JP2010016069A - ウェハアライメントユニット、およびウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラインセンサの光量や検出量の変動による偏芯量やノッチ位置の変動を随時自己補正しながら、ウェハの位置検出を精度良く行うことができ、使用環境にも影響されない安定した性能を保持できるウェハアライメントユニットを提供することである。
【解決手段】ウェハ９を載置し回転させるウェハ回転機構１と、回転するウェハ９のエッジに向けて投光し投光量のうちウェハ９により遮られなかった分の光量を検出する光学式ラインセンサ４、５と、前記ラインセンサの出力値からウェハの偏芯量及びノッチ位置を検出する演算ユニット７とを備えたウェハアライメントユニットにおいて、ウェハ９を模擬してウェハ回転機構１と前記ラインセンサとの間に設置され、前記ラインセンサの光検出量の変動を検出し補正するために用いられる遮光板３と、前記ラインセンサを遮光板３に対して相対的に直進移動させる移動機構６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの搬送装置等において、光学式ラインセンサを用いてウェハの偏芯量検出と向きの検出（ノッチ或いはオリエンテーションフラット部の位置検出）を行うアライメントユニットに関するものである。特に、ラインセンサの光量や検出量の変動による偏芯量やノッチ位置の検出値変動を自己補正する機能を有するウェハアライメントユニットおよびそれに用いるラインセンサの出力値補正方法に関する。

半導体ウェハを処理装置や検査装置に搬送する搬送装置において、ウェハアライメントユニットでは、ウェハの位置決めのために、ウェハ中心の基準位置からのずれ量である偏芯量およびノッチの位置を検出する。ウェハアライメントユニットでは、ウェハの偏芯量およびノッチ位置の検出のために、従来から光学式ラインセンサを用いる方法が多く利用されている。この方法では、回転機構にウェハを載置し回転させながら、そのエッジにレーザまたはＬＥＤのラインセンサにより光を照射する。そして、ラインセンサによる出力値が回転によるウェハの遮光量の変化を非接触で検出することにより、ウェハの偏芯量とノッチ位置を検出する。

光学式ラインセンサを用いる方法が多く利用されている理由は、ウェハの回転機構とラインセンサとの組合せでウェハの偏芯量とノッチ位置の検出が可能であり、シンプル且つ安価な構成が実現できるからである。その上、駆動機構はウェハ回転部だけを備え最小限であるので、発塵が少ないというメリットもある。

このように光学式ラインセンサを用いるアライメントユニットは優れた点を持つが、ラインセンサの経年劣化による光量の低下、周囲温度の影響による光量の変動、またはセンサ投光面・受光面に付着した塵埃が原因となる汚れなどによる検出量の変動が大きな誤差要因となる。このため、安定した性能且つ高い精度を有するウェハアライメントユニットを実現するのが技術的な課題となっている。

例えば、特開平１０−２４２２５０号公報や特開２００２−３１３８８７号公報に開示された技術でも、回転ステージ上に載置したウェハを回転させ、ラインセンサにてウェハ外周位置を非接触で検出し、偏芯量やノッチ位置を演算するウェハ位置検出方法が提供されている。しかし、ラインセンサの経年劣化やセンサ投光面・受光面の汚れなどによる光量や検出量の変動の対策には至っていない。

現状として、ラインセンサの経年劣化による光量低下に対しては、これはラインセンサそのものの出力光量の低下なので、外部より劣化の判断をしたり補正を掛けたりするのが困難である。その対応策として、ラインセンサが劣化する前、具体的には４〜５年程度で、ラインセンサまたはウェハアライメントユニットを交換している。

また、周囲温度の影響による光量の変動については、出力（光量）変動量がラインセンサ個別の特性であるため、補正を行うには、製作時に恒温槽を用いて１台毎の直線性および温度特性を測定し、算出した補正値で補正を行い作り込む必要があり、現実的には品質管理が困難である。

センサ投光面・受光面の汚れに関しては、メンテナンス時にレンズ面の清掃を行い対処しているが、ウェハ搬送装置の連続稼動中は清掃不可能であり、適時清掃することができない。特にウェハアライメントユニットは、ウェハ検査装置などにウェハを搬送する搬送装置に実装するため、清掃のために装置を停止させると稼働率が下がり生産効率の低下に直結する。従って、連続運転のために、ユニット交換やメンテナンスなどで装置を停めるのを極力なくすことが重要となる。

