JPH098105A

JPH098105A - 円形体の位置決め方法及びその装置

Info

Publication number: JPH098105A
Application number: JP18112295A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kuramochi; 貴史倉持; Yoshihisa Shibata; 喜久柴田; Noriaki Asami; 典明浅見
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】位置情報検出用レーザビームＬＢはＸ軸上に
位置し、Ｐ点を回転中心としてウエハＷを１回転させ、
回転角２度毎に外周の位置情報を検出し、その中からＡ
_１〜Ｆ_１、Ａ_２〜Ｆ_２，Ａ_３〜Ｆ_３の１８箇所の位置情
報を選択する。Ａ_１〜Ａ_３，Ｂ_１〜Ｂ_３……Ｆ_１〜Ｆ_３
の位置情報から各３点を通る円の中心を求め、互いに接
近する中心を選択してウエハ中心（Ｘｃ，Ｙｃ）とす
る。この選択外のＣ_１〜Ｃ_３の情報から求めた円の中心
は、Ｃ_１がオリエンテーションフラットＯＦ上にあるの
でウエハの中心とはならない。次にウエハを回転してＣ
_１をレーザ光面上に位置させ、ウエハをＹ軸方向へ左右
６ｍｍ宛移動させ、オリフラＯＦのレーザ光面との角度
を測定した後、ウエハ中心が正規の中心に一致するよう
ウエハをＸ軸、Ｙ軸方向に移動すると共に、オリフラの
方向が正規方向と一致するようウエハを回転する。【効果】ウエハ中心とオリエンテーションフラット方
向が正確に求められ、位置決めは高精度に行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハの位置決
め方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】種々のエレクトロニクス分野に用いられ
る半導体チップは、半導体ウエハ（以下、単にウエハと
呼ぶことがある）の面に所定パターンにパターニングさ
れた種々の膜を形成した後、所定寸法に切り出されて製
造される。ウエハは、シリコン（他にガリウム−ひ素）
の単結晶の円柱体から切り出される。

【０００３】シリコンを使用した集積回路装置（以下、
ＩＣと呼ぶ）の製造を行う場合の直径５インチウエハを
例に挙げて説明する。シリコン単結晶の円柱体、即ち、
引上げ法（Czochraslki method）等によって引き上げら
れた単結晶インゴットを切削、研磨して、直径５インチ
（正確には 125±0.5 μｍ）の円柱体に整え、更に、そ
の円柱体に所定の結晶軸方位に対して直角な切欠面で構
成されるオリエンテーションフラット（またはオリフラ
とも呼ばれる。図中、符号ＯＦで表す。）をその外周の
少なくとも一箇所に形成する。オリエンテーションフラ
ット部の直線長さは約42mmに整えられる。

【０００４】然る後、直径５インチ円柱体軸に直角に厚
み約 0.8mmの薄板状に切出し、その後機械的及び化学的
切削及び研磨を経て最終的に鏡面研磨された、約 600μ
ｍ板厚のウエハ（シリコン鏡面研磨ウエハ）を得る。こ
のウエハの主表面に酸化、パターニング、拡散及び種々
の成膜等を百数十工程経た後、ＩＣとしての形態を整
え、その主表面域に複数個のＩＣチップが形成される。
ＩＣ製造の最終段階の処理工程の一つであるバックグラ
インド工程では、図19に示すように、ウエハの厚みｔ₂
は約600 μｍであるが、最終ＩＣチップ厚みｔ₁として
約300 μｍになるようにダイヤモンド砥石で裏面が削り
取られる。

【０００５】最終ＩＣチップ厚みとして要求される約30
0 μｍにバックグラインドを施されたウエハは、その裏
面側に、例えばオーミック接合を確実にとる必要がある
ＩＣ製品群は、金属薄膜を蒸着法又はスパッタ法により
形成する。金属被膜の被着のために、ウエハは、所定の
トレイに載置され、例えばスパッタ法により金の薄膜形
成を行う。

【０００６】図19は、バックグラインドを終了したウエ
ハを載置したトレイの断面図である。トレイ37の貫通孔
37ａの縁部が一定幅の薄肉部となっていて、この薄肉部
がウエハ載置部37ｂとなっている。そのため、ウエハ載
置部37ｂの外周端に段差37ｄが形成される。ウエハＷ
は、その外周縁部でウエハ載置部37ｂに載置されてトレ
イ37に支持され、下側から金のスパッタリングが施され
る。

【０００７】ウエハＷは、スパッタ法や蒸着法による成
膜工程中で加熱されるため、膨張と収縮とを繰り返す。
そのため、ウエハＷは、貫通孔37ａと中心が正確に一致
していないと、図19（ａ）のように約300 μｍに薄く削
られて機械的強度が低くなっている外周端が段差37ｄに
接触し、その部分が欠け落ちる不具合が発生することが
ある。また、甚だしくは図19（ｂ）のようにウエハＷが
段差37ｄに乗り上げ、そこに金が廻り込んで外周縁部の
不要な箇所にも金の薄膜が形成されてしまう。

【０００８】更に、前述したようにウエハには、オリエ
ンテーションフラットと呼ばれる直線状の外周端が設け
られており、トレイの貫通孔37ａにもオリエンテーショ
ンフラットに対応する直線状部分が設けられ、前記不具
合をなくすため、ウエハはトレイに対し正しく位置決め
されなければならない。

