(57)【要約】【課題】リニアスケールを用いて触針の位置を管理する場合に、リニアスケールの精度誤差を含めて起点位置の補正を行い得るようにした座標補正方法を提供する。【解決手段】ガラス基板Ｗの測定面のうち触針６での測定開始位置を起点座標とし、ガラス基板Ｗに形成した２箇所の指標を撮像手段７により夫々撮像し、フレーム３とＹ軸ステージ５との夫々付設したリニアスケール４ａ、４ｂの測定座標と、両指標の設計値とから起点座標を補正するのに先立ち、各指標の測定座標を補正する。両指標の設計座標と、各指標の測定座標とから縮尺比を求める工程と、設計座標相互を通る直線と測定座標相互を通る直線との交点を回転中心座標とし、この回転中心座標と両直線がなす角度とを求める工程と、ワークの重心位置を求める工程とを含み、夫々求めた値から各測定座標を相似変換し、測定位置の補正を行う。【選択図】図２
2014006125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを、その処理面を開放してステージ上に保持させ、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、ステージに対しＸ軸方向に相対移動自在な門型のフレームに装着された処理手段をワークに対してＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方向に相対移動させながら所定の処理を施す処理装置にて、処理面のうち処理手段で処理を開始する位置を起点座標とし、ワークに設けた２箇所の指標を撮像手段により夫々撮像し、このときのフレームとＹ軸ステージとに夫々付設したリニアスケールの測定値と、両指標の設計座標とから起点座標を補正するのに先立ち、各指標の測定座標を補正する座標補正方法であって、
前記両指標の設計座標と各指標の測定座標とから縮尺比を求める工程と、設計座標相互を通る直線と測定座標相互を通る直線との交点を回転中心座標とし、この回転中心座標と両直線がなす角度とを求める工程と、ワークの重心位置を求める工程とを含み、夫々求めた値から各測定座標を相似変換し、測定座標の補正を行うことを特徴とする座標補正方法。
【請求項２】
前記処理手段は、ワークの表面に接触する触針であり、その表面形状を測定するものであることを特徴とする請求項１記載の座標測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標補正方法に関し、より詳しくは、ワークに対して処理手段を相対移動させながら所定の処理を施す処理装置にて、ワークの処理面のうち処理開始の起点座標を定めるためワークに設けた２箇所の指標を撮像手段により夫々撮像し、この撮像した各指標の測定座標を補正するためのものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、ステージ上に保持されたワークに対しＸ軸方向に相対移動自在な門型のフレームと、このフレームの上端のＹ軸方向に長手のビームにリニアガイドを介してＹ軸方向に移動自在に支持されるＹ軸ステージとを備え、Ｙ軸ステージに、ワークの表面に接触する触針を支持させた触針式測定装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、門型のフレーム及びＹ軸ステージの位置は、ステージ及びビームに夫々設けたリニアスケール（リニアエンコーダ）でその測定値が検出されるようになっている。
【０００３】
上記触針式測定装置にて、例えば基板表面に成膜した薄膜の膜厚等のワークの表面形状を測定するのに際しては、ワークの測定面（処理面）内で測定開始座標を起点位置とし、ステージ上の基板に対して門型のフレームをＸ軸方向に相対移動すると共にワークに対してＹ軸ステージを相対移動させ、起点位置の直上に触針を位置させる。そして、ワークに対して触針を接触させ、この状態でＸ軸方向に任意の所定距離だけ相対移動させてワークの測定面の表面形状（凹凸）が測定される。
【０００４】
ここで、例えばステージ上に基板を設置したときに位置ずれが生じている場合がある。このため、ステージに対する基板のずれ量を検出し、これを基に、起点座標の補正を行うことが一般である。具体的には、ワークの測定面に少なくとも２箇所のアライメントマーク（指標）を設けると共に、Ｙ軸ステージにＣＣＤカメラ等の撮像手段を付設する。そして、この撮像手段でアライメントマークを撮像し、このときのリニアスケールの測定値と、ワークに形成した指標の設計値とから、Ｘ軸方向及びＹ軸方向並びに基板の中心を回転中心する回転方向（θ方向）のずれ量を算出して起点座標を補正する。
【０００５】
