JPH04294563A - 自動位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の方向への線分を
主体にして区画されたパターンを有する人工工作物を、
自動的に位置決めする装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数の方向への線分を主体にして区画さ
れたパターンを有する人工工作物を撮像し、前記パター
ンの映像信号に基づいてモデル領域を選定し、該モデル
領域と同じ大きさの領域により前記撮像した領域を検索
し、前記モデル領域と前記撮像領域との相関をとり、前
記人工工作物の位置決めを行う装置が知られている。

【０００３】これらの位置決め装置は、前記相関をとる
手法として、検索対象画像の全画素について、モデル領
域との相関を算出するもの、検索対象画像の特徴（例え
ば像のエッジ）を抽出し、モデル画像のそれと比較する
もの、検索対象画像を多数のセグメントに分け、各セグ
メントでの平均モデルを求めた画像に対してモデル画像
との相関をとるもの、等があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く相関を用い
る位置決めにおいては、モデルの大きさが大きくなる等
の問題があり、モデルを頻繁に入れ替えて使う様なシス
テムでは使用しにくい面があるという欠点があった。本
発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもので、モデル
の大きさを縮少し、使用し易い位置決め装置を得ること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】上記問題点の解決の為に、
第１の発明は、複数の方向への線分を主体にして区画さ
れたパターンを有する人工工作物を撮像し、モデル領域
と撮像領域との相関をとり、前記人工工作物の位置決め
を行う装置において、前記人工工作物を撮像した領域の
方向を前記モデル領域の方向に合わせるための回転補正
手段と、前記モデル領域を所定の二方向へ投影したとき
の、特徴点の位置における特徴の程度と特徴の顕著でな
い範囲とを示すモデルを、それぞれの方向で作成し、該
投影モデルを別々に記憶する記憶手段と、前記回転補正
手段による回転補正後の前記撮像した領域から、前記所
定の二方向へ投影したときの特徴点の位置及びそこにお
ける特徴の程度と、特徴の顕著でない範囲とを示す投影
パターンを求める投影パターン演算手段と、前記投影モ
デルと前記投影パターンとの相関をとる相関演算手段と
、を有することを特徴とする位置決め装置である。

【０００６】また、第２の発明は複数の方向への線分を
主体にして区画されたパターンを有する人工工作物を撮
像し、モデル領域と前記撮像領域との相関をとり、前記
人工工作物の位置決めを行う装置において、前記人工工
作物を撮像した領域の方向を前記モデル領域の方向に合
わせるための回転補正手段と、前記モデル領域を所定の
二方向へ投影したときの、特徴点の位置及びそこにおけ
る特徴の程度と、特徴の顕著でない範囲とを示すモデル
を、それぞれの方向で作成し、該投影モデルを別々に記
憶する記憶手段と、前記回転補正手段による回転補正後
の前記撮像した領域から、前記所定の二方向へ投影した
ときの特徴点の位置及びそこにおける特徴の程度と、特
徴の顕著でない範囲とを示す投影パターンを演算する投
影パターン演算手段と、前記投影モデルと前記投影パタ
ーンとの相関を演算する相関演算手段と、前記相関演算
手段に先ず前記所定の二方向のうちの一方向の投影パタ
ーンを演算させ、前記相関演算手段に前記一方向での相
関を演算させ、前記一方向での相関の高い部分のみにつ
いて、前記投影パターン演算手段に前記所定の二方向の
うちの他方向の投影パターンを演算させ、前記相関演算
手段に前記他方向での相関を演算させる制御手段と、を
有することを特徴とする位置決め装置である。

【０００７】さらに、第３の発明は、第１の発明もしく
は第３の発明における前記投影パターン演算手段が、前
記投影パターンを、前記所定の二方向のうちの一方向へ
は、前記モデル領域の幅の１／２以下のピッチで求める
ことを特徴とする位置決め装置である。

【０００８】

【作用】請求項１に記載の発明に於いてはモデルの特徴
を限定して抽出することとしたので、モデルのサイズを
限定することができる。また、この特徴として人工工作
物の固体差に依存しにくいエッジの情報等を抽出するこ
とにより、安定した相関演算を行うことも可能となる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、一方向
の相関演算によって相関の度合いの高い部分につき他方
向での相関演算を行なうので、相関の判断に要する時間
が減少する。さらに請求項３に記載の発明では、検索範
囲が減少するので、より高速の検索が可能となる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のブロック図であ
る。図１において、複数の方向の線分を主体にして区画
されたパターンを有する人工工作物としての検索対象物
１は、例えばパターンの形成されたウェハであり、ステ
ージ２に装着される。

