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CN107436537A - 图案描画装置及图案描画方法 - Google Patents

图案描画装置及图案描画方法 Download PDF

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CN107436537A CN201610640932.1A CN201610640932A CN107436537A CN 107436537 A CN107436537 A CN 107436537A CN 201610640932 A CN201610640932 A CN 201610640932A CN 107436537 A CN107436537 A CN 107436537A
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Abstract

本发明提供图案描画装置及图案描画方法。图案描画装置包括：第一摄像部，读取对准标记，并读取位置偏差检测用的第一图案的图像；第二摄像部，读取所述第一图案的图像，并读取边进行工作台与光学头间的相对移动、边通过来自所述光学头的照射光描画出的位置偏差检测用的第二图案的图像；以及位置偏差检测部，基于所述第一摄像部的读取图像求出该第一摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第一坐标差，并基于所述第二摄像部的读取图像求出所述第一图案的中心与所述第二图案的特定位置之间的第二坐标差。

Description

图案描画装置及图案描画方法
技术领域
本发明涉及从光学头照射激光至放置于工件台上的作为工件的基板上的感光材料来描画布线图案等的图案描画装置及图案描画方法。
背景技术
在这种图案描画装置中，通常，考虑到构成元素间的位置关系在实际的描画阶段与设计值并不相同而事先检测其位置偏差，以校正描画位置。
例如，在专利文献1中公开有一种下述的图案描画装置，其通过分别检测用于读取形成于基板上的、作为位置调整用的基准的对准标记(以下称为AM)的AM用摄像机与位置偏差检测用的校正图案间的位置偏差、以及光学头的脉冲光与校正图案间的位置偏差，从而来检测AM用摄像机与光学头间相对于设计值的位置偏差。
位置偏差检测动作优选在接近于实际描画动作的状态下进行，如果不那样的话，甚至连该检测时期的差异都会产生位置偏差。具体而言，工件台相对于光学头的相对移动动作与激光照射系统中的照射时机的时间性偏差表现为位置偏差。在要求更高精度的图案描画的情况下，该位置偏差将变得不可忽视，而在专利文献1的位置偏差检测方式中，对于这样的问题完全未作考虑。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-65034号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
因此，本发明的目的在于，在以形成于工件上的作为描画位置的基准的对准标记的读取位置为基准来控制放置所述工件的工作台与光学头间的相对移动量的图案描画方式中，使之能够高精度地检测相对于设计值的位置偏差。
用于解决技术问题的方案
在本申请公开的发明中，代表性的图案描画装置具有光学头，并以形成于工件上的作为描画位置的基准的对准标记的读取位置为基准控制放置所述工件的工作台与所述光学头间的相对移动量，使得通过所述光学头将图案描画于所述工件上，其特征在于，包括：第一摄像部，读取所述对准标记，并读取位置偏差检测用的第一图案的图像；第二摄像部，读取所述第一图案的图像，并读取边进行所述工作台与所述光学头间的相对移动、边通过来自所述光学头的照射光描画出的位置偏差检测用的第二图案的图像；以及位置偏差检测部，基于所述第一摄像部的读取图像求出该第一摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第一坐标差，并基于所述第二摄像部的读取图像求出所述第一图案的中心与所述第二图案的特定位置之间的第二坐标差。
