JP7849044B2 - 研磨システム、ウェーハの搬送制御方法及びワークホール検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨機によって研磨されるウェーハを保持するキャリアのワークホールの位置を検出する研磨システム、ウェーハの搬送制御方法及びワークホール検出方法に関する発明である。

従来から、研磨機でウェーハを研磨する際にウェーハを保持するキャリアのワークホールの位置を検出するワークホール検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来のワークホール検出装置では、所定の中心角を成すように設置された二つのカメラによって画像データを取得する。そして、この画像データから得られたワークホールのエッジ部上の二点の位置と、カメラ間の中心角とに基づいて、ワークホールの中心位置を検出する。

特許第４４９２１５５号

しかしながら、ワークホールの中心位置を検出する際に画像データを利用する場合では、キャリア周囲の照明状態の影響によって画像データの品質がばらつき、ワークホールのエッジ部を適切に検出できないことが考えられる。また、画像データを利用することから、キャリアと、このキャリアが載置される定盤の研磨面（研磨パッド等）との色彩が似ている場合に、ワークホールのエッジ部を検出しにくいという問題が発生する。

本発明は、決められた位置に決められた姿勢で配置されていないウェーハに対して研磨加工してしまうことを防止できる研磨システム、ウェーハの搬送制御方法及びワークホール検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、定盤に貼付された研磨パッドによってウェーハを研磨する研磨機と、前記定盤に貼付された前記研磨パッドの上に配置されたキャリアのワークホール内に前記ウェーハを搬送するウェーハ搬送機と、を備えた研磨システムにおいて、対象物にレーザ光を照射し、前記対象物によって反射された反射光に基づいて前記対象物までの距離を非接触で測定すると共に、前記ウェーハ搬送機に搭載され、前記ウェーハと推定される位置に設定された高さ検出開始位置から予め設定された所定の軌跡に沿って移動可能な距離測定部と、前記距離測定部が前記高さ検出開始位置から前記軌跡に沿って移動しながら得られる測定値に基づいて、前記ワークホール内に前記ウェーハが正常に配置されたか否かを推定するウェーハ状態推定部と、を備える研磨システムである。

この結果、決められた位置に決められた姿勢で配置されていないウェーハに対して研磨加工してしまうことを防止できる。

実施例１のワークホール検出装置を適用した研磨システムの全体構成を概略的に示す側面図である。 実施例１のワークホール検出装置を適用した研磨システムの全体構成を概略的に示す平面図である。 レーザ変位計の測定原理を示す説明図である。 ワークホール検出時に設定される各種検出位置と、検出されるエッジ位置を示す説明図である。 ウェーハ搬送状態推定時に設定される各種検出位置と、レーザ変位計の移動軌跡を示す説明図である。 エッジ位置検出時のレーザ変位計の測定値を示す図である。 （ａ）ウェーハ正常搬送時のウェーハ状態を示す説明図である。（ｂ）ウェーハ正常搬送時のレーザ変位計の測定値を示す図である。 （ａ）ウェーハ乗り上げ時のウェーハ状態を示す説明図である。（ｂ）ウェーハ乗り上げ時のレーザ変位計の測定値を示す第１図である。（ｃ）ウェーハ乗り上げ時のレーザ変位計の測定値を示す第２図である。 （ａ）ウェーハ浮き時のウェーハ状態を示す説明図である。（ｂ）ウェーハ浮き時のレーザ変位計の測定値を示す図である。 実施例１のメインコントローラにて実行されるウェーハ搬送制御処理を示すフローチャートである。 エッジ部検出位置の他の設定例を示す説明図である。 （ａ）ウェーハ搬送状態推定時のレーザ変位計の移動軌跡の第１変形例を示す説明図である。（ｂ）第１変形例の移動軌跡に沿ってウェーハ上面高さを検出したときのウェーハ乗り上げ時のレーザ変位計の検出値を示す図である。 （ａ）ウェーハ搬送状態推定時のレーザ変位計の移動軌跡の第２変形例を示す説明図である。（ｂ）第２変形例の移動軌跡に沿ってウェーハ上面高さを検出したときのウェーハ乗り上げ時のレーザ変位計の検出値を示す図である。

以下、本発明の研磨システム、ウェーハの搬送制御方法及びワークホール検出方法を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

（実施例１）
以下、実施例１のワークホール検出装置を適用した研磨システム１の構成を図１～図９に基づいて説明する。

図１に示す研磨システム１は、研磨機１０と、ウェーハ搬送機２０と、メインコントローラ３０と、を備えている。

研磨機１０は、上定盤１１及び下定盤１２によって薄板状のウェーハ２の表裏両面を研磨加工する両面研磨装置である。ここで、ウェーハ２は、上定盤１１に貼付された研磨パッド１１ａと、下定盤１２に貼付された研磨パッド１２ａとによって研磨加工される。また、ウェーハ２は、図２に示すように、研磨パッド１２ａの上に配置されたキャリア１３のワークホール１４内に収容され、キャリア１３によって保持されて研磨加工される。

キャリア１３は、ウェーハ２よりも薄い円盤状の薄板部材である。ワークホール１４は、キャリア１３を貫通する穴であり、ウェーハ２の直径よりも僅かに大きい内径寸法に設定されている。なお、図２に示す例では、ワークホール１４は、キャリア１３に一つ形成されているが、キャリア１３に形成されるワークホール１４の数は、任意に設定可能である。

また、このキャリア１３は、研磨パッド１２ａ上に配置される際、周方向の向きや位置が規定されると共に、例えば研磨機１０のコントローラ（不図示）等によって移動軌跡が常時監視されている。これにより、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係は、常に把握することができ、ワークホール１４の中心位置は、この位置関係に基づく演算によって求めることが可能である。なお、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係に基づいて演算されたワークホール１４の中心位置を、以下「ティーチング位置α（図４参照）」という。このティーチング位置αは、ウェーハ搬送機２０のＸ－Ｙ座標系で規定される。