【０００９】ウエハの中心（オリエンテーションフラッ
ト部を除いた外周円弧部分の中心）及びオリエンテーシ
ョンフラットの方向を所定の位置及び方向に位置決めす
る従来の方法及び装置として、数々の発明があるが、そ
れらの中には、所定位置に対するウエハ中心位置のずれ
や所定方向に対するオリエンテーションフラットの傾き
を求める手法とそのステップが充分には示されておら
ず、ウエハの高精度な位置決めを期待することができな
い。また、高精度の位置決めを求めようとすると、装置
が複雑かつ高価なものにならざるを得なかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたものであって、円形体（例えば半導体
ウエハ）の中心位置及び変形部（例えばオリエンテーシ
ョンフラット）の方向を夫々所定の位置及び方向に高精
度を以て一致させる、円形体の位置決め方法及びこの方
法を実施するための装置を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、外周に切り欠
き部を有する円形体を回転ステージに載置してこの回転
ステージを所定角度ずつ回転し、この回転ステージの回
転中心と前記円形体の外周上の任意の点との距離をｄ個
求め、前記ｄ個の距離及び前記所定角度ずつの回転角を
基に、前記回転中心を原点とする平面座標における前記
ｄ個の距離に対応する前記円形体の外周部のｄ個の点の
座標を求め、前記ｄ個の座標の中から任意の３つの座標
を選択してｍ組とし、前記ｍ組における各々の組の３つ
の座標により特定される円の中心の座標を前記平面座標
内に求め（これらの円のうちの一部は前記切欠き部を通
る円、他は前記切欠き部を通らぬ円）、前記ｍ組の円の
中心座標から少なくとも前記切り欠き部を含んで求めら
れる中心座標を除いた組の中心座標から前記円形体の中
心位置座標を求め、前記円形体の中心位置座標と前記外
周部のｄ個の点の座標との距離が最小値となる点の座標
に基づいて前記円形体の切り欠き部の位置を特定し、前
記円形体の前記中心位置座標と前記切り欠き部の位置と
に基づいて、前記回転ステージを移動及び／又は回転さ
せて前記円形体を所定の位置に位置決めする円形体の位
置決め方法に係るものである。

【００１２】本発明において、回転ステージの回転中心
を通る半径方向に沿って配置されると共に、円形体によ
ってビーム出射器とビーム入射器との間のビームの一部
又は全部を遮蔽されるセンサに対し、前記回転ステージ
を回転して、前記遮蔽されるビーム量に基づいて前記回
転ステージの回転中心と前記円形体の外周上の任意の点
との距離をｄ個求めることが望ましい。

【００１３】上記において、円形体の切り欠き部は前記
円形体の半径方向と直交する方向に沿って直線状に形成
され、前記切り欠き部の特定された位置に基づいて、前
記切り欠き部の直線がセンサに重なる位置まで回転ステ
ージを回転し、この回転ステージを前記センサと直交す
る方向に所定距離移動させたときの前記センサの出力に
基づいて、前記切り欠き部の直線の前記センサに対する
傾きを求め、この傾きから前記切り欠き部の直線の位置
決めを行うことが望ましい。

【００１４】本発明はまた、外周に切り欠き部を有する
円形体を支持する回転可能な回転ステージと、この回転
ステージを支持するステージと、このステージを夫々Ｘ
軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させる軸駆動機構並びに前
記回転ステージを回転させる回転駆動機構と、前記回転
ステージの回転角度情報を出力する角度検出手段と、前
記円形体の外周上の任意の点の位置情報を検出する位置
検出手段と、前記角度検出手段の回転角度情報及び前記
位置検出手段からの位置情報に基づき、前記円形体の中
心及び前記切り欠き部の位置を特定するための制御信号
を発生し、前記軸駆動機構及び／又は前記回転駆動機構
を制御するための前記制御信号を各駆動機構へ供給する
制御回路部と、前記回転ステージに前記円形体を順次供
給する円形体供給機構と、前記円形体を収納可能な収納
部が形成されたトレイを前記回転ステージ上に搬送する
トレイ搬送機構とを具備し、前記制御信号に基づく前記
軸駆動機構及び／又は前記回転駆動機構の駆動によって
前記円形体を回転及び／又は移動して位置決めせしめた
後、前記円形体を前記トレイの収納部に収納するように
構成された、円形体の位置決め装置をも提供するもので
ある。

【００１５】本発明に基づく装置において、位置検出手
段が、ビーム出射器とビーム入射器とからなり、円形体
が前記ビーム出射器と前記ビーム入射器との間でビーム
を遮蔽する量に応じた情報を出力するように構成するこ
とが望ましい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１７】先ず、この例によるウエハ位置決め装置の
構造について説明する。

【００１８】図８は装置要部の構成を示す概略斜視図で
ある。図示のとおり、ウエハＷを吸着保持する円板状の
ウエハチャック１がその中心を軸にしてウエハＷを円弧
矢印方向に回転させる回転ステージ２の上に設置され、
モータ３によってベルト５を介して駆動される。そして
回転ステージ２は、ウエハＷを矢印のＸ軸方向及び同Ｙ
軸方向に移動させる移動手段であるＸ軸ステージ13及び
Ｙ軸ステージ６の上に設置されている。

【００１９】Ｘ軸ステージ13の移動手段は、ベルト19を
介してＸ軸モータ16による駆動をＸ軸ボールねじ18に伝
え、これに軸接するＸ軸ステージ13がレール14に凹凸嵌
合する台座15の滑動によって行われる。また、Ｘ軸ステ
ージ13の上に設置されているＹ軸ステージ６の移動手段
も同様に、ベルト12を介してＹ軸モータ９による駆動を
Ｙ軸ボールねじ11に伝え、これに軸接するＹ軸ステージ
６がレール７に凹凸勘合する台座８の滑動によって行わ
れる。

【００２０】更に、Ｙ軸ステージ６上のリフト機構20に
Ｚ軸ステージ25が設けられている。Ｚ軸ステージ25は、
モータ21の駆動を、ベルト23を介してリフト機構20に軸
接するＺ軸ボールねじ24に伝え、Ｚ軸ステージ25を矢印
のＺ軸に沿って上下動するようになっている。かくし
て、Ｚ軸ステージ25上に載置された回転ステージ２は、
モータ21の駆動によって上下動する。

【００２１】ウエハチャック１の上方には、ビーム出射
器26ａ、27ａ及びビーム入射器26ｂ、27ｂから成るアナ
ログセンサ26、27が設置され、これらはシリンダ28のロ
ッド（駆動機構省略）の伸縮によって矢印方向へ移動可
能になっており、停止位置は機械的ストッパ（図示せ
ず）によって行われ、センサ29の信号によって移動が完
了したか否かが確認される。

