JP2007081273A - 基板位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造工程や液晶パネル製造工程において、円形基板の位置決めを、簡易な構造で迅速かつ高精度で行えるようにする。
【解決手段】回転可能な基板載置面上に仮置きされた円形基板Ｗを、基板載置面に形成された微細孔１５からの噴出空気で浮上させる一方、円形基板Ｗの下面とブロック２２上面との間に、噴出孔２４から風向Ａ方向をなす空気流を噴出させて、この空気流により、上記仮置きされた円形基板ＷをＸ軸方向に沿ってガイド部３０側に移動させ、ガイド部３０に当接させてスピンドル回転軸と円形基板Ｗの芯出し位置調整を行う基板移動部２０とを備える。さらにスピンドル１１の回転により円形基板Ｗを回転させることで、その外周縁に形成されたノッチＮをセンサ３５で位置検出し、回転方向の位置決めも行う。
【選択図】図１

Description

本発明は基板位置決め装置に係り、特に半導体製造工程で使用される円形のシリコンウェハーや液晶パネル製造工程で使用される円形のガラス基板の位置決めを、簡易な構造で迅速かつ高精度で行えるようにした基板位置決め装置に関する。

通常、半導体製造工程で使用される円形のシリコンウェハーや、液晶パネル製造工程で使用される円形のガラス基板等、外周の一部にオリフラ、ノッチ等が形成された各種材料からなる円形の基板（以下、本明細書では、これらを総称して「円形基板」と呼ぶ。）の位置決めを行うアライナー等と呼ばれる位置決め装置が用いられている。この種の基板位置決め装置では、通常、基板載置面上の基板の中心位置合わせと、回転方向の位置合わせとが行われている。

ところで、現在、半導体製造工程においては、集積回路の集積度が格段に増しているため、設備の価格もより高価になるという問題があり、設備の価格を下げる必要に迫られている。そこで、本製品はそれらに応えるために、簡単な構造で必要な機能を提供することが求められている。

従来のこの種の位置決め装置は、各種寸法の基板の位置決めを行うために複数の駆動モータを使用し、基板を平面上で多軸方向に移動させる駆動方式であり、その際、基板をガイドに押し当てたり、把持構造で掴んで基板保持を図っていた。

しかし、この種の位置決め装置では、把持力が大きく、ウェハーを傷め、パーティクルも発生しやすい。このため厚さ５０〜３００μｍの極薄のウェハーの位置決めには適さなかった。この問題を解決するために、非接触保持具をウェハーの下側に配置し、ウェハーを非接触保持した状態で、ウェハー外周に配置したウェハーを回転させる回転具でウェハーを把持し、駆動ローラの回転でウェハーを回転させ、ノッチ検出用のセンサーでウェハーの回転方向の位置決めを行う位置合わせ装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００２−３６８０６５公報

ところが、特許文献１の発明では、ウェハーはローラ類で把持されるが、５０〜３００μｍ厚さ程度の極薄型のウェハーの外縁は鋭利なエッジとなっており、それを把持すれば、やはり破損してしまうという問題がある。またウェハー回収の際、ウェハーを把持し、駆動ローラで回転させる機構であるため、パーティクル発生と、基板への付着を増大させるとい問題も予想される。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、簡易な構造からなり、位置決めに際し、ウェハーをまったく傷めることのない基板位置決め装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は回転軸回りの回転可能な基板載置面上に仮置きされた円形基板を、本体内部の気流経路に連通し、前記基板載置面に形成された微細孔からの噴出空気で浮上させる一方、前記気流経路での切り替えにより中心位置決めされた前記円形基板を前記基板載置面上に吸着保持して回転させる基板保持回転部と、前記円形基板の外周縁近傍に配置され、該円形基板の移動を規制して円形基板の回転中心点を、該基板保持回転部の回転軸と一致させるガイド部と、前記円形基板の下面と空気噴出器ブロック上面との間に、所定風向をなす空気流を噴出させ、該空気流により前記基板載置面上に仮置きされた前記円形基板を移動させ、前記ガイド部に当接させる基板移動部とを備えたことを特徴とする。

前記円形基板を回転させた際に、該円形基板の外周縁の一部に形成されたノッチ位置を検出する角度検出センサを、前記円形基板の外周縁近傍に設けることが好ましい。

前記基板移動部は、前記空気流の噴出孔が前記本体上面に取り付けられたブロック内に所定角度をなして形成され、前記噴出孔が前記本体内部の気流経路に連通した空気噴出器とすることが好ましい。

