JP6879484B2 - 画像取得装置、露光装置、及び画像取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像取得装置、露光装置、及び画像取得方法に関する。

特許文献１には、試料上の一定領域ごとに順次アライメントマークの検索を行い、アライメントマークが存在する領域を認識するための撮像装置が記載されている。

特開平１０−２２２０１号公報

アライメントマークの画像取得においては、基板を保持して移動するステージの位置をリアルタイムに計測し、所定の位置に来た際にステージを停止させ、照明等を点灯することによって撮像することが一般的である。このような装置のタクトを上げるには、ステージを移動させながら撮像する必要がある。ここで、撮像に用いられるＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラは所定のフレームレートで画像を撮像する。アライメントマークの画
像を取得するためには、アライメントマークに対して、光を照射することによって撮像を行う。従来は、１回の撮像期間中（３０[ｆｐｓ]の場合は３３[ｍｓ]）に１回照明をフラッシュ点灯させることで、画像を取得していた。しかしながら、このような方法では、近年のステージ速度の高速化や、撮像レンズ低倍化による透過率低下などの影響で、十分なコントラストを持った画像を撮像することが容易ではない。一方で、基板を移動させながら長時間光を照射することでアライメントマークの画像を取得しようとすると、モーションブラー（残像）が発生することによって取得される画像がぶれ、アライメントに悪影響を及ぼす問題があった。

そこで、本発明は、移動する撮像対象の画像を取得する装置において、取得される画像のぶれを低減することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、次のような構成とする。即ち、本発明は、
移動する撮像対象の画像を取得する画像取得装置であって、
前記撮像対象を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像の際に、複数回フラッシュ点灯することによって前記撮像領域に光を照射する照明部と、前記撮像部と前記撮像対象との間に位置するように設けられた撮像領域追従光学系と、を有し、
前記撮像領域追従光学系は、前記撮像対象から出射される光の光路を変化させることによって、前記撮像部が撮像可能な領域である撮像領域を前記撮像対象の移動に追従させ、
前記撮像部は、前記撮像対象に反射された光が結像した像を合成することによって、前記撮像対象の画像を生成する、画像取得装置である。

本発明によると、撮像部による撮像対象の撮像中に撮像領域を前記撮像対象の移動に追従させることによって、撮像領域内における撮像対象の相対的な位置を固定させることができる。これによれば、画像のぶれを抑制することできる。その結果、高精度なアライメントを実現することができる。

また、本発明は、以下の構成で実現することができる。即ち、本発明は、
前記撮像領域追従光学系は、前記撮像部側に設けられるとともに光を屈折可能な第１光学部材と、前記撮像対象側に設けられるとともに光を屈折可能な第２光学部材と、を有し、
前記第１光学部材は、前記撮像部側に位置する第１撮像部側面と、前記撮像対象側に位置する第１撮像対象側面と、を有し、
前記第２光学部材は、前記撮像部側に位置するとともに前記第１撮像対象側面と平行な第２撮像部側面と、前記撮像対象側に位置するとともに前記第１撮像部側面と平行な第２撮像対象側面と、を有し、
前記第１撮像部側面と前記第１撮像対象側面のうち、少なくとも何れか一方が前記撮像対象の進行方向に対して傾斜しており、
前記第１光学部材と前記第２光学部材のうち、少なくとも何れか一方を移動させることで、前記撮像対象から出射される光の光路を変化させてもよい。

更に、本発明は、以下の構成でも実現することができる。即ち、本発明は、
前記撮像領域追従光学系は、互いに平行な一対の面を有するとともに光を屈折可能な平行板によって形成され、
前記平行な一対の面のうち何れか一方は、前記撮像対象と対向するように設けられ、
前記平行板は、前記平行な一対の面の前記撮像対象の進行方向に対する傾斜角度を変化可能であってもよい。

また、本発明は、露光装置としても特定することができる。即ち、本発明は、
画像取得装置と、
前記撮像対象が付された露光対象物を保持するステージと、
移動中の前記露光対象物に対して光を出射することで前記露光対象物に所定のパターンを描画する露光部と、
前記画像取得装置が取得した画像に基づいて前記露光対象物の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて前記ステージの位置を制御することによって、前記露光対象物の位置合わせを実行するアライメント処理手段と、を備える露光装置であってもよい。

更に、本発明は、画像取得方法としても特定することができる。即ち、本発明は、
移動する撮像対象の画像を取得する画像取得方法であって、
前記撮像対象の位置情報を取得する、第１のステップと、
前記位置情報に基づいて、前記撮像対象を撮像する撮像部が撮像可能な領域である撮像領域の内部に前記撮像対象が存在するか否かを判定する、第２のステップと、
前記撮像対象が前記撮像領域に存在する場合には、前記撮像部と前記撮像対象との間に位置するように設けられた撮像領域追従光学系が、前記撮像対象から出射される光の光路を変化させることによって、前記撮像領域を前記撮像対象の移動に追従させる、第３のステップと、を有し、
前記第３のステップにおいて、照明部によって複数回フラッシュ点灯することで前記撮像領域に光を照射し、撮像部によって前記撮像対象に反射された光が結像した像を合成することで前記撮像対象の画像を生成する、画像取得方法であってもよい。

