(57)【要約】【課題】大型化を出来るだけ抑え、高精度な基板位置決めを行うことが可能な基板位置決め装置を提供する。【解決手段】平面形状の基板１を位置補正して位置決めする基板位置決め装置１００であって、基板１を少なくとも浮上させる微小空気穴１６並びに配管経路２１、及び中心部に形成された孔５ａを有する基板搭載ステージ５と、基板搭載ステージ５の孔５ａの中に配置されたＸＹＺθテーブル８、搭載される基板の平面と垂直な方向にＸＹＺθテーブル８を上下移動するＺ軸ステージ１４、搭載される基板１の平面に垂直な回転軸でＸＹＺθテーブル８を回転するθステージ１１を有するＸＹＺθステージ８０とを備えた、基板位置決め装置１００である。【選択図】図３
2013125795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面形状の基板を位置補正して位置決めする基板位置決め装置であって、
前記基板を少なくとも浮上させる浮上部、及び中心部に形成された孔を有する基板搭載ステージと、
前記基板搭載ステージの孔の中に配置されたテーブル、搭載される前記基板の平面と垂直な方向に前記テーブルを上下移動する上下方向移動部、搭載される前記基板の平面に垂直な回転軸で前記テーブルを回転する回転部を有する中央ステージとを備えた、基板位置決め装置。
【請求項２】
搭載される前記基板を回転する回転方向移動部を備え、
前記中央ステージは、前記基板を吸着保持する吸着部、前記基板の平面に平行な方向に前記テーブルを移動する平面方向移動部を有し、
前記回転方向移動部は、前記浮上部によって浮上され、前記吸着部によって前記テーブルに吸着される前記基板を回転する、請求項１記載の基板位置決め装置。
【請求項３】
前記回転方向移動部は、
前記テーブルに吸着される前記基板の端縁を押圧する押圧部材を有している、請求項２記載の基板位置決め装置。
【請求項４】
前記基板との位置を調整するために前記基板搭載ステージに形成されているステージ用アライメントマーク、及び前記基板搭載ステージとの位置を調整するために前記基板に形成されている基板用アライメントマークを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像した前記基板用アライメントマーク及び前記ステージ用アライメントマークから、前記基板搭載ステージに対する前記基板の位置が許容範囲になるように、前記回転部が回転するごとく制御する制御部とを更に備えた、請求項１記載の基板位置決め装置。
【請求項５】
平面形状の基板を位置補正して位置決めする基板位置決め方法であって、
基板搭載ステージ上に前記基板を搭載する搭載ステップと、
前記基板搭載ステージ上で前記基板を浮上させる浮上ステップと、
前記基板搭載ステージの中心部に形成された孔に配置されたテーブルを上昇させ、当接状態で前記基板を吸着する載置ステップと、
前記基板と前記基板搭載ステージの回転角度が所望の回転角度になるように、前記基板を吸着保持した前記テーブルを回転する回転ステップと、
前記基板搭載ステージで前記基板を吸着保持する基板保持ステップとを備えた、基板位置決め方法。
【請求項６】
前記載置ステップの前に、前記基板と平行な面方向における前記基板搭載ステージの中心位置と前記基板の中心位置の距離が所望の距離以下になるように、前記テーブルを移動させる第１移動ステップと、
前記載置ステップの後に、前記テーブルを前記第１移動ステップで移動する前の位置に戻す第２移動ステップとを備えた、請求項５記載の基板位置決め方法。
【請求項７】
前記基板保持ステップでは、前記基板の中央部側から端に向かって順に前記基板を吸着し、前記基板搭載ステージで前記基板を吸着保持する、請求項５記載の基板位置決め方法。
【請求項８】
前記基板搭載ステージは、前記基板との位置を調整するためのステージ用アライメントマークを有し、
前記基板は、前記基板搭載ステージとの位置を調整するための基板用アライメントマークを有し、
前記ステージ用アライメントマーク及び前記基板用アライメントマークを撮像し、前記基板と前記基板搭載ステージとの相対的な位置関係を求める位置関係検出ステップを更に備え、
求められた前記相対的な位置関係に基づいて、前記回転ステップが行われる、請求項５記載の基板位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板位置決め装置及び基板位置決め方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置は、ガラスや溶融石英などの基板上のアモルファスシリコン膜がポリシリコン膜に結晶化された縦横同一又は異なるピッチに配列された画素トランジスタ（薄膜トランジスタ）のスイッチングにより画像を映し出している。
【０００３】
この基板上に画素トランジスタを形成するために、ガラス基板にアモルファスシリコン膜を形成した後、膜内部に存在する水素を熱処理して脱水素が行われる。その後、アモルファスシリコン膜にエキシマレーザなどを照射してポリシリコン膜にする結晶化が行われている。結晶化により結晶内を移動できる電子の速度（移動度）が大きくなるため薄膜トランジスタのスイッチング速度が速くなり、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置の画像が鮮明に見える。処理される基板サイズについては第２世代から現在では第８世代に到達しようとしており一辺が２ｍを超える大型基板のレーザによる照射が今後必要となってくる。
【０００４】
図１７は従来の照射方法によって３２インチパネルを照射する状態を示した図である。画素の大きさはたとえば０．４５ｍｍｘ０．１５ｍｍの大きさを有し、その中で図中Ｂ領域は、薄膜トランジスタが配置され、アモルファスシリコンが蒸着された領域であり、大きさは０．３ｍｍｘ０．１ｍｍほどに形成されている。一方Ａ領域は、アモルファスシリコンが蒸着されていない部分である。アモルファスシリコンが蒸着された領域Ｂをレーザ照射することにより、ポリシリコン膜への結晶化が行われる。
