回転中心算出方法およびこの方法を用いたワーク位置決め装置
【課題】 ステージの回転中心の座標を簡易な方法で精度良く求めることにより、ワークの位置決めの精度を向上する。
【解決手段】 回転機構を具備するステージ上にモデルのワークを搬入し、２台のカメラの視野Ｒ１，Ｒ２に、それぞれワークの対角関係にある位置決めマークが入るようにワークの位置を調整する。この状態下で１回目の撮像を行った後、各マークが視野Ｒ１，Ｒ２から出ない範囲でステージを回転させ、２回目の撮像を実行する。つぎに、２回の撮像で得た各画像から各マークの位置を示す点ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の座標を計測し、これらの座標から求めた各マークの移動量とあらかじめ入力されたマーク間の距離Ｌとを用いてステージの回転角度ｄＴを算出する。さらに、回転角度ｄＴと点ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の座標とを用いてステージの回転中心Ｃの座標（ｃｘ，ｃｙ）を算出する。
【解決手段】 回転機構を具備するステージ上にモデルのワークを搬入し、２台のカメラの視野Ｒ１，Ｒ２に、それぞれワークの対角関係にある位置決めマークが入るようにワークの位置を調整する。この状態下で１回目の撮像を行った後、各マークが視野Ｒ１，Ｒ２から出ない範囲でステージを回転させ、２回目の撮像を実行する。つぎに、２回の撮像で得た各画像から各マークの位置を示す点ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の座標を計測し、これらの座標から求めた各マークの移動量とあらかじめ入力されたマーク間の距離Ｌとを用いてステージの回転角度ｄＴを算出する。さらに、回転角度ｄＴと点ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の座標とを用いてステージの回転中心Ｃの座標（ｃｘ，ｃｙ）を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転機構を具備するステージ上にガラス基板などのワークを支持し、このワークに設けられた位置決めマークを指標として前記ステージの動作を制御することにより、ワークの位置合わせを行う技術に関する。特に、この発明は、前記ワーク位置合わせ処理において、ワークの回転ずれを補正するのに必要なステージの回転中心の座標を求める方法、およびこの方法が適用されたワーク位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のワーク位置決め装置で使用されるステージには、一般に、水平方向（Ｘ軸方向）および垂直方向（Ｙ軸方向）への移動機構と回転機構とが含まれる。ステージ上に設置されたワークは、各移動機構により所定の位置まで移送された後、回転機構により適切な姿勢になるように調整される。
【０００３】
また、代表的なワークである基板には、上記の位置合わせのために、角部などに位置決めマーク（以下、単に「マーク」という場合もある。）が設けられている。従来の位置決め装置では、各マークがそれぞれあらかじめ定めた規準位置付近に位置するようにワークを移動させた後、カメラによりワークを撮像し、得られた画像を用いて各マークの位置と前記基準位置とのずれ量を算出し、そのずれが解消するように前記移動機構や回転機構を制御するようにしている。
【０００４】
また、液晶基板やプラズマディスプレイなど、微細構造を有する複数の基板が重ね合わせられた構造物を製造する場合には、各層を構成する基板を精度良く位置合わせする必要がある。このような場合には、対角関係にある２個以上のマークの基準位置に向けてそれぞれ個別にカメラを設置し、これらのカメラの視野内にそれぞれ対応するマークが入るまでワークを移動させた後、各カメラにより得た画像を用いて各マークの微小なずれ量を抽出するようにしている。
【０００５】
下記の特許文献１には、２台のカメラにより、基板に形成された２個の位置合わせマークを同時に観測することにより、ワークの回転ずれ量を調整することが記載されている（段落［０００５］参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１９９１３９号公報
【０００７】
２台のカメラを用いてワークの回転ずれを調整する場合の従来の方法では、各マーク毎に基準位置に対するずれ量（ｘ方向およびｙ方向におけるずれ量）を抽出し、これらのずれ量を用いてワークの回転角度を算出する。そして、この回転角度に応じてステージを回転させる。
【０００８】
ワークの回転角度を求めるには、ステージの回転中心の座標が必要である。従来の方法では、あらかじめ、ステージの回転軸など中心とみなされる位置の座標を計測し、これを回転中心の座標として使用するようにしている。
【０００９】
また、モデルのワークを用いて、演算により回転中心の座標を求める場合もある。この方法では、各カメラによりマークを撮像した後、定められた角度だけステージを回転させ、マークを再度撮像する。そして、回転前の各画像から計測したマークの座標と、回転後の各画像から計測したマークの座標と、前記ステージの回転角度とを用いて、回転中心の座標を算出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
回転中心の座標をあらかじめ計測する方法では、計測した座標が実際の回転中心に相当するとは限らないため、算出されたワークの回転角度は不正確になる。また、回転中心を演算で求める方法でも、実際のステージの回転角度には誤差が生じるため、回転中心の算出結果が不正確になり、その不正確な回転中心を使用することによりワークの回転角度も不正確になる。
このように、いずれの方法を用いても、ワークの回転角度を精度良く求めるのは困難である。
【００１１】
この発明は上記の問題に着目し、ステージの回転中心の座標を簡易な方法で精度良く求めることにより、ワークの位置決めを高精度で行うことができるようにすることを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、表面に複数の位置決めマークが設けられたワークを回転機構を具備するステージ上に設置するとともに、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ撮像手段を設置し、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御するワーク位置決め処理に適用される。なお、この明細書で言うところの「対角関係にあるマーク」は、ワークの対角線で結ばれる角部にそれぞれ設けられた一対のマークのほか、ワークの中心点を挟んで対向する関係にある一対のマークを含むものとする。
【００１３】
上記のワーク位置決め処理において、各撮像手段は、それぞれ対応する位置決めマークの基準位置に向けて固定設置されるのが望ましい。ただし、複数種のワークを処理対象とする場合には、ワークに合わせて撮像手段の位置を変更できるようにするのが望ましい。またこれらのカメラについては、あらかじめキャリブレーションを行って、画像上の座標からステージ上の実座標（ステージの上面が含まれる仮想平面に設定された座標）を求められるようにしておくのが望ましい。
【００１４】
各撮像手段の視野は、前記基準位置を中心とする極小領域に設定されるのが望ましい。この場合、各撮像手段からの画像から抽出したマークの中心位置の座標を、前記キャリブレーションにより求めたパラメータを用いて実座標系の座標に変換し、その変換後の座標の基準位置に対するずれ量を求めることができる。また、マークの座標と基準位置の座標と回転中心の座標とを用いて、回転ずれ量（ワークの回転角度）を求めることができる。
【００１５】
この発明では、前記ワーク上の位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するステップＡと、モデルのワークを前記ステージ上に設置して、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させるステップＢと、前記各位置決めマークが対応する撮像手段の視野から出ない範囲で前記ステージを回転させ、各撮像手段に位置決めマークを再度撮像させるステップＣとを実行した後、前記ステップＢ，Ｃで得た画像と前記位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出するようにしている。
