JP2010245155A - ウェハ吸引パッド及びそれを備えたプリアライナ - Google Patents

Abstract

【課題】高
スループットに寄与でき、ウェハの開放後においてもパッド上でのウェハがずれず、アライメント精度が高精度でありながら、パーティクル汚染が極めて少ないプリアライナを提供する。
【解決手段】
ウェハを吸引して保持するパッド１が、パッド１の表面から突出してウェハを直接支持し、パッド１の表面とウェハとの間に微小な隙間を形成する複数の支持片１０と、複数の支持片１０の内側に形成され、ウェハとともに略閉空間を形成する第１真空溝１１と、複数の支持片１０の外側に形成され、ウェハとともに略閉空間を形成する第２真空溝１２と、を備え、第１真空溝１１の略閉空間の圧力Ｇ１と第２真空溝の略閉空間の圧力Ｇ２との関係が、Ｇ１≦Ｇ２となるよう第１と第２の真空溝を真空吸引
する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体の製造装置や検査装置に使用され、ウェハのセンタリングやノッチ等の角度合わせを行うプリアライナに関するもので、特にウェハを吸引して保持するパッドに関するものである。

半導体ウェハには、その外周に結晶方向の目印となるノッチもしくはオリエンテーションフラット（オリフラ）が設けられている。半導体のウェハ処理プロセスにおいては、ウェハの位置を会わせた上で処理を行うプロセスがあり、プリアライナは、このノッチもしくはオリフラを所定の位置に合わせる装置である。
一般的にプリアライナは半導体製造装置や半導体の検査装置内にあって、ウェハハンドリングロボットの近傍に設置され、半導体搬送システムの一部として機能し、ウェハハンドリングロボットによって載置されたウェハの位置を合わせる。プリアライナは載置されたウェハのノッチを検出するためのノッチ検出センサを備えており、パッドにウェハが載置されると、ウェハを旋回させることでノッチ検出センサにて順次ウェハ外周をセンシングし、ノッチ位置を検出するとともに、その際の旋回位置情報から演算処理を行い、ノッチ位置をあらかじめ決められた所定の位置に旋回させる。従って、ウェハを載置するパッドは、ノッチ位置の検出や位置あわせのための旋回をするため、ウェハを確実に保持固定する必要がある。

このようにプリアライナは、ウェハを１枚づつ順次位置合わせを行なうため、その動作時間が、半導体製造装置の単位時間当たりのウェハ処理能力を示すスループットを決めてしまう。そのためプリアライナには高速動作することが要求される。さらに、半導体ウェハ上には微細な電子回路を形成していくため、半導体ウェハのプロセスにおいては、ウェハの位置合わせに高い精度が要求される。また、微細な電子回路を形成していくため、極めて微小なゴミや異物であるパーティクルのウェハへの付着を回避する必要があり、最近の更なる微細化に伴ってウェハ表面だけでなく、裏面のパーティクルも微細化に影響があることが出てきていることから、パーティクル低減の要求があり、プリアライナについても、特にウェハを保持する部分であるパッドにおいてパーティクル低減の要求が高い。

従来の半導体製造装置においてウェハを保持する方法として、複数のピン状の部材に支持されたウェハの裏面側をファンにて減圧することにより、ウェハを保持する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、ガラス基板を保持する方法として、同心上に配置したゴムから成るシールリングの内側を真空ポンプで吸引して真空チャックする方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−３７０８２号公報

特開平６−６１１３４号公報

特許文献１はファンにて開放空間を吸引しながらそこで負圧を発生させるものであるが、ファンなので保持力を得るまでには時間がかかる。また、ファンであるから保持力の開放にも時間がかかるなど、応答性が悪いという問題があった。そのためにスループットを向上する事ができず、スループットを要求される装置には適用でき難いという問題があった。
また、特許文献１において、応答性の問題から、負圧を得る方法としてファンではなく、真空ポンプを接続した場合を考える。この場合には、ウェハ周辺部の大気部分の占める割合が大きいため、真空吸引する体積量が極めて大きく、すなわち開放空間を吸引することになるので、真空度が上がらずに十分な保持力を得ることができない、もしくは、保持力を得るまでに時間がかかる、真空ポンプなどの真空源の真空度が低下して、他の真空機器を使用している場合はそれらへの影響が出てくる、これらへの影響を少なくするためには大きな容量の真空ポンプが必要になる、など、多くの問題がある。

