JPS6245143A - 円板物体の位置決め装置 - 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】

［発明の属する分野］ 本発明は、半導体ウェハ等の円板状物体の微小切欠きを
検出することによりこの円板状物体を所定の向きに位置
決めする装置に関する。本発明は、特に、マスクアライ
ナ等の露光装置やウエハプローバ等の測定装置、検査装
置等に対して半導体ウェハを載置する際に使用する位置
決め装置に適用して好適なものである。 ［従来技術］ 従来、この種の装置は、ウェハの周囲の一部に設けられ
た切欠きを用いて位置決めを行なうように構成されてい
る。普通、この切欠きは円板状のウェハの周囲を直線状
に切欠いたもので、オリエンテーションフラット（以下
、オリフラと呼ぶ）と呼ばれている。 オリフラを用いて位置決めする一例として、特開昭５８
−１８７１３号［円板物体の位置決め装置」に光電素子
を用いてウェハ端部変化を求め、その微分値によってオ
リフラの中心を求めて位置決めを行なう装置が示されて
いる。また、特開昭５１−１９８６４２号「ウェハ位置
検出装置」には光電素子によってウェハ端部位置を各回
転位置で比較し、回転位置変化に対するウェハ端部位置
の極値を求めることによってウェハ位置を検出する装置
が示されている。 ところが、近年、オリフラに加えて微小切欠き（以下、
ノツチと呼ぶ）をもったウェハが出てきた。このノツチ
は、オリフラとともにウェハに備えられることが多い。 第７図は、オリフラおよびノツチを有するウェハの平面
図を示ず。同図において、２１はウェハ、２２はノツチ
、２３はオリフラである。その場合、上記の二個の公知
例に係る装置では、ノツチとオリフラを区別することが
できずノツチ部での位置決めをすることは困難である。 また、第８図に示すように、両側にフォトセンサ２５を
備えたビン２４をウェハ２１に押しつけなからウェハ２
１を回転し、ノツチにビン２４が入って両方の７オトセ
ンサが同時に遮光されたとぎ、それを検出して位置決め
を行なう装置もある。しかし、この場合には、ビン２４
および２６を常に接触させなからウェハ２１を回転する
必要があるため、ウェハ２１に強い外力が加わることと
なる。従って、ウェハを破損しやすく、また高速にウェ
ハを回転することができないため位置決めに時間がかか
るという欠点があった。 ［発明の目的］ 本発明は、上述従来形の問題点に鑑み、ノツチを備えた
ウェハ等の円板状物体においてノツチ部での高粘度な位
置決めを行なうことができ、その際、ウェハに加わる外
力を最小に抑えてウェハを破損することがなく、さらに
高速に位置決めを行なうことが可能な円板物体の位置決
め装置を提供することを目的とする。 ［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。 第１図は、本発明の一実施例に係る位置決め装置の外観
を示す。同図において、１はウェハ、２はウェハ駆動ロ
ーラ、４はウェハ１を載置するテーブルである。テーブ
ル４はウェハ１を浮上させるためのエアベアリング機構
を持っており、さらに傾斜させることができる。５は全
体を保持する基台、６および７はウェハ１の最終位置決
め用押しつけローうである。この押しつけローラ６およ
び７は基台５に装備されており、押しつけ時は内側に、
その他のときは外側へ移動可能である。押しつけロー５
７の上部にはウェハ回転ローラ８が取付けである。この
ウェハ回転ローラ８は、テーブル４を傾斜させた場合に
ウェハ駆動ロー５２とともにウェハ１を保持する。９は
ノツチセン１ツユニツトであり、微小切欠きが位置すべ
き所定箇所に配置されている。 第２図は、上記実施例の装置の要部の平面図および側面
図を示す。ここで、第２図ａはテーブル４を傾斜させて
ノツチを検出している状態における平面図、第２図すお
よび第２図Ｃはともに第２図ａの状態における側面図で
ある。特に、第２図すはノツチセンサユニット９の部分
