JP3180357B2

JP3180357B2 - 円形基板の位置決め装置および方法

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Publication number: JP3180357B2
Application number: JP4359391A
Authority: JP
Inventors: 敦史山口; 正昭青山; 今朝芳天野; 健服部; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 2001-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH04212436A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子製造
工程で使用される製造装置や検査装置に好適な切欠き
（オリエンテーション・フラット、ノッチ）を備えた半
導体ウエハの位置決め装置に関し、特に位置決め精度が
要求される露光装置（ステッパー、アライナー等）に好
適な位置決め装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子製造工程、特にリソ
グラフィー工程で使用される露光装置や検査装置では、
オリエンテーション・フラット（以下ＯＦと呼ぶ）やノ
ッチを使って装置に対してウエハの位置決めを行ってい
る。特に露光装置では、半導体素子の高集積化や微細化
に応じてアライメント精度を高くしなければならず、こ
れに伴って精度良くウエハを位置決めして装置に装着す
る要求が高まっている。この種の位置決め装置は露光装
置内部のウエハ搬送路中に配置され、例えば円周部と切
欠きとに当接し得る基準部材にウエハを押圧する方式、
もしくは周縁部分に光ビームを照射して光学的に切欠き
を検出する方式が採用される。ここで、前者の方式は基
準部材にウエハを直接接触させるので、ウエハの欠けや
レジストの剥離等が生じ易く、しかもこれらが異物とし
てウエハ表面に付着して歩留りを低下させるため、現在
では後者の方式が主流となっている。

【０００３】図１６は従来の位置決め装置の概略的な構
成を示す模式図、図１７は図１６のＣ−Ｃ矢視断面図で
ある。図１６、図１７に示すように、基盤１０６上には
ガイド部材１０７を介してＸ、Ｙ方向に移動可能にＸＹ
ステージ１００が支持され、さらにＸＹステージ１００
上には直交座標系ＸＹの原点Ｏを中心として微小回動可
能にΔθステージ１０１が設けられている。また、Δθ
ステージ１０１の下面にはステッピングモータ１０５が
軸心を原点Ｏとほぼ一致させて設けられ、さらにステッ
ピングモータ１０５の軸にはウエハチャック（ターンテ
ーブル）１０２が固定され、ウエハＷを保持して無限に
回転可能なθステージを形成している。ターンテーブル
１０２の表面には真空吸着溝１０２ａが形成され、この
溝１０２ａとウエハ裏面とで囲まれた空間を減圧してウ
エハＷをターンテーブル１０２に吸着している。また、
外形計測センサ１０３はハロゲンランプ１０８及びレン
ズ１０９を含み、ミラー１１０を介してウエハの周縁部
分に裏面から照明光を照射し、ウエハＷの影をラインイ
メージセンサ１１１上に投影することによりウエハエッ
ジの位置を検出する。１０４はウエハ搬送ベルトであっ
て、ウエハエッジが外形計測センサ１０３の中心に達す
る位置まで移動した後で下降し、ウエハＷをターンテー
ブル１０２に受け渡す。

【０００４】さて、上記構成の装置ではターンテーブル
１０２を回転させながら、外形計測センサ１０３により
ターンテーブル１０２の回転中心からウエハエッジまで
の距離ρを各回転角に対応して検出し、この検出データ
に基づいてＯＦの向きを求めた後、ターンテーブル１０
２の回転角設定精度（ステッピングモータ１０５の分解
能で決まる）範囲で回転方向の位置決め（ＯＦ合わせ）
を行う。さらに、上記データに基づいてΔθステージ１
０１を揺動してＯＦの向きをより精密に合わせた後、Ｘ
Ｙステージ１００を駆動して補正前にはターンテーブル
１０２の回転中心があった位置（原点Ｏ）へウエハセン
タを移動する。この際、ＯＦ以外の円周部の３点ないし
４点（図１６でのＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃）について上記距離
ρを測定することにより、ＸＹステージ１００のＸ、Ｙ
方向への補正量が算出される。この結果、直交座標系Ｘ
Ｙに対してウエハＷは２次元的（回転も含む）にずれる
ことなく正確に位置決めされる。

【０００５】また、ウエハ表面に形成されるレジスト層
は周縁部分で剥がれ易く、剥がれたレジストが異物とし
てウエハ表面に付着して歩留りが低下するという問題が
あった。そこで、レジストの剥離を防止するため、専用
の露光装置において露光光を周縁部分に照射しながらウ
エハを回転させ、所定の露光幅（１〜７ｍｍ程度）で周
縁部分を選択的に露光している。具体的には、周縁部分
に極近接して配置され、露光光束を射出する発光部（例
えば、光ファイバー）と、周縁部分を挟んで発光部と対
向して配置され、周縁部分で遮光されない露光光束を受
光する受光部とを一体にウエハの半径方向に移動可能に
構成する。そして、周縁露光に際しては受光部の検出信
号の変化に応じて発光部及び受光部とウエハとを半径方
向に相対移動させ、常に周縁部分が一定の露光幅で露光
されるように制御している。最近では、この種の周縁露
光装置を先に述べた位置決め装置に組み込むことも提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術においては、Δθステージ１０１がＸＹス
テージ１００上に配置されているので、ＸＹステージ１
００の重量負荷が大きくなる。従って、ＸＹステージが
大型化し、かつ駆動速度が遅くなり、しかもサーボ追従
性能等が低下するという問題点があった。また、周縁露
光中もしくは検査中にこのような重量のある大型ステー
ジを駆動した場合、ステージの移動に伴って発生する振
動によりアライメント精度や検査精度が低下し得るとい
う問題点もある。

【０００７】また、ウエハをウエハチャックに吸着する
際、ウエハセンタとウエハチャックの中心とを正確に一
致させることはできない。このため、外形計測センサを
用いてウエハエッジを検出する際、ウエハは偏心して回
転されるので、ラインイメージセンサの受光面はウエハ
の半径方向にある程度の長さを必要とする。例えば、Ｏ
Ｆを備えた６インチウエハの場合、通常ＯＦ部では受光
面の長さがウエハの半径方向に約６ｍｍ程度必要であ
り、これにウエハセンタとチャック中心とのずれ量（偏
心量）分を見込んで加えると、実際には受光面の長さが
約２０ｍｍ程度必要となる。従って、通常のアナログセ
ンサでは分解能や直線性が低く、しかもハロゲンランプ
の照明むらのため、高精度な位置決めを達成できないと
いう問題がある。また、ＣＣＤではセンサ分解能が数μ
ｍ程度であり、さらには検出時の掃引周波数の関係等に
よって検出時間が長くなり得るという問題がある。

【０００８】さらに、上記構成の装置において位置決め
精度を向上させるためには、高精度なエンコーダやステ
ッピングモータをターンテーブルの回転位置決めのため
に用いなければならず、装置が高価になるとともに大き
く、しかも重くなるという問題点もある。また、先に述
べた専用の露光装置にて周縁露光を行うためには、常に
周縁部分が一定の露光幅で露光されるように、新たに発
光部と受光部とを一体に駆動するサーボ動作のための手
段を設けなければならない。さらに、露光光束の光強度
分布を均一化するための光学系や、例えば光ファイバー
から射出される開口数（Ｎ．Ａ．）の大きな露光光束で
周縁露光を行うことによって、所定の露光幅よりもさら
に内側（ウエハ中心側）に露光光束が回り込み、現像処
理においてレジストの一部が除去される、いわゆる膜べ
りを抑えるため、露光光束の開口数を小さくする光学系
を設けると、発光部の重量が増加してサーボ条件が厳し
くなり得る。また、円周部と比較してＯＦでのサーボ条
件は厳しく、ＯＦでの露光幅が大きくばらつくという問
題もある。

