JP4400341B2 - ウエハのプリアライメント装置およびプリアライメント方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置における透明なウエハ（例えば、ガラスウエハ）のＶ字形ノッチ位置を検出するウエハのプリアライメント装置およびプリアライメント方法に関する。

従来、半導体製造装置における透明なウエハ（例えば、ガラスウエハ）のＶ字形ノッチ位置を検出するウェハプリアライメント装置は、図３のようになっている。図３は従来の方法を適用したウエハプリアライメント装置の構成を示すブロック図である。
図において、テーブル４はモータ２の上側の軸先端に固定されて回転出来るようになっており、テーブル４上にウエハ１を載せると、その外周部の下側に設けた光源７と、上側に設けた受光部であるＣＣＤリニアセンサ５の間を遮ることができるようになっている。２６はプリアライメントセンサであり、光源７とレンズ８、ＣＣＤリニアセンサ５、ＣＣＤリニアセンサ実装基板６、側面の形状がコの字形をしてこれらを固定したフレームとで構成されている。光源７の光はレンズ８で平行にされてＣＣＤリニアセンサ５で受光される。１０はセンサコントローラであり、ＣＣＤリニアセンサ駆動部１１、ウエハエッジ検出部１２、発光駆動部１３、メモリ１４、ＣＰＵ１５、データ授受部１６から構成されている。システムコントローラ１７は、メモリ１８と、ＣＰＵ１９、データ授受部２０、エンコーダ信号処理部２１、モータ指令器２２、ウエハ搬送制御部２４から構成されている。発光駆動部１３は光源７に電流を与えて発光させる。ＣＣＤリニアセンサ駆動部１１は、直線状に配置され順番の決まった多数の画素からなるＣＣＤリニアセンサ５に、前記画素の蓄積電荷を電気信号に変換する際のタイミング信号であるリードアウトゲートパルス（ＲＯＧ）信号と転送パルス信号を送り、前記転送パルス信号に従ってスキャン開始端にある１番目の画素から順に蓄積電荷を読み出し、全画素の蓄積電荷を検出信号として順次出力し、その検出信号等をウエハエッジ検出部１２が受けて位置を検出する。その検出情報はデータ授受部１６を介して外部に出力される。システムコントローラ１７のモータ指令器２２はモータ２に回転指令信号を出力してモータ２を回転させる。エンコーダ信号処理部２１はモータ２に連結されたエンコーダ３の回転信号を得てモータ２の回転量を検出する。
このような構成のもとで、システムコントローラ１７とセンサコントローラ１０は次のように動作する。
すなわち、システムコントローラ１７はテーブル４にウエハが存在しないとき、図示しないウエハ搬送システムがテーブル４にウエハを搬送した後、テーブル４を回転させ、エンコーダ３の信号をエンコーダ信号処理部２１で計測する。そして所定の回転位置になったとき、データ授受部２０を介してセンサコントローラ１０に計測指令を出力し、計測を開始させる。そして、センサコントローラ１０はその計測指令出力を受けると、ＣＣＤリニアセンサ５が出力するウエハエッジ信号をウエハエッジ検出部１２が受け取り、データ授受部１６を介してウエハエッジ検出値をシステムコントローラ１７に出力する。この際、システムコントローラ１７は受け取った該ウエハエッジ検出値と計測回転位置とをメモリ１８に格納し、ウエハ１が１回転以上するまで、同じような動作を繰り返してウエハ１周分の外周データをメモリ１８に記録する。このメモリ１８に記録されたウエハ１周分の外周データをもとにＣＰＵ１９によってウェハ１の中心位置や、オリフラまたはノッチ位置が求められる。
図３の構成において、テーブル４上に透明なウエハ（例えば、ガラスウエハ）を載せると、ウエハ外周部の下側に設けた光源７と、上側に設けた受光部であるＣＣＤリニアセンサ５の間は、ガラスウエハのエッジ部のみで遮光され、エッジ位置が検出でき、プリアライメント動作をすることができる（例えば、特許文献１参照）。

