特許第6777488号(P6777488)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6777488
(24)【登録日】2020年10月12日
(45)【発行日】2020年10月28日
(54)【発明の名称】位置計測装置および位置計測方法
(51)【国際特許分類】
   G01B 11/00 20060101AFI20201019BHJP
   G06T 1/00 20060101ALI20201019BHJP
   G03F 9/00 20060101ALI20201019BHJP
【FI】
   G01B11/00 H
   G06T1/00 300
   G03F9/00 Z
【請求項の数】8
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2016-188636(P2016-188636)
(22)【出願日】2016年9月27日
(65)【公開番号】特開2018-54379(P2018-54379A)
(43)【公開日】2018年4月5日
【審査請求日】2019年6月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000207551
【氏名又は名称】株式会社SCREENホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100105935
【弁理士】
【氏名又は名称】振角 正一
(74)【代理人】
【識別番号】100136836
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 一正
(72)【発明者】
【氏名】谷口 和隆
【審査官】 九鬼 一慶
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−114448(JP,A)
【文献】 特開2010−183028(JP,A)
【文献】 特開2014−216974(JP,A)
【文献】 特開2003−331769(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01B 11/00
G03F 9/00
G06T 1/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物を撮像した二次元の原画像に含まれる矩形形状の図形の中心座標を計測する位置計測装置であって、
前記対象物を撮像した前記原画像を記憶する画像記憶部と、
前記原画像における前記図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化し前記モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより前記図形の中心座標を求める演算部と、を備え、
前記複数の係数は、前記画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表す特定係数を含むことを特徴とする位置計測装置。
【請求項2】
請求項1に記載の位置計測装置であって、
前記最適化法が、ガウス・ニュートン法またはレーベンバーグ・マルカート法である位置計測装置。
【請求項3】
対象物を撮像した二次元の原画像に含まれる矩形形状の図形の中心座標を計測する位置計測装置であって、
前記対象物を撮像した前記原画像を記憶する画像記憶部と、
前記原画像における前記図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化し前記モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより前記図形の中心座標を求める演算部と、を備え、
前記複数の係数は、前記画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表す特定係数を含み、
前記演算部は、前記原画像の第1の座標軸における座標をx、前記第1の座標軸に直交する第2の座標軸における座標をyとしたとき、前記図形の前記画素値分布を数1に示す前記モデル関数にてモデル化し、
【数1】
前記複数の係数のうち係数eが前記特定係数であり、
前記複数の係数a〜fの初期値を、
a:前記図形と前記図形の背景との明るさの差、
b:前記図形の径または辺長、
c:前記図形の中心の前記第1の座標軸における座標値、
d:前記図形の中心の前記第2の座標軸における座標値、
e:前記図形の画素値プロファイルにおける外縁部での傾き、
f:前記図形の周囲の明るさ、
とする位置計測装置。
【請求項4】
対象物を撮像した二次元の原画像に含まれる矩形形状の図形の中心座標を計測する位置計測装置であって、
前記対象物を撮像した前記原画像を記憶する画像記憶部と、
前記原画像における前記図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化し前記モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより前記図形の中心座標を求める演算部と、を備え、
前記複数の係数は、前記画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表す特定係数を含み、
前記演算部は、前記原画像の第1の座標軸における座標をx、前記第1の座標軸に直交する第2の座標軸における座標をyとしたとき、前記図形の前記画素値分布を数8に示す前記モデル関数にてモデル化し、
【数8】
前記複数の係数のうち係数eが前記特定係数であり、
前記複数の係数a〜fの初期値を、
a:前記図形と前記図形の背景との明るさの差、
b:前記図形の径または辺長、
c:前記図形の中心の前記第1の座標軸における座標値、
d:前記図形の中心の前記第2の座標軸における座標値、
e:前記図形の画素値プロファイルにおける外縁部での傾き、
f:前記図形の周囲の明るさ、
とする位置計測装置。
【請求項5】
対象物を撮像した二次元の原画像に含まれる矩形形状の図形の中心座標を計測する位置計測装置であって、
前記対象物を撮像した前記原画像を記憶する画像記憶部と、
前記原画像における前記図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化し前記モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより前記図形の中心座標を求める演算部と、を備え、
前記複数の係数は、前記画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表す特定係数を含み、
前記演算部は、前記原画像の第1の座標軸における座標をx、前記第1の座標軸に直交する第2の座標軸における座標をyとしたとき、前記図形の前記画素値分布を数9に示す前記モデル関数にてモデル化し、
【数9】
前記複数の係数のうち係数eが前記特定係数であり、
前記複数の係数a〜fの初期値を、
a:前記図形と前記図形の背景との明るさの差、
b:前記第1の座標軸における前記図形の径または辺長、
c:前記図形の中心の前記第1の座標軸における座標値、
d:前記図形の中心の前記第2の座標軸における座標値、
e:前記図形の画素値プロファイルにおける外縁部での傾き、
f:前記図形の周囲の明るさ、
g:前記第2の座標軸における前記図形の径または辺長、
とする位置計測装置。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか一項に記載の位置計測装置であって、
