(57)【要約】【課題】レーザ加工装置において、アライメント用のマーカー点を設定せずとも繰り返しパターンをアライメントできる方法を提供する。【解決手段】円形状被加工物の弦の垂直二等分線の交点として仮中心を定め、仮中心を回転中心に一致させる。パターンマッチングによって繰り返しパターンを構成する各単位要素の位置を求めることにより、繰り返しパターンの傾き角度（粗角度）を単位要素がなす複数の列の傾きの平均値として求め、粗角度で傾きを補正する。さらに、仮中心と、仮中心からｘ軸方向に単位要素の整数倍離れた端部位置の点とを結ぶ直線の傾き角度（精密角度）を求め、精密角度で傾きを補正することで繰り返しパターンの傾きが完全にうち消される。その後、真中心となりうるストリートの交点と単位要素との相対位置関係と、該単位要素と仮中心との位置関係から、真中心を検出し、真中心の位置を回転中心に一致させる。【選択図】図４
2005313215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として加工を行う加工装置において表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物を加工する際に、前記被加工物をアライメントする方法であって、
a)所定の基準座標面に対して面内回転可能に、前記被加工物を所定の保持手段によって保持する被加工物保持工程と、
b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、
c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、
を備え、
前記粗角度補正工程が、
b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、
b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、
b-3)前記第１の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第１回転工程と、
を備え、
前記精密角度補正工程が、
c-1)前記回転工程における回転中心位置から前記第１の座標軸方向に前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、
c-2)前記回転中心位置と、前記端部位置特定工程によって得られた前記一の単位要素の配置位置とを結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、
c-3)前記第２の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第２回転工程と、
を備えることを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメント方法。
【請求項２】
所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として加工を行う加工装置において表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物を加工する際に、前記被加工物をアライメントする方法であって、
a)所定の基準座標面に対して面内回転可能に、前記被加工物を所定の保持手段によって保持する被加工物保持工程と、
b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、
c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、
を備え、
前記粗角度補正工程が、
b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、
b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、
b-3)前記第１の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第１回転工程と、
を備え、
前記精密角度補正工程が、
c-1)前記回転工程における回転中心位置をはさんで、前記第１の座標軸方向についてそれぞれが前記回転中心位置から前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた第１および第２の端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、
c-2)前記第１および第２の端部位置における前記一の単位要素の配置位置同士を結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、
c-3)前記第２の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第２回転工程と、
を備えることを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメント方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアライメント方法であって、
d)前記繰り返しパターンの仮中心を定める仮中心設定工程、
をさらに備え、
前記仮中心設定工程は、前記粗角度補正工程に先立って行われる工程であって、
d-1)前記被加工物の幾何学的特徴に基づいて前記仮中心を特定する仮中心特定工程と、
d-2)前記仮中心を前記回転中心と一致させる第１並進移動工程と、
を備えており、
前記部分単位要素位置検出工程においては前記所定範囲が前記仮中心を中心として定められ、
前記第１および第２回転工程においてはそれぞれ、前記仮中心が回転中心として用いられる、
ことを特徴とするレーザ加工装置におけるアライメント方法。
【請求項４】
請求項３に記載のアライメント方法であって、
前記被加工物が円板状をなしており、
前記仮中心特定工程においては前記被加工物の外周円に対し定まる２つの弦の垂直二等分線の交点を前記仮中心として定めることを特徴とするレーザ加工装置におけるアライメント方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のアライメント方法であって、
e)前記繰り返しパターンの真中心を検出する真中心検出工程、
をさらに備え、
前記真中心検出工程は、
e-1)前記繰り返しパターンにおいて前記真中心となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係を特定する相対位置関係特定工程と、
e-2)前記交点近傍の単位要素の位置と、前記仮中心の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記真中心を定める真中心設定工程と、
e-3)前記真中心設定工程において定められた真中心を前記仮中心に一致させるように前記被加工物を並進移動させる第２並進移動工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置のアライメント方法。
【請求項６】
表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物について、所定の基準座標面内で面内回転可能に前記被加工物を所定の保持手段によって保持し、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として前記被加工物の加工を行う加工装置、を制御する制御手段のコンピュータにおいて実行されることにより、前記加工装置における前記被加工物のアライメントを実現するプログラムであって、
a)前記繰り返しパターンの仮中心を定める仮中心設定工程と、
b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、
c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、
d)前記繰り返しパターンの真中心を検出する真中心検出工程と、
を前記コンピュータに実行させるプログラムであり、
前記仮中心設定工程が、
a-1)前記比加工物の幾何学的特徴に従って前記仮中心を特定する仮中心特定工程と、
a-2)所定の水平駆動手段によって前記保持手段を移動させることにより、前記仮中心を前記回転中心と一致させる第１並進移動工程と、
を備え、
前記粗角度補正工程が、
b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち前記仮中心を中心とする所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、
b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、
b-3)所定の回転駆動手段によって、前記第１の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第１回転工程と、
を備え、
前記精密角度補正工程が、
