JP7131716B1 - 基板計測装置及び基板計測方法 - Google Patents

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Abstract

短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置を提供するために、トリガ信号を出力する撮像処理部（１４）と、トリガ信号に基づいて基板の画像を撮像し複数の画像である画像群の情報を画像信号として出力する撮像部（２）と、制御信号に基づいて基板と撮像部との間の相対位置を変化させる移動装置（４）と、画像信号に基づいて画像群に撮像された特徴点の座標を求め暫定座標として出力する画像処理部（１０）と、基板と撮像部の少なくともいずれか一方について位置、速度もしくは加速度を計測した動的情報に基づくか又は基板と撮像部との間の相対加速度を推定した推定加速度に基づいて動的誤差補正量を算出する動的誤差補正量計算部（１３）と、目標撮像位置と撮像位置とのずれである撮像残差又は動的誤差補正量に基づいて暫定座標を補正し特徴点の座標の計測結果を出力する計測処理部（１６）とを備える。

Description

この開示は、基板計測装置及び基板計測方法に関するものである。
近年、プリント基板（以下、基板と称する。）の生産性の向上の要求に伴い、基板の計測精度、基板の計測時間の短縮が求められている。引用文献１には、直線状に配置された撮像素子を有するラインカメラと基板とをラインカメラの撮像素子の配置方向と直角の方向に移動させながら、基板の移動装置に設けた測定装置の計測した移動装置の座標に基づいて基板を撮像し、撮像時における座標に予め求めておいた移動装置に対する制御量と、測定装置によって計測された実際の位置との差を加算して撮像座標とする基板検査装置が開示されている。
特開２００２－１８１７３３号公報
引用文献１に記載の基板検査装置では、基板とラインカメラの相対位置を移動した場合、移動装置、撮像部等に振動、機械変形等が生じる。この振動、機械変形等に起因して、計測結果に誤差が発生し、基板の計測精度が低下するという課題があった。例えば、画像から撮像対象の位置を算出する際に計測誤差が大きくなるという課題があった。また、計測精度を上げようとすると移動速度を落とすことになり、計測に長い時間を要するという課題があった。本開示は、上記のような課題を鑑みてなされたものであり、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することを目的としている。
本開示にかかる基板計測装置は、トリガ信号を出力する撮像処理部と、トリガ信号に基づいて基板の画像を撮像し複数の画像である画像群の情報を画像信号として出力する撮像部と、制御信号に基づいて基板と撮像部との間の相対位置を変化させる移動装置と、画像信号に基づいて画像に撮像された特徴点の実空間における位置座標を求め暫定座標として出力する画像処理部と、基板を載置したステージに設けられ移動装置による移動の際の基板の加速度を計測するか、又は、撮像部に設けられ撮像部の加速度を計測するかの少なくともいずれか一方である加速度センサと、移動装置が移動する際の基板の加速度又は撮像部の加速度の少なくともいずれか一方に基づいて動的誤差補正量を算出し、基板の加速度に基づいて基板の振動に起因する基板の位置変化である基板振動位置を算出するか又は撮像部の加速度に基づいて撮像部の振動に起因する撮像部の位置変化である撮像部振動位置を算出するかの少なくともいずれか一方を実行する振動補正量計算部を有する動的誤差補正量計算部と、動的誤差補正量に基づいて暫定座標を補正し特徴点の実空間における位置座標の計測結果として出力する計測処理部とを備え、動的誤差補正量計算部は、暫定座標を含む画像群の撮像時における基板の加速度に基づいて算出した基板振動位置に基づいて動的誤差補正量を計算するか、又は、暫定座標を含む画像群の撮像時における撮像部の加速度に基づいて算出した撮像部振動位置に基づいて動的誤差補正量を計算するか、の少なくともいずれか一方を実行することを特徴とする。
本開示にかかる基板計測方法は、トリガ信号を出力し、トリガ信号に基づいて基板の画像を撮像部が撮像し複数の画像である画像群の情報を画像信号として撮像部が出力し、制御信号に基づいて基板と撮像部との間の相対位置を移動装置が変化させ、画像信号に基づいて画像に撮像された特徴点の実空間における位置座標を求め暫定座標として出力し、基板を載置したステージに設けられた加速度センサによって移動装置による移動の際の基板の加速度を計測するか、又は、撮像部に設けられた加速度センサによって撮像部の加速度を計測するかの少なくともいずれか一方を実行し、移動装置が移動する際の基板の加速度又は撮像部の加速度の少なくともいずれか一方に基づいて動的誤差補正量を算出し、基板の加速度に基づいて基板の振動に起因する基板の位置変化である基板振動位置を算出するか又は撮像部の加速度に基づいて撮像部の振動に起因する撮像部の位置変化である撮像部振動位置を算出するかの少なくともいずれか一方を実行し、動的誤差補正量に基づいて暫定座標を補正し特徴点の実空間における位置座標の計測結果として出力し、動的誤差補正量を算出する際に、暫定座標を含む画像群の撮像時における基板の加速度を求め求めた基板の加速度に基づいて算出した基板振動位置に基づいて動的誤差補正量を計算するか、又は、暫定座標を含む画像群の撮像時における撮像部の加速度を求め求めた撮像部の加速度に基づいて算出した撮像部振動位置に基づいて動的誤差補正量を計算するか、の少なくともいずれか一方を実行する。
本開示によれば、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することができる。
実施の形態１による基板計測装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態１による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１による基板計測の動作の一例を示すフロー図である。 実施の形態１による撮像部の撮像した穴の画像群の一例である。 実施の形態１による動的誤差補正量計算部の動作の一例を示すフロー図である。 実施の形態１による基板計測装置が備える処理回路をプロセッサ及びメモリで構成する場合の構成例を示す図である。 実施の形態１による基板計測装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の構成例を示す図である。 実施の形態２による基板計測装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態２による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態３による基板計測装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態３による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態３による撮像処理部の処理の一例を示すフロー図である。 実施の形態３による撮像処理部の動作の一例を示すフロー図である。 実施の形態３による基板計測装置が精度の高い計測を行うことができる範囲の一例を示す図である。 実施の形態４による基板計測装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態４による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態４による画像処理装置の動作の一例を示すフロー図である。 実施の形態５による基板計測装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態５による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態５による画像処理装置の動作の一例を示すフロー図である。
以下に、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は例示であり、本開示の範囲は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、以下に説明する実施の形態は、適宜組み合わせて実行することができる。
実施の形態１
図１は、本実施の形態による基板計測装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態の基板計測装置１００は、計測結果ｍｒを出力する画像処理装置１、基板ｂの画像を撮像して画像信号ｉｓとしてする撮像部２、及び、制御信号ｃｓをステージ４に出力してステージ４を移動させる制御部３を備える。また、基板計測装置１００は、基板ｂが載置されるステージ４、及び、ステージ４の動きを計測して基板動的情報ｄｉ１として出力する基板動的情報取得部５－１を備える。また、基板計測装置１００は、撮像部２の動きを計測して撮像部動的情報ｄｉ２として出力する撮像部動的情報取得部５－２、及び、ステージ４の位置を計測する位置計測装置６を備える。以下では、基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２のいずれか一方又は両方を動的情報ｄｉと称する場合がある。
図２は、本実施の形態による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。画像処理装置１は、画像信号ｉｓから暫定座標ｐｃを算出する画像処理部１０、静的誤差補正量ｓｅｃを算出する静的誤差補正量計算部１１、及び、静的誤差補正パラメータｓｐを記憶する静的誤差補正パラメータ記憶部１２を備える。また、画像処理装置１は、動的誤差補正量ｄｅｃを算出する動的誤差補正量計算部１３、トリガ信号ｔｒを出力する撮像処理部１４、及び、動的情報ｄｉ、撮像時刻データｉｄ等を記憶するデータ記憶部１５を備える。動的誤差補正量計算部１３は、振動補正量ｖｃａを算出する振動補正量計算部１３１、及び、機械変形補正量ｍｄｃａを算出する機械変形補正量計算部１３２を備える。画像処理装置１は、例えば、信号処理ボード及び画像処理用ボードを含む計算機とすることもできる。
撮像部２は複数の画像ｉを撮像する。ここで、１回の撮像により得られる画像を画像ｉと称する。また、複数の画像ｉを組み合わせて得られる画像を画像群ｉｇと称する。例えば、撮像部２は、複数のイメージセンサ素子が直線上に配置されたラインカメラ（ラインスキャンカメラ）、撮像対象、基板ｂ等の像をイメージセンサ素子の受光面に写すレンズ、基板ｂ等に向けて光を照射する照明を備えてもよい。イメージセンサ素子は受光面に入射した光量を電気信号に変換する素子である。撮像部２は、ラインカメラに限定されるものではなく、例えば、ＴＤＩ（Time Delay Integration）カメラを用いることもできる。撮像部２が画像ｉの撮像を実行する時刻を撮像時刻と称する。撮像処理部１４による画像ｉの撮像時刻の決定については後述する。
基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させる機構を移動装置と称する。本実施の形態における移動装置は、ステージ４である。ステージ４の上部に取り付けられ基板ｂが載置される板をテーブルと称する。テーブルが移動することにより載置された基板ｂが移動する。基板ｂは、吸着装置等によりステージ４に固定してもよい。本実施の形態のステージ４は、ｘ軸方向にテーブル及び基板ｂを移動させるｘ軸ステージ４―１を備える。また、ステージ４は、ｙ軸方向にテーブル及び基板ｂを移動させるｙ軸ステージ４―２を備える。ｘ軸ステージ４―１及びｙ軸ステージ４―２の各々は、アクチュエータを備えてもよい。なお、ｘ軸ステージ４―１及びｙ軸ステージ４―２は、図１では、まとめてステージ４として図示され、各々の個別の符号は省略されている。