を詳しく示し、第２図Ｃはウェハ駆動ローラ２の部分を
詳しく示す。また、第２図ｄおよび第２図ｅは、それぞ
れ、ノツチの検出が終了しテーブル４を水平にして機械
的な位置決めを行なう状態における平面図および側面図
を示す。 第２図において、１０は照明光源、１１は押しつけビン
、１２は集光レンズ、１０１は光電素子である。 これらの部分はすべてノツチセンサユニット９に取付け
てあり、ノツチの検出時および機械的な位置決めのため
の押しつけ時は内側へ、その他の場合は外側へと移動可
能である。 照明光源１０はウェハ１の端部（外周部）を下部より照
明するためのものであり、光電素子１０１はこれと対向
する上部に設けられている。この照明光源１０より出た
光は集光レンズ１２により集光される。この場合、ウェ
ハ端部における遮光の変化を光電素子１０１において正
確に検出するため、光はウェハ面上にて長手方向がウェ
ハの半径方向となるような長方形に集光される。光電素
子１０１および集光された光の長手方向の寸法はウェハ
の外径バラツギおよびノツチ、オリフラによる遮光の変
化を充分に満足りる寸法になっている。 第２図Ｃにおいて、１１４はパルスジェネレータ、１１
５はウェハ１を回転するための駆動装置を構成づるモー
タである。このモータ１１５の回転軸には歯車１４が取
付けられており、ウェハ駆動ローラ２に取付けられた歯
車１５と噛合している。すなわち、モータ１１５を駆動
づ゛ることにより、ウェハ駆動ローラ２を回すことがで
きる。同時に歯車１５はパルスジェネレータ１１４に取
付けられた歯車１６と噛合している。これらのｍ　ｍ　
１５＃よび１６とパルスジェネレータ１１４は、例えば
ウェハ駆動ローラ２が１回転すると、パルスジェネレー
タ１１４が６００個のパルスを発生するというように適
当に選択されている。従って、パルスジェネレータ１１
４のパルスをカウントすることによりウェハ駆動ローラ
２の回転ｍすなわらウェハの回転量を検出することかで
きる。 第３図は、本実施例の装置の制御系の構成を示すブロッ
ク図である。同図により、ウェハを回転しノツチを光電
検出する際の制御系の各部の機能を説明する。 まず、光電素子１０１より出力される光電流をプリアン
プ１０２により増幅する。これにより、光電素子１０１
で検出した光電の変化は電圧の変化に変換して出力され
る。この信号をピーク値検出回路１０４に入力し、信号
の最大値を検出する。次に、レベルシフタ１２２はこの
最大値信号を所定の値だけレベルシフトし、その結果を
コンパレータ１０３の一端へ入力する。コンパレータ１
０３のもう一端には、プリアンプ１０２の出力信号が直
接入力されており、両者の大小に応じた信号出力がコン
パレータ１０３より得られる。レベルシフタ１２２のレ
ベルシフト量については後述する。 モータ１１５はウェハ駆動ローラ２を回転する動力とな
るものであり、スイッチ１１７によりモータ１１５の回
転の向きと速度すなわちウェハの回転速度を高速あるい
は低速逆回転の２段階に切換えることができる。モータ
１１５の回転はパルスジェネレータ１１４に伝えられ、
パルスジェネレータ１１４はウェハの回転に応じたパル
スを出力する。 カウンタ１０５はノツチを検出するために使用されるカ
ウンタである。アンドゲート１２１の作用により、コン
パレータ１０３の出力が゛（」″レベルの時のみ、パル
スジ、ネレータ１１４の出力パルスが力Ｃシフタ１０５
に入力され計数が行なわれる。コンパレータ１０６は、
このｈ１数値と設定３１０７に予め設定されている上限
値および上限値とをそれぞれ比較し、削数値がその上限
値と下限値の範囲内ならば計数を行なった時点に検知し
ていたウェハ端部にノツチが存在していたことを示す検
出信号を出力する。 アップダウンカウンタ１０８４．！ノツチの中心位置を
求めるために使用されるカウンタである。このアップダ
ウンカウンタ１０８へ入力されるパルスは、カウンタ１
０５に入力されるパルスと同一のものであるが、スイッ
