JPWO2010113756A1

JPWO2010113756A1 - 二次元測定機および二次元測定方法

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Publication number: JPWO2010113756A1
Application number: JP2011507130A
Authority: JP
Inventors: 大輔布施; 伸夫足立
Original assignee: Sharp Corp; V Technology Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; V Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2012-10-11
Also published as: WO2010113756A1; CN102365521A

Abstract

二次元測定方法は、撮像部が備える互いに異なる倍率を有する２つの撮像系のうちその都度選択された一方の撮像系で基板の表面の１つの箇所を撮像することによって前記箇所の座標位置を測定するための二次元測定機を用いて、前記基板に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を前記２つの撮像系の各々で測定する工程（Ｓ２１）と、前記測定する工程によって得られた前記２つの撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程（Ｓ２２）と、前記ずれ量を補正用パラメータとして設定する工程（Ｓ２３）とを含み、一定枚数の前記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、前記工程（Ｓ２１）、前記工程（Ｓ２２）、前記工程（Ｓ２３）を行なう。

Description

本発明は、二次元測定機および二次元測定方法に関するものである。

たとえば液晶表示パネルの生産現場においては、ガラス基板の表面に必要な各種膜を成膜し、これをパターニングする工程などが行なわれる。この際に、ガラス基板の寸法などを管理するために二次元測定機が用いられる。

従来技術に基づく二次元測定機の一例が特開２００３−２４３４５３号公報（特許文献１）に示されている。

特開２００３−２４３４５３号公報

一般的な二次元測定機の例を図１２に示す。ここで示す二次元測定機１００は、測定対象物としての基板を設置するためのステージ１０１と、基板に対して垂直な方向から撮像する撮像装置１０２と、この撮像装置１０２をステージ１０１の表面に平行な方向に相対移動させるための移動装置とを備えている。移動装置とは、たとえばＸ，Ｙ方向のスライダ１０３，１０４などである。二次元測定機１００は、撮像装置１０２から得られる画像を参考にして所望の点に撮像装置１０２の位置を合わせ、移動装置から得られる現在地点の情報を座標値として出力するものである。

ある種の二次元測定機においては、高低２種類の倍率で測定を行なうことを可能とするべく、互いに倍率の異なる２つの撮像系を備えている。図１２に示す二次元測定機１００も撮像装置１０２内に２つの撮像系を備えている。

撮像装置１０２を拡大したところを図１３に示す。
撮像装置１０２は、ステージ１０１上面に対向するように設置された１つの対物レンズ１１１と、１つの光源１１３と、光を反射させるためのミラー１１２，１１４，１１５，１１６と、鏡筒１２１，１２２とを備える。鏡筒１２１，１２２の上部には受光素子１１７，１１８が設置されている。光源１１３から出射した光は、ミラー１１２によって反射されてステージ１０１上の基板（図示せず）に向かい、基板で反射したのちに、ミラー１１２を透過してミラー１１４で反射することによって、ミラー１１５，１１６に向かう。

この撮像装置１０２は２つの撮像系を備えているといえる。２つの撮像系をそれぞれ「第１撮像系」、「第２撮像系」と呼ぶものとする。第１撮像系は、対物レンズ１１１、光源１１３、ミラー１１２、ミラー１１４、ミラー１１５、鏡筒１２１および受光素子１１７によって構成されるものである。第２撮像系は、対物レンズ１１１、光源１１３、ミラー１１２、ミラー１１４、ミラー１１５、ミラー１１６、鏡筒１２２および受光素子１１８によって構成されるものである。

撮像装置１０２が移動装置によってステージ１０１の上面に平行な方向に相対移動することによって２つの撮像系は一体的なものとして相対移動することとなる。２つの撮像系のうちいずれを実際に撮像に使用するかは、ユーザが選択することができる。第１撮像系と第２撮像系とでは前者はミラー１１５によって反射され、後者はミラー１１６によって反射されるという点で異なる。また、２つの撮像系では用いられる鏡筒が異なる。これらの違いにより、各撮像系に生じる取付誤差、寸法誤差などはそれぞれ異なることとなるので、たとえ撮像装置１０２の位置が同一であったとしても、撮像系ごとに撮像できる領域の中心位置が若干異なることとなる。ユーザの利便性を考慮すれば、１つの撮像装置１０２内のいずれの撮像系で測定しても、基板上の同一の点については常に共通した座標値として出力されることが望ましい。２つの撮像系のうちいずれを使用しても共通した座標値を出力するためには、二次元測定機は、各撮像系固有の誤差によって第１撮像系と第２撮像系との間で生じている相対的な位置ずれ量の情報を保持しておく必要がある。

