JP2008076157A - 寸法測定方法及び寸法測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】寸法測定装置において測定過程に発生するステージ温度上昇の影響を補正し、対象基板のマーク位置を高精度にかつ迅速に測定すること。
【解決手段】被測定基板の面内歪みまたはディストーションを解析するために基板に形成したマーク位置を測定する場合、基板上において温度補正を行うための代表点を予め設定し、代表点の位置情報と温度補正情報とを予め取得しておく。そして、基板のマーク位置を測定する際に発生する寸法測定装置のステージ温度上昇分を上記代表点の伸縮量から予測し、予測した温度上昇分を基に、基板のマーク位置の測定値の温度補正を行う。代表点は、温度変化に対して基板上の各マーク位置の伸縮特性を求め、その伸縮特性が特異な挙動を示す点から選択して決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶基板のごとき大型基板上に形成された寸法測定用マーク位置を高速に高精度に測定する寸法測定方法及び寸法測定システムに関する。

例えば液晶基板の製造工程では、ガラス基板をベースに成膜とパターン形成を繰り返すと共に様々な熱処理を行い、ＴＦＴ基板を製造する。この製造工程において、原画パターンのアライメントマークの位置ずれやガラス基板の伸縮等が生じると、高精度のＴＦＴ基板を得るのが困難になる。すなわち、ガラス基板は自身の熱膨張係数に従い伸縮を行うと共に、成膜時の応力による変形を伴う。特に液晶基板のように大面積の基板ではその伸縮や変形量が拡大され、ＴＦＴ基板の積層工程やカラーフィルタとの重ね合わせ時に、シフトずれ不良やスケール倍率補正ずれ不良の原因となる。よって、各工程において基板の伸縮を逐次測定して、伸縮量を補正する必要がある。

例えば特許文献１には、液晶素子等の比較的大面積の素子をリソグラフィ手法によって製造する際の露光方法について記載される。ここでは、複数の原画パターンを隣接合成して大面積パターンの露光を行う場合、個々の原画のアライメントマークの位置誤差に基づく画面合成時の位置ずれをなくすことを目的としている。そのために、各原画について区画領域の露光位置ずれ量を予め求めておき、各原画のアライメント位置に対して、前記露光位置ずれ量を実質的に相殺するための位置ずれ補正値を与えた位置決めを行うことが記載される。

一方、基板の伸縮を測定する際、測定装置の発熱等により被測定物である基板の温度が上昇する場合、これによる基板の伸縮の影響を補正する必要がある。これに対しては、基板の温度が安定するまで十分時間をかけ、平衡状態に達したら予め与えられている補正係数を用いて測定値の温度補正を行う方法がとられている。

特開平５−１９７１５８号公報

液晶基板のような大面積の基板に対して高精度のパターン形成を行うためには、対象基板のディストーション又は面内歪みの分布を精度良く測定しこれに基づき面内各位置の補正量を算出する必要がある。しかしながら、寸法測定装置にて基板上のマーク位置を測定し、その変形量を露光装置の位置決めの補正にフィードバックする場合、寸法測定装置での測定点数や測定タクトには限界があり、高精度で短時間の測定の要請に反するものである。あるいは、露光機で補正を行う場合、露光装置タクトの問題から測定点数が制限されることや光学補正量の限界などが指摘されている。特に、寸法測定装置で長寸マーク位置座標を高速に測定する場合、測定装置に配置されたリニアモータから発生する熱により基板搭載ステージが昇温され、基板が熱伸縮して測定誤差が生じる。これを回避するために温度平衡状態まで待機する方法では、無駄な測定時間を費やすことになる。これらの課題に関し、上記特許文献１では何ら考慮されていない。

本発明の目的は、寸法測定装置において測定過程に発生するステージ温度上昇の影響を補正し、対象基板のマーク位置を高精度にかつ迅速に測定することにある。

本発明は、被測定基板の面内歪みまたはディストーションを解析するために基板に形成したマーク位置を測定する寸法測定方法であって、基板上において温度補正を行うための代表点を予め設定し、代表点の位置情報と温度補正情報とを予め取得し、基板のマーク位置を測定する際に発生する寸法測定装置のステージ温度上昇分を上記代表点の伸縮量から予測し、予測した温度上昇分を基に、基板のマーク位置の測定値の温度補正を行う。

ここに前記代表点は、温度変化に対して基板上の各マーク位置の伸縮特性を求め、その伸縮特性が特異な挙動を示す点から選択して決定する。そして、ステージ温度上昇分を予測する際、前記各代表点の伸縮特性を基に、各代表点の伸縮量の２乗の総和値からステージ温度の平均値を逆算して求める。