特許文献２においては、内側のシールリングと外側のシールリングを設けており、その内側には真空吸引を行うようになっており、シールリングで囲まれる部分が密閉状態となることから、保持力については期待できるが、連続した円環状のシールリングであることから、ウェハ裏面の接触部が多いため、ウェハ裏面のパーティクル汚染が多い問題がある。これは、ウェハに接触部についてはシールリングを介して、必ずパーティクルの転写による汚染が発生するため、その接触部分が多いとウェハ裏面が汚染されることになる。
また、ウェハの保持時は、シールリングによりウェハ裏面との間の気密性が保たれている。そのため、ウェハ搬送ロボットなどとのウェハ受け渡しの際に、保持力を開放させるために大気を流入させると、大気突入の勢いによりウェハの位置がずれる問題がある。アライメントを行ったウェハがずれると位置精度が保てず、結果としてプリアライナのアライメント精度が悪くなるという問題がある。この問題を最小限にするために、大気流入速度をスローベントなどの徐々に流入させる方法をとると、保持力開放までに時間がかかり、スループットを悪化させるという問題がある。

本発明は、以上のことを鑑みたものであり、装置のスループットが求められるとともに、ウェハ保持部の開放後においてもパッド上でのウェハの位置精度が求められる装置に好適であることから、高スループット、アライメント精度が高精度でありながら、パーティクル汚染が極めて少ないプリアライナを提供する事を目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、ウェハを真空吸着して保持するウェハ吸引パッドにおいて、 前記パッドの表面から突出して前記ウェハを直接支持し、前記パッドの表面と前記ウェハとの間に微小な隙間を形成する複数の支持片と、前記複数の支持片の内側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第１真空溝と、前記複数の支持片の外側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第２真空溝と、を備え、前記第１真空溝の略閉空間の圧力Ｇ１と前記第２真空溝の略閉空間の圧力Ｇ２との関係が、Ｇ１≦Ｇ２となるよう前記第１と第２の真空溝が真空吸引されることを特徴としたウェハ吸引パッドとするものである。
請求項２記載の発明は、前記複数の支持片のそれぞれが、ゴムで形成されることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッドとするものである。
請求項３記載の発明は、前記複数の支持片が、同一円周上に配置され、前記円周と同心の円を描くよう前記第１真空溝が形成され、前記複数の支持片の円周と前記第１真空溝が形成する円と同心の円を描くよう前記第２真空溝が環状に形成されることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッドとするものである。
請求項４記載の発明は、前記第１真空溝を真空吸引する真空源と、前記第２真空溝を真空吸引する真空源とが各々独立して設けられることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッドとするものである。
請求項５記載の発明は、前記第１真空溝を真空吸引する真空源と、前記第２真空溝を真空吸引する真空源とが同一のものであって、前記第２真空溝を真空吸引する流路に設けられたレギュレータによって前記第２真空溝の真空吸引が前記第１真空溝の真空吸引よりも弱められることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッドとするものである。
請求項６記載の発明は、ウェハを真空吸引によって保持するパッドと、前記ウェハを保持したパッドを旋回させる旋回機構と、前記パッドに保持されたウェハの外周を検知するセンサと、を備え、前記センサによって検出された前記ウェハのノッチ或いはオリフラを所望の方向へ回転させるプリアライナにおいて、前記パッドが、前記パッドの表面から突出して前記ウェハを直接支持し、前記パッドの表面と前記ウェハとの間に微小な隙間を形成する複数の支持片と、前記複数の支持片の内側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第１真空溝と、前記複数の支持片の外側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第２真空溝と、を備え、前記第１真空溝の略閉空間の圧力Ｇ１と前記第２真空溝の略閉空間の圧力Ｇ２との関係が、Ｇ１≦Ｇ２となるよう前記第１と第２の真空溝が真空吸引されることを特徴としたプリアライナとするものである。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のプリアライナと、前記プリアライナに前記ウェハを載置するウェハハンドリングロボットと、を備えたことを特徴とする半導体搬送システムとするものである。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の半導体搬送システムを備えたことを特徴とする半導体製造装置とするものである。
請求項９記載の発明は、請求項７記載の半導体搬送システムを備えたことを特徴とする半導体検査装置とするものである。

本発明によると、２つの真空溝があることから充分な真空度を確保することができウェハの保持力が得られ、また、保持力印加時や開放時の応答性も高い事からアライメント時間の短縮ができ高スループットが達成できる。
また、保持力開放時の大気突入は、ウェハと真空溝とが略閉空間であることから、ウェハの位置には影響なく真空溝は大気圧に戻ることからウェハの位置ずれも発生しないため、高精度のアライメントができる。さらに、ウェハ裏面に接触しているのは支持片のみであり、ウェハ接触部の面積がほとんどないので、ウェハ裏面のパーティクル付着が極めて少ない。
したがって、本発明にて、高スループット、アライメント精度が高精度でありながら、パーティクル汚染が極めて少ないプリアライナを提供することができる。

