光學(xué)特性取得、位置測定和數(shù)據(jù)修正的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種取得攝像裝置的光學(xué)特性的技術(shù)以及測定關(guān)注區(qū)域的位置的技 術(shù)，該關(guān)注區(qū)域包含拍攝了對象物的圖像。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，通過向形成于半導(dǎo)體基板、印刷基板或者等離子體顯示裝置、液晶顯示裝置 用的玻璃基板等（以下，稱為"基板"。）上的感光材料照射光，來繪制圖案。近年來，伴隨 圖案的高精細(xì)化，使用一種在感光材料上掃描光束，直接繪制圖案的繪制裝置。
[0003]例如，就如這樣的繪制裝置而言，使用CCD攝像頭等攝像部，拍攝在基板上設(shè)置的 定位用的記號（所謂的對準(zhǔn)標(biāo)記），基于取得的圖像上的該記號的位置，調(diào)整基板上的繪制 位置。在有些情況下，在該攝像部中，因攝像頭的鏡頭、攝像元件的微小變形或者基板在上 下方向上的位置變動等，導(dǎo)致圖像產(chǎn)生失真。因此，在JP特開2008-249958號公報（文獻(xiàn) 1)中提出了這樣的方案：使用攝像頭拍攝將標(biāo)記配置為格子狀而形成的校正圖案，通過將 取得的圖像上的格子狀的標(biāo)記的位置與原來的位置相比較，得到失真修正用的數(shù)據(jù)。
[0004] 另外，通過對繪制有圖案的基板進(jìn)行各種各樣的處理，基板有時會發(fā)生翹曲（變 形）。當(dāng)對如這樣的基板繪制上層的圖案時，也要配合基板的變形來修正設(shè)計數(shù)據(jù)。例如， 在JP專利第5209544號公報（文獻(xiàn)2)中，將柵格（光柵）形式的繪制數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的繪制 區(qū)域假想地分割為多個網(wǎng)格區(qū)域，基于根據(jù)基板的拍攝圖像確定的基板上的對準(zhǔn)標(biāo)記的位 置，確定當(dāng)根據(jù)基板的形狀重新配置多個網(wǎng)格區(qū)域時的配置位置。然后，在使多個網(wǎng)格區(qū)域 重新配置于該配置位置上的狀態(tài)下，通過合成與多個網(wǎng)格區(qū)域相關(guān)聯(lián)的繪制內(nèi)容，來生成 繪制數(shù)據(jù)。
[0005] 此外，在JP特開2003-194529號公報（文獻(xiàn)3)中，公開了一種測定光源像的形狀 信息的方法。在該方法中，通過求出在以拍攝光源像的圖像中的各像素為中心的紋理分析 窗口內(nèi)的像素數(shù)據(jù)的方差，提取光源像的推測輪廓點的位置信息，基于該位置信息，計算該 光源像的輪廓的近似橢圓。
[0006] 順帶一提，如文獻(xiàn)1那樣，在從包含多個小標(biāo)記的圖像中檢測各標(biāo)記的位置來取 得攝像裝置的光學(xué)特性的情況下，例如，通過將上述圖像二進(jìn)制化來得到表示各標(biāo)記的像， 求出該像的重心位置。但是，在通過進(jìn)行二進(jìn)制化來求出各標(biāo)記的重心位置的情況下，各標(biāo) 記的重心位置受到進(jìn)行二進(jìn)制化時的閾值的影響。具體地，當(dāng)變更閾值時，由于各標(biāo)記的像 的周緣附近的像素是否被包含于該像中也發(fā)生變化，所以計算出的各標(biāo)記的重心位置也發(fā) 生變化。特別地，在包含多個標(biāo)記的如上述那樣的校正圖案的圖像中，由于構(gòu)成各標(biāo)記的像 的像素較少，所以上述閾值對重心位置的計算的影響變大，難以高精度地求出各標(biāo)記的重 心位置等。因此，取得的攝像裝置的光學(xué)特性的精度改善有限制。
[0007] 另外，如文獻(xiàn)2那樣，在配合基板的變形來修正設(shè)計數(shù)據(jù)的情況下，為了測定基板 的變形量，考慮到通過圖案匹配來取得拍攝圖像中的基板上的對準(zhǔn)標(biāo)記的位置。但是，在圖 案匹配中，有時因為拍攝圖像的亮度或者除了該標(biāo)記以外的圖案的影響，而導(dǎo)致測定精度 下降，測定變得無法進(jìn)行。另外，考慮使用文獻(xiàn)3的方法，在拍攝圖像中取得基板上的標(biāo)記 的位置，但是文獻(xiàn)3的方法由于僅使用輪廓點的位置信息，所以有時無法高精度地取得該 標(biāo)記的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明涉及一種取得攝像裝置的光學(xué)特性的光學(xué)特性取得裝置，其目的在于，高 精度地取得攝像裝置的光學(xué)特性。
