JP2004140057A

JP2004140057A - ウエハ位置決め装置

Info

Publication number: JP2004140057A
Application number: JP2002301409A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kushida; 櫛田　稔; Takashi Hibiya; 日比谷　隆; Kazuo Honma; 本間　一男
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】検査ステージあるいはこの検査ステージに対してウエハのプリアライメントを行うステージ等において、モータ等による回転機構を用いることなく、非接触状態でウエハを回転させてウエハの角度位置決めができるウエハ位置決め装置を提供することにある。
【解決手段】この発明は、エアー噴流によるベルヌーイ効果の減圧を利用してウエハを浮上させてチャックする３個以上の非接触吸引ヘッドを設け、そのうちの少なくとも１つのエアーをＯＦＦにしてあるいはその流量を変えてウエハを微小に傾かせ、この傾きの方向を時計方向あるいは反時計方向に回転させることでウエハを回転させるものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウエハ位置決め装置に関し、詳しくは、検査ステージあるいはこの検査ステージに対してウエハのプリアライメントを行うステージ等において、モータ等による回転機構を用いることなく、非接触状態でウエハを回転させてウエハの角度位置決めができるようなウエハ位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ＩＣの素材に用いられるウエハは、表面に異物が付着すると品質が劣化するので光学式の異物検査装置により検査される。検査は流れ作業により行われ、ウエハカセットに収納されたウエハは、例えば、検査ステージに搬送されてチャック部にエア−吸着され、回転される。
そのため、従来、ウエハのプリアライメントステージあるいは検査ステージには、モータ等による回転機構が設けられている。この回転機構を用いてウエハを回転させて角度位置決め（θ位置決め）し、特に、Ｖノッチ位置決めの場合には、３点でウエハの外周と接触するサイドチャック方式で角度位置決めと中心位置決めが行われる（例えば、特許文献１参照。）。しかし、モータ等による回転機構を用いてウエハを回転させるので、回転部の摺動等による金属粒子の発塵の問題がある。
一方、ウエハの製造工程においては、ウエハをチャックして搬送する場合に、ウエハとチャックとの接触や摺動による発塵を防止するために非接触状態でウエハを保持して搬送する技術が公知である（例えば、特許文献２参照。）。特に、ウエハをチャックする場合にはベルヌーイ効果によるチャック力を利用してウエハを吸引してチャックすることが行われる（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３２００４３号公報
【特許文献２】
特開昭６３−８１３５号公報
【特許文献３】
特開平１０−１６７４７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
検査ステージのウエハ位置決めあるいはウエハプリアライメントステージにおけるウエハの中心位置決めと角度位置決めでは、通常、回転機構やＸＹの移動機構が必要であるが、よりクリーン度が要求される線幅がサブミクロンのパターンを持つウエハの製造に対して回転部の摺動により発生する金属粒子等の発塵は、ウエハにとって好ましくない。
そこで、非接触でウエハのアライメントを行うことが考えられるが、非接触のチャック機構を用いたとしてもウエハを角度位置決めするためには、どこかに回転機構をどうしても設けなければならなくなる。
また、ウエハのサイズが最近では、２５０ｍｍ〜３００ｍｍか、あるいはこれ以上と大型化し、かつ、その厚さも薄くなってきており、モータ等を用いたプリアライメントステージの回転機構も大型化する傾向にある。さらに、回転によりウエハが振動するので、ウエハを安全な状態で回転させることが難しくなってきている。
