JP2009129944A - アライナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反りのあるウェハに対しても適切な位置合わせを行うことが可能なアライナ装置を提供する。
【解決手段】アライナ装置１０は、エッジセンサ２２、変位センサ２４、および制御部２０を備える。エッジセンサ２２は、ウェハ１００のエッジ位置を検出する。変位センサ２４は、真空チャック１２とエッジセンサ２２との間に配置され、ウェハ１００までの距離を測定するように構成される。制御部２０は、変位センサ２４の検出結果に基づいて、ウェハ１００の断面形状を表す近似式を算出し、算出した近似式の長さに基づいてウェハ１００のエッジ位置を算出するように構成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転チャックによりウェハを回転しつつエッジ位置を測定し、ウェハの位置合わせに必要なデータを取得するように構成されたアライナ装置に関する。

半導体製造工程において、半導体ウェハの位置合わせを行うように構成されたアライナ装置が広く用いられている。一般的に、アライナ装置は、回転チャックによりウェハを回転させつつエッジ位置をラインセンサ等のセンサで測定することにより、センタリングやノッチの位置合わせに必要なデータを取得するように構成される。

例えば、従来技術の中には、回転ステージ上にウェハを載置しこれを回転させつつ、エッジセンサでエッジ位置を検出しアライナ装置に取り込み、取得した１周分のエッジ位置データをアライナ装置で解析し、ウェハの（回転ステージに対する）偏心量、偏心方向、ノッチ位置、オリフラ位置等を算出するように構成されるものがある（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、算出結果に基づき、回転ステージを駆動することにより、ロボットにウェハを引き渡す際の位置合わせを行っている。

その他の方法では、ウェハのエッジ部分を３または４方向から中心部へ向けて機械的に押圧することによりウェハの中心合わせを行っている。また、ノッチやオリフラの角度合わせは、併設したビームセンサ等によって行っている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２３３５９４号公報 特開２０００−２６９３１２号公報

上述の特許文献１に係る技術では、ラインセンサで検出されるエッジ位置に、反りによる大きな誤差が発生する可能性があるため、高精度の位置合わせができない可能性があった。例えば、５ｍｍの反りがあるとエッジ位置の誤差が０．１ｍｍを超える場合がある。また、反りが発生したウェハに対しては、特許文献２に記載するように機械的圧力で中心合わせを行うことが困難となる。

要するに、特許文献１および２に係る技術はいずれも、反りがなく水平面に平行な断面形状を有する理想形状の半導体ウェハを対象としているため、ウェハにある程度大きな反りが発生した場合には、エッジ位置の検出誤差が生じ、その結果、ウェハの中心位置の検出にも誤差が発生する可能性がある。

そして近年では、ウェハの極薄化が進んでおり厚さ１００μｍ以下のウェハも広く用いられるようになったため、ウェハに反りが発生し易い状況になりつつあると言える。

この発明の目的は、反りのあるウェハに対しても適切な位置合わせを行うことが可能なアライナ装置を提供することである。

この発明に係るアライナ装置は、回転可能なチャックによりウェハを回転させつつエッジ位置を測定し、ウェハの位置合わせに必要なデータを取得するように構成される。このアライナ装置は、エッジ検出手段、変位検出手段、およびエッジ位置算出手段を備える。

エッジ検出手段は、ウェハのエッジ位置を検出する。変位検出手段は、回転チャックとエッジ検出手段との間に配置され、ウェハまでの距離を測定するように構成される。エッジ位置算出手段は、変位検出手段の検出結果に基づいて、ウェハの断面形状を表す近似式を算出し、算出した近似式の長さに基づいてウェハのエッジ位置を算出するように構成される。ここで、算出した近似式の長さとは、近似式で表される直線または曲線の長さを意味する。近似式の次数には特に限定はないが、近似の精度と演算の容易性を考慮すると２次式が好ましい。

