JP6405819B2

JP6405819B2 - アライメント装置

Info

Publication number: JP6405819B2
Application number: JP2014188766A
Authority: JP
Inventors: 俊昭兒玉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: TW201624602A; KR101785790B1; JP2016063029A; KR20160033048A; US9607389B2; TWI649830B; US20160078612A1

Description

本発明は、円形基板であるウエハの下面を撮像することにより、アライメントマークを検出するアライメント装置に関する。

半導体製造装置においては、円形基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）が、搬送機構により処理モジュールに受け渡されて処理を受ける。搬送機構により処理モジュールに搬送される前に、ウエハはアライメント装置に搬送されて、その周端の位置及び向きが検出される場合がある。そして、この検出結果に基づいて前記搬送機構が当該アライメント装置からウエハを受け取り、当該ウエハは前記処理モジュール内にて所定の向きを向くように搬送されると共に、所定の位置に搬送される。

ところで、従来、ウエハにはその向きを表すノッチと呼ばれる切り欠きが設けられており、前記アライメント装置は当該ノッチの向きとウエハの周端の位置とを検出できるように透過型センサを有するように構成されていた。しかし、新規に用いられる直径が４５０ｍｍのウエハについては、ノッチの代わりにウエハの裏面の周端付近にドット状のレーザーマークで構成したFiducial Mark（以下、アライメントマークと記載する）を設けることが検討されている。そこで、アライメント装置に反射型センサとしてカメラを設けて、光源からの光が照射されたウエハを当該カメラにより撮像することで、ウエハの周端及びアライメントマークを検出することが検討されている。

ここで、ウエハの周端部の表面及び裏面には、ベベルと呼ばれる傾斜面が構成されている。詳しくは発明の実施の形態で述べるが、そのように周端部が構成されていることで、ウエハにおいて当該周端部と、周端部よりも内側と、で光源からの光の反射具合が異なり、それによってウエハの周端を正確に検出することが困難であった。アライメント装置として、例えば特許文献１にはカメラによりウエハの輪郭線を含む画像を取得し、この画像に基づいてウエハの位置を取得する技術について記載されているが、上記の問題については着眼されておらず、当該問題を解決できるものではない。

特開２００９−８８１８４

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、円形基板であるウエハのアライメントマークを検出するアライメント装置において、ウエハの周端を精度高く検出することができる技術を提供することである。

本発明のアライメント装置によれば、円形基板であるウエハを載置部に載置し、前記載置部を回転させてウエハの下面側に形成されたアライメントマークを光学的に検出し、ウエハの向きを所定の向きに合わせるアライメント装置において、
前記ウエハの周縁を跨いでウエハの径方向に伸びる帯状の撮像領域が形成されるように、当該ウエハの下方側から撮像する撮像部と、
前記撮像領域を前記ウエハの周に沿って移動させるために、前記載置部を回転させる回転機構と、
前記ウエハの下面側から前記撮像領域に向けて光を照射する照射部と、
前記ウエハの外側を通過して当該ウエハの上方に照射された前記照射部からの光を前記撮像領域へ向けて反射させ、前記撮像領域を撮像して得られるウエハの径方向の輝度分布パターンにおいて、ウエハの外側の輝度をウエハの周端の輝度よりも大きくするための反射部材と、
前記輝度分布パターンに基づいて、ウエハの周端の検出及び前記アライメントマークの検出を行う制御部と、
前記載置部及び前記反射部材が室内に設けられると共に第１のモジュールと第２のモジュールとの間に介在し、前記室内が前記第１のモジュールに前記基板を受け渡すための第１の圧力と、前記第２のモジュールに前記基板を受け渡すための第２の圧力との間で変更されるロードロックモジュールと、
を備え、
前記制御部は、前記ロードロックモジュールの室内の圧力が前記第１の圧力から前記第２の圧力へ変更される間に、前記載置部の回転と前記照射部から前記反射部材への光照射とが行われるように制御信号を出力することを特徴とする。

本発明のアライメント装置においては、ウエハの下方側の照射部から照射され、当該ウエハの外側を通過してウエの上方に照射された光を、撮像部による撮像領域へ向けて反射させる反射部材が設けられている。この反射部材によって、撮像部により取得される輝度分布パターンについて、ウエハの外側の輝度がウエハの周端の輝度よりも大きくされる。従って、ウエハの周端を精度高く検出することができる。

本発明のアライメント装置を含む基板処理装置の横断平面図である。前記アライメント装置を含む第１の実施の形態に係るロードロックモジュールの縦断側面図である。前記ロードロックモジュールにおける光路を示す説明図である。前記ロードロックモジュールにおいて、取得される画像と、輝度分布グラフと、ウエハのベベル部の位置との関係を示す説明図である。第２の実施形態に係るロードロックモジュールの横断平面図である。前記ロードロックモジュールにおける光路を示す説明図である。前記ロードロックモジュールにおいて、取得される画像と、輝度分布グラフと、ウエハのベベル部の位置との関係を示す説明図である。前記ロードロックモジュールにおいて、取得される画像と、輝度分布グラフと、ウエハのベベル部の位置との関係を示す説明図である。第２の実施形態のロードロックモジュールの変形例を示す縦断側面図である。パターンの波形の変形例を示すグラフ図である。比較例のロードロックモジュールにおいて、取得される画像と、輝度分布グラフと、ウエハのベベル部の位置との関係を示す説明図である。比較例のロードロックモジュールにおいて、取得される画像と、輝度分布グラフと、ウエハのベベル部の位置との関係を示す説明図である。