この発明の目的は、以上に鑑みてなされたものであって、検査ステージあるいはこの検査ステージに対してウエハのプリアライメントを行うステージ等において、モータ等による回転機構を用いることなく、非接触状態でウエハを回転させてウエハの角度位置決めができるウエハ位置決め装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明のウエハ位置決め装置の特徴は、エアー噴流によるベルヌーイ効果の減圧を利用してウエハを浮上させてチャックする３個以上の非接触吸引ヘッドと、これら非接触吸引ヘッドの少なくとも１つのエアーを時計方向あるいは反時計方向に選択的に順次ＯＦＦ状態にしてあるいは選択的に順次そのエアーの流量を増加または減少させてウエハを回転させる制御を行う制御装置とを備えるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
このように、この発明にあっては、ベルヌーイ効果によるチャック力を利用してウエハを浮上させてチャックする非接触吸引ヘッドを３個以上設けて、そのうちの少なくとも１つのエアーをＯＦＦにしてあるいはその流量を変えて、この傾きの方向を時計方向あるいは反時計方向に回転させることでウエハを微小に傾かせ、ウエハを回転させる。これによりウエハをモータ等による回転機構によらなくても非接触状態で回転させることができ、発塵や振動をほとんど発生させないで、ウエハを回転させて角度位置決めをすることができる。
その結果、検査ステージ、プリアライメントステージ、搬送装置等のウエハのアライメントを行う装置において、モータ等による回転機構を用いることなく、非接触状態でウエハを安全に回転させてウエハの角度位置決めが可能になる。
ところで、ここでのＯＦＦ状態は、エアーが完全にカットされる状態のほか、ウエハに実質的に傾きを発生するような状態、すなわち、エアーがＯＦＦしているに等しい状態にある場合も含むものである。
【０００７】
【実施例】
図１は、この発明のウエハ位置決め装置を適用したＶノッチウエハの位置決め装置の一実施例の平面図であり、図２は、非接触吸引ヘッドの説明図、図３は、そのＶノッチ位置決め機構の各位置決め部材の説明図である。
図１において、一点鎖線で示す１は、ウエハ位置決め装置に載置されるウエハであって、検査ステージにおけるウエハ位置決め装置２によりこのウエハ１に対して中心位置決めと角度位置決めがなされる。
ウエハ位置決め装置２は、チャック部２１と、チャック部２１に設けられ、ウエハ１を回転させる３個の非接触吸引ヘッド２２、およびチャック部２１に保持されたウエハ１を上下に移動するＺステージ２４とにより構成される。非接触吸引ヘッド２２は、吸引されたウエハ１の中心に対して約１２０度の等間隔に配置されるように設けられている。
なお、これにはモータ等による回転機構は設けられていない。
【０００８】
チャック部２１は、厚さ５ｍｍ程度のＹ字型の板状部材であって、矩形のＺステージ２４に固定され、３個の非接触吸引ヘッド２２は、Ｙ字型の分かれ目の位置と先端側とに分散して配置されている。このチャック部２１には、ウエハ１の外周に沿ってピンが配置されるウエハ中心位置決め機構３が設けられている。　ウエハ中心位置決め機構３は、ウエハ１の円周の３点に対応して、Ｙ字型の先端側の位置に固定ピン台座３１，３２が設けられ、Ｙ字型の分かれ目の位置に設けられた非接触吸引ヘッド２２の近傍に角度検出押圧ピン台座３３が設けられている。
これにより、角度検出押圧ピン台座３３は、固定ピン台座３１，３２と対向する位置に配置され、ウエハ１の中心方向に移動する（その移動機構については後述）。この角度検出押圧ピン台座３３には、押圧ピン３３ａ（図３（ａ）参照）が植設されていて、この押圧ピン３３ａにより、吸引保持されているウエハ１を固定ピン台座３１，３２の固定ピン３１ａ，３２ａ（図３（ｂ）参照）に押しつける。これによりウエハ１の中心位置決めがなされる。
