JP3146255B2 - 微小寸法測定方法 - Google Patents
微小寸法測定方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，光学顕微鏡とＴＶカメ
ラ等のイメージセンサを利用して，磁気ヘッドのギャッ
プ幅，ＩＣウェハの線幅等の微小寸法を非接触で測定す
る微小寸法測定装置に関するものである。
ラ等のイメージセンサを利用して，磁気ヘッドのギャッ
プ幅，ＩＣウェハの線幅等の微小寸法を非接触で測定す
る微小寸法測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基本的な寸法測定装置の構成（例えば，
特開昭５９−１７６６０５号公報に記載）としては，図
２に示すように，光学顕微鏡５で投影された被写体（被
測定物）７の空間像をＴＶカメラ８で撮像し，寸法測定
演算処理装置９で所望部分の寸法を電気的に測定し，Ｔ
Ｖモニタ１０に被測定物７の画像と寸法測定値を表示す
るものがある。ここで，図３に示すようにＴＶカメラ８
の撮像した被測定物７のモニタ画像７′における１水平
走査線ｌｉ上の輝度分布は，走査線ｌｉに対応する映像
信号をＮ分解した各画素位置とそれぞれの輝度により，
輝度−画素特性が得られる。この特性より，寸法を求め
るが，従来の処理方法は，図３において輝度分布におけ
る最大輝度レベル２を１００％とし，最小輝度レベル３
を０％とし，与えられたスライスレベル（例では５０
％）の輝度レベル４に相当するａ番目の位置の画素とｂ
番目の位置の画素間の位置差Ｎａｂを求め，この時の顕
微鏡５の測定倍率とＴＶカメラ８から被測定物７までの
被写体距離により決まるあらかじめ求めた係数ｋを乗じ
て対応する被測定物７の寸法値ｘを求めていた。 Ｘ＝ｋ・Ｎａｂ なお，本説明におけるａ，ｂの部分を，ここでは被測定
物７の輪郭とよぶ。また，ここでは被測定物７が磁気ヘ
ッドのギャップ部の場合を示している。前述の方法にお
いては，被測定物の実寸法が光学顕微鏡の分解能αより
も小さい時に，測定不可能となる。この分解能αは， α＝λ／（２×ＮＡ） 但し，λ：光の波長 ＮＡ：顕微鏡対物レンズの開口数 現状の光学顕微鏡では，λ＝０．５５μｍ，ＮＡ＝０．
９であり，α＝０．３μｍが寸法測定の限界である。す
なわち，被測定物を光学顕微鏡を介してＴＶカメラ８で
撮像した１水平走査線ｌｉの映像信号の輝度分布は，図
４（１）のように，分解能α以上の実寸法の被測定物画
像７′の場合は，最小輝度レベル３′が所定の一定値と
なるが，４図（２），（３）のように分解能α以下の実
寸法の被測定物画像７″，７ の場合は，実寸法が小さ
くなるにつれて，図のように最小輝度レベル３″，３
が高くなる。これは光の干渉により明るい部分の信号が
混ざるためである。このような場合に，画像の輪郭から
輪郭までの画素位置差に基づいて被測定物の測定方法を
算出したのでは，図４（２）および（３）に示すように
Ｎ″ａｂとＮ ａｂに寸法の差が認められなくなり，理
想寸法値特性１８と異なる図５の１７の特性の如く，実
寸法と測定値の間に誤差を生ずる結果となる。これらの
欠点を除去し，光学顕微鏡の分解能α以下の被測定物に
対しても，寸法測定ができるようにするために，本願の
出願人は先に，特願平１−２４６２９５（特開平３−１
１０４０４）において以下に述べる発明を提案した。こ
の発明は，被測定物画像の輪郭間の位置差の情報だけに
基づいて，寸法測定をするのではなく，被測定物の実寸
法と該被測定物の対応画像の輝度レベル情報との比例関
数関係に着目し，これを被測定物の寸法測定の１要素に
加えた構成としたものである。図１は，図２に示すＴＶ
カメラ８で被測定物７を撮像し，寸法測定をする１走査
線に対応する映像信号を適宜，寸法測定演算処理装置９
に取込み，Ａ／Ｄコンバータでその輝度レベルをデジタ
ル化し，これを一連の記憶素子に画素単位で記憶させた
ときの各画素位置における輝度レベル特性を示したもの
である。ここで，記憶素子上の画素番地を０〜Ｎ番地，
ｉ番地の輝度レベルをＶｉとする。そして記憶された輝
度レベルＶｉの最大値２を１００％レベル，最小値３を
０％レベルとし，予め与えられたスライスレベル（スレ
ッシュホールドレベル：例では５０％）４の値を定め，
このスレッシュホールドレベル４と同じ輝度レベルの画
素ａ，ｂの番地を求める。画素ａ，ｂ間の全ての番地の
輝度レベルＶｉを加算し，画素ａ，ｂ間の輝度レベルＶ
ｉの積分値Ｓを次式により得る。
特開昭５９−１７６６０５号公報に記載）としては，図
