KR20220073733A

KR20220073733A - 기판의 위치 맞춤 방법

Info

Publication number: KR20220073733A
Application number: KR1020227007495A
Authority: KR
Inventors: 즈요시 고바야시; 도루 유키; 기사토 히라타
Original assignee: 가부시키가이샤 제이이엘
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2022-06-03
Also published as: WO2021033377A1; JP2021032662A; US20220299317A1; TWI758737B; JP7344047B2; TW202109724A; CN114258474A

Abstract

광학 수단을 이용하여, 스테이지 상에 배치된 기판의 전체 둘레에 걸쳐 기판의 엣지 각 부분의 위치를 측정하는 것에 의해, 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 1차 위치 데이터를 취득하는 단계(S31)와, 스테이지를 미리 정해진 방향으로 미리 정해진 양만큼 이동시키고, 광학 수단을 이용하여, 스테이지가 이동한 후의 기판의 전체 둘레에 걸쳐 기판의 엣지 각 부분의 위치를 측정하는 것에 의해, 이동후의 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 2차 위치 데이터를 취득하는 단계(S33)와, 1차 위치 데이터와 2차 위치 데이터를 이용하여, 스테이지가 이동하기 전과 이동한 후의 엣지 각 부분의 위치의 차분량을 산출하는 단계, 그리고 차분량 각각과 스테이지의 이동량으로부터 엣지 각 부분의 광학 배율의 비율을 산출하고, 산출된 엣지 각 부분의 광학 배율의 비율을 기초로 1차 위치 데이터의 엣지 각 부분의 위치를 보정하여 보정 위치 데이터를 취득하는 단계(S34)를 포함한다.

Description

기판의 위치 맞춤 방법

본 발명은 기판의 위치 맞춤 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 둘레 가장자리가 휘어진 기판에 대해서도, 정확한 중심 위치 맞춤을 할 수 있거나, 혹은, 정확한 각도 맞춤을 할 수 있는 기판의 위치 맞춤 방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 웨이퍼(이하, 기판으로 기재함)의 얼라인먼트 공정에서 이용되는 얼라이너 장치에서는, 기판의 정확한 위치와 방향을 설정하기 위해, 스테이지 상에 배치된 기판의 정확한 중심 위치 맞춤이 행해진다. 또한, 오리엔테이션 플랫, 노치 등의 기준 마크나 기판 표면에 부여된 각종 마크 등을 이용한 각도 맞춤이 행해진다.

이러한 얼라이너 장치에서는, 경면형, 투명, 반투명 등이거나, 레이저 마크가 표면에 부여되거나 하는 기판에 대응하기 위해, 기판의 둘레 가장자리의 일부를 촬상하는 카메라를 갖춘 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1).

특허문헌 1에 개시된 얼라이너 장치에는, 기판의 둘레 가장자리를 촬상하기 위해, 매우 좁은 범위에 포커싱하는 고정 초점 카메라와 하프 미러가 탑재되어 있다. 이 얼라이너 장치는, 조명으로 비춘 기판의 엣지와 기판 밖을 촬상하고, 촬상된 화상 내의 휘도분이 현저한 변화율을 나타내는 위치를 기판의 엣지의 위치로서 검출한다.

특허문헌 1 : 일본특허공개 제2016-63028호 공보

얼라이너 장치는, 얼라인먼트 공정에서, 기판을 회전시켜 미리 정해진 각도에 있는 기판의 엣지의 위치를 측정하고, 그 측정 결과를 이용하여 기판의 중심 위치 맞춤, 기준 마크의 각도 맞춤을 행하고 있다. 예를 들면, 측정하여 얻어진 각도 θ와 기판 회전 중심으로부터의 거리 r를 이용하여, 기판의 중심 위치 맞춤, 기준 마크의 각도 맞춤을 행하고 있다.

그런데, 휘어짐이 있는 기판을 취급한 경우, 휘어짐의 상태에 따라서 카메라의 렌즈와 기판 사이의 거리가, 휘어짐이 없는 평평한 기판의 경우의 렌즈와 기판의 거리와 달라져 버린다. 그 결과, 휘어짐의 상태에 따라서 촬상시의 광학 배율이 변화하여 버린다. 이것에 의해, 엣지 위치의 측정치에 차가 생겨 버려, 기판 중심 위치, 기판 엣지의 각도의 산출 정밀도가 저하되어 버린다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 얼라이너 장치는, 엣지 주변에 휘어짐이 있는 기판을 취급한 경우에, 촬상된 화상에서 휘도 분포의 변화율이 명확하게 나타날 정도까지, 기판이 배치된 스테이지를 승강하여 기판의 높이를 보정한다.

그러나, 이 얼라이너 장치는, 기판의 높이를 보정하여 카메라 초점을 기판 엣지에 포커싱시키는 경우에도, 기판을 90°씩 회전시켰을 때의 4점에 관해 기판의 높이의 보정량을 구할 뿐이다. 또한, 이 얼라이너 장치는, 미리 정해진 알고리즘에 의한 스플라인 곡선으로 커브 피팅시키는 것에 의해, 기판의 전체 둘레에 걸친 휘어짐을 추정할 뿐이다.

