JP5115363B2 - ウェハのアライメント装置、それを備えた搬送装置、半導体製造装置、および半導体ウェハのアライメント方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置のウェハ搬送装置に使用され、ウェハの位置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。

半導体の製造において、洗浄、成膜、エッチング、イオン注入、露光、検査といった工程で使用される半導体製造装置にはウェハの結晶方向の目印であるオリフラやノッチを一定の方向に向ける作業が必要であり、その作業を行うのがアライメント装置である。
アライメント装置は、主にウェハ搬送用ロボットと、ウェハが収納されたカセットの蓋の開閉を行うカセットオープナの組み合わせで使用され、搬送装置として半導体製造装置の一部として設置される。そして、ウェハ搬送用ロボットによってカセットオープナから搬出されたウェハを保持し、旋回動作によりウェハのノッチ位置を検出し、ウェハを所定の位置へ角度合わせする。
また、アライメント装置は、複数のカセットオープナとウェハ搬送用ロボットとともに清浄で囲まれた空間に設置され、ウェハ搬送ロボットが複数のカセットオープナの間でウェハを並べ替えるソータ装置といわれる装置にも設置されることがある。
これらアライメント装置には、ウェハのノッチの角度合わせ機能の他に、あらかじめウェハ裏面に刻印されたウェハＩＤを読み取り、ウェハのロット管理等を行うウェハＩＤリーダーがアライメント装置に設置されることがある。従って、ウェハのノッチ検出機構とは別にウェハＩＤの読み取り機構が必要になる。

アライメント装置にウェハＩＤリーダーを搭載し、ウェハアライメントを行うとともにウェハＩＤを読み取る半導体製造装置のウェハ移載装置の一例として、特許文献１などがあり、ウェハＩＤリーダーが搭載されるアライメント装置の一例を図７、図８,図９を用いて、以下説明する。図７はこの従来のアライメント装置が搭載されたウェハ移載装置の上面図を簡易的に示している。次に、図８はこの従来のアライメント装置が搭載されたウェハ移載装置の側面図を示している。次に、図９はこの従来のアライメント装置の上面図を示している。
図７、図８及び図９に示すように、アライメント装置１０１は、ウェハパッド１０２、ウェハノッチセンサ機構部１０３、ウェハＩＤリーダー１０４等から成り、ウェハ１０５がウェハパッド１０２に置かれ、ウェハパッド１０２が旋回動作を行った際に、投光器、受光器などを配置して構成されたウェハノッチセンサ機構部１０３でウェハ１０５のノッチ位置１０６を検出するように構成されている。また、ウェハパッド１０２上にウェハＩＤ１０７の付された面を下側にしてウェハ１０５が載置されるため、ウェハ１０５の裏面下側には、前記ウェハＩＤリーダー１０４が配置され、該ウェハＩＤ１０７を該ウェハＩＤリーダー１０４で読み取り、ウェハＩＤ１０７を図示しないアライメント装置のコントローラで認識できる構成となっている。
カセットオープナ１０８上のカセット１０９からウェハ搬送用ロボット１１０にて取り出されたウェハ１０５は、アライメント装置１０１のウェハパッド１０２へ移載される。ウェハ１０５は、ウェハパッド１０２に設けられたウェハ吸着等による保持機構により保持され、ウェハパッド１０２の下部に設けられた図示しない旋回機構によりウェハ１０５が３６０度旋回することで、ノッチセンサ機構部１０３によりノッチ位置１０６を検出し、ノッチ位置１０６をアライメント装置１０１の図示しないコントローラで記憶する。これにより、半導体製造装置の規格であるＳＥＭＩ規格によりウェハ毎に決められたノッチ位置１０６とウェハＩＤ１０７の位置関係をもとに、ウェハＩＤリーダー１０４でウェハＩＤ１０７を認識できる位置までの移動量を算出し、ウェハＩＤ１０７がウェハＩＤリーダー１０４の読み取り位置に位置するようウェハ１０５を旋回動作させ、ウェハＩＤ１０７を読み取る。次に、前記ウェハＩＤ１０７読み取りとノッチ位置１０６の位置関係をもとに、ノッチ位置１０６を指定された位置へ角度合わせする。
このように、従来のアライメント装置１０１は、ウェハのノッチ検出機構とは別に、ウェハＩＤリーダー機構部を備えて構成されており、一連のウェハライメント動作においてノッチ位置検出動作とノッチのウェハＩＤ読み取り位置への移動動作とが必要となっていた。
特開２００３−３７１５２号公報（第３頁、図７）

