JP4551164B2

JP4551164B2 - 測定装置

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Publication number: JP4551164B2
Application number: JP2004261844A
Authority: JP
Inventors: 和宏出口
Original assignee: 株式会社ソキア・トプコン
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: CN1746612A; TWI335416B; JP2006078303A; KR101186420B1; TW200609494A; KR20060023505A; CN100498214C

Description

本発明は、被測定物を被写体として撮像し、この撮像により得られた画像を処理して被測定物の微小寸法を測定する測定装置に関する。

被測定物の微小寸法を測定するものとして、例えば、平行に延設されたガイドレール上にスライド移動自在に配置されたＸ軸フレームと、このＸ軸フレームをガイドレールに沿ってＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動部と、Ｘ軸フレームの長手方向に沿ってスライド移動自在に配置された検出部と、この検出部をＸ軸フレームに沿ってＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動部と、検出部の下方から被測定物を照射する光源部とを備え、検出部を二次元方向に移動させて、被測定物上のパターンの線幅などを測定するようにした二次元測定機が知られている（特許文献１参照）。

特開平７−１２５１２号公報（第２頁から第４頁、図１）

従来の二次元測定機では、１台の検出部で被測定物を測定するようにしているので、被測定物に複数の測定部位が設定されていても、複数の測定部位を同時に測定することができず、測定時間を短縮するには十分ではない。

測定時間を短縮するには、検出部を複数台用意し、各検出部を各測定部位まで同時に移動させる構成を採用することが考えられる。しかし、検出部を複数台用意し、各検出部を各測定部位まで同時に移動させるに際して、例えば、各検出部を独立に駆動する駆動系を単に構成したのでは、駆動系の構成が複雑になるだけで、駆動系の構成によっては、各検出部が互いに干渉し、各検出部を各測定部位まで同時に移動させることができない恐れがある。また、複数の測定部位（測定ポイント）の中から処理に適した測定部位を抽出し、抽出した測定部位を各検出部の移動先として順次振り分けることにつては十分に配慮する必要がある。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数の測定対象を同時に測定するに際して、複数のヘッドの移動先を示す複数の測定ポイントの中から移動に適した測定ポイントを抽出して、各ヘッドに順次振り分けることにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る測定装置においては、２つのヘッドの移動領域に配置された被測定物に対する複数の測定ポイントの位置情報を機械座標に変換する座標変換手段と、前記座標変換手段により座標変換された各測定ポイントの座標を基に、複数の測定ポイントの中から原点に最も近い測定ポイントを１番目の測定ポイントに決定し、以下順次未測定の測定ポイントの中から１つ前の測定ポイントに最も近い測定ポイントを前記２つのヘッドのうちの一方のヘッドの測定ポイントとして決定して測定順序を設定する第１の測定ポイント設定手段と、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントごとに、前記複数の測定ポイントの中から、前記２つのヘッドのうちの他方のヘッドの最大駆動範囲内に存在し、かつ、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントからの距離が、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントへの前記他方のヘッドの近接を許容する最小距離よりも遠い位置に存在する測定ポイントを１つ抽出し、該抽出された測定ポイントを前記第１の測定ポイント手段により設定された各測定ポイントと対応づけて前記他方のヘッドの測定ポイントとして設定する第２の測定ポイント設定手段とを備える。

(作用) ２つのヘッドの移動領域に配置された被測定物に対する複数の測定ポイントの位置情報を機械座標に変換する座標変換手段と、前記座標変換手段により座標変換された各測定ポイントの座標を基に、複数の測定ポイントの中から原点に最も近い測定ポイントを１番目の測定ポイントに決定し、以下順次未測定の測定ポイントの中から１つ前の測定ポイントに最も近い測定ポイントを前記２つのヘッドのうちの一方のヘッドの測定ポイントとして決定して測定順序を設定する第１の測定ポイント設定手段と、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントごとに、前記複数の測定ポイントの中から、前記２つのヘッドのうちの他方のヘッドの最大駆動範囲内に存在し、かつ、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントからの距離が、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントへの前記他方のヘッドの近接を許容する最小距離よりも遠い位置に存在する測定ポイントを１つ抽出し、該抽出された測定ポイントを前記第１の測定ポイント手段により設定された各測定ポイントと対応づけて前記他方のヘッドの測定ポイントとして設定する第２の測定ポイント設定手段とを備えるので、複数の測定対象を同時に測定するに際して、複数のヘッドの移動先を示す複数の測定ポイントの中から移動距離が最短となる測定ポイントを抽出して、各ヘッドに順次振り分けることができるとともに、各ヘッドが互いに干渉することがなくなり、各ヘッドを指定の測定ポイントに迅速に移動させることができて、測定時間の短縮に寄与することが可能になる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る測定装置によれば、複数の測定ポイントの中から移動距離が最短となる測定ポイントを抽出して、各ヘッドに順次振り分けることができるとともに、各ヘッドが互いに干渉することなくなり、各ヘッドを指定の測定ポイントに迅速に移動させることができるので、測定時間の短縮に寄与することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明に係る測定装置の一実施例を示す斜視図、図２は、本発明に係る測定装置の一実施例を示す斜視図であって、ヘッドを省略したときの状態を示す斜視図、図３は、本発明に係る測定装置の一実施例を示すブロック構成図、図４は、フラットパネルの平面図、図５は、測定パターンの拡大平面図、図６は、フルクローズドループ制御系の構成図、図７は、本発明に係る測定装置の作用を説明するためのフローチャート、図８は、測定パターンの中心が画像の中心からずれているときの拡大平面図、図９は、測定パターンの中心を画像の中心に合わせたときの拡大平面図、図１０は、測定ポイントを測定順に並び替えるときの作用を説明するためのフローチャート、図１１は、複数の測定ポイントの配列の一例を示す平面図である。

