JP3457110B2 - ウエハの周縁形状検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ（Integrated
Circuit）形成用基板となる円板状の半導体ウエハの周
縁に基準位置として形成されたオリエンテーションフラ
ット（以下、オリフラという。）やノッチ等の形状変化
部を検出するウエハの周縁形状検出装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ウエハのオリフラ又はノッチを検
出する方法として種々提案され、例えば特開平３−２９
６２５４号公報には光センサを用いた検出方法として、
ウエハの半径方向に一定長を有する線状の光束をウエハ
の周縁部に照射する一方、この光束を受光し、その受光
量に基づく信号波形からウエハに形成された形状変化部
の形状を認識するウエハの外形認識方法が示されてい
る。

【０００３】この外形認識方法は、ウエハの回転により
形状変化部が線状光束を横切ると、この線状光束の受光
量が変化し、しかもその受光量に基づく信号波形が形状
変化部の形状によって異なることから、信号波形から形
状変化部の形状を識別するものである。

【０００４】例えばオリフラでは線状光束の長さ方向に
おける遮光領域が徐々に狭くなるので、線状光束を受光
して得られる信号のレベル変動は緩やかであるが、ノッ
チでは遮光領域が急激に広くなることによって、信号の
レベル変動は急峻になるので、信号レベルの変化の形状
からウエハの形状変化部がオリフラであるのか、ノッチ
であるのかの識別が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報には線状光束
を用いてウエハの周縁に形成された形状変化部を検出す
る光センサについての記載がなされているが、線状光束
を形成する具体的な投光部の構造については記載されて
いない。

【０００６】また、上記公報のウエハの外形認識方法だ
と、回転するウエハの外周部の一定領域を光束で照射
し、ウエハの外周部による時々刻々の受光量をモニタリ
ングしながら、外周部の形状を線分で認識しているの
で、受光量のデータを一旦記憶した上で、データを解析
処理していることが前提となり、受光量のデータを記憶
するメモリやデータを解析処理する手段等が別途必要と
なり、コストメリットの少ない非常に高価なものとな
る。

【０００７】更に、上記公報のウエハの外形認識方法で
は、線状光束を受光して得られる信号のレベル変動によ
って形状変化部を識別しているので、信号の絶対レベル
の変動が誤検出されれば、形状変化部の形状が誤って識
別される恐れもある。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構造で確実にウエハの形状変化部の検出
及びその形状の識別が可能なウエハの周縁形状検出装置
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ウエハの周縁に形成された形状変化部を検出するウエハ
の周縁形状検出装置であって、上記ウエハの一方面側か
ら前記形状変化部の幅よりも狭い線状光束を上記ウエハ
の周縁部に投光し、他方面側でこの光束を受光するとと
もに光電変換して信号を出力する光センサと、上記光セ
ンサから出力された信号の波形を微分波形に変換する微
分手段と、上記微分手段により微分波形に変換された信
号のレベル変化から上記形状変化部を検出する検出手段
と、上記光センサから出力された信号のレベルから上記
ウエハのサイズを識別するサイズ識別手段とを備えたも
のである。

【００１０】上記構成によれば、ウエハの周縁部に光セ
ンサを配置し、この光センサをウエハの周方向に相対移
動させて形状変化部の検出が行われる。ウエハの回転に
より形状変化部が該形状変化部の幅よりも狭い線状光束
を横切ると、この線状光束の投光領域が増加し、光セン
サの受光量が増加するで、光電変換して出力される信号
のレベルが投光領域の変化に応じて変動する。

【００１１】光センサから出力される信号は微分手段に
よりその波形を微分した波形を有する信号に変換され、
検出手段によりこの信号レベルからウエハの形状変化部
が検出される。すなわち、ウエハの周縁にオリフラ、ノ
ッチ等の形状変化部が形成されている場合、この信号
は、形状変化部以外では比較的緩やかに変化する低周波
信号となり、形状変化部では急峻に変化する高周波信号
となるので、この高周波信号のレベルを検出することに
よりウエハの形状変化部が検出される。

【００１２】また、光センサから出力された信号のレベ
ルから上記ウエハのサイズを識別するサイズ識別手段を
備えたため、サイズの大きいウエハは、サイズの小さい
ウエハに比して光束の投光領域が小さくなるので、光セ
ンサの受光量が少なく、その信号の平均レベルがサイズ
の小さいウエハよりも低くなる。従って、光センサから
出力される信号の平均レベルからウエハのサイズが識別
される。

【００１３】請求項２記載の発明は、ウエハの周縁に形
成された形状変化部を検出するウエハの周縁形状検出装
置であって、上記ウエハの一方面側から光束を上記ウエ
ハの許容回転偏心量以上の長さ寸法の投光窓より上記ウ
エハの周縁部に線状光束にして投光し、他方面側でこの
光束を受光するとともに光電変換して信号を出力する光
センサと、上記光センサから出力された信号の波形を微
分波形に変換する微分手段と、上記微分手段により微分
波形に変換された信号のレベル変化から上記形状変化部
を検出する検出手段と、上記光センサから出力された信
号のレベルから上記ウエハのサイズを識別するサイズ識
別手段とを備えたものである。

