JP5424144B2

JP5424144B2 - ビジョン検査システム及びこれを用いた座標変換方法

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Publication number: JP5424144B2
Application number: JP2012509722A
Authority: JP
Inventors: カン，サン−バム; ジュパク，ヘイ; ジュンアン，ウー
Original assignee: SNU Precision Co Ltd
Current assignee: SNU Precision Co Ltd
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-04-13
Also published as: WO2010128759A2; WO2010128759A3; TW201107708A; KR101128913B1; CN102422121A; TWI457534B; KR20100120864A; CN102422121B; JP2012526278A

Description

本発明は、ビジョン（Ｖｉｓｉｏｎ）検査システム及びこれを用いた座標変換方法に関するもので、より詳細には、被検査体を支持するテーブルに設けられた基準マークを用いて被検査体の絶対座標値を生成することができるビジョン検査システム及びそれを用いた座標変換方法に関するものである。

ビジョン（例えば、カメラ）を介して被検査体、例えば、ＴＦＴ―ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＯＥＬ等のフラットパネルディスプレイ上の欠陥を検査するためのビジョン検査システムは、テーブルと、ステージと、カメラ等を含む。テーブルは、被検査体を支持し、ステージは、被検査体のローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）、アンローディング（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）、ポジショニング（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）のために、被検査体が用意されたテーブルをＸ軸またはＹ軸方向に直線往復運動をさせる。カメラは、被検査体、またはテーブルのイメージを取得するためのもので、フラットディスプレイパネルのサイズが大型化していくによって、被検査体の検査のために複数のカメラが利用される。

通常のビジョン検査システムは、被検査体の欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）をマイクロメートル単位で精密に検査し、被検査体を基準とした絶対座標系を生成し、その絶対座標系内での欠陥の位置を座標値で表示した後、後続工程の装置へ欠陥の位置情報を伝達する。

被検査体を基準とした正確な絶対座標系を生成するために、カメラの整列操作、ステージの精度（ａｃｃｕｒａｃｙ）及び再現性（ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）の測定作業が必要である。カメラの整列操作により、各々のカメラから取得したイメージの回転角と、Ｘ軸とＹ軸へのシフト等を補正することができる。また、ステージの精度及び再現性の測定作業により、テーブルに移送しようとする目標移送位置と実際のテーブルが移送された位置との差である移送誤差、またはテーブルがＸ軸とＹ軸に対して回転された程度を示す回転誤差を補正することができる。

しかし、カメラの整列操作において、複数のカメラの配置に多くの時間と労力がかかるだけでなく、カメラの正確な配置に非常に困難な問題が発生する。また、カメラの位置は振動、衝撃、機具の変形等、多くの要因によって変動しやすいため、検査の信頼性と再現性を確保するためには、カメラの配置を定期的に実施しなければならないという問題点がある。

ステージの精度と再現性を測定するためには、システムと隣接する位置にレーザ干渉計（ｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を設置し、単位区間ごとにステージを移送させながらデータを取得しなければならないため、多くの時間と労力がかかるという問題がある。ステージの精度と再現性も、振動、衝撃、機具変形等の多くの要因によって変動しやすいため、定期的に実施しなければならないが、被検査体の製造ラインでは、長時間、検査ラインを停止させることができないという問題点がある。

従って、本発明の目的は、上記のような従来の問題点を解決するためのものであり、外部の別の装置を用いてステージの精度等を補正する作業をせずに、ビジョン検査システム自体の複数の基準マークを用いて被検査体の検査作業を行うとともに、ステージ精度の補正作業も行って、ステージの誤差を補正した被検査体の絶対座標系を生成することができるビジョン検査システム及びこれを用いた座標変換方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明のビジョン検査システムは、被検査体を支持するテーブルと、テーブルをＹ方向に直線往復移動させるステージと、被検査体、またはテーブルのイメージを取得するために、Ｘ方向に沿って離隔して配置される複数のカメラを含むビジョン検査システムにおいて、Ｙ方向と交差するＸ方向に沿って、テーブルの一端部に離隔して配置される複数の第１マークと、第１マークのうち、最も左側の第１マークからテーブルの一側部にＹ方向に沿って離隔して配置され、第１マークのうち最も右側の第１マークからテーブルの他側部にＹ方向に沿って離隔して配置される複数の第２マークを含み、第１のマークのイメージを取得してイメージの座標値をステージの座標値に変換し、第２マークのイメージを取得してイメージの座標値とステージの座標値を、被検査体を基準とした絶対座標値に変換し、被検査体を基準とした絶対座標値は、ステージの精度が補正された座標値であることを特徴とする。

