JPH05109871A - 基板の位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 矩形、又は円形の基板の端部を複数の基準ロ
ーラに当接させて位置決めする際、基板の基準ローラへ
の押圧力を小さくし、かつ確実な位置決めを達成するよ
うにする。 【構成】 位置決め用の基準ローラを準備位置と基準位
置との２ケ所に変位するようにし、常時は準備位置に付
勢するようにする。そして基板の当接によって準備位置
から基準位置へ変位したとき、位置決め完了信号を出力
するセンサーを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、液晶表示
素子等を製造するための露光装置、加工装置、検査装置
等に組み込まれている円形状のウェハ基板、矩形状のガ
ラス基板の機械的な位置決め装置、いわゆるプリアライ
メント装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は、矩形状のガラス基板（以下プレ
ートとする）Ｐ上に、投影レンズＰＬを介してレチクル
Ｒのパターンを投影露光する装置を示す。図１の装置に
おいて、水銀ランプ１、楕円鏡２を含む照明系からの照
明光は、レチクルＲを均一な照度で照明する。

【０００３】プレートＰはホルダー３上に載置されて真
空吸着されるが、ホルダー３上での位置決めのために、
プレートＰの互いに直交する２辺が基準ピン（ローラ）
４Ａ、４Ｂ、４Ｃに当接した状態で固定される。このホ
ルダー３はＸ、Ｙ方向に２次元するＸＹステージ５上に
保持され、ＸＹステージ５は定盤（防振台上に載置）６
上に保持される。

【０００４】さらに図１において、装置正面側にはプレ
ートＰの交換、搬送のための搬送アーム７が配置され、
駆動系８によって進退方向、回転方向に移動する。また
装置左側には、アーム７の方に向けてキャリア９が配置
される。キャリア９には複数枚の処理プレートＰが上下
方向に一定間隔をあけて平行に収納される。さらにキャ
リア９は駆動系１０によって上下動するように構成さ
れ、アーム７がキャリア９内の所望のプレートを取り出
せるように上下方向の位置決めを行う。

【０００５】また図１の装置で、投影レンズＰＬの外周
には、プレートＰ上に形成されたアライメントマークを
光電検出するアライメント顕微鏡（以下、アライメント
系とする）ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤが固設される。この
アライメント系ＧＡ〜ＧＢを用いてプレートＰの位置、
すなわちＸＹステージ５の位置（あるいはホルダー３の
微少回転）を決定する動作が、いわゆるファインアライ
メントになり、ホルダー３上の基準ピン４Ａ、４Ｂ、４
Ｃを使って、プレートＰをホルダー３上で位置決めする
のが、プリアライメントになる。

【０００６】図２は、従来のプリアライメント機構の一
例を示し、図１中に示した部材と同じものは同一の符号
で表わす。ホルダー３上の３つの基準ピン４Ａ、４Ｂ、
４Ｃは、いずれも転動可能なローラであり、プレートＰ
は基準ピン４Ｂ、４Ｃと押圧ピン（ローラ）４Ｅとで、
挾み込まれることによりＸ方向に位置決めされ、基準ピ
ン４Ａと押圧ピン（ローラ）４Ｄとで挾み込まれること
により、Ｙ方向に位置決めされる。押圧ピン４Ｄ、４Ｅ
はそれぞれ可動子１１Ａ、１１Ｂの先端に転動可能に軸
支され、可動子１１Ａ、１１Ｂが矢印ＫＹ、ＫＸ方向に
揺動することにより、プレートＰがＸ、Ｙ方向に押圧さ
れる。

【０００７】図１、図２では矩形のプレートＰを扱うも
のとしたが、同様の方式のプリアライメント機構は、円
形状の半導体ウェハを処理する露光装置にも組み込まれ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の図２の技術で
は、プレートＰがホルダー３上で正しくプリアライメン
トされたか否か、すなわちプレートＰの一辺が基準ピン
４Ｂ、４Ｃに当接し、同時にプレートＰの直交する他の
一辺が基準ピン４Ａに当接したか否かを認識することは
難しく、もっぱら押圧ピン４Ｄ、４Ｅの矢印ＫＸ、ＫＹ
方向の押圧力や押圧継続時間等を経験的（実験的）に最
適にしておくことで対処していた。