なお、上述した課題を解決するための手段は、適宜組み合わせて用いることができる。

本発明によれば、移動する撮像対象の画像を取得する装置において、取得される画像のぶれを低減することが可能となる。

第１実施形態に係る露光装置の側面図である。 第１実施形態に係る露光装置の上面図である。 第１実施形態に係る露光ユニットの概略図である。 第１実施形態に係る画像取得装置の概略図である。 第１実施形態に係る撮像領域追従光学系を示す図である。 第１実施形態に係る保持部材を示す図である。 撮像領域追従光学系が第１姿勢のときにおける光路を示す図である。 撮像領域追従光学系が第２姿勢のときにおける光路を示す図である。 第１実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。 アライメントマークの一例を示す図である。 第１実施形態に係るアライメント方法の手順を示す図である。 第１実施形態に係るアライメントマークの画像取得方法の手順を示す図である。 第１実施形態に係るアライメントマークの画像取得における画像取得装置の動作を説明するための図である。 第１実施形態に係るアライメントマークの画像取得方法によって取得された画像を示す図である。 比較例に係るアライメントマークの画像取得方法によって取得された画像を示す図である。 第１実施形態に係る撮像領域追従光学系の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る撮像領域追従光学系を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本願発明の一態様であり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る露光装置１００の側面図である。図２は、第１実施形態に係る露光装置１００の上面図である。なお、図中の矢印は、それぞれ、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を示している。

露光装置１００は、レジストなどの感光材料の層が形成された基板Ｗ（感光材料）の上面に、ＣＡＤデータなどに応じて空間変調したパターン光（描画光）を照射して、パターン（例えば、回路パターン）を露光（描画）する装置である。露光装置１００は、描画装置又は直描装置とも呼ばれる。

露光装置１００で処理対象とされる基板Ｗは、例えば、半導体基板、プリント基板、液晶表示装置などに具備されるカラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置などに具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板、太陽電池用パネル、などである。本実施形態においては、基板Ｗは、略矩形状を有しているものとする。基板Ｗは、本発明に係る「露光対象物」の一例である。また、図９に示すように、基板Ｗの上面四隅には、後述するアライメントとして利用される十字形状のアライメントマークＭが形成されている。但し、アライメントマークＭは、任意の形状とすることができる。アライメントマークＭは、画像としたときに、その領域内にコントラストを生じさせることによって所定のマークを形成するものであればよい。アラ
イメントマークＭは、例えば、円形状であってもよい。また、アライメントマークＭは、基板Ｗを貫通する孔で形成されていてもよい。アライメントマークＭは、本発明に係る「撮像対象」の一例である。

図１に示すように、露光装置１００は、基台１、支持フレーム２、ステージ３、ステージ駆動機構４、露光部５、画像取得装置１０、及び制御装置９を備える。支持フレーム２は、基台１をＸ軸方向に横断する門型に形成されており、露光部５と画像取得装置１０とをステージ３の上方（Ｚ方向）に支持する。以下、ステージ３、ステージ駆動機構４、露光部５、画像取得装置１０、制御装置９について説明する。

＜ステージ３＞
ステージ３は、ステージ駆動機構４の上に配置され、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持する。ステージ３は、略平板形状を有している。また、ステージ３の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されている。この吸引孔に負圧（吸引圧）を作用させることによって、基板Ｗがステージ３の上面に吸着される。また、ステージ３の上面は、ＸＹ平面と平行な面であるステージ平面Ｓに含まれる。基板Ｗ及びアライメントマークＭは、ステージ３が移動することによって、ステージ平面Ｓ内を移動する。

＜ステージ駆動機構４＞
ステージ駆動機構４は、基台１上に配置され、ステージ３を基台１に対して移動させる。ステージ駆動機構４は、ステージ３をＺ軸と平行な軸Ａ周り（θ方向）に回転させる回転機構４１と、副走査方向（Ｘ軸方向）に移動させる副走査機構４３と、主走査方向（Ｙ軸方向）に移動させる主走査機構４２と、を備える。ステージ駆動機構４は、ステージ３に配置されたエンコーダの出力信号などに基づいて、ステージ３の位置情報を制御装置９に出力する。

＜露光部５＞
露光部５は、制御装置９による制御に応じてパターン光を形成し、基板Ｗにそのパターン光を照射する光学装置である。図２に示すように、露光部５は、９台の露光ユニット５０を備える。但し、露光部５が搭載する露光ユニット５０の台数は特に限定されず、１台であってもよい。

＜露光ユニット５０＞
露光ユニット５０は、支持フレーム２に支持されている。具体的には、露光ユニット５０は、支持フレーム２の＋Ｚ側及び＋Ｙ側に延在する収容ボックス（不図示）に収容されている。図３は、本実施形態の露光ユニット５０に係る構成を示す概略図である。露光ユニット５０は、更に、光源部５１と、露光ヘッド５２と、を備える。複数の露光ユニット５０は、露光ヘッド５２が、Ｘ軸方向に複数列に並ぶ状態で収容ボックスに収容されている（図２参照）。

光源部５１は、制御装置９からの信号を受け付けてレーザ光を出力するレーザ発振器５１１と、レーザ発振器５１１から出力された光（スポットビーム）を、強度分布が均一な光とするレーザ制御系５１２と、を備える。光源部５１から出力された光は、露光ヘッド５２に入力される。なお、１つの光源部５１からレーザ光を分割して、複数の露光ヘッド５２に入力する構成としてもよい。

露光ヘッド５２は、光源部５１から出力された光を空間光変調することによってパターン光を形成し、形成したパターン光をステージ上の基板Ｗに向けて照射する。

＜画像取得装置１０＞
画像取得装置１０は、後述するパターン描画において、基板Ｗ上に形成されたアライメントマークＭ（図９参照）の画像を取得する。図４は、画像取得装置１０の概略図である。図４に示すように、画像取得装置１０は、撮像ユニット６と、撮像領域追従光学系（以下、光学系）７と、位置計測部８と、を備える。

