JP5025545B2 - ウェーハの位置決め検出装置および位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体ウェーハ（以下「ウェーハ」と記す。）の中心点をサポートテーブルの回転中心に移動させるとともに、ウェーハのノッチ（切り欠き）を所定の方向に合わせてウェーハの位置決めを行なうためのウェーハの位置決め検出装置および位置決め方法に関する。

ウェーハの製造、検査工程の内、例えばウェーハの加工や各種検査等のウェーハの位置情報が必要な工程においては、ウェーハを各々の装置上に正確に配置する必要がある。本発明に係るウェーハの位置決め検出装置は、上記工程の前段階作業として、ウェーハの中心点の位置とウェーハのエッジ部のノッチ位置とを所定位置に正確に配置するための装置であり、本発明に係るウェーハの位置決め方法は、上記検出装置を用いて位置補正されたウェーハを上記位置情報が必要な工程に搬送する方法である。

従来のウェーハの位置決め検出装置は、ウェーハが置ける程度の大きさのサポートテーブルという円形台を回転軸上に備え、サポートテーブルをウェーハとともに回転軸周りに回転させて、その回転軸線からウェーハ外周円までの偏心半径と回転角度とを変位センサ及び角度センサとで検出し、これらの検出データからウェーハの中心の偏心量とノッチ部の位置とを演算装置にて算出していた。そして、この情報に基づき、位置決め検出装置においてウェーハを専用の移動装置によりサポートテーブル上でＸ軸、Ｙ軸方向に移動させ、さらに回転させることによりノッチを所定角度位置に移動させてウェーハを所定の位置及び角度に配置していた。

ウェーハの位置決め検出装置としては、例えば特許文献１、２に記載のものがある。これらの装置をはじめ従来のウェーハの位置決め検出装置では、上記ウェーハのエッジ部及びノッチ部の位置検出を、光学式センサによりウェーハエッジ部を透過させた光の投受光量を計測する方法や、ウェーハ上部からカメラにより画像を読み込む方法により行なっていた。

現状はコストの関係から光学センサを用いる方式が多用されており、この場合、ウェーハサポートテーブルはウェーハ径よりも小さい構成にて実施されていた。カメラによる画像処理方式の場合は、テーブル径の方が大きくても上部から照明を当てることによりウェーハエッジ部の測定は可能だが、光学センサを用いる方式の場合、特許文献１に記載されているようにテーブル径の方を小さくし、空中にせり出した状態のウェーハエッジ部に上記の透過光を照射する方式を採用しており、サポートテーブルをウェーハ径よりも小さくする必要があったためである。

特開平５−３４３５０１号公報 特開２００３−１５２０５５号公報

しかしながら、ウェーハの裏面が研削されてその厚みが例えば１００μｍ以下まで小さくされる場合には、従来の位置決め検出装置では、ウェーハの外周端部がサポートテーブルの周囲からだれることになり、正確な位置測定が困難であった。また、ウェーハの外周端部がだれた状態で測定を行なうと、エッジ部の割れ、欠けなどウェーハにダメージを与えるおそれもあった。
また、従来のウェーハの位置決め方法では、上記検出情報に基づきウェーハを専用の移動装置によりサポートテーブル上でＸ軸、Ｙ軸方向に移動させてウェーハ中心の偏心量の補正を行なっていたため、ウェーハの位置決めに時間がかかっていた。

本発明は、上記問題点を解決して、ウェーハ外周端部のだれやエッジ部の割れ、欠けなどを発生させず、偏心ズレやノッチ角度を正確に測定できるウェーハの位置決め検出装置を提供するとともに、所要時間を短縮することができるウェーハの位置決め方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、外周のエッジ部にノッチ部を有する薄板円盤状の裏面研削されたウェーハを、該ウェーハを保持し、回転するサポートテーブルと、レーザ光を上記ウェーハの上記エッジ部に照射し、その反射光を捉えて上記エッジ部の位置および上記ノッチ部の位置を検出する変位センサと、上記変位センサの上記位置のデータより上記ウェーハの偏心量、偏心方向および上記ノッチ部の回転角度位置を演算する演算装置と、上記サポートテーブルの上方に配置されていて上記ウェーハのエッジ部をクリーニングするためのエアブロー用ノズルと、上記サポートテーブルの周囲部および下部を取囲んでいて上記エアブロー用ノズルからの気流を外部に撒き散るのを防止するチャンバと、を具備し、上記サポートテーブルの外形は上記ウェーハの外径より大きく、上記ウェーハの全面が上記サポートテーブルの範囲内に載置でき、上記変位センサは反射型レーザセンサであって、投光部と受光部とを上記サポートテーブルの上方に備えることを特徴とする。これにより、ウェーハの外周端部のだれやエッジ部の割れ、欠けの発生を防止して、ウェーハ中心の偏心量、偏心方向およびノッチの回転角度位置を正確に測定することができる。
請求項２の発明は、請求項１に記載のウェーハの位置決め検出装置により上記検出及び演算が行なわれた上記ウェーハの上記ノッチ部が所定の回転角度位置となるように、上記演算装置から得られた上記ノッチ部の回転角度位置に基づいて、上記サポートテーブルを回転させ、上記演算装置から得られた上記ウェーハの偏心量および偏心方向に基づいて、上記吸着パッドを上記ウェーハ中心に合わせて上記ウェーハを吸着し、次工程まで搬送することを特徴とする。これにより、ウェーハを所定の位置、角度に短時間で位置決めすることができる。

