WO2022270265A1

WO2022270265A1 - アライナ装置

Info

Publication number: WO2022270265A1
Application number: PCT/JP2022/022447
Authority: WO
Inventors: 治彦丹; アビッシュアショックバロアニー; ジョージチン; サイモンジェイパラン
Original assignee: 川崎重工業株式会社; カワサキロボティクス（ユーエスエー），インク．
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2022-12-29
Also published as: TW202312339A; JPWO2022270265A1; CN117795656A; KR20240041918A; US20220415690A1

Abstract

アライナ装置１は、モータ１２と、回転装置１１と、制御装置１３と、センサ１４と、を備える。モータ１２は、回転駆動力を発生させる。回転装置１１は、モータ１２が発生させた回転駆動力により、ウエハ３０を支持した状態で回転する。制御装置１３は、回転装置１１の回転を制御して、ウエハ３０の回転位相を予め定めた値に合わせる処理を行う。センサ１４は、進行方向が異なる複数の光をウエハ３０のエッジに向けて照射し、光を受信することにより、ウエハ３０のエッジの欠陥を検出する。

Description

アライナ装置

　本出願は、主として、ウエハの欠陥を検出するセンサを備えるアライナ装置に関する。

　特許文献１（特開２００２－２９９４１９号公報）は、マルチファンクションウエハアライナを開示する。マルチファンクションウエハアライナは、ウエハのセンタリング補正、ウエハのアライメント、及びウエハの損傷の検出を行う。マルチファンクションウエハアライナは、発光センサ及び受光センサを用いてウエハの損傷の検出を行う。発光センサは、ウエハの下側に並べて配置されており、上方に向けて光を照射する。受光センサは、ウエハの側面に対向する位置に並べて配置されており、発光センサが照射した光がウエハで反射した光を受光する。ウエハに欠陥が生じている箇所は凹み等が生じているため、光の反射方向が異なる。これにより、受光センサが光を受光した位置に基づいてウエハの欠陥を検出できる。

　特許文献２（国際公開第２０１９／１６５４８４号）は、ウエハを検査する装置を開示する。この装置は、ウエハを挟むように発光部と検出部とが配置されている。発光部は、ウエハのエッジに向けて複数の位置からレーザ光を照射する。検出部は、レーザ光がウエハのエッジで反射又は散乱した光を受光する。検出部の検出結果に基づいて、ウエハの欠陥を高精度に検出できる。

　特許文献１のマルチファンクションウエハアライナでは、ウエハに大きな凹み等が生じていないと、ウエハの欠陥を検出することができない。更に、特許文献１のマルチファンクションウエハアライナでは、ウエハの表面に対して垂直に光を照射するため、ウエハの表面の微粒子を検出することは困難である。特許文献２の装置はウエハの検査のみを行うため、特許文献２の装置で検査されたウエハを再びアライナ装置まで搬送する必要がある。そのため、ウエハの処理に掛かる時間が長くなる。

　本出願は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、ウエハの欠陥を高精度に検出するとともに、ウエハの検査及びアライメントに掛かる時間を短くすることが可能なアライナ装置を提供することにある。

　本出願の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　本出願の観点によれば、以下の構成のアライナ装置が提供される。即ち、アライナ装置は、モータと、回転装置と、制御装置と、センサと、を備える。前記モータは、回転駆動力を発生させる。前記回転装置は、前記モータが発生させた回転駆動力により、ウエハを支持した状態で回転する。前記制御装置は、前記回転装置の回転を制御して、前記ウエハの回転位相を予め定めた値に合わせる処理を行う。前記センサは、進行方向が異なる複数の光を前記ウエハのエッジに向けて照射し、当該光を受信することにより、前記ウエハのエッジの欠陥を検出する。

　上記の方法でウエハのエッジの欠陥を検出することにより、ウエハの複数の位置に対して検査を行うことができるので、ウエハの欠陥を高精度に検出することができる。更に、アライナ装置がアライメントだけでなくウエハの欠陥を検出することにより、ウエハの検査及びアライメントに掛かる時間を短くすることができる。

