特許 7597603 ウエハ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】ウエハ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/68 20060101AFI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 F

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021020739

(22)【出願日】2021-02-12

(65)【公開番号】P2022123417

(43)【公開日】2022-08-24

【審査請求日】2023-09-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 哲平

【審査官】境 周一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１９３３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９１３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８８１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１９０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２３７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８８０９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１９２８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１１０８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６３３９７３０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転方向の位置を特定する目印が設けられたウエハを保持して、保管場所から処理位置まで移送するロボットアームと、
前記処理位置に設けられ、前記ロボットアームとの間でウエハの受け渡しを行うステージと、
前記保管場所から前記処理位置まで、前記ロボットアームがウエハを移送する経路の途中で、前記ロボットアームに保持されたウエハの目印の位置情報を取得する位置情報取得器と、
前記位置情報取得器で取得された目印の位置情報に基づいて、前記ロボットアームに保持されたウエハの回転方向の姿勢を検出し、ウエハを前記ステージに受け渡した後に、検出結果に基づいて前記ステージを制御して、ウエハの回転方向の位置合わせを行う制御装置と
を備えたウエハ処理装置。

【請求項2】

前記処理位置を内部に含み、前記ロボットアームに保持されたウエハの搬出入を行う搬出入口を有する処理室を、さらに備え、
前記位置情報取得器は、前記搬出入口を通過するウエハの画像を取得するラインセンサを含む請求項１に記載のウエハ処理装置。

【請求項3】

前記位置情報取得器は、前記ロボットアームに保持されたウエハの二次元画像を取得する撮像装置を含む請求項１に記載のウエハ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハをロボットアームで処理室内のステージ上に移送し、ウエハに対する処理を行うウエハ処理装置が知られている（特許文献１参照。）。半導体ウエハには、ウエハの結晶方位を特定するためのオリエンテーションフラット、ノッチ等の目印が設けられている。ロボットアームは、保管場所からウエハを取り出し、一旦、アライナまで移送する。アライナでウエハの回転方向の位置決めを行った後、ロボットアームがアライナからウエハを取り出し、処理室内のステージ上に移送する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－７７７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されたウエハ処理装置においては、ウエハの保管場所から処理室までの移送の途中に、ロボットアームとアライナとの間でウエハの受け渡しを行わなければならない。アライナでウエハの回転方向の位置決めを行っても、アライナからロボットアームにウエハを戻すときに位置ずれが生じてしまう場合がある。また、受け渡し時にウエハが損傷を受ける可能性がある。

【0005】

本発明の目的は、ウエハを保管場所から処理位置に移送する途中に、ロボットアームとアライナとの間でウエハの受け渡しを行う必要がないウエハ処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によると、
回転方向の位置を特定する目印が設けられたウエハを保持して、保管場所から処理位置まで移送するロボットアームと、
前記処理位置に設けられ、前記ロボットアームとの間でウエハの受け渡しを行うステージと、
前記保管場所から前記処理位置まで、前記ロボットアームがウエハを移送する経路の途中で、前記ロボットアームに保持されたウエハの目印の位置情報を取得する位置情報取得器と、
前記位置情報取得器で取得された目印の位置情報に基づいて、前記ロボットアームに保持されたウエハの回転方向の姿勢を検出し、ウエハを前記ステージに受け渡した後に、検出結果に基づいて前記ステージを制御して、ウエハの回転方向の位置合わせを行う制御装置と
を備えたウエハ処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

ウエハがロボットアームに保持された状態でウエハの目印の位置情報を取得するため、ウエハの目印の位置情報を取得するためのウエハの受け渡しを行う必要がない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施例によるウエハ処理装置の概略平面図である。

【図2】図２は、図１の一点鎖線２―２における概略断面図である。

【図3】図３は、一実施例によるウエハ処理装置によるウエハ処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】図４は、他の実施例によるウエハ処理装置によるウエハ処理の手順を示すフローチャートである。

