JP5126076B2 - 位置測定装置、成膜方法並びに成膜プログラム及び成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置測定装置、成膜方法並びに成膜プログラム及び成膜装置に関する。

基板を基板ホルダに保持させて加工する工程の１つに、基板を順次搬送しながら搬送途中のチャンバ内で成膜処理を施し、磁性膜を被着させる連続成膜方式がある。半導体ウェハ成膜工程であれば、基板の１面に対してのみ成膜処理を施せばよいが、磁気ディスク製造の場合は、基板の両面に成膜処理を施すことになるので連続性膜方式が有用である。

連続成膜方式では、供給ロボットを用い、搬送機構（キャリア）上に搭載された基板ホルダが有する保持爪に基板を支持させる。基板ホルダは、成膜処理が行われるチャンバ内を移動するため、保持爪にも成膜層が付着している。このような保持爪によって基板を支持しようとするとき、保持爪の中心と基板の中心とが一致していないと、基板は保持爪中心に倣って安定姿勢に移行しようとする。この際、保持爪に付着した成膜層が基板の周縁によって削られる。削られた成膜層が基板に付着すると、成膜処理の欠陥を引き起し、歩留り低下を生じる。また、供給ロボットによる基板の基板ホルダに対する供給位置、供給姿勢の教示精度が悪い場合には基板が落下し、稼働率を低下させるおそれもある。

これらの問題を回避するためには、基板を基板ホルダに精度よく供給することが求められる。そして、基板を基板ホルダに精度よく供給するためには、基板の姿勢、位置を把握しておくことが求められる。このような要求に対応可能と考えられる装置は、従来、種々提案されている。例えば、基板処理装置等の基板搬送システムにおける可動部材の位置を検出し、監視することが行われている（特許文献１参照）。

特開平１１−２６５９６７号公報

ところで、基板ホルダに支持される基板の正確な状態を知るためには、Ｘ方向の位置、Ｙ方向の位置、Ｚ方向の位置、Ｘ軸回りの傾き、Ｙ軸回りの傾き、Ｚ軸回りの傾きの合計６自由度に関する情報を把握する必要がある。
しかしながら、前記従来の提案では、３自由度までの情報しか取得することができず、基板の正確な情報を取得するには、不十分であった。ここで、前記従来の提案における装置を複数台設置し、異なる方向から測定を行うことにより、より多くの自由度に関する情報を取得することも考えられる。しかし、基板ホルダが順次搬送されるチャンバの構造上、このような測定は困難である。
また、基板ホルダは、真空のチャンバ内を移動するため、非接触測定が必要となる。このため、チャンバの外壁に設けられたチャンバ窓を通じて内部の基板の状態を測定することになる。しかしながら、チャンバ窓は、通常、チャンバの１面にしか設けられていない。特に、円板状の基板を前記基板ホルダに支持させるローダチャンバは、キャリアの移動、供給ロボットの出没を確保する必要から、複数の面にチャンバ窓を設けることは困難である。このような理由により、異なる方向からの測定は困難となっている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものである。その目的は、一方向からの測定によって対象物の位置情報を精度よく取得することを課題とする。

上記課題を解決するために、本明細書開示の位置測定装置は、対象物が有する測定対象平面と対向させるとともに、垂直仮想平面に正対させて配置され、前記対象物が有する前記測定対象平面上の少なくとも３つの測定点に対し、当該測定点までの水平方向の距離をそれぞれ測定する測距部と、水平方向から前記対象物の前記測定対象平面の投影画像を撮像する撮像部と、前記測距部によって取得された距離情報に基づいて、水平面内で直交する２軸のうち少なくとも一方の軸に対する傾きと、この２軸に直交し垂直方向に沿った１軸に対する傾きである前記測定対象平面の傾き情報を取得すると共に、当該傾き情報と前記投影画像とに基づいて前記対象物の位置情報を取得する演算部と、を備え、前記演算部は、前記測距部によって取得された距離情報に基づいて前記垂直仮想平面から外れる向きの前記測定対象平面の傾き情報を算出し、当該測定対象平面の前記傾き情報に基づいて補正されたテンプレートと、前記投影画像とに基づいて前記対象物の位置情報を取得することを特徴としている。

測定対象平面上の少なくとも３つの測定点に対する水平方向の距離情報を把握し、この距離情報を用いた演算を行うことにより、測定対象平面の傾き情報を取得することができる。傾き情報には、Ｘ軸回りの傾き、Ｙ軸回りの傾き、Ｚ軸回りの傾きが含まれる。この傾き情報と投影画像とを利用することにより、対象物の位置情報を精度よく算出することができる。

