JPH04268746A - オリフラ検知ステージ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置に用いる
半導体ウェハのオリエンテーションフラットを検出する
ためのオリフラ検知ステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置に用いられている、オリ
フラ検知ステージとしては、特開昭６１−２７６２２９
号公報あるいは特開昭６３−２１３３５６号公報に記載
のもののように、非接触で半導体ウェハの外縁位置を計
測して、その計測結果により前記半導体ウェハのオリエ
ンテーションフラット（以下、「オリフラ」と称す。）
を検出し、該オリフラを、所定の方向および位置に整合
させることにより前記半導体ウェハを位置合わせするも
のが知られている。

【０００３】上述のようなオリフラ検知ステージの基本
構成について図６を参照して説明する。

【０００４】このオリフラ検知ステージは、回転アクチ
ュエータ７０２の動力が回転伝達歯車７１，７２および
回転軸７３を介して伝達されて回転するウェハチャック
６２において、半導体ウェハ６１を保持して回転させな
がら、前記半導体ウェハ６１の外縁部を照明する発光素
子６３と前記外縁部の像が結像するラインセンサ６６と
からなる非接触外縁位置検出手段によって、前記半導体
ウェハ６１の外縁一周分の外縁位置を検出する。前記発
光素子６３の出射光はコリメーションレンズ６４によっ
て平行光の投光ビームＰに変換されて前記半導体ウェハ
６１の外縁部に照射され、それによって生じる前記外縁
部の像が投影光学系６５を通して前記ラインセンサ６６
上に結像する。このラインセンサ６６の受光量に相当す
るセンサ出力から、演算処理ユニット６７が前記ウェハ
チャック６２の回転角度に対する外縁位置を計測する。 前記ウェハチャック６２の回転角度は、前記回転軸７３
に連結されている回転角度検出器６９にて計測されおり
、制御装置６８を介して演算処理ユニット６７へ通知さ
れる。

【０００５】ここで、前記ラインセンサ６６によって計
測した、回転角度に対するウェハ外縁位置の軌跡の一例
を図７に示す。

【０００６】このウェハ外縁位置の軌跡を演算処理ユニ
ット６７で処理して、図７に示すような、回転角度に対
する圧縮データを求め、オリフラ部分とノイズ成分とを
分離する。

【０００７】このようにして検出したオリフラ部分の軌
跡を図８の（ａ）に示す。

【０００８】このオリフラ部分の軌跡において、両端部
のデータの中から外縁位置データｌ１　に対応する反対
側の外縁位置データｍ１　を検出し、同様に（ｌｉ，ｍ
ｉ）（ｉ＝ｌ，…，ｎ）のｎ点のデータを検出する。次
に、演算処理ユニット６７において、それぞれの平均値
（ｌ＋ｍ）／２を求めて記憶し、この平均値の中から最
頻値α（図８の（ｂ）参照）を検出してオリフラ部分の
中心位置とする。そして、このオリフラ部分の中心位置
を基準にして半導ウェハ６１の位置合わせを行なう。

【０００９】上述のように、ラインセンサを用いて半導
体ウェハの外縁位置を検出して、該半導体ウェハのオリ
フラを所定の方向に整合させる方法では、前記図７に示
すような、ウェハ外縁位置の軌跡に対して何らかの波形
解析処理を行なってオリフラ位置を検出し、そのデータ
をもとに半導体ウェハの位置合わせを行なっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
製造装置においては、熱工程を経た半導体ウェハの外縁
部のうねりやウェハチャック回転軸の軸ぶれにより、ウ
ェハ外縁が図６のＺ方向に移動し、ラインセンサ上の投
影像にデフォーカスエラーが生じていた。このデフォー
カスエラーは投影像の位置検出誤差となって回転角に対
するウェハ外縁位置データに誤差が生じ、このウェハ外
縁位置データからオリフラ位置を求める波形解析処理の
精度を悪化させ、後工程の位置決めの際、正確な位置合
わせができないという問題点がある。また、ウェハ外縁
のデフォーカスはラインセンサ上の投影像のボケを生じ
させるため、該ラインセンサの測定有効長さ以内にこの
ボケ分も含ませる必要があり、ラインセンサの測定有効
長さを長くしなければならないという問題点もある。

