JP2012093118A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像手段と、2次元画像を画面に表示する表示手段と、得られた2次元画像から対象物の輪郭を表す輪郭線を抽出する形状抽出手段と、輪郭線上の複数の点の位置を抽出する点位置抽出手段と、複数の点から2次元画像上の対象物の搬送方向における輪郭線の位置を代表する代表点の位置を決定する代表位置決定手段と、少なくとも代表点の位置と2次元画像上の対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて輪郭線を含む計測領域を得られた2次元画像上に設定する計測領域設定手段と、を備える。
【選択図】図3
Description
例えば、撮像画面上のマーク等の画像処理対象物は、撮像装置の真下に搬送する際に設置誤差が生じる。画像処理対象物の設置誤差が生じる方向は通常予想できないため、全方向にずれることを想定すると、画像処理対象物の基準位置は計測領域の中心にあることが望ましい。
このため、画像処理装置の設定をする作業者は、撮像画面上で計測領域の端辺から画像処理対象物までの長さを測定し、画像処理対象物の各端辺と計測領域の各端辺との距離が均等になるよう、すなわち計測領域の中心に画像処理対象物がくるように、計測領域の位置を調整する。
これ等の手段は、コンピュータによる制御プログラム、画像処理プログラムの実行によって実現されるものを含む。また、電気回路、装置などによって実現されるものも含む。
以下の発明の実施の形態においては、説明の便宜上、まず、本発明の画像処理措置を用いた半導体装置の概要を説明し、その後に画像処理措置の構成と画像処理装置における計測領域の設定について説明する。
図1は、本発明の実施形態による画像処理装置及びこれを利用した半導体製造装置の構成を概略的に示す図である。同図に示すように、画像処理装置1は、枚葉式搬送の半導体製造装置において、ウエハ3の中心位置及びオリフラ部やノッチ部を基準としたウエハ3の回転位置(回転角)を計測する。この半導体製造装置は、トランスファチャンバ(搬送用真空チャンバ)4、プロセスチャンバ(処理チャンバ)5、ロード・アンロード装置6及び制御装置8を備える。
ロード・アンロード装置6は、真空状態のトランスファチャンバ4と外部の間でウエハ3の出し入れを行う。
図2は、図1中の画像処理装置1の構成を示すブロック図である。同図において、画像処理装置1は、信号変換部102、撮像画像記憶部104、表示画像記憶部106、信号変換部108、入力インタフェース110、データベース部112、通信制御部114、ROM部116、メインメモリ部118、CPU部120、表示部130、入力部140などによって構成されている。
図3は、画像処理装置1において、CPU部120が実行する画像処理のうちキャプチャ画像に計測領域を設定する処理を説明するフローチャートである。
前述したように、半導体製造装置に撮像カメラ2が組み立てられた後などに、撮像カメラ2の視野内に計測領域を設定する。前述したように、カメラ画像の一部を画像処理の対象とすることによって計測時間を短縮することができる。また、対象領域を狭く設定することによって領域内に存在する画像のノイズを減らして誤測定を減らすことができる。
このプロセスでは、視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像過程と、2次元画像を画面に表示する表示過程とが行われる(ステップS110)。
まず、ロボットアーム9によって撮像カメラ2の視野A内に搬送されたウエハ3の画像が撮像カメラ2によってキャプチャ(撮像)され、信号変換部102、撮像画像記憶部104を介してメインメモリ部118内にビットマップ画像として取り込まれる。取り込まれた画像は、表示画像記憶部106、信号変換部108を介して表示部130に送られ、キャプチャ画像(モニタ画像)が表示される。なお、必ずしも表示部130はキャプチャ画像そのものを表示する必要はなく、例えば本実施例において後述する処理を行った結果得られる計測領域のみを表示してもよく、また、必要な時以外何らの表示を行わないようにするなど、適宜変更可能であることは言うまでもない。
このプロセスでは、得られた2次元画像から対象物の輪郭を表す輪郭線を抽出する形状抽出過程が行われる(ステップS112)。
計測対象物の輪郭を表す式(近似式)を求める。図4に示したように、対象物がウエハ3の場合には形状が円形である。ウエハ3のビットマップ画像から輪郭線を抽出する輪郭処理を行い、輪郭線の線を構成する任意の点の座標を求め、真円の式(=(x−a)2+(y−b)2=r2)で近似して、ウエハ3の輪郭を表す(円の)方程式Rを求める。
