JP2007101905A - 基板検出装置及び基板検出方法、並びに、これらの基板検出装置及び基板検出方法を用いた基板貼り合わせ装置及び基板貼り合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の位置検出用マークを撮像装置により確実に撮像すること。
【解決手段】 基板１、２の位置を検出する基板検出装置１０において、基板１、２の表面に設けた位置検出用マーク６０、６１を撮像する撮像装置４０と、基板１、２とマーク６０、６１を撮像する撮像装置４０との相対間隔を基板１、２の表面に直交する方向において変化させる移動装置４０Ａと、撮像した撮像画像からマーク６０、６１の輪郭部分における階調の変化率を求める手段５１と、階調の変化率に基づいて移動装置４０Ａを制御する制御装置５０とを備えたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板検出装置及び基板検出方法、並びに、これらの基板検出装置及び基板検出方法を用いた基板貼り合わせ装置及び基板貼り合わせ方法であって、特に液晶表示パネルの製造に用いられる２枚のガラス基板の貼り合わせに用いて好適な基板検出装置及び基板検出方法、並びにこれらの基板検出装置及び基板検出方法を利用した基板貼り合わせ装置及び基板貼り合わせ方法に関する。

基板貼り合わせ装置は、特許文献１に記載の如く、上ガラス基板を保持する上ステージと、下ガラス基板を保持する下ステージとを有し、上ガラス基板と下ガラス基板とを位置合わせした状態で貼り合わせることとしている。

従来技術では、上ガラス基板と下ガラス基板の位置合わせのために、上ガラス基板と下ガラス基板の位置検出用マークを撮像装置で撮像し、撮像画像に基づいて上ガラス基板と下ガラス基板の相対位置ずれ状態を検出し、検出結果に基づいて上ガラス基板と下ガラス基板の相対位置ずれを修正するように上ステージと下ステージを基板の面方向で相対移動させる。

しかしながら、従来技術において、撮像装置により上ガラス基板と下ガラス基板の位置検出用マークを撮像するとき、上ガラス基板や下ガラス基板の板厚に誤差があるため、上ステージと下ステージに対して定位置に配置した撮像装置の焦点深度内にそれらの位置検出用マークを入れることができず、撮像装置が撮像した画像データに基づく上ガラス基板と下ガラス基板の相対位置ずれ状態の検出が不能になることがある。この結果、基板の貼り合わせを行なうことができず、基板貼り合わせ装置の稼動率が低下する。
特開2000-66163

本発明の課題は、基板の位置検出用マークを撮像装置により確実に撮像することにある。またこれにより、基板貼り合わせの稼動率低下を防止することにある。

本発明の発明者は、撮像した基板の位置検出用マークの輪郭部分（マークと背景との境界部分）がぼける点に着目して本発明をなしたもので、請求項１の発明は、基板の位置を検出する基板検出装置において、基板に設けた位置検出用マークを撮像する撮像装置と、基板と撮像装置との相対間隔を基板の表面に直交する方向において変化させる移動装置と、撮像装置にて撮像した撮像画像からマークの輪郭部分における階調情報を求める手段と、階調情報に基づいて移動装置を制御して、基板と撮像装置との相対間隔を調整する制御装置と、を備えたものである。

請求項２の発明は、基板の位置を検出する基板検出装置において、基板の表面に設けた位置検出用マークを撮像する撮像装置と、基板と撮像装置との相対間隔を基板の表面に直交する方向において変化させる移動装置と、撮像装置にて撮像した撮像画像からマークの輪郭部分における階調の変化率を求める手段と、階調の変化率に基づいて移動装置を制御する制御装置と、を備えたものである。マークの輪郭部分における階調の変化率を求める手段は、例えば、画像処理装置、又は、貼り合わせ装置を統括制御する制御装置である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において更に、階調の変化率の許容値を設定する設定部を有し、制御装置は、輪郭部分における階調の変化率が許容値内となるように撮像装置と基板との相対間隔を変化させるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項２の発明において更に、撮像装置と基板との相対間隔とマークの輪郭部分における階調の変化率との関係を表すデータを記憶する記憶部を有し、撮像画像から求めた階調の変化率と記憶されたデータとから撮像装置と基板との相対移動量を決定するようにしたものである。

請求項５の発明は、上基板を保持する上ステージと下基板を保持する下ステージとを有し、上基板と下基板とを位置合わせした状態で貼り合わせる基板貼り合わせ装置において、請求項１〜４のいずれかに記載の基板検出装置を有する基板貼り合わせ装置である。

請求項６の発明は、基板の位置を検出する基板検出方法において、基板に設けた位置検出用マークを撮像装置を用いて撮像し、撮像した撮像画像からマークの輪郭部分における階調情報を求め、この階調情報に基づいて、基板と撮像装置との相対間隔を基板の表面に直交する方向において変化させることにより、マークを撮像装置の焦点深度内に入れるものである。

請求項７の発明は、基板の位置を検出する基板検出方法において、基板に設けた位置検出用マークを撮像装置を用いて撮像し、撮像した撮像画像からマークの輪郭部分における階調の変化率を求め、階調の変化率に基づいて、基板と撮像装置との相対間隔を基板の表面に直交する方向において変化させることにより、マークを撮像装置の焦点深度内に入れるものである。

