JP4853968B2

JP4853968B2 - ウェハの位置決め方法および位置決め装置

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Publication number: JP4853968B2
Application number: JP2007029145A
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Inventors: 喜彦岡山
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Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: JP2008196855A

Description

本発明は、反りや撓みが生じたウェハであっても、そのエッジ位置を正確に検出して上記ウェハの位置合わせ高精度に行うに好適なウェハの位置決め方法および位置決め装置に関する。

半導体集積回路の製造工程等においては、半導体ウェハのエッジ位置を高精度に検出して加工テーブル上に正確に位置決めすることが重要である。このようなエッジ位置の検出には、専ら光学式のエッジ検出装置（エッジセンサ）が用いられる。ちなみにこの種のエッジ検出装置は、例えば単色平行光（レーザ光）の光路中に位置付けられた検出対象物（ウェハ）のエッジにおいて生じたフレネル回折による回折パターンをラインセンサを用いて検出し、その強度分布を解析することで前記ラインセンサの画素セル配列方向における前記検出対象物のエッジ位置を検出するように構成される（例えば特許文献１を参照）。

しかし半導体ウェハの表面に保護フィルムが貼付されているような場合、一般にウェハのエッジから突出している保護フィルムのエッジ（保護フィルムと自由空間との境界）において生じるフレネル回折から該保護フィルムのエッジ位置を検出し得るが、透明または半透明の保護フィルムと遮光体であるウェハとの境界部分において生じる光の散乱現象に起因して上記ウェハのエッジを高精度に検出することが困難である。

この点、本発明者が先に提唱したように、単色平行光（レーザ光）に代えて拡散光を用いて保護フィルムが貼付された検出対象物Ａを透過照明すると共に、この検出対象物を結像光学系を介してラインセンサＳにて受光する。そしてこのラインセンサの画素セル配列方向における受光レベルの変化を所定の近似曲線関数を用いて近似し、その近似曲線を所定の閾値で弁別すれば、前記ラインセンサの画素セル配列方向における前記保護フィルムとウェハとの境界、つまりウェハ自体のエッジ位置を前記保護フィルムの存在に拘わりなく高精度に検出することができる（例えば特許文献２を参照）。
特開２００４−１７７３３５号公報特開２００６−２３１９９号公報

ところで円板型の薄い半導体ウェハを回転テーブル上に載置し、その回転軸に半導体ウェハの中心を高精度に位置合わせする場合、一般的には前述したレーザ平行光エッジセンサを用いて、また半導体ウェハの表面に保護フィルムが貼付されている場合には前述した結像光学系エッジセンサを用いて前記半導体ウェハのエッジ位置をその周方向に亘って検出し、その検出結果に従ってその中心位置合わせを行えば良い。具体的には半導体ウェハを回転させながらそのエッジ位置を周方向に亘って検出すると共に、該半導体ウェハに設けられたノッチの位置を検出する。そしてノッチ位置を基準として上記周方向に亘るエッジ位置の変化から半導体ウェハの回転中心からのずれ方向とずれ量とを検出して位置合わせすれば良い。

しかしながら半導体ウェハが薄い場合には、これを回転テーブル上に載置した際、反りや撓みが生じ易い。例えば厚みが５０μｍで、その直径が３００ｍｍの半導体ウェハにおいてはその径方向における撓み量が１０ｍｍ程度にも及ぶことがある。このような撓みが生じた状態のまま半導体ウェハのエッジ位置を検出してその位置合わせを行うと、撓みに起因するエッジ位置の検出誤差がそのまま位置合わせ精度を劣化させる要因となる。従って高精度な位置決めを行うには、半導体ウェハの反りや撓みに拘わることなく、そのエッジ位置を高精度に検出することが重要となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、反りや撓みが生じたウェハであってもそのエッジ位置を正確に検出して、例えばテーブル上の予め定められた位置に精度良く位置決めするに好適なウェハの位置決め方法および位置決め装置を提供することにある。
特にウェハが、例えばその表面に保護フィルムが貼付された薄い円板型の半導体ウェハであっても、そのエッジ位置を正確に検出して回転テーブル上に精度良く位置決めすることのできるウェハの位置決め方法および位置決め装置を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するべく本発明に係るウェハの位置決め方法は、ラインセンサに向けて照射したレーザ平行光の検出対象物のエッジにて生じたフレネル回折を、前記ラインセンサ上での画素セル配列方向における受光パターンから解析して前記検出対象物のエッジ位置を検出するレーザ平行光エッジセンサを用いたものであって、
テーブルに載置したウェハのエッジ位置を複数箇所に亘ってそれぞれ検出すると共に、検出したエッジ位置における前記受光パターンの傾きから該エッジ位置と前記ラインセンサとの光軸間距離をそれぞれ求めて前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出し、検出した反りおよび／または撓みに従って前記検出したエッジ位置を補正して前記ウェハの予め設定した基準位置への位置合わせに用いることを特徴としている。

また本発明に係るウェハの位置決め方法は、例えばその表面に保護フィルムを貼付した薄い半導体ウェハのエッジを検出するに好適なものであって、前述したレーザ平行光エッジセンサを用いると共に、例えば拡散板を用いて発光ダイオードから発せられた光を拡散させた面光源からの拡散光にて透過照明され、結像光学系を介してラインセンサにて撮像される検出対象物の像の画素セル配列方向におけるレベル変化から上記検出対象物のエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサを用い、
先ず上記各エッジセンサによりテーブルに載置したウェハの同一部位におけるエッジ位置を複数箇所に亘ってそれぞれ検出すると共に、検出したエッジ位置において前記レーザ平行光エッジセンサにて求められた前記受光パターンの傾きから該エッジ位置と前記ラインセンサとの光軸間距離をそれぞれ求めることで前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出し、しかる後、検出した反りおよび／または撓みに従って前記結像光学系エッジセンサにて検出したエッジ位置を補正して前記ウェハの予め設定した基準位置への位置合わせに用いることを特徴としている。

