JPH05198645A - ウェハ異常検知装置及びウェハ検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェハ移し替え機構を持った装置において、
枚数検知だけでなくウェハ移し替え時に生じる割れなど
のウェハ異常を自動的に検知する。 【構成】 ウェハカセット底部からウェハを押し上げて
取り出す又は収納する機構と、ウェハをウェハカセット
外で保持する機構と、垂直に配列されたウェハの下面に
設けたオリフラ合わせ機と、オリフラ合わせ後のオリフ
ラ端面に対向してほぼ垂直な方向にオリフラ端面を検知
し、ウェハ配列方向に移動可能なセンサを１個設けるか
又はウェハ配列方向に対向して複数個設けた構造とで構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はウェハ異常検知装置及び
ウェハ検査方法に係り、特にウェハ移し替え装置による
ウェハ移し替え時に生じるウェハの割れなどのウェハ異
常を検知するのに好適なウェハ異常検知装置及びウェハ
検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ処理工程では、不純物の混
在によるコンタミネーションをできる限り少なくするよ
うに、技術的に種々の工夫がされている。その工夫の良
否いかんで歩留まりが大きく変わり、売上げ、利益に大
きく影響する。ウェハ移し替えもコンタミネーションを
少なくするために必要な作業であり、工程が変わるとき
に専用カセットにウェハを移し替える。またＬＳＩの高
集積度化に見られるように、プロセスの複雑化、高クリ
ーン化が求められ、無人化及び自動化によるＦＡ化が検
討されている。当然、ウェハ移し替え装置も自動化が要
求され、移し替え時に生じるウェハ破損に対する対策が
必要になる。

【０００３】従来のウェハ移し替え装置では、ウェハの
破損などによる異常を検出する機構を設けたものはな
く、人がその都度確認していた。また、ウェハ移し替え
装置ではなく、作業の過程で単にウェハ枚数を数えるだ
けの簡単な光学式のセンサを設けている例はあった。こ
の例を図７に示す。図７には透過光又は反射光を利用し
た方式のそれぞれを示す。透過形はウェハ７０が光軸を
横切るときに光が遮断されたときのパルスを数えること
でウェハ７０の枚数を知ることができる。また、反射形
はウェハ７０が光軸焦点位置にきたとき、その反射光を
検出し、ウェハ枚数を知ることができる。図７におい
て、光源７１，７２は一般にＬＥＤ又は半導体レーザが
用いられ、受光素子７３，７４はフォトダイオードが一
般的である。なお、７５は移動可能に配置されたウェハ
カセットであるその他の関連する公知文献としては、特
開昭６０−１５７２３０号公報が存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではウェ
ハが有るかないかの検出しかできず、ウェハが割れなど
の異常を生じたかどうかの検出は不可能であった。更
に、透過形はウェハに対向してセンサを配置しなければ
ならないので、光軸合わせが難しく、しかも空間を広く
占有するので、他の機構部への制約が大きかった。一
方、反射形はセンサを片側にセットできるのでスペース
の制約は透過形に比べ小さいが、ウェハ端面が丸いため
焦点合わせが難しく、ウェハの位置が少しずれるだけで
検出できなくなり信頼性の高い検出ができないという不
具合が有った。

【０００５】一般的に、ウェハ移し替え装置はウェハを
カセットから出し入れするために、ウェハを破損させる
危険性が高い。特に無人化、自動化を行うときはウェハ
の破損を検出する機構が必ず必要になってくる。これ
は、破損を知らずに作業を継続するとプロセス全体の重
大事故へとつながってしまうからである。

【０００６】本発明の目的は、ウェハ移し替え装置にお
いて移し替えの前と後とでウェハ枚数及び破損検出を行
い、破損検出時は速やかに動作を停止し、事故拡大を防
止することを可能とするウェハ異常検知装置及びウェハ
検査方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るウェハ異常
検知装置は、複数枚のウェハを同時にオリフラ合わせす
る機構と、複数枚のウェハがウェハカセットに収納保持
された状態でウェハに対しこれらを押し上げて取り出す
機構と、ウェハをウェハカセットの外部で保持する機構
と、ウェハが移し替えられるウェハ処理カセットにウェ
ハを収納する機構を有するウェハ移し替え装置に適用さ
れ、オリフラ合わせ機は、垂直に配列されたウェハの周
面の近傍に設けられ、オリフラ合わせ終了後のウェハの
オリフラ端面に対向してほぼ垂直な方向にオリフラ端面
を検知するセンサを設け、オリフラ端面の状態に基づき
ウェハの割れを検知するように構成される。

