JP2021079454A - 基板の在荷検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板種や表面膜種によらずに在荷・不在荷の検出を可能とし、また安価で、確実な検出を可能にする基板の在荷検出装置を提供する。【解決手段】基板載置台１１の上にウエハＷ等の基板が載置されているか否かを検出する基板の在荷検出装置であって、基板載置台１１上に向けて、基板の上方から流体１２を吹き付ける噴射ノズル１３と、噴射ノズル１３から噴射される流体１２と対応する位置に基板を挟んで配置され、噴射ノズル１３からの流体１２を受けて位置移動可能なセンシング部材１５と、センシング部材１５の移動した位置に応じて基板の不在荷・在荷の信号を出力する近接センサ１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は基板（例えば、ウエハ等）の在荷検出装置に関するものであり、特に、基板にＣＭＰ加工を施すウエハ研磨装置などにおいて、基板載置台の上に基板が載置されているか否かを検出する基板の検出装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）の表面を研磨するウエハ研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を適用した研磨装置である。この研磨装置では、搬送ロボットが、基板載置台上に配置されているウエハを取り出して、次工程などに搬送する方法等が採られている。

搬送ロボットでウエハを搬送する場合、搬送ロボットがウエハを取りに行く基板載置台上にウエハが存在（在荷）するか否か（不在荷）の在荷検出をする必要がある。従来における在荷検出は、ウエハの検出を光学的な検出で行っていた。また、光学的な検出では、反射型と、図４に示すような透過型とがある。

図３は、反射型の在荷検出装置１００を、基板載置台１０１及びウエハＷと共に示すものであり、同図（ａ）はウエハＷを取り除いた状態で示す在荷検出装置１００の平面図、同図（ｂ）はウエハＷが基板載置台１０１上に載置されている状態で同図（ａ）のＡ−Ａに沿って断面した在荷検出装置１００の断面側面図、同図（ｃ）はウエハＷが基板載置台１０１上に載置されていない状態で同図（ａ）のＡ−Ａに沿って断面した在荷検出装置１００の断面側面図、同図（ｄ）は透明又は半透明のウエハＷが基板載置台１０１上に載置されている状態で同図（ａ）のＡ−Ａに沿って断面した在荷検出装置１００の断面側面図である。

図３に示す反射型の在荷検出装置１００は、ウエハＷが載置される基板載置台１０１の内部底面上に、ＬＥＤ光１０２ａを発光する発光部１０２と、ウエハＷの下面で反射されて来る光を受光する図示しない受光部と、を配置してなるものである。そして、同図（ｂ）に示すように、受光部は、発光部１０２からのＬＥＤ光１０２ａがウエハＷの下面で反射して戻って来た光を取り込み、閾値を超えた場合にウエハＷが基板載置台１０１上に載置されていると検出、すなわち在荷状態であると検出するものである。一方、同図（ｃ）で示すように、基板載置台１０１上にウエハＷが載置されていないときは、発光部１０２からのＬＥＤ光１０２ａは、ウエハＷで反射されないので受光部に取り込まれることはない。しかしながら、同図（ｄ）に示すように、基板載置台１０１に透明又は半透明のウエハＷを載置しているときには、発光部１０２からのＬＥＤ光１０２ａが、ウエハＷの下面で反射せずにウエハＷを透過し、受光部に取り込まれないことがあり、ウエハＷの在荷を検出できないこともある。また、透明又は半透明のウエハＷを載置しているときでも、例えば梨地模様のような、光を乱反射するようなウエハＷでは、受光部に取り込まれるＬＥＤ光１０２ａが減光して在荷を検出できないこともある。さらに、発光部１０２又は受光部とウエハＷとの間に、水等が満たされると、ウエハＷの界面での反射がなくなり、透明のウエハＷを透過してしまい、検出できないこともある。

図４は、透過型の在荷検出装置２００を、基板載置台２０１及びウエハＷと共に示すものであり、同図（ａ）はウエハＷを取り除いた状態で示す在荷検出装置２００の平面図、同図（ｂ）はウエハＷが基板載置台２０１上に載置されている状態で同図（ａ）のＢ−Ｂに沿って断面した在荷検出装置２００の断面側面図、同図（ｃ）はウエハＷが基板載置台２０１上に載置されていない状態で同図（ａ）のＢ−Ｂに沿って断面した在荷検出装置２００の断面側面図、同図（ｄ）は透明又は半透明のウエハＷが基板載置台２０１上に載置されている状態で同図（ａ）のＢ−Ｂに沿って断面した在荷検出装置２００の断面側面図である。

