(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース平面内を直線的に走査する光を用いて、このベース平面に搭載された長方形または正方形からなる測定対象物のベース平面での中心を検出する測定対象物の中心位置検出方法であって、
上記長方形または正方形の縦辺についてその一辺上にＹ成分の方向に互いにδだけ乖離した２点Ｘ２、Ｘ３とその他辺上の１点Ｘ１とを求める工程と、
上記一辺の２点Ｘ２、Ｘ３からベース平面に設けた基準線に対する縦辺の傾きα１を求める工程と、
上記長方形または正方形の横辺についてその一辺上にＸ成分の方向に互いにδだけ乖離した２点Ｙ２、Ｙ３とその他辺上の１点Ｙ１とを求める工程と、
上記一辺の２点Ｙ２、Ｙ３から基準線からの傾きβ１を求める工程と、
上記縦辺の３点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３および上記横辺の３点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３と予め設定しておいた基準点の座標（ＸＶ１、ＹＶ１）により、次式に基づいて上記測定対象物の中心（ＸＣ１、ＹＣ１）を算出する工程と、を含む測定対象物の中心位置検出方法。
ＸＣ１＝（Ｙ１＋Ｙ２−２ＹＶ１＋δ＋α１Ｘ１＋α１Ｘ２−２β１ＸＶ１＋β１δ）／２（α１−β１）
ＹＣ１＝（α１Ｙ１＋α１Ｙ２−２β１ＹＶ１＋β１δ＋α１β１Ｘ１＋α１β１Ｘ２−２α１β１ＸＶ１＋α１β１δ）／２（α１−β１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板に設けられた測定対象物の中心位置検出方法、詳しくは基板または位置決め用マークの位置合わせ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板には、位置合わせの基準点として２つの位置決め用マーク（以下、第１の原点マーク、第２の原点マークと称する）が印刷されている。第１の原点マークおよび第２の原点マークは、四角形の形状を有している。これらの位置決め用マークの画像をＣＣＤにより取り込み、そして、このＣＣＤの画像から基板の配置の角度や位置決め用マークの位置を検出するのが一般的である。
例えば、特許文献１に記載の通り、基板上に設けられた第１の原点マークおよび第２の原点マークの位置にそれぞれ配置されたＣＣＤカメラにより、これらの位置決め用マークの画像を取り込む。次いで、これらの位置決め用マークの画像を２値化処理する。この後、２値化された位置決め用マークのデータからマークの輪郭を抽出し、各輪郭の全長を求める。次に、これらの長さが所定の許容範囲に収まる輪郭を基準パターンとして選出する。そして、この基準パターンの加重平均により、パターンの中心の位置（座標）を検出する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の方法にあっては、位置決め用マークの画像を取り込むＣＣＤカメラが必要である。
また、ＣＣＤカメラの場合は、このＣＣＤで取り込んだ画像データを２値処理化したり、加重平均化したりするなどの複雑な演算処理が必要である。
さらに、ＣＣＤカメラなどを用いる場合、初期設定時には測定対象物を撮像するための位置合わせなどが必要であり、しかもその位置合わせの精度も求められる。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、原点マークの中心を求めるのに、位置決め用マークの画像取り込むＣＣＤカメラが不要であり、また、複雑な演算処理が不要である測定対象物の中心位置検出方法を提供することを目的とする。
さらに、ＣＣＤカメラを用いた場合の測定対象物の位置合わせが不要な測定対象物の中心位置検出方法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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、ベース平面内を直線的に走査する光を用いて、このベース平面に搭載された長方形または正方形からなる測定対象物のベース平面での中心を検出する測定対象物の中心位置検出方法であって、上記長方形または正方形の縦辺についてその一辺上の２点Ｘ２、Ｘ３とその他辺上の１点Ｘ１とを求める工程と、上記一辺の２点Ｘ２、Ｘ３間のＹ成分の長さδを求める工程と、上記一辺の２点Ｘ２、Ｘ３からベース平面に設けた基準線に対する縦辺の傾きα１を求める工程と、上記長方形または正方形の横辺についてその一辺上の２点Ｙ２、Ｙ３とその他辺上の１点Ｙ１とを求める工程と、上記一辺の２点Ｙ２、Ｙ３間のＸ成分の長さδを求める工程と、上記一辺の２点Ｙ２、Ｙ３から基準線からの傾きβ１を求める工程と、上記縦辺の３点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３および上記横辺の３点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３と予め設定しておいた基準点の座標（ＸＶ１、ＹＶ１）により、次式に基づいて上記測定対象物の中心（ＸＣ１、ＹＣ１）を算出する工程と、を含む測定対象物の中心位置検出方法である。