【０００８】本発明に係るウェハ検査方法は、１つの方
向に複数のウェハが配列された状態にて第１の収納状態
から第２の収納状態に移送されるときに、複数のウェハ
の位置合わせのために利用される各ウェハのオリフラ面
の収納時における状態を、光を利用して監視することに
よりウェハのそれぞれの破損状態を検知する方法であ
る。

【０００９】

【作用】本発明のウェハ異常検知装置では、まず、ウェ
ハが複数枚入ったカセットをテーブル等に置き、ローラ
回転式のオリフラ合わせ機によりオリフラ端面を鉛直下
方に揃える。次に、オリフラ端面に対向してほぼ垂直
で、焦点距離がオリフラ端面に位置するよう設けられた
光反射形センサを例えば１個配置し、ウェハの配列方向
にスキャンする。ウェハのオリフラ端面は同一平面上に
揃っているため、ほぼ一定した反射光量が受光され、ウ
ェハの枚数がカウントされる。

【００１０】次に、ウェハ移し替えを行う位置にカセッ
トを持っていき、カセット下部からウェハのみを押し上
げ、ウェハ保持機構でウェハをカセット上で保持する。
もし、ウェハに対し、なんらかの処理が必要ならば処理
する。処理後、移し替えられる別のカセットをウェハ保
持機の下部にセットし、ウェハをそのカセットに移し替
える。その後、再度反射形センサでウェハのオリフラ端
面をスキャンする。移し替えの前と同様な受光パターン
が得られれば、正常に移し替えが行われたと判断する。
しかし、前と後で受光パターンが異なった場合、例え
ば、受光パルスが欠けていた場合は、移し替え時にウェ
ハが割れてウェハ保持機構部から落ちてしまったことを
示す。また受光はするが、受光レベルが小さい場合は、
ウェハが部分的に欠けてオリフラ端面の位置が変わった
ことを示す。

【００１１】従来の透過形では部分的欠けに対しては対
応できず、また、単なる反射形においても、検出位置が
不安定であることから信頼度の高い検出はできなかっ
た。

【００１２】このように、ウエハが割れてなくなってし
まった場合だけでなく、部分的に欠けてしまったときで
も破損したことを検知することができ、信頼性の高いウ
ェハ破損検出を行うことが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

【００１４】図１は、本発明に係るウェハ異常検知装置
が付加されたウェハ移し替え装置の概略構成を示す。ウ
ェハカセット２ａには、移し替えられる前の段階の複数
枚のウェハ１が収納されている。これらのウェハ１はウ
ェハ挿入溝４ごとに各々分離されて収納されている。複
数のウェハ１を収納したウェハカセット２ａは移動テー
ブル５ａに載置され、Ａ方向に移動可能である。ウェハ
移し替え時にはウェハグリッパ３のほぼ真下にセットさ
れる。また、移動テーブル５ａの下には昇降可能なオリ
フラ合わせ用ローラ７が設けられる。ローラ７は、複数
のウェハ１を同時に少し持ち上げた状態で回転し（図で
はＥ’方向に回転する）、これによりウェハ１を回転さ
せ（図ではＥ方向に回転させる）、複数のウェハ１に関
しそれぞれ不揃いだったオリフラ端面８を鉛直下方に配
列することができる。通常、オリフラ合わせローラ７の
材質には、ウレタンゴムのような摩擦係数が高く、摩耗
の少ない材料が使用される。

