JP2997360B2 - 位置合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置合わせ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハに所定の処理、例
えばドライエッチングを施したり、或いは、製造途中の
ウエハ等に特性検査用のプローブ針等を接触させて製品
検査等を行う場合には、事前に半導体ウエハ自体を所定
の方向に方向付けしてその位置合わせ、すなわちプリア
ライメントを行わなければならない。通常、そのような
位置合わせを行うための基準となる目印として、半導体
ウエハには、切欠き例えば６インチウエハにはオリエン
テーションフラット（以下オリフラと称す）が、８イン
チウエハにはノッチがそれぞれ形成されている。従来の
位置合わせ装置は、例えば特開昭５８−２１０６３３号
公報及び特開昭６０−８０２４１号公報等に開示されて
いるように、回転テーブル上に吸着支持された半導体ウ
エハの周辺部の上方に発光素子等を設け、半導体ウエハ
を中心としてこの発光素子と線対称に発光素子を設ける
ようにしていた。そして、半導体ウエハを回転させつつ
発光素子の出力を処理することによりウエハ上のオリフ
ラ或いはノッチの位置を認識し、この結果に基づいて回
転テーブルを所定の回転角度で停止することによりウエ
ハのオリフラ等を所定の位置に方向付けする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の装置にあっては、被処理体であるウエハのオ
リフラ等の部分が発光素子からの光を遮断したり遮断し
なかったりする光量変化よりその位置確認を行うように
していることから、被処理体が光を通さない部材、例え
ばシリコンウエハ等の場合には何ら問題は生じないが、
この被処理体が光を透過する材質、例えば、ガラス、水
晶、ＳＯＳ（シリコンオンサファイア）により形成され
ている場合にはオリフラが発光素子と受光素子との間を
通過しても発光素子における光量がほとんど変化しない
ことから、上記従来装置を使用することができないとい
う改善点があった。本発明は、以上のような問題点に着
目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、被処理体を構成する材料が透明、不透
明にかかわらず正確に位置合わせを行うことができる位
置合わせ装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、切欠きを有する被処理体を回転させる
回転手段と、前記回転手段の回転角度を検知するための
回転角度検知手段と、前記被処理体の外側端面にレーザ
光を照射するレーザ光送信部と、前記被処理体を少なく
とも１回転させた時にその全周に渡って前記被処理体の
外側端面から反射するレーザ光を受信することができる
位置に設けたレーザ光受信部と、前記レーザ光受信部の
出力と前記回転角度検知手段の出力とに基づいて前記被
処理体の偏心量と切欠きの位置を認識すると共に、前記
偏心量を補正し前記認識された切欠きの位置に基づいて
前記回転手段を操作することにより前記被処理体の切欠
きを所定の位置に方向付けするための制御部とを備える
ように構成したものである。

【０００５】

【作用】本発明は、以上のように構成したので回転手段
により回転されている被処理体の外側端面にレーザ光送
信部からレーザ光を発することにより被処理体の外側端
面からはレーザ光が例えば水平方向へ反射し、この反射
波はレーザ光受信部により受信される。この受信部にお
ける出力信号の変動は、反射波の結像位置、すなわち切
欠きがレーザ光の照射部を通過しているか否かに応じて
変動する。従って、制御部はこの時の受信部の出力値
と、回転角度検知手段の出力値とに基づいて所定の処理
を行うことにより被処理体に形成された切欠きの位置を
回転角度と対応させて認識することができる。そして、
この認識結果に基づいて制御部は回転手段を適切な回転
角度で停止することにより被処理体の切欠きを所定の位
置に方向付けさせて、位置合わせが行われる。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明に係る位置合わせ装置の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係
る位置合わせ装置を示す構成図、図２は図１に示す位置
合わせ装置を示す概略斜視図、図３は図１に示す位置合
わせ装置を備えたプローブ装置を示す平面図、図４は図
３のプローブ装置の正面図、図５は図３のプローブ装置
のローダ部の説明図である。図３乃至図５に示すように
本発明に係る位置合わせ装置２は、プローブ装置４内に
組み込まれており、まず、このプローブ装置４の全体に
ついて説明する。このプローブ装置４は、独立筐体で形
成されたローダ部６に対して、同じく独立筐体に形成さ
れたプローバ部９がその側面に配設された構成になって
いる。

