JPH0327545A - エッジ検出装置及び容量型距離測定装置及びウエハ搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈要約〉 ウェハのエッジの位１１ｔを検出する場合等高さ方向の
変動を伴う横方向位置をｔｊリ定するためのエッジ検出
システムは２つの容量形プローブを石している。

このプローブは少動的部材と、このプローブ外の離れた
位置にある能動的部材から形成されている。これにより
、ウェハの位置に配置するプローブをより小型で安定で
かつ経済的なものとすることができる。

このプローブは複数のオペアンプを使用した？■子回路
を内蔵しており、該オペアンプはウェハ高さ効果に対し
てのエッジ検出の補償を行うようにプローブを作動させ
る。

〈発り］の育景と利川分’ＪＦ＞ 自動試験システムでの半導体ウェハの取扱において、ウ
ェハを既知の位置、方向で検査位置から検査位置へと移
動させるためには、それぞれのウェハの正確な位置決め
が不ｉｉｒ欠である。そのような方向決めを行うために
、従メ（は通常各ウェハのアライメントを実行しており
、これは米国特ａ′Ｆ　４　＋４５７，６６４　（↓９
８４年７月３日）に記４戊されている。

ここで言うアライメント（整列化）には、ウェハのエッ
ジ位置の検出と、予め決められているアライメント手順
（プロトコル）に従って、ＩＩ　Ｉｌｄ　ｉｉ’７する
ことを含んでいる。エッジはウェハを容量形エッジ検出
器上で回転させることにより検出される。そして、ミス
アライメントとフラン１〜ネスの情報はコンピュータで
処理されて、手順に従ってアライメン１−するのに必要
なウェハの運動が決定される。

従来では処理できなかったであろうウェハも近年のウェ
ハ処理技術では利用することができるようになってきて
いる。そのためアライメントシステムもそのようなウェ
ハを取り扱う必要が生じてきている。ウェハが完全でな
い理山のーっはワープ／バウ等の反りの存在である。こ
れらの反りはエッジの位置に影響を与えることはないが
、ウェハからのキャパシタンスには影響があり、ウェハ
の位置変化の形でエッジ検出処理に誤差或分を与え得る
。

このような位置変動と共に容量形センサの間隔には端部
フィールドの複合的な依存により、イ、↑加的な変動も
生じてくる。

このような環境において半導体ウェハを測定するのに使
川されるプローブは小さく、安定し、又効率的に製造出
来、更に調整が簡単なものが望ま７ −８＝ しい。

〈発明の概要〉 この発明のウェハアライメントシステムは受１リ』的な
プローブを有している。このプローブはサイズが小さく
、安定しており製造、調整が簡単なものである。

発明の☆ｆ適な実施例においては第１と第２の党動的な
容量形プローブを配列されるウェハに近接して対向させ
、一つのプローブがウェハエッジの位置と、プローブと
エッジの間隔の両方に感応するように配置してある。一
方、他方のプローブはウェハのバウ／ワープの反りによ
るウェハとプローブの間の間隔についてのみ感応する。

全ての能動回路は、離れた処に位置してプローブにより
検出されたパラメータから高さとエッジを検出する電子
装置に納められている。この電子装置は複数のオペアン
プをイｆしている。このオペアンプは、プローブを励振
するために用いられる信号を効果的に１東動する。該プ
ローブはギャップのみに感応するように用いられる他の
プローブから発生する信ｚ〕・と共に、エッジとギャッ
プの両方に感応するように用いられる。

このエッジあるいは側面検知プローブは信号ずれに直接
比例した出力を出すための一つのアンプの入力１！−リ
路につながれている。イｊ゜限のゼロでないウェハの傾
斜を補償する処理回路の使用と共に付加的回路がエッジ
検出信号中の複合的な誤差を補償するために用いられて
いる。この誤左は半導体ウェハのバウ／ワーブの反りに
よる）Ｉ′８辺部の変動に起因するものである。間隔を
反映している分離出力が／，ｌ｝られる。

〈実施例〉 この発明は位置検出における高さ方向の変動を補償する
オペアンプによるシステムに関し、より詳細には、バウ
／ワープにおけるウェハの反りによる誤差が中性化され
るウェハアライメント装置のための半導体ウェハエッジ
検出システｌ１に関ずる。

