JPS60192345A - ウエハ位置決め装置 - 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〕 本発明はウェハ外周に非接触で外縁の位置と。

オリエンテーションフラットの傾きを検出し、１．。

その結果を用いてウェハな所定の位置に所定の向きで位
置決めすることに係り、特に高集積度ＬＳＩ製造装置に
好適なウェハ位置決め装置に関する。

〔発明の背景〕

ウェハ露光装置のようなＬＳＩ製造装置では、前工程で
焼付けられたパターンと次工程で焼付けるパターンとの
位置合せが必要である。その時の最終的な位置合せは、
パターン認識により・精度良く行なわれるが、そのため
には、事前に用ウェハの位置と向きを所定の位置の近傍
に位置。

決めしておく必要がある。（精度±４０μｍ〜±１５０
μｍ）従来、この位置決めは、ウェハ外周に回転体を。

押付け、そのときの摩擦力でウェハな回転させ、ウェハ
のオリエンテーションフラット部（以下。

オリフラと略す）が、所定の向きに至ったならば、ウェ
ハに回転力が伝達されなくなる機構を。

用いたウェハ位置決め装置を用いて行なってい。

た。この装置によれば、ウェハ外周に回転体が。

接触し摩擦するため、ウェハ外周の欠けやレジ、（。

ストのはく離を引き起し異物を発生させ、さらにこれら
が原因でＬＳＩの歩留りが低下するという問題点が有っ
た。これに対して考えられたのが、次に述べる光学的な
ウニノ・位置決め装置である。

この従来の光学的ウニノ・位置決め装置を第１゜２図を
用いて説明する。まず、ウェハチャック１は上面にウェ
ハ６を真空固定でき、さらに、ステッピングモータ２に
より回転することが可・能である。その上で、ランプ６
により照明され１．。

たウェハ６の影はレンズ４によりウニノ・半径方向に向
けて置かれているラインイメージセンサ（ＣＣＵ　）５
上に投影される構成となっている。

次いで、この従来のウェハ位置決め装置の動作について
説明する。最初に、搬送機構（回磁１゜略）により運ば
れてきたウニノ１６をウニノ１チャック１上面に真空固
定する。次いで、一定速度でウェハ６とウェハチャック
１をステッピングモータ２により回転させ、ステッピン
グモータ２０回転ステップに同期させてウニノ１６の外
縁、（）位置をＣＣＤ５により検出する。ウェハ６の外
縁位置はＣＣＤ５の輝度信号が暗レベルから明レベルへ
変化するビット位置により検出する。この検出結果を示
したのが第２図（ａｌである。オリフラが位置する角度
は、第２図（ｂ）に示すビット位置の）変化量（微分値
）の最小角度ｉと最大角度ｊの中間のウェハ外縁位置の
検出値が極小となる角度にで与えられる。そこで、この
角度ｋにステ。

ッピングモータ２を回転させて、ウェハの向きを所定の
方向に位置決めしていた。このオリフｌ＋１うがＣＣＤ
５の方向と直交する方向との間に成す角度なθとし、ウ
ェハチャック１の回転軸とオリフラまでの距離をｌとす
れば、この極値付近　。

（角度ｋ）の外縁位置の検出値Ｐは極値を基準に考える
と次式で与えられる。　ｌ。

Ｐ＝ｔ・（１−１／。。、θ） すなわち、検出値Ｐは第３図に示すように、極値付近で
はその変化が著しく小さく、この変化が小さい検出値Ｐ
の中から極小値を選びオリフラの位置する角度としてい
た。　２）１６　・ したがって、以下に示す欠点があった。

）、　検出イ直の変化が小ない回転角から極小値を示す
角度を見つげ、オリフラの向きを検出していたため、第
３図に示す±δの範囲のように、検出結果の誤差が大き
いという欠点があった。−１２直線状の検出範囲内にお
けるウェハ外縁位置のみを検出し、オリフラの傾きは検
出できない構成であるため、位置決め精度はステッピン
グモータ２の静止精度（±０．００１６ｒａｄ　、±５
．５分）よりも高精度にはならないという欠点があつ１
１゜た。

