(57)【要約】【課題】  基板のステージ載置後の相対位置を求めて簡単に精密な位置決めを行う。【解決手段】  基板位置決め装置は、ステージ５とステージ移動機構５１とカメラ６より構成され、カメラ６に基板Ｗの表面が撮像される。低倍率でアライメントマーク２０４を撮像した基板回転中心位置情報を用いるセンタリング処理によって基板Ｗの回転中心位置を位置補正する。次に、ステップＳ１８において、低倍率で撮像したアライメントマーク２０５とスクライブライン領域２０３を用いた基板端部位置情報から基板Ｗの位置を計測し、その計測結果に基づいてステップＳ２０において基板Ｗの回転角度補正を行う。つづいて、ステップＳ２１において傾斜角度補正を行う。そして、ステップＳ２２において、セットされた高倍率にてアライメントマーク２０４を撮像し、アライメントマーク２０４の重心位置を計算して基板の位置を補正して、基板の位置決めを行う。【選択図】図１
2011077289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め計測に利用可能なマークを設けられた基板を位置決めする基板位置決め方法であって、
前記マークを低い倍率で撮像して得た基板中心位置情報に基づいて基板の位置を補正するべく移動する第一位置移動工程と、
前記第一位置移動工程の後で、前記マークを撮像して得た基板端部位置情報とスクライブライン情報に基づいて基板の位置を補正すべく移動する第二位置移動工程と、
前記第一位置移動工程と第二位置移動工程により移動された基板の前記マークを高い倍率で撮像して得た基板中心位置情報に基づいて基板の位置を補正すべく移動する第三位置移動工程と、
を備えた基板位置決め方法。
【請求項２】
請求項１記載の基板位置決め方法において、前記第二位置移動工程は、前記基板端部位置情報に基づいて基板の回転角度補正を、スクライブライン情報に基づいて傾斜角度補正をすべく基板を移動することを特徴とする基板位置決め方法。
【請求項３】
請求項１記載の基板位置決め方法において、前記第三位置移動工程の前記基板中心位置情報は前記マークの重心位置情報であることを特徴とする基板位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に投入する前におけるウェハ等の基板の角度及び偏心位置補正のための基板位置決め方法に関する。特に、当該技術を用いつつ基板上にパターンを描画するパターン描画装置に用いる位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置では、製造装置に投入される半導体ウェハの中心だし、ノッチ、又はオリフラ角度の検出を行なうことが必要であり、これに用いられるプリアライメト装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。従来の装置ではウェハを載置して回転する回転テーブルに設けられた角度検出手段と、回転テーブルの側面近傍と、回転テーブルの上方近傍に配置された測長ユニットと、この測長ユニットの計測データからウェハの偏心量を、測長ユニットと角度検出手段との計測データからウェハに形成されたノッチ角度を算出する。
【０００３】
一方、半導体装置の製造工程は、ウェハ上に種々の半導体素子のパターンを形成する工程と、このウェハを個々のチップに切断分離し、パッケージに封止する工程とに大別できる。近年、製造コストの低減を図るためにウェハの大口径化が推進されるとともに、実装密度を高めるためにパッケージの小型薄厚化が望まれている。
【０００４】
そして、薄厚化したパッケージに封止するために、ウェハを個々のチップに切断分離するのに先立って、ウェハのパターン形成面（主表面）の反対側の面（ウェハの裏面）を砥石による研削及び遊離砥粒による研磨等により除去して薄くし、その後ダイシングして切断分離している。しかしながら、この技術では、ウェハの裏面に多数の傷が入る、また、薄厚化によりウェハの外周縁の形状に大きな影響がある。即ち、ウェハは円形を呈するよう形成されるが、薄厚化により周縁端部が微小に欠けることで滑らかな曲線だったものが、凹凸を有することになった。このような薄厚化のウェハでは、ノッチの形状も変形を余儀なくされ、その結果、他の凹凸との判別がつきにくくなった。
【０００５】
よって、薄厚化されたウェハでは、ノッチの検出を行なうアライメトでは位置検出の精度が悪いという問題があった。そこで、ウェハを位置決めする方法に係り、基板上に形成されたスクライブラインやアライメントマークを検出して、基板を位置補正する技術が提供されている。その従来の位置決めパターンは、スクライブライン領域上に設けられた、ウェハの回転方向に対する比較的荒い位置合わせを行なうためのいわゆるシータマークと、繰り返し配置された半導体集積回路チップ一つ一つに対して正確な位置合せを行なうためのＸ方向トリミングマーク、及びＹ方向トリミングマークとからなる。