　本出願によれば、ウエハの欠陥を高精度に検出するとともに、ウエハの検査及びアライメントに掛かる時間を短くすることができる。

第１実施形態に係るアライナ装置の斜視図。センサの内部構成を示す側面図。制御装置が行う処理を示すフローチャート。第２実施形態に係るアライナ装置の斜視図。

　次に、図面を参照して本出願の実施形態を説明する。図１は、第１実施形態のアライナ装置１の斜視図である。

　図１に示すアライナ装置１は、クリーンルーム等の作業空間に配置される。アライナ装置１には、図略のロボットによってウエハ３０が搬送される。

　ロボットは、例えば、ＳＣＡＲＡ（スカラ）型の水平多関節ロボットである。ＳＣＡＲＡは、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｒｏｂｏｔ　Ａｒｍの略称である。ウエハ３０は、円形の薄い板状の半導体ウエハである。ウエハ３０は、半導体ウエハに代えてガラスウエハであってもよい。

　アライナ装置１は、ウエハ３０に対してアライメントを行う装置である。アライメントとは、ウエハ３０の回転位相を取得して、ウエハ３０の回転位相を予め定めた値に合わせる処理である。ウエハ３０の回転位相とは、ウエハ３０の回転に伴って変化するウエハ３０の向きである。

　以下の説明では、円板状のウエハ３０のうち円形の２つの面を主面３１と記載し、主面３１同士を接続する面を側面３２と記載する。また、ウエハ３０の主面３１の径方向の端部及び側面３２を合わせて、ウエハ３０のエッジと記載する。

　ウエハ３０のエッジには、ノッチ３３が形成されている。ノッチ３３は、半導体の結晶方位を示す。ノッチ３３に代えてオリエンテーションフラットがウエハ３０に形成されている場合、アライナ装置１はオリエンテーションフラットを検出する構成であってもよい。また、アライナ装置１は、ウエハ３０の回転位相に加えて、基準点に対するウエハ３０の中心位置のズレを取得する構成であってもよい。

　アライナ装置１は、回転装置１１と、モータ１２と、制御装置１３と、センサ１４と、通信装置１６と、を備える。

　回転装置１１は、円板状の回転台である。回転装置１１には、ロボットによってウエハ３０が載せられる。ウエハ３０が載せられることにより、回転装置１１は、ウエハ３０を支持する。ウエハ３０が載せられる面は、鉛直方向を向いている。回転装置１１は、作業台等に回転可能に支持されている。回転装置１１の形状は円板に限られない。例えば、回転装置１１は矩形の板状であってもよい。また、回転装置１１は、ウエハ３０の側面を把持してウエハ３０を支持する構成であってもよい。

　モータ１２は、回転駆動力を発生させる。モータ１２が発生させた回転駆動力は回転装置１１に伝達される。これにより、回転装置１１は、鉛直方向を回転中心として回転する。その結果、ウエハ３０の回転位相を変更することができる。

　モータ１２は、制御装置１３によって制御されている。制御装置１３は、ＣＰＵ等の演算装置と、ＨＤＤ、ＳＳＤ、又はフラッシュメモリ等の記憶装置と、を備える。演算装置は、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、アライナ装置１を制御する。制御装置１３は、ロボットとアライナ装置１の両方を制御してもよいし、アライナ装置１のみを制御してもよい。

　回転装置１１には、図略のエンコーダが設けられている。エンコーダの検出結果は制御装置１３へ送信される。これにより、制御装置１３は、回転装置１１の回転位相（即ち、ウエハ３０の回転位相）を把握することができる。

　センサ１４は、回転装置１１に載せられたウエハ３０を検査する。センサ１４は、ハウジング２１と、投光部２２と、受光部２３と、を備える。

　ハウジング２１は、センサ１４を構成する部材が収容される箱状の部材である。ハウジング２１は、略Ｕ字状であり、間隔を空けて対向する第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂを有する。第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂの間には、検査空間２１ｃが形成されている。回転装置１１に支持されるウエハ３０のエッジは、検査空間２１ｃを通る。これにより、回転装置１１を１回転させることにより、全周にわたってウエハ３０のエッジを検査することができる。

