JP2016191907A - 基準位置取得方法、基準位置取得装置、パターン描画方法、パターン描画装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の歪みを検出するための複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を設計パターンから容易に取得する。【解決手段】設計上のパターンである設計パターンから抽出された複数の注目画像のそれぞれから、第１方向に平行な軸に対して対称な第１形状が取得される（ステップＳ２２）。第１方向における第１形状の長さの合計である第１総長さが取得される（ステップＳ２３）。第１方向に垂直な第２方向についても同様の処理が行われ、第２総長さが取得される（ステップＳ２４，Ｓ２５）。第１総長さおよび第２総長さから、注目画像が基準位置画像に適している度合いを示すスコアが取得される（ステップＳ２６）。スコアに基づいて、複数の基準位置が決定され、対応する複数の基準位置画像が取得される。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、設計上のパターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出する技術に関連する。

従来より、回路基板の歪みの測定が行われた後に、回路基板上に高精細なパターンが描画される。歪みの測定では、回路基板上のマークが撮像される。設計データにおけるマークの位置と、回路基板におけるマークの位置とのずれ量が取得され、ずれ量に合わせて回路基板全体の歪みが取得される。その後、歪みに合わせて描画データは補正され、回路基板上にパターンが描画される。

マークとして使用される図形は、多くの場合、予めパターンの設計時に決められている。マークとしては単純な図形がパターンに含められる。最も簡便な手法として、回路基板の四隅にマークが配置される。プリント配線基板のようにパターン描画時の熱により回路基板が複雑に歪む場合は、例えば、特許文献１に開示されるように、四隅だけでなく内側にもマークが配置され、回路基板の内部における歪みも局所的に補正される。

特開２０１２−７９７３９号公報

ところで、歪み検出用の機能しか持たないマークを回路基板のパターン内部に多数配置すると、回路パターンとして利用できるスペースが減少する。また、マークのエッジの長さが長いほど検出される位置の精度が向上するため、マークにはある程度の大きさが必要となる。

一方、回路パターンの一部を歪み検出用のマークとして利用することも考えられるが、高精細なパターンの場合、撮像範囲内に多数の図形が存在し、いずれの位置の図形をマークとして利用することが好ましいか作業者が判断することは容易ではない。

なお、回路基板上のマークは、他の要因による、設計上のパターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出することにも利用可能である。例えば、ステッパによる記録位置のずれ量の確認にも利用することができる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、設計上のパターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するためのマークとしての利用に適した画像を設計パターンから容易に取得することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を設計パターンから取得する基準位置取得方法であって、ａ）設計パターンから注目位置を中心とする予め定められた範囲を注目画像として抽出する工程と、ｂ）前記注目画像において、第１方向に平行な軸に対して対称な第１形状を取得する工程と、ｃ）前記第１方向における前記第１形状の長さの合計である第１総長さを取得する工程と、ｄ）前記注目画像において、前記第１方向に垂直な第２方向に平行な軸に対して対称な第２形状を取得する工程と、ｅ）前記第２方向における前記第２形状の長さの合計である第２総長さを取得する工程と、ｆ）少なくとも前記第１総長さおよび前記第２総長さを用いて、前記注目位置におけるスコアを求める工程と、ｇ）前記ａ）ないしｆ）工程を繰り返すことにより、複数の注目位置に対応する複数のスコアを求める工程と、ｈ）前記複数のスコアに基づいて複数の基準位置を決定し、対応する複数の基準位置画像を取得する工程とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基準位置取得方法であって、前記ｂ）およびｄ）工程が、前記注目画像から円または矩形を取得する工程を含む。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基準位置取得方法であって、前記ｆ）工程において、前記注目位置と前記設計パターンが存在する領域の外周との間の距離も用いて、前記注目位置におけるスコアが求められる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、前記ｈ）工程において、前記複数のスコアに基づいて決定された複数の候補基準位置が表示され、前記複数の候補基準位置の一部の選択を操作者から受け付けることにより、前記複数の基準位置が決定される。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、前記ｈ）工程において、パターン描画装置が全ての基準位置にて撮像を行う際に要する時間も参照して、前記複数の基準位置が決定される。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、前記第１方向および前記第２方向の一方が、パターン描画装置において複数の撮像部に対して回路基板が移動する基板移動方向に対応し、他方が、前記複数の撮像部の少なくとも一部が移動可能な撮像部移動方向に対応し、前記ｈ）工程にて決定される複数の基準位置が、前記撮像部移動方向に対応する方向において、前記複数の撮像部の数以下、かつ、前記複数の撮像部が配置可能な位置のみに存在する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、前記ｂ）およびｄ）工程において利用される前記設計パターンを示すデータが、ラスタデータである。

請求項８に記載の発明は、設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する基準位置画像を設計パターンから取得する基準位置取得装置であって、前記設計パターンを示すデータを記憶する記憶部と、演算部とを備え、前記演算部が、前記設計パターンを示すデータに対して、請求項１ないし７のいずれかに記載の基準位置取得方法を実行する。

