JPS6085536A - 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】 〔発明の対象〕 本発明は半導体ウェハ処理装置などに用いられるウェハ
位置決め装置に関するものである。

〔発明の背景〕

ウェハの加工、もしくは検査を行なう機械には該ウェハ
を精密に位置合せする装置が設けられるが、このａＦ密
位置合せ装置を作動せしめるための準備として、任意の
向きにて供給されるウェハをその外形を基準に位置決め
するクエへ位、置決め装置が用いられる。

従来用いられているウェーへ位置決め装置はウェー外周
をローラに当接せしめて位置決めを行なうものである。

第１図に示すごとくウェハ１は外周の一部に方向決めの
だめの直線部（オリエンテーシ冒ンフラット以下オリフ
ラという。）２を持っている。ウェハはエア浮上搬送路
６を矢印４の方向に搬入され、はぼ直線状に並べた３本
の回転ローラ５．６．７、及び固定ローラ８に当接する
。

ウニへ〇円周部が３本のローラに向いているとキシ１３
本のうち中央のローラ６にのみ当接し、ウェハは反時計
方向に回転する。

６本のロー２は中央のロー２６が両端のロー２５．７よ
りややウェハよシ遠くなる様に配置する。これによシ第
２図に示す・鎌にオリフラ２が６本のロー２に向くとオ
リ７うは両端のローラ５．７に当接し、こルらはウェハ
を互に逆方向に回転させようとするので、ウェハの回転
は停止し、ロー：）５．７．８に当接して位置決めされ
る。

ウェハ１がエア浮上搬送路６を矢印４方向に搬入されて
最初にローラにぶつかる時の衝激によりウェハ外周が損
傷するおそれがある。またウェハが位置決めされるまで
ローラ６．８がウェハ外周に連続的に当接するため、ウ
ェハ外周の損傷によるゴミ等がローラを介在して他のク
エへ等に拡散する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来技術の欠点を無りシクエへに損
傷を与えるおそれが無く、ウェハ外周に当接しないウェ
ハ位置決め装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するためにウェハを移動台に吸
着固しウエノ為外周の位置を光電検出し、所定の位置に
なる様に移動台を移動することにした。

また本発明は、切欠部を有するウェーを、その中心近傍
を軸として回転させながら（最終的には１回転させ元に
戻す）、その周縁部に関する一次元撮像画像信号につい
て画像処理および演算処理を行なうことにより、上記切
欠部を検出して上記ウェハの回転方向の位置ずれ量を算
出、記憶した後、再び上記ウエノ・の周縁部につｈて上
記平面内の直交方向の各軸の近傍を画像処理および演算
処理することにより、上記ウェハが含まれるべき平面内
の基準位置からの位置ずれ量を算出し、それに基づいて
上記平面内の直交方向に上記クエへを各々移動させて直
交方向の位置合わせを行い、その後、既に算出している
回転方向の位置ずれ量を基に目的とする位置までウェハ
を回転させて、位置合わせを行なうようにするものであ
る。

更に本発明は切欠部を有する円板状のウエノ１を保持し
、かつ上記板状物が含まれる平面内で交互に直交方向に
移動させる平面移動ステージと、これを回転させる回転
ステージと、上記クエへの周縁部を撮像する一次元撮像
装置と、その撮像画像ｉＫ号に１づして上記板状物の回
転方向のずれ量および上記平面内の基準位置に関して直
交方向の各位置ずれ量を算出し、その演算結果に基づｉ
て上記の平面移動ステージと回転ステージの位置合わせ
駆動の制御をするコントローラとからウェハ位置位置決
め装置である。

〔発明の実施列〕

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。

第３図は本発明のウェハ位置決め装置の側面図、第４図
は同平面図である。

ウェハ１はベルトコンベア等の搬送装置（図示せず）Ｋ
よりウェハチャック１ｏ上に供諭され、真空吸着される
。

ウェハチャック１０はクエへ面に垂直な軸のまわりｖｃ
１回転以上回転する７−タステージ１１に固定され、シ
ータステージ１１はクエへ面内で直交する２方向に移動
するＸＹステージ１２ｊＣ固定されている。