【０００６】
そして、具体的には、アラメントマークが設けられているウェハを位置決めするアライメント方法であって、低い倍率で基板上の左右のプリアライメントマークを検出し、プリアライメントマークの位置を求め、ウェハの中心を取得する第１計測工程と、それよりも高倍の倍率でウェハ上の複数のアライメントマークを計測し、精密な検出を行う第２計測工程とを備える（例えば、特許文献２）。
【０００７】
また、感光材料が主面に付与された半導体基板やガラス基板等（以下、「基板」という。）に光ビームを照射してパターンを描画するパターン描画装置や露光装置では、光ビームを出射するヘッド部に対して基板が主面に沿う方向に相対的に移動することにより、基板の全体にパターンが描画される。パターン描画装置にてパターンを精度よく描画するには、光ビームが照射される基板の部位とヘッド部との相対的な位置（すなわち、基板のヘッド部に対する相対位置）が一定とされる必要があるので、上記と同様に基板上のアライメントマークを利用した位置決め方法が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−８８４０１号公報
【特許文献２】特開２００３−９２２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、アライメントマークを利用した位置決め方法においても、検出および計測を短時間で行う要求も高い。すなわち、単位時間でのウェハ処理枚数をあげる必要があるため、アライメントと呼ばれる、露光を伴わない処理の時間をできるだけ短くしなければならない。しかしながら、上記の従来技術では、第１と第２計測工程とも複数のアライメントマークを検出しており、計測を短時間で行う上では改善の余地があった。
【００１０】
また、近年、サブミクロンオーダの高分解能を有し、高精度の転写、焼付けが可能な真空紫外線や軟Ｘ線を照明光とする露光装置が開発され、最小線幅０．２μｍのパターン焼付けも実現可能となった。このような高精度の焼付けを行う露光装置においては、ウェハを、照明光およびマスクに対して極めて高精度で位置合せをする必要があるが、従来のアライメントマークだけによる位置合せでは十分な精度を得ることができない。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、アライメントに要する時間を低減することを可能にし、基板の相対位置を高精度にかつ安定して求める基板位置決め方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために、位置決め計測に利用可能なマークを設けられた基板を位置決めする基板位置決め方法であって、前記マークを低い倍率で撮像して得た基板中心位置情報に基づいて基板の位置を補正するべく移動する第一位置移動工程と、前記第一位置移動工程の後で、前記マークを撮像して得た基板端部位置情報とスクライブライン情報に基づいて基板の位置を補正すべく移動する第二位置移動工程と、前記第一位置移動工程と第二位置移動工程により移動された基板の前記マークを高い倍率で撮像して得た基板中心位置情報に基づいて基板の位置を補正すべく移動する第三位置移動工程と、を備えるようにしたものである。
【００１３】
また本発明の請求項１記載の基板位置決め方法において、前記第二位置移動工程は、前記基板端部位置情報に基づいて基板の回転角度補正を、スクライブライン情報に基づいて傾斜角度補正をすべく基板を移動するようにしたものである。
【００１４】
また本発明の請求項１記載の基板位置決め方法において、前記第三位置移動工程の前記基板中心位置情報は前記マークの重心位置情報であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る基板位置決め方法によれば、第一位置移動工程で基板中心位置が位置決めされ、第二位置移動工程で基板端部位置情報とスクライブライン情報に基づいて基板を位置決めするので第一位置移動工程で位置決めされた基板位置が補正され、更に、第三位置移動工程では高い倍率でマークが撮像され基板位置が補正されるので基板が精密に位置決めされる。
【００１６】
また本発明の請求項２に係る基板位置決め方法によれば、第二位置移動工程が基板の回転中心を基準に回転角度補正と傾斜角度補正されることで基板が第一位置移動工程でセンタリングされた後に、姿勢補正をすることができる効果を奏する。
【００１７】
また本発明の請求項３に係る基板位置決め方法によれば、基板回転中心を高い倍率で撮像されたマークの重心位置を検出することで位置補正されるので、精密位置決めをすることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる基板位置決め装置を装備したパターン描画装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１に示すパターン描画装置の平面図である。