そこで、二次元測定機の設置当初には、第１撮像系が出力する座標値に対して第２撮像系が出力する座標値は実際にどの程度ずれているかを測定し、このずれ量の情報を二次元測定機に補正用パラメータとして設定する作業が行なわれる。この補正用パラメータは「初期パラメータ」とも呼ばれ、２つの撮像系から得られる測定値を測定機内部で自動的に補正するために用いられるパラメータであり、この補正の結果、第１，第２のいずれの撮像系で測定しても同一点からは常に同一の座標値を得られることが期待されている。

しかし、二次元測定機の設置当初に上記作業を正しく行なっていたとしても、実際には長期間使っていると、測定値が補正用パラメータによって補正されているにもかかわらず、第１，第２撮像系によって得られる座標値にずれが生じるようになってくる。この現象は、地震などの影響によって、第１，第２撮像系間の現実のずれ量が、当初設定した補正用パラメータから乖離してきたことによって生じていると考えられる。

そこで、本発明は、長期間使用した後でも、第１，第２のいずれの撮像系で測定しても同一点からは常に同一の座標値を得ることができる二次元測定機および二次元測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく二次元測定方法は、撮像部が備える互いに異なる倍率を有する２つの撮像系のうちその都度選択された一方の撮像系で基板の表面の１つの箇所を撮像することによって平面内における上記箇所の座標位置を測定するための二次元測定機を用いて、上記基板の表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を上記２つの撮像系の各々で測定する工程と、上記測定する工程によって得られた上記２つの撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程と、上記ずれ量を補正用パラメータとして設定する工程とを含み、一定枚数の上記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、上記測定する工程、上記算出する工程、上記補正用パラメータとして設定する工程を行なう。

本発明によれば、一定枚数の前記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、補正用パラメータを修正する一連の工程を行なうこととなるので、同一の二次元測定機を設置後長期間使用し続けている場合であっても、第１，第２のいずれの撮像系で測定しても同一点からは常に同一の座標値を得ることができる状態を維持しながら、二次元測定を行なうことができる。

本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法の第１のフローチャートである。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法の第２のフローチャートである。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法の一部を詳しく示すフローチャートである。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法で使用可能な基準パターンの第１の例の平面図である。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法で使用可能な基準パターンの第２の例の平面図である。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法で使用可能な基準パターンの第３の例の平面図である。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法で使用可能な基準パターンの第４の例の平面図である。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法で使用可能な基準パターンの第５の例の平面図である。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法で使用可能な基準パターンの第６の例の平面図である。本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法を行なっている様子の概念図である。本発明に基づく実施の形態２における二次元測定機の概念図である。従来技術に基づく二次元測定機の概念図である。従来技術に基づく二次元測定機の部分拡大図である。

（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における二次元測定方法について説明する。この二次元測定方法のフローチャートを図１、図２に示す。図１に示すように、基板を測定する工程Ｓ１を繰り返す中に補正用パラメータを修正する工程Ｓ２が挿入されている。より長いスパンで見ると、図２に示すように、一定枚数の基板測定工程Ｓ１を繰り返すごとに、補正用パラメータを修正する工程Ｓ２が行なわれている。このように、定期的に工程Ｓ１から工程Ｓ２に切り替える行為は、手動で行なっても自動で行なってもよい。

工程Ｓ２の内訳を図３に示す。工程Ｓ２は、基板の表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を２つの撮像系の各々で測定する工程Ｓ２１と、前記測定する工程によって得られた前記２つの撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程Ｓ２２と、前記ずれ量を、前記２つの撮像系間の測定値同士のずれ量を補正用パラメータとして設定する工程Ｓ２３とを含む。工程Ｓ２１〜Ｓ２３をひとまとまりの工程として捉えて工程Ｓ２と称している。

本実施の形態における二次元測定方法は、撮像部が備える互いに異なる倍率を有する２つの撮像系のうちその都度選択された一方の撮像系で基板の表面の１つの箇所を撮像することによって平面内における前記箇所の座標位置を測定するための二次元測定機を用いて、前記基板の表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を前記２つの撮像系の各々で測定する工程Ｓ２１と、前記測定する工程Ｓ２１によって得られた前記２つの撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程Ｓ２２と、前記ずれ量を補正用パラメータとして設定する工程Ｓ２３とを含み、一定枚数の前記基板の測定作業（工程Ｓ１）を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、前記測定する工程Ｓ２１、前記算出する工程Ｓ２２、前記補正用パラメータとして設定する工程Ｓ２３を行なうものである。

