(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過帯域および阻止帯域を含む光透過特性をもつウエハ用のウエハ方向器であって，
ウエハを回転する機構，およびウエハ方向センサーを含み，
ウエハ方向センサーは，
光を放出する光源と，
該光源により放出される光を検知し，検知された光を示すセンサー信号を生成する光センサーと，
前記光源と前記光センサーとの間に位置する光学フィルターと，
を含み，
前記光センサーは，前記光源との間で，ウエハのエッジが回転するときに，前記光の検知と前記センサー信号の生成とを行うものであり，
前記光学フィルターは，ウエハの通過帯域にある光を阻止し，ウエハの阻止帯域にある光を透過する，光透過特性をもつ，ところのウエハ方向器。
【請求項２】
ウエハはガリウムヒ素のウエハであり，前記光学フィルターは，860ナノメートルより大きい波長の光を阻止し，860ナノメートルより小さい波長の光を透過する，請求項１に記載のウエハ方向器。
【請求項３】
前記光源は，860ナノメートルより大きい波長を含む光を放出する白熱ランプを含む，請求項２に記載のウエハ方向器。
【請求項４】
前記ウエハ方向センサーにおいて，光の減衰を補償するために，前記センサー信号を増幅する増幅器を，さらに含む請求項１に記載のウエハ方向器。
【請求項５】
前記センサー信号は，ウエハのエッジ上の基準を示す，請求項１に記載のウエハ方向器。
【請求項６】
通過帯域および阻止帯域を含む光透過特性をもつウエハの方向を検知する方法であって，
ウエハを回転する工程と，
光源により放出された光を，ウエハが回転するときに，ウエハのエッジに向ける工程と，
前記光源により放出された光を，光センサーでもって，ウエハのエッジが前記光源と前記光センサーとの間で回転するときに，検知する工程と，
ウエハの通過帯域にある光を，前記光センサーに到達することを阻止する工程及びウエハの阻止帯域にある光を前記光センサーに到達させる工程と，
を含む，検知方法。
【請求項７】
ウエハはガリウムヒ素のウエハであり，前記阻止する工程は，860ナノメートルより大きい波長の光を阻止し，前記到達させる工程は，860ナノメートルより小さい波長の光を到達させる，請求項６に記載の検知方法。
【請求項８】
光を向ける工程は，860ナノメートルより大きい波長を含む光を放出する白熱ランプからの光を向けることを含む，請求項７に記載の検知方法。
【請求項９】
光を検知する工程において，光の減衰を補償するために，センサー信号を増幅する工程を，さらに含む請求項６に記載の検知方法。
【請求項１０】
センサー信号は，ウエハのエッジ上の基準を示す，請求項６に記載の検知方法。
【請求項１１】
ガリウムヒ素のウエハ用のウエハ方向器であって，
ウエハを回転する機構と，
ウエハ方向センサーと，
を含み，
ウエハ方向センサーは，
光を放出する光源と，
該光源により放出される光を検知し，検知された光を示すセンサー信号を生成する光センサーと，
前記光源と前記光センサーとの間に位置する光学フィルターと，
を含み，
前記光センサーは，前記光源との間で，ウエハのエッジが回転するときに，前記光の検知と前記センサー信号の生成とを行うものであり，
前記光学フィルターは，860ナノメートルより大きい波長の光を阻止し，860ナノメートルより小さい波長の光を透過する，光透過特性をもつ，
ところのウエハ方向器。
【請求項１２】
前記光源は，860ナノメートルより大きい波長を含む光を放出する白熱ランプを含む，請求項１１に記載のウエハ方向器。
【請求項１３】
前記光源は，860ナノメートルより大きいおよびより小さい波長の光を放出し，前記光学フィルターは860ナノメートルより小さい波長の光を透過する，請求項１１に記載のウエハ方向器。
【請求項１４】
前記センサー信号は，ウエハのエッジ上の基準を示す，請求項１１に記載のウエハ方向器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は半導体ウエハのようなディスク状のワークピース用の方向センサーに関し，特にガリウムヒ素のウエハの方向を検知するウエハ方向センサーに関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は，伝導性変更不純物を半導体ウエハに導入する標準技術である。所望の不純物材がイオン源でイオン化され，イオンは予め定められたエネルギーのイオンビームを形成するために加速され，そしてイオンビームはウエハの表面に向けられる。付勢されたビーム内のイオンは半導体材料のバルク内に侵入し，半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