이와 같이, 특허문헌 1에 기재된 얼라이너 장치에서는, 기판의 중심 위치 맞춤의 정밀도가 저하되고, 또한, 엣지에 마련된 기준 마크의 각도 위치 맞춤의 정밀도가 저하된다. 또한, 기판의 전체 둘레에 걸친 휘어짐의 상태를 정확하게 파악할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래의 기술이 갖는 문제점을 해소하여, 둘레 가장자리에 휘어짐이 생긴 기판에 대하여 정확한 중심 위치 맞춤을 할 수 있는 기판의 위치 맞춤 방법을 제공하는 것에 있다. 또는, 정확한 각도 맞춤을 할 수 있는 기판의 위치 맞춤 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기판의 위치 맞춤 방법은, 광학 수단을 이용하여, 스테이지 상에 배치된 기판의 전체 둘레에 걸쳐 상기 기판의 엣지 각 부분의 위치를 측정하는 것에 의해, 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 1차 위치 데이터를 취득하는 단계와,

상기 스테이지를 미리 정해진 방향으로 미리 정해진 양만큼 이동시키고, 상기 광학 수단을 이용하여, 상기 스테이지가 이동한 후의 상기 기판의 전체 둘레에 걸쳐 상기 기판의 엣지 각 부분의 위치를 측정하는 것에 의해, 이동후의 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 2차 위치 데이터를 취득하는 단계와,

상기 1차 위치 데이터와 상기 2차 위치 데이터를 이용하여, 상기 스테이지가 이동하기 전과 이동한 후의 상기 엣지 각 부분의 위치의 차분량을 산출하는 단계, 그리고

상기 차분량 각각과 상기 스테이지의 이동량으로부터 상기 엣지 각 부분의 광학 배율의 비율을 산출하고, 산출된 상기 엣지 각 부분의 광학 배율의 비율을 기초로 상기 1차 위치 데이터의 상기 엣지 각 부분의 위치를 보정하여 보정 위치 데이터를 취득하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보정 위치 데이터를 기초로, 상기 기판의 중심 위치 또는, 상기 기판에 마련된 기준 마크의 위치를 맞추는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 엣지 각 부분의 위치는, 화상 센서를 구비하는 촬상 수단이 상기 스테이지 상에 배치된 상기 기판을 촬상했을 때의, 상기 화상 센서 상의 위치로 나타나는 것이 바람직하다.

상기 광학 배율의 비율은, 휘어짐이 없는 평판형의 기판을 상기 광학 수단으로 결상시켰을 때의 광학 배율에 대한, 휘어짐이 있는 기판을 상기 광학 수단으로 결상시켰을 때의 광학 배율의 비인 것이 바람직하다.

상기 광학 배율의 비율은, 기판에 생긴 휘어짐의 상태에 따라서 변화하고, 그 광학 배율의 비율의 역수를 상기 1차 위치 데이터의 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 좌표에 곱하는 것에 의해, 상기 보정 위치 데이터의 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 좌표를 구하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성에 의하면, 둘레 가장자리에 휘어짐이 생긴 기판에 대하여 정확한 중심 위치 맞춤을 할 수 있다. 또는, 정확한 각도 맞춤을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 기판의 위치 맞춤 방법을 이용하는 얼라이너 장치를 모식적으로 나타낸 정면도.
도 2는 도 1에 나타낸 얼라이너 장치를 모식적으로 나타낸 평면도.
도 3은 실시형태에 관한 기판의 위치 맞춤 방법으로 위치 맞춤이 이루어지는 편심된 기판의 평면도.
도 4는 기판 중심 위치를 산출하는 처리의 플로우차트.
도 5는 기준 마크의 각도를 산출하는 처리의 플로우차트.
도 6a는 기판을 θ축 둘레에 1바퀴 회전시켰을 때의, 각 회전 각도에서의 기판을 모식적으로 나타냄과 더불어, 그 기판을 화상 센서로 촬상했을 때의 화상 센서 상의 엣지 위치를 연속하여 모식적으로 나타낸 전개도.
도 6b는 도 6a에 나타내는 엣지 위치의 확대 전개도.
도 6c는 도 6a에 나타내는 기판의 엣지의 미리 정해진 개소에 생긴 휘어짐의 상태를 나타내기 위해 휘어짐량을 둘레 방향으로 전개한 전개도.
도 6d는 휘어진 엣지 부분이 있는 기판을 화상 센서로 촬상했을 때의, 화상 센서 상의 엣지 위치를 둘레 방향으로 전개한 전개도.
도 7a는 휘어짐이 생겨 곡면형으로 되어 있는 기판의 평면도.
도 7b는 도 7a에 나타내는 기판의 엣지 위치를 둘레 방향으로 전개한 전개도.
도 8은 휘어진 기판의 엣지 위치를 촬상하는 얼라이너 장치의 광학계의 개념도.
도 9는 기판에 생긴 휘어짐에 의한 광학 배율의 변화를 나타낸 개념도.
도 10a는 엣지가 상측으로 휘어진 결과, 기판측 거리가 D_U인 기판을 Y 방향으로 미리 정해진 양만큼 이동시킨 경우의, 얼라이너 장치가 구비하는 광학계의 개념도.
도 10b는 엣지가 하측으로 휘어진 결과, 기판측 거리가 D_L인 기판을 Y 방향으로 미리 정해진 양만큼 이동시킨 경우의, 얼라이너 장치가 구비하는 광학계의 개념도.
도 11은 본 발명의 실시형태에 관한 얼라인먼트 처리의 플로우차트.
도 12는 본 발명의 실시형태에 관한 위치 데이터의 보정 처리의 플로우차트.
도 13은 기판에 생긴 휘어짐의 상태를 3D로 시각적으로 나타낸 CG 모델도.