これらの図において、マルチヘッド測長機１０は、三次元測定装置として、Ｘ−Ｙ座標(機械座標)のＸ軸と平行に配置されたＸ軸用フレーム１２と、Ｘ−Ｙ座標(機械座標)のＹ軸と平行に配置された一対のＹ軸用フレーム１４と、基台１６と、基台１６上に固定された測定テーブル１８と、Ｘ軸用フレーム１２に互いに非同期(独立)で移動可能に配置された複数のヘッド(検出部)２０、２２と、各ヘッド２０、２２を互いに非同期(独立)でＸ軸方向に沿って移動させるためのＸ軸駆動部２４と、ヘッド２０、２２全体をＹ軸方向に沿って移動させるためのＹ軸駆動部２６と、各ヘッド２０、２２を互いに非同期(独立)でＺ軸方向に沿って移動させるためのＺ軸駆動部２８と、各駆動部の駆動を制御するための演算などを行う２台のパーソナルコンピュータ(以下、ＰＣと称する。)３０、３２と、各ＰＣ３０、３２の処理結果などを表示する表示装置３４と、各ＰＣ３０、３２に各種の情報を入力するためのキーボード３６と、各駆動部の駆動方向などを示すためのコントロールボックス３８などを備えて構成されている。

Ｘ軸用フレーム１２の軸方向両端部には摺動部(図示せず)が形成されており、各摺動部は、各Ｙ軸用フレーム１４に沿って摺動可能に構成されている。Ｘ軸用フレーム１２は、Ｙ軸駆動部２６の駆動によってＹ軸方向に沿って移動できるようになっており、Ｙ軸駆動部２６は、複数のＹ軸リニアモータ用マグネット２６ａとＹ軸用リニアモータ用コイル２６ｂを備えたリニアモータで構成されている。リニアモータのコイル２６ｂが通電され、コイル２６ｂに対する通電量および通電方向がＰＣ３０によって制御されると、Ｘ軸フレーム１２がＹ軸方向(Ｙ軸用フレーム１４)に沿って移動するようになっている。すなわち、Ｙ軸駆動部２６の駆動により、ヘッド２０、２２全体がＸ軸フレーム１２の移動に伴ってＹ軸方向に沿って移動できるようになっている。この場合、Ｙ軸駆動部２６は、ヘッド２０、２２をＹ軸方向に沿って移動させる主駆動部を構成することになる。

また、Ｘ軸用フレーム１２には、各ヘッド２０、２２をＸ軸方向(Ｘ軸用フレーム１２)に沿って非同期(独立)で移動させるためのＸ軸駆動部２４が配置されている。Ｘ軸駆動部２４は、Ｘ軸用フレーム１２に沿って配置された複数個のＸ軸リニアモータ用マグネット２４ａと、各ヘッド２０、２２に搭載されたＸ軸リニアモータ用コイル２４ｂとを備えて構成されている。各コイル２４ｂに対する通電量および通電方向をＰＣ３０によって制御することで、各ヘッド２０、２２をＸ軸方向に沿って非同期(独立)で移動させることができる。この場合、リニアモータで構成されたＸ軸駆動部２４は、各ヘッド２０、２２をＸ軸方向に沿って非同期で移動させるＸ方向用補助駆動部を構成することになる。

