JP2008218903A

JP2008218903A - ウエハの求心装置および方法

Info

Publication number: JP2008218903A
Application number: JP2007057497A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Nirei; 辰夫楡井; Tomoo Kato; 智生加藤; Hisashi Nakasendo; 久中仙道; Shinichi Tsuchisaka; 新一土坂
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】２つのセンサを用いて常に正確にウエハ中心を求めることができるウエハの求心装置および方法を提供する。
【解決手段】カセット１より取り出される半導体ウエハ２を搬送アーム５によりウエハ搬送路に沿って回転テーブル６まで搬送し、光電センサ９、１０により半導体ウエハ２のエッジを検出し、このエッジ情報に基づいて半導体ウエハ２の中心を求め、該求められた情報に従って回転テーブル６の基準位置に載置するように搬送アーム５を制御するもので、光電センサ９、１０により検出されるエッジ情報から半導体ウエハ２の中心が求められるか否かを判断し、求められないと判断すると、半導体ウエハ２を所定の角度回転させ、搬送アーム５により半導体ウエハ２をカセット１側まで後退させた後、再度回転テーブル６まで搬送させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オリフラ（Orientation Flat）やノッチ(notch)などの切り欠きを外周にもつ半導体ウエハなどの円盤体中心を、搬送路中に配置したセンサからの情報で求め、載置台の所定の位置に該ウエハを載置するウエハの求心装置及び方法に関する。

ＩＣあるいは磁気ヘッド製造装置においては、シリコンやガリウム砒素結晶を素材として半導体ウエハを使用する。この半導体ウエハは、円周に結晶の方向や位置決めのためのオリフラやノッチなどの切り欠きを有する薄い円盤状のものである。

こうしたウエハをＩＣ製造装置、例えばパターンを露光する露光装置のステージ上、あるいは、ウエハを回転させながらウエハ表面に光を当て、表面の欠陥部を観察するマクロ検査装置のテーブルに載せる際に、ウエハをステージまたはテーブルの所定の位置に、例えばステージの回転軸とウエハの回転軸とが合致するように載置する必要がある。

従来、ウェハをステージに載置しウェハの外周を一対のチャックにより両側から挟み込むことにより、ウェハの中心をステージの回転中心に一致させるようにしている。このウエハの位置決め方法では、ウエハをステージに載置してチャックで挟み込むため、ウエハとステージの載置面間でスリップが生じてウエハ裏面に傷が発生したり、ＩＣ製造で最も嫌う塵埃が発生しウエハに付着して欠陥の発生の原因となっていた。

こうした背景から、最近ではウエハのエッジをセンサで検出してウエハ中心ずれを求め、この中心ずれ量に基づいてウエハを製造装置や検査装直のステージ上の回転中心位置に非接触で載置するようにしている。

一般に、こうした求心手段はカセット(ウェハの収納箱)からウエハを取り出してステージに搬送する際に、ラフに求心が行われるプリアライメントと、一時載置台また製造装置や検査装置のステージ上で行われる精密センタリングとの２段階で行われる。ウエハの中心位置合わせが２段階で行われる理由は、ウエハ上に設けられたアライメントマークによる高精度の求心を行なう際に、高倍率の顕微鏡の視野内にアライメントマークを一致させることが困難なため、顕徴鏡の視野内にアライメントマークを取り込める程度にラフにウエハの求心を行なう必要があるためである。

カセット内にあるウエハは、カセット内の基準位置に対し、カセットの開口方向に±５ｍｍ程度、開口方向とは直角に±１ｍｍ程度偏心して置かれている。開口方向に±５ｍｍというのは、ウエハがカセットの中で開口に向かって自由な位置を取れるからであリ、直角に±１ｍｍというのは、カセットの開口がウエハ径に対し２ｍｍほど広いからである。ただし、ウエハにオリフラと呼ばれる大きな切り欠きがあると、ウエハはカセット内での自由度がまし、±３ｍｍ程度になる。

このように大きな偏心をもって置かれているウエハを、製造装置や検査装置のステージ上で要求される求心精度数１０μｍに1回の求心動作で位置決めすることが困難である。検査装置では、一時載置台が一般にウエハを回転させながらウエハ表面の異常（欠陥）を観察するマクロ観察台として使用されることが多く、この場合の求心精度は回転に大きなブレがなく検査に支障がない程度で、かつ、ウエハをカセットに収納するときにカセットの開口部と干渉しないラフな求心精度でよい。このプリアライメントの求心精度は、ウエハの偏芯量０．５ｍｍ程度あれば十分である。このような理由から、求心動作は、カセットから取り出されたウエハに対して搬送途中でラフに行なわれるプリアライメントと、検査装置のステージ上に載置する際に行なわれる精密センタリング(アライメント)の２段階に分けて行なわれている。

