JPWO2002023623A1 - アライメント装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、半導体ウエハ（５Ａ、５Ｂ）をウエハ搬送ロボット（４）からウエハ搬送装置（１４）に渡すウエハ受け渡しポジションＰ１において、非接触位置センサ（２１〜２４）により検出された４点のウエハエッジ部から半導体ウエハ（５Ａ、５Ｂ）の中心位置をセンタリングするための補正量を求め、半導体ウエハ（５Ａ、５Ｂ）の中心位置をセンタリングするアライメント装置である。
Description
技術分野
本発明は、半導体ウエハを所定の姿勢にアライメントするアライメント装置に関する。
背景技術
基板検査装置は、半導体ウエハの表面を検査し、半導体ウエハ表面上の欠陥部があれば、この欠陥部を検出する。半導体ウエハ表面上の欠陥部は、例えば傷、欠け、表面むら、汚れ、ダストである。
この基板検査装置は、複数の半導体ウエハを収納するウエハキャリアと、半導体ウエハを目視により検査するマクロ検査と半導体ウエハの表面を顕微鏡により拡大して検査するミクロ検査とを行なう検査部と、ウエハキャリアに収納されている半導体ウエハを取り出して検査部に渡し、この検査部で検査の終了した半導体ウエハを受け取って再びウエハキャリアに戻すローダ部とからなっている。
検査部は、ローダ部から受け取った半導体ウエハをマクロ検査のポジション、次にミクロ検査のポジションに循環移送するウエハ搬送装置を備えている。
マクロ検査は、揺動機構により半導体ウエハを回転、揺動させ、マクロ検査用の照明を半導体ウエハの表面に照射する。検査員は、半導体ウエハからの反射光、散乱光を目視により観察して欠陥部を検出する。
次に、ミクロ検査は、マクロ検査により検出された半導体ウエハ表面上の欠陥部を顕微鏡を用いて拡大する。この拡大された欠陥部の像は、例えば撮像装置により撮像され、かつモニタに表示される。これにより、検査員は、欠陥部の種類や大きさなどを観察する。
ところが、マクロ検査では、半導体ウエハを回転、揺動させながら検査員の目視により観察するため、半導体ウエハのエハ中心が偏芯していると、半導体ウエハが偏芯回転し欠陥部を検出しずらくなる。
従って、半導体ウエハを回転、揺動させたときのウエハ中心の偏芯動作は、減少させる必要がある。
このため、通常、半導体ウエハは、ウエハ中心のセンタリングが行われて、検査部に渡される。
このセンタリング方法は、次の通り行われる。
直交ロボットがローダ部に用いられる場合について説明する。直交ロボットは、Ｘ軸方向に移動するアームと、このＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動するアームとからなる。
この直交ロボットは、ウエハキャリアから半導体ウエハを取り出して検査部に渡す。センタリングは、ウエハ搬送路中（ウエハキャリアの前）に設けた複数のセンサを、半導体ウエハが横切ったときに、半導体ウエハのウエハエッジ部を４点で検出し、このうちの３つのエッジ情報に基づいて半導体ウエハのウエハ中心ずれ量を求める。
この半導体ウエハを検査装置に受け渡す際に、半導体ウエハのウエハ中心ずれ量を補正し、ウエハ中心をアライメントする。
ウエハキャリアから検査部に半導体ウエハを搬送するローダ部に直交ロボットを用いると、Ｘ，Ｙアームの大きな移動スペースが必要になる。
クリーンルームに設置されている検査装置では、半導体ウエハの搬送速度やローダ部の設置スペースを小さくすることが要望されていることから、多関節のウエハ搬送ロボットが用いられる。
この多関節のウエハ搬送ロボットは、多関節アームを回転させる動作と、多関節アームを伸縮してハンドの位置を前進後退させる動作と、多関節アームを昇降させる動作とを行なう。
しかしながら、多関節のウエハ搬送ロボットでは、複数の多関節アームを伸縮・回動制御して、半導体ウエハのアライメントする動作制御が複雑になる。又、ウエハキャリアの前でウエハ中心ずれ量を求めた位置から検査装置の受け渡しステーション位置まで遠く、かつウエハキャリア方向と受け渡しステーション方向に回動させるため、精度高くセンタリングすることが困難になる。
発明の開示
本発明は、半導体ウエハなどの対象物の姿勢を所定の姿勢にアライメントできるアライメント装置を提供することを目的とする。
本発明は、対象物を所定の姿勢にアライメントするアライメント装置において、収納容器に収納された対象物を設備装置の受け渡し位置に搬送する搬送ロボットと、受け渡し位置に設けられ、対象物の外周縁を検出する少なくとも２つの光学センサと、これら光学センサと対象物とを相対的に移動し、光学センサの視野範囲内に対象物の外周縁を配置する移動手段と、各光学センサにより検出された外周縁の少なくとも３箇所の位置情報に基づいて搬送ロボットを制御し、対象物を所定の姿勢にアライメントするアライメント制御部とを具備したことを特徴とするアライメント装置である。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心にして複数の対象物のうち最大外径の対象物の外周縁に対応する４箇所に固定配置し、移動手段は、対象物のエッジを各光学センサにポジショニングすることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心にして外径が異なる複数の対象物の外周縁に対応する各位置ごとに、それぞれ４箇所ずつ同心円上に固定配置されたことを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、移動機構部は、少なくとも２つの光学センサを、外径の異なる複数の対象物の各外周縁に対応する各箇所にそれぞれ移動させることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心とする同心円上に４箇所配置され、移動手段は、４つの光学センサを外径の異なる複数の対象物のエッジに対応する同心円位置に移動させることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心とする最大外径の対象物の外周縁に対応する同心円と、この同心円上において小さい外径の対象物の前記外周縁とが交差する位置に配置されることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、移動機構部は、軸方向に回転可能な回転軸と、この回転軸に一端が設けられ、互いに連結されて多関節アームを構成する複数の連結アームと、これら連結アームの他端に連結され、対象物を保持するハンドとからなる多関節の搬送ロボットであることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、落射テレセントリック照明系を備えた２次元撮像素子からなり、光学センサにより取得された対象物の外周縁の２次元画像に対し、外周縁と直交する方向の１ライン又は複数ラインの画像データから外周縁の位置情報を求めることを特徴とする。
以上のように構成された本発明のアライメント装置は、収納容器に収納された対象物を搬送ロボットにより設備装置の受け渡し位置に搬送する際、この受け渡し位置に少なくとも２つの光学センサを設け、これら光学センサと対象物とを相対的に移動して、各光学センサの視野範囲内に対象物の外周縁を配置し、各光学センサにより検出された外周縁の少なくとも３箇所の位置情報に基づいて搬送ロボットを制御し、対象物を所定の姿勢にアライメントする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のアライメント装置を適用したウエハ検査装置の構成図である。このウエハ検査装置は、大きく分けてローダ部１と検査部２とからなる。
これらローダ部１と検査部２とは、それぞれ分離独立して設けられている。ローダ部１は、正面側Ｆから見て左側に配置され、検査部２は右側に配置されている。
ローダ部１は、ウエハキャリア３とウエハ搬送ロボット４とからなっている。ウエハキャリア３には、複数の半導体ウエハが所定のピッチで上下方向に収納されている。なお、これら半導体ウエハ５のうち未検査の半導体ウエハ５を半導体ウエハ５ａと称し、検査済みの半導体ウエハ５を半導体ウエハ５ｂと称する。
ウエハ搬送ロボット４は、ウエハキャリア３内に収納されている未検査の半導体ウエハ５ａを取り出して検査部２に渡し、検査部２で検査済みの半導体ウエハｂを受け取ってウエハキャリア３内に収納する。
ウエハ搬送ロボット４は、多関節のロボットである。このウエハ搬送ロボット４は、３つの連結アーム６〜８を連結して多関節アームを構成している。これら連結アーム６〜８のうち一端側の連結アーム６は、回転軸９に接続されている。この回転軸９は、軸方向を中心に矢印ａ方向に回転する。
他端側の連結アーム８には、ハンド１０が連結されている。このハンド１０は、半導体ウエハ５を吸着保持する。このハンド１０は、逃げ部１１と吸着部１２とからなっている。
ロボット制御部１３は、ウエハ搬送ロボット４を動作制御する。すなわち、ロボット制御部１３は、多関節アームを回転軸９を中心にして矢印ａ方向に回転させ、かつ各連結アーム６〜８を伸縮動作させてハンド１０を前進、後退させる。
検査部２は、マクロ検査とミクロ検査とを行なう。マクロ検査は、半導体ウエハ５を目視により観察し、半導体ウエハ５の表面上の欠陥部を検出する。この欠陥部は、例えば傷、欠け、表面むら、汚れ、ダストである。
ミクロ検査は、マクロ検査により検出された半導体ウエハ５の表面上の欠陥部を顕微鏡により拡大して観察し、欠陥部の種類や大きさなどを取得する。
検査部２の架台上には、ウエハ搬送装置１４が設けられている。このウエハ搬送装置１４は、回転軸１５と、この回転軸１５に対して等角度（例えば１２０度）毎に設けられた３本の搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃとからなっている。
これら搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれＬ字形状のＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ、１７ｃに形成されている。これらＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、図２に示すように互いに比較して長い指１８と、短い指１９とを有している。
これらＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ、１７ｃには、複数の吸着孔（ウエハチャック）２０が形成されている。これら吸着孔１２は、吸引ポンプ等の吸引装置に連結されている。
なお、図２はＬ型ハンド１７ａのみを示しているが、他のＬ型ハンド１７ｂ、１７ｃもＬ型ハンド１７ａと同一構成であり、その説明は省略する。
ウエハ搬送装置１４は、回転軸１５を中心に例えば図面上左回り（矢印ｂ方向）に回転する。これにより、３本の搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれウエハ受け渡しポジションＰ１と、マクロ検査ポジションＰ２と、ミクロ検査受渡しポジションＰ３とに循環移動する。
ウエハ受け渡しポジションＰ１は、ウエハ搬送ロボット４とウエハ搬送装置１４との間で半導体ウエハ５の受け渡しを行なうところである。
ウエハ搬送装置１４は、３本の搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃのいずれか１本の搬送アーム、例えば図１では搬送アーム１７ａがポジショニングされる。
このとき、ウエハ搬送ロボット４は、ロボッド制御部１３の制御により次のように動作する。ウエハ搬送ロボット４は、多関節アームを伸ばしてハンド１０を搬送アーム１６ａのＬ型ハンド１７ａ内に差し入れる。ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５を保持しているハンド１０を、例えばＬ型ハンド１７ａの上方から下方に下降させることにより、半導体ウエハ５をＬ型ハンド１７ａに渡す。
