JP6223091B2 - 位置計測装置、アライメント装置、パターン描画装置および位置計測方法 - Google Patents

Description

この発明は、光学ヘッドから射出される光ビームに対する基板の位置を計測する位置計測技術、ならびに当該位置計測技術を用いたアライメント装置およびパターン描画装置に関する。

光ビームを基板に照射する装置として、種々の装置が提案されている。例えば特許文献１〜４では、支持ステージなどの基板支持部により支持された基板の表面に光ビームを照射してパターンを描画する装置が記載されている。これらの装置では、パターンを高精度に描画するために、パターン形成前に予め描画対象基板と光ビーム（光学ヘッド）との位置を合わせておく必要がある。そこで、基板に形成されたアライメントマーク等の位置決め用の基準マークを撮像して当該基板の位置を計測し、また光ビーム（または光ビームを射出する光学ヘッド）の位置を計測している。そして、これらの位置情報に基づいて光ビームに対する基板の位置を求め、光ビームと基板との位置合せを行っている。

特開２０００−３２９５２３号公報 特開２００３−１６２０６８号公報 特開２００７−２２５８８６号公報 特開２００８−６５０３４号公報

しかしながら、従来技術では、基板の位置を計測する場所と、光ビーム（または光学ヘッド）の位置を計測する場所は、それぞれ異なっている。このため、一方の計測を行った場所から他方の計測を行う場所に、支持ステージを移動させる必要がある。そのステージ移動により計測に誤差要因が含まれてしまい、光ビームに対して基板の位置を計測する精度（以下「計測精度」という）が低下することがあった。また、光ビームの位置の計測と、基板の位置の計測とを個別のカメラを用いて行うこともあり、この場合、計測誤差が発生して計測精度が低下することもある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光ビームに対する基板の位置を高精度に計測することができる位置計測技術、ならびに当該位置計測技術を利用するアライメント装置およびパターン描画装置を提供することを目的とする。

この発明の第１態様は、光学ヘッドから基板に照射される光ビームに対する基板の位置を計測する位置計測装置および方法に関するものである。この発明にかかる位置計測装置は、基板のうち光ビームの有効ビーム径よりも大きく光ビームに対して透過性を有する第１透過部と、第１透過部を通過する光ビームとを同一視野内で撮像する撮像部と、撮像部で撮像された画像に基づいて光ビームに対する基板の位置を求める位置導出部とを備え、撮像部の視野は第１透過部よりも大きく、画像には第１透過部の像および光ビームの像が存在することを特徴としている。また、この発明にかかる位置計測方法は、基板のうち光ビームの有効ビーム径よりも大きく光ビームに対して透過性を有する透過部に光ビームを照射する工程と、第１透過部よりも大きな視野を有する撮像部によって透過部を通過する光ビームおよび透過部を同一視野内で撮像することで第１透過部の像および光ビームの像が存在する画像を得る工程と、画像に基づいて基板の位置を求める工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、基板の第１透過部と光ビームが撮像部により同一視野内で撮像される。こうして撮像された画像には、光ビームと基板との位置関係を反映した情報が含まれているため、同画像に基づき光ビームに対する基板の位置を求めることが可能となっている。したがって、基板と光ビームをそれぞれ別個に撮像し、それらの画像に基づいて光ビームに対する基板の位置を求めていた従来技術に比べ、誤差要因を抑制して計測精度を高めることが可能となっている。

また、この発明の第２態様は、アライメント装置であって、上記位置計測装置と同一構成を有する位置計測部と、位置計測部の位置導出部により求められた光ビームに対する基板の位置に基づき基板および光学ヘッドのうち少なくとも一方を光ビームの進行方向と直交する面内で移動させて光ビームに対する基板の位置を調整する位置調整部とを備えることを特徴としている。当該発明では、上記位置計測部を用いることで光ビームに対する基板の位置が正確に求まる。したがって、位置計測部の計測結果に基づいて光ビームに対する基板の位置を高精度に調整することが可能となる。

