JPS59147444A - 板状物体の位置合わせ方法およびその装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、切欠部ン有する円板状物体の位置合わせ方法
、及びその装置りに係り、特に切欠部の方向及び位置ず
れ量を光学的に検出して非ｙ触的かつ自動的に位置合わ
せを行なう方法およびその装置に関するものである。

〔従来技術〕

例えば半導体製品におけるシリコンウェハの如く、１部
に切欠を設けた円形の板状物体の位置合わせを行なう場
合、平面内における位置と、回転方向の姿勢と乞正確に
所定の位置、方向□に合わさなければならない。

第１図は、従来用いられているウェハの位置合わせ装置
の１例の平面図である。

■は位置合わせされる板状物体としてのウェハで、直線
的な切欠部（オリフラ）ｌａ’ｉ有する円板状に形成さ
れている。

円周方向をほぼ３等分して基準ローラ２と、押付はロー
ラ６と、駆動用ローラ群３，４．５とが設けられている
。

上記の押付は用ローラ６は、ビン８に枢支されたレバー
９の一端に軸支され、弾性体７の作用でウェハ１を半径
方向に押しつけている。１ｏは上記の押句作用を解除す
るためのアクチュエータで、ロッド１を伸長させてレバ
ー９を押動し得る構造である。

前記３個の駆動ローラ３，４．５は、はぼ−直線状に並
んでいるが、中央の駆動ローラ４の中心は両端の駆動ロ
ーラ３，５の中心を結ぶ線よりも若干外側（ウェハ１か
ら離れる方向）に偏っている。この従来装置は、切欠を
有する円形の板状物体の周縁暑固定基準に突き自てなが
ら回転させて位置合せ７行なうもので、まず、実線で示
すように板状物体１の切欠部１ｍが不定方向に向いた状
°態で、基糸用のローラ２及び回転駆動用のローラ３．
４．５のいずれかに周縁部を押し当てる。ローラ６は板
状物１を常時基準用ローラ２及び回転駆動用のローラ３
，４．５のいずれかに押し当てる為の力を付与する。

上記の駆動用ローラ３，４．５は、モータ１２により、
プーリ１３　、ベルト１４乞介して駆動され、モータ１
２が図示左回りした際、駆動ローラ３は右回り方向に、
駆動ローラ４，５は左回り方向に回転する。板状物１が
図の実線の状態にありモータ１２が図の矢印の如く左回
り方向に回転した場合、板状物１の周縁部には駆動用ロ
ーラ４により回転力が伝達され板状物１が右回りに回転
する。更にモータ１２の回転２続けることにより板状物
１は図の破線で示した状態になるまで回転する。この状
態で板状物１０周縁部には駆動角ローラ３，４．５のう
ち３と５のみが接触し、４のローラ゛は空転する様にロ
ーラ乞配置してあり１かっ、３と５のローラの回転方向
が逆向きになっているので、駆動用ローラヲ動作させた
状態で板状物１の回転を停止させ切欠部の方向Ｚ一定に
保つことができる。

又、板状物１はローラ６により基準ローラ２及び駆動用
ローラ３と５に押し当てられている為、水平面内におけ
る位置も決まる。以上の一連の動作により板状物１の位
置合せを行なうことが可能であるが、上に述べた従来の
装置ン用い、従来の方法によって位置合わせを行なうと
、板状物１の周縁部にローラ２〜６乞押し当てながら回
転させる為、（１）板状物１の周縁部を破損さセ゛る、
（２）周縁部の破損片が板状物１の表面に旧情する、（
３）周縁部の表面状態により回転力伝達部にかける摩擦
力が変動し動作が不安定となる等の問題があった。又、
板状物１の回転方向の位置出しχ互に逆転する２個の駆
動用ローラ３，５の摩擦伝動のバランスによって行なう
ので、位置合わせ精度が良くない。

