JPH02155252A

JPH02155252A - ウェハ位置決め装置

Info

Publication number: JPH02155252A
Application number: JP63308734A
Authority: JP
Inventors: Yoko Kimura; 容子木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1990-06-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、周縁の一部に直線的な切欠ぎが形成されてい
るウェハを所定の位置に位置決めするウェハ位置決め装
置に係り、特に、ＬＳＩ等の半導体素子製造用の露光装
置に用いられるウェハ位置決め装置に関する。

（従来の技術）近年、ＬＳＩ等の半導体素子の回路パターンの微細化に
伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光
学式投影露光装置が広く使用されるようになっている。

この露光装置を用いて転写を行う場合、露光に先立って
ウェハ位置決め装置のウェハチャック上にウェハを精度
良く位置決めして載置する必要がある。この操作は、プ
リアライメントと呼ばれており、一般にウェハの周縁に
形成れた直線的な切欠ぎ（オリエンテーション・フラッ
ト）を利用して行われる。

従来、ウェハの切欠きを利用して位置決め（整合）を行
うウェハ位置決め装置は、ウェハの切欠きを複数のロー
ラ等に押付けて位置決めを行ったり（例えば、特開昭５
９−２１９９３１号公報）、或いは、ウェハを３次元方
向に移動可能なウェハステージ上に真空吸着等で固定し
、リニアイメージセンサ（ＣＯＤ）等を備えた光学的位
置検出手段によって位置決めを行っていた（例えば、特
開昭６１−３２５３９号公報）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、Ｏ−ラ等を押付けて位置決めを行う装置
では、ウェハの周縁にローラ等が接触して摺動するため
、ウェハ周縁の欠けやレジストの剥離が生じ、更に、こ
れらの破片がウェハのパターン面などに付着することに
より、ＬＳＩ等の製造歩留りが低下するという欠点があ
った。

また、リニアイメージセンサを備えた光学的位置検出手
段によ２て位置決めを行う装置では、リニアイメージセ
ンサの分解能によってウェハの位置決め精度が規制され
るため、位置決め精度を高めるには高分解能のリニアイ
メージセンサが必要となり、コストが高くなる欠点があ
った。更に、位置決め精度が露光装置で露光する際の位
置合わせ精度に比べて比較的粗いにも拘らず、装置の構
成や位置決め制御が複雑となり、コストが高くなる欠点
があった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、ウェハ
の周縁と非接触で、且つ、簡単な構成でウェハの位置決
めを高精度に行うことができるウェハ位置決め装置を提
供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）前記した課題を解決するために本発明は、周縁に直線的
な切欠ぎが形成されたウェハを回転自在に保持するウェ
ハチャックと、該ウェハチャックを回転駆動する駆動手
段と、前記ウェハの中心を前記ウエハチャクの中心に位
置決めするセンタリング手段と、ビーム光を放射する光
源と、該光源から放射されたビーム光のビーム径を拡大
或いは縮小して複数に分割し、分割されたビーム光を前
記ウェハの一方の面側から前記ウェハの周縁に導く光学
系と、前記ウェハの他方の面側に配置され前記光学系に
より分割されたビーム光をそれぞれ受光する複数の受光
素子と、前記ウェハチャックの前記駆動手段による回転
に伴い前記各受光素子に前記ウェハの周縁で一部が遮蔽
されて受光されるビーム光の光量変化に基づいて前記ウ
ェハの切欠き位置を検出し、前記各受光素子が所定量遮
蔽されると前記駆動手段に停止信号を出力して前記ウェ
ハの位置決めをする制御演算部を具備したことを特徴と
する。

（作用）本発明によれば、光学系を通してウェハの周縁に導かれ
る複数に分割されたビーム光をそれぞれ受光素子に受光
させて、受光されるビーム光の光量変化を検出すること
により、非接触でウェハの位置決めを容易に行うことが
できる。