さらに、この発明の第３態様は、パターン描画装置であって、光ビームを変調する光変調器を有し、光変調器で光変調した変調光ビームを基板に照射する光学ヘッドと、
基板のうち光ビームの有効ビーム径よりも大きく光ビームに対して透過性を有する第１透過部と、第１透過部を通過する光ビームとを同一視野内で撮像する撮像部と、撮像部で撮像された画像に基づいて光ビームに対する基板の位置を求める位置導出部とを有する位置計測部と、位置導出部により求められた光ビームに対する基板の位置に基づき基板および光学ヘッドのうち少なくとも一方を光ビームの進行方向と直交する面内で移動させて光ビームに対する基板の位置を調整する位置調整部とを備え、撮像部の視野は第１透過部よりも大きく、画像には第１透過部の像および光ビームの像が存在し、位置調整部による調整を行った上で、第１透過部以外の基板の表面に変調光ビームを照射してパターンを描画することを特徴としている。当該発明においても、上記位置計測部を用いることで光ビームに対する基板の位置が正確に求まり、光ビームに対する基板の位置が高精度に調整される。その上で、変調光ビームが基板の表面に照射されてパターンが描画される。したがって、優れたパターンが基板の表面に形成される。

本発明によれば、基板の第１透過部と光ビームを同一視野内で撮像し、当該画像に基づき光ビームに対する基板の位置を求めているので、基板の位置を高精度に計測することができる。

本発明を適用可能であるパターン描画装置の一例を模式的に示す側面図である。 図１のパターン描画装置を模式的に示す部分平面図である。 図１のパターン描画装置の部分拡大側面図である。 図１のパターン描画装置の動作を示すフローチャートである。 ローディング処理での支持ステージと基板との位置関係を示す図である。 アライメント用貫通孔の撮像処理を模式的に示す図である。 本発明にかかる位置計測装置の他の実施形態を示す図である。 本発明にかかる位置計測装置の別の実施形態を示す図である。 本発明にかかる位置計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。

図１は本発明を適用可能であるパターン描画装置の一例を模式的に示す側面図である。図２は図１のパターン描画装置を模式的に示す部分平面図である。図３は図１のパターン描画装置の部分拡大側面図である。パターン描画装置１の各部の位置関係を示すために、これらの図では、Ｚ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ直交座標軸を適宜示すこととする。また、必要に応じて、各座標軸の図中矢印側を正側または（＋側）と称するとともに各座標軸の図中矢印の反対側を負側または（−側）と称することとする。

パターン描画装置１では、図示を省略する搬送ロボットにより未処理の基板ＳがＹ軸方向の負側の搬入出口１１から装置内部に搬入される。そして、装置内で基板Ｓに対するパターン描画が実行される。その後で、パターン描画済みの基板Ｓは搬送ロボットにより搬入出口１１を介して装置外部に搬出される。なお、パターン描画装置１による描画対象となる基板Ｓには、レジスト液等の感光材料がその上面（一方主面）に塗布されたＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)用基板やプリント配線基板等が含まれる。また、基板Ｓでは、パターンを描画すべき基板Ｓの表面領域に対して予め決められた位置関係を有する位置に２つの貫通孔Ｓａ、Ｓｂが設けられている。より詳しくは、本実施形態では、２つの貫通孔Ｓａ、ＳｂはＹ方向に離間して設けられており、後述するように基板Ｓのアライメントを行うための基準マーク（アライメントマーク）として機能する。

このパターン描画装置１は、搬入されてきた基板Ｓを支持する支持部３と、支持部３に支持された基板Ｓに光ビームを照射して露光する露光部５と、基板Ｓの貫通孔Ｓａ、Ｓｂおよび光ビームＬＢを同一視野内で撮像する撮像部９と、各部３、５、９を制御するコントローラ１００とからなる概略構成を有する。

支持部３では、その上面に載置された基板Ｓの裏面を吸着して支持する支持ステージ３１が設けられている。この支持ステージ３１には、光ビームを透過させる透過部３２として機能する透過用貫通孔３２ａ、３２ｂがそれぞれアライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂに対応する位置に設けられている。つまり、Ｙ方向における貫通孔Ｓａ、Ｓｂのピッチ間距離と同一ピッチで透過用貫通孔３２ａ、３２ｂがＹ方向に離間して設けられている。ただし、本実施形態では、透過用貫通孔３２ａ、３２ｂはアライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂよりも大きな内径を有している。そして、鉛直方向Ｚから見たときにアライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂがそれぞれ透過用貫通孔３２ａ、３２ｂに内包されるように、搬送ロボットは基板Ｓを支持ステージ３１上に載置する。

