JP2005109376A - 透明基板の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 石英等の透明な材質で出来た基板を位置合わせする、より簡略かつ低廉で金属汚染の恐れの無い方法を提供する。
【解決手段】 発光手段と受光手段とを有し両者の間に載置された基板の位置の違いにより生じる該受光手段での受光状態の違いから該基板の外周位置を求める基板外周位置計測手段と、前記基板を保持しながら移動可能な基板移動手段とを備えた位置合わせ装置を用いて透明基板の位置合わせを行なう際、前記透明基板の外周部に予め面取りを施しておく。
【選択図】 図３

Description

本発明は、透明基板の位置合わせ方法に関し、特にノッチと呼ばれるＶ字型の切り欠きを有する透明基板のプリアライメント方法として好適な位置合わせ方法に関するものである。

半導体製造装置において、基板外周位置の検出を行なう場合、発光ダイオード等の発光手段と、リニアイメージセンサ等の受光手段を用いた透過型光学系を形成し、両者の間に載置された基板の外周位置を、基板の位置の違いにより生じる受光手段での受光状態の違いにより検出するという方法が用いられている。

ところが、前述の方法では、石英等の材質でできた透明基板が被検出物体となった場合、基板が計測光を透過してしまうために、発光手段と受光手段の間に基板が載置されても受光手段への計測光の入射光量にほとんど変化が発生せず、基板の外周位置検出を行なうことはできない。

そこで、前記基板外周位置検出装置にて透明基板の外周位置検出を行なうために、基板外周部分に計測光を透過しないような金属膜（クロム等）を蒸着しておき、基板外周位置の検出を行なっていた。

なお、特許文献１には、透明でない基板の位置合せ装置として、円周の一部に切欠き部を有したウエハを駆動可能な基板上に載置し、発光素子と受光素子とを有した検出部を該ウエハに対して少なくとも３つ設け、該３つの検出部からの信号を利用して該ウエハの位置決めを行う際、該３つの検出部の受光素子は各々リニアイメージセンサより成り、該３つの検出部のうち第１の検出部のリニアイメージセンサは該ウエハの接線方向に設けており、第２と第３の検出部のリニアイメージセンサは該ウエハの半径方向に設けられており、これらの各検出部からの出力信号を利用して駆動手段により該基板を駆動させて行っていることを特徴とする位置決め装置が開示されている。
特開平０６−０４５２２６号公報

ところで、従来例のようにクロム等の計測光を透過しないような膜を蒸着するには、手間やコストがかかってしまう。また、クロム等は金属汚染を起こす要因となるため極力使用を避けたいものである。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、蒸着に手間やコストがかかり、また金属汚染の要因となるクロム等を使用せずに透明基板を位置合わせすることを課題とする。

上記の課題を達成するため本発明では、発光手段と受光手段とを有し両者の間に載置された基板の位置の違いにより生じる該受光手段での受光状態の違いから該基板の外周位置を求める基板外周位置計測手段と、前記基板を保持しながら移動可能な基板移動手段とを備えた位置合わせ装置を用いて透明基板の位置合わせを行なう位置合わせ方法であって、前記透明基板の外周部に予め面取りを施すことを特徴とする。

上記構成によれば、透明基板の外周部に面取りを施すことにより、発光手段から出射された計測光は、基板外周部の面取り部分で乱反射され、受光手段におけるこの面取り部分からの計測光の受光量と他の部分（基板外および基板内の面取り部分以外）からの受光量とに違いが生じることになる。したがって、クロム等の膜をつけなくても透明基板の外周位置を検出することができ、クロム等の膜を付ける手間やコストが省け、蒸着膜の剥離による金属汚染を防止することができる。

