JP2021067860A - 位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高倍率のレンズを用いた小型の位置合わせ装置を提供する。【解決手段】位置合わせ装置１は、撮影部１１と、フォトマスク２及び基板３からなる撮影部１１の撮影対象４と撮影部１１との間に配置される液晶レンズ１２と、液晶レンズ１２に駆動電圧を印加する液晶レンズ駆動部７３と、液晶レンズ駆動部７３に駆動電圧を変更させることによって撮影部１１の焦点距離を変更し、撮影部１１に各焦点距離における第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２を含む画像を撮影させる制御部６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置等に用いられる位置合わせ装置に関するものである。

半導体素子、プリント基板、フラットパネルディスプレイ（例えば、液晶表示装置、マイクロＬＥＤ素子、レーザー表示素子、有機ＥＬデバイス等）等の電子部品の製造において、パターンを基板に転写するリソグラフィ装置として、例えば、露光装置が挙げられる。露光装置は、レジストが塗布された基板にアライメント光学系を介してフォトマスクのパターンを投影することによって、フォトマスクのパターンに対応する潜像パターンをレジストに形成する。アライメント光学系においては、フォトマスク及び基板の各々に形成されているアライメントマーク同士の位置合わせの精度が重要である。例えば、特許文献１には、直線部分を有するアライメントマークの位置検出方法が開示されている。

特許第５６８９０４２号公報

ところで、アライメントマーク同士の位置合わせを行う位置合わせ装置は、フォトマスクと基板との間隔を３０μｍ〜５０μｍに保持しながら、ｘ−ｙ方向の２〜５か所のアライメントマークの座標位置を奥行方向（ｚ方向）に測定しつつ、位置の調整を行っている。表１に示す低倍率のレンズ系を用いる第１方式では、被写界深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）を深くすることで、フォトマスク及び基板の両方のアライメントマークの位置を視認することが可能である。

但し、第１方式では、適用可能なマークサイズの大きさが、０．５０ｍｍ×０．５０ｍｍ程度である。近年、半導体素子等の高集積化に設けて３次元積層実装が必要であり、より微細なアライメントマークの導入が必要とされている。そこで、今後は、表１に示す高倍率のレンズ系を用いる第２方式に移行することが予想される。第２方式では、高倍率のレンズを用いることによって、視野領域の拡大によりアライメントマークの位置の高精度なモニタリングが可能となり、適用可能なマークサイズの大きさも、第１方式よりも微細な０．１５ｍｍ×０．１５ｍｍ程度となる。

しかしながら、第２方式では、被写界深度が浅くなり、同一の焦点距離でフォトマスク及び基板の両方に合焦している状態（＝ピントが合っている状態）の画像を撮影することができないため、サーボモータを用いた３軸（ｘ−ｙ−ｚ軸）のボールねじ機構（＝回転運動を直線運動に変換する機構）によって、ステージ面となるｘ−ｙ平面に直交するｚ軸方向にカメラを移動させ、焦点距離を決める機械的な制御が必要となり、位置合わせ装置が大型になる。位置合わせ装置が大型になると、ワーク領域が狭くなり不便であるため、高倍率のレンズを用いた位置合わせ装置の小型化が望まれている。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、高倍率のレンズを用いた小型の位置合わせ装置を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、フォトマスク及び基板の各々に形成されているアライメントマーク同士の位置合わせを行う位置合わせ装置であって、撮影部と、前記フォトマスク及び前記基板からなる前記撮影部の撮影対象と前記撮影部との間に配置される液晶レンズと、前記液晶レンズに駆動電圧を印加する液晶レンズ駆動部と、前記液晶レンズ駆動部に前記駆動電圧を変更させることによって前記撮影部の焦点距離を変更し、前記撮影部に各々の前記焦点距離における前記アライメントマークを含む画像を撮影させる制御部と、を備えることを特徴とする位置合わせ装置である。本発明によって、高倍率のレンズを用いた小型の位置合わせ装置を提供することができる。

本発明における前記制御部は、前記撮影部によって撮影される各々の前記焦点距離における画像の中から、前記フォトマスクに最も合焦しているフォトマスク合焦画像と、前記基板に最も合焦している基板合焦画像とを決定し、前記フォトマスク合焦画像及び前記基板合焦画像に基づく画像を生成するようにしても良い。これによって、対物レンズが高倍率であっても、フォトマスク及び基板の両方に合焦している状態の画像を得ることができ、精度良くフォトマスク及び基板の位置合わせを実行することができる。