請求項８の発明は、請求項７の発明において更に、階調の変化率の許容値を設定し、輪郭部分における階調の変化率が許容値内となるように撮像装置と基板との相対間隔を変化させるようにしたものである。

請求項９の発明は、請求項７の発明において更に、撮像装置と基板との相対間隔とマークの輪郭部分における階調の変化率との関係を表すデータを記憶しておき、撮像画像から求めた階調の変化率と記憶されたデータとから撮像装置と基板との基板の表面に直交する方向における相対移動量を決定するようにしたものである。

請求項１０の発明は、上ステージに上基板を保持するとともに下ステージに下基板を保持し、上基板と下基板とを位置合わせした状態で貼り合わせる基板貼り合わせ方法において、請求項６〜９のいずれかに記載の基板検出方法を用いたものである。

基板の位置検出用マークが撮像装置の焦点深度から外れているか否かをマークの輪郭部分における階調情報に基づいて判定するので、マークを撮像装置の焦点深度内に確実に入れることができ、マークを確実に撮像することができる。

また、基板貼り合わせ装置又は基板貼り合わせ方法においては、マークの検出不能によるエラー停止を未然に防止して、生産性の低下を防止することができる。

図１は基板貼り合わせ装置を示す模式図、図２は基板制御装置の制御ブロック図、図３は上下の基板のマークがそれぞれ焦点深度内にあるときの画像（撮像画像を256階調に変換した画像）を示す模式図、図４は図３のスキャンライン上の画素位置と階調との関係を表すグラフ、図５は図４のグラフから作成した画素位置と階調の変化率との関係を表すグラフ、図６は上基板のマークだけが焦点深度から外れているときの画像（撮像画像を256階調に変換した画像）を示す模式図、図７は図６のスキャンライン上の画素位置と階調との関係を表すグラフ、図８は図７のグラフから作成した画素位置と階調の変化率との関係を表すグラフ、図９は上下の基板のマークを焦点深度内に入れる動作を説明するための模式図である。

以下、図面を参照しながらこの発明の一実施例を説明する。
上基板１と下基板２は矩形状の透明なガラスや樹脂からなり、下基板２の周辺部にはシール剤が枠状に塗布され、シール剤で囲まれる内側領域に液晶が滴下塗布されている。基板貼り合わせ装置１０は、これらの上基板１と下基板２を前工程から受入れ、上基板１と下基板２を面方向で位置合わせした状態で貼り合わせ、セル（液晶表示パネル）を製造する。

基板貼り合わせ装置１０は、図１に示す如く、密閉容器１１、上ステージ２１と上ステージ移動手段２１Ａ、下ステージ２２と下ステージ移動手段２２Ａ（基板位置合わせ装置）、圧力調整装置３０、及び撮像装置４０とカメラ移動手段４０Ａ（移動装置）を有する。

密閉容器１１は四角の箱形状をなし、内部に上ステージ２１と下ステージ２２を設け、一側面に開閉可能なシャッタ１２を備える。このシャッタ１２を開いて前工程から搬送されてくる上基板１と下基板２を密閉容器１１内に搬入し、貼り合わされた基板１、２を搬出する。

上ステージ２１は上基板１を図示しない吸着手段により保持可能とし、上ステージ移動手段２１Ａにより昇降動する。

下ステージ２２は下基板２を保持可能とし、下ステージ移動手段２２Ａにより水平動、及び水平面内で旋回動する。

圧力調整装置３０は、密閉容器１１の内部の圧力を調整するもので、例えば、真空源と気体供給源を有してなり、真空源を用いて密閉容器１１内の雰囲気を真空状態に減圧し、気体供給源を用いて真空状態とされた密閉容器１１内の雰囲気を大気圧に昇圧させる。

上下の基板１、２の各貼り合わせ面の四隅部分には、図６、図９に示す如く、上下の基板１、２を面方向で位置決めするための位置検出用マーク（以下、単に「マーク」と言うことがある）６０、６１が印刷等により付されている。上基板１のマーク６０は四角形の枠状をなし、下基板２のマーク６１は四角形をなし、下基板２の四角形のマーク６１は上基板１の枠形状のマーク６０の枠内に収まる大きさに形成されている。

ＣＣＤカメラからなる撮像装置４０はこれらのマーク６０、６１を撮像するもので、上ステージ２１に保持される上基板１及び下ステージ２２に保持される下基板２の四隅部分に対応して、密閉容器１１の下方に１つずつ配置される。また、撮像装置４０に対応して、密閉容器１１に覗き窓１１Ａが設けられ、更に、下ステージ２２に下貫通孔２２Ｂが設けられ、上ステージ２１に上貫通孔２１Ｂが設けられる。撮像装置４０は、これらの覗き窓１１Ａと下貫通孔２２Ｂを通して上基板１と下基板２の位置検出用マーク６０、６１を撮像する。上ステージ２１の上貫通孔２１Ｂの上部には、撮像装置４０に対向してそれぞれ光源２３が設けられ、上基板１と下基板２の位置検出用マーク６０、６１はそれぞれこの光源２３から照射される光によるシルエット像として撮像される。
撮像装置４０はカメラ移動手段４０Ａ（移動装置）により水平動及び昇降動する。

