JP4895356B2

JP4895356B2 - 線幅測定装置

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Publication number: JP4895356B2
Application number: JP2006087499A
Authority: JP
Inventors: 哲昭深町; 重信大塚; 智廣川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007240502A

Description

本発明は、線幅または寸法等を、測定または検査する装置に関わり、特にマルチ撮像ヘッド方式の測定または検査する装置に関わる。

線幅測定装置または寸法測定装置は、基板（例えば、LCD（ Liquid Crystal Display ）基板）の TFT（ Thin Film Transistor ）や半導体のマスクのパターン幅やパターン間隔などの測定を行う装置である。線幅測定装置または寸法測定装置は、例えば、透明ガラス基板（試料）上に形成された膜パターンに照明を照射して得られるパターン像を顕微鏡で拡大し、その画像を CCD（ Charge Coupled Device ）カメラで撮像して得られるパターン像を画像処理して、寸法や形状を測定する。以下、線幅測定装置または寸法測定装置あるいは、線幅検査装置または寸法検査装置を、線幅測定装置と総称する。

近年、LCD 基板の需要が拡大している。これに伴い、LCD 基板の製造工程では、ディスプレイ部分（表示サイズ）の大型化と、基板１枚中で取得できる製品数（多数個取り）の増加、等によって、生産効率の向上を図っている。以下、LCD 基板とは、製造工程中で線幅測定装置に戴置される被測定対象物の単位として、多数個取りするため、その上に複数の製品（例えば、LCD パネル）が割り付けられている基板をいう。従って、このような被測定対象物には、同じ形状の検査すべき膜パターンが複数個存在する。

上述したように、LCD 基板等の被測定対象物が大型化すると、それに伴い、被測定対象物上に形成する膜パターンの露光誤差（位置ずれ）が一般的に増大する傾向にある。なお、LCD 基板の寸法（単位：mm ）は、横寸法 X ×縦寸法 Y が、例えば、1850 × 1500 、または 2250 × 1950 等で、厚みは 0.5 〜 0.7 程度である。
被測定対象物上に形成される膜パターンの位置ずれが大きくなる結果、線幅測定装置では、所定の測定位置を撮像するために XY ステージを移動しても、LCD 基板等の被測定対象物上でのパターン位置がずれているために、撮像した映像内に画像処理に必要な被測定箇所の一部がはみ出す状況が生じてしまうことがある（例えば、特許文献１参照。）。

上述の露光誤差（位置ずれ）の増大を小さくするため、あるいは、所定の測定位置を撮像するためにX または Y 方向に試料台を移動した場合に、撮像した映像内に画像処理に必要な被測定箇所の一部がはみ出す状況をできるだけ少なくすることが必要である。このために、従来は、被測定対象物を試料台上に搬送ロボット等によって搬入し、試料台上に X 方向及び Y 方向それぞれに固定ピン等の位置決め用のストッパを設け、一度試料台上に戴置してから、ストッパに対して X 方向及び Y 方向に被測定対象物を押し付けて位置決め精度を向上させていた。しかる後、例えば、吸着機構によって吸着し、被測定対象物を試料台に固定していた。

また更に、拡大画像により微細な寸法を測定しようとする線幅測定装置において、複数の撮像ヘッド部を設けたマルチ撮像ヘッドによる測定をする場合にも、上記と同様に、被測定対象物の位置ずれを小さくするための位置決め機構を設け、測定の精度、シーケンスを損なわないように被測定対象物の位置決めを、搬送ロボット等による搬入時に行っていた。

この様な、被測定対象物の搭載位置をクランプ機構（エアーシリンダ等による押し付け機構）にて、試料を強制的に動かして、２つの撮像ヘッド部が撮像視野内に入り、かつ、測定に条件内（例えば、クランプ再現性範囲が 30 μm 以内）となるように制御では、線幅測定装置における被測定対象物の位置決め精度は、例えば、約30 μm 程度の位置決め再現性を求められる。

しかし、被測定対象物の大型化に伴い、その質量、静電気等の影響により被測定対象物を動かすこと自体が困難となり、強制的な位置決め動作が困難となり、位置決め動作不良が多く発生するようになった。このような位置決め動作不良を低減するために、複雑なシーケンスを持った位置決め機構と動作シーケンスが装置として要求されていた（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−１８４４１１号公報特開２００４−１８６６８１号公報