また、本発明における前記制御部は、前記撮影部によって撮影される各々の前記焦点距離における画像に対して第１方向に微分を実行し、更に前記第１方向に直交する第２方向に射影加算を実行することによって、その算出結果の波形を生成し、前記波形のピークに基づいて前記フォトマスク合焦画像及び前記基板合焦画像を決定するようにしても良い。これによって、画像処理によってフォトマスク及び基板の両方に合焦している状態の画像を得ることができ、撮影部を第１方向及び第２方向に直交する第３方向に移動させる必要がない。

また、本発明における前記制御部は、前記駆動電圧と前記焦点距離との対応関係を示す特性データを予め記憶しておき、前記撮影部が前記フォトマスクの前記アライメントマークに合焦している状態の前記駆動電圧と、前記撮影部が前記基板の前記アライメントマークに合焦している状態の前記駆動電圧との差分量を算出し、前記特性データに基づいて前記駆動電圧の差分量に対応する前記焦点距離の差分量を算出することによって、前記フォトマスクと前記基板との間隔を測定するようにしても良い。これによって、ギャップセンサが不要となるので、位置合わせ装置を更に小型化することができる。

また、本発明は、前記液晶レンズと前記撮影対象との間に配置される対物レンズと、光を照射する光源と、前記液晶レンズと前記対物レンズとの間に配置され、前記光源から照射される光を前記対物レンズの方向に反射するとともに、前記対物レンズの方向からの光を前記液晶レンズの方向に透過するハーフミラーと、前記液晶レンズと前記ハーフミラーとの間に配置され、光が前記液晶レンズに入射されるように補正するためのチューブレンズと、を更に備えても良い。これによって、このような構成によって、液晶レンズを有する小型の位置合わせ装置を実装できる。

本発明により、高倍率のレンズを用いた小型の位置合わせ装置を提供することができる。

位置合わせ装置１の光学系を模式的に示す概要図 フォトマスク２及び基板３の支持機構を模式的に示す概要図 フォトマスク２に形成される第１アライメントマーク４１及び基板３に形成される第２アライメントマーク４２を示す平面図 基板３を支持する支持部材３１を移動させるための基板移動機構５を模式的に示す概要図 位置合わせ装置１の機能構成を示すブロック図 特性データ８の一例を示す図 焦点距離の測定について説明する図 位置合わせ装置１の処理の流れを示すフローチャート

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態では、パターンを基板に転写するリソグラフィ装置として、露光装置を例に挙げて説明する。露光装置は、シリコン基板、ガラス基板、ガリウムヒ素基板等の基板に対して、電子部品の回路パターン等が形成された透明な板であるフォトマスクのパターンを露光するためのものである。基板に対してパターンの焼付を行う場合、フォトマスクと基板との位置を合わせる必要がある。フォトマスクの表面には、複数の第１アライメントマークが形成されており、基板の表面には、第１アライメントマークと形状が異なり、第１アライメントマークと同じ数の第２アライメントマークが形成されている。露光装置に用いられる位置合わせ装置は、第１アライメントマーク及び第２アライメントマークを利用して、フォトマスクと基板とを相対的に移動させ、フォトマスクと基板との位置合わせを実行する。

図１は、位置合わせ装置１の光学系を模式的に示す概要図である。図１に示すように、位置合わせ装置１は、カメラを有する撮影部１１と、フォトマスク２及び基板３からなる撮影部１１の撮影対象４と撮影部１１との間に配置される液晶レンズ１２と、を備える。

誘電異方性及び光学異方性を示す液晶分子は、駆動電圧を制御することで液晶分子の配向方向を制御することができ、実効的な屈折率を連続的に変更することができる。例えば、第１の透明電極及び第２の透明電極の間に媒質として液晶分子を含む層（＝液晶層）を設け、電極間の電圧を制御することで、液晶層の実効的な屈折率分布を調整することができ、液晶レンズ１２として機能させることができる。液晶レンズ１２の駆動電圧を変更することによって、図１に示す光学系において撮影部１１の焦点距離を変更することができる。

