JPH01169939A - 半導体ウエハのセンタ合せ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造装置において半導体ウェハを搬送
するときにウェハのセンタを正確に合せるための装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

半導体ウェハの製造装置において、半導体ウェハを積重
ねて収納するカセットから他のカセットへ、または検査
や加工のための各ステージへ、あるいは各ステージ相互
間の移送時にはウエノ＼を正確にセンタ合せする必要が
ある。通常、カセットや各ステージにはこのセンタ合せ
機能は備わっていないので、これらの間を移送する途中
にセンタ合せ装置を追加する方法が行なわれている。第
１０図はこのような従来装置の例を示す外形図であり、
同図（ａ）はセンタリングカップと呼ばれる内径がテー
パ状に変化する容器１０１にウニ／１０２を落し込むも
のであり、同図（ｂ）はスクロールチャック１０３にて
ウェハ１０２を挟持すること１こよってセンタ合せを行
うものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来装置においては、薄いウェハのエツジ
部あるいは裏面にすりながらセンタ合せをするものであ
るために、半導体製造装置において最も嫌われるゴミの
発生がさけられず、またウェハを損傷する危険性があり
、損傷を防止するためｉこはセンタ合せ操作をゆつ（リ
ソ７トに行うことが必要となって高速化ができない欠点
があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ウェハがＮＣ装置などによって事前にほぼ真
円に近い状態に加工されていることに着目し、ウェハを
回転させてそのエツジ位置を回転角度１こ対応させて検
出記憶し、検出信号の最大値。

最小値によってウェハ位置の偏心量と方向とを算出し、
この偏着データによってウェハのセンタ合せを行うよう
にしたものである。さらにウェハにはその結晶方向を示
すために周辺部に平坦部（または切欠部）が設けられて
いるが、これらの平坦部等の開始点および終丁点薔こお
いては他の部分におけるよりもエツジ位置の変化が急に
なるのでエツジ位置データの変化率が一定以上となった
ところを算出すること（こよって、この平坦部等を搬送
装置等の他のステージ番こ対して特定の位置となるよう
に同一の装置で行うようｆこしたものである９〔作用〕 本発明は、上記のような構成として、ワエノ＼のセンタ
合せをウェハを載はした台ごと、あるいはエツジ位置検
出器から他のステージに移載するときに行うものである
。

〔実施例〕

第１図は、本発明の装置の実施例を示す構成図である。

同図において１はセンタ合せの対象となる半導体ウェハ
でありターンテーブル２の上に載置されている。３はタ
ーンテーブル２を回転させるためのターンテーブル回転
機構であり、電動機４にて駆動される。、５はウェハ１
の端縁（エツジ）位置を検出するための検出器であり、
投光器５ａおよび光センサ５ｂからなる。このセンサ５
ｂは受光量に応じて出力が特定の関係を保ちながら連続
的に変化するものであり、ＣＣＤ（電荷結合素子）や商
品名Ｐ　Ｓ　Ｄ　（ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉ’ｔ
ｉｖｅ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　）とよばれる入射光′量に
対して出力が直線的１こ変化するものが望ましい。６は
ターンテーブル２の回転角度に相当する電動機４の回転
量を検出しデイシイタル信号を出力するエンコーダ、７
はセンサ５ｂの出力とエンコーダ６の出力とを１対のデ
ータとしてターンテーブル２の一定回転角度毎に記憶す
る記憶回路である。ここでセンサ５ｂの出力がアナログ
信号である場合には記憶回路７とセンサ５ｂとの間にＡ
／Ｄ変換器を設けてＳけばよい。