本明細書開示の位置測定装置は、一方向からの測定によって対象物の位置情報を精度よく取得することができるという効果を有する。

図１は、実施例の成膜装置の概略構成を示した説明図である。 図２は、成膜装置が備える供給ロボット３００の周辺を示す説明図である。 図３は、基板ホルダの説明図である。 図４は、供給ロボットによる基板把持プロセスを説明するフロー図である。 図５は、基板把持プロセスにおける基板の状態を示した説明図である。 図６は、成膜装置において行われる成膜方法の流れを示す説明図である。 図７は、位置測定装置を模式的に示した説明図である。 図８は、位置測定装置の構成例を示すブロック図である。 図９は、第１変位センサ、第２変位センサ、第３変位センサと基板ホルダの斜視図である。 図１０は、第１変位センサ、第２変位センサ、第３変位センサとローダチャンバとの関係を示す説明図であり、図１０（Ａ）はローダチャンバの外側からみた斜視図、図１０（Ｂ）は、ローダチャンバの内側からみた図である。 図１１は、第１変位センサ、第２変位センサ、第３変位センサと基板ホルダの位置関係を示す説明図である。 図１２は、第１変位センサ、第２変位センサ、第３変位センサと画像センサの斜視図である。 図１３は、供給ロボットに対する位置教示方法を示すフロー図である。 図１４は、基板の位置測定プロセスのフロー図である。 図１５は、基板の位置測定プロセスにおける傾き情報の算出を示す説明図である。 図１６は、画像センサにより撮像される投影画像の説明図である。 図１７は、傾き情報、位置情報の測定結果の一部を示すグラフである。 図１８は、三角測量方式を採用した場合の基板の位置測定プロセスのフロー図である。 図１９は、三角測量方式を用いた変位センサの測定原理の説明図である。 図２０は、三角測量方式を用いた変位センサ上の入光位置計算の説明図である 図２１は、変位センサの受光窓における位置座標の説明図である。 図２２は、受光窓への正反射光位置による補正値を纏めたテーブルの一例である。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。

本発明の位置測定装置、成膜方法及び成膜プログラム並びに成膜装置の実施例を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施例では、パーソナルコンピューター、ワークステーション等の汎用的な目的で使用されるコンピュータ上で実行するコンピュータプログラムにより実現する形態を示す。コンピュータプログラムは、フレキシブルーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型媒体やネットワーク接続された他のコンピュータの主メモリや補助記憶装置等に格納されて提供される。そして、本発明のコンピュータプログラムは、可搬型媒体から直接コンピュータの主メモリにロードされ、または、補助記憶装置を備えたコンピュータにおいては可搬型媒体から一旦補助記憶装置にコピーまたはインストール後に、主メモリにロードされて実行する。

図１は、実施例の成膜装置１０００の概略構成を示した説明図である。図２は、成膜装置１０００が備える供給ロボット３００の周辺を示す説明図である。図３は、基板ホルダ２００の説明図である。

成膜装置１０００は、供給ロボット３００、基板ホルダ２００、ローダチャンバ１０１０、アンローダチャンバ１０２０、複数の成膜チャンバ１０３０を備えている。また、成膜装置１０００は、対象物を基板４００とする位置測定装置１１００を備えている。

ローダチャンバ１０１０の内部では、成膜処理前の基板４００が供給ロボット３００によって搬送され、基板ホルダ２００に支持される。ローダチャンバ１０１０には、複数接続された成膜チャンバ１０３０の一端に位置する成膜チャンバ１０３０が接続されている。複数の成膜チャンバ１０３０は、環状に配置され、内部で基板４００に対する成膜処理が行われる。複数接続された成膜チャンバ１０３０の他端に位置する成膜チャンバ１０３０にはアンローダチャンバ１０２０が接続されている。アンローダチャンバ１０２０では、成膜処理を終えた基板４００が基板ホルダ２００から取り外され、成膜装置１０００の外部へ搬送される。

供給ロボット３００は、図２に示すように伸縮可能なアーム３１０を備えており、アーム３１０の先端には、円板状の基板４００の中心に設けられた穴に挿入され、基板４００を持ち上げるピック３２０が設けられている。供給ロボット３００は、基板を前後方向、左右方向に移動させることができる。また、ピック３２０の取り付け角度は調節可能となっている。

基板ホルダ２００は、キャリア２５０上に搭載されている。キャリア２５０は、成膜チャンバ１０３０内を順次巡回可能となっている。基板ホルダ２００には第１の保持爪である上爪２１０、第２の保持爪である上爪２２０、第３の保持爪である下爪２３０が設けられている。基板４００は、これらの上爪２１０、２２０、下爪２３０に支持される。基板ホルダ２００に支持された基板４００は、複数の成膜チャンバ１０３０を順次巡回し、それぞれの成膜チャンバ１０３０内で成膜処理が施される。

図４は、供給ロボット３００による基板把持プロセスを説明するフロー図である。図５は、基板把持プロセスにおける基板４００の状態を示した説明図である。供給ロボット３００は、まず、ステップＳ１において、多数の基板４００がストックされているカセット（ストッカ）から基板４００を取り出す。基板４００は、ピック３２０によって持ち上げられて移動する。その後、ステップＳ２において、供給ロボット３００は、前進動作を行いローダチャンバ１０１０内へ基板４００を挿入する。図５（Ａ）に示すように上爪２１０、２２０、下爪２３０で囲まれる領域に供給される。

次に、ステップＳ３において、図５（Ｂ）に示すように基板４００を上爪２１０、２２０に押し当てるように基板４００を上昇させる。そして、ステップＳ４において、基板４００と上爪２１０、２２０との接触を確認後、ピック３２０の上昇を停止させる。その後、ステップＳ５において、図５（Ｃ）に示すように下爪２３０を上昇させ、基板４００と下爪２３０とを接触させる。これにより、基板ホルダ２００による基板４００の支持が完了する。基板４００の支持が完了した後は、ステップＳ６において、供給ロボット３００はピック３２０を下降させ、続いてステップＳ７において供給ロボット３００を後退させて一連の動作を終了する。ステップＳ７の処理を終えた供給ロボット３００は、再びステップＳ１に戻って、次の基板４００の基板把持プロセスに入る。
なお、位置測定装置１１００は、この基板４００の基板把持プロセスが行われている間、継続して基板４００の位置測定を行っている。