液晶レンズ１２は、例えば、特許第６１２８７１９号公報に記載の公知の液晶レンズを用いることができる。この公知の液晶レンズは、印加する電圧の周波数を制御するか、又は印加する交流電圧の位相を制御することによって、電界分布を制御することができる。

また、図１に示すように、位置合わせ装置１は、液晶レンズ１２と撮影対象４との間に配置される対物レンズ１３と、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し、光を照射する光源１４と、液晶レンズ１２と対物レンズ１３との間に配置され、光源１４から照射される光を対物レンズ１３の方向に反射するとともに、対物レンズ１３の方向からの光を液晶レンズ１２の方向に透過するハーフミラー１５と、液晶レンズ１２とハーフミラー１５との間に配置され、光が液晶レンズに入射されるように補正するためのチューブレンズと、を更に備える。このような構成によって、液晶レンズ１２を有する小型の位置合わせ装置１を実装できる。

微細なアライメントマークに対応するため、本実施の形態における対物レンズ１３の倍率は２０倍である。従って、撮影部１１の被写界深度が浅くなり、同一の焦点距離でフォトマスク２及び基板３の両方に合焦している状態の画像を撮影することができない。そこで、本実施の形態における位置合わせ装置１は、後述する処理によって、撮影部１１を鉛直方向（＝図１の上下方向）に移動させることなく、フォトマスク２に合焦している状態の画像と、基板３に合焦している状態の画像とを取得し、これらの画像に基づいてフォトマスク２と基板３との位置合わせを実行する。

図２は、フォトマスク２及び基板３の支持機構を模式的に示す概要図である。図２に示すように、フォトマスク２は、中央に開口部が形成された支持部材２１により支持され、基板３は、中央に開口部が形成された支持部材３１により支持される。基板３を支持する支持部材３１は、後述する移動機構の駆動により、基板３の表面と平行な平面内で互いに直交する２方向及び回転方向に移動可能となっている。図２に模式的に示すように、本発明の実施形態における露光装置においては、フォトマスク２と基板３とは、プロキシミティーギャップと呼ばれるわずかな隙間を介して配置される。本発明の実施形態におけるプロキシミティーギャップは、３０〜５０μｍである。フォトマスク２は、透光性を有する材質から構成され、基板３は、非透光性を有する材質から構成される。

図３は、フォトマスク２に形成される第１アライメントマーク４１及び基板３に形成される第２アライメントマーク４２を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、フォトマスク２には、中空の正方形をなす第１アライメントマーク４１が、互いに離隔した位置に複数（例えば２〜５個）形成される。例えば、第１アライメントマーク４１が４個の場合、矩形状のフォトマスク２の四隅に形成される。また、図３（ｂ）に示すように、基板３には、第１アライメントマーク４１と形状が異なり、十字状をなす第２アライメントマーク４２が、第１アライメントマーク４１と同じ数だけ、第１アライメントマーク４１と同じ配置になるように形成される。

第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、撮影部１１の視野と比較して、他のアライメントマークや電子回路等のパターンと十分に大きく離隔しており、撮影部１１によって撮影される同一の画像内に、処理の対象となる第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２を除き、他のアライメントマークや電子回路等のパターンが含まれることはない。

図３（ｃ）は、フォトマスク２と基板３とが正確に位置合わせできている状態の第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２との位置関係を示している。この状態では、第１アライメントマーク４１の中心位置と第２アライメントマーク４２の中心位置とがほぼ一致している。

図４は、基板３を支持する支持部材３１を移動させるための基板移動機構５を模式的に示す概要図である。基板移動機構５は、基板３に平行な平面内で互いに直交するｘ、ｙ方向に移動可能な基部５１と、基部５１上にθｘｙ方向に回転可能に配設された回転部５２とを備える。回転部５２は、基板３を支持する支持部材３１と連結されている。基板移動機構５における基部５１は、モータＭ１の駆動により、図４に示すｘ方向に往復移動可能であるとともに、モータＭ２の駆動により、図４に示すｙ方向に往復移動可能となっている。また、回転部５２は、回転部５２の外縁に付設された当接部材５３を移動させるモータＭ３の駆動により、図４に示すθｘｙ方向に回動可能となっている。基板移動機構５の作用により、支持部材３１に支持された基板３は、ｘ、ｙ、θｘｙ方向に移動可能となっている。尚、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３としては、例えば、ステッピングモータが使用される。