이하, 본 발명의 기판의 위치 맞춤 방법의 일실시형태에 관해 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 기판(W)의 위치 맞춤 방법에 의해 기판(W)의 얼라인먼트를 행하는 얼라이너 장치(10)의 정면도이다. 도 2는 그 평면도이다. 또, 도 1에서는, 이해를 쉽게 하기 위해, 얼라이너 장치(10)의 외관 외에, 내부 구성의 일부를 나타내고 있다.

얼라이너 장치(10)에서는, 장치 본체(13)(이하, 단순히 본체(13)라고 기재함)에 내장된 구동 장치(도시하지 않음)가 본체(13) 상면으로부터 돌출된 스테이지(11) 상면에 기판(W)을 배치하고, 스테이지(11)가 그 기판(W)을 흡착하는 것에 의해 기판(W)을 유지한다. 그리고, 얼라이너 장치(10)는, 유지된 기판(W)의 엣지 위치 정보를 취득하고, 기판(W)의 중심 위치와, 기판(W)의 엣지에 형성된 노치 등의 기준 마크의 위치를 측정하여, 각도 맞춤을 행한다.

상세하게는, 도시하지 않은 기판 반송 로보트의 아암이 얼라이너 장치(10)까지 기판(W)을 반송하고, 그 기판(W)을 평면시 원형인 스테이지(11)의 위에 배치한다. 이 때 기판(W)은, 도 1, 도 2에 가상선으로 나타내는 바와 같이, 스테이지(11)의 회전축(즉 θ축(12))에 그 중심이 대략 일치하도록 배치된다. 그리고, 기판(W)은, 스테이지(11)에 설치된 공지의 진공 척 등(도시하지 않음)에 의해 흡착되어 스테이지(11)에 유지된다.

스테이지(11)는, 본체(13) 내에 설치된, 상기와는 별도의 도시하지 않은 구동 장치에 의해 도 2에 나타내는 X, Y 방향으로 수평 슬라이드하고, 또한, 회전축(θ축(12))에 의해 정역방향으로 회전한다. 스테이지(11)는, 도시하지 않은 제어부로부터의 지령에 의해 구동 장치가 동작함으로써, 스테이지(11) 상면에 흡착 유지된 기판(W)에 미리 정해진 병행 이동, 회전을 부여한다.

[얼라이너 장치의 구성]

도 1에 나타내는 바와 같이, 얼라이너 장치(10)는, 스테이지(11) 상의 기판(W)의 엣지 위치 정보를 취득하기 위해, 기판(W)의 엣지를 촬상하는 카메라(20)와, 촬상시의 광량을 확보하기 위한 조명(30)을 구비하고 있다.

카메라(20)는, 스테이지(11) 상에 유지된 기판(W)의 엣지를 촬상하기 위해, 미리 정해진 거리를 확보하도록 본체(13)로부터 기립하여 설치된 박스(21) 내에 수용되어 있다. 카메라(20)에는, 렌즈(23)의 초점이 고정된 고정 초점 카메라가 이용되고 있다. 그 렌즈(23)는, 개방된 박스(21)의 하면에 위치한다. 또한, 렌즈(23)는, 기판 상면이 피사계 심도 내의 거의 중앙에 위치하는 정도의 초점 거리를 갖는다. 또한, 렌즈(23)를 수용하는 경통의 결상면 위치에는 화상 센서(24)가 배치되고, 그 화상 센서(24)에는, 기판측에 미리 정해진 워크 디스턴스(WD)가 설정되어 있다. 본 실시형태에서는, 화상 센서(24)로서 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 리니어 이미지 센서(이하, CMOS 리니어 이미지 센서를 단순히 이미지 센서라고 기재함)가 이용되고 있다.

또, 카메라(20)와 전술한 구동 장치는, 박스(21) 내의 제어부(25)로부터의 지령에 의해, 기판(W)의 촬상 타이밍, 촬상 타이밍의 간격과, 촬상시의 기판(W)의 회전량을 동기시킬 수 있다. 또한, 기판(W)의 촬상 타이밍을, 기판(W)이 스테이지(11)에 의해 미리 정해진 회전량만큼 회전했을 때에 동기시킬 수 있다. 또한, 촬상의 시간적 간격을 기판(W)의 회전량에 따른 간격으로 할 수 있다.

