JP4226955B2 - 基板の位置決め装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に対して基板の検査等の所定の処理を行う基板処理装置において、基板を所定位置に位置決め、例えば、基板を吸着して水平姿勢に保持する基板保持台の中心に対して基板の中心を一致させるように位置決めする基板の位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体の製造プロセスにおいて、基板に対して塗布処理等の各種処理を施した後に、基板の表面に形成されたフォトレジスト膜、シリコン酸化膜等の各種薄膜の厚さを光学的に測定したり、各種薄膜におけるパターン線幅を、顕微鏡を用いた拡大画像の分析により測定したりする場合などには、検査装置の基板保持台に基板を正確に位置決めして保持させることが要求される。
【０００３】
基板を位置決めする方法としては、基板保持台や基板支持アームなどの基板保持部上に基板を水平姿勢で載置した後に、基板の周縁に沿った円弧面を有する一対の位置決めガイドを、基板とほぼ同一高さ位置で基板の両側にそれぞれ配置し、それらの位置決めガイドを互いに近付ける方向へ対称的に水平移動させて、一対の位置決めガイドの両円弧面がそれぞれ基板の周縁端面に当接するようにし、この動作に伴って、基板保持部上に載置された基板が位置決めガイドの円弧面で押圧されて水平方向へ微少移動させられるようにして、基板を所定位置に位置決め、例えば基板保持部の中心位置に基板の中心位置が一致するようにに位置決めする、といったことが行われている（例えば、特許文献１参照。）。また、基板を保持する保持台をＸ方向およびＹ方向へ移動自在に支持し、保持台をＸ方向およびＹ方向へ移動させる駆動機構を設け、認識マークを読み取る検出センサや画像処理装置、ラインセンサなどを用いて得られた位置情報に基づき駆動機構を制御して、基板を保持した保持台をＸ方向およびＹ方向へそれぞれ移動させて位置決めするようにした位置決め装置も、種々提案され一般的に使用されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−７８８５９号公報（第４頁、図１０）
【特許文献１】
特開平７−４３４２８号公報（第２−３頁、図１、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
基板保持台や基板支持アームなどの基板保持部上に基板を載置した状態で、位置決めガイドによって基板を押圧し、基板保持部上で基板の位置を所定位置までずらして、基板保持部に対する基板のセンタリング等の位置決めを行う、といった装置構成では、基板の裏面が基板保持部の上面に摺接しつつ基板が移動するため、その際に基板の裏面にパーティクルが付着したり、基板の裏面に微小傷が発生したりする、といった問題点がある。また、検出センサや画像処理装置、ラインセンサなどを用いて得られた位置情報に基づき駆動機構を制御し、基板を保持した保持台をＸ方向およびＹ方向へそれぞれ移動させて位置決めする、といった装置では、位置決め操作に比較的長い時間がかかる。また、センサや画像処理装置などで得られた位置情報に基づいて間接的に保持台を移動させる装置であり、また、駆動部に高い精度が要求されるなど、位置決め精度の点でも問題がある。さらに、構成も複雑になりコスト高になる、といった問題点がある。
【０００６】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、基板の位置決めに際して基板にパーティクルが付着したり微小傷が発生したりする、といった心配が無く、また、位置決め操作にそれほど時間がかからず、位置決め精度が良好で、構成も簡単である基板の位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基板を水平姿勢で載置する水平載置面を有する基板保持部を備え、基板を水平姿勢に支持して前記基板保持部の水平載置面上へ静置させ、前記基板保持部の水平載置面上に載置された基板の周縁端面に当接して基板を水平方向へ微少移動させ基板を所定位置に位置決めする基板の位置決め装置において、基板の周縁に沿った円弧状に形成され基板の周縁端面に当接する鉛直当接面、および、この鉛直当接面の下端から水平方向に延出され基板の裏面側