定の位置にあり、またそのジョーが開放されているときに、グリッパアームに、光センサ上に第３の特徴のある信号を発生させる第３のフラグを設けることがあり、グリッパジョーの形状をその装置が決定することが可能となる。
【００１１】
本発明の第２の態様により、２つの可動部材が所定の位置に正確に互いと対称的に位置決めされていることを検出する方法が提供されるが、本方法は、光センサに向かって光源からの光のビームを発するステップと、各部材を動かし、それによって、各部材上のフラグが、所定の位置にあるときには光検出器上に特徴のある陰影を生じるステップと、光センサ上で両方の特徴のある陰影が同時に認識されるときには２つの部材が正確に整列していることを検出するステップとを有している。
【００１２】
本発明はまた、１つのアームからもう１つに部品を渡すようにハンドオフ位置まで推進可能である一対の可動アームと、位置感知光センサと、光センサに向かって光を発する光源とを有する装置を較正する方法にまで拡張するが、そこでは、各アームは、光源と光センサの間に置かれているとき光センサにおいてそれ自体特徴のある信号を発生させるフラグを有し、本方法は、そのセンサ全体にわたって第１のアームをスキャニングするステップと、センサ全体にわたって第２のフラグにより生じる読取りを記録するステップと、ハンドオフ位置を表す２つのフラグが一致する位置を２つのセットの読取り値から計算するステップを有する。
【００１３】
本発明ではソフトウエアで実施可能であるハンドオフ位置の自動的な較正が可能である。さらに、光源と光センサの正確な位置決めは、本方法を使用して光源と光センサのいかなる不正確な位置決めのも較正されるため、必要がない。
【００１４】
好適には、２つの可動アームは、それぞれエンコーダを有する１つないしはそれ以上のサーボモータにより駆動されているロボットアームであり、また、本方法はさらに、ハンドオフ位置においてエンコーダの読取り値を記録すること、その後にハンドオフ位置のエンコーダ読取り値から得られた位置までロボットアームを進めること、その位置においてセンサにより発生する信号を検出することを有する。本方法ではアームの位置がモニターされるのが可能になり、そのため、これらのアームの位置におけるいかなるドリフトも検出が可能である。
【００１５】
本発明はさらに、イオン注入装置においてグリッパアームと静電チャックの間のハンドオフを較正し、制御するための装置と、１つないしはそれ以上のサーボモータによりそれぞれが駆動されているグリッパアームと、静電チャックとを含んでおり、較正し、制御するための装置は、コンピュータと、サーボモータの位置に関する信号を発生させるための各サーボモータ上のエンコーダとを備え、この情報をそのコンピュータに供給し、コンピュータと、各サーボモータの動きを制御するための各サーボモータ駆動機構との間を接続し、光源からの光を受けるためのセンサを備えている。コンピュータは、グリッパアームと静電チャックがセンサに向かう光の一部を途中で捕らえる所定のハンドオフ位置にグリッパアームと静電チャックがあるときに記録されるエンコーダとセンサからの信号を表す値を受け取って、保存し、また、グリッパアームと静電チャックがハンドオフ位置にあり、その後に、各エンコーダからの読取り値が保存された値に一致する位置に各サーボモータを進めるように各サーボモータの駆動機構に信号を出力し、また、この位置においてセンサからの信号を記録し、その保存された値とこの値を比較するという事実を示すセンサにおいて特徴のある信号を発生させるように配置されたプロセッサを有する。
【００１６】
好適には、コンピュータはさらに、センサの保存値と各測定値とを比較することによりグリッパと静電チャックのドリフトを測定するように配置される。好適には、プロセッサはさらに、検出されたドリフトの大きさが所定の閾値を越える場合にはオペレータに警告するように配置される。
【００１７】
本発明の方法と装置を組み込んだイオン注入装置の実施例が添付の図面を参照してここに説明される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明で使用されている真空チャンバと静電チャックは、静電チャックのスキャニング運動の観地点から、WO ９９/１３４８８に開示されているものに類似している。
【００１９】
図１は真空チャンバと静電チャックを図示しているが、WO ９９/１３４８８の図１にほとんどの地点で類似している。ウエハをローディングして真空チャンバに入れるための回転式コンベアは公知の構造のロードロック２により取って替えられている。しかし、WO ９９/１３４８８の回転式コンベアは本発明に関してはまだ使用することが可能であることを理解して然るべきである。
【００２０】
本イオン注入装置では、ウエハ３はスキャンアーム７の端部で支持されている静電チャック上にある位置に保持されており、また真空チャンバ１の窓を介して投射されるイオンビーム８を水平方向にスキャニングすることによりスキャニングされる。
【００２１】
