JPH0792696A - 画像認識自動アライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型サイズの光学パネル基板に適した画像認
識自動アライメント方法の高精度化を図る。 【構成】 第１手順において、倍率切換可能なカメラの
下に配置された可動テーブルの上に、予め微アライメン
トマーク１及びこれを囲む粗アライメントマーク２が一
体的に刻印された基板Ａを載置する。第２手順におい
て、可動テーブルを移動しプリアライメントを行なうと
ともに、カメラを低倍率側にセットして粗アライメント
マーク２を低倍率画像認識視野４に写し出す。第３手順
において、写し出された粗アライメントマーク２を画像
認識して自動的に基板Ａの粗調アライメントを行なう。
第４手順において、カメラを高倍率側に切り換え微アラ
イメントマーク１を高倍率画像認識視野５に写し出す。
最後に第５手順において、写し出された微アライメント
マーク１を画像認識して自動的に基板Ａの微調アライメ
ントを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像認識を用いた基板の
自動アライメント方法に関する。より詳しくは、画像認
識視野の拡大倍率を切り換えて粗調アライメント及び微
調アライメントを行なう技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像認識を用いた自動アライメント方法
は、光学パネルの組み立て等に利用されている。本発明
の背景を明らかにする為、図８を参照して光学パネルの
一例であるアクティブマトリクス液晶パネルを簡潔に説
明する。このパネルは一対の基板Ａ，Ｂを所定の間隙を
介して互いに接合し、間隙内に液晶を保持した構成を有
している。（Ａ）に示す様に、基板Ａは有効画面領域１
０１と周辺領域１０２とを有している。有効画面領域１
０１にはマトリクス状に配列した画素電極と薄膜トラン
ジスタ等からなるスイッチング素子が集積的に形成され
ている。又、周辺領域１０２には駆動回路等が集積的に
形成されている。さらに、周辺領域１０２の所定箇所に
はアライメントマーク１０３が刻印されている。なお基
板Ａの一端部には外部接続用の引き出し電極１０４が形
成されている。

【０００３】（Ｂ）に示す様に、他方の基板Ｂも有効画
面領域１０５と周辺領域１０６とを有している。有効画
面領域１０５にはＲＧＢ三原色セグメントに分割された
カラーフィルタ及び対向電極が形成されている。又周辺
領域１０６にはアライメントマーク１０７が刻印されて
いる。一方の有効画面領域１０１に形成された画素電極
と、他方の有効画面領域１０５に形成されたＲＧＢ三原
色セグメントを精密に整合して両基板Ａ，Ｂを貼り合わ
せアクティブマトリクス液晶パネルが構成される。

【０００４】図９の（Ａ）は一方の基板Ａの周辺領域１
０２に設けられたアライメントマーク１０３の一例を表
わしている。ここではアライメントマーク１０３は矩形
の枠パタンからなる。これに対して（Ｂ）は他方の基板
Ｂの周辺領域１０６に形成されたアライメントマーク１
０７の一例を表わしている。ここではアライメントマー
ク１０７は矩形のベタパタンからなる。

【０００５】図１０は一対の基板Ａ，Ｂを互いにアライ
メントして重ね合わせた状態を表わしている。このアラ
イメントは両アライメントマーク１０３，１０７を画像
認識して自動的に行なう。この結果、基板Ａの有効画面
領域１０１と基板Ｂの有効画面領域１０５は互いに精密
に整合し、画素電極とＲＧＢ三原色セグメントの相対的
な位置合わせが実現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す様に、一
対の基板を画像認識により自動的に位置合わせする場
合、共通の画像認識視野１０８に両方のアライメントマ
ーク１０３，１０７を写し出し同一光軸上でアライメン
トする方式（オンアクシス方式）が採用されている。こ
のオンアクシス方式では、画像認識視野１０８内に両ア
ライメントマーク１０３，１０７を同時に写し出す必要
がある。例えばサブμｍオーダーの高精度位置決めを行
なう場合、画像認識視野１０８の拡大倍率が大きくな
り、カメラの撮像領域が微小化する。この為、両アライ
メントマーク１０３，１０７を画像認識視野１０８内に
追い込む事が困難になる。一般に、この追い込みは基板
が載置されるテーブルを機械的に移動するプリアライメ
ントにより行なわれる。しかしながら、サブμｍオーダ
ーの高精度位置決めを行なう場合、プリアライメント用
の機械駆動系の分解能が粗く、且つ基板の公差が比較的
大きい為高倍率画像認識視野内にアライメントマークを
追い込む事は極めて困難である。

