JPS6370436A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体デバイスの製造に際し露光前に半導体
ウェハをあらかじめ位置合わせするためのウェハ位置決
め装置に係るものである。

半導体露光装置においては、投影されたマスクパターン
に対してウェハのパターンを精密に位置合せし、その後
にマスクパターンの露光を行なうが、多くの場合、ウェ
ハ上の位置合わせ用マークは検知できる領域が極く狭い
範囲に限られている。そこで露光前の上述精密なアライ
メントの前に、ウェハ上の位置合わせマークを検出範囲
内にもってくる。そのためのウェハの外形等を基準とす
るプリアライメントが必要となる。このプリアライメン
トの位置決め精度が露光装置のスルーブツト向上に重要
な意味をもってくる。

本発明は特にこのようなプリアライメントに使用するウ
ェハ位置決め装置に係るものである。

［従来の技術］ 従来は、このようなプリアライメントはローラを用いて
ウェハ外周を基準ビンに押しつけて行なっていた。しか
し、外周にローラを接触させるとウェハの面に塗布した
レジストのエツジ部が欠落してパターンの欠陥をもたら
したり、ゴミが付着するなどの問題があった。

そこで、ウェハの裏面以外接触することなくウェハの位
置合わせをする装置が提案された。この非接触式ウェハ
位置決め装置は、ウェハを直交方向に８勤するＸＹステ
ージとウェハを回転させる回転ステージと、回転するウ
ェハの外周に投光する照明光学系と、そのウェハの外周
に投射された光をうけるリニアセンサと、このリニアセ
ンサからのウェハの外周位置検出信号に基づいてウェハ
の所定位置に対する位置誤差を算出して、その位置誤差
が；となる方向にＸＹステージの駆動手段と回転ステー
ジの駆動手段とへ修正信号を送る演算制御手段を備えて
いる。

ところで、リニアセンサとしては■信号が安定している
、■駆動部が不要、■分流能が高いなどの理由からＣＣ
Ｄリニアセンサが望ましいのであるが、光＠積型の素子
であるために一定の光蓄積時間を必要とする。そのため
、ウェハの外周位置判別時に蓄積時間内のウェハの移ｇ
ｍが問題になる。

第２図を参照して説明すると、ウェハ１を保持１ノて回
つ云ステージが回転しているとき回転角αの位置でのウ
ェハ１の外周位ｆｌＡを測定しようとする。しかし、蓄
積時間ｔｓ後回転ステージでは回転角α＋Δαの位置に
まで８勤する。すなわち第２図（ａ）　　に示すように
ＣＣＤリニアセンサ１２上でＩ＋　＾　〒１％　　ＪＪ
　　ｒＦＪ　加＋↓　Ａ　　ツＪｌｌ　ｃ：　　＋　　
　１−　　Ａ　　し　Ｉ　　−ｒ　　謂１１　ｅ：　４
ｈ　　７時にはＢの位置までくるためＣＣＤリニアセン
サ１２の信号出力は第２図（ｄ）に示すようになる。こ
のため、一定のスライスレベルを設け、出力がそのレベ
ルに達した位置を外周位置とすると外周位置の読み誤差
が生じる。この誤差士はエツジ（′Ｘ号の傾きによって
異なり、しかもＣＣＤリニアセンサ１２上で方向が反転
するとき、すなわちＢからＡへの動きがあった場合にも
全く同じ波形となるため誤差の方向も一定ではない。こ
のため単純なオフセット処理では正確な位置情報を得る
ことができない。このためＣＣＤリニアセンサを使用す
ると正確な位置情報を得るには、各計測回転位置にてス
テージを一時停止させて計測を行なうことが必要となり
、回転計測に多大な時間が必要となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、ＣＣＤリニアセンサを使用して正確迅
速にウェハの位置決めを実流できる非接触式ウェハ位置
決め装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段と作用〕上記の目的を達
成するため本発明の後述する一実施例の非接触式ウェハ
位置決め装置は、回転ステージの回転角を検出する回転
角検出手段、回転するウェハの外周に光をパルス状に投
射する照明光学系、回転するウェハの外周に投射された
光をうける位置に間隔を置いて配置した一対のＣＣＤリ
ニアセンサ、ウェハの回転中前記の回転角検出手段から
の検出信号に応答して、前記の照明光学系を起動しウェ
ハの外周に光をパルス状に投射させる照明制御手段、前
記のＣＣＤリニアセンサからのウェハの外周位置検出信
号と前記の回転角検出手段からの回転角信号とを記憶す
る記憶手段、この記憶手段の記憶データを用い１回転ス
テージの中心からのウェハの中心の偏心量と偏心方向と
を算出し、そして予め定められたウェハの切欠部方向か
らのウェハの偏位量を算出し、その算出結果に基づいて
ウェハの心合せと配向とを行なう１１）正信号をＸＹス
テージと回転ステージとに通る演算制御手段を僅えてい
る。

