JP5452166B2 - アライナ装置、及びそれを備える半導体処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、重ねて配置される複数の基板を一緒にアライメントするアライナ装置、及びそれを備える半導体処理設備に関する。

半導体ウエハでは、前の工程の処理と後の工程の処置で方向を正確に合わせなければならないことがある。このような場合、後の工程の前に、アライナ装置によって、半導体ウエハの周方向の位置（即ち、角度位置）を予め調整（即ち、アライメント）しておくことが必要である。アライナ装置としては、半導体ウエハを一枚ずつアライメントするものが一般的であるが、２枚の半導体ウエハを同時にアライメントできるものがある。

２枚の半導体ウエハを同時にアライメントできるものとして、例えば、特許文献１に記載するようなアライメント装置がある。このアライメント装置では、２つ半導体ウエハが層状に重なって配置されている。各半導体ウエハの外周部には、ノッチが形成されており、アライメント装置は、ノッチを検出する２つのセンサを有している。２つのセンサは、最上層（例えば、第１層又第２層）及び最下層（第２層又は第３層）に配置された半導体ウエハの上方及び下方に夫々配置されている。２つのセンサは、反射型センサであり、最上層及び最下層の半導体ウエハに向かって光を照射して前記半導体ウエハからの反射光を受光するようになっており、受光量により半導体ウエハの外周部にあるノッチを検出するようになっている。アライメント装置は、ノッチを検出すると、そのノッチが周方向の特定位置にくるように半導体ウエハを旋回してアライメントを終了する

特開２００８−３００６０９号公報

反射型センサでは、一般的に、投光部が帯状のレーザ光を半導体ウエハに照射し、半導体ウエハで反射されたレーザ光を集光レンズにより受光部に集光し、集光された反射光の強弱（即ち、受光量）を検出するようになっている。ノッチが形成されている部分では反射光が少なく受光量が小さくなるため、受光量によりノッチの有無を検出することができるが、ガラス基板のような透明な基板の場合、基板からの反射光が少なく、ノッチの有無に起因する前記反射光の強弱の差が小さくなる。それ故、基板の外縁形状を検出することが難しく、基板のノッチの有無を検出ができないおそれがある。

このような透明な基板においてノッチの検出を可能にするために透過型センサを採用することが考えられる。この透過型センサでは、投光部と受光部とが互いに対向させて配置され、これら投光部と受光部との間に検出対象となる基板が配置される。この透過型センサは、投光部が帯状のレーザ光を基板に投光するようになっている。透明な基板の場合、投光部から投光されたレーザ光は、その殆どが基板を透過して受光部へと達するが、前記基板のエッジに当たるところだけが乱反射する。それ故、半導体ウエハのエッジと重なるところだけが受光することができず、レーザ光を受光できない位置を検出することで、基板の外縁形状を検出することができる。しかし、特許文献１に記載されるアライメント装置のように基板が２枚以上重ねられていると、下層及び上層の基板のうちのどちらの基板のエッジにより乱反射したか検出することは難しく、正確な基板の外縁形状を検出することができない。

そこで本発明は、透過型センサを用いたアライメント装置であって、他の基板の影響を受けることがなく従来技術より正確に外縁形状を検出できるアライメント装置を提供することを目的としている。

本発明のアライナ装置は、複数の基板を上下方向に重ねて配置された状態でアライメントするアライナ装置であって、前記上下方向に重ならないように互いに異なる位置に配置される複数の透過型センサを有し、該複数の透過型センサを用いて前記複数の基板の外縁形状を検出する検出手段と、前記複数の基板が上下方向に重ねて配置された状態で前記複数の基板の外縁形状を別々の透過型センサで検出させるべく、前記複数の基板の外縁部を前記互いに異なる透過型センサに夫々くるように、且つ前記各透過型センサの位置にて基板同士が上下方向に重ならないように前記複数の基板のうち少なくとも１つの基板を動かす移動手段とを備えるものである。

本発明に従えば、透過型センサを採用するので、透明な基板であってもアライメントすることができる。また、移動手段により少なくとも一つの基板を動かして、各検出手段において基板同士が重ならないようにしているので、基板の外縁形状を検出する際に他の基板の影響を受けることがなく、従来技術より正確な外縁形状を検出することができる。

上記発明において、前記透過型センサは、投光部と受光部とを有し、前記投光部は、前記受光部に向かって帯状の光を投光し、前記受光部は、複数の受光領域を有し、前記複数の受光領域での前記帯状の光の受光を個別に認識でき、且つ前記投光部との間に基板が入れられるようになっており、前記検出手段は、前記基板により受光できなくなった前記受光領域に基づき前記基板の外縁形状を検出するようになっていることが好ましい。

上記構成に従えば、投光部と受光部との間に基板が介在すると、基板に覆われた受光領域では受光しなくなる。それ故、この受光しなくなった受光領域の位置の位置に基づいて基板の外縁形状を検出することができ、検出作業が容易である。

上記発明において、前記移動手段は、前記基板が載せられるアームと、該アームを回動させる回動機構とを有し、前記アームは、前記回動機構により回動することで、前記基板を何れかの前記透過型センサに配置するようになっていることが好ましい。