【０００７】このローダ部６は図５に示す如く、例えば
奥行１０００ｍｍ、幅３８０ｍｍ、高さ１２００ｍｍの
独立筐体で構成される。このローダ部６の側面は着脱自
在な側面板で構成され、この側面板の着脱方法は周縁部
四角と各角の中間点の全部で８箇所において、ボルトを
螺合することにより行う。このローダ部６の内部構成と
して全面側は、カセット収納部８となっている。この収
納部８にはモータ１０が連結され、回動可能な４本のガ
イド軸１２がローダ部６の筐体の側面に沿って縦方向に
設置されており、２本のガイド軸１２に対して１つのカ
セット載置台１４の一側面を取付ける。すなわちモータ
１０の回転によりガイド軸１２を回転させ、この回転に
合わせて載置台１４を昇降させて、載置台１４に載置し
たカセット１６を上下動させるものである。このカセッ
ト収納部８には、被処理体である、半導体チップが規則
的に形成された半導体ウエハ１８を夫々適当な間隔を設
けて２５枚収納されているカセット１６が２カセット載
置可能となっている。

【０００８】このカセット１６からウエハ１８を搬出入
するための真空吸着ピンセット２０は、ピンセット用モ
ータ２２に連結した水平に構成された回転軸２４に支持
棒２６を垂直に設け、この支持棒２６に取り付けられて
いる。このように構成されているため真空吸着ピンセッ
ト２０は平行スライド可能である。また、このピンセッ
ト２０の先端から中央部までは、平行な２本の板状態で
成る吸着部２８で形成され、中央部から支持棒２６の設
置部までは一枚の板状態で形成されている。真空吸着ピ
ンセット２０とカセット収納部８との間には、後述する
本発明に係る位置合わせ装置２の一部を構成する回転可
能なプリアライメントステージ３０がウエハ１８を載置
可能に設けられている。また、プリアライメントステー
ジ３０からプローバ部９の測定ステージ３２へウエハ１
８を搬送する、スライド回転可能な真空吸着アーム３４
が設置されている。このアーム３４は図示しないモータ
に連結されて水平面内に３６０゜回転可能となってい
る。このローダ部６の筐体上方の後面側には、支柱３６
が設置されこの支柱３６には、これを中心として水平面
内に３６０゜回転可能なアーム３８が取り付けられてい
る。このアーム３８の先端にはチップを拡大して見るマ
イクロスコープ４０が設置され、垂直方向に例えば２０
ｍｍ上下動可能である。また、ローダ部６内にはこの動
作を制御するために図示しないＣＰＵが内蔵されてお
り、ローダ部筐体の上面に着脱自在に設置されたキーボ
ード４２に配線されている。また底面部には電源部４４
が配置されており、プローバ部９に給電可能とされてい
る。

【０００９】次にプローバ部について説明すると、プロ
ーバ部９は例えば奥行１０００ｍｍ、幅６２０ｍｍ、高
さ１２００ｍｍの独立筐体で構成されている。このプロ
ーバ部９の両側面は、どちら側にもローダ部６が設定可
能なように、夫々ボルトを８箇所に螺合するだけで着脱
自在である。この８箇所とは、プローバ部９筐体の周縁
部の四角と各角の中間点である。内部構成として、測定
ステージ３２は周知の手段でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、
θ方向の駆動が可能でありファインアライメント操作可
能に構成されている。また、測定位置において、測定ス
テージ３２と対向した位置には、プローブカードが設定
されており、周知の手段で被測定体の測定を行うように
構成されている。また、プローバ部９の動作は、図３に
示す如く操作パネル部４６より入力され図示しないＣＰ
Ｕで演算処理を行い各動作機構の制御を行う。