（第１の実施形態）
本発明の実施の形態に係る基板処理装置１について、図１の概略平面図を参照しながら説明する。この基板処理装置１は、ウエハＷに対して枚葉で（１枚ずつ）プラズマ処理を施す。このウエハＷの直径は例えば４５０ｍｍである。基板処理装置１は、平面視細長の五角形のトランスファモジュール１１と、トランスファモジュール１１の周りに放射状に配置されて当該トランスファモジュール１１に接続された６つの処理モジュール１２と、トランスファモジュール１１に対向して配置されたローダーモジュール１３と、トランスファモジュール１１とローダーモジュール１３との間に介在する２つのロードロックモジュール３Ａ、３Ｂとを備える。

処理モジュール１２は真空容器を備え、真空容器内にはウエハＷを載置するステージ１４が設けられる。図中１５は昇降ピンであり、後述の第１のウエハ搬送機構１７にウエハＷを受け渡すために、ステージ１４の表面に対して当該ウエハＷを昇降させる。処理モジュール１２では、ステージ１４にウエハＷが載置された後に真空容器内を所定の真空度とし、処理ガスを導入すると共に真空容器内に高周波電力を印加してプラズマを生成する。このプラズマにより、ウエハＷはエッチング処理などのプラズマ処理を受ける。処理モジュール１２とトランスファモジュール１１とは、開閉自在なゲートバルブ１６で仕切られている。

トランスファモジュール１１の内部は真空雰囲気に維持されており、２つのスカラアームタイプの搬送アーム１７Ａと、不図示のガイドレールとを有する第１のウエハ搬送機構１７が設けられている。搬送アーム１７Ａは、夫々旋回自在且つ伸縮自在に構成されており、その先端にはウエハＷを載置して保持するエンドエフェクタ１７Ｂが取付けられている。第１のウエハ搬送機構１７は、ガイドレールに沿ってトランスファモジュール１１の長さ方向に移動自在に構成されており、トランスファモジュール１１と各処理モジュール１２とロードロックモジュール３Ａ、３Ｂとの間で、ウエハＷの受け渡しが行えるように構成されている。

ローダーモジュール１３は、直方体状の大気雰囲気の搬送室として構成されており、長手方向に沿って伸びる２つの側面のうちの一方に、ロードロックモジュール３Ａ、３Ｂが接続されている。２つの側面のうちの他方には、複数のウエハＷを収容する容器であるキャリアＣを載置するためのキャリア載置台２１が設けられており、この例では３つのキャリア載置台２１が設けられている。

ローダーモジュール１３の内部には、ウエハＷを搬送する第２のウエハ搬送機構２２が配置されており、不図示のガイドレールとスカラアームタイプの搬送アーム２２Ａとを有している。搬送アーム２２Ａは、ガイドレールに沿ってローダーモジュール１３の長さ方向に移動自在であり、また旋回自在且つ伸縮自在に構成されている。第１のウエハ搬送機構１７と同様に、第２のウエハ搬送機構２２の搬送アーム２２Ａの先端には、ウエハＷを載置して保持するエンドエフェクタ２２Ｂが取付けられている。この第２のウエハ搬送機構２２により、キャリア載置台２１上のキャリアＣと、ロードロックモジュール３Ａ、３Ｂとの間でウエハＷの受け渡しを行うことが出来るように構成されている。

ロードロックモジュール３Ａ、３Ｂは、その内部を真空雰囲気と大気圧雰囲気とに切り替え可能な内圧可変室として構成されている。また、このロードロックモジュール３Ａ、３Ｂは、ウエハＷの周端の位置とアライメントマークとを検出し、第１のウエハ搬送機構１７のエンドエフェクタ１７Ｂ、第２のウエハ搬送機構２２のエンドエフェクタ２２Ｂの所定の位置に、所定の向きで夫々ウエハＷを受け渡すアライメント装置としても構成されている。

ロードロックモジュール３Ａ、３Ｂのうち、代表して３Ａについて、図２の縦断側面図も参照して説明する。図中３１はロードロックモジュール３Ａを構成する容器であり、ゲートバルブ３２、３３（図１参照）を夫々介してトランスファモジュール１１、ローダーモジュール１３に接続されている。容器３１内には、ウエハＷを載置する水平な円形のステージ３４が設けられており、ステージ３４の表面にはウエハＷの裏面を支持する３つのピン３５が設けられている。ステージ３４は、当該ステージ３４上に載置されたウエハＷの周縁部の裏面側を撮像することができるように、その径の大きさがウエハＷの径よりも小さく構成されている。また、ステージ３４は、垂直な軸部３６を介して駆動機構３７に接続されている。この駆動機構３７により、ステージ３４に載置されたウエハＷが鉛直軸周りに回転されると共に昇降する。ウエハＷは、ウエハＷの中心とステージ３４の回転中心とが一致ないしは概ね一致するように、ステージ３４に載置される。ウエハＷの中心の位置は、ウエハＷの周端の位置から算出される。