　図２に示すように、第１部分２１ａには、複数の投光部２２（具体的には３つの投光部２２）と、受光部２３と、が配置されている。同様に、第２部分２１ｂには、複数の投光部２２（具体的には３つの投光部２２）と、受光部２３と、が配置されている。

　投光部２２は、レーザ発生器、レーザダイオード、又はＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）等である。従って、投光部２２が照射する光（レーザ光）は、指向性があり、かつ、ＬＥＤが照射する光と比較してスペクトル幅が狭い。それぞれの投光部２２は、ウエハ３０のエッジに向けて光を照射する。投光部２２が照射する光の光軸は、ウエハ３０に接する。複数の投光部２２の位置は異なるので、それぞれの投光部２２が照射する光の進行方向は異なる。更に、光の光軸とウエハ３０の接点の位置は、投光部２２に応じて異なる。

　受光部２３は、投光部２２が照射した光を受光して、受光した光の光量に応じた電流信号（又はそれを変換した電圧信号）を生成して制御装置１３へ出力する。第１部分２１ａに配置された投光部２２の光は、第２部分２１ｂに配置された受光部２３で受光される。同様に、第２部分２１ｂに配置された投光部２２の光は、第１部分２１ａに配置された受光部２３で受光される。

　制御装置１３は、受光部２３から入力された電流信号が、何れの投光部２２が照射した光に起因するかを区別可能である。具体的には、受光部２３は複数のフォトダイオードを含んでおり、それぞれのフォトダイオードは、投光部２２の光の進行方向と重なる位置に配置されている。これにより、電流信号を出力したフォトダイオードに応じて、何れの投光部２２が照射した光に起因する電流信号かを特定できる。あるいは、受光部２３を構成するフォトダイオードは１つであってもよい。この場合、予め定められたスケジュールで投光部２２が光を照射して当該光を受光部２３が受光する。そして、制御装置１３は、電流信号が入力された時刻とスケジュールとに基づいて、何れの投光部２２が照射した光に起因する電流信号かを特定できる。

　投光部２２が照射した光は、ウエハ３０のエッジの表面の影響を受けた後に（例えば表面で回折された後に）受光部２３で受光される。従って、ウエハ３０のエッジの表面に欠陥が存在している場合、受光部２３が受光する光が変化する。制御装置１３は、受光部２３から入力された電流信号に基づいて、ウエハ３０のエッジの表面に欠陥が存在しているか否かを特定できる。上述したように、投光部２２が照射した光の光軸とウエハ３０の接点の位置は、投光部２２に応じて異なる。従って、本実施形態では、ウエハ３０のエッジの複数箇所に対して欠陥を検査できる。

　センサ１４が検出可能な欠陥は様々である。センサ１４は、例えば、ウエハ３０が反っていること、側面３２に凹凸があって形状が不適切であること、微粒子の量が所定値より多いこと、ウエハの直径が不適切であること、接合された複数のウエハの同心度が不適切であること（接合ウエハの場合）を検出できる。特に、特許文献１のようにウエハ表面に垂直に光を照射する場合はウエハに存在する微粒子を検出することは困難であるが、本実施形態のようにウエハ３０の表面に対して傾斜して光を照射することにより、ウエハ３０に存在する微粒子を検出可能である。また、ウエハ３０の側面３２の形状が不適切であったり、側面３２に存在する微粒子の量が所定値より多い場合、ウエハ３０の主面３１にも同様の欠陥が生じている可能性がある。従って、制御装置１３は、ウエハ３０の側面３２にこの種の欠陥がある場合、ウエハ３０の主面３１にも同種の欠陥がある可能性が高いと判定する。