また本発明は、被測定基板の面内歪みまたはディストーションを解析するために該基板に形成したマーク位置を測定する寸法測定システムであって、基板のマーク位置を測定する汎用寸法測定装置と、基板のマーク位置を高速に測定する高速寸法測定装置と、高速寸法測定装置における寸法測定時のステージ温度を測定する温度測定装置と、寸法値と温度のデータを記憶する記憶装置と、記憶装置から寸法値と温度のデータを読み出して所定のプログラムで演算し測定値の補正を行う演算装置と、演算装置の演算結果を表示する表示装置とを備える。演算装置は、汎用寸法測定装置、高速寸法測定装置及び温度測定装置により測定した基板上の各マーク位置の測定データから、基板上において温度補正を行うための代表点を予め設定し、代表点の位置情報と温度補正情報とを予め取得し、基板のマーク位置を測定する際に発生する上記高速寸法測定装置のステージ温度上昇分を上記代表点の伸縮量から予測し、予測した温度上昇分を基に、基板のマーク位置の測定値の温度補正を行い、基板の面内歪みまたはディストーションを表示装置に表示する。

本発明によれば、基板上のマーク位置座標を高精度にかつ迅速に測定することができ、製造工程の改善に寄与する。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明による寸法測定システムの一実施例を示す構成図であり、（ａ）は全体ブロック構成図、（ｂ）は寸法測定装置のステージ部分の断面構成図を示す。

本実施例では、２台の寸法測定装置１，２を用いて基板上のマーク位置座標を効率良く測定する。寸法測定装置１は短時間で多数の測定点を測定可能な高速測定用、寸法測定装置２は汎用のものであり、それぞれ「高速用」「汎用」と呼ぶことにする。温度測定装置３は、寸法測定装置（高速用）１に載置した基板の温度を測定する。具体的には、測定装置のステージに測定点ごとに複数個の温度センサを取り付ける構成とするが、測定装置の近傍に非接触の温度センサを配置して非接触で測定することも可能である。

寸法測定装置１，２と温度測定装置３にて測定したデータは、インタフェース（Ｉ／Ｆ）４を介して記憶装置であるハードディスク装置（ＨＤＤ）５に蓄積する。演算装置であるＣＰＵ６は、ＨＤＤ５に蓄積されたデータをメモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）７に適宜格納し、これをＣＰＵが実行するプログラムにより参照して演算し、その結果をＨＤＤ５やＲＯＭ／ＲＡＭ７に格納する。また、必要に応じて演算結果をモニタ８やプリンタ１０等の表示装置に出力する。ＣＰＵ６の実行するプログラムは、操作者がキーボード９から起動指令を入力するか、当該プログラムの自動起動機能にて実行開始する。各装置間のデータの転送は、バス１１を介して行われる。さらにこれらの測定データや演算結果の情報は、寸法測定装置１，２を介して製造ＬＡＮ１２に接続した他の製造装置でも参照可能となる。このような本実施例の寸法測定システムの構成は、既存のシステムを利用しながら構築可能である。

このシステム構成により、寸法測定過程にて変化するステージ各点の温度を実測し、プログラムにて温度補正を行い、基板のディストーション又は面内歪みを精度良く高速に解析することができる。

図１（ｂ）は、寸法測定装置（高速用）１のステージ１３の断面構造を示す。ステージ上には基板を吸着するための複数個の吸着孔１４が設けられ、その間隙に複数個の温度感知センサ１５を配設する。また温度感知センサ１５の下にはステージ１３を冷却するための冷却管１６を設け、ステージ１３を所定の温度に保つために水冷する。ステージ１３はリニアヘッド（駆動用リニアモータ）１７によりガイド１８に沿ってＸ，Ｙ方向に移動する。なお、ステージ１３上に温度感知センサ１５を配設できない場合は、ＣＣＤカメラ１９側に非接触温度感知センサ２０を設置し、寸法測定時の基板表面温度を感知する。

本実施例の測定システムによる寸法測定の概要を述べる。寸法測定装置（高速用）１において測定過程にて発生するステージ温度上昇（温度分布）に対し、予め基板上に設定した代表点の測定時点での挙動（伸縮量）から測定時のステージ温度を予測する。そして、予め設定した代表点の位置情報と温度補正情報を参照して、対象基板のディストーション又は面内歪みの実測値を補正するものである。ＣＰＵ（計算機）６は、測定解析および補正演算用のプログラムを格納し、これを精度良く高速に実行する。補正結果を基に、ＣＰＵは、製造工程での対象基板のディストーション又は面内歪みの傾向を捉え、次工程でのスケール倍率補正量や面内分布補正量を算出する。

ここで温度上昇の補正演算のために、予め、測定対象となる基板のパターンの種類ごとに、基板の各位置における温度上昇と伸縮のデータを取得し、基板上の代表点を決定し、ＨＤＤ５またはＲＯＭ／ＲＡＭ７等に保存しておく。そして、温度上昇時の代表点位置座標を参照し、対象基板測定時のステージ温度を予測することにより、予測されたステージ温度における位置ずれ量を計算し、これを補正量として測定結果に加算する。

図２は、測定対象基板の面内歪み又はディストーションを模式的に示す図である。ここでは、測定対象として液晶基板を例に、成膜工程やアニール工程処理後の基板に発生するディストーションや面内歪みを模式的に示した図である。