【０００９】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
ので、歩留りやスループットを低下させることなく、高
精度、高速に円形基板の位置決めを行うことができる位
置決め装置を得ることを第１の目的としている。また、
高精度、高速に円形基板を位置決めできるとともに、切
欠きでの露光幅も円周部と同程度の精度で制御できる周
縁露光機能までも備えた位置決め装置を得ることを第２
の目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明の請求項１記載の円形基板を位置決めする装
置においては、直交座標系ＸＹに対して、所定の切欠き
［ＯＦ、ノッチ］を備えた円形基板［ウエハＷ］を位置
決めする装置であって、直交座標系ＸＹの座標原点Ｏを
ほぼ中心として微少回転可能な第１回転ステージ［Δθ
ステージ１］と；第１回転ステージ上に設けられ、直交
座標系ＸＹ内で２次元移動可能な直動ステージ［Ｘ、Ｙ
ステージ１０、１５］と；直動ステージ上に設けられ、
円形基板を保持して少なくとも１回転以上回転可能な第
２回転ステージ［ターンテーブル１８］と；第２回転ス
テージの回転中に、円形基板の周縁部分の回転中心Ｔ_C
からの変位量の変化を表す情報を非接触で検出する非接
触型の第１の検出器［アナログセンサ２０］と；この検
出された情報に基づいて、円形基板の切欠きを直交座標
系ＸＹ上の所定の方向［Ｘ方向］に設定するように、第
２回転ステージの回転の停止を制御する第１の位置決め
制御手段［第１信号処理系３２、ステージコントローラ
３５、及び主制御系３６］と；円形基板の周縁部分の少
なくとも３ヶ所の位置を非接触で検出し得るように、直
交座標系ＸＹ内の予め決められた少なくとも３ヶ所に検
出点を有する非接触型の第２の検出器［スポットセンサ
２４、２７、２８］と；第１の位置決め制御手段によっ
て切欠きが所定の方向に設定された後、第２の検出器の
少なくとも３ヶ所の検出点での検出情報に基づいて、直
動ステージと第１回転ステージとを制御する第２の位置
決め制御手段［第２信号処理系３３、ステージコントロ
ーラ３５、及び主制御系３６］とを備え、それによっ
て、円形基板の中心が座標原点Ｏに対して常にほぼ一定
の関係に位置決めされるとともに、直交座標系ＸＹに対
する円形基板の残留回転誤差（ΔαもしくはΔβ）がほ
ぼ零になされる。請求項２記載の円形基板の位置決め装
置は、直動ステージが所定のニュ−トラル位置に位置決
めされた時、第２回転ステージの回転中心が座標原点Ｏ
とほぼ一致するように構成されている。請求項３記載の
円形基板の位置決め装置は、第２の位置決め制御手段
が、第２の検出器からの検出情報に基づいて残留回転誤
差を算出する演算回路［主制御系３６］と；検出情報に
応じて直動ステージを制御するとともに、演算回路によ
って算出された残留回転誤差に応じて第１回転ステージ
を制御する制御回路［主制御系３６］とを含んでいる。
請求項４記載の円形基板の位置決め装置は、制御回路が
直動ステージを微動して円形基板の中心と座標原点Ｏと
をほぼ一致させた後、第１回転ステージを微動して回連
誤差をほぼ零にしている。請求項５記載の円形基板の位
置決め装置は、制御回路が第２の検出器からの検出情報
に基づいて直動ステージをサーボ制御するサーボ回路を
有し、サーボ回路が直動ステージをサーボ制御しながら
直動ステージまたは第１回転ステージを微動し、円形基
板の中心と座標原点Ｏとをほぼ一致させる、または残留
回転誤差をほぼ零にしている。請求項６記載の円形基板
の位置決め装置は、制御回路が第２の検出器からの検出
情報に基づいて残留回転誤差とともに円形基板の直径を
算出し、制御回路が算出された直径に関する情報と検出
情報とに応じて直動ステージを微動し、円形基板の中心
と座標原点Ｏとをほぼ一致させた後、第１回転ステージ
を微動して残留回転誤差をほぼ零にしている。請求項７
記載の円形基板の位置決め装置は、第２の検出器が、円
形基板のレジスト層に対して非感光な波長域の照明光束
を射出する投光器［投光器２５］と；円形基板の周縁部
分を挟んで投光器とほぼ対向して配置される受光器［光
電検出器２６］とを含み、投光器が円形基板の周縁部分
で微少スポットとなる平行光束を射出している。請求項
８記載の円形基板の位置決め装置は、円形基板の位置決
め装置が、円形基板のレジスト層を感応させる特性を有
する露光光束を射出する発光部［発光部４２］と、円形
基板の周縁部分を挟んで発光部とほぼ対向するように配
置される受光部［受光部４４］とを有する露光手段［周
縁露光部４０］と；レジスト層の適正露光量に関する情
報に基づいて、露光光束による露光条件と第２回転ステ
ージによる円形基板の回転速度との少なくとも一方を決
定する露光制御手段［主制御系３６］とを備え、露光制
御手段が円形基板の中心を座標原点Ｏとほぼ一致すると
ともに、回転残留誤差がほぼ零となった後、露光光束が
周縁部分を円形基板の半径方向に関して所定の範囲内で
照射するように直動ステージを制御しながら、円形基板
の周縁部分のレジスト層を選択的に露光している。本発
明の請求項９記載の位置決め装置は、直交座標系ＸＹに
対して、所定形状の切欠き［ＯＦ、ノッチ］を備えた円
形基板［ウエハＷ］を位置決めする位置決め装置であっ
て、円形基板の周縁部分の少なくとも３ヶ所で微少スポ
ットとなるほぼ平行光束を射出する射出装置［投光器２
５］と、射出装置とほぼ対向して配設され、平行光束を
検出する検出装置［光電検出器２６］と、を備えてい
る。請求項１０記載の位置決め装置は、円形基板を保持
して直交座標系ＸＹ内を移動するステージ［Ｘステージ
１０、Ｙステージ１５］と、検出装置の検出結果の基
づいてステージの位置を制御する制御装置［主制御系３
６］と、を備えている。本発明の請求項１１記載の位置
決め方法は、直交座標系に対して、所定形状の切欠き
［ＯＦ、ノッチ］を備えた円形基板［ウエハＷ］を位置
決めする位置決め方法であって、円形基板の周縁部分の
少なくとも３ヶ所で微少スポットとなるほぼ平行光束Ｓ
Ｐを射出するステップと、平行光束ＳＰを検出して円形
基板の位置を検出するステップとを含んでいる。請求項
１２記載の位置決め方法は、円形基板の位置検出に基づ
いて円形基板の位置を調節するステップを含んでいる。
請求項１３記載の位置決め方法は、微少スポットとなる
ほぼ平行光束を円形基板の周縁部分に射出する前に、微
少スポットとなるほぼ平行光束とは異なる光束ＩＬを用
いて円形基板の位置を検出するステップを含んでいる。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１〜８記載の円形基板を位置決
めする装置においては、第１回転ステージを直動ステー
ジの下に配置したので、直動ステージの重量負荷に関す
る不都合は解消する。また、円形基板の残留回転誤差を
補正する際、第２の検出器は微少スポット光（平行光
束）を用いて周縁部分を検出する。このため、イメージ
センサ（ＣＣＤ等）と比較して高精度な周縁検出が可能
で、しかも第２回転ステージに高精度のエンコーダやス
テッピングモータを搭載する必要がなくなる。

【００１２】また、直交座標系の座標原点をほぼ中心と
して微小回転可能に第１回転ステージを構成し、上記原
点と円形基板の中心とをほぼ一致させた後、第１回転ス
テージを揺動して円形基板の残留回転誤差をほぼ零とし
ている。このため、第１回転ステージを揺動しても原点
に対して円形基板の中心は位置ずれしないので、再度原
点に対して円形基板の中心を合わせ込む動作が不要とな
り、スループットや位置決め精度の低下を防止できる。

【００１３】さらに、本発明の位置決めする装置におい
ては、直動ステージを周縁露光のサーボ動作の駆動源と
して利用し、露光手段（露光光束）と円形基板とを半径
方向に相対移動させることとした。このため、新たに露
光手段を半径方向に移動する手段を設ける必要がないの
で、発光部内に光強度均一化等のための光学系を簡単に
追加できる。また、直線的な切欠きの露光にあたって
は、例えば直動ステージの一方向（Ｙ方向）のストロー
クを大きくしておけば、切欠きに沿って直動ステージを
１次元移動させることもできるので、円周部と同程度の
精度で切欠きでの露光幅を制御することができる。本発
明の請求項９記載の位置決め装置は、射出装置が円形基
板の周縁部分の３ヶ所で微小スポット光ととなる平行光
束を射出し、検出装置がこの平行光束を検出するので、
高精度な周縁検出が可能となる。請求項１０記載の位置
決め装置は、制御装置が検出装置の検出結果に基づいて
ステージの位置を制御しているので、円形基板を直交座
標系に対して高精度に位置決めすることができる。本発
明の請求項１１〜１３記載の位置決め方法は、円形基板
の周縁部分の３ヶ所で微小スポット光ととなる平行光束
を射出し、この平行光束に基づいて円形基板の位置を検
出し、円形基板を位置決めするので、円形基板を直交座
標系に対して高精度に位置決めすることができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例による位置決め
装置の概略的な構成を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ
矢視断面図であって、本実施例ではＯＦ（直線的な切欠
き）を備えたウエハに好適な位置決め装置について説明
する。尚、本実施例の位置決め装置はステッパーの内
部、特にウエハ搬送部に組み込まれているものとする。
また、ここでは説明を簡単にするため、図１において直
交座標系ＸＹを規定し、最終的にはウエハセンタが直交
座標系ＸＹの原点Ｏと一致し、かつ直交座標系ＸＹに対
するウエハの回転誤差が零となる、すなわちＯＦの向き
（エッジ方向）が所定のＯＦ整合方向（例えばＸ方向）
と平行になるように、ウエハの位置決めを行うものとす
る。

【００１５】図１、図２において、Δθステージ１はベ
ース３及びガイドベアリング４を介して基盤２上に支持
されると共に、その回転中心が直交座標系ＸＹの原点Ｏ
とほぼ一致するように設置されている。さらに、Δθモ
ータ５と送りねじ６とでΔθステージ１に固着されるレ
バー７を駆動することによって直線運動が回転運動に変
換され、例えば±２°の範囲で原点Ｏを中心として微小
回転可能に構成される。Δθステージ１の回転量は、レ
バー７を挟んでΔθモータ５及び送りねじ６と対向して
配置され、レバー７の側面に当接したデジタルマイクロ
メータ８によって、例えば０．５μｍ程度の分解能で送
りねじ６の送り量を測定することにより検出される。