図４に示す透過型の在荷検出装置２００は、ウエハＷが載置される基板載置台２０１の内部底面上に、ＬＥＤ光２０３ａを受光する受光素子２０２ａを有する受光部２０２を設けるとともに、ウエハＷが載置される基板載置台２０１の上方に、受光部２０２の受光素子２０２ａに向けてＬＥＤ光２０３ａを照射する発光部２０３と、を配置してなるものである。そして、受光部２０２の受光素子２０２ａは、発光部２０３のＬＥＤ光２０３ａからの光を取り込み、閾値を超えた場合にウエハＷが基板載置台２０１上に載置されていると検出、すなわち在荷状態であると検出するものである。すなわち、同図（ｂ）に示すように、基板載置台２０１上にウエハＷが載置されているときは、発光部２０３からのＬＥＤ光２０３ａは、ウエハＷで遮られて受光部２０２の受光素子２０２ａに取り込まれることはない。これにより、受光部２０２では閾値を超えることがなく、ウエハＷが基板載置台２０１上に載置されている、すなわち在荷状態と検出する。また、同図（ｃ）に示すように、ウエハＷが基板載置台２０１上に配置されていないときには、発光部２０３からのＬＥＤ光２０３ａが受光部２０２の受光素子２０２ａに取り込まれて、受光部２０２が閾値を超え、ウエハＷが基板載置台２０１上に載置されていない（不在荷）状態と検出するものである。しかしながら、同図（ｄ）に示すように、基板載置台２０１に透明又は半透明のウエハＷを載置しているときには、発光部２０３からのＬＥＤ光２０３ａが、ウエハＷを透過して受光部２０２の受光素子２０２ａに取り込まれることがあり、ウエハＷの在荷を検出できないこともある。

特許第３５１０１７７号公報

上述したように、図３に示した反射型の従来技術による在荷検出装置１００では、基板載置台１０１に透明又は半透明のウエハＷを載置しているときには、発光部１０２からのＬＥＤ光１０２ａがウエハＷを透過し、受光部１０３に取り込まれないことがあるので、ウエハＷの在荷を検出できないことがある。また、透明又は半透明のウエハＷを載置しているときでも、光を乱反射するような、例えば梨地模様のようなウエハＷでは、受光部１０３に取り込まれるＬＥＤ光１０２ａが減光して検出できないこともある。さらに、発光部１０２又は受光部１０３とウエハＷとの間に水等が満たされると、ウエハＷの界面での反射がなくなり、透明のウエハＷを透過してしまい、検出できないこともあるという問題点があった。特に、半導体製造でのウエハＷにおいては、製造途中にスラリー等の研磨液や洗浄水、薬液等をウエハＷの表面に滴下し、処理後に表面を乾燥させない状態で次工程に搬送することもある。このような場合には、受光部１０３とウエハＷとの間に水等が満たされ、ウエハＷの界面での反射がなくなり、ウエハＷの在荷を検出できないこともあって、確実性に乏しいという問題点があった。

一方、図４に示した透過型の在荷検出装置２００では、同図（ｄ）に示すように、基板載置台２０１に透明又は半透明のウエハＷを載置しているときには、発光部２０３からのＬＥＤ光２０３ａが、ウエハＷを透過して受光部２０２の受光素子２０２ａに取り込まれることがあるので、ウエハＷの在荷を検出できないことがある、という問題点があった。なお、透過型の在荷検出装置２００では、発光部２０３と受光部２０２との間を遮蔽することができれば、ウエハＷの表面がミラー面、梨地面に拘わらず検出可能であるが、遮蔽されない透明又は半透明のウエハＷは、光が透過して受光部２０２側に入ってしまうため、検出されないことがある。また、ギリギリ遮蔽している半透明のウエハＷが、水で濡れる、あるいは水で満たされると、光が透過する量が増えて検出できないことがある、という問題点があった。

そこで、基板種や表面膜種によらずに在荷・不在荷の検出を可能とし、また安価で、確実な検出を可能にする基板の在荷検出装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、基板載置台の上に基板が載置されているか否かを検出する基板の在荷検出装置であって、前記基板載置台上に向けて、前記基板の上方から流体を吹き付ける噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射される前記流体と対応する位置に前記基板を挟んで配置され、前記噴射ノズルからの前記流体を受けて位置移動可能なセンシング部材と前記センシング部材の前記移動した位置に応じて前記基板の在荷・不在荷の信号を出力する近接センサと、を備える、基板の在荷検出装置を提供する。

