JP6714477B2

JP6714477B2 - 基板角位置特定方法

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Publication number: JP6714477B2
Application number: JP2016176225A
Authority: JP
Inventors: 中島　裕; 裕中島; 佳幸大矢
Original assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Current assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2020-06-24
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: TW201820043A; JP2018041007A; CN109690408B; CN109690408A; KR20190046897A; TWI731147B; KR102227972B1; WO2018047650A1

Description

この出願の発明は、プリント基板のような矩形状の基板の角の位置を特定する技術に関するものである。

各種製品を製造する上で土台となる板状部材は基板と総称されるが、しばしば矩形状のものが使用される。矩形状の基板の典型的なものはプリント基板であるが、この他、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイのようなディスプレイ用の基板も矩形状である。
このような基板に対しては、種々の処理が施されて目的とする製品が製造される。この際、基板上の正しい位置に処理を施す等の理由から、基板の位置を特定することが必要になる場合が多い。例えば、基板上に回路パターンを形成するフォトリソグラフィでは、基板上に形成されたレジスト層の表面を回路パターンの光で露光する露光工程が行われる。この際、回路パターンの光の照射位置に対して基板を正しい位置に配置する位置合わせ（アライメント）が必要であることから、露光装置に投入された基板が正しい位置であるか判断するため、基板の位置の特定が必要になる。

基板位置の特定は、多くの場合、基板に設けられたマークをカメラで撮影することにより行われる。基板の位置は、ある基準となる位置に対して特定されるが、この位置に対して撮影エリアが所定の位置関係となるようカメラが配置される。そして、配置された基板のマークをこのカメラで撮影し、撮影データを処理することでマークの位置が特定される。マークの位置は、予め決められており、マークの位置が特定されることで基板の位置も特定される。投入された際の基板の位置が特定されれば、本来の配置位置との間のずれも求められることになり、ずれを解消するための移動量（距離と方向）も求まることになる。

特開２００１−１１０６９７号公報特開２０１４−２０５２８６号公報特開２００３−１７５４５号公報

しかしながら、ある種のプロセスでは、マークが施されていない状態で基板の位置を特定することが必要になる場合がある。例えば、上述したフォトリソグラフィでは、マークについても高い位置精度で形成する必要があるため、露光処理を含むフォトリソグラフィによって形成される。マーク用の露光の際には、当然ながらマークのない基板に対してマーク用のパターンの光で露光を行うことになり、したがってマークのない基板の位置合わせが必要になる。

尚、近年の製品の高機能化、複雑化に伴い、露光、現像、エッチングという一連の工程が複数回行われることが多くなってきている。この場合、一つの基板に対して最初に行われる露光はファースト露光と呼ばれる。上記マーク形成用の露光も、ファースト露光の一種である。ファースト露光では、回路パターン形成用の露光も併せて行われる場合があり、この場合は、マーク用のパターンの光と回路パターンの光とが一緒に照射されることになる。

このようにマークのない状態の基板の位置を特定する場合、基板の輪郭形状を手掛かりとして位置を特定することになる。この方法として考えられるのは、基板の角の位置を特定することで基板の位置を特定することである。矩形状の基板のいずれかの角の位置が特定され、それがどの角であることが判れば、基板の位置が特定されることになる。また、少なくとも二つの角の位置が特定できれば、基板の姿勢のずれ（傾き）も判ることになる。

このようなことから、本願の発明者は、基板の角の位置を特定する方法について鋭意研究を行った。基板の角の位置を特定する方法としては、角を含む基板のコーナー部をカメラで撮影し、得られた撮影データを処理して撮影エリア内での角の位置を特定する方法があり得る。「コーナー部」とは、角を含む基板の隅のある程度の領域の部分を意味する用語である。
撮影データの処理（画像処理）としては、二値化ブロブを検出した上でのパターンマッチングによることが考えられる。二値化ブロブとは塊の意味であり、二値化ブロブ検出とは、撮影データの濃淡に対して閾値を適用して各ドットを二値化し、ある塊のパターンを抽出することである。

しかしながら、発明者の研究によると、二値化ブロブを検出した上でのパターンマッチングにより基板の角位置の特定を行う場合、ノイズが多く存在していたり、基板上に被着しているドライフィルムの縁のような基板以外の部材の像も映り込んだりする問題があり、そのような問題を解決しなければ精度の高い基板角位置特定が行えないことが判ってきた。この点について、図１２を参照して説明する。図１２は、二値化ブロブを検出した上でのパターンマッチングによる角位置の特定の際の課題について示した平面概略図である。

図１２は、ある基板のコーナー部をカメラで撮影した画像を概略的に示している。図１２中、ハッチングで示された部分Ｉがコーナー部の像である。パターンマッチングを行う場合、撮影データを処理して二値化ブロブを検出する。そして、検出された二値化ブロブについて、コーナー部のブロブであるかどうか判断し、コーナー部のブロブであれば、そのデータをさらに処理して角の部分の座標を取得する。座標は、撮影エリアに設定された基準位置に対応しており、座標の位置を基板の角位置として特定する。

このような方法により理論的には角位置の特定は可能であるものの、撮影データに含まれる種々のノイズにより、精度良く角位置を特定することは実際には難しい。即ち、図１２に示すように、カメラで撮影された画像には、コーナー部の像Ｉのみならず、種々のノイズが映り込んでいる。例えば、基板の表面は完全な平坦面ではなく、僅かな凹凸が存在している場合がある。基板の表面に形成するレジスト層としてドライフィルムを使用する場合があるが、このドライフィルムを被着させる際、被着性を高めるために意図的に表面に凹凸を設ける場合がこの一例である。このような場合、図１２に符号Ｎ１で示すように、表面の凹凸が映り込み、その濃淡が閾値以上であるとそれを取り込んで二値化ブロブが検出されてしまうことがあり得る。