然しながら、リニアスケールの分解能によっては、その検出した測定値と実測値とが一致していない場合（つまり、厳密な測長に対して誤差が生じている場合）があり、この測定値を基に起点位置を補正したのでは、補正精度が悪化する。このことは、リニアスケールにリニアリティがある場合、ワークのサイズ（例えば、一辺が３ｍの基板）が大きくなるに従い、累積する誤差の増大を招来する。このように起点位置が、測定しようとするワーク毎に変化したのでは、例えば成膜した膜厚を測定して品質管理するような場合にももはや利用できないことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２１８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、例えばリニアスケールを用いて処理手段の位置を管理する場合でも、リニアスケールの精度誤差を含めて起点位置の補正を行い得るようにした座標補正方法を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、ワークを、その処理面を開放してステージ上に保持させ、互いに直交する水平２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、ステージに対しＸ軸方向に相対移動自在な門型のフレームに装着された処理手段をワークに対してＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方向に相対移動させながら所定の処理を施す処理装置にて、処理面のうち処理手段で処理を開始する位置を起点座標とし、ワークに設けた２箇所の指標を撮像手段により夫々撮像し、このときのフレームとＹ軸ステージとに夫々付設したリニアスケールの測定値と、両指標の設計座標とから起点座標を補正するのに先立ち、各指標の測定座標を補正する座標補正方法であって、前記両指標の設計座標と各指標の測定座標とから縮尺比を求める工程と、設計座標相互を通る直線と測定座標相互を通る直線との交点を回転中心座標とし、この回転中心座標と両直線がなす角度とを求める工程と、ワークの重心位置を求める工程とを含み、夫々求めた値から各測定座標を相似変換し、測定座標の補正を行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、例えばリニアスケールで測長した測定値と設計値とを縮尺比とした相似変換を用いることで、リニアスケールの誤差率を予測することなく、当該リニアスケールの精度誤差を含めて測定座標の補正が可能となり、特に、ワークのサイズが大きくなる程、有利であり、その結果、例えばステージ上に基板を設置したときに位置ずれが生じていても、ワーク毎に確実に処理部の起点位置を略一致させることができる。
【００１０】
なお、本発明は、前記処理手段がワークの表面に接触する触針であり、その表面形状を測定するものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の触針式測定装置の正面図。
【図２】ステージ上に基板を載置した状態で当該基板のずれを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、ワークを所定の薄膜が形成されたガラス基板Ｗとし、処理手段を、ガラス基板表面に接触した状態で相対移動する触針とし、処理装置たる触針式測定装置にて起点位置の座標を補正する場合を例に本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１を参照して、１は、触針式測定装置を示している。この触針式測定装置１は、ベース２を備え、このベースの上面に基板Ｗが位置決め保持されるようにしている。なお、基板Ｗの位置決め保持方法は公知のものが利用できるため、ここでは省略する。そして、ベース２には、基板Ｗを跨ぐようにして門型のフレーム３が配置されている。
【００１４】
門型フレーム３は、ベース２に立設したＹ軸方向両側のコラム３１，３１と、両コラム３１，３１の上端間に横設したＹ軸方向に長手のビーム３２とを備える。この場合、両コラム３１，３１は、ベース２上に固定したＸ軸方向に長手の他の一対のガイドレール３３，３３に移動自在に夫々支持されている。そして、例えば、図示省略したＸ軸方向に長手のボールねじの回転によりこのボールねじに螺合するナットを介して門型フレーム３をＸ軸方向に移動させることで、基板Ｗの測定面内で測定を開始する座標を起点位置（起点座標）とし、測定面の表面形状の測定に先立ち、ガラス基板Ｗに対し門型フレーム３を相対移動させ、この起点座標に対応するＸ軸方向の位置まで触針を移動するようになっている。この場合、ベース２の上面には、コラム３１に対応させてリニアスケール（リニアエンコーダ）４ａが設けられ、Ｘ軸方向での触針の移動量を測定できるようになっている。
【００１５】
