JPH0224380B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明はウエハの非接触位置決め装置に関す
る。

【従来の技術】

今日、集積回路の高密度化は進むばかりで、そ
の集積回路のベースとなるウエハの製造もそれに
伴つてますます高い精密度が要求されてきてい
る。そして製造工程上、パターン露光器で製造さ
れた後のウエハは、次の工程として、顕微鏡その
他の測定器へ搬送されてその精密度を厳密に検査
測定されるようになつている。そして、この検査
測定時におけるウエハの測定器へのセツト〔位置
決め〕も、ウエハ上の非常に微小な測定目標を検
査測定するため、製造時と同様に非常に高精度で
行われなくてはならないものである。 ところで、この検査測定時においてウエハの正
確な位置決めを為し得るため、ウエハには「オリ
フラ（オリエンテーシヨンフラツト）」と呼ばれ
る直線状の切欠き部が形成されているので、ウエ
ハの中心位置決め操作〔センタリング〕と、この
オリフラを所定の方向へ位置合わせさせる操作
〔オリフラ合わせ〕の双方を正確且つ確実に行わ
なくてはならない。 そこで、そのようなウエハの位置決めを高精度
で行える装置が必要となるが、この種の装置とし
ては、既に光学機器メーカーより幾つかの装置が
製造販売されており、これら従来のものは基本的
には第５図に示されるような位置決め手段を採用
している。 １は供給カセツトで、図示してないが25枚のウ
エハ２を上下多段式に収納可能であり、全体が上
下に移動自在とされている。この供給カセツト１
内のウエハ２は搬送ベルト３にて１枚づつ取出さ
れ、またウエハ２が１枚取出されるごとに供給カ
セツト１が下方へ一段づつ下がつて次のウエハ２
を取出す準備を整えるようになつている。 そして搬送ベルト３にて取出されたウエハ２
は、そのまま搬送ベルト３にて搬送され、搬送ベ
ルト３の他端側にある湾曲ガイド部４へ当接せし
められる。この湾曲ガイド部４の内側面５はウエ
ハ２の湾曲周縁部６に相応する湾曲度となつてお
り、ウエハ２はその湾曲周縁部６をこの内側面５
へ当接させることにより、ウエハ２の中心点Ｓを
常に一定位置へ位置決め〔センタリング〕せんと
するものである。 ７はオプトセンサーで、ウエハ２のオリフラ８
の位置（向き）検出を行うために湾曲ガイド部６
の内側隣接位置に２ケ所設けられている。そして
このオプトセンサー７は図示せぬ回転機構を作動
させて、センタリングされた後のウエハ２を回動
させ、オリフラ８を一定の方向へ位置合わせ〔オ
リフラ合わせ〕できる。 このように、センタリング及びオリフラ合わせ
の双方が行われてはじめてウエハ２は全体的に位
置決めされたことになる。位置決めの済んだウエ
ハ２は、３本のアーム９ａ〜９ｃを持つ移動装置
１０の１本のアーム９ａにて下側から持ち上げら
れ、そのまま正確に回転して測定ステージ１１ま
で運ばれる。ウエハ２は既に正確な位置決めが為
されているので、測定ステージ１１へは常に同じ
位置にセツトされ、測定ステージ１１での測定を
容易且つ正確に行うことができる。 測定ステージ１１での測定が終了したウエハ２
は、移動装置１０の同じアーム９ａにて別の搬送
ベルト１２上へ運ばれ、そのまま搬送されて収納
カセツト１３へ収納されていく。移動装置１０は
３本のアーム９ａ〜９ｃを有するので、以上の操
作は順次連続して行われるものである。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながらこのような従来の装置にあつて
は、ウエハ２の湾曲周縁部６を湾曲ガイド部４の
内側面５へ当接させることによつて、つまり機械
（メカ）的な当接によつてウエハ２のセンタリン
グを図つていたため、そのセンタリング精度には
