JP3779118B2 - 撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法、撮像装置におけるカメラの傾き検出方法、および、撮像装置におけるカメラの移動量補正方法 - Google Patents
撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法、撮像装置におけるカメラの傾き検出方法、および、撮像装置におけるカメラの移動量補正方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法、撮像装置におけるカメラの傾き検出方法、および、これらの位置ずれ検出方法や傾き検出方法を利用した撮像装置におけるカメラの移動量補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カメラを撮像対象に対して一方向および回転方向に移動させることにより、撮像対象の表面を撮像する極座標系の撮像装置においては、カメラの回転中心と画像（光軸）の中心との間で位置ずれが生じた場合、撮像対象表面における撮像を行うべき特定の領域（以下「特定領域」という）を撮像するためにカメラを移動させても、撮像領域が特定領域と正確には一致しない。同様に、カメラを撮像対象に対して一方向に移動させることにより、撮像対象の表面を撮像する撮像装置において、カメラが移動方向と交差する方向に傾いた状態で配置された場合、撮像対象表面の特定領域を撮像するためにカメラを移動させても、撮像領域が特定領域と正確には一致しない。このため、カメラの回転中心と画像（光軸）の中心とが正確に一致するよう、また、カメラが移動方向と一致する方向に正確に配置されるように、カメラの位置を調整する必要がある。
【０００３】
従来、このようなカメラの位置調整は、人手により機械的にカメラの位置を微調整する方式が採用されていた。
【０００４】
また、特開平９−２８７９１９号公報においては、撮像対象を載置するステージ上の特定の基準マークを二カ所で読み取り、これを画像処理することでカメラの位置を補正する方式が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前者の人手により機械的にカメラの位置を微調整する方式においては、カメラの位置をμｍ単位で調整することは困難である。
【０００６】
また、後者の撮像対象を載置するステージ上の特定の基準マークを二カ所で読み取ってこれを画像処理することでカメラの位置を補正する方式においては、ステージ上に特定の基準マークを設けなければならないという問題が生ずる。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特定の基準マークを設けることなく正確にカメラの位置ずれおよび傾きを検出し、あるいは、これらの検出値を利用してカメラの移動量を補正することができる撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法、撮像装置におけるカメラの傾き検出方法、および、撮像装置におけるカメラの移動量補正方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、撮像対象とカメラとを一方向および回転方向に相対的に移動させることにより、前記撮像対象における特定領域を前記カメラにより撮像する撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法であって、前記カメラにより前記撮像対象を撮像する第１撮像工程と、前記第１撮像工程において撮像した画像から所定のパターンを含む領域の画像を切り出して登録するパターン登録工程と、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する第１座標位置測定工程と、前記撮像対象と前記カメラとを相対的に回転させる回転工程と、前記カメラにより前記回転工程により前記カメラに対して相対的に回転された撮像対象の表面を撮像する第２撮像工程と、前記パターン登録工程において切り出した所定のパターンを含む領域の画像と前記第２撮像工程において撮像した画像とのパターンマッチングを行うことにより、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する第２座標位置測定工程と、前記第１座標位置測定工程で測定した前記特定位置の座標位置と前記第２座標位置測定工程とで測定した前記特定位置の座標位置とから、前記カメラの位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１座標位置測定工程においては、前記パターン登録工程において切り出した所定のパターンを含む領域の画像と前記第１撮像工程において撮像した画像とのパターンマッチングを行うことにより、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２いずれかに記載の発明において、前記パターンにおける特定位置は、前記パターンを含む領域の中心位置である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において検出したカメラの位置ずれ量に基づいて、前記特定領域を前記カメラにより撮像する際の前記撮像対象と前記カメラとの一方向および回転方向の相対的な移動量を補正することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、撮像対象とカメラとを少なくとも一方向に相対的に移動させることにより、前記撮像対象における特定領域を前記カメラにより撮像する撮像装置における前記移動方向と交差する方向に対するカメラの傾きを検出するカメラの傾き検出方法であって、前記カメラにより前記撮像対象を撮像する第１撮像工程と、前記第１撮像工程において撮像した画像から参照直線を選択する参照直線選択工程と、前記第１撮像工程において撮像した画像における、前記参照直線と交差する互いに平行な第１、第２の辺と、これら第１、第２の辺に直交する第３の辺とを少なくとも備えた画像表示ウィンドウに対し、前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ａと、前記第２の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｂとを測定する第１測定工程と、前記撮像対象と前記カメラとを前記参照直線と交差する方向に相対的に距離Ｌだけ移動させる移動工程と、前記カメラにより前記移動工程により前記カメラに対して相対的に移動された撮像対象の表面を撮像する第２撮像工程と、前記第２撮像工程において撮像した画像における、前記画像表示ウィンドウに対し、前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｃを測定する第２測定工程と、前記第１測定工程で測定した前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ａと、前記第１測定工程で測定した前記第２の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｂと、前記第２測定工程で測定した前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｃと、前記移動工程における前記被測定物と前記カメラとの相対移動距離Ｌと、前記第１の辺と前記第２の辺との距離Ｗとから、前記カメラの傾きを計算する傾き計算工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において検出したカメラの傾きに基づいて、前記特定領域を前記カメラにより撮像する際の前記撮像対象と前記カメラとの一方向および回転方向の相対的な移動量を補正することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明を適用する撮像装置の側面概要図である。
【００１５】
この撮像装置は、対物レンズ１２を備えたカメラ１３と、このカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）に移動させるためのＲ軸用のカメラステージ１４と、このＲ軸用のカメラステージ１４を回転方向（θ軸方向）に移動させるためのθ軸用のカメラステージ１５と、撮像対象たる半導体ウエハ１６を載置するための支持部材１７とを備える。