（実施例）以下、本発明を図示の一実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係るウェハ位置決め装置を示す斜視図
である。この図に示すように、ウェハチャック１の周囲
には、ウェハチャック１伸申皓と同心に回転自在な回転
円環２と、回転円環２の下側に固定された固定円環３が
配置されており、回転円環２上にはセンタリングでこ４
８〜４「が支持軸５８〜５ｆにより回転自在に配設され
ている。

センタリングでこ４８〜４ｆの一端側には、センタリン
グ用接触ピン６ａ〜６［がそれぞれ取付けられており、
他端側には、一端がばね止め棒７ａ〜Ｈ（７ｒは不図示
）に固着されたばね８８〜８ｆ　　（８ｆは不図示）が
それぞれ取付けられている。また、センタリングでこ４
ａ〜４「は、固定円環３に取付けられているビン９ａ〜
９ｒ　　＜９ｆは不図示）によりその動きが制限されて
いる。回転円環２の周面には、空気圧等の駆動手段１０
を連結したロッド１１が取付けられており、駆動手段１
０でロッド１１を駆動することにより回転円環２が回転
する。

ウェハチャック１はモータ１２により回転駆動し、ウェ
ハチャック１上には不図示のウェハ移送手段により、周
縁に直線的な切欠き１３ａが形成されたウェハ１３が載
置されて真空吸着により固定される。ウェハチャック１
上に載置されるウェハ１３は、その周面に当接するセン
タリングでこ４８〜４ｆのセンタリング用接触ビン６８
〜６ｒにより、ウェハチャック１と同心に位置決めされ
る（詳細は後述する）。また、モータ１２は制御演算部
１４によりその回転が制御される。

このように、本実施例では、モータ１２によりウェハチ
ャック１の駆動手段が構成され、また、回転円環２、固
定円環３、センタリングでこ４８〜４［、センタリング
用接触ビン６ａ〜６ｆ、ばね止め棒７ａ　〜７ｆ　、ば
ね８ａ〜８ｆ１ビン９ａ〜９ｆ、駆動手段１０．ロッド
１１により、ウェハ１３の中心をウェハチャック１の中
心に位置決めするセンタリング手段が構成されている。

ウェハチャック１の一端側の上方には、ビーム光を放射
する光源１５と、光源１５から放射されたビーム光を左
右に分割してウェハ１３の上面側からウェハ１３の周縁
方向に導く光学系１６が配置され、また、ウェハチャッ
ク１には、載置されるウェハ１３の周縁の下方に光学系
１６と対向して、光学系１６を通して分割された光源１
４からの光をそれぞれ受光する受光素子（ディテクタ）
１７８．１７ｂが直線上に配置されている（第２図参照
）。

光源１５には、ビーム光ａを放射するレーザ光源が用い
られており、光学系１６は、ビーム光ａのビーム径を拡
大、縮小するレンズ鏡筒部１８と、ビーム光ａを左右に
分割するビームスプリッタ１９と、ビームスプリッタ１
９により分割されたビーム光ａｌ＋ａ２をそれぞれ直角
方向に曲げる固定反射１２０ａ　、２０ｂと、固定反射
鏡２０ａ　。

２０ｂで反射されたビーム光ａＩ、ａ２を受光素子１７
ａ、１７ｂに導く回動自在に支持したビーム走査用ミラ
ー２１とで構成されている。光学系１６の光源１５から
各受光索子１７ａ、１７ｂまでの光路長はそれぞれ等し
くなるように設定されている。受光素子１７ａ、１７ｂ
は、受光した光ｍに比例した電気信号を制御１′ｌＡ算
部１４に出力し、制御演算部１４は受光素子１７ａ、１
７ｂからそれぞれ入力される電気信号の差が零になった
時点でモータ１２に停止信号を出力してウェハチャック
１（ウェハ１３）を停止させる。