請求項９に記載の発明は、回路基板にパターンを描画するパターン描画方法であって、請求項１ないし７のいずれかに記載の基準位置取得方法により複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を準備する工程と、前記複数の基準位置にて前記回路基板を撮像し、複数の撮像画像を取得する工程と、前記複数の基準位置画像のそれぞれと、対応する撮像画像とを比較することにより、各撮像画像の基準位置からのずれ量を取得する工程と、前記ずれ量を参照して、前記回路基板上にパターンを描画する工程とを備える。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のパターン描画方法であって、前記パターンを描画する工程が、前記各撮像画像の前記ずれ量から前記回路基板の歪み分布を求める工程を含む。

請求項１１に記載の発明は、回路基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、請求項１ないし７のいずれかに記載の基準位置取得方法により取得された複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を記憶する記憶部と、前記複数の基準位置にて前記回路基板を撮像し、複数の撮像画像を取得する少なくとも１つの撮像部と、前記複数の基準位置画像のそれぞれと、対応する撮像画像とを比較することにより、各撮像画像の基準位置からのずれ量を取得するずれ量取得部と、前記ずれ量を参照して、前記回路基板上にパターンを描画する描画部とを備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のパターン描画装置であって、前記各撮像画像の前記ずれ量から前記回路基板の歪み分布を求める歪み算出部をさらに備え、前記描画部が、前記歪み分布を参照して前記回路基板上にパターンを描画する。

請求項１３に記載の発明は、設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を設計パターンからコンピュータに取得させるプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータに、ａ）設計パターンから注目位置を中心とする予め定められた範囲を注目画像として抽出する工程と、ｂ）前記注目画像において、第１方向に平行な軸に対して対称な第１形状を取得する工程と、ｃ）前記第１方向における前記第１形状の長さの合計である第１総長さを取得する工程と、ｄ）前記注目画像において、前記第１方向に垂直な第２方向に平行な軸に対して対称な第２形状を取得する工程と、ｅ）前記第２方向における前記第２形状の長さの合計である第２総長さを取得する工程と、ｆ）少なくとも前記第１総長さおよび前記第２総長さを用いて、前記注目位置におけるスコアを求める工程と、ｇ）前記ａ）ないしｆ）工程を繰り返すことにより、複数の注目位置に対応する複数のスコアを求める工程と、ｈ）前記複数のスコアに基づいて、複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を決定する工程とを実行させる。

本発明によれば、設計上のパターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を設計パターンから容易に取得することができる。

パターン描画装置の概略構成を示す図である。 パターン描画装置の描画動作の流れを示す図である。 コンピュータの構成を示す図である。 コンピュータの機能を示す図である。 コンピュータが基準位置および基準位置画像を取得する動作の流れを示す図である。 コンピュータが基準位置および基準位置画像を取得する動作の流れを示す図である。 回路基板における２つの注目画像を拡大して例示する図である。 注目画像を例示する図である。 注目画像から抽出された第１形状を示す図である。 第１形状を例示する図である。 注目画像から抽出された第２形状を示す図である。 スコアの分布を例示する図である。 基準位置を例示する図である。 スコアの分布および基準位置を例示する図である。 パターンが記録された基板を例示する図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るパターン描画装置１の概略構成を示す平面図である。パターン描画装置１は、回路基板９を水平に保持するステージ１１と、ステージ１１を移動するステージ移動機構１２と、描画部１３と、描画部移動機構１４と、複数の撮像部１５と、撮像部移動機構１６と、制御部１７とを備える。回路基板９は、いわゆるプリント配線基板である。

ステージ移動機構１２がステージ１１を図１中に示すＸ方向に移動することにより、回路基板９が描画部１３および撮像部１５に対して相対的に移動する。描画部１３は、複数の描画ヘッド１３１を含む。複数の描画ヘッド１３１は、ステージ１１の上方に位置し、Ｘ方向に垂直なＹ方向に配列される。各描画ヘッド１３１は、描画部移動機構１４によりＹ方向に移動可能である。各描画ヘッド１３１は、回路基板９に向けて空間変調された光を出射する。回路基板９がＸ方向に移動しつつ描画ヘッド１３１からの光が回路基板９に照射されることにより、回路基板９上の感光材料にパターンが描画される。

複数の撮像部１５は、ステージ１１の上方にてＹ方向に配列される。各撮像部１５は、撮像部移動機構１６により、個別にＹ方向に移動可能である。撮像部１５は、描画前に回路基板９上に存在するパターンを撮像する。制御部１７は、ステージ移動機構１２、描画部１３、描画部移動機構１４、撮像部１５、撮像部移動機構１６等の動作を制御する。制御部１７は、演算処理を行うコンピュータ１７１を含む。

図２は、パターン描画装置１による描画動作の流れを示す図である。まず、準備作業として、後述する手法により複数の基準位置およびこれらに対応する基準位置画像が、コンピュータ１７１の記憶部に記憶されて準備される（ステップＳ１１）。正確には、基準位置画像のデータが記憶部に記憶される。基準位置とは、回路基板９の歪みを検出するためのマークとして機能する図形（すなわち、パターンの一部）の位置である。