前記円形基板は、前記空気流の粘性により前記ブロック側に吸引されながら前記ガイド部材に向けて移動させることが好ましい。

回転軸回りに回転可能な基板載置面上に仮置きされた円形基板下面と前記基板載置面との間に、本体内部の気流経路に連通した前記基板載置面に形成された微細孔から空気流を所定風向に噴出させて前記円形基板を、浮上させながら前記仮置き位置から移動させて、該円形基板の回転中心点を、前記基板載置面の回転軸と一致させるガイド部に当接させて中心位置決めさせる一方、前記気流経路内での切り替えにより中心位置決めされた前記円形基板を前記基板載置面上に吸着保持して回転させる基板保持回転部を有することを特徴とする。

このとき、前記微細孔は、前記基板保持回転部の天板内に所定角度をなして傾けて形成することが好ましい。

前記円形基板を前記基板載置面上に仮置きする前に、前記基板載置面に形成された微細孔の傾きが、前記円形基板の移動方向に向くように、前記基板保持回転部の回転角を補正することが好ましい。

本発明によれば、基板を、空気の粘性流れによる抵抗力で移動させるため、接触によるパーティクル発生は微少となり、また押付力が空気の粘性から発生するため、基板へのダメージをほとんどなくすことができる。以上のような構造を採用することで、極薄の基板も同様に高精度の位置決めが可能となる。さらに、構造が簡単なため、部品点数を大幅に削減でき、コストの大幅削減も可能になるという効果を奏する。

以下、本発明の基板位置決め装置の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施例の基板位置決め装置１の概略平面図、図２は、図１の装置内部を模式的に示した図１のII-II断面線に沿って示した断面図である。
図１に示したように、本実施例の基板位置決め装置１は、床面上に固定された直方体状の本体部２の上面に、仮想線で示した円形基板Ｗの中心位置が載置されるように配置された基板保持回転部１０の主要部材としてのスピンドル１１と、このスピンドル位置と円形基板Ｗの外周縁端位置との間に配置され、スピンドル１１の基板載置面１１ａに仮置きされた円形基板Ｗを、所定風向の空気流Ａを発生させて、その空気流Ａを利用して後述するガイド部３０に向けて移動させる基板移動部２０と、この基板移動部２０によって移動する円形基板Ｗの動きを規制して所定位置に位置決めするガイド部３０と、切替弁５Ａ（図２）の操作によりスピンドル１１内に形成された微細孔１５を用いた空気噴出と真空吸着とを実現する気流経路１３とから構成されている。

スピンドル１１は、図１及び図２に示したように、多数の微細孔１５が所定の配列をなして形成された円板状の天板１２と、内部に気流経路１３が形成され、後述する駆動モータ６に連結される下端１４ａまでテーパ面が形成された円板基部１４とが図示しない固定ボルトで結合されてなる。そして、本体部２内で基部下端１４ａに連結された駆動モータの回転により、スピンドル１１上面に載置された円形基板Ｗの回転方向の位置調整が行えるようになっている。

本体部２の内部構成及び外部設備について、図２を参照して簡単に説明する。本体部２内には、スピンドル１１と後述する空気噴出器２１のブロック２２に連通した配管４Ａ，４Ｂ、これら配管４Ａ，４Ｂ上に設けられた切替弁５Ａ，５Ｂ、切替弁５Ａ，５Ｂの切り替え、スピンドル１１の駆動モータ６の駆動を制御する制御部７が設けられており、外部設備としての真空発生装置８（真空ポンプ）、圧縮空気供給装置等の圧気源９からの流体制御を確実に行うことができるようになっている。これによりスピンドル１１上に基板Ｗが載置された段階から、最終的な位置決めまで一連の動作工程を自動または所定のシーケンスで制御できるようになっている。

本実施例では駆動モータ６には制御部７によって回転角度の微調整が可能なステッピングモータが用いられ、スピンドル１１に載置された円形基板Ｗの回転方向の位置決めを高精度に行える。なお、駆動モータ６とスピンドル１１との駆動伝達は、モータ６とスピンドル１１とを直結してもよいし、別体として備え付け、伝達ベルト等により駆動伝達させるようにしてもよい。

