JP5243491B2 - 位置決め装置、基板処理装置及び基準部材の固定方法 - Google Patents

位置決め装置、基板処理装置及び基準部材の固定方法 Download PDF

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Description

本発明は、位置決め装置、基板処理装置及び基準部材の固定方法に関する。
半導体メモリ等の半導体素子は、半導体ウエハ等の基板上において成膜、エッチング等の基板処理を行うことにより形成される。このような基板処理として、基板の周辺部を処理するベベル処理等があり、このようなベベル処理等はベベル処理を行う基板処理装置により行われる。
ところで、ベベル処理は、半導体ウエハ等の基板を回転させながら処理を行うものであるため、半導体ウエハ等の基板の中心と回転中心とが一致している必要があり、ベベル処理される半導体ウエハ等の基板の位置決めが極めて重要である。これは、ベベル処理が基板の側面（端部）から数ミリの領域において行われるため、基板処理装置において基板が所定の位置よりずれて設置されてしまうと、所望のベベル処理が行われず、製造される半導体素子の歩留まりの低下等を招いてしまうからである。
また、ベベル処理を行う基板処理装置以外にも、半導体ウエハ等の基板の中心から周辺に向けて処理を行う装置、また、基板の周辺から中心に向けて処理を行う装置においては、回転中心に対する基板中心の正確な位置決めが要求される装置がある。
このような半導体ウエハ等の基板の位置決めを行う方法としては、引用文献１及び２に開示されている。
特開２００４−３４２９３９号公報 特開２００９−１３００１１号公報
ところで、このような基板の位置決めを行う際には、位置決めのために基準となる基準部材を用いて位置決めを行うが、この基準となる基準部材の位置がずれていると、正確な位置決めが行われない。
特に、基準部材をネジ等により支持部等に固定する場合では、基準位置に設定した後、ネジを増し締めする際に、所定の位置よりずれてしまう場合があり、このような場合では、正確な位置決めを行うことができなくなってしまう。
本発明は、基準部材を所定の位置に設定した後、正確に支持部に取り付けることのできる構成の位置決め装置、基板処理装置及び基準部材の固定方法を提供することを目的とする。
本発明は、位置決めのために基準となる基準部材と、前記基準部材を支持するための支持部と、前記支持部に設けられ、前記基準部材と前記支持部とを固定し、または固定を解除する第１の固定部材と、前記支持部を移動させる駆動部と、を有し、前記基準部材は、可動する状態で前記支持部と接続されており、前記支持部に対して前記基準部材の位置決めがなされた後、前記第１の固定部材により前記支持部に固定されるものであることを特徴とする。
また、本発明は、支持部に可動する状態で接続されている基準部材の位置を、基準基板に接触させて基準位置に合わせる位置合せ工程と、前記基準位置に合わされた前記基準部材を前記支持部に設けられた第１の固定部材により固定する第１の固定工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、基準部材を所定の位置に設定した後、正確に支持部に取り付けることのできる構成の位置決め装置、基板処理装置及び基準部材の固定方法を提供することができる。
本実施の形態における基板位置決め装置の側面図 本実施の形態における基板位置決め装置の上面図 回転部及び真空チャック部における断面図 第１の実施の形態における基準部材の固定方法に用いられる装置の斜視図 第１の実施の形態に用いられる支持部の断面図 第１の実施の形態に用いられる支持部の斜視図 第１の実施の形態における基準部材の固定方法のフローチャート 基準基板の説明図 第２の実施の形態における基準部材の固定方法に用いられる装置の斜視図 第２の実施の形態に用いられる支持部の断面図 第２の実施の形態に用いられる支持部の斜視図 第２の実施の形態における基準部材の固定方法のフローチャート
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
〔第１の実施の形態〕
（基板位置決め装置）
図１は、本実施の形態における基板位置決め装置の側面図であり、図２は、本実施の形態における基板位置決め装置の上面図である。本実施の形態における基板位置決め装置は、半導体ウエハ等の円形の基板の位置決めを行うものである。