また、図４は半導体ウエハのエッジ位置に対するエッジ信号の関係を模式的に示したものであって、（ａ）は半導体ウエハのエッジがＣＣＤラインセンサの検出範囲外にある場合、（ｂ）は半導体ウエハがシリコンウエハのように不透明なウエハの場合、（ｃ）は半導体ウエハがガラス、水晶、サファイアのような透明なウエハの場合の例を示すと共に、横軸が画素位置を、縦軸が出力レベルを表す。
図４（ａ）は半導体ウエハのエッジがＣＣＤラインセンサの検出範囲外にあるため、ウエハの影がないことから、ＣＣＤラインセンサは全画素が受光する。はじめはローレベルであった出力が検出範囲では全体に渡りハイレベルの出力となり、検出範囲を外れると再びローレベルの出力になる。また、図４（ｂ）のように、半導体ウエハが不透明なウエハの場合は、はじめローレベルであった出力がＣＣＤラインセンサの検出範囲に入り一旦ハイレベルになった後、半導体ウエハのエッジ位置で再びローレベルになっている。さらに、図４（ｃ）のように、半導体ウエハが透明なウエハの場合は、ＣＣＤラインセンサの出力は、はじめローレベルであった出力がＣＣＤラインセンサの検出範囲に入るとハイレベルになり、半導体ウエハのエッジ位置で一旦ローレベルになる。半導体ウエハは透明なので、エッジ位置を過ぎると再びハイレベルになり、検出範囲を外れると再びローレベルに戻る。透明なウエハのエッジ位置におけるローレベルの長さはおよそ５００ミクロンでありＣＣＤラインセンサの分解能で十分検出可能である（例えば、特許文献２参照）。
このように、従来のプリアライメント装置では、透明な材質のウエハであってもウエハエッジ位置は検出できており、プリアライメント動作を正常にすることができていた。
特許第３５２８７８５号 特開平１０−３４０９４３号公報

次に、従来技術の問題点を図５を用いて説明する。図５はウエハのエッジ形状を説明する図であって、（ａ）はエッジがラウンド形状の場合のウェハの平面図およびエッジの拡大側面図、（ｂ）はエッジがシャープ形状の場合のウェハの平面図およびエッジの拡大側面図を表している。
従来のプリアライメント対象であった透明なウエハは、ウエハ周縁部とＶ字形ノッチのエッジ部分は図５（ａ）に示すようにラウンド形状（丸みを帯びている）であったため、エッジ部分で光源が遮蔽され、ＣＣＤリニアセンサが反応して信号が変化するのでエッジ位置を検出することが出来ていた。しかし、透明ウエハの種類によってはＶ字形ノッチのエッジ部分が図５（ｂ）に示すようにシャープ形状（エッジが立っている）となっているウエハが存在し、エッジ位置を検出できずに、ノッチのデータが欠落しプリアライメント動作が出来ないという問題がでてきた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、透明なウエハのＶ字形ノッチのエッジ部分がシャープ形状の状態で位置を検出できずに、ノッチのエッジ部の正確なデータが欠落したとしても、システムを止めるアラームを出力せずに、透明なウエハ位置のプリアライメント動作を確実に行うことができるウエハのプリアライメント装置およびプリアライメント方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１の発明はウエハのプリアライメント装置に関するものであり、略円形のウエハを垂直方向の回転軸を持つテーブル上に保持して回転させることができるウエハ回転手段と、そのウエハ回転手段の回転位置を検出して電気信号に変換する回転検出手段と、前記ウエハ回転手段に保持されたウエハの周縁部に投光する投光手段と、直線状に配置され順番の決まった多数の画素からなり、転送パルス信号に従って１番目の画素から順に蓄積電荷を読み出し、全画素の蓄積電荷を電気信号として順次出力するＣＣＤリニアセンサと、計測指令をトリガとして前記ＣＣＤリニアセンサの１画素から最終画素までに変化するウェハエッジ信号を検出するウェハエッジ検出部と、前記ＣＣＤリニアセンサの信号と前記回転検出手段の信号を受けると、前記ウエハの外周に亘る複数の任意の点で繰り返し前記ウエハのエッジ位置を検出してメモリに格納し、その検出値を元に前記ウエハのオリフラ位置とノッチ位置、中心位置の少なくとも一つを求める信号処理手段と、を備えたウエハのプリアライメント装置において、前記ウェハエッジ検出部は、前記ＣＣＤリニアセンサから順次出力される検出信号の変化の有無を判定する手段と、該検出信号に変化がないときに、前記ＣＣＤリニアセンサの検出範囲内の任意の信号レベルを取り込み、予め測定して記憶しておいた検出信号の入光レベルと遮光レベルとのしきい値とを比較する手段と、前記比較結果に基づき、入光レベルか遮光レベルかを判定し、判定結果から装置内で予め定義されたデータを前記信号処理手段に出力する手段と、より構成される信号レベル判定手段を有しており、前記信号処理手段は、前記信号レベル判定手段の判定結果による予め定義された出力データを、前記ＣＣＤリニアセンサの順次出力される検出信号に変化がありウエハエッジ位置が正常に検出されたときと同様に計測回転位置と併せてメモリに格納する手段と、該検出信号に変化がなく信号レベルが入光レベルと判定された計測回転位置の範囲をノッチ幅とし、その回転幅中心をノッチ位置中心として算出する手段と、を有していることを特徴としている。

