JP2949528B2 - ウエハの中心位置検出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はウエハの中心位置検出
方法及びその装置に関するもので、更に詳細には、ウエ
ハを回転自在に保持する保持手段の回転中心からのウエ
ハの中心位置の偏心状態を検出するウエハの中心位置検
出方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プローブ装置、エッチング装置、
アッシング装置等の各種の半導体製造装置では、ウエハ
の位置合せが行われている。このうち、例えばウエハに
設けられたチップの電気的特性を検査するプローブ装置
では、精密位置合せの前にプリアライメント装置によっ
てやや粗い位置合せ（プリアライメント）がなされてい
る。

【０００３】このプリアライメントは、ウエハを回転自
在に保持するウエハチャックの回転中心にウエハの中心
位置を合せると共に、ウエハの一部を切欠したオリエン
テーションフラット（以下にオリフラという）の位置合
せを行う。

【０００４】プリアライメントを光学的に非接触で行う
装置としては、図１１に示すものが知られている。同図
において、１は半導体のウエハであり、ウエハ１はウエ
ハチャック２上に回転自在に保持されている。ウエハ１
の周縁部にはこれを挟むように光源100 と受光素子101
とが対向配置されており、ウエハチャック２によりウエ
ハ１を回転させながら受光素子101 に入射する光量の測
定を行う。なお、１ａはオリフラである。

【０００５】ウエハ１がウエハチャック２に対して偏心
していると、ウエハ１の回転位置によってウエハ１が光
源100 からの光を遮る面積が変り、受光素子101 に入射
する光量が変化する。このため、受光素子101 の受光出
力よりウエハチャック２上のウエハ１の外形情報が得ら
れ、ウエハ１の偏心状態が検出される。そして、この検
出結果よりウエハ１の位置合せがなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のプリアライメント装置では、測定有効長さが約数セ
ンチの特殊な線状の受光素子101 が必要であり、また、
光源100 にも数センチ程度に亘って均一な光強度を有す
るものが必要となる。また、受光素子101 からのアナロ
グ出力を数多くのデジタル量に変換する必要があり、更
には、受光素子101 、光源100 の劣化等によって測定結
果が変動し易いという問題もあった。

【０００７】ところで、最近ではシリコン等の不透明な
ウエハばかりではなく、石英ガラス、水晶あるいはガリ
ウムヒ素等の検査光を透過するウエハもある。しかし、
このような検査光を透過するウエハに対して上記の従来
装置を適用しても、光源100からの照射光はウエハを透
過してしまって光量変化を検出することができない。

【０００８】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、ウエハを回転自在に保持する保持手段の回転中心か
らのウエハの中心位置の偏心状態を簡単な構成にて迅速
かつ高い信頼性をもって検出することができるウエハの
中心位置検出方法及びその装置を提供することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１のウエハの中心位置検出方法は、保
持手段により回転自在に保持されるウエハの実際の外周
とウエハの中心位置が保持手段の回転中心に一致してい
るときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡との２
つの交点を光学的に検出し、上記保持手段の回転中心に
対して検出された上記交点間のなす中心角と予め知られ
ている上記ウエハの半径とに基いて、保持手段の回転中
心からウエハの中心位置が偏心している偏心方向及び偏
心量を求めるものである。

【００１０】また、この発明の第２のウエハの中心位置
検出装置は、第１の発明の方法を実施するための装置で
あって、ウエハを回転自在に保持する保持手段と、上記
ウエハの中心位置が上記保持手段の回転中心に一致して
いるときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡に臨
ませて設けられ、ウエハの外周位置を光学的に検出する
ためのセンサと、上記保持手段の回転角を検出する回転
角度検出手段と、上記センサが上記保持手段により回転
されるウエハの外周位置を検出した２つの検出点におけ
る上記回転角度検出手段の検出回転角度と予め知られて
いる上記ウエハの半径とに基いて上記保持手段の回転中
心からウエハの中心位置が偏心している偏心方向及び偏
心量を演算する演算手段とを具備するものである。