８は記憶回路７の出力を読み出してウェハｌの中心位置
の偏位置と方向とを算出し、修正信号（回転角度および
水平方向位置の各信号）を出力する演算回路であり、マ
イクロコンピュータが利用できる。また演算回路にマイ
クロコンピュータを用いるときにはエツジ位置の検出特
番ごテーブルを回９はターンテーブル駆動用電動機４の
回転を制御するためのサーボ制御回路であり、演算回路
８からの指令信号に応じて電動機４を駆動し、回転祉が
エンコーダ６の出力と一致するところで停止させる通常
のサーボ制御回路である。１０はターンテーブル２をそ
の回転駆動機構ごと図のＸＹ水平面内で移動させるため
のＸＹテーブル式の移動機構であり、演算回路８の出力
に応じてテーブル２を移動させてウェハ１の位置を修正
するものであり、ＸＹ子テーブル動用制御回路１１１こ
よって位置制御される。

第１図の装置の動作を第２図のフローナヤートを参照し
て説明する。第１図において、図示しないｍ送装置によ
ってウェハ１がターンテーブル２の上に載せられると電
動機４が回転し、これによって駆動されるターンテーブ
ル回転機構３によってウェハが所定角度（例えば１度）
回転する。こし のときエツジ位置検出器５のセンサ５１はセンサ直下の
ウェハによって減量されて到達する光の盪に応じた出力
を発生し、この出力はウニへ回転菫信号とともに一対の
データ（θ、、１ｘ）として記憶回路７に記憶される。

さらにターンテーブル２を所定回度回転し、エツジ位置
の検出、記憶をくりかえし、ウェハが属僚ｔｉ！（θ工
＝０）から３６０度回転するまで続ける。ウェハの全周
のエツジ位置の検出が終了すると次に演算回路８は、記
憶回路７に記憶されたデータを順次読み出し、エツジ位
置信号の最大値ｇｍａｘと最小値’ｍｉｎ”およびそれ
ぞれに該当するワエノ）の回転角度ｏＩｎａＸ　’θｍ
ｉｎを算出する。演算回路８はまた、このエツジ位置信
号１ｍａＸと１ｍ１ｏとの差からウェハのターンテーブ
ル２の回転中心に対する直径方向の偏心量信号△Ａ＝（
Ａ’ｍａｘ１ｍｉｎ）／２　　を得、θｍａＸ　（また
は０ｍ１ｎ）から偏心角度信号を得て、ウェハのターン
テーブル２の回転中心に対する中心位置のｘ、ｙ平面に
おける偏位信号（ｘ、ｙ）−（△ｌ　ＣＯ３θｍａｘ、
Δ＃ｓｉｎθｍａｘ　＞または（ｘ、ｙ）＝（△ｌ　ｓ
ｉｎθｍｌｎ、Δｌ　ｃｏｓθｍ１ｎ）を算出しＸＹテ
ーブル制御回路１１にこれらによって定まる修正信号を
供給してセンタ合せを行う。

ここでウェハエツジ位置検出器５とこれから得られる信
号について説明する。第３図は検出４５の部分を拡大し
て示した説明図であり、図中第１図と同機能のものには
同符号を付しである。投光器５ａからの光は図中矢印に
て模式的に示すようにウェハ１によって遮られてその一
部が減じられて残りがセンサ５ｂに到達する。そこでセ
ンサ５ｂとしてへ力光穢に正比例して出力が変化するも
のを用いるとその出力はウェハ１のエツジ部の位置によ
って変化するｌの長さに比例した信号となる。それ故、
ウェハがターンテーブルの中心奢こ対してエツジ位置検
出器側に偏位していれば出力信号は小となり、反対側に
偏位しておれば大なる信号となる。このときのセンサ５
ｂの出力変化の様子を第４図の線図にて示す。同図は横
軸をウェハの回転角度θとし縦軸を光センサ５ｂの出力
ｌとしである。また同図（ａ）はその左部に示すように
ウェハ１がターンテーブル２の中心と一致しているとき
の出力であり、この場合は先に述べたようにウェハ１が
ＮＣ工作装置などによって真円に加工されていることか
ら光センサの出力は直線状となる。同図ｆｂ）はウェハ
１の中心がターンテーブル２の回転中心からＸＹ子テー
ブル０のＸＹ平面第１家現方向に角度θで距離△ｌだけ
ずれているときの出力を示している。このとき光センサ
５ｂの出力はウェハ１を図の矢印方向に回転するにした
がって略正弦波状に変化することになる。その変化の振
幅は出力の最大値をｌｌｍａｘ　ｓ　ｉ＆小値をＮｍ１
ｎとすれば（ｅｍａｘ　　ｇｍｉｎ　）であり、−偏心
量△ｌの２倍に相当する。またｌ””１ｍ＆Ｘのときの
角度θｍａｘがＸＹ平面上でのセンサ方向を回転原点と
したときのウェハ１の偏心角度に相当する。（なおｇ＝
ｇｍｉｎのときの角度θｍ１０　を採用してもぎ正方向
が逆になるだけで効果は同じである。）それ故、これら
の信号から現在のウェハのセンタ位置が座標（ｘ、ｙ）
＝（△ｌ　ｃｏｓθｍａｘ、△／ｓｉｎθｍａｘ　＞に
あることが判る。