【００１４】上記構成によれば、ウエハの周縁部に光セ
ンサを配置し、この光センサをウエハの周方向に相対移
動させて形状変化部の検出が行われる。ウエハの回転に
より形状変化部が上記ウエハの許容回転偏心量以上の長
さ寸法の投光窓より投光される線状光束を横切ると、こ
の線状光束の投光領域が増加し、光センサの受光量が増
加するで、光電変換して出力される信号のレベルが投光
領域の変化に応じて変動する。

【００１５】また、光センサから出力された信号のレベ
ルから上記ウエハのサイズを識別するサイズ識別手段を
備えたため、サイズの大きいウエハは、サイズの小さい
ウエ ハに比して光束の投光領域が小さくなるので、光セ
ンサの受光量が少なく、その信号の平均レベルがサイズ
の小さいウエハよりも低くなる。従って、光センサから
出力される信号の平均レベルからウエハのサイズが識別
される。

【００１６】請求項３記載の発明は、ウエハの周縁に形
成された形状変化部を検出するウエハの周縁形状検出装
置であって、上記ウエハの一方面側から線状光束を異な
る２種類のウエハのサイズに対する投光領域を半径方向
に離間して上記ウエハの周縁部に投光し、他方面側でこ
の光束を受光するとともに光電変換して信号を出力する
光センサと、上記光センサから出力された信号の波形を
微分波形に変換する微分手段と、上記微分手段により微
分波形に変換された信号のレベル変化から上記形状変化
部を検出する検出手段とを備えたものである。

【００１７】上記構成によれば、線状光束を異なる２種
類のウエハのサイズに対する投光領域を半径方向に離間
して上記ウエハの周縁部に投光するので、異なる２種類
のウエハについて、光センサから出力された信号の波形
を微分波形に変換可能となる。

【００１８】また、本発明は、上記ウエハの周縁形状検
出装置であって、上記微分手段により微分波形に変換さ
れた信号のレベルから上記形状変化部の形状を識別する
形状識別手段を備えたものである（請求項４）。なお、
上記形状識別手段は、上記微分手段により微分波形に変
換された信号のレベルを少なくとも１つの所定の閾値と
比較して上記形状変化部の識別を行うようにするとよい
（請求項５）。

【００１９】上記構成によれば、上記微分手段から出力
された信号のレベルからウエハの形状変化部の形状が識
別される。具体的には出力された信号のレベルを少なく
とも１つの所定の閾値と比較してウエハの形状変化部の
識別が行われる。

【００２０】例えばウエハにノッチが形成されている場
合、形状変化部における光センサから出力される信号
は、ウエハにオリフラが形成されている場合に比して急
峻に変化するので、その信号のレベル変動幅はオリフラ
より大きくなる。従って、形状変化部における信号のレ
ベルが所定の閾値を越えるか否かを判別することにより
ノッチとオリフラとが識別される。

【００２１】請求項６記載の発明は、ウエハの周縁に形
成された形状変化部を検出するウエハの周縁形状検出装
置であって、上記ウエハの一方面側から線状光束を上記
ウエハの周縁部に投光し、他方面側でこの光束を受光す
るとともに光電変換して信号を出力する光センサと、上
記光センサから出力された信号の波形を微分波形に変換
する微分手段と、上記微分手段により微分波形に変換さ
れた信号のレベル変化から上記形状変化部を検出する検
出手段と、上記光センサから出力された信号のレベルか
ら上記ウエハのサイズを識別するサイズ識別手段とを備
えたものである。

【００２２】上記構成によれば、光センサから出力され
た信号の波形を微分波形に変換した微分波形の信号のレ
ベル変化からウエハの形状変化部が検出され、光センサ
から出力された信号のレベルからウエハのサイズが識別
される。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明に係るウエハの周縁形状検
出装置について、図を用いて説明する。まず、本周縁形
状検出装置に適用される光センサの構造について説明す
る。

【００２４】図１は、本発明に係るウエハの周縁形状検
出装置に適用される光センサの構造を示す斜視図、図２
は同光センサの縦断面図である。

【００２５】光センサ１はＵ字形の光路を有する透過型
フォトインタラプタの構成を成し、所定間隔を設けて互
いに平行に配置された投光部２及び受光部３の先端部に
それぞれ相対向させて投光窓２３と受光窓３３とが設け
られ、基端部に光源４と受光素子５とが設けられてい
る。光源４にはランプ、ネオンランプ、発光ダイオード
等の種々の光源が利用可能であるが、小型化、小電力、
ビーム範囲等から発光ダイオードが好ましい。受光素子
５にはセレン光電池、ＣｄＳ光導電素子、シリコンフォ
トダイオード（ＳＰＤ）、ガリウム砒素リンフォトダイ
オード（ＧＰＤ）等の各種の受光素子を利用することが
できる。

【００２６】投光部２は光源４を保持する保持体２１と
光源４から発光された光束を線状の光束に変換して投光
窓２３に導く光ビームガイド２２とを有し、保持体２
１、光ビームガイド２２及び投光窓２３は、例えば透明
なアクリル樹脂により一体成形されている。この光ビー
ムガイド２２を透明ガラスで構成してもよい。