【０００５】
照射レーザ光は長軸、短軸方向からなる細長いビームに整形されており、例えば図１８に示すように、長軸１ｍｍ、短軸３０μｍのものを用いることができる。このような細長いビームを短軸方向に走査し基板終端では長軸方向に走査し、再び短軸方向に走査を行う。この走査が基板全域にわたって行われ、レーザ照射が行われる。細長ビームの長軸方向の重なり部は基板上のアモルファスシリコンのない部分（Ａ領域）で行われるため、ビーム長軸方向長さと長軸方向走査の位置精度は図１７の場合、約１５０μｍ単位の相対位置精度が必要となる。この重なり部分（Ａ領域）はパネルのサイズ、高精細化により今後ますます小さくなり、高精度の位置精度が要求される。
【０００６】
一方、細長ビームの短軸方向では、ビームを走査する方向のため開始位置精度は例えば基板端面から５ｍｍ程度内側にある配線パターンから照射が必要となり、数ｍｍ単位の位置決め精度でよい。短軸方向のレーザ照射速度は約数１００ｍｍ/ｓの一定速度であり、基板の搭載ステージは、ステージの加速及び減速のためのストロークが必要となり、短軸方向にストロークの長いステージ構成になっている。図１９に従来のレーザ照射装置の構成を示す。図１９においてガラス基板１０１はＸステージ５３上にあるＸテーブル５４に搭載され、Ｘ方向に走査され、レーザ光学系ヘッド５１によりレーザ照射される。レーザ光学系ヘッド５１は、Ｙステージ５２によりＸテーブル５４がガラス基板１０１の終端に達するとＹ方向に移動する。このような動きにより基板全面が照射される。従来の照射装置においてはＸステージに対しＹステージはガントリー構成になっている。
【０００７】
このような照射方法および照射装置において基板を加工テーブル上に装填し基板位置決めを行う方法としては、従来のガラス基板の位置決め方法としてカラーフィルター製造装置に用いられている方法を適用することが考えられる。これについて図２０を用いて説明する。
【０００８】
図２０は特許文献１で公開されている技術である。この特許文献において、１０１はガラス基板、１０２はインクジェットヘッドである。ガラス基板１０１はインクジェットヘッド１０２に対して相対的に走行可能となるように、ＸＹθテーブル１０５上に搭載される。ガラス基板１０１にはアライメントマーク１０３が形成され、それらは粗調整用撮像手段１０４により認識、計測される。尚、図２０のカラーフィルター製造装置をレーザ照射装置に適用する場合、図２０におけるインクジェットヘッド１０２が図１９のレーザ光学系ヘッド５１と置き換えることができる。また、図１９においてのＸテーブル５４は図２０においてのＸＹθテーブル１０５に相当する。
【０００９】
次に基板位置決め動作を順に説明する。
【００１０】
最初にガラス基板１０１が、ベース１０６上に構成されたＸＹθテーブル１０５に搬送され、吸着、把持が行われる。一般的に移載用ロボットまたはコンベアなどを使って搬送が行われる。 
【００１１】
次に、２組の低光学倍率である粗調整用撮像手段１０４にてアライメントマーク１０３を撮像できる位置にＸＹθテーブル１０５が移動される。
【００１２】
２組の粗調整用撮像手段１０４にて、アライメントマーク１０３を撮像した後、正しくアライメント補正するために必要なＸ軸方向の補正量、Ｙ軸方向の補正量、θ角度の補正量が、それぞれ算出される。 
【００１３】
次に、算出した補正量をもとに、実際にＸＹθテーブル１０５が、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、及びθ１、θ２方向に移動される。移動後、粗調整用撮像手段１０４は高光学倍率である微調整用撮像手段（図示せず）にて、アライメントマーク１０３を撮像した後、画像データに対して画像処理などが用いられ、正しくアライメント補正するために必要なＸ軸方向の補正量、Ｙ軸方向の補正量、θ角度の補正量がそれぞれ算出される。そして、その量に応じてＸＹθテーブル１０５が移動され、規格範囲内であればアライメント補正動作完了となる。
【００１４】
ＸＹθテーブル１０５の位置決め検出は、リニアエンコーダやロータリーエンコーダなどが用いられリニアエンコーダではミクロン、サブミクロンの分解能やロータリーエンコーダでは例えば1.6マイクロラジアン（４００万パルス／１回転）の分解能で位置決めされる。基板位置決め精度としては、分解能の５倍から１０倍の精度を設計の余裕度として見積るため、ＸＹ方向では数ミクロン、θ方向では１０μラジアン程度である。 
【００１５】
基板位置決め精度を向上するために、撮像手段の認識精度を向上させている。広い視野の低倍率な粗調整用撮像手段１０４を使って略位置決めを行い、高倍率な微調整用撮像手段（図示せず）に切り替えることを行って認識精度を向上させ、再度位置補正が行われる。
【００１６】
また、特許文献２では、基板位置決め精度を向上させるために高倍率、低倍率の撮像手段を用いず、過去の所定回数の補正量に基づいて予備的にガラス基板がセンターリングされるように予め高倍率な撮像手段の位置を補正して設置している。撮像手段の視野から極端にアライメントマークが外れることを防止すると共に撮像手段の視野のほぼ中央部でアライメントマークを認識し、認識精度の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開2003-29017号公報
【特許文献２】特開2003-247808号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記従来例のレーザ照射装置（図１９参照）において基板の位置決めを行う場合、図２０に示すＸＹθテーブルを用いると、基板の大型化にともなってＸＹθテーブルが大型化する。
【００１９】
