(57)【要約】      （修正有）【課題】ノッチ位置とウエハ端部把持機構の相対位置によらずノッチの検出が行える高速でスループットの安定したウエハプリアライメント装置を提供する。【解決手段】ウェハ外周を把持するウェハ端部把持機構１と、ウェハのノッチ位置をセンサによって検出するノッチ位置検出部３と、ウェハを所望の角度へ回転させるウェハ搭載ステージ１００と、を備えたウェハプリアライメント装置において、ウェハ端部把持機構１のウェハの外周に接触する爪部１１を、爪部１１のウェハの外周方向の幅が、ウェハのノッチの開口幅よりも小さく形成されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ外周の少なくとも３箇所を把持して前記ウェハの中心位置を補正するウェハ端部把持機構と、
前記ウェハのノッチ位置をセンサによって検出するノッチ位置検出部と、
前記ノッチ位置検出部により特定された前記ノッチ位置に基づいて、前記ウェハ端部把持機構が把持した前記ウェハを所望の角度へ回転させるウェハ搭載ステージと、を備えたウェハプリアライメント装置において、
前記ウェハ端部把持機構は、前記ウェハの外周に接触する爪部と、該爪部を支持する把持用ピンと、該把持用ピンを前記ウェハの半径方向に動作させる把持機構駆動部と、からなり、前記爪部の前記ウェハの外周方向の幅が、前記ウェハのノッチの開口幅よりも小さく形成されていることを特徴とするウェハプリアラメント装置。
【請求項２】
前記ノッチ位置検出部は、前記爪部の前記ウェハの外周方向の幅と、前記爪部のウエハ半径方向への幅との情報に基づいて、前記センサの信号における前記爪部の位置を認識する爪部位置認識部と、
前記爪部位置認識部が認識した前記爪部に隠れた前記ウェハの外周の信号を推定するウェハ外周信号推定部と、
前記ウェハ外周信号推定部が推定した前記ウェハの外周の信号から前記ノッチ位置を特定するノッチ位置演算部と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のウェハプリアライメント装置。
【請求項３】
前記ウェハ端部把持機構が、複数の前記爪部と、該複数の爪部をそれぞれ支持する把持用ピンと、該複数の把持用ピンを前記ウェハの半径方向にそれぞれ動作させる把持機構駆動部と、からなり、前記複数の爪部の前記ウェハの外周方向の各々の幅は、前記ウエハのノッチの開口幅よりも小さく形成されているとともに、前記複数の爪部の各々の離間距離は、前記ウエハのノッチの開口幅よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載のウエハプリアライメント装置。
【請求項４】
前記爪部の前記ウエハの外周と接触する箇所が、前記ウエハ外周の断面形状に類似した形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のウエハプリアライメント装置。
【請求項５】
前記爪部が導電性の素材で形成されるとともに、前記把持用ピンと前記把持機構駆動部とを介して接地されていることを特徴とする請求項１記載のウエハプリアライメント装置。
【請求項６】
前記ウエハ端部把持機構に、前記ウエハの有無を確認するウェハ有無確認センサが搭載されていることを特徴とする請求項１記載のウエハプリアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や基板検査装置に関し、特にウエハの中心位置やノッチ位置を検出し、または位置決めをするウエハプリアライメント装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置や検査装置においては、ウエハの角度や中心位置を位置決めするためにウエハプリアライメント装置が用いられている。従来、ウエハプリアライメント装置ではウエハの保持方式として裏面を吸着する方式が取られてきたが、裏面への汚染を防止し、高速にアライメントを実施するためにウエハの端部を把持する方式が多くなる傾向にある。この方式の場合のデメリットとして、ウエハ端部把持部とノッチ位置が重なってしまった場合には、ウエハ端部把持部がウエハのノッチ部を覆ってしまうためにノッチ位置を検出することができずウエハを把持しなおす必要があった。このことは、特許文献１が解決しようとする課題として段落番号０００４及び図７にも示されている。
