JP2796296B2 - ウエハのプリアライメント方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ウエハのプリアライメント方法に関するも
のである。 （従来の技術） 従来、光センサを用いたウエハのプリアライメント
（事前位置決め）が行われており、例えば、第11図に示
す方法手順に従って第12図に示すような装置を用いてウ
エハの位置決めを行っていた。具体的には、ウエハ20を
１回転させつつ該ウエハ20の外周エッジ近傍に発光素子
21からライン状に発光光を照射し、これを受光素子22で
受光して１回目のセンシングを行い、第13図に示す如き
センサ出力データを図示しないマイクロコンピュータ等
の演算制御回路に入力して該ウエハ20の偏心量を計算
し、該演算制御回路により図示しない駆動モータを制御
してウエハ20を載置するサブチャック23、ピンセット2
4、Ｚステージ25等を駆動してウエハ20の偏心補正を行
い、次いで該サブチャック23に再びウエハ20を載置して
前述と同様の手順で２回目のセンシングを行い、当該出
力データから前記同様にオリエンテーション・フラット
（以下単にオリフラという）の位置を算出して、再度駆
動モータを制御してサブチャック23を所定量回転せし
め、ウエハ20のオリフラを定められた角度に向けて位置
決めを行っていた。 （発明が解決しようとする問題点） 然し乍ら、上述のように２度以上もセンシング及び位
置補正を繰返して半導体ウエハのプリアライメントを行
うのでは作業効率が悪く、時間的なロスも大きいという
欠点があった。 本発明は、上述のような問題点に鑑み案出されたもの
で、１回のセンシング及び位置決め操作でウエハの高精
度な位置決めが可能なプリアライメント方法を提供する
ことを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上述のような問題点を解決するため、次の
ように構成した。すなわち、サブチャックに配置される
ウエハの外周近傍にライセンシング機能を有する１個の
光センサ機構を配置し、この光センサ機構は、光量に比
例した電流を出力し、それ自体は位置を示さないリニア
出力を有するセンサであるとともに、前記サブチャック
の中心とウエハの中心とセンサで検出したウエハエッジ
の位置との関係を、サブチャック中心を原点としたベク
トル式で表わし、偏心したウエハエッジの軌跡とオリフ
ラエッジの軌跡とを含む光センサ機構の出力波形を演算
回路に入力し、先ずベクトル方程式を解いてウエハの偏
心量と偏心方向を求め、次に、ウエハの偏心がない状態
に前記波形を補正し、この波形から最小二乗法を用いて
オリフラの中心位置を求め、この演算結果をウエハの位
置決め装置へ出力することにより、一回転のみのセンシ
ングと一回のみの演算によりウエハの中心位置とオリフ
ラの向きを特定し、この演算結果に応じてウエハの位置
合わせを行うようにした。 （作用） 本発明は、上述のように構成したので、ウエハの外周
近傍に配置したラインセンシング機能を有する光センサ
により１回転するウエハのエッヂラインをセンシングす
ると、該センシングで得た光量変化がセンサ出力として
マイクロコンピュータ等の演算回路に入力される。そし
て、該入力に基づき該演算回路によりウエハの偏心量及
びOF中心位置が演算され、該演算結果に基づきウエハの
位置決め装置が駆動され、ウエハの高精度なプリアライ
メントが行われる。 （実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。 第１図は、本発明のプリアライメント方法の一実施例
を示す全体ブロック図である。 プリアライメントの手順を説明すると、先ず、サブチ
ャック１に載置されるウエハ２の外周エッジ近傍に、光
センサ機構３の発光ダイオードからなる発光素子4aから
発光光を照射し、同時に該ウエハ２をサブチャック１ご
と１回転させる。すると、該ウエハ２に当たった照射光
（図中のＡの部分）はウエハ２で反射され、ウエハ２の
外周エッジ外側を通過し該ウエハ２で遮られないセンサ
光（図中Ｂの部分）はライン状に配列された受光素子、
例えば太陽電池4bで受光され、光量変化をセンシングす
る。本例では受光素子として太陽電池を採用している
が、フォトダイオードなど同様の機能を有する受光素子
を使用しても差し支えない。上記太陽電池（受光素子）
4bは受光量に応じて起電しセンサ出力電流を出力し、こ