このプロセスでは、輪郭線上の複数の点の位置を抽出する点位置抽出過程と、複数の点から2次元画像上の対象物の搬送方向における輪郭線の位置を代表する代表点の位置を決定する代表位置決定過程と、少なくとも代表点の位置と2次元画像上の対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて輪郭線を含む計測領域を得られた2次元画像上に設定する計測領域設定過程と、が行われる(ステップS114)。
(1) 上記第1の例の場合の計測領域Qは、次のように定義される。
(a)計測領域の横幅m:予め作業者指定(キャプチャ領域最大)
(b)計測領域の縦幅n:予め作業者指定(通常、搬送装置が対象物(ウエハ)を撮像カメラ2の下へ設置する精度から決まる)
(c)計測領域の左上座標P0(x,y)=(a1,〈[{(b1+b2)/2}+b3]/2〉+(n/2))
(2) 第2の例の場合
点P1とP2がb1≧b2である場合、左上座標P0のyを、b1とb3の平均値(代表点PRのy値に相当)に半幅(n/2)を加えたものとする。
(a)計測領域の横幅m:予め作業者指定(キャプチャ領域最大)
(b)計測領域の縦幅n:予め作業者指定(通常、装置がウエハをカメラの下へ設置する精度から決まる)
(c)計測領域の左上座標P0(x,y)=(a1,{(b1+b3)/2}+(n/2))
点P1とP2がb1≦b2である場合、左上座標P0のyを、b2とb3の平均値(代表点PRのy値に相当)に半幅(n/2)を加えたものとする。
(a)計測領域の横幅m:予め作業者指定(キャプチャ領域最大)
(b)計測領域の縦幅n:予め作業者指定(通常、装置がウエハをカメラの下へ設置する精度から決まる)
(c)計測領域の左上座標P0(x,y)=(a1,{(b2+b3)/2}+(n/2))
左上座標P0のyを、点P1,P2,P3のY座標値b1,b2,b3の単純平均値(代表点PRのy値に相当)に半幅(n/2)を加えたものとする。
(a)計測領域の横幅m:予め作業者指定(キャプチャ領域最大)
(b)計測領域の縦幅n:予め作業者指定(通常、装置がウエハをカメラの下へ設置する精度から決まる)
(c)計測領域の左上座標P0(x,y)=(a1,{(b1+b2+b3)/3}+(n/2))
このようにして、輪郭線上の複数の点の代表点PRのY軸上の位置に上下に(n/2)の縦幅を設定し、X軸方向に横幅mを設定して撮像カメラのキャプチャ画像に計測領域Qが設定される。
次に、図3に戻り、CPUは実値変換係数を計算する(ステップS116)。
これはX−Y平面に存在するウエハ3に対してウエハ3の上方(Z軸方向)に存在する撮像カメラ2の高さ位置(ウエハとカメラとの距離)に誤差がある場合、撮像画像の大きさ(一画素の大きさ)が異なってくるのでこれを修正できるようにするものである。
図10は、撮像カメラ2とウエハ3との距離が相対的に近い場合の対象物の撮像例を示している。距離が近いと撮像された画像は相対的に大きくなる。また、図11は、カメラ2とウエハ3との距離が相対的に遠い場合の対象物の撮像例を示している。距離が遠いと画像は相対的に小さくなる。撮像カメラにこのようなZ方向の誤差(ばらつき)があると、複数の撮像カメラを用いた場合、画像の一画素に相当する対象物(ウエハ)上の寸法(長さ)が撮像カメラによって異なることになる。半導体製造においては、撮像カメラを用いた複数の半導体製造装置が使用される。また、一つの半導体製造装置内において複数の撮像カメラが使用されるのが一般的である。したがって、各撮像カメラの画像から対象物の寸法や対象物の位置のずれ量などを正確に測定できるようにする必要があり、各撮像カメラの実値変換係数が計算される。
実値変換係数kは、k=(r0/r) [mm/pix]によって計算される。
対象物の実際の寸法r0(mm)は、例えば、ウエハの場合、ウエハの半径が150mm(12インチ)、100mm(8インチ)など予め判っており、データベース部112に記憶されている。また、必要により対象物の所定寸法を実測してデータベース部112に記憶しておく。画像における対象物の寸法は、上述した対象物の輪郭計算において求めた方程式Rのrを使用することができる。
CPUは、上記ステップで決定した画像処理の各種パラメータを保存する(ステップS118)。
図7は、CPUが上述した処理を行って、撮像カメラ2のキャプチャ画像Aから対象物の輪郭を略中央に含む最適な計測領域Q(左上座標P0,表示領域m×n)を切り出して、当該部分を表示器130に表示した状態を示している。パラメータ表示領域132には、各撮像カメラについての最適な計測領域の左上座標P0(x,y)、縦幅n、実値変換係数kなどのパラメータが表示される。作業員は、表示器130の表示内容を確認し、問題なければ画像処理のパラメータ保存をCPUに指令する。このパラメータはROM部116、あるいはデータベース部112などに不揮発に記憶される。問題があれば、ステップS110乃至S118を繰り返して最適な計測領域Qを設定する。