[0009] 本發(fā)明的光學(xué)特性取得裝置具有：圖像存儲部，存儲由攝像裝置取得的參照物的 圖像，在該參照物的圖像中，相同形狀的多個圖形元素規(guī)則地分布；運(yùn)算部，利用可偏微分 的模型函數(shù)，將所述圖像中的所述多個圖形元素的各自的像素值分布進(jìn)行模型化，通過最 優(yōu)化法來取得（決定）所述模型函數(shù)中包含的多個系數(shù)；光學(xué)特性取得部，基于由所述運(yùn)算 部取得的所述多個圖形元素的各自的像素值分布，取得所述攝像裝置的光學(xué)特性。
[0010] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，所述光學(xué)特性是所述攝像裝置的失真特性。
[0011] 在本發(fā)明的其他優(yōu)選的實施方式中，所述最優(yōu)化法是高斯-牛頓法或者列文伯 格-馬夸爾特法。
[0012] 在本發(fā)明的其他優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)背景像素值與中心部像素值的平均值， 將所述圖像進(jìn)行二進(jìn)制化得到的與各圖形元素相對應(yīng)的像素群全部（整體）被包含于一個 正方形區(qū)域中，該背景像素值是所述圖像中除了所述多個圖形元素以外的背景的像素值， 該中心部像素值是所述多個圖形元素的中心部的像素值，該正方形區(qū)域的一條邊小于或等 于10像素。
[0013] 所述運(yùn)算部根據(jù)式2-1所示的圓狀的二維高斯函數(shù)，表現(xiàn)各圖形元素；
[0014] 【式2-1】
[0015] F(x,y) =aXexp(~b((x~c) 2+ (y-d)2))+e
[0016] 針對作為式2-1中的所述多個系數(shù)的a、b、c、d、e，基于背景像素值，決定系數(shù)e的 初始值，該背景像素值是所述圖像中除了所述多個圖形元素以外的背景的像素值；基于所 述各圖形元素內(nèi)的像素值與所述背景像素值之差，決定系數(shù)a的初始值；基于所述各圖形 元素的大小，決定系數(shù)b的初始值；基于所述各圖形元素的中心的X坐標(biāo)，決定系數(shù)c的初 始值；基于所述各圖形元素的所述中心的y坐標(biāo)，決定系數(shù)d的初始值。
[0017] 在本發(fā)明的其他優(yōu)選的實施方式中，所述運(yùn)算部根據(jù)式2-2所示的矩形的模型函 數(shù)（其中，η是大于或等于2的自然數(shù)），表現(xiàn)各圖形元素；
[0018] 【式2-2】
[0019] F(x,y) =aXexp(~b((x~c) 2n+ (y-d)2n))+e
[0020] 針對作為式2-2中的所述多個系數(shù)的a、b、c、d、e，基于背景像素值，決定系數(shù)e的 初始值，該背景像素值是所述圖像中除了所述多個圖形元素以外的背景的像素值；基于所 述各圖形元素內(nèi)的像素值與所述背景像素值之差，決定系數(shù)a的初始值；基于所述各圖形 元素的大小，決定系數(shù)b的初始值；基于所述各圖形元素的中心的X坐標(biāo)，決定系數(shù)c的初 始值；基于所述各圖形元素的所述中心的y坐標(biāo)，決定系數(shù)d的初始值。
[0021] 本發(fā)明也涉及一種測定設(shè)有多個記號的對象物的位置的位置測定裝置。本發(fā)明的 位置測定裝置具有：攝像裝置，取得作為設(shè)有多個記號的對象物的圖像的測定圖像；上述 的光學(xué)特性取得裝置，取得所述攝像裝置的光學(xué)特性；位置取得部，在考慮由所述光學(xué)特性 取得裝置取得的所述攝像裝置的光學(xué)特性的前提下，從所述測定圖像中取得所述多個記號 的位置。
[0022] 另外，本發(fā)明涉及一種測定關(guān)注區(qū)域的位置的位置測定裝置，其目的在于，高精度 地測定拍攝圖像中的關(guān)注區(qū)域的位置，該關(guān)注區(qū)域被包含于拍攝對象物而得的圖像中。
