JPH07234107A - 位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は位置検出方法において、パターンマツ
チングにおける位置検出精度を従来に比して一段と向上
させる。 【構成】回転対称な像を撮像して得られた第１の基準画
像とこれを所定角だけ回転して得られた第２の基準画像
とに基づいてパターンマツチング処理する。そして第１
の基準画像及び第２の基準画像のそれぞれに一致した像
が得られる被処理画像内の２つの代表点の位置に基づい
て像の位置を検出する。これによりパターンマツチング
の際に精度不良の原因となつていた映像信号の輝度差や
パターンエツジ形状の相違等の影響を一段と低減させる
ことができる。この結果、位置検出精度は従来に比して
一段と向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置検出方法に関し、例
えば大型の液晶表示素子基板等を製造する際に使用され
る露光装置において、感光基板の位置を位置決めする際
に用いる位置検出方法に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子基板等の製造に用い
られる露光装置では、露光領域周辺に形成されたアライ
メントマークの位置を次の手順によつて求めている。ま
ず基板上に形成されたアライメントマークの撮像画像を
取り込み、その撮像画像の中から予め登録されているテ
ンプレート画像に一致する像をパターンマツチングによ
つて検出する。続いてテンプレート画像に一致する像の
位置を表す代表点の座標に基づいて像の中心座標を求め
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの方法では
実際にはアライメントマークを撮像した映像信号には輝
度差やパターンエツジの状態不良等があるためパターン
マツチングによつて検出されるアライメントマークの位
置に誤差が含まれるおそれを除き得なかつた。そこで実
際に形成されているアライメントマークの撮像画像の映
像をテンプレート画像として登録しておき、このテンプ
レート画像に一致するアライメントマークの位置を検出
することも考えられるが、この場合にはアライメントマ
ークの中心位置を正確に求めることは検出された座標か
ら誤差を除き得なかつた。このようにいずれの手法によ
つてアライメントマークの中心位置を求めてもこれには
誤差が含まれているおそれがあつた。

【０００４】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、被処理画像中から検出されたパターンの中心位置を
正確に検出することができる位置検出方法を提案しよう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、所定のパターンを含む画像を基準
画像として登録し、被処理画像７Ｃから基準画像に対応
する画像を検出し、該対応する画像における基準画像内
の任意の代表点の位置に基づいてパターンに対応する被
処理画像７Ｃ内の像の位置を検出する位置検出方法にお
いて、パターンとして、該パターンの中心に対して回転
対称な像７Ｂを第１の基準画像ＴＰ１として登録する工
程と、第１の基準画像ＴＰ１の代表点Ｐ１とパターン７
Ｂとを、該パターン７Ｂの中心Ｏ’に対して所定角度
（例えば 180°）だけ回転して得られる画像を第２の基
準画像ＴＰ２として登録する工程と、被処理画像７Ｃか
ら第１の基準画像ＴＰ１を検出して得られる代表点Ｐ１
の位置を第１の位置（ｘ₁ 、ｙ₁ ）とする工程と、被処
理画像７Ｃから第２の基準画像ＴＰ２を検出して得られ
る代表点Ｐ２の位置を第２の位置（ｘ₂ 、ｙ₂ ）とする
工程と、第１及び第２の位置に基づいて像の位置（ｘ、
ｙ）を検出する工程とを設けるようにする。

【０００６】

【作用】パターンの中心に対して回転対称な像を第１の
基準画像ＴＰ１として登録すると共に、第１の基準画像
ＴＰ１と代表点Ｐ１とをパターンの中心Ｏ’に対して所
定角（例えば 180°）だけ回転して得られた画像を第２
の基準画像ＴＰ２として登録する。この後、被処理画像
７Ｃの中から第１及び第２の基準画像ＴＰ１及びＴＰ２
を検出し、各画像が検出された第１及び第２の位置に基
づいて第１及び第２の基準画像ＴＰ１及びＴＰ２が検出
された画像の位置を検出する。このように１つの画像を
２つの向きから検出し、２つの方向から得られた第１及
び第２の位置に基づいて画像の位置を検出するようにし
たことにより、パターンマツチングの際に精度不良の原
因となつていた映像信号の輝度差やパターンエツジ形状
の相違等の影響を一段と低減させることができる。これ
により検出精度を従来に比して一段と向上させることが
できる。

