JP4788362B2

JP4788362B2 - 基板の位置合わせ方法

Info

Publication number: JP4788362B2
Application number: JP2006026634A
Authority: JP
Inventors: 徳夫久田; 泰樹清水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: JP2007208094A

Description

本発明は、基板を基板処理装置上の所定の位置に位置合わせする基板の位置合わせ方法および基板処理装置に関する。

基板面の所望位置に精度良く処理を施す基板処理装置においては、予め基板上に処理の基準位置となるアライメントマークを形成しておき、そのアライメントマークの位置を検出して、その検出位置データに基づいて基板を基板処理装置上の所定の位置に位置合わせする方法が広く用いられる。

こうした装置のアライメントマークの検出には主に電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラが用いられ、撮影した画像を処理することによってそのマークの位置が求められる。

ＣＣＤカメラを用い、アライメントマークにより基板の位置を計測するためには、カメラの視野内にアライメントマークを収める必要がある。例えば、基板を装置内のテーブルに搭載し、テーブルまたはカメラを移動してマークを探すいわゆるサーチ方式があるが、時間がかかり問題となる。

そこで、このカメラ視野内にマークを収める従来技術としては、テーブルとカメラを所定の位置関係に配置しておき、基板をテーブル上の所定位置に搭載固定して、カメラとアライメントマークの位置関係を定め、テーブルまたはカメラを所定量移動することでカメラの視野範囲内にマークを収める方法がある。基板をテーブルの所定位置に搭載する具体的手段には、テーブル面に位置決めピンを設けて基板を押し当てる方法や、基板の端面を３〜４方から挟み込むようにして、基板をテーブル中央に位置出しするセンタリング方式などがある。

図６は、従来のセンタリング方式を用いた位置決め装置の概略を示した図である。基板１は搬入部となるテーブル２の上に搭載され、その端面３方をセンタリング装置ハンド４ａ〜４ｃにより押し込まれて、テーブル中心に位置出しされる。基板にはその四隅にアライメントマークが形成されており、例えばその２つＡ１，Ａ２により位置が計測される。一方、アライメントマークを検出するカメラ５ａ，５ｂは、テーブルの中心を基準として、アライメントマークと同じ間隔を離して図示した位置関係に配置されている。従って、基板をテーブルの中央に位置出しした後は、テーブルをＸ軸方向に所定量移動することにより、アライメントマークをカメラ視野に収めることができ、マークの位置を正確に読み取ってカメラの位置を基準とした基板の位置決めが可能となる。
しかしながら、前記位置決めピンを設ける方法やセンタリング方式では、搬入動作において、押し出しおよび退避動作に要する時間が必要となるため、タクトタイムを短縮することが困難であるという問題があった。また、装置の構成が複雑で基板サイズを変更するときには、ピンの位置変更やセンタリングハンドの交換・調整に時間を要し、装置のコストやメンテナンス性にも問題があった。

また、こうした別の従来技術に、搬送装置により基板を搬入停止する技術において、基板の搬入に際し端部を検出して固有量移動させて停止し、カメラ視野にアライメントマークが入らない場合は、カメラを搬送方向に所定距離移動して位置を読み取り、位置のずれ量を統計処理してオフセット量や搬送パラメータを変更し、停止位置を修正する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この技術では、カメラ視野にマークが入らない場合に、停止位置の位置ずれ量を統計処理して搬送パラメータを変更する方法をとっても、基板の滑りや振動による停止位置のバラツキを完全に抑制することができず、調整範囲が制限されるため、アライメントマークの位置を読み取るためにカメラを搬送方向に移動する操作（サーチ）を行う回数を大幅に減少することはできず、そのためタクトタイムを短縮できない問題があった。また、搬送直交方向のズレはガイドコロやローラなどにより位置規制する必要があり、装置の複雑さや基板サイズに合わせた微調整などの問題が解消されず、位置規制することによる搬送系の不具合の発見が遅れる問題もあった。
特開２００４−２２８３２６号公報（請求項１、請求項７、請求項１３）

