JP4411746B2 - 基板アライメント装置及び基板アライメント方法 - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置又は半導体検査装置に好適な基板アライメント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基板アライメント装置としては、例えば特開昭５９−４６０２９号公報等に提案されたものがある。この装置では、基板（ウエハ）のＸＹ方向、すなわち基板の平面内のアライメントと、θ方向、すなわち基板の回転軸を中心とする回転方向のアライメントとをそれぞれ別個のセンサを用いて行っていた。
【０００３】
また、従来のアライメント方式では、基板を把持する把持部、例えば基板ステージに基板を載置した後に、ＸＹ方向及びθ方向のアライメントを行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では基板のＸＹ方向とθ方向とのアライメントを各々個別のセンサを用いて行っていたので、数多くのセンサが必要であるという問題があった。また、基板のアライメントを行う手順として、まず、基板を把持部に載置してから、ＸＹ方向のアライメントを行う。そして、その後ＸＹ方向のアライメントの後に、θ方向のアライメントを行っている。ここで、基板の回転中心と基板ステージの回転中心とが一致していない状態、即ち偏芯誤差を含んだ状態ではθ方向にステージを回転させると、偏芯の影響でＸＹ方向のアライメントもずれてしまう。このため、偏芯も補正したうえで再度アライメントをする必要があった。このように、従来技術のアライメント手順では再アライメント動作が多くなり、演算処理に時間を要するので、迅速なアライメントを行う事が困難であった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板のＸＹ方向及びθ方向のアライメントを必要最小限の個数のセンサを用いて高速に行うことができる、簡易で安価な基板アライメント装置及びアライメント方法を提供することを目的とする
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するために、本発明では、基板を載置するための基板ステージ部と、前記基板ステージ部を所定軸を中心として回転させる回転機構部と、前記基板ステージ部を前記所定軸に垂直な面内で移動させる移動機構部と、前記基板の周縁部に隣接して設けられ前記基板の回転方向の位置を検出するための第１のセンサ部と、前記所定軸に対して前記第１のセンサ部と対称な位置の前記基板の周縁部に隣接して設けられた第２のセンサ部と前記基板の周縁を４等分する位置であって前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部以外の位置に配置される第３のセンサ部と第４のセンサ部とを有し、前記移動機構により前記第１のセンサ部と第２のセンサ部とを結ぶ方向に前記基板を移動し、前記第１のセンサ部の出力と前記第２のセンサ部の出力とが同じ出力レベルとなるように前記移動機構部にサーボをかけて、前記移動機構により前記第３のセンサ部と第４のセンサ部とを結ぶ方向に前記基板を移動し、前記第３のセンサ部の出力と前記第４のセンサ部の出力とが同じ出力レベルとなるようにして前記基板の中心の位置決めを行い、前記回転機構部により前記基板を回転させ前記第１のセンサ部の出力に基づいて回転方向の位置決めを行うことを特徴とする基板アライメント装置を提供する。
【０００７】
また、好ましい態様では、前記第１のセンサ部は隣接する２つのセンサ部からなり、前記基板の回転中に前記隣接する２つのセンサ部の出力が変化した後に同じレベルとなった位置をもって前記回転方向の位置決めを行うことが望ましい。
【０００８】
また、本発明では、請求項１又は２記載のアライメント装置による基板アライメント方法において、前記基板の回転中心と前記基板ステージ部の所定軸とが一致するように前記基板を前記ステージ部に載置する工程と、載置された前記基板の回転方向の位置を検出する工程と、からなることを特徴とする基板アライメント方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１（ａ）は第１実施形態にかかる基板アライメント装置の外観を示す上面図、図１（ｂ）は側面図である。図示しないウエハ搬送装置により、ウエハWがウエハステージWST上に搬送される。この際、図１（ａ）に示すように、ウエハWのノッチNは予め光電変換素子１ａ，１ｂ，２，３及び４に重ならない状態で基板ステージWSTに載置することが望ましい。図１（ｂ）に示すように基板ステージWSTは、所定の回転軸ＡＸを中心に該ステージを回転させる回転機構部ＳＴａと、ＸＹ平面内で該ステージを移動する移動機構部ＳＴｂとを有している。そして、回転機構部ＳＴａ及び移動機構部ＳＴｂにより、θ，Ｘ，Ｙ方向へ基板ステージＷＳＴを任意に動かすことができる。これにより、該ステージに載置されているウエハＷを回転、移動させることができる。
