特許 6496710 基板昇降装置用力検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6496710

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】基板昇降装置用力検知方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20190325BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-510705(P2016-510705)

(86)(22)【出願日】2014年4月16日

(65)【公表番号】特表2016-520254(P2016-520254A)

(43)【公表日】2016年7月11日

(86)【国際出願番号】US2014034365

(87)【国際公開番号】WO2014179077

(87)【国際公開日】20141106

【審査請求日】2016年12月9日

(31)【優先権主張番号】61/817,194

(32)【優先日】2013年4月29日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/918,128

(32)【優先日】2013年6月14日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】500239188

【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】リチャード ヴィ チザム

(72)【発明者】

【氏名】スコット イー ピーチ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル エスポジート

(72)【発明者】

【氏名】ロバート エイ ポイトラス

(72)【発明者】

【氏名】スティーヴン エム アネラ

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル エイ ホール

(72)【発明者】

【氏名】スコット シー ホールデン

(72)【発明者】

【氏名】ロジャー ビー フィッシュ

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−３１１４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１２９４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００３１３３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−３０３１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０４８１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の昇降ピンと関連する複数の昇降アームの上に配置されている複数の力検知素子からの信号であって、基板昇降装置の昇降ピンに加えられている力を表す信号をコントローラにおいて受信するステップであって、受信した前記信号は前記複数の昇降ピンのそれぞれの昇降アームのたわみを表すステップと、
受信した前記信号に基づいて前記基板昇降装置の動作を制御するステップと
を具える基板昇降装置に加えられた力を検知する力検知方法。

【請求項2】

請求項１に記載の力検知方法において、この方法が更に、前記コントローラにおいて、前記受信した信号を予め決定した値又は範囲と比較して、前記昇降ピンに加えられた力が許容範囲内にあるかどうかを決定するステップを具えている力検知方法。

【請求項3】

請求項１に記載の力検知方法であって、前記力検知素子が複数の力検知素子を有し、前記昇降ピンが複数の昇降ピンを有している力検知方法において、この方法が更に、前記コントローラにおいて、前記複数の力検知素子から信号を受信するステップと、これら受信した信号に基づいて前記基板昇降装置の動作を制御するステップとを具えている力検知方法。

【請求項4】

請求項１に記載の力検知方法において、前記基板昇降装置の動作を制御する前記ステップが、受信した前記信号に基づいて前記基板昇降装置の移動を停止させるステップを具えている力検知方法。

【請求項5】

請求項１に記載の力検知方法において、この方法が更に、受信した前記信号を表すデータを前記コントローラと関連するメモリ内に記憶するステップを具えている力検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して半導体処理システムに関するものであり、特に基板搬送処理に用いる基板昇降装置に加わる力を監視するシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

製造に際して、基板はしばしば、これら基板を昇降させたり、基板カセット又はその他の容器と処理チャンバ内に位置する処理用プラテンとの間で移動させたりする特殊な手段又は“エンドエフェクタ”を具えるロボットアームにより操作される。エンドエフェクタは代表的に基板に下方から係合する。従って、エンドエフェクタは基板をカセットから直接つかみ取ることができるが、代表的には基板をプラテンの表面上に直接置くことができない。

【0003】

従って、プラテンはしばしば、プラテンの頂面内の開口を通して上方に突出する一組の可動ピンを有している。エンドエフェクタが基板をピンの上に配置し、ピンを上方に移動させ、基板を持ち上げてエンドエフェクタの上方に上昇させる。ピンが基板を、エンドエフェクタとの係合が外れるように上昇させると、エンドエフェクタをプラテンから引込ませるのに充分な距離が基板とプラテンの頂面との間に得られる。次いで、開口を通してピンを引込ませ、基板をプラテン上に降下させることができる。

