(57)【要約】【課題】外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の基準方向に対する回転位置ずれ量を正確に求めることができる位置ずれ検出技術、ならびに当該位置ずれ検出技術を用いて高精度な描画処理や正確な基板検査を行う。【解決手段】基板の表面の部分画像を取得する第１工程と、部分画像に含まれる複数のパターンを取得する第２工程と、複数のパターンからパターン対を複数個選定し、複数のパターン対のうちパターン間の距離が互いに等しい複数の等ピッチ対を求める第３工程と、等ピッチ対毎に、当該等ピッチ対を構成する２つのパターンの位置情報に基づいて基準方向に対する２つのパターンの回転角を求める第４工程と、第４工程で求められた複数の回転角から回転位置ずれ量を求める第５工程とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の前記基準方向に対する回転位置ずれ量を求める位置ずれ検出方法であって、
前記基板の表面の部分画像を取得する第１工程と、
前記部分画像に含まれる複数のパターンを取得する第２工程と、
前記複数のパターンからパターン対を複数個選定し、前記複数のパターン対のうちパターン間の距離が互いに等しい複数の等ピッチ対を求める第３工程と、
前記等ピッチ対毎に、当該等ピッチ対を構成する２つのパターンの位置情報に基づいて前記基準方向に対する前記２つのパターンの回転角を求める第４工程と、
前記第４工程で求められた複数の回転角から前記回転位置ずれ量を求める第５工程と
を備えることを特徴とする位置ずれ検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、
前記部分画像の一部をテンプレート像として取得する工程と、
前記部分画像のうち前記テンプレート像とマッチングするマッチング像を前記パターンとして取得する工程と
を有する位置ずれ検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、前記テンプレート像を前記部分画像の範囲内で順次ずらしてマッチングして前記マッチング像を取得する位置ずれ検出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、
前記テンプレート像として前記部分画像のうち第１画像を取得するとともに前記第１画像を用いたマッチングによって取得された前記マッチング像の数が、前記回転角を求めるのに必要となる最小個数未満であるとき、
前記部分画像のうち前記第１画像と異なる第２画像を前記テンプレート像として取得し、前記第２画像を用いたマッチングによってマッチング像を取得する位置ずれ検出方法。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか一項に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、
前記部分画像を二値化して二値画像を取得する工程と、
前記二値画像に対してラベリング処理を施してラベリング済画像を取得する工程と
を有し、
前記ラベリング済画像のうち孤立した像が存在する領域の画像を前記テンプレート像として取得する位置ずれ検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記領域には複数の孤立した像が含まれる位置ずれ検出方法。
【請求項７】
請求項１に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、
前記部分画像を二値化して二値画像を取得する工程と、
前記二値画像に対してラベリング処理を施してラベリング済画像を取得する工程と、
前記ラベリング済画像のうち孤立した像を前記パターンとして抽出する工程と
を有する位置ずれ検出方法。
【請求項８】
請求項１に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、
前記部分画像の一部をテンプレート像として取得した後で前記部分画像のうち前記テンプレート像とマッチングするマッチング像を前記パターンとして取得するテンプレートマッチング工程と、
前記部分画像を二値化して得られる二値画像に対してラベリング処理を施してラベリング済画像を取得した後で前記ラベリング済画像のうち孤立した像を前記パターンとして抽出するパターン抽出工程と
を有し、前記テンプレートマッチング工程およびパターン抽出工程のうち少なくとも一方を実行する位置ずれ検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第２工程は、前記テンプレートマッチング工程を実行して得られる前記パターンの数が前記回転角を求めるのに必要となる最小個数未満であるとき、前記パターン抽出工程を実行する位置ずれ検出方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記各パターンの重心を前記位置情報として算出する工程を有する位置ずれ検出方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第３工程は、
前記パターン毎に、当該パターンから最も近接する他のパターンを選定するとともに当該他のパターンとで構成される近接パターン対におけるパターン間の距離を求める工程と、
前記各近接パターン対におけるパターン間の距離から第１ヒストグラムを作成し、前記第１ヒストグラムから最頻値を求める工程と、
前記複数の近接パターン対のうちパターン間の距離が前記最頻値と一致する近接パターン対を前記等ピッチ対として選定する工程と
を有する位置ずれ検出方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第４工程は、前記等ピッチ対毎に、当該等ピッチ対を構成する２つのパターンを結ぶ仮想直線の前記基準方向に対する傾きにより前記回転角を求める工程を有する位置ずれ検出方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の位置ずれ検出方法であって、
前記第４工程は、前記各等ピッチ対における回転角から第２ヒストグラムを作成し、前記第２ヒストグラムから最頻値を前記回転角として求める工程である位置ずれ検出方法。
【請求項１４】
外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の前記基準方向に対する回転位置ずれ量を求める位置ずれ検出装置であって、
前記基板の表面を部分的に撮像する撮像手段と、
撮像手段によって撮像された前記基板の表面の部分画像に基づいて前記回転位置ずれ量を求める検出手段とを備え、
前記検出手段は、
前記部分画像に含まれる複数のパターンを取得するパターン取得部と、
前記パターン取得部により取得された複数のパターンからパターン対を複数個選定するとともに前記複数のパターン対のうちパターン間の距離が互いに等しい複数の等ピッチ対を求め、前記等ピッチ対毎に当該等ピッチ対を構成する２つのパターンの位置情報に基づいて前記基準方向に対する前記２つのパターンの回転角を求め、前記複数の回転角から前記回転位置ずれ量を求める算出部と
を有することを特徴とする位置ずれ検出装置。
【請求項１５】
外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板を保持手段で受け取り、前記保持手段により保持したまま前記基板に光を照射して描画する描画装置であって、
請求項１４に記載の位置ずれ検出装置と同一の構成を有する位置ずれ検出手段と、
前記保持手段により保持される前記基板の表面の面法線と平行に延びる回転軸を中心として前記保持手段を回転させる回転手段と、
