JP5633021B2 - アライメント方法、アライメント装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせするアライメント方法に関し、詳しくは、複雑な図形のパターンに対しても高精度な位置合わせを可能とするアライメント方法、アライメント装置及び露光装置に係るものである。

従来のこの種のアライメント方法は、カラーフィルタ基板の搬送方向と直交方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により、カラーフィルタ基板（被露光体）上に形成された矩形状の複数のピクセルを撮像し、その撮像画像の輝度情報に基づいてカラーフィルタ基板の左端ピクセルの左側縁部の位置を検出し、該左端ピクセルの左側縁部の位置と撮像手段に予め設定された基準位置（ターゲット位置）との間の位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量を補正するようにフォトマスクをカラーフィルタ基板の搬送方向と直交方向に移動してフォトマスクとカラーフィルタ基板との位置合わせをするようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−７６７０９号公報

しかし、このような従来のアライメント方法においては、輝度が暗から明に変化する位置を検出し、該位置を基準にして被露光体のパターンとフォトマスクの開口部との位置合わせをするものであったので、矩形状の単純な図形のパターンに対してはパターンの縁部に設定された基準位置の検出が容易であり位置合わせも容易であったが、例えばＴＦＴ基板のようなピクセル内に配線パターンを有するような複雑な図形のパターンや、落射照明によって得られる複雑な線画図形のパターンに対しては、パターンの縁部に設定された基準位置の検出が困難であり、位置合わせも容易でなかった。それ故、被露光体のパターンとフォトマスクの開口部との位置合わせを高精度に行うことが困難であった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、複雑な図形のパターンに対してもフォトマスクの高精度な位置合わせを可能とするアライメント方法、アライメント装置及び露光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、本発明によるアライメント方法は、所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせするアライメント方法であって、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して前記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出する段階と、前記被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得る段階と、前記パターンと同形状のパターンにおいて、前記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを前記算出された複数のエッジ数データにて前記被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら前記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、前記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得る段階と、前記複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する段階と、前記特定された複数のパターンの位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択する段階と、前記選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する段階と、前記位置ずれ量が所定値となるように少なくとも前記フォトマスクを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動して前記フォトマスクと前記被露光体との位置合わせをする段階と、を実行するものである。

このような構成により、所定のパターンをマトリクス状に備えた被露光体を一方向に搬送しながら、被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して上記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、被露光体が所定距離だけ移動する間に上記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、上記パターンと同形状のパターンにおいて、被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを上記算出された複数のエッジ数データにて被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、上記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定し、該記特定された複数のパターンの位置から撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量が所定値となるように少なくともフォトマスクを被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動してフォトマスクと被露光体との位置合わせをする。

また、前記複数のパターンの位置を特定した後、前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択する段階に替えて、前記複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算する段階と、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択する段階とを実行し、前記位置ずれ量を算出する段階においては、前記選択された中点位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出するものである。これにより、複数のパターンの位置を特定した後、該特定された複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する。

さらに、前記輝度変化の位置を検出する段階においては、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、前記複数のエッジ数データを得る段階においては、明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得、前記複数の相関値データを得る段階においては、前記算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する相関値データを求めた後、該相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、前記複数のパターンの位置を特定する段階においては、前記複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定するものである。これにより、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して複数のエッジ数データを得た後、該算出された複数のエッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する。

さらにまた、前記撮像手段は、落射照明により前記被露光体のパターンを撮像するものである。これにより、撮像手段で落射照明により被露光体のパターンを撮像する。

そして、前記被露光体は、配線パターンを形成したＴＦＴ基板である。これにより、配線パターンを形成したＴＦＴ基板のパターンの位置を検出する。

また、本発明によるアライメント装置は、所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせするアライメント装置であって、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して前記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、前記被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、前記パターンと同形状のパターンにおいて、前記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを前記算出された複数のエッジ数データにて前記被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら前記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、前記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する画像処理部と、前記特定された複数のパターンの位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する演算部と、前記位置ずれ量が所定値となるように少なくとも前記フォトマスクを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動して前記フォトマスクと前記被露光体との位置合わせをするアライメント機構と、を備えたものである。

