JP2007085912A - 位置測定方法及び位置測定装置並びに位置測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 基板１２上の測定対象箇所の位置を測定する際に、カメラＡ〜Ｃの移動量誤差及びカメラＡ〜Ｃの姿勢変動によるカメラＡ〜Ｃの視野位置の誤差が位置測定結果に及ばないようにする。
【解決手段】 基板１２上の測定対象箇所をカメラＡ〜Ｃで撮像し、カメラＡ〜Ｃを前記撮像をしたときのまま動かさずにテーブル５だけをｙ方向に移動させて基板１２上の基準スケール１３をカメラＡ〜Ｃで撮像し、前記移動におけるテーブル５の移動量をリニアエンコーダにより測定し、得られた測定対象箇所の画像及び基準スケール１３の画像並びにテーブル５の移動量を用いて測定対象箇所の位置を求めるようにしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶パネル用のガラス基板などの基板に対し、基板上の測定対象箇所の位置を測定するための方法及び装置並びにそれを用いた位置測定システムに関する。

基板の製作寸法精度を検査するために、基台や移動テーブルの上に基板等の測定対象物を戴置し、測定対象物に対して相対的に移動可能なカメラで測定対象物を撮像し、撮像した画像を処理して測定対象箇所の位置を求めることが行われている。例えば、特許文献１には、固定ステージに測定対象物を戴置し、１方向に移動するステージに搭載したカメラで測定対象物を撮像することが記載されている。
特開２００３−２８６１１

基台上のテーブルの移動量については、精密に測定したり制御したりするのが比較的容易であるのに対し、テーブル上の測定対象物を上方から撮像するカメラの視野位置については、カメラの移動に伴って比較的大きな誤差が発生する。この視野位置の誤差には、カメラの移動量自体の誤差によるものと、カメラの姿勢が変化することによるものとがある。カメラの姿勢が変化することによる視野位置の誤差は、カメラの姿勢の変化に伴ってカメラの光軸方向が変化し、その結果計測対象物上の視野の位置が変化することによって発生する。

カメラの視野位置の誤差を機械的な精度によって十分小さくすることは難しい。特に、カメラの姿勢が変化することによる誤差は、わずかなカメラの傾きに対しても敏感に生じるため、誤差を十分小さくすることは非常に難しい。例えば、カメラと計測対象物との間の距離が２００ｍｍであるとすると、カメラの傾きが１／１０００度生じるだけで、計測対象物上における視野の位置の変動は３．５μｍの大きさとなる。カメラを移動させるたびにこの程度のカメラ姿勢の変動は避けがたく発生するが、この誤差は、液晶パネルのガラス基板を検査するときのような高精度の測定が要求されるときには許容できないものである。

本発明は、基板上の測定対象箇所の位置を測定する際に、カメラの移動量誤差及びカメラの姿勢変動によるカメラの視野位置の誤差が位置測定結果に及ばないようにすることを目的とする。

（１）この発明の位置測定方法は、基台と、前記基台の上で第１の方向に移動するテーブルと、前記テーブルの移動量を測定する移動量測定器と、前記基台に固定された架台と、前記架台に備えられ第１の方向と直交する第２の方向を可動方向とするカメラ移動機構と、前記カメラ移動機構に支持されて前記基台の上方で第２の方向に移動するカメラと、前記テーブルの移動方向に垂直な方向に沿ってテーブル上に備えられ前記カメラで撮像されたときにカメラの視野の位置についての情報を撮像された画像の中に与える基準スケールとを備えた位置測定装置を準備し、
前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、前記基板上の測定対象箇所及び基準スケールのいずれか一方を前記カメラで撮像し、前記カメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルだけを移動させて前記基板上の測定対象箇所及び基準スケールの他方を前記カメラで撮像し、前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、得られた測定対象箇所の画像及び基準スケールの画像並びにテーブルの移動量を用いて測定対象箇所の位置を求めるものである。

「移動量測定器」は、例えば、リニアエンコーダのようにテーブルの移動量を直接測定するものに限らず、テーブルの移動量の指令値から移動量を取得するような間接的にテーブルの移動量を測定するものであってもよい。

「架台」は、該架台に備えられるカメラ移動機構に支持されたカメラが、テーブル上に載置された基板や基準スケールを、上方から撮像できるように、基台上に、テーブルの移動領域を跨ぐように架設されるのが好ましい。

カメラは、第２の方向を可動方向するカメラ移動機構に支持されて前記第２の方向に移動するので、カメラ移動機構を動かすことによって、カメラを第２の方向に移動させることができる一方、カメラ移動機構を動かさないときには、カメラは移動せず、そのままである。

基準スケールは、テーブル上に備えられるので、この基準スケールを撮像したときのカメラの画像中に与えられるカメラの視野の位置の情報は、テーブルの位置を基準とした情報となる。この基準スケールは、前記テーブルの移動方向に垂直な方向に沿って、すなわち、カメラの移動方向である前記第２の方向に沿って備えられるので、カメラの移動方向の各移動位置において、この基準スケールを撮像することにより、視野の位置の情報を得ることができる。この基準スケールは、前記第１方向および前記第２の方向についての視野の位置の情報を与えるものであるのが好ましい。また、この基準スケールは、前記第１の方向および前記第２の方向の情報を与えるパターンを有するのが好ましく、前記パターンには、該パターンの前記両方向の座標値を与える情報を付加してもよい。

この発明の位置測定方法においては３種類の情報が利用される。利用される第１の情報は、基準スケールの画像である。この画像により基準スケール撮像時のカメラの視野の位置を求めることができる。この視野の位置は、基準スケール撮像時の基準スケールの位置、すなわちそのときのテーブルの位置を基準とした位置である。カメラの移動量の誤差とカメラの姿勢の変動とによって視野の位置に誤差が生じるのであるが、そのような視野の位置の誤差があっても、撮像した基準スケールの画像から求めた視野の位置を利用することにより、視野の位置の誤差が位置測定結果へ影響することがなくなる。

利用される第２の情報は、基準スケール撮像時と測定対象箇所撮像時との間のテーブルの移動量である。第１の情報及び第２の情報を用いると、基準スケール撮像時のテーブルの位置を基準とした測定対象箇所撮像時の視野の位置を求めることができる。

利用される第３の情報は、測定対象箇所の画像である。この画像により測定対象箇所撮像時のカメラの視野を基準とした測定対象箇所の位置を求めることができる。したがって、すべての情報を用いると、基準スケール撮像時のテーブルの位置を基準とした測定対象箇所の位置を求めることができる。テーブルの移動量を測定する際にテーブルと基台との間の相対位置関係が判明するのであれば、この発明の位置測定方法により基台を基準とした測定対象箇所の位置を求めることができる。

この発明の位置測定方法によれば、基板上の測定対象箇所の位置を測定する際に、基準スケールの撮像によって、カメラの移動量誤差とカメラの姿勢変動とによって生じるカメラの視野位置の誤差の影響が位置測定結果に及ばないようにすることが可能である。しかも、基板上の測定対象箇所及び基準スケールのいずれか一方をカメラで撮像してから、基板上の測定対象箇所及び基準スケールの他方をカメラで撮像するまでの間、カメラを動かさず、基台に対してカメラが静止しているので、この間にカメラの視野位置の誤差が発生することを防止することができる。これによって、測定対象箇所の位置の測定精度が向上する。

（２）この発明の位置測定方法の一つの実施形態は、前記位置測定装置を準備し、前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、前記基板上の測定対象箇所を前記カメラで撮像し、前記カメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルだけを移動させて基準スケールを前記カメラで撮像し、前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、得られた測定対象箇所の画像及び基準スケールの画像並びにテーブルの移動量を用いて測定対象箇所の位置を求めるものである。

