JPS6262054B2

JPS6262054B2 -

Info

Publication number: JPS6262054B2
Application number: JP57155809A
Authority: JP
Inventors: Akira Inagaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1987-12-24
Also published as: JPS5946029A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、半導体ウエハ上に回路パターンを焼
き付ける際に、上記ウエハをマスクパターン像と
整合させるべく、上記ウエハを所定位置にセツト
するに好適のウエハのプリアライメント方法と装
置に関する。

半導体ウエハにマスクの回路パターンを焼き付
ける工程では、前工程で、既に焼き付けされたパ
ターンと、次工程で焼き付けるパターンとの位置
決めが必要である。この場合、最終的の位置決め
は、パターン認識により精度良く行なわれるが、
それを行うためには、概略のウエハの位置決めが
必要である。この概略のウエハ位置決め、すなわ
ちプリアライメントを行うための装置として各種
のものが従来より採用されているが、装置相互間
に互換性なく、ある１つの装置によつて焼き付け
られたパターンは、次工程においても同一の装置
で位置決めしないとウエハの中心位置が狂つて焼
き付けができず、装置全体の稼動率が向上し得な
い欠点があつた。

すなわち、従来採用された装置の１つは、第１
図ａに示す如く、円弧状の半導ウエ２（以下ウエ
ハと称呼する）の外周の一部を欠損せしめて形成
したオリフラ２ａを、ウエハ２を示矢Ａの如く回
転し、示矢Ｂの如く、ウエハ２の平坦支持点を求
めてオリフラ２ａを見出し、ウエハ２の回転方向
の位置を決める。次に、第１図ｂに示す如く、ウ
エハ２の外周部を示矢Ｃの如く同時に４個所の対
象位置から押し、ウエハ２の中心位置決め、メイ
ンアライメント用ターゲツトマーク１（以下、タ
ーゲツトマークと呼称する）を位置決めして、ア
ライメントを行う方式である。又、他の装置とし
ては、第２図ａおよび第２図ｂに示す如くオリフ
ラ２ａに係合すべく、並設位置決めされたピンＡ
１６ａと、ウエハ２の外周部に係合すべく位置決
めされたピンＢ１６ｂとに、ウエハ２を示矢Ｄに
示す如く押圧し、ターゲツトマーク１の位置決め
を行うものである。

以上の２つの装置を比較すると、いずれも、ウ
エハ２の外径寸法と、オリフラ２ａの大きさによ
つてターゲツトマーク１の位置が決められるもの
であるため、ウエハ２の外径寸法と、オリフラ２
ａの大きさのバラツキによつて、ターゲツトマー
ク１の位置がズレてくる。従つて、同一のプリア
ライメント装置を用いなければ、合せ基準が異る
ため、ターゲツトマーク１が同一の位置に位置決
めされず回路パターンを順次に焼き付けることが
できない。従つて、プリアライメント装置が１つ
のものに固定されるので、装置全体の稼動率を向
上せしめることが、できない。更に位置決めの
際、ウエハ２の外周部が押圧されるため、ウエハ
２の外周が損傷される欠点も生じる。

本発明は、以上の欠点を解消すべく創案された
ものであり、その目的は、従来のプリアライメン
ト装置に対し互換性を有し、従つて、装置の稼動
率を向上しうると共に、ウエハの損傷が少なく、
製品の歩留りを向上しうるウエハのプリアライメ
ント方法と装置を提供することにある。