従って、基板貼り合わせ装置１０による上基板１と下基板２の貼り合わせ動作は、例えば以下の如くになる。

まず、開かれたシャッタ１２から搬入された上基板１と下基板２をそれぞれ上ステージ２１と下ステージ２２に保持する。この状態でシャッタ１２を閉じ、圧力調整装置３０により密閉容器１１の内部を真空状態に減圧する。

次に、上ステージ移動手段２１Ａにより上ステージを設定距離下降させ、上基板１を下基板２に対して上下方向において接近させる。そして、撮像装置４０により上基板１と下基板２のマーク６０、６１を読み取り、上基板１と下基板２の面方向での相対位置ずれ状態を検出し、この相対位置ずれを修正するように下ステージ移動手段２２Ａ（基板位置合わせ装置）を制御し、上ステージ２１と下ステージ２２を基板１、２の面方向で相対移動させ、上基板１と下基板２を位置合わせする。

次に、上ステージ移動手段２１Ａにより上ステージ２１を下降させて、上基板１と下基板２をシール剤を介して重ね合わせる。圧力調整装置３０による減圧下での貼り合わせにより、下基板２上に滴下塗布されている液晶中への空気の混入を回避できる。

次に、圧力調整装置３０により密閉容器１１の内部を大気圧に昇圧させるとともに、必要により撮像装置４０と下ステージ移動手段２２Ａを用いて上基板１と下基板２を再位置合わせした後、上ステージ２１と下ステージ２２の各面上への上基板１と下基板２の保持を解除し、貼り合わせた上基板１と下基板２からなるセルを密閉容器１１内から取り出す。

ところで、上述した、撮像装置４０により上下の基板１、２のマーク６０、６１を撮像するとき、基板１、２の加工誤差に起因する基板１、２毎の板厚のばらつきや基板１、２に生じる反り等のために、マーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内から外れることがある。

そこで、基板貼り合わせ装置１０は、上基板１と下基板２の位置検出用マーク６０、６１を撮像装置４０の焦点深度Ｌ内から外れることなくこの撮像装置４０により確実に撮像可能にするために、図２に示す如く、基板検出装置２０を備える。基板検出装置２０は、図２に破線で囲んで示したように、制御装置５０、画像処理装置５１、撮像装置４０と撮像装置４０の移動装置４０Ａ、設定部５３、比較部５４、記憶部５５を有する。

画像処理装置５１は、撮像装置４０により撮像した上基板１と下基板２の位置検出用マーク６０、６１について、撮像したマーク６０、６１と画像処理装置５１内の記憶部に予め登録された図示しない基準マークパターン６０Ｋ、６１Ｋとのマッチング率（一致度）を算出する。

また、画像処理装置５１は、撮像した上基板１と下基板２の位置検出用マーク６０、６１の画像を、図３及び図６に示す如く、多階調の画像（真っ黒から真っ白まで0から256階調の濃淡画像）に変換し、更に、図３、図６のスキャンライン６２に沿って走査して、図４、図７に示す如く、スキャンライン６２上の画素位置と階調との関係を表すグラフを作成し、更に、図４、図７のグラフから画素位置と階調情報としての階調の変化率との関係を表すグラフを、図５、図８の如く、作成する。画像処理装置５１は、マーク６０、６１の撮像画像からマーク６０、６１の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂにおける階調の変化率を求める手段を構成する。
尚、この実施例においては、階調の変化率を絶対値にて表している。

カメラ移動手段４０Ａからなる移動装置は、図１、図９に示す如く、撮像装置４０と上ステージ２１及び下ステージ２２との相対位置を調整し、結果として、撮像装置４０と上基板１及び下基板２との、基板１、２の表面に直交する上下方向における相対間隔を変化させる。

設定部５３は、撮像装置４０と上基板１及び下基板２の相対間隔の良否（撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に基板１、２の位置検出用マーク６０、６１が入る状態か否か）を判定するため、階調の変化率に関する許容値を設定する。

比較部５４は、画像処理装置５１が算出した階調の変化率と設定部５３に設定された許容値とを比較する。

また、記憶部５５には、撮像装置４０と上基板１及び下基板２の良好な相対間隔を求めるために、撮像装置４０に許容される繰り返し撮像回数（以下、「許容回数」という。）を設定してある。

記憶部５５は、撮像装置４０と上基板１及び下基板２の相対間隔を変化させるときの相対移動量とその相対移動方向等の条件を設定してある。具体的には、例えば、上基板１に関してカメラ移動手段４０Ａの移動量ｄ、初回修正時の移動方向（上方向又は下方向）が設定されており、上基板１に関して、撮像したマーク６０、６１の階調の変化率が許容値を外れていた場合には、撮像装置４０を上方向に設定された移動量ｄで移動させるという具合である。尚、２回目以降の移動方向は、最初に算出された階調の変化率と相対間隔修正後に算出された階調の変化率との比較に基づいて決定するものとし、階調の変化率が増加していれば前回修正時と同方向へ移動させ、減少していれば逆方向へ移動させる。

