JP3074313B2

JP3074313B2 - ウエハーの位置決め装置

Info

Publication number: JP3074313B2
Application number: JP1055793A
Authority: JP
Inventors: 克彦加藤
Original assignee: 株式会社メックス
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH06224285A; US5365672A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハーの加工
処理工程等で使用され、ウエハーの一部に形成された切
欠き部（オリエンテーシヨンフラツトやノツチ）を基準
にして、ウエハーの位置決めを行うウエハーの位置決め
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハーを加工或は測定処理する
場合、ウエハーは通常、棚状のカセツトに入れられ、そ
のカセツトから搬送装置により、ウエハーが一枚づつ取
出され、処理装置のステージに載置される。カセツト内
のウエハーの切欠き部位置はランダムであり、処理装置
では、ウエハーの縁部の切欠き部が基準となつて位置決
めされるため、切欠き部を一定の位置（例えば、ステー
ジ正面の一定位置）にするように、ウエハーをステージ
上に載置する必要がある。

【０００３】このため、カセツトから取出されたウエハ
ーは、搬送装置により一旦、位置決め装置に載せられ、
ウエハーの切欠き部を基準とした正確な位置に載せ変え
た後、処理装置のステージ上に載置される。

【０００４】このような工程で使用されるウエハーの位
置決め装置は、従来一般に、ウエハーを回転可能に支持
すると共に、ウエハーの周縁部にゴムローラを押し当
て、ゴムローラを回転駆動することによりウエハーを回
し、ウエハーの切欠き部がゴムローラの箇所又は光セン
サー等の箇所に達した時、ウエハーの回転を停止し、位
置決めする構造である（例えば、特開昭５４−１６９８
４号公報参照）。

【０００５】このため、ウエハーが位置決めされる際、
ウエハーの周縁部がゴムローラによつて押されて回転
し、或は他の部材に接触して動かされるため、脆弱なウ
エハーの周縁部が傷付けられる恐れがあつた。

【０００６】そこで、本発明者は、特開平３−１３８９
５７号公報により、ウエハーの周縁部にローラ等他の部
材を全く接触させず、安全に且つ正確にウエハーの位置
を、切欠き部を基準に位置決めすることができる位置決
め装置を提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この位置決め
装置は、非接触で安全に且つ正確にウエハーの位置を、
切欠き部を基準に位置決めすることができるものの、位
置決め動作の際、先ず、ウエハー挿入部をＸ軸方向に往
復移動させて、Ｘ軸についてウエハーとウエハー挿入部
の中心位置を合せ、次に、ウエハー挿入部をＹ軸方向に
往復移動させて、Ｙ軸についてウエハーとウエハー挿入
部の中心位置を合せ、最後に回転部の中心位置上に載置
されたウエハーを回転させて、切欠き部の位置を検出
し、その切欠き部を所定の角度位置に位置決めするよう
に動作するため、多くの動作が必要となり、位置決めに
多少の時間がかかる問題があった。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、非接触で安全に且つ正確に、そしてより
速く、ウエハーの位置を位置決めすることができる位置
決め装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のウエハーの位置決め装置は、図１０に示
すように、水平面上のＸ・Ｙ座標におけるＸ軸とＹ軸方
向に取付台を移動させるＸ・Ｙ軸駆動機構１と、取付台
上に固定され、位置決めのために搬入されたウエハーの
略中央を水平に支持し垂直軸の回りで回転する回転部３
と、回転部３の中心位置からウエハーの縁部までの距離
を光学的に一定角度毎に測定する縁部距離測定手段２
と、縁部距離測定手段２により測定された回転部３の中
心位置からウエハーの縁部までの距離に基づき、ウエハ
ーの中心位置と回転部３の回転部中心間の距離と、ウエ
ハーの中心位置と回転部の回転部中心を結ぶ直線の基準
線に対する角度を算出する距離角度算出手段４と、ウエ
ハーの中心位置からウエハーの縁部までの半径を一定角
度毎に算出し、その半径の最短データに基づき、ウエハ
ーの切欠き部の基準線に対する偏位角度を算出する切欠
き部角度算出手段５と、回転部３の回転によりウエハー
を偏位角度だけ回転させたとき、ウエハーの中心位置が
移動することにより生じる中心位置のＸ・Ｙ偏位量を、
距離角度算手段４で算出された距離と角度のデータに基
づき算出する偏位量算出手段６と、を備えたことを特徴
とする。

