(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形薄板状のウエハを垂直軸廻りに回転させるウエハ回転機構と、
前記ウエハの下方に配置され、前記垂直軸の半径方向における所定長さの撮像範囲内で上方の画像を撮像するリニアスキャンカメラと、
前記ウエハの外周端の垂直方向の位置を検出する変位センサと、
前記リニアスキャンカメラを前記ウエハの外周端に対して相対的に垂直方向に移動させる面振追従機構と、
前記リニアスキャンカメラ及び前記変位センサを前記ウエハの外周端に対して相対的に水平方向に移動させる偏心追従機構と、
前記ウエハ回転機構が前記ウエハを１回転させる間に、前記変位センサの検出結果に基づいて前記ウエハの外周端が前記リニアスキャンカメラの被写界深度内に位置するように前記面振追従機構を動作させ、前記リニアスキャンカメラの撮像データに基づいて前記ウエハの外周端が前記撮像範囲内に位置するように前記偏心追従機構を動作させる制御部と、
を備え、前記ウエハの位置及び回転角度が予め定められた基準位置及び基準角度に補正するアライナ装置。
【請求項２】
前記変位センサを前記撮像範囲内で前記リニアスキャンカメラとの間に前記ウエハを垂直方向に挟んで配置した請求項１に記載のアライナ装置。
【請求項３】
前記面振追従機構は、前記リニアスキャンカメラを垂直方向に移動させる機構である請求項１又は２に記載のアライナ装置。
【請求項４】
前記偏心追従機構は、前記ウエハ回転機構を前記垂直軸に直交する水平方向に移動させる機構である請求項１乃至３の何れかに記載のアライナ装置。
【請求項５】
前記ウエハ回転機構は、前記ウエハよりも小径のステージであって前記ウエハの下面を真空吸着するステージを備えた請求項１乃至４の何れかに記載のアライナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造に用いられ、円形薄板状のウエハの位置決めに使用されるアライナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造には、円形薄板状のウエハに対する複数の処理が含まれる。各処理は、個別の処理装置を用いて行われる。ウエハは、１つの処理装置での処理が終了する毎に次の処理を行う処理装置へロボットを介して搬送される。各処理装置でウエハに適正な処理を施すためには、各処理装置に対してウエハを正確な位置に適正な回転角度で搬送する必要がある。このため、半導体製造には、ウエハを予め定められた基準位置及び基準角度に位置決めするアライナ装置が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
アライナ装置は、ウエハを載置したステージを垂直な軸廻りに回転させながらエッジセンサでウエハの外周端を検出し、エッジセンサの１周分の検出結果に基づいてステージに対するウエハの偏心量及び偏心方向、並びにノッチ又はオリフラの位置を算出する。エッジセンサは、ウエハの外周端の近傍でウエハを厚さ方向（垂直方向）に挟む発光部と受光部とを備え、ステージの半径方向（水平方向）に並んだ複数の平行光を発光部から受光部に向けて照射し、半径方向の受光位置に応じた検出信号を受光部から出力する。
【０００４】
一方、ウエハは、後の処理での損傷を防止するため、所定の処理が終了した時点で表面にフィルムが貼付される場合がある。フィルムは、ウエハとの位置関係を正確に規定することなくウエハの表面の全面を確実に被覆できるように、ウエハよりも大径に形成されている。フィルムの外周端は、ウエハの外周端から外側にはみ出しており、はみ出し量はウエハの全周について一定でない。このため、従来のエッジセンサでは、フィルムの外周端は検出できるが、ウエハの外周端を検出することができない。
【０００５】
そこで、従来のエッジセンサに代えてリニアスキャンカメラを備えたアライナ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。リニアスキャンカメラは、結像光学系とリニアイメージセンサとを含み、長手方向をステージの半径方向に沿って配置され、ウエハの下面側における外周端近傍の画像を撮像する。リニアスキャンカメラの出力信号に基づいて、ウエハの外周端の位置を抽出できるとされている。
【特許文献１】特開平１１−２３３５９４号公報