本発明はこうした従来技術の問題点に鑑み、簡易な装置構成で、基板の搬入後のアライメントマークがカメラの視野から外れることが少なくなってサーチを行う回数を大幅に減少させることができ、位置合わせ時間を短縮するとともに、搬入位置の変化により装置故障の早期発見、トラブルの未然防止が図れる基板の位置合わせ方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の位置合わせ方法は、以下の工程を有する。すなわち、基板処理装置上で基板と該基板を処理する基板処理部とを位置合わせする基板の位置合わせ方法であって、搬送手段を用いて前記基板を前記基板処理装置上に搬入、停止する第１の工程、位置検出手段を移動する第２の工程、前記基板上の位置検出マークの位置データを前記位置検出手段を用いて検出する第３の工程、および検出された位置データに基づいて前記基板と前記基板処理部とを位置合わせ移動する第４の工程を含み、前記第１の工程では、前記基板の搬入を検知し、前記第１の工程または第２の工程いずれかでは、前記基板を検知した情報から、前記基板の搬入位置を予測し、前記第２の工程では、前記予測した搬入位置に前記位置検出手段を移動し、前記第１の工程における前記基板の停止前に前記第２の工程を完了することを特徴とする基板の位置合わせ方法である。

本発明の基板の位置合わせ方法によれば、搬送装置を介して基板を搬入停止したときに、位置検出手段を予測位置に事前に移動しておくため、基板上の位置検出マークが位置検出装置の検出範囲から外れる頻度を低減することができ、サーチを行う回数を減少させることができるため、タクトタイムを短縮することができる。また、位置決めピンやセンタリング装置などの複雑な装置が不要となるため装置コストが低減でき、メンテナンス性を改善することができる。

また、前記第３の工程において、前記基板上の位置検出マークの位置が前記位置検出手段の検出範囲に存在しない場合は、さらに前記位置検出手段を移動して前記基板上の位置検出マークの位置を検出することによって、位置検出マークの位置が位置検出手段の検出範囲に存在しない場合であっても中断させることなく位置合わせ作業を行うことができる。

また、前記第２の工程において、過去に検出された位置データを統計処理することによって予測位置を決定することにより、基板上の位置検出マークが位置検出装置の検出範囲から外れる頻度を大幅に低減することができ、サーチを行う回数を大幅に減少させることができるため、タクトタイムを大幅に短縮することができる。

また、前記第３の工程において、基板上の位置検出マークの位置が位置検出装置の検出範囲に存在しない場合に、その位置データは統計処理に用いないことで、常にマークが検出範囲内に収まってタクトの低下が防止でき、基板上の位置検出マークの位置が位置検出装置の検出範囲に存在しない場合が所定の制限回数以上連続する場合は警報を出力することにより、装置故障を早期に発見することができる。

また、前記第２の工程における統計処理において、予測位置に制限範囲を設け、予測位置が制限範囲外となった場合は警報を出力することにより、装置の不具合を早期に発見できトラブルを未然に防止することができる。
さらに、本発明の基板処理装置を用いることによって、短いタクトタイムで基板処理を行うことができる。また、本発明の基板処理装置とすることによって、位置決めピンやセンタリング装置などの複雑な装置が不要となるため安価なコストでメンテナンス性に優れた基板処理装置とすることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る基板処理装置の基板搬入部の一部を示した概略図である。テーブル２には基板１を受け入れるための昇降式の搬送コロ３と、図示しない基板の搬入を検知する基板センサおよび、基板をテーブル面に吸着固定する吸着孔が設けられている。また、テーブルの角度を調整するためのテーブルθ軸駆動部２θと、Ｘ，Ｙ方向に移動するためのテーブルＸ軸駆動部２Ｘ、テーブルＹ軸駆動部２Ｙを備えている。これらの駆動部は制御部２Ｃを介して演算処理部８と接続されている。基板１には図２に示したように、その四隅に処理領域の基準位置となるアライメントマークＡ１〜Ａ４が形成されており、テーブル２の中心を基準に搬入して吸着固定される。図１においては、θ軸駆動部２θ、Ｘ軸駆動部２Ｘ、Ｙ軸駆動部２Ｙが基板位置調節手段に該当する。