【００１１】本発明は、上記従来の技術が有する問題点
に鑑みてなされたもので、半導体ウェハ外縁の外縁像の
デフォーカスエラーを極小化して、オリエンテーション
フラット位置の検出精度を向上させるオリフラ検知ステ
ージを提供することを目的をしている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体の微細
パターン焼付けに使用される半導体ウェハを保持するウ
ェハチャックと、該ウェハチャックを、前記半導体ウェ
ハの面内で回転させる回転手段と、前記半導体ウェハの
外縁を証明するための投光手段と、該投光手段に対向し
、前記半導体ウェハの外縁像が投影光学系を通して投影
される受光手段と、前記回転手段によって前記ウェハチ
ャックを回転させながら、前記受光手段の受光量に相当
する出力信号に基づいて、前記ウェハチャックの回転角
度に対応する前記半導体ウエハの外縁一周分のエッジ位
置を、複数の計測ポイントについて計測し、そのエッジ
位置から前記半導体ウェハのオリエンテーションフラッ
ト位置を判別するオリフラ判別手段を有するオリフラ検
知ステージにおいて、前記エッジ位置の計測時に、前記
受光手段に投影される、各計測ポイントに関る外縁像の
デフォーカスエラーを極小化するためのオートフォーカ
ス手段を有するものである。

【００１３】前記オートフォーカス手段が、半導体ウェ
ハの外縁について、投光手段の出射光軸方向の位置を検
知するための変位センサと、投影光学系を前記出射光軸
方向へ移動させるための光学系移動手段と、予め計測し
た、半導体ウェハの前記出射光軸方向の外縁位置とその
外縁像の合焦点との関係から、前記変化センサが検出し
た外縁位置に基づいて前記各計測ポイントに関る外縁像
の合焦点を求め、該合焦点が受光手段上になるように前
記光学系移動手段を駆動する光学系駆動手段とを有する
もの、あるいは、前記オートフォーカス手段が、受光素
子の出力信号から、各計測ポイントに関る外縁像のデフ
ォーカスエラーを検出するデフォーカス検出手段と、エ
ッジ位置の計測時に、前記デフォーカス検出手段が検出
した検出デフォーカスエラーを観測しながら、該検出デ
フォーカスエラーが、予め定めた前記デフォーカスエラ
ーの許容範囲内に入るように補正する補正手段とを有す
るものとが考えられ、さらに、前記オートフォーカス手
段の補正手段が、投影光学系を投光手段の出射光軸方向
に移動させるための光学系移動手段と、該光学系移動手
段を駆動する光学系駆動手段とを有するものと、投影光
学系がズームレンズを備えており、前記オートフォーカ
ス手段の補正手段が前記ズームレンズを駆動する光学系
駆動手段を有するものとがある。

【００１４】また、前記オリフラ判別手段が判別したオ
リエンテーションフラット位置を基準にして半導体ウェ
ハを所望の位置へ移動させるための位置合わせ手段を有
するものが考えられる。

【００１５】

【作用】本発明のオリフラ検知ステージは、半導体ウェ
ハのエッジ位置の計測時に受光手段に投影される、各計
測ポイントに関る外縁像のデフォーカスエラーをオート
フォーカス手段によって極小化することで、前記外縁像
を前記受光手段上で合焦した状態にすることができ、該
受光手段の受光量に相当する出力信号は前記デフォーカ
スエラーを含まないものにすることができる。

【００１６】前記オートフォーカス手段によるデフォー
カスエラーの極小化については、投影光学系と半導体ウ
ェハ外縁との距離を調整する場合と、受光手段における
外縁像のデフォーカスエラーを所定のトレランス内に抑
える場合とが考えられる。投影光学系と半導体ウェハ外
縁との距離を調整する場合、半導体ウェハの外縁につい
て、投光手段の出射光軸方向の外縁位置を変位センサを
用いて計測し、計測した外縁位置から、予め計測されて
いる、外縁像が合焦状態のときの外縁位置と合焦点との
関係に基づいて、各計測ポイントに関る外縁像の合焦点
を求めて、該合焦点が受光手段上になるように、前記投
影光学系を前記出射光軸方向に移動させる。

