JP4205405B2 - 搬送調整システム及び搬送調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体プロセスにおいて、ウェハの搬送に用いるウェハキャリアへのウェハ挿入時、ウェハとウェハキャリアが擦れてパーティクルを生じないように搬送アームを調整する手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、搬送のしやすさと空気中に浮遊しているパーティクルの付着を防ぐために、ウェハをウェハキャリアに入れて搬送している。図３はウェハ１がウェハキャリア４に載置されている様子を示している。ところが、ウェハ１をウェハキャリア４に挿入する際、両者が擦れるとそのことでパーティクルが発生することになる。そして、実際、半導体の高集積化に伴い、ウェハ１とウェハキャリア４との摩擦によって発生するパーティクルが問題になってきている。今後ウェハ１の大口径化とそれにともなう重量増によって、ウェハ１をウェハキャリア４に擦らずに挿入するように従来よりも厳重に管理することが重要となっている。
【０００３】
図３のある一段にウェハキャリアにウェハを挿入するときの、ウェハキャリアの桟部分とウェハ周辺部の拡大図を示す。搬送アームは、露光装置やエッチング装置などで処理を終えたウェハをアームを伸ばして真空吸着や落とし込みによってウェハホルダに固定し、搬送アームを縮めて回転運動し、再び搬送アームを伸ばしてウェハキャリアの所定の段の桟と桟の間に挿入する。ウェハ挿入後、ウェハキャリアが上昇するかもしくは搬送アームが下降して、図３に示すようにウェハキャリアの桟の上にウェハがセッ卜される。
【０００４】
しかし長期間使用しているうちに、搬送アームのべアリングの劣化、同期モータの同期ずれ、搬送アームの曲がり、ウェハキャリアの変形、ウェハキャリアをセットする位置のずれなどが発生する。そうするとウェハとウェハキャリアの桟あるいは内側壁が接触した状態でウェハを挿入したり、排出してしまうようになる。更に、ウェハを挿入する位置が大きくずれてしまうと、ウェハキャリア内にウェハが入らずウェハが破壊してしまう。半導体製造用の８インチウェハを入れるウェハキャリアは、例えば、下部の桟と上部の桟の間隔が１．９ｍｍであるが桟の公差は±０．５ｍｍもあるために、最悪ケースのマイナス公差の場合、０．７２ｍｍ厚のウェハを使うときのすき間は上下それぞれでわずか０．３４ｍｍしかなく、非常に高精度な搬送精度が要求されている。
【０００５】
ウェハをウェハキャリアに正確に挿入する方法としては、特開昭６１‐２６７６２２に示されているようにウェハ搬送装置のウェハを載置するステージに光ファイバを用いた光反射型光電センサや静電容量型センサなどの非接触型センサを用いて、収納溝にステージを導く方法がある。この方法は、ウェハを載置したステージを溝に挿入することが目的であって、ウェハキャリアとステージが擦れることは配慮の外である。むしろ溝に沿ってステージを挿入できるように昇降機構の軸に対してステージを自由に傾動可能とする自在連結構造を採って、積極的に溝とステージが擦れる様になっている。従って、この方法では０．３４ｍｍの搬送精度でウェハを搬送することができない。
【０００６】
ウェハキャリアとの擦れがウェハの裏面や側面であっても、その擦れによって発生したパーティクルは、ウェットプロセスやプラズマプロセスによってウェハの表面に回り込み、歩留りの低下を引き起こしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
経年変化によってウェハキャリアの変形・位置ずれや搬送アームの設定位置の変化によって、ウェハキャリアとウェハが擦れを生じないように精度の高い検査点検が必要であり、しかも、人間の感覚にたよるのではなく、電気機械的に自動で調整できる方法が求められている。本発明は、搬送アームの位置決め方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
プロセスで使用するＳｉウェハと同じ寸法のウェハを用いて、ウェハキャリアに設けた金属電極、Ｓｉウェハ、搬送アームの経路の電気的接続を監視しつつ搬送アームに対して所定の動作を行なわしめ、一旦電気的接続を検出した時点において搬送アームの動作を停止する。この時、Ｓｉウェハとウェハキャリアが検出した位置は、所定の桟の左右どちらかの上面、所定の桟の上段にある桟の左右どちらかの下面、あるいはウェハキャリア筐体の左右どちらかの内側面の６箇所の少なくとも１箇所で接触したことになる。この情報を基に、その逆方向に搬送アームを移動して、接続信号が無くなり、更に移動して再び接続信号を生じる位置を確認して、接続信号が生じなかった中間点を搬送アームの調整済み位置とすることによって、１方向の調整が可能となる。更に、残る２方向について同様の操作を行なえば、３次元における搬送アームの調整点が求まり、更に、この操作を各段について行い、最終的にウェハキャリア毎に各段における調整点のデータを保存して調整を終了する。