【０００７】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【０００８】本実施例は、大型の液晶表示素子基板を製
造する図１の露光装置におけるアライメント方法に本発
明を適用するものである。この露光装置１は位置決めの
際に図２に示すガラス基板７上のアライメントマーク７
Ｂの中心位置を算出し、算出された中心位置に基づいて
ガラス基板の位置決めを行う。まず液晶表示素子基板の
製造に用いられる露光装置１の構成を説明する。

【０００９】この露光装置１は露光用光源２から射出さ
れた光束Ｌ１を楕円鏡３によつて集光した後、集光され
た光束Ｌ１をコンデンサレンズ系４を介してレチクル５
上に結像し、レチクル５を透過した光束Ｌ１を投影光学
系６を介して基板７上に結像する。これにより露光装置
１はレチクル５上に形成されているパターンのパターン
像を基板７上に転写するようになされている。

【００１０】ところで露光装置１は、この露光動作を開
始する前に、レベリング機構及びアライメント機構を用
いて基板７をレチクル５に対して平行に保つと共に、パ
ターン像の転写位置を正確に位置決めしている。すなわ
ち露光装置１は基板ステージ８上に載置されている基板
７上に複数組のオートフオーカス検出系のそれぞれの送
光部９から射出された光を照射し、その反射光をそれぞ
れの受光部１０によつて受光し、受光出力に応じて基板
ステージ８の傾きを制御することによりレベリングを調
整する。

【００１１】また露光装置１は位置決めセンサ１１から
射出されたアライメント光をミラー１２、レチクルマー
クＲＭ、投影光学系６を順次介して基板７上に形成され
たアライメントマーク（図示せず）に導くと共に、その
反射光を逆光路を介して位置決めセンサ１１で検出する
ことにより基板７の水平面内における位置を位置決めし
ている。すなわち位置決めセンサ１１における受光出力
に基づいてｘｙステージ１３をｘ方向及びｙ方向に移動
させることにより基板ステージ８上に載置されている基
板７の位置を所定の位置に位置決めする。

【００１２】ここでｘｙステージ１３はモータ１４によ
つてｘ方向へ移動され、また不図示のモータによつてｙ
方向へ移動される。このときｘｙステージ１３の位置
（又は移動量）はレーザ干渉計１５を用いて計測され
る。レーザ干渉計１５は反射平面がｙ方向に伸びるよう
に基板ステージ８上に取り付けられた反射ミラー１６に
レーザ光を照射し、その反射光に基づいてｘ方向の位置
を検出する。また不図示のレーザ干渉計から不図示の反
射ミラーにレーザ光を照射することによりｙ方向の位置
を検出するようになされている。また基板ステージ８上
には基準となるマークが設けられたフイデユーシヤルマ
ーク板１７が設置されている。このフイデユーシヤルマ
ーク板１７によつて上記のアライメントセンサ１１の検
出基準と後述の光学系１８の検出基準との位置関係（い
わゆるベースライン）を測定するようになされている。

【００１３】さらにこの露光装置１には、アライメント
マークの位置を正確に検出して位置合わせするための光
学系１８と画像処理部１９とが設けられている。露光装
置１は光学系１８を介して取り込んだ被処理画像を画像
処理部１９において画像処理し、図２に示すように露光
領域７Ａの周辺に形成された複数のアライメントマーク
７Ｂそれぞれについてその中心位置を求めている。

【００１４】ここで光学系１８は対物レンズ２０、反射
ミラー２１、リレーレンズ２３及びＣＣＤ（charge cou
pled device ）カメラ２４によつて構成されている。画
像処理部１９はＣＰＵ２５とメモリ２６とによつて構成
されており、ＣＰＵ２６によつてメモリ２６中に記憶さ
れているテンプレート画像に対応する画像を被処理画像
の中から抽出し、テンプレート画像に含まれるパターン
の被処理画像内での中心位置を検出するようになされて
いる。

