JP3662357B2

JP3662357B2 - 円板形状体の位置決め装置

Info

Publication number: JP3662357B2
Application number: JP22540096A
Authority: JP
Inventors: 出松田; 秀夫原口; 重之山本; 正史松森; 幸廣南田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH1070177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハ等のように外周の一部に切り欠き部であるオリエンテーションフラット（以下、オリフラと略記する）又はノッチを有する円板形状体を所定位置に位置決めする円板形状体の位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円板形状体の一例である半導体ウエハを加工あるいは検査する装置では、ウエハを所定位置に精密に位置決めすることが要求される。単純には、円板形状体を位置決め点上に移動させるには、円板形状体の側面を機械的に位置決め点方向に押し出せばよいが、半導体ウエハのように微細加工がなされたものでは治具等の機械的な接触物から発生する微細な粉塵等も避ける必要があり、多くはウエハを載置した回転ステージの位置を移動制御することにより、ウエハを所定の位置決め点上に移動させる方法が採用されている。
【０００３】
例えば、図５に示す従来構成に係る位置決め装置では、Ｘ−Ｙステージ３１上に搭載された回転テーブル３５上にウエハ３０を載置し、ウエハ３０を回転テーブル３５で回転させたときの所定角度毎のウエハ３０の周縁位置を一次元走査光電変換によるセンサ３３で測定する。センサ３３は移動距離が認識できる直線移動ステージ３２上に搭載されているので、前記所定角度毎にウエハ３０の周縁が検出されるまで直進移動した距離から、回転中心とウエハ３０の中心位置との位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量だけＸ−Ｙステージ３１を移動させることにより、ウエハ３０を所定位置に位置決めしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、Ｘ−Ｙステージを使用しているため、装置が複雑化しコスト高になる問題点があった。また、センサを移動させる直線移動ステージを採用しているため、この移動精度や組付け精度、更には一次元走査光電変換によるセンサの性能により、微小な位置ずれが検出できない場合があり、回転テーブル上にウエハを載置する際に故意に大きな位置ずれ状態にして載置する等の手間を要する問題点があった。
【０００５】
本発明は、装置構造を小型化、簡易化しながらも精密な位置決め動作を自動化した円板形状体の位置決め装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、周縁の一部にオリエンテーションフラットまたはノッチが形成された円板形状体の中心位置を所定位置に位置決めする円板形状体の位置決め装置において、位置決め点上に回転中心がある状態を原位置として前記円板形状体を保持して所定角度毎に回動する回転ステージと、この回転ステージに連動して回動するカムと、このカムの前記回転ステージとの連動を任意に着脱させる連動着脱手段と、前記カムの回動により前記回転ステージを前記原位置から所定方向に進退移動させる直線移動手段と、前記回転ステージ上に載置された円板形状体の周縁位置を測定する測距センサと、前記回転ステージ上に円板形状体を搬送すると共に載置状態から任意のタイミングで前記回転ステージから離脱させる搬送手段と、前記回転ステージの所定角度毎に前記測距センサで測定された前記回転中心から円板形状体の周縁までの距離測定データと既知の円板形状体の半径とから前記回転中心と円板形状体の中心との偏心角度及び偏心距離を演算する演算手段と、この演算手段の演算データに基づいて各動作部の動作を制御する制御手段とを具備してなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、回転ステージの所定角度毎に測距センサにより測定された回転中心から円板形状体の周縁までの距離と既知の円板形状体の半径とから、演算手段により回転中心と円板形状体の中心との位置ずれが偏心角度と偏心距離として演算できる。