本実施の形態の移動装置（ステージ４）は、基板ｂをｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させることにより、基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させる。本開示の移動装置は、このような構成に限定されるものではなく、基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させるものであればよい。例えば、撮像部２のみを移動させる構成としてもよく、基板ｂ及び撮像部２の両方を個別に移動させる構成としてもよい。また、撮像部２、基板ｂ等の移動の方向は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、１方向としてもよく、２方向以上としてもよい。また、基板ｂは移動せず、撮像部２がｘ軸方向及びｙ軸方向に移動する構成でも良い。また、撮像部２と基板ｂの両方がｘ軸方向、ｙ軸方向に移動可能な構成としてもよい。
制御部３は、制御信号ｃｓを出力しステージ４の移動を制御する。制御信号ｃｓは、例えば、ステージ４の位置又は速度としてもよい。ここで、制御部３は、ｘ軸ステージ４―１の移動を制御するｘ軸制御器３１、及び、ｙ軸ステージ４―２の移動を制御するｙ軸制御器３２を備える。動的情報取得部５は、基板動的情報取得部５－１及び撮像部動的情報取得部５－２を備える。基板動的情報取得部５－１は、ステージ４のテーブルに固定され、テーブルのｘ軸方向及びｙ軸方向の加速度を計測する加速度センサであるとして説明する。ここで、テーブルの加速度は、実用上、基板ｂの加速度と等しいとみなせるとする。また、撮像部動的情報取得部５－２は、撮像部２のｘ軸方向及びｙ軸方向の加速度を計測する。撮像部動的情報取得部５－２の一例は、撮像部２に固定された加速度センサであるとして説明する。基板動的情報取得部５－１を固定する対象は、テーブルに限定されない。後述するように、基板動的情報取得部５－１は、基板ｂの位置、速度、又は加速度を計測するという効果を奏するものに、すなわち、移動装置による移動の際に、基板ｂと同じ動きをするものに固定すればよい。本開示では、基板動的情報取得部５－１のように、テーブルに加速度センサを固定している場合でも、テーブルは、本開示の効果を奏する範囲で、基板ｂと近い動きをするとみなせるため、基板動的情報取得部５－１は、基板ｂの加速度を計測すると表現する。
動的情報取得部５は、加速度センサに限定されるものではない。加速度センサ以外の動的情報取得部５の例としては、ドップラー振動計のような振動を計測可能な位置センサ、レーザ干渉計等を挙げることができる。位置計測装置６の説明に後述するように、位置計測装置６を動的情報取得部５として活用することもできる。
基板動的情報取得部５－１は、基板ｂの位置、速度又は加速度を計測し、計測した結果を基板動的情報ｄｉ１として出力する。また、撮像部動的情報取得部５－２は、撮像部２の位置、速度又は加速度を計測し撮像部動的情報ｄｉ２として出力する。なお、図１の基板動的情報取得部５－１、撮像部動的情報取得部５－２の各々は、必要に応じて計測する加速度等の方向を適宜選択することができる。本実施の形態では、基板ｂをｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるステージ４が設けられているが、基板ｂにも、撮像部２にもｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に振動、機械変形等が発生し得る。そして、例えば、図１に示すｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の３つの方向の加速度等を計測し、後述する動的誤差補正量計算部１３が、これら３つの方向について動的誤差補正量ｄｅｃを算出してもよい。ここで、加速度等とは、位置、速度又は加速度である。基板動的情報取得部５－１又は撮像部動的情報取得部５－２が、少なくとも一つの方向について加速度等を計測すれば本発明の効果を奏する。
図１の基板計測装置１００の構成例では、基板動的情報取得部５－１及び撮像部動的情報取得部５－２の両方を備えるが、いずれか一方を省くことも可能である。そして、図１の構成例では、ステージ４が基板ｂを移動させる。そのため、図１の構成では、基板動的情報取得部５－１の出力する基板動的情報ｄｉ１に基づいて動的誤差補正量ｄｅｃを算出することが効果的である。言い換えれば、移動装置の移動対象について加速度等を計測することが望ましく、少なくとも基板動的情報取得部５－１を備えることが望ましい。
位置計測装置６は、ステージ４のｘ軸方向の位置、及び、ステージ４のｙ軸方向の位置を計測し、位置情報ｐｉとして出力する。図１の位置計測装置６は、ｘ軸ステージ４―１の位置を計測するｘ軸位置計測装置６－１及びｙ軸ステージ４―２の位置を計測するｙ軸位置計測装置６－２を備える。位置計測装置６は、例えば、リニアスケールを用いてもよい。なお、位置計測装置６として、ステージ４を移動させるサーボモータに取り付けたエンコーダ、レーザ干渉計等を使用してもよい。
前述のように、位置計測装置６を動的情報取得部として用いることもできる。位置計測装置６が計測した位置情報ｐｉを動的情報ｄｉとして取得し、位置情報ｐｉを２回微分して加速度を求め、求めた加速度を計測誤差の補正に用いてもよい。位置計測装置６を、動的情報取得部５として使用する場合の位置計測装置６の動作を例示する。ｘ軸位置計測装置６―１が、基板動的情報取得部５－１として基板動的情報ｄｉ１を出力する動作例を説明する。まず、位置情報ｐｉが基板動的情報ｄｉ１としてデータ記憶部１５に保存される。動的誤差補正量計算部１３は、撮像部２が画像ｉを撮像する時刻である撮像時刻と位置情報ｐｉとを対応付ける。そして、振動補正量計算部１３１は、位置情報ｐｉから各々の撮像時刻における振動位置ｖｐを抽出する。
振動位置ｖｐを抽出する処理を例示する。例えば、制御信号ｃｓから算出される位置と位置情報ｐｉとの差分を振動位置ｖｐとしてもよい。位置情報ｐｉから振動位置ｖｐを算出する場合は、加速度センサを用いて振動位置ｖｐを算出する場合に比べて、データ数が少なくなる。また、積分処理が不要になる等により、処理が簡単になり計算負荷を減らすことができるという利点がある。以上が、位置計測装置６を、動的情報取得部５として使用する場合の位置計測装置６の動作例である。
図３は、本実施の形態による基板計測の動作の一例を示すフロー図である。基板計測装置１００が、ステップＳ１０１において撮像を行う処理を例示する。図１の構成では、ラインカメラのセンサ素子がｙ軸方向に並んで配置されている。そして、ｘ軸ステージ４―１は、ｙ軸方向と直交する方向であるｘ軸方向に基板ｂを移動させる。すなわち、ｘ軸ステージ４―１は、ラインカメラのセンサ素子が並んで配置された方向と直交する方向に基板ｂを移動させる。
撮像処理部１４は、トリガ信号ｔｒを撮像部２へ出力し、撮像部２が撮像を行うタイミングを制御する。そして、撮像部２は、トリガ信号ｔｒに基づき撮像時刻に撮像を実行する。言い換えれば、撮像部２は、トリガ信号ｔｒが示すタイミングに撮像を実行する。撮像処理部１４は、位置情報ｐｉに基づいてトリガ信号ｔｒを出力することによって撮像が実行される際の移動装置の位置を決定することもできる。
また、撮像処理部１４は、位置計測装置６から取得した位置情報ｐｉに基づき、ステージ４が一定距離移動するごとに撮像部２が画像ｉの撮像を実行するようにトリガ信号ｔｒを出力し、画像群ｉｇを得てもよい。ここで、制御部３は、ステージ４を一定の速度で移動させ、撮像処理部１４は、一定の時間間隔ごとにトリガ信号ｔｒを出力してもよい。そして、位置情報ｐｉを利用せずに、ステージ４が一定の距離移動するごとに撮像を行ってもよい。撮像部２は、取得した画像ｉ又は画像群ｉｇを画像信号ｉｓとして出力する。ここで、画像信号ｉｓは、撮像した画像ｉ又は画像群ｉｇでもよく、画像ｉ又は画像群ｉｇの情報をあらわすデータでもよい。
また、データ記憶部１５は、撮像処理部１４が出力する撮像時刻データｉｄを記憶する。撮像時刻データｉｄは、撮像時刻データｉｄに基づいて撮像部が撮像を実行した時刻である撮像時刻を知ることができるものであればよい。例えば、撮像時刻データｉｄを、撮像時刻を含むデータとしてもよく、トリガ信号の出力される時刻としてもよい。撮像部２又は画像処理部１０は、画像群ｉｇに基づいて、画像ｉから得られる領域より大きな領域の画像を得ることができる。また、撮像部２は、画像ｉのｘ軸方向の画素サイズに相当する距離移動する毎に撮像を行ってもよい。これにより、隙間、重複等のない２次元の画像群ｉｇを取得してもよい。
画素のサイズとステージ４の動きを例示する。撮像部２の１画素の一辺のサイズが３．５ミクロンの正方形で、各辺がｘ軸、ｙ軸に平行に配置されているとする。そして、カメラに倍率１倍のレンズを取り付ける。この例では、画像ｉの１画素は一辺の長さが３．５ミクロンの正方形となる。そして、ステージ４がｘ軸方向に３．５ミクロン移動する毎に、撮像部２が撮像を行うように、撮像処理部１４はトリガ信号ｔｒを出力する。以上がステップＳ１０１の動作の一例である。
図３のステップＳ１０２において、画像信号ｉｓに基づいて特徴点の暫定座標ｐｃを求める動作を例示する。図３の動作例では、特徴点が穴ｈの中心座標であるとして説明する。図４は、本実施の形態による撮像部２の撮像した穴の画像群ｉｇの一例である。図４の画像群ｉｇのうち、黒色の部分を穴ｈとする。図４では、明るさの度合いは、小さい黒点の粗密で表現されている。すなわち、暗い部分は黒点の密度が高く、明るくなるに従い黒点の密度が低くなる。穴ｈの部分は、基板ｂの他の部分に比べて反射光の光量、すなわち輝度が小さいため暗く、図４では黒点の密度が高く表示される。
画像処理部１０は、画像信号ｉｓを取得し、穴ｈのエッジの位置座標の検出を行う。ここで、穴ｈは、撮像対象である。そして、特徴点の座標を求めるために用いる輪郭線、エッジ、領域等を構成するものを撮像対象と称している。例えば、画像処理部１０は、輝度の閾値を有し、輝度が閾値を超えているか閾値以下であるかを判別することによって、穴ｈの内部の領域と穴ｈの外部の領域とを判別し、この２つの領域の境界をエッジとして検出してもよい。画像処理部１０は、例えば、図４に示すように、中心から見て均等な角度間隔に配置される８点の、エッジ検出点ｅ―１からエッジ検出点ｅ―８の座標を求める。エッジ検出点ｅ―１からエッジ検出点ｅ―８は、穴中心から見て４５度毎に配置されている。エッジ検出点ｅ―１からエッジ検出点ｅ―８の座標から画像群ｉｇにおける穴中心点ｃの座標を暫定座標ｐｃとして計算する。例えば、エッジ検出点ｅ―１からエッジ検出点ｅ―８の８点の重心を計算して、中心点ｃの暫定座標ｐｃとしてもよい。
画像処理部１０は、ピクセル単位で表現された暫定座標ｐｃを、そのまま用いてもよい。また、画像処理部１０は、ピクセル単位による表現を、位置座標による表現に変換して用いてもよい。位置座標による表現に変換するとは、例えば、画像処理部１０は、ピクセル単位の暫定座標ｐｃに画素サイズを乗じる。そして、画像処理部１０は、何らかの基準点を画像群ｉｇ内に設定し、この基準点を原点とした位置座標による表現に変換する。ここで、位置座標は実空間の座標であり、長さの単位で表現される。例えば、メートル単位系等で表現してもよい。以上が、ステップＳ１０２の特徴点の暫定座標ｐｃを求める動作の一例である。なお、暫定座標ｐｃを、ピクセル単位の表現から位置座標の表現に変換する処理を、ステップＳ１０２の処理として説明した。この処理は、必ずしも、ステップＳ１０２で行う必要はない。例えば、図３のステップＳ１０１からステップＳ１０５のいずれかで行ってもよい。また、ピクセル単位による表現を位置座標による表現に変換する処理は、画像処理部１０以外の構成要素が実行してもよい。例えば、動的誤差補正量計算部１３、計測処理部１６等が実行してもよい。