本発明は、以上の目的を達成するために、移送
されてきたウエハを概略位置決めしたのち、ウエ
ハを回転し、上記オリフラの位置を検出して、ウ
エハの回転位置決めをすると共に、ウエハの外周
の水平面方向の位置を検出し、許容範囲との差異
を求めウエハを水平面方向に移動せしめその中心
位置を決めてウエハの位置決めをするウエハのプ
リアライメント方法を特徴とすると共に、上記移
送されたウエハの概略位置決めする位置決め手段
と、上記ウエハを水平面上に着脱自在に取着する
と共に、水平面方向に移動可能に形成された移動
手段と、上記ウエハの外周部に係合し、該外周部
の水平面方向の位置を検出する第１の検出手段と
上記移動手段による取着が解除された上記ウエハ
を、水平面上に回転手段と、上記ウエハのオリフ
ラに係合し、該オリフラの位置を検出する第２の
検出手段と、上記第１および第２の検出手段の検
出値と許容範囲等との差異により、上記移動手段
および回転手段を、水平面方向および回転方向に
移動位置決めする制御手段とから構成されるウエ
ハのプリアライメント装置により、ウエハの外周
部を押出して位置決めすることなく、上記第１お
よび第２の検出手段により、ウエハの外周を損傷
することなく、ウエハを移動位置決めするウエハ
のプリアライメント装置を特徴としたものであ
る。

以下、本発明の実施に好適な一実施例を図に基
づいて説明する。

まず、本実施例の概要を第３図および第４図に
より説明する。

示矢Ｅの如く、移送されてきたウエハ２は、ウ
エハ２の外周部に係合する複数個のピンＣ５_-1、
ピンＤ５_-2およびピンＥ５_-3より形成される位置
決め手段１７により概略位置決めされる。概略位
置決めされたウエハ２の下面側には、ウエハ２を
水平面上に着脱自在に取着する移動手段１８が、
設けられている。この移動手段１８は、ウエハ２
を取着したまま、水平面方向のＸ方向およびＹ方
向（第３図に示す）に移動可能に形成されてい
る。概略位置決めされたウエハ２の外周部には、
この外周部のＸ方向およびＹ方向の位置を検出す
る複数個の光電素子Ａ６_-4、Ｂ６_-5、Ｃ６_-6およ
びＤ６_-7等からなる第１の検出手段１９が係合し
ている。又、ウエハ２の下面側には、移動手段１
８を囲繞するウエハ回転テーブル４を有する回転
手段２０が設けられている。回転手段２０は、移
動手段１８の取着が解除されたウエハ２を持ち上
げ、これを回転するように構成されている。

ウエハ２の外周部のオリフラ２ａには、ウエハ
２の移送方向に並設された複数個の光電素子Ｅ６
_-1、Ｆ６_-2、およびＧ６_-3からなる第２の検出手
段２１が係合している。

又、第１および第２の検出手段１９，２１は、
図示しない制御手段に接続し、ウエハ２のＸ方向
Ｙ方向および回転方向の検出値を入力させる。

この制御手段は、移動手段１８および回転手段
２０とそれぞれ接続し、上記入力信号により、移
動手段１８および回転手段２０を移動しウエハ２
の中心位置およびオリフラの回転位置を位置決め
する。以上により、ウエハ２のプリアライメント
が行われることになる。

次に、本実施例を更に詳しく説明する。

上記の如く、示矢Ｅにより移送されたウエハ２
は、位置決め手段１７により概略位置決めされ
る。すなわち、移送されたウエハ２を支持する支
持テーブル台２２の上面側のウエハ２の移送方向
には、ウエハ２の外周直径よりやや大きな円周上
に、適宜間隔を距てて、ピンＡ５_-1、ピンＢ５_-2
およびピンＣ５_-3が設けられている。移送されて
きたウエハ２は、第５図の点線で示す如く、ピン
Ａ５_-1とピンＢ５_-2、又は、ピンＡ５_-1とピンＣ
５_-3とにより概略の位置決めがされて停止する。
支持テーブル台２２のウエハ２が概略位置決めさ
れた中心位置近停には、後に説明する移動手段１
８および回転手段２０が内蔵される孔部２３が形
成されている。

なおピンＡ５_-1等の設けられた円周の中心点
は、上記孔部２３の中心点より、ウエハ２の移送
方向（第３図の右方向）にずれて位置決めされて
いる。従つて、ウエハ２は、このずれ量δだけ孔
部２３の中心より右に寄つた位置に概略位置決め
される。そしてその後、同じくずれ量δだけ同方
向にずれて初期位置セツトされた移動手段１８の
ウエハ移動テーブル３により、孔部２３の中心点
に戻されて、位置決めされる。