【図３】図１のパターン描画装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る基板位置決め装置の構成を示す図である。
【図５】本実施形態の半導体装置の概略断面図である。
【図６】基板Ｗ表面の模式図である。
【図７】パターン描画装置１の動作を説明するフローチャートである。
【図８】基板位置決め方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明にかかる基板位置決め装置を装備したパターン描画装置の一実施形態を示す正面図であり、図２は図１に示すパターン描画装置の平面図であり、図３は、図１のパターン描画装置の電気的構成を示すブロック図である。このパターン描画装置（露光装置）１では、基台２の一方端側領域（図１および図２の左手側領域）が半導体ウェハ等の基板Ｗ（以下、「基板」と称す）の受け渡しを行う基板受渡領域となっているのに対し、他方端側領域（図１および図２の右手側領域）が基板Ｗへのパターン描画を行うパターン描画領域となっている。この基台２上では、基板受渡領域とパターン描画領域の境界位置にヘッド支持部２１が設けられている。このヘッド支持部２１では、基台２から上方に２本の脚部材２１１、２１２が立設されるとともに、それらの脚部材２１１、２１２の頂部を橋渡しするように梁部材２１３が横設されている。そして、このように構成されたヘッド支持部２１のパターン描画領域側で光学ヘッド３が上下方向Ｚに移動自在に取り付けられており、露光制御部４１からの動作指令に応じてヘッド移動機構３０が作動することで後述するステージ５に保持される基板Ｗと光学ヘッド３との距離を高精度に調整可能になっている。
【００２１】
また、基台２の基板受渡領域では、パターン描画領域と反対側の端部に２本の脚部材２２１、２２２が立設されている。そして、脚部材２２１、２２２の頂部と梁部材２１３の上面を橋渡しするように光学ヘッド３の照明光学系を収納したボックスが設けられている。また、梁部材２１３の基板受渡領域側側面に基板位置決め装置として機能するカメラ（撮像部）６が固定されてステージ５に保持された基板Ｗの表面（被描画面、被露光面）を撮像可能となっている。
【００２２】
この基板受渡領域の近傍には、図示しない基板収納カセット、メカアライメント部および基板搬送ロボットが配置されている。そして、露光制御部４１からの指令に応じて基板Ｗが基板収納用カセット、メカアライメント部および基板受渡領域に位置するステージの間で搬送される。また、後述するようにしてパターン描画領域でパターン描画された基板Ｗはステージ５とともに基板受渡領域に移動され、基板搬送ロボットによりカセットに搬入される。
【００２３】
このステージ５は基台２上でステージ移動機構５１によりＸ方向、Ｙ方向ならびにθ方向に移動される。すなわち、ステージ移動機構５１は基台２の上面にＹ軸駆動部５１Ｙ（図３）、Ｘ軸駆動部５１Ｘ（図３）およびθ軸駆動部５１Ｔ（図３）をこの順序で積層配置したものであり、ステージ５を水平面内で２次元的に移動させて位置決めする。また、ステージ５をθ軸（鉛直軸）回りの回転をさせて後述する光学ヘッド３に対する相対角度を調整して位置決めする。なお、このようなステージ移動機構５１としては、従来より多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。
【００２４】
次に、光学ヘッド３の構成および動作について説明する。この実施形態では、光学ヘッド３は上記したようにヘッド支持部２１に対して上下方向Ｚに移動自在に取り付けられており、光学ヘッド３の直下位置で移動している基板Ｗに対して光を落射することでステージ５に保持された基板Ｗを露光してパターンを描画する。なお、本実施形態では、光学ヘッド３はＸ方向に複数チャンネルで光を同時に照射可能となっており、Ｘ方向が「副走査方向」に相当している。また、ステージ５をＹ方向に移動させることで基板Ｗに対してパターンを２次元的に描画することが可能となっており、Ｙ方向が「主走査方向」に相当している。
【００２５】
なお、上記のように構成されたパターン描画装置１は装置全体を制御するために制御部としてのコンピュータ８を有している。コンピュータ８はＣＰＵやメモリ８１等を有しており、露光制御部４１とともに電装ラック（図示省略）内に配置されている。また、コンピュータ８内のＣＰＵが所定のプログラムに従って演算処理することにより、ラスタライズ部８２、伸縮率算出部８３、データ修正部８４およびデータ生成部８５が実現される。例えば１つのＬＳＩに相当するパターンのデータは外部のＣＡＤ等により生成されたデータであり、予めＬＳＩデータ８１１としてメモリ８１に準備されており、当該ＬＳＩデータ８１１に基づき後述するようにしてＬＳＩのパターンが基板Ｗ上に描画される。