また、撮像対象は、穴ｈに限定されるものではなく、撮像対象の画像群ｉｇを含む画像信号ｉｓに基づいて特徴点の座標を決定できるものを自由に選択することができる。例えば、撮像対象の輪郭、領域等を、画像群ｉｇの中の撮像対象と異なる部分から識別して特徴点の座標を決定することができるものを自由に選択してもよい。また、撮像対象の形状は、円形に限定されるものではない。また、特徴点は、穴の中心、四角い形状の基板ｂの角、基板ｂに設けられたアライメントマーク、テーブル上の点等としてもよい。また、例えば、撮像対象を四角形とし、四角形の頂点の重心位置を特徴点としてもよい。また、特徴点の座標を算出する処理は、ステップＳ１０２に例示した、撮像対象のエッジ検出及び算術計算を用いる処理に限定されるものではない。例えば、少なくとも、画像信号ｉｓ、暫定座標ｐｃを含む状態量を取得する状態量観測部と、状態量に基づいて、画像信号ｉｓと暫定座標ｐｃとの関係を学習する学習部と、を画像処理部１０が備えてもよい。そして、画像処理部１０は、学習部が学習により生成したモデルを用い、画像信号ｉｓに基づいて暫定座標ｐｃを求めても良い。また、上記の学習による学習済み学習器を備えてもよい。学習済み学習器は、例えば、学習により生成したモデルを用い、画像信号ｉｓに基づいて暫定座標ｐｃを求めても良い。
ステップＳ１０３において、静的誤差補正量計算部１１が、静的誤差補正パラメータｓｐに基づいて静的誤差補正量ｓｅｃを算出する処理を例示する。暫定座標ｐｃには、動的誤差及び静的誤差が含まれているとする。そして、移動装置の移動に起因しない位置座標の計測誤差を静的誤差と称している。言い換えれば、静的誤差は、移動装置による移動がある場合と、移動装置による移動がない場合との両方に生じる計測誤差である。また、静的誤差は、移動装置であるステージ４が静止した状態かつステージ４による残留振動がない状態で発生する誤差ということもできる。本実施の形態の場合、静的誤差は、ステージ４の移動に起因しない誤差である。静的誤差は、幾何誤差と称してもよい。静的誤差の発生の要因の例としては、画素サイズの仕様値からのずれ、ステージ４を直線の起動上を移動させるガイド機構の取付精度などに起因する位置に依存した基板ｂの静的な回転、ディストーションとよばれる撮像部２の光学的歪などを挙げることができる。
静的誤差補正量計算部１１は、静的誤差補正パラメータ記憶部１２が記憶する静的誤差補正パラメータｓｐを取得し、静的誤差補正パラメータｓｐに基づいて静的誤差補正量ｓｅｃを算出する。静的誤差補正パラメータｓｐの例としては、撮像部２、ステージ４などの仕様値、計測値を挙げることができる。また、試験によって静的誤差補正パラメータｓｐを求め、静的誤差補正パラメータｓｐとして静的誤差補正パラメータ記憶部１２に記憶させてもよい。
例えば、あらかじめ基板計測装置１００とは異なる計測装置を利用して位置座標を取得する。そして、移動装置の移動による影響を受けない環境のもとで、位置座標を基板計測装置１００によって計測する。そして、２つの位置座標の計測結果を比較して静的誤差補正パラメータｓｐを求めてもよい。また、例えば、移動前の点と移動後の点との間の位置座標の差異を制御信号ｃｓに基づいて算出した値と、移動による影響を受けない環境のもとでの基板計測装置１００による計測結果とを比較して静的誤差補正パラメータｓｐを求めてもよい。
また、例えば、移動前の点と移動後の点との間の位置座標の差異をレーザ測長器による計測から求めた結果と、移動による影響を受けない環境のもとでの基板計測装置１００の計測結果とを比較して静的誤差補正パラメータｓｐを求めてもよい。ここで、基板計測装置１００の計測結果とは、静的誤差補正量ｓｅｃを零とした場合の計測処理部１６からの出力としてもよい。なお、ステップＳ１０３を省くこともできる。言い換えれば、画像処理装置１から、静的誤差補正量計算部１１及び静的誤差補正パラメータ記憶部１２を省き、図３の処理を、静的誤差の補正を省いた処理としてもよい。
ステップＳ１０４において、動的誤差補正量計算部１３が基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２に基づいて、動的誤差補正量ｄｅｃを算出する処理を例示する。ここで、移動装置の移動に起因して生じる位置座標の誤差を動的誤差と称している。言い換えれば、動的誤差は、移動装置による移動が所定の条件を満たした場合に発生し、移動装置が静止しかつ残留振動がない場合には発生しない性質をもつ計測誤差である。本実施の形態の場合、動的誤差は、ステージ４の移動に起因する誤差である。なお、動的誤差は、移動装置が加減速を行っている状態においてのみ発生するわけではなく、加減速を行っていない状態においても、残留振動に起因して発生する。そのため、動的誤差の補正は、移動装置が加減速を行っている状態だけでなく、加減速を行っていない状態においても必要な場合がある点に留意する。
図５は、本実施の形態による動的誤差補正量計算部１３の動作の一例を示すフロー図である。また、図５は、図４のステップＳ１０４の処理の一例を示すフロー図である。ステップＳ１１１において、動的誤差補正量計算部１３が、撮像時刻データに基づき暫定座標ｐｃと基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２とを対応付ける動作について説明する。暫定座標ｐｃと動的情報ｄｉを対応付けることにより、動的誤差補正量計算部１３は、暫定座標ｐｃにおける動的誤差補正量ｄｅｃを算出するか、又は、暫定座標ｐｃを含む画像の撮像時刻における動的誤差補正量ｄｅｃを算出する。動的誤差補正量計算部１３は、データ記憶部１５から、撮像時刻データｉｄ、基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２を取得する。
基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２には、動的情報ｄｉを計測した時刻である計測時刻が含まれている。計測時刻は、基板動的情報取得部５－１及び撮像部動的情報取得部５－２が計測結果を取得した時刻である。そして、撮像時刻データｉｄに基づき、画像ｉの撮像時刻の各々と、暫定座標ｐｃとを対応づけ、画像ｉの撮像時刻の各々とこの撮像時刻に計測された基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２とを対応付ける。これにより、暫定座標ｐｃの各々と、基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２とを対応付ける。言い換えれば、動的誤差補正量計算部１３は、暫定座標ｐｃを含む画像ｉの各々と画像ｉの各々の撮像時刻に計測された動的情報ｄｉとを対応付ける。以上が、図５の暫定座標ｐｃと、基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２とを対応付ける動作である。
ここで、ステップＳ１１１の処理は、同じ撮像時刻に係る暫定座標ｐｃと動的情報ｄｉとを対応付けることができればよく、上記に例示した処理に限定されるものではない。例えば、動的誤差補正量計算部１３は、撮像時刻データｉｄに代えて、トリガ信号ｔｒを取得し、トリガ信号ｔｒから撮像時刻を求め、暫定座標ｐｃと動的情報ｄｉとを対応づけてもよい。また、例えば、動的誤差補正量計算部１３は、制御部３から制御信号ｃｓを取得し、制御信号ｃｓから特徴点の位置を算出してもよい。
ステップＳ１１２において、動的誤差補正量計算部１３が、動的情報ｄｉに基づいて振動補正量ｖｃａを算出する振動補正量計算部１３１の処理について説明する。振動補正量計算部１３１は、ステップＳ１１１において暫定座標ｐｃに対応付けられた基板動的情報ｄｉ１から、暫定座標ｐｃの各々に対して基板振動位置ｖｐを求める。また、撮像部動的情報ｄｉ２から撮像部振動位置ｖｐａを求める。ここで、基板振動位置ｖｐ及び撮像部振動位置ｖｐａの各々は、振動の影響による基板ｂ及び撮像部２の位置変化である。
基板動的情報ｄｉ１が基板ｂの加速度である場合、基板動的情報ｄｉ１から振動成分を算出し算出した振動成分を２回積分した値を基板振動位置ｖｐとする。また、基板動的情報ｄｉ１が基板ｂの速度である場合、基板動的情報ｄｉ１から振動成分を算出し、算出した振動成分を１回積分した値を基板振動位置ｖｐとする。基板動的情報ｄｉ１が基板ｂの相対位置である場合、基板動的情報ｄｉ１から振動成分を算出し、算出した振動成分を基板振動位置ｖｐとする。ここで、基板動的情報ｄｉ１と指令信号ｃｓとを比較して基板動的情報ｄｉ１から振動成分を算出してもよい。例えば、基板動的情報ｄｉ１が基板ｂの加速度である場合、指令信号ｃｓから算出した基板ｂの加速度を基板動的情報ｄｉ１から減じた値を振動成分として使用してもよい。
同様に、撮像部動的情報ｄｉ２が撮像部２の加速度である場合、撮像部動的情報ｄｉ２から振動成分を算出し、算出した振動成分を２回積分した値を撮像部振動位置ｖｐａとする。また、撮像部動的情報ｄｉ２が撮像部２の速度である場合、撮像部動的情報ｄｉ２から振動成分を算出し、算出した振動成分を１回積分した値を撮像部振動位置ｖｐａとする。撮像部動的情報ｄｉ２が撮像部２の位置である場合、撮像部動的情報ｄｉ２から振動成分を算出し、算出した振動成分を振動位置ｖｐａとする。例えば、撮像部動的情報ｄｉ２が撮像部２の加速度である場合、本実施の形態では、撮像部２は移動装置による移動がないため、撮像部動的情報ｄｉ２を振動成分として使用してもよい。
次に、振動補正量計算部１３１は、基板振動位置ｖｐと撮像部振動位置ｖｐａとの差を相対振動位置ｒｖｐとして算出する。振動補正量計算部１３１は、この相対振動位置ｒｖｐを振動補正量ｖｃａとする。ここで、相対振動位置ｒｖｐとして、複数方向の成分をもつベクトル量として算出し、その各方向成分を振動補正量ｖｃａの各方向成分としてもよい。
なお、基板動的情報取得部５－１又は撮像部動的情報取得部５－２のいずれか一方を省くこともできる。撮像部動的情報取得部５－２を省いた場合、基板振動位置ｖｐを振動補正量ｖｃａとする。また、基板動的情報取得部５－１を省いた場合、撮像部振動位置ｖｐａを振動補正量ｖｃａとする。以上がステップＳ１１２において振動補正量ｖｃａを求める処理の一例である。
ステップＳ１１３において、動的情報ｄｉに基づいて機械変形補正量ｍｄｃａを算出する振動補正量計算部１３１の処理について説明する。機械変形補正量計算部１３２は、基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２及び動的補正パラメータｄｃｐを取得する。ここで、動的補正パラメータｄｃｐは、基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２と機械変形補正量ｍｄｃａとを関係づけるパラメータである。
動的補正パラメータｄｃｐの例としては、ステージ４、撮像部２、基板計測装置１００等についての、機械変形についてのパラメータ、剛性についてのパラメータ等を挙げることができる。動的補正パラメータｄｃｐは、ステージ４の材質、形状、剛性、重量等の仕様値から算出してもよい。また、動的補正パラメータｄｃｐを、予め試験を実施して求めてもよい。試験の例としては、ステージ４を移動させた際、又はステージ４、撮像部２等を加速又は減速させた際にステージ４、撮像部２、基板計測装置１００等に発生する機械変形を計測する試験を挙げることができる。
機械変形の例としては、ピッチング変形、ヨーイング変形等を挙げることができる。ここで、加速方向と反対方向に慣性力が加わって生ずる２つの機械変形を、ピッチング変形及びヨーイング変形と称している。ピッチング変形及びヨーイング変形は、例えば、変形の主体となる変形物の重心位置を通る２つの互いに直交する２つの回転軸を中心として回転する変形としてもよい。変形物をステージ４とした場合のピッチング変形の一例を説明する。基板ｂの位置が、ステージ４の駆動軸から離れている場合、ステージ４が加速方向と反対側に傾くように変形する。そして、暫定座標ｐｃにステージ４の機械変形による計測誤差が生じる。以上がピッチング変形の一例である。