６、　ウェハの偏心およびオリフラ部の切り欠きによる
外縁位置の変化範囲を全て検出する必要から、ＣＣＤ５
の検出範囲を広く設定するため、検出分解能が１０μｍ
程度と粗う（精度が不足す］−するという欠点が有った
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光学的にウェハ外縁位置を検出する機
能と円周部とオリフラ部を判別（オリフラの傾きを検出
する機能を用いてウェハ外、　４ 周に非接触でかつ従来装置よりも高精度にウェハな位置
決めするウェハ位置決め装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、Ｗステージ上にΔθステージとθス）テーク
な同軸上に配置して設け、さらに、平行・に配置された
３本のラインイメージセンサ（ＣＣＤ）。

と照明系および投影レンズより成る光学的検出装置を備
えた構成を用い、ラインイメージセンサの検出値により
ウェハ外縁位置を、検出値の１，１相異により円周部と
オリフラ部の判定とオリフラの傾きを検出することＫよ
り上記目的を達成するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第４図〜第１１図に１゜より
説明する。

最初に本実施例の構成について説明する。第。

４．５図に示すように、ステージベース７上にはＸステ
ージ８がＸ軸方向に直動可能に支持され、さらに、Ｘス
テージ８上にはＹステージ９がＹ軸方向に直動可能に設
けられ、両者を合せてＷステージを構成している。その
上で、Ｙステージ９の上面にはΔθステージ１０が３個
のローラ１８に狭まれた状態でＺ軸回りに揺動可能に載
置されている。これらのＸステージ８．Ｙステージ・９
、Δθステージ１０はおのおのステッピングモータ１２
，１４．１６と送りねじ１３，１５．１７によりＸＹ方
向の位置とＺ軸回りの揺動角が位置決めされるようにな
っている。さらに、Δθステージ１０と同軸上。

には、ステッピングモータ１９とウェハチャックｌ１１
１１が設けられ、無限に回転可能なθステージを形成し
ている。ウェハチャック１１の上面には、ウェハ２０を
真空固定することが可能である。Ｘステージ８およびＹ
ステージ９の位置決め分解能は各々１μｍであり、△θ
ステージ１０の位置決め１−１分解能は０．０２ｘ１０
””　ｒａｄ（４′）である。ウニノ・チャック１１は
１６００ステップ／回転である。

さらに、小型レンズランプ２１．プリズム２２゜照明レ
ンズ２３により照明されたウェハの影を拡大レンズ２４
により６５倍に拡大してＸ軸方向に平行に設置されてい
る３本のＣ０Ｄ２５〜２７上へ投影スる検出光学系を備
えている。各ＣＯＤのウェハ外縁位置の検出分解能は４
μｍであり、オリフラの傾き検出能は±０．２５ｘ１０
−ｓｒａｄ（±５０′）である。

このほか、本実施例は第６図に示す制御系を）備えてい
る。すなわち、ラインイメージセンサ２５．２６．２７
で検出したウェハ２０の外縁位置の情報を、センサコン
トローラ２８およびインターフェース回路２９を経てマ
イクロコンピュータ６０へ伝え、これをマイクロコンピ
ータ３０内に記憶し、。

さらに、演算処理することが可能であり、その。

上で、マイクロコンピュータ３０の指示をインターフェ
ース回路２９．モータコントローラ３１を経てドライバ
６２へ伝えることで、４個のステッピングモータを自在
に制御することが可能な構成ｌ。