（０ｍ１０を採用するときは（ｘ、ｙ）＝（Δｇ　ｓｉ
ｎθｍ１０゜Δｌ　ｃｏｓθｍ１ｎ）となる。）したが
ってＸＹテーブルをＸ方向に−△ｌ　ｃｏｓσｍａｘ　
−Ｘ方向に−へｌｓｉｎａｍａＸだけ移動させればウェ
ハのセンタ合せができること番どなる。

本発明はまた演算回路の内容を工夫することによって、
ウェハの周縁部に平坦部（または切欠きＳ）が設けられ
ている場合のセンタ合せおよび平坦部（または切欠部）
の位置合せを同時に行うようにもできる。

第５図［ａｌは、周縁部の一部に平坦部（イ）が設けら
れているウェハの平面図であり、同図ｔｂ＋ないし＋ｅ
ｌはこのような形状のウェハが種々の方向に偏心してタ
ーンテーブルに載せられたときのエツジ位置検出器の出
力波形の例を示したものである。第５図（ａｌのような
形状のウェハを回転させたとき、同図（ｂ）ないしくｅ
）に見られるよう擾ζその平坦部（または切欠部）（イ
）において他の円周形状の部分とは甚しく異なった出力
変化を示す。特にその両端部においては極めて大きな変
化率を示すのでエツジ位置検出器の出力の変化率を監視
することによって平坦部の位置を検知することができる
。そこで本発明においてはエツジ位置検出信号の変化率
が一定以上になったところを平坦部と判断するように演
算回路８を構成しておく。この場合、変化率の限界は円
周部を検出しているときの最大変化率がウェハの偏心量
によって異なるので、出力信号の最大値と最小値との差
、即ち概略のワエへ偏心量、に応じて定めるようにすれ
ばよい。また平坦部（あるいは切欠部）の位置とウェハ
の偏心方向とによって偏心量の算出方法が異なるのでこ
れを判別することも必要となる。第６図にこれを行うと
きの７０−ナヤートを示す。ここでステップ１から７ま
では平坦部のない第４図の場合と同じである４光センサ
５ｂの出力信号のうち最大値と最小値は平坦部の存在の
ために真の値が得られていない可能性があるが、ステッ
プ８ではステップ７で碍られた最大値！１ｍａｘと最小
値ａｍｌｏとから（＃ｍａｘ　ｆｆｍ１ｎＪを得、これ
によって変化率の上限値αを定めるつαの点（θｌ〜θ
ｎ）を探す。次に出力最大（＃＝ｌ１ｍａｘ）となると
きの角度’ｍａＸがθ□≦θ□、≦θ□の関係にあるか
否かを判断し、θ□≦θｍａＸ≦０ｎが成立する場合に
は先にウェハを回転することによって得られたステップ
７の最大値’ｍａＸの位置は平坦部の中に含まれる第５
図忙）のような状態であるので真の最大イ１へは優られ
ていないことになる。そこで基準として最小値ｅｍｉ。