周縁部に当接して基板を支持する水平支持面を有し、互いに鉛直当接面同士が対向するようにかつ対称に同一水平面内に配置され、相互の間隔を変更可能に支持された一対の水平板状アームと、この一対の水平板状アームの少なくとも一方を水平方向へ往復移動させる水平移動機構と、前記一対の水平板状アームを鉛直方向へ往復移動させる鉛直移動機構と、を備え、前記基板保持部の水平載置面が鏡面仕上げされたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の位置決め装置において、前記基板保持部の水平載置面の表面粗さが１μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の位置決め装置において、前記基板保持部の水平載置面の面積が基板の面積の３０％以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の位置決め装置において、前記基板保持部が、基板に対して所定の処理を行う基板処理装置の、基板を吸着して保持する基板保持台であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の位置決め装置において、前記基板処理装置が、基板の検査を行う基板検査装置であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明の基板の位置決め装置においては、一対の水平板状アームの両水平支持面上に基板が水平姿勢で支持される。そして、水平板状アーム上に支持された基板を基板保持部の直上位置に配置した後に、鉛直移動機構によって水平板状アームが下方へ移動させられることにより、水平板状アーム上から基板保持部の水平載置面上へ基板が移載される。続いて、水平移動機構により水平板状アームが、相互の間隔を狭めるように水平方向へ移動させられることにより、水平板状アームの鉛直当接面が基板の周縁端面に当接し、最終的に両方の水平板状アームの鉛直当接面がそれぞれ基板の周縁端面に当接する。この動作に伴って、基板保持部上に載置された基板が水平板状アームの鉛直当接面で押圧されて水平方向へ微少移動させられ、基板が所定位置に位置決めされる。この場合において、基板保持部の水平載置面が鏡面仕上げされているので、水平板状アーム上に水平姿勢で支持された基板を、水平板状アームから基板保持部の水平載置面上へ静置させた際に、基板の裏面と基板保持部の水平載置面との間に極く薄い空気層が形成され、基板は、その空気層を介在させて基板保持部の水平載置面上に浮上した状態となる。この状態で、水平板状アームにより基板が水平方向へ微少移動させられて所定位置に位置決めされる。このように、基板が基板保持部の水平載置面上に浮上した状態で微少移動するので、基板の裏面にパーティクルが付着したり、基板の裏面に微小傷が発生したりする、といったことは起こらない。
【００１４】
請求項２に係る発明の位置決め装置では、基板保持部の水平載置面の表面粗さが１μｍ以下であることにより、基板の裏面と基板保持部の水平載置面との間に確実に空気層が形成される。
【００１５】
請求項３に係る発明の位置決め装置では、基板保持部の水平載置面の面積が基板の面積の３０％以上であることにより、基板の裏面と基板保持部の水平載置面との間に安定した空気層が形成される。
【００１７】
請求項４に係る発明の位置決め装置では、基板処理装置の基板保持台上に基板が位置決めされた後に吸着保持される。
【００１８】
請求項５に係る発明の位置決め装置では、基板検査装置の基板保持台上に基板が位置決めされて保持される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、この発明の１実施形態を示し、基板処理装置、例えば、基板に対して所定の処理を施した後にその処理結果を測定して基板を検査する基板検査装置の一部を構成する基板搭載部の斜視図である。この基板搭載部１に、基板Ｗを所定位置に位置決めして保持するための基板位置決め機構が具備されている。最初に、図２に示す平面図に基づいて、基板検査装置の全体構成を説明する。
【００２１】