となっている。

以上のように、本実施例は、Ｘ、Ｙ、Δθに制御可能な
ステージの上に１回転以上回転可能なθステージを設け
、さらに、６ケ所のウェハ外周位置を光学的に検出する
手段と、ウェハ外周位ｔ　４ｎの情報を記憶、演算処理
を行い、この結果をもとにＸ、Ｙ、△θ、θの４つのス
テージを自在に制御Ｕうる手段を備えた構成となってい
る。

次いで、本実施例の動作について説明する。

最初に検出系の動作を説明する。第７図に示す・ように
、ＣＯＤの輝度信号はウェハ外縁位置で暗レベルから明
レベルへ急峻な変化を示す。そこで、逆に、ウェハ外縁
位置をＣＯＤの輝度信号が変化するビット位置より検出
できる。オリフラが第７図（ａｌに示すように検出範囲
と直交していｌｌする状態では、３本のＣＣＤによるウ
ェハ外縁検出値（ビット位置）は一致する。第７図（ｂ
ｌのようにオリフラが傾斜している状態では、ウェハ外
縁検出値（ビット位置）は３本とも異り、さらに、オリ
フラの＠練性からＣ０Ｄ２６の検出値は　１゜ＣＣＤ２
５．２７の検出値の平均値に一致するという特徴がある
。その他、ウェハ円周部では、第７図（Ｃ１に示すよう
に、３本のＣＯＤの検出値は全て同一値になることも、
ＣＣＤ２６の検出値がＣ０Ｄ２５．２７の検出値の平均
値と一致することもない。した、）１、８　。

かって、本実施例の検出系によれば、ウェハ外縁位置の
検出の他、円周部とオリフラ部の判別とオリフラの傾き
の検出が可能である。

次いで、本実施例のウェハ位置決め時の動作・について
説明する。まず、搬送系（回磁略）に・より送られてき
たウェハ２０をウェハチャック１１・上面に真空固定す
る。このとき、ウェハ２ｏの回転中心ωは、図１０に示
すようにウェハチャック１１０回転中心０とは必ずしも
一致せず、０を基準。

としてＸ軸方向については−１１から＋５ｍｍの範囲１
゜内に、Ｙ軸方向については±５鰭の範囲内に位置しオ
リフラは任意の方向を向いている。その後、ウェハチャ
ック１１を回転させながら検出系でウェハ外縁位置を各
回転角に対して検出する。こ。

のとき、３本のＣ０Ｄ２５　、２６　、２７によるウェ
ハ外周１ｆｉ位置の検出値の最大値と最小値の差をδ、
とする。

と、δ１とウェハチャック１１０回転角θとの関係は、
第８図に示すように、オリフラと検出範囲が直交する位
置において必ず最小値を示す。したがって、δ、に対し
て一定のしきい値を設けておくことで容易にオリフラが
所定角度の近傍に来たことを検出できる。なお、ウェハ
外縁位置が上記検出回転中に検出範囲の端に片寄った場
合には、Ｘステージ８を移動させてウニノ・外縁位置を
検出範囲の中央部に戻す動作が行なわれ・るが、３個の
外縁検出値の相対値からオリフラを検出しているため、
Ｘステージ８の移動ｎ度は検出結果に全く誤差を生じな
い。このように、オリフラ部を検出範囲とほぼ直交する
角度に合せた後、Δθステージ１０により微小揺動をウ
ニノ’　Ｉｌｌチャック１１およびウニノ・２０に与え
る。このとき、外側のＣＣＤ２５とＣＣＤ２７のウェハ
外縁位置の検出。

値の差δ、は検出範囲の間隔をｈ、オリフラの傾。

斜角をθとすると、 δ、＝ｈ拳ｔａｎθ　１゜ 中ｈ−θ となり、第９図に示すように、δ！はオリフラの。

傾きθに対して敏感に変化する。したがって、検出系の
傾き検出能±０．２５ｘ１０−”　ｒａｄ（±５０′）
の精。

度でウェハの傾きを合せることが可能である。２．）以
上の手順でオリフラの向きを位置決めした後、ウェハ２
０の回転中心ωを所定の位置（例えば、ウェハチャック
１１の回転中心０が位置する点）に位置決めする動作が
行なわれる。本実施例では、補正量の検出方法として、
中央のＣＣＤ２６により検出した、第１０図に示すオリ
エンテーションフラット部以外の円周部５点のウニノー
外縁までの距離ρの検出結果から補正量をめる方法と、
第１１図に示すように、オリエンテーションフラット部
以外の４点の距離ρの検出結果から補正量をめる方法の
２種の方法が選択できるようになっている。