【００１１】
次に、アライメントの原理を説明する。ウエハＷの円周をほぼ４等分する位置に光電変換素子１，２，３，４が設けられている。このうち、光電変換素子１は、さらに２つの光電変換素子１ａと１ｂとが隣接して構成されている。また、各光電変換素子に対応して、ウエハＷを挟んでＺ方向に対向する位置に光源が設けられている。図１（ｂ）では、簡単のため光電変換素子３，４に対応する光源ＬＳ３，ＬＳ４のみを示し、光電変換素子１，２に対応する光源ＬＳ１，ＬＳ２は省略する。これら光電変換素子１ａ，１ｂ，２，３，４は、受光量に応じた強度の信号を出力する。光源ＬＳ３から射出された光はウエハＷが存在しなければ、遮光されることなく光電変換素子３に入射する。即ち、光電変換素子３の受光量とその出力信号レベルは最大となる。そして、光電変換素子３と光源ＬＳ３との間にウエハＷが入ってくると、図２（ｂ）で示したように光源ＬＳ３からの光の一部がウエハＷの周辺部により遮光される。このため、光電変換素子３の受光量が減少する。よって、光電変換素子３からの出力信号レベルをモニターすることで、ウエハＷのエッジ部の位置を検出できる。
【００１２】
ウエハＷのＸ方向のアライメントを行う場合は、上記原理を利用して光電変換素子３と光電変換素子４と用いる。移動機構部によりウエハステージＷＳＴをＸ方向に移動しながら、光電変換素子３と光電変換素子４との出力信号レベルを比較する。そして、２つの出力信号レベルが等しくなるように移動機構部ＳＴｂにサーボをかける。次に、Ｙ方向のアライメントについては、光電変換素子１と光電変換素子２とを用いる。ここで、光電変換素子１は、さらに光電変換素子１ａと光電変換素子１ｂとが隣接して構成されている。従って、光電変換素子２の出力信号レベルと、光電変換素子１ａと１ｂとの出力信号レベルの和とが等しくなるように移動機構部ＳＴｂにサーボをかける。これにより、ウエハＷのＸ，Ｙ方向のアライメントを行うことができる。
【００１３】
次に、ウエハの回転方向（θ方向）のアライメントについて説明する。θ方向のアライメントは、図１（ｃ）に示すように、光電変換素子１ａと１ｂとを用いる。回転機構部ＳＴａによりウエハＷを載置しているウエハステージＷＳＴを回転軸ＡＸを中心に回転する（図１（ｃ）の例では時計回りの方向）。このウエハＷの回転に応じてノッチＮの位置が順次移動する。そして、図１（ｃ）のように、ノッチＮが光電変換素子１ａと１ｂとの中央に来たときウエハＷのθ方向の回転を止める。
【００１４】
ノッチＮが光電変換素子１ａ，１ｂの位置にないときには、光電変換素子１ａ，１ｂの受光量はともに同等であるため、両者からの出力信号レベルはほぼ等しい。ウエハＷが回転すると、ノッチＮは、まず光電変換素子１ｂの位置を通過する。ノッチＮが光電変換素子１ｂ上を通過し始めると、光電変換素子１ｂからの出力信号レベルは大きくなり始め、その後小さくなり通過後は元のレベルに戻る。光電変換素子１ａからの出力信号レベルも同様であるが、光電変換素子１ｂの出力信号レベルよりも遅れて変化する。図１（ｃ）のような位置にノッチＮが来たときは、光電変換素子１ａ、１ｂの受光量はともに同等であるため、両者からの出力信号レベルはほぼ等しい。したがって、光電変換素子１ａ，１ｂの出力信号レベルがともに大きくなり始めた直後、両方の出力信号レベルが等しくなったときを検出すれば、図１（ｃ）の状態のときに回転を停止させることができる。以上のようにしてθ方向のアライメントを行うことができる。
【００１５】
なお、θ方向のアライメントには、ノッチＮの代わりに例えばオリフラ等を用いても良い。
【００１６】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態にかかる基板アライメント装置の構成を示す図である。装置の構成部分は上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００１７】
次に、本実施形態におけるアライメントの手順を説明する。ウエハＷは、不図示の搬送装置により、図２上方から下方へ向ってａ，ｂ，ｃで示すように搬送されてくる。そして、ウエハステージＷＳＴにウエハＷが載置されるまでの間に上記第１実施形態で説明した原理でＸＹ方向のアライメントを行う。これにより、ウエハＷの回転中心ＣＴとウエハステージＷＳＴの回転軸ＡＸとが一致した状態、即ち偏芯を補正した状態で、ウエハＷがステージＷＳＴ上に載置される。次に、上記第１実施形態と同様の手順でウエハＷのθ方向のアライメントを行う。この際、ウエハＷの回転中心ＣＴとウエハステージＷＳＴの所定軸ＡＸとが一致しているので、回転機構部ＳＴａによりウエハステージＷＳＴを回転させても、ウエハＷのＸＹ方向のアライメントがずれることはない。このため、θ方向のアライメント後に、再度ＸＹ方向のアライメントを修正する必要がないので、迅速にアライメントを行うことができる。
【００１８】
