JP6263017B2 - 基板位置合わせ装置及び基板位置合わせ装置の制御方法 - Google Patents

基板位置合わせ装置及び基板位置合わせ装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、複数枚の基板の回転角度位置を合せる基板位置合わせ装置、及び基板位置合わせ装置の制御方法に関する。
半導体の製造工程においては、半導体ウエハの結晶方向を揃えるべく、複数枚の半導体ウエハの回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる基板位置合わせ装置(アライナ)が用いられている。このため、半導体ウエハには半導体ウエハの結晶方向の目印であるノッチが設けられている。この基板位置合わせ装置の一例が特許文献１に開示されている。
特許文献１の基板位置合わせ装置にあっては、１台のターンテーブルの周縁から３本の支持ポールを周方向に沿って立設し、各支持ポールには互いに等間隔に上下に離間した５つの支持ピンが設けられている。３本の支持ポールの同じ高さに位置する３つの支持ピンにて、１枚の半導体ウエハの周縁部を支持する。３本の支持ポールの外側には、３本の掬い上げポールが昇降自在且つターンテーブルの回転中心軸に接近離間可能に設けられ、各掬い上げポールには互いに等間隔に上下に離間した５つの掬い上げピンが設けられている。隣接する掬い上げピンの上下間隔は、隣接する支持ピンの上下間隔よりも小さく設定されている。３本の支持ポールの外側には、また支持ピンに支持された５枚の半導体ウエハのノッチを検出するセンサを設けたセンサポールが設けられている。
当初、各半導体ウエハは、同じ高さの３つの支持ピンにて支持されている。基板位置合わせ動作時には、先ずターンテーブルを１回転させ、センサにてノッチを検出することにより、全ての半導体ウエハのノッチの回転角度位置、即ち基準回転角度位置からのずれ角度を検出して、メモリに回転角度位置を記憶させる。メモリに記憶した回転角度位置に基づいてターンテーブルを回転させ、最下位の半導体ウエハの回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる。次に、３本の掬い上げポールをターンテーブルに向かって内向きに移動させて、位置合わせが終了した最下位の半導体ウエハを掬い上げピンが持ち上げるように、各掬い上げポールを上昇させる。前記の如く、隣接する掬い上げピンの上下間隔は、隣接する支持ピンの上下間隔よりも小さいから、最下位の半導体ウエハのみを掬い上げたまま、残り４枚の半導体ウエハを支持ピン上に載せたままとすることができる。次に記憶した回転角度位置に基づき、ターンテーブルを回転させ、下から２段目の半導体ウエハの基準回転角度位置への位置合わせを行って、上記と同様に掬い上げピンにて半導体ウエハを掬い上げる。このようにして、５枚の半導体ウエハの回転角度位置を順に基準回転角度位置に合わせる。
特開２０００―２９４６１９号公報
特許文献１に係る装置では、複数枚の半導体ウエハは下位に位置するものから順に回転角度位置が位置合わせされる。即ち、特許文献１に係る装置では、任意の順序で半導体ウエハの回転角度位置の位置合わせを行うことができない。
しかし、実際には複数枚の半導体ウエハのずれ角度にはバラつきがある。従って、特許文献１に係る装置では、複数枚の半導体ウエハについて、位置合わせ動作の開始から終了までに時間がかかる場合があった。
本発明の目的は、任意の順序で基板の回転角度位置の位置合わせを行うことができる基板位置合わせ装置、及び基板位置合わせ装置の制御方法を提供することにある。
本発明の或る態様に係る基板位置合わせ装置は、複数の基板を夫々水平に且つ上下方向に互いに離間して並ぶように保持するよう上下方向に互いに離間して配置され、且つ上下方向に延びた１つの軸線の周りを回転可能に設けられた複数の回転台と、
前記複数の回転台を同期して回転させる回転駆動装置と、
前記複数の回転台に夫々保持されて回転される複数の基板の目印の回転角度位置を検出する複数の目印位置検出部と、
前記複数の回転台にそれぞれ保持されるべき複数の基板の周縁部を支持するよう構成された複数の支持爪セットと、
前記複数の支持爪セットを、個別に支持し且つ前記基板の外周より内側に位置する内方位置と前記基板の外周より外側に位置する外方位置との間にて個別に移動させるよう構成された複数の支持爪セット駆動構造体と、
前記複数の支持爪セット駆動構造体を所定の高さ範囲における高位置と低位置との間にて一括して昇降させる昇降機構と、を備え、
前記高位置及び低位置は、夫々、前記複数の支持爪セットが夫々に対応する回転台に保持される基板より高い位置及び低い位置であり、且つ
前記複数の目印位置検出部で夫々検出される前記複数の基板の目印位置に基づいて前記回転駆動装置、前記支持爪セット駆動構造体、及び前記昇降機構を動作させることによって、前記複数の基板の目印を基準回転角度位置に位置させるように構成されている。
この構成に従えば、回転駆動装置によって複数の回転台を同期して回転させるとともに複数の目印位置検出部によって複数の回転台に夫々保持された複数の基板のノッチやオリフラなどの目印の回転角度位置を検出し、先ず１つの基板の目印の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる（以下、位置合わせするという）。この位置合わせした基板に対応する支持爪セットをその対応する支持爪セット駆動構造体によって内方位置に位置させるとともに、位置合わせしていない全ての基板に対応する支持爪セットを夫々に対応する支持爪セット駆動構造体によって夫々外方位置に位置させる。その後、昇降機構によって複数の支持爪セット駆動構造体を一括して高位置に位置させると、位置合わせが終了した基板のみが回転台から持ち上げられる（以下、基板持ち上げという）。その後、この位置合わせ及び基板持ち上げを残りの基板について順次行うと、全ての基板が位置合わせされる。このようにして、複数の基板について、任意の順序で目印の位置合わせを行うことができる。従って、複数の目印位置検出部で検出した複数の基板の目印の回転角度位置に応じて位置合わせの最適な順序を選択することにより、最短の時間で複数の基板の目印の位置合わせを行うことができる。