また、ドライフィルムは、基板のエッジまで完全に覆っている場合もあるが、そうではなく、少し内側までしか覆っていない場合もある。この場合、基板のエッジのみならずドライフィルムのエッジの像Ｎ２が映り込む場合が多く、ドライフィルムのエッジの像で二値化ブロブが検出されてしまうこともあり得る。
さらに、撮影された画像には、周囲の照明の影響で像が映り込む場合がある。例えばカメラで撮影する際には何らかの照明が行われるが、装置内の部材の影が映り込んでしまったり、反射光によるパターンＮ３や影Ｎ４が映り込んでしまったりする場合があり得る。また、マスク越しに撮影を行う場合、マスクに設けられた位置合わせ用のマーク（マスクマーク）の像Ｎ５が映り込んでしまう場合もある。このようなノイズが閾値以上の濃淡をもっていると、それを取り込んで二値化ブロブが検出されることがあり得る。

このように種々のノイズＮ１〜Ｎ５が存在しているため、それらの影響を除去（キャンセル）しなければ、本来のコーナー部の二値化ブロブが正しく検出されなかったり、コーナー部の二値化ブロブとは別に無関係な（ノイズの）二値化ブロブが検出されてしまったりすることが判ってきた。
本願の発明は、このような研究結果を踏まえて為されたものであり、矩形状の基板の角位置を高い精度で特定できる実用的な技術を提供することを解決課題としている。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、カメラの撮影エリア内に角が位置するように矩形状の基板を配置する基板配置ステップと、
基板配置ステップの後、撮影エリアをカメラで撮影する撮影ステップと、
撮影された撮影エリアの撮影データから、当該撮影エリア内に基板の角が位置しているか否かを判断する判断ステップと、
判断ステップにおいて撮影エリア内にて基板の角が位置しているとされた場合、当該撮影データを処理して角位置を特定する角位置特定ステップとを有する基板角位置特定方法であって、
角位置特定ステップは、撮像データからエッジ点候補を特定する位置特定第一ステップと、位置特定第一ステップにおいて特定されたエッジ点候補から、二つのエッジ線を特定する位置特定第二ステップと、位置特定第二ステップで特定された二つのエッジ線の交点を前記撮影エリアに配置された基板の角の位置として特定する位置特定第三ステップとを備えており、
位置特定第一ステップは、撮影エリアで直交する二つの方向のうちのＸ方向のスキャンラインであるＸ方向スキャンラインにおいて明暗が変化する境界点のうち最も外側に位置する境界点をＸ方向エッジ点候補として特定するとともに、Ｙ方向のスキャンラインであるＹ方向スキャンラインにおいて明暗が変化する境界点のうち最も外側に位置する境界点をＹ方向エッジ点候補とするステップであり、
位置特定第一ステップは、Ｘ方向スキャンラインにおいて最も外側に位置する境界点の明暗が当該Ｘ方向スキャンラインにおいて最も大きな明暗でない場合であっても当該境界点をＸ方向エッジ点候補として特定するとともに、Ｙ方向スキャンラインにおいて最も外側に位置する境界点の明暗が当該Ｙ方向スキャンラインにおいて最も大きな明暗でない場合であっても当該境界点をＹ方向エッジ点候補とするステップであり、
位置特定第一ステップにおけるＸ方向の最も外側とは、Ｘ方向において基板の像が存在する側を内とし、これとは反対側と外とした場合の最も外側であり、Ｙ方向の最も外側とは、Ｙ方向において基板の像が存在する側を内とし、これとは反対側を外とした場合の最も外側であり、
位置特定第一ステップは、所定のインターバルをおいて多数のＸ方向スキャンライン上で前記Ｘ方向エッジ点候補を特定するとともに、所定のインターバルをおいて多数のＹ方向スキャンライン上で前記Ｙ方向エッジ点候補を特定するステップであり、
位置特定第二ステップで特定される二つのエッジ線のうちの一方は、位置特定第一ステップで特定された多数のＸ方向エッジ点候補を通る近似直線であり、他方は、位置特定第一ステップで特定された多数のＹ方向エッジ点候補を通る近似直線であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記位置特定第二ステップは、前記位置特定第一ステップで特定された多数のＸ方向エッジ点候補により得られた一次の近似直線から遠い順に１又は複数のＸ方向エッジ点候補を取り除き、残余のＸ方向エッジ点候補を通る近似直線を求めて前記一方のエッジ線とするとともに、前記位置特定第一ステップで特定された多数のＹ方向エッジ点候補により得られた一次の近似直線から遠い順に１又は複数のＹ方向エッジ点候補を取り除き、残余のＹ方向エッジ点候補を通る近似直線を求めて前記他方のエッジ線とするステップであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記残余のＸ方向エッジ点候補の数は、前記位置特定第一ステップで求められたＸ方向エッジ点候補の数の３０％以上７０％以下であり、前記残余のＹ方向エッジ点候補の数は、前記位置特定第一ステップで求められたＹ方向エッジ点候補の数の３０％以上７０％以下であるという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、Ｘ方向及びＹ方向でエッジ点候補を取得し、エッジ点候補を近似的に通る直線（近似直線）の交点を角位置として特定するとともに、この際、明暗の境界点のうち最も外側の境界点をエッジ点候補として特定するので、ノイズ等の影響による特定精度の低下が抑制される。
また、請求項２記載の発明によれば、Ｘ方向及びＹ方向について、一次の近似直線から遠い順に１又は複数のエッジ点候補を取り除き、残余のエッジ点候補を通る近似直線を求めてそれらの交点を角位置とするので、さらに精度の高い基板角位置特定方法となる。
また、請求項３記載の発明によれば、前記残余のエッジ点候補の数は元の数の３０％以上７０％以下であるので、エッジの直線性が高くない基板であっても、またノイズの量を極力少なくするようにしなくても高い精度で基板角位置の特定が行える。