上記各実施形態ではウエハのアライメント装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、液晶基板その他の基板のアライメントに適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板の回転方向のアライメントを行う際の位置を検出するセンサが同時にＸＹ方向のアライメントを行う機能をも兼用している。このため、必要最小限の個数のセンサを用いて、簡易で安価な基板アライメント装置を提供することができる。また、本発明によれば、基板を基板ステージに載置する直前にＸＹ方向のアライメントを終了しているため、θ方向のアライメント後に再ＸＹアライメントの複雑な演算を行う必要が無い。したがって、迅速に基板のアライメントを行う事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる基板アライメント装置の構成の（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はθ方向のアライメントを説明する図である。
【図２】第２実施形態にかかるアライメントの様子を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ
１ａ，１ｂ，２，３，４ 光電変換素子
Ｎ ノッチ
ＣＴ ウエハの回転中心
ＬＳ３，ＬＳ４光源
ＷＳＴ ウエハステージ
ＳＴａ 回転機構部
ＳＴｂ 移動機構部
ＡＸ 所定軸（回転軸）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置又は半導体検査装置に好適な基板アライメント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基板アライメント装置としては、例えば特開昭５９−４６０２９号公報等に提案されたものがある。この装置では、基板（ウエハ）のＸＹ方向、すなわち基板の平面内のアライメントと、θ方向、すなわち基板の回転軸を中心とする回転方向のアライメントとをそれぞれ別個のセンサを用いて行っていた。
【０００３】
また、従来のアライメント方式では、基板を把持する把持部、例えば基板ステージに基板を載置した後に、ＸＹ方向及びθ方向のアライメントを行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では基板のＸＹ方向とθ方向とのアライメントを各々個別のセンサを用いて行っていたので、数多くのセンサが必要であるという問題があった。また、基板のアライメントを行う手順として、まず、基板を把持部に載置してから、ＸＹ方向のアライメントを行う。そして、その後ＸＹ方向のアライメントの後に、θ方向のアライメントを行っている。ここで、基板の回転中心と基板ステージの回転中心とが一致していない状態、即ち偏芯誤差を含んだ状態ではθ方向にステージを回転させると、偏芯の影響でＸＹ方向のアライメントもずれてしまう。このため、偏芯も補正したうえで再度アライメントをする必要があった。このように、従来技術のアライメント手順では再アライメント動作が多くなり、演算処理に時間を要するので、迅速なアライメントを行う事が困難であった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板のＸＹ方向及びθ方向のアライメントを必要最小限の個数のセンサを用いて高速に行うことができる、簡易で安価な基板アライメント装置及びアライメント方法を提供することを目的とする
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するために、本発明では、基板を載置するための基板ステージ部と、前記基板ステージ部を所定軸を中心として回転させる回転機構部と、前記基板ステージ部を前記所定軸に垂直な面内で移動させる移動機構部と、前記基板の周縁部に隣接して設けられ前記基板の回転方向の位置を検出するための第１のセンサ部と、前記所定軸に対して前記第１のセンサ部と対称な位置の前記基板の周縁部に隣接して設けられた第２のセンサ部と前記基板の周縁を４等分する位置であって前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部以外の位置に配置される第３のセンサ部と第４のセンサ部とを有し、前記移動機構により前記第１のセンサ部と第２のセンサ部とを結ぶ方向に前記基板を移動し、前記第１のセンサ部の出力と前記第２のセンサ部の出力とが同じ出力レベルとなるように前記移動機構部にサーボをかけて、前記移動機構により前記第３のセンサ部と第４のセンサ部とを結ぶ方向に前記基板を移動し、前記第３のセンサ部の出力と前記第４のセンサ部の出力とが同じ出力レベルとなるようにして前記基板の中心の位置決めを行い、前記回転機構部により前記基板を回転させ前記第１のセンサ部の出力に基づいて回転方向の位置決めを行うことを特徴とする基板アライメント装置を提供する。
【０００７】