撮像ユニット６は、ステージ上を撮像する機能を有し、露光部５よりも＋Ｙ側に位置するように支持フレーム２に固定されている。但し、撮像ユニット６は、露光部５よりも−Ｙ側に位置していてもよい。撮像ユニット６は、ステージ３と対向するように設けられたＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ６１と、照明部６２とを有する。

ＣＣＤカメラ６１は、光軸Ａ１がＺ軸と平行となるように設けられている。即ち、光軸Ａ１は、ステージ平面Ｓに対して垂直である。ＣＣＤカメラ６１は、所定の画角内に位置する対象物から発した光をレンズ（不図示）によって内部の撮像素子（ＣＣＤ）の受光面６１ａに結像させ、その像の光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して電気信号に変換することで、撮像対象を撮像する。この、ＣＣＤカメラ６１による撮像は、シャッタースピードに応じた所定のフレームレートで実行される。ＣＣＤカメラ６１のフレームレートは、例えば、３０［ｆｐｓ］である。この場合、１回の撮像期間をＴとすると、Ｔ＝１／３０［ｆｐｓ］＝３３［ｍｓ］となる。但し、ＣＣＤカメラ６１の撮像サイクルは、上記に限定されない。ＣＣＤカメラ６１は、撮像期間においては、シャッターが開いた状態となる。すなわち、受光素子は、撮像期間を通して露光した状態となる。ＣＣＤカメラ６１は、撮像期間中に受光素子の受光面６１ａに結像した像を合成することによって、画像を生成する。また、ＣＣＤカメラ６１は、その画角に応じてステージ平面Ｓ上に、所定範囲の撮像領域Ｆを形成する。ステージ上の撮像対象は、撮像領域Ｆ内にある場合に、ＣＣＤカメラ６１によって撮像される。なお、撮像ユニット６に設けられるＣＣＤカメラ６１の数量は限定されず、ＣＣＤカメラ６１は、例えば、２つ設けられていてもよい。ＣＣＤカメラ６１は、本発明の「撮像部」に相当する。

照明部６２は、制御装置９の制御に応じてフラッシュ点灯する照明である。照明部６２は、例えば、ＬＥＤ光源の点灯によって撮像領域Ｆを照射するＬＥＤ照明である。照明部６２は、後述する光学系７によって光線制御されることにより、撮像領域Ｆに光を照射する。これにより、撮像領域Ｆ内にある撮像対象が光を反射する。フラッシュ点灯は、照明部６２が微小時間だけ点灯することによってなされる。フラッシュ点灯の時間は、例えば、１［μｓ］である。

撮像ユニット６は、制御装置９から出力されるステージ３の位置情報をトリガとしてＣＣＤカメラ６１と照明部６２とを作動させる。撮像ユニット６は、ＣＣＤカメラ６１の撮像期間内に照明部６２を微小時間だけフラッシュ点灯する。そして、ＣＣＤカメラ６１は、撮像領域Ｆ内にある撮像対象に反射した光を受光素子の受光面６１ａ上に結像させることによって、撮像対象を撮像する。従って、撮像ユニット６によって生成される画像は、撮像期間内において照明部６２が点灯している間に結像された像を合成したものとなる。

光学系７は、撮像対象から反射した光や照明部６２から出射された光を光線制御することによって、ＣＣＤカメラ６１の撮像領域Ｆを基板Ｗ上に付された撮像対象であるアライメントマークＭに追従させる機能を有する。また、光学系７は、照明部６２によって光が照射される領域を撮像領域Ｆに追従させる機能も有する。光学系７は、Ｚ方向においてＣＣＤカメラ６１とステージ３との間に位置するように支持フレーム２に固定される。即ち、光学系７は、ステージ３よりも上方であって、ＣＣＤカメラ６１よりも下方に配置されている。更に、光学系７は、ＣＣＤカメラ６１の光軸Ａ１上に配置されている。

図５は、ＹＺ平面に平行な面における光学系７の断面図である。図５に示すように、光
学系７は、Ｚ方向に離間して配置される第１光学部材７１及び第２光学部材７２と、第１光学部材７１を第２光学部材７２に対してＹ方向にスライド可能に保持する保持部材７４（後述）と、によって構成される。第１光学部材７１と第２光学部材７２は、ガラス材料によって形成された光学プリズムであって、互いに同一の形状を有しており、両者の屈折率は同一である。なお、第１光学部材７１と第２光学部材７２の材料はガラス材料に限定されず、一般的なレンズ部品などに使用される透過率の高い樹脂材料であってもよい。

第１光学部材７１は、第２光学部材７２よりも＋Ｚ側に配置されており、Ｘ軸方向視において略三角形に形成されている。詳しくは、第１光学部材７１は、第１光学部材７１において最も＋Ｚ側に位置するとともにステージ平面Ｓ（ＸＹ平面）と平行な面である第１撮像部側面７１１と、第１撮像部側面７１１の−Ｙ側に位置する端部から延在するとともに第１撮像部側面７１１に対して時計回りに所定の角度α（０＜α＜π／２）だけ傾斜した第１撮像対象側面７１２と、ＺＸ平面と平行な第１垂直面７１３と、を有する。これにより、第１撮像対象側面７１２は、主走査方向、即ち、アライメントマークＭの進行方向であるＹ方向に対して傾斜している。また、第１撮像部側面７１１は、ＸＹ平面と平行であるため、ＣＣＤカメラ６１の光軸Ａ１に対して直交している。

