JP4012189B2

JP4012189B2 - ウエハ検出装置

Info

Publication number: JP4012189B2
Application number: JP2004310326A
Authority: JP
Inventors: 俊彦宮嶋; 勉岡部; 睦夫佐々木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: US20060087661A1; US7379174B2; JP2006128152A

Description

本発明は、半導体製造プロセス等において、ポッドと呼ばれる搬送容器に内部保持されたウエハを半導体処理装置間にて移送する際に用いられる、いわゆるFIMS（Front-Opening Interface Mechanical Standard）システムに関する。より詳細には、ウエハを収容するいわゆるFOUP（Front-Opening Unified Pod）と呼ばれるポッドが載置され、当該ポッドよりウエハの移載を行うFIMSシステムにおいてウエハの状態を検出する検出装置に関する。

以前、半導体製造プロセスは、半導体ウエハを取り扱う部屋内部を高清浄化したいわゆるクリーンルーム内において行われていた。しかしウエハサイズの大型化とクリーンルームの管理に要するコスト削減との観点から、近年では処理装置内部、ポッド（ウエハの収容容器）、及び当該ポッドから処理装置への基板受け渡しを行う微小空間のみを高清浄状態に保つ手法が採用されるに至っている。

ポッドは、その内部に複数のウエハを平行且つ隔置した状態で保持可能な棚と、その一面にウエハ出し入れに用いられる開口部とを有する略立方体形状を有する本体部と、その開口部を閉鎖する蓋とから構成される。この開口部の形成面がポッドの鉛直下方ではなく一側面（微小空間に対して正面）に配置されたポッドは、FOUP(front-opening unified pod)と総称され、本発明はこのFOUPを用いる構成を主たる対象としている。

上述した微小空間は、ポッド開口部と向かい合う第一の開口部と、第一の開口部を閉鎖するドアと、半導体処理装置側に設けられた第二の開口部と、第一の開口部からポッド内部に侵入してウエハを保持すると共に第二の開口部を通過して処理装置側にウエハを搬送する移載ロボットとを有している。微小空間を形成する構成は、同時にドア正面にポッド開口部が正対するようにポッドを支持する載置台を有している。

載置台上面には、ポッド下面に設けられた位置決め用の穴に嵌合されてポッドの載置位置を規定する位置決めピンと、ポッド下面に設けられた被クランプ部と係合してポッドを載置台に対して固定するクランプユニットとが配置されている。通常、載置台はドア方向に対して所定距離の前後移動が可能となっている。ポッド内のウエハを処理装置に移載する際には、ポッドが載置された状態でポッドの蓋がドアと接触するまでポッドを移動させ、接触後にドアによってポッド開口よりその蓋が取り除かれる。これら操作によって、ポッド内部と処理装置内部とが微小空間を介して連通することとなり、以降ウエハの移載操作が繰り返して行われる。この載置台、ドア、第一の開口部、ドアの開閉機構、第一の開口部が構成された微小空間の一部を構成する壁等を含めて、FIMS（front-opening interface mechanical standard）システムと総称される。

なお、ポッドの蓋を閉鎖する操作を行う場合、その前提として該ポッドに収容されるウエハが全て所定の位置に収容されることを要する。しかし、例えば何らかの要因によって、ウエハの一枚がポッド内の棚に正確に載置されず、ポッド開口部から一部がはみ出すようにして存在する場合も考えられる。このような状況において通常の蓋閉鎖の操作を行えば、ウエハの破損等、工程上大きな問題を生じさせる恐れがある。このため、通常はポッドからのウエハ飛び出しを検出するセンサを配置し、当該状況を検知することでウエハの破損等を防止している。当該検出装置としては、特許文献１〜３に開示されるものが、例示される。

