JP2010165706A - ウェハのアライメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ裏面のパーティクル付着が極めて少なく、アライメント時間が短いプリアライナを提供することを目的とする。
【解決手段】ウェハを保持して旋回させる機構が、ウェハが載置されるパッド５と、前記ウェハの側面を把持可能なクランプ１４と、パッド５とクランプ１４の両方を支持して回転する旋回ベース２と、を備え、クランプ１４が、パッド５に載置されたウェハに対して、上昇位置でウェハの側面を把持し、下降位置でウェハの裏面よりも低い位置に移動するよう、旋回ベース２に対して昇降自在に支持されるよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体の製造装置や検査装置に使用され、ウェハのセンタリングやノッチ等の角度合わせを行うアライメント装置に関するものである。

半導体製造工程においては、ウェハと呼ばれるシリコンの単結晶などの半導体基板上に、微細な電子回路をいくつもの製造ステップを経ながら形成していくため、オリエンテーションの目印としてノッチ（もしくはオリエンテーションフラット）が設けてある。これは、ウェハ外周の一部に僅かな切り欠きを設けているものであり、その具体的な形状や寸法は半導体業界の世界標準の規格であるＳＥＭＩ規格により規定されている。
ここで、半導体製造装置もしくは検査装置（以下、まとめて製造装置と呼ぶ）において、ウェハを処理（ロード）する場合を考える。本ロードを行う前に処理された製造装置の都合や、装置間の輸送などにより、ウェハのノッチ位置は、任意の位置になっている状態で製造装置にロードされる。したがって、製造装置にて装置内の処理を進めるにあたってはノッチ位置を所定の位置に合わせる（アライメントする）必要があり、その位置あわせを行う装置をプリアライナもしくは単にアライナと呼んでいる。プリアライナは、ウェハ搬送ロボットの近傍に配置され、製造装置においてウェハ搬送装置として利用され、ウェハ搬送ロボットが搬送してきたウェハに対して少なくともノッチ位置を所定の位置に合わせる。

一般的に、プリアライナは、少なくとも旋回機構部分とノッチ検出部分と演算部からなっており、ウェハを旋回させることにより、ノッチ検出部がノッチを検出し、旋回機構部の位置情報とノッチ検出の情報とから、あらかじめ指定された所定の位置にノッチを旋回させるようになっている。
プリアライナでウェハを旋回させるためには、ウェハをプリアライナの旋回部分に対して固定（把持）する必要があり、その固定する方式の違いにより、プリアライナのタイプがいくつかある。

従来から広く用いられる固定方法として、真空吸着方式がある。旋回中心部分にウェハを固定するためのパッドがあり、パッドには溝状の真空流路が形成されており、アライメント中は、真空流路を真空状態に保持することでパッド上のウェハは大気圧が印加され固定されるものである。なお、アライメント後は、パッドの真空流路を大気状態にすることで、ウェハの固定は開放され、ウェハ搬送ロボットがウェハを取り去ることができる。このときウェハ搬送ロボットがウェハの中心位置を合わせるように取り去るか、あるいはウェハ搬送ロボットのエンドエフェクタがウェハの中心位置を補正する。
ところが、真空吸着式のプリアライナは、ウェハを真空経路を形成したパッドにて吸着するため、比較的広い範囲がウェハと接触しており、ウェハ裏面のパーティクル汚染が多いなどの問題があった。また、大気開放時の流入エアがプリアライナ内部に収納されている真空機器を通過することで、油分などを含んだエアにより、ウェハ裏面にパーティクルが付着するなども問題もあった。さらに、ノッチを検出して所定の位置にアライメントした後のウェハに、大気開放時にエアが瞬時に突入することでウェハが僅かに動き、アライメント精度が悪くなるなどの問題もあった。

