JP2009184069A - ウエハ搬送装置及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハを所定方向に向いた回転軸を中心に旋回させかつ回転軸を中心とする径方向に往復動させることが可能なロボット部と、回転軸と直交するＸ方向へロボット部を移動させるロボット部移動手段と、を有するウエハ搬送装置において、ウエハが目標位置に搬送された時点でロボット部がウエハを移動させる径方向がＸ方向に正しく直交しているように、ウエハ搬送装置に対するティーチング作業における位置精度を高める。
【解決手段】保持部１０が保持する治具５０を径方向（Ｔ）へ移動させた前後において、治具５０の撮像手段５１で目標位置に設けられたマーク２８を撮像し、撮像画像上のマークの変位に基づいて、径方向（Ｔ）への移動に伴う治具５０のＸ方向移動量を検出し、検出されるＸ方向移動量が所定値以下となるようにロボット部１１のＸ方向位置を修正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウエハ搬送装置及びその調整方法に関する。特に、所定の目標位置へウエハを搬送させた時点でウエハ搬送装置の各移動部位が居るべき位置を、ウエハ搬送装置に設定するティーチング（教示）作業に関する。

半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と示す）などの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、ウエハなどの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出する外観検査が広く行われている。

外観検査装置においては、ウエハを収容したキャリアと、検査中のウエハを載置する移動ステージと、ウエハの向きを調整するアライナとの間においてウエハを搬送するためのウエハ搬送装置が設けられる。この搬送装置は、一般的に、所定の１方向（通常は鉛直方向Ｚ）に向いた回転軸を中心とする回転方向（θ方向）への旋回運動と、この回転軸を中心とする径方向（Ｔ方向）への往復運動と、回転軸と直交するＸ方向に沿った直線運動と、鉛直方向Ｚに沿った昇降運動とをウエハに与えることができる４軸形式の搬送ロボットが採用される。

なお以下の説明では、半導体ウエハの外観検査を行う外観検査装置を例に挙げて発明の説明を行うが、本発明の適用範囲をこれに限定することを意図するものではない。本発明は、半導体ウエハ以外の基板用の外観検査装置において基板の搬送に使用される搬送装置にも適用可能であり、また、外観検査装置以外にも、半導体ウエハや基板を製造する製造装置においてこれらを搬送するために使用する搬送装置にも適用可能である。したがってこれらの搬送装置も本発明の範囲に含まれる。

図１は、外観検査装置の概略構成図である。外観検査装置１００は、検査対象となるウエハを載置するステージ機構１０１を収容する検査室１０２と、ウエハキャリアを搭載するキャリアローダ１０３及び１０４と、ウエハの向きを調整するアライナ１０５と、これら検査室１０２、キャリアローダ１０３及び１０４、並びにアライナ１０５の間でウエハを搬送するウエハ搬送装置を収容する搬送室１０６を有している。

搬送室１０６に収容されるウエハ搬送装置は、ウエハを保持するための保持部１０と、図示のＸＹ平面に垂直な回転軸を中心とする回転方向（θ方向）への旋回運動、および回転軸を中心とする径方向（Ｔ方向）への往復運動を保持部１０に与えることができるロボット１１と、ロボット１１をＸ方向に移動させることができるＸ方向移動部１２とを有している。ロボット１１は、θ方向への旋回可能な回転テーブル１３と、回転テーブル１３により回転される搬送アーム１４からなり、搬送アーム１４は複数の関節を屈伸することによって、保持部１０をＴ方向へ移動させることが可能である。

特開平５−２３５１４６号公報 特開平１１−１４５２４８号公報 特開２００５−２９７０７２号公報

図１に示すウエハ搬送機構が設けられた外観検査装置や半導体デバイス製造装置を工場に導入する際には、エンジニアがウエハ搬送機構の据え付け作業を行うことが多い。据え付け作業を終えたエンジニアは、ウエハ搬送機構の各移動部位の位置を制御する位置制御装置に、ウエハ搬送動作のそれぞれの時点において各移動部位が位置すべき位置を設定するティーチング作業を行う。ティーチング作業はエンジニアの目視によって行われることが多い。

