(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、
水平面内で移動自在に構成された基台と、前記基台に配設され、円形基板を水平姿勢で支持する支持アームと、前記支持アームを進退駆動する進退駆動手段とを有する基板搬送機構と、
円形基板に対して所定の処理を施す基板処理部と、
円形基板の外形に合わせて円弧状に、かつ、前記支持アームに支持された円形基板が搬送先の目標位置にある場合に円形基板の中心位置に前記円弧の中心が一致するように配設され、円形基板の周縁を検出する少なくとも３個の周縁検出手段と、
前記基板搬送機構の支持アームを進出させた際に、前記各周縁検出手段が前記支持アームに支持されている円形基板の周縁を検出した時点における前記進退駆動手段の駆動距離と、前記各周縁検出手段の取り付け位置とに基づいて前記支持アームに支持されている円形基板の中心位置を求めるとともに、前記円弧の中心を基準とした基準中心位置からの偏差を求め、この偏差を打ち消すように前記基板搬送機構を制御して前記円形基板を前記基板処理部に搬送させる制御手段とを備えるとともに、
前記各周縁検出手段は、前記基板搬送機構とは別体で、前記基板処理部への基板の搬送経路上に備えられ、
前記制御手段は、前記基板処理部に対して基板を進出させる際に、基板が前記各周縁検出手段を通過する進出途中で位置検出をしながら、位置ずれを補正するように、前記基板搬送機構の支持アームを制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置において、前記各周縁検出手段を前記基台に配設したことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハなどの平面視円形状に形成されている円形基板の面内における中心位置を検出する基板位置検出装置及びこれを備えた基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の基板位置検出装置（プリアライメントステーションとも呼ばれる）では、例えば、回転支持部に円形基板を支持させ、この円形基板を回転させながら周縁部のぶれを一次元イメージセンサで検出することによって面内における中心位置を求めたり、撮像デバイスを用いて円形基板の表面全体を撮影し、画像処理を行って中心位置を求めることが行われている。このようにして求められた中心位置が、そのままの状態で円形基板を搬送すれば搬送先の目標位置に一致する基準中心位置にあればよいが、これらは種々の要因によってずれている場合がある。この場合には、基板処理装置などに配備されている基板処理部や基板収納部などの搬送先において不都合が生じるので、これを防止するために円形基板の中心位置を基準中心位置に整合させる位置合わせを行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、基板を回転させる機構や、一次元イメージセンサやビデオカメラなどのデバイスを必要とするので、装置構成が複雑化するという欠点がある。
【０００４】
また、このような基板位置検出装置を備えた基板処理装置は、未処理の円形基板や処理済みの円形基板を収納する基板収納部と、円形基板を回転させつつ行う塗布処理や現像処理、または加熱処理などを行う複数個の基板処理部と、基板収納部と基板処理部の間や、基板処理部の間で円形基板を搬送する基板搬送機構とを備えているのが一般的である。
【０００５】
基板搬送機構は、搬送途中において、一旦、支持している円形基板を基板位置検出装置に搬送する。ここで検出された円形基板の中心位置が基準中心位置からずれている場合には、回転処理時のぶれや、収納時に円形基板の周縁部が基板収納部の部材と摺動してパーティクルが生じる不都合を防止するため、円形基板の中心位置が基準中心位置に一致するように位置合わせを行った上で基板搬送機構に支持させる。このように円形基板を処理する際には、搬送途中で位置合わせを行うために必ず基板位置検出装置を経由する必要があるので、スループットが低下するという問題がある。
【０００６】
（削除）
【０００７】
