JP7084227B2 - マーク位置検出装置、描画装置およびマーク位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上のマークの位置を検出する技術に関連し、好ましくは、基板にパターンを描画する描画装置に利用される。

従来より、基板に光を照射して、基板上に直接パターンを描画する描画装置が様々な場面で利用されている。このような描画方法は、ダイレクトイメージングとも呼ばれる。描画の前には、基板上に形成されたアライメントマークと呼ばれるマークの位置を撮像部で読み取り、設計上の位置からのマークの位置のずれ量が求められる。さらに、ずれ量に基づいて基板の位置、伸縮量、歪み量等が求められ、これらの情報を参照してリアルタイムに描画データを補正しつつ描画が行われる。これにより、基板の位置ずれや変形に合わせて高い精度にて描画を行うことが実現される。このような描画装置として、例えば、特許文献１に開示された装置を挙げることができる。ダイレクトイメージングは、基板の位置ずれや変形が大きい可撓性を有する基板への描画に適している。

特開２０１５－６４４６１号公報

ところで、基板の種類や品質によっては、基板を支持するステージ上においてマークの位置が大きくずれることがある。例えば、可撓性を有する基板の場合、基板の製造時の裁断精度が低く、ハンドリング精度も低いため、基板をステージに載置した際のマークの位置ずれが大きくなる。また、可撓性を有する基板の場合、基板の伸縮や歪み等の変形が大きいこともマークの位置ずれの原因となる。その結果、マークを撮像する際に、マークが撮像範囲外に位置する頻度が高くなる。マークの位置の検出に一度失敗すると、製造ラインが停止し、生産性が大きく低下する。

マークの位置が所望の位置から大きくずれたとしても撮像可能とするためには、例えば、撮像部をテーブルから遠ざけたり、光学系の倍率を下げて撮像範囲を広げる必要がある。この場合、画像の分解能が低下し、マークの位置の検出精度が低下する。分解能を維持するためには、イメージングセンサの画素数を多くする必要があるが、この場合、撮像部が高価になるとともに、撮像部が物理的に大きくなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、撮像部の分解能を下げることなく容易に視野を拡大することにより、マークの位置の検出エラーを低減することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、基板を保持するステージと、前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部とを備え、前記第１領域および前記第２領域のそれぞれが、互いに垂直な長辺と短辺とを有し、前記第１領域と前記第２領域とが前記短辺にほぼ平行な方向に並び、前記画像合成部は、前記第１画像に対する前記第２画像の相対位置を求める際に、前記第１領域および前記第２領域の前記短辺と、前記第１領域の中心と前記第２領域の中心とを結ぶ直線とが成す角度を利用する。

請求項２に記載の発明は、ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、基板を保持するステージと、前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部とを備え、前記移動機構は、前記撮像部に対して前記ステージを、移動方向に相対的かつ直線状に移動し、前記撮像部は、前記撮像部に対する前記ステージの相対移動中に前記第１画像および前記第２画像を取得する。

請求項３に記載の発明は、ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、基板を保持するステージと、前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部とを備え、前記移動機構は、前記撮像部に対して前記ステージを、移動方向に相対的かつ直線状に移動し、前記撮像部は、前記移動方向に並ぶ奇数個の複数の領域の画像を取得し、前記複数の領域のそれぞれは、隣接する領域と一部のみが重なり、前記第１領域は、前記複数の領域における中央の領域であり、前記第２領域は、前記第１領域に隣接する１つの領域である。

請求項４に記載の発明は、ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、基板を保持するステージと、前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部とを備え、前記合成画像中の前記第１画像と他の画像とが重なる部位の画素値が、前記第１画像の画素値である。

請求項５に記載の発明は、ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、基板を保持するステージと、前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部と、前記基板上に形成された他のマークの画像を取得する他の撮像部とを備え、前記撮像制御部は、前記他の撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記他のマークの設計上の位置を含む前記基板上の他の第１領域を示す他の第１画像と、前記他の第１領域と一部のみが重なる他の第２領域を示す他の第２画像とを取得し、前記画像合成部は、前記他の第１画像と前記他の第２画像とを合成して他の合成画像を生成し、前記合成画像のサイズと前記他の合成画像のサイズとが同一である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のマーク位置検出装置であって、前記基板が、可撓性を有する。