另外，在本申请公开的发明中，代表性的图案描画方法以形成于工件上的作为描画位置的基准的对准标记的读取位置为基准控制放置所述工件的工作台与光学头间的相对移动量，使得通过所述光学头而将图案描画于所述工件上，其特征在于，包括：第一工序，通过用读取所述对准标记的第一摄像部来读取位置偏差检测用的第一图案的图像，从而求出该第一摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第一坐标差；第二工序，边进行所述工作台与所述光学头间的相对移动，边通过来自所述光学头的照射光来描画位置偏差检测用的第二图案；以及第三工序，基于读取所述第一图案和所述第二图案的图像的第二摄像部的读取图像而求出所述第一图案的中心与所述第二图案的特定位置之间的第二坐标差。
发明效果
根据本发明，在以形成于工件上的作为描画位置的基准的对准标记的读取位置为基准来控制放置所述工件的工作台与光学头间的相对移动量的图案描画方式中，能够高精度地检测相对于设计值的位置偏差。
附图说明
图1是用于说明本发明中的位置偏差检测的图。
图2是本发明一实施例中的图案描画装置的简要俯视图。
图3是用于说明本发明一实施例中的光学头用摄像机台的上部结构的图。
图4为示出本发明一实施例中的校正图案的图。
图5是用于说明本发明一实施例中的图案描画装置的控制系统的框图。
图6是用于说明本发明一实施例中的AM用摄像机的读取图像的图。
图7是用于说明本发明一实施例中的光学头用摄像机的读取图像的图。
图8为示出本发明一实施例中的位置偏差检测用描画图案的图。
图9是用于说明本发明一实施例中的与图7不同的时间点上的光学头用摄像机的读取图像的图。
图10是用于说明本发明一实施例中的动作的流程图。
图11的(a)～(c)为示出本发明中的校正图案的其它例子的图。
图12为示出本发明中的位置偏差检测用描画图案的其它例子的图。
图13是用于说明在使用了图12所示的位置偏差检测用描画图案的情况下的相当于图9的光学头用摄像机的读取图像的图。
附图标记说明
1：基板 2：工件台 3：光学头用摄像机 4：光学部、5：光学头用摄像机台 8：光学头单元 9、12：AM 10：AM用摄像机 21：校正图案 22：校正图案形成板、23：透过部 24：遮光部31、32：位置偏差检测用描画图案、41：光学头用摄像机控制部 42：AM用摄像机控制部、43：工件台驱动控制部 44：光学头控制部 45：整体控制部、46：描画控制部 47：位置偏差检测部 51：校正图案 52：透过部、54：AM用摄像机的视野 55：AM用摄像机的视野的中心、56：校正图案的中心 62：光学头用摄像机的视野 63：光学头用摄像机的视野的中心 65、67：位置偏差检测用描画图案 66：位置偏差检测用描画图案的中心 69：位置偏差检测用描画图案的环的内侧部分的中心
具体实施方式
(实施例)
下面，使用图1～8来对本发明的实施方式进行说明。
图2是作为本发明一实施例的图案描画装置的简要俯视图。在图2中，1是作为要进行图案描画的工件的基板，其被放置于能在X方向和Y方向上移动的工件台2之上。在工件台2之上安装有光学头用摄像机台5，光学头用摄像机3和光学部4搭载在光学头用摄像机台5上，通过工件台2向X方向移动，能够通过コ字形的门7之下。
在门7的近前侧安装有包括多个光学头的光学头单元8，将激光照射至相对于光学头单元8相对移动的基板1而进行所期望的图案的描画。在该光学头单元8上，经由安装用部件11而安装有用于读取形成于基板1上的AM 9的同轴照明型的AM用摄像机10。
光学头单元8的各光学头使用的是可动微镜被配置成矩阵状的数字微镜器件(DMD)，根据来自控制单元的开、关(ON/OFF)信号而控制各可动微镜的倾斜度。这样的光学头例如在日本特开2009-80324号公报中已为人所知。
