JP4872186B2 - Alignment method and alignment program in laser processing apparatus - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an alignment method in a processing apparatus that performs fine processing using laser light.
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。
In the formation of devices using silicon or the like as a base substrate, a number of devices having the same shape and structure are integrally formed by using fine processing technology such as thin film formation technology and photolithography technology, and then predetermined cutting is performed. Generally, it is performed through a process of cutting into individual devices by means. In this case, in the final cutting step, precise positioning and alignment of the cut portion, so-called alignment is required. For such alignment, a method in which a predetermined marker is formed on a substrate in advance, or a part to be handled as a marker from a predetermined pattern shape is determined in advance, and this is performed based on the arrangement position or the like is simple and versatile. It is widely known. Also, there are known techniques that do not use such markers (see, for example, Patent Document 1).
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。
Further, as a means for cutting or cutting as described above, a technique using a laser beam has been widely used. In recent years, substrates such as sapphire, which have high hardness and brittleness, and short-wavelength LDs (laser diodes), LEDs (light-emitting diodes) using wide band gap compound semiconductor thin films such as GaN on the substrate materials have been developed. Laser light is also used for cutting and processing the formed one (for example, see Patent Document 2).
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。
When a laser processing apparatus as disclosed in
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。 However, on the other hand, the smaller the device size, the higher the accuracy required for the cutting position. That is, it is necessary to have an alignment technique that accurately grasps the position and orientation (angle) of the substrate and corrects it accurately if necessary.
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。 In the case of using the angle correction method using the marker as described above, it is generally preferable from the point of position accuracy that the marker is formed minutely as the device becomes minute, but the marker becomes smaller as the device becomes minuter. There is a problem that it is difficult to detect.
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。
On the other hand, the method disclosed in
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a laser processing apparatus, when a workpiece formed by integrally forming a number of micro devices having the same shape and structure is cut and processed, it is used for alignment. It is an object of the present invention to provide a method that allows easy and accurate alignment without setting marker points.
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、同一の形状および構造を有する多数個のデバイスが一体形成されてなることで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単位要素ごとに切断する加工を行う際に、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。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
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、同一の形状および構造を有する多数個のデバイスが一体形成されてなることで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単位要素ごとに切断する加工を行う際に、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。 According to a second aspect of the present invention, in a processing apparatus that performs processing using a light beam emitted from a predetermined light source as a processing means , a plurality of devices having the same shape and structure are integrally formed to be the same on the surface. when performing machining repeating pattern of a plurality of unit elements having the shape to cut the two-dimensionally formed comprising workpiece for each unit element, said a method of aligning a workpiece, a) predetermined A workpiece holding step for holding the workpiece by a predetermined holding means so that the workpiece can be rotated in-plane with respect to the reference coordinate plane; and b) coarsely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane. A rough angle correction step, and c) a fine angle correction step for precisely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane that has undergone the rough angle correction step, and the rough angle correction step includes b-1 ) A portion for detecting the arrangement position of a plurality of partial unit elements included in a predetermined range among unit elements forming a repetitive pattern as coordinate values in a predetermined orthogonal coordinate system fixed relative to the reference coordinate plane A unit element position detecting step; and b-2) a first angle formed by a first straight line representing the arrangement direction of the plurality of partial unit elements with a first coordinate axis of the predetermined orthogonal coordinate system, the coordinate value B-3) rotating the workpiece in a direction in which the inclination of the repetitive pattern with respect to the first coordinate axis is eliminated, using the first angle as a rotation angle. And c-1) across the rotation center position in the rotation process, each of the first coordinate axis directions from the rotation center position to the unit element. An integer multiple of distance An end position specifying step for specifying an arrangement position of one unit element existing at the first and second end positions apart from each other; c-2) the one unit at the first and second end positions; A second angle calculating step of calculating a second angle formed by a second straight line connecting the arrangement positions of the elements and the first coordinate axis; and c-3) using the second angle as a rotation angle, the first angle And a second rotation step of rotating the workpiece in a direction in which the inclination of the repetitive pattern with respect to the coordinate axis is erased.
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。
The invention according to
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。
Further, the invention of
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。
The invention according to
また、請求項6の発明は、同一の形状および構造を有する多数個のデバイスが一体形成されてなることで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を単位要素ごとに切断する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)前記被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。
In the invention of
また、請求項7の発明は、同一の形状および構造を有する多数個のデバイスが一体形成されてなることで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を単位要素ごとに切断する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)前記被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。
また、請求項8の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のアライメント方法であって、前記第1角度算出工程が、前記部分単位要素位置検出工程において検出された前記複数の部分単位要素についての前記直交座標系における座標値のうち、前記第1の座標軸と直交する第2の座標軸についての値に基づいて、前記複数の部分単位要素を前記繰り返しパターンにおいて同じ列に属する部分単位要素ごとに分類する工程と、同じ列に属すると分類された少なくとも2つの部分単位要素の座標値を用いて、前記第1の座標軸に対する当該列の傾き角度を求めることを、全ての列について行い、各列についての傾き角度の平均値として前記第1の角度を求める工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項9の発明は、請求項8に記載のアライメント方法であって、前記部分単位要素位置検出工程が、前記所定範囲についての撮像画像を取得する工程と、前記撮像画像を対象画像として、あらかじめ取得された前記単位要素についての参照画像に一致する領域を検出するパターンマッチング処理を行う工程と、前記パターンマッチング処理において検出された複数の領域を前記複数の部分単位要素として特定し、前記複数の領域の中心位置を表す座標値を前記部分単位要素の座標値として取得する工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項10の発明は、請求項6または請求項7に記載のアライメントプログラムであって、前記第1角度算出工程が、前記部分単位要素位置検出工程において検出された前記複数の部分単位要素についての前記直交座標系における座標値のうち、前記第1の座標軸と直交する第2の座標軸についての値に基づいて、前記複数の部分単位要素を前記繰り返しパターンにおいて同じ列に属する部分単位要素ごとに分類する工程と、同じ列に属すると分類された少なくとも2つの部分単位要素の座標値を用いて、前記第1の座標軸に対する当該列の傾き角度を求めることを、全ての列について行い、各列についての傾き角度の平均値として前記第1の角度を求める工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項11の発明は、請求項10に記載のアライメントプログラムであって、前記部分単位要素位置検出工程が、前記所定範囲についての撮像画像を取得する工程と、前記撮像画像を対象画像として、あらかじめ取得された前記単位要素についての参照画像に一致する領域を検出するパターンマッチング処理を行う工程と、前記パターンマッチング処理において検出された複数の領域を前記複数の部分単位要素として特定し、前記複数の領域の中心位置を表す座標値を前記部分単位要素の座標値として取得する工程と、を含むことを特徴とする。