【００１７】また、外縁像のデフォーカスエラーを所定
のトレランス内に抑える場合、受光手段の出力信号から
各計測ポイントに関る外縁像のデフォーカスエラーをデ
フォーカス検出手段によって求め、求めたデフォーカス
エラーを観測しながら補正手段によって該デフォーカス
エラーを所定のトレランス内に抑える。この場合、補正
手段が、投影光学系を、投光手段の出射光軸方向に移動
させてデフォーカスエラーを抑えるものと、ズームレン
ズを備えた投影光学系の前記ズームレンズを駆動して前
記デフォーカスエラーを抑えるものとがある。

【００１８】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００１９】図１は本発明のオリフラ検知ステージの第
１の実施例を示す図である。

【００２０】本実施例のオリフラ検知ステージは、オリ
フラ検知ベース８のステージベース７に、位置合わせ手
段であるＹステージ５およびＸステージ３が順に設けら
れており、さらに、該Ｘステージ３上に、半導体ウエハ
１を保持するウエハチャック２が載置されている。前記
Ｙステージ５はウエハチャック２を図中Ｙ軸方向へ移動
させるためのＹ軸アクチュエータ６を備え、前記Ｘステ
ージ３はウエハチャック２を図中Ｘ軸方向へ移動させる
ためのＸ軸アクチュエータ４を備えている。前記ウエハ
チャック２は、その中心（以下、「チャック中心」と称
する。）を軸にしてその面内で前記半導体ウエハ１を回
転させる回転手段（不図示）を備えている。また、前記
チャック中心と同じＹ座標位置には前記半導体ウエハ１
の外縁の一部位を照明するための発光素子９が固定され
、さらに、該発光素子９に対する受光素子であるライン
センサ１３が前記半導体ウエハ１の外縁の像（以下、「
ウエハ外縁像」と称す。）が投影されるように配置され
ている。

【００２１】このラインセンサ１３は、ドライブ基盤１
４上に固定されて、前記ウエハ外縁像を前記ラインセン
サ１３に投影するための複数の投影レンズからなる投影
光学系１１が固定されたレンズ鏡筒１２の一端に取付け
られる。前記レンズ鏡筒１２は、前記オリフラ検知ベー
ス８上に設置された、光学系移動手段であるＺ軸補正ア
クチュエータ１８によって、直動ガイド１７ａ，１７ｂ
に沿って発光素子９の出射光軸方向であるＺ軸方向に移
動される取付板１５に取付けられている。これによって
、前記ラインセンサ１３は前記チャック中心と同じＹ座
標でかつ規定のＸ座標に相当する位置に配され、その位
置において、前記投影光学系１１とともに前記半導体ウ
エハ１の外縁とオリフラ検知ベース８との間で前記Ｚ軸
方向に移動可能となっている。前記ウエハ外縁像が投影
されたラインセンサ１３の、受光量に相当するセンサ出
力は、オリフラ判別手段である信号処理部２２によって
取込まれ、該信号処理部２２において、前記センサ出力
に基づいて、前記半導体ウエハ１の外縁のチャック中心
からの距離を示すエッジ位置（図中Ｘ方向位置）を、複
数の外縁位置について計測し、そのエッジ位置から前記
半導体ウエハ１のオリフラ位置を検出する。本実施例で
は、前記回転手段によって半導体ウエハ１を回転させな
がら等角度間隔で複数の計測ポイントについてエッジ位
置の計測を行ない、その半導体ウエハ１の回転角度に対
するエッジ位置からオリフラ位置の角度を求める。また
、信号処理部２２は、前記エッジ位置の計測に先立って
、ウエハチャック２の静止中に、該半導体ウエハ１の任
意の外縁部についてのウエハ外縁像の、ラインセンサ１
３におけるデフォーカスエラーに相当するボケ量を検出
する。前記信号処理部２２が検出した、ウエハ外縁像の
検出ボケ量とオリフラ位置は光学系駆動手段を備えた演
算制御部２６へ通知される。

