JP2011003809A

JP2011003809A - 半導体ウエハのプリアライメント方法及びプリアライメント用プログラム

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Publication number: JP2011003809A
Application number: JP2009147059A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Ogino; 和仁荻野; Toshihiko Iijima; 俊彦飯島; Kaori Arai; 香織荒井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: KR20100136914A; US20100321052A1; JP5384219B2; US8319510B2; KR101300856B1

Abstract

【課題】プリアライメントに要する時間を短縮し、半導体ウエハの処理部への半導体ウエハの搬送時間を短縮することができる半導体ウエハのプリアライメント方法を提供する。
【解決手段】本発明のプリアライメント方法は、ウエハ搬送機構５を用いてカセットＣからプリアライメント機構６の回転体６Ａ上へ移載した半導体ウエハＷを回転させる第１の工程と、プリアライメント機構６の光学センサ６Ｃ及び制御装置３を用いて回転体６Ａの軸芯と半導体ウエハＷの中心との偏芯量を演算し、演算値を保存する第２の工程と、演算値が規定値を超える時には、ウエハ搬送機構５を用いて半導体ウエハＷの回転体６Ａ上での位置ズレを演算値の示す偏芯量だけ補正する第３の工程と、所定枚数以降の半導体ウエハＷをプリアライメントする時には、それまでに蓄積された各半導体ウエハＷの演算値に基づいて半導体ウエハＷの偏芯量を予測する第４の工程と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハの本来の処理に先立って行われる半導体ウエハのプリアライメント方法及びプリアライメント用プログラムに関するものである。

半導体ウエハの種々の処理工程では、半導体ウエハに本来の処理を施す前に、半導体ウエハを所定の向きに揃えるプリアライメントを行っている。

例えば、特許文献１には検査装置による半導体ウエハの電気的特性検査に先立って行われる従来のプリアライメント技術が記載されている。この種の検査装置は、半導体ウエハをロード、アンロードするローダ室と、半導体ウエハの電気的特性検査を行うプローバ室と、を備えている。従来のプリアライメント処理は、プローバ室内で半導体ウエハの電気的特性検査を行うに先立って、プリアライメント機構を用いて、ローダ室からプローバ室へ半導体ウエハを搬送する途中でローダ室内で行われる。そこで、従来のプリアライメント方法について以下で説明する。

従来のプリアライメント機構は、半導体ウエハを載置する回転可能な回転台と、半導体ウエハの外周縁部に形成されたオリエンテーションフラットまたはノッチ（以下、「ノッチ」で代表する。）を光学的に検出する光学検出手段と、を備えている。プリアライメント機構を用いて半導体ウエハのプリアライメントを行うには、まず、ウエハ搬送機構を用いてロードポートに配置されたカセットからプリアライメント機構の回転台上へ半導体ウエハを移載した後、回転台を少なくとも一回転させ、この間に光学検出手段を用いて半導体ウエハの外周縁部のノッチに基づいて位置データを検出し、この位置データに基づいて半導体ウエハの中心と回転台の中心との偏芯量を求める。次いで、ウエハ搬送機構を用いて回転台上の半導体ウエハの位置ズレを上記偏芯量に即して補正した後、光学検出手段を用いて再度半導体ウエハの位置データを得た後、半導体ウエハのノッチを所定の向きに揃えてプリアライメントを終了する。これらの一連の操作において、プリアライメント機構では回転体による半導体ウエハの回転操作は半導体ウエハ毎に少なくとも２回行われている。