第1マーク像と、前記第1マーク像よりも多く高周波成分を含む第2マーク像とが前記図形として前記原画像に含まれているとき、
前記演算部は、
前記第2マーク像を前記原画像から取り除いてマスク済画像を取得し、
前記マスク済画像に含まれる前記第1マーク像の画素値分布を前記モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより前記第1マーク像の中心座標を求める位置計測装置。
【請求項7】
請求項6に記載の位置計測装置であって、
前記演算部は、
前記最適化法にて決定された前記複数の係数を有する前記モデル関数で特定される関数近似画像を前記原画像から差し引くことで、前記第2マーク像のみを有する差分画像を取得し、
前記差分画像に基づいて前記第2マーク像の中心座標を求める位置計測装置。
【請求項8】
対象物を撮像した二次元の原画像を取得する工程と、
前記原画像に含まれる矩形形状の図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化し前記モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより前記図形の中心座標を求め工程と、を備え、
前記複数の係数に、前記画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表す特定係数が含まれることを特徴とする位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、矩形形状の図形を含む対象物を撮像して得られる二次元の原画像から上記図形の中心座標を計測する位置計測技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、基板やブランケットなどの板状の対象物に対して予め矩形形状の図形を設けておき、対象物に対して所定の処理を施す前に、上記図形をカメラで撮像して得られた原画像に基づいて各種の制御を行う発明が数多く提案されている。例えば特許文献1に記載の発明では、基板上の複数の描画領域の各々にアライメントマークが設けられている。そして、各アライメントマークを撮像して得られた原画像に基づいて各描画領域の位置または歪みの良否を判定し、良であった正常描画領域のみに回路パターンの描画が行われる。
【0003】
また、特許文献2に記載の発明では、基板に設けられた矩形形状のアライメントマークと、ブランケットに設けられた中空矩形形状のアライメントマークとを同一視野内で撮像して得られた原画像に基づいて基板とブランケットとの位置をそれぞれ検出する。そして、それらの位置情報から基板とブランケットとの相対位置が調整され、互いの位置合せが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2015−60146号公報
【特許文献2】特開2013−113766号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のように原画像に含まれる矩形形状のアライメントマーク等の図形を利用して各種の制御を良好に行うためには、基板やブランケットなどの対象物に設けられた図形をCCDカメラ等の撮像装置を用いて撮像して得られる図形像の位置情報、特に中心座標を高精度に計測することが重要となる。しかしながら、撮像条件によっては上記図形以外に対してフォーカスを合わせることで上記図形をジャストフォーカスから外れた状態、つまりボケ状態で撮像せざるを得ない場合がある。例えば特許文献2では、ブランケット上のアライメントマークにフォーカスを合わせると、基板上のアライメントマークはボケ状態で撮像される。従来技術では、このようにボケ状態で撮像された矩形図形の中心座標を高精度に計測することは困難であった。
【0006】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、対象物を撮像した二次元の原画像に含まれる矩形形状の図形の中心座標を高精度に計測することができる位置計測技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明の一の態様は、対象物を撮像した二次元の原画像に含まれる矩形形状の図形の中心座標を計測する位置計測装置であって、対象物を撮像した原画像を記憶する画像記憶部と、原画像における図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化しモデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより図形の中心座標を求める演算部と、を備え、複数の係数は、画素値分布がガウス分布からトップハット型分布に推移すること及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値線で形成される図形が円形から矩形に推移することを表す特定係数を含むことを特徴としている。
【0008】
また、この発明の他の態様は、位置計測方法であって、対象物を撮像した二次元の原画像を取得する工程と、原画像に含まれる矩形形状の図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化しモデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定することにより図形の中心座標を求め工程と、を備え、複数の係数に、画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移及び同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表す特定係数が含まれることを特徴としている。
【発明の効果】
【0009】
上記のように、本発明では、原画像における図形の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数にてモデル化し、モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定している。ここで、上記複数の係数に特定係数を含めている。この特定係数は、画素値分布のガウス分布からトップハット型分布への推移ならびに同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の円形から矩形への推移を表すものである。この技術的意義は、特定係数の変化によって矩形形状の図形のボケ状態を再現することができる点にある。つまり、特定係数の最適化によって矩形形状の図形のボケの度合いをモデル関数にて再現することができ、原画像における図形の画素値分布をモデル関数で近似させる際の精度を向上させることができる。その結果、図形の中心座標を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明に係る位置計測装置の第1実施形態を装備する描画装置の一例を示す図である。
図2図1に示す描画装置の動作を示すフローチャートである。
図3】アライメントマーク像の中心座標の計測動作を示すフローチャートである。
図4図1に示す描画装置の撮像部により撮像された原画像の一例を示す図である。
図5A】係数eの変化に伴うアライメントマーク像の矩形度の変化を模式的に示す図である。
図5B】係数eの変化に伴うアライメントマーク像のボケ状態の推移を示す図である。
図6】本発明に係る位置計測装置の第2実施形態を装備する貼合システムの一例を示す図である。
図7図6に示す貼合システムに装備された貼合装置の構成を模式的に示す図である。
図8A】基板に設けられるアライメントマークの一例を示す図である。