c-1)前記仮中心から前記第１の座標軸方向に前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、
c-2)前記仮中心と、前記端部位置特定工程によって得られた前記一の単位要素の対置位置とを結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、
c-3)前記回転駆動手段によって、前記第２の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第２回転工程と、
を備え、
前記真中心検出工程が、
d-1)前記繰り返しパターンにおいて前記真中心となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係を特定する相対位置関係特定工程と、
d-2)前記交点近傍の単位要素の位置と前記仮中心の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記真中心を定める真中心設定工程と、
d-3)前記水平駆動手段によって、前記真中心設定工程において定められた真中心が前記仮中心がある位置に位置するように前記被加工物を並進移動させる第２並進移動工程と、
を備えることを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメントプログラム。
【請求項７】
表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物について、所定の基準座標面内で面内回転可能に前記被加工物を所定の保持手段によって保持し、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として前記被加工物の加工を行う加工装置、を制御する制御手段のコンピュータにおいて実行されることにより、前記加工装置における前記被加工物のアライメントを実現するプログラムであって、
a)前記繰り返しパターンの仮中心を定める仮中心設定工程と、
b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、
c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、
d)前記繰り返しパターンの真中心を検出する真中心検出工程と、
を前記コンピュータに実行させるプログラムであり、
前記仮中心設定工程が、
a-1)前記比加工物の幾何学的特徴に従って前記仮中心を特定する仮中心特定工程と、
a-2)所定の水平駆動手段によって前記保持手段を移動させることにより、前記仮中心を前記回転中心と一致させる第１並進移動工程と、
を備え、
前記粗角度補正工程が、
b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち前記仮中心を中心とする所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、
b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、
b-3)所定の回転駆動手段によって、前記第１の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第１回転工程と、
を備え、
前記精密角度補正工程が、
c-1)前記回転工程における回転中心位置をはさんで、前記第１の座標軸方向についてそれぞれが前記回転中心位置から前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた第１および第２の端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、
c-2)前記第１および第２の端部位置における前記一の単位要素の配置位置同士を結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、
c-3)前記回転駆動手段によって、前記第２の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第２回転工程と、
を備え、
前記真中心検出工程が、
d-1)前記繰り返しパターンにおいて前記真中心となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係を特定する相対位置関係特定工程と、
d-2)前記交点近傍の単位要素の位置と前記仮中心の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記真中心を定める真中心設定工程と、
d-3)前記水平駆動手段によって、前記真中心設定工程において定められた真中心が前記仮中心がある位置に位置するように前記被加工物を並進移動させる第２並進移動工程と、
を備えることを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメントプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて微細加工を行う加工装置におけるアライメント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンなどを下地基板として用いたデバイスの形成は、薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術などの微細加工技術を用いることによって、同一形状・構造を有する多数個のデバイスを一体形成し、その後、所定の切断手段によって個々のデバイスに切りわける、という工程を経てなされるのが一般的である。この場合、最後の切断工程において、切断箇所の精密な位置決め、位置合わせ、いわゆるアライメントが必要となる。係るアライメントについては、所定のマーカーを基板上にあらかじめ形成し、あるいは、所定のパターン形状からマーカーとして取り扱う箇所をあらかじめ定めて、その配置位置等に基づいてこれを行う手法が、簡便かつ汎用的であって広く知られている。また、こうしたマーカーを用いない技術についても、公知のものが存在する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ある位置と、その位置から９０°回転した位置とにおいてパターンマッチングを行うことにより、アライメントを行うシステムが開示されている。
【０００３】
また、上記のような切断やあるいは切削加工の手段として、レーザ光を利用した技術が、従来より広く用いられている。近年では、サファイアなど硬度が高く、かつ脆性を有する基板材料や、該基板材料上にＧａＮなどのワイドバンドギャップ化合物半導体薄膜により短波長ＬＤ（レーザダイオード）、ＬＥＤ（発光ダイオード）をなどのデバイスを形成したものの切削・加工にもレーザ光が利用されるようになっている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２には切断手段（切削手段）としてレーザ光を用いるレーザ加工装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１４３８２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示されているようなレーザ加工装置を用いると、レーザ光のビーム径を適宜の値に設定することによって、ダイヤモンドブレード等を用いる機械的な切削装置よりもカットラインを細くすることができ、ひいてはカットラインが通るいわゆるストリート部分を細くすることができるので、デバイスの取り個数の向上が図られる。これは、１ｍｍを大きく下回るような微小サイズのデバイスの場合に特に効果がある。
【０００６】
しかし、その一方で、デバイスのサイズが小さくなればなるほど、その切断位置に高い正確さが求められる。それはすなわち、基板の配置位置、配置姿勢（角度）を正確に把握し、必要ならばこれを精度良く補正するアライメント技術が必要となる。
【０００７】
上記のようにマーカーを用いて角度補正する手法を用いる場合、デバイスが微小になるほど一般にマーカーも微小に形成することが位置精度の点からは好ましいが、マーカーは、微小になればなるほど、これを検出しにくくなる、という問題がある。
【０００８】