を採用し、＃ｍ１ｎｌこ相当する角度θｍｉｎを偏位方
向（センタずれの方向）とし、これより９０度離れた点
（θｍｉｎ≦２７０度のときはθｍｉｎ＋９０度、θｍ
ｌ、＞２７０反ではθｍ１ｎ−９０反）の出力を中点ｌ
。とじて採用し、ウェハのセンタ偏位量△１ｌ＝１１ｃ
　　６ｍ１ｎ　を得る。この結果からウェハセンタの現
在位置座標（ｘ、ｙ）＝（Δ１ｓｉｎθｍｌ。、△ｌ　
００８０ｍ１ｎ）を得る。（但し、光センサ５ｂの方向
を±Ｘとする。）一方、出力ｌが最大値１ｍａＸとなる
角度θｍａＸ　　がθ、とθ。の間４こないときは平坦
部は他の位置にあるので、煙火偏位量としてステップ７
で得られたｌ　ｍａＸを採用し、偏位方向としてθｍａ
Ｘを採用する。（第５図ｆｂ）　、　（ｄ）　、　（ｅ
）のような場合、）次にｅｍａｘ　の９０度隣の点θｆ
が平坦部内にあるか否かの判定を行い、平坦部であれば
２７０度先４または９０度後）の位置をθ。としてその
ときのｌの値を、また平坦部でなければその点θｆをθ
。とじてそのときのｌの値をそれぞれ中点ｌ。として採
用し、ウェハの偏位量△（１＝１ｍａ、ｃ−β０を得る
。このとき、中点位置の角度θ。とじてはθｒｎａｘの
値によって平坦部の判断すべき位置θｆおよび中点とし
て採用すべき出力の該当する角度θ。は表１の通りであ
る。このときの検出器の出力波形の例を第７図に示すつ
／　　　　　　　　　　　　　ｌ 同図（ａｌは表９の１に［ｂｌ　Ｊｃ）は表７の２に、
（ｄｌは表τ表１ の３にそれぞれ相当する（但しθ１くθｆくθ□のとき
）。

上記の結果からウェハセンタの現在位置座標（ｘ、ｙ）
＝（△ｌ　ＣＯ３θｍａＸＩ△１ｓｉｎ　ａｍａｘ　）
を得る。

なお、上記はａｍａｘ位置を基準としたときのウェハ偏
位置および偏位方向を算出する方法の１例を示したもの
であり、この算出方法はＩＰｉｎを基準に考えるものや
標準正弦波と比較し、平坦部のデータにれから予測して
Ａ’ｍａｘ　−Ｎｍ１ｎ　−ｋ　を算出するものなどそ
の方法は任意である。

なお、上記においては、ＸＹ子テーブル用いて演算回路
８の出力に応じてウェハターンテーブル２全 てセンタ合せを行う例を説明したが、本発明はこのよう
な構造の装置番こ限定されるものではないっ例えばｘＹ
テーブルのかわりに一軸方回（例えばＸ軸）にのみ移動
可能なテーブルを用いてもよい。

この場合には前述の説明と同様Ｇこウェハを１回転させ
てウェハ中心の偏位置へｅと方向θとを算出し、センタ
合せに際してはまずウェハターンテーブルを偏位角度を
修正する方向（−〇）に回転し、偏位方向をＸ軸方向に
一致させた後にターンテーブル全体を一△ｌだけ移動す
るウ　（但し、順序はこの逆でもまた回転とＸ方向修正
とを同時に行ってもよい，）このようにするとき番ζは
ターンテーブル位置の修正は一軸のみでよくなるので構
造が簡単になるとともに制御も簡単になる。