上記構成に従えば、アームを回動させることで、各基板が検出手段に配置されるので、移動手段の構成が簡単であり、移動手段の小型化を図ることができる。

上記発明において、前記複数の基板を個別に回転する複数の回転駆動手段と、前記複数の検出手段で夫々検出される前記各基板の外縁形状に基づいて前記複数の回転駆動手段の回転を個別に制御する回転制御手段を更に有することが好ましい。

上記構成に従えば、複数の回転駆動機構が個別に動き、且つ回転制御手段により個別に制御することができる。それ故、複数の回転駆動機構を別々に駆動することで、複数の基板のアライメントを個別に行い、前記複数の基板を同時にアライメントすることができる。これにより、複数の基板のアライメントに必要な時間が短縮され、半導体処理の時間を短縮することができる。

上記発明において、前記移動手段は、動かすべく１つの前記基板を載置するための載置部を有し、前記載置部は、該載置部に載置される基板と、該基板と上下方向に隣接する前記基板との間隔がフープ内の隣接する基板同士の間の間隔と略同じになるように構成されていることが好ましい。

上記構成に従えば、フープ内に重ねて配置された基板をフープからそのままの状態で取り出して配置することができるので、フープからアライナ装置搬送する際に使用する搬送機器、例えば搬送ロボットの構成が簡単になる。

上記発明の半導体処置設備は、前述するいずれかのアライナ装置と、複数の基板を上下方向に重ねた状態で前記アライナ装置の検出手段に搬送する搬送ロボットとを備え、前記搬送ロボットは、複数の基板が一枚ずつ載置される複数のハンドと、前記複数のハンドを一体的に動かす駆動機構と、前記駆動機構の動きを制御する駆動制御装置とを有し、前記複数のハンドの各々の間隔は、前記駆動機構を上昇又は下降させたときにアライナ装置に上下方向に重ねて配置されている前記複数の基板が順番に前記複数のハンドによって取れるようになっており、前記駆動制御装置は、前記複数の基板を前記ハンドにより順番にとるにあたり、前記検出手段が取得した情報に基づいて、前記複数のハンド上に載置された前記基板の中心軸線の全てが一致した状態となるように前記駆動機構を動かしながら複数の基板を前記ハンドにより順番に取るように前記駆動機構を制御するようになっているものである。

上記構成に従えば、搬送ロボットは、アライナ装置でアライメントされた複数の基板を取りに行く際、複数の基板を１つずつ順番にハンドによって取ることができる。各々の基板を取りに行く際、複数の基板の中心軸線が互いに一致するようにハンドの動きが制御される。それ故、アライナ装置から取られた複数の基板の中心軸線を一致させることができる。

本発明によれば、透過型センサを用いても、他の基板の影響を受けることがなく従来技術より正確に外縁形状を検出できる。

第１実施形態のアライナ装置を上方から見た平面図である。 図１のアライナ装置を正面から見た正面断面図である。 図１のアライナ装置を右方から見た右側断面図である。 図２に示す第１及び第２の回転駆動機構を拡大して示す拡大断面図である。 図１のアライナ装置を左方から見たときの第１透過型センサを拡大して示す拡大断面図である。 搬送ロボット及びフープを示す正面図である。 第２実施形態のアライナ装置を正面から見た正面断面図である。 図７のアライナ装置を上方から見た平面図である。 芯合わせ機構を拡大して示す拡大図である。

以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の実施形態である２つのアライナ装置１，１００について説明する。なお、実施形態における上下等の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、アライナ装置１，１００に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。

＜第１実施形態＞
図１に示す第１実施形態のアライナ装置１は、図示しない半導体処理設備に備わっている。半導体処理設備には、半導体ウエハ１０を格納するフープ（ＦＯＵＰ）４９（図６参照）と、半導体ウエハを搬送する搬送ロボット２（図６参照）とが備わっている。フープ４９には、複数の半導体ウエハ１０が積層するように上下に重ねて格納されており、搬送ロボット２は、フープ４９から複数の半導体ウエハ１０を取り出すようになっている。搬送ロボット２は、取り出した複数の半導体ウエハ１０を、熱処理、不純物導入処理、薄膜形成処理、リソグラフィー処理、洗浄処理及び平坦化処理等の各種プロセス処理を施すための処理部へと搬送するが、これらのプロセス処理をする前に、複数の半導体ウエハ１０の周方向の位置を調整（即ち、アライメント）するために複数の半導体ウエハ１０をアライナ装置１に搬送する。

アライナ装置１は、図１乃至図３に記載されるように、大略的に直方体状の基台３を有しており、基台３の上部には、第１及び第２の回転駆動機構４，５が設けられている。図４に示すように、第１の回転駆動機構４は、電動モータ６を有している。電動モータ６は、その出力軸６ａが減速ギア７に歯合しており、この減速ギア７には、ターンテーブル８が設けられている。ターンテーブル８は、円板状に形成され、その上部がカバー９によって覆われており、このカバー９の上に半導体ウエハ１０を載せることができるようになっている。

また、減速ギア７及びターンテーブル８には、それらの中心軸線に沿って管体１１が貫通している。管体１１の先端は、ターンテーブル８から表出し、カバー９に覆われている。カバー９には、円弧状に形成され複数の吸着孔９ａがあり、コンプレッサ等の機器により管体１１の基端から空気を強制的に抜くことで、カバー９の上に載せられた半導体ウエハ１０が吸着されるようになっている。吸着された状態で電動モータ６を駆動することで、半導体ウエハ１０がターンテーブル８の中心軸線回りに回転する。