【００１６】
図１は、この発明の回転中心の座標の算出方法の原理を示すものである。
この例では、対角関係にある２つのマーク（以下、「マークＭ１，Ｍ２」とする。）の基準位置に向けてそれぞれ撮像手段を設置した状態を想定している。図中のＲ１は、マークＭ１に対応する撮像手段の視野であり、Ｒ２は、マークＭ２に対応する撮像手段の視野である。また、ステージを反時計回りに回転させることにより、マークＭ１は、視野Ｒ１内の点ａ１から点ｂ１に移動し、マークＭ２は、視野Ｒ２内の点ａ２から点ｂ２に移動するものとする。この場合、点ａ１から点ａ２に向かうベクトル（以下、「ベクトルＡ」とする。）と点ｂ１から点ｂ２に向かうベクトル（以下、「ベクトルＢ」とする。）との交点Ｃが回転中心に相当し、各ベクトルＡ，Ｂのなす角度ｄＴがステージの回転角度に相当すると考えることができる。
【００１７】
この発明では、ステージの回転角度ｄＴを任意の角度にしているので、回転中心の座標を算出する際には、まず前記回転角度ｄＴを求める必要がある。ここで、各マークＭ１，Ｍ２間の距離をＬとすると、回転角度ｄＴは、前記ベクトルＡ，Ｂおよび距離Ｌを用いた下記の（１）式により求めることができる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
つぎに、各マークＭ１，Ｍ２につき、ｘ，ｙの各軸方向毎の移動量を（ｄｘ１，ｄｙ１）、（ｄｘ２，ｄｙ２）として、ベクトルＡ＝（ｘＡ，ｙＡ）、ベクトルＢ＝（ｘＡ＋（ｄｘ２−ｄｘ１），ｙＡ＋（ｄｙ２−ｄｙ１））とすると、内積Ａ・Ｂは、（２）式のようになる。
Ａ・Ｂ＝ｘＡ２＋ｙＡ２＋ｘＡ（ｄｘ２−ｄｙ１）＋ｙＡ（ｄｙ２−ｄｙ１）・・・（２）
【００２０】
また｜Ａ｜＝｜Ｂ｜＝Ｌ２より、
ｘＡ２＋ｙＡ２＝（ｘＡ＋ｄｘ２−ｄｙ１）２＋（ｙＡ＋ｄｙ２−ｄｙ１）２ ＝Ｌ２となるから、上記の（２）式を（３）式のように変形することができる。
【００２１】
【数２】
【００２２】
よって、各マークＭ１，Ｍ２の移動量（ｄｘ１，ｄｙ１）、（ｄｘ２，ｄｙ２）および各マーク間の距離Ｌを（３）式にあてはめることにより、内積Ａ・Ｂを求め、さらにこの内積Ａ・Ｂと前記距離Ｌとを（１）式にあてはめることにより、回転角度ｄＴを求めることができる。ここで、距離Ｌは、モデルのワークから計測することができ、各移動量は、ステージの回転前の各マークの位置（点ａ１，ａ２の座標）と回転後の各マークの位置（点ｂ２，ｂ２の座標）により求めることができる。したがって、各マークＭ１，Ｍ２が視野Ｒ１，Ｒ２から出ることがない範囲で任意の角度だけステージを回転させるとともに、その回転前および回転後に各マークを撮像してその位置を計測することにより、これらの位置とあらかじめ計測した距離Ｌとから回転角度ｄＴを求めることができる。
【００２３】
このようにして回転角度ｄＴを求めた後は、各マークＭ１，Ｍ２の回転前および回転後の位置と回転角度ｄＴとを用いて、回転中心Ｃの座標（ｃｘ，ｃｙ）を求めることができる。
すなわち、マークＭｉ（ｉ＝１，２）の回転前の位置を（ｓｘｉ，ｓｙｉ）、回転後の位置を（ｘｉ，ｙｉ）、θ＝−ｄＴとすると、
ｘｉ＝ｃｏｓθ（ｓｘｉ−ｃｘ）−ｓｉｎθ（ｓｙｉ−ｃｙ）＋ｃｘ
ｙｉ＝ｓｉｎθ（ｓｘｉ−ｃｘ）＋ｃｏｓθ（ｓｙｉ−ｃｙ）＋ｃｙ となる。
この２式により、ｃｘ，ｃｙの算出式として、それぞれ（４）（５）式を導き出すことができる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
【数４】
【００２６】
なお、上記の（４）（５）式は、マークＭ１，Ｍ２毎に実行することができるが、少なくとも１つのマークについて実行すればよい。より好ましくは、マークＭ１，Ｍ２毎に（４）（５）式を実行し、マーク毎に求めたｃｘ，ｃｙの平均値を回転中心の座標とするのがよい。
【００２７】
このように、この発明では、ステージの回転前および回転後に得た各画像とマーク間の距離とを用いてステージの回転中心を算出することができる。しかも、ステージの回転角度は、各マークが対応するカメラの視野から出ない範囲で任意に設定することができるので、回転機構の精度に左右されることなく、実際のステージの回転角度に基づき精度の良い算出処理を行うことができる。よって、ワークの位置決め処理では、前記撮像手段により得た画像から求めた各マークの位置と、各マークの基準位置と、前記回転中心の座標とを用いて、ワークの回転角度を精度良く求めた後、前記回転機構を駆動することにより、ワークの姿勢を調整することができる。
【００２８】
なお、前記マーク間の距離Ｌを特定するデータとして入力されるデータは、Ｌの値そのものであるのが望ましいが、これに限らず、各マークのワーク上の位置を示すデータなど、距離Ｌを算出可能なデータを入力してもよい。
【００２９】
この発明にかかる回転中心算出方法の好ましい態様では、前記ステージの回転中心の座標を算出する処理において、対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記ステップＢ，Ｃで得た画像を用いてステージ回転前の座標とステージ回転後の座標とを求める第１ステップと、第１ステップで算出された各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める第２ステップと、前記位置決めマーク間の距離と前記第２ステップで求めた各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める第３ステップと、前記第３ステップで求めた回転角度と少なくとも１つの位置決めマークのステージ回転前および回転後の座標とを用いて、前記回転中心の座標を算出する第４ステップとを実行する。この場合の第３ステップでは、ステージ回転前の各位置決めマークを結ぶベクトルとステージ回転後の前記ベクトルとの内積を用いて前記回転角度を算出する処理が実行されていると考えることができる。
【００３０】
なお、回転中心の算出に使用するマークは２個に限らず、３個以上のマークを使用することもできる。この場合には、対角関係にあるワークの組を順に選択しながら、組毎に上記した手順で回転角度ｄＴおよび回転中心Ｃを求め、各組の算出結果を平均化した値を回転中心とすることができる。
【００３１】
この発明にかかるワーク位置決め装置は、回転機構を具備するステージと、前記ステージ上のワークの位置決めマークを撮像するための複数の撮像手段と、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御する制御装置とを具備するもので、前記複数の撮像手段は、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ配備される。前記制御装置は、前記対角関係にある位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するための入力手段を具備し、前記ステージにモデルのワークが設置されたとき、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させた後、ステージを所定量だけ回転させて各撮像手段に各位置決めマークを再度撮像させ、前記ステージの回転前および回転後に得た各画像と前記入力手段から入力された位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出する。
【００３２】
前記制御装置は、コンピュータを制御主体とするのが望ましい。入力手段は、キーボードやマウスなどの入力用デバイスにより構成することができるが、これに限定されるものではない。たとえば、外部装置からマーク間の距離を特定するデータの伝送を受け付ける通信回路を入力手段として機能させることもできる。
【００３３】
前記制御装置には、前記した回転中心算出方法を実行するためのプログラムを組み込むことができる。なお、１回目の撮像後にステージを回転させる処理においては、各マークが対応する撮像手段の視野から出ることがないように、あらかじめ回転機構の動作量を設定しておくのが望ましい。ただし、ステージの回転は自動制御に限らず、ユーザーの操作に応じて制御することもできる。
