KR20150034080A

KR20150034080A - 위치 계측 장치, 얼라인먼트 장치, 패턴 묘화 장치 및 위치 계측 방법

Info

Publication number: KR20150034080A
Application number: KR20140094647A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 나카자와; 겐지 나카니시; 마코토 다케우치
Original assignee: 가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2015-04-02
Also published as: KR101586577B1; CN104460237A; CN104460237B; TW201512793A; JP2015064461A; TWI526793B; JP6223091B2

Abstract

광 빔에 대한 기판의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 위치 계측 기술, 및 당해 위치 계측 기술을 이용하는 얼라인먼트 장치 및 패턴 묘화 장치를 제공한다.
기판 중 광 빔에 대해 투과성을 가지는 제1 투과부를 통과하는 광 빔 및 제1 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는 촬상부와, 촬상부에서 촬상된 화상에 기초하여 기판의 위치를 구하는 위치 도출부를 구비한다.

Description

위치 계측 장치, 얼라인먼트 장치, 패턴 묘화 장치 및 위치 계측 방법{POSITION MEASURING APPARATUS, ALIGNMENT APPARATUS, PATTERN DRAWING APPARATUS, AND POSITION MEASURING METHOD}

이 발명은, 광학 헤드로부터 사출되는 광 빔에 대한 기판의 위치를 계측하는 위치 계측 기술, 및 당해 위치 계측 기술을 이용한 얼라인먼트 장치 및 패턴 묘화 장치에 관한 것이다.

광 빔을 기판에 조사하는 장치로서, 다양한 장치가 제안되어 있다. 예를 들면 일본국 특허공개 2000-329523호 공보, 일본국 특허공개 2003-162068호 공보, 일본국 특허공개 2007-225886호 공보, 일본국 특허공개 2008-65034호 공보에서는, 지지 스테이지 등의 기판 지지부에 의해 지지된 기판의 표면에 광 빔을 조사하여 패턴을 묘화하는 장치가 기재되어 있다. 이러한 장치에서는, 패턴을 고정밀도로 묘화하기 위해, 패턴 형성 전에 미리 묘화 대상 기판과 광 빔(광학 헤드)의 위치를 맞추어 둘 필요가 있다. 그래서, 기판에 형성된 얼라인먼트 마크 등의 위치 결정용의 기준 마크를 촬상하여 당해 기판의 위치를 계측하고, 또 광 빔(또는 광 빔을 사출하는 광학 헤드)의 위치를 계측하고 있다. 그리고, 이러한 위치 정보에 기초하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 구하여, 광 빔과 기판의 위치 맞춤을 행하고 있다.

그렇지만, 종래 기술에서는, 기판의 위치를 계측하는 장소와, 광 빔(또는 광학 헤드)의 위치를 계측하는 장소는, 각각 상이하다. 이 때문에, 한쪽의 계측을 행한 장소로부터 다른쪽의 계측을 행하는 장소로, 지지 스테이지를 이동시킬 필요가 있다. 그 스테이지 이동에 의해 계측에 오차 요인이 포함되어 버려, 광 빔에 대해 기판의 위치를 계측하는 정밀도(이하 「계측 정밀도」라고 한다)가 저하되는 경우가 있었다. 또, 광 빔의 위치의 계측과, 기판의 위치의 계측을 개별의 카메라를 이용하여 행하는 경우도 있으며, 이 경우, 계측 오차가 발생하여 계측 정밀도가 저하되는 경우도 있다.

이 발명은 상기 과제를 감안한 것이며, 광 빔에 대한 기판의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있는 위치 계측 기술, 및 당해 위치 계측 기술을 이용하는 얼라인먼트 장치 및 패턴 묘화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명의 제1 양태는, 광학 헤드로부터 사출되는 광 빔에 대한 기판의 위치를 계측하는 위치 계측 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 발명에 관련된 위치 계측 장치는, 기판 중 광 빔에 대해 투과성을 가지는 제1 투과부를 통과하는 광 빔 및 제1 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는 촬상부와, 촬상부에서 촬상된 화상에 기초하여 기판의 위치를 구하는 위치 도출부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 또, 이 발명에 관련된 위치 계측 방법은, 기판 중 광 빔에 대해 투과성을 가지는 투과부에 광 빔을 조사하는 공정과, 투과부를 통과하는 광 빔 및 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는 공정과, 촬상된 화상에 기초하여 기판의 위치를 구하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성된 발명에서는, 기판의 제1 투과부와 광 빔이 촬상부에 의해 동일 시야 내에서 촬상된다. 이렇게 하여 촬상된 화상에는, 광 빔과 기판의 위치 관계를 반영한 정보가 포함되어 있기 때문에, 이 화상에 기초하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 구하는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 기판과 광 빔을 각각 별개로 촬상하고, 그들 화상에 기초하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 구하고 있던 종래 기술에 비해, 오차 요인을 억제하여 계측 정밀도를 높이는 것이 가능하게 되어 있다.