特に特許文献１のＸＹθテーブルの構成では、基板を搭載するＸＹθテーブルをＸＹ方向に移動して位置決めを行うのでテーブルを移動する駆動系の大型化は避けられず、また、ＸＹθテーブルごと回転させるθ軸についてもθ回転駆動系が大型化し、高トルクが必要になる。図１９の装置構成で、図２０の方式を採用するとなれば少なくともＸＹθテーブルを回転制御する大型高トルクθ軸ステージが必要である。大型化、高トルク化のモータは駆動系からの発熱も大きく構成部材への熱影響により熱膨張による位置決め精度悪化も懸念される。一方、θ軸回転駆動系は大型化、高トルク化傾向以外に、高回転精度も要求される。
【００２０】
現在市販されているロータリーエンコーダの分解能は数μラジアン、大型基板例えば一辺が２ｍを超えるような基板サイズであれば基板端部で１０ミクロン程度の回転位置決め精度（前述した数値：１０マイクロラジアン＊1ｍ）になる。ＸＹステージの位置決め精度に比べ10倍ほど精度が悪いため、大型基板に対してはθ方向の位置決めの更なる高精度化が必要となる。
【００２１】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、大型化を出来るだけ抑え、高精度な基板位置決めを行うことが可能な基板位置決め装置及び基板位置決め方法を提供することである。 
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
平面形状の基板を位置補正して位置決めする基板位置決め装置であって、
前記基板を少なくとも浮上させる浮上部、及び中心部に形成された孔を有する基板搭載ステージと、
前記基板搭載ステージの孔の中に配置されたテーブル、搭載される前記基板の平面と垂直な方向に前記テーブルを上下移動する上下方向移動部、搭載される前記基板の平面に垂直な回転軸で前記テーブルを回転する回転部を有する中央ステージとを備えた、基板位置決め装置である。
【００２３】
第２の本発明は、
搭載される前記基板を回転する回転方向移動部を備え、
前記中央ステージは、前記基板を吸着保持する吸着部、前記基板の平面に平行な方向に前記テーブルを移動する平面方向移動部を有し、
前記回転方向移動部は、前記浮上部によって浮上され、前記吸着部によって前記テーブルに吸着される前記基板を回転する、第１の本発明の基板位置決め装置である。
【００２４】
第３の本発明は、
前記回転方向移動部は、
前記テーブルに吸着される前記基板の端縁を押圧する押圧部材を有している、第２の本発明の基板位置決め装置である。
【００２５】
第４の本発明は、
前記基板との位置を調整するために前記基板搭載ステージに形成されているステージ用アライメントマーク、及び前記基板搭載ステージとの位置を調整するために前記基板に形成されている基板用アライメントマークを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像した前記基板用アライメントマーク及び前記ステージ用アライメントマークから、前記基板搭載ステージに対する前記基板の位置が許容範囲になるように、前記回転部が回転するごとく制御する制御部とを更に備えた、第１の本発明の基板位置決め装置である。
【００２６】
第５の本発明は、
平面形状の基板を位置補正して位置決めする基板位置決め方法であって、
基板搭載ステージ上に前記基板を搭載する搭載ステップと、
前記基板搭載ステージ上で前記基板を浮上させる浮上ステップと、
前記基板搭載ステージの中心部に形成された孔に配置されたテーブルを上昇させ、当接状態で前記基板を吸着する載置ステップと、
前記基板と前記基板搭載ステージの回転角度が所望の回転角度になるように、前記基板を吸着保持した前記テーブルを回転する回転ステップと、
前記基板搭載ステージで前記基板を吸着保持する基板保持ステップとを備えた、基板位置決め方法である。
【００２７】
第６の本発明は、
前記載置ステップの前に、前記基板と平行な面方向における前記基板搭載ステージの中心位置と前記基板の中心位置の距離が所望の距離以下になるように、前記テーブルを移動させる第１移動ステップと、
前記載置ステップの後に、前記テーブルを前記第１移動ステップで移動する前の位置に戻す第２移動ステップとを備えた、第５の本発明の基板位置決め方法である。
【００２８】
第７の本発明は、
前記基板保持ステップでは、前記基板の中央部側から端に向かって順に前記基板を吸着し、前記基板搭載ステージで前記基板を吸着保持する、第５の本発明の基板位置決め方法である。
【００２９】
第８の本発明は、
前記基板搭載ステージは、前記基板との位置を調整するためのステージ用アライメントマークを有し、
前記基板は、前記基板搭載ステージとの位置を調整するための基板用アライメントマークを有し、
前記ステージ用アライメントマーク及び前記基板用アライメントマークを撮像し、前記基板と前記基板搭載ステージとの相対的な位置関係を求める位置関係検出ステップを更に備え、
求められた前記相対的な位置関係に基づいて、前記回転ステップが行われる、第５の本発明の基板位置決め方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、大型化を出来るだけ抑え、高精度な基板位置決めを行うことが可能な基板位置決め装置及び基板位置決め方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる実施の形態１におけるレーザ照射装置を模式的に示した斜視図
【図２】本発明にかかる実施の形態１における基板を模式的に示した斜視図
【図３】本発明にかかる実施の形態１におけるＸＹＺθステージを模式的に示した斜視図
【図４】本発明にかかる実施の形態１における微小穴と溝を示した図
【図５】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の制御を示すフロー図
【図６】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の基板を搬送する状態を模式的に示した断面図
【図７】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の基板を装填する状態を模式的に示した断面図