特開平１０−２４２２５０号公報 特開２００２−３１３８８７号公報

上述したように、光学式ラインセンサを用いるウェハアライメントユニットでは、ラインセンサの経年劣化や周囲温度の影響、センサ投光面・受光面の汚れなどによる光量や検出量の変動が避けられない。光量や検出量の変動は、ウェハの偏芯量やノッチ位置の検出精度に大きな影響を及ぼす。

本発明の目的は、ラインセンサの光量や検出量の変動による偏芯量やノッチ位置の変動を随時自己補正しながら、ウェハの位置検出を精度良く行うことができ、使用環境にも影響されない安定した性能を保持できるウェハアライメントユニットを提供することである。また、このウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法を提供することでもある。

本発明は、上記目的を達成するために、基本的には次のように構成される。

ウェハを載置し回転させるウェハ回転機構と、回転する前記ウェハのエッジに向けて投光し投光量のうち前記ウェハにより遮られなかった分の光量を検出する光学式ラインセンサと、前記光学式ラインセンサの出力値からウェハの偏芯量及びノッチ位置を検出する演算ユニットとを備えたウェハアライメントユニットにおいて、前記ウェハを模擬して前記ウェハ回転機構と前記ラインセンサとの間に設置され、前記ラインセンサの光検出量の変動を検出し補正するために用いられる遮光板と、前記ラインセンサを前記遮光板に対して相対的に直進移動させる移動機構とを備えることを特徴とする。

また、このようなウェハアライメントユニットを用いてのラインセンサの出力値補正方法として、次のような方法を提案する。

ウェハアライメントユニットのウェハ回転機構に、ノッチ或いはオリエンテーションフラット部を有するウェハを載置し、前記ウェハを回転させながら、光学式ラインセンサを用いて前記ウェハのエッジに向けて投光し、前記ラインセンサの投光量のうち前記ウェハにより遮られなかった分の光量を検出する工程と、前記光学式ラインセンサの出力値から前記ウェハの偏芯量及びノッチ位置を検出する演算ユニットとを備えたウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法である。

本ウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法の特徴は、前記ラインセンサと前記ウェハ回転機構との間に前記ウェハを模擬して設置した遮光板が予め設けられ、この遮光板に対して、前記ラインセンサを投光させながら移動機構により所定のピッチで相対的に移動させ、且つこのピッチの移動毎に、前記ラインセンサからの投光量のうち前記遮光板に遮られなかった分の光量を検出する工程と、前記ラインセンサの前記遮光板に対する位置関係と前記ピッチ毎のラインセンサによる光量検出値との関係とに基づき、前記ウェハのエッジに投光したときの前記ラインセンサの出力値を補正する工程とを有する。

本発明によれば、光学式ラインセンサの光量や検出量が変動しても、ウェハの偏芯量やノッチ位置を精度良く検出することができるウェハアライメントユニットを実現できる。本ウェハアライメントユニットは、光量や検出量の変動によるユニット交換やメンテナンスなどで装置の稼動を停止する必要がなく、また周囲の温度にも影響されず、安定した性能を保持できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明によるウェハアライメントユニットの側面図、図２は上面図である。本ウェハアライメントユニットは、真空圧力でウェハ９の裏面を吸着してウェハ９を載置するウェハチャック１、ウェハチャック１を回転させるウェハ回転モータ２、ラインセンサ投光器４、ラインセンサ受光器５、ラインセンサ支持機構８、制御部７、ウェハの有無を検知するウェハ有無センサ１０（例えば、反射形の光電センサを用いる）、遮光板３、ラインセンサ直動機構６、およびガイドレール１２を有する。

ウェハチャック１とウェハ回転モータ２は、互いの回転軸が一致するように固定され、ウェハチャック１に載置したウェハ９の回転角速度とウェハ回転モータ２の回転角速度が同一となるように調整する。