スピンドル１１の天板１２に形成された微細孔１５を用いれば、気流経路１３を真空ポンプ８等に連結した吸引経路とすることで、基板をスピンドル１１上に真空吸着し固定することができる。また、切替弁５Ａを切り替えて圧気源９からの圧縮空気を各微細孔１５から均等に噴出させれば、スピンドル１１の基板載置面１１ａに仮置きれた円形基板Ｗを、水平状態を保持してわずかな高さだけ浮上させることができる。なお、配管４Ａの途中にフィルタ（図示せず）を設け、パーティクルや不純物等が微細孔１５から噴出しないようにしたり、イオナイザー（図示せず）でイオン化した空気を噴出することで、基板Ｗの帯電防止を図り、不純物等の付着を防止することができる。

次に、基板移動部２０の構成について説明する。基板移動部２０は、円形基板Ｗをガイド部３０側に移動させる機能を有する空気噴出器２１からなる。すなわち、この空気噴出器２１は、図２に示したように、本体部２の上面に据え付けられたステンレススチール製ブロック２２からなるマニホールド内に、Ｘ軸方向に沿ってガイド部３０側（図１）傾けて気流経路２３が形成され、この気流経路２３の端部となるブロック２２の上面に空気噴出孔２４が形成されている。この空気噴出孔２４はＸ軸（図１：ブロックの中心軸線）に関して対称な位置に形成され、後述するようにスピンドル１１の基板載置面１１ａ上に仮置きされた基板下面に向けて圧縮空気を噴出できる。このとき、圧縮空気は、図２に示したように、基板Ｗ下面とブロック２２上面との間を矢印方向（図１）に流れ、そのときの空気流Ａの粘性により、基板Ｗを矢印方向に移動させるとともに、隙間を流れる空気流Ａによるベルヌーイ効果により基板Ｗを空気噴出器２１のブロック２２上面側に吸引して安定させることができる。また、スピンドル１１内に形成された気流経路１３と同様に、配管４Ｂの途中にフィルタ（図示せず）を設け、パーティクルや不純物等が微細孔１５から噴出しないようにしたり、イオナイザー（図示せず）でイオン化した空気を噴出することで、基板Ｗの帯電防止を図り、不純物等の付着を防止することができる。

本実施例では、ガイド部３０は、図１に示したように、装置本体部２から側方に張り出したウイング３１の先端にガイド爪３２が取り付けられた形状からなり、このガイド爪３２の一面３２ａは円形基板Ｗの外周縁端に面接触可能な曲面状に形成されている。このガイド部３０は、図示しない電磁ソレノイドなどのアクチュエータによって、円形基板Ｗの中心位置とスピンドル１１の回転軸中心とを一致させるためのセンタリング位置と、スピンドル１１の載置面上にセンタリングされた基板を回転させたときに、ガイド爪３２が基板Ｗの外周縁に接触しない退避位置との間を矢印方向に水平移動させることができる。なお、本実施例では、ガイド部３０は、本体部２のＸ軸に関して対称位置に２個所設けられているが、基板外周縁に少なくても２点以上で接触し、空気噴出器２１からの空気流Ａの風向軸（Ｘ軸に一致）に対して左右対称位置に配置されれば、本実施例のようなガイド爪３２とウイング３１との組み立て構造の他、一体加工部品等、種々の形状、構造のものを使用することができる。なお、ガイド部３０の位置を固定しておき、スピンドル１１の支持軸（回転軸）をＸ軸方向に沿って移動させても同様に基板Ｗのセンタリングが可能である。さらに、基板Ｗのセンタリングのみに用途を限定すれば、基板移動部２０の空気噴出器２１とガイド部３０のみを設けれるだけでよい。

さらに、円形基板Ｗがスピンドル１１の基板載置面１１ａ上にセンタリングされた後に、円形基板Ｗの回転方向位置の位置決めを行う必要がある。そのために、本実施例では、円形基板Ｗの外周縁に形成されたノッチＮを検出するために図１，図２に示したように、本体部２のＸ軸上（本体部２長手方向中心線上）の基板外周縁位置に、角度検出用のセンサ３５が設置されている。このセンサ３５は側面視してコ字形をなし、開口部３５ａの一端に発光部が、その対向位置に受光部が設けられた光電センサで、基板が載置されたスピンドル１１を回転した際に、ノッチＮが通過した際に透過光を受光部が検知し、円形基板Ｗの回転角を知ることができる。センサ３５は透過式あるいは反射式を用途によって選択することができる。またセンサの個数は、センタリング完了を検出するセンサも含めて複数個を配置することが好ましい。

