JP2005317956A - ディスク状要素のハンドリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハのハンドリング及び検査をより効率的に行うために簡素化されたシステムを提供する。
【解決手段】画定された移動平面内において少なくとも角運動を行うことができるロボット手段２、３と、ディスク状要素８を保持するためのエンドエフェクター６とを含み、該ロボット手段２、３と該エンドエフェクター６とを作動可能なように相互接続するリスト部を含み、該リスト部は、少なくとも、ディスク状要素８と同一面内の軸を中心とする該エンドエフェクター６の運動を与え、該角運動と該面内軸を中心とした該運動とが組み合わされた場合、ディスク状要素８の傾斜運動が達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディスク状要素のハンドリングのための装置と、ディスク状要素の表面を光学的に検査するための装置と、ディスク状要素を保持するためのエンドエフェクター手段とに関する。

ディスク状要素をハンドリングし、ディスク状要素の表面、特にウェーハの表面を光学的に検査するための装置が、当該技術分野でよく知られている。

半導体ウェーハは、クリーンルーム環境において複雑な多段階のプロセスによって作られる。ウェーハからの高性能電子チップの生産は、約１５０ステップも含む場合がある。サブミクロン・レンジにおける技術はとても精密で、多くの各段階においてミスまたは誤動作の可能性が常に有り、それらをできるだけ早く認識すべきである。生産プロセス中の検査と、その終了時の検査は、生産プロセスの肝要な段階であり、妥当な時間内に正確な方法でたくさんのウェーハを検査することができる効果的な検査手段が実際に必要とされている。

この目的を達成するために、世界中の半導体製造においては、欠陥の、光学的な特性、および／または、分類に従う、ウェーハ表面の欠陥の検査及び分析のための光学式測定ツールが使用される。

この分析は、マイクロ・ステーションと呼ばれる、マイクロスコープを用い、様々な測定スポットサイズで行なわれ、また、ウェーハの表側及び裏側の全体ウェーハ表面に至るまでのウェーハ上のより広い領域でもなされる。これは、マクロ・ステーションと呼ばれる分離したステーションにおいて実施される。マクロ・ステーションにおいては、ウェーハの表面は、光を表面に照射することにより光学的に検査される。この種の測定は、ブライト・ライト・インスペクションとも呼ばれている。

ウェーハ上のブライト・ライト・インスペクション測定は、光をウェーハの表面上に照射し、ある角度で反射光を見ることにより、可視可能とされた表面のある特性をチェックするためになされる。ウェーハ、光源、及び、オペレータ（たいていの場合肉眼、まれにカメラ）間の、ある角度の下での色及び強度が、測定結果を与える。

そのために、典型的には、ウェーハを光ビームのところに位置させ、ウェーハの表面の角度を目及び光源に対して変化させながら、ウェーハの表面を肉眼でチェックする。全ての必要角度を得ることができるように、ウェーハ表面と同一面内の２つの直交する軸周りにウェーハを回転させる必要がある。図１は、ウェーハの各調整システムの原理と、面内の回転軸と共に３つの回転とを示す。

今日、この測定は、ウェーハを保持する特別な設備においてなされている。このウェーハ保持機構には、光源に対するウェーハ表面の角度を変化させるために使用される移動部分が組み込まれている。その様な保持機構の例が、ＪＰ−Ａ １６２１３３に開示されている。

この種のシステムの主な不利な点は、マクロ・ステーション内に、特別な非常に複雑な構造の装置を必要とし、これは一方ではマクロ・ステーションの費用並びにその設置面積を増大させ、非常に高価なクリーンルーム環境においてより高いメンテナンス費を生じさせる。さらに、ハンドリング・ロボットが、保持機構にウェーハを配置したり、保持機構からウェーハを抜き取ったりしなければならないので、ハンドリング費用が増す。これは、マクロステーションはマイクロステーションと共にたびたび使用されることを考慮に入れる場合、いっそう重要なことである。付加的なハンドリングは、システムのスループットを大幅に減じる。

