JP5982194B2

JP5982194B2 - 起点座標補正方法

Info

Publication number: JP5982194B2
Application number: JP2012143498A
Authority: JP
Inventors: 宏一滝田; 純松崎; 悟史細谷; 裕介毛留; 晃之小田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: JP2014006202A

Description

本発明は、起点座標補正方法に関し、より詳しくは、ワークに対して処理手段を相対移動させながら所定の処理を施す処理装置にて、処理手段が回転軸に回動自在に装着されている場合に、回転軸の回転角に応じて、処理手段にて処理を開始する起点座標を一致するように補正するものに関する。

従来、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向、これらＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向として、ステージ上に保持されたワークに対しＸ軸方向に相対移動自在な門型のフレームと、このフレーム上端のＹ軸方向に長手のビームにリニアガイドを介してＹ軸方向に移動自在に支持されるＹ軸ステージとを備え、Ｙ軸ステージに、ワークの表面に接触する触針を、Ｚ軸方向に移動自在に支持させた触針式測定装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、門型のフレーム及びＹ軸ステージの位置は、ステージ及びビームに夫々設けたリニアスケール（リニアエンコーダ）でその測定値が検出されるようになっている。

上記触針式測定装置にて、例えば基板表面に成膜した薄膜の膜厚等のワークの表面形状を測定するのに際しては、ワークの測定面内で測定を開始する座標を起点位置（起点座標）とし、ステージ上の基板に対して門型のフレームをＸ軸方向に相対移動すると共にワークに対してＹ軸ステージを相対移動させ、起点位置の直上に触針を位置させ、Ｚ軸方向に移動させて触針の先端（針先）をワーク表面に接触させる。そして、ワークに対して触針をＸ軸方向に相対移動させてワーク測定面の表面形状（凹凸）が測定される。

ところで、同一の起点座標から触針の走査方向を変えてワークの表面形状を測定するような場合があるが、このとき、ワークを９０度回転させて再度測定するのでは作業性が悪い。このような場合、触針を、ワークに対して例えばＸ軸方向に相対移動する触針ステージに設けると共に、触針ステージを、Ｚ軸方向にのびる回転軸を介してＹ軸ステージに装着することが提案される。この構成のものにおいて、触針の先端を回転軸の軸線上に位置させておけば、門型のフレームやＹ軸ステージの位置を変更することなく、同一の起点位置から走査方向を変えて測定を行い得る。

然し、回転軸と触針とは、別構造の部品であるため、触針の取付時に針先と回転軸とを同一軸線上に一致させるのには高精度の位置決め調整が必要になり、しかも、触針は定期的に交換されることから、交換毎にそのような調整を行うのであれば、その作業が著しく面倒となる。このため、針先を回転軸の軸線からオフセットして取り付ける構造を採用することが一般的であり、このとき、走査方向を変えるために、回転軸を所定角（θ）回転すれば、針先の位置も起点座標からずれてしまう。そこで、装置の操作性向上には、回転軸の回転角がどのような角度であっても、針先を同一の起点座標に一致するように簡単に針先の位置（座標）を補正できる方法の開発が望まれる。

特開平７−２１８２０７号公報

本発明は、以上の点に鑑み、処理手段が回転軸に回動自在に装着されている場合に、回転軸の回転角に応じて起点座標を簡単に一致させることができる、操作性向上に寄与する起点座標補正方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、ワークを、その処理面を開放してステージ上に保持させ、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とし、ステージに対しＸ軸方向に相対移動自在なフレームにＺ軸方向にのびる回転軸を設け、前記回転軸に、先端部を当該回転軸の軸線から径方向にオフセットさせて処理手段を設け、前記回転軸の回転角を変えて当該処理手段をワークに対してＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方向に相対移動させながら所定の処理を施す処理装置にて、処理面のうち処理手段で処理を開始する位置を起点座標とし、前記処理手段の先端部が起点座標にある状態から回転軸を所定の指定回転角で回転させたとき、その指定回転角に応じて前記処理手段の先端部を起点座標に一致させる起点座標補正方法であって、前記回転軸の回転角が０°のときにワークの処理面に対して前記処理手段の先端部が位置する座標を基準座標として特定すると共に、前記回転軸を９０°回転させたときに前記処理手段の先端部が位置する座標を第１座標、前記回転軸を１８０°回転させたときに前記処理手段の先端部が位置する座標を第２座標として夫々特定する工程と、前記基準座標と前記第１座標とを基に回転軸の回転中心から前記処理手段の先端部までの距離を算出すると共に、前記第１座標と前記第２座標とを基に前記回転軸の回転中心から前記処理手段の先端部までの距離を算出し、これらを平均化して前記回転軸の回転中心から前記処理手段の先端部までの平均距離を求める工程と、前記回転軸を１８０°回転させたとき、前記基準座標と前記第２座標との前記処理手段の先端部を結ぶ線とＸ軸またはＹ軸とのなす角度をオフセット角として求める工程とを有し、前記処理手段の先端部が起点座標にある状態から回転軸が所定の指定回転角で回転された場合、次式から変換座標を求め、当該変換座標を基に前記処理手段の先端部の位置を補正することを特徴とする。

