JP2001153608A - 位置合わせ装置及び位置合わせ方法及び重ね合わせ装置 - Google Patents

位置合わせ装置及び位置合わせ方法及び重ね合わせ装置

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JP2001153608A
JP2001153608A JP33297999A JP33297999A JP2001153608A JP 2001153608 A JP2001153608 A JP 2001153608A JP 33297999 A JP33297999 A JP 33297999A JP 33297999 A JP33297999 A JP 33297999A JP 2001153608 A JP2001153608 A JP 2001153608A
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alignment marks
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Akira Okita
彰 沖田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の光軸と第1及び第2の基体との傾き
によるアライメントマークのずれ量を考慮して第1及び
第2の基体の位置合わせをする。 【解決手段】 第1の基体に備えられた第1のアライメ
ントマークと第2の基体に備えられた第2のアライメン
トマークとを観測する光学系及び、観測した結果に基づ
いて前記第1及び第2のアライメントマーク間のずれを
なくすように前記第1の基体と前記第2の基体とを相対
移動する手段を有する位置合わせ装置において、前記光
学系の光軸と前記第1及び第2の基体との傾きにより生
じる前記第1及び第2のアライメントマークのずれ量を
測定する手段を備え、測定した前記ずれ量を考慮して前
記第1の基体と前記第2の基体とを相対移動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置合わせ装置及
び位置合わせ方法、重ね合わせ装置に関し、特に、光学
系の光軸と基体との傾きにより生じるアライメントマー
クのずれ量を考慮して位置合わせする位置合わせ装置及
び位置合わせ方法、重ね合わせ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、たとえば特開平6−26816号
公報には、光学系を用いてアクティブマトリックス側と
対向ガラス側との双方のアライメントマークを、CCD
等の撮像素子を用いて取り込んだ2次元の画像の画像解
析を行い、相互の位置のずれ方向およびずれ量を測定し
て、測定結果に基づいて、サーボ手段等により適宜XY
およびθ方向に変位させることによりアライメントする
重ね合わせ装置が記載されている。
【0003】また、特開平7−249571号公報に
は、位置合わせマークの検出の光学として、テレセント
リック・レンズ系を用いることによりアライメントマー
ク間のギャップによらないアライメントずれ量の測定方
法が記載されている。
【0004】さらに、特開平10−294540号公報
には、アライメントマーク間のギャップが数百μmオー
ダーのように大きい場合には、予めアライメントマーク
間に任意の基準点を定め、画像処理ユニットを用いて、
この基準点とアクティブマトリックス側のアライメント
マークとのずれ量を測定し、さらにこの基準点と対向ガ
ラス側のアライメントマークとのずれ量を測定し、それ
らに基づいてアライメントを行う方法が示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平6−2
6816号公報や、特開平6−242431号公報に記
載されている技術は、現実には3次元であるアライメン
トマークの位置情報を、2次元に投影し焼き直してい
る。そのため、たとえ特開平7−249571号公報に
記載のように、テレセントリック・レンズ系を用いて
も、光軸のわずかなずれなどによって完全な垂直投影が
できていない場合には、理想的に位置合わせをすること
ができない。この現象を図5(a)、図5(b)を用い
て説明する。
【0006】図5(a)は、セルのアライメントマーク
103を備えた下基板101及びアライメントマーク1
04を備えた上基板102の断面図である。図5(b)
は、図示しない光学系の光軸が角度θだけ傾いている場
合に観測される上基板102及び下基板101のアライ
メントマーク103,104付近の画像を模式的に示し