【００２２】アナログセンサ26、27には、ビーム出射器
とビーム入射器とからなるキーエンス社製小型レーザ判
別センサ（ＬＸ２シリーズ）を使用している。そして、
半導体レーザを内臓するビーム出射器26ａ、27ａから所
定幅（この例では10mm幅）でレーザを、受光センサを内
臓するビーム入射器26ｂ、27ｂに向けて発し、ウエハＷ
の外周縁部で一部が遮光されたレーザをビーム入射器26
ｂ、27ｂが受光し、入射量（入射幅）に対応するアナロ
グ信号を出力する。これにより、ウエハＷの外周位置が
検出される。

【００２３】図８において、Ｘ軸モータ16、Ｙ軸モータ
９、Ｚ軸モータ21及び回転用モータ３の駆動並びに駆動
停止は、制御機構30内でＡ／Ｄ変換部30ｃからのディジ
タル信号を入力したＣＰＵ30ａが演算を行い、この演算
結果に基いてモータ制御部ＭＣ30ｂを作動させ、ＭＣ30
ｂの指令によってなされる。図中、４、10、17、22は、
夫々モータ３、９、16、21に設けられたエンコーダであ
り、制御機構30からの信号に基づいてこれら各モータの
回転角度を検出し角度情報を出力する。ウエハチャック
１によるウエハＷの固定及び固定解除はＰＩＯ30ｄの指
令によってなされる。

【００２４】ウエハ中心位置及びオリエンテーションフ
ラット方向の算出並びにウエハの位置決めは次のように
して遂行される。これがこの例における最も特徴的な事
項である。

【００２５】先ず、Ｚ軸ステージ25を駆動させ、ウエハ
チャック１を所定高さに上昇させ、ウエハＷをウエハチ
ャック１にチャッキング支持させる。このチャッキング
の要領については後に説明する。ウエハチャック１がウ
エハを支持すると、これを検出したセンサ29の出力信号
により、シリンダ28が駆動してアナログセンサ26、27が
移動し、ビーム出射器26ａ又は27ａとビーム入射器26ｂ
又は27ｂとがウエハＷの外周縁部を挟む位置で停止す
る。このとき、Ｘ軸ステージ13、Ｙ軸ステージ６及び回
転ステージ２は規準状態にある。この動作は、制御機構
中の駆動信号入出力装置（ＰＩＯ）30ｄによってなされ
る。

【００２６】次に、回転ステージ２を駆動してウエハＷ
を１回転させ、次のようにしてウエハ中心位置及びオリ
エンテーションフラット方向を算出する。

【００２７】ウエハＷの回転により、ビーム出射器26ａ
又は27ａからの幅10mmのレーザビームは、その幅の一部
がウエハＷによって遮光され、ウエハＷから外れた残り
の幅のレーザビームをビーム入射器26ｂ又は27ｂに入射
する。ウエハＷの中心位置が回転ステージ２の回転中心
に一致している場合は、上記レーザ入射の幅はオリエン
テーションフラットＯＦの部分を除いては変化しない。

【００２８】然し、回転ステージ２上のウエハチャック
１にウエハＷを支持させるとき、ウエハ中心位置を回転
ステージの回転中心に高精度を以て一致させることは困
難であり、若干の誤差が生ずるのが一般である。ウエハ
中心位置と回転ステージの回転中心が正確に一致しない
と、回転ステージの回転中心からのウエハ外周の距離が
変化するので、前記ビーム入射幅が変化する。

【００２９】ウエハの１回転中、アナログセンサ26又は
27によりウエハ外周位置を等角度間隔で検出する。検出
するウエハ外周位置は、アナログセンサの分解能に対応
してできるだけ多いことが位置決めを高精度にする上で
望ましく、この例では回転角度２度毎の 180箇所として
いる。

【００３０】ビーム入射器26ｂ又は27ｂからのアナログ
検出出力は、制御機構30中のＡ／Ｄ変換部30ｃで、後述
する各式に対応したディジタル信号に変換され、そのデ
ータは中央処理装置（ＣＰＵ）30ａに格納される。これ
らのデータを次のようにｍｅｓ（ｎ）で表す。但し、ｎ
は、測定（検出）位置で、０〜179 の正の整数である。ｍｅｓ（０）・・・・規準位置のデータｍｅｓ（１）・・・・回転角度２度のデータｍｅｓ（２）・・・・回転角度４度のデータｍｅｓ（179)・・・・回転角度 358度のデータこのようにして、 180点のデータを得る。

【００３１】図２、図３、図４は、夫々回転角度０度
（ｎ＝０）、 120度（ｎ＝60）、 240度（ｎ＝120)にお
けるウエハＷとレーザビームＬＢとの関係を示す説明図
である。図示のように、回転ステージの回転中心点Ｐの
直交座標Ｘ軸、Ｙ軸のうち、Ｘ軸上にレーザビームＬＢ
が位置している。

【００３２】これらの図において、リフタの回転中心か
らアナログセンサ端部迄の距離をＬ（mm）、アナログセ
ンサのビーム幅をｐ（mm）、アナログセンサの出力電圧
をＶＬ〜ＶＨ（Ｖ）、Ａ／Ｄ変換部の分解能を０〜ｖ
（Ｖ）に対しｓステップとすると、ウエハＷの外周位置
Ｌｗ（ｎ）は、Ｌｗ（ｎ）＝Ｌ＋｛ＶＨ×Ｓ／Ｖ−ｍｅｓ (ｎ）｝×ｐ
／（ＶＨ×Ｓ／Ｖ−ＶＬ×Ｓ／Ｖ）により求められる。