【図８】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の基板アライメントマーク及びステージアライメントマークを撮像する状態を模式的に示した断面図
【図９】（ａ）本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法のステージアライメントマークを撮像する状態を模式的に示した平面図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の基板アライメントマークを撮像する状態を模式的に示した断面図
【図１０】（ａ）本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法において基板の中心位置と基板搭載ステージの中心位置の位置ズレと基板回転角度を模式的に示した平面図、（ｂ）図１０（ａ）の断面模式図
【図１１】（ａ）本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法において基板の中心位置に合わせてＸＹＺθテーブルを移動した状態を模式的に示した平面図、（ｂ）図１１（ａ）の断面模式図
【図１２】（ａ）本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法においてＸＹＺθテーブルを上昇させて基板を吸着保持した状態を模式的に示した平面図、（ｂ）図１２（ａ）の断面模式図
【図１３】（ａ）本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法において基板を吸着保持した状態でＸＹＺθテーブルを初期位置に移動させた状態を模式的に示した平面図、（ｂ）図１３（ａ）の断面模式図
【図１４】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の基板回転方法を模式的に示す平面図
【図１５】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の基板を吸着する状態を模式的に示す断面図
【図１６】本発明にかかる実施の形態１における基板位置決め方法の位置決め確認をする状態を模式的に示した断面図
【図１７】従来のパネルへのレーザ照射パターンを示した図。
【図１８】従来の照射ビーム形状を示した図
【図１９】従来のレーザ照射装置を模式的に示した斜視図
【図２０】特許文献１に記載された基板位置決め方法に用いた基板位置決め装置を模式的に示した斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら、本発明にかかる実施の形態について詳細に説明する。 
【００３３】
図１は、本発明にかかる実施の形態１におけるレーザ照射装置を模式的に示す斜視図である。このレーザ照射装置では、位置補正した矩形平面形状の基板にレーザを照射する。図２は、本実施の形態１の基板を模式的に示した斜視図である。
【００３４】
図１に示すように、本実施の形態１のレーザ照射装置は、基板１の位置決めを行う基板位置決め装置１００と、位置決めが行われた基板１にレーザを照射するレーザヘッド２を備えている。本実施の形態１の基板位置決め装置１００は、Ｘステージ６に搭載された基板搭載ステージ５を有しており、レーザヘッド２は、Ｙステージ７に搭載され、ライン状のレーザを出射する。
【００３５】
このレーザ照射装置で基板１にレーザを照射する際には、基板位置決め装置１００によって基板１が基板搭載ステージ５に位置決めして搭載され、基板搭載ステージ５をＸ１，Ｘ２方向に走査し、レーザヘッド２から出たレーザ光によって、基板１にライン状レーザ光が、その短軸方向に走査されて照射される。そして、Ｘ１方向の走査が終わると、レーザヘッド２がＹ１又はＹ２方向に移動し、Ｘ２方向の走査が行われる。この動作を数回行うことで基板１の全面を照射することができる。
【００３６】
上記基板搭載ステージ５には、基板１との位置合わせを行うために、その４コーナ近傍にアライメントマーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが形成されている。図２に示すように、基板１にも、その４コーナ近傍にアライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが形成されている。以後、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを基板アライメントマーク、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄをステージアライメントマークと呼ぶ。このような基板１が基板搭載ステージ５に装填される。
【００３７】
４つの基板アライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの形成する中心位置は基板１の中心位置と一致し、４つのステージアライメントマーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの形成する中心位置は基板搭載ステージ５の中心位置と一致するように夫々のアライメントマークは配置されている。基板搭載ステージ５の中央部には、断面が円形状の孔５ａが形成されており、この孔５ａの中に、ＸＹＺθ方向に移動可能なＸＹＺθテーブル８が設置されている。
【００３８】
次に、ＸＹＺθテーブル８をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動させるＸＹＺθステージ８０について説明する。
【００３９】
図３は、本実施の形態１のＸＹＺθステージ８０を模式的に示す斜視図である。
【００４０】