上述のように、従来技術では、被測定対象物の試料台への搬入時には、試料台に搬入後一旦固定された被測定対象物の固定を弱めてから移動させて位置決め（位置ずれ補正）する必要があった。このため、被測定対象物が大きくなると、その質量、静電気等の影響により被測定対象物を動かすことが困難となり、一定の割合で位置決め動作不良が発生する。このような位置決め動作不良を低減するために、複雑なシーケンスを持った位置決め機構と動作シーケンスが必要であった。
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、被測定対象物の試料台への搬入時の位置決め動作が不要な線幅測定装置を実現することにある。即ち、本発明は、試料が大きくなったことから発生する位置決め動作不良を低減することを目的とするもので、カメラ画像アライメント方式（物理的に基板を位置決めせずにカメラ画像から被測定対象物の搭載位置を測定し観察位置決めの補正する方式）を提供することにある。
更に、本発明の目的は、上記のカメラアライメント方式を実現するにあたり、複数の撮像ヘッド部を設けて、測定時間やタクトタイムの短縮を図り、かつ、複雑なシーケンス動作を省略することができるカメラ画像アライメント方式を提供することにある。

また、線幅測定装置において、タクトタイムの短縮は必要不可欠な機能である。タクトタイムの短縮のために、従来から、ステージの移動速度の高速化や、画像処理速度の向上を図ってきた。
従来、撮像ヘッド部が１つしかない線幅測定装置（本書では、複数の撮像ヘッド部を持った（マルチ撮像ヘッド）方式の線幅測定装置に対し、一つの撮像部を持った線幅測定装置のことを言う。）では、被測定対象物の所定の測定位置を観察視野（撮像した映像内）の中心におくための補正移動を、X 軸方向に平行移動か Y 軸方向に平行移動かの少なくとも１方向に移動させて行なっていた。しかし、マルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置の場合には、従来のX 軸方向と Y 軸方向だけを使った XY 移動による補正では、各ヘッド毎に位置ずれ補正に必要な移動方向や移動補正量が異なる（ヘッド間の移動方向や位置ずれ量が一致しない）ため位置ずれ補正が困難であった。
本発明の他の目的は、マルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置において、上記のような問題を解決し、各撮像ヘッド部毎に位置ずれ補正が可能な線幅測定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の線幅測定装置は、撮像した画像によるアライメント方式、即ち、物理的に基板等の被測定対象物を位置決めせずに、撮像したカメラ画像から被測定対象物（試料）の搭載位置を測定し、観察位置決めの補正するものである。このため、本発明は、撮像装置のヘッド部を位置補正するための微動軸機構と補正制御手段とを備えたものである。
即ち、本発明は、複数の撮像ヘッド部の画像の取込み位置を個々に補正するための手段を有する。
従って、被測定対象物を搬入ロボットで線幅測定装置上に搬入する際に、搬入ロボットによる位置決めだけで被測定対象物を線幅測定装置の試料台に固定して、試料を動かさないで済む。

好ましくは、本発明の線幅測定装置は、複数の撮像ヘッド部と画像処理部とを備え、それぞれの撮像ヘッド部が取得した画像を画像処理部が画像処理することによって被測定対象物の所望の箇所の測定または検査を行う線幅測定装置において、複数の撮像ヘッド部の位置を個々に補正する位置補正手段を備え、画像処理部は複数の撮像ヘッド部が取得した画像から複数の撮像ヘッド部の位置を検出し、位置補正手段は検出した位置に基づいて複数の撮像ヘッド部の位置を個々に独立に補正するものである。
また好ましくは、本発明の線幅測定装置は、試料の一部を拡大撮影する手段と、同一軸上を個別に移動可能な複数の撮像ヘッド部と、試料を撮像する位置を変えるための位置補正手段と、撮像した画像に対して画像処理を行う手段と、位置補正手段を動作させる制御手段とを有し、試料の位置ずれを補正するものである。

即ち、本発明の線幅測定装置は、上記カメラ画像アライメント方式、即ち、物理的に基板を位置決めせずにカメラ画像から試料の搭載位置を測定し、観察位置決めの補正する方式であり、この実現のため、各撮像ヘッド部毎に微動軸機構を設け、それらを独立に補正するための補正制御機能備えたものである。
更に、好ましくは、本発明の線幅測定装置は、複数の撮像ヘッド部それぞれの微動軸機構を用いて、被測定対象物搭載位置のずれを補正した後の微動軸機構の稼動範囲の状況により、同時測定可能な測定ポイントの範囲を自動調整する機能を持たせたものである。
また好ましくは、本発明のマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置は、同一軸上を個別にそれぞれ移動可能な撮像ヘッド部であって、それぞれの撮像ヘッド部の、直交する方向への移動可能な微動軸機構を備えたものである。