第２の回転駆動機構５もまた、図４に示すように第１の回転駆動機構４と同様の構成を有しており、第２の回転駆動機構５の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。以下では、第１の回転駆動機構４に載置する半導体ウエハ１０Ａといい、第２の回転駆動機構５に載置する半導体ウエハ１０Ｂという場合がある。

第１及び第２の回転駆動機構４，５は、電動モータ６が基台３内に配置され、ターンテーブル８が基台３の外側に表出し、ターンテーブル８の中心軸線が略垂直になるように基台３の上部に設けられている。基台３の上部には、段差３ａが形成されており、この段差３ａにより基台３の幅方向（図１の左右方向）の左側部分３ｂが右側部分３ｃよりも低くなっている。左側部分３ｂには、第１の回転駆動機構４が配置され、右側部分３ｃには、第２の回転駆動機構５が配置されている。このように配置することで、第１の回転駆動機構４と第２の回転駆動機構５のカバー９の上面（即ち、載置面）に高低差を生じさせて、これら２つのカバー９に載せられた半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが互いに当たらないようにしている。

更に、基台３の上部には、第１及び第２の回転駆動機構４，５に夫々対応させて第１及び第２透過型センサ１２，１３が設けられている。第１透過型センサ１２は、図５に示すように、投光部１４と受光部１５とを有している。投光部１４は、基台３内に配置されている。投光部１４は、図示しないレーザ素子から発射されたレーザ光をシリンドリカルレンズにより帯状に広げ、帯状のレーザ光（図３及び図５の３点鎖線参照）にして外方に投光するようになっている。投光部１４から投光された帯状のレーザ光は、基台３に形成されるレーザ光用孔３ｄを通って受光部１５に達する。受光部１５は、基台３の外側に配置され、投光部１４に鉛直方向に対向している。受光部１５は、いわゆるラインセンサであり、複数の受光素子を有する。これら複数の受光素子は、投光部１４から投光される帯状のレーザ光が照射される領域に一列に並べて配置され、各受光素子が１つの受光領域を構成する。各受光素子は、レーザ光を受光し、各受光領域に照射されるレーザ光の強弱（即ち、受光量）を検出するようになっている。

このように構成される第１透過型センサ１２は、基台３の上部の左側部分３ｂに設けられており、その投光部１４と受光部１５との間に第１の回転駆動機構４に載置された半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａが挿入されるように配置されている。投光部１４では、帯状のレーザ光が半導体ウエハ１０Ａの半径方向に延びて横長になるようにシリンドリカルレンズ等の位置が調整されており、また、受光部１５の受光素子は、帯状のレーザ光の形状に対応させて半導体ウエハ１０Ａの半径方向に一列に配置されている。各受光素子における受光量は、そのレーザ光が半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａにより遮られているか否かにより大きく変化し、受光量が大きく変化するところが半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａとなる。第１透過型センサ１２では、外縁部１０ａの一部分しか検出できないため、第１の回転駆動機構４により半導体ウエハ１０を回転させながら半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａを連続的に検出することで、半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａの形状、即ち外縁形状を検出することができる。

第１透過型センサ１２は、制御装置１６に電気的に接続されており、前述する半導体ウエハの外縁形状は、第１透過型センサ１２と制御装置１６とが協働して検出する。具体的には、検出手段である制御装置１６は、第１の回転駆動機構４により半導体ウエハ１０Ａを回転させながら投光部１４にレーザ光を投光させて、受光部１５にてレーザ光を受光させる。制御装置１６は、この際に得られた受光量に関する情報を受光部１５から取得し、この情報に基づいて各受光素子の受光量を演算する。そして、各受光素子の受光量に基づいて、制御装置１６が半導体ウエハ１０Ａの外縁形状を検出する。

第２透過型センサ１３もまた、図３に示すように第１透過型センサ１２と同様の構成を有しており、第２透過型センサ１３の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第２透過型センサ１３は、基台３の上部の右側部分３ｃに設けられており、その投光部１４と受光部１５との間に第２の回転駆動機構５に載置された半導体ウエハ１０Ｂの外縁部１０ａが挿入できるように配置されている。また、第２透過型センサ１３において、投光部１４では、帯状のレーザ光が半導体ウエハ１０Ｂの半径方向に延びて横長になるようにシリンドリカルレンズ等の位置が調整されており、受光部１５の受光素子は、帯状のレーザ光の形状に対応させて半導体ウエハ１０Ｂの半径方向に一列に配置されている。

また、第２透過型センサ１３は、第１透過型センサ１２と同様に制御装置１６に接続されている。制御装置１６は、第２の回転駆動機構５にも接続されており、第２の回転駆動機構５によりそこに載置された半導体ウエハ１０Ｂを回転駆動し、第２透過型センサ１３と協働して前記半導体ウエハ１０Ｂの外縁形状を検出するようになっている。

このように２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状を検出できるアライナ装置１では、図１及び図３に示すように第１及び第２透過型センサ１２，１３が基台３の左右に離して設けられており、外縁形状を検出する際に２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが投光部１４上で重ならないようになっている。即ち、外縁形状を検出する際に、２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが第１及び第２透過型センサ１２，１３の各々で重ならないように配置されている。これにより、投光部１４から投光された各レーザ光を遮るものは、対応する半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂだけになる。それ故、他方の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの影響を受けることなく、一方の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状を正確に検出することができる。

