JP2010140933A - ラインセンサの補正方法、アライメント装置及び基板搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラインセンサの補正を随時行うことができるラインセンサの補正方法、その補正により基板の位置検出を精度良く使用環境にも影響されない安定した性能を保持できるアライメント装置及びそれを備えた基板搬送装置を提供する。
【解決手段】アライメント装置のアライナ原点に位置決め基準を設けること、基板搬送ロボットのティーチング作業にアライメント装置のアライナ原点のティーチングを設けること、基板搬送ロボットによりアライメント装置のラインセンサを単位量ずつ遮光し、センサの出力値を測定することにより、ラインセンサの出力特性を測定し、直線性の演算および補正値を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板のノッチ位置検出と偏心量検出を行うラインセンサの補正方法、その補正方法を実現するためのアライメント装置及びそれを備えた基板搬送装置に関する。

従来のアライメント装置では、回転機構に基板を載置し、基板を回転させながら基板のエッジに光学式ラインセンサの検出光であるレーザもしくはＬＥＤを照射することで、非接触で基板外形の偏芯による遮光量の変化を検出し、基板のノッチの位置検出と偏芯量検出を行うアライメント装置が多く利用されている。この方式のアライメント装置は、基板の回転機構とラインセンサとの組合せで偏芯量の検出が可能であるため、シンプルな構成でかつ安価で実現できる上に、駆動部分が基板回転のみなので最小限の駆動機構で構成することができ発塵が少ないメリットもある（例えば、特許文献１又は２参照）。

特開２００４−２８８７９２号公報 特開２００２−３１３８８７号公報

しかしながら、従来のアライメント装置は、光学式のラインセンサを用いているため、ラインセンサの経年劣化による光量の低下、周囲温度の影響による光量の変動、ラインセンサの投光面又は受光面（レンズ面）に付着した塵埃が原因となる汚れによる検出量の変動が大きな誤差要因となり、安定した性能確保と高精度なアライメントユニットを実現するのが技術的な課題となっている。

例えば、特許文献１又は２に記載のアライメント装置では、回転ステージ上に載置した基板を回転させ、ラインセンサにて基板外縁距離を非接触で検出し、偏芯量やノッチ位置を演算する基板位置検出方法は提供されているが、ラインセンサの経年劣化やレンズ面の汚れによる光量変動に対する対策には至っていない。

現状として、ラインセンサの経年劣化による光量低下に対してはセンサ自体の出力光量なので外部より劣化の判断および補正を掛けるのが困難であり、その対応策としてラインセンサが劣化する前の４〜５年程度でラインセンサまたはアライメントユニットを交換している。また、周囲温度影響については、出力変動量がラインセンサ個別の特性となるため、補正を行う場合は装置の製作時に恒温槽を用い、１台毎に直線性及び温度特性を測定し算出した補正値で補正を行い作り込む必要があり、現実的に品質管理が困難となる。ラインセンサのレンズ面の汚れに関しては、メンテナンス時にレンズ面の清掃を行い対処しているが、基板搬送装置の連続稼動中は清掃不可能であり適時清掃することはできない。

特に、基板検査装置等に基板を搬送する基板搬送装置内に実装されたアライメント装置（ユニット）では、基板搬送装置を停止させることが稼働率の低下すなわち生産効率の低下に直結するので、ユニット交換やメンテナンスなどで装置の稼動をできるだけ停めることなく連続運転させることが重要となる。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ラインセンサが実装された装置の稼動を停止させることなくラインセンサの補正を随時行うことができるラインセンサの補正方法を提供することにある。また、本発明の目的は、ラインセンサの補正を随時行うことにより、基板の位置検出を精度良く使用環境にも影響されない安定した性能を保持できるアライメント装置及びそれを備えた基板搬送装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明に係るラインセンサの補正方法は、基板を搬送する基板搬送ロボットにより回転機構に載置され、回転される基板の外縁に光を照射し、照射した光の受光量を検出するラインセンサの補正方法において、基準位置を基板搬送ロボットに教示するティーチング工程と、前記基板搬送ロボットに形成された遮光部を前記基準位置に位置決めするアライナ原点サーチ工程と、前記遮光部を前記基準位置から単位量ずつ移動させて前記光を遮光しながら前記ラインセンサの出力値を測定するラインセンサ出力値測定工程と、前記ラインセンサの出力値に基づいて補正計数を算出するラインセンサ補正係数演算工程とを有することを特徴とする方法である。