一方、特許文献１に開示されている方法は、途中に９０°回転動作が必須であるなど処理工程が煩雑であるほか、高倍率画像の取得やオリフラを利用した初期位置の設定といった点などから、対象とするデバイスが微小になるほど、その精度の確保が困難になると考えられる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザ加工装置において、同一形状・構造を有する多数個の微小デバイスを一体形成してなる被加工物を切断加工する際に、アライメント用のマーカー点を設定せずとも、簡便かつ正確にアライメントできる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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として加工を行う加工装置において表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物を加工する際に、前記被加工物をアライメントする方法であって、a)所定の基準座標面に対して面内回転可能に、前記被加工物を所定の保持手段によって保持する被加工物保持工程と、b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、を備え、前記粗角度補正工程が、b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、b-3)前記第１の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第１回転工程と、を備え、前記精密角度補正工程が、c-1)前記回転工程における回転中心位置から前記第１の座標軸方向に前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、c-2)前記回転中心位置と、前記端部位置特定工程によって得られた前記一の単位要素の配置位置とを結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、c-3)前記第２の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第２回転工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として加工を行う加工装置において表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物を加工する際に、前記被加工物をアライメントする方法であって、a)所定の基準座標面に対して面内回転可能に、前記被加工物を所定の保持手段によって保持する被加工物保持工程と、b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、を備え、前記粗角度補正工程が、b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、b-3)前記第１の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第１回転工程と、を備え、前記精密角度補正工程が、c-1)前記回転工程における回転中心位置をはさんで、前記第１の座標軸方向についてそれぞれが前記回転中心位置から前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた第１および第２の端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、c-2)前記第１および第２の端部位置における前記一の単位要素の配置位置同士を結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、c-3)前記第２の角度を回転角度として、前記第１の座標軸に対する前記繰り返しパターンの傾きがうち消される方向に前記被加工物を回転させる第２回転工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のアライメント方法であって、d)前記繰り返しパターンの仮中心を定める仮中心設定工程、をさらに備え、前記仮中心設定工程は、前記粗角度補正工程に先立って行われる工程であって、d-1)前記被加工物の幾何学的特徴に基づいて前記仮中心を特定する仮中心特定工程と、d-2)前記仮中心を前記回転中心と一致させる第１並進移動工程と、を備えており、前記部分単位要素位置検出工程においては前記所定範囲が前記仮中心を中心として定められ、前記第１および第２回転工程においてはそれぞれ、前記仮中心が回転中心として用いられる、ことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載のアライメント方法であって、前記被加工物が円板状をなしており、前記仮中心特定工程においては前記被加工物の外周円に対し定まる２つの弦の垂直二等分線の交点を前記仮中心として定めることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載のアライメント方法であって、e)前記繰り返しパターンの真中心を検出する真中心検出工程、をさらに備え、前記真中心検出工程は、e-1)前記繰り返しパターンにおいて前記真中心となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係を特定する相対位置関係特定工程と、e-2)前記交点近傍の単位要素の位置と、前記仮中心の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記真中心を定める真中心設定工程と、e-3)前記真中心設定工程において定められた真中心を前記仮中心に一致させるように前記被加工物を並進移動させる第２並進移動工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物について、所定の基準座標面内で面内回転可能に前記被加工物を所定の保持手段によって保持し、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として前記被加工物の加工を行う加工装置、を制御する制御手段のコンピュータにおいて実行されることにより、前記加工装置における前記被加工物のアライメントを実現するプログラムであって、a)前記繰り返しパターンの仮中心を定める仮中心設定工程と、b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、d)前記繰り返しパターンの真中心を検出する真中心検出工程と、
を前記コンピュータに実行させるプログラムであり、前記仮中心設定工程が、a-1)前記比加工物の幾何学的特徴に従って前記仮中心を特定する仮中心特定工程と、a-2)所定の水平駆動手段によって前記保持手段を移動させることにより、前記仮中心を前記回転中心と一致させる第１並進移動工程と、を備え、前記粗角度補正工程が、b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち前記仮中心を中心とする所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、b-3)所定の回転駆動手段によって、前記第１の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第１回転工程と、を備え、前記精密角度補正工程が、c-1)前記仮中心から前記第１の座標軸方向に前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、c-2)前記仮中心と、前記端部位置特定工程によって得られた前記一の単位要素の対置位置とを結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、c-3)前記回転駆動手段によって、前記第２の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第２回転工程と、を備え、前記真中心検出工程が、d-1)前記繰り返しパターンにおいて前記真中心となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係を特定する相対位置関係特定工程と、d-2)前記交点近傍の単位要素の位置と前記仮中心の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記真中心を定める真中心設定工程と、d-3)前記水平駆動手段によって、前記真中心設定工程において定められた真中心が前記仮中心がある位置に位置するように前記被加工物を並進移動させる第２並進移動工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物について、所定の基準座標面内で面内回転可能に前記被加工物を所定の保持手段によって保持し、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として前記被加工物の加工を行う加工装置、を制御する制御手段のコンピュータにおいて実行されることにより、前記加工装置における前記被加工物のアライメントを実現するプログラムであって、a)前記繰り返しパターンの仮中心を定める仮中心設定工程と、b)前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを粗補正する粗角度補正工程と、c)前記粗角度補正工程を経た前記繰り返しパターンの前記基準座標面内での傾きを精密補正する精密角度補正工程と、d)前記繰り返しパターンの真中心を検出する真中心検出工程と、