図６は、成膜装置１０００において行われる成膜方法の流れを示す説明図である。成膜装置１０００において行われる成膜方法は、支持手順１０、成膜手順２０、取り外し手順３０を有している。そして、さらに、基板４００の位置教示方法を有している。位置教示方法は、第１位置情報記憶手順４０、第２位置情報記録手順５０、偏差算出手順６０、代表偏差算出手順７０および教示位置修正手順８０を有する。図６中、各手順の前後に手順前の状態と手順後の状態を示している。各手順の内容は以下に示す通りである。

支持手順１０では、上記において図４、図５を参照して説明したように、複数の基板ホルダ２００に、供給ロボット３００によって順次円板状の基板４００が支持される。

成膜手順２０では、基板ホルダ２００に支持された基板４００を順次複数の成膜チャンバ１０３０に移動させ、各成膜チャンバ１０３０内で成膜処理を行う。

取り外し手順３０では、成膜工程が終了した基板４００をロボットによって基板ホルダ２００から取り外す。

第１位置情報記録手順４０は、供給ロボット３００に基板４００を垂直にした状態で供給位置として予め教示された基板ホルダの所定位置まで搬送させ、供給位置での基板の中心位置を後述する位置測定装置１１００から第１位置情報として記録する。
ここで、第１位置情報記録手順４０は、さらに測距手順４１、撮像手順４２、傾き情報取得手順４３、位置情報取得手順４４を含む。
測距手順４１では、基板４００が有する測定対象平面４００ａ上の３つの測定点４００ａ１、４００ａ２、４００ａ３に対し、水平方向の距離を測定する。
撮像手順４２では、水平方向から基板４００の測定対象平面４００ａの投影画像を撮像する。
傾き情報取得手順４３は、水平方向の距離に基づいて測定対象平面４００ａの傾き情報（後述する傾きαと傾きγ）を取得する。
位置情報取得手順４４では、傾き情報と投影画像とに基づいて基板４００の位置情報を取得する。

第２位置情報記録手順５０は、供給位置において基板４００を基板ホルダ２００に装着し、装着後の基板４００の中心位置を位置測定装置１１００から第２位置情報として記録する。
ここで、第２位置情報記録手順４０は、さらに測距手順５１、撮像手順５２、傾き情報取得手順５３、位置情報取得手順５４を含む。
測距手順５１では、基板４００の測定対象平面上の３つの測定点４００ａ１、４００ａ２、４００ａ３に対し、水平方向の距離を測定する。
撮像手順５２では、水平方向から基板４００の測定対象平面４００ａの投影画像を撮像する。
傾き情報取得手順５３では、水平方向の距離に基づいて測定対象平面４００ａの傾き情報（後述する傾きαと傾きγ）を取得する。
位置情報取得手順５４では、傾き情報と投影画像とに基づいて基板４００の位置情報を取得する。

偏差算出手順６０は、第１位置情報と第２位置情報との差分である偏差を求め、基板位置データ記憶部１２５０（図７参照）に記憶する。

代表偏差算出手順７０は、第１位置取得手順と第２位置取得手順と偏差算出手順とを複数の基板ホルダに対して実施し、基板位置データ記憶部１２５０に記憶した複数の偏差の中から所定の算出方法で偏差を代表する代表偏差を求める。

教示位置修正手順８０は、代表偏差を基に供給位置を修正した教示位置を求め、教示位置を供給ロボット３００に教示する。

ローダチャンバ１０１０では、前記のように基板４００の基板ホルダ２００への支持が行われる。このため、ローダチャンバ１０１０の正面側に供給ロボット３００が配置される。そして、供給ロボット３００が配置される面と対向する外壁には、図１０に現れているようにチャンバ窓１０１１が設けられている。

成膜装置１０００は、チャンバ窓１０１１を通じて、基板４００の位置測定を行う位置測定装置１１００を備えている。図７は、位置測定装置１１００を模式的に示した説明図である。図６に示した位置教示方法における第１位置取得手順と第２位置取得手順における基板４００の位置の把握をこの位置測定装置１１００によって行われる。

図８は、位置測定装置１１００の構成例を示すブロック図である。図９は、位置測定装置１１００に含まれる第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０と基板ホルダ２００の斜視図である。図１０は、位置測定装置１１００に含まれる第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０とローダチャンバ１０１０との関係を示す説明図である。図１０（Ａ）はローダチャンバ１０１０の外側からみた斜視図、図１０（Ｂ）は、ローダチャンバ１０１０の内側からみた図である。図１１は、第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０と基板ホルダ２００の位置関係を示す説明図である。図１２は、第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０と画像センサ１１５０の斜視図である。