ウェハ外周に３個の光電式位置検出器１３．１４．１５
を配置する。各々は投光器１６と、受光器１７によシ構
成され、光路にピンホール１８を記して位置検出感度を
高める。

ｙｔ亀式位置演出器の配置はクエへが位１屋決め完了し
た時にウェハの外周が光電式位置検出器の光束を半分さ
えぎる様にし、１り１３を円周上オリフラに対してほぼ
直角な線を検出する位置に、２ケをオリフラ上に配置す
る。オリ７うの長さの中央付近に１ケ１４を１１５をオ
リフラの端近くに配置する。

光電式位置検出器１３ｖ光束がウコ：ノ為１によりさえ
ぎられた場合には、第４図に矢印で示すＸ方向にＸＹス
テージを移動させる様モータ（図示せず）にて駆動し、
光束がさえぎられない場合は反対方向に駆動し、光束が
半分さえぎられた位置にてモータが停止する様にサーボ
制御する。同様に検出器１４で、まＹ方向に、演出、得
１５ではシータ方向に各々モータを駆動しサーボ制御す
る。

ウェハ１をウェハチャック１０に真空吸音後、Ｘ方向、
Ｙ方向、シータ方向、同時に制御を開始し、３方向共に
光束が半分さえぎられてモータが停止すると、ウェハ１
の位置決めが完了する。第５図に位置決め途中の状態を
示す。多くの場合、オリフラ２は光電式位置検出器１４
．１５に対向しない方向で供給され、Ｘ方向、Ｙ方向の
制御が先に完了して図の状態にな９、シータ方向のみ駆
動を続ける。シータステージ１１０回転中心とウエノ・
１の円周の中心とは通常ずれているので、シータの回転
につれてＸＹ方向のずれを生じるが、このときＸＹ方向
の制御が再開して位置を修正する。

第６図は第４図におけるオリフラ端近くに配置した光電
式位置検出器１５の位置を検出器１４０反対側１６に変
更したもので、シータ（回転）方向の制御の方向を第４
図の場合と逆にすることによシ同様にウェー・の位置決
めができる。以上はウェハ中心付近におけるＸＹ方向の
位置決め精度を重視した配置である。

第７図は位置決め時にオリフラを検出する２個の光電式
位置検出器１４．１５０間隔を第４図の場合より広くし
て、７−タ（回転）方向の位置決め精度を向上させるも
ので、第４図ではオリフラの中央付近に配置してＹ方向
を制御する検出器１４を、Ｘ方向を制御する検出器１６
の方へ近すけて配置する。近ずける限度は鏝も径の大き
いウェハの円周が検出器１３．１４の光束を半分さえぎ
るとき、７−タ（回転）方向を制御する。検出器１５の
光束とさえぎらない範囲である。

すなわち、検出器１３．１４．１５の光束の中心を通る
円の径は最大ウェハ径より大きい。

この範囲をこえて検出器１５の光束を半分さえぎる配置
にするとクエへ円周が検出器１４．１５にかかった状態
に誤り゛Ｃ位位置決する。また・★重器１５の光束を全
部さえぎる配置ｊｉＫｒるとオリ７うが検出器１３にか
力１りた状態に誤りて位置決めする。

第７図の配置のまま、検出器１５と１食出器１４の機能
を交替しても第６図と同様にシータ（回転）方向の制御
の方向を逆にすることにょシ位置決めができる。

また、第８図に示す様に第７図の配置の検出器１４．１
５の和信号でＹモータを、差信号でン−タモータを制御
する方式にすると；ｓ４図、第６図におけると同様にウ
ェハ中央付近における位置決め精度が良く、かつシータ
方向の精度も向上させることができる。

