JPS61184842A - ウエハの位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明はウェハの位置決め装置に関し、更に詳しくは、
露光装置などの半導体製造装置、或いはウエハプローバ
などの各種検査・測定装置において、Ａリエンテーショ
ナルフラット付きの半導体ウェハをセットする際に、該
ウェハの向きと位置を予め定められた方向および位置に
定めるための位置決め装置に関する。

「従来技術１ 半導体製造装置等においては、複数のウェハを次々に処
理する必要上、複数枚のウェハを棚状に収納したウェハ
カセットを配置し、このカセット内の棚段部のうちから
ウェハを一枚ずつ取り出してウニハチせツク等に５Ａ＠
シ、必要な処理工程を終えたのちウニハチセックから別
のウェハカセット内にウェハを収納するようにして、ウ
ェハ供給側と収納側とに同様のウェハカセットを配置す
るのが一般的であったが、近時、処理済のウェハを元の
カセットに戻すようにして、収納側のウェハカセットを
不必要とし、その分だけ装置の小型化を計るようにする
ことが考えられ、このためウェハカセットとウェハチャ
ックとの間のウェハの受け渡しを、例えばパンタグラフ
式ロボットハンドのような水平面内で往復動および回動
可能なウェハ搬送用ハンドラによって行なうことが提案
された。

ところが、ウェハカセット内でのウェハの中心点位置や
そのオリエンテーシヨナルフラットの向きはカセット内
で一定に揃っているわけではなく、またハンドラもカセ
ット内のウェハを唯そのまま受取って運ぶだけでカセッ
ト内のウェハ位置および向きのバラツキを補正する機能
が無いので、ハンドラ上でウェハの中心点位置およびオ
リエンテーシヨナルフラットの向きがウェハ毎に異って
しまい、必然的にウェハチャックへ受渡した後でウェハ
の位置決めを行なわなければならず、ウェハチャック等
に位置合わせ機構を設けなければならなかったり、スル
ーブツトが低下したりする問題点が不可避であった。

［発明の目的と概要］ 本発明は、前述の従来技術の問題点を解決して、ウェハ
搬送ハンドラ上でウェハの中心点位置とそのオリエンテ
ーシヨナルフラットの向きとを一定の基準位置および方
向に合わせることのできるウェハの位置決め装置を提供
しようとするものである。

このような目的を達成するための本発明の位置決め装置
は、ウェハを載せて水平面内で往復動可能なウェハ搬送
用ハンドラと、所定の検出位置において前記ハンドラ上
のウェハの外周位置を検知する非接触センサを有しウェ
ハの外周位置に基づいてハンドラ上のウェハの中心点の
位置とそのオリエンテーシヨナルフラットの向きとを検
出する検出装置と、前記ハンドラ上のウェハの中心点の
位置とそのオリエンテーシヨナルフラットの向きとを検
出する検出装置と、前記ハンドラを予め定められた位置
の回動軸心まわりに回動させる回動装置と、前記検出装
置の検出結果に基づいて前記ハンドラおよび前記回動装
置を制御してウェハの中心点の位置とオリエンテーシヨ
ナルフラットの向きとをそれぞれ予め定められた基準位
置と基準方向とに合わせる制御装置と、前記ハンドラと
前記非接触センサとそれらの相互の高さ位置関係を一定
に保ったままで昇降させる昇降手段と、前記ハンドラと
の間でウェハの受け渡しが可能であって受取ったウェハ
をそのままの位置および姿勢に保持する保持手段とを基
本要素として備えている。

本発明の装置による位置決め方法は、その主要ステップ
として、検出ステップ、移動ステップ、および単独回動
ステップを含み、これらステップの組合せでウェハのハ
ンドラ上での位置決めが行なわれる。

検出ステップでは、ウェハを受取ったハンドラを所定の
検出位置に定位させてのち、この検出位置での前記ウェ
ハの外周位置を測定することによりウェハの中心点の位
置とそのオリエンテーシヨナルフラットの向きとを検出
する。

