JP2008251797A - 基準位置計測装置及び方法、並びに描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】校正用基板を用いることなく、高精度な歪み補正データを作成する。
【解決手段】カメラの撮影領域に比して小さな移動ステップで、撮影光軸に略垂直なＸＹ方向に基板を微動させるＸＹ微動部を移動ステージに設け、移動ステージのＸＹ位置を検出するＸ方向センサ及びＹ方向センサを設ける。ＸＹ微動部を駆動することにより、移動ステージに載置された基板上の基準マークＭを撮像領域の中心位置からΔｘ，Δｙずつ移動させ、各位置にて基準マークＭの撮影を行うとともに、ＸＹ位置の検出を行う。撮影画像中における基準マークＭ′の移動ベクトルと、それに対するステージ移動ベクトルとの差分により補正ベクトルＨを算出する。そして、補間処理により撮影領域の全位置について補正ベクトルＨを算出し、歪み補正データを作成する。
【選択図】図１４

Description

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。

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。

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）。

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。
特開２００７−１０７３６号公報

特許文献１の露光装置では、歪み補正データを作成するために、校正パターン（格子状配列されたマーク）が付された校正用基板を用いている。しかしながら、校正用基板自体に歪みが生じることがあり、校正用基板に歪みが生じた場合には、作成される歪み補正データの精度が低下するといった問題がある。また、校正のたびに校正用基板を準備しなければならず、多くの手間が要されるといった問題がある。

さらに、高精度に補正を行うためには使用される基準マークの形状ごとに歪み補正データを作成する必要があるため、予め使用する基準マークの形状を規定する必要がある。新規の基準マークを使用するためには、そのマークに対応した校正用基板を新たに作製しなければならず、多くの手間と時間が要されるといった問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、校正用基板を用いることなく、高精度な歪み補正データを作成する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。

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し、撮影画像に基づいて前記基準マークの位置を計測するに先立ち、前記撮影画像に歪み補正データを適用することにより前記基準マークの計測誤差を補正する基準位置計測装置において、撮影光軸に対して略垂直な水平面内で、前記ステージを前記撮影手段の撮影領域に比して小さな移動ステップで移動させる水平微動手段と、前記水平微動手段により前記ステージが移動されるたびに、前記撮影手段に前記基板上に形成された基準マークの撮影を行わせる撮影制御手段と、前記水平微動手段により移動される前記ステージの位置情報を検出するステージ位置検出手段と、前記撮影手段の撮影画像に基づき、前記基準マークの位置情報を算出するマーク位置算出手段と、前記ステージ位置検出手段によって検出される前記基板の位置情報と前記マーク位置算出手段によって算出される前記基準マークの位置情報とに基づき、歪み補正データを算出する歪み補正データ算出手段と、前記歪み補正データ算出手段によって算出される歪み補正データを記憶する記憶手段と、を備えたことを特徴とする。

また、前記歪み補正データ算出手段は、前記各移動ステップにおける前記基準マークの移動ベクトルと前記ステージの移動ベクトルとの差分により補正ベクトルを算出する補正ベクトル算出手段と、前記補正ベクトル算出手段により算出された補正ベクトルを用いて補間処理を行い、前記撮影領域内の各位置の補正ベクトルを算出する補間処理手段とを備え、前記歪み補正データは、前記撮影領域内の全位置に対応した前記補正ベクトルからなることが好ましい。

また、前記撮影制御手段は、前記水平微動手段により前記ステージが移動されるたびに、前記撮影手段に前記基準マークの撮影を複数回行わせることが好ましい。この場合、前記歪み補正データ算出手段は、前記各移動ステップにおいて得られる複数の補正ベクトルを平均化処理する平均化処理手段を備えることが好ましい。

