(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する保持手段と、
前記基板の基準位置での中心を原点としたときのＸ軸上及びＹ軸上のそれぞれの基板周縁部に沿って２つ配置され、前記保持手段によって固定された際の前記基板により遮光されずに到達する光の入射光量に応じた信号を出力する２つの発光受光部と、
該２つの発光受光部の発光素子から射出した光束のうち遮光されずに前記２つの発光受光部の受光素子で受光される２つの光の面積のデータと前記基板の中心位置との対応情報をテーブルとして予め記憶しておき、前記２つの発光受光部からの出力信号に基づいて、前記テーブルによるテーブル変換することで前記基板の中心位置を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする基板中心位置検出装置。
【請求項２】
前記演算手段に記憶される前記光の面積のデータは、予め演算式により求められてから記憶されることを特徴とする請求項１記載の基板中心位置検出装置。
【請求項３】
保持手段に保持される基板の基準位置での中心を原点としたときのＸ軸上及びＹ軸上のそれぞれの基板周縁部に配置された２つの発光受光部から、前記保持手段によって固定された際の前記基板により遮光されずに到達する光の入射光量に応じた信号出力を受取り、これらの信号出力に基づいて、テーブルとして予め記憶されている前記２つの発光受光部の発光素子から射出した光束のうち遮光されずに前記２つの発光受光部の受光素子で受光される２つの光の面積のデータと前記基板の中心位置との対応情報から、テーブル変換することで前記基板の中心位置を算出することを特徴とする基板中心位置検出方法。
【請求項４】
前記光の面積のデータは、予め演算式により求められてから記憶されていることを特徴とする請求項３記載の基板中心位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の円形の基板の中心位置を正確に検出するための基板中心位置検出装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＩＣやＬＳＩ、液晶表示パネル等の製造工程における微細パターンの形成工程等において、シリコンウェハに代表される半導体基板、あるいは誘電体、金属、絶縁体などの円形の基板を回転させてフォトレジスト液の塗布や現像、基板周辺部に対する露光などの各種処理を行なうのに際し、当該基板の中心位置を正確に検出する必要がある。
【０００３】
従来は、例えば特開平５−２２６４５９号公報に記載されているように、基板（ウェハ）平面に沿ったＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可能な２つのウェハ位置検出装置を有し、これら検出装置によりウェハのオリエンテーションフラット及び端縁を検出し、基準位置に対するウェハのずれ量を求めるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平５−２２６４５９号公報に記載されている従来の方法では、非接触での検出によりごみの発生を防ぐことができる反面、ウェハの位置を検出するための装置がウェハ平面に沿ったＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可能な構造を採らなければならず、装置自体が大変複雑な構成となると共に、位置検出に多大の時間を要していた。