門型フレーム３の上端のビーム３２には、図示省略のリニアガイドを介してＹ軸方向に移動自在にＹ軸ステージ５が、駆動機構５１により往復動自在に支持されている。この場合、駆動機構５１は、特に図示して説明しないが、Ｘ軸方向にも所定距離（ストローク）で移動自在に構成され、基板Ｗに対して後述の触針をＸ軸方向に所定距離だけ相対移動し、基板Ｗの測定面（処理面）表面形状（凹凸）が測定される。なお、駆動機構５１を回転自在に構成し、触針の移動方向を変えるように構成してもよい。また、駆動機構については、例えばボールねじを用いたもの等、回転機構を含め、公知のものが利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。また、Ｙ軸ステージ５にもリニアスケール４ｂが付設され、Ｙ軸方向での触針の移動量を測定できるようになっている。
【００１６】
Ｙ軸ステージ５には、下方にのびる支持枠５２が取付けられ、この支持枠５２の下端に、ガラス基板Ｗの表面に接触する触針６がＺ軸センサ６１を介して上下方向に変位自在に支持され、触針６の上下方向変位をＺ軸センサ６１により検出できるになっている。また、Ｙ軸ステージ５には、光源とＣＣＤカメラを備えた撮像手段７が付設されている。撮像手段７には、図外の画像処理手段が付設され、画像処理手段にて処理した画像データが図示省略の制御手段に入力され、ステージ２に対するガラス基板Ｗのずれ量の測定に利用できるようになっている。制御手段は、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知のものであり、ステージ２、門型フレーム３及びＹ軸ステージ５の作動やリニアスケール４ａ、４ｂの測定値の処理等を含め触針式測定装置の稼動を統括制御する。
【００１７】
上記触針式測定装置によるガラス基板Ｗの表面形状を測定するに際しては、門型フレーム３をベース１のＸ軸方向一側、Ｙ軸ステージ５をＹ軸方向一側に夫々位置させた原点位置にて、ベース２上に測定対象物たるガラス基板Ｗを位置決め保持させる。次に、門型フレーム３及びＹ軸ステージ５を夫々Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させて基板Ｗのうち相互に対向する隅部に形成したアライメントマーク（指標）Ｍ１，Ｍ２を撮像手段７により夫々撮像して画像処理し（図２参照）、このときの両リニアスケール４ａ、４ｂの測定値からアライメントマークＭ１，Ｍ２の座標（測定座標）を夫々特定する。
【００１８】
次に、この測定座標から、制御手段に入力された起点位置（起点座標）を補正し、これに応じて触針６を起点位置の真上に位置するように門型フレーム３及びＹ軸ステージ５を夫々Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。そして、触針６を基板Ｗの測定面に接触させ、この状態でＹ軸ステージ５をＸ軸方向に相対移動させることにより、触針６を基板Ｗの表面に沿ってＸ軸方向に走査する。そして、この走査中にＺ軸センサ６１で検出される触針６の上下方向変位に基づいて、基板Ｗの一つのＸ軸方向断面に沿った表面形状（凹凸）が測定される。
【００１９】
ところで、図２に示すように、アライメントマーク（指標）を夫々撮像して測定座標を得たとき、リニアスケール４ａ、４ｂの分解能によっては、その検出した測定値と、ガラス基板Ｗに形成されるアライメントマークＭ１，Ｍ２の設計値とが一致していない場合（つまり、厳密な測長に対して誤差が生じている場合）がある。この場合、この測定座標を基に起点位置を補正したのでは、補正精度が悪化する。
【００２０】
本実施形態では、両アライメントマークＭ１，Ｍ２の設計座標と測定座標とから縮尺比を求める工程と、設計座標相互を通る直線と、測定座標相互を通る直線との交点を回転中心座標とし、この回転中心座標と両直線がなす角度とを求める工程と、ガラス基板Ｗの重心位置を求める工程とを含み、夫々求めた値から各測定座標を相似変換し、実際の測定座標の補正を行うこととした。
【００２１】
具体的には、基板に実施に形成されたときのアライメントマークＭ1の設計座標を(m1x,m1y)と、アライメントマークＭ２の設計座標を(m2x,m2y)とする。また、撮像手段７で特定されたアライメントマークＭ３の測定座標を(M1x,M1y)と、アライメントマークＭ４の測定座標を(M2x,M2y)とする。両アライメントマークＭ１，Ｍ２及びＭ３，Ｍ４間の夫々距離をmlen、Mlenとすると、次の関係式が成立する。
【００２２】
【数１】
2014006125.tif 000003
【００２３】
そして、縮尺比をλとすると、次式で縮尺比が求められる。
【００２４】
【数２】
2014006125.tif 000004
【００２５】
次に、アライメントマークＭ１，Ｍ２及びＭ３，Ｍ４の相互を夫々通る直線の交点を回転中心座標（x0,y0）とすると、この回転中心座標と、そのときの両直線のなす角度θとは、以下の手順で求められる。
（1) (m1x,m1y)、(m2x,m2y)を通る直線の傾き及び切片
【００２６】
【数３】