チ１１０を切換えることにＪ：す、直接入力と１／２に
分周されたものとのいずれか一方を選択できる。また、
スイッチ１１０の切換信号は同時にアップダウンカウン
タ１０８のアップダウン切換も行なっている。すなわら
、力Ｃクンドアツブ時は１／２分周器を通したものを計
数し、カウントダウン時は直接計数を行なう。これは、
後述するようにノツチの中心に位置決めするためである
。アップダウンカウンタ１０８からは、カウントダウン
時、その値が零となったときにキャリー信号が出力され
る。 カウンタ１１１は、ウェハが１回転したことを検知する
ためのものである。カウンタ１１１は、パルスジェネレ
ータ１１４の出力パルスを計数する。設定器１１３には
、予めウェハが１回転した場合にパルスジェネレータ１
１４が出力するパルス数よりも若干大きい値を設定して
おく。コンパレータ１１２は、このカウンタ１１１の値
と設定器１１３の設定値とを比較し、カウンタ１１１の
値の方が大きいとき１回転したことを承り検知信号を出
力する。 シーケンサ１２０は上記のカウンタ、モータ等の制御を
すべて行なう。 以上のような構成において、第１図〜第３図、第４図の
フローチャートおよび第５図のタイムチャートを参照し
ながら、ウェハを位置決めするまでの全体の動作につい
て説明する。なお、第５図ａ−ｇは、それぞれ第３図の
ブロック図のａ−ｇの位置にお番プる電圧変化を示すタ
イムヂャートである。以下、これらの信号を、それぞれ
、信号ａ１信号ｂ、・・・・・・、信号ｑと呼ぶ。また
、第５図ａ〜Ｑのタイムヂャートはすべて、時間を横軸
としている。この横軸は、ウェハが一定速度で回転して
いる間においては、ウェハの回転方向の位置を示す軸と
みなすこともできる。 まず、テーブル４を斜め位置にセットし、エアベアリン
グ機構によりエアフローを行なう。ノツチセンサユニッ
ト９、押しつけローラ６および７は最も内側となる位置
にセットしておく。この状態でウェハ１が搬入されテー
ブル４上に載置されると、エアベアリング効果によりウ
ェハ１は滑り、ウェハ回転ローラ８とウェハ駆動ローラ
２の両者に当って停止する（ステップ３１　）。 次に、ピーク値検出回路１０４、カウンタ１０５および
アップダウンカウンタ１１１の内容を零にクリアし、ス
イッチ１１７を高圧ＶＨ側にしてウェハ１の高速回転を
行なう。このときウェハ１とウェハ駆動ローラ２の間の
スリップを防止するため、七−夕１１５の回転は急加速
や急減速をしないようにする。すなわら、モータ１１５
に対する印加電圧は徐々に昇圧し一定の電圧にもってい
く。モータ１１５の回転を止めるとぎも同様である。第
５図９は、このようななだらかな加減速駆動を行なうた
めにモータ１１５に与える電圧を示している。 このようにウェハ１を回転すると、その外周部のノツチ
およびオリフラにより、照明光源１０から照光される光
の遮光１は変化する。その光は変化を充電素子１０１に
より電気信号の変化に変換する。 第５図ａは、この電気信号をプリアンプ１０２により増
幅した後の信号ａを示す。同図ａにおいて、急激なピー
クはノツチ部分を示し、なだらかなピークはオリフラ部
分を示している。この信号ａはピーク値検出回路１０４
により変化団の最大値（ピーク値）が検出される（ステ
ップ８２）。 ウェハの回転ｍに応じたパルスジェネレータ１１４から
の出力パルスは、カウンタ１１１に入力し計数する。コ
ンパレータ１１２は、このカウンタ１１１の計数値と設
定器１１３に設定されている値とを比較する。前述した
ように、設定器１１３の設定値としては、ウェハが１回
転したときにパルスジェネレータ１１４から出力される
パルス数に若干のパルス数を加えた値を、予め設定して
おく。従って、ウェハが１回転以上すると、コンパレー
タ１１２より検知信号が出力され、これによりシーケン
サ１２０はウェハが１回転以上したことを検知する（ス
テップ８３）。それと同時にシーケンサ１２０はカウン
タ１１１を再びクリアする。 この時点でシーケンサ１２０はピーク値検出回路１０４