このような構成により、所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送される被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を画像処理部で逐次処理して上記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、被露光体が所定距離だけ移動する間に上記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、上記パターンと同形状のパターンにおいて、被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを上記算出された複数のエッジ数データにて被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、上記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定し、演算部で特定された複数のパターンの位置から撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出し、アライメント機構により上記位置ずれ量が所定値となるように少なくともフォトマスクを被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動してフォトマスクと被露光体との位置合わせをする。

さらに、前記演算部は、前記特定された複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出するものである。これにより、演算部で、特定された複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する。

そして、前記画像処理部は、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得た後、該算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する複数の相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定するものである。これにより、画像処理部で、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得た後、該算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する複数の相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する。

また、本発明による露光装置は、所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせして露光する露光装置であって、紫外線を放射する光源と、前記搬送中の被露光体の面に近接対向させて前記フォトマスクを保持するマスクステージと、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有し、前記フォトマスクによる露光位置の搬送方向手前側の位置を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して前記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、前記被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、前記パターンと同形状のパターンにおいて、前記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを前記算出された複数のエッジ数データにて前記被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら前記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、前記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定し、該特定された複数のパターンの位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量が所定値となるように少なくとも前記マスクステージを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動して前記フォトマスクと前記被露光体との位置合わせをするアライメント装置と、を備えたものである。

このような構成により、所定のパターンをマトリクス状に備えた被露光体を一方向に搬送しながら、被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像をアライメント装置で逐次処理して上記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、上記パターンと同形状のパターンにおいて、被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを上記算出された複数のエッジ数データにて被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、上記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定し、該特定された複数のパターン位置から撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出し、少なくとも、搬送中の被露光体の面に近接対向させてフォトマスクを保持するマスクステージを上記位置ずれ量が所定値となるように被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動してフォトマスクと被露光体との位置合わせをし、光源から紫外線を放射して被露光体を露光する。

さらに、前記アライメント装置は、前記複数のパターンの位置を特定した後、該複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出するものである。これにより、アライメント装置で複数のパターンの位置を特定した後、該複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する。

そして、前記アライメント装置は、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得た後、該算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する複数の相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定するものである。これにより、アライメント装置で、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得た後、該算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する複数の相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する。

請求項１又は６に係る発明によれば、被露光体に形成されたパターンの図形が複雑であったり、また落射照明によって得られるようにパターンが複雑な線画図形であったとしても移動中の被露光体の撮像画像を逐次処理して被露光体の搬送方向と交差する方向に並んだ複数のパターンの位置を容易に検出することができる。したがって、検出したパターンの位置を基準にして、搬送方向と交差する方向に振れながら搬送される被露光体の動きにフォトマスクを追従させることができ、被露光体のパターンに対してフォトマスクの開口部を高精度に位置合わせすることができる。また、二次元画像のパターンマッチング法に比べて回路規模を小さくすることができ、且つ画像処理を高速で行なうことができる。したがって、露光工程のタクトを短縮することができる。

また、請求項２、７又は１０に係る発明によれば、特定された複数のパターンの近接ペアの中点位置を検出し、該中点位置を基準に被露光体とフォトマスクとの位置合わせをすることができる。

さらに、請求項３、８又は１１に係る発明によれば、パターンの位置の特定をより高精度に行なうことができる。したがって、被露光体とフォトマスクのアライメント精度をより向上することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、不透明な基板からなる被露光体のパターンの位置検出を容易に行なうことができる。