反ったウェハの場合、エッジ検出手段はエッジを水平面に投影したエッジ位置を検出するので、例えば次の工程でウェハが水平面に展伸される際に、反り分の中心ずれが発生する。

本発明では、変位検出手段を設け、エッジ検出手段でエッジ位置を検出すると同時に、変位検出手段で反り量を検出し、所定の近似式に従ってエッジ位置算出手段が真のエッジ位置を算出する。

この発明によれば、反りのあるウェハに対しても適切な位置合わせを行うことが可能である。

図１は、本発明の実施形態であるアライナ装置１０の概略を示している。アライナ装置１０は、筐体１８を備える。筐体１８には、アライナ装置１０の各部を制御するように構成された制御部２０が設けられる。

筐体１８には、さらにＸＹ駆動ステージ１６および支持台２６が取り付けられる。ＸＹ駆動ステージ１６には、ウェハ１００を支持するように構成された真空チャック１２、およびこの真空チャック１２に回転力を供給するように構成されたスピンドルモータ１４が搭載される。

支持台２６には、エッジセンサ２２および変位センサ２４が搭載される。エッジセンサ２２は、ウェハ１００のエッジの位置を検出するように構成される。変位センサ２４は、ウェハ１００までの距離を測定するように構成される。この実施形態では、変位センサ２４として超音波センサを用いている。ただし、変位センサ２４は超音波センサに限定されるものではなく、他の種類のセンサ（例えば、光学変位センサ）を用いることも可能である。変位センサ２４はウェハ１００の半径方向に沿って１つまたは複数配置される。この実施形態では、１つの変位センサ２４を用いる例を説明するが、ウェハの反り量の検出精度を向上させたい場合には、適宜、変位センサ２４の数を増やすようにすると良い。

変位センサ２４を設ける理由は、ウェハ１００に反りが生じた場合にも、ウェハ１００の中心位置を精度良く求めるためである。ウェハ１００の理想形状は、反りがなく水平面に平行な断面形状であるが、ウェハ１００の実形状は、反りが発生することによって中心部に対してエッジ位置が５ｍｍ程度高くなったり低くなったりすることがある。特に、ウェハ１００が極薄化されている場合には反りが発生し易い。

変位センサ２４は、ウェハ１００におけるエッジ付近との距離を測定する。変位センサ２４における測定結果が図２に示す距離Ｄよりも大きい場合または小さい場合には、反りが発生していることになる。ウェハ１００に反りが生じた場合には、エッジセンサ２２はウェハ１００のエッジ位置として位置Ｐ１という出力結果を行う。位置Ｐ１は、ウェハ１００のエッジを水平面に対して投影した位置であり、ウェハ１００を水平面に展伸させた場合のエッジ位置Ｐ２とズレている。そして、位置Ｐ１および位置Ｐ２の間のズレにより、ウェハ１００の中心位置の検出に誤差が生じ得る。

アライナ装置１０では、ウェハ１００に反りが発生している場合には、エッジセンサ２２の測定結果に加えて、変位センサ２４の測定結果を参考にすることにより、エッジ位置Ｐ２を簡易な方法で算出するようにしている。

図３は、制御部２０の動作手順の一例を示すフローチャートである。まず、制御部２０は、ウェハ１００の変位量のチェックを行う（Ｓ１）。Ｓ１のステップでは、制御部２０は、真空チャック１２をスピンドルモータ１４により回転させてウェハ１００を回転させつつ、変位センサ２４の測定結果を取得する。ここで、ウェハ１００が理想形状である場合には、変位量がゼロになる。

続いて、制御部２０は、変位量がしきい値以上であるか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、しきい値とは、これ以上の値になると位置Ｐ１および位置Ｐ２の間のズレがセンタリングに悪影響を与える程度に大きくなると判断される値に設定される。この実施形態では、しきい値は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で適宜設定しているが、しきい値はこの範囲に限定されるものではない。