具体的には、回転機構に基板を載置し、基板を回転させながらエッジに光学式ラインセンサの検出光を照射することで、非接触で基板の偏芯による遮光量の変化を検出し、基準位置からのノッチ位置検出と偏芯量検出を行うアライメントユニットであって、ラインセンサの補正のために基準となる全入光時の光量出力を検出するか、もしくは単位量の遮光を行う手段を有し、検出量を基に遮光量に対するセンサ出力量の直線性を演算し、使用環境に応じた補正係数を求めることにより、アライメント装置の補正を実現する。

アライメント装置の補正方法は、基板搬送ロボットに搭載されたロボットハンドによって把持され、搬送される基板を、回転機構および基板のエッジを検出するラインセンサを有するアライメント装置へ載置し、基板を回転させながらラインセンサの受光量の変化によって基板の位置決め基準の位置検出および回転機構の中心に対する基板の偏芯量の検出を行い、ノッチを指定角度に位置決めした後、偏芯量に従って位置補正して基板搬送ロボットが基板を取り出す搬送方法において、アライメント装置の基準位置を基板搬送ロボットに教示するティーチング工程と、基板搬送ロボットの遮光部位（ロボットハンド先端など）をアライメント装置の基準位置に位置決めするアライナ原点サーチ工程と、ラインセンサのレーザ光を単位量ずつ遮光しながらラインセンサの出力値を測定するラインセンサ出力値測定工程と、遮光量に対するラインセンサ出力値の直線性を求め、補正計数を算出するラインセンサ補正係数演算工程と、補正計数を利用して遮光量から基板の位置を算出するアライメント工程を有することを特徴とする基板の搬送方法である。

ティーチング工程においては、ラインセンサのレーザ光に対して、遮光量を測る基準位置（以下、アライナ原点と称する）を基板搬送ロボットのティーチングポイントとして記録することで、基板搬送ロボットはアライメント装置の外部からラインセンサの位置を把握し、ラインセンサの光量を一定量だけ遮光することができる。このとき、アライメント装置は基板搬送ロボットにおいて容易にティーチングができるようにアライナ原点にセンサ等を設け、原点位置を明確にすることが望ましい。また、アライメント装置または基板搬送ロボットは、基板搬送ロボットの遮光部位がアライナ原点に位置することをＬＥＤ点灯等によりティーチング作業者に伝えるすべを持つこと、または自動的に位置決めが完了するすべを持つことが望ましい。

ラインセンサ補正の実行時は、定期的にラインセンサ出力値測定を実施し、補正計数を更新することで、周囲温度の変化やレンズ面の汚れによるラインセンサ出力値の直線性、再現性の変動に追従したアライメント機能が提供でき、基板搬送における搬送精度の低下を抑えることが可能となる。

本発明によれば、アライメント装置に搭載のラインセンサの補正を、基板搬送ロボットと連携して行うことにより、安定したアライメント処理を行うことができる。また、基板搬送装置の稼動を停止させることなく、任意のタイミングでラインセンサの補正を行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態のアライメント装置を備えた基板搬送システムの構成を示す平面図である。基板搬送システムとは、アライメント装置１及び基板搬送ロボット２を搭載した基板搬送装置（ミニエンバイロンメントシステム：ミニエン）３全体を指す。図１に示すように、基板搬送装置３は、アライメント装置１と、基板搬送ロボット２と、アライメント装置及び基板搬送ロボットを収容する筐体３と、半導体製造装置や検査装置等の上位装置を収容する装置室４とを備える。筐体３は装置室４の基板搬入出口（基板のアクセスポート）側に設置され、筐体３の装置室４と対向する側（装置前面）には、複数枚の基板８を収納可能な基板収納容器（例えば、ＦＯＵＰ：Front Opening Unified Pod）９がそれぞれ設置されたロードポート装置（図では３箇所）５，６，７が設けられている。基板搬送ロボット２は、水平方向に移動自在なアーム２１と、アーム２１の先端に設けられ基板８を把持するロボットハンド１００とを有し、基板収納容器９から基板を１枚取り出し、アライメント装置１で基板の位置決め、位置補正を行った後、基板８を装置室４へ搬送するものである。なお、基板搬送ロボット２は、装置室４から基板８を取り出し、基板収納容器９へ回収する場合にも使用される。