移動ステップでは、前記検出ステップでの検出結果に基
づいてハンドラをウェハごと水平面内で直線移動または
回動させることにより、ウェハのオリエンテーシヨナル
フラットの向きを基準方向に合わせ、ウェハ中心点を基
準位置に合致させる。

単独回動ステップでは、前記移動ステップ中のハンドラ
の回動の前又は後に、ウェハをそのままの向きで中心点
位置をずらすことなく一時保持し、ハンドラのみを所定
角度だけ回動してから前記一時保持を解除して再びハン
ドラをウェハごと直線移動または回動可能な状態にする
。

前記ハンドラは、検出位置近傍の予め定められた位置に
設定された回動軸心まわりに回動可能であり、ウェハ中
心点を合わせるべき基準位置は好ましくはこの回動軸心
上に定められる。

前記ハンドラはまた前記回動軸心上を通る直線に沿って
往復動可能であり、その直線移動方向はハンドラが回動
軸心まわりに回動することで複数方向へ向い、そのうち
のひとつはウェハカセットへ向う方向であり、また別の
ひとつはウェハチャック等の処理系へ向う方向であって
、これら直線移動方向のうちのひとつが前記基準方向に
選ばれ、例えばウェハのオリエンテーシヨナルフラット
は、前記回動軸心からウェハカセットへ向う方向と直交
するように方向合せが行なわれる。

単独回動ステップにおけるウェハの一時保持は、ハンド
ラとウェハとの相対回動のために行なわれ、このときに
はウェハはハンドラによる支持から離れて例えば固定載
置台などの別の固定部材によりそのままの向きと位置で
保持され、この間にハンドラのみが移動ステップでの回
動方向とは逆方向に同角度だけ回動されるなどして、ハ
ンドラの向きとウェハの向きとの一致がとられφ。この
場合、移動ステップでのハンドラの回動角度は検出ステ
ップでの検出結果によって与えられるので、ハンドラの
みの単独回動を移動ステップでのウェハと一緒の回動の
前に行なってハンドラに予めオフセット角を与えるよう
にしても、或いはハンドラのみの単独回動を移動ステッ
プでのウェハと一緒の回動の後に行なって相対角偏差を
吸収するようにしてもいずれでも可能である。

検出装置は例えば検出位置近傍においてハンドラに追従
して昇降するように配置されたウェハ外周位置測定用非
接触センサを含み、この場合、ひとつのセンサでもよい
が、ウェハの外周位置を複数個所で測定するように複数
のセンサを用いれば、検出時のウェハの回動量を少なく
或いは全く不要にすることができよう。この非接触セン
サとしては静電容量型の近接形センサを用いるのが測定
精度等との関連で好ましいが、もちろん他の例えば光電
式のセンサを用いることも可能である。

保持手段は前述のハンドラの単独回動のために必要なも
のであって、好ましくはハンドラを昇降させる前記昇降
手段によるハンドラの下降によってハンドラ上のウェハ
の下面を当接してウェハを載置保持する固定載置台とに
よって構成する。

ウェハ搬送用ハンドラには種々のものがあるが、本発明
の実施に好適なものは、ウェハを水平に支持する支持部
材をパンタグラフ機構等の一軸往復系によって水平面内
で直線往復動させ、且つこの一軸往復系と共に支持部材
を垂直な回動輪まわりに回動させる機能を最小限備えた
ロボットハンドである。

