JP2007108037A - Position measurement method, distance measurement method and position measurement device - Google Patents
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Abstract
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又は距離を測定するための位置測定方法、距離測定方法及び位置測定装置に関する。 The present invention relates to a position measurement method, a distance measurement method, and a position measurement device for measuring the position or distance of a measurement target location on a substrate such as a glass substrate for a liquid crystal panel.
平板状の製品上の位置を測定するために、特許文献1に記載されているように、平板上の製品を撮像するカメラと、このカメラと対象製品とを相対的に移動させる移動機構とが用いられている。また、XYステージのような移動機構の位置測定のために、移動機構に備えたスケールが用いられることがある。このようなスケールの材質としては、要求される測定精度に応じた熱膨張係数のものが選ばれ、特に高い測定精度が要求されるときには、特許文献2に記載されているように、石英ガラス等の熱膨張係数が1ppm/℃(10-6/℃)未満の材質が選ばれる。
移動機構に備えたスケールの熱膨張係数を小さくしたとしても、移動機構の位置測定が、例えば移動機構に戴置した基板の寸法検査を目的とする場合であって、基板の熱膨張係数が大きいときには、基板の温度を測定条件として定められた温度に精密に合わせてからでないと高い精度での基板の寸法検査をすることができない。 Even if the thermal expansion coefficient of the scale provided in the moving mechanism is reduced, the position measurement of the moving mechanism is for the purpose of, for example, dimensional inspection of the substrate placed on the moving mechanism, and the thermal expansion coefficient of the substrate is large. In some cases, it is not possible to perform a dimensional inspection of a substrate with high accuracy unless the temperature of the substrate is precisely adjusted to a temperature determined as a measurement condition.
例えば熱膨張係数が8ppm/℃である液晶表示パネル用のガラス基板は、0.1℃の温度上昇によって1mあたり0.8μmの膨張が生じる。これに対して、液晶表示パネル用のガラス基板について要求される寸法検査精度は、例えば1mあたり0.5μmである。基板表面を撮像する撮像系に起因する誤差などの各種誤差要因を考慮すると、熱膨張による誤差は要求される寸法検査精度よりも十分小さくなければならず、例えば0.3μmまでの誤差しか許容されない。このため、測定を始めるまでに、測定条件温度に対する基板の温度の誤差を±0.04℃程度以内にしなければならず、この温度整定には数時間を要していた。 For example, a glass substrate for a liquid crystal display panel having a thermal expansion coefficient of 8 ppm / ° C. causes expansion of 0.8 μm per meter with a temperature rise of 0.1 ° C. On the other hand, the dimensional inspection accuracy required for a glass substrate for a liquid crystal display panel is, for example, 0.5 μm per meter. Considering various error factors such as errors caused by the imaging system for imaging the substrate surface, the error due to thermal expansion must be sufficiently smaller than the required dimensional inspection accuracy, for example, only an error of up to 0.3 μm is allowed. . For this reason, before the measurement is started, the error of the substrate temperature with respect to the measurement condition temperature must be within about ± 0.04 ° C., and this temperature setting takes several hours.
さらに、複数の基板を順次測定するような場合には、1つの基板についての測定所要時間がなるべく短いことが望まれる。ところが、基板の温度を測定条件として定められた温度に予め一致させておくことは難しく、位置測定装置を恒温室に設置してその環境温度を測定条件の温度にしておいたとしても、基板の恒温室への搬入や測定装置への載置に伴い、測定装置の温度が少なくとも0.1℃程度変動することは避けがたい。基板と測定装置の温度変動が十分整定するには数時間以上待たなければならないため、基板1枚あたりの測定所要時間として数時間(例えば3時間)以上を要していた。 Furthermore, when measuring a plurality of substrates sequentially, it is desirable that the time required for measurement for one substrate is as short as possible. However, it is difficult to make the substrate temperature coincide with the temperature determined as the measurement condition in advance, and even if the position measuring device is installed in a temperature-controlled room and the environmental temperature is set to the measurement condition temperature, It is inevitable that the temperature of the measuring device fluctuates by at least about 0.1 ° C. as it is carried into the temperature-controlled room or placed on the measuring device. Since it is necessary to wait several hours or more for the temperature fluctuation of the substrate and the measuring apparatus to be sufficiently settled, several hours (for example, 3 hours) or more are required as the time required for measurement per substrate.
そこで、本発明は、熱膨張係数が4ppm/℃以上でありいずれかの方向の長さが500mm以上である大型の基板を測定対象物として、基板の上の測定対象箇所の位置測定を基板の0.1℃あたりの熱膨張量よりも小さな誤差で行うことが必要とされる場合に、待ち時間を含む測定所要時間を短くすることができる位置測定方法及び位置測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention uses a large substrate having a thermal expansion coefficient of 4 ppm / ° C. or more and a length in either direction of 500 mm or more as a measurement object, and measures the position of the measurement target portion on the substrate. An object of the present invention is to provide a position measuring method and a position measuring apparatus capable of shortening a time required for measurement including a waiting time when it is necessary to carry out with an error smaller than the thermal expansion amount per 0.1 ° C. And
(1)この発明の位置測定方法は、測定対象の基板を載置したときに基板の片面のほぼ全体と接触する平面を有するテーブルと、基板が前記テーブルに載置されているときに基板を撮像するカメラと、前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構と、前記相対位置の測定に使用される、熱膨張係数が1ppm/℃以上のスケールとを備えた位置測定装置を準備し、
位置測定装置の周囲の気温を、測定条件として定められた温度を目標として制御し、熱膨張係数が4ppm/℃以上であり、前記スケールの熱膨張係数との差が3ppm/℃以下であり、いずれかの方向の長さが500mm以上である基板をテーブルに載置し、前記基板に関する位置測定の誤差のうち前記基板の熱膨張又は収縮を原因とする誤差として許容されている量よりも、前記基板の実際の熱膨張又は収縮量の方が大きい間に、前記カメラで基板上の複数の測定対象箇所を撮像し、各撮像時の前記テーブルと前記カメラとの相対位置を前記スケールを用いて測定し、測定した各撮像時の前記相対位置と撮像した各画像とを用いて基板上の各測定対象箇所の位置測定を行うものである。
(1) The position measuring method of the present invention includes a table having a plane that comes into contact with substantially the entire one surface of the substrate when the substrate to be measured is placed, and the substrate when the substrate is placed on the table. A position measuring device is provided that includes a camera for imaging, a moving mechanism that changes the relative position of the table and the camera, and a scale that has a coefficient of thermal expansion of 1 ppm / ° C. or more and is used for measuring the relative position. And
The ambient temperature of the position measuring device is controlled with the temperature determined as a measurement condition as a target, the thermal expansion coefficient is 4 ppm / ° C. or more, and the difference from the thermal expansion coefficient of the scale is 3 ppm / ° C. or less. Place a substrate having a length of 500 mm or more in any direction on a table, and the amount allowed as an error caused by thermal expansion or contraction of the substrate among errors in position measurement regarding the substrate, While the actual thermal expansion or contraction amount of the substrate is larger, the camera captures a plurality of measurement target locations on the substrate, and the scale is used to determine the relative positions of the table and the camera at the time of each imaging. The position of each measurement target location on the substrate is measured using the measured relative position at the time of each imaging and each captured image.