In the invention of claim 7, a plurality of devices having the same shape and structure are integrally formed so that a repeating pattern of a plurality of unit elements having the same shape is formed two-dimensionally on the surface. With respect to the workpiece, the workpiece is held by a predetermined holding means so as to be rotatable in a plane within a predetermined reference coordinate plane, and the workpiece is unit-unit- elemented using a light beam emitted from a predetermined light source as the processing means A program that realizes alignment of the workpiece in the processing apparatus by being executed in a computer of a control means that controls a processing apparatus that performs processing that cuts into a, and a) a temporary center of the repetitive pattern A provisional center setting step to be determined; b) a rough angle correction step for roughly correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane; and c) the rough angle correction step. A precision angle correction step for precisely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane, and d) a true center detection step for detecting a true center of the repetitive pattern, and a program for causing the computer to execute the step. The temporary center setting step includes: a-1) a temporary center specifying step of specifying the temporary center according to geometric characteristics of the workpiece; and a-2) moving the holding means by a predetermined horizontal driving means. A first translational movement step for causing the temporary center to coincide with the rotational center, and the rough angle correcting step is b-1) centering on the temporary center among the unit elements forming the repetitive pattern. A partial unit element position detecting step for detecting the arrangement positions of a plurality of partial unit elements included in a predetermined range as coordinate values in a predetermined orthogonal coordinate system fixed relative to the reference coordinate plane; b- 2) A first angle calculating step of calculating, based on the coordinate values, a first angle formed by a first straight line representing the arrangement direction of the plurality of partial unit elements with a first coordinate axis of the predetermined orthogonal coordinate system; B-3) a first rotation step of rotating the repetitive pattern around the temporary center in a direction in which the inclination is eliminated by using the first rotation angle as a rotation angle by a predetermined rotation driving means; The precise angle correction step is c-1) with the rotation center position in the rotation step and the first coordinate axis direction being separated from the rotation center position by an integral multiple of the unit element, respectively. An end position specifying step for specifying an arrangement position of one unit element existing at the first and second end positions; c-2) an arrangement of the one unit element at the first and second end positions; The second straight line connecting the positions is A second angle calculating step of calculating a second angle with respect to the first coordinate axis, and c-3) a direction in which the inclination of the repetitive pattern is eliminated by setting the second angle as a rotation angle by the rotation driving means. A second rotation step of rotating the temporary center as a rotation center, wherein the true center detection step includes: d-1) a street intersection that can be the true center in the repetitive pattern, and unit elements in the vicinity of the intersection D-2) a true center that determines the true center based on the position of the unit element near the intersection, the position of the temporary center, and the relative position relationship. A setting step; d-3) a second translational movement step of translating the workpiece so that the true center determined in the true center setting step is located at a position where the temporary center is located by the horizontal driving means; And It is characterized by providing.
The invention according to
The invention according to
The invention of
The invention according to
請求項1ないし請求項11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。 According to the first to eleventh aspects of the invention, a workpiece formed with a two-dimensional repetitive pattern, such as a case where a large number of micro devices having the same shape and structure are integrally formed. Can be easily and accurately eliminated without setting an alignment marker point.
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。 In particular, according to the third to sixth aspects of the present invention, the angle correction is performed after the substantially central portion of the workpiece is made to coincide with the rotation center, so that the accuracy of the angle correction can be maintained at a certain level or more. Further, since the temporary center can be obtained as a point relatively close to the true center, the processing is facilitated when the true center is determined after the inclination correction.
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。 In particular, according to the fourth aspect of the present invention, the temporary center can be determined by simple arithmetic processing.
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。
In particular, according to the inventions of
<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。
<Overview of laser processing equipment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
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。
As the
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。
Laser focusing in the
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。
FIG. 2 is a diagram exemplarily showing the structure of the upper surface side of the
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。
The
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。
Furthermore, the
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。
In addition, for the
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。
The drive means 8 drives the horizontal movement mechanism Mh in response to a drive signal from the
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。
On the other hand, when processing, the processing by-product such as particles generated by re-solidification after the material at the processing site is melted or evaporated or scattered as a solid is generated on the surface of the workpiece S. It becomes a factor which pollutes a condensing lens. Therefore, in the
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。
FIG. 3 is a view showing the
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。
The
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。
The
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。
The inert gas supply means 12 can supply an inert gas (for example, nitrogen gas) continuously. As indicated by the arrow AR1 (FIG. 1), the inert gas supplied from the inert gas supply means 12 is supplied from the
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。
Alternatively, as shown in FIG. 3 (c), for example, the
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。
Returning to FIG. 1, description will be given of components provided in the
<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。
<Alignment in laser processing equipment>
Next, an alignment method for processing the workpiece S in the
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。
The alignment referred to here means that the position serving as the reference point of the repetitive pattern formed on the workpiece S1 to be processed placed on the
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。 In the following description, the reference point of the repetitive pattern is referred to as “true center” and the position is referred to as “true center position”. As a rule, the true center is the intersection of the streets. The true center preferably coincides with the geometric center of the repetitive pattern, but this is not an essential requirement. Even if the true center is determined at a position shifted by several cycles at the maximum, the subsequent processing process Although some yield loss may occur depending on the setting, there is no practical problem.