【０００９】
ウェハキャリアの構成の特徴は、ウェハを各段に挿入する際の接触を判定するために設ける電極に関するものであり、挿入すべき段の左右の桟の上面と、その桟の上段の左右の桟の下面と、桟を保持するウェハキャリア筐体の左右の内側面の計６箇所のチェックポイントを規定する。
好ましくは、金属電極を、ウェハキャリアのウェハ挿入口から、ウェハが完全にウェハキャリア内部に収納される、即ちウェハの半径よりも長い位置まで設ける。
【００１０】
この６箇所の金属電極と接触するようにウェハを移動することによって、ウェハの位置を知ることができる。
通常、プロセスで用いるＳｉウェハは裏面や側面は未処理で自然酸化膜で覆われており、そのままでは金属電極と接触しても導通はとれない。そこで、ウェハが接触したことを電気的に確認するには、接触が予想されるウェハの周縁部分と、搬送アームのウェハホルダと接触している部分のウェハ面にオーミック性のメタライズパターンを設けて、ウェハ挿入時の検査用のウェハとする。
【００１１】
メタライズパターンを設けることにより、ウェハホルダを介して、ウェハのバルク結晶を経由して周縁部のメタライズパターンに到る経路の抵抗素子と見なせる。この抵抗素子が前記６箇所の金属電極と接触すれば、各電極を個別にバイアスしているので、電流が流れて、接触の有無を電気信号として捉えることができる。
【００１２】
好ましくは、周縁部のメタライズパターンは、桟あるいは内側壁に接触する可能性のある部分とし、全周に設けるのではなく、左右で分断されている。
そして、搬送調整システム及び搬送調整方法では、上記のウェハキャリアと上記の検査用ウェハを用いてウェハがウェハキャリアに擦れない様に、搬送アームの挿入位置を調整することを特徴としている。
【００１３】
ウェハキャリアの各段に対してウェハを３次元空間の座標のどこに設定するかは設計段階で、数値化されている。しかし、ウェハキャリアの変形や搬送アームの位置精度などは経時変化するものである。そのような変化を正確に捉えるには、三次元寸法測定を行なって、その測定値が許容範囲にあるか否かを判定する必要がある。しかし、広い範囲に渡って三次元座標を正確に求めることは困難である。
【００１４】
これらの搬送調整システム及び搬送調整方法によれば、ウェハおよびウェハキャリアの現物同士の合わせ込みで座標数値を得られるので簡便に搬送アームの検査が可能となる。そしてその検査方法は、搬送装置のコンピュータに搬送アームを上下、左右の動きをさせて接触が生じた位置を記憶し、６箇所の接触座標を求める手法で、プログラム制御できるので、直接ウェハとウェハキャリアの接触を目視する必要は無く、自動化できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について説明する
図２には検査用ウェハのメタライズパターンを示す。図中、１はＳｉウェハ、２はウェハ周縁のメタライズパターン、３は裏面に設けたウェハ中央部のメタライズパターンである。Ｓｉウェハ１は８インチサイズで、数十Ωｃｍの比抵抗を有する。そして、メタライズパターンはタングステンあるいはモリブデンを下地とし、金を積層蒸着して、オーミック性を得る。周縁部のメタライズパターンの対向する２つのパターンが後述するウェハキャリアの左右に設けた電極と接触することで、搬送アームの調整を行なうようにする。
【００１６】
図１に金属電極を埋め込んだウェハキャリアの概観構造を示す。図中、４はウェハキャリア筐体を示し、５は筐体側壁、６は桟、７は桟の上部に設けた金属電極、８は桟の下部に設けた金属電極、９は側壁内側に設けた金属電極である。金属電極が柔らかいとウェーハと接触したときにパーティクルの発生源となるので、０．５ｍｍ厚のタングステン電極を用いた。金属電極はチ夕ンでも良いし、導電性の材料であれば金属でなくても良い。２５枚分ウェハを挿入する空間の上下の桟および左右のウェハキャリア筐体の内側壁の金属電極から信号線を引き出す必要があるので、キャリアとウェーハ接触検出装置（後述する）との間は１５２芯のフラットケーブルを用いて接続した。（ケーブルやコネクタは図示せず）