一方、上記のような目的を達成するために、本発明のビジョン検査システムの座標変換方法は、上記のビジョン検査システムを用いる方法であって、第１マークのイメージを取得する第１マークのイメージ取得ステップと、第１マークのイメージの座標値と第１マークのステージの絶対座標値との相関関係を用いてイメージの座標値をステージの座標値に変換する第１変換式を生成する第１変換式生成ステップと、第２マークのイメージを取得する第２マークのイメージ取得ステップと、第２マークのイメージの座標値と第２マークのステージの座標値の相関関係を用いて、テーブルの直線運動中、テーブルがＸ軸に対して傾斜した角度を表す回転誤差を算出する回転誤差算出ステップと、第２マークのイメージの座標値と第２マークのステージの座標値との相関関係を用いて、Ｘ軸またはＹ軸に沿ってテーブルの目標移送位置と実際の移送位置の差を示す移送誤差を算出する移送誤差算出ステップと、第１変換式に回転誤差と移送誤差を加減して、イメージの座標値とステージ座標値を被検査体を基準とした絶対座標値に変換する第２変換式を生成する第２変換式生成ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、別の外部測定装置を利用せずに、テーブルに設けられた第２マークを用いて被検査体の検査作業を行うとともに、ステージの精度の補正作業を行うことで、ステージの精度及び再現性の測定にかかる時間と労力を節減することができる。

なお、本発明によれば、振動、衝撃、機具変形等の要因によって検査システムの状態が変化しても、いつでも、被検査体の検査作業を行いながら、ステージの精度または再現性を補正する作業を行うことができるため、設備の維持、保守にかかる経費を削減することができる。

さらに、本発明によれば、ビジョン検査システムを停止せずに、ステージの精度または再現性を補正する作業を行うことができるため、ビジョン検査システム及び被検査体の検査ラインを安定的に管理することができる。

本発明の一実施形態によるジョン検査システムの概略図である。図１のビジョン検査システムのテーブルと、第１マークと、第２マーク、及びカメラの配置を示す図面である。図１のビジョン検査システムのテーブルが移送誤差または回転誤差によって歪んだ形態を概略的に示す図面である。本発明の一実施形態によるビジョン検査システムの座標変換方法のフローチャートである。

以下、本発明によるビジョン検査システム及びこれを用いた座標変換方法の実施形態を、添付した図面を参照し詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるビジョン検査システムの概略図である。

図１に示すように、本実施形態のビジョン検査システム１００は、例えばフラットパネルディスプレイのパネルのような被検査体２の様々な欠陥４を検査及び測定することができるものであり、テーブル１２０と、ステージ１３０と、複数のカメラ１５０と、コンピュータとを備える。

テーブル１２０は、被検査体２を支持するものであって、フレーム１１０の上側に配置され、Ｙ軸方向に沿って運動できるように設けられる。被検査体２は、テーブル１２０の上面に設置されたクランプ等により固定される。テーブル１２０の上面に被検査体２が用意された状態で、テーブル１２０は、Ｙ軸方向に沿って移動されながら、被検査体１の検査が行われる。

ステージ１３０は、テーブル１２０をＹ軸方向に直線往復移動させる。本実施形態では、ステージ１３０は、直線運動の駆動力を提供する線形モータと、フレーム１１０の上面に固定されテーブル１２０の直線運動をガイドする一対の直線運動のガイドを含む。テーブル１２０の直線運動を具現するための線形モータと直線運動ガイドを組み合わせた構成は、通常の技術者には公知の事項であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。他の例として、ステージ１３０は、回転駆動力を提供する回転モータと、ボールスクリューと、一対の直線運動のガイドとで構成されてもよい。

カメラ１５０は、被検査体２またはテーブル１２０のイメージを取得するために、Ｘ方向に沿って離隔して配置される。本実施形態では、被検査体の欠陥４をマイクロメートル単位で精密に検査し、そのイメージを取得するために、解像度の高いラインスキャンカメラ（ＬｉｎｅＳｃａｎＣａｍｅｒａ）を利用する。ラインスキャンカメラは、１つの水平線に沿って、被検査体２をスキャニングしてイメージを取得する。複数のラインスキャンカメラは、各々の視野領域（ＦｉｅｌｄＯｆＶｉｅｗ）ＦＯＶ１、ＦＯＶ２、…、ＦＯＶ８）に応じて、被検査体２のイメージを分割してスキャニングする。