【００２７】保持体２１は断面矩形の角柱をなし、長手
方向の中心軸上に発光ダイオード４が収納される丸孔２
４が穿設されている。この丸孔２４の先端面２４ａ（保
持体２１と光ビームガイド２２との境界面）は拡散面と
なるようにその表面粗さが適当に粗くなるように処理さ
れている。これにより発光ダイオード４から発光された
光束を長さ方向に均一な線状光束とするようにしてい
る。

【００２８】光ビームガイド２２は先端部下面に略１ｍ
ｍ（幅寸法ｗ）×略５ｍｍ（長さ寸法ｄ）の投光窓２３
が突設され、この投光窓２３の上方位置に角部を４５°
で面取して発光ダイオード４からの光を投光窓２３に導
く反射面２２ｃが形成されている。

【００２９】投光窓２３の最小幅寸法ｗは、検出精度に
応じた適宜の寸法に設定されるが、少なくともウエハの
周縁に形成されたノッチ、オリフラ等の回転方向の基準
位置を示す形状変化部７２の幅寸法Ｗより狭くすること
が好ましい。本実施の形態では、ウエハに形成される形
状変化部の最小幅寸法Ｗはノッチの幅寸法で、略１ｍｍ
であることから、投光窓２３の幅寸法ｗを１ｍｍに設定
している。

【００３０】一方、投光窓２３の長さ寸法ｄは、少なく
ともウエハの回転時における許容偏心量（以下、許容回
転偏心量という。）以上に設定することが望ましい。例
えばウエハの許容回転偏心量を±ｎ（ｍｍ）とすると、
投光窓２３の長さ寸法ｄは２ｎ以上にするとよい。本実
施の形態では、ウエハの許容回転偏心量が±２ｍｍの場
合に好適な寸法としてｄ＝２ｎ＋１＝５ｍｍとしてい
る。

【００３１】このように投光窓２３の長さ寸法ｄをウエ
ハの許容回転偏心量に関連づけて設定しているのは、こ
の光センサ１は、ウエハの形状変化部が線状光束Ｑを横
切ると、線状光束Ｑの遮光寸法が変化するので、この遮
光寸法の変化に基づく受光部３の受光信号の変化から形
状変化部を検出するものであるから、あまり長さ寸法ｄ
を長くすると、不必要に投光量が大きくなる分、受信信
号の変化量が相対的に小さくなり、形状変化部の検出精
度が低下する一方、ウエハの許容回転偏心量（２ｎ）以
下にすると、ウエハの回転時の偏心により形状変化部が
光センサ１からずれ、検出できないことがあるからであ
る。

【００３２】光ビームガイドの両側面２２ａ，２２ｂに
は、発光ダイオード４から発光される楕円球状の光束を
水平面内において幅１ｍｍの板状の光束に変換するため
の先端先窄まりのテーパが設けられている。

【００３３】なお、図３に示すように、複数本の光ファ
イバー繊維２５の一方端を断面円形に束ね、他方端を直
線状に束ねて光ビームガイド２２を構成するようにして
もよい。光ファイバー繊維２５を用いた場合は、投光部
３の形状が小型化が可能になるとともに、導光路として
フレキシビリティがあるので、投光窓２３の角度調節も
可能になる。

【００３４】受光部３は受光素子５を保持する保持体３
１と投光部２から投光された線状光束Ｑを受光素子５の
受光面に導く三角プリズム３２とからなる。保持体３１
は光の漏洩を防止するため不透明な角柱状の樹脂から成
り、長手方向の中心軸上に貫通孔３１ａが穿設されてい
る。そして、この貫通孔３１ａの一方端に受光素子５が
嵌入装着されている。

【００３５】また、三角プリズム３２は断面直角三角形
の角柱状を成し、例えば透明なアクリル樹脂で構成され
ている。三角プリズム３２の直角を挟む短辺を含む２つ
の側面３２ａ，３２ｂは保持体３１の断面と同一サイズ
を有し、一方の側面３２ａは受光窓３３を構成してい
る。

【００３６】そして、三角プリズム３２は、他方の側面
３２ｂを保持部３１の先端面に合わせるようにして保持
体３１の先端に取り付けられている。なお、保持体３１
の長手方向の長さＬ（図２）は、三角プリズム３２が取
り付けられたとき、受光窓３３が投光窓２３と対向位置
となるように所定の寸法に設定されている。

【００３７】また、投光部２及び受光部３は保持体２
１，３１の基端部が所定の高さ寸法Ｈを有するスペーサ
６を介して結合され、このスペーサ６により投光窓２３
と受光窓３３との間が所定の間隔Ｄに設定されている。

【００３８】上記構成により、発光ダイオード４から発
光された楕円球形状の光束は光ビームガイド２２により
略１ｍｍ（幅寸法）×略５ｍｍ（高さ寸法）の板状の光
束に変換されて反射面２２ｃに案内され、更にこの反射
面２２ｃで垂直下方に光路が変換されて投光窓２３から
略１ｍｍ（幅寸法ｗ）×略５ｍｍ（長さ寸法ｄ）の線状
光束Ｑが受光部３の受光窓３３に投光される。

【００３９】受光窓３３に入射した線状光束Ｑは三角プ
リズム３２によりその光路が垂直下方向から水平方向に
屈曲され、保持体３１の貫通孔３１ａを介して受光素子
５の受光面に導かれる。