【００１５】上記の如く整列されたオリフラ端面８のそ
れぞれに対向し、例えばほぼ垂直方向に、かつ焦点距離
がオリフラ端面８に位置するように、一対の反射形光セ
ンサ９，１０が設けられる。この反射形光センサ９，１
０は、ウェハ配列方向（Ｆ方向）にてスキャン動作を行
い、各オリフラ端面８の反射光を受光することにより、
ウェハの有無及び異常の検出を行う。上記の光センサの
構成は、一体形でも分離形でも構わない。基本的構成と
して、光センサは発光素子９と受光素子１０を含む。一
般に発光素子９はＬＥＤか半導体レーザ、受光素子１０
はフォトダイオードが使用される。

【００１６】ウェハ押し上げ機６はオリフラ端面８を押
し上げてカセット２ａからすべてのウェハ１を取出すと
きに使用される。ウェハ１がウェハグリッパ３で保持さ
れ、これらのウェハが上昇、下降するときは、ウェハは
ウェハ挿入溝４とウェハグリッパ３のウェハ案内溝１１
に沿って移動する。ウェハグリッパ３は、ウェハ１をウ
ェハ押し上げ機６で押し上げ、出しきったところでＤ方
向に回転してウェハ１を空中で保持する機構であり、ウ
ェハ案内溝１１で各々のウェハ１を保持する。ウェハ１
とのコンタミネーションを最小限にすることから、カセ
ット２、ウェハ押し上げ機６はテフロン系の材料を使用
することが好ましい。特に、ウェハグリッパ３は、点接
触でウェハ１を保持する構造が望ましい。

【００１７】カセット２ｂは、ウェハ１が移し替えられ
る相手側のカセットで、ウェハ１をウェハグリッパ３が
保持し、空のカセット２ａが移動後、ウェハグリッパ３
の下方にテーブル５ｂが移動し（Ｂ方向における移
動）、前記ウェハ押し上げ機６が下降することにより、
ウェハ１がカセット２ｂに収納される。

【００１８】次に、前記の複数のウェハ１の代表的な一
連の移し替え動作を、図２の（１）〜（６）を参照して
説明する。

【００１９】まず、ウェハ１の入ったウェハカセット２
ａを移動テーブル５ａにセットし、一方、ウェハ１が移
し替えられる別のカセット２ｂを移動テーブル５ｂにセ
ットする。この状態を図２（１）に示す。このセット動
作は、人手だけでなく、今後、無人搬送車（ＡＧＶ）等
により上位指令でセットされる場合が増えてくる。

【００２０】各カセットが上記の如くセットされると、
図２（２）に示す如く、ウェハ入りカセット２ａはウェ
ハグリッパ３の下方に移動し（Ｍ１）、オリフラ合わせ
ローラ７が上昇して、オリフラ合わせを行う（Ｍ２）。
オリフラ合わせ後、反射形光センサ１２が、オリフラ端
面８をスキャンし、ウェハ１の有無による枚数確認及び
ウェハ異常を検知する（Ｍ３）。ウェハ異常があった場
合は、動作を停止し。上位コンピューター又は人に異常
を通報する。ウェハの異常がないのを確認後、図２
（３）に示す如く、ウェハ押し上げ機６がウェハのオリ
フラ端面をゆっくりと押し上げ、カセット２ａから完全
に抜け出し、ウェハグリッパ３に案内された位置で停止
する（Ｍ４）。ウェハ１はウェハグリッパ３が回転する
ことにより空中で保持される（Ｍ５）。保持確認後、図
２（４）に示す如く、ウェハ押し上げ機６は初期の位置
まで下降する（Ｍ６）。