【００１５】この実施例の場合、メモリ２６には第１の
テンプレート画像ＴＰ１と第２のテンプレート画像ＴＰ
２とでなる２つのテンプレート画像が記憶されている。
このうち第１のテンプレート画像ＴＰ１は、図３（Ｂ）
に示すように、被処理画像の中から抽出されたアライメ
ントマーク７Ｂの画像でなる。また第２のテンプレート
画像ＴＰ２は、図３（Ｃ）に示すように、第１のテンプ
レート画像ＴＰ１をソフトウエア上でテンプレート画像
の中心に対して 180°回転させた画像でなる。実際には
第１のテンプレート画像ＴＰ１のＣＣＤの画素での位置
のデータ列を逆向きに入れ換えることによつて第２のテ
ンプレート画像ＴＰ２を得ることができる。

【００１６】ところでアライメントマーク７Ｂは十字形
状であり、中心に対して回転対称の図形である。従つて
第１のテンプレート画像ＴＰ１を 180°回転させた後の
第２のテンプレート画像ＴＰ２に含まれるアライメント
マーク７Ｂは回転前の第１のテンプレート画像ＴＰ１に
含まれるアライメントマーク７Ｂの形状に一致してい
る。また第１のテンプレート画像ＴＰ１の座標を与える
代表点Ｐ１の位置はテンプレート画像における左上の位
置に設定されている。一方、第２のテンプレート画像Ｔ
Ｐ２の座標を与える代表点Ｐ２の位置はテンプレート画
像ＴＰ１を 180°回転させる際に同時に回転されるため
テンプレート画像の右下位置に設定されている。

【００１７】以上の構成において、露光装置１による位
置決め動作の様子を図４を用いて説明する。まず露光装
置１は基板７の位置合わせ処理を開始すると、処理ルー
チンＲＴ０からステツプＳＰ１に移り、ＸＹステージ１
３を駆動してアライメントマーク７Ｂのうちの１つを対
物レンズ２０の下方位置に移動させる。続いて露光装置
１はＣＣＤカメラ２４によつてアライメントマーク７Ｂ
を含む画像を撮像する。このときＣＣＤカメラ２４の撮
像面に得られるのが図３（Ａ）に示す被処理画像７Ｃで
あり、この被処理画像７ＣはＣＰＵ２５に送られる。

【００１８】次にＣＰＵ２５は被処理画像７Ｃの中から
アライメントマーク７Ｂを含む矩形領域を抽出し、この
アライメントマーク７Ｂ近傍の画像データを基準画像デ
ータとしてメモリ２６に登録する。これが図３（Ｂ）に
示す第１のテンプレート画像ＴＰ１である。またこのと
き第１のテンプレート画像ＴＰ１の左上隅の点を第１の
テンプレートにおける代表点Ｐ１として設定する（図中
×印で示す）。因に第１のテンプレート画像ＴＰ１は後
に第２のテンプレート画像ＴＰ２を得る際に 180°回転
させる都合上、先に述べたように回転対称性のあるもの
とする。

【００１９】続くステツプＳＰ２において、ＣＰＵ２５
は第１のテンプレート画像ＴＰ１をソフトウエア上で 1
80°回転させ、第１のテンプレート画像ＴＰ１に対して
画像データ配列を入れ換える。このように第１のテンプ
レート画像ＴＰ１を 180°回転したものが図３（Ｃ）に
示す第２のテンプレート画像ＴＰ２である。この第２の
テンプレート画像ＴＰ２も第１のテンプレート画像ＴＰ
１の場合と同様にメモリ２６に登録される。このとき第
２のテンプレート画像ＴＰ２の代表点Ｐ２は第２のテン
プレート画像ＴＰ２の右下隅の点に設定される。

【００２０】このように第１及び第２のテンプレート画
像ＴＰ１及びＴＰ２について画像データの登録が終了す
ると、露光装置１はステツプＳＰ３の処理に移る。すな
わちＣＰＵ２５はＣＣＤカメラ２４から取り込んだ被処
理画像７Ｃの中から第１のテンプレート画像ＴＰ１に一
致する画像をパターンマツチングの手法を用いて検索
し、第１のテンプレート画像ＴＰ１の代表点Ｐ１の座標
を（ｘ₁ 、ｙ₁ ）として検出する。因に代表点Ｐ１の座
標は被処理画像７Ｃの左上隅を原点とする座標系から見
た座標値である。