또한, 카메라(20)는, 본 명세서, 청구범위에서 말하는 촬상 수단의 일례이다. 렌즈(23)는 광학 수단의 일례이다.

한편, 조명(30)은, 렌즈(23)와 본체(13) 상면의 사이이자 스테이지(11)에 유지된 기판(W)의 엣지의 하측에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 조명(30)으로, 면광원으로서 기능하는 LED 조명이 이용되고 있다. 이것에 의해, 카메라(20)는, 도 2의 확대도 부분에 나타내는 바와 같이, 하측에 있는 조명(30)에 의해 조사된 기판(W)의 이면(기판 상면)측을 촬상하게 된다. 그리고, 이미지 센서는 막대형을 이루는 수광면을 구비하고, 그 수광면에는 기판(W)이 차광한 암부와 조명(30)으로부터의 입사광으로 비춰진 명부로 구획된 상(像)이 결상한다.

[엣지 위치 정보의 취득 방법]

여기서, 기판(W)의 중심 위치 맞춤과 기준 마크의 각도 맞춤을 행하기 위한 기본 정보가 되는 기판(W)의 엣지 위치 정보를 취득하는 취득 방법과, 기판(W)의 중심 위치의 산출 및 기준 마크의 각도 산출의 순서에 관해, 도 3∼도 5를 참조하여 설명한다.

기판(W)의 엣지 위치 정보를 이용한 중심 위치의 산출 순서에 관해, 도 3, 도 4를 참조하여 설명한다. 기판(W)은 통상, 기판 반송 로보트의 아암을 이용하여 얼라이너 장치(10)의 스테이지(11) 상에 임시로 배치되지만, 이 때 스테이지(11)의 회전축(θ축(12))과 기판(W)의 중심 위치가 미세하게 편심되어 있는 경우가 있다.

도 3은 실시형태에 관한 기판(W)의 위치 맞춤 방법으로 위치 맞춤이 이루어지는 편심된 기판(W)의 평면도이다. 또, 도 3에서는, 기판(W)의 엣지 위치 정보의 취득을 위한 위치 정보를 기판(W) 상에 모식적으로 나타내고 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 중심 위치(X_W, Y_W)는, 기판(W)의 회전 중심(X_R, Y_R), 즉 스테이지(11)의 회전축(θ축(12))에 대하여 틀어져 있다. 그 결과, 기판(W)은 회전축(θ축(12))으로부터 편심량(a, b)만큼 편심된 상태이다.

이 상태로, 도 4의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 기판(W)을 θ축(12) 둘레에 360° 회전시키고, 그 기판(W)이 회전하고 있을 때에, 카메라(20)로 기판(W)을 촬상한다. 그리고, 촬상된 화상을 이용하여 엣지의 위치를 측정한다. 상세하게는, 미리 정해진 샘플링수 s(예를 들면 s=20,000)로 기판(W)을 촬상한다. 그리고, 촬상된 화상을 이용하여, 극좌표 데이터로 나타내는 엣지 위치(r_i, θ_i)를 취득한다(단계 S11).

다음으로, 기판(W)이 원형인 것을 전제로 하여, 기준 마크 위치로서의 노치 n의 범위(예를 들면 r_n, θ_n의 전후)를 판별한다. 이것에 의해, 기준 마크 위치(r_n, θ_n)를 취득한다(단계 S12).

계속해서, 이들 기준 마크 위치를 제외한 엣지 위치(r_i, θ_i)로부터 기판 반경 R을 산출하고, 그 산출에서 이용한 엣지 위치(r_i, θ_i)와 산출된 기판 반경 R로부터 편심량(a, b)을 구한다. 그리고, 구한 편심량(a, b)으로부터 최종적으로 기판(W)의 중심 위치(X_W, Y_W)를 산출한다(단계 S13).

또, 대상체의 회전 중심으로부터 대상물의 중심 좌표를 구하는 공지의 방법은 다양하게 알려져 있기 때문에, 본 방법 이외의 산출 방법을 적절하게 채용할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 기준 마크의 각도 산출은, 도 3에 나타내는 기준 마크 위치(r_n, θ_n)와 기판 중심 위치(X_W, Y_W)가 이루는 각도 θ_nw를 산출하면 된다(도 5에 나타내는 단계 S21). 또, 기판 중심 위치, 기준 마크의 각도의 산출 과정에서, 각 좌표값은, 연산에 적합한 좌표계로 변환하여 취급하는 것이 바람직하다.

도 6a는, 기판(W)을 θ축(12) 둘레에 1바퀴 회전시켰을 때의, 각 회전 각도에서의 기판(W)을 모식적으로 나타냄과 더불어, 그 기판(W)을 화상 센서(24)로 촬상했을 때의 화상 센서(24) 상의 엣지 위치를 연속하여 모식적으로 나타낸 전개도이다. 도 6b는, 도 6a에 나타내는 엣지 위치의 확대 전개도이다.