【００１６】また、Δθステージ１上にはＸ方向に伸び
たガイド部材９に沿って移動するＸステージ１０が配置
され、さらにＸステージ１０上にはＹ方向に伸びたガイ
ド部材１３に沿って移動するＹステージ１５が配置され
る。Ｘ、Ｙステージ１０、１５は、ステッピングモータ
（Ｘモータ）１１、（Ｙモータ）１４により駆動され、
その位置はデジタルマイクロメータ１２、１６によっ
て、例えば０．５μｍ程度の分解能で検出される。Ｙス
テージ１５上にはウエハＷを保持して無限に回転可能な
θステージ（ターンテーブル）１８が設けられ、ターン
テーブル１８はＸステージ１０の下部に、モータホルダ
５５を介して固着されたθモータ１７により所定の速度
で回転される。

【００１７】図示していないが、θモータ１７はターン
テーブル１８の回転量を検出するための手段（後述のエ
ンコーダ３１）も備えている。ターンテーブル１８の表
面には、中心から放射方向に伸びた凹部、及び環状凹部
（真空吸着溝）１８ａが形成され、これら溝１８ａの底
面に設けられた吸気孔（不図示）と連通したスリーブ状
の孔１９を真空源につなげて減圧することにより、ウエ
ハＷの裏面と溝１８ａとで囲まれた空間が負圧になっ
て、ウエハＷがターンテーブル１８に吸着される。

【００１８】また、搬送アーム（フォーク）３０は先端
部に形成された真空吸着面２９によりウエハＷを裏面か
ら吸着して保持するとともに、不図示のガイド機構によ
って紙面左右方向（Ｘ方向）へ移動可能に構成されてい
る。従って、ローダカセット（ウエハキャリア）に収納
されたウエハＷはフォーク３０により搬出され、フォー
ク３０上に載置されてターンテーブル１８の上方まで移
動した後、フォーク３０とターンテーブル１８とがＺ方
向に相対移動（搬送アーム３０が下降、もしくはターン
テーブル１８が上昇）し、ウエハＷはターンテーブル１
８に受け渡され吸着される。

【００１９】この際、Δθステージ１の回転中心（原点
Ｏ）に対するウエハセンタのずれ量が、例えば±５ｍｍ
以内に抑えられてターンテーブル１８に受け渡されるも
のとする。また、ターンテーブル１８の回転中心（後述
のＴｃ）がΔθステージ１の回転中心（原点Ｏ）に対し
てずれていると、上記ずれ量が±５ｍｍより大きくなり
得る。この状態のまま位置決めを開始しても構わない
が、そのためには上記ずれ量の最大値を見込んでＸ、Ｙ
ステージ１０、１５の移動ストロークを長くしなければ
ならない。そこで、本実施例ではＸ、Ｙステージ１０、
１５を所定のニュートラル位置、例えば移動ストローク
の中心にある時、Δθステージ１の回転中心（原点Ｏ）
とターンテーブル１８の回転中心とがほぼ一致するよう
に構成し、上記ニュートラル位置にてウエハＷの受け渡
しを行うものとする。

【００２０】尚、上記ニュートラル位置でのＸ、Ｙステ
ージ１０、１５のＸ、Ｙ座標値を共に零とし、この時の
デジタルマイクロメータ１２、１６の検出値を読み込ん
で記憶しておく。さて、アナログセンサ２０はウエハの
回転に伴うウエハエッジのターンテーブル１８の回転中
心Ｔｃからの位置変化を定点検出するものであって、後
述する概略ＯＦ合わせに使用される。図１において、ア
ナログセンサ２０はＸ軸上で、スリット状の受光面（不
図示）が原点Ｏに向けて（ウエハの半径方向に延びて）
配置されているが、原点Ｏ（Δθステージ１の回転中
心）を中心とするウエハサイズに対応した円周上のどこ
に配置しても構わない。図２に示すようにアナログセン
サ２０は、レジスト層を感光させない波長の照明光ＩＬ
を発生する光源２１と、照明光ＩＬを平行光束にするレ
ンズ２２と、ウエハ周縁部分を挟んで光源２１と対向す
るように配置される光電検出器２３（ポジションセン
サ、ＣＣＤリニアセンサ等）とで構成される。

【００２１】図３に示すように、アナログセンサ２０
（光電検出器２３）は受光した照明光ＩＬの強度に応じ
た光電信号を第１信号処理系３２に出力し、ここでエン
コーダ３１からの回転角情報も入力され、ターンテーブ
ル１８の単位回転角（例えば、０．５°）毎にウエハエ
ッジの位置変化が検出されることになる。このため、第
１信号処理系３２の内部には、エンコーダ３１からのア
ップダウンパルスに応答してアナログセンサ２０からの
信号波形をデジタルサンプリングするＡ／Ｄコンバータ
やメモリが設けられる。

【００２２】また、スポットセンサ２４、２７、２８は
Ｘ、Ｙステージ１０、１５を移動させてウエハエッジの
位置を検出するためのものであって、後述する位置決め
誤差（ΔＸ、ΔＹ、Δα）の検出に使用される。図１に
おいて、スポットセンサ２４は原点Ｏに関してアナログ
センサ２０とほぼ対称にＸ軸上に配置され、スポットセ
ンサ２７、２８は互いにＹ軸に関してほぼ対称に、かつ
Ｘ方向に並んで配置されている。当然ながら、これらは
位置決めすべきウエハのサイズ規格に合わせて配置され
ている。図２に示すように、スポットセンサ２４はウエ
ハ表面で微小スポット（例えば直径で５０μｍ程度）と
なる平行光束ＳＰ（非露光波長）を発生する投光器２５
と、ウエハ周縁部分を挟んで投光器２５と対向して配置
される光電検出器２６とによって構成される。

【００２３】図３において、第２信号処理系３３はＡ／
Ｄコンバータやメモリ等を有し、スポットセンサ２４
（光電検出器２６）からの光電信号とデジタルマイクロ
メータ（デジマイ）１２からの位置情報とを入力し、ウ
エハエッジが微小スポット光ＳＰを横切った時の位置を
検出する。ここで、第２信号処理系３３はスポットセン
サ２４からの光電信号の有無に基づいてエッジ位置を検
出しても構わないが、正確には微小スポット光のビーム
径を無視できないので、Ｘステージ１０の単位移動量
（例えば、０．５μｍ）毎に光電信号をサンプリングし
てデジタル値に変換した後、所定の演算処理によりエッ
ジ位置を検出する。スポットセンサ２７、２８も全く同
じ構成、機能であるので、ここでは説明を省略する。

【００２４】ここで、スポットセンサ２４は円周部（但
し、スポットセンサ２７、２８の垂直二等分線との交点
を除く）であればどこに配置しても良い。一方、スポッ
トセンサ２７、２８はその間隔ｌがＯＦの長さより短く
なるようにＯＦ整合方向に沿って配置されていれば良
い。さらに、スポットセンサ２７、２８はＯＦ整合方向
に対して、例えばΔθステージ１の可動範囲（回転量）
に応じた微小角度だけ傾いていても構わない。この場合
には、スポットセンサ２７、２８へＯＦを追い込んだ
後、上記傾き角だけΔθステージ１を回転させれば、同
様に精密ＯＦ合わせ（後述）を実行できる。

【００２５】図３において主制御系３６は、第２信号処
理系３３の検出信号に基づいてウエハＷの位置決め誤差
（ΔＸ、ΔＹ、Δα）を算出した後、ステージコントロ
ーラ３４に所定の制御指令を与え、ステージコントロー
ラ３４はＸ、Ｙモータ１１、１４及びΔθモータ５を駆
動してウエハの位置決めを実行する。その他、第１信号
処理系３２の検出信号に基づいて、概略ＯＦ合わせ時の
θモータ１７の駆動量に対応した指令をステージコント
ローラ３５に出力する。

【００２６】次に、図４を併用して上記構成の装置での
位置決め動作を説明する。図４はＯＦ付ウエハの位置決
めシーケンスを表した図である。まず、ウエハＷはΔθ
ステージ１の回転中心（原点Ｏ）に対するウエハセンタ
Ｗｃのずれ量が±５ｍｍ以内に抑えられてターンテーブ
ル１８に受け渡される（図４（ａ））。そして、主制御
系３６はターンテーブル１８を回転させながら、アナロ
グセンサ２０においてウエハＷで遮光されない照明光Ｉ
Ｌを光電検出する。

【００２７】第１信号処理系３２は、エンコーダ３１か
らのアップダウンパルスに応答してアナログセンサ２０
からの光電信号をサンプリングし、各サンプリング値を
デジタル値に変換してメモリ（不図示）に番地順に記憶
させる。この結果、図５（ａ）に示すようなウエハエッ
ジのプロフィールに対応した信号波形データが、第１信
号処理系３２のメモリ内に得られる。図５（ａ）は光電
信号のレベル（電圧）Ｖと回転角θとの関係、すなわち
回転に伴うウエハエッジの回転中心Ｔｃからの位置変化
を表すものである。