更に、前記目印位置検出部で検出される基板の目印の回転角度位置が入力され、前記回転駆動装置と前記支持爪セット駆動構造体と前記昇降機構とを制御する制御部と記憶部とを備え、
前記制御部は、前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させるとともに前記複数の目印位置検出部によって検出される前記複数の回転台に夫々保持された複数の基板の目印の回転角度位置を前記記憶部に記憶させる目印位置検出動作と、
前記記憶部に記憶された基板の目印の回転角度位置を用いて、ある基板の目印の回転角度位置が前記基準回転角度位置に位置するよう前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させる位置合わせと、この位置合わせが済んだ基板に対応する支持爪セットをその対応する支持爪セット駆動構造体によって前記内方位置に位置させるとともに位置合わせが済んでいない全ての基板に対応する支持爪セットを夫々に対応する支持爪セット駆動構造体によって夫々前記外方位置に位置させ、その後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を一括して前記高位置に位置させて、位置合わせが済んだ基板のみを前記回転台から持ち上げる基板持ち上げと、を前記複数の基板について順次行う順次基板位置合わせ動作と、を行うよう構成されてもよい。
この構成に従えば、制御部の制御により、複数枚の基板の回転角度位置合わせを順次自動的に行うことができる。
更に、前記制御部は、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を前記高位置に位置させるとともに前記複数の支持爪セットを夫々に対応する前記支持爪セット駆動構造体によって前記内方位置に位置させる基板受け取り動作と、当該基板受け取り動作が終了した状態における前記複数の支持爪セットに複数の基板が夫々搬送されて載置された後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を前記低位置に位置させて前記複数の回転台に前記複数の基板をそれぞれ保持させる基板保持動作とを行い、当該基板保持動作の後、前記目印位置検出動作と前記順次基板位置合わせ動作とを行うように構成されてもよい。
この構成に従えば、制御部の制御により、基板の受け取り及び回転台への基板の配置を自動的に行うことができる。
更に、前記制御部は、前記記憶部に記憶された複数の基板の目印の回転角度位置に基づいて全ての基板の前記位置合わせを行うのに必要な前記回転台の回転量が最小となる前記複数の基板における位置合わせの順序を演算し、前記順次基板位置合わせ動作において、この演算した順序で前記複数の基板に対して前記位置合わせを行ってもよい。
この構成によれば、複数の基板の順序に関して最小の時間で、基板の位置合わせを行うことができる。
更に、前記昇降機構は、前記１つの軸線を中心とした仮想円上に周方向に間隔を置いて上下方向に延びるように設けられた複数の支柱と、夫々の前記支柱に前記複数の回転台に対応する高さ位置にそれぞれ設けられた複数の個別支持爪駆動構造体と、前記複数の支柱を同期して前記昇降させる昇降装置と、を備え、
夫々の前記支持爪セットは、夫々に対応する前記回転台に保持されるべき基板の周方向における複数の周縁部をそれぞれ支持するよう構成された複数の支持爪を含み、
夫々の前記支持爪セット駆動構造体は、夫々に対応する前記支持爪セットを構成する複数の支持爪を、個別に支持し且つ前記内方位置と前記外方位置との間にて互いに同期して夫々移動させるよう構成された前記複数の個別支持爪駆動構造体によって構成されてもよい。
この構成によれば、前記と同様に、最短の時間で複数の基板の目印の位置合わせを行うことができる。
更に、前記複数の基板を夫々水平に且つ上下方向に互いに離間して並ぶように保持するよう上下方向に互いに離間し、且つ上下方向に延びた１つの軸線の周りを回転可能に前記複数の回転台を支持する基体と、
１つの回転駆動源と、
前記基体に設けられ、前記回転駆動源の回転駆動力を前記複数の回転台に当該複数の回転台が互いに同期して回転するよう伝達する回転駆動力伝達機構と、を備えてもよい。
この構成によれば、回転駆動力伝達機構を設けることにより、回転台の回転駆動源を回転台と離れた空間位置に配置することができる。これにより、回転駆動源を設ける空間に余裕ができる。換言すれば、回転駆動源を設ける際の設計の自由度が高まる。
本発明の或る態様に係る基板位置合わせ装置の制御方法は、複数の基板を夫々水平に且つ上下方向に互いに離間して並ぶように保持するよう上下方向に互いに離間して配置され、且つ上下方向に延びた１つの軸線の周りを回転可能に設けられた複数の回転台と、前記複数の回転台を同期して回転させる回転駆動装置と、前記複数の回転台に夫々保持されて回転される複数の基板の目印の回転角度位置を検出する複数の目印位置検出部と、前記複数の回転台にそれぞれ保持されるべき複数の基板の周縁部を支持するよう構成された複数の支持爪セットと、前記複数の支持爪セットを、個別に支持し且つ前記基板の外周より内側に位置する内方位置と前記基板の外周より外側に位置する外方位置との間にて個別に移動させるよう構成された複数の支持爪セット駆動構造体と、前記複数の支持爪セット駆動構造体を所定の高さ範囲における高位置と低位置との間にて一括して昇降させる昇降機構と、前記目印位置検出部で検出される基板の目印の回転角度位置が入力され、前記回転駆動装置と前記支持爪セット駆動構造体と前記昇降機構とを制御する制御部と、記憶部と、を備え、前記高位置及び低位置は、夫々、前記複数の支持爪セットが夫々に対応する回転台に保持される基板より高い位置及び低い位置である、基板位置合わせ装置に用いられ、
前記制御部は、前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させるとともに前記複数の目印位置検出部によって検出される前記複数の回転台に夫々保持された複数の基板の目印の回転角度位置を前記記憶部に記憶させる目印位置検出動作と、