そこで、これらの問題点を鑑みて、最近ではウェハの外周部分を機械的に挟み込んで固定するエッジグリップ方式のプリアライナがある（例えば特許文献１）。この方式は、ウェハの外周に設けられたグリップ用の複数の把持部をウェハ中心方向に動かしウェハを挟み込む要領でウェハを固定するものである。
このタイプのプリアライナの具体的な動きとしては、先述のようにウェハのノッチはプリアライナの任意の位置に置かれる。そして、把持部が動きウェハを固定した後、旋回動作を行い外部に設けたノッチ検出センサでノッチを検出して所定の位置にさらに旋回してアライメントを完了する。ところが、アライメント後はウェハの把持部は任意の位置であるためアライメント後のウェハをロボットが受け取るためには、グリップ把持部が機械的に干渉する可能性がありアクセスすることができない。そこで、ウェハの下方に設けられたリフト機構によりアライメント後のウェハを一旦持ち上げて、把持部をロボットがアクセスできる位置である待機位置に退避させた後、リフタ機構によりウェハを下降させて、一連のアライメント動作が完了する。
エッジグリップ方式のプリアライナは、ウェハ裏面のパーティクル付着の問題を鑑みており、ウェハ裏面に接触部を設けない観点で考えられているので、把持部だけでなく、ウェハ昇降時のリフト機構のウェハ接触部もウェハエッジ部（外周部分であり、一般的に外周の縁より１〜２ｍｍ以内）となっており、把持部とリフト機構の接触部もウェハの同じ領域であることから、ノッチ位置やアライメント位置によって、リフト昇降動作をさせる場合に昇降動作領域内に把持部があり、機械的な干渉から動作できない場合がある。この場合は、ノッチ位置、アライメント後の把持部の位置は事前に演算にて干渉領域内であることが算出できるため、事前に回避動作を行うことになる。具体的には、ウェハのノッチ位置検出後アライメント位置まで動作する途中で、一旦停止し、リフト機構にてウェハを昇降させて、ノッチ位置と把持部の位置関係をアライメント後に干渉しないような位置関係となるように把持部のみを旋回させて、一連のアライメント動作を行う。
また、先述のように、ノッチが任意の位置でプリアライナに置かれるため、ノッチに把持部がきてしまう場合もある。この場合は、把持部がノッチ部を覆い隠すためノッチ検出センサは、ノッチを見つけることができない。ウェハを一周旋回させてノッチが未検出の場合は、リフト部にてウェハを昇降させて、その間にノッチ位置と把持部の位置関係を変えるために特定の角度だけ把持部分のみを旋回して、再び一連のアライメント動作を行うようにする。