以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

［実施例］ 第１〜３図は本発明の実施例に係るウェハ位置決め装置
を示し、第４〜５図はウェハの位置合せ動作を示してい
る。

第１〜３図において、支持台１の上面片側にはウェハカ
セット２がセットされ、カセット内には複数段の棚にウ
ェハ３が収納されている。支持台１の上面の伯の片側に
はウェハ搬送用ハンドラ４が昇降架台５に支持されて支
持台上面に位置しており、架台５は、モータ６によって
駆動される送り機構７により支持台１に対して昇降可能
に支持されている。ハンドラ４は、その上にウェハ３を
載せて搬送するためのフォーク状の水平支持部材８と、
この支持部材８の直線往復動を行なわＶるパンタグラフ
機構９とを有し、パンタグラフＲ１ｍ９はその両回動輪
１０．１０の回動で開閉することによって支持部材８を
直線往復動させ、図示の向きにおいては支持部材８をカ
セット２内に進入させ或いはそこから逆方向に退去させ
、この直線往復動と昇降架台５の昇降動作の協働で支持
部材８とカセット２内の棚段との間でウェハの受け渡し
が行なわれるようになっている。このパンタグラフ機構
９は、その回動輪１０．１０を介してパンタグラフ開閉
駆動ユニット１１に支持されており、該ユニット１１は
さらにハンドラ回動ユニット１２の回動軸１３に支持さ
れており、そしてこの回動ユニット１２が前記昇降架台
５に取付けられている。従ってハンドラ４は回動軸１３
の軸心方向に昇降可能であると共に該軸心まわりに回動
して支持部材８の直線移動の向きを変えることもでき、
例えばカセット２から受取ったウェハを、カセット２と
は別方向に配置されている図示しないウェハチャック等
へ渡し、或いはその逆の受け渡し動作をするようになさ
れている。

前記回動軸１３の軸心位置は、ハンドラ４のウェハカセ
ットからの後退限位置において、その支持部材８の先端
外にならないように定められており、好ましくは第３図
に示すようにパンタグラフ開閉用回動軸１０．１０の両
軸心を結ぶ線上にある。

図示の例では回動軸１３の軸心Ｏの位置がウェハの中心
点を位置合せずべき基準位置となっており、また前記ハ
ンドラの後退限位置が後述の検出位置となっている。

前記後退限位置にあるハンドラ４の下降によってその上
のウェハ３の下面と当接し、ハンドラ４がウェハ３を残
置してそのままざらに下降できるように、支持台１上の
回動軸１３まわりには固定載置台１４が配設されている
。

また前記後退限位置にあるハンドラ４上のウェハ３の外
周位置を高精度で測定してウェハの中心点位置とそのオ
リエンテーシヨナルフラット１５の向きを検出するため
静電容量型等の非接触センサ１６が取付台１７に支持さ
れて配置されている。

この取付台１７は、昇降架台５に対して固定されており
、ハンドラ４と共に昇降する。

第４図（ａ）にはウェハ３の中心点が基準位置０（回転
軸１３の軸心）に一致し、そのオリエンテーシヨナルフ
ラット１５の向きがカセット方向（ＯＱｈ向）に向いた
位置決め完了状態が示されており、また第４図（ｂ）に
はカセット２からハンドラ上に受取ったウェハ３の中心
点がずれ、オリエンテーシヨナルフラットの向きも異な
っている状態が示されている。尚、第４図（ｂ）で０′
は実際のウェハの中心点位置、Ｏ’　Ｒはそのオリエン
テーシヨナルフラットの向きである。

第１・〜３図に示したＶｌ置を用いてウェハの位置決め
を行なう場合の操作例を以下に説明する。

まず始めにハンドラ４でカセット２内からウェハ３を一
枚とり出す。これは○Ｑ方向を向いた支持部材８をユニ
ツ１−１１の軸１０．１０の回動でパンタグラフ機構９
を開閉伸縮させて行なう。ウェハ３を載せて後退限位置
に停止したハンドラ４上において、ウェハ３の中心点位
置Ｏ′は殆んどの場合基準位置Ｏに一致しておらず、ま
たオリエンテーシヨナルフラット１５の向きもＯＱ力方
向らずれた０’　Ｒ方向を向いており、これを第４図（
ｂ）に示す通りとする。そしてこれに対する位置決めの
目標状態は第４図（ａ）の通りとして以下に説明を行な
う。