【００１０】一方、被処理体のプリアライメントを行う
本発明に係る位置合わせ装置２は、図１乃至図２に示す
ように被処理体である半導体ウエハ１８を回転させる回
転手段５０と、この回転手段５０の回転角度を検知する
回転角度検知手段５２と、レーザ光を発するレーザ光送
信部５４と、ウエハから反射するレーザ光を受信するレ
ーザ光受信部５６と、この受信部５６と上記回転角度検
出手段５２との出力に基づいて切欠きの位置を認識して
この認識結果に基づいて回転手段を操作して切欠きを所
定の位置に方向付けする制御部５８とにより主に構成さ
れている。具体的には、上記回転手段５０は、前記プリ
アライメントステージ３０とこれを回転させる例えばス
テップモータのようなステージモータ６０とにより主に
構成されている。このステージ３０には、上面にウエハ
１８を吸着可能とすべく図示しない真空吸着機構が設け
られると共に、ステージ３０全体は上下方向（Ｚ方向）
へ昇降自在になされている。

【００１１】そして、このステージモータ６０には、例
えばエンコーダ等よりなる回転角度検知手段５２が接続
されており、その出力は上記制御部５８へ入力される。
上記レーザ光送信部５４は、図示するようにステージ上
のウエハの水平面の延長上、すなわち水平方向に設けら
れると共に、この送信部５４は、例えば波長６７０ｎｍ
程度の赤色のレーザ光Ｍを発する半導体レーザ素子５５
と、このレーザ素子５５を駆動するレーザ駆動回路５７
と、上記レーザ素子５５からのレーザ光Ｍを照射する投
光レンズ６１とにより主に構成されており、集光された
レーザ光Ｍをウエハの外側端面５９に正確に照射するよ
うに構成されている。

【００１２】通常、ウエハ１８の厚さＬ１は０．６ｍｍ
程度に設定されているのに対して、上記外側端面５９に
照射するレーザ光のスポットＳは、図８に示すように例
えば長円Ｌ２が０．６ｍｍ、短円Ｌ３が０．３ｍｍ程度
の楕円となるように設定され、また、ウエハの円弧状輪
郭と上記レーザ光送信部５４との間の距離も、例えば５
０ｍｍ程度に設定する。そして、上記レーザ光送信部５
４に僅かに、例えば１０ｍｍ程度上下方向或いは水平方
向へ離間させてレーザ光受信部５６が並設されており、
上記ウエハの外側端面から反射するレーザ光の結像位置
に応じて出力信号（電圧）を送出すように構成されてい
る。具体的には、このレーザ光受信部５６は、図６及び
図７にも示すようにウエハ外側端面５９から反射乃至乱
反射してくるレーザ光を集光する受光レンズ６３と、こ
のレンズからの光を受ける例えば光位置検出素子よりな
るリニアセンサ６５とにより主に構成されており、外側
端面５９の遠近に応じて結像位置をリニアセンサ６５上
にて移動し得るように構成されている。従って、レーザ
光Ｍの照射部にウエハの切欠き１８Ａが通過した時に
は、リニアセンサ６５上の結像位置がその上を移動する
ことからその時の出力電圧変動とウエハの回転角度とを
対応させることによりウエハの切欠きの位置を決定する
ことが可能となる。