【０００５】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、検出対象となる基板に非接触で基板の損傷や汚染を防ぎながら、正確且つ迅速に基準位置に対する基板のずれ量を検出する、構造が容易で安価な基板中心位置検出装置及び方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板中心位置検出装置は、基板を保持する保持手段と、前記基板の基準位置での中心を原点としたときのＸ軸上及びＹ軸上のそれぞれの基板周縁部に沿って２つ配置され、前記保持手段によって固定された際の前記基板により遮光されずに到達する光の入射光量に応じた信号を出力する２つの発光受光部と、該２つの発光受光部の発光素子から射出した光束のうち遮光されずに前記２つの発光受光部の受光素子で受光される２つの光の面積のデータと前記基板の中心位置との対応情報をテーブルとして予め記憶しておき、前記２つの発光受光部からの出力信号に基づいて、前記テーブルによるテーブル変換することで前記基板の中心位置を算出する演算手段とを具備したことを特徴とするものである。
【０００７】
このような構成とした結果、検出対象となる基板に非接触で基板の損傷や汚染を防ぎながら、簡単な構造で、正確且つ迅速に基準位置に対する基板のずれ量を検出することができる。
【００１０】
本発明の基板中心位置検出方法は、保持手段に保持される基板の基準位置での中心を原点としたときのＸ軸上及びＹ軸上のそれぞれの基板周縁部に配置された２つの発光受光部から、前記保持手段によって固定された際の前記基板により遮光されずに到達する光の入射光量に応じた信号出力を受取り、これらの信号出力に基づいて、テーブルとして予め記憶されている前記２つの発光受光部の発光素子から射出した光束のうち遮光されずに前記２つの発光受光部の受光素子で受光される２つの光の面積のデータと前記基板の中心位置との対応情報から、テーブル変換することで前記基板の中心位置を算出することを特徴とするものである。
【００１１】
このような方法を採った結果、検出対象となる基板に非接触で基板の損傷や汚染を防ぎながら、簡単な構成の装置により、正確且つ迅速に基準位置に対する基板のずれ量を検出させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を半導体ウェハの中心位置を検出する半導体ウェハ位置検出装置に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。
図１はその平面構成、図２は側面構成を示すものである。図中、１は位置検出対象としての半導体ウェハであり、その円周上の一部に位置決めのためのノッチ２が形成されている。この半導体ウェハ１は、ウェハチャック３上に真空吸着によって載置、固定されており、ウェハチャック３はその下部のθモータ４により回転駆動される。
【００１３】
さらに、θモータ４がＸＹステージ５上に搭載されることで、結果的に半導体ウェハ１、ウェハチャック３、及びθモータ４が半導体ウェハ１の平面に沿ったＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能となるものである。
【００１４】
しかるに、半導体ウェハ１の周縁部を挟むようにして、３組の発光素子６（６ａ〜６ｃ）及びレンズ７（７ａ〜７ｃ）と受光素子８（８ａ〜８ｃ）でなる発光受光部９（９ａ〜９ｃ）が対向配置される。
【００１５】
これら３組の発光受光部９（９ａ〜９ｃ）は、図中に示すようにθモータ４の回転中心を原点としてそれぞれ１２０°の角度で上記回転中心から等距離となるように配置される。
【００１６】
発光素子６（６ａ〜６ｃ）は例えば半導体レーザで構成し、この半導体レーザからのレーザ光の光束をレンズ７（７ａ〜７ｃ）で平行にするもので、平行な光束を有するレーザ光はその一部が半導体ウェハ１に照射され、半導体ウェハ１に照射されなかった部分が例えばフォトディテクタでなる受光素子８（８ａ〜８ｃ）に入射するようになるものである。
【００１７】
図３はこの検出装置の電子回路の構成を示すもので、１１が全体の動作制御を司る制御回路であり、この制御回路１１が上記発光素子６（６ａ〜６ｃ）を駆動制御する。
【００１８】
発光素子６（６ａ〜６ｃ）の発光により受光素子８（８ａ〜８ｃ）にレーザ光の一部が入射した場合、受光素子８（８ａ〜８ｃ）はその入射光量に応じた電荷を発生するもので、この受光素子８（８ａ〜８ｃ）の出力信号はＡ／Ｄ変換器１０（１０ａ〜１０ｃ）によりそれぞれデジタル化されて制御回路１１に入力される。