【００２２】演算制御部２６は、検出ボケ量については
、予め計測した、ウエハ外縁像のボケ量に対する半導体
ウエハ１の外縁のＺ方向位置と前記ラインセンサ１３の
、ウエハ外縁像の合焦位置との関係から、前記検出ボケ
量を補正するためのＺ軸補正量を検出する。そして、検
出したＺ軸補正量にしたがってＺ補正駆動部２１を介し
て、前記Ｚ軸駆動アクチュエータ１８を駆動することで
、前記ラインセンサ２３をウエハ外縁像の合焦位置へ調
整する。また、オリフラ位置については、該オリフラ位
置を基準にして、前記半導体ウエハ１の、不図示の露光
用ウエハステージへ搬送するロードハンドへの受渡し位
置との位置ずれ量を図中Ｘ軸方向、Ｙ軸方向および回転
方向について求め、求めた各位置ずれ量にしたがって半
導体ウエハ１の前記受渡し位置への位置合わせを行なう
。この半導体ウエハ１の位置合わせについては、Ｘ軸駆
動部２５、Ｙ軸駆動部２４およびθ軸駆動部２３を介し
て、それぞれ、Ｘ軸アクチュエータ４、Ｙ軸アクチュエ
ータ６および前記回転手段を駆動することによって行な
う。さらに、演算制御部２６は、前記エッジ位置の計測
に際して、ＬＥＤ駆動部１９を介して発光素子９の点灯
、消灯をコントロールするとともに、θ軸駆動部２３を
介して前記回転手段の回転をコントロールする。

【００２３】また、前記取付板１５には、半導体ウエハ
１側の表面の該半導体ウエハ１の外縁に相当する一部位
に、前記レンズ鏡筒１２の取付位置から、チャック中心
に対してΔθの角度間隔を設けて、前記半導体ウエハ１
の外縁と前記取付板１５との間の距離を計測するための
変位センサ１６が配置されている。この変位センサ１６
のセンサ出力はＺ変位センサアンプ２０を通して、演算
制御部２６へ転送され、該演算制御部２６にて前記セン
サ出力に基づいて、前記取付板１５と半導体ウエハ１の
外縁との間のＺ方向距離を求める。このＺ方向距離とし
ては、まず前記エッジ位置計測に先立ってラインセンサ
１３がウエハ外縁像の合焦位置に調整された際の、該ウ
エハ外縁像に関る外縁部について求め、その値を、エッ
ジ位置計測における各計測ポイントについてのウエハ外
縁像をラインセンサ１３に合焦させるためのＺ基準値Ｚ
ｏとして記憶する。そして、前記エッジ位置の計測中に
は、各エッジ位置の計測ポイントに対応する外縁部につ
いてＺ方向距離Ｚｉ（ｉ＝１，…，ｎ）を検出してその
検出Ｚ方向距離Ｚｉと前記Ｚ基準値Ｚｏとの差（ΔＺ＝
Ｚｏ−Ｚｉ）を求め、求めた差ΔＺに基づいて前記Ｚ軸
補正駆動アクチュエータ１８を駆動して各計測ポイント
に対する外縁部の前記取付板１５との距離がＺ基準値Ｚ
ｏに相当する距離となるように調整する。

【００２４】つづいて、本実施例の動作について図２に
示すフローチャートに沿って説明する。

【００２５】図２はオリフラの検出から半導体ウエハの
位置合わせまでの一連の動作を示すフローチャートであ
る。

【００２６】オリフラ検出の開始時には、半導体ウエハ
１はオリフラが任意の方向を向いた状態でウエハチャッ
ク２に吸着保持されており、このとき、半導体ウエハ１
の中心（以下、「ウエハ中心」と称す。）とチャック中
心との間には、半導体ウエハ１をウエハチャック２上に
搬送する際の誤差によって生じる規定値内の偏心を持っ
ている。また、Ｘステージ３およびＹステージ５は計測
開始時の所定の位置にある。

【００２７】最初に、演算制御部２６がＬＥＤ駆動部１
９を駆動して発光素子９を点灯させる。

【００２８】この状態で、発光素子９が発した投光ビー
ムＰの光路上の外縁部（図１中計測ポイントＰｏ）につ
いての、ラインセンサ３におけるウエハ外縁像のボケ量
を検出して、該ウエハ外縁像の合焦位置へ、前記ライン
センサ１３を移動させるためのＺ補正量を求め、該Ｚ補
正量に基づいてＺ軸補正アクチュエータ１８を駆動する
。これによって、前記計測ポイントＰｏにおけるウエハ
外縁像は、ラインセンサ１３上に結像する（図１中結像
点ＰＬ　）。その後、回転手段を駆動して、前記半導体
ウエハ１の計測ポイントＰｏが取付板１５の変位センサ
１６上に位置するように、前記ウエハチャック２を角度
Δθ分回転させる。そして、その状態で変位センサ１６
のセンサ出力から、取付板１５と前記計測ポイントＰｏ
との間の距離を求めて、その距離を前記Ｚ基準値Ｚｏと
して演算制御部２６に記憶する（Ｓ２０１）。

