アライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置
【課題】アライメントマークの位置検出精度を向上させる。
【解決手段】位置合わせを行う対象物を撮影した画像から前記対象物に存在する少なくとも１つのアライメントマークを検出するアライメントマークの位置検出方法において、前記画像から予め設定されたアライメントマークを取得するマーク取得ステップと、前記マーク取得ステップにより取得されたアライメントマークから少なくとも４つの基点となる点を検出する基点検出ステップと、前記基点検出ステップにより検出された基点から複数の線分を取得する線分取得ステップと、前記線分取得ステップにより得られる線分の交点から前記アライメントマークの位置を検出する位置検出ステップとを有することにより、上記課題を解決する。
【解決手段】位置合わせを行う対象物を撮影した画像から前記対象物に存在する少なくとも１つのアライメントマークを検出するアライメントマークの位置検出方法において、前記画像から予め設定されたアライメントマークを取得するマーク取得ステップと、前記マーク取得ステップにより取得されたアライメントマークから少なくとも４つの基点となる点を検出する基点検出ステップと、前記基点検出ステップにより検出された基点から複数の線分を取得する線分取得ステップと、前記線分取得ステップにより得られる線分の交点から前記アライメントマークの位置を検出する位置検出ステップとを有することにより、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置に係り、特にアライメントマークの位置検出精度を向上させるためのアライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザ加工等の分野において、ステージ上に保持される加工対象物やステージ、レーザ光を加工対象物に照射した際に所望する形状に結像させるためのマスク等を適切な位置に合わせるために、加工対象物やステージ、マスク等の対象物に点や十字、星形等からなる少なくとも１つのアライメントマークを設け、そのアライメントマークを含む対象物の領域をカメラ等によりある程度離れた位置から撮影し、撮影した画像からアライメントマークの位置を検出して、対象物を適切な位置に合わせている。
【０００３】
ここで、撮影等により得られた画像からアライメントマークを検出する手法としては、予め設定されたアライメントマークのテンプレートとマッチングを行うことで、その位置を検出するテンプレートマッチング手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００４】
また、その他の手法として、プロジェクション法が知られている。ここで、図１は、従来技術であるプロジェクション法を説明するための一例の図である。図１に示すプロジェクション法は、撮影等により得られた画像１０に存在する十字のアライメントマーク１１に対し、画像中のＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ画像の輝度値を積分し、その値が連続して閾値以上となった区間のＸ軸、Ｙ軸それぞれの中間点をアライメントの位置（（Ｘ，Ｙ）座標）として検出する。
【特許文献１】特開平０６−１５１２７４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１，２に示される手法は、予め蓄積されたテンプレートと、現画像に含まれるアライメントマークとの類似度を算出してマッチングを行っている。このため、例えば対象物のサイズが大きい場合等には、カメラの撮影領域の端の方にあるアライメントマークは、撮影された２次元画像上では対象物とカメラとの角度等の原因により変形して表示される。そのため、テンプレートとのマッチング時にアライメントマークを正しく検出できないという問題があった。
【０００６】
また、テンプレートマッチング手法では、テンプレートとの類似度でアライメントマークを検出しているため、交点の位置までは正確に検出できない。そのため、交点を取得する場合には、テンプレート上で交点位置を指定する必要があった。
【０００７】
また、上述したプロジェクション法の場合、以下のような問題がある。図２は、プロジェクション法が適用できない場合を説明するための一例の図である。図２に示すように、アライメントマーク１１の全ての領域が画像１０中に収まっていない場合、上述したように輝度値が連続して閾値以上となった区間のそれぞれの中間点の座標が交点の座標にならないため、正確にアライメントマークの位置を検出することができなかった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、アライメントマークの位置検出精度を向上させるためのアライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、位置合わせを行う対象物を撮影した画像から前記対象物に存在する少なくとも１つのアライメントマークを検出するアライメントマークの位置検出方法において、前記画像から予め設定されたアライメントマークを取得するマーク取得ステップと、前記マーク取得ステップにより取得されたアライメントマークから少なくとも４つの基点となる点を検出する基点検出ステップと、前記基点検出ステップにより検出された基点から複数の線分を取得する線分取得ステップと、前記線分取得ステップにより得られる線分の交点から前記アライメントマークの位置を検出する位置検出ステップとを有することを特徴とする。これにより、マスク等の位置合わせを行う対象である加工対象物やステージ、マスク等の対象物に存在するアライメントマークから基点を検出し、検出した基点を用いることで、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。
【００１０】
更に、前記基点検出ステップは、前記アライメントマークを構成する領域中に存在する点であり、基点同士が所定距離以上離れており、更に３点以上が同一直線上に配置されていない点を、基点として検出することが好ましい。これにより、基点を求めることで、アライメントマークの全てが画像中に含まれていない場合でもアライメントマークの位置検出を行うことができる。
【００１１】
更に、前記基点検出ステップは、前記アライメントマークが十字マークであり、前記画像の撮影領域の端と前記アライメントマークとの接触部分が存在する場合、前記接触部分から基点を検出することが好ましい。これにより、基点を容易に検出することができる。また、アライメントマークの全てが画像中に含まれていない場合でもアライメントマークの位置検出を行うことができる。
【００１２】
更に、前記基点検出ステップは、少なくとも４つの基点が検出されていない場合、予め設定された探索領域により前記アライメントマークを構成する直線の一部を探索し、探索した結果から基点を検出することが好ましい。これにより、基点を高精度に検出することができる。
【００１３】
更に、前記基点検出ステップは、同一直線上に３点以上の基点が検出された場合は、前記両端の点を基点として残し、それ以外の点を削除することが好ましい。これにより、基点間の距離を長くすることができるため、２つの基点を通る直線を正確に取得することができる。したがって、この直線を用いてアライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。
【００１４】
更に、前記マーク取得ステップは、前記画像中から前記アライメントマークを探索するために設定される探索領域をマーク領域、非マーク領域、高含有率領域の３種類のうち、何れか１つに分類することを特徴とすることが好ましい。これにより、各領域で異なる探索を行うことができるため、アライメントマークの取得を迅速且つ正確に行うことができる。
【００１５】
また本発明は、前記アライメントマークの位置検出方法により、位置決めされた加工対象物にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、光学系ユニットを前記レーザ光に対して光軸方向に移動して、前記加工対象物に結像されたレーザ光を照射させる光学系ユニット駆動手段と、前記光学系ユニットからのレーザ光をミラーの移動により走査させて前記加工対象物の所定位置に照射させるミラー駆動手段と、前記加工対象物及び／又は前記加工対象物を保持したステージの表面を撮影する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像に対して前記アライメントマークの位置検出を行う画像処理装置と、前記画像処理装置により得られる前記アライメントマークの位置検出結果に基づいて、前記ミラー駆動手段により走査させるレーザ光の位置を調整するための制御手段とを有することを特徴とする。これにより、対象物の正確な位置を把握することができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。これにより、対象物の正確な位置を把握することができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、上述したような特徴を有する本発明におけるアライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、アライメントマーク１１の一例として十字の形状を用いて説明するが、本発明においてはこの限りではなく、他の形状（マーク）であっても同様に対応することができる。