スキャニングアーム７は真空チャンバ１の真空シールの中に伸びており、またリニアモータ９Aにより図１に示されている矢印１０の方向に直線的に往復可能であるプレート９上に実装される。プレートは、図１AでAとBとして示されている位置の間に垂直に静電チャックを移動させるように駆動させる。プレート９とモータ９Aは回転ベアリング１１に実装され、図１AにCで示されているように、静電チャックを水平軸の方向に傾けることが可能であり、それによってスキャニング操作の間にウエハ３上にイオンビーム８が入射する角度を様々に変化させることが可能になる。静電チャック６はまた、図１の矢印６Aとして示されているように、その中心を通過する軸の周りに回転可能になるように、また軸がウエハ３の平面に垂直になるように、実装される。
【００２２】
WO ９９/１３４８８の装置の発展したものとして、スキャンアーム７はプレート９また図１に矢印７Aによって示されているように回転ベアリング１１とは無関係にその伸張軸１２の周りに回転可能であるようにプレート９に回転可能に実装される。アームはギア７Cを介してプレート９上に実装されるモータ７Bにより回転される。この余剰自由度があるため、プレート９がその運動範囲の１つの端部にまで推進されることが可能となり、理想的には上端部が図１AにAとして示されているような位置であり、そこではアーム７は軸１２の周りに９０%まで回転することができ、そのため、静電チャック６は、この場合、図１AのDで示されているようにビーム８面からは外れた水平ローディング形状にある。
【００２３】
この水平ローディングは、本出願と同じ日に出願された我々の米国同時係属出願の主題を形成しているものである。
ウエハが水平方向の形状で静電チャックにローディングされる１つの代替的な機構は、本出願と同じ日に出願されたもう１つの英国同時係属出願の主題を形成している。この場合、１つの端部に静電チャックを付けたスキャニングアームは、静電チャックのウエハベアリング表面への法線に平行な第１の軸の周りに回転可能であるように、ハブの外側に対してそのもう１つの端部で回転可能に実装される。第１の軸の周りの限定された角度による往復回転を行うことにより静電チャック上のウエハがイオンビームによってスキャニングされる。ハブ自体は第１の軸に直角である水平方向の第２の軸の周りに回転可能であり、そのため、この第２の軸の周りのハブの回転により、静電チャックはその垂直方向スキャニング形状からイオンビーム面から外れた水平方向のローディング形状にもってこられる。本発明は、この装置の静電チャック上にウエハをローディングするのに等しく適用可能である。
【００２４】
ロードロック２からその水平方向のロードする位置にある静電チャック６までウエハ３を運ぶための装置がここで図２と３を参照して説明される。
【００２５】
以下の記述では、水平ロードする位置でのみ静電チャックには言及するが、ウエハのスキャニング操作は、WO９９/１３４８８に説明されているようなものであることが理解されて然るべきである。
【００２６】
図２と３に示されているように、ローディング機構とハンドオフ位置の間にあるウエハ３を移送するように垂直軸１４の周りに回転可能であるグリッパアーム１３が設けられる。グリッパアーム１３は、ウエハ３を載せ、また据え置くため、開放および閉鎖するように空気圧的に操作可能である一対のジョー１３A、１３Bを有する（図２に概略を示す）。３つのフィンガー１５はウエハ３の端部に噛み合うようにグリッパの内側周囲の周りに設けられる。グリッパアーム１３は、図３に示され、また図２に略図的に図示されている２mm直径を有する通し穴１６を設けられる。
【００２７】
静電チャック６は、静電チャックのウエハ受入れ部分を超えて突出しているフランジ１７を有しており、典型的には３mmの直径を有する通し穴１８を備える。通し穴１８は図２に略図的に示されているが、通し穴１６とグリッパアーム１３Aの後側にあって分かりにくくなっているため、図３には図示されていない。
【００２８】
変調赤外線レーザーなどの平行光源１９は、真空チャンバの外壁に備え付けられており、窓２１を介して真空チャンバの中に光の平行ビーム２０を投射している。位置感知能を有する二次元フォトダイオード２２が光源１９の反対側のチャンバの壁に位置決めされており、窓２３を介して光源１９からの光を受けている。
【００２９】
図２から分かるように、通路外にあるグリッパアーム１３に関しては、静電チャック６が所定の位置に移動するとき、通し穴１８は光源１９からの光の一部と特徴的な位置を有する信号を途中で捕らえ、また特徴のある位置を有する信号と強度が光検出器２２で検出されることになる。通し穴１８が静電チャック６と一定の位置関係を有しているので、静電チャック６の絶対位置が正確に分かる。静電チャックの平面に関して水平方向から何らかの偏差があると、完全な円形というよりも、楕円形を有する信号がセンサ２２により検出される結果になるので、この機構はまた、静電チャックが水平面にあることを確かめるのにも使用できる。スキャニングアーム７を駆動する機構は、センサが光の完全な円形スポットを記録する正確な水平方向にチャック６を戻すように変調することができる。