基準位置画像は、マークとして機能する図形を示す画像である。マークとして機能する図形は「アライメントマーク」とも呼ばれる。本実施の形態では、基準位置は、設計上のパターン中の基準位置画像の中心位置である。以下、設計上のパターンを「設計パターン」と呼ぶ。基準位置および基準位置画像の準備は、１つの設計パターンに対して１回だけ行われる。

制御部１７は、ステージ移動機構１２および撮像部移動機構１６を制御することにより、回路基板９の設計上の１つの基準位置の上方にいずれかの撮像部１５を位置させる。撮像部１５は回路基板９を撮像し、撮像画像を取得する。正確には、撮像部１５により撮像画像のデータが取得され、当該データはコンピュータ１７１の記憶部に記憶される。パターン描画装置１は、各基準位置にて撮像を行うことにより、複数の基準位置にそれぞれ対応する複数の撮像画像を取得する（ステップＳ１２）。

実際の回路基板９は歪んでいるため、撮像画像が示す図形と基準位置画像が示す図形との間にはずれが生じている。コンピュータ１７１は、複数の基準位置画像のそれぞれと、対応する撮像画像とを比較することにより、各撮像画像の基準位置からのずれ量を取得する（ステップＳ１３）。具体的には、同一の基準位置の基準位置画像と撮像画像とが一致する相対位置を、パターンマッチング等の手法を用いて求め、このときの両画像の中心位置のＸ方向およびＹ方向の距離をずれ量として取得する。このように、コンピュータ１７１は、ずれ量取得部７０１としての機能を含む。

また、基準位置画像内には類似形状が多数存在し、誤った位置合わせにより誤ったずれ量が求められることを防止するために、まず、解像度を落とした基準位置画像と撮像画像とで仮のずれ量を求めて仮の位置合わせが行われる。解像度の低下量は、デザインルールによって決まる混同防止可能な距離が公差となるように定められる。すなわち、細部に捉われずに大まかな形状の相違が分かるように、解像度が落とされる。その後、高い解像度にて精度の高いずれ量が求められる。この処理により、ずれ量の算出時間を短縮することも実現される。

コンピュータ１７１はさらに、各撮像画像から得られたずれ量から、回路基板９全体における歪み分布を求める（ステップＳ１４）。すなわち、コンピュータ１７１は、歪み算出部７０２としての機能を含む。歪み分布とは、回路基板９上の任意の位置での歪み量を示す情報である。歪み分布を求める手法としては、例えば、上述の特開２０１２−７９７３９号公報に開示された手法が利用されてよいし、他の手法が用いられてもよい。

コンピュータ１７１は、歪み分布を参照して描画すべきパターンを歪ませる補正を行う。すなわち、コンピュータ１７１は補正部としても機能する。補正後のパターンのデータに基づいて、制御部１７はステージ移動機構１２、描画部１３および描画部移動機構１４を制御して回路基板９上の感光材料にパターンを描画する（ステップＳ１５）。具体的には、回路基板９がステージ１１と共にＸ方向に主走査されつつ各描画ヘッド１３１から空間変調された光が回路基板９に照射される。１回の主走査が完了すると、各描画ヘッド１３１の位置は描画部移動機構１４によりＹ方向に移動する。その後、回路基板９が前回の移動とは逆方向に主走査されつつ各描画ヘッド１３１から空間変調された光が回路基板９に照射される。

主走査を繰り返して回路基板９の全体にパターンが描画されると、回路基板９は図示省略の搬送機構によりステージ１１から取り出され、描画すべきパターンが同じである次の回路基板９がステージ１１上に載置されてステップＳ１２〜Ｓ１５が繰り返される。

次に、ステップＳ１１の処理について説明する。ステップＳ１１は、コンピュータ１７１の演算処理により実行される。すなわち、コンピュータ１７１は、回路基板９の歪みを検出するための複数の基準位置および対応する基準位置画像を設計パターンから取得する基準位置取得装置として機能する。

図３はコンピュータ１７１の構成を示す図である。コンピュータ１７１は各種演算処理を行うＣＰＵ７１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ７２および各種情報を記憶するＲＡＭ７３を含む一般的なコンピュータシステムの構成となっている。コンピュータ１７１は、情報記憶を行う固定ディスク７４、画像等の各種情報の表示を行うディスプレイ７５、操作者からの入力を受け付けるキーボード７６ａおよびマウス７６ｂ（以下、「入力部７６」と総称する。）、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体８から情報の読み取りを行う読取装置７７、並びに、パターン描画装置１の他の構成との間で信号を送受信する通信部７８をさらに含む。

コンピュータ１７１では、事前に読取装置７７を介して記録媒体８からプログラム８０が読み出されて固定ディスク７４に記憶される。ＣＰＵ７１は、プログラム８０に従ってＲＡＭ７３や固定ディスク７４等を利用しつつ演算処理を実行する。ＣＰＵ７１は、コンピュータ１７１において演算部として機能する。ＣＰＵ７１以外に演算部として機能する他の構成が採用されてもよい。