【００１１】ステージ２は検索対象物１を水平面内で直
交するＸ−Ｙ方向に移動すると共に鉛直軸（後述のテレ
ビカメラの光軸に一致する）を中心として検索対象物を
回転する公知のステージである。検索対象物１は、テレ
ビカメラ装置３により撮像され、得られたアナログビデ
オ信号は不図示のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換さ
れた後、デジタル画像メモリ４に入力され、記憶される
。デジタル画像メモリ４には画像表示装置５が接続され
、テレビカメラ装置３にて撮像された画像が表示される
。

【００１２】なお、テレビカメラ装置３は２次元の撮像
素子を有するものでも、１次元の撮像素子を有するもの
でも良い。ここで、１次元の撮像素子を有するものを使
用した場合には、撮像素子の走査方向に直交する方向へ
ステージ２を移動すればよい。このとき、メモリ４への
記憶等は、制御装置８がタイミングをとって行う必要の
あることは勿論である。

【００１３】モデル保持装置６は、座標値の知れた所定
のモデル領域（テレビカメラ装置３の視野よりも小さい
）をＸ軸方向とＹ軸方向へ投影したときの、特徴点の位
置における特徴の程度と特徴の顕著でない部分を示すＸ
軸投影モデルとＹ軸投影モデルとを各々記憶している。 モデル領域の選定は、画像表示装置５の表示を見ながら
、作業者が行なっても良いし、あらかじめ検索対象物１
のパターンの設計データが知れている場合には、設計デ
ータ上でモデル領域を選定しておいても良い。そして、
モデル領域の座標値は、作業者が選定する場合は、ステ
ージ２の不図示の座標読取装置から得られる座標値と、
テレビカメラ装置３の視野上での位置とから、後述の制
御装置８が知ることができ、また、設計データ上でモデ
ル領域を選定する場合には、設計データ上でモデル領域
の座標値を知ることができる。この投影モデルは、一例
として図２に示すような変形十字形のターゲットＴ１を
含むモデル領域Ｍを考えかつ、特徴としてＸ軸の方向及
びＹ軸の方向からみたときのターゲットＴ１のエッジ部
を捉えるものとすれば、Ｘ軸投影モデルＭＸは、エッジ
部（微分結果の大きな部分）の位置及びその強度を示す
縦線部（図２の縦線、縦線の位置でエッジ部の位置を、
縦線の長さでエッジ部の強度を示す）と特徴のない直線
部分（図２の横線）となり、Ｙ軸投影モデルＭＹも同様
に、エッジ部（微分結果の大きな部分）の位置及びその
強度を示す横線部（図２の横線、横線の位置でエッジ部
の位置を、横線の長さでエッジ部の強度を示す）と特徴
のない直線部分（図２の縦線）となる。

【００１４】検索装置７には、デジタル画像メモリ４と
モデル保持装置６とが接続されており、まず、画像メモ
リ４内の画像を、モデル保持装置６に記憶されているモ
デル領域のＹ方向の幅に等しくかつＸ方向へは全幅に等
しい短冊状の領域をＹ方向へ所定のステップで順次切り
出すと共に、各切り出した画像についてＹ方向での特徴
点の位置、及びその位置における特徴の程度と特徴のな
い部分を示すＸ軸投影パターンを求め、このようにして
求めた投影パターンと、モデル保持装置６のＸ軸投影モ
デルとの相関を画像メモリ４の１ビットづつずらしなが
ら演算し、相関係数を求めて制御装置８に送出する。つ
いで、制御装置８からの指令により、指令された座標位
置の領域におけるＹ軸投影パターンを求め、このＹ軸投
影パターンとモデル保持装置６のＹ軸投影モデルとの相
関をとり、相関係数を求めて制御装置８に送出する。

【００１５】制御装置８は、ステージ２からのステージ
の座標値に相当する信号と、検索装置７からの相関係数
とを入力すると共に、ステージ２、テレビカメラ装置３
、デジタル画像メモリ４、画像表示装置５、モデル保持
装置６、検索装置７の動作を制御する。次に、上述の如
く構成された装置の動作について検索装置７の詳細ブロ
ック図（図３）と制御装置８のフローチャート（図４）
とを用いて詳述する。