搬送アーム１４を伸長してステージ機構１０１へウエハを搭載する様子を図２に示す。ステージ機構１０１へウエハを搭載する際には、検査室１０２の入り口１０７やステージ機構１０１の内壁などへウエハを接触させないように、搬送アーム１４の伸縮方向（Ｔ方向）とＸ方向とが完全に直交することが望ましい。
したがってウエハ搬送機構の初期調整を行う作業者は、ステージ機構１０１へウエハを搭載するときには、回転テーブル１３の回転軸Ａが、ステージ機構１０１のステージ中心からＸ方向移動部１２により移動される回転軸Ａの軌跡へ降ろした垂線Ｈの足に位置するように、ロボット１１のＸ方向位置と搬送アーム１４の伸長量を調整することが望ましい。

しかしながら、搬送室１０６とステージ機構１０１との間の相対的な位置は、個々の据え付け状態に応じて微妙に異なっている。したがって作業者の目視によってティーチング作業を行うと、図３に示すように、搬送アーム１４の伸縮方向とＸ方向とが直交するように校正されない場合が生じうる。このため、設計された位置精度を達成できない事態や、最悪の場合にはウエハを検査装置へ接触させてしまう事態も考えられる。

また上記調整作業は、作業者が搬送室１０６に入室して行うため、時間や労力がかかることはもとより、作業者による搬送機構への不意の接触のために、搬送室１０６内で発塵が起こる可能性がある。

上記問題に鑑み、本発明は、ウエハを保持する保持手段を所定方向に向いた回転軸を中心に旋回させかつ回転軸を中心とする径方向に往復動させることが可能なロボット部と、回転軸と直交する所定の１方向へロボット部を移動させるロボット部移動手段と、を有するウエハ搬送装置が、ウエハを目標位置に搬送したときに、ロボット部がウエハを移動させる径方向と上記所定の１方向とが正しく直交するように、ウエハ搬送装置に対するティーチング作業における位置精度を高めることを目的とする。
二次的には、ウエハ搬送装置内での発塵低減、ウエハと障害物との不意な衝突防止、ティーチング作業の効率向上をも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ウエハを搬送すべき目標位置にマークを設け、ウエハ保持用の保持手段にはこのマークを撮像するための撮像手段を設けた治具を保持させる。そして治具を径方向に移動させる前後でマークを撮像し、得られた画像におけるマークの変位に基づいて上記所定の１方向における治具の移動量を検出する。そして、上記所定の１方向における治具の移動量が所定値以下となるように、この所定の１方向におけるロボット部の位置を定める。
撮像画像上におけるマークの変位に基づいて上記所定の１方向における治具の移動量を検出するために、目標位置に設けられたマークには方向性を持たせておく。

本発明によれば、ウエハ搬送装置に対するティーチング作業において、ウエハを保持する保持手段に保持された治具に設けられた撮像装置で撮像した画像を用いて、ロボット部と目標位置との間の位置関係を検出することができるので、従来の目視によるティーチング作業に比べて、調整された位置精度が飛躍的に向上される。このためウエハと障害物との不意な衝突防止も防止できる。
また、ウエハ搬送装置内へ作業者が立ち入る回数を減らすことができるため、ウエハ搬送装置内での発塵の可能性が低減されまた時間や労力が節約される。
撮像装置をウエハ搬送装置本体に設けるのではなく撮像装置を設けた治具を保持手段に保持させるので、１つの撮像装置で何台でもウエハ搬送装置を調整することができる。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図４は、本発明の実施例によるウエハ搬送装置のハードウエア構成を示す図である。
ウエハ搬送装置２０は、図１に示して説明した、ウエハを保持するための保持部１０と、ロボット１１と、ロボット１１をＸ方向に移動させるＸ方向移動部１２とを有している。図４では簡単のためＸ方向移動部１２の図示を省略している。
ロボット１１は、θ方向への旋回可能な回転テーブル１３と、回転テーブル１３により回転される搬送アーム１４からなり、搬送アーム１４は複数の関節を屈伸することによって、保持部１０をＴ方向へ移動させることが可能である。