図２（ａ）は、基板２１に縦５個×横５個の計２５個のパネル２６を配置した図である。各パネル２６は長寸法マーク重心座標２４を頂角４点に配置する。これらの頂角を結ぶ直線は理想格子２２上に配置されることが理想であるが、成膜時の熱履歴や膜応力、アニール時の熱によりガラス基板が自身の熱膨張係数に従い伸縮し、理想格子２２からずれた位置に実格子２３を形成する。図２（ｂ）は、基板のディストーションや面内歪みを評価するために、基板上に配置した長寸マーク２５と長寸法マーク重心座標２４を示したものである。図２（ｃ）のように、理想格子２２と実格子２３が同一サイズで重心がシフトしている場合、シフトずれ不良が発生する。また図２（ｄ）のように、理想格子２２に対し実格子２３がスケール倍されている場合は、スケール補正ずれ不良が発生する。実際には、図２（ｅ）のようにシフトずれとスケール補正ずれが発生し、且つ回転ずれが発生する場合が多い。

これらの基板に発生するディストーションや面内歪みに対して、次のように対策する。例えばパターン形成時の露光工程において、露光機は露光対象基板の長寸マークに代表されるアライメントマークをＣＣＤカメラにて撮像し、その重心位置座標を数点計測し、シフトずれ量やスケール倍率を計算し光学補正する。また、寸法測定装置等により長寸マーク位置座標を多点測定し、その結果を露光機にフィードバックして光学補正する。

図３は、寸法測定装置（高速用）で測定する際の基板表面温度の時間変化の一例を示す図である。図３（ａ）は、寸法測定装置にて長寸マーク位置座標を連続計測した際の計測時間と基板表面温度の関係を示したものである。寸法測定装置が計測を開始すると、基板上に複数形成された長寸マーク位置を順次読み取るために測定装置のステージが移動し、長寸マークをＣＣＤカメラにて撮像しその重心位置座標を計測する。その過程において、ステージを移動するためのリニアモータが作動し、リニアモータにより発生した熱はステージ温度を上昇させる。その熱がステージ上の基板に伝わり、アイドルロス時間経過した後、温度平衡状態に到達する。このアイドルロス時間は、温度管理された室内でかつ水冷した測定装置においても数ｈｒに及ぶことがある。測定装置の測定精度は、温度平衡状態に到達した際に初めて測定装置に登録されていた温度校正値が整合し、所望の精度で測定が可能となる。すなわち従来は、平衡状態の温度と基板表面温度に差があると精度を悪化させる原因となっていた。しかし実際の製造工程では、アイドルロス時間は測定装置の処理能力を低下させるため、露光機へ測定結果を迅速にフィードバックするには、複数台の測定装置が必要であり、且つ測定装置差もあることから実用的ではなかった。

図３（ｂ）は、基板２１上に縦６個×横８個の計４８個のパネル２６を有する基板上に温度センサ（熱電対）を配置し、基板表面温度の変化と理想格子２２の形状変化を計測時間毎に示したものである。計測時間が増加するに従い、基板表面温度が増加すると共に理想格子２２に歪みが生じる。これらの歪みは、温度平衡状態以降に特徴をもって配位するが、平衡状態に至るまではパネル２６の位置毎に異なる傾向を持つ。すなわち基板面内での温度上昇と歪み量は単調に変化するのではなく、成膜パターンの形状等の影響を受け、複雑に変化する。よってこれを厳密に補正するには、各位置毎の補正係数を個々に取得しておかねばならない。

図４は、本発明による寸法測定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、予め基板上に代表点を設定し、温度上昇に対する基板歪みの補正式を各座標毎に取得しておくことで、寸法測定装置（高速用、以下高速測定装置）で測定した長寸マーク重心位置座標を迅速に補正するものである。以下、測定手順を、図５〜図７の測定例を引用しながら説明する。

始めに、長寸マーク重心座標を測定する対象基板を準備する（Ｓ１０１）。次に高速測定装置１で補正計算に使用する基板上の代表点（座標位置）が決定されているかを判定する（Ｓ１０２）。この代表点は、基板に形成するパターンの種類毎に決めるものとする。当該パターンの基板について代表点が決定されていない場合、高速測定装置１での補正計算用の代表点を決定するため、汎用の寸法測定装置（以下、汎用測定装置）２で測定基板の長寸マーク重心座標を必要点数分（全点）測定する（Ｓ１０３）。この場合の測定方法は、高精度であれば特に限定せず高速で無くても良い。この測定値は、マークずれ量を求める際の初期値とする。次に、測定基板の長寸マーク位置近傍に熱電対を全点設置し、基板表面温度を連続的にプロットする（Ｓ１０４）。これと並行して高速測定装置１にて長寸マーク重心座標を連続的に測定する（Ｓ１０５）。基板表面温度が平衡状態に達した場合（Ｓ１０６）、連続測定を終了する（Ｓ１０７）。