これら等の及びその他の不利な点は、ウェーハのハンドリングおよび／または検査に関する上述の不利な点を解消し、構成をより簡素化し、縮小された設置面積を有し、スループットを増大する、ディスク状要素またはウェーハをハンドリングするための装置を提供するという本発明の目的へとつながる。

発明の概要
上記の問題に対する本発明の解決策は、請求項１に記載されたディスク状要素のハンドリングのための装置と、請求項１３に定義されたディスク状要素の表面を光学的に検査するための装置と、請求項１９に記載されたエンドエフェクター手段とによって得られる。

さらなる改良点及び有利な点が、各従属クレームの一部となっている。

概して、本発明は、画定された移動平面内で少なくとも角運動（回転運動）を行うようにされているロボット手段と、ディスク状要素を保持するためのエンドエフェクター手段とを含む、ディスク状要素のハンドリング、特にウェーハのハンドリングのための装置であり、該装置は、該ロボット手段を該エンドエフェクター手段に作動可能なように相互接続するリスト部(手首部)を含み、該リスト部は、該ディスク状要素の表面と同一面内の軸の周りの該エンドエフェクターの運動を少なくとも与え、該角運動及び該面内軸の周りの該運動が組み合わされた場合、前記ディスク状要素の傾斜運動が達成される。

従って、本発明は、大いに有利な態様で、光源のような外部の基準点に対して、任意の角度が達成可能なように、ウェーハの傾斜運動を機能的に提供するものである。このように提供されるハンドリング装置の本発明の作動構成により、特別な設備に、または、特別な設備上へ、ウェーハを搬送することを必要とせず、光による検査のためのステーションにおいてウェーハ・ハンドリング・ロボットを直接使用することが初めて可能となる。そのような態様においては、本発明は、かなりの機械設備を減らし、必要とされる設置面積を減らすだけでなく、好適には半自動または自動の欠陥検査プロセスにおいて、最小の単一のウェーハ・サイクル時間に対する処理速度を最大にする。

本発明のさらなる技術成果によると、ディスク状要素の表面が移動平面と平行に配置され、ディスク状要素の中心を通って延在しかつその表面に垂直な対称軸は第２の軸と平行となるように、ロボット手段及びエンドエフェクターは適合されている。尚、ロボット手段により回転軸周りに角運動（回転運動）が実行されるが、この回転軸を第２の軸という。また、ディスク状要素の中心を通って延在しかつその表面に垂直な対称軸は、この第２の軸と平行にされているが、ここに記載する第１の実施形態においては、第２の軸に一致しないが、後述する実施形態では両者を一致させる構成を含む。
上述した構成によれば、ハンドリング・プロセスにおける、および／または、ブライト・ライト・インスペクション中の外部光源に対する、ディスク状要素またはウェーハの正確な位置決めの可能性を与える。さらに、ディスク状要素またはウェーハの中心が、第２の軸周りの円周を移動するようにされており、これをθ運動ともいう。

さらに、ロボット手段、および／または、リスト部、および／または、エンドエフェクターは、ディスク状要素の中心を含む、該表面に垂直な軸を中心とする該ディスク状要素の回転運動を行うようにされている。

非常に有利なさらなる技術成果において、本発明の装置は、本明細書に参照として組み込まれるＷＯ ０２／０２２８２ Ａ１に示された端部把持機構を有するエンドエフェクターを用いることができる。このエンドエフェクターは、例えば、ディスク状要素の回転軸を中心として、ディスク状要素を回転させることができる。また一方、これは、傾斜運動中の本発明の装置が、ディスク状要素またはウェーハ自身の回転により、ロボットによる回転運動を修正することができ、それによって、ディスク状要素の表面の角度を調整することができるだけでなく、ウェーハの向き（ウェーハの方位角）も一定に保つことができる。