　また、ウエハ３０の欠陥ではないが、センサ１４は、検査空間２１ｃにあるウエハ３０にノッチ３３又はオリエンテーションフラットが形成されているかについても検出できる。ノッチ３３及びオリエンテーションフラットは、予め形状が定められている。更に、ノッチ３３及びオリエンテーションフラットは、一般的な欠陥とは形状及び大きさが全く異なる。従って、ノッチ３３及びオリエンテーションフラットが存在する場合に受光部２３が出力する電流信号を予め制御装置１３に記憶させておく（学習させておく）ことにより、ウエハ３０に欠陥が存在しているのか、ウエハ３０にノッチ３３又はオリエンテーションフラットが存在しているのかを区別することができる。これにより、制御装置１３は、ウエハ３０の欠陥の検査とアライメントを同時に行うことができる。

　通信装置１６は、制御装置１３に接続されるか、制御装置１３に内蔵されている。通信装置１６は、外部装置４０と通信可能である。外部装置４０は、アライナ装置１の上位の装置であり、アライナ装置１及び他のウエハ処理装置をまとめて制御する装置である。通信装置１６は例えば通信モジュールであり、有線通信用のコネクタ又は無線通信用のアンテナ等を含んでいる。

　次に、図３を参照して、ウエハ３０の欠陥の検査とアライメントに関して制御装置１３が行う制御について説明する。

　初めに、制御装置１３は、回転装置１１にウエハ３０が載置されたか否かを判定する（Ｓ１０１）。この判定は、例えば、制御装置１３がロボットを制御して、ウエハ３０を載置する作業が完了したか否かに基づいて行われる。なお、制御装置１３とは別の制御装置がロボットを制御する場合、制御装置１３は、ロボットの制御装置からウエハ３０を回転装置１１に置く作業が完了したことの通知を受信してもよい。

　次に、制御装置１３は、モータ１２を制御して回転装置１１を回転させることにより、ウエハ３０を１回転させる（Ｓ１０２）。更に、制御装置１３は、センサ１４を用いてウエハ３０のエッジの欠陥とノッチ３３を検出する（Ｓ１０２）。ウエハ３０を１回転させながらウエハ３０のエッジをセンサ１４で計測することにより、ウエハ３０の欠陥を全周にわたって検査することができる。また、本実施形態のセンサ１４はエッジの欠陥とノッチ３３の検出処理を同時に行うため、ウエハ３０の検査及びアライメントに掛かる時間を短くすることができる。

　ノッチ３３が検出された場合、制御装置１３は、ノッチ３３が検出された時のエンコーダの検出値に基づいて、ノッチ３３の位置を記録する（Ｓ１０３）。ノッチ３３の位置は、ノッチ３３が検出されたときのウエハ３０（回転装置１１）の回転位相として記録される。

　次に、制御装置１３は、ステップＳ１０２で行ったウエハ３０の欠陥の検出結果を通信装置１６を介して外部装置４０へ送信する（Ｓ１０４）。ウエハ３０の欠陥の検出結果は、ウエハ３０の識別情報と関連付けて送信される。なお、ウエハ３０の欠陥の検出結果が製品として問題ないレベルか否かの判定は外部装置４０が行う。外部装置４０が問題ないと判定した場合にアライナ装置１（制御装置１３）がアライメントを継続して行ってもよいし、アライナ装置１（制御装置１３）が１又は複数枚のウエハ３０のアライメントを完了した後に、外部装置４０がウエハ３０の欠陥に対する判定を行ってもよい

　次に、制御装置１３は、ウエハ３０の回転位相を調整して、ウエハ３０の回転位相を予め定めた値に合わせる（Ｓ１０５）。即ち、制御装置１３は、ステップＳ１０３で記録したノッチの位置が、予め定めた方向を向くように、モータ１２を制御してウエハ３０を回転させる。

　以上により、アライメントとウエハ３０の検査を同じ装置で行うことができる。これにより、アライメントとウエハ３０の検査を別の装置で行う場合と比較して、ウエハ３０の処理に掛かる時間を短くすることができる。特に、センサ１４は、進行方向が異なる複数の光をウエハ３０に向けて照射してウエハ３０の欠陥を検出する構成なので、ウエハ３０の様々な欠陥を的確に検出できる。