請求項７に記載の発明は、基板にパターンを描画する描画装置であって、基板上に形成された複数のマークの位置を検出する請求項１ないし６のいずれか１つに記載のマーク位置検出装置と、前記複数のマークの位置に基づいて描画データを補正する補正部と、前記ステージ上の前記基板に変調された光を照射する描画ヘッドと、前記移動機構および前記描画ヘッドを制御することにより、補正された描画データに基づいて前記基板上に描画を行う描画制御部とを備える。

請求項８に記載の発明は、ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出方法であって、ａ）撮像部により、ステージに保持された基板上のマークの設計上の位置を含む第１領域を示す第１画像を取得する工程と、ｂ）前記撮像部により、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像を取得する工程と、ｃ）前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する工程と、ｄ）前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める工程とを備え、前記撮像部に対して前記ステージは、移動方向に相対的かつ直線状に移動し、前記撮像部は、前記撮像部に対する前記ステージの相対移動中に前記第１画像および前記第２画像を取得する。

本発明によれば、撮像部の分解能を下げることなく容易に視野を拡大することができ、基板上のマークの位置の検出エラーを低減することができる。

描画システムの構成を示すブロック図である。 装置本体を示す斜視図である。 装置本体の一部を示す側面図である。 コンピュータの機能構成を周辺構成と共に示すブロック図である。 描画装置の動作の流れを示す図である。 基板上のマークの配置の一例を示す平面図である。 撮像対象となる基板上の領域を例示する図である。 画像合成部の処理を説明するための図である。 画像合成部の処理を説明するための図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る描画システム１００の構成を示すブロック図である。描画システム１００は、プリント配線基板等の基板上の感光材料に光を照射して、当該感光材料に配線等のパターンを描画するシステムである。好ましくは、基板は可撓性を有するプリント配線基板である。基板としては、他の様々なものが利用可能であり、リジッドな基板や、回路の配線以外に利用される基板でもよい。

描画システム１００は、コンピュータ１０１と、描画装置１とを備える。描画装置１は、基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置としての機能を含む。コンピュータ１０１は、基板に描画すべき全体パターンを示す設計データの生成に用いられる。設計データは、例えば、全体パターンを示すベクトルデータである。描画装置１は、コンピュータ２１と、装置本体１０とを備える。コンピュータ２１は、装置本体１０の全体制御を担う。コンピュータ２１は、設計データから装置本体１０にて用いられる描画データの生成も行う。コンピュータ１０１、コンピュータ２１および装置本体１０は、互いに通信可能に接続される。

図２は、装置本体１０を示す斜視図である。図２では、互いに直交する３つの方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向として矢印にて示している（他の図において同様）。図２の例では、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。描画装置１の設計によっては、Ｚ方向が鉛直方向に対して傾斜した方向、または、水平方向であってもよい。

装置本体１０は、複数の描画ヘッド３１と、ステージ４１と、ステージ昇降機構４２と、ステージ移動機構４３と、撮像ユニット５とを備える。ステージ４１は、描画ヘッド３１の下方（（－Ｚ）側）にて基板９を保持する。複数の描画ヘッド３１は、Ｘ方向（以下、「幅方向」という。）に配列される。各描画ヘッド３１では、光源から光変調部に向けてレーザ光が出射され、光変調部により当該光が変調される。変調（空間変調）された光は、ステージ４１上の基板９における（＋Ｚ）方向を向く主面９１に照射される。本実施の形態では、複数の微小ミラーが二次元に配列されたＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）が、各描画ヘッド３１の光変調部として利用される。光変調部は、複数の光変調素子が一次元に配列された変調器等であってもよい。

ステージ昇降機構４２は、ステージ４１をＺ方向に移動する。ステージ移動機構４３は、ステージ４１を、ステージ昇降機構４２と共にＹ方向（以下、「移動方向」という。）に移動する。ステージ移動機構４３は、例えば、ステージ４１をガイドレールに沿って直線状に移動させる機構であり、駆動源として、例えば、リニアサーボモータが用いられる。これにより、ステージ４１は高精度にて移動する。ステージ移動機構４３の駆動源としては、ボールねじにモータを取り付けたものが用いられてもよい。描画装置１では、ステージ昇降機構４２が省略されてもよく、Ｚ方向に平行な軸を中心としてステージ４１を回転する回転機構が設けられてもよい。