【００１０】

【作用・効果】ウエハーは、専用の搬送装置等のハンド
プレート上に載せて搬送され、位置決め装置の原点位置
にある回転部３の略中央に載置され、水平に吸着支持さ
れる。

【００１１】次に、回転部３が一回転し、この間、縁部
距離測定手段２が作動して、回転部３の中心位置からウ
エハーの縁部までの距離を一定角度（切欠き部の円周角
度より小さい例えば１０°）毎に測定する。

【００１２】次に、距離角度算出手段４が、縁部距離測
定手段２により測定された回転部３の中心位置からウエ
ハーの縁部までの距離に基づき、ウエハーの中心位置と
回転部の回転部中心間の距離と、ウエハーの中心位置と
回転部の回転部中心を結ぶ直線の基準線に対する角度を
算出する。

【００１３】次に、切欠き部角度算出手段５が、ウエハ
ーの中心位置からウエハーの縁部までの半径を一定角度
毎に算出し、その半径の最短データに基づき、ウエハー
の切欠き部の基準線に対する偏位角度を算出する。

【００１４】そして、偏位量算出手段６が、回転部３の
回転によりウエハーを偏位角度だけ回転させたとき、ウ
エハーの中心位置が移動することにより生じる中心位置
のＸ・Ｙ偏位量を、距離角度算手段４で算出された距離
と角度のデータに基づき算出する。最後に、回転部３が
上記のように算出された偏位角度だけ回転すると共に、
Ｘ・Ｙ軸駆動機構１が上記で算出されたＸ・Ｙ偏位量だ
け取付台つまり回転部３を移動させる。

【００１５】これに状態で、回転部３上に水平に支持さ
れたウエハーの中心位置が、予め設定された原点位置に
合せられ、ウエハーの切欠き部の角度位置は、予め設定
された基準線に対し一定の角度を有した状態、或は基準
線に合致した状態となり、位置決めが完了する。

【００１６】このように、ウエハーを一回転させてその
縁部位置を測定した後、回転部３が算出された偏位角度
だけ回転し、同時にＸ・Ｙ軸駆動機構１が算出されたＸ
・Ｙ偏位量だけ取付台つまり回転部３を移動させる、と
いう一動作だけで位置決めができるため、従来に比べよ
り速く、また、ウエハーの縁部に触れずに位置決めを行
うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１８】第１図はウエハーの位置決め装置の一部断
面を含む正面図を示している。この位置決め装置は、Ｘ
・Ｙ軸駆動機構１の取付台１８上にロツドフレーム１０
を介して、ウエハーを支持して回転する回転部３を上部
に有する回転機構が配設されて構成される。

【００１９】Ｘ・Ｙ軸駆動機構１のベース１１上には、
ねじ軸１２を水平方向（Ｙ軸方向）に軸受を介して取付
けると共に、ステツプモータ１３により回転駆動可能と
し、ベース１１上に２本のガイド軸１４をねじ軸と同じ
方向に取付け、Ｙ軸移動フレーム１５をその上に配設す
る。そして、Ｙ軸移動フレーム１５の下部に固定したガ
イドブロツクを両側のガイド軸１４に摺動可能に外嵌さ
せ、めねじブロツクのねじ孔が上記ねじ軸１２と螺合さ
れる。従つて、ステツプモータ１３の駆動により、Ｙ軸
移動フレーム１５は図１の紙面と垂直方向（Ｙ軸方向）
に移動する。

【００２０】Ｙ軸移動フレーム１５上には、ねじ軸１６
が水平横方向（Ｘ軸方向）に軸受を介して取付けられ、
このねじ軸１６はステツプモータ１９により回転駆動さ
れ、ねじ軸１６の両側にはガイド軸１７が同方向に固定
される。そして、ガイドブロツクとめねじブロツクを下
部に設けた取付台１８がＹ軸移動フレーム１５上に配設
され、そのガイドブロツクがガイド軸１７上に摺動可能
に外嵌され、めねじブロツクがねじ軸１６に螺合する。

【００２１】従つて、ステツプモータ１９の駆動によ
り、取付台１８は図１の左右方向（Ｘ軸方向）に移動
し、ベース１１上のステツプモータ１３の回転駆動によ
り、取付台１８はＹ軸方向に移動する。