のセンサ出力の電流変化を電圧変換回路Ｃで電圧変化に
変換し、ローパスフィルタＤにより蛍光灯などの雑光源
の影響による雑出力をカットし、増幅回路Ｅで増幅した
サンプル・ホールド回路Ｆによりサンプリング的に出力
を保持し、AD変換回路Ｇによりデジタル信号に変換して
コントロール回路Ｈを介しマイクロコンピュータの中央
処理装置Ｉ（CPU）に入力する。次いで、上記マイクロ
コンピュータの演算回路において、サブチャック回転中
心Ｏ及びウエハ中心Ｏ′並びにセンサー4bの長手方向の
中心線とウエハエッジの交点とのベクトル関係より、ラ
インセンシングした光量変化に応じた該センサ出力に基
づいて一回の演算により該ウエハの中心位置及び偏心量
並びにオリフラ中心位置等を求め、該算出結果に応じて
該マイクロコンピュータの中央処理装置Ｉからパルスモ
ータＪの駆動制御信号（バス信号）を出力してドライバ
Ｋにより該バス信号を整形してパルスモータＪの出力を
制御し、サブチャック１等からなるウエハ２の位置決め
装置を該パルスモータＪで駆動してウエハ２のプリアラ
イメントを行うものである。なお、図中、Ｌは発光素子
4aの出力制御のための定電流回路で、コントロール回路
Ｈによって制御されている。 上記ウエハの位置決め装置及びラインセンサ出力の処
理回路は本発明の一例であり、特にこれらに限るもので
はない。 上記マイクロコンピュータの演算回路において、サブ
チャック回転中心Ｏ及びウエハ中心Ｏ′並びセンサー4b
の長手方向の中心線とウエハエッヂの交点とのベクトル
関係より、ラインセンサにより検出した光量変化に応じ
たセンサ出力に基づき一回の演算によってウエハの中心
位置及び偏心量並びにオリフラ中心位置等を求める演算
式の一例を図面、計算式等を用いて示すと、以下の通り
である。 第２図は、光センサの受光とウエハ中心及びオリフラ
位置との関係を示す模式平面図であり、図中２はウエ
ハ、Ｏは該ウエハ２を載置するサブチャック１の回転中
心位置、Ｏ′はウエハ中心位置、εは偏心量、Ｒはウエ
ハ半径を各々表している。 （１）先ず、センサ出力波形の解を求める。 ベクトル方程式を立てると、 ＝＋ これを極形式にしてｙ・ｅ^θ３＝ε・ｅ^θ１＋ｒ・
ｅ^θ θ＝π/2だからｙ・＝ε・ｅ^θ１＋ｒ・ｅ^θ２ 虚部をとるとｙ＝ε sinθ_１＋r sinθ_２ …（１） 実部をとるとφ＝ε cosθ_１＋r cosθ_２ …（２） 上記（２）式より 第２図より＋をとって ｒを乗じて とおくと、 r sinθ_２＝B₀−A cos2θ_１ …（３） （１）と（３）よりｙ＝ε sinθ_１−A cos2θ_１＋B₀ …（４） ｆ（θ_１）をセンサ上のウエハエッヂの変位をとする
と、 ｆ（θ_１）＝ε sinθ−A cos2θ_１−B₀−（ｒ−ε） Ｂ＝B₀−（ｒ−ε）として ｆ（θ_１）＝ε sinθ_１−A cos2θ_１＋Ｂ …（５）
（第３図） 上記ｆ（θ_１）＝ε sinθ_１−A cos2θ_１＋Ｂにおい
て、 ｘ（θ_１）＝ε sinθ_１ ｈ（θ_１）＝−A cos2θ_１＋Ｂ オリフラでできる波形をｇ（θ_１）とすると、 ｆ（θ_１）＝ｘ（θ_１）＋ｇ（θ_１）＋ｈ（θ_１）と
なる。 γをずれた位相としてθ＝θ_１＋γとすると、センサ
出力波形は ｆ（θ）＝ｘ（θ）＋ｇ（θ）＋ｈ（θ） …（６） となる。 ここで ｘ（θ＋π）＝−ｘ（θ） …（７） ｈ（θ＋π）＝ｈ（θ） …（８） （２）次に、センサ出力波形よりε sinθの波形を作り
出す （ａ）ｆ（θ）＝ｘ（θ）＋ｇ（θ）＋ｈ（θ） （第４図）。 （ｂ）ｈ（θ）波形を消去するため、ｆ（θ）からπず
らしたｆ（θ＋π）を引く。 f₁（θ）＝ｆ（θ）−ｆ（θ＋π） ＝ｘ（θ）＋ｇ（θ）＋ｈ（θ）−ｘ（θ＋π） −ｇ（θ＋π）−ｈ（θ） ＝2x（θ）＋ｇ（θ）−ｇ（θ＋π） …（９）（第５図） （ｃ）ｘ（θ）を消去する。 f₂（θ）＝ｆ（θ）＋ｆ（θ＋π） ＝ｘ（θ）＋ｇ（θ）＋ｈ（θ）＋ｘ（θ＋π） ｇ（θ＋π）＋ｈ（θ＋π） ＝ｇ（θ）＋ｇ（θ＋π）＋2h（θ） …（10）（第６図） （ｄ）ｇ（θ）か−ｇ（θ＋π）のどちらかを消去す
る。 一般に、 であるから、 これを、式（９）のf₁（θ）の波形に当てはめ、ｇ
（θ）または−ｇ（θ＋π）を消去する。ｇ（θ）また
は−ｇ（θ＋π）の位置は、f₂（θ）から求めることが
できる。 f₄（θ）＝2x（θ）−ｇ（θ＋π） …（11） （第８図） （ｅ）センサ出力波形よりε・sinθの波形を作り出