【００１６】
この撮像装置においては、Ｒ軸用のカメラステージ１４とθ軸用のカメラステージ１５との作用でカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させることにより、半導体ウエハ１６の下側を向いた表面における所望の特定領域をカメラ１３の対物レンズ１２により撮像する構成となっている。
【００１７】
図２は、この撮像装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
この撮像装置は、装置全体を制御するための中央演算部２１を備える。この中央演算部２１は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭや制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭからなるメモリ２２と接続されている。
【００１９】
この中央演算部２１は、カメラ１３を制御するためのカメラ制御部２３を介してカメラ１３と接続されている。また、カメラ１３は、そこで撮像した画像を記憶するためのフレームメモリ２４と接続されている。このフレームメモリ２４は、画像処理部２５を介して中央演算部２１と接続されている。
【００２０】
また、中央演算部２１は、ステージ制御部２６と接続されている。このステージ制御部２６は、そこに接続されたＲ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を制御するためのものである。
【００２１】
さらに、中央演算部２１は、ＣＲＴ等の画像表示ウィンドウ２８およびキーボードやマウス等の座標点入力装置２９を備えたコンソール２７とも接続されている。
【００２２】
次に、上述した撮像装置において、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）との間の位置ずれを検出するための位置ずれ検出方法について説明する。
【００２３】
図３は、カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における領域３２を撮像する状態を模式的に示す説明図である。なお、この図においては、カメラ１３のθ軸方向の回転中心３１と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）とが、後述するＸ、Ｙ方向に各々ａ、ｂだけずれた状態を誇張して示している。
【００２４】
また、図４は位置ずれ検出動作を示すフローチャートであり、図５〜図９はカメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【００２５】
先ず、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５によりカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させ、カメラ１３を半導体ウエハ１６表面における領域３２を撮像可能な位置に配置する。そして、図５に示すように、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面の画像を撮像する（ステップＳ１）。しかる後、変数Ｉに０を入力する（ステップＳ２）。
【００２６】
次に、図５で示すステップＳ１で撮像した画像から、図６に示すように、パターンマッチングに適したパターン４１を含む領域の画像を切り出し、パターン登録する（ステップＳ３）。なお、このパターン４１としては、図５に示す画像の中央付近に配置された他のパターンと容易に識別可能なものを選択することが好ましい。
【００２７】
次に、図５で示すステップＳ１で撮像した画像とステップＳ３で登録したパターン４１を含む領域の画像とのパターンマッチングを行う（ステップＳ４）。そして、図７に示すように、パターン４１における特定位置としての中心の座標位置を測定し、記憶する（ステップＳ５）。しかる後、変数Ｉに［Ｉ＋１］を入力する（ステップＳ６）。
【００２８】
次に、［Ｉ＝３］となったか否かを判定する（ステップＳ７）。［Ｉ＝３］となっていない場合には、θ軸用のカメラステージ１５の駆動によりカメラ１３を３０度回転させた後、図８に示すように、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面の画像を撮像する（ステップＳ８）。そして、再度、ステップＳ４〜ステップＳ６の動作を繰り返すことにより、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を測定し、記憶する。
【００２９】
しかる後、再度、［Ｉ＝３］となったか否かを判定する（ステップＳ７）。［Ｉ＝３］となっていない場合には、θ軸用のカメラステージ１５の駆動によりカメラ１３をさらに３０度回転させた後、図９に示すように、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面の画像を撮像する（ステップＳ８）。そして、再度、ステップＳ４〜ステップＳ６の動作を繰り返すことにより、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を測定し、記憶する。
【００３０】
そして、［Ｉ＝３］となった場合には、ステップＳ５において測定した３組のパターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を後述する計算式に入力する（ステップＳ９）。そして、この計算式に基づいて、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）との間の位置ずれ量を計算する（ステップＳ１０）。
【００３１】
次に、上述したカメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との間の位置ずれ量を計算するための計算式について説明する。
【００３２】
先ず、ステージ座標系とスクリーン座標系との関係式について説明する。ここで、ステージ座標系とは、カメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）に移動させるためのＲ軸用のカメラステージ１４と、このＲ軸用のカメラステージ１４を回転方向（θ軸方向）に移動させるためのθ軸用のカメラステージ１５とに係る座標系（撮像装置の中心を原点とする撮像装置固有の直交座標系）を指し、スクリーン座標系とは、画像表示ウィンドウ２８内における直交座標系を指す。
【００３３】
図１０は、撮像装置におけるカメラ１３が極座標系で（Ｒ，θ）の位置に配置された場合におけるステージ座標系とスクリーン座標系との位置関係を模式的に示す説明図であり、図１１は画像表示ウィンドウ２８の大きさと補助座標系の間系を示す説明図である。
【００３４】
なお、これらの図において、Ｘ，Ｙはステージ座標系を、ｘ，ｙはスクリーン座標系を、Ｘｈ，Ｙｈは計算のために使用する補助座標系を、Ｒ，θはカメラステージ１４、１５に係る極座標系を、Ｘ’，Ｙ’はＸ，Ｙ座標系を（Ｒ，θ）の座標位置に平行移動した座標系を表す。また、図１１におけるＷは、表示ウィンドウ２８の幅を、また、Ｈは表示ウィンドウ２８の高さを示している。
【００３５】
これらの座標系の間には、下記の式１、式２、式３の関係が成り立つ。
【００３６】
【式１】
【式２】
【式３】
これらについて、Ｘｈ，Ｙｈを介して等式を作成すると下記の式４の通りとなる。
【００３７】
【式４】
これを（Ｘ，Ｙ）および（ｘ，ｙ）について解くと、下記の式５、式６が得られる。
【００３８】
【式５】
【式６】
これらの式が、スクリーン座標系とステージ座標系との関係を表す関係式である。
【００３９】
次に、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）との間の位置ずれ量の計算方法について説明する。
【００４０】
図１２は、カメラ１３がθ方向に角度θだけ回転した場合における回転前のステージ座標系と回転後のステージ座標系との位置関係を模式的に示す説明図である。
【００４１】