前記記憶部に記憶された基板の目印の回転角度位置を用いて、ある基板の目印の回転角度位置が前記基準回転角度位置に位置するよう前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させる位置合わせと、この位置合わせが済んだ基板に対応する支持爪セットをその対応する支持爪セット駆動構造体によって前記内方位置に位置させるとともに位置合わせが済んでいない全ての基板に対応する支持爪セットを夫々に対応する支持爪セット駆動構造体によって夫々前記外方位置に位置させ、その後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を一括して前記高位置に位置させて、位置合わせが済んだ基板のみを前記回転台から持ち上げる基板持ち上げと、を前記複数の基板について順次行う順次基板位置合わせ動作と、を行う。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数の目印位置検出部で検出した複数の基板の目印の回転角度位置に応じて位置合わせの最適な順序を選択することにより、最短の時間で複数の基板の目印の位置合わせを行うことができる。
本発明の第１実施形態に係る基板位置合わせ装置が用いられる基板処理システムの全体構成を示す平面図である。 (a)、(b)は半導体ウエハの目印の例を示す平面図である。 基板位置合わせ装置の全体構成を示す平面図である。 回転台の斜視図である。 支持ポールを図３のＡ１方向から見た側面図である。 支柱及び回転台の側面図である。 (a)、(b)は支持爪の拡大図である。 (a)、(b)は、支柱及び支持爪と回転台の上下位置関係を示す拡大図である。 センサポールの拡大側面図である。 制御部の周辺構成を示すブロック図である。 支柱及び回転台の側面図であって、基板持ち上げ動作を示す。 支柱及び回転台の側面図であって、基板保持動作を示す。 支柱及び回転台の側面図であって、再度の基板持ち上げ動作を示す。 第２実施形態に係る基板位置合わせ装置の動作を示すフローチャートである。 支持爪の変形例を示す図である。
以下、本発明の実施形態を、図を用いて詳述する。なお、以下の記載では同一又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の記載では、上下方向とは鉛直方向を指すものとする。
更に、基板として円盤状の半導体ウエハを例示するが、この基板は半導体ウエハに限定されない。例えば、基板は、半導体プロセスによって処理される薄型液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ用のガラス基板であってもよい。また、半導体ウエハは、半導体デバイスの基板材料であり、シリコンウエハ、シリコンカーバイドウエハ、サファイアウエハ等を含む。半導体ウエハには結晶方向があり、半導体プロセスによって処理されるには結晶方向を一定方向に揃える必要がある。半導体ウエハ処理時に基準となる回転角度位置を、基準回転角度位置という。
(第１実施形態)
＜基板処理システムの全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る基板位置合わせ装置が用いられる基板処理システム１００の全体構成を示す平面図である。
図１に示すように、基板処理システム１００は、複数枚の半導体ウエハ９を収納する収納部１１０と、半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる基板位置合わせ装置１と、半導体ウエハ９に熱処理、薄膜形成処理等の所定の処理を施す処理装置１２０と、収納部１１０と基板位置合わせ装置１と処理装置１２０との間で半導体ウエハ９を搬送する搬送ロボット１３０を備える。搬送ロボット１３０と基板位置合わせ装置１は、処理装置１２０と収納部１１０との間に配置される。収納部１１０内の半導体ウエハ９は当初回転角度位置が合せられておらず、また所定の処理もされていない。
搬送ロボット１３０は、基台１４０と、複数の相互に回転可能なアームを連結して構成され基台１４０に水平面内を回転可能に設けられたアーム体１５０と、アーム体１５０の先端部に設けられて複数枚の半導体ウエハ９を上下に離間した状態で保持するハンド１６０とを備えて構成される。搬送ロボット１３０はアーム体１５０を回転させて、収納部１１０内から未処理の複数枚の半導体ウエハ９をハンド１６０にて取り出し、複数枚の半導体ウエハ９を基板位置合わせ装置１に搬送する。その後に、搬送ロボット１３０はハンド１６０を基板位置合わせ装置１から退出させる。基板位置合わせ装置１に、複数枚の半導体ウエハ９が上下に間隔を空けた状態で収納された後に、基板位置合わせ装置１は半導体ウエハ９を回転させて、複数枚の半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる。搬送ロボット１３０はハンド１６０にて、回転角度位置が合わせられた複数枚の半導体ウエハ９を基板位置合わせ装置１から取り出し、処理装置１２０に搬送する。処理装置１２０にて半導体ウエハ９に処理が施された後に、搬送ロボット１３０はハンド１６０にて半導体ウエハ９を取り出して、収納部１１０に戻す。以下の記載では、基板位置合わせ装置１は５枚の半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせると例示するが、半導体ウエハ９の枚数は５枚に限定されない。
基板位置合わせ装置１が、半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせるために、半導体ウエハ９には半導体ウエハ９の結晶方向を示す目印が設けられている。この目印には、例えば図２(a)に示すように、半導体ウエハ９の周縁に設けられた１つの平面視Ｖ字形の切欠きであるノッチ９０、又は図２(b)に示すように、半導体ウエハ９の周縁に設けられた直線状の切欠きであるオリフラ(orientation flat)９１とがある。半導体ウエハ９をその延在面内で回転させながら、この目印を基準回転角度位置に設定した目印検出器にて検出した時点で半導体ウエハ９の回転を停止させれば、半導体ウエハ９は基準回転角度位置に合わせられる。目印検出器として、例えば透光型センサ又は反射型センサが例示される。
