JPH04284647A - ウエハの中心位置検出方法及びその装置 - Google Patents

ウエハの中心位置検出方法及びその装置

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JPH04284647A
JPH04284647A JP3072058A JP7205891A JPH04284647A JP H04284647 A JPH04284647 A JP H04284647A JP 3072058 A JP3072058 A JP 3072058A JP 7205891 A JP7205891 A JP 7205891A JP H04284647 A JPH04284647 A JP H04284647A
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史 加賀美
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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】この発明はウエハの中心位置検出
方法及びその装置に関するもので、更に詳細には、ウエ
ハを回転自在に保持する保持手段の回転中心からのウエ
ハの中心位置の偏心状態を検出するウエハの中心位置検
出方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、プローブ装置、エッチング装置、
アッシング装置等の各種の半導体製造装置では、ウエハ
の位置合せが行われている。このうち、例えばウエハに
設けられたチップの電気的特性を検査するプローブ装置
では、精密位置合せの前にプリアライメント装置によっ
てやや粗い位置合せ(プリアライメント)がなされてい
る。
【0003】このプリアライメントは、ウエハを回転自
在に保持するウエハチャックの回転中心にウエハの中心
位置を合せると共に、ウエハの一部を切欠したオリエン
テーションフラット(以下にオリフラという)の位置合
せを行う。
【0004】プリアライメントを光学的に非接触で行う
装置としては、図13に示すものが知られている。同図
において、1は半導体のウエハであり、ウエハ1はウエ
ハチャック2上に回転自在に保持されている。ウエハ1
の周縁部にはこれを挟むように光源100 と受光素子
101 とが対向配置されており、ウエハチャック2に
よりウエハ1を回転させながら受光素子101 に入射
する光量の測定を行う。なお、1aはオリフラである。
【0005】ウエハ1がウエハチャック2に対して偏心
していると、ウエハ1の回転位置によってウエハ1が光
源100 からの光を遮る面積が変り、受光素子101
 に入射する光量が変化する。このため、受光素子10
1 の受光出力よりウエハチャック2上のウエハ1の外
形情報が得られ、ウエハ1の偏心状態が検出される。そ
して、この検出結果よりウエハ1の位置合せがなされて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のプリアライメント装置では、測定有効長さが約数セ
ンチの特殊な線状の受光素子101 が必要であり、ま
た、光源100 にも数センチ程度に亘って均一な光強
度を有するものが必要となる。また、受光素子101 
からのアナログ出力を数多くのデジタル量に変換する必
要があり、更には、受光素子101 、光源100 の
劣化等によって測定結果が変動し易いという問題もあっ
た。
【0007】ところで、最近ではシリコン等の不透明な
ウエハばかりではなく、石英ガラス、水晶あるいはガリ
ウムヒ素等の検査光を透過するウエハもある。しかし、
このような検査光を透過するウエハに対して上記の従来
装置を適用しても、光源100からの照射光はウエハを
透過してしまって光量変化を検出することができない。
【0008】この発明は上記事情に鑑みなされたもので
、ウエハを回転自在に保持する保持手段の回転中心から
のウエハの中心位置の偏心状態を簡単な構成にて迅速か
つ高い信頼性をもって検出することができるウエハの中
心位置検出方法及びその装置を提供することを目的とす