【００２８】さらに、第１信号処理系３２はソフトウエ
ア的な微分演算処理により、図５（ａ）の波形データを
図５（ｂ）に示すような波形データに変換する。図５
（ｂ）において零クロス点θ₁(微分値）がＯＦ中心に対
応した回転角である。そこで、第１信号処理系３２はメ
モリ内に格納された波形データから、その波形上の最大
値（ピーク値）と最小値（ボトム値）との間にある零ク
ロス点の回転角度値θ₁を求める。

【００２９】次に、主制御系３６はエンコーダ３１の出
力をモニターしながら、上記回転角度値θ₁が得られる
ようにターンテーブル１８を紙面内で反時計回りに回転
させ、スポットセンサ２７、２８に対してＯＦを追い込
む。この結果、スポットセンサ２７、２８を結ぶ線分
（Ｘ方向）に対するＯＦの回転ずれ（傾き）が所定の許
容範囲（例えば、±１°程度）以内に抑えられ、スポッ
トセンサ２７、２８に対するＯＦの合わせ込み（概略Ｏ
Ｆ合わせ）が完了する（図４（ｂ））。

【００３０】尚、本実施例ではターンテーブル１８を概
略ＯＦ合わせのみに用いるので、高精度なθモータやエ
ンコーダを必要とせず、Ｙステージ１５より上の部分を
軽量化できる。例えば、エンコーダ３１の分解能とθモ
ータ１７の停止精度とを０．５°、±１°に設定し、こ
の条件を満足する軽量のエンコーダやモータを使用すれ
ば良い。また、ステッピングモータをθモータ１７とし
て使用する場合は、ステッピングモータへの駆動パルス
を計数するカウンタと、このカウンタの計数値をアドレ
ス値として入力するメモリとを設け、アナログセンサ２
０の光電信号をＡ／Ｄコンバータを介してデジタルサン
プリングすれば、図５（ａ）と同じ波形データが得られ
る。この場合はエンコーダも不要となり、さらに軽量化
ができる。

【００３１】さて、先に述べた概略ＯＦ合わせが終了し
た後、主制御系３６はＸステージ１０を微動し、スポッ
トセンサ２４によりウエハエッジのＸ方向の位置検出を
行う。ここでＸステージ１０を微動すると、スポットセ
ンサ２４からは図６（ａ）に示すような光電信号が出力
される。図６（ａ）は信号レベル（電圧）ＶとＸ方向の
走査位置との関係を表しており、第２信号処理系３３は
この光電信号を所定のスライスレベルＳＬ₁により波形
処理し、ウエハエッジの位置（座標値Ｘ₁）を算出す
る。そして、主制御系３６はＸデジマイ１２を用いてウ
エハＷを上記座標値Ｘ₁に設定する、すなわちスポット
センサ２４にウエハエッジを追い込む。この結果、ウエ
ハＷのＸ方向の位置決めが完了する（図４（ｃ））。

【００３２】次に、主制御系３６は上述したＸ方向の位
置決めと同様の動作で、スポットセンサ２７、２８を用
いてウエハエッジのＹ方向の位置検出を行う。図６
（ｂ）、（ｃ）はスポットセンサ２７、２８からの光電
信号を表しており、第２信号処理系３３はこれら光電信
号をスライスレベルＳＬ₂、ＳＬ₃により波形処理し、
ＯＦのエッジ位置（座標値Ｙ₁、Ｙ₂）を検出する。そ
して、主制御系３６はＹデジマイ１６を用いてスポット
センサ２７、２８にＯＦを追い込む、すなわちＹデジマ
イ１６が座標値（Ｙ₁＋Ｙ₂）／２を検出した時点でＹ
モータ１４を停止させる。この結果、ウエハＷのＹ方向
の位置決めが完了する（図４（ｄ））。尚、ここまでの
処理によって、Δθステージ１の回転中心（原点Ｏ）と
ウエハセンタＷｃとがほぼ一致することになる。

【００３３】さて、次に主制御系３６は精密ＯＦ合わせ
を行うべく、座標値Ｙ₁、Ｙ₂からスポットセンサ２
７、２８に対するＯＦの傾き、すなわち直交座標系ＸＹ
に対するウエハＷの残留回転誤差Δαを算出し、デジマ
イ８の計測値をモニターしつつΔθステージ１を揺動し
て残留回転誤差Δαをほぼ零に補正する。ここで、スポ
ットセンサ２７、２８の間隔ｌは既知寸法（設計値）な
ので、残留回転誤差ΔαはΔα＝（Ｙ₁−Ｙ₂）／ｌの
演算で求められる。この結果、ウエハＷの精密ＯＦ合わ
せが終了し（図４（ｅ））、上記位置ずれ量ΔＸ、ΔＹ
及び残留回転誤差Δαがともにほぼ零となって、ウエハ
Ｗの位置決めが完了する。尚、精密ＯＦ合わせ（すなわ
ち残留回転誤差Δαの算出）に際しては、上記座標値Ｙ
₁、Ｙ₂を用いずとも、Ｙステージ１５を微動して再度
ＯＦのエッジ位置を検出するようにしても構わない。

【００３４】以上のように本実施例では、高精度にウエ
ハの位置決めを行うことができるとともに、精密ＯＦ合
わせに先立ってΔθステージ１の回転中心とウエハセン
タＷｃとをほぼ一致させているため、精密ＯＦ合わせ
（残留回転誤差Δαの回転）に伴ってＸ、Ｙ方向へウエ
ハＷが位置ずれすることはない。ところで、上記実施例
においてはＸ方向の位置決め用のスポットセンサ２４に
ウエハエッジを追い込んでから、スポットセンサ２７、
２８によりＹ方向の位置決めを行っているが、当然なが
ら順序を逆にしても構わない。しかしながら、ＯＦのエ
ッジ位置（座標値Ｙ₁、Ｙ₂）の検出に先立ってＸ方向
の位置決めを行うことを前提としておけば、Ｙ方向及び
回転方向の位置決め用のスポットセンサ２７、２８の間
隔ｌを予め広げて配置しておくことができ、残留回転誤
差Δαの検出精度が向上するという利点がある。また、
上記実施例ではＸ、Ｙステージの単位移動量毎にスポッ
トセンサからの光電信号をデジタルサンプリングした
後、所定のスライスレベルにより波形処理してウエハエ
ッジの位置を求めることとしたが、光電信号のレベルが
所定の電圧値（例えば図６中のスライスレベルに相当す
る電圧値）に達した時点でデジマイ（カウンタ）の出力
値をラッチすることによりウエハエッジの位置を求める
ようにしても構わない。

【００３５】また、先に述べたようにΔθステージ１の
回転中心（原点Ｏ）に対するウエハセンタのずれ量が±
５ｍｍ以内に抑えられてウエハＷはターンテーブル１８
に吸着されるため、図４（ｄ）に示す如くＹ方向の位置
決めを行うと、これに伴ってスポットセンサ２４からウ
エハエッジが外れ得る。さらにウエハの製造公差、例え
ば外形公差（直径で±０．５ｍｍ程度）やＯＦの寸法公
差（２．５ｍｍ程度）のため、正確に言えば精密ＯＦ合
わせに先立ってΔθステージ１の回転中心（原点Ｏ）と
設計上のウエハセンタとがほぼ一致しているに過ぎな
い。このため、実際のウエハセンタと原点Ｏとは正確に
一致しておらず、精密ＯＦ合わせに伴ってＸ、Ｙ方向へ
ウエハＷが位置ずれする、換言すればスポットセンサ２
４、２７、２８からウエハエッジが外れ得る。そこで、
精密ＯＦ合わせ終了後、再度Ｘ、Ｙステージ１０、１５
を微動してウエハエッジの位置を検出し、スポットセン
サ２４、２７、２８に対してウエハエッジを追い込むこ
とが望ましい。

【００３６】ここで、精密ＯＦ合わせ終了後に再度スポ
ットセンサに対してウエハエッジを追い込むと、当然な
がら１枚のウエハに対する位置決め時間が長くなる。そ
こで、上記実施例においてＸ方向の位置決め（図４
（ｃ））が終了した時点で、主制御系３６はスポットセ
ンサ２４からの光電信号に応じてＸステージ１０のサー
ボ制御を開始する。つまり、主制御系３６はスポットセ
ンサ２４からの光電信号のレベルが、例えばウエハエッ
ジ位置（座標値Ｘ₁）を算出する際に用いたスライスレ
ベルＳＬ₁（図６（ａ））と同じ電圧値となるように、
ステージコントローラ３５によってＸステージ１０を微
動させる。この結果、Ｙ方向の位置決め（図４（ｄ））
を行っても、ウエハエッジがスポットセンサ２４から外
れる、すなわちＸ方向の位置決め精度が低下することは
ない。尚、主制御系３６は予めスポットセンサ２４を構
成する投光器２５からの照明光束ＳＰがウエハエッジに
遮られることなく光電検出器２６に入射する時に出力さ
れる光電信号のレベル（電圧値）を求めておき、上記の
如きサーボ制御においてはこの電圧値のほぼ１／２の値
を基準として、スポットセンサ２４からの光電信号のレ
ベルに応じてＸステージ１０を駆動するようにしても良
い。