【００１６】制御装置８は、ステージ２に真空吸着等で
装着された検索対象物（ウェハ）１が所定の方向を向く
ように回転補正させる（ステップ８０）。これは、例え
ば、検索対象物１としてのウェハのオリエンテーション
フラットを利用した周知の位置合わせ装置を用いること
ができる。勿論、画像表示装置５の表示を見ながら手動
でステージ２を回転させて、回転補正を行なうように作
業者に指示を与えてもよい。そして、制御装置８は、検
索対象物１のモデル領域を含む領域がテレビカメラ装置
３の視野内に入るように、モデル領域の座標値を基にス
テージ２の移動を制御する（ステップ８１）。この場合
、検索対象物１の位置は、ステージ上に載置されたとき
に、周知の構成により基準の位置に略位置合わせされて
いるので（プリアライメント）、基準の位置に対するモ
デル領域の座標値を基にステージを移動させることによ
り、検索対象物１のモデル領域を含む領域がテレビカメ
ラ装置３の視野内に入るようにすることは容易に行われ
る。

【００１７】制御装置８は、検索対象物１の像を、テレ
ビカメラ装置３によって電気信号に変換した後、不図示
のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換し、デジタ
ル画像メモリ４に記憶する（ステップ８２）。次に、制
御装置８は、Ｘ座標の検索のために、デジタル画像メモ
リ４の内容をモデル領域のＹ方向の幅に等しくかつＸ方
向へは全幅に等しい短冊状の領域（図５において、１フ
レームの撮像領域を枠１００で表わすと、メモリ４には
領域１００の画像が記憶され、短冊状の領域はＸ方向へ
はｌ、Ｙ方向へは例えばｄ１　となる）をＹ方向へ所定
のステップで順次切り出すべく、検索装置７の切り出し
部（図３のブロック７０）に指令を与える（ステップ８
３）。この切り出しは、Ｘ方向へは画像メモリ４の全幅
で、Ｙ方向へはモデル領域のＹ方向の大きさの１／２の
ピッチで行なわれる。と同時に、制御装置８は、検索装
置７の投影パターン演算部（図３のブロック７１）に指
令を与えて、切り出しを行った領域の画像をＸ軸へ投影
して、エッジ部（微分、すなわち差分結果の大きな部分
）の位置及びその強度を示すパターンと特徴のないパタ
ーンとからなるＸ軸投影パリーンをリアルタイムで演算
させ（ステップ８３）、さらに検索装置７の相関演算部
（図３のブロック７２）に指令を与えて、これらＸ軸投
影パターンとモデル保持装置６のＸ軸投影モデルとの相
関を順次取らせ、得られた相関係数を順次読み取って行
く（ステップ８３）。

【００１８】そして、制御装置８は、ステップ８３で得
られた相関結果から、相関の度合いの高いもの、すなわ
ち、モデル領域に最も近似した検索領域から有限個、例
えば５個の候補を求める（ステップ８４）。制御装置８
はＸ方向の検索における候補の得られた領域の座標値（
領域の座標値は、領域の中心、領域の隅等を基準にして
特定される）を基に、同じ領域のＹ軸投影パターンを求
めるべく検索装置７の切り出し部に指令を与え、上述と
同様にＹ軸投影パターンとＹ軸投影モデルとの相関を取
らせ、得られた相関係数を入力する（ステップ８５）。

【００１９】制御装置８は、Ｘ軸及びＹ軸において、最
も近似度の高いものを最終結果（ターゲット領域）とす
る（ステップ８６）。勿論、より高い確度が求められる
場合には、これらの候補につき、再度近似度を計算し、
その最も高い領域を最終結果（ターゲット領域）として
もよい。制御装置８は、最終結果として得られた領域の
座標（Ｘ、Ｙ）が本来その領域があるべき座標（Ｘ０　
、Ｙ０　）からどれだけずれているかを演算し、ずれ量
（Ｘ０　−Ｘ、Ｙ０　−Ｙ）に応じてステージ２を移動
制御し、位置決めを完了する（ステップ８７）。

【００２０】このようにして、上述の実施例では、モデ
ル保持装置６に記憶させるデータの容量が極めて少なく
なる。また、特徴点の位置及びその位置における特徴の
程度と特徴のない部分とをデータとして有しているので
、適当なモデルを選択することにより位置決めの程度を
減少させることもない。また、図２の例では、投影モデ
ルとしてエッジ部の位置及びその強度を示すデータと特
徴のない部分の直線データとを用いたが、他の例、例え
ば、図６に示した投影モデルを考えることができる。 すなわち、図６においては、モデルの特徴点として、モ
デル画像の位点（斜線部）の位置の中心とその強度（タ
ーゲットＴ２の明るさと、モデル領域Ｍの平均的明るさ
との差を連続した１つのターゲトＴ２部分について積分
したもの）を抽出した例である。