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。
FIG. 4 is a diagram showing the main procedure of the alignment method. The alignment method according to the present embodiment includes a temporary center setting step (step S100), a rough angle correction step (step S200), a fine angle correction step (step S300), and a true center detection step (step 400). It is the method of including. Processing in each process is realized by the
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。 The temporary center setting step refers to a position that is considered to be relatively close to the position prior to detection of the true center position by a simple method, preferably a method that uses the geometric characteristics of the workpiece S. This is a step of defining the temporary center and matching the position of the temporary center with the rotation center.
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。 The rough angle correction step is a method of roughly detecting the tilt angle (coarse angle) of the workpiece S1 whose temporary center has been determined by the temporary center setting step by a simple method, and tilting by the coarse angle. This is a step of performing correction (coarse angle correction) to eliminate.
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。 The precision angle correction step is a process of precisely obtaining the inclination angle (precision angle) of the workpiece S1 that has been subjected to the coarse angle correction, and performing correction (precise angle correction) to eliminate the inclination by the precision angle. It is a process. The workpiece S1 is not inclined by the precise angle correction.
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。 The true center detection step is a step of detecting the true center of the workpiece S1 after the precision angle correction and matching the true center position with the rotation center.
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。
Hereinafter, the alignment realized through these steps will be described by taking as an example the case where the workpiece S1 having an orientation flat is placed on the
<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。
<Temporary center setting>
FIG. 6 is a diagram illustrating a process flow of the temporary center setting process. Here, since the workpiece S1 has a circular shape, the center position of the circle (or arc) is defined as a temporary center. This is because the repetitive pattern is generally provided such that its center (true center) substantially coincides with the center of the circle (arc). And here, the coordinates of three points on a circle (arc) are obtained, vertical bisectors are obtained for any two of the three line segments connecting any two points, and further their intersections are obtained. In this way, the coordinates of the temporary center are determined.
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。
First, the
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。 When the movement to the upper end is made, the upper end position is specified based on the observation image at that position, and the xy coordinate value is acquired (step S102). In FIG. 5, it is assumed that the point E1 is the upper end position. The upper end position can be specified, for example, by using a known edge detection method from the distribution state of the color density value of each pixel in the observation image.
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。
When the upper end position coordinates are acquired, the observation position by the
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。
When the above three points E1 to E3 are obtained, a perpendicular bisector l1 of the line segment E1E2 connecting the point E1 as the upper end position and the point E2 as the left end position is obtained (step S107), and further, the upper end position. A vertical bisector l2 of the line segment E1E3 connecting the point E1 and the point E3 which is the right end position is obtained (step S108). And when the intersection of these two perpendicular bisectors is calculated | required, this intersection is nothing but the center position of the circle | round | yen (arc) which the periphery of workpiece S1 makes. That is, the coordinates of the temporary center position C are obtained (step S109). For example, when the coordinates of E1, E2, and E3 are given as (ex1, ey1), (ex2, ey2), and (ex3, ey3), the vertical bisectors l1 and l2 are respectively
11: y = {(ey2-ey1) / (ex2-ex1)} (x-ex1) + ey1 (formula 1);
l2: y = {(ey3-ey1) / (ex3-ex1)} (x-ex1) + ey1 (Formula 2);
Therefore, the coordinate value of the temporary center position C can be obtained by combining these.
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。
When the temporary center position C is determined, the
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。 Note that this position is not used as the true center position as it is, but the temporary center position is used when the workpiece S1 cannot always be regarded as a circle (arc), such as when there is a chip on the edge, or the pattern and the center position of the substrate. This is to prevent the obtained center position from greatly deviating from an appropriate position as the true center when the matching accuracy is not guaranteed. In particular, when a micro device such as a short wavelength LD or LED is formed on a sapphire substrate or the like using a semiconductor thin film such as GaN, the matching accuracy between the pattern and the center position of the substrate may not be sufficient.
<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。
<Coarse angle correction>
FIG. 8 is a diagram illustrating a processing flow of the rough angle correction process. In the rough angle correction step, the position of each unit element (pattern for one cycle) constituting the same-shaped repetitive pattern formed on the workpiece S1 is specified by a so-called pattern matching process, and the
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。
Here, the pattern matching process, a certain target image (e.g., repeated pattern image) match from among the reference image (for example, one unit of the image of the repeat) and images the contents that are represented in the region This is a process for detecting. In the present embodiment, a known technique such as disclosed in
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。 First, image data of a reference image (first reference image REF1) used when performing pattern matching is acquired (step S201). For example, the first reference image REF1 may be obtained by extracting an image of a region corresponding to a unit element from an observation image of the workpiece S1 after detection of the temporary center position as illustrated in FIG. Alternatively, it may be obtained in advance from device design data or the like.
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。 Next, an image of a region including the temporary center position C is acquired as a first matching target image OBJ1 as a pattern matching target image (step S202). Then, pattern matching processing (primary pattern matching) is performed with the first reference image REF1 (step S203). In order to ensure matching accuracy, it is preferable that the first matching target image OBJ1 and the first reference image REF1 are images of equal magnification.
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。 FIG. 9 is a diagram illustrating a result of performing pattern matching processing on the first matching target image OBJ1. In the primary pattern matching, as shown in FIG. 9, in the first matching target image OBJ1, the frame FR having the same size as the reference image REF1 is shifted pixel by pixel, and the obtained region image and reference image are obtained each time. The matching frequency (predetermined frequency representing the degree of matching between the reference image and the target image calculated in the used pattern matching process) is obtained. Then, an area having a matching frequency equal to or higher than a predetermined threshold is determined to be an area having a shape that matches the shape of the unit element indicated by the reference image REF1, that is, a matching area. From the viewpoint of matching accuracy, pattern matching processing using normalized correlation is preferable.