上記の不具合乞解消するため、第２図、第３図に示すよ
うな非接触式の位置合わせ装置も実用されている。この
従来例は、板状物１を回転貞せながら周縁の移動を光学
的に検出し、切欠部の回転方向の位置合わせのみ７行な
うものである。円板の一部を切欠いた板状物１を真空吸
着等の手段により固定チャック１５に固定保持し、モー
タ１Ｇにより回転ステージ１７ヒ回転させながら光源１
８により照射された板状物１の周縁部の変化Ｚ光電変換
素子１９によＶ検出すると、光電変換素子１９の出力は
切欠部で急激に変化する。この急激な変化が起った時の
回転ステージ１７の回転角乞検知することにより板状物
１の回転方向を位置合せすることができる。回転ステー
ジの回転角はモータ１６がｉ９ルスモークの場合は入力
／？ルス数を、他のモータな使用した場合はロータリエ
ンコーダ（図示せず）の出力ｔカウントすることにより
正確に検知することができる。この方法によれば板状物
１の表面及び周縁部には何も接触しない為、前述した板
状物１の周縁部の破損、破損片による表面の汚染、位置
合わせ精度の低下、動作の不安定といった問題は解決さ
れるが、位置合わせの２つの要素のう・ち回転方向の位
置決めしかできない。即ち、所定の平面内における２次
元方向の位置娶合わすことができない。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為され、板状物体の表面お
よび周縁部に接触することなく、該板状物体の回転方向
の姿勢および平面内の位置を高精度で自動的に合わせ得
る方法、および、その装置を提供することを目的とする
。

〔発明の徊要〕

上記の目的を達成するため、本発明の板状物体の位置合
わせ方法は、板状物体の中心部を軸として回転させなが
ら該板状物体の周縁馨光電変換素子により検出し、上記
の検出信号出力を自動制御装置に入力せしめて切欠部の
方向および基へ１ξ位置からの位１〃ずれ量を演算せし
め、上記の演＄Ｔ、結果に基づいて板状物体を載置した
回転ステージ及び水平方向移動ステージ乞駆動すること
を特徴とする。

また、本発明の板状物体の位置合わせ装置は、板状物体
を固定するチャック手段と、上記チャック手段乞支承す
る回転ステージ及び水平方向移動ステージと、板状物体
の周縁乞検出するだめの光源及び光電変換素子とを備え
、かつ、上記充電変換素子の出力信号に基づいて演算ン
行ない前記回転ステージ及び水平方向ステージを駆動す
るように構成した自動制御装置を設けたことを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

次に、本発明方法の一実施例７第４図および第５図につ
いて説明する。

本実施例は、直線的な切欠部１ａであるオリフラを有す
る円形板状物体１であるウェハの位置合わせに本発明を
適用したもので、第４図は本発明方法の原理暑説明する
ため模式化して描いた平面矢印のごとく回転させる。図
示の寸法Ｅはチャック時の偏心量である。板状物１の周
縁に対向せしめて光電変換素子１９を設置して周縁の位
ｍｙａ−測定し、回転に伴の周縁位置の移動ン検出する
。板状物１の固定手段、回転駆動手段は図示χ省略する
が、第３図に示した従来装置と同様乃至類似の手段を用
いることができる。

上記のように板状物ＩＺ回転させた場合、回転に伴の周
縁位置の変化は第５図に実線で示したカーブｒのごとく
になる。この図表は横軸に回転角θ（ｒａｄ）Ｙ取り、
縦軸に板状物の半径ｒ（ｍｍ）Ｙとっである。

本発明方法の原理は、上記の半径ｒの変化によって位置
ずれの量を求めて自動的に位置合わせなするものであっ
て、詳しくは、板状物１の水平方向の位置ずれ量は回転
中心０に対する偏心の方向θｍａχ、又はθｉ及び偏心
量Ｅｔ求めることであり、又、回転方向の位置ずれ量は
回転中心Ｏに対する切欠の方向θ。を求めることに他な
らない。θ０の方向は切欠部におけるｒの変化が最小値
ｒ。となる方向である。第５図の実線で示した検出結果
が得られた場合は、ｒｒｍｘ、　ｒｍｉｎ　、　　θｍ
ａｘ　、θｏｋ検知することにより容易に位置ずれを求
めることができる。即ち、水平方向の位置ずれ量は回転
中心ＯからみてθｍａＸの方向にＥ　＝　（ｒ　ｍａｘ
　−ｒ　ｍｉｎ　）／２だけずれており、回転方向の位
置ずれは、回転中心Ｏと光電変換素子１９ン結ぶ軸線に
対してθ。の方向である。しかし実際には回転中心０に
対して、板状物１の偏心方向と切欠部の方向が一致して
取付けられる場合があり、この様な場合にはｒ　ｒｍｘ
　。