【００４０】図４は、上記光センサを用いて形状変化部
を検出するためのウエハと光センサとの位置関係を示す
斜視図である。また、図５は、上記光センサによるウエ
ハの形状変化部の検出方法を示す図であり、図６は、光
センサの出力信号の波形を示す図である。

【００４１】光センサ１はウエハ７の周縁が投光窓２３
から投光された線状光束Ｑを横切るように、ウエハ７の
周縁部の適所に配置される。この光センサ１をウエハ７
の回転方向の基準位置に配置し、光センサ１によりウエ
ハ７の周縁に設けられた形状変化部７２（図５ではノッ
チ）を検出してウエハ７の回転動作を停止させるように
すれば、ウエハ７の形状変化部７２の検出だけでなく、
ウエハ７の回転基準位置への位置合わせも行うことがで
きる。

【００４２】図４の構成で、ウエハ７を矢印の方向に回
転させると、形状変化部７２が形成されていない周縁で
は、図５（ａ）に示すように、線状光束Ｑの一部領域Ｑ
１（図中、交差線領域）がウエハ７の周縁部で遮光さ
れ、光センサ１の受光素子５からは透過領域Ｑ２（図
中、無地領域）の光量に応じたレベルの信号が出力され
るが、形状変化部７２が形成された周縁が線状光束Ｑに
至ると、図５（ｂ）に示すように、線状光束Ｑの透過領
域Ｑ２が形状変化部７２の部分Ｑ３（図中、点描部分）
だけ広くなり、受光素子５の出力信号のレベルが透過領
域Ｑ２の増加分の光量に応じて変動する。

【００４３】そして、形状変化部７２が形成された周縁
が完全に線状光束Ｑを横切ると、図５（ｃ）に示すよう
に、透過領域Ｑ２は形状変化部７２が線状光束Ｑを横切
る前と同じ状態となる。

【００４４】従って、光センサ１の受光素子５から出力
される信号Ｓは、図６に示すように、基準レベルＶｒｅ
ｆを中心に緩やかに上下に変動する低周波の信号Ｓ１に
急峻に変動するパルス状の信号Ｓ２が重畳した波形とな
る。信号Ｓ１はウエハ７の回転時の偏心に基づくレベル
変動であり、信号Ｓ２は形状変化部７２の検出に基づく
レベル変動である。

【００４５】信号Ｓからノッチやオリフラ等の形状変化
部７２の形状を認識する場合は、信号Ｓの絶対レベルの
変動を監視することにより認識可能であるが、単に形状
変化部７２の有無を検出するだけの場合では、信号Ｓの
絶対レベルの変動から形状変化部７２の検出を行うと、
信号Ｓ１のレベル変動によって誤検出される可能性があ
るから、この場合は、信号Ｓを微分した信号のレベル変
動から形状変化部７２を検出するようにする方がよい。
信号Ｓ１の周波数は信号Ｓ２の周波数に比して極めて低
いので、信号Ｓの微分信号から信号Ｓ２の位置を極めて
正確に検出することができる。

【００４６】図７は、本発明に係るウエハの周縁形状検
出装置のブロック図である。

【００４７】周縁形状検出装置８は、センサ部９、アン
プ部１０、微分回路１１及び検出部１２から構成されて
いる。

【００４８】センサ部９は上述の光センサ１に相当し、
投光部２から受光部３に到達した光を光電変換し、光量
に応じた光電流を出力する。アンプ部１０は光電流を所
定レベルの電圧に変換して出力するもので、ウエハ７を
１回転させると、アンプ部１０からは、例えば同図
（ａ）に示す波形の信号ＶＰが出力される。波形図の縦
軸は電圧レベル（Ｖ）、横軸は時間（ｔ）で、Ａ点はウ
エハ７のオリフラ、ノッチ等の形状変化部７２が検出さ
れる点である。なお、ウエハ７の回転速度により測定開
始点Ｏと形状変化部検出点Ａとの間隔は変化する。

【００４９】微分回路１１はアンプ部１０の出力電圧波
形を微分波形に変換する回路で、ウエハ７を１回転させ
ると、微分回路１１からは、例えば同図（ｂ）に示す波
形の信号ＶＱ（以下、微分信号ＶＱとする。）が出力さ
れる。波形図（ｂ）の縦軸、横軸及びＡ点は同図（ａ）
と同じである。また、Ｖｒｅｆは基準電圧で、アンプ部
１０の動作中心点の電圧レベルに相当する。

【００５０】検出部１２は微分信号ＶＱの電圧レベルか
ら形状変化部７２を検出するもので、例えば所定の基準
電圧と微分信号ＶＱの電圧レベルとを比較して形状変化
部７２を検出する。ウエハ７を１回転させると、検出部
１２からは同図（ｃ）に示すパルス状の検出信号ＳＤＥ
Ｔが出力される。

【００５１】図８は、上記ウエハの周縁形状検出装置の
具体的な回路構成例を示す図である。

【００５２】同図において、センサ部９のＬＥＤは光源
の発光ダイオード４、ＰＤは受光素子５に対応するもの
である。アンプ部１０はオペアンプを用いた反転増幅回
路１０１，１０２を２段、縦続接続して構成されてい
る。反転増幅回路１０１はオペアンプＡＭＰ１及びフィ
ードバック抵抗Ｒ２からなり、反転増幅回路１０２はオ
ペアンプＡＭＰ２及びフィードバック抵抗Ｒ４からな
る。フィードバック抵抗Ｒ４はアンプ部１０のゲインを
調節し得るように可変抵抗となっている。なお、アンプ
部１０を２段構成にしているのはアンプ出力の極性を考
慮したもので、１段アンプで構成してもよく、多段アン
プで構成してもよい。