図３（ａ）に示すように、角度検出押圧ピン台座３３には、ノッチ検出ピン３３ｂが設けられ、これがスプリング３３ｃ（図３（ａ）参照）によりウエハ１の中心方向に付勢されている。そこで、角度検出押圧ピン台座３３がウエハ１の中心に向かって前進した状態において、吸引状態にあるウエハ１が低速で回転されると、Ｖノッチ１ａがノッチ検出ピン３３ｂの位置に回転してきたときに、ノッチ検出ピン３３ｂは、回転されたウエハ１のエッジよりＶノッチ１ａの深さだけ内方の位置に移動する。このとき、ウエハ１が低速回転しているのでノッチ検出ピン３３ｂの嵌入によりこの位置でウエハ１の回転を停止させる（図３（ｃ）参照）。
その結果、ウエハ１の角度位置決めと中心位置決めとがなされる。ノッチ検出ピン３３ｂがＶノッチ１ａに嵌入すると、Ｖノッチ１ａが検出される。Ｖノッチ１ａが検出されたときには、角度検出押圧ピン台座３３に設けられたセンサ３３ｄから検出信号Ｓが発生し、この検出信号Ｓが制御回路５に入力される。
【０００９】
ウエハ１を回転させる３個の非接触吸引ヘッド２２は、図２に示す構造のものであり、エアーが供給されることによりベルヌーイ効果により非接触状態でウエハ１を非接触吸引ヘッド２２の面より０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度浮上させる。これによりウエハ１は、チャック部２１に保持された状態になる。
このウエハ１の保持状態において、次に、角度検出押圧ピン台座３３の前進によりウエハ１の中心位置決めがなされる。そして、ヘッド２２のうちの１個のエアの噴出を停止（ＯＦＦ）することで、ウエハ１は微小なバランスを崩して、ＯＦＦ（停止）している非接触吸引ヘッド２２の方向に微小な傾きを生じる。そこで、制御回路５によりＯＦＦする非接触吸引ヘッド２２を時計方向あるいは反時計方向に順次選択していくことで、この傾きの方向を所定の速度で時計方向あるいは反時計方向に回転させる。このことで、吸引され保持されているウエハ１は、この傾きの回転に応じて回転する。
例えば、０．７ＰＭａの吐き出し圧でエアーを非接触吸引ヘッド２２から噴出してウエハ１を吸引保持し、１０Ｈｚ程度の周期で順次ＯＮ／ＯＦＦすると、ウエハ１は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ／ｓｅｃの速度で安定した低速回転をする。
４は、Ｚステージ２３に固定されたエアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構であり、制御回路５により制御されて全エアーの供給、エアーの停止、そしてエアーＯＮ／ＯＦＦ切換を行う。これらは、ウエハ１を回転させる制御を行う制御装置の一例である。
６は、エアー供給源（エアーポンプ）である。エアー供給源６からフレキシブルなエアー供給管６ａ，６ｂ，６ｃを介してエアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構４にエアーが供給され、供給されたエアーは、エアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構６を介してそれぞれにチャック部２１の内部に設けられた連通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃに送出され、それぞれに非接触吸引ヘッド２２に供給される。そして、エアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構４の弁制御により非接触吸引ヘッド２２へのエアーの供給が順次選択的に停止される。
制御回路５は、センサ３３ｄからの検出信号Ｓを受けてエアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構４により非接触吸引ヘッド２２の動作を停止する。これによりウエハ１は、図３に示す各台座３１，３２，３３に支持され、ノッチ検出ピン３３ｂの嵌入によりその位置が保持される。
【００１０】