本発明によれば、被測定対象物の試料台への搬入時の位置決め動作を行わないので、従来の被測定対象物の、試料台への搬入時の位置決め動作であるクランプ機構（エアーシリンダ等による押しつけ機構）を用いて、機械的に試料の搭載位置を強制的に動かす方式を使う必要が無い。従って、被測定対象物の大型化や、静電気等の影響により、実際に試料を動かすことができない欠点を解消できる。
また本発明によれば、複数の撮像ヘッド部それぞれの微動軸機構を用いて、被測定対象物搭載位置の傾きを補正した後の微動軸機構の稼動範囲の状況により、同時測定可能な測定ポイントの範囲を自動調整する機能があるため、マルチ撮像ヘッド化によって得えられるタクト短縮の効果を更に増すことができる。
また本発明によれば、同一軸上を個別に移動可能なマルチ撮像ヘッド方式であるため、それぞれの撮像ヘッド部の直交する方向の移動機能を、微動軸機構に備えることにより、被測定対象物の所望の測定箇所それぞれを観察視野の中心にそれぞれ置く（位置ずれ補正する）ための移動処理を単純化することができ、測定タクトが短縮できる。即ち、画像処理後に求められる被測定対象物を観察視野中心に置く補正移動距離に対して、従来軸の移動で対応すると、撮像ヘッド部間で移動方向が異なるため同時測定が行えない場合があるのに対し、本発明によれば、微動軸機構を持つことにより同時測定が常に可能になる。

本発明は、試料（被測定対象物）の一部を拡大撮影することが可能で、同一軸上を個別に移動可能な複数の撮像ヘッド部からなる撮像部を備え、撮像する試料の位置を変えるためのマニュピレータ（操作手段）を持つ線幅測定装置で、撮像した画像に対して画像処理を行う機能を有し、更に、マニュピレータをコンピュータプログラムにより動作させる機能を有し、これらの機能を組合せることにより、試料を撮像した画像から線幅や寸法形状等を自動測定することができる装置において、試料の搭載位置ずれを補正するための、撮像ヘッド部の移動軸に直交する方向の移動微動機構とこれを制御するための機能を撮像部に有する装置である。
更に、試料の搭載ずれを測定し位置補正する機能（アライメント補正処理）を持ち、一つの撮像ヘッド部を基準して、他の撮像ヘッド部の位置を移動して、画像取込み位置を補正することができるマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置である。

更に、本発明のマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置において、予めプログラミング登録された測定位置の情報と、試料の搭載ずれを補正するための微動機構の可動範囲のうち、搭載ずれを補正するために使用した可動範囲の状況を比較して同時測定可能な測定位置を都度判別して撮像ヘッド部が位置する軸と直交する軸方向の移動回数を減らし、タクトタイムの短縮をすることが可能なマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置である。

また更に、本発明のマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置において、撮像ヘッド部に設けられた微動移動機構が、撮像ヘッド部間の観察位置補正を行なうことが可能なマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置である。

また更に、本発明のマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置において、撮像ヘッド部に設けられた微動移動機構が、測定時画像処理により求めた測定対象を観察視野の中心に置くことを目的とした補正移動を行なうことが可能なマルチ撮像ヘッド方式の線幅測定装置である。

本発明の一実施例を、図１と図２によって説明する。図１は、本発明を用いた２ヘッド方式のLCD（ Liquid Crystal Display ）線幅測定装置の構成を説明するための図である。図１(a) は装置を上から見た平面図、図１(b) は図１(a) の平面図を矢印 A の方向から見た図、図１(c) は装置を図１(a) の平面図を矢印 B の方向から見た図である。

図１によって、２ヘッド方式 LCD 線幅測定装置の移動軸の構成と動作方向を説明する。101 は台座、103 は被測定対象物、102 は被測定対象物 103 を搭載する試料台である。台座 101 上に試料台 102 が固定され、被測定対象物 103 は、試料台 102 上に図示しない搬送部によって搬入あるいは搬出される。搬送部から搬入された被測定対象物 103 は、試料台 102 に真空吸着等の方法で固定される。例えば、被測定対象物 103 は、２ヘッド方式 LCD 線幅装置の、図示しない吸着機構によって吸着され、試料台 102 に固定される。被測定対象物103 は、例えば、基板等の板状の基体であり、本発明の線幅測定装置は板状の基体に形成または塗布された膜パターンの線幅等を測定または検査する。板状の基体は、例えば、LCD（ Liquid Crystal Display ）基板）の TFT（ Thin Film Transistor ）や半導体のマスクがその上に形成されているガラス基盤である。
２ヘッド方式 LCD 線幅測定装置は、撮像ヘッド部を２つ備えた LCD 線幅測定装置であり、N ヘッド方式 LCD 線幅測定装置とは、撮像ヘッド部を N 個備えた LCD 線幅測定装置である（ N は２以上の自然数）。

1 は Y 軸の梁（ビーム）、2 は X1 軸のガイド、3は X2 軸のガイドである。Y 軸の梁 1 は、X1 軸のガイド 2 上及び X2 軸のガイド 3 に沿って X 軸に平行（図１(a) では、紙面左右方向）に移動する。Y 軸の梁 1 のレール部分（以下、Y 軸のレールと称する）は、X 軸に対して直交する構成となっている。なお、X1 軸のガイド 2 上及び X2 軸のガイド 3 の高さを低くして、Y 軸の梁 1 を門型（ガントリー）構造にしても良い。