上述したマクロ検査装置は、ウエハを回転させながらウエハ表面に光を照射してウエハ表面の異常を目視で観察するものである。このマクロ検査装置での求心精度は、回転に大きなブレがなく、目視観察に支障がない程度で、かつカセットにウエハを収納する際にカセットの開口部に干渉しない程度でよいことから、プリアライメントによる求心精度で十分である。

従来、このようなプリアライメントで要求される求心精度を満足する求心手段として、例えば特許文献１には、ウエハの搬送路中に一対のセンサを配置し、これらのセンサ上を通過したウエハの前後４箇所のエッジ情報から中心ずれ量を求めることが開示されている。しかし、この特許文献１に記載の発明は、ウエハの搬送路中に一対のセンサを配置し、これらのセンサ上を通過したウエハの前後４箇所のエッジ情報から中心ずれ量を求めているが、切り欠き（オリフラ）のない円盤体に対して考慮されていないため、切り欠きがセンサで検出された際にウエハの中心ずれ量を正確に求めることができない。

一方、切り欠き（オリフラ）を有するウエハに対して有効と考えられる求心手段として、特許文献２に記載された発明が知られている。この特許文献２の発明は、ウエハの搬送中に一対のセンサを搬送軸に対して同距離に配置し、これらのセンサ上を通過したウエハの前後４箇所のエッジ情報に基づき、４箇所のエッジ情報の３点を選択した４組の組み合わせを作り、各組の３点のエッジ情報に基づいて円の方程式により中心座標を求め、これら４つの円の半径が最大である円を選ぶことによりオリフラやノッチを含まない円の中心を求めることができ、オリフラなどの切り欠きがある円盤体（ウエハ）に対応できるものである。
特開２０００−１２６５７号公報特開平１−５７１０４号公報

上述した特許文献１の従来技術は、４個のセンサで検出された円盤体（ウエハ）の４点のエッジ情報から３点を選んだ４通りのＸＹ座標データを検出し、これらの４通りのＸＹ座標データからオリフラの影響が含まれていない３通りのＸＹ座標データで求めた円盤体の中心座標を使用してプリアライトメントしている。どこにオリフラが含まれるか分からないため、４通りのＸＹ座標データに対して円盤体の中心のずれ量を計算しなければならず、位置決めに時間を要するという問題がある。また、４つのセンサは、回転中心に対してＸＹ方向に対称に配置され、オリフラに対して考慮されていないため、正確に円盤体の中心を求めることができないという問題があった。

特許文献２の従来技術は、２つのセンサの搬送軸に対して同距離に対称に配置し、４つのセンサで検出された円盤体の４点のエッジ情報から異なる３点の組（三角形）を４つ作り、それぞれの外接円の半径を計算し、その最も大きな半径を持った三角形の３点が円盤体の円周上にある三角形と判断し、この三角形の外接円の中心を円盤体の中心と判断している。しかし、後述するように一番大きな半径を持つ組は、真のウエハの中心でない場合があり、正確に円盤体の中心を求めることができないという問題があった。

以下に、特許文献２の誤りに付いて図７乃至図９を用いて説明する。

図７に円周に切り欠きを持つ基準半径がＲｏの基準円盤体（ウエハ）に、２本の間隔が既知である平行な線が横断しており、そのうちの短い横断長側（図７では下側）が切り欠き（オリフラ）にかかっている状態を示す。２つのセンサを結ぶ直線に対して直角に円盤体が搬送基準軸に沿って搬送され、円盤体がセンサを横切る際に各センサから円盤体上に移動する平行線との４つの交点でエッジ情報（座標）が得られる。

図７において、一方の平行線に切り欠きがかかったとして、長い対角線を含む二つの三角角形ΔａｃｄとΔａｂ’ｄにおいて、二つの三角形の外接円を考え、その半径を計算する。その後、２つの外接円半径の差をとって、その性質を検討する。

１）円周上に切り欠きがない場合をまず考える。
計算の前に図７中の三角形や点の性質についてまとめると、
・Δａｂｄの外接円中心ｏは、線分ａｂとｂｄの垂直２等分線の交点である。
・ΔａｏｉとΔｂｏｉは合同三角形で、その斜辺はΔａｂｄの外接円の半径である。

・点ｉは、線分ａｂの中点であり、かつ２つのセンサ間を２等分する線ｆｇ上にあり、点ｂ’の移動につれて、移動量のその１／２だけ、線ｆｇ上を移動する。・点ｋ’は、短い横断長の２等分点であり、点ｂ’の移動につれて、点ｋ’は、点ｂ’の移動量の１／２だけ下側の横断線上を移動する。つまり、ｉｍ＝ｉ’ｍ’である。
・ΔａｐｄとΔａｈｂは合同であり、ΔｉｏｍとΔａｈｂは、相似である。その比は、Δｉｏｍ：Δａｈｂ＝ｂｈ：ｉｍである。