ラインセンサ投光器４、ラインセンサ受光器５、およびラインセンサ支持機構８は、ラインセンサを構成する。以下、ラインセンサ投光器４、ラインセンサ受光器５、およびラインセンサ支持機構８をまとめてラインセンサと称する。本実施例では、レーザを用いるラインセンサを使用するが、ＬＥＤなど他の発光機構のラインセンサを使用してもよい。ラインセンサ投光器４は、ラインセンサ受光器５に向けてレーザ光を投光する。投光されたレーザ光の一部は、ウェハ９のエッジ（外周部）により遮光され、ラインセンサ受光器５は、ウェハ９のエッジで遮られなかったレーザ光を受光する。従って、ラインセンサ受光器５の光量検出値から遮光量の変化を検出することができる。ラインセンサ支持機構８は、ラインセンサ投光器４とラインセンサ受光器５を固定し、レーザ光の光軸合わせ機構も兼用する。

ラインセンサ投光器４とラインセンサ受光器５は、受光面１３と投光面１４が平行となるようにラインセンサ支持機構８に取り付けられる。また、ラインセンサとウェハチャック１やウェハ回転モータ２との位置関係（距離）は、ウェハ９がウェハチャック１の回転軸と中心が一致するように載置された時に、ウェハ９のエッジがラインセンサの光量検出範囲の中心を遮光する位置を基準として決められる。本ラインセンサは、後述するように、この基準位置から移動可能である。

制御部７は、ＣＰＵを備え、本ウェハアライメントユニットが有する各部を制御し、遮光特性を求めて偏芯量やノッチ位置を検出し補正する。

遮光板３、ラインセンサ直動機構（ラインセンサ移動機構）６、およびガイドレール１２は、後述するように、本発明による補正を行うためのものである。

遮光板３は、側断面がＬ字状になるように２平面から構成され、ウェハチャック１およびウェハ回転モータ２とラインセンサとの間に設置され、補正時にラインセンサのレーザ光を遮光する役割を持つ。また、遮光板３とラインセンサとの位置関係（距離）は、補正開始前に予め制御部７に記憶させておく。

ラインセンサ直動機構６は、遮光板３による遮光量を変えるために、ラインセンサをガイドレール１２に沿って移動させるための機構である。ラインセンサ投光器４、ラインセンサ受光器５、およびラインセンサ支持機構８は、互いに固定されているので一体となって移動する。

ガイドレール１２は、ラインセンサの中心がウェハチャック１の回転軸（径方向）に向かって直動するように、ラインセンサを案内する。

ウェハ９の偏芯量やノッチ位置は、次のような方法で検出する。制御部７は、ウェハ９がウェハチャック１に載置されたことをウェハ有無センサ１０で検知すると、ウェハ回転モータ２を所定角速度で回転させ、ラインセンサ投光器４からレーザ光を投光する。レーザ光は、一部がウェハ９のエッジに遮光され、エッジに遮られなかった光がラインセンサ受光器５で受光される。ウェハ９が所定の回転角度（本実施形態では０．００８度）で回転する毎に、ラインセンサ受光器５が投光量のうちウェハ９のエッジに遮られなかった光量を検出する。このように所定角度毎に検出処理を行いながらウェハ９を３６０度回転させ、検出した全外周の光量を基に、制御部７で偏芯量とノッチ位置を演算して求める。

この検出方法から分かるように、ウェハ９の遮光量に対するラインセンサの出力（光量）の直線性、再現性の変動は、そのまま偏芯量やノッチ位置の演算値の変動となるので、偏芯量及びノッチ位置の検出精度低下の主要因となる。そこで、高精度に偏芯量及びノッチ位置を検出するためには、経年劣化、周囲温度の変化、レンズ面の汚れなどにより引き起こされるラインセンサの出力変動に対して、補正が必要となる。

本実施例は、偏芯量やノッチ位置の検出値の補正をウェハアライメントユニットが自ら行うようにしたものであり、オペレータが補正する必要を省くものである。以下の説明では、偏芯量の補正について述べるが、ノッチ位置については、例えば、ウェハの偏芯量を補正しウェハの位置を正確に求めた後、再度ウェハを回転させてノッチ位置を検出することにより、補正された正確な値を求めることができる。

本発明による自己補正方法は、遮光板３を用いて本ウェハアライメントユニットの遮光特性を求め、これに基づいて行う方法である。まず、遮光特性を求める方法を、以下に説明する。

