(57)【要約】【課題】カメラを用いて平板状の物体の位置を計測する位置計測装置のキャリブレーション方法であって、安価かつ容易に実施できる方法を提供する。【解決手段】キャリブレーション用の平板１に複数のパターンを施す第１の段階と、前記パターンの平板１に対する位置を計測する第２の段階と、平板１を前記位置検出装置に取り付けて、カメラ３で平板１上の複数の前記パターンを撮像する第３の段階と、前記第３の段階で得られた画像から複数の前記パターンの平板１に対する位置を計測する第４の段階と、前記第２の段階で得られた複数の前記パターンの位置と前記第４の段階で得られた複数の前記パターンの位置を比較して、カメラ３のカメラパラメータを決定する。また前記パターンを描画した小プレート２を平板１に貼付して、平板１に前記パターンを施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の物体をカメラで撮像して、前記平板の位置を計測する位置計測装置のキャリブレーション方法において、
キャリブレーション用の平板に複数のパターンを施す第１の段階と、
前記複数のパターンのキャリブレーション用の平板に対する位置を計測する第２の段階と、
前記平板を前記位置検出装置に取り付けて、前記カメラで前記キャリブレーション用の平板上の前記複数のパターンを撮像する第３の段階と、
前記第３の段階で得られた画像から前記複数のパターンのキャリブレーション用の平板に対する位置を計測する第４の段階と、
前記第２の段階で得られた前記複数のパターンの位置と前記第４の段階で得られた前記複数のパターンの位置を比較して、前記カメラのカメラパラメータを決定する段階を備えることを特徴とする位置計測装置のキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記パターンを描画した小プレートを前記平板に貼付して、前記平板にパターンを施すことを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記平板に３個の前記パターンを施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置計測装置のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記カメラが複数であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の位置計測装置のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カメラを用いて平板状の物体の位置を検出するの位置計測装置のカメラパラメータを決定するキャリブレーション方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラを用いて平板状の物体の位置を検出する位置計測装置は多くの分野で普及している。特に半導体の製造工程においては、半導体の回路パターンの微細化に伴い、ウエハの位置決め精度が要求されているので、半導体製造装置内部におけるウェハの位置を高精度に計測する位置計測装置が求められている。
【０００３】
ウエハの位置計測装置の例（例えば、特許文献１）を図５に示す。この位置計測装置は３台のカメラ２１を用いてウエハ２０のエッジを撮像し、画像処理によってエッジの位置を求めそれぞれの結果からウエハ２０の中心位置や半径を求める装置である。カメラ２１で撮像した画像から、ウエハ２０の中心位置や半径を精度良く求めるには、カメラ２１のキャリブレーションが必要となる。キャリブレーションとはカメラパラメータ、つまり、カメラ画像を構成する１画素の実際の撮像面での長さ（撮像素子によっては、縦と横では異なる）、および各カメラ間の位置関係（平行移動と回転）を求める処理である。
【０００４】
図６は、従来のキャリブレーション方法に用いるキャリブレーションプレートの平面図である。キャリブレーションプレート３０は、実物のウエハと同形状のプレート３０上に各カメラの撮像位置に対応するキャリブレーション用のパターン３１をマーキングした平板である。パターン３１はプレート３０の中心に対して高精度に配置されている。  キャリブレーション用のパターン３１は様々であるが、パターンの形状が精度良く描画されていることが重要となる。図７にキャリブレーション用のパターン３１の例を示す平面図である。パターン３１は半径の等しい小円が等間隔に並んでおり、中央の円は基準位置として他との区別をつけるために白ヌキが施されている。
【０００５】
キャリブレーション処理では、画像処理により画像上での各円の中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を求める。一方、プレート中心の座標軸（図６でＸｗ軸とＹｗ軸）から見た各小円の中心位置（Ｘｗ，Ｙｗ）はあらかじめ分かっており、次式の関係がある。
【０００６】
【数１】
2004361356.tif 000003
【０００７】
ここで、Ｃ１１〜Ｃ３３がカメラパラメータに相当し、１画素が対応する実際の長さやプレートの中心に対するカメラの位置（平行移動と回転）などを表示するパラメータである。そこで図７の各小円の画像上での中心位置を（Ｘｃｉ，Ｙｃｉ）  ｉ＝１，，，ｎ、プレート中心からの実際の座標を（Ｘｗｉ，Ｙｗｉ）  ｉ＝１，，，ｎとすると、式１を変形することにより、以下の式が得られる。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２８０２８８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法においては、キャリブレーションプレート上のパターンが精度良く描画されている必要があった。またキャリブレーションプレートの中心を基準とする前記パターンの位置を正確に配置する必要があった。
