JP5534926B2 - 位置検出装置及びこれを用いたアライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置及びこれを用いたアライメント装置に係り、例えば、半導体ウエハ等の板状部材の位置決めを行うことに適した位置検出装置及びこれを用いたアライメント装置に関する。

半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という場合がある）等の板状部材は、種々の処理を施す際に、位置検出装置によりウエハの外縁を認識することで、その中心位置や結晶方位を示すオリエンテーションフラット又はＶノッチ等を検出し、ウエハ中心位置といった所定の基準位置を定位置に位置させる位置決め（アライメント）が行われる。このようなアライメントを行う装置としては、例えば、特許文献１に開示されている。同文献の装置は、ウエハを支持可能な３本のアームからなる回転ステージと、この回転ステージに支持されるウエハの上方に設けられてノッチ位置を検出するセンサとを備えている。

特開２０００−２１９５６号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、回転ステージをいくら透明体で形成しようとも、当該透明体で光が遮られるとセンサの検出領域に若干の暗所ができたり、透明体のエッヂ部分で光が屈折してセンサの検出領域に強い光の照射部分ができたりするので、センサが誤認識を起こしてノッチ位置の検出不良を発生する、という不都合がある。

［発明の目的］
本発明の目的は、検出手段による外縁位置等の検出を精度良く確実に行うことができる位置検出装置及びこれを用いたアライメント装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、板状部材の外縁位置及び方位マーク位置の少なくとも一方を検出し、その位置データを出力する検出手段と、光を透過可能な素材によって形成されるとともに前記板状部材の外縁全域からはみ出す大きさを有し、前記板状部材を支持可能な支持面を有する支持手段と、前記支持面内で前記支持手段を前記検出手段に対して相対回転させる回転手段と、前記検出手段の検出領域に光を照射する発光手段とを備えた位置検出装置において、
前記発光手段は、前記支持手段の中央部に設けられた凹部の内部に配置されるとともに、当該凹部の内部には、前記発光手段によって照射される光の一部を規制して、前記凹部から前記支持手段の外縁までの前記支持面内に、前記検出手段側から視認可能な光の照射領域と非照射領域とを形成可能な規制手段が設けられ、
前記検出手段は、前記照射領域内に前記検出領域を有する、という構成を採っている。

また、前記支持手段は、光を散乱可能な散乱体により形成される、という構成が好ましくは採用される。

また、本発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の位置検出装置と、この位置検出装
置の前記検出手段から出力される位置データを基に、前記支持手段を所定の２軸方向に移
動可能な移動手段とを備える、という構成を採っている。

本発明によれば、支持手段が光を透過可能とされ、発光手段が支持面からはみ出さないように位置するので、支持手段を挟んで検出手段の反対側に発光手段を設け、且つ、支持手段を通して検出手段の検出領域に光を照射することができる。この結果、外縁位置等を検出する際、検出領域に照射される光が遮られて暗くなったり、透明体のエッヂ部分で光が屈折して明るくなったりすることを防止して、検出手段によるノッチ位置等の検出不良の発生を抑制することができる。これにより、外縁位置等の検出を精度良く確実に行うことが可能となる。

また、支持手段の内部に発光手段を設けた場合、支持手段の外部に存在する部材をなくし、装置が大型化したり、装置の配置制限を受けたりすることを防止することができる。

更に、支持手段を散乱体により形成した場合、発光手段の発光により支持面自体を一定の明るさに発光させることができ、外縁位置等をより安定して検出することが可能となる。

また、光の非照射領域を形成する規制手段を有する場合、検出領域だけに光を効率良く照射することができる。

更に、非照射領域の位置を変更可能な位置変更手段を有する場合、検出手段の設置位置等の変更に迅速に対応可能となり、装置設計の自由度を高めることができる。

実施形態に係るアライメント装置を一部断面視した概略正面図。 支持手段及びその周辺の平面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、本明細書において、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」は、図１を基準として用いる。

図１及び図２において、アライメント装置１０は、板状部材としてのウエハＷの位置を検出可能な位置検出装置１１と、この位置検出装置１１で支持されたウエハＷを移動可能な移動手段１２とを備えて構成されている。

図２に示されるように、ウエハＷの外縁には、結晶方位を示す方位マークとしてのオリエンテーションフラット（以下、単に「オリフラ」という）ＯＦ或いはＶノッチＮが形成されている。

前記位置検出装置１１は、ウエハＷを下方から支持する支持手段１５と、この支持手段１５を回転させる回転手段１６と、図示しないブラケット等を介して支持手段１５の上方に設けられた検出手段としてのカメラ１８と、このカメラ１８の検出領域に光を照射する発光手段１９とを備えている。

前記支持手段１５は、ウエハＷが載置される支持面２０を上面に形成するテーブル２１と、このテーブル２１の下方に設けられたチャンバ２２とを備えている。

前記支持面２０は、円形の平面形状に設けられ、ウエハＷの外縁全域からはみ出す大きさに設定されている。従って、ウエハＷの外縁側が支持面２０の外縁からはみ出すことなく当該支持面２０にウエハＷを支持可能になっている。