또, 이 발명의 제2 양태는, 얼라인먼트 장치로서, 상기 위치 계측 장치와 동일 구성을 가지는 위치 계측부와, 위치 계측부의 위치 도출부에 의해 구해진 광 빔에 대한 기판의 위치에 기초하여 기판 및 광학 헤드 중 적어도 한쪽을 광 빔의 진행 방향과 직교하는 면내에서 이동시켜 광 빔에 대한 기판의 위치를 조정하는 위치 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 당해 발명에서는, 상기 위치 계측부를 이용함으로써 광 빔에 대한 기판의 위치가 정확하게 구해진다. 따라서, 위치 계측부의 계측 결과에 기초하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 고정밀도로 조정하는 것이 가능해진다.

또한, 이 발명의 제3 양태는, 패턴 묘화 장치로서, 광 빔을 변조하는 광변조기를 가지며, 광변조기로 광변조한 변조광 빔을 기판에 조사하는 광학 헤드와, 상기 위치 계측 장치와 동일 구성을 가지는 위치 계측부와, 위치 도출부에 의해 구해진 광 빔에 대한 기판의 위치에 기초하여 기판 및 광학 헤드 중 적어도 한쪽을 광 빔의 진행 방향과 직교하는 면내에서 이동시켜 광 빔에 대한 기판의 위치를 조정하는 위치 조정부를 구비하고, 위치 조정부에 의한 조정을 행한 다음, 제1 투과부 이외의 기판의 표면에 변조광 빔을 조사하여 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하고 있다. 당해 발명에 있어서도, 상기 위치 계측부를 이용함으로써 광 빔에 대한 기판의 위치가 정확하게 구해져, 광 빔에 대한 기판의 위치가 고정밀도로 조정된다. 그 다음에, 변조광 빔이 기판의 표면에 조사되어 패턴이 묘화된다. 따라서, 우수한 패턴이 기판의 표면에 형성된다.

본 발명에 의하면, 기판의 제1 투과부와 광 빔을 동일 시야 내에서 촬상하고, 당해 화상에 기초하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 구하고 있으므로, 기판의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용 가능한 패턴 묘화 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1의 패턴 묘화 장치를 모식적으로 나타내는 부분 평면도이다.
도 3은 도 1의 패턴 묘화 장치의 부분 확대 측면도이다.
도 4는 도 1의 패턴 묘화 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 5는 로딩 처리에서의 지지 스테이지와 기판의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 얼라인먼트용 관통 구멍의 촬상 처리를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명에 관련된 위치 계측 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명에 관련된 위치 계측 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명에 관련된 위치 계측 장치의 또 다른 실시 형태를 나타내는 도이다.

도 1은 본 발명을 적용 가능한 패턴 묘화 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1의 패턴 묘화 장치를 모식적으로 나타내는 부분 평면도이다. 도 3은 도 1의 패턴 묘화 장치의 부분 확대 측면도이다. 패턴 묘화 장치(1)의 각 부의 위치 관계를 나타내기 위해, 이들 도에서는, Z축 방향을 연직 방향으로 하는 XYZ 직교좌표축을 적당히 나타내는 것으로 한다. 또, 필요에 따라, 각 좌표축의 도면 중 화살표측을 양측 또는 (+측)으로 칭함과 함께 각 좌표축의 도면 중 화살표의 반대측을 음측 또는 (-측)으로 칭하는 것으로 한다.

패턴 묘화 장치(1)에서는, 도시를 생략한 반송 로봇에 의해 미처리의 기판 S가 Y축 방향의 음측의 반입출구(11)로부터 장치 내부에 반입된다. 그리고, 장치 내에서 기판 S에 대한 패턴 묘화가 실행된다. 그 후에, 패턴 묘화가 끝난 기판 S는 반송 로봇에 의해 반입출구(11)를 통하여 장치 외부에 반출된다. 또한, 패턴 묘화 장치(1)에 의한 묘화 대상이 되는 기판 S에는, 레지스트액 등의 감광 재료가 그 상면(한쪽 주면)에 도포된 FPC(Flexible Printed Circuits)용 기판이나 프린트 배선 기판 등이 포함된다. 또, 기판 S에서는, 패턴을 묘화해야 할 기판 S의 표면 영역에 대해 미리 결정된 위치 관계를 가지는 위치에 2개의 관통 구멍 Sa, Sb가 설치되어 있다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에서는, 2개의 관통 구멍 Sa, Sb는 Y방향으로 이격하여 설치되어 있으며, 후술하는 바와 같이 기판 S의 얼라인먼트를 행하기 위한 기준 마크(얼라인먼트 마크)로서 기능한다.

이 패턴 묘화 장치(1)는, 반입되어 온 기판 S를 지지하는 지지부(3)와, 지지부(3)에 지지된 기판 S에 광 빔을 조사하여 노광하는 노광부(5)와, 기판 S의 관통 구멍 Sa, Sb 및 광 빔 LB를 동일 시야 내에서 촬상하는 촬상부(9)와, 각 부(3, 5, 9)를 제어하는 콘트롤러(100)로 이루어지는 개략 구성을 가진다.