なお、これらの図において、Ｘ，Ｙはカメラ１３が回転する前の上記と同様のステージ座標系を、Ｘ’，Ｙ’はカメラ１３の回転後のステージ座標系を、ｘ，ｙはカメラ１３が回転する前の上記と同様のスクリーン座標系を、ｘ’，ｙ’はカメラ１３の回転後のスクリーン座標系を、Ｘｃ，Ｙｃはカメラ１３が回転する前の補助座標系を、Ｘ’ｃ，Ｙ’ｃはカメラ１３の回転後の補助座標系を表す。また、ａ，ｂは、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量を示している。
【００４２】
これらの座標系の間には、下記の式７、式８の関係が成り立つ。
【００４３】
【式７】
【式８】
従って、下記の式９が成立する。
【００４４】
【式９】
また、補助座標系と画像表示ウィンドウ２８の大きさとの関係は下記の式１０の通りである。
【００４５】
【式１０】
これを式９に代入すると下記の式１１が得られる。
【００４６】
【式１１】
この式１１をａ，ｂについて解くと、下記の式１２が得られる。
【００４７】
【式１２】
以上から、画像表示ウィンドウ２８におけるカメラ１３が回転する前のスクリーン座標系ｘ，ｙおよびカメラ１３の回転後のスクリーン座標系ｘ’，ｙ’の各々における、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置が求まれば、上述したカメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量ａ，ｂを計算することが可能となる。
【００４８】
なお、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量ａ，ｂを計算するためには、画像表示ウィンドウ２８におけるカメラ１３が回転する前のスクリーン座標系ｘ，ｙおよびカメラ１３の回転後のスクリーン座標系ｘ’，ｙ’において、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を２組認識できればよい。しかしながら、上述した実施形態のように、Ｒ軸用のカメラステージ１４をθ方向に２度回転させることによりパターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を３組認識するようにした場合においては、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量ａ，ｂを３組計算することが可能となる。このため、これらの位置ずれ量ａ、ｂを平均すること等により、より精度の高い計算値を得ることが可能となる。
【００４９】
次に、上述したカメラ１３の位置ずれ検出方法において検出したカメラ１３の位置ずれ量に基づいて、特定領域をカメラ１３により撮像する際のカメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法について説明する。図１３は、カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。
【００５０】
この図に示すように、回転中心３１と画像中心（対物レンズ１２の中心）４２との間に、上述した位置ずれ量ａ、ｂに相当する位置ずれが生じていた場合においては、特定領域を撮像するための（ｘ，ｙ）の位置に画像中心を移動させるため、下記の式１３に基づいてＲ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を駆動させたとしても、画像中心４２は（ｘ，ｙ）とは異なる座標位置に配置されることになる。このため、位置ずれ量ａ，ｂを考慮して画像中心４２を移動させる必要がある。
【００５１】
【式１３】
ここで、（ｒ＋ａ，ｂ）の位置にある画像中心４２が角度θだけ回転して（ｘ，ｙ）に移動したとすると、下記の式１４が成立する。
【００５２】
【式１４】
これを解いてｒおよびθを求める。なお、これらの式からは２組の解が生ずるが、その一方はｒ＜０となるので、他方の解が求める解となる。
【００５３】
従って、下記の式１５、１６、１７で求められるｒおよびθに基づき、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を駆動してカメラ１３を移動させることにより、画像中心を正しく座標位置（ｘ，ｙ）に移動させることが可能となる。
【００５４】
【式１５】
【式１６】
【式１７】
なお、上述した実施形態においては、パターン４１における特定位置としての中心の座標位置を測定するため、ステップＳ４において、ステップＳ１で撮像した画像とステップＳ３で登録したパターン４１を含む領域の画像とのパターンマッチングを行っている。しかしながら、ステップＳ３においてステップＳ１で撮像した画像からパターンマッチングに適したパターン４１を含む領域の画像を切り出してパターン登録する時にパターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置が認識できるのであれば、最初のパターンマッチングを省略することも可能である。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、パターン４１における特定位置としてパターン４１を含む領域の画像における中心位置を採用しているが、これに換えて、特定位置としてパターン４１の先端位置等の他の位置を利用することも可能である。
【００５６】
次に、上述した撮像装置において、Ｒ軸方向と交差する方向に対するカメラ１３の傾きを検出するための傾き検出方法について説明する。
【００５７】
図１４は、カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像する状態を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明においては、上述した第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
また、図１５は傾き検出動作を示すフローチャートであり、図１６は二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像したときの画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂと参照直線４４との関係を示す説明図である。
【００５９】
先ず、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５によりカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させ、カメラ１３を半導体ウエハ１６表面における最初の領域３２ａを撮像可能な位置に配置する（ステップＳ１）。このとき、参照直線４４が含まれる領域を領域３２ａとして指定する。
【００６０】
ここで、参照直線４４は、カメラ１３の傾きを検出するために使用する直線である。この参照直線４４は、半導体ウエハ１６に形成されたパターンのうち、直線部分を有する図形の辺等から選択される。
【００６１】
次に、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面における領域３２ａの画像を撮像し、このときの画像表示ウィンドウ２８ａの両端と参照直線４４との交点４５、４６の座標を、図２に示すコンソール２７の座標点入力装置２９により入力する（ステップＳ２）。
【００６２】
そして、距離ａおよび距離ｂを求める（ステップＳ３）。
【００６３】
ここで、画像表示ウィンドウ２８ａが、参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３とを備えると考えた場合、距離ａは第１の辺５１と参照直線４４の交点４５と第３の辺５３との距離であり、距離ｂは第２の辺５２と参照直線４４の交点４６と第３の辺５３との距離である。
【００６４】
次に、Ｒ軸用のカメラステージ１４によりカメラ１３を参照直線４４と交差する方向（図１６におけるＸ方向）に移動させる（ステップＳ４）。
【００６５】
そして、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面における領域３２ｂの画像を撮像し、このときの画像表示ウィンドウ２８ｂの一端と参照直線４４との交点４７の座標を、図２に示すコンソール２７の座標点入力装置２９により入力する（ステップＳ５）。
【００６６】
そして、距離ｃを求める（ステップＳ６）。
【００６７】
ここで、上記同様、画像表示ウィンドウ２８ｂが、参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３とを備えると考えた場合、距離ｃは第１の辺５１と参照直線４４の交点４７と第３の辺５３との距離である。