さらに第１図に示した実施例では、ウェハターンテーブ
ル全体を水平方向に移動させ、また回転させることによ
ってセンタ合せと方向合せとを行ったが、本発明はこれ
に限るものではな（、偏差量を算出した後にウェハを一
旦ターンテーブルから持ちあげてターンテーブルと分離
し、この状態で水平方向１こ移動して再度ターンテーブ
ル蚤こ載せるような三次元のハンドリング手段を用いて
行うものでもよい。さらにウェハをセンタ合せした後に
別のステージ蔭ζ移載して加工を行うような場合には、
ウェハのセンタ位置の算出のみ端縁検出につづいて行な
い、センタ合せは移載時の移動量を装置間距離信号を補
正することによって行うようにすれば、センタ合せ工程
と移載工程とを一工程で行うことができるのでセンタ合
せ装置のウェハ移動手段を省略できるとともにタクトタ
イムを短縮できる。

第８図はこのようにした本発明の別の実施例を示す外形
図であり、ウェハのハンドリング手段として３次元ロボ
ットを用いている。

同図において２１はウェハのストッカであり、図示しな
い他ステージでまとめられたウェハが収納されている。

２２は加工ステージであり、センタ合せされたウェハに
所定の加工を施すための加工装置が設けられている．２
３は３軸（Ｘ軸＝水平方向、ヂ軸＝回転方向、２軸＝上
Ｆ方向）からなるロボットであり腕の先端にウェハを移
送するだめの爪をもっている．、２４はセンタ位置を検
出するための９工バセンタ検出機構であり、第１図の実
施例Ｉこおけるターンテーブル２、エツジ検出器５およ
びこれらの附属品から構成されている、２７はこれらを
搭載したベースである。また同図においては制御装置は
図示を省略しである。第８図の装置の動作を第９図のフ
ローチャートによって説明する。第８図の装置において
、まずロボット２３が腕を回転させてウェハストッカ２
１から９エバを１枚取り出し約１８００右回転してウェ
ハセンタ検出機構２４のターンテーブル２の上に降す。

ロボット２３の腕が退避した後シζワエハセンタ検出機
構のターンテーブル２１ζよってウェハが１回転し、エ
ツジ位置検出器５の出方によって前述の通りセンタ位置
が算出される。この算出結果を図示しないロボット２３
の制御回路に供給する。

ここでウェハｌにもし平坦部や切欠き部が設けられてい
て、この方向を一定の方向Ｉこ揃える必要があるときは
、先のエツジ位置検出操作によって得られた平坦部位置
方向信号（第６図のフロー図にターンテーブル２をさら
に回転させた後に、ロボット２３の爪によって９エバを
ターンテーブルから持ち上げて約９０変圧回転し、加工
ステージ２２に移載する。このときロボット２２による
ウェハの移動値をウェハセンタ検出機構２４と加工ステ
ージ２２との間の真の位置関係に対して先にセンタ位置
検出時に算出された信号によって補正した信号によって
決定すれば、加工ステージに移載されたウェハは加工ス
テージに対して正確にセンタ合せされた位置となる。

なお第８図の装置において、センタ位置検出操作）こよ
って偏心信号を得た後にロポツ）２３１ζよってウェハ
をターンテーブルから一旦もち上げて正 偏心信号憂ど応じてロボット２３のｌ軸、ｌ軸によって
移動させ、その後蚤こ再度ターンテーブルの上に降して
センタ合せを行う方法を採用してもよい。