特開２００３−２７３１９７号公報特開２００３−１００８５２号公報特開平５−２９１３８２号公報

近年、半導体の製造工程において、石英等からなるいわゆるガラスウエハを用いる機会が増加している。特許文献１〜３に示されるウエハのはみ出しを検出する装置は、ウエハによって光が遮られるか否かに基づいてウエハの有無を検出するいわゆる透過型のセンサを用いている。しかし、ガラスウエハを用いた場合、該ウエハは光を透過してしまい、センサの光路上にガラスウエハが存在してもこれを検出することが困難となる。また、成膜装置に繋がるFIMSにおいても、成膜前の透明なウエハと同時に成膜後の非透明なウエハについても、両者変わりなくその有無が検出されることが必要となる。

本発明は上記状況に鑑みて為されたのもであり、ガラスウエハを使用する半導体製造工程において、透明なガラスウエハ及びシリコンウエハと同様に非透明な成膜済みのガラスウエハの検知を可能とする検出装置に提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る検出装置は、光透過タイプの基板を使用する基板処理装置において基板の所定位置に対する収容状態を検出する検出装置であって、検出されるべき基板が存在する位置の一方の側に配置された光反射型センサの受光部及び投光部、及び光透過型センサの投光部及び受光部の何れか一方と、検出されるべき基板が存在する位置の他方の側に配置された光透過型センサの投光部及び受光部の他方とを有することを特徴としている。

なお、上述の検出装置においては、光反射型センサ投光部から照射されるセンサ光は投光部から発した際の照射領域に対して、基板上のセンサ光照射領域が拡大するように為されることとすることが好ましい。また、上述の検出装置は光透過型センサの投光部及び受光部の他方を支持するブラケットを有するが、該ブラケットにおいて検出されるべき基板が存在する方向に略向かう面の法線は、光反射型センサの受光部の光軸とは異なる方向に向かうことが好ましい。また、上述した検出装置においては、光反射型センサが生成する基板検知信号と、光透過型センサが生成する基板検知信号との少なくとも一方が生成された際に、基板が検出されるべき位置に存在すると判断することが好ましい。また、光透過型センサ及び光反射型センサにおいてセンサ光として用いられる光としては、赤色可視光であることが好ましい。

本発明によれば、透明なガラスウエハ及びシリコンウエハと同様に非透明な成膜済みのガラスウエハの何れがFOUPからはみ出した場合であっても、その状態を確実に検知することが可能となる。従って、ガラスウエハ等光を透過可能なウエハを用いた場合であっても、従来と同様にFIMSシステムを用いた半導体製造設備の構築が可能となる。

本発明を実施する最良の形態について、以下図面を参照して説明する。本発明の主たる構成及びその原理について、図１Ａ及び１Ｂに模式的に示す。本発明に係る検出装置は、光透過式センサの投光部５ａ及び受光部５ｂ、及び光反射式センサの投光部７ａ及び受光部７ｂを有する。即ち、本発明においては、検出されるべき基板が存在する位置（本実施形態においてはポッドから飛び出した位置）の一方の側（基板の処理面に対し同じ或いは異なる面の側）に光反射型センサの受光部及び投光部、及び光透過型センサの投光部及び受光部の何れか一方を配置し、検出されるべき基板が存在する位置の他方の側に光透過型センサの投光部及び受光部の他方を配置する構成を有している。

透明なガラスウエハであっても、照射された光の何割かは反射する。従って、透明なガラスウエハ３が検知領域に存在した場合、光反射式センサ投光部７ａから照射されたセンサ光はガラスウエハ３によって反射される部分が存在し、これを光反射型センサ受光部７ｂにて受光し、ガラスウエハ３の有無を検知する。光透過型センサに関しては、投光部５ａから照射されたセンサ光がガラスウエハの有無に関わりなく受光部５ｂに達するため、透明なガラスウエハ３の存在は検知しない。この結果、何れかのセンサが検知信号を発することにより、ガラスウエハが検知領域に存在することがわかる。

