DE3506782A1

DE3506782A1 - DEVICE FOR ALIGNING THE EDGES OF A WAFER

Info

Publication number: DE3506782A1
Application number: DE19853506782
Authority: DE
Inventors: Jere D. Wilton Conn. Buckley; Daniel N. Norwalk Conn. Galburt
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: SVG Lithography Systems Inc
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1985-10-10
Anticipated expiration: 2005-02-27
Also published as: GB2157078B; JPS60218853A; GB2157078A; DE3506782C2; JPH0556653B2; GB8502075D0

Description

Gerät zum Ausrichten der Kanten einer WaferDevice for aligning the edges of a wafer

Beschreibungdescription

Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen ist es notwendig, die Silikonwafer vorzujustieren, bevor sie der Bearbeitungsstation zugeführt werden. In derIn the manufacture of integrated circuits it is necessary to pre-align the silicon wafer before they are fed to the processing station. In the

Bearbeitungsstation wird die Wafer dann feinjustiert, 10Processing station, the wafer is then fine-tuned, 10

bevor ein Schaltkreismuster darauf erzeugt wird. Die Vorjustierung ist insofern wichtig, als daß die Wafer genau genug positioniert werden muß, damit sie innerhalb dem Bereich des FeinJustiermechanismus liegt.before a circuit pattern is created on it. The pre-alignment is important in that the wafers must be positioned accurately enough that it is within the range of the fine adjustment mechanism.

Bisher erhältliche VorJustiergeräte setzen voraus, daß die Wafer zentriert werden muß, d.h. zunächst in X-Y-Richtung ausgerichtet wird, bevor die Winkelausrichtung vorgenommen wird. Das liegt daran, daß es vorkommt, daß eine Wafer bis zu 1,7 cm (1/2 inch) dezentriert der Vor-Pre-adjustment devices available up to now require that the wafer must be centered, i.e. first aligned in the X-Y direction, before the angular alignment is made. This is because it happens that a wafer is up to 1.7 cm (1/2 inch) off-center from the front

Justierstation.zugeführt wird, so daß sie außerhalb dem Bereich liegt, der von gegenwärtig erhältlichen Winkelausrichtungsschemen liegt.Adjustment station. Is fed so that they are outside the Range that falls within currently available angular alignment schemes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Pro-The object of the present invention is to

bleme zu umgehen.to work around bleme.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein genaues Vorjustiergerät, in dem die Wafer winkelausgerichtet werden kann, ohne daß zuvor die Wafer inFor this purpose, the invention creates an accurate pre-adjustment device, in which the wafer can be angularly aligned without first having the wafers in

X-Y-Richtung zentriert werden muß. Mit anderen Worten schafft die Erfindung einen Vorjustierer, der eine Wafer hinsichtlich der Winkel ausrichten kann, ohne daß eine damit verbundene Station zur X-Y-Zentrierung benötigt wird.X-Y direction must be centered. In other words, the invention provides a pre-adjuster that has a Can align wafers in terms of angles without the need for an associated station for X-Y centering will.

Das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Welle, eine Einrichtung zum Drehen der Welle und eineThe apparatus according to the present invention comprises a shaft, means for rotating the shaft and a

Vakuumeinrichtung, die der Welle zugeordnet ist, um die Wafer während der Drehung der Welle festzuhalten. Eine Lichtquelle und eine lichtempfindliche Anordnung sind auf gegenüberliegenden Seiten der Wafer angeordnet. Wenn die Wafer um eine volle Umdrehung gedreht worden ist, erfaßt der Sensor die Kante der Wafer und erzeugt ein Signal, welches ein Maß für die Exzentrizität, d.h. den Abstand der Wafer vom Mittelpunkt in X-Y-Richtung angibt. Das Signal gibt außerdem die Winkelposition der Wafer an, in dem eine Abflachung oder eine Einkerbung der Wafer erfaßt wird. Der Sensor , der verwendet wird, ist so geartet, daß er eine lineare Erstreckung aufweist, so daß sichergestellt ist, daß der Schatten, den die Lichtquelle mit der Kante der Wafer wirft, innerhalb des Blickfeldes des Sensors liegt. Das von dem Sensor erzeugte Signal wird an einen Computer gegeben, wo es zur Berechnung der X-Y-Position und der Winkelorientierung der Wafer verwendet wird.Vacuum device associated with the shaft to hold the wafers in place while the shaft is rotating. A light source and a photosensitive arrangement are arranged on opposite sides of the wafers. When the wafer has been rotated a full revolution, the sensor detects the edge of the wafer and creates a signal which is a measure of the eccentricity, i.e. the distance of the wafer from the center in the X-Y direction indicates. The signal also indicates the angular position of the wafer in which there is a flat or a notch the wafer is captured. The sensor that is used is such that it has a linear extension, so that it is ensured that the shadow that the light source casts on the edge of the wafer is within the field of view of the sensor. The signal generated by the sensor is sent to a computer, where it is used to calculate the X-Y position and the angular orientation of the wafer is used.