実施形態の基板角位置特定方法が実施される基板処理装置の概略図である。カメラによる撮影エリアとエリア基準点を示した平面概略図である。基板角位置特定を含む位置合わせシーケンスプログラムの全体について示した概略図である。角位置特定プログラムの全体を概略的に示したフローチャートである。角有無判断モジュールの概略を示したフローチャートである。角有無判断モジュールによるブロブ検出例を示した概略図である。角位置特定モジュールの概略を示したフローチャートである。Ｘ方向エッジ線取得サブモジュールの概略を示したフローチャートである。Ｘ方向エッジ線取得サブモジュールによるＸ方向エッジ線の取得について示した平面概略図である。Ｙ方向エッジ線取得モジュールによるＹ方向エッジ線の取得について示した平面概略図である。Ｘ方向エッジ線及びＹ方向エッジ線により基板角位置を特定する様子を示した平面概略図である。二値化ブロブを検出した上でのパターンマッチングによる角位置の特定の際の課題について示した平面概略図である。

次に、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。図１は、実施形態の基板角位置特定方法が実施される基板処理装置の概略図である。実施形態の方法は、矩形状の基板を処理する種々の装置において実施できるが、以下の説明では、一例として露光装置を採り上げる。即ち、図１には、露光装置の概略構成が示されている。
図１に示す露光装置は、設定された処理位置に基板Ｓを搬送する搬送系１と、処理位置において基板Ｓを保持するステージ２と、ステージ２上の処理位置に所定のパターンの光を照射する露光系３とを備えている。

露光系３の構成は、露光の方式により異なるが、この実施形態ではコンタクト方式が採用されている。即ち、露光系３は、光源３１、処理位置に保持された基板Ｓに対して密着するマスク３２、マスク３２を通して光源からの光を照射する光学系３３等で構成される。
搬送系１についても種々の構成が採用し得るが、図１では、コンベア１１と移送ハンド１２とを備えた構成とされている。ステージ２に対して搬入側と搬出側にコンベア１１が設けられ、各コンベア１１とステージ２との間で基板Ｓを移動するものとして移送ハンド１２が設けられている。移送ハンド１２は、基板Ｓを真空吸着しながら移動させるものである。

尚、ステージ２は、載置された基板Ｓを真空吸着する不図示の真空吸着機構を備えている。また、ステージ２は、ステージ駆動機構２１を備えている。ステージ駆動機構２１は、基板Ｓを処理位置に位置合わせするために水平面内で直交する二つの方向および回転方向にステージ２を移動させたり、処理位置において基板Ｓとマスク３２とを密着させるため、ステージ２を上下動させたりする機構である。

処理位置とは、マスクと基板があらかじめ設定された位置関係になるように位置合せされた位置のことである。図１に示す装置では、マスク３２と基板Ｓの位置合せは、マスク３２に形成されているマスク・アライメントマーク（マスクマーク）ＭＡＭの位置と基板Ｓの角の位置とを特定し、特定した両者の位置情報に基づいて行う。この位置合せのための準備作業として、基板角位置特定が行われる。

より具体的には、搬送系１によって基板Ｓは処理位置に位置するよう搬送されるが、搬送系１の精度の限界から処理位置からずれて搬送される。この際、処理位置に対してどの程度ずれているか（距離と方向）を知る必要があるため、角の位置の特定が行われる。
図１に示すように、露光装置は、カメラ４と、カメラ４が撮影した撮影データを処理する画像処理部５と、メインコントローラ６とを備えている。このうち、実施形態の角位置検出方法は、カメラ４と画像処理部５によって実現される。メインコントローラ６は、基板Ｓの位置合わせを含む装置の各部の制御を行うユニットである。

基板Ｓの角の位置の特定は、ある基準となる位置に対して基板Ｓの角がどの方向にどれだけ離れて位置しているかを求める作業である。この基準となる位置は、カメラ４による撮影エリア内に設定される（以下、この点をエリア基準点という。）。まず、この点について図２を参照して説明する。図２は、カメラ４による撮影エリアとエリア基準点を示した平面概略図である。

マスク３２と基板Ｓの位置合せを実施するには、最低２台のカメラ４があれば足りるが、この実施形態では４台のカメラ４が設けられている。各カメラ４は下方に向けて配置されており、各カメラ４のレンズの光軸は垂直である。撮影エリア４１は、水平な領域として設定されている。各カメラ４はＣＣＤのようなデジタルカメラ４であるが、各画素は矩形の領域に配列されている。したがって、各カメラ４の視野は矩形であり、図２に示すように撮影エリア４１も矩形の領域として設定されている。
エリア基準点４０は、撮影エリア４１内の任意の位置を設定することができるが、この実施形態では、矩形状の撮影エリア４１の中心位置となっている。
尚、図１に示すように、各カメラ４にはカメラ駆動機構４２が設けられている。各カメラ駆動機構４２は、各カメラ４の光軸がエリア基準点４０上に位置し、エリア基準点４０から垂直方向に所定距離離れた位置に位置するよう各カメラ４を移動させる機構である。

次に、カメラ４による撮影データを使用した基板角位置の特定について説明する。基板角位置の特定は、画像処理部５に実装されたプログラム（以下、角位置特定プログラムという。）によって行われる。
角位置特定プログラムは、露光装置に投入された基板Ｓの位置合わせシーケンスの一部として行われる。まず、位置合わせシーケンス全体について概略的に説明する。
位置合わせシーケンスは、メインコントローラ６に実装された位置合わせシーケンスプログラムによって行われる。図３は、基板角位置特定を含む位置合わせシーケンスプログラムの全体について示した概略図である。