コンピュータ１７１の記憶部として機能する固定ディスク７４には、演算対象となる設計パターンを示す設計パターンデータ８１が記憶される。本実施の形態では、設計パターンデータ８１はラスタデータである。設計パターンデータ８１は、例えば、ベクトルデータである設計データをラスタライズ処理することにより得られる。設計パターンデータ８１が示す設計パターンは、回路基板９上に既に存在する回路パターンを描画する際に利用された設計パターンである。設計パターンには、例えば、配線、ランド、スルーホール、使用しないパターン等を含む。

図４は、コンピュータ１７１がプログラム８０に従って演算処理を実行することにより実現される機能を示す図である。これらの機能には、注目画像抽出部５１、対称形状取得部５２、総長さ取得部５３、スコア取得部５４、組み合わせスコア取得部５５、基準位置決定部５６および基準位置画像取得部５７、並びに、これらの機能を制御する演算制御部５０が含まれる。これらの機能の全部または一部は専用の電気回路により実現されてもよい。また、複数のコンピュータによりこれらの機能が実現されてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂは、コンピュータ１７１が基準位置および基準位置画像を取得する動作の流れを示す図である。既述のように、基準位置画像とは、描画対象の回路基板９に既に存在するパターンに基づいて回路基板９上の特定の位置を取得するために利用される画像であり、基準位置は基準位置画像の設計上の位置である。本実施の形態では、基準位置は基準位置画像の中心位置である。

コンピュータ１７１に対する操作者の指定により、予め、設計パターンデータ８１が示す設計パターン（正確には、設計パターンを示す画像）上に複数の注目位置が設定される。注目位置は、画像中の各画素であってもよいし、間隔をあけて存在してもよい。本実施の形態では、撮像部１５の撮像範囲の幅よりも少し小さいピッチにて複数の注目位置が設計パターン画像上に設定される。

まず、注目画像抽出部５１は、１つの注目位置を選択し、設計パターンから当該注目位置を中心とする予め定められた範囲の画像を注目画像として抽出する（ステップＳ２１）。図６では、回路基板９における２つの注目画像９１を拡大して例示している。１つの注目画像の大きさは、最終的に得られる基準位置画像の大きさに等しい。注目画像の大きさは、撮像部１５の撮像範囲を、パターンの位置ずれ量を考慮して狭めた範囲に等しい。位置ずれ量の最大値は、回路基板９をステージ１１上に載置する際の載置ずれの最大値と、回路基板９の歪みの最大値との和である。例えば、撮像範囲のＸ方向の画素数をＣｘ、Ｙ方向の画素数をＣｙとし、位置ずれ量のＸ方向の最大値の画素数をＴｘ、Ｙ方向の最大値の画素数をＴｙとすると、注目画像のＸ方向の画素数の最大値は、（Ｃｘ−２Ｔｘ）であり、Ｙ方向の画素数の最大値は、（Ｃｙ−２Ｔｙ）である。

次に、対称形状取得部５２は、注目画像において、第１方向であるＹ方向に平行な軸に対して対称な第１形状を取得する（ステップＳ２２）。具体的には、注目画像のＸ方向に関する微分画像が求められ、エッジが抽出される。対称形状取得部５２は、Ｙ方向に向かってエッジのＸ方向位置がどのように変化するのかを取得し、Ｙ方向の同じ範囲でエッジのＸ方向の変化が逆である１対の部分エッジを第１形状として取得する。図８は、図７に示す注目画像９１から取得された第１形状を太線にて示す図である。

第１形状の取得は、注目画像９１の全ての範囲において詳細に行われてもよく、処理速度を上げるために、明らかに第１形状と判定できるものだけが取得されてもよい。例えば、Ｙ方向に直線状に延びる１対のエッジのみが微分画像から抽出され、Ｙ方向に延びる直線状の配線図形のみが第１形状として取得されてもよい。図形の形状が矩形の場合も同様である。より時間を掛けて第１形状を取得してよい場合は、円やＹ方向を向く軸に関して対称な楕円や二等辺三角形が第１形状として取得されてもよい。

総長さ取得部５３は、Ｙ方向における第１形状の長さの合計である第１総長さを取得する（ステップＳ２３）。例えば、図９に示す図形は、４つの第１形状９２１を含む。総長さ取得部５３は、各第１形状９２１のＹ方向の長さ９２２を取得し、さらに、注目画像９１内の全ての第１形状９２１のＹ方向の長さ９２２の合計を第１総長さとして求める。本実施の形態では、総長さは画素数を単位として取得される。

第１形状では、回路基板９上に既に存在するパターンを形成する際に、化学作用等によるパターンの太りや細りの変動がＸ方向に関して対称である。したがって、第１形状に基づいて注目画像９１の中心に対応する回路基板９上のＸ方向の位置を求めることにより、パターンの太りや細りの影響を防止することができる。例えば、Ｙ方向の１つの位置にてＸ方向に並ぶ画素の値から、当該Ｙ方向位置における第１形状のＸ方向の中心を求めることができる。全てのＹ方向の位置にて第１形状のＸ方向の中心を求め、その平均を得ることにより、第１形状の最終的なＸ方向の中心が取得される。