图3是用于说明光学头用摄像机台5的上部结构的图。在图3中，在搭载于光学头用摄像机台5上的光学部4的最上部配置形成有校正图案21的校正图案形成板22。校正图案形成板22是透光性的平板部件，如图4所示，校正图案21由在中央部保留有圆形的透过部23的四边形的遮光部24构成。在该校正图案21中，将透过部23的中心作为校正图案21的中心来对待。在校正图案形成板22之下配置：基座26，保持将通过了透过部23的光反射的反射镜25；以及筒状的垫片27，设置规定的间隔而使校正图案形成板22安装于基座26。光学头用摄像机3配置于接收来自反射镜25的光的位置。
需要注意的是，透过部23的大小相对于遮光部24而言是相对地小很多，但在图3和图4中，为了使其变得易于辨识而画得大。
图5是用于说明图案描画装置的控制系统的框图。在图5中，41是控制光学头用摄像机3的读取动作的光学头用摄像机控制部，42是控制AM用摄像机10的读取动作的AM用摄像机控制部，43是控制工件台2向X方向和Y方向移动的工件台驱动控制部，44是用于控制光学头单元8的各光学头的动作的光学头控制部，其产生控制位于光学头的DMD内的各可动微镜的倾斜度的开、关信号。45是控制装置整体的动作的整体控制部。
在整体控制部45上设有：描画控制部46，其控制为将要描画的图案的图像信息存储于存储单元，并控制工件台驱动控制部43和光学头控制部44，以将期望的图案描画于基板1上；以及位置偏差检测部47，其按照本发明检测位置偏差。
整体控制部45例如也可以通过程序控制的处理装置来实现，除设于整体控制部45的外侧的功能元素中的光学头用摄像机3及AM用摄像机10以外，部分或全部都可以在整体控制部45的内部被执行。
需要说明的是，在图5中，各构成元素和连接线主要示出了为说明本实施例而被认为必要的部分，并非示出了作为图案描画装置而必需的全部。
在该图案描画装置中，当实际将所期望的图案描画于基板1上时，在整体控制部45的控制之下如以下这样进行动作。
在图2中，使工件台2向X方向以及/或者Y方向移动来进行对位，以便形成于基板1上的AM 9可被AM用摄像机10读取。其后，以读取的AM 9的检测位置为基准，边根据包括位置信息的描画信息使工件台2向X方向以及/或者Y方向移动，边将来自光学头单元8的光学头的照射光照射至基板1，描画所期望的图案。
另外，在进行位置偏差检测动作的情况下，在整体控制部45的控制之下如以下这样进行动作。图10示出该位置偏差检测动作的流程图。
在图2及图3中，首先，根据后述的位置信息A使工件台2向X方向以及Y方向移动，从而进行对位，以便用AM用摄像机10可读取光学部4上的校正图案21(图10的流程图的步骤81，以下只表述为步骤编号······)，然后，用AM用摄像机10读取校正图案21(步骤82)。
图6是用于说明此时的AM用摄像机10的读取图像的图。在图6中，51是校正图案，52是校正图案51的透过部，54是AM用摄像机10的视野，55是视野54的中心，56是透过部52的中心。校正图案51只有透过部52发暗，其周边变亮。
图5中的位置偏差检测部47基于AM用摄像机10的读取图像，通过求出透过部52的例如面积中心的方法来求出其中心56，并求出与AM用摄像机10的视野54的中心55的坐标差((ΔX1、ΔY1)(ΔX1是X方向的坐标差，ΔY1是Y方向的坐标差，以下同样地表述)(步骤83)。需要注意的是，该情况下的中心55作为AM用摄像机10的视野的纵与横的像素数各自1/2的位置而预先求出。
此外，上述的位置信息A是指，根据设计值使AM用摄像机10的视野54的中心55与作为校正图案51的中心的透过部52的中心56彼此一致时的位置信息。
接着，保持根据上述的位置信息A进行了对位的状态，用光学头用摄像机3读取校正图案21(步骤84)。
图7是用于说明此时的光学头用摄像机3的读取图像的图。在图7中，51是校正图案，52是校正图案51的透过部，56是透过部52的中心，62是光学头用摄像机3的视野，63是视野62的中心。透过部52发亮，其周边变暗。
图5中的位置偏差检测部47基于光学头用摄像机3的读取图像，通过例如求出面积中心的方法而求出透过部52的中心56，并求出与光学头用摄像机3的视野62的中心63的坐标差(ΔX2、ΔY2)(步骤85)。需要注意的是，该情况下的视野62的中心63作为光学头用摄像机3的视野的纵与横的像素数各自1/2的位置而预先求出。