或いは、半導体ウエハ９を水平面内で１回転させながら、この目印を目印検出器にて検知することにより、当初の半導体ウエハ９の回転角度位置が、基準回転角度位置から、どれだけの角度だけずれているかが判る。このずれ量に基づいて、各半導体ウエハ９のノッチ９０又はオリフラ９１が、基準回転角度位置に揃うように、半導体ウエハ９を回転させる。以下の記載では、目印としてノッチ９０を例示する。なお、基板が半導体ウエハ以外である場合、目印は、基板に特定の処理を施すための回転方向における所定の姿勢（回転角度）を示すものであればよい。
＜基板位置合わせ装置の全体構成＞
図３は、基板位置合わせ装置１の全体構成を示す平面図である。図３に示すように、基板位置合わせ装置１は、床面に載置される基体１０と、基体１０上にて上下に延びた１つの軸線Ｌを中心とした仮想円上に周方向に間隔を置いて上下に延びるように設けられた３本の支柱３と、上下に亘って半導体ウエハ９のノッチ９０を検出する複数のセンサが設けられたセンサポール１１と、軸線Ｌを中心として回転可能に設けられて、上下に互いに間隔を空けて配置された５つの回転台４と、回転台４の外側に位置する支持ポール６と、５つの回転台４を同期して回転させる回転駆動装置２とを備えて構成される。各回転台４の上に、ハンド１６０によって搬送された半導体ウエハ９が載置され、半導体ウエハ９が正しく回転台４上に載置された状態では、半導体ウエハ９の中心は軸線Ｌに一致する。支持ポール６は、回転台４上の半導体ウエハ９の外側に位置する。
回転駆動装置２は、支柱３の外側に設けられて上下に延びた２本の回転柱２０と、２本の回転柱２０のうち、一方の回転柱２０を中間ギア２１を介して回転させる１つの回転駆動源であるモータＭと、２本の回転柱２０と各回転台４に夫々架けられた無端のタイミングベルト２２を備えて構成される。タイミングベルト２２は５つの回転台４に対応して上下に５本設けられ、タイミングベルト２２によって、本発明の「回転駆動力伝達機構」が構成される。モータＭは例えば、サーボモータによって構成される。
図４は、回転台４の斜視図である。図４に示すように、回転台４の下方には受け台４０が設けられ、回転台４は受け台４０に対して回転可能である。回転台４の上面からは、複数の受け突起４１が設けられ、半導体ウエハ９は受け突起４１の上面に載置される。半導体ウエハ９が受け突起４１の上面に載置された状態で、半導体ウエハ９の裏面と回転台４の上面との間に、上下隙間が形成される。
図５は、支持ポール６を図３のＡ１方向から見た側面図である。図示の便宜上、下から２つの回転台４のみを示すが、前記の如く、回転台４は上下に５つ設けられる。
図５に示すように、支持ポール６からは、５つの受け台４０の各高さに対応して、ブラケット６０が受け台４０に向けて突出している。各ブラケット６０の先端部に受け台４０が取り付けられて、各受け台４０及び回転台４は対応するブラケット６０に片持ち状態で支持される。ブラケット６０は回転台４の下側に位置するから、回転台４に搬送される半導体ウエハ９とは干渉しない。
図３に示すように、タイミングベルト２２にて回転動力を回転台４に伝えることによって、モータＭを回転台４から離れた空間位置に設けることができる。これにより、モータＭを設ける空間に余裕ができる、即ち、モータＭを設ける際の設計の自由度が高まる。
図６は、支柱３及び回転台４の側面図であり、説明の便宜上、２本の支柱３を示す。
図６に示すように、各支柱３は回転台４に夫々保持されるべき半導体ウエハ９の周縁部を受けて支持する支持爪５０と、各支持爪５０を水平方向に移動させる支持爪駆動構造体７０を備えて構成される。支持爪駆動構造体７０は、例えばエアシリンダで構成される。即ち、各支柱３は回転台４の高さに対応して上下に５つの支持爪５０を備え、各支持爪５０は回転台４の高さに対応して設けられた５つの支持爪駆動構造体７０によって個別に水平に駆動される。支柱３は前記の如く３つ設けられているから、同じ高さに位置する３つの支持爪５０にて１つの支持爪セット５が構成され、同じ高さに位置する３つの支持爪駆動構造体７０によって１つの支持爪セット駆動構造体７が構成される。
各支柱３の下端部には、昇降装置３０が設けられ、３つの昇降装置３０は３本の支柱３、５つの支持爪セット５及び５つの支持爪セット駆動構造体７を同期して昇降させる。昇降装置３０は、例えばエアシリンダ又はラック機構を内蔵したモータが挙げられるが、これらに限定されない。３本の支柱３と、支持爪セット駆動構造体７と、昇降装置３０とによって本発明の昇降機構３００が構成される。なお、昇降機構３００は、これには限定されない。例えば、３本の支柱３を固定し、３本の支柱３に、それぞれ、個別に５つの支持爪駆動構造体７０を昇降させる昇降装置を設け、これらの昇降装置が夫々に対応する支持爪駆動構造体７０を互いに同期して昇降させるよう構成してもよい。
５つの支持爪５０は支持爪駆動構造体７０によって、個別に水平駆動されるが、支柱３に取り付けられているので、支柱３と一体に昇降する。即ち、支持爪５０は個別に水平に移動することはできても、昇降することはできない。
図７(a)、(b)は、個別の支持爪駆動構造体７０によって駆動される支持爪５０の拡大図である。
図７(a)、(b)に示すように、支持爪５０は上面が水平で半導体ウエハ９の周縁部下面を受ける受け片５１と、受け片５１の外側の端部から立設されて半導体ウエハ９の水平方向外向きのずれを抑える縦壁５２と、支持爪駆動構造体７０に水平方向に出没自在に嵌まった爪本体５３を一体に備えて構成される。支持爪５０は支持爪駆動構造体７０によって、図７(a)に示すように、受け片５１の先端部が半導体ウエハ９の外周よりも内側に位置する内方位置と、図７(b)に示すように、受け片５１の先端部が半導体ウエハ９の外周よりも外側に位置する外方位置との間を個別に駆動される。