ちなみに前記結像光学系エッジセンサを用いて検出したエッジ位置の補正は、前記受光パターンの傾きから前記レーザ平行光エッジセンサのラインセンサと前記ウェハのエッジとの光軸間距離、つまりエッジ位置の検出距離（ワーキングディスタンス；ＷＤ）を求め、この光軸間距離に従って前記結像光学系エッジセンサにおける計測スパンの誤差を補正した上で行うことが好ましい。

また本発明に係るウェハの位置決め方法は、前述した結像光学系エッジセンサとレーザ平行光エッジセンサとを用い、
先ず上記各エッジセンサにてウェハにおける同一部位のエッジ位置をそれぞれ検出し、これらのエッジ位置の差からそのエッジ検出距離によって変化する前記結像光学系エッジセンサの計測スパンを計測スパン倍率として評価し、しかる後、上記計測スパン倍率に従って前記結像光学系エッジセンサにより検出される前記ウェハのエッジ位置に含まれる計測スパンの誤差を補正し、補正したエッジ位置に従って前記ウェハを予め定められた基準位置に位置合わせすることを特徴としている。

或いは前述した計測スパン倍率に従って前記エッジ位置と前記結像光学系エッジセンサのラインセンサとの光軸間距離（エッジ検出距離）を求めて前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出し、検出した反りおよび／または撓みと前記計測スパン倍率とに従って前記結像光学系エッジセンサにて検出されるエッジ位置を補正して前記ウェハを予め定められた基準位置に位置合わせすることを特徴としている。

また本発明に係るウェハの位置決め装置は、表面に保護フィルムを貼付した円板状のウェハを回転テーブル上に同軸に位置合わせするものであって、
前記回転テーブルの周囲に設けられて該回転テーブル上に載置された前記ウェハのエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサと、
前記回転テーブルを回転させ、前記結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサにより前記ウェハのエッジ位置を周方向に亘ってそれぞれ検出するエッジ位置検出手段と、
前記結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサにより前記ウェハの周方向に亘ってそれぞれ求められたエッジ位置を前記ウェハに設けられたノッチの検出位相に従って相互に対応付けるエッジ検出部位の位相合わせ手段と、
更には位相が合わせられた同一のエッジ検出部位毎に前記レーザ平行光エッジセンサにて求められたフレネル回折パターンの傾きから該エッジの検出距離を求め、この検出距離に基づいて前記結像光学系エッジセンサにて検出したエッジ位置を補正する補正手段とを具備したことを特徴としている。

或いは位相が合わせられた同一のエッジ検出部位毎に前記レーザ平行光エッジセンサにて求められたエッジ位置と前記結像光学系エッジセンサにて求められたエッジ位置との差から前記結像光学系エッジセンサの計測スパン倍率を求め、この計測スパン倍率に従って前記結像光学系エッジセンサにて検出したエッジ位置を補正する補正手段を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の位置決め方法によれば、レーザ平行光エッジセンサを用いてウェハのエッジ位置を検出する際の回折パターンの傾きからその検出距離ＷＤを該ウェハの周方向に亘って求めるので、これらの検出距離ＷＤからウェハの反りや撓みを検出し、この反りや撓みの量に応じて検出距離ＷＤの変化に伴うエッジ位置の検出誤差を補正することができる。この結果、ウェハの反りや撓みに拘わることなく、例えば円板型のウェハの中心を回転テーブルの回転軸に正確に位置合わせする等、予め定められた基準位置へのウェハの位置決めを正確に行うことが可能となる。

また請求項２に記載の位置決め方法によれば、その表面に保護フィルムを貼付した薄い半導体ウェハのエッジを検出するべく結像光学系エッジセンサを用いる場合であっても、レーザ平行光エッジセンサを用いてウェハのエッジ位置を検出する際の回折パターンの傾きからその検出距離ＷＤを該ウェハの周方向に亘って求め、これらの検出距離ＷＤからウェハの反りや撓みを検出し、この反りや撓みの量に応じて前記結像光学系エッジセンサを用いて検出されるエッジ位置の検出距離ＷＤの変化に伴う検出誤差を補正するので、ウェハの反りや撓みに拘わることなく、例えば円板型のウェハの中心を回転テーブルの回転軸に正確に位置合わせすることができる。この際、検出距離ＷＤに従って前記結像光学系エッジセンサにおける計測スパンの誤差を補正した上で上述した反りや撓みに対する補正を行えば、そのエッジ検出精度を更に高めることが可能となる。

また請求項４に記載の位置決め方法によれば、前述した結像光学系エッジセンサとレーザ平行光エッジセンサとを用いてウェハの同一部位のエッジ位置をそれぞれ検出し、これらのエッジ位置の差からそのエッジ検出距離によって変化する前記結像光学系エッジセンサの計測スパンを計測スパン倍率として評価し、しかる後、上記計測スパン倍率に従って前記結像光学系エッジセンサにより検出される前記ウェハのエッジ位置に含まれる計測スパンの誤差を補正するので、補正されたエッジ位置に従って前記ウェハを予め定められた基準位置に正確に位置合わせすることが可能となる。