【００２９】つづいて、前記回転手段を駆動して、ウエ
ハチャック２を回転させ、その等速回転中に、前記半導
体ウエハ１の外縁一周分のエッジ位置を等角度間隔で、
複数の計測ポイントＰｉ（ｉ＝１，２，…ｎ）について
計測する（Ｓ２０２）。

【００３０】このエッジ位置の計測中は、各計測ポイン
トＰｉについて、該計測ポイントＰｉの計測以前に、対
応する外縁部と取付板１５との間のＺ方向距離Ｚｉを求
め、計測ポイントＰｉの計測時には、前記Ｚ方向距離Ｚ
ｉと前記Ｚ基準値Ｚｏとから、その外縁部についてのウ
エハ外縁像に対して前記ラインセンサ１３が合焦位置と
なるようにＺ位置補正を行なう。

【００３１】このＺ位置補正は、前述したように、Ｚ方
向距離Ｚｉと基準値Ｚｏとの差ΔＺが０となるように前
記Ｚ軸補正駆動アクチュエータ１８を駆動することによ
りなされる。このＺ方向距離Ｚｉの計測とＺ軸補正駆動
アクチュエータ１８の駆動とは、ウエハチャック２が前
記変位センサ１６とラインセンサ１３との配置位置の角
度差Δθ分回転する間に行なわれなければならず、本実
施例では、前記回転手段によるウエハチャック２の角度
Δθ分の回転時間と、前記Ｚ方向距離Ｚｉの計測からラ
インサンサ１３のＺ位置補正完了までの時間とが等しく
設定されており、各計測ポイントＰｉにおけるウエハ外
縁像に対して、ラインセンサ１３が合焦位置に調整され
た状態で各エッジ位置の計測が行なわれるようになって
いる。

【００３２】上述のようにして、全計測ポイントＰｉに
ついてエッジ位置の計測が終了した後、前記発光素子９
を消灯させる。

【００３３】各計測ポイントＰｉについてのエッジ位置
の計測方法は、前記ラインセンサ１３が発光素子９から
一定時間内に受光した光量によって蓄積された電荷を示
すセンサ出力が信号処理部２４によって取込み、該信号
処理部２４によって、前記センサ出力と前記ラインセン
サ１３のチャック中心からの取り付け位置とから、各計
測ポイントＰｉについてのエッジ位置を求める。半導体
ウエハ１の外縁一周分の計測終了後、ウエハチャック２
が停止するまでに回転した角度をオーバーランの回転量
βとして記憶し、半導体ウエハ１の位置合わせの際の補
正駆動時にフィードバックする。

【００３４】ウエハチャック２の回転角θに対するチャ
ック中心からウエハエッジまでの距離ｌの軌跡を示した
ものが図３である。この軌跡は、チャック中心とウエハ
中心とに偏心がないときは半導体ウェハ１の円弧に相当
するゆるやかなカーブは直線となる。

【００３５】つづくステップＳ２０３からステップＳ２
０８までまでは計測データの計算処理を行ない、オリフ
ラの位置を判別する。

【００３６】このオリフラ位置の判別においては、図３
に示したチャック中心からウエハエッジまでのエッジ距
離の変化を示すデータ列ｌをスキャンして極小値を検索
し、極小値およびその極小値をとる回転角を記憶する（
Ｓ２０３）。このとき、計測誤差があると極小値が多数
発生する場合があるので、計測誤差よりも大きい値で量
子化する。例えば、エッジ距離が微小量の変動を繰返し
た場合、それによって生じる極小値は無視してそれ以上
の変動によって生じた極小値のみ認識する。

【００３７】極小値の数は偏心とオリフラの向いている
方向の関係により、１個あるいは２個であり、１個の場
合はその部分がオリフラに相当するが、２個ある場合に
はどちらがオリフラか判断する必要がある（Ｓ２０４）
。ここでは、極小値の個数によってオリフラ判別の必要
性、すなわち極小値の個数を判断し、極小値が１個でオ
リフラ判別の必要がなければ処理をステップＳ２０７に
移している。