レンズ鏡筒部１８は、少なくとも一組のビームスプリッ
タ１９側に配設される凸レンズ２２と光源１５側に配設
される凹レンズ２３と、凹レンズ２３を前後方向に駆動
する駆動部（不図示）とで構成されており、駆動部（不
図示）によって凹レンズ２３を凸レンズ２２側に移動さ
せるとビーム光ａ１のビーム径は縮小され、凸レンズ２
２と反対側に移動させるとビーム光ａｌのビーム径は拡
大される（第３図参照）。

第４図は、受光素子１７ａ、１７ｂの入射光量に対する
出力特性を示したものであり、入射光の遮蔽割合が５０
％近傍で、光量変化に対する感度が最大になる。

次に、上記のように構成された本発明に係るウェハ位置
決め装置の動作について説明する。

先ず、ウェハ１３を不図示のウェハ移送手段によりウェ
ハチャック１上に載置する。ウェハチャック１上にウェ
ハ１３が載置されると、駆動手段１０によりロッド１１
を駆動して回転円環２を右回転させる。回転円環２が右
回転すると、センタリング用接触ビン６ａ〜６ｆは一端
側がビン９８〜９「により係止されているので支持軸５
ａ〜５ｒを中心にして左回転し、センタリング用接触ビ
ン６８〜６ｒがウェハチャック１の中心を中心にして同
心円状に縮む。よって、ウェハ１３の周面にはセンタリ
ング用接触ビン６ａ〜６ｆが接触するので、センタリン
グ用接触ビン６８〜６「が同心円状に縮むに伴い、ウェ
ハ１３の中心がウェハチャック１の中心に位置決めされ
る。

ウェハ１３の中心がウェハチャック１の中心に位置決め
されるとウェハ１３を真空吸着して固定し、駆動手段１
０によりロッド１１を駆動して回転円環２を左回転させ
、センタリング用接触ビン６ａ〜６「をウェハ１３の周
面から離して元の位置に戻す。このようにしてウェハ１
３がウェハチャック１上にセンタリングされる。

ウェハ１３がウェハチャック１上にセンタリングされる
と、制御演算部１４から回転駆動信号を出力してモータ
１２を回転駆動し、ウェハチャック１の回転によってウ
ェハ１３を一体に回転させる。そして、光ｉｔ！１５か
らビーム光ａを放射し、レンズ鏡筒部１８を透過してビ
ームスプリッタ１９でビーム光ａをビーム光ａ１．ａ２
に分割する。

分割されたビーム光ａＩ、ａ２は、固定反射鏡２０ａ、
２０ｂ、ビーム走査用ミラー２１で反射されて、ウェハ
１３の周縁の上方からウェハ１３の周縁の下方に配置し
た各受光素子１７ａ、１７ｂに導かれる。

この時、第５図（ａ　）に示すように、ウェハ１３の円
周状の周縁が受光素子１７８．１７ｂの上方に位置して
いると、ビーム光ａ１．ａ２はそのほとんどがウェハ１
３の円周状の周縁で遮蔽されるので、受光素子１７ａ、
１７ｂにはビーム光ａ＋８２がほとんど受光されず、規
定値以上の出ツノが得られない。そして、制御演算部１
４はこの時に受光索子１７ａ、１７ｂから入力される受
光間に比例した電気信号（この時の信号出力は第４図に
承りように僅かである）により、ウェハ１３０円周状の
周縁が受光素子１７ａ、％７ｂの上方に位置していると
判定し、ウェハ１３の回転を続行させる。

そして、第５図（ｂ　）、　　（ｃ　）、　　（ｄ　）
に示すように、ウェハ１３の回転に伴い受光索子１７ａ
。

１７ｂの上方にウェハ１３の切欠き１３ａが位置でると
、遮敲醋が減少するので受光素子１７ａ。

１７ｂに受光されるビーム光ａＩ、ａ２の九ｍが増加し
、制御演算部１４に受光素子１７ａ、１７ｂから入力さ
れる受光間に比例した規定値以上の電気信号を出力する
。この時、第５図（ｂ）。