撮像ユニット５は、複数の描画ヘッド３１の（－Ｙ）側に配置される。撮像ユニット５は、複数の撮像部５１を有する。複数の撮像部５１は、幅方向に間隔を空けて配列される。各撮像部５１は、ステージ４１上の基板９を撮像して画像のデータを取得する。撮像部５１は基板９上に形成されたマーク、いわゆる、アライメントマークの画像を取得する。撮像部５１は、２次元イメージセンサと、撮像光学系とを含む、いわゆる、デジタルスチルカメラである。

ステージ４１上には、基板９のエッジに接する当接部４１１が設けられる。基板９がステージ４１上に載置される際には、基板９のエッジが当接部４１１に接することにより、基板９のステージ４１上の位置および向きが決定される。本実施の形態では、当接部４１１は３つのピンである。当接部４１１はピンには限定されず、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に伸びるとともに上方に突出する部位でもよい。基板９は、吸引吸着によりステージ４１上に固定される。基板９は他の手法によりステージ４１に固定されてもよい。

描画ヘッド３１によるパターンの描画では、ステージ移動機構４３がステージ４１を移動方向に連続的に移動し、各描画ヘッド３１からの光が照射される基板９上の位置が、基板９に対して移動方向に走査する。また、ステージ４１の移動に同期して、描画ヘッド３１のＤＭＤが制御される。これにより、主面９１上にて移動方向に延びる帯領域に対して、各描画ヘッド３１によるパターンの描画が行われる。

本実施の形態では、移動方向へのステージ４１の１回の連続移動により、基板９の描画領域全体にパターンが描画される（いわゆるワンパス描画）。描画装置１では、移動方向へのステージ４１の連続移動と、移動方向に垂直な幅方向への間欠移動とを複数回繰り返すことにより、描画領域の全体へのパターンの描画が行われてもよい（いわゆるマルチパス描画）。

図３は、装置本体１０の一部を示す側面図である。図３は、装置本体１０を（－Ｘ）方向を向いて見た図である。各撮像部５１は撮像部移動機構５２によりＸ方向に移動可能である。撮像部移動機構５２は、例えば、ボールねじをモータにて駆動する機構と、Ｘ方向にガイドする機構とを組み合わせたものである。撮像部移動機構５２の駆動源として、リニアサーボモータが用いられてもよい。撮像部５１は、照明部５３を有する。照明部５３は、リング照明装置である。照明部５３として撮像光学系を介して照明光を基板９に照射する装置が採用されてもよい。照明部５３として、リング照明装置と撮像光学系を介して照明する装置とが組み合わされてもよい。

ステージ４１の（＋Ｙ）側の端部には、スケール４４が取り付けられる。スケール４４はステージ４１に固定されるのであれば、他の位置に設けられてもよい。スケール４４は、Ｘ方向に長く、Ｘ方向の描画可能な範囲全体に存在する。スケール４４は、透明な板であり、板の上にＸ方向に配列された多数のクロスパターンを有する。スケール４４が有するパターンとして他の形状が採用されてもよい。

スケール４４の下方には、下撮像部６１が配置される。下撮像部６１は下撮像部移動機構６２によりＸ方向に移動可能である。下撮像部移動機構６２は、例えば、ボールねじをモータにて駆動する機構と、Ｘ方向にガイドする機構とを組み合わせたものである。下撮像部移動機構６２の駆動源として、リニアサーボモータが用いられてもよい。１つの描画ヘッド３１から予め定められたパターンの光がスケール４４に向かって出射されている状態で下撮像部６１がスケール４４の画像を取得し、当該画像を演算処理することにより、描画ヘッド３１とスケール４４との位置関係が取得される。スケール４４はステージ４１に固定されているため、描画ヘッド３１とステージ４１との位置関係も取得される。

各描画ヘッド３１は、ヘッド移動機構３２によりＸ方向に移動可能である。ヘッド移動機構３２は、例えば、ボールねじをモータにて駆動する機構と、Ｘ方向にガイドする機構とを組み合わせたものである。ヘッド移動機構３２の駆動源として、リニアサーボモータが用いられてもよい。各描画ヘッド３１とステージ４１との位置関係の取得は、基板９に描画するパターンに合わせて描画ヘッド３１が再配置される毎に行われる。１つの下撮像部６１がＸ方向に移動することにより、全ての描画ヘッド３１とステージ４１との位置関係が取得されてもよく、複数の下撮像部６１が設けられて１つの下撮像部６１が一部の描画ヘッド３１とステージ４１との関係を取得してもよい。