「基板の片面のほぼ全体と接触する平面を有するテーブル」は、例えば複数の突起によって基板を浮かせることにより基板との接触面積を積極的に制限したテーブルと対比して、基板の片面のほぼ全体と接触するものである。テーブル上の平面の表面は研磨されるなどして平滑面とされていることが好ましい。 “A table having a flat surface that is in contact with substantially the entire surface of one side of the substrate” means that, for example, the entire surface of one side of the substrate is compared with a table that actively limits the contact area with the substrate by floating the substrate by a plurality of protrusions. It is something that comes into contact with. The flat surface on the table is preferably made smooth by polishing or the like.
「前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構」は、前記テーブル及び前記カメラの少なくともいずれか一方を移動させてその相対位置を変化させるものである。この移動機構は、テーブルを一方向に移動させ、それと直交する方向にカメラを移動させるものであるのが好ましく、この場合、各方向に個別的に対応する二つのスケールを備えるのが好ましい。 The “moving mechanism that changes the relative position between the table and the camera” is a mechanism that moves at least one of the table and the camera to change the relative position. The moving mechanism preferably moves the table in one direction and moves the camera in a direction perpendicular to the table. In this case, it is preferable to provide two scales individually corresponding to each direction.
スケールは、その熱膨張係数が1ppm/℃以上である。このスケールの熱膨張係数の上限は特にないが、例えばその材質がガラスであるとすると、実在するガラスの熱膨張係数の上限は10ppm/℃程度である。このスケールは、測定条件として定められた温度において較正されているのが好ましい。 The scale has a coefficient of thermal expansion of 1 ppm / ° C. or higher. The upper limit of the thermal expansion coefficient of this scale is not particularly limited. For example, if the material is glass, the upper limit of the thermal expansion coefficient of the existing glass is about 10 ppm / ° C. This scale is preferably calibrated at the temperature defined as the measurement condition.
基板は、その熱膨張係数が4ppm/℃以上であるものを測定対象とする。この基板の熱膨張係数の上限は特になく、基板として使用される材質によって規定されるものである。 The substrate has a thermal expansion coefficient of 4 ppm / ° C. or higher as a measurement target. There is no particular upper limit on the thermal expansion coefficient of the substrate, and it is defined by the material used as the substrate.
基板は、いずれかの方向の長さが500mm以上の大型のものを測定対象とする。この長さの上限は特になく、基板として選択される大きさによって規定されるものであるが、例えば、いずれかの方向の長さが3m又は4mの基板を測定対象としてもよい。 The substrate is a large object whose length in either direction is 500 mm or more. The upper limit of the length is not particularly limited and is determined by the size selected as the substrate. For example, a substrate having a length in either direction of 3 m or 4 m may be set as a measurement target.
基板の熱膨張係数とスケールの熱膨張係数との差が3ppm/℃以下となるように基板又はスケールの材質が選ばれる。この熱膨張係数の差は小さい程好ましく、基板とスケールの熱膨張係数が同一であるのがより好ましい。 The material of the substrate or scale is selected so that the difference between the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of the scale is 3 ppm / ° C. or less. The smaller the difference between the thermal expansion coefficients, the better. The thermal expansion coefficients of the substrate and the scale are more preferably the same.
この発明の位置測定方法によれば、位置測定装置に載置された基板の温度が位置測定装置の温度に速やかに接近し、基板の熱膨張係数とスケールの熱膨張係数との値が近いので、測定条件として定められた温度へのスケールの温度及び基板の温度の整定を待つことなく、基板上の測定対象箇所の高精度な位置測定を行うことができる。すなわち、測定条件として定められた温度において測定対象箇所の位置を測定した場合とほぼ同じ精度で位置測定を行うことができる。 According to the position measuring method of the present invention, the temperature of the substrate placed on the position measuring device quickly approaches the temperature of the position measuring device, and the values of the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of the scale are close. The position of the measurement target on the substrate can be measured with high accuracy without waiting for the temperature of the scale and the temperature of the substrate to reach the temperature determined as the measurement condition. That is, the position measurement can be performed with almost the same accuracy as when the position of the measurement target position is measured at the temperature defined as the measurement condition.