特開２００８−０７８２１０号公報

しかしながら、従来のプリアライメント技術では、半導体ウエハの搬送途中で、半導体ウエハ毎に半導体ウエハの位置データを少なくとも２回ずつ採取しなくてはならず、プリアライメントに時間がかかるため、半導体ウエハの搬送時間が長くなるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プリアライメントに要する時間を短縮し、延いては半導体ウエハの搬送時間を短縮することができる半導体ウエハのプリアライメント方法及びプリアライメント用プログラムを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプリアライメント方法は、制御装置の制御下で、半導体ウエハの処理に先立って、搬送機構及びプリアライメント機構を用いて上記半導体ウエハのプリアライメントを行うプリアライメント方法において、上記搬送機構を用いて収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載した上記半導体ウエハを回転させる第１の工程と、上記プリアライメント機構のセンサを用いて検出された上記回転体の軸芯と上記半導体ウエハの中心との偏芯量を演算し、その演算値を保存する第２の工程と、上記演算値が所定値を超える時には、上記搬送機構を用いて上記半導体ウエハの上記回転体上での位置ズレを上記演算値の示す偏芯量だけ補正する第３の工程と、後続の半導体ウエハをプリアライメントする時には、後続の半導体ウエハまでに蓄積された上記演算値に基づいて上記偏芯量を予測する第４の工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプリアライメント方法は、請求項１に記載の発明において、上記搬送機構を用いて上記予測値を加味して上記後続の半導体ウエハを上記収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプリアライメント方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記後続の半導体ウエハが所定枚数以降の半導体ウエハであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のプリアライメント用プログラムは、コンピュータを駆動させて、半導体ウエハの処理に先立って、搬送機構及びプリアライメント機構を用いて上記半導体ウエハのプリアライメントを実行するプログラムであって、上記コンピュータを駆動させて、上記搬送機構を用いて収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載した上記半導体ウエハを回転させる第１の工程と、上記プリアライメント機構のセンサを用いて検出された上記回転体の軸芯と上記半導体ウエハの中心との偏芯量を演算し、その演算値を保存する第２の工程と、上記演算値が所定値を超える時には、上記搬送機構を用いて上記半導体ウエハの上記回転体上での位置ズレを上記演算値の示す偏芯量だけ補正する第３の工程と、後続の半導体ウエハをプリアライメントする時には、後続の半導体ウエハまでに蓄積された上記演算値に基づいて上記偏芯量を予測する第４の工程と、を実行することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のプリアライメント用プログラムは、請求項４に記載の発明において、上記搬送機構を用いて上記予測値を加味して上記後続の半導体ウエハを上記収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載のプリアライメント用プログラムは、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記後続の半導体ウエハが所定枚数以降の半導体ウエハであることを特徴とするものである。

本発明によれば、プリアライメントに要する時間を短縮し、延いては半導体ウエハの搬送時間を短縮することができる半導体ウエハのプリアライメント方法及びプリアライメント用プログラムを提供することができる。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のプリアライメント方法が適用される検査装置の一例を示す構成図で、（ａ）はプローバ室の一部を破断して示す正面図、（ｂ）は平面図である。図１に示す検査装置に用いられる本発明のプリアライメント機構を示す概要図である。本発明のプリアライメント方法の一実施形態を示すフローチャートである。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

まず、本発明の半導体ウエハのプリアライメント方法を実行するために用いられる検査装置について説明する。この検査装置は、例えば図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷをカセット単位で収納し、検査に即してカセットＣ内の半導体ウエハＷを搬送するローダ室１と、ローダ室１に隣接し、ローダ室１から搬送された半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室２と、ローダ室１及びプローバ室２それぞれに設置された複数の機器を制御する制御装置３と、を備え、プローバ室２において半導体ウエハＷに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行うように構成されている。

ローダ室１は、複数の半導体ウエハＷをカセット単位で収納する収納部４と、収納部４のカセットＣから半導体ウエハＷを一枚ずつ搬出入するウエハ搬送機構５と、半導体ウエハＷのプリアライメントを行うプリアライメント機構６と、を備えている。ローダ室１では、制御装置３の制御下で、ウエハ搬送機構５がカセットＣから半導体ウエハＷを取り出してプリアライメント機構６へ引き渡した後、プリアライメント機構６を介して半導体ウエハＷのプリアライメントを行い、その半導体ウエハＷをプリアライメント機構６からプローバ室２へ搬送する。また、ウエハ搬送機構５は、プローバ室２から検査後の半導体ウエハＷを受け取ってカセットＣの元の場所へ収納する。

一方、プローバ室２は、半導体ウエハＷを載置する移動可能な載置台７と、載置台７の上方に配置され且つ複数のプローブ８Ａを有するプローブカード８と、半導体ウエハＷの電極パッドと複数のプローブ８Ａとのアライメントを行うアライメント機構９と、を備えている。プローバ室２では、制御装置３の制御下で、載置台７がウエハ搬送機構５から半導体ウエハＷを受け取った後、アライメント機構９と協働して半導体ウエハＷとプローブカード８のアライメントを行い、半導体ウエハＷの電極パッドとプローブカード８のプローブ８Ａを電気的に接触させて半導体ウエハＷに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行う。検査後にはウエハ搬送機構５が載置台７上の半導体ウエハＷを受け取る。

而して、制御装置３は、図２に示すように中央演算処理部３Ａと、検査装置を駆動するための各種のプログラムや種々のデータを保存する記憶部３Ｂと、を備え、中央演算処理部３Ａと記憶部３Ｂとの間で種々のプログラムデータや保存データを授受してローダ室１内の機器及びプローバ室２内の機器を制御して半導体ウエハの電気的特性検査を行い、必要な取得データを記憶部３Ｂに保存する。