接着，边通过后述的方法使图8所示那样的圆形的图案(以下称为位置偏差检测用描画图案)31描画于光学头用摄像机3的视野之中，边用光学头用摄像机3读取该图像(步骤86)。需要注意的是，图8中标有网格的部分是描画区域。
图9是用于说明此时的光学头用摄像机3的读取图像的图。在图9中，65是所描画的位置偏差检测用描画图案，该位置偏差检测用描画图案65亮。另一方面，校正图案51虽然包括透过部52在内地进行了图示，但变暗，不能够识别。62是光学头用摄像机3的视野，63是视野62的中心。
图5中的位置偏差检测部47基于光学头用摄像机3的读取图像，通过例如求出面积中心的方法检测位置偏差检测用描画图案65的中心66，并求出与光学头用摄像机3的视野62的中心63的坐标差(ΔX3、ΔY3)(步骤87)。需要注意的是，该情况下的视野62的中心63作为光学头用摄像机3的视野的纵与横的像素数各自1/2的位置而预先求出。
此外，图8所示的位置偏差检测用描画图案31的描画如以下这样进行。
边根据设计值与通常的描画动作同样地使工件台2移动至光学头用摄像机3的视野之中，边使包含于光学头单元8的多个光学头中的视作描画位置的基准而设计的光学头、例如光学头单元8的在Y方向上看位于端侧的光学头(以下称为基准光学头)中的DMD内的所选择的可动微镜动作来进行描画。在这种情况下，以位置偏差检测用描画图案31的中心与光学头用摄像机3的视野的中心一致的方式进行描画。
这例如对于位置偏差检测用描画图案31的图像信息，首先将其中心作为特定位置预先确定之后将其写入位于描画控制部46内的存储单元。描画控制部46对于该存储单元内的图像信息，以其中心与光学头用摄像机3的视野62的中心一致的方式，与在通常的描画动作中进行同样地，从存储单元中的坐标系向工件台2中的坐标系展开。
需要注意的是，在这种情况下，需预先设定位置偏差检测用描画图案31、光学头用摄像机3的视野的大小，使得即使相对于设计值具有大的位置偏差，在图9中，位置偏差检测用描画图案65也不会偏离光学头用摄像机3的视野这样具有余地。
最后，图5中的位置偏差检测部47对所求出的各坐标差(ΔX1、ΔY1)、(ΔX2、ΔY2)及(ΔX3、ΔY3)求和，并将该合计的坐标差(ΔXA、ΔYA)作为校正值而预先存储(步骤88)。各坐标差(ΔX1、ΔY1)、(ΔX2、ΔY2)、(ΔX3、ΔY3)及(ΔXA、ΔYA)的相互关系如图1所示。
在给予包括位置信息的描画信息而将期望的图案实际描画于基板1上时，使AM用摄像机10中的AM检测位置成为基准，图1示出了在实际描画所期望的图案的情况下，根据设计值确定的位置与实际描画的位置产生了(ΔXA、ΔYA)的位置偏差。
将说明返回至在基板1上实际描画所期望的图案的情况，图5中的整体控制部45的描画控制部46以AM 9的检测位置为基准，根据包括位置信息的描画信息而控制工件台2向X方向和Y方向的移动。此时，用作为校正值而预先存储于位置偏差检测部47中的坐标差(ΔXA、ΔYA)来校正工件台2的移动的目标位置。由此，能够将期望的图案描画于原本的位置。
根据以上的实施例，在位置偏差检测动作时，使光学头以实际描画的形式描画位置偏差检测用描画图案，并用该位置偏差检测用描画图案的读取图像进行位置偏差检测，因而基于工件台2相对于光学头的相对移动动作与激光照射系统中的照射时机的时间性偏差的位置偏差也包括在内地能够检测，能够提高相对于设计值的位置偏差检测精度。
进而，由于能够根据需要调整图8所示的位置偏差检测用描画图案31的大小(直径)，因而易于从其读取图像中检测作为特定位置的中心，从这种角度来看，也能够提高位置偏差检测精度。
以上，虽然以一实施例为主体对本发明进行了说明，但实施例只是为了使本发明变得易于理解的例子，可通过对实施例中的构成元素等进行各种替换、或追加另外的构成元素来进行各种变形，本发明并不局限于实施例。
例如，在以上的实施例中，虽然先用AM用摄像机10读取校正图案21，接着用光学头用摄像机3读取校正图案21、位置偏差检测用描画图案，但也可以反之。