この支持ステージ３１は、水平に形成された上面に多数の吸引孔を有しており、図示を省略する吸引機構が各吸引孔を吸引することで、基板Ｓを鉛直下方から支持しながら吸着保持する。これによって、搬送ロボットにより支持部３にローディングされた基板Ｓを支持ステージ３１によりしっかりと支持して、基板Ｓへのパターン描画を安定して実行することができる。また、パターン描画を終えて基板Ｓを搬出する際には、吸引孔の吸引が停止され、搬送ロボットによる支持部３からの基板Ｓの搬出、つまりアンローディングが可能となる。なお、吸引停止後に剥離ローラや剥離ピンなどの剥離部材により基板Ｓを支持ステージ３１から突き上げてアンローディング作業をサポートするように構成してもよい。

また、支持ステージ３１は、図１に示すように、昇降テーブル３３、回転テーブル３４および支持板３５を介してリニアモータ３７の可動子３７ａに接続されている。したがって、支持ステージ３１は、昇降テーブル３３により昇降自在であるとともに、回転テーブル３４により回転自在になっている。さらに、Ｙ軸方向に延びるリニアモータ３７の固定子３７ｂに沿って可動子３７ａを駆動することで、支持ステージ３１をＹ軸方向に駆動することができる。

露光部５は、支持ステージ３１の可動領域に対して上方側に配置された複数の光学ヘッド６を有する。各光学ヘッド６は、その下方で支持ステージ３１に支持される基板Ｓへ向けて光ビームを射出して、基板Ｓを露光するものである。なお、複数の光学ヘッド６は、Ｘ軸方向に並んで配置されており、Ｘ軸方向において互いに異なる領域の露光を担当する。また、複数の光学ヘッド６を支持する支持テーブル５１は、Ｘ軸方向に延びる一対のリニアガイド５２に沿って移動自在となっている。したがって、図示を省略するリニアモータにより支持テーブルをリニアガイド５２に沿って駆動することで、複数の光学ヘッド６を一括してＸ軸方向へ移動させることができる。

撮像部９はＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ９１を有する。このＣＣＤカメラ９１は、複数の光学ヘッド６が図２に示すようにアライメント位置に位置決めされた際に、複数の光学ヘッド６のうち最も（−Ｘ）方向側に位置する光学ヘッド６ａから射出される光ビームの進行経路上に配置されている。つまり、ＣＣＤカメラ９１は、図３に示すように、光学ヘッド６ａの鉛直下方で、支持ステージ３１のＹ方向の移動経路よりも鉛直下方に位置している。そして、支持ステージ３１の透過用貫通孔３２ａの略中心部がＣＣＤカメラ９１の直上位置に位置した状態で光学ヘッド６ａから光ビームＬＢが射出されると、ＣＣＤカメラ９１は透過用貫通孔３２ａを介して光ビームＬＢおよびアライメント用貫通孔Ｓａを同一視野内で撮像する（図６（ａ）参照）。また、支持ステージ３１の透過用貫通孔３２ｂの略中心部がＣＣＤカメラ９１の直上位置に位置した状態で光学ヘッド６ａから光ビームＬＢが射出されると、ＣＣＤカメラ９１は透過用貫通孔３２ｂを介して光ビームＬＢおよびアライメント用貫通孔Ｓｂを同一視野内で撮像する（図６（ｂ）参照）。こうして撮像した画像を撮像部９はコントローラ１００に送る。

以上が、パターン描画装置１の機械的構成の概要である。続いては、パターン描画装置１の電気的構成であるコントローラ１００について説明する。コントローラ１００は、各光学ヘッド６から光ビームＬＢを射出するとともに、光ビームＬＢを支持ステージ３１に支持される基板Ｓ表面に走査して、基板Ｓ表面にパターンを描画する動作を主として実行するものであり、データ処理部１１０、画像処理部１２０、走査制御部１３０および照射制御部１４０で構成される。