Ｘ軸用フレーム１２とＹ軸用フレーム１４が固定された基台１６は、ベース上に固定された複数の枠体４０によって支持されており、基台１６上には、マルチヘッド測長機１０の機械座標（Ｘ−Ｙ座標）を構成する測定テーブル１８が配置されている。測定テーブル１８は、両端側がテーブル枠１８ａで支持されており、測定テーブル１８上には、例えば、図４に示すように、被測定物としてのフラットパネル４２が搭載されるようになっている。フラットパネル４２は略長方形形状に形成されており、このフラットパネル４２には、液晶モニタ４４が複数個形成されている。フラットパネル４２の左端側の上部と下部には、アライメントマークＭ１、Ｍ２が形成されている。また、各液晶モニタ４４には、測定ポイント(管理ポイント)Ｐ１〜Ｐ４が設定されているとともに、図５に示すように、測定対象として、駆動回路などを構成するパターンＰＴ１、ＰＴ２、……が形成されている。

ヘッド２０、２２は、フラットパネル４２の被測定領域に配置された液晶モニタ４４を臨む空間をヘッド２０、２２の移動領域として、この移動領域において三次元方向に沿って移動可能に配置されている。各ヘッド２０、２２は、ヘッド本体としての基準カメラユニット４６、従属カメラユニット４８を備えている。基準カメラユニット４６と従属カメラユニット４８はそれぞれ鏡筒５０を備えており、各鏡筒５０内には、フラットパネル４２上の液晶モニタ４４を被写体として、液晶モニタ４４上のパターンを撮像するための撮像手段として、対物レンズ５２とカメラ５４が収納されている。対物レンズ５２、カメラ５４は、電子顕微鏡としての機能を備え、液晶モニタ４４上のパターンを拡大して撮像し、撮像した画像に関する信号をケーブル(図示せず)を介してＰＣ３０に転送するようになっている。また、カメラ５４としては、例えば、１００万画素デジタルカメラが２台、高倍率用のカメラと中倍率用のカメラとして設けられているとともに、カラーカメラが２台、低倍率用のカメラと高視野用のカメラとして設けられている。４台のカメラ５４はそれぞれ鏡筒５０内に収納され、基準カメラユニット４６内のカメラ５４はそれぞれＰＣ３０の画像ボード５６に接続され、従属カメラユニット４８内のカメラ５４はそれぞれＰＣ３２の画像ボード５８に接続されている。

また、各鏡筒５０は、撮像手段のフォーカシングのために、撮像手段を各ＰＣ３０、３２からの制御信号にしたがってＺ軸方向に沿って移動させるためのＺ方向用補助駆動部としてのＺ軸サーボモータ６０、６２にそれぞれ連結されている。この場合、一方のＺ軸サーボモータ６０はＺ１軸サーボモータとして機能し、他方のＺ軸サーボモータ６２はＺ２軸サーボモータとして機能し、一方の鏡筒５０内の対物レンズ５２と複数台のカメラ５４がＺ１軸に沿って往復動でき、他方の鏡筒５０内の対物レンズ５２と複数台のカメラ５４がＺ２軸に沿って往復動できるようになっている。そして各ヘッド２０、２２のＺ軸方向における高さ、すなわち測定テーブル１８からの高さはそれぞれスケール６４によって検出され、検出値はそれぞれＰＣ３０のカウンタボード６６を介してＰＣ３０に出力されるようになっている。

また、各カメラ５４の撮像による画像を処理してフォーカシングを行うために、オートフォーカス装置６８、７０が複数台設けられており、各オートフォーカス装置６８、７０は接続ターミナル７２を介してＰＣ３０に接続されている。

さらに、各ヘッド２０、２２には、ＰＣ３０からの制御信号に応答して、各ヘッド２０、２２をＹ軸方向に沿って非同期で移動させるＹ方向用補助駆動部としてのＹ軸サーボモータ７４、７６が設けられている。Ｙ軸サーボモータ７４は、Ｙ１Ｓサーボモータとして、ヘッド２０をＹ軸用フレーム１４と平行なＹ１Ｓ軸に沿って微小範囲だけ往復動させることができるようになっている。また他方のＹ軸サーボモータ７６は、Ｙ２Ｓサーボモータとして、ヘッド２２をＹ軸用フレーム２０と平行なＹ２Ｓ軸に沿って微小範囲だけ往復動させることができるようになっている。

ここで、各ヘッド２０、２２のＸ軸方向における位置決めを高精度に行うために、Ｘ軸駆動部２４には、図６に示すように、フルクローズドループ(ＦｕｌｌＣｌｏｓｅｄＬｏｏｐ)制御系が構成されている。

