JPH11317439A

JPH11317439A - 位置決め装置

Info

Publication number: JPH11317439A
Application number: JP12210698A
Authority: JP
Inventors: Fumitake Takahashi; 史丈高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 1999-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】直径の大きな位置決め対象物であっても、高
精度の位置決めが可能な位置決め装置を提供する。【解決手段】半導体ウェハ３の中心位置３Ａを広視野
用光学系ユニット１で検出し、半導体ウェハ３のエッジ
を狭視野用光学系ユニット２で検出する。半導体ウェハ
をステージ４上で９０度ずつ４回回転させて、各回にお
けるエッジとステージの回転中心位置との距離を求め、
画像処理ユニット（算出手段）により、半導体ウェハの
中心位置とステージ回転中心位置とのズレを算出し、位
置決めを行う。次に、半導体ウェハのオリフラ３ａの位
置を狭視野光学系ユニット２を検出し、オリフラ３ａの
位置とステージの回転中心位置とのズレ量を計算し、θ
1 回転させて指定位置に位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め装置に関
し、特に半導体ウェハにレーザ光によりマーキングする
レーザマーキング装置に適用する場合に好適な位置決め
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ等の対象物に製品名や品番
等をマーキングする装置の例として、レーザービームを
走査して直接対象物に一筆書きでマーキングするレーザ
マーキング装置が知られている。該マーキングの際は、
半導体ウェハに予め形成されたノッチ（切欠）又はオリ
エンテーション・フラット（オリフラ）を用いて、半導
体ウェハと走査レーザービームとの位置関係を厳密な精
度で設定（位置決め）することが前提となる。

【０００３】従来、半導体ウェハの位置決め手段は、半
導体ウェハ全体の画像（全体画像）を、レンズ等の光学
系やＣＣＤ等の撮像素子等により構成した光学系手段を
用いて取り込み、該取込画像に基づいて位置検出を行
い、位置決めを行っていた。一方、最近の半導体ウェハ
は大型化しており、一昨年当たりから直径１２インチ
（約３０cm）の半導体ウェハが登場し、今後は更に大型
のもの（例えば、１６インチ）が登場するものと推測さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体ウェハの位置決め手段には、取り込んだ画像
（全体画像）の大きさがそのまま位置検出精度に影響を
与えるという問題点があった。即ち、画像処理の精度は
「分解能＝〔取り込んだ画像の大きさ〕／〔画素数〕」
で決まり、取り込んだ画像が大きいと位置検出精度が悪
くなる。これは、例えばＣＣＤの１画素の単位長さが長
くなると、１画素ズレたときの誤差量が大きくなるため
である。従って、半導体ウェハが大型化してくると（例
えば、１２インチ）、従来の位置決め手段では高精度の
位置決めが不可能となり、例えばレーザマーキング装置
による正確な位置へのマーキングが不可能になってしま
う。

【０００５】そこで本発明の課題は、直径の大きな位置
決め対象物であっても、高精度の位置決めが可能な位置
決め装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、載置された円形の位置決め対象物をＸＹＺ
軸の各軸方向駆動および該Ｚ軸中心の回転駆動が可能な
ステージと、該ステージ上の前記位置決め対象物の中心
位置を検出する第１検出手段と、前記ステージのＺ軸上
の回転中心位置に対する距離が予め判明した位置に設置
され、前記位置決め対象物の外周縁の９０度ずつの４ヵ
所の位置で、該外周縁位置と前記ステージ回転中心位置
との距離を検出する第２検出手段と、該第２検出手段で
検出した４ヵ所の前記外周縁位置と前記ステージ回転中
心位置との距離に基づき、前記位置決め対象物の中心位
置と前記ステージ回転中心位置とのズレを算出する算出
手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】このようにすると、第１検出手段（広視野
用の第１光学系ユニット）で位置決め対象物（半導体ウ
ェハ）の中心位置を検出し、第２検出手段（狭視野用の
第２光学系ユニット）で位置決め対象物の外周縁の狭い
範囲を検出するので、外周縁位置とステージ回転中心位
置との距離を高精度で検出できる。そして、前記第１検
出手段で検出した対象物中心位置と、高精度で検出した
前記距離に基づいて、算出手段で対象物中心位置とステ
ージ回転中心位置とのズレを高精度で算出できる。従っ
て、直径の大きな位置決め対象物であっても、高精度の
位置決めが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づいて説明する。