データ処理部１１０は、論理演算を実行するＣＰＵ（ Central Processing Unit）、ＣＰＵを制御するプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）および装置の動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成されている。データ処理部１１０は、ＲＯＭに記憶されているプログラムに従って、画像処理部１２０、走査制御部１３０および照射制御部１４０を介して、パターン描画装置１の各部を制御する。

画像処理部１２０はデータ処理部１１０からの指令に応じてＣＣＤカメラ９１から出力される画像に対して種々の画像処理を加え、画像処理後の画像をＲＡＭに書き込む。そして、データ処理部１１０は、ＲＡＭから画像を読み出し、光ビームＬＢに対する基板Ｓの位置を示す情報（以下「基板位置情報」という）を導出する。このように本実施形態では、データ処理部１１０は位置導出部１１１としての機能を有している。

また、データ処理部１１０は、上記位置導出部１１１以外に、アライメント機能、データ補正機能およびＲＩＰ機能を有している。これらのうちアライメント機能は基板位置情報に基づき光学ヘッド６に対して基板Ｓを位置合せする機能である。また、データ補正機能は、基板に描画するパターンを含む設計データを位置導出部１１１で求めた基板位置情報に基づいて座標補正や回転補正を行って補正設計データを生成する機能である。ここで、設計データはパターン描画装置１の外部で予めＣＡＤ(computer aided design)等により生成されたデータであり、パターン描画前にデータ処理部１１０のＲＡＭに保存される。残りのＲＩＰ機能は補正設計データをラスタライズ処理してランレングスデータ、つまり描画データを生成してＲＡＭに保存する機能である。こうして生成された描画データは走査制御部１３０および照射制御部１４０に出力される。

走査制御部１３０は、支持ステージ３１および光学ヘッド６のパターン描画動作中の移動を描画データに基づいて制御する。また、照射制御部１４０は、パターン描画動作中に光学ヘッド６からの光ビームＬＢのＯＮ／ＯＦＦを制御し、パターンに応じた変調光ビームＬＢを照射する。より具体的には、パターン描画動作は次のようにして実行される。

図４は図１のパターン描画装置の動作を示すフローチャートである。また、図５はローディング処理での支持ステージと基板との位置関係を示す図である。また、図６はアライメント用貫通孔の撮像処理を模式的に示す図である。このパターン描画装置１では、ステップＳ１で、搬送ロボットが搬入出口１１から装置内部に基板Ｓを搬入し、支持ステージ３１上に搬送する（ローディング処理）。このとき、支持ステージ３１の位置情報、支持ステージ３１での透過用貫通孔３２ａ、３２ｂの位置情報、基板Ｓでのアライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂの位置情報などに基づき上記ローディング処理が実行され、図５に示すように支持ステージ３１上に基板Ｓが載置される。より詳しくは、鉛直下方からの平面視でアライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂがそれぞれ透過用貫通孔３２ａ、３２ｂに内包されるように搬送ロボットは基板Ｓを支持ステージ３１の上面に搬送する。

基板Ｓのローディングが完了すると、コントローラ１００がＲＯＭに記憶されているプログラムに従って装置各部を以下のように制御して設計データに対応するパターンを基板Ｓのパターン描画領域（アライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂを含まない基板表面領域）に描画する。より詳しくは、ステップＳ２で、支持ステージ３１がＹ軸方向の一方側、つまり（＋Ｙ）側方向に移動する。そして、支持ステージ３１の（＋Ｙ）側の透過用貫通孔３２ａがＣＣＤカメラ９１の直上位置に達した時点で支持ステージ３１は移動を停止する。それに続いて、ＣＣＤカメラ９１の鉛直上方に位置する光学ヘッド６ａが光ビームＬＢを（−Ｚ）方向に射出する。すると、光ビームＬＢは（−Ｚ）方向に進んで図６（ａ−１）に示すようにアライメント用貫通孔Ｓａおよび透過用貫通孔３２ａを介してＣＣＤカメラ９１の撮像面に入射する。これにより、ＣＣＤカメラ９１はアライメント用貫通孔Ｓａのみならず光ビームＬＢを同時に同一視野内で撮像する。なお、本実施形態では、透過用貫通孔３２ａ（３２ｂ）、ＣＣＤカメラ９１の視野、アライメント用貫通孔Ｓａ（Ｓｂ）および光ビームＬＢの有効ビーム径（光ビームＬＢの光強度がピーク値または光軸上の値の１／ｅ^２になるビーム径）の順で小さくなっている。したがって、ＣＣＤカメラ９１で撮像された画像Ｉａは例えば図６（ａ−２）に示すようにアライメント用貫通孔Ｓａの像Ｉsaの内部に光ビームＬＢの像Ｉlbが存在している。