この構成によれば、基板載置台の上に基板が載置されているときには、噴射ノズルとセンシング部材との間が基板により遮蔽され、噴射ノズルから噴射された流体は基板に当たってセンシング部材には届かない。したがって、センシング部材と近接センサとの間の距離は変化せず、近接センサは基板載置台上に基板が在荷している信号を出力する。これに対して、基板載置台の上に基板が載置されているときには、基板による噴射ノズルとセンシング部材との間の遮蔽が無くなるので、噴射ノズルから噴射された流体は、センシング部材に当たり、センシング部材が、流体が噴射されて来た方向と反対方向に位置移動する。この位置移動を近接センサが検出し、基板載置台の上に基板が載置されていないこと、不在荷を検出する。すなわち、噴射ノズルからセンシング部材に向けて流体を吹き付け、センシング部材が位置移動するか否かで、基板載置台上に基板が載置されているか否かを検出できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記基板は、半導体ウエハである、基板の在荷検出装置を提供する。

この構成によれば、半導体ウエハの加工工程において、半導体ウエハの有無を確実に検出して、加工に適正な環境下で確実な搬送を行うことが可能になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記流体は、ＣＭＰ研磨で使用するスラリー又は洗浄水である、基板の在荷検出装置を提供する。

この構成によれば、ＣＭＰ研磨加工において、加工で使用するスラリー又は洗浄水を用いて、ウエハの在荷・不在荷を容易に検出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構成において、前記センシング部材は、上下方向に弾性変形可能な板ばねと金属体とを有し、前記近接センサは、前記板ばねの下側に配置されて、前記板ばねの弾性変形による上下方向の位置移動を検出して前記在荷・不在荷の信号を出力する、基板の在荷検出装置を提供する。

この構成によれば、近接センサは板ばねの下側に配置され、噴射ノズルからの流体を近接センサで直接受けることがない構造にすることが可能になる。このため、近接センサを流体から保護することができる。

発明によれば、噴射ノズルからセンシング部材に向けて流体を吹き付け、センシング部材が位置移動するか否かで、基板載置台上に基板が載置されているか否かを検出できるので、次のような効果が得られる。
・基板種や表面膜種に寄らずに基板の正確な在荷検出が可能になる。これにより、多品種少量の製造を扱う場合に、同じ装置を使用して検出できるのでコスト的にも安価になる。
・水やスラリー等の薬液が付着しても誤検出をせずに基板の在荷検出が可能になる。
・安価で調整や消耗品の交換が容易になる。
・基板のサイズが変わっても簡単に対応することができる。

本発明の実施の形態に係る実施例である基板の在荷検出装置の要部構成を、基板載置台に基板を配置している状態で模式的に示す構成配置図である。 本発明の実施の形態に係る実施例である基板の在荷検出装置の要部構成を、基板載置台に基板を配置していない状態で模式的に示す構成配置図である。 従来における反射型の在荷検出装置の一例を模式的に示す図であり、（ａ）はウエハを取り除いた状態で示す平面図、（ｂ）はウエハが基板載置台上に載置されている状態で（ａ）のＡ−Ａに沿って断面した断面側面図、（ｃ）はウエハが基板載置台上に載置されていない状態で（ａ）のＡ−Ａに沿って断面した断面側面図、（ｄ）は透明又は半透明のウエハが基板載置台上に載置されている状態で（ａ）のＡ−Ａに沿って断面した断面側面図である。 従来における透過型の在荷検出装置の一例を模式的に示す図であり、（ａ）はウエハを取り除いた状態で示す平面図、（ｂ）はウエハが基板載置台上に載置されている状態で（ａ）のＢ−Ｂに沿って断面した断面側面図、（ｃ）はウエハが基板載置台上に載置されていない状態で示す（ａ）のＢ−Ｂに沿って断面した断面側面図、（ｄ）は透明又は半透明のウエハが基板載置台上に載置されている状態で示す（ａ）のＢ−Ｂに沿って断面した断面側面図である。