図8B】ブランケットに設けられるアライメントマークの一例を示す図である。
図8C】アライメントマークの空間周波数スペクトルを示すグラフである。
図9】本発明に係る位置計測装置の第2実施形態の構成を示す図である。
図10図6に示す貼合システムによる貼合動作の動作を示すフローチャートである。
図11】両アライメントマークの中心座標の計測動作を示すフローチャートである。
図12】計測動作において画像処理の対象となる画像群を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1は、本発明に係る位置計測装置の第1実施形態を装備する描画装置の一例を示す図である。図2は、図1に示す描画装置の動作を示すフローチャートである。図3はアライメントマーク像の中心座標の計測動作を示すフローチャートである。この描画装置1は、平板状の基板2を搬送しつつ、描画部3の各描画ヘッド31から光を出射することにより、基板2上にパターンを描画する装置である。本実施形態では、パターンを描画する対象物として、感光材料の層が設けられたプリント配線基板である基板2が使用される。なお、図1において、基板2が搬送される方向を「搬送方向」、搬送方向に直交する水平方向を「幅方向」とそれぞれ称する。
【0012】
描画装置1は、描画部3以外に、ステージ4と、ステージ移動機構5と、描画部移動機構6と、撮像部7と、制御部8とを備える。ステージ4は、上面に感光材料の層が形成された基板2を略水平に保持する。そして、このステージ4をステージ移動機構5が搬送方向(図1中の左右方向)に搬送する。すなわち、ステージ移動機構5は搬送方向に延びる一対のレール51を有し、ステージ4をレール51に沿って搬送方向に移動させる。これにより、基板2が描画部3および撮像部7に対して相対的に搬送方向に移動する。
【0013】
描画部3では、複数の描画ヘッド31がステージ4の上方において幅方向(図1中の上下方向)に略等間隔に配列されている。各描画ヘッド31は基板2上の感光材料に向けて、変調されたビーム光を照射する。また、これらの描画ヘッド31は描画部移動機構6に対して幅方向に移動可能に支持されている。これにより、描画ヘッド31により、基板2の幅方向のほぼ全幅に対してビーム光を照射することが可能となっている。
【0014】
撮像部7はステージ4の上方に配設されている。そして、撮像部7は幅方向に配列された複数の撮像素子(図示省略)を有しており、基板2の幅方向のほぼ全幅について上面に描画されたパターンを撮影可能となっている。また、撮像部7は、制御部8に設けられたメカ制御部86により搬送方向および鉛直方向に移動可能となっている。具体的には、メカ制御部86がCPU81からの制御指令に基づき装置各部を駆動する駆動機構9を作動させ、撮像部7を搬送方向に移動させる。また鉛直方向への移動によりフォーカス調整がなされる。
【0015】
このように撮像部7により基板2が撮像されると、撮像部7の撮像素子から画像信号が制御部8に送られる。この画像信号は制御部8に設けられたADコンバータ(A/D)83に入力されてデジタル画像データに変換される。CPU81は、受信した画像データに基づき適宜画像処理を実行する。制御部8はさらに、画像データを記憶保存するための画像メモリ84と、CPU81が実行すべきプログラム、基板2上に描画されるパターンの設計データやCPU81により生成されるデータ等を記憶保存するためのメモリ85とを有しているが、これらは一体のものであってもよい。また、CPU81は、メモリ85に記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する各種の演算処理を行うことにより、描画装置1内の各部を動作制御する。これにより、描画装置1における描画工程が進行する。
【0016】
その他に、制御部8には、インターフェース(IF)部82が設けられている。インターフェース部82は、ユーザからの操作入力の受け付けや、ユーザへの処理結果等の情報提示を行うユーザインターフェース機能のほか、通信回線を介して接続された外部装置との間でのデータ交換を行う機能を有する。ユーザインターフェース機能を実現するために、インターフェース部82には、ユーザからの操作入力を受け付ける入力受付部87と、ユーザへのメッセージや処理結果などを表示出力する表示部88とが接続されている。
【0017】
図2は描画装置による描画工程の流れを示す図である。ステップS1で描画装置1のステージ4上に基板2がローディングされると、ステージ4は当該基板W保持する。この基板2には、矩形形状の図形により構成されたアライメントマークAR(図1)が予め付されている。アライメントマークARは、基板2の歪みを検出するためのマークとして機能する図形であり、例えば基板2に予め印刷された図形であってもよいし、基板2上に既に形成されているパターン(下層のパターン)をアライメントマークとして用いるものであってもよい。
【0018】
次に、制御部8のCPU81はメカ制御部86を介して駆動機構9を駆動させて、撮像部7の下方にアライメントマークARが配置される位置へステージ4を移動させる。そして、制御部8は撮像部7にアライメントマークARおよびその周囲を撮像させ、当該アライメントマーク像IA(図4)を含む原画像IM(図4)の画像データを画像メモリ84に記憶する(ステップS2)。こうして、制御部8は原画像IMを取得する。なお、本実施形態では、基板2上に複数のアライメントマークARが設けられているため、上記したステージ4の移動と撮像部7による撮像を繰り返し、複数のアライメントマークARのそれぞれについて画像データを取得する。
【0019】
図4図1に示す描画装置の撮像部により撮像された原画像の一例を示す図である。アライメントマークARは矩形形状を有しており、ジャストフォーカスで撮像されると、原画像IMに含まれるアライメントマーク像IAについても矩形形状がはっきりと表れる。この場合、従来から周知の画像処理によってアライメント像IAの中心座標(xc、yc)を正確に計測することができる。しかしながら、アライメントマークARをジャストフォーカスから外れた状態で撮像せざるを得ない場合、例えば図4に示すように、アライメントマーク像IAはぼけており、その中心座標(xc、yc)を従来技術により正確に求めることは困難となる。そこで、本実施形態では、以下に説明するモデル関数を用いて中心座標(xc、yc)を計測している(ステップS3)。以下、図3図4図5Aおよび図5Bを参照しつつ中心座標の計測方法について説明する。なお、ここでは、1個のアライメントマーク像IAの中心座標(xc、yc)の計測について説明するが、その他のアライメントマーク像の中心座標の計測についても同様である。
【0020】
制御部8は原画像IMを取得した際に同時にアライメントマーク像IAおよびその周囲の二次元画素値分布を求め、当該二次元画素値分布のデータ(以下「二次元分布データ」という)をメモリ85に記憶する(ステップS2)。そして、本実施形態では、制御部8は、モデル関数にて二次元画素値分布をモデル化し、モデル関数に含まれる複数の係数を最適化法にて決定し、決定された複数の係数のうち中心座標を表す係数をアライメントマーク像IAの中心座標(xc、yc)として求める。これらのうちモデル化処理は、二次元画素値分布を表す数学モデルを特定するための処理であり、二次元画素値分布が次式により表されるモデル関数に従うと仮定している。したがって、図4に示すアライメントマーク像IAの二次元画素値分布によくフィティングするように、(式1)における未知係数a,b,c,d,e,fを決定すればよい。
【0021】
【数1】
【0022】
(式1)で規定されているモデル関数F(x)における未知の係数a,b,c,d,e,fのそれぞれにより偏微分可能な関数である。これらの係数は、