本発明によれば、透明基板のプリアライメントを行なう場合でも、クロム等の膜をつけなくて済むため、手間やコストが省け、蒸着膜の剥離による金属汚染の恐れも無くなる。

以下、本発明の実施の形態を列挙する。
［実施態様１］ 発光手段と受光手段とを有し両者の間に載置された基板の位置の違いにより生じる該受光手段での受光状態の違いから該基板の外周位置を求める基板外周位置計測手段と、前記基板を保持しながら移動可能な基板移動手段とを備えた位置合わせ装置を用いて透明基板の位置合わせを行なう位置合わせ方法であって、
前記透明基板の外周部に予め面取りを施すことを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
［実施態様２］ 実施態様１に記載の位置合わせ方法において、前記位置合わせ装置は前記基板を保持して該基板の表面と平行な面内で該基板を回転する基板保持手段を備え、前記基板外周位置計測手段は第１の発光手段と前記基板の回転中心またはその近傍を通る直線上の複数の各点において前記第１の発光手段からの計測光を受光し前記基板外周部の面取り部分での計測光の乱反射による前記各点での受光量の違いを利用して基板外周位置を検出する第１の受光手段とを備え、前記透明基板を位置合わせする際、該透明基板を前記基板保持手段により保持し回転させ、前記第１の受光手段の出力より複数の回転角における基板外周位置を求め、これらの基板外周位置に基づいて前記透明基板の位置ずれを求めることを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。

［実施態様３］ 実施態様２に記載の位置合わせ方法において、前記透明基板は外周部に該基板の向きを規定する切り欠き部が設けられたものであり、前記基板外周位置計測手段は第２の発光手段と前記基板回転の接線方向の直線上の複数の各点において前記第２の発光手段からの計測光を受光し前記基板外周部の面取り部分での計測光の乱反射による前記各点での受光量の違いを利用して基板外周位置を検出する第２の受光手段を備え、前記透明基板を位置合わせする際、まず前記透明基板の外周部が前記第２の受光手段の計測視野から所定の方向に外れる位置に該透明基板を移動し、その後、該計測視野へ該透明基板の外周部を追い込むことを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
［実施態様４］ 実施態様３に記載の位置合わせ方法において、前記基板外周位置計測手段の計測視野から基板外周部を一旦外した状態にするために、基板の製造誤差、基板位置合わせ装置の製造誤差および基板位置合わせの中間工程での位置合わせ誤差を反映させた位置へ基板を移動させることを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
［実施態様５］ 実施態様４に記載の位置合わせ方法において、基板位置合わせの中間工程で基板の大きさを測定し、該測定値と該基板の標準寸法との差を該基板の製造誤差とすることを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。

基板にノッチと呼ばれるＶ字型の切り欠きを有する基板を、ＣＣＤ等のリニアイメージセンサを使用し、そのノッチ部の位置計測を行なう場合、切り欠きが小さいため、リニアイメージセンサからノッチ部が外れてしまうことがあった。ひとたびセンサ計測範囲から被検出体である基板が外れてしまうと、透明基板の場合は、センサに基板が完全にかかっているのか、それとも完全に外れてしまっているのか判別がつかないため、基板をどの方向へ動かすべきか判別がつかず、基板のプリアライメントが不能となり、装置が停止してしまうという問題があった。

この問題に対処するためには、上記の実施態様３に示すように、透明基板のプリアライメントを行なう際に、基板外周部の面取り部分での計測光の乱反射による受光手段への受光量の違いを利用して透明基板外周位置を検出し、また、透明基板の切り欠きがノッチの場合には、基板外周位置計測手段に対し基板が完全にかかっているのか、それとも、完全に外れてしまっているのか判別がつかなくならないようにノッチ部検出用の基板外周位置計測手段の計測視野から一旦ノッチをはずした状態にし、その後、計測視野へノッチを追い込んでいくという位置合わせシーケンスを用いるとよい。

このように、基板外周計測手段にてノッチ部を計測する際に、その計測視野から一旦、基板外周部（ノッチ部）を外した状態にし、その後、計測視野へノッチ部を追い込んでいくというシーケンスを用いることにより、基板外周位置計測手段に基板が完全にかかっているのか、それとも、完全に外れてしまっているのか判別がつかないということがなくなり、本要因に起因していた装置停止が避けられ、装置の稼働率低下が防げるようになる。

以下、図面に基づき本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例に係るプリアライメント装置の構成を示す。同図において、１は透明基板、１Ａは基板１上に設けられた基板結晶方向を表すＶ字型の切り欠き（ノッチ）、２Ａ〜２Ｃは基板１の外周位置を計測するための基板外周位置計測手段（ＣＣＤ等のリニアイメージセンサ）であり、このうち２Ａは基板の位置合わせ（プリアライメント）実行時にノッチ部を計測するための計測手段を、また、２Ｂ、２Ｃは円周部を計測するための計測手段を表す。

３は基板１を吸着保持し、並進方向、回転方向に移動可能なプリアライメントステージ、４は基板外周位置計測手段２Ａ〜２Ｃおよびプリアライメントステージ３を制御する制御手段を表す。

