JP2011018828A - 位置認識装置及び位置認識方法並びに位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハの位置認識及び位置決めの精度を向上でき、信頼性を高めることができるようにすること。
【解決手段】位置認識装置１１は、半導体ウエハＷの端縁の位置を検出可能な複数のセンサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を備えた検出手段１６と、半導体ウエハＷと検出手段１６とを直線方向に相対移動可能な移動手段１７と、検出手段１６の検出データから半導体ウエハＷの中心位置を算出可能な制御手段１８とを備えて構成されている。検出手段１６は、前記相対移動する直線方向に対して直交する方向に、所定間隔を隔てて少なくとも４か所にセンサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置認識装置及び位置認識方法並びに位置決め装置に係り、更に詳しくは、半導体ウエハの位置認識及び位置決めを簡単な構成で精度良く行うことができる位置認識装置及び位置認識方法並びに位置決め装置に関する。

半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）にあっては、リングフレームへのマウント等の各種工程を行うべく位置決めが行われる。ウエハのように円形となる対象物の位置決めを行う装置としては、例えば、特許文献１に開示されている位置決め機構を用いてその位置決めを行うことができる。つまり、同装置は、図４に示されるように、円形の対象物Ｗ０の中心を挟むＸ軸方向両側に設けられた一対のセンサ５０ａ、５０ｂを備え、各センサ５０ａ、５０ｂと対象物Ｗ０とをＹ軸方向に相対移動可能に設けられている。

また、前記センサ５０ａ、５０ｂは、対象物Ｗ０の外縁位置を検出可能に設けられている。具体的には、Ｙ軸方向への相対移動時に対象物Ｗ０の検出時（検出中）にＯＮ信号、対象物Ｗ０を検出しないときにＯＦＦ信号を出力可能に設けられている。従って、各センサ５０ａ、５０ｂにおいてＯＮ信号を出力した時間と、前記相対移動の速度とを乗算することで、各センサ５０ａ、５０ｂが通過する弦長さＹａ、Ｙｂが求められる。この弦長さＹａ、Ｙｂと、予め決定している対象物Ｗ０の半径Ｒとから、下記数１により、対象物Ｗ０のＸ軸方向の中心が求められ、弦長さＹａ、Ｙｂを二等分することにより、対象物Ｗ０のＹ軸方向の中心が求められる（Ｘａ、Ｘｂは、それぞれセンサ５０a、５０ｂから対象物Ｗ０の中心までのＸ軸方向の距離）。そして、Ｘ軸方向の中心とＹ軸方向の中心とが交差する位置が対象物Ｗ０の中心として、Ｘ−Ｙ平面内の座標位置として認識される。

上記のようにして中心位置が認識された対象物Ｗ０は、当該中心位置を基準として他の工程等に搬送されて所定の処理が行われる。

特開２００６−３５２０５４号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、結晶方位を示すオリエンテーションフラット（以下、単に「オリフラ」という）やＶノッチが形成されたウエハの位置認識及び位置決めを行う場合、センサ５０ａ、５０ｂがオリフラやＶノッチが形成された位置を検出すると、ウエハの中心位置を誤認識してしまい、位置決め精度が低下する、という不都合がある。

これを更に詳述すると、図５に示されるように、センサ５０ｂがウエハＷの外縁としてオリフラＯＦを検出した場合、センサ５０ｂの検出結果に基づいて求められる弦長さＹｂは、オリフラＯＦ以外のウエハＷ外縁を検出した場合に比べて短くなる。これは、実測した位置から対象物Ｗの中心までの距離Ｒ１が予め定義した値（半径Ｒ）と違っていることに起因する。このため、センサ５０ｂの検出結果から求められるウエハＷの中心位置とセンサ５０ｂの検出結果から求められるウエハＷの中心位置とに誤差を生じてしまい、どちらの検出結果を正として位置認識を行えばよいか判らなくなってしまう。