第１形状のＸ方向の位置を求めるに際して、演算対象となる画素がＹ方向に多く並ぶほど演算に使用できる画素数が多くなり、精度が高くなる。したがって、第１総長さは、仮に、注目画像９１を基準位置画像（すなわち、アライメントマーク）として利用する際のＸ方向の位置の検出精度の高さを示す。そこで、コンピュータ１７１では、第１総長さは、注目画像が特定のＸ方向の位置を検出するために適している度合いを示す「Ｘ方向スコア」として扱われる。

コンピュータ１７１は、Ｘ方向およびＹ方向を入れ替えてステップＳ２２，Ｓ２３と同様の処理を行うことにより、Ｙ方向スコアも取得する。すなわち、対称形状取得部５２は、注目画像９１において、第２方向であるＸ方向に平行な軸に対して対称な第２形状を取得する（ステップＳ２４）。図１０は、図７に示す注目画像９１から取得された第２形状を太線にて示す図である。

この場合においても、処理速度を上げるために、明らかに第２形状と判定できるものだけが取得されてもよい。例えば、Ｘ方向に延びる直線状の配線図形のみが第２形状として取得されてもよい。図形の形状が矩形の場合も同様である。より時間を掛けて第２形状を取得してよい場合は、円やＸ方向を向く軸に関して対称な楕円や二等辺三角形が第２形状として取得されてよい。

総長さ取得部５３は、Ｘ方向における第２形状の長さの合計である第２総長さを取得する（ステップＳ２５）。コンピュータ１７１では、第２総長さは、注目画像９１が特定のＹ方向の位置を検出するために適している度合いを示す「Ｙ方向スコア」として扱われる。

スコア取得部５４は、Ｘ方向スコアとＹ方向スコアとの和を、当該注目位置のスコアとして取得する（ステップＳ２６）。そして、注目位置を次の注目位置に変更してステップＳ２１〜Ｓ２６を繰り返す。全ての注目位置に対してステップＳ２１〜Ｓ２６を実行することにより、全ての注目位置におけるスコアが取得される（ステップＳ２７）。スコアは、注目画像が基準位置画像に適している度合いを示す。

ところで、設計パターンには円や矩形等のＸ方向にもＹ方向にも対称な図形が多数存在する。注目画像９１から円や矩形を抽出することにより、第１形状を取得する工程（ステップＳ２２）および第２形状を取得する工程（ステップＳ２４）の大部分を実質的に同時に行うことができる。すなわち、ステップＳ２２およびステップＳ２４が、設計パターンから円や矩形を取得する工程を共通の工程として含むことにより、これらの演算処理に要する時間を削減することができる。抽出される円や矩形は完全な円や矩形である必要はなく、細い配線が接続した円や矩形であってもよい。具体的には、様々な大きさの円や矩形とのパターンマッチングや、９０度の角の検出が利用される。ハフ変換を利用して円や矩形が抽出されてもよい。

また、既述のようにＹ方向に延びる配線やＸ方向に延びる配線も第１形状および第２形状として容易に取得することができることから、円、矩形、配線の抽出により、ステップＳ２２、Ｓ２４を効率よく行うことができる。

注目画像９１が回路基板９上の特定の位置を検出するための画像として適しているか否かは、位置検出精度以外の要素の影響も受ける。例えば、回路基板９の全体の歪みを検出するためには、基準位置は回路基板９の隅に存在することが好ましい。そこで、スコア取得部５４のスコア修正部５４１は、注目位置と設計パターンが存在する領域の外周との間との距離を用いてスコアを修正する。具体的には、注目位置が設計パターンの隅に位置するほど大きくなる関数の値をスコアに乗算する。

また、Ｘ方向スコアとＹ方向スコアとの一方が極端に小さい、すなわち、悪いスコアである場合、Ｘ方向またはＹ方向の位置検出精度が低くなるため、当該注目画像９１は基準位置画像には適さない。そこで、スコア修正部５４１は、このようなスコアを０に変更する。これにより、当該注目画像９１は、基準位置画像の候補から実質的に外される。スコア修正部５４１によるスコアの修正として他の処理が行われてもよい。スコア修正部５４１によりスコアが修正されることにより、各注目位置に対応する最終的なスコアが取得される（ステップＳ３１）。

図１１は、スコアの分布を例示する図である。図１１の各マス目の中心位置が注目位置に対応する。注目位置のスコアの大きさを、対応するマス目における平行斜線の密度により表現している。以上のように、スコア取得部５４では、少なくとも第１総長さおよび第２総長さを用いて、注目位置におけるスコアが求められる。ステップＳ３１は、ステップＳ２６の直後に行われてもよい。

次に、組み合わせスコア取得部５５は、複数の注目位置の組み合わせに関する組み合わせスコアを取得する（ステップＳ３２）。注目位置のスコアが高くても、当該注目位置は基準位置として採用するには不適切な場合がある。例えば、スコアの高い注目位置同士が近接している場合、これらの注目位置の全てを基準位置として採用しても回路基板９の歪みの検出精度はあまり向上しない。また、近接している複数の位置で撮像を行うには、回路基板９の移動と撮像部１５の移動とを複雑に行う必要があり、撮像に要する時間が長くなってしまう。組み合わせスコアは、複数の注目位置の配置条件等を考慮した上で複数の注目位置が複数の基準位置に適する度合いを示す値である。