また、変形物をステージ４としてヨーイング変形の一例を説明する。ステージ４のｙ軸ステージ４―２の上面に固定された部分の重心が中央からずれているとする。言い換えれば、ｙ軸ステージ４―２の上面に対してｘ軸ステージ４―１が固定され、ｘ軸ステージ４―１の上面に対してテーブルが固定され、ｘ軸ステージ４―１がｘ軸の正方向又は負方向に偏心した状態にあるとする。このような状態で、ｙ軸ステージ４―２を加減速すると、慣性力がステージ４に働くことによって、ステージ４がｚ軸に平行な軸を回転軸として回転する変形が生じる。これにより、暫定座標ｐｃに機械変形による計測誤差が生じる。以上がヨーイング変形の一例である。
基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２は、ステップＳ１１２と同様に、撮像時刻と対応付けられている。各々の撮像時刻における基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２を用いて、各々の撮像時刻における機械変形補正量ｍｄｃａを算出する動作を例示する。
移動装置の移動に起因して変形する変形物には、加速度に比例する慣性力が働き、変形物には、慣性力に比例する機械変形が生じるとする。そして、動的補正パラメータ記憶部１７は、基板ｂの加速度と基板側機械変形ｂｍｄとの間の比例係数及び撮像部２の加速度と撮像部側機械変形ｉｕｍｄとの間の比例係数を、動的補正パラメータｄｃｐとして記憶する。ここで、基板側機械変形ｂｍｄは、機械変形による基板ｂの変位である。また、撮撮像部側機械変形ｉｕｍｄは、機械変形による撮像部２の変位である。
機械変形補正量計算部１３２は、基板側機械変形ｍｂｄと撮像部側機械変形ｉｕｍｄとの差を機械変形補正量ｍｄｃａとする。機械変形補正量ｍｄｃａは、撮像部から見た基板の機械変形変位である。これにより、撮像部２と基板ｂとの間の相対的な変位を機械変形変位ｍｄｃａとして算出することができる。
ここで、基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２等が加速度である場合、これらを基板側機械変形ｍｂｄ及び撮像部側機械変形ｉｕｍｄを算出する際の加速度として用いる。また、基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２等が速度である場合、これらを１回微分して求めた値を基板側機械変形ｍｂｄ及び撮像部側機械変形ｉｕｍｄを算出する際の加速度として用いる。基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２等が位置である場合、これらを２回微分した値を基板側機械変形ｍｂｄ及び撮像部側機械変形ｉｕｍｄを算出する際の加速度として用いる。なお、微分の演算を行う前に、基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２等を平滑化するフィルタリングを行ってもよい。以上がステップＳ１１３の処理の一例である。
なお、上述のように、基板動的情報取得部５－１又は撮像部動的情報取得部５－２のいずれか一方を省くこともできる。撮像部動的情報取得部５－２を省いた場合、機械変形補正量計算部１３２は、基板側機械変形ｍｂｄを機械変形補正量ｍｄｃａとする。また、基板動的情報取得部５－１を省いた場合、機械変形補正量計算部１３２は、撮像部側機械変形ｉｕｍｄを機械変形補正量ｍｄｃａとする。
ステップＳ１１４において、振動補正量ｖｃａ及び機械変形補正量ｍｄｃａから、動的誤差補正量ｄｅｃを算出する動的誤差補正量計算部１３の動作を例示する。動的誤差補正量計算部１３は、振動補正量ｖｃａと機械変形補正量ｍｄｃａとの和を動的誤差補正量ｄｅｃとする。ここで、振動補正量ｖｃａ及び機械変形補正量ｍｄｃａをｘ軸方向成分、ｙ軸方向成分等を有するベクトル量とし、ベクトル量として動的誤差補正量ｄｅｃを算出してもよい。以上が、ステップＳ１１４の動的誤差補正量計算部１３の動作の一例である。そして、以上に説明した図５の動作が、図４のステップＳ１０４の動的誤差補正量ｄｅｃを算出する処理の一例である。
図４のステップＳ１０５において、静的誤差補正量ｓｅｃ及び動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて暫定座標ｐｃを補正する計測処理部１６の動作を例示する。計測処理部１６は、暫定座標ｐｃ、静的誤差補正量ｓｅｃ及び動的誤差補正量ｄｅｃを取得し、暫定座標ｐｃから静的誤差補正量ｓｅｃ及び動的誤差補正量ｄｅｃを減じた値を、計測結果ｍｒとして出力する。例えば、暫定座標ｐｃ及び計測結果ｍｒは、ｘ軸方向及びｙ軸方向の値をもつ量としてもよい。
また、計測処理部１６は、さらに、図３のステップＳ１０１からステップＳ１０５に説明した補正を、特徴点とは異なる点の座標に対して施し、この補正を施された点に対する特徴点の相対位置を計測結果ｍｒとして出力してもよい。上記の特徴点とは異なる点の例としては、例えば、特徴点が穴の中心座標である場合、プリント基板に設けられたアライメントマーク、プリント基板の角等を挙げることができる。
動的誤差の補正を画像処理の工程において実施する場合、撮像部２が取得した画像ｉの各々に対して誤差を補正する処理が必要となり、計測の精度を高めるために多くの複雑な工程が必要となる。一方、本実施の形態の基板計測装置１００は、画像信号ｉｓから画像処理部１０が暫定座標ｐｃを算出する。そして、暫定座標ｐｃに対して補正を実行するため、画像ｉごとに誤差の補正を実行する必要がない。そのため、画像処理の工程において動的誤差の補正を実施した場合に比べて、計算の負荷を軽くできる。また、高速な処理が可能になる。
基板動的情報ｄｉ１には、基板ｂの動きの情報が含まれる。そのため、本実施の形態の基板計測装置１００によれば、基板ｂの振動、機械変形等を反映した計測誤差の補正を実行することができる。また、撮像部動的情報ｄｉ２には、撮像部２の動きの情報が含まれる。そのため、本実施の形態の基板計測装置１００によれば、撮像部２の振動、機械変形等を反映した計測誤差の補正を実行することができる。また、ｘ軸方向に加えて、ｙ軸方向、ｚ軸方向等について基板動的情報ｄｉ１又は撮像部動的情報ｄｉ２を取得することにより、移動装置の移動方向と異なる方向の振動、機械変形等を反映した動的誤差の補正を実行することができる。
また、動的誤差補正量ｄｅｃを算出する際、複数の、暫定座標ｐｃ及び暫定座標ｐｃに対応する動的誤差補正量ｄｅｃの組から、補間によって新たに、暫定座標ｐｃ及び動的誤差補正量ｄｅｃを推定してもよい。補間によって暫定座標ｐｃ及び動的誤差補正量ｄｅｃを推定する処理を例示する。
暫定座標ｐｃが５ピクセルの位置の動的誤差補正量ｄｅｃが２ミクロンであるとする。そして、暫定座標ｐｃが６ピクセルの位置の動的誤差補正量ｄｅｃが３ミクロンであるとする。このとき、暫定座標ｐｃが５．５ピクセルの位置の動的誤差補正量ｄｅｃを、上記の２つの位置の動的補正量ｄｅｃに線形補間を適用することによって２・５ミクロンと求める。以上が、補間による暫定座標ｐｃと動的誤差補正量ｄｅｃとの関係の推定の一例である。この例では補間に用いる関数が一次式となる線形補間を用いたが、補間に用いる関数の形は、１次式に限定されるものではなく２次式等、適宜選択することができる。例えば、本実施の形態に説明した方法により求めた複数の暫定座標ｐｃ及び動的誤差補正量ｄｅｃに対してフィッティングを行う等により、関数を選択してもよい。
図３、図５に説明した動作例では、基板動的情報ｄｉ１及び撮像部動的情報ｄｉ２と、暫定座標ｐｃとを対応付ける際、撮像時刻を介して対応付ける処理を例示した。別の例として、ステージ４が一定速度で移動し、撮像部２による撮像を一定の時間間隔で実行した場合には、画像信号ｉｓと撮像時刻とが対応づけられるため、撮像時刻を介さずに基板動的情報ｄｉ１と暫定座標ｐｃとを対応付けることができる。そして、暫定座標ｐｃの各々に対して動的誤差補正量ｄｅｃを算出することもできる。
図１、図２に示す構成では、振動補正量計算部１３１と機械変形補正量計算部１３２とを、両方を備えるが、いずれか一方を省き、振動補正量ｖｃａ又は機械変形補正量ｍｄｃａのいずれか一方から動的補正量ｄｅｃを算出してもよい。なお、機械変形補正量計算部１３２を省く場合、動的補正パラメータ記憶部１７も省くことができる。
図６は、本実施の形態による基板計測装置が備える処理回路を、プロセッサ及びメモリで構成する場合の構成例を示す図である。処理回路がプロセッサ１０００１及びメモリ１０００２で構成される場合、基板計測装置１００の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア、ファームウェア等はプログラムとして記述され、メモリ１０００２に格納される。処理回路では、メモリ１０００２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０００１が読み出して実行することによって、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、基板計測装置１００の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１０００２を備える。また、これらのプログラムは、基板計測装置１００の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、プロセッサ１０００１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等であってもよい。メモリ１０００２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically EPROM）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリとしてもよい。また、メモリ１０００２を、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等としてもよい。
図７は、本実施の形態による基板計測装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の構成例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図７に示す処理回路１０００３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものとしてもよい。基板計測装置１００の機能を、機能ごとに処理回路１０００３によって実現してもよく、複数の機能をまとめて処理回路１０００３によって実現してもよい。
撮像部２、制御部３、ステージ４、動的情報取得部５、位置計測装置６等のハードウエア部分を基板計測機構と称する。処理回路は、必ずしも、基板計測機構の近くに設置する必要はない。例えば、図１の画像処理装置１を処理回路とし、画像処理装置１を、基板計測機構から離れた場所に配置し、両者の間を、ネットワークで接続しても良い。また、例えば、画像処理装置１を、クラウドサーバ上の処理回路としてもよい。
以上、説明したように、本実施の形態に例示した基板計測装置１００は、トリガ信号ｔｒを出力する撮像処理部１４を備える。また、トリガ信号ｔｒに基づいて基板ｂを撮像し複数の画像ｉである画像群ｉｇの情報を画像信号ｉｓとして出力する撮像部２を備える。また、基板計測装置１００は、制御信号ｃｓに基づいて基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させる移動装置（ステージ４）と、画像信号ｉｓに基づいて画像群ｉｇに撮像された特徴点の座標を求め暫定座標ｐｃとして出力する画像処理部１０とを備える。