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。
Each of the matching regions thus obtained is at least a part of the unit elements that form a repeated pattern on the workpiece S1. In FIG. 9, all 61 matching regions R1 to R61 obtained in this way are each surrounded by a rectangular frame. In the present embodiment, the position of the center of the rectangular frame (intersection of diagonal lines) is defined as the position of each region, which is referred to as matching positions P1 to P61. Data of each matching position is stored in the
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。 Then, as in the case of FIG. 9, when two or more matching regions are obtained (YES in step S204), the data of each matching position P1 to P61 is sorted by the y coordinate value (step S205), Based on the results, the matching positions are grouped (step S207). FIG. 10 is a diagram showing y-coordinate values with a number line for some of the matching positions P1 to P18 in order to explain such grouping. That is, the number line shown in FIG. 10 corresponds to (part of) the mapping of each matching position to the y coordinate in FIG.
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。 The grouping performed here means one or a plurality of units having the same inclination as the repetitive pattern depending on what positional relationship each unit element obtained as each matching region R1 to R61 has and what combination This is a process performed to determine whether to form a sequence of elements. In the case of the repetitive pattern shown in FIG. 9, it can be understood that the unit elements generally form a plurality of columns in the horizontal direction (x-axis direction) of the drawing. By looking at the relationship between the y coordinate values, it is possible to determine which unit elements form a column.
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。
Specifically, as in the repeated pattern shown in FIG. 9, when the inclination degree is relatively small, for example, when the inclination angle is in a range of about ± 5 °, the same column is usually formed. Compared with the difference in y coordinate values between unit elements, the difference in y coordinate values between unit elements belonging to different columns is sufficiently large. In such a case, if the difference between the y coordinates of two matching areas is significantly larger than the difference between the y coordinates of the other matching areas, it can be determined that they belong to different columns. It is. When placing the workpiece S1 on the
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。 In the case of FIG. 9, as shown in FIG. 10, the difference Δy6 between the y coordinate values of the matching regions R6 and R7 is significantly larger than the difference between the y coordinate values of the matching regions R1 to R6. Moreover, it is (DELTA) y6-u. Therefore, it is determined that the matching regions R1 to R6 and the matching region R7 correspond to unit elements belonging to different columns. Similarly, that is, the unit elements obtained as the matching regions R1 to R6 belong to a certain column. Similarly, the matching regions R7 to R15, R16 to R18, R19 to R26, R27 to R34, R35 to R39, R40 to R48, R49 to R53, and R54 to R61 are determined to belong to one column. Become. That is, unit elements detected as matching regions are classified into nine groups in total. Here, as shown in FIG. 9, it is assumed that each group is identified by attaching a group number in order from the smallest y coordinate.
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)。 When such grouping is performed, it is determined whether or not the number of matching for the I-th group, that is, the number of matching regions belonging to the group is 2 or more, with 1 as an initial value (steps S207 and S208).
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。
When the number of matching for the I-th group is 2 or more (YES in step S208), the group is counted as an effective group for coarse angle correction (step S209). In such a case, it is possible to uniquely determine a straight line representing an array formed by the matching regions belonging to the group. Now, the equation of the straight line L I for the I-th group is
L I : y = xtan θ I + B I (Formula 3);
It can be expressed as.
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)。
In the present embodiment, for the sake of simplicity of processing, a straight line passing through the matching positions of two matching regions where the difference between the values of the x coordinate values is the largest among the matching regions belonging to the same group is defined as the straight line L I. , Calculate its slope. For example, no. In the case of one group, the slope of a straight line passing through P1 (x1, y1) and P6 (x6, y6) is obtained.
tanθ I = (y6-y1) / (x6-x1) (Formula 4);
This relationship holds. From this, the inclination angle θ I of the straight line is
θ I = tan −1 {(y6-y1) / (x6-x1)} (Formula 5);
(Step S210).
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)。 The same processing is performed for all groups (steps S211 and S212). As a result, when there is one or more effective groups (YES in step S213), the inclination angle θ I obtained for each straight line is calculated. By averaging, the rough correction angle θ r is obtained (step S214).
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。 Then, the workpiece S1 is rotated by the rough correction angle θ r in the direction to eliminate the inclination with the temporary center position C as the rotation center (step S215). Thereby, the inclination of the repeated pattern is almost eliminated. When such rotation processing is performed, the coarse angle correction ends.
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)。 As a result of the primary pattern matching process, an effective group is obtained when the number of matching regions is one or zero (NO in step S204), and when only one matching region is detected for each column, for example. If not (NO in step S213), the subsequent processing cannot be continued, and the process ends in error (step S216).
<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。
<Precise angle correction>
Although the initial inclination of the workpiece S1 is substantially eliminated by the rough angle correction step, the rough angle correction is merely based on the state near the center of the workpiece S1. Since the tilt error appears more conspicuously as the distance from the rotation center increases, a precise angle correction step is performed for the purpose of confirming the tilt degree at the end of the workpiece S1 and correcting the tilt as necessary.
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。 FIG. 11 is a diagram showing the flow of processing in the precision angle correction process. The fine angle correction is a process in which pattern matching is performed in the vicinity of the temporary center position and the end of the workpiece after the coarse angle correction, and the slight remaining inclination is corrected based on the result. FIG. 12 is a diagram for explaining the precise angle correction. Now, after the rough angle correction, it is assumed that the workpiece S1 is inclined by an angle β (β << α) as shown in FIG.
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。 First, image data of a reference image (second reference image REF2) used when performing pattern matching is acquired (step S301). FIG. 12A is a diagram illustrating the second reference image REF2. For example, the second reference image REF2 may be obtained by extracting an image of a region corresponding to a unit element from the observation image of the workpiece S1 after the coarse angle correction, or device design data It may be an aspect obtained in advance from the above.
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。 Next, an image of a region including the temporary center position C is acquired as a second matching target image OBJ2 as a pattern matching target image (step S302). The second matching target image OBJ2 in the secondary pattern matching may be an image in the temporary center position and the vicinity thereof, specifically, an image in the same range as the second reference image REF2. However, in order to ensure matching accuracy, it is preferable that the second matching target image OBJ2 and the second reference image REF2 are images of equal magnification. Note that even if the repeated pattern has an inclination of the angle β, the value is very small, so that the repeated pattern is observed to be hardly inclined near the temporary center.