【００６８】
しかる後、ステップＳ３で求めた距離ａ、ｂとステップＳ６で求めた距離ｃとから、カメラ１３の傾きαを計算する（ステップＳ７）。
【００６９】
次に、上述したカメラ１３の傾きαを計算するための計算式について説明する。
【００７０】
図１６に示すように、カメラ１３の移動距離をＬ、カメラ１３の移動方向に対するカメラ１３の傾きをα、また、カメラ１３の移動方向と参照直線４４との角度をθとした場合、下記の式１８が成立する。
【００７１】
【式１８】
この式１８からｓｉｎαおよびｃｏｓαを未知数とする方程式をたて、これを解くと、下記の式１９および式２０で表される２組の解が得られる。
【００７２】
【式１９】
【式２０】
そして、カメラ１３の角度αは微小であることから、これら２組の解のうち、ｔａｎα（ｓｉｎα／ｃｏｓα）が小さい値をとる方の角度αを、カメラ１３の傾きと認定することができる。
【００７３】
なお、上述した実施形態においては、画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂの３辺が、参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺と５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３とから構成されている場合について説明しているが、画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂ内に参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺と５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３を設定するようにしてもよい。
【００７４】
次に、上述したカメラ１３の傾き検出方法において検出したカメラ１３の傾きに基づいて、特定領域をカメラ１３により撮像する際のカメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法について説明する。図１７は、カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。撮像装置におけるカメラ１３が、極座標系で（Ｒ、θ）の位置に配置されているものとする。
【００７５】
なお、図１７においては、カメラ１３の傾斜角が０であった場合の画像表示ウィンドウ２８を破線で、また、カメラ１３の傾斜角がαであった場合の画像表示ウィンドウ２８を実線で示している。
【００７６】
図１７において、上述したステージ座標系Ｘ，Ｙを画像表示ウィンドウ２８の中心に平行移動させた座標系（図１７においてＸｈ，Ｙｈで示す座標系）を考えた場合、下記の式２１が成立する。
【００７７】
【式２１】
一方、スクリーン座標系ｘ，ｙとＸα，Ｙαとの関係は、前述した式３と同様、下記の式２２で表される。
【００７８】
【式２２】
これらから、スクリーン座標系ｘ，ｙとステージ座標系Ｘ，Ｙとに関し、下記の式２３および式２４に示す方程式が成立する。
【００７９】
【式２３】
【式２４】
そして、カメラ１３の視野内のスクリーン座標系における（ｘ，ｙ）の座標に画像中心を移動させる場合においては、上記式２３および式２４を利用してスクリーン座標系をステージ座標系に変換した後、上述した式１３により求められるｒおよびθに基づき、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を駆動してカメラ１３を移動させることにより、画像中心を正しく座標位置（ｘ，ｙ）に移動させることが可能となる。
【００８０】
上述した実施形態においては、いずれも、支持部材１７上に固定状態で載置された半導体ウエハ１６に対してカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させているが、固定状態のカメラ１３に対して半導体ウエハ１６を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、特定の基準マークを設けることなく正確にカメラの位置ずれ量を検出することが可能となる。
【００８２】
請求項４に記載の発明によれば、カメラの位置ずれ量の検出値を利用してカメラの移動量を補正することができ、カメラを正確な位置に移動させることが可能となる。
【００８３】
請求項５に記載の発明によれば、特定の基準マークを設けることなく正確にカメラの傾きを検出することが可能となる。
【００８４】
請求項６に記載の発明によれば、カメラの傾きの検出値を利用してカメラの移動量を補正することができ、カメラを正確な位置に移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用する撮像装置の側面概要図である。
【図２】この撮像装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。
【図３】カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における領域３２を撮像する状態を模式的に示す説明図である。
【図４】位置ずれ検出動作を示すフローチャートである。
【図５】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図６】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図７】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図８】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図９】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図１０】撮像装置におけるカメラ１３が極座標系で（Ｒ，θ）の位置に配置された場合におけるステージ座標系とスクリーン座標系との位置関係を模式的に示す説明図である。
【図１１】画像表示ウィンドウ２８の大きさと補助座標系の間系を示す説明図である。
【図１２】カメラ１３がθ方向に角度θだけ回転した場合における回転前のステージ座標系と回転後のステージ座標系との位置関係を模式的に示す説明図である。
【図１３】カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。
【図１４】カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像する状態を模式的に示す説明図である。
【図１５】図１５は傾き検出動作を示すフローチャートである。
【図１６】二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像したときの画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂと参照直線４４との関係を示す説明図である。
【図１７】カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。
【符号の説明】
１２ 対物レンズ
１３ カメラ
１４ カメラステージ
１５ カメラステージ
１６ 半導体ウエハ
１７ 支持部材
２１ 中央演算部
２２ メモリ
２３ カメラ制御部
２４ フレームメモリ
２５ 画像処理部
２６ ステージ制御部
２７ コンソール
２８ 画像表示ウィンドウ
２９ 座標点入力装置
３２ 領域
４１ パターン
４２ 画像中心
４４ 参照直線
５１ 第１の辺
５２ 第２の辺
５３ 第３の辺
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法、撮像装置におけるカメラの傾き検出方法、および、これらの位置ずれ検出方法や傾き検出方法を利用した撮像装置におけるカメラの移動量補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カメラを撮像対象に対して一方向および回転方向に移動させることにより、撮像対象の表面を撮像する極座標系の撮像装置においては、カメラの回転中心と画像（光軸）の中心との間で位置ずれが生じた場合、撮像対象表面における撮像を行うべき特定の領域（以下「特定領域」という）を撮像するためにカメラを移動させても、撮像領域が特定領域と正確には一致しない。同様に、カメラを撮像対象に対して一方向に移動させることにより、撮像対象の表面を撮像する撮像装置において、カメラが移動方向と交差する方向に傾いた状態で配置された場合、撮像対象表面の特定領域を撮像するためにカメラを移動させても、撮像領域が特定領域と正確には一致しない。このため、カメラの回転中心と画像（光軸）の中心とが正確に一致するよう、また、カメラが移動方向と一致する方向に正確に配置されるように、カメラの位置を調整する必要がある。