コンピュータ（図示せず）は、ステージ１３０とカメラ１５０の動作を制御する。コンピュータは、カメラ１５０から入力されたイメージをイメージ処理プログラムによって処理し、その結果として取得された被検査体２のイメージと欠陥４の検査結果などの一連のデータをモニター等の出力装置を用いて出力する。

テーブル１２０の上面には、Ｘ方向に沿って第１マーク（Ｍ１、Ｍ２、…、Ｍ９）が、Ｙ方向に沿って第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃ、Ｍｄ、…）が設けられている。複数の第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）は、Ｙ方向と交差する、例えば、Ｙ方向と直交するＸ方向に沿って、テーブル１２０の一端部から一定の間隔で離隔して配置される。また、複数の第２マークのうち一部（Ｍａ、Ｍｃ、Ｍｅ…）は、第１マークのうち、最も左側の第１マーク（Ｍ１）からテーブル１２０の一側部にＹ方向に沿って一定間隔が離隔して配置され、複数の第２マークのうち、他の一部（Ｍｂ、Ｍｄ、Ｍｆ、…）は、第１マークのうち最も右側の第１マーク（Ｍ９）からテーブルの他側部にＹ方向に沿って一定間隔が離隔して配置される。

第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のうち、互いに隣接する２つのマークは、ラインスキャンカメラの各々の視野領域（ＦＯＶ１、…、ＦＯＶ８）内に入って来るように配置され、視野領域（ＦＯＶ１、…、ＦＯＶ８）のうち、互いに隣接する２つの視野の領域は、一定距離がオーバーラップされる。

コンピュータには、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）と第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のステージ座標値が予め保存され、カメラ１５０から入力される第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）と第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のイメージからのイメージの座標値が算出される。そのイメージの基準ピクセルをゼロに設定し、ゼロピクセルから何番目のピクセルかを算出して、Ｘ軸とＹ軸のイメージの座標値を生成する。

以下、上述のように構成されたビジョン検査システム１００を用いて、本発明によるビジョン検査システムの座標変換方法の実施形態について、図１乃至図３を参照して詳細に説明する。

図２は、図１のビジョン検査システムのテーブルと、第１マークと、第２マーク、及びカメラの配置を示す図面であり、図３は、図１のビジョン検査システムのテーブルが移送誤差または回転誤差によって歪んだ形態を概略的に示す図面であり、図４は、本発明の一実施形態によるビジョン検査システムの座標変換方法のフローチャートである。

本実施形態のビジョン検査システムの座標変換方法を説明するに先立ち、回転誤差と移送誤差を次のように定義する。

理想的な場合、テーブル１２０は、Ｙ軸に沿って直線往復運動をするため、Ｘ軸またはＹ軸に対して傾く傾斜角がない。しかしながら、実際の場合において、テーブル１２０の直線往復運動の際、製造公差または組立公差によって、Ｘ軸またはＹ軸に対して傾く現象が発生する。本明細書では、テーブル１２０がＸ軸に対する傾き角度を回転誤差と定義する。

また、ステージ１３０の直線往復運動の際、ステージ１３０の精度（ａｃｃｕｒａｃｙ）、または再現性によって、所望する目標移送位置と実際の移送位置との差が表す。本明細書では、Ｘ軸またはＹ軸に沿ってステージ１３０を用いてテーブル１２０を移送する場合、テーブル１２０の目標移送位置と実際の移送位置との差を移送誤差と定義する。

図１乃至図４を参照すると、本実施形態のビジョンシステムの座標変換方法は、テーブルに形成された基準マークを用いて被検査体の絶対座標系を生成する方法として、第１マークのイメージ取得ステップ（Ｓ１１０）と、第１変換式の生成ステップ（Ｓ１２０）と、第２マークのイメージ取得ステップ（Ｓ１３０）と、回転誤差の算出ステップ（Ｓ１４０）と、移送誤差の算出ステップ（Ｓ１５０）、及び第２変換式の生成ステップ（Ｓ１６０）とを含む。

先ず、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のステージの絶対座標値と第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のステージの絶対座標値をコンピュータに入力して各々格納する。テーブル１２０上の任意の点を原点に設定し、その原点と、各マークのＸ軸とＹ軸の変位差がステージ絶対座標値となる。

本明細書で、ステージの絶対座標値とは、ステージ１３０の回転誤差または移送誤差を含まない正確な目標座標値として、作業者が予め情報を持っていてコンピュータに保存したステージの座標値を意味する。