第２光学部材７２は、第１光学部材７１をＸ軸回りに１８０°回転させたものと同一である。第２光学部材７２は、第１撮像対象側面７１２と対向するともに第１撮像対象側面７１２と平行な第２撮像部側面７２１と、第２撮像部側面７２１における＋Ｙ側の端部（すなわち、下端）から−Ｙ側に延在するとともにステージ平面Ｓ（ＸＹ平面）と平行な第２撮像対象側面７２２と、ＺＸ平面と平行な第２垂直面７２３と、を有する。第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１は、ＹＺ平面上において正の傾きを有している。

第１光学部材７１と第２光学部材７２は、Ｙ方向及びＺ方向において互いに離間するとともに、それぞれがＣＣＤカメラ６１の光軸Ａ１上に配置されている。第１光学部材７１と第２光学部材７２とがＹ方向及びＺ方向において離間していることにより、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１とによって挟まれた領域は、大気からなる空気層７３を形成している。

図６は、光学系７における保持部材７４を示す図である。保持部材７４は、第１光学部材７１が搭載されるスライド部材７４１と、支持フレーム２に固定されるとともにスライド部材７４１をＹ方向に移動可能に支持するベース部材７４２とによって構成されている。スライド部材７４１は、ボールねじ等の周知の技術によってＹ方向に移動可能であり、これにより、第１光学部材７１は、保持部材７４によってＹ方向にスライド可能に保持されている。

図７Ａ，７Ｂは、画像取得装置１０における光路の一例を示す図である。光学系７は、後述する画像取得の際に、第１光学部材７１をＹ方向へ平行移動させることによって、図７Ａに示す第１光学部材７１が最も−Ｙ側に位置する第１姿勢の状態と図７Ｂに示す第１光学部材７１が最も＋Ｙ側に位置する第２姿勢との間で、姿勢を推移させる。ここで、ＣＣＤカメラ６１の受光面６１ａと光軸Ａ１との交点を結像点Ｐ０とする。図中の符号Ｒ１、Ｒ２で示される実線は、結像点Ｐ０から光軸Ａ１に沿って大気へ出射された光Ｌ０の光路を示す光線である。図７Ａの光線Ｒ１に示されるように、第１姿勢においては、光Ｌ０は、進行方向に垂直な第１撮像部側面７１１に対しては入射角０で入射するため屈折せず、第１光学部材７１内を直進する。そして、第１撮像部側面７１１に対してα傾斜している第１撮像対象側面７１２に対しては入射角αで入射するため、屈折角βで屈折して大気中に出射される。ここでβは、第１光学部材７１及び第２光学部材７２の大気に対する屈折率Ｎ（＞１）と角度αに依存する。αとβの関係は次のような式（１）で表される。

また、Ｎ＞１であることから、β＞αとなる。これにより、第１撮像対象側面７１２において光軸Ａ１に対して＋Ｙ側に屈折する。より詳細には、光Ｌ０は、第１撮像対象側面７１２を境に、光軸Ａ１に対して（β−α）分＋Ｙ側に傾斜して空気層７３を進行する。そして、光Ｌ０は、第１撮像対象側面７１２と平行な第２撮像部側面７２１に対しては入射角βで入射するため、光は屈折角αで屈折する。その結果、光Ｌ０は光軸Ａ１と平行となり、第２光学部材７２を進行する。そして、進行方向に垂直な第２撮像対象側面７２２では屈折せずに、大気中へ直進する。

このように、第１撮像部側面７１１と第２撮像対象側面７２２とが平行であって、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１とが平行であるため、光軸Ａ１と平行に光学系７に入射した光Ｌ０は、光軸Ａ１と平行にステージ平面Ｓへ出射される。ここで、第２光学部材７２よりも−Ｚ側に位置するとともにＸＹ平面と平行なステージ平面Ｓ上において光Ｌ０が到達する点を点Ｐ１とする。光Ｌ０は、空気層７３において光軸Ａ１に対して（β−α）分、＋Ｙ側に傾斜しているため、点Ｐ１は光軸Ａ１よりも＋Ｙ側に位置する。

第２姿勢においては、第１光学部材７１が＋Ｙ側に平行移動することによって、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１とが、第１姿勢のときと比較して、Ｙ方向およびＺ方向により離間している。この状態で、光Ｌ０は、図７Ｂに示す光線Ｒ２のように進行する。第２姿勢のときにおいても、第１撮像対象側面７１２及び第２撮像部側面７２１の傾斜角度は第１姿勢のときと変わらずにαであることから、光Ｌ０は光軸Ａ１を平行となって光学系７から出射される。図７Ｂに示すように、第２姿勢においては、第１撮像対象側面７１２が第１姿勢のときよりも＋Ｙ側に平行移動しているため、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１との距離Ｄ２は、第１姿勢のときにおける距離Ｄ１よりも大きくなっている。そのため、第２姿勢のときに光Ｌ０が空気層７３を進行する距離、即ち、光Ｌ０が光軸Ａ１に対して（β−α）分−Ｙ側に傾斜して進行する距離は、第１姿勢のときよりも大きくなっている。その結果、光Ｌ０は点Ｐ１から更に＋Ｙ側にオフセットされた点Ｐ２に到達する。

以上のように、光学系７は、互いに平行な第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１がＹ方向に対して傾斜しているため、第１光学部材７１をＹ方向へ平行移動させることによって、光Ｌ０が到達する位置をＹ方向に移動させることができる。なお、光学系７は、第１姿勢のときにおいて、第１光学部材７１と第２光学部材７２とが離間していなくともよい。即ち、第１姿勢のときに、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１とが、接していてもよい。