【０００９】〔Ｉ〕第１実施形態例

【００１０】図１は本実施形態例の全体構成図である。
図１に示すように、ＸＹＺ軸の軸方向駆動およびＺ軸を
中心としてθ方向回転駆動が可能なステージ４上に「位
置決め対象物」である半導体ウェハ３を任意の位置に載
置する。半導体ウェハ３は全体としては円形であり、外
周縁の一部に「回転位置表示手段」であるオリフラ３ａ
（図４参照）が形成されている。なお、半導体ウェハに
は、一般的にノッチ又はオリフラのいずれか一方が形成
され（場合によっては両者が形成されることもある）、
オリフラ等の大きさ・形成位置はＳＥＭＩ規格で規定さ
れている。本実施形態例ではオリフラ３ａのみが形成さ
れている場合について説明する。

【００１１】ステージ４の中心位置上方には半導体ウェ
ハ３の全体を視野に入れた「第１検出手段」である広視
野画像取込用の第１光学系ユニット１を設置する。ま
た、半導体ウェハ３の外周部上方であって第１光学系ユ
ニット１より下方の位置には、半導体ウェハ３の外周部
の一部（外周縁）をアップで取り込むことが可能な「第
２検出手段，外周縁検出手段」である狭視野画像取込用
の第２光学系ユニット２を設置する。前記第１，第２光
学系ユニット１，２はレンズ等の光学系，ＣＣＤ等の撮
像素子を備えてなる。なお、ＣＣＤ等の画素数は、第
１，第２の光学系ユニット１，２で同数でも良く、又は
第２光学系ユニット２の画素数を多くしても良い。

【００１２】第１光学系ユニット１は半導体ウェハ３の
全体の画像を取り込むことにより、半導体ウェハ３の中
心位置３Ａと、オリフラ３ａの位置を検出する機能を有
する（図４参照）。この画像取込の際、第２光学系ユニ
ット２により半導体ウェハ３の一部が隠されていたとし
ても、第１光学系ユニット１によりオリフラ３ａの位置
を検出することが可能である。また、第２光学系ユニッ
ト２は、半導体ウェハ３の「外周縁」であるエッジを検
出する機能と（後に図５を用いて詳述）、半導体ウェハ
３のオリフラ３ａの位置を検出する機能を有する。前記
光学系ユニット１，２には、該ユニットのＣＣＤ等の撮
像素子で撮影した画像の処理を行う「算出手段，第２算
出手段」である画像処理ユニット６を接続し、更にステ
ージ４と画像処理ユニット６には該ステージ４，画像処
理ユニット６を同時に制御可能な制御ユニット７を接続
する。また、ステージ４の近傍にはステージ４が下降し
たときに半導体ウェハ３を受け取るウェハ置き台５を配
置する。８は、ステージ４をＸＹＺ軸方向駆動とθ方向
回転駆動をする「回転制御手段」である駆動ユニットで
ある。

【００１３】次に、本実施形態例の動作を、図２および
図３のフローチャートと、図４（Ａ）〜（Ｃ）の位置決
めの概念図（原理図）と、図５のエッジ検出の過程図を
参照しつつ説明する。

【００１４】先ず、動作説明に先立ち、図４（Ａ）〜
（Ｃ）に基づいて本実施形態例における位置決めの概念
（第１次位置決めと第２次位置決め）を説明する。図４
（Ａ）に示すように、半導体ウェハ３をステージ４上の
任意位置（所望位置）に載置する。このとき、半導体ウ
ェハ３の中心位置３Ａはステージ４の回転中心位置４Ａ
に対してＸ軸方向に距離ｘだけズレており、Ｙ軸方向に
距離ｙだけズレている。そして、次に説明する手段によ
り距離ｘ，ｙを求めた後に、制御ユニット７の制御の下
に駆動ユニット８を動作させて前記距離ｘ，ｙだけ半導
体ウェハ３を逆方向移動させれば、半導体ウェハ３の中
心位置３Ａとステージ４の回転中心位置４Ａとが一致し
〔図４（Ｂ）〕、ウェハ中心位置３Ａとステージ回転中
心位置４ＡとのＸＹ平面方向の位置決めが行われたこと
になる（第１次位置決め）。２Ａは第２光学系ユニット
２の画像取り込みエリア（視野）である。

【００１５】第１次位置決めが終了した状態で、図４
（Ｂ），（Ｃ）に示すように、次に説明する手段により
半導体ウェハ３を時計方向に角度θ1＋θ２だけ回転さ
せてオリフラ３ａを基準点２０に対して所定の角度（例
えば、平行）に位置決めする（第２次位置決め）。

