JP5324232B2 - 半導体ウエハのアライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハのノッチなどの位置決め用部位に基づいて半導体ウエハの位置合わせをする半導体ウエハのアライメント装置に関する。

半導体ウエハのアライメント装置としては、例えば、保持ステージに載置されて吸着保持された半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）の周縁位置を光学センサで測定することで、ウエハの中心位置と、ウエハ外周のノッチやオリエンテーションフラットなどの位置決め用部位の位置位相を割り出し、保持ステージの中心位置に対するウエハ中心位置のＸ軸座標方向の偏差とＹ軸座標方向の偏差に基づいて保持ステージをＸ軸座標方向およびＹ軸座標方向に移動制御する。また、ノッチなどの位置決め部を予め設定された基準位相位置に位置するように保持ステージを回転制御すようにしたものが知られている（特許文献１を参照）。

また、高密度実装の要求に伴いウエハ厚さを１００μｍから５０μｍ、さらにはそれ以下にまで薄くする傾向にあり、ウエハ強度が極めて低いものになっている。薄型化されたウエハに対して剛性を持たせるべく、ウエハの外周部分のみを残して研削し、当該外周に環状凸部からなる補強部を形成している。この補強部の内側の扁平凹部に回路パターンを形成してウエハを取り扱っている（特許文献２を参照）。

特許第３８２０２７８号公報

ウエハ外周に補強部の形成されたウエハは、剛性を有する以外に扁平凹部に回路パターンを形成することにより、回路パターンに表面保護用のテープを貼付けなくても、回路パターンを保護するのに有効に機能する。

しかしながら、吸着パットの備わった搬送機構でウエハを吸着して各工程に搬送するので、回路パターン面を下向きにして全面が扁平な裏面を吸着している。そのため、アライメント工程にウエハを受け渡すとき、アライメントステージの中央で昇降する吸着パットが回路パターンに直接に接触して吸着保持する。

したがって、吸着パットとの接触により回路に損傷を与えるといった問題が生じている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ウエハ上の回路に損傷を与えることなくウエハの位置決めを正確に行うことができる半導体ウエハのアライメント装置を提供することを主たる目的としている。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、第１の発明は、半導体ウエハの周縁情報に基づいて位置合わせを行う半導体ウエハのアライメント装置であって、
前記半導体ウエハは、外周に環状凸部からなる補強部を有し、当該補強部の内側の扁平凹部に回路パターンが形成されているとともに、当該補強部に位置決め部を切欠き形成されており、
前記半導体ウエハの外形以上の大きさを有し、当該半導体ウエハの中心が保持ステージ中心に合致された状態で補強部に対向する吸着孔の設けられた保持ステージと、
前記回路パターンの面を下向きにして保持ステージに載置された半導体ウエハの外周に備えられた前記位置決め部を検出する光学センサと、
前記保持ステージを回転させる駆動機構と、
前記光学センサの検出結果に基づいて半導体ウエハの位置合わせを行う制御部と、
を備えたことを特徴とする。

（作用・効果） この構成によれば、保持ステージがウエハの外形以上の大きさを有するので、回路パターンの面を下向きにしてウエハを保持ステージに受け渡しても、環状凸部からなる補強部だけが保持ステージと接触する。したがって、回路パターンと保持ステージとの直接の接触を回避することができるので、回路パターンに損傷を与えることがない。

また、補強部のみで保持ステージに保持されたウエハは、保持ステージの回転に伴って、光センサによるウエハ外周部の監視が行われる。ウエハの周縁位置が検知されると、所定の演算式に基づいてウエハ中心位置を割り出すことができる。

さらに、ウエハ周部に形成されたノッチなどの位置決め部の位置検出結果に基づいて保持ステージを回転移動させ、これら位置決め部を予め設定されている基準位相位置に修正することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記保持ステージは、少なくとも補強部に形成の位置決め部を含んで外側の載置領域を透明部材で構成し、
前記光学センサを保持ステージの透明部位を挟んで対向配備された投光器と受光器とで構成してある、
ことを特徴とする。