以上の如く、位置決め手段１７のピンＡ５_-1等
を右寄りにずらして位置決めしたのは、移動手段
１８がウエハ２を取着した後、第６図に示す如
く、図の左方向に戻つて中心位置決めするためで
ある。すなわち、もし、ずれ量δを零とすると、
ウエハ２はＹ軸方向でピンＡ５_-1のある方向に移
動させようとした場合、ピンＡ５_-1に当接してし
まい孔部２３の中心に正確に位置決めすることが
できないため、その分だけ、ウエハ２の中心とウ
エハ移動テーブル３との中心がずれてしまうから
である。従つて、上記の如く、一たん右寄りにウ
エハ２をもつて行き、ウエハ移動テーブル３も同
量だけ右寄りに位置決めすることにより、ウエハ
２のほぼ中心をウエハ移動テーブル３で取着する
ことができる。なお、Ｘ方向のずれ量は、Ｙ方向
に較べて緊少のため、概略位置決め上では問題と
ならない。

次に、移動手段１８を説明する。

孔部２３の内部には、支持テーブル台２２の上
面に平行な仕切板２４が設けられている。仕切板
２４上には、ウエハ移動テーブル３をＸ方向およ
びＹ方向に摺動自在に支持する支持台２５が載置
されている。ウエハ移動テーブル３は、支持テー
ブル台２２の上面とほぼ同一レベルにそのテーブ
ル上面を形成する。ウエハ２は、上記の如く、こ
のテーブル上面に載置される。ウエハ移動テーブ
ル３の上記テーブル上面には、図示しない真空源
に連通する真空通路２６が接続している。従つ
て、ウエハ２は、この真空による吸着力の作用に
より、ウエハ移動テーブル３上に着脱自在に支持
される。又、支持台２５上にはウエハ移動テーブ
ル３をＹ方向に移動するためのＹ方向移動モータ
９と、Ｘ方向に移動するための図示しないＸ方向
移動モータがそれぞれ載置されている。そして、
ウエハ移動テーブル３はスプリング２７により、
Ｙ方向移動モータ９等に圧接する方向に付勢され
ている。

次に、第１の検出手段１９を説明する。

第３図および第６図に示す如く、支持テーブル
台２２の孔部２３を中心とし、ウエハ２の外周と
ほぼ同一の円周上には、中心線上に相対向して、
光電素子Ａ６_-4と光電素子Ｃ６_-6および光電素子
Ｂ６_-5と光電素子Ｄ６_-7が設けられている。ウエ
ハ２の外周が、光電素子Ａ６_-4等のすべてと同一
状態に係合しているときは、光電素子Ａ６_-4等
は、同一のＸ方向およびＹ方向の検出値を検出す
るが、ウエハ２がどちらかの方向にずれていると
きは、異つた検出値をそれぞれ検出することにな
る。これ等の検出値は、後に説明する制御手段に
入力される。

次に、回転手段２０を説明する。

第４図に示す如く、環状のウエハ回転テーブル
４は、支持テーブル台２２の孔部２３内に、回転
自在に挿設され、移動手段１８のウエハ移動テー
ブル３を囲繞して設けられている。ウエハ回転テ
ーブル４の内周側には内歯車が形成され、第３図
にも示す如く、この内歯車には、ピニオン歯車２
９が噛合している。ピニオン歯車２９は、仕切板
２４上に載置された回転テーブル回転モータ７に
より回転される。又、仕切板２４上には、アーム
２８の中間部を支持する支え台３０が載置され支
え台３０で支持されたアーム２８の作用点側はウ
エハ回転テーブル４の下面に当接すると共に、そ
の力点側には、仕切板２４に取付けられた回転テ
ーブル上下用シリンダ８のピストンが係合してい
る。従つて、回転テーブル上下用シリンダ８の作
用により、ウエハ回転テーブル４は孔部２３の内
周に沿つて上下動する。