도 6a에 나타내는 상태에서는, 기판(W)은, 중심 위치가 회전 중심으로부터 편심되어 스테이지(11) 상에 배치되어 있다. 이 때문에, 화상 센서(24) 상의 엣지 위치는, 기판(W)의 θ축(12) 둘레의 회전 각도에 대한 위치를 플롯하면, 도 6b에 나타내는 바와 같이 매끄러운 곡선을 그린다. 이 곡선은 기준 마크(노치) 위치에 있어서 불연속 상태가 되기 때문에, 엣지 위치 정보를 취득하는 경우에는, 전술한 바와 같이 이 기준 마크 위치를 판별하여 제외하는 것이 필요한다.

[기판의 휘어짐의 영향]

그런데, 얼라이너 장치(10)에서는, 사용에 지장이 없을 정도의 휘어짐이 있는 기판(W)의 얼라인먼트를 행하는 경우가 있다. 도 7a는, 휘어짐이 생겨 곡면형으로 되어 있는 기판(W)의 평면도이다. 도 7b는, 도 7a에 나타내는 기판(W)의 엣지 위치를 둘레 방향으로 전개한 전개도이다. 또, 도 7a에는, 이해를 쉽게 하기 위해, 평면시한 기판(W) 외에, 측면시한 기판(W)도 나타내고 있다.

도 7a에 나타내는 휘어짐이 있는 기판(W)의 엣지 위치는, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 휘어짐이 없는 위치를 기준 위치로 하면, 그 기준 위치로부터 상측 혹은 하측으로 원활하게 변화한다. 또, 도 7a 및 도 7b에서는, 기판(W)의 휘어짐은 각도 90°, 270°의 위치에서 상측으로 최대로 되어 있다. 또한, 도 7b와 마찬가지로, 도 6c는, 도 6a에 나타내는 기판(W)의 엣지의 미리 정해진 개소에 생긴 휘어짐의 상태를 나타내기 위해 휘어짐량을 둘레 방향으로 전개한 전개도이다.

도 8은, 휘어진 기판(W)의 엣지 위치를 촬상하는 얼라이너 장치(10)의 광학계의 개념도이다. 또, 도 8에서는, 휘어짐이 있는 기판(W) 외에, 설명을 위해 휘어짐이 없는 평판형의 기판(W)을 나타내고 있다. 또한, 휘어짐이 있는 기판(W)에 관해서도, 설명을 위해 위로 휘어진 기판(W)에 더하여, 아래로 휘어진 기판(W)도 나타내고 있다. 그 결과, 도 8에서는, 3가지 상태의 기판(W)이 중복되어 그려져 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 휘어짐이 있는 기판(W)에서는, 그 엣지로부터 렌즈(23)까지의 거리(이하, 기판측 거리라고 기재함) D_L 또는 D_U가, 휘어짐이 없는 평판형의 기판(W)의 기판측 거리 D₀와 상이하다. 얼라이너 장치(10)에는 고정 초점식의 광학계가 채용되었기 때문에, 기판측 거리 D_L, D_U가 기판측 거리 D₀와 상이하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 렌즈(23)의 중심으로부터 화상 센서(24)의 기판(W)의 엣지가 결상하는 위치까지의 거리(이하, 센서측 거리라고 기재함)도, 상기 휘어짐이 없는 평판형의 기판(W)의 센서측 거리와 달라져 버린다. 이것에 의해, 휘어짐의 유무와 휘어짐의 정도에 따라서, 화상 센서(24) 상에 결상하는 엣지 위치가 변화해 버린다. 그 결과, 광학 배율이 변동해 버린다. 또, 도 8에서는, 설명을 쉽게 하기 위해, 기판측 거리는 렌즈(23)의 두께 방향의 중심(즉 주점)이 아니라, 렌즈(23)의 기판측(물체측) 표면으로부터 기판(W)까지의 거리로 하고 있다.

이 광학 배율의 변동을 별도의 도면을 참조하여 설명한다. 도 6d는, 휘어진 부분이 있는 기판(W)(도 6a 및 도 6c 참조)을 화상 센서(24)로 촬상했을 때의, 화상 센서(24) 상의 엣지 위치를 둘레 방향으로 전개한 전개도이다. 또, 도 6d에서는, 휘어진 부분이 있는 기판(W)의 엣지 위치를 파선으로 나타내고 있다.

도 6d에 나타내는 바와 같이, 화상 센서(24) 상에서는, 휘어진 부분이 있는 기판(W)의 엣지의 위치는, 휘어짐이 없는 기판(W)의 엣지의 위치와 틀어져 있다. 그 결과, 휘어진 부분이 있는 기판(W)의 엣지는, 화상 센서(24) 상, 휘어짐이 없는 기판(W)의 엣지와 상이한 위치에 투영되게 된다.

도 9는, 기판(W)에 생긴 휘어짐에 의한 광학 배율의 변화를 나타낸 개념도이다. 또, 도 9에서는, 광학 배율의 변화를 나타내기 위해, 스케일을 표시하고 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 상측으로 휘어져 상측에 엣지가 있는 기판(W)의 경우, 광학 배율은 평판형의 기판(W)의 그것보다 커진다. 또한, 하측으로 휘어져 하측에 엣지가 있는 기판(W)의 경우, 광학 배율은 평판형의 기판(W)의 그것보다 작아진다. 이 때문에, 휘어짐이 있는 기판(W)의 엣지의 위치 정보를 취득할 때에, 광학계의 광학 배율이 일정하다고 하면, 취득한 위치 정보의 정밀도가 분명히 저하되어 버린다.