【００３７】また、Ｘステージ１０をサーボ制御しなが
ら精密ＯＦ合わせを行っても、上記理由によりウエハＷ
はＹ方向に位置ずれし、スポットセンサ２７、２８から
ウエハエッジが外れ得る。そこで、主制御系３６はＹ方
向の位置決め（図４（ｄ））を行うに際して、Ｙステー
ジ１５を微動してウエハエッジの位置（座標値Ｙ₁、Ｙ
₂）を求めた後、この検出値に基づいてウエハエッジ
（ＯＦ）をスポットセンサ２７（または２８）に対して
追い込むこととする。そして、Ｙ方向に関するウエハエ
ッジの追い込みが完了した時点で、上記と同様の動作で
スポットセンサ２７からの光電信号に応じてＹステージ
１５のサーボ制御を開始する。つまり、主制御系３６は
スポットセンサ２７からの光電信号のレベルが、常にウ
エハエッジ位置（座標値Ｙ₁）を算出する際に用いたス
ライスレベルＳＬ₂（図６（ｂ））と同じ電圧値となる
ように、ステージコントローラ３５によってＹステージ
１５を微動させる。この結果、精密ＯＦ合わせ（図４
（ｅ））を行っても、ウエハエッジがスポットセンサ２
７から外れる、すなわちＹ方向の位置決め精度が低下す
ることがなくなる。

【００３８】さらに、ウエハの製造公差のために実際の
ウエハセンタと原点Ｏとは正確に一致せず、所定の許容
精度（通常、±１５μｍ程度）を越える位置決め誤差が
残存し得る場合には、図７に示すように直径計測用のス
ポットセンサ３７、３８（スポットセンサ２４と同一構
成）を、原点Ｏを通るＸ軸に関してほぼ対称に配置す
る。そして、上記実施例において位置決め終了後にＹス
テージ１５を微動し、スポットセンサ２４、３７、３８
によりウエハエッジの位置を検出する。しかる後、３つ
の座標値から実際のウエハ直径を求め、この直径に応じ
て再度Ｘ、Ｙステージ１０、１５を微動する。これよ
り、原点Ｏと実際のウエハセンタとを正確に一致させる
ことができ、上記公差による位置決め精度の低下を防止
できる。

【００３９】尚、上記実施例においてウエハＷのＹ方向
の位置決めを行う際（図４（ｄ））、スポットセンサ２
４、３７、３８によるウエハエッジの位置検出も行うよ
うにすれば、精密ＯＦ合わせに先立って実際のウエハセ
ンタと原点Ｏとを正確に一致させることができ、しかも
直径計測のために再度Ｙステージ１５を微動させる必要
がなくなる。

【００４０】ここで、スポットセンサ２７、２８の間隔
ｌは概略ＯＦ合わせ精度、すなわちθモータ１７の停止
精度、及びエンコーダ３１やアナログセンサ２０の検出
分解能等に応じて定めれば良い。また、Ｘ、Ｙステージ
１０、１５の移動ストロークは、ウエハキャリアから取
り出したウエハのフォーク３０上での位置のばらつき
と、フォーク３０とターンテーブル１８との間でのウエ
ハの受け渡し精度（通常、±５μｍ程度）とによって決
まる総合的なばらつき量（±５ｍｍ）と、概略ＯＦ合わ
せ精度とに応じて定めれば良い。さらに、Δθステージ
１の可動範囲（すなわち、送りねじ６の移動ストロー
ク）も概略ＯＦ合わせ精度に応じて定めれば良く、本実
施例では±１．５〜２°程度に設定すれば良い。尚、概
略ＯＦ合わせ精度を高く設定すれば、相対的にΔθステ
ージ１の可動範囲が小さくて済み、しかもスポットセン
サ２７、２８の間隔ｌを広げることができる反面、Ｙス
テージ１５より上の部分が大きく、しかも重くなる。こ
のため、実際にはΔθステージ１の可動範囲を両者のバ
ランスを考慮して決定することが望ましい。また、概略
ＯＦ合わせ精度は±１°である必要はなく、概略ＯＦ合
わせ終了後にＹステージ１５を微動させた時、ＯＦがス
ポットセンサ２７、２８の微小スポット光をほぼ同時に
横切るような角度に設定されていれば良い。

【００４１】さて、以上の第１の実施例においてはＸ、
Ｙステージ１０、１５を微動し、スポットセンサ２４、
２７、２８によりウエハエッジの位置を検出することで
（図６）、Ｘ、Ｙ方向の位置決め及び精密ＯＦ合わせ
（図４（ｃ）〜（ｅ））を行っていた。しかしながら、
上記の如くウエハエッジの位置を正確に求めずとも、ス
ポットセンサ２４、２７、２８からの光電信号をモニタ
ーしながら、例えば各信号レベルが所定の電圧値（図６
中のスライスレベルＳＬ₁〜ＳＬ₃に相当）となるよう
に、Ｘ、Ｙステージ１０、１５及びΔθステージ１を微
動することで、スポットセンサ２４、２７、２８に対し
てウエハエッジを追い込むように構成しても良い。この
場合には、特にＸ、Ｙ及びΔθステージ用の位置検出器
を設ける必要がなくなり、装置の軽量化が可能になると
いう利点がある。尚、上記の如き構成を採れば、特に位
置検出器（デジマイ、干渉計等）を必要としないが、実
際にはＸ、Ｙステージ１０、１５をニュートラル位置に
設定する等のため、位置検出器（検出精度は低くても構
わない）を設けておくことが望ましい。

【００４２】次に、図８を参照して本発明の第２の実施
例について説明する。図８は本実施例による位置決め装
置の概略的な構成を示す平面図であって、本実施例では
ノッチを備えたウエハに好適な位置決め装置について述
べる。尚、第１実施例の装置（図１）と同じ機能、作用
の部材には同一の符号を付してある。図８から明らかな
ように、本実施例ではスポットセンサ２４、２７、２８
の配置のみが異なっている。

【００４３】図８に示すように、スポットセンサ２４は
Ｙ軸上に配置され、スポットセンサ２７、２８はＹ軸に
関してほぼ対称に、かつＹ軸から所定角度（図では４５
°）だけ傾いて配置される。尚、３組のスポットセンサ
はＸ軸（またはＹ軸）に関して１組と２組とに別れ、か
つその２組がＹ軸（Ｘ軸）を挟んで対向（対称である必
要はない）して配置すれば良く、概略ノッチ合わせでは
１組のスポットセンサ（ＸまたはＹ軸上にある必要はな
い）に対してノッチが追い込まれることになる。

【００４４】次に、図９を併用して本実施例による装置
の位置決め動作を説明する。図９はノッチ付ウエハの位
置決めシーケンスを表した図である。ここで、図９
（ａ）〜（ｄ）に示す動作は第１の実施例（図４（ａ）
〜（ｄ））と全く同様であるので、ここでは簡単に説明
する。さて、ウエハＷはフォーク３０からターンテーブ
ル１８に受け渡された後（図９（ａ））、アナログセン
サ２０による概略ノッチ合わせによって、Ｙ軸に対する
ノッチ５０の回転ずれが、例えば±１°程度以内に抑え
られてスポットセンサ２４に追い込まれる（図９
（ｂ））。そして、主制御系３６はＸ、Ｙステージ１
０、１５を同時に駆動し、スポットセンサ２８と原点Ｏ
とを結ぶ線分に沿った方向（直交座標系ＸＹに対してほ
ぼ４５°傾いた方向）へウエハＷを微動する。第２信号
処理系３３はスポットセンサ２８の光電信号を波形処理
してウエハエッジの２次元的な位置を算出し、主制御系
３６はＸ、Ｙデジマイ１２、１６を用いてウエハＷを上
記座標値に設定する、すなわちスポットセンサ２８にウ
エハエッジを追い込む（図９（ｃ））。同様に、ウエハ
エッジをスポットセンサ２７に対して追い込む（図９
（ｄ））。

【００４５】この結果、ウエハセンタＷｃと原点Ｏ（Δ
θステージ１の回転中心）とがほぼ一致してずれ量Δ
Ｘ、ΔＹがほぼ零に抑えられ、Ｘ、Ｙ方向の位置決めが
完了する。次に、主制御系３６は精密ノッチ合わせを行
うべくＸステージ１０を微動して（図９（ｅ））、ノッ
チ５０とスポットセンサ２４の微小スポット光ＳＰとを
相対移動させる（図１０（ａ））。この結果、スポット
センサ２４は図１０（ｂ）に示すような光電信号を出力
し、第２信号処理系３３はこの光電信号をスライスレベ
ルＳＬ₄により波形処理してエッジ位置（座標値Ｘ₂、
Ｘ₃）を検出する。尚、図１０（ｂ）における座標値Ｘ
₀はＸ、Ｙ方向の位置決めが終了した時点でのＸステー
ジ１０の停止位置（ほぼＹ軸上）である。そして、主制
御系３６は上記座標値Ｘ₂、Ｘ₃からＹ軸に対するノッ
チ５０の傾き、すなわち図１０（ａ）に示すように直交
座標系ＸＹに対するウエハＷの残留回転誤差Δβを、以
下に示す数式１から算出する。但し、ＷｒはウエハＷの
半径である。