前記光による描画前に、前記位置ずれ検出手段で求められた前記回転位置ずれ量に基づいて前記回転手段を制御して前記保持手段に保持される前記基板の回転位置を補正する制御手段と
を備えることを特徴とする描画装置。
【請求項１６】
外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板を保持手段で受け取り、前記保持手段により保持したまま前記基板の表面を撮像して検査する基板検査装置であって、
請求項１４に記載の位置ずれ検出装置と同一の構成を有する位置ずれ検出手段と、
前記保持手段により保持される前記基板の表面の面法線と平行に延びる回転軸を中心として前記保持手段を回転させる回転手段と、
前記基板の表面の撮像前に、前記位置ずれ検出手段で求められた前記回転位置ずれ量に基づいて前記回転手段を制御して前記保持手段に保持される前記基板の回転位置を補正する制御手段と
を備えることを特徴とする基板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オリエンテーションフラットやノッチなどの切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の上記基準方向に対する回転位置ずれ量を求める位置ずれ検出技術、ならびに当該位置ずれ検出技術を利用する描画装置および基板検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板（以下単に「基板」という）に形成されるＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）の高集積化に伴い、光ビームを照射してパターンを描画する描画装置が利用されている。例えば特許文献１に記載の描画装置では、基板をプリアライメント部に搬送し、プリアライメント処理を行う。このプリアライメント処理は、載置台に載置された基板の切欠部（ノッチやオリエンテーションフラットなど）の位置をセンサで検出し、当該切欠部が定められた方向を向くように載置台を回転させることによって行われる。これによって、載置台に載置された基板は基準方向に位置合わせされる。これに続いて、プリアライメント処理済みの基板をステージに搬送する。そして、基板上の複数のアライメントマークをカメラで撮像し、そのマーク位置と設計データ上の位置とのずれ量を検出する。そのずれ量を考慮した上でステージと光学ヘッドとを相対移動させながら光学ヘッドからステージ上の基板に対して光を照射して基板にパターンを描画する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３８１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の装置で実行されるプリアライメント処理は、切欠部に基づき基板を基準方向に対して位置決めしているにすぎず、基板の表面、特に当該表面上に既に形成されているパターンを基準方向に対して位置決めするものではない。そのため、上記アライメントマークがカメラの視野に入らないことがあった。例えば基板上に既に形成されている第１レイヤに対して上記描画装置を用いて第２レイヤを描画する場合があるが、第１レイヤを形成する装置におけるプリアライメント精度が悪く、基板の切欠部を基準したパターン形成が行われないことがある。この場合、プリアライメント処理を行ったとしても、第１レイヤのパターンは基準方向から回転方向に位置ずれして形成されている。つまり回転位置ずれが発生することがある。したがって、第１レイヤに含まれるアライメントマークをカメラにより撮像することが困難となることがある。
【０００５】
また、描画装置によるパターン形成の対象として、素子（デバイス）が形成されたＳｉウエハに対して接着剤を用いてノッチ付ガラスウエハを接着した基板があるが、当該基板の場合Ｓｉウエハに形成されているパターンと、ガラスウエハのノッチには何の位置関係も存在しないため、プリアライメント処理の精度を向上させたとしても、Ｓｉウエハ上のアライメントマークをカメラにより撮像できる保証はどこにもない。
【０００６】
このようにプリアライメント処理によって基板を基準方向に対して位置決めしたとしても、基準方向に対する基板の回転位置ずれが発生することがある。例えば直径が３００[ｍｍ］の半導体ウエハを上記基板とする場合、半導体ウエハの回転位置が基準方向から角度０．０５[゜]だけずれると、半導体ウエハの周縁部では２５０[μｍ]程度の位置ずれになってしまう。その結果、半導体ウエハに既に形成されているパターンに別のパターンを正確に描画するのが困難となっている。また、半導体ウエハに既に形成されているパターンの形状異常（ショート、断線など）やウエハ表面の異物検出を行う基板検査装置においても、基準方向に対して位置決めされた半導体ウエハ等の基板に回転位置ずれが発生していると、正確な基板検査を良好に行うことは困難である。
【０００７】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の基準方向に対する回転位置ずれ量を正確に求めることができる位置ずれ検出技術、ならびに当該位置ずれ検出技術を用いて高精度な描画処理や正確な基板検査を行う装置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】
【０００８】
この発明の第１態様は、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の基準方向に対する回転位置ずれ量を求める位置ずれ検出方法であって、基板の表面の部分画像を取得する第１工程と、部分画像に含まれる複数のパターンを取得する第２工程と、複数のパターンからパターン対を複数個選定し、複数のパターン対のうちパターン間の距離が互いに等しい複数の等ピッチ対を求める第３工程と、等ピッチ対毎に、当該等ピッチ対を構成する２つのパターンの位置情報に基づいて基準方向に対する２つのパターンの回転角を求める第４工程と、第４工程で求められた複数の回転角から回転位置ずれ量を求める第５工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明の第２態様は、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の基準方向に対する回転位置ずれ量を求める位置ずれ検出装置であって、基板の表面を部分的に撮像する撮像手段と、撮像部によって撮像された基板の表面の部分画像に基づいて回転位置ずれ量を求める検出手段とを備え、検出手段は、部分画像に含まれる複数のパターンを取得するパターン取得部と、パターン取得部により取得された複数のパターンからパターン対を複数個選定するとともに複数のパターン対のうちパターン間の距離が互いに等しい複数の等ピッチ対を求め、等ピッチ対毎に当該等ピッチ対を構成する２つのパターンの位置情報に基づいて基準方向に対する２つのパターンの回転角を求め、複数の回転角から回転位置ずれ量を求める算出部とを有することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明の第３態様は、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板を保持手段で受け取り、保持手段により保持したまま基板に光を照射して描画する描画装置であって、上記した位置ずれ検出装置と同一の構成を有する位置ずれ検出手段と、保持手段により保持される基板の表面の面法線と平行に延びる回転軸を中心として保持手段を回転させる回転手段と、光による描画前に、位置ずれ検出手段で求められた回転位置ずれ量に基づいて回転手段を制御して保持手段に保持される基板の回転位置を補正する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