第１図に示すウェハアライナにおいて半導体ウェハ｛２
（一部のみ図示する）は、吸引チャック１４の上に置か
れている。吸引チャック１４」二でウェハにはシャフト
ｌ８を介して駆動システム１６により回転運動し、アラ
イメントのために移動するようになっている。これにつ
いては、米ＩＵｕ特許４，／１５７，６６４−シＪにｉ
紀桟の通りである。

吸引チャックエ４により支持されていない場合は半導体
ウェハ１２はウェハ処理システムの他の工程に移動する
ための支持装置に載せても良い。

半導体ウェハｌ２にバウ／ワープ等の反りがあると、そ
の位置は正常位置１２゛から外れた位１凸′１２゛にず
れる。ウェハのエッジ２２を検出するため、第１プロー
ブ２４と第２プローブ２６が半導体ウェハ１２との間隔
を容是的に測定するために配置されている。

第１プローブ２４はエッジ検出電極２８により検出され
るキャパシタンスにより半導体ウェハ１２との間隔　″
ｄ′″及びエッジ２２の位置の両方に感応する。第２プ
ローブ２６はウェハと間隔検出電極３０との間の間隔に
ついてのみ感ノ芯する。

どちらのプローブも端部フィールド効果（　ｆ　ｒ　ｉ
ｎｇｅ　　ｆｉｅｌｄ　　ｅｆｆｅｃｔ　　）について
は感応するが、エッジ検出電極２８の端部フィールドは
エッジ２２や、エソジ２２より外側に延出している電極
部により幾何学に複雑である。この複雑さはバウ／ワー
プの反りに伴う間隔　”ｄの変動により構成されるもの
である。

第２図に好ましい回路の実施例を示す。

垂直或はｄ軸プローブ７０は中央部電極７２と、その周
ｖｌを四むガード電極７５からなり、それぞれがオペア
ンプ７４の反転、非反転入力とつながっている。オペア
ンプ７４の出力は接地されており、またプローブ７０が
測定している要素７６につながれている。交流邸動信号
が交流電源７８により抵抗８２を間に挟んでアンプ８０
の反転入力とグランドとの間に供給されている。アンプ
８０の出力はリファレンスキャパシタ８４を通じて、オ
ペアンプ７４の反転入力につながれている。アンプ８０
の非反転入力は抵抗８６を通じて接地されており、また
、可変抵抗８８を通じてオペアンプ７４の非反一転入力
八つなかれている。

−１■ー １２− Ｘとｄ次元の複合したものを検知するためのＩｉＩＩ路
がオペアンプ７４の非反転入力に結合されており、オペ
アンプ９０の非反転入力へ接ｌＩ５’Ｊさせている。オ
ペアンプ９０の反転入力はプローブ９４の中央部電極９
２に接続している。またプローブ９４のガート電極９６
はオペアンプ９０の非反転入力へ接続している。オペア
ンプ９０の出力はリファレンスキャパシタ９８を通って
反転入力にフィードバックしており、また、抵抗１００
を通ってオペアンプ１０２の反転入力に接続している。

オペアンプ１０２の出力は抵抗１０４を通って反転入力
へフィードバックされており、また、Ｘ次元に比例し、
ｄにおける変動に対しては補正されている信号Ｖｘを発
生する。

オペアンプ１０２の非反転入力は抵抗１０６を通って接
地されている。また可変抵抗１０８を介してオペアンプ
９０の非反転入力と結合している。

アンプ８０の回路は可変抵抗８８の調整により回路の非
理想状態を補償する。

これはオペアンプ７４におけるｌ！ｌ想ゲインの不足及
びキャパシタ１１０による端部又は迷走（ｆｒｉｎｇｅ
　ｏｒ　ｓｔａｙ）キャパシタンスを補償する。同様に
して可変抵抗１０８の調整によりプローブ９４の迷走キ
ャパシタンス１１２を補償する。

第２図の上半分の回路について図で使用した記号を使い
数学的に示すと、 Ｖｚ＝Ｃｒｚ／　（Ｃｚ＋Ｃｏｚ）（Ｖｉ−Ｖｚ）Ｖｉ
＝−Ｖｉｎ＋Ｖｚ　Ａ ここでＡは可変批抗８８により制御される。