更に請求項５に記載の位置決め方法によれば、前記計測スパン倍率に従って前記エッジ位置と前記結像光学系エッジセンサのラインセンサとの光軸間距離（エッジ検出距離）を求めて前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出し、検出した反りおよび／または撓みと前記計測スパン倍率とに従って前記結像光学系エッジセンサにて検出されるエッジ位置を補正するので、エッジ位置の検出精度を更に高めてより正確な位置決めを行うことが可能となる。従ってその表面に保護フィルムを貼付した薄い半導体ウェハのエッジを検出するべく結像光学系エッジセンサを用いる場合であって、上記半導体ウェハに反りや撓みが生じた場合であっても、その正確な位置決めが可能となる。

また本発明に係るウェハの位置決め装置によれば、回転テーブルの周囲に結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサをそれぞれ設け、回転テーブルを回転させながら円板型のウェハのエッジ位置をその周方向に亘って検出するだけで、上記円板型のウェハを簡易にして精度良く回転テーブルに同軸に位置合わせすることができる。

以下、図面を参照して本発明に係るウェハの位置決め方法および位置決め装置の好ましい実施形態について説明する。このウェハの位置決め方法および位置決め装置は、厚みが薄いが故に反りや撓みが生じ易い大径の半導体ウェハを回転テーブル上に載置するに際して、上記ウェハのエッジ位置を検出し、その検出結果に従って該ウェハの中心を上記回転テーブルの回転軸に精度良く位置合わせするに好適なものであって、特に反りや撓みに拘わりなくウェハのエッジ位置を高精度に検出することに特徴を有する。

ウェハのエッジ位置の検出は、基本的には図１に示すように構成されたレーザ平行光エッジセンサ（エッジ検出装置）を用いて行われる。特にウェハの表面に保護フィルムが貼付されているような場合には、上述したレーザ平行光エッジセンサに加えて、図２に示すように構成された結像光学系エッジセンサ（エッジ検出装置）を併用してエッジ位置の検出が行われる。

レーザ平行光エッジセンサは、基本的には図１にその概略構成を示すように光源１としてレーザダイオード（ＬＤ）から発せられた単色光（レーザ光）をコリメータレンズ２を介して平行光線束としてラインセンサ３に向けて照射し、そのレーザ光路中に位置付けられた検出対象物Ａのエッジにおいてフレネル回折を生じた上記レーザ平行光の前記セインセンサ３による受光パターン（回折パターン）を演算部４にて解析することで、画素セル配列方向における前記検出対象物Ａのエッジ位置を検出するように構成される。この回折パターンの解析によるエッジ位置の検出処理については、前述した特許文献１に詳しく紹介される通りである。

一方、結像光学系エッジセンサは、基本的には図２にその概略構成を示すように、例えば複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）５ａとその前面に設けた乳白色の拡散板５ｂとからなる面光源５にて生成した波長帯域の広い拡散光にて検出対象物Ａを透過照明すると共に、結像光学レンズ６および絞り機構７を備えた、例えばテレセントリック系の結像光学系を介して上記検出対象物Ａをラインセンサ８にて撮像し、このラインセンサ８の出力である検出対象物Ａの像（受光パターン）の画素セル配列方向におけるレベル変化から上記検出対象物Ａのエッジ位置を検出するように構成される。特にこの結像光学系エッジセンサによれば、ウェハの表面に透明または半透明の保護フィルムが貼付されている場合であっても、ウェハのエッジ位置を高精度に検出し得ることは、前述した特許文献２に詳しく紹介される通りである。

さて回転テーブル上に載置してその回転軸と同軸に位置合わせさせる検出対象物Ａとしてのウェハは、例えば厚みが５０μｍで、その直径が３００ｍｍの半導体ウェハＷ、或いは上記半導体ウェハＷの表面に透明または半透明の保護フィルムＦを貼付したものからなる。尚、保護フィルムＦとしては、一般的にはウェハＷの全面を完全に覆うべく該ウェハＷよりも大きいものが用いられ、従って保護フィルムＦはウェハＷのエッジからはみ出した状態で設けられる。

このようなウェハＷを回転テーブルＴに、その回転中心を位置合わせして載置する場合には、例えば図３に示すようにウェハＷを回転テーブルＴに載置し、回転テーブルＴと共にウェハＷを回転させながら、エッジセンサを用いてウェハＷのエッジ位置をその周方向に亘って検出し、検出されたエッジ位置から互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向のずれ量を補正することによって行われる。ちなみにウェハの周方向に亘るエッジ位置は、該ウェハＷに設けられてその結晶方位を示すノッチＮを基準とし、ノッチＮが示す方位からの回転角θに応じて求められる。

具体的には、前述したレーザ平行光エッジセンサ１１と結像光学系エッジセンサ２１とを用いてウェハＷのエッジ位置を検出する場合には、例えば図３に示すように回転テーブルＴの外周縁に沿って上記各エッジセンサ（エッジ検出装置）１１,２１を配置する。そしてこれらのエッジセンサ１１,２１におけるラインセンサ３,８の画素セル配列方向が公差し、且つ前記回転テーブルＴの回転軸をそれぞれ通るように設定する。このようにして回転テーブルＴを回転させながら上述した２つのエッジセンサ１１,２１にてウェハＷのエッジ位置をそれぞれ検出した場合、それらのエッジ位置の検出結果は、その回転角に応じて図４に示すように周期的に変化する。従って前述したノッチＮに対するエッジ位置の検出タイミングを基準として、所定の回転角θにおけるエッジ位置をそれぞれ求めれば、これらのエッジ検出部位をノッチの検出位相に従って相互に対応付けることができる（エッジ検出部位の位相合わせ）。従って前述した２つのエッジセンサ１１,２１にて前記ウェハＷの同一部位におけるエッジ位置を複数箇所に亘ってそれぞれ検出し得ることになる。