【００３３】本実施例においては、レーザビームＬＢの
ビーム幅（ｐ）を10mm、Ａ／Ｄ変換部の分解能（０〜
ｖ）を０〜５Ｖで 255ステップ（ｓ）、アナログセンサ
の出力電圧（ＶＬ〜ＶＨ）を１〜５（Ｖ）の範囲とする
と、ウエハＷの外周位置Ｌｗ（ｎ）は、Ｌｗ（ｎ）＝Ｌ＋｛５×255 ／５−ｍｅｓ（ｎ））×10／（５×255 ／５−１×255 ／５｝＝Ｌ＋｛ 255−ｍｅｓ（ｎ）｝×10／204 となる。

【００３４】求められた 180点のＬｗ（ｎ）は、次式に
よりＸ、Ｙ座標に置き替えられる。以降の演算は、ＣＰ
Ｕ30ａによってなされる。Ｘ（ｎ）＝Ｌｗ（ｎ）×ｃｏｓ（ｎ×２＋180 °）Ｙ（ｎ）＝Ｌｗ（ｎ）×ｓｉｎ（ｎ×２）なお、上記ｃｏｓ、ｓｉｎの値は、測定の都度計算して
いるとＸ、Ｙ座標への置き替えに時間がかかるので、予
め算出しておく。

【００３５】次に、図２〜図４に示す回転角度０度（規
準点）、 120度、 240度の３点のＸ（ｎ）、Ｙ（ｎ）の
データＸ（０）、Ｙ（０）・・・・・・０度のデータＸ（ 60）、Ｙ（ 60）・・・・・ 120度のデータＸ（ 120）、Ｙ（ 120）・・・・・ 240度のデータから、これら３点を通る円の方程式によりウエハ中心座
標を計算する。

【００３６】同様に、０度の基準点から20度ずつずらし
た計５通りの位置における０度、120 度、240 度の３点
のＸ（ｎ）、Ｙ（ｎ）を１組とする。この１組のデータ
毎に円の方程式によりそれぞれのウエハ中心座標を計算
し、前述の０度のデータと併せて計６個のウエハ中心座
標を得る。即ち、図１に示すように、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃
の３点のＸＹ座標から、基準点０度の中心座標を算出
し、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃の３点のＸＹ座標から、基準点か
ら20度オフセットされた位置のウエハ中心を算出し、以
下同様にしてＡ〜Ｆまでの６個のウエハ中心座標を計算
により求める。

【００３７】これら６個のウエハ中心座標のうち、座標
点間の距離が小さい値をとる１番接近した３点を抽出
し、その３点の平均値をウエハの正確な中心座標と決定
する。何故なら、オリエンテーションフラットＯＦ上の
点を含んで求められたウエハ中心座標は、正しい中心座
標ではないからである。図１において、除外されたウエ
ハ中心座標の値は、点Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃によって求めら
れたものであり、点Ｃ₁がオリエンテーションフラット
ＯＦ上に位置している。かくして決定されたウエハ中心
座標を（Ｘｃ，Ｙｃ）で表す。

【００３８】なお、５インチのウエハにあっては、オリ
エンテーションフラットの両端は39度離れた位置にあ
る。従って、図１に示す測定点Ａ₁、Ｂ₁………………
……、Ｅ₃、Ｆ₃のうちの隣同士の測定点間の角度は 3
60度／18＝20度である。そして、これら測定点のうち
で、オリエンテーションフラットＯＦ上に位置する測定
点は１又は２であり、３以上にはならない。従って、２
点のデータを除外するように計算すればウエハ中心座標
決定の障害となることはないが、本実施例ではより確実
な精度を求めるために、前記のように３点のデータを抽
出し、その他の３点のデータを除外するように計算して
いる。

【００３９】この計算には、オリエンテーションフラッ
トＯＦを通る円の中心座標と通らぬ円の中心座標とが必
要であり、理論的には少なくとも２つの円の中心座標が
必要である。この例では、６通りの円の中心座標を求め
ている。

【００４０】以上のようにして決定されたウエハ中心位
置Ｘｃ，Ｙｃから、各測定位置のデータをＸ、Ｙ座標に
置き換えた値迄の距離Ｌｃ（ｎ）が極小の値をとる位置
をオリエンテーションフラットの仮に中心位置ｎ₁とす
る。距離Ｌｃ（ｎ）は、Ｌｃ（ｎ）＝｛（Ｘ（ｎ）−Ｘｃ）²＋（Ｙ（ｎ）−Ｙ
ｃ）²｝^1/2 によって求められる。なお、後述するように、本実施例
では更に微細な精度でのオリエンテーションフラット位
置合わせを行っている。従って、上記のように仮の中心
位置との表現を用いたが、エンコーダ４の検出角度（本
実施例では２度）以内の位置合わせ精度が要求されない
場合は、この位置をオリエンテーションフラットＯＦの
中心位置とすることができる。

【００４１】次に、オリエンテーションフラットＯＦ上
の位置となったウエハ外周位置の角度−θ０（−２度ｘ
ｎ０）だけウエハを回転させる。すると、図６に示すよ
うに、オリエンテーションフラットＯＦの仮の中心位置
が、アナログセンサのレーザビームＬＢの面上に位置す
る。

【００４２】次に、この状態でのオリエンテーションフ
ラットの方向を算出する手順について説明する。

【００４３】先ず、図８のモータ９を駆動し、Ｙステー
ジ６を図５に二点鎖線で示すようにウエハＷをＹ軸の＋
Ｙ方向に所定寸法Ｌｙ／２だけ移動させ、レーザビーム
面上の外周端位置ｖと回転中心点Ｐとの距離を測定す
る。次いで、ウエハＷを元の位置ｕから−Ｙ方向に同寸
法だけ移動させ、レーザビーム面上の外周端位置ｗと回
転中心点Ｐとの距離を測定する。

【００４４】図６は、図５の部分拡大図である。

【００４５】オリエンテーションフラットＯＦとレーザ
ビームＬＢの面との交点は、ウエハ移動前のｕ点から＋
Ｙ方向移動後のｖ点に移り、更に−Ｙ方向移動後のｗ点
に移動する。なお、ｕ点−ｖ点間距離とｕ点−ｗ点間距
離とは等しい。