図２は図１のプリアライメント装置を側面から見た図である。図２において、３０Ａはプリアライメントステージ３において、基板を吸着保持するための基板保持手段、３０Ｂは基板保持手段３０Ａにて保持した基板１を回転可能な基板回転手段、３０Ｃは基板保持手段３０Ａにて保持された基板４を平面方向に移動可能な基板移動手段である。プリアライメントステージ３には、基板移動手段３０Ｃと直交方向（図２の紙面奥行き方向）に移動可能な図２に図示されない基板移動手段３０Ｄが設けられており、これらの基板移動手段３０Ｃ、３０Ｄにより、基板４は、２次元方向に移動可能である。２１Ｂ、および図２に図示されない２１Ａ、２１Ｃは、基板外周位置計測手段２Ｂおよび２Ａ、２Ｃの計測光発光手段を表す。

以下に、図１〜８を用いて基板のプリアライメント動作について説明する。
まず、基板１が図示されない基板搬入手段により、基板プリアライメントステージ３へ搬入される。搬入された基板１は基板プリアライメントステージ３の基板保持手段３０Ａにて吸着保持された後、その位置計測が行なわれる。この位置計測は例えば、基板１をプリアライメントステージ３に吸着保持した状態で、基板回転手段３０Ｂにより回転させながら、基板１が所定角度回転するごとに、基板外周位置計測手段２Ｂの出力信号を処理し、『基板角度位置』に対する『回転中心から基板端までの距離』の情報を取得することにより行なわれる。

ここで、本実施例のような、計測光発光手段２１Ｂと基板外周位置計測手段２Ｂの間に基板が配置されるような系においては、『ある基板角度位置』での基板外周位置計測手段２Ｂの出力信号は図３のようになる。図３において、横軸は、リニアイメージセンサ等からなる基板外周位置計測手段２Ｂの画素位置を表し、また縦軸は各画素のセンサ出力値を表している。ここで、センサ（基板外周位置計測手段２Ｂの画素）への計測光の受光量が多いほどセンサ出力値は高くなる。このような計測系において、透明基板を計測した場合、図３のような計測結果が得られる。同図の１１の部分が、透明基板１の外周部に設けられた、基板面取り部１Ｂに対応する。この部分では、計測光が面取り部にて蹴られてしまい、センサ２Ｂへ到達する受光量が減少する。このため、図３の１１部のようにセンサ出力が低くなり、このセンサ出力低下部を検出することにより基板外周位置が検出可能となる。

このような計測を基板の全周にわたり、基板が所定角度回転するごとに実施することにより、図４のようなデータが取得できる。図４において、横軸は、基板１の回転角度を、縦軸は回転中心から基板端までの距離（基板外周位置計測手段２Ｂの出力低下画素の位置）を表す。また、同図において、グラフ上の急峻な変化点１００Ｂは基板１上のＶ字型の切り欠き１Ａを表している。

図４の、グラフ上の急峻な変化点１００Ｂから、切り欠きの角度位置（Δθ）が、また、グラフ１００Ａあるいは１００Ｃの振幅から、プリアライメントステージ３が基板１を、基板１の中心に対し、どの方向にどれだけ偏心した位置で吸着しているか（偏心量（ΔＸＹ））を算出できる。

このΔθ、ΔＸＹに基づき、基板プリアライメントステージ３を、回転方向および平面方向へ駆動させることにより、基板の中心位置が所定の位置（この場合はプリアライメントステージの中心位置）へ概略、位置合わせされる（工程１）。

この後、基板外周位置計測手段２Ａ〜２Ｃの出力が所定の値となるように、基板プリアライメントステージ手段３を回転方向、および平面方向へ駆動させることにより、最終的な基板のプリアライメントが終了する。この最終的なプリアライメントは、例えば、基板外周位置計測手段２Ａの所定位置に基板１上のノッチ１Ａが来るようにプリアライメントステージ３を駆動し、また、基板外周位置計測手段２Ｂと２Ｃを基板１が遮光する量が等しくなるようにプリアライメントステージ３を駆動する（工程２）。