また、この制御装置が算出した回転中心の座標は、以後の処理対象のワークの回転角度を算出するために、内部のメモリに格納しておくのが望ましい。
【００３４】
好ましい態様にかかるワーク位置決め装置では、制御装置は、前記対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記撮像手段から得た画像を用いてステージ回転前の座標とステージ回転後の座標とを求める座標算出手段；前記座標算出手段が算出した各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める移動量算出手段；前記位置決めマーク間の距離と前記移動量算出手段が算出した各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める回転角度算出手段の各手段を含み、前記回転角度算出手段が算出した回転角度と少なくとも１つの位置決めマークにかかるステージ回転前およびステージ回転後の座標とを用いて、前記回転中心の座標を算出するように構成される。
【発明の効果】
【００３５】
この発明によれば、ステージの回転前および回転後に得た各画像とマーク間の距離とを用いてステージの回転中心の座標を算出することができる。しかも、ステージの回転角度は、各マークが対応するカメラの視野から出ない範囲で任意に設定することができるので、回転機構の精度に左右されることなく、精度の良い算出処理を行うことができる。よって、簡単かつ精度良くステージの回転中心を算出することができるので、その算出結果を用いることにより、ワークの位置決めの精度を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図２は、この発明が適用されたワーク位置決め装置の構成例を示す。このワーク位置決め装置は、液晶基板のような多層基板の製造工程において、各層を構成する基板の位置合わせに使用されるもので、ワーク支持用のステージ１、２台のＣＣＤカメラ２１，２２（以下、単に「カメラ２１，２２」という。）、コントローラ３などにより構成される。
【００３７】
前記ステージ１は、ワーク４を支持するテーブル部１０を本体とする。また、ここには図示していないが、このステージ１には、前記テーブル部１０をｘ，ｙの各軸方向に移動させる移動機構や、テーブル部１０を回転させるための回転機構などが含められる。各カメラ２１，２２は、移動可能なアーム部（図示せず。）により、前記テーブル部１０の上方の所定位置に光軸を鉛直方向に向けた状態で支持される。
【００３８】
この実施例の位置決め対象のワーク４（基板）の上面には、対角関係にある２個の角部４１，４２にそれぞれ位置決めマークＭ１，Ｍ２が設けられている。各カメラ２１，２２は、このマークＭ１，Ｍ２の基準位置に対応する位置に配備される。
【００３９】
前記コントローラ３は、パーソナルコンピュータにより構成されるもので、図３に示すように、ＣＰＵ３４を制御主体として、メモリ３５、画像メモリ３３、各カメラ２１，２２に対応する画像入力部３１，３２、ステージ制御部３６、入力部３７、出力部３８などを具備する。
【００４０】
画像入力部３１，３２は、カメラ用のインターフェース回路やＡ／Ｄ変換回路などにより構成される。画像メモリ３３は、各画像入力部３１，３２でディジタル変換された画像データを記憶するためのもので、カメラ毎に複数枚の画像を蓄積できるだけの容量を具備する。前記メモリ３５には、ＣＰＵ３４の動作に必要なプログラムや設定データが格納されるほか、作業用のデータ格納領域が設定される。
【００４１】
ステージ制御部３６は、前記ステージ１の各移動機構や回転機構に、ＣＰＵ３４により計算された動作量に応じた制御信号を出力する。これにより各移動機構は、前記動作量に応じた距離だけテーブル部１０を移動させ、回転機構は、動作量に応じた角度だけテーブル部１０を回転させる。
【００４２】
入力部３７は、マークＭ１，Ｍ２間の距離Ｌなどの設定データを入力するためのもので、図２のキーボード３７１やマウス３７２などにより構成される。出力部３８は、位置合わせ処理が完了した旨や後記する設定処理における計測結果（回転角度や中心位置の座標など）などを出力するためのもので、図２のモニタ３０などにより構成される。
【００４３】
上記構成において、コントローラ３は、各カメラ２１，２２により得たマークＭ１，Ｍ２の画像を用いて、ワーク４のｘ軸方向におけるずれ量ｄｘ、ｙ軸方向におけるずれ量ｄｙ、およびワーク４の回転角度ｄθを算出する（以下では、ｄｘ，ｄｙ，ｄθをまとめて「ずれ量」という。）。そして、これらのずれ量に基づき前記ステージ１の各移動機構や回転機構を動作させることにより、前記ワーク４の各マークＭ１，Ｍ２を前記基準位置に位置合わせする。
【００４４】
また、コントローラ３は、上記の位置合わせ処理を行うのに先立ち、カメラ２１，２２毎にキャリブレーションを行って、そのカメラからの画像に含まれる各点を実座標に置き換えるのに必要なパラメータを算出する。さらに、この実施例のコントローラ３では、前記ワークのずれ量のうちの回転角度ｄθを算出するために、ステージ１の回転中心の座標を求める処理を実行する。
なお、前記した実座標とは、テーブル部１０の上面を含む仮想平面上での位置を表すもので、たとえばテーブル部１０の可動領域の左上端点に原点が設定される。
【００４５】
図４は、前記コントローラ３による設定処理時の手順を示す。
まず、最初のＳＴ１（ＳＴはステップの略である。以下も同じ。）では、前記したカメラ２１，２２のキャリブレーションを実行する。このキャリブレーションで求められた各変換用パラメータは、前記メモリ３５に格納される。
【００４６】
つぎに、ＳＴ２では、前記マークＭ１，Ｍ２の基準位置およびこれらマークＭ１，Ｍ２間の距離Ｌの入力を受け付けて、これらを登録する。なお、ユーザーは、実物のワーク４を用いた計測またはワーク４の設計データから、ワーク４の所定位置（たとえば左上端点）から見た各マークＭ１，Ｍ２の位置を求め、これらの位置データに基づき、各マークＭ１，Ｍ２の位置すべき実座標を特定することができる。ここで特定された実座標が基準位置として入力される。同様に、各マークＭ１，Ｍ２の位置データからマーク間の距離Ｌを求め、入力することができる。
【００４７】
ＳＴ３では、モデルのワークをステージ１上に設置し、前記マークＭ１，Ｍ２がそれぞれ対応するカメラ２１，２２の視野に含まれるまでステージ１を移動させる。つぎのＳＴ４では、各カメラ２１，２２を駆動して前記各マークＭ１，Ｍ２の画像を生成する。
なお、ＳＴ３，４におけるステージ１の移動は、あらかじめ設定された動作量に基づき自動的に行うことができるが、これに限らず、ユーザーの操作に応じて移動させてもよい。これは、図５中のＳＴ２１においても同様である。
【００４８】
続くＳＴ５では、各カメラ２１，２２により得た画像を用いて各マークＭ１，Ｍ２の位置を計測する。この計測処理では、まず、画像上のマークの中心点を抽出し、その中心点の座標を前記ＳＴ１で設定されたパラメータを用いて実座標に変換する。このＳＴ５で得た各マークＭ１、Ｍ２の実座標は、前記図１の点ａ１，ａ２に対応する。
【００４９】
つぎのＳＴ６では、各マークＭ１，Ｍ２が対応するカメラ２１，２２の視野を出ない範囲でステージ１を回転させる。ＳＴ７では、各カメラ２１，２２を再駆動して２回目の撮像処理を実行する。またＳＴ８では、この２回目の撮像処理で得た画像を用いて各マークＭ１，Ｍ２の位置を再度計測する。このＳＴ８で得た各マークＭ１，Ｍ２の実座標は、前記図１の点ｂ１，ｂ２に対応する。
【００５０】
つぎのＳＴ９では、ステージ１の回転角度ｄＴを求める処理を実行する。このステップでは、まず前記ＳＴ５で求めた点ａ１，ａ２の座標と、ＳＴ８で求めた点ｂ１，ｂ２の座標とを用いて、各マークＭ１，Ｍ２の移動量（ｄｘ１、ｄｙ１）（ｄｘ２，ｄｙ２）を算出する。つぎに、これらの移動量と前記マーク間の距離Ｌとを前述した（３）式にあてはめることにより、ベクトルＡ，Ｂの内積を求める。そして、この内積と前記距離Ｌとを（１）式にあてはめることにより、回転角度ｄＴを算出する。
【００５１】
