JP2015222796A - ウエハの位置検出装置、ウエハの位置検出方法、及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】切り欠きを備えないウエハにおいてウエハの位置を検出するためのウエハの位置検出装置などを提供する。【解決手段】ウエハＷの位置検出装置２において、載置台２１には、裏面に複数のドットからなる位置合わせ用のマークＭが形成されたウエハＷが載置され、回転機構２２、２３は当該載置台２１を回転させる。光照射機構３は、載置台２１を回転させたときに、マークＭが通過する領域に光照射領域を形成し、ラインセンサー４は、光照射領域に照射された光の反射光を受光する受光領域が、ウエハＷの中央部側から外側に向かって伸びるように設けられている。データ処理部５、４０１は、ウエハＷを１回転させたときに、回転方向の位置とラインセンサー４により得られた輝度とを対応付けたデータに基づいてウエハの向きを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハの位置を検出する技術に関する。

半導体装置の製造プロセスにおいては、特許文献１などに記載されているように、半導体ウエハ「以下(ウエハという)」を保持台（載置台）に載置して１回転させ、その間に光センサーにより取得したウエハの周縁の径方向の関係データに基づいて、ウエハの向き及び中心位置を検出する位置合わせ装置が用いられている。ウエハの位置合わせが必要な理由としては、シリコンの結晶方向を特定するためにウエハに形成されたノッチやオリエンテーションフラットなどを、プロセス時に所定の向きに揃えておくことにより、プロセス結果の評価の信頼性を高めることなどが挙げられる。また、搬送アームに対するウエハの位置がずれていると、搬送されているウエハが装置の構成部材に衝突したり、あるいはプロセス用の載置台からはみ出したりするなどの不具合が生じることからも、ウエハの中心位置合わせが必要である。さらにまた、ウエハに塗布されたレジスト膜の周縁部を除去するＥＢＲ（Edge Bead Remover）処理のように、ウエハの周縁を基準に処理を行う場合は、ウエハの周縁位置に関する情報が必要となる。

ところでノッチやオリエンテーションフラットは、ウエハの周縁領域を加工しなければならず、またこれらの切り欠きを設けることによりその領域にデバイスを形成できなくなる。さらには切り欠きを形成する際の加工の影響などにより、切り欠きの周辺領域に形成されたデバイスの特性が悪くなってしまう場合もある。
これらの課題に対し、周縁領域に切り欠きを設けないウエハが提案されており、このような場合には、従来の手法では、ウエハの向きを検出することができない。

特開２０１２−６９５９０号公報：段落０００２

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、切り欠きを備えないウエハにおいてウエハの位置を検出するためのウエハの位置検出装置、ウエハの位置検出方法、及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明のウエハの位置検出装置は、裏面に複数のドットからなる位置合わせ用のマークが形成されたウエハを載置するための載置台と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
投光部を備え、前記載置台を回転させたときに、前記ウエハのマークが通過する領域に、前記投光部から投光された光が照射される光照射領域を形成するための光照射機構と、
前記光照射機構により前記光照射領域に照射された光の反射光を受光するために設けられ、前記反射光の受光領域が、ウエハの中央部側から外側に向かって伸びるように設けられたラインセンサーと、
前記載置台を少なくとも１回転させたときに、ウエハの回転方向の位置と前記ラインセンサーにより得られた輝度とを対応付けたデータに基づいてウエハの向きを検出するデータ処理部と、を備えたことを特徴とする。

前記ウエハの位置検出装置は、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記マークは、ウエハの中央部から外側に向かって配列された複数のドットを含むこと。
（ｂ）前記ラインセンサーの受光領域の長さは、前記載置台を回転させたときにウエハの周縁がその光照射領域に位置するように設定されていること。このとき、前記データ処理部は、ラインセンサーにより得られた輝度分布に基づいて、ウエハの回転方向の位置ごとのウエハの周縁の位置を検出するように構成されていること。前記データ処理部は、ウエハの回転方向の位置ごとにウエハの周縁の位置から一定位置だけウエハの中央部に寄った位置に対応する画素の輝度に基づいて前記マークを検出するステップを実行してウエハの向きを検出するように構成されていること。前記画素の輝度に基づいて前記マークを検出するステップは、前記輝度と予め設定された輝度との比較結果により前記マークを検出するステップであること。
（ｃ）前記データ処理部は、前記輝度分布に基づいて、ウエハの向きに加えてウエハの中心位置を検出するように構成されていること。
（ｄ）前記データ処理部は、前記輝度分布に基づいて、ウエハの向きに加えてウエハの大きさを検出するように構成されていること。
（ｅ）前記マークを構成するドットの光反射率は、ウエハの裏面の光反射率よりも小さいこと。
（ｆ）前記ラインセンサーの光照射領域は、載置台の回転中心を中心とする円の径方向に沿って並んでいること。

本発明は、裏面に複数のドットからなる位置合わせ用のマークが形成されたウエハを載置台に載置して少なくとも１回転させ、ウエハの回転方向の位置と、ウエハの裏面に照射した光を反射させ、ラインセンサーで受光して得られた輝度とを対応付けたデータを取得している。従って、このデータに基づいてウエハの向きを検出することができるので、切り欠きを備えないウエハの位置を検出することができる。