本実施の形態における基板位置決め装置は、第１の位置決め機構部１０と第２の位置決め機構部２０とを有している。第１の位置決め機構部１０と第２の位置決め機構部２０とは、半導体ウエハ等の基板３０を設置する回転部４０の回転中心４１を通る直線上の対向する位置に配置されている。
第１の位置決め機構部１０は、基板３０の側面（端部）と接触する基準部材となる第１の基準部１１、第１の基準部１１を支持するための支持部１２及び支持部１２を介し第１の基準部１１を基板３０の半径方向に線形に移動させることのできる第１の駆動部１５を有している。第１の基準部１１は、基板３０と接触する接触面１１ａが側面にＶ字状に形成されており、この接触面１１ａにおいて円形の基板３０の側面の２点と接触することができるように形成されている。第１の基準部１１は、変形しない材料であって、金属等の不純物が混入する可能性の少ない材料が好ましく、例えば、セラミックスまたはポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）等の樹脂材料により形成されている。支持部１２は、Ｌ字に形成されており、一方の端において、第１の基準部１１が取り付けられている。第１の基準部１１は、支持部１２に設けられた後述する可動軸となるピン１４を中心に回転可能な状態で支持されるとともに、後述する基準部材の固定方法により支持部に固定されている。
この際、ピン１４を中心に第１の基準部１１を動かし（回動し）、基板３０等の側面の２点と接触する位置において、固定することにより、第１の基準部１１と基板３０とを確実に２点で接触させることができる。また、支持部１２の他方の端は、第１の駆動部１５に接続されている。第１の駆動部１５は、第１の基準部１１を基板３０の半径方向に直線的に移動させることができるものであって、所定の位置で停止させることが可能なモータにより構成されている。例えば、位置制御を比較的正確に行うことが可能なステッピングモータ等が好ましい。
第２の位置決め機構部２０は、基板３０の側面と接触する第２の基準部２１、第２の基準部２１を支持するための支持部２２及び支持部２２を介し第２の基準部２１を基板３０の半径方向に線形に移動させることのできる第２の駆動部２３を有している。
また、第２の基準部２１は、接触部２４、可動部２５、バネ部２６、本体部２７、位置センサ２８を有している。
接触部２４は、円筒状に形成されており、可動部２５に円筒状の接触部２４の中心を軸に回転可能な状態で基板３０の側面と接触部２４の円筒状の側面とが接触可能な状態で取り付けられている。例えば、接触部２４はボールベアリング等により形成されている。可動部２５はバネ部２６を介し本体部２７と接続されており、バネ部２６は、接触部２４が本体部２７に対し、回転部４０における回転中心４１に向かう方向に力が加わるように取り付けられている。このため、接触部２４において基板３０と接触した際にも、可動部２５を介しバネ部２６が伸縮するため、基板３０に必要以上の力が加わることはない。また、可動部２５は、本体部２７に取り付けられた位置センサ２８により、本体部２７に対する可動部２５の相対的な位置を測定することができる。このように、位置センサ２８により可動部２５の相対的な位置を測定することにより、基板３０と接触している接触部２４の基板３０に対する相対的な位置を検出することができる。接触部２４は、変形しない材料であって、金属等の不純物が混入する可能性の少ない材料が好ましく、例えば、セラミックスまたはポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ）等の樹脂材料により形成されている。また、位置センサ２８は、可動部２５の位置を検出することができるものであればよく、接触式のセンサ、磁気センサ、光学センサ等の非接触センサを用いることが可能である。また、本実施の形態では、接触部２４は、基板３０の半径方向に約２ｍｍ相対的に移動させることができるように形成されている。