本実施の形態における二次元測定方法では、一定枚数の前記基板の測定作業（工程Ｓ１）を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、工程Ｓ２１〜Ｓ２３を含む工程Ｓ２すなわち補正用パラメータを修正する工程を行なうこととなるので、同一の二次元測定機を設置後長期間使用し続けている場合であっても、第１，第２のいずれの撮像系で測定しても同一点からは常に同一の座標値を得ることができる状態を維持しながら、二次元測定を行なうことができる。

本実施の形態における二次元測定方法においては、工程Ｓ２１において基板の表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を各撮像系によって測定することとしているが、この場合の「基準パターン」について以下詳しく述べる。

本実施の形態における二次元測定方法においては、前記基準パターンは、上下方向に延在する互いに平行な２辺と左右方向に延在する互いに平行な２辺とを含んでいることが好ましい。すなわち、好ましい形状としては、図４〜図９に示すようにさまざまな形状が考えられる。いずれの形状も上下方向に延在する互いに平行な２辺と左右方向に延在する互いに平行な２辺とを含んでいる。このような条件が好ましいのは、上下左右の平行な２辺を利用して基準点を正確に求めやすいからである。

図５に示した基準パターン１に注目して、工程Ｓ２１での作業内容の詳細を説明する。
まず選択した１つの撮像系でこの基準パターン１を撮影し、上下方向に延在する互いに平行な２辺３１，３２を捕捉する。辺３１，３２の位置のＸ座標値を求め、両者を足して２で割った値として中心線３５のＸ座標値を求める。次に、左右方向に延在する互いに平行な２辺３３，３４を捕捉する。辺３３，３４の位置のＹ座標値を求め、両者を足して２で割った値として中心線３６のＹ座標値を求める。このようにして基準パターン１における縦横の中心線３５，３６同士の交点である中心点３７のＸ，Ｙ座標値を得ることができる。この中心点３７が「基板の表面に設けられた基準パターンから得られる基準点」に相当する。各撮像系によって、このように基準点のＸ，Ｙ座標値を求める。第１撮像系で求めた基準点のＸ，Ｙ座標値を（Ｘ１，Ｙ１）と呼ぶものとし、第２撮像系で求めた基準点のＸ，Ｙ座標値を（Ｘ２，Ｙ２）と呼ぶものとする。

工程Ｓ２２においては、第１撮像系で求めた基準点の座標値（Ｘ１，Ｙ１）と、第２撮像系で求めた基準点の座標値（Ｘ２，Ｙ２）との差を求める。すなわち、（Ｘａ，Ｙａ）＝（Ｘ２−Ｘ１，Ｙ２−Ｙ１）を算出する。

工程Ｓ２３では、この（Ｘａ，Ｙａ）を補正用パラメータとして設定する。
なお、本実施の形態における二次元測定方法においては、前記測定する工程Ｓ２１は、通常、図１０に例示するように、撮像部で撮像されている領域５１を表示装置５２に表示し、これを作業者５３が視認しながら撮像位置を操作することによって、基準パターンの基準とすべき辺を特定する作業が行なわれる。すなわち、前記測定する工程Ｓ２１は、前記撮像部で撮像されている領域５１を表示装置５２に表示したものを作業者５３が視認しながら行なうものであり、前記撮像部で撮像されている領域を前記表示装置５２に表示する際に同時に表示可能な前記撮像している領域の縦横各辺の長さＤｘ，Ｄｙに比べて、前記基準パターンの縦横各方向の寸法Ｐｘ，Ｐｙはそれぞれ１／４倍以上２／３倍以下となっていることが好ましい。なぜなら、このようになっていれば、作業者は表示装置５２の画面内で基準パターンを捕捉しやすく、基準点を求める作業が行ないやすいからである。