ウエハ搬送装置２０は、コンピュータ等により実現される制御部２１と、制御部２１が動作するＯＳや制御部２１により実行されるプログラムなどが記憶される記憶部２２と、制御部２１に対する指令を操作者が入力するための入力部２３と、制御部２１が操作者への情報を表示するための表示部２４を備える。入力部２３は、例えばキーボードやマウスなどであってよく、表示部２４は例えばＣＲＴや液晶ディスプレイであってよい。

ウエハ搬送装置２０は、ロボット１１及びＸ方向移動部１２を駆動する搬送機構コントローラ２５を有する。制御部２１は、保持部１０の位置を制御する保持位置制御命令を生成する。搬送機構コントローラ２５はこの位置制御命令に従ってロボット１１及びＸ方向移動部１２を駆動する。
搬送機構コントローラ２５は、保持位置制御命令に従って回転テーブル１３のθ方向における回転角度と、搬送アーム１４を屈伸させてＴ方向における搬送アーム１４の伸縮量を制御するロボットコントローラ２６と、保持位置制御命令に従ってロボット１１のＸ方向位置を制御するＸ方向移動部コントローラ２７とを備える。

ステージ機構１０１にはマーク２８が設けられる。マーク２８の設置位置は、ステージ機構１０１上のウエハ搭載位置の中央であることが好ましい。
図５は、ステージ機構１０１に設けた方向性のあるマーク２８の例を示す図である。マーク２８は方向性を有するようにその形状が定められており、マーク２８を撮像した画像上の任意の方向が、ステージ機構上のＸＹ平面上のいずれの方向を示しているのかが判定できる。図示の例では、マーク２８はＹ方向に沿う線７０と、Ｘ方向に沿う線７１とを有しており、線７０と線７１との長さは異なっている。

ウエハ搬送装置２０は、撮像部５１を有する調整用治具５０を保持部１０が保持したとき、撮像部５１を制御する信号を出力し、撮像部５１が出力する信号を入力するための入力インタフェース１５を有する。撮像部５１はＣＣＤ撮像センサやＣ−ＭＯＳ型撮像センサを搭載したカメラであってよい。また入出力インタフェース１５は有線接続のための接続ケーブルや入出力インタフェース回路であってよく、無線接続のため無線通信回路であってもよい。
調整用治具５０は、保持部１０が保持しやすいように、搬送対象であるウエハと同じ厚さと外周とを有する（センサ部分を除く）板形状を有する。保持部１０が調整用治具５０を把持する方向によって、保持部１０と撮像部５１との間の相対位置関係に影響を及ぼさないように、調整用治具５０の中心に撮像部５１を設けるのが望ましい。

調整用治具５０には、ウエハ搬送装置２０側の入出力インタフェース１５に対応する、調整用治具５０側の入出力インタフェース５２が設けられる。入出力インタフェース５２は、例えば入出力インタフェース１５である接続ケーブルが接続される接続コネクタであってよく、入出力インタフェース１５である無線通信回路が通信を行う相手方の無線通信装置であってもよい。またウエハ搬送装置２０は、入出力インタフェース１５及び５２を介して接続された撮像部５１の撮像センサを駆動し、その撮像画像を生成する撮像センサコントローラ２９を備える。

調整用治具５０には、反射型の赤外線センサ５３及び５４が設けられ、赤外線センサ５３及び５４は入出力インタフェース１５及び５２を介して接続された赤外線センサコントローラ３２から駆動電流を与えられ、また赤外線センサコントローラ３２へ検出信号を出力する。ステージ機構１０１には反射素子３０及び３１が設けられ、反射素子３０及び３１は、それぞれの上方の所定範囲内に赤外線センサ５３及び５４があるとき、赤外線センサ５３及び５４から放射された赤外線を、再び元の赤外線センサへそれぞれ反射する。