特開２００３−１００８５０号公報

真空吸着方式のプリアライナは、先述のようにウェハを吸着固定するため、ウェハ裏面のパーティクルが多いという課題がある。
一方エッジグリップ方式のプリアライナは、把持部を待機位置に待避させるためウェハの昇降動作が必要となり、その動作時間が必要なことから、一連のアライメントの完了までの動作に時間がかかるという課題がある。特にリフト機構との干渉回避動作がある場合や、把持部がノッチ部にきた場合などは、一連のアライメント時間に対して、さらに余計な時間がかかることになり、半導体製造装置や検査装置のスループットを大幅に低下させる課題があった。また、一連の動作の中で、アライメント後のウェハをリフタで昇降させるため、その昇降動作によりウェハが僅かながら動くことで、アライメント精度が悪くなるなどの課題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ウェハ裏面のパーティクル付着が極めて少なく、アライメント時間が短いプリアライナを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ウェハを保持して旋回させ、前記ウェハの周囲の形状を認識し、前記ウェハを任意の方向に回転させるとともに前記ウェハの中心位置を目的の位置に合わせるプリアライメント装置において、前記ウェハを保持して旋回させる機構が、前記ウェハが載置されるパッドと、前記ウェハの側面を把持可能なクランプと、前記パッドと前記クランプの両方を支持して回転する旋回ベースと、を備え、前記クランプが、前記パッドに載置された前記ウェハに対して、上昇位置で前記ウェハの側面を把持し、下降位置で前記ウェハの裏面よりも低い位置に移動するよう、前記旋回ベースに対して昇降自在に支持されたことを特徴としたプリアライメント装置とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記クランプは、リニアガイドを介して前記旋回ベースに昇降可能に支持された昇降ベースに対して複数設けられ、前記旋回ベースの回転中心の軸心に向かって動作可能に支持され、前記昇降ベースが上昇したときに前記軸心に向かって移動して前記パッドに載置された前記ウェハの側面を把持し、前記昇降ベースが下降したときに前記軸心から離れて前記パッドに載置された前記ウェハの裏面よりも低い位置に移動することを特徴とした請求項１記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記昇降ベースは、昇降駆動源に対してローラで上下から狭持されることによって昇降可能であって、かつ旋回可能に支持されたことを特徴とする請求項２記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記昇降駆動源はエアシリンダであることを特徴とする請求項３記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記クランプは、前記昇降ベースに固定されたクランプ駆動源によって前記軸心に向かって駆動されることを特徴とする請求項２記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記クランプ駆動源がエアシリンダであることを特徴とする請求項５記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記エアシリンダに接続される配管は、前記パッドを支持する旋回シャフト内に収容され、前記旋回ベースを通り、前記旋回ベースを回転させるプーリに接続されたロータリ継手に接続されることを特徴とした請求項６記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記クランプは、前記昇降ベースに対してバネ手段によって常に前記軸心に向かって移動するように構成され、前記旋回ベースに固定されたローラと接触することによって、前記昇降ベースが上昇したときに前記軸心に向かって移動し、前記昇降ベースが下降したときに前記軸心から離れるよう移動することを特徴とした請求項２記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記パッドが前記ウェハと接触する部分が、弾性体もしくは樹脂からなることを特徴とした請求項１記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項１０に記載の発明は、前記クランプが前記ウェハと接触する部分が、樹脂からなることを特徴とした請求項１記載のプリアライメント装置とするものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１記載のプリアライメント装置と、前記プリアライメント装置に前記ウェハを載置可能なウェハ搬送ロボットと、を備えたことを特徴とするウェハ搬送装置とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載のウェハ搬送装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置とするものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項１１記載のウェハ搬送装置を備えたことを特徴とする検査装置とするものである。

本発明によると、真空吸着によるウェハの把持ではないため、ウェハ裏面の接触が極めて少なく、ウェハ裏面のパーティクル汚染が極めて少なくなる効果がある。
さらに、ウェハの外周部を把持しているので、高速での旋回が可能な上、把持部はロボットアクセス時には干渉しない位置に退避するため大幅なアライメント時間の短縮が図れる。

本発明の第１の実施例を示す、プリアライナ装置の側面図 本発明の第２の実施例を示す、プリアライナ装置の側面図と上面図 本発明の第２の実施例を示す、グリップ機構部分のみを拡大した側面図で、ウェハを把持している状態の図 本発明の第２の実施例を示す、グリップ機構部分のみを拡大した側面図で、グリップ部が下降している状態の図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

本発明の構成を各図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示すプリアライナ装置の側面図である。図２は、本発明の第２の実施例を示すプリアライナ装置の側面図と上面図である。図３及び図４は、本発明の第２の実施例を示すプリアライナ装置の側面図の部分拡大図である。

図１において、１はプリアライナ本体ベースであり、２は旋回ベースであり、旋回ベース２は、ベアリング３に回転自在に支持されている。旋回ベース２の旋回中心軸上には、旋回シャフト４が固定され、その上端部には、ウェハを載置するためのパッド５がある。また、旋回シャフト４の一端には、プーリ６が固定されていて、タイミングベルト７を介して、モータ側プーリ８およびプリアライナ本体部１に固定されている旋回用サーボモータ９と接続している。さらに、旋回ベース２の上面には、数箇所に昇降軸リニアガイドレール１０Ａを取り付けたガイドベース１１が立設され、リニアガイドレール１０Ａに係合するスライダ１０Ｂを介して、円板状の形状をした昇降ベース１２が、旋回ベース２に対し、昇降動作自在に配設している。