第２の基準部２１は、支持部２２の一方の端で接続されており、支持部２２の他方の端は、第２の駆動部２３と接続されている。第２の駆動部２３は、第２の基準部２１を基板３０の半径方向に直線的に移動させることができるものである。よって、第２の駆動部２３は、第２の基準部２１を所定の位置まで直線的に移動することができるものであればよく、直線的に移動可能なエアシリンダ等、または、直線的に移動可能なモータにより形成されている。尚、第１の駆動部１５の直線的な移動方向と、第２の駆動部２３の直線的な移動方向とは同一線上となるように設置されており、この線上には、回転部４０の回転中心４１が存在している。更に、第２の駆動部２３は、基板３０面に対し垂直方向に移動可能な昇降シリンダに接続されており、第２の基準部２１、支持部２２及び第２の駆動部２３を全体的に、基板３０面に対し略垂直方向に移動させることができる。
回転部４０は、回転伝達部４２を介しモータ４３が設けられており、基板３０を回転させることができる。また、図３に示すように、回転部４０において基板３０が設置される面には、基板吸着部となる真空チャック部４４が設けられており、不図示の真空ポンプ等に接続されている。回転部４０の真空チャック部４４における真空チャックは、基板３０を真空チャック部４４に載置した後、真空ポンプ等により排気することにより、真空チャック部４４に設けられた不図示の開口部及び開口部につながる溝において基板３０が吸着されることにより行われる。また、真空チャック部４４においては、窒素（Ｎ２）ガス等を基板３０側に供給すること（窒素ガスブロー）により、基板３０を真空チャック部４４上において浮上させることも可能である。
また、本実施の形態では、第１の位置決め機構部１０における第１の基準部１１と、回転部４０の回転中心４１と、第２の位置決め機構部２０における第２の基準部２１と基板３０の接触位置とは、同一線上に位置するように配置されている。
更に、本実施の形態では、第１の位置決め機構部１０、第２の位置決め機構部２０、回転部４０、真空チャック部４４において基板３０を真空チャックするための不図示の真空ポンプ等及び窒素ガス等を供給するための不図示のバルブ等は、制御部５０と接続されており、制御部５０により、これらの制御を行うことができる。また、制御部５０は、記憶部６０と接続されており、記憶部６０には、制御部５０において制御を行うプログラムが格納されている。尚、制御部５０内には、第１の位置決め機構部１０、第２の位置決め機構部２０及び回転部４０等の制御を行う駆動制御部５１、基準位置等の情報を記憶するためのメモリ５２、各種算出動作を行う演算部５３を有している。
（基準部材の固定方法）
次に、第１の実施の形態における位置決め装置及び基準部材の固定方法について説明する。本実施の形態における基準部材の固定方法は、位置調節が必要となる基準部材を固定する方法であり、位置調節された基準部材を基準として、他の部材の位置合せ等を行う場合に用いられるものである。以下、基準部材が第１の基準部１１である場合について説明する。
図４から図６に基づき本実施の形態における基準部材を固定する方法に用いられる装置について説明する。本実施の形態における部材の固定方法において用いられる装置は、位置合せ等を行うための基準部材となる第１の基準部１１と、第１の基準部１１を支持するための支持部１２と、支持部１２と第１の基準部１１とを固定する第１の固定部材となる固定機構１３とを有している。第１の基準部１１は、他の部材の位置合せを行うため側面にＶ字状に形成された接触面１１ａを有している。支持部１２と第１の基準部１１とは、係合部材であるピン１４により第１の基準部１１がピン１４を中心に回転可能な状態で接続されている。このため、支持部１２には、ピン１４が差込まれるピン穴１４ａが設けられている。尚、図４は、本実施の形態において、第１の基準部１１と支持部１２とが固定されている状態の斜視図であり、図５は、支持部１２の断面図であり、図６は、第１の基準部１１を取外した状態の支持部１２の斜視図である。
固定機構１３は真空チャックであり、支持部１２に設けられている。固定機構１３は、支持部１２において第１の基準部１１との接触面に設けられた第１の基準部１１を固定するための開口部１７と、真空ポンプ１８と、開口部１７と真空ポンプ１８とを接続する排気路１９が設けられている。真空チャックは真空ポンプ１８において排気することにより、排気路１９を介し開口部１７において第１の基準部１１を吸着することにより固定する。
図７に基づき本実施の形態における基準部材となる第１の基準部１１の固定方法について説明する。