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第1のウエハの中心位置検出方法は、保
持手段により回転自在に保持されるウエハの実際の外周
とウエハの中心位置が保持手段の回転中心に一致してい
るときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡との2
つの交点を光学的に検出し、上記保持手段の回転中心に
対して検出された上記交点間のなす中心角と予め知られ
ている上記ウエハの半径とに基いて、保持手段の回転中
心からウエハの中心位置が偏心している偏心方向及び偏
心量を求めるものである。
【0010】また、この発明の第2のウエハの中心位置
検出装置は、第1の発明の方法を実施するための装置で
あって、ウエハを回転自在に保持する保持手段と、上記
ウエハの中心位置が上記保持手段の回転中心に一致して
いるときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡に臨
ませて設けられ、ウエハの外周位置を光学的に検出する
ためのセンサと、上記保持手段の回転角を検出する回転
角度検出手段と、上記センサが上記保持手段により回転
されるウエハの外周位置を検出した2つの検出点におけ
る上記回転角度検出手段の検出回転角度と予め知られて
いる上記ウエハの半径とに基いて上記保持手段の回転中
心からウエハの中心位置が偏心している偏心方向及び偏
心量を演算する演算手段とを具備するものである。
【0011】更に、この発明の第3のウエハの中心位置
検出方法は、ウエハの中心位置がウエハを回転自在に保
持する保持手段の回転中心に一致しているときに、ウエ
ハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡に対して保持手段の
回転方向に僅かに内側及び外側の2点においてウエハの
有無を光学的に検出し、上記ウエハを上記保持手段の1
つの回転半径方向に順次移動量を減衰させつつかつ交互
に逆方向に移動させて、各移動ごとに保持手段によりウ
エハを回転したときに上記2点におけるウエハの有無の
情報により、上記保持手段の回転中心からのウエハの中
心位置の偏心量を求めるものである。
【0012】また、この発明の第4のウエハの中心位置
検出装置は、第3の発明の方法を実施するために用いら
れるものであって、ウエハを回転自在に保持する保持手
段と、上記ウエハの中心位置が上記保持手段の回転中心
に一致しているときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外
周軌跡に対して上記保持手段の回転半径方向に僅かに内
側及び外側に位置させて設けられ、ウエハの有無を光学
的に検出するセンサと、上記保持手段により上記ウエハ
を回転したときに上記センサから得られる出力に基き保
持手段の回転中心からのウエハの中心位置の偏心量を判
定する判定手段とを具備するものである。
【0013】この発明において、上記保持手段は、ウエ
ハを回転自在に保持できるものであれば真空チャック等
のようなものでよい。
【0014】上記センサは、ウエハを挾むように対向配
置される光源と受光素子とからなる透過型センサでも、
あるいは、光源と光源から発せられウエハで反射された
反射光を受光する受光素子とからなる反射型センサでも
よい。この場合、反射型センサでは、ウエハが透明材質
でも不透明材質でも材質に影響されることなく検知でき
るのでより好ましい。一方、透過型センサでは、ウエハ
の端部においては光源からの照射光が拡散ないし散乱さ
れて受光量が低下することを利用することにより、ウエ
ハの端部(外周位置)を検出することが可能である。
【0015】上記回転角度検出手段は、電気的、光学的
等のような手段で検出するものでよく、例えばロータリ
エンコーダを用いたり、あるいは、ステッピングモータ
を用いて保持手段の回転駆動をも兼用させるようにして
もよい。
【0016】上記演算手段、判定手段は、例えば中央演
算処理装置(CPU)にて形成できる。
【0017】
【作用】この発明の第1の方法並びに第2の装置にあっ
ては、ウエハの実際の外周と仮想ウエハ外周軌跡との同
径の2つの円を考えて、2つの円が交わる交点より幾何