例えば容器３１の壁面部には、ガス供給口３８と排気口３９とが形成されている。ガス供給口３８には、ガス供給管を介して窒素（Ｎ_２）ガスの供給源３８Ａが接続されている。また、排気口３９には排気管を介して、真空ポンプなどにより構成された排気機構３９Ａが接続されている。ガス供給口３８からのＮ_２ガスの供給と排気口３９からの排気とによって、容器３１内を大気圧雰囲気と真空雰囲気との間で切り替えることができる。

また、容器３１の底面部には開口部４１が設けられており、当該開口部４１はステージ３４に載置されたウエハＷの周端部に向かって開口するように垂直に形成されている。容器３１の外側において、この開口部４１の開口縁に沿ってリング部材４２が設けられており、リング部材４２の開口部は、光が透過できる透過窓４３により塞がれている。リング部材４２の下方には光学ユニット４４が設けられており、光学ユニット４４にはハーフミラー４５と光源４６とが含まれる。光学ユニット４４の下方には、撮像素子４７と図示しないレンズとを含むカメラ４８が、容器３１内の撮像領域４０を撮像できるように接続されている。カメラ４８の撮像方向、つまり前記レンズの光軸は、鉛直上方に向けられている。

撮像部であるカメラ４８は固定焦点カメラであり、従って、その被写界深度が固定されている。つまり、容器３１内の上下方向の所定の範囲にカメラ４８のピントが合うように構成されており、当該範囲が固定されている。そして、この範囲には、ステージ３４に載置されたウエハＷの裏面が含まれる。また、前記撮像領域４０はステージ３４に載置されたウエハＷの径方向に伸びるように帯状に、ウエハＷの周縁を跨ぐように形成されている。即ち、ウエハＷの周のうちの一部の端部が、その外側の領域と共に局所的に撮像される。なお、前記撮像領域４０はウエハＷの直径方向から多少外れて設定されていてもよい。カメラ４８により撮像が行われると、撮像素子４７から撮像領域４０の各箇所の輝度についての情報を含むデータ信号が制御部５へ出力される。前記データ信号を以降、輝度データと記載する。この輝度データに基づいて、制御部５が撮像領域４０の画像を取得する。

ウエハＷについてさらに説明しておくと、ウエハＷの周端部にはベベル部と呼ばれる領域が形成されている。図３などにおいて、Ｂとして示すベベル部は、ウエハＷの表面、裏面において、ウエハＷの周端から内方に向かうにつれて上方、下方に夫々向かう傾斜面が設けられる領域である。当該ベベル部ＢのウエハＷの径方向における幅には、４００μｍ程度の公差が有る。説明の便宜上、ウエハＷにおいてベベル部Ｂよりも内側の平板領域を本体部Ａとする。本体部Ａは平板として構成されることで、光源４６から照射される光を鉛直下方に正反射する。ベベル部Ｂは、上記のように傾斜面を形成することで、光源４６から照射される光を斜め方向に正反射する。このように光を反射する方向が異なることにより、既述のように配置されたカメラ４８で取得される輝度分布において、ベベル部Ｂの輝度は、本体部Ａの輝度に比べて低くなる。

また、本体部ＡにおけるウエハＷの裏面の周端付近には、背景技術の項目で述べたドット状のレーザーマークで構成されたアライメントマークが設けられている。カメラ４８により取得される本体部Ａの裏面の画像において、アライメントマークの輝度はその周囲の輝度に比べて小さくなるように、当該アライメントマークが形成されている。アライメントマークは、例えばウエハＷの周方向に離れて３つ形成されている。

容器３１内の天井面３１Ａは水平に形成されている。この天井面３１Ａには、開口部４１と重なるように反射部材５１が配置されている。反射部材５１はウエハＷの径方向に沿って設けられる細長の平板部材であり、側面から見て、その一端はステージ３４に載置されたウエハＷの端部よりも内側に位置し、その他端は前記ウエハＷの端部よりも外側に位置する。このような配置によって、上記のカメラ４８の撮像領域４０には、この反射部材５１が含まれる。当該反射部材５１は、後述するように開口部４１を介して光源４６から照射される光を反射させる。この反射部材５１の正反射光は、鉛直下方へ向かう。そして、ウエハＷ及び反射部材５１の画像を取得したときに、当該画像においてベベル部Ｂの輝度よりも反射部材５１の輝度が高くなる。ウエハＷの周端の検出を容易にするために、例えばベベル部Ｂの輝度（正反射率）に対して、反射部材５１の輝度（正反射率）が十分高くなるように、反射部材５１の輝度（正反射率）が２倍以上に構成されている。

続いて図１、図２に示す制御部５について説明する。制御部５はコンピュータにより構成されており、プログラム、各種の演算を行うＣＰＵ及びメモリ等を備えている。プログラムは、基板処理装置１の各部に制御信号を送り、後述するウエハＷの処理及びウエハＷの搬送を行うことができるように命令（各ステップ）が組み込まれている。プログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカードなどの記憶媒体であるプログラム格納部に格納されて、制御部５にインストールされる。