【０００３】
従来、このようなカメラの位置調整は、人手により機械的にカメラの位置を微調整する方式が採用されていた。
【０００４】
また、特開平９−２８７９１９号公報においては、撮像対象を載置するステージ上の特定の基準マークを二カ所で読み取り、これを画像処理することでカメラの位置を補正する方式が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前者の人手により機械的にカメラの位置を微調整する方式においては、カメラの位置をμｍ単位で調整することは困難である。
【０００６】
また、後者の撮像対象を載置するステージ上の特定の基準マークを二カ所で読み取ってこれを画像処理することでカメラの位置を補正する方式においては、ステージ上に特定の基準マークを設けなければならないという問題が生ずる。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特定の基準マークを設けることなく正確にカメラの位置ずれおよび傾きを検出し、あるいは、これらの検出値を利用してカメラの移動量を補正することができる撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法、撮像装置におけるカメラの傾き検出方法、および、撮像装置におけるカメラの移動量補正方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、撮像対象とカメラとを一方向および回転方向に相対的に移動させることにより、前記撮像対象における特定領域を前記カメラにより撮像する撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法であって、前記カメラにより前記撮像対象を撮像する第１撮像工程と、前記第１撮像工程において撮像した画像から所定のパターンを含む領域の画像を切り出して登録するパターン登録工程と、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する第１座標位置測定工程と、前記撮像対象と前記カメラとを相対的に回転させる回転工程と、前記カメラにより前記回転工程により前記カメラに対して相対的に回転された撮像対象の表面を撮像する第２撮像工程と、前記パターン登録工程において切り出した所定のパターンを含む領域の画像と前記第２撮像工程において撮像した画像とのパターンマッチングを行うことにより、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する第２座標位置測定工程と、前記第１座標位置測定工程で測定した前記特定位置の座標位置と前記第２座標位置測定工程とで測定した前記特定位置の座標位置とから、前記カメラの位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１座標位置測定工程においては、前記パターン登録工程において切り出した所定のパターンを含む領域の画像と前記第１撮像工程において撮像した画像とのパターンマッチングを行うことにより、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２いずれかに記載の発明において、前記パターンにおける特定位置は、前記パターンを含む領域の中心位置である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において検出したカメラの位置ずれ量に基づいて、前記特定領域を前記カメラにより撮像する際の前記撮像対象と前記カメラとの一方向および回転方向の相対的な移動量を補正することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、撮像対象とカメラとを少なくとも一方向に相対的に移動させることにより、前記撮像対象における特定領域を前記カメラにより撮像する撮像装置における前記移動方向と交差する方向に対するカメラの傾きを検出するカメラの傾き検出方法であって、前記カメラにより前記撮像対象を撮像する第１撮像工程と、前記第１撮像工程において撮像した画像から参照直線を選択する参照直線選択工程と、前記第１撮像工程において撮像した画像における、前記参照直線と交差する互いに平行な第１、第２の辺と、これら第１、第２の辺に直交する第３の辺とを少なくとも備えた画像表示ウィンドウに対し、前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ａと、前記第２の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｂとを測定する第１測定工程と、前記撮像対象と前記カメラとを前記参照直線と交差する方向に相対的に距離Ｌだけ移動させる移動工程と、前記カメラにより前記移動工程により前記カメラに対して相対的に移動された撮像対象の表面を撮像する第２撮像工程と、前記第２撮像工程において撮像した画像における、前記画像表示ウィンドウに対し、前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｃを測定する第２測定工程と、前記第１測定工程で測定した前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ａと、前記第１測定工程で測定した前記第２の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｂと、前記第２測定工程で測定した前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｃと、前記移動工程における前記被測定物と前記カメラとの相対移動距離Ｌと、前記第１の辺と前記第２の辺との距離Ｗとから、前記カメラの傾きを計算する傾き計算工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において検出したカメラの傾きに基づいて、前記特定領域を前記カメラにより撮像する際の前記撮像対象と前記カメラとの一方向および回転方向の相対的な移動量を補正することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明を適用する撮像装置の側面概要図である。
【００１５】
この撮像装置は、対物レンズ１２を備えたカメラ１３と、このカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）に移動させるためのＲ軸用のカメラステージ１４と、このＲ軸用のカメラステージ１４を回転方向（θ軸方向）に移動させるためのθ軸用のカメラステージ１５と、撮像対象たる半導体ウエハ１６を載置するための支持部材１７とを備える。
【００１６】
この撮像装置においては、Ｒ軸用のカメラステージ１４とθ軸用のカメラステージ１５との作用でカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させることにより、半導体ウエハ１６の下側を向いた表面における所望の特定領域をカメラ１３の対物レンズ１２により撮像する構成となっている。
【００１７】
図２は、この撮像装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
この撮像装置は、装置全体を制御するための中央演算部２１を備える。この中央演算部２１は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭや制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭからなるメモリ２２と接続されている。
【００１９】