次に、測定したデータを基に、温度プロファイルの時系列近似を行う（Ｓ１０８）。

図５（ａ）は、本測定にて得られた基板表面温度のプロファイルの一例を示す図である。横軸は時間変化（ｘ１、ｘ２、・・・）を、縦軸は基板表面温度（ｙ１、ｙ２、・・・）であり、長寸マーク測定位置ごとにプロットしてある。次に数式１を用いて、長寸マーク測定位置ごとに基板表面温度と時間変化の関係を線形近似し、図５（ｂ）の近似式を得る。

数式１においてｘｉは時系列データすなわち測定開始からの時間変化を示し、ｙｉはｘｉに対となる基板表面温度を示す。ｉは測定回数を示し最大値は測定回数ｎである。またｊは長寸マーク測定位置を示し、最大値は長寸マーク測定位置数Ｎとなる。各長寸マーク位置ごとに基板表面温度と時系列変化の関係を線形近似し、その際の回帰係数ｍｊを求める。

また、測定したデータを基に、長寸マークずれ量を時系列近似を行う（Ｓ１０９）。

図６（ａ）は、本測定にて得られた長寸マーク重心座標のずれ量の時間変化の一例を示す図である。縦軸は、汎用測定装置で測定した長寸マーク重心座標（初期値）からのずれ量（ｚ１、ｚ２、・・・）を、長寸マーク測定位置ごとにプロットした。次に数式２を用いて長寸マーク測定位置ごとに長寸マークずれ量と時間変化の関係を線形近似し、図６（ｂ）を得る。

数式２においてｘｉは時系列データすなわち測定開始からの時間変化を示し、ｚｉはｘｉに対となる長寸マークずれ量を示す。ｉは測定回数を示し最大値は測定回数ｎとなる。またｊは長寸マーク測定位置を示し、最大値は長寸マーク測定位置数Ｎとなる。各長寸マーク位置ごとに長寸マークずれ量と時系列変化の関係を線形近似し、その際の回帰係数ｐｊを求める。

次に、上記回帰係数ｍｊおよびｐｊを比較して、代表点を決定する（Ｓ１１０）。ここで得られた回帰係数ｍｊおよびｐｊは、それぞれ時間変化ｘｉに対し理論上は線形である。しかし、測定装置の構造上等の理由によりｍｊとｐｊの線形性が崩れ相関が低くなる場合がある。そこで数式３と数式４を用いて、両者の相関を評価する。

数式３のＱｊは、ｍｊとｐｊの回帰直線から計算されたｐｊの理論値である。数式４は、ｍｊ、ｐｊの相関係数ｒの評価式であり、相関係数ｒの２乗値で相関性の指標となる。数式３にて得られた（Ｑｊ−ｐｊ）^２が最大となる長寸マーク位置は相関性が低い特異な点であり、これを計算の対象から除外し、数式４のｒの２乗値が優位（所定値以上）となるまで除外点を選定する。本実施例ではこの除外する特異点を「代表点」と称す。

代表点が決定したら、図７（ａ）のように基板表面温度と代表点の長寸マークずれ量の関係を作成する（Ｓ１１１）。なお、基板表面温度と代表点の長寸マークずれ量の関係は、基板上のＸ成分、Ｙ成分それぞれについて作成する。

次に、上記図４のステップＳ１０２にて代表点が決定されていた場合を説明する。同一パターンの基板についての測定は、ここから始めれば良い。汎用測定装置２で測定基板の長寸マーク重心座標を代表点数分だけ測定する（Ｓ１１２）。この場合の測定方法も、高精度であれば特に限定するものではない。次に、高速測定装置１にて長寸マーク重心座標を必要点数分（全点）だけ測定する（Ｓ１１３）。この測定は測定装置の温度が平衡状態に達していなくとも良く、すなわち温度上昇過程においても測定可能である。

測定が終了したら（Ｓ１１４）、前記Ｓ１１３における測定時のステージ温度を解析し決定する（Ｓ１１５）。解析のために、前記Ｓ１１１で作成した図７（ａ）の関係式を用いる。すなわち、図７（ａ）と数式５を用いて各代表点位置のずれ量の２乗の総和Ｂｉと基板表面温度の平均値を時系列で計算し、図７（ｃ）を作成する。数式５において、ｓは代表点数を示している。このように、基板測定時のステージ温度は、各代表点のずれ量の２乗の総和Ｂｉを調べることにより決定する。

次に、前記Ｓ１１３で測定したマーク重心座標の補正を行う（Ｓ１１６）。まず図７（ａ）と同様に、図７（ｂ）に示すように長寸マーク位置ごとに基板表面温度とずれ量の関係を得る。実際には、数式５より決定したステージ温度を数式６に代入する。また図７（ｂ）で得られた偏回帰係数ｑｊと切片ｄを用いて、長寸マーク位置ごとに基板表面温度に対するずれ量を、高速測定装置１で得た全ての長寸マーク重心座標測定結果に加算して、測定結果の補正を行う。