係数a:アライメントマーク像IAと背景との明るさの差、
係数b:アライメントマーク像IAの径もしくは辺長、
係数c:アライメントマーク像IAの中心の座標軸xにおける座標値、
係数d:アライメントマーク像IAの中心の座標軸yにおける座標値、
係数e:アライメントマーク像IAのボケ状態を示す指標値、
係数f:アライメントマーク像IAの周囲の明るさ、
を示している。
【0023】
なお、「ボケ状態を示す指標値」とは、アライメントマーク像IAがどの程度だけジャストフォーカスから外れている、つまりアライメントマーク像IAのボケの度合いを表す値である。本明細書では、次に説明するように、これを(a)画素値プロファイルと、(b)同一画素値を有する画素で形成される等画素値面の形状とに基づいて指標している。
【0024】
図5Aは係数eの変化に伴うアライメントマーク像の変化を模式的に示す図である。また、図5Bは上記係数eの変化に伴うアライメントマーク像のボケ状態の推移を示す図である。図5Aでは8個の画像が記載されている。なお、同図中の番号「1」〜「6」、「8」、「10」は画像を識別するために付したものである。番号「1」の画像は係数eをもっとも小さく設定した場合のアライメントマーク像IAのボケ状態を示しており、その画像に含まれるアライメントマーク像の中心を通り、x座標軸と平行な線(図5Aの1点鎖線で示す仮想線)上での画素値分布を示す画素値プロファイルPFは例えば図5Bの(a)欄に示すようにガウス分布を有している。また、画素値分布において同一画素値を有する画素で形成される等画素値線Lで囲まれた面(以下「等画素値面」という)PLは円形となっている。等画素値線Lは等高線と同様の機能を有しており、等画素値線Lの相互間隔からアライメントマーク像IAの外縁部での画素値の立ち上がりや立り下り、つまり画素値プロファイルPFの傾きを視覚的に把握することができる。すなわち、図5Aおよび図5Bに示すように係数eを比較的小さく設定することでボケ状態を再現したモデル関数F(x,y)が得られる。
【0025】
また、図5Aにおいて番号が増えるにしたがって係数eは徐々に大きくなり、例えば番号「4」の画像でのアライメントマーク像IAでは、ボケ状態がかなり緩和され、図5Bの(b)欄に示すように、画素値プロファイルPFはトップハット形状に近づくとともに等画素値面PLは矩形形状に近づいている。さらに、このような形状の推移は係数eの増大とともに進み、図5A中の番号「10」の画像および図5Bの(c)欄に示すように、画素値プロファイルPFはトップハット形状となるとともに等画素値面PLは矩形となり、番号「10」の画像でのアライメントマーク像IAはジャストフォーカスで撮像されたものとほぼ等しくなる。このように係数eを変化させることでアライメントマーク像IAのボケ状態を高精度に再現することができる。そこで、本実施形態では、当該係数eの最適化によってアライメントマーク像IAのボケの度合いをモデル関数F(x,y)にて再現することで、原画像IMにおけるアライメントマーク像IAの画素値分布をモデル関数F(x,y)で近似させる際の精度を向上させている。その結果、アライメントマーク像IAの中心座標(xc,yc)を正確に求めることが可能となっている。このように係数eが本発明の「特定係数」の一例に相当している。
【0026】
ここで、モデル関数F(x,y)に含まれる複数の係数a〜fの最適化法としては、例えばガウス・ニュートン法(Gauss−Newton法)やレーベンバーグ・マルカート法(Levenberg−Marquardt法)を用いることができるが、図3に示す動作フローチャートでは、同図中の破線に示すようにレーベンバーグ・マルカート法により係数a〜fが決定される。さらに、制御部8は、決定された係数a〜fのうち係数c、dをアライメントマーク像IAの中心座標(xc,yc)として設定する。以下、それらの動作に詳細について図3を参照しつつ説明する。
【0027】
最初のステップS31で係数a〜fがそれぞれ設定される。各係数a〜fの初期値a0〜f0は例えばステップS2で取得した原画像IMの画像データや設計値などに基づいて定められる。その一例を以下に説明する。
【0028】
まず、原画像IMを所定の閾値にて二値化することにより、アライメントマーク像IAと背景とが暫定的に(低精度にて)特定される。なお、当該閾値は、アライメントマーク像IAの明るさ(後述の画素値の代表値)と背景の明るさとの間の画素値である。そして、原画像IMにおいて、暫定的なアライメントマーク像IAの中央部の画素値の代表値から背景の画素値の代表値を引いて得た値が係数aの初期値a0として求められる。ここで、アライメントマーク像IAの画素値の代表値は、当該アライメントマーク像IAにおける画素値のヒストグラムにおける中央近傍を示す画素値であり、例えば、平均値または最頻値である。係数c,dの初期値c0,d0は、暫定的なアライメントマーク像IAの中心、すなわち、(正確な)アライメントマーク像IAの略中心のx座標およびy座標である。係数fの初期値f0は背景の画素値の代表値である。
【0029】
係数eの初期値e0の算出では、まず、原画像IMにおいて暫定的なアライメントマーク像IAの中心を通るとともにx座標軸に平行な線上における画素値プロファイルが求められる。また、当該画素値プロファイルにおいて、暫定的なアライメントマーク像IAにおける画素値の最小値m1、および、背景における画素値の最頻値m2が求められる。続いて、上記画素値プロファイルの各画素値からm2を引き、さらに(m1−m2)にて割ることにより、振幅が1となる(正規化された)トップハット形状のプロファイルが得られる。そして、当該プロファイルにおいて、x方向に並ぶ画素位置の間が線分にて接続され、(画素値を示す軸の)値が0.25となる2つの位置間のx方向の距離の半分がw1として求められ、値が0.75となる2つの位置間のx方向の距離の半分がw2として求められる。
【0030】
ここで、上記プロファイルは、暫定的なアライメントマーク像IAの中心を通るを示す線上における画素値プロファイルを正規化したものである。したがって、上記プロファイルは、式1において係数aに1、係数fに0を代入し、かつ、(y−d)を0とした関数にて表現され、当該関数において(x−c)がw1である時にF(x,y)が0.25となることから(式2)が導かれ、(x−c)がw2である時にF(x,y)が0.75となることから(式3)が導かれる。
【0031】
【数2】
【0032】
【数3】
【0033】
そして、(式2)および(式3)を変形してbを消去することにより、(式4)が得られる。
【0034】
【数4】
【0035】
(式4)に上記プロファイルから得られるw1およびw2の値を代入することにより、係数eの初期値e0が求められる。このとき、(式4)中における(w2/w1)は、実質的にアライメントマーク像IAの画素値プロファイルにおける外縁部での傾きを示すといえ、係数eの初期値e0は当該外縁部での傾きに依存する値である。また、(式2)を変形した(式5)に、係数eの初期値e0およびw1の値を代入することにより、係数bの初期値b0が求められる。w1は、アライメントマーク像IAにおける所定の明るさ以下となる領域の半径を示すため、係数bの初期値b0は、実質的に係数eの初期値e0、および、アライメントマーク像IAのおよその大きさを用いて求められる。
【0036】
【数5】
【0037】