そして Ｖｚ＝Ｃｒｚ／　　（Ｃｚ＋Ｃｏｚ）　　（−Ｖｉｎ＋
Ｖｚ　　Ａ−Ｖｚ） Ｖｚ／Ｖｉｎ＝　　（−　Ｃｒｚ）／　　（Ｃｚ＋　Ｃ
ｏｚ−Ａ　　Ｃｒｚ十Ｃｒｚ） 可変抵抗８８を調整して Ｃｏｚ　−　Ａ　Ｃｒｚ＋　Ｃｒｚ＝　０とすると、 Ｖｚ／Ｖｉｎ＝−Ｃｒｚ／Ｃｚ となる。

Ｃｚ＝Ｋｚ／ｄ （ここで間隔検出電極３０の次元は標準化されている。

） その時 Ｖｚ＝　−　Ｖｉｎ　Ｃｒｚ　ｄ　／　Ｋｚ次に回路の
下半分について考える。

出力Ｖｘはつぎのようになる。

Ｖｘ＝＝−Ｖｚ　（１　＋（Ｃｘ十Ｃｏｘ）／Ｃｒｘ）
＋　Ａ　Ｖｚ ここでＡは可変抵抗１０８により制御される。

Ｖｘ＝−Ｖｚ　（Ｃｒｘ＋Ｃｘ十Ｃｏｘ−Ａ　　Ｃｒｘ
）／Ｃｒｘ Ａを調整することにより Ｃｏｘ十Ｃｒｘ　−　Ａ　　Ｃｒｘ＝　０とすることが
できるから、 Ｖｘ＝　−　Ｖｚ　　Ｃｘ／　Ｃｒｘ となる。

ＶｚとＣｘを下式のように置く。

Ｖｚ　＝　−　Ｖｉｎ　Ｃｒｚ　ｄ　／　ＫｚＣｘ＝（
ＷＸε）／ｄ ここで，又は標準化したエッジの位置、Ｗはエッジ検出
電極２８の幅である。（好ましくはＷは狭い方が分解能
のためには有利である。）そして、ＶｘはＶｉｎ　（Ｃ
ｒｚ／Ｃｒｘ）　ＥＷＸ／Ｋｚになり、Ｘにのみ直接比
例する。他の因数は回路或はプローブのパラメータによ
って決定される定数である。

第３国は半導体ウェハ１２０がハンドまたは作動端工２
２の上に乗っている図である。複数のプローブモジュー
ル１２４が設けられている。

これらは夫々第１プローブ２４、第２プローブ２６とし
て図示したタイプのＸとｄの別々の分離した電極を備え
ている。ウェハ１２０のエッジがＸ検出電他の」二に位
置するように、該プローブは配置されている。

更にハント１２２は米国特訂出願番号０　７／０５１、
０９０号（１　９　８　７年５月１５日出願）に示すロ
ボッ１−の腕の端末作動端であっても良い。

このようにハント上２２はアーム１３０とアー−１５− １６− ム１３２とを介して，鮭動装置１２８により半Ｐ、角度
、高さ方向に夫々独立的に動かされる。

それぞれのプローブの回路工３４の位１置出力はロボッ
トアーム外の電子装置１３６で、分析可能になっており
、これにより標型三角法を使ってハンド１２２上のウェ
ハの中心位置が検出される。

また、該位置出力は他の１１的のために分析される。

更に第４図に示すように予備アライナプラットフォーム
１５２上のウェハ１５０は捻れる可能性がある。少なく
とも８１リ定器位置の一部で誇大化して図示するように
非ゼロスロープで傾く。その結果間隔検出電極３０の上
又は下におけるウェハの高さは間隔検出電極３０におけ
る間隔のある関数により、エッジ検出電極２８における
出力よりも小さくなる。これがオペアンプ９０の非反転
入力へ入力される間隔信号に存在するエラーの原因とな
る。