おのずと限界があり、従つてオプトセンサー７で
正確なオリフラ合わせを行つたとしても、ウエハ
２の全体的な位置決め精度はある程度までしか期
待できないものであつた。 この発明はこのような従来の技術に着目して成
されたもので、ウエハの全体的な位置決めをより
高精度で行うことのできるウエハの非接触位置決
め装置を提供せんとするものである。

【問題点を解決するための手段】

上記の目的を達成するためのこの発明の構成
を、実施例に対応する第１図〜第４図〔特に第１
図〕を用いて説明する。 光源２７、プリズム２８、コリメータレンズ３
０により「第１基準光照射機構」が構成され、単
一の光源２７から４本の第１基準光Ａが取り出さ
れている。この第１基準光Ａはセンタリング用
で、支持部３６上で水平載置されているウエハ２
０の湾曲周縁部５２を各々照射するように、基準
軸αから同じ距離を隔てて通過する互いに平行で
光量の等しい光としてある。 ３３は「第１基準光検出機構」としてのフオト
トランジスタ又はフオトダイオードからなる光セ
ンサーで、ウエハ２０の湾曲周縁部５２にて一部
遮蔽される各第１基準光Ａの透過光（反射光でも
可）を受光し得る位置に備えられ、前記第１基準
光Ａにおける透過光の光量を検出し、該光量に応
じた電流を変位信号として出力するものである。 ３９は「水平移動機構」としてのXYスライダ
ー装置で、光センサー３３からの変位信号を受け
て、前記第１基準光Ａにおける透過光の光量を全
て等しくすべき方向へ、支持部３６をウエハ２０
ごと水平移動させ、ウエハ２０の中心点Ｓと第１
基準光Ａの基準軸αとを合致・位置決めするもの
である。 そして、光源２７、プリズム２９、コリメータ
レンズ３１により「第２基準光照射機構」が構成
され、単一の光源２７から２本の第２基準光Ｂが
取り出されている。この第２基準光Ｂはオリフラ
合わせ用で、支持部３６上で水平載置されている
ウエハ２０のオリフラ３２を各々照射するよう
に、基準直線β上を通過する互いに平行で光量の
等しい光としてある。 ３５は「第２基準光検出機構」としてのフオト
トランジスタ又はフオトダイオードからなる光セ
ンサーで、ウエハ２０のオリフラ３２にて一部遮
蔽される各第２基準光Ｂの透過光（反射光でも
可）を受光し得る位置に備えられ、前記第２基準
光Ｂにおける透過光の光量を検出し、該光量に応
じた電流を変位信号として出力するものである。 そして、５３は「回動機構」としての回動装置
で、光センサー３５からの変位信号を受けて、前
記第２基準光Ｂにおける透過光の光量を全て等し
くすべき方向へ、前記支持部３６をウエハ２０ご
と回動させ、ウエハ２０のオリフラ３２を第２基
準光Ｂの基準直線βと平行に位置合わせするもの
である。

【作 用】

先ず、ウエハ２０を既知の搬送手段によつて４
本の第１基準光Ａ内へ仮セツトする。この時点に
おいては、ウエハ２０の中心点Ｓ位置とオリフラ
３２の位置（向き）は、共に正規の位置から多少
ズレた状態にある〔第３図参照〕。従つて、４本
の第１基準光Ａが湾曲周縁部５２により遮蔽され
る割合もその第１基準光Ａによつて各々相違して
いる。そしてその相違の度合により受光量も各光
センサー３３ごとに違つてくるので、各光センサ
ー３３からはその受光量の度合（バランス）に見
合う変位信号が出力される。次に、この変位信号
を受けてXYスライダー装置３９が、第１基準光
Ａにおける遮蔽割合を全て等しくすべき方向へ、
つまり各光センサー３３における受光量を全て等
しくする方向へ、前記支持部３６をウエハ２０ご
と水平移動させるので、ウエハ２０の中心点Ｓは
常に第１基準光Ａの基準軸αへ合致・位置決めさ
れることになる。〔第４図参照〕。 また、第１基準光Ａの場合と同様に、２本の第
２基準光Ｂがウエハ２０のオリフラ３２により遮