第９図は光電式位置検出器を４個用Ａ１オリ７うの両端
近くに検出器１５．１６を配置し、これらの差動出力で
７−タ方向の制御を打ない、オリフラ中央近くに配置し
た検出器１４にてＹ方向の制御を行なう様にしたもので
、ウェー・中央の位置決め精度と７−タ方向の位置決め
精度を共に向上させることが−できる。クエへ円周が検
出器１４にかかった状態の時には演出腸１５．１６共に
光束をさえぎらなくなシ差動出力が零となって７−タ方
向の駆動ができなくなる恐れがあるので第１０図に示す
鎌に検出層の飽和出力をアンバランスにしておく。この
方式は第７図又は第８図の方式と比較して、オリ７うを
検出する検出器の配置に対する制約が少なく、このため
従来のローラ方式（第１図）と位置決め基準の互換性を
持たせるのが容易である。

以上述べた方式によシクエノ１を位置決めした後、クエ
へ真空吸着搬送アーム等（図示せず）によりウェハ精密
位置合せ装置ヘクエノ・を供給する。

更に本発明の池の実施例を第１１図乃至第２０図にもと
づいて説明する。

第１１図は、本発明に係る板状物の位置合すせ装置の一
実施例の構成図、第１２図、第１５図はその回転方向の
位置ずれ盪算出方法の説明図、第１４図乃至１Ｋ１８図
、第１９図は、同水平面内の位置ずれ量算出方法の説明
図、第２０図は、それら位置ずれ量算出結果に基づく位
置合わせ方式の説明図である。

ここで、１は切欠部２を有する円板状の板状物（例えば
シリコンウェー）、１２Ａは、平面移動ステージに係り
、駆動用モータ１７Ａで駆動されるＸステージ、１２Ｂ
は、同じく、駆動用モータ１７Ｂで駆動されるＸステー
ジ、１１は駆動用モータ１１Ａで駆動される回転ステー
ジ（以下θステージという）１９は一次元撮偉装置（例
えばラインセンチ、以下ＣＯＤとハう）、１８は照明装
置、２０よコントｃＸ−９である。

第１２図Ｋ　Ｆ？ｎで、板、大物１；ｄＸス？−ジ１２
Ａ上に真空吸着で保持されるようになっており、またこ
のＸステージ１２Ａの駆動用モータ１７ＡはＸステージ
１２Ｂ上に固定されている。

Ｘステージ１２Ｂの駆動用モータ１７Ｂは、θステージ
１１上（０付けられている。θステージ１１は、その、
駆動用モータ１１Ａによって回転方何に摺動ができるよ
うになりている。

コントロー２２０は、ＣＣＤ１？から取り込んだ一次元
撮像画像信号に基づ嶋て板状物１の位置ずれ量を算出す
る演算処理手段（一般に〕７トウエアである）を有して
おシ、その演算状態に基づいて、各ステージ１２Ａ、１
２Ｂ、１１の駆動用モータ１７Ａ、　１７ｆｌ、１１人
の位置決め制御ができるものである。

一般に、板状物１を上記ステージに載せた場合、板状物
１の中心とθステージ１１の中心軸とは必ずしも合致し
ない。

ます、回転方向の位置ｒれ・置市方法について説明する
。

第１２図にお八て、ＣＣＤ１９は図中１９Ａの箇所の画
像を取り込んでお９、また、板状物１の切欠部２は図中
上方にあるものとする。さらに板状物１の中心Ｏｗは、
θテーブル１１の中心軸０からは、図に示すようにΔｘ
１Δｙだけずれているものとする。

コントローラ２０は、板状ｆ！１１の周縁部Ｄｍ所の画
像を収り込みながら、その画像処理をしてθテーブル１
１を回Ｉ訳させ、切欠部２を噴出するすなわち、板状物
１０周縁部データは、第１３図に示すような曲線となり
、切欠部２の１所のデータは、曲線の傾斜が変わシ急峻
な曲線となる。そのデータ群の中で、曲線の１項斜が急
激に変化する点のデータＳＩ％３ｔのうち、小さい方の
データ（図の場合はＳ２である）と、３＋からＳ！まで
のデータ群の中の厳小（直Ｓｍ１ｎとの中間の値５ｔｙ
ｐと同じ値の箇所の回転角度■寥と■！の中間■Ｘが請
求めるべき回転方向の位置ずれ量となる。