そこで、本発明の半導体ウエハのプリアライメント方法（以下、単に「プリアライメント方法」と称す。）の一実施形態を図２及び図３に基づいて説明する。本実施形態のプリアライメント方法は制御装置３の制御下で、上述のように半導体ウエハの電気的特性検査に先立って、ローダ室１内のウエハ搬送機構５及びプリアライメント機構６が協働して実行される。

ウエハ搬送機構５は、図２に示すように、例えばカセットＣ内の半導体ウエハＷを真空吸着して保持する板状の保持部５Ａと、保持部５ＡをＸ、Ｙ及びθ方向へ駆動させる駆動機構５Ｂと、を有し、制御装置３の制御下でカセットＣとプローバ室２の載置台７との間で半導体ウエハＷを搬送する。

プリアライメント機構６は、半導体ウエハＷを真空吸着して回転する回転体６Ａと、回転体６Ａを回転駆動させる回転機構６Ｂと、を有し、制御装置３の制御下で回転体６Ａを介して半導体ウエハＷを回転させる。また、プリアライメント機構６の回転体６Ａの側方には光学センサ６Ｃが配置されている。この光学センサ６Ｃは、半導体ウエハＷの周縁部を上下から挟むように配置された発光素子及び受光素子（図示せず）を有し、発光素子からの光線を受光素子で半導体ウエハＷの外周縁部に形成されたノッチを検出する。

本実施形態のプリアライメント方法は、プリアライメント機構６によって半導体ウエハＷを所定枚数（例えば、５枚）以上プリアライメントする際に、その都度、光学センサ６Ｃによって半導体ウエハＷの中心と回転体６Ａの軸芯との偏芯量を検出し、制御装置３の中央演算処理部３Ａにおいて光学センサ６Ｃの検出データに基づいて各半導体ウエハＷの偏芯量を演算し、蓄積された偏芯量の演算値を逐次を統計処理し、次の半導体ウエハＷの中心と回転体６Ａの軸芯との位置ズレ量を推測する点に特徴がある。

即ち、本実施形態のプリアライメント方法を実行する場合に、制御装置３において中央演算処理部３Ａが記憶部３Ｂからプリアライメント用プログラム及び半導体ウエハＷに関するデータに読み込む。これにより、ウエハ搬送機構５が保持部５Ａを介してカセットＣから半導体ウエハＷの搬送を開始する（ステップＳ１）。制御装置３の中央演算処理部３Ａではこの半導体ウエハＷが所定枚数以上のものであるか否かを判断し（ステップＳ２）、所定枚数未満であればウエハ搬送機構５がカセットＣからプリアライメント機構６へ半導体ウエハＷを直に搬送し（ステップＳ３）、プリアライメント機構６の回転体６Ａ上に半導体ウエハＷを載置する（ステップＳ４）。

プリアライメント機構６では回転体６Ａが少なくとも一回転し、半導体ウエハＷのプリアライメントを行う（ステップＳ５）。この際、制御装置３の中央演算処理部３Ａではこのプリアライメントが何回目であるか判断する一方（ステップＳ６）、半導体ウエハＷが回転する間に光学センサ６Ｃによって半導体ウエハＷのノッチを検出する。中央演算処理部３Ａでは光学センサ６Ｃからのノッチに関する検出データに基づいて半導体ウエハＷの中心と回転体６Ａの軸芯との偏芯量及びノッチの基準位置からのズレ角度を演算する（ステップＳ７）。

次いで、演算値が規定値以下であるか否かを判断し（ステップＳ８）、半導体ウエハＷの演算値が規定値以下であれば、ウエハ搬送機構５によって半導体ウエハＷをプローバ室２へ搬送することができる。ステップＳ８での判断で演算値が規定値を超えている場合には、この半導体ウエハＷをプローバ室２へ搬送してもプローバ室２内において正確にアライメントすることができないため、ウエハ搬送機構５を介して回転体６Ａ上で演算値に即した偏芯量だけ半導体ウエハＷを移動させた後（ステップＳ９）、ステップＳ５へ戻って再度プリアライメントを実行し、ステップＳ６においてこのプリアライメントが二回目であると判断すると、ステップＳ８において光学センサ６Ｃの検出データに基づいて偏芯量が規定値以下であるか否かを判断する。この時の偏芯量が規定値以下であれば、半導体ウエハＷをプローバ室２へ搬送できるため、この半導体ウエハＷのプリアライメントを終了する。

