JP2010135401A - ウェハ位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送ロボットによるウェハの搬入および搬出に支障を来たすことなく、薄くて大きいウェハの位置合わせを適正に行うことが可能なウェハ位置合わせ装置を提供する。
【解決手段】アライナ装置１０は、第１のベルヌーイチャック１２、第２のベルヌーイチャック１４、昇降機構６２、および回転機構６４を少なくとも備える。第１のベルヌーイチャック１２は、円板状を呈する。第２のベルヌーイチャック１４は、第１のベルヌーイチャック１２を収容可能な中空部を有する環状板状を呈する。昇降機構６２は、第２のベルヌーイチャック１４に対して第１のベルヌーイチャック１２を昇降させるように構成される。回転機構６４は、第１のベルヌーイチャック１２と第２のベルヌーイチャック１４とを同一方向に同一速度で回転させることが可能に構成される。
【選択図】図５

Description

この発明は、ウェハを回転させてオリエンテーションフラットおよびノッチを含むマークを検出し、ウェハの位置合わせを行うように構成されたアライナ装置等のウェハ位置合わせ装置に関する。

ウェハの面方位が変わるとその微視的な性質が変化するため、半導体製造工程では、通常、ウェハの方向や位置を揃える作業が行われている。このような作業は、通常、アライナ装置等のウェハ位置合わせ装置によって実行される。ウェハ位置合わせ装置では、ウェハを回転させてオリエンテーションフラットおよびノッチを含むマークが検出され、検出されたマークに基づいてウェハのＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向の位置合わせが実行されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−９１７７０号公報

近年、ウェハが薄型化および大型化している。例えば、直径３００ｍｍ程度で、かつ、厚みが約５０μｍという薄くて大きいウェハが頻繁に用いられるようになっている。

このような薄くて大きいウェハの位置合わせを行う際に、アライメント面を構成するチャックが小さいとウェハの端部が垂れ下がり、正確にウェハの位置合わせを行うことが困難になる。

その一方で、アライメント面を構成するチャックが大型化すると、搬送ロボットがウェハをウェハ位置合わせ装置に対して搬入および搬出しにくくなるという不都合がある。例えば、ウェハを下から支持するハンドを有する搬送ロボットの場合、チャックとハンドとが物理的に干渉することにより搬送ロボットがウェハ位置合わせ装置にアクセスすることが困難になる。このため、搬送ロボットにおいてウェハを上から支持する構成を採用することを余儀なくされる等の制限を受けることになる。

この発明の目的は、搬送ロボットによるウェハの搬入および搬出に支障を来たすことなく、薄くて大きいウェハの位置合わせを適正に行うことが可能なウェハ位置合わせ装置を提供することである。

この発明に係るウェハ位置合わせ装置は、ウェハを回転させてオリエンテーションフラットおよびノッチを含むマークを検出し、ウェハの位置合わせを行うように構成される。このウェハ位置合わせ装置は、第１のベルヌーイチャック、第２のベルヌーイチャック、昇降機構、および回転機構を少なくとも備える。

第１のベルヌーイチャックは、円板状を呈する。第２のベルヌーイチャックは、第１のベルヌーイチャックを収容可能な中空部を有する環状板状を呈する。昇降機構は、第２のベルヌーイチャックに対して第１のベルヌーイチャックを昇降させるように構成される。この昇降機構は、第１のベルヌーイチャックが第２のベルヌーイチャックと同一平面上に配置される第１の位置、および、第１の位置より上方であって第１のベルヌーイチャックに対するウェハの受け渡しが可能な第２の位置の間で第１のベルヌーイチャックを昇降させる。

回転機構は、第１のベルヌーイチャックと第２のベルヌーイチャックとを同一方向に同一速度で回転させることが可能に構成される。回転機構の例として、第１のベルヌーイチャックに固定された第１のスピンドルと、第２のベルヌーイチャックに固定された、第１のスピンドルが挿通可能な中空部を有する筒状の第２のスピンドルとを少なくとも有し、第１のスピンドルおよび第２のスピンドルにそれぞれスプライン構造を設けた構成が挙げられる。

この構成においては、第１のベルヌーイチャックとその周りに配置された第２のベルヌーイチャックとからなる２重構造が採用されている。このため、第１のベルヌーイチャックおよび第２のベルヌーイチャックが一体となって１つ大きなアライメント面を構成することが可能になる。このため、直径３００ミリ程度の大型のウェハを真っ直ぐな状態で安定して保持することが可能になる。