Da die Winkelorientierung der Wafer dann bekannt ist, kann die Welle so gedreht werden, daß sie die Wafer entsprechend der gewünschten Winkelausrichtung ausrichtet. Die Information, die die X-Y-Position der Wafer angibt, kann dazu verwendet werden, die Wafer zu zentrieren, wenn sie zur nächsten Station übergeführt wird.Since the angular orientation of the wafer is then known, the shaft can be rotated to align the wafers according to the desired angular orientation. The information indicating the X-Y position of the wafers can be used to center the wafers, when it is transferred to the next station.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert und beschrieben.The invention is further explained and described below with reference to the drawing.

Figur 1 zeigt teilweise schematisch in einem Blockdiagramm ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel undFIG. 1 shows an exemplary embodiment according to the invention, partially schematically in a block diagram and

Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.FIG. 2 shows a graph for a better understanding of the present invention.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Gerät zur Vorjustierung einer Wafer dargestellt und mit 10 bezeichnet. Es umfaßt eine Wellenanordnung 11. Die WellenanordnungIn FIG. 1, a device according to the invention for pre-adjusting a wafer is shown and denoted by 10. It comprises a shaft assembly 11. The shaft assembly

11 umfaßt ein Gehäuse 12. Eine Welle 13 ist innerhalb des Gehäuses 12 mit Hilfe von herkömmlichen Lagern 14 und 15 drehbar befestigt. Ein Ende des Schaftes 13 umfaßt ein schalenförmiges Element 15. Die Welle 13 besitzt im Inneren einen Kanal 16, der mit einer Röhre 18 über den Kanal 17 in dem Gehäuse 12 in Verbindung steht. Eine Wafer 19, die auf das Element 15 gebracht worden ist, kann darauf auf diese Art und Weise durch ein Vakuum gehalten werden, welches in der Mitte des schalenförmigen Elementes 15 über die Kanäle 16 und 17 und die Röhre 18 erzeugt werden kann.11 includes a housing 12. A shaft 13 is inside of the housing 12 with the aid of conventional bearings 14 and 15 rotatably mounted. One end of the shaft 13 comprises a cup-shaped element 15. The shaft 13 has a channel 16 inside, which communicates with a tube 18 via the channel 17 in the housing 12 stands. A wafer 19 which has been brought onto the element 15 can thereupon through a vacuum can be maintained, which in the middle of the cup-shaped element 15 via the channels 16 and 17 and the tube 18 can be created.

Am anderen Ende der Welle 13 ist ein Steuermotor 12 angeordnet, der dazu verwendet wird, die Welle 13 zu drehen, wenn er von dem Motortreiber 21 energiebeaufschlagt wird. Am anderen Ende der Welle 13 ist ein Funktionsdrehmelder 22 angeordnet, welcher die Winkelorientierung der Welle 13 angibt. Dieses Signal wird auf einen Signalprozessor 23 gegeben und dort in eine genaue Anzahl von einzelnen Winkelpositionen des Schaftes 13 digitalisiert, d.h., eine Zahl, die die Winkellage der Welle 13 alle 10 bis 20 Bogensekunden angibt, wird für die Welle festgestellt und als Eingang an den Rechner 27 gegeben. Ein solcher Funktionsdrehmeider und die Steuerelektronik sind bekannte, im Handel erhältliche Bauteile. Auf der einen Seite der Wafer 19 ist eine Lichtquelle 24, die z.B. eine Licht emittierende Diode, eine Laserdiode oder irgendeine andere herkömmliche Lichtquelle sein kann, angeordnet. Auf der anderen Seite der Wafer ist im wesentlichen im Gang des Lichtstrahles von der Lichtquelle 24 ein Lichtsensor 25 angeordnet, der z.B. eine Ladungsverschiebeelementreihe (CCD) sein kann. Die Lichtquelle 24 und der Lichtsensor 25 sind an einer Stelle angeordnet, an der ungefähr die Positionierung der Kante der Wafer 19 zu erwarten ist, so daß die Lichtquelle 24 den Schatten der Kante der Wafer 19 entweder direkt auf den Lichtsensor 25 oder indirekt über eine Abbildungsoptik wirft.At the other end of the shaft 13, a control motor 12 is arranged, which is used to drive the shaft 13 to rotate when energized by the motor driver 21. At the other end of the shaft 13 is a Functional resolver 22 is arranged, which indicates the angular orientation of the shaft 13. This signal will given to a signal processor 23 and there in an exact number of individual angular positions of the The shaft 13 is digitized, i.e. a number that shows the angular position of the shaft 13 every 10 to 20 arc seconds indicates is determined for the shaft and given as an input to the computer 27. Such a functional lathe and the control electronics are well known, commercially available components. On one side of the wafer 19 is a light source 24 such as a light emitting diode, a laser diode, or any other conventional one Light source can be arranged. On the other side the wafer is essentially in the path of the light beam Arranged from the light source 24 is a light sensor 25 which may be a charge transferring element row (CCD), for example can. The light source 24 and the light sensor 25 are arranged at a location at which approximately the positioning the edge of the wafer 19 is to be expected, so that the light source 24 the shadow of the edge of the wafer 19 throws either directly onto the light sensor 25 or indirectly via imaging optics.