学的にウエハの偏心状態を決定している。この場合、保
持手段の回転中心に対して2つの交点間のなす中心角を
θとすると、偏心方向は中心角θの二等分線(θ/2方
向)上にあり、またウエハの半径をrとすると、偏心量
は2rcos(θ/2)である。
【0018】また、この発明の第3の方法並びに第4の
装置にあっては、仮想ウエハ外周軌跡に対して保持手段
の回転半径に僅かに内側及び外側の2点でウエハの有無
を光学的に検出しているので、ウエハが偏心している場
合には、ウエハを1回転すると、2点のいずれでもウエ
ハを検知できるときがあるが、ウエハが偏心していない
場合(あるいは、ウエハの中心位置が保持手段の回転中
心に近接した場合)には、ウエハを1回転しても内側の
点では常にウエハを検知できるが、外側の点では全くウ
エハを検知できない。このことから、ウエハの偏心量が
わかる。特に第3の方法では、ウエハを保持手段の1つ
の回転半径方向に順次移動量を減衰させつつかつ交互に
逆方向に移動させてウエハの中心位置を保持手段の回転
中心に接近させるようにしているので、少ない回数でか
つ確実に位置合せができる。
【0019】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。
【0020】図1において、1は半径rの円形状をなし
その外周のー部にオリフラ1aを有するウエハである。 ウエハ1はこれを回転自在に保持する保持手段としてウ
エハチャック2上に真空吸着されている。ウエハチャッ
ク2の回転中心0とウエハ1の中心位置Cとが一致して
いるとしたときにウエハ1の外周が描く仮想ウエハ外周
軌跡はSであり、仮想ウエハ外周軌跡S上にはこれに臨
ませてウエハ1の外周位置(端部)を光学的に検出する
ための反射型センサ3が設けられている。また、ウエハ
チャック2にはその回転角度を検出するロータリエンコ
ーダ、ステッピングモータ等の回転角度検出手段4が設
けられる。反射型センサ3、回転角度検出手段4の検出
出力は、図2に示すように、CPU等の演算手段5に入
力されるようになっている。
【0021】反射型センサ3は、図3及び図4に示すよ
うに、その下面の中央に設けられた受光素子6と、その
外周部に等間隔に複数(図面では4個の場合を示す)設
けられた光源7とを有している。図示のように、1つの
光源7のみがウエハ1に対向したときでも、光源7から
の光はウエハ1で反射されて受光素子6に入射され、ウ
エハ1がセンサ3の下方に存在することが検知される。 反射型センサ3では、ウエハ1が透明な材質のもの、例
えば石英ガラス、水晶、あるいは検査光を透過するガリ
ウムヒ素などの検知もできる。なお、図3、図4では、
説明の都合上、ウエハ1に対して反射型センサ3を拡大
して示したが、反射型センサ3の実際の外形寸法は数m
m程度のものである。
【0022】ウエハ1は、後述する搬入手段9により、
図1のようにウエハチャック2上に搬入されるが、通常
、ウエハ1の中心位置Cとウエハチャック2の回転中心
Oとは図示のように位置ずれした状態で置かれる。そこ
でこの場合のウエハの中心位置Cの検出方法を次に述べ
る。
【0023】ウエハ1を保持した状態でウエハチャック
2を回転しながら、センサ3でウエハ1の有無の検出を
行う。これは、ウエハチャック2を止めてセンサ3を仮
想ウエハ外周軌跡Sを回転走査するのと同等である。し
たがって、ウエハチャック2を1回転するとき、センサ
3は実際のウエハ1の外周と仮想ウエハ外周軌跡Sとの
交点P,Qに対向することになる。交点P,Qがセンサ
3を通過するときには、ウエハ1に対してセンサ3が対
向する状態から対向しない状態に、あるいはその逆の変
化が起こる。センサ3とウエハ1が対向状態にあるとき
は、センサ3の受光出力は有するが、非対向状態ではセ
ンサ3の受光出力は無い。このため、センサ3から得ら
れる受光出力は、図6の符号Eで示すように、1か0の
デジタル信号となり、この信号が変化するところを回転
角度検出手段4から、演算手段5に入力される回転角度
信号と対応づけることで、交点P,Qの回転角度位置が
わかる。
【0024】交点P,Qがわかると、ウエハ1の外周と
仮想ウエハ外周軌跡Sとは円であるので、図5に示すよ
