KR102508236B1 - 마크 검출 장치, 얼라인먼트 장치, 성막 장치, 마크 검출 방법, 및, 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 얼라인먼트용으로 기판에 형성된 마크의 검출 정밀도를 향상시키기 위한 기술을 제공한다.
[해결 수단] 얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 장치로서, 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 수단과, 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 수단을 구비하고, 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고, 검출 수단은, 얼라인먼트 마크의 선 형상 부분의 단부를 제외한 부분과, 모델 화상을 비교하는 마크 검출 장치를 사용한다.

Description

마크 검출 장치, 얼라인먼트 장치, 성막 장치, 마크 검출 방법, 및, 성막 방법{MARK DETECTOR, ALIGNMENT APPARATUS, FILM FORMING APPARATUS, METHOD OF DETECTING MARK, AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은, 마크 검출 장치, 얼라인먼트 장치, 성막 장치, 마크 검출 방법, 및, 성막 방법에 관한 것이다.
기판 등을 촬영하여 얻어진 화상 데이터로부터, 그 기판 등에 설치된 마크를 검출하는 마크 검출 장치가 있다. 이러한 마크 검출 장치는, 예를 들면, 기판 상에 마스크를 통해 성막 재료의 막을 형성하는 성막 장치가 구비하고 있는, 기판과 마스크의 얼라인먼트(위치 맞춤)를 하기 위한 얼라인먼트 장치에 사용된다. 이러한 얼라인먼트 장치는, 기판과 마스크를 촬상하여, 기판에 설치된 기판 마크와 마스크에 설치된 마스크 마크를 검출하고, 마크 사이의 거리가 소정의 관계를 만족하도록 기판 또는 마스크를 이동시켜 얼라인먼트를 행한다. 이 때, 얼라인먼트 정밀도를 향상시키기 위해서는, 촬상된 화상 중에서 기판 마크, 마스크 마크를 가능한 한 정확하게 추출할 필요가 있다.
이러한 성막 장치의 예로서는, 유기 반도체의 제조에 사용하는 유기 반도체 제조 장치가 있다. 유기 반도체의 제조에 있어서는, 실리콘 등의 웨이퍼 기판에 레이저 가공에 의해 기판용의 얼라인먼트 마크(기판 마크)를 형성한다. 그리고 그 기판에 원하는 패턴을 갖는 마스크를 접근시켜, 마스크에 형성된 얼라인먼트 마크(마스크 마크)와 기판 마크의 위치 관계에 기초한 위치 맞춤을 행한다.
또 성막 장치의 다른 예로서는, 유기 EL 표시 장치를 제조하기 위한 유기 EL용 성막 장치를 들 수 있다. 유기 EL 디스플레이의 경우, 성막 장치 내에서 글래스 등의 기판에 화소 패턴이 형성된 마스크를 위치 맞춤하고, 마스크를 통해 유기 재료나 금속 재료를 성막함으로써, 기판 상에 기능층이나 전극 금속층을 형성한다.
이러한 성막 장치에 있어서 고정밀도 성막을 행하기 위해서는, 기판과 마스크를 정밀도 높게 얼라인먼트 할 필요가 있다.
특허문헌 1(일본특허공개공보 2019-179186호 공보)에는, 레이저 가공에 의해 기판에 형성된 얼라인먼트 마크를 이용하는 기술이 기재되어 있다. 즉 특허문헌 1에서는, 레이저를 사용하여 기판에 스폿 형상의 광속을 조사하여 얼라인먼트 마크를 형성하고, 그 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 얻어진 화상을 이용하여 얼라인먼트를 행한다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2019-179186호 공보
기판과 마스크의 얼라인먼트 정밀도를 향상시키기 위해, 기판 마크를 보다 정밀도 높게 검출하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 얼라인먼트용으로 기판에 형성된 마크의 검출 정밀도를 향상시키기 위한 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 이하의 구성을 채용한다. 즉,
얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 장치로서,
상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 수단과,
상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 수단을 구비하고,
상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
상기 검출 수단은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 단부를 제외한 부분과, 상기 모델 화상을 비교하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치이다.
본 발명은, 또한, 이하의 구성을 채용한다. 즉,
얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 장치로서,
상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 수단과,
상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 수단을 구비하고,
상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분에 대응하는 선 형상 모델 부분을 포함하고,
상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 길이보다, 상기 모델 화상의 상기 선 형상 모델 부분의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치이다.
본 발명은, 또한, 이하의 구성을 채용한다. 즉,
얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 방법으로서,
상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 공정과,
상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 공정을 갖고,
상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
상기 검출 공정은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 단부를 제외한 부분과, 상기 모델 화상을 비교하는 비교 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법이다.
본 발명은, 또한, 이하의 구성을 채용한다. 즉,
얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 방법으로서,
상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 공정과,
상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 공정을 갖고,
상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분에 대응하는 선 형상 모델 부분을 포함하고,
상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 길이보다, 상기 모델 화상의 상기 선 형상 모델 부분의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법이다.
본 발명에 의하면, 얼라인먼트용으로 기판에 형성된 마크의 검출 정밀도를 향상시키기 위한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 성막 장치를 포함하는 전자 디바이스의 제조 라인의 모식도이다.
도 2는 성막 장치의 내부 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 마크 검출과 얼라인먼트에 대해 설명하는 도면이다.