【０００９】また確実なプリアライメントのために、本
来プリアライメントに必要な押圧力よりも大幅に大きい
押圧力で押圧ピン４Ｄ、４Ｅを駆動させており、プレー
トＰの周辺で押圧ピン４Ｄ、４Ｅ、あるいは基準ピン４
Ａ〜４Ｃと当接する部分が歪むといった欠点が生じてい
た。プレートＰはプリアライメントされた直後、ホルダ
ー３上に真空吸着されるので、プレートＰの周辺が歪ん
だ状態（周辺部の表面が湾曲した状態）のままホルダー
３上に固定されてしまう。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決し、プリ
アライメント時の基板の押圧力を小さくして基板の機械
的な歪み（変形）を皆無とした位置決め装置を得ること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】本発明において、基板を位
置決めするときの基準となる複数の基準部材（基準ピン
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）を、基板との当接方向にわずかに離
れた第１位置と第２位置との間で変位するように指示す
るとともに、通常はその変位の第１位置（プアライメン
ト準備位置）の方向へ基準部材を付勢するような複数の
可動部材（２０〜２３）を設ける。

【００１２】さらに本発明で、押圧部材（押圧ピン４
Ｄ、４Ｅ）の動作によって基板が押圧されて、基準部材
（４Ａ〜４Ｃ）の夫々が第１位置から第２位置（プリア
ライメント基準位置）に変位したときに検知信号を出力
する複数の検出器（センサ２５：２５Ａ〜２５Ｃ）と、
その各検知信号がいずれも出力されたとき、基板の位置
決め完了を表わす信号（Ｅｏ）を発生する判定回路（ア
ンド回路２７）とを設けるようにした。

【００１３】

【作用】本発明によれは、判定回路によって位置決め完
了が確認ができるので、従来のように過大な押圧力で基
板を基準部材へ当接し続けることが防止できる。また本
発明では可動部材に付勢力をもたせたので、押圧部材の
動作により基板の端面が基準部材に当接し始めたときに
端面へ加わる応力は、可動部材の付勢力と同程になる。
このため押圧部材による基板の押圧力は、その付勢力よ
りも若干大きくするだけでよく、この点に関しても従来
より有利となる。

【００１４】

【実施例】図３は本発明の実施例による位置決め機構を
示す平面図であり、図２に示した機構中の部材と同じ機
能のものには同一の符号をつけてある。また図２は載置
されたプレートＰが正しくプリアライメントされた状態
を示し、３つの基準ピン（ローラ）４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、
及び２つの押圧ピン（ローラ）４Ｄ、４Ｅの平面内での
各配置は、図２と同じであるとする。

【００１５】本実施例ては、３つの基準ピン４Ａ、４
Ｂ、４Ｃがホルダー３に直接軸支されるのではなく、所
定量だけ移動（揺動）可能なレバー２０を介して設けら
れる。図３では基準ピン４Ｂについての機構だけを説明
するが、他の基準ピン４Ａ、４Ｃについても全く同じ機
構になっている。さて、レバー２０は回転軸（ピボッ
ト）２１を介してホルダー３上に軸支される。そしてレ
バー２０の一端部に基準ピン４Ｂが転動可能に軸支され
る。そのレバー２０の揺動量は、ホルダー３に植設され
た２本の固定ピン２２Ａ、２２Ｂによって規制される。
図３のように、基準ピン４ＢがプレートＰと当接し、プ
レートＰが押圧ピン４Ｅによって矢印ＫＸの方向へ押さ
れると、レバー２０の一端側は固定ピン２２Ｂに当接し
た状態になり、この位置が基準ピン４Ｂの正しいプリア
ライメント基準位置になる。