【００２２】取付台１８上には、複数のロツドを縦に配
設したロツドフレーム１０を介して回転機構が水平に固
定され、その中央位置には、回転部３が配設される。回
転部３の回転軸３１は下方に垂直に配設され、ロツドフ
レーム１０に固定された取付板３２上の軸受３３に支持
される。そして、取付板３２の下側にブラケツトを介し
て固定されたステツプモータ３４に回転軸３１が連結さ
れ、ステツプモータ３４により回転軸３１を介して回転
部３が回転駆動される。

【００２３】３５は歯車を介して回転軸３１に連係され
た回転エンコーダで、回転部３の回転角度に対応した信
号を出力する。なお、回転部３の上面には吸着用の吸気
孔が穿設され、回転軸３１内等の管路を介して図示しな
い吸気装置に接続される。また、図示は省略されている
が、ステップモータ１３及び１９に対しても、その回転
角度に対応した信号を出力する回転エンコーダ２１、２
２（図３）が設けられる。

【００２４】さらに、本装置の上部側方には、ウエハー
２０の縁部の位置を光学的に検出するための縁部位置検
出部９が配置される。この縁部位置検出部９は、ウエハ
ー２０の縁部に向けて上方からレーザ光を照射するレー
ザ発振器（半導体レーザ）２３を下向きに配置し、その
下側にレーザ光をレンズ２５及びウエハー２０の縁部を
介して受光するラインセンサ（一次元ＣＣＤ）２４を配
置して構成される。

【００２５】図２に示すように、ラインセンサ２４のラ
イン方向はウエハー２０のラジアル方向にセットされ、
レーザ発振器２３からのレーザ光をレンズ２５によって
所定の広がりをもつ平行光としてラインセンサ２４上に
照射し、その間に挿入されたウエハー２０の縁部の影を
ラインセンサ上に映して、その縁部位置を正確に検出す
る構造である。

【００２６】図３は本装置の制御部のブロック図を示
し、この制御部はＣＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２
８、入出力回路２９を含むマイクロコンピュータを主要
部として構成される。ラインセンサ２４はＣＣＤ駆動回
路４１を介して入出力回路２９に接続され、ステップモ
ータ１３、１９、３４はドライバ４２を介して入出力回
路２９に接続され、回転エンコーダ２１、２２、３５は
エンコーダ回路４３を介して入出力回路２９に接続され
る。

【００２７】ＣＰＵ２６は、予めＲＯＭ２７に記憶され
たプログラムに基づき、ラインセンサ２４からの検出デ
ータによりウエハーの縁部までの距離を測定する縁部距
離測定演算処理、及び距離角度演算処理、偏位量演算処
理等を実行し、回転部３及びＸ・Ｙ軸駆動機構１を駆動
制御する。

【００２８】次に、上記構成の位置決め装置の動作を、
図４のフローチャートを参照して説明する。

【００２９】ウエハー２０は、図示しない専用の搬送装
置等のハンドプレート上に載せて搬送され、原点位置に
位置する回転部３の略中央に載置され、水平に吸着支持
される。このウエハー２０は、その中心位置Ｓが回転部
３の中心位置（原点位置）Ｏよりずれて、例えば図５の
ように偏位した位置に載置されたとする。

【００３０】先ず、ＣＰＵ２６は、ステップ１００で、
ステップモータ３４を駆動して回転部３を一回転させ、
この間、ラインセンサ２４を動作させてセンサからの縁
部位置検出データを所定の回転角度θ（切欠き部の円周
角度より小さい例えば１０°）毎に取り込む。そして、
ステップ１１０で、この縁部位置データに基づき、回転
部３の中心位置Ｏからウエハー２０の縁部までの距離を
一定角度θ毎に算出する。

【００３１】そして、算出された各々のデータを、図５
の距離データａ₁ 〜ａ_n ，ｂ₁ 〜ｂ _n ，ｃ₁ 〜ｃ_n ，ｄ
₁ 〜ｄ_n のように９０°毎に分類し、各々９０°毎のデ
ータを、Ｌ１＝ａ₁ ＋ｂ₁ ＋ｃ₁ ＋ｄ₁ 、Ｌ２＝ａ₂ ＋
ｂ₂ ＋ｃ₂ ＋ｄ₂ 、・・・Ｌｎ＝ａ_n ＋ｂ_n ＋ｃ_n ＋ｄ
_n 、のように加算し、中心位置Ｏから縁部までの加算値
Ｌ１〜Ｌｎの値を算出する。これらの加算値Ｌ１〜Ｌｎ
の値は、図６に示すように、略一定であり、縁部にウエ
ハー２０の切欠き部２０ａが含まれた場合、最小値とな
るため、加算値Ｌ１〜Ｌｎの最大値のものを、距離βや
角度αの演算に使用する。