【００３８】極小値が２個の場合には、オリフラに相当
する部分ではデータ列ｌの変化率が偏心による変化と比
較して大きいので、以下の手順でオリフラ判別を行なう
。

【００３９】まず、ステップＳ２０５では、各極小値か
ら左右にデータ列ｌをスキャンし、その極小値に微小量
Δｌを加えた値をとる回転角（図３においてθ１１，θ
１２，θ２１，θ２２）を探す。微小量Δｌの設定は任
意であるが、スキャン中に２個の極小値の間にある極大
値を超えないようにする必要があり、決定方法の１つと
して、データ列ｌにおける極大値の小さい方と極小値の
大きい方との差をΔｌとする方法がある。

【００４０】つづいて、ステップＳ２０６では、ΔΘ１
　＝θ１２−θ１１ ΔΘ２　＝θ２２−θ２１ として、ΔΘ１　とΔΘ２　のうち小さい値を示す方が
オリフラに相当すると判断する。

【００４１】ステップＳ２０７では、オリフラに相当す
る部分の計測点の組（θｉ　，ｌｉ　）から、チャック
中心を原点としたｘ−ｙ座標系でのウエハエッジ位置座
標（ｘｉ　，ｙｉ　） ｘｉ　＝ｌｉ　ｃｏｓ　θｉ　 ｙｉ　＝ｌｉ　ｓｉｎ　θｉ　 を求め、最小二乗法を用いてオリフラが乗っている直線
の式ｙ＝ａｘ＋ｂを求める。但し、この計算に用いる計
測点は確実にオリフラ上の点でなければならず、この計
測点は、ウエハ径、オリフラの長さ、偏心の最大可能性
から決定できる。具体的には、ウエハ半径をｒ、オリフ
ラの長さをｓ、偏心の最悪値をｄ，一周の計測点数をｎ
とすると、必ずオリフラ上に乗っている計測点数は、下
式で求められる整数ｍをもちいて、２ｍ＋１個となる。

【００４２】

【数１】 しかし、半導体ウエハ１を等速回転させながら計測する
場合、計測時間中にオリフラ部が終わって円弧の部分に
なってしまう可能性がある。故に、最小二乗法に用いる
計測点は両端を除き、極小値を含んで両側へｍ個ずつ、
即ち全部で２ｍ−１個とする。

【００４３】図４はチャック中心を原点とした座標系で
半導体ウエハ１を示したものであり、ｙ＝ａｘ＋ｂで示
される直線がオリフラの乗っている直線である。

【００４４】ステップＳ２０８では、図４において、ス
テップＳ２０７で求めた直線の式ｙ＝ａｘ＋ｂに対して
チャック中心１００から下ろした垂線がｘ軸正方向とな
す角度、すなわちオリフラ方向を示す角度θＯＦと、垂
線の長さ、すなわちチャック中心１００からオリフラま
での距離ｌＯＦとを下式から求める。

【００４５】ａ≠０のとき、 θＯＦ＝ｔａｎ　−１（−１／ａ）

【００４６】

【数２】 ａ＝０のとき、 ｂ＞０ならばθＯＦ＝９０° ｂ＞０ならばθＯＦ＝−９０° ここで（ｘｃ　，ｙｃ　）は前記垂線の足の座標である
。但し、ここではθＯＦはｔａｎ　−１で求めているの
で、−９０°＜θＯＦ＜９０°となっている。したがっ
て、第２，第３象限にオリフラがあった場合には補正す
る必要がある。 具体的には、 ａ＊ｂ＞０のとき、 θＯＦ＝θＯＦ＋１８０° という処理を加えれば良い。

【００４７】その後、ステップＳ２０９からステップＳ
２１１まででは、半導体ウエハ１をロードハンド（不図
示）に受渡す位置まで計算値に基づいて補正駆動を行な
う。まず、ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８で
求めたオリフラ方向θＯＦに前述した計測時のオーバー
ランの回転量βと１ポイントの計測時間中に動く角度γ
とを加味してオリフラが指定方向を向くように下式を用
いてθ補正駆動量Δθを算出する。

【００４８】

【数３】 ここで、αは、半導体ウエハ１をロードハンド（不図示
）に受渡す際のオリフラの指定方向がＸ軸正方向となす
角度である。そして、前記回転手段を駆動してウエハチ
ャック２を駆動量が少ない方向に回転させる。このとき
、バックラッシュを除くため、最終的には計測時と同じ
回転方向からの突き当てとする。