続いて、第１マークのイメージ取得ステップでは、各々のカメラ１５０を用いて、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のイメージを各々取得する（Ｓ１１０）。図２に図示したように、互いに隣接する２つの第１マーク（Ｍ１、Ｍ２）（Ｍ２、Ｍ３）が一つのカメラ１５１、１５２の視界領域内に入るよう、第１マーク（Ｍ１、Ｍ２）（Ｍ２、Ｍ３）のイメージを取得し、第１マーク（Ｍ１、Ｍ２）（Ｍ２、Ｍ３）のイメージから第１マークのイメージの座標値を算出する。

第１変換式の生成ステップでは、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のイメージの座標値と、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のステージの絶対座標値との相関関係を利用し、イメージの座標値をステージ座標値に変換する、第１変換式を生成する（Ｓ１２０）。

第１の変換式を生成するためには、先ず、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のステージの絶対座標値と、第１マークのイメージの座標値を利用し、イメージのピクセル当りのステージ移送量を意味する解像度を算出する（Ｓ１２１）。Ｘ軸の解像度（ＲｅＸ）とＹ軸の解像度（ＲｅＹ）は、各々下記の数学式で表現される。

ここで、ＲｅＸは、Ｘ軸の解像度であり、ＲｅＹは、Ｙ軸の解像度である。Ｍ_１Ｘは、カメラ１５０により取得されたイメージ内の一組の第１マークのうち、いずれか一つ（Ｍ１）のＸ軸ステージの絶対座標値であり、Ｍ_１Ｙは、イメージ内の一組の第１マークのうち、いずれか一つ（Ｍ１）のＹ軸ステージの絶対座標値であり、Ｍ_２Ｘは、イメージ内の一組の第１マークのうち他の一つ（Ｍ２）のＸ軸ステージの絶対座標値であり、Ｍ_２Ｙは、イメージ内の一組の第１マークのうち他の一つ（Ｍ２）のＹ軸ステージの絶対座標値である。ｍ_１ｘは、イメージ内の一組の第１マークのうちいずれか一つ（Ｍ１）のＸ軸イメージの座標値であり、ｍ_１ｙは、イメージ内の一組の第１マークのいずれか一つ（Ｍ１）のＹ軸イメージの座標値であり、ｍ_２ｘは、イメージ内の一組の第１マークのうち他の一つ（Ｍ２）のＸ軸イメージの座標値であり、ｍ_２ｙは、イメージ内の一組の第１マークのうち他の一つ（Ｍ２）のＹ軸イメージの座標値である。

上記の段落では、最も左側に位置するカメラ１５１の視野領域（ＦＯＶ１）内の第１マーク（Ｍ１、Ｍ２）について例を挙げて番号を表示したが、左側から二番目カメラ１５２の視野領域（ＦＯＶ２）内の第１マーク（Ｍ２、Ｍ３）と、最も右側に位置するカメラ１５８の視野領域（ＦＯＶ８）内の第１マーク（Ｍ８、Ｍ９）の場合にも、同様に適用される。

その後、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のステージの絶対座標値と、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のイメージの座標値と解像度を用いて、カメラ１５０のＸ軸に対する傾斜度を算出する。各々のカメラ１５０のＸ軸に対する傾斜度であるθは、下記式のように表現される（Ｓ１２２）。

その後、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のステージの絶対座標値と、第１マークのイメージの座標値と、解像度、及び傾斜度を用いて、イメージの原点のステージ座標値を算出する（Ｓ１２３）。各々のカメラ１５０により取得された各々のイメージの原点のＸ軸ステージの座標値であるＯＸと、イメージの原点のＹ軸ステージの座標値であるＯＹは、下記式のように表現される。

その後、第１マーク（Ｍ１、…、Ｍ９）のイメージの座標値と、解像度と、傾斜度、及びイメージの原点のステージの座標値を用いて、イメージの座標値をステージの座標値に変換する第１の変換式を生成する（Ｓ１２４）。第１変換式は、下記式のように表現される。

ここで、ＷＸは、Ｘ軸ステージ座標値であり、ＷＹは、Ｙ軸ステージ座標値である。ＯＸは、イメージの原点のＸ軸ステージ座標値であり、ＯＹは、イメージの原点のＹ軸ステージ座標値である。ｗｘは、Ｘ軸のイメージの座標値であり、ｗｙは、Ｙ軸のイメージの座標値である。

