基準位置計測装置及び方法、並びに描画装置
【課題】上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、スループットを低下させずに補正する。
【解決手段】アライメントユニット２４のカメラ２５に、基板上面の合焦位置からの変動量Δを計測するＺ方向センサ２６を設ける。基準マークの撮影画像を補正する歪み補正部５８として、上記合焦位置からの変動量Δに対応する歪み補正データを、複数の変動量Δについて記憶した補正データ記憶部５９と、Ｚ方向センサ２６の計測値に応じて適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定する補正データ決定部６０と、補正データ決定部６０によって決定された歪み補正データを用い、撮影画像の歪みを補正する画像補正処理部６１とを設ける。これにより、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、基板を上下動させずに補正することができる。
【解決手段】アライメントユニット２４のカメラ２５に、基板上面の合焦位置からの変動量Δを計測するＺ方向センサ２６を設ける。基準マークの撮影画像を補正する歪み補正部５８として、上記合焦位置からの変動量Δに対応する歪み補正データを、複数の変動量Δについて記憶した補正データ記憶部５９と、Ｚ方向センサ２６の計測値に応じて適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定する補正データ決定部６０と、補正データ決定部６０によって決定された歪み補正データを用い、撮影画像の歪みを補正する画像補正処理部６１とを設ける。これにより、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、基板を上下動させずに補正することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に付された基準マークの位置を計測する基準位置計測装置及び方法と、その基準位置計測装置を備え、計測された基準マークの位置情報に基づき、基板上への描画位置を調整する描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に描画を行う描画装置として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を描画部に設け、描画データに基づいてＤＭＤを駆動制御し、光ビームを変調することにより、基板上に描画（露光）を行うデジタル露光装置（マルチビーム露光装置とも称される）が知られている。ＤＭＤは、半導体基板に２次元配列された各メモリセル（ＳＲＡＭセル）に微小なマイクロミラーを揺動自在に取り付けてなるミラーデバイスであり、各メモリセルに書き込まれたデータ（電荷）に応じた静電気力によりマイクロミラーの反射面の角度が変化するように構成されている。
【０００３】
このようなデジタル露光装置には、基板上に付された基準マーク（アライメントマーク）の位置を計測する基準位置計測装置（いわゆるアライメントユニット）が設けられている。基準位置計測装置は、ステージ上に載置されて所定の速度で搬送される基板上の基準マークをカメラで撮影することにより、その位置を計測する。露光装置は、この計測値に基づいて基板上への描画位置を調整する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
基準位置計測装置のカメラに内蔵されたレンズや撮像素子には微小ながら物理的変形が存在し、これに伴い、撮影画像には僅かに歪みが生じる。要求される基準マークの位置計測精度が高い場合には、この影響を無視することはできない。かかる問題を解決するために、特許文献１では、予め作成した歪み補正データを用いて撮影画像を補正することにより歪みを打ち消し、基準マークの位置計測精度の向上を図っている。
【０００５】
また、撮影画像の歪みは、基板の個体差やステージの保持精度等により基板の上面位置が変動し、これに伴い、撮影画像の像倍率が変動することによっても生じる。そこで、基準位置計測装置のカメラには、被写体の光軸方向の位置変動に対して像倍率の変動が少なく、被写体の計測深度を広く取ることができるテレセントリック光学系が使用されている。しかし、テレセントリック光学系であっても、光軸方向の変動に対して微小ながら誤差（いわゆるテレセントリック誤差）が生じるため、要求される基準マークの位置計測精度が高い場合にはこの影響を無視することはできない。かかる問題を解決するには、特許文献２，３に示されているように、ステージを上下方向（カメラの光軸方向）に移動させることにより、像倍率の調整を行う方法が考えられる。
【特許文献１】特開２００７−１０７３６号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２４８０号公報
【特許文献３】特開平７−２９５２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のデジタル露光装置に、特許文献２，３の技術（ステージの上下方向の位置調整）を適用した場合、基準マークの位置計測時には、ステージの移動を一旦停止したうえで上下方向の位置調整を行う必要があるため、位置検出時間が長くなり、基板の処理効率（スループット）が低下するといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、スループットを低下させずに補正を行うことができる基準位置計測装置及び方法と、その基準位置計測装置を備え、計測された基準マークの位置情報に基づき、基板上への描画位置を調整する描画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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の基準位置計測装置は、撮影手段により、ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測装置において、前記撮影手段の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶した記憶手段と、前記合焦位置からの前記基準マーク面の変動量を計測する計測手段と、前記計測手段の計測値に応じて、適した歪み補正データを前記記憶手段から選択もしくは算出して決定する決定手段と、前記選択手段によって決定された歪み補正データを用い、前記撮影手段によって得られた撮影画像の歪みを補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
なお、前記歪み補正データは、前記撮影手段の物理的変形による撮影画像の歪みと、前記合焦位置からのずれによる像倍率の変化とを補正するものであることが好ましい。
【００１０】
また、前記歪み補正データは、前記撮影手段の撮影画像の全位置に対応した２次元補正ベクトルからなることが好ましい。
【００１１】
また、前記撮影手段は、テレセントリック光学系を備えていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の描画装置は、描画データに基づき、描画領域を通過する基板に対して順次に描画を行う描画手段と、前記描画領域を通過するように前記基板を前記描画手段に対して相対的に移動させる移動手段と、前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記基板上への描画位置を調整する描画位置調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、前記描画位置調整手段は、前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記描画データを補正することが好ましい。
【００１４】
また、前記移動手段は、前記基板を載置して一次元軌道上を移動するステージからなり、前記基準位置計測装置及び前記描画手段は、前記一次元軌道上に固定配置されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記描画手段は、前記基板に対して露光を行うものであることが好ましい。
【００１６】
また、前記描画手段は、前記描画データに基づいて入射光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスを備えていることが好ましい。
【００１７】