ウェーハ搬送機２０は、メインコントローラ３０からの制御指令に基づいて駆動し、ウェーハ２を一枚ずつ自動搬送するロボットアームである。ウェーハ搬送機２０は、ウェーハ２を着脱可能に保持する搬送ヘッド２１と、搬送ヘッド２１を水平方向及び垂直方向に移動させるアーム部２２と、を備えている。

このウェーハ搬送機２０は、ウェーハ２の研磨加工に先立ち、多数のウェーハ２を収納したロードポート（不図示）から取り出されたウェーハ２を搬送ヘッド２１で保持する。次に、アーム部２２を動かして所定のワークホール１４の上方位置まで搬送ヘッド２１を搬送する。そして、搬送ヘッド２１からウェーハ２を放してワークホール１４内に配置する。

また、ウェーハ搬送機２０は、ウェーハ２の研磨加工後には、アーム部２２を動かして所定のワークホール１４の上方位置まで搬送ヘッド２１を移動させる。続いて、搬送ヘッド２１でワークホール１４内のウェーハ２を保持し、ウェーハ２を取り出す。そして、アーム部２２を動かして図示しないアンロードポートまでウェーハ２を搬送する。

さらに、実施例１の搬送ヘッド２１には、レーザ変位計Ｒ（距離測定部）が搭載されている。このレーザ変位計Ｒは、図３に示すように、対象物Ｔにレーザ光Ｓ１を照射し、対象物Ｔによって反射された反射光Ｓ２に基づいて対象物Ｔまでの距離Ｌを非接触で測定する距離センサである。

このレーザ変位計Ｒは、アーム部２２を駆動して搬送ヘッド２１を移動した際、搬送ヘッド２１と一体になって移動する。また、ウェーハ搬送機２０は、レーザ変位計Ｒの高さ位置を一定に保持したまま移動させることができるため、レーザ変位計Ｒは、キャリア１３の厚みを測定することができる。また、このレーザ変位計Ｒは、ウェーハ搬送機２０によって移動している最中も対象物Ｔまでの距離を測定可能である。なお、レーザ変位計Ｒの測定中、対象物Ｔに付着した水分を除去するため、対象物Ｔに対して空気を噴射してもよい。

メインコントローラ３０は、ウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ウェーハ搬送機２０によるウェーハ２の搬送を制御すると共に、搬送ヘッド２１の移動によるレーザ変位計Ｒの移動を制御する。また、メインコントローラ３０は、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係に基づいてティーチング位置αを演算し、このティーチング位置αを用いてワークホール１４のエッジ部の位置を三カ所以上（実施例１では四カ所）検出する。ここで、「エッジ部」とは、ワークホール１４の内周縁部であり、ワークホール１４とキャリア１３との境界である。そして、検出したエッジ部の位置に基づいて、ワークホール１４の中心位置を演算する。なお、ワークホール１４のエッジ部の位置や、ワークホール１４の中心位置は、いずれもウェーハ搬送機２０のＸ－Ｙ座標系で規定される。さらに、メインコントローラ３０は、ウェーハ２の搬送後、搬送済みのウェーハの上面高さに基づいて、ウェーハの搬送状態を推定する。

すなわち、このメインコントローラ３０は、ティーチング位置演算部３１と、検出位置設定部３２と、エッジ検出部３３と、中心演算部３４と、搬送制御部３５と、ウェーハ状態推定部３６と、を備えている。

ティーチング位置演算部３１は、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係の情報が入力されると、この位置関係情報に基づいてティーチング位置αを演算する。なお、下定盤１２とキャリア１３との位置関係情報は、例えば研磨機１０のコントローラから入力される。ティーチング位置演算部３１によって演算されたティーチング位置αの情報は、検出位置設定部３２に入力される。

検出位置設定部３２は、ティーチング位置演算部３１からティーチング位置αの情報が入力されると、このティーチング位置情報に基づいて、ワークホール１４の位置を検出する際の各種の検出位置を設定する。また、検出位置設定部３２は、ウェーハ２の搬送後、中心演算部３４によって演算されたワークホール１４の中心位置（以下、「実中心位置β（図５参照）」という）の情報が入力される。そして、この実中心位置情報に基づいて、ウェーハ２の搬送状態を推定する際の各種の検出位置を設定する。ここで、「検出位置」とは、レーザ変位計Ｒの移動目標地点である。検出位置設定部３２によって設定された検出位置の情報は、搬送制御部３５に入力される。

ここで、ワークホール１４の位置を検出するときには、ワークホール１４のエッジ部を検出する際の基準値となるキャリア１３の高さと、第１エッジ位置Ｐ１１、第２エッジ位置Ｐ１３、第３エッジ位置Ｐ１５、第４エッジ位置Ｐ１７の四カ所の位置（図４参照）が検出される。そのため、検出位置設定部３２は、図４に示す基準検出位置Ｐ１０と、第１エッジ部検出位置Ｐ１２と、第２エッジ部検出位置Ｐ１４と、第３エッジ部検出位置Ｐ１６と、第４エッジ部検出位置Ｐ１８と、を設定する。なお、「基準検出位置Ｐ１０」は、キャリア１３の高さを検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。「第１エッジ部検出位置Ｐ１２」は、第１エッジ位置Ｐ１１を検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。「第２エッジ部検出位置Ｐ１４」は、第２エッジ位置Ｐ１３を検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。「第３エッジ部検出位置Ｐ１６」は、第３エッジ位置Ｐ１５を検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。「第４エッジ部検出位置Ｐ１８」は、第４エッジ位置Ｐ１７を検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。

また、第１エッジ部検出位置Ｐ１２、第２エッジ部検出位置Ｐ１４、第３エッジ部検出位置Ｐ１６、第４エッジ部検出位置Ｐ１８は、図４に示すように、これら四カ所の位置を順に結ぶ線分γによってティーチング位置αを囲むことが可能な位置に設定されている。すなわち、検出位置設定部３２は、エッジ部検出位置を設定する際、ティーチング位置αを囲むことが可能な三カ所以上の検出位置を設定する。