【００２１】そして、このような投影モデルは、モデル
領域の端部からの座標位置と、特徴点における強度がメ
モリ６に記憶される。すなわち、図６のＸ軸投影モデル
ＭＸを拡大して示した図７において、左端を原点０とし
た座標位置ｘ０　、ｘ２　、ｘ３　、及びｘ１　−ｘ０
　、ｘ４　−ｘ３　、及びｘ２　における強度（例えば
エッジの強さ）が記憶される。

【００２２】なお、以上に述べた実施例において、検索
装置７は、メモリ４の全内容を短冊状に切り出して、各
短冊状の領域の投影パターンを求めた後、相関演算をし
ても良いし、投影パターンのメモリ容量を減少させるた
めに、短冊状の領域を切り出す毎に投影パターンを求め
て相関演算を行ない、順次メモリ内の投影パターンを更
新するようにしても良い。さらに、上述の如く、短冊状
に切り出すことにより演算時間を短くすることができる
が、モデル領域と同じ大きさの領域で順次切り出すよう
にすることもできる。

【００２３】また、検索装置７は、多数の演算を必要と
するため、全体の演算速度を考えて、投影パターン演算
部７１を複数の演算部（例えば、他の機能…例えば相関
演算部の…も併せ持ったＣＰＵを複数用意しておき、１
ビットづつずれた投影パターンを複数一度に相関演算す
ることもできる。次に、本発明の特徴であるモデル領域
の大きさの半分のピッチで検索を行なう点について、そ
の原理を図５を用いて詳述する。

【００２４】図５において、視野１００は、カメラ３の
１フレム分の視野を示す図、すなわち撮像領域であり、
画像メモリ４に記憶されている画像データの内容に対応
する。そして、Ｃ１　〜Ｃ６　はＹ方向への切り出しを
モデル領域の幅のピッチで行なう場合、ｄ１　〜ｄ６　
はＣ１　〜Ｃ６　に対し１／２ピッチずらした場合であ
る。しかして、視野１００内の領域Ｐ１　がモデル領域
と最も近似している（ターゲット領域）場合、ピッチｄ
２　、ｄ３　部分の検索では、検索領域内領域Ｐ１　の
１／２ずつしか入っていないのに対し、ピッチＣ２　で
は検索領域内に領域Ｐ１　が１００％含まれている。従
って、ピッチｄ２　、ｄ３　においては、Ｐ１　を検索
できるか、検索できないか不明である。他方、ピッチＣ
２　では、確実に領域Ｐ１　を検索することが（Ｘ方向
、Ｙ方向へ投影する部分が、モデル領域の範囲に一致し
ている。）さて次に、視野１００内の領域Ｐ２　かモデ
ル領域と最も近似している場合を考えてみる。これは検
索の面から見れば最悪のケースであるが、ピッチＣ３　
部分の検索ピッチｄ４　部分の検索で、領域Ｐ２　の７
５％の部分が含まれている。

【００２５】ここでピッチＣ３　、またはピッチｄ４　
部分のターゲット領域以外の部分が全く非類似の評価関
数を与える部分だとするとターゲット領域に評価１を与
え非類似の部分に評価−１を与えると、全体の評価関数
は０．７５×１＋０．２５×（−１）＝０．５となり、
結果としてモデル領域とターゲット領域Ｐ２　との近似
度は０．５と評価される。ここで、評価関数はモデル領
域とターゲット領域との近似度を示すもので、近似度１
〜−１までの値をとるものとしている。

【００２６】勿論、１〜０までの値をとる評価関数を選
ぶことも可能であり、この場合は、評価関数は最悪０．
７５と評価される。ところで、この場合、ランダムなパ
ターンに対する評価関数は０（似てもいないし、似てな
くもない）と考えられるから、これに対して十分なマー
ジンをもって検索させるためには、少なくとも、ターゲ
ット領域に対して０．５以上（１＋０）／２（モデル画
とランダムパタンの近似度の中間）の評価関数の期待値
がなければならない。従って１／２以下のピッチでの検
索（１／２以下のどの程度のピッチで行なうかは、処理
時間と正確さとの関係で定められる）は、このように安
定な検索をランダムなパターンの中から行なうための必
須の条件である。