また、撮影光軸に略平行な垂直方向に沿った複数の位置に前記ステージを移動させる垂直微動手段と、前記基準マークの前記垂直方向に関する位置を計測する上下位置計測手段と、前記垂直微動手段によって移動される各位置において、前記撮影制御手段、ステージ位置検出手段、マーク移動量算出手段、及び歪み補正データ算出手段を動作させ、算出された歪み補正データを、前記上下位置計測手段の計測値に対応付けて前記記憶手段に記憶させる制御手段と、前記撮影画像に歪み補正データを適用して補正を行う際に、前記上下位置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、を備えることが好ましい。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、基板を上下動させることなく補正することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、本発明の基準位置計測方法は、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し、撮影画像に基づいて前記基準マークの位置を計測するに先立ち、前記撮影画像に歪み補正データを適用することにより前記基準マークの計測誤差を補正する基準位置計測方法において、撮影光軸に対して略垂直な水平面内で、前記ステージを前記撮影手段の撮影領域に比して小さな移動ステップで移動させながら、前記基板上に形成された基準マークの撮影を行うとともに、前記ステージの位置情報の検出を行い、撮影画像に基づいて算出した前記基準マークの位置情報と前記ステージの位置情報とに基づき、前記歪み補正データを算出することを特徴とする。

本発明の基準位置計測及び方法は、撮影光軸に対して略垂直な水平面内で、ステージを撮影領域より小さな移動ステップで移動させながら基準マークの撮影を行うとともに、ステージの位置情報の検出を行い、撮影画像に基づいて算出した基準マークの位置情報とステージの位置情報とに基づき、歪み補正データを算出するものであるから、歪み補正データを作成するための校正用基板を用いることなく、高精度な歪み補正データを作成することができる。

また、そのステージ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、任意の基準マークが付された描画対象の基板を用いて歪み補正データを作成することができる。

さらに、システム上で定期的な自動校正を行うことにより、高精度な歪み補正データを維持することができる。

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。

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を水平方向（ＸＹ方向）に微小に移動させるＸＹ微動部１２ｃと、吸着保持部１２ｂを上下方向（Ｚ方向）に微小に移動させるＺ微動部１２ｄが設けられている。

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。

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。

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の上面位置を計測するレーザ干渉式の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。

また、基体１４の端部には、移動ステージ１２のＹ方向に関する位置を計測するＹ方向センサ２７、及び、移動ステージ１２のＸ方向に関する位置を計測するＸ方向センサ２８が設けられている。Ｙ方向センサ２７は、基体１４のアライメントユニット２４側のＹ方向端に固設されており、Ｘ方向センサ２８は、アライメントユニット２４の近傍に固設されている。Ｙ方向センサ２７はレーザ干渉式の測長器、Ｘ方向センサ２８はレーザ変位計であり、移動ステージ１２の端面にレーザ光を照射することにより、アライメントユニット２４に位置する移動ステージ１２のＸＹ位置を精度良く計測する。この計測値は、後述する歪み補正データ作成モード時に用いられる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、例えばレーザ変位計であり、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、センサ２６〜２８により、移動ステージ１２の位置を認識する。

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、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。

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。

このように、デジタル露光装置１０は、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。

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、マーク位置算出部８１、補正ベクトル算出部８２、及び演算処理部８３からなる。この歪み補正データ作成モードは、従来のような校正用パターン（格子状配列されたマーク）が付された校正用基板を用いず、描画対象の基板１１の基準マークＭを用いることにより行われる。

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基準マークＭの画像データ（マーク画像）は、全体制御部７０の制御に基づき、マーク抽出部５５からマーク位置算出部８１へ送出される。マーク位置算出部８１は、画像データ中の基準マークＭの位置を算出し、算出結果（マーク位置情報）を補正ベクトル算出部８２へ入力する。補正ベクトル算出部８２には、マーク位置情報とともに、基準マークＭの撮影時にＹ方向センサ２７及びＸ方向センサ２８によって計測された移動ステージ１２のＸＹ位置情報（ステージ位置情報）が入力される。

この歪み補正データ作成モード時には、全体制御部７０により、移動ステージ１２のＸＹ微動部１２ｃが駆動され、撮影領域６２に比して小さな移動ステップΔｘ，Δｙで基板１１が移動される。これに伴い、基準マークＭは、図１２に示すように、カメラ２５の撮影領域６２内において、中心位置から移動経路Ｒに沿って移動し、Δｘ，Δｙずつ移動された各位置（格子状の各位置）にてカメラ２５により撮影が行われる。なお、移動経路Ｒは、適宜変更可能である。