この構成によって回転駆動中に、測定すべき回転角度位
置に到達したことを示す信号に応じて瞬時ランプを発光
させその光をＣＣＤリニアセンサに取り込むことにより
回転中のウェハ位置を正確且つ高速に測定することがで
きる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を模式的に示す。ウェハの切
欠部、すなわちオリエンテーションフラットを利用して
ウェハの位置決めを行なうこの位置決め装置は、ウェハ
１を真空吸着するウェハチャック２と、このチャックを
担持してウェハ表面にほぼ平行な平面内でウェハを回転
させる回転ステージ７と、この回転ステージを担持して
前記の平面と平行な平面内で互いに直交するＸＹ２方向
にウェハを移動させるＸステージ５およびＹステージ３
と、固定部分に配置されてウェハ１の外周位置を検出す
るＣＣＤリニアセンサ１２と、回転ステージ駆カ用モー
タ８と、回転位胃を検出するエンコーダ１４と、Ｘステ
ージ駆動用パルスモータ６と、Ｙステージ駆動用パルス
モータ４と、ＣＣＤリニアセンサに平行光束をパルス状
に院則するランプ１０およびレンズ１１と、ＸＹステー
ジの位置を各パルスモータ４，６の駆動パルス数に基づ
いて検出する機能および回転ステージ位置をエンコーダ
１４に基づいて検出する機能を含めて全ての駆動部の制
御を司どる演算・制御装置１３とを備えている。

Ｘステージ５は固定ベース９上にＸ方向へ８動可能に配
置され、またＹステージ３はＸステージ５上にＹ方向へ
Ｂ動可能に配置されており、Ｘパルスモータ６とＹパル
スモータ４とによって各々演算・制御回転１３から出力
されるパルス数に応じた距離だけＸステージ５とＹステ
ージ３をそれぞれ穆勤する。また回転ステージ７はＹス
テージ３上に回転可能に配置され、エンコーダ１４の出
力信号に応じて演算・制御装置１３によりモータ８を制
御して指定角度だけ回転する。このようにして回転ステ
ージ７上のウェハチャック２に吸着されたウェハ１はＸ
Ｙ２方向に直線移動することができ、そして回転するこ
とができる。

ランプ１ｎ−レンで１１枳正γにリニアセンサーＬ＋１
９を十メース９に対して固定設置され、リニアセンサ１
２の一部がウェハ１によりて遮光されると、リニアセン
サ１２がその遮光位置を表わす信号を演算・雷Ｉノ御装
置１３の内部ｃｐｕに外周位置イ３号として送り込むよ
うになっている。

ウェハ１が位置決め完了時のオリエンテーションフラッ
トの方向をＸ軸方向にとり、それと直交する方向をＹ軸
方向にとる。Ｘステージ５とＹステージ３はこのように
定めたＸ釉、Ｙ！１１１１にそれぞれ平行に移動する。

またＸ釉とＹ軸の原点０と、ＸＹステージ５．３の初期
付量における回転ステージ７の回転中心とは一致してい
るものとする。

第４図に各軸に対するリニアセンサとウェハとの配置状
況を示す。２つのリニアセンサ１２Ａ、　１２Ｂは互い
にＹ釉に平行で、Ｙ＠を挟んでその両側に等距離Ｘ、た
け離して配置され、ウェハ１が位置決めされたときにそ
れのオリエンテーションフラットが両センサに共にかか
るようになっている。第４図で右側のリニアセンサ１２
Ａの出力から得られるウェハ外周位置をＹＡ　ｎ、左ｍ
’Ｊのリニアセンサ１２Ｂから得られるウェハ外周位置
をＹＢｎとする。また第４図でウェハは搬入時の状態を
ＩＡ、そこから　１８０°回転させたときの状態をＩＢ
（破線）で示しである。