【００３０】
定位置に留まっている静電チャック６に関しては、グリッパアーム１３は図２に示されているような位置にもってこられる。穴１６は穴１８によりも多くの光を途中で捕らえるので、センサ２２は、前と同じ位置を示してはいるが、しかし強度が減少した信号を検出することになる。ウエハ３は３つのフィンガー１５により把持されるため、通し穴１６に関して一定の位置関係に位置決めされることになる。したがって、ウエハ３の正確な位置を決めることが可能であり、また静電チャック６の直ぐ上にあることを証明することが可能である。
【００３１】
ウエハ３と静電チャック６の間の相対昇降乖離はもう１つのセンサを使用して測定することができる。グリッパアーム１３はその後に、静電チャック６の上にウエハを降ろすように、軸１４に沿って垂直に動かすことができる。一旦ウエハ３がその位置に下げられると、グリッパアーム１３は開放してウエハ３を放す。グリッパアーム１３Aは、第１の通し穴によりも小さな直径 (典型的には１.５mm) を有する第２の通し穴（図示せず）を備える。この第２の通し穴は、グリッパアームが開くとき、静電チャックの通し穴１８と同心に持ってこられることになる。この結果、センサ２２は閉じたグリッパアームに関して検出した強度より低い強度の信号を検出することになるため、グリッパアームが正確に開放されたことを証明することができる。
【００３２】
グリッパアーム１３と静電チャックは、回転エンコーダを有するサーボモータによりそれぞれ駆動される数々の運動軸を有するロボットによって駆動されるため、使用に先立ってその装置を較正することが必要である。較正工程は図４と４Aを特に参照してここで説明される。
【００３３】
通路外にあるグリッパアーム１３に関しては、スキャンアーム７は矢印２４の方向に真空チャンバを横切って動かされる。このとき、静電チャック６はその水平形状で保持される。これは、正確な高さで静電チャックを保持するために、プレート９を動かし、その水平方向に静電チャック６を保持するために、軸１２の周りにスキャンアーム７を回転させながら、その軸の周りに回転ベアリング１１を回転させることにより達成される。この運動は、図４Aで線２５により略図的に表されているように、センサ２２をわたって水平方向のトレースを生じることになる。この情報は図５に示されているように、コンピュータ３０の記憶装置に保存される。e-チュック６は通路外に動かされ、また、同様の工程が、図４における矢印２６として示されているアーク沿いに軸１４の周りに動かされるグリッパ１３に対して繰り返される。この運動は図４Aに線２７として示されているセンサ２２上の弧形トレースを生じる。このデータはまたコンピュータ３０の記憶装置に保存される。コンピュータ３０はその後、このデータからその２つのトレース２５と２７が交差する地点２８を計算する。グリッパアーム１３を駆動するエンコーダ３１と、スキャンアーム７を駆動するエンコーダ３２から得た値もまたこの位置で記録される。
【００３４】
操作の間、グリッパアーム１３を駆動するモータ３３と、スキャンアーム７を駆動するモータ３４は、通し穴１６、１８がハンドオーバーの位置２８の上にある位置にその２つのアームを持っていくために必要なエンコーダ３１、３２の記録値まで進められる。この位置で、通し穴１６とウエハ３の間と通し穴１８と静電チャック６の間に一定の位置関係があるため、ウエハ３は静電チャック６の直ぐ上にいつもあることになる。アームがハンドオーバーの位置に進められる度に、コンピュータ３０は、その２つのアームが正確な位置に実際にあることを証明するためにセンサ２２から得た読取り値をチェックする。このことにより、その２つのアームを駆動する機構とは無関係に、コンピュータによっていかなるアームの中心線はずれも検出が可能になる。一定程度ドリフトが発生しても、ハンドオフ位置を考慮に入れた許容範囲の中にまだ残る。このドリフトは、有用な原因分析のための情報を提供するので、コンピュータ３０によりモニターされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用されるイオン注入装置の概略透視図である。図１Aは、イオン注入器操作間の静電チャックの様々な動きを説明する線図である。
【図２】図２は、本発明の原理を説明する概略透視図である。
【図３】図３は、グリッパと静電チャックを示す平面図である。
【図４】図４は、較正工程の線図である。図４Aは、較正工程の間にセンサに発生した信号を示す線図である。
【図５】図５は、この装置の制御機構を示す略図である。
【符号の説明】
１…真空チャンバ、３…ウエハ。
【図１】
0004290313.tif 000002
【図２】
0004290313.tif 000003
【図３】
0004290313.tif 000004
【図４】
0004290313.tif 000005
【図５】
0004290313.tif 000006