【００３２】次に、ステップ１２０で、ウエハー２０の
中心位置Ｓまでの距離βと、中心位置ＯとＳ間の直線の
角度α（基準線に対する角度）を算出する。その角度α
と距離βは、 α＝ｔａｎ^-1｛（ａ−ｃ）／（ｂ−ｄ）｝−θ、 β＝｛（ａ−ｃ）² ＋（ｂ−ｄ）² ｝^1/2 、の式から算出される。

【００３３】次に、ＣＰＵ２６は、ステップ１３０で、
ウエハー２０の中心位置Ｓからウエハー２０の縁部まで
の半径を一定角度（１０°）毎に算出し、その半径の最
短データに基づき、ウエハー２０の切欠き部２０ａの基
準線に対する偏位角度γを算出する。即ち、上記で算出
した縁部までの距離ａ₁ 〜ａ_n 、角度α、距離β、そし
て角度θのデータと、ｇ＝β・ｃｏｓ（｜α＋θ−９０°｜）／２、ｈ＝β・ｓｉｎ（｜α＋θ−９０°｜）／２、Ａ_n ＝｛（ａ_n −ｇ）² ＋ｈ² ｝^1/2 、の式を用いて、ウエハーの中心位置Ｓから縁部までの距
離Ａ₁ 〜Ａ_n を各々演算する。そして、同様に、距離ｂ
₁ 〜ｂ_n 、角度α、距離β、そして角度θのデータと上
記式を用いてウエハーの中心位置Ｓから縁部までの距離
Ｂ₁ 〜Ｂ_n を演算し、同様に、ウエハーの中心位置Ｓか
ら縁部までの距離Ｃ₁ 〜Ｃ_n と距離Ｄ₁〜Ｄ_n を演算す
る。

【００３４】これらの距離Ａ₁ 〜Ａ_n 、距離Ｂ₁ 〜Ｂ
_n 、距離Ｃ₁ 〜Ｃ_n 、距離Ｄ₁ 〜Ｄ_nのデータは、ウエ
ハーの半径に相当するため、図８に示すように、切欠き
部２０ａを含むデータを除き全て略同じ値となり、切欠
き部２０ａの角度を算出するために、これらの距離デー
タの最小値となる切欠き部２０ａに入る２つの距離デー
タ（図７におけるＥ₁ とＦ₁ の距離データ）を使用す
る。

【００３５】そして、図７に示すように、切欠き部２０
ａに含まれ距離Ｅ₁ とＦ₁ の半径線と切欠き部２０ａの
交点ＰのＸ・Ｙ座標（Ｘｐ，Ｙｐ）と、交点ＱのＸ・Ｙ
座標（Ｘｑ，Ｙｑ）を算出する。そして、この交点Ｐの
Ｘ・Ｙ座標（Ｘｐ，Ｙｐ）と、交点ＱのＸ・Ｙ座標（Ｘ
ｑ，Ｙｑ）を通る直線（切欠き部）の基準線に対する偏
位角度γは、 γ＝ｔａｎ^-1｛（Ｙｐ−Ｙｑ）／（Ｘｐ−Ｘｑ）｝、の式から算出される。

【００３６】次に、ＣＰＵ２６は、ステップ１４０に進
み、回転部３の回転によりウエハー２０を偏位角度γだ
け回転させたとき、ウエハー２０の中心位置Ｓが移動す
ることにより生じる中心位置ＳａのＸ・Ｙ偏位量を、上
記で算出された距離βと角度αのデータに基づき算出す
る。

【００３７】中心位置ＳａのＸ・Ｙ偏位量、つまり中心
位置ＳａのＸ・Ｙ座標（Ｘｓａ、Ｙｓａ）は、Ｘｓａ＝βｃｏｓ（｜γ−α｜）、Ｙｓａ＝βｓｉｎ（｜γ−α｜）、の式から算出される。

【００３８】そして、ステップ１５０で、偏位角度γに
基づく回転指令信号がドライバ４２に出力され、且つ偏
位量データに基づく移動指令信号がドライバ４２に出力
され、回転部３が算出された偏位角度γだけ回転すると
共に、Ｘ・Ｙ軸駆動機構１が上記で算出されたＸ・Ｙ偏
位量（Ｘｓａ、Ｙｓａ）だけ取付台つまり回転部３を、
偏位を解消する方向に移動させる。