また、前記描画手段は、前記デジタルマイクロミラーデバイスを備えた露光ヘッドを、前記基板の移動経路に対して直交する方向に複数列配設したものであることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の基準位置計測方法は、ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測方法において、前記基準マークの撮影系の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶しておき、前記基準マーク面の位置を計測し、計測値に応じて、適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定した歪み補正データを用いて撮影画像の歪みを補正することを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の基準位置計測及び方法は、基準マークの撮影系の合焦位置からの基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを、複数の変動量について記憶しておき、基準マーク面の位置を計測し、計測値に応じて最も適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定し、決定した歪み補正データを用いて撮影画像の歪みを補正するものであるから、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、ステージを上下動させることなく補正することができる。
【００２０】
また、その基板位置計測装置を備え、計測された基準マークの位置情報に基づき、基板上への描画位置を調整する描画装置は、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を補正するために、ステージの移動を停止してステージを上下方向に調整する必要が無く、高スループットを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１において、デジタル露光装置１０は、描画対象の基板１１を表面に吸着保持して移動させる平板状の移動ステージ１２を備えている。基板１１は、プリント基板やフラットパネルディスプレイ用ガラス基板であり、表面に感光材料が塗布または貼着されている。また、基板１１の表面には、露光位置の基準を示す基準マークＭが複数個設けられている。この基準マークＭは、例えば、薄膜の凹凸によって形成され、矩形状の基板１１のコーナー部近傍にそれぞれ１つずつ計４個配設されている。
【００２２】
４本の脚部１３に支持された平板状の基体１４の上面には、その長手方向（Ｙ方向）に沿って２本のガイドレール１５が互いに平行となるように延設されている。移動ステージ１２は、図２に示すように、脚部１２ａによりガイドレール１５に摺動自在に支持されており、リニアモータにより構成されステージ駆動部７１（図９参照）によってＹ方向に駆動される。また、移動ステージ１２には、基板１１を吸着保持する吸着保持部１２ｂと、吸着保持部１２ｂを上下方向（Ｚ方向）に移動させる上下動機構１２ｃが設けられている。
【００２３】
基体１４上のＹ方向に関する中央部には、ガイドレール１５を跨ぐように門型のゲート１６が立設されており、このゲート１６には、露光部１７が取り付けられている。露光部１７は、移動ステージ１２の移動経路に直交する方向（Ｘ方向）に複数列（例えば２列）配列された計１６個の露光ヘッド１８からなり、移動ステージ１２の移動経路上に固定配置されている。
【００２４】
露光部１７には、光源ユニット１９から引き出された光ファイバ２０と、画像処理ユニット２１から引き出された信号ケーブル２２とがそれぞれ接続されている。各露光ヘッド１８は、画像処理ユニット２１から入力されるフレームデータ（描画データ）に基づいて、光源ユニット１９から入力される光ビームを変調し、移動ステージ１２によって搬送される基板１１に対して露光（描画）を行う。なお、露光ヘッド１８の数や配列は、基板１１のサイズ等に応じて適宜変更してよい。
【００２５】
基体１４上にはさらに、ガイドレール１５を跨ぐようにゲート２３が設けられている。ゲート２３には、アライメントユニット２４が取り付けられている。アライメントユニット２４は、略垂直上方から基板１１上を撮影する３個のカメラ２５を備え、各カメラ２５には、基板１１の上面（基準マーク面）の位置を計測するレーザ変位計であるＺ方向センサ２６が固設されている。詳細は後述するが、アライメントユニット２４は、撮影画像から各基準マークＭの位置ずれ量を検出することによって、基板１１の移動ステージ１２上での位置ずれ量を求める。この位置ずれ量に基づいて、露光位置の調整が行われる。なお、カメラ２５の数は、基板１１のサイズ等に応じて適宜変更してよい。また、Ｚ方向センサ２６が用いる測長用のレーザ光は、基板１１の表面の感光材料を感光しない波長であることが好ましい。
【００２６】
図３は、露光ヘッド１８の構成を示す。露光ヘッド１８は、空間光変調素子としてのＤＭＤ３０を備えている。ＤＭＤ３０の光入射側には、光ファイバ２０の端部から射出されたレーザ光をＤＭＤ３０に向けて反射するミラー３１が配置されている。ＤＭＤ３０は、図４に示すように、ＳＲＡＭセルアレイ３２の各セル上にマイクロミラー３３が支柱により揺動自在に支持されてなる。マイクロミラー３３は、例えば、６００個×８００個の２次元正方格子状に配列され、ＤＭＤ３０は、全体として矩形状となっている。ＳＲＡＭセルアレイ３２には、ＤＭＤドライバ３９を介してフレームデータ（デジタル信号）が書き込まれる。なお、ＤＭＤドライバ３９には、前述の信号ケーブル２２が接続され、画像処理ユニット２１からフレームデータが入力される。
【００２７】
ＳＲＡＭセルアレイ３２の各セルは、フリップフロップ回路によって構成されており、書き込まれるデータ（“０”または“１”）に応じて電荷状態が切り替わる。各マイクロミラー３３は、ＳＲＡＭセルの電荷状態に応じた静電気力により各マイクロミラー３３の傾きが切り替わり、ミラー３１から入射されるレーザ光の反射方向を変化させる。つまり、ＤＭＤ３０は、入射されるレーザ光をフレームデータに応じて変調して反射し、反射光をレンズ系３４に入射させる。例えば、データ“０”が書き込まれたＳＲＡＭセルのマイクロミラー３３による反射光のみがレンズ系３４に入射し、データ“１”が書き込まれたＳＲＡＭセルのマイクロミラー３３による反射光は、不図示の光吸収体に吸収されて露光には寄与しない。
【００２８】
レンズ系３４，３５は、拡大光学系として構成されており、ＤＭＤ３０からの反射光の断面積を所定の大きさに拡大し、射出側に設けられたマイクロレンズアレイ３６に反射光の拡大像を入射させる。マイクロレンズアレイ３６は、ＤＭＤ３０の各マイクロミラー３３に１対１に対応するように複数のマイクロレンズ３６ａが一体形成されたものであり、各マイクロレンズ３６ａは、レンズ系３４，３５を通過したレーザ光の各光軸上に配置されている。マイクロレンズアレイ３６は、入射された拡大像を鮮鋭化してレンズ系３７に入射させる。レンズ系３７，３８は、例えば、等倍光学系として構成されており、基板１１の像を投影（露光）する。露光ヘッド１８は、レンズ系３７，３８の後方焦点位置に基板１１の上面１１ａが位置するように配置される。
【００２９】
図５に示すように、各露光ヘッド１８による基板１１上の露光エリア（描画領域）４０は、ＤＭＤ３０に相似した形状（矩形状）となる。ＤＭＤ３０は、短辺がステージ移動方向（Ｙ方向）に対して僅かに（例えば、０．１°〜０．５°）傾斜させて配置されており、これに応じて露光エリア４０が傾斜している。これにより、ＤＭＤ３０の各マイクロミラー３３による正方格子状の露光点（描画点）の配列方向が走査方向に対して傾斜し、露光点による走査軌跡（走査線）のピッチ（Ｘ方向に関する間隔）が狭くなるため、ＤＭＤ３０を傾斜させない場合より、解像度を向上させることができる。
【００３０】
各露光ヘッド１８は、ステージ移動方向と略直交する方向（Ｘ方向）に２列に分けられ、各列において隙間無く配列されている。また、露光ヘッド１８は、第１列目と第２列目とで配列方向に所定間隔（配列ピッチの１／２倍）ずらして配列されている。これにより、第１列目の露光ヘッド１８によって露光できない部分が第２列目の露光ヘッド１８によって露光され、ステージ移動に伴って形成される帯状の露光済み領域４１がＸ方向に隙間無く形成される。
【００３１】
図６は、アライメントユニット２４の構成を示す。カメラ２５は、照明部５０、ハーフミラー５１、テレセントリックレンズ５２、及び撮像素子５３から構成されている。照明部５０は、ＬＥＤ等からなり、白色光または特定波長の光をハーフミラー５１に向けて発する。ハーフミラー５１は、照明部５０から発せられた照明光をテレセントリックレンズ５２に向けて反射する。テレセントリックレンズ５２は、入射した照明光を基板１１に向けて透過させるとともに、基板１１の上面１１ａからの反射光を透過させる。上面１１ａからの反射光は、ハーフミラー５１を透過し、撮像素子５３に入射する。撮像素子５３は、ＣＣＤ等からなる２次元イメージセンサであり、入射した光を光電変換し、電気的な撮像信号として出力する。カメラ２５は、撮影光軸が基板１１の上面１１ａに対して略垂直（Ｚ方向と略平行）となるように設置されている。
【００３２】
カメラ２５には、前述のようにＺ方向センサ２６が固設されている。Ｚ方向センサ２６は、レーザ光を基板１１の上面１１ａに対して略垂直に照射し、この照射光と上面１１ａからの反射光との干渉により、上面１１ａのＺ方向に関する位置（具体的には、カメラ２５の合焦位置（ジャストピント位置）からの変動量Δ）を計測する。Ｚ方向センサ２６は、基準マークＭ近傍の高さ変動量Δを計測する。この変動量Δは、後述する歪み補正部５８へ送出される。