露光装置は、不図示の基板搬入確認センサを備えている。位置合わせシーケンスは、基板搬入確認センサから基板搬入確認の信号がメインコントローラ６に入力された際、実行される。位置合わせシーケンスプログラムは、図３に示すように、まず、各カメラ４に対して撮影を行うよう制御信号を送る。
そして、各カメラ４から撮影データが送信されると、位置合わせシーケンスプログラムは、角位置特定プログラムを実行するよう画像処理部５に信号を送る。角位置特定プログラムの実行結果は、基板Ｓの角位置の座標である。位置合わせシーケンスプログラムは、角位置特定プログラムから実行結果が戻されると、位置合わせプログラムを実行する。位置合わせプログラムは、ステージ２に信号を送って基板Ｓを所定の処理位置に位置させるプログラムである。

次に、角位置特定プログラムについて説明する。角位置特定プログラムが実装された画像処理部５は、プロセッサや記憶部（メモリ）等を備えたコンピュータで構成されている。画像処理部５は、パソコンと同様のノイマン型コンピュータであるが、ＰＬＣのような非ノイマン型コンピュータで構成することも可能である。
図４は、角位置特定プログラムの全体を概略的に示したフローチャートである。図４に示すように、角位置特定プログラムは、角有無判断モジュールと、角位置特定モジュールとから成っている。角有無判断モジュールは判断ステップを実行するモジュールであり、角位置特定モジュールは角位置特定ステップを実行するモジュールである。

各カメラ４からの撮影データは、画像処理部５内の記憶部に一時的に記憶される。各撮影データには、互いを識別できるようにＩＤ（以下、撮影データＩＤという。）が付与される。角位置特定プログラムは、位置合わせシーケンスプログラムから各撮影データの撮影データＩＤを引数として受け取って実行される。この実施形態では、カメラ４は４台であるので四つの撮影データＩＤが渡される。

図５は、角有無判断モジュールの概略を示したフローチャートである。図５に示すように、角有無判断モジュールは、最初の撮影データに対して二値化処理をする。即ち、所定の閾値を適用して白黒の二色のイメージデータとする。以下、このイメージデータを二値化データという。生成された二値化データは、ＩＤ（二値化データＩＤ）が付与され、記憶部に記憶される。次に、角有無判断モジュールは、二値化データについてブロブ検出を行い、パターンマッチングにより角有無を判断する。即ち、検出されたブロブの中に基板Ｓの角の像に相当するものがあるかないかをパターンマッチングにより判断する。

この点について、図６を参照してより詳しく説明する。図６は、角有無判断モジュールによるブロブ検出例を示した概略図である。図６（１）は基板Ｓの角が無いと判断される例、（２）は基板Ｓの角が有ると判断される例である。尚、この実施形態では、マスク３２にはマスクマークが設けられており、基板Ｓの位置合わせの際、マスクマークも併せて撮影され、マスク３２が所定位置に位置しているかの確認が行われる。このため、二値化処理された画像には、マスクマークＭＡＭのブロブＢｍが含まれる。尚、二値化ブロブを検出する画像処理は、BlobAnalysis関数のような名称で提供されている汎用のソフトウェアが使用できるので、詳細な説明は割愛する。

コーナー部が撮影されている場合、当該コーナー部のブロブＢｓは、撮影エリア４１の四隅のうちの一つから広がる矩形の形状となる。この場合の一つの隅は、当該撮影を行ったカメラ４の位置に応じて決まるものであり、以下、エリア始点といい、図６に符号４１１で示す。
撮影データは、どの位置のカメラ４によるものであるかを識別できるよう角位置特定プログラムに渡されており、角有無判断モジュールは、どのカメラ４の画像であるかに従ってエリア始点４１１を特定する。そして、エリア始点４１１を含んで矩形状に広がるブロブＢｓがあるかどうか判断する。そのようなブロブＢｓがあれば基板Ｓの角がある（撮影されている）と判断し、無ければ基板Ｓの角がない（撮影されていない）と判断する。尚、基板Ｓの角が撮影されていないとは、搬送系１により搬送された基板Ｓの停止位置の精度が悪く、撮影エリア４１内に基板Ｓの角が停止しなかったことを意味する。

角位置判断モジュールは、上記のようにして角有無を判断する。そして、判断結果をメモリ変数に格納し、次の撮影データを同様に処理して角有無を判断する。そして、判断結果を別のメモリ変数に格納する。このようにして四つのカメラ４による撮影データについて角有無の判断が行われる。
図５に示すように、角有無判断モジュールは、四つの撮影データについての判断結果を角位置特定プログラムに戻し、終了する。

図４に示すように、角位置特定プログラムは、角有無判断モジュールの実行結果について、角無しの判断がされた撮影データが三つ以上あったかどうか判断し、三つ以上であれば、位置合わせ不能であるとして処理をする。この場合、位置合わせプログラムも、エラーを出力して中止される。角無しの撮影データが三つ以上とは、角有りと判断された撮影データが１個又は０個であったことを意味する。角位置判断モジュールは、角有りと判断された撮影データが二つ以上の場合、それら撮影データから生成された二値化データの二値化データＩＤを戻り値として角位置特定プログラムに戻し、終了する。

図４に示すように、角位置特定プログラムは、戻された二値化データＩＤを引数にして角位置特定モジュールを実行する。角位置特定モジュールは、戻された二値化データＩＤ（ブロブのパターンマッチングにより基板角があるとされた二値化データ）の各々について実行される。
図７は、角位置特定モジュールの概略を示したフローチャートである。角位置特定モジュールは、Ｘ方向エッジ線取得サブモジュールと、Ｙ方向エッジ線取得サブモジュールとを含んでいる。