ここで、弦長さＹａ、Ｙｂを比較し、それらのうち短い方がオリフラＯＦ等を検出したものとして、長い方を選択して中心位置等を求める手段が考えられる。ところが、かかる手段では、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ウエハＷのＸ軸方向位置によって、オリフラＯＦを検出したセンサ５０ａ、５０ｂの検出結果による弦長さＹａ、Ｙｂが、オリフラＯＦを検出しないセンサ５０ａ、５０ｂの検出結果による弦長さＹａ、Ｙｂに比べて長い場合と短い場合との両方が起こり得る。このため、求められた弦長さＹａ、Ｙｂの比較によって、各センサ５０ａ、５０ｂの何れの検出結果を選択すべき判別できないものであり、これによっても中心位置を求めることができなくなる。

［発明の目的］
本発明の目的は、ウエハの位置認識及び位置決めを簡単な構成で精度よく行うことができる位置認識装置及び位置認識方法並びに位置決め装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の位置認識装置は、半導体ウエハの中心位置を検出して認識するための位置認識装置において、前記半導体ウエハの端縁の位置を検出可能な複数のセンサを備えた検出手段と、前記半導体ウエハと検出手段とを直線方向に相対移動可能な移動手段と、検出手段の検出データから半導体ウエハの中心位置を算出可能な制御手段とを備え、前記検出手段は、前記半導体ウエハと検出手段とが相対移動する直線方向に対して直交する方向に、所定間隔を隔てて少なくとも４か所に前記センサが設けられる、という構成を採っている。

本発明において、前記半導体ウエハは、結晶方位を示すオリエンテーションフラット又はＶノッチを備え、前記検出手段は、前記オリエンテーションフラットの幅又はＶノッチの開口幅より長く設定された間隔を隔てた両側にそれぞれ少なくとも２か所に設けられる、という構成を採ることが好ましい。

また、前記制御手段は、前記検出手段の検出データから複数の差を求める機能と、求められた複数の差に対応する各センサの間隔をそれぞれ比較する機能と、比較の結果、センサの間隔と近似する差が求められたセンサの検出データを用いて半導体ウエハの中心位置を算出する機能とを備える、という構成も好ましくは採用される。

また、本発明の位置認識方法は、半導体ウエハの中心位置を検出するための位置認識方法において、
半導体ウエハと検出手段とを直線方向に相対移動させる工程と、前記半導体ウエハと検出手段とが相対移動する直線方向に対して直交する方向に、所定間隔を隔てて少なくとも４か所にセンサを備えた検出手段を用い、前記相対移動中に前記半導体ウエハの端縁の位置を検出する工程と、前記検出手段の検出データから複数の差を求める工程と、求められた複数の差に対応する各センサの間隔をそれぞれ比較する工程と、前記比較の結果、センサの間隔と近似する検出データを用いて半導体ウエハの中心位置を算出する工程とを備える、という方法を採っている。

更に、本発明の位置決め装置において、請求項１、２又は３記載の位置認識装置と、この位置認識装置により中心位置が認識された半導体ウエハを載置可能に設けられるとともに、当該半導体ウエハを平面内で回転可能な支持手段と、半導体ウエハにおける結晶方位を示すオリエンテーションフラット又はＶノッチを検知する外縁検知手段とを備えた位置決め装置であって、前記支持手段は、半導体ウエハを回転することにより、外縁検知手段で検知されたオリエンテーションフラット又はＶノッチを所定の向きに設定して位置決め可能に設けられる、という構成を採っている。

本発明によれば、検出手段がウエハと検出手段とが相対移動する直線方向に対して直交する方向に、所定間隔を隔てて少なくとも４か所に設けられているので、例えば、ウエハがオリフラやＶノッチを備え、これらを何れかのセンサが検出しても、他のセンサがウエハのオリフラやＶノッチ以外の円弧状の外縁を検出したことを判別することができる。具体的には、検出データから求められる各差とセンサが実際に配置された間隔とを比較し、実際のセンサ間隔に近い差を求めたセンサの検出データからウエハの中心位置を算出することが可能となる。これにより、何れのセンサの検出結果を選択して算出を行うべきか判別可能となり、ウエハの中心位置の誤認識を回避して位置精度及び信頼性が高い位置認識及び位置決めを行うことができる。