演算・制御装置１３は、モータ８のコントローラに指令
してまず回転ステージ７を回転させ、その回転中ソニア
センサ１２Ａ、１２Ｂからの信号をとり込んで外周位置
ＹＡｎ、ＹＢｎを刻々算出し、これをそのときの回転ス
テージの回転角（駆動パルス数）と共にデータとして記
憶部に格納する。回転終了時（例えば３６０°）に演算
・制御装置１３はその記憶データを用いてウェハの中心
位置Ｏｗ、それと回転中心とのずれ！（任意回転角での
ΔＸとΔｙ）、オリエンテーションフラットの方向等を
算出し、各モータ、４，６．８のコントローラに指令を
与えてウェハを基準位置、基準方向に位置決めするよう
に構成されている。

この位置決め装置を用いた位置決め方法について以下に
説明する。

−Ｍにウェハ１は、搬入時にチャック２上に置かれた状
態では回転ステージ７の回転中心である座標原点０とそ
のウェハ中心Ｏｗとが一致しておらず、オリエンテーシ
ョンフラットの向きも勝手な方向を向いている（第４図
、ＩＡ）。

回転ステージ７をモータ８によって時計方向に回転させ
て一定角度ごとに２つのラインセンサ１２Ａ、１２Ｂの
出力ＹＡｎ、ＹＢｎをそのときの回転角と共にデータと
して記憶する。この場合の回転角とラインセンサ出力Ｙ
Ａｎ、ＹＢｎの関係を第５図に示す。この場合、記憶デ
ータのなかから、回転角が１８０°対向する二組のデー
タ（但しオリエンテーションフラット部以外のデータ）
を用いることにより、その回転角でのウェハ中心ＯＷの
原点Ｏに対するずれ量およびウニ八半径Ｒを算出するこ
とができる。

例えば、第５図に示すように、搬入時のリニアセンサ出
力をＹＡＩ、ＹＢ２とし、そこから１８０°回転した破
線位置におけるラインセンサ出力をＹＡ２．ＹＢ２とす
ると、搬入時状態の回転角位置におけるウェハ中心ＯＷ
の原点０に対するずれ量ΔＸ、Δｙ、およびウニ八半径
Ｒは、それぞれ次のようにして求められる。

Δ３／−（ＹＢＩ−Ｙ＾２）／２−　（ＹＡＩ−ＹＢ２
）／２Δｘ−（ＹＡ１＋ＹＡ２）　（ＹＡＩ−ＹＡ２−
２Δｙ）／４ＸｐＲ−ｘｐ＋ΔＸ÷ＹＡｌ−Δｙ 既に述べたように本発明のウェハ位置決め製雪ではＣＣ
Ｄリニアセンサ１２を使用してウェハ１の外周を検出す
るのであるが、ＣＣＤリニアセンサ１２の蓄積時間内に
おけるウェハの回転による検出誤差を排除するため回転
駆動中に測定すべき角度位置近傍に到達したことを示す
エンコーダ１４からの信号（第３図（ｂ）参照）に応答
して測定すべき角度位置で（第３図（ａ）における位置
Ａ参照）、ＣＣＤリニアセンサ１２の光蓄積時間より十
分小さな時間、即ち瞬時的にランプ１０を発光しく第３
図（ｄ）参照）、その光をＣＣＤリニアセンサ１２に取
り込むことによりウェハの外周位置Ａを正確にＣＣＤリ
ニアセンサの出力として検出する（第３図（ｅ）参照）
。このウェハの外周位置検出のシーケンスフローを第６
図に示す。

瞬時的に発光するランプで照明しているので検出手段に
は限定された回転角度の位置情報を持つ光のみ入射する
。

瞬時的に発光するランプとしてＬＥＤまたは半導体レー
ザを使用してもよい。この光源の瞬時発光量は、前述の
光蓄積時間中連続発光する光源を用いた場合の適正な蓄
積時間内発光量に匹敵する事が望ましい。