発明の実施の形態に係る位置検出装置の構成を示す斜視図である。 前記位置検出装置の光照射機構の構成を示す第１の説明図である。 前記光照射機構の構成を示す第２の説明図である。 前記位置検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 前記位置検出装置にて位置検出が行われるウエハの裏面の構成例を示す平面図である。 前記位置検出装置に設けられたラインセンサーと、ウエハに設けられた位置合わせ用のマークとの位置関係を示す説明図である。 前記位置関係に応じた、前記ラインセンサーから出力される輝度データの分布を示す説明図である。 前記ラインセンサーにて検出されたウエハの端部の変位を示す説明図である。 前記ウエハのマーク検出位置における輝度データの変化を示す説明図である。 前記位置検出装置によりウエハの位置を検出する動作の流れを示すフロー図である。 前記位置検出装置を備える塗布、現像装置の一例を示す平面図である。 前記塗布、現像装置の縦断側面図である。 前記マークが設けられたウエハをラインセンサーによりスキャンしたときの輝度データの分布を示す説明図である。

図１は、本発明の実施の形態に係るウエハＷの位置検出装置２の構成例を示す斜視図である。位置検出装置２には、位置検出が行われるウエハＷを回転自在に保持するウエハ保持部２０と、このウエハ保持部２０に保持されたウエハＷの下面に位置検出用の光を照射するための光照射機構３と、光照射機構３から照射され、ウエハＷにて反射した光を検出するための受光素子がライン状に並べられて受光領域を形成するラインセンサー４とを備えている。

ウエハ保持部２０は、位置検出が行われるウエハＷがその上面側に載置されると共に、当該ウエハＷを吸着固定する載置台である真空チャック２１と、この真空チャック２１を下面側から支持し、鉛直方向に伸びる回転軸２２と、この回転軸２２の下端側に設けられ、当該真空チャック２１を鉛直軸回りに回転させるが回転モーター２３と、を備えている。
真空チャック２１及び回転軸２２内には不図示の排気路が形成され、真空チャック２１の上面に開口する吸引口２１１を介してウエハＷを吸着保持する。

回転モーター２３は回転軸２２の鉛直軸周りの回転角度をエンコーダーによって調節することが可能であり、真空チャック２１に載置された状態（ホームポジション）からの回転角度（回転方向の位置）を特定しながらウエハＷを回転させることができる。回転モーター２３は、図４のブロック図に示すモーター制御部２０１によって回転軸２２の回転角度や回転速度が制御され、例えば一回転（３６０°）分の回転角度を６０００分割して、０．０６°刻みで把握することができる。
回転軸２２や回転モーター２３は、真空チャック２１を回転させるための回転機構を構成している。

図２、図３に示した光照射機構３は、位置検出用の光を投光する投光部であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）ライト３１と、ＬＥＤライト３１から投光された光の光路を構成するレンズ３２、３４、３５やハーフミラー３３とを備える。
ＬＥＤライト３１は、電源部３１１から供給された電力により不図示の赤色ＬＥＤを発光させ、円形の赤色光を横方向に投光する。電源部３１１からの電力の給断は、図４に示すＬＥＤ制御部３１２を介して実行される。なお、投光部を構成するランプはＬＥＤを用いる種類のものに限定されるものではなく、ＥＬ（ElectroLuminescence）ランプや放電ランプを用いてもよい。

図２、図３に示すように、ＬＥＤライト３１の投光先には円形レンズ３２が配置され、ＬＥＤライト３１からの拡散光を円形の平行光に変換する。円形レンズ３２を通過した光の進行方向には、その進行方向を上向きに変換するための平坦な反射面を有するハーフミラー３３が配置されている。ハーフミラー３３は、ＬＥＤライト３１を通過した平行光が、前記反射面に対して４５°の角度で入射するように配置され、入射した光の一部は、その進行方向を上向きに変える。ハーフミラー３３は、進行方向が変換された光の照射領域を、ウエハＷの周縁領域、及びその外方領域に位置させるように、これらの領域の下方側に配置されている（図１、図３）。

ハーフミラー３３の上方側には、ハーフミラー３３にて反射された円形の平行光を直線状の焦点へ向けて集光する円筒平面凸レンズ（以下、第１円筒平面レンズ３４という）が設けられている。第１円筒平面レンズ３４は、当該第１円筒平面レンズ３４にて集光された直線状の光照射領域がウエハＷの径方向に向けて伸び、且つ、ウエハＷの周縁領域からその外方領域に亘って照射されるように（ウエハＷの中央部側から外側に向かって伸びるように）配置されている。

図３に示すように、ウエハＷの周縁領域からその外方領域に亘って直線状の光が照射されると、前記外方領域に照射された光はそのまま通過する一方、ウエハＷの周縁領域に照射された光は反射する。図２、図３に示すように、この反射光は、第１円筒平面レンズ３４を通過して平行光に変換された後、ハーフミラー３３に入射してその一部はハーフミラー３３の下方側へ通過する。

ハーフミラー３３の下方側には、ハーフミラー３３を通過した反射光を直線状の焦点へ向けて集光する円筒平面凸レンズ（以下、第２円筒平面レンズ３５という）が設けられている。第２円筒平面レンズ３５の下方側にはラインセンサー４が配置されており、第２円筒平面レンズ３５は当該位置検出装置２の受光素子の配置方向に沿って前記反射光を集光するように配置されている。

ラインセンサー４は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの受光素子を直線状に並べた受光領域４０を備え、受光領域４０内の各受光素子に入射した光の輝度（強度）を検出することができる。本例のラインセンサー４は、６．４ｍｍの長さの受光領域４０に、受光素子として５１２個のＣＭＯＳを１列に並べた構成となっている。この受光領域４０は、真空チャック２１に載置され、ラインセンサー４の上方に配置されウエハＷの中央部側から外側に向かって伸びるように設けられている。