この実施形態の位置測定方法では、測定対象箇所を撮像してから基準スケールを撮像する。ところで、この順序を逆にして基準スケールを撮像してから測定対象箇所を撮像することも考えられるが、その場合には、基板の戴置姿勢が面内で回転するようにずれていたり撮像対象の形成位置の精度が悪かったりなどの原因により、テーブル移動後の視野内に、想定に反して測定対象箇所が見つからないことがあり、そのときには、測定対象箇所が見つかる想定位置を変更しなければならない。これに伴いカメラの位置を動かした場合には、そのカメラを動かしたことによる誤差が生じる虞があるので、基準スケールを先に撮像する方法では、再度基準スケールの撮像からやり直さなければならない。

これに対して、測定対象箇所を撮像してから基準スケールを撮像する、この実施形態の位置測定方法では、測定対象箇所の想定位置を収めた視野内に、測定対象箇所が見つからなかった場合に、テーブル及びカメラのいずれか又は両方を少しずつ動かして測定対象箇所を探索し、測定対象箇所を撮像できた位置からカメラを動かさずにテーブルだけを動かし、基準スケールを撮像すればよいので、基準スケールの撮像をやり直す必要がない。

（３）上記（２）の実施形態において、前記位置測定装置を準備し、前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、前記基板上の第１の測定対象箇所を前記カメラで撮像し、前記カメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第１の移動をさせて基準スケールを前記カメラで撮像して基準スケールの第１の画像を得、第１の移動におけるテーブルの第１の移動量を前記移動量測定器により測定し、前記カメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第２の移動をさせて第２の測定対象箇所が存在すると想定される基板表面箇所を前記カメラで撮像し、
撮像した画像に第２の測定対象箇所が入っていればその画像を第２の測定対象箇所の画像として採用し、撮像した画像に第２の測定対象箇所が入っていなければ、第２の測定対象箇所の撮像に成功するまでテーブル又はカメラ移動機構を微動させて撮像することを繰り返し、
前記テーブルの第２の移動量を前記移動量測定器により測定し、又はテーブルに前記微動をさせたときには第２の移動量に微動分を加えた累積移動量を第２の移動量として前記移動量測定器により測定し、
第２の測定対象箇所の撮像に成功するまでにカメラ移動機構を動かした場合には、第２の測定対象箇所の撮像に成功したときの状態からカメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第３の移動をさせて基準スケールを前記カメラで撮像して基準スケールの第２の画像を得、テーブルの第３の移動量を前記移動量測定器により測定し、
得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、基準スケールの第１の画像並びにテーブルの第１及び第２の移動量、並びに存在するときには基準スケールの第２の画像及びテーブルの第３の移動量を用いて、第１及び第２の測定対象箇所の位置を求めるようにしてもよい。

この実施形態によれば、テーブルの移動方向に離間した２つの測定対象箇所の位置を少ないテーブル移動で測定することができる。

（４）上記（２）の実施形態において、互いに独立して移動できる第１のカメラ移動機構及び第２のカメラ移動機構と、第１のカメラ移動機構に支持される第１のカメラ及び第２のカメラ移動機構に支持される第２のカメラとを備え、第１及び第２のカメラの視野が互いにテーブルの移動方向に垂直な方向に離間している前記位置測定装置を準備し、前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、前記基板上の第１の測定対象箇所を第１のカメラで及び第２の測定対象箇所を第２のカメラで撮像し、第１及び第２のカメラ移動機構を動かさずに前記テーブルを移動させて基準スケールを第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像し、前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像した基準スケールの第１及び第２の画像並びにテーブルの移動量を用いて第１及び第２の測定対象箇所の位置を求めるようにしてもよい。

第１及び第２のカメラは、テーブルの移動方向に垂直な方向に離間した視野を確保できるように、テーブルの移動領域を跨ぐように、該テーブルの移動方向に垂直な方向に架け渡された架台に、第１及び第２のカメラ移動機構を介してそれぞれ支持されるのが好ましい。

第１及び第２のカメラによる第１及び第２の測定対象箇所の撮像、及び、第１及び第２のカメラによる基準スケールの撮像は、第１及び第２のカメラで同時にそれぞれ行うのが好ましい。

この実施形態によれば、２台のカメラを用いて、テーブルの移動方向に垂直な方向に離間した２つの測定対象箇所の位置を少ないテーブル移動で測定することができる。

（５）上記（２）の実施形態において、互いに独立して移動できる第１のカメラ移動機構及び第２のカメラ移動機構と、第１のカメラ移動機構に支持される第１のカメラ及び第２のカメラ移動機構に支持される第２のカメラとを備え、第１及び第２のカメラの視野が互いにテーブルの移動方向に垂直な方向に離間している前記位置測定装置を準備し、前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、前記基板上の第１の測定対象箇所を第１のカメラで撮像し、第１のカメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルに第１の移動をさせて前記基板上の第２の測定対象箇所を第２のカメラで撮像し、第１の移動におけるテーブルの第１の移動量を前記移動量測定器により測定し、第１及び第２のカメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第２の移動をさせて基準スケールを第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像し、第２の移動におけるテーブルの第２の移動量を前記移動量測定器により測定し、得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像した基準スケールの第１及び第２の画像並びにテーブルの第１及び第２の移動量を用いて第１及び第２の測定対象箇所の位置を求めるようにしてもよい。

第２のカメラ移動機構を動かすことが第１のカメラの視野位置を変動させる可能性があるときは、第１の測定対象箇所の撮像から第２の測定対象箇所の撮像までの間において、第１のカメラ移動機構のみならず第２のカメラ移動機構も動かさないことが好ましい。したがって、第２のカメラで第２の測定対象箇所を撮像するために、第２のカメラ移動機構を動かす必要がある場合には、第１のカメラで第１の測定対象箇所を撮像する前に、予め第２のカメラ移動機構を動かしておくのが好ましい。

この実施形態によれば、２台のカメラを用いて、基板上の任意の位置の２つの測定対象箇所の位置を少ないテーブル移動で測定することができる。

この実施形態において、第１の測定対象箇所の撮像（第１の撮像）と第２の測定対象箇所の撮像（第２の撮像）との間に、第１のカメラ、第２のカメラ又は他のカメラを用いて他の測定対象箇所の撮像をしてもよい。その場合は、第１の撮像から第２の撮像までのテーブルの累積移動量（第１の撮像をしたときのテーブル位置から第２の撮像をしたときのテーブル位置までの距離）をテーブルの第１の移動量とする。

この実施形態において、第３のカメラ、第４のカメラ等のさらに多くのカメラをそれぞれのカメラ移動機構に支持させた位置測定装置を用い、カメラの数に対応した測定対象箇所をテーブルを移動させながら順次撮像し、各カメラによる基準スケールの撮像は共通のテーブル位置にて行うようにしてもよい。この場合において、測定対象箇所のうちの２以上がテーブルの移動方向に離間している場合にはそれらの測定対象箇所は共通のカメラで撮像することができるから、その分、カメラの数より多くの数の測定対象箇所の位置を測定することができる。

また、測定対象箇所のうちの２以上がテーブルの移動方向に垂直な方向に離間している場合にはそれらの測定対象箇所は共通のテーブル位置にて撮像することができる。いうまでもなく、カメラ移動機構を動かすのであれば、カメラの数にかかわらず測定可能な測定対象箇所の数に制限はない。ただし、カメラ移動機構を動かしてから次にそのカメラ移動機構を動かすまでの間にそれぞれ一度はそのカメラ移動機構に支持されるカメラで基準スケールの撮像を行わなければならない。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかの位置測定方法において、前記基板上には撮像可能なパターンが設けられており、前記基板上の測定対象箇所は前記パターンから選ばれた少なくとも２箇所の基準マークであり、求めた少なくとも２箇所の基準マークの位置を用いて、さらに前記パターンの位置及び姿勢を求めるようにしてもよい。