蔽される割合も、最初の仮セツトの段階では各々
相違しているので、各光センサー３５ごとに受光
量が相違し、各光センサー３５からはその受光量
の割合（バランス）に見合う変位信号が出力され
る。そしてこの変位信号を受けて、回動装置５３
が第２基準光Ｂにおける遮蔽割合を全て等しくす
べく方向へ、つまり２つの光センサー３５におけ
る受光量を等しくする方向へ、前記支持部３６を
ウエハ２０ごと回動させるので、オリフラ３２は
第２基準光Ｂの基準直線βと平行に位置合わせさ
れることになる。 このように、ウエハ２０の中心点Ｓは常に第１
基準光Ａの基準軸αに合致・位置決めされること
になり、且つ、オリフラ３２が第２基準光Ｂの基
準直線βと平行に位置合わせさせるのでオリフラ
３２の向きが決定され、従つてウエハ２０は全体
として正確な位置決めが為されることになり、顕
微鏡による測定検査その他を容易且つ確実に行う
ことができる。

【実施例】

以下、この発明の好適な一実施例を第１図〜第
４図を参照して説明する。 尚、説明の都合上、この発明に係るウエハの非
接触位置決め装置を詳細に説明する前に、このウ
エハの非接触位置決め装置を組み込んだウエハ搬
送装置の全体的な構造及び動作を第２図を用いて
先に説明する。 このウエハ搬送装置１４は、主に供給部１５、
位置決めセツト部１６、測定部１７、収納部１８
から成つている。供給部１５には上下多段収納式
の供給カセツト１９が備えられており、この供給
カセツト１９内のウエハ２０は、１枚づつ供給用
アーム２１にて位置決めセツト部１６へ搬送可能
とされている。この供給用アーム２１はＬ型形状
をしており、供給部１５と位置決めセツト部１６
との間を往復移動するものである。また、先端に
は複数の真空吸引孔２２が備えられており、供給
カセツト１９内のウエハ２０を、下側から真空吸
着にて取り出してそのまま位置決めセツト部１６
まで搬送し、そこで真空吸引を解除してウエハ２
０を位置決めセツト部１６上に仮セツトするもの
である。 次に、この位置決めセツト部１６に仮セツトさ
れたウエハ２０は、そこで後述する位置決め手段
によりセンタリング及びオリフラ合わせの双方が
高精度で行われて全体的な位置決めが為されるも
のである。 位置決めセツト部１６にて正確に位置決めされ
たウエハ２０は、次に回転アーム２３にて測定部
１７へ搬送される。この回転アーム２３は全体が
「ヘラ」形状をしたもので、その先端には先の供
給アーム２１と同様に真空吸引孔２４が複数備え
られてあり、位置決めされた後のウエハ２０を下
側から真空吸着したまま持ち上げ、そのまま水平
に回転してウエハ２０を測定部１７上にセツトす
るものである。この回転アーム２３はウエハ２０
をほとんど位置ズレなくできるもので、位置決め
セツト部１６にて正確に位置決めされたウエハ２
０をそのまま高精度で測定部１７上の常に同じ位
置へセツトするものである。 そして、測定部１７にて検査測定が終了したウ
エハ２０は再度回転アーム２３て位置決めセツト
部１６へ戻される。そして位置決めセツト部１６
へ戻されたこのウエハ２０は、先の供給アーム２
１と同じ構造をした収納アーム２５にて収納部１
８の収納カセツト２６内へ収納される。このウエ
ハ搬送装置１４は、以上説明した操作を順次繰り
返して行うものである。 さて次に、このウエハ搬送装置１４の主要部分
である「ウエハの非接触位置決め装置」としての
位置決めセツト部１６の構造を説明する。 ２７は光源で、この単一の光源２７から４つの
プリズム２８により４本の第１基準光Ａが等角度
（90度）で取り出され、更に別に設けた１つのプ
リズム２９から２本の第２基準光Ｂが取り出され
ている。そして取り出された第１基準光Ａ及び第
２基準光Ｂは対応するコリメータレンズ３０，３
