JP2009088401A - ウェハ位置検出装置と、これを有する半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの中心位置ずれや、ノッチ又はオリフラ位置をより高い精度で検出可能なウェハ位置検出装置と、これを有する半導体製造装置を提供すること。
【解決手段】ウェハを載置して回転する回転テーブル１２と、前記回転テーブルに設けられた角度検出手段１８と、前記回転テーブルの側面近傍と、前記回転テーブルの上方近傍に配置された測長ユニット２３，２４と、前記測長ユニットの計測データから前記ウェハの偏心量を、前記測長ユニットと前記角度検出手段との計測データから前記ウェハに形成されたノッチ角度を、算出する制御装置５０とを有するウェハ位置検出装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置に投入する前におけるウェハの偏心補正及びノッチ又はオリフラ位置決めのためのウェハ位置検出装置と、これを有する半導体製造装置に関する。

従来、半導体製造装置等では、製造装置に投入されるウェハの中心だしと、ノッチ、又はオリフラ角度の検出を行うことが必要であり、これに用いられるプリアライメント装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３２６０１９号公報

従来の装置では、赤色ダイオードを用いた透過型センサによりウェハのエッジを検出することでウェハの中心だしと、ノッチ又はオリフラ位置の検出を行っていた。また、最近の半導体装置の高密度化に伴い、高い位置決め精度が要求されている。

しかしながら、従来の装置では、検出部に用いられている赤色ダイオードのビーム径が大きく、位置検出精度が不十分で、より高い位置検出精度を有する装置が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、ウェハの中心位置ずれや、ノッチ又はオリフラ位置をより高い精度で検出可能なウェハ位置検出装置と、これを有する半導体製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ウェハを載置して回転する回転テーブルと、前記回転テーブルに設けられた角度検出手段と、前記回転テーブルの側面近傍と、前記回転テーブルの上方近傍に配置された測長ユニットと、前記測長ユニットの計測データから前記ウェハの偏心量を、前記測長ユニットと前記角度検出手段との計測データから前記ウェハに形成されたノッチ角度を、算出する制御装置と、を有することを特徴とするウェハ位置検出装置を提供する。

また、本発明は、前記ウェハ位置検出装置を有する半導体製造装置を提供する。

本発明によれば、ウェハの中心位置ずれや、ノッチ又はオリフラ角度をより高い精度で検出可能なウェハ位置検出装置と、これを有する半導体製造装置を提供することを提供することができる。

次に、本発明の一実施の形態にかかるウェハ位置検出装置について図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態にかかるウェハ位置検出装置の概略構成図である。図２は、図１における、センサ部分の拡大図である。

図１において、ウェハ位置検出装置１は、ウェハ１１を載置する回転テーブル１２を有するウェハ回転ステージ１０と、ウェハ回転ステージ１０の近傍に配設され、一軸方向（Ｘ方向）に移動可能なセンサステージ２０とから構成されている。

ウェハ回転ステージ１０は、サーボモータ１３の回転軸にカップリング１４を介してエアーベアリング１５が接続され、エアーベアリング１５の上面にウェハ１１を保持するための真空吸着機構を有する回転テーブル１２が配置されている。

また、回転テーブル１２の下面には、回転テーブル１２に空けられた少なくとも３箇所の孔を上下方向に移動して、ウェハ１１を回転テーブル１２の表面に着脱するためのピン１７が配設されている。これら、サーボモータ１３、カップリング１４、エアーベアリング１５は筐体１６に収納固定され、筐体１６は除振テーブル３０に固定されている。

また、ウェハ回転ステージ１０には、回転テーブル１２の外周部近傍に、ウェハ１１を下側から支持し、ウェハ１１を上下方向及び水平方向に移動するウェハ移動機構４０が配置されている。なお、サーボモータ１３には、回転角度を検出しサーボモータ１３の回転を制御するためにロータリエンコーダ１８が内蔵されている。なお、ロータリエンコーダ１８は、外付けされてもよい。

