CN100455988C - 微小尺寸测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微小尺寸测量仪，即使被测量物倾斜配置，或者被测量物上的图形从指定的位置微小偏移，也可以准确、且同时测量多个图形。当使多个检测部(26、28)可沿着X轴框架(18)非同步移动配置，并使检测部(26、28)整体可沿着Y轴框架(20)移动配置，并且使各检测部(26、28)在一定范围内可沿着Y轴方向非同步移动配置，平板(46)对X-Y座标不是平行配置，而是对Y轴倾斜配置，或者液晶监视器(48)的图形与注册图形偏移时，根据平板(46)的倾斜或图形偏移，使检测部(26、28)相互独立地沿Y轴方向移动，修正位置偏移，可以准确、且同时测量液晶监视器(48)上的多个图形，可以缩短测量时间。

Description

微小尺寸测量仪
技术领域
本发明涉及一种微小尺寸测量仪，其是将被测量物作为被摄体进行摄像，对由该摄像所得到的图像进行处理，并测量被测量物的微小尺寸。
背景技术
作为测量被测量物微小尺寸的机器，有例如将液晶监视器形成的平板上的面对各液晶监视器的空间作为移动空间、使检测器在三维方向移动、由检测器测量各液晶监视器上所形成的图形的线宽等的机器。这种微小尺寸测量仪在检测器上安装摄像机等，用摄像机对各液晶监视器进行摄像，通过对由该摄像得到的图像进行处理，可以测量各液晶监视器上形成的图形的线宽等。
但是，用1台检测器对多个液晶监视器进行测量的结构中，使检测器向各液晶监视器的部位移动需要时间，不能缩短对平板的测量时间。为了缩短多个液晶监视器形成的平板测量时间(测量时间)，可采用准备多台检测器、使各检测器同时移动到各液晶监视器的结构。
例如，将平板对着测量仪的X-Y座标(机械座标)平行配置，在构成X轴的X轴框架上配置可自由滑动的多个检测器，通过Y轴驱动部使配置了多个检测器的X轴框架沿着Y轴方向移动，可以使各检测器移动到各液晶监视器的部位。
但是，在X轴框架上配置可自由滑动的多个检测器，使配置了多个检测器的X轴框架沿着Y轴方向移动的结构中，虽然可以使各检测器沿X轴方向单个移动，但是在Y轴方向上却不能单个移动。因此，当平板对测量仪的X-Y座标不是平行配置时，例如相对Y轴倾斜状态配置时，在使各检测器同时沿Y轴方向移动后，即使各检测器沿X轴方向单个移动，可以使一个检测器定位在指定的测量位置上，但是却不能将其他检测器定位在指定测量位置，不能用各检测器同时测量多个图形。
另外，即使将平板对X-Y座标进行了平行配置，而某个测量部位上的图形对注册图形微小偏移时，即使各检测器移动到测量部位进行测量，也不能测量图形的准确尺寸。即，当图形对注册图形微小偏移时，如果不根据偏移对各检测器的位置进行修正，则不能准确测量多个图形。
发明内容
本发明是鉴于上述现有的问题而提出的，其目的在于，提供一种微小尺寸测量仪，即使被测量物对测量仪的机械座标不平行配置，被测量物倾斜配置，或者被测量物上的图形从指定的位置微小偏移，也可以对多个图形准确、且同时进行测量。
为了达到上述目的，技术方案1所涉及的微小尺寸测量仪，具有：对被测量物上的多个图形分别摄像的多个检测部；图像处理部，对上述多个检测部摄像的图像进行处理，并计算有关上述多个图形的微小尺寸；及驱动部，至少将面对上述被测量物的被量区域的空间作为移动空间，使上述多个检测部在上述移动空间中沿着三维方向移动的，上述驱动部的结构包括：使上述多个检测部整体沿着上述三维中的一维方向移动的主驱动部；及使上述多个检测部沿着上述三维中的至少二维方向分别非同步移动的辅助驱动部，上述辅助驱动部具有：以X、Y、Z方向为三维方向，使上述多个检测部分别沿着X方向非同步移动的多个X方向用辅助驱动部；使上述多个检测部分别沿着Y方向非同步移动的多个Y方向用辅助驱动部；及使上述多个检测部分别沿着Z方向非同步移动的多个Z方向用辅助驱动部。
(作用)通过各检测部对被测量物上的多个图形进行摄像，并对该摄像的图像进行处理，测量与各图形有关的微小尺寸时，由于使多个检测部整体沿一维方向，例如沿Y轴方向移动，并且使多个检出部至少分别沿二维方向，例如沿X轴方向、Y轴方向同步移动，所以即使被测量物对测量仪的机械座标，例如相对X-Y座标不平行配置，而是被测量物对Y轴倾斜配置，或者被测量物上的图形位置从指定的位置微小偏移，也可以通过使各检测部至少沿着二维方向分别非同步移动，而对各检测部进行微调，可以准确且同时测量多个图形，可使测量时间缩短。另外，可以同时测量多个测量点，可以使测量时间缩短。