도 4는 기판 마크 단부의 부풀어 오름과 모델 기판 마크를 나타내는 도면이다.
도 5는 마크 검출로부터 성막 처리의 흐름을 설명하는 플로우 도면이다.
도 6은 실시예에 있어서의 모델 기판 마크의 수정을 설명하는 도면이다.
도 7은 기판 마크의 별도의 형태를 나타내는 도면이다.
도 8은 복수의 수정 모델 기판 마크를 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 단, 이하의 기재는 본 발명이 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위는 이들의 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서의, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 플로우, 제조 조건, 치수, 재질, 형상 등은, 특히 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지의 것은 아니다.
여기서, 기판에 어떠한 원하는 형상을 갖는 막을 형성하는 때는, 형성되는 막의 형상에 적합한 마스크 패턴을 갖는 마스크를 사용한다. 이에 의해, 성막되는 각 층을 임의로 구성할 수 있다. 그리고, 기판 상의 원하는 위치에 막을 형성하기 위해서는, 기판 등과 마스크의 상대 위치를 정밀도 높게 얼라인먼트 할 필요가 있다. 얼라인먼트 시에는 통상, 카메라 등의 촬영 수단에 의해 기판에 형성된 얼라인먼트 마크(기판 마크)와 마스크에 형성된 얼라인먼트 마크(마스크 마크)를 촬상하여, 액츄에이터 등의 얼라인먼트 수단에 의해 위치 맞춤을 행한다. 즉 양호한 얼라인먼트를 위해서는, 적어도 기판 마크와 마스크 마크를 정밀도 높게 검출할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기한 바와 같이, 얼라인먼트 마크(기판 마크 및/또는 마스크 마크)를 검출하는 기술에 바람직하게 사용된다. 따라서 본 발명은, 마크 검출 장치 또는 마크 검출 방법으로서 파악된다. 본 발명은 또한, 검출된 마크를 이용하여 기판과 마스크를 얼라인먼트하는 얼라인먼트 장치 또는 얼라인먼트 방법으로서도 파악된다. 본 발명은 또한, 이러한 얼라인먼트 장치 또는 얼라인먼트 방법을 사용한 성막 장치 또는 성막 방법으로서도 파악된다. 본 발명은 또한, 이러한 성막 장치 또는 성막 방법을 사용한 전자 디바이스의 제조 장치 또는 전자 디바이스의 제조방법으로서도 파악된다.
본 발명은, 기판의 표면에 마스크를 통해 원하는 패턴의 박막 재료층을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다. 기판의 재료로서는, 실리콘, 글래스, 수지, 금속 등 임의의 것을 이용할 수 있다. 성막 재료로서는, 유기 재료, 무기 재료(금속, 금속 산화물) 등 임의의 것을 이용할 수 있다. 본 발명의 기술은, 전형적으로는, 전자 디바이스나 광학 부재의 제조 장치에 적용된다. 본 발명은 예를 들면, 유기 반도체 제조 장치나, 이를 사용하여 제조된 유기 반도체에 적용할 수 있다. 본 발명은 또한, 유기 EL 디스플레이나 이를 사용한 유기 EL 표시 장치의 제조 장치, 박막 태양 전지, 유기 CMOS 이미지 센서 등의 유기 전자 디바이스에 바람직하다.
<종래 기술의 검토>
발명자들이 예의 검토한 결과, 종래의 기술에 있어서는 기판 마크의 검출 정밀도가 저하될 가능성이 있는 것을 알았다.
도 3은, 기판 마크의 검출에 대해 설명하는 도면이다. 여기서는, 웨이퍼 기판에 레이저 가공에 의해 기판 마크를 형성하는 경우를 예로서 든다.
도 3(a) 및 도 3(b)는, 종래예에 따른 이상적인 도면이며, 각각, 이상적으로 형성된 기판 마크(104)와, 기판 마크(104)를 검출하기 위한 내부적인 모델인 모델 기판 마크(174)를 나타낸다. 모델 기판 마크(174)란, 기판 마크의 형상을 나타내는 모델 화상이며, 기억 수단에 기억되어 있다. 또한, 도 3(c)는, 촬상 영역 내에 기판 마크(104)와 함께 마스크 마크(224)가 포함된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3(a)의 기판 마크(104)와 도 3(b)의 모델 기판 마크를 이용하여 기판 마크 검출을 행하는 경우에 대해 설명한다. 마크 검출 장치는, 촬영 수단에 의해 촬상된 촬상 영역(264) 내의 기판 마크(104)의 데이터를, 패턴 매칭 등의 화상 인식 알고리즘에 의해 모델 기판 마크(174)와 비교한다. 모델 기판 마크(174)의 형상에 합치하는 기판 마크(104)가 검출된 경우, 마크 검출 장치는, 검출된 기판 마크(104)의 위치를 좌표로서 기억한다. 그리고 마크 검출 장치가 마스크 마크(224)를 검출하면, 얼라인먼트 장치가 기판과 마스크의 얼라인먼트를 행한다.
한편, 도 4(a)는, 종래예에 따른, 레이저 가공 기술을 사용하여 웨이퍼 기판을 가공하여 형성된, 실제의 선 형상 기판 마크를 나타내는 도면이다.