各受光素子に入射した光（画素）の輝度は、図４に示すラインセンサー制御部４０１にて２５６階調のディジタルデータ（輝度データ）に変換され、所定のデータ加工が行われた後、ウエハＷの位置検出を実行する後述の制御部５側へ向けて出力される。ラインセンサー制御部４０１から出力されるデータの詳細や、制御部５にて行われるウエハＷの位置検出動作については後述する。

以上に説明した構成を備えた位置検出装置２は、制御部５を備えている。制御部５はＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と不図示の記憶部とを備え、記憶部には位置検出装置２の作用、即ち、ウエハ保持部２０に保持されたウエハＷを鉛直軸周りに少なくとも１回転させながらＬＥＤライト３１から位置検出用の光を照射し、ラインセンサー４に入射した反射光に基づいてウエハＷの位置を特定する動作についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

次に、上述の位置検出装置２を用いてウエハＷの位置を特定する手法について説明する。図５は本例の位置検出装置２を用いて位置検出が行われるウエハＷの構成例を示している。
背景技術にて説明したように、従来のウエハＷには、周縁領域に切り欠きが形成されている。そして、この切り欠きに検査用の光を通過させ、光センサーを用いて検出して得た光量変化から、ウエハＷの向きや中心位置の検出を行う透過光方式の位置検出法を採用している。

これに対して図５に示したウエハＷの外周領域には、切り欠きが形成されておらず、その輪郭形状は円形となっている。一方でウエハＷの下面側には、位置合わせ用のマークＭが形成されている。
マークＭは、既述の切り欠き（オリエンテーションフラットやノッチ）に替えて形成されるものであり、例えばレーザー刻印によりウエハＷの下面を浅く削ることによって形成されている。

図５、図６に示すように、本例のマークＭは、深さ数十μｍ、直径１００μｍ程度のドットを、数百μｍ程度のピッチで複数個並べて配置したドットパターンによって構成されている。ドットパターンの構成に特段の限定はないが、本例では４つのドットをウエハＷの中央部から外側に向かって径方向に配列したドット列を形成し、さらに３本のドット列をウエハＷの周方向に向けて互いに隣り合うように並べることにより例えば０．６ｍｍ×０．４ｍｍの長方形のマークＭを構成している。

ウエハＷのスライシングを行う前のインゴットの周縁領域を大幅に切削加工して特異な形状の切り欠きを形成する場合と比較して、ウエハＷの裏面を浅く削ってマークＭを形成する手法は、ウエハＷに加わるストレスが小さく、特異形状も形成されない。このため、従来、切り欠きの周辺に形成した半導体装置に発生していた特性の低下を抑えることができる。

ここで例えば直径３００ｍｍや４５０ｍｍのウエハＷの場合、マークＭや当該マークＭを構成するドットはウエハＷの曲率に対して十分に小さい。このためラインセンサー４の解像度（５１２ｐｉｘｅｌ／６．４ｍｍ）で見たとき、図６に示すようにマークＭのドット列はウエハＷの端部（周縁の位置）からほぼ等距離（ｗ［ｍｍ］）だけ離れた位置から形成が開始され、またドット列同士は互いに平行に配置されているものとして検出される。
本例の位置検出装置２は、上述のマークＭを検出することによりウエハＷの向きを検出する。

図６（ａ）〜（ｅ）は、光照射機構３から位置検出用の光を照射しながらウエハＷを回転させとき、受光素子が一列に配列されたラインセンサー４の受光領域４０とマークＭとの位置関係の時間変化を示している。ウエハＷの周縁領域からその外方領域に亘って、真空チャック２１の回転中心を中心とする円の径方向（前記回転中心とウエハＷの中心とが一致して載置されている場合には、ウエハＷの径方向）に伸びる直線状の光照射領域を形成し、その反射光をラインセンサー４にて検出すると、ウエハＷの下面にて反射した反射光が検出される領域と、当該反射光の検出が行われない領域との境がウエハＷの端部（ウエハＷの周縁の位置）として特定される。また、前記直線状の光の照射領域（図６（ａ）〜（ｅ）に示す受光領域４０に対応している）をマークＭが通過すると、光の散乱により反射光の輝度が低下し、マークＭが通過した位置に対応する受光素子にて検出される輝度が低下する。即ち、マークＭを構成するドットの光反射率は、ウエハＷの裏面の光反射率よりも小さくなっている。

図７（ａ）〜（ｅ）は、図６（ａ）〜（ｅ）に示した各位置において、ラインセンサー４に入射する光の輝度分布を模式的に示している。各図の横軸はラインセンサー４に入射した光の輝度を示し、縦軸はラインセンサー４に設けられている受光素子の番地（０〜５１１番）を示している。
図７（ａ）〜（ｅ）に示すように、ラインセンサー４に入射する光は、位置検出用の光が反射するウエハＷの周縁領域と、位置検出用の光が通過してしまうウエハＷの外方領域とで輝度が異なっている。一方で、ウエハＷの端部付近には、ベベルと呼ばれる傾斜面が形成されており、ベベル部では反射光が散乱してしまう。このため、ラインセンサー４に入射する光の輝度は、ウエハＷの端部を境としたステップ状の変化を見せず、ウエハＷの外方の端部手前の位置から、当該端部を境としたウエハＷの内側の位置に亘って、徐々に輝度が高くなる輝度分布を呈する。