［位置決め工程］
以下、円形基板Ｗのスピンドル１１上の定位置への位置決め工程について、図３各図を参照して説明する。
図３（ａ）には、あらかじめガイド部３０のガイド爪３２が、円形基板Ｗをスピンドル１１上の定位置に位置決めする位置に移動され、その状態で、円形基板Ｗがガイド部３０からΔだけ隙間をあけて、スピンドル１１上に仮置きされた状態が示されている。Δの大きさは、通常、円形基板Ｗの外周縁端とガイド爪３２とが接触しない数mm程度である。この状態から、スピンドル１１の微細孔１５と空気噴出器２１のブロック２２に形成された噴出孔２４から圧縮空気を噴出させる（図３（ｂ参照）。このとき空気噴出器２１の噴出孔２４は、上述のように噴出方向がＸ軸方向に沿って斜めに穿孔されているため、圧縮空気を噴出させると、円形基板Ｗは、その下面とブロック２２上面との間に生じるＸ軸方向（図１）と平行な風向の空気流Ａの粘性により、その外周縁端が２個所のガイドに当接するまでＸ軸方向に移動する。この結果、円形基板Ｗの中心軸Ｃはスピンドル１１の中心軸（図示せず）と確実に位置合わせすることができる。この状態から図３（ｃ）に示したように、本体部２内に設けられた切替弁５Ａ，５Ｂ（図２）の切り替え操作により、スピンドル１１の微細孔１５及び空気噴出器２１からのからの圧縮空気の噴出を停止すると同時に、スピンドル１１の微細孔１５からの真空引きを開始する。これにより、円形基板Ｗをスピンドル１１上の正規位置に保持することができる。この状態から、図３（ｄ）に示したように、ガイド部３０を退避位置まで後退させ、ガイド爪３２と円形基板Ｗとの接触を解除する。そして、駆動モータ６の回転によりスピンドル１１を同図に示したように、回転させることで円形基板Ｗの外縁端の所定位置に形成されたノッチＮをセンサ３５（図１参照）で検知する。このノッチＮを検出後、ノッチＮがセンサ３５の位置から所定の回転位置に停止するように円形基板Ｗの回転方向位置決めが行われる。

図４は、実施例２の基板位置決め装置１０の概略平面図、図５は、図４の装置内部を模式的に示した図４のV-V断面線に沿って示した断面図である。
図４に示したように、本実施例では、円形基板Ｗは、直径の大きなスピンドル１１上に載置されている。このスピンドル１１では、実施例１で別途設けられた基板移動部２０としての空気噴出器２１の機能を、スピンドル１１の天板１２に形成された微細孔１５の向きを傾けて形成することで実現している。すなわち、図５に示したように、スピンドル１１の天板１２に微細孔１５を所定の角度で傾けて形成することにより、この微細孔１５から圧縮空気をＸ軸方向に沿った風向で噴出させると、実施例１の空気噴出器２１と同等の基板移動機能を得ることができる。実施例２でも図４に示したように、同様の構成のガイド部３０が設けられており、このガイド部３０に円形基板Ｗを押圧させることにより、円形基板Ｗの中心軸とスピンドル１１の回転軸（中心軸）とを一致させる位置決めが可能になる。

実施例２では、円形基板Ｗをスピンドル１１上に載置する初期状態で、スピンドル１１天板１２の微細孔１５の傾き方向が、図４に示したガイド部３０に向けたＸ軸方向と平行な矢印方向に向いていることが重要である。そこで、本実施例では、モータ回転軸の回転角検出ドグ３８が駆動モータ６下端から突出した回転筒体３７に設けられている。さらに回転角検出ドグ３８の位置検知を行う位置検出センサ３９がドグの可動領域内に設置されている。これにより、まず円形基板Ｗがスピンドル１１上に載置される前にスピンドル１１の向きを駆動モータ６で微細孔１５が図４に示したＸ軸方向を向くように調整して静止させ、その状態のスピンドル１１の基板載置面１１ａ上に円形基板Ｗを仮置きする。そして微細孔１５から圧縮空気を噴出させることにより、円形基板Ｗは基板下面とスピンドル１１載置面との間に生じる空気流Ａの粘性により、その外周縁端が２個所のガイドに当接するまでＸ軸方向に移動する。この結果、円形基板Ｗの中心軸Ｃはスピンドル１１の中心軸（図示せず）と確実に位置合わせすることができる。この状態から、実施例１と同様に、本体部２内に設けられた切替弁５Ａの操作により、スピンドル１１の微細孔１５からの圧縮空気の噴出を停止すると同時に、微細孔１５からの真空引きを開始する。これにより、円形基板Ｗをスピンドル１１上の正規位置に保持することができる。この状態から、実施例１と同様に、ガイド部３０を退避位置まで後退させ、円形基板Ｗとガイド爪３２の接触を解除する。そして、スピンドル１１を回転させることで、図４，５に示したように、円形基板Ｗの外縁端の所定位置に形成されたノッチＮをセンサ３５で検知する。このノッチＮを検出後、ノッチＮがセンサ３５位置から所定の回転位置に停止するように円形基板Ｗの回転方向位置決めが行われる。