一方、テーブル２の上方には基板の位置を検出するカメラ５ａ，５ｂ（位置検出手段）が、各々図示しない軸と駆動部（検出部移動手段）を備えＸＹ方向に独立移動可能に配置されている。このカメラ５ａ，５ｂは、テーブル２の中心を基準としてＸ方向にｘａ離れ、Ｘ軸と直交して基板１のアライメントマークＡ１，Ａ２（位置検出マーク）の間隔ｙ離した位置に初期位置として配置される。各々のカメラは図３に示すように視野範囲５ａ’，５ｂ’（破線部）を有し、テーブルに搬入載置した基板のアライメントマークを撮像し、画像処理部７でデータを処理してその位置データを得る。

演算処理部８（記憶演算手段）は、画像処理部７で得たアライメントマークの位置データを基に、基板を所望位置に移動するための操作量を算出し、テーブルの各軸駆動部をコントロールする制御部２Ｃを介して、基板を所望位置に位置決めする。また、基板の搬入位置を記憶するとともに搬入位置を統計処理し、次の基板搬入位置の予測計算や前記基板搬入時のコロ搬送停止制御などを行う。この演算処理部８および制御部２Ｃは、例えばパソコンやシーケンサなどにより構成され、タッチパネルやキーボードなどの外部入力手段およびデータの記憶部を有し、各種データの入力設定および記憶ができるものである。

なお、図１に破線で示した処理部６は基板面に処理を施す主作用部であって、図示したように事前にテーブル中心を基準に、ｘｂ離れてカメラ５ａ，５ｂと所定の位置関係に配置固定されている。

また、図１に破線で示す基板１’は、処理装置の上流側に配置された図示しないコロ搬送装置によって、テーブル２搬入される直前の状態を示し、矢印方向に搬入される。このコロ搬送装置は、その搬送コロが基板搬入部のテーブルに設けた昇降式コロと連続的に略一線上となるよう配置調整される。このコロ搬送装置および搬送コロ３が本発明の搬送手段に該当する。

次に、一連の位置合わせ動作について、図４を用いて詳しく述べる。動作は、まず第１の工程の基板搬入と第２の工程の検出手段移動を開始する。第１の工程と第２の工程は同時に開始することが好ましいが、第１の工程の完了前に第２の工程を完了する必要があるので、少なくとも第１の工程の完了前に第２の工程を開始する必要がある。まず、第１の工程の基板搬入は、テーブルのコロを上昇し、コロ搬送装置と同じ搬送速度で駆動することから始める。コロ搬送装置は、その搬送方向の中央を基板が流れるように、例えばガイドローラにより基板の両側端面を規制して中央に位置出ししたのち基板１を搬送する。基板１がテーブルのコロ上に搬入されてくると、テーブル面に設けた基板センサで、基板の搬入方向端面の通過を検出する。基板の通過を検知すると、演算処理部８にて、基板がテーブル中心に停止するよう、所定時間後に制御部２Ｃを介してコロを減速停止させる。この所定時間とは、あらかじめ搬送速度と停止時間から移動距離を計算し求めておいた時間である。続けてコロを下降すると共にテーブル面の吸着孔により吸着を開始することで、基板が停止位置からずれることなくテーブル面に吸着でき、基板搬入を完了する。