位置測定装置１１００は、対象物となる基板４００が有する測定対象平面４００ａ上の３つの測定点４００ａ１、４００ａ２、４００ａ３に対し、測定点までの水平方向の距離をそれぞれ測定する測距部を備えている。測距部は、３つの変位センサ１１１０、１１２０、１１３０を有している。第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０は、レーザ光を照射することによって測定点までの距離の測定を行う。第１変位センサ１１１０は、第１測定点４００ａ１に対応している。第２変位センサ１１２０は、第２測定点４００ａ２に対応している。第３変位センサ１１３０は、第３測定点４００ａ３に対応している。これらの変位センサ１１１０、１１２０、１１３０は、図９や図１１に示すような垂直仮想平面６００に正対するように配置される。ここで、垂直仮想平面６００とは、同一平面内の異なる位置から照射された水平レーザ光を照射させた場合に、当該平面までの光学的距離が等しくなるような仮想の平面である。

これらの変位センサ１１１０、１１２０、１１３０は、測定対象平面４００ａが垂直仮想平面６００と平行状態となったときに、測定点４００ａ１、４００ａ２、４００ａ３までの光学距離が等しくなるように配置されている。光学距離は、基板４００の奥行き方向（Ｙ方向）の距離である。

第１変位センサ１１１０と第２変位センサ１１２０とは、上下に重ねるように配置されている。図１１に示すように第１変位センサ１１１０と第１測定点４００ａ１との距離は距離Ｌ１２と表示することができる。第２変位センサ１１２０と第２測定点４００ａ２との距離は第１変位センサ１１１０と第１測定点４００ａ１までの距離と同様にＬ１２と表示することができる。
一方、第３変位センサ１１３０は、第１変位センサ１１１０や第２変位センサ１１２０に対し、９０°回転させた状態で設置されている。そして、プリズム１１３１を備えている。第３変位センサ１１３０によって照射されるレーザ光は、プリズム１１３１によって屈曲させられて第３測定点４００ａ３に到達する。第３変位センサ１１３０が照射するレーザ光が第３測定点４００ａ３に到達するまでの距離は、第３測定点４００ａ３からプリズム１１３１までの距離Ｌ３ａと第３変位センサ１１３０からプリズム１１３１までの距離Ｌ３ｂの和である。このＬ３ａとＬ３ｂとの和は、Ｌ１２と等しくなるように設定されている。このように３つの変位センサの対象物までの距離を一致させ、さらに変位センサの設置角度を一致させておくことにより、差分情報を用いて測定を算出する際に、方式誤差を相殺させることができる。

このように第３変位センサ１１３０を第１変位センサ１１１０や第２変位センサ１１２０に対して回転させた状態とすることにより、チャンバ窓１０１１の大きさに対応することができる。すなわち、３つの変位センサを上下方向に並べようとすると、チャンバ窓１０１１の大きさによっては、すべてのレーザ光をチャンバ窓１０１１に通過させることは困難である。プリズム１１３１を用いた配置を行うことにより、コンパクトな配置とすることができ、面積の小さい測定対象平面４００ａにも対応することができる。
測距部は、さらに、第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０が接続される変位取得部１１４０を備えている。

位置測定装置１１００は、水平方向から前記対象物の前記測定対象平面の投影画像を撮像する撮像部を備えている。撮像部は、図８に示すように画像センサ１１５０と、この画像センサ１１５０が接続された画像取得部１１６０を備えている。画像センサ１１５０は、図１２で示すようにフレーム１１５１に支持されている。そして、ステージ部材１３００に装着されている。ステージ部材１３００には、測距部も取り付けられる。ステージ部材１３００は、測距部、撮像部の位置を調節するものである。例えば、チャンバ窓１０１１の一部に汚れが付着しているときなどに、その部分を避けて位置測定を行うことができるようにする。

変位取得部１１４０、画像取得部１１６０は、位置測定装置１１００の全体を制御する制御部１１７０に接続されている。変位取得部１１４０は、図８に示すように角度演算部１１８０に接続されている。角度演算部１１８０は、誤差補正部１１９０に接続されている。誤差補正部１１９０には、テンプレート画像記憶部１２４０が接続されている。誤差補正部１１９０には、さらにテンプレート生成部１２００が接続されている。テンプレート生成部１２００は、画像処理演算部１２１０に接続されている。この画像処理演算部１２１０には、画像取得部１１６０が接続されており、画像センサ１１５０によって撮像された投影画像に関するデータが画像処理演算部１２１０に送られる。

位置測定装置１１００は、６自由度情報演算部１２２０を備えている。６自由度情報演算部１２２０は、本発明における演算部の一例であり、測距部によって取得された距離情報に基づいて測定対象平面４００ａの傾き情報を取得する。さらに、この傾き情報と投影画像とに基づいて対象物である基板４００の位置情報を取得する。

ここで、基板４００の位置情報を評価するための座標は、図７に示すように、基板ホルダ２００が移動する方向をＸ方向、基板４００が出し入れされる方向をＹ方向、上下方向をＺ方向と定める。位置情報は、これらの方向の座標によって表現される。また傾き情報は、Ｘ軸回りの傾きα、Ｙ軸回りの傾きβ、Ｚ軸回りの傾きγによって表現される。なお、これらのうち、Ｙ軸回りの傾きβは、位置測定に影響を及ぼさない。これは、位置測定対象である基板４００が円板状であることから、基板４００が回転しても傾きβは、変化しないからである。そして、Ｘ軸回りの傾きαと、Ｚ軸回りの傾きγとが、変化すると、基板４００は垂直仮想平面６００から外れるようになる。すなわち、傾きαや傾きγが変化すると、測定対象平面４００ａは、垂直仮想平面６００に対して角度を有するようになる。基板４００の位置情報を取得するときは、垂直仮想平面６００から外れる向きの傾き情報となる傾きαと傾きγを算出し、これらの値に基づいて位置情報を算出していくことになる。