ＸＹＺθステージ８０は、空気微小穴や空気溝により基板１を吸着浮上する、上面が円形状のＸＹＺθテーブル８と、ＸＹＺθテーブル８をθ１、θ２方向に回転するθステージ１１と、ＸＹＺθテーブル８をＸ１、Ｘ２方向に微小移動するＸ軸ステージ１２、ＸＹＺθテーブル８をＹ１，Ｙ２方向に微小移動するＹ軸ステージ１３、ＸＹＺθテーブル８とともに基板を上下させるＺ軸ステージ１４とを有している。基板１の平行移動、回転移動、及び上下移動をこのＸＹＺθステージ８０で行うことができる。Ｘ軸ステージ１２、Ｙ軸ステージ１３、Ｚ軸ステージ１４にはＸ、Ｙ、Ｚ方向への駆動手段が備え付けられているが、θステージ１１には駆動源はなく、ブレーキのみが設けられている。又、基板１の回転方向の駆動を行うために、基板１の端縁を押圧する押圧部材９ａ、９ｂ（図１参照）が設けられている。所定の回転位置に到達したらこのブレーキにより基板回転を停止する。
【００４１】
図４は、基板搭載ステージ５の表面の拡大図である。
【００４２】
図４に示すように、基板搭載ステージ５には、空気供給及び空気排除を行う微小空気穴１６と、吸着及び吸着破壊時に空気の経路となる空気溝１５が形成されている。これら微小空気穴１６及び空気溝１５により基板１の吸着保持や空気浮上が可能となる。尚、ＸＹＺθテーブル８の表面にも、基板搭載ステージ５と同様に微小空気穴１６及び空気溝１５が形成されている。
【００４３】
ＸＹＺθテーブル８で吸着された基板1は、その端部を押圧する対向する押圧部材９ａ、９ｂで基板1を時計、反時計方向に回転することができる。基板１の基板アライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び基板搭載ステージ５のステージアライメントマーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄはＸＹ方向に移動可能な移動手段を有する撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄによりその位置測定が行われる。
【００４４】
又、図１に示すように、レーザ照射装置を制御する制御部１１０が設けられている。この制御部１１０は、レーザ照射の際に、基板搭載ステージ５及びレーザヘッド２の制御を行うとともに、基板を位置決めする際の基板搭載ステージ５、ＸＹＺθステージ８０、押圧部材９ａ、９ｂ、及び撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ等の制御も行う。尚、レーザ照射の際の制御と基板位置決めの際の制御の双方を制御部１１０が行っているが、レーザ照射の際の制御と、基板位置決めの際の制御が別々の制御部で行われていても良い。
【００４５】
尚、本実施の形態１の基板位置決め装置１００は、基板搭載ステージ５、ＸＹＺθステージ８０、押圧部材９ａ、９ｂ、撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び制御部１１０等から構成されている。
【００４６】
又、本発明の浮上部の一例は、本実施の形態の微小空気穴１６、配管経路１９ａ、１９ｂ、２１ａ、２１ｂに対応する。本発明の中央ステージの一例は、本実施の形態のＸＹＺθステージ８０に対応し、本発明のテーブルの一例は、本実施の形態のＸＹＺθテーブル８に対応する。本発明の上下方向移動部の一例は、本実施の形態のＺ軸ステージ１４に対応し、本発明の回転部の一例は、本実施の形態のθステージ１１に対応する。又、本発明の平面方向移動部の一例は、本実施の形態のＸ軸ステージ１２、及びＹ軸ステージ１３に対応し、本発明の回転方向移動部の一例は、本実施の形態の押圧部材９ａ、９ｂに対応する。又、本発明の吸着部の一例は、本実施の形態の微小空気穴１６、配管経路２１に対応する。
【００４７】
次に、本実施の形態１のレーザ照射装置における基板位置決め方法について説明するとともに、本発明の基板位置決め方法の一例についても述べる。
【００４８】
図５は、本実施の形態１の基板位置決め方法の制御を示すフロー図である。図６〜図１６は、基板位置決め動作を説明するための図である。
【００４９】
図６は、基板１がロボット１７により基板搭載ステージ５上に搬送されている状態を模式的に示す断面図である。
【００５０】
はじめに、図６に示すように、ステップＳ１において基板１はロボットアーム１８上で保持されて基板搭載ステージの直上に搬送される。その後、図７に示すように基板搭載ステージ５の下面から突上げピン２２がＺ１方向に上昇するとロボットアーム１８は引込み、基板１の受け渡しが行われ、突上げピン２２はＺ２方向に下降する。この図６、及び図７に示すステップＳ１が、本発明の搭載ステップの一例に対応する。
【００５１】
そして、この下降の際、ステップＳ２において基板搭載ステージ５上では１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂの配管経路を通じて、ＸＹＺθステージ８０上では２１の配管経路を通じて空気が供給され空気流量と基板１の重量の釣合いで基板１が浮上する。このステップＳ２が、本発明の浮上ステップの一例に対応する。
【００５２】
浮上した基板１の状態が、後述する図８に示されている。例えば基板１の大きさが約２ｍを超えるガラス基板であるとき、例えば基板１は基板１ａ（図中点線で示す）のように変形し厚み方向の基板変形量は約１００μｍほどに達する。この変形量分以上に浮上させるように、配管経路１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１からの供給空気流量を調整し基板１が、基板搭載ステージ５及びＸＹＺθステージ８０の表面から１００μｍ以上に浮上させられる。
【００５３】