回転ステージの回転中心は位置決め点上の原位置にあるので、演算された偏心角度だけ回転ステージを回転させ、角度のずれをなくした後、搬送手段により円板形状体を回転ステージ上から一時離脱させた状態で、回転ステージとカムとの連動を連動着脱手段によりオンにすると、カムの回動により直線移動手段が動作して回転ステージを原位置から移動させる。この移動距離は偏心距離に相当する距離である。再び円板形状体を回転ステージ上に戻すと、回転中心と円板形状体の中心とが一致しているので、回転ステージの回動によるカムの回動により回転ステージを原位置に戻すと、円板形状体の中心は位置決め点上に位置決めされる。
【００１０】
上記構成におけるカムは、ハート形カムを採用することができる。ハート形カムの円運動から得られる直線移動手段の直線運動が等速往復運動となるため、回動角度と直線移動距離とが比例関係になり、制御が簡単で構造も簡単になる。
【００１１】
また、上記回動動作着脱手段は、クラッチを採用することができる。クラッチにより位置決め動作の任意のタイミングでカムへの回動を着脱できる。
【００１２】
また、上記測距センサは、透過形レーザー測長センサを採用することができる。透過形レーザー測長センサは一次元走査光電変換センサに比して、精密な測定ができるので、測定データから演算される位置ずれ量の検出が正確になり、精密な位置決めが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る円板形状体の位置決め装置の構成を示す構成図で、円板形状体として周縁の１箇所にノッチ１５が形成されたウエハ（円板形状体）１０を位置決め対象物とし、このウエハ１０の中心位置を所定の位置決め点上に位置決めすると共に、前記ノッチ１５を所定の角度位置に位置決めする構成がなされている。
【００１５】
図１において、位置決め装置１は、回転ステージ２と、この回転ステージ２の回転中心に固定された回転軸１１を任意角度に回動させるモータ３と、前記回転軸１１に電磁クラッチ（連動着脱手段）５を介して取り付けられたハート形溝カム４と、このハート形溝カム４のハート形状に形成された溝に滑動自在に嵌め込まれたカムフォロア６と、このカムフォロア６を軸支すると共に前記モータ３を搭載した支持台（直線移動手段）１２を所定方向に直線移動自在に支持する直線移動台（直線移動手段）７と、前記回転ステージ２上に載置されたウエハ１０の周縁位置を測定する測距センサ８と、アーム１３上にウエハ１０を保持して搬送する搬送部９と、各動作部の動作を位置決め動作手順に従って制御する制御部１６と、前記測距センサ８による測定値と予め記憶しておいたデータをもとに位置決め動作を行うための演算を行う演算部１７とを具備して構成されている。
【００１６】
尚、上記構成において、回転ステージ２及び搬送部９のアーム１３には、図示は省略しているが、載置されたウエハ１０の載置位置が移動しないように真空吸着等の保持手段が設けられている。また、測距センサ８は透過形レーザー測長センサ、モータ３はステッピングモータが用いられている。
【００１７】
上記構成による位置決め動作を、図２に示すフローチャートの手順に基づいて以下に説明する。尚、同図に示されているＳ１、Ｓ２……は、動作手順を示すステップ番号であって、本文に添記した番号に一致する。
【００１８】
位置決め対象とするウエハ１０は、図示しないウエハキャリアによって所定位置に移送され、次いで搬送部９のアーム１３上に保持されて搬送され、回転ステージ２上に載置される。搬送部９にはアーム１３を昇降駆動させるシリンダ１４が設けられているので、アーム１３によりウエハ１０を回転ステージ２上に載置した後、その位置でアーム１３は下降して待機する（Ｓ１）。
【００１９】
搬送部９によって回転ステージ２上にウエハ１０が載置された状態を平面図として示すと、図３に示すようになる。この載置状態では、回転ステージ２の回転中心Ｏと、載置されたウエハ１０の中心Ｐとの間には、位置ずれが生じている。
【００２０】
また、ノッチ１５の角度位置も位置ずれしている。回転ステージ２の回転中心Ｏは位置決め点上にあり、これを回転ステージ２の原位置として、図示するようにウエハ１０が位置ずれした状態から、ウエハ１０の中心Ｐを回転中心Ｏに一致させ、ノッチ１５を所定角度位置に合わせるのが、本位置決めの目的である。
【００２１】