이 경우, 기판 마크의 중앙부(104m)는 이상적인 기판 마크와 같은 굵기이지만, 기판 마크의 단부(104t)가 부풀어 오른 형상이 되는 경우가 있다. 즉, 선 형상의 마크에 있어서 선의 단부 근방의 제1 영역의 선 굵기가 단부 근방 이외의 제2 영역의 선 굵기에 비해 크게 되는 경우가 있다. 단부(제1 영역)(104t)의 중앙부(제2 영역)(104m)에 대한 부풀어 오름의 정도나 형상은 기판의 재질이나 가공 방법에 따라 다르지만, 이러한 부풀어 오름의 발생은 마크 검출의 정밀도에 영향을 줄 가능성이 있다.
즉, 본 도면의 형상을 갖는 기판 마크(104)를, 도 4(b)에 나타내는 모델 기판 마크(174)와의 매칭에 의해 검출하려고 해도, 기판 마크의 제1 영역(104t)의 형상이 모델 기판 마크(174)와 일치하지 않는다. 그 때문에, 기판 마크(104)의 인식 정밀도가 저하되거나, 위치 검출 시의 좌표 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 그 결과, 얼라인먼트의 정밀도가 저하될 가능성이 있었다.
이에 이하의 기재에서는, 단부에 부풀어 오름 등의 변형이 발생한 기판 마크라도 양호하게 검출 가능하게 하기 위한 실시예를 설명한다. 한편, 본 발명은, 웨이퍼를 레이저 가공하는 경우에 한정되지 않고, 기판 및 마스크의 적어도 어느 하나에 마크를 설치할 때에, 가공의 영향 등에 의해 단부에 부풀어 오름이나 변형이 발생하는 경우에 적용할 수 있다.
<실시예 1>
(전자 디바이스의 제조 라인)
도 1은, 전자 디바이스의 제조 라인 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이러한 제조 라인은, 성막 장치를 포함하는 성막 시스템이다. 여기서는, 유기 EL 디스플레이의 제조 라인에 대해 설명한다. 유기 EL 디스플레이를 제조하는 경우, 제조 라인에 소정의 사이즈의 기판을 반입하고, 유기 EL이나 금속층의 성막을 행한 후, 기판의 컷 등의 후처리 공정을 실시한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 제조 라인의 성막 클러스터(1)는, 중앙에 배치되는 반송실(130)과, 반송실(130)의 주위에 배치되는 성막실(110) 및 마스크 저장실(120)을 포함한다. 성막실(110)은 성막 장치를 포함하고, 기판(10)에 대한 성막 처리가 행해진다. 마스크 저장실(120)은 사용 전후의 마스크가 수납된다.
반송실(130) 내에 설치된 반송 로봇(140)은, 기판(10)이나 마스크(220)를 반송실(130)에 반입하고, 반송실(130)로부터 반출한다. 반송 로봇(140)은, 예를 들면, 다관절 아암에 기판(10)이나 마스크(220)를 보유지지하는 로봇 핸드가 장착된 로봇이다. 성막실(110), 마스크 저장실(120), 반송실(130), 버퍼실(160), 선회실(170) 등의 각 챔버는, 유기 EL 표시 패널의 제조 과정에서 고진공 상태를 유지한다.
성막 클러스터(1)에는, 기판 반송 방향에 있어서 상류측으로부터 흘러오는 기판(10)을 반송실(130)로 반송하는 패스실(150)과, 성막 처리가 완료된 기판(10)을 하류측의 다른 성막 클러스터로 반송하기 위한 버퍼실(160)이 포함된다. 반송실(130)의 반송 로봇(140)은, 패스실(150)로부터 기판(10)을 수취하면, 복수의 성막실(110) 중 하나로 반송한다. 반송 로봇(140)은 또한, 성막 처리가 완료된 기판(10)을 성막실(110)로부터 수취하여, 버퍼실(160)로 반송한다. 도시예에서는, 패스실(150)의 더 상류측이나, 버퍼실(160)의 더 하류측에는, 기판(10)의 방향을 바꾸는 선회실(170)이 설치된다.
(성막 장치)
도 2는, 성막 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 복수의 성막실(110) 각각에는, 성막 장치(108)(증착 장치라고도 부름)가 설치되어 있다. 반송 로봇(140)과의 기판(10)의 전달, 기판(10)에 설치된 기판 마크의 검출, 마스크(220)에 설치된 마스크 마크의 검출, 기판(10)과 마스크(220)의 상대 위치 조정(얼라인먼트), 마스크 상에의 기판(10)의 고정, 성막(증착) 등의 일련의 성막 프로세스는, 성막 장치의 각 구성 요소에 의해 행해진다.
이하의 설명에 있어서는, 연직 방향을 Z 방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 사용한다. XYZ 직교 좌표계에 있어서, 성막 시에 기판이 수평면(XY평면)과 평행이 되도록 고정된 경우, 장변과 단변을 갖는 사각형의 기판(10)의 짧은 길이 방향(단변에 평행한 방향)을 X방향, 긴 길이방향(장변에 평행한 방향)을 Y방향으로 한다. 또한, Z축 주변의 회전각을 θ로 나타낸다.
성막 장치(108)는, 진공 챔버(200)를 갖는다. 진공 챔버(200)의 내부는, 진공 분위기, 또는, 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지되어 있다. 진공 챔버(200)의 내부에는, 기판지지 유닛(210), 마스크(220), 마스크대(221), 냉각판(230), 및 증발원(240)이 설치된다.