この特許文献１の段落番号０００４及び図７に記載されているの機構について図１０を用いて説明する。図１０は従来例１のウェハプリアライメント装置の側面図である。１はウエハ端部把持機構であり、ウエハ端部把持機構１は、複数の１１爪部、及び爪部１１を駆動させる１３把持機構駆動部から構成されている。図示しない搬送機構によって、ウエハ２がウエハプリアライメント装置上のウエハ搭載ステージ１００に載置される。ウェハ２の載置完了後、ウエハ端部把持機構１は、ウエハ２の半径方向に沿ってウエハ２の中心方向へ移動し、その結果複数の爪部１１によってウエハ２の外周端部が把持される。その後、ウエハノッチ２１を検出するノッチ位置検出部３上をノッチ２１が通過するように、ウエハ端部把持機構１によって把持されたウエハ２がウエハ搭載ステージ１００とともに回転する。このとき図示しないウエハ搭載ステージ１００に設置された回転角度検出器によって、ウエハ搭載ステージ１００の回転角度は検出されている。ウエハ２が回転している途上において、ウエハノッチ２１がノッチ位置検出部３に設置されているファイバセンサ３１に向けてファイバセンサ光源３２から発光された検知ビームを横切ったときの回転角度を知ることによってノッチ２１の角度を特定することができ、結果としてノッチを横切ったときの角度を元にウエハ２の回転角度を正確に位置決めすることができる。また、ウエハ２の中心位置はウエハ端部把持機構１がウエハ２を把持したときに決定しており、前記ウエハ端部把持機構１の繰り返し位置決め再現性が高く構成されているため、ウエハ２の位置決め再現性も高い。しかし、この従来例１の構成では、ウェハ端部把持機構１が、ノッチ位置検出部３の光源を遮ってしまうことがあった。この場合、これを回避するような位置でウエハを再度把持しなおす必要があった。
そこで、上記従来例１の問題を解決すべく、特許文献１の図１〜図６記載の構成が提案されている（従来例２）。この従来例２は、図１０の従来例１とほぼ同一の構成を備えるが、図１１のように、図１０におけるファイバセンサ光源３２をウェハ端部把持機構１に埋設している。そして、爪部１１がウェハ２を把持したとき、ファイバセンサ光源３２がノッチ２１を通過する程度のスポット径に設定されている。このことにより、ウェハ端部把持機構１が、図１０のようにファイバセンサの光源を遮ることが無いようにし、ウェハを再度把持する必要が無いようにしている。
【特許文献１】特開２００３-２４３２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上のように、従来例１のウエハプリアライメント装置では、ウエハ端部把持機構がウエハのノッチ部を覆ってしまった場合にはこれを回避するような位置でウエハを再度把持しなおす必要があった。しかしながら、ウエハ外周を把持するウエハ端部把持機構を採用するウエハプリアライメント装置の目的は、ウエハを十分高速回転させてスループットを向上させることであり、同時に高速回転させたとしてもウエハ中心位置がずれを生じないようにウエハ外周を把持するようにしているのである。それにも関わらず従来のウエハプリアライメント装置では、ウエハ端部把持機構がウエハのノッチを覆ってしまうような場合にはスループットを低下させてしまっていた。具体的には、次のような場合である。(1)ウエハ端部把持機構がウエハのノッチを覆ってしまったとしても、通常どおりにウエハのノッチを検出しようとする。(2)得られた信号からウエハのノッチ位置が検出されなかったことを知る。(3)(2)によって初めてノッチがウエハ端部把持機構によって覆われていたことが認識される。(4)ウエハ端部把持を解除した後、ウエハ端部把持機構とノッチが重ならないだけの予め設定された角度だけウエハを相対的に回転させる。(5)再度ウエハ端部把持機構によりウエハを把持しなおす。(6)再度ノッチの検出を実行する。このような工程が必要な場合があり、この中で明らかなようにノッチをウエハ端部把持機構が覆った場合には、覆わない場合と比較して(4)，(5)，(6)の余分な工程が生じるのである。