の動作を停止し、ピーク値をホールドする。 第５図すは、ピーク値検出回路１０４の出力信号を示し
ている。このピーク値は、レベルシフタ１２２に入力さ
れ、あるレベルだけシフトダウンされる。 第５図Ｃのにおいて実線で示した信号が、レベルシフト
された信号Ｃを示している。このピーク値をレベルシフ
トした値が、以後、スライスレベルとしてノツチ検出に
用いられる（ステップ８４）。 このノツチ検出の際には、後述するように、まず光電素
子１０１の出力とスライスレベルとを比較してその大小
関係を得、光電素子１０１の出力を２値化する。この２
値化の結果のパルスよりノツチおよびオリフラを検出す
る。従って、スライスレベルは、ウェハの外径バラツキ
にかかわらず、２値化により生成したパルスによりノツ
チやオリフラ部分の区別が可能となるような値である必
要があり、レベルシフト聞もそれに基づき設定する。 なお、ステップＳ３において、未だウェハが１回転して
いないと判別した場合は、再びステップＳ２に戻り１回
転するまで、ピーク値の検出をする。 さらに、ウェハの回転は続いており、上述のスライスレ
ベル（信号Ｃ）と光電素子１０１からの信号ａ（第５図
Ｃの点線部分）とをコンパレータ１０３により比較する
。このとき、ノツチやオリフラにより光電素子１０１の
出力レベルが増大し、スライスレベルを越えた間、コン
パレータ１０３は１１　Ｈ１１レベルを出力する。第５
図ｄは、このときのコンパレータ１０３の出力を示す。 この出力信号ｄはアントゲ−１−１２１に入力し、パル
スジェネレータ１１４からの出力パルスがカウンタ１０
５８３よびアップダウンカウンタ１０８に加えられるの
を制御する。ずなわら、ノツチやオリフラが光電素子１
０１の下を通過している間のみ、コンパレータ１０３の
出力は゛１Ｈ゛°レベルとなりアンドゲート１２１が開
くため、カウンタ１０５およびアップダウンカウンタ１
０８が計数される。第５図ｅは、力ｔシフタ１０５の入
力信号を示す。 このとき、スイッチ１１０は１／２分周器１０９側にな
ってＪ３す、アップダウンカウンタ１０８はカウントア
ツプ可能となっている。従って、パルスジェネレータ１
１４から２パルス出力されるとアップダウンカウンタ１
０８の内容は１カウントアツプする。第５図丁は、この
ときのアップダウンカウンタ１０８への入力を示ツ。信
号ｅのパルス部分が信号ｆでは半分のカウント数となっ
ている。 また、コンパレータ１０６は、カウンタ１０５の内容と
予め設定器１０７に設定された上限値および下限値とを
それぞれ比較する。この上限値はノツチが光電素子１０
１の下を通過したときにカウンタ１０５に入力されるパ
ルス数に所定値を加えた値であり、下限値は同様に上記
のパルス数から所定値を減じた偵である。 ノツチまたはオリフラが光電素子１０１の下を通過した
後にアンドゲート１２１が閉じられるが、その際、カウ
ンタ１０５の内容が設定器１０７に予め設定された上記
の上限値および下限値の間に入っていればノツチと判断
される。［ノツチである］ことを示すコンパレータ１０
６からの信号はシーケンサ１２０に入力し、シーケンサ
１２０はこれによりノツチを検出する（ステップ８５）
。もし、ノツチが検出されるｎｔｇにコンパレータ１１
２より１回転の検知信号が出力された場合は、ウェハが
１回転したにもかかわらずノツチがみつからなかったこ
とを示し、この場合は再びステップＳ２より繰返す。 なお、このとき、既に設定されているスライスレベルは
変更しないことにすれば、ステップ８２〜Ｓ４のスライ
スレベルを決定する処理を再度行なう必要はない。従っ
て、この場合はステップＳ２に分岐するのでなく、ステ
ップＳ５のノツチ検出を繰返す５１！ｌ埋を行なう。 ステップＳ５でノツチが検出されると、シーケンナ１２
０は第５図Ｑに示ずようにモータ１１５を減速停止し、
ウェハの回転を停止する。次にスイッチ１１７を低圧Ｖ
Ｌに切換えて、モータ１１５を低速逆転する。すなわち
、モータ１１５には今までと逆向きの電圧をかける（第