さらに、請求項５に係る発明によれば、ピクセル内に配線パターンを有するようなＴＦＴ基板に対してもフォトマスクの開口部を高精度に位置合わせすることができる。

そして、請求項９に係る発明によれば、被露光体に形成されたパターンの図形が複雑であっても、移動中の被露光体の撮像画像を逐次処理して被露光体の搬送方向と交差する方向に並んだ複数のパターンの位置を容易に検出することができる。したがって、検出したパターンの位置を基準にしてフォトマスクを搬送方向と交差する方向に振れながら搬送される被露光体の動きに追従させることができ、被露光体のパターンに対してフォトマスクの開口部を高精度に位置合わせして露光することができる。また、二次元画像のパターンマッチング法に比べて回路規模を小さくすることができ、且つ画像処理を高速で行なうことができる。したがって、露光工程のタクトを短縮することができる。

本発明による露光装置の実施形態を示す正面図である。 上記実施形態において使用するカラーフィルタ基板を示す平面図である。 上記実施形態において使用するフォトマスクを示す平面図であり、マスクパターンと撮像手段との位置関係を示す説明図である。 本発明によるアライメント装置の実施形態を示すブロック図である。 本発明によるアライメント方法を示すフォローチャートである。 本発明によるアライメント方法を示す説明図であり、（ａ）はカラーフィルタ基板の落射照明画像を示し、（ｂ）は（ａ）のカラーフィルタ基板においてピクセルの搬送方向に平行な縁部の検出結果を示し、（ｃ）は上段のピクセル列に対応するエッジ数データを示し、（ｄ）は上段のピクセルに対応する単位エッジ数データからなるテンプレートを示し、（ｅ）は（ｄ）を（ｃ）に対して相関比較して得られた相関値データを示し、（ｆ）は（ｅ）の相関値データにおける近接ペアを平均して得られる平均化相関値データを示している。 上記カラーフィルタ基板上への露光例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による露光装置の実施形態を示す正面図である。この露光装置は、所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせして露光するもので、搬送手段１と、露光光学系２と、マスクステージ３と、撮像手段４と、照明用光源５と、アライメント装置６とを備えて構成されている。

なお、ここでは、被露光体が、図２に示すように例えばブラックマトリクスの矩形状のピクセル７（パターン）がマトリクス状に形成されたカラーフィルタ基板８であり、同図に示す矢印Ａ方向に搬送される場合について説明する。

上記搬送手段１は、上面にカラーフィルタ基板８を載置して図１において矢印Ａ方向に搬送するものであり、上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引孔とを有した複数の単位ステージ９をカラーフィルタ基板８の搬送方向（以下、「基板搬送方向」という）に並設し、気体の噴出と吸引とのバランスによりカラーフィルタ基板８を複数の単位ステージ９上に所定量だけ浮かせた状態で、搬送ローラ１０によりカラーフィルタ基板８の両端縁部を支持して搬送するようになっている。

上記搬送手段１の上方には露光光学系２が設けられている。この露光光学系２は、後述のフォトマスク１１に均一な光源光Ｌ１を照射するものであり、露光用光源１２と、フォトインテグレータ１３と、コンデンサーレンズ１４とを光路の上流から下流に向かってこの順に備えている。

ここで、露光用光源１２は、紫外線を放射するものであり、レーザ発振器やキセノンフラッシュランプ等である。また、フォトインテグレータ１３は、露光用光源１２から放射された光源光Ｌ１の横断面内の輝度分布を均一にするものであり、フライアイレンズやロッドレンズ又はライトパイプ等である。そして、コンデンサーレンズ１４は、光源光Ｌ１を平行光にしてフォトマスク１１に照射させるものである。

上記搬送手段１と露光光学系２との間には、マスクステージ３が設けられている。このマスクステージ３は、搬送中のカラーフィルタ基板８の面に平行であって、該面に近接対向させてフォトマスク１１を保持するものであり、中央部に開口１５を形成してフォトマスク１１の縁部を保持するようになっている。