図７に示すように、角位置特定モジュールは、Ｘ方向エッジ線取得サブモジュールを実行してＸ方向エッジ線を取得し、Ｙ方向エッジ線取得サブモジュールを実行してＹ方向エッジ線を取得する。そして、Ｘ方向エッジ線とＹ方向エッジ線との交点を当該撮影データにより特定された基板角位置とし、当該基板角位置の座標を戻り値として角位置特定プログラムに戻して終了する。
図８は、Ｘ方向エッジ線取得サブモジュールの概略を示したフローチャートである。また、図９は、Ｘ方向エッジ線取得サブモジュールによるＸ方向エッジ線の取得について示した平面概略図である。

まず、角位置特定モジュールにおけるＸ方向及びＹ方向について説明する。ここでのＸ方向及びＹ方向とは、基板角位置の特定の際のＸ方向及びＹ方向であるから、撮影エリア４１のエリア基準点４０を基準にして設定されている。この実施形態では、Ｘ方向は、矩形状を成す撮影エリア４１の一辺の方向であり、Ｙ方向はこれと直交する一辺の方向である。従って、Ｘ方向、Ｙ方向は、カメラ４の各画素の配列方向に一致している。撮影エリア４１は長方形であり、例えば長辺の方向がＹ方向、短辺の方向がＸ方向である。

Ｘ方向エッジ線取得モジュールは、二値化データの値をＸ方向に辿って調べ、ブロブＢの境界点の座標を検出する。図９に、二値化データの値を調べる際のＸ方向のライン（以下、Ｘ方向スキャンラインという。）Ｌｘを示す。Ｘ方向スキャンラインＬｘは、一定のインターバルをおいて多数設定されている。一定のインターバル（以下、スキャン幅という。）Ｗは、１５０〜３５０μｍ程度である。
図８に示すように、Ｘ方向エッジ線取得モジュールは、最初のＸ方向スキャンラインＬｘにおいてブロブＢの境界点Ｐの座標を検出する。明暗のうちブロブＢは暗となっているドットの塊であるから、暗から明に変化している境界のドットが境界点Ｐであり、この座標を検出する。尚、「最初のＸ方向スキャンラインＬｘ」とは、エリア始点４１１からＸ方向に延びるスキャンラインであり、図９の例では最も左側のスキャンラインである。

上記境界点の座標の検出において、ノイズの影響でブロブＢが二以上存在していたり、ノイズによってブロブが複雑な輪郭を成していたりする場合があるため、一つのＸ方向スキャンラインＬｘにおいて二以上の境界点Ｐが存在する場合がある。この場合、Ｘ方向エッジ線取得モジュールは、最も外側の境界点Ｐをエッジ点候補として特定する。
より具体的に説明すると、図８に示すように、Ｘ方向エッジ線取得モジュールは、最初のＸ方向スキャンラインＬｘ上の明暗を調べていき、暗から明に変化している境界点Ｐがあれば、その座標をメモリ変数に格納する。そして、さらに明暗を調べていき、暗から明に変化している境界点Ｐがあれば、その座標をメモリ変数に上書きして格納する。この処理をＸ方向スキャンラインＬｘの最後のドットまで行う。一つのＸ方向スキャンラインＬｘについての処理が終了した際にメモリ変数に格納されている境界点Ｐの座標が、エッジ点候補である。

上記暗から明への境界点の座標を調べる向きが重要であるので、以下に説明する。暗から明への境界点を調べる際には、Ｘ方向スキャンラインＬｘを基板角の像の内側から外側に辿って行うようになっている。即ち、図９に示すように、Ｘ方向において基板Ｓの像が存在する側が内側であり、これとは反対側が外側である。そして、内側から外側に辿りならが、暗から明への境界点Ｐの座標をメモリ変数に上書して格納する。したがって、一つのＸ方向スキャンラインＬｘについての処理が終わった際、最も外側の境界点（エッジ点候補）Ｐの座標がメモリ変数に格納されていることになる。

Ｘ方向エッジ線取得モジュールは、スキャン幅Ｗ隔てた隣りのＸ方向スキャンラインＬｘについて同様の処理を行う。即ち、内側から外側に辿って暗から明の境界点の座標をメモリ変数に格納していく。この際、最初のＸ方向スキャンラインＬｘとは別のメモリ変数に座標が格納されるものの、２個以上の境界点があった場合には上書きして座標が格納される。したがって、２番目のＸ方向スキャンラインＬｘでも最も外側の境界点の座標がエッジ点候補としてメモリ変数に格納された状態となる。

このようにして、スキャン幅毎にＸ方向スキャンラインＬｘ上での暗から明の変化を内側から外側に辿って調べ、最も外側の境界点の座標をエッジ点候補としてメモリ変数に格納する。図８に示すように、最後のＸ方向スキャンラインＬｘ（図９の最も右側のＸ方向スキャンラインＬｘ）についての処理が終わると、Ｘ方向エッジ線取得モジュールは、各Ｘ方向スキャンラインＬｘでの境界点を各メモリ変数からエッジ点候補の座標を読み出し、例えば最小二乗法により一次の近似直線を算出する。近似直線は、エリア基準点４０を原点とする座標系における一次関数で表される。

次に、各エッジ点候補について、各エッジ点候補を通る一次の近似直線からの距離を算出し、近似直線から遠い順に所定数のエッジ点候補を取り除く（キャンセルする）。そして、残りのエッジ点候補により近似直線を再度算出する。必要に応じて、この処理を１回又は複数回繰り返し、最後の近似直線をＸ方向エッジ線とする。求められたＸ方向エッジ線を戻り値として、角位置特定プログラムに戻すと、Ｘ方向エッジ線取得モジュールは終了である。