但し、Ｘ、Ｙは、起点座標、Ｘ’，Ｙ’は変換座標、θは、指定回転角、ｒは平均距離、γはオフセット角、ψは、起点位置の処理手段の先端部の位置と指定回転角θで回転させたとき処理手段の先端部の位置とを結ぶ線とＸ軸またはＹ軸とのなす角度とする。

本発明によれば、上記平均距離とオフセット角とを補正パラメータとして予め求めておき、走査方向を変えるために指定される、回転軸の設定回転角と補正パラメータとから、処理手段の位置（座標）を起点座標に変換して補正することができるため、装置の操作性を向上することができる。

なお、本発明は、前記処理手段がワークの表面に接触する触針であり、その表面形状を測定するものに適用することができる。

本発明の実施形態の触針式測定装置の正面図。図１の一部を拡大して説明する側面図。駆動軸の回転させたときの触針の針先の位置の変化を説明する図。触針の針先の座標変換を説明する図。

以下、図面を参照して、ワークを所定の薄膜が形成されたガラス基板Ｗとし、処理手段を、ガラス基板Ｗ表面に接触した状態で相対移動する触針とし、この触針を回動させたとき、その針先の座標を起点座標に一致するように補正する場合を例に本発明の実施形態の起点座標方法を説明する。

図１は、触針式測定装置を示している。この触針式測定装置は、ベース１と、ベース１上に配置した基板Ｗが位置決め保持されるステージ２と、ベース１上でステージ２を跨ぐようにして配置した門型のフレーム３とを備える。門型フレーム３は、ベース１に立設したＹ軸方向両側のコラム３１，３１と、両コラム３１，３１の上端間に横設したＹ軸方向に長手のビーム３２とを備える。以下においては、ステージ２上面に平行な互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向（図１中、左右方向）、これらＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向（図１中、上下方向）として説明する。

両コラム３１，３１は、ベース１上に固定したＸ軸方向に長手の他の一対のガイドレール３３，３３に移動自在に夫々支持されている。そして、例えば、図示省略したＸ軸方向に長手のボールねじの回転によりこのボールねじに螺合するナットを介して門型フレーム３をＸ軸方向に移動させることで、基板Ｗの測定面内で測定を開始する座標を起点位置（起点座標）とし、測定面（処理面）の表面形状の測定に先立ち、ガラス基板Ｗに対し門型フレーム３を相対移動させ、この起点座標に対応するＸ軸方向の位置まで後述する触針を移動するようになっている。また、ベース１の上面には、コラム３１に対応させてリニアスケール（リニアエンコーダ）４ａが設けられ、触針のＸ軸方向での移動量を測定できるようになっている。

門型フレーム３の上端のビーム３２には、図示省略のリニアガイドを介してＹ軸方向に移動自在にＹ軸ステージ５が、駆動機構５１により往復動自在に支持されている。駆動機構については、例えばボールねじを用いたもの等、公知のものが利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。また、Ｙ軸ステージ５にもリニアスケール４ｂが付設され、Ｙ軸方向での触針の移動量を測定できるようになっている。更に、図２を参照して、Ｙ軸ステージ５には、Ｚ軸方向下方に垂設した支持枠５２が取り付けられ、この支持枠５２には、図示省略のリニアガイドを介してＺ軸方向に移動自在にＸ軸方向にのびる保持板６が、駆動機構６１により上下動自在に支持されている。駆動機構６１については、上記同様、例えばボールねじを用いたもの等、公知のものが利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。また、支持枠５２にはリニアスケール（図示せず）が付設され、触針のＺ軸方向での移動量を測定できるようになっている。