【００４６】

【数１】しかる後、主制御系３６はΔθステージ１を揺動して精
密ノッチ合わせを実行し、上記残留回転誤差Δβをほぼ
零に補正する。この結果、直交座標系ＸＹの原点Ｏに対
するウエハセンタＷｃの位置ずれ量ΔＸ、ΔＹ及び直交
座標系ＸＹに対する残留回転誤差Δβがほぼ零となり、
ウエハＷの位置決めが終了する。尚、本実施例でも精密
ノッチ合わせに伴って原点Ｏに対してウエハセンタＷｃ
がずれることはない。

【００４７】以上の通り本実施例においては、精密ノッ
チ合わせに際してＸステージ１０を微動させている。Ｘ
ステージ１０でも十分な精度を得ることができるが、概
略ノッチ合わせの設定精度が悪かったり、より精度良く
精密ノッチ合わせを行う必要がある場合には、Δθステ
ージ１を揺動させることが望ましい。この際、第２信号
処理系３３にて検出されるノッチ５０の左右のエッジ位
置（Δθステージ１の回転角）をθ₂、θ₃とすると、
Δθデジマイ８が（θ₂＋θ₃）／２に対応した値を検
出した時点でΔθモータ５を停止させれば良い。

【００４８】また、図１１に示すようにスポットセンサ
３９をＸ軸に関してスポットセンサ２８とほぼ対称に配
置し、スポットセンサ２７、２８、３９を用いて実際の
ウエハ直径を求め、再度Ｘ、Ｙステージ１０、１５を微
動すれば、実際のウエハセンタと原点Ｏとを正確に一致
させることができる。さらに、Ｘ、Ｙ方向の位置決めが
終了した時点で（図９（ｄ））、スポットセンサ２７、
２８、３９により実際のウエハ直径を計測し、図１１に
示すようにスポットセンサ２４（スポット光ＳＰ）がＹ
方向に関してノッチのほぼ中央に来るように、上記直径
に応じてウエハＷにＹ方向のオフセットを与える。その
後、精密ノッチ合わせを行うようなシーケンスを採用す
れば、常にノッチの一定位置、例えば欠けやだれ等が発
生し難いほぼ中央のエッジの位置を検出できることにな
り、欠けやだれ等による残留回転誤差Δβの検出精度の
低下を防止できる。

【００４９】また、スポットセンサ２７に対してウエハ
エッジを追い込む際（図９（ｄ））、もしくは精密ＯＦ
合わせ（図９（ｅ））を行う際には、先の第１実施例と
同様の動作でスポットセンサ２７、２８からの光電信号
に基づいてＸ、Ｙステージ１０、１５をサーボ制御し、
ウエハエッジがスポットセンサ２７、２８から外れない
ようにしておくことが望ましい。さらに、上記実施例の
如くウエハエッジの位置を正確に求めずとも、第１実施
例と同様にスポットセンサ２７、２８からの光電信号を
モニターしながら、例えば各信号レベルが所定の電圧値
となるように、Ｘ、Ｙステージ１０、１５を微動するこ
とで、スポットセンサ２７、２８に対してウエハエッジ
を追い込むように構成しても良い。尚、本実施例ではノ
ッチ付ウエハの位置決めを行っているため、図１０
（ａ）から明らかなように、スポットセンサ２４に対し
てウエハエッジを追い込んでも、精密ＯＦ合わせを行う
ことはできない。このため、精密ＯＦ合わせについては
Ｘステージ１０またはΔθステージ１を微動して行う必
要があることは言うまでもない。

【００５０】次に、図１２を参照して本発明の第３の実
施例について説明する。図１２は本実施例による位置決
め装置の概略的な構成を示す断面図（図１のＢ−Ｂ矢視
断面図）であって、本実施例では周縁露光機能を備えた
位置決め装置について述べる。本実施例では第１実施例
の装置（図１）において、周縁露光部４０をＸ軸に関し
てスポットセンサ２７、２８と対向するようにＹ軸上に
配置したものである。このため、ここでは周縁露光部４
０の構成のみについて説明する。尚、第１実施例の装置
（図２）と同じ機能、作用の部材には同一の符号を付し
てある。

【００５１】図１２において、ウエハ周縁部分の上方に
配置された発光部４２には露光用光源４１が備えてあ
る。この光源４１はレジスト層を感光するような波長の
露光光束（遠紫外光）を発生するもので、発光部４２の
近傍でなくともステッパー内部で比較的スペースに余裕
がある場所に配置し、光ファイバーで発光部４２に接続
すれば良い。また、発光部４２とウエハＷとの間には、
発光部４２から射出される露光光束４５を、ウエハＷ上
で所定形状に規定するための絞り（例えば、矩形開口、
扇形開口を備えた遮光板）４３が設けられている。さら
に、光電検出器４４はウエハ周縁部分を挟んで発光部４
２と対向して配置され、ウエハＷで遮光されない露光光
束４５を受光してウエハエッジを検出するようになって
いる。

【００５２】尚、レジスト層の膜べりを防止するため、
発光部４２の内部や発光部４２とウエハＷとの間にレン
ズ系を入れ、露光光束４５の開口数（Ｎ．Ａ．）を小さ
くすることが望ましい。また、発光部４２の内部に露光
光束４５の光強度分布均一化のための光学系（光ファイ
バーの射出端を光学系の瞳面（絞り面）に配置したケー
ラー照明系等）を配置すれば、より適正な条件で周縁露
光を行うことができる。

【００５３】さて、周縁露光を行うにあたっては、例え
ばステッパー本体（もしくは、メモリ３４）に蓄積され
た使用レジストについての適正露光量に関するデータが
主制御系３６に入力され、遠紫外光の照射によるレジス
トの発泡が生じないように、露光条件（露光光強度等）
及びターンテーブル１８の回転速度が決定される。尚、
レジストの発泡を抑えるために露光光強度を弱くする
と、適正露光量を得るためには回転速度を遅くしなけれ
ばならず、露光処理のスループットが低下し得る。そこ
で、このような場合には１枚のウエハを周縁露光するに
あたって、第１回目の回転での露光光強度を発泡露光量
以下に抑え、ターンテーブル１８を２回転以上させるよ
うにしても構わない。

【００５４】さらに、主制御系３６は予めメモリ３４
（図３）に入力されている必要露光領域（エッジからの
距離）に関するデータと、受光部４４からのウエハエッ
ジ検出信号とに応じて、露光光束４５とウエハＷとをそ
の半径方向に相対移動させる。特に本実施例では、露光
光束４５は固定としてＹステージ１５を微動するための
駆動信号をステージコントローラ３５へ出力する。次
に、ターンテーブル１８を所定速度で回転し、露光を開
始すると、発光部４２から射出される露光光束４５が常
にウエハエッジからその半径方向の所定の距離までの領
域を露光するように、上記駆動信号によりＹステージ１
５を微動してウエハエッジに対する露光光束４５の位置
をサーボ制御する。

【００５５】次に、図１３を併用して本実施例による装
置の動作について説明する。図１３はＯＦ付ウエハの周
縁露光シーケンスを表した図である。尚、位置決め動作
については第１実施例で述べているので、ここでは説明
を省略する。さて、ウエハＷは直交座標系ＸＹに対して
正確に位置決めされており（図１３（ａ））、主制御系
３６は円周部の周縁露光を実行するため、露光光束４５
がＯＦと円周部との境界近傍の必要露光領域を照射する
ように、ターンテーブル１８を所定角度だけ回転させる
（図１３（ｂ））。しかる後、光源４１と発光部４２と
の間に配置されるシャッター（不図示）を開いて周縁部
分への露光光束４５の照射を開始し、さらにターンテー
ブル１８を適正露光量に応じた回転速度で回転させる。
この際、主制御系３６は必要露光領域に関するデータと
受光部４４からのウエハエッジ検出信号とに基づいて、
露光光束４５とウエハエッジとの位置関係（露光幅）が
常に一定となるようにＹステージ１５をサーボ制御す
る。この結果、円周部の周縁部分が適正露光量で、しか
も正確な露光幅で露光される（図１３（ｃ））。

【００５６】次に、主制御系３６は受光部４４のウエハ
エッジ検出信号の変化からＯＦを検出した時点で、ステ
ージコントローラ３５へθモータ１７の停止指令を出力
する。これより、ＯＦとＸ方向とがほぼ一致してターン
テーブル１８の回転が停止することになる（図１３
（ｄ））。この際、ウエハエッジ検出信号を用いず、位
置決め動作で得られた各種データに基づき、ターンテー
ブル１８が所定角度だけ回転した時点でθモータを停止
させるようにしても良い。そして、Ｘステージ１０を駆
動してウエハＷをＸ方向に直線的に移動させ、ＯＦの周
縁露光を実行する。この結果、ウエハに寸法のばらつき
があったり、ＯＦであっても円周部と同等の精度で、常
に正確な露光幅で周縁部分が露光される（図１３
（ｅ））。