まず第４図（ｂ）の状態でセンサ１６によるウェハ３の
中心点Ｏ′の位置とオリエンテーシヨナルフラット１５
の向きＯ’　Ｒとの検出を行なう。ここで例えば取付台
１７が支持台１上に固定されている場合はモータ６およ
び送り機構７によって昇降架台５を上昇させ、ハンドラ
４上のウェハ３をセンサ１６の作動距離内に近づける操
作が必要であるが、本発明では取付台１１も昇降架台５
によってハンドラ４と一緒に昇降するように構成しであ
るのでその必要はなく、後退限位置におけるハンドラ４
上のウェハ３は、その外周部を常にセンサ１６の作動距
離内に位置せしめている。

前記のＯ′およびＯ’　Ｒの検出は、ウェハ３を載せた
ハンドラ４を回動ユニット１２によって回動軸１３まわ
りに一回転させ、この間にセンサ１６でウェハ３の外周
位置を測定することにより行なう。

この測定結果を座標計算することにより実際のウェハ３
の中心点位置Ｏとオリエンテーシヨナルフラットの向き
Ｏ’　Ｒとが基準位置０と基準方向ＯＱとの関係で検出
され、これらの偏差を無くすようにハンドラ４を直線移
動および回動させてウェハ３の目標位置への位置決めが
行なわれる。

このためまずはじめに第５図（ａ）に示すように基準方
向の直線ＯＱの延長線と実際の向きの直線０’　Ｒの延
長線との交点Ｐの位置を求め、距離ＯＰを演算してそれ
に対応する移動量だけパンタグラフ機構９によりハンド
ラ４の支持部材８を直線移動させ、これによって点Ｐを
点Ｏに一致させる。このときウェハ３の中心点Ｏ′は、
第５図（ａ）でＯＩＩの位置になり向きＯ’　Ｒは平行
シフトした向きＯＲ’　となり、新たなウェハ中心点位
置０１１は直線ＯＲ’上に位置することになる。この状
態において基準方向ＯＱと実際の向きＯＲ’とはハンド
ラ４の回動軸１３の軸心Ｏ上で交わり、両者に間の角度
はθとして求められる。次のステップではハンドラ４が
ウェハ３と一緒にθだけ回動され、方向ＯＲ’が基準方
向ＯＱに合わせられる。この状態は第５図（ｂ）の通り
であり、ウェハ３の中心点位置は直線ＯＱ上の点Ｏ″′
に移動する。ここでハンドラ４はθ回転のためにその直
線移動方向が基準方向ＯＱから逆方向にθだけずれてし
まっている。このずれを元に戻すためにハンドラ４を下
降させ、ウェハ３をそのままの向きで固定載置台１４上
に載置保持させ、更にハンドラのみ下降させてウェハと
の接触を離してから、ハンドラ４のみを回動ユニット１
２によって角度θだけ逆回転させる。この後にハンドラ
４を再び上昇させて固定載置台１４上のウェハを３をそ
の上に載せ、第５図（Ｃ）に示すようにＯ″′と０との
差を無くすようにパンタグラフ機構９によって支持部材
８を直線移動させ、ウェハ３の中心点を基準位置０に合
致させる。その後、カセット方向以外の方向にあるウェ
ハチャック等へ向けてハンドラ４の向きを回動により、
変更し、パンタグラフ機構９を伸長させて位置決め済み
ウェハを送り出すものである。