一方、第２の工程の予測位置移動は、搬入する基板の搬入位置を予測して、アライメントマークが検出できる位置にカメラ５ａ，５ｂを移動させる動作であって、第１の工程の基板搬入完了までに終了するよう動作させる。但し、初回の基板搬入においては、基板をテーブル中心に搬入した場合のアライメントマークの位置がカメラの視野に入る位置を予測位置とし、カメラを予測位置へ予め移動しておくことが好ましい。２回目以降の搬入において、予測位置を計算してカメラを移動させる。なお、この詳細については以降の処理を継続したときの説明で述べる。

そこで、基板の搬入が完了すると、次は第３の工程の基板位置検出を行う。図３は、基板の搬入を完了し、アライメントマークＡ１，Ａ２が各々の検出カメラの視野範囲５ａ’，５ｂ’に収まった状態の一例を示した図である。Ａ１’，Ａ２’は各々のカメラ視野中心を示す。アライメントマークをカメラで撮像検出できると、各々のカメラ視野中心からのアライメントマークＡ１’，Ａ２’の位置を計測する。基板の位置は、カメラの視野中心からのずれ量とカメラの初期位置を基準に算出できる。

位置が計測できると、次は第４の工程の位置合わせ移動を行う。カメラ５ａ，５ｂの初期位置と処理部６との位置関係を事前に記憶しておくことで基板と処理部の位置合わせができる。基板の傾きθは各々のＸ方向のずれ量ｄｘａとアライメントマークの間隔ｙａより算出できるので、傾きθを調整したときのアライメントマークの移動位置を計算し、更に基板を位置合わせする位置へ移動するためのテーブルのＸ，Ｙ軸操作量を算出する。その結果を基にテーブルのＸ，Ｙ，θ軸を移動すると、基板１の位置合わせが完了する。

位置合わせを完了すると、基板の所望位置に処理が可能となるので必要な処理を実行する。処理が終わると一連の工程が終了する。継続して新たな基板に処理を行う場合は、最初に戻って第１工程および第２工程から処理を繰り返す。なお、処理した基板の排出については、例えば処理装置の下流側にもコロ搬送装置を設けて、新たな基板を搬入するときに同時に排出するようにする。

そこで、処理を継続した場合の第２の工程について説明する。第２の工程は前述したように搬入する基板の搬入位置を予測して、アライメントマークが検出できる位置にカメラ５ａ，５ｂを移動させる。予測の方法は、前記第３工程で搬入毎に基板の位置を記憶しておき、この記憶した複数回の位置データを統計処理することによって行う。統計処理の方法は、例えば各カメラの基準位置からのＸ、Ｙ方向のずれ量を単純平均する方法を用いる。または、ずれ量の重み付けをした加重平均とするなどの方法を用いてもよい。統計処理に用いる位置データはそれまでの全データを用いても良いが、前回までの連続した所定の回数のデータを用いることが、アライメントマークがカメラの視野外となる頻度を低減できるため、特に好ましい。

こうして求めた位置へ第１の工程が完了するまでにカメラを移動しておくことにより、第１の工程での搬入位置が経時的に変化しても、第３の工程で基板のアライメントマークは殆どカメラ視野内に収めることができるようになる。なお、第２の工程で要する統計処理とカメラの移動時間は、第１の工程で要する基板搬入時間より十分短いため、第１の工程と第２の工程を同時に開始した場合でも、第１工程が完了するまでに第２工程を問題なく完了することができる。

しかし、第３の工程でアライメントマークがカメラ視野に収まらない場合も発生する。このような場合は、カメラを移動してアライメントマークを探す動作（サーチ）を行うことになる。そこでサーチを行ってマークを検出し位置を計測して第４の工程の位置合わせを行うが、その位置データは統計処理から外すことが好ましい。サーチしたときの位置データを含めると、カメラの移動量が大きくなり次に搬入される基板のアライメントマークが視野から外れるおそれが出てくるためである。