具体的には、Ｘ軸(Ｘ軸フレーム１２)と平行にマグネット２４ａが複数個配置されているとともに、Ｘ軸と平行に、各ヘッド２０、２２の移動を案内するためのリニアガイド７８とガラススケール８０が配置されている。そして、各ヘッド２０、２２には位置センサ(リニアセンサ)８２が搭載されており、各位置センサ８２はガラススケール８０の目盛りを検出し、検出信号をスケールカウンタ８４に出力するようになっている。スケールカウンタ８４は位置センサ８２の検出信号に応答して、ガラススケール８０上の目盛りの数をカウントし、カウント値をモニタドライバ８６に出力するようになっている。モニタドライバ８６は、リニアモータ（２４ａ）とＰＣ３０に各ヘッド２０、２２の位置情報を出力し、ＰＣ３０は、各ヘッド２０、２２の位置情報を基に各ヘッド２０、２２上のコイル２４ｂに対する通電量および通電方向を制御することができるとともに、各ヘッド２０、２２のＸ軸方向における位置決めを高精度に制御することができるようになっている。

また、Ｙ軸駆動部２６においても、Ｘ軸駆動部２４と同様に、位置センサなどを用いてフルクローズドループ制御系を構成することで、各ヘッド２０、２２のＹ軸方向における位置決めを高精度に行うことができる。

一方、ＰＣ３０とＰＣ３２はＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）を介して互いに接続されている。ＰＣ３０は、Ｘ軸駆動部２４、Ｙ軸駆動部２６、Ｚ軸駆動部２８の駆動を制御する制御部としての機能を備えているとともに、ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４の撮像による画像を処理し、処理結果を基に液晶モニタ４４上のパターンに関する微小寸法を算出する画像処理部としての機能を備えて構成されている。ＰＣ３２は、ヘッド２２に搭載されたカメラ５４の撮像による画像を処理し、処理結果をＰＣ３０に転送するように構成されている。

また、ＰＣ３０は、ヘッド２０、２２の移動を制御するに際して、ヘッド２０、２２の移動先を示す測定ポイントをそれぞれＸ-Ｙの座標に対応づけて設定し、設定された測定ポイントの座標を基にヘッド２０、２２全体を一次元の方向、すなわちＹ軸方向に沿って移動させ、ヘッド２０、２２が各測定ポイント近傍に到達したときに、ヘッド２０、２２を一次元の方向、例えば、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿って非同期で移動させたり、あるいは二次元の方向、例えば、Ｘ方向とＹ軸方向に沿ってそれぞれ非同期で移動させたりして、各ヘッド２０、２２をそれぞれ測定ポイントに位置決めし、位置決めされたヘッド２０、２２に対して撮像を指令し、各ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４の撮像により得られた画像を処理し、処理結果を基に液晶モニタ４４上のパターンの微小寸法を測定するようになっている。

具体的には、ＰＣ３０は、図３に示すように、画像処理および測定に必要な機能としてＣＩＭアプリケーション(コンピュータ統合生産アプリケーション)８８、コントロールソフトウエア９０、制御ソフトウエア９２、システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４等を備え、ＰＣ３２は、画像処理および測定に必要な機能としてシステムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９６を備えて構成されている。ＣＩＭアプリケーション８８は、コントロールソフトウエア９０に対するクライアントとして、上位のサーバと情報の授受を行い、製造ラインのシステムに関する各種情報を取り込み、レシピの指定や基板の番号に関する情報などをコントロールソフトウエア９０に転送し、コントロールソフトウエア９０に対してリモートコントロールするようになっている。コントロールソフトウエア９０は、各システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４、９６に対するクライアントとして、測定ポイントにティーチングマクロを割り付けて測定を行うための測定指示を各システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４、９６に出力するとともに、測定ポイントに４台のカメラのうちいずれかのカメラを振り分けるための指示などを各システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４、９６に出力するようになっている。さらにコントロールソフトウエア９０は、制御ソフトウエア９２に対するクライアントとして、Ｘ軸駆動部２４、Ｙ軸駆動部２６に対する動作を指示するための動作指示を制御ソフトウエア９２に出力するようになっている。

システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４は、ヘッド２０に搭載されたカメラ５４のうちいずれかのカメラ５４を選択するための指令を基準カメラユニット４６に出力するとともに、選択されたカメラ５４からの画像を画像ボード５６を介して取り込み、取り込んだ画像を処理し、処理結果を基にパターンに関する微小寸法を算出したり、処理結果を基に、ヘッド２０をフィードバック制御するために、Ｘ軸駆動部２４、Ｙ軸サーボモータ６２に対する動作支持を制御ソフトウエア９２に出力するようになっている。またシステムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９６は、ヘッド２２に搭載されたカメラ５４のうちいずれかのカメラ５４を選択するための指令を従属カメラユニット４８に出力するとともに、選択されたカメラ５４からの画像を取り込んで処理し、処理結果を制御ソフトウエア９２に出力するとともに、処理結果を基にヘッド２２をフィードバック制御するために、Ｘ軸駆動部２４とＹ軸サーボモータ６４に対する動作指示を制御ソフトウエア９２に出力するようになっている。