ウエハ受け渡しポジションＰ１の中心位置は、ウエハ搬送ロボット４の搬送ストローク範囲内に設けられている。
ウエハ受け渡しポジションＰ１には、図２に示すように４つの非接触位置センサ（光学センサ）２１〜２４が設けられている。これら非接触位置センサ２１〜２４は、半導体ウエハ５のアライメント用である。これら非接触位置センサ２１〜２４は、ウエハ受け渡しポジションＰ１にポジショニングされるＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃの下方で、かつ検査部２の架台上に固定されて設けられている。
４つの非接触位置センサ２１〜３４は、外径の異なる複数の半導体ウエハ５、例えば外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａと、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂとの外周縁（以下、ウエハエッジ部と称する）に応じた各位置にそれぞれ配置されている。
具体的に４つの非接触位置センサ２１〜２４は、ウエハ受け渡しポジションＰ１を中心に外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ位置に対応する同心円上に配置されている。
これら非接触位置センサ２１〜２４は、２つの非接触位置センサ３０と３１とのペアと、２つの非接触位置センサ３２と３３とのペアを形成する。
外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ロボット制御部１３は、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を図２に示す矢印ｃ方向に往復移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を非接触位置センサ２１及び２２と、非接触位置センサ２３及び２４の上方にポジショニングする。
例えば、ウエハ搬送ロボット４は、先ず、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を、１ペアの非接触位置センサ２１及び２２の上方にポジショニングする。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を、他の１ペアの非接触位置センサ２３及び２４の上方にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部が４つの非接触位置センサ２１〜２４の全ての検出視野内に同時に入るように、半導体ウエハ５Ｂをポジショニングする。
これらペアの非接触位置センサ２１と２２の間隔、及び非接触位置センサ２３と２４の間隔は、それぞれ例えば外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのオリフラのスパン又はハンド１０のネックの幅よりも長く離れている。
図３は非接触位置センサ２１〜２４の具体的な構成図である。これら非接触位置センサ２１〜２４は、落射テレセントリック照明結像光学系を用いている。
光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２５である。このＬＥＤ２５は、ＬＥＤ光を出射する。このＬＥＤ光の光路上には、光路分割素子としてハーフミラー２６が設けられている。このハーフミラー２６の反射光路上には、凸レンズ２７が設けられている。
凸レンズ２７は、コリメートレンズの作用と集光レンズの作用とを有する。
すなわち、凸レンズ２７は、ＬＥＤ２５から出射されたＬＥＤ光を平行光に整形して半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部に照射する（コリメートレンズの作用）。
凸レンズ２７は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部から反射してきたＬＥＤ光を集光する（集光レンズの作用）。
凸レンズ２７の集光光路上には、絞り２８、レンズ２９、検出素子３０が設けられている。絞り２８は、円形に形成されている。
検出素子３０は、複数の固体撮像素子（ＣＣＤ）を２次元平面状に配列したもので、例えばＣＭＯＳが用いられる。
検出素子３０は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部から反射してきたＬＥＤ光を撮像し、２次元の画像信号を出力する。
アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン又は複数ラインのＣＣＤの画像データ（以下、ライン画像データと称する）を抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置（座標）を求める。この場合、ＣＣＤから出力される画像信号なので、ウエハエッジ部の検出位置は、画素数から容易に求められる。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ位置情報（座標）を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置を求める。
この半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置は、円の中心座標を求める周知の方法から求められる。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置と正規の中心（ウエハ受け渡しポジションＰ１の中心）とを比較し、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１により求められたズレ量は、ロボット制御部１３に送られる。ロボット制御部１３は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に基づいて半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心が正規の中心位置に一致するようにアライメントする。
検査部２の架台上のマクロ検査ポジションＰ２には、マクロ検査用揺動機構３２と、マクロ検査用回転機構３３とが設けられている。
マクロ検査用揺動機構３２は、半導体ウエハ５を揺動させながら表面又は裏面を検査員Ｑの目視により観察する。
なお、マクロ検査用揺動機構３２に保持されている半導体ウエハ５には、マクロ観察用の照明が所定の角度で照射される。
マクロ検査用回転機構３３は、半導体ウエハ５を回転させ、かつ上下方向に移動させる。
ミクロ検査部３４は、検査部２の架台上に設けられている。このミクロ検査部３４は、ミクロ検査受渡しポジションＰ３にポジショニングされたハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃ上に保持されている半導体ウエハ５を受け取る。
ミクロ検査部３４は、ステージ３５と顕微鏡３６とを有している。ステージ３５は、半導体ウエハ５を吸着保持し、かつ半導体ウエハ５を移動させる。
顕微鏡３６は、ステージ３５上に吸着保持された半導体ウエハ５の表面の像を拡大し、その拡大像は接眼レンズ３７で観察する。
顕微鏡には、ＣＣＤ等の撮像装置３８が取付けられ、そのモニタに表示される。
操作部３９は、検査部２の正面に設けられている。この操作部３９は、マクロ検査、ミクロ検査の操作と、これら検査結果をインプットする操作と、検査装置全体の動作に関するデータなどの各種データをインプットする操作とを行う。
次に、上記の如く構成された装置の作用について説明する。
先ず、例えばウエハ搬送装置１４のハンド１７ａはウエハ受け渡しポジションＰ１にポジショニングされている。ハンド１７ｂはマクロ検査ポジションＰ２にポジショニングされている。Ｌ型ハンド１７ｃはミクロ検査受渡しポジションＰ３にポジショニングされている。
ウエハ受け渡しポジションＰ１において、ウエハ搬送ロボット４は、回転軸９を中心に回転して多関節アームをウエハキャリア３の設置方向に向く。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、各連結アーム６〜８を伸ばしてウエハキャリア３内に収納されている未検査の半導体ウエハ５ａを吸着保持する。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、各連結アーム６〜８及びハンド１０を縮め、続いて例えば左回りに９０度回転して停止し、検査部２のウエハ受け渡しポジションＰ１方向に多関節アームを向ける。
次に、ウエハ搬送ロボット４、再び各連結アーム６〜８及びハンド１０を矢印Ａ方向に伸ばし、多関節アームを検査部２の左側壁面から差し入れ、ウエハ受け渡しポジションＰ１上で停止させる。
次に、ロボット制御部１３は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの位置を矢印ｃ方向に移動させる。
例えば、ウエハ搬送ロボット４は、先ず、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部が１ペアの非接触位置センサ２１及び２２の上方にポジショニングし、次に半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部が他の１ペアの非接触位置センサ２３及び２４の上方にポジショニングする。
このとき、非接触位置センサ２１及び２２は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出し、各画像信号を出力する。
次に、非接触位置センサ２３及び２４は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出し、各画像信号を出力する。
一方、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部が４つの非接触位置センサ２１〜２４の全ての検出視野内に同時に入るように、半導体ウエハ５Ｂをポジショニングする。
このとき非接触位置センサ２１〜２４は、同時に半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出し、各画像信号を出力する。
これら非接触位置センサ２１〜２４の動作は、次の通りである。
４つの各非接触位置センサ２１〜２４は、それぞれＬＥＤ２５からＬＥＤ光を出射する。
このＬＥＤ光は、ハーフミラー２６で反射し、凸レンズ２７により平行光に整形されて半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部に照射される。
このウエハエッジ部からの反射光は、再び凸レンズ２７に入射する。このこのウエハエッジ部からの反射光は、凸レンズ２７により集光され、絞り２８、レンズ２９を通して検出素子３０に入射する。
この検出素子３０は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の像を撮像して画像信号として出力する。
次に、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ラインのＣＣＤのライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
次に、アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ部の座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置を求める。