を前記コンピュータに実行させるプログラムであり、前記仮中心設定工程が、a-1)前記比加工物の幾何学的特徴に従って前記仮中心を特定する仮中心特定工程と、a-2)所定の水平駆動手段によって前記保持手段を移動させることにより、前記仮中心を前記回転中心と一致させる第１並進移動工程と、を備え、前記粗角度補正工程が、b-1)前記繰り返しパターンを形成する単位要素のうち前記仮中心を中心とする所定範囲に含まれる複数の部分単位要素の配置位置を、前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系での座標値として検出する部分単位要素位置検出工程と、b-2)前記複数の部分単位要素の配列方向を代表する第１の直線が前記所定の直交座標系の第１の座標軸となす第１の角度を、前記座標値に基づいて算出する第１角度算出工程と、b-3)所定の回転駆動手段によって、前記第１の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第１回転工程と、を備え、前記精密角度補正工程が、c-1)前記回転工程における回転中心位置をはさんで、前記第１の座標軸方向についてそれぞれが前記回転中心位置から前記単位要素の整数倍の距離だけ離れた第１および第２の端部位置に存在する一の単位要素の配置位置を特定する端部位置特定工程と、c-2)前記第１および第２の端部位置における前記一の単位要素の配置位置同士を結ぶ第２の直線が前記第１の座標軸となす第２の角度を算出する第２角度算出工程と、c-3)前記回転駆動手段によって、前記第２の角度を回転角度として前記繰り返しパターンをその傾きがうち消される方向に前記仮中心を回転中心として回転させる第２回転工程と、を備え、前記真中心検出工程が、d-1)前記繰り返しパターンにおいて前記真中心となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係を特定する相対位置関係特定工程と、d-2)前記交点近傍の単位要素の位置と前記仮中心の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記真中心を定める真中心設定工程と、d-3)前記水平駆動手段によって、前記真中心設定工程において定められた真中心が前記仮中心がある位置に位置するように前記被加工物を並進移動させる第２並進移動工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１ないし請求項７の発明によれば、例えば同一形状・構造を有する多数個の微小デバイスを一体形成してなる場合のような、２次元的な繰り返しパターンが形成されてなる被加工物を単位要素ごとに切断しようとする場合に、アライメント用のマーカー点を設定せずとも、簡便かつ正確にその繰り返しパターンの傾きを解消することができる。
【００１８】
特に、請求項３ないし請求項６の発明によれば、被加工物の略中央部を回転中心と一致させたうえで角度補正を行うので、角度補正の精度を一定以上に保つことができる。また、仮中心は真中心の比較的近傍の点として得ることができるので、傾き補正後に真中心を定めようとする場合に、その処理が容易となる。
【００１９】
特に、請求項４の発明によれば、簡易な演算処理で仮中心を定めることができる。
【００２０】
特に、請求項５ないし請求項７の発明によれば、繰り返しパターンの略中心位置が真中心として定められ、該真中心が回転中心位置と一致するようにアライメントされるので、その後の加工処理において、その配置の対称性を活かした加工条件や加工範囲の設定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜レーザ加工装置の概要＞
図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置１００の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光源１からレーザ光ＬＢを発し、鏡筒２内に備わるハーフミラー３にて反射させた後、該レーザ光をステージ５に載置された被加工物Ｓの被加工部位にて合焦するよう集光レンズ４にて集光し、被加工部位に照射することによって、該被加工部位のアブレーション加工を行う装置である。レーザ加工装置１００の動作は、コンピュータ６の記憶手段６ｍに記憶されているプログラム１０が当該コンピュータによって実行されることにより、プログラム１０に従って後述する各部の動作が制御されることで実現される。コンピュータ６には、汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。なお、記憶手段６ｍは、例えばメモリや所定のストレージデバイスなどで構成され、後述するアライメントをはじめとして、レーザ加工装置を動作させるために必要な種々のデータを、記憶する役割を担うものである。
【００２２】
レーザ光源１としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いるのが好適な態様である。また、レーザ光源１から発せられるレーザ光ＬＢの波長や出力、パルス幅の調整は、コンピュータ６に接続されたコントローラ７により実現される。コンピュータ６から所定の設定信号がコントローラ７に対し発せられると、コントローラ７は、該設定信号に従って、レーザ光ＬＢの照射条件を設定する。本実施の形態においては、レーザ光ＬＢは２１０ｎｍ〜５３３ｎｍの波長範囲に属する波長を有するが、なかでもＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）を用いるのが好適な態様である。また、パルス幅は、５ｎｓｅｃ〜５０ｎｓｅｃの中から選択することができる。すなわち、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００は、紫外線繰り返しパルスレーザを用いて加工を行うものである。レーザ光ＬＢは、集光レンズ４によって数μｍ程度のビーム径に絞られて照射される。これにより、レーザ光ＬＢの照射におけるエネルギー密度はおおよそ１００Ｊ／ｃｍ2〜１００ｋＪ／ｃｍ2、ピークパワー密度はおおよそ１ＧＷ／ｃｍ2〜５００ＧＷ／ｃｍ2となる。
【００２３】
レーザ加工装置１００におけるレーザの合焦は、被加工物Ｓはステージ５に固定し、鏡筒２を高さ方向（ｚ軸方向）に移動させることにより実現される。鏡筒２の移動（高さ調整）は、垂直移動機構Ｍｖと、該垂直移動機構Ｍｖに昇降可能に設けられた鏡筒２とをコンピュータ６に接続された駆動手段８によって駆動することにより実現されている。これにより、垂直移動機構Ｍｖを駆動することによる粗動動作と、垂直移動機構Ｍｖに対し鏡筒２を昇降させることによる微動動作との２段階動作が可能であり、駆動手段８がコンピュータ６からの駆動信号に応答することにより、スピーディかつ高精度の合焦動作が実現される。
【００２４】
図２は、ステージ５の上面側の構造を例示的に示す図である。図２に示すステージ５の上面には、同心円状に複数の吸引溝５１が設けられており、この吸引溝５１の底部には、吸引孔５２が放射状に設けられている。被加工物Ｓをステージ５の上面に載置した状態で、吸引孔５２と配管ＰＬ１およびＰＬ２にて接続された例えば吸引ポンプなどの吸引手段９を動作させることにより、被加工物Ｓに対して吸引溝５１に沿って吸引力が作用し、被加工物Ｓがステージ５に固定される。なお、被加工物Ｓが半導体基板等のように加工後に分割されるようなものの場合、所定のエキスパンドテープを介して固定される。これにより、化合物半導体をサファイア基板にエピタキシャル成長させた被加工物など、反りのある被加工物であっても、反りによる凹凸差がレーザ光ＬＢの焦点位置許容範囲内である数μｍから数十μｍ程度であれば、加工が可能である。
【００２５】
また、ステージ５は、例えば石英、サファイア、窒化ガリウム、水晶など、レーザ光ＬＢの波長に対して実質的に透明な材料で形成される。これにより、被加工物を透過したレーザ光ＬＢや被加工物をはずれて照射されたレーザ光（これらを「余剰レーザ光」と称する）がステージ５の表面で吸収されないので、該余剰レーザ光によってステージ５がダメージを受けることがない。
【００２６】
さらに、ステージ５は、水平移動機構Ｍｈの上に設けられている。水平移動機構Ｍｈは、駆動手段８の作用によりＸＹ２軸方向に水平に駆動される。なお、本実施の形態においては、これらＸ軸およびＹ軸はある機械原点位置を原点とする基準座標として定められる座標軸であり、これら２軸で規定される面を基準座標面と称するものとする。
【００２７】
そのうえ、ステージ５については、ＣＣＤカメラ１６による観察視野の中心位置を通るように定められた回転軸を中心とした、水平面内における回転（θ回転）動作も、水平駆動と独立に実現される。すなわち、回転動作の際には、ステージ５の位置によらず、常に、観察視野の中心を軸とした回転が実現される。なお、以降の説明において、単に「回転中心」という場合、この観察視野の中心を軸とした回転を行う場合の回転軸が通る位置を指し示している。なお、本実施の形態においては、基準座標面におけるある特定の位置を原点としてｘｙ座標軸を与えるとともに、ｘ軸正方向を０°の位置として時計回りの向きを角度θの正の向きとすることとする。さらに、上記の回転軸方向をｚ軸とする。すなわち、ｘｙｚ座標系は、基準座標に対して相対的に固定された直交座標系として定められる。
【００２８】