初めに、制御部７がウェハ有無センサ１０によりウェハチャック１上にウェハ９が載置されていないことを確認した後、ラインセンサは、レーザ光を出力し、遮光板３に遮光されていないとき、つまり全入光時の受光量を検出する。全入光時の受光量は、ラインセンサと制御部７に記憶させておく。

次に、ラインセンサ直動機構６により、ラインセンサをウェハチャック１の回転軸に向けて（ウェハチャック１の径方向に）徐々に移動させていく。遮光板３は、図３に示すようにラインセンサの検出範囲をよぎる位置まで達すると、レーザ光１１の遮光を始める。さらにラインセンサを移動していくと、レーザ光１１はますます遮光板３に遮光されていき、遮光量が増加していく。

ここで、遮光板３について詳しく説明する。遮光板３は、ウェハ９による遮光量を、ウェハ９の代わりに等価的に設定するためのものである。その具体的な態様の一例は、２つの平面で構成され、第１の平面は、ウェハチャック１に載置されたときのウェハ９と平行になるように第２の平面で支持されて、本ウェハアライメントユニットに固定される。このとき、第１の平面の中心は、ウェハチャック１の回転中心およびラインセンサ中心と一直線上になるようにする。第１の平面は、図２、図３に示すように、レーザ光１１を遮光する側の一辺（第２の平面が接続している辺の対辺）が円弧状になっている。第１の平面は、円弧の半径および厚さがウェハ９と同一とし、長さおよび幅がレーザ光１１の検出範囲以上とする。

この遮光板３を用いて、偏芯のために回転時にウェハの位置が移動するのを模擬し、遮光特性を求める。遮光特性は、ラインセンサを全入光の位置から移動させて遮光板３により遮光していき、予め定めた所定の間隔Ｄ（本実施形態では１ｍｍピッチ）毎に、ラインセンサ投光量のうち遮光板３で遮られなかった光量を検出して求める。

図５（ａ）に、ラインセンサの位置と受光量との関係を表した遮光特性グラフの例を示す。横軸ｘは、ラインセンサから見た遮光板３の相対的な位置を、全遮光時の位置からの距離で表したものであり、縦軸ｙは、ラインセンサの受光量である。ラインセンサの移動に伴って遮光板３の位置が全入光の位置ｘｎから全遮光の位置ｘ０まで移動するのに従い、受光量は減少していく（遮光量は増加していく）。

この遮光特性グラフから直線性（グラフの傾き）を演算して求め、遮光特性の直線近似式（遮光特性式）を算出する。例えば、ラインセンサの使用開始時における初期特性が図５（ａ）のａであったとし、直線ａの傾きをαとすると、初期特性を表す遮光特性式はｙ＝αｘとなる。以下、遮光特性式の傾きを補正係数と呼ぶ。

ここで、この遮光特性式から偏芯量を求める方法を説明する。

ウェハチャックの回転中心から偏芯があるようにウェハが載置された場合、ラインセンサを固定してウェハを回転させると、ウェハのエッジによる遮光量は増減する。ウェハを３６０度回転させたときの受光量変化の一例を、図５（ｂ）に示す。遮光量は、全入光時の受光量から遮光時の受光量を差し引いて求めるので、受光量とは増減が逆に変化する。本例では、受光量は、ウェハの回転に伴いまず減少していき（遮光量は増加）、９０度回転すると最小値をとって増加に転じ（遮光量が減少）、２７０度まで回転して最大値に達すると再び減少し（遮光量は増加）、３６０度回転して初めに戻る。この変化から、受光量の振幅Δｙ（最大受光量と最小受光量の差の半分）を求める。ウェハの偏芯量Δｘは、遮光特性式をｙ＝αｘとすると、受光量の振幅Δｙから、
Δｘ＝Δｙ／α
と算出できる。

本ウェハアライメントユニットが稼動している間に、ラインセンサの劣化などによる光量低下やレンズ面の汚れが発生すると、遮光特性グラフは、図５（ａ）のｂで示すようになり、特性全体の傾きが低下する方向にずれる。この場合、自己補正を行わないで先に求めた初期特性を表す遮光特性式ｙ＝αｘから偏芯量を求めると、正しい偏芯量は得られない。これは、ラインセンサの特性が変化したために、遮光特性式の傾きがαでなくなったからである。