기판지지 유닛(210)은, 반송 로봇(140)으로부터 수취한 기판(10)을 지지하는 홀더로서의 기능을 갖는 기판지지 수단이다. 마스크(220)는, 예를 들면 메탈 마스크이며, 기판 상에 형성되는 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴을 갖는다. 마스크(220)는, 마스크 지지 유닛인 프레임 형상의 마스크대(221) 상에 설치되어 있고, 마스크 상에 기판(10)이 위치 결정 및 보유지지된 후, 성막이 행해진다. 기판지지 유닛(210)은, 예를 들면, 기판(10)의 주위를, 재치 또는 협지로 지지하는 복수의 지지구가 설치된 지지 프레임에 의해 구성된다.
냉각판(230)은, 성막 시에는, 기판(10)의, 마스크(220)와 접촉하는 면과는 반대측의 면에 접촉하여, 성막 시의 기판(10)의 온도 상승을 억제하는 판형상 부재이다. 냉각판(230)이 기판(10)을 냉각함으로써, 유기 재료의 변질이나 열화가 억제된다. 냉각판(230)은, 마그넷판을 겸하고 있어도 된다. 마그넷판이란, 자력에 의해 마스크(220)를 끌어당김으로써, 성막 시의 기판(10)과 마스크(220)의 밀착성을 높이는 부재이다. 한편, 기판(10)과 마스크(220)의 밀착성을 높이기 위해, 기판지지 유닛(210)이 기판(10)과 마스크(220)를 양쪽 모두 보유지지하여, 액츄에이터 등에 의해 밀착시켜도 된다.
증발원(240)은, 증착 재료를 수용하는 용기(도가니), 히터, 셔터, 구동 기구, 증발 레이트 모니터 등으로 구성되는 성막 수단이다. 한편, 성막원은 증발원(240)에는 한정되지 않는다. 예를 들면 성막 장치(108)가, 성막원으로서 스퍼터링 타겟을 이용하는 스퍼터링 장치이어도 된다.
제어부(270)는, 액츄에이터부(282)의 각 액츄에이터의 동작 제어, 카메라(261)의 촬영 제어 및 화상 데이터 해석, 기판(10) 및 마스크(220)의 반출입 제어 및 얼라인먼트 제어, 성막원의 제어, 성막의 제어, 그 외 다양한 제어를 행한다. 제어부(270)는, 예를 들면, 프로세서, 메모리와 같은 기억 수단, 스토리지, I/O 등을 갖는 컴퓨터에 의해 구성 가능하다. 이 경우, 제어부(270)의 기능은, 메모리 또는 스토리지에 기억된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써 실현된다. 컴퓨터로서는, 범용의 컴퓨터를 사용해도 되고, 임베디드형의 컴퓨터 또는 PLC(programmable logic controller)을 사용해도 된다. 혹은, 제어부(270)의 기능 일부 또는 전부를 ASIC이나 FPGA와 같은 회로로 구성해도 된다. 한편, 성막 장치마다 제어부(270)가 설치되고 있어도 되고, 1개의 제어부(270)가 복수의 성막 장치를 제어해도 된다.
(마크 검출을 위한 구성)
진공 챔버(200)의 외측 상부에는, 촬영 수단으로서, 광학 촬상을 행하여 화상 데이터를 생성하는 카메라(261)가 설치되어 있다. 카메라(261)는, 진공 챔버(200)에 설치된 창(도시하지 않음)을 통해 촬상을 행한다. 한편, 본 실시예에서는 1단계 얼라인먼트 방식을 채용하고 있지만, 2단계 얼라인먼트 방식이어도 된다. 그 경우, 저해상이지만 넓은 시야의 제1 얼라인먼트(러프 얼라인먼트)용의 카메라와, 좁은 시야이지만 고해상의 제2 얼라인먼트(파인 얼라인먼트)용의 카메라를 설치해 두고, 러프 얼라인먼트에서부터 파인 얼라인먼트의 순으로 얼라인먼트를 행한다.
본 실시예에서의 카메라(261)는, 기판(10) 및 마스크(220)의 코너부를 촬상할 수 있는 위치에 설치된다. 카메라(261)의 촬상 영역에는, 기판 표면의 기판 마크(104)와, 마스크 표면의 마스크 마크(224)가 포함된다. 본 실시예에서는, 기판(10) 및 마스크(220)의 네 코너에 대응하도록, 4대의 카메라(261)를 설치하고 있다. 단, 얼라인먼트 마크의 수 및 설치 장소, 및 카메라의 수, 설치 장소 및 종류는, 이에 한정되지 않는다.
제어부(270)는, 카메라(261)에 의해 촬상된 화상 데이터(촬영 화상)을 해석하여, 기판 마크(104) 및 마스크 마크(224)의 위치 정보를 취득한다. 예를 들면 기판 마크(104)는, 촬상 영역(264)을 촬상하여 취득된 화상 데이터를 패턴 매칭 처리에 의해 해석하여, 모델 기판 마크(174)와 일치하는 형상을 추출한다.
카메라(261)의 위치는 고정되어 있기 때문에, 촬상 영역(264)의 범위에서 촬상된 화상 데이터 중 임의의 위치를 좌표값으로 변환할 수 있다. 따라서, 각 촬상 화상 내에서 검출된 얼라인먼트 마크의 위치를 좌표값으로서 취득할 수 있다.