【特許文献２】特開２００６−０２３１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、ウエハの薄肉化が進んでおり、特に厚さ１００μｍ以下のウエハでは反りが発生し易く、ウエハの表面に直交する方向についてウエハの外周端の位置が上下５ｍｍ程度の範囲で変位している場合がある。一般にリニアスキャンカメラは被写界深度が浅く、ウエハにこのような反りが生じている場合は、ウエハの回転中にウエハの外周端に焦点が合わなくなり、ウエハの外周端の位置を正確に検出することができなくなる。
【０００７】
また、アライナ装置に対するウエハの搬送位置の誤差、ノッチ又はオリフラの形状等を考慮すると、ステージの半径方向について比較的長い範囲を撮像できるようにする必要がある。このため、結像光学系の口径が大きくなり、コストの上昇を招くだけでなく、ステージとの干渉によって小径のウエハの位置決めが困難になる。また、リニアイメージセンサの素数が増加し、検出信号の転送時間が長くなり、ウエハの位置決め作業が長時間化する。
【０００８】
この発明の目的は、フィルムが貼付されたウエハに搬送位置の誤差や反りを生じている場合にも、ウエハの外周端の位置を撮像範囲の比較的小さいリニアスキャンカメラで正確に検出することができるアライナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のアライナ装置は、ウエハ回転機構、リニアスキャンカメラ、変位センサ、面振追従機構、偏心追従機構、制御部を備えている。ウエハ回転機構は、ウエハを垂直軸廻りに回転させる。リニアスキャンカメラは、ウエハの下方に配置され、垂直軸の半径方向における所定長さの撮像範囲で上方の画像を撮像する。変位センサは、ウエハの外周端の垂直方向の位置を検出する。面振追従機構は、ウエハに対してリニアスキャンカメラを相対的に垂直方向に移動させる。偏心追従機構は、ウエハに対してリニアスキャンカメラを相対的に水平方向に移動させる。制御部は、ウエハが１回転する間に、変位センサの検出結果に基づいてウエハの外周端がリニアスキャンカメラの被写界深度内に位置するように面振追従機構を動作させる。また、制御部は、ウエハが１回転する間に、イメージセンサの撮像データに基づいてウエハの外周端がリニアスキャンカメラの水平方向の撮像範囲内に位置するように偏心追従機構を動作させる。
【００１０】
この構成では、ウエハが回転している間におけるウエハの外周端の垂直方向及び水平方向の位置に追従して、リニアスキャンカメラが、ウエハに対して相対的に、垂直方向及び水平方向に移動する。ウエハが１回転する間におけるウエハの外周端の垂直方向の変位量がリニアスキャンカメラの被写界深度を超える場合でも、また、ウエハが１回転する間におけるウエハの外周端の水平方向の変位量がリニアスキャンカメラの撮像範囲を超える場合でも、リニアスキャンカメラは焦点が合った状態でウエハの外周端の画像を撮像する。
【００１１】
この構成において、変位センサを撮像範囲内でリニアスキャンカメラとの間にウエハを垂直方向に挟んで配置するとともに、リニアスキャンカメラと一体にしてウエハの外周端に対して相対的に水平方向に移動させるようにしてもよい。リニアスキャンカメラが撮像すべきウエハの外周端の垂直方向の変位に応じて、面振追従機構を即時的に動作させることができる。
【００１２】
また、面振追従機構を、リニアスキャンカメラを垂直方向に移動させる機構としてもよい。回転駆動されるウエハ回転機構にウエハを昇降させる機構を備える必要がなく、装置の構成を簡略化できる。
【００１３】
さらに、偏心追従機構を、ウエハ回転機構を水平方向に移動させる機構としてもよい。ウエハを挟んで上下に位置するリニアスキャンカメラ及び変位センサを、水平方向に移動させる必要がなく、装置の構成を簡略化できる。
【００１４】
ウエハ回転機構に、ウエハよりも小径のステージであってウエハの下面を真空吸着するステージを備えてもよい。ウエハの外周端を挟持する機構を備える必要がなく、装置の構成を簡略化できる。また、ウエハを適正な位置に移動させるための持ち替え作業が不要になり、位置決め作業を簡略化できる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ウエハが回転している間におけるウエハの外周端の垂直方向及び水平方向の位置に追従して、ウエハに対するリニアスキャンカメラの相対位置を垂直方向及び水平方向に移動させることができる。