例えば、劣化などによりラインセンサの光量が２０％低下し、遮光特性が図５（ａ）の初期特性ａからｂに変化したとする。初期特性の振幅をΔｙ（初期）とすると、初期の偏芯量Δｘは、
Δｘ＝Δｙ（初期）／α
＝ｘ６−ｘ５
と求められる。

このとき、同じ偏芯量Δｘで受光量を比較すると、劣化時の受光量の振幅Δｙ（劣化）は、初期特性の振幅Δｙ（初期）に比べ２０％少なくなっているため、Δｙ（劣化）＝０．８Δｙ（初期）となる。

自己補正を行わない場合は、ラインセンサの光量低下が不明なため、初期特性ａの遮光特性式ｙ＝αｘと、劣化時の受光量の振幅Δｙ（劣化）とから偏芯量を求めることになる。この場合、偏芯量Δｘは、
Δｘ＝Δｙ（劣化）／α
＝０．８Δｙ（初期）／α
＝０．８（ｘ６−ｘ５）
となり、実際の偏芯量（ｘ６−ｘ５）より２０％少ない偏芯量を算出してしまう。

そこで、自己補正を行い、ラインセンサの特性が変化しても正確な偏芯量を求められるようにする必要がある。自己補正は、先に述べたのと同様の方法で、ラインセンサの特性が変化した後の遮光特性を求める。すなわち、ラインセンサをウェハチャック１の回転軸に向けて移動させて遮光板３でレーザ光１１を遮光させていき、所定の間隔Ｄ毎に遮光板３で遮られなかった光量を検出して遮光特性グラフを求める。この遮光特性グラフから直線の傾きを求め、遮光特性式を算出する。

上述の、光量が２０％低下して遮光特性が図５（ａ）のｂとなった例の場合、ラインセンサの遮光特性式ｙ＝βｘの傾きβは、β＝０．８αである。このようにして光量低下後の遮光特性式ｙ＝βｘを求め、これに基づいて偏芯量Δｘを求めると、
Δｘ＝Δｙ（劣化）／β
＝０．８Δｙ（初期）／０．８α
＝Δｙ（初期）／α
＝ｘ６−ｘ５
となり、光量低下の影響がなく正確な偏芯量が求められる。

このようにラインセンサの出力値（ここでは０．８Δｙ（初期））を補正値（ここでは０．８α）で補正すると、遮光量に対するセンサ出力の誤差を低減した偏芯量を演算することができ、高精度で安定した偏芯量検出を実現できる。

また、図５（ｄ）のｄに示すように、本来は直線を描くべきであるラインセンサの遮光特性が、周囲温度の影響で曲線状に変化した場合でも、本補正方法は有効である。本補正方法では、全入光時と全遮光時だけの受光量から遮光特性グラフを求めているのではなく、レーザ光１１を遮光板３で徐々に遮光させていき、所定の間隔Ｄ毎に遮光板３で遮られなかった光量を検出して遮光特性グラフを求めている。従って、全入光時と全遮光時との間の複数の点でラインセンサの光量を検出しているため、遮光特性が直線状でなくても正確に求めることができる。

図５（ｄ）のｄのような曲線状の遮光特性から偏芯量を求めるには、例えば最小二乗法などの近似法を用いて近似直線（図５（ｄ）のｄ’）を求め、その近似直線の傾きを補正係数として用いる。

また、図５（ｃ）のｃに示すように、遮光板３の位置の変化に伴い遮光量（受光量）が変化すべきなのに変化しない箇所があるなど、ラインセンサの正常な出力では検出されるはずのない遮光特性が得られた場合は、レーザ光１１の部分的な出力異常かレンズ面の部分的な汚れによるものと判断する。制御部７は、これをエラーと処理して、エラー発生をオペレータに通知する。

次に本自己補正を実行する操作端末のオペレーション画面の例を図６に示す。本自己補正は、ウェハアライメントユニットを操作する操作端末３０の操作により実行される。操作端末３０のオペレーション画面３１には、ウェハアライメントユニットを操作するボタンがいくつか表示され、本自己補正は、オペレータが自己補正実行ボタン３２を押下することにより実行される。

