JP7203575B2 - ウエハアライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハアライメント装置に関する。

半導体ウエハを回転チャックで支持して回転させ、回転中の半導体ウエハのエッジの位置をラインセンサで検出して、半導体ウエハの位置を検出するウエハアライメント装置が知られている。ロボットアームと回転チャックとの間で半導体ウエハの受け渡しが行われる。半導体ウエハの受け渡しを行う際には、ロボットアームの先端のウエハ支持部が、半導体ウエハのうち回転チャックに接していない部分を支持する。半導体ウエハの受け渡しを可能にするために、回転チャックは半導体ウエハの中央部分を支持し、ロボットアームは半導体ウエハの中央部分より外側を支持する。

大きな半導体ウエハのアライメントを行う場合には、中央部分で回転チャックに支持された半導体ウエハの外周部分が自重で下がり、半導体ウエハに反り（撓み）が生じる。半導体ウエハに撓みが生じた状態でエッジを検出すると、半導体ウエハの位置の検出結果に、撓みによる誤差が生じてしまう。

下記の特許文献１、２に、ウエハの撓みを矯正する装置が開示されている。特許文献１に開示された装置では、チャックの吸着面とウエハとの間に介在する異物が原因となってウエハが浮き上がってしまうことを防止するために、吸着面の上面に凹部を設けて吸着面とウエハとの接触面積を小さくしている。この凹部内に流体を導入することにより、凹部の底面側への自重による撓みを矯正している。

特許文献２に開示された装置では、ウエハの外周縁部を係止してウエハを保持し、ウエハの裏面に噴き付ける気体の圧力を制御して撓みを調整している。

特開平９－２６６２４２号公報 特開２００７－２２５４８０号公報

従来の撓み矯正装置は、固定されたウエハの撓みを矯正する用途に使用することはできるが、ウエハを回転させながら処理を行うような装置に適用することはできない。本発明の目的は、ウエハを回転させてウエハのエッジの位置を検出することによりウエハのアライメントを行う際に、回転しているウエハの撓みを矯正してウエハのエッジの位置を検出するウエハアライメント装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
ウエハの中央部分を支持して、ウエハを回転させる回転支持部と、
前記回転支持部に支持されているウエハのエッジの位置を検出するエッジ検出器と、
前記回転支持部に支持されているウエハの回転を許容し、自重によるウエハの撓みを矯正する撓み矯正部と
を有し、
前記撓み矯正部は、複数の浮上パッドで構成され、
前記回転支持部に直径２００ｍｍのウエハを支持した状態で、平面視において前記複数の浮上パッドの各々の一部分が前記直径２００ｍｍのウエハと重なり、かつ前記回転支持部に直径３００ｍｍのウエハを支持した状態で、前記複数の浮上パッドは前記直径３００ｍｍのウエハの内側に位置するウエハアライメント装置が提供される。

撓み矯正部がウエハの撓みを矯正するため、撓みに起因する位置精度の低下を抑制し、エッジ検出器で高精度にエッジの位置を検出することができる。また、撓み矯正部はウエハの回転を許容するために、ウエハを回転させながらエッジ検出器でウエハのエッジを検出することができる。

図１は、実施例によるウエハアライメント装置の各構成部品の平面的な位置関係を示す図である。 図２Ａは、実施例によるウエハアライメント装置を側方から見たときの概略図であり、図２Ｂは、浮上パッドを持たないウエハアライメント装置を側方から見た概略図である。 図３は、他の実施例によるウエハアライメント装置の撓み矯正部及びウエハを、ウエハの半径方向に沿ってみたときの概略図である。 図４は、ウエハアライメント装置のロボットアーム、ウエハカセット、ウエハアライメント装置、及びウエハ処理チャンバの平面レイアウトを示す概略図である。

図１及び図２を参照して、実施例によるウエハアライメント装置について説明する。
図１は、実施例によるウエハアライメント装置の各構成部品の平面的な位置関係を示す図である。基台１０に、回転支持部１１、エッジ検出器１２、及び複数の浮上パッド１３が取りつけられている。