Die Länge des Lichtsensors 25 ist so gewählt, daß er den Schatten der Kante der Wafer 19 über einen breiten Exzentrizitätsbereich einfängt, d.h. die Wafer 19 kann 2,27 oder noch mehr cm außerhalb des Zentrums liegen, wenn sie zu der Welle 13 geführt wird. Ein solcher Sensor ist eine Ladungsverschiebeelementenreihe (CCD-Reihe), wie sie von Texas Instruments hergestellt wird, z.B. unter der Bezeichnung TC1O3. Ein solches Ladungsver-Schiebeelement besitzt eine Nachweislänge von 2,54 cm oder mehr und umfaßt 2000 oder mehr einzelner Elemente. Ein solches Element ist daher in der Lage, große Unterschiede in der Exzentrizität von beispielsweise 1,27 cm oder noch mehr zu bewältigen, d.h. das Maß, mit dem dieThe length of the light sensor 25 is chosen so that it covers the shadow of the edge of the wafer 19 over a wide area Captures the eccentricity area, i.e. the wafer 19 can lie 2.27 or more cm outside the center, when it is guided to the shaft 13. One such sensor is a charge shifting element row (CCD row), as manufactured by Texas Instruments, e.g. under the designation TC1O3. Such a charge shifting element has a detection length of 2.54 cm or more and comprises 2000 or more individual elements. Such an element is therefore capable of large differences in the eccentricity of, for example, 1.27 cm or even more to cope with, i.e. the degree to which the

Wafer dezentriert ist, wenn sie zu dem Vorjustiertisch 15Wafer is off-center when it comes to the pre-adjustment table 15th

gebracht wird. Die darstellten Linsen, die zwischen der Lichtquelle 24 und der Wafer 19 angeordnet sind, richten Licht in einer radialen Linie über die Kante der Wafer. Wahlweise Linsen zwischen der Wafer undis brought. The lenses shown, which are arranged between the light source 24 and the wafer 19, direct light in a radial line across the edge of the wafer. Optional lenses between the wafer and

dem Lichtsensor sorgen für eine telezentrische Abbilde Uthe light sensor ensure a telecentric image U

dung des Lichtstrahls auf den Lichtsensor. Dadurch entsteht ein im wesentlichen auf die nachweisenden Bereiche gebündelter Lichtstrahl, so daß der Schatten der Kante, der auf die nachweisende Oberfläche des Lichtsensors geworfen wird, scharf begrenzt ist.application of the light beam to the light sensor. This essentially creates a focus on the areas to be detected focussed light beam, so that the shadow of the edge falling on the detecting surface of the light sensor is thrown is sharply delimited.

Um dies zu erreichen, können auch andere Linsenanordnungen verwendet werden. Wenn die Welle das Licht verändert, wird der Sensor 25 periodisch elektronisch abgetastet und erzeugt dadurch ein analoges Ausgangs-Other lens arrangements can be used to accomplish this. When the wave is the light changed, the sensor 25 is periodically scanned electronically and thereby generates an analog output

signal.signal.

Das analoge Ausgangssignal des Lichtsensors 25 wird an den Signalverarbeitungsschaltkreis 26 der linearenThe analog output signal of the light sensor 25 is sent to the signal processing circuit 26 of the linear

Reihe abgegeben, wo es digitalisiert und in eine Reihe 35Row, where it is digitized and put into a row 35

von Zahlen umgewandelt wird. Jede Zahl gehört zu einer Waferkantenposition bei einem gegebenen Wellenwinkel, der als Eingang in den Rechner 27 eingelesen wird.is converted from numbers. Each number corresponds to a wafer edge position at a given shaft angle, which is read into the computer 27 as an input.