【００１３】上記受信部５６のリニアセンサ６５の出力
は、マイクロコンピュータ等よりなる制御部５８のＡ／
Ｄ変換器６２へ接続され、この変換器６２の出力は、Ｃ
ＰＵ６４へ接続されている。また、このＣＰＵ６４に
は、前記回転角度検知手段５２からの出力も入力される
と共に、各種の処理プログラムが記憶されたＲＯＭ６６
が接続されており、必要に応じて所定の演算を行うよう
になっている。本実施例にあっては、プリアライメント
操作を行うに先立って、ステージ上に載置されたウエハ
の偏心量の算出及びその調整を行うプログラムが実行さ
れ、その後にプリアライメント用のプログラムが実行さ
れるように構成されている。

【００１４】そして、上記ＣＰＵ６４は、演算の結果、
ピンセットモータ駆動回路６８に向けてピンセット駆動
信号を、ステージモータ駆動回路７０に向けてステージ
駆動信号を適宜出力するように構成されており、上記各
信号を入力した各回路６８，７０はそれぞれ適切にピン
セット用モータ２２及びステージ用モータ６０を駆動し
て偏心量の調整やウエハの切欠きの位置の方向付けを行
い得るように構成されている。

【００１５】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。ローダ部６とプローバ部９の各
機構は夫々のＣＰＵに入力されている予め定められたプ
ログラムに沿って動作する。まず、カセット収納部８の
カセット載置台１４に、ウエハ１８が２５枚収納してあ
るカセット１６を２カセット搬入設定する。このカセッ
ト１６に真空吸着ピンセット２０をスライド挿入し真空
吸着部２８にウエハ１８を１枚吸着し、このウエハ１８
を真空吸着ピンセット２０でスライド搬出する。この真
空吸着ピンセット２０の真空吸着部２８をプリアライメ
ントステージ３０の設置してある所に設定し、そこでプ
リアライメントステージ３０を上昇させて搬出したウエ
ハ１８をプリアライメントステージ３０に載置する。

【００１６】このようにウエハの受け渡しが終了したら
次に、本発明に係る位置合わせ装置２により偏心量調整
操作及び切欠き位置方向付け操作を行う。まず、上述の
ように受け渡しが終了した時点においては、通常、プリ
アライメントステージ３０の回転中心とウエハ１８の中
心は位置ずれしており、これらを一致させる必要があ
る。そこで、まずレーザ光送信部５４の半導体レーザ素
子５５からレーザ光Ｍをウエハの外側端面５９に向けて
照射しつつプリアライメントステージ３０を所定の速
度、例えば１回転／秒の速度で回転しつつその反射光を
レーザ光受信部５６のリニアセンサ６５で受信する。こ
の時、ウエハの回転にともなって外側端面５９の位置が
水平方向に移動するとそのリニアセンサ６５上における
結像位置が変動する。例えば図６及び図７においてウエ
ハの切欠き１８Ａ以外の円弧部分からの反射レーザ光の
結像位置がＦ１とすると、切欠き１８Ａの外側端面から
の反射レーザ光の結像位置はＦ２に移動し、この移動は
リニアセンサ６５から、例えば電圧の変動として出力さ
れることになる。このような電圧変動は、ウエハがステ
ージ３０上に偏心して載置された場合にも同様に発生す
ることになる。すなわち、ウエハが偏心して載置されて
いるときの一般的な出力波形は図９（Ａ）に示すように
サイン曲線を描き、途中の凹部８０は、ウエハのオリフ
ラ乃至切欠き１８Ａが測定部を通過してレーザ光による
結像位置が急激に変動した部分を示す。

【００１７】この信号は、受信部５６から制御部５８の
Ａ／Ｄ変換器６２へ入力されてここでデジタル信号へ変
換され、更に、ＣＰＵ６４へ入力される。そして、この
ＣＰＵ６４にて、ＲＯＭ６６に記憶させてある所定のプ
ログラムにより偏心量の算出が行われる。尚、図９中の
回転角度は回転角度検知手段５２からの出力値によって
求められるものである。偏心量の算出の一例は、まず、
図９（Ａ）のサイン曲線のピークＰ１とボトムＰ２との
差Ｄ１を求め、この差Ｄ１の１／２が偏心量となる。従
って、この差Ｄ１がゼロとなるようにピークＰ１或いは
ボトムＰ２に対応する回転角度方向よりウエハを半径方
向内方へ或いは外方へ偏心量に対応する距離だけ移動さ
せてやればよい。