(作用)在使多个检测部整体移动到各图形附近以后，通过使各检测部沿X方向、Y方向或Z方向进行非同步移动，可以个别对各检测部的位置进行微调。
在技术方案3中，如技术方案2所述的微小尺寸测量仪，上述多个X方向用辅助驱动部、上述多个Y方向用辅助驱动部或上述多个Z方向用辅助驱动器中至少一个由直线电动机构成，该直线电动机具有：沿着X、Y或Z方向中指定的方向配置的磁铁，及在各检测部上配置的线圈。
(作用)通过用具有磁铁和线圈的直线电动机构成辅助驱动部，即使在同一轴上配置多个检测部，也能使各检测部非同步移动，可以实现结构简单化。
本发明具有如下的效果。
如上述说明可知，根据技术方案1所涉及的微小尺寸测量仪，可以缩短测量时间。
根据技术方案2，可以对各检测部的位置个别进行微调整。
根据技术方案3，可以实现构成的简单化。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的微小尺寸测量仪的立体图。
图2是表示本发明的一实施例的微小尺寸测量仪的立体图，是表示省略检测部时的状态的立体图，
图3是平板的平面图。
图4是测量图形的放大平面图。
图5是全闭环控制系统的结构图。
图6是表示平板倾斜时的状态的平面图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行说明。图1是表示本发明的一实施例的微小尺寸测量仪的立体图，图2是表示本发明的一实施例的微小尺寸测量仪的立体图，是表示省略检测部时的状态的立体图。图3是平板的平面图，图4是测量图形的放大平面图，图5是全闭环控制系统的结构图，图6是表示平板倾斜时的状态的平面图。
在这些图中，微小尺寸测量仪16，作为三维测量仪，其结构包括：构成X-Y座标(机械座标)的X轴的X轴用框架18；构成Y轴的一对Y轴用框架20；基台22；固定在基台22上的测量台24；在X轴用框架18上可非同步移动地被配置的多个检测部26、28；为使各检测部26、28可沿X轴方向移动的X轴驱动部30；为使各检测部26、28可沿Y轴方向移动的X轴驱动部32；为使各检测部26、28沿可Z轴方向移动的Z轴驱动部34；为控制各驱动部的驱动而进行运算的个人计算机(以下称PC)36；显示PC36处理结果等的显示装置38；对PC36输入各种信息的键盘40；及表示各驱动部的驱动方向等的控制箱42等。
在X轴框架18的轴方向两端部形成滑动部(图中未示出)，各滑动部可沿着Y轴框架20滑动。X轴用框架18通过Y轴驱动部32的驱动可以沿Y轴方向移动，Y轴驱动部32是由具有多个Y轴直线电动机用磁铁32a和Y轴用直线电动机用线圈32b的直线电动机构成。当直线电动机的线圈32b通电，由PC36控制对线圈32b的通电量及通电方向时，X轴框架18沿着Y轴方向(Y轴用框架20)移动。即，通过Y轴驱动部32的驱动，检测部26、28整体可以随着X轴框架18的移动，而沿着Y轴方向移动。这时，Y轴驱动部32构成使检测部26、28沿Y轴方向移动的主驱动部。
另外，在X轴用框架18上，配置有为使各检测部26、28沿X轴方向(X轴用框架18)非同步移动的X轴驱动部30。X轴驱动部30的结构包括：沿着X轴用框架18而配置的多个X轴直线电动机用磁铁30a；及搭载在各检测部26、28上的X轴直线电动机用线圈30b。通过PC36控制对各线圈30b的通电量及通电方向，由此可以使各检测部26、28沿着X轴方向非同步(独立)移动。这时，由直线电动机构成的X轴驱动部30，构成使各检测部26、28沿X轴方向非同步移动的X方向用辅助驱动部。
固定X轴用框架18和Y轴用框架20的基台22，由固定在基座上的多个框体44支撑，在基台22上面，配置有构成微小尺寸测量仪16的机械座标的X-Y座标的测量台24。测量台24两端侧由台框24a支撑，在测量台24上面，如图3中所示，搭载作为被测量物的平板46。在形成大体为长方形形状的平板46上，形成多个作为测量对象的液晶监视器48。在平板46左端侧的上部和下部，形成定位(アライメント)标记M1、M2。在各液晶监视器48上设定测量点(管理点)P1～P4，并且如图4中所示，形成构成驱动电路等的图形PT1、PT2、……。