次に、本発明をアライメントマークの認識に適用した例について図12及び図13を参照して説明する。上述した本発明の第1の実施例では対象物の輪郭線がキャプチャ画像Aと交差する場合について述べたが、本実施例においては対象物の輪郭線がキャプチャ画像Aと交差しない場合について述べるものであり、両者は2次元画像上において対象物の(アライメント)マークを読み取るための最適な計測領域の設定に係るものである点において共通する。
上述した本発明の第1の実施例では、半導体装置の製造工程のうち、回路パターン形成前のウエハを対象としているが、本発明は、アライメントマークが形成されたウエハの画像処理をする場合や、液晶ガラス基板などに形成されているマークを使用して画像処理をする場合にも応用が可能である。
このプロセスでは、視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像過程と、2次元画像を画面に表示する表示過程とが行われる(ステップS210)。
CPUは、ロボットアーム9によって撮像カメラ2の視野A内に搬送されたウエハ3の画像を撮像カメラ2にキャプチャ(撮像)させ、メインメモリ部118内にビットマップ画像として取り込む。取り込まれた画像は表示部130にも送られ、キャプチャ画像(モニタ画像)が表示される。
CPUはアライメントマークMの重心位置を計算する(ステップS212)。このプロセスでは、2次元画像から対象物に表示されたマークを抽出する形状抽出過程と、マークの重心点の2次元画像の座標系における位置を抽出する重心位置抽出過程とが行われる(ステップS212)。
なお、さらに重心位置の精度を上げるために、アライメントマークMのエッジ近傍の画素の輝度値から線形補間等の処理により詳細なエッジ位置座標を求め、その重心を求めることとしても良い。
CPUはアライメントマークMの周りの最適な計測領域Qを計算する(ステップS214)。このプロセスでは、重心の位置と2次元画像上の対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて重心点を含む計測領域を読み取り画像上に設定する計測領域設定過程が行われる(ステップS214)。
(a)計測領域の横幅m: m=a+2b
(b)計測領域の縦幅n: n=a+2b
(c)計測領域の中心位置Pgの座標:(x,y)
(d)計測領域の左上P0の座標:(x−(m/2),y+(n/2))
CPUは、このようにして定められた計測領域Qをキャプチャ画面A内に表示する。
CPUは実値変換係数の計算を行う(ステップS216)。
まず、画像処理により読み取り画像からアライメントマークMの大きさ(画像座標系)を求める。例えば、画像データの2値化処理にてアライメントマークMを黒とした場合、例えば、最も左端にある黒画素と最も右端にある黒画素との距離b[pix]がアライメントマークの大きさに相当すると見ることができる。この距離情報と既知のアライメントマークの大きさa [mm]から実値変換係数kを求めることができる。対象物のアライメントマークMの大きさaは予め設計情報としてデータベース部112に記憶されている。なお、対象物のアライメントマークの寸法の単位はcmやμmなど適宜に選定される。
実値変換係数k=a/b [mm/pix]
CPUは、上記ステップで決定した画像処理の各種パラメータを保存する(ステップS218)。作業員は、表示器130の表示内容を確認し、問題なければ画像処理のパラメータ保存をCPUに指令する。このパラメータはROM部116、あるいはデータベース部112などに不揮発に記憶される。問題があれば、ステップS210乃至S218を繰り返して最適な計測領域Qを設定する。
(カメラの下へ計測対象物を設置する精度を求める方法及び計測対象物の基準位置を求める方法)
実施例1及び2では、計測の対象物をカメラの視野内に搬送する際の設置位置について、対象物を設置すべき、または当該対象物におけるマークが位置すべき絶対位置座標(基準位置)と、実際に計測対象物が設置された、またはマークが位置する位置座標との誤差が既知であったが、誤差が既知でない場合に、位置誤差を求める過程も含めて自動化することも可能である。例えば、
(2) この位置で対象物のアライメントマークMの重心位置計測(真円近似計測)を行う。
(3) 対象物を搬送前の位置へ搬送する(元に戻す)。
Claims (12)