지지부(3)에서는, 그 상면에 올려 놓아진 기판 S의 이면을 흡착하여 지지하는 지지 스테이지(31)가 설치되어 있다. 이 지지 스테이지(31)에는, 광 빔을 투과시키는 투과부(32)로서 기능하는 투과용 관통 구멍(32a, 32b)이 각각 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 즉, Y방향에 있어서의 관통 구멍 Sa, Sb의 피치간 거리와 동일 피치로 투과용 관통 구멍(32a, 32b)이 Y방향으로 이격하여 설치되어 있다. 단, 본 실시 형태에서는, 투과용 관통 구멍(32a, 32b)은 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb보다 큰 내경을 가지고 있다. 그리고, 연직 방향 Z에서 보았을 때에 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb가 각각 투과용 관통 구멍(32a, 32b)에 내포되도록, 반송 로봇은 기판 S를 지지 스테이지(31) 상에 올려 놓는다.

이 지지 스테이지(31)는, 수평으로 형성된 상면에 다수의 흡인 구멍을 가지고 있으며, 도시를 생략한 흡인 기구가 각 흡인 구멍을 흡인함으로써, 기판 S를 연직 하방으로부터 지지하면서 흡착 유지한다. 이것에 의해, 반송 로봇에 의해 지지부(3)에 로딩된 기판 S를 지지 스테이지(31)에 의해 확실히 지지하여, 기판 S에 대한 패턴 묘화를 안정되게 실행할 수 있다. 또, 패턴 묘화를 끝내고 기판 S를 반출할 때에는, 흡인 구멍의 흡인이 정지되어, 반송 로봇에 의한 지지부(3)로부터의 기판 S의 반출, 즉 언로딩이 가능해진다. 또한, 흡인 정지 후에 박리 롤러나 박리 핀 등의 박리 부재에 의해 기판 S를 지지 스테이지(31)로부터 밀어 올려 언로딩 작업을 서포트하도록 구성해도 된다.

또, 지지 스테이지(31)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 승강 테이블(33), 회전 테이블(34) 및 지지판(35)을 통하여 리니어 모터(37)의 가동자(37a)에 접속되어 있다. 따라서, 지지 스테이지(31)는, 승강 테이블(33)에 의해 승강 가능함과 함께, 회전 테이블(34)에 의해 회전 가능하게 되어 있다. 또한, Y축 방향으로 연장되는 리니어 모터(37)의 고정자(37b)를 따라 가동자(37a)를 구동함으로써, 지지 스테이지(31)를 Y축 방향으로 구동할 수 있다.

노광부(5)는, 지지 스테이지(31)의 가동 영역에 대해 상방측에 배치된 복수의 광학 헤드(6)를 가진다. 각 광학 헤드(6)는, 그 하방에서 지지 스테이지(31)에 지지되는 기판 S를 향해 광 빔을 사출하여, 기판 S를 노광하는 것이다. 또한, 복수의 광학 헤드(6)는, X축 방향으로 나란히 배치되어 있으며, X축 방향에 있어서 서로 상이한 영역의 노광을 담당한다. 또, 복수의 광학 헤드(6)를 지지하는 지지 테이블(51)은, X축 방향으로 연장되는 한 쌍의 리니어 가이드(52)를 따라 이동 가능하게 되어 있다. 따라서, 도시를 생략한 리니어 모터에 의해 지지 테이블을 리니어 가이드(52)를 따라 구동함으로써, 복수의 광학 헤드(6)를 일괄하여 X축 방향으로 이동시킬 수 있다.

촬상부(9)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(91)를 가진다. 이 CCD 카메라(91)는, 복수의 광학 헤드(6)가 도 2에 나타내는 바와 같이 얼라인먼트 위치에 위치 결정되었을 때에, 복수의 광학 헤드(6) 중 가장 (-X) 방향측에 위치하는 광학 헤드(6a)로부터 사출되는 광 빔의 진행 경로 상에 배치되어 있다. 즉, CCD 카메라(91)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 광학 헤드(6a)의 연직 하방에서, 지지 스테이지(31)의 Y방향의 이동 경로보다 연직 하방에 위치하고 있다. 그리고, 지지 스테이지(31)의 투과용 관통 구멍(32a)의 대략 중심부가 CCD 카메라(91)의 바로 상방 위치에 위치한 상태로 광학 헤드(6a)로부터 광 빔 LB가 사출되면, CCD 카메라(91)는 투과용 관통 구멍(32a)을 통하여 광 빔 LB 및 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa를 동일 시야 내에서 촬상한다(도 6(a) 참조). 또, 지지 스테이지(31)의 투과용 관통 구멍(32b)의 대략 중심부가 CCD 카메라(91)의 바로 상방 위치에 위치한 상태로 광학 헤드(6a)로부터 광 빔 LB가 사출되면, CCD 카메라(91)는 투과용 관통 구멍(32b)을 통하여 광 빔 LB 및 얼라인먼트용 관통 구멍 Sb를 동일 시야 내에서 촬상한다(도 6(b) 참조). 이렇게 하여 촬상한 화상을 촬상부(9)는 콘트롤러(100)에 보낸다.