また、基板計測装置１００は動的誤差補正量計算部１３を備える。動的誤差補正量計算部１３は、動的情報ｄｉに基づくか、又は、推定加速度ｅａに基づいて動的誤差補正量ｄｅｃを算出する。ここで、動的情報ｄｉは、基板ｂと撮像部２の少なくともいずれか一方について位置、速度もしくは加速度を計測したものである。また、推定加速度ｅａは、基板ｂと撮像部２との間の相対加速度を推定したものである。また、基板計測装置１００は計測処理部１６を備える。計測処理部１６は、目標撮像位置と撮像位置とのずれである撮像残差ｒｅ又は動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて暫定座標ｐｃを補正し特徴点の座標の計測結果ｍｒを出力する。
なお、基板ｂと撮像部２との間の相対加速度を推定した推定加速度ｅａに基づいて動的誤差補正量ｄｅｃを算出する構成は、実施の形態４に後述する。また、撮像残差ｒｅに基づいて暫定座標ｐｃを補正し、特徴点の座標の計測結果ｍｒを出力する構成については、実施の形態５に後述する。
また、本実施の形態に例示した基板計測方法の一例によれば、トリガ信号ｔｒを出力する。また、トリガ信号ｔｒに基づいて基板ｂの画像ｉを撮像部が撮像し、複数の画像ｉである画像群ｉｇの情報を画像信号ｉｓとして撮像部２が出力する。また、制御信号ｃｓに基づいて基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させる。また、画像信号ｉｓに基づいて画像群ｉｇに撮像された特徴点の座標を求め暫定座標ｐｃとして出力する。
また、この基板計測方法では、基板ｂと撮像部２の少なくともいずれか一方について位置、速度もしくは加速度を計測した動的情報ｄｉに基づくか、又は、基板ｂと撮像部２との間の相対加速度を推定した推定加速度ｅａに基づいて動的誤差補正量ｄｅｃを算出する。また、目標撮像位置と撮像位置とのずれである撮像残差ｒｅ又は動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて暫定座標ｐｃを補正し特徴点の座標の計測結果ｍｒを出力する。この基板計測装置又は基板計測方法によれば、画像群ｉｇから特徴点の座標を暫定座標として計測した後に、補正を行う。そのため、画像ｉごとに誤差を修正する処理を行う必要がない。そのため、計算処理の負荷を下げることができる。
また、本実施の形態の基板計測装置１００の一例によれば、動的誤差補正量計算部１３は、振動補正量計算部１３１、又は、機械変形補正量計算部１３２の少なくともいずれか一方を備える。振動補正量計算部１３１は、動的情報ｄｉに基づいて振動補正量ｖｃａを算出する。また、機械変形補正量計算部１３２は、動的情報ｄｉ及び動的補正パラメータｄｃｐに基づいて機械変形補正量ｍｄｃａを算出する。また、動的誤差補正量計算部１３は、振動補正量ｖｃａ、又は、機械変形補正量ｍｄｃａの少なくともいずれか一方に基づいて動的誤差補正量ｄｅｃを算出する。
また、本実施の形態の基板計測装置１００の一例では、動的誤差補正量計算部１３は、
暫定座標ｐｃにおける動的誤差補正量ｄｅｃを算出するか、又は、暫定座標ｐｃを含む画像の撮像時刻における動的誤差補正量ｄｅｃを算出する。
また、本実施の形態の基板計測装置１００の一例では、撮像部２は、ラインカメラである。また、ラインカメラの備える複数の撮像素子が並ぶ方向に対して垂直の方向に、基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させつつ撮像部２が撮像を実行する。そして、撮像処理部１４は、２回の連続した撮像の間の基板ｂと撮像部２との間の相対位置の変化の大きさが一定になるようにトリガ信号ｔｒを出力する。撮像部２としてラインカメラを用いた場合、頻繁に移動が行われる方向を１方向とし、画像群ｉｇの処理を簡単にすることができる。また、ラインカメラの備える複数の撮像素子が並ぶ方向と垂直の方向に基板ｂと撮像部２との間の相対位置を変化させつつ撮像部２が撮像を実行した場合、広い面積に分布する特徴点の座標を速く正確に計測できる。
また、本実施の形態の基板計測装置１００の一例によれば、動的情報取得部５を、加速度センサとする。動的情報取得部５を加速度センサとした場合、位置計測装置６などを動的情報取得部５として使用した場合に比べて小型であり、取り付けが容易となる。また、取り付ける位置の自由度が増す。
また、本実施の形態の基板計測装置１００の一例によれば、移動装置（ステージ４）が静止しかつ移動装置による残留振動がない状態で発生する計測誤差である静的誤差についての補正量である静的誤差補正量ｓｅｃを静的誤差補正パラメータｓｐに基づいて算出する静的誤差補正量計算部１１をさらに備え、計測処理部１６は、静的誤差補正量ｓｅｃに基づいて計測結果ｍｒを算出する。これにより、静的誤差の影響の小さい計測を実行することができる。
本実施の形態によれば、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することができる。
実施の形態２．
図８は、本実施の形態による基板計測装置の構成の一例を示す図である。実施の形態１の基板計測装置１００では、基板ｂがｘ軸方向に移動しつつ撮像を行うのに対し、基板計測装置１００ａでは、撮像部２がｘ軸方向に移動しつつ撮像を行う。本実施の形態において、実施の形態１の信号、構成要素等と、同じ又は対応する信号、構成要素等については同一の符号を付す。また、基板計測装置１００ａの説明では、繰り返しを避けるため、実施の形態１の基板計測装置１００との相違点を中心に説明する。
本実施の形態の基板計測装置１００ａは、図１に示す基板計測装置１００のステージ４に代えて、ステージ４ａを備える。また、基板計測装置１００ａは、位置計測装置６に代えて位置計測装置６ａを備え、制御部３に代えて制御部３ａを備える。また、基板計測装置１００ａは、実施の形態１の画像処理装置１に代えて画像処理装置１ａを備える。
ステージ４ａは、撮像部２と基板ｂとの間のｘ軸方向の相対位置を変更する移動装置である。ステージ４ａは、実施の形態１のｘ軸ステージ４―１に代えてｘ軸ステージ４ａ―１を備える。ｘ軸ステージ４―１は、基板ｂをｘ軸方向に移動させるのに対し、ｘ軸ステージ４ａ―１は、撮像部２を図８の座標軸のｘ軸方向に移動させる。
制御部３ａは、実施の形態１のｘ軸制御器３１に代えて、ｘ軸制御器３１ａを備える。ｘ軸制御器３１は、ｘ軸ステージ４―１の動きを制御して基板ｂを移動させる。一方、ｘ軸制御器３１ａは、ｘ軸ステージ４ａ―１を制御して撮像部２を移動させる。図８に示す位置計測装置６ａは、ｘ軸位置計測装置６―１に代えて、撮像部２のｘ軸方向の位置を計測するｘ軸位置計測装置６ａ―１を備える点が位置計測装置６と異なる。
図９は、本実施の形態による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。画像処理装置１ａは、撮像処理部１４に代えて撮像処理部１４ａを備える。また、動的誤差補正量計算部１３に代えて動的誤差補正量計算部１３ａを備える。以上を除き、基板計測装置１００ａの構成は、図１、図２に示す基板計測装置１００と同じである。
本実施の形態の画像処理装置１ａは、画像処理装置１と同様に、図３に示す各処理を実行して画像処理を実行する。図３の各処理における、画像処理装置１ａと画像処理装置１との相違点について説明する。図３のステップＳ１０１の処理において、撮像処理部１４の動作の一例では、基板ｂが一定距離動くごとにトリガ信号ｔｒを出力した。一方、撮像処理部１４ａの動作の一例では、ｘ軸位置計測装置６ａ―１からの位置情報ｐｉに基づき撮像部２がｘ軸方向に一定距離移動するごとにトリガ信号ｔｒを出力する。なお、撮像部２が一定速度で移動する場合、撮像処理部１４ａは、一定の時間間隔でトリガ信号ｔｒを出力してもよい。
また、動的誤差補正量計算部１３ａは、動的誤差補正量計算部１３と同様に、図３のステップＳ１０４において図５の各処理と同様の処理を実行する。図５の各処理において、動的誤差補正量計算部１３ａは、制御部３に代えて、制御部３ａからの制御信号ｃｓを使用して動的誤差補正量ｄｅｃを算出する。以上が、画像処理装置１ａの動作と画像処理装置１の動作との相違点である。
なお、基板計測装置１００と同様に基板計測装置１００ａにおいても、動的誤差補正量計算部１３ａから、振動補正量計算部１３１ａ、機械変形補正量計算部１３２ａのいずれか一方を省いた構成とすることができる。また、基板計測装置１００と同様に、基板計測装置１００ａにおいても、基板動的情報取得部５－１又は撮像部動的情報取得部５－２のいずれか一方を省いた構成とすることができる。また、基板計測装置１００と同様に、基板計測装置１００ａにおいても、静的誤差補正量計算部１１を省いた構成とすることもできる。
図８の撮像部２は、ｘ軸ステージ４ａ－１によって移動するため、基板計測装置１００に比べて撮像部２の振動、機械変形等による動的誤差がより大きくなる傾向がある。そのため、基板計測装置１００に比べて、基板計測装置１００ａでは、撮像部動的情報ｄｉ２に基づく動的誤差の補正の効果がより大きい。なお、ｘ軸ステージ４ａ―１による撮像部２の移動に伴い、ｘ軸方向だけでなく、ｙ軸方向及びｚ軸方向についても、振動、機械変形等が発生し得る。そして、撮像部２が移動装置であるｘ軸ステージ４ａ－１の送り軸から離れるほど、ｘ軸ステージ４ａ－１の移動方向と異なる方向の振動、機械変形等は大きくなる傾向がある。すなわち、ｘ軸ステージ４ａ－１の移動方向と異なる方向の動的誤差が大きくなる傾向がある。
以上説明したように、本実施の形態によれば、撮像部２が移動する構成においても、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することができる。さらに、基板計測装置１００ａは、撮像部２が移動する構成であるため、撮像部動的情報ｄｉ２に基づく動的誤差の補正の効果がより大きく発揮される。
実施の形態３．
図１０は、本実施の形態による基板計測装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態の基板計測装置１００ｂは、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度があらかじめ定めた条件を満たす場合に撮像を実行する。図１１は、本実施の形態による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態の基板計測装置１００ｂは、実施の形態１に説明した画像処理装置１に代えて画像処理装置１ｂを備える。画像処理装置１ｂは、実施の形態１に説明した撮像処理部１４に代えて撮像処理部１４ｂを備える。実施の形態１と同じ又は対応する構成要素、信号等については、実施の形態１と同じ符号を付す。そして、以下の説明では、実施の形態１との違いを中心に説明する。
撮像処理部１４ｂは、撮像部２とステージ４との間の相対速度と間の相対速度Ｖを求める。そして、求めた相対速度Ｖに応じてトリガ信号ｔｒを出力するか否かを決定する。図１２は、本実施の形態による撮像処理部の処理の一例を示すフロー図である。ステップＳ３０１において、撮像処理部１４ｂは、位置情報ｐｉに基づいて相対速度Ｖを算出する。ここで、移動部であるステージ４の振動周波数をｆとする。また、特徴点として穴ｈの中心位置を計測することとし、穴ｈの直径を穴径Ｄとする。
なお、本実施の形態では、移動部をステージ４として説明するが、本実施の形態を実施の形態２に置いて説明した基板計測装置１００ａに適用することもできる。このような場合、図８の撮像部２の速度を相対速度Ｖとして使用する。そして、例えば、ステージ４の振動周波数に代えて、図８のｘ軸ステージ４ａ―１及び撮像部２の振動周波数を振動周波数ｆとして用いてもよい。これにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。ここで、移動装置の移動によって振動が発生する主体を振動体と称する。基板ｂが移動する場合、撮像部２が移動する場合、基板ｂ及び撮像部２が移動する場合の３つのどの場合においても、振動は、基板ｂ及び撮像部２の両方に発生し得る。そのため、本実施の形態では、振動体をステージ４及び撮像部２とすることが望ましい。