制御ソフトウエア９２は、コントロールソフトウエア９０、システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４、９６からの動作指示を基にＸ軸駆動部２４、Ｙ軸駆動部２６、Ｚ軸駆動部２８を駆動するための制御信号を生成し、生成した制御信号をコントローラ９８を介してＸ軸駆動部２４、Ｙ軸駆動部２６、Ｚ軸駆動部２８等に出力するようになっている。またスケール６４からヘッド２０、２２内のカメラの高さに関する情報を取り込み、オートフォーカス装置６８またはオートフォーカス装置７０に対してオートフォーカス制御信号を出力し、オートフォーカスを行うための制御信号をコントローラ９８を介してＺ軸サーボモータ６０、６２に出力するようになっている。さらに、制御ソフトウエア９２は、ヘッド２０、２２に設けられた照明装置１００に対する照明制御信号を生成し、この照明制御信号をコントローラ９８を介して照明装置１００に出力するようになっている。各ヘッド２０、２２に搭載された照明装置１００は、ヘッド２０、２２からヘッド２０、２２の下方を照明するようになっている。なお、システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４、９６と制御ソフトウエア９２との間では、オートフォーカスを行うための情報、照明装置１００を制御するための情報、各駆動部を制御するための情報などがソケット通信によって行われるようになっている。

次に、マルチヘッド測長機１０の制御方法を図７のフローチャートにしたがって説明する。まず、オペレータがレシピファイルを開くための操作を行うと(ステップＳ１)、ＰＣ３０のハードディスクに格納されたレシピファイルが開かれ(ステップＳ２)、レシピファイルの内容がコントロールソフトウエア９０に読み込まれる。すなわち、ヘッド２０、２２の移動先を示す複数の測定ポイントや測定方法などに関する情報が読み込まれる。

次に、オペレータが実行ボタンを押すと(ステップＳ３)、コントロールソフトウエア９０において、アライメント処理として、ヘッド２０、２２を１番目の測定ポイントに移動させるに先立って、アライメント測定が行われる（ステップＳ４）。このアライメント測定は、図４に示すように、フラットパネル４２上に形成されたアライメントマークＭ１、Ｍ２の位置を検出するために、例えば、ヘッド２０をアライメントマークＭ１、Ｍ１に対応する位置に配置し、Ｙ軸駆動部２６を駆動させて、Ｘ軸フレーム１２をＹ軸方向に沿って移動させ、ヘッド２０に搭載されたカメラ５４によってアライメントマークＭ１、Ｍ２を順次撮像し、この撮像による画像をＰＣ３０で処理し、この処理結果を基にフラットパネル４２の位置が決まる。

そして、複数の測定ポイントを測定順に並び替えるためのスケジュール処理が実行される(ステップＳ５)。各ヘッド２０、２２に関する測定ポイントが測定順に順次選択されたときには、まず１番目の測定ポイントの位置とティーチングマクロが抽出され(ステップＳ６)、１番目の測定ポイントの位置とティーチングマクロ名がコントロールソフトウエア９０からシステムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４に転送される(ステップＳ７)。システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４においては、１番目の測定ポイントの位置とティーチングマクロ名を基にティーチングマクロを作成する(ステップＳ８)。すなわち、１番目の測定ポイントの位置をＸ−Ｙ座標に座標変換するための処理を行う。ティーチングマクロを作成する処理が終了したときには、システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４からコントロールソフトウエア９０に対して作成完了を送信する（ステップＳ９）。なお、Ｘ−Ｙ座標の原点は、図１の左下側に便宜上設けてあるが、ＸＹの移動中心であってもよい。

次に、コントロールソフトウエア９０は、ヘッド２０、２２を１番目の測定ポイント近傍に移動するための処理として、ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４の現在位置と１番目の測定ポイントとの差を基に移動量および移動方向を算出するための処理を実行し(ステップＳ１０)、処理結果を制御ソフトウエア９２に出力する。この処理結果に従って制御ソフトウエア９２が処理を実行すると、ヘッド２０、２２の粗動として、Ｙ軸駆動部２６が駆動され、ヘッド２０、２２全体がＸ軸フレーム１２に沿って移動し、各ヘッド２０、２２が１番目の測定ポイント近傍まで移動する(ステップＳ１１)。

ヘッド２０、２２が１番目の測定ポイント近傍に位置決めされたときには、制御ソフトウエア９２からコントロールソフトウエア９０に対して移動完了が指令される(ステップＳ１２)。