【００１１】この発明において、上記保持手段は、ウエ
ハを回転自在に保持できるものであれば真空チャック等
のようなものでよい。

【００１２】上記センサは、ウエハを挾むように対向配
置される光源と受光素子とからなる透過型センサでも、
あるいは、光源と光源から発せられウエハで反射された
反射光を受光する受光素子とからなる反射型センサでも
よい。この場合、反射型センサでは、ウエハが透明材質
でも不透明材質でも材質に影響されることなく検知でき
るのでより好ましい。一方、透過型センサでは、ウエハ
の端部においては光源からの照射光が拡散ないし散乱さ
れて受光量が低下することを利用することにより、ウエ
ハの端部（外周位置）を検出することが可能である。

【００１３】上記回転角度検出手段は、電気的、光学的
等のような手段で検出するものでよく、例えばロータリ
エンコーダを用いたり、あるいは、ステッピングモータ
を用いて保持手段の回転駆動をも兼用させるようにして
もよい。

【００１４】上記演算手段、判定手段は、例えば中央演
算処理装置（ＣＰＵ）にて形成できる。

【００１５】

【作用】この発明の第１の方法並びに第２の装置にあっ
ては、ウエハの実際の外周と仮想ウエハ外周軌跡との同
径の２つの円を考えて、２つの円が交わる交点より幾何
学的にウエハの偏心状態を決定している。この場合、保
持手段の回転中心に対して２つの交点間のなす中心角を
θとすると、偏心方向は中心角θの二等分線（θ／２方
向）上にあり、またウエハの半径をｒとすると、偏心量
は２ｒｃｏｓ（θ／２）である。

【００１６】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。

【００１７】図１において、１は半径ｒの円形状をなし
その外周のー部にオリフラ１ａを有するウエハである。
ウエハ１はこれを回転自在に保持する保持手段としてウ
エハチャック２上に真空吸着されている。ウエハチャッ
ク２の回転中心０とウエハ１の中心位置Ｃとが一致して
いるとしたときにウエハ１の外周が描く仮想ウエハ外周
軌跡はＳであり、仮想ウエハ外周軌跡Ｓ上にはこれに臨
ませてウエハ１の外周位置（端部）を光学的に検出する
ための反射型センサ３が設けられている。また、ウエハ
チャック２にはその回転角度を検出するロータリエンコ
ーダ、ステッピングモータ等の回転角度検出手段４が設
けられる。反射型センサ３、回転角度検出手段４の検出
出力は、図２に示すように、ＣＰＵ等の演算手段５に入
力されるようになっている。

【００１８】反射型センサ３は、図３及び図４に示すよ
うに、その下面の中央に設けられた受光素子６と、その
外周部に等間隔に複数（図面では４個の場合を示す）設
けられた光源７とを有している。図示のように、１つの
光源７のみがウエハ１に対向したときでも、光源７から
の光はウエハ１で反射されて受光素子６に入射され、ウ
エハ１がセンサ３の下方に存在することが検知される。
反射型センサ３では、ウエハ１が透明な材質のもの、例
えば石英ガラス、水晶、あるいは検査光を透過するガリ
ウムヒ素などの検知もできる。なお、図３、図４では、
説明の都合上、ウエハ１に対して反射型センサ３を拡大
して示したが、反射型センサ３の実際の外形寸法は数mm
程度のものであり、また、ウエハ１の半径とウエハ１の
中心からオリフラ１ａまでの寸法との差より若干大きな
大きさの寸法を有する。したがって、図４に示すよう
に、オリフラ１ａ部においてもセンサ３によってウエハ
１を検知できる状態となっており、オリフラ１ａ部の影
響を受けることなく、センサ３は、実際のウエハ１の外
周と仮想ウエハ外周軌跡Ｓとの２つの交点を検知するこ
とができる。

【００１９】ウエハ１は、後述する搬入手段９により、
図１のようにウエハチャック２上に搬入されるが、通
常、ウエハ１の中心位置Ｃとウエハチャック２の回転中
心Ｏとは図示のように位置ずれした状態で置かれる。そ
こでこの場合のウエハの中心位置Ｃの検出方法を次に述
べる。