うに、これら2つの円の幾何学的な関係から、ウエハチ
ャック2の回転中心Oよりウエハ1の中心位置Cが偏心
している偏心方向および偏心量が求まる。偏心方向は回
転中心Oに対して交点P,Qがなす角である中心角θを
二等分する直線上ないしは交点P,Qの垂直二等分線上
、つまり交点PまたはQの方向からθ/2回転した方向
にある。また、回転中心Oと中心位置Cとは線分PQに
対して対称な位置にあるので、遍心量OC=L=2rc
os(θ/2)として求まる。
【0025】次に、上記の中心位置検出方法を用いてウ
エハの位置合わせ(プリアラインメント)を行う具体例
を図7以降の図面に従って説明する。
【0026】図7及び図8において、10はウエハ1を
多数収納するカットであり、9はカセット10のウエハ
1を位置合わせ用のウエハチャック2まで搬送する搬送
手段としてのベルトコンベヤである。カセット10内の
ウエハ1は、移動手段(図示せず)によりローリング等
されてベルトコンベヤ9上の一端部に移載させ後、ベル
トコンベヤ9によりその他端部に設けられたウエハチャ
ック2の上方へと移送される(図7参照)。そして、ウ
エハ1がウエハチャック2の直上に送られてきたときに
ベルトコンベア9を停止し、その後、ウエハチャック2
を上昇させてウエハチャック2上にウエハ1を載置して
吸着保持する(図8参照)。これにより、ウエハ1とセ
ンサ3とは近接状態となる。なお、符号8も反射型セン
サであるが、後述の中心位置検出において用いるもので
ある。ウエハチャック2上のウエハ1は、ベルトコンベ
ア9への移載時の位置ずれやベルトコンベア9による停
止誤差等によって偏心状態にある。
【0027】次いで、図示省略のステッピングモータに
よりウエハチャック2を適宜回転角ずつ回転させながら
センサ3の検出出力をサンプリングし、上述のようにし
て、交点P,Q、偏心方向及び偏心量を求める。ベルト
コンベア9の搬送方向をX軸とし、X軸に垂直な水平軸
をY軸とすると、図9(a)に示すように、ウエハ1は
その中心位置Cがウエハチャック2の回転中心OからΔ
X,ΔYだけ位置ずれしていたとする。この位置ずれ量
ΔX,ΔYは上記で得られた偏心方向及び偏心量より演
算できる。また、X軸と偏心方向OCとのなす角φも求
めることができる。
【0028】したがって、図9(a)の状態よりウエハ
チャック2を時計方向にφだけ回転させると、図9(b
)に示すように、偏心方向OCとX軸とが一致し、Y軸
方向のずれ量ΔYはなくなり、X軸方向のずれ量ΔX1
 だけとなる。
【0029】次に、このX軸方向の偏心量ないし位置ず
れ量を補正するための中心位置検出及び位置合せを図1
0及び図11を参照して説明する。
【0030】図10において、S1 ,S2 ,S3 
はそれぞれ例えば3インチ、4インチ、5インチのウエ
ハ1に対応した仮想ウエハ外周軌跡であり、各軌跡S1
 ,S2 ,S3 に対して1組のセンサ(31 ,8
1 )、(32 ,82 )、(33 ,83 )がそ
れぞれ設けられている。そして、一方のセンサ3(31
 ,32 ,33)は軌跡S(S1 ,S2 ,S3 
)よりX軸方向に僅かに内側(例えば1mm程度)に設
置され、他方のセンサ8(81 ,82 ,83 )は
軌跡S(S1 ,S2 ,S3 )より僅かに外側に設
置されている。したがって、ウエハ1の中心位置Cとウ
エハチャック2の回転中心Oとが一致しているとき、あ
るいは極めて近接しているときには、軌跡Sの内側のセ
ンサ3の受光素子6は常に受光状態にあり、一方、軌跡
Sの外側のセンサ8の受光素子6は全く受光状態にない
ことになる。このことから、ウエハ1の中心位置Cとウ
エハチャック2の回転中心Oとの偏心量を判定すること
ができる。
【0031】図11はこのような中心検知に基いて位置
合せを行う方法の例を示すものである。図11(a)は
図9(b)と同様にX軸方向のみにウエハ1が偏心して
いる状態を示している。この状態よりウエハ1をX軸方
向に移動させるが、移動方法はX軸方向に沿って順次移
動量をt,t/2,t/4…と半減させかつ交互に左右
に移動させるようにする(図11(a),(b),(c
),(d)参照)。移動させる際には、ウエハチャック
2を下降させてチャックを解除してベルトコンベア9上