本発明は基板種や表面膜種によらずに在荷・不在荷の検出を可能とし、また安価で、確実な検出を可能にする基板の在荷検出装置を提供するという目的を達成するために、基板載置台の上に基板が載置されているか否かを検出する基板の在荷検出装置であって、前記基板載置台上に向けて、前記基板の上方から流体を吹き付ける噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射される前記流体と対応する位置に前記基板を挟んで配置され、前記噴射ノズルからの前記流体を受けて位置移動可能なセンシング部材と前記センシング部材の前記移動した位置に応じて前記基板の不在荷信号を出力する近接センサと、を備える、構成にして実現した。

以下、本発明の実施形態に係る一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

また、以下の説明において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明の在荷検出装置の各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。また、実施例の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付している。

図１及び図２は、本発明に係る基板の在荷検出装置１０の要部構成を模式的に示す構成配置図であり、図１は基板載置台１１上に基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗを配置している、いわゆる在荷の状態図で、図２は基板載置台１１にウエハＷを配置していない、いわゆる不在荷の状態図である。なお、本実施例では、半導体製造装置において、基板であるウエハＷの表面を平坦化する化学的機械研磨（以下、「ＣＭＰ」と言う）を行う、図示しない研磨装置の研磨加工位置におけるウエハＷの在荷・不在荷を検出する場合を一例としている。しかし、本実施例の基板の在荷検出装置１０は、ウエハＷに限らず、一般的な基板を取り扱う場合にも適用できるものである。

図１及び図２において、本実施例の在荷検出装置１０は、ウエハＷを載置する基板載置台１１を備える。基板載置台１１は、略中心に上下に貫通している孔１１ａを有して環状に形成されており、図１に示すように、略円板状をしたウエハＷの外周下面を受けて、ウエハＷを載置できる構成になっている。

基板載置台１１のウエハＷが載置される領域の上方には、基板載置台１１の孔１１ａに向けて流体１２を勢いよく噴射することが可能な噴射ノズル１３が設置されている。なお、流体１２は、スラリー等の研磨液や洗浄水、薬液、あるいはエアなどの気体であり、その位置に適したもの選択される。

また、噴射ノズル１３とは反対に、基板載置台１１のウエハＷが載置される領域の下方には、在荷検出部１４が設けられている。在荷検出部１４は、センシング部材１５と近接センサ１６等を有してなる。

センシング部材１５は、板ばね１５ａと金属体１５ｂを有している。

板ばね１５ａは一端側が基板載置台１１の孔１１ａの内周面に固定され、他端側は一端側を支点として、図１及び図２中に矢印で示すように上下方向に揺動可能になっている。板ばね１５ａは、通常は図１に示すように基板載置台１１の内側底面と略並行に配置されており、噴射ノズル１３から勢いよく噴出された流体１２を受けると、流体１２の勢いで下方に弾性変形を伴って下がり、また、流体１２の勢いが無くなると元の位置に戻るように、弾性部材により形成されている。

板ばね１５ａを形成する弾性部材としては、樹脂製の板ばねであり、例えばＰＴＦＥ（フッ素樹脂）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等、耐薬品性があり、膨潤しない素材を使用して形成するのが好ましい。また、板ばね１５ａは、板厚を０．５ミリ程度で作成し、流体１２の勢いで下がり、ウエハＷの隙間から流れ出る水や、板ばね１５ａに残る水滴程度では下がらないようにする構造が好ましい。さらに、板ばね１５ａは、所定の弾性復帰力を持たせるのに、板材を複数枚重ねて使用しても良い。

金属体１５ｂは、ピン状をした金属体であり、上端側が板ばね１５ａの先端側に、下方に向かって突出した状態にして取り付けられており、板ばね１５ａと一体に上下方向に配置移動するように構成されている。金属体１５ｂとしてはＳＵＳ（ステンレス鋼）が良く、特にＳＵＳ３１６等を使い、水分でサビが発生しない素材が好ましい。ただし、金属イオン溶出が問題になる場合は、テフロン（登録商標）コーティングを施すことにより、金属イオン溶出の対策をすることができる。

近接センサ１６は、基板載置台１１等に固定され、金属体１５ｂと対応して、金属体１５ｂの下方に配設されている。近接センサ１６は、板ばね１５ａが図１に示すように基板載置台１１の内側底面と略並行に配置されているときには、金属体１５ｂと接触せずに大きく離れた状態にあり、板ばね１５ａが噴射ノズル１３から勢いよく噴出された流体１２を受けて、金属体１５ｂと共に下方に弾性変形して下がると、金属体１５ｂと接触、若しくは極めて近接する位置に配置されている。また、近接センサ１６は、板ばね１５ａの下側に配置されていている。そして、近接センサ１６は、噴射ノズル１３から噴射された流体１２が近接センサ１６にかからないように、板ばね１５ａで防御して保護されるようになっている。なお、近接センサ１６の金属体１５ｂを検出する範囲は、回転式の調節トリマなどで調整できる構造が好ましい。