【００１８】
<アライメントマークの位置検出>
本実施形態によるアライメントマークの位置検出は、例えば樹脂等からなる加工対象物や加工対象物を保持するステージ、レーザ光を対象物に照射した際に所望する形状に結像させるためのマスク等に印された十字マークをカメラ等の撮像手段によって撮影し、画像処理等によって十字マークを含む撮影画像から十字マークの基点（座標）を検出し、基点から十字マークの位置（交点）を検出する。
【００１９】
ここで、図３は、本発明におけるアライメントマークの基点を説明するための図である。本実施形態では、画像１０中に含まれているアライメントマーク１１は、以下の（１）〜（３）の３項目を条件として基点１２を定義する。
（１）十字マークを構成する直線上に存在する点であること。
（２）基点同士が十分に離れていること（画像を量子化した場合に、基点同士が近いと２つの基点を通る直線や傾き等が検出できないため）。
（３）３点以上が同一直線上に配置されていないこと。
【００２０】
つまり、本実施形態における十字マークの交点検出は、例えば図３に示すように、まず、少なくとも４つの基点１２−１〜１２−４を検出し、それらが構成する直線式１３を算出する。なお、図３では、基点１２−１，１２−３により１つの直線１３−１が算出され、基点１２−２，１２−４により１つの直線１３−２が算出されている。
【００２１】
次に、この直線１３−１，１３−２の交点を求めることによってアライメントマーク１１の位置を検出する。
【００２２】
<十字マークの交点検出手順>
ここで、本実施形態における十字マークの交点検出手順についてフローチャートを用いて説明する。図４は、十字マークの交点検出手順の一例を示すフローチャートである。
【００２３】
図４において、まず、アライメントマークである十字マークを検出するための画像を取得し（Ｓ０１）、取得した画像から輝度値等の画素情報に基づいて十字マークに相当する領域を取得する（Ｓ０２）。
【００２４】
次に、Ｓ０２の処理にて取得した十字マークが画像領域の端に接しているか否かを判断する（Ｓ０３）。十字マークが画像領域の端に接している場合（Ｓ０３において、ＹＥＳ）、その接している領域から接点を求め、その接点の座標を基点として記憶する（Ｓ０４）。
【００２５】
また、十字マークが画像領域の端に接していない場合（Ｓ０３において、ＮＯ）、次に少なくとも４つの基点を検出したか否かを判断する（Ｓ０５）。少なくとも４つの基点を検出していない場合（Ｓ０５において、ＮＯ）、十字マークを構成する直線の一部（例えば、マーク端等）を探索し（Ｓ０６）、探索した結果から基点（座標）を検出する（Ｓ０７）。
【００２６】
また、複数の基点から構成される直線方程式を算出する（Ｓ０８）。更に、Ｓ０８の処理にて算出した直線方程式により得られる直線（線分）から同一直線上に基点が３つ以上あるか否かを判断する（Ｓ０９）。
【００２７】
ここで、同一直線上に基点が３つ以上ある場合（Ｓ０９において、ＹＥＳ）、両端の基点を残し、それ以外の基点を削除して（Ｓ１０）、Ｓ０５に戻り、上述したＳ０５以降の処理を行う。また、Ｓ０９の処理において、同一直線上に基点が３つ以上ない場合（Ｓ０９において、ＮＯ）、Ｓ０５に戻り、上述したＳ０５以降の処理を行う。なお、Ｓ０６の処理が繰り返される場合には、Ｓ０６により探索される直線は、前回までに探索された直線を除く直線が探索される。
【００２８】
また、上述したＳ０５の処理において、少なくとも４つの基点を検出した場合（Ｓ０５において、ＹＥＳ）、２つの基点を通る直線方程式を算出し（Ｓ１１）、算出した直線方程式により得られた直線（線分）の組み合わせアのうち、２つの直線の交点の座標が画像領域内となる組み合わせを選択し（Ｓ１２）、その交点を求める十字マークの位置とする（Ｓ１３）。
【００２９】
上述した処理手順により、十字マークの一部が画面からでている場合であっても基点に基づいて高精度に十字マーク等のアライメントマークの位置を検出することができる。
【００３０】
次に、上述した基点の具体的な検出手法について具体的に説明する。
【００３１】
<十字マークの領域検出手法>
基点を検出するにあたり、まず対象となる画像中に含まれる十字マークの領域を検出する。図５は、十字マークの領域検出手法を説明するための一例の図である。通常、アライメントマークは、ある一定の幅を有している。本実施形態では、図５に示すように、画像領域の各軸（Ｘ，Ｙ）に対し、十字マークの直線を構成する帯状のオブジェクトの幅よりも細い探索区間［ａ，（ａ＋Ｄ）］からなる探索領域を定義する。また、上述した探索領域を各軸に対して所定の間隔で移動させながらプロジェクション法により輝度値を積分し、その値を取得する（ａ，ａ＋１，ａ＋２，・・・）。また、各探索領域内に存在し、輝度値が所定の閾値を超える値を持つ画素の総数を取得し、探索領域内に対し閾値を超える画素の含有率αを算出する。
【００３２】
また、得られた各軸に対するプロジェクションのデータから連続して閾値を超える画素の範囲（Ｌａ，Ｌｂ，・・・）を取得し、その中で最大の値Ｌａｎ及び２番目に大きい値Ｌｂｎを検出する。
【００３３】
更に、得られたＬａｎ及びＬｂｎの変化量及び含有率αより、探索区間内の画像を「（１）マーク領域、（２）非マーク領域、（３）高含有率領域」の３種類のうち、何れか１つに分類する。
【００３４】
ここで、（１）マーク領域は、十字マークの一部を含んでいるとみなされる画像領域である。探索区間全域においてＬａｎ、Ｌｂｎの双方、又は、Ｌａｎの変化量が小さい結果が得られる場合に、この領域に分類され、その変化量の少なかった部分に十字マークを含んでいるとみなす。
【００３５】
また、（２）非マーク領域は、探索区間には十字マークは含まれていないとみなされる画像領域である。含有率が設定値よりも低い時に分類され、その間に検出された閾値を超える画素値はノイズであるとみなす。
【００３６】
更に、（３）高含有率領域は、含有率αが高いため、ノイズとしては無視できないが、Ｌａｎ、Ｌｂｎの変化量も大きいため、十字マークが写っているとも断定できない領域である。ここで、図６は、高含有率領域を説明するための図である。高含有率領域は、ノイズが大きい領域の他に、図６（ａ）に示すような基点が検出できない十字マークの一部（例えば、先端等）や、図６（ｂ）に示すような十字マークの交点付近に探索領域が設定された場合に分類される。
【００３７】
<基点の探索と検出手法>
次に、上述した基点の探索と検出手法について図を用いて具体的に説明する。図７は、基点の探索と検出手法を説明するための図である。図７に示すように、まず上述した十字マークの領域検出手法を適用して撮影した画像領域の端に、十字マークが接しているか否かを判断する。
【００３８】
ここで、探索時の探索領域が上述したマーク領域に分類された場合、図７（ａ）に示すように、探索区間［ｘ，（ｘ＋Ｄ）］の中心軸（図７におけるｘ＋Ｄ／２）上のマーク領域（ここでは、所定の閾値を超える輝度値を有する区間）の中心座標を基点とする。
【００３９】
また、上述した画像領域の端を含む探索領域が高含有率領域に分類された場合、図７（ｂ）に示すように探索領域を画像の中心方向にシフトし、再び上述した十字マークの領域検出手法を適用する。これにより、図７（ｂ）に示すようにまとまった大きさを持ったノイズの誤検出を防止することができる。
【００４０】
これを繰り返し行い、予め設定された回数までに探索領域が高含有率領域からマーク領域に変われば、その領域について上述した図７（ａ）に示される手法を用いて基点を検出する。また、予め設定された回数までに探索領域が高含有率領域から非マーク領域に変われば、その探索領域よりも内側に十字マークが存在するとみなす。更に、探索領域が予め設定された回数まで連続して高含有率領域に分類された場合、基点の検出は不可能となる。この場合には、基点の検出処理を中止すると共に、例えばその旨のエラーメッセージ等をオペレータ等に通知する等の処理を行うことができる。
【００４１】
なお、上述の過程で検出できた基点が３点以下の場合、例えば、図７（ｃ）に示すように、画像領域の上下及び左端が非マーク領域、右端がマーク領域である場合に、非マーク領域−マーク領域間（左右間）、又は非マーク領域−非マーク領域間（上下間）に十字マークの端点が存在することになる。このような場合には、非マーク領域−マーク領域間（左右間）で探索領域の移動による距離の収束を行い、端点の検出を行う。
【００４２】
<マーク領域の検出>
ここで、上述した端点の検出には、まず、マーク領域の検出が必要となる。図８は、マーク領域の検出手法を説明するための一例の図である。なお、図８では、マーク領域の検出の一例としてＹ方向、Ｘ方向それぞれにおいて、まず両端に探索領域を設定して探索を行う。
【００４３】
例えば、前処理の過程（相関演算やマニュアル操作等によって十字マークを撮影エリア内に含ませるような処理を行う過程）等で、予めアライメントマークの交点の大まかな座標がわかっている又は取得できた場合には、その座標付近にて上述した十字マークの領域検出手法を適用する。
【００４４】