ステップＳ３０２において、撮像処理部１４ｂは、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きいか否かを判断する。言い換えれば、撮像処理部１４ｂは、算出した相対速度Ｖが振動周波数ｆと穴径Ｄとの積の２倍より大きいか否かを判断する。ステップＳ３０２において、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きいと判断した場合、ステップＳ３０３へ進み、撮像処理部１４ｂは、撮像を実行すると判断する。そして、あらかじめ定めた時間の間、一定の距離移動するごとに、言い換えれば、一定距離だけ相対位置が変化するごとに、トリガ信号ｔｒを出力する。例えば、上記のあらかじめ定めた時間ごとに相対速度Ｖを取得し、相対速度Ｖを取得するごとにステップＳ３０２の判断を実行してもよい。
一方、ステップＳ３０２において、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより小さいか又は２×ｆ×Ｄと同じであると判断した場合、ステップＳ３０４へと進み、撮像処理部１４ｂは、撮像を実行しないと判断する。そして、撮像処理部１４ｂは、あらかじめ定めた時間の間、トリガ信号ｔｒを出力しない。ステップＳ３０３へ進んだ場合及びステップＳ３０４へ進んだ場合の両方の場合に、あらかじめ定めた時間が経過した後、ステップＳ３０１へと戻り、撮像処理部１４ｂは、ステップＳ３０１からステップＳ３０４の処理を繰り返し実行する。
以上説明したように、図１２の処理において、基板計測装置１００ｃは、移動装置の相対速度Ｖに閾値を設定する。そして、閾値を超えた場合に計測、言い換えれば撮像を実行し、閾値を下回るか閾値と同じ場合には計測を実行しない。なお、実施の形態２に説明した基板計測装置１００ａに撮像処理部１４ｂを適用することもできる。基板計測装置１００ａにおいても、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度をＶとして、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きいと判断した場合に撮像を行うことにより基板計測装置１００ｃと同様の効果を奏する。
図１３は、本実施の形態による撮像処理部の処理の一例を示すフロー図である。撮像処理部１４ｂは、ステップＳ３１１において、図１２のステップＳ３０１と同様に、位置情報ｐｉに基づいて相対速度Ｖを算出する。ステップＳ３１２において、図１２のステップＳ３０２と同様に、撮像処理部１４ｂは、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きいか否かを判断する。ステップＳ３１２において、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きいと判断した場合、ステップＳ３１３へ進む。
ステップＳ３１３に進んだ場合、ステップＳ３０３と同様に、撮像処理部１４ｂは、一定の距離移動するごとに、言い換えれば、一定距離だけ相対位置が変化するごとに、トリガ信号を出力する。ステップＳ３１２において、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄと同じ又は相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより小さいと判断した場合、ステップＳ３１４へ進む、ステップＳ３１４において、制御部３は、ステージ４の移動速度を上げる。そして、ステップＳ３１２へと進む。そして、ステップＳ３１２において、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きいと判断されるまでステップＳ３１２とステップＳ３１４の処理を繰り返し実行する。
図１３のステップＳ３１４の動作を行う際、図１１には図示されていないが、制御部３は、位置計測装置６から位置情報ｐｉを取得し、位置情報ｐｉから相対速度Ｖを算出してもよい。図１３に示す処理をもちいた場合でも、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きい場合に撮像が実行される。また、実施の形態２に説明した基板計測装置１００ａにおいても相対速度Ｖを撮像部２の移動速度として、相対速度Ｖが２×ｆ×Ｄより大きくなるようにステージ４を制御部３が移動させた場合でも、上記の動作例と同様の効果を奏する。
以下に、基板計測装置１００ｂの計測精度と、穴ｈの径と、相対速度Ｖとの関係について説明する。前述のように、穴ｈの穴径をＤとする。ここで、穴径Ｄは直径である。移動装置の相対速度Ｖとすると、１穴の画像群ｉｇを取得するのにかかる時間は穴径Ｄを相対速度Ｖで除した値、すなわちＤ／Ｖとなる。ステージ４の振動周期をＴとする。本実施の形態の場合、基板計測装置１００ｂのうちの計測精度に影響する振動体はステージ４であるとして、ステージ４の振動周期を用いる。振動体がステージ４ではない場合でも、その構成の振動体に応じて、振動体の振動周期を適宜用いることによりこの実施例と同様の効果を得ることができる。
例えば、基板計測装置１００ａに本実施の形態を適用する場合には、振動体として、移動装置は撮像部２を移動させるｘ軸ステージ４ａ―１及び撮像部２を選択し、ｘ軸ステージ４ａ―１及び撮像部２の振動周波数ｆを使用してもよい。また、例えば、振動体として、基板計測装置１００ｂの全体の周波数を使用してもよい。
標本化定理によれば、サンプリング周波数が振動周波数ｆの２倍より大きければ、ステージ４の振動を計測することが可能である。１穴の画像群ｉｇを取得するのにかかる時間は、少なくともステージ４の振動周期Ｔの１／２であるサンプリング周期より小さくなければならない。この条件は、（１）式によってあらわされる。
Figure 0007131716000001
 Ｔ＝１／ｆであることから、（１）式を（２）式のように式変形することができる。
Figure 0007131716000002
（２）式を満たす場合に求めた動的補正量ｄｅｃは、（２）式を満たさない場合に求めた動的補正量ｄｅｃに比べて精度が高い。言い換えれば、ステージ４の振動周波数ｆと穴径Ｄとの積の２倍に比べ相対速度Ｖの絶対値が大きい場合に計測を実施すれば、精度の高い動的補正量ｄｅｃを求めることができる。
数値例を挙げる。穴径Ｄが１００ミクロン以下、ステージ４の相対速度Ｖが秒速１００ミリメートル（１００ｍｍ／ｓ）、計測精度に影響する基板計測装置１００ｂの振動周波数ｆが１００ヘルツ（Ｈｚ）であるとする。このような場合、振動周波数ｆと穴径Ｄの積の２倍の値は、秒速２０ミリメートル（２０ｍｍ／ｓ）となる。そして、相対速度Ｖが秒速２０ミリメートル（２０ｍｍ／ｓ）を超える場合、精度の高い動的補正量ｄｅｃを求めることができる。
図１４は、本実施の形態による基板計測装置が精度の高い計測を行うことができる範囲の一例を示す図である。図１４の横軸は時間であり縦軸は位置である。図中の実線は、振動する振動体の振動の位置と時間の関係を示す。そして、実線は、周期Ｔ、振動数ｆの振動を示す。位置とは、例えば、特徴点の振動による位置変化としてもよい。ΔＰは、穴径Ｄを相対速度Ｖで除した時間の間の振動による位置の変化の大きさを示す。Ｄ／Ｖが周期の半分より短ければ、振動による位置の変化ΔＰを、補正量として正しく求めることができる。
本実施の形態に説明した基板計測装置１００ｂの一例では、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度Ｖを求める。そして、相対速度Ｖに応じて撮像処理部１４ｂがトリガ信号ｔｒを出力するか否かを決定するか、又は、撮像部２が撮像を実行する間、相対速度Ｖをあらかじめ定めた範囲の値に保持する。
また、本実施の形態に説明した基板計測装置１００ｂの一例では、制御信号ｃｓを出力する制御部３を備え、制御部３は、撮像部２が撮像を実行する間、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度Ｖを、振動体の振動周波数ｆと撮像対象の寸法との積の２倍より大きい値に保つ。
また、本実施の形態に説明した基板計測装置１００ｂの一例では、撮像処理部１４ｂは、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度Ｖが振動体の振動周波数ｆと撮像対象の寸法との積の２倍より大きい値である場合に撮像を実行するようにトリガ信号ｔｒを出力する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することができる。また、相対速度Ｖに応じて、撮像を実行するか否かを判断する。そのため、高精度に動的誤差の補正を実行することが可能となり、精度の良い計測を実行することができる。また、動的誤差の補正を精度よく実行できる範囲に、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度Ｖを保つことができる。そのため、精度の良い計測を実行することができる。また、高精度に動的誤差の補正を実行することが可能な場合だけにトリガ信号ｔｒを出力するよう動作させるため、精度の良い計測が可能なタイミングを選択して撮像が実行される。
実施の形態４．
図１５は、本実施の形態による基板計測装置の構成の一例を示す図である。図１６は、本実施の形態による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態の説明において、実施の形態１に説明した基板計測装置１００の構成要素、信号等と同じ又は対応する構成要素、信号等については、実施の形態１と同一の符号を付す。
図１５に示す基板計測装置１００ｃは、図１の画像処理装置１に代えて画像処理装置１ｃを備える。図１６のように、画像処理装置１ｃは、実施の形態１の動的誤差補正量計算部１３に代えて動的誤差補正量計算部１３ｃを備える。また、画像処理装置１ｃは、データ記憶部１５に代えてデータ記憶部１５ｃを備える。また、画像処理装置１の備える構成要素に加えて加速度推定部１８を備える。さらに、動的誤差補正量計算部１３ｃは、動的誤差補正量計算部１３の機械変形補正量計算部１３２に代えて、機械変形補正量計算部１３２ｃを備える。
本実施の形態の画像処理装置１ｃは、機械変形補正量ｍｄｃａを算出する処理を除き、実施の形態１に説明した画像処理装置１の構成及び動作と同じである。以下に、機械変形補正量計算部１３２ｃによる、機械変形補正量ｍｄｃａを算出する処理について説明する。データ記憶部１５ｃは、基板動的情報ｄｉ１、撮像部動的情報ｄｉ２及び撮像時刻データｉｄに加え、制御信号ｃｓを記憶する。ここで、制御信号ｃｓを、ステージ４の速度又は位置として説明する。また、データ記憶部１５ｃは、例えば、撮像部２による画像群ｉｇの撮像の開始から終了までの制御信号ｃｓを記憶してもよい。
図１７は、本実施の形態による画像処理装置の動作の一例を示すフロー図である。ステップＳ４０１において、加速度推定部１８は、制御信号ｃｓから指令加速度を算出する。例えば、加速度推定部１８は、データ記憶部１５ｃから取得した制御信号ｃｓから、基板ｂと撮像部２との間の相対位置を指令位置として求め、指令位置を２回微分することによって基板ｂと撮像部２との間の相対加速度を指令加速度として算出してもよい。また、例えば、加速度推定部１８は、制御信号ｃｓに基づいて基板ｂと撮像部２との間の相対速度を指令速度として求め、求めた指令速度を１回微分して指令加速度を算出してもよい。
ステップＳ４０２において、加速度推定部１８は、指令加速度の遅れ時間を補正する。ここで、遅れ時間とは、ステージ４の制御応答の制御信号ｃｓに対する遅れである。加速度推定部１８は、求めた指令加速度に応答性を表現する遅れ要素を乗じることにより時間遅れを補正して推定加速度ｅａを推定する。言い換えれば、推定加速度ｅａは、制御信号ｃｓから算出され、時間遅れが補正された基板ｂの加速度である。