そして、基準検出位置Ｐ１０は、ティーチング位置αに基づいてキャリア１３の基板部と推定される位置に設定される。なお、「キャリア１３の基板部」とは、ワークホール１４の外側位置であり、ワークホール１４や捨て穴等が何ら形成されていない平坦部分である。また、第１エッジ部検出位置Ｐ１２、第２エッジ部検出位置Ｐ１４、第３エッジ部検出位置Ｐ１６、第４エッジ部検出位置Ｐ１８は、ここでは、全てティーチング位置αに基づいてワークホール１４の内側になると推定される位置に設定される。

さらに、ウェーハ２の搬送状態を推定するときには、実施例１では、ウェーハ搬送状態を判定する際の基準値となるキャリア１３の高さと、搬送済みのウェーハ２の上面高さを検出する。そのため、検出位置設定部３２は、図５に示す基準検出位置Ｐ２０と、高さ検出開始位置Ｐ２１と、を設定する。なお、「基準検出位置Ｐ２０」は、キャリア１３の高さを検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。「高さ検出開始位置Ｐ２１」は、ウェーハ２の上面高さを検出する際のレーザ変位計Ｒの移動目標地点である。

ここで、基準検出位置Ｐ２０は、実中心位置βに基づいてキャリア１３の基板部と推定される位置に設定される。また、高さ検出開始位置Ｐ２１は、実中心位置βに基づいてウェーハ２と推定される位置に設定される。

エッジ検出部３３は、レーザ変位計Ｒの測定値が入力されると、この測定値に基づいてワークホール１４のエッジ部の位置を三カ所以上（実施例１では第１エッジ位置Ｐ１１～第４エッジ位置Ｐ１７の四カ所）検出する。エッジ検出部３３によって検出されたエッジ部の位置情報は、中心演算部３４に入力される。

このエッジ検出部３３は、エッジ部を検出する際、まず、レーザ変位計Ｒを基準検出位置Ｐ１０に移動させて得られた測定値に基づいて基準値を設定する。ここでは、基準検出位置Ｐ１０において得られた測定値から所定値を差し引いた値を基準値とする。続いて、レーザ変位計Ｒを第１エッジ部検出位置Ｐ１２から所定軌跡に沿って移動させながら得られた測定値が、基準値を超えるか否かを判断する。そして、測定値が基準値を超えた時点でのレーザ変位計Ｒの移動量ｘと、第１エッジ部検出位置Ｐ１２に基づいて、第１エッジ位置Ｐ１１を検出する（図６参照）。

なお、エッジ検出部３３は、第２エッジ位置Ｐ１３、第３エッジ位置Ｐ１５、第４エッジ位置Ｐ１７についても、レーザ変位計Ｒを移動させる都度、第１エッジ位置Ｐ１１と同様に検出する。つまり、エッジ検出部３３は、エッジ部検出位置（第１エッジ部検出位置Ｐ１２等）からレーザ変位計Ｒを移動させながらエッジ部の位置（第１エッジ位置Ｐ１１等）を検出することを、エッジ部の位置（第１エッジ位置Ｐ１１等）を三カ所以上検出するまで繰り返す。

中心演算部３４は、エッジ検出部３３から三カ所以上（実施例１では、第１エッジ位置Ｐ１１～第４エッジ位置Ｐ１７の四カ所）のエッジ部の位置情報が入力される。そして、このエッジ部の位置情報に基づいて、実中心位置βを演算する。中心演算部３４によって演算された実中心位置βの情報は、搬送制御部３５に入力される。なお、実中心位置βは、三カ所以上のエッジ部の位置情報と一般的な円の方程式とを利用して求めることが可能である。

搬送制御部３５は、検出位置設定部３２から各種の検出位置（基準検出位置Ｐ１０等）の情報が入力され、この各種の検出位置に基づいて、ウェーハ搬送機２０に制御指令を出力する。そして、予め決められた順とタイミングで各種の検出位置を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動させる。また、搬送制御部３５は、所定の検出位置（第１エッジ位置Ｐ１１等）にレーザ変位計Ｒを移動させた後、ウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、予め決められた方向にレーザ変位計Ｒを移動させる。

ウェーハ状態推定部３６は、ウェーハ２の搬送後、レーザ変位計Ｒの測定値が入力され、この測定値に基づいて搬送済みのウェーハ２の搬送状態を推定する。なお、ウェーハ状態推定部３６によって推定された搬送状態情報は、例えば研磨機１０のコントローラ等に入力され、研磨システム１のオペレータ等に報知されてもよい。

このウェーハ状態推定部３６は、ウェーハの搬送状態を推定する際、まず、レーザ変位計Ｒを基準検出位置Ｐ２０に移動させたときに得られる測定値に基づいて基準範囲（上閾値及び下閾値）を設定する。続いて、レーザ変位計Ｒを高さ検出開始位置Ｐ２１へ移動させ、この高さ検出開始位置Ｐ２１から予め設定された所定の軌跡（ここでは、ウェーハ２の周縁部に沿った環状軌跡３）に沿って移動しながら得られる測定値（ウェーハの上面高さ）が、基準範囲を超えるか否かを判断する。

例えば、図７（ａ）に示すように、ウェーハ２がワークホール１４内に正常に配置された場合は、レーザ変位計Ｒが環状軌跡３に沿って移動しながら得られる測定値は、基準範囲内に収まる（図７（ｂ）参照）。すなわち、ウェーハ状態推定部３６は、測定値が基準範囲内に収まったと判断したときは、ウェーハ２が正常に配置されたと推定する。