ロードロックモジュール３Ａに搬送されたウエハＷは、その周端及びアライメントマークが検出された上で、第１のウエハ搬送機構１７のエンドエフェクタ１７Ｂに受け渡される。このウエハの周端及びアライメントマークの検出について、図３を参照して説明する。図３では光源４６から照射された光の光路を矢印で示している。ウエハＷがステージ３４に載置された状態で、光源４６から光が、光学ユニット４４内を側方に向かうように照射され、この光がハーフミラー４５により反射されて鉛直上方へと向かい、ステージ３４に載置されたウエハＷの裏面の周縁部と、その外側に照射される。ウエハＷの裏面の周縁部において、ベベル部Ｂでは鉛直下方向きに反射される光は比較的少ない。それに対して、本体部Ａでは比較的多くの光が正反射により鉛直下方向きに反射される。また、ハーフミラー４５からウエハＷの外側に照射された光は、反射部材５１の正反射により、鉛直下方へ向かう。

このように光源４６から光が照射され、ウエハＷ及び反射部材５１により反射が起きている状態で、カメラ４８により撮像領域４０の撮像が行われ、取得された輝度データが制御部５に送信される。図４は、この輝度データから得られる画像及びグラフと、ウエハＷとの対応を示している。図４の中段に示す画像の長さ方向（図中の左右方向）は、ウエハＷの径方向に対応する。また、図４の下段に示すグラフの縦軸は画像の輝度を示し、値が大きいほど明るい画像となる。グラフの横軸の各数値は、ウエハＷの径方向に沿った撮像領域４０の各位置を表しており、従ってグラフの横軸の各位置と、画像の長さ方向の各位置と、が互いに対応する。グラフの横軸の数値０が、撮像領域４０におけるウエハＷの外方側の一端に対応し、横軸の数値が大きくなるほどウエハＷの内方側の位置であることを示す。以降、この図４の下段のグラフのように、撮像領域４０における輝度分布のパターンを表すグラフを輝度分布グラフと記載する。

撮像領域４０には、反射部材５１とウエハＷの裏面とが含まれるので、取得される輝度データは、これらの輝度分布を表す。上記したように、この輝度分布について、ウエハＷのベベル部Ｂの輝度は、反射部材５１の輝度及びベベル部Ｂよりも内側の本体部Ａの輝度よりも小さい。従って、図４の輝度分布グラフにおいて、グラフの波形をウエハＷの内方側に向かって見ると、急激に輝度が低下するポイントがあり、このポイントに対応する撮像領域の位置をＰ１とする。また、グラフの波形をウエハＷの外方側に向かって見ると、急激に輝度が低下するポイントがあり、このポイントに対応する撮像領域の位置をＰ２とする。位置Ｐ１は、位置Ｐ２よりも外方側の位置であり、位置Ｐ１、Ｐ２間の輝度を位置Ｐ１から位置Ｐ２に向かって見ると、急激に落ち込んだ後に比較的低い値で遷移して、急激に上昇する波形となる。制御部５は、このような波形を検出し、前記位置Ｐ１をウエハＷの周端の位置として検出する。

図４の画像及び輝度分布グラフでは、上記のアライメントマーク（図中Ｑ１として表示している）が撮像されたケースを示している。上記のように本体部Ａにおいて、アライメントマークＱ１の輝度はその周囲の輝度よりも低い。そのため、輝度分布グラフにおいて、アライメントマークＱ１については急峻な複数のピークとして取得される。制御部５は、例えばそのようなグラフの波形から、当該アライメントマークを検出する。上記のようにアライメントマークＱ１は複数、例えば３つ設けられるが、各アライメントマークＱ１でピークの間隔が異なるので、制御部５は各アライメントマークＱ１を互いに識別することができ、アライメントマークＱ１の検出後、各アライメントマークＱ１が所定の向きを向くようにステージ３４の向きを調整することができる。

ロードロックモジュール３Ａにおける動作の説明に戻る。既述のように光源４６から光を照射しながら、ステージ３４を１回転させて、ウエハＷの全周の輝度データを取得する。そして、この全周の輝度データにおいて、図４の輝度分布グラフで説明したように、グラフの波形が落ち込む位置Ｐ１を検出する。そして、検出されたウエハＷの全周における位置Ｐ１に基づいて、ウエハＷの中心位置及び当該中心位置のステージ３４の回転中心に対する偏心量が算出される。さらに、輝度データからアライメントマークＱ１が検出され、当該アライメントマークＱ１が所定の向きに向くようにステージ３４が回転して、ウエハＷの向きが調整された後、静止する。

然る後、算出されたウエハＷの中心位置及び／または前記偏心量に基づいて、ウエハＷの中心が第１のウエハ搬送機構１７のエンドエフェクタ１７Ｂ上の所定の位置に位置するように、当該エンドエフェクタ１７ＢがウエハＷの裏面に移動する。然る後、ステージ３４が下降して、エンドエフェクタ１７Ｂが上記のように向きが調整されたウエハＷを受け取る。

続いて、基板処理装置１全体におけるウエハＷの搬送例を説明する。この搬送例では、ロードロックモジュール３Ａがトランスファモジュール１１への搬入用のモジュールとして用いられ、ロードロックモジュール３Ｂがトランスファモジュール１１からの搬出用のモジュールとして用いられる。キャリアＣのウエハＷが、第２のウエハ搬送機構２２によりローダーモジュール１３内に搬送され、次いで内部が大気圧雰囲気とされたロードロックモジュール３Ａに受け渡される。ロードロックモジュール３Ａにて、容器３１内を所定の圧力の真空雰囲気にするために排気口３９から排気が行われることに並行して、既述のウエハＷの周端の検出、ウエハＷの中心位置及び偏心量の算出、アライメントマークＱ１の検出が行われる。