（７）上記（１）〜（５）のいずれかの位置測定方法において、前記基板上には撮像可能なパターンが設けられており、前記基板上の測定対象箇所は前記パターンから選ばれた第１の点及び第２の点であり、求めた第１の点及び第２の点の位置を用いて、さらに第１の点と第２の点との間の距離を求めるようにしてもよい。

（８）上記（１）〜（５）のいずれかの位置測定方法において、前記基板上には撮像可能なパターンが設けられており、前記基板上の測定対象箇所は前記パターンから選ばれた第１、第２、第３及び第４の点であり、求めた第１、第２、第３及び第４の点の位置を用いて、さらに第１の点と第２の点とを結ぶ直線と、第３の点と第４の点とを結ぶ直線とがなす角度を求めるようにしてもよい。

第２の点と第３の点とは共通な１つの点としてもよい。

この実施形態によれば、パターンのひずみについての情報を得ることができる。特に２つの直線が直交することが想定されるように測定対象の点を選ぶ場合には、直交度を測定することとなって感度の高いひずみ情報を得ることができる。

（９）この発明の位置測定装置は、基台と、前記基台の上で第１の方向に移動するテーブルと、前記テーブルの移動量を測定する移動量測定器と、前記基台に固定された架台と、前記架台に備えられ第１の方向と直交する第２の方向を可動方向とするカメラ移動機構と、前記カメラ移動機構に支持されて前記基台の上方で第２の方向に移動するカメラと、前記テーブルの移動方向に垂直な方向に沿ってテーブル上に備えられ前記カメラで撮像されたときにカメラの視野の位置についての情報を撮像された画像の中に与える基準スケールとを備えている。

本発明の位置測定装置によれば、基準スケールの撮像によってカメラの移動量誤差とカメラの姿勢変動とによって生じるカメラの視野位置の誤差の影響が位置測定結果に及ばないようにすることが可能である。

しかも、基板上の測定対象箇所と基準スケールとを撮像する間、基台に対してカメラが静止しているので、この間にカメラの視野位置の誤差が発生することを防止することができる。これによって、測定対象箇所の位置の測定精度が向上する。

（１０）この発明の位置測定装置の一つの実施形態では、前記基準スケールは、前記テーブル上の基板が戴置されるべき領域を挟んで、テーブルの移動方向の両側に備えられている。

この実施形態によれば、両側の基準スケール同士の位置関係が分かっていると、いずれの基準スケールも利用することができるので、利用する基準スケールを適宜選択することにより、テーブルの移動量を少なくすることができる。

（１１）この発明の位置測定システムは、上記（９）又は（１０）の位置測定装置と、前記位置測定装置に接続されて相互に情報伝送可能とされた制御装置とを備え、前記制御装置は、制御プログラムを実行するコンピュータを備え、前記制御プログラムは、前記位置測定装置のテーブルに戴置された基板上の測定対象箇所及び基準スケールのいずれか一方を前記カメラで撮像し、前記カメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルだけを移動させて前記基板上の測定対象箇所及び基準スケールの他方を前記カメラで撮像し、前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、得られた測定対象箇所の画像及び基準スケールの画像並びにテーブルの移動量を用いて測定対象箇所の位置を求める、ステップを備えるものである。

この発明の位置測定システムによれば、基板上の測定対象箇所の位置を測定する際に、基準スケールの撮像によってカメラの移動量誤差とカメラの姿勢変動とによって生じるカメラの視野位置の誤差の影響が位置測定結果に及ばないようにことが可能である。しかも、基板上の測定対象箇所と基準スケールとを撮像する間、基台に対してカメラが静止しているので、この間にカメラの視野位置の誤差が発生することを防止することができる。これによって、測定対象箇所の位置の測定精度が向上する。

本発明によれば、基板上の測定対象箇所の位置を測定する際に、基準スケールの撮像によってカメラの移動量誤差とカメラの姿勢変動とによって生じるカメラの視野位置の誤差の影響が位置測定結果に及ばないようにすることが可能であり、しかも、基板上の測定対象箇所と基準スケールとを撮像する間、基台に対してカメラが静止しているので、この間にカメラの視野位置の誤差が発生することを防止することができる。これによって、測定対象箇所の位置の測定精度が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係る位置測定システムの概略構成を示す斜視図であり、図２は、位置測定装置の平面図である。

この実施形態の位置測定システムは、図１に示すように、位置測定装置１と、この位置測定装置１に相互に情報伝送可能に接続された制御装置２とを備えており、制御装置２は、位置測定装置１を制御する制御プログラムを実行するコンピュータを内蔵している。

位置測定装置１は、グラナイトなどの石製の基台３と、その上に設置された一対のガイドレール４に沿って移動可能なテーブル５と、このテーブル５を跨ぐ形で基台３上の固定位置に架設された門型の架台６と、この架台６内に設けられた図示しない複数のカメラ移動機構と、各カメラ移動機構に支持された複数台（この実施形態では３台）のカメラＡ〜Ｃとを備えている。

矩形板状のテーブル５は、図示しないリニアモータなどの駆動機構によって第１の方向である図のｙ方向（図２の左右方向）に移動可能である。各カメラＡ〜Ｃは、第１の方向に直交する第２の方向である図のｘ方向（図２の上下方向）を可動方向とする各カメラ移動機構によって、ｘ方向に互いに独立して移動可能である。

基台３上には、テーブル５の移動方向であるｙ方向に沿って延びるリニアスケール１０が設けられる一方、テーブル５の下面には、該テーブル５と一体的に移動する図示しないエンコーダヘッドが設置されており、リニアスケール１０とエンコーダヘッドとによって、テーブル５のｙ方向の移動量を測定する移動量測定器としてのリニアエンコーダが構成される。

リニアスケール１０およびエンコーダヘッドは、それぞれ２つ設置されて２つのリニアエンコーダが構成されており、各リニアエンコーダは、それぞれテーブル５の図１における手前側と向こう側の移動量を測定する。

各エンコーダヘッドには、投光部と受光部が備えられ、投光部から出射されてリニアスケール１０で変調された反射光を受光部で受けることにより、テーブル５の移動量に応じた数のパルス信号を得ることができる。また、各リニアスケール１０の１箇所には原点パターンが設けられていることにより、テーブル位置の原点信号を得ることもできる。リニアスケール１０が２つ設けられているのは、テーブル５の姿勢のヨーイング（水平面内回転）によって発生するテーブル移動量の誤差を補正するためである。

リニアエンコーダに代えて、レーザ干渉計やその他各種の公知の移動量測定器を用いることができる。

基台３上には、テーブル５の側面に対向するようにレーザ変位計１１が設置されており、このレーザ変位計１１によって、テーブル５の側面を対象物として変位計測が行われる。

このレーザ変位計１１は、対象物にレーザビームを照射する投光光学系と、対象物からの反射光を受光レンズを介して位置検出素子で受光する受光光学系とを備え、投光光軸と受光光軸とは対象物付近で所定の交叉角で交わっており、対象物上のレーザビームのスポットが位置検出素子上に結像されて生じるビームスポット像の位置が、対象物までの距離が変化したときに変位することを利用して、三角測距の原理により対象物までの距離又は距離の変化量を求めるものである。このレーザ変位計１１による変位計測結果は、テーブル５の移動に伴うテーブル５のｘ方向の変位量を示す値として、テーブル５上に載置される測定対象としての基板１２上の測定対象箇所についての位置測定結果の補正に利用される。図１、２にはレーザ変位計１１を図示するが、以降の図面においてはレーザ変位計１１の図示を省略する。

測定対象である基板１２が載置されるテーブル５は、基台３と同様にグラナイトなどの石製であり、このテーブル５には、基板１２を当接させて位置決めするための位置決めピンや、基板１２の下から空気を吸引して基板１２をテーブル５に密着させるための吸着孔が設けられている。