【０００７】そこで、従来から画像認識視野の拡大倍率
を切り換え粗調と微調の２段階に分けて、オンアクシス
方式の自動アライメントを行なう方法が提案されてい
る。図１２の（１）に示す様に、粗調段階では画像認識
視野１０８の拡大倍率を低く抑え、撮像範囲を広くとっ
ている。従って、機械的なプリアライメントにより両方
のアライメントマーク１０３，１０７を視野内に写し出
す事が可能である。この状態で粗調アライメントを実行
した後、（２）に示す様に画像認識視野１０８の拡大倍
率を高くする。続いて、拡大的に写し出された一対のア
ライメントマーク１０３，１０７を画像認識し微調アラ
イメントを行なう。しかしながら、（１）に示す粗調段
階では、画像認識視野の拡大倍率が低い為、各アライメ
ントマーク１０３，１０７は比較的微小な状態で写し出
される。従って、背景や照明その他の影響を受け、アラ
イメントマーク１０３，１０７の精密な画像認識が困難
になるという問題点がある。

【０００８】図１３は粗調／微調２段切換方式の他の従
来例を表わしている。この例では、基板Ａ側に粗調用の
アライメントマーク１０３ｃと微調用のアライメントマ
ーク１０３ｆが夫々別個に設けられている。同様に基板
Ｂ側にも粗調用のアライメントマーク１０７ｃと微調用
のアライメントマーク１０７ｆが夫々別個に設けられて
いる。これに応じて撮像装置側も２本の対物鏡筒を備え
ている。粗調段階では低倍率の対物鏡筒を用いて一対の
粗調用アライメントマーク１０３ｃ，１０７ｃを撮像し
画像認識処理を行なう。微調段階では高倍率の他の対物
鏡筒を用いて一対の微調用アライメントマーク１０３
ｆ，１０７ｆを撮像し所定の画像認識処理を行なうもの
である。しかしながら、基板寸法が小さい場合、対物鏡
筒を複数個設ける事は機構上困難である事が多い。又別
個の粗調用アライメントマーク及び微調用アライメント
マークを同一基板上に設ける事は寸法上及び機能上困難
である事が多い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は簡略化された光学系構成及びアライ
メントマーク構成により粗調／微調２段階アライメント
を可能にする事を目的とする。かかる目的を達成する為
に以下の手段を講じた。即ち本発明にかかる画像認識自
動アライメント方法は以下の手順により実行される。先
ず第１手順において、倍率切換可能なカメラの下に配置
された可動テーブルの上に、予め微アライメントマーク
及びこれを囲む粗アライメントマークが刻印された基板
を載置する。第２手順において、該可動テーブルを移動
しプリアライメントを行なうとともに該カメラを低倍率
側にセットして該粗アライメントマークを低倍率画像認
識視野に写し出す。続いて第３手順において、写し出さ
れた粗アライメントマークを画像認識して自動的に該基
板の粗調アライメントを行なう。さらに第４手順におい
て、カメラを高倍率側に切り換え該微アライトメンマー
クを高倍率画像認識視野に写し出す。最後に第５手順に
おいて、写し出された微アライメントマークを画像認識
して自動的に該基板の微調アライメントを行なう。かか
る画像認識自動アライメント方法は、光学パネル等を構
成する一対の基板の相対的位置合わせに利用できる。こ
の場合には、粗アライメントマーク及び微アライメント
マークが刻印された一方の基板を、別のアライメントマ
ークが刻印された他方の基板に対して相対的にアライメ
ントする。あるいは、１枚の基板の位置合わせ作業にも
利用できる。この場合には、予め設定された基準位置に
対して、粗アライメントマーク及び微アライメントマー
クが刻印された単独の基板を絶対的にアライメントする
事になる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、アライメント対象ワークとな
る基板の上に、予め微アライメントマーク及び粗アライ
メントマークが刻印されている。粗アライメントマーク
は微アライメントマークと同一形状の枠を外側に配置し
た単純なものであり、余分な刻印スペースを要しない。
又、微アライメントマーク及び粗アライメントマークと
もに容易にその中心位置を認識できるものである。一
方、撮像用のカメラは倍率切換可能な対物鏡筒を備えて
おり、切換操作により粗調用及び微調用の画像認識視野
を適宜写し出す事が可能である。従って、基板寸法が小
さい場合でも対物鏡筒の配置に問題はない。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる画像認識自動ア
ライメント方法の概要を表わした説明図である。本例で
は一対の基板Ａ，Ｂをオンアクシス方式で相対的に位置
合わせする場合を表わしている。（Ａ）に示す様に、一
方の基板Ａには予め微アライメントマーク１及び粗アラ
イメントマーク２が刻印されている。粗アライメントマ
ーク２は微アライメントマーク１と同一形状の枠を外側
に配置しただけのものであり、容易にその中心を認識で
きる様にしている。本例では、微アライメントマーク１
及び粗アライメントマーク２はともに矩形形状を有して
いる。

