JP2010283280A - 位置認識装置及び位置認識方法、並びに、アライメント装置及びアライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板状部材の外周部分を検出して位置認識、アライメントを行う際に、板状部材を支持する支持面の外縁よりはみ出す外周部分の垂れ下がりやばたつきを防止すること。
【解決手段】ウエハＷの外縁よりも内側を支持する支持面１１Ａを含む支持手段１１と、ウエハＷの外縁を検出する検出手段１２と、ウエハＷと検出手段１２とを相対回転させる回転手段１５と、支持手段１１を直交２軸方向に移動させる移動手段１７と、前記各手段を制御するとともに、前記検出データを基にウエハＷの所定の基準位置を算出し、当該所定の基準位置を定位置に位置させる機能を含む制御手段と、支持面１１Ａの外縁からはみ出したウエハＷの外縁側部分Ｗ１を検出手段１２から一定距離隔てて非接触支持する非接触支持手段１４とを備えてアライメント装置１０が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置認識装置及び位置認識方法、並びに、アライメント装置及びアライメント方法に係り、例えば、半導体ウエハ等の板状部材の位置決めを行うことに適した位置認識装置及び位置認識方法、並びに、アライメント装置及びアライメント方法に関する。

半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）等の板状部材は、種々の処理を施す際に、結晶方位を示すオリエンテーションフラット又はＶノッチや、ウエハ中心位置といった所定の基準位置を定位置に位置させる位置決め（アライメント）が行われる。
このようなアライメントを行う装置としては、例えば、特許文献１に開示されるように、ウエハの外縁よりも内側で当該ウエハを支持する吸着支持面を有するウエハチャックを用い、当該ウエハを平面内で回転させてその外縁を検出するとともに、平面内で直交する２軸、すなわちＸ、Ｙ軸方向に移動させて位置決めする構成のものが知られている。

特開平８−８３２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、極薄に研削されたウエハを位置決めする場合、図３中二点鎖線で示されるように、ウエハチャックの支持面から外側にはみ出したウエハ外縁側部分が垂れ下がってしまったり、外縁側部分が部分的に垂れ下がったウエハを回転させたときに、当該ウエハの外縁側部分がばたついたように見えたりして、リニアセンサがウエハ外縁の正確な位置認識ができず、その後の位置決めに狂いを生じさせてしまう、という不都合がある。また、一方の面に接着シートが貼付され、数十μｍの厚みにまで研削されたウエハの場合には、接着シートの弾性復元力によって反りが発生したりしているため、外縁側部分がうねったように変形したり、前記ばたつきが一層顕著なものとなる、という不都合がある。
このような場合、ウエハの全面を吸着することのできる支持面を有するウエハチャックを採用すれば、ウエハ外縁の垂れ下がりやばたつきの不都合を解消することが可能となるが、ウエハの外縁を検出する検出手段のセンサ等がウエハとウエハチャックとの境界を区別できず、正確な位置決めができなくなる、という別異の不都合を招来する。

［発明の目的］
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する支持面を備えた支持手段を用いた場合であっても、当該支持面からはみ出した板状部材の外縁部分の垂れ下りやばたつき等を回避して、板状部材の位置を正確に認識することのできる位置認識装置及び位置認識方法を提供することにある。

また、本発明は、板状部材の外縁を認識して、当該板状部材の所定の基準位置を定位置に正確に位置させることのできるアライメント装置及びアライメント方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る位置認識装置は、板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する支持面を含む支持手段と、前記支持面からはみ出した板状部材の外縁側部分から離れた位置に相対配置され、前記板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する非接触支持手段と、前記板状部材の外縁を検出してその検出データを出力する検出手段とを含み、前記非接触支持手段は、前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つ、という構成を採っている。

本発明において、前記板状部材と検出手段とを平面内で相対回転させる回転手段を含む構成が採用されている。

また、本発明に係るアライメント装置は、板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する支持面を含む支持手段と、前記支持面からはみ出した板状部材の外縁側部分から離れた位置に相対配置され、前記板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する非接触支持手段と、前記板状部材と検出手段とを平面内で相対回転させる回転手段と、前記板状部材の外縁を検出し、その検出データを出力する検出手段と、前記板状部材を平面内の直交２軸方向に移動させる移動手段と、前記各手段を制御するとともに、前記検出データを基に板状部材の所定の基準位置を算出し、当該所定の基準位置を定位置に位置させる機能を含む制御手段とを含み、前記非接触支持手段は、前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つ、という構成を採っている。

更に、本発明に係る位置認識方法は、板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する工程と、前記板状部材の外縁側部分から離れた位置から当該板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する工程と、前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つ工程と、前記板状部材の外縁を検出してその検出データを出力する工程とを含む手法を採っている。