Die digitalisierte Information des Signalverarbeitungsschaltkreises 26 wird an den Rechner 27 abgegeben, wie er z.B. unter der Bezeichnung Intel 8088 von der c Intel Corporation erhältlich ist.The digitized information of the signal processing circuit 26 is transferred to the computer 27, as it is, for example, under the designation Intel 8088 from the c Intel Corporation.

Der digitalisierte lineare Ausgang und die zugehörigen Daten des Funktionsdrehmelders für den Wellenwinkel werden in dem Rechner 27 gespeichert,bis eine vollständige Umdrehung der Wafer erfolgt ist. Der Rechner 27 hat dann genügend Information, die X-Y-Position und die Winkelausrichtung der Wafer zu berechnen.The digitized linear output and the associated data of the function detector for the shaft angle are stored in the computer 27 until a complete Rotation of the wafer has taken place. The computer 27 then has enough information, the X-Y position and calculate the angular orientation of the wafers.

Da die gewünschte Winkelausrichtung der Wafer 19 eineSince the desired angular orientation of the wafer 19 is a

,_ bekannte Größe ist und im Dauerspeicher des Rechners lb, _ is known size and in the permanent memory of the computer lb

abgelegt werden kann, kann dann der Motortreiber 21 angesteuert werden, um die Wafer in die gewünschte Winkelausrichtung zu drehen.can be stored, the motor driver 21 can then be controlled to put the wafers in the desired Rotate angular alignment.

Da die Exzentrizität oder Abweichung in der X-Y-Position vom Zentrum ebenfalls vom Rechner 27 errechnet worden ist, kann diese Information an eine X-Y-Station abgegeben werden, um sie so zu positionieren, daß die Wafer, wenn sie dort hin übergeführt wird, zentriert ist.Since the eccentricity or deviation in the X-Y position from the center has also been calculated by the computer 27 this information can be sent to an X-Y station in order to position it so that the wafers, when it is transferred there, it is centered.

Wie zuvor erwähnt, macht die Verwendung eines Licht-25 As mentioned earlier, using a light makes 25

sensors, der in der Lage ist, die Waferkante über einen großen Exzentrizitätsbereich zu erfassen, die Verwendung einer integralen X-Y-Station unnötig und schafft so eine universelle Wafervorjustiereinrichtung,sensors, which is able to detect the wafer edge over a large eccentricity range, the Use of an integral X-Y station unnecessary and thus creates a universal wafer pre-alignment device,

die bezüglich der Hardware unabhängig von der Wafer-30 which is independent of the wafer 30 in terms of hardware

geometrie ist. Da die Wafer bei einem typischen System an eine Vorjustiereinrichtung mit unbekannter Winkelausrichtung und bis zu 1,27 cm dezentriert abgegeben wird, gibt die vorliegende Erfindung demgegenüber eine Methode an, mit der eine Wafer hinsichtlich der Winkelausrichtung exakt justiert werden kann, ohne daß zuerst die Zentrierung der Wafer erforderlich ist.geometry is. Since the wafers in a typical system are attached to a pre-alignment device with an unknown angular orientation and is dispensed up to 1.27 cm off-center, the present invention provides a method to counter this with which a wafer can be precisely adjusted with regard to the angular alignment without first having to use the Centering the wafer is required.

Figur 2 zeigt das Signal, das man beim Abrastern der Kanten der Wafer 19 durch den Lichtsensor 25 erhält.FIG. 2 shows the signal that is obtained when the edges of the wafer 19 are scanned by the light sensor 25.

Die Kurve A zeigt ein Signal vom Lichtsensor 25 einer Wafer, die auf die Welle 13 in einem richtig zentrierten Zustand übertragen worden ist, d.h. ohne Exzentrizität und die keine Abflachung oder Kerbe hat.Curve A shows a signal from the light sensor 25 of a wafer, which is centered on the shaft 13 in a correctly State has been transferred, i.e. without eccentricity and which has no flat or notch.

Auf der anderen Seite zeigt die Kurve B das Signal, das man erhält, wenn die Wafer dezentriert ist und eine Einkerbung oder Abflachung aufweist. Diese Kurve verläuft etwa sinusförmig. Die Amplituden an den verschiedenen Punkten der Kurve stellen die Exzentrizitäten oder die Dezentrierung der Wafer bei verschiedenen Winkeln dar, wenn die Wafer gedreht wird. Der Sprung S in dem Signal deutet die Stelle einer Abflachung oder einer Kerbe in der Wafer an und daher deren Winkelausrichtung.On the other hand, curve B shows the signal that is obtained when the wafer is decentered and one Has notch or flat. This curve is roughly sinusoidal. The amplitudes at the different Points on the curve represent the eccentricities or the decentering of the wafers at different angles, when the wafer is rotated. The jump S in the signal indicates the location of a flat or a notch in the wafer and therefore its angular orientation.