次に、角位置特定プログラムは、Ｙ方向エッジ線取得モジュールを実行する。図１０は、Ｙ方向エッジ線取得モジュールによるＹ方向エッジ線の取得について示した平面概略図である。
Ｙ方向エッジ線取得モジュールも、ブロブの境界点を調べる方向がＹ方向になるだけで、Ｘ方向エッジ線取得モジュールと同様である。最初のＹ方向スキャンラインＬｙ（エリア始点４１１上のＹ方向スキャンラインＬｙ）において内側から外側に明暗を調べ、明から暗への境界点Ｐがあれば、その座標をメモリ変数に格納する。さらにＹ方向スキャンラインＬｙを辿って明暗を調べ、境界点Ｐがあればその座標をメモリ変数に上書きして格納する。この処理を、スキャン幅Ｗ毎に各Ｙ方向スキャンラインＬｙに対して行い、各々最も外側の境界点Ｐの座標をＹ方向エッジ点候補としてメモリ変数に格納する。

最後のＹ方向スキャンラインＬｙまで処理を行った後、Ｙ方向エッジ線取得モジュールは、各Ｙ方向エッジ点候補により一次の近似直線を求める。そして、一次の近似直線に対する各Ｙ方向エッジ点候補の距離を求め、遠い順に所定数のＹ方向エッジ点候補をキャンセルし、残りのＹ方向エッジ点候補で近似直線を再度求める。求められた近似直線を戻り値として基板角位置特定プログラムに戻して、Ｙ方向エッジ線取得モジュールは終了する。
尚、上記説明から自明であるが、Ｘ方向エッジ線とは、Ｘ方向エッジ点候補で求めた一方のエッジ線という意味であり、Ｙ方向エッジ線とはＹ方向エッジ点候補で求めた他方のエッジ線という意味である。

図１１は、Ｘ方向エッジ線及びＹ方向エッジ線により基板角位置を特定する様子を示した平面概略図である。図１１に示すように、角位置特定プログラムは、Ｘ方向エッジ線とＹ方向エッジ線の交点Ｃを求め、交点Ｃの座標をこの基板Ｓの角の位置として特定する。そして、図４に示すように、基板Ｓの角があるとされた一つの撮影データについて上記のように基板角位置を特定してその座標をメモリ変数に格納した後、基板Ｓの角があるとされた別の撮影データについて同様の処理を繰り返して基板角位置を特定し、別のメモリ変数に格納する。基板Ｓの角があるとされた全ての撮影データについて角位置の座標が各々メモリ変数に格納されると、それらの座標を戻り値として位置合わせシーケンスプログラムに戻す。これで、角位置特定プログラムは終了である。

尚、別の撮影データにおける基板角位置特定の際には、「内側」、「外側」は、異なる向きである場合があり得る。例えば、図９に示すように右上のコーナー部が撮影された撮影データである場合、Ｘ方向での内から外は、紙面上の下から上であるが、右下のコーナー部が撮影された撮影データでは、Ｘ方向での内から外は、紙面上の上から下となる。

次に、角位置特定プログラムを実行した後の位置合わせシーケンスの構成について説明する。図３に示すように、位置合わせシーケンスプログラムは、角位置特定プログラムを実行した後、マスク３２と基板Ｓの位置合わせプログラムを実行する。

図示は省略するが、マスク３２と基板Ｓの位置合わせプログラムは、周知の方法により検出した複数のマスクマークのブロブ（図１１においてはＢｍ）の位置（座標）から算出した案分点と、上記で検出した基板の複数の角の位置（座標）Ｃの案分点とが一致するように、ステージ２を水平面内で直交する二方向および回転方向に移動させることにより行われる。
マスク３２と基板Ｓの位置合せが終われば、テージ２が上昇し、基板とマスクが密着する。この状態で、光源からの光が露光系３とマスクを介して基板に照射され、マスクに形成されているパターンが基板に転写される。

上述した実施形態の基板角位置特定方法によれば、二値化データを生成してブロブを検出し、検出されたブロブのパターンマッチングを行うものの、パターンマッチングだけで角位置を特定するのではなく、Ｘ方向及びＹ方向でエッジ点候補を取得し、エッジ点候補を近似的に通る直線（近似直線）の交点を角位置として特定している。そして、この際、暗から明への境界点のうち、最も外側の境界点をエッジ点候補として特定するので、ノイズ等の影響による特定精度の低下が抑制される。

即ち、図９や図１０に示すように、基板Ｓのコーナー部に陰影が映り込んだ影響で屈曲のあるブロブＢｓが検出されたとする。また、同図に示すように、小さい矩形のパターンがマスクマークとして採用されており、このマスクマークのブロブＢｍも検出されたとする。さらに、ノイズによるブロブＢｎが検出されたとする。この場合、図６中に×点で示すように、基板Ｓのコーナー部のエッジよりも内側の位置に暗から明の境界点Ｐが存在する。また、コーナー部よりも外側にもマスクマークやノイズによる暗から明の境界点Ｐが存在する。
これら境界点Ｐのうちエッジよりも内側の境界点は、エッジ点候補にはならずキャンセルされる。また、エッジよりも外側の境界点は、エッジ点候補にはなるものの、最初の近似直線に対して離れた位置にあるため、二回目又はそれ以降の近似直線を求める処理の際にはキャンセルされる。このため、これらの境界点によって基板角位置の特定精度が低下してしまうことはない。

当初のエッジ点候補の総数に対してどの程度の数のエッジ点候補をキャンセルするか（どの程度の数のエッジ点候補を残すか）は、含まれる得るノイズの量により異なる。多くのノイズが含まれ得る場合、キャンセルするエッジ点候補の数は多くなるが、それでも当初の数に対して３０％を下回らないようにすることが好ましい。３０％を下回ると、それらが本来の基板Ｓのエッジの位置を示しているとしても、基板Ｓのエッジの湾曲のようなイレギュラーな要因を含み易くなるからである。また、キャンセルする数が７０％未満であると、ノイズの影響を受け易くなってしまい、ノイズが極力少なくなるような特別な配慮が必要になってしまうという問題がある。このため、キャンセルするエッジ点の数は当初の３０％以上７０％以下とすることが好ましく、４０％以上６０％以下とすることがより好ましい。
尚、エッジの直線性の精度が高い基板Ｓを使用する場合には７０％より多くのエッジ点候補をキャンセルする場合があり得るし、ノイズが少ない環境下であれば、キャンセルするエッジ点候補の数を３０％未満とすることがあり得る。