【図5】図５は、図４に示した実施例において、ロボットアームに保持されたウエハが搬出入口を通過した後の状態を示す概略平面図である。

【図6】図６は、さらに他の実施例によるウエハ処理装置の概略平面図である。

【図7】図７は、さらに他の実施例によるウエハ処理装置のステージの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１～図３を参照して、本願発明の一実施例によるウエハ処理装置について説明する。
図１は、一実施例によるウエハ処理装置の概略平面図である。本実施例によるウエハ処理装置は、ロボット室１０及び処理室３０を有する。ロボット室１０の内部空間と処理室３０の内部空間とは、開閉可能な搬出入口４０を介して繋がっている。

【0010】

ロボット室１０内に、ロボットアーム１１が配置されている。また、ロボット室１０に、ウエハ５０を保管するための保管場所１５が設けられている。保管場所１５には、例えば複数のウエハ５０が収納されたウエハカセットが配置される。一方の保管場所１５に未処理のウエハ５０が保管され、他方の保管場所１５に処理済のウエハ５０が保管される。ウエハ５０には、ウエハ５０の回転方向の位置（結晶軸方位）を特定する目印５１が設けられている。目印５１として、例えばオリエンテーションフラット、ノッチ等が用いられる。

【0011】

ロボットアーム１１は、その基部を中心として回転可能であるとともに、伸縮可能である。ロボットアーム１１は、例えば基部に取り付けられた第１リンク１１Ａ、第１リンク１１Ａの先端に関節を介して連結された第２リンク１１Ｂ、及び第２リンク１１Ｂの先端に関節を介して取り付けられたロボットハンド１１Ｃを含む。図１において、実線で示されたロボットアーム１１は、例えば標準姿勢の状態を示しており、破線で示されたロボットアーム１１は、先端のロボットハンド１１Ｃが搬出入口４０を通過して処理室３０内に進入した状態を示している。

【0012】

処理室３０内にステージ３１が配置されている。ステージ３１に複数の昇降可能なリフトピン３３が設けられている。リフトピン３３を上昇させた状態で、リフトピン３３とロボットアーム１１との間でウエハ５０の受け渡しが行われる。リフトピン３３を下降させてウエハ５０を真空吸着することにより、ウエハ５０がステージ３１に固着される。ステージ３１にウエハ５０を保持した状態でウエハ５０に対する処理が行われる。ステージ３１によってウエハ５０が保持された位置を、ウエハ５０の処理位置３２ということとする。

【0013】

ロボットアーム１１は、ロボットハンド１１Ｃにウエハ５０を載せて保管場所１５と処理位置３２との間でウエハ５０を移送する。ウエハ５０を処理室３０内に搬入するとき、または処理室３０からウエハ５０を搬出するときに、搬出入口４０が開かれる。

【0014】

搬出入口４０に沿ってラインセンサ２１が設けられている。ラインセンサ２１は、ウエハ５０が搬出入口４０を通過するときに、ウエハ５０をスキャンする。ラインセンサ２１によるスキャン結果が、画像データとして制御装置２０に入力される。この画像データには、ウエハ５０に設けられた目印５１が写り込んでおり、目印５１の位置情報を含んでいる。すなわち、ラインセンサ２１は、ウエハ５０に設けられた目印５１の位置情報を取得する位置情報取得器として機能する。

【0015】

制御装置２０は、ロボットアーム１１の動作、搬出入口４０の開閉、ラインセンサ２１のスキャン動作、ステージ３１のリフトピン３３の昇降動作を制御する。さらに、制御装置２０は、ラインセンサ２１から取得した画像データを解析することにより、ロボットハンド１１Ｃに対するウエハ５０の相対的な中心位置、及び目印５１の回転方向の位置を検出する。

【0016】

図２は、図１の一点鎖線２―２における概略断面図である。ロボット室１０の内部空間と処理室３０の内部空間とが、搬出入口４０を介して相互に繋がっている。搬出入口４０の上側の縁に、ラインセンサ２１が取り付けられている。