(2)この発明の距離測定方法は、測定対象の基板を載置したときに基板の片面のほぼ全体と接触する平面を有するテーブルと、基板が前記テーブルに載置されているときに基板を撮像するカメラと、前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構と、前記相対位置の測定に使用される第1スケールと、前記相対位置の測定に第1スケールと併用される、熱膨張係数が第1スケールの熱膨張係数と異なる第2スケールとを備えた位置測定装置を準備し、
位置測定装置の周囲の気温を、測定条件として定められた温度を目標として制御し、熱膨張係数が4ppm/℃以上であり、いずれかの方向の長さが500mm以上である基板をテーブルに載置し、前記基板に関する位置測定の誤差のうち前記基板の熱膨張又は収縮を原因とする誤差として許容されている量よりも、前記基板の実際の熱膨張又は収縮量の方が大きい間に、前記カメラで基板上の複数の測定対象箇所を撮像し、各撮像時の前記テーブルと前記カメラとの相対位置を、第1スケールを用いて測定し、かつ、第2スケールを用いて測定し、第1スケールを用いて測定した各撮像時の前記相対位置と撮像した各画像とを用いて基板上の各測定対象箇所の位置を測定し、第2スケールを用いて測定した各撮像時の前記相対位置と撮像した各画像とを用いて基板上の各測定対象箇所の位置を測定し、基板上の測定対象箇所の内の2箇所について、第1スケールを用いて測定した位置と第2スケールを用いて測定した位置とを求め、求めたこれらの位置を用いた補完計算により基板上の当該2箇所の間の距離を求めるものである。
(2) The distance measuring method according to the present invention includes a table having a plane that comes into contact with substantially the entire surface of one side of the substrate when the substrate to be measured is placed, and the substrate when the substrate is placed on the table. A camera that captures an image; a moving mechanism that changes a relative position of the table and the camera; a first scale that is used to measure the relative position; and a heat that is used in combination with the first scale to measure the relative position. Preparing a position measuring device comprising a second scale having an expansion coefficient different from that of the first scale;
A substrate having a thermal expansion coefficient of 4 ppm / ° C. or more and a length in either direction of 500 mm or more is mounted on a table by controlling the ambient temperature around the position measuring device with the temperature set as a measurement condition as a target. And while the actual thermal expansion or contraction amount of the substrate is larger than the amount allowed as an error caused by thermal expansion or contraction of the substrate among errors in position measurement with respect to the substrate, Imaging a plurality of measurement target locations on the substrate with the camera, measuring a relative position between the table and the camera at the time of each imaging using a first scale, and measuring using a second scale, The position of each measurement target location on the substrate is measured using the relative position at the time of each imaging measured using the first scale and each of the captured images, and the measurement at the time of each imaging measured using the second scale. Relative position and image Each image is used to measure the position of each measurement target location on the substrate, and two of the measurement target locations on the substrate are measured using the first scale and the second scale. The position is obtained, and the distance between the two places on the substrate is obtained by complementary calculation using these obtained positions.
ここで、第1スケール及び第2スケールを用いて基板上の各測定対象箇所の位置を測定した後に、基板上の測定対象箇所の内の2箇所について、第1スケールを用いて測定した位置に基づく当該2箇所の間の距離と第2スケールを用いて測定した位置に基づく当該2箇所の間の距離を求め、求めたこれらの距離を用いた補完計算により基板上の当該2箇所の間の距離を求めるようにしてもよい。 Here, after measuring the position of each measurement target location on the substrate using the first scale and the second scale, two of the measurement target locations on the substrate are measured at the positions measured using the first scale. The distance between the two places based on the position measured using the second scale and the distance between the two places based on the distance between the two places on the substrate by the complementary calculation using these obtained distances The distance may be obtained.
あるいは、第1スケール及び第2スケールを用いて基板上の各測定対象箇所の位置を測定した後に、基板上の測定対象箇所の内の第1の箇所について、第1スケールを用いて測定した位置と第2スケールを用いて測定した位置を求め、求めたこれらの位置を用いた補完計算により第1の箇所の位置を求め、基板上の測定対象箇所の内の第2の箇所について、第1スケールを用いて測定した位置と第2スケールを用いて測定した位置を求め、求めたこれらの位置を用いた補完計算により第2の箇所の位置を求め、これらの補完計算によって求めた第1の箇所の位置と第2の箇所の位置とから第1の箇所と第2の箇所との間の距離を求めるようにしてもよい。 Alternatively, after measuring the position of each measurement target location on the substrate using the first scale and the second scale, the position measured using the first scale for the first location among the measurement target locations on the substrate And the position measured using the second scale, the position of the first location is obtained by complementary calculation using these obtained locations, and the first location of the second location of the measurement target location on the substrate is determined. The position measured using the scale and the position measured using the second scale are obtained, the position of the second location is obtained by the complementary calculation using these obtained positions, and the first obtained by the complementary calculation is obtained. You may make it obtain | require the distance between a 1st location and a 2nd location from the position of a location, and the position of a 2nd location.
第1スケール及び第2スケールは、測定条件として定められた温度において、較正されていることが好ましい。第1スケールの熱膨張係数と第2スケールの熱膨張係数とは、補完計算の精度を確保するため、3ppm/℃以上異なっていることが好ましい。この熱膨張係数の差の上限は特になく、利用可能なスケールの材質によって規定される。 The first scale and the second scale are preferably calibrated at a temperature determined as a measurement condition. The thermal expansion coefficient of the first scale and the thermal expansion coefficient of the second scale are preferably different by 3 ppm / ° C. or more in order to ensure the accuracy of the complementary calculation. There is no particular upper limit for the difference in thermal expansion coefficient, and it is defined by the material of the scale that can be used.
第1スケール及び第2スケールのいずれかは熱膨張係数が1ppm/℃未満でもかまわない。 Either the first scale or the second scale may have a thermal expansion coefficient of less than 1 ppm / ° C.
「補完計算」は、測定条件として定められた温度と実際の測定温度との温度差に起因して、実際の測定温度において、基板、第1スケール及び第2スケールが、既知の各熱膨張係数に従って熱膨張又は収縮していることを利用して補完計算するのが好ましい。 The “complementary calculation” is based on the temperature difference between the temperature determined as the measurement condition and the actual measurement temperature. At the actual measurement temperature, the substrate, the first scale, and the second scale have the respective known thermal expansion coefficients. Therefore, it is preferable to perform the complementary calculation using the fact that the thermal expansion or contraction is applied.
この発明の距離測定方法によれば、位置測定装置に載置された基板の温度が位置測定装置の温度に速やかに接近し、第1スケールを用いて測定した位置に基づく距離及び第2スケールを用いて測定した位置に基づく距離からの補完計算により基板上の2箇所の測定対象箇所の間の実際の距離を推定することができるから、測定条件として定められた温度へのスケールの温度及び基板の温度の整定を待つことなく、基板上の測定対象箇所の間の高精度な距離測定を行うことができる。しかも、いろいろな熱膨張係数の値を有する基板を測定対象とすることができる。 According to the distance measuring method of the present invention, the temperature of the substrate placed on the position measuring device quickly approaches the temperature of the position measuring device, and the distance based on the position measured using the first scale and the second scale are calculated. Since it is possible to estimate the actual distance between the two measurement target locations on the substrate by complementary calculation from the distance based on the position measured using the scale temperature and the substrate to the temperature defined as the measurement condition It is possible to perform highly accurate distance measurement between measurement target locations on the substrate without waiting for the temperature to settle. In addition, substrates having various values of thermal expansion coefficients can be measured.