制御部１１７０には、基板位置データ記憶部１２５０が接続されている。基板位置データ記憶部１２５０には、継続的に基板４００の位置に関するデータが蓄積される。位置測定装置１１００は、主メモリ上に位置教示プログラム１２３０を備えている。位置教示プログラム１２３０は、制御部１１７０に接続されたロボットコントローラ１２６０とともに本発明における位置教示部の機能を果たす。

６自由度情報演算部１２２０は、まず、測距部によって取得された距離情報に基づいて垂直仮想平面から外れる向きの測定対象平面４００ａの傾き情報α、γを算出する。
そして、測定対象平面４００ａの傾き情報（α、γ）に基づいて補正されたテンプレートと、投影画像とに基づいて基板４００の位置情報を取得する。

測距部及び撮像部は、連続的に測定情報を取得し、６自由度情報演算部１２２０は、基板４００の位置情報を継続的に算出する。図１７は、継続的に取得されるＸ変位、Ｚ変位、Ｙ変位、傾きα、傾きγの情報の一部を示している。なお、本実施例の位置測定装置１１１０によれば、任意の地点の位置情報を算出することができる。

以下、以上のような成膜装置１０００の主として供給ロボット３００の位置教示プロセスを説明する。
図１３は、供給ロボット３００に対する位置教示方法を示すフロー図である。

まず、基板４００のテンプレート画像を予め作成しておき、テンプレート画像記憶部１２４０に記憶しておく（Ｓ１０）。

続いて、偏差取得ループに入り、最初の基板ホルダ２００を基板装着位置に移動させる。供給ロボット３００に指示して基板４００を基板のスタッカから取り出し、基板４００の中央に開けられた穴を供給ロボット３００のピック３２０に垂直に懸架する。基板４００を懸架した状態で、予めオペレータが教示した供給位置まで搬送する。この供給位置は、例えば基板ホルダ２００を搬送機構に取り付ける前に用いていた供給位置を用いるようにしてもよい。この位置における基板４００の中心位置を第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０と画像センサ１１５０による測定結果を用いて算出する。このとき、基板が傾いていると、画像センサ１１５０から取得した画像は、図１６（Ｂ）に示すように実際の形状Ｐｏに対して歪んだ形状の投影画像Ｐａとなる。このような投影画像Ｐａとテンプレートとのマッチングによって、基板中心位置を求める。このとき、テンプレートは、傾き情報（α、γ）に基づいて補正される。
このようにして求めた基板中心位置のデータ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を第１の位置情報として基板位置データ記憶部１２５０に記憶する（Ｓ１１〜Ｓ１６）。

次に、ピック３２０を上方に所定距離移動し、基板４００の外縁を基板ホルダ２００の上爪２１０、２２０に当て、下爪２３０により外縁を押し当て基板４００を基板ホルダ２００に保持する。ピック３２０を下方に所定距離移動させ、基板４００の穴から外しスタッカから基板４００を取り出す位置に後退させる。基板ホルダ２００に保持された状態（即ち、基板４００が保持位置にある状態）でステップＳ１４とＳ１５と同様にして基板４００の中心位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求め、第２の位置情報として基板位置データ記憶部１２５０に記憶する（Ｓ１７〜Ｓ２０）。

基板位置データ記憶部１２５０に記憶した第１と第２の位置情報を基に、その間の各軸の偏差を算出する。即ち、ΔＸｋ＝Ｘ２−Ｘ１、ΔＹｋ＝Ｙ２−Ｙ１、ΔＺｋ＝Ｚ２−Ｚ１を算出する。算出した偏差ΔＸｋ、ΔＹｋおよびΔＺｋを基板位置データ記憶部１２５０に記憶する（Ｓ２１）。

ステップＳ１１からＳ２１を全ての基板ホルダ２００に対して実施する。その後、基板位置データ記憶部１２５０に記憶されたそれぞれの基板ホルダ２００に対する偏差を昇順に並べ、前述した方法で偏差の代表値としての中央値を求める。求めた中央値をＳ１３０でオペレータが教示した供給位置に加え、この値を新しい供給位置としてロボットコントローラ１２６０に教示する（Ｓ２２、Ｓ２３）。

以上により、基板ホルダ２００に対する供給位置と保持位置とのばらつきが最も少なくなる位置を自動的に算出し、供給ロボット３００に教示することができる。

ここで、位置教示プログラム１２３０について、説明する。位置教示プログラム１２３０は、基板位置計測部１２３１、代表偏差算出部１２３２および教示部１２３３のプログラムモジュールから構成する。それぞれのプログラムモジュールの概要を説明する。

基板位置計測部１２３１は、画像センサ１１５０、テンプレート画像記憶部１２４０の画像情報、第１変位センサ１１３０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０を用いて基板４００が供給位置と保持位置にあるときの位置情報を取得することを行う。複数ある基板ホルダ２００にそれぞれ基板４００を装着しながらこれらの位置を取得し、基板位置データ記憶部１２５０に記憶することを行う。

代表偏差算出部１２３２は、基板位置データ記憶部１２５０に記憶された基板４００の供給位置と保持位置とからそれぞれの偏差を求め、その中から代表偏差を求めることを行う。