【0017】

処理室３０内に配置されたステージ３１が、移動機構３５及び回転機構３６により、処理室３０の底面に支持されている。移動機構３５は、Ｘ方向移動機構３５Ｘ及びＹ方向移動機構３５Ｙを含む。Ｘ方向移動機構３５Ｘ及びＹ方向移動機構３５Ｙは、それぞれ水平面内で相互に直交するｘ方向及びｙ方向に回転機構３６を移動させる。回転機構３６は、ステージ３１を水平面内で回転させる。ステージ３１の上に、処理対象のウエハ５０が保持される。図２は、リフトピン３３が下降してウエハ５０がステージ３１に吸着された状態を示している。

【0018】

処理室３０の天面に、レーザ透過窓３８が取り付けられている。レーザ光学系２５から出力されたレーザビームがレーザ透過窓３８を透過して、ステージ３１上のウエハ５０に入射する。図２において、レーザビームの経路を模式的に白抜きの矢印で表している。ウエハ５０にレーザビームが入射することにより、例えば活性化アニール等の処理が行われる。

【0019】

搬出入口４０を通って処理室３０内にロボットアーム１１の先端が進入することにより、ステージ３１とロボットアーム１１との間で、ウエハ５０の受け渡しが行われる。図２において、ウエハ５０の搬入方向を実線の矢印で表している。ウエハ５０が搬出入口４０を通過するときに、ラインセンサ２１によって画像データが取得される。取得された画像データが制御装置２０に入力される。制御装置２０が、移動機構３５及び回転機構３６を制御する。

【0020】

図３は、本実施例によるウエハ処理装置によるウエハ処理の手順を示すフローチャートである。図３に示した各手順は、制御装置２０がロボットアーム１１、ステージ３１のリフトピン３３、及び回転機構３６を制御することにより実行される。

【0021】

まず、ロボットアーム１１が未処理のウエハ５０を保管場所１５（図１）から取り出す（ステップＳＡ１）。ウエハ５０を保管場所１５から取り出した後、ウエハ５０の移送を開始する（ステップＳＡ２）。ウエハ５０の移送中に、制御装置２０が、ウエハ５０の回転方向の位置を特定する目印５１の位置情報を取得する（ステップＳＡ３）。具体的には、制御装置２０は、ラインセンサ２１を制御してウエハ５０をスキャンし、スキャン結果である画像データを取得する。

【0022】

制御装置２０は、ラインセンサ２１から画像データを取得すると、画像解析を行うことにより、ロボットハンド１１Ｃに対するウエハ５０の中心位置及び目印５１の回転方向の位置を検出する。この検出処理と並行して、ロボットアーム１１からステージ３１に、ウエハ５０を引き渡す（ステップＳＡ４）。このとき、ステージ３１に対するウエハ５０の水平方向に関する位置合わせを行う。

【0023】

その後、制御装置２０は、回転機構３６（図２）を制御することにより、ウエハ５０の回転方向の位置合わせを行う（ステップＳＡ５）。この位置合わせは、画像データの解析により得られた目印５１の回転方向の位置の検出結果に基づいて行う。

【0024】

ウエハ５０の水平方向及び回転方向の位置合わせが完了した後、ウエハ５０にレーザビームを入射させてアニール処理を行う（ステップＳＡ６）。アニール処理が完了すると、ロボットアーム１１が処理済のウエハ５０をステージ３１から引き取り、処理済ウエハ用の保管場所１５まで移送する（ステップＳＡ７）。

【0025】

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、ウエハ５０を保管場所１５から処理位置３２まで移送する途中に、ロボットアーム１１でウエハを保持している状態で、ウエハ５０の目印５１の位置情報を取得する。目印５１の位置情報を取得するためのアライナ等とロボットアーム１１との間でウエハ５０の受け渡しを行う必要がないため、ロボットアーム１１とアライナ等との間でウエハ５０の受け渡し時に発生し得る位置ずれが防止される。また、ロボットアーム１１がウエハ５０の受け渡しを行うアライナ等を設置する必要がないため、装置の小型化を図ることができる。また、ウエハ５０の受け渡し回数が削減されるため、受け渡し時にウエハ５０が受ける損傷を抑制することができる。