さらに、この発明の第４態様は、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板を保持手段で受け取り、保持手段により保持したまま基板の表面を撮像して検査する基板検査装置であって、上記した位置ずれ検出装置と同一の構成を有する位置ずれ検出手段と、保持手段により保持される基板の表面の面法線と平行に延びる回転軸を中心として保持手段を回転させる回転手段と、基板の表面の撮像前に、位置ずれ検出手段で求められた回転位置ずれ量に基づいて回転手段を制御して保持手段に保持される基板の回転位置を補正する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明では、切欠部に基づいて基準方向に対して位置決めされた基板の表面の部分画像が取得される。そして、当該部分画像に含まれる複数のパターンに基づいて基準方向に対する基板の回転位置ずれ量が検出される。より詳しくは、上記複数のパターンからパターン対を複数個選定するとともに複数のパターン対のうちパターン間の距離が互いに等しい複数の等ピッチ対を求め、等ピッチ対毎に当該等ピッチ対を構成する２つのパターンの位置情報に基づいて基準方向に対する２つのパターンの回転角を求め、複数の回転角から回転位置ずれ量を求めている。このため、回転位置ずれ量が正確に求められる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の部分画像から複数のパターンを取得し、これらのパターンから基板の回転位置ずれ量を検出しているため、回転位置ずれ量を正確に求めることができる。また、当該位置ずれ検出技術を描画装置で利用することで高精度な描画処理を行うことができる。さらに。当該位置ずれ検出技術を基板検査装置に適用することで正確な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる回転位置ずれ検出装置を装備する描画装置の第１実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の描画装置の平面図である。
【図３】図１の描画装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】プリアライメントユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図５】図１の描画装置によるパターンの描画動作を示すフローチャートである。
【図６】基板の表面の部分画像から複数のパターンを取得する動作を模式的に示す図である。
【図７】補正角算出動作を示すフローチャートである。
【図８】テンプレートマッチング動作を示すフローチャートである。
【図９】テンプレートマッチング動作により得られる重心集合の一例を示す図である。
【図１０】近接点集合の一例を示す図である。
【図１１】重心間距離をキーとするヒストグラムの一例を示す図である。
【図１２】最近接点集合の一例を示す図である。
【図１３】角度をキーとするヒストグラムの一例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる回転位置ずれ検出装置を装備する描画装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１５】部分画像から周期パターンを抽出するパターン抽出処理を示すフローチャートである。
【図１６】第２実施形態における部分画像からの周期パターンの取得動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明にかかる回転位置ずれ検出装置を装備する描画装置の第１実施形態を示す正面図である。図２は図１の描画装置の平面図である。図３は図１の描画装置の電気的構成を示すブロック図である。描画装置は、プリアライメント処理された半導体ウエハなどの基板Ｗを処理ステージ１に搬送し、当該処理ステージ１で基板Ｗを保持したまま光を基板Ｗの表面に照射してパターンを描画する装置である。以下においては、装置の全体構成を説明した後、装置の主要構成である露光ユニット、プリアライメントユニット、画像処理ユニットおよびデータ作成ユニットの構成、ならびに描画動作について詳述する。
【００１６】
Ａ．全体構成
描画装置は、露光ユニット１００、プリアライメントユニット２００、搬送ユニット３００、画像処理ユニット４００およびデータ作成ユニット５００を有している。そして、これらのうち露光ユニット１００、プリアライメントユニット２００および搬送ユニット３００の主要構成要素が、本体フレーム６０１で構成される骨格の天井面および周囲面にカバーパネル（図示省略）が取り付けられることによって形成される本体内部に配置されている。
【００１７】
描画装置の本体内部は、処理領域６０２と受け渡し領域６０３とに区分されている。これらの領域のうち処理領域６０２には、主として、露光ユニット１００の主要構成である処理ステージ１、ステージ移動部２、ステージ位置計測部３、光学ユニット４、アライメント部５が配置されている。そして、露光ユニット１００の露光制御部６が露光ユニット１００の各部を制御することで光ビームを基板Ｗに露光してパターンを描画する。一方、受け渡し領域６０３には、図２に示すようにプリアライメントユニット２００および搬送ユニット３００が配置されている。プリアライメントユニット２００は、プリアライメント処理を行う。また、搬送ユニット３００は処理領域６０２に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送ロボット３０１を有している。
【００１８】
また、描画装置の本体外部には、図１に示すようにアライメント部５に照明光を供給する照明部７が配置される。また、図１および図２への図示を省略しているが、同本体外部には上記露光制御部６、画像処理ユニット４００およびデータ作成ユニット５００が配置されている。
【００１９】
さらに、描画装置の本体外部で、受け渡し領域６０３に隣接する位置には、キャリアＣを載置するためのキャリア載置部６０４が配置される。そして、搬送ロボット３０１がキャリアＣ、プリアライメントユニット２００および処理ステージ１にアクセスして基板Ｗを次のように搬送する。つまり、搬送ロボット３０１は、キャリア載置部６０４に載置されたキャリアＣに収容された未処理の基板Ｗを取り出し、プリアライメントユニット２００に搬入する。このプリアライメントユニット２００は、プリアライメント処理を行って基板Ｗの外周部に形成されるノッチＷａ（図２、図４参照）が予め設定した基準方向に向くように基板Ｗを位置決めする。こうしてプリアライメント処理を受けた基板Ｗを当該プリアライメントユニット２００から処理ステージ１に搬送し、描画を行う。そして、描画終了後に描画処理済の基板Ｗを処理ステージ１からキャリアＣに搬出する。
【００２０】
Ｂ．露光ユニット１００の構成
処理ステージ１は、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する保持部である。処理ステージ１の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、この吸引孔に負圧（吸引圧）を付与することによって、処理ステージ１上に載置された基板Ｗを処理ステージ１の上面に固定保持することができるようになっている。そして、処理ステージ１はステージ移動部２により移動させる。
【００２１】