ウエハが１回転する間におけるウエハの外周端の垂直方向の変位量がリニアスキャンカメラの被写界深度を超える場合、及びウエハの外周端の水平方向の変位量がリニアスキャンカメラの撮像範囲を超える場合でも、ウエハの外周端の画像を焦点の合った状態で撮像することができる。これによって、フィルムが貼付されたウエハに搬送位置の誤差や反りを生じている場合にも、撮像範囲の比較的小さいリニアスキャンカメラでウエハの位置を正確に検出することができ、装置の大型化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、この発明の実施形態に係るアライナ装置の側面図である。アライナ装置１０は、半導体製造時に表面にフィルムが貼付された円形薄板のウエハＷの位置決めに使用される。アライナ装置１０には、図示しないロボットアームを介してウエハＷが搬入される。アライナ装置１０は、基台１０１上に下部ハウジング１０２を載置し、下部ハウジング１０２の上方にアーム１０３を介して上部ハウジング１０４を支持している。下部ハウジング１０２内には、ウエハ回転機構１、リニアスキャンカメラ２、面振追従機構３、偏心追従機構４、制御部５が収納されている。上部ハウジング１０４内には、変位センサ６、照明７が収納されている。
【００１７】
ウエハ回転機構本体１は、ステージ１１、スピンドル１２、モータ１３、基台１４を備えている。ステージ１１は、ウエハ１よりも小径の円盤状を呈し、図示しない真空ポンプを介して上面にウエハＷを真空吸着する。ウエハＷの外周端を挟持する機構を備える必要がなく、装置の構成を簡略化でき、ウエハＷを適正な位置に移動させるための持ち替え作業が不要になり、位置決め作業を簡略化できる。スピンドル１２は、円筒形状を呈し、上端にステージ１１を保持する。モータ１３は、スピンドル１２の内部に収納されており、ステージ１１を回転させる。基台１４は、スピンドル１２の下端部に固定され、テーブル１５上に水平面内で互いに直交する２方向に移動自在に載置されている。
【００１８】
リニアスキャンカメラ２は、ステージ１１上に載置されたウエハＷの下方に配置され、レンズ２１、ＣＣＤ２２を備えている。レンズ２１は、所定の焦点距離だけ上方の像を、下方に位置するＣＣＤ２２の受光面に結像させる。実際には、レンズ２１は、所定の被写界深度内の像をピントの合った状態でＣＣＤ２２の受光面に結像させる。ＣＣＤ２２は、複数の受光素子をスピンドル１２の半径方向に沿う所定長さの撮像範囲に配列した１次元のリニアイメージセンサであり、各画素における受光量に応じた電気信号を出力する。なお、ＣＣＤ２２に代えてＣＭＯＳ等の他の固体撮像素子を用いることができる。
【００１９】
面振追従機構３は、一例として垂直方向（Ｚ軸方向）に沿って対向配置された２個のソレノイド３１，３２を備え、ソレノイド３１，３２の駆動電圧に応じたＺ軸方向の位置にリニアスキャンカメラ２を移動させる。面振追従機構３は、リニアスキャンカメラ２を正確にＺ軸方向に沿って昇降移動させることを条件に、モータによって回転駆動されるボールネジ等の他の構成とすることができる。
【００２０】
なお、面振追従機構３は、リニアスキャンカメラ２をステージ１１上に載置されたウエハＷに対して相対的に垂直方向に移動させることができるものであれば良く、ステージ１１を昇降させる機構であってもよい。但し、リニアスキャンカメラ２を昇降させる機構は、回転駆動されるステージ１１を昇降させる機構に比較して構成を簡略化し易い。
【００２１】
偏心追従機構４は、一例としてリニアモータ４１を備え、基台１４をテーブル１５上の水平面内でリニアスキャンカメラ２に対して近接又は離間する方向（Ｘ軸方向）に往復移動させる。偏心追従機構４は、基台１４を正確にＸ軸方向に移動させることを条件に、モータによって回転駆動されるボールネジ等の他の構成とすることができる。
【００２２】
なお、偏心追従機構４は、リニアスキャンカメラ２をステージ１１上に載置されたウエハＷに対して相対的にＸ軸方向に移動させることができるものであれば良く、リニアスキャンカメラ２を往復移動させる機構であってもよい。但し、テーブル上で基台１４を水平面内の直交する２方向に移動させる機構が既設されており、リニアスキャンカメラ２を変位センサ６とともに往復移動させる機構に比較して構成を簡略化し易い。
【００２３】