保持板６には、ステッピングモータ等の駆動モータ７の駆動軸７１（回転軸）がＺ軸方向にのびるように支承されている。駆動軸７１の下端には、駆動軸７１の回転角が０°のときに、図示省略のリニアガイドを介してＸ軸方向に移動自在に触針ステージ８が、駆動機構８１により往復動自在に設けられている。そして、駆動手段８１に、ガラス基板Ｗの表面に接触する触針（処理手段）９がＺ軸センサ９１を介して上下方向に変位自在に支持され、触針９の上下方向変位を公知のＺ軸センサ９１により検出できるようになっている。この場合、針先９ａは、駆動軸７１と同一軸線上に位置しない。

Ｙ軸ステージ５には、光源とＣＣＤカメラを備えた撮像手段Ｐが付設されている。撮像手段Ｐには、図外の画像処理手段が付設され、画像処理手段にて処理した画像データが図示省略の制御手段に入力され、ステージ２に対するガラス基板Ｗのずれ量の測定に利用できるようになっている。制御手段は、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知のものであり、ステージ２、門型フレーム３、Ｙ軸ステージ５及び触針ステージ８の作動やリニアスケール４ａ、４ｂの測定値の処理等を含め触針式測定装置の稼動を統括制御する。

上記触針式測定装置による基板Ｗの表面形状を測定するに際しては、門型フレーム３をベース１のＸ軸方向一側、Ｙ軸ステージ５をＹ軸方向一側に夫々位置させた原点位置にて、ステージ２上に測定対象物たるガラス基板Ｗを位置決め保持させる。次に、門型フレーム３及びＹ軸ステージ５を夫々Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させて基板Ｗのうち相互に対向する隅部に形成したアライメントマーク（指標）Ｍ１，Ｍ２を撮像手段Ｐにより夫々撮像して画像処理し、このときの両リニアスケール４ａ、４ｂの測定値からアライメントマークＭ１，Ｍ２の座標（測定座標）を夫々特定する。

次に、この測定座標から、制御手段に入力された起点位置（起点座標）を補正し、これに応じて触針９を起点位置の真上に位置するように門型フレーム３及びＹ軸ステージ５を夫々Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。そして、駆動手段８１により触針９をＺ軸方向に下動し、基板Ｗの測定面に接触させ、この状態で、触針ステージ８をガラス基板Ｗに対してＸ軸方向（またはＹ軸方向）に相対移動させることにより、触針を基板Ｗの表面に沿ってＸ軸方向に走査する。そして、この走査中にＺ軸センサ９１で検出される触針９の上下方向変位に基づいて、基板Ｗの一つのＸ軸方向断面に沿った表面形状（凹凸）が測定される。

ところで、上記起点座標から触針９を基板Ｗの表面に沿ってＹ軸方向（またはＸ軸方向）に走査し、基板ＷのＹ軸方向断面に沿った表面形状（凹凸）を測定したい場合がある。ここで、上記触針式測定装置においては、駆動軸７１を９０度回転させれば、Ｙ軸方向への走査が可能となるが、このとき、触針９が駆動軸７１を回転中心として回動し、門型フレーム３及びＹ軸ステージ５を起点座標に位置させていても、針先９ａは起点座標からずれることになる（図３参照）。このため、駆動軸７１の回転角に応じて針先９ａが位置する座標を起点座標に一致するように、門型フレーム３及びＹ軸ステージ５の位置を補正する必要がある。

本実施形態では、図３を参照して、駆動軸７１の回転角が０°のとき（つまり、Ｘ軸方向に触針９が相対移動するとき）、針先９ａが位置する座標を基準座標（Ｘ１、Ｙ１）とし、この基準座標をリニアスケール４ａ、４ｂの測定値で特定する。なお、基準座標は起点座標でなくてもよい。次に、駆動軸７１を９０°回転させ、このとき、針先９ａが位置する座標を第１座標（Ｘ２、Ｙ２）とし、この第１座標を上記同様リニアスケール４ａ、４ｂの測定値で特定する。次に、駆動軸７１を同一方向に更に９０°（計１８０°）回転させ、このとき、針先９ａが位置する座標を第２座標（Ｘ３、Ｙ３）とし、この第２座標を上記同様リニアスケール４ａ、４ｂの測定値で特定する。次に、基準座標と第１座標とを基に駆動軸７１から針先９ａまでの距離を距離ｒ１とし、また、第１座標及び第２座標とを基に駆動軸７１から針先９ａまでの距離を距離ｒ２とし、下記の如く、これらを夫々求める。