教示部１２３３は、代表値算出部１２３２で求めた代表偏差を基に供給位置を求め、これをロボットコントローラ１６０に教示する。

基板位置データ記憶部１２５０に記憶される測定値を署得する具体的なフローを図１４に示す。まず、ステップＳ１１０において、３つの測定点４００ａ１、４００ａ２、４００ａ３に対するＹ変位を取得すると共に、投影画像を取得する。基板４００が傾いているときの投影画像Ｐａは、図１６に示すように楕円形をなす。
ステップＳ１１０の処理の後は、図１５に示すように、傾きαと傾きγを求める（ステップＳ１２０）。このとき、いずれもＹ方向の測定値である第１変位センサ１１１０の測定値ｈ１と、第２変位センサ１１２０の測定値ｈ２を用いてＣＨｖの位置を算出する。測定値ｈ１、ｈ２、ｈ３と算出されたｈｖを用いて傾きαと傾きγが求められる。この演算は、角度演算部１１８０において行われる。
次に、ステップＳ１３０において、α、γに基づいてテンプレート画像記憶部１２４０に格納されたテンプレートに対し補正が行われる。この処理は、誤差補正部１１９０において行われ、テンプレート生成部１２００において、新たなテンプレートが生成される。生成されたテンプレートは、画像処理演算部１２１０に送られる。画像処理演算部１２１０には、画像取得部１１６０によって取得された投影画像も送られる。
ステップＳ１３０の処理が実行された後、ステップＳ１４０へ進む。ステップＳ１４０では、テンプレートマッチングが行われる。そして、テンプレートマッチングによりＸ、Ｙ、Ｚ、βの測定値が算出される。
以上のプロセスを経ることによって６自由度情報が取得される（Ｓ１７０）。

テンプレートマッチングは、以下のように行われる。
テンプレートマッチングは、予め用意してあるテンプレート画像と撮像部から取得した画像とを重ね合わせて類似度を算出し、テンプレート画像の位置を移動させながら最も高い類似度を示す位置を探索することによって求める箇所の位置を得るものである。テンプレートマッチングの具体的な手法は様々なものが提案されているが、最も基本的な手法は以下の通りである。

まず、テンプレート生成部１２００において生成されたテンプレートを画像処理演算部１２１０に登録する。処理時間を短縮しノイズの影響を低減するため、ＲＯＩ(Region of interest)を設定する。テンプレートは、基板４００の外周円よりも大きな円と小さな円とで囲まれたドーナツ状の領域を切り出し、基板４００のテンプレート画像Ｍとしている。

次に、画像処理演算部１２１０が取得した投影画像Ｉ（ｉ，ｊ）とテンプレート画像Ｍ（ｉ，ｊ）とを比較し、投影画像の中から最も一致する位置を探し出す。

式１

（ａ，ｂ）は走査位置を表わし、ａ、ｂをそれぞれ１画素ずつシフトさせることでテンプレート画像を投影画像上で走査したときの各位置における類似度（相関値）が求まる。類似度が最も大きくなる（ａ，ｂ）が基板４００の中心位置であり、円形のテンプレートの半径をｒとすると，検出した基板４００の中心位置は（ａ＋ｒ，ｂ＋ｒ）となる。

本実施例では、基板４００がロボット３００によって基板ホルダ２００に供給されるときの供給位置と基板ホルダ２００によって保持されたときの保持位置との偏差を求めるが、その偏差の算出の方法について説明する。以下の説明では、Ｘ軸方向を例に説明しているが他の軸でも同様の方法で求めることができる。
基板４００が上部爪２１０、２２０に押し付けられる際に、基板４００の中心は供給位置から保持位置への移動が生じ、偏差（ΔｘとΔｚ）が発生する。偏差量は、理想的には全基板ホルダ２００においてゼロであることが望ましいが、上部爪２１０、２２０を基板ホルダ２００に取り付ける時に組立誤差があるため、ばらつきが生じる。

基板ホルダｋの偏差ΔＸｋは、
式２

で求まる。オペレータの供給位置の教示後に、全基板ホルダ２００に対する偏差量を上式で求め、偏差のばらつき分布を得る

そして、供給位置を基準とした正負のばらつき分布が同数となるよう、中央値を代表値ΔＸｒとする。基板ホルダ数がＮ個のとき、偏差ΔＸｋを昇順に並べる。即ち、

式３

このときの中央値ΔＸｒは次式で与えられる。
基板ホルダの総数Ｎが偶数のとき：

式４

基板ホルダの総数Ｎが奇数のとき：

式５

このようにして算出された中央値ΔＸｒを最初にオペレータが与えた教示位置に加えることによって教示位置修正が行われる。以後、ロボットコントローラ１６０へは最初にオペレータが与えた教示位置に中央値ΔＸｒが教示される。

本実施例の成膜装置１０００は、位置測定装置１１００を備えているので、一方向からの測定によって対象物である基板４００の位置情報を精度よく取得することができる。そして、その位置情報を利用して最適教示位置を算出することができる。

最適教示位置に基板４００を供給することによって、歩留り低下や基板落下による成膜装置１０００を停止させなければならない事態を回避することができる。

また、位置測定装置１１００は、稼動中の成膜装置１０００において、基板支持プロセス中の基板姿勢変化を基板ホルダ毎に測定し、前ホルダのトレンドに対して明らかに異常とみられる基板ホルダ２００を特定することも可能となる。異常と判断された基板ホルダ２００に対しては、交換する等、排出する措置をとることができる。これにより、歩留り低下や基板落下による装置停止の頻度を低減することができる。