また、テーブル５上の一端（図の左端）寄りには、テーブル５の移動方向（ｙ方向）に垂直なｘ方向に延びる基準スケール１３が設置されており、この基準スケール１３は、各カメラＡ〜Ｃで撮像されたときに各カメラＡ〜Ｃの視野の位置についての情報を撮像画像中に与えるものである。

基板１２は、例えば、液晶パネル用のガラス基板であり、ｘ方向に７３０ｍｍ、ｙ方向に９２０ｍｍの大きさがある。基板１２上には、金属膜のエッチングにより、基準マークと図示しない配線パターンとが形成されている。図２の十字マークＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓは基準マークである。この基板１２の全域にわたって±０．５μｍの精度での位置測定が求められている。

架台６に内蔵される各カメラ移動機構は、テーブル５上に載置された基板１２を撮像する各カメラＡ〜Ｃを、ｘ方向に移動させるものである。このカメラ移動機構は、リニアエンコーダを備えており、このリニアエンコーダで各カメラＡ〜Ｃのｘ方向の移動量を測定しながら、制御装置２から指令されたｘ座標に各カメラＡ〜Ｃを移動させる。カメラ移動量の誤差は、基準スケール１３の撮像によって補正されるので、このリニアエンコーダは分解能が例えば１μｍ程度の粗いものであっても支障がない。

各カメラＡ〜Ｃは、顕微鏡のように対物レンズを有する構成となっており、２次元ＣＣＤ撮像素子を備える。対物レンズの交換により撮像倍率を変更できるようになっている。最も倍率を高くしたときの基板１２上における視野の大きさは図２のｘ方向に１４４μｍ、ｙ方向に１１０μｍである。

制御装置２は、キーボードとディスプレイとを備えており、位置測定装置１に対してリアルタイムに指令を送ったり、位置測定装置１で撮像した画像を観察したり、位置測定装置１を制御するプログラムを入力したりできるようになっている。位置測定装置１を制御するプログラムは、ネットワークを経由して、外部からダウンロードすることもできる。

図３は、図２の基準スケール１３の一部を拡大して示す図であり、図２のｘ方向（上下方向）が、図３の上下方向に対応し、図２のｙ方向（左右方向）が、図３の左右方向に対応している。

この基準スケール１３は、ソーダガラスなどのガラス製であり、この実施形態では、ｘ方向（上下方向）に１００μｍ周期の繰り返しパターンが形成されている。この繰り返しパターンは、横長の矩形パターン内の中央に、十字パターンが、矩形パターンの左右の辺とは連結することなく、上下の辺と連結するように配置されたパターンである。

この矩形パターンは、そのｘ方向（上下方向）の長さが１００μｍ、そのｙ方向（左右方向）の長さが２００μｍであり、中央の十字パターンのｙ方向（左右方向）の長さは、１００μｍであり、パターンを構成する各線の線幅は、１０μｍとなっている。

カメラＡ〜Ｃの移動量誤差とカメラＡ〜Ｃの姿勢変動とによって生じるカメラＡ〜Ｃの視野の位置の変動は、機械的精度によって１００μｍよりも十分小さくなるように作られている。したがって、ｘ方向のカメラ位置の指令値又は測定値を用いることにより、基準スケール１３のいずれの周期のパターンを見ているのか不定になることがなく、基準スケール１３を撮像すれば、視野内の基準スケール１３のパターン上の点（例えば視野中心に最も近い十字パターンの中心）の、テーブル５を基準とした座標系におけるｘ座標を知ることができ、このパターン上の点のｘ座標からテーブル５を基準とした座標系における視野中心のｘ座標を知ることができる。

ｙ方向の視野の変動も１００μｍよりも十分小さいので、テーブル５を所定の位置に移動させれば基準スケール１３を確実にカメラＡ〜Ｃの視野に入れることができ、撮像した基準スケール１３の画像より、このときの視野中心のｙ座標を知ることができる。こうして求めた視野中心のｘ座標及びｙ座標が、測定対象箇所の座標を求めるときの補正に用いられる。

なお、カメラＡ〜Ｃの視野に少なくとも１つは入るような間隔で、基準スケール１３のパターンにその箇所の座標の情報を数字であるいは図形にコード化して追加し、撮像した画像から座標の値を直接読み取るようにしてもよい。そうすれば、カメラ位置やテーブル位置の指令値や測定値を使わなくても撮像した画像だけから視野中心の座標を求めることができる。

図４は、この位置測定装置１を用いた基板１２の測定対象箇所の測定手順の概略を示しており、先ず、テーブル５に基板１２を載置し（ステップｎ１）、後述するようにして測定を実行し（ステップｎ２）、テーブル５から基板１２を回収し（ステップｎ３）、終了するものである。

次に、ステップｎ２における測定の詳細を、いくつかの具体例に適用して説明する。

図５は、カメラＡを用いて、基板１２上の測定対象箇所である基準マークＰの座標の測定手順を示すものであり、各ステップ１〜３におけるテーブルとカメラの位置関係および処理の内容を示している。

ここで、基準マークＰの座標とは、図２の十字マークＰの中心座標を意味する。十字マークＰのことを簡単に点Ｐともいう。

ステップ１では、カメラＡの視野内に点Ｐが収まると想定される位置関係になるように、カメラ移動機構を移動してカメラＡをｘ方向に移動させるとともに、テーブル５をｙ方向に移動させてテーブル５とカメラＡの位置関係を、図６に示す状態ａとし、カメラＡで基板１２の点Ｐを撮像する。

カメラＡおよびテーブル５の移動は、同時に行うのが好ましいが、順番に行ってもよい。

また、以下の説明においては、測定対象箇所や基準スケール１３を撮像するカメラの移動について説明するが、撮像するカメラの移動を妨げないように、撮像を行わない他のカメラも必要に応じてｘ方向に移動させるものである。

このステップ１において、点Ｐが存在すると想定される箇所をカメラＡで撮像しても点Ｐが視野の中に入っていなかった場合は、カメラＡ及びテーブル５を微動させて、例えば、図９に示すように、斜線で示される最初の撮像位置Ｚを囲む領域を、点Ｐが視野に入るまで、例えば８回に分けて撮像する。それでも点Ｐを撮像することができなければ、さらにその外側の領域を、点Ｐが視野に入るまで、多数回に分けて撮像していく。

なお、図９では、斜線で示される最初の撮像位置Ｚからテーブル５をｙ方向に１回微動させて撮像し、点Ｐが視野内に入っていなかったので、更にカメラＡをｘ方向に１回微動させて撮像し、点Ｐが視野内に入った例を示しており、２回目の撮像で点Ｐが視野内に入っていなかった場合の撮像位置の微動を仮想線で示している。
次に、図５のステップ２では、点Ｐを撮像したときのままカメラ移動機構を動かすことなく、すなわち、カメラＡを静止させたまま、テーブル５だけをｙ方向に移動させてテーブル５とカメラＡの位置関係を図７に示す状態ｂとし、カメラＡで基準スケール１３を撮像する。

ステップ３では、画像処理と演算とによって、点Ｐの座標を算出する。

図８は、この画像処理と演算とによる点Ｐの座標の算出を説明するために、点Ｐを撮像したときの視野および基準スケール１３を撮像したときの視野とテーブル５との位置関係を概略的に示したものである。

先ず、点Ｐを撮像した画像を処理して図８（ａ）に示す視野中心Ｏを原点とする視野座標系における点Ｐの座標（ｘ１，ｙ１）を求める。

次に、点Ｐを撮像した状態からカメラＡを動かすことなく、テーブル５のみを移動させて撮像した基準スケール１３の画像を処理して図８（ｂ）に示す基準スケール撮像時のテーブル座標系における視野中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求める。このときにｘ方向のカメラ位置の指令値又は測定値及びｙ方向のテーブル位置の指令値又は測定値も用いて視野中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求める。すなわち、指令値又は測定値に基いて、撮像画像内の基準スケール１３のパターン上の点のテーブル座標系におけるｘ，ｙ方向の座標を知ることができるので、このパターンと視野中心Ｏとの位置関係からテーブル座標系における視野中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求めるのである。