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。 Then, pattern matching processing (secondary pattern matching) is performed with the second reference image REF2 (step S203). Similar to the primary pattern matching, the pattern matching process can be performed by a known method.
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)。 As a result of the secondary pattern matching, if the number of matching is one, the matching position (now referred to as the central matching position M) is specified for the matching area in the same manner as described above, and the coordinate value is stored in the storage means 6m. Store (YES in step S304, S305).
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。 In many cases, as shown in the enlarged matching target image OBJ2 in FIG. 12B, the matching region obtained as a result of the secondary pattern matching includes the temporary center position C. Even if not, the positions of both are considered to be relatively close.
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。 Thereafter, in order to continue pattern matching at the end of the workpiece S1, the observation field of view is moved to the end. However, the movement distance in such movement is appropriately determined so as to be a distance that is a natural number multiple of the unit element size u in the positive x-axis direction from the temporary center position (step S306). As a result, in the case shown in FIG. 12B, the observation field of view moves to a place including a position C ′ that is a distance Δx = k · u (k is a natural number) from the temporary center position C in the positive x-axis direction. Will be. As illustrated in an enlarged view in FIG. 12B, although the inclination of the repeated pattern is almost canceled by the coarse angle correction, it is inclined by the angle β. The inclination is remarkably confirmed.
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)。
At this position, the third matching target image OBJ3 is acquired, and tertiary pattern matching is performed using the second reference image REF2 as a reference image (steps S307 and S308). If the number of matching is one as a result of the tertiary pattern matching, a matching position (this is referred to as an end matching position M ′) is specified for the matching area in the same manner as described above, and the coordinate value is stored in the
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。
As described above, when the center matching position M and the end matching position M ′ are obtained, the straight line L f passing through both can be uniquely determined. Now, the equation of the straight line L f is
L f : y = xtan θ f + B f (Formula 6);
It can be expressed as.
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)。
Here, if the coordinates of the center matching position M and the end matching position M ′ are (xm1, ym1) and (xm2, ym2), respectively,
tanθ f = (ym2-ym1) / (xm2-xm1) (Formula 7);
This relationship holds. From this, the inclination angle θ f of the straight line is
θ f = tan −1 {(ym2-ym1) / (xm2-xm1)} (Equation 8);
Therefore, the angle θ f is set as a precision correction angle (step S311).
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。 Then, the observation field of view is returned so that the temporary center position C coincides with the rotation center, and is rotated by the precision correction angle θ f in a direction to eliminate the inclination β (step S312). Since it can be assumed that θ f ≈β, the inclination of the repetitive pattern is canceled out precisely. With this rotation processing, the precise angle correction ends.
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)。 In addition, when the result of the secondary pattern matching process is other than one matching area (NO in step S304), and when the result of the secondary pattern matching process is other than one matching area (NO in step S309), Since the subsequent processing cannot be continued, the process ends in error (step S313).
<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。
<True center detection>
When the precise angle correction is completed, the repeated pattern has no inclination, and therefore the true center position can be moved to the center of rotation by performing an appropriate translation operation. After all, the true center detecting step is a step of performing such a translation operation. FIG. 13 is a diagram illustrating a process flow of the true center detection process. FIG. 14 is a diagram for explaining the true center detection process.
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、 In the true center detection step, first, a fourth matching target image is acquired near the temporary center, and quaternary pattern matching is performed (steps S401 and S402). In the quaternary pattern matching, the same image data as the second reference image REF2 may be used as the fourth reference image REF4. However, the fourth reference image REF4 is an image in a range of at least about one unit element cycle + α, and the true center position formed on the workpiece S1 and at least one unit element closest thereto. It is necessary that the positional relationship with the center, that is, the relative position coordinate between the two is an image obtained as a known one. In the case of the fourth reference image REF4 shown in FIG. 14A, the point Q1 is a point corresponding to the former, that is, the true center position, and the point Q2 is a point corresponding to the latter. In other words,
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。 Needs to coincide with a vector connecting the true center position and the center of the unit element closest to the true center position, and its components must be known. In addition, the aspect which acquires separately the image different from 2nd reference image REF2 as a reference image may be sufficient.
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)。 As a result of the quaternary pattern matching, at least one matching region is usually obtained (YES in step S403). For example, in the case of quaternary pattern matching between the fourth reference image REF4 shown in FIG. 14A and the fourth matching target image OBJ4 shown in FIG. 14B, the point Q1 and the matching position N correspond to each other. Therefore, the position corresponding to the point Q2 is determined as the true center position C0. If no matching area is obtained, the subsequent processing cannot be continued, and the process ends with an error (NO in step S403, S406).
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。 On the other hand, at the time when quaternary pattern matching is performed, the temporary center position is usually located within or very close to the matching region. For example, in the case of the fourth target image OBJ4, the temporary center position C is located in the vicinity of the matching position N.
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、 Now, in order to position the true center at the center of rotation instead of the temporary center, that is, at the center of the observation field, the true center is translated from the current true center position C0 to the temporary center position C (rotation center position). Can be calculated for each coordinate axis. As shown in FIG. 14 (c), this is, after all, a vector connecting both points,
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、 It is only necessary to obtain the following components. However, in FIG. 14C, point A is the origin of each position vector. Now, from the correspondence between the fourth reference image REF4 and the fourth matching target image OBJ4,
が成り立つので、 Because
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)。
It can be expressed as. Since all the vectors on the rightmost side are already known, the amount of movement of the
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。
Therefore, by moving the
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。 As described above, when the alignment method according to the present embodiment is used, the workpiece S is a workpiece S1 having a disk shape like a single crystal substrate, and the same shape is repeatedly formed thereon. When a pattern is formed, alignment can be performed easily and accurately without setting marker points for alignment on the pattern.