そこでこの課題を解決した従来例２に示されるようなウエハ端部把持機構が考案されたが、ノッチ位置検出のためのセンサは、ファイバセンサなどのスポット径を絞ることができるものでなければならないという制約があった。
そこで本発明は、ノッチ位置とウエハ端部把持機構の相対位置によらずノッチの検出が行える高速でスループットの安定したウエハプリアライメント装置であって、ノッチ位置検出用のセンサを選ばない高精度なウエハプリアライメント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ウェハ外周の少なくとも３箇所を把持して前記ウェハの中心位置を補正するウェハ端部把持機構と、前記ウェハのノッチ位置をセンサによって検出するノッチ位置検出部と、前記ノッチ位置検出部により特定された前記ノッチ位置に基づいて、前記ウェハ端部把持機構が把持した前記ウェハを所望の角度へ回転させるウェハ搭載ステージと、を備えたウェハプリアライメント装置において、前記ウェハ端部把持機構は、前記ウェハの外周に接触する爪部と、該爪部を支持する把持用ピンと、該把持用ピンを前記ウェハの半径方向に動作させる把持機構駆動部と、からなり、前記爪部の前記ウェハの外周方向の幅が、前記ウェハのノッチの開口幅よりも小さく形成されているウェハプリアラメント装置。とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記ノッチ位置検出部は、前記爪部の前記ウェハの外周方向の幅と、前記爪部のウエハ半径方向への幅との情報に基づいて、前記センサの信号における前記爪部の位置を認識する爪部位置認識部と、前記爪部位置認識部が認識した前記爪部に隠れた前記ウェハの外周の信号を推定するウェハ外周信号推定部と、前記ウェハ外周信号推定部が推定した前記ウェハの外周の信号から前記ノッチ位置を特定するノッチ位置演算部と、を備えている請求項１記載のウェハプリアライメント装置とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記ウェハ端部把持機構が、複数の前記爪部と、該複数の爪部をそれぞれ支持する把持用ピンと、該複数の把持用ピンを前記ウェハの半径方向にそれぞれ動作させる把持機構駆動部と、からなり、前記複数の爪部の前記ウェハの外周方向の各々の幅は、前記ウエハのノッチの開口幅よりも小さく形成されているとともに、前記複数の爪部の各々の離間距離は、前記ウエハのノッチの開口幅よりも大きく形成されている請求項１記載のウエハプリアライメント装置とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記爪部の前記ウエハの外周と接触する箇所が、前記ウエハ外周の断面形状に類似した形状に形成されている請求項１記載のウエハプリアライメント装置とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記爪部が導電性の素材で形成されるとともに、前記把持用ピンと前記把持機構駆動部とを介して接地されている請求項１記載のウエハプリアライメント装置とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記ウエハ端部把持機構に、前記ウエハの有無を確認するウェハ有無確認センサが搭載されている請求項１記載のウエハプリアライメント装置とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
以上、本発明によると以下の効果がある。
請求項１記載の発明によれば、ウエハ端部把持機構にウエハが搭載され、ウエハを把持したときに爪部がウエハのノッチの中にあったとしても、ノッチ開口部の一部は爪部に覆われていないためにノッチ位置の検出が可能である。また、ノッチ位置とウエハ端部把持機構の位置関係によることなくノッチ位置を検出することができるため、ウエハのノッチ位置がウエハ端部把持機構の位置と重ならないようにウエハを把持し直すという従来のような手順を必要とせず、スループットを向上することができる。