[휘어짐의 영향의 제거]

(분해능의 정의)

본 실시형태에서는, 도 9에 나타내는 기판측 거리의 변화에 의해 광학 배율이 변화하는 점에 주목한다. 그리고, 본 실시형태에서는, 기준이 되는 위치(높이)에서 기판(W)을, 예를 들면 수평 방향으로 이동시켰을 때의 기판(W)의 실제 이동량과, 그 때의 화상 센서(24) 상에 투영되는 센서 상의 이동량을 측정하고, 얻어진 실제 이동량에 대한 센서 상의 이동량의 대응 관계를 이용하여, 화상 센서(24) 상에 투영된 엣지의 위치 정보로부터 휘어짐이 있는 기판(W)의 기판측 거리를 추정한다(도 10a 및 도 10b 참조).

(기준 거리에서의 분해능)

기판(W)의 휘어짐의 영향을 제거하는 전제로서, 우선 분해능 Re를 정의한다. 즉, 렌즈(23)와 피사체 사이의 기준이 되는 거리(이하, 기준 거리라고 기재함)로부터의 피사체 단부의 이동량과, 화상 센서(24) 상의 촬상면(즉 전술한 수광면)에 투영되는 피사체 단부의 이동량의 비를 분해능 Re로서 정의한다.

보다 상세하게는, 피사체 단부의 이동량(스테이지의 이동량)을 A(단위는 mm), 화상 센서의 촬상면에 투영되는 피사체 단부의 이동량을 B(단위는 pixel)로 하는 경우에, 분해능 Re는,

Re=B/A(pixel/mm)···(식 1)

로 표시된다.

따라서, 피사체 단부를 Δ(mm) 이동(슬라이드)했을 때의 화상 센서(24) 상에서의 피사체 단부의 이동량 δ(pixel)은,

δ=Re×Δ(pixel)···(식 2)

이 된다.

(광학 배율 비율의 설정)

도 9에 나타내는 B 상태는, 렌즈(23)로부터 기준 거리에 있는 피사체 단부가 미리 정해진 양 Δ만큼 이동했을 때의 화상 센서(24) 상의 촬상면에 투영된 피사체 단부의 이동량 δ₀을 나타내고 있다. 그리고, 도 9에서는, 이 이동량 δ₀을 기준치로 하여, 이동량 δ₀을 스케일로 표시하고 있다. 이 때, 기준 거리에서의 광학 배율 R₀는 R₀=δ₀/Δ이다. 그리고, 렌즈(23)와 피사체 단부의 거리(피사체측 거리)가 미지이며, 피사체 단부가 Δ_i(mm)만큼 이동했을 때의, 화상 센서(24)의 촬상면에서의 피사체 단부의 이동량이 δ_i(pixel)일 때, 측정치 δ_i(pixel)와 기준치 δ₀(pixel)에는 다음 관계가 성립한다.

δ_i/δ₀> 1… 피사체는 기준 거리보다 가까이에 있다(도 9에 나타내는 A 상태)

δ_i/δ₀=1… 피사체는 기준 거리에 있다(도 9에 나타내는 B 상태)

δ_i/δ₀<1… 피사체는 기준 거리보다 멀리 있다(도 9에 나타내는 C 상태)

(위치 데이터의 보정)

도 10a는, 엣지가 상측으로 휘어진 결과, 기판측 거리가 D_U인 기판(W)을 Y 방향으로 미리 정해진 양 ΔY만큼 이동시킨 경우의, 얼라이너 장치(10)가 구비하는 광학계의 개념도이다. 도 10b는, 엣지가 하측으로 휘어진 결과, 기판측 거리가 D_L인 기판(W)을 Y 방향으로 미리 정해진 양 ΔY만큼 이동시킨 경우의 광학계의 개념도이다. 또, 도 10a 및 도 10b에서는, 이해를 쉽게 하기 위해, 평판형의 기판(W)을 Y 방향으로 미리 정해진 양 ΔY만큼 이동시킨 경우의 광학계도 함께 나타내고 있다.

도 10a에 나타내는 바와 같이, 엣지가 상측으로 휘어진 기판(W)의 경우, 화상 센서(24)의 촬상면에서의 이동량 δ_U는, 평판형의 기판(W)의 경우의 이동량 δ₀보다 크다. 또한, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 엣지가 하측으로 휘어진 기판(W)의 경우, 화상 센서(24)의 촬상면에서의 이동량 δ_L은, 평판형의 기판(W)의 경우의 이동량 δ₀보다 작다. 이 때, 기준 거리 D₀일 때의 광학 배율과, 기준 거리 D₀로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어진 거리 D_U(혹은 거리 D_L)일 때의 광학 배율로부터 구해지는 이들의 비율 R을 알면, 그 역수(1/R)를 이동전의 위치 데이터에 곱하는 것에 의해, 이동전의 위치 데이터를 보정하여, 휘어짐이 없는 상태에서의 위치 데이터로 변환할 수 있다.