図６は、図４に示すウエハ搬送装置２０の制御部２１の動作により実現される機能ブロック図である。これらの機能ブロックは、記憶部２２に記憶されたＯＳ及びプログラムを制御部２１が実行することによって実現される。
制御部２１の動作により実現される機能ブロックは、保持位置制御部４１と、画像機億部４２と、Ｘ方向移動量検出部４３と、位置決め部４４と、位置記憶部４７とを含む。

保持位置制御部４１は、記憶部２２に記憶されたプログラムに従って保持部１０の位置を制御する保持位置制御命令を生成して、ロボットコントローラ２６とＸ方向移動部コントローラ２７へ出力し、搬送アーム１４のＴ方向への伸縮量と、回転テーブル１３のθ方向への回転角度、Ｘ方向移動部１２によるロボット１１のＸ方向位置を制御する。
画像記憶部４２は、保持部１０に保持された調整用治具５０の撮像部５１により撮像された画像を記憶する。

Ｘ方向移動量検出部４３は、搬送アーム１４により調整用治具５０をＴ方向に移動させた前後において撮像部５１で撮像したマーク２８の画像の変化に基づいて、調整用治具５０のＴ方向の移動に伴うＸ方向の移動量を検出する。
位置決め部４４は、Ｘ方向移動量検出部４３により検出されるＸ方向移動量が所定値以下となるようなロボット１１のＸ方向位置を決定する。位置決め部４４は、Ｘ方向移動量検出部４３により検出されるＸ方向移動量が所定値以下であるか否かを判定するＸ方向位置良否判定部４５と、Ｘ方向移動量がより低減するようにロボット１１のＸ方向位置の修正位置を決定するＸ方向位置修正部４６を有する。
位置記憶部４７は、位置決め部４４により決定されたロボット１１のＸ方向位置を記憶する。

図７は、本発明の実施例によるティーチング作業を示すフローチャートである。ステップＳ１では、調整用治具５０を保持部１０に搭載させる。具体的には、ウエハの代わりに調整用治具５０を収容したウエハキャリアを、図１に示すキャリアローダ１０３又は１０４に搭載する。そして、ウエハキャリアからウエハを取り出す既存の搬送シーケンスに従って、ウエハキャリアから調整用治具５０を取り出すことによって保持部１０が調整用治具５０を保持する。

ステップＳ２では、保持部１０上における調整用治具５０の位置のアライメントを行う。実際には、ウエハキャリアからウエハを取り出す際に保持部１０上におけるウエハの位置をアライメントする機構は既存の機構として確立しているので、ステップＳ１を実行するのと同時に調整用治具５０のアライメントが行われている。
入出力インタフェース１５が有線ケーブルである場合には、調整用治具５０のアライメントを行った後に、調整用治具５０側の入出力インタフェース５２である接続コネクタに接続する。

ステージ機構１０１のウエハ搭載位置へ保持部１０を位置付けるときの、搬送アーム１４のＴ方向への伸縮量、回転テーブル１３のθ方向への回転角度、Ｘ方向移動部１２によるロボット１１のＸ方向位置は、予め工場出荷の時に仮設定されている。ステップＳ３において保持位置制御部４１は、これらの仮設定値へロボット１１及びＸ方向移動部１２を移動させる。
ステップＳ４では、保持位置制御部４１は、撮像部５２により撮像されたマーク２８の画像を元に、ステージ機構１０１上のウエハ搭載位置の中央から調整用治具５０の位置までのずれ量を検出する、そしてこのずれ量がなくなるようにロボット１１を駆動することにより、調整用治具５０をステージ機構１０１上のウエハ搭載位置の中央に位置付ける。

ステップＳ５では、調整用治具５０でマーク２８を撮像し、撮像した画像を画像記憶部４２に記憶する。
ステップＳ６では、保持位置制御部４１は、搬送アーム１４を伸長又は縮退させて調整用治具５０をＴ方向への所定の距離ΔＴだけ移動させる。
ステップＳ７では、調整用治具５０でマーク２８を再度撮像し、撮像した画像を画像記憶部４２に記憶する。