回転支持部１１は、チャック機構及び回転機構を含んでいる。チャック機構は、ウエハ２０の中央部分でウエハ２０をほぼ水平に支持して吸着する。回転機構は、チャック機構と共に、チャック機構に吸着されたウエハ２０を回転させる。制御部１８が、回転支持部１１の回転を制御する。水平面をｘｙ面とするｘｙｚ直交座標系を定義する。エッジ検出器１２は、回転支持部１１に支持されて回転しているウエハ２０のエッジの位置を検出する。検出結果が制御部１８に入力される。エッジ検出器１２として、例えばｘ軸方向に長いラインセンサを用いることができる。ラインセンサは、ｘ軸に平行で、回転支持部１１の回転中心を通過する仮想直線と、ウエハ２０の縁との２つの交点のうち一方の交点のｘ軸方向の位置を検出する。さらに、エッジ検出器１２は、ウエハ２０に形成されたノッチ２１の位置を検出する。

平面視において回転支持部１１を取り囲むように、複数の浮上パッド１３が配置されている。複数の浮上パッド１３は、回転支持部１１に支持されたウエハ２０に、ウエハ２０の回転を許容した状態で、ウエハ２０に非接触で上方に向かう力を与える。この力により、ウエハ２０の自重によって下方に下がった部分が鉛直上方に持ち上げられてウエハ２０の撓みが矯正される。ウエハ２０に与える上向きの力は、ウエハ２０の撓んだ部分に加わっている重力の作用と釣り合って、ウエハ２０を水平面に沿う平板な形状に戻すことができる大きさとするとよい。複数の浮上パッド１３は、ウエハ２０の撓みを矯正する撓み矯正部を構成する。

回転支持部１１には、大きさの異なる種々のウエハ２０が支持される。図１において、例えば直径３００ｍｍのウエハ２０を実線で示し、直径２００ｍｍのウエハ２０を破線で示す。アライメント対象のウエハ２０のうち最も小さなウエハ２０（例えば直径２００ｍｍのウエハ）を回転支持部１１に支持した状態で、平面視において複数の浮上パッド１３の各々の一部分がウエハ２０と重なるように、複数の浮上パッド１３が配置されている。アライメント対象のウエハ２０のうち最も大きなウエハ２０（例えば直径３００ｍｍのウエハ）を回転支持部１１に支持した状態で、複数の浮上パッド１３は、平面視においてウエハ２０の内側に配置される。

基台１０に設けられた並進移動機構１４が、回転支持部１１に支持されるウエハ２０の大きさに応じて、ウエハ２０の縁がエッジ検出器１２の検出可能範囲に収まるように、回転支持部１１をｘ軸方向に移動させる。制御部１８が並進移動機構１４の動作を制御する。さらに、並進移動機構１４は、複数の浮上パッド１３も、回転支持部１１と一緒にｘ軸方向に移動させる。

ロボットアーム３０がその上面にウエハ２０を支持して、回転支持部１１の横方向（図１においてｙ軸の負の方向）から回転支持部１１の上方まで移送して回転支持部１１にウエハ２０を引き渡す。さらに、ロボットアーム３０は、回転支持部１１からウエハ２０を受け取って横方向（図１においてｙ軸の負の方向）に引き出す。撓み矯正部を構成する複数の浮上パッド１３は、平面視において、回転支持部１１へのロボットアーム３０の進入路と重ならない位置に配置されている。

図２Ａは、実施例によるウエハアライメント装置を側方から見たときの概略図である。基台１０に、回転支持部１１、エッジ検出器１２、及び複数の浮上パッド１３が取り付けられている。回転支持部１１は、ウエハ２０の中心部分を吸着して、ウエハ２０を回転させる。浮上パッド１３は、例えば多孔質部材を含む。エア供給装置１５から多孔質部材にエアが供給され、多孔質部材から上方に向かってエアが噴き出す。このエアによって、ウエハ２０に、上方に向かう力が与えられる。浮上パッド１３はウエハ２０に接触しないため、ウエハ２０は回転支持部１１に固定されて回転することができる。

エッジ検出器１２が、ウエハ２０のエッジのやや上方に配置されている。エッジ検出器１２は、ウエハ２０のエッジのｘ軸方向の位置を検出する。ウエハ２０を回転させながらウエハ２０のｘ軸方向の位置を検出することにより、ノッチ２１（図１）を検出することができる。また、回転中に検出されたエッジの位置に基づいて、ウエハ２０の中心位置を算出することができる。