１にて各々平行光線にされる。また、第１基準光
Ａ同士は互いに平行であると共に光量も等しく、
一定の基準軸αから同じ距離を隔てて通過すると
共に、この基準軸αともそれぞれ平行である。第
２基準光Ｂも、ちようどウエハ２０のオリフラ３
２を照射すべく設定された基準直線β上を通過す
るようにされている。そして、上記説明した構造
のうち、その機能上、第１基準光Ａを得るための
光源２７、プリズム２８、コリメータレンズ３０
を「第１基準光照射機構」とし、第２基準光Ｂを
得るための光源２７、プリズム２９、コリメータ
レンズ３１を「第２基準光照射機構」としてい
る。 ３３は「第１基準光検出機構」としての光セン
サーで、四角形状をしており、簡単に言えば、構
造は太陽電池と同じで受光量に相応する電流を変
位信号として出力するようになつており、この実
施例ではフオトトランジスタ（フオトダイオード
でも可）を採用している。この光センサー３３は
４インチ径のウエハ２０用で、その外側には５イ
ンチ径用の光センサー３４も備えられており、ウ
エハ２０の大きさに合わせて選択的に使用できる
ようになつている。「第２基準光検出機構」とし
ての光センサー３５も、先の光センサー３３と構
造は同であるが、形状は各々長円形状でやや光セ
ンサー３３よりも小サイズである。 ３６は支持部で、ウエハ２０を水平載置するも
ので、その先端載置面３７には中央に真空吸引孔
３８が備えれており、ウエハ２０を下側から真空
吸着により固定できるようになつている。 ３９は「水平移動機構」としてのXYスライダ
ー装置で、このXYスライダー装置３９のＸスラ
イダー４０における可動部４１の上面に前記支持
部３６の下端が固定されている。このＸスライダ
ー４０の可動部４１には伝達ロツド４２が水平に
備えられていると共に、この可動部４１自体は伝
達ロツド４２が備えてある方へ、図示せぬ内蔵ス
プリングにより常に固定部４３に対して付勢力が
付与されている。そしてこの伝達ロツド４２の先
端部はサーボモータ４４にて回転するカム４５に
より、内蔵スプリングの付勢方向とは逆方向に押
出自在されるので、可動部４１はサーボモータ４
４の回転量及び回転方向に相応する水平移動がで
きるようになつている。また、このＸスライダー
４０の固定部４３は、互いに直角交差方向にある
Ｙスライダー４６の上面に固定されている。この
Ｙスライダー４６の可動部４７にも伝達ロツド４
８が水平に備えられており、サーボモータ４９に
て回転するカム５０により、先のＸスライダー４
０の場合と同様、固定部５１に対して水平移動自
在とされている。このような構造をしたXYスラ
イダー装置３９は前記第１基準光Ａ用の光センサ
ー３３からの変位信号を受けて作動するもので、
しかも光センサー３３での受光量を全て等しくす
る方向、即ちウエハ２０の湾曲周縁部５２にて第
１基準光Ａが遮蔽される割合を全て等しくする方
向へ、前記支持部３６を水平移動させるものであ
る。 そして更に、このXYスライダー装置３９の下
方には「回動機構」として回動装置５３が備えら
れてある。即ち、Ｙスライダー４６の固定部５１
下面には、下端に回転ギヤ５４を備えた回動シヤ
フト５５が固定されている。この回転ギヤ５４に
はサーボモータ５６から伝達ベルト５７が掛け回
されており、支持部３６とXYスライダー装置３
９の双方を同時に回動できるようになつている。
以上がこの回動装置５３の構成である。このよう
な構造をした回動装置５３は前記第２基準光Ｂ用
の光センサー３５からの変位信号を受けて作動す
るもので、しかも光センサー３５での受光量を全
て等しくする方向、即ちウエハ２０のオリフラ３
２にて第２基準光Ｂが遮蔽される割合を全て等し
くする方向へ、前記支持部３６を先のXYスライ
ダー装置３９ごと回動させるものである。 次に、この位置決めセツト部１６における動作