次に、第２の検出手段２１を説明する。

第３図、第６図、第７図および第８図に示す如
く、ウエハ２の外周に形成されたオリフラ２ａに
係合する光電素子Ｅ６_-1、光電素子Ｆ６_-2および
光電素子Ｇ６_-3は、ウエハ２の移送方向に並設に
支持テーブル台２２上に支持されている。第７図
の如く、ウエハ２のオリフラ２ａが形成されてい
ない外周が光電素子Ｅ６_-1等に係合している状態
では、光電素子Ｅ６_-1等のすべては同一の検出値
を検出しない。しかし、第８図の如く、ウエハ２
のオリフラ２ａが光電素子Ｅ６_-1等に係合すると
同一の値が検出される。従つて、オリフラ２ａの
回転方向が検出される。

次に、制御手段について説明する。

制御手段は、光電素子Ａ６_-4等のすべての光電
素子に接続し、光電素子Ａ６_-4等の検出信号を取
り込むための回路系統３１（第９図に示す）と、
取り込まれた検出信号を演算する演算回路系統
（第１０図に示す）と、Ｙ方向移動モータ９、Ｘ
方向移動モータ（図示せず）、回転テーブル回転
モータ７、回転テーブル上下用シリンダ８および
図示しない真空通路２６に連通する真空源等に接
続し、これ等を動作する動作回路等とから構成さ
れている。

次に、本実施例の作用を説明する。

上記した如く、移送されてきたウエハ２は、ピ
ンＡ５_-1等に当接し、概略位置決めされる。ウエ
ハ移動テーブル３は、上記の如く予め右寄りにず
れて位置決めされ、上記概略位置にあるウエハ２
の下面に係合し、これを支持する。同時に、ウエ
ハ移動テーブル３の上面には、真空通路２６より
真空が送られ、ウエハ２はウエハ移動テーブル３
に吸着される。次に、ウエハ移動テーブル３は、
ウエハ２を吸着したまま、左行し、中心位置すな
わち支持テーブル２２の孔部２３の中心位置に戻
る。ここで、ウエハ移動テーブル３はウエハ２の
吸着を解除する。同時に、回転テーブル上下用シ
リンダ８の作用により、ウエハ回転テーブル４が
上昇し、ウエハ２を支持する。次に、回転テーブ
ル回転モータ７の作用により、ウエハ回転テーブ
ル４が回転する。

ウエハ回転テーブル４が回転し、ウエハ２の外
周に光電素子Ｅ６_-1、Ｆ６_-2およびＧ６_-3が係合
し、上記した如く、オリフラ２ａの回転位置が検
出される。この位置でウエハ回転テーブル４の回
転を停止し、ウエハ回転テーブル４を下降せし
め、ウエハ２の回転方向の位置決めが完了する。

次に再び、ウエハ移動テーブル３の上面に真空
を作用させ、ウエハ２を真空取着する。この状態
で、ウエハ２の外周に係合する光電素子Ａ６_-4、
Ｂ６_-5、Ｃ６_-6およびＤ６_-7の検出値を求める。
以下、この検出値を制御手段に取り込み、Ｙ方向
移動モータ９および図示しないＸ方向移動モータ
を動作し、ウエハ２の中心位置決めをし、ウエハ
２のプリアライメントを完了する。

次に、第９図および第１０図により制御手段の
動作を説明する。

第９図は、上記の如く、光電素子Ａ６_-4等の検
出信号を取り込むための回路系統３１を示す。光
電素子Ｅ６_-1、Ｆ６_-2、Ｇ６_-3等には、光電素子
Ｅ６_-1等からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換するた
め増幅したり、光電素子間のレベルを合わせたり
するバツフア１１がそれぞれ接続している。バツ
フア１１には、アナログスイツチ１２がそれぞれ
接続している。アナログスイツチ１２は、計算機
１５のアナログスイツチセレクトデータにより、
デコーダ１４で１つのアナログスイツチ１２を選
択してスイツチオンされる。これにより、所要の
光電素子からの検出信号がＡ／Ｄコンバータ１３
を介して、計算機１５内に入力される。