ここで、基板Ｓが光学ヘッド６ａに対して理想的に位置決めされると、貫通孔Ｓａの像Ｉsaの中心位置に光ビームＬＢの像Ｉlbが位置するが、そうでない場合には同図（ａ−２）に示すように光ビームＬＢの像Ｉlbは貫通孔Ｓａの像Ｉsaの中心位置から外れる。そこで、本実施形態では、ＣＣＤカメラ９１で撮像された画像に基づいて光ビームＬＢに対する（＋Ｙ）側のアライメント用貫通孔Ｓａの位置、つまり基板位置情報を位置導出部１１１が導出し、ＲＡＭに保存する（ステップＳ３）。

これに続いて、（−Ｙ）側のアライメント用貫通孔Ｓｂの位置の情報についても上記と同様にして導出する（ステップＳ４、Ｓ５）。すなわち、ステップＳ４で、支持ステージ３１がさらに（＋Ｙ）側方向に移動する。そして、支持ステージ３１の（−Ｙ）側の透過用貫通孔３２ｂがＣＣＤカメラ９１の直上位置に達した時点で支持ステージ３１は移動を停止する。それに続いて、ＣＣＤカメラ９１の鉛直上方に位置する光学ヘッド６ａが光ビームＬＢを射出する（図６（ｂ−１））。このときにＣＣＤカメラ９１で撮像された画像Ｉｂに基づいて光ビームＬＢに対する（−Ｙ）側のアライメント用貫通孔Ｓｂの位置（基板位置情報）を位置導出部１１１が導出し、ＲＡＭに保存する（ステップＳ５）。

こうして基板Ｓの面内において互いに異なる２点での基板位置情報が得られると、これらの基板位置情報からデータ処理部１１０は光ビームＬＢに対する基板Ｓの位置ズレ量を求める。そして、ステップＳ６で、支持ステージ３１がＸＹ平面内で移動して位置ズレを補正し、支持ステージ３１に支持されている基板Ｓと全光学ヘッド６との位置関係を調整し、支持ステージ３１上の基板Ｓへの露光を開始する位置に複数の光学ヘッド６を位置合わせする（アライメント処理）。

また、このアライメント処理（ステップＳ６）と並行して基板位置情報に基づいてデータ処理部１１０は設計データの座標補正および回転補正を実行して補正設計データを生成し（ステップＳ７）、さらに当該補正設計データをＲＩＰ処理して描画データを生成する（ステップＳ８）。

これらステップＳ６〜Ｓ８が完了すると、支持ステージ３１がＹ軸方向への移動を開始する。そして、この支持ステージ３１に伴って移動する基板Ｓの表面に対して、複数の光学ヘッド６のそれぞれが描画データに応じたパターンの光ビームＬＢを照射する。これによって、複数の光学ヘッド６それぞれが、基板表面に対して光ビームＬＢをＹ軸方向（主走査方向）に走査して、１ライン分のパターン（ラインパターン）をパターン描画領域に形成する。こうして、光学ヘッド６の個数に応じた複数のラインパターンが、Ｘ軸方向に間隔を空けて並んで形成される。

この複数のラインパターンの形成が完了すると、コントローラ１００は光学ヘッド６をＸ軸方向（副走査方向）に移動させる。これによって、複数の光学ヘッド６のそれぞれは、先に形成された複数のラインパターンの間に対向する。そして、支持ステージ３１が先程とは逆側であるＹ軸方向へ移動を開始すると、この支持ステージ３１に伴って移動する基板Ｓのパターン描画領域に対して複数の光学ヘッド６のそれぞれが描画データに応じたパターンの光ビームＬＢを照射する。