ところで前述した、例えば厚みが５０μｍで、その直径が３００ｍｍの半導体ウェハＷにおいては、その径方向に±１０ｍｍ程度の反りや撓みが生じることがある。このような反りや撓みが生じたウェハＷのエッジ位置をそのまま検出した場合、反りや撓みに起因してエッジ位置に検出誤差が含まれることが否めない。例えば図５に模式的に示すようにウェハＷの反りや撓みによって該ウェハＷの中心を基準としてそのエッジが面方向にΔｚのずれを生じているとすると、前述したエッジセンサによって検出されるエッジ位置は本来のエッジ位置よりもその半径方向にΔｒだけずれて検出される。

具体的には上述した如く検出されるエッジ位置は、図５に示すように半径ｒのウェハＷのエッジを、面方向へのずれΔｚに伴って半径（ｒ−Δｒ）の位置として検出したことに相当する。従って概略的にはウェハＷの半径ｒに着目したピタゴラスの三角定理に基づく
ｒ^２＝（ｒ−Δｒ）^２＋Δｚ^２
なる関係から、そのずれ量Δｒを
Δｒ＝ｒ−（ｒ^２−Δｚ^２）^１／２
として求めることができる。従ってウェハＷの半径ｒが既知であり、またエッジセンサによるウェハＷのエッジ位置検出距離（ワーキングディスタンスＷＤ）から該エッジの面方向におけるずれ量Δｚが明らかとなれば、上述したずれ量Δｒの関係からエッジセンサにより検出されたエッジ位置を補正することができる。

本発明はこのような考察に立脚してなされており、基本的にはレーザ平行光エッジセンサを用いてウェハＷのエッジ位置を検出しながら該ウェハＷの位置合わせを行う場合、上記レーザ平行光エッジセンサにて上記ウェハの複数の部位においてそれぞれエッジ位置を検出すると共に、これらの各部位でのエッジ位置の検出距離（ワーキングディスタンスＷＤ）を検出し、これらの検出距離ＷＤの違い（変化）からウェハＷの反りや撓みの量Δｚを検出する。そしてこの反りや撓みの量Δｚに従って上記各部位にてそれぞれ検出されたエッジ位置を補正し、補正したエッジ位置に従ってウェハＷの位置決めを行うことを特徴としている。

即ち、図６にエッジ位置の検出処理の概念を示すように、レーザ平行光エッジセンサ１１にて得られる出力信号（ラインセンサ３の出力）からウェハＷのエッジにて生じたフレネル回折の画素セル配列方向における受光パターンを解析し、正規化した受光パターンにおいて受光量が［０.２５］となる位置をエッジ位置として検出する［エッジ位置検出処理１２］。更に上記受光パターンの解析結果を利用し、エッジ位置が検出された回折パターン部分の傾きから、当該エッジとラインセンサ３との光軸間距離、つまりラインセンサ３によるエッジ位置の検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤを検出する［ＷＤ検出処理１３］。そして検出された検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤと、予め設定されたウェハの検出基準距離との差として前記ウェハＷのエッジ位置の光軸方向でのずれ量Δｚを求める［反り／撓み検出処理１４］。しかる後、上述した如く検出されたずれ量Δｚを用いて、前述した如く検出されたエッジ位置を補正し［ずれ補正処理１５］、このずれ補正したエッジ位置を前記ウェハＷの位置合わせに用いる情報として出力する。

ちなみに上述したフレネル回折パターンの傾きに着目したエッジ位置の検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤの算出は、次のようにして行われる。即ち、レーザ平行光の波長をλ［ｎｍ］、ラインセンサ３とエッジとの光軸間距離であるワーキングディスタンスＷＤをｚ［ｍｍ］とした場合、ラインセンサ３による受光パターンを正規化して求められるエッジ部分でのフレネル回折の近似式は、
Ａ(Δｘ)＝１.３７・sech｛１.９８（２／λｚ）^１／２Δｘ−２.３９｝
として与えられる。従って前述したフレネル回折パターンにおいて、例えば受光量が［０.２５］となる位置と、受光量が［０.７５］となる位置の距離Δｘ［μｍ］を求めれば、上記近似式を逆算することでそのワーキングディスタンスＷＤを計算することができる。更にはレーザ光の波長λとして、例えば６７０［ｎｍ］を代入することで、そのワーキングディスタンスＷＤを
ｚ＝０.００１１５３・Δｘ^２
として算出することが可能となる。但し、Δｘの単位は［μｍ］であり、ｚの単位は［ｍｍ］である。

従って上述したようにしてレーザ平行光エッジセンサ１１を用いてウェハＷのエッジ位置を検出する際、その受光パターンを解析してエッジ位置の検出に用いたフレネル回折パターンに傾きに着目してそのワーキングディスタンスＷＤを求めれば、このワーキングディスタンスＷＤに従ってウェハＷの反りや撓みに起因するエッジの光軸方向へのずれ量Δｚを求めることができる。従ってレーザ平行光エッジセンサ１１にて検出されたウェハＷのエッジ位置を上記ずれ量Δｚに応じて補正することで、ウェハＷの反りや撓みに起因するエッジの該ウェハＷの径方向へのずれを打ち消すことができる。故にウェハＷに反りや撓みが生じている場合であっても、補正したエッジ位置を用いてウェハＷを位置合わせすることで、その位置決めを精度良く行うことが可能となる。