【００４９】次に、ステップＳ２１０では、ステップＳ
２０８で求めたチャック中心からオリフラまでの距離ｌ
ＯＦを用いてステップＳ２０９で指定方向を向いたオリ
フラｙ座標位置がＸ方向突き当て時のｙ座標位置になる
ように、Ｙ軸アクチュエータ６を駆動してＹステージ５
を移動させる。

【００５０】ステップＳ２１１では、ラインセンサ１３
および発光素子７を用い、信号処理部２２を通してウエ
ハエッジ位置を検出しながら、Ｘ軸アクチュエータ４を
駆動してＸステージ３を移動させ、一方向からの突き当
てで半導体ウエハ１を所定のロードハンドへの受渡し位
置へ移動させる。

【００５１】次に、本発明の第２実施例について図５を
参照して説明する。

【００５２】図５に示す本実施例のオリフラ検知ステー
ジは、前述の図１に示した第１実施例のものから、変位
センサ１６およびＺ変位センサアンプ２０を取除いた構
成にしたものである。

【００５３】このオリフラ検知ステージの場合、前述の
図２に示したフローチャートにおいて、半導体ウエハ１
のＺ軸補正基準値を計測するステップＳ２０１とエッジ
位置の計測を行なうステップＳ２０２の、半導体ウエハ
１のＺ位置補正とに相当する動作が前述の第１実施例の
場合と異なる。

【００５４】本実施例の場合、ラインセンサ１３のセン
サ出力を、デフォーカス検出手段を兼備えた信号処理部
２２が取込んで、そのセンサ出力からウエハ外縁像のデ
フォーカスエラーに相当するボケ量を検出する。そして
、この検出ボケ量が、予め定められているトレランス内
に入るように、演算制御部２６によってＺ補正駆動部２
１を介して光学系移動手段であるＺ軸補正アクチュエー
タ１８を駆動するというフィードバック系を構成してい
る。

【００５５】このフィードバック系を、エッジ位置の計
測中に動作させることにより、各計測ポイントに関るウ
エハ外縁像のボケ量が、常に、所望のトレランス内に収
まることになり、前記ウエハ外縁像のデフォーカスエラ
ーの極小化による位置合わせの精度向上を図っている。

【００５６】また、ラインセンサ１３のＺ位置駆動手段
としては、前述の第１および第２実施例に示したような
、Ｚ軸補正アクチュエータ１８を用いるものの他に、投
影光学系１１が取付けられた取付板１５を固定として、
前記投影光学系１１を、ズームレンズを備えたものとし
、そのズームを変化させるアクチュエータを備えた構成
とし、前述の第２実施例と同様なフィードバック系によ
って前記アクチュエータを駆動することで、同様に、ウ
エハ外縁像をラインセンサ１３上に合焦させることがで
きる。

【００５７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、下記のような効果を奏する。 （１）半導体ウエハのエッジ位置の計測時に、各計測ポ
イントに関る外縁像を受光手段に対して合焦状態とする
ことができるので、前記受光手段の出力信号は、半導体
ウエハの外縁のうねりや回転軸ぶれ等によって生じる、
外縁像のデフォーカスエラーの影響を受けないものとな
り、オリエンテーションフラット位置の検出精度が向上
する。 （２）オリエンテーションフラット位置の検出後に、位
置合わせ手段によって行なう半導体ウエハの位置合わせ
工程においても、前記オリエンテーションフラット位置
を基準にして行なうので、高精度な位置合わせが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオリフラ検知ステージの一実施例を示
す図である。

【図２】本発明のオリフラ検知ステージの動作の一例を
示すフローチャートである。

【図３】ウエハチャックの回転角θに対するチャック中
心からウエハエッジまでの距離ｌの変化を示す図である
。

【図４】ｘ−ｙ座標系における半導体ウエハ１を示す平
面図である。

【図５】本発明のオリフラ検知ステージの他の実施例を
示す図である。

【図６】従来のオリフラ検知ステージを示す図である。

【図７】従来のオリフラ検知ステージによって検出した
、ウエハチャックの回転角に対するウエハ外縁位置デー
タの変化と該ウエハ外縁位置データの圧縮データを示す
図である。