次に、アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
次に、アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をアライメントする。
この結果、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂは、中心位置が正規の中心位置に合わせられる。すなわち、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂは、センタリングされる。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａに対する吸着を解除し、ハンド１０上の半導体ウエハ５ＡをＬ型ハンド１７ａに渡す。
すなわち、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａを保持するハンド１０をＬ型ハンド１７ａの上方に配置し、次に下降させて半導体ウエハ５ＡをＬ型ハンド１７ａに渡す。
マクロ検査ポジションＰ２において、Ｌ型ハンド１７ｂに吸着保持されている半導体ウエハ５Ａは、マクロ検査用揺動機構３２に渡される。
ミクロ検査受渡しポジションＰ３において、ミクロ検査部３４は、Ｌ型ハンド１７ｃ上に保持されている半導体ウエハ５ａを受け取ってステージ３５上に載置する。
ミクロ検査が終了すると、ミクロ検査部３４は、検査済みの半導体ウエハ５ｂを内部から搬出し、Ｌ型ハンド１７ｃ上に渡す。
マクロ検査及びミクロ検査が終了すると、ウエハ搬送装置１４は、再び回転軸１５を中心に例えば図面上左回りに回転する。
これにより、ウエハ搬送装置１４のＬ型ハンド１７ａがマクロ検査ポジションＰ２にポジショニングされ。Ｌ型ハンド１７ｂがミクロ検査受渡しポジションＰ３にポジショニングされる。Ｌ型ハンド１７ｃがウエハ受け渡しポジションＰ１にポジショニングされる。
これ以降、ウエハ受け渡しポジションＰ１において半導体ウエハ５の受け渡しが行われる。このウエハ受け渡しポジションＰ１では、半導体ウエハ５ａのアライメントが行われる。
マクロ検査ポジションＰ２においてマクロ検査が行われる。ミクロ検査受渡しポジションＰ３においてミクロ検査が行われる。
このように上記第１の実施の形態においては、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂをウエハ搬送ロボット４からウエハ搬送装置１４に渡すウエハ受け渡しポジションＰ１で、非接触位置センサ２１〜２４により検出された４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をセンタリングするための補正量を求め、同一位置のウエハ受け渡しポジションＰ１で半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をセンタリングする。
従って、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アームを回転させる動作と、多関節アームを伸縮してハンドの位置を前進、後退させる動作と、多関節アームを昇降させる動作とを行なう。
このウエハ搬送ロボット４を用いても、半径の異なる複数種類の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をセンタリングする補正量は、簡単な演算処理により求めることができる。
これによりマクロ検査時の半導体ウエハ５の回転偏芯動作を減少できる。マクロ観察の効率が向上する。
ミクロ検査部３４に半導体ウエハ５を渡すとき、半導体ウエハ５は、所定のアライメント範囲内、すなわちミクロ検査部３４のステージ３５によるアライメント範囲内に入れることができる。ミクロ検査部３４におけるアライメント時間は、短縮できる。
４つの非接触位置センサ２１〜２４は、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部に対応する位置に配置されている。かつ２つの非接触位置センサ２１及び２２と、他の２つの非接触位置センサ２３及び２４とは、それぞれ１ペアとしている。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａの場合、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａを保持しているハンド１０を矢印ｃ方向に往復移動させて、１ペアの非接触位置センサ２１及び２２と、他の非接触位置センサ２３及び２４にポジショニングする。
従って、本装置では、外径２００ｍｍと３００ｍｍとの各半導体ウエハ５Ａ、５Ｂに対してその中心位置をセンタリングすることができる。
半導体ウエハ５Ａ、５Ｂのアライメント動作は、半導体ウエハ５Ａ、５Ｂを受け渡す直前の一連の搬送動作中にできる。このアライメント動作は、外径２００ｍｍ又は３００ｍｍの各半導体ウエハ５Ａ、５Ｂのいずれが搬送されても、これら半導体ウエハ５Ａ、５Ｂに対応できる。
４つの非接触位置センサ２１〜２４は、落射テレセントリック照明結像光学系を用いている。これら非接触位置センサ２１〜２４は、小型で、コンパクトであるため、ウエハ搬送ロボット４及びウエハ搬送装置１４の動作に影響を与えない。
半導体ウエハ５の下面に配置することが可能である。又、非接触位置センサ２１〜２４は、半導体ウエハ５の上方に投光部又は受光部を設けないため、非接触位置センサ２１〜２４は、半導体製造工場におけるダウンフローを妨げない。
非接触位置センサ２１〜２４は、テレセントリック照明を用いているため、図３に示すように各非接触位置センサ２１〜２４と半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂとの間隔Ｄが変化しても常に正確に半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部を検出することができる。
４つの非接触位置センサ２１〜２４からの出力されるＣＣＤの画像信号のうち１ライン又は複数ラインの画像データを用いるので、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部を検出する画像処理速度が速くなる。半導体ウエハ５のマクロ検査及びミクロ検査の検査時間は、短縮される。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態におけるアライメント装置の構成を変えたものである。
従って、ローダ部１及び検査部２は、上記第１の実施形態におけるローダ部１及び検査部２と同一であるので、その構成及び作用の説明は重複をさけるために省略する。
図４は本発明に係わるアライメント装置の第２の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図である。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａがポジショニングされるところには、２つの非接触位置センサ４０、４１が固定配置されている。
これら非接触位置センサ４０、４１は、図３に示す非接触位置センサ２１〜２４の構成と同一構成である。
従って、非接触位置センサ２３、２４は、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａと外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂの各ウエハエッジ部の検出の兼用となる。
非接触位置センサ２１、２２は、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂの検出専用となる。
非接触位置センサ４０、４１は、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａの検出専用となる。
外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ロボット制御部１３は、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの位置を、４つの非接触位置センサ２３、２４、４０、４１の上方にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの位置を、４つの非接触位置センサ２１〜２４の上方にポジショニングする。
アライメント制御部３１は、次の各機能を有する。すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２３、２４、４０、４１から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａの中心位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ａの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
一方、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ｂの中心位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ｂの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの中心位置をアライメントする。
このように上記第２の実施形態においては、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａと外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂとの兼用の非接触位置センサ２３、２４と、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂ専用の非接触位置センサ２１、２２と、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ専用の非接触位置センサ４０、４１とを設けた。
従って、この第２の実施形態においても上記第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
第２の実施形態は、上記第１の実施形態のように外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａを非接触位置センサ上にポジショニングさせるために往復移動させる必要がない。これにより、第２の実施形態は、上記第１の実施形態よりもアライメントの時間を短縮できる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、上記第１の実施形態におけるアライメント装置の構成を変えたものである。
従って、ローダ部１及び検査部２は、上記第１の実施形態におけるローダ部１及び検査部２と同一であるので、その構成及び作用の説明は重複をさけるために省略する。
図５は本発明に係わるアライメント装置の第３の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図である。
２つの非接触位置センサ２１、２２が設けられている。これら非接触位置センサ２１、２２は、ペアで、第１と第２と第３の検出位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に移動可能である。
非接触位置センサ２１、２２の移動は、検査部２の架台上にレールなどの移動機構を設けることによって実現できる。