前記テーブル２１は、発光手段１９が照射する光を透過可能な素材を用いて構成され、当該素材としては、石英ガラスの他、アクリル板、ポリ塩化ビニル板等のプラスチック板を例示できる。テーブル２１は、支持面２０及び下面の内少なくとも支持面２０側を荒らし、例えばすりガラスのような光を散乱可能な散乱体とされ、発光手段１９が照射する光により、テーブル２１自体が間接的に一定の明るさに発光し得るようになっている。また、テーブル２１は、上下方向に貫通してチャンバ２２内に連通する多数の吸着孔２１Ａを面内に備え、チャンバ２２は、図示しない減圧ポンプ等に連通されている。テーブル２１下面の中央領域には、下方を開放する凹部２３が形成され、この凹部２３内に発光手段１９を受容できるようになっている。

前記回転手段１６は、テーブル２１下面に形成された凹部２３周りに連結された円筒状の支持筒２５と、支持筒２５を回転可能に支持する軸受２６と、軸受２６が載置される上ベース２７と、上ベース２７上における軸受２６の右側に設けられた駆動機器としてのモータＭ１と、モータＭ１の回転軸に連結された第１プーリ２９と、支持筒２５周りに設けられた第２プーリ３０と、これらプーリ２９、３０に掛け回されたベルト３１とを備えている。このような構成により、モータＭ１を作動することで、支持手段１５が支持面２０の面内で回転できるようになっている。

前記カメラ１８は、図２の二点鎖線で示される撮像エリアを検出領域ＡＲとし、ウエハＷの外縁を撮像することで、ウエハＷの中心位置や、オリフラＯＦ又はＶノッチＮの位置を検出可能に設けられている。カメラ１８は、検出したウエハＷの中心位置やオリフラＯＦ等の位置データを図示しない制御手段に出力可能に設けられ、当該制御手段にて位置データを処理することで、ウエハＷの中心位置やオリフラＯＦ等の位置及び向きを認識できるようになっている。なお、撮像したウエハＷの外縁からウエハＷの中心位置を求めるには、ウエハＷの外縁における異なる２つの弦の垂直２等分線の交点を算出すればよいが、これに限定されることはなく、他の方法でウエハＷの中心位置を求めるようにしてもよい。

前記発光手段１９は、電球やランプからなり、支持面２０を平面視したときに当該支持面２０からはみ出さない位置に設けられ、本実施形態では凹部２３の内部に設けられている。発光手段１９の右側には、平面視半円弧状をなす規制手段としての反射板３４が設けられている。この反射板３４は、発光手段１９によって照射された光を反射し、図２中網模様で示した領域を照射領域Ｓ１として形成することで、照射される光の一部、すなわち照射領域Ｓ１以外への光の照射を規制して非照射領域Ｓ２を形成するようになっている。

前記発光手段１９及び反射板３４は、位置変更手段３６を介して支持されている。この位置変更手段３６は、支持筒２５を貫通して発光手段１９及び反射板３４を上端で支持するポール３７と、下ベース３９上に設けられ、ポール３７を回転させる駆動機器としてのモータＭ２とを備えている。

前記移動手段１２は、下ベース３９上に設けられてスライダ４１Ａを左右方向に移動させる駆動機器としての第１直動モータ４１と、スライダ４１Ａに連結され、図１中紙面直交方向にスライダ４２Ａを移動させる駆動機器としての第２直動モータ４２とを備えている。第２直動モータ４２のスライダ４２Ａは、上ベース２７の下面に連結され、各直動モータ４１、４２の作動により、支持手段１５及び回転手段１６を直交２軸方向に移動できるようになっている。

次に、前記実施形態における全体的動作について説明する。

先ず、初期設定として、カメラ１８の位置を特定して検出領域ＡＲの位置を決定するとともに、モータＭ２を作動させて検出領域ＡＲが照射領域Ｓ１内に入るように設定する。これにより、発光手段１９が照射した光がテーブル２１を透過して検出領域ＡＲを間接的に一定の明るさに発光させ、当該検出領域ＡＲがカメラ１８での撮像に十分な明るさに保たれる。

その後、図示しない移載装置によってウエハＷを支持面２０上に載置すると同時に、チャンバ２２内を図示しない減圧ポンプ等によって減圧してウエハＷを吸着保持する。この際、ウエハＷの外縁全域が支持面２０からはみ出すことなく支持面２０上に載置されるように、図示しない移載装置は制御されている。