これに対し、図８（ａ）に示すように、ウェーハ２がワークホール１４のエッジ部に乗り上げた場合は、レーザ変位計Ｒが環状軌跡３に沿って移動しながらの測定途中で、測定値が基準範囲を超える（図８（ｂ）参照）。なお、高さ検出開始位置Ｐ２１の設定位置とウェーハ２の乗り上げ位置との関係によっては、図８（ｃ）に示す測定値が得られるが、この場合であっても、レーザ変位計Ｒが環状軌跡３に沿って移動しながらの測定途中で、測定値が基準範囲を超える。さらに、図９（ａ）に示すように、ウェーハ２がワークホール１４内に配置されても、スラリーや水等の影響で研磨パッド１２ａから浮き上がっている場合にも、レーザ変位計Ｒが環状軌跡３に沿って移動しながらの測定途中で測定値が基準範囲を超える（図９（ｂ）参照）。そのため、ウェーハ状態推定部３６は、基準範囲を超えた測定値を得たと判断したときは、ウェーハ２が正常に配置されていないと推定する。

以下、実施例１のメインコントローラ３０にて実行されるウェーハ搬送制御処理の各ステップを、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、このウェーハ搬送制御処理は、研磨パッド１２ａ上の全てのキャリア１３のワークホール１４にウェーハ２を配置するまで繰り返し実行される。

ステップＳ１では、ウェーハ２の搬送を開始するか否かを判断する。ＹＥＳ（搬送開始）の場合はステップＳ２へ進む。ＮＯ（搬送しない）の場合はステップＳ１を繰り返す。なお、搬送の開始判断は、例えば搬送制御部３５によって行われる。

ステップＳ２（第１ステップ）では、ステップＳ１での搬送開始との判断に続き、ティーチング位置演算部３１にてティーチング位置を演算し、検出位置設定部３２によって、演算されたティーチング位置αの情報を読み込み、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３（第１ステップ）では、ステップＳ２でのティーチング位置情報の読み込みに続き、検出位置設定部３２にて、ティーチング位置情報に基づいて、ワークホール１４の位置を検出する際の各種の検出位置（基準検出位置Ｐ１０、第１エッジ部検出位置Ｐ１２、第２エッジ部検出位置Ｐ１４、第３エッジ部検出位置Ｐ１６、第４エッジ部検出位置Ｐ１８）を設定し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４（第１ステップ）では、ステップＳ３での検出位置の設定に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ステップＳ３にて設定した基準検出位置Ｐ１０を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動し、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５（第１ステップ）では、ステップＳ４でのレーザ変位計Ｒの移動に続き、基準検出位置Ｐ１０までの距離をレーザ変位計Ｒによって測定し、ステップＳ６へ進む。ここで、基準検出位置Ｐ１０は、キャリア１３の基板部と推定される位置に設定されているため、キャリア高さが検出される。そして、このキャリア高さに基づいて、ワークホール１４のエッジ部を検出する際の基準値が設定される。

ステップＳ６（第１ステップ）では、ステップＳ５でのキャリア高さの検出に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ステップＳ３にて設定した第１エッジ部検出位置Ｐ１２を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動し、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７（第１ステップ）では、ステップＳ６でのレーザ変位計Ｒの移動に続き、予め決められた方向にレーザ変位計Ｒを移動させながら、レーザ変位計Ｒによって下方に存在するキャリア１３又は研磨パッド１２ａまでの距離を測定する。そして、このとき得られた測定値及びステップＳ５にて検出されたキャリア高さから設定された基準値に基づいて、エッジ検出部３３にて第１エッジ位置Ｐ１１を検出し、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８（第１ステップ）では、ステップＳ７での第１エッジ位置Ｐ１１の検出に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ステップＳ３にて設定した第２エッジ部検出位置Ｐ１４を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動し、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９（第１ステップ）では、ステップＳ８でのレーザ変位計Ｒの移動に続き、予め決められた方向にレーザ変位計Ｒを移動させながら、レーザ変位計Ｒによって下方に存在するキャリア１３又は研磨パッド１２ａまでの距離を測定する。そして、このとき得られた測定値及びステップＳ５にて設定された基準値に基づいて、エッジ検出部３３にて第２エッジ位置Ｐ１３を検出し、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０（第１ステップ）では、ステップＳ９での第２エッジ位置Ｐ１３の検出に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ステップＳ３にて設定した第３エッジ部検出位置Ｐ１６を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動し、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１（第１ステップ）では、ステップＳ１０でのレーザ変位計Ｒの移動に続き、予め決められた方向にレーザ変位計Ｒを移動させながら、レーザ変位計Ｒによって下方に存在するキャリア１３又は研磨パッド１２ａまでの距離を測定する。そして、このとき得られた測定値及びステップＳ５にて設定された基準値に基づいて、エッジ検出部３３にて第３エッジ位置Ｐ１５を検出し、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２（第１ステップ）では、ステップＳ１１での第３エッジ位置Ｐ１５の検出に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ステップＳ３にて設定した第４エッジ部検出位置Ｐ１８を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動し、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３（第１ステップ）では、ステップＳ１２でのレーザ変位計Ｒの移動に続き、予め決められた方向にレーザ変位計Ｒを移動させながら、レーザ変位計Ｒによって下方に存在するキャリア１３又は研磨パッド１２ａまでの距離を測定する。そして、このとき得られた測定値及びステップＳ５にて設定された基準値に基づいて、エッジ検出部３３にて第４エッジ位置Ｐ１７を検出し、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４（第２ステップ）では、ステップＳ１３での第４エッジ位置Ｐ１７の検出に続き、第１エッジ位置Ｐ１１、第２エッジ位置Ｐ１３、第３エッジ位置Ｐ１５、第４エッジ位置Ｐ１７に基づいて、中心演算部３４にて実中心位置βを演算し、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、ステップＳ１４での実中心位置βの演算に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、ウェーハ２をワークホール１４内に搬送し、ステップＳ１６へ進む。このとき、搬送制御部３５では、ティーチング位置演算部３１にて演算されたティーチング位置αと、中心演算部３４にて演算された実中心位置βとの差異（ズレ量）を求める。続いて、ティーチング位置αに対し、算出した差異（ズレ量）を補正して目標位置を設定する。そして、搬送ヘッド２１に保持したウェーハ２の中心位置を、この目標位置に一致させる制御指令を出力し、ウェーハ２がワークホール１４の中心に配置されるようにアーム部２２を制御する。