第１と第２の検出位置Ｑ１、Ｑ２は、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部に対応する位置である。
第２と第３の検出位置Ｑ２、Ｑ３は、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部に対応する位置である。
移動機構部４２は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、次のように２つの非接触位置センサ２１、２２を移動制御する。
すなわち、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第１の検出位置Ｑ１にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第３の検出位置Ｑ３にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第１の検出位置Ｑ１にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第１の検出位置Ｑ１にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第２の検出位置Ｑ２にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
次に、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求め、このズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの中心位置をアライメントする。
一方、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第１の検出位置Ｑ１から第３の検出位置Ｑ３にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第３の検出位置Ｑ３にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第２の検出位置Ｑ２にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
次に、アライメント制御部３１は、２つの非接触位置センサ２１、２２から出力された各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
以下、上記同様に、アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａの中心位置の正規の中心からのズレ量を求め、このズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの中心位置をアライメントする。
このように上記第３の実施形態においては、２つの非接触位置センサ２１、２２を、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂに応じてポジショニングする。
従って、この第３の実施形態においても上記第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、外径２００ｍｍと外径３００ｍｍとの各半導体ウエハ５Ａ、５Ｂの検出に兼用できる。検出部２の架台上のセンサ数が減少できる。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、上記第１の実施形態におけるアライメント装置の構成を変えたものである。
従って、ローダ部１及び検査部２は、上記第１の実施形態におけるローダ部１及び検査部２と同一であるので、その構成及び作用の説明は重複をさけるために省略する。
図６は本発明に係わるアライメント装置の第４の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図である。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａがポジショニングされるところには、４つの非接触位置センサ４３〜４６が固定配置されている。これら非接触位置センサ４３〜４６は、図３に示す非接触位置センサ２１〜２４の構成と同一構成である。
これら非接触位置センサ４３〜４６は、Ｌ型ハンド１６ａにより検出視野が妨げられないところに配置される。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂがポジショニングされるところには、４つの非接触位置センサ２１〜２４が固定配置されている。
これら非接触位置センサ２１〜２４と非接触位置センサ４３〜４６とは、同心円上に固定配置されている。
ロボット制御部１３は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの位置を、４つの非接触位置センサ４３〜４６の上方にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、ロボッドアーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの位置を、４つの非接触位置センサ２１〜２４の上方にポジショニングする。
アライメント制御部３１は、次の各機能を有する。すなわち、外径２００ｍｍ又は３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ４３〜４６又は２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの中心位置をアライメントする。
このように上記第４の実施形態においては、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部に対応する位置に４つの非接触位置センサ４３〜４６を固定配置し、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部に対応する位置に４つの非接触位置センサ２１〜２４を固定配置した。
従って、この第４の実施形態においても上記第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
又、ウエハ搬送ロボット４は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５ＢのいずれかをＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合であっても、ハンド１０をウエハ受け渡しポジションＰ１上の同一位置で停止する。
従って、ウエハ搬送ロボット４は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂで動作を変更する必要がない。
なお、上記第４の実施形態は、次のように変形してもよい。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａを検出するための４つの非接触位置センサ４３〜４６を無くし、４つの非接触位置センサ２１〜２４を外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出する本来の位置と、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出する位置との間に移動自在にする。
なお、本発明は、上記第１乃至第４の実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
上記第１乃至第４の実施形態は、半導体ウエハ５の下方に非接触位置センサ２１〜２４を配置しているが、図７に示すように非接触位置センサ２１〜２４を半導体ウエハ５の表裏面側に配置してもよい。
本発明装置は、ウエハ受け渡しポジションＰ１に回転ステージを設け、この回転ステージに保持された半導体ウエハ５を回転させて、非接触位置センサ２１〜２４により検出されたウエハエッジ部の位置情報に基づいて半導体ウエハ５の姿勢を制御してもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば半導体ウエハ、又は液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイのガラス基板を目視や顕微鏡を用いて検査・測定する装置に適用される。
本発明によれば、半導体ウエハなどのウエハエッジ部を複数箇所で検出する少なくとも２つの光学センサを設けたので、これら光学センサにより検出されたウエハエッジ部の各位置に基づいて半導体ウエハを所定の姿勢にアライメントできる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係わるアライメント装置の第１の実施形態を用いたウエハ検査装置の構成図。
図２は本発明に係わるアライメント装置の第１の実施形態における各非接触位置センサの配置位置を示す図。
図３は本発明に係わるアライメント装置の第１の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図４は本発明に係わるアライメント装置の第２の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図５は本発明に係わるアライメント装置の第３の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図６は本発明に係わるアライメント装置の第４の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図７は半導体ウエハのウエハエッジ部の表裏面側に配置された非接触位置センサを示す図。
本発明は、半導体ウエハを所定の姿勢にアライメントするアライメント装置に関する。
背景技術
基板検査装置は、半導体ウエハの表面を検査し、半導体ウエハ表面上の欠陥部があれば、この欠陥部を検出する。半導体ウエハ表面上の欠陥部は、例えば傷、欠け、表面むら、汚れ、ダストである。
この基板検査装置は、複数の半導体ウエハを収納するウエハキャリアと、半導体ウエハを目視により検査するマクロ検査と半導体ウエハの表面を顕微鏡により拡大して検査するミクロ検査とを行なう検査部と、ウエハキャリアに収納されている半導体ウエハを取り出して検査部に渡し、この検査部で検査の終了した半導体ウエハを受け取って再びウエハキャリアに戻すローダ部とからなっている。
検査部は、ローダ部から受け取った半導体ウエハをマクロ検査のポジション、次にミクロ検査のポジションに循環移送するウエハ搬送装置を備えている。
マクロ検査は、揺動機構により半導体ウエハを回転、揺動させ、マクロ検査用の照明を半導体ウエハの表面に照射する。検査員は、半導体ウエハからの反射光、散乱光を目視により観察して欠陥部を検出する。
次に、ミクロ検査は、マクロ検査により検出された半導体ウエハ表面上の欠陥部を顕微鏡を用いて拡大する。この拡大された欠陥部の像は、例えば撮像装置により撮像され、かつモニタに表示される。これにより、検査員は、欠陥部の種類や大きさなどを観察する。
ところが、マクロ検査では、半導体ウエハを回転、揺動させながら検査員の目視により観察するため、半導体ウエハのエハ中心が偏芯していると、半導体ウエハが偏芯回転し欠陥部を検出しずらくなる。
従って、半導体ウエハを回転、揺動させたときのウエハ中心の偏芯動作は、減少させる必要がある。
このため、通常、半導体ウエハは、ウエハ中心のセンタリングが行われて、検査部に渡される。
このセンタリング方法は、次の通り行われる。
直交ロボットがローダ部に用いられる場合について説明する。直交ロボットは、Ｘ軸方向に移動するアームと、このＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動するアームとからなる。