(3)この発明の位置測定装置は、測定対象の基板を載置したときに基板の片面のほぼ全体と接触する平滑面を有するテーブルと、基板が前記テーブルに載置されているときに基板を撮像するカメラと、前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構と、前記相対位置の測定に使用される第1スケールと、前記相対位置の測定に第1スケールと併用される、熱膨張係数が第1スケールの熱膨張係数と3ppm/℃以上異なる第2スケールとを備えている。 (3) The position measuring apparatus according to the present invention includes a table having a smooth surface that comes into contact with substantially the entire one surface of the substrate when the substrate to be measured is placed, and the substrate when the substrate is placed on the table. , A moving mechanism that changes the relative position of the table and the camera, a first scale that is used to measure the relative position, and a first scale that is used to measure the relative position, A thermal expansion coefficient of the first scale and a second scale different by 3 ppm / ° C. or more.
この発明の位置測定装置は、基板上の測定対象箇所の間の高精度な距離測定を短い測定時間で行うことに利用することができる。しかも、いろいろな熱膨張係数の値を有する基板を測定対象とすることができる。 The position measuring apparatus according to the present invention can be used to perform highly accurate distance measurement between measurement target portions on a substrate in a short measurement time. In addition, substrates having various values of thermal expansion coefficients can be measured.
本発明によれば、測定条件として定められた温度へのスケールの温度及び基板の温度の整定を待つことなく、基板上の測定対象箇所の高精度な位置測定又は測定対象箇所の間の高精度な距離測定を行うことができ、待ち時間含む測定所要時間を短縮することができる。 According to the present invention, without waiting for the temperature of the scale and the temperature of the substrate to be set as the measurement conditions, high-precision position measurement of the measurement target location on the substrate or high accuracy between the measurement target locations Distance measurement can be performed, and the time required for measurement including waiting time can be shortened.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a position measuring system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the position measuring apparatus.
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。
As shown in FIG. 1, the position measurement system of this embodiment includes a
位置測定装置1は、図示しない恒温室内に設置されており、この位置測定装置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カメラ移動機構と、カメラ移動機構に支持されたカメラAとを備えている。
The
位置測定装置1が設置されている恒温室は、その気温が目標温度である23℃に制御されており、この恒温室の壁には、基板搬入用の小さな扉が設けてあり、この扉から恒温室内に基板12を搬入して位置測定装置1のテーブル5に載置する。
The temperature-controlled room in which the
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図のy方向(図2の左右方向)に移動可能である。カメラAは、y方向に直交する図のx方向(図2の上下方向)を可動方向とするカメラ移動機構によって、x方向に移動可能である。 The rectangular plate-like table 5 can be moved in the y direction (left and right direction in FIG. 2) by a drive mechanism such as a linear motor (not shown). The camera A can be moved in the x direction by a camera moving mechanism whose movable direction is an x direction (vertical direction in FIG. 2) orthogonal to the y direction.
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リニアエンコーダが構成される。
On the
リニアスケール10の材質は、熱膨張係数8ppm/℃のソーダガラスである。
The material of the
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。
Two
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。
Each encoder head includes a light projecting unit and a light receiving unit. The light receiving unit receives reflected light that is emitted from the light projecting unit and modulated by the
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。 Instead of the linear encoder, a laser interferometer or other various known movement amount measuring devices can be used.
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。
The table 5 on which the
また、テーブル5表面の基板12が載置される部分は、基板12の底面のほぼ全体と密着できるように、平滑に研磨されており、その表面粗さ(Ra)は、50μm程度である。これにより、基板12がテーブル5の表面と接触する面積は基板12の片面の面積の5%程度となる。テーブル5上の基板12が戴置される平面部分の好ましい表面粗さ(Ra)は70μm以下又は100μm以下である。基板12とテーブル5とが密着しすぎて基板12をテーブル5から取り除けることが困難にならないようにするためには、平面部分の表面粗さ(Ra)が20μm以上又は5μm以上であることも好ましい。
Further, the portion on the surface of the table 5 on which the
テーブル5は、上述のように石製であり、薄いガラスの基板12に比べて熱容量がはるかに大きい。これらの構成により、テーブル5に基板12が載置されると、基板12の温度は3分程度で急速にテーブル5の温度に一致する。
The table 5 is made of stone as described above, and has a much larger heat capacity than the
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、カメラAで撮像されたときにカメラA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。
Further, a
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の材質は、熱膨張係数8ppm/℃の旭硝子製AN100であり、リニアスケール10および基準スケール13と同じ熱膨張係数である。
The
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。
A reference mark and a wiring pattern (not shown) are formed on the
架台6に内蔵されるカメラ移動機構は、テーブル5上に載置された基板12を撮像するカメラA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カメラの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座標にカメラA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。
The camera moving mechanism built in the
カメラA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。
The camera A has a configuration having an objective lens like a microscope, and includes a two-dimensional CCD image sensor. The imaging magnification can be changed by exchanging the objective lens. The field of view on the
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。
The
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。
3 is an enlarged view of a part of the
この基準スケール13の材質は、基板12と同じ熱膨張係数8ppm/℃の旭硝子製AN100であり、この基準スケール13およびリニアスケール10は、測定条件として定められた温度である23℃において較正されている。基準スケール13およびリニアスケール10を、23℃において正しい長さを示すように温度を管理して製造することは、ここでいう較正に含まれる。基準スケール13又はリニアスケール10自体が必ずしも23℃において正しい長さを示すように製造されていない場合には、基準スケール13又はリニアスケール10が23℃において示す長さを実測し、この実測値に基づいて、基準スケール13又はリニアスケール10を用いて測定した長さ又は位置を補正することも、ここでいう較正に含まれる。
The material of the
基準スケール13には、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。
The
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。 This rectangular pattern has a length in the x direction (up and down direction) of 100 μm, a length in the y direction (left and right direction) of 200 μm, and the length of the central cross pattern in the y direction (left and right direction) is 100 μm. The line width of each line constituting the pattern is 10 μm.