【００１６】またレバー２０の他端側とホルダー３との
間には引張りバネ２３が設けられ、レバー２０の他端側
が固定ピン２２Ａへ当接するような付勢力が与えられ
る。従ってプレートＰがない状態では、図４に示すよう
にレバー２０の他端側はバネ２３によって常時固定ピン
２２Ａへ一定の付勢力で当接している。ここで図４のよ
うな状態のときの基準ピン４Ｂ（４Ａ、４Ｃ）の位置
を、プリアライメント準備位置と呼び、図３の状態のと
きの基準ピンの位置を、プリアライメント基準位置と呼
ぶことにする。従って３つの基準ピン４Ａ、４Ｂ、４Ｃ
は、プアライメントすべきプレートＰの各辺の位置決め
方向（矢印ＫＸ、ＫＹ）にわずかに離れた２点、すなわ
ち準備位置と基準位置との間を移動することになる。そ
の移動量はプレートＰの大きさや搬送精度によって異な
るが、数mm程度に設定される。

【００１７】さて、本実施例ではプリアライメントの良
否をチェックするためにレバー２０の一端側に遮光板２
４を水平に固設し、レバー２０の揺動とともにＸＹ平面
内で回動するように構成する。図４に示すように遮光板
２４の遮光端は、透過形（または反射形）のフォトイン
タラプター等のセンサー２５の光束ＩＬ内に進退するよ
うに配置される。そして、図３のように基準ピン４Ｂ
（４Ａ、４Ｃ）が基準位置にきたときは、センサー２５
の光束が遮光板２４によって完全に、あるいは所定だけ
遮断される。基準ピン４Ｂの位置が不完全であるとき、
センサー２５の光束ＩＬは部分的に、あるいは全く遮光
されないため、高い光電出力が発生する。

【００１８】図５は、図３、図４に示したプリアライメ
ント機構の制御系のブロックを示し、３つの基準ピン４
Ａ〜４Ｃの各々に対応したセンサーは、それぞれセンサ
ー２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃとする。センサー２５Ａ、２
５Ｂ、２５Ｃの各出力はインバータ２６Ａ、２６Ｂ、２
６Ｃを介して３入力のアンド回路２７に印加される。本
実施例ではプリアライメントが正しく達成されたとき、
各センサーの光束が遮断されるため、各インバータ２６
Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの出力は全て論理「０」（Ｌレベ
ル）になり、負論理表記のアンド回路２７は論理「１」
を出力する。また３つのセンサーのうちいずれか１つで
も正常でないとき、アンド回路２７は「０」を出力す
る。制御回路２８はそのアンド回路２７の出力信号Ｅｏ
をエラー信号としてモニターし、信号Ｅｏが「１」にな
ったら次のシーケンスを続けるように働く。

【００１９】制御回路２８は、さらに各インバータ２６
Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの各出力信号Ａ ₀ 、Ａ₁ 、Ａ₂ を入
力し、どの基準ピンでエラーになったかを解析し、ある
程度回復できるエーラであれば、回復処理を実行する。
例えば、プリアライメント動作の開始指令を受けて、押
圧ピン４Ｄ、４Ｅの夫々をＫＸ、ＫＹ方向へ動かすアク
チュエータ（モータ、エアシリンダ等）を起動してから
所定時間経過後に、信号Ｅｏが「０」のままであるとき
は、３つの基準ピン４Ａ〜４Ｃの全てが不完全な位置で
止まっているため、制御回路２８はプレートＰをアーム
７によってホルダー３上から１度持ち上げて再び載置す
るように、駆動系８を制御する。これによって、プレー
トＰが再度ホルダー３上に載ったときの位置が微妙にず
れ、再びプリアライメント動作を行ったときに、正しく
位置決めされることもある。尚、この動作はホルダー３
からプレートＰを所定量だけ持ち上げるセンターアップ
機構によっても実行できる。