最後にこれらの測定データを前記計算機に格納して、データの補正処理が終了となる（Ｓ１１７）。代表点は数式６によらず汎用測定装置２で測定した座標を用いる。

本実施例の測定方法では、基板上に代表点を設定することで、マーク重心座標のずれの測定を高速にかつ高精度に行うことができる。すなわち、測定対象基板の代表点が決定されていれば、汎用装置は代表点の測定だけであり、所望の位置については高速装置にて温度上昇と関係なく測定できるので測定の迅速化が図られる。つまり、従来のアイドルロス時間を気にすることなく、瞬時に測定が可能となる。

また代表点は前述の通り、測定装置の構造上の特徴を示す点であり、時間変化に伴う例えばステージ温度の上昇率などといった挙動が他の点と異なる。しかし如何なる場合においても、代表点は構造上の特徴を示す点に変わりはなく、測定装置もしくはステージ構造により装置固有の位置や数として与えられる。従って、代表点の時系列変化や応答を捉えることで、ステージの状態を容易にかつ正確に予測することができる。つまり、測定時にステージ上（基板内）の温度分布が存在してもこれを考慮した補正が可能となることから、より高精度の補正が実現できる。

以下、前記した寸法測定システムにより対象基板のディストーション又は面内歪みの測定を行った結果を具体例で示す。
図８は測定対象とする基板形状を示し、（ａ）は基板の長寸マーク位置を示す。この例では、基板上に（ｂ）記載の十字型長寸マーク２５を４０点配置しており、その長寸マーク位置を１〜４０の番号で各長寸マークの下に記載している。

まず始めに、図８（ａ）記載の４０点の各長寸マークに対し、図２（ｂ）記載の長寸マーク重心座標２４を汎用測定装置で精度良く測定する。次に図８（ｃ）記載のように、４０点の長寸マーク位置近傍に熱電対２７を設置する。熱電対の取り付け位置は、高速測定装置にて長寸マーク重心座標測定時に測定結果に影響を与えないように取り付ける。次に、熱電対２７を取り付けた基板２１を高速測定装置のステージ１３にセットし、４０点の長寸マーク重心位置座標測定を開始すると同時に、熱電対による基板表面温度を取得する。本実施例では、３０時間連続で長寸マーク位置座標測定を行い、各長寸マーク測定時の各点での基板表面温度を取得した。

図９（ａ）は、計測時間と基板表面温度の関係を各点ごとに実測した例である。この図のように計測時間が大きくなる、つまり何度も測定を繰り返すにつれて、測定装置のステージを移動するためのリニアモータからの発熱が生じ、基板表面温度は上昇する。

また図９（ｂ）は、計測時間と長寸マークずれ量の関係を各点ごとに示したものである。ずれ量は、汎用測定装置で高精度に測定した長寸マーク重心位置座標結果から、高速測定装置で測定した長寸マーク重心位置座標結果を、各点および各計測時間ごとに差し引いて求めたものである。この図から、計測時間が大きくなる、つまり何度も測定を繰り返すにつれて、長寸マークずれ量は負側に増加していく。すなわち、計測時間の増加に伴い基板は伸びて行くことがわかる。ここでは、長寸マーク重心位置のＸ座標のずれ量のみを示すが、Ｙ座標に対しても同様に測定し、以降の解析を行う。

次に、図９（ａ）記載の計測時間と基板表面温度の関係について、長寸マーク位置ごとに前記数式１を用いて近似式を導出し、各近似式の偏回帰係数ｍｊを求めた。同様に図９（ｂ）記載の計測時間と長寸マークずれ量の関係について、長寸マーク位置ごとに前記数式２を用い近似式を導出し、各近似式の偏回帰係数ｐｊを求めた。表１は、長寸マーク位置ごとの偏回帰係数ｍｊとｐｊを示す。

次に、得られたｍｊとｐｊを基に、数式３を用いてＱｊを計算し、（Ｑｊ−ｐｊ）^２が最大となる長寸マーク位置を順次除外し、数式４を用いて相関係数ｒの２乗（ｒ^２）を算出する。ちなみに表１では、除外する前のｒ^２の値は０．４２であった。ｒ^２が大きいほど回帰係数ｍｊとｐｊの相関が高いことを示し、解析精度が向上する。本実施例ではｒ^２が０．８以上となるように、長寸マーク位置の計算対象からの除外の組を選択し代表点とした。なおこの計算は、演算装置（ＣＰＵ）により実行する。

計算の結果、長寸マーク位置１、２、３、４、５、７、９、１０、１１、１２、１４、１７、１９、３９を計算から除外することにより、ｒ^２が０．８３となり目標を満足した。これにより、本実施例の代表点として、長寸マーク位置１、２、３、４、５、７、９、１０、１１、１２、１４、１７、１９、３９の１４点を決定した。表２は、これらの点を除外した場合の、長寸マーク位置ごとの偏回帰係数ｍｊとｐｊを示す。