尚、記憶部５５には、撮像装置４０と上基板１及び下基板２との相対間隔とマークの輪郭部分における階調の変化率との関係を表すデータを記憶しておき、撮像した撮像画像から求めた階調の変化率と記憶されたデータとから撮像装置と基板との相対移動量を定めて、求めた階調の変化率からカメラ移動手段４０Ａの必要な移動量を決定するようにすることもできる。

ここで、撮像装置４０と上基板１及び下基板２との相対間隔とマーク６０、６１の輪郭部分における階調の変化率との関係を表すデータは、例えば、実験により求めることが可能である。

制御装置５０は、比較部５４の比較結果を得て、画像処理装置５１が算出した階調の変化率が設定された許容値から外れていたことを条件に撮像装置４０のカメラ移動手段４０Ａを制御し、撮像装置４０と上基板１及び下基板２の相対間隔を予め記憶部５５に定めた設定量だけ変化させる。そして、制御装置５０は、上基板１と下基板２の位置検出用マーク６０、６１を撮像装置４０により再度撮像し、撮像したマーク６０、６１の階調の変化率を画像処理装置５１により再度算出する。

上下の基板１、２の位置検出用マーク６０、６１を撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に収める動作は、図１、図９に示すように、概略以下の手順となる。

上ステージ２１に上基板１が、下ステージ２２に下基板２がそれぞれ供給されて保持されると、上ステージ２１が設定された距離だけ下降して、下基板２に上基板１が上下方向に接近する。このとき、基板１、２の加工誤差に起因する基板１、２毎の板厚のばらつきや基板１、２に生じる反り等のために、マーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内から外れることがある。マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内から外れるパターンとしては、次の3つのパターンが考えられる。

(a)上基板１のマーク６０だけが焦点深度Ｌ内から外れる。

(b)下基板２のマーク６１だけが焦点深度Ｌ内から外れる。

(c)上基板１のマーク６０と下基板２のマーク６１が共に焦点深度Ｌ内から外れる。

上基板１のマーク６０と下基板２のマーク６１とは、形状が異なるので、予め登録されたそれぞれの基準マークパターン６０Ｋ、６１Ｋとパターンマッチング処理を行なうことで識別することができる。

そして、焦点深度Ｌ内から外れているか否かは、各マーク６０、６１の輪郭部分における階調の変化率を求め、この変化率が予め設定されている許容値内か否かによって判定する。

パターン(a)、(b)の場合、撮像装置４０を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させて、両マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内に入るように撮像装置４０の上下位置を調整する。

パターン(c)の場合、撮像装置４０の上下位置を調整して、マーク６０、６１を１つずつ焦点深度Ｌ内に入れる。そして、マーク６０、６１の位置を別々に検出して、それぞれのマーク６０、６１の位置情報から両マーク６０、６１の面方向の位置ずれを求める。

次に、上下の基板１、２のマーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内から外れているか否かを判定する手順を詳しく説明する。

撮像装置４０は基板１、２のマーク６０、６１をシルエット像として撮像する。撮像装置４０が基板１、２のマーク６０、６１の画像を撮像すると、その撮像画像は画像処理装置５１に送られる。

画像処理装置５１は以下の処理を行なう。手順は、次のＡ、Ｂ、Ｃの工程である。
（工程Ａ）；撮像視野Ｓ内において上基板１のマーク６０及び下基板２のマーク６１を見つけ、マーク６０、６１が、図３、図６に示すように、撮像視野Ｓのほぼ中央に来るように撮像装置４０の位置を調整する（上下の基板１、２を面方向に位置合わせするのではなく、２つのマーク６０、６１が現状の位置関係のままで撮像視野Ｓのほぼ中央に来るように撮像装置４０を面方向に移動する）。

即ち、パターンマッチング処理により、撮像視野Ｓ内における上基板１のマーク６０と下基板２のマーク６１の位置（各マーク６０、６１の中心位置）を確認する。基板１、２は透明なガラスや樹脂製で、撮像装置４０の反対側の光源２３から照明があてられているので、撮像装置４０の撮像視野Ｓ内には、ゴミ等の異物が基板１、２に付着していない限り、上基板のマーク６０と下基板２のマーク６１しか映らない。従って、画像中で上基板１のマーク６０の基準マークパターン６０Ｋとマッチング率が最も高いマークを上基板１のマーク６０と判断し、下基板２のマーク６１の基準マークパターン６１Ｋとマッチング率が最も高いマークを下基板２のマーク６１と判断することができる。

上下の基板１、２のマーク６０、６１の位置を求めたら、撮像装置４０の位置を水平方向に調整して、両方のマーク６０、６１が撮像視野Ｓのほぼ中央に来るようにし、この状態で撮像し直す。図３、図６の状態の場合、マーク６０、６１がもともと中央にあるので、このようなときには、撮像し直さなくても良い。

画像処理装置５１は、撮像装置４０の撮像画像を多階調（真っ黒から真っ白まで0から256の階調）の濃淡画像に変換する。変換された画像は図３、図６のようになる。図３は、マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内にあるときの画像で、マーク６０、６１はいずれも濃い黒色の階調で映っている。図６は、上基板１のマーク６０だけが焦点深度Ｌ内から外れているときの画像で、マーク６０は灰色の階調であり、外周と内周の各輪郭部分６０Ｂ（マーク６０と背景との境界部分）はぼやけて、輪郭部分６０Ｂの間の本体部分６０Ａより淡い灰色の階調で映っている。