図３に示すように、回転ステージ２の回転中心Ｏを通るＸ軸線上に測距センサ８が配設されているので、まず、搬送されてきた状態（この状態を回動角度０度とする）でのウエハ１０の回転中心ＯからＸ線上の周縁までの距離Ｄを測距センサ８で測定する。測距センサ８は上記したように透過形レーザー測長センサを用いているので、センサを形成する発光体と受光体との間をウエハ１０が遮る長さから周縁の位置を精密に測定することができる。この測距センサ８で測定されたデータは演算部１７に入力され、予め記憶されている回転中心Ｏから測距センサ８までの距離データをもとに、測定された距離Ｄから回動角度０におけるＸ線上の周縁までの距離Ｄ₁が演算される。
【００２２】
上記回転中心Ｏからウエハ１０の周縁までの距離測定及び演算を、回転ステージ２が１周回転する３６０度を等分割した５分割７２度毎に実行する。まず、回転ステージ２の回転動作により、ウエハ１０を時計方向に７２度回動させ、このときのＸ線上の周縁までの距離を測定演算し、回動角度７２度での距離Ｄ₂を求める。同様にして、回動角度１４４度（回動角度０度からの回動角度、以下同じ）での距離Ｄ₃、回動角度２１６度での距離Ｄ₄、回動角度２８８度での距離Ｄ₅を求める。これによりウエハ１０を１周３６０度回転させて７２度毎５分割した角度位置での周縁までの距離Ｄ₁〜Ｄ₅が求められる（Ｓ２）。
【００２３】
尚、上記ウエハ１０の周縁までの距離Ｄを１周３６０度を５分割した７２度毎に測定するのは、ウエハ１０にノッチ１５が形成されているためであり、このノッチ１５の位置で周縁までの距離Ｄを測定したデータが１つでもあると、ウエハ１０の正しい円の形状が求められないため、最低４つの周縁までの距離データを得るべく、少なくとも５分割７２度毎に周縁までの距離Ｄを測定する。
【００２４】
上記測定演算によって求められた距離Ｄ₁〜Ｄ₅と、既知のウエハ１０の半径Ｒのデータとをもとにして、演算部１７は回転中心Ｏとウエハ１０の中心Ｐとの位置ずれ距離（偏心距離）ｒ及び位置ずれ角度（偏心角度）θを余弦定理及び三角関数加法定理を用いた演算により求める（Ｓ３）。
【００２５】
以下に示す式（１）から式（５）までが位置ずれ距離ｒ及び位置ずれ角度θを求めるための前記余弦定理を用いた演算式である。
【００２６】
【数１】

【００２７】
上記したように、ウエハ１０にはノッチ１５が形成されており、１周３６０度を７２度毎に５分割して測定した各距離Ｄ₁〜Ｄ₅のうち、前記ノッチ１５がＸ線上にある角度状態で測定されたデータが含まれている可能性がある。ノッチ１５位置で測定されたデータはウエハ１０の正しい円周上の周縁までの距離とはならない。そこで、上記式（１）〜式（５）を用いた三角関数加法定理による演算で求められる位置ずれ距離ｒから、ノッチ１５の位置で検出されたデータを除外する演算を実行する。この演算処理は、次のようになされる。
【００２８】
〈1〉式（１）、（２）、（３）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₁とする。
【００２９】
〈2〉式（１）、（２）、（４）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₂とする。
【００３０】
〈3〉式（１）、（２）、（５）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₃とする。
【００３１】
〈4〉式（１）、（３）、（４）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₄とする。
【００３２】
〈5〉式（１）、（３）、（５）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₅とする。
【００３３】
〈6〉式（１）、（４）、（５）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₆とする。
【００３４】
〈7〉式（２）、（３）、（４）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₇とする。
【００３５】
〈8〉式（２）、（３）、（５）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₈とする。
【００３６】
〈9〉式（２）、（４）、（５）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₉とする。