また、ステージ４１の位置を変更して撮像部５１がスケール４４を撮像することにより、撮像部５１とステージ４１との位置関係も取得される。撮像部５１とスケール４４との位置関係の取得は、描画前に１回行われるのみでよいが、後述するマークの撮像の際にステージ４１が移動する毎に行われてもよい。

図４は、コンピュータ２１の機能構成を周辺構成と共に示すブロック図である。コンピュータ２１の機能構成は、コンピュータ２１がプログラムを実行することにより実現される。すなわち、コンピュータ２１のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、固定ディスク、インタフェース等がプログラムに従って動作することにより各機能構成が実現される。各機能構成は、専用の電気的回路、または、専用の電気回路およびプログラムの実行により実現されてもよい。コンピュータ２１は、複数のコンピュータでもよく、専用の電気回路と複数のコンピュータのとの組合せにより実現されてもよい。

コンピュータ２１は、撮像制御部２１１と、画像合成部２１２と、位置取得部２１３と、補正部２１４と、描画制御部２１５と、記憶部２１６とを含む。記憶部２１６は、主としてコンピュータ２１の固定ディスク装置やメモリデバイスにより実現される。撮像制御部２１１は、ステージ移動機構４３を制御するとともに、ステージ移動機構４３からの信号に従って撮像部５１による撮像を制御する。画像合成部２１２は、撮像部５１にて取得された複数の画像を合成する。位置取得部２１３は、合成画像に現れるマークの像（以下、「マーク像」と呼ぶ。）に基づいて、ステージ４１に対するマークの位置を取得する。記憶部２１６は、描画データ８を記憶する。補正部２１４は、マークの位置に基づいて、基板９の位置や変形を取得し、描画データ８を補正する。描画制御部２１５はステージ移動機構４３および描画ヘッド３１を制御し、補正された描画データ８に基づいて基板９への描画を実行する。

以下の説明のおける画像の取得は、正確には画像のデータの取得であり、画像に対する処理は、正確には画像のデータに対する処理である。

図５は、描画装置１の動作の流れを示す図である。既述のように、描画装置１では、基板９上のマークの位置の検出が行われた後（ステップＳ１１～Ｓ１５）、マークの位置に基づいて基板９の位置や変形に合わせて描画データ８が補正され（ステップＳ１６）、補正済み描画データに従って基板９上にパターンが描画される（ステップＳ１７）。「マークの位置」とは、正確には、ステージ４１を基準に設定された基準位置に対するマークの相対的な位置である。「ステージ４１に対する位置」とは、ステージ４１に設定された基準位置に対する相対位置を意味する。

図６は、基板９上のマーク９２の配置の一例を示す平面図である。マーク９２は、例えば、基板９に形成された微小な孔であったり、基板９上に形成された銅箔のパターンである。銅箔のパターンとしては十字や円形等の様々なパターンが利用可能である。図９の例の場合、９個のマーク９２が、Ｘ方向およびＹ方向に３行３列に配列される。マーク９２のＸ方向の位置は、撮像部５１のＸ方向の位置に対応する。もちろん、マーク９２の位置や数は様々に変更されてよい。

予め、スケール４４を利用して、撮像部５１のステージ４１に対する位置が取得される。撮像部５１のステージ４１に対する位置には、撮像部５１のステージ４１に対する回転位置、すなわち、Ｚ方向を向く軸を中心とする撮像部５１の回転量が含まれる。この回転量は、撮像部５１を装置に取り付ける際の誤差程度の微小な量である。

基板９のエッジがステージ４１の当接部４１１に接するように基板９がステージ４１上に配置されると、マーク９２のＸ方向の各位置はいずれかの撮像部５１のＸ方向の位置とおよそ一致する。この状態で、基板９が撮像部５１の下方を通過するようにステージ４１の移動が開始される（ステップＳ１１）。ステージ４１の移動方向は、（＋Ｙ）方向でも（－Ｙ）方向でもよい。各マーク９２がいずれか１つの撮像部５１の下方を通過する際に、撮像制御部２１１の制御により、撮像部５１は複数の画像を取得する（ステップＳ１２）。その後、ステージ４１の移動は停止する（ステップＳ１３）。