次に、上記検出信号を計算機で演算する演算回
路系統と、この演算により、各モータ類を動作す
る動作回路をフローチヤートにより説明する。

第１０図はウエハ２の位置決めを求心方式で求
める場合を示す。

光電素子Ａ６_-4および光電素子Ｂ６_-5の検出デ
ータを上記の如くして計算機１５に取込む。

両者のデータ差a₁を求め、この絶対値｜a₁｜
を、予め定めた許容誤差K₁と比較する。絶対値
｜a₁｜が許容誤差K₁より小さいときは、この方
向（この場合Ｘ方向）のウエハ２の位置合せはで
きたものとし、同様に光電素子Ｃ６_-4とＤ６_-7の
データを取込み、データ差a₂の絶対値｜a₂｜と許
容誤差K₂を比較し、絶対値｜a₂｜が許容誤差K₂
よりも小さければ、ウエハ２のＹ方向の位置合せ
ができたものとする。

絶対値｜a₁｜が許容値K₁よりも大きい場合に
は、データ差a₁のプラス又は、マイナスに応じて
ウエハ移動テーブル３をＸのマイナス方向又はプ
ラス方向に移動し、中心位置決めをする。同様
に、データ差a₂についても、ウエハ移動テーブル
３をＹのマイナス方向又はプラス方向に移動し
て、ウエハ２の中心位置決めをする。

次に光電素子Ａ６_-4、Ｂ６_-5、Ｃ６_-6およびＤ
６_-7のデータを再度取込み、６_-5と６_-4、６_-4と
６_-7、６_-5と６_-7および６_-6と６_-4とのデータ差
a₁，a₂，a₃、およびa₄を求め、これらの絶対値｜
a₁｜、｜a₂｜、｜a₃｜および｜a₄｜を許容誤差K₀
と比較し、ウエハ２の中心とウエハ移動テーブル
３との中心が許容範囲内で一致しているか否かの
判定をし、一致していれば位置合せを終了し、不
可の場合は、同様のことを繰返し行う。

第１１図は、３点位置決め方式によるウエハ２
の中心位置決めフローチヤートを示す。この場合
ウエハ２の移送方向の中心線外周に光電素子Ｈ６
_-8が係合して設けられている。従つて、光電素子
Ｈ６_-8と光電素子Ｆ６_-2とは、ほぼ直交して配置
される。

まず、光電素子Ｆ６_-2のデータを取込み、予め
定めた下限許容範囲S₁と比較し、小さければＹの
マイナス方向にウエハ２を移動し、大きければ上
限許容範囲S₂と比較する。６_-2のデータが許容範
囲S₂より大きいときはＹのマイナス方向にウエハ
２を移動し、小さければ、Ｙ方向については一応
位置決めができたものとする。

次に同じく光電素子Ｈ６_-8のデータを取込み、
下限許容範囲S₃および上限許容範囲S₄と比較し、
Ｘ方向の調整をする。そして、再度、６_-8のデー
タが下限許容範囲S₁およびS₃と上限許容範囲S₂お
よびS₄間に入つているか否かをそれぞれ確認し、
ウエハ２の位置決めを終了する。以上の２つの方
式は、いづれも光電素子によつてウエハ２の外周
のずれ量を検出し、この検出値によつてウエハ２
の中心位置決めをするもので、許容範囲の基準値
の設定を変えることにより、適宜のウエハ２の中
心位置決めが可能となる。従つて、前工程で回路
パターンを焼き付けるときに用いたプリアライメ
ント装置の如何に拘らず、ターゲツトマーク１を
一定の位置に位置決めでき同一のメインアライメ
ントを円滑に行うことができ、これにより装置の
稼動率を向上することができる。又、従来の如
く、ウエハ２の外周を押圧して位置決めするもの
でないため、ウエハ２を損傷することなく、製品
の歩留りを向上させることができる。