然る後、上記したようにウエハＷはこれらの検出結果に基づいて、第１のウエハ搬送機構１７に受け渡され、然る後、処理モジュール１２に搬送される。ロードロックモジュール３Ａにおいて、上記のように向き及びエンドエフェクタ１７Ｂに対する受け取り位置の調整が行われているので、ウエハＷは処理モジュール１２の所定の位置に所定の向きで受け渡され、その後エッチング処理を受ける。処理後のウエハＷは、第１のウエハ搬送機構１７に受け渡され、容器３１内が真空雰囲気とされたロードロックモジュール３Ｂに搬送される。容器３１内を大気圧雰囲気にするために、容器３１内にＮ_２ガスの供給が行われる。然る後、ウエハＷは第２のウエハ搬送機構２２に受け渡され、キャリアＣに戻される。

上記の搬送例においては、ロードロックモジュール３Ｂにてロードロックモジュール３Ａで行うウエハＷの周端及びアライメントマークＱ１の検出、ウエハＷの中心位置及び前記偏心量の算出を行っていないが、例えばロードロックモジュール３Ｂの圧力を変更することに並行して、これらのパラメータの検出及び算出を行うようにしてもよい。その場合は、その検出結果及び算出結果に基づいて第２のウエハ搬送機構２２のエンドエフェクタ２２Ｂの所定の位置に、所定の向きを向くようにウエハＷが載置される。

この基板処理装置１におけるロードロックモジュール３Ａ、３Ｂでは、既述のようにアライメントマークＱ１の検出に用いられるカメラ４８及び光学ユニット４４を用いて、ウエハＷの周端に光を照射すると共にウエハＷの裏面を撮像する。そして、ウエハＷの外側を通過してウエハＷの表面側に照射された光をウエハＷの裏面側へと反射する反射部材５１を設けているため、カメラ４８で撮像することによって取得される輝度分布のパターンにおいて、ウエハＷの周端のベベル部Ｂの輝度よりもウエハＷの外側の輝度が高くなる。従って、ウエハＷの周端を精度高く検出することができる。そして、このように検出したウエハＷの周端から、ウエハＷの中心位置や当該中心位置とウエハＷの回転中心との偏心量が求められるので、これらの中心位置や偏心量に基づいて、第１のウエハ搬送機構１７のエンドエフェクタ１７Ｂ上の所定の位置に精度高くウエハＷを載置することができる。結果として、ウエハＷを処理モジュール１２内の所定の位置に精度高く搬送することができるため、ウエハＷの処理の精度を高めることができる。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態に係るロードロックモジュール３Ｃの構成について、ロードロックモジュール３Ａ、３Ｂとの差異点を中心に、図５の横断平面図と図６の縦断側面図とを参照して説明する。ウエハＷのベベル部Ｂは本体部Ａに比べて厚さが小さいため、欠ける場合がある。図５中、この欠けを６０として示している。このロードロックモジュール３Ｃでは欠け６０が生じた場合においても、ウエハＷの周端の検出が行えるように構成されている。

このロードロックモジュール３Ｃにおいては、天井面３１Ａに反射部材５１の代わりに反射部材６１が設けられている。図５では鎖線の矢印の先にこの反射部材６１の下面を示している。この反射部材６１の下面は、ウエハＷの径方向に沿って矩形状の反射領域６２、６３が交互に繰り返し配列されており、反射領域６２、６３の正反射率は互いに異なっている。後述のようにベベル部Ｂが欠けても、輝度分布グラフに基づいてウエハＷの周端の検出が行えるようなパターンを形成するために、例えば反射領域６２による光源４６からの光の正反射率は、反射領域６３による前記光の正反射率に比べて、例えば５０％以上高い。より具体的には、反射領域６２による前記光の正反射率は例えば７５％以上であり、反射領域６３による前記光の正反射率は例えば１０％以下である。また、取得される画像において、例えば、反射領域６２、６３の輝度は、ウエハＷのベベル部Ｂの輝度よりも大きく、ウエハＷの本体部Ａの輝度よりも小さくなるように、各反射領域６２、６３が構成されている。

カメラ４８のピントはウエハＷの裏面に合わせられており、反射部材６１には合わせられていない。即ち、反射部材６１はカメラ４８の被写界深度の外側に位置しているため、反射部材６１の画像はぼやける。図６で示す、反射部材６１の下面とウエハＷの表面との距離Ｈ１は、例えば１０ｍｍである。図７は、撮像領域４０を撮像して得られた輝度データから形成される画像と、輝度分布グラフと、を示している。図７の上段に示すように、図７の画像及び輝度分布グラフの作成に用いられた輝度データは、ウエハＷのベベル部Ｂの欠け６０が生じていない箇所を撮像して得られたものとする。

既述のように反射領域６２、６３が配列されていることで、取得される画像において、撮像領域４０内のウエハＷの外側には、この反射領域６２に対応した輝度が比較的高い領域と、反射領域６３に対応した輝度が低い領域とが交互に現れることになる。そして、上記のように被写界深度の外側に反射部材６１が位置することで、これらの反射領域６２、６３の境界においては、一方の領域から他方の領域に向かうに従って、しだいに輝度が変化する。結果として、輝度分布グラフの波形としては規則的に変化する波形となり、例えば図７に示すように正弦曲線となる。