撮像の際に撮像部１５を撮像部移動方向であるＹ方向に移動すると、撮像部１５の撮像方向が僅かに変化する虞がある。撮像方向は僅かに変化しても撮像位置は大きく変化するため、撮像位置のキャリブレーションが必要となる。その結果、撮像に要する時間が長くなる。そこで、組み合わせスコア取得部５５では、まず、撮像部１５を移動することなく全ての撮像を行うことができる場合を優先して組み合わせスコアを求める。

回路基板９の内部の歪みも検出する場合、Ｙ方向における回路基板９の両端および中央近傍に基準位置が存在することが好ましい。したがって、撮像部１５の数が２以下の場合は、回路基板９の基板移動方向であるＸ方向への移動は最低２回必要であり、回路基板９の移動の往路と復路との間で撮像部１５のＹ方向への移動が行われる。

一方、本実施の形態のように、撮像部１５の数が３以上の場合、回路基板９の移動を複数回行わなくても、撮像部１５を静止させた状態で回路基板９のＹ方向の両側および内部で撮像することができる。そのため、撮像部１５を移動することなく回路基板９を１回だけＸ方向に移動することにより必要な撮像を行うという設定が可能となる。

本実施の形態では、組み合わせスコア取得部５５は、撮像部１５が干渉しないという条件を満たしつつ、Ｘ方向に直線状に並ぶ注目位置の列を撮像部１５の数だけ選択する。パターン描画装置１の場合、Ｙ方向の任意の４つの位置においてＸ方向に並ぶ注目位置の列が選択される。これら４列の任意の２つの間のＹ方向の距離は、撮像部１５が干渉しない距離である。さらに、注目位置の各列において、所望の数の注目位置が選択される。選択される注目位置の間の距離は、予め定められた距離以上である。例えば、各列において、間隔をあけて任意の５個の注目位置が選択され、合計２０個の注目位置が選択される。

組み合わせスコア取得部５５は、選択された注目位置のスコアの合計を組み合わせスコアとして取得する。組み合わせスコア取得部５５は、選択される列を固定した状態で各列から選択される注目位置を変更しつつ組み合わせスコアを繰り返し求める。さらに、組み合わせスコア取得部５５は、選択される列を変更して上記組み合わせスコアの算出を繰り返す。このような処理を繰り返すことにより、選択される注目位置を様々に変更した組み合わせスコアが取得される。

基準位置決定部５６が基準位置を自動的に決定する場合は、基準位置決定部５６は最も組み合わせスコアが高い注目位置の組み合わせを複数の基準位置として決定する（ステップＳ３３）。しかし、実際には自動的には反映することができない条件もあり、好ましくは、基準位置決定部５６は、組み合わせスコアが高い複数組の注目位置を候補基準位置としてディスプレイ７５（図３参照）に順次表示し、操作者による候補基準位置の組合せの選択を入力部７６を介して受け付ける。これにより、操作者が好ましいと考える候補基準位置の組合せが複数の基準位置として決定される（ステップＳ３３）。

例えば、撮像画像と注目画像とのパターンマッチングにおいて複数の位置にて同程度の強度でマッチングが生じる虞がある場合、このような注目位置は基準位置の候補から除かれる。あるいは、候補基準位置が想定よりも偏って存在する場合、このような候補基準位置の組み合わせは候補から除外される。

本実施の形態の場合、候補基準位置の組合せは複数の撮像部１５と同数の列上に存在する。図１２は、以上のようにして決定された基準位置に対応するマス目を例示する図である。中心位置が基準位置であるマス目に符号９３を付している。また、基準位置が存在する４つの列９４を太線にて囲む。基準位置画像取得部５７は、基準位置を中心とする注目画像を基準位置画像として取得する（ステップＳ３４）。１つのマス目の大きさが注目画像に等しい場合は、符号９３にて示すマス目は基準位置画像に相当する。

基準位置取得装置として機能するコンピュータ１７１の上記処理により、パターン描画装置１に適した複数の基準位置および対応する基準位置画像が容易に取得される。その結果、設計パターンに専用のアライメントマークを含める必要がなくなり、かつ、高精度の位置検出が可能となる。複数の基準位置が、撮像部移動方向に対応するＹ方向において、複数の撮像部１５の数以下、かつ、複数の撮像部１５が配置可能な位置のみに存在する場合は、撮像部１５を移動することなく回路基板９を基板移動方向に１回移動するだけで適切な撮像画像が取得される。そして、回路基板９の精度の高い歪み分布が求められ、既存のパターン上に精度よく上層のパターンを描画することが実現される。

図１１では、注目位置は離散的に存在するが、各画素が注目位置として扱われてもよい。スコアは画素毎に求められる。すなわち、スコアは２次的かつほぼ連続的に求められる。図１３は、このようにして求められたスコアの分布の例を示す図である。上記説明と同様の処理により、スコアの分布に基づいて、撮像部１５と同数の列に存在する注目位置の組合せが基準位置として決定される。図１３では、注目位置の列９４の位置を、図１２と同様の幅を有する太線の矩形にて表現し、基準位置画像に符号９３を付している。注目位置の数を増やすことにより、基準位置の決定に要する時間は増大するが、より適切な複数の基準位置を決定することができる。