次に、本実施例によるウエハアライメント装置の動作について説明する。
最初に、ロボットアーム３０がアライメントすべきウエハ２０を保持して回転支持部１１の上方まで移送し、回転支持部１１に引き渡す。このとき、回転支持部１１の回転中心と、ウエハ２０の中心とが、粗く位置合わせされる。回転支持部１１は、ウエハ２０を吸着して回転する。

制御部１８が、回転支持部１１を制御してウエハ２０を回転させながら、エッジ検出器１２によるウエハ２０のエッジのｘ軸方向の位置の検出結果を取得する。回転支持部１１の回転角と、エッジ検出器１２によるエッジの位置の検出結果とに基づいて、回転支持部１１の回転中心に対するウエハ２０の中心のずれ量とずれの方向、及びノッチ２１の回転方向に関する位置を算出する。制御部１８は、回転支持部１１を制御して、ウエハ２０の回転方向のアライメントを行う。具体的には、ノッチ２１を基準位置に位置させる。さらに、回転方向のアライメントが終了した状態でのウエハ２０の中心のｘ座標及びｙ座標を算出する。

制御部１８は並進移動機構１４を制御して、ウエハ２０の中心をｘ軸方向の規定位置に移動させる。これにより、ウエハ２０のｘ軸方向に関するアライメントが終了する。ウエハ２０のｙ軸方向に関するアライメントは、ロボットアーム３０の進入の深さを制御することにより行う。

次に、図２Ｂに示した比較例によるウエハアライメント装置と比較して、本実施例の優れた効果について説明する。

図２Ｂは、浮上パッド１３（図２Ａ）を持たないウエハアライメント装置を側方から見た概略図である。回転支持部１１に支持されたウエハ２０は、自重によって、中心部に対して周辺部が下がる方向に撓む。この撓みのために、エッジ検出器１２で検出される箇所のエッジのｘ軸方向の位置が変化する。その結果、エッジの検出位置に誤差が生じてしまう。さらに、回転方向に関するノッチ２１（図１）の検出位置にも誤差が生じてしまう。

本実施例では、複数の浮上パッド１３からなる撓み矯正部がウエハ２０の撓みを矯正するため、撓みに起因するエッジの検出位置の誤差が少なくなるという効果が得られる。また、回転支持部１１が小さなウエハ２０を支持しているときでも、平面視において複数の浮上パッド１３の各々の少なくとも一部がウエハ２０と重なるため、種々の大きさのウエハ２０のアライメントを行うことができる。

次に、図１及び図２Ａに示した実施例の変形例について説明する。
図１及び図２Ａに示した実施例では、複数の浮上パッド１３から上方にエアを噴き出してウエハ２０の下面に上向きの力を印加する。これに対し、本変形例では、撓み矯正部として、ウエハ２０の上方に非接触吸着パッドを配置し、ウエハ２０の上面に負圧を発生させることにより、ウエハ２０の撓みを矯正する。本変形例のように、ウエハ２０の上方に撓み矯正部を配置しても、上記実施例と同様の効果が得られる。

次に、図３を参照して他の実施例によるウエハアライメント装置について説明する。以下、図１及び図２Ａに示した実施例によるウエハアライメント装置と共通の構成については説明を省略する。

図３は、本実施例によるウエハアライメント装置の撓み矯正部及びウエハ２０を、ウエハ２０の半径方向に沿って見たときの概略図である。本実施例では、図１及び図２Ａに示した浮上パッド１３に代えて、ローラ式支持機構１６が配置されている。ローラ式支持機構１６は、ウエハ２０の下面に接して、ウエハ２０に対して上方に向かう力を加えるローラ１６Ａを含む。ローラ１６Ａの回転軸１６Ｂの延長線が、回転支持部１１（図１）の回転中心を通過する。ウエハ２０の回転に応じてローラ１６Ａが回転するため、ウエハ２０の回転が妨げられることはない。

図１及び図２Ａの実施例では、撓み矯正部として非接触式の浮上パッド１３を用いたが、図３に示した実施例のように、撓み矯正部として接触式のローラ式支持機構１６を用いてもよい。