【００４６】これら測定値をＸ、Ｙ軸に置き換えて得ら
れたｖ点のデータをｍｅｓ１、ｗ点のデータをｍｅｓ２
とすると、Ｙ軸とオリエンテーションフラットＯＦとが
交差する角度θｒと、ｍｅｓ１及びｍｅｓ２との関係
は、ｔａｎθｒ＝｛（ｍｅｓ１−ｍｅｓ２）×Ｐ／（ＶＨ×
Ｓ／Ｖ−ＶＬ×Ｓ／Ｖ）／Ｌｙ｝ θｒ＝ｔａｎ^-1｛（ｍｅｓ１−ｍｅｓ２）×ｐ／（ＶＨ
×Ｓ／Ｖ−ＶＬ×Ｓ／Ｖ）／Ｌｙ｝で表される。前述のように、レーザビームＬＢのビーム
幅（ｐ）が10mm、Ａ／Ｄ変換部の分解能（０〜ｖ）が０
〜５（Ｖ）で 255ステップ（ｓ）、アナログセンサの出
力電圧（ＶＬ〜ＶＨ）が１〜５（Ｖ）の範囲であるとす
ると、 θｒ＝ｔａｎ^-1｛（ｍｅｓ１−ｍｅｓ２）×10／（５×255 ／５−１×255 ／５）／Ｌｙ｝＝ｔａｎ^-1｛（ｍｅｓ１−ｍｅｓ２）×10／204 ／Ｌｙ｝となる。

【００４７】前記移動寸法Ｌｙ／２は、大きい程角度θ
ｒを高精度を以て求められる。この例では、装置の機構
上の制約からＬｙ／２を６mmとしており、従ってＬｙは
12mmである。

【００４８】以上の測定及び計算により、ウエハの中心
座標及びオリエンテーションフラットの方向が正確に算
出される。

【００４９】次に、図８のモータ３を駆動して回転ステ
ージ２を回転すると共に、これと併せてモータ16及び９
を駆動してＸ軸ステージ13及びＹ軸ステージ６を移動し
て、ウエハの正確な位置合わせを行う動作について説明
する。

【００５０】回転ステージ２が(180度＋θｒ）回転する
ようにモータ制御部ＭＣ30ｂによってモータ３が駆動さ
れる。 180度回転させるのは、後述するようにトレイに
対するウエハの配置関係上、トレイの切り欠き部のオリ
エンテーションフラットＯＦに相当する部分がレーザビ
ームＬＢと 180度で対向する位置にあるためである。従
って、ウエハのオリエンテーションフラットＯＦの方向
が、トレイの切り欠き部のオリエンテーションフラット
に相当する部分の方向に対して正確に一致する。

【００５１】この回転ステージ２の回転と併せて、算出
された中心座標（Ｘｃ、Ｙｃ）に基づいてＸ軸ステージ
13及びＹ軸ステージ６を駆動させる。この際、同様に回
転ステージ２が回転されるので、中心位置のＸＹ座標を
変換する必要がある。

【００５２】図７中の実線は初期状態（図２の状態）の
回転位置を、一点鎖線は最終的に回転ステージ２を(180
度＋θｒ）回転した回転位置を示す。中心座標（Ｘｃ、
Ｙｃ）を下記の式によって、極座標変換（座標変換）
し、回転後の中心座標（Ｘc'、Ｙc'）を得る。Ｘc'＝（Ｘc²＋Ｙc²）^1/2×ｓｉｎ（θ₂＋θ₁−90°）Ｙc'＝（Ｘc²＋Ｙc²）^1/2×ｃｏｓ（θ₂＋θ₁−90°）

【００５３】なお、θ₁は、図７に示すように中心座標
（Ｘｃ、Ｙｃ）が０度の基準位置から回転する回転角度
であり、下記の式から算出される。 θ₁＝ｔａｎ^-1（Ｙｃ／Ｘｃ）

【００５４】また、θ₂は、回転ステージ２が最終的な
(180度＋θｒ）の回転により０度の基準位置から回転し
た角度であり、下記の式から算出される。 θ₂＝(180°＋θｒ−θ₀）

【００５５】以上の計算により求められた中心座標（Ｘ
c'、Ｙc'）へとＸ軸ステージ13及びＹ軸ステージ６を移
動し、ウエハ中心の位置合わせが完了する。

【００５６】この位置決めは、ウエハ中心位置及びオリ
エンテーションフラットの方向が正確に算出されている
ので高精度になされる。

【００５７】次に、図８のアナログセンサ26、27をウエ
ハＷから離脱させてからモータ21を駆動してＺ軸ステー
ジ25を下降させると共にウエハチャック１によるウエハ
固定を解除し、ウエハをトレイに移し換える。

【００５８】図９は、ウエハチャックによるウエハ固定
の要領を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

【００５９】回転ステージ２には、上下方向に排気孔２
ｂが設けられ、排気孔２ｂの先端から分岐する複数（例
えば３）個の分岐排気孔２ａが設けられている。更に、
ウエハチャック１には、回転ステージ２の分岐排気孔２
ａに連通する排気孔１ａが設けられている。回転ステー
ジの排気孔２ｂから排気すると、分岐排気孔２ａを介し
てウエハチャックの排気孔１ａがウエハＷを吸引してウ
エハチャック１に密着、固定する。後述するトレイへの
ウエハの移し換えに際しては、上記の吸引を停止して固
定解除する。

【００６０】図10は、ウエハをトレイに載置させるため
の装置の要部を示す概略正面図、図11は、同装置の内部
概略平面図である。

【００６１】この装置は、中央の操作部31及び左右に配
置されたトレイストッカ32、33に大別される。そして、
前述した図８の機構は操作部31に設置されている。空の
トレイ37は右側のトレイストッカ32の中に収容されてお
り、一枚ずつ矢印に沿って操作部31へ搬送機構（図示せ
ず）によって搬送され、ウエハＷを収納後に左側のトレ
イストッカ33に収容される。