ステップＳ１６（第３ステップ）は、ステップＳ１５でのウェーハ２の搬送に続き、搬送制御部３５からウェーハ搬送機２０に制御指令を出力し、搬送済みのウェーハ２の上面高さを検出し、ステップＳ１７へ進む。

ここで、ウェーハ２の上面高さを検出するに先立ち、まず、検出位置設定部３２は、実中心位置βに基づいて基準検出位置Ｐ２０と、高さ検出開始位置Ｐ２１を設定する。続いて、搬送制御部３５はレーザ変位計Ｒを基準検出位置Ｐ２０に移動し、レーザ変位計Ｒは基準検出位置Ｐ２０までの距離を測定する。なお、ウェーハ状態推定部３６は、このとき得られた測定値に基づいて基準範囲（上閾値及び下閾値）を設定する。その後、搬送制御部３５はレーザ変位計Ｒを高さ検出開始位置Ｐ２１へ移動する。そして、レーザ変位計Ｒは、この高さ検出開始位置Ｐ２１から予め設定された環状軌跡３に沿って移動しながらウェーハ２の上面高さを検出する。

ステップＳ１７（第４ステップ）では、ステップＳ１６でのウェーハ２の上面高さの検出に続き、ステップＳ１６にて検出したウェーハ２の上面高さと、基準検出位置Ｐ２０までの距離から設定された基準範囲と、に基づいて、ウェーハ状態推定部３６にてウェーハ２の搬送状態を推定し、エンドへ進む。

以下、実施例１のワークホール検出装置及びワークホール検出方法の「ワークホール位置検出作用」を説明する。

実施例１の研磨システム１においてウェーハ２を研磨加工するには、ウェーハ搬送機２０を用いて研磨機１０の下定盤１２上にウェーハ２を自動的に搬送する。ここで、下定盤１２には予め研磨パッド１２ａが貼付され、その上にワークホール１４を有するキャリア１３が配置されている。すなわち、ウェーハ搬送機２０は、決められたワークホール１４の中に決められた姿勢でウェーハ２を搬送する必要がある。

一方、キャリア１３は、研磨パッド１２ａ上に配置されるときの周方向の向きや位置が規定されると共に、移動軌跡が常時監視されている。そのため、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係は常に把握されており、ワークホール１４の中心位置もティーチング位置αとして求められている。しかしながら、研磨機１０のサンギヤやインターナルギヤのバックラッシュや、キャリアのバックラッシュ、さらに摩耗によるバックラッシュの増加等により、実際のワークホール１４の中心位置は、ティーチング位置αからずれていることがある。そのため、ティーチング位置αを目標位置としてウェーハ２を搬送すると、ウェーハ２の搬送を適切に行えない場合が生じる。

そこで、実施例１のウェーハ搬送機２０では、ウェーハ２を配置すべきワークホール１４の位置を認識するため、ウェーハ２の配置前にレーザ変位計Ｒを用いて三カ所以上のワークホール１４のエッジ部の位置を検出し、ウェーハ搬送機２０のＸ－Ｙ座標系で規定される実中心位置βを演算する。そして、この実中心位置βと、予め求めたティーチング位置αとの差異を補正してウェーハ２を配置する。

すなわち、メインコントローラ３０の搬送制御部３５において、図１０に示すフローチャートのステップＳ１を実行し、ウェーハ２の搬送を開始すると判断したら、ステップＳ２を実行する。これにより、ティーチング位置演算部３１は、ティーチング位置αを演算し、検出位置設定部３２は、ティーチング位置演算部３１によって演算されたティーチング位置αの情報を読み込む。

続いて、検出位置設定部３２は、ステップＳ３を実行し、ティーチング位置情報に基づいて、ワークホール１４の位置を検出する際の各種の検出位置（基準検出位置Ｐ１０、第１エッジ部検出位置Ｐ１２、第２エッジ部検出位置Ｐ１４、第３エッジ部検出位置Ｐ１６、第４エッジ部検出位置Ｐ１８）を設定する。

ここで、第１エッジ部検出位置Ｐ１２、第２エッジ部検出位置Ｐ１４、第３エッジ部検出位置Ｐ１６、第４エッジ部検出位置Ｐ１８は、これら四カ所の位置を結ぶ線分γによってティーチング位置αを囲むことが可能な位置に設定される。また、基準検出位置Ｐ１０は、ティーチング位置αに基づいて、キャリア１３の基板部と推定される位置に設定される。

検出位置設定部３２によって検出位置が設定されたら、ステップＳ４、ステップＳ５が実行され、搬送制御部３５は、基準検出位置Ｐ１０を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動し、レーザ変位計Ｒによって基準検出位置Ｐ１０までの距離が測定される。ここで、基準検出位置Ｐ１０は、キャリア１３のワークホール１４がない位置である。そのため、レーザ変位計Ｒは、キャリア１３の高さを検出することができる。

キャリア高さが検出されたら、ステップＳ６、ステップＳ７が実行される。すなわち、搬送制御部３５は、第１エッジ部検出位置Ｐ１２を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動する。レーザ変位計Ｒは、第１エッジ部検出位置Ｐ１２から移動しながら対象物（キャリア１３又は研磨パッド１２ａ）までの距離を測定する。エッジ検出部３３は、このとき得られた測定値と、予め検出したキャリア高さから求めた基準値とを比較し、第１エッジ位置Ｐ１１を検出する。

第１エッジ位置Ｐ１１が検出されたら、ステップＳ８、ステップＳ９が実行される。すなわち、搬送制御部３５は、第２エッジ部検出位置Ｐ１４を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動する。レーザ変位計Ｒは、第２エッジ部検出位置Ｐ１４から移動しながら対象物（キャリア１３又は研磨パッド１２ａ）までの距離を測定する。エッジ検出部３３は、このとき得られた測定値と、予め検出したキャリア高さから求めた基準値とを比較し、第２エッジ位置Ｐ１３を検出する。