至少将面对配置在平板46的被测量区域的液晶监视器48的空间作为移动区域，在该移动区域中沿着三维方向可移动配置检测部26、28，各检测部26、28具有检测部主体50。在各检测部主体50的镜筒52内，将平板46上的液晶监视器48作为被摄体，作为对液晶监视器48上的图形进行摄像的摄像装置，安装有物镜54、CCD摄像机56。物镜54、CCD摄像机56具有电子显微镜的功能，对液晶监视器48上的图形进行放大摄像，将摄像的有关图像的信号通过电缆(图中未画出)传输给PC36。另外，各镜筒52，为了摄像装置聚焦，分别连接在作为Z方向用辅助驱动部的Z轴伺服电动机58上，以便使摄像装置可根据PC36输出的控制信号而沿着Z轴方向移动。这时，一个Z轴伺服电动机58起Z1轴伺服电动机的功能，另一个Z轴伺服电动机58起Z2轴伺服电动机的功能，一个镜筒52内的物镜54和CCD摄像机56可以沿着Z1轴往复移动，另一镜筒52内的物镜54和CCD摄像机56可以沿着Z2轴往复移动。
在各检测部主体50上，还设置有作为Y方向用辅助驱动部的Y轴伺服电动机60，以便对PC36输出的控制信号进行应答，而使各检测部26、28沿Y轴方向非同步移动。一个Y轴伺服电动机60作为Y1S伺服电动机，可使一个检测部26沿着与Y轴用框架20平行的辅助用Y轴(Y1S轴)往复移动。另一个Y轴伺服电动机60作为Y2S伺服电动机，可使另一个检测部28沿着与Y轴用框架20平行的辅助用Y轴(Y2S轴)往复移动。
在此，为了在各检测部26、28的X轴方向进行高精度定位，在X轴驱动部30上，如图5所示，构成全闭环(Full Closed Loop)控制系统。
具体来说，与X轴(X轴框架18)平行配置多个磁铁30a，并且，与X轴平行配置有用于引导各检测部主体50的移动的直线导轨62和玻璃刻度盘(グラススケ一ル)64。而且，在各检测部主体50上搭载位置传感器(直线传感器)66，各位置传感器66检测玻璃刻度盘64的刻度，将检测信号输出给比例计数器(スケ一ルカウンタ)68。比例计数器68，对位置传感器66的检测信号进行应答，对玻璃刻度盘(线性刻度盘)64上的刻度数进行计数，并将计数值输出给监视器驱动器70。监视器驱动器70对直线电动机和PC36输出各检测部主体50的位置信息，PC36可以根据位置信息，控制对各检测部主体50上的线圈36b的通电量及通电方向，并且可以高精度控制各检测部主体50的X轴方向上的定位。
另外，在Y轴驱动部32中，与X轴驱动部30一样，通过采用位置传感器66a等而构成全闭环控制系统，可以在各检测部26、28的Y轴方向进行高精度定位。
采用根据上述结构的微小尺寸测量仪16，测量在平板46上形成的液晶监视器48的图形时，如图3所示，为了检测在测量台24上配置的平板46的定位标记M1、M2的位置，例如将检测部26配置在对应于定位标记M1、M2的位置，使X轴框架18沿着Y轴方向移动，通过检测部26依次对定位标记M1、M2进行摄像，由PC36处理该摄像的图像，判断平板46是否对X-Y座标平行配置。当判断为平板46对X-Y座标平行配置时，在使检测部26、28分别配置在X轴框架18的指定位置的状态，使X轴框架18沿着Y轴方向移动，首先定位在平板46的左侧上部所配置的液晶监视器48上。这时使检测部26、28分别沿着X轴框架18移动，将各检测部26、28定位在对应于测量点P1、P2的位置。再通过Z轴伺服电动机58的驱动，使各检测部26、28分别在Z轴方向移动，进行聚焦。在进行该聚焦时，用CCD摄像机56对各测量点P1、P2进行摄像，由PC36处理该摄像的图像。这时，对测量得到的图形和预先注册的注册图形进行图形匹配(パタ一ンマツチング)，判断两者之间是否有偏移。当两者之间没有偏移时，对由各检测部26、28摄像的图像进行处理，如图4所示，对在测量点P1、P2上的图形PT1、PT2的线宽等进行测量。这时，PC36作为图像处理部对CCD摄像机56摄像的图像进行处理，计算有关多个图形的微小尺寸。PC36对各液晶监视器48上的测量点P1、P2、P3、P4进行这些处理，在测量各测量点P1～P4时，分别用检测部26、28同时测量在测量点P1、P2和测量点P3、P4上的图形PT1、PT2的微小尺寸，可以缩短测量时间。