このようにして回転角度ｄＴが求められると、ＳＴ１０では、各マークＭ１，Ｍ２の移動前の座標（点ａ１，ａ２の座標）、移動後の座標（点ｂ１，ｂ２の座標）、および前記回転角度ｄＴを用いて、（４）（５）式を実行し、マーク毎に回転中心Ｃの座標を算出する。そして、これらの座標の平均値をもって、回転中心の座標とする。ＳＴ１１では、この最終の回転中心の座標をメモリ３５に登録し、しかる後に処理を終了する。
【００５２】
なお、上記の設定処理において、回転中心の算出精度をさらに向上したい場合には、ＳＴ４〜１０の処理を複数サイクル繰り返して実行し、サイクル毎に得た回転中心の座標の平均値をもって、最終的な回転中心とすればよい。この場合、サイクル毎にステージ１の回転角度が異なっても支障はない。
【００５３】
図５は、前記コントローラ３による位置合わせ処理の手順を示す。
まず最初のステップであるＳＴ２１では、処理対象のワーク４が設置されたステージ１を、前記マークＭ１，Ｍ２がカメラ２１，２２の視野に含まれる位置まで移動させる。つぎのＳＴ２２では、各カメラ２１，２２を駆動してマークＭ１，Ｍ２の画像を生成する。
【００５４】
ＳＴ２３では、各カメラ２１，２２からの画像を用いて各マークＭ１，Ｍ２の位置を計測する。なお、このステップでも図４のＳＴ５やＳＴ８と同様に、画像中のマークの中心位置を抽出した後、この中心位置の座標を実座標に変換する処理を実行する。
【００５５】
ＳＴ２４では、前記ＳＴ２３で得た各マークＭ１，Ｍ２の計測位置を用いて、ワークのずれ量ｄｘ，ｄｙ，ｄθを算出する。なお、ｄｘ，ｄｙについては、マーク毎に計測位置と基準位置からの座標の差を求めた後、これらの差の平均値を算出する。一方、ｄθについては、マーク毎に、計測位置および基準位置と、前記設定処理で求めた回転中心の座標とを用いて回転角度を求めた後、各回転角度の平均値を算出する。
【００５６】
ＳＴ２５では、ＳＴ２４で求めたずれ量ｄｘ，ｄｙ，ｄθに基づき、各移動機構および回転機構の動作量を決定する。そして、各機構をそれぞれ決定した動作量により順に制御することにより、ｘ，ｙの各軸方向における位置ずれおよび回転ずれを補正し、しかる後に処理を終了する。
【００５７】
ところで、ステージの回転中心の座標を演算により求める従来の方法でも、対角関係にある２個のマークを撮像してからステージを回転させ、回転後に各マークを再度撮像し、２回の撮像で得た画像を用いた演算を実行する。すなわち、この実施例における回転中心の算出方法にかかる手順は、一見すると、従来の方法と何ら変わりがないように思われる。
【００５８】
しかしながら、この実施例では、ステージの回転角度を特に規定していないのに対し、従来の方法では、ステージの回転角度を定めてから回転させるようにしている。
ステージの実際の回転角度には回転機構の性能に起因する誤差が生じるから、従来のようにステージが正確に回転していることを前提にした演算を行うと、不正確な回転中心が導出されることになる。この不正確な回転中心により、回転ずれ補正では、ワークの回転角度を精度良く求められない上、回転補正のためにステージを回転させた際にも誤差が生じる。つまり従来の方法では、誤差が重畳されて、回転ずれ補正の精度が著しく悪くなる可能性がある。
【００５９】
これに対し、この実施例では、ステージ１の回転前および回転後の各マークの計測位置と、マーク間の距離Ｌとを用いることにより、ステージ１の実際の回転角度を精度良く求めることができるので、回転中心の座標を的確に求めることができる。よって、回転ずれ補正の際にも、ワーク４の回転角度を精度良く求めることができ、補正時に生じる誤差を大幅に削減して位置合わせの精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明にかかる回転中心の算出処理の原理を説明する図である。
【図２】ワーク位置決め装置の構成例を示す説明図である。
【図３】ワーク位置決め装置の電気構成を示すブロック図である。
【図４】設定処理時の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ワークの位置合わせ処理時の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１ ステージ
３ 制御装置
４ ワーク
１０ テーブル部
２１，２２ カメラ
３４ ＣＰＵ
３５ メモリ
３７ 入力部
Ｍ１，Ｍ２ マーク
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転機構を具備するステージ上にガラス基板などのワークを支持し、このワークに設けられた位置決めマークを指標として前記ステージの動作を制御することにより、ワークの位置合わせを行う技術に関する。特に、この発明は、前記ワーク位置合わせ処理において、ワークの回転ずれを補正するのに必要なステージの回転中心の座標を求める方法、およびこの方法が適用されたワーク位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のワーク位置決め装置で使用されるステージには、一般に、水平方向（Ｘ軸方向）および垂直方向（Ｙ軸方向）への移動機構と回転機構とが含まれる。ステージ上に設置されたワークは、各移動機構により所定の位置まで移送された後、回転機構により適切な姿勢になるように調整される。
【０００３】
また、代表的なワークである基板には、上記の位置合わせのために、角部などに位置決めマーク（以下、単に「マーク」という場合もある。）が設けられている。従来の位置決め装置では、各マークがそれぞれあらかじめ定めた規準位置付近に位置するようにワークを移動させた後、カメラによりワークを撮像し、得られた画像を用いて各マークの位置と前記基準位置とのずれ量を算出し、そのずれが解消するように前記移動機構や回転機構を制御するようにしている。
【０００４】
また、液晶基板やプラズマディスプレイなど、微細構造を有する複数の基板が重ね合わせられた構造物を製造する場合には、各層を構成する基板を精度良く位置合わせする必要がある。このような場合には、対角関係にある２個以上のマークの基準位置に向けてそれぞれ個別にカメラを設置し、これらのカメラの視野内にそれぞれ対応するマークが入るまでワークを移動させた後、各カメラにより得た画像を用いて各マークの微小なずれ量を抽出するようにしている。
【０００５】
下記の特許文献１には、２台のカメラにより、基板に形成された２個の位置合わせマークを同時に観測することにより、ワークの回転ずれ量を調整することが記載されている（段落［０００５］参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１９９１３９号公報
【０００７】
２台のカメラを用いてワークの回転ずれを調整する場合の従来の方法では、各マーク毎に基準位置に対するずれ量（ｘ方向およびｙ方向におけるずれ量）を抽出し、これらのずれ量を用いてワークの回転角度を算出する。そして、この回転角度に応じてステージを回転させる。
【０００８】
ワークの回転角度を求めるには、ステージの回転中心の座標が必要である。従来の方法では、あらかじめ、ステージの回転軸など中心とみなされる位置の座標を計測し、これを回転中心の座標として使用するようにしている。
【０００９】
また、モデルのワークを用いて、演算により回転中心の座標を求める場合もある。この方法では、各カメラによりマークを撮像した後、定められた角度だけステージを回転させ、マークを再度撮像する。そして、回転前の各画像から計測したマークの座標と、回転後の各画像から計測したマークの座標と、前記ステージの回転角度とを用いて、回転中心の座標を算出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
回転中心の座標をあらかじめ計測する方法では、計測した座標が実際の回転中心に相当するとは限らないため、算出されたワークの回転角度は不正確になる。また、回転中心を演算で求める方法でも、実際のステージの回転角度には誤差が生じるため、回転中心の算出結果が不正確になり、その不正確な回転中心を使用することによりワークの回転角度も不正確になる。
このように、いずれの方法を用いても、ワークの回転角度を精度良く求めるのは困難である。
【００１１】