【００１９】
制御回路１１は、これらＡ／Ｄ変換器１０（１０ａ〜１０ｃ）からの入力により後述する演算を実行して半導体ウェハ１の中心位置が基準位置からどの程度ずれているか、そのずれ方向とずれ量とを算出するもので、算出結果に応じて上記θモータ４の他に、上記ＸＹステージ５のＸ軸方向の移動を行なわせるためのＸモータ１２及び同Ｙ軸方向の移動を行なわせるためのＹモータ１３を駆動制御する。
【００２０】
次いで上記実施の形態により半導体ウェハ１のプリアライメントを行なう場合の主として制御回路１１による動作について説明する。
動作当初には、まず半導体ウェハ１をウェハチャック３に真空吸着させて固定し、次に半導体ウェハ１の周縁部に対して設置されている発光素子６（６ａ〜６ｃ）を発光駆動させると共に、受光素子８（８ａ〜８ｃ）からの出力信号をＡ／Ｄ変換器１０（１０ａ〜１０ｃ）を介してデジタル化した後に入力する。
【００２１】
制御回路１１は、このＡ／Ｄ変換器１０（１０ａ〜１０ｃ）からの信号を受けて半導体ウェハ１の中心位置を算出するもので、その算出方法について以下に詳述する。
【００２２】
すなわち、発光素子６（６ａ〜６ｃ）から出射されたレーザ光の光束は、レンズ７（７ａ〜７ｃ）によりそれぞれ平行なものとされて受光素子８に入射される。このとき、なにも遮光するものがなければ各受光素子８ａ〜８ｃの出力は等しいものとなるが、レンズ７（７ａ〜７ｃ）と受光素子８（８ａ〜８ｃ）との間に半導体ウェハ１が載置されている場合には、半導体ウェハ１で遮光された部分の面積分だけそれぞれ受光素子８（８ａ〜８ｃ）の出力が低下することとなる。
【００２３】
したがって、制御回路１１はＡ／Ｄ変換器１０（１０ａ〜１０ｃ）から送られてくるデジタル化された受光素子８（８ａ〜８ｃ）の出力により、半導体ウェハ１で遮光されず受光素子８（８ａ〜８ｃ）に到達する光の面積を求める。
【００２４】
これは、一般的に図４に示すように、半導体ウェハ１を中心がＸＹ座標軸の原点Ｏ（０，０）にある半径Ｒの円と考え、発光素子６（６ａ〜６ｃ）から出射され、レンズ７（７ａ〜７ｃ）で平行にされた光束を中心の座標（ｚ，０）、半径ｒの円と考えるもので、２つの円の方程式は以下のように表わすことができる。すなわち、
【００２５】
【数１】
0004063921.tif 000002
として求めることができる。
図５において、２つの円の交点２点と２つの円の各中心点とが作り出す角度を２α，２βとすると、
【００２６】
【数２】
0004063921.tif 000003
と表わすことができるので、図５中の斜線部Ｓａ，Ｓｂの面積はそれぞれ扇形の面積から三角形の面積を減算すればよいこととなるので、
【００２７】
【数３】
0004063921.tif 000004
と計算することができる。したがって、発光素子６（６ａ〜６ｃ）から出射され、レンズ７（７ａ〜７ｃ）で平行にされたレーザ光の光束のうち、半導体ウェハ１で遮光されずに受光素子８（８ａ〜８ｃ）に到達する光の面積Ｓは、
【００２８】
【数４】
0004063921.tif 000005
である。
【００２９】
さて、実際に図６に示すようにθモータ４の回転中心を原点Ｏとし、レンズ７ａで平行にされた光束Ｉの中心座標が（Ａ，０）で、レンズ７ｂ，７ｃで平行にされた光束ｂ，ｃがそれぞれ上記座標（Ａ，０）から原点を中心に±１２０°回転させた座標位置に中心があるものとしたとき、半径Ｒの半導体ウェハ１の中心が原点Ｏ（０，０）からずれた座標位置（ａ，ｂ）におかれているときを考える。
【００３０】
レンズ７ａ〜７ｃで平行にされた光束Ｉ〜ＩＩＩが半導体ウェハ１で遮光されずに受光素子８ａ〜８ｃに到達する光の面積、すなわち図６中の斜線部Ｓ１〜Ｓ３を順に求めるものとする。
【００３１】
ｉ）平行光束Ｉについて
θモータ４上に半導体ウェハ１の中心が（ａ，ｂ）とずれて載置されたとき、図７に示すようになる。この状態から、図８に示すように半導体ウェハ１の中心位置が原点Ｏとなるように半導体ウェハ１と平行光束Ｉを（Ａ，０）を中心に角度θだけ回転させ、「Ａ−（（Ａ−ａ）2 ＋ｂ2 ）1/2 」だけＸ軸上に平行移動させると、平行光束Ｉの中心は座標（（（Ａ−ａ）2 ＋ｂ2 ）1/2 ，０）に移動する。