さらに、位置測定装置１１００は、稼動中の成膜装置１０００において、基板支持プロセス中の基板姿勢変化を基板ホルダ毎に測定し、得られた基板姿勢の面内回転自由度、すなわち、傾きβを除く５自由度情報から上爪２１０等の保持爪付近の基板変位量を算出することも可能となる。この変位量は、上爪２１０等に堆積した成膜層の剥離を引き起こす基板４００の滑り量とみなすことができる。この滑り量が大きくなる場合には、基板ホルダ２００を交換したり、供給ロボット３００による教示位置の修正を行ったりすることにより歩留り低下を抑制することができる。

また、本実施例の位置測定装置１１００における測距部及び撮像部は、図１７にその測定値の一部を示すように連続的に測定情報を取得し、６自由度情報演算部１２２０は、対象物の位置情報を継続的に算出し、記憶している。このため、任意のタイミングの位置情報を得ることができる。また、記憶された情報を事後的に解析することも可能である。

ここで、位置検出の精度をさらに向上させることができる例について説明する。第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０は、いずれもレーザ光を用いたセンサとなっている。ここで、これらのセンサとして三角測量方式を採用した場合の測定について説明する。

図１８は、三角測量方式を採用した場合の、基板４００の位置測定プロセスのフロー図である。

図１４に示したフロー図と比較すると、ステップＳ２３０〜Ｓ２５０までの処理が追加されている。すなわち、ステップＳ２１０、Ｓ２２０の処理は、図１４におけるステップＳ１１０、Ｓ１２０と共通である。また、ステップＳ２６０〜Ｓ２８０の処理は、図１４におけるステップＳ１３０〜Ｓ１５０の処理と共通である。

三角測量方式を用い、レーザ光によって変位を測定する変位センサは、図１９に示すように照射したレーザの反射光を受光レンズ１１１２で集光し、検出素子１１１３によって受光量のピークを検出して変位を出力する。測定対象が鏡面でない場合は、拡散光となるため、強い反射光を受光しにくく、測定対象の角度変化に因る受光ピーク変動は少ない。ところが、測定対象が基板４００のような鏡面体である場合、反射光は正反射となるため、強い反射光の影響を受けて受光ピークが変動し、誤差を含んだ変位を出力してしまう。図１９に示す通り、正反射測定時の測定誤差は、受光レンズ１１１２の収差に起因するため、誤差量は、受光レンズ１１１２上の入光位置によって一意に決まる。
この角度変化による誤差発生量は、実験的に取得が可能であり、入光位置が特定できれば、誤差補正が可能となる。

入光位置の変動量は、計測結果から算出された図２０に示す角度変化量θおよび幾何学的設置条件から以下の計算式により算出される。
入光位置変動量 ｌ＝Ｌ×ｔａｎ（Φ＋θ）−Ｌ×ｔａｎ（Φ）

図２１は、変位センサ１１００ヘッドの受光窓における位置座標の説明図である。また、図２２は、受光窓への正反射光位置による補正値を纏めたテーブルの一例である。

図１８に示すフロー図に基づいて位置測定を行う場合は、ステップＳ２３０において、上記の式により、入光位置変動量ｌを算出する。そして、ステップＳ２４０において、図２２に示すテーブルを参照し、ステップＳ２５０において、変位センサの誤差補正を行う。この処理を第１変位センサ１１１０、第２変位センサ１１２０、第３変位センサ１１３０の３つの変位センサのＹ変位に対して行う。以後、このようにして補正されたＹ変位の測定値を用いて最終的な６自由度情報を取得する（Ｓ２６０〜Ｓ２８０）。

このような誤差補正の処理を行うことにより、より精度の高い位置測定を行うことができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

２００…基板ホルダ
３００…供給ロボット
４００…基板
６００…垂直仮想平面
１０００…成膜装置
１１００…位置測定装置
１１１０…第１変位センサ
１１２０…第２変位センサ
１１３０…第３変位センサ
１１５０…画像センサ
Ｐａ…投影画像

Claims (8)