（工程Ｂ）；上下の基板１、２のマーク６０、６１がそれぞれ焦点深度Ｌ内から外れているか否かを判定し、外れていたら焦点深度Ｌ内に入るように調整する。

即ち、図４、図７に示す如く、画像の中央を水平方向に横切るように設定されたスキャンライン６２に沿って画像を走査して、スキャンライン６２上の画素位置（横軸）と階調（縦軸）との関係を表すグラフを作成する。図４では、上下の基板のマーク６０、６１はいずれも焦点深度Ｌ内に入っており、上下の基板のマーク６０、６１の階調は約25の濃い灰色（ほぼ黒色）で、背景の階調は約225のごく淡い灰色（ほぼ白色）で映っている。これに対し、図７では、上基板のマーク６０だけが焦点深度Ｌ内から外れているので、枠状の本体部分６０Ａの階調は約125の灰色であり、本体部分６０Ａの両側の輪郭部分６０Ｂは、本体部６０Ａの灰色（階調約125）から背景と同色のごく淡い灰色（階調約225）に徐々に変化している。

尚、スキャンライン６２は複数設定しても良い。複数設定した場合には、複数のスキャンライン６２から得られた階調値の平均を取る等して画素位置と階調との関係を表すグラフを作成する。

次に、この画素位置と階調との関係を表すグラフから、図５、図８に示す如く、画素位置と階調の変化率との関係を表すグラフを作成する。

階調の変化率は、階調の変化の割合（階調の変化量／画素数）なので、隣り合う画素間の階調の差を階調の変化率とすることができる。また、連続した複数の画素間で平均を求めるようにしても良い。

次に、画素位置と階調の変化率との関係を表すグラフができたら、工程Ａで求めた上下のマーク６０、６１の位置情報からそれぞれのマーク６０、６１の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂ（マーク６０、６１と背景との境界部分で、マーク６０では４箇所、マーク６１では２箇所）の位置を求め、その位置付近、例えば、該位置を中央とした設定画素範囲から得られた階調の変化率それぞれが、図５、図８にそれぞれ符号Ａで示す許容値以上であるか否かを判定する。各マーク６０、６１について輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂにおける階調の変化率が、１つでも許容値Ａ以上であれば、そのマーク６０、６１は撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に存在すると判定し、全てが許容値Ａよりも小さければそのマーク６０、６１は焦点深度Ｌ内から外れていると判定する。

即ち、基板１、２は水平状態で保持されており、また、マーク６０、６１は基板１、２に比べて極めて微小な大きさであるので、スキャンライン６２に沿う方向におけるマーク６０、６１の両端部においては、高低差が殆んど生じない。そのため、スキャンライン６２に沿う方向において、マーク６０、６１の一方の端部が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入っていれば、他方の端部も焦点深度Ｌ内に入るはずである。従って、マーク６０、６１の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂから得られた複数の階調の変化率（マーク６０では４つ、マーク６１では２つ）のうち、１つ或いは幾つかが許容値Ａ以上で、他の階調の変化率が許容値Ａより小さい場合、それはマーク６０、６１が焦点深度Ｌ内から外れることは別の次のような原因によると考えられる。そこで、階調の変化率が１つでも許容値Ａ以上であれば、そのマーク６０、６１は焦点深度Ｌ内に存在すると判定できるのである。

例えば、マーク６０、６１が欠陥（欠けや変形、ゴミ等の異物の付着等）を有することにより、スキャンライン６２上の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂのうち１つの輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂの位置が上記設定画素範囲から外れてしまう場合である。この場合、マーク６０、６１の位置情報から求めた上記１つの輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂに対応する輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂの位置付近は、マーク６０、６１の本体部分、或いは、背景とほぼ同じ階調値となる。そのため、マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内に存在したとしても、階調の変化率は極めて小さく、許容値Ａより小さい値となる。

図５は、上下の基板１、２のマークの輪郭部分６０Ｂにおける階調の変化率がいずれも許容値Ａよりも大きく、いずれも焦点深度内に入っている状態を示している。これに対し、図８は、上基板１のマーク６０の輪郭部分６０Ｂにおける階調の変化率がいずれも許容値Ａよりも小さく、上基板１のマーク６０だけが焦点深度Ｌ内から外れている状態を示している。この判定で、上述のマーク６０、６１が焦点深度Ｌ内から外れるパターン(a)〜(c)のいずれに該当するかを知ることができるので、該当するパターンに応じて撮像装置４０の上下位置を調整する。図6はパターン(a)に該当する。

上基板１のマーク６０を撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入れる動作は次のようになる。
先ず、撮像装置４０を上方向に予め設定された距離だけ移動させる。基板１、２の上下関係は逆転しないので、パターン(a)のときは、図９に示す如く、上基板１のマーク６０は焦点深度Ｌ内から上側に外れている。撮像装置４０を上昇させれば、上基板１のマーク６０が焦点深度Ｌ内に入るはずであるので、設定された移動量ずつ移動させては、上述した階調の変化率を求めて、上下の基板１、２のマーク６０、６１が共に焦点深度Ｌ内に入るように調整する。好ましくは、両方のマーク６０、６１における階調の変化率がほぼ同じ値になるように調整する。