【００２０】ウエハ１を保持した状態でウエハチャック
２を回転しながら、センサ３でウエハ１の有無の検出を
行う。これは、ウエハチャック２を止めてセンサ３を仮
想ウエハ外周軌跡Ｓを回転走査するのと同等である。し
たがって、ウエハチャック２を１回転するとき、センサ
３は実際のウエハ１の外周と仮想ウエハ外周軌跡Ｓとの
交点Ｐ，Ｑに対向することになる。交点Ｐ，Ｑがセンサ
３を通過するときには、ウエハ１に対してセンサ３が対
向する状態から対向しない状態に、あるいはその逆の変
化が起こる。センサ３とウエハ１が対向状態にあるとき
は、センサ３の受光出力は有するが、非対向状態ではセ
ンサ３の受光出力は無い。このため、センサ３から得ら
れる受光出力は、図６の符号Ｅで示すように、１か０の
デジタル信号となり、この信号が変化するところを回転
角度検出手段４から、演算手段５に入力される回転角度
信号と対応づけることで、交点Ｐ，Ｑの回転角度位置が
わかる。

【００２１】交点Ｐ，Ｑがわかると、ウエハ１の外周と
仮想ウエハ外周軌跡Ｓとは円であるので、図５に示すよ
うに、これら２つの円の幾何学的な関係から、ウエハチ
ャック２の回転中心Ｏよりウエハ１の中心位置Ｃが偏心
している偏心方向および偏心量が求まる。偏心方向は回
転中心Ｏに対して交点Ｐ，Ｑがなす角である中心角θを
二等分する直線上ないしは交点Ｐ，Ｑの垂直二等分線
上、つまり交点ＰまたはＱの方向からθ／２回転した方
向にある。また、回転中心Ｏと中心位置Ｃとは線分ＰＱ
に対して対称な位置にあるので、遍心量ＯＣ＝Ｌ＝２ｒ
ｃｏｓ（θ／２）として求まる。

【００２２】次に、上記の中心位置検出方法を用いてウ
エハの位置合わせ（プリアラインメント）を行う具体例
を図７以降の図面に従って説明する。

【００２３】図７及び図８において、１０はウエハ１を
多数収納するカットであり、９はカセット１０のウエハ
１を位置合わせ用のウエハチャック２まで搬送する搬送
手段としてのベルトコンベヤである。カセット１０内の
ウエハ１は、移動手段（図示せず）によりローリング等
されてベルトコンベヤ９上の一端部に移載された後、ベ
ルトコンベヤ９によりその他端部に設けられたウエハチ
ャック２の上方へと移送される（図７参照）。そして、
ウエハ１がウエハチャック２の直上に送られてきたとき
にベルトコンベア９を停止し、その後、ウエハチャック
２を上昇させてウエハチャック２上にウエハ１を載置し
て吸着保持する（図８参照）。これにより、ウエハ１と
センサ３とは近接状態となる。なお、符号８も反射型セ
ンサであるが、後述の中心位置検出において用いるもの
である。ウエハチャック２上のウエハ１は、ベルトコン
ベア９への移載時の位置ずれやベルトコンベア９による
停止誤差等によって偏心状態にある。

【００２４】次いで、図示省略のステッピングモータに
よりウエハチャック２を適宜回転角ずつ回転させながら
センサ３の検出出力をサンプリングし、上述のようにし
て、交点Ｐ，Ｑ、偏心方向及び偏心量を求める。ベルト
コンベア９の搬送方向をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な水平軸
をＹ軸とすると、図９（ａ）に示すように、ウエハ１は
その中心位置Ｃがウエハチャック２の回転中心ＯからΔ
Ｘ，ΔＹだけ位置ずれしていたとする。この位置ずれ量
ΔＸ，ΔＹは上記で得られた偏心方向及び偏心量より演
算できる。また、Ｘ軸と偏心方向ＯＣとのなす角φも求
めることができる。

【００２５】したがって、図９（ａ）の状態よりウエハ
チャック２を時計方向にφだけ回転させると、図９
（ｂ）に示すように、偏心方向ＯＣとＸ軸とが一致し、
Ｙ軸方向のずれ量ΔＹはなくなり、Ｘ軸方向のずれ量Δ
Ｘ₁ だけとなる。

【００２６】上記の移動によってウエハ１の中心位置Ｃ
とウエハチャック２の回転中心Ｏとを位置合せできた
ら、最後に、オリフラ１ａの位置を基準位置に合せる。
これには、例えばウエハチャック２を回転したときに仮
想ウエハ外周軌跡Ｓ上にあるセンサ３の受光出力がオリ
フラ１ａの両側端部で変化することから、オリフラ１ａ
の垂直二等分線を求めて、これが基準線、例えばＸ軸と
一致するようにウエハチャック２を回転させればよい。