【００１８】そこで、ステージモータ駆動回路７０を介
してステージモータ６０を駆動することによりプリアラ
イメントステージ３０を適宜回転し、ピークＰ１或いは
ボトムＰ２の対応する回転角度方向を真空吸差ピンセッ
ト２０の移動方向に一致させる。そして、上記ステージ
３０及びピンセット２０の吸着バキュームの操作を交互
に行いながらステージ３０を下降させてウエハ１８をピ
ンセット２０上に受け渡す。そして、ウエハを保持した
状態でこのピンセット２０を偏心量補正方向に偏心量だ
け移動する。そして、再度ステージ３０を上昇させてこ
れにウエハを再び支持させる。理論的にはこの一回の操
作で偏心量はゼロになるが、実際は誤差も入るので、以
上の一連の操作を複数回、すなわち図９（Ｂ）に示すよ
うにサイン曲線の振幅が所定値以下になるまで行う。

【００１９】このようにして、偏心量の補正ステップが
終了すると、次に、切欠き位置の方向付け操作のステッ
プに入る。具体的には、図９（Ｂ）における凹部８０の
ボトムＰ３が切欠き１８Ａの中心位置に相当するので、
この部分を所定の方向に位置付けるようにステージ３０
を回転させればよい。通常、受信部５６からの出力値等
にはノイズが含まれていることから、これらノイズ成分
に最も影響を受けないボトム（ピーク）算出方法の１つ
として本実施例においては、例えばデータ値を最小二乗
法によって三角関数方程式に当てはめて処理する処理プ
ログラムが記憶されており、この処理によってＣＰＵ６
４は容易にボトムＰ３に対応する回転角度を求めること
ができる。このようにして、ウエハ表面の切欠き１８Ａ
の中心位置が求められたならば、ステージモータ駆動回
路７０をしてステージを所望の角度だけ回転すべくパル
スを逆送りし、ステージモータ６０を所定のパルス数だ
け逆回転させる。必要ならば正回転させてもよいのは勿
論である。これによりステージ３０は適宜角度回転させ
られてウエハの切欠き１８Ａは所定の方向に位置付けさ
れることになる。

【００２０】上記説明においては、ボトムＰ３を求める
ために最小二乗法を用いる場合について説明したが、他
の方法を用いてもよい。このようにして、全てのウエハ
をそれぞれに形成されている切欠きを基準としてプリア
ライメント操作により必ず一定方向に向けることが可能
となる。以上のようにして、プリアライメント処理が終
了したウエハは、真空吸着アーム３４によりプローバ９
の測定ステージ３２へ載置され、レーザ認識機構やパタ
ーン認識機構で正確に本位置決め、すなわちファインア
ライメントされた後、周知の手段によりウエハ上の各チ
ップの電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定
を行う。そして、プローブ検査が終了したならば上記し
た搬送経路を逆方向にウエハを搬送し、処理済みのカセ
ットにウエハを収容する。

【００２１】上記実施例にあっては、レーザ光受信部５
６をレーザ光送信部５４に並設させるようにしたが、受
信部はウエハからの反射レーザ光を受信し得る位置なら
ば送信部の近傍どこに配置しても良い。特に、本実施例
においては、測定波として位相のそろったレーザ光を用
いるようにしたので、高い分解能、例えば０．１ｍｍ以
下の分解能を出すことができ、精度の良い位置合わせ操
作が可能となる。また、上記実施例にあっては、ウエハ
外側端面のレーザ光スポットの大きさを０．３×０．６
ｍｍ程度の楕円形となるように設定したが、この大きさ
には限定されないのは勿論である。