이상이, 패턴 묘화 장치(1)의 기계적 구성의 개요이다. 이어서는, 패턴 묘화 장치(1)의 전기적 구성인 콘트롤러(100)에 대해서 설명한다. 콘트롤러(100)는, 각 광학 헤드(6)로부터 광 빔 LB를 사출함과 함께, 광 빔 LB를 지지 스테이지(31)에 지지되는 기판 S 표면에 주사하여, 기판 S 표면에 패턴을 묘화하는 동작을 주로 실행하는 것이며, 데이터 처리부(110), 화상 처리부(120), 주사 제어부(130) 및 조사 제어부(140)로 구성된다.

데이터 처리부(110)는, 논리 연산을 실행하는 CPU(Central Processing Unit), CPU를 제어하는 프로그램 등을 기억하는 ROM(Read Only Memory) 및 장치의 동작 중에 다양한 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(Random Access Memory) 등으로 구성되어 있다. 데이터 처리부(110)는, ROM에 기억되어 있는 프로그램에 따라서, 화상 처리부(120), 주사 제어부(130) 및 조사 제어부(140)를 통하여, 패턴 묘화 장치(1)의 각 부를 제어한다.

화상 처리부(120)는 데이터 처리부(110)로부터의 지령에 따라 CCD 카메라(91)로부터 출력되는 화상에 대해 다양한 화상 처리를 더하고, 화상 처리 후의 화상을 RAM에 기입한다. 그리고, 데이터 처리부(110)는, RAM으로부터 화상을 읽어내어, 광 빔 LB에 대한 기판 S의 위치를 나타내는 정보(이하 「기판 위치 정보」라고 한다)를 도출한다. 이와 같이 본 실시 형태에서는, 데이터 처리부(110)는 위치 도출부(111)로서의 기능을 가지고 있다.

또, 데이터 처리부(110)는, 상기 위치 도출부(111) 이외에, 얼라인먼트 기능, 데이터 보정 기능 및 RIP 기능을 가지고 있다. 이들 중 얼라인먼트 기능은 기판 위치 정보에 기초하여 광학 헤드(6)에 대해 기판 S를 위치 맞춤하는 기능이다. 또, 데이터 보정 기능은, 기판에 묘화하는 패턴을 포함하는 설계 데이터를 위치 도출부(111)에서 구한 기판 위치 정보에 기초하여 좌표 보정이나 회전 보정을 행하여 보정 설계 데이터를 생성하는 기능이다. 여기서, 설계 데이터는 패턴 묘화 장치(1)의 외부에서 미리 CAD(computer aided design) 등에 의해 생성된 데이터이며, 패턴 묘화 전에 데이터 처리부(110)의 RAM에 보존된다. 나머지의 RIP 기능은 보정 설계 데이터를 래스터라이즈 처리하여 런 렝스 데이터, 즉 묘화 데이터를 생성하여 RAM에 보존하는 기능이다. 이렇게 하여 생성된 묘화 데이터는 주사 제어부(130) 및 조사 제어부(140)에 출력된다.

주사 제어부(130)는, 지지 스테이지(31) 및 광학 헤드(6)의 패턴 묘화 동작 중의 이동을 묘화 데이터에 기초하여 제어한다. 또, 조사 제어부(140)는, 패턴 묘화 동작 중에 광학 헤드(6)로부터의 광 빔 LB의 ON/OFF를 제어하여, 패턴에 따른 변조광 빔 LB를 조사한다. 보다 구체적으로는, 패턴 묘화 동작은 다음과 같이 하여 실행된다.

도 4는 도 1의 패턴 묘화 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다. 또, 도 5는 로딩 처리에서의 지지 스테이지와 기판의 위치 관계를 나타내는 도이다. 또, 도 6은 얼라인먼트용 관통 구멍의 촬상 처리를 모식적으로 나타내는 도이다. 이 패턴 묘화 장치(1)에서는, 단계 S1에서, 반송 로봇이 반입출구(11)로부터 장치 내부에 기판 S를 반입하여, 지지 스테이지(31) 상에 반송한다(로딩 처리). 이 때, 지지 스테이지(31)의 위치 정보, 지지 스테이지(31)에서의 투과용 관통 구멍(32a, 32b)의 위치 정보, 기판 S에서의 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb의 위치 정보 등에 기초하여 상기 로딩 처리가 실행되고, 도 5에 나타내는 바와 같이 지지 스테이지(31) 상에 기판 S가 올려 놓아진다. 보다 상세하게는, 연직 하방으로부터 평면에서 보았을 때에 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb가 각각 투과용 관통 구멍(32a, 32b)에 내포되도록 반송 로봇은 기판 S를 지지 스테이지(31)의 상면에 반송한다.