図５は、位置合わせ装置１の機能構成を示すブロック図である。図５に示す制御部６は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を備える。制御部６は、機能的構成として、後述する基板移動検出部６１、画像処理部６２、駆動電圧制御部６３、特性データ記憶部６４を備える。

制御部６は、前述のモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３を備え、支持部材３１によって支持される基板３を、ｘ、ｙ、θｘｙ方向に移動させるための基板移動機構５と接続される。そして、制御部６は、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３への駆動パルス量に基づいて、支持部材３１によって支持される基板３の移動方向及び移動量を検出する基板移動検出部６１を備える。

尚、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３としてステッピングモータを使用しない場合、基板移動検出部６１は、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対してエンコーダ等を接続することにより、基板３の移動方向及び移動量を検出しても良い。また、基板移動検出部６１は、リニアスケール等の他の移動量検出器を使用して、直接、基板３の移動方向及び移動量を検出しても良い。

また、制御部６は、図４に示すモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３の駆動により、支持部材３１を介して基板３をｘ、ｙ、θｘｙ方向に移動させるためのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を備える操作部２４と接続される。オペレータがこれらのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を操作することにより、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３が回転し、支持部材３１を介して基板３がｘ、ｙ、θｘｙ方向に移動する。尚、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を使用して基板３を移動させる代わりに、オペレータがネジ等を操作することにより、基板３を移動させる構成を採用しても良い。また、位置合わせ装置１は、操作部２４を備えず、制御部６が、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対して、支持部材３１を介して基板３をｘ、ｙ、θｘｙ方向に移動させるための信号を送信することにより、基板３を移動させる構成を採用しても良い。

また、制御部６は、図１に示すフォトマスク２及び基板３からなる撮影対象４を撮影する撮影部１１と接続される。位置合わせ装置１は、第１アライメントマーク４１や第２アライメントマーク４２と同じ数だけ撮影部１１を備えても良いし、単一の撮影部１１を備えても良い。位置合わせ装置１が単一の撮影部１１を備える場合、各々の第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２を撮影可能な位置に移動させるとともに、撮影部１１の位置を検出するための撮影部移動機構（不図示）が制御部６に接続される。撮影部移動機構は、モータ等の駆動により自動的に撮影部１１を移動させるものであっても良いし、オペレータの手動により撮影部１１を移動させるものであっても良い。

また、制御部６は、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイを有し、画像処理部６２によって処理される画像を表示する表示部７２と接続されている。そして、制御部６は、撮影部１１によって取得される画像を処理する画像処理部６２を備え、画像処理後の画像を表示部７２に表示させる。

また、制御部６は、液晶レンズ１２に駆動電圧を印加する液晶レンズ駆動部７３と接続される。液晶レンズ駆動部７３は、液晶レンズ１２の液晶層を挟んで対向する一対の透明電極等にリード線を介して接続される電源回路を有する。電源回路は、撮影部１１の焦点距離を高速に切り替えるために、高い電圧を印加できるものが望ましい。そして、制御部６は、液晶レンズ駆動部７３によって印加される駆動電圧を制御する駆動電圧制御部６３を備える。

以上の機能的構成により、制御部６は、液晶レンズ駆動部７３に駆動電圧を変更させることによって撮影部１１の焦点距離を変更し、撮影部１１に各焦点距離における第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２を含む画像を撮影させ、これらの画像に基づいてフォトマスク２と基板３との位置合わせを実行する。これによって、撮影部１１が第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２を撮影する際、撮影部１１の焦点距離を調整するために、サーボモータ等を用いた鉛直方向（＝図１の上下方向）への撮影部１１の機械的な移動機構が不要となる。従って、高倍率の対物レンズ１３を用いる場合であっても、位置合わせ装置１を小型化することができ、ひいては、露光装置のワーク領域を広げることができる。

