JP2014093397A - 基板検出装置及び基板検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、基板が正常な姿勢で基板キャリアに装着されているか否かを、撮像装置を用いて高精度で検出できる基板検出装置及び基板検出方法を提供する。
【解決手段】基板装着面を有する基板プレートを備える基板キャリアに基板が正常に装着されていることを検出する基板検出装置であって、基板プレートの上端部方向から、基板装着面と平行に照明光を基板プレートに投光する照明装置と、基板プレートの上端部及び基板装着面に装着された基板の上端部を同時に撮影して判定用画像を取得する撮像装置と、判定用画像から抽出される基板プレートの上端部の位置と基板の上端部の位置との関係に基づいて、基板が基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板が正常な姿勢で基板キャリアに装着されているか否かを検出する基板検出装置及び基板検出方法に関する。

半導体装置などの製造において、成膜やエッチングなどの処理工程では基板が基板キャリアに装着されて処理装置に搬入される。このとき、基板キャリアに基板が正常な姿勢で装着されていることを検出することが必要である。このため、基板キャリアに装着された状態の基板をカメラなどの撮像装置によって撮影し、基板を基板キャリアに正しく装着する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、反射型レーザ変位測定法を用いる検出方法なども提案されている。

特開２００３−３３２３８８号公報

基板キャリアに装着された基板を撮影する場合、例えば照明光を撮影方向と同じ側から基板の主面に向けて投光する。このため、成膜プロセスなどにより基板の主面と基板キャリアの表面が似通った状態である場合に、光学的コントラストが得にくくなって、基板と基板キャリアの境界識別が困難になる問題がある。また、反射型レーザ変位測定法を用いる方法は、基板キャリアが投光−受光経路と干渉しない配置でしか使用できず、更に、基板又はセンサのいずれかを移動走査する必要がある。このため、基板検出に制限が多い。

上記問題点に鑑み、本発明は、基板が正常な姿勢で基板キャリアに装着されているか否かを、撮像装置を用いて高精度で検出できる基板検出装置及び基板検出方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基板装着面を有する基板プレートを備える基板キャリアに基板が正常に装着されていることを検出する基板検出装置であって、（イ）基板プレートの上端部方向から、基板装着面と平行に照明光を基板プレートに投光する照明装置と、（ロ）基板プレートの上端部及び基板装着面に装着された基板の上端部を同時に撮影して判定用画像を取得する撮像装置と、（ハ）判定用画像から抽出される基板プレートの上端部の位置と基板の上端部の位置との関係に基づいて、基板が基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置とを備える基板検出装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板装着面を有する基板プレートを備える基板キャリアに基板が正常に装着されていることを検出する基板検出方法であって、（イ）基板プレートの上端部方向から、基板装着面と平行に照明光を基板プレートに投光するステップと、（ロ）基板プレートの上端部及び基板装着面に装着された基板の上端部を同時に撮影して判定用画像を取得するステップと、（ハ）判定用画像から抽出される基板プレートの上端部の位置と基板の上端部の位置との関係に基づいて、基板が基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定するステップとを含む基板検出方法が提供される。

本発明によれば、本発明は、基板が正常な姿勢で基板キャリアに装着されているか否かを、撮像装置を用いて高精度で検出できる基板検出装置及び基板検出方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る基板検出装置の構成を示す模式図である。 基板キャリアに装着される基板の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板検出装置により取得される判定用画像の例を示す模式図である 本発明の実施形態に係る基板検出装置によって計測される基板プレートの上端部と基板の上端部間の距離を示す模式図である。 図４に示した距離の測定方法を説明するための模式図である。 図４に示した距離の他の測定方法を説明するための模式図である。 基板が装着面に装着された例を示す模式図である。 本発明のその他の実施形態に係る基板検出方法の例を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１に示す本発明の実施形態に係る基板検出装置１は、基板装着面１１０を有する基板プレート１１を備える基板キャリア１０に、基板１００が正常な姿勢で装着されていることを検出する。基板検出装置１は、図１に示すように、基板プレート１１の上端部方向から基板装着面１１０と平行に照明光Ｌを基板プレート１１に投光する照明装置２０と、基板プレート１１の上端部及び基板装着面１１０に装着された基板１００の上端部を同時に撮影して判定用画像を取得する第１及び第２の撮像装置３１、３２と、判定用画像から抽出される基板プレート１１の上端部の位置と基板１００の上端部の位置との関係に基づいて、基板１００が基板装着面１１０に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置４０とを備える。なお、以下において、基板検出装置１に使用される撮像装置を総称して「撮像装置３０」という。