図２はアライメント装置１の側面図である。図２に示すように、アライメント装置１は、基板搬送ロボット２により搬送された基板８を把持し回転させる回転機構１１と、回転される基板８のエッジによる遮光量を検出するラインセンサ１２と、回転機構１１とラインセンサ１２との間に形成される基準位置（詳細は後述する）に配置され、基準位置において遮光物の存在を検出するアライナ原点センサ１０１と、回転機構１１及びラインセンサ１２を制御するコントローラ（制御部）１１０とを備える。

回転機構１１は、基板８の裏面を真空圧力で吸着し把持する基板チャック１０１と、基板８を把持したチャック１０１を回転させる基板回転モーター１０２とで構成される。基板チャック１０１と基板回転モーター１０２とは互いに回転軸を合わせて固定され、基板回転モーター１０２の回転角度と基板８の回転角度が同一となるよう調整される。

ラインセンサ１２は、ラインセンサ投光器（以下、「投光器」）１０４とラインセンサ受光器（以下、「受光器」）１０５とを備える。投光器１０４と受光器１０５は、投光器の投光面１０７と受光器１０５の受光面１０６とは平行となるように配置され、レーザ光１０９の光軸合わせを兼用したラインセンサ支持部１０８に固定されている。ラインセンサ１２は、基板チャック１０１の回転軸中心に基板８の中心が載置された時に、基板８のエッジがラインセンサ検出範囲の中心（例えば、受光面１０６の中心）に位置するように位置決めされて配置される。

基板８の偏芯量の検出を行うには、制御部１１０がモーターを所定角度回転させ、基板８が載置された位置から回転した角度に応じた遮光量をラインセンサで検出する。所定角度毎に回転させ検出処理を行いながら基板８を３６０°回転させ、検出した全外周の遮光量を基に制御部１１０でノッチ位置と偏芯量を演算する。この検出原理から分かるように基板８の遮光量に対するラインセンサ出力の直線性、再現性の変動は、そのまま偏芯量の演算値の変動となるので検出精度の低下となる。そこで、高精度な偏芯量検出を行うためには周囲温度の変化、レンズ面の汚れに対してラインセンサ１２の補正が必要となる。

ラインセンサ１２の補正方法について説明する。図３（ａ）は、基板８を把持した基板搬送ロボット２とアライメント装置１との位置関係を示す上面図である。

ラインセンサ１２の補正においては、まず、基準位置（アライナ原点位置）を基板搬送ロボット２に教示するティーチング工程を行う。ティーチング工程においては、基板搬送ロボット２に形成された遮光部の先端がアライナ原点位置に移動できるよう、基板搬送ロボットにアライナ原点位置を予め教示する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、遮光部はロボットハンド１００が把持した基板８であり、遮光部の先端とは基板８の外縁の最もラインセンサに近い縁を指す。アライナ原点において遮光物の存在を検出するアライナ原点センサ１０３は、反射型の光学式センサであり、アライナ原点センサ１０３の上方に遮光部が位置すると、センサを出射し遮光部で反射された光を検出するものである。アライナ原点センサ１０３は、ラインセンサ有効幅の境界（図２においてレーザ光１０９の左側、基板８が進入する面）から一定の距離（本実施形態では１０mm）をおいて設置されるよう調整されている。基板搬送ロボット２のハンド１００をアライナ原点センサ１０３方向に移動させ、アライナ原点センサ１０３が上方に遮光部先端が位置したこと検出したとき、その遮光部先端の位置を原点することを基板搬送ロボット２（制御部１１０）に記録する。