上記フォトマスク１１は、図３に示すように、上記ピクセル７と略同形状の開口部（以下、「マスクパターン１６」という）を矢印Ａ（基板搬送方向）に平行な中心線と所定の位置関係を有し、且つ上記ピクセル７の図２において矢印Ａと交差（直交）する方向の配列ピッチの３倍のピッチで複数並べて形成したものである。また、マスクパターン１６の列の側方には、所定距離はなれてマスクパターン１６の列に平行に覗き窓１７が形成されており、該覗き窓１７を透して後述の撮像手段４によりカラーフィルタ基板８表面の撮像が可能になっている。そして、図３に示すように、マスクパターン１６の列側が矢印Ａで示す基板搬送方向の先頭側となるようにしてマスクステージ３に保持されている。

より具体的には、フォトマスク１１は、透明なガラス基板１８の一面にクロム（Ｃｒ）の遮光膜１９を形成し、該遮光膜１９に上記マスクパターン１６及び覗き窓１７を形成したものであり、ガラス基板１８の他面には、マスクパターン１６の列に対応して反射防止膜を形成し、覗き窓１７に対応して可視光を透過し紫外線を反射するフィルタの膜が形成されている。そして、図１に示すように、遮光膜１９を形成した面を下側にしてマスクステージ３に保持されている。

上記搬送手段１の上方には、撮像手段４が設けられている。この撮像手段４は、フォトマスク１１による露光位置の基板搬送方向手前側に所定距離はなれた位置においてカラーフィルタ基板８に形成された複数のピクセル７を撮像するものであり、図３に示すように、基板搬送方向（矢印Ａ方向）と交差する方向に複数の受光素子２０を一直線状に並べて有するラインＣＣＤ（センサー）である。また、ライン状の受光部の所定位置（図３においては中心位置）には、カラーフィルタ基板８とフォトマスク１１の位置合わせの目標となるターゲット位置Ｔが予め設定されている。そして、本実施形態においては、撮像手段４は、このターゲット位置Ｔを、図３に示すように矢印Ａで示す基板搬送方向に平行なフォトマスク１１の中心線に合致させて配設されている。

上記搬送手段１から撮像手段４に向かう光路がハーフミラー２７により分岐された光路上には、照明用光源５が設けられている。この照明用光源５は、フォトマスク１１の覗き窓１７を通して照明光Ｌ２をカラーフィルタ基板８に照射し、カラーフィルタ基板８における反射光により撮像手段４がカラーフィルタ基板８のピクセル７を撮像することができるようにするものであり、可視光を主に放射するハロゲンランプ等である。

上記マスクステージ３及び撮像手段４を一体的に、カラーフィルタ基板８の面に平行な面内にて基板搬送方向と交差する方向に移動可能にアライメント装置６が設けられている。このアライメント装置６は、撮像手段４により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して、撮像手段４の受光素子２０の並び方向における明から暗及び暗から明へ変化する輝度変化の位置を検出し、カラーフィルタ基板８が所定距離だけ移動する間に受光素子２０の並び方向における同じ位置で検出される上記輝度変化の回数を基板搬送方向に積算し、被露光体の搬送方向と交差する方向に、明から暗及び暗から明への輝度変化に対応する複数のエッジ数データ（図６（ｃ）参照）を得、カラーフィルタ基板８のピクセル７と同形状のパターンにおいて、上記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレート２６（同図（ｄ）参照）を上記算出された複数のエッジ数データにて受光素子２０の並び方向の一方端から他方端に向かって移動しながら上記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、上記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて明から暗への輝度変化に対応する各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の第１の相関値データ（同図（ｅ）の実線を参照）を求め、同時に、暗から明への輝度変化に対応する各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の第２の相関値データ（同図（ｅ）の破線を参照）を求めた後、上記第１及び第２の相関値データにて近接ペアを平均して複数の平均化相関値データ（同図（ｆ）参照）を得、さらに該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のピクセル７の位置を特定し、該特定された複数のピクセル７の近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から撮像手段４に予め設定されたターゲット位置Ｔに近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と撮像手段４のターゲット位置Ｔとの位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量が所定値となるようにフォトマスク１１を基板搬送方向と交差する方向に移動してフォトマスク１１とカラーフィルタ基板８との位置合わせ（アライメント）をするものであり、図４に示すように、アライメント機構２１と、位置ずれ量検出部２２と、アライメント機構駆動コントローラ２３とを備えてなる。なお、本実施形態においては、上記アライメントによって、フォトマスク１１のマスクパターン１６の基板搬送方向（矢印Ａ方向）に平行な両端縁部が隣接するピクセル７間の中点位置に位置付けられることになる。