基板キャリア１０は、基板装着面１１０が垂直方向に延伸し、基板１００を垂直に装着する縦型のボートタイプである。なお、１つの基板装着面１１０に装着される基板１００の枚数は任意に設定可能であり、例えば図２に示した例では、基板装着面１１０に４枚の基板１００が装着されている。

基板１００は、例えばシリコン基板やガラス基板などの、半導体装置や太陽電池セルに使用される基板である。

照明装置２０は、照明光Ｌを基板装着面１１０と平行に投光して、基板装着面１１０に装着された基板１００の上端部と基板プレート１１の上端部が同時に照射されるように配置される。このために、照明装置２０は基板プレート１１の真上に配置される。なお、複数の照明装置２０を基板プレート１１の真上に配置して、基板プレート１１と基板１００の上端部に照明光Ｌを投光してもよい。

撮像装置３０は、基板プレート１１と基板１００それぞれの上端部の画像を含む判定用画像を撮影する。このため、照明光Ｌが投光されて基板プレート及び基板１００で反射された散乱光を受光できる位置に、撮像装置３０は配置される。撮像装置３０により、基板プレート１１と基板１００の上端部からの散乱光が画像（２次元イメージ）化される。撮像装置３０は、基板プレート１１に装着されたすべての基板１００の少なくとも上端部を撮影できる位置に配置される。

例えば、基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部を同時に撮影するため、図１に示すように、撮像装置３０は基板プレート１１の斜め上方に配置される。このとき、照明装置２０から基板プレート１１などへの投光経路と、基板プレート１１などからの散乱光を撮像装置３０が受光する受光経路とが重ならないように、照明装置２０と撮像装置３０の配置が設定される。

基板プレート１１の、互いに対向する２つ基板装着面１１０の少なくともいずれかに、基板１００が装着されている。図１には、基板プレート１１の２つ基板装着面１１０の両方に基板１００が装着されている例を示した。このため、一方の基板装着面１１０に装着された基板１００の上端部を撮影する第１の撮像装置３１と、他方の基板装着面１１０に装着された基板１００の上端部を撮影する第２の撮像装置３２とが用意されている。

なお、基板プレート１１の一方の基板装着面１１０にのみ基板１００が装着されていてもよい。この場合、基板１００が装着されていない基板装着面１１０を撮影する撮像装置３０は不要である。

判定用画像のデータは、信号Ｉｄで撮像装置３０から判定装置４０に送信される。判定装置４０は、判定用画像から基板１００の上端部の位置と基板プレート１１の上端部の位置を抽出する。そして、判定装置４０は、抽出された基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部との相対位置に基づいて、基板１００が基板装着面１１０に装着されているか否かを判定する。以下に、その判定方法の例を説明する。

図３に、撮像装置３０により撮影された判定用画像２００の例を示す。図３に示すように、判定用画像２００には基板プレート１１の上端部及び基板１００の上端部が写っている。図３は、基板プレート１１の基板装着面１１０に４枚の基板１００が装着されている例を示している。

判定装置４０は、判定用画像の一部に探索領域２１０を設定し、基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部間の基板装着面１１０に沿った距離を計測する。例えば図４に示すように、探索領域２１０の互いに離間した２地点において、基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部間の垂直方向の第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２を計測する。このため、基板キャリア１０の位置がずれても必ず基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部が含まれるように、探索領域２１０が設定される。なお、判定精度を高めるために、基板１００の両端に近い領域において第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２を計測することが好ましい。

基板１００が基板プレート１１の基板装着面１１０に正常に装着されているか否かを判定するために、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２について、正常に基板１００が基板プレート１１上に装着された場合の第１の標準距離Ｌｒ１と第２の標準距離Ｌｒ２とを予め計測しておく。そして、判定用画像を用いて計測された第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２と、第１の標準距離Ｌｒ１及び第２の標準距離Ｌｒ２とを比較することにより、判定装置４０は、基板１００が基板プレート１１の基板装着面１１０に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する。

例えば、計測誤差や基板１００の装着位置の公差などを考慮して距離許容値ｄＬを予め設定しておき、Ｌｒ１−ｄＬ＜Ｌ１＜Ｌｒ１＋ｄＬ、且つ、Ｌｒ２−ｄＬ＜Ｌ２＜Ｌｒ２＋ｄＬである場合に、判定装置４０は、基板１００が基板プレート１１の基板装着面１１０に正常に装着されていると判定する。