請求項２の発明はウエハのプリアライメント方法に関するものであり、略円形のウエハを垂直方向の回転軸を持つテーブル上に保持して回転させることができるウエハ回転手段と、そのウエハ回転手段の回転位置を検出して電気信号に変換する回転検出手段と、前記ウエハ回転手段に保持されたウエハの周縁部に投光する投光手段と、直線状に配置され順番の決まった多数の画素からなり、転送パルス信号に従って１番目の画素から順に蓄積電荷を読み出し、全画素の蓄積電荷を電気信号として順次出力するＣＣＤリニアセンサと、計測指令をトリガとして前記ＣＣＤリニアセンサの１画素から最終画素までに変化するウェハエッジ信号を検出するウェハエッジ検出部と、前記ＣＣＤリニアセンサの信号と前記回転検出手段の信号を受けると、前記ウエハの外周に亘る複数の任意の点で繰り返し前記ウエハのエッジ位置を検出してメモリに格納し、その検出値を元に前記ウエハのオリフラ位置とノッチ位置、中心位置の少なくとも一つを求める信号処理手段と、を備えたウエハのプリアライメント装置において、前記ウェハエッジ検出部にて、前記ＣＣＤリニアセンサから順次出力される検出信号の変化の有無を判断するステップと、該検出信号の変化がないときに、前記ＣＣＤリニアセンサの検出範囲内の任意の信号レベルを取り込み、予め測定して記憶しておいた検出信号の入光レベルと遮光レベルとのしきい値とを比較するステップと、前記比較結果に基づき、該検出信号が入光レベルか遮光レベルかを判定し、判定結果から装置内で予め定義されたデータを前記信号処理手段に出力するステップと、前記判定結果による予め定義された出力データを、前記ＣＣＤリニアセンサの順次出力される検出信号に変化があって、かつ、ウエハエッジ位置が正常に検出されたときと同様に計測回転位置と併せてメモリに格納するステップと、該検出信号に変化がなく信号レベルが入光レベルと判定された計測回転位置の範囲をノッチ幅とし、その回転幅中心をノッチ位置中心として算出するステップと、を備えたことを特徴としている。