非接触吸引ヘッド２２は、図２（ａ）の平面図に示すように、中央部に円周状の吹き出し開口２２ａが設けられ円盤状の形状をしていて、図２（ｂ）の側面図に示すように、開口２２ａの周囲には、少し突出したフランジ２２ｂが設けられている。これは、図２（ｃ）の断面図に示すように、内側にコーン状の蓋体２２ｃ（図２（ａ），（ｃ）参照）が設けられることで、内部には、ラッパ状に広がる溝空間２２ｄが形成され、エアー供給孔２３（図２（ｂ），（ｃ）参照）からのエアーがコーンの中心部から供給されて、開口２２ａで円形で外側に広がるエアーを吐き出す構造になっている。これにより高速吐き出しエアーがウエハ１の裏面に拡散して、ベルヌーイ効果による減圧状態が非接触吸引ヘッド２２とウエハ１の裏面との間隙に形成される。その結果、ウエハ１は、０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度浮上した状態で非接触吸引ヘッド２２により吸引保持される。
この保持されたウエハ１を回転させる前に、まず、角度検出押圧ピン台座３３が前進して図３（ｃ）に示すように、固定ピン３１ａ，３２ａと押圧ピン３３ａとはそれぞれウエハ１のエッジに軽く接触する。この状態で、エアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構４により３個の非接触吸引ヘッド２２の１つエアーが順次ＯＦＦがされることで、ウエハ１に微小な傾きが発生し、この傾きが時計方向あるいは反時計方向に回転する。これによりウエハ１の傾きが回転し、その方向にウエハ１が低速で回転していく。このように非接触で回転させているため、摩擦がほとんどなく、ウエハ１の回転を容易に止めることができる。
【００１１】
図３は、ウエハ中心位置決め機構３の説明図であって、図３（ａ）は、角度検出押圧ピン台座３３と、押圧ピン３３ａ、ノッチ検出ピン３３ｂの説明図である。角度検出押圧ピン台座３３の押圧ピン３３ａの根本には、下向きに傾斜した面３５を有する突出部３３ｅが設けられていて、ウエハ１の浮上吸引が停止したときには、突出部３３ｅの傾斜面３５にウエハ１のエッジが当接されてウエハ１が保持される。
図３（ｂ）は、固定ピン台座３１，３２と固定ピン３１ａ（３２ａ）の説明図である。固定ピン台座３１，３２は、同一構造をしていて、それぞれ固定ピン３１ａ（３２ａ）の根本には、下向きに傾斜した面３４を有する突出部３１ｂ（３２ｂ）が設けられている。ウエハ１の浮上吸引が停止したときには、この突出部３１ｂ（３２ｂ）の傾斜面３４にウエハ１のエッジが当接されてウエハ１が保持される。
次に、角度検出押圧ピン台座３３の移動機構について説明する。
角度検出押圧ピン台座３３の下側のチャック部２１には直線状のガイド溝孔３６が設けられていて、このガイド溝孔３６に角度検出押圧ピン台座３３の底面に設けられた突起（図示せず）が係合して角度検出押圧ピン台座３３のウエハ１の中心方向への移動がガイドされる。
角度検出押圧ピン台座３３の後部側面にはソレノイドあるいはエアーシリンダで構成される進退アクチュエータ３７のロッドが結合されていて、この進退アクチュエータ３７の駆動により角度検出押圧ピン台座３３が前進，後退する。なお、進退アクチュエータ３７は、制御回路５からの信号を受けて駆動される。
【００１２】
制御回路５による全体的な位置決め制御動作の手順としては、▲１▼３個の非接触吸引ヘッド２２のエアー噴射によるウエハ１の非接触状態の吸引保持および回転、▲２▼角度検出押圧ピン台座３３の前進によるウエハの中心位置決め処理、▲３▼ＯＦＦさせる非接触吸引ヘッド２２の順次選択によるウエハ１の回転、▲４▼検出信号Ｓの発生によるウエハ１の角度位置決め検出、▲５▼非接触吸引ヘッド２２のエアー噴射の停止によるウエハの保持となる。そして、最後に▲６▼として、ウエハ１のウエハ中心位置決め機構３からの保持の解除がある。これは、進退アクチュエータ３７により角度検出押圧ピン台座３３を後退させることでＶノッチ１ａへのノッチ検出ピン３３ｂの嵌入が解除されることで行われる。
【００１３】
以上説明してきたが、実施例では、３個の非接触吸引ヘッドの少なくとも１つのエアーを時計方向あるいは反時計方向に選択的に順次ＯＦＦ状態にしているが、このときエアーをＯＦＦにするのは、ウエハを微小に傾かせるためである。ウエハを傾かせるためには、３個の非接触吸引ヘッドの少なくとも１つエアーの流量を増加または減少させても可能であるので、この発明は、そのようにしてもよいことはもちろんである。
また、実施例では、非接触吸引ヘッド２２を３個用いているが、非接触吸引ヘッド２２は、３個以上であれば、多数設けられていてもよく、それらは所定の角度で分散して設けられていればよい。