【0004】

次いで、静電チャックを用いて基板をプラテンに固着させ、１つ以上の処理工程を実行しうるようにする。処理が終了されると、静電チャックが基板を釈放でき、ピンを上方に移動させて開口に通して突出させるとともに基板をプラテンの上方に上昇させてエンドエフェクタに係合させ、基板を処理チャンバから除去しうるようにする。

【0005】

明らかなように、基板の搬送及び処理動作の双方又は何れか一方の前に、又はその際に、又はその後に、基板の破壊、基板の誤配置、基板の固着、等のような問題が生じるおそれがある。従って、このような問題を検知して是正措置を有効且つ廉価に講じうるようにしうるシステムを提供するのが望ましい。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、基板昇降装置上の力を監視するシステムを提供する。このシステムには、プラテン及び可動昇降部分を有するプラテンカートリッジを設ける。この可動昇降部分は複数の昇降ピンに結合された複数の昇降アームを有するようにしうる。前記複数の昇降アーム及び前記複数の昇降ピンの１つには複数の力検知素子をそれぞれ関連させることができる。このシステムには更に、前記複数の力検知素子からの信号を受信するとともに、受信したこれらの信号を、前記複数の昇降ピンに加えられるそれぞれの力に相関付けるコントローラを設けることができる。

【0007】

本発明は、基板昇降装置に加えられた力を検知する方法を提供する。この方法は、力検知素子からの信号であって、基板昇降装置の昇降ピンに加えられている力を表す信号をコントローラにおいて受信するステップと、受信した前記信号に基づいて前記基板昇降装置の動作を制御するステップとを具えるようにしうる。

【0008】

本発明は、基板昇降装置を動作させる方法をも提供する。この方法には、基板昇降装置の昇降ピンと関連する少なくとも１つの力検知素子からの信号をコントローラにおいてサンプリングするステップを具え、このサンプリングは昇降ピンを移動させる前に行われ、サンプリングされた信号が前記昇降ピンに加えられた力を表すようにすることができる。この方法は更に、サンプリングされた前記信号に基づいて前記昇降ピンの移動を制御するステップを具えるようにしうる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明のシステムを有する代表的な基板プラテン回転装置を示す等角図である。

【図2】図２は、昇降ピンを延伸状態（延伸位置）で示している、図１の基板プラテン回転装置のプラテン部分を示す側面図である。

【図3】図３は、昇降ピンを引込状態（引込位置）で示している、図２のプラテン部分を示す側面図である。

【図4】図４は、本発明のシステムの昇降ピン部分であって、引込状態に設定されている昇降ピン部分を示す等角図である。

【図5】図５は、図４の昇降ピン部分であって、延伸状態に設定されている昇降ピン部分を示す等角図である。

【図6】図６は、本発明のシステムのセンサエレクトロニクス及び制御システムインタフェース部分を示す線図である。

【図7】図７は、本発明のシステムを動作させる方法を示す論理的フローチャートである。

【図8】図８は、本発明のシステムを動作させる他の方法を示す論理的フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に本発明の好適実施例を示す添付図面を参照して、改善した昇降ピン配置を説明する。ここに開示する昇降ピン配置は多くの異なる形態で構成できるものであり、本発明はここに開示する実施例に限定されるものではないことを理解されたい。これらの実施例は、その開示が完全となるようにするとともに本発明の範囲を当業者に完全に伝達するようにする為に提供するするものである。図面において、同様な参照符号は全体に亘り同様な素子を参照するものである。

【0011】

図１は、本発明によるシステムの代表的な実施例を示す。便宜上及び明瞭化のために、ここで用いる“前”、“後”、“頂”、“底”、“右”、“左”、“上”、“下”、“内方”、“外方”、“横”、“縦”のような用語は、本発明のシステムの構成要素の相対配置及び向きを表すものであり、その各々は図１に現れる幾何学的配置及び向きに対するものである。