기판 S의 로딩이 완료되면, 콘트롤러(100)가 ROM에 기억되어 있는 프로그램에 따라 장치 각 부를 이하와 같이 제어하여 설계 데이터에 대응하는 패턴을 기판 S의 패턴 묘화 영역(얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb을 포함하지 않는 기판 표면 영역)에 묘화한다. 보다 상세하게는, 단계 S2에서, 지지 스테이지(31)가 Y축 방향의 한쪽측, 즉 (+Y)측 방향으로 이동한다. 그리고, 지지 스테이지(31)의 (+Y)측의 투과용 관통 구멍(32a)이 CCD 카메라(91)의 바로 상방 위치에 도달한 시점에서 지지 스테이지(31)는 이동을 정지한다. 그에 이어서, CCD 카메라(91)의 연직 상방에 위치하는 광학 헤드(6a)가 광 빔 LB를 (-Z) 방향으로 사출한다. 그러면, 광 빔 LB는 (-Z) 방향으로 진행하여 도 6(a-1)에 나타내는 바와 같이 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa 및 투과용 관통 구멍(32a)을 통하여 CCD 카메라(91)의 촬상면에 입사한다. 이것에 의해, CCD 카메라(91)는 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa 뿐만 아니라 광 빔 LB를 동시에 동일 시야 내에서 촬상한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 투과용 관통 구멍(32a(32b)), CCD 카메라(91)의 시야, 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa(Sb) 및 광 빔 LB의 유효 빔 반경(광 빔 LB의 광강도가 피크값 또는 광축 상의 값의 1/e²가 되는 빔 반경)의 순서로 작아지고 있다. 따라서, CCD 카메라(91)로 촬상된 화상 Ia는 예를 들면 도 6(a-2)에 나타내는 바와 같이 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa의 이미지 Isa의 내부에 광 빔 LB의 이미지 Ilb가 존재하고 있다.

여기서, 기판 S가 광학 헤드(6a)에 대해 이상적으로 위치 결정되면, 관통 구멍 Sa의 이미지 Isa의 중심 위치에 광 빔 LB의 이미지 Ilb가 위치하지만, 그렇지 않은 경우에는 이 도면의 (a-2)에 나타내는 바와 같이 광 빔 LB의 이미지 Ilb는 관통 구멍 Sa의 이미지 Isa의 중심 위치로부터 벗어난다. 그래서, 본 실시 형태에서는, CCD 카메라(91)로 촬상된 화상에 기초하여 광 빔 LB에 대한 (+Y)측의 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa의 위치, 즉 기판 위치 정보를 위치 도출부(111)가 도출하여, RAM에 보존한다(단계 S3).

이에 이어서, (-Y)측의 얼라인먼트용 관통 구멍 Sb의 위치의 정보에 대해서도 상기와 동일하게 하여 도출한다(단계 S4, S5). 즉, 단계 S4에서, 지지 스테이지(31)가 더 (+Y)측 방향으로 이동한다. 그리고, 지지 스테이지(31)의 (-Y)측의 투과용 관통 구멍(32b)이 CCD 카메라(91)의 바로 상방 위치에 도달한 시점에서 지지 스테이지(31)는 이동을 정지한다. 그에 이어서, CCD 카메라(91)의 연직 상방에 위치하는 광학 헤드(6a)가 광 빔 LB를 사출한다(도 6(b-1)). 이 때에 CCD 카메라(91)로 촬상된 화상 Ib에 기초하여 광 빔 LB에 대한 (-Y)측의 얼라인먼트용 관통 구멍 Sb의 위치(기판 위치 정보)를 위치 도출부(111)가 도출하여, RAM에 보존한다(단계 S5).

이렇게 하여 기판 S의 면내에 있어서 서로 상이한 2점에서의 기판 위치 정보가 얻어지면, 이러한 기판 위치 정보로부터 데이터 처리부(110)는 광 빔 LB에 대한 기판 S의 위치 어긋남량을 구한다. 그리고, 단계 S6에서, 지지 스테이지(31)가 XY평면 내에서 이동하여 위치 어긋남을 보정하고, 지지 스테이지(31)에 지지되어 있는 기판 S와 전광학 헤드(6)의 위치 관계를 조정하여, 지지 스테이지(31) 상의 기판 S에 대한 노광을 개시하는 위치에 복수의 광학 헤드(6)를 위치 맞춤한다(얼라인먼트 처리).

또, 이 얼라인먼트 처리(단계 S6)와 병행하여 기판 위치 정보에 기초하여 데이터 처리부(110)는 설계 데이터의 좌표 보정 및 회전 보정을 실행하여 보정 설계 데이터를 생성하고(단계 S7), 또한 당해 보정 설계 데이터를 RIP 처리하여 묘화 데이터를 생성한다(단계 S8).