次に、板状物１が含まれる平面内（通常、水平面内）の
位置ずれ（Δｘ１Δｙ）検出方法について説明する。

第１４図に示すように、まずＸステージ１２Ａをｘａだ
け図中右側に、膠勘しくＢの位置）、周縁部の画像を取
り込み、この周縁部データをＳｘｌとして記憶する。同
様に図中左側にもｘａだけＸステージ１２Ａを移動して
（図中１０の位置）、周縁部データＳｘｒを記憶する。

すなわち、これは、第１５図に示すように、水平面内の
θテーブル１１の中心軸Ｏ上のＹ袖（十Ｙ−−Ｙ線）と
周縁部が交差する箇所から、＋Ｘ、−Ｘ方向に各々ｘａ
だけ離れてハる１所の周縁部画像を取り込んだことにな
る。

ここで、第１５図にお−て、平面内の位１置ずれのうち
Ｘ軸方向の位置ずれ量ΔＸを算出する。

また、板状物１０の半径Ｒ・儂、 で表わせるから、この式からＢｘは、 一方、図中αは Ｉｘａ α＝””Ｉｌｉ であり、また、Ｘ軸方向の位置ずれムΔＸは、図から Δｘ＝Ｂｘ　＋５ｉｎａ で表わすことができる。

したかつて、前述の式を代入すると、 となる。ここで、半径Ｒは設計データとして既知のデー
タである。

その後、第１６図に示すように、θステージ１１を９０
６回伝して（図で明ら奏なように、平面移動ステージの
座標軸も変わる）板状物１を図中１Ｄの立：近にする。

前述したと同謙に、第１７図に示すように板状物１Ｄを
十Ｙ、−Ｙ方向に各々ｙａだけＹステージ１２Ｂを移動
し、ＣＣＤ１９によシ板状物１Ｄの周縁部−像を取り込
み、各々Ｓｙ１．Ｓｙｒとしてデータを記憶する。

前述したΔＸの算出方法と同様に、平面内のＹ軸方向の
位置ずれ量Δｙの算出方法を、第１８図に基づ贋て説明
する。

Δｙ　；１３ｙ　、　ＳＩＮβ したがって、 となる。

琺上、説明した方法をコンドロー、９２（１）演算手段
（通常ソフトウェア）を用いることにより、平面内の位
置ずれ量をＸ、Ｙ軸方向について各々算出することがで
きる。

以上の説明は、第１４図に示したように、板状物１の切
欠部２が図中上方（＋Ｙ方向）にある場合と仮定したが
、第１９図及び第２０図に示すように、板状物１の切欠
部２が図中下方あるいは右側（図中破線で示してちる）
にある場合は、前述演算処理時、画りａ取込みｍ所であ
る１９Ａの位置に切欠部２がきてしｔ＾、適正な演算を
行なうことができな贋ので、図中実線の位、置（図中１
′で示す）になるように板状１ｆＥ１を９０”あるいは
１８０°回転さ亡た後、第１４図乃至、篤１８図に基づ
く前述演算処理を行なうようにする。

以上説明した方法により、平面内の位置ずれ量を算出し
た後、上記算出結果に基づき平面移動ステージに係るＸ
ステージ１２ＡおよびＹステージ１２Ｂを第２０図（ａ
）に示すように位置、ω正する。さらに、既に算出済み
である回転方向の位置ずれ量■Ｘを基に第２０図（４）
に示すような適正位置へθステージ１１を回転位置決め
することで、板状物１の回転方向の位置ずれおよび平面
内の位置ずれを検出し、適正位１僅決めすることが可能
となる。

以上の説明で明らかなように、本実施列の位置合わせ方
法、装置では、板状物１の裏面以外の箇所には全く接触
することはない。また板状物１を高精度で位置決めがで
きるので、顕微鏡等による再位置合わせ作業を省くこと
ができ、板状物１０への回塔焼き付けや検査等の品貢安
定化、高信頼化を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、クエへに損傷を与
えるおそれが無くクエへの位置決めを行なうことができ
る。

また、これに使用する光′鑞式位置検出器は測長精度を
必要とせず、零点の再限槽度のみで良いので簡単な構成
で高精度を得ることができ、装置を安価に製作すること
ができる。