ＸＣ１＝（Ｙ１＋Ｙ２−２ＹＶ１＋δ＋α１Ｘ１＋α１Ｘ２−２β１ＸＶ１＋β１δ）／２（α１−β１）
ＹＣ１＝（α１Ｙ１＋α１Ｙ２−２β１ＹＶ１＋β１δ＋α１β１Ｘ１＋α１β１Ｘ２−２α１β１ＸＶ１＋α１β１δ）／２（α１−β１）
【０００７】
四辺を有する測定対象物は限定されず、例えば、基板でもよいし、基板上に印刷された位置合わせ用マークでもよい。
また、ベース平面も限定されない。測定対象物が基板の場合は、基板を載置する机（ステージ）などがベース平面となる。または、測定対象物が基板に設けられた原点マークの場合は、その基板がベース平面となる。基板は、例えば、半導体チップでもよいし、液晶ディスプレイに使用されるガラス基板でもよい。さらに、測定対象物の長方形または正方形の縦辺および横辺の長さも限定されない。
測定対象物の材質は、ベース平面の反射率が低い場合には、銀、アルミニウム、金、銅、ロジウムおよびその化合物などが好適である。ベース平面の反射率が高い場合は、クロムやその化合物および有機膜等が好適である。
縦辺および横辺の３点を求める手段は、光を照射することにより求められる。光は、例えば、発光ダイオードでもよいし、半導体レーザでもよい。またはＸ線を用いてもよい。上記光の輝度（反射光）を検出する検出手段は限定されず、例えば、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）やＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）などが用いられる。
最初に縦辺の３点について求めて、この後、横辺の３点について求めてもよいし、または、横辺について求めてから、縦辺について求めてもよい。
四辺形の中心は、重心でもよいし、図心でもよい。
【０００８】
請求項１に記載の測定対象物の中心位置検出方法にあっては、まず、長方形または正方形からなる測定対象物に光を照射し、縦辺について、互いに規定長さ離れた一辺上の２点と他辺の１点との３点を求める。次いで、この縦辺の一辺の２点から基準線からの傾きを求める。さらに、測定対象物と走査線の交点を基に、走査方向に対する２点間の距離を求める。次に、横辺について、上記縦辺と同様に３点について求めて傾きなどを求める。これにより、上記縦辺の傾きと２点間の距離（Ｙ成分の距離）および上記横辺の傾きと２点間の距離（Ｘ成分の距離）により、測定対象物の中心を算出することができる。そして、ベース平面に配置した２つの測定対象物の中心と、誤差がない場合の基準位置とを比較することで、基準軸に対する基板のずれ（回転誤差）を求めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、長方形または正方形からなる測定対象物に、光を照射する。この照射により、縦辺について、互いに規定長さ離れた一辺上の２点と他辺の１点との３点を求める。次いで、この縦辺の一辺の２点から基準線からの傾きを求める。さらに、測定対象物と走査線の交点を基に、走査方向に対する２点間の距離を求める。次に、横辺について、上記縦辺と同様に３点について傾きなどを求める。これにより、上記縦辺の傾きと２点間の距離（Ｙ成分の距離）および上記横辺の傾きと２点間の距離（Ｘ成分の距離）により、測定対象物の中心位置を算出することができる。円形を有する測定対象物に対しても数点を求めることにより中心位置を算出することができる。
そして、ベース平面に配置した２つの測定対象物の中心と、誤差がない場合の基準位置とを比較することにより、基準軸に対する基板のずれ（回転誤差）を求めることができる。よって、従来のＣＣＤカメラによる複雑な演算処理が不要である。また、ＣＣＤカメラのような位置合わせする必要がなく、しかも、位置合わせ精度も求められることもない。
【実施例１】
【００１０】
以下、この発明に係る実施例１を、図１〜図５を参照して説明する。
まず、測定対象物の中心位置検出装置について説明する。
図１に示すように、本実施例に関わる位置検出装置は、ステージ１４上にＸ軸方向に３本の支持部材１５が設けられる。そして、この３本の支持部材１５の上に、Ｘ軸方向に往復動するＸステージ１が配設される。このＸステージ１の側部には、Ｘステージ１の移動距離（Ｘ軸）を測定する第１のリニアスケール２が配設されている。
上記Ｘステージ１の上には、Ｙ軸方向に２本の支持部材１６が配設され、この支持部材１６の上にＹ軸方向に往復動自在なＹステージ３が設けられる。また、このＹステージ３の側部には、Ｙステージ３の移動距離（Ｙ軸）を測定する第２のリニアスケール４が配設されている。
そして、上記Ｙステージ３上に基板７が搭載される。この基板７には、対角にそれぞれ測定対象物である四辺形を有する位置決め用マーク（第１の原点マーク５および第２の原点マーク６）が配設されている。これにより、基板７は、Ｘステージ１およびＹステージ３により、Ｘ軸またはＹ軸方向に往復動可能に搭載される。