昇降ベース１２の上面には、数箇所（３箇所ないしは４箇所）に、クランプ用リニアガイドレール１３Ａを、それぞれが旋回中心方向に向くように取り付けており、ガイドレール１３Ａに係合するスライダ１３Ｂを介してクランプアーム１４を立設している。
また、昇降ベース１２は、昇降ベース１２の外周を上下方向から挟み込んだローラ１５を介して、プリアライナ本体ベース１に固定してある昇降用シリンダ１６と回転自在に接続している。

プリアライナ本体ベース１には、ノッチ検出センサ１７が取り付いておりウェハのエッジ形状を検出することができる。ウェハを載置するためのパッド５には、ウェハ載置時にウェハを支持するためのラバーピン１８を数箇所（３箇所ないしは４箇所）に設けており、旋回時においては、ウェハはラバーピン１８の摩擦力により保持される。ラバーピン１８は、弾性体もしくは樹脂からなる。

実施例１においては、昇降ベース１２上に立設した、クランプアーム１４の内側にシリンダベース１９を立設し、シリンダベース１９に配設置したシリンダ２０のロッド部をクランプアーム１４と接続させている。これにより、シリンダ２０の押引動作により、クランプアーム１４は、旋回中心部への直動動作ができる。クランプアーム１４の先端には、樹脂からなるクランプパッド２１が設けてあり、シリンダ２０の押引動作により、クランプパッド２１がウェハの端面をクランプ、アンクランプする機構となっている。
シリンダ２０は、単動型のシリンダとしており、シリンダに供給されるエアは、旋回シャフト１４の一部を中空構造とし、端部の旋回中心位置にロータリ継手２２を配設することで供給することができる。このような配管とすることで、旋回ベースは、配管により旋回範囲が限定されることなく、無制限に回転することができる。

実施例２においては、昇降ベース１２上のクランプアーム１４の内側にバネベース２３を立設し、バネベース２３とクランプアーム１４をバネ２４で接続している。
また、バネベース２３とクランプアーム１４の間に、ローラ２５があり、ローラ２５は、旋回ベース２に固定されている。クランプアーム１４は、ローラ２５に係合する溝２６が形成されており、バネ２４によりローラ２４と溝２６は、常に当接している。溝２４は、昇降用シリンダ１６の昇降動作に連動し、下降位置ではクランプアーム１４が外側に動き、上昇位置では内側に動くような溝形状を形成している。これにより昇降シリンダ１６の昇降動作によりクランプパッド２１がウェハをクランプする構成となっている。

次に動作について説明する。
図示していないウェハ搬送ロボットが、ウェハをパッド５に載置する。ロボットがプリアライナにアクセスする際は、クランプアーム１４は下降状態となっている。パッド５にウェハが載置されると、昇降シリンダ１６が上昇し、クランプパッド２１がウェハ側面に上昇する。
実施例１においては、昇降シリンダ１６が上昇後、シリンダ２０の引込動作によりクランプパッド２１は内側に動き、ウェハをクランプする。実施例２においては、昇降動作とともにクランプパッド２１は内側に動き、ウェハをクランプする。このときウェハの中心位置がプリアライナの旋回中心に合わせられる。
そして、旋回用サーボモータ９の駆動により、ウェハおよびパッド５およびクランプパッド２１とも旋回し、ノッチ検出センサ１７によりノッチを検出するとともに、モータ９の回転位置情報から、図示していないプリアライナ演算部によりノッチ位置を所定の向きに揃えることができる。この旋回の際、パッド５のラバーピン１８の摩擦力のほかにクランプパッド２１のクランプ力によりウェハは把持されているので、高速で回転することができる。また、この旋回の際、当然ながら、昇降ベース１２およびクランプアーム１４らは昇降軸リニアガイドレール１０Ａの規制と、ローラ１５の作用によって旋回が可能になっている。
ノッチ位置を所定の位置に移動すると、実施例１においては、シリンダ２０の押引動作によりクランプパッド２１は、外側に動きウェハのクランプを開放する。そして、昇降シリンダ１６が下降する。実施例２においては、昇降シリンダ１６の下降動作とともにクランプパッド２１は外側に動き、ウェハのクランプを開放する。
その後、図示していないウェハ搬送ロボットがパッド５からウェハを取り出す。ノッチ位置のアライメントにより、クランプアーム１４は、ウェハ搬送ロボットに対して任意の位置であるが、クランプアーム１４は下降しているので、本発明によればウェハ搬送ロボットのウェハ受け渡しに際しての機械的な干渉はない。