ところでウェハＷの表面に保護フィルムＦが貼付されているような場合、前述したようにレーザ平行光エッジセンサ１１においてはウェハＷのエッジ位置を正確に検出することは困難である。即ち、レーザ平行光エッジセンサ１１を用いた場合には、ウェハＷのエッジからはみ出している保護フィルムＦのエッジを検出してしまう。従ってこのような保護フィルム付きウェハＷのエッジ位置を検出して位置合わせを行う場合には、前述した結像光学系エッジセンサを用いることになる。

しかしながら結像光学系エッジセンサを用いた場合、ウェハＷの反りや撓みに起因する検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤの変化、つまりウェハＷのエッジとラインセンサ８との光軸間距離の変化に伴ってその撮像倍率が変化し、更には計測スパンも変化すると言う新たな問題が生じる。即ち、前述したウェハＷのエッジ位置の径方向の変化よる計測誤差に加えて、計測スパンの変化による計測誤差が生じる。

例えばワーキングディスタンスＷＤを２５.０ｍｍとしてその結像光学系を設定した結像光学系エッジセンサにおいて、ウェハＷの反りや撓みに起因してそのエッジ位置が光軸方向に変位した場合、その変位量に応じて上記結像光学系での撮像倍率が変化するのでラインセンサ８による計測スパンが変化する。この結果、エッジ位置がその光軸中心であるラインセンサ８の中心点から離れるに従って、例えば図７に示すようにエッジ位置に含まれる計測スパン誤差が増大する。ちなみにワーキングディスタンスＷＤが短くなった場合には結像レンズ６とラインセンサ８との光軸間距離が一定なので計測スパンが増加し、逆にワーキングディスタンスＷＤが長くなった場合には計測スパンが減少する。

そこで本発明においては、保護フィルム付きのウェハＷの位置合わせを行う場合には、図８にエッジ位置の検出処理の概念を示すように結像光学系エッジセンサ２１を用いると共に前述したレーザ平行光エッジセンサ１１を用い、これらのエッジセンサ１１,２１にて保護フィルム付きのウェハＷの同一部位を複数箇所に亘ってそれぞれ検出するようにしている。具体的には前述した図３に例示したように、円板型の保護フィルム付きのウェハＷを回転させながらその周方向に亘って、そのエッジ位置をそれぞれ検出するようにしている。

この場合、結像光学系エッジセンサ２１により検出（撮像）される保護フィルム付きウェハＷの受光パターンは、図９(ａ)に示すようにウェハＷに相当する拡散光の遮光領域、保護フィルムＦに相当す拡散光の透過領域、ウェハＷおよび保護フィルムＦが存在することのない自由空間に相当する拡散光領域とに分かれ、これらの領域毎に異なった受光レベルを示す。但し、保護フィルムＦに相当する拡散光の透過領域の受光レベルは、保護フィルムＦの種別によって異なる透過率に依存する。

しかしそのラインセンサ８から得られる出力信号（受光パターン）を弁別処理するに先立ち、例えば保護フィルムＦの種別に応じて上記出力信号に対するゲインとバイアスを可変設定すれば、前述した各領域の受光レベルの差をそれぞれ顕著にすることができる。従ってラインセンサ８の出力信号に対するゲインとバイアスとを調整すると共に、その光量閾値を適正に設定することで、上記各領域をそれぞれ明確に弁別することが可能となる。換言すれば結像光学系エッジセンサ２１を用いることで保護フィルムＦのエッジ位置と、ウェハＦのエッジ位置とをそれぞれ検出することができる。

これに対してレーザ平行光エッジセンサ１１により検出される保護フィルム付きウェハＷの受光パターンは、図９(ｂ)に示すように主として保護フィルムＦのエッジによりフレネル回折を生じたパターンとなり、ウェハＷと保護フィルムＦとの境界部分を示すような顕著な受光パターンの特徴的変化は生じない。従ってこのレーザ平行光エッジセンサ１１においては、本来検出したいウェハＷのエッジ位置ではなく、保護フィルムＦのエッジ位置を検出することになる。

そこで本発明においては、図８に示すように結像光学系エッジセンサ２１を用いて保護フィルム付きウェハＷにおけるウェハＷのエッジ位置を検出すると共に［エッジ位置検出処理２２］、保護フィルムＦのエッジ位置を検出する［エッジ位置検出処理２３］。一方、レーザ平行光エッジセンサ１１を用いて上記保護フィルム付きウェハＷにおける保護フィルムＦのエッジ位置を検出し［エッジ位置検出処理２４］、更にエッジ位置が検出された回折パターン部分の傾きからその検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤを検出する［ＷＤ検出処理２５］。これらの結像光学系エッジセンサ２１を用いたエッジ検出処理、およびレーザ平行光エッジセンサ１１を用いたエッジ検出処理は、前述したように保護フィルム付きウェハＷの同一部位について複数箇所に亘って行う。

その上で前述したエッジ位置の検出部位毎に、上述した如く検出された検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤと、予め設定されたウェハの検出基準距離との差として当該部位での前記ウェハＷのエッジ位置の光軸方向でのずれ量Δｚを求める［反り／撓み検出処理２６］。そしてこのずれ量Δｚに従い、前述した如く結像光学系エッジセンサ２１を用いて検出されたウェハＷのエッジ位置を補正する［ずれ補正処理２７］。