にウエハ1を載せてベルトコンベア9で移動させる。一
旦、移動させた後はウエハ1をウエハチャック2に再び
載置し、ウエハチャック2を回転させ、ウエハチャック
2を回転させてもセンサ3が常にウエハ1に対向し受光
素子6が受光状態に保たれるようになるまで上記動作(
図11(d)の状態)を続ける。なお、最初の移動量t
は、ウエハ1の偏心量の実際上の上限値等から定められ
る。また、移動量の減衰比は上記のように1/2に限る
ものではない。
【0032】上記の移動によってウエハ1の中心位置C
とウエハチャック2の回転中心Oとを位置合せできたら
、最後に、オリフラ1aの位置を基準位置に合せる。 これには、例えばウエハチャック2を回転したときに仮
想ウエハ外周軌跡Sの内側にあるセンサ3の受光出力が
オリフラ1aの両側端部で変化することから、オリフラ
1aの垂直二等分線を求めて、これが基準線、例えばX
軸と一致するようにウエハチャック2を回転させればよ
い。
【0033】なお、上記実施例ではウエハ1の光学的検
出を反射型センサ3,8で行ったが、図12に示すよう
に、光源11と受光素子12とを対向させた透過型セン
サ13を用いるようにしてもよい。この場合、ウエハ1
が石英ガラスのような透明なものであるときには、図6
に示すように、ウエハ1の端部では光源11からの光は
拡散されて受光素子12の受光量が低下し、その受光出
力Fが落ち込むことを利用すれば、ウエハ1の端部を検
出することができる。
【0034】また、図11で示したように、ベルトコン
ベア9によって移動するのではなく、精度のよいロボッ
トハンド等のようなXY移動手段等を別途設けてこれを
用いれば、図9(a)又は(b)の状態より一回で中心
位置合せを行うことができる。
【0035】また、図10では、センサ3とセンサ8と
を同一のX軸上に配置したが、センサ3に対してセンサ
8をY軸上に配置したり、近接させて配置したりしても
よい。なお、図10に示すように仮想ウエハ外周軌跡S
よりも内側あるいは外側に位置するセンサ3,8によっ
ても、図1で求める偏心方向OCの測定には誤差は生じ
ないので問題はない。
【0036】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1又は2
記載の発明によれば、実際のウエハの外周と仮想ウエハ
外周軌跡との2つの交点よりウエハの偏心方向及び偏心
量を求めることができるので、従来のようなライン状の
長い受光素子及び光源は不要となり、簡単な構成で迅速
にしかも信頼性よくウエハの中心位置検出ができる。
【0037】また、請求項3又は4記載の発明によれば
、仮想ウエハ外周軌跡の僅かに内側及び外側の2点でウ
エハの有無をセンサにより光学的に検出することができ
るので、中心の位置合せができているときには、内側の
センサは常にウエハ有りの状態で、一方、外側のセンサ
は全くウエハ無しの状態となることから、中心位置検出
の決定が極めて容易となる。
【0038】更に、請求項3記載の発明によれば、中心
位置合せのために、移動量を順次減衰させかつ交互に逆
方向に移動させているので、一方向に一定の移動量で移
動させる場合よりも少ない移動回数で迅速に中心位置合
せが可能となる。
【0039】また、請求項5記載の発明によれば、反射
型センサを用いているので、ウエハの材質の透明、不透
明に拘らず同様に検出可能であり、汎用性がある。特に
、請求項1ないし4記載の発明ではウエハの有無を点状
でデジタル的に検知できるセンサでよく、これら発明に
好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るウエハの中心位置検出装置の一
実施例を示す斜視図である。
【図2】この発明における回路構成を示す回路図である
【図3】この発明における反射型センサを拡大して示す
側面図である。
【図4】図3の底面図である。
【図5】図1に示す装置による中心位置検出の説明図で
ある。
【図6】この発明における保持手段の回転による受光素
子の受光出力の変化を示す波形図である。
【図7】プリアライメントを行うための装置のプリアラ
イメント前の状態を示す説明図である。
【図8】プリアライメントを行うための装置のプリアラ
イメント時の状態を示す説明図である。