この発明は上記の問題に着目し、ステージの回転中心の座標を簡易な方法で精度良く求めることにより、ワークの位置決めを高精度で行うことができるようにすることを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、表面に複数の位置決めマークが設けられたワークを回転機構を具備するステージ上に設置するとともに、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ撮像手段を設置し、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御するワーク位置決め処理に適用される。なお、この明細書で言うところの「対角関係にあるマーク」は、ワークの対角線で結ばれる角部にそれぞれ設けられた一対のマークのほか、ワークの中心点を挟んで対向する関係にある一対のマークを含むものとする。
【００１３】
上記のワーク位置決め処理において、各撮像手段は、それぞれ対応する位置決めマークの基準位置に向けて固定設置されるのが望ましい。ただし、複数種のワークを処理対象とする場合には、ワークに合わせて撮像手段の位置を変更できるようにするのが望ましい。またこれらのカメラについては、あらかじめキャリブレーションを行って、画像上の座標からステージ上の実座標（ステージの上面が含まれる仮想平面に設定された座標）を求められるようにしておくのが望ましい。
【００１４】
各撮像手段の視野は、前記基準位置を中心とする極小領域に設定されるのが望ましい。この場合、各撮像手段からの画像から抽出したマークの中心位置の座標を、前記キャリブレーションにより求めたパラメータを用いて実座標系の座標に変換し、その変換後の座標の基準位置に対するずれ量を求めることができる。また、マークの座標と基準位置の座標と回転中心の座標とを用いて、回転ずれ量（ワークの回転角度）を求めることができる。
【００１５】
この発明では、前記ワーク上の位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するステップＡと、モデルのワークを前記ステージ上に設置して、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させるステップＢと、前記各位置決めマークが対応する撮像手段の視野から出ない範囲で前記ステージを回転させ、各撮像手段に位置決めマークを再度撮像させるステップＣとを実行した後、前記ステップＢ，Ｃで得た画像と前記位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出するようにしている。
【００１６】
図１は、この発明の回転中心の座標の算出方法の原理を示すものである。
この例では、対角関係にある２つのマーク（以下、「マークＭ１，Ｍ２」とする。）の基準位置に向けてそれぞれ撮像手段を設置した状態を想定している。図中のＲ１は、マークＭ１に対応する撮像手段の視野であり、Ｒ２は、マークＭ２に対応する撮像手段の視野である。また、ステージを反時計回りに回転させることにより、マークＭ１は、視野Ｒ１内の点ａ１から点ｂ１に移動し、マークＭ２は、視野Ｒ２内の点ａ２から点ｂ２に移動するものとする。この場合、点ａ１から点ａ２に向かうベクトル（以下、「ベクトルＡ」とする。）と点ｂ１から点ｂ２に向かうベクトル（以下、「ベクトルＢ」とする。）との交点Ｃが回転中心に相当し、各ベクトルＡ，Ｂのなす角度ｄＴがステージの回転角度に相当すると考えることができる。
【００１７】
この発明では、ステージの回転角度ｄＴを任意の角度にしているので、回転中心の座標を算出する際には、まず前記回転角度ｄＴを求める必要がある。ここで、各マークＭ１，Ｍ２間の距離をＬとすると、回転角度ｄＴは、前記ベクトルＡ，Ｂおよび距離Ｌを用いた下記の（１）式により求めることができる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
つぎに、各マークＭ１，Ｍ２につき、ｘ，ｙの各軸方向毎の移動量を（ｄｘ１，ｄｙ１）、（ｄｘ２，ｄｙ２）として、ベクトルＡ＝（ｘＡ，ｙＡ）、ベクトルＢ＝（ｘＡ＋（ｄｘ２−ｄｘ１），ｙＡ＋（ｄｙ２−ｄｙ１））とすると、内積Ａ・Ｂは、（２）式のようになる。
Ａ・Ｂ＝ｘＡ２＋ｙＡ２＋ｘＡ（ｄｘ２−ｄｙ１）＋ｙＡ（ｄｙ２−ｄｙ１）・・・（２）
【００２０】
また｜Ａ｜＝｜Ｂ｜＝Ｌ２より、
ｘＡ２＋ｙＡ２＝（ｘＡ＋ｄｘ２−ｄｙ１）２＋（ｙＡ＋ｄｙ２−ｄｙ１）２ ＝Ｌ２となるから、上記の（２）式を（３）式のように変形することができる。
【００２１】
【数２】
【００２２】
よって、各マークＭ１，Ｍ２の移動量（ｄｘ１，ｄｙ１）、（ｄｘ２，ｄｙ２）および各マーク間の距離Ｌを（３）式にあてはめることにより、内積Ａ・Ｂを求め、さらにこの内積Ａ・Ｂと前記距離Ｌとを（１）式にあてはめることにより、回転角度ｄＴを求めることができる。ここで、距離Ｌは、モデルのワークから計測することができ、各移動量は、ステージの回転前の各マークの位置（点ａ１，ａ２の座標）と回転後の各マークの位置（点ｂ２，ｂ２の座標）により求めることができる。したがって、各マークＭ１，Ｍ２が視野Ｒ１，Ｒ２から出ることがない範囲で任意の角度だけステージを回転させるとともに、その回転前および回転後に各マークを撮像してその位置を計測することにより、これらの位置とあらかじめ計測した距離Ｌとから回転角度ｄＴを求めることができる。
【００２３】
このようにして回転角度ｄＴを求めた後は、各マークＭ１，Ｍ２の回転前および回転後の位置と回転角度ｄＴとを用いて、回転中心Ｃの座標（ｃｘ，ｃｙ）を求めることができる。
すなわち、マークＭｉ（ｉ＝１，２）の回転前の位置を（ｓｘｉ，ｓｙｉ）、回転後の位置を（ｘｉ，ｙｉ）、θ＝−ｄＴとすると、
ｘｉ＝ｃｏｓθ（ｓｘｉ−ｃｘ）−ｓｉｎθ（ｓｙｉ−ｃｙ）＋ｃｘ
ｙｉ＝ｓｉｎθ（ｓｘｉ−ｃｘ）＋ｃｏｓθ（ｓｙｉ−ｃｙ）＋ｃｙ となる。
この２式により、ｃｘ，ｃｙの算出式として、それぞれ（４）（５）式を導き出すことができる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
【数４】
【００２６】
なお、上記の（４）（５）式は、マークＭ１，Ｍ２毎に実行することができるが、少なくとも１つのマークについて実行すればよい。より好ましくは、マークＭ１，Ｍ２毎に（４）（５）式を実行し、マーク毎に求めたｃｘ，ｃｙの平均値を回転中心の座標とするのがよい。
【００２７】
このように、この発明では、ステージの回転前および回転後に得た各画像とマーク間の距離とを用いてステージの回転中心を算出することができる。しかも、ステージの回転角度は、各マークが対応するカメラの視野から出ない範囲で任意に設定することができるので、回転機構の精度に左右されることなく、実際のステージの回転角度に基づき精度の良い算出処理を行うことができる。よって、ワークの位置決め処理では、前記撮像手段により得た画像から求めた各マークの位置と、各マークの基準位置と、前記回転中心の座標とを用いて、ワークの回転角度を精度良く求めた後、前記回転機構を駆動することにより、ワークの姿勢を調整することができる。
【００２８】
なお、前記マーク間の距離Ｌを特定するデータとして入力されるデータは、Ｌの値そのものであるのが望ましいが、これに限らず、各マークのワーク上の位置を示すデータなど、距離Ｌを算出可能なデータを入力してもよい。
【００２９】
この発明にかかる回転中心算出方法の好ましい態様では、前記ステージの回転中心の座標を算出する処理において、対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記ステップＢ，Ｃで得た画像を用いてステージ回転前の座標とステージ回転後の座標とを求める第１ステップと、第１ステップで算出された各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める第２ステップと、前記位置決めマーク間の距離と前記第２ステップで求めた各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める第３ステップと、前記第３ステップで求めた回転角度と少なくとも１つの位置決めマークのステージ回転前および回転後の座標とを用いて、前記回転中心の座標を算出する第４ステップとを実行する。この場合の第３ステップでは、ステージ回転前の各位置決めマークを結ぶベクトルとステージ回転後の前記ベクトルとの内積を用いて前記回転角度を算出する処理が実行されていると考えることができる。