4 は Y1 軸のガイド、5 は Y2 軸のガイドである。Y1 軸のガイド 4 及び Y2 軸のガイド 5 は、Y 軸のレールに沿ってそれぞれ独立に移動する。なおこのとき、Y1 軸のガイド及び Y2 軸のガイドは、X 軸に対して直交する方向（ Y 軸（図１(a) では、紙面上下）方向）に移動する。

6 は Z1 軸のガイド、7 は Z2 軸のガイドである。Z1 軸のガイド 6 は Y1 軸のガイド 4 に搭載され、Z2 軸のガイド 7 は Y2 軸のガイド 5 に搭載される。Z1 軸のガイド 6 は、Y1 軸のガイド 4 に沿って Z 軸（図１(b) では、紙面上下方向）方向に移動し、同様に、Z2 軸のガイド 7 は、Y2 軸のガイド 5 に沿って Z 軸方向に移動する。

8 は△X1 軸のガイド、9 は△X2 軸のガイド、10 と 11 は撮像ヘッド部である。△X1 軸のガイド8 は Z1 軸のガイド 6 に搭載され、△X2 軸 9 のガイドは Z2 軸のガイド 7 に搭載される。
撮像ヘッド部 10 は、△X1 軸のガイド 8 に搭載され、撮像ヘッド部 11 は、△X2 軸のガイド 9 に搭載されている。
撮像ヘッド部 10 は、△X1 軸のガイド 8 に沿って X 軸方向に移動し、同様に、撮像ヘッド部 11 は、△X2 軸のガイド 9 に沿って X 軸方向に移動する。

更に、図１の実施例では、撮像ヘッド部 10 及び 11 とそれぞれ対となって動作する透過照明軸機構が装備される。即ち、12 は撮像ヘッド部 10 の Py1 軸、13 は撮像ヘッド部 11 の Py2 軸、14 は撮像ヘッド部 10 の△Px1 軸、15 は撮像ヘッド部 11 の△Px2 軸である。
Py1 軸 12 と Py2 軸 13 は、Y 軸の梁 1 から吊り下げられた透過照明ガイド 104 に搭載され、透過照明ガイド 104 に沿って Z 軸方向に動作する。

更に、Py1 軸 12 上に△Px1 軸 14 が設けられ、Py2 軸 13 上に△Px2 軸 15 が設けられている。△Px1 軸 14 には、透過照明 16 が搭載され、△Px2 軸 15 には、透過照明 17 が搭載されている。
透過照明 16 は、△Px1 軸 14 に沿って X 軸方向に移動し、同様に、透過照明 17 は、△Px2 軸 15 に沿って X 軸方向に移動する。

透過照明 16 の△Px1 軸 14 に沿った移動と、撮像ヘッド部 10 の△X1 軸 8 に沿った移動とは連動しており、例えば、透過照明 16 の照明光の出射中心軸と、撮像ヘッド部 10 の入射光軸とは、同一の光軸 111 である。
同様に、透過照明 17 の△Px2 軸 15 に沿った移動と、撮像ヘッド部 11 の△X2 軸 9 に沿った移動とは連動しており、例えば、透過照明 17 の照明光の出射中心軸と、撮像ヘッド部 11 の入射光軸は、同一の光軸 112 である。

なお、図１(b) では、ビーム 1 の一部と、ビーム 1 に取付けられた Py1 軸 12 、Py2 軸 13 、△Px1 軸 14 、△Px2 軸 15 、及び透過照明 16，17 と、試料台 102 とは、矢印 B の方向から見える箇所と見えない箇所を混在させて、見やすい図としており、正確な側面図ではない。同様に、図１(c) も模式的な断面図である。

図２は、本発明が必要となる試料の搭載ずれによって発生する位置エラーと補正を説明するための図である。図２の横軸が、線幅測定装置の試料台 102 上での X 軸の移動方向を示し、縦軸が、線幅測定装置の試料台 102 上での Y 軸の移動方向を示す。

破線枠 24 は、理想的な被測定対象物の搭載位置で、この搭載位置での被測定対象物 103 の持つ座標軸が、線幅測定装置のステージ機構の XY 軸と平行となり、かつ、基準（被測定対象物の原点と線幅測定装置の原点）が一致する搭載位置である。このような被測定対象物が、例えば LCD 基板の場合、複数の同じ形状の複数の検査対象製品が、破線枠 24 の時にはその X 軸に平行に x 個、Y 軸に平行に y 個同一のピッチで計 x × y 個配置されている。
実線枠 25 は、実際に搭載される試料位置であり、XY 軸方向の位置ずれ（基準点の不一致）と回転方向のずれが発生する。これらのずれは、位置補正が必要な測定エラーの発生要因となる。例えば、同じ列に配置されていた２つの製品のうち、撮像ヘッド部 10 の撮像視野内には測定座標 P1 が含まれるが、撮像ヘッド部 11 の撮像視野内には、同じ列に配置されている測定座標 P2 が含まれない場合が位置補正が必要な測定エラーと言える。以下、詳細に説明する。