【００２６】
ラスタライズ部８２は、ＬＳＩデータ８１１が示す単位領域を分割してライタライズし、ライタデータ８１２を生成しメモリ８１に保存する。こうしてラスタデータ８１２の準備後、または、ライタデータ８１２の準備と並行して、上記のようにしてカセットに収納されている未処理の基板Ｗがロボットにより搬出され、プリアライメント部によるメカアライメント処理を受けた後にロボットによってステージ５に載置される。
【００２７】
図３に示す伸縮率算出部８３は、後述する画像処理ユニット９にて求められた基板Ｗ上のアライメントマークの位置、および基板Ｗの向きの修正量を取得し、アライメント後のアライメントマークの位置、並びに、主走査方向Ｙおよび副走査方向Ｘに対する基板Ｗの伸縮率（すなわち、主面の伸縮率）を求める。
【００２８】
一方、データ修正部８４はラスタデータ８１２を取得し、伸縮の検出結果である伸縮率に基づいてデータの修正を行う。なお、このデータ修正については、例えば特許第４０２０２４８号に記載の方法を採用することができ、１つの分割領域のデータ修正が終了すると、修正後のラスタデータ８１２がデータ生成部８５へと送られる。データ生成部８５では、変更後の分割領域に対応する描画データ、すなわち、１つのストライプに相当するデータが生成される。
【００２９】
こうして生成された描画データは、データ生成部８５から露光制御部４１へと送られ、露光制御部４１が変調部３３８、ヘッド移動機構３０およびステージ移動機構５１の各部を制御することにより１ストライプ分の描画が行われる。なお、露光動作についは上記したとおり変調器３３８による電界発生制御により行われる。そして、１つのストライプに対する露光記録が終了すると、次の分割領域に対して同様の処理が行われ、ストライプごとに描画が繰り返される。
【００３０】
図４は本発明の一の実施形態に係る基板位置決め装置の構成を示す図である。位置決め装置は、ステージ５とステージ移動機構５１とカメラ６より構成され、カメラ６に基板Ｗの表面が拡大撮像される。基板Ｗの表面の多階調画像は、後述する位置合わせ処理を行なうコンピュータ８内の画像処理ユニット９にて処理される。画像処理ユニット９は、後に詳述するセンタリング処理によって、基板Ｗの回転中心とステージ５の回転中心との誤差を検出して、露光制御部４１を介してステージ移動機構５１を駆動することにより、基板Ｗを光学ヘッド３に対して位置補正する。即ち、ステージ５に対して光学ヘッド３の位置関係が維持されて露光動作を行う前提として、基板Ｗのステージ５に対する位置関係が決められる必要があるが、基板Ｗがステージ５に対してズレている場合、そのズレ量をステージ５の移動で補正することで、基板Ｗの光学ヘッド３との位置関係を維持するようにする。
【００３１】
基板のセンタリグが補正されると回転補正処理によって、基板Ｗのアライメントマークとカメラ６の基準軸であるＸ軸あるいはＹ軸との回転誤差を検出して、露光制御部４１を介してステージ移動機構５１を駆動することにより、基板Ｗを回転補正する。基板の回転誤差が補正されると、画像処理ユニット９は、基板Ｗのスクライブライン情報とカメラ６の基準軸Ｘ、Ｙ軸との移動誤差を検出し、その移動誤差だけ露光制御部４１を介してステージ移動機構５１を移動させて基板Ｗの傾斜角度位置補正を完了する。
【００３２】
図５は、本実施形態の半導体装置の概略断面図で、図６は基板Ｗ表面の模式図である。本実施形態の基板Ｗである半導体装置は、図５に示すように、ＳＯＩ構造を有し、半導体基板（バルクウェハ）１０１に形成されている。以下に、その構成について述べる。
【００３３】
半導体基板１０１には素子１０３が形成されており、素子１０３は半導体基板１０１の表面１０１ａ側に形成されている。ここで、半導体基板１０１としては、シリコンウェハ、または、炭化シリコンウェハからなるものを用いることができる。また、表面１０１ａには、図６に示すように素子単位、ＣＭＯＳのウェル単位、または、回路単位でスクライブライン２０３が形成され、これらの領域を区画している。また、素子１０３としては、例えば、ＣＭＯＳ、バイポーラトランジスタ、パワートランジスタ等を形成することができる。
【００３４】
次に、図５に示すように、素子（デバイス）１０３が形成された半導体基板１０１の表面１０１ａに対して接着剤１０７を用いて支持用の支持基板１０８を接着する。これは、後述の工程において、半導体基板１０１の損傷を防ぐためである。ここで、支持用の支持基板１０８としては、例えば、シリコンウェハ、ガラス基板、セラミック基板、メタル基板、テープ部材等を用いることができるが、本実施例ではガラス基板が用いられる。なお、この支持基板Ｗは半導体基板１０１より外径が大きく形成されている。