次いで、モータＭ１を作動してテーブル２１を回転させることで、ウエハＷの外縁領域が検出領域ＡＲ内を通過する。この回転中、カメラ１８によりウエハＷの中心位置とオリフラＯＦ又はＶノッチＮの位置が認識され、これら位置データが図示しない制御手段に出力される。図示しない制御手段は、これら位置データに基づいて、ウエハＷの中心位置とオリフラＯＦ又はＶノッチＮの位置を検出し、モータＭ１及び第１、第２直動モータ４１、４２を作動し、ウエハＷの中心位置とオリフラＯＦ又はＶノッチＮの位置が所定の位置に配置されるように所定制御してウエハＷのアライメントを行う。その後、図示しない移載装置によってウエハＷがテーブル２１上から次工程に搬送される。そして、前述の各手段等が初期位置に復帰した後、上記同様の動作が繰り返されることとなる。

従って、このような実施形態よれば、発光手段１９から照射された光がテーブル２１を透過して検出領域ＡＲを照射するので、テーブル２１の回転等により検出領域ＡＲでの光が何かに遮られて暗くなったり、屈折によって明るくなったりすることを確実に防止すことができる。これにより、検出手段による外縁位置等の検出を精度良く確実に行うことが可能となる。

以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、前記記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、位置若しくは配置等に関し、必要に応じて当業者が様々な変更を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記検出手段は、カメラ以外に、ラインセンサや、その他光学的なセンサを採用してもよい。なお、カメラを採用した場合、マッチング制御、つまり、予めカメラが記憶したオリフラＯＦ又はＶノッチＮの形状と、カメラが検出した欠けや割れとを照らし合せる制御を行うことができるので、ラインセンサや、その他光学的なセンサと違って、ウエハＷの欠けや割れをオリフラＯＦ又はＶノッチＮと判断してミスアライメントしてしまうことを防止することができる。
また、検出手段によるウエハＷの検出位置は、オリフラＯＦやＶノッチＮ等の方位マーク及びウエハＷの外縁のうち少なくとも一方でよい。
更に、カメラ１８にモータ等の駆動手段を連結し、テーブル２１を停止させて、カメラ１８を回転させてもよいし、カメラ１８とテーブル２１との両方を回転させてもよい。なお、カメラ１８を回転させるときには、カメラ１８の検出領域ＡＲが照射領域Ｓ１内に入るように、カメラ１８の回転に同期させてモータＭ２を回転させればよい。
また、カメラ１８がウエハＷ全体を撮像してその外縁位置やオリフラＯＦ又はＶノッチＮを検出できるものであれば、カメラ１８とテーブル２１との両方を停止させた状態で、モータＭ２を介して照射領域Ｓ１を回転させてアライメントを行うように構成してもよい。

更に、発光手段１９の設置位置は、支持面２０を平面視したときに当該支持面２０からはみ出さない限りにおいて、例えば、カメラ１８の直下であってテーブル２１を挟んで当該カメラ１８の反対側に設置してもよい。

また、本発明における板状部材としては、半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス板、鋼板、または、樹脂板等、その他の板状部材も対象とすることができ、半導体ウエハは、シリコン半導体ウエハや化合物半導体ウエハであってもよい。
更に、前記実施形態における駆動機器は、回動モータ、直動モータ、単軸ロボット、多関節ロボット等の電動機器、エアシリンダ、油圧シリンダ、ロッドレスシリンダ及びロータリシリンダ等のアクチュエータ等を採用することができる上、それらを直接的又は間接的に組み合せたものを採用することもできる（実施形態で例示したものと重複するものもある）。

１０ アライメント装置
１１ 位置検出装置
１２ 移動手段
１５ 支持手段
１６ 回転手段
１８ カメラ（検出手段）
１９ 発光手段
２０ 支持面
３４ 反射板（規制手段）
３６ 位置変更手段
ＡＲ 検出領域
Ｎ Ｖノッチ（方位マーク）
ＯＦ オリフラ（方位マーク）
Ｓ２ 非照射領域
Ｗ ウエハ（板状部材）

Claims (4)

1. 板状部材の外縁位置及び方位マーク位置の少なくとも一方を検出し、その位置データを出力する検出手段と、光を透過可能な素材によって形成されるとともに前記板状部材の外縁全域からはみ出す大きさを有し、前記板状部材を支持可能な支持面を有する支持手段と、前記支持面内で前記支持手段を前記検出手段に対して相対回転させる回転手段と、前記検出手段の検出領域に光を照射する発光手段とを備えた位置検出装置において、
   前記発光手段は、前記支持手段の中央部に設けられた凹部の内部に配置されるとともに、当該凹部の内部には、前記発光手段によって照射される光の一部を規制して、前記凹部から前記支持手段の外縁までの前記支持面内に、前記検出手段側から視認可能な光の照射領域と非照射領域とを形成可能な規制手段が設けられ、
   前記検出手段は、前記照射領域内に前記検出領域を有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記支持手段は、光を散乱可能な散乱体により形成されることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記非照射領域の位置を変更可能に設けられた位置変更手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装置。
4. 前記請求項１ないし３の何れかに記載の位置検出装置と、この位置検出装置の前記検出手段から出力される位置データを基に、前記支持手段を所定の２軸方向に移動可能な移動手段とを備えていることを特徴とするアライメント装置。

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