[0023] 本發(fā)明的位置測定裝置具有：攝像裝置，拍攝對象物，取得包含大致矩形、圓形或 者橢圓形的關(guān)注區(qū)域的圖像；其他的圖像存儲部，存儲所述圖像；其他的運(yùn)算部，在所述其 他的圖像存儲部中存儲的所述圖像中，所述關(guān)注區(qū)域的剖面輪廓是禮帽形的，利用可偏微 分的模型函數(shù)，對所述關(guān)注區(qū)域的像素值分布進(jìn)行模型化，通過最優(yōu)化法來取得所述模型 函數(shù)中包含的多個系數(shù)；位置取得部，在考慮由所述光學(xué)特性取得裝置取得的所述攝像裝 置的光學(xué)特性的前提下，基于由所述其他的運(yùn)算部取得了所述多個系數(shù)的所述模型函數(shù)， 來取得所述關(guān)注區(qū)域的位置。
[0024] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，所述最優(yōu)化法是高斯-牛頓法或者列文伯 格-馬夸爾特法。
[0025] 所述其他的運(yùn)算部根據(jù)式2-3所示的圓形的模型函數(shù)，表現(xiàn)所述關(guān)注區(qū)域的像素 值分布；
[0026] 【式2-3】
[0027] F(x,y) =aXexp(- (b2 ((x~c) 2+ (y-d)2))e)+f
[0028] 針對作為式2-3中的所述多個系數(shù)的a、b、c、d、e、f，基于所述圖像中的所述關(guān)注 區(qū)域的背景的亮度，決定系數(shù)f的初始值；基于所述關(guān)注區(qū)域的所述剖面輪廓的外緣部的 傾斜度，決定系數(shù)e的初始值；基于所述關(guān)注區(qū)域的亮度與所述背景的亮度之差，決定系數(shù) a的初始值；基于所述系數(shù)e的初始值以及所述關(guān)注區(qū)域的大小，決定系數(shù)b的初始值；基 于所述關(guān)注區(qū)域的大致中心的X坐標(biāo)，決定系數(shù)c的初始值；基于所述關(guān)注區(qū)域的所述大致 中心的y坐標(biāo)，決定系數(shù)d的初始值。
[0029] 所述其他的運(yùn)算部根據(jù)式2-4所示的大致正方形的模型函數(shù)（其中，η是大于1的 實數(shù)），表現(xiàn)所述關(guān)注區(qū)域的像素值分布，
[0030] 【式2-4】
[0031] F(x,y) =aXexp(- (b2 (((x~c)2)n+ ((y-d)2)n))e)+f
[0032] 針對作為式2-4中的所述多個系數(shù)的a、b、c、d、e、f，基于所述圖像中的所述關(guān)注 區(qū)域的背景的亮度，決定系數(shù)f的初始值；基于所述關(guān)注區(qū)域的所述剖面輪廓的外緣部的 傾斜度，決定系數(shù)e的初始值；基于所述關(guān)注區(qū)域的亮度與所述背景的亮度之差，決定系數(shù) a的初始值；基于所述系數(shù)e的初始值以及所述關(guān)注區(qū)域的大小，決定系數(shù)b的初始值；基 于所述關(guān)注區(qū)域的大致中心的X坐標(biāo)，決定系數(shù)c的初始值；基于所述關(guān)注區(qū)域的所述大致 中心的y坐標(biāo)，決定系數(shù)d的初始值。
[0033] 在本發(fā)明的其他的優(yōu)選的實施方式中，所述對象物是形成有圖案的基板，所述關(guān) 注區(qū)域表示所述圖案的一部分或者形成于所述基板的孔部。
[0034] 更加優(yōu)選地，所述關(guān)注區(qū)域是所述圖像中的示出所述圖案的圖案區(qū)域的一部分； 所述其他的運(yùn)算部具有：圖像加工部，在所述關(guān)注區(qū)域與所述圖案區(qū)域的另一部分連接的 情況下，屏蔽掉所述圖案區(qū)域的所述另一部分，或者，在與所述關(guān)注區(qū)域相對應(yīng)的所述基板 上的區(qū)域具有孔部的情況下，將表示所述孔部的區(qū)域的像素值替換為所述關(guān)注區(qū)域的其他 的區(qū)域的像素值；系數(shù)取得部，基于由所述圖像加工部加工完成的圖像，取得所述多個系 數(shù)。
[0035] 另外，本發(fā)明涉及一種修正在基板上繪制的圖案的設(shè)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)修正裝置。本 發(fā)明的數(shù)據(jù)修正裝置具有：上述的位置測定裝置，測定在拍攝基板而得的圖像中包含的關(guān) 注區(qū)域的位置；數(shù)據(jù)修正部，基于所述關(guān)注區(qū)域的位置，修正在基板上繪制的圖案的設(shè)計數(shù) 據(jù)。
