JP2545018B2 - 光センサによる位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置等に用い
られる駆動機構の高精度な光センサによる位置決め方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置に使用されている駆動機
構には高い駆動精度を要求されるものが多い。例とし
て、縮小投影露光装置いわゆるステッパに使用されてい
る、縮小投影レンズの焦点位置にウエハを位置合せする
ための駆動機構（以下、Ｚ駆動機構と呼ぶ）を図１に示
す。このＺ駆動機構は、パルスモータ１の回転をボール
ネジ２により上下方向の動きに変換しこの上下動をＺ駆
動用レバー３によりウエハチャック４に伝達する。また
固定された基礎円盤８にはウエハ受け渡し用のピン９が
固定されている。Ｚ駆動用レバー３には、図２に示すよ
うに、上下リミットおよび中段位置の検知用に検出機構
が設けられている。Ｚ駆動用レバー３に取り付けられた
遮光板５がＺ駆動用レバー３の動きに従ってリミット用
６およびセンター用７の２つのフォトインタラプタを遮
光から透光、透光から遮光することにより、上下のリミ
ット位置と中段位置（センター）を検知する。上下リミ
ット位置は遮光板５によってリミット用フォトインタラ
プタ６が透光から遮光に切り換わった位置である。リミ
ット用フォトインタラプタ６が透光のときのみパルスモ
ータ１は動くことができ、ウエハチャック４が不必要に
大きく動いて機械的に他の部分に衝突することを防止し
ている。下リミット位置はＺ駆動機構の基準となる位置
であり、ウエハがピン９の上に供給される時の位置であ
る。上リミット位置はウエハチャック４が機械的に他の
部分に衝突する前に停止するための位置である。中段位
置はピン９上に供給されたウエハをウエハチャックに受
け渡すための位置であり、センター用フォトインタラプ
タ７が遮光から透光に切り換わった時にピン９の上面と
ウエハチャック４の上面が一致するように調整されてい
る。尚、図示しない制御部によってフォトインタラプタ
６、７およびパルスモータ１は制御されている。この制
御部によってリミット用フォトインタラプタ６が遮光で
かつセンター用フォトインタラプタ７が透光の時、下リ
ミット位置と判定される。また、リミット用フォトイン
タラプタ６が遮光でかつセンター用フォトインタラプタ
７が遮光の時、上リミット位置と判定される。

【０００３】従来のＺ駆動機構の動作を説明する。ま
ず、ウエハがピン９上に供給されるのに先立ち下リミッ
ト位置までウエハチャック４を駆動する。この動作は基
準となる位置までウエハチャック４を駆動するので、初
期位置駆動と呼ばれる。このときの遮光板５とフォトイ
ンタラプタ６，７との位置関係を図３（Ａ）に示す。

【０００４】次に、ウエハがピン９上に供給される。こ
れは、ウエハを裏面真空吸着で保持した図示しないハン
ドによって行なわれる。図示しないハンドがウエハをピ
ン９上に置いた後退避すると、ウエハはピン９に真空吸
着されて保持される。

【０００５】次に、ウエハチャック４はウエハをピン９
から受け取るため、中段位置に駆動される。これは、受
け渡し位置駆動と呼ばれる。このときの遮光板５とフォ
トインタラプタ６，７との位置関係を図３（Ｂ）に示
す。駆動後、ウエハチャック４にウエハを真空吸着し、
その後ピン９の真空吸着を解除してウエハはウエハチャ
ック４に受け渡される。

【０００６】次に、ウエハチャック４は縮小投影レンズ
の焦点位置にウエハが位置するように駆動される。これ
は、フォーカス駆動と呼ばれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、フォトインタラプタ６，７が透光から遮光
または遮光から透光に切り換わった時点での位置でウエ
ハチャック４の駆動を停止しているため次のような欠点
があった。

【０００８】一般的にフォトインタラプタは図４および
図６に示すように、発光ダイオード１０とフォトトラン
ジスタ１１より構成されている。図４および図６に示す
ように、遮光板５によって発光ダイオード１０の光路を
遮光していくと、フォトトランジスタ１１のコレクタ電
圧Ｖｏｕｔは高くなり、反対方向に動くとコレクタ電圧
Ｖｏｕｔは低くなる。このコレクタ電圧Ｖｏｕｔを次段
のコンパレータ１２で所定の比較電圧Ｖｒと比較して二
値化し、遮光、透光状態をデジタル的にＶｄとして出力
する。