この中央演算部２１は、カメラ１３を制御するためのカメラ制御部２３を介してカメラ１３と接続されている。また、カメラ１３は、そこで撮像した画像を記憶するためのフレームメモリ２４と接続されている。このフレームメモリ２４は、画像処理部２５を介して中央演算部２１と接続されている。
【００２０】
また、中央演算部２１は、ステージ制御部２６と接続されている。このステージ制御部２６は、そこに接続されたＲ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を制御するためのものである。
【００２１】
さらに、中央演算部２１は、ＣＲＴ等の画像表示ウィンドウ２８およびキーボードやマウス等の座標点入力装置２９を備えたコンソール２７とも接続されている。
【００２２】
次に、上述した撮像装置において、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）との間の位置ずれを検出するための位置ずれ検出方法について説明する。
【００２３】
図３は、カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における領域３２を撮像する状態を模式的に示す説明図である。なお、この図においては、カメラ１３のθ軸方向の回転中心３１と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）とが、後述するＸ、Ｙ方向に各々ａ、ｂだけずれた状態を誇張して示している。
【００２４】
また、図４は位置ずれ検出動作を示すフローチャートであり、図５〜図９はカメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【００２５】
先ず、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５によりカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させ、カメラ１３を半導体ウエハ１６表面における領域３２を撮像可能な位置に配置する。そして、図５に示すように、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面の画像を撮像する（ステップＳ１）。しかる後、変数Ｉに０を入力する（ステップＳ２）。
【００２６】
次に、図５で示すステップＳ１で撮像した画像から、図６に示すように、パターンマッチングに適したパターン４１を含む領域の画像を切り出し、パターン登録する（ステップＳ３）。なお、このパターン４１としては、図５に示す画像の中央付近に配置された他のパターンと容易に識別可能なものを選択することが好ましい。
【００２７】
次に、図５で示すステップＳ１で撮像した画像とステップＳ３で登録したパターン４１を含む領域の画像とのパターンマッチングを行う（ステップＳ４）。そして、図７に示すように、パターン４１における特定位置としての中心の座標位置を測定し、記憶する（ステップＳ５）。しかる後、変数Ｉに［Ｉ＋１］を入力する（ステップＳ６）。
【００２８】
次に、［Ｉ＝３］となったか否かを判定する（ステップＳ７）。［Ｉ＝３］となっていない場合には、θ軸用のカメラステージ１５の駆動によりカメラ１３を３０度回転させた後、図８に示すように、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面の画像を撮像する（ステップＳ８）。そして、再度、ステップＳ４〜ステップＳ６の動作を繰り返すことにより、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を測定し、記憶する。
【００２９】
しかる後、再度、［Ｉ＝３］となったか否かを判定する（ステップＳ７）。［Ｉ＝３］となっていない場合には、θ軸用のカメラステージ１５の駆動によりカメラ１３をさらに３０度回転させた後、図９に示すように、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面の画像を撮像する（ステップＳ８）。そして、再度、ステップＳ４〜ステップＳ６の動作を繰り返すことにより、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を測定し、記憶する。
【００３０】
そして、［Ｉ＝３］となった場合には、ステップＳ５において測定した３組のパターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を後述する計算式に入力する（ステップＳ９）。そして、この計算式に基づいて、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）との間の位置ずれ量を計算する（ステップＳ１０）。
【００３１】
次に、上述したカメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との間の位置ずれ量を計算するための計算式について説明する。
【００３２】
先ず、ステージ座標系とスクリーン座標系との関係式について説明する。ここで、ステージ座標系とは、カメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）に移動させるためのＲ軸用のカメラステージ１４と、このＲ軸用のカメラステージ１４を回転方向（θ軸方向）に移動させるためのθ軸用のカメラステージ１５とに係る座標系（撮像装置の中心を原点とする撮像装置固有の直交座標系）を指し、スクリーン座標系とは、画像表示ウィンドウ２８内における直交座標系を指す。
【００３３】
図１０は、撮像装置におけるカメラ１３が極座標系で（Ｒ，θ）の位置に配置された場合におけるステージ座標系とスクリーン座標系との位置関係を模式的に示す説明図であり、図１１は画像表示ウィンドウ２８の大きさと補助座標系の間系を示す説明図である。
【００３４】
なお、これらの図において、Ｘ，Ｙはステージ座標系を、ｘ，ｙはスクリーン座標系を、Ｘｈ，Ｙｈは計算のために使用する補助座標系を、Ｒ，θはカメラステージ１４、１５に係る極座標系を、Ｘ’，Ｙ’はＸ，Ｙ座標系を（Ｒ，θ）の座標位置に平行移動した座標系を表す。また、図１１におけるＷは、表示ウィンドウ２８の幅を、また、Ｈは表示ウィンドウ２８の高さを示している。
【００３５】
これらの座標系の間には、下記の式１、式２、式３の関係が成り立つ。
【００３６】
【式１】
【００３７】
【式４】
【００３８】
【式５】
【００３９】
次に、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心（すなわち、対物レンズ１２における光軸中心）との間の位置ずれ量の計算方法について説明する。
【００４０】
図１２は、カメラ１３がθ方向に角度θだけ回転した場合における回転前のステージ座標系と回転後のステージ座標系との位置関係を模式的に示す説明図である。
【００４１】
なお、これらの図において、Ｘ，Ｙはカメラ１３が回転する前の上記と同様のステージ座標系を、Ｘ’，Ｙ’はカメラ１３の回転後のステージ座標系を、ｘ，ｙはカメラ１３が回転する前の上記と同様のスクリーン座標系を、ｘ’，ｙ’はカメラ１３の回転後のスクリーン座標系を、Ｘｃ，Ｙｃはカメラ１３が回転する前の補助座標系を、Ｘ’ｃ，Ｙ’ｃはカメラ１３の回転後の補助座標系を表す。また、ａ，ｂは、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量を示している。
【００４２】
これらの座標系の間には、下記の式７、式８の関係が成り立つ。
【００４３】
【式７】
【００４４】
【式９】
【００４５】
【式１０】
【００４６】
【式１１】
【００４７】
【式１２】
【００４８】
なお、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量ａ，ｂを計算するためには、画像表示ウィンドウ２８におけるカメラ１３が回転する前のスクリーン座標系ｘ，ｙおよびカメラ１３の回転後のスクリーン座標系ｘ’，ｙ’において、パターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を２組認識できればよい。しかしながら、上述した実施形態のように、Ｒ軸用のカメラステージ１４をθ方向に２度回転させることによりパターン４１を含む領域の画像の中心の座標位置を３組認識するようにした場合においては、カメラ１３のθ軸方向の回転中心と画像中心との位置ずれ量ａ，ｂを３組計算することが可能となる。このため、これらの位置ずれ量ａ、ｂを平均すること等により、より精度の高い計算値を得ることが可能となる。