【００１２】（Ｂ）に示す様に、他方の基板Ｂには上述
した微アライメントマーク１に対応するアライメントマ
ーク３が刻印されている。この対応アライメントマーク
３は微アライメントマーク１よりも一回りサイズの小さ
い矩形パタンからなる。

【００１３】かかる構成において、先ず最初に倍率切換
可能なカメラの下に配置された可動テーブルの上に基板
Ａを載置する。同時に他方の基板Ｂも基板Ａに重ねてセ
ットする。但し基板Ａと基板Ｂは相対的に移動可能であ
る。次に（Ｃ）に示す様に、可動テーブルを移動し機械
的なプリアライメントを行なうとともに、カメラを低倍
率側にセットして粗アライメントマーク２を低倍率画像
認識視野４に写し出す。この時粗アライメントマーク２
の寸法がプリアライメント精度に応じて設定されてお
り、基板Ｂ側に刻印された対応アライメントマーク３が
枠内に収まる様になっている。従って、微アライメント
マーク１及び対応アライメントマーク３は粗アライメン
トマーク２によって規定されるウィンドウ内に写し出さ
れる事になる。

【００１４】次に（Ｄ）に示す様に、写し出されたアラ
イメントマークを画像認識して、自動的に基板Ａと基板
Ｂの相対的な粗調アライメントを行なう。この結果、基
板Ａの微アライメントマーク１内に、基板Ｂ側の対応ア
ライメントマーク３が収まる様になる。この際画像認識
処理は粗アライメントマーク２をウィンドウとしてその
内部に限定して行なう事が可能である。

【００１５】最後に（Ｅ）に示す様に、カメラを高倍率
側に切り換え微アライメントマーク１及び対応アライメ
ントマーク３を高倍率画像認識視野５に写し出す。続い
て写し出された微アライメントマーク１及び対応アライ
メントマーク３を画像認識して自動的に両基板Ａ，Ｂの
相対的な微調アライメントを行なう。

【００１６】図２は、上述した画像認識自動アライメン
ト方法を実施する為に用いられる自動アライメント装置
の一例を示す模式的な斜視図である。この自動アライメ
ント装置は可動テーブル１１を備えており、ｘ軸、ｙ
軸、ｚ軸方向に移動可能である。又、ｚ軸を中心にして
水平回転可能である。この可動テーブル１１には吸着機
構が組み込まれており、アライメント対象ワークとなる
一方の基板Ａを固定配置できる様になっている。可動テ
ーブル１１の上には固定ステージ１２が配置しており、
吸着機構により他方の基板Ｂをセッティングする。又固
定ステージ１２には基板Ａ，Ｂに刻印されたアライメン
トマークを透視する為の一対の開口１３が形成されてい
る。固定ステージ１２の上にはカメラブロック１４が組
み込まれており、撮像装置として双対物双眼式顕微鏡カ
メラ１５を搭載している。カメラブロック１４はｘ軸、
ｙ軸、ｚ軸方向に移動可能であるとともに、ｚ軸を中心
にして回転可能である。

【００１７】図３は双対物双眼式顕微鏡カメラの内部構
成を示す部分破断図である。図示する様に、双対物双眼
式顕微鏡カメラ１５は倍率切換可能な構造を有してお
り、低倍率撮像用のＣＣＤ１と高倍率撮像用のＣＣＤ２
とを備えている。