【０００９】しかし、発光ダイオード１０は経時変化に
より、または製造上のトラブル等により発光強度が低下
してしまうという特性を持っている。発光強度が低下す
ると初期状態での遮光位置に比較して少し遮光しただけ
でコレクタ電圧Ｖｏｕｔが高くなるので、遮光状態をＶ
ｄとして出力してしまう。すなわち遮光から透光または
透光から遮光への切り換わり位置が変化してしまう。そ
の様子を図７に示す。図７において、二点鎖線で示され
ているのが、発光強度が低下した時の特性である。

【００１０】発光ダイオード１０の発光強度低下が起こ
った場合、Ｚ駆動機構の動作で考えると、ウエハチャッ
ク４の下リミット位置は上に移動し、上リミット位置は
下に移動し、中段位置は下に移動してしまう。下リミッ
ト位置が上に移動すると、ウエハを供給するための図示
しないハンドの下面とウエハチャック４の上面が干渉し
てしまうという不具合が発生する。また、中段位置が下
に移動すると、中段位置でピン９上のウエハをウエハチ
ャック４に受け渡すとき、ウエハチャック４とウエハと
の間に隙間ができているため、ウエハをウエハチャック
４に真空吸着できないという不具合が発生する。

【００１１】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、光センサによる位置決め方法において、光
センサの劣化による位置決め精度の劣化を防止すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、光センサにより、その発光素子と受光素子
との間で遮光板の端部を検出し、遮光板の位置決めを行
う方法において、光センサにより遮光板の相互に対称関
係にある端部を検出することによりその端部間の距離を
計測し、その計測結果を所定値と比較することにより光
センサによる遮光板端部の検出位置の変化量を求め、こ
の変化量を考慮して遮光板の位置決めを行なうようにし
ている。「相互に対称関係にある端部」とは、ある一組
の相互に対称関係にある端部についてみた場合、それら
端部間のそれら端部に隣接する部分は、いずれも遮光板
であるか、またはいずれも空間であるかのどちらかであ
るような端部をいう。

【００１３】変化量を考慮して位置決めを行なうには、
例えば、遮光板端部の検出位置から前記変化量を考慮し
た分だけ遮光板を移動させればよい。あるいは、遮光板
の端部の検出を光センサの受光素子の出力電圧を所定の
閾値電圧により二値化することにより行なう場合は、そ
の閾値電圧を変化量に応じて補正すればよい。

【００１４】また、変化量が一定値以上のときは警報を
発生するようにしてもよい。

【００１５】

【作用】遮光板端部の検出位置の経時的変化は、光セン
サの劣化により、遮光板端部と光センサとの幾何学的位
置関係に対するセンサからの出力値が経時的に変化する
ことにより生じる。すなわち、ある一組の相互に対称関
係にある端部についてみた場合、それら端部の検出位置
の経時的変化は、相互に対称方向に同程度で生じる。し
たがって、光センサで検出したそれら端部間の距離は、
この相互に対称方向に生じる同程度の変化を含むので、
その距離から変化の絶対量を知り、これを考慮すること
により、遮光板端部の正確な位置決めが行なわれる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１および図２は、本発明の一実施例による位置決
め方法を採用したＺ駆動機構の概略的な構成図である。
また、図３は図１の装置の遮光板とフォトインタラプタ
との位置関係を表した説明図である。これらの図中の各
符号が示す要素は上述のとおりである。

【００１７】最初に、上下リミット位置、中段位置が設
計値通りになるようにフォトインタラプタ６，７を調整
した直後に行なう動作について述べる。

【００１８】まず、図３（Ａ）に示すように、ウエハチ
ャック４を下リミット位置まで駆動する。ここで、ウエ
ハチャック４の位置を記憶している図示しない制御部内
の位置メモリを０にクリアする。この位置をＰｄとす
る。

【００１９】次に、図３（Ｂ）に示すように、ウエハチ
ャック４を中段位置まで駆動する。ここで、パルスモー
タ１に与えた駆動パルス数よりウエハチャック４の位置
を求め、図示しない制御部内の位置メモリに記憶する。
この位置をＰｍとする。たとえば、パルスモータ１を１
パルス駆動したときウエハチャック４が０．００２ｍｍ
移動する場合、もし、下リミット位置Ｐｄから中段位置
Ｐｍまでウエハチャック４を駆動するのにパルスモータ
１に１５００パルスの駆動パルスを与えたとすると、中
段位置Ｐｍは Ｐｍ＝０．００２（ｍｍ／パルス）×１５００（パル
ス）＝３ｍｍ となる。これはまた下リミット位置Ｐｄと中段位置Ｐｍ
間の距離に等しい。この距離をＷｄｍとする。