図２は、被測定対象物の搭載により生じるずれ（特に回転方向のずれ）を示したもので、24 は理想的な被測定対象物の搭載位置を示す破線枠、25 は実際の被測定対象物の搭載位置を示す実線枠、18 は回転方向の位置ずれ量θである。実際の被測定対象物の搭載位置では、理想的な被測定対象物の搭載位置と、回転方向の位置ズレを生じている。18 は回転方向の位置ずれ量θ、19 はマルチ撮像ヘッド部のうち位置制御上の基準となる撮像ヘッド部 10 の測定座標 P1（測定ポイント）の位置、20 は撮像ヘッド部 11 が実際に測定する測定すべき座標 P2 の位置、21 理想的な被測定対象物の搭載位置での撮像ヘッド部11 の測定座標の位置、22 は補正すべき回転方向のずれによって生じる X 軸方向のずれ量△X 、23 は補正すべき回転方向のズレによって生じる Y 軸方向のずれ量△Y 、26 は測定座標 P1 と測定座標 P2 の間の距離（ Y_P1-P2 ）である。

なお、回転方向のずれを検出するためには、例えば、図２の位置合せパターン 28 を用い、あらかじめ登録されたパターンと撮像ヘッド部 10 で撮像した画像とのマッチング処理によってパターン認識により位置合せパターン 28 の位置座標を求め、次に、撮像ヘッド部 10 を移動させて、同様のパターン認識により、位置合せパターン 29 の位置座標を求めて、理想的な試料搭載位置との違いを検出して求める。

このずれ量△X 22 、及びずれ量△Y 23 は、以下式（1) 及び式(2) によって求めることができる。
△X ＝ Y_P1-P2× sin θ‥‥‥式(1)
△Y ＝ Y_P1-P2×（ 1 − cos θ）‥‥‥式(2)

図２において、実線枠 25 のように被測定対象物 103 の搭載位置がずれていた場合、撮像ヘッド部 10 の測定座標 P1 の試料台 102 上の位置 19 と撮像ヘッド部 11 の測定座標 P2 の試料台 102 上の位置 21 は、本来理想的な被測定対象物の搭載位置で、X 軸上の座標が一致しなければならないのに、実際に測定すべき正しい位置座標 P2 の位置 20 は、量△X 22 ずれ、更に Y 軸上でも量△X 23 ずれている。

撮像ヘッド部 10 の測定座標 P1 の位置 19 を基準とすると、正しい測定位置 21 に撮像ヘッド部 11 を移動するためには、量△X 22 と量△Y 23 移動しなければならない。ここで、量△X 22 の補正移動を行なうためには、撮像ヘッド部 10 と、撮像ヘッド部 11 を個別に移動させるための駆動軸が必要となる。即ち、本発明の△X1 軸 8 と△X2 軸 9 とが必要となる。

例えば、△X2 軸 9 によって撮像ヘッド部 11 だけを X 軸方向にわずかに移動させ、また、△X1 軸 8 によって撮像ヘッド部 10 だけを X 軸方向にわずかに移動させることにより、または個々に、少なくとも撮像ヘッド部10 または撮像ヘッド部 11 のいずれか１つを移動させることによって、撮像ヘッド部 10 と撮像ヘッド部 11 の測定ポイントを X 軸上で一致させるように補正することができる。

なお、Y 軸方向も、撮像ヘッド部10 または撮像ヘッド部 11 の少なくとも一方を Y1 軸のガイド 4 または Y2 軸のガイド 5 によって、個々に、移動させることによって、更に精度良く補正することができる。

なお、撮像ヘッド部の数は上記実施例では、２台であるが複数台であれば何台でも良い。
また、上記実施例では、透過照明による測定または検査であったが、反射照明による測定または検査だけの線幅測定装置であるなら、透過照明は不要であるし、もちろん撮像ヘッド部との移動に対する連動も不要である。

上記図１では、線幅測定装置において、発明にかかる構成のみを説明したが、例えば、撮像ヘッド部からは、被測定対象物の所定部分の画像を取得して、画像処理部以降に出力し測定または検査するユニットが必要である。また、透過照明には、光源が付属しなければならないし、位置補正等のために、それぞれのガイドや軸を移動させるための機構部分、等、線幅測定装置において必要な構成すべてを記載していない。例えば、以下の図３で説明するような構成が少なくとも必要である。