具体的には上記ウェハＷの検出エッジ位置の補正は、先ずその計測スパンの誤差を次のようにして補正することから行われる。結像光学系エッジセンサ２１およびレーザ平行光エッジセンサ１１は、同一部位における保護フィルムＦのエッジ位置を検出しているので前述した如くレーザ平行光の回折パターン部分の傾きからレーザ平行光エッジセンサ１１での検出距離（ワーキングディスタンス）ＷＤが検出された場合、このワーキングディスタンスＷＤに基づいて上記各エッジセンサ１１,２１の仕様に従って結像光学系エッジセンサ２１におけるワーキングディスタンスＷＤを計算することができる。そしてそのワーキングディスタンスＷＤに基づいて上記結像光学系の仕様からラインセンサ８における撮像倍率、ひいては実際の計測スパンを計算することができる。従ってワーキングディスタンスＷＤの変化に伴う結像光学系エッジセンサ２１の本来の計測スパンからの変化の度合いを計測スパン倍率Ｋとして計算することができる。

結像光学系エッジセンサ２１を用いて検出されるウェハＷのエッジ位置の補正は、上述したワーキングディスタンスＷＤの変化に伴う計測スパンのずれを補正した上で、前述したように光軸方向のずれ量Δｚに基づいてウェハＷの反りや撓みに起因するエッジ位置の該ウェハＷの径方向へのずれを補正することによりなされる。そしてこのずれ補正したウェハＷのエッジ位置に従ってその位置合わせを行うことで、保護フィルムＦの存在に拘わることなく保護フィルム付きウェハＷの位置決めが正確に行われることになる。

ところで上述した実施形態においては、レーザ平行光エッジセンサ１１を用いてウェハＷに対するワーキングディスタンスＷＤを計測し、このワーキングディスタンスＷＤを用いてウェハＷの反りや撓みに起因するずれ補正を行った。しかしフレネル回折パターンの傾きからワーキングディスタンスＷＤを求めなくても、次のようにしてウェハＷの反りや撓みに起因するずれ補正を行うことも可能である。

この場合には、例えば図１０に示すように結像光学系エッジセンサ２１を用いて保護フィルム付きウェハＷにおけるウェハＷのエッジ位置を検出すると共に［エッジ位置検出処理２２］、保護フィルムＦのエッジ位置を検出する［エッジ位置検出処理２３］。また同時にレーザ平行光エッジセンサ１１を用いて上記保護フィルム付きウェハＷにおける保護フィルムＦのエッジ位置を検出する［エッジ位置検出処理２４］。そして結像光学系エッジセンサ２１て検出される保護フィルムＦのエッジ位置と、同一部位を前記レーザ平行光エッジセンサ１１にて検出したときの前記フィルムＦのエッジ位置の差から前記結像光学系エッジセンサ２１における計測スパンを評価する［計測スパン倍率検出処理３１］。

即ち、結像光学系エッジセンサ２１およびレーザ平行光エッジセンサ１１にてそれぞれ検出される同一部位における保護フィルムＦのエッジ位置に着目すると、ウェハＷに反りや撓みが存在しない場合、つまりワーキングディスタンスＷＤに変化がない場合、結像光学系エッジセンサ２１における計測スパンの変化がないので、該結像光学系エッジセンサ２１にて検出されたエッジ位置Ｅaと前記レーザ平行光エッジセンサ１１にて検出されたエッジ位置Ｅbとは等しくなる。

しかしウェハＷの反りや撓みに起因してワーキングディスタンスＷＤが変化している場合には、結像光学系エッジセンサ２１における計測スパンが変化しているので、本来等しい筈の結像光学系エッジセンサ２１にて検出されたエッジ位置Ｅaと前記レーザ平行光エッジセンサ１１にて検出されたエッジ位置Ｅbとに差が生じる。つまり結像光学系エッジセンサ２１にて検出されたエッジ位置Ｅaに計測スパン誤差が生じ、その計測スパン倍率をＫとした場合、結像光学系エッジセンサ２１にて検出されたエッジ位置Ｅaは、レーザ平行光エッジセンサ１１にて検出されたエッジ位置ＥbをＫ倍した値を示すことになる。

ちなみに上記計測スパン倍率Ｋは、
Ｋ＝１−（Ｅa−Ｅb）／Eｂ
として与えられる。そして結像光学系エッジセンサ２１にて検出されるウェハＷのエッジ位置Ｅcは、保護フィルムＦのエッジ位置Ｅaと同じ計測スパン倍率の下で求められているので、上述した保護フィルムＦのエッジ位置検出結果から求められる計測スパン倍率Ｋを上記エッジ位置Ｅcに乗じることで該結像光学系エッジセンサ２１にて検出されたウェハＷのエッジ位置Ｅcに含まれる計測スパン誤差を打ち消す（補正する）ことができる。前述した計測スパン倍率検出処理３１は、このような観点に立脚して結像光学系エッジセンサ２１およびレーザ平行光エッジセンサ１１にてそれぞれ検出される同一部位における保護フィルムＦのエッジ位置の差から計測スパン倍率Ｋを求め、結像光学系エッジセンサ２１の計測スパンを評価している。

そしてここでは上述した如く求めた計測スパン倍率Ｋから結像光学系エッジセンサ２１におけるワーキングディスタンスＷＤを逆算し［ＷＤ検出処理３２］、更にこのワーキングディスタンスＷＤからウェハＷの反りや撓みに起因する、光軸方向へのエッジ位置のずれ量Δｚを求めている［反り／撓み検出処理３３］。その上で前述した如く結像光学系エッジセンサ２１にて検出されたウェハＷのエッジ位置Ｅcを計測スパン倍率Ｋに従って補正し、更には前述した光軸方向のずれ量Δｚに基づいてウェハＷの反りや撓みに起因するエッジ位置Ｅcの該ウェハＷの径方向へのずれを補正している［ずれ補正処理３４］。このようにしてずれ補正して検出したウェハＷのエッジ位置が、フィルム付きウェハＷを予め設定された基準位置に位置合わせする為の制御情報として出力される。

