JP2010021460A - ウェーハアライメント装置及びそれを用いたウェーハ搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハからの反射光による影響を除去することで、ウェーハのエッジを高精度に検出することができるウェーハアライメント装置及びそれを用いたウェーハ搬送装置を提供する。
【解決手段】ウェーハをチャッキングして回転する回転機構系と、ウェーハのエッジに光を照射する投光部とその光を受光する受光部とを有する光学式センサで構成され、ウェーハのエッジを監視・検出する検出系と、検出系で得られた受光量に応じてウェーハの向きと偏心を補正する信号を出力する制御系とを備えたウェーハアライメント装置において、投光部と前記受光部との間に、前記光の拡散を抑制するためのスリットを設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーハエッジを高感度検出するウェーハアライメント装置とそれを用いたウェーハ搬送装置に関する。

半導体製造装置にウェーハを供給するウェーハ搬送装置には、ウェーハの向き及び偏心を高精度で補正して、半導体製造装置に搬送することが求められている。ウェーハの向き及び偏心を補正する装置として、ウェーハアライメント装置が使用されている。

ウェーハアライメント装置は、ウェーハをチャッキングして回転させる回転機構系と、回転するウェーハのエッジをセンサで監視・検出する検出系とを有する。ウェーハのエッジを監視・検出するセンサとしては、光学式センサが使用されている。光学式センサは、ウェーハのエッジに光を照射する投光部とその光を受光する受光部とで構成される。投光部から出射された光は、ウェーハのエッジ近傍を通り、受光部で受光される。その受光量により、ウェーハのエッジに形成されたノッチの位置やウェーハの偏心度を求めることができ、ウェーハの位置及び偏心度を補正する信号を制御系に出力する（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３４３２９４号公報

ウェーハの位置や偏心の補正を高精度で行う為には、ウェーハのエッジ検出を正確に、外乱なく監視・検出しなければならない。

しかしながら、ウェーハは、その表面が鏡面に形成され、かつ、エッジにはラウンド加工が施されているため、ラウンド加工された端面や鏡面に、光学式センサから出射された検出光が照射されると反射する。その反射光は光学センサの受光部に入ると、ノイズ成分として出力してしまう。すなわち、光学センサは、ウェーハで反射した反射光による影響（外乱）を受けるため、ウェーハのエッジを高感度に検出できない問題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ウェーハからの反射光による影響を除去することで、ウェーハのエッジを高精度に検出することができるウェーハプリアライメント装置及びそれを用いたウェーハ搬送装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明に係るウェーハアライメント装置は、ウェーハをチャッキングして回転する回転機構系と、前記ウェーハのエッジに光を照射する投光部とその光を受光する受光部とを有する光学式センサで構成され、前記ウェーハのエッジを監視・検出する検出系と、前記検出系で得られた受光量に応じて前記ウェーハの向きと偏心を補正する信号を出力する制御系とを備えたウェーハアライメント装置において、前記投光部と前記受光部との間に、前記光の拡散を抑制するためのスリットを設けたものである。また、本発明に係るウェーハ搬送装置は、上記のウェーハアライメント装置を用いたものである。

本発明によれば、ウェーハからの反射光による影響を除去し、ウェーハのエッジを高精度で検出することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態のウェーハアライメント装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、ウェーハプリアライメント装置は、ウェーハ１０１をチャッキングし回転させる回転機構系１０２と、光学式センサで構成されウェーハ１０１のエッジを監視・検出する検出系１０３と、検出系１０３で得られた信号を演算して、補正動作指令（信号）を回転機構系１０２に送信する制御系１０４とを備える。

ウェーハ１０１は基本的には薄円板であり、ウェーハ１０１のエッジには位置合わせ用のノッチ或いはオリエンテーションフラット（オリフラ）が形成されている。また、ウェーハ１０１の表面は鏡面仕上げ加工され、ウェーハ１０１のエッジ１０１ａはラウンド加工されている。

ウェーハチャック（図示せず）にチャッキングされたウェーハ１０１は、回転機構系１０２の駆動によって回転する。ウェーハ１０１の回転中、検出系１０３において、ウェーハ１０１のエッジ１０１ａを連続観測する。検出系１０３で検出された検出データはアナログ出力で制御系１０４に出力される。制御系１０４は、検出データからウェーハ１０１の偏心量と向きを演算する。演算結果から補正動作指令を回転機構系１０２に伝え、ウェーハ１０１の向きと偏心を補正する。

図２〜図４は、検出系（光学センサ）１０３の構成を示す図であり、図２はウェーハ接線方向（図中、Ｙ方向）からみた側面図、図３は上方斜視図、図４はウェーハ法線方向（図中、Ｘ方向）からみた側面図である。