【００５３】微分回路１１はコンデンサＣ１と抵抗Ｒ５
との直並列回路からなる微分回路で構成されている。微
分回路１１の時定数τはその周波数がウエハの偏心によ
る周波数ｆ１（図６の信号Ｓ１の周波数）と形状変化部
７２の検出信号の周波数ｆ２（図６の信号Ｓ２の周波
数）との間となる適宜の値に設定されている。これは信
号Ｓ１と信号Ｓ２とを識別するためである。なお、周波
数ｆ１と周波数ｆ２とは１００倍以上の違いがあるの
で、時定数τは容易に設定することができる。また、微
分回路１１もオペアンプを用いて構成してもよい。

【００５４】また、検出部１２は２個のコンパレータＣ
ＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からなり、微分回路１１からの微
分信号ＶＱのレベルを３段階に識別して検出するように
なっている。なお、微分回路１１と検出部１２とはオペ
アンプＡＭＰ３及び抵抗Ｒ６，Ｒ７からなる反転増幅回
路１３を介して接続されている。これは検出部１２への
入力レベルを調整するためのものである。

【００５５】検出部１２のコンパレータＣＯＭＰ２はウ
エハの形状変化部７２を検出するためのもので、コンパ
レータＣＯＭＰ１は検出された形状変化部７２がノッチ
であるか、オリフラであるかを識別するためのものであ
る。

【００５６】形状変化部７２がノッチの場合、アンプ部
１０の出力信号ＶＰに含まれる形状変化部７２の検出信
号Ｓ２は、図９（ａ）に示すように、比較的急峻に立ち
上がるから（立上角θ；大）、その微分信号ＶＱは、同
図（ｂ）のようになり、検出点Ａにおける検出信号Ｓ
２′のレベルは比較的大きく、所定の形状変化部７２の
検出基準電圧Ｖ２及びノッチ識別電圧Ｖ１を越えるもの
となる。

【００５７】一方、形状変化部７２がオリフラの場合、
アンプ部１０の出力信号ＶＰに含まれるオリフラの検出
信号Ｓ２は、図１０（ａ）に示すように、比較的緩慢に
立ち上がるから（立上角θ；小）、その微分信号ＶＱ
は、同図（ｂ）のようになり、検出点Ａにおける検出信
号Ｓ２′のレベルはノッチの場合よりも低く、検出基準
電圧Ｖ２は越えるが、ノッチ識別電圧Ｖ１は越えないも
のとなる。

【００５８】従って、本実施の形態では検出基準電圧Ｖ
２とは別にノッチの検出信号Ｓ２′は必ず越えるが、オ
リフラの検出信号Ｓ２′は越えることのない所定のノッ
チ識別電圧Ｖ１（＞Ｖ２）を設け、微分回路１１の微分
信号ＶＱのレベルを検出基準電圧Ｖ２及びノッチ識別電
圧Ｖ１と比較することにより検出された形状変化部７２
がノッチであるのか、オリフラであるのかを識別するよ
うにしている。

【００５９】図８に戻り、検出回路の基準電位ライン１
４は、オペアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の＋入力端及び微
分回路１１の抵抗Ｒ５の一方端に接続されている。基準
電位ライン１４には図略の電源回路により基準電位（オ
ペアンプの動作点に相当する電位）が付与されるように
なっている。

【００６０】また、直列接続された抵抗Ｒ８，Ｒ９はコ
ンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２に入力される基準電
圧（検出基準電圧Ｖ１，ノッチ識別電圧Ｖ２）を生成す
るための分割抵抗で、抵抗Ｒ９の一方端は基準電位ライ
ン１４に接続され、抵抗Ｒ８の一方端は可変抵抗Ｒ１０
を介して基準電圧源に接続されている。なお、可変抵抗
Ｒ１０は検出部１２の検出レンジを調節するための抵抗
である。

【００６１】上記構成において、センサ部９から出力さ
れる光電流はアンプ部１０で電圧に変換されるととも
に、所定レベルに増幅されて出力される。アンプ部１０
の出力信号は微分回路１１により微分波形の信号に波形
操作された後、反転増幅回路１３を介して検出部１２に
入力される。

【００６２】そして、反転増幅回路１３からの出力信号
ＶＱ′が形状変化部７２の検出基準電圧Ｖ２及びノッチ
識別電圧Ｖ１とそれぞれ比較されて形状変化部７２が検
出されるとともに、検出された形状変化部７２の種類が
識別される。

【００６３】すなわち、ＶＱ′＜Ｖ２であれば、コンパ
レータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からはローレベルの信号
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が出力され、Ｖ２≦ＶＱ′＜Ｖ１で
あれば、コンパレータＣＯＭＰ１からローレベルの信号
ＯＵＴ１が、また、コンパレータＣＯＭＰ２からハイレ
ベルの信号ＯＵＴ２が出力され、Ｖ１≦ＶＱ′であれ
ば、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からハイレベ
ルの信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が出力される。