ここで、上記アライメント機構２１は、マスクステージ３と撮像手段４とを一体的に、カラーフィルタ基板８の面に平行な面内にて基板搬送方向と交差する方向に移動させるものであり、例えばモータとスライドステージ等からなる。また、上記位置ずれ量検出部２２は、撮像手段４により撮像された画像を処理してフォトマスク１１とカラーフィルタ基板８との間の位置ずれ量を演算するものであり、図４に示すように、画像処理部２４とＣＰＵからなる演算部２５とで構成される。この場合、画像処理部２４は、撮像手段４により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して、撮像手段４の受光素子２０の並び方向における明から暗及び暗から明へ変化する輝度変化の位置を検出し、カラーフィルタ基板８が所定距離だけ移動する間に受光素子２０の並び方向における同じ位置で検出される上記輝度変化の回数を基板搬送方向に積算して明から暗及び暗から明への輝度変化に対応する各エッジ数データを得（これは、撮像手段４による一ラインのデータ取り込み中に得られるエッジ数を積算したものではない）、カラーフィルタ基板８のピクセル７と同形状のパターンに対して単位エッジ数データが予め設定されたテンプレート２６を上記算出されたエッジ数データにて受光素子２０の並び方向の一方端から他方端に向かって移動しながら上記算出されたエッジ数データに対して相関演算を行って明から暗への輝度変化に対応する第１の相関値データを求め、同時に、暗から明への輝度変化に対応する第２の相関値データを求めた後、上記第１及び第２の相関値データにて近接ペアを平均して平均化相関値データを得、さらに該平均化相関値データにて所定の閾値を超えた相関値データから複数のピクセル７の位置を特定する機能を有する。また、演算部２５は、画像処理部２４で特定された複数のピクセル７の近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から撮像手段４に予め設定されたターゲット位置Ｔに近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と撮像手段４のターゲット位置Ｔとの位置ずれ量を算出する機能を有し、ソフトウエアにより演算処理が実行される。そして、アライメント機構駆動コントローラ２３は、演算部２５で算出された上記位置ずれ量が所定値となるようにマスクステージ３と撮像手段４とを一体的に移動させるようにアライメント機構２１のモータを駆動制御するものである。

次に、このように構成された露光装置の動作、及び本発明のアライメント方法について図５のフローチャートを参照して説明する。
先ず、所定のカラーレジストを塗布したカラーフィルタ基板８が搬送手段１上の所定位置に位置決めして載置され、図１に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送される。

そして、カラーフィルタ基板８の基板搬送方向先頭側が撮像手段４の撮像位置に達すると、撮像手段４による撮像が開始される。このとき、照明用光源５の照明光Ｌ２がフォトマスク１１の覗き窓１７を通してカラーフィルタ基板８に照射され、カラーフィルタ基板８で反射した照明光Ｌ２が撮像手段４で受光される。これにより、カラーフィルタ基板８に形成された複数のピクセル７の基板搬送方向（矢印Ａ）と交差する方向の一次元画像が撮像手段４により撮像される。このような撮像手段４による撮像は、受光素子２０の基板搬送方向（図３に示す矢印Ａ方向）の幅と略等しい距離だけカラーフィルタ基板８が移動する毎に実行される。なお、上記のような落射照明により撮影された画像は、図６（ａ）に示すようにピクセル７の縁部が黒く縁取られた線画図形となる。