請求項１および２に記載の発明によると、透明なウエハ（例えば、ガラスウエハ）のＶ字形ノッチのエッジ部分がシャープ形状（エッジが立っている）となってノッチ部のウエハエッジ位置が認識できない場合においても、エッジ位置を検出できずに、ノッチのデータが欠落しても、システムを止めるようなアラーム出力をすることなく、プリアライメント動作ができ、システムが安定に確実に動作することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を示すウエハプリアライメント装置の構成を説明するためのブロック図である。
図において、ウエハプリアライメント装置の基本構成要素となる、ウエハ位置決め機構２９（モータ２、エンコーダ３）、ＣＣＤリニアセンサ５、投光手段（光源７）、センサコントローラ１０、信号処理手段（システムコントローラ１７）については従来技術と同じであるため、その説明を省略し、異なる点について説明する。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、センサコントローラ１０に設けたウェハエッジ検出部１２が、その内部にＣＣＤリニアセンサ５の検出範囲内の任意の信号レベルを少なくとも１個以上取り込むと共に、透明なウエハ（例えば、ガラスウエハ）のＶ字形ノッチのエッジ部分が図５（ｂ）に示すようなシャープ形状（エッジが立っている）のため全入光状態となり検出信号が変化がない場合、又は、ＣＣＤリニアセンサ５や光源７の故障、異物混入、ウエハ載置異常などで検出範囲が全遮光状態となり検出信号に変化がない場合に起動される機能を有する信号レベル判定手段４０を備えたことを特徴としている。
ここで、信号レベル判定手段４０における信号レベル判定およびシステムコントローラ１７におけるウェハエッジ位置検出の具体的な処理について、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施例を示すウェハエッジ検出部の信号レベル判定方法のフローチャートである。
まず、ウェハエッジ検出部１２の信号レベル判定手段４０において、ＣＣＤリニアセンサ５から順次出力されるウェハエッジ検出信号を取得し（ステップＳＴ１）、次に、信号レベル判定手段４０において、該ウェハエッジ検出信号に変化があるかないかを判断し（ステップＳＴ２）、該ウェハエッジ検出信号に変化がないときに、ＣＣＤリニアセンサ５の検出範囲内の任意の信号レベルを取り込み、予め測定して記憶しておいた検出信号の入光レベルと遮光レベルとのしきい値とを比較し（ステップＳＴ３）、入光レベルか遮光レベルかを判定し、判定結果から装置内で予め定義されたデータをシステムコントローラ１７に出力する（ステップＳＴ４）。続いて、システムコントローラ１７において、ステップＳＴ４の判定結果による予め定義された出力データを、ＣＣＤリニアセンサの順次出力される検出信号に変化がありウエハエッジ位置が正常に検出されたときと同様に計測回転位置と併せて、メモリ１８に格納し（ステップＳＴ５）、システムコントローラ１７内のＣＰＵ１９で、検出信号に変化がなく信号レベルが入光レベルと判定された計測回転位置の範囲をノッチ幅とし、その回転幅中心をノッチ位置中心として算出するようになっている（ステップＳＴ６）。