変位センサ６は、垂直方向について、リニアスキャンカメラ２との間にステージ１１上に載置されたウエハＷを挟む位置に配置されている。変位センサ６は、一例として、送信部から送信した超音波が対象物で反射して戻ってくるまでの時間を計時して対象物までの距離を測定する超音波センサであり、超音波を下方に向けて送信する。変位センサ６は、ステージ１１上に載置されたウエハＷの外周端のＺ軸方向における位置を正確に検出できることを条件に、超音波センサ以外のセンサを用いることができる。
【００２４】
照明７は、光源７１及び拡散板７２を備えている。光源７１は、一例としてＬＥＤであり、下方に向けて光を照射する。拡散板７２は、光源７１から照射された光を、ステージ１１上に載置されたウエハＷの外周端近傍に均一に配光する。照明７は、ステージ１１上に載置されたウエハＷの外周端近傍に均一に光を照射できることを条件に、他の構成及び配置位置とすることができる。
【００２５】
図２は、上記アライナ装置に備えられる制御部のブロック図である。制御部５は、ウエハＷが１回転する間に、ウエハＷの外周端がリニアスキャンカメラ２の被写界深度内に位置するようにリニアスキャンカメラ２を昇降させ、ウエハＷの外周端がリニアスキャンカメラ２の撮像範囲の中央部に位置するように基台１４を往復移動させる。また、制御部５は、ステージ１１上に載置されたウエハＷの偏心量及び偏心方向、及びウエハＷの外周の一部に形成されているノッチ又はオリフラ等の位置決め部の回転位置を検出し、ウエハＷの中心位置及び回転角度を適正な位置及び角度に矯正する。
【００２６】
このため、制御部５は、ＣＰＵ５１に、リニアスキャンカメラ２、変位センサ３、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、インタフェース５４、モータドライバ５５、ソレノイドドライバ５６、リニアモータドライバ５７、光源７１を接続して構成されている。
【００２７】
ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に予め格納されたプログラムにしたがって、リニアスキャンカメラ２の画像データ及び変位センサ３の検出信号に基づいて、モータ１２、ソレノイド３１，３２及びリニアモータ４１，４２を駆動する。この間に入出力されるデータがＲＡＭ５３の所定のメモリエリアに格納される。なお、リニアモータ４２は、基台１４をテーブル１５上の水平面内でＸ軸に直交する方向に沿って往復移動させる。
【００２８】
ＣＰＵ５１には、リニアスキャンカメラ２が撮像した画像データが入力される。ＣＰＵ５１は、リニアスキャンカメラ２から入力された画像データを解析してウエハＷの外周端の位置を検出する。ＣＰＵ５１は、ウエハＷの外周端の位置の検出結果に基づいて、ウエハＷの外周端がリニアスキャンカメラ２の撮像範囲の中央部に位置するように、リニアモータ４１の駆動データをリニアモータドライバ５７に出力する。リニアモータドライバ５７は、駆動データに基づいてリニアモータ４１を駆動する。
【００２９】
また、ＣＰＵ５１には、変位センサ３が測定した距離データが入力される。ＣＰＵ５１は、変位センサ３から入力された距離データに基づいてウエハＷの外周端とリニアスキャンカメラ２との距離を算出する。ＣＰＵ５１は、算出した距離がリニアスキャンカメラ２の被写界深度内に収まるように、ソレノイド３１，３２の駆動データをソレノイドドライバ５６に出力する。ソレノイドドライバ５６は、駆動データに基づいてソレノイド３１，３２を駆動する。
【００３０】
インタフェース５４は、ＣＰＵ５１を図示しない外部装置に接続する。ＣＰＵ５１は、インタフェース５４を介して、外部装置との間でデータの送受信を行う。
【００３１】
図３は、上記アライナ装置における制御部の処理手順を示すフローチャートである。アライナ装置０に電源が投入されると、制御部５のＣＰＵ５１は、ウエハＷの搬入を待機する（Ｓ１）。ウエハＷが搬入されると、ＣＰＵ５１は、図示しない真空ポンプを駆動し、ステージ１１の上面にウエハＷを真空吸着させる（Ｓ２）。
【００３２】
次いで、ＣＰＵ５１は、リニアモータ４１を駆動し、基台１４を所定距離だけリニアスキャンカメラ２に近接させた後（Ｓ３）、照明７の光源７１を点灯して基台１４をリニアスキャンカメラ２から離間させる（Ｓ４，Ｓ５）。この時、基台１４をリニアスキャンカメラ２に近接させる所定距離は、少なくともアライナ装置１０に対するウエハＷの搬入時に生じるウエハＷの偏心量よりも大きな値が設定される。
【００３３】