ステージ移動部２は、処理ステージ１を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、及び回転方向（Ｚ軸周りの回転方向（θ軸方向））に移動させる機構である。ステージ移動部２は、支持プレート２２上で処理ステージ１を鉛直軸Ｚ回りに微小回転させる回転機構２１と、支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、支持プレート２２を副走査方向Ｘに移動させる副走査機構２３と、ベースプレート２４を主走査方向Ｙに移動させる主走査機構２５とを備える。副走査機構２３および主走査機構２５は露光制御部６からの指示に応じて処理ステージ１を移動させる。
【００２２】
副走査機構２３は、支持プレート２２の下面に取り付けられた図示しない移動子とベースプレート２４の上面に敷設された図示しない固定子とにより構成されたリニアモータ２３ａを有している。また、支持プレート２２とベースプレート２４との間には、副走査方向に延びる一対のガイド部２３ｂが設けられている。このため、リニアモータ２３ａを動作させると、ベースプレート２４上のガイド部２３ｂに沿って支持プレート２２が副走査方向Ｘに移動する。
【００２３】
主走査機構２５は、ベースプレート２４の下面に取り付けられた移動子と描画装置の基台８上に敷設された固定子とにより構成されたリニアモータ２５ａを有している。また、ベースプレート２４と基台８との間には、主走査方向に延びる一対のガイド部２５ｂが設けられている。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台６０６上のガイド部２５ｂに沿ってベースプレート２４が主走査方向Ｙに移動する。
【００２４】
ステージ位置計測部３は、処理ステージ１の位置を計測する機構である。ステージ位置計測部３は、露光制御部６と電気的に接続されており、露光制御部６からの指示に応じて処理ステージ１の位置を計測する。ステージ位置計測部３は、例えば処理ステージ１に向けてレーザ光を照射し、その反射光と出射光との干渉を利用して、処理ステージ１の位置を計測する機構により構成されているが、その構成動作はこれに限定されるものではない。この実施形態では、ステージ位置計測部３は、レーザ光を出射する出射部３１と、ビームスプリッタ３２と、ビームベンダ３３と、第１干渉計３４と、第２干渉計３５とを備える。これら出射部３１、各干渉計３４、３５は、露光制御部６と電気的に接続されており、露光制御部６からの指示に応じて処理ステージ１の位置を計測する。
【００２５】
出射部３１から出射されたレーザ光は、まずビームスプリッタ３２に入射し、ビームベンダ３３に向かう第１分岐光と、第２干渉計３５に向かう第２分岐光とに分岐される。第１分岐光は、ビームベンダ３３により反射され、第１干渉計３４に入射するとともに、第１干渉計３４から処理ステージ１の第１の部位に照射される。そして、第１の部位で反射した第１分岐光が、再び第１干渉計３４へと入射する。第１干渉計３４は、処理ステージ１の第１の部位に向かう第１分岐光と第１の部位で反射された第１分岐光との干渉に基づいて第１の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。
【００２６】
一方、第２分岐光は、第２干渉計３５に入射するとともに、第２干渉計３５から処理ステージ１の第２の部位（ただし、第２の部位は、第１の部位とは異なる位置である。）に照射される。そして、第２の部位で反射した第２分岐光が、再び第２干渉計３５へ入射する。第２干渉計３５は、処理ステージ１の第２の部位に向かう第２分岐光と処理ステージ１の第２の部位で反射された第２分岐光との干渉に基づいて第２の部位の位置に対応した位置パラメータを計測する。
【００２７】
露光制御部６は、第１干渉計３４および第２干渉計３５の各々から、処理ステージ１の第１の部位の位置に対応した位置パラメータ及び処理ステージ１の第２の部位の位置に対応した位置パラメータを取得する。そして、取得した各位置パラメータに基づいて、露光制御部６は処理ステージ１の位置を算出する。
【００２８】
光学ユニット４は、２つの光学ヘッド４０ａ、４０ｂを有している。光学ヘッド４０ａ、４０ｂはともに同一構成を有しており、光照射部４１から与えられるレーザ光をＣＡＤデータで記述されたパターンに対応する描画データに基づき変調する。ここでは、図１を参照しつつ光学ヘッド４０ａに関連する構成について説明するが、光学ヘッド４０ｂについても同様に構成されている。なお、光学ヘッドの設置数はこれに限定されず任意である。
【００２９】
光照射部４１は、レーザ駆動部４１１、レーザ発振器４１２および照明光学系４１３を有している。この光照射部４１では、レーザ駆動部４１１の作動によりレーザ発振器４１２からレーザ光が出射され、照明光学系４１３を介して光学ヘッド４０ａに導入される。この光学ヘッド４０ａには、光変調素子が設けられており、描画データに基づきレーザ光を変調する。そして、光学ヘッド４０ａは変調レーザ光を光学ヘッド４０ａの直下位置で移動している基板Ｗに対して落射することで処理ステージ１に保持された基板Ｗの表面を露光してパターンを描画する。これによって、基板Ｗの表面に対してＣＡＤデータで記述されたパターンが重ねて描画される。
【００３０】
アライメント部５は基板Ｗの表面に形成されるアライメントマーク（図示省略）を撮像する。アライメント部５は、鏡筒、対物レンズ、およびＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサを有する撮像部５１を備える。本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサとしてエリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）を用いているが、これに限定されるものではない。また、アライメント部５は、図示しない昇降機構によって所定の範囲内で昇降可能に支持されている。
【００３１】
照明部７は鏡筒とファイバ７１を介して接続され、アライメント部５に対して照明用の光を供給する。照明部７から延びるファイバ７１によって導かれる光は、撮像部５１の鏡筒を介して基板Ｗの上面に導かれ、その反射光は、対物レンズを介してＣＣＤイメージセンサで受光される。これによって、基板Ｗの上面が撮像されて撮像データが取得されることになる。撮像部５１はマーク位置計測部５２と電気的に接続されており、取得した撮像データをマーク位置計測部５２に出力する。マーク位置計測部５２は当該撮像データに基づいてアライメントマークの座標位置を求め、露光制御部６に出力する。
【００３２】
Ｃ．プリアライメントユニット２００の構成
図４はプリアライメントユニットの概略構成を例示する斜視図である。プリアライメントユニット２００はＹ方向に延設された長尺プレート状のベース部２１０を有している。このベース部２１０の一方端部では、回転テーブル２２０が回転自在に取り付けられている。この回転テーブル２２０は搬送ロボット３０１によって搬送されてきた基板Ｗを支持する上面を有している。この回転テーブル２２０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、図示を省略する吸引手段によって各吸引孔を吸引することで、基板Ｗが回転テーブル２２０上で吸着されて保持される。また、回転テーブル２２０はモータ２３０の回転軸に連結されており、モータ２３０からの回転駆動力を受けて、基板Ｗを保持しつつＺ軸周りに回転する。
【００３３】