在图形匹配中两者之间有微小偏移时，可以通过Y轴伺服电动机的驱动，使在检测部26、28中检测出偏移的检测器24或26在Y轴(辅助Y轴)方向移动微小范围来修正偏移。
另一方面，如图6所示，通过平板46上的定位标记M1、M2的测量，判断为平板46对微小尺寸测量仪16的X-Y座标不是平行配置，而是对Y轴(Y轴用框架20)倾斜状态配置时，为了补正对Y轴的倾斜，根据平板46对Y轴方向的倾斜，驱动Y轴伺服电动机60，来修正各检测部26、28在Y轴方向的偏移量。这时，由于检测部28在比检测部26离X-Y座标原点更远的位置，所以定位在比检测部26在Y轴方向少许移动的位置上。为了方便，X-Y座标的原点设置在图1的左下侧，但也可以是XY的移动中心。
在对各检测部26、28的偏移量修正之后，各检测部26、28通过直线电动机的驱动，与X轴框架18一起沿Y轴方向移动，定位在液晶监视器48的测量点P1、P2的上方。这时通过Z轴伺服电动机58的驱动，检测部28在Z轴方向移动进行聚焦。在使检测点26、28分别沿X轴平行移动时，检测部26、28在Y轴方向的原点是检测部前后移动的中心。如果检测部26、28在X轴上是平行的，则移动的任何位置都可以作为原点。然后，当通过检测部26、28的CCD56对各测量点P1、P2进行摄像时，由PC36对该摄像的图像进行处理，并且对检测的图形和注册图形进行图形匹配。当通过该图形匹配，判断为两者之间有微小偏移时，对检测出偏移的检测部26或检测部28，实行修正偏移的处理。即，根据修正偏移的控制信号，驱动Y轴伺服电动机60，使检测部26或检测部28向Y轴(辅助Y轴)方向移动，来修正偏移。这时以定位标记M1、M2为基准，从机械座标系统进行座标变换。
然后，再次通过各检测部26、28对测量点P1、P2进行摄像，由PC36处理该摄像所得到的图像，进行有关测量点P1、P2上的图形PT1、PT2的微小线宽(CD)及重合(OL)的测量。即实行以精密级(ミクロンオ一ダ)测量作为微小尺寸的图形的宽度、大小的处理。
测量结束之后，进行将由图形匹配算出的偏移修正量返回到原来值的处理，转移到为测量下个测量点P3、P4的处理。在下一个测量点P3、P4上，也是根据平板46的倾斜，进行修正各检测部26、28在Y轴方向修正量的处理，重复同样的处理。
这样，根据本实施例，即使平板46对Y轴倾斜，或者液晶监视器48的图形对注册图形有微小偏移，也可以通过各伺服电动机60的驱动，使检测部26、28非同步沿着Y轴(辅助用Y轴)方向移动，所以可以准确同时测量多个图形，可以缩短测量时间。
本实施例中，由于可以通过Z轴伺服电动机的驱动使各检测部26、28沿着Z轴作非同步(独立)移动，所以，可以准确进行聚焦，可更准确地测量多个图形，可缩短测量时间。
另外，由于X轴驱动部30采用了直线电动机，所以可以使检测部26、28沿着X轴方向非同步大范围移动，并可以实现结构的简单化。

Claims (2)

1、一种微小尺寸测量仪，其特征在于，具有：
对被测量物上的多个图形分别摄像的多个检测部；
图像处理部，对上述多个检测部摄像的图像进行处理，并计算有关上述多个图形的微小尺寸；及
驱动部，至少将面对上述被测量物的被测量区域的空间作为移动空间，使上述多个检测部在上述移动空间中沿着三维方向移动，
上述驱动部的结构包括：使上述多个检测部整体沿着上述三维中的一维方向移动的主驱动部；及使上述多个检测部沿着上述三维中的至少二维方向分别非同步移动的辅助驱动部，
上述辅助驱动部具有：以X、Y、Z方向为三维方向，使上述多个检测部分别沿着X方向非同步移动的多个X方向用辅助驱动部；使上述多个检测部分别沿着Y方向非同步移动的多个Y方向用辅助驱动部；及使上述多个检测部分别沿着Z方向非同步移动的多个Z方向用辅助驱动部。
2、如权利要求1所述的微小尺寸测量仪，其特征在于，
上述多个X方向用辅助驱动部、上述多个Y方向用辅助驱动部或上述多个Z方向用辅助驱动部中至少任一个由直线电动机构成，该直线电动机具有：沿着X、Y或Z方向中指定的方向配置的磁铁；及在上述各检测部上配置的线圈。
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