また、本発明に係るアライメント方法は、板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する工程と、前記板状部材の外縁側部分から離れた位置から当該板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する工程と、前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を検出手段から一定距離隔てた位置に保つ工程と、前記板状部材と検出手段とを平面内で相対回転させる工程と、前記板状部材の外縁を前記検出手段で検出し、その検出データを出力する工程と、前記検出データを基に板状部材の所定の基準位置を算出し、当該所定の基準位置を定位置に位置させる工程とを含む手法を採っている。

本発明によれば、位置認識若しくはアライメントを行う際に、板状部材の外縁よりも内側で板状部材を支持した状態であっても、噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁部分を非接触支持することができるので、板状部材の外縁部分が検出手段に対して離れたり近付いたりすることなく、それらの間隔を一定距離隔てた位置に保つことができる。これにより、板状部材の外縁部分が垂れ下がったり、ばたついたりすることを回避して、正確な位置認識とアライメントができる。また、板状部材の外縁に接して位置するもの（従来例のウエハチャックのようなもの）が何もないため、検出手段が板状部材と別のものとの境界を区別できなくなり、正確な位置認識やアライメントができなくなるという不都合を解消することができる。

実施形態に係るアライメント装置の一部断面正面図。 図１の平面図。 図１のａ部詳細図。 ウエハの中心位置を認識する原理説明図。 変形例を示す一部平面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２において、アライメント装置１０は、板状部材としてのウエハＷ（直径３００ｍｍ、厚み１００μｍ）の外縁よりも内側で当該ウエハＷを支持する支持面１１Ａを含む支持手段１１と、ウエハＷの外縁を検出してその検出データを出力する検出手段１２と、支持面１１Ａからはみ出したウエハＷの外縁部分Ｗ１から離れた位置に相対配置された非接触支持手段１４と、ウエハＷと検出手段１２とを平面内で相対回転させる回転手段１５と、ウエハＷを平面内の直交２軸方向に移動させる移動手段１７と、これら各手段を制御する機能を含む図示しない制御手段とを備えて構成されている。なお、前記支持手段１１、検出手段１２、非接触支持手段１４及び回転手段１５により位置認識装置が構成される。

前記支持手段１１は、支持面１１Ａ（直径２００ｍｍ）を備えた内側テーブル２０と、この内側テーブル２０を受容する凹部２１を備えた外側テーブル２２とを含んで構成されている。内側テーブル２０は平面視略円形に設けられ、図示しない減圧ポンプに接続されて支持面１１Ａ（図１中上面）を吸着支持面として作用させるように構成されている。また、外側テーブル２２は、内側テーブル２０を囲む円環状の周壁２５と、当該周壁２５の下端部に位置する底壁２６とを含み、周壁２５の上部には、図２に示されるように、周壁２５の周方向９０度間隔を隔てた４箇所に非接触支持手段１４が配置されている。

前記検出手段１２は、特に限定されるものではないが、本実施形態ではＣＣＤカメラにより構成されている。この検出手段１２は、外側テーブル２２における周壁２５の上面より所定距離上方に離れた位置で、１つの非接触支持手段１４に相対配置され、これにより、ウエハＷの外縁を検出できるようになっている。なお、検出手段１２の検出データは制御手段に出力される。

前記非接触支持手段１４は、図３にも示されるように、平面視略円形に設けられるとともに、図３中下面側と上面側とに貫通し漏斗類似の略円錐形の円錐凹部３０Ａが形成された本体部３０と、当該本体部３０に組み合わされるとともに、円錐凹部３０Ａと所定間隔を隔てて配置されることで断面視円環状の通路３２を形成する漏斗類似の略円錐形の円錐部材３３と、外側テーブル２２に形成されて通路３２に連通する供給路３４と、当該供給路３４に流体としての空気Ｇを供給する図示しない加圧ポンプとを備えて構成されている。通路３２は、その上端に円環状の噴出口３２Ａを形成する。なお、円錐部材３３は、通路３２を全閉することのない図示しない支持部材によって本体部３０に支持されている。このような構成により、通路３２に空気Ｇが供給されると、噴出口３２Ａから噴出する空気ＧがウエハＷの面に沿って流れるようになり、噴出口３２Ａの円環内側とウエハＷのはみ出した外縁側部分Ｗ１の下面との間に負圧領域Ａが形成される。そして、ウエハＷに対して噴出する空気Ｇの力と負圧領域Ａが吸引する力とが吊り合った位置で、ウエハＷの外縁側部分Ｗ１が非接触で支持され、当該ウエハＷの外縁を検出手段１２から一定距離隔てた位置に保つことができるようになる。これにより、ウエハＷの外縁側部分Ｗ１、特に、ウエハＷの中心位置から検出手段１２の下方に位置する外縁までの部分を垂れ下がったりうねったりすることなく、同一平面内に保って位置させることができ、正確な位置認識ができるようになる。なお、このような非接触支持手段１４の場合、ウエハＷは、非接触支持手段１４に対して接離する方向（Ｚ軸方向）の移動は規制されて支持されるが、非接触支持手段１４に対して接離する方向に直交する方向（Ｘ−Ｙ平面に平行な方向）の移動は規制されないようになっている。なお、本実施形態で用いられた非接触支持手段１４は、株式会社コガネイ社製の非接触搬送機を採用したものであるが、図示構成は、非接触領域Ａを形成する原理を解りやすく説明するために等価的に示したものである。