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A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カメラAの視野中心のx座標を知ることができる。
The change in the position of the field of view of the camera A caused by the movement amount error of the camera A and the posture change of the camera A is made to be sufficiently smaller than 100 μm due to mechanical accuracy. Therefore, by using the command value or measurement value of the camera position in the x direction, it is not indefinite which pattern of the
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、このときのカメラA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。
Since the fluctuation of the visual field in the y direction is also sufficiently smaller than 100 μm, the
なお、カメラA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。
It should be noted that information on the coordinates of the location is added to the pattern of the
本実施形態では、テーブル5や基台3の材質は、上述のように、石(グラナイト)であり、その熱膨張係数は、8ppm/℃で、各スケール10,13の熱膨張係数と一致している。したがって、各スケール10,13を基台3やテーブル5に接着しても熱膨張係数の違いによるひずみはほとんど発生しないが、各スケール10,13は、基台3またはテーブル5に両面粘着テープを介して固定されているので、熱膨張係数の違いがあったとしてもテープによってひずみが吸収されるようになっている。
In the present embodiment, the material of the table 5 and the
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)、基板12、リニアスケール10及び基準スケール13の温度が、測定条件として定められた温度である目標温度に整定するのを待つことなく、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。
FIG. 4 shows an outline of the measurement procedure of the measurement target portion of the
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。 Next, details of the measurement in step n2 will be described by applying to some specific examples.
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。
FIG. 5 shows the procedure for measuring the coordinates of the reference mark P, which is the measurement target location on the
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。 Here, the coordinates of the reference mark P mean the center coordinates of the cross mark P in FIG. The cross mark P is also simply referred to as a point P.
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。
In
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。 The movement of the camera A and the table 5 is preferably performed simultaneously, but may be performed in order.
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。
In
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。 In FIG. 9, the table 5 is slightly moved once in the y direction from the first imaging position Z indicated by the oblique lines, and the point P is not within the field of view. An example is shown in which the point P is in the field of view by finely moving the image, and the fine movement of the imaging position when the point P is not in the field of view in the second imaging is indicated by a virtual line.
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。
Next, in
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。
In
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。
FIG. 8 schematically shows the positional relationship between the field of view when the point P is imaged and the field of view when the
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。 First, an image obtained by imaging the point P is processed to obtain the coordinates (x1, y1) of the point P in the visual field coordinate system having the visual field center O shown in FIG.
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。
Next, the table coordinate system shown in FIG. 8B is processed by processing the image of the
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。
Furthermore, the movement amount measurement value Δy by the linear encoder is acquired as the movement amount of the table 5 from the time when the point P is imaged until the time when the
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。 A value (X1 + x1) obtained by adding the x coordinate X1 of the point P in the visual field coordinate system of FIG. 8A to the x coordinate X1 of the visual field center O in the table coordinate system at the time of imaging the reference scale obtained in FIG. 8B. This is the x coordinate of the point P in the table coordinate system.
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。 The table movement amount Δy and the y coordinate y1 of the point P in the visual field coordinate system of FIG. 8A are added to the y coordinate Y1 of the visual field center O in the table coordinate system at the time of imaging the reference scale obtained in FIG. 8B. The added value (Y1 + Δy + y1) is the y coordinate of the point P in the table coordinate system.
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。
If the relative positional relationship between the table 5 and the
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。
As described above, the coordinates (position) of the point P are obtained by using three types of information: the image obtained by imaging the
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。
The position (X1, Y1) of the field of view of the camera A at the time of imaging the reference scale can be obtained from the image obtained by imaging the
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。
That is, even if a camera movement amount error and an error due to posture variation occur, by capturing the
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。 When the movement amount Δy of the table 5 between the reference scale imaging and the point P imaging as the second information and the coordinates (X1, Y1) of the visual field position as the first information are used, the reference scale imaging is performed. It is possible to obtain the position of the visual field when the point P is imaged with reference to the position of the table 5 at the time.
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。 Furthermore, the position (x1, y1) of the point P with reference to the field of view of the camera A when the point P is imaged can be obtained from the image obtained by imaging the point P as the third information as described above. Therefore, by using all the information, the position (X1 + x1, Y1 + Δy + y1) of the point P with reference to the position of the table 5 at the time of imaging the reference scale can be obtained.
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。
FIG. 10 is a diagram showing a procedure for measuring the coordinates and related dimensions and angles of the reference marks P, Q, R, and S of the
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方向に移動させて図7の状態bとし、カメラAで基準スケール13を撮像する。
First, as in FIG. 5 described above, in
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、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で点Qを撮像する。
Next, in
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。 At this time, if the point Q is not in the field of view of the camera A, the point A is searched for the point Q by finely moving the camera A and the table 5 as described with reference to FIG. To do.
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、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、ステップ5に移る。
When searching for the point Q, when the camera A is finely moved in the x direction and the point Q is imaged, the process proceeds to step 4 where only the table 5 is moved in the y direction, and the positional relationship between the table 5 and the camera A is In the state b ′ shown in FIG. 12, the
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、上記移動量に、微動分を加えた累積移動量をテーブル5の移動量とする。 When searching for the point Q, when the table 5 is finely moved in the y direction to pick up an image of the point Q, the accumulated movement amount obtained by adding the minute movement amount to the movement amount is set as the movement amount of the table 5.
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。
In
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で点Rを撮像する。
Next, in the same way as the points P and Q for the points R and S, in
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。
Next, in
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。
Next, in
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。
If the camera A is finely moved in the x direction during the search for the point S, the process proceeds to step 8 where only the table 5 is moved in the y direction and the positional relationship between the table 5 and the camera A is shown in FIG. In the state e ′ shown, the camera A captures the
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、上記移動量に、微動分を加えた累積移動量を、テーブル5の移動量とする。 When searching for the point S, when the table 5 is finely moved in the y direction and the point Q is imaged, the accumulated movement amount obtained by adding the minute movement amount to the above movement amount is set as the movement amount of the table 5.
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。
In
ステップ9では、点P,Qの座標を、図8を用いて説明したのと同様にして、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の画像およびテーブル5の移動量を用いて算出し、同様に、点R,Sの座標を、カメラAによる点R,Sの撮像画像、カメラAによる基準スケール13の画像およびテーブル5の移動量を用いて算出する。
In
ステップ10では、算出した各座標より、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。
In
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。 For example, the distance (dimension) between the reference marks P and Q is calculated from the coordinates of the reference marks P and Q, or, for example, an angle formed by a straight line connecting the reference marks P and Q and a straight line connecting the reference marks Q and S That is, the orthogonality is calculated.