ｒｍｉｎのうちいずれか一方が検出不能となジ前述の方
法で偏心量ＥＹ求めることはできない。板状物１の偏心
方向と切欠部の方向が一致した場合ｒ　ｍａｘ　＋　ｒ
　ｍｌｎのうちいずれか一方は切欠部の影響を受けない
。従ってこの切欠部の影響を受けない方の検出値により
偏心量Ｅ　Ｙ、（求めれば良い。第５図において例えば
　ｒ　ｍａｘ部分と切欠部が一致した場合、ｒｍｉｎの
値が手掛りとなる。図の破線はＲ＋Ｅ（Ｘｌｌｌθの変
化を示した曲線であｔ）　ｒ　ｍａＸ＋　ｒｍｉｎの方
向θｍａＸ　ｌθｍｉｎからπ／　２　（ｒａｄ　）だ
け位相がずれた方向でｒが頂度偏心量Ｅだけ変化する曲
線である。第５図の実線で示した検出結果においてｒ　
ｍｉｎの方向θｍｉｎからπ／２（ｒａｄ）だけ位相が
ずれた方向におけるｙｍｉｎからのｒ（７）’ｆｆ−化
量はａ　ｍｉｎでありｅｍｉｎの値は検出結果より容易
に得ることができるー　このｅ　ｍｉｎと実際の偏心量
Ｅとの間にはΔｒの差があり、Δｒの値を求めることが
できればＥ＝　ａ　ｍｉｎ＋ΔｒＭより偏心量ケ求める
ことができる。Δｒは板状物１の中心Ｏ′と回転中心０
が偏心している為に生じる値でΔｒ　＝　Ｒ−≠（２Ｆ
２　の関係がある。従って、Ｅ−ｅ　ｒｎ＋ｎ　＋　（
Ｒ−ｍ　）　　よりＥを解くことによりｒｍｉｎより偏
心量Ｅを求めることができる。同様にｒ　ｍａｘから偏
心量Ｅを求める場合ｋまＥ　＝　ｅ　ｍａｘ　−（Ｒ−
ｆＷ−ト）　’（１１’解くことにより位置ずれ量暑求
めることができる。

以上の方法により、板状物１２回転ステージに対してど
のような状態で取付けても、周縁部が光電変換素子１９
の検出範囲？外れないかぎジ、容易に水平方向、回転方
向の位置ずれｌ７検出することが可能である。

本発明方法は、上述のようにして板状物の水平方向、回
転方向の位置ずれ馨算出し、この算出結果に基づき、後
に詳述するようにして該板状物体乞載餡した回転ステー
ジ及び水平方向移動ステージケ駆動し、前記のずれ量Ｚ
零ならしめるように制御する。

上述の実施例において、位置ずれ量の基準値は回転ステ
ージの回転中心０と光電変換素子１９とを結ぶ軸線であ
る。ここで板状物１を位置合わせする際の基準位置とし
て、（１）板状物１の中心、（２）第１図に示した板状
物１の周縁部端面の２通りが考えられる。本方法によっ
て得た位置ずれ量を基に上記基準に位置合わせするには
、中心基準の場合には板状物１の中心０′乞回転中心０
に合わせ、偽の検出値により所定方向に所定量回転させ
ねばよい。端面基準の場合には、中心基糸で位置合わせ
後、板状物１の中心０′から端面基準となる方向の各々
の周縁部までの距離と、回転中心。（この場合Ｏ′と位
置は同じ）と基準位置までの距β（１Ｆとの差分たけ補
正することにより位置合わせ可能である。

水平方向の位置合わせは後述する水平方向移動ステージ
にまり、回転方向の位置合わせは回転ステージにより行
なう。その具体的な方法に′つぃては、次に述べる本発
明装置の説明と併せて説明する。