【００３３】
各カメラ２５から出力された撮像信号は、画像処理部５４に入力され、所定の信号処理を施すことにより画像データ（基板１１の撮影画像）が生成される。画像処理部５４によって生成された画像データは、マーク抽出部５５に入力される。マーク抽出部５５は、画像データから基準マークＭを含む部分を抽出し、マーク照合部５６へ送出する。マーク照合部５６は、抽出された各基準マークＭの画像データと、予めマークデータ記憶部５７に記憶されたマークデータとを照合し、マークデータに一致した基準マークＭの画像データを歪み補正部５８へ送出する。
【００３４】
歪み補正部５８は、補正データ記憶部５９、補正データ決定部６０、及び画像補正処理部６１からなる。補正データ記憶部５９には、基板１１の高さ変動（Ｚ方向への変動）によって生じる画像データの歪み（像倍率の変化）を補正するために、複数の歪み補正データＤ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・が記憶されている。歪み補正データＤ０は、変動量Δ＝０の場合の補正データ（つまり、カメラ２５の物理的変形（光学系や撮像素子の歪み）による画像データの歪みを補正する補正データ）である。その他の歪み補正データＤ１，Ｄ２，・・・は、所定の変動量Δ（例えば、Δ＝＋５μｍ、＋１０μｍ、−５μｍ、−１０μｍの各変動量）に対応する補正データ（つまり、カメラ２５の物理的変形による画像データの歪み、及び合焦位置からのずれによる像倍率の変化を補正する補正データ）である。
【００３５】
補正データ決定部６０には、Ｚ方向センサ２６によって計測された基準マークＭ近傍の高さ変動量Δが入力される。補正データ決定部６０は、入力された高さ変動量Δに対応した歪み補正データを、補正データ記憶部５９から選択もしくは算出して決定する。具体的には、入力された高さ変動量Δに対応した歪み補正データが補正データ記憶部５９内に存在する場合にはその歪み補正データを選択し、存在しない場合には、補正データ記憶部５９に記憶された歪み補正データに基づき、入力された高さ変動量Δに対応した歪み補正データを補間処理（スプライン補間または線形補間）によって算出する。
【００３６】
この歪み補正データは、例えば図７に示すように、撮影領域６２内の全位置に対応した２次元補正ベクトルＨ（補正方向と補正量）からなる。画像補正処理部６１は、補正データ決定部６０によって決定された歪み補正データに基づいて、マーク照合部５６から送出された基準マークＭの画像データの歪みを補正する。この歪み補正がなされた基準マークＭの画像データは、位置情報算出部６３へ送出される。
【００３７】
位置情報算出部６３は、図８に示すように、入力された画像データ中の基準マークＭ′の位置を、本来の（設計上の）基準マークＭの位置と比較し、基準マークＭの位置ずれベクトルＳを算出する。この位置ずれベクトルＳは、各基準マークＭについて算出され、基板１１の位置情報として、デジタル露光装置１０の全体制御部７０（図９参照）へ送出される。
【００３８】
次に、図９は、デジタル露光装置１０の電気的構成を示す。デジタル露光装置１０には、装置全体を制御する全体制御部７０が設けられている。全体制御部７０は、移動ステージ１２を駆動するステージ駆動部７１を制御してステージ移動を行わせるとともに、光源ユニット１９及び画像処理ユニット２１を制御して露光を行わせる。また、全体制御部７０は、ステージ移動制御を行うとともに、アライメントユニット２４の動作を制御し、アライメントユニット２４から得た基板１１の位置情報を、画像処理ユニット２１内のフレームデータ生成部７２に与え、基板１１上の露光領域に対応するようにフレームデータの補正処理を実行させる。
【００３９】
画像処理ユニット２１は、外部の画像データ出力装置７３から出力されるラスター化された画像データを格納する画像データ記憶部７４を備えている。画像データ記憶部７４は、画像データ出力装置７３から入力される画像データを記憶する。フレームデータ生成部７２は、画像データ記憶部７４に記憶された画像データに基づいてフレームデータを生成し、生成したフレームデータをＤＭＤドライバ３９に入力する。具体的には、フレームデータ生成部７２は、ＤＭＤ３０の各マイクロミラー３３の配置及び各露光ヘッド１８の配置に応じて決まる露光エリア４０内の各露光点の座標に基づいて、フレームデータを生成する。また、フレームデータ生成部７２は、前述のように、アライメントユニット２４によって検出される基板１１の位置情報に基づき、位置ずれのない場合と同一の位置に露光点が形成されるように、フレームデータを補正する。
【００４０】
次に、以上のように構成されたデジタル露光装置１０の露光動作を、図１０の動作シーケンス図に基づいて説明を行う。基板１１が移動ステージ１２上に載置されると、移動ステージ１２は、図１０（Ａ）に示すように、右方向に往路移動を開始する。この往路移動中、全体制御部７０は、Z方向センサ２６及び不図示のＸ，Ｙ方向センサにより、移動ステージ１２の位置を認識する。
【００４１】
図１０（Ｂ）に示すように、移動ステージ１２の移動方向先端がアライメントユニット２４下に達すると、カメラ２５が撮影を開始し、この撮影中に、Ｚ方向センサ２６により、基板１１の上面位置の高さ変動量Δが検出される。図１０（Ｃ）に示すように、移動ステージ１２の移動方向後端がアライメントユニット２４下に達すると、カメラ２５による撮影が終了し、画像処理部５４によって画像データが生成される。アライメントユニット２４では、この画像データと高さ変動量Δとを用いて、前述の要領で、基準マークＭの位置ずれ量Ｓが精度良く検出され、基板１１の位置情報として、全体制御部７０に送出される。
【００４２】
次いで、移動ステージ１２は、左方向に復路移動を開始し、露光部１７下を通過する際に、露光部１７によって基板１１上に露光が行われる。この露光位置は、アライメントユニット２４によって計測された基板１１の位置情報に基づいて、露光開始タイミングと露光データ（フレームデータ）の補正を行うことにより、調整される。
【００４３】
このように、本発明によれば、基板１１のアライメント計測中に、移動ステージ１２の上下位置の調整を行うことなく、基板上面の高さ変動による基準マークＭの位置ずれを補正することができるので、高精度な露光と同時に、高い処理効率（高スループット）を達成することができる。また、高さ変動による誤差を高精度に補正することができるため、カメラ２５には、高精度なテレセントリック性は要求されない。
【００４４】
また、デジタル露光装置１０は、上記の露光モードの他に、歪み補正データ作成モードを備えている。この歪み補正データ作成モードを実行するために、アライメントユニット２４内には、図１１に示すように、歪み補正データ作成部８０が設けられている。この歪み補正データ作成部８０は、補正ベクトル算出部８１と演算処理部８２とからなる。
【００４５】
この歪み補正データ作成モードでは、基板１１に代えて、校正用基板を用いる。この校正用基板には、図１２に示すように、カメラ２５の撮影領域６２に関して十分小さなピッチで格子状にマークＫＭが配置されてなる校正パターンＫが形成されている。この校正用基板は、例えば石英などの精度が狂わない（経時的に寸法変形しない）材質で形成されており、校正パターンＫは、クロムメッキ等で形成されている。
【００４６】
歪み補正データ作成モード時にカメラ２５によって撮影された校正パターンＫの画像データは、全体制御部７０の制御に基づき、画像処理部５４から補正ベクトル算出部８１へ送出される。補正ベクトル算出部８１は、図１３に示すように、入力された画像データ中の校正パターンＫ′の位置と、本来の校正パターンＫの位置と比較し、校正パターンＫ′の各マークＫＭ′の位置ずれ量に基づき補正ベクトルＨを算出する。補正ベクトル算出部８１によって算出された補正ベクトルＨは、演算処理部８２に入力される。
【００４７】
また、演算処理部８２には、Ｚ方向センサ２６から校正用基板の上面位置の計測値（合焦位置からの高さ変動量Δ）が入力され、さらに、全体制御部７０から校正パターンＫの撮影回数を含む撮影情報が入力される。カメラ２５による校正パターンＫの撮影は、撮影ごとの誤差を補正するために複数回行われる。演算処理部８２は、データ格納部８３、平均化処理部８４、及び補間処理部８５からなり、データ格納部８３は、補正ベクトル算出部８１から入力された補正ベクトルＨを格納する。データ格納部８３には、撮影回数分の補正ベクトルＨが格納され、平均化処理部８４は、複数の撮影で得られた各補正ベクトルＨを平均化する。補間処理部８５は、補正ベクトルＨをＸＹ方向について補間処理（スプライン補間または線形補間）し、撮影領域６２の全位置について補正ベクトルＨを求め、歪み補正データを生成する。この歪み補正データは、高さ変動量Δに対応付けられて、前述の補正データ記憶部５９に書き込まれる。
【００４８】
次に、歪み補正データ作成モード時におけるデジタル露光装置１０の動作を、図１４のフローチャートに基づいて説明する。まず、移動ステージ１２上に校正用基板がセットされ、操作部（図示せず）により歪み補正データ作成モードが設定されると（ステップＳ１のＹｅｓ判定）、校正用基板上の校正パターンＫが各カメラ２５の撮影領域６２に位置するように移動ステージ１２が移動される（ステップＳ２）。この撮影位置にて、移動ステージ１２の上下動機構１２ｃが駆動され、校正用基板の上面が所定位置（例えば、Δ＝０の合焦位置）となるように、Ｚ方向に位置調整が行われる（ステップＳ３）。