ウェハ移載装置にて搬送されるウェハは、前工程である程度ノッチの位置決めが行われおり、アライメント装置にウェハが載置された状態において、ある程度決められた方向にノッチが揃っている場合がほとんどである。従って従来のアライメント装置は、アライメント処理するウェハのノッチがある程度同じ方向に位置決めされているにもかかわらず、必ずウェハを３６０度旋回させ、ノッチ位置を検出する動作を行っていた。
また、ウェハのノッチセンサとウェハＩＤリーダーが個別に構成されているため、アライメント装置が小型化できず、ウェハ移載装置のフットプリントが大きくなり、またコストもかかるという問題があった。
また、ノッチの検出動作とウェハＩＤの読取動作をそれぞれ行わなければならないため、ウェハアライメントに時間を要してしまうという問題があった。
また、ノッチ検出機構部は、ウェハ外周付近にウェハの厚み方向を挟むように配置されるため、ノッチ検出機構部が配置された方向からのウェハ搬送用ロボットのアクセスができないという問題があった。
また、ノッチセンサが、ファイバーセンサ等の微小な光軸により構成されたものである場合は、センサの調整が困難で調整やメンテナンスに時間を要してしまうという問題があった。
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、ノッチセンサを不要にし、ウェハＩＤリーダーによるウェハＩＤの位置検出のみでウェハアライメントを行うことにより、アライメント装置の小型化を図り、ウェハのアライメント時間を短縮化することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
本発明は、半導体ウェハのノッチ或いはオリフラを所望の位置へと回転させるアライメント装置において、前記ノッチ或いはオリフラに対して予め定められた位置に刻印されたＩＤが表面或いは裏面に刻印された前記半導体ウェハを載置するウェハ載置部と、前記ウェハ載置部を回転させる旋回機構と、前記ウェハ載置部の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記半導体ウェハの表面或いは裏面に刻印されたＩＤを読み取るＩＤリーダーと、を備え、前記ＩＤリーダーが前記ＩＤを読み取ったときの前記ウェハ載置部の回転位置を前記回転位置検出手段から取得し、予め記憶している前記ＩＤと前記ノッチ或いはオリフラとの位置関係によって前記ノッチ或いはオリフラを所望の位置へ回転させるアライメント装置とした。
本発明は、前記ＩＤリーダーは、前記ウェハ載置部に載置された前記半導体ウェハの下側もしくは、上側のいずれかの位置に配置されたアライメント装置とした。
本発明は、前記アライメント装置と、前記アライメント装置に対して前記半導体ウェハを授受するウェハ搬送ロボットと、を少なくとも備えた搬送装置とした。
本発明は、前記搬送装置を備えた半導体製造装置とした。
本発明は、回転可能なウェハ載置部に半導体ウェハを搭載するステップと、前記半導体ウェハのノッチ或いはオリフラに対して予め定められた位置に刻印されたＩＤを読み取るとともに、そのときの前記ウェハ載置部の回転位置を読み取るステップと、予め記憶している前記ノッチ或いはオリフラと前記ＩＤとの位置関係から前記ノッチ或いはオリフラを所望の位置まで回転させる回転量を算出するステップと、前記回転量だけ前記半導体ウェハを回転させるステップと、を含む半導体ウェハのアライメント方法とした。

以上、本発明によれば、以下の効果がある。
（１） ウェハＩＤリーダーにて読み取ったウェハＩＤの位置からノッチ位置を算出
し、ウェハの角度合わせを行うことにより、ノッチ検出用のセンサ機構部が不要となるため、アライメント装置を小型化し、装置コストを下げることができる。
（２）ノッチ検出センサによるノッチ検出動作が不要になり、ウェハＩＤリーダーによるウェハＩＤ位置読み取り動作後にウェハ角度合わせ動作へ移行できるため、ウェハライメント時間を短縮することができる。また、載置されたウェハのウェハＩＤ位置方向にウェハＩＤリーダーを配置することで、ウェハが載置された位置でウェハＩＤを読み取りできるウェハの割合が増えるため、ウェハＩＤ認識位置への移動が不要になり、ウェハライメント時間を短縮することができる。
（３）ノッチ検出用センサの機構が不要になることにより、すべての機構部をウェハ
面から下側に配置することができ、アライメント装置のあらゆる方向からウェハ搬送用ロボットがアクセスできるため、ウェハ移載装置におけるアライメント装置とウェハ搬送用ロボットの様々な組合わせレイアウトに対応することができる。
（４）ノッチ検出用センサの機構が不要になることにより、アライメント装置の組立およびメンテナンス工数の削減が図れる。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