【００２０】次に、図３（Ｃ）に示すように、ウエハチ
ャック４を上リミット位置まで駆動する。ここで、パル
スモータ１に与えた駆動パルス数よりウエハチャック４
の位置を求め、位置メモリに記憶する。この位置をＰｕ
とする。たとえばパルスモータ１を１パルス駆動したと
きウエハチャック４が０．００２ｍｍ移動する場合、も
し、下リミット位置Ｐｄから上リミット位置Ｐｕまでウ
エハチャック４を駆動するのにパルスモータ１に２５０
０パルスの駆動パルスを与えたとすると、上リミット位
置Ｐｕは、 Ｐｕ＝０．００２（ｍｍ／パルス）ｘ２５００（パル
ス）＝５ｍｍ となる。これはまた、下リミット位置Ｐｄと上リミット
位置Ｐｕ間の距離Ｗｄｕに等しく、遮光板５のリミット
用切り欠きの透光部の長さにも等しい。

【００２１】この一連の駆動を、上下リミット位置、中
段位置が設計値通りになるようにフォトインタラプタ
６，７を調整した直後に行ない、求められたＷｄｍ、Ｗ
ｄｕの値をそれぞれ図示しない制御部内の初期中段距離
メモリ、初期リミット間距離メモリに記憶させる。この
値をＷｄｍ１、Ｗｄｕ１とする。尚、初期中段距離メモ
リ、初期リミット間距離メモリには不揮発メモリ等を用
いて、半永久的にＷｄｍ１、Ｗｄｕ１を記憶するように
する。

【００２２】続いて、通常のＺ駆動機構の動作について
述べる。ウエハがピン９の上に供給されるのに先立ち、
前述の一連の駆動を行ない、Ｗｄｍ、Ｗｄｕを求める。
フォトインタラプタ６の素子劣化等により検出位置が変
化すると、少し遮光しただけで、遮光状態が出力される
為、Ｗｄｕの値はフォトインタラプタ調整直後の初期値
Ｗｄｕ１に比較して小さいＷｄｕ′となる。上下リミッ
ト位置の変化量は等しいので、下リミット位置、上リミ
ット位置それぞれの変化量をＤｄ、Ｄｕとすると、これ
らは Ｄｄ＝Ｄｕ＝（Ｗｄｕ１−Ｗｄｕ′）／２ で求められる。

【００２３】次に、ウエハをピン９の上に供給するた
め、ウエハチャック４の初期位置駆動を行い、ウエハチ
ャック４を下リミット位置Ｐｄ′まで駆動する。さらに
下リミット位置の変化量Ｄｄだけウエハチャック４を下
に駆動すると、その位置は初期状態での下リミット位置
Ｐｄとなんら変化がない。

【００２４】ウエハをピン９上に供給した後、ウエハチ
ャック４の受け渡し位置駆動を行いウエハチャック４を
中段位置Ｐｍ′まで駆動する。フォトインタラプタ７の
素子劣化等により検出位置が変化すると、Ｗｄｍの値は
初期値Ｗｄｍ１に比較して小さいＷｄｍ′となる。この
ときの中段位置の変化量Ｄｍは、 Ｄｍ＝（Ｗｄｍ１−Ｗｄｍ′）−Ｄｄ で求められる。したがって、中段位置Ｐｍ′までの駆動
後さらにＤｍだけ上に駆動すると、その位置は初期状態
での中段位置Ｐｍとなんら変化がない。この状態でウエ
ハをピン９からウエハチャック４に受け渡す。

【００２５】次に、ウエハチャック４のフォーカス駆動
を行うことにより、一連のＺ駆動機構の動作は終了す
る。

【００２６】なお、フォトインタラプタの検出位置の変
化量がある程度以上大きくなるのは素子不良とも考えら
れるため、変化量Ｄｄ、Ｄｕ、Ｄｍを求めた時点で所定
の値と比較し、Ｄｄ、Ｄｕ、Ｄｍが所定の値より大きく
なった場合、警報を発生しフォトインタラプタの交換を
促すことも可能である。

【００２７】また、通常のＺ駆動機構の動作でＤｄ、Ｄ
ｕ、Ｄｍを求める駆動は、ウエハの受け渡し毎に行って
も良いし、何回かに１回行っても良い。さらに外部から
の指令に基づいて行っても良い。

【００２８】また、実施例では透明部の長さを計測して
検出位置の変化量を求めているが、遮光板の形状を変え
て遮光部の長さを計測して検出位置の変化量を求めるよ
うにしても良い。