另外，在以上的实施例中，位置偏差检测部47求出作为三个坐标差的合计值的坐标差(ΔXA、ΔYA)，并将其作为校正值而预先存储，但也可以只在位置偏差检测部47中求出各坐标差(ΔX1、ΔY1)、(ΔX2、ΔY2)及(ΔX3、ΔY3)并将它们分别预先存储，而描画控制部46在校正时求出所述合计值。
另外，在以上的实施例中，形成于校正图案形成板22上的校正图案21由在中央部保留有圆形的透过部23的四边形的遮光部24构成，但如果通过处理光学头用摄像机3和AM用摄像机10的校正图案的读取图像而能得到其中心坐标的话，也可以为其它形状。例如，如图11的(a)、(b)、(c)所示，透过部23、遮光部24也可以为四边形、圆形。
另外，在以上的实施例中，在图9中，位置偏差检测用描画图案65以其中心66与光学头用摄像机3的视野62的中心一致的方式进行描画。
然而，也可以基于设计值，例如以位置偏差检测用描画图案65的中心66位于与光学头用摄像机3的视野的中心错开了(ΔXp、ΔYp)的位置上的方式进行描画。
在这种情况下，用上述方法检测出的坐标差(ΔXA、ΔYA)中也包括对应于上述偏离(ΔXp、ΔYp)的量，因而位置偏差检测部47也可以计算(ΔX1、ΔY1)+(ΔX2、ΔY2)+(ΔX3、ΔY3)－(ΔXp、ΔYp)，并将其结果的坐标差(ΔXB、ΔYB)作为校正值而预先存储、或者描画控制部46在校正时进行所述计算。
另外，在以上的实施例中，使基准光学头中的DMD内的所选择的可动微镜动作来描画位置偏差检测用描画图案。然而，由于基准光学头以外的光学头内的可动微镜的位置能够以基准光学头的位置为基准而识别，因而也可以通过基准光学头以外的光学头内的所选择的可动微镜来描画位置偏差检测用描画图案。
另外，在以上的实施例中，用基准光学头描画的位置偏差检测用描画图案设定为圆形。然而，不一定非是圆形，只要通过处理其读取图像而能求出位置偏差检测用描画图案的特定位置，则也可以为其它形状。例如，也可以将形状设为四边形，将四个角部分的位于左下的角部分作为特定位置。
另外，在以上的实施例中，基于光学头用摄像机3的读取图像，单独求出光学头用摄像机3的视野62的中心63与透过部52的中心56的坐标差(ΔX2、ΔY2)以及光学头用摄像机3的视野62的中心63与位置偏差检测用描画图案65的中心66之间的坐标差(ΔX3、ΔY3)。
然而，如果能够如图1所示一次检出坐标差(ΔX2、ΔY2)与(ΔX3、ΔY3)的合计值、即坐标差(ΔX4、ΔY4)，则就没有必要如上述那样单独求出作为坐标差(ΔX4、ΔY4)的分量(成分)的坐标差(ΔX2、ΔY2)和(ΔX3、ΔY3)。
坐标差(ΔX4、ΔY4)例如可通过以下方式而一次求出。作为用于此的位置偏差检测用描画图案32，如图12所示，使用环状的图案。需要注意的是，在图12中标有网格的部分是描画区域。
图13是用于说明在使用了图12的位置偏差检测用描画图案32的情况下的相当于上述的图9的光学头用摄像机3的读取图像的图。在图13中，67是通过基准光学头描画的位置偏差检测用描画图案，在透过部52之中，暗的环的内侧部分68以及亮的剩余部分能够识别，而其它部分暗，不能识别。
需要注意的是，在这种情况下，需要预先设定位置偏差检测用描画图案的环的内径、外径、透过部的大小，使得即使相对于设计值有很大的位置偏差，位置偏差检测用描画图案67的环的内侧部分68也不会从透过部52中超出、或者透过部52也不会超出至位置偏差检测用描画图案67的环的外侧部分这样具有余地。
在使用了图12的位置偏差检测用描画图案32的情况下，图5中的位置偏差检测部47基于光学头用摄像机3的读取图像，通过例如求出面积中心的方法来求出透过部52的中心56，并通过例如求出面积中心的方法来检测位置偏差检测用描画图案67的环的内侧部分68的中心69，求出两者的坐标差(ΔX4、ΔY4)。需要注意的是，位置偏差检测用描画图案67的环的内侧部分68的中心69也是位置偏差检测用描画图案67的中心。
然后，在这种情况下，图5中的位置偏差检测部47也可以对坐标差(ΔX1、ΔY1)与(ΔX4、ΔY4)求和，将合计的坐标差(ΔXA、ΔYA)作为校正值而预先存储、或者也可以只是在位置偏差检测部47中求出各坐标差(ΔX1、ΔY1)、(ΔX4、ΔY4)并将它们分别预先存储，而描画控制部46在校正时进行求和。