本実施形態では、遮光部は基板８で構成されているが、基板８を用いずにアライメント補正を実施する場合、遮光部を基板搬送ロボット２のロボットハンド１００としてもよい。

図４は、アライナ原点センサ１０３とラインセンサ１２の受光器１０７との位置関係を示す図である。図５（ａ）は、図４の位置１０３ａ〜１０３ｃに対応するアライナ原点センサの出力値を示すグラフである。図４及び図５（ａ）に示すように、ティーチング工程及びアライナ原点工程における基準位置は、図中１０３ｂに示されるアライナ原点センサの中心となる。

遮光部先端がアライナ原点位置１０３ｂに位置決めされた後、遮光部はアライナ原点位置ｂから単位量ずつ（本実施形態では１ｍｍ）ラインセンサ１２方向に前進し、単位量ずつラインセンサ１２を遮光する。ラインセンサ１２は、遮光部が移動する毎に、ラインセンサ１２の出力値を測定する。すなわち、アライメント装置２は、制御部１１０と通信等を行い基板搬送ロボット２の動作と同期して遮光量をラインセンサ１２で検出し、遮光量に対するラインセンサの出力値を、全入光状態から全遮光状態に渡り測定する（ラインセンサ出力値測定工程）。

図５（ｂ）は、遮光部の移動量（遮光量Ｘ）とラインセンサの出力値（センサ出力Ｙ：Ｙ１＞Ｙ２＞…＞Ｙｎ）との関係を示すグラフである。図５（ｂ）に示すように、グラフ５０ａは、初期（ラインセンサの作製直後、経年劣化前等）のラインセンサ特性であり、遮光量と出力との関係は直線性を有している。グラフ５０ｂは、ある程度使用したラインセンサ（本発明のラインセンサ補正方法の適用対象である経年劣化やレンズ汚染等のあるラインセンサ）の特性であり、直線性を有していないことがわかる。グラフ５０ｂを、最小二乗法等を用いて直線近似し、近似直線（グラフ５０ｂ´）の傾きを補正係数として算出する（ラインセンサ補正係数演算工程）。算出された補正係数は、アライメント装置１において基板８の偏心量を求めるアライメント時に利用される。

受光器１０５の受光感度は、ラインセンサの受光部２００内において一様ではない。例えば、図４に示すように、幅（図面横方向）１５ｍｍ程度の受光部２００において、受光部中心から両側に５ｍｍ程度の領域（中心部）では受光感度は一様であるが、端部付近では受光感度が著しく弱い。従って、基準位置を設けずに、受光部２００の端に遮光部先端を合わせ、その位置から単位量ごとに遮光してラインセンサの出力値を測定しようとしても、受光部２００の端部の受光量は常に一定ではない（受光量が小さすぎて不安定である）ので、受光部２００の境界を判別することができず、補正を行うごとに測定開始位置が異なる可能性があり、作成した補正直線（補正係数）は誤差が大きいものとなってしまう。

これに対し、本実施形態のラインセンサの補正方法によれば、ラインセンサ１２とは異なる位置（ラインセンサ１２と回転機構１１との間）に、センサの遮光量の基準となる基準位置を基板搬送ロボットに教示し、その基準位置から予め設定した所定量だけ遮光部先端を移動させ、ラインセンサ１２の遮光−出力の測定を開始することによって、遮光量−ラインセンサ出力値特性を正確に得ることができる。これにより、装置の周囲温度の変化、レンズ面の汚れに対して正確な補正を施すことができ、高精度な偏心量の検出を行うことができる。

ラインセンサの補正実行時の操作画面を図６に示す。ラインセンサ１２の補正は、アライメント装置１と基板搬送ロボット２及びミニエン３の装置間で通信を行いながら基板搬送ロボットを利用して位置決し、単位量ずつラインセンサ１２の遮光して行うため、基板８の偏心量測定等、ラインセンサ１２の使用中に補正を実行することは難しい。そこで、図６に示すように、搬送装置のシステムメンテナンス時にサービス員が操作端末３００のオペレーション画面３０１で実行ボタン３０２を押下することで任意のタイミングでラインセンサ補正を行うことができる。ラインセンサの補正は月に１度など定期的に行えば良いが、最低でも周囲温度が変化する季節の変わり目などに行うことが望ましい。