ここで最終的なプリアライメント（工程２）終了時点では、基板外周位置計測手段２Ａ〜２Ｃと基板１との位置関係は図５のようになっており、特に、基板外周位置計測手段２Ａと基板１上の切り欠き（ノッチ）１Ａとの関係に着目すると図６（ａ）のように、基板外周位置計測手段２Ａの中心部に基板１上のノッチ１Ａが位置合わせされるようになることが期待されている。また、図６（ａ）の状態での基板外周位置計測手段２Ａの出力は図６（ｂ）のようになる。同図において、横軸はリニアイメージセンサ等の基板外周位置計測手段２Ａの画素位置を、また縦軸は各画素のセンサ出力値を表しており、その出力はセンサへ受光量が多いほど高くなる。そして同図の出力低下部分６１が透明基板の外周部に設けられた面取り部を、６３はノッチ部（透明基板非通過部分）を表している。また、６２は透明基板部分を表している。

ところで、工程１終了時には、基板の製造誤差、位置合わせユニットの製造誤差（基板外周位置計測手段の取り付け位置がずれている等）および工程１での基板の位置合わせ残差等により、基板１および基板１上のノッチ１Ａと基板外周位置計測手段２Ａとの位置関係が図６（ａ）のようにならず、図７（ａ）や図８（ａ）のような位置関係になる可能性がある。

これは、上記誤差要因と比較して、基板外周位置計測手段２Ａのノッチ１Ａの切り欠き深さ方向に対する計測視野が狭いこと、および、ノッチ１Ａの切り欠きの深さがそもそもそれほど深くないことなどに依っている。

さて、基板１上のノッチ１Ａと基板外周位置計測手段２Ａとの位置関係が、図７（ａ）または図８（ａ）のような位置関係になった場合の基板外周位置計測手段２Ａの出力はそれぞれ図７（ｂ）および図８（ｂ）のようになる。そして、このような状態になった場合、基板１をそれぞれ図中の矢印の方向（図７（ａ）と図８（ａ）では逆方向）に動かすようにプリアライメントステージ３を駆動すれば最終的な基板の位置決め終了位置である図６（ａ）の位置関係になるが、基板１が石英などのように計測光を透過してしまう材質でできている場合には、図７（ａ）および図８（ａ）中の基板外周位置計測手段２Ａのセンサ出力（図７（ｂ）と図８（ｂ））に殆ど差が無いため、基板１（プリアライメントステージ３）をどちらの方向に動かすべきか判別がつかず位置合わせが不能となり、装置が停止してしまう。

そこで、本実施例では、
（１）工程１終了時には基板１および基板１上のノッチ１Ａと基板外周位置計測手段２Ａの位置関係が必ず図７（ａ）の状態（２Ａの計測視野にノッチ１Ａが完全にかかっていない状態）になるような位置へプリアライメントステージ３を駆動する。具体的には、上記状態（２Ａの計測視野にノッチ１Ａが完全にかかっていない状態）にするために、基板の製造誤差、基板位置合わせ装置の製造誤差、および基板位置合わせの中間工程での位置合わせ誤差、という誤差分（上記各々の誤差最大値の総和）を反映させた位置へプリアライメントステージ３（＝基板４）を工程１終了時点で移動させる。
（２）これにより、工程２開始時点では、ノッチ１Ａと基板外周位置計測手段２Ａとの位置関係はかならず、図７（ａ）のようになるので、図７（ａ）の矢印の方向に基板を動かしながらノッチ１Ａを探し出し、最終的な位置合わせを行なう。
という基板の位置合わせ方法をとるようにする。

このようにすることにより、基板外周位置計測手段に基板が完全にかかっているのか、それとも、完全に外れてしまっているのか判別がつかないということがなくなり、本要因に起因していた装置停止が避けられるようになる。

なお、基板１の製造誤差に関しては、基板位置合わせの工程１で基板１の大きさを測定し、その測定値より求めてもよい（方法２）。これによれば、前述の方法が基板の製造誤差としてその許容公差の最大値を取っているのに対し、実際に使用する基板の大きさよりその製造誤差を求めるため、基板によっては、前述の方法と比較して工程１で基板１を故意にずらす量が少なくてすむため、その位置合わせ時間が前述の方法と比較して短縮される場合がある。