さらに、有利に、本発明の装置のために、少なくとも一つのロボット・アームを有する、よく知られ、かつ容易に利用できるいわゆる３軸ロボットを、利用することができる。これらのロボットは３つの運動軸を含む。それらは、半径方向の水平直線運動に対応する、ｙ軸を規定する、Ｒ軸運動と、垂直直線運動であるＺ軸運動と、Ｚ軸周りの運動であるθ方向運動である。一般に、Ｚ軸は、ロボット本体の対称軸と同一である。この場合、Ｒ軸運動とθ軸運動は両方、エンドエフェクター及びウェーハをそれぞれ水平に位置付けるために、例えばある平面内でロボット手段の角運動を与えるために、必要とされる。さらに、本発明による光による検査（ブライト・ライト・インスペクション）のために、上述した第２の軸に対応するロボットのＺ軸の周りのθ運動が、本発明による組合せ運動のために用いることができる。

本発明の別のさらなる技術成果に関して、リスト部は、第１の軸の周りでそれに又はそのロボット・アームに取り付けられるエンドエフェクターの回転またはローリング運動を与える回転またはローリング機構を含む。尚、第１の軸はＲ軸に対応する必要はない。また、本発明によると、ローリングまたは回転されるウェーハ表面とブライト・ライト・インスペクション・ステーションの光源とに対する任意の角度を作れるように、θ軸運動及びローリング軸運動の組合せは、エンドエフェクター、または、ディスク状要素またはウェーハの傾斜運動を生じさせるために使用することができる。

この目的のために回転機構は、有利には、少なくとも一つの駆動ホイールを駆動させる、駆動モーターを有する駆動機構をさらに含む。さらなる技術成果によると、駆動ホイールに加えて、好適には、駆動機構の釣合いを保たせるために駆動ホイールと水平に整合された、支持ホイールが設けられており、駆動ホイール及び支持ホイールがエンドエフェクターを保持する。

さらに、適切なことには、本発明の装置は、軸を中心とした運動を制御するための制御手段も含む。

上述のハンドリング装置に加えて、本発明は、ディスク状要素の表面の光学的な検査のための、特にウェーハ表面の光学的な検査のための装置にも関連しており、上記で説明された装置と、照明装置とを含む少なくとも第１の検査部を含む。

検査装置は、目的物の表面を検査するためのマイクロ・ステーションまたはマイクロスコープを含む第２の検査部をさらに含む。有利には、第２の検査部は第１の検査部とモジュール式またはユニット式に連結することができる。従って、それぞれのニーズにより、さまざまな異なるタイプのマイクロスコープを、本発明の検査装置に含めることが可能である。

さらに、制御手段または制御装置は、ロボット手段の運動、特に異なるモジュラー要素間の運動、を制御するための本発明の装置の一部である。さらに、特許請求の範囲に記載された装置は、種々のモジュール、または、マクロ・ステーション及びマイクロ・ステーションを収容するための構成フレームを含む。

本発明の検査装置の、さらなる技術成果は、受動、および／または、能動防振システムを含む。好適には、防振はマイクロスコープを含む第２の検査部に適用される。

更に、ディスク状要素、特にウェーハを保持するための保持手段を含むエンドエフェクター手段と、エンドエフェクター手段が回転軸の周りに動くことを可能ならしめる、可動リスト部とを提供することも本発明の目的とされている。このエンドエフェクター手段は、上記のローリング機構を含む。さらに、ＷＯ ０２／０２２８２ Ａ１による端部把持機構を含む本発明のエンドエフェクター手段が提供される。

本発明は、更なる特徴及び有利な点と共に、以下の記述から最良に理解されるであろう。

図２は、本発明の装置１の一つの実施例を示す概略図である。装置は、４つの主要構成要素、すなわちロボット本体２と、ロボット・アーム３と、回転またはローリング軸を備えた、回転またはローリング機構４、５と、エンドエフェクター６とを含む。これらの構成要素は全て、前開き一体形ポッド９が、一般的には小型の前開き一体形ポッド（ＦＯＵＰ）が、取り付けられるフレーム１０内に収容されている。