以上を考慮して外接円の半径ａｏ（＝Ｒｏ）を計算する。

ａｏｉの辺ａｉは、
ａｉ＝（Ｌｏ／２）／ｃｏｓθ Ｌｏ：センサ間距離
Δａｏｉの辺ｏｉは、
ｏｉ＝Ｉｏ／ｃｏｓθ Ｉｏ：線分ｉｍ
直角三角形の性質を利用すると、
Ｒｏ^２＝（ａｉ）^２＋（ｏｉ）^２＝［（Ｌｏ／２）／ｃｏｓθ］^２
＋［ｉｏ／ｃｏｓθ］^２
＝（１／ｃｏｓθ）^２＊［（Ｌｏ／２）^２＋Ｉｏ^２］
ここで、ｋ^２＝［（Ｌｏ／２）^２＋Ｉｏ^２］とおくと、下記（７−１）式が求められる。
Ｒｏ＝ｋ／ｃｏｓθ ――（７−１）
次に、切り欠きがかかって点ｂが点ｂ’に移動したとき、Δａｂ’ｄの外接円半径ａＯｂ’）は、
ａｉ’＝（Ｌｏ／２）／ｃｏｓ（θ＋θ’’）
ｉ’Ｏｂ’＝ｉ’ｍ’／ｃｏｓ（θ＋θ’’）
となる。

同様にして下記（７−２）式が求められる。
Ｒ’^２＝（ａｉ’）^２＋（ｉ’Ｏｂ’）^２
ここで、ｉｍ＝ｉ’ｍ’＝Ｉｏであるから
Ｒ’^２＝［１／ｃｏｓ（θ＋θ’’）］^２＊［（Ｌｏ／２）^２＋Ｉｏ^２］
＝［ｋ／ｃｏｓ（θ＋θ’’）］^２
Ｒ’＝ｋ／ｃｏｓ（θ＋θ’’）――（７−２）
図８は、長い横断長に切り欠きがかかった図である。

θ’’が負となることだけを注意すれば、同様な計算で
Ｒ’＝ｋ／ｃｏｓ（θ＋θ’’）――（７−３）
が得られる。

そこで、θ’’の方向について時計回りに正、反時計回りを負とすると、（７−２）（７−３）の式は、
Ｒ’＝ｋ／ｃｏｓ（θ＋θ’’）――（７−４）
で統一できる。

次に、Ｒ’の変位量だけ取り出すために
Ｒｏ−Ｒ’＝ΔＲを計算する。

ΔＲ＝Ｒｏ−Ｒ’＝（ｋ−ｋ／ｃｏｓ（θ＋θ’’）
＝ｋ［（１／ｃｏｓθ）−１／ｃｏｓ（θ＋θ’’）］――（７−５）
２）図９のグラフを説明
図９に式（７−５）のグラフを示す。
横軸は（θ＋θ’’）で、縦軸はΔＲが正の場合、式（７−５）から切り欠き
三角形の外接円半径はＲｏより短いことを意味する。短い横断長側に切り欠きがある場合は、θ’’は、正であり、θ’’が大きくなるにつれてＲ’は、Ｒｏより長くなる（グラフでは負）。長い横断長側に切り欠きがある場合は、θ’’は、負であり、θ’’が小さくなるにつれてＲ’は短くなり、θ’’＝−θのとき一番短くなる。その以降、Ｒ’は、長くなり始め、θ’’が−２θを超えるとＲｏより長くなる。つまり、θ’’＝０と−２θでＲｏ＝Ｒ’が成立する結果となる。

結果として、切り欠き上の点を含む三角形の外接円半径は、切り欠きの状態によって、搬送される円盤体の半径より大きくなったり、小さくなったり、ある時は、同じになったりする。これが外接半径から見て３点が円周上にある三角形を同定できない理由であり、従来方法の誤りの根拠である。

また、非Ｓｉウエハでは、ウエハ周縁部に、結晶方位の表示の他にウエハの表裏面の認識や、メカ的な基準として用いるための２箇所の切り欠き（ダブルオリフラ）を有するものが用いられている。このダブルオリフラを有するウエハの場合、検出手段に供給されるウエハの方向によっては、２個のセンサで検出される４箇所のウエハエッジにおいて、そのうち２箇所のウエハの切り欠きがかかることが考えられる。このような場合、特許文献２の求心動作では、ウエハの中心を求めることができなくなる。

本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので、２つのセンサを用いて常に正確に半導体ウエハの中心を求めることができるウエハの求心装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１の載置台より取り出される切り欠き部を有する円板状の半導体ウエハをウエハ搬送路に沿って第２の載置台まで搬送する搬送手段と、前記ウエハ搬送路と直交する方向に所定間隔をおいて配置され、前記第１の載置台から取り出され搬送される前記半導体ウエハのエッジを検出する少なくとも２個のセンサと、前記センサにより検出される半導体ウエハのエッジ情報に基づいて前記半導体ウエハの中心を求め、該求められた情報に従って前記第２の載置台の基準位置に載置するように前記搬送手段を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記センサにより検出されるエッジ情報から前記半導体ウエハの中心が求められるか否かを判断し、求められないと判断すると、前記半導体ウエハを第２載置台上に載置した後、所定の角度回転させるとともに、前記搬送手段により前記半導体ウエハを前記センサの前記第１の載置台側まで後退させ、再度前記ウエハ搬送路に沿って前記第２の載置台まで搬送させることを特徴としている。