センサステージ２０は、直動ユニット２１に固定され、一方向（Ｘ方向）に移動可能に支持された支持部材２２に、２つの測長ユニット２３、２４が配置されている。直動ユニット２１は固定テーブル２５に固定され、固定テーブル２５と除振テーブル３０とは、不図示の部材に固定されている。

測長ユニット（以後、Ｈ測長ユニットと記す）２３は、回転テーブル１２の側面近傍に配置され、ウェハ１１の外周端面にレーザビームを照射し、ウェハ１１の外周端面とＨ測長ユニット２３との距離を測定する。

測長ユニット（以後、Ｖ測長ユニットと記す）２４は、回転テーブル１２の上方で、回転テーブル１２の外周部近傍に配置されウェハ１１の表面にレーザビームを照射し、ウェハ１１の表面とＶ測長ユニット２４との距離を測定する。

また、直動ユニット２１を一軸（Ｘ方向）に移動することで、Ｈ測長ユニット２３と回転テーブル１２の外周部との距離を変更することができると共に、ウェハ１１表面におけるＶ測長ユニット２４のレーザビーム照射位置を変更することができる。

また、ウェハ位置検出装置１の各種駆動及び計測を制御する制御装置５０が配置されている。このようにして、実施の形態にかかるウェハ位置検出装置１が構成されている。

続いて、ウェハ位置検出装置１における、ウェハ１１の位置検出について説明する。

回転テーブル１２の回転を止めて、不図示のロボット又は人手によって測定対象のウェハ１１を回転テーブル１２上に載置する。ウェハ１１を不図示の真空チャックで回転テーブル１２にした後、サーボモータ１３を所定の回転数で回転し、回転テーブル１２を回転する。なお、ウェハ１１のチャキングには、真空チャック以外に静電チャックも使用可能である。

直動ユニット２１を駆動して、Ｈ測長ユニット２３を所定の位置（測定基準位置５０ｍｍ）にセットする。

Ｈ測長ユニット２３からレーザビームをウェハ１１の外周端面部に照射し、その散乱光をＨ測長ユニット２３の受光素子（例えば、ＣＣＤセンサー）で検出し、検出結果からウェハ１１の外周端面部までの距離をウェハ１１の一周に亘って計測する。この際、回転角度は、サーボモータ１３に内蔵されたロータリエンコーダリ１８の角度出力を用いて決定される。なお、Ｈ測長ユニットは散乱モードを使用しているが、正反射モードを使用してもよい。

制御装置５０は、Ｈ測長ユニット２３とウェハ１１の外周端面部との距離変化を一周に亘って計測することで、回転テーブル１２に載置されたウェハ１１の偏心量と偏心方向を算出する。すなわち、回転テーブル１２の回転中心に対するウェハ１１の中心位置ずれ量と、ずれ方向（角度）を検出することができる。

Ｈ測長ユニット２３は、レーザビームスポットが約５０μｍ、距離分解が約０．８μｍと高精度の測長ユニットを用いているため、高い計測精度を達成することができる。

Ｈ測長ユニット２３でウェハ１１の偏心を計測中に、制御装置５０はＶ測長ユニット２４を用いてウェハ１１に形成されているノッチ、又はオリフラ角度を検出する。

Ｖ測長ユニット２４は、レーザビームスポットが約２５μｍ、分解能０．１μｍと高精度の測長ユニットを用い、ウェハ１１の表面が鏡面であることから正反射モードを使用する。なお、Ｖ測長ユニット２４は正反射モードを使用しているが、散乱モードを使用してもよい。