この直交ロボットは、ウエハキャリアから半導体ウエハを取り出して検査部に渡す。センタリングは、ウエハ搬送路中（ウエハキャリアの前）に設けた複数のセンサを、半導体ウエハが横切ったときに、半導体ウエハのウエハエッジ部を４点で検出し、このうちの３つのエッジ情報に基づいて半導体ウエハのウエハ中心ずれ量を求める。
この半導体ウエハを検査装置に受け渡す際に、半導体ウエハのウエハ中心ずれ量を補正し、ウエハ中心をアライメントする。
ウエハキャリアから検査部に半導体ウエハを搬送するローダ部に直交ロボットを用いると、Ｘ，Ｙアームの大きな移動スペースが必要になる。
クリーンルームに設置されている検査装置では、半導体ウエハの搬送速度やローダ部の設置スペースを小さくすることが要望されていることから、多関節のウエハ搬送ロボットが用いられる。
この多関節のウエハ搬送ロボットは、多関節アームを回転させる動作と、多関節アームを伸縮してハンドの位置を前進後退させる動作と、多関節アームを昇降させる動作とを行なう。
しかしながら、多関節のウエハ搬送ロボットでは、複数の多関節アームを伸縮・回動制御して、半導体ウエハのアライメントする動作制御が複雑になる。又、ウエハキャリアの前でウエハ中心ずれ量を求めた位置から検査装置の受け渡しステーション位置まで遠く、かつウエハキャリア方向と受け渡しステーション方向に回動させるため、精度高くセンタリングすることが困難になる。
発明の開示
本発明は、半導体ウエハなどの対象物の姿勢を所定の姿勢にアライメントできるアライメント装置を提供することを目的とする。
本発明は、対象物を所定の姿勢にアライメントするアライメント装置において、収納容器に収納された対象物を設備装置の受け渡し位置に搬送する搬送ロボットと、受け渡し位置に設けられ、対象物の外周縁を検出する少なくとも２つの光学センサと、これら光学センサと対象物とを相対的に移動し、光学センサの視野範囲内に対象物の外周縁を配置する移動手段と、各光学センサにより検出された外周縁の少なくとも３箇所の位置情報に基づいて搬送ロボットを制御し、対象物を所定の姿勢にアライメントするアライメント制御部とを具備したことを特徴とするアライメント装置である。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心にして複数の対象物のうち最大外径の対象物の外周縁に対応する４箇所に固定配置し、移動手段は、対象物のエッジを各光学センサにポジショニングすることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心にして外径が異なる複数の対象物の外周縁に対応する各位置ごとに、それぞれ４箇所ずつ同心円上に固定配置されたことを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、移動機構部は、少なくとも２つの光学センサを、外径の異なる複数の対象物の各外周縁に対応する各箇所にそれぞれ移動させることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心とする同心円上に４箇所配置され、移動手段は、４つの光学センサを外径の異なる複数の対象物のエッジに対応する同心円位置に移動させることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、受け渡し位置の正規の中心位置を中心とする最大外径の対象物の外周縁に対応する同心円と、この同心円上において小さい外径の対象物の前記外周縁とが交差する位置に配置されることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、移動機構部は、軸方向に回転可能な回転軸と、この回転軸に一端が設けられ、互いに連結されて多関節アームを構成する複数の連結アームと、これら連結アームの他端に連結され、対象物を保持するハンドとからなる多関節の搬送ロボットであることを特徴とする。
本発明の他の観点によるアライメント装置は、上記本発明のアライメント装置において、光学センサは、落射テレセントリック照明系を備えた２次元撮像素子からなり、光学センサにより取得された対象物の外周縁の２次元画像に対し、外周縁と直交する方向の１ライン又は複数ラインの画像データから外周縁の位置情報を求めることを特徴とする。
以上のように構成された本発明のアライメント装置は、収納容器に収納された対象物を搬送ロボットにより設備装置の受け渡し位置に搬送する際、この受け渡し位置に少なくとも２つの光学センサを設け、これら光学センサと対象物とを相対的に移動して、各光学センサの視野範囲内に対象物の外周縁を配置し、各光学センサにより検出された外周縁の少なくとも３箇所の位置情報に基づいて搬送ロボットを制御し、対象物を所定の姿勢にアライメントする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のアライメント装置を適用したウエハ検査装置の構成図である。このウエハ検査装置は、大きく分けてローダ部１と検査部２とからなる。
これらローダ部１と検査部２とは、それぞれ分離独立して設けられている。ローダ部１は、正面側Ｆから見て左側に配置され、検査部２は右側に配置されている。
ローダ部１は、ウエハキャリア３とウエハ搬送ロボット４とからなっている。ウエハキャリア３には、複数の半導体ウエハが所定のピッチで上下方向に収納されている。なお、これら半導体ウエハ５のうち未検査の半導体ウエハ５を半導体ウエハ５ａと称し、検査済みの半導体ウエハ５を半導体ウエハ５ｂと称する。
ウエハ搬送ロボット４は、ウエハキャリア３内に収納されている未検査の半導体ウエハ５ａを取り出して検査部２に渡し、検査部２で検査済みの半導体ウエハｂを受け取ってウエハキャリア３内に収納する。
ウエハ搬送ロボット４は、多関節のロボットである。このウエハ搬送ロボット４は、３つの連結アーム６〜８を連結して多関節アームを構成している。これら連結アーム６〜８のうち一端側の連結アーム６は、回転軸９に接続されている。この回転軸９は、軸方向を中心に矢印ａ方向に回転する。
他端側の連結アーム８には、ハンド１０が連結されている。このハンド１０は、半導体ウエハ５を吸着保持する。このハンド１０は、逃げ部１１と吸着部１２とからなっている。
ロボット制御部１３は、ウエハ搬送ロボット４を動作制御する。すなわち、ロボット制御部１３は、多関節アームを回転軸９を中心にして矢印ａ方向に回転させ、かつ各連結アーム６〜８を伸縮動作させてハンド１０を前進、後退させる。
検査部２は、マクロ検査とミクロ検査とを行なう。マクロ検査は、半導体ウエハ５を目視により観察し、半導体ウエハ５の表面上の欠陥部を検出する。この欠陥部は、例えば傷、欠け、表面むら、汚れ、ダストである。
ミクロ検査は、マクロ検査により検出された半導体ウエハ５の表面上の欠陥部を顕微鏡により拡大して観察し、欠陥部の種類や大きさなどを取得する。
検査部２の架台上には、ウエハ搬送装置１４が設けられている。このウエハ搬送装置１４は、回転軸１５と、この回転軸１５に対して等角度（例えば１２０度）毎に設けられた３本の搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃとからなっている。
これら搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれＬ字形状のＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ、１７ｃに形成されている。これらＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、図２に示すように互いに比較して長い指１８と、短い指１９とを有している。
これらＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ、１７ｃには、複数の吸着孔（ウエハチャック）２０が形成されている。これら吸着孔１２は、吸引ポンプ等の吸引装置に連結されている。
なお、図２はＬ型ハンド１７ａのみを示しているが、他のＬ型ハンド１７ｂ、１７ｃもＬ型ハンド１７ａと同一構成であり、その説明は省略する。
ウエハ搬送装置１４は、回転軸１５を中心に例えば図面上左回り（矢印ｂ方向）に回転する。これにより、３本の搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれウエハ受け渡しポジションＰ１と、マクロ検査ポジションＰ２と、ミクロ検査受渡しポジションＰ３とに循環移動する。
ウエハ受け渡しポジションＰ１は、ウエハ搬送ロボット４とウエハ搬送装置１４との間で半導体ウエハ５の受け渡しを行なうところである。
ウエハ搬送装置１４は、３本の搬送アーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃのいずれか１本の搬送アーム、例えば図１では搬送アーム１７ａがポジショニングされる。
このとき、ウエハ搬送ロボット４は、ロボッド制御部１３の制御により次のように動作する。ウエハ搬送ロボット４は、多関節アームを伸ばしてハンド１０を搬送アーム１６ａのＬ型ハンド１７ａ内に差し入れる。ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５を保持しているハンド１０を、例えばＬ型ハンド１７ａの上方から下方に下降させることにより、半導体ウエハ５をＬ型ハンド１７ａに渡す。
ウエハ受け渡しポジションＰ１の中心位置は、ウエハ搬送ロボット４の搬送ストローク範囲内に設けられている。
ウエハ受け渡しポジションＰ１には、図２に示すように４つの非接触位置センサ（光学センサ）２１〜２４が設けられている。これら非接触位置センサ２１〜２４は、半導体ウエハ５のアライメント用である。これら非接触位置センサ２１〜２４は、ウエハ受け渡しポジションＰ１にポジショニングされるＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃの下方で、かつ検査部２の架台上に固定されて設けられている。
４つの非接触位置センサ２１〜３４は、外径の異なる複数の半導体ウエハ５、例えば外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａと、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂとの外周縁（以下、ウエハエッジ部と称する）に応じた各位置にそれぞれ配置されている。
具体的に４つの非接触位置センサ２１〜２４は、ウエハ受け渡しポジションＰ１を中心に外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ位置に対応する同心円上に配置されている。
これら非接触位置センサ２１〜２４は、２つの非接触位置センサ３０と３１とのペアと、２つの非接触位置センサ３２と３３とのペアを形成する。
外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ロボット制御部１３は、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を図２に示す矢印ｃ方向に往復移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を非接触位置センサ２１及び２２と、非接触位置センサ２３及び２４の上方にポジショニングする。
例えば、ウエハ搬送ロボット４は、先ず、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を、１ペアの非接触位置センサ２１及び２２の上方にポジショニングする。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を、他の１ペアの非接触位置センサ２３及び２４の上方にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部が４つの非接触位置センサ２１〜２４の全ての検出視野内に同時に入るように、半導体ウエハ５Ｂをポジショニングする。