また、探索領域が非マーク領域に分類された場合、又は交点の大まかな座標がわからない場合には、図８に示すように探索が終了している画像領域の中心を新たな探索領域とし、上述した十字マークの領域検出手法を適用する。また、探索領域がマーク領域に分類された場合、探索を終了する。更に、探索領域が高含有率領域に分類された場合、上述した図７（ｂ）と同様に、付近の画像領域に対し、上述した十字マークの領域検出手法を適用しマーク領域の検出を行う。
【００４５】
<十字マーク端の検出>
次に、検出されたマーク領域からマーク端を検出する例について図を用いて説明する。図９は、十字マーク端の検出の一例を示す図である。十字マーク端を検出する場合、例えば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように画像領域中にあるマーク領域と非マーク領域との距離を収束することで、十字マーク端点を検出する。この場合、マーク領域と非マーク領域の中間付近の画像領域を探索領域に設定して、上述した十字マークの領域検出手法を適用する。
【００４６】
ここで、上述したマーク領域と非マーク領域の中間の探索領域がマーク領域に分類された場合、次に、そのマーク領域と前回用いた非マーク領域の中間付近の画像領域を探索領域に設定して探索する。
【００４７】
また、上述したマーク領域と非マーク領域の中間の探索領域が非マーク領域に分類された場合、次に、その非マーク領域と前回用いたマーク領域の中間付近の画像領域を探索領域に設定して探索する。
【００４８】
具体的には、図９（ａ）に示すように、非マーク領域とマーク領域がある場合には、その中間の領域が次に探索する領域となり、その領域がマーク領域に分類された場合には、更にその中間の領域がその次に探索する領域となる。
【００４９】
また、例えば、図９（ｂ）に示すように、次に探索する領域に高含有率領域を含んでいる場合には、探索領域を非マーク領域側に所定幅分シフトして更にそのソフトした領域を基準に中間の領域がその次に探索する領域となる。
【００５０】
ここで、図１０は、探索領域が高含有率領域に分類された場合のシフト処理の内容を説明するための図である。図１０に示すように、探索領域が高含有率領域に分類された場合、その探索領域から離れる方向（２方向）に探索領域をシフトし、上述した十字マークの領域検出手法を適用する。また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにシフトした何れか一方の領域にてマーク領域又は非マーク領域を検出した場合、探索領域のシフトを終了し、その領域を基準に上述のマーク領域−非マーク領域間における距離の収束処理を行う。
【００５１】
ここで、上述したマーク領域と非マーク領域における距離の収束による十字マーク端点付近の検出を繰り返し行うと、十字マークの両端に探索領域が収束される。マーク領域−非マーク領域間の距離が十分に接近したら、その時点でのマーク領域において、例えば上述した図７（ａ）に示す処理の同様の処理を行い、基点を検出する。また同様にして他の基点も求め、これにより、合計４点の基点を得ることができる。
【００５２】
なお、上述の処理においては、ある１つの領域で２つの基点が検出される場合がある。ここで、図１１は、２つの基点が検出される場合の一例を示す図である。図１１に示すように、探索領域に２箇所のマーク領域が検出された場合についても上述したような収束処理を行い、非マーク領域とマーク領域との距離が十分に近づいても２箇所のマーク領域が検出される場合は、そこから２箇所の基点を決定する。
【００５３】
また、探索の過程でマーク領域が１箇所になった場合、マークが２箇所存在するマーク領域と、１箇所存在するマーク領域間で同様の収束処理を行うことで、２点目の基点を検出する。
【００５４】
<線分（直線）によるアライメントマーク交点の取得>
上述した手法により、少なくとも４つの基点を検出した場合、検出した基点のうち２つを用いて、その基点の座標から直線方程式により直線を求め、その直線の交点からアライメントマークの交点を取得する。なお、アライメントマークの交点は、４つの基点で囲まれた座標範囲内に存在する。
【００５５】
ここで、図１２は、４つの基点が取り得る線分のセットパターンの例を示す図である。図１２に示すように、画面１０中に表示されるアライメントマーク１１に対して各基点２１−１〜２１−４が得られている場合、線分パターンは、図１２（ａ）における線分２２−１，２２−２、図１２（ｂ）における線分２２−３，２２−４、図１２（ｃ）における線分２２−５，２２−６の３つのパターンとなる。
【００５６】
ここで、マーク交点を算出する際には、図１２（ａ）〜（ｃ）の３通りの線分パターンのうち、４つの基点で囲まれた座標範囲内にある交点を選択することで、マークの交点を決定する（図１２（ｂ））。
【００５７】
このようにして、アライメントマークを検出することで、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。また、カメラとアライメントマークとに所定の角度を有する場合、具体的には画像に写る十字マークの交差直線に対して角度が直角でない場合でも十字マークの交点を検出することができる。
【００５８】
更に、アライメントマークの全てが画像中に表示されていない状態であっても、例えば十字マークであれば、少なくとも交点の位置が画像中に含まれていることで正確な位置を検出することができる。
【００５９】
<本発明における位置検出手法を用いた画像処理装置を有するレーザ加工装置>
次に、上述したアライメントマークの位置検出手法を行う画像処理装置の一例として、画像処理装置を備えたレーザ加工装置について、図を用いて説明する。なお、以下に説明するレーザ加工装置においては、加工対象物に設けたアライメントマークの位置を検出する例について説明するが、本発明についてはこれに限定されず、例えばステージを適切な位置に合わせるためにステージに設けられたレーザ光の断面を所定の形状にするためのマスクに設けたアライメントマークの位置を検出する場合にも適用できる。
【００６０】
ここで、本発明におけるレーザ加工装置の機能構成例について、図を用いて説明する。図１３は、本発明に適用されるレーザ加工装置の一構成例を示す図である。図１３に示すレーザ加工装置３０は、レーザ発振器３１と、光学系ユニット駆動手段３２と、光学系ユニット３３と、ガルバノ駆動手段３４と、ガルバノミラー３５と、ハーフミラー３６と、カメラ３７と、画像処理装置３８と、ステージ３９と、表示手段４０と、制御手段４１と、を有するよう構成されている。
【００６１】
レーザ発振器３１は、制御手段４１から得られる制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定の強さのパルスレーザ光を出射する。ここで、本実施形態におけるレーザ光は、例えばＣＯ２レーザやエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等を用いることができるが、本発明におけるレーザ光の種類についてはこれに限定されず、例えば加工対象物４２の材質や厚み、どのような加工（アニール、穴あけ等）を行うか等の各種加工条件等により任意に選択することができる。
【００６２】
光学系ユニット駆動手段３２は、制御手段４１から得られる制御信号に基づいて、光学系ユニット３３を通過するレーザ光を所定の位置で集光させるため、光学系ユニット３３の位置を光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる。なお、光学系ユニット駆動手段３２は、光学系ユニット３３内に複数の光学系レンズが存在する場合、それらのレンズのうちから選択される少なくとも１つのレンズについて、位置を移動させることもできる。
【００６３】
光学系ユニット３３は、光学系ユニット駆動手段３２により所定の位置に位置付けられ、光学系ユニット３３を通過するレーザ光を所定の位置で集光させる。具体的には、光学系ユニット３３は、ｆθレンズや集光レンズ等の光学系レンズを少なくとも１つ有しており、レーザ発振器３１からのレーザ光を集光（フォーカス）し、ガラス基板や樹脂基板等の加工対象物４２の照射面に対して所定の結像を行う。
【００６４】
ガルバノ駆動手段３４は、制御手段４１からの制御信号に基づいて、光学系ユニット３３からのレーザ光の光軸に対して所定の方向に傾きを有するミラーの一例であるガルバノミラー３５を所定の位置に移動及び整定させ、ガルバノミラー３５による反射により方向を変えたレーザ光を加工対象物４２の所定の加工位置に照射させるためのミラー駆動手段である。つまり、ガルバノ駆動手段３４は、ガルバノミラー３５を所定のタイミングで所定の位置に移動させることで、加工対象物４２の加工面の水平方向（ＸＹ方向）に対するレーザ光の照射位置を変更し、加工対象物の所定の加工位置に走査しながらレーザ光を照射して、アニール処理等のレーザ加工等を行うことができる。なお、ガルバノ駆動手段３４及びガルバノミラー３５は、Ｘ方向の走査用と、Ｙ方向の走査用との２つの機構を設けていてもよい。
【００６５】
また、ハーフミラー３６は、撮像手段としてのカメラ３７によりレーザ発振器３１から出射されるレーザ光の光軸上から加工対象物４２及びステージ３９の表面を撮影させるためのミラーである。つまり、ハーミラー３６は、レーザ発振器３１からのレーザ光は全透過し、加工対象物４２及びステージ３９の表面をカメラ３７に撮像させる。