【００２１】次に、図２（５）に示す如く、空になった
カセット２ａはもとの位置に戻り（Ｍ７）、移し替えら
れるカセット２ｂがウェハ下部に移動する（Ｍ８）。停
止後、再びウェハ押し上げ機６がウェハ１のオリフラ端
面位置まで上昇し、ウェハ１を支える（Ｍ９）。支持の
後、ウェハグリッパ３はウェハ１の保持を開放すべく回
転し（Ｍ１０）、ウェハ押し上げ機６はウェハ１と同時
にゆっくりと下降する。図２（６）に示す如く、ウェハ
１はカセット２ｂに収納され（Ｍ１１）、ウェハ押し上
げ機６は初期位置に戻る。ウェハ１収納後、再び光セン
サ１２がウェハのオリフラ端面８をスキャンし、ウェハ
１の有無による枚数確認及び異常を検知する（Ｍ１
２）。移し替え前と比較して検知枚数が減っていれば、
移し替え時にウェハの割れが生じて落下したことを示す
し、光の信号レベルが低下したならばウェハに割れが生
じ、アンバランスな状態でカセットにひっかかっている
ということを検知することができる。異常がなければカ
セット２ｂはもとの位置に戻り次の処理を待つ（Ｍ１
３）。このように、移し替え時に割れなどのウェハ異常
を生じる可能性が高く、特に自動化する場合には、割れ
た状態でプロセスを進行させると重大事故につながるの
で、上記のように事前の割れ検知機構を設けることが非
常に重要となってくる。

【００２２】次いで、割れなどのウェハ異常の検知機構
を説明する。ウェハ異常は、ここでは、移し替え時のウ
ェハのつかみ損ないによるウェハの割れを意味する。ウ
ェハの割れモードにより、反射形光センサにおける反射
光の受光レベルが変わる。そこで、この特性を利用して
ウェハの状態を知ることができる。

【００２３】図３にウェハの状態とその受光レベルを示
す。（ａ）はウェハが正常な場合、（ｂ）は真っ二つに
割れたが、お互い溝にひっかかっている場合、（ｃ）は
割れて上面がなくなった場合、（ｄ）は割れて下面がな
くなった場合、更に、図示してないがウェハが割れて全
部無くなってしまった場合が考えられる。

【００２４】（ａ）では焦点距離がちょうどオリフラ端
面８に位置し、適切な反射角で受光されるので受光パワ
ーは一番高い。（ｂ）は割れによりオリフラ端面８が傾
き、反射面も変わるが、反射角も変わるので受光素子１
０に入る光量は（ａ）に比べると少なくなる。ただし、
いくらかは反射光が入るので光量レベルはゼロではな
い。また（ｃ）では残ったウェハの重心が安定した位置
で止まるので、オリフラ端面８は傾き、（ｂ）と同じよ
うな結果が得られる。（ｄ）は下面がなくなるため、反
射面が深くなり、しかも反射角が大きく変わるので、受
光量は、（ｂ）、（ｃ）に比べ更に小さくなる。しか
し、レベルはゼロにはならない。また、ウェハが全部な
くなってしまった場合は反射光が無いため受光レベルは
ゼロになる。ここで、受光レベルによりコンパレータ出
力を変えることを試みる。通常はコンパレータ出力をレ
ベル１に合わせておき、正常時以外は異常だとする判断
で十分適用できる。更に、カセット内に割れたウェハが
残っているかどうかの判断も必要ならば、図示の如くレ
ベル２でＯＮするコンパレータ出力を付加することによ
り可能となり、更に作業者に対しウェハ処理の適切な判
断を報告することが可能となる。これらの光センサのス
キャン時の受光状態を図４に示す。ウェハ移し替え前は
正常なウェハのみが有ると考えて良いから、パルスがな
いところは最初からウェハがなかったと判断する。ウェ
ハ移し替え後、レベル１のパルスがなくなったところ
は、ウェハが割れたと判断できる。また、レベル１のパ
ルスがない状態でレベル２もパルスがなくなったところ
はウェハがカセットになく、レベル２でパルスが有る場
合は割れたウェハがカセットに残っていると判断するこ
とができる。

【００２５】本実施例では１個の光センサをウェハ１の
配列方向にスキャンさせてウェハの異常を検出したが、
図５のように複数のセンサをアレイ状に配置して、各ウ
ェハに対応させてそれぞれの異常を検知しても良い。ま
たウェハ移し替え、つまりウェハをカセットから取り出
し、又は収納する機構を取り入れた装置、例えば図６の
洗浄装置のようにウェハを取り出した後、なんらかの処
理を終えた後、カセットに収納するような装置にも適用
できることは当然考えられる。また、ウェハ検出機構
は、オリフラ合わせ機構の近傍位置に有る必要はなく、
オリフラ端面を整列させた状態で測定できる位置であれ
ばどこでも設置することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ウェハの枚数管理だけ
でなく、ウェハを移し替えるときに生じる割れなどのウ
ェハ異常を自動的に検出することができる。