また、上記係数a〜fの初期値a0〜f0を設定すると、係数hを適宜の値、例えば0.0001に設定する(ステップS32)。そして、制御部8が以下のステップS33〜S39を実行することでレーベンバーグ・マルカート法による係数a〜fの最適化を行う。すなわち、(式1)を係数a〜fによりそれぞれ偏微分した(式6)〜(式12)を使用して6元一次方程式(式13)を解くことにより、係数a〜fの1回目の変更の際の変更量である差分値Δa0〜Δf0を求める(ステップS33)。
【0038】
【数6】
【0039】
【数7】
【0040】
(式13)において、角括弧を用いて表記される演算子[Q]は、画素ごとに求められる関数Qの値を全画素について合計した値を表すものとする。また右辺において、
Fi=F(xi)
である。(式13)中の偏微分係数の値は、初期値a0〜g0と各点の座標値(xi)とを(式6)〜(式12)に代入することで数値的に求められる。なお、(式13)左辺をなす6行6列の行列の各成分において、一次微分値同士の乗算の順序は入れ換え可能であり、したがって当該行列は対称行列である。
【0041】
(式13)で示される方程式を解くことで求められた差分値Δa0、Δb0、Δc0、Δd0、Δe0、Δf0をそれぞれ係数a、b、c、d、e、fの現在の設定値から加算または減算して、新たな係数セット(a,b,c,d,e,f)を作成する(ステップS34)。これによって、モデル関数が更新される。そして、レーベンバーグ・マルカート法による反復計算の実行回数が所定値に達していなければ(ステップS35で「NO」)、ステップS34で更新された直近のモデル関数により示される二次元画素値分布と、実測された二次元画素値分布との差を残差として計算する(ステップS36)。そして、残差が前回の計算で求められた値より小さければ(式1)が収束に近づいていると判断され(ステップS37で「YES」)、1回の計算で係数が大きく変動するのを避けるために、係数hを現在の値の10分の1に減少させた(ステップS38)後でステップS33に戻る。一方、残差が前回の計算で求められた値より大きければ式が収束から遠ざかっていると判断され(ステップS37で「NO」)、係数hを現在の値の10倍に増加させた(ステップS39)後でステップS33に戻る。
【0042】
一方、反復計算の実行回数が所定値に達していれば(ステップS35で「YES」)、ステップS34で更新された直近のモデル関数の係数セット(a,b,c,d,e,f)が最適化されたものであり、これらの係数が代入された(式1)により表されるモデル関数が、実際に取得された二次元画素値分布によくフィティングしていると判断する。そこで、反復計算のループから抜け出し、係数c、dをアライメントマーク像IAの中心座標(xc,yc)として設定し(ステップS40)、中心座標の計測を終了する。
【0043】
図2に戻って説明を続ける。上記のようにしてアライメントマーク像IAの中心座標(xc,yc)が求まると、制御部8はそれらの中心座標(xc,yc)に基づいてアライメントマークARの位置情報を演算し、さらにそれらに基づいて基板2全体の歪み分布を示す歪み分布データを算出する(ステップS4)。また、この歪み分布データに基づいて、制御部8は基板2上に描画されるパターンの設計データを補正し、それによって補正設計データを作成する(ステップS5)。そして、補正後の補正設計データに基づいて、制御部8は、メカ制御部86を介して駆動機構9を駆動させ、基板2上の感光材料にパターンを描画する(ステップS6)。
【0044】
ステップS6において、基板2がステージ4とともに搬送方向に走査されつつ、各描画ヘッド31から空間変調されたレーザ光が基板2へ照射される。1回の走査が完了すると、各描画ヘッド31の位置が幅方向に移動する。その後、基板2が前回の移動とは逆方向に走査されつつ、各描画ヘッド31から空間変調されたレーザ光が基板2へ照射される。
【0045】
描画装置1は、このような主走査を繰り返すことによって、基板2の全体にパターンを描画する。描画が完了すると、基板2は、図示を省略する搬送ロボットによってステージ4からアンローディングされる(ステップS7)。このようにして、基板2上にパターンが形成される。
【0046】
以上のように、第1実施形態では、原画像IMにおけるアライメントマーク像IAの画素値分布を、偏微分可能なモデル関数F(x,y)にてモデル化し、モデル関数F(x,y)に含まれる複数の係数a〜fを最適化法にて決定している。特に複数の係数a〜fのうち係数eは、画素値プロファイルPFのガウス分布からトップハット型分布への推移ならびに等画素値面PLの円形から矩形への推移を表すものであり、当該係数eの変化によってアライメントマーク像IAのボケの度合いをモデル関数F(x,y)にて再現することができる。つまり、原画像IMにおけるアライメントマーク像IAの画素値分布をモデル関数F(x,y)で近似させる際の精度を向上させることができる。その結果、アライメントマーク像IAの中心座標(xc,yc)を高精度に計測することができる。そして、中心座標(xc,yc)を用いて設計データを適正に補正し、その補正設計データに基づいてパターンを描画しているため、所望パターンを高精度に描画することができる。
【0047】
このように第1実施形態においては、CPU81および画像メモリ84がそれぞれ本発明の「演算部」および「画像記憶部」の一例に相当している。また、x座標軸およびy座標軸はそれぞれ本発明の「第1の座標軸」および「第2の座標軸」に相当しており、この点についてはその他の実施形態においても同様である。また、アライメントマーク像IAが本発明の「原画像に含まれる矩形形状の図形」の一例に相当している。
【0048】
図6は、本発明に係る位置計測装置の第2実施形態を装備する板状体の貼合システムの一例を示す平面図である。また、図7図6に示す貼合システムの構成の一部を模式的に示す図である。この貼合システム100は、パターン転写処理に好適なシステムである。このパターン転写処理は、所定のパターンや薄膜を担持するブランケットを基板に押し当てて接触させることによって、上記パターンや薄膜を基板に転写する処理を意味する。図6では、ブランケットを基板の下面に貼り合せて密着体(=ブランケット+基板)を形成する貼合処理を行う貼合システム100が記載されており、パターンや薄膜を担持するブランケットを基板に貼り合わす貼合処理を繰り返して行う。以下、当該貼合処理を行うための具体的な構成および動作を図6ないし図12を参照しつつ説明する。図6および図7において「SB」、「BL」および「CB」はそれぞれ基板、ブランケットおよび密着体を意味するとともに、「SB」、「BL」および「CB」に追加的に付された番号「1」、「2」、「3」はそれぞれ「1枚目」、「2枚目」および「3枚目」であることを意味している。また、以下の説明において、基板、ブランケットおよび密着体をそれぞれ総称する場合には、単に「基板SB」、「ブランケットBL」および「密着体CB」とそれぞれ称する。
【0049】
貼合システム100は、上記貼合処理を実行する貼合装置110と、貼合装置110に供する基板SBを収容する基板ストッカー120と、貼合装置110に供するブランケットBLを収容するブランケットストッカー130と、貼合装置110により形成された密着体CBを収容する密着体ストッカー140とを備えている。本実施形態では、図6に示すように上方からの平面視で、基板ストッカー120と、貼合装置110と、ブランケットストッカー130とが互いにX方向に所定間隔を隔てて配設されている。また、X方向と直交する水平方向Yにおいて密着体ストッカー140がブランケットストッカー130に並設されている。
【0050】
基板ストッカー120と貼合装置110との間には、基板搬送装置150が固定的に配置されている。この基板搬送装置150は、図7に示すように、水平姿勢の基板SBの上面を吸着して保持するハンド151を有しており、当該ハンド151を基板ストッカー120と貼合装置110にアクセスし、それらの間で基板SBを搬送可能となっている。