【００６６】
カメラ３７は、ハーフミラー３６から加工対象物４２及びステージ３９の表面を撮影し、加工対象物４２に存在する少なくとも１つの加工対象物用アライメントマーク４３及び／又は加工対象物４２を保持するステージ３９に存在する少なくとも１つのステージ用アライメントマーク４４を取得する。なお、加工対象物用アライメントマーク４３及びステージ用アライメントマーク４４の位置や数、形状等については特に制限されるものではない。また、加工対象物用アライメントマーク４３及びステージ用アライメントマーク４４の形状は、同一でも異なっていてもよい。
【００６７】
なお、レーザ発振器３１から出射されるレーザ光の光軸は、ガルバノ駆動手段３４によるレーザ光の振りを効率的に行うため、通常加工対象物４２及びステージ３９の中心に合わせて位置付けられている。そのため、レーザ発振器３１から出射されるレーザ光の光軸と同じ位置からの画像を取得することで、加工対象物４２及びステージ３９の中心からの表面画像を容易に取得することができる。また、カメラ３７は、撮影した画像を画像処理装置３８に出力する。
【００６８】
画像処理装置３８は、カメラ３７から取得した画像から上述したアライメントマークの位置検出方法により加工対象物用アライメントマーク４３及び／又はステージ用アライメントマーク４４の位置（交点）情報を取得する。また、画像処理装置３８は、取得した加工対象物用アライメントマーク４３やステージ用アライメントマーク４４の位置情報を制御手段４１に出力する。
【００６９】
ステージ３９は、例えば真空吸着等により加工対象物４２を所定の位置で保持する。また、表示手段４０は、レーザ加工における加工状態や加工結果、上述したアライメントマークの位置検出に関する検出結果や検出処理の終了又は中止した場合に制御手段４１により生成される各種メッセージ等を画像に表示する。
【００７０】
更に、表示手段４０は、例えばレーザ加工等における初期設定や、加工状態、加工結果等を表示させることができる。これにより、オペレータ等のユーザは、アライメントマークの位置を表示画面から容易に取得することができる。また、加工状態や加工結果を画面から容易に把握することができる。
【００７１】
制御手段４１は、レーザ発振器３１、光学系ユニット駆動手段３２、ガルバノ駆動手段３４における駆動の制御を行う。具体的には、制御手段４１は、画像処理装置３８から得られるアライメントマークの位置検出結果等に基づいて、ガルバノ駆動手段３４によりガルバノミラー３５を移動させて、加工対象物４２を所定の位置に移動させる。
【００７２】
また、制御手段４１は、光学系ユニット駆動手段３２の光軸（Ｚ軸）方向の調整を行い、光学系ユニット３３による加工対象物４２への焦点合わせを行う。また、制御手段４１は、レーザ発振器３１におけるレーザ光の出射タイミングや加工時におけるガルバノミラー３５の反射面を所定方向に移動させるためのガルバノ駆動手段３６の駆動タイミングの制御を行う。
【００７３】
また、制御手段４１は、カメラ３７による画像の取得、画像処理装置３８によるアライメントマークの位置検出、検出結果に伴う位置補正を加工対象物が変更される毎に行うことができ、更に、ある工程間の合間や一定の周期、メンテナンス時、又は装置の運転準備中等に行うこともできる。
【００７４】
また、制御手段４１は、予め設定された加工条件に対応させて光学系ユニット３３、ガルバノミラー３５、及び加工対象物４２を所定位置に位置付け、その後所定の強さのレーザ光を照射させる。これにより、高精度に加工対象物４２を位置付けられることができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００７５】
上述したように本発明によれば、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。これにより、ステージや加工対象物、マスク等の対象物の正確な位置を把握することができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。具体的には、撮影された画像に含まれるアライメントマークの一部から基点を検出し、検出した基点からアライメントマークを探索することで、従来のパターンマッチングやプロジェクション法よりも高精度にアライメントの正確な位置を把握することができる。
【００７６】
なお、上述したアライメントマークの検出手法は、レーザ加工装置に限定されず、例えば露光装置等の他の位置決め機構の分野に広く適用することができる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来技術であるプロジェクション法を説明するための一例の図である。
【図２】プロジェクション法が適用できない場合を説明するための一例の図である。
【図３】本発明におけるアライメントマークの基点を説明するための図である。
【図４】十字マークの交点検出手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】十字マークの領域検出手法を説明するための一例の図である。
【図６】高含有率領域を説明するための図である。
【図７】基点の探索と検出手法を説明するための図である。
【図８】マーク領域の検出手法を説明するための一例の図である。
【図９】十字マーク端の検出の一例を示す図である。
【図１０】探索領域が高含有率領域に分類された場合のシフト処理の内容を説明するための図である。
【図１１】２つの基点が検出される場合の一例を示す図である。
【図１２】４つの基点が取り得る線分のセットパターンの例を示す図である。
【図１３】本発明に適用されるレーザ加工装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 画像
１１ アライメントマーク
１２，２１ 基点
１３ 直線
２２ 線分
３０ レーザ加工装置
３１ レーザ発振器
３２ 光学系ユニット駆動手段
３３ 光学系ユニット
３４ ガルバノ駆動手段
３５ ガルバノミラー
３６ ハーフミラー
３７ カメラ
３８ 画像処理装置
３９ ステージ
４０ 表示手段
４１ 制御手段
４２ 加工対象物
４３ 加工対象物用アライメントマーク
４４ ステージ用アライメントマーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置に係り、特にアライメントマークの位置検出精度を向上させるためのアライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザ加工等の分野において、ステージ上に保持される加工対象物やステージ、レーザ光を加工対象物に照射した際に所望する形状に結像させるためのマスク等を適切な位置に合わせるために、加工対象物やステージ、マスク等の対象物に点や十字、星形等からなる少なくとも１つのアライメントマークを設け、そのアライメントマークを含む対象物の領域をカメラ等によりある程度離れた位置から撮影し、撮影した画像からアライメントマークの位置を検出して、対象物を適切な位置に合わせている。
【０００３】
ここで、撮影等により得られた画像からアライメントマークを検出する手法としては、予め設定されたアライメントマークのテンプレートとマッチングを行うことで、その位置を検出するテンプレートマッチング手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００４】
また、その他の手法として、プロジェクション法が知られている。ここで、図１は、従来技術であるプロジェクション法を説明するための一例の図である。図１に示すプロジェクション法は、撮影等により得られた画像１０に存在する十字のアライメントマーク１１に対し、画像中のＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ画像の輝度値を積分し、その値が連続して閾値以上となった区間のＸ軸、Ｙ軸それぞれの中間点をアライメントの位置（（Ｘ，Ｙ）座標）として検出する。
【特許文献１】特開平０６−１５１２７４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１，２に示される手法は、予め蓄積されたテンプレートと、現画像に含まれるアライメントマークとの類似度を算出してマッチングを行っている。このため、例えば対象物のサイズが大きい場合等には、カメラの撮影領域の端の方にあるアライメントマークは、撮影された２次元画像上では対象物とカメラとの角度等の原因により変形して表示される。そのため、テンプレートとのマッチング時にアライメントマークを正しく検出できないという問題があった。
【０００６】
また、テンプレートマッチング手法では、テンプレートとの類似度でアライメントマークを検出しているため、交点の位置までは正確に検出できない。そのため、交点を取得する場合には、テンプレート上で交点位置を指定する必要があった。
【０００７】