次に、本発明に係る実施例の動作を図１および図２を用いて説明する。
図１において、システムコントローラ１７はテーブル４にウエハが存在しないとき、図示しないウエハ搬送システムがテーブル４にウエハを搬送した後、テーブル４を回転させ、エンコーダ３の信号をエンコーダ信号処理部２１で計測する。そして所定の回転位置になったとき、データ授受部２０を介してセンサコントローラ１０に計測指令を出力し、計測を開始させる。
センサコントローラ１０はその計測指令出力を受けると、ＣＣＤリニアセンサ５から出力されるウエハエッジ信号をウエハエッジ検出部１２が取得し、データ授受部１６を介してウエハエッジ検出値をシステムコントローラ１７に出力する。
システムコントローラ１７は受け取ったそのウエハエッジ検出値と計測回転位置とをメモリ１８に格納し、ウエハ１が１回転以上するまで、同じような動作を繰り返してウエハ１周分の外周データをメモリ１８に記録する。このメモリ１８に記録されたウエハ１周分の外周データをもとにＣＰＵ１９によってウェハ１の中心位置や、オリフラまたはノッチ位置が求められる。
ここで、メモリ１８に記録されてあるウエハ１周分の外周データの中に検出信号がなく信号レベルが遮光レベルと判定されたデータとそれに伴う計測回転位置が記録されている場合は、ＣＣＤリニアセンサ５や光源７の故障、外部からの異物混入、ウエハ載置異常などが考えられるため、システムコントローラ１７へエラーメッセージを出力し、エラー要因の確認、排除を通達する、そして、メモリ１８に記録されてあるウエハ１周分の外周データの中に検出信号がなく信号レベルが入光レベルと判定されたデータとそれに伴う計測回転位置が格納されている場合は、Ｖ字形ノッチのエッジ部分がシャープ形状（エッジが立っている）となっていると認識しそれに伴う計測回転位置範囲をノッチ幅とし、その回転幅中心をノッチ位置中心として算出することでノッチ位置を求める。

したがって、本発明は上記構成にしたので、透明なウエハのＶ字形ノッチのエッジ部分がシャープ形状となってノッチ部のウエハエッジ位置が認識できない場合においても、エッジ位置を検出できずに、ノッチのデータが欠落しても、システムを止めるようなアラーム出力をすることなく、プリアライメント動作ができ、システムが安定に確実に動作することができる。

このように本発明は、従来、ガラスウエハのシャープ形状ノッチ位置が検出できずにノッチのデータが欠落してシステムに異常アラームを出力していた状況を回避することができ、ガラスウエハのノッチ合わせなどのプリアライメント動作を確実に実行できるウェハのプリアライメント装置に適用できる。

本発明の実施例を示すウエハプリアライメント装置の構成を説明するためのブロック図 本発明の実施例を示すウェハエッジ検出部の信号レベル判定方法のフローチャート 従来の方法を適用したウエハプリアライメント装置の構成を示すブロック図 ウエハ位置・種類とエッジ信号の関連を示す図であって、（ａ）は半導体ウエハのエッジがＣＣＤラインセンサの検出範囲外にある場合、（ｂ）は半導体ウエハがシリコンウエハのように不透明なウエハの場合、（ｃ）は半導体ウエハがガラス、水晶、サファイアのような透明なウエハの場合の例 ウエハのエッジ形状を説明する図であって、（ａ）はエッジがラウンド形状の場合のウェハの平面図およびエッジの拡大側面図、（ｂ）はエッジがシャープ形状の場合のウェハの平面図およびエッジの拡大側面図を表している。

符号の説明

１ ウエハ
２ モータ（ウェハ回転手段）
３ エンコーダ（回転検出手段）
４ テーブル
５ ＣＣＤリニアセンサ
６ ＣＣＤリニアセンサ実装基板
７ 光源（投光手段）
８ レンズ
９ 照射光
１０ センサコントローラ
１１ ＣＣＤリニアセンサ駆動部
１２ ウエハエッジ検出部
１３ 発光駆動部
１４、１８ メモリ
１５、１９ ＣＰＵ
１６、２０ データ授受部
１７ システムコントローラ（信号処理手段）
２１ エンコーダ信号処理部
２２ モータ指令器
２４ ウエハ搬送制御部
２６ プリアライメントセンサ
２９ ウエハ位置決め機構
４０ 信号レベル判定手段

Claims (2)