ここで、光線Ｒ１，Ｒ２が示すように、第１姿勢のときに点Ｐ１から光軸Ａ１と平行に出射される光と第２姿勢のときに点Ｐ２から光軸Ａ１に沿って出射される光は、ともに、結像点Ｐ０に到達する。これにより、第１姿勢のときは、点Ｐ１付近が撮像領域Ｆとなり、第２姿勢のときは、点Ｐ２付近が撮像領域Ｆとなる。即ち、光学系７は、第１光学部材７１を移動させることによって撮像対象より出射される光の光路を変化させ、撮像領域ＦをＹ方向に移動させることができる。

また、図４の光線Ｒ３で示されるように、画像取得装置１０は、照明部６２から出射される光を光軸Ａ１に沿って第１光学部材７１に入射させる。そのため、照明部６２から出射される光は結像点Ｐから出射される光Ｌ０と同じ位置に照射される。これにより、画像
取得装置１０は、光学系７の姿勢によらずに撮像領域Ｆを照射することができる。

＜位置計測部８＞
位置計測部８は、第１光学部材７１の位置を計測する。図４に示すように、位置計測部８は、スポットビーム光源８１とアナログ位置センサ８２によって構成される。位置計測部８は、スポットビーム光源８１からレーザ光を光学系７に向けて出射するとともに、第１光学部材７１で屈折した光をアナログ位置センサ８２で受光し、当該屈折光の受光位置（具体的には、主走査方向に沿うＹ位置）を計測することによって、第１光学部材７１の位置を計測する。第１光学部材７１の位置情報は、制御部に出力される。

＜制御装置９＞
制御装置９は、ステージ駆動機構４、露光部５、画像取得装置１０を制御することによって、露光ヘッド５２からの照射光をステージ３に支持される基板Ｗ表面に走査し、基板Ｗ表面にパターンを形成する動作を実行する。制御装置９は、ステージ駆動機構４、露光部５、画像取得装置１０といった露光装置１００の構成要素とバス配線、ネットワーク回線又はシリアル通信回線などによって接続されており、これらの構成要素各々の動作を制御する。

図８は、本実施形態の制御装置９を示すブロック図である。図８に示すように、制御装置９は、演算回路として機能するＣＰＵ９１と、読み取り専用のＲＯＭ９２と不揮発性の記録媒体である記憶部９３と、を備える。

ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９２内に格納されているプログラムを読み取りつつ実行することにより、記憶部９３に保存されている各種データについての演算を行うコンピュータである。描画制御部９１１、画像取得制御部９１２、及びアライメント処理部９１３は、ＣＰＵ９１がプログラムに従って動作することにより実現される機能である。ただし、これらの要素の一部または全部は、論理回路などによって実現されてもよい。

描画制御部９１１は、記憶部９３に記憶されたパターンデータとステージ駆動機構４より出力されるステージ３の位置情報に基づいて、回転機構４１、副走査機構４３、及び主走査機構４２の移動を制御するとともに、基板Ｗの位置に応じて変調されたパターン光を露光ヘッド５２から出力することによって、描画パターンを基板Ｗに形成する。

画像取得制御部９１２は、ステージ駆動機構４より出力されるステージ３の位置情報、光学系７及び位置計測部８より出力される第１光学部材７１の位置情報、及び記憶部９３に記憶されたアライメントマークＭの位置情報に基づいて画像取得装置１０を制御することによって、アライメントマークＭの画像を取得する。

アライメント処理部９１３は、記憶部９３に記憶されたアライメントマークＭの位置情報と画像取得装置１０が取得したアライメントマークＭの画像に基づいて、後述するアライメント処理を実行する。アライメント処理部９１３は、本発明の「アライメント処理手段」に相当する。

記憶部９３は、前述したように、基板Ｗ上に描画すべきパターンを示すパターンデータや、基板ＷにおけるアライメントマークＭの位置情報を記憶している。パターンデータは、例えば、ＣＡＤ(computer aided design)等により生成された画像データを、描画パタ
ーンを示すデータに変換したものである。

なお、本実施形態では、パターンデータは、単一の画像（基板Ｗの全面に形成すべきパターンを示す画像）としてもよいが、例えば、その単一の画像を示すパターンデータから
、露光ヘッド５２各々が描画を担当する部分の画像を、露光ヘッド５２ごとに個別に生成してもよい。

＜描画方法＞
次に、本実施形態に係る露光装置１００による基板Ｗへのパターン描画動作について説明する。パターン描画では、まず、描画制御部９１１がステージ駆動機構４を制御することによって、ステージ３を基板Ｗへの露光が開始される位置（初期位置）に位置決めする。位置決めが完了すると、ステージ駆動機構４は、描画制御部９１１のステージ３が主走査方向であるＹ方向の一方側（例えば＋Ｙ側）への移動を開始する。そして、ステージ３とともに主走査方向に移動する基板Ｗの表面に対して、複数の光学ヘッドのそれぞれが描画データに応じたパターンの光を照射する。露光装置１００は、主走査方向への移動に伴うパターン描画と副走査方向への移動を繰り返すことで、基板Ｗ上に隙間なくパターンを形成する。

＜アライメント方法＞
このような構成の露光装置１００においては、パターン描画の際に、ステージ３の再現性不足による初期位置の変動や露光ヘッド５２の光軸ずれが生じる可能性がある。そのため、基板Ｗ上にパターンを重ね合わせて描画することによって多層パターンを形成するためには、パターン描画の開始前やパターン描画の合間に基板Ｗのアライメント（位置合わせ）を行う必要がある。アライメントを行うことによって、多層パターンの高精度な重ね合わせを実現することができる。