請求項２記載の発明によれば、爪部の形状の信号を含んだ信号から、爪部の既知の幅と、爪部のウエハ半径方向への既知の幅を元に、爪部の位置を認識することができる。そして、認識された爪部位置に連続した前後のウェハ外周の信号から、例えば補間などの手段を用いて、爪部に覆われた部分のウエハ外周信号を推定し、ウエハ全周の外周位置を検出することができる。そして、ノッチ位置を特定することができる。
請求項３記載の発明によれば、複数の爪部及び把持用ピンを使用すれば、同じ大きさの単数の爪部及び把持用ピンを使用する場合と比較して、ウエハ端部把持機構と、ウエハ外周との接触面積が大きくなり、ウエハ端部把持機構がウエハへ加える力を分散することが可能となり、ウエハ破損の可能性を減少させることができる。さらに、ウエハ外周との接触面積が大きくなるということは、ウエハをより確実に把持できるということにもなる。また、複数ある爪部の幅がノッチ開口部よりも小さく、かつ爪部の離間距離はノッチ開口部の幅よりも大きいために、ノッチの中には最大でも１つの爪部しか係止することがない。このため、複数の爪部を利用していない場合と同様の効果が得られ、スループットを向上することができる。
請求項４記載の発明によれば、ウエハ端部把持機構における爪部のウェハ外周部との接触面が、ウエハ外周の面取り形状と相似に形成されているために、ウエハ外周との接触面積が大きくなり、ウエハ端部把持機構がウエハへ加える力が分散され、ウエハ破損の可能性を減少させることができる。さらには面取り形状を相似にしない場合にはウエハ外周を線で把持することとなるが、面取り形状に相似にした場合にはウエハ外周を面で把持することができるのでウエハをより確実に把持することができる。
請求項５記載の発明によれば、ウエハ端部把持機構において爪部のウエハ外周との接触面は、接地された導電性の素材で構成されているために、ウエハの静電気を放出することができ、ウエハへのパーティクル付着やウエハ上に形成された素子の静電気による破壊の危険性を少なくすることができる。
請求項６記載の発明によれば、ウエハ端部把持機構においてウエハ有無センサを内蔵するのでウエハ搭載時に確実にウエハの有無を確認することが可能となる。
また、本発明においては、ノッチ位置検出部のセンサはスポット径を絞ったファイバセンサのようなものに限られることなく、ＣＣＤラインセンサや、カメラのような撮像装置であっても構わず、装置の構成自由度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の構成を示した側面図である。また、図２はノッチ位置検出部３を省略した図１の下面図である。図１において、１はウエハ端部把持機構である。ウェハ端部把持機構１は、図２のようにウェハ２の外周に沿って少なくとも３つ備えられている。ウエハ端部把持機構１は、把持用ピン１２とその先に形成された爪部１１、把持用ピンをウエハ半径方向に対して動作させる把持機構駆動部１３、ウエハ仮支え１４からなる。図７に示すように、ウエハ端部把持機構上でのウエハの有無を把握するために、ウエハ有無センサ１５が付いていることが望ましい。さらに、ウエハ２を確実に把持し、破損する可能性を減少させるために、図５に示すようにウエハ外周部と接触する爪部１１が、ウエハ２の外周部と相似の形状を持ち、かつウエハが相似の形状を持った爪部へ滑り込むようにテーパが接地されていることが望ましく、同時にまた、図６に示すようにこの爪部１１が接地された導電性の材質で構成されていて、ウエハの静電破壊を防止する構成になっていることが望ましい。
【０００８】
次に、図１におけるウェハ端部把持機構１の詳細を説明する。
図３のように、１つのウエハ端部把持機構１に対して、ウエハ把持用ピン１２及び爪部１１が１つしかない場合には、ノッチ部の開口幅LNに対して、把持用ピン１２およびその先に形成された爪部１１の幅LTは、
LT×2 ≦ LN
であるように構成されている。このような大きさに把持用ピン幅が構成されていることによって、ノッチ部の半分以上がノッチ位置検出部３に検出可能である。
【０００９】
また、図４のように1つのウエハ端部把持機構１に対して、ウエハ把持用ピン１２及び爪部１１がそれぞれ複数ある場合には、ノッチ部の開口幅LNに対して、把持用ピン１２およびその先に形成された爪部１１の幅LT、および把持用ピン１２及び爪部１１間の距離LGは、
LT×2 ≦ LN ≦ LG