【0026】

次に、上記実施例の変形例によるウエハ処理装置について説明する。
上記実施例によるウエハ処理装置は、ウエハ５０の活性化アニールに用いられるが、その他のレーザアニールに用いることも可能である。例えば、アモルファス半導体膜の結晶化アニールに用いることも可能である。また、上記実施例では、ウエハ５０が半導体ウエハである例を示したが、ウエハ５０は半導体ウエハである必要はない。例えば、ガラス基板、サファイア基板等の絶縁性のウエハであってもよい。

【0027】

上記実施例では、ラインセンサ２１を搬出入口４０に沿って取り付けているが、他の位置に取り付けてもよい。例えば、未処理のウエハ５０の保管場所１５からウエハ５０を取り出すときのウエハ５０の通過経路とラインセンサ２１の複数のセンサの並び方向とが、に、平面視において直交するようにラインセンサ２１を取り付けてもよい。

【0028】

上記実施例によるウエハ処理装置においては、ロボットアーム１１でウエハ５０を保持した状態で取得した目印５１の位置情報に基づいて、ウエハ５０の回転方向の位置合わせを行ったが、必ずしもウエハ５０を回転させて位置合わせを行う必要はない。ウエハ５０をロボットアーム１１に保持した状態で取得した目印５１の位置情報を利用して、ウエハ５０の回転を行うことなく、ウエハ５０に対する処理を行ってもよい。

【0029】

次に、図４及び図５を参照して他の実施例によるウエハ処理装置について説明する。以下、図１～図３に示した実施例によるウエハ処理装置と共通の構成については説明を省略する。

【0030】

図４は、本実施例によるウエハ処理装置によるウエハ処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳＡ１からステップＳＡ３までの手順は、図３に示した実施例によるウエハ処理装置で行われる手順と同一である。図３に示した実施例では、ウエハ５０をステージ３１に引き渡した後（ステップＳＡ４）、ステージ３１を回転させることによりウエハ５０の回転方向の位置合わせを行う（ステップＳＡ５）。これに対して本実施例では、ロボットアーム１１の姿勢を制御することによってウエハ５０の回転方向の位置合わせを行い、位置合わせが完了した状態でロボットアーム１１からステージ３１にウエハ５０を引き渡す（ステップＳＢ１）。

【0031】

その後のステップＳＡ６及びステップＳＡ７の手順は、図３に示した実施例によるウエハ処理装置で行われる手順と同一である。

【0032】

図５は、ロボットアーム１１に保持されたウエハ５０が搬出入口４０を通過した後の状態を示す概略平面図である。ウエハ５０の全域が搬出入口４０を通過した時点で、制御装置２０がラインセンサ２１から、ウエハ５０に設けられた目印５１の位置情報を取得し、ウエハ５０の回転方向の位置を検出する。制御装置２０は、ロボットアーム１１の姿勢を制御することにより、ロボットアーム１１に保持されたウエハ５０の回転方向の位置を調整する。

【0033】

例えば、図１に示した実施例では、ロボットアーム１１からステージ３１にウエハ５０を引き渡すとき、平面視においてロボットアーム１１の基部の回転中心とステージ３１の幾何中心とを結ぶ直線上に、第２リンク１１Ｂとロボットハンド１１Ｃとを連結する関節が位置する。これに対して図５に示した実施例では、第２リンク１１Ｂとロボットハンド１１Ｃとを連結する関節を、ロボットアーム１１の基部の回転中心とステージ３１の幾何中心とを結ぶ直線Ｌからずらすことにより、ウエハ５０の回転方向の位置合わせを行う。