【図８】従来のオリフラ検知ステージの、オリエンテー
ションフラット中心を検出するための方法を示す図であ
り、（ａ）はオリエンテーションフラット部分のウエハ
外縁位置データｌｉ　，ｍｉ　（ｉ＝１，…，ｎ）の変
化を示す図、（ｂ）は（ａ）に示すウエハ外縁位置デー
タｌｉ　，ｍｉ　に対する（ｌｉ　＋ｍｉ　）／２の頻
度を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　半導体ウエハ ２　　　　ウエハチャック ３　　　　Ｘステージ ４　　　　Ｘ軸アクチュエータ ５　　　　Ｙステージ ６　　　　Ｙ軸アクチュエータ ７　　　　ステージベース ８　　　　オリフラ検知ベース ９　　　　発光素子 １０　　　　コリメーションレンズ １１　　　　投影光学系 １２　　　　レンズ鏡筒 １３　　　　ラインセンサ １４　　　　ドライブ基盤 １５　　　　取付板 １６　　　　変位センサ １７　　　　直動ガイド １８　　　　Ｚ軸補正アクチュエータ １９　　　　ＬＥＤ駆動部 ２０　　　　Ｚ変位センサアンプ ２１　　　　Ｚ補正駆動部 ２２　　　　信号処理部 ２３　　　　θ軸駆動部 ２４　　　　Ｙ軸駆動部 ２５　　　　Ｘ軸駆動部 ２６　　　　演算制御部 １００　　　　チャック中心 １０１　　　　ウエハ中心 Ｓ２０１〜Ｓ２１１　　　　ステップ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体の微細パターン焼付けに使用さ
   れる半導体ウェハを保持するウェハチャックと、該ウェ
   ハチャックを、前記半導体ウェハの面内で回転させる回
   転手段と、前記半導体ウェハの外縁を照明するための投
   光手段と、該投光手段に対向し、前記半導体ウェハの外
   縁像が投影光学系を通して投影される受光手段と、前記
   回転手段によって前記ウェハチャックを回転させながら
   、前記受光手段の受光量に相当する出力信号に基づいて
   、前記ウェハチャックの回転角度に対応する前記半導体
   ウェハの外縁一周分のエッジ位置を、複数の計測ポイン
   トについて計測し、そのエッジ位置から前記半導体ウェ
   ハのオリエンテーションフラット位置を判別するオリフ
   ラ判別手段とを有するオリフラ検知ステージにおいて、
   前記エッジ位置の計測時に、前記受光手段に投影される
   、各計測ポイントに関る外縁像のデフォーカスエラーを
   極小化するためのオートフォーカス手段を有することを
   特徴とするオリフラ検知ステージ。
2. 【請求項２】　　オートフォーカス手段が、半導体ウェ
   ハの外縁について、投光手段の出射光軸方向の外縁位置
   を検知するための変位センサと、投影光学系を前記出射
   光軸方向へ移動させるための光学系移動手段と、予め計
   測した、半導体ウェハの前記出射光軸方向の外縁位置と
   その外縁像の合焦点との関係から、前記変位センサが検
   出した外縁位置に基づいて前記各計測ポイントに関る外
   縁像の合焦点を求め、該合焦点が受光手段上になるよう
   に前記光学系移動手段を駆動する光学系駆動手段とを有
   することを特徴とする請求項１記載のオリフラ検知ステ
   ージ。
3. 【請求項３】　　オートフォーカス手段が、受光素子の
   出力信号から、各計測ポイントに関る外縁像のデフォー
   カスエラーを検出するデフォーカス検出手段と、エッジ
   位置の計測時に、前記デフォーカス検出手段が検出した
   検出デフォーカスエラーを計測しながら、該検出デフォ
   ーカスエラーが、予め定めた前記デフォーカスエラーの
   許容範囲内に入るように補正する補正手段とを有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のオリフラ検知ステージ。
4. 【請求項４】　　オートフォーカス手段の補正手段が、
   投影光学系を投光手段の出射光軸方向に移動させるため
   の光学系移動手段と、該光学系移動手段を駆動する光学
   系駆動手段とを有することを特徴とする請求項３記載の
   オリフラ検知ステージ。
5. 【請求項５】　　投影光学系がズームレンズを備えてお
   り、オートフォーカス手段の補正手段が前記ズームレン
   ズを駆動する光学系駆動手段を有することを特徴とする
   請求項３記載のオリフラ検知ステージ。
6. 【請求項６】　　オリフラ判別手段が判別したオリエン
   テーションフラット位置を基準にして半導体ウェハを所
   望の位置へ移動させるための位置合わせ手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載のオ
   リフラ検知ステージ。