ここで、先ず、ステップＳ１においては、撮像手段４により所定の時間間隔で撮像された画像は、画像処理部２４で逐次処理され、基板搬送方向と交差する方向にてカラーフィルタ基板８のピクセル７の明から暗へ輝度変化するエッジ（図６（ｂ）の実線を参照）及び暗から明へ輝度変化するエッジ（同図（ｂ）の破線を参照）が夫々検出される。

ステップＳ２においては、カラーフィルタ基板８がピクセル７の基板搬送方向の配列ピッチと同じ距離だけ移動する間に撮像手段４の受光素子２０の並び方向における同じ位置で検出される明から暗へ輝度変化するエッジの検出回数を基板搬送方向に積算して被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得る（図６（ｃ）の実線を参照）と共に、暗から明へ輝度変化するエッジの検出回数を基板搬送方向に積算して被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得る（図６（ｃ）の破線を参照）。

ステップＳ３においては、カラーフィルタ基板８のピクセル７と同形状のパターンにおいて、上記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレート２６（図６（ｄ）参照）を上記算出された複数のエッジ数データにて受光素子２０の並び方向の一方端から他方端に向かって移動しながら（同図（ｃ）の矢印Ｂ参照）上記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、上記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて明から暗への輝度変化に対応する各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の第１の相関値データ（同図（ｅ）の実線を参照）を求め、同時に、暗から明への輝度変化に対応する各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の第２の相関値データ（同図（ｅ）の破線を参照）を求める。このとき、複数の第１の相関値データの位置に基づいて同図（ｃ）の矢印Ｂ方向における複数の第１のピクセル位置を特定することができ、複数の第２の相関値データの位置に基づいて複数の第２のピクセル位置を特定することができる。ここで、テンプレート２６の中心座標は、同図（ｄ）の上段に示すピクセル７の中心に合致させて設定されている。したがって、上記第１の相関値データと第２の相関値データとは、本来、互いに合致して各ピクセル７の中心位置で現れる。しかしながら、実際には、撮像手段４の受光素子２０の検出精度に起因して第１の相関値データと第２の相関値データとは、同図（ｅ）に示すように合致しない場合がある。そこで、本実施形態においては、各ピクセル７の位置の特定精度をより向上するために、上記第１及び第２の相関値データにて近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得る（同図（ｆ）参照）。

ステップＳ４においては、ステップＳ３において得られた複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のピクセル７の位置を特定する（図６（ｆ）参照）。

ステップＳ５においては、ステップＳ４で特定された複数のピクセル７の近接ペアの中点位置を演算する。この場合、該中点位置は、隣接するピクセル７間のブラックマトリクスの中心位置に相当する。

ステップＳ６においては、ステップＳ５で算出された複数の中点位置のうちから撮像手段４に設定されたターゲット位置Ｔに近接した中点位置を抽出する。

ステップＳ７においては、ステップＳ６で抽出された中点位置と撮像手段４に設定されたターゲット位置Ｔとの間の位置ずれ量を算出する。

ステップＳ８においては、アライメント機構駆動コントローラ２３によりアライメント機構２１のモータを駆動制御して、ステップＳ７で算出された位置ずれ量が所定値、例えばゼロとなるようにマスクステージ３を撮像手段４と一体的に基板搬送方向と交差する方向に移動してフォトマスク１１のマスクパターン１６とカラーフィルタ基板８のピクセル７との位置合わせを行う。

そして、上記ステップＳ１〜Ｓ８は、カラーフィルタ基板８の移動中も常時実行され、移動中のカラーフィルタ基板８に対してフォトマスク１１を位置合わせしながら露光が行われる。したがって、カラーフィルタ基板８が左右に振れながら搬送されても、カラーフィルタ基板８の動きにフォトマスク１１を自動追従させて露光することができ、重ね露光精度を向上することができる。