尚、この実施例ではウェハの方向を先に基準方向に合わ
せてからハンドラの向きを戻す場合を述べたが、これは
ハンドラの向きを、先に角度θのオフセットを与えるよ
うにウェハの向きに一致させておき、その後、基準方向
に合わせるようにしてもよい。また、ウェハの基準方向
は第４図（ａ）のＯＱ力方向けでなく、３６０°任意の
方向でも可能である。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、ウェハカセット
からウェハチャック等ヘウエハを搬送する途中でウェハ
を基準位置および方向に合わせることができ、ウェハ搬
送ハンドラの直線運動と回動の１１能を有効に活用して
ウェハの位置決めを行なえるので、ウェハチャック等の
次工程側にプリアライメント機構を設けずにすみ、構造
の簡略化が果され、またスループットの向上にも寄与す
るものであり、さらに非接触センサが常に検出位置のハ
ンドラの高さと一定の高さ位置関係を保つので検出操作
が簡略化できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る位置決め装置の全体構
成を示す斜視図、第２図は同じく部分切欠正面図、第３
図は同じく平面図、第４図（ａ）は位置決め後のウェハ
の状況を示す部分平面図、第４図（ｂ）は位置決め前の
ウェハの状況を示す平面図、第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）
は位置決め過程におけるウェハとハンドラとの動きを示
す説明図である。 ２：ウェハカセット、３：ウェハ、 ４：ウェハ搬送用ハンドラ、５：昇降架台、６：モータ
、７：送り機構、 ８：ウェハ支持部材、９：パンタグラフ機構、１１：パ
ンタグラフ開閉駆動ユニット、１２：ハントラ回初ユニ
ット、１３：回ｖＪｆＩｌｌ１１１４：固定載置台、 １５：オリエンテーシヨナルフラット、１６：非接触セ
ンサ、１７：取付台、Ｏ：基準位置、ＯＱ：基準方向。 手続ネ市正書（自　発） 昭和６０年３月１４日 特許庁長官　　志　賀　　学　殿 １、事ＰＩの表示 昭和６０年　特　許　願　第２４５１８号２、発明の名
称 ウェハの位置決め装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 居　所　東京都大田区下丸子３−３０−２名　称　（１
００）キャノン株式会社 代表者　　賀　来　龍　三　部 ４、代理人　〒１０５ 住　所　東京都港区虎ノ門二丁目８番１号虎ノ門電気ビ
ル　電話（５０１）９３７０「図　　而」および「委　
任　状」 ６、補正の内容 ■　別添の通り正式図面を補充する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハを載せて水平面内で往復動可能なウェハ搬送
   用ハンドラと、 所定の検出位置において前記ハンドラ上のウェハの外周
   位置を検知する非接触センサを有し、ウェハの外周位置
   に基づいてハンドラ上のウェハの中心点の位置とそのオ
   リエンテーシヨナルフラットの向きとを検出する検出装
   置と、 前記ハンドラを予め定められた位置の回動軸心まわりに
   回動させる回動装置と、 前記検出装置の検出結果に基づいて前記ハンドラおよび
   前記回動装置を制御してウェハの中心点の位置とオリエ
   ンテーシヨナルフラットの向きとをそれぞれ予め定めら
   れた基準位置と基準方向とに合わせる制御装置と、 前記ハンドラと前記非接触センサとをそれらの相互の高
   さ位置関係を一定に保つたままで昇降させる昇降手段と
   、 前記ハンドラとの間でウェハの受け渡しが可能であつて
   、受取つたウェハをそのままの位置および姿勢に保持す
   る保持手段、 とを備えたことを特徴とするウェハの位置決め装置。 ２、前記基準位置が、前記検出位置の近傍のハンドラの
   回転軸心上に定められている特許請求の範囲第１項に記
   載のウェハの位置決め装置。 ３、非接触センサがウェハの外周位置を複数個所で測定
   する複数のセンサからなる特許請求の範囲第１項に記載
   のウェハの位置決め装置。 ４、非接触センサとして静電容量型センサを用いた特許
   請求の範囲第１項または第３項に記載のウェハの位置決
   め装置。 ５、保持手段が、前記昇降手段によるハンドラの下降に
   よつてハンドラ上のウェハの下面と当接してウェハを載
   置保持する固定載置台とを含む特許請求の範囲第１項に
   記載のウェハの位置決め装置。 ６、前記ハンドラが、ウェハを水平に支持するウェハ支
   持部材と、該ウェハ支持部材を水平面内で往復動させる
   パンタグラフ機構とを有する特許請求の範囲第１項に記
   載のウェハの位置決め装置。