また、検出手段がオリエンテーションフラット又はＶノッチの幅より長く設定された間隔を隔てた両側に少なくとも２か所に設けたので、少なくとも２か所に設けられた検出手段がオリフラやＶノッチを検出することを防止し、これに起因する中心位置の誤認識を防止することができる。

実施形態に係る位置決め装置の概略斜視図。 センサによる検出要領を示す説明図。 変形例を示す図２と同様の説明図。 従来例に係るセンサによる検出要領を示す説明図。 従来例に係るセンサの他の検出要領を示す説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来例に係るセンサの検出位置の比較説明図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「差」とは、検出手段の検出データから求められる２個のセンサのＸ軸方向の間隔を意味する。

図１、図２において、位置決め装置１０は、ウエハＷの中心位置を検出可能な位置認識装置１１と、ウエハＷとリングフレームＲＦとを載置して支持する支持手段１３と、この支持手段１４の上方に設けられた外縁検知手段としてのカメラ１４とを備えて構成されている。ウエハＷの図１中下面には、保護用の接着シートＳが貼付され、外縁には、結晶方位を示すオリフラＯＦが形成されている。

前記位置認識装置１１は、ウエハＷの端縁の位置を検出可能な検出手段１６と、ウエハＷと検出手段１６とを直線（Ｙ軸）方向に相対移動可能な移動手段１７と、検出手段１６及び移動手段１７の他、支持手段１３及びカメラ１４を制御する制御手段１８とを備えている。

前記検出手段１６は、ウエハＷが相対移動する直線（Ｙ軸）方向に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に、所定間隔を隔てて設けられた４体のセンサからなり、図示しないフレームにブラケット１９を介して直線Ｌ１上に併設されている。センサは、図２中右から左に向かって順に、「ａ２」、「ａ１」、「ｂ１」、「ｂ２」とする。センサａ１、ａ２は、間隔Ｃａを隔て設けられるとともに、センサｂ１、ｂ２は、間隔Ｃｂを隔て設けられている。そして、センサａ１とセンサｂ１は、間隔Ｃａｂを隔てて設けられている。また、間隔Ｃａｂは、オリフラＯＦの幅Ｈより長く設定されている。なお、各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は、前述した背景技術のセンサ５０ａ、５０ｂと同様の機能を備えるものであり、重複する説明について、ここでは省略する。

前記移動手段１７は、Ｙ型に分岐した吸着アーム２３と、この吸着アーム２３を保持するアームホルダ２４と、このアームホルダ２４を支持して吸着アーム２３を移動させる多関節ロボット２６とを備えている。吸着アーム２３の上面側には吸着領域が設けられ、この吸着領域は図示しない減圧ポンプに接続されてウエハＷに貼付された接着シートＳを吸着可能となっている。

前記多関節ロボット２６は、ベース部３０と、当該ベース部３０の上面側に配置された第１アーム３１〜第６アーム３６と、第６アーム３６の自由端側に取り付けられた保持チャック３７とを含む。第２、第３及び第５アーム３２、３３、３５は、図１に示された状態で、Ｙ-Ｚ面内でそれぞれＢ、Ｃ、Ｅ方向に回転可能に設けられているとともに、第１、第４及び第６アーム３１、３４、３６は、それぞれその軸周り、つまり、Ａ、Ｄ、Ｆ方向に回転可能に設けられている。本実施形態における多関節ロボット２６は数値制御（ＮＣコントロール）されるものである。すなわち、対象物（本実施形態ではウエハＷ等）に対する各関節の移動量がそれぞれに対応する数値情報で制御され、全てその移動量がプログラムにより制御されるものである。保持チャック３７は、相互に離間接近可能な図示しない一対のチャック爪を備えており、これらチャック爪が前記アームホルダ２４に係脱可能となっている。