【００３２】
ここで、上記図７から図８に至る間で斜線部Ｓ１の面積は変化しない。この状態は、上記図４及び図５で説明した状態と同じになり、中心Ｏ（０，０）で半径Ｒの円と、中心（（（Ａ−ａ）2 ＋ｂ2 ）1/2 ，０）で半径ｒの円の２つによって形成される斜線部の面積を求めることとなる。このときの斜線部Ｓ１の面積は、上記式（９），（１０）でｚ＝（（Ａ−ａ）2 ＋ｂ2 ）1/2 を代入することにより演算できる。
【００３３】
ｉｉ）平行光束ＩＩについて
平行光束ＩＩは、原点Ｏを中心にして−１２０°回転させれば、中心（Ａ，０）の平行光束Ｉと同じ位置にくるので、半導体ウェハ１も一緒に原点Ｏを中心として−１２０°回転させて考える。
【００３４】
θモータ４上に半導体ウェハ１の中心が（ａ，ｂ）とずれて載置されたとき、原点Ｏを中心に−１２０°回転させると、そのときの半導体ウェハ１の中心座標（ａ′，ｂ′）は、図９に示すように
【００３５】
【数５】
0004063921.tif 000006
に移動する。回転後の半導体ウェハ１の中心座標（ａ′，ｂ′）が原点Ｏの位置にくるように、半導体ウェハ１と平行光束ＩＩを（Ａ，０）を中心に角度θ′だけ回転させ、「Ａ−（（Ａ−ａ′）2 ＋ｂ′2 ）1/2 」だけＸ軸上に平行移動させると、平行光束ＩＩの中心は座標（（（Ａ−ａ′）2 ＋ｂ′2 ）1/2 ，０）に移動する。このとき斜線部Ｓ２の面積は変化しない。
【００３６】
移動後の状態は、上記図４及び図５で説明した状態と同じになり、中心Ｏ（０，０）で半径Ｒの円と、中心（（（Ａ−ａ′）2 ＋ｂ′2 ）1/2 ，０）で半径ｒの円の２つによって形成される斜線部の面積を求めることとなる。このときの斜線部Ｓ２の面積は、上記式（９），（１０）でｚ＝（（Ａ−ａ′）2 ＋ｂ′2 ）1/2 を代入することにより演算できる。但し、ａ′，ｂ′は、
【００３７】
【数６】
0004063921.tif 000007
である。
【００３８】
ｉｉｉ）平行光束ＩＩＩについて
平行光束ＩＩＩは、原点Ｏを中心にして１２０°回転させれば、中心（Ａ，０）の平行光束Ｉと同じ位置にくるので、半導体ウェハ１も一緒に原点Ｏを中心として１２０°回転させて考える。
【００３９】
θモータ４上に半導体ウェハ１の中心が（ａ，ｂ）とずれて載置されたとき、原点Ｏを中心に１２０°回転させると、そのときの半導体ウェハ１の中心座標（ａ″，ｂ″）は、図１０に示すように
【００４０】
【数７】
0004063921.tif 000008
に移動する。回転後の半導体ウェハ１の中心座標（ａ″，ｂ″）が原点Ｏの位置にくるように、半導体ウェハ１と平行光束ＩＩＩを（Ａ，０）を中心に角度θ″だけ回転させ、「Ａ−（（Ａ−ａ″）2 ＋ｂ″2 ）1/2 」だけＸ軸上に平行移動させると、平行光束ＩＩＩの中心は座標（（（Ａ−ａ″）2 ＋ｂ″2 ）1/2 ，０）に移動する。このとき斜線部Ｓ３の面積は変化しない。
【００４１】
移動後の状態は、上記図４及び図５で説明した状態と同じになり、中心Ｏ（０，０）で半径Ｒの円と、中心（（（Ａ−ａ″）2 ＋ｂ″2 ）1/2 ，０）で半径ｒの円の２つによって形成される斜線部の面積を求めることとなる。このときの斜線部Ｓ２の面積は、上記式（９），（１０）でｚ＝（（Ａ−ａ″）2 ＋ｂ″2 ）1/2 を代入することにより演算できる。但し、ａ″，ｂ″は、
【００４２】
【数８】
0004063921.tif 000009
である。
【００４３】
以上のように、半径Ｒの半導体ウェハ１の中心がθモータ４の回転中心である原点Ｏ（０，０）からずれて（ａ，ｂ）におかれたとき、レンズ７ａ〜７ｃで平行にされた光束Ｉ〜ＩＩＩのうち、半導体ウェハ１で遮光されずに受光素子８ａ〜８ｃに到達する光の面積Ｓ１〜Ｓ３がそれぞれ求められ、受光素子８ａ〜８ｃはその光の面積Ｓ１〜Ｓ３に応じた信号を出力する。これら面積Ｓ１〜Ｓ３は半導体ウェハ１の中心座標（ａ，ｂ）によって一意に決まるので、半導体ウェハ１の出力信号レベルも一意に決まるものとなる。