そこで本例の位置検出装置２は、ベベル部の影響で輝度が連続的に変化する場合におけるウエハＷの端部位置での輝度が、予備実験などにより予め把握されている。そして、この端部位置での輝度をしきい値として入射光の輝度がしきい値を上回る位置をウエハＷの端部として検出する。

またマークＭの形成されている領域では、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すようにドットが形成されている位置にてラインセンサー４に入射する光の輝度が低下する（対応する図６（ｂ）〜（ｄ）参照）。また、照射領域（即ち受光領域４０）内にドット列が１列進入した状態（図６（ｂ）、（ｄ））におけるドットの通過位置に比べて（図７（ｂ）、（ｄ））、隣り合って配置された２列分のドット列が進入した状態（図６（ｃ））におけるドット通過位置（図７（ｃ））の方が輝度の低下量が大きくなる。

一方で、後述する実施例に示すように、実際のラインセンサー４で検出される輝度は、受光素子の配置数（解像度）に応じて図７（ｂ）〜（ｄ）に示す輝度変化パターンが平滑化される（後述する図１３の（Ａ）〜（Ｃ）におけるマーク検出位置の輝度データ参照）。
そこで、本例の位置検出装置２においては、マークＭが光の照射領域を通過することにより、入射光の輝度変化が大きくなる位置（マークＭを検出する感度が高い位置）を予めマーク検出位置として設定し、当該位置における輝度変化に基づいてマークＭが形成されている領域を検出する。

上述の手法により、本例の位置検出装置２は、ラインセンサー４にて検出された輝度データに基づき、ウエハＷの端部の位置と、ウエハＷの裏面におけるマークＭの形成位置とを検出することができる。
しかしながら、ウエハＷを１回転させる間に６０００ポイントで取得され、ラインセンサー４にて検出された５１２ｐｉｘｅｌの全ての画素の輝度データ（階調データ）を画像データとして制御部５に出力し、画像解析により上述の手法でウエハＷの端部やマークＭの検出を行うと、３．１ＭＢ（６０００ポイント×５１２ｐｉｘｅｌ×８Ｂｉｔ（２５６階調）≒３．１ＭＢ）もの大きなデータを処理する必要が生じる。この結果、システム構成が複雑になり、装置コストの上昇につながってしまう。

そこで本例の位置検出装置２は、ウエハＷの端部やマークＭの配置位置の特徴を利用して、これら端部やマークＭの検出に必要な情報だけをラインセンサー制御部４０１にて取り出し、制御部５に設けられたメモリ５２に書き込む処理を実行する。この観点において、制御部５やラインセンサー制御部４０１は、位置検出装置２のデータ処理部を構成している。
以下、ラインセンサー制御部４０１にて実行される処理の詳細について説明する。

初めに、ウエハＷの端部の位置を特定する手法につき、ラインセンサー制御部４０１は各サンプリングポイントにてウエハＷの径方向外側から内側へ向けてラインセンサー４によるスキャンを行い、各受光素子から取得した輝度データを予め設定しておいたしきい値と比較する。そして、輝度データの大きさがしきい値を超えた（しきい値より明るくなった）位置における受光素子の番地データ（０〜５１１番）を９Ｂｉｔの端部位置データとして制御部５のメモリ５２へ書き込む。

制御部５は、各受光素子の番地と、当該受光素子がラインセンサー４のどの位置に配置されているものであるかを示す情報に基づいてウエハＷの端部の位置を特定する。そして、６０００ポイント分の端部位置をウエハＷの回転角度と対応付けて並べることにより、図８に示すように真空チャック２１上に保持されたウエハＷを１回転させたときのウエハＷの端部位置の変位を把握することができる。そして、この端部位置の変位範囲の中央値から、ウエハＷの直径が求められ、前記中央値と最大の変位量との差分から真空チャック２１の回転中心とウエハＷの中心との間の偏心量を求めることができる。このとき、予めラインセンサー制御部４０１にてしきい値判定が行われた端部位置データを利用することにより、６．８ｋＢ（６０００ポイント×９Ｂｉｔ≒６．８ｋＢ）のデータ量でこれらウエハＷの直径や偏心量を特定することができる。

しかしながら図８に示す端部位置の変位だけでは、真空チャック２１に保持されたウエハＷのずれ方向を特定することができない。そこでマークＭの検出結果を利用した、真空チャック２１上のウエハＷの向きの検出を行う。
ここで図５、図６を用いて説明したように、本位置検出装置２にて位置検出が行われるウエハＷにおいては、その端部からｗ［ｍｍ］だけ離れた位置から内側の領域にマークＭが形成される規格となっている。従って、マークＭの検出が行われるマーク検出位置もウエハＷの端部から所定の距離（ｗ’［ｍｍ］）だけ中央部側に寄った位置となる。このため、図８に示すように真空チャック２１上に保持されたウエハＷの回転に応じてウエハＷの端部が移動すると、既述のマーク検出位置も移動することとなる（図８の破線）。

そこで本例のラインセンサー制御部４０１は、各受光素子から取得した輝度データのうち、既述のしきい値判定に基づいて特定したウエハＷの端部から予め設定した距離（ｗ’［ｍｍ］）だけウエハＷの中央部側へ寄った位置からの反射光が入射した受光素子から得た画素の輝度データ（２５６階調、８Ｂｉｔ）をマーク検出位置における輝度データとして制御部５のメモリ５２へ書き込む。なお、この輝度データは、１個の受光素子から得られたものに限定されるものではなく、例えば隣り合う複数個の受光素子から得られた画素の輝度データの平均値を用いてもよい。