次に、図８、図９（ａ）、及び図９（ｂ）に示すように、ステップＳ３において４組の撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが基板搭載ステージ５にあるステージアライメントマーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのそれぞれの位置計測を行い、続いて４組の撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは基板アライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置計測をそれぞれ行う。図８は、基板アライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及びステージアライメントマーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを撮像する状態を模式的に示した断面図である。又、図９（ａ）は、ステージアライメントマーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを撮像する状態を模式的に示した平面図であり、図９（ｂ）は基板アライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを撮像する状態を模式的に示した平面図である。
【００５４】
ここで制御部１１０（図１参照）は、この２計測により図１０（ａ）、（ｂ）に示すような基板搭載ステージ中心位置Ｃ１の情報、基板中心位置Ｃ２の情報、基板回転角度θ３の情報を得て、基板搭載ステージ５上の基板１の理想の位置と、撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより位置計測をした基板搭載ステージ５上の基板１の実際の位置との差を演算する。図１０（ａ）は、基板１が浮上している状態を示す平面模式図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の断面模式図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１の中心位置Ｃ２は、基板搭載ステージ５の中心位置Ｃ１とずれている。このステップＳ３が、本発明の位置関係検出ステップの一例に対応する。
【００５５】
次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ステップＳ４において撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより位置計測をした基板搭載ステージ５上の基板１の実際の位置と、理想の位置との差が所望の値となるように、ＸＹＺθテーブル８を、Ｘ１、Ｘ２方向、Ｙ１，Ｙ２方向に動かす。図１１（ａ）は、ＸＹＺθテーブル８のθ回転軸８ａの位置と、基板１の中心位置が一致した状態を示す平面模式図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の断面模式図である。
【００５６】
この様にして、ＸＹＺθテーブル８のθ回転軸８ａの位置と基板１の中心位置とを一致させる。尚、本実施の形態では、θ回転軸８ａの位置と基板１の中心位置Ｃ２を一致させたが、完全に一致させず所望の範囲内であってもよい。又、このステップＳ４が、本発明の第１移動ステップの一例に対応する。
【００５７】
ここで、上述したように基板搭載ステージ５には、中央部に断面が円形状の孔５ａが形成されており、その孔にＸＹＺθテーブル８が配置されている。基板搭載ステージ５とＸＹＺθテーブル８のθ回転軸８ａは予め一致するように設計されている。このように、ＸＹＺθテーブル８のθ回転軸８ａが基板搭載ステージ５の中心位置Ｃ１と一致するようなＸＹＺθテーブル８の位置が初期位置とされる。
【００５８】
次に、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ステップＳ５において浮上した基板１がＸＹＺθテーブル８によって吸着保持される。図１２（ａ）は、基板１がＸＹＺθテーブル８によって吸着された状態を示す平面模式図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の断面模式図である。空気浮上した基板１を、その中央部で吸着保持するためにＸＹＺθテーブル８はＺ軸ステージ１４によりＺ１方向に上昇する。上昇後、基板１はＸＹＺθテーブル８にある配管経路２１から真空吸着される。このステップＳ５が、本発明の載置ステップの一例に対応する。
【００５９】
すなわち、基板搭載ステージ５及びＸＹＺθステージ８０上で浮上した基板１の中心位置に、ＸＹＺθテーブル８の中心位置を合わせるように、制御部１１０がＸＹＺθテーブル８を移動し、その後、上昇し基板１を吸着保持する。このようにして基板１の中心位置とＸＹＺθテーブル８の中心位置が一致した状態で、基板１がＸＹＺθテーブル８に吸着保持される。
【００６０】
一方、基板搭載ステージ５では配管経路１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂを通じて空気が供給され基板１の中央部以外は浮上したままである。基板１が中央部のみで吸着されている状態、たとえば基板１の中央部で直径３０ｃｍ程度の面積で吸着されている場合では、基板１とＸＹＺテーブル８との吸着力が５Ｋｇほどになり、一旦、基板１がＸＹＺθテーブル８に吸着した場合、外力が働かない限り相対位置ズレはないといえる。
【００６１】
次に、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ステップＳ６において基板１を吸着保持した状態で、ＸＹＺθテーブル８は、基板搭載ステージ５の中央部（初期位置）に戻る。図１３（ａ）は、基板１を吸着保持した状態でＸＹＺθテーブル８が初期位置に移動した状態を示す平面模式図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の断面模式図である。このステップＳ６が、本発明の第２移動ステップの一例に対応する。
【００６２】