また、上述したプロジェクション法の場合、以下のような問題がある。図２は、プロジェクション法が適用できない場合を説明するための一例の図である。図２に示すように、アライメントマーク１１の全ての領域が画像１０中に収まっていない場合、上述したように輝度値が連続して閾値以上となった区間のそれぞれの中間点の座標が交点の座標にならないため、正確にアライメントマークの位置を検出することができなかった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、アライメントマークの位置検出精度を向上させるためのアライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、位置合わせを行う対象物を撮影した画像から前記対象物に存在する少なくとも１つのアライメントマークを検出するアライメントマークの位置検出方法において、前記画像から予め設定されたアライメントマークを取得するマーク取得ステップと、前記マーク取得ステップにより取得されたアライメントマークから少なくとも４つの基点となる点を検出する基点検出ステップと、前記基点検出ステップにより検出された基点から複数の線分を取得する線分取得ステップと、前記線分取得ステップにより得られる線分の交点から前記アライメントマークの位置を検出する位置検出ステップとを有することを特徴とする。これにより、マスク等の位置合わせを行う対象である加工対象物やステージ、マスク等の対象物に存在するアライメントマークから基点を検出し、検出した基点を用いることで、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。
【００１０】
更に、前記基点検出ステップは、前記アライメントマークを構成する領域中に存在する点であり、基点同士が所定距離以上離れており、更に３点以上が同一直線上に配置されていない点を、基点として検出することが好ましい。これにより、基点を求めることで、アライメントマークの全てが画像中に含まれていない場合でもアライメントマークの位置検出を行うことができる。
【００１１】
更に、前記基点検出ステップは、前記アライメントマークが十字マークであり、前記画像の撮影領域の端と前記アライメントマークとの接触部分が存在する場合、前記接触部分から基点を検出することが好ましい。これにより、基点を容易に検出することができる。また、アライメントマークの全てが画像中に含まれていない場合でもアライメントマークの位置検出を行うことができる。
【００１２】
更に、前記基点検出ステップは、少なくとも４つの基点が検出されていない場合、予め設定された探索領域により前記アライメントマークを構成する直線の一部を探索し、探索した結果から基点を検出することが好ましい。これにより、基点を高精度に検出することができる。
【００１３】
更に、前記基点検出ステップは、同一直線上に３点以上の基点が検出された場合は、前記両端の点を基点として残し、それ以外の点を削除することが好ましい。これにより、基点間の距離を長くすることができるため、２つの基点を通る直線を正確に取得することができる。したがって、この直線を用いてアライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。
【００１４】
更に、前記マーク取得ステップは、前記画像中から前記アライメントマークを探索するために設定される探索領域をマーク領域、非マーク領域、高含有率領域の３種類のうち、何れか１つに分類することを特徴とすることが好ましい。これにより、各領域で異なる探索を行うことができるため、アライメントマークの取得を迅速且つ正確に行うことができる。
【００１５】
また本発明は、前記アライメントマークの位置検出方法により、位置決めされた加工対象物にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、光学系ユニットを前記レーザ光に対して光軸方向に移動して、前記加工対象物に結像されたレーザ光を照射させる光学系ユニット駆動手段と、前記光学系ユニットからのレーザ光をミラーの移動により走査させて前記加工対象物の所定位置に照射させるミラー駆動手段と、前記加工対象物及び／又は前記加工対象物を保持したステージの表面を撮影する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像に対して前記アライメントマークの位置検出を行う画像処理装置と、前記画像処理装置により得られる前記アライメントマークの位置検出結果に基づいて、前記ミラー駆動手段により走査させるレーザ光の位置を調整するための制御手段とを有することを特徴とする。これにより、対象物の正確な位置を把握することができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。これにより、対象物の正確な位置を把握することができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、上述したような特徴を有する本発明におけるアライメントマークの位置検出方法及び該方法を用いたレーザ加工装置を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、アライメントマーク１１の一例として十字の形状を用いて説明するが、本発明においてはこの限りではなく、他の形状（マーク）であっても同様に対応することができる。
【００１８】
<アライメントマークの位置検出>
本実施形態によるアライメントマークの位置検出は、例えば樹脂等からなる加工対象物や加工対象物を保持するステージ、レーザ光を対象物に照射した際に所望する形状に結像させるためのマスク等に印された十字マークをカメラ等の撮像手段によって撮影し、画像処理等によって十字マークを含む撮影画像から十字マークの基点（座標）を検出し、基点から十字マークの位置（交点）を検出する。
【００１９】
ここで、図３は、本発明におけるアライメントマークの基点を説明するための図である。本実施形態では、画像１０中に含まれているアライメントマーク１１は、以下の（１）〜（３）の３項目を条件として基点１２を定義する。
（１）十字マークを構成する直線上に存在する点であること。
（２）基点同士が十分に離れていること（画像を量子化した場合に、基点同士が近いと２つの基点を通る直線や傾き等が検出できないため）。
（３）３点以上が同一直線上に配置されていないこと。
【００２０】
つまり、本実施形態における十字マークの交点検出は、例えば図３に示すように、まず、少なくとも４つの基点１２−１〜１２−４を検出し、それらが構成する直線式１３を算出する。なお、図３では、基点１２−１，１２−３により１つの直線１３−１が算出され、基点１２−２，１２−４により１つの直線１３−２が算出されている。
【００２１】
次に、この直線１３−１，１３−２の交点を求めることによってアライメントマーク１１の位置を検出する。
【００２２】
<十字マークの交点検出手順>
ここで、本実施形態における十字マークの交点検出手順についてフローチャートを用いて説明する。図４は、十字マークの交点検出手順の一例を示すフローチャートである。
【００２３】
図４において、まず、アライメントマークである十字マークを検出するための画像を取得し（Ｓ０１）、取得した画像から輝度値等の画素情報に基づいて十字マークに相当する領域を取得する（Ｓ０２）。
【００２４】
次に、Ｓ０２の処理にて取得した十字マークが画像領域の端に接しているか否かを判断する（Ｓ０３）。十字マークが画像領域の端に接している場合（Ｓ０３において、ＹＥＳ）、その接している領域から接点を求め、その接点の座標を基点として記憶する（Ｓ０４）。
【００２５】
また、十字マークが画像領域の端に接していない場合（Ｓ０３において、ＮＯ）、次に少なくとも４つの基点を検出したか否かを判断する（Ｓ０５）。少なくとも４つの基点を検出していない場合（Ｓ０５において、ＮＯ）、十字マークを構成する直線の一部（例えば、マーク端等）を探索し（Ｓ０６）、探索した結果から基点（座標）を検出する（Ｓ０７）。
【００２６】
また、複数の基点から構成される直線方程式を算出する（Ｓ０８）。更に、Ｓ０８の処理にて算出した直線方程式により得られる直線（線分）から同一直線上に基点が３つ以上あるか否かを判断する（Ｓ０９）。
【００２７】
ここで、同一直線上に基点が３つ以上ある場合（Ｓ０９において、ＹＥＳ）、両端の基点を残し、それ以外の基点を削除して（Ｓ１０）、Ｓ０５に戻り、上述したＳ０５以降の処理を行う。また、Ｓ０９の処理において、同一直線上に基点が３つ以上ない場合（Ｓ０９において、ＮＯ）、Ｓ０５に戻り、上述したＳ０５以降の処理を行う。なお、Ｓ０６の処理が繰り返される場合には、Ｓ０６により探索される直線は、前回までに探索された直線を除く直線が探索される。
【００２８】
また、上述したＳ０５の処理において、少なくとも４つの基点を検出した場合（Ｓ０５において、ＹＥＳ）、２つの基点を通る直線方程式を算出し（Ｓ１１）、算出した直線方程式により得られた直線（線分）の組み合わせアのうち、２つの直線の交点の座標が画像領域内となる組み合わせを選択し（Ｓ１２）、その交点を求める十字マークの位置とする（Ｓ１３）。
【００２９】
上述した処理手順により、十字マークの一部が画面からでている場合であっても基点に基づいて高精度に十字マーク等のアライメントマークの位置を検出することができる。
【００３０】
次に、上述した基点の具体的な検出手法について具体的に説明する。
【００３１】
<十字マークの領域検出手法>