また、制御部６は、液晶レンズ１２の駆動電圧と撮影部１１の焦点距離との対応関係を示す特性データを予め記憶する特性データ記憶部６４を更に備える。

図６は、特性データ８の一例を示す図である。図６に示すように、特性データ８は、液晶レンズ１２の駆動電圧Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｎ−１）、Ｖ（ｎ）と、撮影部１１の焦点距離ｆ（１）、ｆ（２）、・・・、ｆ（ｎ−１）、ｆ（ｎ）との対応関係を示すデータである。

特性データ８は、駆動電圧Ｖ（ｉ）（ｉ＝１、・・・、ｎ）と焦点距離ｆ（ｉ）（ｉ＝１、・・・、ｎ）との対応関係を示すリスト形式のデータであっても良い。また、特性データ８は、駆動電圧Ｖ（ｉ）（ｉ＝１、・・・、ｎ）及び焦点距離ｆ（ｉ）（ｉ＝１、・・・、ｎ）のデータから単回帰分析を行うことによって求められる直線の傾きと切片のデータであっても良い。駆動電圧Ｖ（ｉ）（ｉ＝１、・・・、ｎ）及び焦点距離ｆ（ｉ）（ｉ＝１、・・・、ｎ）のデータは、事前に測定され、その測定結果に基づく特性データは、特性データ記憶部６４に予め記憶される。

図７は、焦点距離の測定について説明する図である。図７（ａ）は、事前測定の概要を模式的に示す斜視図である。図７（ａ）に示すように、液晶レンズ１２には、駆動電圧Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｎ）が順次印加される。撮影部１１は、各駆動電圧Ｖ（ｉ）が液晶レンズ１２に印加されるごとに測定オブジェクト９を撮影し、事前画像Ｐｒｅ（１）、Ｐｒｅ（２）、・・・、Ｐｒｅ（ｎ）を取得する。

測定オブジェクト９は、階段状の形状であり、図７（ａ）に示す例では、撮影像面からの距離が異なる４つの段を有する。但し、段数はこの例に限定されるものではない。各段のｚ軸方向の位置は、それぞれ、撮影像面からの距離が遠い順に、焦点面Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄのｚ軸方向の位置と対応する。焦点面Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄに係る焦点距離は、それぞれｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄである。

図７（ｂ）は、事前画像Ｐｒｅ（１）であり、ｚ軸方向の上方から見た測定オブジェクト９が含まれている。画像処理部６２は、事前画像Ｐｒｅ（１）に対してｘ方向に微分を実行し、更にｙ方向に射影加算を実行する。微分とは、画像処理におけるエッジ部分の抽出の手法であり、特定の画像に関し、互いに隣接する画素間、又は、一定間隔だけ離れた画素間の輝度の差分をとることである。図７（ｂ）に示す事前画像Ｐｒｅ（１）についてｘ方向に差分をとるとは、ｙ方向の各位置において、ｘ方向に隣り合う画素値、又は、一定間隔だけ離れた画素間で輝度の差分をとることである。一方、射影加算するとは、特定の画像に対して一方向に値を加算することである。図７（ｂ）に示す事前画像Ｐｒｅ（１）についてｙ方向に射影加算するとは、ｘ方向の値をｙ方向に沿って加算することである。

図７（ｂ）に示す測定オブジェクト９を含む事前画像Ｐｒｅ（１）に対してｘ方向に差分をとり、更にｙ方向に射影加算した結果は、図７（ｂ）における波形Ｈである。波形Ｈの５個のピークは、測定オブジェクト９の第１直線９１、第２直線９２、第３直線９３、第４直線９４、第５直線９５の位置と対応する。図７（ｂ）に示す波形Ｈは、第１直線９１の位置に対応するピークが最も大きい。このことは、事前画像Ｐｒｅ（１）において、第１直線９１から第５直線９５のうち、第１直線９１が最もはっきりと見える、すなわち合焦していることを意味する。従って、制御部６は、事前画像Ｐｒｅ（１）が撮影された時の駆動電圧Ｖ（１）に対して、第１直線９１とｚ軸方向の位置が同一である焦点面Ｆａの焦点距離ｆａをｆ（１）として対応付ける。このようにして、各事前画像Ｐｒｅ（ｉ）に対応する焦点距離を対応付けることによって、特性データ８を得ることが可能となる。