基板１の浮上高さが１００μｍ以下の場合、局部的に基板１は基板搭載ステージ５に接触することになり、基板ごとに、そり及び変形量が異なるので接触による摩擦力が変化する。基板１の浮上高さが１００μｍ以上（図１３（ｂ）：Ｂ寸法参照）の時、基板１は基板搭載ステージ５から完全に浮上し基板１と基板搭載ステージ５との摩擦係数または摩擦力が一定となり摩擦係数は約０．００１程度である。例えば、基板１の重量が１０Ｋｇの場合、基板搭載ステージ５上では基板１の重量は０．１Ｋｇにしかならない。ＸＹＺθテーブル８上では基板１の重量は更に小さくなる。
【００６３】
すなわち、基板搭載ステージ５から空気を噴出し、基板１を浮かせるように力が作用しているため、ＸＹＺθテーブル８は、基板１を吸着保持していても、ほとんど重量がかからないことになる。
【００６４】
そのためＸ軸ステージ１２、Ｙ軸ステージ１３、Ｚ軸ステージ１４の搭載負荷はほとんどがステージ自重によるものとなり、また摩擦力の負荷変動が少ないため推力の小さい小型ステージ（ＸＹＺθステージ８０）によって、基板１を基板搭載ステージ５上で、紙面垂直方向において手前方向（図２ではＸ２方向）、奥方向（図２ではＸ１方向）やＹ１、Ｙ２方向に平行移動し、基板１の中心位置を基板搭載ステージ５の中心位置に高精度に調整することができる。
【００６５】
このような平行移動中は、基板１はＸＹＺθテーブル８で吸着保持されているため相対位置ズレは生じない。一方、基板１を回転させる場合、基板１の回転慣性は空気浮上を行っても変化ないので、浮上の状態でも基板１の回転には大きなトルクが必要となる。そこで大型基板のθ回転を行うためには回転中心近傍に動力源を設置して基板回転させるのではなく、基板１の中心を回転軸として基板１の端部を押圧し、その回転の移動量を制御することで基板回転を小さな推力で高精度に行うことができる。
【００６６】
又、基板の回転中においても、θステージ１１は駆動源がいらないので小型化できる。一方、浮上高さを管理することは摩擦力の変動をなくすことだけでなく、接触により発生する微細な塵等のコンタミ発生の防止ともなる。
【００６７】
そして、図１４に示すように、ステップＳ７において、ステップＳ３で演算された回転角度に基づいて、基板１の回転が行われる。図１４は押圧部材９ａ、９ｂによりＸＹＺθテーブル８の中心を回転軸として基板回転角度の補正が行われている状態を示す平面模式図である。
【００６８】
図１４に示すように、押圧部材９ａの押圧部９０ａと基板１との接触部の中心（図中Ｓ参照）と押圧部材９ｂの押圧部９０ｂと基板１との接触部の中心（図中Ｔ参照）とを結ぶ直線は、ＸＹＺθテーブル８の回転中心であるθ回転軸８ａに対して、偏心した配置となっている。つまり、押圧部材９ａの押圧部９０ａと基板１との接触部と、押圧部材９ｂの押圧部９０ｂと基板１との接触部とを結ぶ直線と、ＸＹＺθテーブル８のθ回転軸８ａとは、予め定められた距離が離れるように、ＸＹＺθテーブル８と押圧部材９ａ、９ｂが配置されている。
【００６９】
押圧部材９ａ、９ｂにおいて、基板１を時計方向に回転させる場合は押圧部材９ａが基板１を押圧し、基板１を反時計方向に回転させる場合は押圧部材９ｂが基板１を押圧する。これら押圧部材９ａ、９ｂのどちらか一方には、ばね機構による規制を緩和する機能が設けられている。
【００７０】
ここで制御部１１０は、撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより基板アライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置を計測し、基板回転角度が基板搭載ステージ５に対してゼロまたは規格（所望の値）内になるまで押圧部材９ａ、９ｂにより基板１０を押圧させる。基板１の回転角度がゼロまたは規格（所望の値）を満足した後、制御部１１０は、ブレーキを用いてθステージ１１の回転を止め、基板１の回転を完全に止める。この動作により高精度な基板回転移動工程を行うことができる。
【００７１】
つまり、撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの撮像情報に基づいて制御部１１０により、基板搭載ステージ５上の基板１の位置が予め定めた所定の位置となるように、押圧部材９ａ、９ｂを動作して、ＸＹＺθテーブル８のθ回転軸８ａを回転中心として基板１を回転させる。こうして基板１を回転させて、基板１の平面に垂直なθ回転軸回りの、基板搭載ステージ５に対する基板１の角度を、予め定めた所定の角度となるように位置補正が行われる。
【００７２】
その後、基板１を基板搭載ステージ５に吸着するために押圧部材９ａ、９ｂは基板１を押圧しない方向Ｙ３、Ｙ４に退避する。図１５は、押圧部材９ａ、９ｂがＹ３、Ｙ４方向に退避している状態を示す断面模式図である。基板１は、その中央部がＸＹＺθテーブル８に吸着されたままＺ軸ステージ１４によりＺ２方向に下降する。
【００７３】
次に、図１６に示すように、ステップＳ８において今まで空気供給していた配管経路１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂは空気排気を行い、基板１は中央部側から順に最後は基板周辺部にかけて基板搭載ステージ５に吸着される。基板１は基板搭載ステージ５の配管経路１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ及びＸＹＺθステージ８０の配管経路２１によって基板搭載ステージ５及びＸＹＺθステージ８０に完全に吸着される。このステップＳ８が、本発明の基板保持ステップの一例に対応する。
【００７４】
尚、図１６では基板搭載テーブル５及びＸＹＺθステージ８０を合わせた配管経路は５系統しかないが、基板の大きさにより空気たまりを防ぐためには配管経路を増やすことも必要となる。増やした場合でも排気の順番は基板中央に近い配管系統から行い、最後は基板周辺部を吸着する。尚、基板搭載ステージ５に基板１を吸着している最中でも基板１の位置にズレがないかが、撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ４ｄによって監視計測されている。図１６に示すように、基板１が全面吸着した場合に、基板１の位置の確認が行われる。基板１の浮上、吸着により基板位置に変化がないかを確認する基板確認工程である。撮像部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは基板１の浮上吸着に対し十分焦点深度があるレンズ系を用いた場合には焦点調整機能が不要となり認識計測誤差が小さく基板位置決め精度向上になる。