本発明によれば、２つのセンサを用いて常に正確にウエハ中心を求めることができるウエハの求心装置および方法を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。

図１は、本発明が適用されるウエハの求心装置の概略構成を示している。図において、１はカセットで、このカセット１には、半導体ウエハ２が積層方向に所定のピッチ間隔をもって複数枚収容されている。この場合、カセット１は、図２に示すように内部側壁面の上下方向に多数のスロット１ａが設けられ、これらスロット１ａごとに半導体ウエハ２が一枚ずつ挿入されている。このようなカセット１内に収容される半導体ウエハ２は、切り欠き部、つまりオリエンテーションフラット（以下、オリフラ２ａ）の位置が搬送基準軸３（図１）に対してランダムな状態で収納されている。

カセット１は、第１の載置台４に載置されている。第１の載置台４は、例えばカセット１をスロット１ａのピッチ分ずつ昇降させるエレベータ台で、カセット１の開口部１ｂを介して半導体ウエハ２を搬送アーム５によるウエハ取り出し位置に順番に位置させるようにしている。

この場合、カセット１に収容されている半導体ウエハ２の中心は、第１の載置台４に載置されたカセット１内の基準位置１ｃに対し搬送基準軸３に沿った方向、つまりウエハ搬送方向（ｘ方向）にσ以内で、かつウエハ搬送方向に直交する方向（ｙ方向）にδ以内に偏心して配置されている。具体的には、カセット１内に収容される各半導体ウエハ２は、ウエハ搬送方向（ｘ方向）にσ＝±５ｍｍ、ウエハ搬送方向に直交する方向（ｙ方向）にδ＝±１ｍｍ程度の範囲で偏心している。ここで、ウエハ搬送方向に対して±５ｍｍというのは、半導体ウエハ２が、カセット１の中で開口部１ｂに向かって自由な位置に置かれ、ウエハ搬送方向と直交する方向に±１ｍｍというのは、カセット１の開口がウエハ径に対して２ｍｍ程度広いからである。

カセット１の開口部１ｂに対向させて搬送手段としての搬送アーム５が配置されている。この搬送アーム５は、アーム駆動装置７によって駆動されるもので、カセット１開口部より挿入し、半導体ウエハ２を１枚ずつ吸着保持するとともに、カセット１内から搬送基準軸３に沿って移動され、半導体ウエハ２の供給先となる第２の載置台としての回転テーブル６上に搬送するようになっている。

この場合、アーム駆動装置７は、図示しないｘ方向移動用パルスモータ、ｙ方向移動用パルスモータおよびタイミングベルトを有したもので、搬送アーム５の搬送基準軸３に沿ったウエハ搬送方向（ｘ方向）の移動とウエハ搬送方向に直交する方向（ｙ方向）の移動を制御するようになっている。

回転テーブル６は、回転軸６ａが搬送基準軸３上に位置されている。回転テーブル６は、テーブル駆動装置８により駆動されるもので、昇降動作とともに、回転軸６ａを中心とした図示矢印方向の回転動作が可能になっている。

また、回転テーブル６は、搬送アーム５によって搬送された半導体ウエハ２をプリアライメントするプリアライメント装置や半導体ウエハ２を回転させて目視によって表面の異常を観察するマクロ検査装置に用いられている。搬送アーム５は、供給される半導体ウエハ２の中心が回転テーブル６の回転中心位置に一致するように停止される。回転テーブル６の回転中心位置６ａは、搬送アーム５により搬送された半導体ウエハ２の中心を位置決めするウエハ載置基準位置であり、このウエハ載置基準位置は、回転テーブル６の回転中心と同義であり、この回転中心に半導体ウエハ２の中心が合致した状態で載置される。

第１の載置台４と第２の載置台である回転テーブル６との間のウエハ搬送路中には、２個の光電センサ９、１０が回転テーブル６のウエハ載置基準位置６ａを通るウエハ搬送路の搬送基準軸３と直交する方向に所定間隔をおいて設けられている。この場合、光電センサ９、１０は、図２に示すようにカセット１の開口部１ｂから所定距離だけ離れたウエハ搬送路上に配置されたセンサ支持部１１に取り付けられている。光電センサ９（１０）は、発光部９ａ（１０ａ）と受光部９ｂ（１０ｂ）により構成されており、半導体ウエハ２の移動に伴う発光部９ａ（１０ａ）からの入射光の有無を受光部９ｂ（１０ｂ）で検出することにより、半導体ウエハ２の外周縁が横切った時のエッジ情報を出力するようになっている。