第２マークのイメージ取得ステップでは、複数のカメラ１５０のうち、最も左側のカメラ１５１と最も右側のカメラ１５８を用いて、第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のイメージを各々取得する（Ｓ１３０）。図３に図示したように、最も左側のカメラを用いて第２マークのうち、テーブル１２０の一端部に隣接して配置された２つの第２マーク（Ｍａ、Ｍｃ）のイメージを取得し、最も右側のカメラ１５８を用いてテーブル１２０他端部に隣接して配置された２つの第２マーク（Ｍｂ、Ｍｄ）のイメージを取得し、第２マークのイメージから第２マークのイメージの実際座標値を算出する。

本明細書で、イメージの実際座標値とは、回転誤差または移送誤差を含むカメラ１５０によって、実際に検出されたイメージの座標値を定義する。

回転誤差の算出ステップでは、第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のイメージの実際座標値と第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のステージの実際座標値との相関関係を用いて、テーブル１２０の回転誤差を算出する（Ｓ１４０）。

回転誤差を算出するために、まず、第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のうち、最も左側の第１マーク（Ｍ１）と隣接している一つのマークをマークａ（Ｍａ）に、第２マークのうち、マークａからＸ軸に沿って離隔して配置された一つのマークをマークｂ（Ｍｂ）に、第２マークのうち、マークa（Ｍａ）からＹ軸に沿って離隔して配置されマークaに隣接する一つのマークをマークｃ（Ｍｃ）に、第２マークのうち、マークｃからＸ軸に沿って離隔して配置された一つのマークをマークｄ（Ｍｄ）に設定する（Ｓ１４１）。本実施形態で、マークａ（Ｍａ）とマークｂ（Ｍｂ）のＹ軸ステージの絶対座標値は、実質的に同一であり、マークｃ（Ｍｃ）とマークｄ（Ｍｄ）のＹ軸ステージの絶対座標値も、実質的に同一てある。

その後、マークａ（Ｍａ）とマークｂ（Ｍｂ）を結ぶ直線のＸ軸に対する傾斜角ａｂ（△θａｂ）を算出する（Ｓ１４２）。傾斜角ａｂ（△θab）を算出する式は、下記式のように表現される。

ここで、Ｙａ′は、マークａ（Ｍａ）のＹ軸ステージの実際座標値であり、Ｙｂ′は、マークｂ（Ｍｂ）のＹ軸ステージの実際座標値である。Ｘａは、マークａ（Ｍａ）のＸ軸ステージの絶対座標値であり、Ｙａは、マークａ（Ｍａ）のＹ軸ステージの絶対座標値である。Ｘｂは、マークｂ（Ｍｂ）のＸ軸ステージの絶対座標値であり、Ｙｂは、マークｂ（Ｍｂ）のＹ軸ステージの絶対座標値である。

本明細書で、ステージの実際座標値とは、回転誤差または移送誤差を含むステージの座標値として、実際に検出されたイメージの実際座標値を第１変換式に代入して得られたステージの座標値を意味する。

したがって、Ｙａ′は、マークａ（Ｍａ）のＸ軸とＹ軸のイメージの実際座標値を第１変換式に代入して得ることができる。Ｙｂ′は、マークｂ（Ｍｂ）のＸ軸とＹ軸のイメージの実際座標値を第１変換式に代入して得ることができる。

その後、マークｃ（Ｍｃ）とマークｄ（Ｍｄ）を結ぶ直線のＸ軸に対する傾斜角ｃｄ（△θｃｄ）を算出する（Ｓ１４３）。傾斜角ｃｄ（△θｃｄ）を算出する式は、下記式のように表現される。

ここで、Ｙｃ′は、マークｃ（Ｍｃ）のＹ軸ステージの実際座標値であり、Ｙｄ′は、マークｄ（Ｍｄ）のＹ軸ステージの実際座標値である。Ｘｃは、マークｃ（Ｍｃ）のＸ軸ステージの絶対座標値であり、Ｙｃは、マークｃ（Ｍｃ）のＹ軸ステージの絶対座標値である。Ｘｄは、マークｄ（Ｍｄ）のＸ軸ステージの絶対座標値であり、Ｙｄは、マークｄ（Ｍｄ）のＹ軸ステージの絶対座標値である。

したがって、Ｙｃ′は、マークｃ（Ｍｃ）のＸ軸とＹ軸イメージの実際座標値を第１変換式に代入して得ることができる。Ｙｄ′は、マークｄ（Ｍｄ）のＸ軸とＹ軸イメージの実際座標値を第１変換式に代入して得ることができる。

その後、Ｙ軸に沿ってマークａ（Ｍａ）とマークｃ（Ｍｃ）の間で、傾斜角ａｂ（△θａｂ）から傾斜角ｃｄ（△θｃｄ）まで線形的に変化するようにし、テーブル１２０の回転誤差を算出する回転誤差式を生成する（Ｓ１４４）。回転誤差（△θ（Ｘ））を算出する式は、下記式のように表現される。