基点を検出するにあたり、まず対象となる画像中に含まれる十字マークの領域を検出する。図５は、十字マークの領域検出手法を説明するための一例の図である。通常、アライメントマークは、ある一定の幅を有している。本実施形態では、図５に示すように、画像領域の各軸（Ｘ，Ｙ）に対し、十字マークの直線を構成する帯状のオブジェクトの幅よりも細い探索区間［ａ，（ａ＋Ｄ）］からなる探索領域を定義する。また、上述した探索領域を各軸に対して所定の間隔で移動させながらプロジェクション法により輝度値を積分し、その値を取得する（ａ，ａ＋１，ａ＋２，・・・）。また、各探索領域内に存在し、輝度値が所定の閾値を超える値を持つ画素の総数を取得し、探索領域内に対し閾値を超える画素の含有率αを算出する。
【００３２】
また、得られた各軸に対するプロジェクションのデータから連続して閾値を超える画素の範囲（Ｌａ，Ｌｂ，・・・）を取得し、その中で最大の値Ｌａｎ及び２番目に大きい値Ｌｂｎを検出する。
【００３３】
更に、得られたＬａｎ及びＬｂｎの変化量及び含有率αより、探索区間内の画像を「（１）マーク領域、（２）非マーク領域、（３）高含有率領域」の３種類のうち、何れか１つに分類する。
【００３４】
ここで、（１）マーク領域は、十字マークの一部を含んでいるとみなされる画像領域である。探索区間全域においてＬａｎ、Ｌｂｎの双方、又は、Ｌａｎの変化量が小さい結果が得られる場合に、この領域に分類され、その変化量の少なかった部分に十字マークを含んでいるとみなす。
【００３５】
また、（２）非マーク領域は、探索区間には十字マークは含まれていないとみなされる画像領域である。含有率が設定値よりも低い時に分類され、その間に検出された閾値を超える画素値はノイズであるとみなす。
【００３６】
更に、（３）高含有率領域は、含有率αが高いため、ノイズとしては無視できないが、Ｌａｎ、Ｌｂｎの変化量も大きいため、十字マークが写っているとも断定できない領域である。ここで、図６は、高含有率領域を説明するための図である。高含有率領域は、ノイズが大きい領域の他に、図６（ａ）に示すような基点が検出できない十字マークの一部（例えば、先端等）や、図６（ｂ）に示すような十字マークの交点付近に探索領域が設定された場合に分類される。
【００３７】
<基点の探索と検出手法>
次に、上述した基点の探索と検出手法について図を用いて具体的に説明する。図７は、基点の探索と検出手法を説明するための図である。図７に示すように、まず上述した十字マークの領域検出手法を適用して撮影した画像領域の端に、十字マークが接しているか否かを判断する。
【００３８】
ここで、探索時の探索領域が上述したマーク領域に分類された場合、図７（ａ）に示すように、探索区間［ｘ，（ｘ＋Ｄ）］の中心軸（図７におけるｘ＋Ｄ／２）上のマーク領域（ここでは、所定の閾値を超える輝度値を有する区間）の中心座標を基点とする。
【００３９】
また、上述した画像領域の端を含む探索領域が高含有率領域に分類された場合、図７（ｂ）に示すように探索領域を画像の中心方向にシフトし、再び上述した十字マークの領域検出手法を適用する。これにより、図７（ｂ）に示すようにまとまった大きさを持ったノイズの誤検出を防止することができる。
【００４０】
これを繰り返し行い、予め設定された回数までに探索領域が高含有率領域からマーク領域に変われば、その領域について上述した図７（ａ）に示される手法を用いて基点を検出する。また、予め設定された回数までに探索領域が高含有率領域から非マーク領域に変われば、その探索領域よりも内側に十字マークが存在するとみなす。更に、探索領域が予め設定された回数まで連続して高含有率領域に分類された場合、基点の検出は不可能となる。この場合には、基点の検出処理を中止すると共に、例えばその旨のエラーメッセージ等をオペレータ等に通知する等の処理を行うことができる。
【００４１】
なお、上述の過程で検出できた基点が３点以下の場合、例えば、図７（ｃ）に示すように、画像領域の上下及び左端が非マーク領域、右端がマーク領域である場合に、非マーク領域−マーク領域間（左右間）、又は非マーク領域−非マーク領域間（上下間）に十字マークの端点が存在することになる。このような場合には、非マーク領域−マーク領域間（左右間）で探索領域の移動による距離の収束を行い、端点の検出を行う。
【００４２】
<マーク領域の検出>
ここで、上述した端点の検出には、まず、マーク領域の検出が必要となる。図８は、マーク領域の検出手法を説明するための一例の図である。なお、図８では、マーク領域の検出の一例としてＹ方向、Ｘ方向それぞれにおいて、まず両端に探索領域を設定して探索を行う。
【００４３】
例えば、前処理の過程（相関演算やマニュアル操作等によって十字マークを撮影エリア内に含ませるような処理を行う過程）等で、予めアライメントマークの交点の大まかな座標がわかっている又は取得できた場合には、その座標付近にて上述した十字マークの領域検出手法を適用する。
【００４４】
また、探索領域が非マーク領域に分類された場合、又は交点の大まかな座標がわからない場合には、図８に示すように探索が終了している画像領域の中心を新たな探索領域とし、上述した十字マークの領域検出手法を適用する。また、探索領域がマーク領域に分類された場合、探索を終了する。更に、探索領域が高含有率領域に分類された場合、上述した図７（ｂ）と同様に、付近の画像領域に対し、上述した十字マークの領域検出手法を適用しマーク領域の検出を行う。
【００４５】
<十字マーク端の検出>
次に、検出されたマーク領域からマーク端を検出する例について図を用いて説明する。図９は、十字マーク端の検出の一例を示す図である。十字マーク端を検出する場合、例えば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように画像領域中にあるマーク領域と非マーク領域との距離を収束することで、十字マーク端点を検出する。この場合、マーク領域と非マーク領域の中間付近の画像領域を探索領域に設定して、上述した十字マークの領域検出手法を適用する。
【００４６】
ここで、上述したマーク領域と非マーク領域の中間の探索領域がマーク領域に分類された場合、次に、そのマーク領域と前回用いた非マーク領域の中間付近の画像領域を探索領域に設定して探索する。
【００４７】
また、上述したマーク領域と非マーク領域の中間の探索領域が非マーク領域に分類された場合、次に、その非マーク領域と前回用いたマーク領域の中間付近の画像領域を探索領域に設定して探索する。
【００４８】
具体的には、図９（ａ）に示すように、非マーク領域とマーク領域がある場合には、その中間の領域が次に探索する領域となり、その領域がマーク領域に分類された場合には、更にその中間の領域がその次に探索する領域となる。
【００４９】
また、例えば、図９（ｂ）に示すように、次に探索する領域に高含有率領域を含んでいる場合には、探索領域を非マーク領域側に所定幅分シフトして更にそのソフトした領域を基準に中間の領域がその次に探索する領域となる。
【００５０】
ここで、図１０は、探索領域が高含有率領域に分類された場合のシフト処理の内容を説明するための図である。図１０に示すように、探索領域が高含有率領域に分類された場合、その探索領域から離れる方向（２方向）に探索領域をシフトし、上述した十字マークの領域検出手法を適用する。また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにシフトした何れか一方の領域にてマーク領域又は非マーク領域を検出した場合、探索領域のシフトを終了し、その領域を基準に上述のマーク領域−非マーク領域間における距離の収束処理を行う。
【００５１】
ここで、上述したマーク領域と非マーク領域における距離の収束による十字マーク端点付近の検出を繰り返し行うと、十字マークの両端に探索領域が収束される。マーク領域−非マーク領域間の距離が十分に接近したら、その時点でのマーク領域において、例えば上述した図７（ａ）に示す処理の同様の処理を行い、基点を検出する。また同様にして他の基点も求め、これにより、合計４点の基点を得ることができる。
【００５２】
なお、上述の処理においては、ある１つの領域で２つの基点が検出される場合がある。ここで、図１１は、２つの基点が検出される場合の一例を示す図である。図１１に示すように、探索領域に２箇所のマーク領域が検出された場合についても上述したような収束処理を行い、非マーク領域とマーク領域との距離が十分に近づいても２箇所のマーク領域が検出される場合は、そこから２箇所の基点を決定する。
【００５３】
また、探索の過程でマーク領域が１箇所になった場合、マークが２箇所存在するマーク領域と、１箇所存在するマーク領域間で同様の収束処理を行うことで、２点目の基点を検出する。
【００５４】
<線分（直線）によるアライメントマーク交点の取得>
上述した手法により、少なくとも４つの基点を検出した場合、検出した基点のうち２つを用いて、その基点の座標から直線方程式により直線を求め、その直線の交点からアライメントマークの交点を取得する。なお、アライメントマークの交点は、４つの基点で囲まれた座標範囲内に存在する。
【００５５】
ここで、図１２は、４つの基点が取り得る線分のセットパターンの例を示す図である。図１２に示すように、画面１０中に表示されるアライメントマーク１１に対して各基点２１−１〜２１−４が得られている場合、線分パターンは、図１２（ａ）における線分２２−１，２２−２、図１２（ｂ）における線分２２−３，２２−４、図１２（ｃ）における線分２２−５，２２−６の３つのパターンとなる。