搬送アームはコンピュータによって動きを制御され、アームの取付け軸を中心とした回転角、アームの高さ、アームの回転軸からの距離の３つの数値で制御される。ウェハを所定の段に挿入するデータは各ウェハキャリア毎にコンピュータの記憶装置に用意されている。
【００１７】
図４は本発明のウェハ挿入調整を行なうためのシステム構成を示す図である。図中、１０はウェハキャリア、１１は搬送装置、１２は搬送アーム、１３はウェハホルダ、１４は検査用ウェハ、１５は接触検出装置、１６は搬送アーム制御用コンピュータである。接触検出装置１５は、ウェハキャリアに設けた特定の金属電極、検査用ウェハ１４の周縁部メタライズパターン、Ｓｉウェハの結晶部分、ウェハホルダ用のメタライズパターン、ウェハホルダを経由して流れる電流を負荷抵抗に流し、その両端に生じる電圧を比較回路で”０”、”１”信号に変換し、８ビットあるいは１６ビットデータにエンコードしてコンピュータ１６に出力する。ウェハ挿入調整の調整手順について以下に具体的に示す。
【００１８】
エッチング装置や露光装置のワーキングステージに載置された検査用ウェハ１４を吸着、あるいは落とし込みによって搬送アーム１２のウェハホルダ１３に固定し、所定の段へ挿入すべく搬送アーム１２をウェハキャリア１０のｎ段目へ近付ける。
１：搬送アーム１２の回転軸からアームを伸ばして、検査用ウェハ１４をウェハキャリアの中へ半分挿入して止める。
１’：工程１が完了する以前に接触を検出したら、搬送アーム１２およびその制御を行なっているコンピュータ１６について適切な動作を行なっているか別途検査を要する。
２：ウェハキャリア１０筐体の左右どちらかの側面に設けた金属電極と接触するまで検査用ウェハ１４を搬送し、接触を検出したら搬送を止める。この時の位置制御情報を記憶する。
２’：側面の金属電極９に接触する前に、ｎ段目の桟の上部７あるいはｎ＋１段目の桟の下部の金属電極８と接触した場合は、搬送アームの左右の送りを逆に例えば０．１ｍｍ戻し、上下方向に例えば０．１ｍｍ移動した後、再度左右方向へ移動し、側面の金属電極と接触するまでこの動作を繰り返す。そして、この時の位置制御情報を記憶する。
３：逆方向に搬送アームを移動し、対向する側面の金属電極と接触するまで搬送する。そして、この時の位置制御情報を記憶し、工程２で記憶している位置制御情報との平均値を求めて、第一の左右方向の位置制御情報として記憶する。
３’：工程３において側面の金属電極に接触する前に、ｎ段目の桟の上部の金属電極７あるいはｎ＋１段目の桟の下部の金属電極８と接触した場合は、工程２’と同様の処理を行ない、工程３と同様にして第一の新規左右方向の位置制御情報として記憶する。
４：工程３で得た第一の左右方向の位置制御情報に基づいて搬送アームを移動し、アームを例えば０．１ｍｍづつ下方に移動し、ｎ段目の桟の上部金属電極７と接触する位置制御情報を得る。
５：逆に０．１ｍｍづつ上方に移動して、ｎ＋１段目の桟の下部金属電極８と接触する位置制御情報を得る。これと工程４の位置制御情報と平均して、第一の上下方向の位置制御情報として記憶する。
６：工程３および工程５で得た新規の左右および上下の位置制御情報を基に、奥行き方向に検査用ウェハがウェハキャリア筐体内に完全に挿入されるまで搬送アームを移動し、工程１〜５と同様の処理によって、第二の新規の左右および上下の位置制御情報を得、第一および第二の左右および上下方向の位置制御情報を平均して、今後の制御に用いる新規の左右および上下方向の位置制御情報として記憶する。
６’：所定の奥行きに達する前に６箇所の金属電極のいずれかに接触することがあった場合、１〜５工程と同様の処理を行い、その奥行き位置での左右および上下方向の中心制御位置を求め、先に求めた新規の左右および上下方向の位置制御情報と比較し、所定の奥行き位置での位置制御情報を比例関係で求めて、その差分値が所定の許容範囲内にあれば、搬送アームを所定の位置に移動して再び工程６を実施する。許容範囲を越えた場合は、搬送アーム自身の精度の見直しを行うか、ウェハキャリアについて三次元の寸法測定を行なって、制御が上手くいかない原因を調査する。
【００１９】
本発明においては、絶縁性のウェハキャリアについて開示したが、導電性のウェハキャリアであっても、各金属電極が互いに絶縁分離されていれば同様の効果が得られる。
また、本発明では、金属電極を付けウェハキャリアをプロセスで使用する実施例を示したが、搬送アームを検査するための調整用治具とみなしても良い。
【００２０】
以上、本発明をまとめると以下の通りである。