前記制御手段１８は、シーケンサやパーソナルコンピュータ等で構成することができる。制御手段１８には、操作パネル等からなる図示しない入力手段が接続され、この入力手段により各手段の作動条件やデータ等を入力及び記憶可能となっている。また、制御手段１８は、センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の検出データに基づき、所定の計算や比較を行う機能と、比較の結果、採用する検出データを決定する機能と、決定された検出データに基づき、ウエハＷの中心位置を算出する機能とを備えている。また、制御手段１８は、多関節ロボット２６の移動方向、移動量、移動速度、回転方向、回転角度、回転速度等の条件を決定し、これらを制御する機能の他、カメラ１４の撮像データに基づき後述するリフタの作動条件を制御する機能を備えている。

前記支持手段１３は、テーブル３９と、このテーブル３９の上面から出没可能なリフタ４０とを備えている。リフタ４０は、図示しないモータ等を介して周方向に回転可能に設けられ、その上部の載置されたウエハＷを平面内で回転可能となっている。

前記カメラ１４は、ウエハＷの外周領域を撮像エリアとしてオリフラＯＦを撮像し、当該撮像データを制御手段１８に出力する。そして、制御手段１８にて撮像データを処理することでオリフラＯＦの位置及び向きを認識し、ウエハＷの結晶方位を認識できるようになっている。

次に、前記位置決め装置におけるウエハＷの位置認識及び位置決め方法について説明する。

先ず、多関節ロボット２６を作動させることにより、図示しないカセットに収容されているウエハＷの下面側にアーム部材２３を進入させる。次いで、アーム部材２３の上面と接着シートＳの下面とを接触させた状態として図示しない減圧ポンプを作動させ、当該接着シートＳを吸引してウエハＷを支持させる。このとき、ウエハＷは、アーム部材２３に対して不確定な位置に支持されることとなる。

アーム部材２３にウエハＷを支持させた後、多関節ロボット２６を作動させ、ウエハＷが検出手段１６の下方を通過するように、図１中二点差線の位置からＹ軸方向と平行な直線方向に移動させる。このとき、Ｚ軸方向視でアーム部材２３の中心（線）Ｌ２がセンサａ１とセンサｂ１との中心（線）Ｌ３上を通過するように設定されている。これにより、各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２によりウエハＷの端縁位置が検出され、制御手段１８にてウエハＷの中心位置が算出される。なお、間隔ＣａｂがオリフラＯＦの幅Ｈより長く設定されているため、各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の内３体同時にオリフラＯＦを検出することはない。

制御手段１８におけるウエハＷ中心位置の算出方法は、先ず、各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２においてウエハＷを検出するＯＮ信号を出力し続けた時間と、ウエハＷのＹ軸方向への移動速度とを乗算することで、各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が通過する弦長さＹａ１、Ｙａ２、Ｙｂ１、Ｙｂ２が求められる。この弦長さＹａ１、Ｙａ２、Ｙｂ１、Ｙｂ２と、予め決定しているウエハＷの半径Ｒとから、三平方の定理を用いた下記数２により、各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２とウエハＷの中心位置とのＸ軸方向の距離Ｘａ１、Ｘａ２、Ｘｂ１、Ｘｂ２が制御手段１８にて暫定的に求められる。

上記で求められた距離から、Ｘａ２とＸａ１との差Ｄａ、及び、Ｘｂ２とＸｂ１との差Ｄｂを更に求める。次いで、求められた差Ｄａと間隔Ｃａ、及び、差Ｄｂと間隔Ｃｂとをそれぞれ比較する。比較の結果、それぞれの間隔Ｃａ、Ｃｂと近似する差Ｄａ、Ｄｂが何れとなるか判別する。図２におけるウエハＷと各センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２との位置関係では、センサｂ１、ｂ２はオリフラＯＦを検出しているため、弦長さＹｂ１、Ｙｂ２は、弦長さＹａ１、Ｙａ２よりも短い。このため、数２で求められた距離Ｘｂ１、Ｘｂ２から求められる差Ｄｂは、間隔Ｃｂとかけ離れた値となり、差Ｄａが間隔Ｃａと近似すると判別されることとなる。なお、図２における距離Ｘｂ１、Ｘｂ２から求められる差Ｄｂは、便宜上間隔Ｃｂと一致しているように描かれているが、実際には一致していない。