コントロールソフトウエア９０は、ヘッド２０、２２の位置をフィードバック制御するための処理をシステムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４に指令する(ステップＳ１３)。システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４は、ヘッド２０を微動させるために、ヘッド２０に搭載されたカメラ５４からの画像を処理し、Ｘ軸とＹ軸における現時点でのカメラ５４の位置と１番目の測定ポイントとの差をそれぞれ０にするための動作指示（動作指令）を制御ソフトウエア９２に出力する(ステップＳ１４)。このときシステムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９６においても、ヘッド２２を微動させるために、ヘッド２２に搭載されたカメラ５４からの画像を処理し、Ｘ軸とＹ軸における現時点のカメラ５４の位置と測定ポイントとの差をそれぞれ０にするための動作指示（動作指令）を制御ソフトウエア９２に出力する。制御ソフトウエア９２は、システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４、９６からの動作指示を基に、ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４を１番目の測定ポイントに位置決めするための制御信号を生成し、制御信号をＸ軸駆動部２４とＹ軸サーボモータ７４、７６に出力し、ヘッド２０、２２の微動により、ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４を１番目の測定ポイントに位置決めする(ステップＳ１５)。

各ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４が１番目の測定ポイントに位置決めされたときには、各ヘッド２０、２２をＺ軸サーボモータ６０、６２の駆動により、Ｚ軸方向に移動させてフォーカシングを行う。このフォーカシングが行われたときには、１番目の測定ポイントにおけるパターンを各ヘッド２０、２２のカメラ５４で撮像し、この撮像による画像をＰＣ３０で処理する。この場合、図８に示すように、撮像によって得られたパターンと予め登録された登録パターンとのパターンマッチングを行い、撮像によって得られたパターンの中心（丸のパターン）が画像の中心にないときには、Ｙ軸サーボモータ７４、７６を駆動し、図９に示すように、丸印のパターンが画像の中心になるように位置決めする。この後、再びカメラ５４により１番目の測定ポイントのパターンを撮像し、撮像によって得られた画像を処理し、例えば、図５に示すように、測定ポイントＰ１、Ｐ２における微小寸法のパターンＰＴ１、ＰＴ２の線幅（数μｍオーダの線幅）などを測定する。

１番目の測定ポイントＰ１、Ｐ２に関する測定が完了したときには、システムインターフェイス(ＳＣＡＭ)９４からコントロールソフトウエア９０に対して測定完了を送信する(ステップＳ１６)。測定完了の通知を受けたコントロールソフトウエア９０は、全ての測定ポイントに関する測定が完了したか否かを判定し(ステップＳ１７)、全ての測定ポイントに関する測定が完了していないとき、例えば、１番目の測定ポイントに関する測定が完了したあとは、２番目の測定ポイントを測定するための処理として、ステップＳ５の処理に戻り、ステップＳ６からステップＳ１７までの処理を繰り返す。そして全ての測定ポイントに関する測定が完了したときには、コントロールソフトウエア９０から表示装置３４に対して測定完了を表示するための信号を送信し(ステップＳ１８)、このルーチンでの処理を終了する(ステップＳ１９)。

次に、測定ポイントを測定順に並び替えるスケジュール処理を図１０のフローチャートにしたがって説明する。まず、アライメント処理（ステップＳ４と同様の処理）を実行し（ステップＳ２０）、その後、レシピファイルに登録された測定ポイントＰ１〜Ｐｎを機械座標に変換する(ステップＳ２１)。このあと、機械座標の原点に１番近い測定ポイントをヘッド２０の１番目の測定ポイントとして並び替えリストに登録し(ステップＳ２２)、ｎ＝１とする(ステップＳ２３)。このあと並び替えリストに登録されていない測定ポイントが存在するか否かの判定を行う(ステップＳ２４)。この場合、図１１に示すように、測定ポイントＰ１〜Ｐｎのうち測定ポイントＰ１のみがヘッド２０の１番目の測定ポイントに登録され、それ以外の測定ポイントは並べ替えリストに登録されていないため、ステップＳ２５の処理に移り、ヘッド２０のｎ点目(１番目)の測定ポイントＰ１を基準として、Ｙ軸方向においてＹ軸サーボモータ７４が微動可能な最大駆動範囲に属する測定ポイントを抽出する。このあとステップＳ２５における条件を満たす測定ポイントが抽出されたか否かの判定、すなわち、ヘッド２２の１番目の測定ポイントとなる測定ポイントが存在するか否かの判定を行う(ステップＳ２６)。測定ポイントが存在するときには、ヘッド２０の１番目の測定ポイントＰ１の座標を基準として、Ｘ軸方向において、ヘッド２０とヘッド２２とが互いに近づけられる最小距離（ヘッド２０、２２同士の近接が許容される最小距離）よりも大きい範囲に存在する測定ポイントを抽出する(ステップＳ２７)。このあとステップＳ２７における条件を満足する測定ポイントが抽出されたか否かの判定、すなわちヘッド２２の１番目の測定ポイントとなる測定ポイントが存在するか否かの判定を行う(ステップＳ２８)。