検知領域に成膜後のガラスウエハ３ｂが存在する場合の検知操作について、次に述べる。成膜後のガラスウエハ３ｂの存在は、光透過型センサ及び光反射型センサの何れにおいても検知される。しかし、ガラスウエハ３ｂ上に存在する膜は、例えば凹凸が存在する等、その成膜条件によってはセンサ光の適切な反射が生じさせず、十分なセンサ光を反射型センサ受光部７ｂに与えられない場合も考えられる。本発明の如く光透過型センサを併用し、両者からの検知信号が「ＯＲの状態」において所定位置（この場合はポッドより飛び出した位置）のウエハの存在を認識することによって、成膜の有無に拘わらず、ガラスウエハの存在の有無を確実に検知することが可能となる。

なお、本実施の形態において、センサ光として波長６６０nmの赤色可視光を用いることとしている。当該波長の光は、センサとして用いる光ファイバ内部における減衰率が低く、安定したセンサ光を得ることが可能である。ここで、透明なガラスウエハに対して照射された光がどのような光路を得るかについて、図２を用いて述べる。透明なガラスウエハ３に照射されたセンサ光８は、ウエハ表面にてその一部が表面反射光８ａとして反射し、残りがウエハ３内部に入射する。入射光は、ウエハ３から射出する際に、射出面（ウエハ裏面）においても内面反射光８ｂとして反射される。ガラスウエハ３からの反射光は、主にこのような表面反射光８ａ及び内面反射光８ｂから構成される。

透明なガラスウエハ３を透過したセンサ光は、これら反射によって５〜６％その光量が減衰することが実験により確認されている。即ち、投光部７ａから投光されたセンサ光の５〜６％が反射光となる。なお、図３にセンサ光の投光状態を模式的に示すように、センサ光はある一定の広がりを有した状態で検知領域に対して投光される。従って、前述した表面反射光及び内面反射光は、この投光領域内の様々な部位からの反射光として得られ、これらが合成されることによって得られた光が受光部７ｂによって受光される。このため、実際に受光部７ｂにおいて受光される光量は前述した５〜６％より多くなる。その結果として、反射光を用いることによって、透過光によりガラスウエハを検知する場合と比較して、好適な検知操作を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態においてはガラスウエハの屈折率が１．５であることを前提として述べているが、本実施の形態はこれに限定されない。具体的には、ガラスウエハの屈折率、厚さ等に鑑み、用いるセンサ光の波長等を適当に変更することが好ましい。また、反射光を用いる場合、検知信号が得られる光量の上下限の設定を要し、反射光量のばらつきが大きく該検出域を越えた場合には好適な検知信号が得られない。本実施の形態においてはセンサ光のばらつきの影響に関しても検討し、光量のばらつきが６％以内であれば確実な検知操作が行われることを確認された。

ここで、光反射型センサを用いる場合、特に照射領域が照射距離に伴って拡大する条件の場合、例えばFOUPの底面形状、反射率等、ガラスウエハの下部に存在する構成からのセンサ光の反射についても考慮する必要がある。図４Ａ及び４Ｂは、FOUP本体５６、光反射型センサ７及び光透過型センサ取り付け用ブラケット１１に関して、これら構成の通常の配置及び、上述したウエハ以外からの反射を考慮した構成の配置についてそれぞれ示している。図４Ａに示す構成において、光透過型センサ取り付け用ブラケット１１における光反射型センサと向かい合う面１１ａは、通常光反射型センサ７と正対するように構成されている。

しかし、当該構成の場合、該ブラケット１１によってセンサ光の反射が生じ、受光部７ｂがその反射光をガラスウエハからの反射光と誤認識する恐れがある。そこで、図４Ｂに示すように、光透過型センサ取り付けブラッケト１１における該面１１ａを、その法線が光反射型センサ７（特に受光部７ｂ）に向かう方向とは異なる方向に向かうように構成している。これによって、該面１１ａにより反射されたセンサ光が光反射型センサ受光部７ｂに受光されることがなくなり、ガラスウエハの確実な検知操作を行うことが可能となる。