これらのエッジ情報は、エッジ検出器１２に送られる。エッジ検出器１２は、パルスカウンタを有するもので、半導体ウエハ２の外周縁が光電センサ９、１０を横切った情報を受けて、ウエハ搬送路上に任意に設定された原点からのアーム駆動装置７のｘ方向移動用パルスモータでのパルス数をカウントし、このカウント値をエッジ情報として出力するようになっている。このエッジ検出器１２のエッジ情報は、制御手段としてのコンピュータ１３に送られる。

コンピュータ１３は、アーム駆動装置７、テーブル駆動装置８への制御指令を発し、さらに、エッジ検出器１２からエッジ情報に相当するカウント値が与えられると、このカウント値から、（搬送アーム５の１パルス当たりの移動量×カウント値＝ｘ座標）を演算し、半導体ウエハ２の外周縁が光電センサ９、１０を横切ったエッジ情報をｘ座標として求める。ここで、光電センサ９、１０より得られるエッジ情報としては、半導体ウエハ２が光電センサ９を横切り始めるときのエッジ座標（先端座標）をａ１、半導体ウエハ２が光電センサ９を抜けるときのエッジ座標（後端座標）をａ２、同様に半導体ウエハ２が光電センサ１０を横切り始めるときのエッジ座標（先端座標）をｂ１、半導体ウエハ２が光電センサ１０を抜けるときのエッジ座標（後端座標）をｂ２として、合計４個のエッジ座標として求められる。

また、コンピュータ１３は、所定のアルゴリズムを用いて、これらのエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあるか半導体ウエハ２のオリフラ２ａ上にあるかを判断する。この場合、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の全てが半導体ウエハ２の円周上にあると判断すると、回転テーブル６上のウエハ載置基準位置（回転テーブル６の回転中心）に対する半導体ウエハ２の中心のずれ量を算出し、このずれ量に基づいてアーム駆動装置７により搬送アーム５をＸＹ方向に移動し、回転テーブル６の回転中心に半導体ウエハ２の中心を一致させて載置する。一方、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２のうち一つが半導体ウエハ２のオリフラ２ａ上にあると判断すると、半導体ウエハ２を回転テーブル６上に一時載置させ、オリフラ２ａを検出したエッジ座標に基づいてテーブル駆動装置８により回転テーブル６を所定角度だけ回転させる。その後、搬送アーム５により回転テーブル６の半導体ウエハ２を受け取り、半導体ウエハ２のオリフラ２ａが２つの光電センサ９，１０から外れるようにアーム駆動装置７の指示により搬送アーム５を半導体ウエハ２が光電センサ９、１０を横切る位置まで後退させる。これにより半導体ウエハ２は、再び光電センサ９、１０を横切って半導体ウエハ２の円周上の４箇所のエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が検出される。この４箇所のエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２により半導体ウエハ２の中心ずれ量を再び算出し、このずれ量に基づいて半導体ウエハ２の中心が回転テーブル６の回転中心と一致するように載置する。

次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。

コンピュータ１３よりアーム駆動装置７に対し搬送アーム５の動作指令が出力されると、この指令によりアーム駆動装置７のｘ方向移動用パルスモータ（図示せず）が駆動され、搬送アーム５は、カセット１の開口部１ｂに向けて駆動される。この場合、搬送アーム５の移動中心は、半導体ウエハ搬送路の中心となる搬送基準軸３に沿って移動する。

この状態で、搬送アーム５の先端部がカセット１の開口部１ｂ内に挿入されると、カセット１内のウエハ取り出し位置にある半導体ウエハ２が１枚だけ吸着保持される。その後、搬送アーム５は、半導体ウエハ２を吸着保持した状態で搬送基準軸３に沿って回転テーブル６まで移動する。

この場合、半導体ウエハ２が回転テーブル６まで移動する途中で、光電センサ９、１０を横切ると、これら２つの光電センサ９、１０からのエッジ情報がエッジ検出器１２に送られる。

エッジ検出器１２は、半導体ウエハ２の外周縁が光電センサ９、１０を横切ったときの半導体ウエハ２の先端側と後端側のエッジ情報を受けて、ウエハ搬送路上に任意に設定された原点からのアーム駆動装置７のｘ方向移動用パルスモータでのパルス数をカウントし、このカウント値をエッジ情報としてコンピュータ１３に送出する。

コンピュータ１３は、エッジ検出器１２からカウント値が与えられると、このカウント値から、搬送アーム５の１パルス当たりの移動量×カウント値＝Ｘ座標を演算し、半導体ウエハ２の外周縁が光電センサ９、１０を横切ったエッジ情報を４個のエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２として求める。

そして、所定のアルゴリズムを用いて、これら４個のエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあるか、半導体ウエハ２のオリフラ２ａ上にあるかを判断する。