そして、これを平均化（（ｒ１＋ｒ２）／２）して平均距離ｒを求める。

次に、基準座標から第２座標まで駆動軸７１を１８０°回転させたときの、回転角をオフセット角γとし、次のように求める。

上記の如く、平均距離ｒ及びオフセット角γを算出すると、これを補正パラメータとして制御手段に記憶させておく。

次に、例えば起点位置（Ｘ、Ｙ）から触針９を基板Ｗの表面に沿ってＸ軸方向に走査した後、同一の起点位置（Ｘ、Ｙ）から触針９を基板Ｗの表面に沿ってＹ軸方向に走査する場合、駆動軸７１を９０°回転させることになるが、このとき駆動軸７１を回転させる回転角を、指定された回転角θと、回転させる前の針先９ａの位置と回転角θで回転させたときの針先９ａの位置とを結ぶ線とＹ軸とのなす角度をψとし、上記補正パラメータを用いて、針先９ａの補正すべき変換座標（Ｘ’，Ｙ’）を以下のように求める（図４参照）。

最後に、変換座標（Ｘ’，Ｙ’）を基に門型フレーム３及びＹ軸ステージ５の位置が補正される。これにより、針先９ａが起点座標に位置し、駆動軸７１の回転角に応じて、同一の起点座標（基板Ｗ面内における同一の測定点）から触針９の走査方向を変えて測定することができる。この場合、駆動軸７１の回転角に応じて、指定された駆動軸７１の回転角と上記補正パラメータとから、針先９ａの位置（座標）を起点座標に変換して補正できるため、装置の操作性を向上することができる。なお、駆動軸７１の回転角が９０°である場合に限られるものではない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、触針式測定装置に適用したものを例に説明したが、インクジェット式の塗布装置のノズルの位置を補正するような場合にも本発明を適用することができる。

Ｗ…ワーク（ガラス基板）、２…ステージ、３…門型フレーム、４ａ，４ｂ…リニアスケール、５…Ｙ軸ステージ、８…触針ステージ、９…触針（処理手段）、９ａ…針先。

Claims

ワークを、その処理面を開放してステージ上に保持させ、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とし、ステージに対しＸ軸方向に相対移動自在なフレームにＺ軸方向にのびる回転軸を設け、前記回転軸に、先端部を当該回転軸の軸線から径方向にオフセットさせて処理手段を設け、前記回転軸の回転角を変えて当該処理手段をワークに対してＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方向に相対移動させながら所定の処理を施す処理装置にて、処理面のうち処理手段で処理を開始する位置を起点座標とし、前記処理手段の先端部が起点座標にある状態から回転軸を所定の指定回転角で回転させたとき、その指定回転角に応じて前記処理手段の先端部を起点座標に一致させる起点座標補正方法であって、
前記回転軸の回転角が０°のときにワークの処理面に対して前記処理手段の先端部が位置する座標を基準座標として特定すると共に、前記回転軸を９０°回転させたときに前記処理手段の先端部が位置する座標を第１座標、前記回転軸を１８０°回転させたときに前記処理手段の先端部が位置する座標を第２座標として夫々特定する工程と、前記基準座標と前記第１座標とを基に回転軸の回転中心から前記処理手段の先端部までの距離を算出すると共に、前記第１座標と前記第２座標とを基に前記回転軸の回転中心から前記処理手段の先端部までの距離を算出し、これらを平均化して前記回転軸の回転中心から前記処理手段の先端部までの平均距離を求める工程と、前記回転軸を１８０°回転させたとき、前記基準座標と前記第２座標との前記処理手段の先端部を結ぶ線とＸ軸またはＹ軸とのなす角度をオフセット角として求める工程とを有し、
前記処理手段の先端部が起点座標にある状態から回転軸が所定の指定回転角で回転された場合、次式から変換座標を求め、当該変換座標を基に前記処理手段の先端部の位置を補正することを特徴とする起点座標補正方法。

但し、Ｘ、Ｙは、起点座標、Ｘ’，Ｙ’は変換座標、θは、指定回転角、ｒは平均距離、γはオフセット角、ψは、起点位置の処理手段の先端部の位置と指定回転角θで回転させたとき処理手段の先端部の位置とを結ぶ線とＸ軸またはＹ軸とのなす角度とする。
前記処理手段は、ワークの表面に接触する触針であり、その表面形状を測定するものであることを特徴とする請求項１記載の座標測定装置。