なお、本自己補正は、ラインセンサ直動機構６の遮光量制御と制御部７のＣＰＵでの演算時間とを合わせて３０秒程度で実行できるが、ウェハ搬送装置の運転中は例えば１５秒毎にウェハアライメントを実施しなければならず、連続運転中に補正を実行することは難しい。そのため、ウェハ搬送装置のシステムメンテナンス時に、サービス員が任意のタイミングで自己補正実行ボタン３２を押下することで自己補正を行うものとする。自己補正は月に１度など定期的に行えば良いが、最低でも周囲温度が変化する季節の変わり目などに行うことが望ましい。

図７は、制御部７のブロック図であり、これを用いて制御部７の動作を説明する。制御部７は、通信回路５５、ＣＰＵ５０、センサＩ／Ｆ回路５４、モータ制御回路５３、Ａ／Ｄ変換回路５２、および不揮発性メモリのＦＲＯＭ５１を有する。

通信回路５５により、制御部７は、上位コントローラ５６やこれと接続している操作端末３０と通信する。本ウェハアライメントユニットは、操作端末３０や上位コントローラ５６により操作することができる。また、自己補正中にエラーが発生した場合は、制御部７は、通信回路５５を介して上位コントローラ５６や操作端末３０にエラーを送信する。

ＣＰＵ５０は、自己補正時にウェハ有無センサ１０のＯＮ／ＯＦＦ信号をセンサＩ／Ｆ回路５４を通して取り込む。ＯＮ／ＯＦＦ信号によりウェハ９がウェハチャック１に載置されていないことを確実に検知した後、ラインセンサをラインセンサ直動機構６で移動させる。

ラインセンサは、自己補正を行うために、移動しながら所定の移動間隔（ピッチ）Ｄで遮光板３で遮られなかった光量を検出していく。このラインセンサの移動は、モータ制御回路５３が指令パルス信号を発信し、ラインセンサ直動機構６のモータを制御することで実行される。モータ制御回路５３は、ウェハ回転モータ２を制御する回路も兼用しており、同時に２つのモータを駆動することの無いようインターロック機能を設ける。

ラインセンサ受光器５は、遮光板３で遮られなかった光量を検出し、アナログ信号として制御部７に出力する。このアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路５２でデジタル値に変換され、ＣＰＵ５０に読み出される。この時、アナログ信号に重畳したノイズなどの影響を最小限にするため、同じラインセンサ位置で受光量を複数回読み出しＣＰＵ５０で平均化をすることで、補正の精度を向上させることもできる。

ラインセンサが全ての所定の位置で受光量を読み出した後、ＣＰＵ５０は、演算を行って遮光特性や補正係数を求め、演算結果をＦＲＯＭ５１に格納して保存する。このため、本ウェハアライメントユニットの電源を一旦切った後の電源再投入時であっても、補正係数をＦＲＯＭ５１から読み出して同じ補正係数にて演算を行うことができるので、常に高精度な偏芯量の検出ができる。

また、自己補正を行うタイミングは、本ウェハアライメントユニットの運転中に一定時間毎に行うのも可能だが、ウェハ９の搬送と自己補正のタイミングが重なるとウェハ処理待ち時間が発生するなど、ウェハ搬送システム全体の作業効率を低下させてしまうこともある。従って、搬送装置のシステムメンテナンスなどで生産が中断している間に、操作端末３０や上位コントローラ５６から通信回路５５を介して指令を発し、その都度自己補正を実行する方が、効率が良く信頼性の高いウェハ搬送システムを構築できる。また、メンテナンス時にレンズ面の清掃を行った場合は、再調整のために自己補正を行うとメンテナンス後の性能も保証することができる。

次に、図８に制御部７の動作フローを示す。

ステップＳ００１において、上位コントローラ５６または操作端末３０から自己補正実行のコマンドを受信し、補正動作を開始する。

ステップＳ００２において、ウェハ有無センサ１０のＯＮ／ＯＦＦ信号によりウェハチャック１の状態を確認し、ウェハ９が載置されていなければステップＳ００３に進んで補正動作を継続する。ウェハ９が載置されている場合は、ステップＳ０１３に進み、補正時にウェハ９とラインセンサが接触するため補正実行不可能と判断し、上位コントローラ５６や操作端末３０に実行不可コマンドを送信して終了する。