５図ｑ）。これにより、光電素子１０１は先程下を通過
したノツチの後縁を検知する。このとき、スイッチ１１
０はパルスジェネレータ１１４の出力パルスが直接アッ
プダウンカウンタ１０８に入力されるとなっており、ア
ップダウンカウンタ１０８はダウンカウント可能となっ
ている。ここで、アップダウンカウンタ１０８には、ノ
ツチが通過するときに発生したパルス数の１／２の値が
入っている。従って、ノツチの後縁を検知した時点より
、アップダウンカウンタ１０８の内容をパルスジェネレ
ータの出力で減算してゆき、アップダウンカウンタ１０
８の内容が零となりキャリー信号が出力された時点で、
モータ１１５を停止する。これにより、ノツチの中心を
光電素子１０１の真下、すなわち押しつけビン１１の位
置にすることができる（ステップＳ６）。 以上の手順でウェハのノツチの位置決めは行なうが、さ
らに高精度にθ位置決めおよびセンタリングを行なうた
め、機械的に押しつ（プ動作を行なう。 まず、上述のようなノツチの位置決めの後、ウェハ１を
テーブル４に吸着し固定する。次にノツチセン１ツユニ
ツト９、押しつけローラ６　ａ３よび７を外側へ動かす
。これは、テーブル４を水工にするときの妨げにはなら
ないようにするためである。 そうしておいて、テーブル４を水平にする。次に、押し
つけピン１１をまずノツチ部に挿入する。挿入完了後、
ウェハを再びエアフローによりテーブル４上でエアベア
リングざぜる。そして、押しつけローラ６および７をウ
ェハに押しつ

【）ることにより、θ位置決めおよび中心
位１６決めを行なう。第２図ｄおよびｅは、以上のよう
な押しつけ動作の様子を示している。 次に、ウェハ１をテーブル４に吸着し固定した後、押し
つ（プビン１１、押しつけローラ６および７を外側へ動
かしＵｔｌ放する（ステップ８７）。 以上により、本装置での位置決め動作は完了し、ウェハ
は露光装置、検査装置等のウェハ設置台へ位置決めされ
た状態のまま搬出される。（ステップ８８）。 本実施例によれば、ウェハを１回転した際の光電索子の
出力の最大値からスライスレベルを決定し、光電素子１
０１の出力をこのスライスレベルと比較して２値化して
いる。従って、ノツチとオリフラの両省を備えたウェハ
であっても、ウェハの外径バラツキにかかわらず、安定
してノツチおよびオリフラを検出することができる。 また、ノツチかオリフラかの判別は、ウェハを駆動する
ウェハ駆動ローラ２と連動して回転するパルスジェネレ
ータ１１４からの出力パルスにより、２値化された結果
のパルスの【１】を計数し、その計：ａ値と予め設定さ
れた設定値とを比較することにより行なっている。この
計数値は、ウェハの回転速度とは無関係に常に一定値と
なるため、正確にノツチのみを検出することが可能であ
る。 さらに、上記の設定値をオリフラのパルス巾の計数値と
等しくなるように設定するだけで、ノツチではなくオリ
フラが検出できるという効果もある。 ウェハはスライスレベル検出時およびノツチ検出時まで
は高速で回転される。そして、ノツチが検出されると減
速停止し、次に低速で逆転し、ノツチの後縁が検出され
た時点から、予め求められた値だ（プバルスエンコーダ
のパルス数を計数し停止してノツチの中心の位置決めを
行なっている。 従って、比較的短時間で位置決めを行なうことができる
し、高速回転から減速停止するとぎにウェハとウェハ駆
動ローラ間でスリップが起っても影響が生じない。 さらに、本実施例では、ウェハを照光している照明光源
１０より出た光は、集光レンズ１２により、ウェハ面上
にて長手方向がウェハの半径方向となるような長方形に
集光されるため、この光を観測することでウェハの端部
の形状の変化を正確に得ることができ、正しく位置決め
を行なうことができる。 なお、このような集光レンズとして、シリンドリカルレ
ンズ等を用いれば、照明光源１０から出た光を簡１１に
長方形に集光することができる。第３図は、集光レンズ
としてシリンドリカルレンズを用いた位置決め装置のウ