上述のラインセンサの補正処理手順を図７のラインセンサ補正シーケンスに従って説明する。

図７に示すように、ティーチング工程において、作業者は、基板搬送ロボット２を調整するためのインターフェースにより実際に基板搬送ロボット２を細かく動かし、アライナ原点センサ１０３が基板搬送ロボット２の遮光部（ロボットハンド１００又は基板８）の先端を検出する機械的位置を調整し、制御コントローラに記録するティーチングを行う（ステップ４００）。

アライナ原点サーチ工程において、ミニエン３は、基板搬送ロボット２に対して、基板搬送ロボット２の遮光部位８をアライナ原点へ移動させるためのアライナ原点移動命令を送信する（ステップ４０１）。基板搬送ロボット２は、ミニエン３の命令に従い、ティーチング工程（ステップ４００）にて教示したアライナ原点位置に遮光部を移動する。（ステップ４０２）。基板搬送ロボット２は、遮光部先端がアライナ原点へ移動完了したことをミニエン３に送信する（ステップ４０３）。ミニエン３は、基板搬送ロボット２の遮光部位を、アライナ原点センサ１０３が検出しているか確認するために、原点センサ状態読出し命令をアライメント装置１に送信する（ステップ４０４）。アライメント装置１は、アライナ原点センサ１０３の検出状態をミニエン３へ応答する（ステップ４０５）。ミニエン３は、アライメント装置１の応答内容により、アライナ原点に基板搬送ロボット３の遮光部位が位置していることを確認する。ここで、アライナ原点に基板搬送ロボット２の遮光部位が位置しない場合、ミニエン３は、アライナ原点移動命令（ステップ４０１）を再度送信する。

ラインセンサ出力値測定工程においてミニエン３は、アライメント装置１のラインセンサ１２を一定量遮光させるために、単位量遮光命令を基板搬送ロボット２に送信する。（ステップ４０６）。基板搬送ロボット２は、ミニエン３の命令に従い、指定された単位量について遮光部位を移動し、ラインセンサ１２の光量を単位量分遮光する（ステップ４０７）。基板搬送ロボット２は、指定位置に移動完了したことをミニエン３に送信する（ステップ４０８）。ミニエン３は、現在の遮光量に対するラインセンサ１２の出力値を取得するために、センサ出力値読出し命令をアライメント装置１に送信する（ステップ４０９）。アライメント装置１は、現在のラインセンサ１２の出力値を読出し（ステップ４１０）、読み出した値をミニエン３に送信する（ステップ４１１）。ミニエン３は、遮光量とラインセンサ１２の出力値を対応させて制御コントローラに記録する（ステップ４１２）。ミニエン３は、ラインセンサ１２の全入光状態から全遮光状態までの全域に渡るラインセンサ出力値の状態変化を測定するために、単位量遮光命令（ステップ４０６）からラインセンサ出力値の記録（ステップ４１２）を繰り返し実行する。

ラインセンサ補正計数演算工程において、ミニエン３は、ラインセンサ１２の使用範囲の全域について、記録したデータから、ラインセンサ出力値から遮光量を計算するための計数であるラインセンサ補正計数を算出する（ステップ４１３）。また、その補正計数をアライメント装置１に教示する（ステップ４１４）。

ラインセンサ補正シーケンスにより、ラインセンサ補正計数を定期的に更新することで、ラインセンサ１２の出力値低下を検出し、流動的にラインセンサ補正計数を修正することで、安定した基板搬送システムを実現できる。

図７の方法では、ミニエン主導によるデータ通信を示したが、アライメント装置１及び基板搬送ロボット２が直接通信し、ラインセンサ補正を実行しても良い。アライメント装置１及び基板搬送ロボット２間の直接通信で、ミニエン主導の方法と同等の機能を提供することによって、より安定した基板搬送システムを実現することもできる。

本実施形態のラインセンサの補正方法を用いたアライメント装置、及びそのアライメント装置を具備する基板搬送装置では、基板搬送ロボットとラインセンサとの間で通信してラインセンサの補正計数を計算することにより、再度センサ調整を行うことなく、より安定した基板搬送の基本情報が形成され、ラインセンサの出力値ばらつきを緩和することができる。また、ラインセンサ出力値低下によるアライメント異常を回避することができる安定した基板搬送システムを実現することができる。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。