このように、カメラ視野から外れる原因には、例えば基板の滑りや外的振動などによる突発的なものである場合がある。こうしたものを統計処理から外すことで安定してアライメントマークを視野に収める確率を高くすることができる。一方、連続して視野に収まらなくなった場合は、上流側のコロ搬送装置の位置出しコロを含む搬送系のトラブルである場合が多いため、所定回数連続したときに警報を出してオペレータに通知することによって、装置の故障を早期に発見し、時間および基板のロスを防ぐことができる。

また、カメラ５ａ，５ｂの位置は、基板搬入毎に変化する。初期位置からの移動量が、所定値を越えたときも警報を出すようにすることでトラブルの未然防止が図れる。こうした状況となるのは、コロ搬送装置や基板搬入部の搬送コロの経時変化、例えばコロの摩耗やがたつきなどが発生してきたとき等があげられる。

以上、前記発明の実施の形態においては、基板搬入をコロ搬送としたが、基板１はカセットなど供給部の予め定められた位置から移載装置、例えばロボットにより取り出し、テーブル２には昇降ピンを設け、上昇したピンの上に基板を受け渡し、ピンを下降してテーブル面に搭載、同時に吸着孔より基板の吸着を行うようにしてもよい。

また、前記発明の実施の形態においては、基板の位置を検出するカメラ５ａ，５ｂが、各々ＸＹ方向に独立移動としたが、何れか一方向または両方向とも同軸として平均値に移動するようにしてもよい。このようにした場合は基板の傾きが大きくなると視野から外れるようになるので、傾き量を視野範囲で制限して異常警報するとよい。

また、前記発明の実施の形態においては、基板と処理部の位置合わせは、基板を搭載したテーブルをテーブルのＸ，Ｙ，θ軸を移動することにより基板を移動させたが、処理部をＸ，Ｙ，θ軸移動できるように構成して移動するようにしてもよい。

また、前記発明の実施の形態においては、初回の基板搬入時は、基板をテーブル中心に搬入した場合のアライメントマークの位置がカメラの視野に入る位置を予測位置とすることにしたが、搬送コロやセンサでの停止位置微調整は難しく、アライメントマークが視野に収まらない場合がある。こうしたときは、予め基板の処理を行わずに上記工程を実行して、サーチを行って検出した位置や、位置合わせ動作（第１〜第４の工程）のみを複数回行い、統計処理により得られた予測位置をカメラの初期位置とすることが好ましい。

本発明に係る基板処理装置の基板搬入部の一部を示した概略図である。基板を上から見た概略図である。基板の位置を検出するカメラ５ａ，５ｂの視野内にアライメントマークが収まったときの一例を示した図である。本発明の一実施態様に係わる基板処理装置の位置合わせ方法の工程図である。従来のセンタリング方式を用いた位置決め装置の概略図である。

符号の説明

１基板
２テーブル
２ＸテーブルＸ軸駆動部
２ＹテーブルＹ軸駆動部
２θ テーブルθ軸駆動部
２Ｃ制御部
３搬送コロ
４ａ，４ｂ，４ｃセンタリング装置ハンド
５ａ，５ｂカメラ
５ａ’，５ｂ’ カメラの視野範囲
６処理部
７画像処理部
８演算処理部
Ａ１〜Ａ４アライメントマーク

Claims

基板処理装置上で基板と、該基板を処理する基板処理部とを位置合わせする基板の位置合わせ方法であって、搬送手段を用いて前記基板を前記基板処理装置上に搬入、停止する第１の工程、位置検出手段を移動する第２の工程、前記基板上の位置検出マークの位置データを前記位置検出手段を用いて検出する第３の工程、および検出された位置データに基づいて前記基板と前記基板処理部とを位置合わせ移動する第４の工程を含み、
前記第１の工程では、前記基板の搬入を検知し、
前記第１の工程または第２の工程いずれかでは、前記基板を検知した情報から、前記基板の搬入位置を予測し、
前記第２の工程では、前記予測した搬入位置に前記位置検出手段を移動し、
前記第１の工程における前記基板の停止前に前記第２の工程を完了することを特徴とする基板の位置合わせ方法。