コンピュータ６からの駆動信号に応答して駆動手段８が水平移動機構Ｍｈを駆動することにより、被加工物Ｓのアライメントが実現でき、所定の被加工部位をレーザ光ＬＢの照射位置まで移動させることができる。加工時には、レーザ光ＬＢを被加工物Ｓに対し相対的に走査することができる。
【００２９】
一方、加工を行う際、被加工部位の物質が融解あるいは蒸発した後に再固化ししたり、あるいは固体のまま飛散したりすることで生じる、パーティクル等の加工副産物は、被加工物Ｓの表面や集光レンズ等を汚染する要因となる。そこで、本実施形態に係るレーザ加工装置１００には、こうした加工副産物を除去することを目的とする集塵ヘッド１１が、支持体１１１により支持されて垂直移動機構Ｍｖの最下部に付設されている。
【００３０】
図３は、集塵ヘッド１１を示す図である。図３（ａ）は集塵ヘッド１１および支持体１１１の上面図、図３（ｂ）および（ｃ）は、集塵ヘッド１１の側面図である。集塵ヘッド１１は、平板状かつ中空の構造を有する集塵部１１２と、それぞれが該集塵部１１２の端部かつ上部に設けられ、集塵部１１２の内部と通じた吸気口１１３と排気口１１４とからなる。
【００３１】
集塵部１１２は、被加工物Ｓと鏡筒２の最下部に備わる集光レンズ４との間に位置するように設けられる。そして集塵部１１２には、上面からみた場合に中央部となる位置の上下にそれぞれ、上部開口１１５および下部開口１１６が設けられている（図３（ｂ））。これらの上部開口１１５および下部開口１１６は、その中心がちょうどレーザ光ＬＢの光軸と一致するように設けられているので、集塵ヘッド１１によってレーザ光ＬＢの進路が遮られることはない。また、集塵ヘッド１１は、垂直移動機構Ｍｖに付設されているので、垂直移動機構Ｍｖが上下すると共に、集塵ヘッド１１、つまりは集塵部１１２も上下するが、前述したように鏡筒２は単独で上下動することも可能であるので、集塵部１１２の配置により、レーザ光ＬＢの合焦位置が制限されることもない。
【００３２】
吸気口１１３は、例えばレーザ加工装置１００が設置される工場等のユーティリティとして備わる不活性ガス供給手段１２と、配管ＰＬ３により接続されている。排気口１１４は、例えば排気ポンプ等により実現される排気手段１３と、配管ＰＬ４により接続されている。配管ＰＬ３およびＰＬ４の途中にはそれぞれ、フィルタ１２１および１３１が設けられている。
【００３３】
不活性ガス供給手段１２は、不活性ガス（例えば窒素ガス）を連続的に供給することができるものである。矢印ＡＲ１（図１）のように、不活性ガス供給手段１２から供給される不活性ガスは、集塵ヘッド１１において吸気口１１３から矢印ＡＲ３のように集塵部１１２へ供給され、排気手段１３の排気動作によって、矢印ＡＲ２（図１）およびＡＲ４に示すように、排気口１１４を経て排気される。よって集塵部１１２の内部には、矢印ＡＲ５のように吸気口１１３から排気口１１４へ向けた不活性ガスの流れが生じることになるが、これに伴って、例えば上部開口１１５や下部開口１１６の近傍に引圧が発生するので、付近に存在するパーティクル１１７が、集塵部１１２へと引き込まれて、矢印ＡＲ６のように不活性ガスともども排気口１１４から排出されることになる。このような態様によって、レーザ加工により発生したパーティクル等の加工副産物が、被加工物Ｓの表面や、あるいは集光レンズ４に付着することが防止され、加工効率の低下が防止される。いわば、不活性ガスは、加工の際のアシストガスとして作用することになる。
【００３４】
あるいは、図３（ｃ）に示すように、例えば石英など、レーザ光ＬＢに対し透明な物質を材質とする蓋体板材１１８によって、上部開口１１５を着脱可能に覆う態様をとることにより、集光レンズ４に対するパーティクルの付着を防止する態様をとってもよい。
【００３５】
図１に戻り、レーザ加工装置１００に備わる、被加工物Ｓのアライメントや被加工部位の位置決めを行ったり加工中の状況を知るための構成要素について説明する。レーザ加工装置１００には、これらの目的のために、照明光源１４と、該照明光源１４から発せられた照明光ＩＬを反射して被加工物Ｓに照射するために鏡筒２内に設けられたハーフミラー１５と、鏡筒２の上方に設けられ被加工物Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６にて得られるリアルタイムの観察画像（モニタ画像）や記憶手段６ｍに画像データとして記録された画像（記録画像）、さらには種々の処理メニュー等を表示するためのモニタ１７とが備わっている。ＣＣＤカメラ１６とモニタ１７とは、コンピュータ６に接続され、該コンピュータ６によって制御される。これらを備えることにより、被加工物Ｓの表面の状態をモニタ１７にて確認しつつ、被加工物Ｓのアライメントや被加工部位の位置決めを行ったり、あるいは加工中の被加工物表面の状況を知ることが可能となっている。
【００３６】
＜レーザ加工装置におけるアライメント＞
次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００において被加工物Ｓを加工しようとする際のアライメント方法、特に、被加工物Ｓが円板状をなす被加工物Ｓ１であり、その上に同一形状の繰り返しパターンが形成されてなる場合の、該繰り返しパターンのアライメント方法について説明する。ここで円板状をなすとは、被加工物Ｓ１がほぼ真円であるか、あるいは、オリエンテーションフラット（オリフラ）を有する単結晶基板のように真円の一部欠落したような形状である場合も含む意である。
【００３７】
そして、ここでいうアライメントとは、ステージ５に載置された加工対象たる被加工物Ｓ１の上に形成されている繰り返しパターンの基準点となる位置を回転中心に一致させるとともに、繰り返しパターンの２次元配列の向きをステージの水平駆動方向であるＸＹ２軸方向と一致させるべく、被加工物Ｓ１の面内における傾きをキャンセルする処理を意味している。
【００３８】
なお、以下の説明においては、上記した繰り返しパターンの基準点を「真中心」、その位置を「真中心位置」と称することとする。真中心となる点は、原則としてストリートの交点である。また、真中心は繰り返しパターンの幾何学的な中心と一致することが好ましいが、これは必須の要件ではなく、その位置から最大で数周期程度ずれた位置に定められても、その後の加工プロセスの設定によっては多少の歩留まりロスが生じうることになるものの、実用上は大きな問題はない。
【００３９】
図４は、係るアライメント方法の主な手順を示す図である。本実施の形態に係るアライメント方法は、仮中心設定工程（ステップＳ１００）と、粗角度補正工程（ステップＳ２００）と、精密角度補正工程（ステップＳ３００）と、真中心検出工程（ステップ４００）とを含む方法である。各工程における処理は、コンピュータ６に記憶されているプログラム１０が実行されることにより、レーザ加工装置１００の各部の動作がコンピュータ６によって制御されることによって実現される。
【００４０】
仮中心設定工程とは、真中心位置の検出に先立って、その位置に比較的近いと考えられる位置を、簡便な方法、好ましくは、被加工物Ｓの幾何学的な特徴を利用した方法によって仮中心として定め、仮中心の位置を回転中心に一致させる工程である。
【００４１】
粗角度補正工程とは、仮中心設定工程によって仮中心が定められた状態の被加工物Ｓ１について、その傾き角度（粗角度）を簡便な方法によっておおまかに検出し、その粗角度の分だけ傾きをうち消す補正（粗角度補正）を行う工程である。
【００４２】
精密角度補正工程とは、粗角度補正がなされた被加工物Ｓ１について、その傾き角度（精密角度）を精密に求めて、その精密角度の分だけ傾きをうち消す補正（精密角度補正）を行う工程である。精密角度補正によって、被加工物Ｓ１は傾いていない状態とされることになる。
【００４３】
真中心検出工程とは、精密角度補正後の被加工物Ｓ１について、真中心を検出し、真中心の位置を回転中心に一致させる工程である。
【００４４】
以下、これらの工程を経ることで実現されるアライメントを、図５のようにオリフラを有する被加工物Ｓ１がステージ５上に載置された場合を例に説明する。いま、被加工物Ｓ１は、水平方向（ｘ軸方向）に対して、角度αだけ傾いて載置されているとする。なお、被加工物Ｓ１の載置位置をある範囲に制限すべく、ステージ５上に何らかの位置決め用の目印が設けられていてもよい。係る場合、中心位置のずれや傾き角度がある程度の誤差範囲に収まることが予想されるので、アライメントに不具合が生じることがより少なくなることがと想定されるからである。
【００４５】
＜仮中心設定＞
図６は、仮中心設定工程の処理の流れを示す図である。ここでは、被加工物Ｓ１が円形状であるので、その円（あるいは円弧）の中心位置を仮中心として定めるものとして説明する。繰り返しパターンは、その中心（真中心）が当該円（円弧）の中心とほぼ一致するように設けられてなるのが、一般的だからである。そして、ここでは、円（円弧）上の３点の座標を取得し、いずれか２点を結ぶ３通りの線分のいずれか２つについてそれぞれ垂直二等分線を求め、さらにその交点を求めることで、仮中心の座標を確定させるものとする。
【００４６】