【００４９】
次に、上述したカメラ１３の位置ずれ検出方法において検出したカメラ１３の位置ずれ量に基づいて、特定領域をカメラ１３により撮像する際のカメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法について説明する。図１３は、カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。
【００５０】
この図に示すように、回転中心３１と画像中心（対物レンズ１２の中心）４２との間に、上述した位置ずれ量ａ、ｂに相当する位置ずれが生じていた場合においては、特定領域を撮像するための（ｘ，ｙ）の位置に画像中心を移動させるため、下記の式１３に基づいてＲ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を駆動させたとしても、画像中心４２は（ｘ，ｙ）とは異なる座標位置に配置されることになる。このため、位置ずれ量ａ，ｂを考慮して画像中心４２を移動させる必要がある。
【００５１】
【式１３】
【００５２】
【式１４】
【００５３】
従って、下記の式１５、１６、１７で求められるｒおよびθに基づき、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５を駆動してカメラ１３を移動させることにより、画像中心を正しく座標位置（ｘ，ｙ）に移動させることが可能となる。
【００５４】
【式１５】
【００５５】
また、上述した実施形態においては、パターン４１における特定位置としてパターン４１を含む領域の画像における中心位置を採用しているが、これに換えて、特定位置としてパターン４１の先端位置等の他の位置を利用することも可能である。
【００５６】
次に、上述した撮像装置において、Ｒ軸方向と交差する方向に対するカメラ１３の傾きを検出するための傾き検出方法について説明する。
【００５７】
図１４は、カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像する状態を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明においては、上述した第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
また、図１５は傾き検出動作を示すフローチャートであり、図１６は二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像したときの画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂと参照直線４４との関係を示す説明図である。
【００５９】
先ず、Ｒ軸用のカメラステージ１４およびθ軸用のカメラステージ１５によりカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させ、カメラ１３を半導体ウエハ１６表面における最初の領域３２ａを撮像可能な位置に配置する（ステップＳ１）。このとき、参照直線４４が含まれる領域を領域３２ａとして指定する。
【００６０】
ここで、参照直線４４は、カメラ１３の傾きを検出するために使用する直線である。この参照直線４４は、半導体ウエハ１６に形成されたパターンのうち、直線部分を有する図形の辺等から選択される。
【００６１】
次に、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面における領域３２ａの画像を撮像し、このときの画像表示ウィンドウ２８ａの両端と参照直線４４との交点４５、４６の座標を、図２に示すコンソール２７の座標点入力装置２９により入力する（ステップＳ２）。
【００６２】
そして、距離ａおよび距離ｂを求める（ステップＳ３）。
【００６３】
ここで、画像表示ウィンドウ２８ａが、参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３とを備えると考えた場合、距離ａは第１の辺５１と参照直線４４の交点４５と第３の辺５３との距離であり、距離ｂは第２の辺５２と参照直線４４の交点４６と第３の辺５３との距離である。
【００６４】
次に、Ｒ軸用のカメラステージ１４によりカメラ１３を参照直線４４と交差する方向（図１６におけるＸ方向）に移動させる（ステップＳ４）。
【００６５】
そして、カメラ１３により半導体ウエハ１６の表面における領域３２ｂの画像を撮像し、このときの画像表示ウィンドウ２８ｂの一端と参照直線４４との交点４７の座標を、図２に示すコンソール２７の座標点入力装置２９により入力する（ステップＳ５）。
【００６６】
そして、距離ｃを求める（ステップＳ６）。
【００６７】
ここで、上記同様、画像表示ウィンドウ２８ｂが、参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３とを備えると考えた場合、距離ｃは第１の辺５１と参照直線４４の交点４７と第３の辺５３との距離である。
【００６８】
しかる後、ステップＳ３で求めた距離ａ、ｂとステップＳ６で求めた距離ｃとから、カメラ１３の傾きαを計算する（ステップＳ７）。
【００６９】
次に、上述したカメラ１３の傾きαを計算するための計算式について説明する。
【００７０】
図１６に示すように、カメラ１３の移動距離をＬ、カメラ１３の移動方向に対するカメラ１３の傾きをα、また、カメラ１３の移動方向と参照直線４４との角度をθとした場合、下記の式１８が成立する。
【００７１】
【式１８】
【００７２】
【式１９】
【００７３】
なお、上述した実施形態においては、画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂの３辺が、参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺と５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３とから構成されている場合について説明しているが、画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂ内に参照直線４４と交差する互いに平行で距離Ｗだけ離隔した第１、第２の辺と５１、５２と、これら第１、第２の辺５１、５２に直交する第３の辺５３を設定するようにしてもよい。
【００７４】
次に、上述したカメラ１３の傾き検出方法において検出したカメラ１３の傾きに基づいて、特定領域をカメラ１３により撮像する際のカメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法について説明する。図１７は、カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。撮像装置におけるカメラ１３が、極座標系で（Ｒ、θ）の位置に配置されているものとする。
【００７５】
なお、図１７においては、カメラ１３の傾斜角が０であった場合の画像表示ウィンドウ２８を破線で、また、カメラ１３の傾斜角がαであった場合の画像表示ウィンドウ２８を実線で示している。
【００７６】
図１７において、上述したステージ座標系Ｘ，Ｙを画像表示ウィンドウ２８の中心に平行移動させた座標系（図１７においてＸｈ，Ｙｈで示す座標系）を考えた場合、下記の式２１が成立する。
【００７７】
【式２１】
【００７８】
【式２２】
【００７９】
【式２３】
【００８０】
上述した実施形態においては、いずれも、支持部材１７上に固定状態で載置された半導体ウエハ１６に対してカメラ１３を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させているが、固定状態のカメラ１３に対して半導体ウエハ１６を一方向（Ｒ軸方向）および回転方向（θ軸方向）に移動させるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、特定の基準マークを設けることなく正確にカメラの位置ずれ量を検出することが可能となる。
【００８２】
請求項４に記載の発明によれば、カメラの位置ずれ量の検出値を利用してカメラの移動量を補正することができ、カメラを正確な位置に移動させることが可能となる。
【００８３】
請求項５に記載の発明によれば、特定の基準マークを設けることなく正確にカメラの傾きを検出することが可能となる。