半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂには、ノッチ１０ａ（又はオリエンテーションフラット（以下、単に「オリフラ」ともいう））が形成されている。制御装置１６は、検出された半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状に基づいてノッチ１０ａ（又はオリフラ）の位置を特定し、このノッチ１０ａ（又はオリフラ）が半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの周方向の所定位置（即ち、所定角度位置）に配置されるように第１及び第２の回転駆動機構４，５の回転を制御装置１６が制御する。ノッチ１０ａ（又はオリフラ）が前記所定位置にくると、制御装置１６は、第１及び第２の回転駆動機構４，５の駆動を停止し、アライメントを終了する。

このようにアライメントするアライナ装置１には、前述の通り、搬送ロボット２（図６参照）によって半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが搬送されてくる。搬送ロボット２により搬送される２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂは、フープ４９からそのままの状態で取り出されるので、上下に間隔をあけて重ねられている。搬送ロボット２は、この状態のまま２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを第１の回転駆動機構４上まで搬送し、下側の半導体ウエハ１０Ａを第１の回転駆動機構４に載せる。このようにして搬送された半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁部１０ａは、共に第１透過型センサ１２の投光部１４及び受光部１５の間に挿入されている。アライナ装置１には、これら２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂのうち半導体ウエハ１０Ｂを第２の回転駆動機構５まで動かすために移動ユニット２１が備わっている。

移動手段である移動ユニット２１は、昇降機構２２を有している。昇降機構２２は、いわゆるエアシリンダー機構であり、基台３内で回動可能に垂設された基部２３を有し、この基部２３には、昇降軸２４が設けられている。昇降軸２４は、基部２３に対して垂直方向に進退できるようになっている。昇降軸２４の先端側は、基台３から外側に突出しており、昇降軸２４の先端には、アーム２５が固定されている。アーム２５は、大略的に短冊状になっており、その基端側２５ａが昇降軸２４に固定され、先端側に載置部２５ｂが形成されている。載置部２５ｂは、大略Ｃ字状になっており、その内径は、第２の回転駆動機構５のカバー９の外形より大きくなっている。

このように構成される昇降機構２２は、エアを給排気することで昇降軸２４が昇降し、アーム２５が上下方向に動くようになっており、エアの給排気は、制御装置１６によって制御される。このように昇降軸２４が昇降する昇降機構２２の基部２３には、回動機構２６が設けられている。

回動機構２６は、基部２３をその中心軸線回りに回動させるための機構であり、シリンダ２８とピストン２９とを有する。シリンダ２８は、水平方向に延在しており、その基端部２８ａが上下方向に垂直な軸線回りに回動可能に基台３に支持されている。シリンダ２８の先端部２８ｂには、ピストン２９が挿入されており、水平方向に進退できるようになっている。ピストン２９の基端側には、隔壁２９ａが設けられており、この隔壁２９ａは、シリンダ２８内の空間を第１及び第２空間２８ｃ，２８ｄに分断している。ピストン２９の先端部２９ｂは、連結部３０を介して基部２３に連結されている。連結部３０は、基部２３の外周部から突出するように延びており、ピストン２９の先端部２９ｂに揺動可能に連結されている。

このように構成される回動機構２６では、シリンダ２８が切換弁３１を介してエアポンプ３２に接続されている。切換弁３１は、いわゆる電磁切換弁であり、制御装置１６に電気的に接続されている。切換弁３１は、制御装置１６からの指令に応じて、スプール３１ａを中立位置３１Ａから第１又は第２オフセット位置３１Ｂ，３１Ｃに移動させるようになっている。中立位置では、第１及び第２空間２８ｃ，２８ｄが遮断され、エアポンプ３２からのエアを大気に戻すようになっている。これによりピストン２９の位置が維持される。第１オフセット位置３１Ｂでは、第１空間２８ｃがエアポンプ３２に接続され、第２空間２８ｄが大気に開放されてピストン２９が収縮するように動く。第２オフセット位置３１Ｃでは、第２空間２８ｄがエアポンプ３２に接続され、第１空間２８ｃが大気に開放されてピストン２９が収縮するように動く。シリンダ２８の基端部２８ａが揺動可能に支持され、またピストン２９の先端部２９ｂが連結部３０に揺動可能に連結されているので、ピストン２９が収縮することで昇降機構２２が反時計回り（図１の矢符Ｆ１参照）に回り、ピストン２９が膨張することで昇降機構２２が時計回り（図１の矢符Ｆ２参照）に回る。

基台３には、第１及び第２のリミットスイッチ３３，３４が設けられており、昇降機構２２が反時計回りに回ってアーム２５の載置部２５ｂが第２の回転駆動機構５上まで達すると、連結部３０により第１のリミットスイッチ３３が押され、逆に昇降機構２２が時計回りに回ってアーム２５の載置部２５ｂが第１の回転駆動機構４上まで達すると、連結部３０により第２のリミットスイッチ３４が押されるようになっている。第１又は第２のリミットスイッチ３３，３４は制御装置１６に接続されており、制御装置１６は、第１又は第２のリミットスイッチ３３，３４が押されると、切換弁３１のスプール３１ａを中立位置３１Ａに戻して回動機構２６の駆動を止める。これにより、半導体ウエハ１０Ｂを第２の回転駆動機構５上に動かし、また第２の回転駆動機構５上に動かした半導体ウエハ１０Ｂを第１の回転駆動機構４上まで戻すことができる。