另外，在以上的实施例中，光学头单元8的各光学头使用了多个可动微镜配置成矩阵状的DMD，但也可以是使用了与DMD同样的空间光调制元件、例如光栅光阀(GLV：注册商标)的光学头。
另外，虽然上面只说明了一个形成于基板1上的AM 9，但实际上AM在基板1上形成有多个。例如，在图2中，示出了另一个AM 12，通过检测多个AM，能够检测基板1的旋转方向等的偏差，可对其进行校正。

Claims (10)

1.一种图案描画装置，具有光学头，并以形成于工件上的作为描画位置的基准的对准标记的读取位置为基准控制放置所述工件的工作台与所述光学头间的相对移动量，使得通过所述光学头将图案描画于所述工件上，其特征在于，包括：
第一摄像部，读取所述对准标记，并读取位置偏差检测用的第一图案的图像；
第二摄像部，读取所述第一图案的图像，并读取边进行所述工作台与所述光学头间的相对移动、边通过来自所述光学头的照射光描画出的位置偏差检测用的第二图案的图像；以及
位置偏差检测部，基于所述第一摄像部的读取图像求出该第一摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第一坐标差，并基于所述第二摄像部的读取图像求出所述第一图案的中心与所述第二图案的特定位置之间的第二坐标差。
2.根据权利要求1所述的图案描画装置，其特征在于，
所述位置偏差检测部通过求出作为所述第二坐标差的分量的所述第二摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第三坐标差以及所述第二摄像部的视野中心与所述第二图案的特定位置之间的第四坐标差来求出所述第二坐标差。
3.根据权利要求1所述的图案描画装置，其特征在于，
所述图案描画装置基于所述第一坐标差及所述第二坐标差校正以所述对准标记的读取位置为基准的相对移动量。
4.根据权利要求2所述的图案描画装置，其特征在于，
所述图案描画装置基于所述第一坐标差、所述第三坐标差及所述第四坐标差校正以所述对准标记的读取位置为基准的相对移动量。
5.根据权利要求1所述的图案描画装置，其特征在于，
所述第二图案通过所述图案描画装置中包括的多个光学头中的作为描画位置的基准的光学头来描画。
6.一种图案描画方法，以形成于工件上的作为描画位置的基准的对准标记的读取位置为基准控制放置所述工件的工作台与光学头间的相对移动量，使得通过所述光学头而将图案描画于所述工件上，其特征在于，包括：
第一工序，通过用读取所述对准标记的第一摄像部来读取位置偏差检测用的第一图案的图像，从而求出该第一摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第一坐标差；
第二工序，边进行所述工作台与所述光学头间的相对移动，边通过来自所述光学头的照射光来描画位置偏差检测用的第二图案；以及
第三工序，基于读取所述第一图案和所述第二图案的图像的第二摄像部的读取图像而求出所述第一图案的中心与所述第二图案的特定位置之间的第二坐标差。
7.根据权利要求6所述的图案描画方法，其特征在于，
在所述第三工序中，通过求出作为所述第二坐标差的分量的第二摄像部的视野中心与所述第一图案的中心之间的第三坐标差以及所述第二摄像部的视野中心与所述第二图案的特定位置之间的第四坐标差来求出所述第二坐标差。
8.根据权利要求6所述的图案描画方法，其特征在于，所述图案描画方法还包括：
第四工序，在所述第四工序中，基于所述第一坐标差及所述第二坐标差校正以所述对准标记的读取位置为基准的相对移动量。
9.根据权利要求7所述的图案描画方法，其特征在于，所述图案描画方法还包括：
第四工序，在所述第四工序中，基于所述第一坐标差、所述第三坐标差及所述第四坐标差来校正以所述对准标记的读取位置为基准的相对移动量。
10.根据权利要求6所述的图案描画方法，其特征在于，
通过配备的多个光学头中的作为描画位置的基准的光学头来描画所述第二图案。
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