イオン注入装置は通常，ガスまたは固体を，非常によく画成されたイオンビームに変換するためのイオン源を含む。イオンビームは不所望の種類のものを除去するために質量分析され，所望のエネルギーに加速され，ターゲット面に向けられる。ビームは，ビームの走査により，ターゲットの移動により，またはビーム走査とターゲット移動との組み合わせにより，ターゲットにわたって分配される。従前のアプローチでは，イオンビームは半導体ウエハに向けられ，一方向に走査される。ウエハは，ウエハにわたってイオンビームを分配するために，走査方向に対して垂直に，平行移動させる。他のアプローチでは，多数の半導体ウエハが，ディスクの周囲近くに配置される。ディスクは，中心軸線のまわりを回転し，半導体ウエハにわたってイオンビームを分配するために，イオンビームに対して平行移送させる。種々の異なるイオン注入器のアーキテクチャーが当業者には知られている。イオン注入器は典型的に，ウエハをイオン注入器に導入し，注入後にウエハを除去するために，自動ウエハハンドリング装置をもつエンドステーションを含む。
【０００４】
ウエハハンドリング装置は典型的に，ウエハ取り付けサイトのような処理ステーションに，カセットまたは他のウエハホルダーからウエハを移す。ウエハハンドリングシステムの一つの条件は，ウエハを処理ステーションに正確に配置することであるが，ここでウエハのフラットまたはノッチは所定の角度方向を示す。ウエハホルダーのスリットは，ウエハよりも多少大きく，正確なウエハ配置を確実なものとしない。さらに，ウエハのフラットまたはノッチ方向はウエハホルダーにおいて制御できない。しかし，処理ステーションに正確に位置付けすることは，信頼のあるウエハの保持を確実にし，ウエハの損傷を避けるために必要である。さらにまた，イオン注入システムが典型的に，注入イオンによるチャネリングを制御するために，ウエハのフラットまたはノッチ（ウエハの結晶方向を示す）を特定の角度方向にすることを要求する。
【０００５】
ウエハ方向器を組み込んだウエハ移送装置が，Hertel等による，1989年6月6日に発行された米国特許第4,836,733号に開示されている。ウエハが方向器チャック上に配置され，回転する。方向センサーがウエアのエッジの下方に配置された光源，および光源と整合したウエハのエッジの上方に配置された太陽電池を含む。光源からの光ビームはウエハ表面に対して垂直に向けられる。ウエハは，光ビームの一部が太陽電池に達するのを妨害する。ウエハが回転すると，太陽電池に到達する光ビームの割合は，ウエハが回転中心からずれているとき，そしてフラットまたはノッチのような基点が太陽電池を通過するときに，変化する。太陽電池からの信号出力は，したがってウエハのずれ，および基点を示す。方向センターからの信号に基づき，ずれや角度の方向が修正できる。ウエハ整列器もまた，Niewmierzyckiによる，1995年9月26日に発行された米国特許第5,452,521号，Volovichによる，1993年8月24日に発行された米国特許第号，およびPhillipsによる，1982年8月24日に発行された米国特許第4,345,836号に開示されている。
【０００６】
従来技術の方向センサーは，従前のシリコンウエハでは一般的に満足にいく結果をもたらす。しかし，ある場合では，イオン注入器は，ガリウムヒ素のウエハのような異なる材料のウエハでは操作する必要がある。従前の光学方向センサーが，ガリウムヒ素のウエハの方向を確実に検知することができないことがわかった。
【０００７】
したがって，ガリウムヒ素のウエハを含む，異なる特性をもつウエハの方向を検知することができる改良されたウエハ方向センサーを必要としている。
【０００８】
本発明の第一の態様にしたがって，通過帯域および阻止帯域をもつ，光の透過特性をもつウエハ用のウエハ方向器が提供される。ウエハ方向器は，ウエハを回転する機構およびウエハ方向センサーを含む。ウエハ方向器は光を放出する光源，光センサー，および光源と光センサーとの間に配置された光学フィルターを含むが，光センサーは，光源とセンサーとの間で，ウエハが回転するときに光源により放出する光を検知する。光フィルターは，ウエハの通過帯域の光が邪魔されるという，光透過特性をもつ。
【０００９】