【００４９】
この状態で、カメラ２５により、校正パターンＫの撮影が所定回数行われ、各撮影が終了するたびに、補正ベクトル算出部８１によって補正ベクトルＨが算出される（ステップＳ４）。次いで、演算処理部８２において、各撮影で得られた補正ベクトルＨの平均化処理が施され（ステップＳ５）、補間処理により撮影領域６２の全位置について補正ベクトルＨが算出される（ステップＳ６）。こうして、所定の高さ変動量Δに関する歪み補正データが作成され、作成された歪み補正データは、補正データ記憶部５９に書き込まれる（ステップＳ７）。
【００５０】
この後さらに、上下動機構１２ｃが駆動され、校正用基板の上面位置（つまり、高さ変動量Δ）が所定ステップずつ変更され（ステップＳ９）、各位置において、ステップＳ４〜Ｓ７の歪み補正データ作成処理が実施される。この歪み補正データ作成処理が複数の所定の高さ変動量Δについて実施されると（ステップＳ８のＹｅｓ判定）、移動ステージ１２が初期位置に移動され（ステップＳ１０）、歪み補正データ作成モードが終了する。
【００５１】
デジタル露光装置１０は、このような歪み補正データ作成モードを備えることにより、経時変化によって生じる基準マークの検出誤差を適宜補正することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、基準マークを薄膜の凹凸によって形成しているが、これに限定されることなく、基準マークを印刷形成等の他の方法によって形成してもよい。また、基準マークの形成位置は適宜変更可能である。さらに、歪み補正データ作成モードを実行することで、基準マークの形状も適宜変更可能である。
【００５３】
また、上記実施形態では、基板上に形成された基準マークの位置検出を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、移動ステージ上に形成された基準マークの位置検出を行う形態にも適用可能である。
【００５４】
また、上記実施形態では、基板の上面位置を検出するＺ方向センサを各カメラに設けているが、これに限定されることなく、複数のカメラに対して１つのＺ方向センサを設けるようにしてもよい。また、このＺ方向センサとしては、レーザ変位計に限られず、他の方式の測長器を用いてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、撮影を補助するための照明部をカメラ内に設けているが、これに限定されることなく、照明部の形態は種々の変形が可能である。また、種類の異なる複数の照明部を切り替え可能に設けてもよく、この場合は、照明の種類ごとに歪み補正データを作成することが好ましい。さらに、照明光の波長を可変としてもよく、この場合は、変更可能な波長ごとに歪み補正データを設けることが好ましい。
【００５６】
また、上記実施形態では、カメラ内に撮影素子及びレンズを固定配置しているが、これに限定されることなく、特開２００７−１０７３６号公報に示されるように、撮影素子及び／またはレンズを回動可能としてもよい。また、撮像素子を１次元イメージセンサとしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、本発明に係わる描画装置の一形態として、描画データに基づいて光ビームを変調することにより基板上に露光を行うデジタル露光装置を例示しているが、本発明はこれに限定されることなく、描画データに基づいてドット状のインクを射出して描画を行うインクジェット描画装置などに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】デジタル露光装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】移動ステージの構成を示す概略側面図である。
【図３】露光ヘッドの構成を示す模式図である。
【図４】ＤＭＤの構成を示す概略斜視図である。
【図５】露光ヘッドによる基板上の露光エリアを示す概略斜視図である。
【図６】アライメントユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】歪み補正データを構成する補正ベクトルを示す概略平面図である。
【図８】歪み補正がなされた基準マークと本来の基準マークとの位置関係の一例を示す図である。
【図９】デジタル露光装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】デジタル露光装置の動作シーケンスを示す概略平面図である。
【図１１】歪み補正データ作成部の構成を示すブロック図である。
【図１２】校正用基板上に形成された校正パターンを示す概略平面図である。
【図１３】校正パターンの撮影画像を示す図である。
【図１４】歪み補正データ作成モードを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１０ デジタル露光装置
１１ 基板
１１ａ 上面
１２ 移動ステージ（移動手段）
１５ ガイドレール
１７ 露光部（描画手段）
１８ 露光ヘッド
１９ 光源ユニット
２１ 画像処理ユニット
２４ アライメントユニット
２５ カメラ（撮影手段）
２６ Ｚ方向センサ（計測手段）
３０ ＤＭＤ
３９ ＤＭＤドライバ
４０ 露光エリア（描画領域）
５０ 照明部
５１ ハーフミラー
５２ テレセントリックレンズ
５３ 撮像素子
５４ 画像処理部
５５ マーク抽出部
５６ マーク照合部
５７ マークデータ記憶部
５８ 歪み補正部
５９ 補正データ記憶部（記憶手段）
６０ 補正データ決定部（決定手段）
６１ 画像補正処理部（補正手段）
６３ 位置情報算出部
７０ 全体制御部
７２ フレームデータ生成部（描画位置調整手段）
８０ 歪み補正データ作成部
８１ 補正ベクトル算出部
８２ 演算処理部
８３ データ格納部
８４ 平均化処理部
８５ 補間処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に付された基準マークの位置を計測する基準位置計測装置及び方法と、その基準位置計測装置を備え、計測された基準マークの位置情報に基づき、基板上への描画位置を調整する描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に描画を行う描画装置として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を描画部に設け、描画データに基づいてＤＭＤを駆動制御し、光ビームを変調することにより、基板上に描画（露光）を行うデジタル露光装置（マルチビーム露光装置とも称される）が知られている。ＤＭＤは、半導体基板に２次元配列された各メモリセル（ＳＲＡＭセル）に微小なマイクロミラーを揺動自在に取り付けてなるミラーデバイスであり、各メモリセルに書き込まれたデータ（電荷）に応じた静電気力によりマイクロミラーの反射面の角度が変化するように構成されている。
【０００３】
このようなデジタル露光装置には、基板上に付された基準マーク（アライメントマーク）の位置を計測する基準位置計測装置（いわゆるアライメントユニット）が設けられている。基準位置計測装置は、ステージ上に載置されて所定の速度で搬送される基板上の基準マークをカメラで撮影することにより、その位置を計測する。露光装置は、この計測値に基づいて基板上への描画位置を調整する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
基準位置計測装置のカメラに内蔵されたレンズや撮像素子には微小ながら物理的変形が存在し、これに伴い、撮影画像には僅かに歪みが生じる。要求される基準マークの位置計測精度が高い場合には、この影響を無視することはできない。かかる問題を解決するために、特許文献１では、予め作成した歪み補正データを用いて撮影画像を補正することにより歪みを打ち消し、基準マークの位置計測精度の向上を図っている。
【０００５】
また、撮影画像の歪みは、基板の個体差やステージの保持精度等により基板の上面位置が変動し、これに伴い、撮影画像の像倍率が変動することによっても生じる。そこで、基準位置計測装置のカメラには、被写体の光軸方向の位置変動に対して像倍率の変動が少なく、被写体の計測深度を広く取ることができるテレセントリック光学系が使用されている。しかし、テレセントリック光学系であっても、光軸方向の変動に対して微小ながら誤差（いわゆるテレセントリック誤差）が生じるため、要求される基準マークの位置計測精度が高い場合にはこの影響を無視することはできない。かかる問題を解決するには、特許文献２，３に示されているように、ステージを上下方向（カメラの光軸方向）に移動させることにより、像倍率の調整を行う方法が考えられる。
【特許文献１】特開２００７−１０７３６号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２４８０号公報