前記回転手段１５は、内側テーブル２０の下面側に連結され、当該内側テーブル２０を平面内で回転させるモータＭ１により構成されている。なお、モータＭ１は、底壁２６に固定された直動モータ４０の出力軸４０Ａに固定され、内側テーブル２０の高さ調整が可能となっている。

前記移動手段１７は、直交２軸方向、つまり、図中Ｘ、Ｙ方向に支持手段１１を移動可能に支持するＸ−Ｙテーブル４２により構成されている。Ｘ−Ｙテーブル４２と支持手段１１との間に直動モータ等の昇降手段を設けてもよく、この場合には、支持手段１１の全体的な高さ調整も可能となる。

次に、ウエハＷの位置認識方法について説明する。

図示しない搬送手段（例えば、ロボットアーム）を介して内側テーブル２０の支持面１１ＡにウエハＷを載置する。図示しないセンサによってウエハＷの載置が確認されると、支持面１１ＡによってウエハＷは吸着支持される。なお、内側テーブル２０は、直動モータ４０によってウエハＷの下面と非接触支持手段１４の上面との間隔が所定間隔となるように調整されている。
ウエハＷが吸着支持されると、図示しない加圧ポンプ（元圧０．４９Ｍｐａ）から供給路３４に空気Ｇが供給され、通路３２を通って噴出口３２Ａから噴出する空気ＧがウエハＷの面に沿って流れる。これにより、ウエハＷは、その回転方向の移動は規制されることなく、検出手段１２に対して接離する方向の移動が規制されて非接触支持される。
上記のような状態で、検出手段１２は、ウエハＷの外縁を複数個所検出して、その検出データをＸ−Ｙ平面内の座標位置として制御手段に出力する。
制御手段は、例えば図４に示されるように、検出されたウエハＷの外縁の複数個所の内２点を結ぶ直線（弦）Ｌを少なくとも２つ求め、それら直線（弦）Ｌの垂直二等分線の交点をウエハＷの中心位置Ｗｃ（ウエハＷの所定の基準位置）をＸ−Ｙ平面内の座標位置として認識する。なお、回転手段１５によってウエハＷを所定角度回転させた位置で、ウエハＷの外縁の２点を結ぶ直線（弦）Ｌを求めるようにしてもよい。
その後、例えば、制御手段がウエハＷの中心位置Ｗｃを図示しない搬送手段に出力する。この出力を受けた搬送手段は、ウエハＷの中心位置Ｗｃを基準として当該ウエハＷを支持して他の装置に供給するようにしてもよい。

次に、ウエハＷのアライメント方法について説明する。

図示しない搬送手段を介して内側テーブル２０の支持面１１ＡにウエハＷを載置する。図示しないセンサによってウエハＷの載置が確認されると、支持面１１ＡによってウエハＷは吸着支持される。なお、内側テーブル２０は、直動モータ４０によってウエハＷの下面と非接触支持手段１４の上面との間隔が所定間隔となるように調整されている。
ウエハＷが吸着支持されると、図示しない加圧ポンプ（元圧０．４９Ｍｐａ）から供給路３４に空気Ｇが供給され、通路３２を通って噴出口３２Ａから噴出する空気ＧがウエハＷの面に沿って流れる。これにより、ウエハＷは、その回転方向の移動は規制されることなく、検出手段１２に対して接離する方向の移動が規制されて非接触支持される。
上記のような状態で、モータＭ１が所定の回転速度で回転することによって、ウエハＷを相対回転させる。なお、モータＭ１の回転速度は、直径３００ｍｍのウエハＷの外縁が１秒間に３０ｍｍの速度で回転するように設定されている。そして、検出手段１２は、ウエハＷの外縁位置を複数個所検出して、その検出データをＸ−Ｙ平面内の座標位置として制御手段に出力する。
制御手段は、モータＭ１の回転位置（回転角）と検出手段１２からの検出データとによって、ウエハＷのＶノッチＮ（ウエハＷの所定の基準位置）とウエハＷの中心位置Ｗｃ（ウエハＷの所定の基準位置）をＸ−Ｙ平面内の座標位置として記憶する。
その後、制御手段は、例えば、図２に示されるように、ＶノッチＮがウエハＷの中心位置Ｗｃを通るＹ軸方向に平行な直線上に位置するように、つまり、定位置に位置するようにモータＭ１によって矢印方向に移動させるとともに、ウエハＷの中心位置ＷｃがＸ−Ｙ平面内の架空の定位置Ｉｃに位置するようにＸ−Ｙテーブル４２を駆動させる。その後、例えば、図示しない搬送手段が架空の定位置Ｉｃを基準として（このときＶノッチＮは、架空の定位置Ｉｃを通るＹ軸方向に平行な直線上に位置する）当該ウエハＷを支持して他の装置に供給することとなる。