【００１８】引き続き図１，図２及び図３を参照して画
像認識アルゴリズムの具体例を詳細に説明する。先ず最
初に図１の（Ｃ）に示す様に、低倍率画像認識視野４に
写し出された粗アライメントマーク２を認識する。この
場合、低倍率画像認識視野４を切断する様に水平方向及
び垂直方向に沿って黒色画素をサーチする事により粗ア
ライメントマーク２の矩形パタンを構成する４個の頂点
を検出できる。これにより、矩形パタンの中心も算出可
能となり、微アライメントマーク１の位置も特定でき
る。さらに、認識された粗アライメントマーク２の矩形
パタンをウィンドウに見立てて内部の黒色画素の重心を
求めれば、対応アライメントマーク３の中心位置を近似
的に求められる。仮に、低倍率画像認識視野４において
微アライメントマーク１及び対応アライメントマーク３
の寸法が視野面積に比べ異常に小さい場合全画面の中か
らこれらのアライメントマークを抽出する事は、背景や
照明等の条件を考慮すると困難な場合もある。そこで本
発明では粗アライメントマーク２をウィンドウに見立て
て画像認識範囲を限定し対応アライメントマーク３の近
似的な認識を容易にしている事がポイントとなる。次に
図１の（Ｄ）に示す様に、上述した認識結果に基き可動
テーブル１１及びカメラブロック１４を移動させ、低倍
率画像認識視野４の中央部に微アライメントマーク１及
び対応アライメントマーク３を配置させる。最後に図１
の（Ｅ）に示す様にカメラ１５を高倍率側に切り換えて
高倍率画像認識視野５に微アライメントマーク１及び対
応アライメントマーク３を写し出す。ここで再度微アラ
イメントマーク１及び対応アライメントマーク３の中心
座標を画像認識により求め、両者が一致する様に可動テ
ーブル１１を移動する。以上により、基板Ａと基板Ｂの
高精度な位置合わせが達成される。

【００１９】図４は粗アライメントマークの他の例を表
わしており、低倍率画像認識視野４に写し出された状態
を示している。本例では、粗アライメントマーク２は基
板Ａの遮光領域に開口した窓枠パタンからなる。この窓
枠パタン２の中心を画像認識する場合、低倍率画像認識
視野の全画面に対して白色画素の重心を求めれば良い。
又窓枠パタンの中心に配置された微アライメントマーク
１は先の例と同様に矩形である。同様に対応アライメン
トマーク３も矩形形状を有している。これら微アライメ
ントマーク１及び対応アライメントマーク３の寸法は最
終要求精度を満足する様に設定される。これに対して、
粗アライメントマーク２の寸法は、基板公差及び機械式
チャック精度を考慮し、機械的なプリアライメント後必
ず粗アライメントマーク２の開口内に対応アライメント
マーク３が存在する様に設定されている。例えば、一対
の基板Ａ，Ｂの相対的なアライメント要求精度を±１．
５μｍに設定した場合を考える。この時、５００×５０
０個のピクセルを有するＣＣＤカメラを用いた場合、画
像認識処理の分解能を０．３μｍ／ピクセルとすると、
最終の高倍率画像認識視野に含まれる撮像範囲は１５０
μｍ角となる。従って、微アライメントマーク１の寸法
を例えば１００μｍ角とし線幅を５μｍとすれば良い。
又、対応アライメントマーク３の寸法を５０μｍ角とす
れば良い。一方粗アライメントマーク２については基板
寸法公差等を考慮して５００μｍ角に設定する。一般
に、機械的なプリアライメントの精度は１００μｍオー
ダーであるので、この粗アライメントマーク２内に対応
アライメントマーク３を追い込む事は容易である。

【００２０】本発明にかかる画像認識自動アライメント
方法は一対の基板の相対的な位置合わせのみならず、単
一基板の位置決めにも適用可能である。図５はその場合
に用いられるアライメントマークの例を表わしている。
（１）は単一の基板の遮光領域に矩形窓枠パタンの粗ア
ライメントマーク３１と、同じく矩形ベタパタンの微ア
ライメントマーク３２が形成されている。（２）の例で
は粗アライメントマーク３１は円形開口パタンを有し、
微アライメントマーク３２は同じく円形ベタパタンとな
っている。（３）に示す例では、粗アライメントマーク
３１は十字型の開口パタンを有しており、粗アライメン
トマーク３２も同じく十字型のベタパタンを有してい
る。なお、場合によっては遮光領域がない場合等、粗ア
ライメントマーク３１と微アライメントマーク３２の白
黒反転を行なっても良い。

【００２１】最後に図６及び図７を参照して単一基板の
自動アライメントにおける画像認識アルゴリズムの例を
説明する。なお理解を容易にする為図６及び図７におい
て（１），（２），（３）は夫々図５の（１），
（２），（３）に対応している。最初に図６に示す様
に、低倍率画像認識視野３３に写し出された粗アライメ
ントマーク３１の中心位置を求める。即ち低倍率画像認
識視野３３の画面に含まれる白画素全体の重心を演算す
れば良い。本例では演算された重心位置を固定光学軸に
一致させる事により粗調アライメントが行なわれる。