1. 対象物が有する測定対象平面と対向させるとともに、垂直仮想平面に正対させて配置され、前記対象物が有する前記測定対象平面上の少なくとも３つの測定点に対し、当該測定点までの水平方向の距離をそれぞれ測定する測距部と、
   水平方向から前記対象物の前記測定対象平面の投影画像を撮像する撮像部と、
   前記測距部によって取得された距離情報に基づいて、水平面内で直交する２軸のうち少なくとも一方の軸に対する傾きと、この２軸に直交し垂直方向に沿った１軸に対する傾きである前記測定対象平面の傾き情報を取得すると共に、当該傾き情報と前記投影画像とに基づいて前記対象物の位置情報を取得する演算部と、を備え、
   前記演算部は、前記測距部によって取得された距離情報に基づいて前記垂直仮想平面から外れる向きの前記測定対象平面の傾き情報を算出し、当該測定対象平面の前記傾き情報に基づいて補正されたテンプレートと、前記投影画像とに基づいて前記対象物の位置情報を取得することを特徴とした位置測定装置。
2. 前記測距部は、前記測定点に対応する少なくとも３つの変位センサを有し、当該変位センサは、前記測定対象平面が前記垂直仮想平面と平行状態となったときに、前記測定点までの光学距離が等しくなるように配置されたことを特徴とした請求項１記載の位置測定装置。
3. 前記測距部及び前記撮像部は、連続的に測定情報を取得し、前記演算部は、前記対象物の位置情報を継続的に算出することを特徴とした請求項１又は２に記載の位置測定装置。
4. 複数の基板ホルダに、供給ロボットによって順次円板状の基板を垂直に支持させる支持手順と、
   前記基板ホルダに支持された前記基板を順次複数の成膜チャンバに移動させ、各成膜チャンバ内で成膜処理を行う成膜手順と、
   当該成膜手順が終了した前記基板を供給ロボットによって前記基板ホルダから取り外す取り外し手順と、
   前記支持手順における前記基板の位置情報を記録する位置情報記録手順と、
   前記位置情報記録手順において記録された位置情報から前記供給ロボットに対する教示位置を修正する教示位置修正手順と、
   を含み、
   前記位置情報記録手順は、測距部を基板が有する測定対象平面と対向させるとともに、垂直仮想平面に正対させて配置し、前記測距部によって前記基板の測定対象平面上の少なくとも３つの測定点に対し、水平方向の距離を測定する測距手順と、水平方向から前記基板の前記測定対象平面の投影画像を撮像する撮像手順と、前記測距手順によって測定された前記水平方向の距離に基づいて、水平面内で直交する２軸のうち少なくとも一方の軸に対する傾きと、この２軸に直交し垂直方向に沿った１軸に対する傾きである前記測定対象平面の傾き情報を取得する傾き情報取得手順と、前記傾き情報と前記投影画像とに基づいて前記基板の位置情報を取得する位置情報取得手順と、
   を、含み、
   前記傾き情報取得手順は、
   前記測距手順によって取得された距離情報に基づいて前記垂直仮想平面から外れる向きの前記測定対象平面の傾き情報を算出し、
   前記位置情報取得手順は、前記測定対象平面の前記傾き情報に基づいて補正されたテンプレートと、前記投影画像とに基づいて前記基板の位置情報を取得することを特徴とした成膜方法。
5. 前記測距部は、前記測定点に対応する少なくとも３つの変位センサを有し、当該変位センサは、前記測定対象平面が前記垂直仮想平面と平行状態となったときに、前記測定点までの光学距離が等しくなるように配置されたことを特徴とした請求項４記載の成膜方法。
6. 前記測距手順及び前記撮像手順は、連続的に測定情報を取得し、前記位置情報記録手順は、前記基板の位置情報を継続的に算出することを特徴とした請求項４又は５に記載の成膜方法。
7. 円板状の基板に成膜処理を施す成膜プログラムであって、
   コンピュータに、
   複数の基板ホルダに、供給ロボットによって順次円板状の基板を垂直に支持させる支持手順と、
   前記基板ホルダに支持された前記基板を順次複数の成膜チャンバに移動させ、各成膜チャンバ内で成膜処理を行う成膜手順と、
   当該成膜手順が終了した前記基板を供給ロボットによって前記基板ホルダから取り外す取り外し手順と、
   前記支持手順における前記基板の位置情報を記録する位置情報記録手順と、
   前記位置情報記録工程において記録された位置情報から前記供給ロボットに対する教示位置を修正する教示位置修正手順と、
   を含み、
   前記位置情報記録手順に含まれる、基板が有する測定対象平面と対向させるとともに、垂直仮想平面に正対させて配置された前記測距部によって前記基板の測定対象平面上の少なくとも３つの測定点に対し、水平方向の距離を測定する測距手順と、水平方向から前記基板の前記測定対象平面の投影画像を撮像する撮像手順と、前記測距手順によって測定された前記水平方向の距離に基づいて、水平面内で直交する２軸のうち少なくとも一方の軸に対する傾きと、この２軸に直交し垂直方向に沿った１軸に対する傾きである前記測定対象平面の傾き情報を取得する傾き情報取得手順と、前記傾き情報と前記投影画像とに基づいて前記基板の位置情報を取得する位置情報取得手順と、
   を実行させ、
   前記コンピュータに、
   前記傾き情報取得手順において、
   前記測距手順によって取得された距離情報に基づいて前記垂直仮想平面から外れる向きの前記測定対象平面の傾き情報を算出し、
   前記位置情報取得手順において、前記測定対象平面の前記傾き情報に基づいて補正されたテンプレートと、前記投影画像とに基づいて前記基板の位置情報を取得させる成膜プログラム。
8. 供給ロボットと、
   キャリア上に搭載された基板ホルダと、
   内部で前記供給ロボットによって円板状の基板を前記基板ホルダに支持させるローダチャンバと、
   当該ローダチャンバに設けられたチャンバ窓と、
   前記基板ホルダに支持された基板が順次巡回し、内部で前記基板に対し成膜処理を施す複数の成膜チャンバと、
   前記チャンバ窓を通じて、前記基板の位置測定を行う請求項１乃至３のいずれか一項記載の位置測定装置と、
   当該位置測定装置によって取得された基板の位置情報に基づいて前記供給ロボットに対する位置教示する位置教示部と、
   を、備えたことを特徴とした成膜装置。

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