ステップＳ４０３において、機械変形補正量計算部１３２は、撮像時刻と推定加速度ｅａとを対応付ける。機械変形補正量計算部１３２は、撮像時刻データｉｄと推定加速度ｅａとから、画像ｉの撮像時刻の各々と撮像時刻における推定加速度ｅａとを対応付ける。言い換えれば、特徴点を含む画像ｉの撮像時刻の各々に対して、撮像時刻における推定加速度ｅａを求める。なお、撮像時刻と撮像時刻における推定加速度ｅａとを対応付ける処理は、加速度推定部１８等の機械変形補正量計算部１３２以外の構成要素が実行してもよい。
ステップＳ４０４において、機械変形補正量計算部１３２ｃは、動的補正パラメータｄｃｐと推定加速度ｅａとから機械変形補正量ｍｄｃａを算出する。機械変形補正量計算部１３２ｃは、各撮像時刻における推定加速度ｅａと、動的補正パラメータ記憶部１７から取得した動的補正パラメータｄｃｐとに基づいて、各撮像時刻における機械変形補正量ｍｄｃａを計算する。ステップＳ４０４の処理により、特徴点を含む画像ｉの撮像時刻の各々における機械変形補正量ｍｄｃａが得られる。
加速度に代えて推定加速度ｅａを用いる点を除き、機械変形補正量ｍｄｃａを計算する機械変形補正量計算部１３２ｃの処理は、実施の形態１に説明した機械変形補正量計算部１３２の動作と同じである。機械変形補正量計算部１３２ｃは、例えば、変形対象に推定加速度ｅａに比例した機械変形誤差が生じるとするモデルに基づき、各撮像時刻における推定加速度ｅａに、動的補正パラメータｄｃｐを乗じた値を各撮像時刻における機械変形補正量ｍｄｃａとしてもよい。この場合、動的補正パラメータｄｃｐは、推定加速度ｅａと機械変形補正量ｍｄｃａとの間の比例係数である。
また、機械変形補正量計算部１３２ｃは、機械変形補正量計算部１３２と同様に、ピッチング及びヨーイングについてそれぞれ、機械変形を算出し、これらを結合して機械変形補正量ｍｄｃａとしてもよい。なお、動的誤差補正量計算部１３と同様に、動的誤差補正量計算部１３ｃにおいても、振動補正量計算部１３１を省き、機械変形補正量ｍｄｃａのみから動的誤差補正量ｄｅｃを算出してもよい。
また、基板計測装置１００ｃの処理を、実施の形態２において説明した基板計測装置１００ａに適用することもできる。基板計測装置１００ａに適用する場合、基板計測装置１００ａにおいて、図９の構成に加えて、加速度推定部１８を備える。そして、機械変形補正量計算部１３２の行う処理に代えて、本実施の形態で説明した機械変形補正量計算部１３２ｃと同様の処理を行えばよい。言い換えれば、加速度推定部１８が、制御部３ａの制御信号ｃｓに基づいて推定加速度ｅａを算出すればよい。
また、基板計測装置１００ｃの処理を、実施の形態３において説明した基板計測装置１００ｂに適用することもできる。例えば、基板計測装置１００ｂにおいて、図１１の構成に加えて、加速度推定部１８を備え、機械変形補正量計算部１３２の行う処理に代えて、本実施の形態で説明した機械変形補正量計算部１３２ｃと同様の処理を行ってもよい。そして、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度を求め、撮像処理部１４ｂが相対速度に応じてトリガ信号ｔｒを出力するか否かを決定してもよい。また、撮像部２と基板ｂとの間の相対速度を求め、撮像部２が撮像を実行する間、相対速度をあらかじめ定めた範囲の値に保持してもよい。また、例えば、（２）式を満たす場合に限って撮像を行うよう撮像処理部１４ｂがトリガ信号ｔｒを出力してもよい。又、（２）式を満たすように移動装置の速度を制御してもよい。
以上説明したように、本実施の形態の基板計測装置１００ｃの一例では、制御信号ｓｃに基づいて撮像部２と基板ｂとの間の相対加速度を推定加速度ｅａとして推定する加速度推定部１８を備え、動的誤差補正量計算部１３は、機械変形補正量計算部１３２ｃを備え、機械変形補正量計算部１３２ｃは、推定加速度ｅａ及び動的誤差補正パラメータｄｃｐに基づいて機械変形補正量ｍｄｃａを算出する。
基板計測装置１００ｃによれば、加速度推定部１８は、制御信号ｃｓから推定加速度ｅａを求める。そのため、ステージ４の加速及び減速に伴い、ステージ４等が慣性力によって機械変形することによって生じる計測誤差を推定することができる。そして、機械変形補正量計算部１３２ｃは、推定加速度ｅａ、動的補正パラメータｄｃｐ、暫定座標ｐｃ及び撮像時刻データｉｄに基づいて機械変形補正量ｍｄｃａを求める。そのため、動的誤差補正量計算部１３及び動的誤差補正量計算部１３ａが、動的情報ｄｉに基づいて動的誤差補正量ｄｅｃを算出する場合と同様に、動的補正量ｄｅｃを算出することができる。また、動的情報取得部５が動的情報ｄｉを取得する場合のように、センサのノイズの影響を受けないため、精度の高い相対加速度を推定できる。
そして、計測処理部１６において暫定座標ｐｃを動的補正量ｄｅｃに基づいて補正することで、撮像部２による撮像の際にステージ４が機械変形した状態にある場合でも、左記の機械変形による計測誤差を補正した計測結果を得ることできる。言い換えれば、動的情報ｄｉは、ステージ４等に発生している機械変形の影響を受けている場合がある。一方、本実施の形態の推定加速度ｅａは、機械変形の影響を受けていない値であるため、より正確に動的誤差補正量ｄｅｃを算出することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することができる。
実施の形態５．
図１８は、本実施の形態による基板計測装置の構成の一例を示す図である。図１９は、本実施の形態による画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態の説明において、実施の形態１に説明した基板計測装置１００の構成要素、信号等と同じ又は対応する構成要素、信号等については実施の形態１と同一の符号を付す。
図１８に示す基板計測装置１００ｄは、図１の画像処理装置１に代えて画像処理装置１ｄを備える。画像処理装置１ｄは、実施の形態１の計測処理部１６に代えて計測処理部１６ｄを備える。また、画像処理装置１ｄは、撮像処理部１４に代えて撮像処理部１４ｄを備える。撮像処理部１４ｄは、撮像残差ｒｅを計算する撮像残差計算部１４１を備える。また、計算した撮像残差ｒｅを記憶する撮像残差記憶部１４２を備える。以下に、画像処理装置１と画像処理装置１ｄとの相違点について説明する。
図２０は、本実施の形態による画像処理装置の動作の一例を示すフロー図である。ステップＳ５０１において、撮像残差計算部１４１は、動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて撮像残差ｒｅを算出する。各撮像時刻における撮像残差ｒｅを算出する処理を例示する。撮像残差計算部１４１は、目標撮像位置と撮像時刻における位置情報ｐｉとの間の位置ずれを撮像位置ずれΔｐとして求める。さらに、動的誤差補正量ｄｅｃを、動的誤差補正量計算部１３から取得する。そして、撮像位置ずれΔｐ及び動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて撮像残差ｒｅを求める。
撮像位置ずれΔｐを求める処理を例示する。各時刻の移動装置の位置は、制御信号ｃｓによって指令位置として指定されているとする。そして、各撮像時刻における指令位置を目標撮像位置とする。各撮像時刻における位置情報ｐｉと左記の目標撮像位置との差を撮像位置ずれΔｐとする。以上が、撮像位置ずれΔｐを求める処理の一例である。
例えば、撮像残差計算部１４１は、撮像位置ずれΔｐ及び動的誤差補正量ｄｅｃを、図１９のｘ軸方向成分及びｙ軸方向成分を有するベクトル量として取得する。そして、撮像残差ｒｅを撮像位置ずれΔｐと動的誤差補正量ｄｅｃとの和として算出してもよい。この場合、、撮像残差ｒｅは、ｘ軸方向成分及びｙ軸方向成分を有するベクトル量となる。以上が、ステップＳ５０１の処理の一例である。
ステップＳ５０２において、撮像処理部１４ｄは、撮像残差ｒｅに基づいてトリガ信号を出力する。例えば、取得したひとつ又は複数の撮像残差ｒｅに基づいて、撮像残差ｒｅを取得した時刻より後の時刻ｔ１の撮像残差ｒｅ１を推定する。そして、推定した撮像残差ｒｅ１よりトリガ信号ｔｒを出力する時刻における撮像残差ｒｅが小さくなるように、トリガ信号ｔｒを出力する時刻を時刻ｔ１から変化させてもよい。また、例えば、撮像残差ｒｅ１に相当する時間だけ、撮像位置が目標位置に近づくようにトリガ信号ｔｒ１を出力する時刻を時刻ｔ１から変化させてもよい。撮像残差ｒｅ１に相当する時間とは、撮像残差ｒｅ１だけの位置ずれを補償する時間である。
例えば、時刻ｔ１において、基板ｂと撮像部２との間の相対位置の移動が目標撮像位置に対して距離Δｌの分だけ遅れていると撮像残差ｒｅ１の推定値から判断される場合、Δｌを相対速度ｖで除した値だけ、トリガ信号ｔｒを出すタイミングを早める。この場合、Δｌ／ｖが撮像残差ｒｅに相当する時間となる。ここで、相対速度ｖは、基板ｂと撮像部２との間の相対速度である。
ステップＳ５０３において、撮像残差計算部１４１は、撮像時刻データｉｄを利用して、撮像時刻と撮像残差ｒｅとを対応付ける。例えば、撮像処理部１４ｄは、位置情報ｐｉ及び撮像時刻データｉｄを利用して、撮像時刻とその撮像時刻における撮像残差ｒｅとを対応づけてもよい。ステップＳ５０４において、撮像時刻と対応付けられた撮像残差ｒｅを、撮像残差記憶部１４２に保存する。
ステップＳ５０５において、撮像残差ｒｅ及び静的誤差補正量ｓｅｃに基づいて暫定座標ｐｃを補正し、計測結果ｍｒとして出力する。例えば、計測処理部１６ｄは、撮像時刻を介して、静的誤差補正量及び撮像残差ｒｅと、暫定座標ｐｃとを対応づけ、各暫定座標に対して補正を実行してもよい。
例えば、計測処理部１６ｄは、ｘ軸方向及びｙ軸方向の成分を持つ撮像残差ｒｅを撮像残差記憶部１４２から取得する。そして、計測処理部１６ｄは、ｘ軸方向及びｙ軸方向の成分を持つ静的誤差ｓｅｃを静的誤差補正量計算部１１から取得する。そして、暫定座標ｐｃから、撮像残差ｒｅ及び静的誤差ｓｅｃを減ずることにより計測結果ｍｒを算出してもよい。
本実施の形態に説明した構成を、実施の形態２から実施の形態４に説明した基板計測装置に適用することもできる。すなわち、基板計測装置１００ａ、基板計測装置１００ｂ、及び基板計測装置１００ｃの計測処理部において、動的誤差補正量ｄｅｃに代えて撮像残差ｒｅを用いて計測結果ｍｒを算出してもよい。また、基板計測装置１００ｄにおいては、撮像残差計算部１４１で算出された撮像残差ｒｅは、一旦、撮像残差記憶部１４２に保存されるが、撮像残差記憶部１４２を省くこともできる。そして、計測処理部１６ｄは、撮像残差計算部１４１から直接撮像残差ｒｅを取得する構成としてもよい。
以上説明したように、本実施の形態の基板計測装置１００ｄの一例によれば、撮像処理部１４ｄは、撮像残差計算部１４１を備える。撮像残差計算部１４１は、動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて目標撮像位置と撮像位置とのずれを撮像残差ｒｅとして算出する。撮像処理部１４ｄは、撮像残差ｒｅに基づいてトリガ信号ｔｒを出力し、計測処理部１６ｄは、撮像残差ｒｅに基づいて暫定座標ｐｃを補正して計測結果ｍｒを算出する。