【００１６】以上の第１，第２位置決めにより半導体ウ
ェハ３の基準点２０に対する位置決めが完了し、この完
了状態で例えばレーザマーキング装置の場合には、走査
レーザービームによりマーキングを行う。

【００１７】（１）半導体ウェハの平面方向の位置決め
（第１次位置決め）

【００１８】先ず、半導体ウェハ３のオリフラ３ａが第
２光学系ユニット２の下に無いことを確認する（図２の
ステップＡ１，Ａ２）。第２光学系ユニット２の下にオ
リフラ３ａが存在する場合は、その位置からオリフラ３
ａをずらすために、ステージ４を回転させる（ステップ
Ａ３）。このときの回転角度は、オリフラ３ａが第２光
学系ユニット２の画像取り込みエリア（視野）２Ａから
外に出るように設定する。

【００１９】次に、図５（Ａ）に示すように、第２光学
系ユニット２により半導体ウェハ３のエッジＥ1 を検出
し、エッジＥ1 とステージ４の回転中心位置４Ａとの距
離ｂ１を求める。その後ステージ４を９０度回転させ、
再度第２光学系ユニット２により半導体ウェハ３のエッ
ジＥ2 を検出し、エッジＥ2 とステージ回転中心位置４
Ａとの距離ｂ２を求める〔図５（Ｂ）〕。

【００２０】以上の操作を合計４回行い（ステップＢ１
〜Ｂ８）、各エッジＥ1 〜Ｅ4 とステージ回転中心位置
４Ａとのそれぞれの距離ｂ１〜ｂ４を求める〔図５
（Ａ）〜（Ｅ）〕。そして、ステップＢ１とＢ５で求め
たデータの差の半分〔＝（ｂ１−ｂ３）／２〕が、半導
体ウェハ３の中心位置３Ａとステージ４の回転中心位置
４Ａとが存在する軸上のズレ量となり（即ち、図４のＸ
軸上の距離ｘ）、ステップＢ３とＢ７で求めたデータの
差の半分〔＝（ｂ２−ｂ４）／２〕が、上記軸（Ｘ軸）
と直交する軸（即ち、Ｙ軸）上のズレ量となる（ステッ
プＢ９）。

【００２１】以上のようにして求めたズレ量（距離ｘ，
距離ｙ）を、前述の如く半導体ウェハ３をＸ・Ｙ軸方向
に逆方向移動することにより、ウェハ中心位置３Ａとス
テージ回転中心位置４Ａとを合わせる（ステップＣ
１）。即ち、ステージ４をＺ軸方向に下降させ、一時的
に半導体ウェハ３をウェハ置き台５の上に置く（ステッ
プＣ２）。その後、ステージ４が下降した位置で該ステ
ージ４をＸ・Ｙ軸の初期位置に移動させ（ステップＣ
３）、再度ステージ４をＺ軸方向に上昇させ、半導体ウ
ェハ３を持ち上げステージ４の上に再度置く（ステップ
Ｃ４）。以上の操作により、ウェハ中心位置３Ａとステ
ージ回転中心位置４Ａとが一致し、第１次位置決めが終
了する〔図４（Ｂ）の状態〕。

【００２２】（２）半導体ウェハの回転方向の位置決め
（第２次位置決め）

【００２３】第１光学系ユニット１でオリフラ３ａの位
置を検出し、ステージ４のＺ軸をθ方向にθ１だけ回転
することにより（図１参照）、オリフラ３ａを第２光学
系ユニット２の下に移動し（ステップＤ１，Ｄ２）、第
２光学系ユニット２でオリフラ３ａの位置を検出する
（ステップＤ３）。そして、オリフラ３ａの位置とステ
ージ４の基準点２０〔図４（Ｃ）参照〕とのズレ量を計
算し（ステップＤ４）、該ズレ量に基づきステージ４を
角度θ２だけ回転させる（ステップＤ５）。これによ
り、半導体ウェハ３の中心位置とオリフラ３ａの方向性
の位置決めを行うことができる。以上の第１，第２位置
決めにより基準点２０に対するオリフラ３ａを有する半
導体ウェハ３の位置決めが完了し〔図４（Ｃ）の状
態〕、例えばレーザービームによる精度の高いレーザマ
ーキングが可能となる。