まず、ステージ５を＋Ｙ方向に所定距離だけ移動させて、ＣＣＤカメラ１６による観察位置を被加工物Ｓ１の上端部へと移動させる（ステップＳ１０１）。この場合、少なくとも該上端部が、ＣＣＤカメラ１６の観察視野の中にあればよい。係る移動は、レーザ加工装置１００のオペレータが、モニタ１７に映し出されたＣＣＤカメラ１６により取得される画像を見ながら該上端部を探し出す態様でもよいし、移動前の観察視野の中心位置が、真中心位置と極端に異なっていない場合であって、被加工物Ｓ１のサイズ（真中心位置と上端部との距離）があらかじめ既知でるような場合は、そのサイズ分だけ自動的に移動させる態様であってもよい。
【００４７】
上端部への移動がなされると、その位置における観察画像に基づいて、上端位置を特定し、そのｘｙ座標値を取得する（ステップＳ１０２）。図５においては、点Ｅ１が上端位置であるとする。係る上端位置の特定は、例えば、観察画像における各画素の色濃度値の分布状態から、公知のエッジ検出手法を用いることなどによって行うことができる。
【００４８】
上端位置座標が取得されると、続いて、ＣＣＤカメラ１６による観察位置を被加工物Ｓ１の左端部へと移動させ（ステップＳ１０３）、上端位置を特定した場合と同様に、その位置における観察画像に基づいて、左端位置を特定し、そのｘｙ座標値を取得する（ステップＳ１０４）。図５においては、点Ｅ２が左端位置であるとする。さらに、ＣＣＤカメラ１６による観察位置を被加工物Ｓ１の右端部へと移動させ（ステップＳ１０５）、やはり上記と同様に、その位置における観察画像に基づいて、右端位置を特定し、そのｘｙ座標値を取得する（ステップＳ１０６）。図５においては、点Ｅ３が右端位置であるとする。
【００４９】
以上の３点Ｅ１〜Ｅ３が得られると、上端位置である点Ｅ１と左端位置である点Ｅ２とを結ぶ線分Ｅ１Ｅ２の垂直二等分線ｌ１が求められ（ステップＳ１０７）、さらに、上端位置である点Ｅ１と右端位置である点Ｅ３とを結ぶ線分Ｅ１Ｅ３の垂直二等分線ｌ２が求められる（ステップＳ１０８）。そして、これら２つの垂直二等分線の交点を求めると、該交点が被加工物Ｓ１の周がなす円（円弧）の中心位置に他ならない。すなわち、仮中心位置Ｃの座標が得られたことになる（ステップＳ１０９）。例えば、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の座標がそれぞれ（ex1,ey1）、（ex2,ey2）、（ex3,ey3）と与えられる場合、垂直二等分線ｌ１、ｌ２はそれぞれ、
ｌ１：y=｛(ey2-ey1)/(ex2-ex1)｝(x-ex1)+ey1        （式１）；
ｌ２：y=｛(ey3-ey1)/(ex3-ex1)｝(x-ex1)+ey1        （式２）；
と与えられるので、これらを連立させることによって、仮中心位置Ｃの座標値が得られことになる。
【００５０】
仮中心位置Ｃが定められると、その座標位置が観察視野の中央に来るように、つまりは、仮中心位置Ｃが回転中心位置に位置するように、ステージ５の移動がなされる（ステップＳ１１０）。これで、仮中心設定工程は終了する。図７は、被加工物Ｓ１について、仮中心設定工程終了後の仮中心位置Ｃの近傍を例示する図である。なお、図７においては、図示の都合上、一部のパターンのみを示している。図７においてもそうであるように、仮中心設定工程を終えた段階では、通常は、仮中心位置Ｃと真中心位置Ｃ０とは一致しない。
【００５１】
なお、この位置をそのまま真中心位置とせず、仮中心位置とするのは、エッジにカケがある場合など被加工物Ｓ１が必ずしも円（円弧）とみなせない場合や、必ずしもパターンと基板の中心位置の一致精度が保証されていない場合に、得られた中心位置が真中心として適当な位置と大きく乖離することを回避するためである。特に、サファイア基板などにＧａＮなどの半導体薄膜により短波長ＬＤやＬＥＤの微小デバイスを形成する場合、パターンと基板の中心位置の一致精度が十分でないことがある。
【００５２】
＜粗角度補正＞
図８は、粗角度補正工程の処理の流れを示す図である。粗角度補正工程は、被加工物Ｓ１に形成されている同一形状の繰り返しパターンを構成する各単位要素（１周期分のパターン）の位置を、いわゆるパターンマッチング処理によって特定し、その配列がなす１または複数の直線について傾き角度を求め、その傾き角度（複数の直線について得られる場合はそれらの平均）の値でおおまかな傾き補正を行う工程である。すなわち、粗角度補正工程とは、繰り返しパターンの傾きを、該パターンを構成する単位要素がなす複数の列の傾きと捉えることによって、補正を行う工程である。
【００５３】
ここで、パターンマッチング処理とは、ある対象画像（例えば、繰り返しのパターン画像）のなかから、参照画像（例えば、該繰り返しの１単位分の画像）に表されていると画像内容と一致する領域を検出する処理である。なお、本実施の形態において、パターンマッチング処理には、例えば特許文献１に開示されているような、公知の手法を用いることができる。
【００５４】
まず、パターンマッチングを行う際に用いる参照画像（第１参照画像ＲＥＦ１）の画像データが取得される（ステップＳ２０１）。第１参照画像ＲＥＦ１は、例えば、図７に示すような仮中心位置検出後の被加工物Ｓ１の観察画像から、単位要素に相当する領域の画像を抽出することで取得する態様であってもよいし、デバイスの設計データなどからあらかじめ取得しておく態様であってもよい。
【００５５】
次に、パターンマッチングの対象画像として、仮中心位置Ｃを含む領域の画像を、第１マッチング対象画像ＯＢＪ１として取得する（ステップＳ２０２）。そして、第１参照画像ＲＥＦ１との間で、パターンマッチング処理（１次パターンマッチング）を行う（ステップＳ２０３）。なお、マッチングの精度確保のためには、第１マッチング対象画像ＯＢＪ１と第１参照画像ＲＥＦ１とは、等倍率の画像であることが好ましい。
【００５６】
図９は、第１マッチング対象画像ＯＢＪ１に対し、パターンマッチング処理を施した結果を例示する図である。１次パターンマッチングにおいては、図９に示すように、第１マッチング対象画像ＯＢＪ１において、参照画像ＲＥＦ１と同サイズのフレームＦＲを１画素ずつシフトさせつつ、その都度得られる領域画像と参照画像とのマッチング度数（用いられたパターンマッチング処理において算出される、参照画像と対象画像との一致度合を表す所定の度数）を求める。そして、所定のしきい値以上のマッチング度数を有する領域を、参照画像ＲＥＦ１にて示される単位要素の形状と一致する形状を有する領域、すなわちマッチング領域であると判定する。なお、マッチングの正確さの観点からは、正規化相関を用いたパターンマッチング処理が好ましい。
【００５７】
こうして得られたそれぞれのマッチング領域は、すなわち、被加工物Ｓ１において繰り返しパターンを形成する単位要素の少なくとも一部に他ならない。図９においては、このようにして得られた全６１箇所のマッチング領域Ｒ１〜Ｒ６１をそれぞれ、矩形枠で囲んで示している。本実施の形態においては、その矩形枠の中心（対角線の交点）の位置を各領域の存在位置とし、これをマッチング位置Ｐ１〜Ｐ６１と称する。各マッチング位置のデータは、記憶手段６ｍに記憶される。
【００５８】
そして、図９の場合のように、２以上のマッチング領域が得られた場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、各マッチング位置Ｐ１〜Ｐ６１のデータが、そのｙ座標値によってソートされ（ステップＳ２０５）、その結果に基づいて各マッチング位置のグループ分けがなされる（ステップＳ２０７）。図１０は、係るグループ分けについて説明すべく、一部のマッチング位置Ｐ１〜Ｐ１８について、ｙ座標値を数直線にて示す図である。すなわち、図１０に示す数直線は、図９における各マッチング位置のｙ座標への写像（の一部分）に相当する。
【００５９】
ここで行うグループ分けとは、各マッチング領域Ｒ１〜Ｒ６１として得られたそれぞれの単位要素が、どのような位置関係にあり、どのような組合せによって、繰り返しパターンと同じ傾きを有する１または複数の単位要素の列をなすことになるのかを判定するために行う処理である。図９に示す繰り返しパターンであれば、概ね図面横方向（ｘ軸方向）について単位要素が複数の列をなしていると捉えることができるので、マッチングの結果得られたマッチング領域について、そのマッチング位置のｙ座標値の関係をみることで、どの単位要素がどのように列をなしているのかを判断することができる。
【００６０】
具体的には、図９に示す繰り返しパターンのように、傾き度合が比較的小さい場合、例えば、傾き角度が±５°程度の範囲にあるような場合であれば通常、同一の列を形成する単位要素同士のｙ座標値の差に比して、異なる列に属する単位要素同士のｙ座標値の差は十分に大きくなる。このような場合、ある２つのマッチング領域について、それらのｙ座標の差が他のマッチング領域のｙ座標との差よりも著しく大きければ、両者は異なる列に属する、などといった判断を行うことが可能である。被加工物Ｓ１をステージ５に載置する際に、繰り返しパターンに傾きがなるべく生じないように配慮しつつ載置することで、繰り返しパターンに生じる傾きをこの程度の角度範囲に抑えることは十分可能であり、上記したような位置決め用の目印があればこれはさらに容易である。ｙ座標値の差の基準値としては、例えば、単位要素のサイズ（あるいは繰り返しパターンのピッチ）ｕを用いることなどが考えられる。