また、搬送ロボットに対するワークの受け渡しが実行される場合には、第２のベルヌーイチャックよりも上方に第１のベルヌーイチャックのみを上昇させることが可能になるため、アライメント面が大型化したことによって搬送ロボットに対するワークの受け渡しに支障を来たすことが防止される。

この発明によれば、アライナ装置等のウェハ位置合わせ装置において、搬送ロボットによるウェハの搬入および搬出に支障を来たすことなく、薄くて大きいウェハの位置合わせを適正に行うことが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係るアライナ装置１０の概略を示す斜視図である。アライナ装置１０は、ウェハ１００を回転させてオリエンテーションフラットまたはノッチを検出し、ウェハ１００のＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向の位置合わせを行うように構成されている。

アライナ装置１０は、内部に制御基板や駆動機構を備えるハウジング２０、ハウジング２０の上に設けられた台座部２２、台座部２２の上に設けられた第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４、および台座部２２の近傍に配置されたセンサ部１６を備えている。

第１のベルヌーイチャック１２は、図２に示すように、円板状を呈している。第１のベルヌーイチャック１２は、複数のコンタクト部３０および複数のベルヌーイ吐出口１２２を備える。各コンタクト部３０は、シリコンゴム等の樹脂で構成されており、ウェハ１００を下から支持する。各コンタクト部３０は、ウェハ１００との間に摩擦を発生させ、ウェハ１００の落下を防止する機能を有する。

第１のベルヌーイチャック１２の周囲には、環状板状を呈する第２のベルヌーイチャック１４が配置される。第２のベルヌーイチャック１４は、第１のベルヌーイチャック１２が収容可能な中空部を有している。この実施形態では、第２のベルヌーイチャック１４の中空部に第１のベルヌーイチャック１２がぴったりとおさまることによって、第１のベルヌーイチャック１２と第２のベルヌーイチャック１４との間に大きな隙間が形成されないようにされている。第２のベルヌーイチャック１４も、第１のベルヌーイチャック１２と同様に、複数のコンタクト部３０および複数のベルヌーイ吐出口１４２を備える。第２のベルヌーイチャック１４に設けられる各コンタクト部３０の構成は、第１のベルヌーイチャック１４に設けられる各コンタクト部３０と同一である。

ベルヌーイ吐出口１２２およびベルヌーイ吐出口１４２は、ウェハ１００に向けてエアを吐出し、ベルヌーイ効果による負圧発生作用およびクッション効果による正圧発生作用（以下単に「ベルヌーイ効果」という。）により、ウェハ１００が複数のコンタクト部３０を介して第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４に近接配置されるようにする。

センサ部１６は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４上にウェハ１００が存在するか否かを検出するウェハ有無検出センサ１６４、およびウェハ１００におけるノッチおよびオリフラ等のマークを検出するマーク検出センサ１６２を備える。マーク検出センサ１６２は、発光素子と受光素子とこれらの素子を支持する支持部を備えている。発光素子は、例えば発光ダイオードで構成し、レーザ光を発生させる。発光素子の前方側面には、図示しないフードが取り付けられており、発光素子の前方以外の方向への光の放射を遮断する。発光素子は、ウェハ１００が回転したときにマークへ向けて光を照射する。受光素子は、フォトダイオード等で構成し、発光素子の光を受光できる位置に配置する。ウェハ１００が回転してノッチおよびオリフラ等のマークの位置に来たときにウェハ１００が光を通すため、ウェハ１００におけるマークの位置が検出される。

図４は、アライナ装置１０の概略を示すブロック図である。同図に示すように、アライナ装置１０は、ＣＰＵ５０を備えており、このＣＰＵ５０に、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、第１のエア供給部５８、第２のエア供給部６０、昇降機構６２、センサ部１６、回転機構６４、インタフェース部６６、操作部６８、表示部７０、および電流駆動部７２が接続されている。

ＲＯＭ５２は、アライナ装置１０の動作に必要な複数のプログラムを格納する。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵで計算した結果を一時記憶するように構成される。第１のエア供給部５８は、外部のエアポンプまたは工場内のエア吐出口から供給されるエアを、第１のベルヌーイチャック１２に選択的に供給するように構成される。第２のエア供給部６０は、外部のエアポンプまたは工場内のエア吐出口から供給されるエアを、第２のベルヌーイチャック１４に選択的に供給するように構成される。