[0036] 本發(fā)明涉及一種取得攝像裝置的光學(xué)特性的光學(xué)特性取得方法。本發(fā)明也涉及一 種測定設(shè)有多個記號的對象物的位置的位置測定方法。本發(fā)明還涉及一種測定關(guān)注區(qū)域的 位置的位置測定方法，該關(guān)注區(qū)域被包含于拍攝對象物而得的圖像中。本發(fā)明還還涉及一 種修正在基板上繪制的圖案的設(shè)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)修正方法。
[0037] 通過參照附加的附圖，在下文詳細(xì)地說明本發(fā)明，可以清楚地知道上述的目的以 及其他的目的、特征、實施方式以及優(yōu)點。
【附圖說明】
[0038] 圖1是第一實施方式的繪制裝置的側(cè)視圖。
[0039] 圖2是繪制裝置的俯視圖。
[0040] 圖3是示出測定圖像的圖。
[0041] 圖4是示出光學(xué)特性取得裝置的功能的框圖。
[0042] 圖5是示出光學(xué)特性的取得的流程的圖。
[0043] 圖6是標(biāo)準(zhǔn)化板的俯視圖。
[0044] 圖7是示出光學(xué)特性的取得的流程的一部分的圖。
[0045] 圖8是示出攝像裝置的失真（變形）特性的圖。
[0046] 圖9是示出比較例的失真特性的圖。
[0047] 圖10是示出圖案的繪制的流程的圖。
[0048] 圖11是標(biāo)準(zhǔn)化板的俯視圖。
[0049] 圖12是第二實施方式的繪制裝置的側(cè)視圖。
[0050] 圖13是繪制裝置的俯視圖。
[0051] 圖14是示出數(shù)據(jù)修正裝置的功能的框圖。
[0052] 圖15是示出圖案的繪制的處理的流程的圖。
[0053] 圖16是示出拍攝圖像的一部分的圖。
[0054] 圖17是示出隨著模型函數(shù)中的系數(shù)b、e的變化而產(chǎn)生的圖像變化的圖。
[0055] 圖18是示出取得模型函數(shù)中的多個系數(shù)的處理的流程的圖。
[0056] 圖19是示出取得了多個系數(shù)的模型函數(shù)表示的像素值分布的圖。
[0057] 圖20是示出包含區(qū)域圖像的圖。
[0058] 圖21是示出二進(jìn)制圖像的圖。
[0059] 圖22是是示出壓縮完成的二進(jìn)制圖像的圖。
[0060] 圖23是示出關(guān)注區(qū)域圖像的圖。
[0061] 圖24是示出加工完成的包含區(qū)域圖像的圖。
[0062] 圖25是示出隨著模型函數(shù)中的系數(shù)b、e的變化而產(chǎn)生的圖像變化的圖。
[0063] 圖26是示出包含區(qū)域圖像的圖。
[0064] 圖27是示出加工完成的包含區(qū)域圖像的圖。
[0065] 圖28是示出取得了多個系數(shù)的模型函數(shù)表示的像素值分布的圖。
[0066] 其中，附圖標(biāo)記說明如下：
[0067] 1、la繪制裝置
[0068] 5攝像裝置
[0069] 7數(shù)據(jù)修正裝置
[0070] 8光學(xué)特性取得裝置
[0071] 9基板
[0072] 70位置測定部
[0073] 71圖像存儲部
[0074] 72運(yùn)算部
[0075] 73位置取得部
[0076] 74數(shù)據(jù)修正部
[0077] 81圖像存儲部
[0078] 82運(yùn)算部
[0079] 83光學(xué)特性取得部
[0080] 85位置取得部
[0081]93、93a標(biāo)準(zhǔn)化板
[0082] 721圖像加工部
[0083] 722系數(shù)取得部
[0084] 911 記號
[0085]941、Mla圖形元素
[0086] H1、H2背景區(qū)域
[0087] R〇圖案區(qū)域
[0088] R1關(guān)注區(qū)域
[0089] R2布線區(qū)域
[0090] R3孔部區(qū)域
[0091] S11 ~S15、S21 ~S24、S30 ~S36、S31a、S131 ~S134、S331 ~S334 步驟
【具體實施方式】