그 결과, 기판 마크(104)와 마스크 마크(224)의 거리나 각도 등을 산출할 수 있다. 카메라(261)는, 각 얼라인먼트 마크의 위치 정보를 취득하는 마크 검출 장치이다. 또한, 카메라(261)와 제어부(270)를 합하여 마크 검출 장치로 하여도 된다. 제어부(270)는, 본 발명의 검출 수단으로서 기능한다.
본 실시예에서는, 기판 마크는 레이저 가공에 의해 기판 상에 형성되고, 각 마스크 얼라인먼트 마크는 기계 가공에 의해 마스크 상에 형성된다. 단, 마크의 형성 방법은 이들에 한정되지 않고, 재료나 목적에 따라 선택할 수 있다.
(얼라인먼트를 위한 구성)
진공 챔버(200)의 외측 상부에는, 기판 Z 액츄에이터(250), 클램프 Z 액츄에이터(251), 냉각판 Z 액츄에이터(252)가 설치된다. 각 액츄에이터는 예를 들면, 모터와 볼나사, 모터와 리니어 가이드 등으로 구성된다. 진공 챔버(200)의 외측 상부에는 또한, 얼라인먼트 스테이지(280)가 설치되어 있다.
기판 Z 액츄에이터(250)는, 기판지지 유닛(210) 전체를 Z축 방향으로 승강시키는 구동 수단이다. 기판 Z 액츄에이터(250)는, 얼라인먼트 수단이 구비하는 수직 이동 수단이라고 말할 수 있다. 클램프 Z 액츄에이터(251)는, 기판지지 유닛(210)의 협지 기구를 개폐시키는 구동 수단이다. 냉각판 Z 액츄에이터(252)는, 냉각판(230)을 승강시키는 구동 수단이다.
얼라인먼트 스테이지(280)는, 기판(10)을 XY 방향으로 이동시키고, 또한 θ 방향으로 회전시켜 마스크(220)와의 위치를 변화시키는, 얼라인먼트 장치이다. 얼라인먼트 스테이지(280)는, 얼라인먼트 수단이 구비하는 면내 이동 수단이라고 말할 수 있다. 얼라인먼트 스테이지(280)는, 진공 챔버(200)에 접속되어 고정되는 챔버 고정부(281), XYθ 이동을 행하기 위한 액츄에이터부(282), 기판지지 유닛(210)과 접속되는 접속부(283)를 구비한다. 한편, 얼라인먼트 스테이지(280)와 기판지지 유닛(210)을 합하여 얼라인먼트 장치로 하여도 된다. 또한, 얼라인먼트 스테이지(280)와 기판지지 유닛(210)에, 제어부(270)를 더하여 얼라인먼트 장치로 하여도 된다.
액츄에이터부(282)로서는, X 액츄에이터, Y 액츄에이터 및 θ 액츄에이터를 쌓아겹친 액츄에이터를 사용해도 된다. 또한, 복수의 액츄에이터가 협동하는 UVW 방식의 액츄에이터를 사용해도 된다. 어떠한 방식의 액츄에이터부(282)라 하더라도, 제어부(270)로부터 송신되는 제어 신호에 따라 구동하여, 기판(10)을 X 방향 및 Y 방향으로 직선 이동시키고, θ 방향으로 회전 이동시킨다. 제어 신호는, 적층 방식의 액츄에이터라면 XYθ 각 액츄에이터의 동작량을 나타내고, UVW 방식의 액츄에이터라면 UVW 각 액츄에이터의 동작량을 나타낸다.
얼라인먼트 스테이지(280)는 기판지지 유닛(210)을 XYθ 이동시킨다. 한편, 본 실시예에서는 기판(10)의 위치를 조정하는 구성으로 하였지만, 마스크(220)의 위치를 조정하는 구성이나, 기판(10)과 마스크(220) 양쪽의 위치를 조정하는 구성이어도 된다.
제어부(270)는, 화상 데이터에 기초하여 각종의 연산을 행한다. 통상의 얼라인먼트 시에는, 마크 검출 장치가 검출한 기판 마크(104)와 마스크 마크(224)의 위치 어긋남량에 기초하여 기판의 XYθ 방향의 이동량을 산출한다. 계속해서 제어부(270)는, 산출된 기판 등의 이동량을, 얼라인먼트 스테이지(280)의 각 액츄에이터가 구비하는 스텝핑 모터나 서보 모터 등의 구동량으로 변환하여, 제어 신호를 생성한다. 또한, 필요에 따라, 얼라인먼트 스테이지(280)로부터의 센서 신호를 수신하여 피드백 제어를 행한다.
(처리 플로우)
도면을 참조하면서 처리의 흐름을 설명한다. 도 5는, 본 실시예에 있어서의 마크 검출 처리와, 그 후의 공정을 나타내는 플로우챠트 도면이다.
또한 도 6은, 본 플로우에서 사용되는 기판 마크 및 모델 기판 마크를 나타내는 평면도이다. 도 6(a)에 나타내는 기판 마크(104)는, 실제로 기판(10)에 형성되고 있고, 도 4(a)과 같은 것이다. 2개의 선(종선 및 횡선)이 교차한 십자 형상의 기판 마크(104)에 있어서, 레이저 가공의 특성에 의해, 종선 및 횡선은, 각각, 제1 영역(104t)의 굵기가, 제2 영역(104m)의 굵기보다 굵게 되어 있다(제2 영역(104m)의 굵기는 거의 일정). 여기서는 기판 마크(104)의 종선의 길이(h1), 횡선의 길이(w1)로 하고, 그 중 종선의 제2 영역(104m)의 길이(h2), 횡선의 제2 영역(104m)의 길이(w2)로 한다.