ウェハ１１の外周から約１ｍｍ内側にレーザビームスポットを照射し、ノッチ部を検出する。オリフラ部分も同様であり以下の説明はノッチ部を代表として説明する。

ウェハ１１の外周部に形成されたノッチ部分では、ウェハ１１の表面から端面Ｒを形成しながら下方に落ち込むようにウェハ１１が欠けているため、この部分にレーザビームが照射されると、Ｖ測長ユニット２４で計測されるウェハ１１の表面までの距離が変化する。従って、この距離が所定量（例えば、０．１ｍｍ）変化する２つの位置の中間をノッチ位置（ノッチ中心位置）とすることで、高精度にノッチ位置を検出することができる。また、回転テーブル１２の回転角度とノッチ位置の角度を同時に計測することで、ノッチ角度を検出することができる。

以上述べたように、実施の形態にかかるウェハ位置検出装置によれば、回転テーブル１２に載置されたウェハ１１の偏心量（中心位置）とノッチ位置（角度）を高精度に計測することが可能になる。

なお、上記説明では、ウェハ１１の偏心をＨ測長ユニット２３で、ノッチ位置をＶ測長ユニット２４で同時に計測する場合について説明したが、これに限らず以下のような構成も可能である。

Ｈ測長ユニット２３でウェハ１１の偏心量とノッチ位置を計測するように制御装置５０で制御する。このようにすれば、測長ユニットは１台で済む。

Ｖ測長ユニット２４でウェハ１１のノッチ位置計測を行い、併せてウェハ１１の外形計測を行う。ウェハ１１の外形計測は、Ｖ測長ユニット２４のレーザビームがウェハ１１のエッジ部をなぞるように直動ユニット２１を一軸（図１中のＸ方向）に駆動する。制御装置５０は、直動ユニット２１のＸ座標の変化から偏心量を算出する。この場合も測長ユニットは１台で済む。

実施の形態にかかるウェハ位置検出装置１は、Ｈ測長ユニット２３及びＶ測長ユニット２４で偏心量とノッチ位置を検出した後、偏心補正を行い、併せてノッチ角度を所定の角度にセットするためのウェハ移動機構４０を有している。以下、簡単にこの機能について説明する。

（偏心補正）
Ｈ測長ユニット２３の計測結果でウェハ１１の中心が回転中心に対して（ΔＸ、ΔＹ）ずれている場合、制御装置５０がウェハ移動機構４０で回転テーブル１２からウェハ１１を取り外し、ウェハ１１を保持して水平方向に補正量（ΔＸ、ΔＹ）分移動した後、回転テーブル１２に再度載置することで偏心補正を行う。なお、ウェハ移動機構５０が一軸方向にしか移動できないときには、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ９０度毎に移動することで補正を行うことができる。

（ノッチ角度設定）
Ｖ測長ユニット２４の計測結果に基づき、制御装置５０はウェハ１１のノッチ角度を所定の角度（例えば、回転テーブルの基準角度の０度）にセットする。これは、計測結果から得られたノッチ角度と回転テーブル１２の０度との角度差分（Δθ）を制御装置５０が算出したのち、ウェハ移動機構４０でウェハ１１を回転テーブル１２から取り外し、回転テーブル１２を角度差分回転して所定角度位置にノッチをセットするように回転テーブル１２上にウェハ１１を載置することで達成できる。

このように、実施の形態にかかるウェハ位置検出装置１では、ウェハ移動機構５０により、偏心を補正することができると共に、ノッチ角度を所定の角度に設定することができる。この結果、後工程におけるウェハ１１の位置決めを高精度に実行することが可能になる。

次に、実施の形態にかかるウェハ位置検出装置を有する半導体製造装置について簡単に説明する。なお、実施の形態にかかかるウェハ位置検出装置１は、種々の半導体製造装置に使用することが可能であるが、ここでは代表として接合装置に使用した場合について説明する。

図３は、実施の形態にかかるウェハ位置検出装置１を有する半導体製造装置の概略構成図である。

図３において、半導体製造装置１００は、ウェハ位置検出装置１を内蔵する位置決め装置１５０と、位置決めされた２体のウェハ１１をウェハホルダを介して接合して積層ウェハを形成するウェハ貼り合わせ部９０とから構成されている。