図８(a)、(b)は、昇降装置３０によって昇降される支柱３及び支持爪５０と回転台４の上下位置関係を示す拡大図であり、最下位の支持爪５０を示す。しかし、他の支持爪５０と回転台４の上下位置関係も同様である。
図８(a)、(b)に示すように、支持爪５０は昇降装置３０が支柱３を昇降させる動作によって、受け片５１の上面が、各支持爪５０に対応する回転台４に保持された半導体ウエハ９の下面よりも下側に位置する低位置(図８(a)参照)と、受け片５１の上面が、回転台４に保持された半導体ウエハ９の下面よりも上側に位置する高位置(図８(b)参照)との間を移動する。従って、支持爪駆動構造体７０が対応する支持爪５０を内方位置に設定した状態で、昇降装置３０が支持爪５０を高位置に上昇させると、図８(b)に示すように、支持爪５０は対応する回転台４上の半導体ウエハ９を回転台４から持ち上げる。これにより、回転台４が回転しても半導体ウエハ９は回転しない。
これに対し、支持爪駆動構造体７０が対応する支持爪５０を外方位置に設定した状態では、受け片５１の先端部が半導体ウエハ９の外周よりも外側に位置しているので、昇降装置３０が支持爪５０を高位置に上昇させても、支持爪５０は対応する半導体ウエハ９を回転台４から持ち上げない。半導体ウエハ９は回転台４に載置されたままである。
即ち、支持爪駆動構造体７０と昇降装置３０を同期させて駆動することにより、支柱３が上昇する時に、任意の支持爪５０が半導体ウエハ９を対応する回転台４から、持ち上げる状態と持ち上げない状態とを切り換えることができる。
図９は、センサポール１１の拡大側面図である。図９に示すように、センサポール１１の側面には、半導体ウエハ９の周縁部が嵌まる５つの凹み１２が半導体ウエハ９の高さに対応して上下に亘って開設されている。各凹み１２はハンド１６０によって回転台４に搬送される半導体ウエハ９が進入できるように、開口を軸線Ｌに向けている。凹み１２には、半導体ウエハ９のノッチ９０(図２(a)参照)を検出するセンサ１３が設けられている。センサ１３は、例えば、半導体ウエハ９の周縁部を挟んで互いに上下に位置する発光素子１４と受光素子１５を備えた透光型センサとして構成される。半導体ウエハ９の回転時に、発光素子１４からの光が受光素子１５に達すると、ノッチ９０がセンサ１３を通過したことが判る。ノッチ９０がセンサ１３に検知される位置が、ノッチ９０の回転角度位置である。
即ち、当初に半導体ウエハ９が回転台４に載置された状態から、センサ１３がノッチ９０を検出するまでの回転台４の回転角度を検出することにより、当初の半導体ウエハが、基準回転角度位置から、どれだけの角度だけずれているかが判る。センサ１３は、本発明の「目印位置検出部」を構成し、発光素子１４と受光素子１５の上下位置は図９に示す位置と逆であってもよい。また、センサ１３は一方に発光部と受光部を備え、他方に反射板を設けて構成された反射型センサとして構成されてもよい。また、凹み１２の上下長さは、半導体ウエハ９が低位置と高位置との間を昇降しても、受光素子１４又は発光素子１５に接触しない長さに設定されている。
図１０は、基板位置合わせ装置１の制御動作を司る制御部８の周辺構成を示すブロック図である。制御部８は、例えば１つのＣＰＵで構成されるが、複数のＣＰＵの組み合わせであってもよく、例えば基体１０内に配置される。また、制御部８はＣＰＵとＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)とを組み合わせて用いてもよい。
制御部８には、センサ１３、昇降装置３０、支持爪駆動構造体７０、モータＭの他に、半導体ウエハ９の回転角度位置を記憶するメモリである記憶部８０、動作プログラムが格納されたＲＯＭ８１、一時的に情報を記録するワークメモリとして働くＲＡＭ８２が接続されている。５つの回転台４には夫々識別番号が付され、この識別番号は、例えばＲＡＭ８２に格納されている。制御部８は、モータＭを作動させて、全ての回転台４を一旦回転させ、全ての半導体ウエハ９について、当初に回転台４に載置された状態から、センサ１３がノッチ９０を検出する基準回転角度位置までの回転台４の回転角度を検出する。回転角度は、例えば、モータＭの主軸に取り付けられたロータリエンコーダ等の回転角度センサによって検出され、この検出値が制御部８に入力される。次に、制御部８は当初回転台４に載置された半導体ウエハ９が、基準回転角度位置から、どれだけの角度だけずれているかの値を回転台４ごとに記憶部８０に記憶させる。この値は、後記の位置合わせ動作時に用いる。
＜基板位置合わせ装置の動作＞
最初に、図６及び図８(a)、(b)を参照して、基板受け取り動作を説明する。図８(b)に示すように、制御部８は、昇降装置３０を作動させて全ての支持爪セット駆動構造体７を一括して高位置に位置させるとともに全ての支持爪セット５を夫々に対応する支持爪セット駆動構造体７によって内方位置に位置させる（図８(b)参照）。以下、この動作を基板受け取り動作という。この基板受け取り動作が終了した状態において、搬送ロボット１３０がハンド１６０を位置合わせ装置１に進入させて、複数（ここでは５つ）の支持爪セット５に複数の半導体ウエハ９（ここでは５枚）を夫々搬送して載置する。
その後、図６に示すように、制御部８は昇降装置３０を作動させて全ての支持爪セット駆動構造体７を一括して低位置に位置させて複数（ここでは５台）の回転台４に複数の基板をそれぞれ保持させる。以下、この動作を基板保持動作といいう。
次に、図６及び図１１乃至図１３を参照して位置合わせを説明する。上述のようにして、全ての回転台４に半導体ウエハ９が載置された図６に示す初期状態では、半導体ウエハ９の回転角度位置はバラ付いている、即ち、半導体ウエハ９は基準回転角度位置に揃えられていない。本実施形態に係る基板位置合わせ装置１にあっては、任意の識別番号の回転台４上の半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせることができる。この半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせることを「位置合わせ」するという。以下の説明では、図６に示す最上位の半導体ウエハ９から順に回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる位置合わせ動作を説明する。