た図である。
【0007】図5(b)に示すように、アライメントマ
ーク103,104を、各中心位置で一致させるように
しても、実際には、光学系の光軸が角度θ傾いている
と、アライメントマーク103,104間ではずれが生
じる。
【0008】すなわち、このずれは、アライメントマー
ク103,104間のずれ量をb、アライメントマーク
103,104間の距離をdとすると、 b=d×tanθ という関係になり、撮像素子により取り込んだ画像で
は、アライメントマーク103,104を、各中心位置
で一致させるようにしても、この“b”だけのずれ量が
生じる。
【0009】さらに、特開平10−294540号公報
に記載の方法では、アライメントマーク間に任意の基準
点を設定し、それを装置に記憶させる必要がある。この
ため、装置には、メモリなどの記憶手段が必要となる。
また、記憶手段による高コスト化は免れない。さらに基
準点の設定をどのようにするかは、明らかにされていな
い。
【0010】ここで、光軸がずれを生じる原因として、
光学系の鏡筒を重ね合わせ装置へ光軸がずれないように
取り付けることができないことや、鏡筒内のレンズ系の
位置合わせが困難であることや、レンズ自身の偏芯など
がある。これらすべての原因を修正することは可能であ
るが、そのための調整費、加工費用などを積算すると極
めて装置価格が高価になる。
【0011】また、重ね合わせ装置のメンテナンス時に
光学系の取り外しを行うと、その度に光軸を厳密に測定
して調整する必要が生じるため、現実的な使用法になら
ないという問題が生じる。
【0012】さらに、光学系とアクティブマトリックス
等との傾きによる問題は、アライメントマークを検出す
る為の光学系そのものの光軸の傾きの影響を受ける為、
別の光学系で観察した際のアライメントのずれ量と、重
ね合わせ装置でアライメントした際のアライメントのず
れ量が異なった値になってしまい真のずれ量が測定でき
ないという問題点がある。
【0013】そこで、本発明は、光学系の光軸と第1及
び第2の基体との傾きによるアライメントマークのずれ
量を考慮して第1及び第2の基体の位置合わせをするこ
とを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1の基体に備えられた第1のアライメ
ントマークと第2の基体に備えられた第2のアライメン
トマークとを観測する光学系及び、観測した結果に基づ
いて前記第1及び第2のアライメントマーク間のずれを
なくすように前記第1の基体と前記第2の基体とを相対
移動する手段を有する位置合わせ装置において、前記光
学系の光軸と前記第1及び第2の基体との傾きにより生
じる前記第1及び第2のアライメントマークのずれ量を
測定する手段を備え、測定した前記ずれ量を考慮して前
記第1の基体と前記第2の基体とを相対移動する。
【0015】また、本発明は、第1の基体に備えられた
第1のアライメントマークと第2の基体に備えられた第
2のアライメントマークとを光学系により観測し、前記
観測した結果に基づいて前記第1及び第2のアライメン
トマーク間のずれをなくすように前記第1の基体と前記
第2の基体とを相対移動することにより前記第1の基体
と前記第2の基体との位置合わせをする位置合わせ方法
において、前記光学系の光軸と前記第1及び第2の基体
との傾きにより生じる前記第1及び第2のアライメント
マーク間のずれ量を測定し、測定した前記ずれ量を考慮
して前記第1の基体と第2の基体とを相対移動する。
【0016】さらに、本発明は、第1のアライメントマ
ークを備えた第1の基体及び第2のアライメントマーク
を備えた第2の基体を固定するそれぞれの定盤と、前記
第1のアライメントマークと前記第2のアライメントマ
ークとを観測する光学系と、観測した結果に基づいて前
記第1及び第2のアライメントマーク間のずれをなくす
ように前記第1の基体と前記第2の基体とを相対移動す
る手段と、前記移動後に前記第1の基体と前記第2の基
体とを重ね合わせする手段とを備えた重ね合わせ装置に
おいて、前記光学系の光軸と前記第1及び第2の基体と
の傾きにより生じる前記第1及び第2のアライメントマ
ークのずれ量を測定する手段を備え、測定した前記ずれ
量を考慮して前記第1の基体と前記第2の基体とを相対
移動した後に、前記第1の基体と前記第2の基体とを重
ね合わせる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。
【0018】図1は、本実施形態の重ね合わせ装置の断
面図である。図1において、101は第1の基体である