補正継続時は、ステップＳ００３において、ラインセンサを自己補正開始位置（遮光開始の位置）まで移動させる。

ステップＳ００４において、ラインセンサを移動させるための初期値Ａを変数ｎに設定する。この初期値Ａは、光量検出のためにラインセンサを所定間隔Ｄ毎に移動させる回数であり、予め定めておく（本実施形態では１５）。遮光板３で遮られなかったラインセンサの光量の検出は、全入光時（ｎ＝Ａ）から全遮光時（ｎ＝０）まで、Ａ＋１回行う。なお、所定間隔Ｄも予め定めておく（本実施形態では１ｍｍ）。

ステップＳ００５で、ラインセンサを所定間隔Ｄだけ動かし、遮光量検出の所定位置に移動させる。

ステップＳ００６において、所定位置での遮光板３により遮られなかった光量（ラインセンサ受光器５の受光量）を検出する。

ステップＳ００８において、変数ｎが０であるかどうか判定する。ｎ＝０でなければ、ステップＳ００７に進みｎを１つ減らし、ステップＳ００５とＳ００６に戻ってラインセンサの所定位置への移動と光量の検出を繰り返す。ｎ＝０であれば、全遮光の位置までラインセンサを移動して光量の検出をしたので、全ての所定位置での光量検出が終了したことになる。この場合はステップＳ００９に進む。

ステップＳ００９では、遮光板３とラインセンサの位置関係に対するラインセンサの光量検出値の関係を求め、遮光特性を求めて補正係数を演算する。補正係数については、アライメント精度を保証できる正常範囲（本実施形態では±２０％）を予め求めておく。

ステップＳ０１０で、演算した補正係数がこの正常範囲内であるかを判定する。正常範囲外の場合は、ステップＳ０１２において、上位コントローラ５６や操作端末３０にエラーコマンドを送信し、終了する。また、図５（ｃ）のような遮光特性が得られた場合も、ステップＳ０１２において、エラーコマンドを送信して終了する。この場合、オペレータは、ラインセンサの交換またはレンズ面の清掃などの対処をする。正常範囲内であれば、ステップＳ０１１に進む。

ステップＳ０１１において、演算した遮光特性や補正係数をＦＲＯＭ５１に格納し、ステップＳ０１４に進む。

ステップＳ０１４では、正常終了コマンドを上位コントローラ５６や操作端末３０に送信し、自己補正動作を終了する。

自己補正の機構において、ラインセンサの移動には、制御部７が指令する任意の位置への高精度な位置決めが必要であるので、ラインセンサ直動機構６は、ロータリーモータとボールねじの組合せを利用することも可能である。摩擦部での発塵を考慮すると、機構的に接触部の少ないリニアモータで構成する方が、発塵が少なくクリーン化を図ることができるので望ましい。

また、ウェハチャック１とウェハ回転モータ２からなるウェハ回転部を移動させる機構を有し、偏芯量を検出した後、ウェハを載置しながらウェハチャック１を移動させてウェハの位置合わせを行う方式のウェハアライメントユニットに関しても、本発明の自己補正方法を適用することができる。この場合は、図４に示すように、ガイドレール１２とウェハ回転部直動機構１６からなる移動機構により、ウェハ回転部および遮光板３が移動する。すなわち、自己補正時には、ウェハ回転部および遮光板３が直動してレーザ光１１を遮光する。遮光特性や補正係数を求める方法および制御部７の動作などは、上述の例と同様である。

ウェハアライメントユニットの側面図。 ウェハアライメントユニットの上面図。 ラインセンサの移動による遮光方法の詳細説明図。 ウェハ回転部および遮光板の移動による遮光方法の詳細説明図。 遮光特性グラフの例と偏芯量の求め方の説明図。 ウェハを３６０度回転させたときの受光量変化の一例。 正常ではない遮光特性グラフの例。 曲線状の遮光特性グラフの例。 操作端末のオペレーション画面の例。 制御部のブロック図。 制御部の動作フロー図。

符号の説明

１…ウェハチャック、２…ウェハ回転モータ、３…遮光板、４…ラインセンサ投光器、５…ラインセンサ受光器、６…ラインセンサ直動機構、７…制御部、８…ラインセンサ支持機構、９…ウェハ、１０…ウェハ有無センサ、１１…レーザ光、１２…ガイドレール、１３…受光面、１４…投光面、１６…ウェハ回転部直動機構、３０…操作端末、３１…オペレーション画面、３２…自己補正実行ボタン、５０…ＣＰＵ、５１…ＦＲＯＭ、５２…Ａ／Ｄ変換回路、５３…モータ制御回路、５４…センサＩ／Ｆ回路、５５…通信回路、５６…上位コントローラ。