補正ベクトル算出部８２は、各撮影時に得られるマーク位置情報とステージ位置情報との関係から補正ベクトルＨを算出する。具体的には、図１３に示すように、撮影により得られた基準マークＭ′の位置と、ステージ位置情報から決まる実際の基準マークＭの位置との差分を計算し、補正ベクトルＨを求める。つまり、撮影画像中における基準マークＭ′の移動ベクトルと、それに対するステージ移動ベクトルとの差分により補正ベクトルＨを求める。補正ベクトル算出部８２により算出された補正ベクトルＨは、演算処理部８３に入力される。

また、演算処理部８３には、Ｚ方向センサ２６から基板１１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から撮影回数を含む撮影情報が入力される。カメラ２５による基準マークＭ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８３は、データ格納部８４、平均化処理部８５、及び補間処理部８６からなり、データ格納部８４は、補正ベクトル算出部８２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８４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８５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８６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。

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上に基板１１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）、基板１１上の基準パターンＭが各カメラ２５の撮影領域６２の略中心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Ｚ微動部１２ｄが駆動され、上面１１ａ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）。この状態で、カメラ２５により、基準マークＭの撮影が行われ、全体制御部７０の制御に基づき、マーク抽出部５５によって抽出されたマーク画像により、マークデータ記憶部５７内のマークデータが書き替えられ、マークデータが更新される（ステップＳ４）。

次いで、移動ステージ１２のＸＹ微動部１２ｃが駆動され、図１２に示す移動経路Ｒに沿って、基準マークＭが中心位置からΔｘ，Δｙずつ移動され、各位置にて、Ｙ方向センサ２７及びＸ方向センサ２８により移動ステージ１２のＸＹ位置（つまり、基板１１のＸＹ位置）の検出が行われるとともに、カメラ２５により基準マークＭが所定回数ずつ撮影される（ステップＳ５）。次いで、補正ベクトル算出部８２により、図１３に示すように、撮影画像中における基準マークＭ′の移動ベクトルと、それに対するステージ移動ベクトル（基板移動ベクトル）との差分により補正ベクトルＨが算出される（ステップＳ６）。そして、演算処理部８３にて、補正ベクトルＨの平均化処理が施され（ステップＳ７）、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Ｓ８）。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Ｓ９）。

この後さらに、Ｚ微動部１２ｄが駆動され、基板１１の上面位置（つまり、高さ変動量Δ）がＺ方向の複数の位置（例えば、Δ＝＋５μｍ、＋１０μｍ、−５μｍ、−１０μｍの各位置）に移動され（ステップＳ１１）、各位置において、ステップＳ５〜Ｓ９の歪み補正データ作成処理が実施される。上記複数の位置について歪み補正データ作成処理が完了すると（ステップＳ１０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Ｓ１２）、歪み補正データ作成モードが終了する。なお、算出された歪み補正データをＺ方向に補間処理することにより、Z方向の全位置について、歪み補正データを取得してもよい。

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。また、この歪み補正データ作成モードを実行するたびに、基板１１に付された基準マークの撮影画像（マーク画像）によりマークデータ記憶部５７のマークデータや歪み補正データ記憶部５９のデータを更新するため、基準マークとして任意形状のマークを用いることができる。

また、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、上記実施形態では、Ｘ方向センサ及びＺ方向センサをレーザ変位計、Ｙ方向センサをレーザ干渉式の測長器としているが、これに限定されることなく、他の方式の測長器としてもよい。

また、上記実施形態では、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、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。

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。

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。

デジタル露光装置の構成を示す概略斜視図である。 移動ステージの構成を示す概略側面図である。 露光ヘッドの構成を示す模式図である。 ＤＭＤの構成を示す概略斜視図である。 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。 アライメントユニットの構成を示すブロック図である。 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。 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。 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。 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。 歪み補正データ作成部の構成を示すブロック図である。 移動ステージの移動に伴う基準マークの移動経路を示す概略平面図である。 基準マークの撮影画像を示す図である。 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