In der Kuve B gibt der Winkel Θ die Winkellage der Abflachung oder Kerbe an. D bezeichnet den Durchmesser der Wafer. E ist das Maß der Exzentrizität der Wafer und S ist das Maß der Tiefe der Abflachung oder Kerbe, die im Zusammenhang mit dem Durchmesser D die Breite der Abflachung oder Kerbe festlegt. Es kann daher gesehen werden, daß das Signal des Lichtsensors 25 eine ausreichende Information liefert, um die Winkelposition der Wafer bestimmen zu können. Da die gewünschte Position der Wafer ebenfalls bekannt ist, kann die Wafer einfach entsprechend der gewünschten Winkelausrichtung positioniert werden.In curve B, the angle Θ indicates the angular position of the flat or notch. D denotes the diameter of the wafer. E is the measure of the eccentricity of the wafer and S is the measure of the depth of the flat or notch which, in connection with the diameter D, defines the width of the flat or notch. It can therefore be seen that the signal from the light sensor 25 provides sufficient information to be able to determine the angular position of the wafers. Since the desired position of the wafer is also known, the wafer can easily be positioned according to the desired angular orientation.

Da das Signal vom Lichtsensor 25 auch die Angaben über die Abweichungen der Wafer vom Zentrum beinhaltet, kann diese Information verwendet werden, um die nächste Station, an die die Wafer übertragen wird, vorab auszurichten, so daß die Wafer durch die Übertragung dort zentriert ist. Im Lichte der oben stehenden Beschreibung die die Erfindung nicht hinsichtlich des Schutzbereichs,Since the signal from the light sensor 25 also contains the information about the deviations of the wafer from the center, this information can be used to pre-align the next station to which the wafer will be transferred, so that the wafer is centered there by the transfer. In light of the above description which do not affect the invention in terms of the scope of protection,

AOAO

1 wie er sich aus den Ansprüchen ergibt, einengen will, sind auch Abänderungen möglich.1 as it emerges from the claims, wants to narrow down, amendments are also possible.

Claims

GRÜNECKER. KINKELDEY. STOCKMAiR & PAATNCR - - - PATENT LAWYERS

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DR H KINKElDEy ι <· \

DR W STOCKMAlR .-. ·. ■ - .. al! DR K SCHUMANN ι »> ■ ··

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THE PERKIN-ELMER CORPORATION

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Main Avenue 5 Norwalk, Connecticut 06856

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80OO MUNICH 32

PH 19 335-011 / ms

Device for aligning the edges of a wafer 15

Claims

Q.Q.

Pre-alignment device for a wafer for angular alignment

a wafer corresponding to a desired position,

characterized by a shaft device (11), a first device (15, 16, 17, 18) around the To fix the wafer on one end of the shaft device (11), second means (21) for rotating the shaft means (11) by light sensor means (25), which is arranged on one side of the wafer (19), by a light source (24) which is on the other Side of the wafer (19) is arranged to shadow the edge of the wafer (19) on the light sensor device

(25) to throw, wherein the light sensor device (25)

has a linear extent which is sufficiently long to shadow the edge over a large range of eccentricity capture and to generate a signal, which of the eccentricity and angular orientation the wafer (19) corresponds.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light sensor device (25) has a row of charge displacement elements has a linear er-

Elongation of approximately one inch.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the charge shifting element row about 10,000 photosensitive elements about its Having length.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the charge shifting element row (25) is arranged with respect to the light source and the wafer edge so that they the edge shadow the wafer (19) can catch when the wafer (19) decentered 1.27 cm or more with respect to the shaft (13) is.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the first device is a Vacuum means (16, 17, 18) at one end of the shaft means (11) for surrounding the wafers therewith to fix.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the second device has a Motor at the other end of the shaft (13) includes to rotate the shaft (13).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the shaft (13) at the other end a resolving device (22) having a signal generated which indicates the angular position of the shaft (13) in predetermined subdivisions.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that with the charge shifting element series (25) a third device (26) is connected, which receives a digitized output signal from their signal generated.

9. Apparatus according to claim 8, characterized by a computer (27) which is connected to the resolver (22) and the shaft is connected and the eccentricity and angular position of the wafer during one full revolution the shaft (13) and that a motor driver device (21) between the computer (27) and the motor is arranged to bring the wafers to the desired reference position.