（作用・効果） この構成によれば、ウエハの補強部のみを保持しつつも、保持ステージの透明部材を通してウエハの周縁位置を投光器と受光器からなる光センサで正確に検出することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記保持ステージは、外周に中心に向かう放射状の切欠きが形成されており、
当該切欠きに向かって移動して保持ステージに載置された半導体ウエハを周方向から押圧し、保持ステージの中心に対して半導体ウエハの中心位置を合わせるガイド部材を備えることが好ましい（請求項３）。

なお、ガイド部材は、立設された短円柱状のガイドピンであることが好ましい（請求項４）。

この構成によれば 保持ステージ上に搬入されたウエハの中心と保持ステージの中心とは必ずしも一致しておらず、かつ、ウエハ外周に形成されたノッチなどの位置決め部の位相位置も不定であっても、各ガイド部材が保持ステージの中心側に移動することで、周縁をガイド部材で当接押圧されたウエハは位置修正される。すなわち、ウエハの中心が保持ステージの中心に合致される（センタリング）。

このセンタリング過程においては、ウエハの周縁にガイド部材が直接に当接することになる。しかしながら、ウエハの外周部が環状の補強部によって補強された圧肉状態になるので、ガイド部材との当接によっても損傷することはなく、ウエハは保持ステージの上を円滑にスライド移動される。また、中心位置合わせを演算により求める必要がないので、ウエハのセンタリングを短時間で行うことができ、処理サイクルの短縮化を図ることができる。換言すれば、多数のウエハを連続処理する際の処理能率の向上に寄与する。

第５の発明は、第１の発明において、
前記保持ステージを水平面上で縦横方向に水平移動させる水平駆動機構を備え、
前記制御部、ＣＣＤカメラからなる光学センサで撮像した画像情報に基づいて、半導体ウエハの位置合わせ行う
ことを特徴とする。

この構成によれば、保持ステージを回転させる際に、ＣＣＤカメラでウエハ周縁を走査することで、ノッチなどの位相位置を検出して、ウエハの向き修正用の情報とすることができる。

本発明の半導体ウエハのアライメント装置によれば、外周部に環状凸部からなる補強付きウエハのこの強度上の特徴を有効に利用しつつも、この補強部のみを保持ステージに接触させて保持するので、補強部内側の扁平凹部に形成されている回路パターンには保持ステージが直接に接触しない。したがって、回路パターンに損傷を与えることなく位置合わせを行うことができる。

アライメント装置の一部切欠き正面図である。 保持ステージの要部を拡大した縦断面図である。 保持ステージの平面図である。 位置合わせ作動の過程を示す正面図である。 処理対象となる半導体ウエハの一部切欠き斜視図である。 処理対象となる半導体ウエハを裏面側から見た斜視図である。 位置合わせ処理のフローチャートである。 アライメント装置の機能ブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図１に、本発明に係るアライメント装置の正面図が、図２にその平面図がそれぞれ示されている。

このアライメント装置の処理対象となるウエハＷは、図５および図６に示すように、裏面の外周部を残して研削されている。つまり、このウエハの裏面外周部に沿って圧肉の環状補強部ｒを備えたウエハＷに形成されている。また、この環状補強部ｒの内側の扁平凹部ｃに回路パターンが形成されている。ウエハＷは、パターン面を下向きにし、全面が平らな裏面を上向きにした姿勢で、その上面を図示されていない搬送用吸着パッドなどで吸着して搬入・搬出される。

アライメント装置は、図１に示すように、ウエハＷを載置して吸着する保持ステージ１、ウエハＷの外周に位置決め部として形成されたノッチｎの位相位置を検出する光センサ２、ウエハＷを中心合わせ（センタリング）するガイド部材としての４本のガイドピン３を備えて構成されている。

保持ステージ１は、図１ないし図３に示すように、ガラスあるいはポリカーボネイトなどの透明樹脂材からなる硬質の透明部材で構成され、ウエハ径（直径）より大径の円板状である。また、保持ステージ１は、図８に示す駆動機構９により保持ステージ中心を通る縦軸心Ｚ周りに回転される金属製の基台４に同心状態に取付けられている。

基台４の内部には、図８に示す真空装置１４に連通された吸引用の流路５が形成されている。この流路５は、保持ステージ１の外周近くに形成した複数個の吸着孔６と連通接続されている。吸着孔６は、保持ステージ上に載置されたウエハＷの中心が保持ステージ中心に合致された状態において、ウエハＷの環状補強部ｒに対向するように設けられている。