【0012】

ある種の基板処理分野では、イオンビーム注入装置がプラテン回転装置１を用いており、その代表例を図１に示すが、これに限定されるものではない。このプラテン回転装置１は、処理チャンバ（図示せず）内に配置することができるとともに、１つ以上の注入ステップ中に基板を所望位置に保持するように構成することができる。このプラテン回転装置１にはプラテン２及び基部４を設けることができ、これらは互いに制御可能に回転でき、従って処理中に基板を入射イオンビームに対して所望の角度に保持することができる。

【0013】

図１に示すように、複数の昇降ピン８はその軸線方向に移動してプラテン２の頂面１０の上方に突出しうる。図示の実施例では、３つの昇降ピン８が三角形の配置で設けられている。しかし、このことは決定的なことではなく、所望に応じ異なる個数のピンを異なる配置で用いることができる。

【0014】

図２は、昇降ピン８により代表的な基板１２を頂面１０の上方の距離“Ｄ”に保持したプラテン２の側面図を示す。これらのピン８は延伸状態で示してある。明瞭のために、この図２及び以後の図面には基部４を示していない。距離“Ｄ”は、関連のエンドエフェクタの垂直方向の寸法よりも大きく選択することができる。従って、昇降ピン８が延伸状態にある場合に、エンドエフェクタを基板１２とプラテン２の頂面１０との間に挿入して基板と係合させるか又はこの係合を解除させるようにしうる。

【0015】

昇降ピン８の位置は、これらが一旦基板１２と係合すると、これらをプラテン２内に引込ませ、基板を降下させてプラテンの頂面１０と接触しうるように制御することができる。ピン８の引込状態を図３に示す。次いで、静電クランプ手段（図示せず）又はその他の適切な技術を用いて基板１２をプラテン２に固定させ、これにより、１以上の注入処理に対する所望の向きへの基板の傾斜及び回転の双方又は何れか一方を達成させるようにすることができる。

【0016】

処理が終了されると、プラテン２を回転させ、基板１２を水平の向きに戻すようにしうる。次に、静電クランプ手段を滅勢することができ、昇降ピン８を再びこれらの延伸状態に移動させて基板１２をプラテン２の頂面１０よりも上方に上昇させ（図２）、従ってエンドエフェクタを基板の下側に延在させることができる。昇降ピン８を再度プラテン２の方向に引込ませ、基板１２をエンドエフェクタ上に戻すように降下させることができ、従って基板を処理チャンバ外に戻すように搬送させることができる。

【0017】

前述したように、基板の操作及び処理動作中、プラテン上の破壊又は誤配置した基板、静電クランプ手段を滅勢した後にプラテンに固着されている基板、正常に動作しない昇降ピン、等の存在を含む種々のエラー状態を経験する可能性がある。従って、上述した昇降配置には、１つ以上の昇降ピン８と関連する力検知機能を含めて、プラテン上への及びりプラテンからの基板１２の搬送が安全に且つ有効に達成されるようにするとともに、エラー状態が検知された場合に是正措置がとられるようにする。

【0018】

図４を参照するに、プラテンカートリッジ１４には、カートリッジ基部１６と、プラテン支持体１８と、昇降ピン８をプラテンカートリッジに対して上昇及び下降させるように構成した可動昇降部分２０とを設けることができる。可動昇降部分２０には、複数の昇降アーム２２が設けられており、各昇降アームは各昇降ピン８とそれぞれ関連させてある。これらの昇降アーム２２は近接端部２４において中心部のハブ２６に結合され、このハブは中心部の昇降ポスト２８に結合されている。このような配置で、中心部の昇降ポスト２８をプラテンカートリッジ１４内に及びプラテンカートリッジ１４から延伸させたり引込ませたりすることにより、昇降ピン８を選択的に図２及び３に示す延伸及び引込状態に構成するようにしうる。図４は、可動昇降部分２０を図２のピン配置と関連する引込状態で示しており、図５は、可動昇降部分２０を図３のピン配置と関連する延伸状態で示している。