【００３５】
この状態で、支持基板１０８側を支持し半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側から半導体基板１０１の厚みを薄くする（以下、薄厚化という）。薄厚化の方法は、まず、研削で薄くし、その後、化学機械研磨で研磨する。ここで、研磨剤としては、例えば、有機系のアルカリ溶液にコロイダルシリカを混入させたものを用い、また、研磨布としては、ポリエステル不織布を用いることができる。
【００３６】
ステージ移動機構５１は、実際のパターン描画時には、基板Ｗの支持基板１０８を支持する。即ち、基板Ｗの裏面１０１ｂを上側に向けた状態で、この裏面１０１ｂに対して事前に塗布されたレジスト等の塗布膜に対して、光学ヘッド３から基板Ｗ上に光ビームを照射する。
【００３７】
図６を参照し、基板Ｗであるウェハは、複数の露光領域２０１をもち、各露光領域２０１は、格子状のスクライブライン領域２０３によって囲まれている。該スクライブライン領域２０３は、それぞれ長方形の外形をもつ各露光領域２０２の各辺にそれぞれ隣接する帯状部分２０３ａと、帯状部分２０３ａと各露光領域２０２との間の境界線領域２０３ｂをもち、各帯状部分２０３ａは基板Ｗの中心に相当する位置に１個の位置決め用のアライメントマーク２０４と、周縁に相当する位置に１個の位置決め用のアライメントマーク２０５を備えている。各アライメントマーク２０４、２０５は一辺約０．１ｍｍの多層膜反射層からなる。該多層膜反射層は、蒸着等の方法によって形成され、赤外線を効率よく反射するものである。
【００３８】
以下、図７と図８のフローチャートを参照して処理動作を説明する。図８はパターン描画装置１の動作を説明するフローチャート、図８は本発明の一実施形態である基板位置決め方法を説明するフローチャートである。
【００３９】
パターン描画装置１では、露光制御部４１からの指令に応じて基板Ｗが基板収納用カセット、プリアライメント部および基板受渡領域に位置するステージ５の間で搬送される（ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３）。
【００４０】
その後、ステージ移動機構５１によりステージ５がカメラ６の直下位置に移動して基板Ｗ上の各アライメントマーク（基準マーク）を順番にカメラ６の撮像可能位置に位置決めし、カメラ６によるマーク撮像が実行されプリアライメント（ステップＳ４）とファインアライメント（ステップＳ５）とが実行される。カメラ６から出力される画像信号は電装ラック内の画像処理ユニット９により処理され、アライメントマークのステージ５上の位置が正確に求められる。ここで、ステージ５を光学ヘッド３の直下位置に移動させた後に当該アライメントを行ってもよい。
【００４１】
プリアライメント処理とファインアライメント処理について図８を参照して更に説明する。図８のフローチャートは、基板Ｗが、プリアライメント部でメカアライメント処理によってメカニカルなプリメカアライメント（ステップＳ２）が行われてステージ５に装着され（ステップＳ３）、カメラ６を用いて行われるプリアライメント処理を説明している。最初に基板Ｗとステージ５の回転中心のズレを補正するセンタリングをする（ステップＳ１１）。センタリング処理を行うことで次に続く基板Ｗの位置決めは、回転補正だけで行えるというメリットがある。
【００４２】
最初に基板Ｗの回転中心位置のアライメントマーク２０４が、カメラ６で基板Ｗの裏面１０１ｂ側から赤外線で半導体基板１０１を透過して、低倍で観察される（ステップＳ１２）。すなわち、初めにアライメントマーク２０４を低倍で撮像して基板Ｗの回転中心位置を求め、この処理の結果を用いて、アライメントマーク２０４位置の目標であるステージ５の回転中心に対するＸ方向のずれとＹ方向のずれを算出する（ステップＳ１３）。
【００４３】
ここで、カメラ６による倍率の低倍とは、アライメントマーク２０４を人が視認した大きさより５倍の大きさに撮像できる倍率である。カメラ６による基板Ｗの撮像領域は一部の限られた領域であり、基板Ｗの全体を撮像可能な視野範囲を有するカメラとするのは装置構造を大きくしてしまうので基板Ｗ全体よりは小さい領域が撮像範囲であるカメラを用いる。よって、このカメラ６による倍率は、アライメントマーク２０４の存在が認識でき、基板Ｗがステージ５に対してズレて載置された時にアライメントマーク２０４が存在する領域を含む大きさの領域が撮像範囲に入る程度に設定される。よって、プリメカアライメント工程によるズレが大きいほど、カメラ６による撮像範囲を予め大きくしておく必要がある。
【００４４】