（ｄ　）では、受光素子１７８．１７ｂに受光されるビ
ーム光ａｌ＋８２の光量がそれぞれ異っているので、制
御演算部１４は受光索子１７ａ、１７ｂから入力される
電気信号の差が零になるようにモータ１２へ回転駆動信
号を出力し、第５図（Ｃ）に示すような状態になるよう
に制御を行う。

このように、制御演算部１４に入力される受光索子１７
ａ、１７ｂからの電気信号の差が零になった時点で、ウ
ェハ１３は位置決め（粗い）されたと見なされる。

また、ウェハ１３が例えば５インチの場合、ＳＥＭＩ規
格は表１のようになっている。この場合、ウェハ１３の
中心から切欠き１３ａまでの距離の許容範囲は１．５Ｉ
Ｉ１ｍ程度となるので、レンズ鏡筒部１８の凹レンズ２
３を凸レンズ２２と反対側に移動させることにより、例
えばビーム光ａｌ、ａ２のビーム径を１１１１１１１程
度から５ＩＩｌｌＩｌ程度まで拡大することによって、
第６図に示すように、ウェハ１３より径が小さいウェハ
１３の場合でも十分に切欠き１３ａを検出することがで
きる。

（以下余白）表　　　　１上記した動作によってウェハ１３が位置決め〈粗い）さ
れると、受光索子１７ａ、１７ｂの光量変化に対する最
大感度位置を捜づためにビーム走査用ミラー２１を揺動
してビーム光ａ１．ａ２をウェハ１３の径方向に動かす
。受光索子１７ａ。

１７ｂの光量変化に対する最大感度は、第４図に示した
ように、入射光の遮蔽割合が５０％近傍で最大となるの
で、ウェハ１３がビーム光ａｌ、ａ２を略半分遮蔽した
位置になった時にビーム走査用ミラー２１を停止する。

そして、この時に要求される位置決め精度は、第６図に
示ずように、Ｙ、Ｘ方向に関しては±５０μｍ程度、θ
方向に関しては±１×１Ｏ−４ｒａｄ程度であり、受光
素子１７ａ、１７ｂ間の距離を例えば３０＋ｎｎ＋とじ
た場合、受光素子１７ａ、１７ｂに要求されるθ方向の
位置決め精度は±１０μ情となる。このため、レンズ視
筒部１８の凹レンズ２３を駆動手段（不図示）で凸レン
ズ２２方向に移動させてビーム光ａｌ、ａ２のビーム径
を縮小し、受光素子１７ａ、１７ｂの遮蔽割合の微少な
変化に対応して出力される電気信号の変化量を大きくす
る。そして、制御演算部１４は、入力される受光素子１
７ａ、１７ｂからの電気信号の差が零になるようにモー
タ１２の回転を制御する。

この時、レンズ鎮筒部１８により、例えばビーム光ａの
ビーム径を１ｍｍ程度から２００μｍ程度に縮小すると
、その時の分解能は数μｍとなるので、要求される位置
決め精度を十分に達成できる。

また、前記した実施例において、ＳＥＭＩ規格内で比較
的径の小さいウェハ１３を位置決めする時には、ビーム
光ａｌ、ａ２の遮蔽される割合がウェハ１３の円周状の
周縁でも小さくなる。よって、この時に受光素子１７ａ
、１７ｂからそれぞれ出力される電気信号が規定値より
大きくなるので、切欠き１３ａを検出する以前に受光素
子１７ａ、１７ｂからそれぞれ出力される電気信号の差
が零になった時に、制御演・篩部１４か・ら出力される
停止信号によりウェハチャック１（ウェハ１３）の回転
が停止する場合がある。このため、第７図に示すように
、受光索子１７ａ、１７ｂのどちらか一方（図では受光
素子１７ｂ）をビーム走査用ミラー２１と平行に移動し
て、ウェハ１３の中心Ｏから受光素子１７ａ、１７ｂま
での距ＩＩ　Ｑ　＋Ｑ２を変えることにより、径の小さ
いウェハ１３の位置決めを行う場合であっても、ビーム
光ａ１ａ２がそれぞれ遮蔽される割合が左右の受光索子
１７ａ、１７ｂで異なるため、円周状の周縁でウェハチ
ャック１（ウェハ１３）の回転が停止することはない。