【0019】

図５は、プラテン支持体１８を除去したプラテンカートリッジ１４を示している。この図から明らかなように、プラテンカートリッジ１４上に配置された、サーボモータ等を含む適切な種々の操作機構の何れかを用いることにより、中心部の昇降ポスト２８の選択運動（すなわち、回転や、軸線方向の延伸／引込）を達成させることができる。

【0020】

図５は更に、昇降アーム２２の各々と関連する複数の検知素子３０を示している。３つの検知素子３０のうちの２つのみが図５で見ることができ、３つ目の検知素子は昇降ピン８の１つの存在により隠されている。更に詳しく説明するに、これらの検知素子３０は、昇降ピン８を介して昇降アーム２２に加えられる力を検知するのに用いることができる。検知素子３０は、昇降ピン８により支持された基板１２の重量を検知及び認識するとともに、昇降ピンの何れかに加えられ、システムの誤動作又はエラー状況を表すおそれのある何らかの予期せぬ力を検知及び認識するのに用いることができる。例えば、後に詳細に説明するように、３つの検知素子間で測定を比較することにより、基板１２がプラテン２上に正しく配置されているかどうかを検知するのに、検知素子３０を用いることができる。

【0021】

一実施例では、検知素子３０に、ワイヤーメッシュ状のひずみゲージ、圧電式のひずみゲージ、半導体のひずみゲージ、等のようなひずみゲージを設けることができる。他の実施例では、検知素子３０を、力感応抵抗、光変位センサ、等とすることができる。これに関連するセンサエレクトロニクス及び制御システムインタフェース３２を図６に示す。このセンサエレクトロニクス及び制御システムインタフェース３２は、検知素子３０から受信される信号を調整し、これらを昇降ピン８の各々に対して表される力の値に相関付けるようにすることができる。

【0022】

図示の実施例では、検知素子３０が、一例では演算増幅器を有する適切な増幅器回路３４に結合されている。続いて、増幅された信号がアナログ‐デジタル（ＡＤ）変換器３６により処理され、コントローラ３８に送信される。図示の実施例では、コントローラ３８は、検知素子３０の高速サンプリング及び可動昇降部分２０の制御を可能としうるプログラマブル多軸コントローラ（ＰＭＡＣ）とする。このコントローラ３８は、検知素子３０からの信号サンプルを１つ以上の予め決定した値及び予め決定した範囲の双方又は何れか一方と比較して、範囲外状態が検知素子３０の何れか又は全てに対し存在するかどうかを決定するように構成することができる。一実施例では、検知素子３０と関連する予め決定した種々の値を記憶するために、コントローラ３８がこれに接続されたメモリ３９を有するようにしうる。他の実施例では、メモリ３９が検知素子３０及び可動昇降部分２０に関連する操作履歴を記憶するようにしうる。

【0023】

コントローラ３８は、エラー状態が観測された場合に、基板搬送処理を停止させるか又は信号の停止を行うように構成するようにすることができる。一実施例では、エラー状態は、予め決定した値又は範囲の付近又はそれ以外の力の値を表す信号が検知素子３０の少なくとも１つから得られる状態である。

【0024】

モーションコントローラ３８は、エラー状態を検知した場合にロボットアーム／エンドエフェクタの動きを停止させることができる。これにより、基板１２を決定する際に、エンドエフェクタとこの基板との間が不所望に接触して、例えば、基板を誤配置するのを回避することができる。モーションコントローラ３８は、オペレータインタフェース及び監視機能を提供しうる注入装置制御コンピュータ４０と連動させることができる。ある場合、何らかのエラー状態又は何らかの他の問題が昇降機構に対し検知された場合に、モーションコントローラ３８により注入装置制御コンピュータ４０に信号を送って、他の注入装置のサブシステムと連携するようにすることができる。

【0025】

検知素子３０は、基板搬送処理が行われる前又はその際又はその後に或いはこれらの任意の組合せで種々の点の何れかでサンプリングされるようにすることができる。このようなサンプリングの例を以下に説明する。