第６図〜第９図に、それぞれ本発明装置の実施例を示す
。第６図、第７図は回転ステージと水平方向移動ステー
ジを備えた実施例であり、第８図と第９図は回転ステー
ジと水平方向移動ステージ及び上下方向移動ステージχ
備えた実施例である６＠６図の実施例は回転ステージ１
７１に水平方向移動ステージであるＸステージ加、Ｙス
テージ２１を乗せた構成乞して卦す、板状物１はＸステ
ージ２０上に取付けた固定チャック１５によｆ）裏面を
真空吸着等の手段により固定保持する。光源１８は板状
物１０周縁部馨照射し、モータ１６ヲ回転させることに
より板状物１７回転させながら周縁部の変化乞光電変換
素子１９により検出し、その出力値をコントローラ２２
に取込み、前述した方法により位置ずれＴｉ１Ａ′Ｚ求
める。この結果に基きコントローラ２２の指令によりモ
ータハ、２／Ｉヲ駆動し水平方向の位に合わせ火行なう
。回転方向の位置合わせはモータ１６乞１駆動すること
により行なう。以上一連の位置ずれ検出９位置合わせ動
作において板状物１の裏面以外に物体が接触することは
ない。この実施例の特徴は、板状物１乞固定チヤツク１
５から移し換えることなく位置ずれ検出２位置合わせが
できることであり、短所は水平方向移動用の駆動モータ
２３　、２４が回転ステージ１７上で回転移動すること
である。

第７図の実施例は水平方向移動ステージ２（１、２１上
に回転ステージ１７を取付けた構成ケしてお！風−ヒ記
第６図の実施例の問題点は解決できるが、板状物１と回
転ステージ１７どの間で相対移動ができない為、位１べ
合わせ後の確Ｓ忍ができない短所がある。位置ずれ量検
出１位置合わせ方法は第６図の実施例と同様の為省略す
る。

第８図の実施例は上下方向移動７デージ２５上に回転ス
テージ１７ケ取付け、水平方向移動ステージ２０ケ独立
して設けた構成乞して」−・り、位置ずれ検出時は板状
物１乞回転ステ・−ジ１７上に乗せ、位置合わせ時は水
平方向移動ステージ２０−ヒに乗−ぎ換えて行なうもの
である。板状物１の乗せ換えはアクチュエータ２６ヲ駆
動し２て上下方向移動ステージ２５乞上下させて行なう
。本実施例においては水平方向移動ステージかが一軸方
向にしか移動できない為、回転ステージ１７により板状
物１の位置合わせ方向乞ステージ加の移動方向に合わせ
て乗せ換える必要がある。位置ずれ量の検出方法は前述
１〜た実施例と同様の為省略する。

第９図の実施例は、第８図の実施例に更に水平方向移動
ステージかと直交するステージ２１乞付加したもので位
置合わせ時に板状物１の向きを水平方向移動ステージに
合わせる必要がなくなる特徴がある。

第８図と第９図の実施例においては上下方向移動ステー
ジに回転ステージ７組み合わせた構成としたが、上下方
向移動ステージと水平方向移動ステージを組み合わせた
構成としても実用上問題はない。

上に述べた第８図、第９図の実施例のように、板状物体
を固定するチャック手段と、上記チャック手段を支承す
る回転ステージ、水平方向移動ステージ及び上下方向移
動ステージと、板状物体の周縁暑検出するための光源及
び光電変換素子とを備え、かつ、上記光電変換素子の出
力信号に基づいて演算を行ない前記回転ステージ、水平
方向移動ステージ及び上下方向移動ステージを駆動する
ように構成した自動制御装置？設けた位置合わせ装置に
よれば、板状物体の方向および水平面内での位（ＦＩ　
Ｙ自動的に合わせるとともに、その上下方向位置をも自
動的に合わせることができる。

上述の各実施例において、光電変換素子１９は透過形の
もの乞例示したが、反射形の光電変換素子を用いても同
様の作用、効果が得られる。また、リニアイメージセン
ナを用いてもよい。