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、第１の基準部１１の位置調整を行う。具体的には、第１の基準部１１は、支持部１２とピン１４により、回転可能な状態で接続されている。例えば、第１の基準部１１に設けられている接触面１１ａを基準基板またはシリコンウエハ等の円板状の基板の側面と、２点において接触させるものである場合、接触面１１ａと基準基板等の円板状の基板の側面とが２点で接触するように、可動軸となるピン１４を中心に第１の基準部１１を回転させて、位置調整を行う。
基準基板としては、例えば、図８に示す基準基板８１が挙げられる。この基準基板８１は、直径が３００ｍｍの円形に形成されており、基準基板８１の中心部分に凸部８２が形成されている。また、真空チャック部４４の表面の回転中心４１となる部分には、凸部８２に対応する凹部が設けられており、真空チャック部４４の凹部に基準基板８１の凸部８２を挿入することにより、回転部４０の回転中心４１と基準基板８１の中心とが一致するように形成されている。即ち、基準基板８１において、回転部４０の回転中心４１から周囲までの距離が均一となるように形成されている。尚、本実施の形態では、基準基板８１の中心部分には凸部８２を設け、真空チャック部４４には凹部を設けた構成について説明したが、基準基板８１を真空チャック部４４上に設置した際に、回転部４０の回転中心４１と基準基板８１の中心とが一致するように、基準基板８１を設置することができる方法であれば、他の形状や方法であってもよい。
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、第１の基準部の固定を行う。具体的には、固定機構１３における真空ポンプ１８を稼動することにより、排気路１９を介し、開口部１７において第１の基準部１１を吸着し固定する。このような真空チャックでは、ネジ留めの際における増し締め等をする必要がないため、第１の基準部１１はステップ１０２において位置調節された位置で、正確に支持部１２に固定される。
このように固定された第１の基準部１１を用いて、シリコンウエハ等の円板状の基板の位置合せを接触させて行う場合、シリコンウエハ等の円板状の基板の正確な位置合せを行うことが可能となる。
尚、本実施の形態では、第１の固定部材となる固定機構１３が真空チャック（真空吸引）の場合について説明したが、第１の固定部材は、電磁チャック及び静電チャックであってもよい。また、第１の固定部材による基準部材の固定と固定の解除は、制御部５０における制御により行なわれる。更に、第１の基準部１１と支持部１２とを可動軸となるピン１４による係合部材により接続する場合について説明したが、第１の基準部１１が回転可能な状態、または、所定の領域で移動可能な状態で接続可能な方法であれば、ピン１４以外のどのような可動軸であってもよい。
また、本実施の形態では、基準部材となる第１の基準部１１は位置合せを行うための基準部材である場合について説明したが、正確な位置に固定する必要があるものであれば、いかなる基準部材であっても適用することができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における位置決め装置及び基準部材の固定方法について説明する。尚、本実施の形態における基準部材１１１は、第１の実施の形態における第１の基準部１１に相当するものであり、本実施の形態における位置決め装置は、第１の実施の形態と同様に、基板処理装置に適用することが可能である。
本実施の形態における部材の固定方法は、位置調節が必要となる部材を固定する方法であり、位置調節された部材を基準として、他の部材の位置合せ等を行う場合に用いられるものであるが、更に、第２の固定部材となるネジ等を用いるものである。
図９から図１１に基づき本実施の形態における部材を固定する方法に用いられる装置について説明する。本実施の形態における部材の固定方法において用いられる装置は、位置合せ等を行うための基準部材１１１と、基準部材１１１を支持するための支持部１１２と、支持部１１２と基準部材１１１とを固定する第１の固定部材となる固定機構１１３及び第２の固定部材となるネジ１３１とを有している。基準部材１１１は、他の部材の位置合せを行うため側面にＶ字状に形成された接触面１１１ａを有している。支持部１１２と基準部材１１１とは、可動軸となるピン１１４により基準部材１１１がピン１１４を中心に回転可能な状態で接続されている。このため、支持部１１２には、ピン１１４が差込まれるピン穴１１４ａが設けられている。また、基準部材１１１を支持部１１２に固定するための２つのネジ１３１が設けられており、支持部１１２には、２ヶ所にネジ穴１３２が設けられている。尚、図９は、本実施の形態において基準部材１１１と支持部１１２とが固定されている状態の斜視図であり、図１０は、支持部１１２の断面図であり、図１１は、基準部材１１１を取外した状態の支持部１２の斜視図である。