図２及び図３に示すように、光学式センサ１２１は、ウェーハエッジ１０１ａに光（検出光２０２）を出射する投光部２０１と、投光部２０１から出射されウェーハエッジ１０１ａを通った検出光２０２を受光する受光部２０５と、投光部２０１と受光部２０５との間に、検出光２０２の拡散を抑制するためのスリット２０３ａ，２０６ａが形成されたスリット板２０３，２０６とを備える。光学式センサは、投光部２０１から発光され受光部２０５で受光した光の受光量を制御系１０４にアナログ出力する。

本実施形態では、スリット板は、投光部２０１とウェーハエッジ１０１ａとの間に配置される第１のスリット板２０３と、ウェーハエッジ１０１ａと受光部２０５との間に配置される第２のスリット板２０６で構成される。スリット板２０３，２０６は、例えば、ＳＵＳ等で形成された厚さ１ｍｍ程度の金属板で構成され、ウェーハ１０１の法線方向（Ｘ方向）に長尺な長方形状のスリット２０３ａ，２０６ａを有する。スリット２０３ａ，２０６ａのサイズは、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍとする。なお、投光部２０１から出射されるビーム２０２のサイズは、ウェーハエッジ１０１ａ付近において、ウェーハ接線方向（Ｙ方向）の長さ１０ｍｍ、ウェーハ法線方向（Ｘ方向）の長さ３０ｍｍ程度としている。

スリット２０３ａ，２０６ａの形状は長方形に限定されるものではなく、少なくとも検出光２０２の反射光（散乱光）２０４をカットできる形状であればよい。スリット２０３ａ，２０６ａのサイズは、投光部２０１とウェーハ１０１間の距離、ウェーハ１０１と受光部２０５間の距離、投光部２０１から出射される検出光２０２のビーム径等によって適宜選択される。

図４に示すように、本実施形態では、投光部２０１及び検出部２０５は、投光部２０１から出射される検出光２０２の光軸がウェーハ１０１に対して斜めになるように配置される。具体的には、投光部２０１の出射面、受光部２０５の受光面、第１のスリット板２０３及び第２のスリット板２０６が互いに平行で、かつ、ウェーハ１０１に対して斜めになるよう検出系が構成される。ただし、図２に示したように、ウェーハの法線方向（Ｘ方向）においては、検出光２０２の光軸とウェーハ１０１とは垂直であり、図４に示すように、ウェーハの接線方向（Ｙ方向）において、検出光２０２の光軸とウェーハ１０１とが斜めになる。傾きの角度は０°より大きく１０°以下とするのがよい。本実施形態、光学系の傾きは、３°とした。

本実施形態の作用を説明する。

光学式センサの投光部２０１から発光された検出光２０２は拡散し、ウェーハ１０１のエッジ１０１ａの近傍のみならず広範囲を照射する。本実施形態では、投光部２０１の近傍にスリット板２０３を設けることにより、投光部２０１から出射され拡散した（ビーム径が拡がった）光を遮断させることができる。すなわち、検出光２０２の拡散を抑え、検出光直進性を高めることができる。

ただし、検出光２０２は、ウェーハ１０１のエッジ１０１ａに照射されるが、ウェーハ１０１の表面は鏡面に施されており、かつそのエッジ１０１ａにはラウンド加工が施されている為、反射してしまう。その反射光２０４が光学式センサ受光部２０５に入ると、受光量に変化が生じ、受光部２０５はノイズ成分を含んで出力してしまう。本実施形態では、さらに受光部２０５にスリット２０６板を設けることにより、反射光２０４を遮断することができる。従って、所望の検出範囲（ウェーハエッジ１０１ａ近傍）に照射した光だけが、受光部２０５に到達する。

さらに、本実施形態のウェーハアライメント装置は、光学式センサがウェーハ１０１に対して傾いた構成としたことにより、第１のスリット２０３ａを通った検出光２０２はウェーハエッジ１０１ａ近傍において、ウェーハ１０１に対して入射角度をもって照射される。ウェーハ１０１での反射光４０２は投光部２０１には戻らず、第２のスリット２０６ａを透過した光のみ受光部２０５で受光される。

ここで、スリットの有無及び光学式センサの傾きの有無による検出光特性を比較する。

図５（ａ）は、スリット板を有さない従来のウェーハアライメント装置の検出光特性、図５（ｂ）はスリット２０３ａ，２０６ａを有するウェーハアライメント装置の検出光特性、図５（ｃ）は、スリット２０３ａ，２０６ａを有し、光学センサの傾きが３°である本実施形態のウェーハアライメント装置の検出光特性である。図中、縦軸は受光部２０５で検出された検出光２０２から得られた検出データであり、横軸はウェーハエッジ１０１ａの位置（ウェーハ１０１の回転時間）を示す。
図５（ａ）に示すように、従来のウェーハアライメント装置は、ウェーハの表面及びエッジでの反射光によるノイズが大きい。これに対し、図５（ｂ）に示すように、スリット有り、光学系の傾きが０°のウェーハアライメント装置の検出光特性は、図５（ａ）の検出光特性に比べて、ノイズが低減されている。さらに、図５（ｃ）に示すように、スリットを設けると共に光学センサを傾かせた構成とした装置では、図５（ｂ）の装置よりもノイズを低減することができる。