이들 단계 S6~S8가 완료되면, 지지 스테이지(31)가 Y축 방향으로의 이동을 개시한다. 그리고, 이 지지 스테이지(31)에 수반하여 이동하는 기판 S의 표면에 대해, 복수의 광학 헤드(6)의 각각이 묘화 데이터에 따른 패턴의 광 빔 LB를 조사한다. 이것에 의해, 복수의 광학 헤드(6) 각각이, 기판 표면에 대해 광 빔 LB를 Y축 방향(주주사 방향)으로 주사하여, 1라인 분의 패턴(라인 패턴)을 패턴 묘화 영역에 형성한다. 이렇게 하여, 광학 헤드(6)의 개수에 따른 복수의 라인 패턴이, X축 방향으로 간격을 두고 나란히 형성된다.

이 복수의 라인 패턴의 형성이 완료되면, 콘트롤러(100)는 광학 헤드(6)를 X축 방향(부주사 방향)으로 이동시킨다. 이것에 의해, 복수의 광학 헤드(6)의 각각은, 먼저 형성된 복수의 라인 패턴의 사이에 대향한다. 그리고, 지지 스테이지(31)가 조금 전과는 역측인 Y축 방향으로 이동을 개시하면, 이 지지 스테이지(31)에 수반하여 이동하는 기판 S의 패턴 묘화 영역에 대해 복수의 광학 헤드(6)의 각각이 묘화 데이터에 따른 패턴의 광 빔 LB를 조사한다.

이렇게 하여, 먼저 형성된 복수의 라인 패턴의 각 사이에, 광학 헤드(6)로부터의 광 빔 LB가 주사되어, 새로운 라인 패턴이 형성된다. 이와 같이 하여, 광학 헤드(6)를 X축 방향으로 간헐 이동시키면서, 복수의 라인 패턴을 순차적으로 형성함으로써, 기판 S의 패턴 묘화 영역 전체에 대해 패턴이 묘화된다. 마지막으로, 패턴 형성이 완료되면, 반송 로봇이 지지 스테이지(31)로부터 패턴 묘화가 끝난 기판 S를 받아, 반입출구(11)로부터 장치 외부에 반출한다(단계 S10).

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 기판 S에 설치한 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa(Sb)와 광 빔 LB를 CCD 카메라(91)에 의해 동일 시야 내에서 촬상하고, 당해 화상 Ia(Ib)에 기초하여 광 빔 LB에 대한 기판 S의 위치를 구하고 있다. 따라서, 기판과 광 빔을 각각 별개로 촬상하고, 그들 화상에 기초하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 도출하고 있던 종래 기술에 비해, 오차 요인을 억제하여 계측 정밀도를 높일 수 있다.

또, 광 빔 LB(광학 헤드(6))에 대한 기판 S의 위치를 정확하게 구할 수 있어, 광 빔 LB에 대한 기판 S의 위치를 고정밀도로 조정하는, 즉 얼라인먼트 처리를 양호하게 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, 이와 같이 얼라인먼트 처리를 행한 다음, 관통 구멍(32a, 32b) 이외의 기판 표면에 변조광 빔 LB가 조사되어 패턴이 묘화된다. 따라서, 패턴을 고정밀도로 기판 S의 표면에 형성할 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태에서는, 지지 스테이지(31)와, 촬상부(9)와, 위치 도출부(111)를 가지는 데이터 처리부(110)로 본 발명에 관련된 「위치 계측 장치」 및 「위치 계측부」의 일례가 구성되어 있다. 또, 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb가 본 발명의 「제1 관통 구멍」의 일례에 상당하고 있고, 본 발명의 「제1 투과부」로서 기능하고 있다. 또, 투과용 관통 구멍(32a, 32b)이 본 발명의 「제2 관통 구멍」의 일례에 상당하고 있으며, 본 발명의 「제2 투과부」로서 기능하고 있다. 또한, 지지 스테이지(31)를 Y축 방향으로 이동시키는 리니어 모터(37)가 본 발명의 「위치 조정부」의 일례에 상당하고 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 실시 형태에서는, 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa를 통과해 온 광 빔 LB를 투과용 관통 구멍(32a)을 통하여 촬상부(9)에 도광하고 있지만, 도 7에 나타내는 바와 같이, 투과용 관통 구멍(32a)에 창부재(32c)를 설치해도 된다. 창부재(32c)는 광 빔 LB에 대해 투과성을 가지는 투과성 재료로 구성되어 있다. 이와 같이 본 실시 형태에서는, 투과용 관통 구멍(32a) 및 창부재(32c)에 의해 본 발명의 「제2 투과부」가 구성되어 있다.