調整の途中で、下基板２のマーク６１が焦点深度Ｌ内から外れてしまう場合もある。この場合は(c)のパターンに該当するので、この時点で、上下の基板１、２のマーク６０、６１の位置を別々に検出する動作に切り替える。

尚、パターン(b)に該当したときには、まず、撮像装置４０を下方向に予め設定された距離だけ移動させる。それは、パターン(b)では、下基板２のマーク６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内から下方向に外れていると考えられるためである。

（工程Ｃ）；上下のマーク６０、６１間の面方向での位置ずれを求め、マーク６０、６１間の位置ずれが許容範囲内になるように調整する。

パターンマッチング処理により、上基板１のマーク６０と下基板２のマーク６１との面方向の位置ずれを検出する。パターンマッチング処理は、工程Ａによるものと同様である。ただ、工程Ｃの場合には、工程Ｂで既に上下の基板１、２のマーク６０、６１は撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入れられているので、工程Ａよりも高いマッチング率が得られる。位置ずれは上基板１のマーク６０の中心位置と下基板２のマーク６１の中心位置とのずれから求める。

マーク６０、６１間の位置ずれが求まったならば、基板貼り合わせ装置１０を統括制御する制御装置により下ステージ移動手段２２Ａを駆動してマーク６０、６１間の位置ずれをなくすように下ステージ２２を水平面内で移動させる。マーク６０、６１は基板１、２の四隅部分にあるが、基板１、２やマーク６０、６１には加工上の許容誤差があるので、必ずしも理想的な位置にあるとは限らない。そのため、全ての箇所において上下のマーク６０、６１を完全に一致させることは困難なことがある。従って、それぞれの箇所において、上下のマーク６０、６１の位置ずれが許容値内となるように位置合わせする。また、１回の位置補正で、それぞれの箇所において上下のマーク６０、６１の位置ずれが許容値内とならないときは、上下のマーク６０、６１の位置ずれが許容値内となるまで、位置補正を繰り返し行なう。この繰り返し回数にも上限値が設定されている。上限値に達したら位置合わせ不可能として、基板貼り合わせ装置１０はエラー停止する。

尚、上述の工程Ａにおいて、マッチング率に対して閾値を設定しておき、パターンマッチング処理のときに、マッチング率がこの閾値以下であったことを条件に、工程Ｂを行なうようにし、マッチング率が閾値以上の場合には、工程Ｂを行なわずに工程Ｃを行なうようにしても良い。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)基板検出装置２０は、撮像画像から上下の基板１、２の位置検出用マーク６０、６１の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂにおける階調の変化率を求め、階調の変化率に基づいて移動装置４０Ａを制御する。撮像画像中のマーク６０、６１は、そのマーク６０、６１が欠陥（欠けや変形、ゴミ等の異物の付着等）を有するものであっても、輪郭部分を有する。そして、その欠陥部分に対応する輪郭部分は、マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内にあれば鮮明に、焦点深度Ｌ内から外れていれば、図６に示すマーク６０の輪郭部分６０Ｂと同様に、ぼやけたものとなる。

従って、マーク６０、６１の欠陥部分がスキャンライン６２上に位置していた場合でも、輪郭部分における階調の変化率は、マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内にあれば、許容値Ａ以上となり、焦点深度Ｌから外れれば、許容値Ａ以下となる。

このように、階調の変化率はマーク６０、６１の欠陥の影響を受け難いので、基板１、２のマーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入っているか否かを確実に判定することができる。

その結果、マーク６０、６１を撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に確実に入れることができ、マーク６０、６１を確実に撮像することができる。

また、上述したように、基板１、２のマーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入っているか否かを確実に判定することができるので、マーク６０、６１が焦点深度Ｌ内から外れていると間違って判定してしまうようなことが防止されるので、マーク６０、６１の検出不能による基板貼り合わせ装置１０のエラー停止の増大を未然に防止して、生産性の低下を防止することができる。

また、少なくとも１つの階調の変化率が許容値Ａ以上であれば、そのマーク６０、６１は撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に存在すると判定するようにした。そのためマーク６０、６１の欠陥のために、マーク６０、６１の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂから得られた複数の階調の変化率のうち、幾つかの階調の変化率が許容値Ａより小さい値となったときでも、マーク６０、６１の欠陥の影響を受けることを防止して、基板１、２のマーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入っているか否かを確実に判定することができるので、マーク６０、６１を撮像装置４０で確実に撮像することができる。

(b)階調の変化率の許容値Ａを設定し、輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂにおける階調の変化率が許容値Ａ内となるように撮像装置４０と基板１、２との相対間隔を変化させる。その結果、撮像装置４０の焦点深度Ｌ内にマーク６０、６１を確実かつ効率的に入れることができる。

(c)基板検出装置１０は、撮像装置４０と基板１、２との相対間隔とそれに対応する階調の変化率との関係を表すデータを記憶することができる。そこで、撮像した撮像画像から求めた階調の変化率と記憶されたデータとから撮像装置４０と基板１、２との相対移動量を決定した場合には、基板１、２の位置検出用マーク６０、６１を撮像装置４０の焦点深度Ｌ内により確実かつ効率的に入れることができる。