[0092] 圖1是本發(fā)明的第一實施方式的繪制裝置1的側(cè)視圖。圖2是繪制裝置1的俯視 圖。繪制裝置1是向?qū)ο笪锷险丈涔鈦碇苯永L制圖案的裝置。例如，該對象物是設(shè)有感光 材料層的液晶顯示裝置用的玻璃基板（以下，僅稱為"基板"。）。
[0093] 如圖1以及圖2所示，繪制裝置1具有：保持部移動機(jī)構(gòu)2、基板保持部3、繪制頭 4、攝像裝置5。基板保持部3保持作為在（+Z)側(cè)的主表面91(以下，稱為"上表面91"。） 上形成有感光材料層的對象物的基板9。保持部移動機(jī)構(gòu)2設(shè)于基臺11上，使基板保持部 3在與Z方向垂直的X方向以及Y方向上移動。
[0094] 繪制頭4安裝于框架12上?？蚣?2以橫跨基板保持部3以及保持部移動機(jī)構(gòu)2 的方式固定于基臺11。繪制頭4向基板9上的感光材料照射調(diào)制后的光束。攝像裝置5與 繪制頭4同樣地安裝于框架12。攝像裝置5取得基板保持部3上的基板9的上表面91的 圖像（以下，稱為"測定圖像"。）。
[0095] 圖3是示出使用攝像裝置5取得的測定圖像的一個例子的圖。如圖3所示，在基 板9的上表面91上，設(shè)有用于測定基板9的位置的多個記號911 (所謂的對準(zhǔn)標(biāo)記）。在圖 3所示的例子中，在大致矩形的基板9的4個角部附近，配置4個十字狀的記號911。
[0096] 如圖1所示，繪制裝置1還具有：控制部6、位置取得部85、光學(xué)特性取得裝置8。 控制部6控制保持部移動機(jī)構(gòu)2、繪制頭4以及攝像裝置5等各結(jié)構(gòu)。位置取得部85從使 用攝像裝置5取得的測定圖像中取得多個記號911 (參照圖3)的位置，基于多個記號911 的位置來求出基板9的位置。當(dāng)使用位置取得部85取得記號911的位置時，考慮到攝像裝 置5的視野范圍內(nèi)的失真（變形）等光學(xué)特性。攝像裝置5的光學(xué)特性是使用光學(xué)特性取 得裝置8取得的。針對使用光學(xué)特性取得裝置8取得攝像裝置5的光學(xué)特性在后文描述。
[0097] 如圖1以及圖2所示，基板保持部3具有：載物臺31、載物臺旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)32、支撐板 33?；?放置于載物臺31上。支撐板33以可旋轉(zhuǎn)的方式支撐載物臺31。載物臺旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)32在支撐板33上，以與基板9的上表面91垂直的旋轉(zhuǎn)軸321為中心來旋轉(zhuǎn)載物臺31。
[0098] 保持部移動機(jī)構(gòu)2具有：副掃描機(jī)構(gòu)23、底板24、主掃描機(jī)構(gòu)25。副掃描機(jī)構(gòu)23 使基板保持部3在圖1以及圖2中的X方向（以下，稱為"副掃描方向"。）上移動。底板 24經(jīng)由副掃描機(jī)構(gòu)23來支撐支撐板33。主掃描機(jī)構(gòu)25使基板保持部3與底板24 -起在 與X方向垂直的Y方向（以下，稱為"主掃描方向"。）上移動。在繪制裝置1中，使用保持 部移動機(jī)構(gòu)2,使基板保持部3在與基板9的上表面91平行的主掃描方向以及副掃描方向 上移動。
[0099] 副掃描機(jī)構(gòu)23具有：線性馬達(dá)231、一對線性導(dǎo)軌232。線性馬達(dá)231在支撐板33 的下側(cè)（即，（-Z)側(cè)），沿著副掃描方向延伸，副掃描方向與載物臺31的主表面平行且與主 掃描方向垂直。一對線性導(dǎo)軌232在線性馬達(dá)231的（+Y)側(cè)以及（-Y)側(cè)沿著副掃描方向 延伸。主掃描機(jī)構(gòu)25具有：線性馬達(dá)251、一對氣動滑道（airslide)252。線性馬達(dá)251 在底板24的下側(cè)，沿著與載物臺31的主表面平行的主掃描方向延伸。一對氣動滑道252 在線性馬達(dá)251的（+X)側(cè)以及（-X)側(cè)沿著主掃描方向延伸。
[0100] 如圖2所示，繪制頭4具有多個（在本實施方式中是8個）的光學(xué)頭41，光學(xué)頭 41以等間距沿著副掃描方向排列而安裝于框架12。另外，如圖1所示，繪制頭4具有：與各 光學(xué)頭41連接的光源光學(xué)系統(tǒng)42、出射光束的光出射部48。光出射部48具有：出射作為 紫外光的該光束的UV光源43、光源驅(qū)動部44。