【００６１】
図９の場合であれば、図１０に示すように、マッチング領域Ｒ１〜Ｒ６のそれぞれのｙ座標値の差よりも、マッチング領域Ｒ６とＲ７とのｙ座標値の差Δｙ６の方が著しく大きい。また、Δｙ６〜ｕである。よって、マッチング領域Ｒ１〜Ｒ６と、マッチング領域Ｒ７とは、異なる列に属する単位要素に相当すると判断されることになる。同様に、すなわち、マッチング領域Ｒ１〜Ｒ６として得られた単位要素が、ある一の列に属することになる。同様に、マッチング領域Ｒ７〜Ｒ１５、Ｒ１６〜Ｒ１８、Ｒ１９〜Ｒ２６、Ｒ２７〜Ｒ３４、Ｒ３５〜Ｒ３９、Ｒ４０〜Ｒ４８、Ｒ４９〜Ｒ５３、Ｒ５４〜Ｒ６１がそれぞれ、一の列に属すると判断されることになる。すなわち、マッチング領域として検出された単位要素は、計９つのグループに分類されることになる。ここでは、図９に示すように、それぞれのグループについてｙ座標の小さい方から順にグループ番号を付して、互いを識別するものとする。
【００６２】
係るグループ分けがなされると、１を初期値として、Ｉ番目のグループについてマッチング数、つまりは該グループに属するマッチング領域の数が２以上であるかどうかが判断される（ステップＳ２０７、Ｓ２０８）。
【００６３】
Ｉ番目のグループについてマッチング数が２以上である場合（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、該グループを、粗角度補正についての有効グループとして計数する（ステップＳ２０９）。係る場合、該グループに属するマッチング領域がなす配列を代表する直線を、一意に定めることができる。いま、Ｉ番目のグループについての当該直線ＬIの式は、
ＬI：ｙ＝ｘtanθI＋ＢI      （式３）；
と表すことができる。
【００６４】
本実施の形態においては、処理の簡単のため、同一グループに属するマッチング領域のうち、ｘ座標値の値の差が最大となる２つのマッチング領域のマッチング位置を通る直線を、係る直線ＬIとし、その傾きを計算する。例えば、Ｎｏ．１のグループの場合であれば、Ｐ１（x1,y1）とＰ６（x6,y6）とを通る直線の傾きを求めることになるので、
tanθI＝(y6-y1)/(x6-x1)          （式４）；
という関係が成り立つ。これより、直線の傾き角度θIが、
θI＝tan-1{(y6-y1)/(x6-x1)}      （式５）；
と求められる（ステップＳ２１０）。
【００６５】
全てのグループについて同様の処理を行い（ステップＳ２１１、ステップＳ２１２）、その結果、１以上の有効グループがあった場合には（ステップＳ２１３でＹＥＳ）、それぞれの直線について得られた傾き角度θIを平均することにより、粗補正角度θrを求める（ステップＳ２１４）。
【００６６】
そして、被加工物Ｓ１を、仮中心位置Ｃを回転中心として、傾きをうち消す向きに粗補正角度θrだけ回転させる（ステップＳ２１５）。これにより、繰り返しパターンの傾きは、ほぼうち消される。係る回転処理がなされると、粗角度補正は終了する。
【００６７】
なお、１次パターンマッチング処理の結果、マッチング領域が１つないしは０の場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、および、例えば各列について１つずつしかマッチング領域が検出されない場合など、有効グループが得られなかった場合（ステップＳ２１３でＮＯ）、以後の処理が続行できないので、エラー終了となる（ステップＳ２１６）。
【００６８】
＜精密角度補正＞
粗角度補正工程によって、被加工物Ｓ１の当初の傾きは概ね解消されるが、粗角度補正は、あくまで被加工物Ｓ１の中心近傍の様子に基づくものにすぎない。傾き誤差は、回転中心から離れるほど顕著に現れることから、被加工物Ｓ１の端部における傾き度合を確認し、必要に応じてその傾きを補正することを目的として、精密角度補正工程を行う。
【００６９】
図１１は、精密角度補正工程の処理の流れを示す図である。精密角度補正は、粗角度補正後の被加工物について、仮中心位置近傍と端部とにおいてそれぞれパターンマッチングを行い、その結果に基づいて、わずかに残る傾きを補正する工程である。図１２は、精密角度補正を説明するための図である。いま、粗角度補正後において、被加工物Ｓ１は、図１２（ｂ）に示すように角度β（β＜＜α）だけ傾いているとする。
【００７０】
まず、パターンマッチングを行う際に用いる参照画像（第２参照画像ＲＥＦ２）の画像データが取得される（ステップＳ３０１）。図１２（ａ）は、第２参照画像ＲＥＦ２を例示する図である。第２参照画像ＲＥＦ２は、例えば、粗角度補正後の被加工物Ｓ１の観察画像から、単位要素に相当する領域の画像を抽出することで取得する態様であってもよいし、デバイスの設計データなどからあらかじめ取得しておく態様であってもよい。
【００７１】
次に、パターンマッチングの対象画像として、仮中心位置Ｃを含む領域の画像を、第２マッチング対象画像ＯＢＪ２として取得する（ステップＳ３０２）。２次パターンマッチングにおける第２マッチング対象画像ＯＢＪ２は、仮中心位置とそのごく近傍、具体的には、第２参照画像ＲＥＦ２と同程度の範囲の画像であればよい。ただし、マッチングの精度確保のためには、第２マッチング対象画像ＯＢＪ２と第２参照画像ＲＥＦ２とは、等倍率の画像であることが好ましい。なお、繰り返しパターンに角度βだけの傾きがあるとしても、その値はごく小さいので、仮中心近傍では繰り返しパターンはほとんど傾いていないように観察される。
【００７２】
そして、第２参照画像ＲＥＦ２との間で、パターンマッチング処理（２次パターンマッチング）を行う（ステップＳ２０３）。パターンマッチング処理は、１次パターンマッチングと同様、公知の手法によって行うことができる。
【００７３】
２次パターンマッチングの結果、マッチング数が１つの場合、そのマッチング領域について、上述の場合と同様にマッチング位置（いまこれを中央マッチング位置Ｍとする）を特定し、その座標値を記憶手段６ｍに記憶する（ステップＳ３０４でＹＥＳ、Ｓ３０５）。
【００７４】
なお、多くの場合は、図１２（ｂ）において拡大して示すマッチング対象画像ＯＢＪ２にあるように、２次パターンマッチングの結果得られるマッチング領域には、仮中心位置Ｃが含まれるが、仮に含まれないとしても、両者の位置は比較的近接するものと考えられる。
【００７５】
その後、引き続き被加工物Ｓ１の端部においてパターンマッチングを行うため、観察視野を端部へと移動させることになる。ただし、係る移動における移動距離は、仮中心位置からｘ軸正方向に単位要素のサイズｕの自然数倍の距離であるように適宜に定められる（ステップＳ３０６）。その結果、図１２（ｂ）に示す場合であれば、仮中心位置Ｃからｘ軸正方向に距離Δx＝ｋ・ｕ（ｋは自然数）だけ離れた位置Ｃ’を含む場所へ観察視野が移動していることになる。図１２（ｂ）に拡大して例示するように、粗角度補正によって繰り返しパターンの傾きは概ねキャンセルされているとはいえ、角度βだけ傾いているので、端部においては、仮中心近傍よりもその傾きが顕著に確認される。
【００７６】
そして、この位置で、第３マッチング対象画像ＯＢＪ３を取得し、第２参照画像ＲＥＦ２を参照画像として、３次パターンマッチングを行う（ステップＳ３０７、Ｓ３０８）。３次パターンマッチングの結果、マッチング数が１つの場合、そのマッチング領域について、上述の場合と同様にマッチング位置（これを端部マッチング位置Ｍ’とする）を特定し、その座標値を記憶手段６ｍに記憶する（ステップＳ３０９でＹＥＳ、Ｓ３１０）。
【００７７】
以上、中央マッチング位置Ｍと端部マッチング位置Ｍ’とが得られると両者を通る直線Ｌfを、一意に定めることができる。いま、当該直線Ｌfの式は、
Ｌf：ｙ＝ｘtanθf＋Ｂf          （式６）；
と表すことができる。
【００７８】
ここで、中央マッチング位置Ｍと端部マッチング位置Ｍ’との座標をそれぞれ（xm1,ym1）、（xm2,ym2）とすると、
tanθf＝(ym2-ym1)/(xm2-xm1)      （式７）；
という関係が成り立つ。これより、直線の傾き角度θfが、
θf＝tan-1{(ym2-ym1)/(xm2-xm1)｝  （式８）；
と求められるので、この角度θfを精密補正角度とする（ステップＳ３１１）。
【００７９】
そして、仮中心位置Ｃが回転中心と一致するように観察視野を戻し、傾きβをうち消す向きに精密補正角度θfだけ回転させる（ステップＳ３１２）。θf≒βであるとみなせるので、繰り返しパターンの傾きは、これにより精密にうち消されることになる。係る回転処理をもって、精密角度補正は終了する。
【００８０】
なお、２次パターンマッチング処理の結果、マッチング領域が１つ以外の場合（ステップＳ３０４でＮＯ）、および、２次パターンマッチング処理の結果、マッチング領域が１つ以外の場合（ステップＳ３０９でＮＯ）、以後の処理が続行できないので、エラー終了となる（ステップＳ３１３）。
【００８１】
＜真中心検出＞
精密角度補正を終えると、繰り返しパターンは傾きを有さない状態となっているので、適切な並進操作を行うことで、真中心位置を回転中心へと移動させることができる。真中心検出工程は、つまるところ、係る並進操作を行う工程である。図１３は、真中心検出工程の処理の流れを示す図である。また、図１４は、真中心検出処理を説明するための図である。