また、ベース部２１０の他方端部では、ノッチ検出部２４０が回転テーブル２２０に保持される基板Ｗの径方向（Ｙ方向）に移動自在に設けられている。このノッチ検出部２４０は図示を省略する投光素子および受光素子を有している。また、ノッチ検出部２４０には、検出駆動部２５０が接続されており、基板Ｗのウエハサイズに応じてノッチ検出部２４０をＹ方向に移動させる。つまり、ウエハサイズが２００[ｍｍ]のときには（＋Ｙ）方向に移動させて第１ポジションに位置決めすることで、投光素子から受光素子に向かう光経路が基板Ｗの周縁部と交差するようにノッチ検出部２４０を位置させる。一方、ウエハサイズが３００[ｍｍ]のときには（−Ｙ）方向に移動させて第２ポジションに位置決めすることで、上記光経路が基板Ｗの周縁部と交差するようにノッチ検出部２４０を位置させる。こうして、いずれのウエハサイズにおいても、ノッチ検出部２４０によりノッチ検出を行うことが可能となっている。すなわち、上記光経路上にノッチＷａが位置するタイミングでノッチ検出部２４０からノッチ検出信号を出力する。そして、プリアライメントユニット２００はノッチ検出信号の出力タイミングに基づいて回転テーブル２２０の回転を制御することで、例えば図２や図４に示すようにノッチＷａを（−Ｘ）方向に向けた回転位置に基板Ｗを位置決めする（プリアライメント処理）。このように、本実施形態ではノッチＷａが本発明の「切欠部」の一例に相当し、（−Ｘ）方向が本発明の「基準方向」に相当している。なお、ノッチ検出に基づく基板Ｗの回転位置決め方法については周知であるため、ここでは説明を省略する。また、本実施形態では上記したように透過光によってノッチ検出を行っているが、反射光を用いてノッチ検出を行うように構成してもよい。
【００３４】
ここで、ノッチＷａに基づく位置決めを行ったとしても、既述したように、基板Ｗ上に既に形成されているパターンが必ずしも基準方向に対して正確に位置決めされているわけではなく、基板Ｗが基準方向に対して基板Ｗの回転方向に位置ずれを起こしている、つまり回転位置ずれが発生していることがある。そこで、本実施形態では基準方向に位置決めされた基板Ｗの回転位置ずれ量を検出するために、プリアライメントユニット２００には撮像カメラ２６０が設けられている。
【００３５】
撮像カメラ２６０は、図４に示すように、回転テーブル２２０を挟んでノッチ検出部２４０の反対側で回転テーブル２２０上に水平に保持された基板Ｗの周縁部の上方位置に配置されており、基板Ｗの表面の一部領域を撮像可能となっている。
【００３６】
また本実施形態では、撮像カメラ２６０についても、ノッチ検出部２４０と同様に２種類のウエハサイズに対応すべく、カメラ駆動部２７０が設けられている。このカメラ駆動部２７０は、撮像カメラ２６０を回転テーブル２２０に保持される基板Ｗの径方向（Ｙ方向）に移動させる機能を有しており、ウエハサイズが２００［ｍｍ］のときには撮像カメラ２６０を（−Ｙ）方向に移動させ、また３００［ｍｍ］のときには撮像カメラ２６０を（＋Ｙ）方向に移動させる。これによって、基板Ｗの表面のうち周縁部の画像が撮像カメラ２６０によって撮像される。なお、撮像カメラ２６０による撮像領域は基板Ｗの表面周縁領域に限定されるものではないが、次の理由から本実施形態では表面周縁領域の画像を撮像している。すなわち、当該理由は、中心部よりも周縁部の方が回転位置ずれの影響を強く受け易く、後述するようにして求める回転位置ずれ量の検出精度を高めることができるからである。また、後述するように撮像カメラ２６０により撮像した画像を用いて統計的な手法を用いるために撮像領域を比較的広く取得するのが望ましく、本実施形態では撮像カメラ２６０の倍率を低倍、具体的な０．５倍に設定している。そして、この撮像カメラ２６０で撮像された画像、つまり基板Ｗの表面の一部画像（以下「部分画像」という）はプリアライメントユニット２００から画像処理ユニット４００に送られる。
【００３７】
Ｄ．画像処理ユニット４００
画像処理ユニット４００は撮像カメラ２６０の撮像結果に対して画像処理を実行するものであり、露光制御部６とともに電装ラック（図示省略）内に配置されている。画像処理ユニット４００は、撮像カメラ２６０から送信されてくる部分画像を画像メモリ（図示省略）に記憶する。また、画像処理ユニット４００はテンプレートマッチング部４１０および補正角算出部４２０を備えており、各部で以下の処理を実行する。
【００３８】
テンプレートマッチング部４１０は、部分画像に含まれる複数のパターンを取得するパターン取得部として機能するものであり、部分画像の一部をテンプレート像として取得した後、部分画像のうちテンプレート像とマッチングするマッチング像を上記パターンとして取得する。なお、その詳しいパターン取得動作については後で詳述する。
【００３９】
補正角算出部４２０は、テンプレートマッチング部４１０で取得された複数のパターンに基づいて基準方向に対する基板Ｗの表面の回転位置ずれ量を求め、これを補正角として出力する機能を有している。なお、その詳しい算出動作についても後で詳述する。
【００４０】
Ｅ．データ作成ユニット５００
データ作成ユニット５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶部５１０等を有するコンピュータで構成されており、露光制御部６、画像処理ユニット４００とともに電装ラック内に配置されている。また、データ作成ユニット５００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、データ作成部５２０、アライメント座標導出部５３０およびラスタライズ部５４０が実現される。本実施形態では、基板Ｗの表面に重ね合わせて描画するパターンは外部のＣＡＤ等により生成されたベクトル形式の設計データで記述されており、その設計データがデータ作成ユニット５００に入力されると、記憶部５１０に書き込まれて保存される。そして、データ作成部５２０が設計データ５１１を補正して補正設計データを作成し、アライメント座標導出部５３０およびラスタライズ部５４０に送る。
【００４１】
アライメント座標導出部５３０は上記補正設計データに含まれるアライメントマークの座標を導出し、露光制御部６に送信する。これを受けて露光制御部６はアライメント部５によるアライメント処理を実行する。
【００４２】
ラスタライズ部５４０は、アライメント座標導出部５３０によるアライメントマークの座標導出処理および露光制御部６によるアライメント処理と並行して補正設計データをラスタライズしてランレングスデータ（描画データ）５１２を生成して記憶部５１０に保存する。そして、露光制御部６からのデータ要求に応じてランレングスデータ５１２が記憶部５１０から露光制御部６に出力され、当該ランレングスデータ５１２にしがたって基板Ｗの表面へのパターン描画が実行される。
【００４３】
Ｆ．描画動作
次に、上記のように構成された描画装置によるパターン描画動作について図５ないし図１３を参照しつつ詳述する。なお、ここでは、基板Ｗのウエハサイズは３００［ｍｍ］であり、これに対応して予めノッチ検出部２４０および撮像カメラ２６０は、図４に示すように３００［ｍｍ］に対応する位置に位置決めされている。もちろん、２００［ｍｍ］サイズの基板Ｗに対して描画処理を行う場合には、３００［ｍｍ］から２００［ｍｍ］に切り替わるタイミングでノッチ検出部２４０および撮像カメラ２６０の移動が実行される。
【００４４】
図５は図１の描画装置によるパターンの描画動作を示すフローチャートである。また、図６は基板の表面の部分画像から複数のパターンを取得する動作を模式的に示す図である。この描画装置では、搬送ロボット３０１がキャリア載置部６０４に載置されたキャリアＣから基板Ｗを搬出し、プリアライメントユニット２００の回転テーブル２２０に搬送する（ステップＳ１）。すると、回転テーブル２２０が少なくとも１回転以上回転し、その回転中にノッチ検出部２４０がノッチＷａを検出してノッチ検出信号を出力する。そして、プリアライメントユニット２００では、ノッチ検出信号が出力されたタイミングに基づいてノッチＷａの回転角度を取得し、当該ノッチＷａが基準方向（−Ｘ）を向くまで回転テーブル２２０をさらに回転させる。これによって、ノッチＷａを用いた位置合せ、つまりプリアライメント処理が完了する（ステップＳ２）。