【００６４】なお、上記実施の形態では、検出部１２の
基準電圧としてノッチ識別電圧Ｖ１と検出基準電圧Ｖ２
とを設け、形状変化部７２の検出及び形状変化部７２の
種類の識別のみを行っていたが、好ましくは検出基準電
圧Ｖ２よりも低い閾値電圧Ｖ３を設け、図８の点線で示
す第３のコンパレータＣＯＭＰ３で出力信号ＶＱ′と閾
値電圧Ｖ３とを比較して検出異常が確認できるようにす
るとよい。

【００６５】すなわち、例えばセットされたウエハ７の
サイズが大き過ぎたり、正常位置にセットされていない
場合、形状変化部７２が光センサ１の線状光束Ｑを横切
っても受光部３の受光量が所定量以下となり、微分回路
１１から十分なレベルの微分信号ＶＱが得られないこと
になるから、ＶＱ′＜Ｖ３（＜Ｖ２）のとき、コンパレ
ータＣＯＭＰ３からローレベルの異常検出信号ＯＵＴ３
を出力させるようにする。

【００６６】図１１は、上記ウエハの周縁形状検出装置
を用いたウエハの回転駆動制御システムの一例を示す図
である。同図に示すシステムは、ウエハ７の形状変化部
７２の形成位置を所定の回転基準位置に位置合わせする
ものである。

【００６７】同図において、周縁形状検出装置８の光セ
ンサ１は、ウエハ７の所定の回転基準位置に配置されて
いる。また、形状変化部検出回路１５は図７，図８にお
けるアンプ部９〜検出部１２に相当する回路である。

【００６８】ステージ１６はウエハ７が吸着固定される
載置台である。ステッピングモータ１７はステージ１６
を回転駆動する駆動源であり、モータドライバ１８はス
テッピングモータ１７の回転駆動を制御するモータ制御
回路である。モータドライバ１８には緊急停止用の外部
入力端子が設けられ、この外部入力端子に周縁形状検出
装置８からの形状変化部７２の検出信号ＳＤＥＴ（図８
において、コンパレータＣＯＭＰ２の出力信号ＯＵＴ
２）が入力されている。

【００６９】ウエハ７をステージ１６にセットし、ステ
ッピングモータ１７を駆動してウエハ７が回転を開始す
ると、同時に周縁形状検出装置８が起動し、形状変化部
７２の検出が行われる。そして、周縁形状検出装置８で
形状変化部７２が検出されると、その検出信号がモータ
ドライバ１８に出力される。モータドライバ１８は検出
信号の入力に応答してステッピングモータ１７の回転を
急停止させ、これによりウエハ７は形状変化部７２の形
成位置が所定の回転基準位置に一致する位置に位置合わ
せされる。

【００７０】なお、光センサ１を回転基準位置から一定
の回転角度だけ回転した任意の位置に配設し、形状変化
部７２の検出位置でウエハ７の回転を一旦停止させた
後、上記回転角度の分だけ所定方向にウエハ７を回転さ
せてウエハ７の位置合わせを行うようにしてもよい。

【００７１】図１２は、ウエハの周縁形状検出装置に適
用される光センサの第２の実施の形態を示す縦断面図で
ある。

【００７２】同図に示す光センサ１はサイズの異なる２
種類のウエハの形状変化部を検出することができるよう
にしたもので、図２において、線状光束Ｑの長さ寸法ｄ
をこれより長い寸法ｄ′にするとともに、投光窓２３の
略中央に遮光部２３ａを設けたものである。

【００７３】例えば５インチサイズと６インチサイズの
ウエハ７について、形状変化部７２を検出可能にする場
合、投光窓２３の長さ寸法ｄ′は、以下のように設定さ
れる。

【００７４】すなわち、５インチサイズのウエハ７に対
して必要な最小線状光束の長さ寸法をｄ１、６インチサ
イズのウエハ７に対して必要な最小の線状光束の長さ寸
法をｄ２、５インチサイズのウエハ７のエッジ位置と６
インチサイズのウエハ７のエッジ位置との間隔をｄ３と
すると、５インチサイズのウエハ７に対する投光領域と
６インチサイズのウエハ７に対する投光領域とを半径方
向に間隔ｄ３だけ離間して設ければ、光センサ１の配置
位置を変更することなく両サイズのウエハ７の形状変化
部７２を検出することができるから、投光窓２３の長さ
寸法ｄ′はｄ′≒ｄ１＋ｄ２＋ｄ３となる。

【００７５】例えば両サイズのウエハ７の回転時の偏心
範囲ΔＮを略同一の４ｍｍとすると、上述のようにｄ１
＝ｄ２＝ΔＮ＋１＝５ｍｍとなり、ｄ３＝０．５インチ
≒１．３ｍｍであるから、ｄ′＝（２×５＋１．３）＝
１１．３ｍｍとなる。実際には、形状変化部検出の確実
性を確保するため数ｍｍ程度余裕を持たせるのが好まし
く、本実施の形態では、ｄ′≒１５ｍｍとしている。