好適な実施例において，ウエハはガリウムヒ素からなり，光学フィルターはガリウムヒ素のウエハの通過帯域の光を阻止する。好適に，光学フィルターは約860ナノメートルよりも長い波長の光を阻止する。光源は，ガリウムヒ素のウエハの通過帯域の波長を含む光を放出する白熱ランプからなってもよい。
【００１０】
本発明の第二の態様にしたがって，通過帯域および阻止帯域を含む光透過特性をもつウエハの方向を検知する方法が提供される。本方法は，ウエハを回転する工程と，ウエハが回転するときにウエハのエッジに，光源により放出される光を向ける工程と，ウエハのエッジが光源と光センサーとの間で，ウエハのエッジが回転するときに，光源から放出された光を光センサーで検知する工程と，ウエハの通過帯域の光が光センサーに到達することを阻止する工程とを含む。
【００１１】
本発明のよりよい理解のために，添付図面が参照される。
【００１２】
詳細な説明
本発明の組み込みに適したウエハ移送装置の例が図１に示されている。ウエハ移送装置は，イオン注入のためのエンドステーションの一部であってもよく，あるいはどのタイプの処理，もしくは処理装置の処理ステーションに，ウエハを移送するために使用することができる。カセットフォルダー10（それぞれは複数のウエハ12を保持する）がロードロック14および16に配置されている。第一のウエハハンドラーチェンバー20および第二のウエハハンドラーチェンバー22がそれぞれウエハ方向器24およびウエハロボット26を含む。チェンバー20はゲートバルブ28によりロードロック14から分離され，チェンバー22はゲートバルブ30によりロードロック16から分離される。処理チェンバー32がイオンビーム38が注入される間，ウエハ12を保持するプラテン36のような処理ステーション34を含む。
【００１３】
動作において，ロードロック14が排気され，ゲートバルブ28が開く。ウエハはカセットホルダー10からロードロック14へ，ウエハロボット26により一度に一つ移され，ウエハ方向器24へと移動する。ロードロック14および16はウエハロボット26のそれぞれに対して，カセットホルダー10を割り出すエレベータを含む。ウエハのずれおよび角度方向は，ウエハ方向センサーによりウエハ方向器24のところで検知される。ウエハの角度方向は，必要ならばウエハ方向器24のところで変えられる。ウエハロボット26はつぎに，ウエハ方向器24から処理チェンバー32内の処理ステーション34に，ウエハを移送する。ウエハを処理ステーション34に配置するとき，ウエハ方向器24で検知されたずれエラーがずれを補償することにより除去できる。処理ステーション34において，ウエハは水平な向きから垂直または処理のために所望の向きに回転させられる。
【００１４】
処理後，ウエハロボット26はウエハを，ロードロック14のカセットホルダー10に戻す。処理ステーション34からカセットホルダー10に，ウエハを戻す間，ウエハ方向器24により，ウエハを方向付けるかどうは利用者の自由である。ウエハハンドラーチェンバー22内のウエハ方向器24およびウエハロボット26は上述したように，ウエハハンドラーチェンバー20の対応する要素と同様に操作されてもよい。他の操作モードでは，ウエハはウエハハンドラーチェンバー20により処理するために処理ステーション34に移送してもよく，続くウエハハンドラーチェンバー22による処理のために，処理ステーション34から除去されてもよく，またはその逆となるようにしてもよい。二つのウエハハンドラーチェンバー20および22の構成は，一方のウエハを処理するのと同時に他のウエハを取り扱って方向つけることもできる。
【００１５】
ウエハ方向器24の略示側面および平面図が図２および図３にそれぞれ示されている。ウエハ方向器24の基本要素は，ウエハ方向センサー40およびウエハ12を支持し，回転する機構42を含む。機構42はシャフト52によりモータ54に連結された方向器チャック50を含む。方向器チャック50はウエハ12を水平方向に支持する。モータ54が付勢されると，方向器チャック50およびウエハ12は軸線56を中心に回転する。図３に示されているように，回転軸56は，ウエハ12が方向器チャック50上に完全にセンタリングされない場合，ウエハ12の中心58からずれる。ウエハ12を回転する機構42は，ウエハ方向センサー42に関して，ウエハ12を回転させるために，ウエハ方向検知の間，使用され，ウエハ方向検知に続いて，角度向きを補正するために使用される。ウエハのずれは，ウエハロボット26（図１）の移送について訂正することにより，補正できる。