ここで、計測処理部１６ｄは、ある時刻の算出した撮像残差ｒｅに基づいて左記の時刻より後のトリガ信号を出力してもよい。また、ある時刻の撮像残差ｒｅに基づいて左記の時刻より後の時刻ｔ１における撮像残差ｒｅ１を推定し、推定した撮像残差ｒｅ１より、トリガ信号ｔｒを出力する時刻における撮像残差ｒｅが小さくなるように、トリガ信号ｔｒを出力する時刻を時刻ｔ１から変化させることによってトリガ信号ｔｒを出力する時刻を決定してもよい。これにより、目標撮像位置と撮像位置とのずれを小さくすることができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、短い時間の間に精度の高い計測を実行することが可能な基板計測装置又は基板計測方法を提供することができる。また、目標撮像位置からの撮像位置のずれとして撮像残差ｒｅを算出し、撮像残差ｒｅに基づいてトリガ信号ｔｒを出力するため、目標撮像位置と実際の撮像位置の間の位置ずれを、動的誤差補正量ｄｅｃに基づいて補正することができる。そのため、精度の良い撮像を実行することができる。また、撮像残差ｒｅを用いて、暫定座標ｐｃの補正を行うことによって、実施の形態１から４に説明した基板計測装置と同様に、計測結果ｍｒの精度を高めることができる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 画像処理装置、２ 撮像部、３、３ａ 制御部、４、４ａ ステージ、５ 動的情報取得部、６、６ａ 位置計測装置、１０ 画像処理部、１１ 静的誤差補正量計算部、１２ 静的誤差補正パラメータ記憶部、１３、１３ａ、１３ｃ 動的誤差補正量計算部、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｄ 撮像処理部、１５、１５ｃ データ記憶部、１６、１６ｄ 計測処理部、１７ 動的補正パラメータ記憶部、１８ 加速度推定部、３１、３１ａ ｘ軸制御器、３２ ｙ軸制御器、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 基板計測装置、１３１ 振動補正量計算部、１３２、１３２ｃ 機械変形補正量計算部、１４１ 撮像残差計算部、１４２ 撮像残差記憶部、１０００１ プロセッサ、１０００２ メモリ、１０００３ 処理回路、ｂ 基板、ｃｓ 制御信号、ｄｃｐ 動的誤差補正パラメータ、ｄｃ 動的補正量、ｄｅｃ 動的誤差補正量、ｄｉ１ 基板動的情報、ｄｉ２ 撮像部動的情報、ｅ エッジ検出点、ｆ 振動周波数、ｈ 穴、ｉｓ 画像信号、ｉｄ 撮像時刻データ、ｍｒ 計測結果、ｐｃ 暫定座標、ｐｉ 位置情報、ｒｅ 撮像残差、ｓeｃ 静的誤差補正量、ｓｐ 静的誤差補正パラメータ、ｔｒ トリガ信号。

Claims (11)

  1. トリガ信号を出力する撮像処理部と、
    前記トリガ信号に基づいて基板の画像を撮像し複数の前記画像である画像群の情報を画像信号として出力する撮像部と、
    制御信号に基づいて前記基板と前記撮像部との間の相対位置を変化させる移動装置と、
    前記画像信号に基づいて前記画像に撮像された特徴点の実空間における位置座標を求め暫定座標として出力する画像処理部と、
    前記基板を載置したステージに設けられ前記移動装置による移動の際の前記基板の加速度を計測するか、又は、前記撮像部に設けられ前記移動装置による移動の際の前記撮像部の加速度を計測するかの少なくともいずれか一方である加速度センサと、
    前記移動装置が移動する際の前記基板の加速度又は前記撮像部の加速度の少なくともいずれか一方に基づいて動的誤差補正量を算出し、前記基板の加速度に基づいて前記基板の振動に起因する前記基板の位置変化である基板振動位置を算出するか又は前記撮像部の加速度に基づいて前記撮像部の振動に起因する前記撮像部の位置変化である撮像部振動位置を算出するかの少なくともいずれか一方を実行する振動補正量計算部を有する動的誤差補正量計算部と、
    前記動的誤差補正量に基づいて前記暫定座標を補正し前記特徴点の実空間における位置座標の計測結果として出力する計測処理部と
    を備え、
    前記動的誤差補正量計算部は、
    前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記基板の加速度に基づいて算出した前記基板振動位置に基づいて前記動的誤差補正量を計算するか、又は、
    前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記撮像部の加速度に基づいて算出した前記撮像部振動位置に基づいて前記動的誤差補正量を計算するか、
    の少なくともいずれか一方を実行することを特徴とする基板計測装置。
  2. 前記移動装置は、前記制御信号に基づいて前記基板のみを移動することによって前記相対位置を変化させ、
    前記加速度センサは、前記撮像部のみに設けられ前記撮像部の加速度を計測することを特徴とする請求項１に記載の基板計測装置。
  3. 前記振動補正量計算部は、
    前記基板が前記移動装置によって移動する場合には、前記ステージに設けられた前記加速度センサによって求めた前記基板の加速度に加えて前記制御信号から算出した前記基板の加速度に基づいて前記基板振動位置を算出し、
    前記撮像部が前記移動装置によって移動する場合には、前記撮像部に設けられた前記加速度センサによって求めた前記撮像部の加速度に加えて前記制御信号から算出した前記撮像部の加速度を用いて前記基板振動位置を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板計測装置。
  4. 前記動的誤差補正量計算部は、
    前記暫定座標を含む前記画像の撮像時刻に前記ステージに設けられた前記加速度センサによって計測した前記基板の加速度を、前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記基板の加速度として求めるか、又は、
    前記暫定座標を含む前記画像の前記撮像時刻に前記撮像部に設けられた前記加速度センサによって計測した前記撮像部の加速度を、前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記撮像部の加速度として求めるか、
    の少なくともいずれか一方を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の基板計測装置。
  5. 前記加速度センサは、
    前記移動装置の移動によって前記画像群の撮像時に前記相対位置が変化する方向であるｘ軸方向の前記基板の加速度と前記画像群の撮像時に前記相対位置が変化する方向に対して垂直な方向である前記基板のｙ軸方向の加速度とを取得するか、又は、前記撮像部の前記ｘ軸方向の加速度と前記ｙ軸方向の加速度とを取得するか、の少なくともいずれか一方を実行し、
    前記振動補正量計算部は、
    前記ｘ軸方向の前記基板の加速度に基づいて前記ｘ軸方向の前記基板振動位置を算出し前記ｙ軸方向の前記基板の加速度に基づいて前記ｙ軸方向の前記基板振動位置を算出するか、又は、前記ｘ軸方向の前記撮像部の加速度に基づいて前記ｘ軸方向の前記撮像部振動位置を算出し前記ｙ軸方向の前記基板の加速度に基づいて前記ｙ軸方向の前記撮像部振動位置を算出するか、の少なくともいずれか一方を実行し、
    前記動的誤差補正量計算部は、
    前記ｘ軸方向の前記基板振動位置又は前記ｘ軸方向の前記撮像部振動位置の少なくともいずれか一方に基づいて前記ｘ軸方向の前記動的誤差補正量を計算し、
    前記ｙ軸方向の前記基板振動位置又は前記ｙ軸方向の前記撮像部振動位置の少なくともいずれか一方に基づいて前記ｙ軸方向の前記動的誤差補正量を計算し、
    前記計測処理部は、
    前記暫定座標の前記ｘ軸方向の座標を前記ｘ軸方向の前記動的誤差補正量によって補正し前記暫定座標の前記ｙ軸方向の座標を前記ｙ軸方向の前記動的誤差補正量によって補正する
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の基板計測装置。
  6. 前記動的誤差補正量計算部は、
    前記基板の加速度に基づいて前記基板の機械変形による変位である基板側機械変形を算出するか又は前記撮像部の加速度に基づいて前記撮像部の機械変形による変位である撮像部側機械変形を算出するかの少なくともいずれか一方を実行する機械変形補正量計算部を有し、
    前記基板側機械変形又は前記撮像部側機械変形の少なくともいずれか一方と動的補正パラメータとに基づいて前記動的誤差補正量を算出し、
    前記機械変形補正量計算部は、
    前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記基板の加速度に基づいて前記基板側機械変形を算出するか、
    又は、前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記撮像部の加速度に基づいて前記撮像部側機械変形を算出するか、の少なくともいずれか一方を実行することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の基板計測装置。
  7. 前記撮像部は、ラインカメラであり、
    前記ラインカメラの備える複数の撮像素子が並ぶ方向に対して垂直の方向に前記基板と前記撮像部との間の相対位置を変化させつつ前記撮像部が撮像を実行し、
    前記撮像処理部は、２回の連続した前記撮像の間の前記基板と前記撮像部との間の相対位置の変化の大きさが一定になるように前記トリガ信号を出力することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の基板計測装置。
  8. 前記移動装置が静止しかつ前記移動装置による残留振動がない状態で発生する計測誤差である静的誤差についての補正量である静的誤差補正量を静的誤差補正パラメータに基づいて算出する静的誤差補正量計算部をさらに備え、前記計測処理部は、前記静的誤差補正量に基づいて前記計測結果を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の基板計測装置。
  9. 前記撮像部と前記基板との間の相対速度を求め、前記撮像処理部が前記相対速度に応じて前記トリガ信号を出力するか否かを決定するか、又は、前記撮像部が撮像を実行する間前記相対速度をあらかじめ定めた範囲の値に保持することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の基板計測装置。
  10. 前記制御信号を出力する制御部を備え、前記制御部は、前記撮像部が撮像を実行する間、前記撮像部と前記基板との間の相対速度を、前記ステージ、前記撮像部の少なくともいずれか一方を含む振動体の振動周波数と前記特徴点の座標を求めるために用いる輪郭線、エッジ又は領域を構成する撮像対象の寸法との積の２倍より大きい値に保つことを特徴とする請求項９に記載の基板計測装置。
  11. トリガ信号を出力し、
    前記トリガ信号に基づいて基板の画像を撮像部が撮像し複数の前記画像である画像群の情報を画像信号として前記撮像部が出力し、
    制御信号に基づいて前記基板と前記撮像部との間の相対位置を移動装置が変化させ、
    前記画像信号に基づいて前記画像に撮像された特徴点の実空間における位置座標を求め暫定座標として出力し、
    前記基板を載置したステージに設けられた加速度センサによって前記移動装置による移動の際の前記基板の加速度を計測するか、又は、前記撮像部に設けられた加速度センサによって前記移動装置による移動の際の前記撮像部の加速度を計測するかの少なくともいずれか一方を実行し、
    前記移動装置が移動する際の前記基板の加速度又は前記撮像部の加速度の少なくともいずれか一方に基づいて動的誤差補正量を算出し、
    前記基板の加速度に基づいて前記基板の振動に起因する前記基板の位置変化である基板振動位置を算出するか又は前記撮像部の加速度に基づいて前記撮像部の振動に起因する前記撮像部の位置変化である撮像部振動位置を算出するかの少なくともいずれか一方を実行し、
    前記動的誤差補正量に基づいて前記暫定座標を補正し前記特徴点の実空間における位置座標の計測結果として出力し、
    前記動的誤差補正量を算出する際に、
    前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記基板の加速度を求め求めた前記基板の加速度に基づいて算出した前記基板振動位置に基づいて前記動的誤差補正量を計算するか、又は、
    前記暫定座標を含む前記画像群の撮像時における前記撮像部の加速度を求め求めた前記撮像部の加速度に基づいて算出した前記撮像部振動位置に基づいて前記動的誤差補正量を計算するか、
    の少なくともいずれか一方を実行する基板計測方法。
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