２に示すように，光学顕微鏡５で投影された被写体（被
測定物）７の空間像をＴＶカメラ８で撮像し，寸法測定
演算処理装置９で所望部分の寸法を電気的に測定し，Ｔ
Ｖモニタ１０に被測定物７の画像と寸法測定値を表示す
るものがある。ここで，図３に示すようにＴＶカメラ８
の撮像した被測定物７のモニタ画像７′における１水平
走査線ｌｉ上の輝度分布は，走査線ｌｉに対応する映像
信号をＮ分解した各画素位置とそれぞれの輝度により，
輝度−画素特性が得られる。この特性より，寸法を求め
るが，従来の処理方法は，図３において輝度分布におけ
る最大輝度レベル２を１００％とし，最小輝度レベル３
を０％とし，与えられたスライスレベル（例では５０
％）の輝度レベル４に相当するａ番目の位置の画素とｂ
番目の位置の画素間の位置差Ｎａｂを求め，この時の顕
微鏡５の測定倍率とＴＶカメラ８から被測定物７までの
被写体距離により決まるあらかじめ求めた係数ｋを乗じ
て対応する被測定物７の寸法値ｘを求めていた。 Ｘ＝ｋ・Ｎａｂ なお，本説明におけるａ，ｂの部分を，ここでは被測定
物７の輪郭とよぶ。また，ここでは被測定物７が磁気ヘ
ッドのギャップ部の場合を示している。前述の方法にお
いては，被測定物の実寸法が光学顕微鏡の分解能αより
も小さい時に，測定不可能となる。この分解能αは， α＝λ／（２×ＮＡ） 但し，λ：光の波長 ＮＡ：顕微鏡対物レンズの開口数 現状の光学顕微鏡では，λ＝０．５５μｍ，ＮＡ＝０．
９であり，α＝０．３μｍが寸法測定の限界である。す
なわち，被測定物を光学顕微鏡を介してＴＶカメラ８で
撮像した１水平走査線ｌｉの映像信号の輝度分布は，図
４（１）のように，分解能α以上の実寸法の被測定物画
像７′の場合は，最小輝度レベル３′が所定の一定値と
なるが，４図（２），（３）のように分解能α以下の実
寸法の被測定物画像７″，７ の場合は，実寸法が小さ
くなるにつれて，図のように最小輝度レベル３″，３
が高くなる。これは光の干渉により明るい部分の信号が
混ざるためである。このような場合に，画像の輪郭から
輪郭までの画素位置差に基づいて被測定物の測定方法を
算出したのでは，図４（２）および（３）に示すように
Ｎ″ａｂとＮ ａｂに寸法の差が認められなくなり，理
想寸法値特性１８と異なる図５の１７の特性の如く，実
寸法と測定値の間に誤差を生ずる結果となる。これらの
欠点を除去し，光学顕微鏡の分解能α以下の被測定物に
対しても，寸法測定ができるようにするために，本願の
出願人は先に，特願平１−２４６２９５（特開平３−１
１０４０４）において以下に述べる発明を提案した。こ
の発明は，被測定物画像の輪郭間の位置差の情報だけに
基づいて，寸法測定をするのではなく，被測定物の実寸
法と該被測定物の対応画像の輝度レベル情報との比例関
数関係に着目し，これを被測定物の寸法測定の１要素に
加えた構成としたものである。図１は，図２に示すＴＶ
カメラ８で被測定物７を撮像し，寸法測定をする１走査
線に対応する映像信号を適宜，寸法測定演算処理装置９
に取込み，Ａ／Ｄコンバータでその輝度レベルをデジタ
ル化し，これを一連の記憶素子に画素単位で記憶させた
ときの各画素位置における輝度レベル特性を示したもの
である。ここで，記憶素子上の画素番地を０〜Ｎ番地，
ｉ番地の輝度レベルをＶｉとする。そして記憶された輝
度レベルＶｉの最大値２を１００％レベル，最小値３を
０％レベルとし，予め与えられたスライスレベル（スレ
ッシュホールドレベル：例では５０％）４の値を定め，
このスレッシュホールドレベル４と同じ輝度レベルの画
素ａ，ｂの番地を求める。画素ａ，ｂ間の全ての番地の
輝度レベルＶｉを加算し，画素ａ，ｂ間の輝度レベルＶ
ｉの積分値Ｓを次式により得る。
【０００３】
【数３】 ここでこの積分値Ｓは，図４にも示す如く，被測定物７
の実寸法と密接な比例関係があることが実測の結果，明
らかとなった。そこで，このＳに顕微鏡５の光学倍率等
によって決まる，あらかじめ算出した係数ｋを乗じて，
被測定物７の測定寸法値Ｘを次式の如くして得る。
の実寸法と密接な比例関係があることが実測の結果，明
らかとなった。そこで，このＳに顕微鏡５の光学倍率等
によって決まる，あらかじめ算出した係数ｋを乗じて，
被測定物７の測定寸法値Ｘを次式の如くして得る。
【０００４】
【数４】 なお，本方式は所望範囲にある輝度レベルを加算する方
式のため，照明系の自動調光により，被測定物の最大輝
度を安定させる必要がある。このため，実際には記憶さ
れる１走査線の映像信号の輝度レベルの最大値２が，常
に一定になるように光源６の光量を制御する自動調光シ