制御部５は、６０００ポイント分の輝度データをウエハＷの回転角度（回転方向の位置）と対応付けて並べることにより、図９に示すようにマーク検出位置における反射光の輝度変化を把握することができる。そして反射光の輝度の低下が検出された位置（予め設定された輝度よりも輝度が低くなった位置）をマークＭの形成位置としてウエハＷの向き（例えば結晶方向と、ウエハＷの中心とマークＭ形成位置とを結ぶ方向とが成す角度）を特定することができる。このウエハＷの角度に基づいて、真空チャック２１上に載置されたウエハＷの偏心方向を特定し、前記偏心量のｘ方向成分やｙ方向成分を特定することができる。このとき、予めラインセンサー制御部４０１にて特定したマーク検出位置における輝度データを利用することにより、６ｋＢ（６０００ポイント×８Ｂｉｔ≒６ｋＢ）のデータ量でウエハＷの向きを特定することができる。

マーク検出位置における輝度データのみを選択的に取得することにより、例えばウエハＷの裏面にパーティクルなどが付着していても、パーティクルの付着に起因する輝度データの変化までも取り込んでしまう確率が低く、マークＭとパーティクルの識別の必要性が少ない。また、複数のドットを規則的に配列してマークＭを形成することにより、図９の拡大図中に示すように、特異な輝度変化のパターンを形成させることができる。この結果、パーティクルの付着やデポジット膜などの影響による輝度データの変動の影響を取り除いてマークＭからの反射による輝度データの変化を確実に識別することができる。

上述の手法によれば、ウエハＷの周縁領域及びその外方領域をスキャンして得た３．１ＭＢの輝度データ（階調データ）と比較して、約０．４％相当のデータ量（端部位置データ（６．８ｋＢ）＋マーク検出位置の輝度データ（６ｋＢ）＝１２．８ｋＢ）にて、真空チャック２１上のウエハＷの直径、偏心量、ウエハＷの向きを特定することが可能となる。
以上に説明した手法を利用してウエハＷの位置検出を行う位置検出装置２の動作について図１０のフロー図を参照しながら説明する。

初めに、外部のウエハ搬送機構によりウエハＷが位置検出装置２の筐体内に搬送され、ウエハＷがウエハ保持部２０の真空チャック２１上に載置される。このとき、真空チャック２１上の正しい位置にウエハＷが載置された場合には、ウエハＷの中心と真空チャック２１の回転中心とが一致し、ウエハＷの裏面に形成されたマークＭも予め設定された方向を向いた状態となる。しかる後、ウエハ搬送機構が筐体内から退避したらウエハＷの位置検出を開始する（スタート）。

次いで、ＬＥＤライト３１を点灯してウエハＷへの投光を開始すると共に、ウエハＷを回転させ、回転速度が設定速度に到達して等速となったら、真空チャック２１が予め設定した方向を向いたタイミングで検出動作を開始する（ステップＳ１０１）。
はじめにカウンタをリセットし（ステップＳ１０２）、検出開始位置にてラインセンサー４に入射する反射光の輝度をしきい値と比較しウエハＷの端部の位置を特定し（ステップＳ１０３）、特定された端部の位置から予め設定した距離だけ中央部側へ寄ったマーク検出位置における輝度データを取得する（ステップＳ１０４）。

次に、これらの動作で取得した端部位置データ及び輝度データを、各々ウエハＷの回転角度と対応付けてメモリ５２に記憶する（ステップＳ１０５）。
次いでカウンタをインクリメントして（ステップＳ１０６）、設定されたサンプリング数との比較を行い（ステップＳ１０７）、全測定点の測定が完了していない場合には（ステップＳ１０７；ＮＯ）、前回の検出動作時から所定時間だけ経過後（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０３〜１０６の動作を繰り返し、各サンプリングポイントにおける端部位置データ及びマーク検出位置における輝度データを順次、取得する。

ウエハＷが少なくとも１回転し、全てのサンプリングポイントでデータ取得を終えたら（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、ＬＥＤライト３１を消灯し、ウエハＷの回転を停止する。そして、取得した端部位置データ及びマーク検出位置における輝度データに基づき、図８に示した端部位置の変位や、図９に示したマーク検出位置における輝度変化に基づき、ウエハＷの直径や偏心量、ウエハＷの向きを特定する（ステップＳ１０９、エンド）。

本実施の形態に係る位置検出装置２よれば以下の効果がある。裏面に複数のドットからなる位置合わせ用のマークＭが形成されたウエハＷを真空チャック２１に載置して少なくとも１回転させ、ウエハＷの回転方向の位置と、ウエハＷの裏面に照射した光を反射させ、ラインセンサー４で受光して得られた輝度とを対応付けたデータを取得している。従って、このデータに基づいてウエハの向きを検出することができるので、切り欠きを備えないウエハＷの位置を検出することができる。