以上の説明で明らかの如く、本発明によれば、
従来のプリアライメント装置に対し、互換性を有
し、装置の稼動を向上しうると共に製品の歩留り
を向上しうる効果が上げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは従来の求心方式によるプリ
アライメントの概要を説明する説明図、第２図ａ
およびｂは同じく３点基準方式によるプリアライ
メントの説明図、第３図は本発明の一実施例の上
面図、第４図は第３図の―線矢視の断面図、
第５図は実施例のウエハの概略位置決めを示す説
明図、第６図は概略位置決めされたウエハと装置
中心位置との関係を示す説明図、第７図および第
８図はオリフラの位置検出手段を示す説明図、第
９図は光電素子による検出信号を取り込む回路系
統を示す系統図、第１０図は実施例の求心方式に
よる演算、制御系統を説明するフローチヤート、
第１１図はその３点制御方式によるフローチヤー
トである。１…メインアライメント用ターゲツトマーク、
２…半導体ウエハ、２ａ…オリフラ、３…ウエハ
移動テーブル、４…ウエハ回転テーブル、５_-1…
ピンＣ、５_-2…ピンＤ、５_-3…ピンＥ、６_-1…な
いし６_-8…光電素子Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｈ、７…回転テーブル回転モータ、８…回転
テーブル上下用シリンダ、９…Ｙ方向移動モー
タ、１１…バツフア、１２…アナログスイツチ、
１３…Ａ／Ｄコンバータ、１４…デコーダ、１５
…計算機、１６ａ…ピンＡ、１６ｂ…ピンＢ、１
７…位置決め手段、１８…移動手段、１９…第１
の検出手段、２０…回転手段、２１…第２の検出
手段、２２…支持テーブル台、２３…孔部、２４
…仕切板、２５…支持台、２６…真空通路、２７
…スプリング、２８…アーム、２９…ピニオン歯
車、３０…支え台、３１…回路系統。

Claims

【特許請求の範囲】

１一端側から移送されてきたウエハを当接して
概略位置決めすべくベース上の他端側にウエハの
外周にそつて配設された少なくとも３個の位置決
めピンで形成された仮位置決め手段と、該仮位置
決め手段により概略位置決めされたウエハを吸着
して水平面内において上記一端側へ所定距離移動
させ、更に水平面のＸ軸方向及びＹ軸方向に移動
すべく構成されたウエハ移動テーブルと、上記ウ
エハのほぼ中心を通る垂直軸を回転軸にして上記
ウエハを回転させるウエハ回転手段と、上記ウエ
ハの外周に接する一つの直線に沿つて上記ベース
上に並べて配設された少なくとも３個の第１の光
電変換素子と、水平面内において上記ウエハのほ
ぼ中心を通るＸ軸方向の第１の直線とＹ軸方向の
第２の直線の各々に線対称で且つウエハの外周の
位置を検出できるように上記ベース上に配置され
た少なくとも４個の第２の光電変換素子と、上記
ウエハ回転手段を駆動してウエハを回転させて上
記第１の光電変換素子の３個から得られる検出信
号が同じになつた時点で上記ウエハ回転手段を停
止させて、ウエハのオリフラを一定方向に向け、
更に上記第２の光電変換素子の内、Ｘ軸方向に対
向する対なる第２の光電変換素子から得られる検
出信号の差が許容値内になるように上記ウエハ移
動テーブルをＸ軸方向に移動させて位置決めする
と共に上記第２の光電変換素子の内、Ｙ軸方向に
対向する対なる第２の光電変換素子から得られる
検出信号の差が許容値内になるように上記ウエハ
移動テーブルをＹ軸方向に移動させて位置決めす
る制御手段とを備え付けたことを特徴とするウエ
ハのプリアライメント装置。