【００２０】また基準ピン４Ｂ、４Ｃに対するセンサー
２５Ｂ、２５Ｃの各信号Ａ₀ 、Ａ₂ が「１」で、他の信
号Ａ₁ が「０」のときは、図３中でプレートＰのＹ方向
の位置決めが不完全であることがわかる。その場合、押
圧ピン４Ｄを一度退避させてから再度プレートＰをＫＹ
方向に押圧するようにアクチュエータを制御する。これ
により、Ｙ方向の位置決めの不完全さが回復することも
ある。

【００２１】以上のように、各センサーからの信号の状
態である程度、エラーの状況がわかることになる。また
プリアライメント動作中は、ホルダー３の吸着面からエ
アーを噴出させてプレートＰの移動をスムーズにしてお
き、信号Ｅｏが「１」になった時点でホルダー３を吸着
に切り替え、バキュームセンサーにより吸着が確認され
た後で、２つの押圧ピン４Ｄ、４Ｅの押圧力を解除す
る。

【００２２】以上、本実施例では基準ピン４Ａ〜４Ｃの
各々が位置決め方向（矢印ＫＸ、ＫＹ）に微動できるよ
うに設置されているため、プリアライメント動作の開始
時には、プレートＰの端面（辺）が基準ピンに当接した
後、その基準ピンが基準位置まで変位する間は、バネ２
３の付勢力に応じた力でプレート端面を押圧することに
なる。

【００２３】従って、押圧ピン４Ｄ、４Ｅの押圧力を、
基準ピン４Ａ〜４Ｃの夫々の付勢力よりも若干大きくし
ておけば、常に確実なプリアライメントが可能になり、
押圧ピン４Ｄ、４Ｅの押圧力を必要以上に大きくしてお
く必要がなくなる。図６は、第２の実施例によるウェハ
プリアライメント機構を示し、先の図３と同じ機能の部
材には同一の符号をつけてある。ただし、ウェハのプリ
アライメントは、ウェハＷの周辺に設けられた直線状の
フラットＯＦを基準として行うため、フラットＯＦには
２つの基準ピン４Ｂ、４Ｃが同時に当接するように配置
され、フラットＯＦから９０°回転した位置に基準ピン
４Ａが配置される。

【００２４】本実施例も、先の図３の例と同様に、プリ
アライメント達成時にウェハＷの端面に不要に大きな押
圧力を加えることがなく、しかもプリアライメントの正
確な完了がチェックできる。次に本発明のいくつかの変
形例について図７を参照して説明する。図７（Ａ）は、
基準ピン４Ａを含む可動部材の変形例であって、基準ピ
ン４Ａとしてのローラは、可動金具３２の一端側に軸支
され、可動金具３２はホルダー３に固設される固定金具
３０と精密ヒンジ３１を介して揺動可能に連結される。

【００２５】また可動金具３２の一端側は、固定金具３
０から延設した係止片３０Ａによって、図示の状態から
右側へ揺動することを規制される。そして固定金具３０
と可動金具３２との間には圧縮バネ３３が設けられ、基
準ピン４Ａをプリアライメント基準位置（可動金具３２
の一端が係止片３０Ａに当接した位置）に付勢する。さ
て、可動金具３２の裏側には、固定金具３０側から伸び
た金属性調整ネジ３４の先端が配置され、プリアライメ
ント時に基準ピン４Ａが変位したときの基準位置を規定
する。すなわち、可動金具３２が図示の状態から変位す
るとき、可動金具３２の裏面がネジ３４の先端に当接す
ることで、その変位が係止される。そのネジ３４はピッ
チの細いものを使い、固定金具３０に固着された絶縁板
３０Ｂのみを介して螺合され、固定金具３０とは接触し
ないようになっている。またこのネジ３４と電気的に導
通したリード線３４Ａが配線される。