この場合、上記ステップＳ４において、所定の閾値を超えた平均化相関値データが得られると、即ちピクセル７が検出されると直ちに、搬送手段１に備える図示省略の位置センサーの出力に基づいてカラーフィルタ基板８の移動距離の演算を開始し、カラーフィルタ基板８が所定距離だけ移動して基板搬送方向先頭側のピクセル７がフォトマスク１１のマスクパターン１６の真下に達すると露光用光源１２を所定時間だけ点灯するようにするとよい。これにより、光源光Ｌ１をフォトマスク１１に所定時間だけ照射してカラーフィルタ基板８のピクセル７上のカラーレジストを露光することができる。

以後、カラーフィルタ基板８が図２に示すピクセル７の基板搬送方向（矢印Ａ方向）の配列ピッチに等しい距離だけ移動する毎に露光用光源１２を所定時間だけ点灯させて露光を実行する。又は、各ピクセル７の検出時を基準に光源光Ｌ１の照射タイミングを制御してもよい。これにより、図７に斜線を付して示すようにカラーフィルタ基板８の所定のピクセル７上に対応色のカラーレジストを露光形成することができる。

なお、上記実施形態においては、第１及び第２の相関値データにて近接ペアを平均して平均化相関値データを得、さらに該平均化相関値データにて所定の閾値を超えた平均化相関値データから複数のピクセル７の位置を特定する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、第１又は第２の相関値データにて所定の閾値を超えた相関値データから複数のピクセル７の位置を特定してもよい。

また、上記実施形態においては、位置が特定された複数のピクセル７にて複数の近接ペアの中点位置を演算し、該複数の近接ペアの中点位置から撮像手段４に予め設定されたターゲット位置Ｔに近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と撮像手段４のターゲット位置Ｔとの位置ずれ量を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、特定された複数のピクセル７の位置から撮像手段４に予め設定されたターゲット位置Ｔに近接したピクセル７の位置を選択し、該選択されたピクセル７の位置と撮像手段４のターゲット位置Ｔとの位置ずれ量を算出してもよい。

さらに、上記実施形態においては、アライメント装置６がマスクステージ３を撮像手段４と一体的に基板搬送方向と交差する方向に移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、マスクステージ３のみを移動してもよい。この場合、マスクステージ３の移動距離をリニアスケール等により計測可能にしておけば、カラーフィルタ基板８の上記選択された中点位置と撮像手段４のターゲット位置Ｔとの位置ずれ量に等しい距離だけマスクステージ３を移動すればよい。又は、アライメント装置６は、カラーフィルタ基板８を基板搬送方向と交差する方向に移動するものであってもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、被露光体が表面に比較的単純な図形のパターン（ピクセル７）を形成したカラーフィルタ基板８である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、被露光体は、如何なる図形のパターンを形成したものであってもよく、例えばピクセル７内に複雑な配線パターンを有するＴＦＴ基板であってもよい。そして、特に、このような複雑な図形のパターンを形成した被露光体において本発明の特徴が効果的に発揮される。

そして、上記実施形態においては、照明が落射照明である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、照明は被露光体を透過する透過照明であってもよい。

１…搬送手段
３…マスクステージ
４…撮像手段
６…アライメント装置
７…ピクセル（パターン）
８…カラーフィルタ基板（被露光体）
１１…フォトマスク
１２…露光用光源（光源）
２０…受光素子
２１…アライメント機構
２４…画像処理部
２５…演算部
２６…テンプレート

Claims (11)