図７は、ステップＳ１２にて１つのマーク９２に関連して撮像対象となる基板９上の領域９３ａ，９３ｂを例示する図である。領域９３ａ，９３ｂを総称する場合には「領域９３」と呼ぶ。図７の例では、１つのマーク９２に対して３つの領域９３ｂ，９３ａ，９３ｂがこの順でＹ方向に並ぶ。図７では、基板９に位置ずれがなく、伸縮や歪み等の変形もない場合の設計上のマーク９２の位置を示している。

以下の説明では、設計上のマーク９２の位置を含む領域９３ａを「第１領域」と呼び、第１領域９３ａに一部のみが重なる領域９３ｂを「第２領域」と呼ぶ。また、第１領域９３ａを示す画像を「第１画像」と呼び、第２領域９３ｂを示す画像を「第２画像」と呼ぶ。設計上のマーク９２の位置は、第１領域９３ａの中心である。２つの第２領域９３ｂは、Ｙ方向において、第１領域９３ａの前後で第１領域９３ａと一部のみが重なる領域である。

各領域９３は、互いに垂直な長辺と短辺とを有する矩形である。第１領域９３ａおよび第２領域９３ｂは、短辺にほぼ平行な方向に並ぶ。短辺は、Ｙ方向にほぼ平行である。「Ｙ方向にほぼ平行」という表現は、Ｙ方向に平行な場合を含む。領域９３の大きさは、例えば、長辺が約１４ｍｍであり、短辺が約７ｍｍである。隣接する領域９３の中心間の距離は約４ｍｍである。図７では、領域９３をＹ方向に対して意図的に傾けて描いているが、実際には、領域９３の傾き、すなわち、領域９３の回転量は、既述のように、撮像部５１を装置に取り付ける際の誤差程度である。

撮像制御部２１１が撮像部５１およびステージ移動機構４３を制御することにより、撮像部５１による撮像はステージ４１の移動中にステージ４１を停止することなく行われる。ステージ４１の移動中の撮像を実現するために、ステージ４１が予め定められた位置を通過する際に、照明部５３が瞬間的に光を出射し、この光を利用して瞬間的な撮像が行われる。照明部５３が３回発光することにより、第２領域９３ｂ、第１領域９３ａ、第２領域９３ｂからそれぞれ第２画像、第１画像、第２画像がこの順で取得される。撮像部５１に対するステージ４１の相対移動中に複数の画像を取得することにより、複数の画像は速やかに取得される。

図８は、画像合成部２１２の処理の様子を説明するための図である。画像合成部２１２は、１つの第１画像８３ａと、２つの第２画像８３ｂとを合成して合成画像を生成する（ステップＳ１４）。図８では、画像を合成するための２次元空間における互いに垂直な方向をｘ方向およびｙ方向として示している。ｘ方向およびｙ方向は画素が並ぶ方向である。ｘ方向は、第１画像８３ａおよび第２画像８３ｂの長片方向に対応する。ｙ方向は、第１画像８３ａおよび第２画像８３ｂの短辺方向に対応する。

ｘｙ空間に第１画像８３ａおよび第２画像８３ｂを配置した場合、これらの画像に対応する図７のＹ方向は、領域９３の傾きθだけ傾斜した方向になる。ここでは、図８に示すように、ｙ方向に対してＹ方向が時計回りに（－θ）だけ回転した方向であるものとする。また、第１領域９３ａの中心と第２領域９３ｂの中心との間の距離Ｄ（図７参照）に対応するｘｙ空間での距離をｄとする。なお、図７のＸＹ空間では、ｙ方向は、第１領域９３ａおよび第２領域９３ｂの短辺の方向が対応し、Ｙ方向は移動方向、すなわち、第１領域９３ａの中心と第２領域９３ｂの中心とを結ぶ直線が対応する。したがって、領域９３を基準にθを表現すると、θは、領域９３の短辺と領域中心間の直線とが成す角度である。

画像合成部２１２は、第１領域９３ａおよび第２領域９３ｂの相対的な位置関係を保持したまま第１画像８３ａおよび第２画像８３ｂをｘｙ空間に配置するために、第１画像８３ａの中心に対して（＋ｙ）側の第２画像８３ｂの中心を、ｄ・ｃｏｓθだけ（＋ｙ）側に位置させ、ｄ・ｓｉｎθだけ（－ｘ）側に位置させる。同様に、第１画像８３ａの中心に対して（－ｙ）側の第２画像８３ｂの中心を、ｄ・ｃｏｓθだけ（－ｙ）側に位置させ、ｄ・ｓｉｎθだけ（＋ｘ）側に位置させる。ステージ４１の位置は正確に取得することができるため、距離Ｄおよび距離ｄは正確に取得される。画像合成部２１２は、第１画像８３ａに対する第２画像８３ｂの相対位置を求める際に、ｄのみならずθも利用することから、高精度に合成が行われる。