また、基板７の上方には輝度検出器８が設けられる。この輝度検出器８には、発光ダイオードにより光を照射する照射部１０と、上記発光ダイオードの反射光を受光する受光部９が設けられている。そして、Ｘステージ１とＹステージ３とを往復動させるＸＹステージ用コントローラ１２が設けられている。また、輝度検出器８に連結され、上記受光部９が受光した光の輝度を検出する輝度検出器コントローラ１１が配設されている。さらに、ＸＹステージ用コントローラ１２と輝度検出器コントローラ１１とに演算装置１３が通信線を介して接続されている。
【００１１】
次に、上記位置検出装置を用いて四辺形の中心を求める位置検出方法を説明する。
図１に示すように、まず、基板７をＹステージ３の上に載置する。次いで、照射部１０の発光ダイオードの光は、ＸＹステージをＸＹ方向に往復動することにより、第１の原点マーク５および第２の原点マーク６の上方で走査することになる。そして、輝度検出器８の受光部９により、発光ダイオードの反射光の輝度を測定する。受光部９により測定された反射光の輝度は、アナログ信号として測定される。そして、このアナログ信号は、輝度検出器コントローラ１１の方に送信される。次に、輝度検出器コントローラ１１は、受光部９が測定した光のアナログ信号を増幅した後、この増幅したアナログ信号を、通信線を介して上記演算装置１３に送信する。そして、この演算装置１３において、送信されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、このデジタル信号によりベース（Ｙステージ３）の輝度と基板７の輝度との差の判定を行う。
一方、演算装置１３には、ＸＹステージ用コントローラ１２を介して、Ｘステージ１の第１のリニアスケール２およびＹステージ３の第２のリニアスケール４の位置信号が随時送信される。したがって、この位置信号と、上記ベース基板７の輝度、第１の原点マーク５および第２の原点マーク６の輝度の差とにより、交点を求めることができる。そして、この交点は、演算装置１３に交点座標の値として登録される。そして、演算装置１３は、この登録された上記値を用い、格納された演算式に基づいて、原点マークの中心を算出する。この後、第１の原点マーク５と第２の原点マーク６との中心を用いて、基板７の回転方向の誤差量を算出する。算出された誤差量は、補正値として演算装置１３からＸＹステージ用コントローラ１２へフィードバックされる。そして、取り付け時などに発生する基板７の回転誤差をキャンセル（補正）することができる。
【００１２】
次に、基板７の上に印刷された原点マークであって、この原点マークの中心を検出する第１の方法について説明する。図２は、対角に第１の原点マーク５と第２の原点マーク６それぞれ印刷された基板７であり、描画するパターンデータの座標に対して位置長のない状態を点線で示している。すなわち、点線で示した原点マークの中心は設計値と一致することになる。しかしながら、実際には、基板の形状誤差や取り付け誤差により実線で示すように第１の原点マーク５と第２の原点マーク６は設計値に対して回転誤差が生じてしまう。回転誤差はθｅが生じてしまう。
この検出法はこのような回転誤差を検出し、描画データへフィードバックすることで基板上の所望の場所に正確にパターンを生成することを目的としている。
この検出方法の特徴は、設計データを基準値として使用して実際の原点マークの座標の検出および算出を行う点にある。すなわち、設計上の第１の原点マークの中心（ＸＶ１、ＹＶ１）を基準にして実際の第１のマーク上の点を必要な点を検出して実際のマークの中心（ＸＣ１、ＹＣ１）を算出し、設計上の第２の原点マークの中心（ＸＶ２、ＹＶ２）を基準にして実際の第２のマーク上の点を必要な点を検出して実際のマークの中心（ＸＣ２、ＹＣ２）を算出する。
図３は、原点マークが回転方向のみに誤差を有するときの原点マークの中心を検出する検出方法を示したものである。回転誤差は、原点マークにも内包されている。このため、原点マークの中心を割り出すためには、原点マーク自身の傾きを考慮しなければならない。実際には、まず線分ＡＢの傾きを求めた後、Ｘ軸方向スキャン時に原点マークと交わった線分ＥＦの中点Ｇから線分ＡＢと平行に線を引く。今度は同様にして線分ＡＤの傾きを求めた後、Ｙ軸方向にスキャン時に原点マークと交わった線分ＨＩの中点Ｊから線分ＡＤと平行に線を引くと、その交点が原点マークの中心座標（ＸＣ、ＹＣ）となる。
【００１３】
次に回転誤差を有する基板７の中心を検出する具体的な手順と算出方法について説明する。
ここでは、交点の検出において、原点マークの外側から内側へ向かってＸ軸方向に検出器を走査させているが、原点マークの内側から外側へ向かって走査しても同様の結果が得られる。発光ダイオードの光を、Ｙ＝ＹＶ１−δ／２の直線に沿って第１の原点マーク５に照射して、Ｐ１、Ｐ２を検出し、Ｙ＝ＹＶ１＋δ／２の直線に沿って第１の原点マーク５に照射して、Ｐ３を検出する。得られた交点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のＸ座標をそれぞれ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、とする。なお、Ｙ軸方向に対するＸ２とＸ３の変位量はδとなる。これにより、Ｘ軸に対する第１の原点マーク５の傾きα１を算出することができる。
α１＝δ／（Ｘ３−Ｘ２）