한편, 도 6(b)에 실선으로 나타낸 종선 모델 및 횡선 모델이 교차한 십자 형상은, 본 플로우에서 사용되는, 종래의 모델 기판 마크(174)보다 작은(종선 모델 및 횡선 모델의 길이가 짧은), 수정 모델 기판 마크(176)이다. 수정 모델 기판 마크(176)는, 제2 영역(104m)과 마찬가지로, 종선 모델의 길이(h2), 횡선 모델의 길이(w2)로 한다. 즉, 수정 모델 기판 마크(176)는, 선 형상이며 해당 선의 길이가 기판 마크(104)의 상기 제2 영역에 상당하는 길이의 화상이다. 또한, 종선 및 횡선의 굵기(폭)은 제2 영역(104m)의 굵기와 마찬가지로 한다. 본 실시예에서는, 수정 모델 기판 마크(176)가, 모델 기판 마크(174)를 대신하여, 모델 화상으로서 사용된다.
본 플로우는, 마스크 저장실(120)로부터 성막실(110) 내로 마스크(220)가 반입되어 마스크대(221)에 지지되고, 또한 패스실(150)로부터 성막실(110)로 기판(10)이 반입되어 기판지지 유닛(210)에 지지된 상태에서 시작한다.
스텝(S101)에서, 기판지지 유닛(210)이 기판(10)을 상하 방향으로 이동시켜, 기판(10)과 마스크(220)의 Z 방향에 있어서의 거리를, 카메라(261)의 포커스 범위 내에 기판(10)의 기판 마크(104)와 마스크(220)의 마스크 마크(224)가 포함되는 얼라인먼트 거리로 한다. 본 실시예에서는, 기판(10)과 마스크(220)가 얼라인먼트 거리를 유지한 상태에서 기판(10)이 XY 면 내에서 XYθ 방향으로 이동한다.
스텝(S102)에서, 카메라(261)가 촬상 영역(264)을 촬상하여 화상 데이터를 생성한다.
스텝(S103)에서, 제어부(270)가 화상 데이터를 해석하여 기판 마크(104)를 검출한다. 여기서는, 얼라인먼트 마크 인식 방법으로서 패턴 매칭법을 이용한다. 패턴 매칭법은, 미리 제어부(270)의 메모리에 기억되어 있는 모델 마크의 패턴 형상과, 화상 중의 얼라인먼트 마크의 형상과의 상관을 판정함으로써, 얼라인먼트 마크를 인식하는 수법이다. 한편, 마크를 식별 가능하다면 수법은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 에지 검출법 등을 이용해도 된다.
여기서, 본 플로우에 있어서 특징적인 수법에 대해 기술한다. 상술한 바와 같이, 기판 마크(104)의 제1 영역(104t)이 부풀어 있는 경우(상기 제1 영역의 선 굵기가 단부 근방 이외의 상기 제2 영역의 선 굵기에 비해 큰 경우), 그 기판 마크(104)와 같은 크기의 모델 기판 마크(174)를 사용한 화상 처리를 행하면, 인식 정밀도의 저하가 생긴다. 이에, 도 6(b)의 수정 모델 기판 마크(176)에서는, 전체의 크기가 기판 마크(104)의 제2 영역(104m)과 같은 정도로 되어 있다. 이 때문에, 수정 모델 기판 마크(176)의 전체에 있어서, 선의 굵기가 실제의 기판 마크(104)와 일치한다. 환언하면, 본 플로우에서의 제어부(270)는, 촬상 영역(264)으로부터, 수정 모델 기판 마크(176)와 상관도가 높은 도형의 추출을 시도한다. 그 결과, 제2 영역(104m)의 검출이 가능하게 된다.
제어부(270)는, 검출된 제2 영역(104m)에, 모델 기판 마크(174)로부터 삭제된 영역(178)을 부가한 데이터를 생성하여, 기판 마크(104)의 위치 정보로서 메모리에 기억한다. 단, 제어부(270)는, 제2 영역(104m)을 그대로 기판 마크로서 사용해도 된다. 그 경우, 후술하는 판정 처리에 있어서는, 제2 영역(104m)의 사이즈나 위치를 전제로 한 마크 비교를 행한다.
스텝(S104)에서, 제어부(270)가 화상 데이터로부터 마스크 마크(224)를 검출하고, 위치 정보를 메모리에 기억한다. 여기서도, 패턴 매칭법이나 에지 검출법 등 임의의 방법을 채용할 수 있다.
스텝(S105)에서, 제어부(270)는, 메모리에 기억된 기판 마크(104)의 좌표 정보와 마스크 마크(224)의 좌표 정보를 비교한다. 그리고, 양자의 거리나 각도 등의 위치 관계가 소정의 허용 범위 내라고 하는 조건이 만족되고 있으면, 얼라인먼트 완료라고 판단한다. 한편, 위치 관계가 허용 범위 외의 경우는, 스텝(S106)으로 이행하고, 이상적인 위치 관계로부터의 어긋남량에 기초하여 기판(10)을 평면 내에서 XYθ 방향으로 이동시킨다. 이 처리를 반복함으로써, 기판(10)과 마스크(220)의 관계가 소정의 범위에 들어간다.