ェハ端部検出系の斜視図である。 本実施例では、全体のシーケンス制御にシーケンリづ２
０を用いており、さらにウェハ１回転の検出、ノツチ判
定おにびノツチ中心検出等にそれぞれハードウェアによ
るカウンタヤコンバレータ、設定器を段１）でいるが、
これに限ることなく、マイクロコンピュータを使用する
こともできる。すなわち、シーケンス制御、ウェハ１回
転の検出、ノツチ判定およびノツチ中心検出等はマイク
ロコンピュータのソフトウェアとマイクロコンピュータ
に接続されたメモリ上のソフト的なカウンタにより行な
うこともできる。 また、本実施例においては、ウェハの端部の形状の変化
を検出する光電素子１０１としてフォトディテクタを使
用しているが、これはＣＯＤのようなフォトアレイでも
良いし、ＩＴＶのような１次元以上の光電素子に置き代
えても良い。ざらに、モータとしてパルスモータを使用
することもできる。このような場合、パルスエンコーダ
１１４は不要となる。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、テーブルに載置
したウェハ等の円板物体の周囲に、その外周部に存在す
る微小切欠ぎに嵌合可能な第１部材と複数の位置決め用
第２部材とを設けており、円板物体の外周部の形状の変
化を光学的に検出し、検出した微小切欠きを所定箇所に
位置決めした後、上記第１または第２部材のうち少なく
とも１つを円板物体に押圧して曙械的に円板物体を位置
決めしているので、ノツチ部における高精度な位置決め
を行なうことができる。また、外力は円板物体を回転さ
せる際には加えず、最終段階の機械的位置決めのときの
み加える。従って、円板物体を破損することがなく、ざ
らにノツチを検出するまでは円板物体を高速で回転させ
ることができるので、比較的短時間で位置決めを行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る位置決め装置の外観
図、 第２図は、上記実施例の装置の平面図および側面図、 第３図は、上記実施例の装置の制御系を示すブ（コック
図、 第４図は、上記実施例の装置の動作のシーケンスを示す
フローチャート、 第５図は、第３図の各部の信号の波形を示すタイムヂＶ
−ト図、 第６図は、集光レンズとしてシリンドリカルレンズを用
いた位置決め装置のパノエハ喘部検出系の斜視図、 第７図は、ノツチおよびオリフラを備えたつ工への平面
図、 第８図は、ビンをウェハに押しつけながら位置決めを行
なう様子を示す！１１而図面ある。 ９：ノッチヒンサユニット、１０：照明光源、１２：集
光レンズ、　１０１：充電素子、１０２：ブリアンプ、
　１０３，１０６，１１２　：コンパレータ、１０４：
ビーク値検出回路、 １０５．１０８，１１１　：カウンタ、　１０７，１１
３　：設定器、１１０．１４７　：スイ・ソチ、　　　
１０９：１／２分周器、１１４：バルスジ］−ネレータ
、１１５：モータ、１１６：ドライバ、　　　　　１２
０：シーケンサ、１２２ニレベルシフタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、テーブルに載置した円板物体を回転させて、該円板
   物体の外周部に存在する微小切欠きを光学的に検出し、
   検出した微小切欠きを所定箇所に位置決めする円板物体
   の位置決め装置であつて、上記円板物体の周囲に上記微
   小切欠きに嵌合可能な第１部材と複数の位置決め用第２
   部材とを設け、 上記微小切欠きの上記所定箇所への位置決めの後、上記
   第１または第２部材のうち少なくとも１つを上記円板物
   体に押圧して機械的に円板物体を位置決めすることを特
   徴とする円板物体の位置決め装置。 ２、前記テーブルが、傾斜可能であり、傾斜した状態で
   前記微小切欠きの前記所定箇所への位置決めを行ない、
   その後該テーブルを水平にして前記機械的位置決めを行
   なう特許請求の範囲第１項記載の円板物体の位置決め装
   置。