【0026】

［範囲内のアンロード力に関し］
注入を実行する前には、全ての検知素子３０が下側のしきい値よりも低い力を検知するようにする必要がある。検知された力がこのしきい値よりも高いことは、機械的な故障又は機器の問題を表すおそれがある。

【0027】

［昇降ピン上の基板に関し］
基板１２をプラテン２上に配置するか又はプラテン２から除去する際には、昇降ピン８を上昇させてエンドエフェクタをアンロード／ロード状態にする。昇降ピンが一旦延伸状態になると、全ての検知素子３０は各昇降ピンに関して予め決定した範囲内の力を検知する必要がある。

【0028】

［破壊した基板に関し］
昇降ピン８が延伸状態に設定された場合には、全ての検知素子３０はしきい値よりも高い力を検知する必要がある。このしきい値よりも低い値は、基板が破壊されている状態を表す可能性がある。

【0029】

［基板の中心外れに関し］
昇降ピン８が一旦延伸状態に設定された場合には、検知素子３０は、これら昇降ピン８上の力が予め決定したしきい値内で同じであることを検知する必要がある。力の差がしきい値よりも高いことは、基板が昇降ピン８及びプラテン２に対して中心外れとなっていることを表す可能性がある。

【0030】

［基板上の異物に関し］
昇降ピン８が一旦延伸状態に設定された場合には、検知素子３０は、各昇降ピン８上の力が予め決定したしきい値よりも低いことを検知する必要がある。力がこのしきい値よりも高いことは、異物が基板１２上にあることを表す可能性がある。

【0031】

［アーム上の力を等しくすることに関し］
基板１２を昇降ピン８上に配置した際、全ての昇降ピン８に対し力を監視する必要がある。何れかの１つの昇降ピン８上の力が予め決定したしきい値を超える場合には、更なる昇降を停止させうるようにする。力がしきい値よりも高いことは機械的な故障を表す可能性がある。

【0032】

［基板の固着に関し］
静電クランプ手段を滅勢した後に、昇降ピン８を引込状態から延伸状態に移動させる際にこれら昇降ピン上の力を監視しうるようにする。何れかの単一の昇降アーム２２に対して検知された力が予め決定したしきい値を超える場合には、更なる昇降処理を停止させることができる。この力が１つの昇降ピン８においてしきい値よりも高く、その他の残りの昇降ピン８の一方又は双方においてしきい値よりも低いことは、基板１２がプラテン２に固着されていることを表すおそれがある。

【0033】

図７は、基板１２に対し１回以上の注入処理を実行する前の、ここに開示したシステムを動作させる方法を示すフローチャートである。ステップ１００では、基板１２を搬送チャンバ内に配置する。この時点で、基板がエンドエフェクタにより支持され、昇降ピン８は引込状態にある。コントローラ３８により検知素子３０をサンプリングし、昇降ピン８におけるアップロード力が予め決定した範囲内にあるかどうかを決定することができる。この予め決定した範囲は、昇降ピン８が妨害を受けておらず有効であることを表す力の範囲とすることができる。

【0034】

ステップ１１０では、基板１２をエンドエフェクタにより搬送チャンバから処理チャンバに移動させる。昇降ピン８は引込状態に維持されている。ステップ１２０では、基板１２を処理チャンバ内に配置し、エンドエフェクタにより支持する。昇降ピン８を引込状態から延伸状態まで上方に移動させて基板１２に係合させ、一方、コントローラ３８により検知素子３０をサンプリングして全ての昇降ピン８が等しい力を受けているかどうかを確認する。ステップ１３０では、昇降ピン８により基板１２を支持し、エンドエフェクタを搬送チャンバに戻すように引込ませる。昇降ピン８は延伸状態にある。コントローラ３８は検知素子３０をサンプリングして、昇降ピン８上の力が基板１２の重量を表すことと、基板１２が昇降ピン８上で心合わせ（センタリング）されていることと、異物がプラテン又は基板１２上に存在しないことと、基板が破壊されていないこととの何れか又は任意の組合せを確認するようにしうる。