【００３７】
〈10〉式（３）、（４）、（５）を用いて求められた位置ずれ距離ｒをｒ₁₀とする。
【００３８】
この演算処理〈1〉〜〈10〉で求められたｒ₁〜ｒ₁₀のうち、元のデータにノッチ１５位置で測定したデータが含まれている場合、実数で同じ値となるのは４個以上である。仮に、測定された距離Ｄ₁がノッチ１５位置であったとすると、式（１）を用いて演算されたｒ₁からｒ₆はすべて異なる値となる。しかし、距離Ｄ₁を含まないで演算されたｒ₇からｒ₁₀は同じ値となるので、これが正しい位置ずれ距離ｒとなる。
【００３９】
次に、位置ずれ角度θを求めるため、上記演算処理によって求められた位置ずれ距離ｒを式（１）、（２）、（３）に代入して、それぞれ位置ずれ角度θを演算する。この式（１）、（２）、（３）にも、ノッチ１５位置で測定した距離Ｄ₁〜Ｄ₃が含まれている可能性があるが、少なくとも２個は同じ位置ずれ角度θが演算結果として出るので、これが正しい位置ずれ角度θとなる。
【００４０】
上記演算により、回転中心Ｏとウエハ１０の中心Ｐとの間の位置ずれ距離ｒと位置ずれ角度θとが演算部１７によって求められた後、このデータは制御部１６に入力され、入力データにもとづく制御動作がなされる。
【００４１】
まず、モータ３により回転ステージ２を位置ずれ角度θの角度に回動させる。
【００４２】
この動作により、ウエハ１０の中心ＰがＸ線上に移動する（Ｓ４）。次に、搬送部９のシリンダ１４を動作させて、ウエハ１０の下で待機状態にあるアーム１３を上昇させ、ウエハ１０を回転ステージ２上から一時離脱させる（Ｓ５）。次いで、電磁クラッチ５を動作させ、ハート形溝カム４と回転軸１１とを結合させ、モータ３を動作させると、ハート形溝カム４が回動する（Ｓ６）。
【００４３】
図４はハート形溝カム４の形状を示す平面図である。図示するように、回転軸１１を中心として偏心した状態の溝がハート形に形成されているので、ハート形溝カム４が回動すると、溝に滑動自在に嵌め込まれたカムフォロア６は、ハート形溝カム４の回動角度に対応してＸ軸方向の位置が変化する。図１に示したように、カムフォロア６は支持台１２上に軸支されているので、カムフォロア６の移動により直線移動台７上を摺動自在に支持された支持台１２が移動する。ハート形溝カム４の回動角度に対する直線移動ステージ７の直線移動量を予め制御部１６に記憶させておけば、演算部１７から入力された位置ずれ距離ｒの距離だけ支持台１２を移動させることができる。そこで、モータ３によりハート形溝カム４を回動させ、支持台１２を位置ずれ距離ｒだけ移動させると、この支持台１２に支持されたモータ３の回転軸１１上にある回転ステージ２もＸ軸方向に距離ｒだけ移動する（Ｓ７）。
【００４４】
続いて、搬送部９のシリンダ１４を動作させ、回転ステージ２の上方で待機しているウエハ１０を回転ステージ２上に再び載置する。先の動作ステップ（Ｓ４）でウエハ１０の中心ＰはＸ軸上に移動しており、前の動作ステップ（Ｓ７）で回転ステージ２は位置ずれ距離ｒだけＸ線上を移動しているので、載置されたウエハ１０の中心Ｐと回転ステージ２の回転中心Ｏとが一致する（Ｓ８）。
【００４５】
ウエハ１０を位置決めしたい位置は、回転ステージ２が移動しない原位置なので、モータ３を動作させてハート形溝カム４を回動させ、カムフォロア６を元位置（ハート形状の凹部）に戻すことにより、直線移動台７上の支持台１２も元の位置に戻るので、回転ステージ２をウエハ１０を載置して原位置に戻すことができる。これによって、位置決め点上の回転ステージ２の回転中心Ｏにウエハ１０の中心Ｐを一致させた状態に位置決めされる（Ｓ９）。この後、電磁クラッチ５の動作をオフにして、回転軸１１とハート形溝カム４との結合を解除する（Ｓ１０）。
【００４６】
次に、ウエハ１０のノッチ１５を所定角度位置に位置決めするため、モータ３により回転ステージ２を回転させ、測距センサ８でノッチ１５を検出する（Ｓ１１）。ノッチ１５が検出されたら、ノッチ１５が所定の角度位置になるようにして回転ステージ２を停止させる（Ｓ１２）。以上の動作手順によりウエハ１０の所定位置への位置決めが終了する。
【００４７】