【００３０】
なお、回転中心の算出に使用するマークは２個に限らず、３個以上のマークを使用することもできる。この場合には、対角関係にあるワークの組を順に選択しながら、組毎に上記した手順で回転角度ｄＴおよび回転中心Ｃを求め、各組の算出結果を平均化した値を回転中心とすることができる。
【００３１】
この発明にかかるワーク位置決め装置は、回転機構を具備するステージと、前記ステージ上のワークの位置決めマークを撮像するための複数の撮像手段と、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御する制御装置とを具備するもので、前記複数の撮像手段は、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ配備される。前記制御装置は、前記対角関係にある位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するための入力手段を具備し、前記ステージにモデルのワークが設置されたとき、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させた後、ステージを所定量だけ回転させて各撮像手段に各位置決めマークを再度撮像させ、前記ステージの回転前および回転後に得た各画像と前記入力手段から入力された位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出する。
【００３２】
前記制御装置は、コンピュータを制御主体とするのが望ましい。入力手段は、キーボードやマウスなどの入力用デバイスにより構成することができるが、これに限定されるものではない。たとえば、外部装置からマーク間の距離を特定するデータの伝送を受け付ける通信回路を入力手段として機能させることもできる。
【００３３】
前記制御装置には、前記した回転中心算出方法を実行するためのプログラムを組み込むことができる。なお、１回目の撮像後にステージを回転させる処理においては、各マークが対応する撮像手段の視野から出ることがないように、あらかじめ回転機構の動作量を設定しておくのが望ましい。ただし、ステージの回転は自動制御に限らず、ユーザーの操作に応じて制御することもできる。
また、この制御装置が算出した回転中心の座標は、以後の処理対象のワークの回転角度を算出するために、内部のメモリに格納しておくのが望ましい。
【００３４】
好ましい態様にかかるワーク位置決め装置では、制御装置は、前記対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記撮像手段から得た画像を用いてステージ回転前の座標とステージ回転後の座標とを求める座標算出手段；前記座標算出手段が算出した各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める移動量算出手段；前記位置決めマーク間の距離と前記移動量算出手段が算出した各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める回転角度算出手段の各手段を含み、前記回転角度算出手段が算出した回転角度と少なくとも１つの位置決めマークにかかるステージ回転前およびステージ回転後の座標とを用いて、前記回転中心の座標を算出するように構成される。
【発明の効果】
【００３５】
この発明によれば、ステージの回転前および回転後に得た各画像とマーク間の距離とを用いてステージの回転中心の座標を算出することができる。しかも、ステージの回転角度は、各マークが対応するカメラの視野から出ない範囲で任意に設定することができるので、回転機構の精度に左右されることなく、精度の良い算出処理を行うことができる。よって、簡単かつ精度良くステージの回転中心を算出することができるので、その算出結果を用いることにより、ワークの位置決めの精度を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図２は、この発明が適用されたワーク位置決め装置の構成例を示す。このワーク位置決め装置は、液晶基板のような多層基板の製造工程において、各層を構成する基板の位置合わせに使用されるもので、ワーク支持用のステージ１、２台のＣＣＤカメラ２１，２２（以下、単に「カメラ２１，２２」という。）、コントローラ３などにより構成される。
【００３７】
前記ステージ１は、ワーク４を支持するテーブル部１０を本体とする。また、ここには図示していないが、このステージ１には、前記テーブル部１０をｘ，ｙの各軸方向に移動させる移動機構や、テーブル部１０を回転させるための回転機構などが含められる。各カメラ２１，２２は、移動可能なアーム部（図示せず。）により、前記テーブル部１０の上方の所定位置に光軸を鉛直方向に向けた状態で支持される。
【００３８】
この実施例の位置決め対象のワーク４（基板）の上面には、対角関係にある２個の角部４１，４２にそれぞれ位置決めマークＭ１，Ｍ２が設けられている。各カメラ２１，２２は、このマークＭ１，Ｍ２の基準位置に対応する位置に配備される。
【００３９】
前記コントローラ３は、パーソナルコンピュータにより構成されるもので、図３に示すように、ＣＰＵ３４を制御主体として、メモリ３５、画像メモリ３３、各カメラ２１，２２に対応する画像入力部３１，３２、ステージ制御部３６、入力部３７、出力部３８などを具備する。
【００４０】
画像入力部３１，３２は、カメラ用のインターフェース回路やＡ／Ｄ変換回路などにより構成される。画像メモリ３３は、各画像入力部３１，３２でディジタル変換された画像データを記憶するためのもので、カメラ毎に複数枚の画像を蓄積できるだけの容量を具備する。前記メモリ３５には、ＣＰＵ３４の動作に必要なプログラムや設定データが格納されるほか、作業用のデータ格納領域が設定される。
【００４１】
ステージ制御部３６は、前記ステージ１の各移動機構や回転機構に、ＣＰＵ３４により計算された動作量に応じた制御信号を出力する。これにより各移動機構は、前記動作量に応じた距離だけテーブル部１０を移動させ、回転機構は、動作量に応じた角度だけテーブル部１０を回転させる。
【００４２】
入力部３７は、マークＭ１，Ｍ２間の距離Ｌなどの設定データを入力するためのもので、図２のキーボード３７１やマウス３７２などにより構成される。出力部３８は、位置合わせ処理が完了した旨や後記する設定処理における計測結果（回転角度や中心位置の座標など）などを出力するためのもので、図２のモニタ３０などにより構成される。
【００４３】
上記構成において、コントローラ３は、各カメラ２１，２２により得たマークＭ１，Ｍ２の画像を用いて、ワーク４のｘ軸方向におけるずれ量ｄｘ、ｙ軸方向におけるずれ量ｄｙ、およびワーク４の回転角度ｄθを算出する（以下では、ｄｘ，ｄｙ，ｄθをまとめて「ずれ量」という。）。そして、これらのずれ量に基づき前記ステージ１の各移動機構や回転機構を動作させることにより、前記ワーク４の各マークＭ１，Ｍ２を前記基準位置に位置合わせする。
【００４４】
また、コントローラ３は、上記の位置合わせ処理を行うのに先立ち、カメラ２１，２２毎にキャリブレーションを行って、そのカメラからの画像に含まれる各点を実座標に置き換えるのに必要なパラメータを算出する。さらに、この実施例のコントローラ３では、前記ワークのずれ量のうちの回転角度ｄθを算出するために、ステージ１の回転中心の座標を求める処理を実行する。
なお、前記した実座標とは、テーブル部１０の上面を含む仮想平面上での位置を表すもので、たとえばテーブル部１０の可動領域の左上端点に原点が設定される。
【００４５】
図４は、前記コントローラ３による設定処理時の手順を示す。
まず、最初のＳＴ１（ＳＴはステップの略である。以下も同じ。）では、前記したカメラ２１，２２のキャリブレーションを実行する。このキャリブレーションで求められた各変換用パラメータは、前記メモリ３５に格納される。
【００４６】