また、近似直線を求め直す回数（回帰処理の回数）は、１回でも良いし数回でも良い。１回にキャンセルするエッジ点の数を少なくして回帰処理の回数を多くすることが好適であるが、演算が複雑になり時間を要することになるので、これらを勘案して適宜選定する。尚、遠い順に点をキャンセルしながら近似直線を求める演算処理を行うソフトウェアは、米国のボストンに本社のあるコグネックス社（Cognex Corporation）からCognex Vision Library (CVL) 6.5の名称で販売されているソフトウェアライブラリーに含まれているので、好適に使用することができる。同ソフトウェアでは、最終的に残す点（この実施形態における残余のエッジ点候補）の割合を指定することができるので、その機能を利用することが好ましい。

尚、基板Ｓの表面の凹凸やドライフィルムの縁のように、ノイズの影響は基板Ｓのコーナー部の像の内側に生じ易い。したがって、コーナー部の外側に特にノイズの像の映り込みがない場合、例えばマスクマークの映り込みが無い場合には、最も外側の基準点Ｐをエッジ点候補として初期近似直線を求めるだけで足りる場合がある。この場合には、一次の近似直線がそのままエッジ線とされる。マスクが基板に対して大きくマスクマークの位置が撮影エリア４１を外れた位置になる場合が、例えば挙げられる。
マスクマークが撮影エリア４１に入ってくる場合、基板角位置の特定精度になるべく影響を与えないようにするには、マスクマークは矩形状でない方が好ましい。矩形状のマスクマークの場合、いずれかの辺が基板のコーナー部のエッジ線と誤認識され易いからである。例えば、円形状、三角形状等のマスクマークが考えられる。

次に、上記実施形態の基板角位置特定方法が実施される露光装置の全体の動作について説明する。
基板Ｓは、搬送系１によって搬送され、ステージ２に載置される。この際、基板Ｓが処理位置に搬送されるようメインコントローラ６から搬送系１に制御信号が送られるが、搬送系１の精度の限界から、搬送位置は処理位置には十分に一致していない。このため、メインコントローラ６は、装置の各部に信号を送り、位置合わせシーケンスを実行する。
即ち、基板Ｓの搬送の際、各カメラ４は搬送に支障のない退避位置に退避しているが、基板Ｓがステージ２に載置された後、メインコントローラ６からの信号によりカメラ駆動機構４２が動作し、各カメラ４は所定位置に移動させられる。この位置は、各カメラ４のレンズの光軸がエリア基準点４０に一致し、所定の撮影距離となる位置である。

この状態で各カメラ４は撮影を行い、撮影データが画像処理部５に送られる。画像処理部５には角位置特定プログラムの実行指令が送られ、角位置特定プログラムが実行される。角位置特定プログラムは、上述したように基板角ありとされた撮影データから基板角位置を特定し、その結果を位置合わせシーケンスプログラムに戻す。
マスクと基板の位置合わせシーケンスプログラムは、基板角位置の特定結果から角位置の案分点を算出し、あらかじめ算出していたマスクマークＭＡＭの案分点と一致させるための移動量を算出してステージ駆動機構２１に制御信号として送信する。ステージ２は、送信された移動量の移動を行い、基板Ｓは処理位置に位置する。

続いて、ステージ２が上昇して基板Ｓがマスク３２に密着する。その後、メインコントローラ６から露光系３に信号が送られ、露光処理が実行される。所定時間の露光の後、露光系３の動作が停止され、ステージ２が下降し、搬送系１が動作して基板Ｓはステージ２からピックアップされて搬出される。

この露光装置では、実施形態の基板角位置特定方向による特定結果に基づいて基板Ｓの位置合わせが行われるので、位置合わせ精度が高くなる。特に、基板Ｓにアライメントマークが設けられている必要はないので、ファースト露光の際に好適となる。
上記説明では、露光装置はコンタクト方式であるとしたが、プロキシミティ方式であっても投影露光方式であっても同様に実施可能である。コンタクト方式やプロキシミティ方式の場合、カメラ４はマスク３２越しに基板Ｓの角を撮影するが、投影露光方式の場合、カメラ４はマスク３２と基板Ｓとの間の位置に位置させられるので、基板Ｓの角のみを撮影する。このため、撮影データにマスクマークが含まれることはない。このため、画像処理の点では簡易となる。

また、いずれの方式においても、基板Ｓの両面を同時に露光する両面露光の方式が採用されることもあり得る。基板Ｓの両面に実装を行うプリント基板等では、一方の面に対するパターンの形成位置と他方の面に対するパターンの形成位置との関係が特に問題となるが、両面露光の場合、両側に配置したマスク３２を互いに位置合わせしておけばパターンの位置関係の精度を保つのが容易になる。この点は、ファースト露光において両面露光を採用する場合に顕著で、最初に両者の位置関係の精度を確保しておけば、その後にパターンを積層した場合も精度を確保し易い。このような両面露光を行う場合も、実施形態の基板角位置特定方法を採用することで高精度の基板角位置特定が可能となり、その後の両面でのパターン形成精度も高くできる。