図１０（ａ）は、表１記載の偏回帰係数ｐｊとｍｊの関係ならびにｒ^２値を示す。また、図１０（ｂ）は、代表点１４点を除いた表２記載の偏回帰係数ｐｊとｍｊの関係ならびにｒ^２値を示す。

次に決定した代表点を用いて、実際に高速測定装置で測定した基板の測定時の基板表面温度を予測する。
図１１（ａ）は図９（ａ）と（ｂ）を基に、代表点における基板表面温度と長寸マークずれ量の関係を、数式５を用いて計算し示したものである。また図１１（ｂ）は、代表点の長寸マークずれ量の２乗和と基板表面温度（予測値）との関係を示したものである。

表３は、代表点における長寸マークずれ量（Ｚｓ）を示すもので、図９（ａ）、（ｂ）記載の計測時間１〜３０時間のなかで、１５時間目に測定した代表点の長寸マーク重心座標のずれ量である。ΣＺｓ^２（またはＢｉ）は、ずれ量Ｚｓの２乗の総和を算出したものである。図１１（ｂ）から数式５を用いて回帰係数（＝３．０６Ｅ−０５）と切片（＝２２．６６）を計算し、このΣＺｓ^２（＝３４９１５．６）を当てはめることにより、高速測定装置で１５時間目に代表点の長寸マーク重心座標を測定時の基板表面温度は２３．７３℃と予測された。

表４は、長寸マーク位置４０点に対し、基板表面温度２３．７３℃時の長寸マークずれ量を予測し予測値Ｂｊとして示す。また、１５時間目に測定した代表点の長寸マーク重心座標ずれ量の実測値Ａｊを示す。そして、ＡｊからＢｊを差し引いて、補正後のずれ量（すなわち本実施例の方法により生じた誤差量）を評価する。代表点位置の補正後のずれ量は、測定装置で測定した代表点の長寸マーク重心座標をそのまま使用するため全て０となる。この結果より、高速測定装置で通常に測定した際の長寸マークずれ量は、平均で−４２．１４μｍ（補正前）ずれていたのに対し、本実施例の測定方法を適用することにより−０．１４μｍ（補正後）と約１００倍以上の精度向上が確認できた。標準偏差においても、高速測定装置で通常に測定した際の長寸マークずれ量の標準偏差が８．６６μｍであるのに対し、本実施例では０．８０μｍとなり、約１０倍以上の精度向上が図れた。

ちなみに表５は、比較のために従来の測定方法の場合を示す。１５時間目の各長寸マーク位置を複数回測定し、各長寸マーク位置ごとにずれ補正量を算出し、この補正量を用いて実際の測定結果を補正した場合の長寸マークずれ量を示したものである。この結果、平均は−１．０９μｍであり、標準偏差は０．９０μｍであった。

よって、本実施例の測定方法によれば従来方法よりも高精度で迅速な測定が可能となることが判明した。

本発明の寸法測定方法を基板製造工程に適用すれば、基板のディストーション又は面内歪みの傾向を予測することができ、製品の品質向上に寄与するものである。以下その適用例を説明する。

図１２は、液晶基板の製造工程の一例を示す図である。この工程では、製造情報を基に対象基板のディストーション又は面内歪みの傾向並びにスケール倍率補正量や面内分布補正量を算出し、基板情報を次工程にフィードフォワードすることができる。前工程から投入された基板が洗浄、成膜、イオン注入、パターン形成、検査、アニールというプロセスを順次繰り返す工程フローがあった場合、各工程は複数台の設備を有することが多い。この場合、ガラス基板は自身の熱膨張係数に従い伸縮を行うと共に、成膜時の応力による変形を各工程の各号機差や時系列変化も含み生じる。そこで検査工程３１，３２において前述の方法で蓄積したデータを読み込み、前記計算機にて対象となる基板がどのような工程でどの号機にて処理されたかの情報（パス）を設定する。次に前記計算機は蓄積データをパスに従いフィルタリングし、長寸マーク位置各点ごとのずれ量を計算し、前記計算機（モニタ）上に表示する。

図１３は、長寸マーク位置のずれ量をモニタ等に表示したイメージ図である。（ａ）は、各長寸マーク位置ごとに長寸マークずれ量を指定されたパスでフィルタリングし、散布図および統計解析で汎用される確率楕円６１にて表示する。図中の円は、長寸マークずれ量の設計規格６２を示しており、点は解析対象基板における長寸マークずれ量６３を示している。図１３（ａ）の通り、確率楕円６１さらに解析対象基板の長寸マークずれ量６３が共に設計規格６２を満たす場合、指定されたパスでの各工程の処理号機は従来と同等の傾向を持ち、問題の無い範囲で稼動していることになる。

しかし、図１３（ｂ）に示すように、解析対象基板の長寸マークずれ量６３が確率楕円６１から外れた場合、指定されたパスの成膜工程又はアニール工程のいずれかの処理装置に変化が生じており、装置の状態確認やメンテナンス等の手立てが必要となる。