これらペアの非接触位置センサ２１と２２の間隔、及び非接触位置センサ２３と２４の間隔は、それぞれ例えば外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのオリフラのスパン又はハンド１０のネックの幅よりも長く離れている。
図３は非接触位置センサ２１〜２４の具体的な構成図である。これら非接触位置センサ２１〜２４は、落射テレセントリック照明結像光学系を用いている。
光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２５である。このＬＥＤ２５は、ＬＥＤ光を出射する。このＬＥＤ光の光路上には、光路分割素子としてハーフミラー２６が設けられている。このハーフミラー２６の反射光路上には、凸レンズ２７が設けられている。
凸レンズ２７は、コリメートレンズの作用と集光レンズの作用とを有する。
すなわち、凸レンズ２７は、ＬＥＤ２５から出射されたＬＥＤ光を平行光に整形して半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部に照射する（コリメートレンズの作用）。
凸レンズ２７は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部から反射してきたＬＥＤ光を集光する（集光レンズの作用）。
凸レンズ２７の集光光路上には、絞り２８、レンズ２９、検出素子３０が設けられている。絞り２８は、円形に形成されている。
検出素子３０は、複数の固体撮像素子（ＣＣＤ）を２次元平面状に配列したもので、例えばＣＭＯＳが用いられる。
検出素子３０は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部から反射してきたＬＥＤ光を撮像し、２次元の画像信号を出力する。
アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン又は複数ラインのＣＣＤの画像データ（以下、ライン画像データと称する）を抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置（座標）を求める。この場合、ＣＣＤから出力される画像信号なので、ウエハエッジ部の検出位置は、画素数から容易に求められる。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ位置情報（座標）を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置を求める。
この半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置は、円の中心座標を求める周知の方法から求められる。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置と正規の中心（ウエハ受け渡しポジションＰ１の中心）とを比較し、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１により求められたズレ量は、ロボット制御部１３に送られる。ロボット制御部１３は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に基づいて半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心が正規の中心位置に一致するようにアライメントする。
検査部２の架台上のマクロ検査ポジションＰ２には、マクロ検査用揺動機構３２と、マクロ検査用回転機構３３とが設けられている。
マクロ検査用揺動機構３２は、半導体ウエハ５を揺動させながら表面又は裏面を検査員Ｑの目視により観察する。
なお、マクロ検査用揺動機構３２に保持されている半導体ウエハ５には、マクロ観察用の照明が所定の角度で照射される。
マクロ検査用回転機構３３は、半導体ウエハ５を回転させ、かつ上下方向に移動させる。
ミクロ検査部３４は、検査部２の架台上に設けられている。このミクロ検査部３４は、ミクロ検査受渡しポジションＰ３にポジショニングされたハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃ上に保持されている半導体ウエハ５を受け取る。
ミクロ検査部３４は、ステージ３５と顕微鏡３６とを有している。ステージ３５は、半導体ウエハ５を吸着保持し、かつ半導体ウエハ５を移動させる。
顕微鏡３６は、ステージ３５上に吸着保持された半導体ウエハ５の表面の像を拡大し、その拡大像は接眼レンズ３７で観察する。
顕微鏡には、ＣＣＤ等の撮像装置３８が取付けられ、そのモニタに表示される。
操作部３９は、検査部２の正面に設けられている。この操作部３９は、マクロ検査、ミクロ検査の操作と、これら検査結果をインプットする操作と、検査装置全体の動作に関するデータなどの各種データをインプットする操作とを行う。
次に、上記の如く構成された装置の作用について説明する。
先ず、例えばウエハ搬送装置１４のハンド１７ａはウエハ受け渡しポジションＰ１にポジショニングされている。ハンド１７ｂはマクロ検査ポジションＰ２にポジショニングされている。Ｌ型ハンド１７ｃはミクロ検査受渡しポジションＰ３にポジショニングされている。
ウエハ受け渡しポジションＰ１において、ウエハ搬送ロボット４は、回転軸９を中心に回転して多関節アームをウエハキャリア３の設置方向に向く。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、各連結アーム６〜８を伸ばしてウエハキャリア３内に収納されている未検査の半導体ウエハ５ａを吸着保持する。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、各連結アーム６〜８及びハンド１０を縮め、続いて例えば左回りに９０度回転して停止し、検査部２のウエハ受け渡しポジションＰ１方向に多関節アームを向ける。
次に、ウエハ搬送ロボット４、再び各連結アーム６〜８及びハンド１０を矢印Ａ方向に伸ばし、多関節アームを検査部２の左側壁面から差し入れ、ウエハ受け渡しポジションＰ１上で停止させる。
次に、ロボット制御部１３は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの位置を矢印ｃ方向に移動させる。
例えば、ウエハ搬送ロボット４は、先ず、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部が１ペアの非接触位置センサ２１及び２２の上方にポジショニングし、次に半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部が他の１ペアの非接触位置センサ２３及び２４の上方にポジショニングする。
このとき、非接触位置センサ２１及び２２は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出し、各画像信号を出力する。
次に、非接触位置センサ２３及び２４は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出し、各画像信号を出力する。
一方、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部が４つの非接触位置センサ２１〜２４の全ての検出視野内に同時に入るように、半導体ウエハ５Ｂをポジショニングする。
このとき非接触位置センサ２１〜２４は、同時に半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出し、各画像信号を出力する。
これら非接触位置センサ２１〜２４の動作は、次の通りである。
４つの各非接触位置センサ２１〜２４は、それぞれＬＥＤ２５からＬＥＤ光を出射する。
このＬＥＤ光は、ハーフミラー２６で反射し、凸レンズ２７により平行光に整形されて半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部に照射される。
このウエハエッジ部からの反射光は、再び凸レンズ２７に入射する。このこのウエハエッジ部からの反射光は、凸レンズ２７により集光され、絞り２８、レンズ２９を通して検出素子３０に入射する。
この検出素子３０は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の像を撮像して画像信号として出力する。
次に、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ラインのＣＣＤのライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
次に、アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ部の座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置を求める。
次に、アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
次に、アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をアライメントする。
この結果、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂは、中心位置が正規の中心位置に合わせられる。すなわち、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂは、センタリングされる。
次に、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａに対する吸着を解除し、ハンド１０上の半導体ウエハ５ＡをＬ型ハンド１７ａに渡す。
すなわち、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａを保持するハンド１０をＬ型ハンド１７ａの上方に配置し、次に下降させて半導体ウエハ５ＡをＬ型ハンド１７ａに渡す。
マクロ検査ポジションＰ２において、Ｌ型ハンド１７ｂに吸着保持されている半導体ウエハ５Ａは、マクロ検査用揺動機構３２に渡される。
ミクロ検査受渡しポジションＰ３において、ミクロ検査部３４は、Ｌ型ハンド１７ｃ上に保持されている半導体ウエハ５ａを受け取ってステージ３５上に載置する。
ミクロ検査が終了すると、ミクロ検査部３４は、検査済みの半導体ウエハ５ｂを内部から搬出し、Ｌ型ハンド１７ｃ上に渡す。
マクロ検査及びミクロ検査が終了すると、ウエハ搬送装置１４は、再び回転軸１５を中心に例えば図面上左回りに回転する。
これにより、ウエハ搬送装置１４のＬ型ハンド１７ａがマクロ検査ポジションＰ２にポジショニングされ。Ｌ型ハンド１７ｂがミクロ検査受渡しポジションＰ３にポジショニングされる。Ｌ型ハンド１７ｃがウエハ受け渡しポジションＰ１にポジショニングされる。
これ以降、ウエハ受け渡しポジションＰ１において半導体ウエハ５の受け渡しが行われる。このウエハ受け渡しポジションＰ１では、半導体ウエハ５ａのアライメントが行われる。
マクロ検査ポジションＰ２においてマクロ検査が行われる。ミクロ検査受渡しポジションＰ３においてミクロ検査が行われる。