【特許文献３】特開平７−２９５２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のデジタル露光装置に、特許文献２，３の技術（ステージの上下方向の位置調整）を適用した場合、基準マークの位置計測時には、ステージの移動を一旦停止したうえで上下方向の位置調整を行う必要があるため、位置検出時間が長くなり、基板の処理効率（スループット）が低下するといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、スループットを低下させずに補正を行うことができる基準位置計測装置及び方法と、その基準位置計測装置を備え、計測された基準マークの位置情報に基づき、基板上への描画位置を調整する描画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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の基準位置計測装置は、撮影手段により、ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測装置において、前記撮影手段の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶した記憶手段と、前記合焦位置からの前記基準マーク面の変動量を計測する計測手段と、前記計測手段の計測値に応じて、適した歪み補正データを前記記憶手段から選択もしくは算出して決定する決定手段と、前記選択手段によって決定された歪み補正データを用い、前記撮影手段によって得られた撮影画像の歪みを補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
なお、前記歪み補正データは、前記撮影手段の物理的変形による撮影画像の歪みと、前記合焦位置からのずれによる像倍率の変化とを補正するものであることが好ましい。
【００１０】
また、前記歪み補正データは、前記撮影手段の撮影画像の全位置に対応した２次元補正ベクトルからなることが好ましい。
【００１１】
また、前記撮影手段は、テレセントリック光学系を備えていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の描画装置は、描画データに基づき、描画領域を通過する基板に対して順次に描画を行う描画手段と、前記描画領域を通過するように前記基板を前記描画手段に対して相対的に移動させる移動手段と、前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記基板上への描画位置を調整する描画位置調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、前記描画位置調整手段は、前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記描画データを補正することが好ましい。
【００１４】
また、前記移動手段は、前記基板を載置して一次元軌道上を移動するステージからなり、前記基準位置計測装置及び前記描画手段は、前記一次元軌道上に固定配置されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記描画手段は、前記基板に対して露光を行うものであることが好ましい。
【００１６】
また、前記描画手段は、前記描画データに基づいて入射光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスを備えていることが好ましい。
【００１７】
また、前記描画手段は、前記デジタルマイクロミラーデバイスを備えた露光ヘッドを、前記基板の移動経路に対して直交する方向に複数列配設したものであることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の基準位置計測方法は、ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測方法において、前記基準マークの撮影系の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶しておき、前記基準マーク面の位置を計測し、計測値に応じて、適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定した歪み補正データを用いて撮影画像の歪みを補正することを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の基準位置計測及び方法は、基準マークの撮影系の合焦位置からの基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを、複数の変動量について記憶しておき、基準マーク面の位置を計測し、計測値に応じて最も適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定し、決定した歪み補正データを用いて撮影画像の歪みを補正するものであるから、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を、ステージを上下動させることなく補正することができる。
【００２０】
また、その基板位置計測装置を備え、計測された基準マークの位置情報に基づき、基板上への描画位置を調整する描画装置は、上下方向の変動による基準マークの位置検出誤差を補正するために、ステージの移動を停止してステージを上下方向に調整する必要が無く、高スループットを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１において、デジタル露光装置１０は、描画対象の基板１１を表面に吸着保持して移動させる平板状の移動ステージ１２を備えている。基板１１は、プリント基板やフラットパネルディスプレイ用ガラス基板であり、表面に感光材料が塗布または貼着されている。また、基板１１の表面には、露光位置の基準を示す基準マークＭが複数個設けられている。この基準マークＭは、例えば、薄膜の凹凸によって形成され、矩形状の基板１１のコーナー部近傍にそれぞれ１つずつ計４個配設されている。
【００２２】
４本の脚部１３に支持された平板状の基体１４の上面には、その長手方向（Ｙ方向）に沿って２本のガイドレール１５が互いに平行となるように延設されている。移動ステージ１２は、図２に示すように、脚部１２ａによりガイドレール１５に摺動自在に支持されており、リニアモータにより構成されステージ駆動部７１（図９参照）によってＹ方向に駆動される。また、移動ステージ１２には、基板１１を吸着保持する吸着保持部１２ｂと、吸着保持部１２ｂを上下方向（Ｚ方向）に移動させる上下動機構１２ｃが設けられている。
【００２３】
基体１４上のＹ方向に関する中央部には、ガイドレール１５を跨ぐように門型のゲート１６が立設されており、このゲート１６には、露光部１７が取り付けられている。露光部１７は、移動ステージ１２の移動経路に直交する方向（Ｘ方向）に複数列（例えば２列）配列された計１６個の露光ヘッド１８からなり、移動ステージ１２の移動経路上に固定配置されている。
【００２４】
露光部１７には、光源ユニット１９から引き出された光ファイバ２０と、画像処理ユニット２１から引き出された信号ケーブル２２とがそれぞれ接続されている。各露光ヘッド１８は、画像処理ユニット２１から入力されるフレームデータ（描画データ）に基づいて、光源ユニット１９から入力される光ビームを変調し、移動ステージ１２によって搬送される基板１１に対して露光（描画）を行う。なお、露光ヘッド１８の数や配列は、基板１１のサイズ等に応じて適宜変更してよい。
【００２５】
基体１４上にはさらに、ガイドレール１５を跨ぐようにゲート２３が設けられている。ゲート２３には、アライメントユニット２４が取り付けられている。アライメントユニット２４は、略垂直上方から基板１１上を撮影する３個のカメラ２５を備え、各カメラ２５には、基板１１の上面（基準マーク面）の位置を計測するレーザ変位計であるＺ方向センサ２６が固設されている。詳細は後述するが、アライメントユニット２４は、撮影画像から各基準マークＭの位置ずれ量を検出することによって、基板１１の移動ステージ１２上での位置ずれ量を求める。この位置ずれ量に基づいて、露光位置の調整が行われる。なお、カメラ２５の数は、基板１１のサイズ等に応じて適宜変更してよい。また、Ｚ方向センサ２６が用いる測長用のレーザ光は、基板１１の表面の感光材料を感光しない波長であることが好ましい。
【００２６】
図３は、露光ヘッド１８の構成を示す。露光ヘッド１８は、空間光変調素子としてのＤＭＤ３０を備えている。ＤＭＤ３０の光入射側には、光ファイバ２０の端部から射出されたレーザ光をＤＭＤ３０に向けて反射するミラー３１が配置されている。ＤＭＤ３０は、図４に示すように、ＳＲＡＭセルアレイ３２の各セル上にマイクロミラー３３が支柱により揺動自在に支持されてなる。マイクロミラー３３は、例えば、６００個×８００個の２次元正方格子状に配列され、ＤＭＤ３０は、全体として矩形状となっている。ＳＲＡＭセルアレイ３２には、ＤＭＤドライバ３９を介してフレームデータ（デジタル信号）が書き込まれる。なお、ＤＭＤドライバ３９には、前述の信号ケーブル２２が接続され、画像処理ユニット２１からフレームデータが入力される。