【００１６】
ウエハ方向センサー40は光源100，光センサー102および光学フィルター120を含む。光源100は平行化した光ビーム110を形成する。光ビーム110はウエハの表面に対して，垂直なウエハ12のエッジ112のところに向けることができる。光源100は，光ビーム110の第一の部分110aがウエハのエッジ112を通過し，光ビーム110の第二の部分110bがウエハ12により遮断されるように，配置される。ウエハのエッジ112の位置は，ウエハの基準ノッチまたはフラットのため，および回転軸56に対するウエハの中心58のずれのため，ウエハが回転すると，変化する。したがって，光ビーム110は，エッジ112の予想位置の範囲にわたって，ウエハのエッジ112により部分的に阻止されるように，十分な幅をもつべきものである。光ビーム110がウエア12により全体が阻止され，またはウエハ12に入射しないと，方向センサーは，ウエハのエッジ112を検知することができない。
【００１７】
光センサー102はウエハ12の下方で，光ビーム110と整合するように配置される。ウエハを通過する光ビーム110の第一の部分110aはセンサー102に入射し，ウエハ12により遮断される光ビーム110の第二の部分110bはセンサー102に入射しない。図３に示されているように，センサー102は矩形の検知領域（回転軸線56に関して放射方向に向いた，長い寸法をもつ矩形の領域）を有することができる。光センサー102は，光ビーム110を受け取る検知領域の比が増加または減少すると変化するセンサー信号を生成する。
【００１８】
センサー信号（ウエハのずれおよび角度方向を示す）は，増幅器130を介して，ウエハの位置および方向を制御する，位置コントローラ（図示せず）へと与えられる。たとえば位置コントローラはモータ54およびウエハロボット26を制御できる。
【００１９】
ウエハ方向センサー40からの，時間の関数となるセンサー信号のグラフが図４に示されている。センサー信号は，ウエハが，軸線56を中心に回転すると，時間とともに変化する。波形200が，ノッチのあるウエハからのセンサー信号を示す。波形200の粗い正弦形状は，回転軸線56に関して，ウエハの中心58のずれを示す。回転軸線56に関する角度の関数で，波形200に振幅を解析することにより，回転軸線56に関するずれのXおよびY成分を決定することができる。基準ノッチ120（図３）はスパイク210（ウエハ120の角度方向を示す）として波形200に現れている。波形200は，モータ54の出力シャフト52に取り付けられたシャフトエンコーダを使用することにより，回転軸線56を中心とするウエハ12の回転と関連付けることができる。
【００２０】
図２に示されているように，ウエハ方向センサー40は，光源100と光センサー102との間に配置された光学フィルター120を含む。方向センサー40は，光学フィルター120がなくとも，シリコンウエハの方向の検知について満足のいく動作をなすが，光学フィルター120がないと，ガリウムヒ素ウエハの方向の検知について満足のいく動作をしない。
【００２１】
図２のウエハ方向センサー40の光源100は典型的に白熱ランプである。図５に示されているように，白熱ランプが典型的に，曲線310として示されているように，広い出力強度をもつ。曲線310は波長（ナノメートル）の関数で光源100の相対強度を示す。図５の曲線320は，ガリウムヒ素ウエハの典型的な光透過特性を波長の関数で示す。ガリウムヒ素のウエハが，約860ナノメートル以下の波長では比較的低い光透過性を，約860ナノメートル以上の波長では比較的高い光透過性により特徴付けられる。したがって，ガリウムヒ素ウエハの高い透過性特性320は約860ナノメートル以上の波長のところに通過帯域320aをもち，約860ナノメートル以下の波長のところに阻止帯域320bをもつ。通過帯域320aと阻止帯域320bとの間の遷移領域は，材料の特性に依存して，波長の関数で，比較的徐々にまたは比較的急激となっている。
【００２２】
光源スペクトル310とガリウムヒ素光透過性特性320との比較により，光学フィルター120がないとき，ガリウムヒ素ウエハに対して，方向センサー40が機能しない理由が分かる。特に，ガリウムヒ素ウエハの通過帯域320a（860ナノメートル以上の波長）内の光源100の出力部分がウエハを通って光センサー102へと透過することが分かる。光源100からの光がウエハ12を透過することから，センサーはウエハ12のある場合とない場合とを区別できず，したがって，ウエハエッジ112を検知できない。対照的に，シリコンウエハが光源100のスペクトル310内の通過帯域をもたず，光ビーム110はシリコンウエハと通過しない。