また、本発明の目的は、位置合わせのために特定の場所へ円形基板を搬送することなく搬送時に位置合わせを行うことによってスループットを向上させることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の基板処理装置は、円形基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、水平面内で移動自在に構成された基台と、前記基台に配設され、円形基板を水平姿勢で支持する支持アームと、前記支持アームを進退駆動する進退駆動手段とを有する基板搬送機構と、円形基板に対して所定の処理を施す基板処理部と、円形基板の外形に合わせて円弧状に、かつ、前記支持アームに支持された円形基板が搬送先の目標位置にある場合に円形基板の中心位置に前記円弧の中心が一致するように配設され、円形基板の周縁を検出する少なくとも３個の周縁検出手段と、前記基板搬送機構の支持アームを進出させた際に、前記各周縁検出手段が前記支持アームに支持されている円形基板の周縁を検出した時点における前記進退駆動手段の駆動距離と、前記各周縁検出手段の取り付け位置とに基づいて前記支持アームに支持されている円形基板の中心位置を求めるとともに、前記円弧の中心を基準とした基準中心位置からの偏差を求め、この偏差を打ち消すように前記基板搬送機構を制御して前記円形基板を前記基板処理部に搬送させる制御手段とを備えるとともに、前記各周縁検出手段は、前記基板搬送機構とは別体で、前記基板処理部への基板の搬送経路上に備えられ、前記制御手段は、前記基板処理部に対して基板を進出させる際に、基板が前記各周縁検出手段を通過する進出途中で位置検出をしながら、位置ずれを補正するように、前記基板搬送機構の支持アームを制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の基板処理装置は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記各周縁検出手段を前記基台に配設したことを特徴とするものである。
【００１０】
（削除）
【００１１】
（削除）
【００１２】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
円形基板を支持している基板搬送機構の支持アームが進退駆動手段によって進出されると、円形基板の周縁が、基板搬送機構とは別体で備えられた各周縁検出手段によって検出される。制御手段は、各周縁検出手段が円形基板の周縁を検出した時点における進退駆動手段による駆動距離と、各周縁検出手段の取り付け位置とに基づいて支持アームに支持されている円形基板の中心位置を求めることができる。そこで、予め判っている基準中心位置からの偏差を求め、この偏差を打ち消すように基板搬送機構を制御して円形基板を基板処理部に搬送することにより、円形基板の中心位置が基準中心位置に一致した状態で搬送した場合と同じ結果となるように搬送することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば、支持アームと共に移動する基台に各周縁検出手段を配設したので、水平面内で移動自在の基台がどのような位置にあっても支持アームを進退すれば中心位置を検出することができる。
【００１４】
（削除）
【００１５】
（削除）
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
＜基板位置検出装置＞
図１は本発明に係る基板位置検出装置の概略構成を示す平面図であり、図２はその側面図、図３はその正面図である。
【００１７】