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。
Thus, by calculating the dimension between the reference marks P, Q, R, and S on the
図17は、恒温室内への基板12の搬入や人の出入りにより恒温室内の気温が目標温度である23℃から0.15℃上昇したときからの、テーブル5の温度と基準スケール13の温度の時間変化を示している。
FIG. 17 shows the temperature of the table 5 and the temperature of the
測定結果の線が0.01℃単位の階段状になっているのは、温度測定器の分解能が0.01℃であるためである。テーブル5の温度と基準スケール13の温度とは約0.01℃の差でほぼ一致して変化している。この変化は、図示しない恒温室内の気温の変化とも一致しており、リニアスケール10の温度も図17の測定結果とほぼ一致して変化している。
The reason why the measurement result line is stepped in units of 0.01 ° C. is that the resolution of the temperature measuring device is 0.01 ° C. The temperature of the table 5 and the temperature of the
基準スケール13やリニアスケール10の熱膨張係数は、8ppm/℃であるから、熱膨張による寸法誤差を1mあたり0.3μm以内に抑えようとすると、
1m × 8ppm/℃ × 0.0375℃ = 0.3μm
の計算から、測定温度として定められている温度(23℃)からの誤差を約0.04℃以内にしなければならないことがわかる。この範囲に温度が整定するためには、図17を参照して、3時間以上の待ち時間が必要である。
Since the thermal expansion coefficient of the
1 m × 8 ppm / ° C. × 0.0375 ° C. = 0.3 μm
From the calculation, it is understood that the error from the temperature (23 ° C.) determined as the measurement temperature must be within about 0.04 ° C. In order to set the temperature within this range, a waiting time of 3 hours or more is required with reference to FIG.
本実施形態によれば、このような状況において、基準スケール13やリニアスケール10の温度の整定を待たなくても同等の精度の位置測定が可能になる。
According to the present embodiment, in such a situation, it is possible to perform position measurement with the same accuracy without waiting for the temperature of the
図18は、恒温室の壁に設けられている扉から基板12を搬入して位置測定装置1のテーブル5に載置した時点からのテーブル5の温度と基板12の温度との変化を示している。
FIG. 18 shows a change between the temperature of the table 5 and the temperature of the
位置測定装置1のテーブル5、基準スケール13、リニアスケール10などの各部の温度は、恒温室内の温度にほぼ一致して変化している。
The temperature of each part such as the table 5, the
本実施形態における測定条件として定められている温度は23℃であり、恒温室内の温度の制御目標もそれに合わせて23℃である。恒温室内の温度は基板12の搬入により約0.1℃降下し、目標温度に整定するまでに2時間以上を要する。
The temperature defined as the measurement condition in the present embodiment is 23 ° C., and the temperature control target in the temperature-controlled room is 23 ° C. accordingly. The temperature in the temperature-controlled room drops by about 0.1 ° C. due to the loading of the
基板12の温度は、恒温室内への搬入時には約21℃であり、テーブル5に載置されると急速にテーブル5の温度に接近し、載置から3分経過後にはテーブル5の温度にほぼ一致して、テーブル5の温度と基板12の温度との差は0.01℃程度以内となる。基板12の厚さなどの条件によっては載置から1分で基板12の温度がテーブル5の温度にほぼ一致することもある。
The temperature of the
本実施の形態においては、基板12、基準スケール13及びリニアスケール10の熱膨張係数がいずれも8ppm/℃であるため、これらの温度が互いに一致すればその温度が測定条件として定められた温度と0.1℃程度異なっていても熱膨張量の差による誤差はほとんど発生しない。したがって、リニアスケール10や基準スケール13の温度及び基板12の温度の目標温度への整定を待つことなく位置測定を行うことができる。
In this embodiment, since the thermal expansion coefficients of the
本実施形態では、基板12をテーブル5に載置して3分経過後には測定可能であるが、より長時間経過してから測定することも当然可能である。1時間以内に測定するのであれば、従来技術に対して本実施形態の待ち時間を含めた測定所要時間が短いことの優位性は明らかである。
In the present embodiment, the measurement can be performed after the
測定条件として定められた温度において各スケール10,13が較正されているとすると、恒温室内の温度が測定条件として定められた温度のときには、各部の熱膨張係数の差異があっても正しい測定ができる。要求されている位置測定誤差が1mあたり±0.5μm以内であり、そのうち、熱膨張又は収縮を原因とする誤差として±0.3μmが許容されているとすると、基板12の熱膨張係数と基準スケール13、リニアスケール10の熱膨張係数との間に、ある程度の差異が許容される。恒温室内の温度(各部の温度に等しい)と測定条件として定められている温度との差が0.1℃のときに測定するとすると、
3ppm/℃×0.1℃=0.3μm/m
の計算より、熱膨張係数差は3ppm/℃程度までが許容範囲である。
Assuming that the
3 ppm / ° C. × 0.1 ° C. = 0.3 μm / m
From the above calculation, the allowable range for the difference in thermal expansion coefficient is about 3 ppm / ° C.
基板12や各スケール10,13がガラスであるとすると、ガラスの熱膨張係数はガラスの材質によって約3ppm/℃から約10ppm/℃の間に分布しているから、基板の熱膨張係数に合わせて、この範囲で各スケール10,13の材質が選択されることになる。
If the
(実施形態2)
図19は、本発明の他の実施形態の図2に対応する平面図であり、図2に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
(Embodiment 2)
FIG. 19 is a plan view corresponding to FIG. 2 of another embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG.