1. 略円形のウエハを垂直方向の回転軸を持つテーブル上に保持して回転させることができるウエハ回転手段と、
   そのウエハ回転手段の回転位置を検出して電気信号に変換する回転検出手段と、
   前記ウエハ回転手段に保持されたウエハの周縁部に投光する投光手段と、
   直線状に配置され順番の決まった多数の画素からなり、転送パルス信号に従って１番目の画素から順に蓄積電荷を読み出し、全画素の蓄積電荷を電気信号として順次出力するＣＣＤリニアセンサと、
   計測指令をトリガとして前記ＣＣＤリニアセンサの１画素から最終画素までに変化するウェハエッジ信号を検出するウェハエッジ検出部と、
   前記ＣＣＤリニアセンサの信号と前記回転検出手段の信号を受けると、前記ウエハの外周に亘る複数の任意の点で繰り返し前記ウエハのエッジ位置を検出してメモリに格納し、その検出値を元に前記ウエハのオリフラ位置とノッチ位置、中心位置の少なくとも一つを求める信号処理手段と、
   を備えたウエハのプリアライメント装置において、
   前記ウェハエッジ検出部は、前記ＣＣＤリニアセンサから順次出力される検出信号の変化の有無を判定する手段と、該検出信号に変化がないときに、前記ＣＣＤリニアセンサの検出範囲内の任意の信号レベルを取り込み、予め測定して記憶しておいた検出信号の入光レベルと遮光レベルとのしきい値とを比較する手段と、前記比較結果に基づき、入光レベルか遮光レベルかを判定し、判定結果から装置内で予め定義されたデータを前記信号処理手段に出力する手段と、より構成される信号レベル判定手段を有しており、
   前記信号処理手段は、前記信号レベル判定手段の判定結果による予め定義された出力データを、前記ＣＣＤリニアセンサの順次出力される検出信号に変化がありウエハエッジ位置が正常に検出されたときと同様に計測回転位置と併せてメモリに格納する手段と、
   該検出信号に変化がなく信号レベルが入光レベルと判定された計測回転位置の範囲をノッチ幅とし、その回転幅中心をノッチ位置中心として算出する手段と、を有していることを特徴とするウエハのプリアライメント装置。
2. 略円形のウエハを垂直方向の回転軸を持つテーブル上に保持して回転させることができるウエハ回転手段と、
   そのウエハ回転手段の回転位置を検出して電気信号に変換する回転検出手段と、
   前記ウエハ回転手段に保持されたウエハの周縁部に投光する投光手段と、
   直線状に配置され順番の決まった多数の画素からなり、転送パルス信号に従って１番目の画素から順に蓄積電荷を読み出し、全画素の蓄積電荷を電気信号として順次出力するＣＣＤリニアセンサと、
   計測指令をトリガとして前記ＣＣＤリニアセンサの１画素から最終画素までに変化するウェハエッジ信号を検出するウェハエッジ検出部と、
   前記ＣＣＤリニアセンサの信号と前記回転検出手段の信号を受けると、前記ウエハの外周に亘る複数の任意の点で繰り返し前記ウエハのエッジ位置を検出してメモリに格納し、その検出値を元に前記ウエハのオリフラ位置とノッチ位置、中心位置の少なくとも一つを求める信号処理手段と、
   を備えたウエハのプリアライメント装置において、
   前記ウェハエッジ検出部にて、前記ＣＣＤリニアセンサから順次出力される検出信号の変化の有無を判断するステップと、
   該検出信号の変化がないときに、前記ＣＣＤリニアセンサの検出範囲内の任意の信号レベルを取り込み、予め測定して記憶しておいた検出信号の入光レベルと遮光レベルとのしきい値とを比較するステップと、
   前記比較結果に基づき、該検出信号が入光レベルか遮光レベルかを判定し、判定結果から装置内で予め定義されたデータを前記信号処理手段に出力するステップと、
   前記判定結果による予め定義された出力データを、前記ＣＣＤリニアセンサの順次出力される検出信号に変化があって、かつ、ウエハエッジ位置が正常に検出されたときと同様に計測回転位置と併せてメモリに格納するステップと、
   該検出信号に変化がなく信号レベルが入光レベルと判定された計測回転位置の範囲をノッチ幅とし、その回転幅中心をノッチ位置中心として算出するステップと、
   を備えたことを特徴とするウエハのプリアライメント方法。

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