【００７６】投光窓２３の略中央に設けられた遮光部２
３ａは、５インチサイズのウエハ７の形状変化部７２の
検出効率を高めるためのものである。すなわち、光セン
サ１はノッチやオリフラ等の形状変化部７２が線状光束
Ｑを横切ることによって増加した透過領域の部分Ｑ３の
光量を検出することにより形状変化部７２を検出を可能
にするものであるが、５インチサイズの形状変化部７２
は投光窓２３の先端側の投光領域２３ｂの光束変化によ
り検出可能であり、６インチサイズの形状変化部７２は
投光窓２３の後端側の投光領域２３ｃの光束変化により
検出可能であるから、両サイズのウエハ７の形状変化部
７２の検出には遮光部２３ａからの光束は必ずしも必要
としない。

【００７７】特に５インチサイズのウエハ７の形状変化
部７２を検出するときは遮光部２３ａ及び投光領域２３
ｃから投光された光量により検出信号Ｓのレベルが高く
なり、相対的に形状変化部７２の検出信号のレベル変動
が小さくなるので、両サイズのウエハ７が識別可能な範
囲で可及的に信号Ｓのレベルを抑制し、検出効率を高め
るようにするのが好ましい。そこで、両サイズのウエハ
７の形状変化部７２の検出に対する寄与率の小さい領域
２３ａを遮光している。

【００７８】なお、上記遮光部２３ａを光ビームガイド
２２から案内された光束を反射面２２ｃ側に乱反射する
反射部材で構成するようにしてもよい。このようにする
と、遮光部２３ａで乱反射された光束の一部は反射面２
２ｃで投光領域２３ｂ，２３ｃ側に反射され、これらの
領域２３ｂ，２３ｃから投光されるので、両サイズのウ
エハ７の形状変化部７２の検出において線状光束の有効
活用を図ることができることになる。

【００７９】図１３は、第２の実施の形態に係る光セン
サにより５インチ及び６インチのサイズのウエハの形状
変化部を検出した信号の波形図である。

【００８０】同図は、両サイズのウエハ７を同一の速度
で回転して形状変化部７２を検出したもので、は５イ
ンチサイズのウエハ７に対するアンプ部１０の出力信号
ＶＰ、は５インチサイズのウエハ７に対するアンプ部
１０の出力信号ＶＰである。

【００８１】また、電圧Ｖ５は５インチサイズの形状変
化部７２のない周縁が線状光束Ｑを横切っているときの
アンプ部１０の出力信号ＶＰの平均レベル（図６におけ
る低周波の信号Ｓ１の平均レベルに相当）、Ｖ６は６イ
ンチサイズの形状変化部７２のない周縁が線状光束Ｑを
横切っているときのアンプ部１０の出力信号ＶＰの平均
レベルである。

【００８２】上述のように、５インチサイズのウエハ７
の周縁は投光窓２３の投光領域２３ｂを通過し、６イン
チサイズのウエハ７の周縁は投光窓２３の投光領域２３
ｃを通過するので、形状変化部７２のない周縁が投光領
域２３ｂ，２３ｃを通過しているときの受光部３への投
光量は５インチサイズのウエハ７の方が６インチサイズ
のウエハ７より大きくなる。従って、電圧Ｖ５は電圧Ｖ
６より大きくなっている。

【００８３】一方、形状変化部７２の形状が同一であれ
ば、形状変化部７２が線状光束を横切るときの光量の増
加分は略同一であるから、及びにおける形状変化部
７２の検出信号Ｓ２は略同一となっている。なお、両ウ
エハ７の回転速度は同一にしているので、６インチサイ
ズのウエハ７の形状変化部７２の検出タイミングＡ６は
５インチサイズウエハ７に対する検出タイミングＡ５よ
り遅れている。

【００８４】上記のようにウエハ７のサイズが異なると
きは、アンプ部１０の出力信号ＶＰの低周波の信号Ｓ１
の平均レベルが明らかに相違するから、この出力信号Ｖ
Ｐを所定の閾値電圧と比較することによりウエハ７のサ
イズを識別することができる。この場合の検出回路は、
例えば図８において、アンプ部１０のオペアンプＡＭＰ
２の出力に検出部１２と同一の比較回路を設けることに
より構成することができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハの周縁に形成された形状変化部を検出するウエハ
の周縁形状検出装置において、線状光束をウエハの外周
部で横切らせることにより光センサから出力される信号
を微分波形の信号に変換し、この微分波形の信号のレベ
ル変化から形状変化部を検出するようにしたので、簡単
な信号処理で形状変化部を確実に検出することができ
る。

【００８６】また、上記微分波形の信号のレベルから形
状変化部の形状を識別するようにしたので、簡単な回路
構成で形状変化部の形状も確実に識別することができ
る。

【００８７】更に、上記光センサから出力される信号の
信号レベルからウエハのサイズを識別するようにしたの
で、サイズの異なる複数のウエハを簡単かつ確実に識別
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウエハの周縁形状検出装置に適用
される光センサの構造を示す斜視図である。

【図２】本発明に係るウエハの周縁形状検出装置に適用
される光センサの構造を示す縦断面図である。

【図３】光センサの投光部の他の例を示す斜視図であ
る。

【図４】ウエハの形状変化部を検出するためのウエハと
光センサとの位置関係を示す斜視図である。

【図５】ウエハの形状変化部の検出方法を示す図で、
（ａ）は形状変化部が線状光束を横切る前の状態を示す
図、（ｂ）は形状変化部が線状光束を横切っている途中
の状態を示す図、（ｃ）は形状変化部が線状光束を横切
った後の状態を示す図である。