스텝(S107)에서, 기판지지 유닛(210)이 동작하여 기판(10)과 마스크(220)를 접촉시킨다. 예를 들면, 기판 Z 액츄에이터(250)가 기판(10)을 하강시켜, 마스크(220)에 재치한다.
스텝(S108)에서, 성막원으로서의 증발원(240)이 가열되어, 성막 재료가 마스크(220)를 통해 기판(10)에 성막된다. 이에 의해, 마스크 패턴에 대응하는 형상의 막이 기판 상에 형성된다. 상기의 플로우에 의해, 챔버 내부에서의 성막 처리가 완료된다.
상기한 바와 같이 본 실시예에서는, 레이저 가공의 특성에 의해 단부가 부풀어 오르거나 변형한 기판 마크를 검출할 때, 기판 마크보다 한층 작고, 기판 마크의 변형 부분에 상당하는 영역이 삭제된 수정 모델 기판 마크를 이용한다. 그 결과, 기판 마크의 변형 부분에 영향을 받지 않고 검출 처리를 실시할 수 있기 때문에, 마크 검출의 정밀도가 향상되어, 양호한 얼라인먼트가 가능하게 된다.
<실시예 2>
본 실시예에서는, 기판(10)에 사용하는 각 얼라인먼트 마크 형상이 실시예 1과는 다른 예에 대해 설명한다.
도 7(a)는, 본 실시예에 따른 기판 마크(104)를 나타낸다. 이와 같이, 레이저 가공의 영향에 의해, 1개의 직선 형상의 기판 마크(104)의 제1 영역(104t)에서는, 제2 영역(104m)과 비교하여 부풀어 오른 형상으로 되어 있다.
도 7(b)는, 본 실시예의 기판 마크(104)를 종래의 방식으로 검출할 경우에 사용되는 모델 기판 마크(174)를 나타낸다. 이와 같이 모델 기판 마크(174)의 길이(h1)를 기판 마크(104)의 길이와 일치시키면, 제1 영역(104t)이 존재하기 때문에, 패턴 매칭법에 의한 기판 마크(104)의 검출 정밀도가 저하될 우려가 있다.
이에 본 실시예에서는, 도 7(c)에 도시된 바와 같은 수정 모델 기판 마크(176)를 사용하여 검출을 행한다. 1개의 직선 형상의 수정 모델 기판 마크(176)의 길이(h2)는, 굵기가 일정한 범위인 제2 영역(104m)의 길이에 일치하고 있기 때문에, 검출 정밀도 저하의 우려가 적다.
<실시예 3>
계속해서, 수정 모델 기판 마크(176)의 작성 방법이나 적용 방법이 다른 예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 수정 모델 기판 마크(176)를 복수 종류 작성하고, 기판 마크(104)에 따라 적절한 것을 선택하여 이용하는 점에 특징이 있다.
도 8(a), 도 8(b)는 각각, 도 6(b)와는 다른 폭(횡선 모델의 길이) 및 높이(종선 모델의 길이)를 갖는, 수정 모델 기판 마크(176)이다. 여기서, 기판 마크(104)의 제1 영역(104t)의 부풀어 오름이나 변형의 정도는, 기판(10)의 재질이나 레이저 가공의 정밀도 등에 따라 조금씩 다른 경우가 있다. 그 때문에, 도 6(b)에 나타낸 수정 모델 기판 마크(176)에서는, 부풀어 오름 부분에 중첩될 가능성이 있다. 또한 반대로, 도 6(b)에 나타낸 수정 모델 기판 마크(176)가, 제2 영역(104m)과 비교하여 지나치게 작으면, 마크 검출의 정밀도가 저하될 가능성도 있다.
이에 본 실시예의 제어부(270)는, 도 6(b)에 나타낸 것에 더해, 도 6(b)의 수정 모델 기판 마크(176)보다 종선 모델 및 횡선 모델의 길이가 긴 도 8(a)에 도시한 것, 또는, 도 6(b)의 수정 모델 기판 마크(176)보다 종선 모델 및 횡선 모델의 길이가 짧은 도 8(b)에 도시한 것과 같이, 사이즈가 다른 복수의 수정 모델 기판 마크(176)를 준비하여, 메모리에 보존해 둔다. 그리고 촬상 화상 중의 기판 마크(104)와, 복수의 수정 모델 기판 마크(176) 각각을 비교하여, 제1 영역(104t)의 부풀어 오름을 삭제한 마크와 비교하는데 가장 적절한 사이즈의 것을 선택한다. 이에 의해, 마크 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 한편, 마크 검출 시에 어느 수정 모델 기판 마크(176)를 선택할지는, 사용자가 촬상 화상을 보고 수동으로 선택해도 되고, 제어부(270)가 적절한 것을 선택해도 된다.
한편, 본 실시예에서는 수정 모델 기판 마크(176)의 종선 모델의 길이와 횡선 모델의 길이를 일치시켰지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판 마크의 단부의 변형 정도가 단부마다 다른 경향이 있는 경우, 수정 모델 기판 마크의 종선 모델 및 횡선 모델의 길이, 종선 모델과 횡선 모델의 교차 위치를 이에 맞추어 바꾸어도 된다.
또한, 십자형 이외의 형상, 예를 들면 하나의 선 형상의 기판 마크를 이용할 경우에도, 본 실시예에서 설명한 바와 같이 사이즈가 다른 복수 종류의 수정 모델 기판 마크를 준비해도 된다.