<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。
<Modification>
Since the repetitive pattern is formed in a lattice pattern, the step of determining the temporary center and positioning it at the center of rotation is not essential if the inclination is simply corrected. Therefore, in a state where an arbitrary position is the rotation center, the same rough angle correction as described above is performed, and further, by obtaining the inclination of a straight line passing through the two points of the rotation center position and a position sufficiently away from the rotation center position, It is also possible to perform precise angle correction in the same manner as described above. However, if the inclination is corrected once the temporary center is determined as in the above-described embodiment, the correction is always performed after the rotation center is determined based on the same reference. It is considered that the accuracy (reproducibility) can be kept above a certain level. Therefore, in particular, when the workpiece has a disk shape, the aspect in which the inclination is corrected after the provisional center is determined as in the above-described embodiment is preferable from such a viewpoint.
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。 In the above embodiment, when performing the coarse angle correction, the inclination of the array of unit elements is calculated as the inclination of a straight line passing through two points as shown in (Equation 4). Alternatively, it may be calculated by the least square method.
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。 When the work piece is disk-shaped, in obtaining the temporary center, instead of obtaining the intersection of the perpendicular bisectors of the strings as described above, the coordinate values of the three points on the circumference are the same. It may be a mode to be obtained from the condition that the equation of the circle is satisfied.
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。 In the precise angle correction step, if the y coordinate difference between the center matching position M and the end matching position M ′ is almost equal to 0, it is determined that there is almost no inclination without performing precise angle correction. It is also possible to cancel the precise angle correction.
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。 In the above-described embodiment, the precise angle correction is performed using the center and the end of the workpiece. However, the greater the distance between the two points that determine the coordinate position, the more accurate the correction. Will improve. Therefore, when performing the secondary pattern matching in the precision angle correction process, the distance Δx = m · u (m may be a natural number and m = k) may be separated from the temporary center position C in the negative x-axis direction instead of the temporary center position C. A mode in which pattern matching is performed at a position, and angle correction is performed based on the slope of a straight line passing through the coordinate position obtained as a result and the coordinate position obtained by subsequent tertiary pattern matching may be employed. .
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。 The pattern matching has been described in the form of determining whether or not to match a figure for one period of a repetitive pattern, but may be an aspect for determining matching with a figure for a plurality of periods. If matching is performed using a figure for one period, for example, the smaller the device, the higher the magnification image that needs to be obtained, and the higher the height position accuracy is. If matching is performed using graphics, it is possible to cope with miniaturization of devices while maintaining matching accuracy.
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
DESCRIPTION OF
Claims (11)
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。 In a processing apparatus that performs processing using a light beam emitted from a predetermined light source as a processing means , a plurality of devices having the same shape and structure are integrally formed so that a plurality of unit elements having the same shape are repeatedly formed on the surface. A method of aligning the workpiece when performing a process of cutting a workpiece in which a pattern is formed two-dimensionally for each unit element ,
a) a workpiece holding step of holding the workpiece by a predetermined holding means so as to be rotatable in a plane with respect to a predetermined reference coordinate plane;
b) a coarse angle correction step for roughly correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane; and c) a precision for precisely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane after the rough angle correction step. An angle correction process;
With
The rough angle correction step includes
b-1) Coordinates in a predetermined orthogonal coordinate system in which arrangement positions of a plurality of partial unit elements included in a predetermined range among the unit elements forming the repetitive pattern are fixed relative to the reference coordinate plane A partial unit element position detection step to detect as a value;
b-2) a first angle for calculating a first angle formed by a first straight line representing the arrangement direction of the plurality of partial unit elements with a first coordinate axis of the predetermined orthogonal coordinate system based on the coordinate value; An angle calculation step;
b-3) a first rotation step of rotating the workpiece in a direction in which the inclination of the repetitive pattern with respect to the first coordinate axis is eliminated, with the first angle as a rotation angle;
With
The precise angle correction step includes
c-1) End position specification for specifying an arrangement position of one unit element existing at an end position separated from the rotation center position in the rotation step by an integral multiple of the unit element in the first coordinate axis direction Process,
c-2) calculating a second angle formed by a second straight line connecting the rotation center position and the arrangement position of the one unit element obtained in the end position specifying step with the first coordinate axis; A second angle calculating step;
c-3) a second rotation step of rotating the workpiece in a direction in which the inclination of the repetitive pattern with respect to the first coordinate axis is eliminated with the second angle as a rotation angle;
An alignment method in a laser processing apparatus, comprising:
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。 In a processing apparatus that performs processing using a light beam emitted from a predetermined light source as a processing means , a plurality of devices having the same shape and structure are integrally formed so that a plurality of unit elements having the same shape are repeatedly formed on the surface. A method of aligning the workpiece when performing a process of cutting a workpiece in which a pattern is formed two-dimensionally for each unit element ,
a) a workpiece holding step of holding the workpiece by a predetermined holding means so as to be rotatable in a plane with respect to a predetermined reference coordinate plane;
b) a coarse angle correction step for roughly correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane; and c) a precision for precisely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane after the rough angle correction step. An angle correction process;
With
The rough angle correction step includes
b-1) Coordinates in a predetermined orthogonal coordinate system in which arrangement positions of a plurality of partial unit elements included in a predetermined range among the unit elements forming the repetitive pattern are fixed relative to the reference coordinate plane A partial unit element position detection step to detect as a value;
b-2) a first angle for calculating a first angle formed by a first straight line representing the arrangement direction of the plurality of partial unit elements with a first coordinate axis of the predetermined orthogonal coordinate system based on the coordinate value; An angle calculation step;
b-3) a first rotation step of rotating the workpiece in a direction in which the inclination of the repetitive pattern with respect to the first coordinate axis is eliminated, with the first angle as a rotation angle;
With
The precise angle correction step includes
c-1) First and second end positions that are separated from the rotation center position by an integral multiple of the unit element with respect to the first coordinate axis direction across the rotation center position in the rotation step. An end position specifying step for specifying an arrangement position of one unit element existing in
c-2) A second angle calculating step of calculating a second angle formed by a second straight line connecting the arrangement positions of the one unit element at the first and second end positions with the first coordinate axis. When,
c-3) a second rotation step of rotating the workpiece in a direction in which the inclination of the repetitive pattern with respect to the first coordinate axis is eliminated with the second angle as a rotation angle;
An alignment method in a laser processing apparatus, comprising:
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。 The alignment method according to claim 1 or 2,
d) a temporary center setting step for determining a temporary center of the repetitive pattern;
Further comprising
The temporary center setting step is a step performed prior to the rough angle correction step,
d-1) a temporary center specifying step of specifying the temporary center based on a geometric feature of the workpiece;
d-2) a first translational movement step in which the temporary center coincides with the rotation center;
With
In the partial unit element position detection step, the predetermined range is determined around the temporary center,
In each of the first and second rotation steps, the temporary center is used as a rotation center.