【００２７】なお、上記実施例ではウエハ１の光学的検
出を反射型センサ３，８で行ったが、図１０に示すよう
に、光源１１と受光素子１２とを対向させた透過型セン
サ１３を用いるようにしてもよい。この場合、ウエハ１
が石英ガラスのような透明なものであるときには、図６
に示すように、ウエハ１の端部では光源１１からの光は
拡散されて受光素子１２の受光量が低下し、その受光出
力Ｆが落ち込むことを利用すれば、ウエハ１の端部を検
出することができる。

【００２８】また、図７及び図８で示したように、ベル
トコンベア９によって移動するのではなく、精度のよい
ロボットハンド等のようなＸＹ移動手段等を別途設けて
これを用いれば、図９（ａ）又は（ｂ）の状態より一回
で中心位置合せを行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１又は２
記載の発明によれば、実際のウエハの外周と仮想ウエハ
外周軌跡との２つの交点よりウエハの偏心方向及び偏心
量を求めることができるので、従来のようなライン状の
長い受光素子及び光源は不要となり、簡単な構成で迅速
にしかも信頼性よくウエハの中心位置検出ができる。

【００３０】また、請求項３記載の発明によれば、反射
型センサを用いているので、ウエハの材質の透明、不透
明に拘らず同様に検出可能であり、汎用性がある。特
に、請求項１及び２記載の発明ではウエハの有無を点状
でデジタル的に検知できるセンサでよく、これら発明に
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るウエハの中心位置検出装置の一
実施例を示す斜視図である。

【図２】この発明における回路構成を示す回路図であ
る。

【図３】この発明における反射型センサを拡大して示す
側面図である。

【図４】図３の底面図である。

【図５】図１に示す装置による中心位置検出の説明図で
ある。

【図６】この発明における保持手段の回転による受光素
子の受光出力の変化を示す波形図である。

【図７】プリアライメントを行うための装置のプリアラ
イメント前の状態を示す説明図である。

【図８】プリアライメントを行うための装置のプリアラ
イメント時の状態を示す説明図である。

【図９】ウエハの偏心状態の説明図である。

【図１０】透過型センサを用いた中心位置検出装置の概
略構成図である。

【図１１】従来のプリアライメント装置を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ ウエハ ２ ウエハチャック（保持手段） ３ 反射型センサ ４ 回転角度検出手段 ５ 演算手段（ＣＰＵ） ６ 受光素子 ７ 光源 ８ 反射型センサ １１ 光源 １２ 受光素子 １３ 透過型センサ Ｃ 中心位置 Ｏ 回転中心 Ｓ 仮想ウエハ外周軌跡 Ｐ 交点 Ｑ 交点 θ 中心角 ｒ 半径

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保持手段により回転自在に保持されるウ
   エハの実際の外周とウエハの中心位置が保持手段の回転
   中心に一致しているときにウエハの外周が描く仮想ウエ
   ハ外周軌跡との２つの交点を光学的に検出し、 上記保持手段の回転中心に対して検出された上記交点間
   のなす中心角と予め知られている上記ウエハの半径とに
   基いて、保持手段の回転中心からウエハの中心位置が偏
   心している偏心方向及び偏心量を求めることを特徴とす
   るウエハの中心位置検出方法。
2. 【請求項２】 ウエハを回転自在に保持する保持手段
   と、 上記ウエハの中心位置が上記保持手段の回転中心に一致
   しているときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡
   に臨ませて設けられ、ウエハの外周位置を光学的に検出
   するためのセンサと、 上記保持手段の回転角を検出する回転角度検出手段と、 上記センサが上記保持手段により回転されるウエハの外
   周位置を検出した２つの検出点における上記回転角度検
   出手段の検出回転角度と、予め知られている上記ウエハ
   の半径とに基いて上記保持手段の回転中心からウエハの
   中心位置が偏心している偏心方向及び偏心量を演算する
   演算手段とを具備することを特徴とするウエハの中心位
   置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のウエハの中心位置検出装
   置において、 センサが光源と光源から発せられウエハで反射された反
   射光を受光する受光素子とを備えた反射型センサである
   ことを特徴とするウエハの中心位置検出装置。