なお、図４に示したスピンドル１１に形成された微細孔１５な一様な直径で、所定の傾きをなして天板１２全面に、同心円状に等間隔をあけて配列して形成されているが、そのうちの一部の微細孔１５を空気噴出孔として機能させるために比較的大きな孔径とし、この空気噴出孔からの空気流Ａにより、基板移動部２０としての位置決め調整を行わせるようにしてもよい。

本発明の基板位置決め装置の一実施例（実施例１）を示した平面図。 図１に示した基板位置決め装置のII-II断面線に沿って装置内部を示した断面図。 図１に示した基板位置決め装置による円形基板の位置決め工程を示した説明図。 本発明の基板位置決め装置の他の実施例（実施例２）を示した平面図。 図４に示した基板位置決め装置のV-V断面線に沿って装置内部を示した断面図。

符号の説明

１ 基板位置決め装置
５Ａ，５Ｂ 切替弁
６ 駆動モータ
８ 真空ポンプ
９ 圧気源
１０ 基板保持回転部
１１ スピンドル
１２ 天板
１３，２３ 気流経路
１５ 微細孔
２０ 基板に胴部
２１ 空気噴出部
２２ ブロック
２４ 空気噴出孔
３０ ガイド部
３２ ガイド爪
Ｗ 円形基板
Ｎ ノッチ

Claims (7)

1. 回転軸回りに回転可能な基板載置面上に仮置きされた円形基板を、本体内部の気流経路に連通し、前記基板載置面に形成された微細孔からの噴出空気で浮上させる一方、前記気流経路での切り替えにより中心位置決めされた前記円形基板を前記基板載置面上に吸着保持して回転させる基板保持回転部と、
   前記円形基板の外周縁近傍に配置され、該円形基板の移動を規制して円形基板の回転中心点を、該基板保持回転部の回転軸と一致させるガイド部と、
   前記円形基板の下面と空気噴出器ブロック上面との間に、所定風向をなす空気流を噴出させて、該空気流により前記基板載置面上に仮置きされた前記円形基板を移動させ、前記ガイド部に当接させる基板移動部とを備えたことを特徴とする基板位置決め装置。
2. 前記円形基板を回転させた際に、該円形基板の外周縁の一部に形成されたノッチ位置を検出する角度検出センサを、前記円形基板の外周縁近傍に設けたことを特徴とする請求項１に記載の基板位置決め装置。
3. 前記基板移動部は、前記空気流の噴出孔が前記本体上面に取り付けられたブロック内に所定角度をなして形成され、前記噴出孔が前記本体内部の気流経路に連通した空気噴出器からなることを特徴とする請求項１に記載の基板位置決め装置。
4. 前記円形基板は、前記空気流の粘性により前記ブロック側に吸引されながら前記ガイド部材に向けて移動することを特徴とする請求項３に記載の基板位置決め装置。
5. 回転軸回りに回転可能な基板載置面上に仮置きされた円形基板下面と前記基板載置面との間に、本体内部の気流経路に連通した、前記基板載置面に形成された微細孔から空気流を所定風向に噴出させて前記円形基板を、浮上させながら前記仮置き位置から移動させて、該円形基板の回転中心点を、前記基板載置面の回転軸と一致させるガイド部に当接させて中心位置決めさせる一方、前記気流経路内での切り替えにより中心位置決めされた前記円形基板を前記基板載置面上に吸着保持して回転させる基板保持回転部を有することを特徴とする基板位置決め装置。
6. 前記微細孔は、前記基板保持回転部の天板内に所定角度をなして傾けて形成されたことを特徴とする請求項５に記載の基板位置決め装置。
7. 前記円形基板を前記基板載置面上に仮置きする前に、前記基板載置面に形成された微細孔の傾きが、前記円形基板の移動方向に向くように、前記基板保持回転部の回転角を補正させることを特徴とする請求項６に記載の基板位置決め装置。

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