【００２４】〔II〕第２実施形態例

【００２５】図６（Ａ）は本実施形態例の全体構成図、
図６（Ｂ）はステージ回転中心位置４Ａに対する４台の
狭視野画像取込用の光学系ユニットの配置を示す平面図
である。本実施形態例と前記第１実施形態例との相違点
は、第１実施形態例が狭視野取込用の光学系ユニットを
１台設置だけしていたのに対し、本実施形態例では狭視
野取込用の光学系ユニットを４台設置した点である。

【００２６】図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、４台の
狭視野画像取込用の光学系ユニット２，１１，１２，１
３を、ステージ回転中心位置４Ａに対してそれぞれ直交
する位置に設置する。１１Ａ，１２Ａ，１３Ａは各光学
系ユニット１１，１２，１３の画像取込エリア（視野）
である。このように４台の光学系ユニットを設置すれ
ば、前記図２，図３に示したステップＢ１〜Ｂ８の処理
・操作を同時に（一遍に）行うことが可能となり、半導
体ウェハ３の回転移動が不要となるので、短時間でオリ
フラ３ａの位置検出を実施し、位置決め（第１次位置決
め）を行うことが可能となる。なお、第２次位置決めに
ついては、前記第１実施形態例と同様に行えばよい。

【００２７】なお、前記実施形態例では位置決め対象物
として半導体ウェハの場合を説明したが、円形またはオ
リフラ等を有する円形（略円形）の対象物（例えば、コ
ンパクト・ディスク、レーザ・ディスク等）であれば、
本発明を適用可能であるのは勿論である。

【００２８】また、前記実施形態例ではエッジを４ヵ所
で検出した場合を説明したが、３ヵ所の場合でも位置決
めを行うことができる。即ち、ステージ回転中心位置と
狭視野光学系ユニットとの距離を予め求めておき、３ヵ
所で取り込んだエッジ位置がステージ回転中心位置から
どれくらいの位置かを計算し、ウェハの中心位置とステ
ージ回転中心位置との偏芯量を求め、その偏芯量だけス
テージをＸＹ方向に移動させれば、位置合わせを行うこ
とができる。但し、この場合は計算方法が本発明の場合
とは異なる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、位置
決め対象物（半導体ウェハ）の全体を取り込む画面は、
第１検出手段（広視野用光学系ユニット）による位置検
出の前段階で利用し、最終的な位置検出には、半導体ウ
ェハの大きさには左右されず、高い分解能を持った第２
検出手段（狭視野用光学系ユニット）を使用している。
このため、半導体ウェハのオリフラ３ａの位置検出を、
常に精度良く行うことができる。従って、半導体ウェハ
の大きさによらず、高精度の位置決めを行うことができ
る。また、本発明の位置決め装置を工場等の現場に設置
する場合に、設置場所の都合により、位置決め対象物
（半導体ウェハ）の上方に障害物が存在し、半導体ウェ
ハ全体の画像取込が不可能な場合でも、精度良く位置決
めできる。即ち、例えば半導体ウェハ上の文字やコード
の自動読取をするために、半導体ウェハ上部に読取用の
光学系ユニットがあった場合、その光学系ユニットによ
り半導体ウェハの一部が隠される場合がある。この場
合、半導体ウェハ全体を取り込み位置検出するときに
は、半導体ウェハ全体から一部欠けている分だけ、位置
検出精度が悪化する。しかし、本発明によれば、最終的
な位置検出には第２検出手段（狭視野用光学系ユニッ
ト）を使用しているので、常に精度良く位置検出を行う
ことができる。また、第１検出手段（広視野用光学系ユ
ニット）の固定位置を、位置決め対象物（半導体ウェ
ハ）の中心に対して垂直に設置する必要がなく、第２検
出手段（狭視野用光学系ユニット）を特定の位置に設置
する必要がないので、位置決めの組立調整を簡略化でき
る。即ち、半導体ウェハ全体を取り込んで位置検出する
場合には、取り込んだ半導体ウェハの画像が歪んでいる
と、その歪み具合により位置検出精度が変化する。しか
し、本発明では、最終的な位置検出には狭視野画像取込
用光学系ユニットを使用しているので、常に精度良く位
置検出を行うことができる。また、この狭視野での位置
検出では、半導体ウェハを９０度ずつ４回まわしている
ため、直交した軸上の外周部４ヵ所を必ず画像取り込み
をすることができる。そのため、画像取込用光学系ユニ
ットの設置は、半導体ウェハの外周部上の画像取込が可
能な位置であれば、何処でも良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の全体構成図である。