以上説明したように、本発明によりウェーハの外周端部のだれやエッジ部の割れ、欠けの発生を防止して、ウェーハ中心の偏心量およびノッチの回転角度位置を正確に測定し、ウェーハを所定の位置、角度に短時間で位置決めし、次工程に搬送することができる。

以下に、本発明のウェーハの位置決め検出装置および位置決め方法の一実施形態について図に基づいて説明する。
図１及び図２は本実施形態のウェーハの位置決め検出装置の模式図である。符号１は反射型レーザセンサ本体、符号２は平行レーザ光、符号３はウェーハ、符号４はサポートテーブルをそれぞれ示す。

本実施形態のウェーハ３の位置決め検出装置の主要部は、サポートテーブル４と反射型レーザセンサ１、及び演算装置１１とから構成される。

図１に示すように、サポートテーブル４は回転軸８の先端にこの回転軸８と垂直に取り付けられた回転盤９上に配設されており、サポートテーブル４上にウェーハ３が載置され、真空吸着方式にて固定される。サポートテーブル４は載置されたウェーハ３のエッジ部３ａがサポートテーブル４の外周端部からはみ出すことがないように、ウェーハ３の外径より大きな外形寸法にて構成される。

図１に示すように、反射型レーザセンサ１はサポートテーブル４の外周部の上方に配設されており、図２に示すように、投光部より平行レーザ光２をウェーハ３のエッジ部３ａに照射し、その反射光を受光部からセンサ１内に取り込んでウェーハ３のエッジ位置を検出する。このため、反射型レーザセンサ１は、平行レーザ光２の描く照射直線がウェーハの外周円と垂直に交わる方向に配置される。

また、上記構成のウェーハの位置決め検出装置には、クリーニング用のエアノズル５がサポートテーブル４の上方に配設されており、エアノズル５のノズル先端は上記エッジ検出位置に向けられている。
さらに、サポートテーブル４の周囲には上記エアノズル５からのクリーニング用エアの散乱防止用のカップ状チャンバ６が設置されている。

さらに、上記構成のウェーハの位置決め検出装置の上方には、ウェーハ３の搬送装置であるロボットハンド７が配設されている。ロボットハンド７はその先端下部にウェーハ３を吸着固定するためのパッド１０を備えている。ただし、ウェーハ３をサポートテーブル４上に載置するロボットハンド７とは別に、演算処理後ウェーハ３の吸着、搬送を行うもう１台のロボットハンド７が設けられている。

次に各部の機能について説明する。
ウェーハ３の位置決めは、上述のようにウェーハ３の位置情報が必要な工程に搬送される前の段階で、本発明の位置決め検出装置を用いて行なわれる。まず、前工程よりロボットハンド７にてパッド１０に吸着固定されたウェーハ３が搬送され、サポートテーブル４上に載置される。この段階ではウェーハ３の中心の偏心量等の位置情報は未測定であり、ロボットハンド７はウェーハ３の中心位置をサポートテーブル４の回転軸の近傍に置くことしかできない。すなわち、ウェーハ３の中心はサポートテーブル４の回転軸に対して基本的に偏心している。
この偏心量はウェーハ３毎に異なる方向、寸法となる。また、ウェーハ３のエッジのノッチ位置も毎回異なる角度位置にてサポートテーブル４に載置される。

そのため、本位置決め検出装置により、上記ウェーハ３の偏心量及びノッチ角度位置を正確に検出し、しかる後にその情報に基づいて、ロボットハンド７により所定の中心位置及びノッチ角度位置に位置決めされたウェーハ３を搬送する必要がある。以下に、上記検出段階と位置決め段階の動作について順に説明する（図４参照方）。