【００６２】操作部31の手前側のカセットステージ39上
には、ロボット34が設置され、その周囲には複数のウエ
ハＷが装填されたカセット36が、カセットステージ39上
のロボット回動中心を中心とする円周上の２箇所に設置
されている。これは、ウエハの１製造単位を１カセット
当たりの25枚のウエハ、２カセット最大50枚のウエハを
単位として作業されるためである。

【００６３】もう一つのカセット36’、そしてその中に
装填されているウエハＷ’は、トレイの切り欠き穴37ａ
を塞ぐためのダミーのウエハであって、カセット36中の
ウエハＷが６ウエハを一単位としてトレイ37に装填さ
れ、最後の一単位が６枚のウエハに満たないときに使用
されるものである。ロボット34のハンド35は伸縮式の構
造としてあり、回動して順次にカセット36からハンド35
を伸ばしてウエハＷを受け取り、再び回動して操作部31
の中央に位置する回転ステージ２上のウエハチャック１
へウエハＷを搬送する。

【００６４】操作部31にトレイストッカ32より搬送され
たトレイ37は、トレイ37の切り欠き穴37ａの及びの
中心、及びの中心がロボット34の回動中心を中心と
する円周上になるように設けられている。及びは、
夫々、及びの中心、及びの中心を夫々結ぶ中点
に設けられ、互いに平行な列−−及び列−−
を形成する。ロボットハンド35はカセット36内に在る
最大25枚のウエハＷの最上部ウエハの下側に挿入され、
ロボットハンド35の先端Ｕ形部35ａに設けられた微細孔
によりウエハＷを真空吸着、保持し、その長さを縮めて
カセット36より引き出す。

【００６５】ロボット34は回動中心Ｑを軸に所定の角度
回転し、ウエハＷを保持したハンド35はトレイ37のウエ
ハ載置位置迄所定の長さ伸ばし、ウエハチャック１が
Ｚ軸に沿ってウエハ位置迄上昇してハンド35の真空吸着
を解除、引き渡しを完了する。

【００６６】ハンド35は、その長さを縮めて元の位置に
戻り、再度カセット36内のウエハを取り出し、同様のス
テップを繰り返して順次、からへと進み、トレイ37
に６枚のウエハの装填が完了するとトレイストッカ33に
搬送される。更に、次のトレイ37がトレイストッカ32よ
り操作部31に搬送されてきて順次上記ステップを繰り返
す。

【００６７】前述したウエハの１製造単位、最大２カセ
ット、即ち50枚のウエハを処理した場合を例にとれば、
最後の２ウエハをトレイ37に装填終了すると、ハンド35
はカセット36’内のウエハＷ’を上記と同様なステップ
を繰り返して４枚のウエハＷ’をトレイ37に装填して終
了する。トレイの中の符号、、、、、はそ
の載置順序を示している。そして、前述の各ステージ等
及びこのロボット機構等全部の操作は操作盤38に設置さ
れた各スイッチの操作によって行われる。

【００６８】回転ステージ２によってウエハＷを回転さ
せながらのウエハＷのトレイ37への位置合わせは図13の
ようにして行われる。図12は、トレイ37の切り欠き孔37
ａを貫通して下から回転ステージ２が突出して、ウエハ
Ｗの外周端をアナログセンサ26又は27によって測定中の
要部の状況を表している。そして、測定後はアナログセ
ンサ26、27が退避し、回転ステージ２が下降してウエハ
Ｗをトレイ37に静かに載置させる。トレイ37の詳細を平
面図である図13及び図13の XIV−XIV 線拡大断面図であ
る図14に示す。

【００６９】図13（ａ）はトレイ37の平面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。トレイ37
には６箇所に切り欠き孔37ａが設けてあり、各切り欠き
孔37ａの縁には段差部を形成したウエハ受け部37ｂが設
けられ、合計６個のウエハＷを載置できる。トレイ37の
外縁部には脚部37ｃが設けられており、トレイストッカ
33内で積み重ねてもウエハＷが互いに接触しない構造に
してある。

【００７０】然し、図14に示すように、ウエハＷとの間
に僅小の深さと間隙しかないトレイ37のウエハ載置部37
ｂに、測定後のウエハＷをそのオリエンテーションフラ
ットが正確に所定の方向に向いて載置することが、前述
したウエハＷの割れやウエハ載置部37ｂの縁への乗り上
げ等のトラブルを防止するために重要である。ウエハＷ
のオリエンテーションフラットの位置合わせは、前述し
た方法により、高い精度を以てなされる。

【００７１】この例によるウエハの位置決め及びトレイ
への移し換えのステップ（以下Ｓ１〜Ｓ12で表す）を纏
めると、図15にフローチャートで示す通りである。

【００７２】計測開始に際しては、先ずＳ１でウエハＷ
を収容したウエハカセット36をカセットステージ39にセ
ットする。

【００７３】Ｓ２では、ロボット34を駆動させロボット
のハンド35がウエハカセット36からウエハＷの裏面を吸
着して１枚のウエハＷを取り出し、ルートＲ₁に沿って
搬送し、ロボット34の回転中心Ｑを通り、トレイ搬送方
向に垂直の線上の位置で停止して授受態勢をとる。この
時、既に空のトレイ37の第一列目の切り欠き孔37ａが上
記の位置に位置して待機している。従って、次に主とし
てＹ軸ステージ６が移動し、Ｘ軸ステージ13による微調
整によって回転ステージ２が前記の搬送されて来たウエ
ハＷの真下へ移動する。

【００７４】次いでリフト機構20が駆動して回転ステー
ジ２を上昇させ、ウエハチャック１がトレイ36のの切
り欠き孔37ａから突き出て上方に待機しているウエハＷ
を受け取り、ロボット34はハンド35を縮めて元の位置へ
回動する。然し、このときのウエハＷの中心と回転ステ
ージ２の回転中心とは一般に一致せず、誤差がある。