図６に示す状態から、制御部８はモータＭを作動させて全ての回転台４を１回転させて、全てのセンサ１３にて全ての半導体ウエハ９のノッチ９０を検出する。そして、ノッチ９０を検出した時点において回転角度センサによって検出されるモータＭの回転角度に基づいて、ノッチ９０の回転角度位置を検出する。その後、制御部８は全ての回転台４を停止させて、全ての半導体ウエハ９について、基準回転角度位置とノッチ９０が検出された回転角度位置とのずれを演算し、この角度ずれ量を各半導体ウエハ９に対応した回転台４の識別番号ごとに記憶部８０に記憶させる。これを「目印位置検出動作」という。次に、制御部８は最上位の半導体ウエハ９の当初の回転角度位置と基準回転角度位置との角度ずれ量を記憶部８０から読み出し、全ての回転台４をこの角度ずれ量だけ回転させる。これにより、最上位の半導体ウエハ９の回転角度位置だけが、基準回転角度位置に合わせられる。即ち、最上位の半導体ウエハ９が「位置合わせ」される。
次に、図１１に示すように、制御部８は支持爪セット駆動構造体７を駆動して、最上位の支持爪セット５のみを内方位置に位置させるとともに、他の支持爪セット５を外方位置に位置させる。この状態で昇降機構３０を作動させて、全ての支持爪セット５を高位置に設定する。最上位の支持爪セット５のみが内方位置に位置し、他の支持爪セット５は外方位置に位置しているから、回転角度位置が基準回転角度位置に合わせられた最上位の半導体ウエハ９のみが回転台４から持ち上げられ、他の半導体ウエハ９は回転台４に載置された状態を保つ。これを「基板持ち上げ動作」という。
次に、全ての支持爪セット５を高位置に設定した状態のまま、制御部８は記憶部８０から上から２番目の半導体ウエハ９の角度ずれ量を読み出す。制御部８は、先に回転させた最上位の回転台４の回転量と上から２番目の半導体ウエハ９の角度ずれ量とを加減して、上から２番目の回転台４上の半導体ウエハ９を基準回転角度位置に合わるために必要な回転角度量を演算する。制御部８は、モータＭを作動させて全ての回転台４を演算した回転角度量だけ回転させて、上記と同様の手順にて、上から２番目の回転台４上の半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる。即ち、再度「位置合わせ」を行う。最上位の半導体ウエハ９は最上位の支持爪セット５によって持ち上げられているから、全ての回転台４が回転しても回転しない。上から２番目の半導体ウエハ９が基準回転角度位置に合わさった後に、全ての回転台４を停止させる。
この全ての回転台４が停止している状態にて、制御部８は昇降機構３０を作動させて、図１２に示すように、３本の支柱３を下降させて、全ての支持爪セット５を低位置に設定し、最上位の半導体ウエハ９を一旦最上位の回転台４上に載置する。これを「基板一時保持動作」という。
この状態で、制御部８は上から２段目の支持爪セット駆動構造体７を作動させて、上から２段目の支持爪セット５を内方位置に位置させる。最上位の支持爪セット５は内方位置に位置したままであり、最上位及び上から２段目の支持爪セット５以外の支持爪セット５は外方位置に位置したままである。
次に制御部８は昇降機構３０を作動させて、図１３に示すように、３本の支柱３を上昇させて、全ての支持爪セット５を高位置に設定し、回転角度位置が基準回転角度位置に合わせられた最上位の半導体ウエハ９及び上から２段目の半導体ウエハ９が高位置に持ち上げられる。換言すれば、再度「基板持ち上げ動作」を行う。
以下、同様の手順を繰り返し、全ての半導体ウエハ９の回転角度位置を基準回転角度位置に合わせる。即ち、１の半導体ウエハの「位置合わせ」、半導体ウエハの「基板持ち上げ動作」、次の半導体ウエハの「位置合わせ」、１の半導体ウエハの「基板一時保持動作」、１の半導体ウエハと次の半導体ウエハの「基板持ち上げ動作」を最後の半導体ウエハの回転角度位置合わせ動作が終了するまで繰り返す。この後に、搬送ロボット１３０が、ハンド１６０によって全ての半導体ウエハ９を基板位置合わせ装置１から取り出す。
複数枚の半導体ウエハ９の回転角度位置に応じて「位置合わせ」の最適な順序を選択することにより、短い時間で複数枚の半導体ウエハ９の「位置合わせ」を行うことができる。
なお、上記の実施形態では、上下に保持された複数枚の半導体ウエハ９を上から順に「位置合わせ」する手順を示したが、任意の順序で半導体ウエハ９を位置合わせすることもできる。この任意の順番は、作業者が手入力しても、制御部８が識別番号に関する乱数を発生させて決定してもよい。
(第２実施形態)
本発明の第２実施形態の基板位置合わせ装置１にあっては、基準回転角度位置からの角度ずれ量が小さい半導体ウエハ９から順に、基準回転角度位置に合わせることができる。これにより、全ての半導体ウエハ９の位置合わせ動作に要する時間を最短にすることができる。以下にこの動作を、図１４のフローチャートを用いて説明する。
制御部８はモータＭを作動させて、全ての回転台４を一旦回転させ、全ての半導体ウエハ９について、当初の回転角度位置が基準回転角度位置から、どれだけの角度だけずれているかの値を回転台４の識別番号ごとに記憶部８０に記憶させる(ステップＳ１)。即ち、「目印位置検出動作」を行う。次に、制御部８は記憶部８０に記憶された回転角度位置のずれ量から、最も回転角度位置の角度ずれ量が小さい半導体ウエハ９が載置された識別番号の回転台４を検出し、以下、回転角度位置の角度ずれ量が大きくなる順に回転台４の識別番号を並び替える(ステップＳ２)。
制御部８は、最も小さい角度ずれ量を記憶部８０から読み出し、全ての回転台４をこの角度ずれ量だけ回転させる。これにより、最も回転角度位置の角度ずれ量が小さい半導体ウエハ９だけが、基準回転角度位置に合わせられる、即ち「位置合わせ」される(ステップＳ３)。
次に、制御部８は支持爪セット駆動構造体７を駆動して、最も回転角度位置の角度ずれ量が小さい半導体ウエハ９に対応した支持爪セット５のみを内方位置に位置させるとともに、他の支持爪セット５を外方位置に位置させる。この状態で昇降機構３０を作動させて、全ての支持爪セット５を高位置に設定する。即ち、最も回転角度位置の角度ずれ量が小さい半導体ウエハ９について「基板持ち上げ動作」を行う(ステップＳ４)。