図９に示すように、設計上は、マーク像８２は第１画像８３ａの中心に現れる。したがって、第１画像８３ａと第２画像８３ｂとを上述のように重ねることにより、仮にマーク像８２が第１画像８３ａから（±ｙ）方向にはみ出したとしても、第２画像８３ｂ中にマーク像８２が現れることになる。

例えば、基板９の製造時の裁断精度が低いことによる裁断位置のずれや傾きにより、あるいは、基板９の伸縮や歪み等の変形により、符号８２ａにて示すように、マーク像の全体または一部が第１画像８３ａに現れない場合であっても、第２画像８３ｂ中にマーク像８２ａが現れるのであれば、位置取得部２１３が合成画像８５中のマーク像８２の位置を検出することができる。なお、実際には、合成画像８５は、図９中の破線にて示す範囲にてトリミングされてから位置取得部２１３にてマーク検出処理が行われる。ステージ４１に対する撮像部５１の位置は予め取得されているため、位置取得部２１３は、合成画像８５中のマーク像８２の位置に基づいてステージ４１に対する実際のマーク９２の位置を検出することができる（ステップＳ１５）。

このように、描画装置１では、合成画像８５を利用することにより、撮像部５１の分解能を下げることなく容易に視野を拡大することができ、マーク９２の位置の検出エラーを低減することができる。また、領域９３の短辺がＹ方向にほぼ平行となるように撮像部５１が配置されるため、合成画像８５のｘ方向の幅を確保して合成画像８５を大きな正方形に近づけ易い。これにより、設計上の位置からマーク９２がずれた際にマーク９２を視野内に収めることが容易となる。

ここで、図９に示すように、画像合成部２１２は、第１画像８３ａと第２画像８３ｂとが重なる領域において第１画像８３ａを優先的に合成する。すなわち、合成画像８５中の第１画像８３ａと第２画像８３ｂとが重なる部位の画素値は、第１画像８３ａの画素値となる。第１画像８３ａを優先的に合成する処理としては、第２画像８３ｂをメモリ空間に書き込んだ後に第１画像８３ａを上書きしてもよく、メモリ空間の画素毎に書き込む画像が逐次選択されてもよい。

マーク像８２は設計上、第１画像８３ａの中心に現れるため、実際にマーク像８２が現れる確率は、第２画像８３ｂよりも第１画像８３ａの方が高い。そのため、第１画像８３ａを第２画像８３ｂよりも優先的に利用することにより、マーク像８２が合成画像８５中の合成の境界と重なる確率を下げることができる。その結果、合成画像８５中にマーク像８２がきれいに現れやすくなり、マーク９２の位置の検出精度の低下を抑制することができる。

図７ないし図９の例では、撮像部５１に対するステージ４１の相対移動中に３つの画像が取得されるが、画像の数は３には限定されない。好ましくは、撮像部５１は、移動方向に並ぶ奇数個の複数の領域の画像を取得し、複数の領域のそれぞれは、隣接する領域と一部のみが重なる。このとき、マーク像８２の設計上の位置は、上述の第１画像８３ａに対応する中央の画像の中心に設定される。また、図８の場合と同様に、合成画像中において、中央の画像と隣接する他の画像とが重なる部位の画素値は、中央の画像の画素値とされる。これにより、マーク像８２が２つの画像に跨がる可能性を低減することができる。１つのマーク９２に対して多数の画像が取得される場合であっても、画像は基板９の移動中に取得されるため、画像取得に要する時間は１つだけ画像が取得される場合と同じである。隣接する領域９３が重なる面積は、好ましくは、領域９３の面積の１／１０以上１／３以下である。

図２に示すように、描画装置１が３つの撮像部５１を有し、図６に示すように、基板９上に３行３列に９個のマーク９２が配列される場合、ステージ移動機構４３によりステージ４１がＹ方向１回に移動する間に、各撮像部５１がマーク像８２の取得を３回行う。各マーク像の取得では、上述のように複数回の撮像が行われ、画像の合成が行われる。これにより、９個のマーク像８２が高速に取得される。