更に、点Ｐを撮像してから基準スケール１３を撮像するまでのテーブル５の移動量としてリニアエンコーダによる移動量の測定値Δｙを取得する。テーブル移動量の指令値がリニアエンコーダによる測定値Δｙと一致することが保証されている場合には、この指令値をテーブル５の移動量として取得してもよい。この場合は、間接的にリニアエンコーダによるテーブル５の移動量の測定値を取得したことになる。

図８（ｂ）で求めた基準スケール撮像時のテーブル座標系における視野中心Ｏのｘ座標Ｘ１に、図８（ａ）の視野座標系における点Ｐのｘ座標ｘ１を加算した値（Ｘ１＋ｘ１）がテーブル座標系における点Ｐのｘ座標である。

図８（ｂ）で求めた基準スケール撮像時のテーブル座標系における視野中心Ｏのｙ座標Ｙ１に、テーブル移動量Δｙと、図８（ａ）の視野座標系における点Ｐのｙ座標ｙ１とを加算した値（Ｙ１＋Δｙ＋ｙ１）がテーブル座標系における点Ｐのｙ座標である。

なお、テーブル５の移動量を測定する際にテーブル５と基台３との間の相対位置関係が判明するのであれば、基台３を基準とした測定対象箇所である点Ｐの位置を求めることができる。

以上のようにして点Ｐの座標（位置）を、基準スケール１３を撮像した画像及びテーブル５の移動量並びに点Ｐを撮像した画像という３種類の情報を利用して求めるものである。

この３種類の情報の内の第１の情報である基準スケール１３を撮像した画像により、上述のように基準スケール撮像時のカメラＡの視野の位置（Ｘ１，Ｙ１）を求めることができる。この視野の位置は、基準スケール撮像時の基準スケール１３の位置、すなわちそのときのテーブル５の位置を基準とした位置である。カメラＡの移動量の誤差とカメラＡの姿勢の変動とによって視野の位置に誤差が生じるのであるが、そのような視野の位置の誤差があっても、撮像した基準スケール１３の画像から求めた視野の位置（Ｘ１，Ｙ１）を利用することにより、視野の位置の誤差が位置測定結果へ影響することがなくなる。

つまり、カメラの移動量誤差および姿勢変動による誤差が生じていても、テーブル５上の基準スケール１３を撮像することにより、その視野内の基準スケール１３のパターンとの位置関係から視野位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）を求め、この座標（Ｘ１，Ｙ１）を利用することによって、視野の位置の誤差による位置測定結果への影響を排除するものである。

第２の情報である基準スケール撮像時と点Ｐ撮像時との間のテーブル５の移動量Δｙと、第１の情報である視野位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）とを用いると、基準スケール撮像時のテーブル５の位置を基準とした点Ｐ撮像時の視野の位置を求めることができる。

更に、第３の情報である点Ｐを撮像した画像により、上述のように点Ｐ撮像時のカメラＡの視野を基準とした点Ｐの位置（ｘ１，ｙ１）を求めることができる。したがって、すべての情報を用いることにより、基準スケール撮像時のテーブル５の位置を基準とした点Ｐの位置（Ｘ１＋ｘ１，Ｙ１＋Δｙ＋ｙ１）を求めることができる。

以上のようにして、基板１２上の測定対象箇所である点Ｐの位置を測定する際に、基準スケール１３を撮像することによって、カメラＡの移動量誤差とカメラＡの姿勢変動とによって生じるカメラの視野位置の誤差の影響が位置測定結果に及ばないようにすることが可能である。しかも、基板１２上の点Ｐと基準スケール１３とを撮像する間、基台３に対してカメラＡが静止しているので、この間にカメラＡの視野位置の誤差が発生することを防止することができる。これによって、測定対象箇所である点Ｐの位置の測定精度が向上する。

上述の図５の位置測定方法では、測定対象箇所である点Ｐを撮像してから基準スケール１３を撮像したが、この順序を逆にして基準スケール１３を撮像してから点Ｐを撮像することも考えられるが、その場合には、基板１２の戴置姿勢が面内で回転するようにずれていたり、撮像対象の形成位置の精度が悪かったりなどの原因により、テーブル移動後の視野内に、想定に反して点Ｐが見つからないことがあり、そのときには、上述のとおり図９に示すようにして、点Ｐが見つかる想定位置を変更しなければならない。

これに伴ってカメラＡの位置を動かした場合には、動かしたことによってカメラＡに移動量誤差と姿勢変動とによって視野位置の誤差が生じるので、基準スケール１３を先に撮像する方法では、再度、基準スケール１３の撮像からやり直さなければならない。
これに対して、点Ｐを撮像してから基準スケール１３を撮像する方法では、点Ｐの想定位置を収めた視野内に点Ｐが見つからなかった場合に、テーブル５及びカメラＡのいずれか又は両方を少しずつ動かして点Ｐを探索し、点Ｐを撮像できた位置からカメラＡを動かさずにテーブル５だけを動かし、基準スケール１３を撮像すればよいので、基準スケール１３の撮像をやり直す必要がない。

図１０は、カメラＡを用いて基板１２の基準マークＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓの座標及び関連寸法並びに角度の測定手順を示す図である。

点Ｐ，Ｑおよび点Ｒ，Ｓは、図２に示すように、それぞれテーブル５の移動方向に離間した２つの測定対象箇所であり、点Ｐ，Ｑおよび点Ｒ，Ｓの順序で撮像するようにしている。

先ず、上述の図５と同様に、ステップ１では、図６の状態ａとし、カメラＡで第１の測定対象箇所としての点Ｐを撮像し、ステップ２では、カメラ移動機構を動かすことなく、すなわち、カメラＡをｘ方向に移動させることなく、テーブル５だけを、ｙ方向に移動させて第１の移動を行い、図７の状態ｂとし、カメラＡで基準スケール１３を撮像して基準スケール１３の第１の画像を取得する。

次に、ステップ３では、カメラ移動機構を動かすことなく、すなわち、カメラＡをｘ方向に移動させることなく、テーブル５だけを、ｙ方向に移動させて第２の移動を行い、テーブル５とカメラＡの位置関係を、図１１に示す状態ｃとし、カメラＡで第２の測定対象箇所である点Ｑを撮像する。

このとき、カメラＡの視野の中に、点Ｑがなかった場合は、点Ｐについて図９を用いて説明したのと同様に、カメラＡ及びテーブル５を微動させて点Ｑを探索して撮像する。

この点Ｑの探索の際に、カメラＡをｘ方向に微動させて点Ｑを撮像したときには、ステップ４に移り、テーブル５のみをｙ方向に移動させて第３の移動を行い、テーブル５とカメラＡの位置関係を、図１２に示す状態ｂ’とし、カメラＡで基準スケール１３を撮像して基準スケール１３の第２の画像を取得し、ステップ５に移る。

また、点Ｑの探索の際に、テーブル５をｙ方向に微動させて点Ｑを撮像したときには、上記第２の移動の移動量（第２の移動量）に、微動分を加えた累積移動量を、第２の移動量とする。

上記ステップ３において、カメラＡの視野の中に、点Ｑが存在し、探索の必要が無かった場合、又は、探索は行ったがカメラＡを微動させなかった場合には、カメラＡは、ステップ２で基準スケール１３を撮像した状態のまま動かしていないので、カメラＡで基準スケール１３を撮像する上記ステップ４をスキップし、ステップ５に移る。