第２エッジ位置Ｐ１３が検出されたら、ステップＳ１０、ステップＳ１１が実行される。すなわち、搬送制御部３５は、第３エッジ部検出位置Ｐ１６を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動する。レーザ変位計Ｒは、第３エッジ部検出位置Ｐ１６から移動しながら対象物（キャリア１３又は研磨パッド１２ａ）までの距離を測定する。エッジ検出部３３は、このとき得られた測定値と、予め検出したキャリア高さから求めた基準値とを比較し、第３エッジ位置Ｐ１５を検出する。

第３エッジ位置Ｐ１５が検出されたら、ステップＳ１２、ステップＳ１３が実行される。すなわち、搬送制御部３５は、第４エッジ部検出位置Ｐ１８を移動目標地点としてレーザ変位計Ｒを移動する。レーザ変位計Ｒは、第４エッジ部検出位置Ｐ１８から移動しながら対象物（キャリア１３又は研磨パッド１２ａ）までの距離を測定する。エッジ検出部３３は、このとき得られた測定値と、予め検出したキャリア高さから求めた基準値とを比較し、第４エッジ位置Ｐ１７を検出する。

四カ所のエッジ位置（第１エッジ位置Ｐ１１、第２エッジ位置Ｐ１３、第３エッジ位置Ｐ１５、第４エッジ位置Ｐ１７、以下同様）が検出されたら、ステップＳ１４が実行され、中心演算部３４は、四カ所のエッジ位置の情報と、円の方程式を利用して実中心位置βを演算する。

そして、実中心位置βが演算されたら、搬送制御部３５は、ステップＳ１５を実行する。つまり、搬送制御部３５は、ティーチング位置αと実中心位置βとの差異（ズレ量）を求め、この差異（ズレ量）によってティーチング位置αを補正して設定した目標位置にウェーハ２の中心位置を一致させる制御指令を出力し、ウェーハ２をワークホール１４の中心に配置する。

このように、実施例１では、四カ所のエッジ部の位置の情報に基づいて実中心位置βを検出するが、この四カ所のエッジ部の位置は、対象物Ｔまでの距離を測定するレーザ変位計Ｒを移動させながら対象物Ｔまでの距離を測定して得られた測定値に基づいて検出する。そのため、検出装置周囲の照明状態や、キャリア１３の色彩の影響等を受けることなくワークホール１４のエッジ部の位置を検出することができる。

これにより、研磨機１０の下定盤１２上に配置されたキャリア１３のワークホール１４の位置を安定的に検出することができる。そして、ワークホール１４の位置を安定的に把握できるため、ウェーハ２を決められた位置に決められた姿勢で精度よく配置することが可能となる。

また、対象物Ｔまでの距離は、レーザ光の反射光によってこの距離を測定するレーザ変位計Ｒによって測定される。そのため、キャリア１３や研磨パッド１２ａに接触することなく距離を測定することができるため、対象物Ｔまでの距離Ｌを移動しながら高精度に測定することができる。これにより、ワークホール１４のエッジ部の位置を高精度に検出することができる。

さらに、実施例１では、このレーザ変位計Ｒが、ウェーハ２を搬送するウェーハ搬送機２０の搬送ヘッド２１に搭載されている。そのため、ワークホール１４の近傍まで移動するウェーハ搬送機２０を利用してレーザ変位計Ｒを移動させることができ、レーザ変位計Ｒを移動させる機構を別途設けなくても、適切な位置にレーザ変位計Ｒを移動させ、ワークホール１４のエッジ部の位置を高精度に検出することができる。

また、実施例１では、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係を監視しており、ティーチング位置演算部３１によって、下定盤１２とキャリア１３との相対的な位置関係に基づいてティーチング位置αを演算する。これにより、検出位置設定部３２は、ティーチング位置αに基づいて、ワークホール１４の位置を検出する際の各種の検出位置を設定することができる。すなわち、ティーチング位置αを目安にしてワークホール１４のエッジ部の位置を検出することができる。このため、レーザ変位計Ｒを不要に移動させる必要がなく、短時間でのワークホール１４のエッジ部の位置検出が可能となる。

しかも、検出位置設定部３２によって設定されたエッジ部検出位置（第１エッジ部検出位置Ｐ１２、第２エッジ部検出位置Ｐ１４、第３エッジ部検出位置Ｐ１６、第４エッジ部検出位置Ｐ１８、以下同様）は、これら四カ所の位置を結ぶ線分γによってティーチング位置αを囲むことが可能な位置に設定されている。

つまり、検出位置設定部３２は、ワークホール１４のエッジ部の位置を検出する際、ティーチング位置αを囲むことが可能なエッジ部検出位置を三カ所以上設定する。そして、エッジ検出部３３は、各エッジ部検出位置からレーザ変位計Ｒを移動させながらワークホール１４のエッジ部の位置を検出することを繰り返し、ワークホール１４のエッジ部の位置を三カ所以上検出する。このため、エッジ検出部３３によって検出されたワークホール１４のエッジ部の位置が、図４に示すように、ティーチング位置αを囲む位置となり、ワークホール１４のエッジ部の位置に基づいて実中心位置βを演算する際の演算精度の向上を図ることができる。

しかも、実施例１では、四カ所のエッジ部の位置を検出する。そのため、実中心位置βを演算する際に、四つの演算式を立てることが可能となり、例えばワークホール１４のエッジ部の位置を三カ所検出する場合と比較して、演算精度を高めることができる。