本発明の方法、及び装置を実施する際、切欠を有する円
板状物体の位置ぎめに関して、中心基準とすることも端
面基準とすることも可能であるから、位置合わせ装置の
設計的自由度が大きく、使用に際してのフレキシビリテ
ィモ大キい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の位置合わせ方法は、円板
の１部に切欠部を有する板状物体の位置合わせ方法にお
いて、板状物体の中心部を軸として回転させながら該板
状物体の周縁を光電変換素子によＶ検出し、上記の検出
信号出力乞自動制御装置に入力せしめて切欠部の方向お
よび基準位置からの位置ずれ量を演算せしめ、上記の演
算結果に基づいて板状物体を載置した回転ステージ及び
水平方向移動ステージを駆動することにより、板状物体
の表面および周縁部に接触することなく、該板状物体の
回転方向の姿勢および平面内の位置を高精度で自動的に
合わせることができる。

また、本発明の位置合わせ装置は、板状物体を固定して
保持するチャック手段と、上記のチャック手段乞支承す
る回転ステージ及び水平方向移動ステージと、板状物体
の周縁を検出するための光源及び光電変換素子と乞備え
、かつ、上記光電変換素子の出力信号に基づいて演算暑
行ない前記回転ステージ及び水平方向ステーシン駆動す
るように構成した自動制御装置を設けることにより、上
記の位置合わせ方法馨容易に実施してその効果ン発揮せ
しめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の端面接触式ρ位置合わせ方法及び同装置
の説明するための平面図、第２図及び第３図は従来の非
接触式の位置合わせ方法及び同装置の説明図で、第２図
は平面図、第３図は正面図である。第４図及び第５図は
本発明の詳細な説明図で、第４図は模式化して表わした
平面図、第５図は回転角と周縁位置との関係を示す図表
である。 ？ 第６図乃至第井図はそれぞれ本発明装置の一実施例ビ示
し、模式化して描いた正面図に制御系統図ン付記した図
である。 １・・・板状物、２・・・基準ローラ、３，４．５・・
・駆動用ローラ、６・・・押付ローラ、７・・・弾性体
、８・・・ビン、９・・・レバー、１０・・・アクチュ
エータ、１１・・・ロッド、１２・・・モータ、１３・
・・グーリ、１４・・・ベルト、１５・・・固定チャッ
ク、１６・・・回転ステージモータ、１７・・・回転ス
テージ、１８・・・光源、１９・・・光電変換素子、加
・・・Ｘステージ、２１・・・Ｙステージ、２２・・・
コントローラ、２３・・・Ｘステージ用モータ、２４・
・・Ｙステージ用モータ、２５・・・上下方向移動ステ
ージ、２６−・・上下用アクチュエータ。 代理人弁理士　　秋　　本　　正　　実第１図 １０ 第２図 ’４’ｉ　３１覆 第４　ｒＵ りｊｊ　５　ＩＮ ｒ（ｍｍ） 第６図 ？；Ｓ７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円板の１部に切欠部を有する板状物体の位置合わせ
   方法において、板状物体の中心部Ｚ軸として回転させな
   がら該板状物体の周縁χ光電変換素子により検出し、上
   記の検出信号出力欠自動制御装閘に入力せしめて切欠部
   の方向および基準位置からの位置ずれｔＹ演算せしめ、
   上記の演算結果に基づいて板状物体を載置した回転ステ
   ー・ゾ及び水平方向移動ステージ欠駆動することヶ特徴
   とする板状物体の位置合わせ方法。 ２、板状物体乞固定するチャック手段と、上記チャック
   手段を支承する回転ステージ及び水平方向移動ステー・
   ゾと、板状物体の周縁を検出するための光源及び光電変
   換素子とを備え、かつ、上記光電変換素子の出力信号に
   基づいて演算７行ない前記回転ステージ及び水平方向ス
   テージ乞駆動するように構成した自動制御装置ン設けた
   ことン特徴とする板状物体の位置合わせ装置。 ３、前記の回転ステージ及び水平方向移動ステージは、
   自動制御装置によって駆動される上下方向移動ステージ
   ７備えたものであること乞特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の板状物体の位置合わせ装置。