ステムを併用している。また，この自動調光システムの
誤差分に対しては，輝度レベルの最大値Ｖｐで積分値Ｓ
に対して除算することにより，より正確な寸法値を得る
ことができる。この場合の測定寸法Ｘは次式により表さ
れる。
式のため，照明系の自動調光により，被測定物の最大輝
度を安定させる必要がある。このため，実際には記憶さ
れる１走査線の映像信号の輝度レベルの最大値２が，常
に一定になるように光源６の光量を制御する自動調光シ
ステムを併用している。また，この自動調光システムの
誤差分に対しては，輝度レベルの最大値Ｖｐで積分値Ｓ
に対して除算することにより，より正確な寸法値を得る
ことができる。この場合の測定寸法Ｘは次式により表さ
れる。
【０００５】
【数５】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上の方法は，基本的
な測定方法であり，実際の測定では，左右の輝度レベル
が異なることが多いことと，分解能α以上の寸法測定の
安定度を考慮して，本発明は，実際の測定により適合し
た寸法測定方法を提供するものである。
な測定方法であり，実際の測定では，左右の輝度レベル
が異なることが多いことと，分解能α以上の寸法測定の
安定度を考慮して，本発明は，実際の測定により適合し
た寸法測定方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】左右の輝度レベルの差に
対応して，積分値を求める画素間隔を２分し，それぞれ
の積分値を用いて寸法を算出するようにした。
対応して，積分値を求める画素間隔を２分し，それぞれ
の積分値を用いて寸法を算出するようにした。
【０００８】
【実施例】図６の如く，画素番地を０〜Ｎ番地，ｉ番地
の輝度レベルをＶｉとする。記憶された輝度レベルＶｉ
の最小値３を０％レベルとし左側最大値２（ＶＬｐ）を
１００％レベルとし予め与えられたスライスレベル（例
では５０％）４の値ＬＴｓを定め，ＬＴｓと同じ輝度レ
ベルの画素ａを求める。同様に記憶された輝度レベルＶ
ｉの最小値３を０％レベルとし右側最大値５（ＶＲｐ）
を１００％レベルとし予め与えられたスライスレベル
（例では５０％）６の値ＲＴｓを定め，ＲＴｓと同じ輝
度レベルの画素ｂを求める。画素ａ，ｂ間の途中にｃ，
ｄを設ける。 ｃ＝ａ＋（α／２） ｄ＝ｂ−（α／２）とする。 但し，ｃ＞ｄの場合は，ｃ＝ｄ＝（ａ＋ｂ）／２とす
る。ａからｃ間は，
の輝度レベルをＶｉとする。記憶された輝度レベルＶｉ
の最小値３を０％レベルとし左側最大値２（ＶＬｐ）を
１００％レベルとし予め与えられたスライスレベル（例
では５０％）４の値ＬＴｓを定め，ＬＴｓと同じ輝度レ
ベルの画素ａを求める。同様に記憶された輝度レベルＶ
ｉの最小値３を０％レベルとし右側最大値５（ＶＲｐ）
を１００％レベルとし予め与えられたスライスレベル
（例では５０％）６の値ＲＴｓを定め，ＲＴｓと同じ輝
度レベルの画素ｂを求める。画素ａ，ｂ間の途中にｃ，
ｄを設ける。 ｃ＝ａ＋（α／２） ｄ＝ｂ−（α／２）とする。 但し，ｃ＞ｄの場合は，ｃ＝ｄ＝（ａ＋ｂ）／２とす
る。ａからｃ間は，
【０００９】
【数６】 ｃからｄ間は，位置差 Ｘ２＝ｋ（ｄ−ｃ） ｄからｂ間は，
【００１０】
【数７】 で求め，これらの和で，寸法Ｘを求める。 Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３ なお，上記の説明は，測定部分の画像の輝度レベルが他
の部分より低い場合の測定について説明したが，高い場
合にも本発明が適用できることは言うまでもない。本発
明の測定方法で，分解能α以上から以下までの被測定物
の寸法測定が可能となり，図５に示すように，従来の測
定値特性１７に比較して理想寸法値特性１８に，より近
づいた測定値特性１９となる。
の部分より低い場合の測定について説明したが，高い場
合にも本発明が適用できることは言うまでもない。本発
明の測定方法で，分解能α以上から以下までの被測定物
の寸法測定が可能となり，図５に示すように，従来の測
定値特性１７に比較して理想寸法値特性１８に，より近
づいた測定値特性１９となる。
【００１１】
【発明の効果】以上説明した如く，本発明によれば，被
測定物の実寸法が顕微鏡の分解能αよりも小さい時に
も，実寸法に近い高精度の寸法測定が可能である。
測定物の実寸法が顕微鏡の分解能αよりも小さい時に
も，実寸法に近い高精度の寸法測定が可能である。
【図１】本発明の演算処理方法を説明するための輝度−
画素特性図。
画素特性図。