基板検査装置は、基板搭載部１のほか、詳細な図示を省略しているが、基板搭載部１の上方に基板搭載部１上の基板Ｗの上面と対向するように配設され基板Ｗに対する膜厚測定等の測定操作を実行する測定部８、複数枚の基板Ｗが収容されたカセット２が載置されるカセット載置部３、および、カセット載置部３上のカセット２内から基板Ｗを１枚ずつ取り出して基板搭載部１へ搬入し検査済みの基板Ｗを基板搭載部１から取り出してカセット載置部３上のカセット２内へ挿入する基板搬送ロボット４を備えた基板搬送部５を備えている。基板搬送ロボット４は、詳細な機構についての説明を省略するが、基板Ｗを水平姿勢に支持する支持プレート６およびこの支持プレート６を保持するアーム７を有し、支持プレート６をカセット載置部３上のカセット２および基板搭載部１に対してそれぞれ進退させるアーム駆動機構、支持プレート６およびアーム７を上下方向へ移動させる昇降機構、ならびに、カセット載置部３上のカセット２および基板搭載部１にそれぞれ対向するように向きを変換させる回動機構を備えている。
【００２２】
基板搭載部１は、図１に斜視図を示すように、基板保持部である基板保持台１０を備えている。基板保持台１０は、基板Ｗを水平姿勢で載置する水平載置面を有し、基板保持台１０の上面には、水平載置面上に基板Ｗを吸着して保持するための吸着孔１２が形設され、基板保持台１０の内部に、図示していないが真空吸着機構が設けられている。基板保持台１０の水平載置面は、ラップ盤によって鏡面仕上げされ、例えば表面粗さが１μｍ以下、好ましくは０．２μｍ程度以下となるように鏡面仕上げされている。そして、本実施形態では表面粗さを０．２μｍとして構成した。また、基板保持台１０の水平載置面は、基板Ｗの面積の３０％以上、好ましくは５０％以上の面積を有するように設定されている。例えば、直径３００ｍｍの基板については、基板保持台１０の水平載置面の直径が１６５ｍｍ以上に設定され、直径２００ｍｍの基板については、水平載置面の直径が１１０ｍｍ以上に設定され、直径１５０ｍｍの基板については、水平載置面の直径が８５ｍｍ以上に設定される。
【００２３】
また、基板搭載部１は、基板Ｗを水平姿勢に支持して基板保持台１０の水平載置面上へ静置させるための一対の水平板状アーム１４、１４を備えている。一対の水平板状アーム１４、１４は、同一水平面内にかつ基板保持台１０の中心を通る鉛直面に対して左右対称に配置されている。各水平板状アーム１４は、互いに対向する端縁部がそれぞれ、基板Ｗの周縁に沿った円弧状にかつ段付き面に形成されている。そして、水平板状アーム１４の端縁部の段付き面が、図５および図６に示すように、基板Ｗの周縁端面に当接する鉛直当接面１６、および、この鉛直当接面１６の下端から水平方向に延出され基板Ｗの下面側周縁部に当接して基板Ｗを支持する水平支持面１８となっている。
【００２４】
各水平板状アーム１４の前方側端部は、鉛直保持板２０の上端部にそれぞれ固着され、各水平板状アーム１４が水平姿勢に保持されている。各鉛直保持板２０は、水平ガイド板２２にスライド軸受２４を介して水平方向へ往復移動自在にそれぞれ係合しており、各水平ガイド板２２は、図３に示すように鉛直昇降板２６にそれぞれ固着されている。図３は、基板搭載部１の一部分を示す縦断面図であり、この図では、スライド軸受２４が一体的に取着された鉛直保持板２０の図示を省略している。左・右の鉛直昇降板２６同士は、連接桿２８によって連接されており、一方の鉛直昇降板２６に正・逆回転可能な水平方向駆動用のモータ３０が取着されている。モータ３０の回転軸には、駆動側プーリ３２が固着されており、他方の鉛直昇降板２６に従動側プーリ３４が軸着されている。そして、駆動側プーリ３２と従動側プーリ３４とに無端ワイヤ３６がテンションばね３７を介在して掛け回されており、無端ワイヤ３６の周回下部側に一方の鉛直保持板２０の下端部が連結され、無端ワイヤ３６の周回上部側に他方の鉛直保持板２０の下端部が連結されている。このような機構において、モータ３０を正方向および逆方向にそれぞれ回転駆動させると、各一対の鉛直保持板２０、２０および水平板状アーム１４、１４が、互いに接近および離間する方向へ対称的に直線移動し、一対の水平板状アーム１４、１４の間隔が変化する。
【００２５】