図３は、線幅測定装置の略構成を示すブロック図である。
図３において、508 は観察用カラーカメラユニット、測定カメラユニット、電動レボルバユニット、及びレーザーオートフォーカスユニット等からなる撮像ヘッド部、509 は試料台、510 は位置補正部、512 はエアー除振台、513 は照明用電源、514 はカラーモニタ、515 は測定用モニタ、516 は測定結果表示用モニタ、517 はビデオプリンタ、518 は画像処理 PC（ Personal Computer ）、519 は制御 PC 、520 はステージ制御部、521 は透過照明用電源、522 は透過照明ヘッド部である。また、501 は、撮像ヘッド部 508 、試料台 509 、位置補正部 510 、エアー除振台 512 、照明用電源 513 、ステージ制御部 520 、透過照明用電源 521 、透過照明ヘッド部 522 で構成されている測定部である。

図３において、撮像ヘッド部 508 の観察用カラーカメラで撮られた画像はカラーモニタ 514 に表示され、測定カメラで撮られた画像は測定用モニタ 515 に表示される。
測定装置は、外部ホスト（ HOST ）または制御 PC 519 の指令により測定を開始する。測定は、予め設定されたレシピに基づいて、自動またはマニュアル動作で開始され、測定結果は測定結果表示用モニタ 516 に表示され、かつ測定結果は例えば制御 PC 519 内の HD（ Hard Disk ）等の磁気ディスクの所定のエリアに書込まれる。また、それらの測定結果データは、外部ホストの要求により、外部ホストに配信される。
なお、エアー除振台 512 によって、外部の振動が試料台 509 に伝わらないようにしている。

画像処理 PC 518 は、撮像ヘッド部 508 から入力された画像を解析して、被測定対象物 103 中に予め設定された所定のパターンを認識してその位置座標を取得し、補正量を求める。
求めた補正量の情報を制御 PC 519 に出力し、制御 PC 519は、ステージ制御部 520 を補正量の情報に基づいて制御指示信号をする。ステージ制御部 520 は、入力された制御指示信号に対応する制御信号を位置補正部 510 に与え、位置補正を行う。
このようにして位置補正を行いながら、測定または検査を行う。

なお、LCD 基板の寸法（単位：mm ）は、横寸法 X ×縦寸法 Y が、例えば、1850 × 1500 、または 2250 × 1950 等で、厚みは 0.5 〜 0.7 程度である。例えば、被測定対象物を試料台上に搬送ロボット等によって搬入したときの位置ずれ量を± 5 〜 10 mm 程度と予測した場合、補正量の最大を± 10 mm に設定する。即ち、△X1 軸のガイド 8 と△X2 軸のガイド 9 のストロークを± 10 mm に設定すればよい。
なお、Y 軸方向のずれの補正は、前述のように、Y1 軸のガイド 4 または Y2 軸のガイド 5 で実行しても良い。
また更に、X 軸方向、Y 方向、及び回転（θ）方向に微調できるマニュプレータを用い、制御 PC 519 によって補正することでも良い。

以上のように、本発明によれば、従来のクランプ機構（エアーシリンダ等による押しつけ機構）を用いて、機械的に被測定対象物の搭載位置を強制的に動かす方式にて問題となった、被測定対象物の大型化、静電気等の影響により、実際に試料を動かすことができない点。また、搭載位置のずれを画像認識で測定し補正する方法を用いた場合においても、マルチ撮像ヘッド化により生じるヘッド間の位置ずれで効率良く、測定を実施できない問題（本来、X 軸方向の座標を同じにする２点を、例えば２台の撮像ヘッド部で測定する場合、１回の X 軸方向の位置決め動作で同時画像取込し処理を行なうことが効率的であり、マルチ撮像ヘッド化の目的である。しかしながら、試料の搭載位置ずれに回転成分を含むことにより、量△X の位置ずれが生じ、大型の試料では特に、実質上、１回の X 方向位置決め動作では検出処理を行なうことができない。）を、△X 軸機構を設けること、また、この機構を量△X 分の位置補正用として制御することにより解決する。

図４〜図１５は、本発明における各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャートを示す図である。
本発明の一実施例の位置決め動作のフローチャートは、大きく分けて４つの処理シーケンス（手順）から成っている。即ち、処理全体を司る主シーケンス部、主シーケンス部からの指示によって撮像ヘッド部 10 が撮像した画像を解析する第１の画像解析シーケンス部、主シーケンス部からの指示によって撮像ヘッド部 11 が撮像した画像を解析する第２の画像解析シーケンス部、主シーケンス部からの指示によって、線幅測定装置の測定部 501（図３に示す構成でいうと、撮像ヘッド部 508 、試料台 509 、位置補正部 510 、エアー除振台 512 、照明用電源 513 、ステージ制御部 520 、透過照明用電源 521 、及び、透過照明ヘッド部 522 から成る。）を制御するステージシーケンス部から成っている。
また、図３で示すと、主シーケンス部は制御用 PC 519 内で処理され、第１の画像解析シーケンス部と第２の画像解析シーケンス部は制御用 PC 519 からの指示を受けて画像処理 PC 518 で処理される。更に、測定部 501 の動作は、制御用 PC 519 からの指示を受けてステージ制御部 520 で処理される。