（付記１）複数のウェハを収納する多段の桟を設けた絶縁性のウェハキャリアにおいて、前記ウェハを載置するための前記桟の上面、前記桟の上部に位置する桟の下面、および前記多段の桟を保持するウェハキャリア筐体の内側面それぞれに金属電極を埋め込み、前記金属電極表面を露出させたことを特徴とするウェハキャリア。
（付記２）前記ウェハキャリアの桟の上面、下面および内側面に設ける前記金属電極は、前記ウェハキャリアの入口からの奥行き方向の長さが少なくともウェハの半径よりも長いことを特徴とする付記１記載のウェハキャリア。
（付記３）ウェハの周縁部の少なくとも前記ウェハキャリアの前記桟および前記内側面と接触する部分と、前記ウェハの表面あるいは裏面で前記搬送アームのウェハホールダと接触する部分に、前記ウェハに対してオーミック性を有するメタライズパターンを形成したことを特徴とする検査用ウェハ。
（付記４）前記ウェハの前記周縁部に設ける前記メタライズパターンは、リング状の一部分であって、２つ以上に分断されていることを特徴とする付記３記載の検査用ウェハ。
（付記５）前記検査用ウェハと前記ウェハキャリアを用い、前記ウェハキャリアの前記金属電極と前記検査用ウェハの前記メタライズパターンが接触することを電気的に検出して、搬送アームの調整を行なうことを特徴とするウェハ挿入調整方法。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のウェハキャリアおよび検査用ウェハを用いて搬送アームの調整手法を用いれば、従来覗き込みにくい場所で生じるウェハキャリアの桟とウェハとの擦れの有無を、コンピュータ制御で自動的に適切なウェハキャリア毎の各段毎に位置制御情報が得られるので、搬送アームおよびウェハキャリアの保守・点検を効率化し、プロセス過程で問題となるパーティクルの発生やウェハ破損事故を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 金属電極を埋め込んだウェハキャリアの概観構造を示す図
【図２】 メタライズパターンを設けた検査用ウェハの形状を示す図
【図３】 ウェハキャリアにウェハが載置されている様子を示す図
【図４】 本発明のウェハ挿入調整を行なうシステム構成を示す図
【符号の説明】
１ Ｓｉウェハ
２ 周縁部メタライズパターン
３ 裏面中央部メタライズパターン
４ ウェハキャリア筐体
５ 側壁
６ 桟
７ 桟の上部に設けた金属電極
８ 桟の下部に設けた金属電極
９ ウェハキャリア側壁に設けた金属電極
１０ ウェハキャリア
１１ 搬送装置
１２ 搬送アーム
１３ ウェハホルダ
１４ 検査用ウェハ
１５ 接触検出装置
１６ 搬送アーム制御用コンピュータ

Claims (2)

1. 複数のウェハを収納する複数段の桟を設けた絶縁性のウェハキャリアにおいて、前記ウェハを載置するための前記桟の上面、前記桟の上部に位置する桟の下面、および前記多段の桟を保持するウェハキャリア筐体の内側面それぞれに金属電極を埋め込み、前記金属電極表面を露出させたウェハキャリアと、
   前記ウェハキャリアに収納されるウェハの周縁部の少なくとも前記ウェハキャリアの前記桟および前記内側面と接触する部分と、前記ウェハの表面あるいは裏面で前記ウェハホールダと接触する部分に、前記ウェハに対してオーミック性を有するメタライズパターンが形成された検査用ウェハと、
   前記ウェハを搬送する搬送アームに、前記検査用ウェハを前記ウェハキャリア内に挿入させ、前記金属電極と前記メタライズパターンとが接触したときに発生する電気信号に応じて前記搬送アームの位置を調整する調整手段と、
   を有することを特徴とする搬送調整システム。
2. 複数のウェハを収納する複数段の桟を設けた絶縁性のウェハキャリアにおいて、前記ウェハを載置するための前記桟の上面、前記桟の上部に位置する桟の下面、および前記多段の桟を保持するウェハキャリア筐体の内側面それぞれに金属電極を埋め込み、前記金属電極表面を露出させたウェハキャリアと、
   前記ウェハキャリアに収納されるウェハの周縁部の少なくとも前記ウェハキャリアの前記桟および前記内側面と接触する部分と、前記ウェハの表面あるいは裏面で前記ウェハホールダと接触する部分に、前記ウェハに対してオーミック性を有するメタライズパターンが形成された検査用ウェハと、
   を用い、
   前記ウェハを搬送する搬送アームに、前記検査用ウェハを前記ウェハキャリア内に挿入させ、前記金属電極と前記メタライズパターンとが接触したときに発生する電気信号に応じて前記搬送アームの位置を調整する工程を有することを特徴とする搬送調整方法。

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