第１０図に示す６点検出（ｉ、ｊ、ｋ）による方法から
説明する。まず、オリエンテーションフラットが検出部
に位置する角度θ、よりもウニノ１チャック１１を、本
実施例では９０°だけ回転させ、ウェハ２０のエツジま
での距離ρを検出しａとする。

絖いて、ウェハチャック１１を９０°ずつ回転させ、距
離ρを検出してそれぞれす、ｃとする。その後、オリエ
ンテーションフラットを所定の方向（本実・　１１ 施例では゛オリエンーチージョンフラットの辺とウェハ
チャック１１と検出点を結ぶ直線が直交する回転角０２
）に合せ次式によりＸ軸方向の補正量をめる。

ｅ＝（ｃ−ａ）／２　・・・・・・・・・・・・・・・
（１）−次いで、Ｘ軸方向の偏心量を０と仮定してウェ
ハ２０の半径ｒの近期近似値ｒＯを次式で計算す。

る。

ｒｏ＝（ｃ＋ａ）／２　・・・・・・・・・・・・・・
・（２）とのｒＯを用いてＸ軸方向の補正量ｆの初期近
似１（）値をめる。

このｒｏ、ｆｏを初期値とｌ−て、次に示す収束計算を
行なわせれば、Ｘ軸方向の補正ｆｉｆがめら式（４）の
収束性は良好でｉ＝５で誤差０．４μｍ以。

内の精度のＹ軸方向補正量ｆを得ることかでき。

したがって、ウニノ・２０のＸ軸、Ｘ軸方向の補正、Ｉ
。

２ 量ｅ、ｆを検出できる。

続いて、第１１図に示す４点（ｉ＋Ｊ＋に＋’）検出に
よる方法を説明する。まず、オリエンテーション・フラ
ットが検出部に位置する角度θ鵞より、本実・施例では
４５°だけウニノーチャック１１を回転させ）エツジ距
離ρを検出しａとする。引き続いて、９０°ずつウェハ
チャックを回転させてエツジ距。

離ρを検出し、それぞれをす、ｃ、ｄとする。その。

後、前述の方法と同様にオリエンテーションフラ。

ットを所定の方向に合せ、ＸＹ座標系を〜４５°４５°
。

針方向に回転した座標系での補正量ｔ、ｈは次式。

このｇｈを座標変換すれば直ちにＸＹ座標系での、。

補正量がまる。

ただし　θ−−４５゜ よって、■軸方向の補正量が検出できた。

以上のように、２種の方法のうちいずれを用いてもＸＹ
Ｘ軸方向補正量ｅ、ｆが検出でき、この補正量ｅ、ｆに
相当するステップ数たけステッピングモータ１２．１４
を回転することによって、補正前にはウェハチャック１
１０回転中心が位置していた所定の位置ヘウエハ２０の
回転中心ωを移動させ、ウェハ位置決め動作を完了する
。

なお、本実施例では、オリエンテーションフラットの位
置決め方向としてはオリエンテーションフラットの辺が
Ｙ軸と平行になる方向を用い、さらに、ウェハの回転中
心位置は初期のウェハチャック１１の回転中心に選んで
説明したが、オリエンテーションフラットの位置決め方
向としては６６０°いずれの方向でも良く、またウェハ
回転中心の位置もＸＹステージのストロークの許容する
範囲内で任意の位置に設定することが可能である。