以下、本発明のアライメント装置の実施形態の一例について、以下の図を用いて説明する。図１は、本発明のアライメント装置が搭載される半導体製造装置のウェハ移載装置の上面図、図２は、本発明のアライメント装置が搭載される半導体製造装置のウェハ移載装置の側面図、図３（ａ）は、ウェハＩＤがウェハＩＤリーダーの認識領域へ位置した時のアライメント装置の上面図、図３（ｂ）は、ウェハＩＤの一部がウェハＩＤリーダーの読み取り可能な領域へ進入した時のアライメント装置の上面図、図３（ｃ）は、ウェハＩＤがまったくウェハＩＤリーダー認識領域へ入っていない時のアライメント装置の上面図、図３（ｄ）は、ウェハＩＤがウェハＩＤリーダーの読み取り可能な領域の中央の位置へ位置した時のアライメント装置の上面図、図４は、実施例１のアライメント装置の側断面図、図５は、実施例１のアライメント装置のウェハライメント手順、図６は、実施例１のアライメント装置にてウェハＩＤ位置が異なる場合の上面図を示している。
以下に説明する本発明が従来技術と異なる部分は、ノッチセンサを使用せず、ウェハＩＤリーダーでウェハＩＤを読み込んだ位置の位置情報から、ウェハ毎にあらかじめ決められたウェハＩＤとノッチ位置の関係により、ウェハの角度合わせを行うことができる機能を備えた部分である。

本発明の構成を図１〜図６にて説明する。半導体製造装置のためのウェハ移載装置１は、カセット２に収納されたウェハ３をウェハ搬送用ロボット５が搬入・搬出可能なようにカセット２を載置するカセットオープナ４と、ウェハ３を搬送するウェハ搬送用ロボット５と、このウェハ搬送用ロボット５により移載されたウェハ３の角度合わせを行うアライメント装置６を少なくとも備えて構成されている。
アライメント装置６は、ウェハ搬送用ロボット５がカセットオープナ４上のカセット２から取り出したウェハ３をウェハパッド７上に載置し、ウェハ３を保持機構８により保持したのち、保持機構８の下部に配置された図示しない保持機構８の旋回機構部により旋回動作９を行えるようになっている。本実施例の場合、保持機構８はウェハ３の裏面を吸着可能な吸着機構となっている。
ウェハＩＤリーダー１０は、ウェハパッド７の中心に対してウェハ３の中心が一致した状態で、ウェハ３の裏面に刻印されたウェハＩＤ１１に対し、ウェハＩＤリーダー１０のＩＤ認識領域１２が、ウェハ半径方向及び円周方向ともに中間の位置に近くなるように配置されてウェハＩＤ１１が読み取れる構成となっている。ウェハＩＤリーダー１０は、例えばＯＣＲである。本実施例ではウェハ３の裏面にウェハＩＤ１１が刻印されているのでウェハＩＤリーダー１０はウェハ３の裏面に近接した位置に設置されているが、ウェハＩＤリーダー１０の位置は、ウェハＩＤ１１が読み取れる位置であれば、設置位置に限定はない。
ウェハＩＤ１１は、ＳＥＭＩ規格Ｍ１２、１３などによって定められた、複数の文字や数字からなる記号であって、ウェハ３の結晶方向を示すノッチやオリフラとの相対的な位置関係が予め定められているものである。
また、アライメント装置６は、ウェハＩＤ１１の読み取り信号とあわせて、旋回軸を旋回動作させる図示しないサーボモータ等アクチュエータのエンコーダにより、ウェハパッド７すなわちウェハ３の回転位置情報を取得することができる構成となっている。

本実施例の場合のウェハ搬送ロボット５は、ウェハ３をハンドに搭載し、複数のアームを互いに回転させてハンドを伸縮させ、ウェハ３を所望の位置に搬送する。ハンド３には図示しない保持部が構成されていて、この保持部がウェハ３の周囲を把持すると、ハンドに対してウェハ３の平面的な位置がほぼ決定される。従って、ウェハ搬送ロボット５はアライメント装置６のウェハパッド７の中心とウェハ３の中心とがほぼ一致した状態になるよう搭載することができる。
なお、ウェハ搬送ロボット５の形態は、本実施例のような、いわゆる水平多関節型のものに限らない。