つぎに、ＳＴ２では、前記マークＭ１，Ｍ２の基準位置およびこれらマークＭ１，Ｍ２間の距離Ｌの入力を受け付けて、これらを登録する。なお、ユーザーは、実物のワーク４を用いた計測またはワーク４の設計データから、ワーク４の所定位置（たとえば左上端点）から見た各マークＭ１，Ｍ２の位置を求め、これらの位置データに基づき、各マークＭ１，Ｍ２の位置すべき実座標を特定することができる。ここで特定された実座標が基準位置として入力される。同様に、各マークＭ１，Ｍ２の位置データからマーク間の距離Ｌを求め、入力することができる。
【００４７】
ＳＴ３では、モデルのワークをステージ１上に設置し、前記マークＭ１，Ｍ２がそれぞれ対応するカメラ２１，２２の視野に含まれるまでステージ１を移動させる。つぎのＳＴ４では、各カメラ２１，２２を駆動して前記各マークＭ１，Ｍ２の画像を生成する。
なお、ＳＴ３，４におけるステージ１の移動は、あらかじめ設定された動作量に基づき自動的に行うことができるが、これに限らず、ユーザーの操作に応じて移動させてもよい。これは、図５中のＳＴ２１においても同様である。
【００４８】
続くＳＴ５では、各カメラ２１，２２により得た画像を用いて各マークＭ１，Ｍ２の位置を計測する。この計測処理では、まず、画像上のマークの中心点を抽出し、その中心点の座標を前記ＳＴ１で設定されたパラメータを用いて実座標に変換する。このＳＴ５で得た各マークＭ１、Ｍ２の実座標は、前記図１の点ａ１，ａ２に対応する。
【００４９】
つぎのＳＴ６では、各マークＭ１，Ｍ２が対応するカメラ２１，２２の視野を出ない範囲でステージ１を回転させる。ＳＴ７では、各カメラ２１，２２を再駆動して２回目の撮像処理を実行する。またＳＴ８では、この２回目の撮像処理で得た画像を用いて各マークＭ１，Ｍ２の位置を再度計測する。このＳＴ８で得た各マークＭ１，Ｍ２の実座標は、前記図１の点ｂ１，ｂ２に対応する。
【００５０】
つぎのＳＴ９では、ステージ１の回転角度ｄＴを求める処理を実行する。このステップでは、まず前記ＳＴ５で求めた点ａ１，ａ２の座標と、ＳＴ８で求めた点ｂ１，ｂ２の座標とを用いて、各マークＭ１，Ｍ２の移動量（ｄｘ１、ｄｙ１）（ｄｘ２，ｄｙ２）を算出する。つぎに、これらの移動量と前記マーク間の距離Ｌとを前述した（３）式にあてはめることにより、ベクトルＡ，Ｂの内積を求める。そして、この内積と前記距離Ｌとを（１）式にあてはめることにより、回転角度ｄＴを算出する。
【００５１】
このようにして回転角度ｄＴが求められると、ＳＴ１０では、各マークＭ１，Ｍ２の移動前の座標（点ａ１，ａ２の座標）、移動後の座標（点ｂ１，ｂ２の座標）、および前記回転角度ｄＴを用いて、（４）（５）式を実行し、マーク毎に回転中心Ｃの座標を算出する。そして、これらの座標の平均値をもって、回転中心の座標とする。ＳＴ１１では、この最終の回転中心の座標をメモリ３５に登録し、しかる後に処理を終了する。
【００５２】
なお、上記の設定処理において、回転中心の算出精度をさらに向上したい場合には、ＳＴ４〜１０の処理を複数サイクル繰り返して実行し、サイクル毎に得た回転中心の座標の平均値をもって、最終的な回転中心とすればよい。この場合、サイクル毎にステージ１の回転角度が異なっても支障はない。
【００５３】
図５は、前記コントローラ３による位置合わせ処理の手順を示す。
まず最初のステップであるＳＴ２１では、処理対象のワーク４が設置されたステージ１を、前記マークＭ１，Ｍ２がカメラ２１，２２の視野に含まれる位置まで移動させる。つぎのＳＴ２２では、各カメラ２１，２２を駆動してマークＭ１，Ｍ２の画像を生成する。
【００５４】
ＳＴ２３では、各カメラ２１，２２からの画像を用いて各マークＭ１，Ｍ２の位置を計測する。なお、このステップでも図４のＳＴ５やＳＴ８と同様に、画像中のマークの中心位置を抽出した後、この中心位置の座標を実座標に変換する処理を実行する。
【００５５】
ＳＴ２４では、前記ＳＴ２３で得た各マークＭ１，Ｍ２の計測位置を用いて、ワークのずれ量ｄｘ，ｄｙ，ｄθを算出する。なお、ｄｘ，ｄｙについては、マーク毎に計測位置と基準位置からの座標の差を求めた後、これらの差の平均値を算出する。一方、ｄθについては、マーク毎に、計測位置および基準位置と、前記設定処理で求めた回転中心の座標とを用いて回転角度を求めた後、各回転角度の平均値を算出する。
【００５６】
ＳＴ２５では、ＳＴ２４で求めたずれ量ｄｘ，ｄｙ，ｄθに基づき、各移動機構および回転機構の動作量を決定する。そして、各機構をそれぞれ決定した動作量により順に制御することにより、ｘ，ｙの各軸方向における位置ずれおよび回転ずれを補正し、しかる後に処理を終了する。
【００５７】
ところで、ステージの回転中心の座標を演算により求める従来の方法でも、対角関係にある２個のマークを撮像してからステージを回転させ、回転後に各マークを再度撮像し、２回の撮像で得た画像を用いた演算を実行する。すなわち、この実施例における回転中心の算出方法にかかる手順は、一見すると、従来の方法と何ら変わりがないように思われる。
【００５８】
しかしながら、この実施例では、ステージの回転角度を特に規定していないのに対し、従来の方法では、ステージの回転角度を定めてから回転させるようにしている。
ステージの実際の回転角度には回転機構の性能に起因する誤差が生じるから、従来のようにステージが正確に回転していることを前提にした演算を行うと、不正確な回転中心が導出されることになる。この不正確な回転中心により、回転ずれ補正では、ワークの回転角度を精度良く求められない上、回転補正のためにステージを回転させた際にも誤差が生じる。つまり従来の方法では、誤差が重畳されて、回転ずれ補正の精度が著しく悪くなる可能性がある。
【００５９】
これに対し、この実施例では、ステージ１の回転前および回転後の各マークの計測位置と、マーク間の距離Ｌとを用いることにより、ステージ１の実際の回転角度を精度良く求めることができるので、回転中心の座標を的確に求めることができる。よって、回転ずれ補正の際にも、ワーク４の回転角度を精度良く求めることができ、補正時に生じる誤差を大幅に削減して位置合わせの精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明にかかる回転中心の算出処理の原理を説明する図である。
【図２】ワーク位置決め装置の構成例を示す説明図である。
【図３】ワーク位置決め装置の電気構成を示すブロック図である。
【図４】設定処理時の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ワークの位置合わせ処理時の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１ ステージ
３ 制御装置
４ ワーク
１０ テーブル部
２１，２２ カメラ
３４ ＣＰＵ
３５ メモリ
３７ 入力部
Ｍ１，Ｍ２ マーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の位置決めマークが設けられたワークを回転機構を具備するステージ上に設置するとともに、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ撮像手段を設置し、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御するワーク位置決め処理において、前記ワークの回転ずれの補正に必要なステージの回転中心の座標を求める方法であって、
前記ワーク上の位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するステップＡと、モデルのワークを前記ステージ上に設置して、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させるステップＢと、前記各位置決めマークが対応する撮像手段の視野から出ない範囲で前記ステージを回転させ、各撮像手段に位置決めマークを再度撮像させるステップＣとを実行した後、前記ステップＢ，Ｃで得た画像と前記位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出することを特徴とする回転中心算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法において、