このとき、撮像制御部２１１による各撮像部５１およびステージ移動機構４３の制御により、各撮像部５１では同様に画像の取得が行われる。例えば、１つの撮像部５１により図８に示す１つの第１画像８３ａおよび２つの第２画像８３ｂが取得される場合、他の撮像部５１でも同様に１つの第１画像８３ａおよび２つの第２画像８３ｂが取得される。そして、画像合成部２１２による合成後に、合成画像８５が同サイズにトリミングされる。これにより、９個のマーク９２に対応する同サイズの９個の合成画像８５が取得される。マーク９２の種類や大きさに関わらず複数の合成画像８５を同サイズとすることにより、マーク９２の位置の検出処理の多くが共通化され、検出プログラムの作成やハードウェア化が容易となる。

描画装置１は、様々な変形が可能である。

第２画像８３ｂは１つでもよい。この場合、１つのマーク９２に関して取得される画像の数は２である。好ましくは、１つのマーク９２に関して取得される画像の数は３以上である。好ましくは、取得される画像の数は３以上の奇数であるが、偶数でもよい。

画像が取得される際に、ステージ４１の移動は停止してもよい。すなわち、第１画像８３ａを取得する工程と第２画像８３ｂを取得する工程とは連続して行われる必要はない。撮像時にステージ４１が停止する場合、撮像部５１として安価なものを採用することができる。第１領域９３ａと第２領域９３ｂとは、Ｘ方向、すなわち、ステージ４１の移動方向に垂直な方向に並んでもよい。この場合、撮像部５１またはステージ４１をＸ方向に高精度にて移動させる移動機構が設けられる。さらには、第１領域９３ａに対して、前後左右の位置にて４つの第２領域９３ｂが設定されてもよく、第１領域９３ａに対して８近傍の位置にて８つの第２領域９３ｂが設定されてもよい。

撮像部５１のイメージセンサの画素が正確にＸＹ方向に配列される場合、画像を合成する際に上記Ｙ方向とｙ方向との成す角θは０となり、角θは考慮する必要はない。画像の合成時に、第１画像８３ａが優先されるのではなく、単純に撮像順序に従って上書きするようにして合成が行われてもよい。

マーク９２は、専用のアライメントマークである必要はない。例えば、撮像部５１により、基板９に形成されているビアホールや特徴的なパターンがマーク９２として利用されてもよい。

ステージ４１は、当接部４１１により基板９の位置を決定するものである必要はない。例えば、ステージ４１は、基板９の端部を把持してもよい。基板９が単純に載置されるのみでもよい。

ステージ移動機構４３に代えて、基板９の主面に平行な方向に、ステージ４１に対して撮像部５１を直線状に移動する移動機構が設けられてもよい。撮像部５１に対するステージ４１の移動は相対的であればよい。

マーク９２の配置は適宜変更されてよい。好ましくは、マーク９２のＸ方向の各位置に撮像部５１が配置される。もちろん、マーク９２のＸ方向の位置の数が撮像部５１の数よりも多くてもよい。この場合、ステージ４１のＹ方向の移動および撮像が完了してから、撮像部５１をＸ方向に移動し、ステージ４１を再度Ｙ方向に移動しつつ撮像が行われる。

合成画像８５からマーク像８２の位置を検出する処理は、マーク９２毎に逐次行われてもよく、並行処理が行われてもよい。

描画ヘッド３１から出射される光は単純にＯＮ／ＯＦＦ変調される１つの光ビームであってもよい。

描画装置１では、描画ヘッド３１を移動方向に移動する移動機構が設けられてもよい。すなわち、描画装置１では、ステージ４１を描画ヘッド３１に対して相対的に、かつ、移動方向に連続的に移動する移動機構が設けられる。

パターンが描画される基板９は、プリント配線基板以外に、半導体基板やガラス基板等であってもよい。基板９は好ましくは可撓性を有する基板であるが、プリント配線基板には限定されない。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 描画装置（マーク位置検出装置）
８ 描画データ
９ 基板
３１ 描画ヘッド
４１ ステージ
４３ ステージ移動機構
５１ 撮像部
８３ａ 第１画像
８３ｂ 第２画像
８５ 合成画像
９２ マーク
９３ａ 第１領域
９３ｂ 第２領域
２１１ 撮像制御部
２１２ 画像合成部
２１３ 位置取得部
２１４ 補正部
２１５ 描画制御部
Ｓ１１～Ｓ１５ ステップ