ところで、図３に示すように光電センサ９、１０の間の距離Ｌが半導体ウエハ２のオリフラ２ａの切り欠き長さｌより大きく設定されていると、光電センサ９、１０に対する半導体ウエハ２の横切り方は、次の３通りが考えられる。つまり、オリフラ２ａが図３中の（ａ）に示す光電センサ９，１０の中間位置にある場合は、光電センサ９、１０の間にオリフラ２ａが入り込むため、オリフラ２ａは、光電センサ９、１０のいずれにもかからない。また、オリフラ２ａが同図中の（ｂ）に示す位置にある場合は、オリフラ２ａは、光電センサ９、１０の間の外になるので、この場合もオリフラ２ａは、光電センサ９、１０のいずれにもかからない。しかし、オリフラ２ａが同図中の（ｃ）に示す位置にある場合は、光電センサ１０にオリフラ２ａがかかるようになる。このことから、光電センサ９、１０の間隔を半導体ウエハ２のオリフラ２ａの切り欠き長さｌより大きく設定すれば、オリフラ２ａが２つの光電センサ９，１０に同時にかかることはなく、光電センサ９、１０のいずれか一方にオリフラ２ａがかかる状態のみである。

そこで、本発明のアルゴリズムでは、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあるものか否かを判断する。この判断の際にエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２により引かれる複数の対角線を求め、これら対角線の長さが等しいかどうかを測定する。

図４は、半導体ウエハ２の中心点２ｃが搬送基準軸３に対してウエハ搬送方向（ｘ方向）にσ、ウエハ搬送方向に直交する方向（ｙ方向）にδだけ偏心して搬送された状態を示している。２つの光電センサ９，１０のいずれにもオリフラ２ａがかかっていない場合、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の対角線ａ１−ｂ２とｂ１−ａ２の長さは同じになる。この場合、各光電センサ９、１０は、半導体ウエハ２の前側と後側の円周を検出するため、エッジ座標ａ１、ｂ２の対角線の搬送基準軸３（ｘ方向）に沿った長さλ１と、エッジ座標ｂ１、ａ２の対角線の搬送基準軸３（ｘ方向）に沿った長さλ２が同じになる。一方、２つの光電センサ９，１０のいずれかにオリフラ２ａがかかった場合、オリフラ２ａがかかっている対角線が短くなるため、λ１とλ２との一方が短くなる。このことは、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の対角線ａ１−ｂ２とｂ１−ａ２の長さを求めて比較するより、長さλ１、λ２が同じであるかを判断することで、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあるかオリフラ２ａ上にあるかを簡単に判断することができる。

一方、例えば、光電センサ１０に図４の破線で示すオリフラ２ａがかかる場合は、このときのオリフラ２ａの切り欠き量により、エッジ座標ｂ２が、ｂ２’に移り、λ１がα分だけ短くなりλ３となので、エッジ座標ａ１、ｂ２’とエッジ座標ｂ１、ａ２の各対角線のｘ方向に沿った長さλ１、λ２の差に基づいて、光電センサ１０にオリフラ２ａがかかっていることを判断することができる。この場合、判断の安全性を考慮して、下式から、これらの差が測定誤差τ以内であるかを判断するようになっている。

｜λ１−λ２｜≦τ
このようなアルゴリズムに基づいて、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあるものと判断されると、任意の３個のエッジ座標から半導体ウエハ２の中心座標を求める。ここで、より正確に中心を求めたい場合は、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２から３点の組を４つ作って、それぞれの組について中心座標を求め、これらの平均から半導体ウエハ２の中心座標を求めるようにすればよい。いずれにしても、半導体ウエハ２の中心を求める求心アルゴリズムは、半導体ウエハ２の円周上の２点又は３点のエッジ情報により円の中心を求めるものであればどんなものでもよいことから、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、半導体ウエハ２の中心座標が求まると、コンピュータ１３は、アーム駆動装置７に指示し、搬送アーム５を回転テーブル６まで移動させた後、回転テーブル６のウエハ載置基準位置（回転中心）に対して搬送アーム５に保持された半導体ウエハ２の中心のずれ量を計算する。

そして、アーム駆動装置７は、半導体ウエハ２の中心のずれ量に基づいて図示しないｘ方向移動用パルスモータ、ｙ方向移動用パルスモータを駆動して搬送アーム５をＸＹ方向に移動し、半導体ウエハ２の中心を回転テーブル６のウエハ載置基準位置に一致させる。

この中心位置が一致すると、コンピュータ１３の指令により、テーブル駆動装置８は、回転テーブル６を上昇方向に移動させ、半導体ウエハ２を搬送アーム５から受け取る。これにより半導体ウエハ２と回転テーブル６のアライメントが終了する。

一方、上述の演算で、２つの光電センサ９，１０により検出された半導体ウエハ２の４箇所のエッジ座標のうち一つが半導体ウエハ２のオリフラ２ａ上であると判断されると、コンピュータ１３は、アーム駆動装置７に指示して搬送アーム５を回転テーブル６まで移動させる。そして、テーブル駆動装置８に指示して、回転テーブル６を上昇移動させ、半導体ウエハ２を搬送アーム５から回転テーブル６に渡し、さらに回転テーブル６を半導体ウエハ２のオリフラ２ａが２つの光電センサ９，１０にかからない所定角度回転させる。