図４、図７、及び図１２は、本発明の位置決め動作のシーケンスの中心処理動作を示すフローチャートで制御用 PC 519 での主処理動作シーケンスを示す。また、図５〜図６、図８〜図１１、及び図１３〜図１５は、図４、図７、及び図１２の主処理動作シーケンスからの指令に基づいて、各ヘッド毎の画像処理、線幅測定装置のステージ部それぞれの制御を行い、結果情報を主処理動作シーケンスに返す処理動作シーケンスを示すフローチャートを示す。
例えば、図５、図８、及び図１３は、撮像ヘッド部 10 が撮った画像（ Image 1 ）を処理する画像 1 処理動作シーケンスのフローチャートを示し、図５、図９、及び図１４は、撮像ヘッド部11 が撮った画像（ Image 2 ）を処理する画像 2 処理動作シーケンスのフローチャートを示す。また、図６、図１０、図１１、及び図１５は、測定部 501 の所要の構成部に対し、主処理動作シーケンスからの指令を受けて処理する測定部処理シーケンスを示す。

図４における Interlock signal とは、非常停止命令で、例えば、装置を設置している室内に作業者等が入る場合に、ドアが開いたことを検知して発生する。また、作業者が装置の停止ボタンを押した場合等である。この Interlock signal が入力された場合、 Interlock 有無判定処理を行い、Interlock signal の入力があれば、Error 処理として、装置の動作を停止する。この Interlock signal の入力と Interlock 有無判定処理は、図に表示する必要上、図４のこのシーケンスとして示したが、主処理動作シーケンス中のどのシーケンス中であっても Interlock signal が入力された場合に処理動作が実行される。

また、図５の Image PC HDD には、撮像ヘッド部が撮像した画像が格納されており、主処理動作シーケンスからのアドレス等の指定によって、所望の画像が取込まれ、画像 1 または 2 の処理動作シーケンスで使用される。また、その処理結果が格納される。
また、図６の補正テーブルには、真直度等、装置の機械的誤差を補正するための補正データが格納されており、位置座標等の補正に使用される。
また、図８〜図１１と図１３〜図１５のシーケンス中のレーザオートフォーカス処理（ Laser AF ）や測定オートフォーカス処理（測定 AF ）は、図３には図示していないが、周知の技術を用いる（例えば、特開２００５−９８９７０号公報、特開平７−１７０１３号公報参照。）。

次に、図１６と図２によって、本発明の試料（被測定対象物）の搭載時の回転方向へのずれに対する撮像ヘッド部の位置補正の処理の一実施例を説明する。図１６は、本発明の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャートである。
図２に示すように、理想的な搭載位置（破線枠24 ）と比べて分かるように、試料台 102 上に搭載された被測定対象物（実線枠 25 ）が回転方向にずれた場合の位置補正の処理動作を説明する。

まず、図２において、補正すべき回転方向のずれによって生じる X 方向のずれ量 △X と Y 方向のずれ量 △Y は、前述したような式(1) 及び式(2) によって算出される。
この算出したずれ量 △X 22 とずれ量 △Y 23 を用いて、図１６に示すシーケンスによって位置補正を行う。

図１６において、測定位置座標データ 301 が図４の Main PC HDD から出力され、アライメント補正量データ 302 が図３の画像処理 PC 518 は、撮像ヘッド部 508 から入力された画像を解析して、被測定対象物 103 中に予め設定された所定のパターンを認識してその位置座標を取得して求められる。
これらのデータから、X 軸の移動量（ X1 + X_{AL_offset}）、Y1 軸の移動量（ Y1 + Y_{AL_offset}）、Y2 軸の移動量（ Y2 + Y_{AL_offset} + Y_{AL_angle}）、及び△X2 軸の移動量（ X2 − X1 + Y_{AL_offset}+ Y_{AL_angle}）が制御用 PC 519 からステージ制御部 520 に送出され、各軸が移動する（ステージ移動 303 ）。
これによって、撮像ヘッド部 10 と 11 の視野範囲内にそれぞれの測定ポイント P1 と P2 とが映し出される。