尚、前述した図３に示すような円板型の保護フィルム付きウェハＷを位置合わせする場合には、例えば上述した如くずれ補正して検出されるウェハＷの周方向に亘るエッジ位置から、その偏心の振幅ＲとノッチＮの位置（位相θ）を求め、座標変換により
ｘ＝Ｒ・cosθ
ｙ＝Ｒ・sinθ
としてウェハＷの中心位置［ｘ,ｙ］を求める。そしてこのウェハＷの中心位置［ｘ,ｙ］を回転テーブルＴの回転軸に位置付けるように該ウェハＷを位置決めすれば良い。

かくして上述した如くしてウェハＷのエッジ位置を検出して該ウェハＷの位置合わせを行う位置決め方法によれば、ウェハＷの反りや撓みに起因してそのエッジ位置が光軸方向にずれを有する場合であっても、そのずれを効果的に補正してウェハＷのエッジ位置を高精度に検出することができる。またその表面に保護フィルムＦが貼付されたウェハＷであっても、保護フィルムＦの存在に拘わりなく上記ウェハＷのエッジ位置を正確に検出することができる。従って検出したエッジ位置に基づくウェハＷの所定の基準位置への位置決めを簡易に、しかも高精度に行うことが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば矩形状の検出対象物のエッジ位置を検出して位置決めする場合でも同様に適用することができる。この場合、結像光学系エッジセンサ２１とレーザ平行光エッジセンサ１１とを用いて検出対象物の同一部位のエッジ位置を検出するべく、例えば上記エッジセンサ１１,２１を所定の距離を隔てて平行に並べて設け、これらのエッジセンサ１１,２１の配列方向と平行に前記検出対象物を所定距離だけ平行移動するようにすれ良い。また前述したエッジ位置の差から計測スパン倍率Ｋを求めると共に、フレネル回折パターンの傾きからワーキングディスタンスＷＤを求め、上記計測スパン倍率ＫとワーキングディスタンスＷＤとを用いて互いにその信頼性を検証した上で、矩形状の検出対象物のエッジの光軸方向のずれ量Δｚを求めることも有用である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

レーザ平行光エッジセンサの概略構成を示す図。結像光学系エッジセンサの概略構成を示す図。円板型ウェハの回転テーブルへの位置決め形態と上記ウェハのエッジ位置検出の例を示す図。円板型ウェハのエッジ位置を、その周方向に亘って検出したときの検出結果の例を示す図。ウェハに生じた反りや撓みによるエッジ位置の光軸方向へのずれとエッジ位置検出結果のずれを模式的に示す図。本発明に係るウェハの位置決め方法および位置決め装置におけるエッジ位置検出の第１の実施形態の処理手順を示す図。ワーキングディスタンスＷＤの変化に伴って生じる結像光学系エッジセンサにおける計測スパン誤差の例を示す図。本発明に係るウェハの位置決め方法および位置決め装置におけるエッジ位置検出の第２の実施形態の処理手順を示す図。結像光学系エッジセンサにより撮像された保護フィルム付きウェハの受光パターンと、レーザ平行光エッジセンサにより検出される保護フィルム付きウェハのフレネル回折パターンとを対比して示す図。本発明に係るウェハの位置決め方法および位置決め装置におけるエッジ位置検出の第３の実施形態の処理手順を示す図。

符号の説明

１レーザ光源
２コリメータレンズ
３ラインセンサ
５拡散光の面光源
６結像レンズ
８ラインセンサ
１１レーザ平行光エッジセンサ
１２エッジ位置検出処理
１３ＷＤ検出処理
１４反り／撓み検出処理
１５ずれ補正処理
２１結像光学系エッジセンサ
２２,２３,２４エッジ位置検出処理
２５ＷＤ検出処理
２６反り／撓み検出処理
２７ずれ補正処理
３１計測スパン倍率検出処理
３２ＷＤ検出処理
３３反り／撓み検出処理
３４ずれ補正処理