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）
１２ｃ ＸＹ微動部（水平微動手段）
１２ｄ Ｚ微動部（垂直微動手段）
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（上下位置計測手段）
２７ Ｙ方向センサ（ステージ位置検出手段）
２８ Ｘ方向センサ（ステージ位置検出手段）
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
６３ 位置情報算出部
７０ 全体制御部（撮影制御手段、制御手段）
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 マーク位置算出部（マーク位置算出手段）
８２ 補正ベクトル算出部（補正ベクトル算出手段）
８３ 演算処理部
８４ データ格納部
８５ 平均化処理部（平均化処理手段）
８６ 補間処理部（補間処理手段）

Claims (13)

1. 撮影手段により、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し、撮影画像に基づいて前記基準マークの位置を計測するに先立ち、前記撮影画像に歪み補正データを適用することにより前記基準マークの計測誤差を補正する基準位置計測装置において、
   撮影光軸に対して略垂直な水平面内で、前記ステージを前記撮影手段の撮影領域に比して小さな移動ステップで移動させる水平微動手段と、
   前記水平微動手段により前記ステージが移動されるたびに、前記撮影手段に前記基板上に形成された基準マークの撮影を行わせる撮影制御手段と、
   前記水平微動手段により移動される前記ステージの位置情報を検出するステージ位置検出手段と、
   前記撮影手段の撮影画像に基づき、前記基準マークの位置情報を算出するマーク位置算出手段と、
   前記ステージ位置検出手段によって検出される前記基板の位置情報と前記マーク位置算出手段によって算出される前記基準マークの位置情報とに基づき、歪み補正データを算出する歪み補正データ算出手段と、
   前記歪み補正データ算出手段によって算出される歪み補正データを記憶する記憶手段と、
   を備えたことを特徴とする基準位置計測装置。
2. 前記歪み補正データ算出手段は、前記各移動ステップにおける前記基準マークの移動ベクトルと前記ステージの移動ベクトルとの差分により補正ベクトルを算出する補正ベクトル算出手段と、前記補正ベクトル算出手段により算出された補正ベクトルを用いて補間処理を行い、前記撮影領域内の各位置の補正ベクトルを算出する補間処理手段とを備え、
   前記歪み補正データは、前記撮影領域内の全位置に対応した前記補正ベクトルからなることを特徴とする請求項１に記載の基準位置計測装置。
3. 前記撮影制御手段は、前記水平微動手段により前記ステージが移動されるたびに、前記撮影手段に前記基準マークの撮影を複数回行わせ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。
4. 前記歪み補正データ算出手段は、前記各移動ステップにおいて得られる複数の補正ベクトルを平均化処理する平均化処理手段を備え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。
5. 撮影光軸に略平行な垂直方向に沿った複数の位置に前記ステージを移動させる垂直微動手段と、
   前記基準マークの前記垂直方向に関する位置を計測する上下位置計測手段と、
   前記垂直微動手段によって移動される各位置において、前記撮影制御手段、ステージ位置検出手段、マーク移動量算出手段、及び歪み補正データ算出手段を動作させ、算出された歪み補正データを、前記上下位置計測手段の計測値に対応付けて前記記憶手段に記憶させる制御手段と、
   前記撮影画像に歪み補正データを適用して補正を行う際に、前記上下位置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、
   を備えることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の基準位置計測装置。
6. 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５いずれか１項に記載の基準位置計測装置。
7. 請求項１から６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。
8. 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７に記載の描画装置。
9. 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７または８に記載の描画装置。
10. 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７から９いずれか１項に記載の描画装置。
11. 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１０に記載の描画装置。
12. 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１１に記載の描画装置。
13. 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し、撮影画像に基づいて前記基準マークの位置を計測するに先立ち、前記撮影画像に歪み補正データを適用することにより前記基準マークの計測誤差を補正する基準位置計測方法において、
    撮影光軸に対して略垂直な水平面内で、前記ステージを前記撮影手段の撮影領域に比して小さな移動ステップで移動させながら、前記基板上に形成された基準マークの撮影を行うとともに、前記ステージの位置情報の検出を行い、撮影画像に基づいて算出した前記基準マークの位置情報と前記ステージの位置情報とに基づき、前記歪み補正データを算出することを特徴とする基準位置計測方法。

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