以下、実施例１のワークホール検出装置及びワークホール検出方法の「ウェーハ搬送状態推定作用」を説明する。

実施例１の研磨システム１では、ウェーハ２を搬送したら、図１０に示すフローチャートにおけるステップＳ１６を実行し、ウェーハ２の上面高さを設定する。すなわち、まず、検出位置設定部３２は、実中心位置βに基づいて基準検出位置Ｐ２０及び高さ検出開始位置Ｐ２１を設定する。そして、搬送制御部３５はウェーハ搬送機２０を駆動し、レーザ変位計Ｒを基準検出位置Ｐ２０まで移動させ、この基準検出位置Ｐ２０までの距離を測定する。ここで、基準検出位置Ｐ２０は、キャリア１３の基板部と推定される位置である。そのため、レーザ変位計Ｒは、キャリア１３の高さを検出することができる。また、このとき、ウェーハ状態推定部３６は、キャリア高さに基づいて、ウェーハ２の搬送状態を推定する際の基準範囲を設定する。そして、搬送制御部３５はウェーハ搬送機２０を駆動し、レーザ変位計Ｒを高さ検出開始位置Ｐ２１から環状軌跡３に沿って移動させる。レーザ変位計Ｒは、移動しながらウェーハ２までの距離を測定し、ウェーハ２の上面高さを検出する。

レーザ変位計Ｒによってウェーハ２の上面高さを検出したら、ステップＳ１７を実行し、ウェーハ状態推定部３６は、検出されたウェーハ２の上面高さと、予め設定した基準範囲とを比較し、ウェーハ２の搬送状態を推定する。

このように、実施例１では、レーザ変位計Ｒによって測定された搬送済みのウェーハ２の上面高さに基づいて、ウェーハ２の搬送状態を推定するウェーハ状態推定部３６を備えている。

これにより、ウェーハ２がワークホール１４のエッジ部に乗り上げた場合（図８（ａ）参照）や、ウェーハ２が研磨パッド１２ａから浮き上がっている場合（図９（ａ）参照）など、ウェーハ２が決められた位置に決められた姿勢で配置されていないことが推定されたとき、この搬送情報を研磨システム１のオペレータ等に報知することで、搬送済みのウェーハ２の位置や姿勢を修正したり、ウェーハ２の研磨加工を中止したりすることができる。つまり、決められた位置に決められた姿勢で配置されていないウェーハ２に対して研磨加工してしまうことを防止できる。

以上、本発明のワークホール検出装置及びワークホール検出方法を実施例１に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、四カ所のエッジ部検出位置を順に結ぶ線分γによってティーチング位置αを囲むことが可能な位置にエッジ部検出位置を設定する例を示したが、これに限らない。三カ所以上のワークホール１４のエッジ部の位置を検出すればよいため、図１１に示すように、ティーチング位置αを囲まない位置に三カ所以上のエッジ部検出位置（図１１に示す例では、第１エッジ部検出位置Ｐ１２´、第２エッジ部検出位置Ｐ１４´、第３エッジ部検出位置Ｐ１６´、第４エッジ部検出位置Ｐ１８´）を設定してもよい。すなわち、エッジ部検出位置は任意に設定することができる。

また、実施例１では、全てのエッジ部検出位置が、ティーチング位置αに基づいてワークホール１４の内側になると推定される位置に設定された例を示したが、これに限らない。ワークホール１４の外側（キャリア１３の基板部と推定される位置）にエッジ部検出位置を設定してもよい。なお、エッジ部検出位置をワークホール１４の内側の位置に設定し、レーザ変位計Ｒをワークホール１４の内側から外側に向かって移動させながら測定する場合、レーザ変位計Ｒの移動に伴ってキャリア１３に空気を吹き付けることで、ワークホール１４のエッジ部に付着した水分が除去されやすく、測定誤差の発生を抑制できる。

さらに、ティーチング位置演算部３１や検出位置設定部３２を備えておらず、エッジ部検出位置を設定することなく、レーザ変位計Ｒを任意の位置から任意の方向に移動させながら得られた測定値を使用してワークホール１４のエッジ部の位置を検出するようにしてもよい。

また、実施例１では、ウェーハ２の周縁部に沿った環状軌跡３に沿ってレーザ変位計Ｒを移動させて得られる測定値に基づいてウェーハ２の搬送状態を推定する例を示した。しかしながら、搬送済みのウェーハ２の高さを複数の位置で検出できればよいため、これに限らない。

例えば、図１２（ａ）に示すように、実中心位置βで直交する二本の直線状の軌跡（第１軌跡４、第２軌跡５）に沿ってレーザ変位計Ｒを移動させて得られる測定値に基づいてウェーハ２の搬送状態を推定してもよい。このとき、図１２（ｂ）に示すように、第２軌跡５に沿ってレーザ変位計Ｒを移動させて得られる測定値が一定値であっても、第１軌跡４に沿ってレーザ変位計Ｒを移動させて得られる測定値が上閾値を超える場合は、ウェーハ状態推定部３６は、基準範囲を超えた測定値を得たと判断し、ウェーハ２が正常に配置されていないと推定する。

また、図１３（ａ）に示すように、ウェーハ２の周縁部近傍の任意の六カ所の測定点（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ）の上方位置にレーザ変位計Ｒを移動させ、各測定点６ａ～６ｆにおけるウェーハ２の高さ位置に基づいてウェーハ２の搬送状態を推定してもよい。このとき、図１３（ｂ）に示すように、六ケ所の測定点６ａ～６ｆのいずれかが基準範囲を超えた場合、ウェーハ状態推定部３６はウェーハ２が正常に配置されていないと推定する。

また、実施例１では、対象物Ｔまでの距離を測定する距離測定部として、レーザ光の反射光Ｓ２によって距離を測定するレーザ変位計Ｒを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、伸縮する測定ロッドを対象物Ｔまで伸ばし、ロッドの長さによって距離を測定する距離測定器等であってもよい。

また、実施例１では、キャリア１３に形成された一つのワークホール１４にウェーハ２を搬送する例を示したが、キャリア１３に複数のワークホール１４が形成されていてもよい。この場合、例えば、複数のワークホール１４の実中心位置を一つずつ順に検出し、実中心位置を検出したワークホール１４にウェーハ２を順に配置していくことができる。

また、ワークホール１４の実中心位置βの検出は、搬送ヘッド２１によってウェーハ２を保持した状態で行ってもよいし、ウェーハ２を保持していない状態で行ってもよい。ウェーハ２を保持した状態で実中心位置βを検出する場合では、実中心位置βの検出後、ウェーハ２を保持するためにアーム部２２を駆動する必要がない。そのため、ウェーハ２の搬送時間の増長を抑制できる。