従って、このような実施形態によれば、ウエハＷのように、数十μｍの厚みに研削された板状部材であっても正確に位置認識することができるとともに、アライメント中にウエハＷを回転させても、ウエハＷがばたつくようなことなく認識された板状部材の位置情報に基づいて、ウエハＷのアライメントを高精度に行うことができる、という効果を得る。

以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、前記記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、位置若しくは配置等に関し、必要に応じて当業者が様々な変更を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態は、例示的に示したものに過ぎない。すなわち、本発明は、外縁側部分が支持面の外縁よりはみ出す状態で板状部材の位置認識や、アライメントを行う場合において、外縁側部分が垂れ下がったり、ばたついたりする場合に適用することができるものであり、板状部材の大きさや支持面の大きさ、板状部材の回転速度、負圧領域を形成するための空気の供給圧力等の諸条件は、任意に決定（設定）することができる。

また、板状部材は半導体ウエハＷに限定されるものではなく、ガラス板、鋼板、または、樹脂板等、その他の板状部材も対象とすることができ、半導体ウエハは、シリコンウエハや化合物ウエハであってもよい。

更に、検出手段１２は、エリアセンサ、ラインセンサ等を用いることもできる。
また、非接触支持手段１４は、実施形態のものに限定されることはなく、噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、板状部材の外縁部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つものであれば足りる。

更に、回転手段は、ウエハＷと検出手段１２との少なくとも一方を平面内で回転させる構成であればよい。

また、前記実施形態では検出手段１２を１つの非接触支持手段１４に相対配置させたが、図５のように検出手段１２をウエハＷの回転方向上流側と下流側とで挟むように非接触支持手段１４を相対配置させてもよい。

１０ アライメント装置
１１ 支持手段
１１Ａ 支持面
１２ 検出手段
１４ 非接触支持手段
１５ 回転手段
１７ 移動手段
Ａ 負圧領域
Ｇ 空気（流体）
Ｗ 半導体ウエハ（板状部材）
Ｗ１ 外縁部分

Claims (5)

1. 板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する支持面を含む支持手段と、
   前記支持面からはみ出した板状部材の外縁側部分から離れた位置に相対配置され、前記板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する非接触支持手段と、
   前記板状部材の外縁を検出してその検出データを出力する検出手段とを含み、
   前記非接触支持手段は、前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つことを特徴とする位置認識装置。
2. 前記板状部材と検出手段とを平面内で相対回転させる回転手段を含むことを特徴とする請求項１記載の位置認識装置。
3. 板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する支持面を含む支持手段と、
   前記支持面からはみ出した板状部材の外縁側部分から離れた位置に相対配置され、前記板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する非接触支持手段と、
   前記板状部材と検出手段とを平面内で相対回転させる回転手段と、
   前記板状部材の外縁を検出し、その検出データを出力する検出手段と、
   前記板状部材を平面内の直交２軸方向に移動させる移動手段と、
   前記各手段を制御するとともに、前記検出データを基に板状部材の所定の基準位置を算出し、当該所定の基準位置を定位置に位置させる機能を含む制御手段とを含み、
   前記非接触支持手段は、前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つことを特徴とするアライメント装置。
4. 板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する工程と、
   前記板状部材の外縁側部分から離れた位置から当該板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する工程と、
   前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を前記検出手段から一定距離隔てた位置に保つ工程と、
   前記板状部材の外縁を検出してその検出データを出力する工程とを有することを特徴とする位置認識方法。
5. 板状部材の外縁よりも内側で当該板状部材を支持する工程と、
   前記板状部材の外縁側部分から離れた位置から当該板状部材の面に沿って流体を噴出することで、前記板状部材の外縁側部分との間に負圧領域を形成する工程と、
   前記板状部材に対して噴出する流体の力と負圧領域が吸引する力とが吊り合った位置で、前記板状部材の外縁側部分を非接触支持し、当該板状部材の外縁を検出手段から一定距離隔てた位置に保つ工程と、
   前記板状部材と検出手段とを平面内で相対回転させる工程と、
   前記板状部材の外縁を前記検出手段で検出し、その検出データを出力する工程と、
   前記検出データを基に板状部材の所定の基準位置を算出し、当該所定の基準位置を定位置に位置させる工程とを有することを特徴とするアライメント方法。

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