この実施形態の位置測定装置1’では、図2のリニアスケール10(図19ではリニアスケール10aとする)とは別に、熱膨張係数が異なるリニアスケール10bを備えている。
The position measuring apparatus 1 'according to this embodiment includes a
更に、図2の基準スケール13(図19では基準スケール13aとする)とは別に、熱膨張係数が異なる基準スケール13bを備えている。
In addition to the
第1スケールとしてのリニアスケール10a及び基準スケール13aと、第2スケールとしてのリニアスケール10b及び基準スケール13bとは、熱膨張係数が3ppm/℃以上異なるものであり、この実施形態では、リニアスケール10a及び基準スケール13aの熱膨張係数が、上述の実施形態と同様に、8ppm/℃であるのに対して、リニアスケール10b及び基準スケール13bの熱膨張係数は、3ppm/℃であり、その材質は、例えば、コーニング製のEAGLE2000である。なお、各スケール10a,10b,13a.13bは、上述の実施形態と同様に、測定条件として定められた温度において較正されている。
The
この実施形態では、第1スケールとしてのリニアスケール10a及び基準スケール13aを用いて上述の実施形態と同様にして位置を測定し、第2スケールとしてのリニアスケール10b及び基準スケール13bを用いて同様にして位置を測定し、その各測定値から補完計算によって、最終的な位置を算出するものである。
In this embodiment, the
例えば、熱膨張係数が5ppm/℃である基板12において、カメラAの移動方向(X方向)に離間した2点間の距離を、第1スケールとしての基準スケール13aを用いて測定し、更に、第2スケールとしての基準スケール13bを用いて測定し、各測定結果が、0.6999980(m),0.7000014(m)であるとすると、次のように補完計算を行って、前記2点間の距離LWを算出するものである。
For example, on the
ここで、
LW:補完計算によって算出される距離
L3:熱膨張係数が3ppm/℃の基準スケール13bを用いて得られた測定結果(0.7000014)
L8: 熱膨張係数が8ppm/℃の基準スケール13aを用いて得られた測定結果(0.6999980)
CTE3:基準スケール13bの熱膨張係数(3ppm/℃)
CTE8:基準スケール13aの熱膨張係数(8ppm/℃)
CTEW:基板の熱膨張係数(5ppm/℃)
LW=(L3−L8)×[(CTE8−CTEW)/(CTE8
−CTE3)]+L8
=(0.7000014−0.6999980)×{(8ppm−5ppm)/(8ppm−3ppm)}+0.6999980
=3.4×10-6×0.6+0.6999980
=0.7000000
となる。
here,
LW: Distance calculated by complementary calculation L3: Measurement result obtained using the
L8: Measurement result obtained using the
CTE3: Thermal expansion coefficient of the
CTE8: Thermal expansion coefficient of the
CTEW: Thermal expansion coefficient of substrate (5 ppm / ° C)
LW = (L3-L8) × [(CTE8-CTEW) / (CTE8
-CTE3)] + L8
= (0.7000014-0.6999980) x {(8 ppm-5 ppm) / (8 ppm-3 ppm)} + 0.6999980
= 3.4 × 10 −6 × 0.6 + 0.6999980
= 0.7000000
It becomes.
図20は、この補完計算の式の説明に供する図であり、縦軸は真の距離を、横軸は温度を示している。 FIG. 20 is a diagram for explaining the formula for the complementary calculation. The vertical axis indicates the true distance, and the horizontal axis indicates the temperature.
目標温度T0において、基板上の2点間の距離の真の値が、0.7000000であるとすると、この目標温度においては、熱膨張係数が8ppm/℃の基準スケール13aおよび熱膨張係数が3ppm/℃の基準スケール13bのいずれを用いても真の値である0.7000000が計測される。
Assuming that the true value of the distance between two points on the substrate is 0.7000000 at the target temperature T0, the
これに対して、目標温度T0よりも高い温度T1においては、熱膨張係数が8ppm/℃の基準スケール13a、熱膨張係数が3ppm/℃の基準スケール13bおよび熱膨張係数が5ppm/℃の基板12のいずれも、その熱膨張係数の大きさに応じた比率で膨張している。
On the other hand, at the temperature T1 higher than the target temperature T0, the
その結果、基板12も膨張しているものの、膨張量が基板12に比べて大きい基準スケール13aで測定した基板上の2点間の距離は、真の値である0.7000000よりも小さな0.6999980となる。一方、膨張量が基板12に比べて小さい基準スケール13bで測定した基板上の2点間の距離は、真の値である0.7000000よりも大きな0.7000014となる。
As a result, although the
そこで、一方の基準スケール13aで測定した値(0.6999980)を元に、両基準スケール13a,13bの熱膨張係数の差に起因する測定値の差(0.7000014−0.6999980)を、両基準スケール13a,13bの熱膨張係数の差と、基準スケール13aと基板12の熱膨張係数の差との比率で按分することにより、2点間の距離を算出するものである。
Therefore, based on the value measured with one
この例では、カメラAの移動方向(X方向)に離間した2点間の距離を、基準スケール13a及び基準スケール13bをそれぞれ用いて測定した場合について、説明したけれども、基準スケール13a,13bと共にリニアスケール10a,10bを用いて基板12の任意の点を測定する場合も同様である。
In this example, the case where the distance between two points separated in the moving direction (X direction) of the camera A is measured using the
このように、熱膨張係数の異なる第1,第2スケールを用いて補完計算により基板12の測定対象箇所の位置を測定するので、上述の実施形態1のように、基板12とスケール10,13との間の熱膨張係数が近似している場合に制限されることなく、任意の値の熱膨張係数を有する基板12を測定対象として補完計算をして位置を測定することができる。
Thus, since the position of the measurement object location of the board |
しかも、この補完計算の式は、目標温度付近の任意の温度において成立するので、基板12、基準スケール13a,13bやリニアスケール10a,10bの温度の整定を待たなくても高い精度の位置測定が可能になり、待ち時間を含めた測定所要時間を短縮できることになる。
Moreover, since this complementary calculation formula is established at an arbitrary temperature near the target temperature, highly accurate position measurement is possible without waiting for the temperature of the
(その他の実施形態)
上述の各実施形態では、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る視野の位置の誤差を補正するために、基準スケールをカメラAで撮像した画像を利用して位置を測定したけれども、本発明の他の実施形態として、例えば、他の手段によって視野の位置の誤差を補正できるような場合には、基準スケールを省略して基準スケールの撮像を行わないようにしてもよく、この場合には、例えば、架台6に内蔵されるカメラ移動機構の上述のリニアエンコーダによる移動量を、x方向の座標の算出に用いればよく、上述の実施形態1の構成においては、このリニアエンコーダを構成するリニアスケールの熱膨張係数を、基板の熱膨張係数との差が3ppm/℃以下となるようにすればよい。また、上述の実施形態2の構成においては、第1スケールとしての前記リニアスケールとは別に、熱膨張係数が異なる(例えば3ppm/℃以上異なる)第2スケールとしてのリニアスケールを追加すればよい。
(Other embodiments)
In each of the above-described embodiments, in order to correct an error in the position of the visual field due to an error in the movement amount of the camera A and a change in the posture of the camera A, the position is measured using an image obtained by capturing the reference scale with the camera A. However, as another embodiment of the present invention, for example, when the error of the position of the visual field can be corrected by other means, the reference scale may be omitted and the reference scale may not be imaged. In this case, for example, the movement amount of the camera moving mechanism built in the
なお、他の実施形態として、複数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。 As another embodiment, a position measuring device in which a plurality of cameras are supported by each camera moving mechanism is used, and a measurement target location corresponding to the number of cameras is sequentially imaged while moving the table. Scale imaging may be performed at a common table position.