ここで、αは、比例変数として数学式１１により、Ｙｔｏｐは、数学式１２により、Ｙｂｔｍは、数学式１３により計算される。

移送誤差の算出ステップでは、第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のイメージの絶対座標値と第２マーク（Ｍａ、Ｍｂ、…）のステージの実際座標値との相関関係を用いて、テーブルの移送誤差を算出する（Ｓ１５０）。

本明細書で、イメージの絶対座標値とは、ステージの絶対座標値を第１変換式に代入して得られた座標値として、回転誤差または移送誤差を含まないイメージの座標値を意味する。

移送誤差を算出するために、まず、マークａ（Ｍａ）またはマークｂ（Ｍｂ）のイメージの絶対座標値と、マークａ（Ｍａ）またはマークｂ（Ｍｂ）のステージの実際座標値、及び傾斜角ａｂ（△θａｂ）を用いて、Ｘ軸の変化に伴うマークａ（Ｍａ）とマークｂ（Ｍｂ）の間の移送誤差である移送誤差ａｂを算出する（Ｓ１５１）。本実施形態では、マークａ（Ｍａ）のイメージの絶対座標値とマークａ（Ｍａ）のステージの実際座標値を利用してＸ軸の移送誤差ａｂ（△Ｘａｂ）とＹ軸の移送誤差ａｂ（△Ｙａｂ）を算出する式は、下記式のように表現される。

ここで、Ｘａ′は、マークａ（Ｍａ）のＸ軸のステージの実際座標値であり、ｘａは、マークａ（Ｍａ）のＸ軸のイメージの絶対座標値であり、ｙａは、マークａ（Ｍａ）のＹ軸のイメージの絶対座標値である。ｘａは、マークａ（Ｍａ）のＸ軸とＹ軸のステージの絶対座標値を第１変換式に代入して得ることができ、ｙａは、マークａ（Ｍａ）のＸ軸とＹ軸のステージの絶対座標値を第１変換式に代入して得ることができる。

その後、マークｃ（Ｍｃ）またはマークｄ（Ｍｄ）のイメージの絶対座標値と、マークｃ（Ｍｃ）またはマークｄ（Ｍｄ）のステージの実際座標値と、傾斜角ｃｄ（△θｃｄ）を用いて、Ｘ軸の変化に伴うマークｃ（Ｍｃ）とマークｄ（Ｍｄ）の間の移送誤差である移送誤差ｃｄを算出する（Ｓ１５２）。本実施形態では、マークｃ（Ｍｃ）のイメージの絶対座標値と、マークｃ（Ｍｃ）のステージの実際座標値を利用してＸ軸の移送誤差ｃｄ（△Ｘｃｄ）とＹ軸の移送誤差ｃｄ（△Ｙｃｄ）を算出する式は、下記式のように表現される。

ここで、Ｘｃ′は、マークｃ（Ｍｃ）のＸ軸ステージの実際座標値であり、ｘｃは、マークｃ（Ｍｃ）のＸ軸のイメージの絶対座標値であり、ｙｃは、マークｃ（Ｍｃ）のＹ軸のイメージの絶対座標値である。ｘｃは、マークｃ（Ｍｃ）のＸ軸とＹ軸のステージの絶対座標値を第１変換式に代入して得ることができ、ｙｃは、マークｃ（Ｍｃ）のＸ軸とＹ軸のステージの絶対座標値を第１変換式に代入して得ることができる。

その後、Ｙ軸に沿ってマークａ（Ｍａ）とマークｃ（Ｍｃ）の間で、移送誤差ａｂから移送誤差ｃｄまで線形的に変化する線形移送誤差項を生成する（Ｓ１５３）。Ｘ軸の線形移送誤差項とＹ軸の線形移送誤差項は、下記式のように表現される。

その後、隣接するカメラの傾斜角度の差を補正するカメラの角度補正項を生成する（Ｓ１５４）。Ｘ軸のカメラの角度補正項とＹ軸のカメラの角度補正項は、下記の式のように表現される。

ここで、ＯＸ１は、複数のカメラのうち、最も左側のカメラ１５１によって取得されたイメージの原点のＸ軸ステージの座標値であり、ＯＸｎは、複数のカメラのうち、左側からｎ番目のカメラから取得されたイメージの原点のＸ軸ステージの座標値である。