- 視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像手段と、
前記2次元画像を画面に表示する表示手段と、
得られた2次元画像から前記対象物の輪郭を表す輪郭線を抽出する形状抽出手段と、
前記輪郭線上の複数の点の位置を抽出する点位置抽出手段と、
前記複数の点から前記2次元画像上の対象物の搬送方向における前記輪郭線の位置を代表する代表点の位置を決定する代表位置決定手段と、
少なくとも前記代表点の位置と前記2次元画像上の前記対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて前記輪郭線を含む計測領域を得られた前記2次元画像上に設定する計測領域設定手段と、
を備える画像処理装置。 - 前記画面上の前記対象物の搬送方向と交差する方向における前記計測領域の幅は、前記画面における前記2次元画像の表示領域の大きさに対応して設定される、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記複数の点には、前記2次元画像の座標系における前記輪郭線と前記視野の枠との交点が含まれる、請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 前記複数の点には、前記2次元画像の座標系における前記輪郭線の凸部又は凹部に位置する点が含まれる、請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 前記代表点の位置は、前記2次元画像の座標系における、前記複数の点の前記対象物の搬送方向における平均位置である、請求項1乃至4のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記代表点の位置は、前記2次元画像の座標系における前記複数の点のうち前記対象物の搬送方向において最大離間距離となる2つの点の中間位置である、請求項1乃至4のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記計測領域設定手段は、更に前記対象物の搬送誤差分に基づいて前記輪郭線を含む計測領域を前記2次元画像上に設定する、請求項1乃至6のいずれかに記載の画像処理装置。
- 視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像手段と、
前記2次元画像を画面に表示する表示手段と、
得られた前記2次元画像から前記対象物に表示されたマークを抽出する形状抽出手段と、
前記マークの重心点の前記2次元画像の座標系における位置を抽出する重心位置抽出手段と、
少なくとも前記重心の位置と前記2次元画像上の前記対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて前記重心点を含む計測領域を得られた画像上に設定する計測領域設定手段と、
を備える画像処理装置。 - 前記計測領域設定手段は、更に前記対象物の搬送誤差分に基づいて前記マークを含む計測領域を前記2次元画像上に設定する、請求項8に記載の画像処理装置。
- 視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像過程と、
前記2次元画像を画面に表示する表示過程と、
得られた2次元画像から前記対象物の輪郭を表す輪郭線を抽出する形状抽出過程と、
前記輪郭線上の複数の点の位置を抽出する点位置抽出過程と、
前記複数の点から前記2次元画像上の対象物の搬送方向における前記輪郭線の位置を代表する代表点の位置を決定する代表位置決定過程と、
少なくとも前記代表点の位置と前記2次元画像上の前記対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて前記輪郭線を含む計測領域を得られた前記2次元画像上に設定する計測領域設定過程と、
を備える画像処理方法。 - 視野内に搬送された対象物を撮像して2次元画像を得る撮像過程と、
前記2次元画像を画面に表示する表示過程と、
得られた前記2次元画像から前記対象物に表示されたマークを抽出する形状抽出過程と、
前記マークの重心点の前記2次元画像の座標系における位置を抽出する重心位置抽出過程と、
少なくとも前記重心の位置と前記2次元画像上の前記対象物の搬送方向において予め設定された計測幅とに基づいて前記重心点を含む計測領域を得られた画像上に設定する計測領域設定過程と、
を備える画像処理方法。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の画像処理装置を備える半導体製造装置。
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