<실시예 4>
본 실시예에서는, 수정 모델 기판 마크(176)의 작성 방법의 다른 예를 설명한다.
상기 각 실시예에서는, 기판 마크(104)의 설계값에 기초하여 수정 모델 기판 마크(176)의 사이즈나 형상을 결정하고 있었다. 그러나, 촬영 수단으로서의 카메라(261)가 촬상하여 취득된 기판 마크(104)의 화상 데이터에 기초하여, 제어부(270)가 기판 마크(104)로부터 부풀어 오름이나 변형 부분을 삭제하여, 수정 모델 기판 마크(176)를 작성해도 된다.
본 실시예에 의하면, 촬상하여 취득된 기판 마크(104)와 주위(배경)의 경계 부분이 명료하지 않을 경우에는 상기 각 실시예만큼 정밀한 모델 화상을 작성할 수 없는 경우도 있지만, 실제의 기판 마크(104)에 기초하여 마크 검출과 얼라인먼트를 행하는 것이 가능하게 된다.
261: 카메라
270: 제어부

Claims (20)

  1. 얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 장치로서,
    상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 수단과,
    상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 수단을 구비하고,
    상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
    상기 검출 수단은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 단부를 제외한 부분과, 상기 모델 화상을 비교하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크에 있어서, 상기 선 형상 부분의 상기 단부의 굵기가, 상기 선 형상 부분의 상기 단부와는 다른 부분의 굵기에 비해 큰 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분은, 제1 선 형상 부분과, 상기 제1 선 형상 부분에 교차하는 제2 선 형상 부분을 포함하고,
    상기 검출 수단은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 제1 선 형상 부분의 양측 단부 및 상기 제2 선 형상 부분의 양측 단부를 제외한 부분과, 상기 모델 화상을 비교하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분에 대응하는 선 형상 모델 부분을 포함하고,
    상기 검출 수단은, 상기 선 형상 모델 부분의 길이가 다른 복수의 패턴 중에서, 비교에 사용하는 상기 모델 화상을 선택하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크는, 레이저 가공에 의해 기판에 형성된 기판 마크인 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 웨이퍼 기판인 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 설계값 또는 상기 촬영 화상에 포함되는 상기 얼라인먼트 마크에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  8. 얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 장치로서,
    상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 수단과,
    상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 수단을 구비하고,
    상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
    상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분에 대응하는 선 형상 모델 부분을 포함하고,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 길이보다, 상기 모델 화상의 상기 선 형상 모델 부분의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크에 있어서, 상기 선 형상 부분의 단부의 굵기가, 상기 선 형상 부분의 상기 단부와는 다른 부분의 굵기에 비해 큰 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모델 화상의 상기 선 형상 모델 부분의 길이는, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 상기 다른 부분의 길이에 상당하는 길이인 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분은, 제1 선 형상 부분과, 상기 제1 선 형상 부분에 교차하는 제2 선 형상 부분을 포함하고,
    상기 모델 화상의 상기 선 형상 모델 부분은, 제1 선 형상 모델 부분과, 상기 제1 선 형상 모델 부분에 교차하는 제2 선 형상 모델 부분을 포함하고,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 제1 선 형상 부분의 길이보다, 상기 모델 화상의 상기 제1 선 형상 모델 부분의 길이가 짧고,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 제2 선 형상 부분의 길이보다, 상기 모델 화상의 상기 제2 선 형상 모델 부분의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 검출 수단은, 상기 선 형상 모델 부분의 길이가 다른 복수의 패턴 중에서, 비교에 사용하는 상기 모델 화상을 선택하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 얼라인먼트 마크는, 레이저 가공에 의해 기판에 형성된 기판 마크인 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 웨이퍼 기판인 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 설계값 또는 상기 촬영 화상에 포함되는 상기 얼라인먼트 마크에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 마크 검출 장치와,
    상기 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여 기판과 마스크를 얼라인먼트하는 얼라인먼트 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
  17. 제16항에 기재된 얼라인먼트 장치와,
    상기 기판에 대하여 얼라인먼트된 상기 마스크를 통해, 상기 기판에 성막을 행하는 증발원 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치
  18. 얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 방법으로서,
    상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 공정과,
    상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 공정을 갖고,
    상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
    상기 검출 공정은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 단부를 제외한 부분과, 상기 모델 화상을 비교하는 비교 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법.
  19. 얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출 방법으로서,
    상기 얼라인먼트 마크를 포함하는 영역을 촬영하여 촬영 화상을 얻는 촬영 공정과,
    상기 촬영 화상과 모델 화상을 비교하여 상기 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 검출 공정을 갖고,
    상기 얼라인먼트 마크는 선 형상 부분을 포함하고,
    상기 모델 화상은, 상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분에 대응하는 선 형상 모델 부분을 포함하고,
    상기 얼라인먼트 마크의 상기 선 형상 부분의 길이보다, 상기 모델 화상의 상기 선 형상 모델 부분의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 기재된 마크 검출 방법에 의해 상기 얼라인먼트 마크를 검출하는 공정과,
    상기 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여 기판과 마스크를 얼라인먼트하는 얼라인먼트 공정과,
    상기 기판에 대하여 얼라인먼트된 상기 마스크를 통해, 상기 기판에 성막을 행하는 성막 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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