平面視で円形状を呈する円形基板Ｗは、基台１の上部に配備された屈伸アーム３によって水平姿勢で支持される。基台１は、旋回用モータ１ａを駆動することにより屈伸アーム３ごと旋回軸Ｐ０周りに旋回可能に構成されている。屈伸アーム３は、基台１の上部に回転軸Ｐ１周りで回転自在に取り付けられた第１アーム５と、この第１アーム５の先端部の回転軸Ｐ２にて回転自在に取り付けられた第２アーム７と、この第２アーム７の先端部の回転軸Ｐ３周りに回転自在に取り付けられた支持アーム９とを備えている。基台１に内蔵された進退用モータ１ｂを回転駆動することにより、第１アーム５が回転軸Ｐ１周りに回転し、第２アーム７が回転軸Ｐ２周りに第１アーム５と反対方向に回転し、支持アーム９が回転軸Ｐ３周りに第２アーム７と反対方向に回転するように、第１アーム５と、第２アーム７と、支持アーム９にはタイミングベルト（図示省略）が架け渡されている。その結果、支持アーム９が直線的に進退（図中の二点鎖線）するようになっている。支持アーム９の先端側には、Ｕの字状の支持部９ａが形成されている。この支持部９ａの上面には４個の突起９ｂが形成されており、円形基板Ｗを点接触で当接支持するようになっている。
【００１８】
なお、上記の進退用モータ１ｂと、第１アーム５と、第２アーム７とは、本発明の進退駆動手段に相当するものである。
【００１９】
基台１の上面で支持アーム９が進退する方向には、門型フレーム１１が取り付けられている。この門型フレーム１１の中央部分は、円形基板Ｗの周縁部分を覆うように平面視円弧状に形成され、この部分に４個の投光部１３が下方に向けて光を照射するように埋設されている。また、各投光部１３に対向する位置には、上方からの照射光を受光する４個の受光部１５が埋設されている。対向している投光部１３と受光部１５は、一対で周縁検出部１７（図１中に示すように上部から第１〜第４検出部１７ａ〜１７ｄ）を構成し、各周縁検出部１７は本発明における周縁検出手段に相当する。なお、周縁検出部１７は、円形基板Ｗの周縁が検出できればよく、その構成は、上記の投光部１３と受光部１５とを互いに逆に取り付けた構成でもよく、また反射型センサで構成するようにしてもよい。
【００２０】
周縁検出部１７の構成について図４を参照して説明する。
投光部１３は、赤外発光ダイオードやレーザーなどの光源部１３ａと、光源部１３ａからの照射光を収束するレンズ１３ｂとを備えている。また、受光部１５は、照射光を収束するレンズ１５ａと、収束された照射光を受ける２分割センサ１５ｂとを備えている。この２分割センサ１５ｂは、図５（ａ）に示すように、その受光部分が第１受光部１５ｂａと第２受光部１５ｂｂの２つに分割されている。
【００２１】
各周縁検出部１７（１７ａ〜１７ｄ）は、図６に示すように制御部２１に接続されており、各受光部１５の信号が制御部２１に与えられるようになっている。この制御部２１には、上述した旋回用モータ１ａと、進退用モータ１ｂと、後述する数式や制御プログラムなどを格納したメモリ２３も接続されている。
【００２２】
２分割センサ１５ｂの第１受光部１５ｂａと、第２受光部１５ｂｂからの信号Ａ，Ｂは、図５（ｂ）に示すように円形基板Ｗの周縁（二点鎖線で示す）と２分割センサ１５ｂとの位置関係に応じて変化する。
【００２３】
すなわち、円形基板Ｗの周縁がｔ１の位置にある場合には、第１受光部１５ｂａ，第２受光部１５ｂｂともに全面に投光部１３からの照射光が入射するので、図５（ｂ）に示すように第１受光部１５ｂａからの信号Ａ（図中の実線）も第２受光部１５ｂｂからの信号Ｂ（図中の点線）とも同じ信号レベルである。円形基板Ｗの周縁がｔ１からｔ２の位置に移動してくると、第２受光部１５ｂｂの受光面積が次第に減って遂にはゼロとなるので、信号Ａは不変であるが信号Ｂが次第に減少してゼロとなる。さらに円形基板Ｗの周縁がｔ２からｔ３の位置にくると、第１受光部１５ｂａの受光面積が次第になってゼロとなるため、第１受光部１５ｂａからの信号Ａも次第に減少してゼロとなる。
【００２４】
制御部２１は、上記の信号Ａ，Ｂに基づいて出力信号Ｒ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求める。この出力信号Ｒは、図５（ｂ）中に一点鎖線で示した信号（Ａ−Ｂ）および二点鎖線で示した信号（Ａ＋Ｂ）から明らかなように、図５（ｃ）のようになる。このようにして２分割センサ１５ｂの第１受光部１５ｂａと第２受光部１５ｂｂとの信号Ａ，Ｂから求めた出力信号Ｒを監視し、信号レベルが『１』となった時点で制御部２１は円形基板Ｗの周縁検出時と判断するようになっている。このように制御部２１は、２分割センサ１５ｂからの信号Ａ，Ｂを正規化して周縁検出を判断する出力信号Ｒを求めているので、経時変化などで投光部１３の光強度が変動してもその影響を受けることなく正確に周縁を検出することができる。