次に、得られた画像の中央位置に、基板Ｗ上のアライメントマーク２０４の像が位置する関係になるように、カメラ６に対する基板Ｗの位置関係に対する直交２軸方向（Ｘ、Ｙ方向）のズレ量を検出し、このズレ量を補正する。このとき、位置合わせの対象となる基板Ｗに、回転方向のズレが生じていると、上記のような直交２軸方向の座標移動のみでは、正確な位置合わせができないので、その前段階として、基板Ｗの回転補正を行う必要がある（ステップＳ１６、Ｓ１７）。アライメントマーク２０４は予め基板Ｗの回転中心位置に配置されている情報に基づいて、得られた画像の中央位置とのズレを検出しているので、アライメントマーク２０４の画像情報が基板中心位置情報として画像処理ユニット９によって判断され、露光制御部４１を介してステージ移動機構５１が制御される。よって、ここまでの動作が本発明の第一位置移動工程に相当する。
【００４５】
この時、アライメントマーク２０４が検出されない時は、図示しない表示部にエラー表示を行い（ステップＳ１５）、装置１を待機モードとする。なお、ステージ移動機構５１の設定された所定量の動作によりアライメントマーク２０４が検出されるまで、ステージ移動機構５１の調整動作を繰り返すようにしてもよい。例えば、カメラ６の視野領域の半分のピッチを設定して、半ピッチずつＸ軸移動からＹ軸移動を繰り返す探索動作を行うように設定していてもよい。
【００４６】
ここで、カメラ６の撮像範囲が小さく、倍率が高くなるとアライメントマーク２０４が撮像範囲に入らなくなる可能性が高くなる。一方、図５に示すような基板Ｗの場合、支持基板１０８に半導体基板１０１を接着する段階でズレが発生する。更に、支持基板１０８が半導体基板１０１より大きく形成されているため、メカアライメント処理を行っても、ステージ５への載置段階で基板Ｗの配置のズレが助長される。言い換えると、このセンタリング工程におけるカメラ６の撮像倍率は、このような観点からも後述するファインアライメント工程よりは低い倍率で、アライメントマーク２０４が撮像範囲に入ることを優先して設定されることが好ましい。
【００４７】
なお、アライメントマーク２０４は基板Ｗの回転中心位置に配置されているが、基板Ｗの回転中心位置情報が決定されるのなら、必ずしも回転中心に配置されてなくてもよい。即ち、回転中心近傍に配置されているアライメントマーク２０４から事前に設定されたシフト量より基板Ｗの回転中心位置情報が画像処理で探索されるものであればアライメントマーク２０４として機能する。この場合、予めそのようなアライメントマークを有する基板表面の画像情報からシフト量を検出しておけばよい。
【００４８】
次に、アライメントマーク２０５がカメラ６で撮像可能な位置にステージ５を移動し、基板Ｗの端部のアライメントマーク２０５を検出する（ステップＳ１８）。ここでアライメントマーク２０４と２０５の距離は遠いので、基板Ｗをステージ５に置いた際のθ成分の影響をうける。よって、アライメントマーク２０５の検出でセンタリング後の基板Ｗのズレ角を補正する。なお、アライメントマーク２０５の撮像に際してステージ５を移動させたが、カメラ６を移動するように構成してもよい。
【００４９】
アライメントマーク２０５の撮像にあたり、アライメントマーク２０５が検出されない時は、アライメントマーク２０４に対する検出工程（ステップＳ１４）と同様に図示しない表示部にエラー表示を行（ステップＳ１５）、装置１を待機モードとする。
【００５０】
ステップＳ２０において、アライメントマーク２０５の位置を計測し、その計測結果に基づいて基板Ｗの回転角度位置を補正する。即ち、基板Ｗをセンタリング後の基板Ｗを回転させてアライメントマーク２０５が２軸方向に目標位置に位置されるように回転される。アライメントマーク２０５は、基板Ｗがセンタリングされていれば基板Ｗの端部において目標位置に位置していることとなる。よって、予め基板Ｗの端部位置に配置されている情報に基づいて、得られた画像の目標位置とのズレを検出しているので、アライメントマーク２０５の画像情報が基板端部位置情報として画像処理ユニット９によって判断され、露光制御部４１を介してステージ移動機構５１が制御される。
【００５１】
つづいて、ステップＳ２１において、移動誤差補正をセットする。基板位置決め動作においては、基板Ｗの回転角度補正処理動作の後に、続いて移動誤差である傾斜角度補正処理動作が行われる。なお、カメラ６の倍率は低倍率の５倍のままである。
【００５２】
カメラ６によって撮像された基板Ｗのスクライブライン領域２０３の拡大多階調画像を画像処理ユニット９に取り込む。画像処理ユニット９に取り込まれた画像は、前記したようにカメラ６を介して撮影された画像であるため、基板Ｗにおけるスクライブライン領域２０３の境界線領域２０３ｂであるエッジで、その階調値が変化する。よって、予め基板Ｗの回転中心位置から端部のスクライブライン領域２０３の位置情報を画像処理ユニット９に登録しておき、この登録情報と撮像画像のスクライブライン領域２０３の情報とを比較することで以後の処理を行う。
【００５３】