同様にして、第１の原点マーク５の外側から内側へ向かってＸ＝ＸＶ１−δ／２の直線に沿って検出器を走査させてＰ４、Ｐ５を検出し、Ｘ＝ＸＶ１＋δ／２の直線に沿って検出器を走査させてＰ４、Ｐ５を検出する。得られた交点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６のＹ座標をそれぞれ、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とする。なお、Ｘ軸方向に対するＹ２とＹ３の変位量はδとなる。これにより、Ｙ軸に対する第１の原点マーク５の傾きβ１を算出することができる。
β１＝δ／（Ｙ３−Ｙ２）
次に、線分Ｐ１Ｐ２の中点を通り、傾きα１の直線と線分Ｐ４Ｐ５の中点を通り、傾きβ１の直線を連立させることで、第１の原点マーク５の中心を算出する。
線分Ｐ１Ｐ２の中点（Ｘｍ、Ｙｍ）は、次式のようになる。
Ｘｍ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２
Ｙｍ＝ＹＶ１−δ／２
よって、傾きα１で（Ｘｍ、Ｙｍ）を通る直線は次式のようになる。
ｙ＝α１ｘ＋ＹＶ１−δ／２−α１（Ｘ１＋Ｘ２）／２−−−（１）
同様にして、線分Ｐ４Ｐ５の中点（Ｘｎ、Ｙｎ）は、次式のようになる。
Ｘｎ＝ＸＶ１−δ／２
Ｙｎ＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２
よって、傾きβ１で（Ｘｎ、Ｙｎ）を通る直線は次式のようになる。
ｙ＝β１ｘ＋（Ｙ１＋Ｙ２）／２−β１ＸＶ１＋β１δ／２−−−（２）
したがって、交点の座標と傾きを用いると第１の原点マークの中心座標（ＸＣ１、ＹＣ１）は（１）式と（２）式を連立させると、以下のようにして求められる。
ＸＣ１＝（Ｙ１＋Ｙ２−２ＹＶ１＋δ＋α１Ｘ１＋α１Ｘ２−２β１ＸＶ１＋β１δ）／２（α１−β１）
ＹＣ１＝（α１Ｙ１＋α１Ｙ２−２β１ＹＶ１＋β１δ＋α１β１Ｘ１＋α１β１Ｘ２−２α１β１ＸＶ１＋α１β１δ）／２（α１−β１）
【００１４】
次に、第２の原点マーク６に対しても同様にして求める。第２の原点マーク６の外側から内側へ向かってＹ＝ＹＶ２−δ／２およびＹ＝ＹＶ２＋δ／２に沿って検出器を走査させて、得られた交点Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９のＸ座標をそれぞれ、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６とすると、以下の式によりＸ軸に対する第２の原点マーク６の傾きα２を算出することができる。
α２＝δ／（Ｘ６−Ｘ５）
同様にして、第２の原点マーク６の外側から内側へ向かってＸ＝ＸＶ２−δ／２およびＸ＝ＸＶ２＋δ／２に沿って検出器を走査させて、得られた交点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２のＹ座標をＹ４、Ｙ５、Ｙ６とすると、以下の式によりＹ軸に対する第２の原点マーク６の傾きβ２を算出することができる。
β２＝δ／（Ｙ６−Ｙ５）
【００１５】
次に、線分Ｐ７Ｐ８の中点を通り、傾きα２の直線と線分Ｐ１０Ｐ１１の中点を通り、傾きβ２の直線を連立させることで、第２の原点マーク６の中心を算出する。
線分Ｐ７Ｐ８の中点（Ｘｐ、Ｙｐ）は、次式のようになる。
Ｘｐ＝（Ｘ４＋Ｘ５）／２
Ｙｐ＝ＹＶ２−δ／２
よって、傾きα２で（Ｘｐ、Ｙｐ）を通る直線は次式のようになる。
ｙ＝α２ｘ＋ＹＶ２−δ／２−α２（Ｘ４＋Ｘ５）／２−−−（３）
同様にして、線分Ｐ１０Ｐ１１の中点（Ｘｑ、Ｙｑ）は、次式のようになる。
Ｘｑ＝ＸＶ１−δ／２
Ｙｑ＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２
よって、傾きβ１で（Ｘｑ、Ｙｑ）を通る直線は次式のようになる。
ｙ＝β２ｘ＋（Ｙ４＋Ｙ５）／２−β１ＸＶ１＋β１δ／２−−−（４）
したがって、交点の座標と傾きを用いると第２の原点マーク６中心座標（ＸＣ２、ＹＣ２）は（３）式と（４）式を連立させると、以下のようにして求められる。
ＸＣ２＝（Ｙ４＋Ｙ５−２ＹＶ２＋δ＋α２Ｘ４＋α２Ｘ５−２β２ＸＶ２＋β２δ）／２（α２−β２）
ＹＣ２＝（α２Ｙ４＋α２Ｙ５−２β２ＹＶ２＋β２δ＋α２β２Ｘ４＋α２β２Ｘ５−２α２β２ＸＶ２＋α２β２δ）／２（α２−β２）
以上により、基板７の回転方向の誤差をθｅとすると、
θｅ＝−（ｔａｎ−１（ＸＣ１−ＸＣ２）／（ＹＣ１−ＹＣ２）−ｔａｎ−１（ＸＶ１−ＸＶ２）／（ＹＶ１−ＹＶ２））
により算出することができる（時計まわりを正とした場合）。
【００１６】
図５は、本発明を用いて実機計測した結果を示したグラフである。照射装置として、半導体レーザ、受光素子として、ＰＳＤを用いてガラス基板７に蒸着、パターニングした５ｍｍ角のアルミ薄膜の輝度信号を取り込み、位置検出器（リニアスケール）が搭載されたＸＹステージと連動させて第１の原点マーク５の輪郭線と走査線の交点の座標を検出したときのばらつきを示したものである。４０回の測定の結果、すべて±１μｍ以内に入っていることがわかった。また、回転誤差の検出に関しては、実測によって既知の回転誤差を有した基板７を用いて本発明により計測、計算したところ、小数点以下２桁の有効桁数で算出された値は５．６７ｄｅｇとなり、設定値の５．６７ｄｅｇに対する誤差は０．０１ｄｅｇ以下であることがわかった。