【００２５】
なお、投光部１３の光強度変化を補償できるのであれば、受光部１５の２分割センサ１５ｂに代えて受光部が１つのものを採用してもよい。
【００２６】
図７を参照する。
第１周縁検出部１７ａ〜第４周縁検出部１７ｄは、円形基板Ｗの外形に合わせて、半径ｒの円弧状となるように門型フレーム１１に取り付けられているが、それらの中心位置は、支持アーム９に支持された円形基板Ｗを搬送した際に、その中心位置ＣＰが搬送先の目標位置ＣＰo に一致する場合における中心位置ＣＰの軌跡上に位置する基準中心位置ＣＰrefとなるように設定されている。なお、第１周縁検出部１７ａ，第２周縁検出部１７ｂ，第３周縁検出部１７ｃ，第４周縁検出部１７ｄの各取り付け位置は、Ｌ１（ｘ１，ｙ１）、Ｌ２（ｘ２，ｙ２）、Ｌ３（ｘ３，ｙ３）、Ｌ４（ｘ４，ｙ４）であるものとする。
【００２７】
上記の基準中心位置ＣＰref （ｘ，ｙ）は、各周縁検出部１７ａ〜１７ｄの取り付け位置Ｌ１〜Ｌ４から次のようにして求めることができる。
【００２８】
第１周縁検出部１７ａと、第２周縁検出部１７ｂと、第３周縁検出部１７ｃとを用い、中心位置ＣＰrefから第１周縁検出部１７ａと第２周縁検出部１７ｂまでのそれぞれの距離が半径ｒに等しく同じ距離であるとすると、次の（１）式が成り立つ。
（ｘ１−ｘ）2 −（ｙ１−ｙ）2 ＝（ｘ２−ｘ）2 −（ｙ２−ｙ）2
………  （１）
【００２９】
同様に、中心位置ＣＰref から第２周縁検出部１７ｂと第３周縁検出部１７ｃまでのそれぞれの距離が半径ｒに等しく同じ距離であるとすると、次の（２）式が成り立つ。
（ｘ２−ｘ）2 −（ｙ２−ｙ）2 ＝（ｘ３−ｘ）2 −（ｙ３−ｙ）2
………  （２）
【００３０】
さらに、中心位置ＣＰref から第１周縁検出部１７ａと第３周縁検出部１７ｃまでのそれぞれの距離が半径ｒに等しく同じ距離であるとすると、次の（３）式が成り立つ。
（ｘ１−ｘ）2 −（ｙ１−ｙ）2 ＝（ｘ３−ｘ）2 −（ｙ３−ｙ）2
………  （３）
【００３１】
上記の（１）〜（３）式の関係から基準中心位置ＣＰref のｘ座標，ｙ座標及びその半径ｒは、次の式によって求めることができる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
上記のようにして求められる基準中心位置ＣＰref は、メモリ２３に予め格納されている。また、メモリ２３には、位置ずれがない状態で円形基板Ｗを搬送した場合に、各周縁検出部１７によって周縁が同時に検出されたときの進退用モータ１ｂの駆動量も記憶されている。
【００３４】
詳細は後述するが、制御部２１は、上記のように取り付けられている第１周縁検出部１７ａ〜第４周縁検出部１７ｄの４個の周縁検出部１７の位置関係Ｌ１〜Ｌ４と、それらが円形基板Ｗの周縁を検出した時点における進退用モータ１ｂの駆動量の各々と、上記の数式とに基づいて、支持アーム９に支持されている円形基板Ｗの中心位置（ＣＰ’）を求めることができる。そこで、予め判っている基準中心位置ＣＰref からの偏差（ΔＣＰ）を求め、この偏差（ΔＣＰ）を打ち消すように基台１と進退用モータ１ｂを制御することにより、円形基板Ｗを進出させた際にその中心位置（ＣＰ’）が基準中心位置ＣＰref とずれた状態であったとしても、それらが一致した状態の円形基板Ｗを搬送した場合と同じ結果にすることができる。
【００３５】
次に、図８のフローチャートを参照して、上記のように構成された基板位置検出装置の動作について説明する。
【００３６】
なお、円形基板Ｗは、図９に示すように支持アーム９に支持されているが、その中心位置ＣＰ’は、搬送した際に目標位置ＣＰO に一致する中心位置（ＣＰ）とＸ，Ｙのそれぞれの方向にある距離だけずれているものとし、このずれがΔＣＰであるとする。
【００３７】
ステップＳ１（周縁検出）
制御部２１は、第１周縁検出部１７ａ〜第４周縁検出部１７ｄの全ての周縁検出部１７が円形基板Ｗの周縁を検出するまで、進退用モータ１ｂを駆動して円形基板Ｗを門型フレーム１１側に進出させる。上述したように円形基板Ｗが支持部９ａに位置ずれした状態で支持されているため、この例では、まず第１周縁検出部１７ａが周縁を検出し（図９に示した状態）、次いで第２周縁検出部１７ｂ、第３周縁検出部１７ｃ、第４周縁検出部１７ｄの順に周縁を検出してゆくことになる。