上記のように、反射領域６２、６３の輝度はベベル部Ｂの輝度よりも大きく、そのため輝度分布グラフにおいて、ウエハＷの外方側から内方側へ向かって輝度の変化を見ると、ウエハＷの周端においては正弦曲線が途切れるようにグラフの輝度が下降する。この正弦曲線が途切れる点に対応する撮像領域の位置をＰ３とする。この位置Ｐ３よりウエハＷの内方側では、グラフの波形は、ウエハＷのベベル部Ｂ及び本体部Ａの輝度分布に対応する波形となる。即ち、位置Ｐ３より内方側に向かって輝度の変化を見ると、位置Ｐ３にて急激に降下した輝度は、ウエハＷの内方側に向かって比較的低い値で遷移した後、急激に上昇し、その後は比較的高い輝度で遷移する。なお、グラフ中の位置Ｐ２は、図４でも説明したようにベベル部Ｂと本体部Ａとの境界に対応して、輝度が急激に変化する位置である。

反射領域６２、６３に対応する前記正弦曲線は、ウエハＷの外側領域に限定的に現れ、撮像領域４０においてウエハＷのベベル部Ｂ及び本体部Ａに対応する位置には出現しない。従って、制御部５は上記の正弦曲線の途切れから位置Ｐ３を検出し、当該位置Ｐ３をウエハＷの周端の位置として検出する。

続いて、ウエハＷにおいてベベル部Ｂの欠け６０が有る箇所を撮像して得られる輝度データから取得される画像及び輝度分布グラフについて、図８を用いて説明する。この例では、欠け６０が図５で示したように、ウエハＷの本来の周端から本体部Ａの外端に亘って発生しているものとする。既述のように本体部Ａの輝度は、反射領域６２，６３の輝度よりも大きい。従って、輝度分布グラフの波形について、撮像領域４０をウエハＷの内方側へ向かって見ると、反射領域６２、６３による正弦曲線のパターンが途切れるポイントがあり、当該ポイントにおいて概ね垂直に上昇する波形となる。このポイントに対応する撮像領域の位置をＰ４とする。位置Ｐ４よりウエハＷの内方側の位置では、ウエハＷの本体部Ａに対応する輝度となる。つまり、位置Ｐ４にて上昇した輝度は、ウエハＷの内方側へ向かって比較的高い値で遷移する。従って、欠け６０が有る場合も、前記正弦曲線はウエハＷの外側領域に限定的に現れるため、制御部５は上記の正弦曲線の途切れから位置Ｐ４を検出し、当該Ｐ４をウエハＷの周端の位置として検出することができる。

ウエハＷの周端部において欠け６０がベベル部Ｂの内端へ達していない場合、つまり縦断側面で見てベベル部Ｂの一部が欠けている場合、当該ウエハＷの周端部を撮像して得られる輝度分布グラフの波形は、図７で示したものと略同様の波形となる。この場合も、制御部５は、正弦曲線が途切れる位置Ｐ３をウエハＷの周端として検出することができる。つまり欠け６０の大きさによらず、制御部５は、前記正弦曲線の途切れに基づいて、ウエハＷの周端を検出することができる。なお、欠け６０が生じていることで、取得される輝度分布グラフにおける位置Ｐ３、位置Ｐ２の間隔は、図７のグラフに示した間隔よりも小さくなる。

このロードロックモジュール３Ｃにおいては、ロードロックモジュール３Ａでの処理と同様に、光源４６から光を照射しながらウエハＷが載置されたステージ３４が１回転される。それによって、制御部５により、アライメントマークＱ１が検出されると共に、ウエハＷの全周における周端の位置が検出される。さらに制御部５により、前記周端の位置からウエハＷの外形が算出されて欠け６０が生じた領域が特定される。この特定された領域を除いた領域にて検出されたウエハＷの周端の位置に基づいて、ウエハＷの中心位置、並びに当該中心位置とウエハＷの回転中心との偏心量とが算出される。

ロードロックモジュール３Ｃは、例えば上記のロードロックモジュール３Ａの代わりに基板処理装置１に設けられる。それによって、上記のように算出された前記ウエハＷの中心位置と前記偏心量とに基づいて第１のウエハ搬送機構１７のエンドエフェクタ１７ＢへのウエハＷの受け渡しが行われる。上記のように欠け６０が生じた領域を除いた周端の位置に基づいてウエハＷの中心位置が特定されるので、より精度高くエンドエフェクタ１７Ｂの所定の位置へウエハＷを受け渡すことができる。

また、このロードロックモジュール３Ｃによれば、上記のようにウエハＷの外形を算出するため、ウエハＷの周端において欠けている箇所の数や、欠けの面積などのウエハＷの周端部の欠け具合を検出することができる。そこで、上記の基板処理装置１にロードロックモジュール３Ｃを設けた場合、欠けている箇所の数及び／または欠けの面積が許容値以上と制御部５が判定した場合には、そのウエハＷについては処理モジュール１２に搬送せずに、トランスファモジュール１１、ロードロックモジュール３Ｂを介して、キャリアＣに戻されるようにしてもよい。