この場合の回転テーブル６の回転角度、つまり半導体ウエハ２の回転角度θは、図３（ｃ）に示すように光電センサ９（１０）にオリフラ２ａがかかった状態からどの程度回転させれば、オリフラ２ａが光電センサ９（１０）のいずれにもかからないかを計算して設定されている。つまり、１度目のウエハ搬送でオリフラ２ａが光電センサ９、１０のいずれか一方にかかった場合も、２度目のウエハ搬送ではオリフラ２ａが光電センサ９、１０のいずれにもかからないような角度に設定されている。

その後、テーブル駆動装置８は、回転テーブル６を降下移動させ、半導体ウエハ２を搬送アーム５に移し替える。

この状態からコンピュータ１３は、アーム駆動装置７に指示し、搬送アーム５により半導体ウエハ２の前側と後側の円周が光電センサ９、１０を横切る位置まで後退させ、その後、再び半導体ウエハ２を回転テーブル６まで搬送する。この搬送で半導体ウエハ２は光電センサ９、１０を再度横切ることになり、これら光電センサ９、１０からの半導体ウエハ２の４箇所のエッジ情報がエッジ検出器１２に送られ、改めてエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の検出が行われる。

この場合、半導体ウエハ２は、事前にオリフラ２ａが２つの光電センサ９、１０にかからない所定の角度θだけ回転されているので、上述したアルゴリズムでは、新たなエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２について、改めて半導体ウエハ２の円周上にあるかを判断する。

これにより、新たに検出されたエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の全てが半導体ウエハ２の円周上にあると判断され、上述したと同様にして半導体ウエハ２と回転テーブル６のアライメントが行われる。

なお、この２回目のエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２についても半導体ウエハ２の円周上にあると判断できない場合は、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあると判断されるまで、上述した動作が繰り返し行われる。

従って、このようにすれば、２つの光電センサ９、１０により検出された半導体ウエハ２の４箇所のエッジ情報から半導体ウエハ２のオリフラ２ａがかかっていると判断された場合、半導体ウエハ２を光電センサ９、１０にオリフラがかからない所定の角度回転させて、この状態で半導体ウエハ２の円周上のエッジ情報を検出することができるようにしたので、常に正確な半導体ウエハ２の中心を求めることができる。

また、半導体ウエハ２には、結晶方向の表示の他に、ウエハの表裏の認識、あるいはメカ的な基準として用いるため、図５に示すように半導体ウエハ２の周縁部に２個所のオリフラ２ａ、２ｂを有するダブルオリフラを有するものがある。図５は、オリフラ２ａ、２ｂの間の角度が９０°の例を示すが、ＳＥＭＩ標準によると、これ以外にも４５°、１３５°、１８０°などがある。このようなダブルオリフラを有する半導体ウエハ２を搬送するとなると、一度の搬送のみで円周上の３点を特定し、中心を求めるアルゴリズムは非常に複雑で精度も悪化するおそれがあるが、上述したようにエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあると判断されるまで、半導体ウエハ２を所定の角度θずつ回転させながら同じ動作を繰り返し行い、最終的に半導体ウエハ２の円周上のエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を特定することにより簡単なアルゴリズムと最小限のセンサ数により半導体ウエハ２の中心を求めることができる。

ところで、上述した実施の形態では、半導体ウエハ２のオリフラ２ａが２つの光電センサ９，１０のいずれか一方にかかって正確な求心ができないと判断された場合、半導体ウエハ２を所定の角度θだけ回転させているが、この角度θは、できるだけ小さいことが望ましい。なぜならば、例えば、カセット１内で半導体ウエハ２が大きく偏心した状態で収容されていて、その状態から搬送され、求心不能と判断されると、所定の角度θだけ回転することになるが、このときの回転角度θが大きいと、半導体ウエハ２は、搬送アーム５上で一方向に大きく偏った状態に保持されてカセット１内に戻されるため、半導体ウエハ２周縁部がカセット１の開口部１ｂに当たってしまうおそれが生じるからである。

この対策として、図６に示すようにウエハ搬送路の搬送基準軸３と直交する方向に所定間隔をおいて２個の光電センサ９、１０を配置し、さらに搬送基準軸３上に１個の光電センサ２１を配置する。こうすると、光電センサ９、１０、２１により求められるエッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２により対角線ａ１−ａ２、ａ１−ｂ２、ａ１−ｃ２の組、対角線ｂ１−ａ２、ｂ１−ｂ２、ｂ１−ｃ２の組、対角線ｃ１−ａ２、ｃ１−ｂ２、ｃ１−ｃ２の組からなる３組の対角線が得られるので、これら３組のそれぞれの対角線の長さの比較からオリフラにかかっていないエッジ座標を有する対角線を選択することにより、選択された対角線のエッジ座標が半導体ウエハ２の円周上にあることを簡単に判断できる。また、このような手法によれば、判断不能になった場合もウエハの回転角度θを小さくできる。