【0034】

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においても図１～図３に示した実施例と同様に、ロボットアーム１１とアライナ等との間のウエハ５０の受け渡し時に発生し得る位置ずれの防止、装置の小型化、ウエハ５０が受ける損傷の抑制等の効果が得られる。さらに、本実施例では、ステージ３１を回転させてウエハ５０の回転方向の位置合わせを行う必要がない。このため、ステージ３１を回転させるための回転機構３６（図２）を設けなくてもよい。さらに、本実施例では、ウエハ５０をステージ３１に引き渡した後に、ウエハ５０の回転方向の位置合わせを行う必要がないため、スループットの向上を図ることが可能である。

【0035】

次に、図６を参照してさらに他の実施例によるウエハ処理装置について説明する。以下、図１～図３に示した実施例によるウエハ処理装置と共通の構成については説明を省略する。

【0036】

図６は、本実施例によるウエハ処理装置の概略平面図である。図１に示した実施例では、ウエハ５０の目印５１の位置情報を取得する位置情報取得器としてラインセンサ２１を用いている。これに対して本実施例では、位置情報取得器として二次元画像データを得る撮像装置２２が用いられる。撮像装置２２は、ロボットアーム１１がウエハ５０を保管場所１５から処理位置３２まで移送する経路の途中で、ロボットアーム１１に保持されたウエハ５０を撮像し、二次元画像データを生成する。撮像装置２２で生成された二次元画像データが制御装置２０に入力される。例えば、ロボットアーム１１が、未処理のウエハ５０の保管場所１５からウエハ５０を取り出した状態で、ウエハ５０が撮像装置２２の画角内に配置される。

【0037】

制御装置２０は、撮像装置２２から取得した二次元画像データを解析することにより、ウエハ５０の目印５１の回転方向の位置を検出する。

【0038】

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においても図１～図３に示した実施例と同様に、ロボットアーム１１とアライナ等との間のウエハ５０の受け渡し時に発生し得る位置ずれの防止、装置の小型化、ウエハ５０が受ける損傷の抑制等の効果が得られる。

【0039】

次に、図７を参照してさらに他の実施例によるウエハ処理装置について説明する。以下、図１～図３に示した実施例によるウエハ処理装置と共通の構成については説明を省略する。

【0040】

図７は、本実施例によるウエハ処理装置のステージ３１の平面図である。図２に示した実施例では、回転機構３６によってステージ３１が回転することにより、ステージ３１に保持されたウエハ５０が回転する。これに対して図７に示した実施例では、複数のリフトピン３３が回転機構３４に支持されており、回転機構３４によって複数のリフトピン３３がステージ３１の幾何中心を回転中心として公転する。

【0041】

リフトピン３３を上昇させた状態でウエハ５０を保持し、リフトピン３３を公転させることにより、ウエハ５０の回転方向の位置合わせを行うことができる。

【0042】

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においても図１～図３に示した実施例と同様に、ロボットアーム１１とアライナ等との間のウエハ５０の受け渡し時に発生し得る位置ずれの防止、装置の小型化、ウエハ５０が受ける損傷の抑制等の効果が得られる。さらに本実施例では、リフトピン３３の下降動作と回転機構３４によるリフトピン３３の公転とを並行して実行することができる。このため、ウエハ５０の回転方向の位置合わせ及び保持の所要時間を短くすることができる。

【0043】

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。

【符号の説明】

【0044】

１０ ロボット室
１１ ロボットアーム
１１Ａ 第１リンク
１１Ｂ 第２リンク
１１Ｃ ロボットハンド
１５ ウエハの保管場所
２０ 制御装置
２１ ラインセンサ
２２ 撮像装置
２５ レーザ光学系
３０ 処理室
３１ ステージ
３２ ウエハの処理位置
３３ リフトピン
３４ 回転機構
３５ 移動機構
３５Ｘ ｘ方向移動機構
３５Ｙ ｙ方向移動機構
３６ 回転機構
３８ レーザ透過窓
４０ 搬出入口
５０ ウエハ
５１ ウエハに設けられた目印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】