テーブル５の移動方向に離間した点Ｐ，Ｑの座標は、後述のステップ９において算出される。

次に、点Ｒ，Ｓについても点Ｐ，Ｑと同様に、ステップ５では、カメラＡをｘ方向に移動させるとともに、テーブル５をｙ方向に移動させてテーブル５とカメラＡの位置関係を、図１３に示す状態ｄとし、カメラＡで第１の測定対象箇所としての点Ｒを撮像する。

次に、ステップ６では、カメラＡをｘ方向に移動させることなく、テーブル５だけをｙ方向に移動（第１の移動）させてテーブル５とカメラＡの位置関係を、図１４に示す状態ｅとし、カメラＡで基準スケール１３を撮像する。

次に、ステップ７では、カメラＡをｘ方向に移動させることなく、テーブル５だけをｙ方向に移動（第２の移動）させてテーブル５とカメラＡの位置関係を、図１５に示す状態ｆとし、カメラＡで点Ｓを撮像する。このとき、カメラＡの視野の中に、点Ｓがなかった場合は、上記の図９と同様に、カメラＡ及びテーブル５を微動させて点Ｓを探索して撮像する。

この点Ｓの探索の際に、カメラＡをｘ方向に微動させた場合には、ステップ８に移り、テーブル５のみをｙ方向に移動（第３の移動）させてテーブル５とカメラＡの位置関係を、図１６に示す状態ｅ’とし、カメラＡで基準スケール１３を撮像してステップ９に移る。

また、点Ｓの探索の際に、テーブル５をｙ方向に微動させて点Ｑを撮像したときには、上記第２の移動の移動量（第２の移動量）に、微動分を加えた累積移動量を、第２の移動量とする。

上記ステップ７において、カメラＡの視野の中に、点Ｓが存在し、探索の必要が無かった場合、又は、探索は行ったがカメラＡを微動させなかった場合には、カメラＡは、ステップ６で基準スケール１３を撮像した状態のまま動かしていないので、カメラＡで基準スケール１３を撮像する上記ステップ８をスキップし、ステップ９に移る。

ステップ９では、以下に述べるようにして点Ｐ，Ｑの座標を算出する。すなわち、上記ステップ３において、カメラＡの視野の中に、点Ｑが存在し、探索の必要が無かった場合には、カメラＡによる点Ｐ，Ｑの撮像画像、カメラＡによる基準スケール１３の第１の画像およびテーブル５の第１の移動量及び第２の移動量を用いて上述の図８と同様にして、点Ｐ，Ｑの座標を算出する。

また、上記ステップ３において、カメラＡの視野の中に、点Ｑが存在せず、点Ｑの探索を行い、その際に、テーブル５をｙ方向に微動させて点Ｑを撮像したときには、上記第２の移動量に、微動分を加えた累積移動量を、第２の移動量として、点Ｐ，Ｑの座標を算出する。

更に、上記ステップ３において、カメラＡの視野の中に、点Ｑが存在せず、点Ｑの探索を行い、その際に、カメラＡをｘ方向に微動させて点Ｑを撮像したときには、カメラＡによる点Ｐ，Ｑの撮像画像、基準スケール１３の第１及び第２の画像、テーブル５の第１、第２及び第３の移動量を用いて、点Ｐ，Ｑの座標を算出する。

同様にして、点Ｒ，Ｓの座標も算出する。

ステップ１０では、各算出した点の座標より、各基準マーク間の寸法および各基準マーク間を結ぶ直線の内の２つの直線がなす角度を算出する。

例えば、基準マークＰ，Ｑの各座標から基準マークＰ，Ｑ間の距離（寸法）を算出したり、例えば、基準マークＰ，Ｑを結ぶ直線と基準マークＱ，Ｓを結ぶ直線とがなす角度、すなわち、直交度を算出する。

このように、基板１２上の基準マークＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓの間の寸法やそれらを結ぶ直線がなす角度を算出することにより、基板上のパターンの歪みや直交度を把握できることになる。

図１７は、第１，第２のカメラとしてのカメラＡ，Ｂを用いて、基板１２の基準マークＳ，Ｑの座標を測定する手順を示す図である。

第１，第２の測定対象箇所としての点Ｓ，Ｑは、テーブル５の移動方向に垂直な方向に離間した２点である。

先ず、ステップ１では、カメラＡ，Ｂの視野内に点Ｓ，Ｑがそれぞれ収まると想定される位置関係になるように、カメラＡ，Ｂをｘ方向に移動させるとともに、テーブル５をｙ方向に移動させてテーブル５とカメラＡ，Ｂの位置関係を、図１８に示す状態ｇとし、第１のカメラとしてのカメラＡで第１の測定対象箇所としての点Ｓを撮像するとともに、第２のカメラとしてのカメラＢで第２の測定対象箇所としての点Ｑを撮像する。

次に、ステップ２では、カメラ移動機構を動かすことなく、すなわち、カメラＡ，Ｂを移動させることなく、テーブル５だけをｙ方向に移動させてテーブル５とカメラＡ，Ｂの位置関係を図１９に示す状態ｈとし、第１，第２のカメラとしてのカメラＡ，Ｂで基準スケール１３をそれぞれ撮像して第1及び第２の画像を取得する。ステップ３では、カメラＡ，Ｂによる点Ｓ，Ｑの画像、カメラＡ，Ｂによる基準スケール１３の第１及び第２の画像、並びにテーブル５の移動量を用いて、画像処理と演算によって、点Ｑ，Ｓの座標を算出する。

図２０は、カメラＡ〜Ｃを用いて、図２１に示される基板１２上の点Ｔの基板座標系における座標を測定する手順を示す、図５に対応する図である。

基板１２上の点Ｔは、例えば、配線パターンの中から選ばれた、図形の中心や図形のコーナーなどの特徴点である。

先ず、ステップ１では、カメラＡ，Ｃの視野内に点Ｓ，Ｑがそれぞれ収まると想定される位置関係になるように、カメラ移動機構を動かしてカメラＡ，Ｃをｘ方向に移動させるとともに、テーブル５をｙ方向に移動させてテーブル５とカメラＡ，Ｃの位置関係を、図２１に示す状態ｉとし、カメラＡで点Ｓを撮像するとともに、カメラＣで点Ｑを撮像する。
なお、このステップ１では、カメラＢも、カメラＡ，Ｃの移動と同時に、点Ｔがテーブル５の移動のみによって視野内に収まると想定される位置に移動しておくのが好ましい。すなわち、カメラＢのｘ方向の移動によって、カメラＡ，Ｃの視野位置を変動させる可能性があるような場合、例えば、カメラＢの移動による振動がカメラＡ，Ｃの視野位置に影響を与えるような場合には、カメラＡ，Ｃをｘ方向に移動させる際に、同時にカメラＢもｘ方向に移動させておくことにより、カメラＡ，Ｃによる撮像の後に、カメラＡ，Ｃの視野位置に変動が生じるのを防止することができる。

次に、ステップ２では、テーブル５をｙ方向に移動させて第１の移動を行い、テーブル５とカメラＢの位置関係を、図２２に示す状態ｊとし、カメラＢで点Ｔを撮像する。

次に、ステップ３では、カメラ移動機構を動かすことなく、すなわち、カメラＡ〜Ｃを移動させることなく、テーブル５だけをｙ方向に移動させて第２の移動を行い、テーブル５とカメラＡ〜Ｃの位置関係を図２３に示す状態ｋとし、カメラＡ〜Ｃで基準スケール１３をそれぞれ撮像し、ステップ４では、画像処理と演算によって、テーブル座標系における点Ｑ，Ｓおよび点Ｔの座標を算出する。