以上の機能的構成により、制御部６は、撮影部１１がフォトマスク２に形成される第１アライメントマーク４１に合焦している状態の駆動電圧と、撮影部１１が基板３に形成される第２アライメントマークに合焦している状態の駆動電圧との差分量を算出し、特性データ８に基づいて駆動電圧の差分量に対応する焦点距離の差分量を算出することによって、フォトマスク２と基板３との間隔を測定する。従来、フォトマスク２及び基板３との間隔を一定にするために、リアルタイムに、レーザーを光源とする変位計（＝ギャップセンサ）を用いてフォトマスク２と基板３との間隔を測定していたが、本実施の形態における位置合わせ装置１によれば、ギャップセンサを用いなくても、フォトマスク２及び基板３との間隔を測定することができる。これによって、ギャップセンサが不要となるので、位置合わせ装置１を小型化することができ、露光装置のワーク領域を広げることができる。

図８は、位置合わせ装置１の処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、制御部６は、内部変数ｉに１を代入する（ステップＳ１）。次に、駆動電圧制御部６３は、駆動電圧Ｖ（ｉ）を印加させるように液晶レンズ駆動部７３を制御し、液晶レンズ駆動部７３は液晶レンズ１２に駆動電圧Ｖ（ｉ）を印加する（ステップＳ２）。次に、制御部６は、撮影対象４を撮影させるように撮影部１１を制御し、撮影部１１は撮影対象４を撮影し、画像Ｐ（ｉ）を取得する（ステップＳ３）。

次に、画像処理部６２は、画像Ｐ（ｉ）のフォトマスク合焦度Ｄａの判定処理を実行する（ステップＳ４）。フォトマスク合焦度Ｄａとは、フォトマスク２に形成される第１アライメントマーク４１に合焦している度合を示すものである。

図７の説明と同様、画像処理部６２は、画像Ｐ（ｉ）に対してｘ方向に微分を実行し、更にｙ方向に射影加算を実行することによって、その算出結果の波形を生成する。又は、画像処理部６２は、画像Ｐ（ｉ）に対してｙ方向に微分を実行し、更にｘ方向に射影加算を実行することによって、その算出結果の波形を生成しても良い。そして、画像処理部６２は、波形のピーク値に基づいて、フォトマスク合焦度Ｄａを算出する。

図３（ｃ）に示すように、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の両方が画像Ｐ（ｉ）に含まれていると、ｘ方向及びｙ方向のどちらにも、第１アライメントマーク４１の一部を形成するエッジが両端に２本ずつ、第２アライメントマーク４２の一部を形成するエッジが中央に２本伸びており、これらのエッジに対応する位置に算出結果の波形のピークが存在することになる。そこで、画像処理部６２は、算出結果の波形のピークの中から両端の２個ずつを、第１アライメントマーク４１の一部を形成するエッジに対応するピークとして抽出し、これらのピークの値に基づいてフォトマスク合焦度Ｄａを算出する。例えば、画像処理部６２は、これらのピークの値を合算した値をフォトマスク合焦度Ｄａとしても良い。

次に、画像処理部６２は、画像Ｐ（ｉ）の基板合焦度Ｄｂの判定処理を実行する（ステップＳ５）。基板合焦度Ｄｂとは、基板３に形成される第２アライメントマーク４２に合焦している度合を示すものである。

画像処理部６２は、ステップＳ４における算出結果の波形のピーク値に基づいて、基板合焦度Ｄｂを算出する。前述の通り、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の両方が画像Ｐ（ｉ）に含まれていると、ｘ方向及びｙ方向のどちらにも、第１アライメントマーク４１の一部を形成するエッジが両端に２本ずつ、第２アライメントマーク４２の一部を形成するエッジが中央に２本伸びており、これらのエッジに対応する位置に算出結果の波形のピークが存在することになる。そこで、画像処理部６２は、算出結果の波形のピークの中から中央の２個を、第２アライメントマーク４２の一部を形成するエッジに対応するピークとして抽出し、これらのピークの値に基づいて基板合焦度Ｄｂを算出する。例えば、画像処理部６２は、これらのピークの値を合算した値を基板合焦度Ｄｂとしても良い。