制御部８は、次に小さい角度ずれ量を記憶部８０から読み出し、全ての支持爪セット５を高位置に設定した状態のまま、モータＭを作動させて全ての回転台４をこの角度ずれ量だけ回転させる。即ち、再度「位置合わせ」を行う(ステップＳ５)。最初に位置合わせされた半導体ウエハ９は対応する支持爪セット５によって持ち上げられているから、半導体ウエハ９は全ての回転台４が回転しても回転しない。
制御部８は、次に小さい角度ずれ量の半導体ウエハ９を基準回転角度位置に合わせた後に、全ての回転台４を停止させる。
この全ての回転台４が停止している状態にて、制御部８は昇降装置３０を駆動して、全ての支持爪セット５を低位置に設定し、最初に位置合わせがされた半導体ウエハ９を一旦対応する回転台４上に載置する。即ち、「基板一時保持動作」を行う(ステップＳ６)。
この状態で、制御部８は次に小さい角度ずれ量の半導体ウエハ９に対応した支持爪セット駆動構造体７を駆動して、半導体ウエハ９に対応した支持爪セット５を内方位置に位置させる。
次に制御部８は昇降機構３０を駆動して、全ての支持爪セット５を高位置に設定し、回転角度位置が基準回転角度位置に合わせられた最初の半導体ウエハ９及び２番目に位置合わせされた半導体ウエハ９を高位置に持ち上げる。換言すれば、再度「基板持ち上げ動作」を行う(ステップＳ７)。
上記の動作を、全ての半導体ウエハ９について行う(ステップＳ８)。全ての半導体ウエハ９が位置合わせされた後に、ハンド１６０によって全ての半導体ウエハ９が基板位置合わせ装置１から取り出される。
本実施形態に係る基板位置合わせ装置１にあっては、制御部８の制御動作によって、基準回転角度位置からの角度ずれ量が小さい半導体ウエハ９から順に、基準回転角度位置に合わせることができる。これにより、全ての半導体ウエハ９の位置合わせ動作に要する時間を最短にすることができ、且つ位置合わせ動作を人手を介さずに自動で行うことができる。
尚、センサ１３を基準回転角度位置に設定し、センサ１３がノッチ９０を検出した時点で半導体ウエハ９の回転を停止させれば、半導体ウエハ９は基準回転角度位置に合わせられる。この場合、記憶部８０に半導体ウエハ９の角度ずれの量を記憶させる必要はない。
また、ハンド１６０が複数枚の半導体ウエハ９を搬送した際に、高位置且つ内方位置にある支持爪セット５に半導体ウエハ９を載置するのではなく、支持爪セット５を外方位置に位置させて、回転台４上に載置してもよい。
＜支持爪の変形例＞
上記記載では、図７(a)に示すように、半導体ウエハ９は支持爪５０の受け片５１にて周縁部下面が支持されるとした。しかし、これに代えて、図１５に示すように、受け片５１を内面が第１斜面５８と第１斜面５８よりも勾配の緩やかな第２斜面５９とが連続するように形成し、両斜面５８、５９の境目ＳＭにて半導体ウエハ９の周縁を支持してもよい。
図１５に示す構成であれば、半導体ウエハ９は受け片５１に保持される際には、受け片５１の第１斜面５８を滑って境目ＳＭに載置される。これにより、半導体ウエハ９の水平位置及び水平姿勢が矯正されて安定に保持される。また、受け片５１と半導体ウエハ９は線接触するから、受け片５１と半導体ウエハ９との接触面積が小さい。これにより、半導体ウエハ９への異物付着が減少する。
本発明は、複数枚の基板の回転角度位置を合せる基板位置合わせ装置、及び基板位置合わせ装置の制御方法に用いると有用である。
１ 基板位置合わせ装置
２ 回転駆動装置
３ 支柱
４ 回転台
５ 支持爪セット
７ 支持爪セット駆動構造体
８ 制御部
９ 半導体ウエハ
３０ 昇降装置
５０ 支持爪
７０ 支持爪駆動構造体
８０ 記憶部

Claims (8)

  1. 複数の基板を夫々水平に且つ上下方向に互いに離間して並ぶように保持するよう上下方向に互いに離間して配置され、且つ上下方向に延びた１つの軸線の周りを回転可能に設けられた複数の回転台と、
    前記複数の回転台を同期して回転させる回転駆動装置と、
    前記複数の回転台に夫々保持されて回転される複数の基板の目印の回転角度位置を検出する複数の目印位置検出部と、
    前記複数の回転台にそれぞれ保持されるべき複数の基板の周縁部を支持するよう構成された複数の支持爪セットと、
    前記複数の支持爪セットを、個別に支持し且つ前記基板の外周より内側に位置する内方位置と前記基板の外周より外側に位置する外方位置との間にて個別に移動させるよう構成された複数の支持爪セット駆動構造体と、
    前記複数の支持爪セット駆動構造体を所定の高さ範囲における高位置と低位置との間にて一括して昇降させる昇降機構と、を備え、
    前記高位置及び低位置は、夫々、前記複数の支持爪セットが夫々に対応する回転台に保持される基板より高い位置及び低い位置であり、且つ
    前記複数の目印位置検出部で夫々検出される前記複数の基板の目印位置に基づいて前記回転駆動装置、前記支持爪セット駆動構造体、及び前記昇降機構を動作させることによって、前記複数の基板の目印を基準回転角度位置に位置させるように構成されている、基板位置合わせ装置。
  2. 前記目印位置検出部で検出される基板の目印の回転角度位置が入力され、前記回転駆動装置と前記支持爪セット駆動構造体と前記昇降機構とを制御する制御部と記憶部とをさらに備え、
    前記制御部は、前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させるとともに前記複数の目印位置検出部によって検出される前記複数の回転台に夫々保持された複数の基板の目印の回転角度位置を前記記憶部に記憶させる目印位置検出動作と、