本発明のプリアライナの側断面図 図１のプリアライナのパッド部分を拡大した上面図と側断面図 本発明のプリアライナの流路形成における他の実施例を示すプリアライナの側断面図 本発明のプリアライナのパッドにおける他の実施例を示す上面図と側断面図

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

本発明の構成を各図を用いて説明する。図１は本発明のプリアライナの側断面図であり、図２はそのパット部分のみを拡大した上面図と側断面図である。
１はウェハを載置するパッドであり、パッドベース２に固定されている。パッドベース２の外周にはベアリングを設けており、パッドベース２およびパッド１は、装置本体に対して回転自在に支持されている。パッドベース２の下側には、ロータリジョイント４が接続されている。ロータリジョイント４は上下に２分割された部品で構成され、それらに圧縮空気もしくは真空を流す事が出来る流路が独立して複数路形成されており、上下いずれかの部品が連続して旋回できるようになっており、本実施例では上側を旋回させるものである。なお、旋回中であっても流路は独立してシールされているため、流路内の気体の圧力などは何ら変化はない。
また、パッドベース２にはプーリ５が設けられており、サーボモータである旋回用モータ８の軸端に設けているプーリ６とタイミングベルト７にて接続されていて、パットベース２は旋回動作ができるとともに、旋回位置情報が図示していないコントローラにて管理される。
９はノッチ検出センサであり、パッド１に載置されたウェハの外周付近に設けられ、ウェハのノッチ位置を検出することができる。パッド１に載置されたウェハを旋回させることで、ウェハ外周にあるノッチをノッチ検出センサ９がセンシングし、ノッチ位置情報と旋回位置情報を図示していないコントローラにより演算処理することで、ウェハのノッチを割り出し、ウェハを所定の位置へ旋回させることができる。

パッド１の上面には、パッド面からほんの僅かだけ飛び出したゴムから成る凸状のウェハ支持片１０が円周上に４箇所配置されており、パッド１上の支持片１０の内側には円状の第１真空溝１１が形成されており、一方、支持片１０の外側には第１真空溝１１と同心円上に環状の第２真空溝１２が形成されている。従ってウェハはウェハ支持片１０によって支持されるので、パッド１自身の上面とは接触せず、パッド１の上面とウェハの下面との間に微小な隙間が生じる。
第１真空溝１１、第２真空溝１２は、パッドベース２内部に独立して形成された流路にそれぞれ接続しており、さらに、ロータリジョイント４の流路と連通している。ロータリジョイント４の固定側となる下側の部品から第１真空溝１１に連通している流路は、大気流路との切り換え用のソレノイドバルブ１３を介して半導体製造装置の真空源へと接続されている。一方、第２真空溝１２に連通している流路は、圧縮空気などから真空を生成する真空発生器や大気流路との切り換え用のソレノイドバルブなどからなる真空発生ユニット１４に接続されている。

図３は、本発明の流路の形成における他の実施例を示すもので、第２真空溝１２に連通している流路に真空レギュレータ１５を接続した上で、第１真空溝１１に連通する流路に接続したもので、接続する真空源の真空生成能力や容量が充分大きい場合に適用できる。

図４は、パッドにおける他の実施例を示すもので、パッド面からのウェハ支持片１０をゴムから成るＯリングの切断片をほんの僅かだけ飛び出すように埋設固定したものである。

次に本発明のプリアライナの動作について説明する。
図示していないウェハハンドリングロボットがプリアライナのパッド１にウェハを載置する。載置すると、ソレノイドバルブ１３、真空発生ユニット１４により、第１真空溝１１と第２真空溝１２に真空吸引を行う。ウェハはウェハ支持片１０による摩擦力に加え、真空吸引による保持力が増加し、パッド１に保持される。次にノッチ位置検出のためにウェハ旋回動作を行う。
この真空吸引の際、第１真空溝１１は、その外周にある第２真空溝１２により、差圧が少ないため真空源に大きな負担なく、第１真空溝１１が形成する略閉空間の真空を確保することができる。また、第２真空溝１２は、第２真空溝１２が形成する略閉空間の外側は大気であるので、この空間の真空度の確保の点では高い真空度まで吸引することは容易でないものの、第１真空溝１１の真空源とは独立しているため、第１真空溝１１に求める高い真空度の確保には何ら影響がない。
なお、第１真空溝１１の真空源の能力が十分に大きい場合は、図３の例で示すように第１真空溝１１に高い真空度が確保できるように真空レギュレータ１５を調整すればよい。