以上に説明したように、コンピュータ１７１では、基準位置の決定に際して、基準位置が設計パターン内においてどれだけ隅に位置するか、基準位置が基板移動方向に並ぶか否か、基準位置が基板移動方向に並ぶ列の数が撮像部１５の数を超えるか否か、基準位置にて撮像を行う際に撮像部１５が干渉するか否か、全ての基準位置にて撮像を行う際にどれだけ時間を要するか等が参照される。そして、上記条件の範囲内で注目位置のスコアおよび組み合わせスコアを求めることにより、基準位置が決定される。

ステップＳ２２，Ｓ２４にて利用される設計パターンのデータは、ラスタデータには限定されない。例えば、ベクトルデータから対称図形を抽出し、さらにこれらの図形に重なる図形を検出して第１形状および第２形状が取得されてもよい。ただし、ラスタデータから第１形状および第２形状を取得する場合は図形の重なりを考慮する必要がないため、演算処理が容易となる。

上記説明では、撮像部１５の数に等しい数の注目位置の列を選択した上で組み合わせスコアを求めるが、全ての列毎に注目位置のスコアの合計を求め、合計スコアに基づいて注目位置の列の選択が行われてもよい。特に、図１３の場合のように注目位置の列の数が多数存在する場合は、この手法により演算時間を大幅に短縮することができる。また、スコアの高い注目位置を基準位置の候補としてある程度絞り込んだ後に、注目位置の列の選択が行われてもよい。

撮像に多くの時間を費やすことができる場合は、撮像部１５を撮像部移動方向に多数回移動することが許容されるため、注目位置の列という概念を用いることなく基準位置の選択が行われてもよい。この場合、例えば、候補基準位置の組合せではなく、スコアに基づいて複数の候補基準位置が単純に決定される。そして、候補基準位置がディスプレイ７５に表示され、入力部７６が複数の候補基準位置の一部の選択を操作者から受け付けることにより、複数の基準位置が決定される。以上のように、スコアに基づいて様々な手法により複数の基準位置が決定され、対応する複数の基準位置画像が取得されてよい。

上記実施の形態にて説明した基準位置および基準位置画像を取得する技術は、回路基板の歪みの検出以外にも利用可能である。一般的に表現すれば、設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出することが求められる様々な技術に利用可能である。

例えば、他の好ましい利用分野として、ステッパにて、回路基板上に光を照射してパターンを記録する場合を挙げることができる。この場合、図１４に示すように、回路基板９０上に複数回、パターン９０１が記録された後に、基準位置および基準位置画像を取得する上記技術を利用することにより、パターン９０１の記録位置のずれ量、すなわち、パターン９０１の設計値からの回転および平行移動の量を容易に検出することができる。検出されたずれ量は、後工程のパターンの記録や品質管理に利用される。さらには、パターンの位置ずれの要因は、回路基板の歪みや記録位置のずれ等の１つの要因に限定される必要はなく、複数の要因の結果として現れるずれ量の検出に上記技術が利用されてもよい。

パターン描画装置１および基準位置取得装置として機能するコンピュータ１７１の構成および動作は、様々に変形されてよい。

例えば、コンピュータ１７１の動作順序は、可能な範囲内で様々に変更されてよい。パターン描画装置１の動作についても同様である。

撮像部１５の数は１つでもよい。撮像部１５が複数の場合、全ての撮像部１５が撮像部移動方向に移動可能でなくてもよい。

図１のパターン描画装置１は、いわゆる枚葉式であるが、回路基板をロール状に保持して繰り出しながら連続的にパターンを描画する、いわゆるロール・トゥ・ロール方式であってもよい。この場合、回路基板は撮像部および描画部の下を１回だけ通過するワンパス方式が好ましい。また、ロール・トゥ・ロール方式の場合、撮像部１５は、幅方向全体を撮像するラインセンサでもよい。回路基板９の材質も様々なものであってよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ パターン描画装置
９ 回路基板
１３ 描画部
１５ 撮像部
７１ ＣＰＵ（演算部）
７４ 固定ディスク（記憶部）
８０ プログラム
８１ 設計パターンデータ
９１ 注目画像
９３ 基準位置画像
１７１ コンピュータ（基準位置取得装置）
７０１ ずれ量取得部
７０２ 歪み算出部
９２１ 第１形状
Ｓ１１〜Ｓ１５，Ｓ２１〜Ｓ２７，Ｓ３１〜Ｓ３４ ステップ

Claims (13)