An alignment method in a laser processing apparatus.
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。 The alignment method according to claim 3,
The workpiece has a disc shape,
An alignment method in a laser processing apparatus, wherein, in the temporary center specifying step, an intersection of two perpendicular bisectors of two strings determined with respect to an outer circumference circle of the workpiece is determined as the temporary center.
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。 The alignment method according to claim 3 or 4, wherein:
e) a true center detection step of detecting a true center of the repetitive pattern;
Further comprising
The true center detection step includes
e-1) a relative positional relationship specifying step of specifying a relative positional relationship between an intersection of a street that can be the true center in the repetitive pattern and a unit element near the intersection;
e-2) a true center setting step for determining the true center based on the position of the unit element near the intersection, the position of the temporary center, and the relative positional relationship;
e-3) a second translational movement step of translating the workpiece so that the true center determined in the true center setting step coincides with the temporary center;
An alignment method for a laser processing apparatus comprising:
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)前記被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。 Predetermined reference coordinates for a workpiece in which a plurality of devices having the same shape and structure are integrally formed so that a repetitive pattern of a plurality of unit elements having the same shape is two-dimensionally formed on the surface A processing apparatus that holds the workpiece by a predetermined holding means so as to be able to rotate in-plane within a plane, and performs processing for cutting the workpiece for each unit element using a light beam emitted from a predetermined light source as a processing means; A program for realizing alignment of the workpiece in the processing apparatus by being executed in a computer of control means for controlling
a) a temporary center setting step for determining a temporary center of the repetitive pattern;
b) a coarse angle correction step for roughly correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane; and c) a precision for precisely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane after the rough angle correction step. An angle correction process;
d) a true center detection step of detecting a true center of the repetitive pattern;
Is a program for causing the computer to execute
The temporary center setting step includes
a-1) a temporary center specifying step of specifying the temporary center according to the geometric characteristics of the workpiece; a-2) moving the holding means by a predetermined horizontal driving means to A first translational movement step to coincide with the center of rotation;
With
The rough angle correction step includes
b-1) A predetermined fixed position relative to the reference coordinate plane with respect to the arrangement position of a plurality of partial unit elements included in a predetermined range centered on the temporary center among the unit elements forming the repetitive pattern A partial unit element position detection step of detecting as a coordinate value in the orthogonal coordinate system of
b-2) a first angle for calculating a first angle formed by a first straight line representing the arrangement direction of the plurality of partial unit elements with a first coordinate axis of the predetermined orthogonal coordinate system based on the coordinate value; An angle calculation step;
b-3) a first rotation step of rotating the repetitive pattern about the temporary center in a direction in which the inclination is eliminated by using the first angle as a rotation angle by a predetermined rotation driving unit;
With
The precise angle correction step includes
c-1) an end position specifying step for specifying an arrangement position of one unit element existing at an end position separated from the temporary center in the first coordinate axis direction by an integral multiple of the unit element;
c-2) calculating a second angle formed by a second straight line connecting the temporary center and the opposing position of the one unit element obtained by the end position specifying step with the first coordinate axis; A two-angle calculation step;
c-3) a second rotation step of rotating the repetitive pattern about the temporary center in the direction in which the inclination is eliminated by the second driving angle by the rotation driving means;
With
The true center detection step includes
d-1) a relative positional relationship specifying step of specifying a relative positional relationship between an intersection of a street that can be the true center in the repetitive pattern and a unit element near the intersection;
d-2) a true center setting step for determining the true center based on the position of the unit element in the vicinity of the intersection, the position of the temporary center, and the relative positional relationship;
d-3) a second translational movement step of translating the workpiece so that the true center determined in the true center setting step is located at a position where the temporary center is located by the horizontal driving means;
An alignment program in a laser processing apparatus, comprising:
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)前記被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。 Predetermined reference coordinates for a workpiece in which a plurality of devices having the same shape and structure are integrally formed so that a repetitive pattern of a plurality of unit elements having the same shape is two-dimensionally formed on the surface A processing apparatus that holds the workpiece by a predetermined holding means so as to be able to rotate in-plane within a plane, and performs processing for cutting the workpiece for each unit element using a light beam emitted from a predetermined light source as a processing means; A program for realizing alignment of the workpiece in the processing apparatus by being executed in a computer of control means for controlling
a) a temporary center setting step for determining a temporary center of the repetitive pattern;
b) a coarse angle correction step for roughly correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane; and c) a precision for precisely correcting the inclination of the repetitive pattern in the reference coordinate plane after the rough angle correction step. An angle correction process;
d) a true center detection step of detecting a true center of the repetitive pattern;
Is a program for causing the computer to execute
The temporary center setting step includes