【図６】光センサから出力される信号波形を示す図であ
る。

【図７】本発明に係るウエハの周縁形状検出装置のブロ
ック図である。

【図８】本発明に係るウエハの周縁形状検出装置の具体
的な回路構成を示す図である。

【図９】形状変化部がノッチの場合の周縁形状検出装置
の検出信号を示すもので、（ａ）はアンプ部の出力信
号、（ｂ）は微分回路の微分信号である。

【図１０】形状変化部がオリフラの場合の周縁形状検出
装置の検出信号を示すもので、（ａ）はアンプ部の出力
信号、（ｂ）は微分回路の出力信号である。

【図１１】本発明に係るウエハの周縁形状検出装置を用
いたウエハの回転駆動制御システムの一例を示す図であ
る。

【図１２】本発明に係るウエハの周縁形状検出装置に適
用される光センサの第２の実施の形態を示す図である。

【図１３】第２の実施の形態に係る光センサにより５イ
ンチサイズのウエハと６インチサイズのウエハの形状変
化部を検出した信号の波形図である。

【符号の説明】

１ 光センサ ２ 投光部 ２２ 光ビームガイド ２４ 丸孔 ２５ 光ファイバー繊維 ３ 受光部 ３２ 三角プリズム ４，ＬＥＤ 光源 ５，ＰＤ 受光素子 ６ スペーサ ７ ウエハ ７２ 形状変化部（ノッチ，オリフラ） ８ 周縁形状検出装置 ９ センサ部 １０ アンプ部 １１ 微分回路 １２ 検出部 １３，１０１，１０２ 反転増幅回路 １４ 基準電圧ライン １５ 形状変化部検出回路 １６ ステージ １７ ステッピングモータ １８ モータドライバ ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３ オペアンプ Ｃ１ コンデンサ ＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰ３ コンパレータ Ｒ１〜Ｒ１１ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/24 G06T 1/00 305 H01L 21/66 H01L 21/68

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハの周縁に形成された形状変化部を
   検出するウエハの周縁形状検出装置であって、 上記ウエハの一方面側から前記形状変化部の幅よりも狭
   い線状光束を上記ウエハの周縁部に投光し、他方面側で
   この光束を受光するとともに光電変換して信号を出力す
   る光センサと、 上記光センサから出力された信号の波形を微分波形に変
   換する微分手段と、 上記微分手段により微分波形に変換された信号のレベル
   変化から上記形状変化部を検出する検出手段と、上記光センサから出力された信号のレベルから上記ウエ
   ハのサイズを識別するサイズ識別手段と、 を備えたことを特徴とするウエハの周縁形状検出装置。
2. 【請求項２】 ウエハの周縁に形成された形状変化部を
   検出するウエハの周縁形状検出装置であって、 上記ウエハの一方面側から光束を上記ウエハの許容回転
   偏心量以上の長さ寸法の投光窓より上記ウエハの周縁部
   に線状光束にして投光し、他方面側でこの光束を受光す
   るとともに光電変換して信号を出力する光センサと、 上記光センサから出力された信号の波形を微分波形に変
   換する微分手段と、 上記微分手段により微分波形に変換された信号のレベル
   変化から上記形状変化部を検出する検出手段と、上記光センサから出力された信号のレベルから上記ウエ
   ハのサイズを識別するサイズ識別手段と、 を備えたことを特徴とするウエハの周縁形状検出装置。
3. 【請求項３】 ウエハの周縁に形成された形状変化部を
   検出するウエハの周縁形状検出装置であって、 上記ウエハの一方面側から線状光束を異なる２種類のウ
   エハのサイズに対する投光領域を半径方向に離間して上
   記ウエハの周縁部に投光し、他方面側でこの光束を受光
   するとともに光電変換して信号を出力する光センサと、 上記光センサから出力された信号の波形を微分波形に変
   換する微分手段と、 上記微分手段により微分波形に変換された信号のレベル
   変化から上記形状変化部を検出する検出手段と、 を備えたことを特徴とするウエハの周縁形状検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は３記載のウエハの周縁形状
   検出装置であって、 上記微分手段により微分波形に変換された信号のレベル
   から上記形状変化部の形状を識別する形状識別手段を備
   えたことを特徴とするウエハの周縁形状検出装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のウエハの周縁形状検出装
   置であって、 上記形状識別手段は、上記微分手段により微分波形に変
   換された信号のレベルを少なくとも１つの所定の閾値と
   比較して上記形状変化部の識別を行うことを特徴とする
   ウエハの周縁形状検出装置。
6. 【請求項６】 ウエハの周縁に形成された形状変化部を
   検出するウエハの周縁形状検出装置であって、 上記ウエハの一方面側から線状光束を上記ウエハの周縁
   部に投光し、他方面側でこの光束を受光するとともに光
   電変換して信号を出力する光センサと、 上記光センサから出力された信号の波形を微分波形に変
   換する微分手段と、 上記微分手段により微分波形に変換された信号のレベル
   変化から上記形状変化部を検出する検出手段と、 上記光センサから出力された信号のレベルから上記ウエ
   ハのサイズを識別するサイズ識別手段と、 を備えたことを特徴とするウエハの周縁形状検出装置。