また、基台４は、ウエハＷの半径からノッチｎの深さを差し引いた、ウエハＷの半径よりも小径の円板状に構成されている。この保持ステージ上に載置されたウエハＷの中心が保持ステージ中心に合致された状態において、ウエハＷのノッチｎが基台４から外側に位置するように設定されている。

保持ステージ１の外周の４箇所には、ガイドピン３の進退を許容する切欠き７がステージ中心（縦軸心Ｚ）に対して点対称となるように、保持ステージ中心に向かう放射状に切込み形成されている。各切欠き７は、保持ステージ中心にウエハ中心が合致されたウエハＷの外縁位置に相当するように、その深さが設定されている。

ガイドピン３は、保持ステージ１の上下に突出する短円柱状に形成されており、可動アーム８の先端に立設されている。可動アーム８は、図８に示す駆動機構１０によって水平に直線往復駆動される。この駆動に伴って各ガイドピン３がそれぞれの切欠き７に沿って進入および退出するようになっている。

光センサ２は、投光器２ａと受光器２ｂとが保持ステージ１を挟んで対向する透過型のものが用いられている。つまり、保持ステージ１に載置されたウエハＷの外周部が、光センサ２の検出域に位置するように配備されている。なお、光センサ２は、本発明の光学センサに相当する。

次に、上記構成のウエハＷのアライメント装置を用いて、ウエハＷの位置合わせ（アライメント）処理を図４（ａ）〜図４（ａ）および図７に示すフローチャートに基づいて説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、全面が扁平な裏面を上向きにした姿勢のウエハＷが、図示されていない搬送用吸着パッドでその裏面を吸着保持されて保持ステージ１に搬入および移載される（ステップＳ１）。このとき、ウエハＷの中心と保持ステージ１の中心とは必ずしも一致しておらず、かつ、ウエハ外周のノッチｎの位相位置も不定である。

次に、図４（ｂ）に示すように、各ガイドピン３が各切欠き７に向かって移動し、切欠き７の奥端に到達する。この状態でウエハＷの中心が保持ステージ１の中心に合わされ（センタリング）、かつ、吸着孔６に負圧が印加される。中心合わせされたウエハＷは、環状補強部ｒを吸着され、保持ステージ上面で保持される（ステップＳ２）。

ウエハＷのセンタリングおよび吸着保持がなされると、各ガイドピン３が切欠き７から後退する（ステップＳ３）。その後、図４（ｃ）に示すように、保持ステージ１が所定方向に１回転される（ステップＳ４）。この回転過程でウエハ外周部に投光器２ａからの検出光が照射される。保持ステージ１を透過した検出光は、受光器２ｂで受光され、この間にウエハ外周のノッチｎの位相位置が検出される（ステップＳ５）。その検出情報が、制御部１１に備わった記憶部としてのメモリ１２などに記憶される。

制御部１１では、その内部に備わった演算処理部１３がメモリ１２に記憶されているノッチｎの検出情報と、予め設定されている基準位相位置とを読み出し、両情報の比較演算からノッチｎの偏差（角度）が割り出される（ステップＳ６）。

その後、求まった偏差に基づいて保持ステージ１が回転制御され、ノッチｎが基準位相位置に移動修正される（ステップＳ７）。

以上でアライメント処理が完了し、アライメントされたウエハＷは搬送用吸着パッドで上面から吸着保持されて保持ステージ１から搬出されてゆく。

上記実施例装置によれば、保持ステージ１がウエハＷの外形以上の大きさを有するので、回路パターン面を下向きにしてウエハＷを保持ステージ１に受け渡しても、環状補強部ｒだけが保持ステージ１と接触する。したがって、扁平凹部ｃの回路パターンと保持ステージ１との直接の接触を回避することができるので、回路パターンに損傷を与えることがない。