【００５７】ここで、ターンテーブル１８の停止精度や
エンコーダ２６の検出分解能を考慮すると、図１３
（ｄ）においてＯＦがＸ方向に対して傾いたままターン
テーブル１８が停止され得る。このため、図１３（ｅ）
に示したＯＦの周縁露光に際しても、Ｙステージ１５を
微動して露光幅のサーボ制御を行うことが望ましい。こ
の際、例えば２本のスリット状のポジションセンサを受
光部４４に互いにほぼ平行となるように形成し、各セン
サから出力されるウエハエッジ検出信号を用いることと
する。そして、２本のセンサの出力（電圧）もしくはそ
の出力差が常に一定となるようにＹステージ１５を微動
すれば、より精度良く露光幅を制御できる。さらに図１
３（ｄ）でのＯＦ検出でも、ターンテーブル１８の回転
に十分追従し、かつ高精度なＯＦ検出を行うことが可能
となる。

【００５８】以上の通り本実施例においては、露光光束
４５に対してウエハエッジを位置決めした後（図１３
（ｂ））、周縁露光を開始することとしたが、図１３
（ａ）の状態から直ちに周縁露光を開始しても構わな
い。まず、ターンテーブル１８を１回転させて円周部を
所定幅で露光していく（図１４（ａ））。この際、主制
御系３６はウエハエッジ検出信号の変化からＯＦの有無
を判断し、ＯＦを検出したらサーボ制御を停止して露光
を行わないようにする。次に、先の位置決め動作で得ら
れた各種データ、例えばウエハセンタ位置やＯＦの位置
及び長さに関する情報に基づき、Ｘステージ１０を直線
移動させてＯＦの露光を実行すれば良い（図１４
（ｂ））。

【００５９】この方式では、円周部とＯＦ部の境界部分
（図１４（ｂ）での二重斜線部分）は二重露光される
が、レジスト塗布装置（スピナー）においてこの斜線部
分にはレジストが堆積されるので、他の部分と比較して
多少露光量が多くなっても何等問題はない。また、上記
実施例ではターンテーブル１８の回転中心Ｔｃに対して
ウエハセンタＷｃが、先のウエハ初期設定ばらつき量
（±５ｍｍ）の範囲内でずれている。このため、ターン
テーブル１８の回転時、ウエハＷは偏心して回転され、
サーボ制御でのＹステージの移動量が大きくなる。ここ
で、ターンテーブル１８の回転中心Ｔｃと原点Ｏとが一
致している、すなわちＸ、Ｙステージ１０、１５がニュ
ートラル位置にある時と（図４（ａ））、Ｘ、Ｙ方向の
位置決め終了後にウエハセンタＷｃと原点Ｏとが一致し
ている時（図４（ｅ））のＸ、Ｙステージ１０、１５の
座標値を、Ｘ、Ｙデジマイ１２、１６から読み込んでお
けば、ターンテーブル１８の回転中心Ｔｃとウエハセン
タＷｃとのずれ量を算出できる。

【００６０】そこで、周縁露光に先立ってターンテーブ
ル１８からフォーク３０へウエハＷを載せ替え、上記ず
れ量をほぼ零とするようにＸ、Ｙステージ１０、１５を
移動した後、再度ターンテーブル１８へウエハＷを受け
渡すこととする。この結果、ターンテーブル１８の回転
中心ＴｃとウエハセンタＷｃ（原点Ｏ）とがほぼ一致し
て、ターンテーブル１８の回転時のウエハＷの偏心量は
ほぼ零となり、サーボ制御でのＹステージ１５の駆動量
が小さく済む。この偏心量はフォーク３０とターンテー
ブル１８との間の機械的な受け渡し精度のみで決まり、
例えば１０μｍ以内に抑えられる。

【００６１】さらに、第１実施例で述べた直径計測用の
スポットセンサ３７、３８（図７）を用いて正確なウエ
ハ直径、すなわち実際のウエハセンタを求めれば、ター
ンテーブル１８の回転中心Ｔｃに対して実際のウエハセ
ンタを正確に一致させることができる。しかも、ターン
テーブル１８の回転中心Ｔｃに対して実際のウエハセン
タを正確に一致させた後、位置決め動作で得られた各種
データ（ＯＦの位置や長さ等）に基づき、ターンテーブ
ル１８の回転に伴って（エンコーダ３１の出力値をモニ
ターして）Ｙステージ１５（さらにはＸステージ１０）
を駆動すれば、オープン制御でも高精度に露光幅を制御
できる。

【００６２】尚、ターンテーブル１８に対してウエハＷ
を載せ替えなくとも、実際のウエハセンタの位置や各種
データに基づき、同様にオープン制御にて周縁露光を行
なえるのは言うまでもない。また、従来行われていた発
光部の光ファイバーを半径方向に移動する場合であって
も、同様にオープン制御にて周縁露光を行うことができ
ることは明らかである。

【００６３】さらにΔθステージ１を回転させると、Δ
θステージ１上に設けられたＸ、Ｙステージ１０、１５
はＸ、Ｙ軸に沿って移動せず、直交座標系ＸＹに対して
移動座標系が回転することになる。そこで、周縁露光を
行う際には上記回転量に応じて逐次ステージ位置を補正
する、もしくは上記回転量をメモリに持ってソフトウエ
ア的にステージ移動量を補正することが望ましい。

【００６４】また、周縁露光が終了した後、ステッパー
への搬入に先立って再度位置決め、特に精密ＯＦ合わせ
を行うことが望ましい。これは、デジマイ１２、１６は
分解能や再現性が高く、位置決め終了時点での座標値に
再度Ｘ、Ｙステージ１０、１５を追い込むことで、十分
な精度でウエハセンタＷｃと原点Ｏとを一致させること
ができるのに対して、本実施例においてエンコーダ３１
やθモータ１７は精度が低く、十分な位置決め精度が得
られないためである。

【００６５】尚、本実施例ではＯＦ付ウエハの露光動作
について説明したが、ノッチ付ウエハではその周縁部分
全体を、上記実施例で述べた円周部の露光動作と全く同
様の動作で露光すれば良い。また、ステッパーでのパタ
ーン露光終了後に、再度上記装置にウエハＷを搬入して
周縁露光を行うようなシーケンスを採っても構わない。

【００６６】さらに、例えばダイクロイックミラーを用
いてアナログセンサ２０の照明光束と周縁露光部４０の
露光光束とを切替可能に構成し、光源を除く光学系（２
つの波長で色消しされている）を共有させれば、アナロ
グセンサ２０と周縁露光部４０とをまとめることができ
る。さらにはアナログセンサ２０の照明光束を露光波長
の光ビームとし、アナログセンサ２０に周縁露光時のエ
ッジ検出機能を持たせても構わない。

【００６７】以上、本発明の第１、第２及び第３の実施
例では、スポットセンサ２４、２７、２８、及び３７、
３８に微小スポット光（平行光束）を適用していた。こ
れは、図１５に示すようにスポットセンサに微小な平行
光束を用いない場合、ウエハエッジでの面取りの有無等
によって、エッジ位置がΔｄだけずれて検出され得るた
めであり、さらには光量むら（照明むら）や光電センサ
の直線性等を考慮し、微小面積の平行光束を用いること
とした。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１〜８記載
の円形基板を位置決めする装置によれば、直動ステージ
上に配置される第２回転ステージは概略切欠き合わせの
みに適用されるので、高分解能なエンコーダ及びステッ
ピングモータを搭載する必要がなくなり、軽量かつ安価
な構成をとることができる。しかも、第１回転ステージ
は直動ステージの下に配置されるため、直動ステージの
重量負荷が軽減でき、高速、高精度に位置決めが可能と
なる。さらに、直動ステージより上の部分の軽量化によ
って、直動ステージの高速移動に伴って発生し得る振動
も軽減することが可能となり、位置決めや周縁露光時の
悪影響を除去できる。

【００６９】また、第２の検出器にほぼ平行な微小スポ
ット光を適用するため、高精度な位置検出が可能とな
る。さらに第１回転ステージの位置決め精度を高くす
る、具体的にはステージ回転中心とレバー駆動点との距
離が長くなるように、図１中に示したレバー７を長くす
れば、特に円形基板の回転方向の位置決め精度も向上さ
せることができる。

【００７０】さらに、直交座標系の座標原点をほぼ中心
として回転可能に第１回転ステージを構成し、上記原点
と円形基板の中心とをほぼ一致させた後、第１回転ステ
ージを揺動して円形基板の回転方向の位置決めを実行す
ることとした。このため、回転方向の位置決めを行って
も原点に対して円形基板の中心は位置ずれせず、再度原
点に対して円形基板の中心を合わせ込む動作が不要とな
り、スループットや位置決め精度の低下を防止できる。