本発明は、例えば、基板の寸法検査などに有用である。 The present invention is useful, for example, for dimensional inspection of a substrate.
1,1’位置測定装置 2 制御装置
5 テーブル 6 架台
10,10a,10b リニアスケール
12 基板
13,13a,13b 基準スケール
1, 1 '
Claims (3)
基板が前記テーブルに載置されているときに基板を撮像するカメラと、
前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記相対位置の測定に使用される、熱膨張係数が1ppm/℃以上のスケールとを備えた位置測定装置を準備し、
位置測定装置の周囲の気温を、測定条件として定められた温度を目標として制御し、
熱膨張係数が4ppm/℃以上であり、前記スケールの熱膨張係数との差が3ppm/℃以下であり、いずれかの方向の長さが500mm以上である基板をテーブルに載置し、
前記基板に関する位置測定の誤差のうち前記基板の熱膨張又は収縮を原因とする誤差として許容されている量よりも、前記基板の実際の熱膨張又は収縮量の方が大きい間に、前記カメラで基板上の複数の測定対象箇所を撮像し、
各撮像時の前記テーブルと前記カメラとの相対位置を前記スケールを用いて測定し、
測定した各撮像時の前記相対位置と撮像した各画像とを用いて基板上の各測定対象箇所の位置測定を行う、位置測定方法。 A table having a plane that comes into contact with substantially the entire surface of one side of the substrate when the substrate to be measured is placed;
A camera that images the substrate when the substrate is placed on the table;
A moving mechanism for changing a relative position between the table and the camera;
Preparing a position measuring device having a scale with a coefficient of thermal expansion of 1 ppm / ° C. or more, which is used for measuring the relative position;
Control the temperature around the position measurement device with the temperature set as the measurement condition as the target,
A substrate having a thermal expansion coefficient of 4 ppm / ° C. or more, a difference from the thermal expansion coefficient of the scale of 3 ppm / ° C. or less, and a length in any direction of 500 mm or more placed on a table,
While the actual thermal expansion or contraction amount of the substrate is larger than the amount allowed as an error caused by thermal expansion or contraction of the substrate among the position measurement errors regarding the substrate, the camera Image multiple measurement points on the board,
Measure the relative position of the table and the camera at the time of each imaging using the scale,
A position measurement method for measuring a position of each measurement target portion on a substrate using the measured relative position at the time of each image pickup and each image taken.
基板が前記テーブルに載置されているときに基板を撮像するカメラと、
前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記相対位置の測定に使用される第1スケールと、
前記相対位置の測定に第1スケールと併用される、熱膨張係数が第1スケールの熱膨張係数と異なる第2スケールとを備えた位置測定装置を準備し、
位置測定装置の周囲の気温を、測定条件として定められた温度を目標として制御し、
熱膨張係数が4ppm/℃以上であり、いずれかの方向の長さが500mm以上である基板をテーブルに載置し、
前記基板に関する位置測定の誤差のうち前記基板の熱膨張又は収縮を原因とする誤差として許容されている量よりも、前記基板の実際の熱膨張又は収縮量の方が大きい間に、前記カメラで基板上の複数の測定対象箇所を撮像し、
各撮像時の前記テーブルと前記カメラとの相対位置を、第1スケールを用いて測定し、かつ、第2スケールを用いて測定し、
第1スケールを用いて測定した各撮像時の前記相対位置と撮像した各画像とを用いて基板上の各測定対象箇所の位置を測定し、
第2スケールを用いて測定した各撮像時の前記相対位置と撮像した各画像とを用いて基板上の各測定対象箇所の位置を測定し、
基板上の測定対象箇所の内の2箇所について、第1スケールを用いて測定した位置と第2スケールを用いて測定した位置とを求め、求めたこれらの位置を用いた補完計算により基板上の当該2箇所の間の距離を求める、距離測定方法。 A table having a plane that comes into contact with substantially the entire surface of one side of the substrate when the substrate to be measured is placed;
A camera that images the substrate when the substrate is placed on the table;
A moving mechanism for changing a relative position between the table and the camera;
A first scale used to measure the relative position;
Preparing a position measuring device including a second scale, which is used in combination with the first scale for measuring the relative position, and having a thermal expansion coefficient different from that of the first scale;
Control the temperature around the position measurement device with the temperature set as the measurement condition as the target,
A substrate having a thermal expansion coefficient of 4 ppm / ° C. or more and a length in either direction of 500 mm or more is placed on the table,
While the actual thermal expansion or contraction amount of the substrate is larger than the amount allowed as an error caused by thermal expansion or contraction of the substrate among the position measurement errors regarding the substrate, the camera Image multiple measurement points on the board,
Measuring the relative position of the table and the camera at the time of each imaging using a first scale and using a second scale;
Measure the position of each measurement target location on the substrate using the relative position at the time of each imaging measured using the first scale and each captured image,
Measure the position of each measurement target location on the substrate using the relative position at the time of each imaging measured using the second scale and each captured image,
The position measured using the first scale and the position measured using the second scale are obtained for two of the measurement target places on the board, and the complementation calculation using these obtained positions is performed on the board. A distance measuring method for obtaining a distance between the two locations.
基板が前記テーブルに載置されているときに基板を撮像するカメラと、
前記テーブルと前記カメラとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記相対位置の測定に使用される第1スケールと、
前記相対位置の測定に第1スケールと併用される、熱膨張係数が第1スケールの熱膨張係数と異なる第2スケールとを備えた位置測定装置。 A table having a plane that comes into contact with substantially the entire surface of one side of the substrate when the substrate to be measured is placed;
A camera that images the substrate when the substrate is placed on the table;
A moving mechanism for changing a relative position between the table and the camera;
A first scale used to measure the relative position;
A position measuring device comprising a second scale having a thermal expansion coefficient different from that of the first scale, which is used in combination with the first scale for measuring the relative position.
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