【００２２】次に図７に示す様に、撮像用のカメラを高
倍率側に切り換え、高倍率画像認識視野３４内に微調ア
ライメントマーク３２を写し出す。この画面内で黒画素
全体の重心を求める。これにより微アライメントマーク
３２の中心位置を特定できる。この中心位置を固定光学
軸と一致させる様に微調アライメントを行なう。以上に
より、機械的なプリアライメントだけでは微アライメン
トマーク３２を高倍率画像認識視野３４内に写し出す事
が困難な場合でも、微アライメントマーク及び粗アライ
メントマークの組み合わせと低倍率／高倍率切換可能な
カメラを採用する事により、容易に高精度位置決めが可
能になる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、基
板に対して微アライメントマーク及び粗アライメントマ
ークを合体したパタンで刻印するとともに、撮像倍率切
り換えの可能なカメラを用いる事により、高精度な画像
認識自動アライメントを可能にしている。従って、ワー
ク寸法が小さい基板であっても十分に撮像用カメラを配
置する事が可能であるという効果がある。又合体した微
アライメントマーク及び粗アライメントマークは単純な
パタンで良く画像認識アルゴリズムが単純化されるとと
もに、マークの刻印スペースを縮小化できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像認識自動アライメント方法
の概要を示す模式図である。

【図２】本発明にかかる画像認識自動アライメント方法
の実施に採用される自動アライメント装置の一例を示す
模式的な分解斜視図である。

【図３】図２に示した自動アライメント装置に組み込ま
れる倍率切換可能なカメラの一例を示す模式図である。

【図４】本発明にかかる画像認識自動アライメント方法
に採用されるアライメントマークのパタン例を示す平面
図である。

【図５】本発明にかかる画像認識自動アライメント方法
に採用されるアライメントマークの他のパタン例を示す
模式的な平面図である。

【図６】図５に示したアライメントマークの画像認識ア
ルゴリズムを説明する為の模式図である。

【図７】同じく画像認識アルゴリズムを説明する為の模
式図である。

【図８】画像認識自動アライメントの対象となる光学パ
ネルの一例を示す平面図である。

【図９】図８に示した光学パネルの各基板に刻印される
アライメントマークの従来例を示す部分平面図である。

【図１０】従来の画像認識自動アライメント方法の説明
図である。

【図１１】従来の画像認識自動アライメント方法の課題
説明図である。

【図１２】同じく従来の画像認識自動アライメント方法
の課題説明図である。

【図１３】同じく従来の画像認識自動アライメント方法
の課題説明図である。

【符号の説明】

１ 微アライメントマーク ２ 粗アライメントマーク ３ 対応アライメントマーク ４ 低倍率画像認識視野 ５ 高倍率画像認識視野 １１ 可動テーブル １２ 固定ステージ １４ カメラブロック １５ 双対物双眼式顕微鏡カメラ Ａ 基板 Ｂ 基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 倍率切換可能なカメラの下に配置された
   可動テーブルの上に、予め微アライメントマーク及びこ
   れを囲む粗アライメントマークが刻印された基板を載置
   する第１手順と、 該可動テーブルを移動しプリアライメントを行なうとと
   もにカメラを低倍率側にセットして該粗アライメントマ
   ークを低倍率画像認識視野に写し出す第２手順と、 写し出された粗アライメントマークを画像認識して自動
   的に該基板の粗調アライメントを行なう第３手順と、 カメラを高倍率側に切り換え該微アライメントマークを
   高倍率画像認識視野に写し出す第４手順と、 写し出された微アライメントマークを画像認識して自動
   的に該基板の微調アライメントを行なう第５手順とを行
   なう事を特徴とする画像認識自動アライメント方法。
2. 【請求項２】 該粗アライメントマーク及び微アライメ
   ントマークが刻印された単独の基板を、予め設定された
   基準位置に対して絶対的にアライメントする事を特徴と
   する請求項１記載の画像認識自動アライメント方法。
3. 【請求項３】 該粗アライメントマーク及び微アライメ
   ントマークが刻印された一方の基板を、別のアライメン
   トマークが刻印された他方の基板に対して相対的にアラ
   イメントする事を特徴とする請求項１記載の画像認識自
   動アライメント方法。
4. 【請求項４】 微アライメントマークとこれを囲む粗ア
   ライメントマークが刻印されている事を特徴とする光学
   パネル用基板。
5. 【請求項５】 前記粗アライメントマークは遮光領域に
   開口した窓枠パタンからなる事を特徴とする請求項４記
   載の光学パネル用基板。