固定機構１１３は真空チャックであり、支持部１１２に設けられている。固定機構１１３は、支持部１１２において基準部材１１１との接触面に設けられた基準部材１１１をチャックするための開口部１１７と、真空ポンプ１１８と、開口部１１７と真空ポンプ１１８とを接続する排気路１１９が設けられている。真空チャックは真空ポンプ１１８において排気することにより、排気路１１９を介し開口部１１７において基準部材１１１を吸着することにより固定する。
図１２に基づき本実施の形態における基準部材１１１の固定方法について説明する。
最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、基準部材１１１の位置調整を行う。具体的には、基準部材１１１は、支持部１１２とピン１１４により、回転可能な状態で接続されている。例えば、基準部材１１１に設けられた接触面１１１ａを基準基板またはシリコンウエハ等の円板状の基板の側面と、２点において接触させるものである場合、接触面１１１ａと円板状の基板の側面とが２点で接触するように、可動軸となるピン１１４を中心に基準部材１１１を回転させて、位置調整を行う。
次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、基準部材の固定を行う。具体的には、固定機構１１３における真空ポンプ１１８を稼動することにより、排気路１１９を介し、開口部１１８において基準部材１１１を吸着し固定する。このような真空チャックでは、ネジ留めの際における増し締め等をする必要がないため、基準部材１１１はステップ２０２において位置調節された位置で、正確に支持部１１２に固定される。
次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）において、ネジ１３１により、基準部材１１１と支持部１１２とを固定する。具体的には、ステップ２０４において、基準部材１１１と支持部１１２とは真空チャックにより固定されているが、この状態で、第２の固定部材であるネジ１３１により基準部材１１１と支持部１１２とをネジ留めにより固定する。尚、ネジ１３１は、支持部１１２に設けられたネジ穴１３２に差込まれネジ留めされる。これにより、固定機構１１３における真空チャックのみならず、ネジ１３１によるネジ留めによって、基準部材１１１は支持部１１２に固定される。
次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）において、固定機構１１３における真空チャックを解除する。これにより、支持部１１２と基準部材１１１とのチャッキングは解除されるが、ネジ１３１により支持部１１２と基準部材１１１とが固定されている。
本実施の形態における部材の固定方法では、単に基準部材１１１を支持部１１２にネジ留めする場合には、増し締めの際に、基準部材１１１が移動してしまい、正確な位置に基準部材１１１を固定することができないが、位置合せをした後、真空チャックをした状態でネジ留めをすることにより、増し締めにより基準部材１１１が移動することがないため、正確な位置に基準部材１１１をネジ留めすることができる。
また、ネジ１３１によりネジ留めした後は、真空チャックを解除することができるため、基準部材１１１を支持部１１２に固定するためのエネルギーを軽減することができる。
このように固定された基準部材１１１を用いて、シリコンウエハ等の円板状の基板の位置合せを接触させて行う場合、シリコンウエハ等の円板状の基板の正確な位置合せを行うことが可能となる。
尚、本実施の形態では、固定機構１１３が真空チャックの場合について説明したが、固定機構１１３は、電磁チャック及び静電チャックであってもよい。また、基準部材１１１と支持部１１２とをピン１１４等による係合部材により接続する場合について説明したが、基準部材１１１が回転可能な状態、または、所定の領域で移動可能な状態で接続可能な方法であれば、可動軸はピン１１４以外であってもよい。更には、基準部材１１１を支持部１１２に載置することができれば、ピン１１４等による係合部材を用いる必要はない。