ロボット本体２は、ロボット・アーム３及びエンドエフェクター６を駆動するためのモーター駆動装置と、ロボット・コントローラーとを含むが、両方共、図２には示されていない。エンドエフェクター６は、ウェーハ８を把持して保持するために使用され、図に示されていない種々のモーター及び機械機構を含むロボット・アーム３は、エンドエフェクター６及びその把持部７内に保持されたウェーハを移動させる。

単一のウェーハをハンドリングするために、半導体製造ロボット（Semiconductor Fabric robot）２は典型的には３つの位置決め軸（図３及び図４）を有し、Ｚ軸と呼ばれる一つの軸は、垂直方向の上下にそのアームでウェーハ８を移動させる軸であり、少なくとも２つの他の軸は、生産工程において、一つのステーションから別のステーションに水平にウェーハを移動させる、典型的には、θ及びＲ軸である。これらのタイプのロボットは当該技術分野でよく知られており、以下で詳細にさらなる説明はしない。

上記した位置決め軸（Ｒ，θ，Ｚ）を有するロボット２と、ウェーハ表面８と同一面内でＺ軸に垂直な軸周りの回転機構（ローリング機構）４、５のローリング能力とを使用することにより、エンドエフェクター６によって把持されたウェーハ８の組合せ運動を提供することができる。従って、光源（不図示）のような外部のポイントに対して任意の角度を生じさせることを可能にする、ウェーハ８の傾斜運動が達成される。たとえウェーハがずれて位置が変わったり、または、ローリングまたはシータ軸により回転しても、利便性及び簡易性のために、ウェーハの中心を常にθ方向に関する軸（θ軸）上に位置させるようにして、Ｒ位置をロボット２に対して適宜調節することにより、ウェーハ８の対称軸をロボット２の回転軸Ｚと一致させることができる。これは、角度が変化してもウェーハ２の中心は変わらないことを意味する。

ＷＯ ０２／０２２８２ Ａ１に開示されている如くにエンドエフェクターを使用すると、さらなる改良が達成される。この目的を達するために、本発明の装置は、回転機能に加えて、水平面内で回転によりウェーハ８の方位を定めて配置することができる。これによって、θ軸によってもたらされるウェーハ８の回転の補正が与えられる。３つの軸、すなわち、θ軸、ローリング軸、及び、ウェーハ表面に垂直なウェーハ表面の回転軸に、沿うまたはその周りの運動を組み合わせることにより、ウェーハ８の向き（orientation）を一定に保ちつつ、ウェーハ８の角度を調節することができる。

先に述べたように、回転またはローリング機構４、５（図２）は、ロボット２の第４の移動軸、および／または、ローリング軸とも呼ばれる、エンドエフェクター６に対する第２の移動軸を備える。その目的のために、エンドエフェクターの本体１１はホイール１２、１３を介して回転またはローリング機構４、５に取り付けられている。（図５参照）

図５は、回転またはローリング機構４、５をより詳細に示す。回転またはローリング機構４、５（図２）のハウジング内にＵ型のブラケット１５が設けられており、該ブラケットはホイール１２、１３を支承する。ホイールに関して、後部支持ホイール１２と前部駆動ホイール１３とは差異を設けることができる。前部ホイール１３は、駆動モーター１４のドライビング・ピニオン１６によって駆動される歯車である。各ホイールは、階段状のまたはＬ字型の断面を有するホイール・リムを有し、例えば、各ホイールは、異なるリム直径の２つの隣接したリム、内側リム１２ｂ、１３ｂ及び外側リム１２ａ，１３ａを含む。リムを支持するために、ホイールは、スター・スポーク１２ｃ、１２ｄ、１３ｃ、１３ｄを備えている。しかし、より小さいリム直径を有する内側リム１２ｂ、１３ｂの内側には案内表面１２ｅ、１３ｅが備えられるように、スター・スポークは、より大きいリム直径を有するホイールの外側リム部分１２ａ、１３ａの内側でのみ取り付けられ、これにより、内側リムの内側案内表面１２ｅ、１３ｅは内側円周全体にわたりスポーク１２ｃ、１２ｄ、１３ｃ、１３ｄによって遮られることは無い。前部駆動ホイール１３に関しては、外側リム１３ａが歯車を形成する。