【００５６】
ここで、マーク交点を算出する際には、図１２（ａ）〜（ｃ）の３通りの線分パターンのうち、４つの基点で囲まれた座標範囲内にある交点を選択することで、マークの交点を決定する（図１２（ｂ））。
【００５７】
このようにして、アライメントマークを検出することで、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。また、カメラとアライメントマークとに所定の角度を有する場合、具体的には画像に写る十字マークの交差直線に対して角度が直角でない場合でも十字マークの交点を検出することができる。
【００５８】
更に、アライメントマークの全てが画像中に表示されていない状態であっても、例えば十字マークであれば、少なくとも交点の位置が画像中に含まれていることで正確な位置を検出することができる。
【００５９】
<本発明における位置検出手法を用いた画像処理装置を有するレーザ加工装置>
次に、上述したアライメントマークの位置検出手法を行う画像処理装置の一例として、画像処理装置を備えたレーザ加工装置について、図を用いて説明する。なお、以下に説明するレーザ加工装置においては、加工対象物に設けたアライメントマークの位置を検出する例について説明するが、本発明についてはこれに限定されず、例えばステージを適切な位置に合わせるためにステージに設けられたレーザ光の断面を所定の形状にするためのマスクに設けたアライメントマークの位置を検出する場合にも適用できる。
【００６０】
ここで、本発明におけるレーザ加工装置の機能構成例について、図を用いて説明する。図１３は、本発明に適用されるレーザ加工装置の一構成例を示す図である。図１３に示すレーザ加工装置３０は、レーザ発振器３１と、光学系ユニット駆動手段３２と、光学系ユニット３３と、ガルバノ駆動手段３４と、ガルバノミラー３５と、ハーフミラー３６と、カメラ３７と、画像処理装置３８と、ステージ３９と、表示手段４０と、制御手段４１と、を有するよう構成されている。
【００６１】
レーザ発振器３１は、制御手段４１から得られる制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定の強さのパルスレーザ光を出射する。ここで、本実施形態におけるレーザ光は、例えばＣＯ２レーザやエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等を用いることができるが、本発明におけるレーザ光の種類についてはこれに限定されず、例えば加工対象物４２の材質や厚み、どのような加工（アニール、穴あけ等）を行うか等の各種加工条件等により任意に選択することができる。
【００６２】
光学系ユニット駆動手段３２は、制御手段４１から得られる制御信号に基づいて、光学系ユニット３３を通過するレーザ光を所定の位置で集光させるため、光学系ユニット３３の位置を光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる。なお、光学系ユニット駆動手段３２は、光学系ユニット３３内に複数の光学系レンズが存在する場合、それらのレンズのうちから選択される少なくとも１つのレンズについて、位置を移動させることもできる。
【００６３】
光学系ユニット３３は、光学系ユニット駆動手段３２により所定の位置に位置付けられ、光学系ユニット３３を通過するレーザ光を所定の位置で集光させる。具体的には、光学系ユニット３３は、ｆθレンズや集光レンズ等の光学系レンズを少なくとも１つ有しており、レーザ発振器３１からのレーザ光を集光（フォーカス）し、ガラス基板や樹脂基板等の加工対象物４２の照射面に対して所定の結像を行う。
【００６４】
ガルバノ駆動手段３４は、制御手段４１からの制御信号に基づいて、光学系ユニット３３からのレーザ光の光軸に対して所定の方向に傾きを有するミラーの一例であるガルバノミラー３５を所定の位置に移動及び整定させ、ガルバノミラー３５による反射により方向を変えたレーザ光を加工対象物４２の所定の加工位置に照射させるためのミラー駆動手段である。つまり、ガルバノ駆動手段３４は、ガルバノミラー３５を所定のタイミングで所定の位置に移動させることで、加工対象物４２の加工面の水平方向（ＸＹ方向）に対するレーザ光の照射位置を変更し、加工対象物の所定の加工位置に走査しながらレーザ光を照射して、アニール処理等のレーザ加工等を行うことができる。なお、ガルバノ駆動手段３４及びガルバノミラー３５は、Ｘ方向の走査用と、Ｙ方向の走査用との２つの機構を設けていてもよい。
【００６５】
また、ハーフミラー３６は、撮像手段としてのカメラ３７によりレーザ発振器３１から出射されるレーザ光の光軸上から加工対象物４２及びステージ３９の表面を撮影させるためのミラーである。つまり、ハーミラー３６は、レーザ発振器３１からのレーザ光は全透過し、加工対象物４２及びステージ３９の表面をカメラ３７に撮像させる。
【００６６】
カメラ３７は、ハーフミラー３６から加工対象物４２及びステージ３９の表面を撮影し、加工対象物４２に存在する少なくとも１つの加工対象物用アライメントマーク４３及び／又は加工対象物４２を保持するステージ３９に存在する少なくとも１つのステージ用アライメントマーク４４を取得する。なお、加工対象物用アライメントマーク４３及びステージ用アライメントマーク４４の位置や数、形状等については特に制限されるものではない。また、加工対象物用アライメントマーク４３及びステージ用アライメントマーク４４の形状は、同一でも異なっていてもよい。
【００６７】
なお、レーザ発振器３１から出射されるレーザ光の光軸は、ガルバノ駆動手段３４によるレーザ光の振りを効率的に行うため、通常加工対象物４２及びステージ３９の中心に合わせて位置付けられている。そのため、レーザ発振器３１から出射されるレーザ光の光軸と同じ位置からの画像を取得することで、加工対象物４２及びステージ３９の中心からの表面画像を容易に取得することができる。また、カメラ３７は、撮影した画像を画像処理装置３８に出力する。
【００６８】
画像処理装置３８は、カメラ３７から取得した画像から上述したアライメントマークの位置検出方法により加工対象物用アライメントマーク４３及び／又はステージ用アライメントマーク４４の位置（交点）情報を取得する。また、画像処理装置３８は、取得した加工対象物用アライメントマーク４３やステージ用アライメントマーク４４の位置情報を制御手段４１に出力する。
【００６９】
ステージ３９は、例えば真空吸着等により加工対象物４２を所定の位置で保持する。また、表示手段４０は、レーザ加工における加工状態や加工結果、上述したアライメントマークの位置検出に関する検出結果や検出処理の終了又は中止した場合に制御手段４１により生成される各種メッセージ等を画像に表示する。
【００７０】
更に、表示手段４０は、例えばレーザ加工等における初期設定や、加工状態、加工結果等を表示させることができる。これにより、オペレータ等のユーザは、アライメントマークの位置を表示画面から容易に取得することができる。また、加工状態や加工結果を画面から容易に把握することができる。
【００７１】
制御手段４１は、レーザ発振器３１、光学系ユニット駆動手段３２、ガルバノ駆動手段３４における駆動の制御を行う。具体的には、制御手段４１は、画像処理装置３８から得られるアライメントマークの位置検出結果等に基づいて、ガルバノ駆動手段３４によりガルバノミラー３５を移動させて、加工対象物４２を所定の位置に移動させる。
【００７２】
また、制御手段４１は、光学系ユニット駆動手段３２の光軸（Ｚ軸）方向の調整を行い、光学系ユニット３３による加工対象物４２への焦点合わせを行う。また、制御手段４１は、レーザ発振器３１におけるレーザ光の出射タイミングや加工時におけるガルバノミラー３５の反射面を所定方向に移動させるためのガルバノ駆動手段３６の駆動タイミングの制御を行う。
【００７３】
また、制御手段４１は、カメラ３７による画像の取得、画像処理装置３８によるアライメントマークの位置検出、検出結果に伴う位置補正を加工対象物が変更される毎に行うことができ、更に、ある工程間の合間や一定の周期、メンテナンス時、又は装置の運転準備中等に行うこともできる。
【００７４】
また、制御手段４１は、予め設定された加工条件に対応させて光学系ユニット３３、ガルバノミラー３５、及び加工対象物４２を所定位置に位置付け、その後所定の強さのレーザ光を照射させる。これにより、高精度に加工対象物４２を位置付けられることができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００７５】
上述したように本発明によれば、アライメントマークの位置検出精度を向上させることができる。これにより、ステージや加工対象物、マスク等の対象物の正確な位置を把握することができるため、高精度なレーザ加工を実現することができる。具体的には、撮影された画像に含まれるアライメントマークの一部から基点を検出し、検出した基点からアライメントマークを探索することで、従来のパターンマッチングやプロジェクション法よりも高精度にアライメントの正確な位置を把握することができる。
【００７６】