次に、ヘッド２２の１番目の測定ポイントとなる測定ポイントが存在すると判定されたときには、存在する測定ポイントが奇数個か否かの判定を行う(ステップＳ２９)。例えば、存在する測定ポイントとして、３個の測定ポイントＰ２、Ｐ３、Ｐ４が抽出されたときには、３個の測定ポイントのうち中央の測定ポイントＰ３をヘッド２２のｎ点目(１番目)の測定ポイントとして並べ替えリストに登録する(ステップＳ３０）。

一方、存在する測定ポイントが複数個存在する場合、例えば、４個の測定ポイントＰ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５存在する場合、中央の２つの測定ポイントＰ３、Ｐ４のうちヘッド２２に近い方の測定ポイントをヘッド２２のｎ点目(第１番目)の測定ポイントとして並べ替えリストに登録する(ステップＳ３１)。

一方、ステップＳ２６において、ヘッド２２の１番目の測定ポイントとなる測定ポイントが存在しないと判定されたとき、すなわち、ステップＳ２５における条件を満足する測定ポイントが抽出されなかったとき、あるいはステップＳ２８において、ヘッド２２の１番目の測定ポイントとなる測定ポイントが存在しないと判定されたとき、すなわち、ステップＳ２７における条件を満足する測定ポイントが抽出されなかったときには、ヘッド２２に関する測定ポイントが抽出されず、ヘッド２０、２２を用いて同時に測定することが不可能であるとして、ヘッド２２のｎ点目(第１番目)の測定ポイントの欄を空にする(ステップＳ３２)。

次に、全ての測定ポイントが並べ替えリストに登録されたか否かの判定を行い(ステップＳ３３)、１番目の測定ポイントＰ１が登録されたときには、ステップＳ３４に移り、ｎ＝２とする。次に、ヘッド２０の(ｎ−１)点目から１番距離の近い測定ポイントをヘッド２０のｎ点目の測定ポイントとする(ステップＳ３５)。すなわち、複数の測定ポイントの中からヘッド２０の１番目の測定ポイントＰ１から１番距離の近い測定ポイントをヘッド２０の２番目の測定ポイントとする。例えば、測定ポイントＰ２または測定ポイントＰ６をヘッド２０の２番目の測定ポイントとして並べ替えリストに登録し、ステップＳ２４の処理に戻る。

ステップＳ２４においては、この場合、測定ポイントＰ１〜Ｐｎのうちヘッド２０、２２の１番目の測定ポイントのみが登録され、それ以外の測定ポイントは並べ替えリストに登録されていないため、ステップＳ２５の処理に移り、ヘッド２０のｎ点目(２番目)の測定ポイントを基準として、Ｙ軸方向においてＹ軸サーボモータ７４が微動可能な最大駆動範囲に属する測定ポイントを抽出する。このあとは、ステップＳ３５まで同様な処理を繰り返し、全ての測定ポイントが並び替えリストに登録されたときには、このルーチンでの処理を終了する。

本実施例においては、２つのヘッドの移動領域に配置された被測定物に対する複数の測定ポイントの位置情報を機械座標に変換する座標変換手段（２１）と、前記座標変換手段により座標変換された各測定ポイントの座標を基に、複数の測定ポイントの中から原点に最も近い測定ポイントを１番目の測定ポイントに決定し、以下順次未測定の測定ポイントの中から１つ前の測定ポイントに最も近い測定ポイントを前記２つのヘッドのうちの一方のヘッドの測定ポイントとして決定して測定順序を設定する第１の測定ポイント設定手段と（Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５）、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントごとに、前記複数の測定ポイントの中から、前記２つのヘッドのうちの他方のヘッドの最大駆動範囲内に存在し、かつ、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントからの距離が、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントへの前記他方のヘッドの近接を許容する最小距離よりも遠い位置に存在する測定ポイントを１つ抽出し、該抽出された測定ポイントを前記第１の測定ポイント手段により設定された各測定ポイントと対応づけて前記他方のヘッドの測定ポイントとして設定する第２の測定ポイント設定手段（Ｓ２４〜Ｓ３１）とを備えるので、ヘッド２０、２２の移動先を示す複数の測定ポイントＰ１〜Ｐｎの中から移動距離が最短となる測定ポイントを抽出して、各ヘッド２０、２２に順次振り分けることができ、測定時間の短縮に寄与することが可能になる。