ところの下基板であり、例えば図示しないTFT(Thin
Film Transistor)などのアクティブマトリックス素子
を搭載している。102は第2の基体であるところの上
基板であり、例えば図示しないガラス又は透明樹脂にマ
イクロレンズ等を形成している。
【0019】下基板101には、アライメントマーク1
03が設けられており、上基板102には、アライメン
トマーク104が設けられている。アライメントマーク
103と104との位置合わせを行うことにより、上基
板102と下基板101とのアライメントを実行する。
【0020】また、401は下基板101を固定する為
の下定盤であり、アライメントステージ402の上に設
置されている。一方、上基板102は上定盤403を介
して装置の筐体404に固定されている。また、上定盤
403はアライメントマーク103,104を観察する
為の光学系405の光束が透過できるように石英などの
光学的に透明な材料であることが必要である。
【0021】光学系405は、可動ステージ409を介
して筐体404に固定されており、可動ステージ409
はアライメントマーク観察時にオートフォーカスが必要
な際に動かすことができる。光学系405は主に対物レ
ンズ406と、鏡筒407と、撮像素子408とから構
成される。
【0022】アライメントマーク103,104間の垂
直方向の距離が対物レンズ406の焦点深度よりも大き
い場合には、光学系405は2焦点光学系を用いても良
い。また、対物レンズ406は、光学的に透明な材料4
03を通してアライメントマーク103,104を観察
する為に、通常の対空気の設計とは異なるガラス厚補正
のなされたものを用いてもよい。
【0023】すなわち、下基板101と上基板102と
を重ね合わせるときには、後述するように、下基板10
1と上基板102とを位置合わせした後に、これらを互
いに押し付ける。このときに、上定盤403と下定盤4
01とに圧力がかかり、そのため、これらに歪みが生じ
る場合がある。歪みが生じると、下基板101と上基板
102との間のギャップを均一にすることができない。
【0024】そこで、この歪みを生じさせないように、
上定盤403と下定盤401との厚さを、それぞれ10
mm以上としている。しかし、上定盤403と下定盤4
01とをこのような厚さにすると、対物レンズ406に
よって上定盤403を介してアライメントマークを観察
しようとすると、画像にぼけが生じる場合があり、アラ
イメントが困難になる。そのため、対物レンズ406
は、上定盤403の媒質に応じた補正をしている。
【0025】アライメントマーク103,104の画像
は、光学系405を通して撮像素子408に結像され、
その画像は画像処理装置410によりアライメントのず
れ量に変換され、ずれ量が最小になるような値を算出す
る。算出した最小値に基づくアライメントステージ40
2の移動量を、サーボ手段411に伝達する。
【0026】その際、後述する重ね合わせ方法により測
定したオフセット値を加味して、アライメントステージ
402の移動量を決定し、それを差し引くことにより光
学系405の光軸の傾きによるずれ量を補正して、正確
なアライメントを行う。
【0027】図2は、本実施形態の位置合わせ方法の原
理図である。図2に示すように、まず、上基板102と
下基板101とが既に固定された重ね合わせ後のセルを
位置201において、光学系405によりアライメント
マーク103と104とのアライメントのずれ量を測定
する。
【0028】つづいて、上基板102と下基板101と
を、たとえばアライメントマーク103の真ん中を中心
として、180度回転させた位置202で、再度光学系
405により、アライメントマーク103,104の付
近の画像を取り込み、アライメントのずれ量を測定す
る。
【0029】こうすると、測定した103と104との
相対的なアライメントのずれ量から、光学系405の光
軸の傾き量およびアライメントのオフセット量、実際の
アライメントマーク103と104とのずれ量を算出す
ることができる。
【0030】図3(a)〜図3(d)は、図2に示した
方法により位置合わせした後に重ね合わせた上基板10
2と下基板101との断面図および平面図である。図3
(a)は位置201における上基板102と下基板10
1とのアライメントマーク付近103,104の断面図
であり、図3(b)は図3(a)の状態を角度θだけ傾
いた光軸を有する光学系で観察した際の画像の模式図で
ある。図3(c)および図3(d)は、位置202にお
ける上基板102と下基板101との断面図及び平面図
であり、図3(a)、図3(b)に対応する。