【００３８】
ステップＳ２（中心位置と半径を求める）
第１周縁検出部１７ａが周縁を検出した時点の進退用モータ１ｂの駆動量と、メモリ２３に格納されている位置ずれが無い場合の駆動量との差分を求め、同様に第２周縁検出部１７ｂ、第３周縁検出部１７ｃ、第４周縁検出部１７ｄについても駆動量の差分を求める。これらのＹ座標の差分を、上述した基準中心位置ＣＰref を求める数式の各周縁検出部１７のＹ座標（ｙ１〜ｙ４）から差し引いた新たな座標値を用いて中心位置ＣＰ’のｘ，ｙ座標と半径ｒを求める。周縁検出部１７が４個配設されているため、中心を求めるのに必要な３個の組み合わせは４通りである。そこで、中心位置および半径を上述した数式に基づく４通りの式から求めておく。
【００３９】
ステップＳ３（半径が誤差範囲を越える？）
円形基板Ｗの周縁にはノッチが形成されている場合があるが、この部分に周縁検出部１７が位置すると、正確に中心を求めることができない。そこで、ノッチの影響を除去するために、求めた４つの半径ｒを比較する。そして、求めた半径ｒが誤差範囲を越えている場合にはステップＳ４に処理を移行し、それとともに求めた中心位置を後の処理から除外する。
【００４０】
ステップＳ５（偏差を求める）
ステップＳ３から処理が移行してきた場合には４個の中心位置ＣＰ’、ステップＳ４から処理が移行してきた場合には３個の中心位置ＣＰ’のうちのいずれかを用いて基準中心位置ＣＰref との偏差ΔＣＰを求める。
【００４１】
ステップＳ６（偏差を打ち消すように搬送する）
制御部２１は、上記のようにして求めた偏差ΔＣＰを打ち消すように旋回用モータ１ａと進退用モータ１ｂとを制御し、位置ずれした状態で支持アーム９に支持されている円形基板Ｗを搬送する（図１０参照）。具体的には、図９に示すように位置ずれした状態における目標位置ＣＰOと回転軸Ｐ０との角度偏差がΔθであるので、この角度偏差Δθを打ち消すように制御部２１が旋回用モータ１ａを駆動する。次いで、偏差ΔＣＰに応じて進退用アーム１ｂの進出距離を制御することにより、円形基板Ｗの中心位置ＣＰ’が目標位置ＣＰOに一致するように搬送することができる。
【００４２】
なお、上記の実施例では、基台１を旋回用モータ１ａにより旋回するように構成したが、水平方向（左右／前後）に移動自在に構成してもよい。この場合には、偏差ΔＣＰに応じて基台１を左右に移動するとともに偏差ΔＣＰに応じて支持アーム９を進出させればよい。また、上記のような屈伸アーム３に代えて屈伸することなく直線的に進退する支持アーム９で構成してもよい。
【００４３】
（削除）
【００４４】
また、基板１と、周縁検出部１７を備えた門型フレーム１１とを別体にして基板位置検出装置を構成するようにしてもよい。
【００４５】
＜基板処理装置＞
上記のような基板位置検出装置を備えた基板処理装置について図１１を参照して説明する。なお、この図は基板処理装置の概略構成を示す平面図である。
【００４６】
この基板処理装置１００は、上述した基板位置検出装置を備えた基板搬送機構１１０を中央部に有し、その周囲に、未処理あるいは処理済みの円形基板Ｗを積層収納する基板収納部１３０と、回転塗布処理や回転現像処理などを行う基板処理部１５０を配備して構成されている。
【００４７】
このように構成されている基板処理装置１００では、円形基板Ｗを基板搬送機構１１０が進出させる際に、円形基板Ｗが必ず周縁検出部１７を備えた門型フレーム１１の下方を通過するので、この時に上述したようにして円形基板Ｗの中心位置ＣＰ’を求め、偏差ΔＣＰを求める。そして、その偏差ΔＣＰを打ち消すように搬送することによって、搬送途中で位置検出をしながら位置ずれを補正して進出させることができ、円形基板Ｗの中心位置ＣＰ’と目標中心位置ＣＰOとを一致させることができる。したがって、基板搬送機構１１０が基板処理装置１００のどの位置にあっても円形基板Ｗの位置検出が可能であり、従来装置のように位置検出を行うために特定の位置（アライメントユニット）に移動する必要がなく、スループットを向上させることができる。