(d)上基板１と下基板２とを位置合わせした状態で貼り合わせる基板貼り合わせ装置１０は、マーク６０、６１が撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入っているか否かを階調の変化率に基づいて判定する基板検出装置２０を有するので、基板１、２の貼り合わせにおける基板１、２の位置決め精度を向上させることができる。これにより貼り合わされた上下の基板１、２を用いて製造される液晶表示パネルの品質を向上させることができると共に、稼動率及び生産性を向上させることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、実施例では、カメラ移動手段４０Ａからなる移動装置が撮像装置４０を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させて、上下の基板のマーク６０、６１を撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に入れたが、上ステージ２１や下ステージ２２を上下方向に移動させて、撮像装置４０と基板１、２との上下方向の間隔の調整を行なっても良い。この場合には、上ステージ移動手段２１Ａや下ステージの移動手段２２Ａが移動装置となる。また、撮像装置４０、上ステージ２１、下ステージ２２の上下方向の移動を組み合わせて行なっても良い。

また、実施例では、パターン(a)、(b)とパターン(c)とで、マークを焦点深度内に入れる動作を分けたが、パターン(a)、(b)の場合もパターン(c)の動作、つまり、マークを片方ずつ焦点深度内に入れて、マークの位置検出を行なうようにしても良い。この場合、マークを撮像装置の焦点付近に位置付けると、位置検出精度がより向上すると考えられ好ましい。

焦点付近では階調の変化率が最大となるので、マークを焦点付近に位置付けるには、工程Ｂにおいて、許容値Ａ以上の階調の変化率が得られるまで繰り返し行なっていた調整を、最大の階調の変化率が得られるまで繰り返し行なうようにすれば良い。このとき、最大の階調の変化率に到達したか否かは、階調の変化率が増加から減少に転じた後でなくては判別することは困難である。そこで、得られた階調の変化率とそのときの撮像装置４０の高さ位置とを対応させて順次記憶させておき、最大の階調の変化率に到達した時点が判別できた後に、撮像装置をそのときの高さ位置に移動させるようにすれば良い。

また、実施例では、基板検出装置の画像処理装置で階調の変化率を求めたが、貼り合わせ装置を統括制御する制御装置が求めるようにしても良い。また、この制御装置が、基板検出装置の制御装置を兼ねても良い。

また、実施例では、位置検出用マークは、上基板に付した四角形の枠状のマークとその枠内に入る大きさで下基板に付した四角形のマークを使用したが、円形又は三角形の枠状のマークとその枠内に入る大きさの円形又は三角形のマークからなるものであっても良い。要するに、上下のマークが輪郭部分を有し、かつマークが上下で重なり合うことのない位置関係で付されているものであれば良い。従って、マークは上下の基板で、例えば、十字形等の同一形状のマークであっても良い。

また、マーク６０、６１が、撮像装置４０の焦点深度Ｌ内に存在すると判定する条件を、マーク６０、６１の輪郭部分６０Ｂ、６１Ｂから得られた複数の階調の変化率のうち、１つでも許容値Ａ以上であることとしたが、複数の階調の変化率全てが許容値Ａ以上であることを条件としても良い。また、複数の階調の変化率の平均値が、許容値Ａ以上であることを条件としても良い。

また、撮像装置４０の撮像画像を256階調に変換するものとしたが、これより多い階調に変換するものであっても、少ない階調に変換するものであっても良い。要は、変換した多階調の画像から、マークの輪郭部分における階調の変化率を求めることができれば良い。

また、位置検出用マークを基板の表面に設けたものとしたが、基板内に埋め込むものでも良い。

また、基板は、液晶表示パネルの製造に用いられるものとしたが、プラズマディスプレーパネルや有機ＥＬパネル等の製造に用いられるものであっても良く、要するに、位置合わせが必要な基板であれば良い。

尚、階調情報として、階調の変化率を用いたが、階調そのものを用いても良い。
例えば、四角形のマークの角部における階調値と許容値とを比較して、階調値が許容値内か否かによって、マークが撮像装置の焦点深度内にあるか否かを判別する。

図３、図６を借りて説明すれば次のとおりである。
まず、各マーク６０、６１について、その中心位置を基準として少なくとも１つの角部の位置情報をそれぞれ記憶させておく。この例では、いずれのマーク６０、６１についても、図示右上の角部１つの位置情報を記憶させるものとする。

そして、上述の実施例における工程Ａと同様にして、それぞれのマーク６０、６１の中心位置を求めたならば、その位置からそれぞれのマーク６０、６１の角部の位置を求め、その角部の位置において画像の階調値を検出する。尚、角部の位置を中心とした予め設定した画素範囲における階調値の平均値を角部の階調値として検出しても良い。

検出した階調値が許容値以上であれば、マーク６０、６１は撮像装置の焦点深度内にあり、許容値以下であれば焦点深度から外れていると判断する。

図３のような場合、いずれのマーク６０、６１においても角部を含む輪郭部分の画像は鮮明であり、階調値は許容値以上となるから、マーク６０、６１は焦点深度内にあると判断される。