次に、ステップ５では、点Ｑ、Ｓの座標を用いてテーブル座標系に対する基板座標系が定められ、その後、テーブル座標系において求められた点Ｔの座標が基板座標系に変換される。点Ｔの座標を基板座標系に変換するのは、点Ｔの設計上の座標がもともと基板座標系で表されているため、点Ｔの実測座標を基板座標系における座標に変換しておくと、点Ｔの実測座標を設計上の座標と直接比較することができて便利だからである。

ここで、テーブル座標系から基板座標系への変換について説明する。

基板１２上の２点である点Ｑ及び点Ｓについて基板座標系におけるｘｙ座標が既知であれば、それらの点Ｑ，Ｓのテーブル座標系におけるｘｙ座標を測定することにより、両座標系の原点同士の位置関係（例えば基板座標系原点のテーブル座標系における座標）と両座標系の座標軸同士がなす角度とを求めることができるので、これらを用いて両座標系相互の座標変換を行うことができる。ただし、例えば点Ｑを基板座標系における座標原点に設けた場合、点Ｓの基板座標系における設計上の座標が（Ｓｘ，０）であるとしても、製造誤差により、点Ｓの点Ｑからの距離は実際にはＳｘから僅かにずれている可能性があるから、点Ｓの座標は既知であるとはいえない。しかし、点Ｑと点Ｓとを結ぶ線が基板座標系におけるｘ座標軸であると定義することにより、テーブル座標系のｘ軸と基板座標系のｘ軸とがなす角度を求めることはできる。したがって、この例では、点Ｑ（すなわち基板座標系の原点）のテーブル座標系における座標と、両座標系のｘ軸同士がなす角度とを得ることができるので、これらを用いて両座標系相互の座標変換を行うことができる。

この図２０の測定手順は、十字マークＳ、Ｑという、基板１２上の撮像可能なパターンから選ばれた少なくとも２つの基準マークを用いて、基板１２上のパターンの位置及び姿勢を求める方法として把握することができる。

また、上記図２０の測定手順は、基板１２上の第１の測定対象箇所（点Ｓ）を第１のカメラ（カメラＡ）で及び第２の測定対象箇所（点Ｑ）を第２のカメラ（カメラＣ）で撮像し、第１及び第２のカメラを支持する各移動機構を動かさずにテーブル５を移動させて基準スケール１３を第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像し、第１及び第２の測定対象箇所の撮像から基準スケール１３の撮像までのテーブル５の移動量を移動量測定器により測定し、得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像した基準スケール１３の第１及び第２の画像並びにテーブル５の移動量を用いて第１及び第２の測定対象箇所の位置を求める方法として把握することができる。

更に、上記図２０の測定手順は、基板１２上の第１の測定対象箇所（点Ｓ）を第１のカメラ（カメラＡ）で撮像し、第１のカメラを支持する移動機構を第１の測定対象箇所の撮像をしたときのまま動かさずにテーブル５に第１の移動をさせて基板１２上の第２の測定対象箇所（点Ｔ）を第２のカメラ（カメラＢ）で撮像し、第１の移動におけるテーブル５の第１の移動量を移動量測定器により測定し、第１及び第２のカメラを支持する各移動機構を動かさずにテーブル５に第２の移動をさせて基準スケール１３を第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像し、第２の移動におけるテーブル５の第２の移動量を移動量測定器により測定し、得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像した基準スケール１３の第１及び第２の画像並びにテーブル５の第１及び第２の移動量を用いて第１及び第２の測定対象箇所の位置を求める方法として把握することができる。

図２４は、本発明の他の実施形態の位置測定装置の図２に対応する平面図である。

上述の図２に示した実施形態との相違は、図２に示した基準スケール１３（図２４では基準スケール１３ａとする）のほかに、もう一つ、基準スケール１３ｂを、基板１２を挟んでテーブル５上の基準スケール１３ａとは反対側の位置に設けたことである。

基準スケール１３ａを基準とした基準スケール１３ｂの位置は、予め測定されており、基準スケール１３ｂを撮像すればそのときの視野の位置が基準スケール１３ａを基準として求められるようになっている。したがって、基準スケール１３ｂはいつでも基準スケール１３ａに代えて利用することができる。そこで、測定手順はこれまでの各測定手順と同様とし、ただし測定対象箇所が基準スケール１３ｂに近い場合には適宜基準スケール１３ａを撮像することに代えて基準スケール１３ｂを撮像することにより、テーブル５の移動量を少なくし、測定に要する時間を短縮することができる。

他の実施形態として、さらに多くのカメラをそれぞれのカメラ移動機構に支持させた位置測定装置を用い、カメラの数に対応した測定対象箇所をテーブルを移動させながら順次撮像し、各カメラによる基準スケールの撮像は共通のテーブル位置にて行うようにしてもよい。

また、位置測定装置に複数のカメラを備えさせるときには、架台６の両側、すなわち、架台６を挟むように、テーブル移動方向の両側に、カメラ移動機構の設置を振り分けるようにしてもよい。そうすれば、架台６の互いに異なる側に設けられたカメラ移動機構同士については、互いに移動範囲についての干渉が発生しないように設計することが容易であるので、カメラ間の移動の独立性を高めることができる。

更に、複数の架台を設けて、それらの架台にカメラ移動機構の設置を振り分けるようにしてもよい。そうすれば、互いに異なる架台に設けられたカメラ移動機構同士については、移動範囲の干渉が発生しないようにすることが容易であるばかりでなく、一方の架台に設けられたカメラ移動機構を動かしても他方の架台に設けられたカメラ移動機構に支持されたカメラの視野を変動させないようにすることが容易であるので、カメラ移動機構及びテーブルを動かすこと並びに撮像することの順序についての自由度が高くなる。

ただし、上記のとおり架台の両側にカメラを設けるか複数の架台にカメラを設けるかする場合に、それらのカメラの視野がテーブルの移動方向に異なった位置になるとすれば、それに応じて、テーブル上に複数の基準スケールを設けるか基準スケールをテーブル移動方向に大きくするかして、同じテーブル位置にて各カメラが異なる基準スケール又は一つの基準スケールの異なる部分を見ることができるようにするか、基準スケールの撮像を複数のタイミングに分けてその間にテーブル移動を行うか、のような配慮が必要である。基準スケールの撮像を複数のタイミングに分けてその間にテーブル移動を行う場合には、測定対象箇所の位置を求める際にその移動量も用いる必要がある。

本発明は、例えば、基板の寸法検査などに有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る位置測定システムの概略構成を示す斜視図である。 図１の位置測定装置の平面図である。 基準スケールの拡大図である。 位置測定方法の手順を示す図である。 カメラＡを用いた点Ｐの座標の測定手順を示す図である。 図５の状態ａを示す位置測定装置の平面図である。 図５の状態ｂを示す位置測定装置の平面図である。 画像処理と演算による点Ｐの座標の算出を説明するための撮像画像を概略的に示す図である。 測定対象箇所の撮像の探索手順を説明するための図である。 カメラＡを用いた点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの座標の測定手順を示す図である。 図１０の状態ｃを示す位置測定装置の平面図である。 図１０の状態ｂ’を示す位置測定装置の平面図である。 図１０の状態ｄを示す位置測定装置の平面図である。 図１０の状態ｅを示す位置測定装置の平面図である。 図１０の状態ｆを示す位置測定装置の平面図である。 図１０の状態ｅ’を示す位置測定装置の平面図である。 カメラＡ，Ｂを用いた点Ｑ，Ｓの座標の測定手順を示す図である。 図１７の状態ｇを示す位置測定装置の平面図である。 図１７の状態ｈを示す位置測定装置の平面図である。 カメラＡ〜Ｃを用いた点Ｔの座標の測定手順を示す図である。 図２０の状態ｉを示す位置測定装置の平面図である。 図２０の状態ｊを示す位置測定装置の平面図である。 図２０の状態ｋを示す位置測定装置の平面図である。 本発明の他の実施形態の図２に対応する平面図である。