　次に、図４を参照して、第２実施形態について説明する。

　第１実施形態では、ウエハ３０の欠陥を検出するセンサと、ウエハ３０のノッチ３３を検出するセンサと、が同一である。これに代えて、第２実施形態では、ウエハ３０の欠陥を検出するセンサと、ウエハ３０のノッチ３３を検出するセンサと、が別である。具体的には、第１実施形態と同等のセンサ１４を用いてウエハ３０の欠陥を検出し、ラインセンサ１５を用いてウエハ３０のノッチ３３を検出する。

　ラインセンサ１５は、透過型の光量計測センサである。ラインセンサ１５は、投光部１５ａと受光部１５ｂとを備える。

　投光部１５ａは、受光部１５ｂに向けて光を照射する。投光部１５ａが照射する光は、断面がライン状である。投光部１５ａと受光部１５ｂの間にはウエハ３０が配置される。

　受光部１５ｂは、投光部１５ａが照射した光のうちウエハ３０で遮られなかった光を受光する。受光部１５ｂは、受光した光の光量に応じた電流信号（又はそれを変換した電圧信号）を生成して制御装置１３へ出力する。投光部１５ａと受光部１５ｂの間にノッチ３３が存在する場合、ウエハ３０で遮られる光が少なくなるので、受光部１５ｂが出力する電流信号の値が大きくなる。従って、ノッチ３３は、受光部１５ｂの出力値に基づいてノッチ３３の位置（回転位相）を特定できる。なお、ウエハ３０の中心位置がズレている場合は、ウエハ３０の回転に伴って受光部１５ｂが出力する電流信号の値が常に変化するため、制御装置１３は、ウエハ３０の中心位置がズレていることを検出できる。

　第２実施形態では、センサ１４が行っていた２つの機能を２つのセンサに分配した構成である。これにより、センサ１４の機能又は設定をウエハ３０の欠陥の検出に特化させることができる。その結果、ウエハ３０の欠陥の検出精度を更に向上させることができる可能性がある。なお、ウエハ３０の欠陥の検出及びアライメントに関する制御は、第１実施形態と同じである。

　以上に説明したように、本実施形態のアライナ装置１は、モータ１２と、回転装置１１と、制御装置１３と、センサ１４と、を備える。モータ１２は、回転駆動力を発生させる。回転装置１１は、モータ１２が発生させた回転駆動力により、ウエハ３０を支持した状態で回転する。制御装置１３は、回転装置１１の回転を制御して、ウエハ３０の回転位相を予め定めた値に合わせる処理を行う。センサ１４は、進行方向が異なる複数の光をウエハ３０のエッジに向けて照射し、光を受信することにより、ウエハ３０のエッジの欠陥を検出する。

　この方法でウエハ３０のエッジの欠陥を検出することにより、ウエハ３０の複数の位置に対して検査を行うことができるので、ウエハ３０の欠陥を高精度に検出することができる。更に、アライナ装置１がアライメントだけでなくウエハ３０の欠陥を検出することにより、ウエハ３０の検査及びアライメントに掛かる時間を短くすることができる。

　本実施形態のアライナ装置１において、制御装置１３は、ウエハ３０の回転位相を予め定めた値に合わせる前に、ウエハ３０を少なくとも１回転させる。センサ１４は、制御装置１３がウエハ３０を１回転する間において、ウエハ３０のエッジの欠陥を検出し続ける。

　これにより、ウエハ３０の検査及びアライメントを効率的に行うことができる。また、ウエハ３０を全周にわたって検査できる。

　本実施形態のアライナ装置１において、制御装置１３は、ウエハ３０に形成されたオリエンテーションフラット又はノッチ３３に基づいてウエハ３０の回転位相を予め定めた値に合わせる。オリエンテーションフラット又はノッチ３３は、センサ１４を用いて検出される。