【実施例２】
【００１７】
次に、基板７の上に印刷された円形の原点マークであって、この原点マークの中心を検出する第１の方法について説明する。本実施例では、半径Ｒが判明している第１の原点マーク５および第２の原点マーク６を検出することにより、これらの中心位置を求める方法である。
図６は、第１の原点マーク５と第２の原点マーク６とがそれぞれ対角に印刷されており、回転誤差がない基板および回転誤差がある基板をそれぞれ示す平面図である。この回転誤差のない基板７の第１の原点マーク５の中心座標を（ＸＶ１、ＹＶ１）とし、第２の原点マーク６の中心座標を（ＸＶ２、ＹＶ２）とする。一方、回転誤差のある基板７の第１の原点マーク５の中心座標を（ＸＣ１、ＹＣ１）とし、第２の原点マーク６の中心座標を（ＸＣ２、ＹＣ２）とする。
図７は、この実施例に基づく、円形の原点マークの中心を検出するための照射光の走査経路を示す平面図である。図７に示すように、まず、照射光を第１の原点マーク５の設計値に基づき、スタート位置に仮位置決めする。次いで、光を−Ｙ方向に走査して、円周上の点Ｐ１３を検出する。点Ｐ１３を検出した後、所定距離−Ｙ方向に走査を進める。次に、走査方向を９０度変えて、＋Ｘ方向に光を走査する。そして、円周上の点Ｐ１４を検出する。このように光をＬ字に走査させることにより得られた円周上の点Ｐ１３および点Ｐ１４の座標をそれぞれ（Ｘ１３、Ｙ１３）、（Ｘ１４、Ｙ１４）とする。また、第１の原点マーク５の半径をＲとする。
ここで、図９に示すように、照射光の走査により得られた２点Ｐ１３（Ｘ１３、Ｙ１３）、Ｐ１４（Ｘ１４、Ｙ１４）間を結ぶ線を引く。そして、この線の中点をＭとし、第１の原点マーク５の中心Ｏと結ぶ線分ＯＭを引く。これにより、ＭＯＰ１４の直角三角形が形成され、ＭＯＰ１４で形成される角度をγとする。また、線分Ｐ１３Ｐ１４の１／２の長さをａとする。すると、線分ＯＭの長さは以下の式で求められる。
【数１】
0003680861.tif 000002
次に、図１０に示すように、２点Ｐ１３（Ｘ１３、Ｙ１３）、Ｐ１４（Ｘ１４、Ｙ１４）間の中点ＭからＹ軸と平行に線を引き、中心ＯからＸ軸に引いた線との交点をＮとする。これによりＯＭＮの直角三角形が形成される。ＯＭＮで形成される角度をθとすると、線分ＯＮの長さは以下の式で求められる。
【数２】
0003680861.tif 000003
また、線分ＭＮの長さは以下の式で求められる。
【数３】
0003680861.tif 000004
２点Ｐ１３（Ｘ１３、Ｙ１３）、Ｐ１４（Ｘ１４、Ｙ１４）は、中心Ｏに対してＸＹの正方向に存在している。これにより、第１の原点マーク５の中心の座標（ＸＣ１、ＹＣ１）は、それぞれ、次式により算出することができる。
ＸＣ１＝（Ｘ１３＋Ｘ１４）／２−ＯＮ
ＹＣ１＝（Ｙ１３＋Ｙ１４）／２−ＭＮ
以上の結果、第１の原点マーク５の中心の座標（ＸＣ１、ＹＣ１）は、
【数４】
0003680861.tif 000005
【００１８】
図８は、上記図７とは異なる走査経路を示す平面図である。まず、光を−Ｙ方向に走査して点Ｐ１５を検出し、この後、所定距離−Ｙ方向へ走査を進めるまでは図８と同様である。その後、走査方向を９０度変えて−Ｘ方向へ光を走査し、点Ｐ１６を検出する。このように光を逆Ｌ字に走査させることにより得られた円周上の点Ｐ１５および点Ｐ１６の座標をそれぞれ、（Ｘ１５、Ｙ１５）、（Ｘ１６、Ｙ１６）とする。また、第１の原点マーク５の半径をＲとする。
この場合において、図１１に示すように、第１の原点マーク５の中心の座標（ＸＣ１、ＹＣ１）は、点Ｐ１５点Ｐ１６間の中点ＭのＸ座標に線分ＯＮを加算、Ｙ座標に線分ＭＮを減算することにより求めることができる。よって、これにより、第１の原点マーク５の中心の座標（ＸＣ１、ＹＣ１）は、それぞれ、次式により算出することができる。
ＸＣ１＝（Ｘ１３＋Ｘ１４）／２＋ＯＮ
ＹＣ１＝（Ｙ１３＋Ｙ１４）／２−ＭＮ
これにより、第１の原点マーク５の中心座標（ＸＣ１、ＹＣ１）は、それぞれ、次式により算出することができる。
【数５】
0003680861.tif 000006
同様にして第２の原点マーク６の中心を求めて、その座標をＸＣ２、ＹＣ２とすると、基板７の回転方向の誤差θｅは、次式のようになる。
なお、式１６および式１８に示すように、（Ｘ１＋Ｘ２）／２項の後の±は、点Ｍおよび点Ｎが点Ｏより正方向または負方向のいずれかによって、線分ＯＮおよび線分ＭＮを減算したり加算したりしている。
θｅ＝ｔａｎ−１（ＸＣ１−ＸＣ２）／（ＹＣ１−ＹＣ２）−ｔａｎ−１（ＸＶ１−ＸＶ２）／（ＹＶ１−ＹＶ２）
最初から半径Ｒが判明している原点マークにあっては、この原点マークの円周上の２点を求めればよい。この結果、光の走査距離も短くてすみ、しかも短時間で原点マークの中心を検出することができる。
【実施例３】
【００１９】
次に、基板７の上に印刷された円形の原点マークであって、この原点マークの中心を検出する第２の方法について説明する。