【００２７】なお、以上述べた実施例では種々の変形が
周知の技術の範囲内で可能であり、例えば、検索対象物
１の回転は、ステージ２を回転する代わりに電気的な画
像回転装置９を設けることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、２つの異な
る方向に投影されたモデル領域に対して、さらに特定の
特徴を持つ部分の座標及び強度、当該特徴を持たない部
分の範囲のみをモデルとして保持するため、モデルの容
量を非常に小さくする効果があるばかりでなく、意図的
に作られたパターンのみの検索を行なうので、不用意に
混入する妨害パターンに埋もれたパターンの検索に効果
がある。

【００２９】また、請求項２の発明によれば、一方向で
の相関演算を終了した後に、相関の度合いの高い部分に
つき他方向での相関演算を行なうので非常に効率的であ
る。さらに、請求項３の発明によれば、検索時に一方向
へはモデル領域の１／２以下のピッチで検索を行なうの
で、検索時間がきわめて短かくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に用いられる変形十字形のタ
ーゲットによる投影モデルを説明する為の図である。

【図３】図１に用いられる検索装置７の詳細なブロック
図である。

【図４】図１に用いられる制御装置８のフローチャート
である。

【図５】モデル領域の大きさの半分のピッチで検索を行
なう点についての原理を説明する為の図である。

【図６】投影モデルの他の例を示す説明図である。

【図７】Ｘ軸投影モデルの記憶の様子を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１　　検索対象物 ２　　ステージ ３　　テレビカメラ装置 ４　　デジタル画像メモリ ５　　画像表示装置 ６　　モデル保持装置 ７　　検索装置 ８　　制御装置 ７０　　切り出し部 ７１　　投影パターン演算部 ７２　　相関演算部 Ｍ　　モデル領域 Ｔ１　　ターゲット Ｔ２　　ターゲット ＭＸ　　Ｘ方向投影モデル ＭＹ　　Ｙ方向投影モデル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の方向への線分を主体にして区画
   されたパターンを有する人工工作物を撮像し、モデル領
   域と撮像領域との相関をとり、前記人工工作物の位置決
   めを行う装置において、前記人工工作物を撮像した領域
   の方向を前記モデル領域の方向に合わせるための回転補
   正手段と、前記モデル領域を所定の二方向へ投影したと
   きの、特徴点の位置における特徴の程度と特徴の顕著で
   ない範囲とを示すモデルを、それぞれの方向で作成し、
   該投影モデルを別々に記憶する記憶手段と、前記回転補
   正手段による回転補正後の前記撮像した領域から、前記
   所定の二方向へ投影したときの特徴点の位置及びそこに
   おける特徴の程度と、特徴の顕著でない範囲とを示す投
   影パターンを求める投影パターン演算手段と、前記投影
   モデルと前記投影パターンとの相関をとる相関演算手段
   と、を有することを特徴とする位置決め装置。
2. 【請求項２】　　複数の方向への線分を主体にして区画
   されたパターンを有する人工工作物を撮像し、モデル領
   域と前記撮像領域との相関をとり、前記人工工作物の位
   置決めを行う装置において、前記人工工作物を撮像した
   領域の方向を前記モデル領域の方向に合わせるための回
   転補正手段と、前記モデル領域を所定の二方向へ投影し
   たときの、特徴点の位置における特徴の程度と特徴の顕
   著でない範囲とを示すモデルを、それぞれの方向で作成
   し、該投影モデルを別々に記憶する記憶手段と、前記回
   転補正手段による回転補正後の前記撮像した領域から、
   前記所定の二方向へ投影したときの特徴点の位置及びそ
   こにおける特徴の程度と、特徴の顕著でない範囲とを示
   す投影パターンを演算する投影パターン演算手段と、前
   記投影モデルと前記投影パターンとの相関を演算する相
   関演算手段と、前記相関演算手段に先ず前記所定の二方
   向のうちの一方向の投影パターンを演算させ、前記相関
   演算手段に前記一方向での相関を演算させ、前記一方向
   での相関の高い部分のみについて、前記投影パターン演
   算手段に前記所定の二方向のうちの他方向の投影パター
   ンを演算させ、前記相関演算手段に前記他方向での相関
   を演算させる制御手段と、を有することを特徴とする位
   置決め装置。
3. 【請求項３】　　前記投影パターン演算手段は、前記投
   影パターンを、前記所定の二方向のうちの一方向へは、
   前記モデル領域の幅の１／２以下のピッチで求めること
   を特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の位置決
   め装置。