【００８４】
請求項６に記載の発明によれば、カメラの傾きの検出値を利用してカメラの移動量を補正することができ、カメラを正確な位置に移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用する撮像装置の側面概要図である。
【図２】この撮像装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。
【図３】カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における領域３２を撮像する状態を模式的に示す説明図である。
【図４】位置ずれ検出動作を示すフローチャートである。
【図５】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図６】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図７】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図８】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図９】カメラ１３により撮像され画像処理部２５で画像処理された後、画像表示ウィンドウ２８に表示された画像を示す説明図である。
【図１０】撮像装置におけるカメラ１３が極座標系で（Ｒ，θ）の位置に配置された場合におけるステージ座標系とスクリーン座標系との位置関係を模式的に示す説明図である。
【図１１】画像表示ウィンドウ２８の大きさと補助座標系の間系を示す説明図である。
【図１２】カメラ１３がθ方向に角度θだけ回転した場合における回転前のステージ座標系と回転後のステージ座標系との位置関係を模式的に示す説明図である。
【図１３】カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。
【図１４】カメラ１３により、撮像対象たる半導体ウエハ１６の表面における二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像する状態を模式的に示す説明図である。
【図１５】図１５は傾き検出動作を示すフローチャートである。
【図１６】二つの領域３２ａ、３２ｂを撮像したときの画像表示ウィンドウ２８ａ、２８ｂと参照直線４４との関係を示す説明図である。
【図１７】カメラ１３の移動量を補正するための移動量補正方法の基本的な考え方を示す説明図である。
【符号の説明】
１２ 対物レンズ
１３ カメラ
１４ カメラステージ
１５ カメラステージ
１６ 半導体ウエハ
１７ 支持部材
２１ 中央演算部
２２ メモリ
２３ カメラ制御部
２４ フレームメモリ
２５ 画像処理部
２６ ステージ制御部
２７ コンソール
２８ 画像表示ウィンドウ
２９ 座標点入力装置
３２ 領域
４１ パターン
４２ 画像中心
４４ 参照直線
５１ 第１の辺
５２ 第２の辺
５３ 第３の辺
Claims (6)
- 撮像対象とカメラとを一方向および回転方向に相対的に移動させることにより、前記撮像対象における特定領域を前記カメラにより撮像する撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法であって、
前記カメラにより前記撮像対象を撮像する第１撮像工程と、
前記第１撮像工程において撮像した画像から所定のパターンを含む領域の画像を切り出して登録するパターン登録工程と、
前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する第１座標位置測定工程と、
前記撮像対象と前記カメラとを相対的に回転させる回転工程と、
前記カメラにより前記回転工程により前記カメラに対して相対的に回転された撮像対象の表面を撮像する第２撮像工程と、
前記パターン登録工程において切り出した所定のパターンを含む領域の画像と前記第２撮像工程において撮像した画像とのパターンマッチングを行うことにより、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する第２座標位置測定工程と、
前記第１座標位置測定工程で測定した前記特定位置の座標位置と前記第２座標位置測定工程とで測定した前記特定位置の座標位置とから、前記カメラの位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算工程と、
を備えたことを特徴とする撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法。 - 請求項１に記載の撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法において、
前記第１座標位置測定工程においては、前記パターン登録工程において切り出した所定のパターンを含む領域の画像と前記第１撮像工程において撮像した画像とのパターンマッチングを行うことにより、前記パターンにおける特定位置の座標位置を測定する撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法。 - 請求項１または請求項２いずれかに記載の撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法において、
前記パターンにおける特定位置は、前記パターンを含む領域の中心位置である撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法。 - 請求項１乃至請求項３いずれかに記載の撮像装置におけるカメラの位置ずれ検出方法において検出したカメラの位置ずれ量に基づいて、前記特定領域を前記カメラにより撮像する際の前記撮像対象と前記カメラとの一方向および回転方向の相対的な移動量を補正することを特徴とする撮像装置におけるカメラの移動量補正方法。
- 撮像対象とカメラとを少なくとも一方向に相対的に移動させることにより、前記撮像対象における特定領域を前記カメラにより撮像する撮像装置における前記移動方向と交差する方向に対するカメラの傾きを検出するカメラの傾き検出方法であって、
前記カメラにより前記撮像対象を撮像する第１撮像工程と、
前記第１撮像工程において撮像した画像から参照直線を選択する参照直線選択工程と、
前記第１撮像工程において撮像した画像における、前記参照直線と交差する互いに平行な第１、第２の辺と、これら第１、第２の辺に直交する第３の辺とを少なくとも備えた画像表示ウィンドウに対し、前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ａと、前記第２の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｂとを測定する第１測定工程と、
前記撮像対象と前記カメラとを前記参照直線と交差する方向に相対的に距離Ｌだけ移動させる移動工程と、
前記カメラにより前記移動工程により前記カメラに対して相対的に移動された撮像対象の表面を撮像する第２撮像工程と、
前記第２撮像工程において撮像した画像における、前記画像表示ウィンドウに対し、前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｃを測定する第２測定工程と、
前記第１測定工程で測定した前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ａと、前記第１測定工程で測定した前記第２の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｂと、前記第２測定工程で測定した前記第１の辺と前記参照直線の交点と前記第３の辺との距離ｃと、前記移動工程における前記被測定物と前記カメラとの相対移動距離Ｌと、前記第１の辺と前記第２の辺との距離Ｗとから、前記カメラの傾きを計算する傾き計算工程と、
を備えたことを特徴とする撮像装置におけるカメラの傾き検出方法。 - 請求項５に記載の撮像装置におけるカメラの傾き検出方法において検出したカメラの傾きに基づいて、前記特定領域を前記カメラにより撮像する際の前記撮像対象と前記カメラとの一方向および回転方向の相対的な移動量を補正することを特徴とする撮像装置におけるカメラの移動量補正方法。
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