図１２は、第３の実施例に基づく、円形の原点マークの中心を検出するための照射光の走査経路を示す平面図である。図１２に示すように、まず、原点マーク１の設計値に基づいて、スタート位置に照射光を位置決めする。次いで、＋Ｘ方向に原点マークを横断するまで照射光を走査させ、点Ｐ１７、点Ｐ１８を検出する。そして、点Ｐ１８を検出後、さらに＋Ｘ方向に照射光を送って、−Ｙ方向に円形の原点マーク１の直径を超えない範囲（実際には半径程度）の距離だけ動かす。この後、点Ｐ１９を検出するまで照射光を−Ｘ方向へ走査する。このようにして求めた円周上の点Ｐ１７、点Ｐ１８および点Ｐ１９の座標をそれぞれ、（Ｘ１７、Ｙ１７）、（Ｘ１８、Ｙ１８）、（Ｘ１９、Ｙ１９）とする。
ここで、図１４に示すように、線分Ｐ１７Ｐ１８の垂直二等分線および線分Ｐ１８Ｐ１９の垂直二等分線の交点が第１の原点マーク５の中心Ｏとなる。これにより、線分Ｐ１７Ｐ１８の式は以下のように求められる。
Ｘ＝（Ｘ１７＋Ｘ１８）／２
一方、線分Ｐ１８Ｐ１９の式は、傾きが（Ｘ１８−Ｘ１９）（Ｙ１９−Ｙ１８）、この線分の中点（（Ｘ１８＋Ｘ１９）／２、（Ｙ１８＋Ｙ１９）／２）を通る直線となる。よって、次式のように表される。
Ｙ＝（Ｘ１８−Ｘ１９）（Ｙ１９−Ｙ１８）Ｘ＋（Ｘ１８２−Ｘ１９２＋Ｙ１８２−Ｙ１９２）／２／（Ｙ１８−Ｙ１９）
上記の２つの式を連立させることにより、第１の原点マーク５の中心、（ＸＣ１、ＹＣ１）は、次式により求めることができる。
ＸＣ１＝（Ｘ１７＋Ｘ１８）／２
ＹＣ１＝（（Ｘ１８−Ｘ１９）・（Ｘ１７＋Ｘ１８）＋Ｙ１９２−Ｙ１８２＋Ｘ１９２−Ｘ１８２）／２（Ｙ１９−Ｙ１８）
上記の方法により、第２の原点マーク６の中心も同様に求めることができる。
【００２０】
図１３は、図１２とは走査経路が異なる場合を示す平面図である。まず、照射光を第１の原点マーク５の設計値に基づき、スタート位置に仮位置決めする。次いで、−Ｙ方向に第１の原点マーク５を横断するまで照射光を走査させて、点Ｐ２０、点Ｐ２１を検出する。そして、点Ｐ２１を検出後、−Ｙ方向に照射光を走査する。次に、＋Ｘ方向に円形の第１の原点マーク５の直径を超えない範囲（実際には半径程度）の距離だけ動かす。この後、点Ｐ２２を検出するまで照射光をＹ方向に走査する。このようにして求めた点Ｐ２０、点Ｐ２１および点Ｐ２２の座標をそれぞれ、（Ｘ２０、Ｙ２０）、（Ｘ２１、Ｙ２１）、（Ｘ２２、Ｙ２２）とする。これにより、第１の原点マーク５の中心（ＸＣ１、ＹＣ１）は、次式により３点の座標を用いて求めることができる。
ＸＣ１＝（（Ｙ２１−Ｙ２２）・（Ｙ２０＋Ｙ２１）＋Ｘ２２２−Ｘ２１２＋Ｙ２２２−Ｙ２１２）／２（Ｘ２２−Ｘ２１）
ＹＣ１＝（Ｙ２０＋Ｙ２１）／２
本実施例では、半径Ｒが不明な円形の原点マークまたは２つの原点マークの半径がそれぞれ異なっている場合に有効である。
【実施例４】
【００２１】
次に、基板７の上に印刷された円形の原点マークであって、この原点マークの中心位置を検出する第３の方法について説明する。
図１５は、第３の実施例を示す照射光の走査経路である。まず、照射光を第１の原点マーク５の設計値に基づき、スタート位置に仮位置決めする。次いで、照射光を−Ｙ方向に走査しながら円周上を横断させて、円周上の２点Ｐ２３、点Ｐ２４を検出する。次に、照射光を＋Ｘ方向に走査しながら円周上を横断させて、円周上の２点Ｐ２５、点Ｐ２６を検出する。このようにして得られた４点Ｐ２３、点Ｐ２４、点Ｐ２５、点Ｐ２６の座標をそれぞれ、（Ｘ２３、Ｙ２３）、（Ｘ２４、Ｙ２４）、（Ｘ２５、Ｙ２５）、（Ｘ２６、Ｙ２６）とする。これにより、第１の原点マーク５の中心（ＸＣ１、ＹＣ１）は、次式により求めることができる。上記の方法により、第２の原点マーク６の中心も同様に求めることができる。
ＸＣ１＝（Ｘ２５＋Ｘ２６）／２
ＹＣ１＝（Ｙ２３＋Ｙ２４）／２
図１５では、Ｙ軸から走査を開始しているが、Ｘ軸から走査を開始しても第１の原点マーク５の中心を求めることができる。
なお、本実施例では、上記円形を有する実施例２または実施例３に比べて中心を求める計算式が簡単である。
【実施例５】
【００２２】
本実施例に係る測定対象物の中心位置検出方法およびその装置は、仮検出（ラフスキャン工程）として、光を広い範囲で高速に走査して、この後、本検出(精密スキャン工程)として、光を仮検出よりも狭い範囲で低速に走査したことである。
ＸＹステージの検出分解能が高くなっていくと、ステージに搭載しているリニアスケールの信号処理の時間が問題となってくる。処理時間の増加は、ステージの移動速度に制約を与え、原点マークの検出時間が増加することになる。本実施例では、仮検出と本検出とを組み合わせることで、この課題を解決している。以下に本実施例の検出方法について説明する。
最初に、仮検出の方法について図１６を参照して説明する。
図１６には、仮検出を行う光の走査経路が示されている。まず、光を走査開始点よりＸ軸の負方向にＸ軸と平行に走査する。そして、光と線分ＡＢとの交点Ｘ０１を検出する。このとき、光が走査する走査開始点から線分ＡＢとの交点Ｘ０１までの距離は３ｍｍである。次いで、光をＸ軸の負方向にＸ軸と平行に走査し、光と線分ＣＤとの交点Ｘ０２を検出する。このとき、交点Ｘ０１から交点Ｘ０２までの光の走査距離は５ｍｍである。
この後、光をＹ軸の正方向に１ｍｍ走査する。次に、光をＸ軸の正方向にＸ軸と平行に３ｍｍ走査し、光と線分ＣＤとの交点Ｘ０３を検出する。そして、光を、交点Ｘ０３を通過させ、所定距離（０．５ｍｍ）走査した後、仮検出を完了させる。なお、仮検出時の光の走査速度は一定（１０ｍｍ／ｓ）である。