a-1) a temporary center specifying step of specifying the temporary center according to the geometric characteristics of the workpiece; a-2) moving the holding means by a predetermined horizontal driving means to A first translational movement step to coincide with the center of rotation;
With
The rough angle correction step includes
b-1) A predetermined fixed position relative to the reference coordinate plane with respect to the arrangement position of a plurality of partial unit elements included in a predetermined range centered on the temporary center among the unit elements forming the repetitive pattern A partial unit element position detection step of detecting as a coordinate value in the orthogonal coordinate system of
b-2) a first angle for calculating a first angle formed by a first straight line representing the arrangement direction of the plurality of partial unit elements with a first coordinate axis of the predetermined orthogonal coordinate system based on the coordinate value; An angle calculation step;
b-3) a first rotation step of rotating the repetitive pattern about the temporary center in a direction in which the inclination is eliminated by using the first angle as a rotation angle by a predetermined rotation driving unit;
With
The precise angle correction step includes
c-1) First and second end positions that are separated from the rotation center position by an integral multiple of the unit element with respect to the first coordinate axis direction across the rotation center position in the rotation step. An end position specifying step for specifying an arrangement position of one unit element existing in
c-2) A second angle calculating step of calculating a second angle formed by a second straight line connecting the arrangement positions of the one unit element at the first and second end positions with the first coordinate axis. When,
c-3) a second rotation step of rotating the repetitive pattern about the temporary center in the direction in which the inclination is eliminated by the second driving angle by the rotation driving means;
With
The true center detection step includes
d-1) a relative positional relationship specifying step of specifying a relative positional relationship between an intersection of a street that can be the true center in the repetitive pattern and a unit element near the intersection;
d-2) a true center setting step for determining the true center based on the position of the unit element in the vicinity of the intersection, the position of the temporary center, and the relative positional relationship;
d-3) a second translational movement step of translating the workpiece so that the true center determined in the true center setting step is located at a position where the temporary center is located by the horizontal driving means;
An alignment program in a laser processing apparatus, comprising:
前記第1角度算出工程が、
前記部分単位要素位置検出工程において検出された前記複数の部分単位要素についての前記直交座標系における座標値のうち、前記第1の座標軸と直交する第2の座標軸についての値に基づいて、前記複数の部分単位要素を前記繰り返しパターンにおいて同じ列に属する部分単位要素ごとに分類する工程と、
同じ列に属すると分類された少なくとも2つの部分単位要素の座標値を用いて、前記第1の座標軸に対する当該列の傾き角度を求めることを、全ての列について行い、各列についての傾き角度の平均値として前記第1の角度を求める工程と、
を含むことを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメント方法。 An alignment method according to any one of claims 1 to 5,
The first angle calculating step includes:
Based on the values for the second coordinate axis orthogonal to the first coordinate axis among the coordinate values in the orthogonal coordinate system for the plurality of partial unit elements detected in the partial unit element position detecting step, the plurality Classifying the partial unit elements for each partial unit element belonging to the same column in the repeating pattern,
Using the coordinate values of at least two partial unit elements classified as belonging to the same column, the inclination angle of the column with respect to the first coordinate axis is obtained for all the columns, and the inclination angle for each column is determined. Obtaining the first angle as an average value;
An alignment method in a laser processing apparatus, comprising:
前記部分単位要素位置検出工程が、
前記所定範囲についての撮像画像を取得する工程と、
前記撮像画像を対象画像として、あらかじめ取得された前記単位要素についての参照画像に一致する領域を検出するパターンマッチング処理を行う工程と、
前記パターンマッチング処理において検出された複数の領域を前記複数の部分単位要素として特定し、前記複数の領域の中心位置を表す座標値を前記部分単位要素の座標値として取得する工程と、
を含むことを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメント方法。 The alignment method according to claim 8, wherein
The partial unit element position detection step includes:
Obtaining a captured image of the predetermined range;
Performing a pattern matching process for detecting a region matching a reference image for the unit element acquired in advance with the captured image as a target image;
Identifying a plurality of regions detected in the pattern matching process as the plurality of partial unit elements, and obtaining a coordinate value representing a center position of the plurality of regions as a coordinate value of the partial unit element;
An alignment method in a laser processing apparatus, comprising:
前記第1角度算出工程が、
前記部分単位要素位置検出工程において検出された前記複数の部分単位要素についての前記直交座標系における座標値のうち、前記第1の座標軸と直交する第2の座標軸についての値に基づいて、前記複数の部分単位要素を前記繰り返しパターンにおいて同じ列に属する部分単位要素ごとに分類する工程と、
同じ列に属すると分類された少なくとも2つの部分単位要素の座標値を用いて、前記第1の座標軸に対する当該列の傾き角度を求めることを、全ての列について行い、各列についての傾き角度の平均値として前記第1の角度を求める工程と、
を含むことを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメントプログラム。 An alignment program according to claim 6 or claim 7,
The first angle calculating step includes:
Based on the values for the second coordinate axis orthogonal to the first coordinate axis among the coordinate values in the orthogonal coordinate system for the plurality of partial unit elements detected in the partial unit element position detecting step, the plurality Classifying the partial unit elements for each partial unit element belonging to the same column in the repeating pattern,
Using the coordinate values of at least two partial unit elements classified as belonging to the same column, the inclination angle of the column with respect to the first coordinate axis is obtained for all the columns, and the inclination angle for each column is determined. Obtaining the first angle as an average value;
An alignment program in a laser processing apparatus, comprising:
前記部分単位要素位置検出工程が、
前記所定範囲についての撮像画像を取得する工程と、
前記撮像画像を対象画像として、あらかじめ取得された前記単位要素についての参照画像に一致する領域を検出するパターンマッチング処理を行う工程と、
前記パターンマッチング処理において検出された複数の領域を前記複数の部分単位要素として特定し、前記複数の領域の中心位置を表す座標値を前記部分単位要素の座標値として取得する工程と、
を含むことを特徴とする、レーザ加工装置におけるアライメントプログラム。 An alignment program according to claim 10, wherein
The partial unit element position detection step includes:
Obtaining a captured image of the predetermined range;
Performing a pattern matching process for detecting a region matching a reference image for the unit element acquired in advance with the captured image as a target image;
Identifying a plurality of regions detected in the pattern matching process as the plurality of partial unit elements, and obtaining a coordinate value representing a center position of the plurality of regions as a coordinate value of the partial unit element;
An alignment program in a laser processing apparatus, comprising:
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