まずウェーハ３の上記各情報の検出段階の動作について説明する。
ウェーハ３が搬送用ロボットハンド７にてサポートテーブル上に載置され（Ｓ１）、サポートテーブルが回転する（Ｓ２）。上記構成の反射型レーザセンサ１は図１〜図３に示すように投光部から発射した平行レーザ光２を測定対象物に照射し、反射した光線を受光部にて捉えることによりウェーハ３のエッジ位置を検出する（Ｓ３）。これは、ウェーハ３の偏心による回転時のエッジ部３ａの変位量、及びノッチ角度位置を検出するために必要となる。具体的には、反射光の光量を演算装置１１にて評価することで平行レーザ光２の内、どの部分の光線の反射光がウェーハ３表面から反射したものであるかを検出することによりウェーハ３のエッジ位置の位置検出を行ない、これをウェーハ３の全周に亘り必要なデータが得られるまで行なう（Ｓ４）。

上記エッジ位置データ及び軸回転のエンコーダ（不図示）のデータを演算装置１１にて処理し、ウェーハ３の偏心量及びノッチの角度位置を求める（Ｓ５）。この具体的な演算方式については本発明の特徴とするところではないが、従来より種々の方式が知られている。

概略の方法を図５で説明する。反射型レーザセンサ１に戻ってくる反射光の受光量を解析することでエッジ部３ａの位置および上記ノッチ部３ｂの位置についての測定データ（図３（ｂ）のＲ寸法）を取得する。エッジ部３ａの位置については、このＲ寸法そのものがエッジの位置を示しており、ウェーハ３の回転の各位置におけるＲ寸法データの変化を演算装置１１で解析することでウェーハの中心の偏心量を得る。

ノッチ部３ｂの位置についてはＲ寸法データおよびウェーハの回転角度データにより求める。すなわち、演算装置１１は取り込まれたＲ寸法データおよびウェーハの回転角度データからウェーハの回転の各回転角度におけるＲ寸法の変化を解析し、急激な変化のある回転角度をノッチ位置と特定する方法によりノッチ部３ｂの角度位置を求める。

次に、ウェーハ３の位置決め段階の動作について説明する。
演算装置１１により得られたウェーハ３のノッチの角度位置に基づいて、まず、サポートテーブル４が回転し、ノッチ位置を次工程への搬送における所定位置に合わせて停止する（Ｓ６）。
次に、演算装置１１により、この停止位置におけるウェーハ３の中心の偏心量及び偏心方向を求め、これらに基づいてロボットハンド７がその所定位置をウェーハ３の中心位置に合わせるべくＸ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直な方向）に移動し（Ｓ６）、最後にＺ軸方向に下降して、パッド１０によりウェーハ３を吸着する。その後、ロボットハンド７は吸着し、固定したウェーハ３の所定の位置角度をそのまま保って、上昇し（Ｓ７）、かつ次工程への搬送を行なう。

また、上記構成では、レーザ光を照射する前にエアノズル５よりエアを噴き、ウェーハ３のエッジ部３ａおよびサポートテーブル４の外周部のダストや水滴を吹き飛ばし、クリーニングを行なう。これらの部分にダストや水滴が付着していると、反射型レーザセンサ１の反射光が散乱し、正確なウェーハ３のエッジ部３ａが検出不能となるおそれがあるためである。
さらに、上記構成のサポートテーブル４の周囲に配設されたカップ状チャンバ６にて上記エア気流が周辺に巻き散らないようにしている。

ここで、従来の透過型レーザ位置検出器を用いたウェーハのエッジ位置検出およびノッチ位置検出装置では、上述のようにウェーハ端部のだれによる不具合や、割れ、欠け等のおそれがあったにもかかわらず、なぜ本発明のようにウェーハ外径よりも大きな外形のサポートテーブルと反射型レーザセンサを用いる方式に想到しなかったかについて述べておく。

従来から反射型レーザセンサ自体は市販されており、本発明にこれを用いることは当然検討されたものと思われる。しかし、反射型レーザセンサは当初エッジ部３ａの検出に不安があった。すなわちエッジ部３ａは表面の角度が本体基部の平坦部と比較して安定していないため、レーザの反射光がしっかりと受光部に戻ってこない場合（光量が不足する場合）エッジ位置と認識できないおそれがあった。また、エッジの近傍に今回のサポートテーブルのような測定対象外の物体があると、そこからの反射光をエッジ部３ａからのものと誤検出する恐れもあった。