以上、本実施形態のウェーハアライメント装置は、ウェーハ１０１の反射光に起因するノイズを除去することで、正確な検出光特性を得ることができ、ウェーハ１０１のノッチ位置や偏心度を高精度で検出することができる。

次に、本実施形態アライメント装置を備えたウェーハ搬送装置（ミニエンバイロメント装置）について説明する。

図６は、ウェーハ搬送装置の構成を示す概略図である。図６に示すように、ウェーハ搬送装置は、筐体６００と、ウェーハ１０１を納めた容器６０１（カセット、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod））を設置するロードポート部６０２と、ノッチ位置合わせ等を目的としたプリアライメント装置６０３と、ウェーハ１０１の搬送先である半導体の製造装置または検査装置に接続される装置接続部６０４と、容器６０１、プリアライメント装置６０３及び装置接続部６０４間でウェーハ１０１を搬送する搬送ロボット６０５を備える。搬送装置はＦＦＵ（Fun Filter Unit）等を備えることにより、容器６０１や筐体６００内をクリーンな環境に維持する。プリアライメント装置６０３は、図１のウェーハアライメント装置である。ロードポート部６０２には少なくとも１台以上（図では４台）の容器６０１が設置され、設置数は使用環境によって適宜決定される。

ウェーハ１０１の搬送については、まずロードポート部６０２に設置された容器６０１から、搬送ロボット６０５がウェーハ１０１を取得する。取得したウェーハ１０１は、プリアライメント装置６０３に搬送され、上述したようにウェーハ１０１の位置合わせを実施し、搬送ロボット６０５によって装置接続部６０４に運ばれ、装置接続部６０４の開口部６０７から半導体装置内へ搬送される。半導体装置から戻されたウェーハ１０１は、装置接続部６０４で搬送ロボット６０５によって取り出され、ロードポート部６０２の容器６０１内に搬送される。半導体装置からロードポート部６０２にウェーハ１０１を戻す途中に、プリアライメント装置６０３を経由して、ノッチ位置を合わせてから容器に収納することもできる。

このように、ウェーハ搬送装置は、プリアライメント装置６０３でノッチ位置を合わせた状態でウェーハ１０１を搬送することができる。本実施形態のウェーハ搬送装置は、上述のプリアライメント装置６０３を用いたことにより、ウェーハ１０１のノッチ位置や偏心度を高精度に検出することができるので、ウェーハ１０１の位置合わせを高精度に行い、搬送することができる。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。

本発明の一実施形態のウェーハアライメント装置を示す概略構成図である。 図１の検出系の構成を示し、ウェーハ接線方向から見た側面図である。 図１の検出系の構成を示す斜視図である。 図１の検出系の構成を示し、ウェーハ法線方向から見た側面図である。 （ａ）は従来のウェーハアライメント装置の検出光特性（スリット無し，傾き０°）であり、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明に係るアライメント装置の検出光特性であり、（ｂ）は検出系の傾きが０°の検出光特性、（ｃ）は検出系の傾きが３°の装置の検出光特性である。 ウェーハ搬送装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１０１ ウェーハ
１０１ａ ウェーハエッジ
１０２ 回転機構系
１０３ 検出系
１０４ 制御系
２０１ 投光部
２０３ 第１のスリット
２０５ 受光部
２０６ 第２のスリット
６０３ プリアライメント装置

Claims (6)

1. ウェーハをチャッキングして回転する回転機構系と、
   前記ウェーハのエッジに光を照射する投光部とその光を受光する受光部とを有する光学式センサで構成され、前記ウェーハのエッジを監視・検出する検出系と、
   前記検出系で得られた受光量に応じて前記ウェーハの向きと偏心を補正する信号を出力する制御系とを備えたウェーハアライメント装置において、
   前記投光部と前記受光部との間に、前記光の拡散を抑制するためのスリットを設けたことを特徴とするウェーハアライメント装置。
2. 請求項１記載のウェーハアライメント装置において、前記スリットは、前記投光部と前記ウェーハエッジとの間に配置されるウェーハアライメント装置。
3. 請求項１記載のウェーハアライメント装置において、前記スリットは、前記受光部と前記ウェーハエッジとの間に配置されるウェーハアライメント装置。
4. 請求項１記載のウェーハアライメント装置において、前記スリットは、前記投光部と前記ウェーハエッジとの間に配置される第１のスリットと、前記ウェーハエッジと前記受光部との間に配置される第２のスリットで構成されるウェーハアライメント装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載のウェーハアライメント装置において、前記光学式センサは、前記光の光軸が前記ウェーハに対して傾いて配置されるウェーハアライメント装置。
6. ウェーハを収納する容器と、ウェーハの位置合わせを行うウェーハアライメント装置と、ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットとを備えたウェーハ搬送装置において、請求項１乃至５のいずれか１項記載のウェーハアライメント装置を用いたことを特徴とするウェーハ搬送装置。

Images