【００３９】この状態で、回転部３上に水平に支持され
たウエハー２０の中心位置が、予め設定された原点位置
（最初の回転部３の中心位置Ｏ）に合せられ、ウエハー
２０の切欠き部の角度位置は、予め設定された基準線に
対し一定の角度を有した状態、或は基準線に合致した状
態となり、位置決めが完了する。

【００４０】このように、ウエハー２０を一回転させて
その縁部位置を測定した後、回転部３が算出された偏位
角度だけ回転し、同時にＸ・Ｙ軸駆動機構１が算出され
たＸ・Ｙ偏位量だけ取付台つまり回転部３を移動させ
る、という一動作だけで位置決めができるため、従来に
比べより速く、また、ウエハー２０の縁部に触れずに位
置決めを行うことができる。

【００４１】その後、位置決めされて回転部３上に載置
されたウエハー２０は、その上に表示されたマーク等を
カメラ等により読取つた後、ハンドプレートによつて再
び持ちあげられ、所定の場所に搬送される。

【００４２】なお、上記実施例では、切欠き部の基準線
を、例えば図９の横軸（Ｘ軸）に平行な線したが、この
基準線は任意の角度に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部断面を含む位置決
め装置の正面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】装置の制御部のブロック図である。

【図４】装置の動作を示すフローチャートである。

【図５】回転部の中心Ｏとウエハーの中心Ｓを結ぶ線の
距離βとその角度αを示すウエハーの平面説明図であ
る。

【図６】Ｌ１〜Ｌｎの長さを示すグラフ図である。

【図７】切欠き部の偏位角度γを示すウエハーの平面説
明図である。

【図８】ウエハーの中心Ｓから縁部までの長さを示すグ
ラフ図である。

【図９】偏位角度γとウエハーのＸ・Ｙ偏位量を示すウ
エハーの平面図である。

【図１０】本発明の構成図である。

【符号の説明】

１−Ｘ・Ｙ軸駆動機構、２−縁部距離測定手段、３−回転部、４−距離角度算出手段、５−切欠き部角度算出手段、６−偏位量算出手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水平面上のＸ・Ｙ座標におけるＸ軸とＹ軸
方向に取付台を移動させるＸ・Ｙ軸駆動機構と、該取付台上に固定され、位置決めのために搬入されたウ
エハーの略中央を水平に支持し垂直軸の回りで回転する
回転部と、該回転部の中心位置から該ウエハーの縁部までの距離を
一定角度毎に光学的に測定する縁部距離測定手段と、該縁部距離測定手段により測定された回転部の中心位置
から該ウエハーの縁部までの距離に基づき、該ウエハー
の中心位置と回転部の回転部中心間の距離と、該ウエハ
ーの中心位置と回転部の回転部中心を結ぶ直線の基準線
に対する角度を算出する距離角度算出手段と、該ウエハーの中心位置から該ウエハーの縁部までの半径
を一定角度毎に算出し該半径の最短データに基づき、該
ウエハーの切欠き部の基準線に対する偏位角度を算出す
る切欠き部角度算出手段と、該回転部の回転により該ウエハーを該偏位角度だけ回転
させたとき、該ウエハーの中心位置が移動することによ
り生じる中心位置のＸ・Ｙ偏位量を、前記距離角度算手
段で算出された距離と角度のデータに基づき算出する偏
位量算出手段と、を備えたことを特徴とするウエハーの位置決め装置。
【請求項２】ウエハーを保持する回転部を回転させて、
該回転部の中心位置から該ウエハーの縁部までの距離を
一定角度毎に測定し、該距離に基づき、ウエハーの中心
位置と回転部の回転部中心間の距離と、ウエハーの中心
位置と回転部の回転部中心を結ぶ直線の基準線に対する
角度を算出し、ウエハーの中心位置からウエハーの縁部
までの半径を一定角度毎に算出し、その半径の最短デー
タに基づき、ウエハーの切欠き部の基準線に対する偏位
角度を算出し、さらに、該回転部の回転によりウエハー
を該偏位角度だけ回転させたとき、ウエハーの中心位置
が移動することにより生じる中心位置のＸ・Ｙ偏位量
を、前記距離と角度のデータに基づき算出し、該回転部
を該偏位角度だけ回転させると共に、該回転部を該Ｘ・
Ｙ偏位量だけＸ・Ｙ方向に移動させて位置決めすること
を特徴とするウエハーの位置決め方法。