上記構成においては、回転ステージ２を直線移動させる手段としてハート形溝カム４を採用しているが、これを外形がハート形のハートカムとして、その外周にカムフォロアを接触させる構造を用いることもできる。また、回転軸１１とハート形溝カム４との結合の着脱に電磁クラッチ５を採用しているが、ワンウェイクラッチを用いて、モータ３を逆回転させたときにのみハート形溝カム４が回動できるように構成することもできる。
【００４８】
また、上記位置決め動作では、ウエハ１０を１周３６０度を５分割した７２度毎に周縁までの距離Ｄを測定しているが、５分割以上の角度で連続的に測定・演算して、位置決め速度を高めることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る位置決め装置によれば、回転ステージの所定角度毎に測距センサにより測定された回転中心から円板形状体の周縁までの距離と既知の円板形状体の半径とから、回転中心と円板形状体の中心との位置ずれが偏心角度と偏心距離として演算できる。この演算データに基づいて、回転テーブルの偏心角度分の回動と、カムによる直線移動手段の偏心距離分の移動とが制御手段によりなされるので、円板形状体の中心は回転ステージの回転中心と一致する。
【００５１】
この後、回転ステージを原位置にもどせば、この原位置は位置決め点上なので、円板形状体はの中心は位置決め点上に位置決めされる。このように、位置決め点上にある回転ステージをカムによる直線移動により任意のタイミングで移動できる構成なので、構造が簡単で自動制御により容易に精度のよい位置決めができる。
【００５２】
上記構成におけるカムとしてハート形カムを採用することができ、ハート形カムの円運動から得られる直線移動手段の直線運動が等速往復運動となるため、回動角度と直線移動距離とが比例関係になり、制御が簡単で構造も簡単になる。
【００５３】
また、クラッチにより任意のタイミングでカムへの駆動力の伝達を着脱できるので、装置の小型化、簡易化がなされる。
【００５４】
また、測距センサとして透過形レーザー測長センサを採用すると、一次元走査光電変換センサに比して、精密な測定ができるので、測定データから演算される位置ずれ量の検出が正確になり、精密な位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る円板形状体の位置決め装置の構成を示す斜視図。
【図２】上記円板形状体の位置決め装置を用いた位置決め動作の手順を示すフローチャート。
【図３】実施形態に係る位置ずれ角度と位置ずれ距離とを求める方法を説明する平面図。
【図４】実施形態に係るハート形溝カムの構成を示す平面図。
【図５】従来技術に係る円板形状体の位置決め装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１位置決め装置
２回転ステージ
４ハート形溝カム（カム）
５電磁クラッチ（連動着脱手段）
７直線移動台（直線移動手段）
８測距センサ
９搬送部（搬送手段）
１０ウエハ（円板形状体）
１２支持台（直線移動手段）
１５ノッチ
１６制御部（制御手段）
１７演算部（演算手段）

Claims

周縁の一部にオリエンテーションフラットまたはノッチが形成された円板形状体の中心位置を所定位置に位置決めする円板形状体の位置決め装置において、
位置決め点上に回転中心がある状態を原位置として前記円板形状体を保持して所定角度毎に回動する回転ステージと、この回転ステージに連動して回動するカムと、このカムの前記回転ステージとの連動を任意に着脱させる連動着脱手段と、前記カムの回動により前記回転ステージを前記原位置から所定方向に進退移動させる直線移動手段と、前記回転ステージ上に載置された円板形状体の周縁位置を測定する測距センサと、前記回転ステージ上に円板形状体を搬送すると共に載置状態から任意のタイミングで前記回転ステージから離脱させる搬送手段と、前記回転ステージの所定角度毎に前記測距センサで測定された前記回転中心から円板形状体の周縁までの距離測定データと既知の円板形状体の半径とから前記回転中心と円板形状体の中心との偏心角度及び偏心距離を演算する演算手段と、この演算手段の演算データに基づいて各動作部の動作を制御する制御手段とを具備してなることを特徴とする円板形状体の位置決め装置。
カムがハート形カムであることを特徴とする請求項１記載の円板形状体の位置決め装置。
連動着脱手段が、クラッチであることを特徴とする請求項１記載の円板形状体の位置決め装置。
測距センサが、透過形レーザー測長センサであることを特徴とする請求項１記載の円板形状体の位置決め装置。