【００４８】
なお、上記装置では、基板搬送機構１１０が基板位置検出装置と一体となっているが、これらが図１２に示す基板処理装置２００のように別体で構成されてもよい。
【００４９】
すなわち、基板搬送機構２１０と、基板収納部２３０と、基板処理部２５０とを備え、周縁検出部１７を備えた門型フレーム１１を基板収納部２３０と、基板処理部２５０の搬送経路上に配備して構成する。このように構成した装置では、例えば、基板搬送機構２１０が円形基板Ｗを基板収納装置２３０から搬出して、その円形基板Ｗを基板処理部２５０に搬入する際に、偏差ΔＣＰに応じて基台１および支持アーム９を制御すればよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の基板処理装置によれば、円形基板を進出させて中心位置が搬送先の目標位置に一致する場合の基準中心位置との偏差を求め、この偏差を打ち消すように基板処理部に円形基板を進出させることによって円形基板の中心位置が目標位置に一致するように位置合わせを行うことができる。したがって、位置合わせのために一旦、特定の場所にまで円形基板を搬送する必要がなく、スループットを向上させることができる。
【００５１】
また、請求項２に記載の基板処理装置によれば、基台がどのような位置にあっても支持アームを進退すれば円形基板の中心位置を検出することができ、素早く中心位置を求めることができる。
【００５２】
（削除）
【００５３】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る基板位置検出装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】  基板位置検出装置の側面図である。
【図３】  基板位置検出装置の正面図である。
【図４】  周縁検出部の概略構成を示す図である。
【図５】  ２分割センサと円形基板の位置関係による出力変化を説明する図である。
【図６】  制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図７】  各周縁検出部の配置を説明する図である。
【図８】  動作を示すフローチャートである。
【図９】  円形基板が位置ずれした状態を説明する図である。
【図１０】  搬送の説明に供する図である。
【図１１】  本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図１２】  基板処理装置の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｗ  …  円形基板
１  …  基台
１ｂ  …  進退用モータ（進退駆動手段）
５  …  第１アーム（進退駆動手段）
７  …  第２アーム（進退駆動手段）
９  …  支持アーム
１１  …  門型フレーム
１３  …  投光部
１５  …  受光部
１７  …  周縁検出部（周縁検出手段）
１７ａ  …  第１周縁検出部
１７ｂ  …  第２周縁検出部
１７ｃ  …  第３周縁検出部
１７ｄ  …  第４周縁検出部
２１  …  制御部（制御手段）
２３  …  メモリ
ＣＰ  …  中心位置
ＣＰref   …  基準中心位置
ＣＰO   …  目標位置
１００，２００  …  基板処理装置
１１０，２１０  …  基板搬送機構
１３０，２３０  …  基板収納部
１５０，２５０  …  基板処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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】
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【図１１】
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【図１２】
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