【００７５】Ｓ３では、シリンダ28の駆動によってアナ
ログセンサ26、27が移動し、アナログセンサ27が丁度ウ
エハＷの外周部に位置して停止し、以降の測定に供され
る。２つのアナログセンサ27と26とは、前述の列−
−と列−−とに夫々対応して測定に供される。

【００７６】次のＳ４〜Ｓ11は、既に説明した測定、計
算及びウエハ位置決めのステップである。

【００７７】Ｓ12では、アナログセンサを退避させてか
ら回転ステージ２を下降させると共に、ウエハの吸着チ
ャックを解除してウエハをトレイ37に移し換える。

【００７８】以上のステップでトレイ37のの切り欠き
孔上にウエハを載置させる。次は、回転ステージ２をＹ
軸方向に移動してトレイ37のの切り欠き孔下に位置さ
せ、回転ステージを上昇させる。そして、ウエハをルー
トＲ₂を経由して搬送させ、回転ステージに支持させ
る。ルートＲ₂を経由してのウエハの測定は、アナログ
センサ27によってなされる。以下、前記と同様にしてウ
エハＷをトレイ37のの切り欠き孔上に載置させる。

【００７９】次に、トレイ37を切り欠き孔37ａの１ピッ
チだけ前進させ、前記と同様にして、の切り欠き孔
上にウエハを載置させ、次に同様にしてトレイ37の、
の切り欠き孔上にウエハを載置させる。

【００８０】このようにして、トレイストッカ32から操
作部31へ搬送された空のトレイ37に６枚のウエハが順次
載置され、ウエハＷを載置したトレイ37は、トレイスト
ッカ33に収容される。トレイストッカ33に搬入されたト
レイ37は、トレイストッカ下側の昇降機構40によって順
次積み重ねられる。

【００８１】次の金のスパッタの工程で準備が整うと、
ウエハを載置したトレイが一枚ずつこの工程へ搬送さ
れ、前述した金のスパッタリングが施される。この工程
では、ウエハは、前述したようにトレイに対して位置決
めが高精度になされているので、何のトラブルも起こら
ずに金の薄膜がウエハ裏面に成膜される。図17は、この
工程におけるウエハとトレイとの位置関係を示す断面図
である。

【００８２】以上説明したように、この例によれば、３
点づつ６組のウエハ外周位置からウエハ中心位置を求
め、これらのうち、オリエンテーションフラット上の位
置を含んで求めた中心位置を除外し、残りの求められた
中心位置をウエハの中心位置とすることにより、ウエハ
中心位置とウエハの正規の中心位置とのＸ、Ｙ方向の狂
いを正確に測定することができる。また、オリエンテー
ションフラットの方向のレーザビームの面に対する交差
角度も正確に測定することができる。

【００８３】従って、ウエハの中心位置を正規のウエハ
中心位置に合致させることと、予めレーザビームの面と
所定の関係にしてあるオリエンテーションフラットの正
規の方向（この例では互いに平行の方向）にオリエンテ
ーションフラット方向を合致させることとにより、高精
度を以てウエハを正規の位置に位置決めすることができ
る。また、この位置決めは、回転ステージの前記のデー
タに基づくＸ、Ｙ方向の移動と回転とによって容易にな
される。

【００８４】この例では、３箇所づつ２列に設けられた
トレイ切り欠き孔に対し、１個の回転ステージを使用
し、この回転ステージのＸ軸に沿う方向の移動とトレイ
の搬送方向（Ｙ軸方向）の移動とにより、夫々位置決め
されたウエハをトレイの切り欠き孔に順次移し換えてい
る。

【００８５】これに対し、図17に示すように、各切り欠
き孔37ａ毎に図８の位置決め装置を配置して設け（アナ
ログセンサは各々に１つで良い）、各回転ステージ２毎
にウエハの位置決めを行うようにもできる。このように
すると、トレイ37の切り欠き孔37ａの１ピッチ毎の移動
の寸法誤差並びにこの移動及び停止に伴う慣性によるウ
エハのトレイ上での移動に起因する寸法誤差を防止で
き、トレイに対するウエハの位置決めが、一層の高精度
を以てなされる。

【００８６】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形を前記実施例に加え
ることができる。

【００８７】例えば、前記したｐ、ｑ、ｒ、ｓの数値
は、ウエハの形状、寸法に応じて適宜の数値として良
い。

【００８８】例えば、アナログセンサは、非移動の位置
固定とし、ミラーを用いてウエハチャックへのウエハの
着脱を可能とすることができる。

【００８９】また、ウエハ外周の位置検出には、光学的
検出のほか、対向電極間でのウエハによる静電容量の変
化の検出や磁気ヘッドを用いての磁気的検出によること
も可能である。

【００９０】また、ウエハチャックやトレイをスパッタ
装置に内蔵させ、スパッタ装置内でウエハの位置決めを
行うようにもできる。この場合、ウエハチャック又はト
レイとターゲットとを対向電極とし、アルゴンガス雰囲
気中で、イオン化したアルゴンをターゲットに衝突させ
てスパッタを行う。この場合は、ウエハチャック又はト
レイに対するウエハの位置決めを正確にすることによ
り、均一な厚さで薄膜を成膜することができる。

【００９１】また、位置決めされたウエハには、スパッ
タリング以外の種々の表面処理を施すことができる。例
えば、ＣＶＤ装置内でトレイとウエハチャックとにバイ
アス電圧を印加し、ウエハ表面に二酸化珪素やポリシリ
コン等の膜を成膜することができる。

【００９２】更に、本発明における変形部は、オリエン
テーションフラット以外の部分とすることができ、円形
体も、ウエハ以外の、レーザビームを透過しないような
円形体（例えば液晶表示装置用ガラス基板の素材）とす
ることができる。

【００９３】

【発明の効果】本発明は、外周部に切り欠き部を有する
円形体を位置決めするにあたって、複雑な方法及び装置
を用いることなく、円形体の中心位置及び円形体の切り
欠き部の位置を正確に特定することができ、正確に求め
られた中心位置情報及び切り欠き部の位置情報に基づい
て円形体を移動及び／又は回転させることによって、円
形体を高い精度で位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例によるウエハ中心位置決定の方法を説明
するためのウエハの平面図である。