2014006125.tif 000005
【００２７】
（2) (M1x, M1y)、(M2x, M2y) を通る直線の傾き及び切片は、
【００２８】
【数４】
2014006125.tif 000006
【００２９】
（3) 上記（1)及び（2)から、交点座標（x0,y0）は下記の如く求められる。即ち、
【００３０】
【数５】
2014006125.tif 000007
【００３１】
（4) 両直線のなす角である回転角θは、下記の如く求められる。即ち、
【００３２】
【数６】
2014006125.tif 000008
【００３３】
次に、ガラス基板Ｗを完全な長方形と考え、このガラス基板Ｗの中心を重心とし、設計上の基板中心座標(SGx,SGy)と、ガラス基板のサイズをGw×Ghとする。そして、上記数３〜数６からガラス基板の実際の重心位置（DGx、DGy）を次の手順（数７）で求める。
【００３４】
【数７】
2014006125.tif 000009
【００３５】
最後に、上記で求めた値から、測定座標を（x，y）、補正後のものを（x′，y′）とし、次式で各測定座標を相似変換し、実際の測定位置の補正を行う。最後に、この補正測定座標に基づき、制御手段に入力された起点座標を補正する。
【００３６】
【数８】
2014006125.tif 000010
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、リニアスケール４ａ，４ｂで測長した測定値と設計値とを縮尺比とした相似変換を用いることで、リニアスケール４ａ，４ｂの誤差率を予測することなく、リニアスケール４ａ，４ｂの精度誤差を含めて測定座標位置の補正が可能となり、特に、数ｍ×数ｍのガラス基板Ｗようにサイズの大きいものに対して有利であり、その結果、例えばステージ２上に基板を保持させたときに位置ずれが生じていても、ガラス基板Ｗ毎に確実に起点位置略一致させることができる。
【００３８】
次に、以上の効果を確認するために、図１に示す触針式測定装置を用いて次の実験を行った。即ち、ワークを１８００ｍｍ×１５００ｍｍのガラス基板Ｗとし、リニアスケール４ａ，４ｂに８００ｍｍで９０μｍの誤差があると仮定した場合、１８００．０９０ｍｍ×１５００．０７５ｍｍのサイズであると誤認する可能性がある。つまり、回転方向のずれを考慮せずにガラス基板ＷのＸ軸方向及びＹ軸方向のずれのみを考え、設計座標を(m1x,m1y)=(10,10)と(M1x,M1y)=(11,11)で評価すると、従来方法で平行移動のみを補正すると、 (M1x-m1x,M1y-my)=(1,1)が補正値となり、測定座標(sx,sy)の補正後測定座標は、(sx+1,sy+1)となる。
【００３９】
それに対して、上記実施形態の座標補正方法を適用すると、アライメントマークＭ１の測定座標は、(m1x,m1y)=(10,10)と(M1x,M1y)=(11.00055,11.00055)で評価され、アライメントマークトＭ2の座標は、(m2x,m2y)=(1790,1490)と(M2x,M2y)=(1791.08955,1491.07455)で評価される。次に、縮尺比を求めると、λ=1.00005となり、回転方向のずれを考慮しない場合、重心位置(DGx,DGy)=(901.05,751.0425)(λ*(sx - SGx) + DGx, λ*(sy - SGy) + DGy)となる。そして、λは1.00005、(SGx,SGy)=(900,750)、(DGx,DGy)=(901.05,751.0425となり、
(1.00005*(sx &#8211; 900) + 901.05, 1.00005*(sy -750) + 751.0425) =(1.00005*sx+1.005,  1.00005*sy+1.005)となり、(1.005,1.005)に補正される。
【００４０】
従って、従来例のものでは (1,1)であるのに対して、本実施形態では0.005mm改善される。よって、(1800,1500) の点は、(1801.095,1501.08)に補正される。移動平均のみだと(1801,1501)であり、X方軸向に0.095mm=95um改善され、Y軸方向には、0.08mm=80um改善されることとなる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、触針式測定装置に適用したものを例に説明したが、インクジェット式の塗布装置のノズルの位置を補正するような場合にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
Ｗ…ワーク（ガラス基板）、２…ステージ、３…門型フレーム、４ａ，４ｂ…リニアスケール、５…Ｙ軸ステージ、６…触針（処理手段）。
【図１】
2014006125.tif 000011
【図２】
2014006125.tif 000012