前工程を終了してウェハ位置検出装置１に投入されたウェハ１１は、ウェハ位置検出装置１で最上面の貼り合わせ面に対応するウェハの偏心量や、ウェハのノッチ角度、或いはオリフラ角度が検出される。

ウェハ位置検出装置１の検出結果に基づき、ウェハ１１の偏心補正、ウェハ１１のノッチ角度、或いはオリフラ角度位置が補正され、位置決め装置５０でウェハホルダの所定位置にウェハ１１が載置される。

ウェハ位置決め装置５０でウェハホルダに位置決めされたウェハ１１とウェハホルダのセット（ワークと言う）は、搬送ロボット６０でウェハ貼り合わせ部９０に搬送され、２体のウェハ１１がウェハホルダを介してウェハ貼り合わせ部９０で接合されて貼り合わせウェハ１１が形成される。このようにして、半導体製造装置１００が構成されている。

以上述べたように、ウェハ位置検出装置１を有する半導体製造装置１００では、ウェハ１１とウェハホルダとの位置決めをより高い精度で実行できるため、ウェハ位置検出以降の工程時間の短縮、或いは半導体装置の接合歩留まりを向上させることが可能である。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

実施の形態にかかるウェハ位置検出装置の概略構成図である。 図１における、測長ユニット部分の拡大図である。 実施の形態にかかるウェハ位置検出装置を有する半導体製造装置の概略構成図である。

符号の説明

１ ウェハ位置検出装置
１０ ウェハ回転ステージ
１１ ウェハ
１２ 回転テーブル
１３ サーボモータ
１４ カップリング
１５ エアーベアリング
１６ 筐体
１７ ピン
１８ ロータリエンコーダ
２０ センサステージ
２１ 直動ユニット
２２ 支持部材
２３、２４ 測長ユニット
２５ 固定テーブル
３０ 除振テーブル
４０ ウェハ移動機構
５０ 制御装置
９０ 張り合わせ部
１００ 半導体製造装置
１５０ 位置決め装置

Claims (6)

1. ウェハを載置して回転する回転テーブルと、
   前記回転テーブルに設けられた角度検出手段と、
   前記回転テーブルの側面近傍と、前記回転テーブルの上方近傍に配置された測長ユニットと、
   前記測長ユニットの計測データから前記ウェハの偏心量を、前記測長ユニットと前記角度検出手段との計測データから前記ウェハに形成されたノッチ角度を、算出する制御装置と、
   を有することを特徴とするウェハ位置検出装置。
2. 前記制御装置は、前記回転テーブルの面近傍に配置された測長ユニットと、前記角度検出手段の計測データから、前記偏心量と前記ノッチ角度とを算出することを特徴とする請求項１に記載のウェハ位置検出装置。
3. 前記制御装置は、前記回転テーブルの上方近傍に配置された測長ユニットと、前記角度検出手段の計測データから、前記ノッチ角度を算出することを特徴とする請求項１に記載のウェハ位置検出装置。
4. 前記測長ユニットを前記回転テーブルの径方向に移動する直動ユニットを有し、
   前記制御装置は、前記回転テーブルの上方近傍に配置された測長ユニットの径方向移動量データから前記偏心量を算出することを特徴とする請求項１に記載のウェハ位置検出装置。
5. 前記ウェハを支持し、当該ウェハを上下方向、及び水平方向に移動可能なウェハ移動機構を更に有し、
   前記制御装置は、前記偏心量と前記ノッチ角度の算出結果に基づき、前記ウェハ移動機構を介して、前記ウェハの前記偏心量を補正し、前記ウェハの前記ノッチ角度を所定の角度に位置決めすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のウェハ位置検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のウェハ位置検出装置を有することを特徴とする半導体製造装置。

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