固定基台３８の前端部には、鉛直固定板４０が垂設され固着されている。この鉛直固定板４０に、昇降駆動用のモータ４２が取着されている。なお、鉛直固定板４０は、図４に示すように、水平方向駆動用のモータ３０の上下移動に干渉しないようにモータ４２の取付部の下側が大きく欠切されており、その欠切部４４内にモータ３０が配置されている。昇降駆動用のモータ４２の回転軸には、図４に示すように円形の摺接周面を有するカム４６が固着されている。図４は、鉛直昇降板２６を取り去った状態で基板搭載部１の一部分を示す正面図である。カム４６は、モータ４２を駆動させることにより、実線および二点鎖線で示すように回転軸の回りに鉛直面内において回転する。そして、鉛直昇降板２６に、カム４６の周面に摺接するカムフォロア４８が回転自在に軸着されており、カム４６の回転動作に伴って、カムフォロア４８を介し鉛直昇降板２６がリニアガイド５０に案内されて上下方向へ往復移動するように構成されている。このように鉛直昇降板２６が上下方向へ往復移動することにより、各鉛直昇降板２６にスライド軸受２４を介してそれぞれ係合した一対の鉛直保持板２０、２０、および、各鉛直保持板２０の上端部にそれぞれ固着された一対の水平板状アーム１４、１４が、鉛直方向へそれぞれ往復移動するようになっている。
【００２６】
次に、上記した構成を有する基板搭載部１における基板Ｗの位置決め・保持の動作を、図５および図６に基づいて説明する。
【００２７】
基板搬送ロボット４により、基板Ｗが支持プレート６上に水平姿勢で支持されて基板搭載部１へ搬入され、図５の（ａ）に平面図を、図６の（ａ）に一部を断面で表した正面図をそれぞれ示すように、支持プレート６上に支持された基板Ｗが基板保持台１０の直上に配置される。このとき、一対の水平板状アーム１４、１４は、各鉛直当接面１６が基板Ｗの周縁より外側に位置し、かつ、各水平支持面１８の上方領域内に基板Ｗの周縁部が位置した状態に保持されている。この状態で、支持プレート６が下降して、図６の（ｂ）に示すように、基板Ｗが支持プレート６上から一対の水平板状アーム１４、１４の各水平支持面１８上へ移載され、支持プレート６が基板Ｗの裏面から離脱する。
【００２８】
次に、支持プレート６が水平方向へ移動して、図６の（ｃ）に示すように、基板Ｗと基板保持台１０との間の空間から支持プレート６が退避する。この後、昇降駆動用のモータ４２が駆動することにより、一対の水平板状アーム１４、１４が下降し、図６の（ｄ）に示すように、基板Ｗが水平板状アーム１４、１４上から基板保持台１０の水平載置面上へ移載され、基板Ｗが基板保持台１０の水平載置面上に水平姿勢で載置される。この際、基板保持台１０の水平載置面が鏡面仕上げされていることにより、基板Ｗの裏面と基板保持台１０の水平載置面との間に極く薄い空気層が形成され、基板Ｗは、その空気層を介在させて基板保持台１０の水平載置面上に浮上した状態となる。一方、水平板状アーム１４、１４は、その上面が基板Ｗの表面より低くならない高さ位置に停止する。
【００２９】
水平板状アーム１４、１４の下降動作が停止すると、水平方向駆動用のモータ３０が駆動して、一対の水平板状アーム１４、１４が、相互の間隔を狭めるように水平方向へ移動する。そして、水平板状アーム１４の鉛直当接面１６が基板Ｗの周縁端面に当接し、図５の（ｂ）および図６の（ｅ）にそれぞれ示すように、最終的に両方の水平板状アーム１４、１４の各鉛直当接面１６がそれぞれ基板Ｗの周縁端面に当接する。この動作に伴って、基板保持台１０上に載置された基板Ｗが水平板状アーム１４の鉛直当接面１６で押圧されて水平方向へ微少移動させられ、基板Ｗが基板保持台１０の水平載置面上でセンタリングされる。また、この際、基板Ｗは、基板保持台１０の水平載置面上に浮上した状態で移動するので、基板Ｗの裏面にパーティクルが付着したり、基板Ｗの裏面に微小傷が発生したりする、といったことは起こらない。
【００３０】
基板Ｗが基板保持台１０の水平載置面上に位置決めされ停止すると、真空吸着機構により、基板Ｗが基板保持台１０上に吸着保持される。一方、水平方向駆動用のモータ３０が逆回転駆動して、一対の水平板状アーム１４、１４は、相互の間隔を広げるように水平方向へ移動し、図６の（ｆ）に示すように、基板Ｗの周縁部から完全に離脱する。この後、基板Ｗに対して測定部による測定操作が実行され、基板Ｗの検査が行われる。基板Ｗの検査が終了すると、検査済みの基板Ｗは、以上の動作と逆の動作により、水平板状アーム１４によって基板載置台１０の水平載置面上から取り去られ、水平板状アーム１４上から基板搬送ロボット４の支持プレート６上へ移載されて、基板搬送ロボット４によって基板搭載部１から搬出される。
【００３１】