次に、図４を参照して、上記実施例によるウエハアライメント装置を用いたウエハ処理装置について説明する。

図４は、ウエハ処理装置のロボットアーム３０、ウエハカセット３１、ウエハアライメント装置３２、及びウエハ処理チャンバ３３の平面レイアウトを示す概略図である。ロボットアーム３０の周囲に２つのウエハカセット３１、ウエハアライメント装置３２、及びウエハ処理チャンバ３３が配置されている。一方のウエハカセット３１に未処理のウエハ２０が収納されており、他方のウエハカセット３１に処理済のウエハ２０が収納される。ウエハアライメント装置３２として、上記実施例によるウエハアライメント装置が用いられる。ウエハ処理チャンバ３３内で、レーザアニール等の処理が行われる。

次に、図４に示したウエハ処理装置の動作について説明する。まず、ロボットアーム３０がウエハカセット３１から未処理のウエハ２０を取り出し、ウエハアライメント装置３２の回転支持部１１（図１、図２Ａ）にウエハ２０を引き渡す。ウエハアライメント装置３２は、ｘ軸方向（図１）及び回転方向についてウエハ２０の位置決めを行うとともに、ｙ軸方向についてウエハ２０の位置を検出する。

ロボットアーム３０が、ウエハアライメント装置３２からウエハ２０を搬出するときに、ウエハ２０のｙ軸方向の位置に応じて、ウエハアライメント装置３２へのロボットアーム３０の進入の深さを調整することにより、ロボットアーム３０に対してウエハ２０のｙ軸方向の位置決めを行う。

ロボットアーム３０は、ウエハアライメント装置３２から搬出したウエハ２０をウエハ処理チャンバ３３に搬入する。ウエハ処理チャンバ３３内でウエハ２０に対する処理が終了すると、ロボットアーム３０は処理済のウエハ２０をウエハ処理チャンバ３３から搬出し、ウエハアライメント装置３２を経由して処理済用のウエハカセット３１に収容する。このとき、ウエハアライメント装置３２では、ウエハ２０をウエハカセット３１に戻した際のノッチの位置を指定の位置に合わせる位置修正処理を行う。

図４に示したウエハ処理装置においては、上記実施例によるウエハアライメント装置３２が用いられるため、ウエハ２０の自重による撓みを抑制し、高精度の位置合わせ及び位置検出を行うことができる。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 基台
１１ 回転支持部
１２ エッジ検出器
１３ 浮上パッド
１４ 並進移動機構
１５ エア供給装置
１６ ローラ式支持機構
１６Ａ ローラ
１６Ｂ 回転軸
１８ 制御部
２０ ウエハ
２１ ノッチ
３０ ロボットアーム
３１ ウエハカセット
３２ ウエハアライメント装置
３３ ウエハ処理チャンバ

Claims (4)

1. ウエハの中央部分を支持して、ウエハを回転させる回転支持部と、
   前記回転支持部に支持されているウエハのエッジの位置を検出するエッジ検出器と、
   前記回転支持部に支持されているウエハの回転を許容し、自重によるウエハの撓みを矯正する撓み矯正部と
   を有し、
   前記撓み矯正部は、複数の浮上パッドで構成され、
   前記回転支持部に直径２００ｍｍのウエハを支持した状態で、平面視において前記複数の浮上パッドの各々の一部分が前記直径２００ｍｍのウエハと重なり、かつ前記回転支持部に直径３００ｍｍのウエハを支持した状態で、前記複数の浮上パッドは前記直径３００ｍｍのウエハの内側に位置するウエハアライメント装置。
2. 前記複数の浮上パッドは、前記回転支持部に支持されるウエハの周方向に不等間隔で配置されている請求項１に記載のウエハアライメント装置。
3. さらに、前記回転支持部の横方向からウエハを前記回転支持部の上方まで移送し、前記回転支持部にウエハを引き渡し、前記回転支持部からウエハを受け取って横方向に引き出すロボットアームを有する請求項１または２に記載のウエハアライメント装置。
4. 前記撓み矯正部は、平面視において、前記回転支持部への前記ロボットアームの進入路と重ならない位置においてウエハに上方に向かう力を与える請求項３に記載のウエハアライメント装置。
   

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