【0031】下基板101のアライメントマーク103
を基準として、図面の右をX+方向とし、アライメント
マーク103,104間の実際にずれを“a”、光学系
の傾きによるずれを“b”、撮像素子により取り込んだ
画像で認識するずれ量をXstdとすると、Xstdは、 Xstd =a+b で表される。
【0032】つぎに、上基板102と下基板101と
を、180度回転させた位置202において、撮像素子
により取り込んだ画像で認識するずれ量をX180とする
と、X180は、 X180 =−a+b で表される。
【0033】従って、本来のアライメントのずれ量を
“a”、および光軸ずれによるアライメントのずれ量
“b”は、 a=(Xstd −X180 )/2 b=(Xstd +X180 )/2 で表される。
【0034】したがって、光学系405の光軸の傾きを
“θx”、マーク間距離を“d”とすれば b=d×tanθx=(Xstd +X180 )/2 であることから、光学系405の光軸の傾きは θx=arctan((Xstd +X180 )/(2×
d)) で表される。
【0035】アライメントマーク103,104間の距
離dは、通常、セルギャップおよびマイクロレンズのN
A(Numerical Aperture)によって設定される既知の値
である為、これらを用いることにより、重ね合わせ装置
の光学系405の光軸の傾きθxは求めることができ
る。
【0036】また、dの値をより正確に測定する為に、
オートフォーカス機構を装置の光学系405に備えても
よい。アライメントマーク103と104とのそれぞれ
に、フォーカスをあわせ、2つのマーク間の変位量を測
定することによりdを求めることができる。このことに
より、dのバラツキが大きなサンプルに対応することが
できる。
【0037】図2及び図3では、説明の容易のため、X
方向にのみアライメントマーク103,104がずれて
いる場合を例にしたが、同様にY方向のみのずれ、およ
びXとYが同時にずれている際のずれ量についても算出
することができる。
【0038】このようにして求めた光学系405の光軸
の傾きθおよびdの値から光軸ずれによるアライメント
のずれ量“b”を算出し、“b”を予め見込んでオフセ
ットをかけてアライメントすることにより、重ね合わせ
装置に特別な機構を付加することなく、低コストで正確
なアライメント操作をすることができる。
【0039】また、本実施形態では実際のセルを用いて
測定する例について示したが、原理的には重ね合わせ装
置が認識できるアライメントマークだけがあり、アライ
メントマークを中心として標準位置と180度反転した
位置で光学系を移動することなく、それぞれ相対的なア
ライメントのずれ量Xstd 、X180 が測定できればよ
い。
【0040】従って、重ね合わせ装置が本来重ね合わせ
るサイズの基板サイズ、アライメントマークではなくて
も、アライメントマーク間の距離dが明確であり、かつ
重ね合わせ装置がアライメントマークを認識することさ
えできれば、光学系405の光軸のずれによるアライメ
ントのずれ量は前述の方法により容易に求めることがで
きる。
【0041】このずれ量と実際に重ね合わせるアライメ
ントマーク間の距離d′が判れば、アライメント時に考
慮すべきXoffsetおよびYoffsetは Xoffset=(Xstd +X180 )/2×(d′/d) Yoffset=(Ystd +Y180 )/2×(d′/d) として求めることができる。
【0042】上式から判るようにアライメントマーク間
の距離dとd′が概ね同じ値であれば Xoffset=(Xstd +X180 )/2 Yoffset=(Ystd +Y180 )/2 と式を単純化できる。
【0043】図4は、上基板102及び下基板101と
を重ね合わせ既に固定した空セル801を回転させる手
段の構成図である。図4において、405aは位置20
1で右下にあるアライメントマーク103,104間の
ずれを測定するための光学系、405bは位置201で
左上にあるアライメントマーク103’,104’間の
ずれを測定するための光学系を示している。
【0044】また、805は空セルを回転させるための
回転ステージ、806は空セルを回転できるような機構
の搬送ロボットであり、XYZ方向の任意の位置に空セ
ル801を移動させる。なお、空セル801を位置20
1からアライメントマーク103,104を中心として
180°回転した位置を位置202、光学系405bで
アライメントマーク103’,104’を中心として1
80°回転した位置を位置203としている。