또, 도 7에 나타내는 실시 형태에서는, 창부재(32c)에 십자 마크(도시 생략)가 본 발명의 「제2 기준 마크」로서 설치되어 있으며, CCD 카메라(91)로 촬상된 화상 Ia에는 십자 마크의 이미지 Imk2가 포함된다. 따라서, 광 빔 LB의 이미지 Ilb, 관통 구멍 Sa의 이미지 Isa 및 십자 마크의 이미지 Imk2에 기초하여 광 빔 LB, 기판 S 및 지지 스테이지(31)의 위치 관계도 도출 가능하게 되어 있다. 물론, (-Y)측의 관통 구멍(32b)에도 십자 마크가 부여된 창부재를 설치하여, 광 빔 LB, 기판 S 및 지지 스테이지(31)의 위치 관계를 도출 가능하게 구성해도 된다. 그리고, 이러한 위치 관계를 나타내는 정보에 기초하여 패턴 묘화의 정밀도를 더 높일 수 있다.

또, 도 7에 나타내는 실시 형태에서는, 창부재(32c)는 투과용 관통 구멍(32a)의 최상부에 배치되어 있으며, 창부재(32c)의 상면에서 기판 S를 지지하고 있다. 이 때문에, 다음과 같은 작용 효과도 얻을 수 있다. 투과용 관통 구멍(32a)의 내경은 관통 구멍 Sa의 내경보다 크기 때문에, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이 관통 구멍 Sa의 주위 부분에 대해서는 지지 스테이지(31)에 의한 지지를 받지 않아, 당해 주위 부분에 대해 하향의 응력이 발생하여 변형될 가능성이 있다. 이에 반해, 도 7에 나타내는 실시 형태에서는, 당해 주위 부분은 창부재(32c)에 의해 지지되기 때문에, 상기 변형을 발생시키지 않고, 기판 S에 패턴을 묘화할 수 있다.

여기서, 창부재를 설치하지 않고 당해 주위 부분의 지지 범위를 넓히기 위해, 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이, 투과용 관통 구멍(32a)의 최상부에 있어서의 내경을 관통 구멍 Sa의 내경보다 약간 넓은 정도로까지 극소화해도 된다. 물론, 투과용 관통 구멍(32b)에 대해서도 동일하게 구성해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 투과용 관통 구멍(32a, 32b)의 내부는 공기층이지만, 당해 내부에 투명 부재를 충전해도 된다. 또, 지지 스테이지(31) 전체를 투명 부재로 구성해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 기판 S에 얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb을 설치하고, 이들을 본 발명의 「제1 투과부」로서 기능시키고 있지만, 기판 S가 광 빔 LB에 대해 투과성을 가지는 시트 부재로 구성되어 있는 경우에는, 관통 구멍 대신에 「제1 투과부」를 설치해도 된다. 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, 기판 S(시트 부재)의 표면 중 패턴 형성을 행하는 패턴 묘화 영역 이외의 표면 영역에 예를 들면 십자 마크 MK1을 본 발명의 「제1 기준 마크」로서 설치하고, 이 마크 부여부 Sc를 본 발명의 「제1 투과부」로서 기능시켜도 된다. 이 경우, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, CCD 카메라(91)로 촬상된 화상 Ic에는 십자 마크 MK1의 이미지 Imk1이 포함된다. 따라서, 광 빔 LB의 이미지 Ilb 및 마크 부여부 Sc의 이미지 Imk1에 기초하여 광 빔 LB에 대한 기판 S의 위치를 도출할 수 있다.

또, 제1 투과부 및 제2 투과부에 대해서 다양한 양태를 설명했지만, 이러한 양태를 적당히 조합해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면 도 9에 나타내는 마크 부여부 Sc를 제1 투과부로서, 도 7에 나타내는 투과용 관통 구멍(32a)과 창부재(32c)를 조합한 것을 제2 투과부로서 이용해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 기판 S의 2개의 제1 투과부(얼라인먼트용 관통 구멍 Sa, Sb나 마크 부여부 Sc)의 각각에 대해서 기판 위치 정보를 도출하고, 이들에 기초하여 광학 헤드(6)에 대한 기판 S의 위치 맞춤, 즉 얼라인먼트 처리를 행하고 있지만, 3 이상의 제1 투과부에 대해서 기판 위치 정보를 도출하여 얼라인먼트 처리를 행해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 지지 스테이지(31)가 기판 S의 이면을 흡착하면서 유지하고 있지만, 기판 S의 유지 양태는 이것에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 기판 S의 주연부 만을 지지하여 유지하는, 이른바 메카니컬 척 방식을 채용해도 된다.

또한, 본 발명에 관련된 위치 계측 장치의 적용 대상은 패턴 묘화 장치에 한정되는 것이 아니며, 광 빔을 기판에 조사하는 장치, 예를 들면 레이저 가공기나 레이저 트리밍 장치 등에도 적용 가능하다.

본 발명은, 광학 헤드로부터 사출되는 광 빔에 대한 기판의 위치를 계측하는 위치 계측 기술, 및 당해 위치 계측 기술을 이용하여 광 빔에 대한 기판의 위치를 조정하는 기술 및 패턴 묘화 기술에 이용하는 것이 가능하다.