ＣＰＵ５１は、基台１４がリニアスキャンカメラ２から離間する方向に移動している間に、変位センサ６の検出信号を読み取り（Ｓ６）、検出信号が表す検出距離に基づいてソレノイド３１，３２を駆動し、リニアスキャンカメラ２を昇降させる（Ｓ７）。これとともに、ＣＰＵ５１は、リニアスキャンカメラリニアスキャンカメラ２の画像データを解析し（Ｓ８）、ウエハＷの外周端が画像の中央部に達した時に、リニアモータ４１の駆動を停止して基台１４の移動を停止させる（Ｓ９，Ｓ１０）。
【００３４】
例えば、図４（Ａ）に示すように、ウエハＷよりも大径の半透明フィルムＦがウエハＷの表面に貼付されている場合、画像の明度データは図４（Ｂ）に示す状態になる。そこで、ＣＰＵ５１は、画像の明度データが閾値ＴＨを切る位置をウエハＷの外周端として検出し、この位置が画像データの中央部に達した時にリニアモータ４１の駆動を停止する。
【００３５】
この後、ＣＰＵ５１は、モータ１３を駆動してステージ１１をウエハＷとともに回転させる（Ｓ１１）。ＣＰＵ５１は、ウエハＷが１回転する間に、変位センサ６の検出距離に基づいてリニアスキャンカメラ２を昇降させつつ（Ｓ１２，Ｓ１３）、リニアスキャンカメラ２の画像データの解析結果に基づく基台１４の移動を行い（Ｓ１４，Ｓ１５）、基台１４の移動量を記憶する（Ｓ１６）。ＣＰＵ５１は、基台１４の移動量をウエハＷが１回転する間に、予め設定されたサンプリング周期でＲＡＭ５３に記憶する。
【００３６】
ＣＰＵ５１は、ウエハＷが１回転した時に、モータ１３の駆動を停止し（Ｓ１７，Ｓ１８）、ＲＡＭ５３の記憶内容から、ウエハＷの偏心量及び偏心方向、並びにノッチ又はオリフラの回転角度を、ウエハＷの位置誤差として算出する（Ｓ１９）。ＣＰＵ５１は、ウエハＷの位置誤差の算出結果に基づいて、モータ１３及びリニアモータ４１，４２を駆動し、ウエハＷの位置及び回転角度が予め定められた適正な値となるように、ウエハＷを移動及び回転させる（Ｓ２０）。
【００３７】
以上のように、アライナ装置１０は、ウエハＷの外周端の水平方向及び垂直方向の変位応じて、基台１４を移動させるとともにリニアスキャンカメラ２を昇降させ、リニアスキャンカメラ２とウエハＷの外周端との相対位置を一定に維持しつつ、ウエハＷの外周端の位置を測定する。
【００３８】
このため、ウエハＷが１回転する間におけるウエハＷの外周端の垂直方向の変位量がリニアスキャンカメラ２の被写界深度を超える場合でも、リニアスキャンカメラ２は焦点が合った状態でウエハＷの外周端の画像を撮像することができる。また、ウエハＷが１回転する間におけるウエハＷの外周端の水平方向の変位量がリニアスキャンカメラ２の撮像範囲を超える場合でも、リニアスキャンカメラ２は焦点が合った状態でウエハＷの外周端の画像を撮像することができる。
【００３９】
したがって、半透明フィルム等の透光性フィルムを表面に貼付したウエハＷに反りを生じている場合でも、被写界深度の浅い比較的小型のリニアスキャンカメラ２を用いてウエハＷの外周端の位置を正確に測定することができ、ウエハＷの位置及び回転角度を基準位置及び基準角度に正確に補正できる。
【００４０】
なお、変位センサ６は、撮像範囲の中央部でリニアスキャンカメラ２との間にウエハＷを垂直方向に挟んで配置され、リニアスキャンカメラ２と一体にしてウエハＷの外周端に対して相対的に水平方向に移動するようにしている。このため、変位センサ６はウエハＷの外周端のＺ軸方向の位置を正確に検出することができ、リニアスキャンカメラ２が撮像すべきウエハＷの外周端の垂直方向の変位に応じて、面振追従機構３を即時的に動作させることができる。
【００４１】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施形態に係るアライナ装置の側面図である。
【図２】同アライナ装置の制御部のブロック図である。
【図３】同制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は半透明フィルムが表面に貼付されたウエハの拡大部分断面図であり、（Ｂ）は同ウエハのリニアスキャンカメラによる撮像画像の明度データを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１−ウエハ回転機構
２−リニアスキャンカメラ
３−面振追従機構
４−偏心追従機構
５−制御部
６−変位センサ
Ｗ−ウエハ
【図１】
0004889616.tif 000002
【図２】
0004889616.tif 000003
【図３】
0004889616.tif 000004
【図４】
0004889616.tif 000005