【００２７】特に、自動化ラインに適用されると、人が
管理しなくても自動的に装置を停止し、上位に異常を報
告することができるので、事故が拡大するのを最小限に
抑制し、最適な処理を指示することができる。

【００２８】更に、フラットなオリフラ端面を検出する
ことにより、より信頼度の高い検出ができ、しかも受光
量レベルをコントロールすることにより、割れの状態も
把握できる。

【００２９】また、非接触でかつ簡単な機構で構成でき
るのでウェハへのコンタミネーション等の影響はほとん
どないという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウェハ異常検知装置を備えたウェハ移し替え装
置の概略構成図である。

【図２】ウェハ移し替えの一連の動作を説明する動作状
態図である。

【図３】ウェハ割れモードによる受光レベルを示した説
明図である。

【図４】スキャン時の受光出力を示す出力特性図であ
る。

【図５】アレイ式のセンサを示す他の実施例の構成図で
ある。

【図６】洗浄装置に適用した他の実施例を示す構成図で
ある。

【図７】従来装置に適用された透過形センサ及び反射形
センサを示す構成図である。

【符号の説明】

１…ウェハ ２ａ，２ｂ…ウェハカセット ３…ウェハグリッパ ４…ウェハ挿入溝 ５ａ，５ｂ…移動テーブル ６…ウェハ押し出し機 ７…オリフラ合わせローラ ８…オリフラ ９…発光素子 １０…受光素子 １１…ウェハ案内溝 １２…光センサ １３…光センサアレイ １４…洗浄槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇山 史敏 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 高橋 信之 茨城県東茨城郡内原町三湯字訳山500番地 日立那珂エレクトロニクス株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚のウェハを同時にオリフラ合わせ
   する機構と、複数枚の前記ウェハがウェハカセットに収
   納保持された状態で前記ウェハに対しこれらを押し上げ
   て取り出す機構と、前記ウェハを前記ウェハカセットの
   外部で保持する機構と、前記ウェハが移し替えられるウ
   ェハ処理カセットにウェハを収納する機構を有するウェ
   ハ移し替え装置に設けられたウェハ異常検知装置であ
   り、 オリフラ合わせ機は、垂直に配列された前記ウェハの周
   面の近傍に設けられ、オリフラ合わせ終了後の前記ウェ
   ハのオリフラ端面に対向してほぼ垂直な方向に前記オリ
   フラ端面を検知するセンサを設け、オリフラ端面の状態
   に基づきウェハの割れを検知することを特徴とするウェ
   ハ異常検知装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウェハ異常検知装置にお
   いて、前記センサを１個設け、このセンサが複数の前記
   ウェハのそれぞれに対しウェハ配列方向にスキャンして
   各前記ウェハのオリフラ端面を検知することを特徴とす
   るウェハ異常検知装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のウェハ異常検知装置にお
   いて、複数の前記ウェハのそれぞれに対向して、ウェハ
   配列方向に複数個のセンサを配列し、各ウェハのオリフ
   ラ端面を検知することを特徴とするウェハ異常検知装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のウェハ異常検知装置にお
   いて、前記センサは反射式の光センサであることを特徴
   とするウェハ異常検知装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のウェハ異常検知装置にお
   いて、前記センサの検知パルスをカウントすることによ
   り前記ウェハの枚数を確認することを特徴とするウェハ
   異常検知装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載のウェハ異常検知装置にお
   いて、ウェハ移し替えの前と後とで前記センサの検知レ
   ベルを比較することにより、前記ウェハの異常を検知す
   ることを特徴とするウェハ異常検知装置。
7. 【請求項７】 １つの方向に複数のウェハが配列された
   状態にて第１の収納状態から第２の収納状態に移送され
   るときに、前記複数のウェハの位置合わせのために利用
   される各ウェハのオリフラ面の各収納時における状態
   を、光を利用して監視することにより前記ウェハのそれ
   ぞれの破損状態を検知するウェハ検査方法。