例えば、図６中の（Ａ）に示すように光電センサ２１に半導体ウエハ２のオリフラ２ａの切り欠きがかかる場合は、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を用い、これら対角線ａ１−ａ２とｂ１−ｂ２の長さを求めることで、エッジ座標ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が半導体ウエハ２の円周上にあることを簡単に判断できる。また、図６中の（Ｂ）のように光電センサ１０および２１のいずれに対しても半導体ウエハ２のオリフラ２ａの切り欠きがかかる場合は、半導体ウエハ２を所定の角度θだけ回転させて光電センサ１０または２１のいずれかをオリフラ２ａの切り欠きから逃がすようにすれば、よいことになる。ちなみに、図６の場合の回転角度θは、約５°程度である。

このような考え方は、上述したダブルオリフラを有する半導体ウエハに対しても有効である。この場合、ウエハ搬送路の搬送基準軸上に光電センサを配置するとともに、搬送基準軸と直交する方向に等間隔で複数（例えば２個ずつ計４個）の光電センサを配置する。このようにすれば、各光電センサにより求められるエッジ座標により多数組の対角線が得られるので、これら各組のそれぞれの対角線の長さの比較からオリフラにかかっていないエッジ座標を有する対角線を選択することにより、選択された対角線のエッジ座標が半導体ウエハの円周上にあることを簡単に判断でき、また、このような動作によって、判断不能になった場合のウエハの回転角度θを小さくできる。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。本発明の一実施の形態のカセット内に収容される半導体ウエハと光電センサの配置関係を説明する図。本発明の一実施の形態の半導体ウエハのオリフラと光電センサの位置関係を説明する図。本発明の一実施の形態のエッジ座標が半導体ウエハの円周上あるか否かの判断を説明する図。本発明の一実施の形態に適用されるダブルオリフラを有する半導体ウエハを示す図。本発明の一実施の形態の変形例を説明する図。従来の求心装置の一例を説明する図。同従来の求心装置の一例を説明する図。同従来の求心装置の一例を説明する図。

符号の説明

１…カセット
１ａ…スロット
１ｂ…開口部
２…半導体ウエハ
２ａ．２ｂ…オリフラ
３…搬送基準軸
４…エレベータ台
５…搬送アーム
６…回転テーブル
６ａ…回転軸
７…アーム駆動装置
８…テーブル駆動装置
９．１０…光電センサ
９ａ、１０ａ…発光部
９ｂ、１０ｂ…受光部
１１…センサ支持部
１２…エッジ検出器
１３…コンピュータ
２１…光電センサ

Claims

第１の載置台より取り出される切り欠き部を有する円板状の半導体ウエハをウエハ搬送路に沿って第２の載置台まで搬送する搬送手段と、
前記ウエハ搬送路と直交する方向に所定間隔をおいて配置され、前記第１の載置台から取り出され搬送される前記半導体ウエハのエッジを検出する少なくとも２個のセンサと、
前記センサにより検出される半導体ウエハのエッジ情報に基づいて前記半導体ウエハの中心を求め、該求められた情報に従って前記第２の載置台の基準位置に載置するように前記搬送手段を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記センサにより検出されるエッジ情報から前記半導体ウエハの中心が求められるか否かを判断し、求められないと判断すると、前記半導体ウエハを第２の載置台上に載置した後所定の角度回転させるとともに、前記搬送手段により前記半導体ウエハを前記センサの前記第１の載置台側まで後退させ、再度前記ウエハ搬送路に沿って前記第２の載置台まで搬送させることを特徴とするウエハの求心装置。
前記制御手段は、前記センサにより検出されるエッジ情報により複数本引かれる対角線を求め、これら対角線に基づいて前記エッジ情報が前記半導体ウエハの円周上にあるか判断し、この判断結果から前記半導体ウエハの中心が求められるか否かを判断することを特徴とする請求項１記載のウエハの求心装置。
第１の載置台より取り出される切り欠き部を有する円板状の半導体ウエハを搬送手段によりウエハ搬送路に沿って第２の載置台まで搬送し、
前記ウエハ搬送路と直交する方向に所定間隔をおいて配置された少なくとも２個のセンサにより前記第１の載置台から取り出され搬送される前記半導体ウエハのエッジを検出し、
前記センサにより検出される半導体ウエハのエッジ情報に基づいて前記半導体ウエハの中心を求め、該求められた情報に従って前記第２の載置台の基準位置に載置するように前記搬送手段を制御するようにしたものであって、
前記センサにより検出されるエッジ情報から前記半導体ウエハの中心が求められるか否かを判断し、求められないと判断すると、前記半導体ウエハを所定の角度回転させるとともに、前記搬送手段により前記半導体ウエハを前記センサの前記第１の載置台側まで後退させ、再度前記ウエハ搬送路に沿って前記第２の載置台まで搬送させることを特徴とするウエハの求心方法。