【0051】
また、貼合装置110とブランケットストッカー130および密着体ストッカー140との間には、ブランケットBLと密着体CBを搬送するための搬送装置(以下「B/C搬送装置」という)160が配置されている。このB/C搬送装置160は次の点で基板搬送装置150と相違している。第1点目として、B/C搬送装置160は、Y方向に移動自在に設けられた本体部(図示省略)と、水平姿勢のブランケットBLを下方側から保持する上ハンド161と、上ハンド161の下側で水平姿勢の密着体CBを下方側から保持する下ハンド162とを有している。上ハンド161および下ハンド162をそれぞれ独立して移動可能となっている。そして上ハンド161はブランケットストッカー130と貼合装置110にアクセスし、それらの間でブランケットBLを搬送可能となっている。また、下ハンド162は密着体ストッカー140と貼合装置110にアクセスし、それらの間で密着体CBを搬送可能となっている。
【0052】
貼合装置110は、図7に示すように、上ステージ111と、下ステージ112と、図示を省略した転写ローラとを備えている。上ステージ111は、基板搬送装置150により搬入されてくる基板SBを受け取って保持する機能を有している。一方、下ステージ112は、B/C搬送装置160の上ハンド161により搬入されてくるブランケットBLを昇降ハンド113で受け取り可能となっている。昇降ハンド113は、ブランケットBLの受け取り後、昇降ハンド113の上端部が下ステージ112と同一高さ位置まで下降する。それに続いて、ブランケットBLの下面周縁部が下ステージ112に当接し、吸着保持される。このように、基板SBおよびブランケットBLがそれぞれ上ステージ111および下ステージ112で保持された状態でローラ部材によりブランケットBLを基板SBに押し付け、その押付状態のままブランケットBLの下面に沿ってX方向に移動する。これによって、ブランケットBLが基板SBに貼り合わされ、密着体CBが形成される。なお、こうして形成された密着体CBは昇降ハンド113により下ステージ112からリフトアップされ、B/C搬送装置160の下ハンド162により貼合装置110から搬出され、密着体ストッカー140に収容される。
【0053】
このようにブランケットBLと基板SBとを精密に貼り合わすために、基板SBおよびブランケットBLのそれぞれに位置基準となるアライメントマークを形成し、これらの位置関係を調整することで、基板SBとブランケットBLとの位置合わせを行う。基板SBおよびブランケットBLはほぼ同一の平面サイズを有する板状体であり、両者を重ね合わせたときに互いに対応する位置に、それぞれアライメントマークが形成される。すなわち、板状の基板SBの中央部には、回路パターン等の所定パターンが形成されて最終的にデバイスとして機能する有効パターン領域が設定される。これに対応するブランケットBLの表面領域がブランケットBLの有効パターン領域である。
【0054】
図8Aは第2実施形態において基板に形成される第1アライメントマークを示し、図8Bは第2実施形態においてブランケットに形成される第2アライメントマークを示す。また、図8Cはこれらのアライメントマークの空間周波数スペクトルを示している。
【0055】
図8Aに示すように、基板SBの角部に近接する領域に第1アライメントマークAR1が形成されており、基板SB全体では、4つの領域に第1アライメントマークAR1が形成されている。各第1アライメントマークAR1は、ピントが合わない状態でも図形が消失しない程度のサイズ、例えば1辺が50μm程度の矩形(この例では正方形)で、四辺に囲まれた内部が一様に塗り潰された中実な図形である。一方、図8Bに示すように、ブランケットBLに形成される第2アライメントマークAR2は、例えば1辺が120μm程度の矩形で内部が繰り抜かれて空白となった環状の中空な図形である。正方形をなす各辺の線幅は例えば10μmであり、したがって内部の正方形の1辺は100μm程度である。そのため重心を共通として第1アライメントマークAR1と第2アライメントマークAR2とを重ね合わせたときに、第1アライメントマークAR1が第2アライメントマークAR2内部の空白部分にすっぽりと収まるような寸法となっている。
【0056】
これらのマークが有する空間周波数成分を比較すると、図8Cに示すように、中実図形である第1アライメントマークAR1が、中空図形である第2アライメントマークAR2よりも多くの低周波成分を含んでいる。つまり、第1アライメントマークAR1の方が、空間周波数のスペクトルが低周波数側に偏っている。このように、第1アライメントマークAR1は低周波図形となり、第2アライメントマークAR2は高周波図形となっている。後述するアライメント動作では、アライメントマークAR1、AR2を図9に示す撮像部180によって撮像し、上記特徴を利用して各アライメントマークAR1、AR2の位置検出を行う。
【0057】
図9は撮像部および制御装置の一部を示す図である。貼合装置110では、同図に示すように、4組の撮像部180が下ステージ112の下方側に配置されている。これらの撮像部180は同一構造であるので、ここではそのうち1つの撮像部180の構成および動作について説明する。
【0058】
上記した第1アライメントマークAR1が形成された基板SBは、上ステージ111の下面にそのアライメントマーク形成面を下向きにして吸着保持されている。一方、第2アライメントマークAR2が形成されたブランケットBLは、下ステージ112にそのアライメントマーク形成面を上向きにして吸着保持されている。したがって、基板SBとブランケットBLとは、それぞれのアライメントマーク形成面同士が互いに対向するように配置される。これにより、鉛直方向(Z方向)における両アライメントマーク間の距離を小さくすることができる。基板SBとブランケットBLとの間の間隔Gsbについては、これをできるだけ小さくすることが望ましいが、装置各部の寸法精度や基板SBおよびブランケットBLの撓み等を考慮すると、基板SBとブランケットBLとの予定しない接触を防ぐためにはある程度離さざるを得ない。ここでは例えば間隔Gsbを300μmとする。
【0059】
ブランケットBL表面上の第2アライメントマークAR2は、下ステージ112に設けられた石英窓112aの直上に配置される。言い換えれば、石英窓112aはブランケットBLの1つのアライメントマーク形成領域の直下位置に設けられている。これと対応する位置に設けられた基板SB側の第1アライメントマークAR1も、石英窓112aに臨む位置に配置される。
【0060】
ブランケットBLは、ガラス板または透明樹脂板の表面に例えばシリコンゴムによる薄い弾性層が形成されたものであり、光透過性を有する。したがって、下ステージ112の下方からは、石英窓112aおよびブランケットBLを介して第1アライメントマークAR1および第2アライメントマークAR2とが同時に見通せる状態となっている。なお、基板に転写すべきパターンおよび第2アライメントマークAR2は、ブランケットBLの弾性層の表面に形成される。すなわち、ブランケットBLの主面のうち、弾性層が形成された側の一方主面が、パターンおよびアライメントマークの形成面となっている。
【0061】