上記の判別の結果、制御手段１８は、センサａ１、ａ２の検出データを採用し、ウエハＷの中心位置を算出する。なお、センサｂ１、ｂ２の検出データは不採用となる。ウエハＷのＸ軸方向の中心位置は、センサａ１の位置からＸ軸方向にＸａ１分センサｂ１方向に進んだ位置、若しくは、センサａ２の位置からＸ軸方向にＸａ２分センサｂ２方向に進んだ位置として認識される。また、ウエハＷのＹ軸方向の中心位置は、センサａ１がＯＮ信号を検出した位置から、センサａ１がＯＦＦ信号を検出した方向に距離Ｙａ１の半分進んだ位置、若しくは、センサａ２がＯＮ信号を検出した位置から、センサａ２がＯＦＦ信号を検出した方向に距離Ｙａ２の半分進んだ位置として認識される。そして、制御手段１８は、Ｘ軸方向の中心位置を通るＹ軸に平行な直線とＹ軸方向の中心位置を通るＸ軸に平行な直線との交点がウエハＷの中心位置として、Ｘ−Ｙ平面内における座標として記憶することとなる。

ウエハＷの中心位置が認識されると、多関節ロボット２６を作動させ、ウエハＷの中心位置がリフタ４０上面の中心位置に一致した状態で載置されるよう制御する。その後、リフタ４０を回転させながら、カメラ１４でオリフラＯＦを撮像して検知させる。制御手段１８では、カメラ１４からの検知データによりオリフラＯＦが所定の向きに配置されるようにリフタ４０を介してウエハＷを平面内で回転した後、リフタ４０を下降させる。これにより、リングフレームＲＦの内側において位置決めされた状態でウエハＷがテーブル上に載置される。なお、リングフレームＲＦは、ウエハＷがリフタ４０に受け渡される前に、図示しない搬送装置によって、その中心がリフタ４０の中心位置に一致した状態でテーブル３９に載置されている。そして、図示しないシート貼付装置で、リングフレームＲＦとウエハＷとにマウント用シートを貼付し、リングフレームＲＦに正確にマウントされたウエハＷは、図示しない搬送装置によって別工程に搬送されることとなる。

従って、このような実施形態によれば、オリフラＯＦを検出したセンサｂ１、ｂ２のデータを採用することがないので、検出データに基づくウエハＷ中心位置の誤認識を回避することができ、簡単な構成でウエハＷの位置認識及び位置決めの信頼性を向上させることが可能となる。

以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、前記記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、位置若しくは配置等に関し、必要に応じて当業者が様々な変更を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、結晶方位を示すＶノッチＮが形成されたウエハＷを用いてもよく、この場合、ＶノッチＮの開口幅より長い間隔Ｃａｂを隔てて、その両側に少なくとも２体のセンサを配置するように構成すればよい。

また、センサｂ１のみ、又はセンサｂ２のみがオリフラＯＦを検出した場合でも、上記同様の計算や比較を行うことにより、差Ｄｂと間隔Ｃｂとに誤差が生じるため、センサａ１、ａ２の検出データが採用されるようになる。

更に、前記実施形態では、センサｂ１、ｂ２でオリフラＯＦを検出した場合を説明したが、センサａ１、ａ２でオリフラＯＦやＶノッチＮを検出した場合は、上記同様の計算や比較を行うことにより、センサｂ１、ｂ２の検出データが採用されるようになる。

また、前記センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２とウエハＷと相対移動は、センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を単軸ロボット等を介して移動させる等、それらの少なくとも一方を移動させることにより行えばよい。