お互いに正確に整合されている、後部ホイール１２と前部ホイール１３との間において、それぞれのホイールのスポーク１２ｃ、１２ｄ及び１３ｃ、１３ｄにエンドエフェクター６の本体１１が取り付けられている。これは、ホイールと共にエンドエフェクター６を軸周りに回転させることができる態様とされている。この回転軸は、ウェーハ表面と同一面内にあり、後部ホイール１２及び前部ホイール１３のそれぞれの中心と交差する。ホイール１２及び１３は、内側リム１２ｂ及び１３ｂがお互いに向かい合う位置となるように、お互いに配置または整合されている。

駆動モーター１４の本体は、後部サポート１７及び前部サポート１８の間に、例えば、ブラケット１５のＵ型の直立側部間に、延在し、駆動モーター１４の一端部に取り付けられたピニオン１６が、孔１９を貫通して、ブラケット前部サポート１８の側の駆動ホイール１３と協働するように、駆動モーター１４の本体は前部サポート１８の貫通孔１９に隣接して取り付けられている。ブラケット自体は、ホイール１２及び１３の下方部に配置されている。そこで、ブラケット後部サポート１７及び前部サポート１８の一部がホイール１２及び１３間にあり、それによって、この重なりあう部分は、駆動ピニオン１６と前部ホイール１３とが一対の歯車を形成している。

この対の歯車１３、１６及び駆動モーター１４は駆動機構の一部であり、上記のように、エンドエフェクターをして回転軸の周りに回転せしめる。さらに、駆動機構は、ホイールの回転運動においてホイールを案内するための案内ローラー２０、２１を含む。これらのローラー及びそれらの案内機能は各ホイール１２及び１３にとって同様であるので、前部ホイール１３を案内するローラーに関し以下で説明する。このために、２つのローラーが図５に示されており、それは、サポート・ローラー２０及び案内ローラー２１である。これらはブラケット前部サポート１８の外側に取り付けられている。ローラー２０及び２１は、自由に回転できるように、対応するサポート・ピンのベアリング（不図示）によって支持されている。ローラー２０、２１は、お互いにずらして取り付けられている。従って、サポート・ベアリング２０は、前部ホイールの下側から前部ホイールを支持し、一方、案内ベアリング２１は、内側リム１３ｂの内側の案内表面１３ｅにおいてローラーを回転させることによって前部ホイールを案内する。

前記の機構に基づいて、ロボット手段とエンドエフェクター手段とを作動可能なように相互接続するためのリスト部（手首部）が設けられ、エンドエフェクターによって把持されているウェーハが回転運動を行うことができるようにされている。しかし、この運動が上記のようにロボットの運動能力と組み合わされた場合、ウェーハを保持し、光源に対するウェーハ表面の角度を変える別途の装置を用いることなく、光による検査（ブライト・ライト・インスペクション）が可能となる。

２つの軸がウェーハ表面と同一面内にあるウェーハ及び３つの回転の原理を模式的に示した図である。 本発明によるハンドリング装置の一つの実施形態を示す。 ロボットのR、θ、Ｚの調整系を示す。 図３の調整系の平面図である。 本発明の回転またはローリング機構の一例を示す。

符号の説明

１ ハンドリング装置
２ ロボット本体
３ ロボット・アーム
４、５ 回転またはローリング機構
６ エンドエフェクター
７ 把持部
８ ウェーハ
９ 前開き一体形ポッド
１０ フレーム
１１ エンドエフェクター本体
１２ 後部支持ホイール
１３ 前部駆動ホイール
１２ａ、１３ａ 外側リム
１２ｂ、１３ｂ 内側リム
１３ｃ，１３ｄ スポーク
１２ｅ、１３ｅ 案内表面
１４ 駆動モーター
１５ ブラケット
１６ 駆動ピニオン
１７ ブラケット後部サポート
１８ ブラケット前部サポート
１９ 貫通孔
２０ サポート・ローラー
２１ 案内ローラー