尚、露光の方式については、上記の他にダイレクトイメージング（ＤＩ）方式が知られている。ＤＩ方式では、ＤＭＤのような空間光変調器を使用して照射パターンを生成して露光するので、マスクは使用しない。ＤＩ方式の露光においても、基板を所定の処理位置に配置することが必要であり、実施形態の基板角位置特定方法が好適に採用される。
さらに、実施形態の基板角位置特定方法は、露光処理以外のプロセスにおいても好適に採用され得る。例えば、二枚の基板を貼り合わせる基板貼り合わせ装置においても、一方の基板を所定の処理位置に位置させた状態で他方の基板を被せて貼り合わせる必要があり、実施形態の基板角位置特定方法が好適に使用され得る。

この他、検査その他の目的で基板を観察する装置においても実施形態の基板角位置特定方法は好適に採用され得る。例えば、基板の表面の傷等の欠陥を検査する装置においてその欠陥の位置を特定する必要がある場合、装置内の基準位置に基板を配置してから欠陥を検出して位置を特定する必要があり、このような場合に実施形態の基板角位置特定方法は好適に採用され得る。

尚、上記実施形態では、境界点は暗から明への変化の境界であるとしたが、基板によっては境界点が明から暗への変化の境界である場合もある。例えばステージの表面が黒色である一方、基板がある程度の光を反射する明るい面である場合、コントラストが逆になる場合があり得る。

また、マスクマークのようなノイズを色でキャンセルする構成が採用されることもある。即ち、マスクマークを特定の色で形成しておき、同系色の光で照明しながら基板の角を撮影することで、マスクマークのパターンの映り込みを抑えて基板角位置特定を行う場合があり得る。この点は、装置内の各部の形状が映り込むことで発生するノイズについても同様で、照明する色を適宜選んだり、撮影データをカラーデータとしておき色でノイズを除去した上で二値化してブロブを検出したりする場合もあり得る。

１搬送系
２ステージ
３露光系
４カメラ
４０エリア基準点
４１撮影エリア
４２カメラ駆動機構
５画像処理部
６メインコントローラ
Ｂｓ基板のコーナー部のブロブ
Ｂｍマスクマークの部録
Ｂｎノイズのブロブ
Ｅ露光基準点
ＬｘＸ方向スキャンライン
ＬｙＹ方向スキャンライン
Ｗスキャン幅
Ｐ境界点

Claims

カメラの撮影エリア内に角が位置するように矩形状の基板を配置する基板配置ステップと、
基板配置ステップの後、撮影エリアをカメラで撮影する撮影ステップと、
撮影された撮影エリアの撮影データから、当該撮影エリア内に基板の角が位置しているか否かを判断する判断ステップと、
判断ステップにおいて撮影エリア内にて基板の角が位置しているとされた場合、当該撮影データを処理して角位置を特定する角位置特定ステップとを有する基板角位置特定方法であって、
角位置特定ステップは、撮像データからエッジ点候補を特定する位置特定第一ステップと、位置特定第一ステップにおいて特定されたエッジ点候補から、二つのエッジ線を特定する位置特定第二ステップと、位置特定第二ステップで特定された二つのエッジ線の交点を前記撮影エリアに配置された基板の角の位置として特定する位置特定第三ステップとを備えており、
位置特定第一ステップは、撮影エリアで直交する二つの方向のうちのＸ方向のスキャンラインであるＸ方向スキャンラインにおいて明暗が変化する境界点のうち最も外側に位置する境界点をＸ方向エッジ点候補として特定するとともに、Ｙ方向のスキャンラインであるＹ方向スキャンラインにおいて明暗が変化する境界点のうち最も外側に位置する境界点をＹ方向エッジ点候補とするステップであり、
位置特定第一ステップは、Ｘ方向スキャンラインにおいて最も外側に位置する境界点の明暗が当該Ｘ方向スキャンラインにおいて最も大きな明暗でない場合であっても当該境界点をＸ方向エッジ点候補として特定するとともに、Ｙ方向スキャンラインにおいて最も外側に位置する境界点の明暗が当該Ｙ方向スキャンラインにおいて最も大きな明暗でない場合であっても当該境界点をＹ方向エッジ点候補とするステップであり、
位置特定第一ステップにおけるＸ方向の最も外側とは、Ｘ方向において基板の像が存在する側を内とし、これとは反対側と外とした場合の最も外側であり、Ｙ方向の最も外側とは、Ｙ方向において基板の像が存在する側を内とし、これとは反対側を外とした場合の最も外側であり、
位置特定第一ステップは、所定のインターバルをおいて多数のＸ方向スキャンライン上で前記Ｘ方向エッジ点候補を特定するとともに、所定のインターバルをおいて多数のＹ方向スキャンライン上で前記Ｙ方向エッジ点候補を特定するステップであり、
位置特定第二ステップで特定される二つのエッジ線のうちの一方は、位置特定第一ステップで特定された多数のＸ方向エッジ点候補を通る近似直線であり、他方は、位置特定第一ステップで特定された多数のＹ方向エッジ点候補を通る近似直線であることを特徴とする基板角位置特定方法。
前記位置特定第二ステップは、前記位置特定第一ステップで特定された多数のＸ方向エッジ点候補により得られた一次の近似直線から遠い順に１又は複数のＸ方向エッジ点候補を取り除き、残余のＸ方向エッジ点候補を通る近似直線を求めて前記一方のエッジ線とするとともに、前記位置特定第一ステップで特定された多数のＹ方向エッジ点候補により得られた一次の近似直線から遠い順に１又は複数のＹ方向エッジ点候補を取り除き、残余のＹ方向エッジ点候補を通る近似直線を求めて前記他方のエッジ線とするステップであることを特徴とする請求項１記載の基板角位置特定方法。
前記残余のＸ方向エッジ点候補の数は、前記位置特定第一ステップで求められたＸ方向エッジ点候補の数の３０％以上７０％以下であり、前記残余のＹ方向エッジ点候補の数は、前記位置特定第一ステップで求められたＹ方向エッジ点候補の数の３０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項２記載の基板角位置特定方法。