そのため、これらのパターンはフォトリソグラフィー技術によって描画してきたが、プレートが大きくなるほど（例えば３００ｍｍウエハ相当）広い描画領域をもつ装置が必要となり、プレートが高価になるという問題があった。
また、カメラの取り付けがウエハのエッジ方向を考慮して斜めになったとき、キャリブレーション用のパターンも図８のパターン３１’のように斜めに描画しなければならないが、キャリブレーション用パターンが図９のように直線からなる格子模様の場合は、上記の描画方式では任意の斜めの線を描くことができないため、キャリブレーション用パターンが描画できないという問題があった。
そこで本発明は、カメラを用いて平板状の物体の位置を計測する位置計測装置のキャリブレーション方法であって、安価かつ容易に実施できる方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は平板状の物体をカメラで撮像して、前記平板の位置を計測する位置計測装置のキャリブレーション方法において、キャリブレーション用の平板に複数のパターンを施す第１の段階と、前記複数のパターンのキャリブレーション用の平板に対する位置を計測する第２の段階と、前記平板を前記位置検出装置に取り付けて、前記カメラで前記キャリブレーション用の平板上の前記複数のパターンを撮像する第３の段階と、前記第３の段階で得られた画像から前記複数のパターンのキャリブレーション用の平板に対する位置を計測する第４の段階と、前記第２の段階で得られた前記複数のパターンの位置と前記第４の段階で得られた前記複数のパターンの位置を比較して、前記カメラのカメラパラメータを決定する段階を備えるものである。また、前記パターンを描画した小プレートを前記平板に貼付して、前記平板にパターンを施すものである。また、前記平板に３個の前記パターンを施すものである。また、前記カメラを複数とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示すキャリブレーションプレートの構成図である。図において、１はキャリブレーションプレートであり、これにパターンを描画した３個の小プレート２が貼付されている。小プレート２のそれぞれの位置はキャリブレーションするカメラの撮像位置に対応している。
図２は小プレート２の平面図である。小プレート２上のパターンは図７に示した従来例と同様であるが、小プレート２は小さいため、通常の描画装置でマーキング可能となり、安価に製造可能となる。
【００１３】
図３は本発明の別の実施例を示すキャリブレーションプレートの構成図である。ここでは、カメラが斜めに取り付けられているため、それにあわせて小プレート２’を取り付けてある。このように本方式では小プレートの位置、姿勢を任意にできるためカメラの取り付け位置に制約が無くなる利点がある。
【００１４】
図４はキャリブレーションプレート上に対する小プレートの位置を計測する方法の説明図である。ここでは高精度のＸＹステージ４上にキャリブレーションプレート１をおき、カメラ３の撮像位置に小プレート２が来るようにステージを動かす。画像処理によって小プレート２上のパターンの位置を測定する。ＸＹステージの位置とこの計測結果から、キャリブレーションプレート１に対するパターンの位置を計算する。この処理を全ての小プレート２に対して行う。ここでは、カメラとＸＹステージによる計測例を示したが、接触式の計測装置を用いることも可能である。
【００１５】
以上のようにして、キャリブレーションプレートに貼付した小プレートに描画したパターンの位置が正確に求まると、その後は、従来と同様にキャリブレーションプレートを前記位置計測装置に取り付けて、カメラで小プレート上のパターンを撮像して、前記パターンの位置を計測して、その結果を事前にＸＹステージ上で計測した位置を比較して、前記カメラのカメラパラメータを決定する。
【００１６】
以上の実施例では、ウエハの位置決め装置を想定したキャリブレーションプレートで説明したが、本発明は特にこの分野に限定されるものではなく、カメラを使用する計測装置ならば、多くの分野に適用できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、小プレートに精密パターンを描画すればよいため、通常の装置で描画でき安価なものとなる。キャリブレーションプレートに小プレートを貼付した後で、キャリブレーションプレートに対する小プレートの位置を計測するので、小プレートをキャリブレーションプレートに対して精密に位置決めする必要がなく、キャリブレーションプレートを安価かつ容易に製作できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すキャリブレーションプレートの構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す小プレートの平面図である。
【図３】本発明の別の実施例を示すキャリブレーションプレートの構成図である。
【図４】キャリブレーションプレート上の小プレートの位置の計測方法の説明図である。
【図５】ウエハ位置計測装置の構成図である。
【図６】従来例を示すキャリブレーションプレートの構成図である。
【図７】キャリブレーション用パターンの平面図である。
【図８】別の従来例を示すキャリブレーションプレートの構成図である。
【図９】キャリブレーション用パターンの平面図である。
【符号の説明】
１：キャリブレーションプレート、２：小プレート、３：カメラ、４：ＸＹステージ、２０：ウエハ、２１：カメラ、３０：キャリブレーションプレート、３１：キャリブレーション用パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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