Claims (7)

1. ウェハを載置し回転させるウェハ回転機構と、回転する前記ウェハのエッジに向けて投光し投光量のうち前記ウェハにより遮られなかった分の光量を検出する光学式ラインセンサと、前記光学式ラインセンサの出力値からウェハの偏芯量及びノッチ位置を検出する演算ユニットと、を備えたウェハアライメントユニットにおいて、
   前記ウェハを模擬して前記ウェハ回転機構と前記ラインセンサとの間に設置され、前記ラインセンサの光検出量の変動を検出し補正するために用いられる遮光板と、
   前記ラインセンサを前記遮光板に対して相対的に直進移動させる移動機構と、を備えることを特徴とするウェハアライメントユニット。
2. 請求項１記載のウェハアライメントユニットにおいて、
   前記遮光板が前記ウェハ回転機構のウェハ載置面より下にあり、且つ前記ラインセンサ側が前記遮光板に対して直進移動するか或いは前記遮光板側が前記ウェハ回転機構と共に前記ラインセンサに対して直進移動する構成であるウェハアライメントユニット。
3. 請求項１又は２記載のウェハアライメントユニットにおいて、
   前記演算ユニットは、前記遮光板に対する前記ラインセンサの位置関係と前記ラインセンサの投光量のうち前記遮光板に遮られなかった分の光検出量とから、前記ラインセンサの前記ウェハに対する基準位置にある時のセンサ出力値の補正値を求めるウェハアライメントユニット。
4. 請求項１ないし３いずれか１項記載のウェハアライメントユニットにおいて、
   前記移動機構は、前記ラインセンサを所定のピッチで前記遮光板に対して相対移動させ、
   前記ラインセンサは、そのピッチの移動毎に前記遮光板により遮られなかった分の投光量を検出し、
   前記演算ユニットは、前記ラインセンサの前記遮光板に対する位置関係と前記ピッチ毎のラインセンサによる光量検出値とに基づき、遮光特性を表す直線近似式及びその傾きを求め、この遮光特性から前記ラインセンサのセンサ出力値の補正値を求める構成としたウェハアライメントユニット。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のウェハアライメントユニットにおいて、
   前記ウェハアライメントユニットは、前記ウェハ回転機構にウェハが載置されているかどうかを検知するウェハセンサを備え、
   前記ウェハセンサが前記ウェハ回転機構にウェハが載置されていないことを検知してから、前記移動機構が前記ラインセンサを前記遮光板に対し相対的に移動させるよう構成したウェハアライメントユニット。
6. ウェハアライメントユニットのウェハ回転機構に、ノッチ或いはオリエンテーションフラット部を有するウェハを載置し、前記ウェハを回転させながら、光学式ラインセンサを用いて前記ウェハのエッジに向けて投光し、前記ラインセンサの投光量のうち前記ウェハにより遮られなかった分の光量を検出する工程と、
   前記光学式ラインセンサの出力値から前記ウェハの偏芯量及びノッチ位置を検出する演算ユニットと、を備えたウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法であって、
   前記ラインセンサと前記ウェハ回転機構との間に前記ウェハを模擬して設置した遮光板が予め設けられ、この遮光板に対して、前記ラインセンサを投光させながら移動機構により所定のピッチで相対的に移動させ、且つこのピッチの移動毎に、前記ラインセンサからの投光量のうち前記遮光板に遮られなかった分の光量を検出する工程と、
   前記ラインセンサの前記遮光板に対する位置関係と前記ピッチ毎のラインセンサによる光量検出値との関係とに基づき、前記ウェハのエッジに投光したときの前記ラインセンサの出力値を補正する工程と、を有することを特徴とするウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法。
7. 請求項６記載のラインセンサの出力値補正方法において、
   前記ラインセンサの前記遮光板に対する位置関係と前記ピッチ毎のラインセンサ検出値との関係とを表す直線近似式及びその傾きを演算ユニットにより求め、且つこの傾きより前記ラインセンサの出力値を補正するウェハアライメントユニットにおけるラインセンサの出力値補正方法。

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