本発明はこのような構成となっているため、真空吸引による保持力の増加はすぐにでき、直ちにノッチ位置検出のためのウェハ旋回動作が行える。
そして、ノッチ検出センサ９によるノッチ検出と、その際の旋回位置情報により、図示していないコントローラによる演算処理により、ノッチ位置があらかじめ決められた位置になるように、さらにウェハを旋回させて、アライメント動作を終了する。

その後、図示していないウェハハンドリングロボットがプリアライナのパッド１にアクセスしたところで、ソレノイドバルブ１３．真空発生ユニット１４の切り換えにより真空印加を開放し、ウェハを取り去る。真空吸引の開放についても、第１真空溝１１、第２真空溝１２には、支持片１０によりウェハ下面との間に極僅かではあるが空隙がある略閉空間であるため、ウェハの位置がずれることなく、かつ時間がかかることなくすぐに真空吸引を開放することができる。

以上の説明のように、本発明によれば、２つの真空溝があることから充分な保持力が得られ、また、保持力印加時や開放時の応答性も高い事からアライメント時間の短縮ができる。また、保持力開放時にもウェハの位置ずれも発生しないため、高精度のアライメントができる。さらに、ウェハ裏面に接触しているのはウェハ支持片のみであり、ウェハ接触部の面積がほとんどないので、ウェハ裏面のパーティクル付着が極めて少ないプリアライナを提供できる。

１ パッド
２ パッドベース
３ ベアリング
４ ロータリジョイント
５ プーリ
６ プーリ
７ タイミングベルト
８ 旋回用モータ
９ ノッチ検出センサ
１０ ウェハ支持片
１１ 第１真空溝
１２ 第２真空溝
１３ ソレノイドバルブ
１４ 真空発生ユニット
１５ 真空レギュレータ

Claims (9)

1. ウェハを真空吸着して保持するウェハ吸引パッドにおいて、
   前記パッドの表面から突出して前記ウェハを直接支持し、前記パッドの表面と前記ウェハとの間に微小な隙間を形成する複数の支持片と、
   前記複数の支持片の内側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第１真空溝と、
   前記複数の支持片の外側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第２真空溝と、を備え、
   前記第１真空溝の略閉空間の圧力Ｇ１と前記第２真空溝の略閉空間の圧力Ｇ２との関係が、Ｇ１≦Ｇ２となるよう前記第１と第２の真空溝が真空吸引されることを特徴としたウェハ吸引パッド。
2. 前記複数の支持片のそれぞれが、ゴムで形成されることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッド。
3. 前記複数の支持片が、同一円周上に配置され、前記円周と同心の円を描くよう前記第１真空溝が形成され、前記複数の支持片の円周と前記第１真空溝が形成する円と同心の円を描くよう前記第２真空溝が環状に形成されることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッド。
4. 前記第１真空溝を真空吸引する真空源と、前記第２真空溝を真空吸引する真空源とが各々独立して設けられることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッド。
5. 前記第１真空溝を真空吸引する真空源と、前記第２真空溝を真空吸引する真空源とが同一のものであって、前記第２真空溝を真空吸引する流路に設けられたレギュレータによって前記第２真空溝の真空吸引が前記第１真空溝の真空吸引よりも弱められることを特徴とした請求項１記載のウェハ吸引パッド。
6. ウェハを真空吸引によって保持するパッドと、前記ウェハを保持したパッドを旋回させる旋回機構と、前記パッドに保持されたウェハの外周を検知するセンサと、を備え、前記センサによって検出された前記ウェハのノッチ或いはオリフラを所望の方向へ回転させるプリアライナにおいて、
   前記パッドが、
   前記パッドの表面から突出して前記ウェハを直接支持し、前記パッドの表面と前記ウェハとの間に微小な隙間を形成する複数の支持片と、
   前記複数の支持片の内側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第１真空溝と、
   前記複数の支持片の外側に形成され、前記ウェハとともに略閉空間を形成する第２真空溝と、を備え、
   前記第１真空溝の略閉空間の圧力Ｇ１と前記第２真空溝の略閉空間の圧力Ｇ２との関係が、Ｇ１≦Ｇ２となるよう前記第１と第２の真空溝が真空吸引されることを特徴としたプリアライナ。
7. 請求項６記載のプリアライナと、前記プリアライナに前記ウェハを載置するウェハハンドリングロボットと、を備えたことを特徴とする半導体搬送システム。
8. 請求項７記載の半導体搬送システムを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
9. 請求項７記載の半導体搬送システムを備えたことを特徴とする半導体検査装置。

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