【００２９】図５は本発明の他の実施例に係るフォトイ
ンタラプタのブロック図である。上述の実施例では、図
４に示すように、位置決め用光センサとしてフォトイン
タラプタ内のコンパレータ１２の比較電圧が固定値タイ
プのものを想定したが、図５に示すように、フォトイン
タラプタ内のコンパレータ１２の比較電圧ＶｒをＤ／Ａ
コンバータ１３の出力に接続し、図示しない制御部によ
って制御することもできる。

【００３０】この場合、上述実施例と同様の手順で、フ
ォトインタラプタ６，７の検出位置の変化量Ｄｄ、Ｄ
ｕ、Ｄｍを求める。フォトインタラプタの遮光板の移動
距離ｄとフォトトランジスタ１１のコレクタ電圧Ｖｏｕ
ｔの関係は、図６に示すように検出位置の中心近傍では
ほぼ直線的であるので、遮光板の移動距離ｄ（ｍｍ）と
コレクタ電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）との関係は、 Ｋ＝Ｖｏｕｔ／ｄ（Ｖ／ｍｍ） で表される。このＫなる値はフォトインタラプタの種類
によってほぼ一定と考えられるので、検出位置の変化量
をＤｄ、Ｄｕ、Ｄｍとして、フォトインタラプタ６のコ
ンパレータ比較電圧をＶｒｌ、フォトインタラプタ７の
コンパレータ比較電圧をＶｒｍ、コンパレータの初期値
をＶｒ１として、 Ｖｒｌ＝Ｖｒ１＋（Ｄｄ×Ｋ） Ｖｒｍ＝Ｖｒ１＋（Ｄｍ×Ｋ） と設定しなおせば、検出位置の変化はほとんどわずかし
か生じない。この場合は上述実施例のように変化量Ｄ
ｄ、Ｄｍの補正駆動の必要はない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、光センサにより遮
光板の相互に対称関係にある端部を検出することにより
その端部間の距離を計測し、その計測結果を所定値と比
較することにより光センサによる遮光板端部の検出位置
の変化量を求め、この変化量を考慮して遮光板の位置決
めを行なうようにしたため、光センサ例えばフォトイン
タラプタの素子劣化等による検出位置の変化があったと
しても、常に遮光板を定位置に位置決めできるという効
果がある。さらに、検出位置の変化量を所定の値と比較
することにより、フォトインタラプタの劣化の程度を知
ることができ、警報を発生することもできるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るＺ駆動機構の断面図
である。

【図２】 図１のＺ駆動機構の遮光板およびフォトイン
タラプタ部の拡大図である。

【図３】 遮光板とフォトインタラプタの関係を表す説
明図である。

【図４】 図１の機構の、コンパレータの比較電圧が固
定値であるフォトインタラプタのブロック図である。

【図５】 本発明の他の実施例に係る、コンパレータの
比較電圧が可変であるフォトインタラプタのブロック図
である。

【図６】 フォトインタラプタの遮光板と出力の関係を
表す説明図である。

【図７】 フォトインタラプタの素子劣化により検出位
置が変化することを示す説明図である。

【符号の説明】

１：パルスモータ、２：ボールネジ、３：Ｚ駆動用レバ
ー、４：ウエハチャック、５：遮光板、６：リミット用
フォトインタラプタ、７：センター用フォトインタラプ
タ、８：基礎円盤、９：ピン、１０：発光ダイオード、
１１：フォトトランジスタ、１２：コンパレータ、１
３：Ｄ／Ａコンバータ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光センサにより、その発光素子と受光素
   子との間で遮光板の端部を検出し、遮光板の位置決めを
   行う方法において、光センサにより遮光板の相互に対称
   関係にある端部を検出することによりその端部間の距離
   を計測し、その計測結果を所定値と比較することにより
   光センサによる遮光板端部の検出位置の変化量を求め、
   この変化量を考慮して遮光板の位置決めを行なうことを
   特徴とする光センサによる位置決め方法。
2. 【請求項２】 遮光板の位置決めを行なう際に、遮光板
   端部の検出位置から前記変化量を考慮した分だけ遮光板
   を移動させることを特徴とする請求項１記載の光センサ
   による位置決め方法。
3. 【請求項３】 遮光板の端部の検出は、光センサの受光
   素子の出力電圧を所定の閾値電圧により二値化すること
   により行ない、その閾値電圧は前記変化量に応じて補正
   されることを特徴とする請求項１に記載の光センサによ
   る位置決め方法。
4. 【請求項４】 前記変化量が一定値以上のときは警報を
   発生することを特徴とする請求項１記載の光センサによ
   る位置決め方法。