また、好ましい態様では、前記第１のセンサ部は隣接する２つのセンサ部からなり、前記基板の回転中に前記隣接する２つのセンサ部の出力が変化した後に同じレベルとなった位置をもって前記回転方向の位置決めを行うことが望ましい。
【０００８】
また、本発明では、請求項１又は２記載のアライメント装置による基板アライメント方法において、前記基板の回転中心と前記基板ステージ部の所定軸とが一致するように前記基板を前記ステージ部に載置する工程と、載置された前記基板の回転方向の位置を検出する工程と、からなることを特徴とする基板アライメント方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１（ａ）は第１実施形態にかかる基板アライメント装置の外観を示す上面図、図１（ｂ）は側面図である。図示しないウエハ搬送装置により、ウエハWがウエハステージWST上に搬送される。この際、図１（ａ）に示すように、ウエハWのノッチNは予め光電変換素子１ａ，１ｂ，２，３及び４に重ならない状態で基板ステージWSTに載置することが望ましい。図１（ｂ）に示すように基板ステージWSTは、所定の回転軸ＡＸを中心に該ステージを回転させる回転機構部ＳＴａと、ＸＹ平面内で該ステージを移動する移動機構部ＳＴｂとを有している。そして、回転機構部ＳＴａ及び移動機構部ＳＴｂにより、θ，Ｘ，Ｙ方向へ基板ステージＷＳＴを任意に動かすことができる。これにより、該ステージに載置されているウエハＷを回転、移動させることができる。
【００１１】
次に、アライメントの原理を説明する。ウエハＷの円周をほぼ４等分する位置に光電変換素子１，２，３，４が設けられている。このうち、光電変換素子１は、さらに２つの光電変換素子１ａと１ｂとが隣接して構成されている。また、各光電変換素子に対応して、ウエハＷを挟んでＺ方向に対向する位置に光源が設けられている。図１（ｂ）では、簡単のため光電変換素子３，４に対応する光源ＬＳ３，ＬＳ４のみを示し、光電変換素子１，２に対応する光源ＬＳ１，ＬＳ２は省略する。これら光電変換素子１ａ，１ｂ，２，３，４は、受光量に応じた強度の信号を出力する。光源ＬＳ３から射出された光はウエハＷが存在しなければ、遮光されることなく光電変換素子３に入射する。即ち、光電変換素子３の受光量とその出力信号レベルは最大となる。そして、光電変換素子３と光源ＬＳ３との間にウエハＷが入ってくると、図２（ｂ）で示したように光源ＬＳ３からの光の一部がウエハＷの周辺部により遮光される。このため、光電変換素子３の受光量が減少する。よって、光電変換素子３からの出力信号レベルをモニターすることで、ウエハＷのエッジ部の位置を検出できる。
【００１２】
ウエハＷのＸ方向のアライメントを行う場合は、上記原理を利用して光電変換素子３と光電変換素子４と用いる。移動機構部によりウエハステージＷＳＴをＸ方向に移動しながら、光電変換素子３と光電変換素子４との出力信号レベルを比較する。そして、２つの出力信号レベルが等しくなるように移動機構部ＳＴｂにサーボをかける。次に、Ｙ方向のアライメントについては、光電変換素子１と光電変換素子２とを用いる。ここで、光電変換素子１は、さらに光電変換素子１ａと光電変換素子１ｂとが隣接して構成されている。従って、光電変換素子２の出力信号レベルと、光電変換素子１ａと１ｂとの出力信号レベルの和とが等しくなるように移動機構部ＳＴｂにサーボをかける。これにより、ウエハＷのＸ，Ｙ方向のアライメントを行うことができる。
【００１３】
次に、ウエハの回転方向（θ方向）のアライメントについて説明する。θ方向のアライメントは、図１（ｃ）に示すように、光電変換素子１ａと１ｂとを用いる。回転機構部ＳＴａによりウエハＷを載置しているウエハステージＷＳＴを回転軸ＡＸを中心に回転する（図１（ｃ）の例では時計回りの方向）。このウエハＷの回転に応じてノッチＮの位置が順次移動する。そして、図１（ｃ）のように、ノッチＮが光電変換素子１ａと１ｂとの中央に来たときウエハＷのθ方向の回転を止める。
【００１４】
ノッチＮが光電変換素子１ａ，１ｂの位置にないときには、光電変換素子１ａ，１ｂの受光量はともに同等であるため、両者からの出力信号レベルはほぼ等しい。ウエハＷが回転すると、ノッチＮは、まず光電変換素子１ｂの位置を通過する。ノッチＮが光電変換素子１ｂ上を通過し始めると、光電変換素子１ｂからの出力信号レベルは大きくなり始め、その後小さくなり通過後は元のレベルに戻る。光電変換素子１ａからの出力信号レベルも同様であるが、光電変換素子１ｂの出力信号レベルよりも遅れて変化する。図１（ｃ）のような位置にノッチＮが来たときは、光電変換素子１ａ、１ｂの受光量はともに同等であるため、両者からの出力信号レベルはほぼ等しい。したがって、光電変換素子１ａ，１ｂの出力信号レベルがともに大きくなり始めた直後、両方の出力信号レベルが等しくなったときを検出すれば、図１（ｃ）の状態のときに回転を停止させることができる。以上のようにしてθ方向のアライメントを行うことができる。
【００１５】
なお、θ方向のアライメントには、ノッチＮの代わりに例えばオリフラ等を用いても良い。