【００２１】次にステツプＳＰ４に移る。ＣＰＵ２５は
ＣＣＤカメラ２４から取り込んだ被処理画像７Ｃの中か
ら第２のテンプレート画像ＴＰ２に一致する画像をパタ
ーンマツチングの手法を用いて検索し、第２のテンプレ
ート画像ＴＰ２の代表点Ｐ２の座標を（ｘ₂ 、ｙ₂ ）と
して検出する。このとき第２のテンプレート画像ＴＰ２
の代表点Ｐ２を与える座標系も代表点Ｐ１の座標を与え
る座標系と同じである。

【００２２】このように被処理画像７Ｃの中から同一の
パターンに対して２つの代表点Ｐ１及びＰ２を検出する
と、ステツプＳＰ５の処理に移り、次式

【数１】 に基づいてパターンの中心Ｏ’の座標（Ｘ、Ｙ）を算出
する。

【００２３】（１）式によつて中心Ｏ’の座標（Ｘ、
Ｙ）を算出することができるのは代表点Ｐ１と代表点Ｐ
２とがパターンの中心Ｏ’に対して互いに点対称の位置
関係にあるからである。すなわち図３（Ｄ）に示すよう
に、代表点Ｐ１と代表点Ｐ２はパターンの中心Ｏ’に対
して点対称の関係にあるため各代表点Ｐ１（又はＰ２）
と中心Ｏ’とのｘ方向への距離ｂもｙ方向への距離ａも
互いに等しい関係にあることによる。従つて（１）式に
基づいて２つの代表点Ｐ１及びＰ２の中点座標を求めれ
ばパターンの中心座標が求められていることになる。こ
の座標が得られた段階でステツプＳＰ６に移り、１つ目
のアライメントマーク７Ｂに対するパターンの中心座標
算出処理が終了する。このように中心座標を２つの検出
座標値に基づいて得ることができるためその精度も一段
と向上する。

【００２４】露光装置１は残るアライメントマーク７Ｂ
についても順次同様の手順、すなわちステツプＳＰ１〜
ステツプＳＰ６の処理を繰り返すことによつて各パター
ン中心座標をＣＰＵ２５を用いて算出する。このように
基板７上に形成された全てのアライメントマーク７Ｂに
ついてその中心座標が得られると、それぞれの位置関係
は予め設計値により決まつているのでずれ量を算出する
ことができる。このずれ量に基づいてアライメントを補
正すれば従来に比して一段と高い精度でパターンを重ね
露光することができる露光装置を実現することができ
る。

【００２５】以上の構成によれば、基板７上に実際に形
成されているアライメントマーク７Ｂを撮像したテンプ
レート画像ＴＰ１とこれを 180°回転させてなるテンプ
レート画像ＴＰ２に一致する画像を被処理画像７Ｃの中
から検出し、それぞれについて得られた代表点Ｐ１及び
Ｐ２の中点座標をアライメントマーク７Ｂの中心座標と
して算出するようにしたことにより、実際に形成されて
いるパターンをテンプレート画像としてパターンマツチ
ング処理することができ、またパターンの中心位置を正
確に求めることができる。この結果、露光装置１による
アライメント精度を一段と向上させることができる。

【００２６】なお上述の実施例においては、テンプレー
ト画像ＴＰ１とこれを 180°回転させたテンプレート画
像ＴＰ２とによつて十字形状でなるアライメントマーク
７Ｂの中心位置を検出する場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、回転角は90°であつても良く、また
270°であつても良い。この場合にも１つのアライメン
トマーク７Ｂについて２つの代表点Ｐ１及びＰ２を得る
ことができ、検出精度を従来に比して一段と向上させる
ことができる。

【００２７】また上述の実施例においては、テンプレー
ト画像ＴＰ１とこれを 180°回転させたテンプレート画
像ＴＰ２との２つのテンプレート画像によつてアライメ
ントマーク７Ｂの位置を検出する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、３つ以上のテンプレート画
像を用いてアライメントマーク７Ｂの中心位置を検出す
るようにしても良い。例えば実施例で説明したテンプレ
ート画像ＴＰ１及びＴＰ２の他にテンプレート画像ＴＰ
１をそれぞれ90°及び 270°回転した画像を第３及び第
４のテンプレート画像として用いてアライメントマーク
７Ｂの中心を検出しても良い。このようにすれば４つの
代表点座標値に基づいてその中心座標を求めることがで
きるため精度を一段と向上させることができる。