【００２３】
次に、本検出の方法について図１７を参照して説明する。
図１７に示すように、まず、走査開始点より、光を走査速度１ｍｍ／ｓでＸ軸の負方向に走査する。そして、光と線分ＡＢとの交点Ｘ１を検出する。このときの走査開始点からＸ１までの光の走査距離は０．５ｍｍである。次いで、交点Ｘ１から距離４．５ｍｍまでを、光を走査速度１０ｍｍ／ｓでＸ軸の負方向に走査する。この後、走査速度を１ｍｍ／ｓに低速にして、光と線分ＣＤとの交点Ｘ２を検出する。
次に、光をＹ軸の正方向に走査速度１０ｍｍ／ｓで距離１ｍｍ走査する。この後、走査速度１ｍｍで光をＸ軸の正方向にＸ軸と平行に走査する、そして、光と線分ＣＤとの交点Ｘ３を検出して本検出を完了させる。
一方、図１８に示すように、従来に係る交点を検出する方法は、ほぼ本検出方法と同様である。しかし、測定誤差等を少なくするためには、十分な走査距離が必要となる。また、先に述べたように高分解能で位置検出を行うためには、走査速度を小さくしなければならない。このような条件で原点マークの検出を行うと非常に時間がかかる。例えば、原点マーク幅を５ｍｍ、走査距離を３ｍｍ、Ｙ軸方向の移動距離を１ｍｍ、走査速度を１ｍｍ／ｓｅｃ、送り速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとすると、交点を検出するのに要する時間は９．６ｓｅｃになる。
本実施例に係る走査に要する時間は４．２５ｓｅｃであることから、従来の方法に比べ走査時間を半分以下に短縮できることがわかった。
【実施例６】
【００２４】
本実施例に係る測定対象物の中心位置検出方法およびその装置は、上記実施例５に係る測定対象物の中心位置検出方法およびその装置に対して、円形を有する原点マークについて示したものである。
まず、図１９を参照して、本検出のみ有する原点マークの中心位置を検出する方法について説明する。
照射光を、原点マークの外方にある走査開始点より開始し、原点マークに向けて接近させる。そして、Ｙ軸方向に、原点マークを横断するように走査する。この後、照射光をＹ軸方向からＸ軸方向に必要な距離だけ送り込む。次に、照射光を、Ｘ軸方向に原点マークの外方から接近させ、原点マークを横断するように走査する。
実際の走査においては、設計値からその原点マークの座標を推測する。しかし、原点マークパターン形成時のプロセスによるばらつきまたは基板に原点マーク取り付け時の誤差により、設計値と実際の原点マークの位置とに誤差が生ずる場合がある。そこで、この誤差（プロセスマージン）を考慮する必要がある。
図１９には、原点マーク位置を、誤差のない状態（設計値）を実線で示し、誤差を有する場合を点線で示している。ここでは、点線で示すような誤差が有する原点マークを走査できる範囲を経験的に±３ｍｍとした。原点マークの直径を５ｍｍとすると、１軸の走査距離は最大１１ｍｍとなる。この結果、図１９より、本検出に係る走査距離が２２ｍｍ、送りが７．８ｍｍとなる。そして、本検出速度を１ｍｍ／ｓ、送り速度を１０ｍｍ／ｓとすると、全体を走査するのに要する時間は、２２．８秒となる。
【００２５】
次に、図２０を参照して、仮検出および本検出を有する円形の原点マークの中心位置の検出する方法について説明する。
図２０においては、原点マークの位置に設計値との誤差が生じている場合を想定している。まず、仮検出（ラフスキャン工程）を実施する。照射光を、原点マークの外方にある走査開始点より開始し、原点マークに向けて接近させる。そして、Ｙ軸方向に、原点マークを横断するように走査する。この後、照射光をＹ軸方向からＸ軸方向に必要な距離だけ送り込む。次に、照射光を、Ｘ軸方向に原点マークの外方から接近させ、原点マークを横断するように走査する。この仮検出時の送り速度は１０ｍｍ／ｓで一定である。この仮検出時の中心位置の検出は、例えば、上記実施例４の方法を用いる。
次に、本検出（精密スキャン工程）を実施する。仮検出で得られた中心位置をもとにして、照射光をＸ軸方向に送り込む。そして、照射光を、Ｘ軸方向に原点マークの外方から接近させ、原点マークを横断するように走査する。本検出での走査時の余裕長さは経験的に±０．５ｍｍまで短くすることができる。したがって、原点マークの距離を１ｍｍとすると、１軸の走査距離は最大６ｍｍとなる。この後、照射光をＸ軸方向からＹ軸方向に必要な距離だけ送り込む。次に、照射光を、Ｙ軸方向に原点マークの外方から接近させ、原点マークを横断するように走査する。この本検出時の送り速度は１ｍｍ／ｓで一定である。この本検出時の中心位置の検出は、例えば、上記実施例４の方法を用いる。
図２０に示すように、仮検出時の走査距離が２２ｍｍ、仮検出時の走査速度が１０ｍｍ／ｓ、本検出時の走査距離が１２ｍｍ、本検出時の本検出速度が１ｍｍ／ｓ、送り込みの走査距離が１２．８ｍｍ（７．８ｍｍ＋５ｍｍ）、送り込みの速度が１０ｍｍ／ｓとすると、全体を走査するのに要する時間は、１５．５秒となる。