Claims (26)

1. 表面を有するディスク状要素のハンドリングのための装置、特にウェーハのハンドリングのための装置であって、画定された移動面内で少なくとも角運動を行うようにされたロボット手段と、ディスク状要素を保持するためのエンドエフェクター手段とを含み、前記装置は、前記ロボット手段と該エンドエフェクター手段とを作動可能なように相互接続するためのリスト部を含み、前記リスト部は、前記表面と同一面内の軸を中心とする該エンドエフェクターの運動を少なくとも与え、該角運動と該面内軸を中心とした該運動とが組み合わされることにより、前記ディスク状要素の傾斜運動が達成される、装置。
2. 前記ディスク状要素の表面が、前記移動面と同一面内にある、請求項１に記載の装置。
3. 前記ロボット手段、および／または、前記リスト部、および／または、該エンドエフェクター手段は、前記表面に垂直な軸を中心として前記ディスク状要素の回転運動を与えるようにされている、請求項１に記載の装置。
4. 前記装置は、該リスト部及び該エンドエフェクター手段を取り付けることができる少なくとも一つの自由端を含む少なくとも一つのロボット・アームを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記リスト部は、回転機構を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
6. 該回転機構が駆動機構を含む、請求項５に記載の装置。
7. 該駆動機構が、少なくとも一つの駆動ホイールを含む、請求項６に記載の装置。
8. 該回転機構が、支持ホイールを含む、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 該駆動機構が駆動モーターを含む、請求項６または７に記載の装置。
10. 該エンドエフェクター手段が駆動ホイール、および／または、支持ホイールに取り付けられている、請求項７または８に記載の装置。
11. 該エンドエフェクター手段が、該ディスク状要素をその対称軸周りに回転するようにされた端部把持機構を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 該装置が、該ロボット手段の運動を制御するための制御手段を含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. ディスク状要素の表面を光学的に検査するための、特にウェーハ表面の光学的検査のための装置であって、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置と、照明装置とを含む、少なくとも第１の検査部を含む、装置。
14. 該装置が、目的物の表面を検査するためのマイクロ・ステーションまたはマイクロスコープを含む第２の検査部を備える、請求項１３に記載の装置。
15. 該第２の検査部が、第１の検査部とモジュール式に連結されている、請求項１４に記載の装置。
16. 該装置が、ロボット手段の運動を制御するための制御手段を含む、請求項１４または１５に記載の装置。
17. 該装置がフレームを含む、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 該第２の検査部が、受動、および／または、能動防振部を含む分離フレームを含む、請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の装置。
19. エンドエフェクター手段であって、ディスク状要素、特にウェーハを保持するための保持手段と、エンドエフェクター手段が回転軸の周りに動くことを可能にする可動リスト部とを含む、エンドエフェクター手段。
20. 該エンドエフェクター手段及び/または該リスト部は、該ディスク状要素の表面に垂直な軸周りの該ディスク状要素の回転運動を与えるようにされている、請求項１９に記載のエンドエフェクター手段。
21. 該エンドエフェクターが、該ディスク状要素をその対称軸周りに回転するようにされた端部把持機構を含む、請求項１９または２０に記載のエンドエフェクター手段。
22. 該装置が、ロボット手段の運動を制御するための制御手段を含む、請求項１３に記載の装置。
23. 該装置がフレームを含む、請求項１３に記載の装置。
24. 該リスト部が回転機構を含む、請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載のエンドエフェクター手段。
25. 該回転機構が駆動機構を含む、請求項２４に記載のエンドエフェクター手段。
26. 該駆動機構が、少なくとも一つの駆動ホイールを含む、請求項２５に記載のエンドエフェクター手段。
    

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