次に、画像処理 PC 518 で撮像ヘッド部 10 が取得した画像 1 の一部とあらかじめ登録されているパターンとのパターンマッチング位置検出処理を行い（検出処理304 ）、測定対象を視野範囲の中心へ移動させるための補正量を算出し、Y1 軸の移動量と△X1 軸の移動量を制御用 PC 519 を介してステージ制御部 520 に送出する（処理 305 ）。
同様に、画像処理 PC 518 で撮像ヘッド部 11 が取得した画像 2 の一部とあらかじめ登録されているパターンとのパターンマッチング位置検出処理を行い（検出処理 306 ）、測定対象を視野範囲の中心へ移動させるための補正量を算出し、Y2 軸の移動量と△X2 軸の移動量を制御用 PC 519 を介してステージ制御部 520 に送出する（処理 307 ）。

ステージ制御部 520 は、上記の移動の指示を受けて、X 軸固定のまま、Y1 軸、△X1 軸、Y2 軸、及び△X2 軸を移動させ、その後、それぞれの撮像ヘッド部 10 と 11 によって画像を取得して、線幅測定処理 309 と 310 とを実行する。
現在の測定ポイント P1 、P2 を中心とした視野範囲内での線幅測定処理を終了すると、次の測定ポイントの測定位置座標データ 301 を図４の Main PC HDD から出力し、次の測定ポイントに移動する。即ち、図１６の動作を繰り返す。

以上のようにして、複数の撮像ヘッド部を測定ポイントに移動させる場合に、被測定対象物が試料台に搭載された時の回転を補正するために、複数の撮像ヘッド部の移動に必要な軸の数及び手順を最小限にできるのでタクトタイムを短縮できる。
なお、上記実施例では、測定ポイントの移動の都度、△X2 軸の位置補正を実行しているが、１つの被測定対象物上の多数個取り製品のそれぞれの製作位置精度が良ければ、１度△X2 軸の位置補正を実行すれば、測定ポイントの移動毎に△X2 軸の位置補正を行わなくても良い。

本発明の線幅測定装置の一実施例の構成を説明するための図。試料の搭載ズレによって発生する位置エラーと補正を説明する図。本発明による線幅測定装置の一実施例の構成を示すブロック図。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明による各軸の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。本発明の動作シーケンスの一実施例を示すフローチャート。

符号の説明

1：Y 軸の梁（ビーム）、 2：X1 軸のガイド、 3：X2 軸のガイド、 4：Y1 軸のガイド、 5：Y2 軸のガイド、 6：Z1 軸のガイド、 7：Z2 軸のガイド、 8：△X1 軸のガイド、 9：△X2 軸のガイド、 10，11：撮像ヘッド部、 12：Py1 軸、 13：Py2 軸、 14：△Px1 軸、，15：△Px2 軸、 16，17：透過照明、 101：台座、 102：試料台、 103：被測定対象物、 104：透過照明ガイド。

Claims

複数の撮像ヘッド部と画像処理部とを備え、上記撮像ヘッド部が取得した画像を上記画像処理部が画像処理することによって被測定対象物の所望の箇所の測定または検査を行う線幅測定装置において、
上記複数の撮像ヘッド部の位置を個々に補正する位置補正手段を備え、
上記画像処理部は、上記複数の撮像ヘッド部が取得した被測定対象物の画像から、上記複数の撮像ヘッド部の各々の位置を検出し、
上記位置補正手段は、上記検出した各々の位置に基づいて、上記複数の撮像ヘッド部の位置を個々に補正することにより、
被測定対象物の搭載位置ずれを画像処理により補正することを特徴とする線幅測定装置。
試料の一部を拡大撮影する手段と、
同一軸上を個別に移動可能な複数の撮像ヘッド部と、
撮影する試料の位置を変えるための位置補正手段と、
上記撮影した試料の画像から上記撮像ヘッド部の位置を検出し、該検出した位置と前記試料の位置より当該試料の位置ずれ補正を行うための画像処理手段と、
該画像処理手段の位置ずれ補正に基づき上記位置補正手段を動作させる制御手段とを有することにより、
上記試料の位置ずれを補正することを特徴とする線幅測定装置。
試料の一部を拡大撮像可能で、それぞれ独立に移動可能な複数の撮像ヘッド部と、上記試料の位置を変えるための操作手段を持つ線幅測定装置において、
撮像した試料の画像に対して前記複数の撮像ヘッド部の位置を検出する画像処理を行う画像処理機能と、
上記操作手段をコンピュータプログラムにより動作させる制御手段とを有して上記撮像した画像から上記試料の寸法を測定する装置であって、
試料の搭載位置ずれを補正するための撮像ヘッド部の移動軸に直交する方向の移動微動機構と、
前記画像処理機能の画像処理に基づいて、上記移動微動機構を制御する微動機構制御手段と、試料の搭載ずれを測定及び補正する位置補正手段とを備えることにより、
一つの撮像ヘッド部を基準として、他の撮像ヘッド部の位置を移動して画像取込み位置を補正することを特徴とする線幅測定装置。