を説明する。 先ず、ウエハ２０が回転アーム２３にて４本の
第１基準光Ａ内へ仮セツトされる。この時点にお
いては、ウエハ２０の中心点Ｓ位置とオリフラ３
２の位置（向き）は、共に正規の位置から多少ズ
レた状態にある〔第３図参照〕。従つて、第１基
準光Ａ用の光センサー３３での受光量が各々光セ
ンサー３３ごとに相違するので、XYスライダー
装置３９が作動して、その受光量を全て等しくす
べき方向へ、Ｘスライダー４０とＹスライダー４
６との水平移動が合成されて支持部３６をウエハ
２０ごと水平移動させる。従つて、ウエハ２０は
４本の第１基準光Ａの真中に位置することになる
ので、ウエハ２０の中心点Ｓは常に第１基準光Ａ
の基準軸αへ合致・位置決め〔センタリング〕さ
れることになる〔第４図参照〕。このようにウエ
ハ２０のセンタリングに関しては、光センサー３
３での受光量にてXYスライダー装置３９を作動
させるので、光源２７から取り出される第１基準
光Ａの光量は必ず同じでなければならない。また
この発明においては、上記の如く単一光源２７か
ら各々の第１基準光Ａを取り出したところに１つ
の特徴がある。つまり、４本の第１基準光Ａに対
して各々対応する４つの光源を設定したのでは、
長期使用時における各光源での光量（照度）低下
の相違が原因となつて、第１基準光Ａの正確な遮
蔽度合を検出できなくなるからです。この発明で
は光源２７が１つ（単一）なので、長期使用その
他によりたとえこの光源２７の光量（照度）が低
下したとしても４本の第１基準光Ａにおける各々
の光量が均等に低下するので光センサー３３にお
ける受光量の検出に影響を与えることはない。 また、第１基準光Ａの場合と同様に、第２基準
光Ｂ用の光センサー３５での受光量も最初の状態
では各々相違しているので、回動装置５３のサー
ボモータ５６が回転しその受光量を全て等しくす
べき方向へ、回動シヤフト５５を回動させる。従
つて、支持部３６も一緒にウエハ２０ごと回動す
るので、オリフラ３２は常に第２基準光Ｂを結ぶ
基準直線βと平行になるように位置合わせさせら
れ、オリフラ３２は基準直線βに対応して常に同
じ方向に向くように位置合わせさせられる。この
オリフラ合わせにおいても光センサー３５におけ
る受光量が一番大事なので、各第２基準光Ｂの光
量も必ず等しくなければならない。従つて、この
第２基準光Ｂも必ず単一の光源から取り出さなけ
ればならず、この実施例のように第１基準光Ａと
同じ光源２７から取り出してもよいし、また１つ
であれば、別の単一光源から取り出してもよい。 このように、ウエハ２０の中心点Ｓは常に第１
基準光Ａの基準軸αに位置決めされることにな
り、且つオリフラ３２も第２基準光Ｂの基準直線
βに対して常に平行に位置合わせされるので、ウ
エハ２０は全体として正確な位置決めが為され、
顕微鏡による測定検査その他を容易且つ確実に行
うことができるものである。 尚、以上の説明において第１基準光Ａを４本取
り出す例を示したが、第１基準光Ａは少なくとも
３本あればウエハ２０のセンタリングを行うこと
ができる。同様に第２基準光Ｂも基準直線βを通
過するものであればよく、少なくとも２本以上あ
ればオリフラ３２の位置合わせを行うことができ
る。更に、光センサー３３，３４，３５としては
透過した方の光の光量を検出する透過検出式とし
たが、基準光Ａ，Ｂの照射方向によつては光セン
サー３３，３４，３５をウエハ２０の上方に配
し、ウエハ２０にて反射された方の光の光量を検
出する反射検出式としても良い。

【効 果】

この発明に係るウエハの非接触位置決め装置は
以上説明してきた如き内容のものであつて、ウエ
ハのセンタリング及びオリフラ合わせの双方を、
非接触の光学的位置決め手段により行うので、従