【００４５】
また、プリアライメントユニット２００では、撮像カメラ２６０がプリアライメントされた基板Ｗの表面の一部、つまり部分画像ＷＩを撮像し、画像処理ユニット４００の画像メモリに書き込む（ステップＳ３）。こうして画像メモリに記憶された部分画像ＷＩの一例が図６（ａ）に示されている。
【００４６】
プリアライメント処理および部分画像の取得が完了すると、搬送ロボット３０１が回転テーブル２２０から基板Ｗを受け取った後、当該基板Ｗの処理ステージ１への搬送を開始する（ステップＳ４）。そして、基板搬送動作を行っている間に、画像処理ユニット４００は種々の画像処理および演算処理を行って補正角θの算出を行い（ステップＳ５）、露光ユニット１００の露光制御部６に出力する。
【００４７】
図７は補正角算出動作を示すフローチャートである。この補正角算出動作は補正角算出部４２０により以下のように実行される。この補正角算出動作では、まずテンプレートマッチング処理が実行されて部分画像ＷＩからのパターンの取得が実行される（ステップＳ５１）。
【００４８】
図８はテンプレートマッチング動作を示すフローチャートである。また、図９はテンプレートマッチング動作により得られる重心集合の一例を示す図である。以下、図６、図８および図９を参照しつつテンプレートマッチング動作について説明する。テンプレートマッチング工程では、マッチングカウント値ｎを初期値「１」に設定した（ステップＳ５１１）後で、テンプレートマッチングにより周期的に繰り返されるパターン、つまり周期パターンを部分画像ＷＩから取得するループ、つまりマッチングループに入る。
【００４９】
このマッチングループでは、まず部分画像ＷＩの一部を基準画像ＲＩ（ｎ）として取得する（ステップＳ５１２）。ここで、基準画像ＲＩ（ｎ）のサイズは部分画像ＷＩより小さい任意のサイズに設定することができる。ただし、後述するように補正角を算出するにあたって統計的な手法を用いる点および基板搬送中に補正角の算出および処理ステージ１の回転動作を行う点を考慮すると、例えば図６（ｂ）に示すように、部分画像ＷＩを１５×１５〜２０×２０に分割したうちの１つの画像を基準画像ＲＩ（ｎ）とするのが好適である。
【００５０】
次に、図６（ｃ）に示すように基準画像ＲＩ（ｎ）をテンプレート像として部分画像ＷＩ全体に対して従来より多用されているテンプレートマッチングを行う（ステップＳ５１３）。そして、マッチングした領域の各々について、重心を求めるとともに当該重心の座標データを周期パターンの重心の位置情報として求め、画像処理ユニット４００に設けられるデータメモリ（図示省略）に記憶する（ステップＳ５１４）。例えば図６（ｄ）では、合計ｉ個のマッチング領域ＭＲ１、ＭＲ２、…、ＭＲｉが抽出されるとともに、それらの重心ｇ１、ｇ２、…、ｇｉが求められ、各々の位置情報（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、…、（ｘｉ，ｙｉ）がデータメモリに記憶される。こうして複数の重心の位置情報からなる重心集合Ｇが周期パターンの位置情報の集合体としてデータメモリに書き込まれる。
【００５１】
ここで、本実施形態では、テンプレートマッチングを行うためのテンプレート像を予め記憶しておくのではなく、部分画像ＷＩから任意に抽出した基準画像ＲＩ（ｎ）をテンプレート像として用いる。このため、基準画像ＲＩ（ｎ）が周期パターンの全部あるいは一部を含んだ像でテンプレート像として有効に機能する場合には、比較的数多くの重心ｇが得られる。これに対し、基準画像ＲＩ（ｎ）が周期パターンを含まず、あるいは含んでも微小でありテンプレート像として有効に機能しない場合には、取得される重心の数は急激に減少し、後述する補正角の算出が難しくなる。そこで、本実施形態では、重心の数が一定の値ＧＮ、例えば２０個以上であり、補正角の算出精度を十分に確保することが可能な場合（ステップＳ５１５で「ＮＯ」）には、マッチングループを抜けてテンプレートマッチング処理を終了する。
【００５２】
一方、重心の数が一定の値ＧＮ未満である場合（ステップＳ５１５で「ＹＥＳ」）には、マッチングカウント値ｎを「１」だけインクリメントした（ステップＳ５１６）後で基準画像ＲＩ（ｎ）の取得、テンプレートマッチングおよび重心の算出・記憶を繰り返す。つまり、部分画像ＷＩの範囲内でテンプレート像を順次ずらしてテンプレートマッチング処理を行ってマッチング像（周期パターン）を取得する。
【００５３】
このテンプレートマッチング動作（ステップＳ５１）により重心集合Ｇが求まると、図７に示すように、次のステップＳ５２では、重心集合Ｇをデータメモリから読み出す。そして、重心集合Ｇを構成する位置情報に基づいて各重心について近接する重心および重心間距離を算出する近接点算出ループに入る。
【００５４】
この近接点算出ループでは、ｉ個の重心ｇ１、ｇ２、…、ｇｉの各々について以下の計算（ステップＳ５３〜Ｓ５５）を実行する。つまり、重心ｇｍから他の重心までの距離（以下「重心間距離」という）をそれぞれ算出する（ステップＳ５３）。そして、それらの重心間距離に基づいて重心ｇｍに最も近接する近接重心ｇｍｎを検出し（ステップＳ５４）、重心ｇｍに対して当該近接重心ｇｍｎならびに重心ｇｍ、ｇｍｎの距離Ｌｍを対応付けてデータメモリに記憶する（ステップＳ５５）。こうして、例えば図１０に示すように、重心ｇ、近接重心ｇｎおよび重心間距離Ｌが関連付けられた近接点集合Ｎが得られ、近接点算出ループから抜ける。
【００５５】
次のステップＳ５６では、近接点集合Ｎをデータメモリから読み出す。そして、重心間距離Ｌをキーとしてヒストグラムを作成する（ステップＳ５７）。その一例が図１１である。
【００５６】
それに続いて、ヒストグラムから最も出現個数の多い重心間距離Ｌ、つまりモード（最頻値）Ｌｍｄを導出し（ステップＳ５８）、さらに当該モードＬｍｄに含まれるデータ、つまり重心ｇ、近接重心ｇｎおよび重心間距離Ｌを近接点集合Ｎから抽出し、データメモリに記憶する（ステップＳ５９）。こうして、例えば図１２に示すように、モードＬｍｄに含まれる重心ｇ、近接重心ｇｎおよび重心間距離Ｌが関連付けられた最近接点集合ＭＮが得られる。ただし、この時点では図１２中の「角度θ」は求められておらず、データメモリにも記憶されていない。
【００５７】
次のステップＳ６０では、最近接点集合ＭＮをデータメモリから読み出す。そして、最近接点集合ＭＮを構成する各データ（重心ｇ、近接重心ｇｎ）について角度θを算出する。この角度θは、重心ｇを有するパターンＰＴ（図６（ｃ）参照）と近接重心ｇｎを有するパターンＰＴｎ（図６（ｃ）参照）とで構成される近接パターン対の回転角に相当し、本実施形態では例えば図６（ｄ）に示すように重心ｇから近接重心ｇｎに向かう仮想直線ＶＬが基準方向（−Ｘ）となす角度と定義している。
【００５８】
最近接点集合ＭＮの各データについて角度θが求められると、角度θをキーとしてヒストグラムを作成する（ステップＳ６２）。その一例が図１３であり、図６に示すように周期パターンがＸ方向およびＹ方向にマトリックス状に形成されている場合には、角度θは０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜付近に集中する。ここで、基準方向（−Ｘ）に対して基板Ｗの表面の回転位置ずれが発生しておらず、プリアライメント処理によって基板Ｗの表面に既設のパターンが基準方向（−Ｘ）に対して位置合せされている場合には、角度θの個数は０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜でピークを示す。一方、プリアライメント処理によって基板Ｗの表面が基準方向（−Ｘ）に対して回転位置ずれを起こしている場合、角度の個数ピークは回転位置ずれ量だけシフトする。そこで、本実施形態では、上記ヒストグラムから角度の最頻値、つまりモードＡｍｄ（０）、Ａｍｄ（９０）、Ａｍｄ（１８０）、Ａｍｄ（２７０）を求める（ステップＳ６３）とともに、それぞれの０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜との差分ΔＡ（０）、ΔＡ（９０）、ΔＡ（１８０）、ΔＡ（２７０）、つまり