【0045】つぎに、図4に示す回転手段の動作につい
て説明する。まず、下定盤401上で位置201にある
2つのアライメントマーク103と104とのずれ量を
光学系405aによって観測し、アライメントマーク1
03’と104’とのずれ量を光学系405bによって
測定する。
【0046】つぎに、空セル801を搬送ロボット80
6により保持して、回転ステージ805上に搬送して、
これにセットする。そして、回転ステージ805上で空
セル801を180°回転させる。再度、搬送ロボット
806により空セル801を保持して、下定盤401上
に搬送する。このとき、空セル801の搬送位置は、位
置201からアライメントマーク103,104を中心
として180°回転した位置202である。
【0047】つづいて、位置202において光学系40
5aを用いてアライメントマーク103,104のずれ
量を測定する。測定が終了したら、搬送ロボット806
により空セル801を保持して、位置203へ平行移動
する。これにより、アライメントマーク103’と10
4’そのものも回転し、アライメントマーク103’と
104’との向きが、位置201にあるときから180
°回転した場合と同様になる。
【0048】その後、光学系405bによりアライメン
トマーク103,104のずれ量を測定する。こうし
て、図2に示した原理で、光学系405の傾きによるず
れを把握する。
【0049】なお、図4に示した回転手段は、図1に示
した重ね合わせ装置に取り付けるようにしてもよく、ま
た、空セル801以外のものを用いて、アライメントマ
ーク103と104とのずれ量を測定してもよい。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
光学系の光軸と第1及び第2の基体との傾きにより第1
及び第2のアライメントマーク間にずれ量が生じるが、
これを測定してそのずれ量を考慮して第1の基体と第2
の基体とを相対移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の重ね合わせ装置の構成図で
ある。
【図2】本発明の実施形態の位置合わせ方法の原理図で
ある。
【図3】図2に示した方法により位置合わせした後に重
ね合わせた上基板と下基板との断面図および平面図であ
る。
【図4】上基板及び下基板と擬製した空セルを回転させ
る手段の構成図である。
【図5】従来のアライメントマークを備えた下基板及び
アライメントマークを備えた上基板の断面図及び平面図
である。
【符号の説明】
101 下基板 102 上基板 103 下基板のアライメントマーク 104 上基板のアライメントマーク 105 下基板のアライメントマークを平面的の表示し
た画像 106 角度θだけ傾いた光軸を有する光学系で観察し
た際の上基板のアライメントマークの平面画像 401 下定盤 402 アライメントステージ 403 上定盤 404 筐体 405 光学系 406 対物レンズ 407 鏡筒 408 撮像素子 409 可動ステージ 410 画像処理装置 411 サーボ手段

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の基体に備えられた第1のアライメ
    ントマークと第2の基体に備えられた第2のアライメン
    トマークとを観測する光学系及び、観測した結果に基づ
    いて前記第1及び第2のアライメントマーク間のずれを
    なくすように前記第1の基体と前記第2の基体とを相対
    移動する手段を有する位置合わせ装置において、 前記光学系の光軸と前記第1及び第2の基体との傾きに
    より生じる前記第1及び第2のアライメントマークのず
    れ量を測定する手段を備え、 測定した前記ずれ量を考慮して前記第1の基体と前記第
    2の基体とを相対移動することを特徴とする位置合わせ
    装置。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2の基体を重ねて前記光
    学系によって前記第1及び第2のアライメントマークを
    観測して、該第1及び第2のアライメントマークの第1
    のずれ量を測定し、 前記第1及び第2の基体を、前記第1又は第2のアライ
    メントマークを軸に回転させた後に、前記光学系によっ
    て前記第1及び第2のアライメントマークを観測して、
    該第1及び第2のアライメントマークの第2のずれ量を
    測定し、 前記第1のずれ量と前記第2のずれ量とに基づいて、前
    記光学系の光軸と前記第1及び第2の基体との傾きによ