その後、線形移送誤差項とカメラの角度補正項を加減し、移送誤差を算出するための移送誤差式を生成する（Ｓ１５５）。Ｘ軸の移送誤差（ΔＸｎ）とＹ軸の移送誤差（ΔＹｎ）を算出する式は、下記式のように表現される。

第２変換式の生成ステップでは、第１変換式に回転誤差と移送誤差を加減し、イメージの座標値とステージの座標値を、被検査体２を基準とした絶対座標値に変換する第２変換式を生成する（Ｓ１６０）。本明細書で、被検査体２を基準とした絶対座標値とは、ステージ１３０の移送誤差または回転誤差を補正し、被検査体２に基づいて生成された絶対座標系内の座標値を意味する。被検査体２を基準とした絶対座標値は、ステージ座標値で表示される。Ｘ軸とＹ軸に対する第２変換式は、下記式のように表現される。

ここで、ＮＷＸは、被検査体２のＸ軸ステージの絶対座標値であり、ＮＷＹは、被検査体２のＹ軸ステージの絶対座標値である。

その後、マークｃ（Ｍｃ）と、マークｄ（Ｍｄ）と、マークｅ（Ｍｅ）、及びマークｆ（Ｍｆ）によって区画される領域を、カメラ１５０がスキャニングしている間にも、上記のステップを繰り返して被検査体２を基準とした絶対座標値を生成することができ、最終的に、Ｙ軸方向に沿ってテーブル１２０が移送しながら、被検査体２の全領域に対して絶対座標値を生成することができる。

上述のように構成された本実施形態によるビジョン検査システム及びこれを用いた座標変換方法は、別途の外部測定装置を使用せず、テーブルに設けられた第２マークを用いて被検査体の検査作業を行うとともに、ステージの精度の補正作業を行うことにより、ステージの精度と再現性の測定にかかる時間と労力を削減する効果を得ることができる。

なお、振動、衝撃、機具の変形等の要因によって、検査システムが変動されても、いつでも、被検査体の検査作業を行いながら、ステージの精度または再現性の補正作業を行うことができるため、機器の維持、そして補修に入る経費を削減する効果を得ることができる。

そして、ビジョン検査システムを停止せずに、ステージの精度または再現性の補正作業を行うことができるため、ビジョン検査システム及び被検査体の検査ラインを安定的に管理することができる効果が得られる。

本発明の権利範囲は、上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、添付の特許請求範囲内で多様な形態の実施形態として具現することができる。特許請求範囲で請求する本発明の要旨を超えずに、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な様々な範囲まで、本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。

本発明によると、外部の別途の装置を使用してステージの精度などの補正作業をせずに、ビジョン検査システム自体の複数の基準マークを用いて被検査体の検査を行うとともに、ステージの精度の補正作業を行い、ステージの誤差を補正した被検査体の絶対座標系を生成することができるビジョン検査システム及びこれを用いた座標変換方法が提供される。