なお、判定用画像を撮影する際の基板キャリア１０の位置が第１の距離Ｌ１や第２の距離Ｌ２の値に影響する場合には、その影響を排除するようにキャリブレーションを行う。

更に、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との距離差ΔＬ（＝｜Ｌ１−Ｌ２｜）を用いて、基板１００が傾いて基板プレート１１上に装着されているか否かを判定することができる。つまり、距離差ΔＬが大きい場合には、基板１００が傾いて基板プレート１１上に装着されていると判定される。

例えば、第１の標準距離Ｌｒ１と第２の標準距離Ｌｒ２との差である標準距離差ΔＬｒ（＝｜Ｌｒ１−Ｌｒ２｜）に基づいて、一定の範囲の傾き許容値を設定する。そして、この傾き許容値内に距離差ΔＬが入っていない場合には、判定装置４０が、基板１００が傾いて基板装着面１１０に装着されていると判定する。

第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２は、例えば図５に示すように、基板プレート１１の基板装着面１１０の漸近線Ｚｐと基板１００の主面の漸近線Ｚｓを抽出し、漸近線Ｚｐと漸近線Ｚｓ間の距離として定義することができる。これらの漸近線は、探索領域２１０を等分割して抽出することができる。或いは、図６に示すように、探索領域２１０の両端近傍の領域Ｄのみにおいて第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２をそれぞれ計測してもよい。

探索領域２１０は、基板１００毎に設定することができる。そして、それぞれの基板１００について基板装着面１１０に装着されているか、傾いて装着されているが判定される。

図７に示した例では、基板１００ａは基板装着面１１０に正常な姿勢で装着され、基板１００ｂ、１００ｃが基板装着面１１０に正常な姿勢で装着されていない。基板１００ｂのように基板装着面１１０に沿って傾いて基板プレート１１に装着された場合には、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との距離差ΔＬが標準距離差ΔＬｒよりも大きくなる。これにより、基板１００ｂが正常な姿勢で基板装着面１１０に装着されていないことが検出される。

また、基板１００ｃのように基板装着面１１０の正しい位置に装着されていない場合には、第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２が第１の標準距離Ｌｒ１及び第２の標準距離Ｌｒ２よりも許容値を超えて大きい。このため、基板１００ｃが正常な姿勢で基板装着面１１０に装着されていないことが検出される。

図１に示した基板検出装置１は、例えばプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により太陽電池基板上に反射防止膜やパッシベーション膜を形成する工程で利用可能である。即ち、シリコン基板などからなる太陽電池基板を、基板１００として基板キャリア１０に装着する。そして、太陽電池基板が装着された基板キャリア１０をプラズマＣＶＤ装置に搬入する前に、太陽電池基板が基板キャリア１０に装着されているかを基板検出装置１によって検出する。太陽電池基板が基板キャリア１０に正しく装着されていることが確認された後、基板キャリア１０をプラズマＣＶＤ装置に搬入する。この場合、基板プレート１１は、プラズマＣＶＤ装置のアノード電極として使用される。

上記では、基板１００が太陽電池基板であり、基板プレート１１がプラズマＣＶＤ装置のアノード電極である例を説明した。しかし、基板プレート１１をアノード電極として使用する以外にも、例えば、基板キャリア１０がエッチング装置や加熱装置に基板１００を搬入するための基板キャリアであってもよい。つまり、図１に示した基板検出装置１は、基板１００を装着して各種製造装置に格納される基板キャリア１０について適用可能である。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る基板検出装置１では、基板プレート１１の上端部方向から基板装着面１１０と平行に照明光Ｌを基板プレート１１に投光しながら基板プレート１１及び基板１００の上端部の画像を取得することによって、基板１００が基板装着面１１０に正常な姿勢で装着されたか否かを検出できる。

なお、基板１００の検出に必要な照明光Ｌが反射される領域が上端部のみであるため、基板キャリア１０と基板１００の表面状態に影響され難く、光学的コントラストが得やすい。このため、基板キャリア１０に装着された基板１００の検出が容易である。また、基板プレート１１や基板１００の上端部のみを撮影すればよいため、照明装置２０や撮像装置３０の台数の増大を抑制できる。