このように上記第１の実施の形態においては、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂをウエハ搬送ロボット４からウエハ搬送装置１４に渡すウエハ受け渡しポジションＰ１で、非接触位置センサ２１〜２４により検出された４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をセンタリングするための補正量を求め、同一位置のウエハ受け渡しポジションＰ１で半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をセンタリングする。
従って、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アームを回転させる動作と、多関節アームを伸縮してハンドの位置を前進、後退させる動作と、多関節アームを昇降させる動作とを行なう。
このウエハ搬送ロボット４を用いても、半径の異なる複数種類の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置をセンタリングする補正量は、簡単な演算処理により求めることができる。
これによりマクロ検査時の半導体ウエハ５の回転偏芯動作を減少できる。マクロ観察の効率が向上する。
ミクロ検査部３４に半導体ウエハ５を渡すとき、半導体ウエハ５は、所定のアライメント範囲内、すなわちミクロ検査部３４のステージ３５によるアライメント範囲内に入れることができる。ミクロ検査部３４におけるアライメント時間は、短縮できる。
４つの非接触位置センサ２１〜２４は、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部に対応する位置に配置されている。かつ２つの非接触位置センサ２１及び２２と、他の２つの非接触位置センサ２３及び２４とは、それぞれ１ペアとしている。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａの場合、ウエハ搬送ロボット４は、半導体ウエハ５Ａを保持しているハンド１０を矢印ｃ方向に往復移動させて、１ペアの非接触位置センサ２１及び２２と、他の非接触位置センサ２３及び２４にポジショニングする。
従って、本装置では、外径２００ｍｍと３００ｍｍとの各半導体ウエハ５Ａ、５Ｂに対してその中心位置をセンタリングすることができる。
半導体ウエハ５Ａ、５Ｂのアライメント動作は、半導体ウエハ５Ａ、５Ｂを受け渡す直前の一連の搬送動作中にできる。このアライメント動作は、外径２００ｍｍ又は３００ｍｍの各半導体ウエハ５Ａ、５Ｂのいずれが搬送されても、これら半導体ウエハ５Ａ、５Ｂに対応できる。
４つの非接触位置センサ２１〜２４は、落射テレセントリック照明結像光学系を用いている。これら非接触位置センサ２１〜２４は、小型で、コンパクトであるため、ウエハ搬送ロボット４及びウエハ搬送装置１４の動作に影響を与えない。
半導体ウエハ５の下面に配置することが可能である。又、非接触位置センサ２１〜２４は、半導体ウエハ５の上方に投光部又は受光部を設けないため、非接触位置センサ２１〜２４は、半導体製造工場におけるダウンフローを妨げない。
非接触位置センサ２１〜２４は、テレセントリック照明を用いているため、図３に示すように各非接触位置センサ２１〜２４と半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂとの間隔Ｄが変化しても常に正確に半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部を検出することができる。
４つの非接触位置センサ２１〜２４からの出力されるＣＣＤの画像信号のうち１ライン又は複数ラインの画像データを用いるので、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部を検出する画像処理速度が速くなる。半導体ウエハ５のマクロ検査及びミクロ検査の検査時間は、短縮される。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態におけるアライメント装置の構成を変えたものである。
従って、ローダ部１及び検査部２は、上記第１の実施形態におけるローダ部１及び検査部２と同一であるので、その構成及び作用の説明は重複をさけるために省略する。
図４は本発明に係わるアライメント装置の第２の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図である。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａがポジショニングされるところには、２つの非接触位置センサ４０、４１が固定配置されている。
これら非接触位置センサ４０、４１は、図３に示す非接触位置センサ２１〜２４の構成と同一構成である。
従って、非接触位置センサ２３、２４は、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａと外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂの各ウエハエッジ部の検出の兼用となる。
非接触位置センサ２１、２２は、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂの検出専用となる。
非接触位置センサ４０、４１は、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａの検出専用となる。
外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ロボット制御部１３は、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの位置を、４つの非接触位置センサ２３、２４、４０、４１の上方にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの位置を、４つの非接触位置センサ２１〜２４の上方にポジショニングする。
アライメント制御部３１は、次の各機能を有する。すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２３、２４、４０、４１から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａの中心位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ａの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
一方、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ｂの中心位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ｂの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの中心位置をアライメントする。
このように上記第２の実施形態においては、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａと外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂとの兼用の非接触位置センサ２３、２４と、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂ専用の非接触位置センサ２１、２２と、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ専用の非接触位置センサ４０、４１とを設けた。
従って、この第２の実施形態においても上記第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
第２の実施形態は、上記第１の実施形態のように外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａを非接触位置センサ上にポジショニングさせるために往復移動させる必要がない。これにより、第２の実施形態は、上記第１の実施形態よりもアライメントの時間を短縮できる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、上記第１の実施形態におけるアライメント装置の構成を変えたものである。
従って、ローダ部１及び検査部２は、上記第１の実施形態におけるローダ部１及び検査部２と同一であるので、その構成及び作用の説明は重複をさけるために省略する。
図５は本発明に係わるアライメント装置の第３の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図である。
２つの非接触位置センサ２１、２２が設けられている。これら非接触位置センサ２１、２２は、ペアで、第１と第２と第３の検出位置Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に移動可能である。
非接触位置センサ２１、２２の移動は、検査部２の架台上にレールなどの移動機構を設けることによって実現できる。
第１と第２の検出位置Ｑ１、Ｑ２は、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部に対応する位置である。
第２と第３の検出位置Ｑ２、Ｑ３は、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部に対応する位置である。
移動機構部４２は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、次のように２つの非接触位置センサ２１、２２を移動制御する。
すなわち、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第１の検出位置Ｑ１にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第３の検出位置Ｑ３にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第１の検出位置Ｑ１にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第１の検出位置Ｑ１にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第２の検出位置Ｑ２にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
次に、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求め、このズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの中心位置をアライメントする。
一方、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、移動機構部４２は、２つの非接触位置センサ２１、２２を、先ずは第１の検出位置Ｑ１から第３の検出位置Ｑ３にポジショニングし、次に第２の検出位置Ｑ２にポジショニングする。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第３の検出位置Ｑ３にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、第２の検出位置Ｑ２にポジショニングされたとき、半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出してその画像信号を出力する。
次に、アライメント制御部３１は、２つの非接触位置センサ２１、２２から出力された各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