昇降機構６２は、第２のベルヌーイチャック１４に対して第１のベルヌーイチャック１２を昇降させるように構成される。回転機構６４は、第１のベルヌーイチャック１２と第２のベルヌーイチャック１４とを同一方向に同一速度で回転させるように構成される。インタフェース部６６は、アライナ装置１０と外部装置との間の通信を可能にする機能を有する。操作部６８は、各種の動作の操作入力を受け付けるように構成される。表示部７０は、オペレータに対してアライナ装置１０の動作状況を提示するように構成される。電流駆動部７２は、昇降機構６２および回転機構６４等に供給する電流を駆動するように構成される。

続いて、図５（Ａ）および図５（Ｂ）を用いて、昇降機構６２および回転機構６４の構成を説明する。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、第１のベルヌーイチャック１２は、第１のスピンドル１２６に固定される一方で、第２のベルヌーイチャック１４は、第２のスピンドル１４６に固定されている。第２のスピンドル１４６は第１のスピンドル１２６が嵌りこむ中空部を有する筒状を呈している。第１のスピンドル１２６の外周面および第２のスピンドル１４６の内周面にはそれぞれ、タテ溝状の互いに係合可能な凹凸部（スプライン構造）が採用されている。このため、第１のスピンドル１２６が第２のスピンドル１４６に対して軸方向にスライド可能となり、かつ、第１のスピンドル１２６および第２のスピンドル１４６が一体的に回転可能となる。

ここで、昇降機構６２は、第１のスピンドル１２６を昇降させるためのモータと、このモータの回転力を第１のスピンドル１２６を昇降させる力に変換するプーリおよびベルト等で構成される動力伝達機構と、を少なくとも備えている。この実施形態では、昇降機構６２は、第１のベルヌーイチャック１２が第２のベルヌーイチャック１４と同一平面上に配置される第１の位置（図５の矢印１０４参照。）、および、第１の位置より上方であって第１のベルヌーイチャック１２に対するウェハの受け渡しが可能な第２の位置（図５の矢印１０２参照。）の間で第１のベルヌーイチャック１２を昇降させる。

また、回転機構６４は、モータ６４２、プーリ６４４、ベルト６４６、およびプーリ６４８を少なくとも備えている。モータ６４２の回転力は、プーリ６４４およびベルト６４６を介してプーリ６４８まで伝達される。プーリ６４８は、第２のスピンドル１４６に固定されているため、モータ６４２の回転力が第２のスピンドル１４６まで伝達し、かつ、第２のスピンドル１４６からスプライン構造を介して第１のスピンドル１２６まで伝達する。このように、回転機構６４によって、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４が同一方向に同一速度で回転する。

なお、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４に対してエアを供給するため、外部のエアポンプまたは工場内のエア吐出口から配管を引き回す必要がある。その引き回し方法の一例として、自在継ぎ手（回転継ぎ手）を有する配管を用いることが挙げられる。第１のベルヌーイチャック１２に対しては、第１のエア供給部５８から第１の配管１２４を介してエアが供給される。また、第２のベルヌーイチャック１４に対しては、第２のエア供給部６０から第２の配管１４４を介してエアが供給される。このように、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４に対して別個の経路を経てエアの供給がされるため、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４に対するエア供給をそれぞれ独立して制御することが可能となっている。

上述の構成において、ＣＰＵ５０は、搬送ロボットからウェハ１００を受け取る際に、昇降機構６２を介して第１のベルヌーイチャック１２を第２の位置まで上昇させる。搬送ロボットからのウェハを受け取ると、ＣＰＵ５０は、第１のエア供給部５８を介して第１のベルヌーイチャック１２にエアを供給し、第１のベルヌーイチャック１２にウェハ１００を保持させる。

続いて、ＣＰＵ５０は、昇降機構６２を介して第１のベルヌーイチャック１２を第１の位置まで下降させる。この結果、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４が同一平面上に配置されることとなり、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４によって１つの大きなアライメント面が構成される。なお、直径３００ｍｍ程度で、かつ、厚みが約５０μｍという薄くて大きいウェハ１００を適正に保持するためには、アライメント面からはみ出すウェハ１００の端部の長さが１０ミリ以内であることが好ましい。このため、この実施形態では、ウェハ１００の端部が１０ミリを超えてアライメント面からはみ出すことがないように第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４のサイズを設定している。

第１のベルヌーイチャック１２が第１の位置まで下降すると、ＣＰＵ５０は、第２のエア供給部６０を介して第２のベルヌーイチャック１４にエアを供給し、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４の両方によってウェハ１００を保持させる。

続いて、ＣＰＵ５０は、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４を同時に同一方向に同一速度で移動および回転させ、ウェハ１００のＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置合わせを行う。