これに対して透過型レーザセンサは受光部に到達するレーザ光を検出する方式であるため、エッジ部３ａの誤検出のおそれが低く、当時としてはより安全サイドの技術と捉えられていた。このため上記ウェーハ端部のだれ等の不具合には眼をつぶって透過型レーザセンサが用いられてきたという経緯がある。簡単に言えば、反射型は誤検出が怖くてとても使えない、ということであった。

上記不具合は、反射型レーザセンサ自体の性能に起因するものであり、これらの性能が向上し、十分に本件のようなエッジ位置検出が可能となった後も上記経験から安全サイドに逃れようとする意識が働いたものと考えられる。

本発明は上記先入観を打ち破り、反射型レーザセンサの性能が本件エッジ検出に必要とされる精度を十分に備えていることを実験によって実証し、これを採用することで、問題となっていた上記ウェーハ端部のだれによる不具合や、割れ、欠け等のおそれを解消することを可能としたものである。

なお、上記構成では変位センサとして反射型レーザセンサを使用しているが、これに限らず反射型の他の光学式変位センサを使用することも可能である。

以上説明したように、本実施形態では、ウェーハのエッジ部検出手段として反射型レーザセンサを用いてサポートテーブルの外形をウェーハ外径よりも大きく構成することを可能とし、ウェーハのエッジ部のだれを防止して正確なエッジ位置検出を行うとともに、エッジ部の割れや欠けを防止することができる。

また、本実施形態では、ウェーハの位置決め検出装置で行うのはノッチ角度位置合わせのみであって、偏心量補正は行わない。その代わり、搬送用のロボットハンドの方を位置決め検出装置で得られた偏心量の情報により所定位置に移動させてウェーハを吸着、固定する方式とすることで、従来のようなウェーハの置き換えによる偏心量補正操作を省略することができ、より短時間でのウェーハの位置決めを行うことができる。

本発明の一実施形態を示すウェーハの位置決め検出装置の模式図である。 同上の反射型レーザセンサの投受光方式を示す模式図である。 本実施形態のウェーハの位置決め検出装置の検出部の詳細を示す図であり、（ａ）平面図、（ｂ）は正面図を示す。 本実施形態のウェーハの位置決め検出装置のウェーハの位置決め動作のフローチャートである。 反射型レーザセンサによるウェーハのエッジ位置及びノッチ位置の検出方法を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 反射型レーザセンサ
２ 平行レーザ光
３ ウェーハ
３ａ エッジ部
３ｂ ノッチ部
４ サポートテーブル
５ エアノズル
６ カップ状チャンバ
７ ロボットハンド
８ 回転軸
９ 回転盤
１０ パッド
１１ 演算装置

Claims (2)

1. 外周のエッジ部にノッチ部を有する薄板円盤状の裏面研削されたウェーハを、該ウェーハを保持し、回転するサポートテーブルと、
   レーザ光を上記ウェーハの上記エッジ部に照射し、その反射光を捉えて上記エッジ部の位置および上記ノッチ部の位置を検出する変位センサと、
   上記変位センサの上記位置のデータより上記ウェーハの偏心量、偏心方向および上記ノッチ部の回転角度位置を演算する演算装置と、
   上記サポートテーブルの上方に配置されていて上記ウェーハのエッジ部をクリーニングするためのエアブロー用ノズルと、
   上記サポートテーブルの周囲部および下部を取囲んでいて上記エアブロー用ノズルからの気流を外部に撒き散るのを防止するチャンバと、を具備し、
   上記サポートテーブルの外形は上記ウェーハの外径より大きく、上記ウェーハの全面が上記サポートテーブルの範囲内に載置でき、
   上記変位センサは反射型レーザセンサであって、投光部と受光部とを上記サポートテーブルの上方に備える
   ことを特徴とするウェーハの位置決め検出装置。
2. 請求項１に記載のウェーハの位置決め検出装置により上記検出及び演算が行なわれた上記ウェーハの上記ノッチ部が所定の回転角度位置となるように、上記演算装置から得られた上記ノッチ部の回転角度位置に基づいて、上記サポートテーブルを回転させ、
   上記演算装置から得られた上記ウェーハの偏心量および偏心方向に基づいて、上記吸着パッドを上記ウェーハ中心に合わせて上記ウェーハを吸着し、次工程まで搬送する
   ことを特徴とするウェーハの位置決め方法。

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