次に、アライナ装置１に半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを搬送する搬送ロボット２について説明する。搬送ロボット２は、図６に示すようにロボット用基台４１を有する。ロボット用基台４１は、設置面４２に固定されており、そこには上下方向に昇降可能な昇降軸４３が設けられている。昇降軸４３の上端部には、第１アーム４４が回動可能に設けられている。更に、第１アーム４４の先端部には、第２アーム４５が進退可能に設けられており、第２アーム４５の先端面４５ａには、第１及び第２ハンド４６，４７が略水平方向に延在している。これら２つのハンド４６，４７は、垂直方向に互いに間隔をあけて配置されており、この間隔ｄ１は、フープ４９に格納される半導体ウエハの間隔と異なっており、本実施形態において間隔ｄ１は、フープ４９に格納される半導体ウエハの間隔より広くなっている。このように構成される昇降軸４３、第１アーム４４及び第２アーム４５は、ロボット用制御装置４８によりその駆動が制御されている。

このように構成される搬送ロボット２は、昇降軸４３、第１アーム４４及び第２アーム４５を動かしてフープ４９から半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを取り出し、取り出した半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを第１の回転駆動機構４上へと搬送する。アライナ装置１では、予めアーム２５が第１の回転駆動機構４上に配置されている。第１の回転駆動機構４上に配置されたアーム２５の載置部２５ｂの上面と第１の回転駆動機構４の載置面との間隔ｄ３は、フープ４９に格納される半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの間隔ｄ２と同じだけ離されている。それ故、搬送ロボット２が第２アーム４５を下降させると、搬送された半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが順に第１の回転駆動機構４及びアーム２５の載置部２５ｂに載置される。このように、アライナ装置１では、第２アーム４５に２つのハンド４６，４７を固定したような簡単な構成の搬送ロボット２でも２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを第１の回転駆動機構４及びアーム２５の載置部２５ｂに載置できる。

２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが第１の回転駆動機構４及びアーム２５の載置部２５ｂに夫々載置されると、制御装置１６は、切換弁３１に指令を与えてスプール３１ａを中立位置３１Ａから第１オフセット位置３１Ｂに動かし、アーム２５を反時計回りに回動させる。回動させてから暫くすると、半導体ウエハ１０Ｂは、第１透過型センサ１２から脱出する。脱出したところで、制御装置１６は、昇降機構２２を駆動してアーム２５を上昇させ、載置部２５ｂの下面を第２の回転駆動機構５の載置面より高く上げる。上昇させた後も、制御装置１６は、アーム２５を回動させて半導体ウエハ１０Ｂを第２の回転駆動機構５上へと移動させ、半導体ウエハ１０Ｂの外縁部１０ａを第２透過型センサ１３へと入れ込む。

半導体ウエハ１０Ｂが第２の回転駆動機構５上に達すると、制御装置１６は、スプール３１ａを中立位置３１Ａに戻してアーム２５の回動を止める。そして、昇降機構２２を駆動してアーム２５を下降させる。アーム２５の載置部２５ｂは、その内側に第２の回転駆動機構５のカバー９を挿通させながら下降していく。やがて半導体ウエハ１０Ｂが第２の回転駆動機構５に載置され、載置された後、暫くすると、制御装置１６は、昇降機構２２の駆動を停止する。こうすることで、半導体ウエハ１０Ｂが第２の回転駆動機構５に載置される。

載置されたところで、制御装置１６は、第１及び第２の回転駆動機構４，５を駆動して半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを回転させる。回転させることで、制御装置１６は、第１及び第２透過型センサ１２，１３と協働して複数のレーザ光半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状を連続的に検出する。外縁形状の検出は、例えば、外縁部１０ａの各所が基準位置からどの程度離れているかを検出するようになっている。このように検出された外縁形状に基づき、制御装置１６は、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂに形成されるノッチ１０ａ（又はオリフラ）の位置、及び半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの偏芯の度合いを特定する。特定した後、制御装置１６は、第１及び第２の回転駆動機構４，５を個別に動かし、前記ノッチ１０ａ（又はオリフラ）が半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの所定位置に配置する。所位置に配置することで半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂのアライメトが終了する。

このようにアライナ装置１では、透過型センサ１２，１３を用いているので、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂのような不透明な基板だけでなく、ガラス基板のような透明な基板であってもアライメントすることができる。また、移動ユニット２１により半導体ウエハ１０Ｂを動かすことで、第１及び第２透過型センサ１２，１３における半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁部１０ａの重なりを防いでいる。第１及び第２透過型センサ１２，１３における外縁部１０ａの重なりを無くすことで、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状を検出する際に他の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの影響を受けることがなく、従来技術より正確な外縁形状を検出することができる。

このような作用効果は、本実施の形態のようなラインセンサに限らず、複数のレーザ素子から投光されたレーザ光をレンズ等の集光手段によって集光し、集光されたレーザ光の受光量を受光部で検出するような簡易の透過型センサであっても達成し得る。それ故、アライナ装置１に用いられる第１及び第２透過型センサは、ラインセンサに限られない。