【００８２】
真中心検出工程においては、まず、仮中心近傍で第４マッチング対象画像を取得して、４次パターンマッチングを行う（ステップＳ４０１、Ｓ４０２）。なお、係る４次パターンマッチングにおいては、第２参照画像ＲＥＦ２と同一の画像データを第４参照画像ＲＥＦ４として用いてもよい。ただし、第４参照画像ＲＥＦ４は、少なくとも単位要素１周期分＋α程度の範囲の画像であること、および、被加工物Ｓ１に形成されている真中心位置とこれに最も近い少なくとも１つの単位要素の中心との位置関係、つまりは両者の相対位置座標が、既知のものとして得られる画像であることが必要である。図１４（ａ）に示す第４参照画像ＲＥＦ４の場合であれば、点Ｑ１が前者すなわち真中心位置と対応する点、点Ｑ２が後者と対応する点である。換言すれば、
【００８３】
【数１】
2005313215.tif 000003
【００８４】
が、真中心位置とこれに最も近い単位要素の中心と結ぶベクトルと一致し、その成分が既知であることが必要である。なお、第２参照画像ＲＥＦ２と異なる画像を別途に参照画像として取得する態様であってもよい。
【００８５】
４次パターンマッチングの結果、通常は、少なくとも１つのマッチング領域が得られる（ステップＳ４０３でＹＥＳ）。そして、例えば図１４（ａ）に示す第４参照画像ＲＥＦ４と図１４（ｂ）に示す第４マッチング対象画像ＯＢＪ４との４次パターンマッチングの場合であれば、点Ｑ１とマッチング位置Ｎとが対応するので、点Ｑ２と対応する位置が真中心位置Ｃ０と定められることになる。なお、マッチング領域が得られない場合は、以降の処理が継続できないので、エラー終了となる（ステップＳ４０３でＮＯ、Ｓ４０６）。
【００８６】
一方、４次パターンマッチングを行った時点においては通常、仮中心位置は、マッチング領域の領域内あるいはごく近傍に位置する。例えば、第４対象画像ＯＢＪ４の場合であれば、マッチング位置Ｎの近傍に、仮中心位置Ｃが位置している。
【００８７】
いま、真中心を仮中心に代わって回転中心、つまりは観察視野の中央に位置させるためには、真中心を現在の真中心位置Ｃ０から仮中心位置Ｃ（回転中心位置）に並進移動させるための移動量を各座標軸について算出すればいい。図１４（ｃ）に示すように、これは結局のところ、両点を結ぶベクトル、
【００８８】
【数２】
2005313215.tif 000004
【００８９】
の成分が得られればよいことになる。ただし、図１４（ｃ）において点Ａが各位置ベクトルの原点であるとする。いま、第４参照画像ＲＥＦ４と第４マッチング対象画像ＯＢＪ４との対応関係から、
【００９０】
【数３】
2005313215.tif 000005
【００９１】
が成り立つので、
【００９２】
【数４】
2005313215.tif 000006
【００９３】
と表すことができる。最右辺の各ベクトルは全て既知であるので、真中心を回転中心と一致させるためのステージ５の移動量、換言すれば、仮中心に対する真中心の相対的な位置が得られたことになる（ステップＳ４０４）。
【００９４】
よって、得られた移動量に従ってステージ５を移動させることで、真中心が回転中心に一致することになる（ステップＳ４０５）。係る移動をもって、真中心検出は終了する。そして、このように真中心が検出されたことをもって、本実施の形態に係るアライメントが終了する。係るアライメントがなされると、レーザ光ＬＢを用いた所定の加工プロセスへと移行することになる。
【００９５】
以上、説明したように、本実施の形態に係るアライメント方法を用いると、被加工物Ｓが単結晶基板などのように円板状をなす被加工物Ｓ１であり、その上に同一形状の繰り返しパターンが形成されてなる場合に、パターン上にアライメント用のマーカー点を設定せずとも、簡便かつ正確にアライメントを行うことができる。
【００９６】
＜変形例＞
繰り返しパターンは格子状に形成されてなるので、単にその傾きを補正するだけであれば、仮中心を定め、回転中心に位置させる工程は必須ではない。従って、任意の位置を回転中心とした状態で、上記と同様の粗角度補正を行い、さらに該回転中心位置と、そこから十分離れた位置との２点を通る直線の傾きを求めることで、上記と同様に精密角度補正を行うことも可能である。ただし、上述の実施の形態のようにいったん仮中心を定めた上で傾きを補正する場合であれば、常に同一の基準で回転中心を定めた上で補正を行うことになるので、角度補正の精度（再現性）を一定以上に保つことができると考えられる。従って、特に被加工物が円板状である場合は、係る観点から、上述の実施の形態のように仮中心を定めたうえで傾きを補正する態様の方が好ましい。
【００９７】
上記の実施の形態においては、粗角度補正を行う際に、単位要素の配列の傾きを、（式４）に示すように２点を通る直線の傾きにて算出しているが、これに代わり、最小自乗法によって算出する態様であってもよい。
【００９８】
被加工物が円板状である場合に、仮中心を求めるにあたっては、上記のように弦の垂直二等分線の交点として求める代わりに、円周上の３点の座標値が、同一の円の方程式をみたすという条件から、求める態様であってもよい。
【００９９】
精密角度補正工程において、中央マッチング位置Ｍと端部マッチング位置Ｍ’とのｙ座標差が、ほとんど０に等しい程度であれば、精密角度補正を行わずとも傾きがほとんどないと判断して、その後の精密角度補正を中止する態様であってもよい。
【０１００】
なお、上述の実施の形態においては、被加工物の中央部と端部とを利用して精密角度補正を行っているが、座標位置を定める２点の間の距離が大きいほど、補正の精度は向上する。よって、精密角度補正工程における２次パターンマッチングに際し、仮中心位置Ｃではなく、仮中心位置Ｃからｘ軸負方向に距離Δx＝ｍ・ｕ（ｍは自然数でｍ＝ｋでもよい）だけ離れた位置にてパターンマッチングを行い、その結果得られた座標位置と、その後の３次パターンマッチングにて得られた座標位置とを通る直線の傾きに基づいて、角度補正を行う態様であってもよい。
【０１０１】
パターンマッチングは、繰り返しパターンの１周期分の図形とマッチングするか否かを判断する態様にて説明しているが、複数周期分の図形とのマッチングを判断する態様であってもよい。１周期分の図形にてマッチングを行うものとすると、例えば、デバイスが微小であればあるほど高倍率の画像を得ることが必要となり、高さ位置精度がより要求されるが、複数周期分の図形によるマッチングを行うようにすれば、マッチングの精度を維持しつつ、デバイスの微小化にも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置１００の構成を示す図である。
【図２】ステージ５の上面側の構造を例示的に示す図である。
【図３】集塵ヘッド１１を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るアライメント方法の主な手順を示す図である。
【図５】アライメント対象となる被加工物を例示する図である。
【図６】仮中心設定工程の処理の流れを示す図である。
【図７】仮中心設定工程終了後の仮中心位置Ｃの近傍を例示する図である。
【図８】粗角度補正工程の処理の流れを示す図である。
【図９】１次パターンマッチング処理を施した結果を例示する図である。
【図１０】マッチング位置のグループ分けについて説明するための図である。
【図１１】精密角度補正工程の処理の流れを示す図である。
【図１２】精密角度補正を説明するための図である。
【図１３】真中心検出工程の処理の流れを示す図である。
【図１４】真中心検出処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  レーザ光源
２  鏡筒
３  ハーフミラー
４  集光レンズ
５  ステージ
６  コンピュータ
６ｍ  記憶手段
７  コントローラ
８  駆動手段
９  吸引手段
１０  プログラム
１４  照明光源
１５  ハーフミラー
１６  カメラ
１７  モニタ
１００  レーザ加工装置
Ｃ  仮中心位置
Ｃ０  真中心位置
ＩＬ  照明光
ＬＢ  レーザ光
Ｍｈ  水平移動機構
Ｍｖ  垂直移動機構
Ｒ１〜Ｒ６１  マッチング領域
Ｐ１〜Ｐ６１  マッチング位置
Ｓ、Ｓ１  被加工物
【図１】
2005313215.tif 000007
【図２】
2005313215.tif 000008
【図３】
2005313215.tif 000009
【図４】
2005313215.tif 000010
【図５】
2005313215.tif 000011
【図６】
2005313215.tif 000012
【図７】
2005313215.tif 000013
【図８】
2005313215.tif 000014
【図９】
2005313215.tif 000015
【図１０】
2005313215.tif 000016
【図１１】
2005313215.tif 000017
【図１２】
2005313215.tif 000018
【図１３】
2005313215.tif 000019
【図１４】
2005313215.tif 000020