となるように構成されている。このような離間距離に設定されていることによって、複数の把持用ピン及び爪部が同時にノッチ２１に重なることはない。
【００１０】
以下に本発明のプリアライメント装置におけるアライメント動作を説明する。
・  ウエハ２が図示しない搬送機構によって、ウエハプリアライメント装置に搬送され、ウエハ２は一時的に裏面を、ウエハ搭載ステージ１００上のウエハ仮支え１４によって支持される。
・  ウエハ有無センサ１５によって、正常にウエハ２の搬送が行われたかどうかを判断してもよい。
・  ウエハ端部把持機構１が把持機構駆動部１３によって駆動され、把持用ピン１２と爪部１１がウエハ２の中心方向へ向かって移動する。把持機構駆動部１３は駆動源がモータであっても、エアシリンダーのようなものであってもよい。
・  ウエハ把持用ピン１２が移動するときに、ウエハ２は図５のようなテーパを滑りながら爪部１１に導入されてもよい。この爪部１１は、図５に示すようにウエハ２の外周部と相似な形状に形成されていてもよいし、図６に示すようにウエハ２上の静電気を放出するような構成となっていてもよい。
・  ノッチ位置検出部３にＣＣＤラインセンサ、ファイバセンサなどが使用されており、これらがノッチ２１の検出を行うために、ウェハ２自身の回転又はノッチ位置検出部３自身の回転が必要な場合は、爪部１１がウエハ２を把持すると、図示しない回転機構によってウエハ搭載ステージ１００が回転し、ウェハ端部把持機構１とウェハ２とをを回転させる。  このときのウェハ搭載ステージ１００即ちウェハ２の回転角度は図示しない回転機構に設置された角度検出器によって検出される。。
・  前記回転機構に設置された角度検出器が検出した角度情報に同期して、ウエハノッチ位置検出部３のセンサ信号が取得される。この信号を処理することによって、ウエハ２のノッチ２１の角度を求めることができる。
・  ウェハ２の回転又はノッチ位置検出部３自身の回転を必要としないカメラなどの撮像装置をノッチ位置検出部３に使用している場合には、ウエハ把持完了の時点でノッチ２１の位置検出を行う。
・  手順６、または手順７で求められたノッチ位置の角度を基準として、指定された角度にウエハを位置決めする。そのときの回転は図示しない回転機構によってウエハ搭載ステージ１００が回転することによって行われる。ウエハ平面内での水平方向の位置決めは、ウエハ２がウエハ端部把持機構１によって把持された時点で完了している。
・  ウエハプリアライメント動作は完了し、ウエハ端部把持機構１が把持機構駆動部１３によって駆動され、把持用ピン１２と爪部１１がウエハ２の中心と反対方向へ向かって移動し、ウエハ把持が解除される。この後、図示しない搬送機構によってウエハ２が次のプロセスへ搬送される。
【００１１】
以上のアライメント動作において得られた信号は、ノッチ位置検出部３のセンサが特許文献１のようなスポット径を絞ったファイバセンサのようなものである場合には、ノッチ部を遮光したか、していないかのON/OFF信号である。この場合には、本発明ではノッチ開口幅の半分以上の遮光していない領域を検出すれば、この部分がノッチ位置として認識される。
また、ノッチ位置検出部３のセンサがカメラやCCDラインセンサのようなウエハの外周位置を検出するようなものである場合には、例えば図８のような信号が得られることになる。このような信号は、図９におけるノッチ位置信号処理部４によって処理される。図８のような信号が得られるとき、ウェハの外周方向の爪部の幅LTと、爪部同士の離間距離LGと、爪部のウエハ半径方向に対する幅LWとが既知であるので、爪部位置認識部４１において、爪部１１の位置を図８の信号から認識することができる。この信号処理手法は特に限定されたものではなく、カメラをノッチ位置検出用センサに用いた場合にはテンプレートマッチングを使用するなどどのような方法でも構わず、センサおよび得られた信号に適当なものであればよい。
