JPS6245144A - 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】 Ｆ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ブ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＆置が示されて
いる。また、特開昭５７−１９８６４２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、Ａリフラに加えて微小切欠ぎ（以下、
ノツチと呼ぶ）をもったウェハが出てぎた。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
図を示す。同図において、２１は１クエハ、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Ａトセンリ２５を
備えたビン２４をウェハ２１に押しつけながらウェハ２
１を回転し、ノツチにビン２４が入って両方のフｔトセ
ンサが同時に遮光されたとき、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を常に接触させながらウェハ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、ウェハを破損しやずく、また高速にウェ
ハを回転ツ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位置決めを
正しく行なうことができ、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、ざらに高
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
め用即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、
その弛のときは外側へ移動可能である。押しつけローラ
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Ｕた場合に
ウェハ駆動ローラ２とともにウェハ１を保持する。９は
ノツチセンサユニットであり、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
図を示ず１．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番ノる平面図および側
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ｍＧプられている。この照明光源１０より出
た光量集光レンズ１２により集光される。この場合、ウ
ェハ端部にお（）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、光量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
電索子１０１および集光された光の長手方向の寸法はウ
ェハの外径バラツキおよびノツチ、オリフラによる遮光
の変化を充分に満足す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するモー
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
動することにより、ウェハ駆動ローラ２を回づことがで
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。これらの歯車１５
および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１
１４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１１４の
パルスをカウントづることによりウェハ駆動ローラ２の
回転量すなわちウェハの回転量を検出することができる
。

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、光電索子１０１より出力される光電流をプリアン
プ１０２により増幅覆る。これにより、光電素子１０１
で検出した光量の変化は電圧の変化に変換して出力され
る。この信号をビ°−り値検出回路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
１０３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
レベルシフト出については後述する。

モータ１１５はウェハ駆動ローラ２を回転する釣力とな
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゛Ｈ″レベルの時のみ、パルス
ジェネレータ１１４の出力パルスがカウンタ１０５に入
力され４数が行なわれる。コンパレータ１０６は、この
計数値と設定器１０７に予め設定されている上限値およ
び下限値とをそれぞれ比較し、計数値がその上限１直と
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１０８はノツチの中心位置を求め
るために使用されるカウンタぐある。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１０５
に入力されるパルスと同一のものであるが、スイッチ１
１０を切換えることにより、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１０
８のアップダウン切換も行なっている。１なわも、カウ
ントアツプ時は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。７ツブ
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人きい値を設定して
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回転したことを示す検知信号を出
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〜Ｑは、それぞれ第３図の
ブロック図のａ−ｇの位置における電圧変化を示すタイ
ムチャートである。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のタイムチャートはすべて、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
にセラ１〜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
５２の両者に当って停止する（ステップ８１　）。

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、モータ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の回転を止めるときも同様である。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
の遮光量は変化する。その先組変化を光電素子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
により変化価の最大値（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３４）。

このノツチ検出の際には、優述するように、まず光電索
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埴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、レベルシフト足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ｇｃ）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“１（”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はアンドゲート１２１に入力し、パルスジエ
ネレ−夕１１４からの出力パルスがカウンタ１０５およ
びアップダウンカウンタ１０８に加えられるのを制御す
る。すなわち、ノツチやオリフラが光電素子１０１の下
を通過している間のみ、コンパレータ１０３の出力は１
１　Ｈ１ルベルとなりアンドゲート１２１が開くため、
カウンタ１０５オよびアップダウンカウンタ１０８が計
数される。第５図ｅは、カウンタ１０５の入力信号を示
す。

このとぎ、スイッチ１１０は１／２分周器１０９側にな
っており、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１ネレータ１１
４から２パルス出力されるとアップダウンカウンタ１０
８の内容は１カウントアツプする。第５図ｆは、このと
きのアップダウンカウンタ１０８への入力を示づ。信号
ｅのパルス部分が信号ｒ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値である。

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」ことを承りコンパレータ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Ｓ５）
。もし、ノツチが検出される前にコンパレータ１１２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より繰返ず。

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Ｊ処理を行なう。

ステップＳ５でノツチが検出されると、シーケンサ１２
０は第５図ｑに示すようにモータ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に入ノｊ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１７２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１
０８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ＳＧ）。

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、機械的に押しつけ動作を行なう。

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。次にノツチセンサユニッ
ト９、押しつけローラ６および７を外側へ動かす。これ
は、テーブル４を水平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
リングさせる。そして、押しつけローラ６および７をウ
ェハに押しつけることにより、θ位置決めおよび中心位
置決めを行なう。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
つけビン１１、押しっけロー５６おＪ：び７を外側へ動
かし開放する（ステップＳ７）。

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回転した際の光電素子の
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１１１３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、２１ｉｆｌ化され
た結果のパルスの巾を計数し、その計数値と予め設定さ
れた設定１ｎ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【プで、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けパルスエンコーダの
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より出た光量、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ぐウェハの端
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１ｏがら出た光を簡単に長
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サ１２
０を用いており、ざらにウェハ１回転の検出、ノツチ判
定Ｊ３よびノツチ中心検出等にそれぞれハードウェアに
よるカウンタやコンパレータ、設定器を設【プているが
、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υ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
を検出する光電索子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。さらに、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、外周部に微小切
欠きを有する円板物体に対し、長手方向が円板物体の半
径方向に略一致する長方形の形状の光を照射し、その光
量変化を検出することにより微小切欠きを検出してして
いるので、ノツヂ部における位置決めを正しく行なうこ
とができる。

また、この検出は光学的に行なわれ、円板物体を回転さ
せる際に外力は加えない。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。

４、図面のｌｌ’ｔｌψなｒＪ１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／Ａ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Ｊブロック図
、 第４図は、上４実施例の装置の動作のシーダンスを示す
フローブーレート、 第５図は、第３図の各部の信号の波形を示すタイムチｔ
７−１〜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ウェハ端部検出系の斜視図、 第７図は、ノツチおよびオリフラを備えたウェハの平面
図、 第８図は、ビンをウェハに押しつけながら位置決めを１
１なう様子を示す平面図である。

９：ノツヂレンサユニツ１〜．１０：照明光源、１２：
集光レンズ、１０１：光電素子、１０２：プリアンプ、
１０３，１０６，１１２　：コンパレータ、１０４：ピ
ーク舶検出回路、 １０！１１，１０８，１１１　：カウンタ、１０７，１
１３　：設定器、１１０．１１７　：スイッチ、　　　
１０９：１／２分周器、１１４；パルスジエネレーク、
１１５：’［−一タ、１１６：ドライバ、　　　　　１
２０：シーグンυ、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
   の位置決め装置において、上記円板物体の外周部に対し
   、長手方向が上記円板物体の半径方向に略一致する長方
   形の形状の光を照射する手段と、 上記照射手段により上記円板物体の外周部を光照射した
   際の、上記円板物体の外周部の形状変化による該照射光
   の光量変化を検出する手段とを設けることを特徴とする
   円板物体の位置決め装置。 ２、前記照射手段が、照明光源とシリンドリカルレンズ
   とからなる特許請求の範囲第１項記載の円板物体の位置
   決め装置。