【００２７】
ＳＲＡＭセルアレイ３２の各セルは、フリップフロップ回路によって構成されており、書き込まれるデータ（“０”または“１”）に応じて電荷状態が切り替わる。各マイクロミラー３３は、ＳＲＡＭセルの電荷状態に応じた静電気力により各マイクロミラー３３の傾きが切り替わり、ミラー３１から入射されるレーザ光の反射方向を変化させる。つまり、ＤＭＤ３０は、入射されるレーザ光をフレームデータに応じて変調して反射し、反射光をレンズ系３４に入射させる。例えば、データ“０”が書き込まれたＳＲＡＭセルのマイクロミラー３３による反射光のみがレンズ系３４に入射し、データ“１”が書き込まれたＳＲＡＭセルのマイクロミラー３３による反射光は、不図示の光吸収体に吸収されて露光には寄与しない。
【００２８】
レンズ系３４，３５は、拡大光学系として構成されており、ＤＭＤ３０からの反射光の断面積を所定の大きさに拡大し、射出側に設けられたマイクロレンズアレイ３６に反射光の拡大像を入射させる。マイクロレンズアレイ３６は、ＤＭＤ３０の各マイクロミラー３３に１対１に対応するように複数のマイクロレンズ３６ａが一体形成されたものであり、各マイクロレンズ３６ａは、レンズ系３４，３５を通過したレーザ光の各光軸上に配置されている。マイクロレンズアレイ３６は、入射された拡大像を鮮鋭化してレンズ系３７に入射させる。レンズ系３７，３８は、例えば、等倍光学系として構成されており、基板１１の像を投影（露光）する。露光ヘッド１８は、レンズ系３７，３８の後方焦点位置に基板１１の上面１１ａが位置するように配置される。
【００２９】
図５に示すように、各露光ヘッド１８による基板１１上の露光エリア（描画領域）４０は、ＤＭＤ３０に相似した形状（矩形状）となる。ＤＭＤ３０は、短辺がステージ移動方向（Ｙ方向）に対して僅かに（例えば、０．１°〜０．５°）傾斜させて配置されており、これに応じて露光エリア４０が傾斜している。これにより、ＤＭＤ３０の各マイクロミラー３３による正方格子状の露光点（描画点）の配列方向が走査方向に対して傾斜し、露光点による走査軌跡（走査線）のピッチ（Ｘ方向に関する間隔）が狭くなるため、ＤＭＤ３０を傾斜させない場合より、解像度を向上させることができる。
【００３０】
各露光ヘッド１８は、ステージ移動方向と略直交する方向（Ｘ方向）に２列に分けられ、各列において隙間無く配列されている。また、露光ヘッド１８は、第１列目と第２列目とで配列方向に所定間隔（配列ピッチの１／２倍）ずらして配列されている。これにより、第１列目の露光ヘッド１８によって露光できない部分が第２列目の露光ヘッド１８によって露光され、ステージ移動に伴って形成される帯状の露光済み領域４１がＸ方向に隙間無く形成される。
【００３１】
図６は、アライメントユニット２４の構成を示す。カメラ２５は、照明部５０、ハーフミラー５１、テレセントリックレンズ５２、及び撮像素子５３から構成されている。照明部５０は、ＬＥＤ等からなり、白色光または特定波長の光をハーフミラー５１に向けて発する。ハーフミラー５１は、照明部５０から発せられた照明光をテレセントリックレンズ５２に向けて反射する。テレセントリックレンズ５２は、入射した照明光を基板１１に向けて透過させるとともに、基板１１の上面１１ａからの反射光を透過させる。上面１１ａからの反射光は、ハーフミラー５１を透過し、撮像素子５３に入射する。撮像素子５３は、ＣＣＤ等からなる２次元イメージセンサであり、入射した光を光電変換し、電気的な撮像信号として出力する。カメラ２５は、撮影光軸が基板１１の上面１１ａに対して略垂直（Ｚ方向と略平行）となるように設置されている。
【００３２】
カメラ２５には、前述のようにＺ方向センサ２６が固設されている。Ｚ方向センサ２６は、レーザ光を基板１１の上面１１ａに対して略垂直に照射し、この照射光と上面１１ａからの反射光との干渉により、上面１１ａのＺ方向に関する位置（具体的には、カメラ２５の合焦位置（ジャストピント位置）からの変動量Δ）を計測する。Ｚ方向センサ２６は、基準マークＭ近傍の高さ変動量Δを計測する。この変動量Δは、後述する歪み補正部５８へ送出される。
【００３３】
各カメラ２５から出力された撮像信号は、画像処理部５４に入力され、所定の信号処理を施すことにより画像データ（基板１１の撮影画像）が生成される。画像処理部５４によって生成された画像データは、マーク抽出部５５に入力される。マーク抽出部５５は、画像データから基準マークＭを含む部分を抽出し、マーク照合部５６へ送出する。マーク照合部５６は、抽出された各基準マークＭの画像データと、予めマークデータ記憶部５７に記憶されたマークデータとを照合し、マークデータに一致した基準マークＭの画像データを歪み補正部５８へ送出する。
【００３４】
歪み補正部５８は、補正データ記憶部５９、補正データ決定部６０、及び画像補正処理部６１からなる。補正データ記憶部５９には、基板１１の高さ変動（Ｚ方向への変動）によって生じる画像データの歪み（像倍率の変化）を補正するために、複数の歪み補正データＤ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・が記憶されている。歪み補正データＤ０は、変動量Δ＝０の場合の補正データ（つまり、カメラ２５の物理的変形（光学系や撮像素子の歪み）による画像データの歪みを補正する補正データ）である。その他の歪み補正データＤ１，Ｄ２，・・・は、所定の変動量Δ（例えば、Δ＝＋５μｍ、＋１０μｍ、−５μｍ、−１０μｍの各変動量）に対応する補正データ（つまり、カメラ２５の物理的変形による画像データの歪み、及び合焦位置からのずれによる像倍率の変化を補正する補正データ）である。
【００３５】
補正データ決定部６０には、Ｚ方向センサ２６によって計測された基準マークＭ近傍の高さ変動量Δが入力される。補正データ決定部６０は、入力された高さ変動量Δに対応した歪み補正データを、補正データ記憶部５９から選択もしくは算出して決定する。具体的には、入力された高さ変動量Δに対応した歪み補正データが補正データ記憶部５９内に存在する場合にはその歪み補正データを選択し、存在しない場合には、補正データ記憶部５９に記憶された歪み補正データに基づき、入力された高さ変動量Δに対応した歪み補正データを補間処理（スプライン補間または線形補間）によって算出する。
【００３６】
この歪み補正データは、例えば図７に示すように、撮影領域６２内の全位置に対応した２次元補正ベクトルＨ（補正方向と補正量）からなる。画像補正処理部６１は、補正データ決定部６０によって決定された歪み補正データに基づいて、マーク照合部５６から送出された基準マークＭの画像データの歪みを補正する。この歪み補正がなされた基準マークＭの画像データは、位置情報算出部６３へ送出される。
【００３７】
位置情報算出部６３は、図８に示すように、入力された画像データ中の基準マークＭ′の位置を、本来の（設計上の）基準マークＭの位置と比較し、基準マークＭの位置ずれベクトルＳを算出する。この位置ずれベクトルＳは、各基準マークＭについて算出され、基板１１の位置情報として、デジタル露光装置１０の全体制御部７０（図９参照）へ送出される。
【００３８】
次に、図９は、デジタル露光装置１０の電気的構成を示す。デジタル露光装置１０には、装置全体を制御する全体制御部７０が設けられている。全体制御部７０は、移動ステージ１２を駆動するステージ駆動部７１を制御してステージ移動を行わせるとともに、光源ユニット１９及び画像処理ユニット２１を制御して露光を行わせる。また、全体制御部７０は、ステージ移動制御を行うとともに、アライメントユニット２４の動作を制御し、アライメントユニット２４から得た基板１１の位置情報を、画像処理ユニット２１内のフレームデータ生成部７２に与え、基板１１上の露光領域に対応するようにフレームデータの補正処理を実行させる。
【００３９】
画像処理ユニット２１は、外部の画像データ出力装置７３から出力されるラスター化された画像データを格納する画像データ記憶部７４を備えている。画像データ記憶部７４は、画像データ出力装置７３から入力される画像データを記憶する。フレームデータ生成部７２は、画像データ記憶部７４に記憶された画像データに基づいてフレームデータを生成し、生成したフレームデータをＤＭＤドライバ３９に入力する。具体的には、フレームデータ生成部７２は、ＤＭＤ３０の各マイクロミラー３３の配置及び各露光ヘッド１８の配置に応じて決まる露光エリア４０内の各露光点の座標に基づいて、フレームデータを生成する。また、フレームデータ生成部７２は、前述のように、アライメントユニット２４によって検出される基板１１の位置情報に基づき、位置ずれのない場合と同一の位置に露光点が形成されるように、フレームデータを補正する。
【００４０】
次に、以上のように構成されたデジタル露光装置１０の露光動作を、図１０の動作シーケンス図に基づいて説明を行う。基板１１が移動ステージ１２上に載置されると、移動ステージ１２は、図１０（Ａ）に示すように、右方向に往路移動を開始する。この往路移動中、全体制御部７０は、Z方向センサ２６及び不図示のＸ，Ｙ方向センサにより、移動ステージ１２の位置を認識する。
【００４１】