（実施の形態２）
図１１を参照して、本発明に基づく実施の形態２における二次元測定機について説明する。

本実施の形態における二次元測定機２００は、主表面を有する基板を設置するためのステージ１０１と、前記ステージに設置した前記基板を前記主表面に垂直な方向から撮像するための撮像部としての撮像装置１０２と、前記撮像部で撮像されている部位の前記主表面上における二次元的座標位置を検出するための座標導出部２１１とを備え、前記撮像部は、第１の倍率の第１撮像系と、前記第１の倍率より高倍率である第２の倍率の第２撮像系とを含み、前記座標導出部は、前記第１撮像系と前記第２撮像系との間の測定値同士のずれ量を補正用パラメータとして保持するためのパラメータ保持部２１２を含む。さらに、この二次元測定機２００は、前記主表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を前記第１，第２撮像系の各々で測定する工程Ｓ２１と、前記測定する工程によって得られた前記第１，第２撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程Ｓ２２と、前記ずれ量を補正用パラメータとして設定する工程Ｓ２３とを一定枚数の前記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに自動的に行なわせるための制御部２１３を備える。

工程Ｓ２１〜Ｓ２３は、実施の形態１で説明したとおりのものである。基板の主表面に設けられる基準パターンについても、詳細は実施の形態１で説明したとおりである。

スライダ１０３，１０４はエアスライダである。ステージ１０１は上面がガラスで形成されたものである。撮像装置１０２に備わる第１，第２撮像系は顕微鏡機能を備えている。第１，第２撮像系は、たとえばそれぞれ１５倍と４０倍との倍率で撮像するためのものであってよい。

本実施の形態における二次元測定機では、一定枚数の前記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、工程Ｓ２１〜Ｓ２３すなわち補正用パラメータを修正する工程を行なうこととなるので、同一の二次元測定機を設置後長期間使用し続けている場合であっても、第１，第２のいずれの撮像系で測定しても同一点からは常に同一の座標値を得ることができる状態を維持しながら、二次元測定を行なうことができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明は、二次元測定機および二次元測定方法に利用可能である。

１基準パターン、３１，３２，３３，３４辺、３５，３６中心線、３７中心点、５１領域、５２表示装置、５３作業者、１００，２００二次元測定機、１０１
ステージ、１０２撮像装置、１０３，１０４スライダ、１１１対物レンズ、１１２，１１４，１１５，１１６ミラー、１１３光源、１１７，１１８受光素子、１２１，１２２鏡筒、２１１座標導出部、２１２パラメータ保持部、２１３制御部。

Claims

撮像部が備える互いに異なる倍率を有する２つの撮像系のうちその都度選択された一方の撮像系で基板の表面の１つの箇所を撮像することによって平面内における前記箇所の座標位置を測定するための二次元測定機を用いて、
前記基板の表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を前記２つの撮像系の各々で測定する工程（Ｓ２１）と、
前記測定する工程によって得られた前記２つの撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程（Ｓ２２）と、
前記ずれ量を補正用パラメータとして設定する工程（Ｓ２３）とを含み、
一定枚数の前記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに、前記測定する工程（Ｓ２１）、前記算出する工程（Ｓ２２）、前記補正用パラメータとして設定する工程（Ｓ２３）を行なう、二次元測定方法。
前記基準パターンは、上下方向に延在する互いに平行な２辺と左右方向に延在する互いに平行な２辺とを含んでいる、請求の範囲第１項に記載の二次元測定方法。
前記測定する工程は、前記撮像部で撮像されている領域を表示装置に表示したものを作業者が視認しながら行なうものであり、
前記撮像部で撮像されている領域を前記表示装置に表示する際に同時に表示可能な前記撮像している領域の縦横各辺の長さに比べて、前記基準パターンの縦横各方向の寸法はそれぞれ１／４倍以上２／３倍以下となっている、請求の範囲第１項に記載の二次元測定方法。
主表面を有する基板を設置するためのステージ（１０１）と、
前記ステージに設置した前記基板を前記主表面に垂直な方向から撮像するための撮像部と、
前記撮像部で撮像されている部位の前記主表面上における二次元的座標位置を検出するための座標導出部（２１１）とを備え、
前記撮像部は、第１の倍率の第１撮像系と、前記第１の倍率より高倍率である第２の倍率の第２撮像系とを含み、
前記座標導出部は、前記第１撮像系と前記第２撮像系との間の測定値同士のずれ量を補正用パラメータとして保持するためのパラメータ保持部（２１２）を含む、二次元測定機であり、
さらに、
前記主表面に設けられた基準パターンから得られる基準点の座標値を前記第１，第２撮像系の各々で測定する工程と、
前記測定する工程によって得られた前記第１，第２撮像系による測定値同士のずれ量を算出する工程と、
前記ずれ量を補正用パラメータとして設定する工程とを一定枚数の前記基板の測定作業を行なう前ごとまたは行なった後ごとに自動的に行なわせるための制御部（２１３）を備える、二次元測定機。