ウェハ１００の位置合わせが終了すると、ＣＰＵ５０は、第２のエア供給部６０による第２のベルヌーイチャック１４に対するエア供給を停止させ、その後、昇降機構６２を介して第１のベルヌーイチャック１２を第２の位置まで上昇させる。

第１のベルヌーイチャック１２が第２の位置まで上昇すると、搬送ロボットがウェハ１００を受け取りに来るため、第１のエア供給部５８による第１のベルヌーイチャック１２に対するエア供給を停止させる。

以上のように、この実施形態によれば、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４が一体となって大きなアライメント面を構成するため、直径３００ｍｍ程度のウェハ１００の略全域を下から支持することが可能となり、その結果、ウェハ１００に撓みや歪みが発生することを防止できる。

さらに、搬送ロボットがアライナ装置１０に対してウェハ１００の搬入および搬出を行う際には、比較的径が小さい第１のベルヌーイチャック１２のみが上昇してウェハ１００の受け取りおよび受け渡しを行うため、搬送ロボットのハンドがアライナ装置１０に各部と物理的に干渉しにくくなる。このため、搬送ロボットがアライナ装置１０に容易にアクセスすることが可能となる。この結果、アライナ装置１０にて大きなアライメント面を設けているにも関わらず、第１のベルヌーイチャック１２および第２のベルヌーイチャック１４の存在によって、搬送ロボットによるウェハの搬入および搬出に支障を来たすことない。

上述の実施形態では、ウェハ１００を受け取ると第１のベルヌーイチャック１２が必ず第１の位置まで下降するように構成しているが、この構成には限定されない。例えば、所定サイズよりも大きいウェハ１００を受け取った場合には第１のベルヌーイチャック１２を第１の位置まで下降させる一方で、所定サイズよりも小さいウェハ１００を受け取った場合には第１のベルヌーイチャック１２を第２の位置に維持した状態で、ウェハ１００のＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置合わせを行うようにしても良い。この構成を採用する場合には、センサ部１６を昇降自在かつ水平方向に移動自在に構成し、第２の位置にて第１のベルヌーイチャック１２に保持されたウェハ１００の位置を検出できるように構成すると良い。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態に係るアライナ装置の概略を示す斜視図である。 アライナ装置の概略を示す平面図である。 アライナ装置の概略を示す側面図である。 アライナ装置の概略を示すブロック図である。 アライナ装置における昇降機構および回転機構の概略を示す図である。

符号の説明

１０−アライナ装置
１２−第１のベルヌーイチャック
１４−第２のベルヌーイチャック
１６−センサ部
６２−昇降機構
６４−回転機構
１２４−第１の配管
１２６−第１のスピンドル
１４４−第２の配管
１４６−第２のスピンドル

Claims (3)

1. ウェハを回転させてオリエンテーションフラットおよびノッチを含むマークを検出し、ウェハの位置合わせを行うように構成されたウェハ位置合わせ装置であって、
   円板状を呈する第１のベルヌーイチャックと、
   前記第１のベルヌーイチャックを収容可能な中空部を有する環状板状を呈する第２のベルヌーイチャックと、
   前記第２のベルヌーイチャックに対して前記第１のベルヌーイチャックを昇降させるように構成された昇降機構であって、前記第１のベルヌーイチャックが前記第２のベルヌーイチャックと同一平面上に配置される第１の位置、および、前記第１の位置より上方であって前記第１のベルヌーイチャックに対するウェハの受け渡しが可能な第２の位置の間で前記第１のベルヌーイチャックを昇降させる昇降機構と、
   前記第１のベルヌーイチャックと前記第２のベルヌーイチャックとを同一方向に同一速度で回転させることが可能な回転機構と、
   を備えたウェハ位置合わせ装置。
2. 前記回転機構は、前記第１のベルヌーイチャックに固定された第１のスピンドルと、前記第２のベルヌーイチャックに固定された、第１のスピンドルが挿通可能な中空部を有する筒状の第２のスピンドルとを少なくとも有しており、
   前記第１のスピンドルの外周面と前記第２のスピンドルの内周面とがスプライン構造となっている請求項１に記載のウェハ位置合わせ装置。
3. 前記第１のベルヌーイチャックにエアを供給する第１のエア供給部と、前記第２のベルヌーイチャックにエアを供給する第２のエア供給部とをさらに備え、
   前記第１のエア供給部および前記第２のエア供給部が互いに独立して制御されるように構成される請求項１または２に記載のウェハ位置合わせ装置。

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