次に、以上で構成された実施例１のアライメント装置６のアライメント動作について図３及び図５によって説明する。
（ステップ１）ウェハ搬送用ロボット５からアライメント装置６のウェハパッド７へウェハ３が載置され、真空によるウェハ吸着等の保持機構８によりウェハが保持される。
（ステップ２）ウェハ３がパッド７へ搭載された状態で、ウェハＩＤ認識領域１２に対するウェハＩＤ１１の位置を確認する。すなわち、アライメント装置６のコントローラでウェハＩＤリーダー１０の信号を確認する。このとき、（ステップ３）に示すように、位置関係として、＜パターン１＞ウェハＩＤ１１がＩＤ認識領域１２に完全に入っている場合、＜パターン２＞ウェハＩＤ１１の一部がＩＤ認識領域１２に進入している場合、＜パターン３＞ウェハＩＤ１１がＩＤ認識領域１２に全く入っていない場合の３通りがあるため、それぞれのパターンについて以下に説明する。

＜パターン１＞ウェハＩＤ１１がウェハＩＤ認識領域１２に完全に入っている場合について以下に説明する。この状態を示すのが図３（ａ）である。
（ステップ４）すでにウェハＩＤ１１がウェハＩＤ認識領域１２に入っているため、ウェハＩＤ１１を読み取る。
（ステップ５）ステップ４でウェハＩＤ１１を読み取った旋回軸の位置１３をアライメント装置６のコントローラに記憶させる。
（ステップ６）あらかじめウェハ毎に決められたウェハＩＤ１１とノッチ１５の位置関係から、ノッチの位置決め角度θ１を算出する。
（ステップ７）ステップ６で算出した旋回角度θ１をもとに、角度合わせ位置１６へノッチ１５を移動させる。

＜パターン２＞ウェハＩＤ１１の一部がウェハＩＤ認識領域１２に進入している場合について以下に説明する。この状態を示すのが図３（ｂ）である。
（ステップ４）ウェハＩＤリーダー１０にて認識できる一部のウェハＩＤ１１の外形をもとに、ウェハＩＤ１１がウェハＩＤ認識領域１２へ入るまでの旋回軸の移動量を算出する。このときの移動角度は、ウェハＩＤ認識領域１２の中央付近にウェハＩＤ１１が位置するように角度θ２を算出する。
（ステップ５）θ２に基づき、ウェハＩＤ１１をウェハＩＤ認識領域１２内へ移動する。
（ステップ６）ウェハＩＤ１１を読み取る。
（ステップ７）ステップ６でウェハＩＤ１１を読み取った旋回軸の位置１４をアライメント装置６のコントローラに記憶させる。
（ステップ８）あらかじめウェハ毎に決められたウェハＩＤ１１とノッチ１５の位置関係から、ノッチの位置決め角度θ１を算出する。
（ステップ９）ステップ８で算出した旋回角度θ１をもとに、角度合わせ位置へノッチ１５を移動させる。

＜パターン３＞ウェハＩＤ１１がウェハＩＤ認識領域１２に全く入っていない場合について以下に説明する。この状態を示すのが図３（ｃ）である。
（ステップ４）ウェハパッド７は、ウェハパッド７の下部に設けられた図示しない旋回軸の駆動機構部により旋回動作を開始する。
（ステップ５）ウェハＩＤリーダー１０のＩＤ認識領域１２へウェハＩＤ１１の一部が進入した位置１７をアライメント装置６のコントローラに記憶させる。
（ステップ６）ステップ５で記憶した位置１７から、ウェハＩＤ認識領域１２への移動量を算出する。このときの移動角度は、ウェハＩＤ認識領域１２の中央付近にウェハＩＤ１１が位置するように角度θ３を算出する。
（ステップ７）ステップ６で求めた旋回角度θ３にて、ウェハ旋回軸が停止するように減速動作を行い、旋回軸をＩＤ読み取り位置１４に一旦停止させる。
（ステップ８）ウェハＩＤ１１を読み取る。
（ステップ９）ステップ８でウェハＩＤ１１を読み取った旋回軸の位置をアライメント装置６のコントローラに記憶させる。
（ステップ１０）あらかじめウェハ毎に決められたウェハＩＤ１１とノッチ１５の位置関係から、ノッチの位置決め角度θ１を算出する。
（ステップ１１）ステップ１０で算出した旋回角度θ１をもとに、角度合わせ位置へノッチ１５を移動させる。