[본 실시형태에 의한 얼라인먼트의 순서]

도 11은, 얼라인먼트 처리의 플로우차트이며, 도 12는, 위치 데이터의 보정 처리의 플로우차트이다. 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 얼라인먼트 처리에서는, 전술한 광학 배율의 비율 R의 관계를 이용하여 둘레 가장자리에 휘어짐이 있는 기판(W)의 전체 둘레에 걸쳐 위치 데이터를 보정한다. 또한 보정후의 위치 데이터를 이용하여 기판 중심 위치의 산출, 기준 마크의 각도 산출을 행한다. 이하, 도 11 및 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 도시하지 않지만, 휘어짐이 있는 기판(W)을 얼라이너 장치(10)의 스테이지(11) 상에 배치하고, 스테이지(11)에 유지시킨다. 계속해서, 스테이지(11)의 회전축(θ축(12))을 회전시키는 것에 의해, 기판(W)을 회전축(θ축(12))의 둘레에 회전시키고, 그 기판(W)의 회전중에 카메라(20)로 기판(W)의 엣지를 촬상한다. 그리고, 촬상한 화상 각각에서, 기판(W)의 엣지가 촬상되어 있는 엣지 화상 부분의 화상 내 좌표를 측정한다. 이것에 의해, 도 11에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 전체 둘레에 걸쳐 1차 엣지 위치(r_i, θ_i)를 취득한다(단계 S31). 그리고, 취득한 위치 데이터(1차 위치 데이터)를 기억부에 보존한다.

1차 엣지 위치를 취득한 후, 기판(W)을 유지한 스테이지(11)의 회전축(θ축(12))을 Y 방향으로 미리 정해진 양(ΔY)만큼 슬라이드시킨다(단계 S32, 도 2, 도 10a 및 도 10b 참조). 본 실시형태에서는 ΔY=2 mm로 한다.

계속해서, 단계 S31과 마찬가지로, 기판(W)을 이동후의 스테이지(11)의 회전축(θ축(12)) 둘레에 회전시키고, 그 회전하는 기판(W)의 엣지를 카메라(20)로 촬상한다. 그리고, 촬상한 화상 각각에서, 엣지 화상 부분의 화상 내 좌표를 측정한다. 이것에 의해, 기판(W)의 전체 둘레에 걸쳐 2차 엣지 위치(r_j, θ_j)를 취득한다(단계 S33). 그 위치 데이터(2차 위치 데이터)를 기억부에 보존한다.

다음으로, 1차 위치 데이터와 2차 위치 데이터에 기초하여 위치 데이터 보정을 행한다(단계 S34).

그 위치 데이터 보정의 처리에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 기억부로부터 1차 위치 데이터와 2차 위치 데이터를 판독하고, 판독된 1차 위치 데이터와 2차 위치 데이터의 각 엣지 위치(r_i, θ_i), (r_j, θ_j)의 차분량 δ_i=j를 전체 둘레에 걸쳐 산출한다(단계 S341).

이어서, 각 위치에서의 광학 배율의 비율을 산출한다(단계 S342). 여기서, 비율 R은 R_i=j=(δ_i=j/ΔY)이다.

계속해서, 산출한 이 비율 R를 이용하여, 1차 위치 데이터를 휘어짐이 없는 상태의 데이터로 보정한다(단계 S343). 상세하게는, 이하에 나타내는 식 3을 이용하여, 1차 위치 데이터의 각 1차 엣지 위치(r_i, θ_i)를 보정한다. 이것에 의해, 휘어짐이 없는 상태의 엣지 위치를 나타내는 보정 위치 데이터를 얻는다. 그 결과, 데이터를 갱신한다. 여기서, 식 3의 보정 엣지 위치란, 도 12에 기재된 보정 위치 데이터를 말한다. 1차 엣지 위치란, 도 12에 기재된 1차 위치 데이터를 말한다. 이상에 의해, 위치 데이터의 보정이 완료한다.

보정 엣지 위치=(1차 엣지 위치×1/R)···(식 3)

위치 데이터 보정이 완료하면, 도 11의 얼라인먼트 처리로 되돌아간다. 계속해서, 보정후의 위치 데이터를 이용하여 기판 중심 위치의 산출을 행한다(단계 S35). 이어서, 기준 마크의 각도를 산출한다(단계 S36). 그 후, 기판(W)을 회전시키고 슬라이드시키는 것에 의해, 기판(W)의 위치를 수정한다(단계 S37). 이상의 단계에 의해 얼라인먼트 처리가 종료한다. 이 얼라인먼트 처리에 의해, 휘어짐이 있는 기판(W)에 대하여, 휘어짐의 영향을 제거한 기판(W)의 중심 위치 맞춤과 기준 마크의 각도 맞춤을 고도로 정밀하게 행할 수 있다.