【００１６】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態にかかる基板アライメント装置の構成を示す図である。装置の構成部分は上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００１７】
次に、本実施形態におけるアライメントの手順を説明する。ウエハＷは、不図示の搬送装置により、図２上方から下方へ向ってａ，ｂ，ｃで示すように搬送されてくる。そして、ウエハステージＷＳＴにウエハＷが載置されるまでの間に上記第１実施形態で説明した原理でＸＹ方向のアライメントを行う。これにより、ウエハＷの回転中心ＣＴとウエハステージＷＳＴの回転軸ＡＸとが一致した状態、即ち偏芯を補正した状態で、ウエハＷがステージＷＳＴ上に載置される。次に、上記第１実施形態と同様の手順でウエハＷのθ方向のアライメントを行う。この際、ウエハＷの回転中心ＣＴとウエハステージＷＳＴの所定軸ＡＸとが一致しているので、回転機構部ＳＴａによりウエハステージＷＳＴを回転させても、ウエハＷのＸＹ方向のアライメントがずれることはない。このため、θ方向のアライメント後に、再度ＸＹ方向のアライメントを修正する必要がないので、迅速にアライメントを行うことができる。
【００１８】
上記各実施形態ではウエハのアライメント装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、液晶基板その他の基板のアライメントに適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板の回転方向のアライメントを行う際の位置を検出するセンサが同時にＸＹ方向のアライメントを行う機能をも兼用している。このため、必要最小限の個数のセンサを用いて、簡易で安価な基板アライメント装置を提供することができる。また、本発明によれば、基板を基板ステージに載置する直前にＸＹ方向のアライメントを終了しているため、θ方向のアライメント後に再ＸＹアライメントの複雑な演算を行う必要が無い。したがって、迅速に基板のアライメントを行う事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる基板アライメント装置の構成の（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はθ方向のアライメントを説明する図である。
【図２】第２実施形態にかかるアライメントの様子を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ
１ａ，１ｂ，２，３，４ 光電変換素子
Ｎ ノッチ
ＣＴ ウエハの回転中心
ＬＳ３，ＬＳ４光源
ＷＳＴ ウエハステージ
ＳＴａ 回転機構部
ＳＴｂ 移動機構部
ＡＸ 所定軸（回転軸）
Claims (3)
- 基板を載置するための基板ステージ部と、
前記基板ステージ部を所定軸を中心として回転させる回転機構部と、
前記基板ステージ部を前記所定軸に垂直な面内で移動させる移動機構部と、
前記基板の周縁部に隣接して設けられ前記基板の回転方向の位置を検出するための第１のセンサ部と、
前記所定軸に対して前記第１のセンサ部と対称な位置の前記基板の周縁部に隣接して設けられた第２のセンサ部と、
前記基板の周縁を４等分する位置であって前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部以外の位置に配置される第３のセンサ部と第４のセンサ部とを有し、
前記移動機構により前記第１のセンサ部と第２のセンサ部とを結ぶ方向に前記基板を移動し、前記第１のセンサ部の出力と前記第２のセンサ部の出力とが同じ出力レベルとなるように前記移動機構部にサーボをかけて、前記移動機構により前記第３のセンサ部と第４のセンサ部とを結ぶ方向に前記基板を移動し、前記第３のセンサ部の出力と前記第４のセンサ部の出力とが同じ出力レベルとなるようにして前記基板の中心の位置決めを行い、前記回転機構部により前記基板を回転させ前記第１のセンサ部の出力に基づいて回転方向の位置決めを行うことを特徴とする基板アライメント装置。 - 前記第１のセンサ部は隣接する２つのセンサ部からなり、前記基板の回転中に前記隣接する２つのセンサ部の出力が変化した後に同じレベルとなった位置をもって前記回転方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項１に記載の基板アライメント装置。
- 請求項１又は２記載のアライメント装置による基板アライメント方法において、
前記基板の回転中心と前記基板ステージ部の所定軸とが一致するように前記基板を前記ステージ部に載置する工程と、
載置された前記基板の回転方向の位置を検出する工程と、
からなることを特徴とする基板アライメント方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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