Claims (8)

1. ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、
   基板を保持するステージと、
   前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、
   前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、
   前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、
   前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、
   前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部と、
   を備え、
   前記第１領域および前記第２領域のそれぞれが、互いに垂直な長辺と短辺とを有し、
   前記第１領域と前記第２領域とが前記短辺にほぼ平行な方向に並び、
   前記画像合成部は、前記第１画像に対する前記第２画像の相対位置を求める際に、前記第１領域および前記第２領域の前記短辺と、前記第１領域の中心と前記第２領域の中心とを結ぶ直線とが成す角度を利用することを特徴とするマーク位置検出装置。
2. ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、
   基板を保持するステージと、
   前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、
   前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、
   前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、
   前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、
   前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部と、
   を備え、
   前記移動機構は、前記撮像部に対して前記ステージを、移動方向に相対的かつ直線状に移動し、
   前記撮像部は、前記撮像部に対する前記ステージの相対移動中に前記第１画像および前記第２画像を取得することを特徴とするマーク位置検出装置。
3. ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、
   基板を保持するステージと、
   前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、
   前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、
   前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、
   前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、
   前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部と、
   を備え、
   前記移動機構は、前記撮像部に対して前記ステージを、移動方向に相対的かつ直線状に移動し、
   前記撮像部は、前記移動方向に並ぶ奇数個の複数の領域の画像を取得し、前記複数の領域のそれぞれは、隣接する領域と一部のみが重なり、
   前記第１領域は、前記複数の領域における中央の領域であり、
   前記第２領域は、前記第１領域に隣接する１つの領域であることを特徴とするマーク位置検出装置。
4. ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、
   基板を保持するステージと、
   前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、
   前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、
   前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、
   前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、
   前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部と、
   を備え、
   前記合成画像中の前記第１画像と他の画像とが重なる部位の画素値が、前記第１画像の画素値であることを特徴とするマーク位置検出装置。
5. ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出装置であって、
   基板を保持するステージと、
   前記基板上に形成されたマークの画像を取得する撮像部と、
   前記基板の主面に平行な方向に、前記撮像部に対して前記ステージを相対的に移動する移動機構と、
   前記撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記マークの設計上の位置を含む前記基板上の第１領域を示す第１画像と、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像とを取得する撮像制御部と、
   前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、
   前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める位置取得部と、
   前記基板上に形成された他のマークの画像を取得する他の撮像部と、
   を備え、
   前記撮像制御部は、前記他の撮像部および前記移動機構を制御することにより、前記他のマークの設計上の位置を含む前記基板上の他の第１領域を示す他の第１画像と、前記他の第１領域と一部のみが重なる他の第２領域を示す他の第２画像とを取得し、
   前記画像合成部は、前記他の第１画像と前記他の第２画像とを合成して他の合成画像を生成し、
   前記合成画像のサイズと前記他の合成画像のサイズとが同一であることを特徴とするマーク位置検出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載のマーク位置検出装置であって、
   前記基板が、可撓性を有することを特徴とするマーク位置検出装置。
7. 基板にパターンを描画する描画装置であって、
   基板上に形成された複数のマークの位置を検出する請求項１ないし６のいずれか１つに記載のマーク位置検出装置と、
   前記複数のマークの位置に基づいて描画データを補正する補正部と、
   前記ステージ上の前記基板に変調された光を照射する描画ヘッドと、
   前記移動機構および前記描画ヘッドを制御することにより、補正された描画データに基づいて前記基板上に描画を行う描画制御部と、
   を備えることを特徴とする描画装置。
8. ステージに保持された基板上のマークの位置を検出するマーク位置検出方法であって、
   ａ）撮像部により、ステージに保持された基板上のマークの設計上の位置を含む第１領域を示す第１画像を取得する工程と、
   ｂ）前記撮像部により、前記第１領域と一部のみが重なる第２領域を示す第２画像を取得する工程と、
   ｃ）前記第１画像と前記第２画像とを合成して合成画像を生成する工程と、
   ｄ）前記合成画像に基づいて前記ステージに対する前記マークの位置を求める工程と、
   を備え、
   前記撮像部に対して前記ステージは、移動方向に相対的かつ直線状に移動し、
   前記撮像部は、前記撮像部に対する前記ステージの相対移動中に前記第１画像および前記第２画像を取得することを特徴とするマーク位置検出方法。

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