図６のように、上記のウェハとは異なり、ノッチ１５とウェハＩＤ１１の相対位置が異なるウェハ１８をアライメントする場合は、ウェハ半径方向および円周方向の位置関係から求められるウェハＩＤ１１の位置にウェハＩＤリーダ１０を配置することにより、同様の手法でウェハライメントが可能となる。
また、サイズが異なるウェハについても、異なるウェハサイズのウェハＩＤ位置に合せてウェハ半径方向に新たにＩＤリーダーを配置することで、同様の手法でウェハライメントが可能となるため、ウェハサイズごとに専用アライメントを適用する必要がなくなる。

本実施例では、ウェハ搬送ロボット５のハンド上にウェハの平面方向の位置を合わせる保持部を有することを説明したが、この機構をアライメント装置のウェハパッド７の代わりに設けてもよいことはいうまでもない。すなわち、公知のエッジグリップ式のアライメント装置と同様な構成にすればよい。
また、ウェハ移載装置においてウェハの平面方向の位置を合わせる必要が無い場合は、ウェハの平面方向の位置を合わせる保持部や機構は設ける必要がない。

本発明の実施例１を示すウェハ移載装置の上面図 本発明の実施例１を示すウェハ移載装置の側断面図 本発明の実施例１を示すアライメント装置の上面図 本発明の実施例１を示すアライメント装置の側断面図 本発明の実施例１のアライメント装置のウェハライメント手順 本発明の実施例１のアライメント装置にてウェハＩＤ位置が異なる場合の上面図 従来のアライメント装置が搭載されたウェハ移載装置の上面図 従来のアライメント装置が搭載されたウェハ移載装置の側面図 従来のアライメント装置の上面図

符号の説明

１ ウェハ移載装置
３ ウェハ
６ アライメント装置
７ ウェハパッド
１０ ウェハＩＤリーダー
１１ ウェハＩＤ
１２ ウェハＩＤ認識領域
１５ ノッチ

Claims (5)

1. 半導体ウェハのノッチ或いはオリフラを所望の位置へと回転させるアライメント装置において、
   前記ノッチ或いはオリフラに対して予め定められた位置に前記半導体ウェハの周方向へ所定の広がりのある外形を持つＩＤが刻印された前記半導体ウェハを載置するウェハ載置部と、
   前記ウェハ載置部を回転させる旋回機構と、
   前記ウェハ載置部の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記半導体ウェハに刻印されたＩＤの読み取りおよび前記ＩＤの外形の認識を行うＩＤリーダーと、
   を備え、
   前記ＩＤリーダーによって前記ＩＤの外形の一部が認識された場合に、前記ＩＤが前記ＩＤリーダーによる前記ＩＤの認識領域の中央に位置するように前記旋回機構によって前記半導体ウェハを回転させたときの前記ウェハ載置部の回転位置を前記回転位置検出手段によって取得させ、予め記憶している前記ＩＤと前記ノッチ或いはオリフラとの位置関係、および、当該回転位置に基づいて、前記ノッチ或いはオリフラを所望の位置へ回転させる
   ことを特徴とするアライメント装置。
2. 前記ＩＤリーダーは、前記ウェハ載置部に載置された前記半導体ウェハの下側もしくは、上側のいずれかの位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
3. 請求項１または２記載のアライメント装置と、前記アライメント装置に対して前記半導体ウェハを授受するウェハ搬送ロボットと、を少なくとも備えたことを特徴とする搬送装置。
4. 請求項３記載の搬送装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
5. 回転可能なウェハ載置部に半導体ウェハを搭載するステップと、
   前記半導体ウェハのノッチ或いはオリフラに対して予め定められた位置に刻印されたＩＤにおける前記半導体ウェハの周方向へ所定の広がりのある外形をＩＤリーダーによって認識するステップと、
   前記ＩＤリーダーによって前記ＩＤの外形の一部が認識された場合に、前記ＩＤが前記ＩＤリーダーによる前記ＩＤの認識領域の中央に位置するように旋回機構によって前記ウェハ載置部を回転させるステップと、
   前記ＩＤが前記認識領域の中央に位置したときの前記ウェハ載置部の回転位置を回転位置検出手段によって取得するステップと、
   予め記憶している前記ＩＤと前記ノッチ或いはオリフラとの位置関係、および、前記回転位置検出手段によって取得された前記回転位置に基づいて、前記ノッチ或いはオリフラを所望の位置まで回転させる回転量を算出し、前記旋回機構によって当該回転量だけ前記半導体ウェハを回転させるステップと、
   を含むことを特徴とする半導体ウェハのアライメント方法。

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