来の機械（メカ）的位置決めに比べてウエハ全体
の位置決め精度を格段と向上させることができ、
ウエハの顕微鏡による測定検査その他を容易且つ
確実に行うことができるという効果がある。 また、センタリング用の基準光とオリフラ合わ
せ用の基準光は、共に単一の光源から各々取り出
されるので、光源の光量（照度）低下などに依る
影響を受けることなく、高精度で確実な位置合わ
せを長期間行うことができ、メンテナンス上も有
利である。 更に、この発明の実施例によれば水平移動機構
及び回動機構に、動作スピードの速いサーボモー
タを採用したので、位置決め速度が非常に速く、
ウエハの数が多くても短時間で位置決め処理を行
うことができ、検査測定の能率アツプを図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るウエハの非
接触位置決め装置を示す全体構造図、第２図は第
１図に示したウエハの非接触位置決め装置を位置
決めセツト部として組み込んだウエハ搬送装置の
概略平面図、第３図は位置決め前のウエハを示す
平面図、第４図は位置決め後のウエハを示す平面
図、そして第５図はこの発明の従来例を示す概略
平面図である。 ２，２０……ウエハ、６，５２……湾曲周縁
部、８，３２……オリフラ、２７……光源、３
３，３４……光センサー〔第１基準光検出機構〕、
３５……光センサー〔第２基準光検出機構〕、３
６……支持部、３９……XYスライダー装置〔水
平移動機構〕、５３……回動装置〔回動機構〕、Ａ
……第１基準光、Ｂ……第２基準光、α……基準
軸、β……基準直線、Ｓ……中心点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基準軸から同じ距離を隔てて通過する互いに
   平行で光量の等しいセンタリング用の第１基準光
   を単一光源から少なくとも３本以上取り出し、且
   つ該第１基準光を支持部上で水平載置されている
   ウエハの湾曲周縁部へ各々照射する第１基準光照
   射機構と、 前記湾曲周縁部にて一部遮蔽される各第１基準
   光の透過光又は反射光を受光し得る位置にフオト
   トランジスタ又はフオトダイオードをそれぞれ備
   え、該フオトトランジスタ又はフオトダイオード
   にて前記透過光又は反射光の光量を検出し、該光
   量に応じた電流を変位信号として出力する第１基
   準光検出機構と、 該第１基準光検出機構からの変位信号を受け
   て、前記第１基準光における透過光又は反射光の
   光量を全て等しくすべき方向へ前記支持部をウエ
   ハごと水平移動させ、ウエハの中心点と第１基準
   光の基準軸とを合致・位置決めせしめる水平移動
   機構と、そして 基準直線上を通過する互いに平行で光量の等し
   いオリフラ合わせ用の第２基準光を前記第１基準
   光の光源又は別の単一光源から少なくとも２本以
   上取り出し、且つ該第２基準光を支持部上で水平
   載置されているウエハのオリフラへ各々照射する
   第２基準光照射機構と、 前記オリフラにて一部遮蔽される各第２基準光
   の透過光又は反射光を受光し得る位置にフオトト
   ランジスタ又はフオトダイオードをそれぞれ備
   え、該フオトトランジスタ又はフオトダイオード
   にて前記透過光又は反射光の光量を検出し、該光
   量に応じた電流を変位信号として出力する第２基
   準光検出機構と、 該第２基準光検出機構からの変位信号を受け
   て、前記第２基準光における透過光又は反射光の
   光量を全て等しくすべき方向へ前記支持部をウエ
   ハごと回動させ、ウエハのオリフラを第２基準光
   の基準直線と平行に位置合わせする回動機構と、 から成ることを特徴とするウエハの非接触位置決
   め装置。