更に、反射型レーザ変位測定法などと異なり基板１００などを移動走査する必要がなく、静的検出が可能である。また、照明装置２０が基板プレート１１の上方に配置される一方で、基板１００の全体画像が必要ないために撮像装置３０は例えば基板プレート１１の斜め上方に配置される。このため、投光−受光経路と基板キャリア１０が干渉しない配置にすることが容易である。なお、撮像装置３０は散乱光を受光するため、撮像装置３０の配置自由度が大きい。

基板検出装置１による基板検出方法では、基板プレート１１や基板１００の上端部の位置のみが判定用画像から抽出できればよい。このため、基板１００の厚さよりも撮像装置３０の分解能が低くてもよい。例えば、半導体ウェハのように基板１００が表面積が広く且つ厚さが薄い場合にも、基板１００の上端部全体を含みながら、基板プレート１１と基板１００の上端部の位置が抽出可能な判定用画像を撮影できる。このため、基板厚さが薄い基板１００の場合にも、基板１００が基板装着面１１０に正常な姿勢で装着されたか否かを検出できる。

上記のように本発明の実施形態に係る基板検出方法では、基板装着面１１０と平行に照明光Ｌを照射することにより、基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部を明確に撮影することができる。したがって、照明光Ｌは基板装着面１１０と平行に進行する光であることが好ましく、例えばコリメート光などが好適である。

また、照明光Ｌは散乱されやすい光であることが好ましい。このため、照明光Ｌとして青色光を好適に使用可能である。これにより、基板プレート１１の上端部と基板１００の上端部をより明確に撮影することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上記では、基板キャリア１０が基板１００を垂直に装着するボートタイプである例を示したが、他のタイプの基板キャリア１０にも本発明を適用することが可能である。例えば図８に示すように、水平方向に延伸する基板装着面１１０に基板１００を水平に装着するカートタイプの基板キャリア１０の場合には、照明装置２０によって水平方向から基板キャリア１０の上端部に照明光Ｌを投光すればよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…基板検出装置
１０…基板キャリア
１１…基板プレート
２０…照明装置
３０…撮像装置
４０…判定装置
１００…基板
１１０…基板装着面
２００…判定用画像
２１０…探索領域

Claims (10)

1. 基板装着面を有する基板プレートを備える基板キャリアに基板が正常に装着されていることを検出する基板検出装置であって、
   前記基板プレートの上端部方向から、前記基板装着面と平行に照明光を前記基板プレートに投光する照明装置と、
   前記基板プレートの上端部及び前記基板装着面に装着された前記基板の上端部を同時に撮影して判定用画像を取得する撮像装置と、
   前記判定用画像から抽出される前記基板プレートの前記上端部の位置と前記基板の前記上端部の位置との関係に基づいて、前記基板が前記基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定する判定装置と
   を備えることを特徴とする基板検出装置。
2. 前記判定装置が、前記基板プレートの前記上端部と前記基板の前記上端部間の前記基板装着面に沿った距離について、前記判定用画像の互いに離間した２地点において計測された距離を設定された標準距離とそれぞれ比較することによって、前記基板が前記基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の基板検出装置。
3. 前記判定装置が、前記離間した２地点における前記計測された距離の差を用いて、前記基板装着面に前記基板が傾いて装着されているか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の基板検出装置。
4. 前記照明光がコリメート光であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検出装置。
5. 前記照明光が青色光であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板検出装置。
6. 基板装着面を有する基板プレートを備える基板キャリアに基板が正常に装着されていることを検出する基板検出方法であって、
   前記基板プレートの上端部方向から、前記基板装着面と平行に照明光を前記基板プレートに投光するステップと、
   前記基板プレートの上端部及び前記基板装着面に装着された前記基板の上端部を同時に撮影して判定用画像を取得するステップと、
   前記判定用画像から抽出される前記基板プレートの前記上端部の位置と前記基板の前記上端部の位置との関係に基づいて、前記基板が前記基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定するステップと
   を含むことを特徴とする基板検出方法。
7. 前記基板プレートの前記上端部と前記基板の前記上端部間の前記基板装着面に沿った距離について、前記判定用画像の互いに離間した２地点において計測された距離を設定された標準距離とそれぞれ比較することによって、前記基板が前記基板装着面に正常な姿勢で装着されているか否かを判定することを特徴とする請求項６に記載の基板検出方法。
8. 前記離間した２地点における前記計測された距離の差を用いて、前記基板装着面に前記基板が傾いて装着されているか否かを判定することを特徴とする請求項７に記載の基板検出方法。
9. 前記照明光がコリメート光であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の基板検出方法。
10. 前記照明光が青色光であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の基板検出方法。

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