なお、この発明は、基板検査装置の基板搭載部における基板位置決め機構として利用されるほか、各種の基板処理装置における基板の位置決め装置に適用することができ、さらには、基板の位置決め操作を行って基板を搬送する基板搬送装置などにも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の位置決め装置を使用すると、基板の位置決めに際して基板へのパーティクルの付着や微小傷の発生を防止することができる。また、速やかにかつ精度良く基板の位置決めを行うことができる。そして、この位置決め装置では、一対の水平板状アームにより、基板保持部の水平載置面上への基板の移載と基板保持部の水平載置面上での基板の位置決めとを行うことができ、装置構成が簡単になる。
【００３３】
請求項２および請求項３に係る各発明の位置決め装置では、請求項１に係る発明の上記効果が確実に得られる。
【００３５】
請求項４に係る発明の位置決め装置では、基板処理装置の基板保持台上に基板を位置決めすることができる。
【００３６】
請求項５に係る発明の位置決め装置では、基板検査装置の基板保持台上に基板を位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施形態を示し、基板処理装置の一種である基板検査装置の一部を構成する、基板の位置決め機構を具備した基板搭載部の斜視図である。
【図２】基板検査装置の全体構成を示す概略平面図である。
【図３】基板搭載部の一部分を示す縦断面図である。
【図４】一部の部材を取り去った状態で基板搭載部の一部分を示す正面図である。
【図５】基板搭載部における基板の位置決め・保持の動作を説明するための図であって、基板搭載部の構成部材である基板保持台および水平板状アームを示す平面図である。
【図６】基板搭載部における基板の位置決め・保持の動作を説明するための図であって、基板搭載部の構成部材である基板保持台および水平板状アームを示す、一部を断面で表した正面図である。
【符号の説明】
Ｗ 基板
１ 基板搭載部
６ 基板搬送ロボットの支持プレート
１０ 基板保持台
１２ 吸着孔
１４ 水平板状アーム
１６ 水平板状アームの鉛直当接面
１８ 水平板状アームの水平支持面
２０ 鉛直保持板
２２ 水平ガイド板
２４ スライド軸受
２６ 鉛直昇降板
２８ 連接桿
３０ 水平方向駆動用のモータ
３２ 駆動側プーリ
３４ 従動側プーリ
３６ 無端ワイヤ
３８ 固定基台
４０ 鉛直固定板
４２ 昇降駆動用のモータ
４６ カム
４８ カムフォロア
５０ リニアガイド

Claims (5)

1. 基板を水平姿勢で載置する水平載置面を有する基板保持部を備え、
   基板を水平姿勢に支持して前記基板保持部の水平載置面上へ静置させ、前記基板保持部の水平載置面上に載置された基板の周縁端面に当接して基板を水平方向へ微少移動させ基板を所定位置に位置決めする基板の位置決め装置において、
   基板の周縁に沿った円弧状に形成され基板の周縁端面に当接する鉛直当接面、および、この鉛直当接面の下端から水平方向に延出され基板の裏面側周縁部に当接して基板を支持する水平支持面を有し、互いに鉛直当接面同士が対向するようにかつ対称に同一水平面内に配置され、相互の間隔を変更可能に支持された一対の水平板状アームと、
   この一対の水平板状アームの少なくとも一方を水平方向へ往復移動させる水平移動機構と、
   前記一対の水平板状アームを鉛直方向へ往復移動させる鉛直移動機構と、を備え、
   前記基板保持部の水平載置面が鏡面仕上げされたことを特徴とする基板の位置決め装置。
2. 前記基板保持部の水平載置面の表面粗さが１μｍ以下である請求項１記載の基板の位置決め装置。
3. 前記基板保持部の水平載置面の面積が基板の面積の３０％以上である請求項１または請求項２記載の基板の位置決め装置。
4. 前記基板保持部は、基板に対して所定の処理を行う基板処理装置の、基板を吸着して保持する基板保持台である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板の位置決め装置。
5. 前記基板処理装置は、基板の検査を行う基板検査装置である請求項４記載の基板の位置決め装置。

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