符号の説明

１ 位置測定装置 ２ 制御装置
５ テーブル ６ 架台
１２ 基板 １３ 基準スケール

Claims (11)

1. 基台と、前記基台の上で第１の方向に移動するテーブルと、前記テーブルの移動量を測定する移動量測定器と、前記基台に固定された架台と、前記架台に備えられ第１の方向と直交する第２の方向を可動方向とするカメラ移動機構と、前記カメラ移動機構に支持されて前記基台の上方で第２の方向に移動するカメラと、前記テーブルの移動方向に垂直な方向に沿ってテーブル上に備えられ前記カメラで撮像されたときにカメラの視野の位置についての情報を撮像された画像の中に与える基準スケールとを備えた位置測定装置を準備し、
   前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、
   前記基板上の測定対象箇所及び基準スケールのいずれか一方を前記カメラで撮像し、
   前記カメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルだけを移動させて前記基板上の測定対象箇所及び基準スケールの他方を前記カメラで撮像し、
   前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、
   得られた測定対象箇所の画像及び基準スケールの画像並びにテーブルの移動量を用いて測定対象箇所の位置を求める、位置測定方法。
2. 前記位置測定装置を準備し、
   前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、
   前記基板上の測定対象箇所を前記カメラで撮像し、
   前記カメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルだけを移動させて基準スケールを前記カメラで撮像し、
   前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、
   得られた測定対象箇所の画像及び基準スケールの画像並びにテーブルの移動量を用いて測定対象箇所の位置を求める、請求項１に記載の位置測定方法。
3. 前記位置測定装置を準備し、
   前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、
   前記基板上の第１の測定対象箇所を前記カメラで撮像し、
   前記カメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第１の移動をさせて基準スケールを前記カメラで撮像して基準スケールの第１の画像を得、
   第１の移動におけるテーブルの第１の移動量を前記移動量測定器により測定し、
   前記カメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第２の移動をさせて第２の測定対象箇所が存在すると想定される基板表面箇所を前記カメラで撮像し、
   撮像した画像に第２の測定対象箇所が入っていればその画像を第２の測定対象箇所の画像として採用し、
   撮像した画像に第２の測定対象箇所が入っていなければ、第２の測定対象箇所の撮像に成功するまでテーブル又はカメラ移動機構を微動させて撮像することを繰り返し、
   前記テーブルの第２の移動量を前記移動量測定器により測定し、又はテーブルに前記微動をさせたときには第２の移動量に微動分を加えた累積移動量を第２の移動量として前記移動量測定器により測定し、
   第２の測定対象箇所の撮像に成功するまでにカメラ移動機構を動かした場合には、第２の測定対象箇所の撮像に成功したときの状態からカメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第３の移動をさせて基準スケールを前記カメラで撮像して基準スケールの第２の画像を得、
   テーブルの第３の移動量を前記移動量測定器により測定し、
   得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、基準スケールの第１の画像並びにテーブルの第１及び第２の移動量、並びに存在するときには基準スケールの第２の画像及びテーブルの第３の移動量を用いて、第１及び第２の測定対象箇所の位置を求める、請求項２に記載の位置測定方法。
4. 互いに独立して移動できる第１のカメラ移動機構及び第２のカメラ移動機構と、第１のカメラ移動機構に支持される第１のカメラ及び第２のカメラ移動機構に支持される第２のカメラとを備え、第１及び第２のカメラの視野が互いにテーブルの移動方向に垂直な方向に離間している前記位置測定装置を準備し、
   前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、
   前記基板上の第１の測定対象箇所を第１のカメラで及び第２の測定対象箇所を第２のカメラで撮像し、
   第１及び第２のカメラ移動機構を動かさずに前記テーブルを移動させて基準スケールを第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像し、
   前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、
   得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像した基準スケールの第１及び第２の画像並びにテーブルの移動量を用いて第１及び第２の測定対象箇所の位置を求める、請求項２に記載の位置測定方法。
5. 互いに独立して移動できる第１のカメラ移動機構及び第２のカメラ移動機構と、第１のカメラ移動機構に支持される第１のカメラ及び第２のカメラ移動機構に支持される第２のカメラとを備え、第１及び第２のカメラの視野が互いにテーブルの移動方向に垂直な方向に離間している前記位置測定装置を準備し、
   前記テーブルに測定対象とする基板を戴置し、
   前記基板上の第１の測定対象箇所を第１のカメラで撮像し、
   第１のカメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルに第１の移動をさせて前記基板上の第２の測定対象箇所を第２のカメラで撮像し、
   第１の移動におけるテーブルの第１の移動量を前記移動量測定器により測定し、
   第１及び第２のカメラ移動機構を動かさずに前記テーブルに第２の移動をさせて基準スケールを第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像し、
   第２の移動におけるテーブルの第２の移動量を前記移動量測定器により測定し、
   得られた第１及び第２の測定対象箇所の画像、第１及び第２のカメラでそれぞれ撮像した基準スケールの第１及び第２の画像並びにテーブルの第１及び第２の移動量を用いて第１及び第２の測定対象箇所の位置を求める、請求項２に記載の位置測定方法。
6. 前記基板上には撮像可能なパターンが設けられており、
   前記基板上の測定対象箇所は前記パターンから選ばれた少なくとも２箇所の基準マークであり、
   求めた少なくとも２箇所の基準マークの位置を用いて、さらに前記パターンの位置及び姿勢を求める、請求項１から５のいずれかに記載の位置測定方法。
7. 前記基板上には撮像可能なパターンが設けられており、
   前記基板上の測定対象箇所は前記パターンから選ばれた第１の点及び第２の点であり、
   求めた第１の点及び第２の点の位置を用いて、さらに第１の点と第２の点との間の距離を求める、請求項１から５のいずれかに記載の位置測定方法。
8. 前記基板上には撮像可能なパターンが設けられており、
   前記基板上の測定対象箇所は前記パターンから選ばれた第１、第２、第３及び第４の点であり、
   求めた第１、第２、第３及び第４の点の位置を用いて、さらに第１の点と第２の点とを結ぶ直線と、第３の点と第４の点とを結ぶ直線とがなす角度を求める、請求項１から５のいずれかに記載の位置測定方法。
9. 基台と、
   前記基台の上で第１の方向に移動するテーブルと、
   前記テーブルの移動量を測定する移動量測定器と、
   前記基台に固定された架台と、
   前記架台に備えられ第１の方向と直交する第２の方向を可動方向とするカメラ移動機構と、
   前記カメラ移動機構に支持されて前記基台の上方で第２の方向に移動するカメラと、
   前記テーブルの移動方向に垂直な方向に沿ってテーブル上に備えられ前記カメラで撮像されたときにカメラの視野の位置についての情報を撮像された画像の中に与える基準スケールと
   を備えた位置測定装置。
10. 前記基準スケールは、前記テーブル上の基板が戴置されるべき領域を挟んで、テーブルの移動方向の両側に備えられている、請求項９に記載の位置測定装置。
11. 請求項９又は１０に記載の位置測定装置と、
    前記位置測定装置に接続されて相互に情報伝送可能とされた制御装置とを備え、
    前記制御装置は、制御プログラムを実行するコンピュータを備え、
    前記制御プログラムは、
    前記位置測定装置のテーブルに戴置された基板上の測定対象箇所及び基準スケールのいずれか一方を前記カメラで撮像し、
    前記カメラ移動機構を前記撮像をしたときのまま動かさずに前記テーブルだけを移動させて前記基板上の測定対象箇所及び基準スケールの他方を前記カメラで撮像し、
    前記移動におけるテーブルの移動量を前記移動量測定器により測定し、
    得られた測定対象箇所の画像及び基準スケールの画像並びにテーブルの移動量を用いて測定対象箇所の位置を求める、ステップを備えるものである、
    位置測定システム。

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