こうして、先に形成された複数のラインパターンの各間に、光学ヘッド６からの光ビームＬＢが走査されて、新たなラインパターンが形成される。このようにして、光学ヘッド６をＸ軸方向に間欠移動させつつ、複数のラインパターンを順次形成することで、基板Ｓのパターン描画領域全体に対してパターンが描画される。最後に、パターン形成が完了すると、搬送ロボットが支持ステージ３１からパターン描画済みの基板Ｓを受け取り、搬入出口１１から装置外部に搬出する（ステップＳ１０）。

以上のように、本実施形態では、基板Ｓに設けたアライメント用貫通孔Ｓａ（Ｓｂ）と光ビームＬＢをＣＣＤカメラ９１により同一視野内で撮像し、当該画像Ｉａ（Ｉｂ）に基づいて光ビームＬＢに対する基板Ｓの位置を求めている。したがって、基板と光ビームをそれぞれ別個に撮像し、それらの画像に基づいて光ビームに対する基板の位置を導出していた従来技術に比べ、誤差要因を抑制して計測精度を高めることができる。

また、光ビームＬＢ（光学ヘッド６）に対する基板Ｓの位置を正確に求めることができ、光ビームＬＢに対する基板Ｓの位置を高精度に調整する、つまりアライメント処理を良好に行うことが可能となっている。そして、このようにアライメント処理を行った上で、貫通孔３２ａ、３２ｂ以外の基板表面に変調光ビームＬＢが照射されてパターンが描画される。したがって、パターンを高精度で基板Ｓの表面に形成することができる。

このように本実施形態では、支持ステージ３１と、撮像部９と、位置導出部１１１を有するデータ処理部１１０とで本発明にかかる「位置計測装置」および「位置計測部」の一例が構成されている。また、アライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂが本発明の「第１貫通孔」の一例に相当しており、本発明の「第１透過部」として機能している。また、透過用貫通孔３２ａ、３２ｂが本発明の「第２貫通孔」の一例に相当しており、本発明の「第２透過部」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、第１実施形態では、アライメント用貫通孔Ｓａを通過してきた光ビームＬＢを透過用貫通孔３２ａを介して撮像部９に導光しているが、図７に示すように、透過用貫通孔３２ａに窓部材３２ｃを設けてもよい。窓部材３２ｃは光ビームＬＢに対して透過性を有する透過性材料で構成されている。このように本実施形態では、透過用貫通孔３２ａおよび窓部材３２ｃにより本発明の「第２透過部」が構成されている。

また、図７に示す実施形態では、窓部材３２ｃに十字マーク（図示省略）が本発明の「第２基準マーク」として設けられており、ＣＣＤカメラ９１で撮像された画像Ｉａには十字マークの像Ｉmk2が含まれる。したがって、光ビームＬＢの像Ｉlb、貫通孔Ｓａの像Ｉsaおよび十字マークの像Imk2に基づいて光ビームＬＢ、基板Ｓおよび支持ステージ３１の位置関係も導出可能となっている。もちろん、（−Ｙ）側の貫通孔３２ｂにも十字マーク付きの窓部材を設け、光ビームＬＢ、基板Ｓおよび支持ステージ３１の位置関係を導出可能に構成してもよい。そして、これらの位置関係を示す情報に基づいてパターン描画の精度をさらに高めることができる。

また、図７に示す実施形態では、窓部材３２ｃは透過用貫通孔３２ａの最上部に配置されており、窓部材３２ｃの上面で基板Ｓを支持している。このため、次のような作用効果も得られる。透過用貫通孔３２ａの内径は貫通孔Ｓａの内径よりも大きいため、例えば図６に示すように貫通孔Ｓａの周囲部分については支持ステージ３１による支持を受けておらず、当該周囲部分に対して下向きの応力が発生して変形する可能性がある。これに対し、図７に示す実施形態では、当該周囲部分は窓部材３２ｃにより支持されるため、上記変形を発生させることなく、基板Ｓにパターンを描画することができる。