前述したように、基板Ｗの上面四隅には、図９に示すアライメントマークＭが形成されている。基板Ｗのアライメントは、制御装置９のアライメント処理部９１３が、画像取得装置１０が取得したアライメントマークＭの画像に基づいてステージ位置を調整することによって実行される。以下、本実施形態に係るアライメント方法の手順について図１０を参照して説明する。なお、以下に示すアライメント方法は、描画制御部９１１によるパターン描画と並行して実行される。

まず、画像取得制御部９１２は、画像取得装置１０にアライメントマークＭの画像を取得させる（ステップＳ１）。次に、取得した画像におけるアライメントマークＭの中心の位置座標を検出する（ステップＳ２）。アライメントマークＭの中心位置の検出には、任意の画像処理技術を用いることができる。次に、検出したアライメントマークＭの位置座標を記憶部９３に記憶する（ステップＳ３）。ステップＳ３において検出されたアライメントマークＭの座標を記憶した後、ステップＳ４では、アライメント処理部９１３が、アライメントマークＭの座標に基づいてステージ駆動機構４を制御し、ステージ位置を調整することによって、基板Ｗを位置決めする（ステップＳ４）。これにより、露光装置１００は、アライメントされた基板Ｗに対してパターン描画を続行する。なお、ステップＳ４では、ステージ３の位置制御によるアライメントに加えて、描画パターンを補正してもよい。

［画像取得方法］
ステップＳ２において、画像処理によってアライメントマークＭの位置座標を精度よく検出するためには、ステップＳ１で取得される画像のぶれが少なく、且つ、画像内におけるアライメントマークＭのコントラストが高いことが好ましい。本実施形態に係る画像取得装置１０は、ぶれが少なく、且つ、高コントラストな画像を取得することができる。以下、ステップＳ１における画像取得方法について図１１を参照して説明する。

パターン描画中は、ステージ３のＹ方向への移動によって、基板ＷがＣＣＤカメラ６１の撮像領域Ｆに対してＹ方向に移動している。即ち、画像の取得は、ステージ３がＹ方向
に移動している最中に実行される。まず、画像取得制御部９１２は、ステージ３の位置情報に基づいて基板Ｗの位置情報を取得する（ステップＳ１１）。次に、基板Ｗの位置情報と記憶部９３に予め記憶されている基板ＷにおけるアライメントマークＭの位置情報とに基づいて、パターン描画中にアライメントマークＭがＣＣＤカメラ６１の撮像領域Ｆ内に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２）。アライメントマークＭが撮像領域Ｆ内に到達していないと判定された場合（ステップＳ１２−ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。アライメントマークＭが撮像領域Ｆ内に到達したと判定された場合（ステップＳ１２−ＹＥＳ）、光学系７を制御することによって、撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させ、ＣＣＤカメラ６１によってアライメントマークＭを撮像する（ステップＳ１３）。

図１２は、ステップＳ１３において一枚の画像を取得する際の画像取得装置１０の動作を示すタイミングチャートである。画像取得装置１０は、基板Ｗの位置情報に基づいてアライメントマークＭが撮像領域Ｆ内に至ったことを判定すると、ＣＣＤカメラ６１によってアライメントマークＭを撮像する。前述したように、ＣＣＤカメラ６１は撮像期間中に受光素子の受光面６１ａに結像した像を合成することによって画像を生成する。本実施形態に係る画像取得装置１０は、撮像期間中に、照明部６２を一定の時間間隔で複数回フラッシュ点灯させる。各フラッシュ点灯において、基板Ｗが微小時間、光に晒される。これにより、各フラッシュ点灯の際に基板Ｗが反射した光が受光素子に結像し、それらの像が合成されることによって一枚の画像が生成される。

また、画像取得装置１０は、光学系７を制御することによって、撮像期間を通じて撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させる。具体的には、画像取得装置１０は、ステージ駆動機構４から出力されるステージ３の位置情報に基づいて、第１光学部材７１の位置制御を行い、撮像領域Ｆを撮像期間中のステージ３の移動速度Ｖｓでステージ３の進行方向に移動させる。

例えば、ステージ３及びアライメントマークＭが＋Ｙ方向に移動している場合、画像取得装置１０は、第１光学部材７１を＋Ｙ方向に移動させることによって撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させる。なお、このときの第１光学部材７１の移動速度は、角度αや屈折率Ｎ、ステージ３の移動速度Ｖｓに依存する。これにより、基板Ｗの移動と撮像領域Ｆの移動が同期するため、撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させることができる。ここで、撮像期間をＴとすると、撮像期間にステージ３が＋Ｙ方向に移動する距離は、ステージ３の移動速度がＶｓであるため、Ｖｓ・Ｔｆとなる。画像取得装置１０は、撮像期間中に撮像領域ＦをＶｓの速度でＶｓ・Ｔの距離だけ＋Ｙ方向へ移動させる。このようにして、撮像期間を通じて、撮像領域Ｆ内におけるアライメントマークＭの相対的な位置及び姿勢を固定することができる。