図６のような場合、マーク６１の角部を含む輪郭部分は鮮明であるが、マーク６０の角部を含む輪郭部分はぼやけている。そのため、マーク６１は、焦点深度内にあると判断されるが、マーク６０は焦点深度内から外れていると判断される。

このように、階調を用いた場合でも、マーク６０、６１が焦点深度内にあるか否かを確実に判別できるので、上述の実施例と同様の効果が得られる。

図１は基板貼り合わせ装置を示す模式図である。 図２は基板制御装置の制御ブロック図である。 図３は上下の基板のマークがそれぞれ焦点深度内にあるときの画像（撮像画像を256階調に変換した画像）を示す模式図である。 図４は図３のスキャンライン上の画素位置と階調との関係を表すグラフである。 図５は図４のグラフから作成した画素位置と階調の変化率との関係を表すグラフである。 図６は上基板のマークだけが焦点深度から外れているときの画像（撮像画像を256階調に変換した画像）を示す模式図である。 図７は図６のスキャンライン上の画素位置と階調との関係を表すグラフである。 図８は図７のグラフから作成した画素位置と階調の変化率との関係を表すグラフである。 図９は上下の基板のマークを焦点深度内に入れる動作を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 上基板
２ 下基板
１０ 基板貼り合わせ装置
２０ 基板検出装置
２１ 上ステージ
２２ 下ステージ
４０ 撮像装置
４０Ａ カメラ移動手段（移動装置）
５０ 制御装置
５１ 画像処理装置（階調の変化率を求める手段）
５３ 設定部
５５ 記憶部
６０ 上基板の位置検出用マーク
６１ 下基板の位置検出用マーク
６０Ｂ 輪郭部分
６１Ｂ 輪郭部分

Claims (10)

1. 基板の位置を検出する基板検出装置において、
   該基板に設けた位置検出用マークを撮像する撮像装置と、
   前記基板と前記撮像装置との相対間隔を該基板の表面に直交する方向において変化させる移動装置と、
   前記撮像装置にて撮像した撮像画像から前記マークの輪郭部分における階調情報を求める手段と、
   該階調情報に基づいて前記移動装置を制御して、前記基板と前記撮像装置との相対間隔を調整する制御装置と、を備えたことを特徴とする基板検出装置。
2. 基板の位置を検出する基板検出装置において、
   該基板に設けた位置検出用マークを撮像する撮像装置と、
   前記基板と前記撮像装置との相対間隔を該基板の表面に直交する方向において変化させる移動装置と、
   前記撮像装置にて撮像した撮像画像から前記マークの輪郭部分における階調の変化率を求める手段と、
   該階調の変化率に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする基板検出装置。
3. 前記階調の変化率の許容値を設定する設定部を有し、
   前記制御装置は、前記輪郭部分における階調の変化率が該許容値内となるように前記撮像装置と基板との相対間隔を変化させる請求項２の基板検出装置。
4. 前記撮像装置と基板との相対間隔と前記マークの輪郭部分における階調の変化率との関係を表すデータを記憶する記憶部を有し、
   前記撮像画像から求めた階調の変化率と該記憶されたデータとから該撮像装置と基板との相対移動量を決定する請求項２の基板検出装置。
5. 上基板を保持する上ステージと下基板を保持する下ステージとを有し、上基板と下基板とを位置合わせした状態で貼り合わせる基板貼り合わせ装置において、前記請求項１〜４のいずれかに記載の基板検出装置を有する基板貼り合わせ装置。
6. 基板の位置を検出する基板検出方法において、
   該基板に設けた位置検出用マークを撮像装置を用いて撮像し、
   該撮像した撮像画像から該マークの輪郭部分における階調情報を求め、
   該階調情報に基づいて、前記基板と前記撮像装置との相対間隔を該基板の表面に直交する方向において変化させることにより、該マークを前記撮像装置の焦点深度内に入れることを特徴とする基板検出方法。
7. 基板の位置を検出する基板検出方法において、
   該基板に設けた位置検出用マークを撮像装置を用いて撮像し、
   該撮像した撮像画像から該マークの輪郭部分における階調の変化率を求め、
   該階調の変化率に基づいて、前記基板と前記撮像装置との相対間隔を該基板の表面に直交する方向において変化させることにより、該マークを前記撮像装置の焦点深度内に入れることを特徴とする基板検出方法。
8. 前記階調の変化率の許容値を設定し、前記輪郭部分における階調の変化率が該許容値内となるように前記撮像装置と基板との相対間隔を変化させる請求項７の基板検出方法。
9. 前記撮像装置と基板との相対間隔と前記マークの輪郭部分における階調の変化率との関係を表すデータを記憶しておき、撮像画像から求めた階調の変化率と該記憶されたデータとから前記撮像装置と基板との該基板の表面に直交する方向における相対移動量を決定する請求項７の基板検出方法。
10. 上ステージに上基板を保持するとともに下ステージに下基板を保持し、上基板と下基板とを位置合わせした状態で貼り合わせる基板貼り合わせ方法において、前記請求項６〜９のいずれかに記載の基板検出方法を用いた基板貼り合わせ方法。

Images