次に、制御部６は、内部変数ｉが既定の撮影回数ｍ（＝駆動電圧のサンプリング数）よりも小さいか否か判定する（ステップＳ６）。内部変数ｉが既定の撮影回数ｍよりも小さい場合（ステップＳ６のＹｅｓ）、制御部６は、ステップＳ１から繰り返す。内部変数ｉが既定の撮影回数ｍ以上の場合（ステップＳ６のＮｏ）、制御部６は、ステップＳ４において算出されるフォトマスク合焦度Ｄａの値が最大の画像を、フォトマスク２に最も合焦しているフォトマスク合焦画像Ｐａとし、ステップＳ５において算出される基板合焦度Ｄｂが最大の画像を、基板３に最も合焦している基板合焦画像Ｐｂとし、フォトマスク合焦画像Ｐａ及び基板合焦画像Ｐｂに基づく画像を生成する（ステップＳ７）。制御部６は、例えば、フォトマスク合焦画像Ｐａ及び基板合焦画像Ｐｂの重畳画像を生成する。

ステップＳ１からステップＳ７について、より一般的には、制御部６は、撮影部１１によって撮影される各焦点距離における画像に対して第１方向（＝ｘ方向又はｙ方向）に微分を実行し、更に第１方向に直交する第２方向（＝ｙ方向又はｘ方向）に射影加算を実行することによって、その算出結果の波形を生成し、波形のピークに基づいてフォトマスク合焦画像Ｐａ及び基板合焦画像Ｐｂを決定し、フォトマスク合焦画像Ｐａ及び基板合焦画像Ｐｂに基づく画像を生成する。これによって、対物レンズ１３が高倍率であっても、フォトマスク２及び基板３の両方に合焦している状態の画像を得ることができ、精度良くフォトマスク２及び基板３の位置合わせを実行することができる。特に、画像処理によってフォトマスク２及び基板３の両方に合焦している状態の画像を得ることができ、撮影部１１をｚ方向（＝第１方向及び第２方向に直交する第３方向）に移動させる必要がない。

次に、制御部６は、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の位置合わせ処理を実行する（ステップＳ８）。制御部６は、例えば、フォトマスク合焦画像Ｐａ及び基板合焦画像Ｐｂの重畳画像が表示部７２に表示されるように制御する。

オペレータは、表示部７２に表示される重畳画像を確認しながら、操作部７１におけるスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を操作することにより、支持部材３１を介して基板３をｘ、ｙ、θｘｙ方向に移動させる。このとき、基板移動検出部６１は、基板移動機構５におけるモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３への駆動パルス量に基づいて、支持部材３１により支持された基板３の移動方向及び移動量を検出する。そして、画像処理部６２は、基板移動検出部６１により検出される基板３の移動方向及び移動量、並びに、撮影時における撮影部１１の位置に基づいて、表示部７２に表示される基板合焦画像Ｐｂの表示位置を、基板３の移動に同期させて移動させる。尚、オペレータが操作部７１を介して基板３を移動させるのではなく、制御部６が、基板移動機構５を制御することによって基板３を移動させても良い。

次に、制御部６は、位置合わせを終了するか否か確認する（ステップＳ９）。オペレータは、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の位置を確認し、位置合わせを終了するか否か判断し、制御部６に指示する。又は、制御部６が、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の相対位置を算出することによって、位置合わせの終了を判定しても良い。位置合わせを終了しない場合（ステップＳ９のＮｏ）、制御部６は、ステップＳ１から繰り返す。位置合わせを終了する場合（ステップＳ９のＹｅｓ）、制御部６は、フォトマスク２と基板３との間隔の算出処理を実行する（ステップＳ１０）。具体的には、制御部６は、フォトマスク合焦画像Ｐａに係る駆動電圧と、基板合焦画像Ｐｂに係る駆動電圧との差分量を算出し、特性データ８に基づいて駆動電圧の差分量に対応する焦点距離の差分量を算出することによって、フォトマスク２と基板３との間隔を測定する。制御部６は、測定結果が表示部７２に表示されるように制御する。また、制御部６は、測定結果が既定の範囲（例えば、３０〜５０μｍ）を超えている場合、警告情報が表示部７２に表示されるように制御しても良い。

例えば、第１アライメントマーク４１や第２アライメントマーク４２がフォトマスク２や基板３の四隅に形成される場合、制御部６は、四か所におけるフォトマスク２と基板３との間隔を測定することによって、フォトマスク２及び基板３の傾きを測定することができる。