図１０（Ｂ）に示すように、移動ステージ１２の移動方向先端がアライメントユニット２４下に達すると、カメラ２５が撮影を開始し、この撮影中に、Ｚ方向センサ２６により、基板１１の上面位置の高さ変動量Δが検出される。図１０（Ｃ）に示すように、移動ステージ１２の移動方向後端がアライメントユニット２４下に達すると、カメラ２５による撮影が終了し、画像処理部５４によって画像データが生成される。アライメントユニット２４では、この画像データと高さ変動量Δとを用いて、前述の要領で、基準マークＭの位置ずれ量Ｓが精度良く検出され、基板１１の位置情報として、全体制御部７０に送出される。
【００４２】
次いで、移動ステージ１２は、左方向に復路移動を開始し、露光部１７下を通過する際に、露光部１７によって基板１１上に露光が行われる。この露光位置は、アライメントユニット２４によって計測された基板１１の位置情報に基づいて、露光開始タイミングと露光データ（フレームデータ）の補正を行うことにより、調整される。
【００４３】
このように、本発明によれば、基板１１のアライメント計測中に、移動ステージ１２の上下位置の調整を行うことなく、基板上面の高さ変動による基準マークＭの位置ずれを補正することができるので、高精度な露光と同時に、高い処理効率（高スループット）を達成することができる。また、高さ変動による誤差を高精度に補正することができるため、カメラ２５には、高精度なテレセントリック性は要求されない。
【００４４】
また、デジタル露光装置１０は、上記の露光モードの他に、歪み補正データ作成モードを備えている。この歪み補正データ作成モードを実行するために、アライメントユニット２４内には、図１１に示すように、歪み補正データ作成部８０が設けられている。この歪み補正データ作成部８０は、補正ベクトル算出部８１と演算処理部８２とからなる。
【００４５】
この歪み補正データ作成モードでは、基板１１に代えて、校正用基板を用いる。この校正用基板には、図１２に示すように、カメラ２５の撮影領域６２に関して十分小さなピッチで格子状にマークＫＭが配置されてなる校正パターンＫが形成されている。この校正用基板は、例えば石英などの精度が狂わない（経時的に寸法変形しない）材質で形成されており、校正パターンＫは、クロムメッキ等で形成されている。
【００４６】
歪み補正データ作成モード時にカメラ２５によって撮影された校正パターンＫの画像データは、全体制御部７０の制御に基づき、画像処理部５４から補正ベクトル算出部８１へ送出される。補正ベクトル算出部８１は、図１３に示すように、入力された画像データ中の校正パターンＫ′の位置と、本来の校正パターンＫの位置と比較し、校正パターンＫ′の各マークＫＭ′の位置ずれ量に基づき補正ベクトルＨを算出する。補正ベクトル算出部８１によって算出された補正ベクトルＨは、演算処理部８２に入力される。
【００４７】
また、演算処理部８２には、Ｚ方向センサ２６から校正用基板の上面位置の計測値（合焦位置からの高さ変動量Δ）が入力され、さらに、全体制御部７０から校正パターンＫの撮影回数を含む撮影情報が入力される。カメラ２５による校正パターンＫの撮影は、撮影ごとの誤差を補正するために複数回行われる。演算処理部８２は、データ格納部８３、平均化処理部８４、及び補間処理部８５からなり、データ格納部８３は、補正ベクトル算出部８１から入力された補正ベクトルＨを格納する。データ格納部８３には、撮影回数分の補正ベクトルＨが格納され、平均化処理部８４は、複数の撮影で得られた各補正ベクトルＨを平均化する。補間処理部８５は、補正ベクトルＨをＸＹ方向について補間処理（スプライン補間または線形補間）し、撮影領域６２の全位置について補正ベクトルＨを求め、歪み補正データを生成する。この歪み補正データは、高さ変動量Δに対応付けられて、前述の補正データ記憶部５９に書き込まれる。
【００４８】
次に、歪み補正データ作成モード時におけるデジタル露光装置１０の動作を、図１４のフローチャートに基づいて説明する。まず、移動ステージ１２上に校正用基板がセットされ、操作部（図示せず）により歪み補正データ作成モードが設定されると（ステップＳ１のＹｅｓ判定）、校正用基板上の校正パターンＫが各カメラ２５の撮影領域６２に位置するように移動ステージ１２が移動される（ステップＳ２）。この撮影位置にて、移動ステージ１２の上下動機構１２ｃが駆動され、校正用基板の上面が所定位置（例えば、Δ＝０の合焦位置）となるように、Ｚ方向に位置調整が行われる（ステップＳ３）。
【００４９】
この状態で、カメラ２５により、校正パターンＫの撮影が所定回数行われ、各撮影が終了するたびに、補正ベクトル算出部８１によって補正ベクトルＨが算出される（ステップＳ４）。次いで、演算処理部８２において、各撮影で得られた補正ベクトルＨの平均化処理が施され（ステップＳ５）、補間処理により撮影領域６２の全位置について補正ベクトルＨが算出される（ステップＳ６）。こうして、所定の高さ変動量Δに関する歪み補正データが作成され、作成された歪み補正データは、補正データ記憶部５９に書き込まれる（ステップＳ７）。
【００５０】
この後さらに、上下動機構１２ｃが駆動され、校正用基板の上面位置（つまり、高さ変動量Δ）が所定ステップずつ変更され（ステップＳ９）、各位置において、ステップＳ４〜Ｓ７の歪み補正データ作成処理が実施される。この歪み補正データ作成処理が複数の所定の高さ変動量Δについて実施されると（ステップＳ８のＹｅｓ判定）、移動ステージ１２が初期位置に移動され（ステップＳ１０）、歪み補正データ作成モードが終了する。
【００５１】
デジタル露光装置１０は、このような歪み補正データ作成モードを備えることにより、経時変化によって生じる基準マークの検出誤差を適宜補正することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、基準マークを薄膜の凹凸によって形成しているが、これに限定されることなく、基準マークを印刷形成等の他の方法によって形成してもよい。また、基準マークの形成位置は適宜変更可能である。さらに、歪み補正データ作成モードを実行することで、基準マークの形状も適宜変更可能である。
【００５３】
また、上記実施形態では、基板上に形成された基準マークの位置検出を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、移動ステージ上に形成された基準マークの位置検出を行う形態にも適用可能である。
【００５４】
また、上記実施形態では、基板の上面位置を検出するＺ方向センサを各カメラに設けているが、これに限定されることなく、複数のカメラに対して１つのＺ方向センサを設けるようにしてもよい。また、このＺ方向センサとしては、レーザ変位計に限られず、他の方式の測長器を用いてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、撮影を補助するための照明部をカメラ内に設けているが、これに限定されることなく、照明部の形態は種々の変形が可能である。また、種類の異なる複数の照明部を切り替え可能に設けてもよく、この場合は、照明の種類ごとに歪み補正データを作成することが好ましい。さらに、照明光の波長を可変としてもよく、この場合は、変更可能な波長ごとに歪み補正データを設けることが好ましい。
【００５６】
また、上記実施形態では、カメラ内に撮影素子及びレンズを固定配置しているが、これに限定されることなく、特開２００７−１０７３６号公報に示されるように、撮影素子及び／またはレンズを回動可能としてもよい。また、撮像素子を１次元イメージセンサとしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、本発明に係わる描画装置の一形態として、描画データに基づいて光ビームを変調することにより基板上に露光を行うデジタル露光装置を例示しているが、本発明はこれに限定されることなく、描画データに基づいてドット状のインクを射出して描画を行うインクジェット描画装置などに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】デジタル露光装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】移動ステージの構成を示す概略側面図である。
【図３】露光ヘッドの構成を示す模式図である。
【図４】ＤＭＤの構成を示す概略斜視図である。
【図５】露光ヘッドによる基板上の露光エリアを示す概略斜視図である。
【図６】アライメントユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】歪み補正データを構成する補正ベクトルを示す概略平面図である。
【図８】歪み補正がなされた基準マークと本来の基準マークとの位置関係の一例を示す図である。
【図９】デジタル露光装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】デジタル露光装置の動作シーケンスを示す概略平面図である。
【図１１】歪み補正データ作成部の構成を示すブロック図である。
【図１２】校正用基板上に形成された校正パターンを示す概略平面図である。
【図１３】校正パターンの撮影画像を示す図である。