【図２】同第１実施形態例の動作フローチャートであ
る。

【図３】図２に示した動作フローチャートの続きのフロ
ーチャートである。

【図４】同第１実施形態例で実施する第１次，第２次位
置決めの概念図であり、（Ａ）は位置決め前の状態を示
す図、（Ｂ）は中心位置同士の位置決め終了後の状態
（第１次位置決め）を示す図、（Ｃ）はオリフラ３ａを
基準点に位置決めした状態（第２次位置決め）を示す図
である。

【図５】エッジ検出の過程を示す図である。

【図６】本発明の第２実施形態例を示す図であって、
（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は狭視野用光学系ユニット
の配置を示す平面図である。

【符号の説明】

１広視野用光学系ユニット（第１検出手段）２狭視野用光学系ユニット（第２検出手段，外周縁検
出手段）２Ａ狭視野用光学系ユニットの視野３半導体ウェハ（位置決め対象物）３Ａ半導体ウェハの中心位置３ａオリフラ３ａ（回転位置表示手段）４ステージ４Ａステージの回転中心位置５ウェハ置き台６画像処理ユニット（算出手段）７制御ユニット８駆動ユニット（回転制御手段）２０基準点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】載置された円形の位置決め対象物をＸＹ
Ｚ軸の各軸方向駆動および該Ｚ軸中心の回転駆動が可能
なステージと、該ステージ上の前記位置決め対象物の中心位置を検出す
る第１検出手段と、前記ステージのＺ軸上の回転中心位置に対する距離が予
め判明した位置に設置され、前記位置決め対象物の外周
縁の９０度ずつの４ヵ所の位置で、該外周縁位置と前記
ステージ回転中心位置との距離を検出する第２検出手段
と、該第２検出手段で検出した４ヵ所の前記外周縁位置と前
記ステージ回転中心位置とのそれぞれの距離に基づき、
前記位置決め対象物の中心位置と前記ステージ回転中心
位置とのズレを算出する算出手段とを備えたことを特徴
とする位置決め装置。
【請求項２】前記位置決め対象物は、その外周縁に沿
って回転位置を表示する回転位置表示手段を備えてな
り、前記第２検出手段は、前記外周縁位置と前記ステージ回
転中心位置との距離を検出すると共に、前記ステージ回
転中心位置と前記回転位置表示手段との距離を検出する
手段であり、前記算出手段は、前記位置決め対象物の中心位置と前記
ステージ回転中心位置とのズレを算出すると共に、前記
第２検出手段で検出した前記回転位置表示手段と前記ス
テージ回転中心位置との距離に基づき、予め当該位置決
め装置に設置されている基準点とのズレ量を算出する手
段であることを特徴とする請求項１記載の位置決め装
置。
【請求項３】前記第２検出手段は、前記位置決め対象
物の外周縁位置を検出する位置に設置した１台の外周縁
検出手段と、前記ステージを９０度ずつ回転し４ヵ所の
位置で前記外周縁検出手段が外周縁を検出するように回
転制御を行う回転制御手段とを備えてなることを特徴と
する請求項１記載の位置決め装置。
【請求項４】前記第２検出手段は、前記位置決め対象
物の外周縁位置を検出する直交する４ヵ所の位置に設置
した４台の外周縁検出手段を備えてなることを特徴とす
る請求項１記載の位置決め装置。
【請求項５】前記位置決めに際し、先ず前記回転位置
表示手段以外の箇所を用いてステージ平面上の位置決め
を行い、次いで前記回転位置表示手段の箇所を用いてＺ
軸回転方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項２
乃至請求項４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６】前記位置決め対象物の設置位置を高さ方
向の基準位置とした場合に、前記第１検出手段の高さ方
向設置位置を、前記第２検出手段の高さ方向設置位置よ
り高位に設置したことを特徴とする請求項１乃至請求項
５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項７】前記第１検出手段は前記位置決め対象物
の全体を検出する広視野の光学系ユニットであり、前記
第２検出手段は前記位置決め対象物の外周縁を検出する
狭視野の光学系ユニットであることを特徴とする請求項
１乃至請求項６のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項８】前記位置決め対象物は、回転位置表示手
段として少なくともノッチ又はオリフラのいずれか一方
を形成した半導体ウェハであることを特徴とする請求項
１乃至請求項７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項９】前記請求項１乃至請求項８のいずれかに
記載の位置決め装置を、半導体ウェハに対しレーザ光に
よりマーキングするレーザマーキング装置に適用したこ
とを特徴とする位置決め装置。