もっとも、ラインセンサである第１及び第２透過型センサ１２，１３は、レーザ光を受光できる受光素子及び受光できない受光素子の位置に基づいて半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状を検出するようになっているので、受光素子の受光の有無により外縁形状が検出でき、検出作業が容易である。これに対して、簡易化された透過型センサや従来技術の反射型センサの場合、受光部の受光量により半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁形状がどのようになっているかを推定する。そのため、正確な外縁形状を検出することができない。それ故、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを正確にアライメントするためには、本実施形態のようなラインセンサを用いることが好ましい。

このラインセンサは、簡易化された透過型センサや従来技術の反射型センサに比べて構成が複雑であり、投光部１４及び受光部１５の外形寸法が大きい。透過型センサを採用する場合、各半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを挟むように投光部１４及び受光部１５を配置しなければならない。搬送ロボット２で搬送される２つの半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの間隔ｄ１は、約１０ｍｍ程度であり、このように配置される２つの半導体ウエハの間に、第１及び第２透過型センサ１２，１３の投光部１４又は受光部１５を配置することは難しく、従来のアライメント装置では、第１及び第２透過型センサ１２，１３を採用することができない。これに対して、本実施形態のアライナ装置１では、移動ユニット２１によって半導体ウエア１０Ｂをずらすことで、各半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを投光部１４及び受光部１５で挟むことができるようになり、第１及び第２透過型センサ１２，１３を採用することができるようになる。

また、制御装置１６が第１及び第２の回転駆動機構４，５を個別に動かすことができるので、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを同時にアライメントすることができる。これにより、複数の半導体ウエハをアライメントするのに必要な時間が短縮され、半導体処理の時間を短縮することができる。

前述のように前記ノッチ１０ａ（又はオリフラ）を半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの所定位置（所定角度位置）に配置すると、制御装置１６は、再び昇降機構２２を駆動してアーム２５を上昇させ、載置部２５ｂに半導体ウエハ１０Ｂを載せる。制御装置１６は、載せた後もアーム２５を上昇させ、アーム２５の下面を第２の回転駆動機構５の載置面より高く上げる。上げた後、制御装置１６は、スプール３１ａを中立位置３１Ａから第２オフセット位置３１Ｃに移動させて、アーム２５を時計回りに回動させる。回動させてから暫くして半導体ウエハ１０Ｂが第２透過型センサ１２から完全に脱出すると、昇降機構２２によりアーム２５を下降させる。アーム２５の上面と第１の回転駆動機構４の載置面との間隔ｄ３が間隔ｄ２になると、制御装置１６は、昇降機構２２の駆動を停止する。制御装置１６は、下降させた後も、アーム２５を回動させて半導体ウエハ１０Ｂを第１の回転駆動機構４上へと移動させる。半導体ウエハ１０Ｂが第１の回転駆動機構４上に達すると、制御装置１６は、スプール３１ａを中立位置３１Ａに戻してアーム２５の回動を止める。

このように半導体ウエハ１０Ｂが第１の回転駆動機構４上に達すると、搬送ロボット２が２つの半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを取りに行く。その際、搬送ロボット２は、各ハンド４６，４７の規定位置に各半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの中心軸が配置されるように、第１及び第２アーム４４，４５により各ハンド４６，４７の姿勢を調整する。姿勢の調整は、ロボット用制御装置４８により行われる。ロボット用制御装置４８は、制御装置１６に電気的に接続されており、制御装置１６から検出された偏芯の度合いを取得するようになっている。ロボット用制御装置４８は、各半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの度合いに基づいて各ハンド４６，４７の姿勢を決定し調整するようになっている。

このように半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂとの位置を調整しながら半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂを取りに行く２つのハンド４６，４７は、それらの間隔ｄ１がアーム２５の上面と第１の回転駆動機構４の載置面との間隔ｄ２と異なっているので、ハンド４６，４７には、２つの半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが順番に載せられることになる。これにより、姿勢の調整は、ハンド４６，４７毎に別々に行うことができ、搬送ロボット２とアライナ装置１と協働させることで２つの半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの中心軸線を共に基準位置へと配置し、一致させることができる。

このようにアライナ装置１では、搬送ロボット２と協働することで、２つの半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの中心軸線を一致させることができ、２つの半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの偏芯を抑えることができる。これにより、アライナ装置１の後処理において、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの位置ズレを抑えることができる。

＜第２実施形態＞
図７及び図８に示す第２実施形態のアライナ装置１００は、第１実施形態のアライナ装置１と同様の構成を採用している部分がある。同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。アライナ装置１００は、基台１０１を備えている。基台１０１は、その幅方向に２つのブロック体１０１ａ，１０１ｂを有し、断面Ｕ字状に形成されている。これらブロック体１０１ａ，１０１ｂの間には、第１及び第２の回転駆動機構１０４，１０５が設けられている。

第１の回転駆動機構１０４は、電動モータと減速機とから成る駆動ユニット１０６を有し、この駆動ユニット１０６によりターンテーブル１０７をその中心軸線回りに回動させるようになっている。ターンテーブル１０７には、図示しないが第１実施形態と同様にカバー９及び管体１１が設けられ、ターンテーブル１０７上に載置される半導体ウエハ１０Ａが吸着されるようになっている。このように構成される第１の回転駆動機構１０４は、移動ユニット１０８に載せられている。移動ユニット１０８は、２つのブロック体１０１ａ，１０１ｂの間に配置されている。