1: 패턴 묘화 장치 6, 6a: 광학 헤드
9: 촬상부 31: 지지 스테이지
32: (제2) 투과부
32a, 32b: 투과용 관통 구멍(제2 관통 구멍, 제2 투과부)
32c: 창부재 91: CCD 카메라(촬상부)
111: 위치 도출부 Ia, Ib, Ic: 화상
LB: 광 빔 MK1: 십자 마크(제1 기준 마크)
S: 기판
Sa, Sb: 얼라인먼트용 관통 구멍(제1 관통 구멍, 제1 투과부)
Sc: 마크 부여부(제1 투과부) Z: (광 빔의 진행) 방향

Claims

광학 헤드로부터 사출되는 광 빔에 대한 기판의 위치를 계측하는 위치 계측 장치로서,
상기 기판 중 상기 광 빔에 대해 투과성을 가지는 제1 투과부를 통과하는 상기 광 빔 및 상기 제1 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는 촬상부와,
상기 촬상부에서 촬상된 화상에 기초하여 상기 기판의 위치를 구하는 위치 도출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 투과부는, 상기 광 빔의 진행 방향으로 상기 기판을 관통해서 설치된 제1 관통 구멍을 가지는, 위치 계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 상기 광 빔에 대해 투과성을 가지는 시트 부재로 구성되며,
상기 제1 투과부는, 상기 시트 부재에 대해 제1 기준 마크가 부여된 마크 부여부인, 위치 계측 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 빔이 입사하는 상기 기판의 주면의 반대측으로부터 상기 기판을 지지하는 지지 스테이지를 구비하고,
상기 지지 스테이지는, 상기 제1 투과부를 통과해 온 상기 광 빔을 통과시켜 상기 촬상부에 안내하는 제2 투과부를 가지며,
상기 촬상부는, 상기 제2 투과부를 통하여 상기 광 빔 및 상기 제1 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는, 위치 계측 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 투과부는, 상기 광 빔의 진행 방향으로 상기 지지 스테이지를 관통해서 설치된 제2 관통 구멍을 가지는, 위치 계측 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 투과부는, 상기 광 빔에 대해 투과성을 가지는 투과성 재료로 구성되고 상기 제2 관통 구멍을 막도록 상기 지지 스테이지에 설치된 창부재를 가지며,
상기 촬상부는, 상기 창부재를 통하여 상기 광 빔 및 상기 제1 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는, 위치 계측 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 투과부에서는, 상기 창부재에 대해 제2 기준 마크가 부여되는, 위치 계측 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 관통 구멍의 내경보다 큰 내경으로 상기 광 빔의 진행 방향으로 관통해서 설치된 제2 관통 구멍으로 구성되는 제2 투과부를 가지는 지지 스테이지를 구비하고,
상기 지지 스테이지는, 상기 광 빔의 상기 진행 방향과 반대의 방향으로부터 평면에서 보았을 때에 상기 제1 관통 구멍이 상기 제2 관통 구멍에 내포되도록, 상기 광 빔이 입사하는 상기 기판의 주면의 반대측으로부터 상기 기판을 지지하고,
상기 촬상부는, 상기 제2 투과부를 통하여 상기 광 빔 및 상기 제1 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는, 위치 계측 장치.
청구항 1에 기재된 위치 계측 장치와 동일 구성을 가지는 위치 계측부와,
상기 위치 계측부의 위치 도출부에 의해 구해진 상기 광 빔에 대한 상기 기판의 위치에 기초하여 상기 기판 및 상기 광학 헤드 중 적어도 한쪽을 상기 광 빔의 진행 방향과 직교하는 면내에서 이동시켜 상기 광 빔에 대한 상기 기판의 위치를 조정하는 위치 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
광 빔을 기판에 조사하는 광학 헤드와,
청구항 1에 기재된 위치 계측 장치와 동일 구성을 가지는 위치 계측부와,
상기 위치 도출부에 의해 구해진 상기 광 빔에 대한 상기 기판의 위치에 기초하여 상기 기판 및 상기 광학 헤드 중 적어도 한쪽을 상기 광 빔의 진행 방향과 직교하는 면내에서 이동시켜 상기 광 빔에 대한 상기 기판의 위치를 조정하는 위치 조정부를 구비하고,
상기 위치 조정부에 의한 조정을 행한 다음, 상기 제1 투과부 이외의 상기 기판의 표면에 상기 광 빔을 조사하여 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 패턴 묘화 장치.
광학 헤드로부터 사출된 광 빔에 대한 기판의 위치를 계측하는 위치 계측 방법으로서,
상기 기판 중 상기 광 빔에 대해 투과성을 가지는 투과부에 상기 광 빔을 조사하는 공정과,
상기 투과부를 통과하는 상기 광 빔 및 상기 투과부를 동일 시야 내에서 촬상하는 공정과,
촬상된 화상에 기초하여 상기 기판의 위치를 구하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 방법.