ΔＡ（０）＝Ａｍｄ（０）−０
ΔＡ（９０）＝Ａｍｄ（９０）−９０
ΔＡ（１８０）＝Ａｍｄ（１８０）−１８０
ΔＡ（２７０）＝Ａｍｄ（２７０）−２７０
を求める（ステップＳ６４）。さらに差分ΔＡ（０）、ΔＡ（９０）、ΔＡ（１８０）、ΔＡ（２７０）の平均値を基準方向（−Ｘ）に対する基板Ｗの表面の回転位置ずれ量であり、これを補正角θとして求める（ステップＳ６５）。
【００５９】
こうして補正角θが求まると、画像処理ユニット４００から補正角θが露光制御部６に与えられる。そして、図５に示すようにプリアライメント処理済みの基板Ｗが処理ステージ１に載置されるまでに、露光制御部６は角度（−θ）だけ処理ステージ１を回転させる旨の指令を回転機構２１に与えて作動させる（ステップＳ６）。これにより、搬送ロボット３０１が基板Ｗを処理ステージ１に載置する前に処理ステージ１は角度（−θ）だけ回転しており、その角度姿勢で基板Ｗを受け取ることとなる。
【００６０】
そして、搬送ロボット３０１により基板Ｗが処理ステージ１に載置されて基板Ｗのローディング動作が完了する（ステップＳ７で「ＹＥＳ」）と、露光制御部６は角度θだけ処理ステージ１を回転させる旨の指令を回転機構２１に与えて作動させる（ステップＳ８）。これにより、基板Ｗは補正角θだけ回転し、基準方向（−Ｘ）に対する基板Ｗの表面の回転位置ずれが解消される。それに続いて、アライメント処理を行う。すなわち、ステージ移動部２により処理ステージ１が撮像部５１の直下位置に移動して各アライメントマークを順番に撮像部５１の撮像可能位置に位置決めし、撮像部５１によるマーク撮像が実行される。この撮像部５１から出力される画像信号はマーク位置計測部５２により処理され、アライメントマークの処理ステージ１上の位置が正確に求められる。そして、これらの計測位置情報に基づき回転機構２１が作動して処理ステージ１を基板Ｗの表面の面法線と平行な軸、つまり鉛直軸回りに微小回転させて基板Ｗの表面をパターン描画に適した向きにアライメント（位置合わせ）する。なお、処理ステージ１を光学ヘッド４０ａ、４０ｂの直下位置に移動させた後で当該アライメントを行ってもよい。
【００６１】
アライメント処理が完了すると、露光制御部６はデータ作成ユニット５００に対してデータ要求を行い、記憶部５１０から読み出されるランレングスデータ５１２にしがたって基板Ｗの表面に対するパターン描画を行う（ステップＳ９）。
【００６２】
以上のように、本実施形態では、プリアライメント処理によって基板ＷはノッチＷａを基準方向（−Ｘ）に向けた状態で位置決めされるが、さらに当該基板Ｗの表面の部分画像ＷＩを取得し、当該部分画像ＷＩに含まれる周期パターンに基づいて基準方向（−Ｘ）に対する基板Ｗの表面の回転位置ずれ量を検出している。したがって、基板Ｗの表面の基準方向（−Ｘ）に対する回転位置ずれ量を正確に求めることができる。なお、この作用効果は、基板Ｗの表面がノッチＷａに対して一定精度で位置合せされている場合はもちろんのこと、基板Ｗの表面に既設のパターンがノッチＷａに対して正確に位置合せされていない場合、貼り合わせ基板（＝Ｓｉウエハ＋接着剤＋ノッチ付ガラスウエハ）のように基板Ｗの表面がノッチＷａに対して何の位置関係も存在しない場合などにおいても好適に発揮される。
【００６３】
また、処理ステージ１に基板Ｗを載置した状態でアライメント処理を行う前に、基板Ｗを回転位置ずれ量に相当する分だけ回転させているため、上記アライメント処理時に基板Ｗ上のアライメントマークが撮像部５１の撮像領域に入り、アライメント処理を確実に行うことができる。そのため、アライメントマークの読取ミスに起因する時間ロスを削減することができ、効率的な描画処理を行うことができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、プリアライメントユニット２００から処理ステージ１に基板Ｗを搬送している間に、補正角θを算出しているため、タクトタイムに影響を与えることなく、上記作用効果が得られる。
【００６５】
また、上記実施形態では、部分画像ＷＩの一部の画像、つまり基準画像ＲＩ（ｎ）をマッチング像として用いており、予めマッチング像を準備する必要がない。また、基準画像ＲＩ（ｎ）がマッチング像として適切でないと判断した（ステップＳ５１５）際に、基準画像ＲＩ（ｎ＋１）に切り替えて部分画像ＷＩからの周期パターンの取得を再試行している。このため、種々の基板に対して適切に対応することができ、高い汎用性を有する。なお、この場合、基準画像ＲＩ（ｎ）、ＲＩ（ｎ＋１）がそれぞれ本発明の「第１画像」および「第２画像」の一例に相当している。
【００６６】
また、上記実施形態では、最近接点集合ＭＮや回転位置ずれ量を求める際にヒストグラムを利用した統計的手法を用いているため、部分画像ＷＩからの周期パターンの取得誤差やノイズなどの影響を抑制して回転位置ずれ量を精度良く求めることができ、その結果、描画精度も向上する。
【００６７】
図１４は本発明にかかる回転位置ずれ検出装置を装備する描画装置の第２実施形態を示すブロック図であり、電気的構成を示している。また、図１５は部分画像から周期パターンを抽出するパターン抽出処理を示すフローチャートである。さらに、図１６は第２実施形態における部分画像からの周期パターンの取得動作を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は部分画像ＷＩから周期パターンの位置情報を取得する方法である。つまり、第１実施形態では、テンプレートマッチング部４１０によるテンプレートマッチング処理によって部分画像ＷＩから周期パターンを取得している。これに対し、第２実施形態では二値化処理およびラベリング処理を利用して部分画像ＷＩからの周期パターンの取得を行う。なお、それ以外の構成および動作は基本的に第１実施形態と同一である。したがって、以下の説明においては、相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
第２実施形態では、画像処理ユニット４００は、補正角算出部４２０以外に、二値化処理部４３０、ラベリング部４４０および孤立抽出処理部４５０を有している。二値化処理部４３０は、撮像カメラ２６０で撮影された画像、例えば図１６（ａ）に示す部分画像ＷＩを受け取ると、当該部分画像ＷＩを二値化し、例えば図１６（ｂ）に示す二値画像ＢＩを生成する（ステップＳ５１７）。
【００６９】
ラベリング部４４０は二値画像ＢＩを受け取ると、当該二値画像ＢＩに対してラベルを付与する（ステップＳ５１８）。なお、ラベリング処理についは従来周知技術が数多く提案されており、本実施形態においてはそのうちの一つである８近傍探索方式を採用しているが、その他の方式、例えば４近傍探索方式を用いてもよい。また、二値画像ＢＩをランレングス化して複数のランを生成し、当該複数のランに対してラベルを付与してもよい。
【００７０】
孤立抽出処理部４５０はラベリング処理された画像から一定の大きさ以下の孤立パターンＩＰ（図１６（ｃ））を抽出する（ステップＳ１５９）。各孤立パターンＩＰは部分画像ＷＩ内の周期パターンに相当しており、これらの孤立パターンＩＰが含まれるラベリング済画像ＰＩを補正角算出部４２０に与える。
【００７１】