Claims

被検査体を支持するテーブルと、前記テーブルをＹ方向に直線往復移動させるステージと、前記被検査体、または前記テーブルのイメージを取得するために、前記Ｘ方向に沿って離隔して配置される複数のカメラと、
前記Ｙ方向と交差するＸ方向に沿って前記テーブルの一端部に離隔して配置される複数の第１マークと、前記第１マークのうち、最も左側の第１マークから前記テーブルの一側部に前記Ｙ方向に沿って離隔して配置され、前記第１マークのうち、最も右側の第１マークから前記テーブルの他側部に前記Ｙ方向に沿って離隔して配置される複数の第２マークを含むビジョン検査システムの座標変換方法において、
前記第１マークのイメージを取得する第１マークのイメージ取得ステップと、
前記第１マークのイメージの座標値と前記第１マークのステージの絶対座標値との相関関係を用いてイメージの座標値をステージの座標値に変換する第１変換式を生成する第１変換式の生成ステップと、
前記第２マークのイメージを取得する第２マークのイメージ取得ステップと、
前記第２マークのイメージの座標値と前記第２マークのステージ座標値との相関関係を用いて、前記テーブルの直線運動中、前記テーブルが前記Ｘ軸に対して傾斜した角度を示す回転誤差を算出するか、あるいは、前記第２マークのイメージの座標値と前記第２マークのステージ座標値との相関関係を用いて、前記Ｘ軸または前記Ｙ軸に沿って前記テーブルの目標移送位置と実際移送位置の差を示す移送誤差を算出する算出ステップと、
前記第１変換式に前記回転誤差あるいは前記移送誤差を加減して、イメージの座標値とステージの座標値を被検査体を基準とした絶対座標値に変換する第２変換式を生成する第２変換式の生成ステップと、を含むことを特徴とするビジョン検査システムの座標変換方法。
前記第１変換式の生成ステップは、
前記第１マークのステージの絶対座標値と、前記第１マークのイメージの座標値を利用してイメージのピクセル当りのステージ移送量を意味する解像度を算出するステップと、
前記第１マークのステージの絶対座標値と、前記第１マークのイメージの座標値、及び前記解像度を利用して前記カメラの前記Ｘ軸に対する傾斜度を算出するステップと、
前記第１マークのステージの絶対座標値と、前記第１マークのイメージの座標値と、前記解像度、及び前記傾斜度を利用してイメージの原点のステージ座標値を算出するステップと、
前記第１マークのイメージの座標値と、前記解像度と、前記傾斜度と、前記イメージの原点のステージ座標値を利用してイメージの座標値をステージの座標値に変換する第１変換式を生成するステップと、を含み、
前記ステージの絶対座標値は、前記ステージの回転誤差または移送誤差を含まない、予め決められた座標値であることを特徴とする請求項１に記載のビジョン検査システムの座標変換方法。
前記回転誤差を算出するステップは、
前記第２マークのうち、いずれか一つのマークをマークａに、前記第２マークのうち、前記マークａから前記Ｘ軸方向に沿って離隔して配置される一つのマークをマークｂに、前記第２のマークのうち、前記マークａから前記Ｙ軸に沿って離隔して配置される一つのマークをマークｃに、前記第２マークのうち、前記マークｃから、前記Ｘ軸に沿って離隔して配置された一つのマークをマークｄに設定するステップと、前記マークａと前記マークｂを結ぶ直線の前記Ｘ軸に対する傾斜角ａｂを取得するステップと、
前記マークｃと前記マークｄを結ぶ直線の前記Ｘ軸に対する傾斜角ｃｄを取得するステップと、
前記Ｙ軸に沿って前記マークａと前記マークｃの間で、前記傾斜角ａｂから前記傾斜角ｃｄまで線形的に変化するようにして前記テーブルの回転誤差を算出する回転誤差式を生成するステップと、を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビジョン検査システムの座標変換方法。
前記移送誤差を算出するステップは、
前記マークａまたは前記マークｂのイメージの絶対座標値と、前記マークａまたは前記マークｂのステージの実際座標値、及び前記傾斜角ａｂを用いて、前記Ｘ軸の変化に伴う前記マークａと前記マークｂの間の移送誤差である移送誤差ａｂを算出するステップと、
前記マークｃまたは前記マークｄのイメージの絶対座標値と、前記マークｃまたは前記マークｄのステージの実際座標値、及び前記傾斜角ｃｄを用いて、前記Ｘ軸の変化に伴う前記マークｃと前記マークｄの間の移送誤差である移送誤差ｃｄを算出するステップと、
前記Ｙ軸に沿って前記マークａと前記マークｃの間で、前記移送誤差ａｂから前記移送誤差ｃｄまで線形的に変化する線形移送誤差項を生成するステップと、
隣接するカメラの傾斜角の差を補正するカメラの角度補正項を生成するステップと、
前記線形移送誤差項と前記カメラの角度補正項を加減して、前記移送誤差を算出する移送誤差式を生成するステップと、を含み、
前記イメージの絶対座標値は、前記ステージの絶対座標値を前記第１変換式に代入して得られる座標値として、回転誤差または移送誤差を含まないイメージの座標値であり、前記ステージの実際座標値は、回転誤差または移送誤差を含むステージの座標値であり、前記イメージの実際座標値は、回転誤差または移送誤差を含む、実際に検出されたイメージの座標値であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のビジョン検査システムの座標変換方法。
被検査体を支持するテーブルと、前記テーブルをＹ方向に直線往復移動させるステージと、前記被検査体、または前記テーブルのイメージを取得するために、前記Ｘ方向に沿って離隔して配置される複数のカメラと、
前記Ｙ方向と交差するＸ方向に沿って前記テーブルの一端部に離隔して配置される複数の第１マークと、前記第１マークのうち、最も左側の第１マークから前記テーブルの一側部に前記Ｙ方向に沿って離隔して配置され、前記第１マークのうち、最も右側の第１マークから前記テーブルの他側部に前記Ｙ方向に沿って離隔して配置される複数の第２マークを含むビジョン検査システムであって、
前記カメラから取得した前記被検査体のイメージに対し、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の座標変換方法を用いて、前記被検査体を基準とした絶対座標値を生成することを特徴とするビジョン検査システム。