このような状況がもし図１２記載の検査Ａ工程３１にて確認された場合、検査Ａ工程直前の成膜工程における処理号機の変化が懸念される。そこで図１２に示す通り搬送フローの変更を実施する。Ａフロー、つまり成膜工程の処理装置を１号機に指定し投入された基板は、検査Ａ工程３１の解析結果を元に、検査Ａ工程以降の成膜工程の処理号機を１号機以外に変更する。図１２ではこれを３号機に指定し、搬送フローがＡフローからＢフローに変更する。

あるいは、検査Ｂ工程３２にて長寸マークずれ量が確率楕円から外れが確認された場合は、検査Ｂ工程直前のアニール工程における処理号機の変化が懸念されるため、同様に検査Ｂ工程以降のアニール工程の処理号機を例えばＣフローのように１号機から２号機へ変更するといった手順を繰り返す。

さらに確率楕円そのものが設計規格から外れた場合は、不良発生の兆候で有り、直ちにラインを停止し装置の状態確認やメンテナンスを行うと必要がある。従って、検査工程にて解析された確率楕円の傾向は日々確認し、不良の兆候管理を行うことが重要となる。また、搬送フローの変更が生じた基板の長寸マークずれ結果は計算機にて別管理し、確率楕円計算時の蓄積データには使用しない。

次いで、解析対象基板の長寸マークずれ量からスケール倍率補正量や面内歪み補正量を計算し、パターン形成工程の露光工程における光学補正に使用する。スケール倍率は、複数点測定された解析対象基板の長寸マーク位置の絶対座標結果を基に設計値に対しどの程度伸縮が生じているかをスケール倍率として算出し、次工程のパターン形成工程の露光工程にフィードフォワード又は次ロットのパターン形成工程の露光工程にフィードバックする。

なお、測定対象基板の長寸マーク位置近傍に熱電対を取り付ける代わりに、測定ステージそのものに複数個の熱電対を予め実装又は、撮像カメラなどの測定機器に非接触温度センサを配置し、測定対象基板の長寸マーク重心座標測定時の温度を直に取得し、前記の方法により温度補正を行っても良い。

以上により、高速で精度良く測定結果を得ると共に製造情報を元に対象基板のディストーション又は面内歪みの傾向並びにスケール倍率補正量や面内分布補正量を算出し、不良解析や対応を速やかに図ることが可能となり、製品の品質向上に寄与する効果は大きい。

上記説明した基板製造工程への適用例を、具体的に説明する。
図１４は、本実施例を適用する基板の長寸マーク位置を示す。この例では、基板２１上に図８（ｂ）記載の十字型長寸マーク２５が４点配置される場合を示している。また、図１５は、本実施例における基板が、どの工程でどの号機にて処理されたかの工程情報（パス）を示している。本実施例では、図１２記載の洗浄、成膜、イオン注入、パターン形成、検査、アニールというプロセスを順次繰り返す工程フローに対し、検査Ｂ工程３２にて長寸マークずれ量を測定する。この場合、前工程より来た基板はアニール工程３３において１号機によりアニール処理を行う。次に、洗浄からパターン形成までは特に号機指定無く処理され、検査Ｂ工程３２において長寸マークずれ量を測定した。

図１６は、測定装置が蓄積した情報を基に、長寸マーク位置ごとに長寸マークずれ量を指定されたパスでフィルタリングし、散布図および統計解析で汎用される確率楕円６１にて表示したものであり、この場合の設計規格６２は±２．７５μｍである。（ａ）ではずれ量を表す点６３が、蓄積された情報から算出した確率楕円６１の線上にある。これから、検査Ｂ工程３２以前のアニール１号機に、何らかの変化が生じて発生したものと予測される。仮に検査Ｂ工程以降のアニール工程で再び１号機を使用した場合、図１６（ｂ）に示すように、対象基板の長寸マークずれ量６３が設計規格６２を外れる恐れがある。そのため検査機は、以降のアニール工程における処理号機を１号機以外に指定する搬送フローを命令する。これにより、図１６（ｃ）記載のように、対象基板の長寸マークずれ量６３を設計規格６２内に入れることができる。

このように、ディストーション又は面内歪みを所定の製造過程で測定すると共に、計算機にそのデータを蓄積し、蓄積したデータを製造プロセスや製造号機、製造時期、製品種、サイズ等の製造情報に基づき分類し、ディストーション又は面内歪みの傾向を計算し、既存製品や新規製品の不良発生予測を行うことができる。そして、ディストーション又は面内歪みの傾向に対象基板を当てはめ、次工程での成膜や熱プロセスで得る応力により変化する基板のディストーション又は面内歪み変化量を予測し、スケール倍率補正量や面内歪み補正量等の基板情報を算出し、次工程の露光工程や熱、成膜工程に基板情報をフィードフォワード又は次ロットにフィードバックすることができる。