１ プリアライナ本体ベース
２ 旋回ベース
４ 旋回シャフト
５ パッド
９ 旋回用サーボモータ
１０Ａ 昇降軸リニアガイドレール
１０Ｂ スライダ
１２ 昇降ベース
１３Ａ クランプ用リニアガイドレール
１３Ｂ スライダ
１４ クランプアーム
１５ ローラ
１６ 昇降用シリンダ
１８ ラバーピン
１９ シリンダベース
２０ シリンダ
２１ クランプパッド
２２ ロータリ継ぎ手
２４ バネ
２５ ローラ

Claims (13)

1. ウェハを保持して旋回させ、前記ウェハの周囲の形状を認識し、前記ウェハを任意の方向に回転させるとともに前記ウェハの中心位置を目的の位置に合わせるプリアライメント装置において、
   前記ウェハを保持して旋回させる機構が、前記ウェハが載置されるパッドと、前記ウェハの側面を把持可能なクランプと、前記パッドと前記クランプの両方を支持して回転する旋回ベースと、を備え、
   前記クランプが、前記パッドに載置された前記ウェハに対して、上昇位置で前記ウェハの側面を把持し、下降位置で前記ウェハの裏面よりも低い位置に移動するよう、前記旋回ベースに対して昇降自在に支持されたことを特徴としたプリアライメント装置。
2. 前記クランプは、リニアガイドを介して前記旋回ベースに昇降可能に支持された昇降ベースに対して複数設けられ、前記旋回ベースの回転中心の軸心に向かって動作可能に支持され、前記昇降ベースが上昇したときに前記軸心に向かって移動して前記パッドに載置された前記ウェハの側面を把持し、前記昇降ベースが下降したときに前記軸心から離れて前記パッドに載置された前記ウェハの裏面よりも低い位置に移動することを特徴とした請求項１記載のプリアライメント装置。
3. 前記昇降ベースは、昇降駆動源に対してローラで上下から狭持されることによって昇降可能であって、かつ旋回可能に支持されたことを特徴とする請求項２記載のプリアライメント装置。
4. 前記昇降駆動源はエアシリンダであることを特徴とする請求項３記載のプリアライメント装置。
5. 前記クランプは、前記昇降ベースに固定されたクランプ駆動源によって前記軸心に向かって駆動されることを特徴とする請求項２記載のプリアライメント装置。
6. 前記クランプ駆動源がエアシリンダであることを特徴とする請求項５記載のプリアライメント装置。
7. 前記エアシリンダに接続される配管は、前記パッドを支持する旋回シャフト内に収容され、前記旋回ベースを通り、前記旋回ベースを回転させるプーリに接続されたロータリ継手に接続されることを特徴とした請求項６記載のプリアライメント装置。
8. 前記クランプは、前記昇降ベースに対してバネ手段によって常に前記軸心に向かって移動するように構成され、前記旋回ベースに固定されたローラと接触することによって、前記昇降ベースが上昇したときに前記軸心に向かって移動し、前記昇降ベースが下降したときに前記軸心から離れるよう移動することを特徴とした請求項２記載のプリアライメント装置。
9. 前記パッドが前記ウェハと接触する部分が、弾性体もしくは樹脂からなることを特徴とした請求項１記載のプリアライメント装置。
10. 前記クランプが前記ウェハと接触する部分が、樹脂からなることを特徴とした請求項１記載のプリアライメント装置。
11. 請求項１記載のプリアライメント装置と、前記プリアライメント装置に前記ウェハを載置可能なウェハ搬送ロボットと、を備えたことを特徴とするウェハ搬送装置。
12. 請求項１１記載のウェハ搬送装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
13. 請求項１１記載のウェハ搬送装置を備えたことを特徴とする検査装置。

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