【００７１】また、円形基板のＸまたはＹ方向及び回転
方向の位置決めを行うに際しては、第２の検出器（スポ
ットセンサ）からの出力に基づいて直動ステージをサー
ボ制御することとした。このため、例えば第１回転ステ
ージを揺動して回転方向の位置決めを行う際、第１回転
ステージの回転中心（座標原点）と円形基板の実際の中
心とがずれていても、Ｘ、Ｙ方向の位置決め精度が低下
することがないといった利点が得られる。

【００７２】さらに、本発明では位置決め装置に周縁露
光用のセンサのみを組み込み、位置決め装置のステージ
機構をそのまま利用してセンサと円形基板とをその半径
方向に相対移動させる。このため、駆動手段を追加する
必要がなくなり、しかも切欠きであってもその露光幅を
正確に制御することができる。また、円形基板の位置決
め動作で得られた各種情報（円形基板の中心位置や切欠
きの長さ等）に基づき、直動ステージをオープン制御し
ながら周縁露光を行っても、サーボ制御と同等の精度で
円形基板の露光幅を制御でき、しかもサーボ制御機構を
設ける必要がないといった利点がある。本発明の請求項
９〜１０記載の位置決め装置は、微小スポット光ととな
る平行光束を用いているので、高精度な周縁検出が可能
となり、円形基板を高精度に位置決めすることができ
る。本発明の請求項１１〜１３記載の位置決め方法は、
微小スポット光ととなる平行光束を用いているので、高
精度な周縁検出が可能となり、円形基板を高精度に位置
決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による円形基板の位置決
め装置の概略的な構成を示す平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図。

【図３】本発明の第１の実施例の制御系のブロック図。

【図４】ＯＦ付ウエハの位置決めシーケンス図。

【図５】概略ＯＦ合わせの動作の説明に供する図。

【図６】スポットセンサから得られる光電信号の波形を
表す図。

【図７】直径計測用のスポットセンサの配置を説明する
図。

【図８】本発明の第２の実施例による円形基板の位置決
め装置の概略的な構成を示す平面図。

【図９】ノッチ付ウエハの位置決めシーケンス図。

【図１０】ノッチ付ウエハの残留回転誤差の計測動作の
説明に供する図。

【図１１】本発明の第２の実施例の動作の変形例の一例
を説明する図。

【図１２】本発明の第３の実施例による円形基板の位置
決め装置の概略的な構成を示す図１のＢ−Ｂ矢視断面
図。

【図１３】ＯＦ付ウエハの周縁露光シーケンス図。

【図１４】本発明の第３の実施例の動作の変形例の一例
を説明する図。

【図１５】スポットセンサの具体的な構成を説明する
図。

【図１６】従来の位置決め装置の概略的な構成を示す模
式図。

【図１７】図１６のＣ−Ｃ矢視断面図。

【符号の説明】

１ Δθステージ１０Ｘステージ１５Ｙステージ１８ターンテーブル２０アナログセンサ２４、２７、２８、３７〜３９スポットセンサ３０搬送アーム（フォーク）３６主制御系４０周縁露光部Ｗウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白石直正東京都品川区西大井１丁目６番３号株式会社ニコン大井製作所内審査官深澤幹朗 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直交座標系に対して、所定形状の切欠き
を備えた円形基板を位置決めする装置において、前記直交座標系の座標原点をほぼ中心として微少回転可
能な第１回転ステージと；該第１回転ステージ上に設け
られ、前記直交座標系内で２次元移動可能な直動ステー
ジと；該直動ステージ上に設けられ、前記円形基板を保
持して少なくとも１回転以上回転可能な第２回転ステー
ジと；該第２回転ステージの回転中に、前記円形基板の
周縁部分の回転中心からの変位量の変化を表す情報を非
接触で検出する非接触型の第１の検出器と；該検出され
た情報に基づいて、前記円形基板の切欠きを前記直交座
標系上の所定の方向に設定するように、前記第２回転ス
テージの回転の停止を制御する第１の位置決め制御手段
と；前記円形基板の周縁部分の少なくとも３ヶ所の位置
を非接触で検出し得るように、前記直交座標系内の予め
決められた少なくとも３ヶ所に検出点を有する非接触型
の第２の検出器と；前記第１の位置決め制御手段によっ
て前記切欠きが所定の方向に設定された後、前記第２の
検出器の少なくとも３ヶ所の検出点での検出情報に基づ
いて、前記直動ステージと第１回転ステージとを制御す
る第２の位置決め制御手段とを備え、それによって、前
記円形基板の中心が前記座標原点に対して常にほぼ一定
の関係に位置決めされるとともに、前記直交座標系に対
する前記円形基板の残留回転誤差がほぼ零になされるこ
とを特徴とする円形基板の位置決め装置。
【請求項２】前記直動ステージが所定のニュ−トラル
位置に位置決めされた時、前記第２回転ステージの回転
中心が前記座標原点とほぼ一致するように構成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の円形基板の位置決め装
置。
【請求項３】前記第２の位置決め制御手段は、前記第
２の検出器からの検出情報に基づいて前記残留回転誤差
を算出する演算回路と；前記検出情報に応じて前記直動
ステージを制御するとともに、前記演算回路によって算
出された残留回転誤差に応じて前記第１回転ステージを
制御する制御回路とを含むことを特徴とする請求項１記
載の円形基板の位置決め装置。
【請求項４】前記制御回路は、前記直動ステージを微
動して前記円形基板の中心と前記座標原点とをほぼ一致
させた後、前記第１回転ステージを微動して前記回連誤
差をほぼ零にすることを特徴とする請求項３記載の円形
基板の位置決め装置。
【請求項５】前記制御回路は、前記第２の検出器から
の検出情報に基づいて前記直動ステージをサーボ制御す
るサーボ回路を有し、該サーボ回路は、前記直動ステー
ジをサーボ制御しながら前記直動ステージまたは第１回
転ステージを微動し、前記円形基板の中心と前記座標原
点とをほぼ一致させる、または前記残留回転誤差をほぼ
零にすることを特徴とする請求項４記載の円形基板の位
置決め装置。
【請求項６】前記制御回路は、前記第２の検出器から
の検出情報に基づいて前記残留回転誤差とともに、前記
円形基板の直径を算出し、前記制御回路は、該算出され
た直径に関する情報と前記検出情報とに応じて前記直動
ステージを微動し、前記円形基板の中心と前記座標原点
とをほぼ一致させた後、前記第１回転ステージを微動し
て前記残留回転誤差をほぼ零にすることを特徴とする請
求項４記載の円形基板の位置決め装置。
【請求項７】前記第２の検出器は、前記円形基板のレ
ジスト層に対して非感光な波長域の照明光束を射出する
投光器と；前記円形基板の周縁部分を挟んで前記投光器
とほぼ対向して配置される受光器とを含み、前記投光器
は、前記円形基板の周縁部分で微少スポットとなる平行
光束を射出することを特徴とする請求項１記載の円形基
板の位置決め装置。
【請求項８】前記円形基板の位置決め装置は、前記円
形基板のレジスト層を感応させる特性を有する露光光束
を射出する発光部と、前記円形基板の周縁部分を挟んで
前記発光部とほぼ対向するように配置される受光部とを
有する露光手段と；前記レジスト層の適正露光量に関す
る情報に基づいて、前記露光光束による露光条件と前記
第２回転ステージによる前記円形基板の回転速度との少
なくとも一方を決定する露光制御手段とを備え、該露光
制御手段は、前記円形基板の中心が前記座標原点とほぼ
一致するとともに、前記回転残留誤差がほぼ零となった
後、前記露光光束が前記周縁部分を前記円形基板の半径
方向に関して所定の範囲内で照射するように前記直動ス
テージを制御しながら、前記円形基板の周縁部分のレジ
スト層を選択的に露光することを特徴とする請求項１記
載の円形基板の位置決め装置。
【請求項９】直交座標系に対して、所定形状の切欠き
を備えた円形基板を位置決めする位置決め装置におい
て、前記円形基板の周縁部分の少なくとも３ヶ所で微少スポ
ットとなるほぼ平行光束を射出する射出装置と、前記射出装置とほぼ対向して配設され、前記平行光束を
検出する検出装置と、を備えたことを特徴とする位置決
め装置。
【請求項１０】前記円形基板を保持して前記直交座標
系内を移動するステージと、前記検出装置の検出結果の基づいて前記ステージの位置
を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする請求
項９記載の位置決め装置。
【請求項１１】直交座標系に対して、所定形状の切欠
きを備えた円形基板を位置決めする位置決め方法におい
て、前記円形基板の周縁部分の少なくとも３ヶ所で微少スポ
ットとなるほぼ平行光束を射出するステップと、前記平行光束を検出して前記円形基板の位置を検出する
ステップとを含むことを特徴とする位置決め方法。
【請求項１２】前記円形基板の位置検出に基づいて前
記円形基板の位置を調節するステップを含むことを特徴
とする請求項１１記載の位置決め方法。
【請求項１３】前記微少スポットとなるほぼ平行光束
を前記円形基板の周縁部分に射出する前に、前記微少ス
ポットとなるほぼ平行光束とは異なる光束を用いて前記
円形基板の位置を検出するステップを含むことを特徴と
する請求項１１記載の位置決め方法。