上記各実施例では、液晶基板の寸法測定を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば高熱圧着プレス工程による熱収縮や銅めっき処理時の膜応力を有するプリント基板やフレキシブル基板のディストーション又は面内歪み量を測定する測定装置にも適用可能であり、熱や膜応力を有する基板の測定装置全般に適用可能である。また、蓄積データに基づき品質向上を図るために図１２、図１３を適用する場合、ずれ量の代わりに基板の配線幅や間隙などの項目を与えても良い。

本発明による寸法測定システムの一実施例を示す構成図。 測定対象基板の面内歪み又はディストーションを模式的に示す図。 寸法測定時の基板表面温度の時間変化の一例を示す図。 本発明による寸法測定方法の処理手順の一例を示すフローチャート。 基板表面温度の時間変化とその近似式の一例を示す図。 長寸マークずれ量の時間変化とその近似式の一例を示す図。 基板表面温度と長寸マークずれ量の関係を解析した図。 測定対象とする基板形状と長寸マークの一例を示す図。 基板表面温度と長寸マークずれ量の時間変化を実測した例。 基板表面温度と長寸マークずれ量の相関性を解析した図。 長寸マークずれ量から基板表面温度を予測するための関係図。 本発明を適用した液晶基板の製造工程の一例を示す図。 長寸マーク位置のずれ量をモニタ等に表示したイメージ図。 基板の長寸マーク位置の一例。 基板製造時の工程情報の一例。 長寸マークずれ量の表示の一例。

符号の説明

１…寸法測定装置（高速用）、２…寸法測定装置（汎用）、３…温度測定装置、４…インタフェース、５…ＨＤＤ、６…ＣＰＵ、７…ＲＯＭ／ＲＡＭ、８…モニタ、９…キーボード、１０…プリンタ、１１…バス、１２…製造ＬＡＮ、１３…ステージ、１４…吸着孔、１５…温度感知センサ、１６…冷却管、１７…リニアヘッド、１８…ガイド、１９…ＣＣＤカメラ、２０…非接触温度感知センサ、２１…基板、２２…理想格子、２３…実格子、２４…長寸法マーク重心座標、２５…長寸法マーク、２６…パネル、２７…熱電対、３１，３２…検査工程、６１…確率楕円、６２…設計規格、６３…ずれ量を示す点。

Claims (5)

1. 被測定基板の面内歪みまたはディストーションを解析するために該基板に形成したマーク位置を測定する寸法測定方法であって、
   該基板上において温度補正を行うための代表点を予め設定し、
   該代表点の位置情報と温度補正情報とを予め取得し、
   上記基板のマーク位置を測定する際に発生する寸法測定装置のステージ温度上昇分を上記代表点の伸縮量から予測し、
   該予測した温度上昇分を基に、上記基板のマーク位置の測定値の温度補正を行うことを特徴とする寸法測定方法。
2. 請求項１記載の寸法測定方法において、
   前記代表点は、温度変化に対して前記基板上の各マーク位置の伸縮特性を求め、その伸縮特性が特異な挙動を示す点から選択して決定することを特徴とする寸法測定方法。
3. 請求項１記載の寸法測定方法において、
   前記ステージ温度上昇分を予測する際、前記各代表点の伸縮特性を基に、各代表点の伸縮量の２乗の総和値から該ステージ温度の平均値を逆算して求めることを特徴とする寸法測定方法。
4. 被測定基板の面内歪みまたはディストーションを解析するために該基板に形成したマーク位置を測定する寸法測定システムであって、
   該基板のマーク位置を測定する汎用寸法測定装置と、
   該基板のマーク位置を高速に測定する高速寸法測定装置と、
   該高速寸法測定装置における寸法測定時のステージ温度を測定する温度測定装置と、
   寸法値と温度のデータを記憶する記憶装置と、
   該記憶装置から寸法値と温度のデータを読み出して所定のプログラムで演算し測定値の補正を行う演算装置と、
   該演算装置の演算結果を表示する表示装置とを備え、
   上記演算装置は、上記汎用寸法測定装置、上記高速寸法測定装置及び上記温度測定装置により測定した上記基板上の各マーク位置の測定データから、上記基板上において温度補正を行うための代表点を予め設定し、
   該代表点の位置情報と温度補正情報とを予め取得し、
   上記基板のマーク位置を測定する際に発生する上記高速寸法測定装置のステージ温度上昇分を上記代表点の伸縮量から予測し、
   該予測した温度上昇分を基に、上記基板のマーク位置の測定値の温度補正を行い、
   上記基板の面内歪みまたはディストーションを上記表示装置に表示することを特徴とする寸法測定システム。
5. 請求項４記載の寸法測定システムにおいて、
   前記温度測定装置は、前記高速寸法測定装置のステージに前記基板の各マーク位置に対応して複数個の温度センサを配設し、または非接触温度センサにより前記基板の各マーク位置の温度を測定するものであり、
   前記演算装置は、前記記憶装置に格納するプログラムにより測定したマーク位置の温度補正の演算を実行することを特徴とする寸法測定システム。

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