【００２８】さらに上述の実施例においては、アライメ
ントマーク７Ｂの中心座標を求める場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、被処理画像７Ｃ中に存在す
る任意のパターンの中心を求める場合に適用し得る。但
しそのパターン形状は回転対称である図形とする。例え
ば図５（Ａ）や図５（Ｂ）に示すように、長方形形状の
パターンや円形のパターンの場合にも適用し得る。

【００２９】さらに上述の実施例においては、テンプレ
ート画像ＴＰ１及びＴＰ２をそれぞれ被処理画像７Ｃ中
から選択し、又は選択された画像に基づいて作成する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、ソフトフ
エア上で作成したテンプレート画像を用いても良い。こ
の場合にも複数の代表点に基づいてパターンの中心を求
めることができるため従来に比して一段と精度を高める
ことができる。

【００３０】さらに上述の実施例においては、実施例で
説明した位置検出機能を有する露光装置について述べた
が、本発明はこれに限らず、画像処理によつて被処理画
像中にある回転対称な図形の中心を求める装置に広く適
用し得る。

【００３１】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、回転対称
な像を撮像して得られた第１の基準画像とこれを所定角
だけ回転して得られた第２の基準画像とに基づいてパタ
ーンマツチング処理することにより、パターンマツチン
グの際に精度不良の原因となつていた映像信号の輝度差
やパターンエツジ形状の相違等の影響を一段と低減させ
ることができる。これにより精度を従来に比して向上さ
せることができる位置検出方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置検出方法を用いた位置決め機
構を有する露光装置の一実施例を示す光路図である。

【図２】ガラス基板上に配置されるアライメントマーク
の配置例を示す平面図である。

【図３】テンプレート画像の説明及びこれを用いた位置
合わせの様子を示す略線図である。

【図４】位置合わせ手順を示すフローチヤートである。

【図５】他の回転対称図形の一例を示す略線図である。

【符号の説明】

１……露光装置、２……露光用光源、４……コンデンサ
レンズ系、５……レチクル、６……投影光学系、７……
基板、７Ａ……露光領域、７Ｂ……アライメントマー
ク、７Ｃ……被処理画像、８……基板ステージ、１３…
…ＸＹステージ、１５……レーザ干渉計、１８……光学
系、１９……画像処理部、２０……対物レンズ、２３…
…リレーレンズ、２４……ＣＣＤカメラ、２５……ＣＰ
Ｕ、２６……メモリ、ＴＰ１、ＴＰ２……テンプレート
画像。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のパターンを含む画像を基準画像とし
   て登録し、被処理画像から前記基準画像に対応する画像
   を検出し、該対応する画像における前記基準画像内の任
   意の代表点の位置に基づいて前記パターンに対応する前
   記被処理画像内の像の位置を検出する位置検出方法にお
   いて、 前記パターンとして、該パターンの中心に対して回転対
   称な像を第１の基準画像として登録する工程と、 前記第１の基準画像の前記代表点と前記パターンとを、
   該パターンの中心に対して所定角度だけ回転して得られ
   る画像を第２の基準画像として登録する工程と、 前記被処理画像から前記第１の基準画像を検出して得ら
   れる前記代表点の位置を第１の位置とする工程と、 前記被処理画像から前記第２の基準画像を検出して得ら
   れる前記代表点の位置を第２の位置とする工程と、 前記第１及び第２の位置に基づいて前記像の位置を検出
   する工程とを具えることを特徴とする位置検出方法。
2. 【請求項２】上記所定角度は９０°、１８０°又は２７
   ０°のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載
   の位置検出方法。
3. 【請求項３】上記所定角度を１８０°とするとき、 前記第１及び第２の位置の中点を前記像の位置として検
   出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出方
   法。
4. 【請求項４】前記第１及び第２の基準画像に含まれる前
   記パターンは、前記被処理画像内から選択するものであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。