【図１４】歪み補正データ作成モードを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１０ デジタル露光装置
１１ 基板
１１ａ 上面
１２ 移動ステージ（移動手段）
１５ ガイドレール
１７ 露光部（描画手段）
１８ 露光ヘッド
１９ 光源ユニット
２１ 画像処理ユニット
２４ アライメントユニット
２５ カメラ（撮影手段）
２６ Ｚ方向センサ（計測手段）
３０ ＤＭＤ
３９ ＤＭＤドライバ
４０ 露光エリア（描画領域）
５０ 照明部
５１ ハーフミラー
５２ テレセントリックレンズ
５３ 撮像素子
５４ 画像処理部
５５ マーク抽出部
５６ マーク照合部
５７ マークデータ記憶部
５８ 歪み補正部
５９ 補正データ記憶部（記憶手段）
６０ 補正データ決定部（決定手段）
６１ 画像補正処理部（補正手段）
６３ 位置情報算出部
７０ 全体制御部
７２ フレームデータ生成部（描画位置調整手段）
８０ 歪み補正データ作成部
８１ 補正ベクトル算出部
８２ 演算処理部
８３ データ格納部
８４ 平均化処理部
８５ 補間処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影手段により、ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測装置において、
前記撮影手段の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶した記憶手段と、
前記合焦位置からの前記基準マーク面の変動量を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測値に応じて、適した歪み補正データを前記記憶手段から選択もしくは算出して決定する決定手段と、
前記選択手段によって決定された歪み補正データを用い、前記撮影手段によって得られた撮影画像の歪みを補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする基準位置計測装置。
【請求項２】
前記歪み補正データは、前記撮影手段の物理的変形による撮影画像の歪みと、前記合焦位置からのずれによる像倍率の変化とを補正するものであることを特徴とする請求項１に記載の基準計測装置。
【請求項３】
前記歪み補正データは、前記撮影手段の撮影画像の全位置に対応した２次元補正ベクトルからなることを特徴とする請求項１または２に記載の基準位置計測装置。
【請求項４】
前記撮影手段は、テレセントリック光学系を備えていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の基準位置計測装置。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項に記載の基準位置計測装置と、
描画データに基づき、描画領域を通過する基板に対して順次に描画を行う描画手段と、
前記描画領域を通過するように前記基板を前記描画手段に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記基板上への描画位置を調整する描画位置調整手段と、
を備えたことを特徴とする描画装置。
【請求項６】
前記描画位置調整手段は、前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記描画データを補正することを特徴とする請求項５に記載の描画装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記基板を載置して一次元軌道上を移動するステージからなり、前記基準位置計測装置及び前記描画手段は、前記一次元軌道上に固定配置されていることを特徴する請求項５または６に記載の描画装置。
【請求項８】
前記描画手段は、前記基板に対して露光を行うものであることを特徴とする請求項５から７いずれか１項に記載の描画装置。
【請求項９】
前記描画手段は、前記描画データに基づいて入射光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスを備えていることを特徴とする請求項８に記載の描画装置。
【請求項１０】
前記描画手段は、前記デジタルマイクロミラーデバイスを備えた露光ヘッドを、前記基板の移動経路に対して直交する方向に複数列配設したものであることを特徴とする請求項９に記載の描画装置。
【請求項１１】
ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測方法において、
前記基準マークの撮影系の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶しておき、前記基準マーク面の位置を計測し、計測値に応じて、適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定した歪み補正データを用いて撮影画像の歪みを補正することを特徴とする基準位置計測方法。
【請求項１】
撮影手段により、ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測装置において、
前記撮影手段の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶した記憶手段と、
前記合焦位置からの前記基準マーク面の変動量を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測値に応じて、適した歪み補正データを前記記憶手段から選択もしくは算出して決定する決定手段と、
前記選択手段によって決定された歪み補正データを用い、前記撮影手段によって得られた撮影画像の歪みを補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする基準位置計測装置。
【請求項２】
前記歪み補正データは、前記撮影手段の物理的変形による撮影画像の歪みと、前記合焦位置からのずれによる像倍率の変化とを補正するものであることを特徴とする請求項１に記載の基準計測装置。
【請求項３】
前記歪み補正データは、前記撮影手段の撮影画像の全位置に対応した２次元補正ベクトルからなることを特徴とする請求項１または２に記載の基準位置計測装置。
【請求項４】
前記撮影手段は、テレセントリック光学系を備えていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の基準位置計測装置。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項に記載の基準位置計測装置と、
描画データに基づき、描画領域を通過する基板に対して順次に描画を行う描画手段と、
前記描画領域を通過するように前記基板を前記描画手段に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記基板上への描画位置を調整する描画位置調整手段と、
を備えたことを特徴とする描画装置。
【請求項６】
前記描画位置調整手段は、前記基準位置計測装置により計測された基準マークの位置に基づき、前記描画データを補正することを特徴とする請求項５に記載の描画装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記基板を載置して一次元軌道上を移動するステージからなり、前記基準位置計測装置及び前記描画手段は、前記一次元軌道上に固定配置されていることを特徴する請求項５または６に記載の描画装置。
【請求項８】
前記描画手段は、前記基板に対して露光を行うものであることを特徴とする請求項５から７いずれか１項に記載の描画装置。
【請求項９】
前記描画手段は、前記描画データに基づいて入射光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスを備えていることを特徴とする請求項８に記載の描画装置。
【請求項１０】
前記描画手段は、前記デジタルマイクロミラーデバイスを備えた露光ヘッドを、前記基板の移動経路に対して直交する方向に複数列配設したものであることを特徴とする請求項９に記載の描画装置。
【請求項１１】
ステージ上もしくは前記ステージに載置された基板上に形成された基準マークを略垂直上方から撮影することによって前記基準マークの位置を計測する基準位置計測方法において、
前記基準マークの撮影系の合焦位置からの前記基準マーク面の変動量に対応する歪み補正データを記憶しておき、前記基準マーク面の位置を計測し、計測値に応じて、適した歪み補正データを選択もしくは算出して決定した歪み補正データを用いて撮影画像の歪みを補正することを特徴とする基準位置計測方法。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２００８−２４９９５８（Ｐ２００８−２４９９５８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０７２２（Ｐ２００７−９０７２２）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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