Ｓ２の判断ステップにおいて、変位量がしきい値未満の場合には、制御部２０は、ウェハ１００のエッジ位置をエッジセンサ２２で測定する（Ｓ５）。そして、得られた測定結果に基づいて、センタリング、オリフラ、ノッチ等の位置合わせに必要なデータを取得する（Ｓ６）。

これに対して、Ｓ２の判断ステップにおいて、変位量がしきい値以上の場合には、制御部２０は、ウェハ１００の断面形状を表す近似式を算出する（Ｓ３）。Ｓ３のステップは具体的には、以下のような手順で行われる。

図４に示すようにｙ軸およびｚ軸を設定した場合、真空チャック１２の端がｙ軸の原点となり、真空チャック１２の吸着面がｚ軸の原点となる。そして、変位センサ２４の位置はｙ１、ウェハエッジ位置はｙ２となる。

反りが生じたウェハ１００の形状は、
ｚ＝ａｙ＾２＋ｂｙ＋ｃ
で近似する。

チャック面では真空吸着しており、水平なので、
ｚ（０）＝０、ｄｚ／ｄｙ（０）＝０
である。

したがって、近似式は
ｂ＝ｃ＝０となり、
ｚ＝ａｙ＾２ となる。

さらに、変位センサ２４で検出したｙ＝ｙ１でのｚ位置をｚ１とすると、
ｚ1＝ａｙ1＾２ から
ａ＝ｚ1／（ｙ1＾２）
と求まる。

続いて、制御部２０は、求めた近似式から真のエッジ位置の算出を行う（Ｓ４）。Ｓ４のステップは、以下のような手順で実行される。

曲線ｙ＝ｆ（ｘ）、（ａ≦ｘ≦ｂ）の長さＬ１は一般に

で与えられる。

このため、以上の計算と合わせると、真のエッジ位置の値Ｌ２は次式で与えられる。ここで、求められた値Ｌ２は、エッジ位置Ｐ２に対応するものである。

この計算は制御部２０内のＣＰＵを使用して、数値積分して行う。また、あらかじめ制御部２０のメモリ内にａ，ｙとＬ２（またはＬ１）との対応関係を示すルックアップテーブルを記録しておきこれを参照しても良い。

この実施形態では、Ｓ３およびＳ４のステップは、ウェハ１００の周方向の複数の位置において実行する。

続いて、制御部２０は、算出したエッジ位置に基づいて、センタリング、オリフラ、ノッチ等の位置合わせに必要なデータを取得する（Ｓ６）。なお、Ｓ６のステップでは、公知の算出方法を利用して、センタリング、オリフラ、ノッチの位置データを取得しているため、ここではその説明を省略する。

以上の実施形態によれば、ウェハ１００に反りのある場合でも、ウェハ１００が水平面に展伸されたときのエッジ位置を簡易に検出できる。このため、精度良くウェハ１００の位置合わせを行うことができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態であるアライナ装置の概略を示す図である。 エッジ位置の検出手法を説明する図である。 制御部の動作手順の一例を示すフローチャートである。 エッジ位置の検出手法を説明する図である。

符号の説明

１０−アライナ装置
１２−真空チャック
２０−制御部
２２−エッジセンサ
２４−変位センサ

Claims (3)

1. 回転可能なチャックによりウェハを回転させつつエッジ位置を測定し、前記ウェハの位置合わせに必要なデータを取得するように構成されたアライナ装置であって、
   前記ウェハのエッジ位置を検出するエッジ検出手段と、
   回転チャックと前記エッジ検出手段との間に配置され、前記ウェハまでの距離を測定するように構成された変位検出手段と、
   前記変位検出手段の検出結果に基づいて、前記ウェハの断面形状を表す近似式を算出し、算出した近似式の長さに基づいて前記ウェハのエッジ位置を算出するように構成されたエッジ位置算出手段と
   を備えたアライナ装置。
2. 前記近似式が２次式であることを特徴とする請求項１に記載のアライナ装置。
3. 変位検出手段が光学変位センサまたは超音波センサである請求項１または２に記載のアライナ装置。

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