この実施例では、回転中のウェハの外周位置を検出する
ものとして説明したが、直進運動における直進位置計測
にも適用できる。また、回転角度位置信号をトリガとし
てランプの発光タイミングとしたが、タイマーをトリガ
として一定時間ごとに計測するようにすれば被測定物の
位置情報とともに移動速度も計測できる。また実施例で
は回転位置計測にエンコーダを使用したが、モータ８に
パルスモータを使用し、回転角検出手段として駆乃パル
スを使用して計測の開始信号としてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、回転ステージの回転位置に合わせ
てパルス発光させその信号を取り込むようにしたことに
よりＣＣＤリニアセンサを利用して回転ウェハの外周位
置を正確に決定することができ、究極的にはウェハのプ
リアライメントの迅速化を図ることができる。さらに、
この光源は、短時間発光するだけであるため、発光部か
らの発熱による影晋も軽減できるし、光源自体の小型化
も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウェハ位置決め装置を略図的に示す。 第２図（ａ）はＣＣＤリニアセンサと回転中のウェハ外
周との相対位置関係を示す略図であり、第２図（ｂ）は
ＣＣＤリニアセンサの取込みタイミングのタイムチャー
トを示し、そして第２図（Ｃ）は連続発光のランプのタ
イムチャートを示す。第２図（ｄ）はＣＣＤリニアセン
サの出力信号を示す。 第３図（ａ）は第２図（ａ）　　と同様の略部であり、
Ｓ３図（ｂ）は回転ステージの回転位置をモニタするエ
ンコーダの出力信号を示し、第３図（ｃ）はＣＣＤリニ
アセンサに信号蓄積を行なうタイミングを示し、第３図
（ｄ）はランプの発光のタイミングを示し、そして第３
図（ｅ）はそのときのＣＣＤリニアセンサの出力信号を
示す。 第４図は回転ステージに保持されたウェハと一対のＣＣ
Ｄリニアセンサとの位置関係を略図的に示す。 第５図はウェハの回転位置に対する一対のＣＣＤリニア
センサの出力信号波形を示す。 第６図はウェハの外周位置検出のシーケンスフローを示
す。 図中： １：ウェハ、 ２：ウェハチャック、 ３：Ｙステージ、 ４：Ｙステージ駆カモータ、 ５：Ｘステージ、 ６：Ｘステージ駆動モータ、 ７；回転ステージ、 ８：回転モータ、 ９：ベース、 １０：ランプ、 １１：レンズ、 １２：ＣＣＤリニアセンサ、 １３；制御回路、 １４：エンコーダ。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 第３図 （に １； ＆８ 一〇 五−〇　　　　　　　　　　　　　　　　　１０″′−
−除 第４図 ｙ、ｓｎ 第　６　凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハを直交方向に移動するＸＹステージ、 ウェハを回転させる回転ステージ、 この回転ステージの回転角を検出する回転角検出手段、 回転するウェハの外周に光をパルス状に投射する照明光
   学系、 回転するウェハの外周に投射された光をうける位置に間
   隔を置いて配置した一対のＣＣＤリニアセンサ、 ウェハの回転中前記の回転角検出手段からの検出信号に
   応答して前記の照明光学系を起動しウェハの外周に光を
   パルス状に投射させる照明制御手段、 前記のＣＣＤリニアセンサからのウェハの外周位置検出
   信号と前記の回転角検出手段からの回転角信号とを記憶
   する記憶手段、 この記憶手段の記憶データを用いて前記の回転ステージ
   の中心からのウェハの中心の偏心量と偏心方向とを算出
   し、そして予め定められたウェハの切欠部方向からのウ
   ェハの偏位量を算出し、その算出結果に基づいてウェハ
   の心合せと配向とを行なう修正信号を前記のＸＹステー
   ジと前記の回転ステージとに送る演算制御手段 を備えたことを特徴とするウェハ位置決め装置。 ２、照明光学系の光源がＬＥＤまたは半導体レーザを含
   む特許請求の範囲第１項に記載のウェハ位置決め装置。 ３、ウェハを回転するための回転手段、 前記回転手段により回転するウェハの少なくとも外周の
   一部分に光をパルス状に投射する照明手段、 前記照明手段により投射される光の少なくとも一部を受
   光可能な位置に設けられた光検出手段、を有することを
   特徴とするウェハ位置検出装置。 ４、前記光検出手段はＣＣＤリニアセンサを有し、前記
   照明手段の投射光のパルス時間は該ＣＣＤリニアセンサ
   の光検出時間より小さいことを特徴とする特許請求の範
   囲第３項に記載のウェハ位置検出装置。 ５、前記照明手段は前記回転手段がウェハを一定角度回
   転させる毎に光を投射することを特徴とする特許請求の
   範囲第４項に記載のウェハ位置検出装置。