【００４４】
したがって、制御回路１１内に予めこれら面積のデータと半導体ウェハ１の中心座標（ａ，ｂ）との対応情報を例えばテーブルルックアップ方式で用意しておくことで、半導体ウェハ１の正確な中心座標をテーブル変換により即座に算出することができ、その算出結果に基づいてＸモータ１２、Ｙモータ１３を駆動制御することで、半導体ウェハ１を基準位置に迅速に移動させることができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態では、３か所の発光受光部９（９ａ〜９ｃ）を発光素子６（６ａ〜６ｃ）、レンズ７（７ａ〜７ｃ）、及び受光素子８（８ａ〜８ｃ）からなる３か所の発光受光部９（９ａ〜９ｃ）により半導体ウェハ１の周縁部を検出するものとしたが、これはＸ軸上及びＹ軸上のウェハ周縁部の２点だけでも、同様の方法により半導体ウェハ１の中心位置を検出することができる。
【００４６】
また、上述したような手法で半導体ウェハ１の中心位置を検出した後、θモータ４で半導体ウェハ１を回転させ、ノッチ２で位置合せを行なって、そのときの中心位置をＸＹステージ５で補正することにより、半導体ウェハ１表面の観察等、そのまま次の工程に移行することができるので、半導体ウェハの検査装置等に組込むことも容易である。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、検出対象となる基板に非接触で基板の損傷や汚染を防ぎながら、簡単な構造で、正確且つ迅速に基準位置に対する基板のずれ量を検出することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、検出対象となる基板に非接触で基板の損傷や汚染を防ぎながら、簡単な構成の装置により、正確且つ迅速に基準位置に対する基板のずれ量を検出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る装置の平面構成を示す図。
【図２】同実施の形態に係る側面構成を示す図。
【図３】同実施の形態に係る電子回路の構成を示すブロック図。
【図４】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【図５】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【図６】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【図７】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【図８】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【図９】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【図１０】同実施の形態に係る動作を説明するための図。
【符号の説明】
１…半導体ウェハ
２…ノッチ
３…ウェハチャック
４…θモータ
５…ＸＹステージ
６（６ａ〜６ｃ）…発光素子
７（７ａ〜７ｃ）…レンズ
８（８ａ〜８ｃ）…受光素子
９（９ａ〜９ｃ）…発光受光部
１０（１０ａ〜１０ｃ）…Ａ／Ｄ変換器
１１…制御回路
１２…Ｘモータ
１３…Ｙモータ
【図１】
0004063921.tif 000010
【図２】
0004063921.tif 000011
【図３】
0004063921.tif 000012
【図４】
0004063921.tif 000013
【図５】
0004063921.tif 000014
【図６】
0004063921.tif 000015
【図７】
0004063921.tif 000016
【図８】
0004063921.tif 000017
【図９】
0004063921.tif 000018
【図１０】
0004063921.tif 000019