以上によれば、本実施の形態における位置合わせ装置１は、撮影部１１と、フォトマスク２及び基板３からなる撮影部１１の撮影対象４と撮影部１１との間に配置される液晶レンズ１２と、液晶レンズ１２に駆動電圧を印加する液晶レンズ駆動部７３と、液晶レンズ駆動部７３に駆動電圧を変更させることによって撮影部１１の焦点距離を変更し、撮影部１１に各焦点距離における第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２を含む画像を撮影させる制御部６と、を備える。これによって、撮影部１１が第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２を撮影する際、高倍率の対物レンズ１３を用いることによって被写界深度が浅くなり、同一の焦点距離でフォトマスク及び基板の両方に合焦している状態の画像を撮影することができない場合であっても、撮影部１１の焦点距離を調整するために、サーボモータ等を用いた鉛直方向（＝図１の上下方向）への撮影部１１の機械的な移動機構が不要となる。従って、本実施の形態における位置合わせ装置１は、小型化と位置合わせ精度の高精度化を両立することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る位置合わせ装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………位置合わせ装置
２………フォトマスク
３………基板
４………撮影対象
５………基板移動機構
６………制御部
８………特性データ
９………測定オブジェクト
１１………撮影部
１２………液晶レンズ
１３………対物レンズ
１４………光源
１５………ハーフミラー
１６………チューブレンズ
２１………支持部材
３１………支持部材
４１………第１アライメントマーク
４２………第２アライメントマーク
５１………基部
５２………回転部
５３………当接部材
６１………記憶部
６２………画像処理部
６３………駆動電圧制御部
６４………基板移動検出部
７１………操作部
７２………液晶レンズ駆動部
７３………表示部
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３………モータ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３………スイッチ

Claims (5)

1. フォトマスク及び基板の各々に形成されているアライメントマーク同士の位置合わせを行う位置合わせ装置であって、
   撮影部と、
   前記フォトマスク及び前記基板からなる前記撮影部の撮影対象と前記撮影部との間に配置される液晶レンズと、
   前記液晶レンズに駆動電圧を印加する液晶レンズ駆動部と、
   前記液晶レンズ駆動部に前記駆動電圧を変更させることによって前記撮影部の焦点距離を変更し、前記撮影部に各々の前記焦点距離における前記アライメントマークを含む画像を撮影させる制御部と、
   を備えることを特徴とする位置合わせ装置。
2. 前記制御部は、前記撮影部によって撮影される各々の前記焦点距離における画像の中から、前記フォトマスクに最も合焦しているフォトマスク合焦画像と、前記基板に最も合焦している基板合焦画像とを決定し、前記フォトマスク合焦画像及び前記基板合焦画像に基づく画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ装置。
3. 前記制御部は、前記撮影部によって撮影される各々の前記焦点距離における画像に対して第１方向に微分を実行し、更に前記第１方向に直交する第２方向に射影加算を実行することによって、その算出結果の波形を生成し、前記波形のピークに基づいて前記フォトマスク合焦画像及び前記基板合焦画像を決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置合わせ装置。
4. 前記制御部は、前記駆動電圧と前記焦点距離との対応関係を示す特性データを予め記憶しておき、前記撮影部が前記フォトマスクの前記アライメントマークに合焦している状態の前記駆動電圧と、前記撮影部が前記基板の前記アライメントマークに合焦している状態の前記駆動電圧との差分量を算出し、前記特性データに基づいて前記駆動電圧の差分量に対応する前記焦点距離の差分量を算出することによって、前記フォトマスクと前記基板との間隔を測定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の位置合わせ装置。
5. 前記液晶レンズと前記撮影対象との間に配置される対物レンズと、
   光を照射する光源と、
   前記液晶レンズと前記対物レンズとの間に配置され、前記光源から照射される光を前記対物レンズの方向に反射するとともに、前記対物レンズの方向からの光を前記液晶レンズの方向に透過するハーフミラーと、
   前記液晶レンズと前記ハーフミラーとの間に配置され、光が前記液晶レンズに入射されるように補正するためのチューブレンズと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の位置合わせ装置。

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