ここで本例の位置検出装置２は、ウエハＷの裏面にて反射した光を利用してウエハＷの端部の位置、及びウエハＷの裏面に形成されたマークＭを検出する手法について説明した。但し、端部位置の検出については従来のように、ウエハＷを挟んで上下面の一方側にＬＥＤライト３１を配置し、他方側にラインセンサー４を配置して、ＬＥＤライト３１から照射した光がウエハＷにて遮られた位置に基づいて端部位置を検出する透過光方式を採用してもよいし、端部の検出自体を行わなくてもよい。例えば、真空チャック２１上に載置されたウエハＷを側面から押さえつけて、ｘ方向やｙ方向への位置ずれを矯正する治具が位置検出装置２内に設けられている場合などには、マークＭの検出によるウエハＷの向きの特定のみを行えばよい。

この場合において、マーク検出位置の特定は、位置ずれの矯正が行われた後のウエハＷの端部が位置すると想定される位置から予め設定された距離だけ内側の位置をマーク検出位置として、既述の手法により輝度データを取得してもよい。また、マークＭの検出を行うだけの場合には、ウエハＷの直径の変化に応じてマークＭの配置位置が変化すると考えられる領域をカバーするようにラインセンサー４の受光領域４０を設定し、当該領域内の輝度データ（階調データ）を全て取得して画像解析によりマークを検出してもよい。ウエハＷの端部を検出する場合に比べて受光領域４０が狭いので、画像データのデータ量の増大を抑えることができる。

ここで、光照射機構３の構成例は図１〜図３に例示したものに限られない。例えば円筒平面凸レンズ（第１円筒平面レンズ３４、第２円筒平面レンズ３５）に替えて、ロッドレンズやボールレンズ、ＦＡＣ（Fast-Axis Collimating Lens）レンズなどを採用してもよい。さらに、光照射機構３により形成される光照射領域の形状は、ラインセンサー４の受光領域４０に対応させて直線状とする場合に限定されない。ウエＷハの中央部側から外側に向かって直線状に伸びるように配置された受光領域４０に向けて、ウエハＷからの反射光を反射できるように構成されていれば、例えば光照射領域の形状は円形や矩形であってもよい。
また、従来の透過光方式のウエハＷの検出法においてもラインセンサー４が用いられていることから、光照射機構３の構成を変更するだけで反射光方式の検出法を実行するシステムに転用することもできる。

さらに、ウエハＷの裏面に設けるマークＭの数も１つの場合に限定されるものでなく、ウエハＷの周方向に互いに離れた位置に複数個設けてマークＭ検出の確実性を向上させるようにしてもよい。マークＭ自体の形状についてもドットの配列を種々変化させて、マークＭを文字情報などとして取り扱うことができるようにしてもよい。

続いて、上述の位置検出装置２を組み込んだ塗布、現像装置の例について図１１、図１２を参照しながら簡単に説明する。
処理対象のウエハＷを収容したキャリア１０２が塗布、現像装置のキャリアブロックＳ１に設けられた載置台１０１に載置されると、受け渡しアームＣによってウエハＷが取り出される。取り出されたウエハＷは、処理ブロックＳ２に設けられた棚ユニットＵ２内の受け渡しモジュールＣＰＬ２に受け渡され、搬送アームＡ１によってＢＣＴ層Ｂ２に搬入されて、反射防止膜が形成される。次いで、ウエハＷは、棚ユニットＵ２の受け渡しモジュールＢＦ２に受け渡され、受け渡しモジュールＣＰＬ３及び搬送アームＡ３を介してＣＯＴ層Ｂ３に搬入され、液処理モジュール１０３によりレジスト膜が形成される。

ＣＯＴ層Ｂ３内には、レジスト膜を現像した際に、ウエハＷのパターン形成領域の外側である周縁部のレジスト膜が残らないようにするため、露光装置に搬入される前に当該周縁部のレジスト膜を予め露光しておく周縁露光モジュール１０４が設けられる。周縁露光モジュール１０４は、図１に示したウエハ保持部２０が筐体内に収容され、ウエハ保持部２０は搬送アームＡ３との間でウエハＷの受け渡しを行う位置と、周縁露光を行う位置との間を横方向に移動自在に構成される。周縁露光が行われる位置まで移動したウエハＷの周縁部の上方側には、紫外ランプなどの露光部が設けられ、ウエハＷを回転させながら紫外線を照射することにより、周縁露光が行われる。

この周縁露光モジュール１０４においては、パターン形成領域の外側（周縁部）を正確に露光する必要がある。そこで周縁露光モジュール１０４には本発明の位置検出装置２が組み込まれている。この位置検出装置２を用いて、ウエハＷの直径や真空チャック２１に保持されたウエハＷの偏心量を正しく検出する。そして、真空チャック２１に保持されたウエハＷの回転動作と、ウエハ保持部２０の横方向への移動動作とを組み合わせ、位置検出装置２にて検出された結果に応じてウエハＷ直径の変化やウエハＷの偏心が相殺されるように露光位置を移動させることにより、正しい領域を露光することができる。

レジスト膜が形成され、周縁露光が行われた後のウエハＷは、搬送アームＡ３により、棚ユニットＵ２の受け渡しモジュールＢＦ３に受け渡された後、例えば受け渡しモジュールＢＦ３→受け渡しアームＤ→受け渡しモジュールＣＰＬ４を介して搬送アームＡ４に受け渡され、ＴＣＴ層Ｂ４にてレジスト膜の上に反射防止膜が形成される。しかる後、ウエハＷは、搬送アームＡ４により受け渡しモジュールＴＲＳ４に受け渡される。なおレジスト膜の上の反射防止膜を形成しない場合や、レジスト膜の下の反射防止膜を形成する代わりに、ウエハＷに対して疎水化処理を行う場合もある。