次に図８のように得られた信号と、前記のように認識された爪部の位置、および既知であるノッチ開口幅LNから、ウエハ外周信号推定部４２において爪部に覆われたウエハ２外周位置を推定し、ウエハ２全周における外周位置を特定することができる。特にノッチ部においては、爪部幅LT、爪部離間距離LG、ノッチ開口幅LNの関係からノッチ開口幅のうち少なくとも半分以上が検出されることから、ウエハ把持用ピンによって覆われたノッチ部の信号は推定することが可能である。この推定方法もまたもちろん制限されるものではなく、スプライン補間などの方法でもよいことはもちろんのことである。
次に得られたウエハ全周の外周位置からノッチ位置をノッチ位置演算部４３により求める。この処理方法は通常のプリアライメント装置と何ら変わるところはない。
【００１２】
本発明が特許文献１の従来例１、２と異なる部分は、ウエハ端部把持機構における把持用ピンの幅がノッチ開口幅の半分以下であるために、ノッチ開口部を覆わないだけでなく、ノッチ開口部においてウエハ外周よりも外側を覆うこともないため、ノッチ位置検出用のセンサはスポット径を絞ったようなファイバセンサのみでなく、カメラのような撮像手段であってもよく、センサを選ばないという点である。
【００１３】
また、ウエハ有無センサ１５が複数の距離検出センサなどであって、ウエハ２がウエハ仮支え１４に載置された状態が水平であるか、傾いた状態であるのかを検出し、ウエハ端部把持機構１が正常にウエハ２を把持できるかどうかを、ウエハ端部把持機構１の動作前に判断することは重要であり、検出し利用することもある。
【００１４】
さらに、ノッチ位置検出部３がカメラやＣＣＤラインセンサなどである場合は特に、ウエハ有無センサ１５の役割を兼用する可能性があることももちろんのことである。
【００１５】
このように、ウエハ端部把持機構１とウエハ２のノッチ２１とが重なったとしても、ノッチ開口部の半分以上は覆われていないためにノッチ位置の検出が可能であるため、ウエハを把持し直すという手順を必要とせず、スループットを向上、安定させることができる高速なプリアライメント装置を構成可能である。
また、ウエハ端部把持機構１の爪部１１のウエハ接触面形状によって、ウエハ端部把持機構がウエハへ加える力が分散され、ウエハ破損の可能性を減少させることができ、この部分の材質の選定と接地によって、パーティクル付着やウエハ２上に形成された素子の静電気による破壊の危険性を少なくすることができる。
また、ノッチ位置検出部３のセンサの選定は限定されることがないため、装置の構成自由度を高くすることができる。
また、ウエハを支持するウェハ端部把持機構１に直接にウエハ有無の確認センサを設けることによって、ウエハの検出が容易になり、検出の信頼性が向上することも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例におけるプリアライメント装置の構成を示す側面図
【図２】本発明の実施例におけるプリアライメント装置の構成を示す下面図
【図３】本発明のウェハ端部把持機構の実施例１の詳細を示す図
【図４】本発明のウェハ端部把持機構の実施例２の詳細を示す図
【図５】本発明のウェハ端部把持機構の実施例３の詳細を示す図
【図６】本発明のウェハ端部把持機構の実施例４の詳細を示す図
【図７】本発明のウェハ端部把持機構の実施例５の詳細を示す図
【図８】本発明においてノッチ位置検出部のセンサにより得られた信号のイメージ
【図９】本発明におけるセンサ信号の処理ブロックを示す図
【図１０】従来例１のウエハプリアライメント装置の構成を示す側面図
【図１１】従来例２のウエハプリアライメント装置の細部を示す上面図
【符号の説明】
【００１７】
１    ウエハ端部把持機構
１１  爪部
１２  把持用ピン
１３  把持機構駆動部
１４  ウエハ仮支え
１５  ウエハ有無センサ
２    ウエハ
２１  ノッチ
３    ノッチ位置検出部
３１  センサ
４    ノッチ位置信号処理部
４１  爪部位置認識部
４２  ウエハ外周信号推定部
４３  ノッチ位置演算部
１００ウエハ搭載ステージ
【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】
2007287729.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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