このようなエラーを防ぐため第５図の回路がオペアンプ
１０２の出力を調整するために用いられる。

エッジ検出電極２８における実際の間隔はエッジ検出電
極２８における間隔の複合的な関数であっても良く、そ
して、そのような複合的なエラーも補正することができ
るが、通常は予備アライナプラットフォーム１５２から
エッジ検出電極２８、間隔検出電極３０へのウェハ１５
０の傾きを直線的であると仮定して１次エラーを補正す
れば十分である。オペアンプ１０２からのエッジ信号は
典型的には処理装置１５４（及びそれに接続するキーボ
ード、ディスプレイ）に入力される。該処理装置↑５４
は入力された信号を演算処理することができるように構
成されており，入力としてＶ　ｚ　，Ｖｘ信号を第２図
のｌｏｔ路から入力する。傾斜についての補償は処理装
置１５４により行われ、下記関係を使川して補償出力Ｖ
ｘｃが出力される。

Ｖｘｃ＝Ｖｘ　Ｂ　（Ｖｚ） ここでＢ（Ｖｚ）は補正関数であり、定数と一つの変数
Ｖｚのみにより決定され、次のように展開される関数で
ある。

第２図よりｄｚはｄｘ、Ｖｘ　とは等しくないのでＶｘ
　　＝　　（Ｖｉｎ　　Ｃｒｚ　ＷＸ／　（Ｃｒｘ　　
Ｋｚ）　）　　（ｄｚ／ｄｘ）； 補正係数Ｂ　＝　ｄ　ｘ　／　ｄ　ｚをＶｘへ適川する
と、直線的傾斜を補正されたＶｘｃ，Ｖｘ　を得ること
ができる。

Ｖｘｃ＝Ｖｘ　　Ｂ； 第４図の関係を利用すると Ｂ　　＝　　ｄｘ／ｄｚ ＝　１　＋　（　（ｄｚ−ｄｏ）　／　ｄｚ）　　（　
ｒｚｘ／　ｒｚ）　；比は ｄｏ／ｄｚ＝Ｖｏ／Ｖｚであるから、 ｄｚ＝ｄｏである時はＶｏ＝Ｖｚとなる。

そして、 Ｂ一↓＋　（　　（Ｖｚ−Ｖｏ）／Ｖｚ）　　（　ｒｚ
ｘ／　ｒｚ）となる。

処理装置１５４はこのアルゴリズムを実行する。

種々の定数については等式を実行するス１〜アー１〜プ
ログラムの中に入れておくことができ、これはキーボー
ドから入力すれば良い。

上記したこの発明によるプローブシステムは実施例に過
ぎない。このような補償は他の形態によっても実現可能
であり，それ故この発明の範囲は特許請求の範四にのみ
に赳づいて制眼される。