ここで、窓部材を設けることなく当該周囲部分の支持範囲を広げるために、例えば図８に示すように、透過用貫通孔３２ａの最上部における内径を貫通孔Ｓａの内径よりも若干広い程度にまで極小化してもよい。もちろん、透過用貫通孔３２ｂについても同様に構成してもよい。

また、上記実施形態では、透過用貫通孔３２ａ、３２ｂの内部は空気層であるが、当該内部に透明部材を充填してもよい。また、支持ステージ３１全体を透明部材で構成してもよい。

また、上記実施形態では、基板Ｓにアライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂを設け、これらを本発明の「第１透過部」として機能させているが、基板Ｓが光ビームＬＢに対して透過性を有するシート部材で構成されている場合には、貫通孔に代わる「第１透過部」を設けてもよい。例えば図９に示すように、基板Ｓ（シート部材）の表面のうちパターン形成を行うパターン描画領域以外の表面領域に例えば十字マークＭＫ１を本発明の「第１基準マーク」として設け、このマーク付与部Ｓｃを本発明の「第１透過部」として機能させてもよい。この場合、例えば図９に示すように、ＣＣＤカメラ９１で撮像された画像Ｉｃには十字マークＭＫ１の像Ｉmk1が含まれる。したがって、光ビームＬＢの像Ｉlbおよびマーク付与部Ｓｃの像Ｉmk1に基づいて光ビームＬＢに対する基板Ｓの位置を導出することができる。

また、第１透過部および第２透過部について種々の態様を説明したが、これらの態様を適宜組み合わせてよいことは言うまでもない。例えば図９に示すマーク付与部Ｓｃを第１透過部とし、図７に示す透過用貫通孔３２ａと窓部材３２ｃとを組み合わせたものを第２透過部として用いてもよい。

また、上記実施形態では、基板Ｓの２つの第１透過部（アライメント用貫通孔Ｓａ、Ｓｂやマーク付与部Ｓｃ）の各々について基板位置情報を導出し、これらに基づいて光学ヘッド６に対する基板Ｓの位置合せ、つまりアライメント処理を行っているが、３以上の第１透過部について基板位置情報を導出してアライメント処理を行ってもよい。

また、上記実施形態では、支持ステージ３１が基板Ｓの裏面を吸着しながら保持しているが、基板Ｓの保持態様はこれに限定されるものではなく、例えば基板Ｓの周縁部のみを支持して保持する、いわゆるメカチャック方式を採用してもよい。

さらに、本発明にかかる位置計測装置の適用対象はパターン描画装置に限定されるものではなく、光ビームを基板に照射する装置、例えばレーザ加工機やレーザトリミング装置などにも適用可能である。

本発明は、光学ヘッドから射出される光ビームに対する基板の位置を計測する位置計測技術、ならびに当該位置計測技術を用いて光ビームに対する基板の位置を調整する技術およびパターン描画技術に用いることが可能である。

１…パターン描画装置
６、６ａ…光学ヘッド
９…撮像部
３１…支持ステージ
３２…（第２）透過部
３２ａ、３２ｂ…透過用貫通孔（第２貫通孔、第２透過部）
３２ｃ…窓部材
９１…ＣＣＤカメラ（撮像部）
１１１…位置導出部
Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ…画像
ＬＢ…光ビーム
ＭＫ１…十字マーク（第１基準マーク）
Ｓ…基板
Ｓａ、Ｓｂ…アライメント用貫通孔（第１貫通孔、第１透過部）
Ｓｃ…マーク付与部（第１透過部）
Ｚ…（光ビームの進行）方向

Claims (11)