基板Ｗ表面を撮像し、得られた画像の所定位置（例えば画像の中央位置）に、基板Ｗ上の端部の所要個所、例えばスクライブライン領域２０３の境界線領域２０３ｂの線状の像が位置する関係になるように、カメラ６に対する基板Ｗの位置関係に対する直交２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）のズレ量を検出し、このズレ量を補正する。このとき、位置あわせの対象となる基板Ｗはセンタリングが行われているので、境界線領域２０３ｂは傾斜していることとなる。そのため、この傾斜角度を補正するために、基板Ｗの回転補正を行う必要がある（ステップＳ２２）。よって、アライメントマーク２０５による基板端部位位置情報を用いて回転角度補正を行う工程と、境界線領域２０３ｂによるスクライブライン情報を用いて傾斜角度補正を行う工程までが、本発明の第二位置移動工程に相当する。
【００５４】
撮像画像の中からスクライブライン領域２０３の境界線領域２０３ｂを検出する方法として、いわゆる２値化処理と称される方法が知られている。この方法は、基板Ｗ表面を撮影した多階調画像を、例えばモード法と呼ばれる手法で設定した階調値を閾値に設定して、２値画像に変換することで、画像中の境界線領域２０３ｂを検出するものである。
【００５５】
いわゆるモード法は、撮像画像の階調値ヒストグラムが双峰性を示す場合に、ピーク間の谷部分に閾値ＴＨを設定し、これによって撮像画像を２値化処理することによって境界線領域２０３ｂを検出している。このようにして境界線領域２０３ｂが検出されると、２値化処理された撮像画像に対して、パターン認識の手法を駆使してこの境界線領域２０３ｂを有する基板Ｗとカメラ６との回転角度誤差が算出され、その誤差を打ち消すように、基板Ｗを載置するステージ５が駆動される。そして、これらの位置情報に基づきθ軸駆動部５１Ｔが作動してステージ５を鉛直軸回りに微小回転させて基板Ｗへのパターン描画に適した向きとして光学ヘッド３との位置関係がアライメント（位置合わせ）される。
【００５６】
こうして３組のマーク位置情報を計算できたら、基板Ｗをステージ５に載置してプリメカアライメント処理を行った際のθ成分と中心のずれの補正量を決定することができる。従って、次に高倍率処理を行うアライメントマーク２０４の位置の計測においては、マークの目標位置が補正されているので低倍で観察する必要はない。即ち、カメラ６の撮像範囲を高い倍率で撮像してもアライメントマーク２０４が見つからないことがほとんどなくなる。ここで、前工程の倍率である５倍よりは高い倍率である、２０倍の高倍率に設定されて撮像が行われる（ステップＳ２２）。
【００５７】
そして、ステップＳ２３において、ステージ５を移動しカメラ６で再度、基板Ｗの回転中心位置が撮像位置とされる。その位置でセットされた高倍率にてアライメントマーク２０４を撮像し、基板Ｗの中心位置情報としてアライメントマーク２０４の重心位置を計算して当該アライメントマークの補正移動量を決定するファインアライメント処理を行う（ステップＳ５）。なお、図６に示されるアライメントマーク２０４は、ファインアライメント処理時においてより誤検出をしにくくした形状のマークであり、図示の様に正方形とする。
【００５８】
この正方形のアライメントマーク２０４が基板Ｗの回転中心位置に位置決めされているが、高倍率で撮像し、重心位置を求めることで、この重心位置が得られた画像の中央位置に位置する関係になるように、カメラ６に対する基板Ｗの位置関係に対する直交２軸方向（Ｘ、Ｙ方向）のズレ量を検出し、このズレ量を補正する。このとき、位置合わせの対象となる予め登録された撮像画像の中心位置が重心位置と一致するように画像処理ユニット９に設定される。そして、このステップＳ２３において、アライメントマーク２０４の重心位置情報による基板中心位置情報を用いて基板Ｗの位置補正を行う工程が本発明の第三位置移動工程に相当する。
【００５９】
なお、ここでアライメントマーク２０４の撮像にあたり、アライメントマーク２０４が検出されない時は（ステップＳ２４）、前述の検出工程（ステップＳ１４）と同様に図示しない表示部にエラー表示を行（ステップＳ１５）、装置１を待機モードとする。
【００６０】
以上のように、ステップＳ１８において、図６で示したアライメントマーク２０５とスクライブライン領域２０３の境界線領域２０３ｂの位置を計測し、ステップＳ２０において、その計測結果に基づいて基板Ｗの回転角度補正を補正する。つづいて、ステップＳ２１において、傾斜角度補正をセットする。そして、ステップＳ２２において、セットされた高倍率にて撮像し、アライメントマーク２０４の重心位置を計算して当該アライメントマークの位置を決定する。即ち、重心計算でマークの精密な位置を求める。
【００６１】