    前記記憶部に記憶された基板の目印の回転角度位置を用いて、ある基板の目印の回転角度位置が前記基準回転角度位置に位置するよう前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させる位置合わせと、この位置合わせが済んだ基板に対応する支持爪セットをその対応する支持爪セット駆動構造体によって前記内方位置に位置させるとともに位置合わせが済んでいない全ての基板に対応する支持爪セットを夫々に対応する支持爪セット駆動構造体によって夫々前記外方位置に位置させ、その後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を一括して前記高位置に位置させて、位置合わせが済んだ基板のみを前記回転台から持ち上げる基板持ち上げと、を前記複数の基板について順次行う順次基板位置合わせ動作と、を行うよう構成されている、請求項１に記載の基板位置合わせ装置。
  3. 前記制御部は、前回の基板持ち上げの後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を一括して前記低位置に位置させ、その後、前記支持爪セット駆動構造体及び前記昇降機構によって、位置合わせが済んだ基板のみを前記回転台から持ち上げるようにして２回目以降の前記基板持ち上げを行うよう構成されている、請求項２に記載の基板位置合わせ装置。
  4. 前記制御部は、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を前記高位置に位置させるとともに前記複数の支持爪セットを夫々に対応する前記支持爪セット駆動構造体によって前記内方位置に位置させる基板受け取り動作と、当該基板受け取り動作が終了した状態における前記複数の支持爪セットに複数の基板が夫々搬送されて載置された後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を前記低位置に位置させて前記複数の回転台に前記複数の基板をそれぞれ保持させる基板保持動作とを行い、当該基板保持動作の後、前記目印位置検出動作と前記順次基板位置合わせ動作とを行うよう構成されている、請求項２又は３に記載の基板位置合わせ装置。
  5. 前記制御部は、前記記憶部に記憶された複数の基板の目印の回転角度位置に基づいて全ての基板の前記位置合わせを行うのに必要な前記回転台の回転量が最小となる前記複数の基板における位置合わせの順序を演算し、前記順次基板位置合わせ動作において、この演算した順序で前記複数の基板に対して前記位置合わせを行う、請求項２乃至４の何れかに記載の基板位置合わせ装置。
  6. 前記昇降機構は、前記１つの軸線を中心とした仮想円上に周方向に間隔を置いて上下方向に延びるように設けられた複数の支柱と、夫々の前記支柱に前記複数の回転台に対応する高さ位置にそれぞれ設けられた複数の個別支持爪駆動構造体と、前記複数の支柱を同期して前記昇降させる昇降装置と、を備え、
    夫々の前記支持爪セットは、夫々に対応する前記回転台に保持されるべき基板の周方向における複数の周縁部をそれぞれ支持するよう構成された複数の支持爪を含み、
    夫々の前記支持爪セット駆動構造体は、夫々に対応する前記支持爪セットを構成する複数の支持爪を、個別に支持し且つ前記内方位置と前記外方位置との間にて互いに同期して夫々移動させるよう構成された前記複数の個別支持爪駆動構造体によって構成されている、請求項１乃至５の何れかに記載の基板位置合わせ装置。
  7. 前記複数の基板を夫々水平に且つ上下方向に互いに離間して並ぶように保持するよう上下方向に互いに離間し、且つ上下方向に延びた１つの軸線の周りを回転可能に前記複数の回転台を支持する基体と、
    １つの回転駆動源と、
    前記基体に設けられ、前記回転駆動源の回転駆動力を前記複数の回転台に当該複数の回転台が互いに同期して回転するよう伝達する回転駆動力伝達機構と、を備える、請求項１乃至６の何れかに記載の基板位置合わせ装置。
  8. 複数の基板を夫々水平に且つ上下方向に互いに離間して並ぶように保持するよう上下方向に互いに離間して配置され、且つ上下方向に延びた１つの軸線の周りを回転可能に設けられた複数の回転台と、前記複数の回転台を同期して回転させる回転駆動装置と、前記複数の回転台に夫々保持されて回転される複数の基板の目印の回転角度位置を検出する複数の目印位置検出部と、前記複数の回転台にそれぞれ保持されるべき複数の基板の周縁部を支持するよう構成された複数の支持爪セットと、前記複数の支持爪セットを、個別に支持し且つ前記基板の外周より内側に位置する内方位置と前記基板の外周より外側に位置する外方位置との間にて個別に移動させるよう構成された複数の支持爪セット駆動構造体と、前記複数の支持爪セット駆動構造体を所定の高さ範囲における高位置と低位置との間にて一括して昇降させる昇降機構と、前記目印位置検出部で検出される基板の目印の回転角度位置が入力され、前記回転駆動装置と前記支持爪セット駆動構造体と前記昇降機構とを制御する制御部と、記憶部と、を備え、前記高位置及び低位置は、夫々、前記複数の支持爪セットが夫々に対応する回転台に保持される基板より高い位置及び低い位置である、基板位置合わせ装置の制御方法であって、
    前記制御部は、前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させるとともに前記複数の目印位置検出部によって検出される前記複数の回転台に夫々保持された複数の基板の目印の回転角度位置を前記記憶部に記憶させる目印位置検出動作と、
    前記記憶部に記憶された基板の目印の回転角度位置を用いて、ある基板の目印の回転角度位置が基準回転角度位置に位置するよう前記回転駆動装置によって前記複数の回転台を同期して回転させる位置合わせと、この位置合わせが済んだ基板に対応する支持爪セットをその対応する支持爪セット駆動構造体によって前記内方位置に位置させるとともに位置合わせが済んでいない全ての基板に対応する支持爪セットを夫々に対応する支持爪セット駆動構造体によって夫々前記外方位置に位置させ、その後、前記昇降機構によって前記複数の支持爪セット駆動構造体を一括して前記高位置に位置させて、位置合わせが済んだ基板のみを前記回転台から持ち上げる基板持ち上げと、を前記複数の基板について順次行う順次基板位置合わせ動作と、を行う、基板位置合わせ装置の制御方法。
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