なお、ここでは、光透過型センサの取り付けブラケットを対象として述べたが、光反射型センサのセンサ光を光反射型センサ受光部に反射する可能性のある部材に関しては同様の処理が為されることが好ましい。具体的には、検出されるべき基板が存在する方向に略向かう面の法線は、光反射型センサの受光部の光軸とは異なる方向に向かうことが好ましい。或いは、対象となる面に対しては、センサ光の反射を抑制する処置が施されることが好ましい。

また、FOUP本体には何らかの色がつけられていることがある。該色によって反射光量が異なることも考えられる。従って、反射光量の閾値をこれら色に応じて場合わけをし、FOUPの認知におうじて自動的に該閾値を変更する構成としても良い。また、本実施形態においては、ポッドからの所定位置に収容されず、ポッドからはみ出した状態にあるウエハの検出を目的として述べた。しかしながら、本発明に係る検出装置の適用対象はこのようなウエハの飛び出しのみに限定されず、種々の工程におけるウエハの状態確認に対し適用することが可能である。

本発明に係る検出装置を実際に有するFIMSシステム、これに載置されるポッド、及びFIMSシステムが取り付けられるウエハ移載装置等について、図５及び図６Ａ〜６Ｃを用いて、以下に本発明の実施例として説明する。図５は、これら全ての構成を含むウエハ等のポッドから処理装置までの移載を行うシステムの概略構成を示している。図６Ａは、後述する開口５２を微小空間５５の外部側から見た状態を、図６Ｂは図６Ａにおいて６Ｂとして示される本実施例に係る検出装置の拡大図を、図６Ｃは図６Ｂに示す検出装置の側面図を各々示している。図５に示すシステムは、ウエハ移載ロボット６４が中央に配置された高清浄状態に保たれた微小空間５５、当該空間５５の一方の壁に設けられた不図示の処理装置側の基板受け取りステージ８１、当該空間５５の他方の壁に設けられたFIMSシステム９０とから構成される。

FIMSシステム９０は、微小空間５５の他方の壁と、開口５２と、ドア５３、載置台６２とを有している。開口５２は、微小空間５５の他方の壁に設けられている。ドア５３は、不図示の駆動機構によって、開口５２を当該空間５５の内部からの閉鎖及び、且つ開口５２を開状態にする際には下方への移動を可能とする。載置台６２は、ポッド５６の開口面を開口５２に対して正対させて載置可能であり、且つ不図示の載置台駆動装置によって開口５２に対してポッド５６を接近或いは隔置可能となっている。ポッド５６は、その内部に、複数のウエハ５７を垂直方向に等間隔空けて収容している。ポッド５６の開口面には、これを閉鎖するための蓋５４に固定されており、FIMSシステムにおけるウエハの挿脱に際して当該蓋５４は、ドア５３に保持されてドア５３と共に下方に移動される。

図６Ａに示されるドア５３は開口５２を塞いだ状態にある。開口５２を形成する壁における微小空間５５側面において、開口５２の上部中央に、本発明に係る検査装置１の一部である上部ユニット１ａが配置されている。該上部ユニット１ａは、上述した如く光反射型センサ投光部７ａ、光反射型センサ受光部７ｂ及び光透過型センサ受光部５ｂを有している。これら構成は取り付けブラケット１３に対して固定され、該ブラケット１３は開口５２の上部壁面に固定されている。また、これら構成は、取り付けブラケット１３によって、開口５２を構成する平面において略平行に並べられて固定されている。なお各センサの受光部等の中心部は、FIMSに対してFOUPを固定した際のFOUP開口部から所定距離となるように、予めブラケット１３の形状が定められている（図６Ｃ参照）。

開口５２を形成する壁の微小空間５５側面において、開口５２の下部中央には検査装置１の一部である下部ユニット１ｂが配置されている。下部ユニット１ｂは光透過型センサ投光部５ａを有しており、該センサ投光部５ａは、下部取り付けブラケット１１に対して固定されている。光透過型センサ投光部５ａは、光透過型センサ受光部５ｂに対して略鉛直下方に位置するように固定されている。センサ下部取り付けブラケット１１の上面１１ａは、前述したように、その法線が、光反射型センサ受光部７ａが存在する方向と異なる方向に向かうように構成されている。