この方法を使うと、従来、複数のアライメント計測で複数のアライメントマークを必要としたが、少なくとも２個のアライメントマークで実行できる。その結果、アライメント計測における処理時間が減少し、アライメント時間を短縮できる。更に、カメラ６の撮像手段も撮像範囲が広範な視野角を有するカメラを用いなくとも装置を構成できる。また、プリアライメント工程ではマークを低倍率で撮像するためマークの検出が早く行われ、大きくズレが補正された後のファインアライメントにおいて高倍率で撮像してもマークを早く見つけることができるとともに、高倍率での精密な位置情報をもって位置合せを行なうことが出来る。
【００６２】
なお、アライメントマーク位置を求める方法は、２値化処理に限らず、例えば、マークの輪郭を抽出し、パターンマッチングする方法など様々な方法が有る。
【００６３】
また、ファインアライメント処理において、アライメントマーク２０４の重心位置を検出して、この重心位置が得られた画像の中央位置に位置する関係になるように位置補正を行うが、高倍率で撮像しているので、アライメントマーク２０４の図形からＸ軸とＹ軸の方向を示す情報を抽出して、予め登録した図形情報と比較することでズレ量を検出する工程を追加してもよい。こうすることでより精密な位置合せを行なうことができる。
【００６４】
図７に戻って、メカプリアライメント処理によるメカニカルなアライメント（ステップＳ２）が済み、ステージ５上に乗せられた基板Ｗ（ステップＳ３）に対して、図８に示す手順のプリアライメント（ステップＳ４）とファインアライメントが行われる（ステップＳ５）。こうして基板Ｗの位置決めを終えると、この基板Ｗのステージ５上のズレ量が補正された位置情報に基づいて、光学ヘッド３を用いてパターンを基板Ｗに焼きつける露光処理が開始される（ステップＳ６）。
【００６５】
パターン描画装置１では、光学ヘッド３が基板Ｗの主走査方向の端部上方まで到達すると、基板Ｗの移動が停止される。そして、基板Ｗを副走査方向に所定距離だけ移動した後、基板Ｗの主走査方向への移動が開始され、基板Ｗが連続的に移動する間、光学ヘッド３の高さ調整および光ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御が継続して行われる。基板Ｗを副走査方向に移動しつつ、上記の処理が繰り返され、基板Ｗの全体にパターンが描画されるとパターン描画処理が完了する。
【００６６】
こうして、基板Ｗ上の描画が終了して基板Ｗの表面への所望パターンの描画が完了すると、ステージ５は描画済み基板Ｗを載置したまま基板受渡位置（図１および図２の左側領域）に移動した後、基板搬送ロボットにより基板Ｗがカセットへと戻され、次の基板Ｗが取り出されて上記したと同様の一連の処理が繰り返される。さらに、カセットに収納されている全ての基板Ｗに対するパターン描画が終了すると、カセットがパターン描画装置１から搬出される。
【００６７】
上記の実施形態では、アライメントメーク２０４、２０５として専用に形成したマークを用いたが、基板Ｗの表面１０１ａにおいて光学的に検出可能な形状、例えば露光領域２０１内の構造をアライメントマークとし利用してもよい。即ち、光学的に検出可能な形状であれば、予めその形状をアライメントマークとして登録することで位置情報を得ることができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００６９】
パターン描画装置１における処理対象は、表示装置用のガラスの基板以外に、半導体基板やプリント配線基板等の他の基板（もちろん、矩形でなくてもよい。）であってもよい。また、パターン描画装置１における位置検出装置としての機能は、パターン描画以外の用途に用いられてもよく、例えばパターン検査に用いることが可能である。この場合、基板上のパターンを撮像するカメラ部の位置に対応付けられた基準点に対する基板の相対位置が検出される。
【符号の説明】
【００７０】
１              パターン描画装置
２              基台
２１            ヘッド支持部
２１１、２１２、２２１、２２２  脚部材
２１３          梁部材
３              光学ヘッド
４１            露光制御部
５              ステージ
５１            ステージ移動機構
６              カメラ
８              コンピュータ
９              画像処理ユニット
１０８          支持基板
２０３          スクライブライン領域
２０４、２０５  アライメントマーク
Ｗ              基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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