1. 設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を設計パターンから取得する基準位置取得方法であって、
   ａ）設計パターンから注目位置を中心とする予め定められた範囲を注目画像として抽出する工程と、
   ｂ）前記注目画像において、第１方向に平行な軸に対して対称な第１形状を取得する工程と、
   ｃ）前記第１方向における前記第１形状の長さの合計である第１総長さを取得する工程と、
   ｄ）前記注目画像において、前記第１方向に垂直な第２方向に平行な軸に対して対称な第２形状を取得する工程と、
   ｅ）前記第２方向における前記第２形状の長さの合計である第２総長さを取得する工程と、
   ｆ）少なくとも前記第１総長さおよび前記第２総長さを用いて、前記注目位置におけるスコアを求める工程と、
   ｇ）前記ａ）ないしｆ）工程を繰り返すことにより、複数の注目位置に対応する複数のスコアを求める工程と、
   ｈ）前記複数のスコアに基づいて複数の基準位置を決定し、対応する複数の基準位置画像を取得する工程と、
   を備えることを特徴とする基準位置取得方法。
2. 請求項１に記載の基準位置取得方法であって、
   前記ｂ）およびｄ）工程が、前記注目画像から円または矩形を取得する工程を含むことを特徴とする基準位置取得方法。
3. 請求項１または２に記載の基準位置取得方法であって、
   前記ｆ）工程において、前記注目位置と前記設計パターンが存在する領域の外周との間の距離も用いて、前記注目位置におけるスコアが求められることを特徴とする基準位置取得方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、
   前記ｈ）工程において、前記複数のスコアに基づいて決定された複数の候補基準位置が表示され、前記複数の候補基準位置の一部の選択を操作者から受け付けることにより、前記複数の基準位置が決定されることを特徴とする基準位置取得方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、
   前記ｈ）工程において、パターン描画装置が全ての基準位置にて撮像を行う際に要する時間も参照して、前記複数の基準位置が決定されることを特徴とする基準位置取得方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、
   前記第１方向および前記第２方向の一方が、パターン描画装置において複数の撮像部に対して回路基板が移動する基板移動方向に対応し、他方が、前記複数の撮像部の少なくとも一部が移動可能な撮像部移動方向に対応し、
   前記ｈ）工程にて決定される複数の基準位置が、前記撮像部移動方向に対応する方向において、前記複数の撮像部の数以下、かつ、前記複数の撮像部が配置可能な位置のみに存在することを特徴とする基準位置取得方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の基準位置取得方法であって、
   前記ｂ）およびｄ）工程において利用される前記設計パターンを示すデータが、ラスタデータであることを特徴とする基準位置取得方法。
8. 設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する基準位置画像を設計パターンから取得する基準位置取得装置であって、
   前記設計パターンを示すデータを記憶する記憶部と、
   演算部と、
   を備え、
   前記演算部が、前記設計パターンを示すデータに対して、請求項１ないし７のいずれかに記載の基準位置取得方法を実行することを特徴とする基準位置取得装置。
9. 回路基板にパターンを描画するパターン描画方法であって、
   請求項１ないし７のいずれかに記載の基準位置取得方法により複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を準備する工程と、
   前記複数の基準位置にて前記回路基板を撮像し、複数の撮像画像を取得する工程と、
   前記複数の基準位置画像のそれぞれと、対応する撮像画像とを比較することにより、各撮像画像の基準位置からのずれ量を取得する工程と、
   前記ずれ量を参照して、前記回路基板上にパターンを描画する工程と、
   を備えることを特徴とするパターン描画方法。
10. 請求項９に記載のパターン描画方法であって、
    前記パターンを描画する工程が、前記各撮像画像の前記ずれ量から前記回路基板の歪み分布を求める工程を含むことを特徴とするパターン描画方法。
11. 回路基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、
    請求項１ないし７のいずれかに記載の基準位置取得方法により取得された複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を記憶する記憶部と、
    前記複数の基準位置にて前記回路基板を撮像し、複数の撮像画像を取得する少なくとも１つの撮像部と、
    前記複数の基準位置画像のそれぞれと、対応する撮像画像とを比較することにより、各撮像画像の基準位置からのずれ量を取得するずれ量取得部と、
    前記ずれ量を参照して、前記回路基板上にパターンを描画する描画部と、
    を備えることを特徴とするパターン描画装置。
12. 請求項１１に記載のパターン描画装置であって、
    前記各撮像画像の前記ずれ量から前記回路基板の歪み分布を求める歪み算出部をさらに備え、
    前記描画部が、前記歪み分布を参照して前記回路基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン描画装置。
13. 設計上のパターンである設計パターンからの回路基板上の実際のパターンのずれ量を検出するための複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を設計パターンからコンピュータに取得させるプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
    ａ）設計パターンから注目位置を中心とする予め定められた範囲を注目画像として抽出する工程と、
    ｂ）前記注目画像において、第１方向に平行な軸に対して対称な第１形状を取得する工程と、
    ｃ）前記第１方向における前記第１形状の長さの合計である第１総長さを取得する工程と、
    ｄ）前記注目画像において、前記第１方向に垂直な第２方向に平行な軸に対して対称な第２形状を取得する工程と、
    ｅ）前記第２方向における前記第２形状の長さの合計である第２総長さを取得する工程と、
    ｆ）少なくとも前記第１総長さおよび前記第２総長さを用いて、前記注目位置におけるスコアを求める工程と、
    ｇ）前記ａ）ないしｆ）工程を繰り返すことにより、複数の注目位置に対応する複数のスコアを求める工程と、
    ｈ）前記複数のスコアに基づいて、複数の基準位置および対応する複数の基準位置画像を決定する工程と、
    を実行させることを特徴とするプログラム。

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