〔発明の効果〕

上記のように本発明においては、ウェハを回転これから
ウェハの偏心量と方向とを算出し、この算出結果に応じ
てウェハを移動させる装置であるので、従来装置のよう
にワエノ）エツジを損傷することがなく、また９工１１
を摺動しないのでゴミの発生もなくなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は第１図
の装置の動作を説明するための７０−チャート、第３因
は第１図の実施例ｆこおける検出器５の部分を拡大して
示した図、第４図（ａｌおよび（ｂｌはセンサ５ｂの出
力の変化の様子を示す線図、第５図（ａｌは周縁部の一
部Ｉこ平坦部が設けられているウェハの例を示す平面図
、第５図（ｂ）ないしくｅ）は同図（ａｌのような形状
のワ二）１が種々の方向疹ζ偏心してターンテーブルに
載せられたときのエツジ位置検出器の出力波形の例を示
す線図、第６図は周縁部の一部に平坦部を有するワエ／
”１の偏心量と方向とを算出するときの７０−チャート
、第７図（ａｌｔいし［ｄ）は平坦部が中点の一つに含
まれるときのエツジ位置検出器の出力波形の例を示す線
図、第８図は本発明の別の実施例を示す外形図、第９図
は１・・・ウェハ、２・・・ターンテーブル、５・・・
９工／１エツジ検出器、５ａ・・・投光器、５ｂ・・・
光センサ、６・・・エンコーダ、７・・・記憶回路、８
・・・演算回路、９・・・サーボ制御回路、１０・・・
ＸＹテーブル、１１・−・ＸＹテーブル位置制御回路、
２１・・・ワエ／−１ストッカ、２３・・・ロボット、
２４・・・ワエノ１センタ検出機構。 代理人　弁理士　　中　井　　宏 第６図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円形に整形された半導体ウェハを載置し、回転させ
   るウェハ回転手段と、前記ウェハの端縁位置に関連する
   信号を非接触で得るエッジ位置検出器と、前記エッジ位
   置検出器の出力信号をウェハ回転角度に対応したデータ
   として所定回転角度毎に記憶する記憶手段と、前記記憶
   手段に記憶したウェハエッジ位置データを読み出してウ
   ェハエッジ位置信号の最大値または最小値と前記最大値
   および最小値に該当するウェハ回転角度とから前記ウェ
   ハの偏心量と方向とを算出する演算手段と、前記演算手
   段の出力に応じて前記ウェハの中心合せを行うウェハ駆
   動手段とを具備した半導体ウェハのセンタ合せ装置。 ２、前記ウェハ駆動手段は、前記ウェハを載置した回転
   手段全体を水平方向に移動させる手段である特許請求の
   範囲第１項に記載の半導体ウェハのセンタ合せ装置。 ３、前記ウェハ駆動手段は、前記ウェハ回転手段から前
   記ウエハを他に移載する機構であり、前記ウェハの中心
   合せはウェハの移載時のウェハ移動量を前記演算手段の
   出力にて補正することによって行う手段である特許請求
   の範囲第１項に記載の半導体ウェハのセンタ合せ装置。 ４、前記演算手段は、前記ウェハの偏心方向を前記ウェ
   ハの回転原位置に対する角度として算出する手段であり
   、前記ウェハ回転手段は前記ウェハをエッジ位置を検出
   するために前記ウェハを回転させた後に前記算出された
   偏心方向信号に応じて前記ウェハ駆動手段の特定の軸方
   向と前記偏心方向とが一致するまで前記ウェハをさらに
   回転させる手段であり、前記ウェハの中心合せは前記駆
   動手段の特定軸のみによって行う特許請求の範囲第１項
   に記載の半導体ウェハのセンタ合せ装置。 ５、円形に整形され該円周の一部に平坦部（または切欠
   き部）を有する半導体ウェハのセンタ合せ装置であって
   、前記ウェハを回転させるウェハ回転手段と、前記ウェ
   ハの端縁位置に関連する信号を非接触で得るエッジ位置
   検出器と、前記エッジ位置検出器の出力信号をウェハ回
   転角度に対応したデータとして所定回転角度毎に記憶す
   る記憶手段と、前記記憶手段に記憶したウェハエッジ位
   置データを読み出してウェハエッジ位置信号の最大値、
   最小値および変化率を演算し前記ウェハの偏心量、偏心
   方向および平坦部（または切欠部）の中心位置を算出す
   る演算手段と、前記演算手段の出力に応じて前記ウェハ
   の中心合せと平坦部（または切欠部）の中心を特定の角
   度に合せるためのウェハ駆動手段とを具備した半導体ウ
   ェハのセンタ合せ装置。