石英窓112aの下方(−Z)には、撮像部180が配置されている。具体的には、石英窓112aの直下位置に、対物レンズ181、ハーフミラー183およびCCDカメラ受光面184がこの順番で配置されている。対物レンズ181の光軸は略鉛直方向と一致しており、該光軸上に石英窓112aおよび受光面184がそれぞれ配置されている。ハーフミラー183には側方から光源182からの光が入射しており、該光はハーフミラー183で反射されて石英窓112aに向けて出射され、石英窓112aを介して第1および第2アライメントマークを照射する。CCDカメラ受光面184は、石英窓112aに臨んで配された第1アライメントマークAR1および第2アライメントマークAR2を同一視野内で一括して撮像する。
【0062】
対物レンズ181、ハーフミラー183、受光面184および光源182は一体的に、駆動機構190によってXY平面に沿った方向および鉛直方向(Z方向)に移動可能となっている。対物レンズ181の前側焦点は、駆動機構190によってブランケットBLのアライメントマーク形成面に合わせられる。一方、後側焦点は予めCCDカメラ受光面184に合わせられている。このため、CCDカメラ受光面184には、ブランケットBLに形成された第2アライメントマークAR2にピントが合った(焦点内の)光学像が結像される。一方、第1アライメントマークAR1はジャストフォーカスから外れてボケ状態で撮像される。そして、同一視野内にジャストフォーカス状態の第2アライメントマークAR2とボケ状態の第1アライメントマークAR1とを含む原画像IMa(後で説明する図12中の(a)欄参照)に対応する画像信号が制御装置170に送られる。
【0063】
この画像信号は制御装置170に設けられたADコンバータ(A/D)173に入力されてデジタル画像データに変換される。CPU171は、受信した画像データに基づき適宜画像処理を実行する。制御装置170はさらに、画像データを記憶保存するための画像メモリ174と、CPU171が実行すべきプログラムやCPU171により生成されるデータ等を記憶保存するためのメモリ175とを有しているが、これらは一体のものであってもよい。また、CPU171は、メモリ175に記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する各種の演算処理を行うことにより、貼合動作を制御する。
【0064】
図10図6に示す貼合システムによる貼合動作を示すフローチャートである。また、図11は貼合動作中に行われるアライメントマークの中心座標の計測動作を示すフローチャートである。さらに、図12は貼合動作中に画像メモリに保存される画像群を示す図である。貼合システム100では、表面にパターン層を担持したブランケットBLが複数枚、ブランケットストッカー130に収容されるとともに、上記パターン層を転写する前の未処理基板SBが複数枚、基板ストッカー120に収容されている。そして、制御装置170に対して貼合処理の開始指令が与えられると、制御装置170は貼合装置110、基板搬送装置150およびB/C搬送装置160を制御して以下の工程を実行する。
【0065】
基板搬送装置150のハンド151が基板ストッカー120にアクセスして1枚目の基板SB1を基板ストッカー120から取り出す(ステップS151)とともにB/C搬送装置160の上ハンド161がブランケットストッカー130にアクセスして1枚目のブランケットBL1をブランケットストッカー130から取り出す(ステップS161)。
【0066】
そして、貼合装置110への基板SB1の搬入(ステップS152)を実行する。すなわち、ハンド151は基板SB1の被パターン転写面(第1アライメントマークAR1が設けられた面)を下方に向けた状態で基板SB1を保持しながら(+X)方向に移動して基板SB1を貼合装置110に搬入して上ステージ111の下方位置に位置決めする。それに続いて、上ステージ111が当該基板SB1を受け取り保持する。こうして、基板SB1の基板搬入工程が完了し、ハンド151は(−X)方向に戻って次の基板SB2の取出工程に備える。
【0067】
また、基板SB1の基板搬入工程と同時に、上ハンド161が基板SB1に転写すべきパターン層(図示省略)を担持する面(第2アライメントマークAR2が設けられた面)を上方に向けた状態でブランケットBL1を保持しながら(−X)方向に移動して貼合装置110に搬入して当該ブランケットBL1を昇降ハンド113の上端部に移載する。それに続いて、ブランケットBL1を下方から支持した状態のまま昇降ハンド113は下降してブランケットBL1を下ステージ112上に移載する。それに続いて、下ステージ112が当該ブランケットBL1を保持する。なお、上記したように本実施形態では、基板搬入工程とブランケット搬入工程とを同時実行している(図3参照)が、両者を前後して行うように構成してもよいし、両者が部分的に重複するように構成してもよい。
【0068】
こうして基板SB1に設けられた第1アライメントマークAR1とブランケットBL1に設けられた第2アライメントマークAR2とが上下方向Zにおいて互いに対向した状態となると、制御装置170は駆動機構190を制御して対物レンズ181の前側焦点をブランケットBLのアライメントマーク形成面に合わせる。そして、制御装置170は撮像部180によって同一視野内でボケ状態の第1アライメントマークAR1とジャストフォーカス状態の第2アライメントマークAR2とを含む原画像IMaを取得する(ステップS111)。こうして取得された原画像IMaの一例が例えば図12の(a)欄に示すものであり、第1アライメントマークAR1のマーク像I1はぼけて円形形状となっているのに対し、第2アライメントマークAR2のマーク像I2は第2アライメントマークAR2の形状をそのままクリアに反映した形状を有している。このようなマーク像I1、I2および周辺像を含む原画像IMaの画像データは画像メモリ174に保存される。そして、マーク像I1、I2の中心座標を計測する(ステップS112)。以下、図11および図12を参照しつつ中心座標の計測について説明する。
【0069】
原画像IMaには、2種類のマーク像I1、I2が含まれているが、第2アライメントマークAR2はピントが合った状態で撮像されるため、従来から周知の画像処理によって第2アライメントマークAR2のマーク像I2を抽出することが可能である。例えば、原画像IMa内の各位置の画素値を所定の閾値で二値化することでマーク像I2のうち第2アライメントマークAR2のエッジ部に相当するエッジ画像を抽出することができる。特に、第2アライメントマークAR2の外形寸法や線幅などの特徴が予めわかっていることから、それらの特徴に特化した画像処理を適用することができる。そして、こうして抽出された高周波成分を含むマーク像I2に基づいて原画像IMaに対してマスク処理することでマーク像I1のみを含むマスク済画像IMbを取得する(ステップS112a)。
【0070】
このマスク済画像IMbには、低周波図形のマーク像I1のみがボケ状態で含まれていることから第1実施形態の中心座標の計測工程(ステップS3)をそのまま利用してマスク済画像IMbに含まれるマーク像I1の中心座標をそれぞれ計測する(ステップS112b)。すなわち、マスク済画像IMbにおけるマーク像I1の画素値分布を、偏微分可能なモデル関数F(x,y)にてモデル化し、モデル関数F(x,y)に含まれる複数の係数a〜fを最適化法にて決定することでマーク像I1の中心座標を計測する。
【0071】
また、係数a〜fの決定に基づきモデル関数F(x,y)が確定するため、当該モデル関数F(x,y)によりマスク済画像IMbを近似的に再現した画像(以下「関数近似画像」という)IMcを取得する(ステップS112c)。その一例が図12の(c)欄に示す画像である。この関数近似画像IMcでは、上記マスク処理(ステップS112a)により欠けた部分(第1アライメントマークAR1と第2アライメントマークAR2とが重なって撮像された部分)の画素についてもモデル関数F(x,y)によりマーク像I1の画素値が再現されている。つまり、関数近似画像IMcは、第2アライメントマークAR2にピントを合わせた状態で第1アライメントマークAR1のみを撮像部180によって撮像したときの画像と近似したものとなっている。