さらに、実施例では、Ｖノッチウエハの実施例を中心に説明しているが、この発明は、オリエンテーションフラット（オリフラ）を持つウエハについても適用できることはもちろんである。
ところで、非接触吸引ヘッド２２は、実施例ではエアー吐き出し型のものを用いているが、ベルヌーイ効果の減圧を利用するものとして、エアー吐き出しと同時に負圧吸引するタイプのものもある。これは、吐き出し孔の中心部あるいは周辺部に負圧吸引する孔を設けて吐き出しと同時にそのエアーを負圧吸引するものである。この発明は、このようなタイプの非接触吸引ヘッドを用いてもよいことはもちろんである。
さらに、実施例のウエハ中心位置決め機構３の固定ピンと押圧ピンの位置は、押圧ピンと固定ピンとが対向配置の状態にあればよく、ウエハ１の外周を等角度分割した点に置かれていてもよいことはもちろんである。
さらにまた、この発明のウエハの位置決め装置は、実施例では、Ｚステージ上に設けているが、Ｚステージ等のアライメントステージに設ける場合に限定されるものではなく、そのチャック部２１の構成上からして、搬送装置そのものにチャック部２１をウエハの位置決め装置として設けて、ウエハ搬送過程でウエハの位置決め処理をすることも可能である。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、この発明にあっては、ベルヌーイ効果によるチャック力を利用してウエハを浮上させてチャックする非接触吸引ヘッドを３個以上設けて、そのうちの少なくとも１つのエアーをＯＦＦにしてあるいはその流量を変えてウエハを微小に傾かせ、この傾きの方向を時計方向あるいは反時計方向に回転させることでウエハを回転させる。これによりウエハをモータ等による回転機構によらなくても非接触状態で回転させることができ、発塵や振動をほとんど発生させないで、ウエハを回転させて角度位置決めをすることができる。
その結果、検査ステージ、プリアライメントステージ、搬送装置等のウエハのアライメントを行う装置において、モータ等による回転機構を用いることなく、非接触状態でウエハを安全に回転させてウエハの角度位置決めが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のウエハ位置決め装置を適用したＶノッチウエハの位置決め装置の一実施例の平面図である。
【図２】図２は、非接触吸引ヘッドの説明図である。
【図３】図３は、そのＶノッチ位置決め機構の各位置決め部材の説明図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（またはＶノッチウエハ）、
２…ウエハ位置決め装置、２１…チャック部、
２２…非接触吸引ヘッド、２４…Ｚステージ、
３…ウエハ中心位置決め機構、
３１，３２…固定ピン台座、３１ａ，３２ａ…固定ピン、
３３…角度検出押圧ピン台座、
３３ａ…押圧ピン、３３ｂ…ノッチ検出ピン、
３３ｃ…スプリング、
３３ｄ…センサ、３６…ガイド溝孔、
３７…進退アクチュエータ、
４…エアーＯＮ／ＯＦＦ切換制御弁機構、５…制御回路、
６…エアー供給源。

Claims

エアー噴流によるベルヌーイ効果の減圧を利用してウエハを浮上させてチャックする３個以上の非接触吸引ヘッドと、
これら非接触吸引ヘッドの少なくとも１つのエアーを時計方向あるいは反時計方向に選択的に順次ＯＦＦ状態にしてあるいは選択的に順次そのエアーの流量を増加または減少させて前記ウエハを回転させる制御を行う制御装置とを備えることを特徴とするウエハ位置決め装置。
前記非接触吸引ヘッドは、吸引された前記ウエハの中心に対して実質的に等角度の間隔で配置される請求項１記載のウエハ位置決め装置。
前記ウエハは、Ｖノッチのウエハであり、前記ウエハの周囲には、前記ウエハの円周上の所定間隔離れたｎ点（ｎは３以上の整数）の１つに対応して、前記ウエハの円周のエッジを押圧する押圧ピンおよびスプリングにより内方に付勢され前記Ｖノッチに嵌入するピンを有しかつこれらピンに対応する前記ｎ点の残りの少なくとも２つに対応してそれぞれに固定ピンを有する位置決め機構が設けられている請求項２記載のウエハ位置決め装置。
検査ステージあるいはウエハのプリアライメントを行うステージに設けられている請求項３記載のウエハ位置決め装置。