図１３は、ステップＳ１３において取得されたアライメントマークＭの画像を示す図である。上述したように、撮像領域Ｆ内におけるアライメントマークＭの相対的な位置及び姿勢は、撮像期間を通じて固定されている。そのため、各フラッシュ点灯の際に同一の像が結像される。これにより、取得される画像は、同一の像をフラッシュ点灯の回数分重ね合わせたものとなる。その結果、図１３に示すような、像のぶれが少ない高コントラストな画像を得ることができる。これにより、ステップＳ２の画像処理においてアライメントマークＭの中心位置の検出精度が高まるため、高精度なアライメントを実現することができる。更に、画像取得制御部９１２は、位置計測部８から出力される第１光学部材７１の位置情報に基づいて、第１光学部材７１の位置をフィードバック制御することによって、撮像領域Ｆの位置をリアルタイムで補正する。これにより、撮像領域ＦとアライメントマークＭの同期の精度を高めることできる。その結果、取得される画像のぶれを更に低減することができる。

［作用・効果］
以上のように、本実施形態に係る画像取得装置１０は、移動するアライメントマークＭの画像を取得するとき、光学系７によってアライメントマークＭから出射される光の光路を変化させることによって、撮像領域ＦをアライメントマークＭの移動に追従可能とする。これにより、アライメントマークＭの画像のぶれを好適に抑制することが可能となる。その結果、アライメントマークＭの位置座標の検出精度を高めることができ、高精度なアライメントを実現することができる。

更に、本実施形態に係る画像取得装置１０は、ＣＣＤカメラ６１の撮像期間中、照明部６２を複数回フラッシュ点灯させ、各フラッシュ点灯時においてアライメントマークＭに反射された光が結像した像を合成することによって、アライメントマークＭの画像を生成する。これにより、生成される画像は、同一の像をフラッシュ点灯の回数分重ね合わせたものとなる。その結果、画像内におけるアライメントマークＭのコントラストを高めることができ、アライメントの精度をより高めることができる。

また、画像取得装置１０は、ステージ３が駆動して基板Ｗを移動させながら画像を取得することができる。そのため、本実施形態に係る画像取得装置１０を備える露光装置１００によれば、アライメントに要する時間を短縮することができる。

また、光学系７において、第１撮像部側面７１１と第２撮像対象側面７２２とが平行であり、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１とが平行であることによって、光軸Ａ１と平行に光学系７に入射した光Ｌ０が、光軸Ａ１と平行にステージ平面Ｓへ出射される。その結果、取得される画像が光学系７によって歪むことを抑制することができる。

なお、光学系７は、第１光学部材７１をＺ方向に移動させてもよい。これにより、第１撮像対象側面７１２と第２撮像部側面７２１との距離が変化するため、撮像領域Ｆを移動させることができる。

また、光学系７は第１光学部材７１と第２光学部材７２のうち、少なくとも一方を移動可能とすればよい。それにより、アライメントマークＭから出射される光の光路を変化させることができる。光学系７は、第１光学部材７１に代えて第２光学部材７２を移動可能としてもよいし、第１光学部材７１と第２光学部材７２の両方を移動可能としてもよい。第２光学部材７２を移動可能とする場合、第２光学部材７２をステージ３の進行方向とは反対の方向に移動させることによって、撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させることができる。

なお、光学系７は、第１撮像部側面７１１（及び第２撮像対象側面７２２）と第１撮像対象側面７１２（及び第２撮像部側面７２１）のうち、少なくとも何れか一方がアライメントマークＭの進行方向に対して傾斜していればよい。これにより、撮像領域ＦをアライメントマークＭの進行方向に移動させることができる。図１５は、光学系７の変形例を示す図である。光学系７は、例えば、図１５に示すように、互いに平行な第１撮像部側面７１１及び第２撮像対象側面７２２がアライメントマークＭの進行方向に対して傾斜していてもよい。

また、本発明は、第１光学部材７１と第２光学部材７２とが同一形状となることに限定されない。撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従可能とする構成であるならば、第１光学部材７１と第２光学部材７２は別形状としてもよい。また、第１光学部材７１と第２光学部材７２の光学特性も同一であることに限定されず、適宜変更してもよい。
［比較例］
図１４は、比較例に係る画像取得方法によって取得されたアライメントマークＭの画像
を示す図である。比較例では、光学系７の制御が行われず、撮像領域Ｆの位置が固定されている。即ち、比較例では、撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させずに画像を取得している。ここで、照明部６２がフラッシュ点灯する時間間隔をＴｆとすると、フラッシュ点灯の間にステージ３が＋Ｙ方向に移動する距離は、ステージ３の移動速度がＶｓであるため、Ｖｓ・Ｔｆとなる。そのため、各フラッシュ点灯においてアライメントマークＭは、Ｖｓ・Ｔｆずつずれて結像される。その結果、図に示すように、比較例において取得される画像は、アライメントマークＭがずれて表示されたものとなる。このような画像では、アライメントマークＭの中心位置を正確に検出することが困難となる。

一方で、像がずれることを避けるために、撮像期間中にフラッシュ点灯を１回のみ点灯させると、十分なコントラストが得られない。また、コントラストを得るために撮像期間中に長時間照明を点灯させると、モーションブラーが生じ、画像がぶれる虞がある。その結果、上記いずれの場合においてもアライメントマークＭの中心位置を正確に検出することが困難となる。これに対し、本実施形態に係る画像取得装置１０によれば、画像のずれやぶれを抑制するとともに、画像内におけるアライメントマークＭのコントラストを高めることができる。

＜第２実施形態＞
なお、本発明に係る撮像領域追従光学系は、図１６に示すような平行板７５によって構成されていてもよい。第２実施形態に係る光学系７Ａを構成する平行板７５は、ガラス材料によって形成されており、支持フレーム２に回転可能に支持されている。平行板７５は、撮像対象と対向するとともに撮像対象から出射された光が入射する面である第３撮像対象側面７５２と、第３撮像対象側面７５２から入射した光が平行板７５の外部に出射する面である第３撮像部側面７５１と、を有する。第３撮像対象側面７５２と第３撮像部側面７５１は、互いに平行に形成されている。