本発明の一実施例に係るプリアライメント手段の構成を表す図面である。 図１のプリアライメント手段の構成を側面から見た図面である。 図１における基板外周位置計測手段での基板位置計測時の出力を表す図面である。 図１のプリアライメント手段で採取した、基板の外形データを表す図面である。 位置合わせ終了時点での基板と基板位置計測手段の位置関係を表す図面である。 位置合わせ終了時点でのノッチと基板（ノッチ）位置計測手段の位置関係を表す図面（ａ）、およびその時の基板（ノッチ）位置計測手段の出力を表す図面（ｂ）である。 基板（ノッチ）位置計測手段に対しノッチが完全に外れている位置関係を表す図面（ａ）、およびその時の基板（ノッチ）位置計測手段の出力を表す図面（ｂ）である。 基板（ノッチ）位置計測手段に対しノッチ（基板）が完全にかぶっている位置関係を表す図面（ａ）、およびその時の基板（ノッチ）位置計測手段の出力を表す図面（ｂ）である。

符号の説明

１ 透明基板
１Ａ 基板結晶方向を表すＶ字型の切り欠き（ノッチ）
１Ｂ 面取り部
２Ａ〜２Ｃ 基板外周位置計測手段
２１Ａ〜２１Ｃ 基板外周位置計測手段２Ａ〜２Ｃの計測光発光手段
３ プリアライメントステージ
３０Ａ 基板を吸着保持するための基板保持手段
３０Ｂ 基板保持手段３０Ａにて保持した基板１を回転可能な基板回転手段
３０Ｃ，３０Ｄ 基板保持手段３０Ａにて保持された基板１を平面方向に移動可能な基板移動手段
４ 基板外周位置計測手段２およびプリアライメントステージ３を制御する制御手段
１１ 透明基板の面取り部での基板外形位置計測手段の出力
６１ 透明基板のノッチ近傍（面取り部）での基板外形位置計測手段の出力
６２ 透明基板のノッチ近傍（透明基板部）での基板外形位置計測手段の出力
６３ 透明基板のノッチ近傍（計測光透過部）での基板外形位置計測手段の出力
１００Ａ〜１００Ｃ 基板外周位置計測手段の出力群

Claims (5)

1. 発光手段と受光手段とを有し両者の間に載置された基板の位置の違いにより生じる該受光手段での受光状態の違いから該基板の外周位置を求める基板外周位置計測手段と、前記基板を保持しながら移動可能な基板移動手段とを備えた位置合わせ装置を用いて透明基板の位置合わせを行なう位置合わせ方法であって、
   前記透明基板の外周部に予め面取りを施すことを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
2. 請求項１に記載の位置合わせ方法において、前記位置合わせ装置は前記基板を保持して該基板の表面と平行な面内で該基板を回転する基板保持手段を備え、前記基板外周位置計測手段は第１の発光手段と前記基板の回転中心またはその近傍を通る直線上の複数の各点において前記第１の発光手段からの計測光を受光し前記基板外周部の面取り部分での計測光の乱反射による前記各点での受光量の違いを利用して基板外周位置を検出する第１の受光手段とを備え、前記透明基板を位置合わせする際、該透明基板を前記基板保持手段により保持し回転させ、前記第１の受光手段の出力より複数の回転角における基板外周位置を求め、これらの基板外周位置に基づいて前記透明基板の位置ずれを求めることを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
3. 請求項２に記載の位置合わせ方法において、前記透明基板は外周部に該基板の向きを規定する切り欠き部が設けられたものであり、前記基板外周位置計測手段は第２の発光手段と前記基板回転の接線方向の直線上の複数の各点において前記第２の発光手段からの計測光を受光し前記基板外周部の面取り部分での計測光の乱反射による前記各点での受光量の違いを利用して基板外周位置を検出する第２の受光手段を備え、前記透明基板を位置合わせする際、まず前記透明基板の外周部が前記第２の受光手段の計測視野から所定の方向に外れる位置に該透明基板を移動し、その後、該計測視野へ該透明基板の外周部を追い込むことを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
4. 請求項３に記載の位置合わせ方法において、前記基板外周位置計測手段の計測視野から基板外周部を一旦外した状態にするために、基板の製造誤差、基板位置合わせ装置の製造誤差および基板位置合わせの中間工程での位置合わせ誤差を反映させた位置へ基板を移動させることを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。
5. 請求項４に記載の位置合わせ方法において、基板位置合わせの中間工程で基板の大きさを測定し、該測定値と該基板の標準寸法との差を該基板の製造誤差とすることを特徴とする透明基板の位置合わせ方法。

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