１ 研磨システム
２ ウェーハ
１０ 研磨機
１１ 上定盤
１２ 下定盤
１３ キャリア
１４ ワークホール
２０ ウェーハ搬送機
２１ 搬送ヘッド
２２ アーム部
３０ メインコントローラ
３１ ティーチング位置演算部
３２ 検出位置設定部
３３ エッジ検出部
３４ 中心演算部
３５ 搬送制御部
３６ ウェーハ状態推定部
Ｒ レーザ変位計（距離測定部）
α ティーチング位置
β 実中心位置

Claims (4)

1. 定盤に貼付された研磨パッドによってウェーハを研磨する研磨機と、前記定盤に貼付された前記研磨パッドの上に配置されたキャリアのワークホール内に前記ウェーハを搬送するウェーハ搬送機と、を備えた研磨システムにおいて、
   対象物にレーザ光を照射し、前記対象物によって反射された反射光に基づいて前記対象物までの距離を非接触で測定すると共に、前記ウェーハ搬送機に搭載され、前記ウェーハと推定される位置に設定された高さ検出開始位置から予め設定された所定の軌跡に沿って移動可能な距離測定部と、
   前記距離測定部が前記高さ検出開始位置から前記軌跡に沿って移動しながら得られる測定値に基づいて、前記ワークホール内に前記ウェーハが正常に配置されたか否かを推定するウェーハ状態推定部と、
   を備えることを特徴とする研磨システム。
2. 定盤に貼付された研磨パッドによってウェーハを研磨する研磨機と、前記定盤に貼付された前記研磨パッドの上に配置されたキャリアのワークホール内に前記ウェーハを搬送するウェーハ搬送機と、を備えた研磨システムによるウェーハの配置推定方法において、
   前記ウェーハ搬送機によって前記ウェーハの搬送後、対象物にレーザ光を照射し、前記対象物によって反射された反射光に基づいて前記対象物までの距離を非接触で測定すると共に、前記ウェーハ搬送機に搭載された距離測定部を前記ウェーハと推定される位置に設定された高さ検出開始位置から予め設定された所定の軌跡に沿って移動させながら搬送済みのウェーハの上面高さを検出するステップと、
   前記ウェーハの上面高さに基づいて、前記ワークホール内に前記ウェーハが正常に配置されたか否かを推定するステップと、
   を備えることを特徴とするウェーハの配置推定方法。
3. 定盤に貼付された研磨パッドによってウェーハを研磨する研磨機と、前記定盤に貼付された前記研磨パッドの上に配置されたキャリアのワークホール内に前記ウェーハを搬送するウェーハ搬送機と、を備えた研磨システムにおいて、
   対象物までの距離を測定する距離測定部と、
   前記距離測定部で測定した前記距離を使用し、前記ワークホールのエッジ部の位置を三カ所以上検出するエッジ検出部と、
   前記エッジ検出部によって検出された三カ所以上の前記エッジ部の位置に基づいて、前記ワークホールの中心位置である実中心位置を演算する中心演算部と、
   前記定盤と前記キャリアとの相対的な位置関係に基づいて演算された前記ワークホールの中心位置であるティーチング位置を演算するティーチング位置演算部と、を備え、
   前記エッジ検出部は、前記ワークホールの外側位置の前記キャリアの基板部と推定される位置として予め設定した基準検出位置で得られた高さを示す測定値から所定値を差し引いた値である基準値と、前記距離測定部を前記ワークホールの内側になると推定される位置として設定したエッジ部検出位置から移動させながら得られた高さを示す測定値とを比較し、前記高さを示す測定値が前記基準値を超えるか否かの判断に基づいて前記エッジ部を検出するものであって、
   前記所定値は、前記基準値を、前記エッジ部検出位置で得られた高さを示す測定値よりも大きく、前記基準検出位置で得られた高さを示す測定値よりも小さい値に設定する値であり、
   前記ウェーハ搬送機は、前記ウェーハを前記ワークホール内に搬送する際、前記ティーチング位置と前記実中心位置との差異を補正して設定された目標位置に、搬送するウェーハの中心位置を一致させるように制御される
   ことを特徴とする研磨システム。
4. 研磨機の定盤に貼付された研磨パッドの上に配置されたキャリアのワークホールの位置を検出するワークホール検出方法において、
   前記ワークホールの外側位置の前記キャリアの基板部と推定される位置として予め設定した基準検出位置で得られた高さを示す測定値から所定値を差し引いた値である基準値と、距離測定部を前記ワークホールの内側になると推定される位置として設定したエッジ部検出位置から移動させながら対象物までの距離を測定して得られた高さを示す測定値とを比較し、前記高さを示す測定値が前記基準値を超えるか否かの判断に基づいて、前記ワークホールのエッジ部の位置を三カ所以上検出する第１ステップと、
   三カ所以上の前記エッジ部の位置に基づいて、前記ワークホールの中心位置を演算する第２ステップと、
   ウェーハの搬送後、前記距離測定部を使用して搬送済みのウェーハの上面高さを検出する第３ステップと、
   前記ウェーハの上面高さに基づいて、前記ワークホール内に前記ウェーハが正常に配置されたか否かを推定する第４ステップと、
   を備え、
   前記所定値は、前記基準値を、前記エッジ部検出位置で得られた高さを示す測定値よりも大きく、前記基準検出位置で得られた高さを示す測定値よりも小さい値に設定する値であり、
   前記第１ステップでは、前記エッジ部の位置を検出する際、前記定盤と前記キャリアとの相対的な位置から演算された前記ワークホールの中心位置を囲むことが可能なエッジ部検出位置を三カ所以上設定し、前記エッジ部検出位置から前記距離測定部を移動させながら、前記エッジ部の位置を三カ所以上検出する
   ことを特徴とするワークホール検出方法。