【0072】
次のステップS112dでは、原画像IMaと関数近似画像IMcとの差分画像IMdを取得する。この差分画像IMdでは、低周波図形のマーク像I1が取り除かれ、高周波図形のマーク像I2のみが含まれる。つまり、差分画像IMdは、第2アライメントマークAR2にピントを合わせた状態で第2アライメントマークAR2のみを撮像部180によって撮像したときの画像と近似したものとなっている。そして、差分画像IMdからマーク像I2の中心座標を従来より周知の画像処理によって計測する(ステップS112e)。例えば上記したと同様に2値化処理とエッジ処理とによりマーク像I2のエッジ部分を抽出し、これから第2アライメントマークAR2の輪郭を推定してその重心の位置を中心座標として求めることができる。
【0073】
図10に戻って貼合システム100における各装置110、150,160の動作説明を続ける。上記のようにしてマーク像I1、I2の中心座標が求まると、それらに基づいて制御装置170はブランケットBL1と基板SB1との位置合せを行う(ステップS113:アライメント処理)。それに続いて、制御装置170は貼合装置110に貼合指令を与えて貼合装置110のローラ部材(図示省略)によりブランケットBL1を基板SB1に押し付け、これによってパターン層を介してブランケットBL1と基板SB1とを貼り合せて1枚目の密着体CB1を形成する(ステップS114:貼合工程)。
【0074】
上記貼合工程を行っている間に、2枚目の基板SB2についての基板取出工程(ステップS153)と2枚目のブランケットBL2についてもブランケット取出工程(ステップS163)とを並行して行う。また、上記貼合工程が完了すると、B/C搬送装置160は密着体CB1を貼合装置110から搬出する工程(ステップS164:密着体搬出工程)と、2枚目のブランケットBL2についてブランケット搬入工程(ステップS165)とをこの順序で実行する。一方、B/C搬送装置160により密着体搬出工程およびブランケット搬入工程をシリアルに行っている期間の間に、基板搬送装置150は2枚目の基板SB2について基板搬入工程を実行する(ステップS154)。
【0075】
なお、貼合工程の完了後に昇降ハンド113が上昇して下ステージ112から1枚目の密着体CB1を受け取る。そして、B/C搬送装置160の下ハンド162は(−X)方向に移動して貼合装置110の昇降ハンド113から1枚目の密着体CB1を受け取った後に、貼合装置110から(+X)方向に移動する。なお、当該下ハンド162の移動動作中、上ハンド161は貼合装置110から(+X)方向に離れた位置で2枚目のブランケットBL2を保持しながら待機しているが、貼合装置110へのブランケットBL2の搬入が可能となると、1枚目の密着体CB1の搬出に続いてブランケット搬入処理を行う。
【0076】
一方、基板搬送装置150のハンド151は、上記1枚目の密着体CB1の搬出処理と2枚目のブランケットBL2の搬入処理とのうち少なくとも一方の一部を時間的に重複しながら2枚目の基板SB2の搬入処理を行う。そして、上記と同様の処理が繰り返される。
【0077】
以上のように、第2実施形態では、原画像IMaから高周波図形であるマーク像I2を取り除いた画像(マスク済画像)IMbを取得するとともに、当該画像IMb中のマーク像I1の画素値分布を、第1実施形態と同様に、偏微分可能なモデル関数F(x,y)にてモデル化し、モデル関数F(x,y)に含まれる複数の係数a〜fを最適化法にて決定しているため、マーク像I1の中心座標(xc,yc)を高精度に計測することができる。
【0078】
また、係数a〜fが決定されたモデル関数F(x,y)により関数近似画像IMcを取得するとともに、当該関数近似画像IMcと原画像IMaとの差分画像IMdを作成し、その差分画像IMdからマーク像I2の中心座標を計測している。このようにボケ状態のマーク像I1を含みながらもマーク像I2の中心座標を高精度に計測することが可能となっている。
【0079】
また、このように2種類のマーク像I1、I2の中心座標を正確に計測することができるため、ブランケットBLと基板SBとの位置合せを高精度に行うことができる。その結果、貼合処理を良好に行うことができる。
【0080】
このように第2実施形態においては、CPU171および画像メモリ174がそれぞれ本発明の「演算部」および「画像記憶部」の一例に相当している。また、マーク像I1は本発明の「原画像に含まれる矩形形状の図形」および「第1マーク像」の一例に相当している。また、マーク像I2は本発明の「第2マーク像」の一例に相当している。
【0081】
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実施形態および第2実施形態では、いずれも(式1)に記載のモデル関数を用いているが、モデル関数はこれに限定されるものではない。例えば(式14)のモデル関数を用いてもよい。
【0082】
【数8】
【0083】
また、上記実施形態では、x座標軸およびy座標軸における長さが等しいという条件、例えばアライメントマークAR、AR1は正方形であるという条件でモデル化しているが、(式15)のモデル関数を用いることでx座標軸およびy座標軸における長さが互いに異なっている場合についても中心座標を正確に求めることができる。
【0084】
【数9】
【0085】
なお、(式15)中の係数bはx座標軸における図形の径または辺長を表し、係数gはy座標軸における図形の径または辺長を表している。
【0086】
また、上記実施形態では、レーベンバーグ・マルカート法による最適化処理によって各係数を決定しているが、最適化法としてガウス・ニュートン法を用いてもよい。ガウス・ニュートン法を用いた場合も、基本的にはレーベンバーグ・マルカート法と同様にモデル関数によりモデル化された線分図形の画像値分布が実際の画素値分布に最も精度良くフィットする場合の係数が反復計算により求められる。当該反復計算では、モデル関数により示される一次元画素値分布と、実測された二次元画素値分布との差の二乗を原画像IMのx座標軸上について合計した値(すなわち、残差の平方和)が最小値に収束するように、各係数を変更しつつ残差の平方和が繰り返し計算される。
【0087】
また、上記第1実施形態では、本発明を描画装置1に適用し、第2実施形態では貼合システム100に適用しているが、本発明の適用対象はこれらに限定されるものではなく、対象部に設けられた矩形形状の図形の中心座標を利用する装置全般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【0088】
本発明は、矩形形状の図形を含む対象物を撮像して得られる二次元の原画像から上記図形の中心座標を計測する位置計測技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【0089】
AR…アライメントマーク
AR1…第1アライメントマーク
AR2…第2アライメントマーク
BL,BL1,BL2…ブランケット(対象物)
I1…(第2アライメントマークの)マーク像
I2…(第2アライメントマークの)マーク像
IA…アライメントマーク像
IM,IMa…原画像
IMb…マスク済画像
IMc…関数近似画像
IMd…差分画像
L…等画素値線
SB…基板(対象物)
PF…画素値プロファイル
PL…等画素値面
図1
図2
図3
図4
図5A
図5B
図6
図7
図8A
図8B
図8C
図9
図10
図11
図12