また、第２の固定部材としてネジを用いた場合について説明したが、第２の固定部材は、物理的に固着することができるものであればよく、ボルト等であってもよい。
また、本実施の形態では、基準部材１１１は位置合せを行うための基準部材である場合について説明したが、正確な位置に固定する必要があるものであれば、いかなる基準部材であっても用いることができる。
上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
１０ 第１の位置決め機構部
１１ 第１の基準部（基準部材）
１１ａ 接触面
１２ 支持部
１３ 固定機構（第１の固定部材）
１４ ピン（可動軸）
１５ 第１の駆動部
１７ 開口部
１８ 真空ポンプ
１９ 排気路
２０ 第２の位置決め機構部
２１ 第２の基準部
２２ 支持部
２３ 第２の駆動部
２４ 接触部
２５ 可動部
２６ バネ部
２７ 本体部
２８ 位置センサ
３０ 基板
４０ 回転部
４１ 回転中心
４２ 回転伝達部
４３ モータ
４４ 真空チャック部
５０ 制御部
５１ 駆動制御部
５２ メモリ
５３ 演算部
６０ 記憶部

Claims (10)

  1. 位置決めのために基準となる基準部材と、
    前記基準部材を支持するための支持部と、
    前記支持部に設けられ、前記基準部材と前記支持部とを固定し、または固定を解除する第１の固定部材と、
    前記支持部を移動させる駆動部と、
    を有し、
    前記基準部材は、可動する状態で前記支持部と接続されており、前記支持部に対して前記基準部材の位置決めがなされた後、前記第１の固定部材により前記支持部に固定されるものであることを特徴とする位置決め装置。
  2. 前記支持部に対し前記基準部材が可動する状態で接続するための可動軸を有していることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
  3. 前記第１の固定部材は、真空吸引、静電チャック、磁気チャックのいずれかにより固定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
  4. 前記基準部材が前記第１の固定部材により前記支持部に固定された状態で、さらに、前記基準部材と前記支持部とを固着する第２の固定部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位置決め装置。
  5. 前記第１の固定部材は、前記基準部材と前記支持部とを固定し、または固定を解除する制御部を有し、
    前記制御部は、前記第２の固定部材によって、前記基準部材と前記支持部が固着された後、前記第１の固定部材による前記基準部と前記支持部との固定を解除するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置決め装置。
  6. 前記基板の位置決めを行うための請求項１から５の位置決め装置を有することを特徴とする基板処理装置。
  7. 支持部に可動する状態で接続されている基準部材の位置を、基準基板に接触させて基準位置に合わせる位置合せ工程と、
    前記基準位置に合わされた前記基準部材を前記支持部に設けられた第１の固定部材により固定する第１の固定工程と、
    を有することを特徴とする基準部材の固定方法。
  8. 前記位置合せ工程は、前記支持部と前記基準部材とを、前記支持部と前記基準部材との間に設けられた可動軸を中心に回動させることにより行なうものであることを特徴とする請求項７に記載の基準部材の固定方法。
  9. 前記第１の固定工程は、真空吸引、静電チャック、磁気チャックのいずれかにより行なわれるものであることを特徴とする請求項７または８に記載の基準部材の固定方法。
  10. 前記第１の固定工程の後、前記基準部材を前記支持部と固着する第２の固定工程と、
    前記第２の固定工程の後、前記第１の固定部材による固定を解除する第１の固定解除工程と、を有することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の基準部材の固定方法。
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