更に、本発明によれば、板状物の表面および周縁部に接
触することなく、基準位賃力亀らの板状物の水平面内お
よび回転方向の位置ずれ量を検出し、板状物の補正位置
決めができるので、板状物周縁部等の破損および破片に
よる表面の汚染の防止、位置合わせ精度の向上、さら【
動作の安定化ができる等の顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のウェハ位置決め装置の平面図第２図は第
１図の立ｉＪｔ決め完了後の状態を示す図、第３図及び
第４図は本発明の１実施列の側面図、及び平面図である
。第５図は第４図の位１決め途中を示す図、第６図、第
７図、及び第９図は各々本発明の別の実施列の平面図、
第８図は第７図の別の制御方式を示す図、第１０図は第
９図の検出器の特性を示す図、第１１図は、本発明によ
る板状物の位置合わせ装置の一実施例の構成図、第１２
図および第１５図は、その回転方向の位置ずれ検出方法
の説明図、第１４図乃至第１９図は、同水平面内の位置
ずれ検出方法の説明図、第２０図は、同回転方向しよび
水平面内の位１合わせ方法の説明図でおる。 １・・・クエハ　２・・・オリフラ １１・・・７−タステージ　１２・・・ＸＹステージ１
５．１４．１５．１６・・・光電式位置検出器％Ｉ　図 茅２Ｚ 第　３田 笛４図 第Ｓ図 茅　６　図 ０ 第７２ 第８図 ＄ｑＺ 第１θ図 幅１１図 ２θ 拓７２図 第　／４　図 −で 堵／、５−１ｆｆｉ 茅／６溶 （−Ｙ） ◆ ＋Ｘ 第７７肥 拓７８図 第１りに ↑ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　ウェハをその面内でほぼ直交する２軸方向と、その
   面にほぼ垂直な軸まわシの回転方向とに駆動するクエ／
   ）移動機構と、フェノ−の外周位置を検出する様に少な
   くとも５個の光電式位置検出器を設け、そのうちの少な
   くとも２個の光電式位置検出器は位置決めが完了したと
   きにウェハのオリ７２を検出する様に配置し、少くとも
   １個の光電式位置検出器は位置決めが完了したときにウ
   ェハの円周を検出する様に配置し上記束なくとも２個の
   光電式位置検出器の信号により、ウェハのオリフラの直
   線の方向にほぼ垂直な方向と、クエー・の面にほぼ垂直
   な軸まわりの回転方向とに、上記ウェハ移動機構を立直
   決め制御し、上記束なくとも１個の光電式位置検出器の
   信号により、ウェハのオリフラの直線にほぼ平行な方向
   に上記クエへ移！ａ機構を位置決め制御することを１１
   １ｆＩ微とするウニＩへ位置決め装置。 ２　上記束なくとも２１同の光１式位置検出器と上記束
   なくとも１個の光成式位Ａ検出４との光束の中心を通る
   円の径がクエへの円周の径より大きくなる様に上記束な
   くとも３１固のｊｔ蝋式位置検出器を配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のウェハ位置決め装
   置。 五　上記束なくとも２個の光１式位置検出器が、３個の
   光電式位置検出器によ＃）ＩＩＩ成され、このうち中央
   の１個の光電式位置検出器の信号によりウェハのオリフ
   ラの直線にほぼ垂直な方向に上記ウェハ移動機構を位置
   決め制御し、両端の２個の光電式位置検出器の信号によ
   りウェハの面にほぼ垂直な軸まわりの回転方向に上記ウ
   ェー移＃機構を位置決め制御することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のウェハ位置決め装置。 ４、　切欠部を有するクエへを保持し、上記ウェハが含
   まれる平面内で直交方向に移動させ、且つ回転させるス
   テージと、上記ウェハの周縁部を撮像する一次元撮像装
   置と、七の撮像画像信号に基づいて上記ウエノ１の回転
   方向のずれ量並びに上記平面内の基準位置に関して直交
   方向の各位置ずれ量を算出し、その結果に基づいて上記
   ステージの位置合わせ駆動の制御をするコ