す。偏心量εを求めるためである。 f₅（θ）＝f₄（θ）f₄（θ＋π） ＝4x（θ）＋ｇ（θ）−ｇ（θ＋π） …（12） f₆（θ）＝f₅（θ）−f₁（θ） ＝2x（θ）＝２εsinθ …（13） （３）ε・sin（θ_１＋γ）波形より、（ａ）偏心量、
（ｂ）その位相、（ｃ）オリフラ位置を求める。 （ａ）f₇（θ）＝εsin（θ＋γ）より偏心量を求め
る。 偏心量εは、（ｂ）位相 偏心εまでの角度であるが、εsin（θ＋γ）を、ｙ
軸に対して対称であるcos関係の位相として考える。 （16），（17）より （ｃ）オリフラ位置 f₈（θ）＝f₁（θ）f₆（θ） （第９図） f₈のマイナス側にできるオリフラ波形は虚のオリフラ波
形であるので、マイナス側のデータはすべてＯにする。
（第10図） この第10図に示す波形を最小自乗法によって、２次曲
線ｙ＝ax²＋bx＋ｃにあてはめる。 ここで、ｙ＝f₈（θ）,x＝θとする。 データは離散的なので、ｘτ,yτ（τ＝1,2,…Ｎ）と
する。 と変形できて、ｙの最大値を与えるｘは、 をオリフラ中心位置とする。ただし、ε＝｜｜であ
る。 次に、本発明の作用を説明する。 ウエハの外周近傍に配置したラインセンシング機能を
有する光センサの受発光素子4a,4bにより１回転するウ
エハ２のエッジラインをセンシングすると、該センシン
グで得た光量変化がセンサ出力としてマイクロコンピュ
ータ等の演算回路に入力される。そして該入力に基づき
該演算回路で一解の演算によりウエハ２の中心位置及び
偏心量並びにオリフラの位置等が演算され、該演算結果
に基づきウエハ２の位置決め装置が駆動され、ウエハ２
の高精度なプリアライメントが行なわれる。 （発明の効果） 以上のことが明らかなように、本発明によると、一回
のセンシングに基づく演算によりウエハの高精度なプリ
アライメントを行うことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第10図は本発明の一実施例を示したもので、
第１図は本発明のプリアライメント方法の一実施例を示
す全体ブロック図、第２図は光センサの受光とウエハ中
心及びオリフラ位置との関係を示す模式平面図、第３図
〜第10図はセンサ出力波形からウエハ中心、偏心量及び
オリフラ位置を算出する演算過程の計算式に基づく波形
図であり、第11図は従来のプリアライメント手順を示す
フローチャート、第12図は同上の装置を示す斜視図、第
13図は同上のセンサ出力波形図である。 １……サブチャック、２……ウエハ、３……光センサ機
構、4a……発光素子、4b……太陽電池、Ｃ……変換回
路、Ｄ……ローパスフィルタ、Ｅ……増幅回路、Ｆ……
サンプル・ホールド回路、Ｇ……変換回路、Ｈ……コン
トロール回路、Ｉ……中央処理装置、Ｊ……パルスモー
タ、Ｋ……ドライバー、Ｌ……定電流回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 重敏 東京都新宿区西新宿１丁目26番２号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−85536（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．サブチャックに配置されるウエハの外周近傍にライ
   センシング機能を有する１個の光センサ機構を配置し、
   この光センサ機構は、光量に比例した電流を出力し、そ
   れ自体は位置を示さないリニア出力を有するセンサであ
   るとともに、前記サブチャックの中心とウエハの中心と
   センサで検出したウエハエッジの位置との関係を、サブ
   チャック中心を原点としたベクトル式で表わし、偏心し
   たウエハエッジの軌跡とオリフラエッジの軌跡とを含む
   光センサ機構の出力波形を演算回路に入力し、先ずベク
   トル方程式を解いてウエハの偏心量と偏心方向を求め、
   次に、ウエハの偏心がない状態に前記波形を補正し、こ
   の波形から最小二乗法を用いてオリフラの中心位置を求
   め、この演算結果をウエハの位置決め装置へ出力するこ
   とにより、一回転のみのセンシングと一回のみの演算に
   よりウエハの中心位置とオリフラの向きを特定し、この
   演算結果に応じてウエハの位置合わせを行うようにした
   ことを特徴とするウエハのプリアライメント方法。