したがって、この図２０に示す検出方法は、上記図１９に示す本検出のみを有する検出方法と比較して、走査時間を３０％以上短縮することができる。仮検出での検出精度はやや劣っているが、本検出と組み合わせることにより、結果的に中心位置を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る位置検出装置の構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係る基板および位置合わせ用マークの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る基板の中心位置の求め方の１つを説明する平面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る基板の別の中心位置の求め方の１つを説明する平面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る位置精度のばらつきを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係る基板および位置合わせ用マークの構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る円形の原点マークを基板の中心の求める走査経路を示す平面図である。
【図８】図７とは異なる走査経路を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る円形の原点マークを基板の中心の求める方法を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る円形の原点マークを基板の中心の求める方法を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例２に係る円形の原点マークを基板の中心の求める方法を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例２に係る円形の原点マークを基板の中心の求める走査経路を示す平面図である。
【図１３】図９とは異なる走査経路を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施例３に係る円形の原点マークを基板の中心の求める走査経路を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施例４に係る円形の原点マークを基板の中心の求める方法を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施例５に係る仮検出のときの走査手段の走査経路を示す平面図である。
【図１７】本発明の実施例５に係る本検出のときの走査手段の走査経路を示す平面図である。
【図１８】従来に係る走査手段の走査経路を示す平面図である。
【図１９】本発明の実施例６に係る仮検出のときの走査手段の走査経路を示す平面図である。
【図２０】本発明の実施例６に係る本検出のときの走査手段の走査経路を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  Ｘステージ（走査手段）、
３  Ｙステージ（走査手段）、
５  第１の原点マーク（測定対象物）、
６  第２の原点マーク（測定対象物）、
７  基板（ベース平面）、
１０  発光ダイオード（照射手段）、
１３  演算装置。
【要約】
【課題】
ＣＣＤカメラが不要で、複雑な演算処理が不要な測定対象物の中心を求める測定対象物の中心位置検出方法およびその装置を提供する。
【解決手段】
例えば、四辺を有する測定対象物に光を照射し、縦辺について、一辺の２点と他辺の１点との３点を求める。次いで、この縦辺の一辺の２点から基準線からの傾きを求める。この後、一辺の２点の間隔を算出する。次に、横辺について、上記縦辺と同様に３点について求めて傾きなどを求める。この結果、上記縦辺の３点の傾きと間隔および上記横辺の３点の傾きと間隔により、測定対象物の中心を算出することができる。そして、この四辺形の中心から、この四辺形の基準位置からのずれ（回転誤差）を求めることができる。
【選択図】図１
【図１】
0003680861.tif 000007
【図２】
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【図３】
0003680861.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003680861.tif 000013
【図８】
0003680861.tif 000014
【図９】
0003680861.tif 000015
【図１０】
0003680861.tif 000016
【図１１】
0003680861.tif 000017
【図１２】
0003680861.tif 000018
【図１３】
0003680861.tif 000019
【図１４】
0003680861.tif 000020
【図１５】
0003680861.tif 000021
【図１６】
0003680861.tif 000022
【図１７】
0003680861.tif 000023
【図１８】
0003680861.tif 000024
【図１９】
0003680861.tif 000025
【図２０】
0003680861.tif 000026