1. 光学ヘッドから基板に照射される光ビームに対する前記基板の位置を計測する位置計測装置であって、
   前記基板のうち前記光ビームの有効ビーム径よりも大きく前記光ビームに対して透過性を有する第１透過部と、前記第１透過部を通過する前記光ビームとを同一視野内で撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された画像に基づいて前記光ビームに対する前記基板の位置を求める位置導出部とを備え、
   前記撮像部の視野は前記第１透過部よりも大きく、前記画像には前記第１透過部の像および前記光ビームの像が存在することを特徴とする位置計測装置。
2. 請求項１に記載の位置計測装置であって、
   前記撮像部は、前記光ビームの進行方向に前記基板を貫通して設けられた第１貫通孔を前記第１透過部として撮像する位置計測装置。
3. 請求項１に記載の位置計測装置であって、
   前記撮像部は、前記光ビームに対して透過性を有するシート部材で構成された前記基板のうち第１基準マークが付されたマーク付与部を前記第１透過部として撮像する位置計測装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の位置計測装置であって、
   前記光ビームが入射する前記基板の主面の反対側から前記基板を支持する支持ステージを備え、
   前記支持ステージは、前記第１透過部を通過してきた前記光ビームを通過させて前記撮像部に案内する第２透過部を有し、
   前記撮像部は、前記第２透過部を介して前記光ビームおよび前記第１透過部を同一視野内で撮像する位置計測装置。
5. 請求項４に記載の位置計測装置であって、
   前記第２透過部は、前記光ビームの進行方向に前記支持ステージを貫通して設けられた第２貫通孔を有する位置計測装置。
6. 請求項５に記載の位置計測装置であって、
   前記第２透過部は、前記光ビームに対して透過性を有する透過性材料で構成されて前記第２貫通孔を塞ぐように前記支持ステージに設けられた窓部材を有し、
   前記撮像部は、前記窓部材を介して前記光ビームおよび前記第１透過部を同一視野内で撮像する位置計測装置。
7. 請求項６に記載の位置計測装置であって、
   前記第２透過部では、前記窓部材に対して第２基準マークが付される位置計測装置。
8. 請求項２に記載の位置計測装置であって、
   前記光ビームが入射する前記基板の主面の反対側から前記基板を支持する支持ステージを備え、
   前記支持ステージは、前記第１貫通孔の内径よりも大きな内径で前記光ビームの進行方向に前記支持ステージを貫通して設けられた第２貫通孔を有し、前記光ビームの前記進行方向と反対の方向から見た平面視で前記第１貫通孔が前記第２貫通孔に内包されるように、前記基板を支持し、
   前記撮像部は、前記第２透過部を介して前記光ビームおよび前記第１透過部を同一視野内で撮像する位置計測装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の位置計測装置と同一構成を有する位置計測部と、
   前記位置計測部の位置導出部により求められた前記光ビームに対する前記基板の位置に基づき前記基板および前記光学ヘッドのうち少なくとも一方を前記光ビームの進行方向と直交する面内で移動させて前記光ビームに対する前記基板の位置を調整する位置調整部と
   を備えることを特徴とするアライメント装置。
10. 光ビームを変調する光変調器を有し、前記光変調器で光変調した変調光ビームを基板に照射する光学ヘッドと、
    前記基板のうち前記光ビームの有効ビーム径よりも大きく前記光ビームに対して透過性を有する第１透過部と、前記第１透過部を通過する前記光ビームとを同一視野内で撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された画像に基づいて前記光ビームに対する前記基板の位置を求める位置導出部とを有する位置計測部と、
    前記位置導出部により求められた前記光ビームに対する前記基板の位置に基づき前記基板および前記光学ヘッドのうち少なくとも一方を前記光ビームの進行方向と直交する面内で移動させて前記光ビームに対する前記基板の位置を調整する位置調整部とを備え、
    前記撮像部の視野は前記第１透過部よりも大きく、前記画像には前記第１透過部の像および前記光ビームの像が存在し、
    前記位置調整部による調整を行った上で、前記第１透過部以外の前記基板の表面に前記変調光ビームを照射して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。
11. 光学ヘッドから基板に照射された光ビームに対する前記基板の位置を計測する位置計測方法であって、
    前記基板のうち前記光ビームの有効ビーム径よりも大きく前記光ビームに対して透過性を有する透過部に前記光ビームを照射する工程と、
    前記第１透過部よりも大きな視野を有する撮像部によって前記透過部を通過する前記光ビームおよび前記透過部を同一視野内で撮像することで前記第１透過部の像および前記光ビームの像が存在する画像を得る工程と、
    前記画像に基づいて前記基板の位置を求める工程と
    を備えることを特徴とする位置計測方法。

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