本発明は、シリコンウエハと同等の仕様にて用いられるガラスウエハを対象として案出されてものである。しかしながら、本発明に係る検出装置は、半導体製造工程に供されるガラスウエハのみならず、LCDパネル用のガラス基板等、種々の透明な基板を使用する工程等に対しても適用可能である。また、本発明は、ガラスウエハの飛び出しのみならず、存在の有無等、種々の状態の検出に対しても適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る検査装置について、ガラスウエハを検知する原理を概念的に示す図である。本発明の一実施形態に係る検査装置について、成膜済みのガラスウエハを検知する原理を概念的に示す図である。透明基板に対するセンサ光の透過状態を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る検出装置における光反射型センサのセンサ光照射位置及び受光状態を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る検出装置に関して、考慮すべき課題を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る検出装置に関して、取り付けブラケットの好適な構成を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る検出装置を用いた半導体製造装置に関し、FIMSシステム及びFOUPを取り付けた状態の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る検出装置の取り付け状態を示す正面図である。図６Ａに示す検出装置の拡大図である。図６Ｂにおける線６Ｃ−６Ｃ方向断面を示す図である。

符号の説明

１：検出装置、３：ガラスウエハ、５：光透過型センサ、７：光反射型センサ、８：センサ光、１１：下部取り付けブラケット、１３：上部取り付けブラケット、５２：開口、５３：ドア、５４：蓋、５５：微小空間、５６：ポッド本体、５７：ウエハ、５９：テーブル、６０：壁、６２：載置台、６４：移載ロボット、８１：ウエハ受け取りステージ、９０：FIMSシステム

Claims

光透過タイプの基板を使用する基板処理装置において、前記基板の所定位置に対する収容状態を検出する検出装置であって、
検出されるべき前記基板が存在する位置の一方の側に配置された光反射型センサの受光部及び投光部、及び光透過型センサの受光部と、
検出されるべき前記基板が存在する位置の他方の側に配置された前記光透過型センサの投光部とを有し、
前記光反射型センサ投光部から照射されるセンサ光は前記投光部から発した際の照射領域に対して、前記基板上のセンサ光照射領域が拡大するように為され、
前記光透過型センサの投光部を支持するブラケットを有し、該ブラケットにおいて検出されるべき前記基板が存在する方向に略向かう面の法線が、前記光反射型センサの受光部の光軸とは異なる方向に向かい、
前記光透過型センサの受光部、前記光反射型センサの投光部、及び前記光反射型センサは固定される平面内においてこの順序で略平行に並べて構成されることを特徴とする検出装置。
光透過タイプの基板を使用する基板処理装置において、前記基板の所定位置に対する収容状態を検出する検出装置であって、
検出されるべき前記基板が存在する位置の一方の側に配置された光反射型センサの受光部及び投光部、及び光透過型センサの投光部及び受光部の何れか一方と、
検出されるべき前記基板が存在する位置の他方の側に配置された前記光透過型センサの投光部及び受光部の他方とを有し、
前記光反射型センサ投光部から照射されるセンサ光は前記投光部から発した際の照射領域に対して、前記基板上のセンサ光照射領域が拡大するように為され、
前記光反射型センサの受光部は、拡大された前記センサ光照射領域の内部であって透明な前記基板における内面反射光の合成により得られる光を受光することを特徴とする検出装置。
前記光反射型センサが生成する基板検知信号と、前記光透過型センサが生成する基板検知信号との少なくとも一方が生成された際に、前記基板が検出されるべき位置に存在すると判断することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の検出装置。
前記光透過型センサ及び前記光反射型センサにおいてセンサ光として用いられる光が、赤色可視光であることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の検出装置。