1. 所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせするアライメント方法であって、
   前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して前記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出する段階と、
   前記被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得る段階と、
   前記パターンと同形状のパターンにおいて、前記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを前記算出された複数のエッジ数データにて前記被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら前記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、前記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得る段階と、
   前記複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する段階と、
   前記特定された複数のパターンの位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択する段階と、
   前記選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する段階と、
   前記位置ずれ量が所定値となるように少なくとも前記フォトマスクを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動して前記フォトマスクと前記被露光体との位置合わせをする段階と、
   を実行することを特徴とするアライメント方法。
2. 前記複数のパターンの位置を特定した後、前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択する段階に替えて、前記複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算する段階と、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択する段階とを実行し、
   前記位置ずれ量を算出する段階においては、前記選択された中点位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１記載のアライメント方法。
3. 前記輝度変化の位置を検出する段階においては、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、
   前記複数のエッジ数データを得る段階においては、明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得、
   前記複数の相関値データを得る段階においては、前記算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する相関値データを求めた後、該相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、
   前記複数のパターンの位置を特定する段階においては、前記複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のアライメント方法。
4. 前記撮像手段は、落射照明により前記被露光体のパターンを撮像することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアライメント方法。
5. 前記被露光体は、配線パターンを形成したＴＦＴ基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアライメント方法。
6. 所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせするアライメント装置であって、
   前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して前記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、前記被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、前記パターンと同形状のパターンにおいて、前記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを前記算出された複数のエッジ数データにて前記被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら前記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、前記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定する画像処理部と、
   前記特定された複数のパターンの位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出する演算部と、
   前記位置ずれ量が所定値となるように少なくとも前記フォトマスクを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動して前記フォトマスクと前記被露光体との位置合わせをするアライメント機構と、
   を備えたことを特徴とするアライメント装置。
7. 前記演算部は、前記特定された複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項６記載のアライメント装置。
8. 前記画像処理部は、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得た後、該算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する複数の相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定することを特徴とする請求項６又は７記載のアライメント装置。
9. 所定のパターンをマトリクス状に備え一方向に搬送中の被露光体に対してフォトマスクを位置合わせして露光する露光装置であって、
   紫外線を放射する光源と、
   前記搬送中の被露光体の面に近接対向させて前記フォトマスクを保持するマスクステージと、
   前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有し、前記フォトマスクによる露光位置の搬送方向手前側の位置を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により所定の時間間隔で撮像された複数の画像を逐次処理して前記受光素子の並び方向における輝度変化の位置を検出し、前記被露光体が所定距離だけ移動する間に前記受光素子の並び方向における同じ位置で検出される前記輝度変化の回数を被露光体の搬送方向に積算し、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に複数のエッジ数データを得、前記パターンと同形状のパターンにおいて、前記被露光体の搬送方向に平行なエッジに対応して一組の単位エッジ数データが予め設定されたテンプレートを前記算出された複数のエッジ数データにて前記被露光体の搬送方向と交差する方向の一方端から他方端に向かって移動しながら前記算出された複数のエッジ数データとの類似度を求める相関演算を行い、前記テンプレートに合致した複数組のエッジ数データにて各組のエッジ数データの同方向の中心位置に類似度を示す複数の相関値データを得、該複数の相関値データにて所定の閾値を超えた複数の相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定し、該特定された複数のパターンの位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接したパターンの位置を選択し、該選択されたパターンの位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量が所定値となるように少なくとも前記マスクステージを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に相対移動して前記フォトマスクと前記被露光体との位置合わせをするアライメント装置と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
10. 前記アライメント装置は、前記複数のパターンの位置を特定した後、該複数のパターンの近接ペアの中点位置を演算し、該複数の中点位置から前記撮像手段に予め設定されたターゲット位置に近接した中点位置を選択し、該選択された中点位置と前記撮像手段のターゲット位置との位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項９記載の露光装置。
11. 前記アライメント装置は、明から暗及び暗から明への輝度変化の位置を検出し、該明から暗及び暗から明への輝度変化の回数を夫々積算して各エッジ数データを得た後、該算出された各エッジ数データに対して相関演算して明から暗への輝度変化に対応する複数の相関値データ及び暗から明への輝度変化に対応する複数の相関値データを求め、さらに、該複数の相関値データにおける近接ペアを平均して複数の平均化相関値データを得、その後、該複数の平均化相関値データにて所定の閾値を超えた複数の平均化相関値データの位置から複数のパターンの位置を特定することを特徴とする請求項９又は１０記載の露光装置。