前記ステージの回転中心の座標を算出する処理では、前記対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記ステップＢ，Ｃで得た画像を用いてステージ回転前の座標とステージ回転後の座標とを求める第１ステップと、第１ステップで算出された各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める第２ステップと、前記位置決めマーク間の距離と前記第２ステップで求めた各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める第３ステップと、前記第３ステップで求めた回転角度と少なくとも１つの位置決めマークの回転前および回転後の座標とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出する第４ステップとを実行する回転中心算出方法。
【請求項３】
請求項２に記載された方法において、
前記第３ステップでは、ステージ回転前の各位置決めマークを結ぶベクトルとステージ回転後の前記ベクトルとの内積を用いて前記回転角度を算出する回転中心算出方法。
【請求項４】
回転機構を具備するステージと、前記ステージ上のワークの位置決めマークを撮像するための複数の撮像手段と、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御する制御装置とを具備するワーク位置決め装置において、
前記複数の撮像手段は、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ配備されており、
前記制御装置は、前記対角関係にある位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するための入力手段を具備し、前記ステージにモデルのワークが設置されたとき、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させた後、ステージを所定量だけ回転させて各撮像手段に各位置決めマークを再度撮像させ、前記ステージの回転前および回転後に得た各画像と前記入力手段から入力された位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出するワーク位置決め装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記撮像手段から得た画像を用いてステージ回転前の座標と回転後の座標とを求める座標算出手段と、前記座標算出手段が算出した各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める移動量算出手段と、前記位置決めマーク間の距離と前記移動量算出手段が算出した各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める回転角度算出手段とを含み、前記回転角度算出手段が算出した回転角度と少なくとも１つの位置決めマークにかかるステージ回転前およびステージ回転後の座標とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出する請求項４に記載されたワーク位置決め装置。
【請求項１】
表面に複数の位置決めマークが設けられたワークを回転機構を具備するステージ上に設置するとともに、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ撮像手段を設置し、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御するワーク位置決め処理において、前記ワークの回転ずれの補正に必要なステージの回転中心の座標を求める方法であって、
前記ワーク上の位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するステップＡと、モデルのワークを前記ステージ上に設置して、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させるステップＢと、前記各位置決めマークが対応する撮像手段の視野から出ない範囲で前記ステージを回転させ、各撮像手段に位置決めマークを再度撮像させるステップＣとを実行した後、前記ステップＢ，Ｃで得た画像と前記位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出することを特徴とする回転中心算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法において、
前記ステージの回転中心の座標を算出する処理では、前記対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記ステップＢ，Ｃで得た画像を用いてステージ回転前の座標とステージ回転後の座標とを求める第１ステップと、第１ステップで算出された各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める第２ステップと、前記位置決めマーク間の距離と前記第２ステップで求めた各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める第３ステップと、前記第３ステップで求めた回転角度と少なくとも１つの位置決めマークの回転前および回転後の座標とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出する第４ステップとを実行する回転中心算出方法。
【請求項３】
請求項２に記載された方法において、
前記第３ステップでは、ステージ回転前の各位置決めマークを結ぶベクトルとステージ回転後の前記ベクトルとの内積を用いて前記回転角度を算出する回転中心算出方法。
【請求項４】
回転機構を具備するステージと、前記ステージ上のワークの位置決めマークを撮像するための複数の撮像手段と、各撮像手段により得た画像を用いて各位置決めマークがそれぞれ前記基準位置に合うように前記ステージの動作を制御する制御装置とを具備するワーク位置決め装置において、
前記複数の撮像手段は、少なくとも対角関係にある２個の位置決めマークの基準位置に向けてそれぞれ配備されており、
前記制御装置は、前記対角関係にある位置決めマーク間の距離を特定するデータを入力するための入力手段を具備し、前記ステージにモデルのワークが設置されたとき、各撮像手段にそれぞれ対応する位置決めマークを撮像させた後、ステージを所定量だけ回転させて各撮像手段に各位置決めマークを再度撮像させ、前記ステージの回転前および回転後に得た各画像と前記入力手段から入力された位置決めマーク間の距離とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出するワーク位置決め装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記対角関係にある２個の位置決めマークについて、それぞれ前記撮像手段から得た画像を用いてステージ回転前の座標と回転後の座標とを求める座標算出手段と、前記座標算出手段が算出した各座標から前記ステージの回転による各位置決めマークの移動量を求める移動量算出手段と、前記位置決めマーク間の距離と前記移動量算出手段が算出した各位置決めマークの移動量とを用いて、前記ステージの回転角度を求める回転角度算出手段とを含み、前記回転角度算出手段が算出した回転角度と少なくとも１つの位置決めマークにかかるステージ回転前およびステージ回転後の座標とを用いて、前記ステージの回転中心の座標を算出する請求項４に記載されたワーク位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−４９７５５（Ｐ２００６−４９７５５Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３２０５９（Ｐ２００４−２３２０５９）
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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