本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形して実施することもできる。

（１）上記実施例装置では、保持ステージ１と基台４を個別の部材で構成していたが、基台４を省いて透明部材からなる保持ステージ１のみで構成してもよい。

（２）上記実施例装置において、保持ステージ１の下方に反射型の光センサ２を配備し、透明な保持ステージ１を通してウエハ外周部を下方から監視する形態であってもよい。

（３）上記実施例装置において、保持ステージ１の上方に反射型の光センサ２を配備して実施することもできる。この構成の場合、保持ステージ１は透明部材でなくてもよい。

（４）対向するガイドピン３を互いに平行に背反往復移動させることによりウエハＷのセンタリングを行うこともできる。

（５）ガイド部材としてのガイドピン３のウエハ当接面を、ウエハ外周に接する平坦面あるいは平坦面に近い湾曲面にしてもよい。この構成の場合、ガイドピン３をウエハ外周へ当接する際の衝撃や接触応力の集中を一層低減することができる。

（６）上記実施例装置は、ウエハ外周に位置決め部としてオリエンテーションフラットを切欠き形成した補強付きのウエハＷを処理対象とすることもできる。

（７）上記実施例装置では、保持ステージ１に載置保持されたウエハＷをＣＣＤカメラで撮像し、取得した画像情報からウエハＷの位置情報（座標）を求めて保持ステージ１に対する中心位置合わせを行ってもよい。この場合、保持ステージ１を直交する２方向に水平移動可能に構成することにより、中心位置合わせを行うことができる。

また、ノッチｎに基づく位置合わせは、先ず、取得した画像と予め取得している基準画像とのパターンマッチングを行って両画像のずれ量とその方向を求める。これらずれ量などに基づいてウエハＷの位置を基準画像の位置に合わせ込むように移動修正すればよい。

なお、保持ステージ１を水平移動させる構成として、例えば、保持ステージ１を上下２段の可動台の上に配備し、これら可動台が互いに直交するガイドレールに沿って移動するよう構成する。つまり、各可動台は、モータなどの駆動装置に連結されたねじ送り機構によって往復移動可能に構成する。

（８）上記実施例装置では、処理対象であるウエハＷのパターン面が露出していたが、パターン面に保護テープを貼付けたものにも適用することができる。

１ … 保持ステージ
２ … 光センサ
３ … ガイド部材（ガイドピン）
７ … 切欠き
ＰＴ … 保護テープ
ｎ … 位置決め部（ノッチ）
ｃ … 扁平凹部
ｒ … 環状補強部
Ｗ … 半導体ウエハ

Claims (5)

1. 半導体ウエハの周縁情報に基づいて位置合わせを行う半導体ウエハのアライメント装置であって、
   前記半導体ウエハは、外周に環状凸部からなる補強部を有し、当該補強部の内側の扁平凹部に回路パターンが形成されているとともに、当該補強部に位置決め部を切欠き形成されており、
   前記半導体ウエハの外形以上の大きさを有し、当該半導体ウエハの中心が保持ステージ中心に合致された状態で補強部に対向する吸着孔の設けられた保持ステージと、
   前記回路パターンの面を下向きにして保持ステージに載置された半導体ウエハの外周に備えられた前記位置決め部を検出する光学センサと、
   前記保持ステージを回転させる駆動機構と、
   前記光学センサの検出結果に基づいて半導体ウエハの位置合わせを行う制御部と、
   を備えたことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。
2. 請求項１に記載の半導体ウエハのアライメント装置において、
   前記保持ステージは、少なくとも補強部に形成の位置決め部を含んで外側の載置領域を透明部材で構成し、
   前記光学センサを保持ステージの透明部位を挟んで対向配備された投光器と受光器とで構成してある、
   ことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハのアライメント装置において、
   前記保持ステージは、外周に中心に向かう放射状の切欠きが形成されており、
   当該切欠きに向かって移動して保持ステージに載置された半導体ウエハを周方向から押圧し、保持ステージの中心に対して半導体ウエハの中心位置を合わせるガイド部材を備えた
   ことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。
4. 請求項３に記載の半導体ウエハのアライメント装置において、
   前記ガイド部材は、立設された短円柱状のガイドピンである、
   ことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。
5. 請求項１に記載の半導体ウエハのアライメント装置において、
   前記保持ステージを水平面上で縦横方向に水平移動させる水平駆動機構を備え、
   前記制御部、ＣＣＤカメラからなる光学センサで撮像した画像情報に基づいて、半導体ウエハの位置合わせ行う
   ことを特徴とする半導体ウエハのアライメント装置。

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