ステップＳ８においてＸ方向移動量検出部４３は、ステップＳ５にて撮像したマーク２８の撮像画像と、ステップＳ７にて撮像したマーク２８の撮像画像との間におけるマークの位置の変化を検出することにより、ステップＳ６による調整治具５０のＴ方向への移動に伴う、調整治具５０のＸ方向への移動量Δｘを検出する。
図８の（Ａ）は調整用治具５０をＴ方向に移動する前に撮像したマーク２８の画像を示す図であり、図８の（Ｂ）は移動後に撮像したマーク２８の画像を示す図である。図２に示すように回転テーブル１３の回転軸Ａが、ステージ機構１０１のステージ中心からＸ方向移動部１２により移動される回転軸Ａの軌跡へ降ろした垂線の足に位置している時には、Ｔ方向はＹ方向と一致しているため、調整治具５０がＴ方向へ移動してもＸ方向への変位はない。

しかし、図３に示すように回転テーブル１３の回転軸Ａが、ステージ機構１０１のステージ中心からＸ方向移動部１２により移動される回転軸Ａの軌跡へ降ろした垂線の足の位置からずれている場合には、図８の（Ｃ）に示すように調整治具５０がＴ方向へ移動したときＸ方向へも変位する。

ステップＳ９においてＸ方向位置良否判定部４５は、ステージ機構１０１のステージ中心からＸ方向移動部１２により移動される回転軸Ａの軌跡へ降ろした垂線と、搬送アーム１４の伸縮方向との間の角度Δθを算出する。
図９に示すように、回転テーブル１３の回転軸の位置がＡであり、ステージ機構１０１のステージ中心の位置がＰであり、調整治具５０をＴ方向へのΔＴだけ移動させたときのＸ方向への移動量がΔｘであったとすると、Ｘ方向移動部１２によって移動する回転軸Ａの軌跡へステージ中心Ｐから降ろした垂線Ｈと、搬送アーム１４の伸縮方向との間の角度Δθは、Δθ＝Ｓｉｎ^-1（Δｘ／ΔＴ）により算出できる。
Ｘ方向位置良否判定部４５は、角度Δθが所定の閾値Ｔｈを超えるときには、角度Δθをｘ方向位置修正部４６へ出力する。

ステップＳ１０ではＸ方向位置修正部４６は、Ｘ方向位置良否判定部４５から角度情報Δθを受信する。Ｘ方向位置修正部４６は、回転軸Ａを垂線Ｈの足へ位置させるようにロボット１１のＸ方向位置を修正する修正量Ｘｍを算出する。ロボット１１のＸ方向位置をＸｍだけ修正させ、回転軸Ａが垂線Ｈの足に位置すれば、調整治具５０をＴ方向へ移動させてもＸ方向へ移動しなくなる。Ｘｍは、Ｘｍ＝Ｔｃ×ｓｉｎΔθにより算出できる。保持位置制御部４１は修正量Ｘｍだけロボット１１のＸ方向位置を修正する。その後、処理はステップＳ４に戻る。

なお、反射素子３０及び３１は、調整用治具５０がステージ機構１０１の内の所定の移動許容範囲内にあるとき、赤外線センサ５３及び５４からの赤外線信号を元のセンサに反射するように設けられる。
ステップＳ４〜ステップＳ１０の繰り返しループが実行されている間、保持位置制御部４１は、赤外線センサ５３及び５４の出力信号を監視し、反射素子３０及び３１から反射する赤外線が赤外線センサ５３及び５４に検出されなくなったとき、搬送アーム１４、回転テーブル１３及びＸ方向移動部１２の駆動を停止する。

ステップＳ４〜ステップＳ１０を繰り返すことにより、ステップＳ９において角度Δθが所定の閾値Ｔｈ以下になったとき、Ｘ方向位置良否判定部４５は、その時点における搬送アーム１４の伸長量と、回転テーブル１３の回転角度と、ロボット１１のＸ方向位置とを保持位置制御部４１から取得して位置記憶部４７へ記憶し、ティーチング作業を終了する。
保持位置制御部４１は、ステージ機構１０１へウエハを搭載するとき、搬送アーム１４の伸長量と、回転テーブル１３の回転角度と、ロボット１１のＸ方向位置とが、位置記憶部４７にそれぞれ記憶される値となるように、搬送アーム１４、回転テーブル１３及びＸ方向移動手段１２を制御する。