ところで、ロードロックモジュール３Ｃにおいては、ウエハＷの外側に規則的なパターンが形成されるように反射部材６１を設け、輝度分布グラフにおいて、この規則的なパターンが途切れた位置に基づいて、ウエハＷの周端を求めている。上記したようにこのパターンは曲線であり、パターンが途切れる位置Ｐ３においては直線ないしは概ね直線の波形に変化する。つまり、ウエハＷの周端を境界として波形の形状が明確に変化することで、制御部５による当該境界の識別、即ちウエハＷの周端の検出が、より確実に行われるようになっている。

また、図７に示すように輝度分布グラフをウエハＷの径方向に見て、ベベル部Ｂに対応する領域におけるグラフの波形は、一旦落ち込んだ後に上昇するパターンとなる。反射部材６１によるグラフの波形も正弦曲線となるため同様に、ウエハＷの径方向に見ると一旦落ち込んだ後、上昇するパターンとなる。これらの波形の形状を制御部５が明確に区別できるように、反射部材６１における比較的低い輝度を示す反射領域６３のウエハＷの径方向に沿った幅が設定される。具体的には、図７に示すように反射領域６３の前記幅Ｌ１は、ベベル部Ｂの前記幅Ｌ２と異なるように構成される。図７ではベベル部Ｂの幅Ｌ２よりも反射領域６３の幅Ｌ１が小さく構成された例を示している。

次に第２の実施形態の変形例であるロードロックモジュール３Ｄを図９に示す。このロードロックモジュール３Ｄには反射部材６１が設けられておらず、容器３１の天井面３１Ａが鏡面として構成され、当該天井面３１Ａにおける光源４６からの光の正反射率が、例えば反射部材６１の反射領域６２と同様に７５％以上となっている。また、この天井面３１Ａには溝６４が、ウエハＷの径方向に間隔をおいて複数設けられており、各溝６４は、ウエハＷの接線方向に伸びている。この溝６４における光源４６からの光の正反射率は、例えば反射部材６１の反射領域６３と同様に、１０％以下とされる。このような構成によって、輝度分布グラフにおいて、図７、図８で説明したような正弦曲線のパターンが形成される。従って、このロードロックモジュール３Ｄにおいてもロードロックモジュール３Ｃと同様に、ベベル部Ｂの欠けを検出し、より精度高くウエハＷの周縁からウエハＷの中心位置を算出することができる。

ウエハＷの外側に形成されるパターンの波形については、制御部５によりウエハの周端が検出可能なものであれば、輝度分布グラフにおいて正弦曲線が形成されるように反射部材６１を構成することに限られない。例えば、図１０に示すような規則的な三角波のパターンが形成されるようにしてもよい。ウエハＷの周端に対応する位置では、当該パターンの波形よりも垂直性が高い波形が出現するため、制御部５は、グラフの波形に基づいて当該ウエハＷの周端の検出を行うことができる。また、このようなウエハＷの外側におけるパターンは、制御部５による検出を確実に行えるようにするために形成するものであり、従って制御部５が検出を行える範囲で、パターンに若干の歪みが生じ、非規則的になっていてもよい。

ここから、既述の実施形態の各ロードロックモジュールの効果をより詳しく説明するために、比較例のロードロックモジュールについて説明する。比較例１のロードロックモジュールは、反射部材５１が設けられていないことを除いては、ロードロックモジュール３Ａと同様に構成されているものとする。また、容器３１の天井面３１Ａは、当該反射部材５１よりも光源４６からの光の吸収率が大きいものとする。図１１は、この比較例１のロードロックモジュールにおいて、取得される輝度データに基づいて作成される画像及び輝度分布グラフを示している。

比較例１では、天井面３１Ａの吸光率が大きいことにより、取得される画像においてはロードロックモジュール３Ａで取得される画像に比べて天井面３１Ａの輝度が低く、ベベル部Ｂの輝度と天井面３１Ａの輝度との差が小さい。そして、比較例１の輝度分布グラフを見ると、ロードロックモジュール３Ａの輝度分布グラフで説明したウエハＷの周端の位置に対応して現れる急激に下降する波形が検出されない。従って、比較例１ではウエハＷの周端を検出することができない。

この比較例１の輝度分布グラフの波形についても、ロードロックモジュール３Ａの輝度分布グラフの波形と同様に、ベベル部Ｂと本体部Ａとの境界に対応する位置Ｐ２で急激に輝度が低下する。従って、予めベベル部Ｂの幅の大きさを設定しておき、検出された位置Ｐ２と前記ベベル部Ｂの幅とに基づいて、ウエハＷの周端の位置を予測することはできる。しかし、既述のようにベベル部Ｂの幅には公差が存在するため、そのように予測された周端の位置を、実際の周端の位置に一致させることは困難である。また、ベベル部Ｂに欠け６０が生じていても、欠け６０の有無を判別することも困難である。従って、上記のロードロックモジュール３Ａでは、この比較例１よりも周端の位置を精度高く検出することができる。

比較例２のロードロックモジュールでは、容器３１の天井部にウエハＷの透過照明として光源６５が設けられている。光源６５の光は下方のカメラ４８の撮像領域４０へ向けて照射される。上記のウエハＷの下方の光源４６からの照射される光の波長（第１の波長とする）は、この天井部の光源６５から照射される光の波長（第２の波長とする）と異なっており、カメラ４８の撮像素子４７としては、既述のように撮像領域４０の輝度分布を取得できることの他に、第１の波長と第２の波長とを互いに識別することができるものが用いられる。ウエハＷを撮像する際には、光源６５、光源４６から共にウエハＷに光が照射される。