プリアライメントを終了すると、次の半導体ウエハＷがあるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ここで次の半導体ウエハＷがあると判断すれば、ステップＳ１に戻り、次の半導体ウエハＷの搬送を開始する。そして、この半導体ウエハＷが所定枚数以上のものか否かを判断し（ステップＳ２）、即ち５枚以下であれば、５枚目の半導体ウエハＷになるまでステップＳ３からステップＳ１０までの上述の操作を繰り返す。

ステップＳ２において５枚目で所定枚数以上の半導体ウエハＷであると判断すると、４枚目までの半導体ウエハＷについて蓄積された偏芯量の演算値に基づいて５枚目の半導体ウエハＷのズレ量を予測する（ステップＳ１１）。４枚目までの演算値を蓄積し、蓄積データの統計処理として例えば平均値を求めることにより、カセットＣ内の５枚目の半導体ウエハＷを取り出しても平均値に基づいて回転体６Ａ上での半導体ウエハＷの位置ズレ量を予測することができる。この予測値を加味して半導体ウエハＷをプリアライメント機構６まで搬送し（ステップＳ１２）、回転体６Ａ上へ載置する（ステップＳ４）。この時点で、カセットＣから移載された回転体６Ａ上の半導体ウエハＷの位置ズレ量が既に補正されていることになる。

然る後、プリアライメント機構６が駆動して回転体６Ａが少なくとも一回転し、半導体ウエハＷのプリアライメントを実行する（ステップＳ５）。この時、制御装置３の中央演算処理部３Ａではこの半導体ウエハＷに対するプリアライメントが何回目であるかを判断し、一回目であると判断すると、光学センサ６Ｃの検出データに基づいて半導体ウエハＷの中心と回転体６Ａの軸芯の偏芯量を演算し、演算値を記憶部３Ｂに保存した後（ステップＳ７）、演算値が規定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ８）。この時点では半導体ウエハＷは位置ズレが補正されて回転体６Ａ上に載置されているため、演算値は規定値以下になっており、そのまま半導体ウエハＷをプローバ室２へ搬送することができる。

ステップＳ８において、演算値が規定値を超えていると判断されることがあれば、ステップ９、ステップＳ５及びステップＳ６を経由し、ステップＳ８において半導体ウエハＷの偏芯量が規定値以下であるか否かを判断する。この時には半導体ウエハＷの偏芯量が規定値以下になっており、プローバ室２へ搬送できるようになっている。

その後、ステップＳ１０において、次の半導体ウエハＷがあるか否かを判断し、次の半導体ウエハＷがあれば、二枚目以降の半導体ウエハＷと同様の処理を繰り返して半導体ウエハＷのプリアライメントを行う。５枚目以降の半導体ウエハＷでは一回のプリアライメントを実行するだけでプリアライメントを終了し、そのままプローバ室２へ搬送することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、半導体ウエハＷの処理に先立って、ウエハ搬送機構５及びプリアライメント機構６を用いて半導体ウエハＷのプリアライメントを行う際に、ウエハ搬送機構５を用いてカセットＣからプリアライメント機構６の回転体６Ａ上へ半導体ウエハＷを移載し、回転体６Ａを介して半導体ウエハＷを回転させる第１の工程と、プリアライメント機構６の光学センサ６Ｃを用いて回転体６Ａの軸芯と半導体ウエハＷの中心との偏芯量を検出した後、この検出データに基づいて制御装置３において半導体ウエハＷの偏芯量を演算し、この演算値を保存する第２の工程と、演算値が規定値を超える時には、ウエハ搬送機構５を用いて半導体ウエハＷの回転体６Ａ上での位置ズレを演算値の示す偏芯量だけ補正する第３の工程と、所定枚数（本実施形態では５枚）以降の半導体ウエハＷをプリアライメントする時には、それまでに蓄積された各半導体ウエハＷの演算値に基づいて半導体ウエハＷの偏芯量を予測する第４の工程と、を備えているため、特に５枚目以降の半導体ウエハＷのプリアライメントを行う場合にはカセットＣからプリアライメント機構６の回転体６Ａに移載する時に、回転体６Ａ上での位置ズレ量を格段に抑制して一回のプリアライメントで済ますことができ、従来のように半導体ウエハＷを２回以上プリアライメントする必要がなく、もってカセットＣからプローバ室２への搬送時間を短縮することができる。