【図２】同回転前のウエハの平面図である。

【図３】同 120度回転したウエハの平面図である。

【図４】同 240度回転したウエハの平面図である。

【図５】同オリエンテーションフラットの方向とレーザ
ビームの面とのなす角度を求める方法を説明するための
説明図である。

【図６】同図５の部分拡大図である。

【図７】同ウエハの位置決め時の運動を説明するための
平面図である。

【図８】同ウエハ位置決め装置の要部を示す概略斜視図
である。

【図９】同ウエハチャックによるウエハ固定の要領を示
し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は縦断面図であ
る。

【図10】同ウエハをトレイに載置する装置の正面図であ
る。

【図11】同ウエハをトレイに載置する装置の内部平面図
である。

【図12】同ウエハ、リフト機構及びトレイの関係を示す
斜視図である。

【図13】同トレイを示し、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

【図14】同図13（ａ）の XIV−XIV 線拡大断面図であ
る。

【図15】同ウエハ位置決めの手順を示すフローチャート
である。

【図16】同トレイ及びトレイに載置されたウエハの断面
図である。

【図17】他の実施例によるトレイ及びリフト機構の平面
図である。

【図18】ウエハの拡大部分正面図である。

【図19】トレイ及び不正確に位置決めされてトレイに載
置されたウエハの断面図で、同図（ａ）はウエハ外周が
トレイの段差に接触した状態を、同図（ｂ）はウエハが
トレイの段差に乗り上げた状態を夫々示す。

【符号の説明】

１・・・ウエハチャック２・・・回転ステージ６・・・Ｙ軸ステージ 13・・・Ｘ軸ステージ 20・・・リフト機構 25・・・Ｚ軸ステージ 26、27・・・アナログセンサ 26ａ、27ａ・・・レーザビーム出射器 26ｂ、27ｂ・・・レーザビーム入射器 28・・・アナログセンサ移動用シリンダ 30・・・制御機構 34・・・ロボット 36・・・ウエハカセット 37・・・トレイ 37ａ・・・トレイの切り欠き孔Ｗ・・・ウエハＰ・・・ウエハ回転中心ＬＢ・・・レーザビームＯＦ・・・オリエンテーションフラット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に切り欠き部を有する円形体を回転
ステージに載置してこの回転ステージを所定角度ずつ回
転し、この回転ステージの回転中心と前記円形体の外周上の任
意の点との距離をｄ個求め、前記ｄ個の距離及び前記所定角度ずつの回転角を基に、
前記回転中心を原点とする平面座標における前記ｄ個の
距離に対応する前記円形体の外周部のｄ個の点の座標を
求め、前記ｄ個の座標の中から任意の３つの座標を選択してｍ
組とし、前記ｍ組における各々の組の３つの座標により特定され
る円の中心の座標を前記平面座標内に求め、前記ｍ組の円の中心座標から少なくとも前記切り欠き部
を含んで求められる中心座標を除いた組の中心座標から
前記円形体の中心位置座標を求め、前記円形体の中心位置座標と前記外周部のｄ個の点の座
標との距離が最小値となる点の座標に基づいて前記円形
体の切り欠き部の位置を特定し、前記円形体の前記中心位置座標と前記切り欠き部の位置
とに基づいて、前記回転ステージを移動及び／又は回転
させて前記円形体を所定の位置に位置決めする円形体の
位置決め方法。
【請求項２】回転ステージの回転中心を通る半径方向
に沿って配置されると共に、円形体によってビーム出射
器とビーム入射器との間のビームの一部又は全部を遮蔽
されるセンサに対し、前記回転ステージを回転して、前
記遮蔽されるビーム量に基づいて前記回転ステージの回
転中心と前記円形体の外周上の任意の点との距離をｄ個
求める、請求項１に記載された、円形体の位置決め方
法。
【請求項３】円形体の切り欠き部は前記円形体の半径
方向と直交する方向に沿って直線状に形成され、前記切り欠き部の特定された位置に基づいて、前記切り
欠き部の直線がセンサに重なる位置まで回転ステージを
回転し、この回転ステージを前記センサと直交する方向に所定距
離移動させたときの前記センサの出力に基づいて、前記
切り欠き部の直線の前記センサに対する傾きを求め、この傾きから前記切り欠き部の直線の位置決めを行う、
請求項２に記載された、円形体の位置決め方法。
【請求項４】外周に切り欠き部を有する円形体を支持
する回転可能な回転ステージと、この回転ステージを支持するステージと、このステージを夫々Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させ
る軸駆動機構並びに前記回転ステージを回転させる回転
駆動機構と、前記回転ステージの回転角度情報を出力する角度検出手
段と、前記円形体の外周上の任意の点の位置情報を検出する位
置検出手段と、前記角度検出手段の回転角度情報及び前記位置検出手段
からの位置情報に基づき、前記円形体の中心及び前記切
り欠き部の位置を特定するための制御信号を発生し、前
記軸駆動機構及び／又は前記回転駆動機構を制御するた
めの前記制御信号を各駆動機構へ供給する制御回路部
と、前記回転ステージに前記円形体を順次供給する円形体供
給機構と、前記円形体を収納可能な収納部が形成されたトレイを前
記回転ステージ上に搬送するトレイ搬送機構とを具備
し、前記制御信号に基づく前記軸駆動機構及び／又は前記回
転駆動機構の駆動によって前記円形体を回転及び／又は
移動して位置決めせしめた後、前記円形体を前記トレイ
の収納部に収納するように構成された、円形体の位置決
め装置。
【請求項５】位置検出手段が、ビーム出射器とビーム
入射器とからなり、円形体が前記ビーム出射器と前記ビ
ーム入射器との間でビームを遮蔽する量に応じた情報を
出力する、請求項４に記載された、円形体の位置決め装
置。