受け渡しモジュールＴＲＳ４に受け渡された反射防止膜形成後のウエハＷは、さらに受け渡しモジュールＣＰＬ１１に受け渡され、ＤＥＶ層Ｂ１内の上部に設けられた搬送専用のシャトルアームＥにより棚ユニットＵ３の受け渡しモジュールＣＰＬ１２に搬送される。次いで、ウエハＷはインターフェイスブロックＳ３に取り込まれ、インターフェイスアームＦにより露光装置Ｓ４に搬送され、ここで所定の露光処理が行われる。しかる後、ウエハＷは、棚ユニットＵ３の受け渡しモジュールＴＲＳ６に載置されて処理ブロックＳ２に戻される。

処理ブロックＳ２に戻されたウエハＷは、ＤＥＶ層Ｂ１にて現像処理が行われた後、処理モジュール群Ｕ１に設けられた加熱モジュールに搬送され、ここでレジストパターンに残存する溶剤が除去される。この後、例えば搬送アームＡ１により処理モジュール群Ｕ１に設けられた冷却モジュールに搬送されて冷却される。こうして現像処理が行われたウエハＷは、レジスト膜の膜厚、レジストパターンをなす凹部の線幅（ＣＤ）の大きさ、隣り合う一組の凹凸部の幅（ピッチ）などの検査が行われ、各ウエハＷにはこれらの項目の合格、不合格の情報が付加されて、後段の装置における処理を実行するか否かなどの判断材料となる。

この検査装置においても、ウエハＷ内のどの領域にて膜厚やＣＤなどが規格を外れているのか正確に把握することが重要となる。そこで、この検査装置にも本発明の位置検出装置２が組み込まれ、検査対象のウエハＷの直径や載置位置の偏心量、ウエハＷの向きを検出した結果に基づいて把握した正確な検査位置と対応付けた検査結果の評価などが行われる。検査装置は例えば棚ユニットＵ２内に配置される。
検査を終えたウエハＷは、棚ユニットＵ２における受け渡しアームＣのアクセス範囲の受け渡し台に搬送され、受け渡しアームＣを介してキャリア１０２に戻される。

以上、本発明の位置検出装置２を塗布、現像装置に組み込んだ例について説明したが、位置検出装置２を設ける装置はこの例に限定されるものではない。例えばスピンチャック上に保持したウエハＷに各種の処理液を供給して液処理を行う枚葉式の液処理装置や、真空容器内に設けられた載置台にウエハＷを載置し、成膜処理やエッチング処理、アッシング処理を行う真空処理装置などに設けられているスピンチャックや載置台に載置されるウエハＷの位置合わせなどに位置検出装置２を利用してもよい。この場合は、スピンチャックや載置台へウエハＷを搬送するウエハ搬送機構にウエハＷを受け渡す前に、位置検出装置２にて位置検出を行い、位置ずれなどを補正してウエハ搬送機構にウエハＷを受け渡す手法などが考えられる。

（実施例）
図１〜図３に示したものと同様の構成の位置検出装置２により、図５に示すウエハＷに形成されたマークＭの検出試験を行った。
Ａ．実験条件
直径が３００ｍｍのウエハＷの端部から１．０ｍｍの位置に、図５、図６を用いて説明した構成のマークＭ（０．６ｍｍ×０．４ｍｍ）を形成し、受光領域の長さが６．４ｍｍ、受光素子（ＣＭＯＳ）の数が５１２個（画素数ｐｉｘｅｌ）のラインセンサー４を用いて位置検出を行った。ラインセンサー４は、図６（ａ）〜（ｅ）に示すようにウエハＷの端部を挟んで内側のウエハＷの周縁領域、及び端部よりも外方の領域に亘り、ウエハＷの径方向に受光領域４０が位置するように配置した。ウエハＷは、その中心が真空チャック２１の回転中心と一致するように（偏心量＝０）真空チャック２１上に載置し、ラインセンサー４にてマークＭをスキャンし、各受光素子から輝度データを取得した。

Ｂ．実験結果
図１３に併記したマークＭの拡大図中の（Ａ）〜（Ｃ）の位置に、ラインセンサー４の受光領域４０の中心が到達したときの各受光素子から取得した輝度データの分布を示す。図中、横軸がラインセンサー４のスキャン位置（受光素子の番地）を示し、縦軸が２５６階調の輝度データの値を示している。拡大図中の（Ａ）の位置のスキャン結果を実線で示し、（Ｂ）、（Ｃ）の位置のスキャン結果を、各々一点鎖線、及び破線で示している。なお、これらの線が重なって見にくくなることを避けるため、各線は上下方向に少しずらして示してある。

図１３に示した結果によれば、（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの場合においても、ウエハＷの端部よりも外方領域側の位置から輝度データの値が上昇し始め、ウエハＷ側に移動するに連れて、（Ａ）〜（Ｃ）は同じ傾きで輝度データの値が上昇している。従って、適切なしきい値を設定することにより、ウエハＷの端部の位置を正確に把握することが可能であることが分かる。