図１２は、この比較例２のロードロックモジュールにおいて取得される輝度データに基づいて作成される画像及び輝度分布グラフを示している。上記の光源４６、６５の波長の違いにより、撮像領域４０において例えば光源６５から光が照射される領域、つまりウエハＷの外側領域の画像は、ウエハＷの本体部Ａの画像とは異なる色（異なる波長）の画像として取得される。色の違いを示すために図では、ウエハＷの外側の画像について斜線を付して示している。

比較例２のロードロックモジュールにおいて、ウエハＷの欠け６０が生じていない領域を撮像した場合には、図１２に示すようにロードロックモジュール３Ａで取得される輝度分布グラフの波形と同様の波形を有する輝度分布グラフが取得される。即ち、図４の輝度分布グラフで説明したように、ウエハＷの周端位置、及びベベル部Ｂと本体部Ａとの境界の位置に対応して急激に輝度が低下する位置Ｐ１、Ｐ２が検出される。撮像領域４０において位置Ｐ１よりもウエハＷの外方側の輝度分布は、ウエハＷの上方の光源６５からの光の照射によって取得され、位置Ｐ２よりもウエハＷの内方側の輝度分布は、ウエハＷの下方の光源４６からの光の照射によって取得されていることになる。

図８で示したウエハＷのように本来の周端から本体部Ａの外端に亘って欠け６０が発生し、比較例２のロードロックモジュールにおいて、このように欠け６０がある領域を撮像した場合には、取得される輝度分布グラフにおいて、ウエハＷの周端位置に対応する輝度の低下、ベベル部Ｂと本体部Ａとの境界に対応する輝度の低下が検出されない。つまり、輝度分布グラフからはウエハＷの周端を検出することができない。しかし上記のように撮像素子４７は、光源４６、６５からの光の波長を互いに識別できるので、撮像領域４０をウエハＷの径方向に沿って見て、波長が切り替わる位置をウエハの周端の位置として検出することができる。つまり、この比較例２も、ロードロックモジュール３Ｃと同様に、ウエハＷの周端に欠け６０があってもウエハＷの周端位置を精度高く検出することができる。ただし、この比較例２では、透過照明である高価な光源６５を設ける必要があるし、さらに撮像素子４７として２つの互いに異なる波長の識別が可能なものを用いる必要がある。従って、ロードロックモジュール３Ｃとしては、この比較例２のロードロックモジュールに対して安価な構成でウエハＷの周端を検出できるという利点が有る。

Ｗウエハ
１基板処理装置
１７第１のウエハ搬送機構
２２第２のウエハ搬送機構
３Ａ、３Ｂ、３Ｃロードロックモジュール
３４ステージ
３７駆動機構
４６光源
４７撮像素子
４８カメラ
５制御部
５１、６１反射部材
６２、６３反射領域

Claims

円形基板であるウエハを載置部に載置し、前記載置部を回転させてウエハの下面側に形成されたアライメントマークを光学的に検出し、ウエハの向きを所定の向きに合わせるアライメント装置において、
前記ウエハの周縁を跨いでウエハの径方向に伸びる帯状の撮像領域が形成されるように、当該ウエハの下方側から撮像する撮像部と、
前記撮像領域を前記ウエハの周に沿って移動させるために、前記載置部を回転させる回転機構と、
前記ウエハの下面側から前記撮像領域に向けて光を照射する照射部と、
前記ウエハの外側を通過して当該ウエハの上方に照射された前記照射部からの光を前記撮像領域へ向けて反射させ、前記撮像領域を撮像して得られるウエハの径方向の輝度分布パターンにおいて、ウエハの外側の輝度をウエハの周端の輝度よりも大きくするための反射部材と、
前記輝度分布パターンに基づいて、ウエハの周端の検出及び前記アライメントマークの検出を行う制御部と、
前記載置部及び前記反射部材が室内に設けられると共に第１のモジュールと第２のモジュールとの間に介在し、前記室内が前記第１のモジュールに前記基板を受け渡すための第１の圧力と、前記第２のモジュールに前記基板を受け渡すための第２の圧力との間で変更されるロードロックモジュールと、
を備え、
前記制御部は、前記ロードロックモジュールの室内の圧力が前記第１の圧力から前記第２の圧力へ変更される間に、前記載置部の回転と前記照射部から前記反射部材への光照射とが行われるように制御信号を出力することを特徴とするアライメント装置。
前記反射部材は、前記撮像部の被写界深度の外側に位置することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
前記反射部材は、互いに正反射率が異なる第１の反射領域と、第２の反射領域とを備え、
前記第１の反射領域及び前記第２の反射領域は、ウエハの径方向に沿って交互に繰り返し設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のアライメント装置。
前記撮像領域のうち、ウエハの外側に対応する領域には規則的な輝度分布パターンが形成されるように前記反射部材が構成されることを特徴とする請求項３記載のアライメント装置。
前記規則的な輝度分布パターンは、正弦曲線により構成されることを特徴とする請求項４記載のアライメント装置。
前記制御部は、ウエハの周端において欠けが生じた領域を検出し、当該欠けが生じた領域以外の領域で検出されたウエハの周端の位置に基づいて、ウエハの中心の位置を検出することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一つに記載のアライメント装置。