【００２２】また、上記実施例にあっては、切欠きとし
て６インチウエハのオリフラを検出する場合について説
明したが、これに限定されず図１０に示すように例えば
８インチウエハに形成される切欠きとしての半円状の比
較的小さなノッチ８１を検出する場合にも適用すること
ができる。この場合には、ウエハ径の大きさの変化に対
応できるようにレーザ光送信部５４及び受信部５６をウ
エハの半径方向へ移動可能に構成しておく。また更に、
以上の実施例にあってはほぼ円形の半導体ウエハの切欠
きを検出する場合について説明したが、これに限定され
ず、例えばガラス基板上に膜付けされたＬＣＤ基板等に
も本発明を適用することができる。尚、本発明は、プロ
ーブ装置のみならず、他の位置合わせを必要とする処理
装置、例えばエッチング装置等にも適用することができ
るのは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。被処
理体の外側端面にレーザ光を照射してその反射光の結像
位置を検出して切欠きの位置と偏心量とを求めるように
したので、被処理体の材料が透明であるか否かにかかわ
らず切欠きの位置を確実に検出することができ、この切
欠きの位置の方向付けを精度良く行うことができるのみ
ならず、この被処理体の偏心量を補正することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置合わせ装置を示す構成図であ
る。

【図２】図１に示す位置合わせ装置を示す概略構成図で
ある。

【図３】図１に示す位置合わせ装置を備えたプローブ装
置を示す平面図である。

【図４】図３のプローブ装置を示す正面図である。

【図５】図３のプローブ装置のローダ部を示す説明図で
ある。

【図６】被処理体の切欠きの位置を検出する方法を説明
する説明図である。

【図７】被処理体の切欠きの位置を検出する方法を説明
する説明図である。

【図８】ウエハ外側端面に照射されたレーザ光のスポッ
トを示す図である。

【図９】超音波送信部の出力波形を示す波形図である。

【図１０】被処理体の他の種類の切欠きを示す拡大図で
ある。

【符号の説明】

２ 位置合わせ装置 ４ プローブ装置 １８ 半導体ウエハ（被処理体） １８Ａ 切欠き ２０ 真空吸着ピンセット ３０ プリアライメントステージ ５０ 回転手段 ５２ 回転角度検知手段 ５４ レーザ光送信部 ５５ 半導体レーザ素子 ５６ レーザ光受信部 ５７ レーザ駆動回路 ５８ 制御部 ５９ 外側端面 ６１ 投光レンズ ６３ 受光レンズ ６５ リニアセンサ Ｍ レーザ光 Ｆ１，Ｆ２ 結像位置 Ｓ スポット

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切欠きを有する被処理体を回転させる回
   転手段と、前記回転手段の回転角度を検知するための回
   転角度検知手段と、前記被処理体の外側端面にレーザ光
   を照射するレーザ光送信部と、前記被処理体を少なくと
   も１回転させた時にその全周に渡って前記被処理体の外
   側端面から反射するレーザ光を受信することができる位
   置に設けたレーザ光受信部と、前記レーザ光受信部の出
   力と前記回転角度検知手段の出力とに基づいて前記被処
   理体の偏心量と切欠きの位置を認識すると共に、前記偏
   心量を補正し前記認識された切欠きの位置に基づいて前
   記回転手段を操作することにより前記被処理体の切欠き
   を所定の位置に方向付けするための制御部とを備えるよ
   うに構成したことを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ光受信部は、リニアセンサよ
   りなることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装
   置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、前記レーザ光受信部の出
   力センサ曲線のピークとボトムとの差に基づいて前記被
   処理体の偏心量を求め、この偏心量に基づいて前記偏心
   量を補正するように前記被処理体を前記回転手段に再セ
   ットする偏心量補正操作を行なうことを特徴とする請求
   項１または２記載の位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記制御部は、前記偏心量補正操作を複
   数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項３記載の
   位置合わせ装置。