ここで、噴射ノズル１３による流体の噴射、及び、近接センサ１６によるウエハＷの在荷検出は、制御部１７によって制御並びに検出処理がされる。すなわち、制御部１７は、在荷検出装置１０の全体の動作を制御するものであって、例えばマイクロコンピュータで構成されており、マイクロコンピュータに組み込まれているプログラムに従って、所定の手順で在荷検出装置１０の全体を制御する。

次にこのように構成された在荷検出装置１０の動作を図１及び図２を用いて説明する。図１に示すように、基板載置台１１上にウエハＷが載せられ、噴射ノズル１３と在荷検出部１４との間がウエハＷで遮蔽されている場合は、噴射ノズル１３からの流体１２はウエハＷの上面に当たって遮られ、板ばね１５ａには到達せず、吹き付けられない。これにより、板ばね１５ａは元のままで変化しないので、近接センサ１６による制御部１７への信号出力はなく、制御部１７では基板載置台１１上にウエハＷが載せられている、すなわち在荷状態であることを検出する。

一方、図２に示すように、基板載置台１１上にウエハＷが載せられていないとき、すなわち噴射ノズル１３と在荷検出部１４との間をウエハＷで遮蔽していない場合は、噴射ノズル１３から勢いよく噴射された流体１２は板ばね１５ａの上面で受けられる。そして、板ばね１５ａが、流体１２の勢いで下方に弾性変形を伴って金属体１５ｂと共に下がり、金属体１５ｂが近接センサ１６と当接する、若しくは極めて接近した位置に移動する。これにより、近接センサ１６は、金属体１５ｂが下がったことを検出してウエハＷが不在荷である信号を出力する。また、この不在荷である信号が閾値を超えた場合、制御部１７では基板載置台１１上にウエハＷが載せられていないこと、すなわち不在荷を検出する。また、検出が終わって、噴射ノズル１３からの流体１２の噴射が無くなると、板ばね１５ａは金属体１５ｂと共に元の位置に戻り、次の検出に備える。

したがって、本実施例の基板の在荷検出装置１０によれば、噴射ノズル１３からセンシング部材１５に向けて流体１２を吹き付け、センシング部材１５が位置移動するか否かで、基板載置台１１上にウエハＷが載置されているか否かを検出できるので、基板種や表面膜種に寄らずにウエハＷの正確な在荷検出が可能になる。これにより、多品種少量の製造を扱う場合にも、同じ装置を使用して検出することができるのでコスト的にも安価になる。また、水やスラリー等の薬液が付着しても、誤検出をせずにウエハＷの在荷検出が可能になる。さらに、安価で調整や消耗品の交換が容易になる。また、さらにウエハＷのサイズが変わっても簡単に対応することが可能になる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を成すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１０ ：在荷検出装置
１１ ：基板載置台
１１ａ ：孔
１２ ：流体
１３ ：噴射ノズル
１４ ：在荷検出部
１５ ：センシング部材
１５ａ ：板ばね
１５ｂ ：金属体
１６ ：近接センサ
１７ ：制御部
Ｗ ：ウエハ

Claims (4)

1. 基板載置台の上に基板が載置されているか否かを検出する基板の在荷検出装置であって、
   前記基板載置台上に向けて、前記基板の上方から流体を吹き付ける噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルから噴射される前記流体と対応する位置に前記基板を挟んで配置され、前記噴射ノズルからの前記流体を受けて位置移動可能なセンシング部材と、
   前記センシング部材の前記移動した位置に応じて前記基板の在荷・不在荷の信号を出力する近接センサと、
   を備える、ことを特徴とする基板の在荷検出装置。
2. 前記基板は、半導体ウエハである、ことを特徴とする請求項１に記載の基板の在荷検出装置。
3. 前記流体は、ＣＭＰ研磨で使用するスラリー又は洗浄水である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の在荷検出装置。
4. 前記センシング部材は、上下方向に弾性変形可能な板ばねと金属体とを有し、
   前記近接センサは、前記板ばねの下側に配置されて、前記板ばねの弾性変形による上下方向の位置移動を検出して前記在荷・不在荷の信号を出力する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板の在荷検出装置。
   

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