そして、補正角算出部４２０は、ラベリング済画像ＰＩ中の孤立パターンＩＰ毎に、孤立パターンＩＰの重心ｇを求めるとともに当該重心ｇの座標データを周期パターンの重心の位置情報として求め、画像処理ユニット４００に設けられるデータメモリ（図示省略）に記憶する（ステップＳ５２０）。こうして、第１実施形態と同様に、重心集合Ｇが周期パターンの位置情報の集合体としてデータメモリに存在する。なお、それ以降については、第１実施形態と同様にして基板Ｗの表面の回転位置ずれ量を補正角θとして算出し、露光制御部６に与える。
【００７２】
以上のように、第２実施形態では、二値化処理およびラベリング処理を用いて部分画像ＷＩから周期パターンを取得し、これらの周期パターンに基づいて基準方向（−Ｘ）に対する基板Ｗの表面の回転位置ずれ量を検出している。したがって、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００７３】
このように上記した実施形態では、円盤形状の基板Ｗの外周部に形成されたノッチＷａが本発明の「切欠部」の一例に相当しているが、本発明の適用対象は当該基板Ｗに限定されるものではなく、切欠部としてオリエンテーションフラットが形成された基板についても本発明を適用することができる。
【００７４】
また、基板Ｗの部分画像ＷＩの取得工程（ステップＳ３）が本発明の「第１工程」の一例に相当し、テンプレートマッチング工程（ステップＳ５１１〜Ｓ５１６）およびパターン抽出工程（ステップＳ５１７〜Ｓ５２０）が本発明の「第２工程」の一例に相当している。また、補正角算出工程のうち、ステップＳ５３〜Ｓ５９が本発明の「第３工程」の一例に相当し、ステップＳ６０、Ｓ６１が本発明の「第４工程」の一例に相当し、ステップＳ６２〜Ｓ６５が本発明の「第５工程」の一例に相当している。
【００７５】
また、値ＧＮが本発明の「回転角を求めるのに必要となる最小個数」の一例に相当している。また、重心間距離をキーとして作成されるヒストグラムが本発明の「第１ヒストグラム」の一例に相当し、角度をキーとして作成されるヒストグラムが本発明の「第２ヒストグラム」の一例に相当している。また、近接点集合Ｎを構成する重心ｇ、ｇｎをそれぞれ有する２つのパターンが本発明の「パターン対」や「近接パターン対」の一例に相当し、最近接点集合ＭＮを構成する重心ｇ、ｇｎをそれぞれ有する２つのパターンが本発明の「等ピッチ対」の一例に相当している。また、角度θが本発明の「基準方向に対する２つのパターンの角度」の一例に相当している。
【００７６】
さらに、撮像カメラ２６０および画像処理ユニット４００がそれぞれ本発明の「撮像手段」および「検出手段」として機能しており、これらによって本発明の「位置ずれ検出装置」および「位置ずれ検出手段」が構成されている。また、図１に示す描画装置では、処理ステージ１、回転機構２１、露光制御部６がそれぞれ本発明の「保持手段」、「回転手段」および「制御手段」の一例に相当している。
【００７７】
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実施形態では部分画像ＷＩの範囲の任意位置で基準画像ＲＩ（ｎ）をテンプレート像として取得しているが、基板Ｗに適合するテンプレート像（以下「適合テンプレート像」という）をユーザが予め画像メモリなどのメモリに記憶しておき、これを用いてテンプレートマッチング処理を行ってもよい。また、第２実施形態で実行した二値化処理およびラベリング処理を実行して得られた画像内において１または複数の孤立パターンが含まれる領域の画像を上記適合テンプレート像として求め、これを用いてテンプレートマッチング処理を行ってもよい。これらの場合には、次の作用効果が得られる。
【００７８】
第１実施形態では部分画像ＷＩの範囲の任意位置で基準画像ＲＩ（ｎ）をテンプレート像として取得している。このため、最初の基準画像ＲＩ（１）をテンプレート像として用いてテンプレートマッチング処理を行った場合に、ＧＮ個以上の周期パターンを部分画像ＷＩから取得することができない可能性がある。そこで、第１実施形態では、この点を考慮してＧＮ個以上の周期パターンを取得されるまで、基準画像ＲＩ（２）、ＲＩ（３）、…とテンプレート像を切り替えながら周期パターンの取得を繰り返している。その結果、補正角θを算出するまでに時間を要することがある。これに対し、適合テンプレート像を用いることで、１回のテンプレートマッチング処理によってＧＮ個以上の周期パターンを部分画像ＷＩから取得することが可能となる。その結果、部分画像ＷＩからの周期パターンの取得に要する時間を最短化することができる。
【００７９】
また、本発明の「第２工程」を実行するために、第１実施形態ではテンプレートマッチング工程（ステップＳ５１１〜Ｓ５１６）を実行し、第２実施形態ではパターン抽出工程（ステップＳ５１７〜Ｓ５２０）を実行しているが、これらの工程を組み合わせてもよい。つまり、予めテンプレートマッチング工程およびパターン抽出工程を準備しておき、周期パターンの種類に応じてテンプレートマッチング工程およびパターン抽出工程のうちの一方を選択的行うように構成してもよい。また、テンプレートマッチング工程およびパターン抽出工程のうちの一方により本発明の「第２工程」を実行したが、値ＧＮ未満の周期パターンしか取得することができなかった場合に、他方を追加実施するように構成してもよい。これによって、周期パターンの種類にかかわらず、本発明の「第２工程」を確実に、しかも良好に行うことができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、撮像カメラ２６０による１回の撮像処理によって部分画像ＷＩを取得しているが、撮像回数は１回に限定されるものではなく、複数回実行してもよい。すなわち、基板Ｗの表面を撮像するたびにカメラ駆動部２７０によって撮像カメラ２６０を１ショット分移動させ、隣の領域を撮像してもよく、これらの撮像領域を繋ぎ合わせた画像を部分画像ＷＩとして用いてもよい。これにより比較的広い部分画像ＷＩを用いて基板Ｗの表面の回転位置ずれを検出することができ、位置ずれ検出の精度を高めることができる。
【００８１】
さらに、上記実施形態では、本発明にかかる位置ずれ検出方法および装置を描画装置に適用しているが、その適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板を保持手段で受け取り、当該保持手段により保持したまま基板に対して所定の処理を施す装置、例えば基板の表面を撮像して検査する基板検査装置に対しても本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
この発明は、外周部に設けられた切欠部が基準方向を向くように位置決めされた、基板の表面の前記基準方向に対する回転位置ずれ量を求める位置ずれ検出方法および装置、位置ずれ検出装置を装備して基板の表面に新たなパターンを描画する描画装置や基板の表面を撮像して検査する基板検査装置全般に好適である。
【符号の説明】
【００８３】
１…処理ステージ
２１…回転機構
５１…撮像部
２００…プリアライメントユニット
２４０…ノッチ検出部
２６０…撮像カメラ
４００…画像処理ユニット
４１０…テンプレートマッチング部
４２０…補正角算出部
４３０…二値化処理部
４４０…ラベリング部
４５０…孤立抽出処理部
ＢＩ…二値画像
ＩＰ…孤立パターン
ＰＩ…ラベリング済画像
ＲＩ（ｎ）…基準画像
ＷＩ…部分画像
ＶＬ…仮想直線
Ｗａ…ノッチ
ｇ，ｇ１，ｇ２，ｇｍ，ｇｎ…重心
ｇｎ，ｇｍｎ…近接重心
Ｌｍｄ…モード
Ｌ…重心間距離
Ｗ…基板
θ…補正角，角度
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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