【００２３】
図５に示されているように，光学フィルター120は，ガリウムヒ素のウエハの阻止帯域320b内に通過帯域330a，およびガリウムヒ素ウエハの通過帯域320aに阻止帯域330bを含む透過特性をもつように選択される。ガリウムヒ素のウエハの阻止帯域320bにある，光源100により放出された光が，ガリウムヒ素のウエハが光を阻止しないとき，光センサー102に到達することを確実にする。対照的に，ガリウムヒ素のウエハの通過帯域320a内の，光源100により放出された光は，光学フィルター120により光線センサー102に到達するのを，阻止される。ガリウムヒ素のウエハの例において，光学フィルター120は好適に，約860ナノメートルのところを除去する光透過特性をもつ。すなわち，フィルターは，約860ナノメートルの波長を透過し，約860ナノメートル以上の波長の光を阻止する。したがって，光センサー102により検知された光は，ウエハ120を透過する光を含まず，センサー信号は，ウエハ12の位置を示す。図２において，増幅器130の利得は，光学フィルター120における光の減衰から生じるセンサー信号の損失を補償するために調節することができる。
【００２４】
ガリウムヒ素のウエハを検知するための適切な光学フィルター透過特性の例が，図６において，曲線410により示されている。満足のいく結果をもたらす例では，光学フィルター120が特性DIN58191をもつSchott Model KG 1であった。
【００２５】
本発明はガリウムヒ素のウエハの場合について説明された。より一般的に，光学フィルター120の透過特性はウエハの通過帯域にある光を阻止，ウエハの通過帯域外の光（ただし，光源の放出スペクトル内のもの）を透過するように選択される。このことにより，ウエハ方向センサー40はウエハエッジ112を信頼性をもって検知することが確実なる。したがって，異なる光学フィルター透過特性も異なるウエハ材および異なる光源に対して利用できる。
【００２６】
光学フィルター120は図２に示されているように，ウエハ12と光センサー102との間に配置されている。これに代え，光学フィルター120は光源100とウエハ12との間に配置されてもよい。一般的に，光学フィルター120は光源100と光センサー102との間に配置される。しかし，光学フィルター120は光源100による過度の加熱を避けるように配置されるべきである。さらに，光源100と光センサー102の位置は，光源100がウエハ12の下で，光センサー102がウエハ12の上になるように，逆になってもよい。さらに，光ビーム110は，ウエハエッジ112を検知するために，光源100および光センサー102との位置を適当に調節して，上または下から90°以外の角度で，ウエハエッジ112に向けるこもができる。
【００２７】
本発明のウエハ方向器は，図１のウエハ移送装置に関連して説明されてきた。ウエハ方向器が独立して，ウエハ方向器を必要とする他のウエハ移送または取扱い装置に，利用できることは理解されよう。
【００２８】
本発明の好適実施例が開示され，説明されてきたが，当業者には，特許請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更，修正がなし得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は，本発明の組み込みに適したウエハ移送装置例の略示図である。
【図２】  図２は，本実施例にしたがったウエハ方向センサーの略示側面図である。
【図３】  図３は，図２のウエハ方向センサーの平面図である。
【図４】  図４は，ノッチのあるウエハに対して，時間の関数として，センサー信号を示すググラフである。
【図５】  図５は，光源対出力強度，ガリウムヒ素ウエハの光透過性，および光学フィルター透過性をナノメートル単位の波長の関数で示したグラフである。
【図６】  図６は，適切な光学フィルターの例を示すもので，ナノメートル単位の波長の関数で示した相対光透過性のグラフである。
【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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