また、マークＭが形成されている領域の輝度データの分布を見ると、マークＭから外れた位置をスキャンした（Ａ）の位置では、ラインセンサー４に入射する反射光の光量を示す輝度データに落ち込みはない。次に、１本目のドット列上をスキャンした（Ｂ）の位置では、マークＭが形成されている位置にて輝度データの値は落ち込んでいる。さらに２本目のドット列上をスキャンした（Ｃ）の位置では（Ｂ）の位置よりも輝度データの値が低下する領域が形成されている。（Ｂ）の位置よりも（Ｃ）の位置の方が、輝度データの値が低下するのは、隣り合って並んだドットの影響を受けてラインセンサー４に入射する反射光の光量が低下したためであると考えられる。

このように、マークＭが形成されたウエハＷをスキャンする位置に応じてラインセンサー４にて検出される輝度データが変化することを利用し、適切な位置にマーク検出位置を設定することで、図９に示すようにマーク検出位置における輝度データの変化に基づいてマークＭの形成位置を検出できることが確認できた。

Ｍ マーク
Ｗ ウエハ
２ 位置検出装置
２０ ウエハ保持部
２１ 真空チャック
２３ 回転モーター
３ 光照射機構
３１ ＬＥＤライト
４ ラインセンサー
４０ 受光領域
４０１ ラインセンサー制御部
５ 制御部

Claims (19)

1. 裏面に複数のドットからなる位置合わせ用のマークが形成されたウエハを載置するための載置台と、
   前記載置台を回転させるための回転機構と、
   投光部を備え、前記載置台を回転させたときに、前記ウエハのマークが通過する領域に、前記投光部から投光された光が照射される光照射領域を形成するための光照射機構と、
   前記光照射機構により前記光照射領域に照射された光の反射光を受光するために設けられ、前記反射光の受光領域が、ウエハの中央部側から外側に向かって伸びるように設けられたラインセンサーと、
   前記載置台を少なくとも１回転させたときに、ウエハの回転方向の位置と前記ラインセンサーにより得られた輝度とを対応付けたデータに基づいてウエハの向きを検出するデータ処理部と、を備えたことを特徴とするウエハの位置検出装置。
2. 前記マークは、ウエハの中央部から外側に向かって配列された複数のドットを含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハの位置検出装置。
3. 前記ラインセンサーの受光領域の長さは、前記載置台を回転させたときにウエハの周縁がその光照射領域に位置するように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のウエハの位置検出装置。
4. 前記データ処理部は、ラインセンサーにより得られた輝度分布に基づいて、ウエハの回転方向の位置ごとのウエハの周縁の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のウエハの位置検出装置。
5. 前記データ処理部は、ウエハの回転方向の位置ごとにウエハの周縁の位置から一定位置だけウエハの中央部に寄った位置に対応する画素の輝度に基づいて前記マークを検出するステップを実行してウエハの向きを検出するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のウエハの位置検出装置。
6. 前記画素の輝度に基づいて前記マークを検出するステップは、前記輝度と予め設定された輝度との比較結果により前記マークを検出するステップであることを特徴とする請求項５に記載のウエハの位置検出装置。
7. 前記データ処理部は、前記輝度分布に基づいて、ウエハの向きに加えてウエハの中心位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載のウエハの位置検出装置。
8. 前記データ処理部は、前記輝度分布に基づいて、ウエハの向きに加えてウエハの大きさを検出するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載のウエハの位置検出装置。
9. 前記マークを構成するドットの光反射率は、ウエハの裏面の光反射率よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載のウエハの位置検出装置。
10. 前記ラインセンサーの光照射領域は、載置台の回転中心を中心とする円の径方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載のウエハの位置検出装置。
11. 裏面に複数のドットからなる位置合わせ用のマークが形成されたウエハを載置台に載置して少なくとも１回転させる工程と、
    前記回転するウエハに形成されているマークが通過する領域に、光が照射される光照射領域を形成する工程と、
    前記光照射領域に照射された光の反射光を受光するために設けられ、前記反射光の受光領域が、ウエハの中央部側から外側に向かって伸びるように設けられたラインセンサーを用い、ウエハの回転方向の位置と前記ラインセンサーにより得られた輝度とを対応付けたデータに基づいてウエハの向きを検出する工程と、を含むことを特徴とするウエハの位置検出方法。
12. 前記マークは、ウエハの中央部から外側に向かって配列された複数のドットを含むことを特徴とする請求項１１に記載のウエハの位置検出方法。
13. 前記ラインセンサーの受光領域の長さは、前記載置台を回転させたときにウエハの周縁がその光照射領域に位置するように設定されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載のウエハの位置検出方法。
14. 前記ラインセンサーにより得られた輝度分布に基づいて、ウエハの回転方向の位置ごとのウエハの周縁の位置を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載のウエハの位置検出方法。
15. ウエハの回転方向の位置ごとにウエハの周縁の位置から一定位置だけウエハの中央部に寄った位置に対応する画素の輝度に基づいて前記マークを検出する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載のウエハの位置検出方法。
16. 前記画素の輝度に基づいて前記マークを検出する工程は、前記輝度と予め設定された輝度との比較結果により前記マークを検出する工程であることを特徴とする請求項１５に記載のウエハの位置検出方法。
17. 前記ウエハの周縁の検出結果に基づいて、ウエハの向きに加えてウエハの中心位置を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載のウエハの位置検出方法。
18. 前記マークを構成するドットの光反射率は、ウエハの裏面の光反射率よりも小さいことを特徴とする請求項１１ないし１７のいずれか一項に記載のウエハの位置検出方法。
19. ウエハを載置するための載置台と、前記載置台を回転させるための回転機構と、を備えたウエハの位置検出装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１１ないし１８のいずれか一項に記載のウエハの位置検出方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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