【００７５】
以上より、基板位置決めを行うにあたって大型化するＸＹθステージを移動、回転させることなく中央に位置する微小移動可能なＸＹＺθテーブルで基板を移動、回転させ大型化を避けることができる。
【００７６】
さらに回転精度の向上のため、基板１の端部の押圧により基板１を回転させ、押圧による基板変位量を制御することで、基板１の端部で数ミクロンの回転位置決め精度が可能になる。
【００７７】
また、各工程の平行移動、回転移動をそれぞれ独立に制御できるので位置決め動作アルゴリズムや機構動作の簡便化を図ることができ高速高精度な基板位置決めが行える。
【００７８】
また、基板１は空気により基板搭載ステージ５から浮上するので基板１と基板搭載ステージ５との摩擦力が小さいため基板１は低推力で平行移動可能となり、中央にあるＸＹＺθテーブル８は低推力で直交移動、回転を行うことができる。
【００７９】
また浮上した基板をθ回転させる場合には端部からの押圧に対して回転を行うので小さい推力で行える。このようにステージの大型化や高トルク化、熱発生による精度劣化を防いだ高精度な基板位置決めが行える。
【００８０】
また、ステップＳ８において、基板の中央部から順に、基板端部が最後に吸着するように順番に基板を吸着することで、基板１と基板搭載ステージ５との間に空気たまりが生じることを防ぎ全面吸着させることができる。
【００８１】
そのため、空気たまりによる基板の位置ずれや、空気たまりによる基板変形、またそれに伴うアライメントマーク位置の高さ変化による認識精度劣化を防ぐことができる。
【００８２】
また、基板浮上高さを１００μｍ以上とすることにより、基板のたわみ、変形があっても、基板は基板搭載ステージから完全に浮上することができ基板搭載ステージとの摩擦力が一定となり負荷変動の少ない推力での直交移動、回転移動が高精度で行える。
【００８３】
上記の実施の形態では基板アライメントマーク、ステージアライメントマークをそれぞれ４組にしたが、中心位置を決定するためには少なくとも３組以上であればよい。また、マーク設置位置も各コーナに設置しているが基板やステージの各辺の中央であってもよい。また、基板吸着、浮上に微小空気穴、空気溝を用いたが多孔質焼結材を用い吸着、浮上を行ってもよい。
【００８４】
尚、上記実施の形態では、２つの押圧部材９ａ、９ｂが設けられていたが、Ｘ１、Ｘ２方向に移動可能な押圧部材が１つだけ設けられていてもよい。例えば、図１４に示すように、左上から右下に向かって傾斜している場合には、図１４に示す押圧部材９ａの位置で基板１を押圧すれば基板１を右回転でき、一方、基板１が右上から左下に向かって傾斜している場合には、押圧部材９ａをＸ１の方向に移動させて基板１を押圧すれば基板１を左回転させることができる。
【００８５】
又、上記実施の形態では、押圧部材９ａ、９ｂによって基板１を回転させているが、ＸＹＺθステージ８０がＸＹＺθテーブル８を回転駆動させる駆動系を備え、ＸＹＺθテーブル８が回転することにより基板１が回転するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の基板位置決め装置及び基板位置決め方法は、大型化を出来るだけ抑え、高精度な基板位置決めを行うことが可能な効果を有し、大型のガラス基板に形成されたアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射して結晶粒の結晶化を行うレーザ照射方法およびレーザ照射装置等として有用であり、液晶表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置に代表される表示装置の製造に適用することができる。 
【符号の説明】
【００８７】
１  基板
１ａ  変形した基板
２  レーザヘッド
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  基板アライメントマーク
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  撮像部
５  基板搭載ステージ
６  Ｘステージ
７  Ｙステージ
８  ＸＹＺθテーブル
９ａ、９ｂ  押圧部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  ステージアライメントマーク
１１  θステージ
１２  Ｘ軸ステージ
１３  Ｙ軸ステージ
１４  Ｚ軸ステージ
１５  空気溝
１６  微小空気穴
１７  ロボット
１８  ロボットアーム
１９ａ、１９ｂ  配管経路
２０ａ、２０ｂ  配管経路
２１  配管経路
２２  突き上げピン
８０  ＸＹＺθステージ
１００  基板位置決め装置
【図４】
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【図５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013125795.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
2013125795.tif 000018
【図１３】
2013125795.tif 000019
【図１４】
2013125795.tif 000020
【図１５】
2013125795.tif 000021
【図１６】
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