また、本実施形態によれば、ウエハ搬送機構５を用いて回転体６Ａ上での位置ズレ量の予測値を加味して後続の半導体ウエハＷをカセットＣからプリアライメント機構６の回転体６Ａ上へ移載するため、回転体６Ａでの半導体ウエハＷは既に位置ズレが補正されており、一回のプリアライメントで済ますことができるように回転体６Ａ上の位置に半導体ウエハＷを載置することができる。

また、本実施形態によれば、後続の半導体ウエハＷが所定枚数（本実施形態では５枚）以降の半導体ウエハであるため、回転体６Ａでの半導体ウエハＷの偏芯量を高精度に予測することができ、延いてはカセットＣから回転体６Ａへの移載精度を高めることができる。

上記実施形態では半導体ウエハＷの収納体としてカセットＣを用いる場合について説明したが、カセットＣに代えてアダプタユニットを用いることができる。アダプタユニットは、自動搬送装置によって半導体ウエハを一枚ずつ直に受け取る半導体ウエハの収納体であり、検査装置等の処理装置のロードポートに設置して用いられる。自動搬送装置は、アダプタユニット内に半導体ウエハを一枚ずつ高精度且つ再現性良く収納することができるため、アダプタユニット内の各半導体ウエハ間の位置ズレが抑制されるため、アダプタユニットからプリアライメント機構へ半導体ウエハを移載する時の位置ズレが少なく、プリアライメント機構での半導体ウエハの偏芯量が格段に抑制され、各半導体ウエハに対する偏芯量の予測精度が向上し、プリアライメントを短時間で終了させることができ、アダプタユニットからプローバ室への搬送時間を短縮することができる。

尚、上記実施形態では、所定枚数以上のプリアライメントを実行した後に半導体ウエハＷの偏芯量を予測する場合について説明したが、２枚目以降の半導体ウエハからプリアライメント機構での偏芯量を予測するようにしても良い。

本発明は、検査装置等の処理装置において半導体ウエハのプリアライメントを行う場合に好適に利用することができる。

３制御装置
５ウエハ搬送機構
６プリアライメント機構
６Ａ回転体
６Ｃ光学センサ
Ｗ半導体ウエハ

Claims

制御装置の制御下で、半導体ウエハの処理に先立って、搬送機構及びプリアライメント機構を用いて上記半導体ウエハのプリアライメントを行うプリアライメント方法において、
上記搬送機構を用いて収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載した上記半導体ウエハを回転させる第１の工程と、
上記プリアライメント機構のセンサを用いて検出された上記回転体の軸芯と上記半導体ウエハの中心との偏芯量を演算し、その演算値を保存する第２の工程と、
上記演算値が所定値を超える時には、上記搬送機構を用いて上記半導体ウエハの上記回転体上での位置ズレを上記演算値の示す偏芯量だけ補正する第３の工程と、
後続の半導体ウエハをプリアライメントする時には、後続の半導体ウエハまでに蓄積された上記演算値に基づいて上記偏芯量を予測する第４の工程と、を備えた
ことを特徴とするプリアライメント方法。
上記搬送機構を用いて上記予測値を加味して上記後続の半導体ウエハを上記収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載することを特徴とする請求項１に記載のプリアライメント方法。
上記後続の半導体ウエハが所定枚数以降の半導体ウエハであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリアライメント方法。
コンピュータを駆動させて、半導体ウエハの処理に先立って、搬送機構及びプリアライメント機構を用いて上記半導体ウエハのプリアライメントを実行するプログラムであって、
上記コンピュータを駆動させて、
上記搬送機構を用いて収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載した上記半導体ウエハを回転させる第１の工程と、
上記プリアライメント機構のセンサを用いて検出された上記回転体の軸芯と上記半導体ウエハの中心との偏芯量を演算し、その演算値を保存する第２の工程と、
上記演算値が所定値を超える時には、上記搬送機構を用いて上記半導体ウエハの上記回転体上での位置ズレを上記演算値の示す偏芯量だけ補正する第３の工程と、
後続の半導体ウエハをプリアライメントする時には、後続の半導体ウエハまでに蓄積された上記演算値に基づいて上記偏芯量を予測する第４の工程と、を実行する
ことを特徴とするプリアライメント用プログラム。
上記搬送機構を用いて上記予測値を加味して上記後続の半導体ウエハを上記収納部から上記プリアライメント機構の回転体上へ移載することを特徴とする請求項４に記載のプリアライメント用プログラム。
上記後続の半導体ウエハが所定枚数以降の半導体ウエハであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプリアライメント用プログラム。