移動ユニット１０８は、ピストン１０９とシリンダ１１０とを有している。ピストン１０９の先端部は、ブロック体１０１ｂの壁面に固定されており、基端側は、シリンダ１１０に挿入されている。ピストン１０９の基端部には隔壁１１１があり、この隔壁１１１によりシリンダ１１０内の空間が第１空間１１０ａと第２空間１１０ｂとに分断されている。また、ピストン１０９には、圧縮コイルばね１１２が外装され、圧縮コイルばね１１２は、シリンダ１１０を初期位置に戻すように付勢している。

このよう構成される移動ユニット１０８では、シリンダ１１０が切換弁３１を介してエアポンプ３２に接続されている。切換弁３１は、制御装置１６の指令に応じてスプール３１ａを移動させる。スプール３１ａが第１オフセット位置３１Ｂに移動すると、ピストン１０９が伸長してシリンダ１１０がブロック体１０１ｂから離れるようにスライドする。逆に、スプール３１ａが第２オフセット位置３１Ｃに移動すると、ピストン１０９が収縮してシリンダ１１０がブロック体１０１ｂの方へとスライドする。このようにスライドさせることできるシリンダ１１０に第１の回転駆動機構１０４は、載置されて固定されている。固定された第１の回転駆動機構１０４は、ターンテーブル１０７の上面、即ち載置面がブロック体１０１ａ，１０１ｂの上面より高くなっており、その載置面に半導体ウエハ１０Ａが載せられる。それ故、シリンダ１１０をスライドさせることで半導体ウエハ１０Ａを幅方向に移動させることができる。

第２の回転駆動機構１０５は、電動モータ１１３を備えている。電動モータ１１３は、図示しない減速機を介して第１のプーリー１１４に接続されており、この第１のプーリー１１４を回転させるようになっている。第１のプーリー１１４は、ベルト１１５を介して第２のプーリー１１６に接続されており、ベルト１１５を介して回動力を第２のプーリー１１６に伝達するようになっている。第２のプーリー１１６には、ターンテーブル１１７が設けられている。このようにして設けられたターンテーブル１１７は、第１の回転駆動機構１０４のターンテーブル１０７よりも高い位置に配置され、それら２つのターンテーブル１０７，１１７の間は、フープ４９に格納される半導体ウエハの間隔ｄ２と同じ間隔ｄ３離されている。また、ターンテーブル１１７の中心軸線は、第２のプーリー１１６の中心軸線と一致しており、この中心軸線回りに回転するようになっている。さらに、この中心軸線は、シリンダ１１０が初期位置にあるときの第１の回転駆動機構４におけるターンテーブル１０７の中心軸線に一致している。

このように第１及び第２の回転駆動機構１０４，１０５が設けられる基台１０１の各ブロック体１０１ａ，１０１ｂの上部には、第１及び第２透過型センサ１２，１３が夫々設けられている。第１透過型センサ１２は、第２の回転駆動機構１０５に載置された半導体ウエハ１０Ｂの外縁部１０ａが入るように配置されている。そのため、シリンダ１１０が初期位置に配置されているとき、第２回転駆動機構１０５に載置された半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａも第１透過型センサ１２に入るようになっているが、移動ユニット１０８を駆動させてシリンダ１１０を初期位置から所定位置まで動かすと、前記半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａは、第１透過型センサ１２から脱出する。第２透過型センサ１３は、第１透過型センサ１２に対して幅方向に対向するように設けられ、移動ユニット１０８を駆動させてシリンダ１１０を初期位置から所定位置まで動かすと、前記半導体ウエハ１０Ａの外縁部１０ａが入るようになっている（図７の２点鎖線参照）。

このように移動ユニット１０８を駆動してシリンダ１１０を所定位置まで動かすと、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外縁部１０ａが他方の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂに重なることなく第１及び第２透過型センサ１２，１３に入ることになる。このようにして入れられた半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂに関して、制御装置１６は、第１及び第２の回転駆動機構１０４，１０５を回転させながら第１及び第２透過型センサ１２，１３により外縁形状を検出し、この検出された外縁形状に基づいて半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂに形成されたノッチ１０ａ（又はオリフラ）の位置を調整する、即ちアライメントする。位置を調整した後、制御装置１６は、切換弁３１のスプール３１ａを第１オフセット位置３１Ｂに移動させて、シリンダ１１０を初期位置へと戻す。

このように初期位置に戻した後、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの中心軸線を基準位置に合わせるために、アライナ装置１００には、芯合わせ機構１２０が備わっている。芯合わせ機構１２０は、図９に示すように芯合わせ用シリンダ１２１を有する。芯合わせ用シリンダ１２１には、２つの芯合わせ用ピストン１２２が挿入されている。これら２つの芯合わせ用ピストン１２２は、それらの軸線が一致し、エアの給排気により互いに反対方向に伸縮できるようになっている。２つの芯合わせ用ピストン１２２の先端には、ガイドピン１２３が夫々設けられている。２つのガイドピン１２３は、垂直方向に延在しており、芯合わせ用ピストン１２２が収縮することで間隔が狭まるようになっている。