本発明に係る基板搬送装置の一実施形態を示す平面図である。 図１のアライメント装置及び基板搬送ロボットの一部を示す側面図である。 図１のアライメント装置及び基板搬送ロボットの一部を示す上面図であり、（ａ）は遮蔽部が基板である例の図、（ｂ）は遮蔽部が基板搬送ロボットのハンド部である例の図である。 ラインセンサ、アライナ原点センサ及び遮光部の位置関係を説明するための図である。 （ａ）はアライナ原点センサの出力を示すグラフであり、（ｂ）はラインセンサの出力と遮蔽量との関係を示すグラフである。 ラインセンサ補正実行時の操作画面図である。 ラインセンサ補正実行時の装置間通信シーケンス図である。

符号の説明

１…アライメント装置
２…基板搬送ロボット
３…ミニエンバイロンメント装置（基板搬送装置）
４…装置室
５，６，７…ロードポート装置
８…基板
９…基板収納容器
１００…ロボットハンド
１０１…基板チャック
１０２…基板回転モータ
１０３…アライナ原点センサ
１０４…ラインセンサ投光器
１０５…ラインセンサ投光面
１０６…ラインセンサ受光器
１０７…ラインセンサ受光面
１０８…ラインセンサ支持機構
１０９…レーザ光
１１０…アライメント装置の制御部
２００…ラインセンサ受光部

Claims (7)

1. 基板を搬送する基板搬送ロボットにより回転機構に基板を載置し、回転される前記基板の外縁に光を照射し、照射した光の受光量を検出するラインセンサの補正方法において、
   基準位置を基板搬送ロボットに教示するティーチング工程と、
   前記基板搬送ロボットに形成された遮光部を前記基準位置に位置決めするアライナ原点サーチ工程と、
   前記遮光部を前記基準位置から単位量ずつ移動させて前記光を遮光しながら前記ラインセンサの出力値を測定するラインセンサ出力値測定工程と、
   前記ラインセンサの出力値に基づいて補正計数を算出するラインセンサ補正係数演算工程とを有することを特徴とするラインセンサの補正方法。
2. 請求項１記載のラインセンサの補正方法において、前記遮光部は、前記基板搬送ロボットのロボットハンド或いは前記ロボットハンドに把持される基板であることを特徴とするラインセンサの補正方法。
3. 請求項１又は２記載のラインセンサの補正方法において、前記ティーチング工程は、ラインセンサ補正の基準となる位置を前記基板搬送ロボットの機械的な教示位置として記録し、前記アライナ原点サーチ工程は、その記録した教示位置に遮光部を移動することを特徴とするラインセンサの補正方法。
4. 請求項３記載のラインセンサの補正方法において、前記ティーチング工程は、前記基準位置に光学式センサを配置し、その光学式センサで前記遮光部の先端を検出し、前記基準位置を記録することを特徴とするラインセンサの補正方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載のラインセンサの補正方法において、前記ラインセンサ出力値測定工程は、前記基板搬送ロボットのハンドリング動作および位置決めを利用してラインセンサの遮光量を決定し、前記ラインセンサの出力値を測定することを特徴とするラインセンサの補正方法。
6. 基板搬送ロボットによって搬送された基板を把持し、回転させる回転機構と、
   基板の外周に光を照射し、照射した光の受光量を検出するラインセンサとを備え、
   前記ラインセンサの前記受光量から基板の偏心量及び基板の外縁に形成されたノッチ位置を検出し、基板の位置を補正するアライメント装置において、
   前記基板搬送ロボットの基準位置をティーチングするためのアライナ原点センサと、
   前記基板搬送ロボットを前記基準位置から単位量ずつ移動させて前記光を遮光しながら測定される前記ラインセンサの出力値と、前記基板搬送ロボットによるラインセンサの遮光量とに基づいて補正計数を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするアライメント装置。
7. 基板の搬送先或いは搬送元に取り付けられる筐体と、その筐体に設けられ基板を収納する容器と、前記容器内の基板を搬送先に供給するまたは前記搬送元の基板を前記容器に回収する基板搬送ロボットと、搬送される基板の位置及び向きを補正するアライメント装置を備えた基板搬送装置において、
   請求項６に記載のアライメント装置を備えたことを特徴とする基板搬送装置。

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