【図２】基本的な寸法測定装置全体のブロック図。
【図３】被測定画像とその映像信号の輝度分布の関係を
示す図。
示す図。
【図４】種々の寸法の被測定物画像とそれぞれの映像信
号の輝度分布の関係を示す図。
号の輝度分布の関係を示す図。
【図５】実寸法と測定値の特性図である。
【図６】本発明の被測定物画像と映像信号の輝度分布の
関係を示す図。
関係を示す図。
１ 輝度−画素特性曲線 ２ 最大輝度レベル ３ 最小輝度レベル ４ スレッシュホールドレベル ５ 顕微鏡 ６ 光源 ７ 被測定物 ８ ＴＶモニタ ９ 演算処理装置 １０ ＴＶモニタ １７ 従来の測定値特性 １８ 理想寸法値特性 １９ 発明による寸法値特性
Claims (1)
- 【請求項１】 光学顕微鏡とイメージセンサを用いて，
被測定物を撮像し，前記被測定物の各点位置に対する映
像信号の輝度レベルを示す山形又はへこみ状のグラフを
得て，該グラフ上の形状変化開始前の位置の輝度レベル
（ＶＬｐ）と山形の頂点又はへこみの最低点の輝度レベ
ルとの中間の輝度レベル（ＬＴｓ）を示す点ａと，前記
頂点又は最低点の輝度レベルと前記形状変化の終了後の
位置の輝度レベル（ＶＲｐ）との中間の輝度レベル（Ｒ
Ｔｓ）を示す点ｂと，点ｃ＝ａ＋（α／２），但しαは
光学顕微鏡の分解能，点ｄ＝ａ−（α／２）とからａ点
からｃ点間は， 【数１】 ｃ点からｄ点間は， Ｘ2＝ｋ（ｄ−ｃ） ｄ点からｂ点間は， 【数２】 を得，Ｘ＝Ｘ1＋Ｘ2＋Ｘ3により，被測定物の寸法を算
出することを特徴とする微小寸法測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18703493A JP3146255B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 微小寸法測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18703493A JP3146255B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 微小寸法測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783615A JPH0783615A (ja) | 1995-03-28 |
| JP3146255B2 true JP3146255B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=16199025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18703493A Expired - Fee Related JP3146255B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 微小寸法測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3146255B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101726432B1 (ko) * | 2015-06-30 | 2017-04-13 | 오인근 | 운송수단의 핸들용 안전등 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4496149B2 (ja) * | 2005-09-26 | 2010-07-07 | 株式会社日立国際電気 | 寸法測定装置 |
| JP4785041B2 (ja) * | 2005-10-18 | 2011-10-05 | 古河電気工業株式会社 | 被測定線状体の外径測定方法 |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP18703493A patent/JP3146255B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101726432B1 (ko) * | 2015-06-30 | 2017-04-13 | 오인근 | 운송수단의 핸들용 안전등 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0783615A (ja) | 1995-03-28 |
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