また、第８図に示すように、ビーム光を３分割して各ビ
ーム光をそれぞれ受光する３個の受光素子１７ａ　、　
１７ｂ　、　１７ｃを一直線に配置することにより、ウ
ェハ１３の切欠き１３ａの部分を除く円周状の周縁が同
じ割合でビーム光を遮蔽することが防止されるので、受
光素子１７ａ、１７ｂ。

１７ｃが切欠き１３ａ以外の位置ではウェハ１３が停止
ザることはない。この場合、受光索子１７ａ、１７ｂ間
の距離が離れている方が精度の良い位置決めができる。

尚、本例では、ビームスプリッタ１つは、光源１５から
放射されるビーム光ａを３分割して受光索子ｉ　７ａ　
、　１７ｂ　、　１７ｃにそれぞれ受光するように構成
されている。

尚、前記した実施例では光源１５にレーザ光源を用いた
が、これに限らず、ＬＥＤや電球の性向に光を平行光束
にする光学系を一体に設けた光源によってビーム光を放
射しても良い。

［発明の効果］以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、ウェハの周縁の一方の側に配置した受光素子
に受光されるビーム光の光量変化を検出することにより
、簡単な構成でウェハの位置決めをウェハの周縁と非接
触で高精度に行うことができる。従って、高価なウェハ
ステージ、や複雑な位置決め制御が不要となり、また、
ウェハの欠けやレジストの剥離が防止されてＬＳＩ等の
半導体素子の製造歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本弁明に係るウェハ位置決め装置を示す斜視図
、第２図は同装置の光学系を示す説明図、第３図は同装
置のレンズｖｉ筒部を示す断面図、第４図は受光素子の
遮蔽割合に対する出力特性図、第５図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）はそれぞれウェハの各位置におけるビー
ム光の検出状態を示す説明図、第６図、第７図はそれぞ
れウェハの周縁と受光素子の位置関係を示づ説明図、第
８図は本発明の他の実施例を示づ説明図である。１・・・ウェハチャック　　２・・・回転円環３・・・
固定円環４８〜４ｆ・・・センタリングてこ６８〜６ｆ・・・センタリング用接触ビン１１・・・ロ
ッド　　　　　　１２・・・モータ１３・・・ウェハ　
　　　　　１３ａ・・・切欠ぎ１４・・・制御演算部１６・・・光学系１７ａ、１７ｂ・・・受光素子１８・・・レンズ鏡筒部１９・・・ビームスプリッタ２０ａ　、２０ｂ　・・・反射鏡２１・・・ビーム走査用ミラー２２・・・凸レンズ５・・・光源２３・・・凹レンズ（１７ａ鷹　２Ｚ第　３面（’／、）第５１！（ａ）頁５＆（ｂ）第５０（ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

周縁に直線的な切欠きが形成されたウェハを回転自在に
保持するウェハチャックと、該ウェハチャックを回転駆
動する駆動手段と、前記ウェハの中心を前記ウエハチャ
クの中心に位置決めするセンタリング手段と、ビーム光
を放射する光源と、該光源から放射されたビーム光のビ
ーム径を拡大或いは縮小して複数に分割し、分割された
ビーム光を前記ウェハの一方の面側から前記ウェハの周
縁に導く光学系と、前記ウェハの他方の面側に配置され
前記光学系により分割されたビーム光をそれぞれ受光す
る複数の受光素子と、前記ウェハチャックの前記駆動手
段による回転に伴い前記各受光素子に前記ウェハの周縁
で一部が遮蔽されて受光されるビーム光の光量変化に基
づいて前記ウェハの切欠き位置を検出し、前記各受光素
子が所定量遮蔽されると前記駆動手段に停止信号を出力
して前記ウェハの位置決めをする制御演算部を具備した
ことを特徴とするウェハ位置決め装置。