【図9】ウエハの偏心状態の説明図である。
【図10】この発明のウエハの中心位置検出装置の実施
例を示す概略構成図である。
【図11】図10の装置を用いた中心位置検出及び位置
合せの説明図である。
【図12】透過型センサを用いた中心位置検出装置の概
略構成図である。
【図13】従来のプリアライメント装置を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
1  ウエハ 2  ウエハチャック(保持手段) 3  反射型センサ 4  回転角度検出手段 5  演算手段(CPU) 6  受光素子 7  光源 8  反射型センサ 11  光源 12  受光素子 13  透過型センサ C  中心位置 O  回転中心 S  仮想ウエハ外周軌跡 P  交点 Q  交点 θ  中心角 r  半径

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  保持手段により回転自在に保持される
    ウエハの実際の外周とウエハの中心位置が保持手段の回
    転中心に一致しているときにウエハの外周が描く仮想ウ
    エハ外周軌跡との2つの交点を光学的に検出し、上記保
    持手段の回転中心に対して検出された上記交点間のなす
    中心角と予め知られている上記ウエハの半径とに基いて
    、保持手段の回転中心からウエハの中心位置が偏心して
    いる偏心方向及び偏心量を求めることを特徴とするウエ
    ハの中心位置検出方法。
  2. 【請求項2】  ウエハを回転自在に保持する保持手段
    と、上記ウエハの中心位置が上記保持手段の回転中心に
    一致しているときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周
    軌跡に臨ませて設けられ、ウエハの外周位置を光学的に
    検出するためのセンサと、上記保持手段の回転角を検出
    する回転角度検出手段と、上記センサが上記保持手段に
    より回転されるウエハの外周位置を検出した2つの検出
    点における上記回転角度検出手段の検出回転角度と、予
    め知られている上記ウエハの半径とに基いて上記保持手
    段の回転中心からウエハの中心位置が偏心している偏心
    方向及び偏心量を演算する演算手段とを具備することを
    特徴とするウエハの中心位置検出装置。
  3. 【請求項3】  ウエハの中心位置がウエハを回転自在
    に保持する保持手段の回転中心に一致しているときに、
    ウエハの外周が描く仮想ウエハ外周軌跡に対して保持手
    段の回転方向に僅かに内側及び外側の2点においてウエ
    ハの有無を光学的に検出し、上記ウエハを上記保持手段
    の1つの回転半径方向に順次移動量を減衰させつつかつ
    交互に逆方向に移動させて、各移動ごとに保持手段によ
    りウエハを回転したときに上記2点におけるウエハの有
    無の情報により、上記保持手段の回転中心からのウエハ
    の中心位置の偏心量を求めることを特徴とするウエハの
    中心位置検出方法。
  4. 【請求項4】  ウエハを回転自在に保持する保持手段
    と、上記ウエハの中心位置が上記保持手段の回転中心に
    一致しているときにウエハの外周が描く仮想ウエハ外周
    軌跡に対して上記保持手段の回転半径方向に僅かに内側
    及び外側に位置させて設けられ、ウエハの有無を光学的
    に検出するセンサと、上記保持手段により上記ウエハを
    回転したときに上記センサから得られる出力に基き保持
    手段の回転中心からのウエハの中心位置の偏心量を判定
    する判定手段とを具備することを特徴とするウエハの中
    心位置検出装置。
  5. 【請求項5】  請求項2又は4記載のウエハの中心位
    置検出装置において、センサが光源と光源から発せられ
    ウエハで反射された反射光を受光する受光素子とを備え
    た反射型センサであることを特徴とするウエハの中心位
    置検出装置。
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