なお、上述したアライメントマークの検出手法は、レーザ加工装置に限定されず、例えば露光装置等の他の位置決め機構の分野に広く適用することができる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来技術であるプロジェクション法を説明するための一例の図である。
【図２】プロジェクション法が適用できない場合を説明するための一例の図である。
【図３】本発明におけるアライメントマークの基点を説明するための図である。
【図４】十字マークの交点検出手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】十字マークの領域検出手法を説明するための一例の図である。
【図６】高含有率領域を説明するための図である。
【図７】基点の探索と検出手法を説明するための図である。
【図８】マーク領域の検出手法を説明するための一例の図である。
【図９】十字マーク端の検出の一例を示す図である。
【図１０】探索領域が高含有率領域に分類された場合のシフト処理の内容を説明するための図である。
【図１１】２つの基点が検出される場合の一例を示す図である。
【図１２】４つの基点が取り得る線分のセットパターンの例を示す図である。
【図１３】本発明に適用されるレーザ加工装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 画像
１１ アライメントマーク
１２，２１ 基点
１３ 直線
２２ 線分
３０ レーザ加工装置
３１ レーザ発振器
３２ 光学系ユニット駆動手段
３３ 光学系ユニット
３４ ガルバノ駆動手段
３５ ガルバノミラー
３６ ハーフミラー
３７ カメラ
３８ 画像処理装置
３９ ステージ
４０ 表示手段
４１ 制御手段
４２ 加工対象物
４３ 加工対象物用アライメントマーク
４４ ステージ用アライメントマーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせを行う対象物を撮影した画像から前記対象物に存在する少なくとも１つのアライメントマークを検出するアライメントマークの位置検出方法において、
前記画像から予め設定されたアライメントマークを取得するマーク取得ステップと、
前記マーク取得ステップにより取得されたアライメントマークから少なくとも４つの基点となる点を検出する基点検出ステップと、
前記基点検出ステップにより検出された基点から複数の線分を取得する線分取得ステップと、
前記線分取得ステップにより得られる線分の交点から前記アライメントマークの位置を検出する位置検出ステップとを有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記基点検出ステップは、
前記アライメントマークを構成する領域中に存在する点であり、基点同士が所定距離以上離れており、更に３点以上が同一直線上に配置されていない点を、基点として検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記基点検出ステップは、
前記アライメントマークが十字マークであり、前記画像の撮影領域の端と前記アライメントマークとの接触部分が存在する場合、前記接触部分から基点を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
【請求項４】
前記基点検出ステップは、
少なくとも４つの基点が検出されていない場合、予め設定された探索領域により前記アライメントマークを構成する直線の一部を探索し、探索した結果から基点を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記基点検出ステップは、
同一直線上に３点以上の基点が検出された場合は、前記両端の点を基点として残し、それ以外の点を削除することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の位置検出方法。
【請求項６】
前記マーク取得ステップは、
前記画像中から前記アライメントマークを探索するために設定される探索領域をマーク領域、非マーク領域、高含有率領域の３種類のうち、何れか１つに分類することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の位置検出方法。
【請求項７】
前記請求項１乃至６の何れか１項に記載のアライメントマークの位置検出方法により、位置決めされた加工対象物にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、
光学系ユニットを前記レーザ光に対して光軸方向に移動して、前記加工対象物に結像されたレーザ光を照射させる光学系ユニット駆動手段と、
前記光学系ユニットからのレーザ光をミラーの移動により走査させて前記加工対象物の所定位置に照射させるミラー駆動手段と、
前記加工対象物及び／又は前記加工対象物を保持したステージの表面を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に対して前記アライメントマークの位置検出を行う画像処理装置と、
前記画像処理装置により得られる前記アライメントマークの位置検出結果に基づいて、前記ミラー駆動手段により走査させるレーザ光の位置を調整するための制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１】
位置合わせを行う対象物を撮影した画像から前記対象物に存在する少なくとも１つのアライメントマークを検出するアライメントマークの位置検出方法において、
前記画像から予め設定されたアライメントマークを取得するマーク取得ステップと、
前記マーク取得ステップにより取得されたアライメントマークから少なくとも４つの基点となる点を検出する基点検出ステップと、
前記基点検出ステップにより検出された基点から複数の線分を取得する線分取得ステップと、
前記線分取得ステップにより得られる線分の交点から前記アライメントマークの位置を検出する位置検出ステップとを有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記基点検出ステップは、
前記アライメントマークを構成する領域中に存在する点であり、基点同士が所定距離以上離れており、更に３点以上が同一直線上に配置されていない点を、基点として検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記基点検出ステップは、
前記アライメントマークが十字マークであり、前記画像の撮影領域の端と前記アライメントマークとの接触部分が存在する場合、前記接触部分から基点を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出方法。
【請求項４】
前記基点検出ステップは、
少なくとも４つの基点が検出されていない場合、予め設定された探索領域により前記アライメントマークを構成する直線の一部を探索し、探索した結果から基点を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記基点検出ステップは、
同一直線上に３点以上の基点が検出された場合は、前記両端の点を基点として残し、それ以外の点を削除することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の位置検出方法。
【請求項６】
前記マーク取得ステップは、
前記画像中から前記アライメントマークを探索するために設定される探索領域をマーク領域、非マーク領域、高含有率領域の３種類のうち、何れか１つに分類することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の位置検出方法。
【請求項７】
前記請求項１乃至６の何れか１項に記載のアライメントマークの位置検出方法により、位置決めされた加工対象物にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、
光学系ユニットを前記レーザ光に対して光軸方向に移動して、前記加工対象物に結像されたレーザ光を照射させる光学系ユニット駆動手段と、
前記光学系ユニットからのレーザ光をミラーの移動により走査させて前記加工対象物の所定位置に照射させるミラー駆動手段と、
前記加工対象物及び／又は前記加工対象物を保持したステージの表面を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に対して前記アライメントマークの位置検出を行う画像処理装置と、
前記画像処理装置により得られる前記アライメントマークの位置検出結果に基づいて、前記ミラー駆動手段により走査させるレーザ光の位置を調整するための制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２４１２５５（Ｐ２００８−２４１２５５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７７７５６（Ｐ２００７−７７７５６）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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