【図面の簡単な説明】

第１図はエッジ検出に使用した本発明のウェハ反り補正
システムの概略図、第２図は重子システムの回路図、第
３図は本発明を適用したマルチプローブ位置センサの平
面図、第４図は本発明の他の特徴の説明図、第５図はそ
の回路図である。 １２：半導体ウェハ、１２’：正常位置、１２″外れた
位置、１４：吸引チャック、１６：駆動システム、ｌ８
：シャフト、２２：エッジ、２４：第１プローブ、２６
：第２プローブ、２８：エッジ検出電極、３０：間隔検
出電極、７０：プローブ，７２：中央部電極，７４：オ
ベアンプ、７５：ガード電極、７６：要素、７８：交流
電源、８０：アンプ、８２：抵抗、８４：リファレンス
キ１９ー ２０ ャパシタ、８６：抵抗、８８：可変抵抗、９０：オペア
ンプ、９２：中央部電極、９４：プローブ、９６：ガー
ド電極、９８：リファレンスキャパシタ、１００：抵抗
、１０２：アンプ、１０４：抵抗、１０６：抵抗、１０
８：可変抵抗、１１０：キャパシタ、１１２：迷走キャ
パシタンス、１２０：半導体ウェハ、１２２：ハンド、
１２４：プローブモジュール、１２８：廓動装置、１３
０：アーｌ１、１３２：アーム、↓３４：回路，１３６
：電子装置、１５０：ウェハ、１５２：予備アライナプ
ラットフォーム、１５４：処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）支持された部材の容量型エッジ検出装置であって； そのエッジの位置が検出される部材と； 該部材に近接してそのエッジの近くに配置 され、前記部材のエッジを超えた部分の変位と、前記部
   材との間の距離の両方の関数として変化するパラメータ
   を有する第１プローブと； 前記第１プローブの近くで前記第１プロー ブよりも内側に配置され、前記部材からの距離により変
   化するパラメータを有している第２プローブと； 前記第１プローブの電極により検出される キャパシタンスをそのフィードバックループ内に有する
   第１のオペアンプと； 第２プローブの電極により検出されるキャ パシタンスをその入力回路に有する第２のオペアンプと
   ； 前記第１オペアンプを駆動する交流励振電 源と； を有することを特徴とする容量型エッジ検 出装置。 ２）その中心において前記部材を支えるための手段を有
   する請求項第１項に記載の容量型エッジ検出装置。 ３）部材をその中心において回転させる手段を有する請
   求項第２項に記載の容量型エッジ検出装置。 ４）前記支持手段上のより中心に位置させるためのエッ
   ジ位置の前記指示に応答して、前記ウェハを前記支持手
   段上において再配置する手段を更に有する請求項第３項
   に記載の容量型エッジ検出装置。 ５）前記支持手段が吸引チャックを備えた請求項第２項
   に記載の容量型エッジ検出装置。 ６）前記部材が半導体ウェハである請求項１項に記載の
   容量型エッジ検出装置。 ７）前記第１プローブがキャパシタンス検出電極を有す
   る請求項第１項に記載の容量型エッジ検出装置。 ８）キャパシタンス検出電極を前記第２プローブが有す
   る請求項第７項に記載の容量型エッジ検出装置。 ９）前記第１及び第２プローブ電極が前記部材に対面す
   る有効面積のほぼ等しい表面を有する請求項第８項に記
   載の容量型エッジ検出装置。 １０）各キャパシタンス検出電極の回りに設けられたガ
   ードを更に備えた請求項第８項に記載の容量型エッジ検
   出装置。 １１）前記各ガードとそれに伴う電極上に実質的に理想
   的なポテンシャルを保持するための手段を更に備えた請
   求項第１０項に記載の容量型エッジ検出装置。 １２）前記第２のオペアンプの出力を入力するために接
   続された第３のオペアンプを有する請求項第１項に記載
   の容量型エッジ検出装置。 １３）前記第２プローブにより検出されたエラーを補償
   する第２及び第３のアンプの結合手段を更に備えた請求
   項第１２項に記載の容量型エッジ検出装置。 １４）前記第１及び第２プローブと部材とのそれぞれの
   間の距離の差を第２のオペアンプの出力について補償す
   る手段を有する請求項第１項に記載の容量型エッジ検出
   装置。 １５）部材から距離をおいたキャパシタンス検出電極と
   、 前記電極に接続されたオペアンプと、 該オペアンプの非反転入力と部材との間に つながれた交流励振電源と、 前記電極と部材との間の距離に直接依存し て変動する信号を提供する前記オペアンプの出力と、 を有する容量型距離測定装置。 １６）前記電極がガードと、前記電極の実質的なポテン
   シャルにおいて該ガードを駆動する手段と、 を有する請求項第１５項に記載の容量型距 離測定装置。 １７）迷走キャパシタンスに起因する効果を前記出力に
   ついて補償する手段を更に有する請求項第１５項に記載
   の容量型距離測定装置。 １８）前記オペアンプの無限以下のゲインに起因する効
   果を前記出力について補償するための手段を有する請求
   項第１５項に記載の容量型距離測定装置。 １９）第１位置において部材からの距離を表す第１出力
   を提供するための第１プローブ手段と；第２位置におい
   て部材からの距離を該部材 のエッジからの変位と共に表す第２出力を提供するため
   の第２プローブ手段と； 前記第１出力が前記第２プローブ手段の第 ２位置において提供された場合の第１出力を予測するこ
   とにより第２出力を補償する手段と； を有するエッジ検出装置。 ２０）ウェハを受け取り、且つ配送するためのウェハ移
   動ハンドと； 該ハンド上におけるウェハのエッジ位置を 示す出力を提供する前記ハンド上に設けられている複数
   のウェハエッジセンサと； 該複数のセッサエッジ信号に応答して前記 ハンド上の前記ウェハの位置を検出するための手段と； を有するウェハ位置検出を伴うウェハ搬送 装置。