    り生じるずれ量を測定することを特徴とする請求項1に
    記載の位置合わせ装置。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2の基体の回転角度を、
    180°とすることを特徴とする請求項2に記載の位置
    合わせ装置。
  4. 【請求項4】 前記光学系の光軸と前記第1及び第2の
    基体との傾きにより生じるずれ量(Xoffset、Yoffse
    t)は、 前記第1の基体と前記第2の基体との距離をd、前記第
    1のずれ量を(Xstd、Ystd )、前記第2のずれ量を
    (X180 、Y180 )とすると、 Xoffset=(Xstd +X180 )/d Yoffset=(Ystd +Y180 )/d であることを特徴とする請求項3に記載の位置合わせ装
    置。
  5. 【請求項5】 前記第1の基体はアクティブマトリック
    ス素子を搭載した基体であり、前記第2の基体はマイク
    ロレンズを搭載した基体であることを特徴とする請求項
    1〜4のいずれか1項に記載の位置合わせ装置。
  6. 【請求項6】 前記第2の基体は、ガラス又は透明樹脂
    からなることを特徴とする請求項5に記載の位置合わせ
    装置。
  7. 【請求項7】 前記第1の基体と前記第2の基体との距
    離dは、前記光学系のオートフォーカス機構の変位量に
    より測定することを特徴とする請求項4に記載の位置合
    わせ装置。
  8. 【請求項8】 第1の基体に備えられた第1のアライメ
    ントマークと第2の基体に備えられた第2のアライメン
    トマークとを光学系により観測し、前記観測した結果に
    基づいて前記第1及び第2のアライメントマーク間のず
    れをなくすように前記第1の基体と前記第2の基体とを
    相対移動することにより前記第1の基体と前記第2の基
    体との位置合わせをする位置合わせ方法において、 前記光学系の光軸と前記第1及び第2の基体との傾きに
    より生じる前記第1及び第2のアライメントマーク間の
    ずれ量を測定し、 測定した前記ずれ量を考慮して前記第1の基体と第2の
    基体とを相対移動することを特徴とする位置合わせ方
    法。
  9. 【請求項9】 第1のアライメントマークを備えた第1
    の基体及び第2のアライメントマークを備えた第2の基
    体を固定するそれぞれの定盤と、前記第1のアライメン
    トマークと前記第2のアライメントマークとを観測する
    光学系と、観測した結果に基づいて前記第1及び第2の
    アライメントマーク間のずれをなくすように前記第1の
    基体と前記第2の基体とを相対移動する手段と、前記移
    動後に前記第1の基体と前記第2の基体とを重ね合わせ
    する手段とを備えた重ね合わせ装置において、 前記光学系の光軸と前記第1及び第2の基体との傾きに
    より生じる前記第1及び第2のアライメントマークのず
    れ量を測定する手段を備え、 測定した前記ずれ量を考慮して前記第1の基体と前記第
    2の基体とを相対移動した後に、前記第1の基体と前記
    第2の基体とを重ね合わせることを特徴とする重ね合わ
    せ装置。
  10. 【請求項10】 前記光学系は前記いずれかの定盤の媒
    質に対して補正された対物レンズを備えていることを特
    徴とする請求項9に記載の重ね合わせ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7576859B2 (en) 2006-09-13 2009-08-18 Seiko Epson Corporation Alignment apparatus and alignment method
US7643144B2 (en) 2006-09-14 2010-01-05 Seiko Epson Corporation Alignment apparatus and alignment method

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US7576859B2 (en) 2006-09-13 2009-08-18 Seiko Epson Corporation Alignment apparatus and alignment method
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