【0035】

ステップ１４０では、処理チャンバ内で昇降ピン８により基板１２を依然として支持したままにし、エンドエフェクタを搬送チャンバ内に維持させ、昇降ピンを延伸状態から下方に向けて引込状態に移動させて基板１２をプラテン２に係合させる。ステップ１５０では、基板１２をプラテン２により支持し、昇降ピン８を引込状態にする。コントローラ３８は検知素子３０をサンプリングして、昇降ピン８上のアンロード力が予め決定した範囲内にあることを確認するようにすることができる。この予め決定した範囲は、昇降ピンが妨害を受けておらず有効であることを表す力の範囲とすることができる。ステップ１６０では、基板１２を静電クランプ手段によりプラテン２に固着させる。ステップ１７０では、プラテン回転装置１により、イオン注入処理のような１以上の処理工程を行うのに適した位置に基板１２を移動させる。

【0036】

図８は、基板１２に１以上の注入処理を行った後に実行しうる代表的なシステムバリデーションを示すフローチャートである。ステップ２００では、基板１２を処理チャンバ内に配置するとともに、静電クランプ手段によりプラテン２に固着する。昇降ピン８は引込状態にする。ステップ２１０では、静電クランプ手段を解除し、昇降ピン８を引込状態から延伸状態に移動させる。コントローラ３８は検知素子３０をサンプリングして、基板１２がプラテン２に固着されていないことを確認するようにする。ステップ２２０では、基板１２を昇降ピン８により支持する。コントローラ３８は検知素子３０をサンプリングして、基板１２が昇降ピン８と係合していること、基板が昇降ピン８上で心合わせされていること、基板上に異物が存在していないこと及び基板が破壊されていないことを確認するようにしうる。

【0037】

ステップ２３０では、基板１２を昇降ピン８により支持された状態に保ち、エンドエフェクタを基板１２の下側の位置に移動させる。昇降ピン８は延伸状態にする。ステップ２４０では、基板１２を処理チャンバ内に配置し、昇降ピン８を延伸状態から引込状態に移動させ、基板１２の支持をエンドエフェクタに移す。ステップ２５０では、基板をエンドエフェクタにより支持し、このエンドエフェクタにより基板を搬送チャンバに移動させる。昇降ピン８を引込状態にする。コントローラ３８は検知素子３０をサンプリングして、アンロード力が予め決定した範囲内にあることを確認するようにしうる。ステップ２６０では、基板をカセットに戻す。

【0038】

ここに開示したシステムは、基板の状況及び状態（位置）に関する情報及び安全性を追加する。更に、ここに開示したシステムを用いて、プラテンの状態を監視し、例えば、異物が（例えば、基板の破片）がプラテン上に存在するかどうか、又は可動昇降部分２０及びその何らかの構成要素の双方又は何れか一方に対し問題が存在するかどうかをユーザが決定しうるようにしうる。

【0039】

ここに開示したシステムは、代表的な実施例ではシリコンウエハを有する種々の基板を操作するように構成されている。当業者にとって明らかなように、この特定の構成は例示としてのみ開示したものであり、それ以外の配置のものも実際上如何なる種類の基板操作用の構造にも同様に構成しうるものである。このような全ての実施例を検討し、本発明の範囲から逸脱することなく構成しうるものである。

【0040】

本発明の“一実施例”は、列挙した特徴事項をも含む更なる実施例の存在を排除するものと解釈することを意図するものではない。

【0041】

本発明の幾つかの実施例をここに開示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当該技術で広い開示が許容されるものであり、この明細書を同様に読取るべきものである。当業者は、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲及び精神内で他の変形を想定しうるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】