図１６に示すように、第２実施形態に係る光学系７Ａは、平行板７５をＸ軸回りに回転させることによって、第３撮像対象側面７５２と第３撮像部側面７５１のアライメントマークＭの進行方向に対する傾斜の度合いを変化させ、ＣＣＤカメラ６１の結像点Ｐからステージ平面Ｓに到達する光Ｌ０の到達点を移動させることができる。光Ｌ０の到達点の移動量は、平行板７５の回転量に応じて変化する。これにより、平行板７５の回転量及び回転速度をステージ３の位置情報に応じて調節することによって、第１実施形態よりも簡易な構成で、撮像領域ＦをアライメントマークＭに追従させることができる。

なお、本発明において撮像領域Ｆが追従する方向は、主走査方向に限定されない。撮像領域Ｆが追従する方向は、アライメントマークＭの進行方向であればよい。

また、本発明に係る画像取得装置１０は、アライメントマークＭが撮像ユニット６に対して相対移動するものであれば適用することができる。例えば、画像取得装置１０は、固定されたステージ３に対して露光部５及び撮像ユニット６が移動することによってパターン描画を実行する方式の露光装置においても好適に用いることができる。

＜その他＞
上述の実施形態及び変形例に記載した内容は、可能な限り組み合わせて実施することができる。

１００・・・露光装置
５・・・露光部
１０・・・画像取得装置
６・・・撮像ユニット
６１・・・ＣＣＤカメラ（撮像部）
６２・・・照明部
７・・・撮像領域追従光学系
７１・・・第１光学部材
７１１・・・第１撮像部側面
７１２・・・第１撮像対象側面
７２・・・第２光学部材
７２１・・・第２撮像部側面
７２２・・・第２撮像対象側面
７３・・・空気層
８・・・位置計測部
９・・・制御装置
９１・・ＣＰＵ
９１１・・・描画制御部
９１２・・・画像取得制御部
９１３・・・アライメント処理部
Ｗ・・・基板（露光対象）
Ｍ・・・アライメントマーク（撮像対象）

Claims (5)

1. 移動する撮像対象の画像を取得する画像取得装置であって、
   前記撮像対象を撮像する撮像部と、前記撮像部と前記撮像対象との間に位置するように設けられた撮像領域追従光学系と、前記撮像部による撮像の際に、複数回フラッシュ点灯することによって前記撮像領域に光を照射する照明部と、を有し、
   前記撮像領域追従光学系は、前記撮像対象から出射される光の光路を変化させることによって、前記撮像部が撮像可能な領域である撮像領域を前記撮像対象の移動に追従させ、
   前記撮像部は、前記撮像対象に反射された光が結像した像を合成することによって、前記撮像対象の画像を生成する、
   画像取得装置。
2. 前記撮像領域追従光学系は、前記撮像部側に設けられるとともに光を屈折可能な第１光学部材と、前記撮像対象側に設けられるとともに光を屈折可能な第２光学部材と、を有し、
   前記第１光学部材は、前記撮像部側に位置する第１撮像部側面と、前記撮像対象側に位置する第１撮像対象側面と、を有し、
   前記第２光学部材は、前記撮像部側に位置するとともに前記第１撮像対象側面と平行な第２撮像部側面と、前記撮像対象側に位置するとともに前記第１撮像部側面と平行な第２撮像対象側面と、を有し、
   前記第１撮像部側面と前記第１撮像対象側面のうち、少なくとも何れか一方が前記撮像対象の進行方向に対して傾斜しており、
   前記第１光学部材と前記第２光学部材のうち、少なくとも何れか一方を移動させることで、前記撮像対象から出射される光の光路を変化させる、
   請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記撮像領域追従光学系は、互いに平行な一対の面を有するとともに光を屈折可能な平行板によって形成され、
   前記平行な一対の面のうち何れか一方は、前記撮像対象と対向するように設けられ、
   前記平行板は、前記平行な一対の面の前記撮像対象の進行方向に対する傾斜角度を変化可能である、
   請求項１に記載の画像取得装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の画像取得装置と、
   前記撮像対象が付された露光対象物を保持するステージと、
   移動中の前記露光対象物に対して光を出射することで前記露光対象物に所定のパターンを描画する露光部と、
   前記画像取得装置が取得した画像に基づいて前記露光対象物の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて前記ステージの位置を制御することによって、前記露光対象物の位置合わせを実行するアライメント処理手段と、を備える、
   露光装置。
5. 移動する撮像対象の画像を取得する画像取得方法であって、
   前記撮像対象の位置情報を取得する、第１のステップと、
   前記位置情報に基づいて、前記撮像対象を撮像する撮像部が撮像可能な領域である撮像領域の内部に前記撮像対象が存在するか否かを判定する、第２のステップと、
   前記撮像対象が前記撮像領域に存在する場合には、前記撮像部と前記撮像対象との間に位置するように設けられた撮像領域追従光学系が、前記撮像対象から出射される光の光路を変化させることによって、前記撮像領域を前記撮像対象の移動に追従させる、第３のステップと、を有し、
   前記第３のステップにおいて、照明部によって複数回フラッシュ点灯することで前記撮像領域に光を照射し、撮像部によって前記撮像対象に反射された光が結像した像を合成することで前記撮像対象の画像を生成する、
   画像取得方法。

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