【００２６】本実施例によれば、ネジ３４の微調整によ
って基準ピン４Ａのプリアライメント基準位置を調整す
ることができるので、基板の搬送精度を考慮して総合的
なプリアライメント達成位置、及び精度を容易に最適化
することができる。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の機構の場
合に好適なチェック回路の一例であり、図７（Ａ）にお
いてネジ３４の先端が可動金具３２の裏面に接触したと
きに閉じるスイッチＳＷａ（ＳＷｂ、ＳＷｃ）として扱
う。図７（Ａ）の場合、可動金具３２側はアースになる
ので、電源電圧から抵抗Ｒａ（Ｒｂ、Ｒｃ）を介してリ
ード線３４Ａと接続し、その接続点の電位を負論理で示
したアンド回路２７で受けることによって、プリアライ
メント完了信号Ｅｏを得ることができる。

【００２７】また固定金具３０を絶縁体を介してホルダ
ー３に固定するときは、固定金具３０、可動金具３２は
電気的にアースから浮いた状体になる。そのため固定金
具３０からもリード線を配線し、３ヶ所の基準ピンの夫
々に対応したスイッチＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃを直列に
接続し、その直列路の導通、非導通を判別することで、
プリアライメント完了をチェックしてもよい。

【００２８】尚、図７（Ａ）のようにネジ３４の先端と
可動金具３２との接触を利用したスイッチの場合、接触
によって微小（μｍ単位）な金属粉が発生することもあ
るので、発塵防止のカバー等を設けるとよい。

【００２９】

【発明の効果】以上、本発明によれば基板の位置決め
（プリアライメント）が正しく行われたか否かを検知す
る可動の基準部材を設けたので、押圧部材による押圧力
は、保持手段の載置面と基板との接触による摩擦力より
もわずかに大きくしておくだけでよく、押圧部材に当接
する基板の一部分の変形、破損を防止できる。このため
位置決め後に基板を保持手段（ホルダー）上に吸着して
も、基板の変形（たわみ、局所的な湾曲）がなく、露光
装置においては転写パターンが歪んで露光されることが
皆無になる。

【００３０】さらに露光装置においては、基板の表面の
投影光軸方向への変形が防止されることから、焦点深度
の浅い投影光学系を使ったとしてもパターン投影像のデ
フォーカスも低減できるといった利点がある。また極端
に大きな押圧力を必要としないので、基板端面の一部が
破損、摩減することによるダストの発生も押さえられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来より使われている投影露光装置の一例を示
す斜視図

【図２】従来のプリアライメント機構を示す平面図

【図３】本発明の第１実施例によるプリアライメント機
構を示す平面図

【図４】プリアライメント機構の基準ピン周辺の構成を
拡大して示した平面図

【図５】検知回路を含む制御系の構成を示すブロック図

【図６】第２実施例によるプリアライメント機構を示す
平面図

【図７】プリアライメント機構と検知回路の変形例を示
す図

【主要部分の符号の説明】

Ｐ プレート Ｗ ウェハ ３ ホルダー ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 基準ピン（ローラ） ４Ｄ、４Ｅ 押圧ピン（ローラ） ２０ 可動レバー ２１ 回転軸 ２２Ａ、２２Ｂ 係止ピン ２３ 引張バネ ２４ 遮光板 ２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ センサー ２７ アンド回路（判定回路） ２８ 制御系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置決めすべき基板を載置する保持手段
   と、該保持手段の載置面に対して所定の位置関係で配置
   された複数の基準部材と、前記基板の端面部を前記複数
   の基準部材の夫々に当接させるように前記基板を押圧す
   る押圧部材とを具え、前記基板を前記保持手段の載置面
   上で位置決めする装置において、 前記基準部材の夫々を前記基板の位置決め時の当接方向
   に所定量だけ離れた第１位置と第２位置との間で変位可
   能に支持するとともに、所定の付勢力で前記第１位置側
   に付勢るす複数の可動部材と；前記押圧部材の動作によ
   って前記基準部材の夫々が前記第１位置から第２位置に
   変位したときに検知信号を出力する複数の検出器と；該
   複数の検出器がいずれも前記検知信号を出力したとき、
   前記基板の位置決め完了を表わす信号を発生する判定回
   路とを備えたことを特徴とする基板の位置決め装置。