또한, 도 13에 나타내는 바와 같이, 퍼스널 컴퓨터를 이용한 CG(computer graphics) 모델로, 기판(W)의 엣지를 점군으로 나타내고, 휘어짐의 양을 3D 형식으로 묘화하는 것에 의해, 휘어짐의 방향(발생 개소), 휘어짐량을 시각적으로 용이하게 확인할 수 있다. 도 13에서는, 휘어짐이 없는 기판(W)의 엣지의 기준 높이를 표시한 점군 A와, 휘어짐이 있는 기판(W)의 엣지의 높이를 표시한 점군 B가 함께 묘화되어 있다. 예를 들면, 제품으로서의 기판(W)의 휘어짐량에 규정치가 설정되어 있는 경우의, 휘어짐량이 규정치를 만족시키는지 아닌지의 검사에서, 규정치를 넘은 범위의 점군의 묘화색을, 예를 들면 휘어짐량에 따라서 황색(허용 범위 내)→ 적색(허용 범위 이상)으로 구분하여 표시시킴으로써, 휘어짐의 상태에 대한 검사 결과를 시각적으로 용이하게 확인, 파악할 수 있다. 이것에 의해, 기판(W)의 품질 관리의 효율화, 고도의 정밀화를 도모할 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 실시형태에 관해 설명했지만 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 실시형태에서는 기판은 평면시 원형이지만, 본 발명에서는 기판의 평면시 형상은 임의이다. 예컨대, 평면시 직사각형과 같이, 평면시 원형 이외의 형상이어도 좋다. 또한, 전술한 실시형태에서는, 이미지 센서가 막대형을 이루는 수광면을 구비하지만, 이미지 센서의 수광면의 형상도 임의이다. 수광면은 직사각형이어도 좋다.

본 발명은, 본 발명의 광의의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 실시형태 및 변형이 가능한 것이다. 또한, 전술한 실시형태는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 범위는, 실시형태가 아니라 청구범위에 의해 제시된다. 그리고, 청구범위 내 및 그것과 동등한 발명의 의의의 범위 내에서 실시되는 여러가지 변형이 본 발명의 범위 내로 간주된다.

본 출원은, 2019년 8월 22일에 출원된 일본특허출원 제2019-152239호에 기초한다. 본 명세서 중에 일본특허출원 제2019-152239호의 명세서, 특허청구범위, 도면 전체를 참조로서 포함하는 것으로 한다.

10 : 얼라이너 장치
11 : 스테이지
12 : 회전축(θ축)
20 : 카메라
23 : 렌즈
24 : 화상 센서
30 : 조명
W : 기판

Claims

광학 수단을 이용하여, 스테이지 상에 배치된 기판의 전체 둘레에 걸쳐 상기 기판의 엣지 각 부분의 위치를 측정하는 것에 의해, 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 1차 위치 데이터를 취득하는 단계와,
상기 스테이지를 미리 정해진 방향으로 미리 정해진 양만큼 이동시키고, 상기 광학 수단을 이용하여, 상기 스테이지가 이동한 후의 상기 기판의 전체 둘레에 걸쳐 상기 기판의 엣지 각 부분의 위치를 측정하는 것에 의해, 이동후의 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 2차 위치 데이터를 취득하는 단계와,
상기 1차 위치 데이터와 상기 2차 위치 데이터를 이용하여, 상기 스테이지가 이동하기 전과 이동한 후의 상기 엣지 각 부분의 위치의 차분량을 산출하는 단계, 그리고
상기 차분량 각각과 상기 스테이지의 이동량으로부터 상기 엣지 각 부분의 광학 배율의 비율을 산출하고, 산출된 상기 엣지 각 부분의 광학 배율의 비율을 기초로 상기 1차 위치 데이터의 상기 엣지 각 부분의 위치를 보정하여 보정 위치 데이터를 취득하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 위치 맞춤 방법.
제1항에 있어서, 상기 보정 위치 데이터를 기초로, 상기 기판의 중심 위치 또는, 상기 기판에 마련된 기준 마크의 위치를 맞추는 단계를 더 포함하는 기판의 위치 맞춤 방법.
제1항에 있어서, 상기 엣지 각 부분의 위치는, 화상 센서를 구비하는 촬상 수단이 상기 스테이지 상에 배치된 상기 기판을 촬상했을 때의, 상기 화상 센서 상의 위치로 나타나는 것인 기판의 위치 맞춤 방법.
제1항에 있어서, 상기 광학 배율의 비율은, 휘어짐이 없는 평판형의 기판을 상기 광학 수단으로 결상시켰을 때의 광학 배율에 대한, 휘어짐이 있는 기판을 상기 광학 수단으로 결상시켰을 때의 광학 배율의 비인 것인 기판의 위치 맞춤 방법.
제1항에 있어서, 상기 광학 배율의 비율은, 기판에 생긴 휘어짐의 상태에 따라서 변화하고, 그 광학 배율의 비율의 역수를 상기 1차 위치 데이터의 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 좌표에 곱하는 것에 의해, 상기 보정 위치 데이터의 상기 엣지 각 부분의 위치를 나타내는 좌표를 구하는 것인 기판의 위치 맞춤 방법.