Claims

ラインセンサに向けて照射したレーザ平行光の検出対象物のエッジにて生じたフレネル回折を、前記ラインセンサ上での画素セル配列方向における受光パターンから解析して前記検出対象物のエッジ位置を検出するレーザ平行光エッジセンサを用い、
テーブルに載置したウェハの複数箇所のエッジ位置を検出すると共に、検出したエッジ位置における前記受光パターンの傾きから該エッジ位置と前記ラインセンサとの光軸間距離をそれぞれ求めて前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出し、検出した反りおよび／または撓みに従って前記検出したエッジ位置を補正して前記ウェハの予め設定した基準位置への位置合わせに用いることを特徴とするウェハの位置決め方法。
拡散光にて透過照明され、結像光学系を介してラインセンサにて撮像される検出対象物の像の画素セル配列方向におけるレベル変化から上記検出対象物のエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサと、
ラインセンサに向けて照射したレーザ平行光の検出対象物のエッジにて生じたフレネル回折を、前記ラインセンサ上での画素セル配列方向における受光パターンから解析して前記検出対象物のエッジ位置を検出するレーザ平行光エッジセンサとを用い、
テーブルに載置したウェハの同一部位のエッジ位置を複数箇所に亘ってそれぞれ検出すると共に、
検出したエッジ位置において前記レーザ平行光エッジセンサにて求められた前記受光パターンの傾きから該エッジ位置と前記ラインセンサとの光軸間距離をそれぞれ求めて前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出し、
検出した反りおよび／または撓みに従って前記結像光学系エッジセンサにて検出したエッジ位置を補正して前記ウェハの予め設定した基準位置への位置合わせに用いることを特徴とするウェハの位置決め方法。
前記結像光学系エッジセンサを用いて検出したエッジ位置の補正は、前記受光パターンの傾きから求められる該レーザ平行光エッジセンサのラインセンサと前記ウェハのエッジとの光軸間距離に従って、前記結像光学系エッジセンサにおける計測スパンの誤差を補正した上で行われるものである請求項２に記載のウェハの位置決め方法。
拡散光にて透過照明され、結像光学系を介してラインセンサにて撮像される検出対象物の像の画素セル配列方向における受光レベルの変化から上記検出対象物のエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサと、
ラインセンサに向けて照射したレーザ平行光の検出対象物のエッジにて生じたフレネル回折を、前記ラインセンサ上での画素セル配列方向における受光パターンから解析して前記検出対象物のエッジ位置を検出するレーザ平行光エッジセンサとを用い、
ウェハにおける同一部位のエッジ位置を複数箇所に亘ってそれぞれ検出し、これらの各同一部位でのエッジ位置の差からそのエッジ検出距離によって変化する前記結像光学系エッジセンサの計測スパンを計測スパン倍率として評価し、
この計測スパン倍率に従って前記結像光学系エッジセンサにより検出される前記ウェハのエッジ位置に含まれる計測スパンの誤差を補正し、計測スパン誤差の補正により補正されたエッジ位置を前記ウェハの予め設定した基準位置への位置合わせに用いることを特徴とするウェハの位置決め方法。
拡散光にて透過照明され、結像光学系を介してラインセンサにて撮像される検出対象物の像の画素セル配列方向における受光レベルの変化から上記検出対象物のエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサと、
ラインセンサに向けて照射したレーザ平行光の検出対象物のエッジにて生じたフレネル回折を、前記ラインセンサ上での画素セル配列方向における受光パターンから解析して前記検出対象物のエッジ位置を検出するレーザ平行光エッジセンサとを用い、
ウェハにおける同一部位のエッジ位置を複数箇所に亘ってそれぞれ検出し、これらの同一部位におけるエッジ位置の差からそのエッジ検出距離によって変化する前記結像光学系エッジセンサの計測スパンを計測スパン倍率として評価し、
この計測スパン倍率に従って前記エッジ位置と前記結像光学系エッジセンサのラインセンサとの光軸間距離を求めて前記ウェハの反りおよび／または撓みを検出すると共に、検出した反りおよび／または撓みと前記計測スパン倍率とに従って前記結像光学系エッジセンサにて検出されるエッジ位置を補正して前記ウェハの予め設定した基準位置への位置合わせに用いることを特徴とするウェハの位置決め方法。
前記ウェハは、その表面に保護フィルムを貼付した薄い半導体ウェハであって、
前記レーザ平行光エッジセンサにより前記保護フィルムのエッジを検出すると共に、前記結像光学系エッジセンサにより前記半導体ウェハのエッジを検出するものである請求項４〜５のいずれかに記載のウェハの位置決め方法。
表面に保護フィルムを貼付した円板状のウェハを回転テーブル上に同軸に位置合わせするウェハの位置決め装置であって、
前記回転テーブルの周囲に設けられて該回転テーブル上に載置された前記ウェハのエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサと、
前記回転テーブルを回転させ、前記結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサにより前記ウェハのエッジ位置を周方向に亘ってそれぞれ検出するエッジ位置検出手段と、
前記結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサにより前記ウェハの周方向に亘ってそれぞれ求められたエッジ位置を前記ウェハに設けられたノッチの検出位相に従って相互に対応付けるエッジ検出部位の位相合わせ手段と、
位相が合わせられた同一のエッジ検出部位毎に前記レーザ平行光エッジセンサにて求められたフレネル回折パターンの傾きから該エッジの検出距離を求め、この検出距離に基づいて前記結像光学系エッジセンサにて検出したエッジ位置を補正する補正手段と
を具備したことを特徴とするウェハの位置決め装置。
表面に保護フィルムを貼付した円板状のウェハを回転テーブル上に同軸に位置合わせするウェハの位置決め装置であって、
前記回転テーブルの周囲に設けられて該回転テーブル上に載置された前記ウェハのエッジ位置を検出する結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサと、
前記回転テーブルを回転させ、前記結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサにより前記ウェハのエッジ位置を周方向に亘ってそれぞれ検出するエッジ位置検出手段と、
前記結像光学系エッジセンサおよびレーザ平行光エッジセンサにより前記ウェハの周方向に亘ってそれぞれ求められたエッジ位置を前記ウェハに設けられたノッチの検出位相に従って相互に対応付けるエッジ検出部位の位相合わせ手段と、
位相が合わせられた同一のエッジ検出部位毎に前記レーザ平行光エッジセンサにて求められたエッジ位置と前記結像光学系エッジセンサにて求められたエッジ位置との差から前記結像光学系エッジセンサの計測スパン倍率を求め、この計測スパン倍率に従って前記結像光学系エッジセンサにて検出したエッジ位置を補正する補正手段と
を具備したことを特徴とするウェハの位置決め装置。