本発明は、半導体デバイス製造工程において、半導体デバイス製造装置や半導体デバイス検査装置に使用されるウエハ搬送装置及びその調整方法に利用可能である。

外観検査装置の概略構成図である。 搬送アームの伸長状態（その１）を示す図である。 搬送アームの伸長状態（その２）を示す図である。 本発明の実施例によるウエハ搬送装置のハードウエア構成を示す図である。 方向性のあるマークの例を示す図である。 図４に示すウエハ搬送装置の動作により実現される機能ブロック図である。 本発明の実施例によるティーチング作業を示すフローチャートである。 （Ａ）は調整用治具をＴ方向に移動する前に撮像したマークの画像を示す図であり、（Ｂ）は移動後に撮像したマークの画像（その１）を示す図であり、（Ｃ）は移動後に撮像したマークの画像（その２）を示す図である。 Ｘ方向位置の補正量の算出方法を説明する図である。

符号の説明

１０ 保持部
１１ ロボット
１２ Ｘ方向移動部
１３ 回転テーブル
１４ 搬送アーム
１５、５２ 入出力インタフェース
２０ ウエハ搬送装置
２８ マーク
５０ 調整用治具
５１ ＣＣＤカメラ
１００ 外観検査装置
１０１ ステージ機構

Claims (2)

1. ウエハを保持する保持手段と、前記保持手段を所定方向に向いた回転軸を中心に旋回させかつ前記回転軸を中心とする径方向に往復動させることが可能なロボット部と、前記回転軸と直交する所定の１方向へ前記ロボット部を移動させるロボット部移動手段と、を有するウエハ搬送装置であって、
   前記ウエハを搬送する目標位置に設けられた方向性を有するマークと、
   前記保持手段によって保持された所定の治具からこの治具に設けられた撮像手段によって撮像された画像を取得するための、前記治具との間の入力インタフェースと、
   前記保持手段に保持された前記治具を前記ロボット部により前記径方向に移動させた前後のそれぞれにおいて前記撮像手段で撮像した前記マークの画像間における前記マークの変位に基づいて、前記径方向への移動に伴う前記所定の１方向における前記治具の移動量を検出する移動量検出手段と、
   前記移動量検出手段により検出される移動量が所定値以下となるように、前記所定の１方向における前記ロボット部の位置を定める位置決め手段と、
   を備えることを特徴とするウエハ搬送装置。
2. ウエハを保持する保持手段と、前記保持手段を所定方向に向いた回転軸を中心に旋回させかつ前記回転軸を中心とする径方向に往復動させることが可能なロボット部と、前記回転軸と直交する所定の１方向へ前記ロボット部を移動させるロボット部移動手段と、を有するウエハ搬送装置の調整方法であって、
   撮像手段を有する所定の治具を前記保持手段によって保持する第１ステップと、
   前記ロボット部により前記治具を前記径方向に移動させた前後のそれぞれにおいて、前記ウエハを搬送する目標位置に設けられた方向性を有するマークを前記撮像手段によって撮像する第２ステップと、
   前記マークの画像間における前記マークの変位に基づいて、前記径方向への移動に伴う前記所定の１方向における前記治具の移動量を検出する第３ステップと、
   前記径方向への移動に伴う前記所定の１方向における前記治具の移動量を低減させる位置へ前記ロボット部を移動させる第４ステップと、を有し、
   前記２〜４ステップを反復し、前記移動量検出手段により検出される移動量が所定値以下となったときの前記所定の１方向における前記ロボット部の位置を、前記ウエハを前記目標位置へ搬送する際に前記ロボット部が位置すべき位置として決定する、
   ことを特徴とするウエハ搬送装置の調整方法。

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