　これにより、センサ数を減らすことができるので、アライナ装置のコストを低減できる。

　本実施形態のアライナ装置１は、外部装置４０と通信する通信装置１６を備える。通信装置１６は、ウエハ３０のエッジの欠陥の検出結果を、ウエハ３０の識別情報と関連付けて、外部装置４０に送信する。

　これにより、外部装置４０は、ウエハ３０の欠陥の検出結果が製品として問題ないレベルか否かの判定を行うことができる。

　本実施形態のアライナ装置１において、センサ１４は、ウエハ３０の主面３１の欠陥を検出せずにウエハ３０の側面３２の欠陥を検出する。制御装置１３は、ウエハ３０の側面３２の欠陥に基づいて、ウエハ３０の主面３１の欠陥を判定する。

　これにより、ウエハ３０の主面３１の全体を検査する構成と比較して、検査時間を短くすることができる。また、ウエハ３０の主面３１に所定値より多い微粒子が堆積する場合は、ウエハ３０のエッジにも所定値より多い微粒子が堆積する可能性が高いので、十分な検査精度を発揮できる。

　以上に本出願の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　上記実施形態では、投光部２２が照射してウエハ３０の表面を受けた光を受光部２３が受光する。これに代えて、投光部２２が照射してウエハ３０の表面で反射した光を受光部２３が受光する構成であってもよい。

　上記実施形態では、第１部分２１ａに投光部２２及び受光部２３が配置され、第２部分２１ｂに投光部２２及び受光部２３が配置される。これに代えて、第１部分２１ａに投光部２２が配置され、第２部分２１ｂに受光部２３が配置される構成（又はその逆の構成）であってもよい。

　上記実施形態で示したフローチャートは一例であり、一部の処理を省略したり、一部の処理の内容を変更したり、新たな処理を追加したりしてもよい。例えば、上記実施形態ではウエハ３０の欠陥とノッチ３３を検出する処理を同時に行う。これに代えて、初めにウエハ３０の欠陥を検出する処理を行って、その後にウエハ３０のノッチ３３を検出する処理を行ってもよい。また、ステップＳ１０４の処理とステップＳ１０５の処理の順序を入れ替えてもよい。

　本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するように構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、従来の回路、及び／又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、又は手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであっても良いし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであっても良い。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、又はユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び/又はプロセッサの構成に使用される。

Claims

　回転駆動力を発生させるモータと、
　前記モータが発生させた回転駆動力により、ウエハを支持した状態で回転する回転装置と、
　前記回転装置の回転を制御して、前記ウエハの回転位相を予め定めた値に合わせる処理を行う制御装置と、
　進行方向が異なる複数の光を前記ウエハのエッジに向けて照射し、当該光を受信することにより、前記ウエハのエッジの欠陥を検出するセンサと、
を備えることを特徴とするアライナ装置。
　請求項１に記載のアライナ装置であって、
　前記制御装置は、前記ウエハの回転位相を予め定めた値に合わせる前に、前記ウエハを少なくとも１回転させ、
　前記センサは、前記制御装置がウエハを１回転する間において、前記ウエハのエッジの欠陥を検出し続けることを特徴とするアライナ装置。
　請求項２に記載のアライナ装置であって、
　前記制御装置は、前記ウエハに形成されたオリエンテーションフラット又はノッチに基づいて前記ウエハの回転位相を予め定めた値に合わせ、
　前記オリエンテーションフラット又は前記ノッチは、前記センサを用いて検出されることを特徴とするアライナ装置。
　請求項１から３までの何れか一項に記載のアライナ装置であって、
　外部装置と通信する通信装置を備え、
　前記通信装置は、前記ウエハのエッジの欠陥の検出結果を、前記ウエハの識別情報と関連付けて、前記外部装置に送信することを特徴とするアライナ装置。
　請求項１から４までの何れか一項に記載のアライナ装置であって、
　前記センサは、前記ウエハの主面の欠陥を検出せずに前記ウエハの側面の欠陥を検出し、
　前記制御装置は、前記ウエハの側面の欠陥に基づいて、前記ウエハの主面の欠陥を判定することを特徴とするアライナ装置。