以下、上記同様に、アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａの中心位置の正規の中心からのズレ量を求め、このズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの中心位置をアライメントする。
このように上記第３の実施形態においては、２つの非接触位置センサ２１、２２を、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂに応じてポジショニングする。
従って、この第３の実施形態においても上記第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
２つの非接触位置センサ２１、２２は、外径２００ｍｍと外径３００ｍｍとの各半導体ウエハ５Ａ、５Ｂの検出に兼用できる。検出部２の架台上のセンサ数が減少できる。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、上記第１の実施形態におけるアライメント装置の構成を変えたものである。
従って、ローダ部１及び検査部２は、上記第１の実施形態におけるローダ部１及び検査部２と同一であるので、その構成及び作用の説明は重複をさけるために省略する。
図６は本発明に係わるアライメント装置の第４の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図である。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａがポジショニングされるところには、４つの非接触位置センサ４３〜４６が固定配置されている。これら非接触位置センサ４３〜４６は、図３に示す非接触位置センサ２１〜２４の構成と同一構成である。
これら非接触位置センサ４３〜４６は、Ｌ型ハンド１６ａにより検出視野が妨げられないところに配置される。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂがポジショニングされるところには、４つの非接触位置センサ２１〜２４が固定配置されている。
これら非接触位置センサ２１〜２４と非接触位置センサ４３〜４６とは、同心円上に固定配置されている。
ロボット制御部１３は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、次のようにウエハ搬送ロボット４を動作制御する。
すなわち、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、多関節アーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの位置を、４つの非接触位置センサ４３〜４６の上方にポジショニングする。
外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、ウエハ搬送ロボット４は、ロボッドアーム及びハンド１０を移動動作させ、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ｂの位置を、４つの非接触位置センサ２１〜２４の上方にポジショニングする。
アライメント制御部３１は、次の各機能を有する。すなわち、外径２００ｍｍ又は３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂをハンド１０からＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合、アライメント制御部３１は、４つの非接触位置センサ４３〜４６又は２１〜２４から出力される各画像信号を入力してそれぞれの画像データを作成し、これら画像データにおける半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部と直交する方向の１ライン画像データを抽出し、このライン画像データから合計４点の半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂのウエハエッジ部の各検出位置から少なくともオリフラやノッチ情報が混入していない３つのウエハエッジ座標を求め、これら座標から半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置を求める。
アライメント制御部３１は、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置と正規の中心とを比較し、半導体ウエハ５Ａ又は５Ｂの中心位置の正規の中心からのズレ量を求める。
アライメント制御部３１は、ズレ量からセンタリングするための補正量を求め、この補正量の指令をウエハ搬送ロボット４に与える。
ウエハ搬送ロボット４は、補正量に従って多関節アーム及びハンド１０を移動し、ハンド１０上に保持している半導体ウエハ５Ａの中心位置をアライメントする。
このように上記第４の実施形態においては、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部に対応する位置に４つの非接触位置センサ４３〜４６を固定配置し、外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部に対応する位置に４つの非接触位置センサ２１〜２４を固定配置した。
従って、この第４の実施形態においても上記第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
又、ウエハ搬送ロボット４は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５ＢのいずれかをＬ型ハンド１７ａ、１７ｂ又は１７ｃに渡す場合であっても、ハンド１０をウエハ受け渡しポジションＰ１上の同一位置で停止する。
従って、ウエハ搬送ロボット４は、外径２００ｍｍ又は外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ａ、５Ｂで動作を変更する必要がない。
なお、上記第４の実施形態は、次のように変形してもよい。
外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａを検出するための４つの非接触位置センサ４３〜４６を無くし、４つの非接触位置センサ２１〜２４を外径３００ｍｍの半導体ウエハ５Ｂのウエハエッジ部を検出する本来の位置と、外径２００ｍｍの半導体ウエハ５Ａのウエハエッジ部を検出する位置との間に移動自在にする。
なお、本発明は、上記第１乃至第４の実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
上記第１乃至第４の実施形態は、半導体ウエハ５の下方に非接触位置センサ２１〜２４を配置しているが、図７に示すように非接触位置センサ２１〜２４を半導体ウエハ５の表裏面側に配置してもよい。
本発明装置は、ウエハ受け渡しポジションＰ１に回転ステージを設け、この回転ステージに保持された半導体ウエハ５を回転させて、非接触位置センサ２１〜２４により検出されたウエハエッジ部の位置情報に基づいて半導体ウエハ５の姿勢を制御してもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば半導体ウエハ、又は液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイのガラス基板を目視や顕微鏡を用いて検査・測定する装置に適用される。
本発明によれば、半導体ウエハなどのウエハエッジ部を複数箇所で検出する少なくとも２つの光学センサを設けたので、これら光学センサにより検出されたウエハエッジ部の各位置に基づいて半導体ウエハを所定の姿勢にアライメントできる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係わるアライメント装置の第１の実施形態を用いたウエハ検査装置の構成図。
図２は本発明に係わるアライメント装置の第１の実施形態における各非接触位置センサの配置位置を示す図。
図３は本発明に係わるアライメント装置の第１の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図４は本発明に係わるアライメント装置の第２の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図５は本発明に係わるアライメント装置の第３の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図６は本発明に係わるアライメント装置の第４の実施形態における非接触位置センサの具体的な構成図。
図７は半導体ウエハのウエハエッジ部の表裏面側に配置された非接触位置センサを示す図。
Claims (8)
- 対象物を所定の姿勢にアライメントするアライメント装置において、
収納容器に収納された前記対象物を設備装置の受け渡し位置に搬送する搬送ロボットと、
前記受け渡し位置に設けられ、前記対象物の外周縁を検出する少なくとも２つの光学センサと、
これら光学センサと前記対象物とを相対的に移動し、前記光学センサの視野範囲内に前記対象物の前記外周縁を配置する移動手段と、
前記各光学センサにより検出された前記外周縁の少なくとも３箇所の位置情報に基づいて前記搬送ロボットを制御し、前記対象物を前記所定の姿勢にアライメントするアライメント制御部と、
を具備したことを特徴とするアライメント装置。 - 請求項１記載のアライメント装置において、
前記光学センサは、前記受け渡し位置の正規の中心位置を中心にして複数の前記対象物のうち最大外径の前記対象物の前記外周縁に対応する４箇所に固定配置し、
前記移動手段は、前記対象物の前記外周縁を前記各光学センサにポジショニングする、
ことを特徴とする。 - 請求項１記載のアライメント装置において、
前記光学センサは、前記受け渡し位置の正規の中心位置を中心にして外径が異なる複数の前記対象物の前記外周縁に対応する各位置ごとに、それぞれ４箇所ずつ同心円上に固定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において、
前記移動機構部は、少なくとも２つの前記光学センサを、外径の異なる複数の前記対象物の前記各外周縁に対応する各箇所にそれぞれ移動させることを特徴とする。 - 請求項１記載のアライメント装置において、
前記光学センサは、前記受け渡し位置の正規の中心位置を中心とする同心円上に４箇所配置され、前記移動手段は、前記４つの光学センサを外径の異なる複数の対象物の前記外周縁に対応する同心円位置に移動させることを特徴とする。 - 請求項１記載のアライメント装置において、
前記光学センサは、前記受け渡し位置の正規の中心位置を中心とする最大外径の前記対象物の前記外周縁に対応する同心円と、この同心円上において小さい外径の前記対象物の前記外周縁とが交差する位置に配置されることを特徴とする。 - 請求項１記載のアライメント装置において、
前記移動機構部は、軸方向に回転可能な回転軸と、
この回転軸に一端が設けられ、互いに連結されて多関節アームを構成する複数の連結アームと、
これら連結アームの他端に連結され、前記対象物を保持するハンドと、
からなる多関節の搬送ロボットであることを特徴とする。 - 請求項１記載のアライメント装置において、
前記光学センサは、落射テレセントリック照明系を備えた２次元撮像素子からなり、前記光学センサにより取得された前記対象物の外周縁の２次元画像に対し、前記外周縁と直交する方向の１ライン又は複数ラインの画像データから前記外周縁の位置情報を求めることを特徴とする。
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