本実施例によれば、以下に示す効果がある。

１、　ウェハ外縁に完全に非接触で位置決めすることが
可能なため、ウェハの欠け、レジストのはく離といった
欠損の発生がなく、また、・これらの発生に起因する異
物も発生しないため、ＬＳＩチップの歩留りが向上する
という効−１果がある。

２、　ウェハ外縁検出に透過光を用いているため、ウェ
ハ表面の状態、外周の面取り、だれの大きさに影響され
にくい安定した検出性能を実現できる効果がある。　１
，１ ３、　オリフラの傾きを直接検出することが可能なため
、従来装置よりも高精度に位置決めできる効果がある。

（：Ｈ，６Ｘ１０−’　ｒａｄ−＋ｆ０．２５ｘ１　（
ｒ”ｒａｄ　）４　検出系、照明系がウェハとは高さが
異る位置にあり、ウェハチャック周囲に広い空間を１゜
設けることが可能なため、搬送機構、搬送経路を設定す
るときの自由度が太きいという効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、光学、。

的に外縁位置を検出し、さらに、円周部とオリ。

フラ部の判別およびオリフラの傾きの検出が可能である
ため、ウェハ外周に非接触で位置決めが行なえ、ウェハ
の欠け、レジストのはく離を・防止し、異物の発生を抑
え、ＬＳＩチップの歩留）りを向上させる効果がある他
、透過光を用いて検出を行なっているため、ウェハ外周
部の表面状態、形状によらず安定した検出性能を実現す
るとともに、搬送系の設定に大きな自由度が有るなどの
効果がある。　１１（

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示す斜視図、第２゜図は従来
装置の検出信号を示す線図、第３図は。 同じくオリフラ傾きに対する検出値変化を示す線図、第
４図は本発明の一実施例の構成を示す、。 斜視図、第５図は本発明の検出光学系を示すＸ軸方向か
ら見た側面図、第６図は制御系を示すブロック図、第７
図は検出系の検出値の変化を示す説明図、第８図はオリ
フラ検出の原理図、第９図はオリフラの傾きによる検出
信号の変化６ を示す線図、第１０図は第１の偏心検出方法の説明図、
第１１図は同じく第２の偏心検出方法の説明図である。 ７・・・・・・ステージペース、８・・・・・・Ｘステ
ージ。 ９・・・・・Ｙステージ、１０・・曲Δθステージ。 １８・・・・・・ローラー、２０・・曲ウェハ、２１・
・・・・・レンズランプ、２２・・・・・・プリズム、
２３・・・・・・レンズ。 ２４・・・・・・拡大レンズ、２８・・・・・・ＣＣＤ
コントローラ。 ２９・・・・・・インターフェース。 ３０・・・・・・マイクロコンピュータ、１１１３１・
・・・・・モータコントローラ。 ６２・・曲ステッピングモータコントローラ。 ５ 代理人弁理士　高　楡　明　夫２．。 第　１圀 鞘２睨 第３０ オリ７う０＠ぐ　θ 第　５呂 第　６０ 第　７Ｚ ＣＣＤヒパソトイ立眞 第６固 躬　９虐

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　ＬＳＩ製造装置のウニノ・位置決め装置において、
   ＸＹ２方向に可動なステージ上に、Ｚ軸回・りに揺動可
   能なΔ０ステージを載せ、さらに、とのΔθステージの
   同軸上に小なくとも１回転以上の回転が可能なθステー
   ジを設け、その上で、ウェハの一方の側より照明し生じ
   たウェハの影を結像レンズを含む光学系により複１．。 数の平行に配置された検出素子上に投影する。 検出手段と、この検出手段の検出値を記憶・演算する手
   段を備え、さらに、検出手段の信号に基き、茸ステージ
   　θ、Δ０ステージを移６動させてウェハな所定の位置
   に位置決めする１、ことを特徴とするウェハ位置決め装
   置。