更に、前記実施形態では、センサａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を直線Ｌ１上に併設させたが、図３に示されるように、センサａのＹ軸方向への規則性は特になくてもよい。つまり、各センサａのＸ軸方向の距離が特定され、検出結果に基づく差とそれに対応するセンサａのＸ軸方向の間隔とが比較できればよい。更に、センサを４体以上（図３では６体）設けてもよく、各センサａのＸ軸方向の距離が同一でもよいし、異なっていてもよい（図３に示されるように、間隔Ｃ１０〜Ｃ１４は、同一でもよいし、異なっていてもよい）。

また、半導体ウエハは、シリコンウエハや化合物ウエハであってもよい。

更に、外縁検知手段は、カメラ以外に、ラインセンサや、その他光学的なセンサを採用してもよい。

また、検出手段に採用するセンサは、光電管等の光学的なセンサや、リミットスイッチ等の接触によってＯＮ−ＯＦＦするセンサであってよい。

１０ 位置決め装置
１１ 位置認識装置
１３ 支持手段
１４ カメラ（外縁検知手段）
１６ 検出手段
１７ 移動手段
１８ 制御手段
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２ センサ
Ｃａ、Ｃｂ、Ｃａｂ 間隔
Ｄａ、Ｄｂ 差
Ｎ Ｖノッチ
ＯＦ オリエンテーションフラット
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (5)

1. 半導体ウエハの中心位置を検出して認識するための位置認識装置において、
   前記半導体ウエハの端縁の位置を検出可能な複数のセンサを備えた検出手段と、前記半導体ウエハと検出手段とを直線方向に相対移動可能な移動手段と、検出手段の検出データから半導体ウエハの中心位置を算出可能な制御手段とを備え、
   前記検出手段は、前記半導体ウエハと検出手段とが相対移動する直線方向に対して直交する方向に、所定間隔を隔てて少なくとも４か所に前記センサが設けられていることを特徴とする位置認識装置。
2. 前記半導体ウエハは、結晶方位を示すオリエンテーションフラット又はＶノッチを備え、
   前記検出手段は、前記オリエンテーションフラットの幅又はＶノッチの開口幅より長く設定された間隔を隔てた両側にそれぞれ少なくとも２か所に設けられていることを特徴とする請求項１記載の位置認識装置。
3. 前記制御手段は、前記検出手段の検出データから複数の差を求める機能と、求められた複数の差に対応する各センサの間隔をそれぞれ比較する機能と、比較の結果、センサの間隔と近似する差が求められたセンサの検出データを用いて半導体ウエハの中心位置を算出する機能とを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の位置認識装置。
4. 半導体ウエハの中心位置を検出するための位置認識方法において、
   半導体ウエハと検出手段とを直線方向に相対移動させる工程と、
   前記半導体ウエハと検出手段とが相対移動する直線方向に対して直交する方向に、所定間隔を隔てて少なくとも４か所にセンサを備えた検出手段を用い、前記相対移動中に前記半導体ウエハの端縁の位置を検出する工程と、
   前記検出手段の検出データから複数の差を求める工程と、
   求められた複数の差に対応する各センサの間隔をそれぞれ比較する工程と、
   前記比較の結果、センサの間隔と近似する検出データを用いて半導体ウエハの中心位置を算出する工程とを備えていることを特徴とする位置認識方法。
5. 請求項１、２又は３記載の位置認識装置と、この位置認識装置により中心位置が認識された半導体ウエハを載置可能に設けられるとともに、当該半導体ウエハを平面内で回転可能な支持手段と、半導体ウエハにおける結晶方位を示すオリエンテーションフラット又はＶノッチを検知する外縁検知手段とを備えた位置決め装置であって、
   前記支持手段は、半導体ウエハを回転することにより、外縁検知手段で検知されたオリエンテーションフラット又はＶノッチを所定の向きに設定して位置決め可能に設けられていることを特徴とする位置決め装置。

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