このように構成される２つの芯合わせ機構１２０は、例えば、基台１０１の上方に設けられ、それらの間に第１及び第２透過型センサ１２，１３が配置されるように幅方向の直交方向に間隔をあけて配置されている。芯合わせ機構１２０は、初期状態で芯合わせ用ピストン１２２が伸長しており、２つのガイドピン１２３の間が半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの外径よりも開いている。半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂが第１及び第２の回転駆動機構１０４，１０５に載せられてアライメントされ、シリンダ１１０が初期位置へと戻されると、芯合わせ用ピストン１２２を収縮させる。これにより、図９の矢印で示すように２つのガイドピン１２３の間が狭くなっていく。２つの芯合わせ機構１２０に備わる４つのガイドピン１２３は、芯合わせ用ピストン１２２がストロークエンドに達した時に各々の基準位置からの距離が一致するようになっている。それ故、芯合わせ用ピストン１２２を収縮させてガイドピン１２３の間隔を狭くしていくと、半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂの中心軸線が基準位置に合わせられる。こうして、中心軸線が合わせられた半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂは、搬送ロボット２により取られて後続するプロセス処理へと搬送される。

このようにして構成されるアライナ装置１００は、第１実施形態のアライナ装置１００と同様の作用効果を奏する。

第１及び第２実施形態では、２枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂをアライメント可能なアライナ装置１，１００について説明したが、３枚以上の半導体ウエハ１０をアライメントできるように構成してもよい。その場合、移動ユニット２１、１０８の個数を増やすことで実現できる。また、第１及び第２実施形態では、一枚の半導体ウエハ１０Ａ，１０Ｂのうち一方の半導体ウエハ１０Ｂだけが動くようになっているが、他方の半導体ウエハ１０Ａも動かすような構成であってもよい。

第１実施形態では、回動機構２６がピストン２９とシリンダ２８とによって構成されているが、モータ等の電動機で構成してもよい。この場合、減速機やベルト等の伝動部材を介して電動機により基部２３を回動させるようにすればよい。

なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

以上のように、本発明は、重ねて配置される複数の半導体ウエハを一緒にアライメントするアライナ装置、及びそれを備える半導体処理設備に適用することができる。

１ アライナ装置
２ 搬送ロボット
４ 第１の回転駆動機構
５ 第２の回転駆動機構
１０Ａ 半導体ウエハ
１０Ｂ 半導体ウエハ
１０ａ 外縁部
１２ 第１透過型センサ
１３ 第２透過型センサ
１６ 制御装置
２１ 移動ユニット
２５ アーム
２５ｂ 載置部
４９ フープ
１００ アライナ装置
１０４ 第１の回転駆動機構
１０５ 第２の回転駆動機構
１０８ 移動ユニット

Claims (6)

1. 複数の基板を上下方向に重ねて配置された状態でアライメントするアライナ装置であって、
   前記上下方向に重ならないように互いに異なる位置に配置される複数の透過型センサを有し、該複数の透過型センサを用いて前記複数の基板の外縁形状を検出する検出手段と、
   前記複数の基板が上下方向に重ねて配置された状態で前記複数の基板の外縁形状を別々の透過型センサで検出させるべく、前記複数の基板の外縁部が前記互いに異なる透過型センサに夫々くるように、且つ前記各透過型センサの位置にて基板同士が上下方向に重ならないように前記複数の基板のうち少なくとも１つの基板を動かす移動手段とを備えることを特徴とするアライナ装置。
2. 前記透過型センサは、投光部と受光部とを有し、
   前記投光部は、前記受光部に向かって帯状の光を投光し、
   前記受光部は、複数の受光領域を有し、前記複数の受光領域での前記帯状の光の受光を個別に認識でき、且つ前記投光部との間に基板が入れられるようになっており、
   前記検出手段は、前記基板により受光できなくなった前記受光領域に基づき前記基板の外縁形状を検出するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のアライナ装置。
3. 前記移動手段は、前記基板が載せられるアームと、該アームを回動させる回動機構とを有し、
   前記アームは、前記回動機構により回動することで、前記基板を何れかの前記透過型センサに配置するようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアライナ装置。
4. 前記複数の基板を個別に回転する複数の回転駆動手段と、
   前記複数の検出手段で夫々検出される前記各基板の外縁形状に基づいて前記複数の回転駆動手段の回転を個別に制御する回転制御手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至３の何れか１つに記載のアライナ装置。
5. 前記移動手段は、動かすべく１つの前記基板を載置するための載置部を有し、
   前記載置部は、該載置部に載置される基板と、該基板と上下方向に隣接する前記基板との間隔がフープ内の隣接する基板同士の間の間隔と略同じになるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載のアライナ装置。
6. 請求項１乃至５に記載のアライナ装置と、
   複数の基板を上下方向に重ねた状態で前記アライナ装置の検出手段に搬送する搬送ロボットとを備え、
   前記搬送ロボットは、複数の基板が一枚ずつ載置される複数のハンドと、前記複数のハンドを一体的に動かす駆動機構と、前記駆動機構の動きを制御する駆動制御装置とを有し、
   前記複数のハンドの各々の間隔は、前記駆動機構を上昇又は下降させたときにアライナ装置に上下方向に重ねて配置されている前記複数の基板を順番に前記複数のハンドによって取れるようになっており、
   前記駆動制御装置は、前記複数の基板を前記ハンドにより順番にとるにあたり、前記検出手段が取得した情報に基づいて、前記複数のハンド上に載置された前記基板の中心軸線の全てが一致した状態となるように前記駆動機構を制御するようになっていることを特徴とする半導体処理設備。

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