本実施例におけるＰＣ３０においては、複数の測定ポイントＰ１〜Ｐｎの並べ替え処理を実行するに際して、複数の測定ポイントの位置情報を機械座標に変換する座標変換手段（２１）と、前記座標変換手段により座標変換された各測定ポイントの座標を基に、複数の測定ポイントの中から原点に最も近い測定ポイントを１番目の測定ポイントに決定し、以下順次未測定の測定ポイントの中から１つ前の測定ポイントに最も近い測定ポイントを前記２つのヘッドのうちの一方のヘッドの測定ポイントとして決定して測定順序を設定する第１の測定ポイント設定手段ごとに、前記複数の測定ポイントの中から、前記２つのヘッドのうちの他方のヘッドの最大駆動範囲内に存在し、かつ、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントからの距離が、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントへの前記他方のヘッドの近接を許容する最小距離よりも遠い位置に存在する測定ポイントを１つ抽出し、該抽出された測定ポイントを前記第１の測定ポイント手段により設定された各測定ポイントと対応づけて前記他方のヘッドの測定ポイントとして設定する第２の測定ポイント設定手段（Ｓ２４〜Ｓ３１）とをＰＣ（コンピュータ）３０に実行させるための測定ポイント振り分けプログラムが実行されることになる。

この場合、第１の測定ポイント設定手段としては、座標変換手段により座標変換された各測定ポイントの座標を基に機械座標の原点に近い測定ポイントまたは前回抽出された測定ポイントに近い測定ポイントを複数の測定ポイントＰ１〜Ｐｎの中から順次抽出する構成とし、第２の測定ポイント設定手段としては、第１の測定ポイント設定手段により順次設定された各測定ポイントの座標を基準として、他方のヘッド２２の最大駆動範囲内に存在し、かつ各ヘッド２０、２２同士の近接を許容する最小距離よりも大きい位置に存在する測定ポイントを複数の測定ポイントＰ１〜Ｐｎの中から順次抽出する構成とすることができる。この結果、各ヘッド２０、２２が互いに干渉することなく、各ヘッド２０、２２を指定の測定ポイントに迅速に移動させることができる。

本実施例においては、ヘッド２０、２２を各測定ポイントに移動させるに際して、各測定ポイント近傍までヘッド２０、２２をＹ軸方向に沿って移動させ、そのあとヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４の撮像による画像を基にヘッド２０、２２をＸ軸方向に沿ってそれぞれ非同期で移動させるとともに、Ｙ１Ｓ軸またはＹ２Ｓ軸に沿ってそれぞれ非同期でヘッド２０、２２を移動させて位置決めするようにしたため、各ヘッド２０、２２を指定の測定ポイントまで迅速に移動させることができる。そして、測定ポイントに到達したときに、各測定ポイントにおけるパターンの微小寸法をそれぞれヘッド２０、２２を用いて同時に測定することで、タクトタイムを短縮することができる。

また、ヘッド２０、２２に搭載されたカメラ５４を用いてそれぞれパターンを撮像し、撮像した画像を処理して得られたパターンと登録パターンとのパターンマッチングにおいて、両者の間に微小のずれがあるときには、ずれを検出したヘッド２０またはヘッド２２をＹ軸サーボモータ７４または７６の駆動によって微小範囲だけＹ１Ｓ軸またはＹ２Ｓ軸に沿って移動させることで、ずれを修正することができる。

本発明に係る測定装置の一実施例を示す斜視図である。本発明に係る測定装置の一実施例を示す斜視図であって、ヘッドを省略したときの状態を示す斜視図である。本発明に係る測定装置の一実施例を示すブロック構成図である。フラットパネルの平面図である。測定パターンの拡大平面図である。フルクローズドループ制御系の構成図である。本発明に係る測定装置の作用を説明するためのフローチャートである。測定パターンの中心が画像の中心からずれているときの拡大平面図である。測定パターンの中心を画像の中心に合わせたときの拡大平面図である。測定ポイントを測定順に並び替えるときの作用を説明するためのフローチャートである。複数の測定ポイントの配列の一例を示す平面図である。

符号の説明

１０マルチヘッド測長機
１２Ｘ軸用フレーム
１４Ｙ軸用フレーム
１６基台
１８測定テーブル
２０、２２ヘッド
２４Ｘ軸駆動部
２６Ｙ軸駆動部
２８Ｚ軸駆動部
３０、３２ＰＣ
４２フラットパネル
４４液晶モニタ
５４カメラ
６０、６２Ｚ軸サーボモータ
７４、７６Ｙ軸サーボモータ

Claims

２つのヘッドの移動領域に配置された被測定物に対する複数の測定ポイントの位置情報を機械座標に変換する座標変換手段と、前記座標変換手段により座標変換された各測定ポイントの座標を基に、複数の測定ポイントの中から原点に最も近い測定ポイントを１番目の測定ポイントに決定し、以下順次未測定の測定ポイントの中から１つ前の測定ポイントに最も近い測定ポイントを前記２つのヘッドのうちの一方のヘッドの測定ポイントとして決定して測定順序を設定する第１の測定ポイント設定手段と、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントごとに、前記複数の測定ポイントの中から、前記２つのヘッドのうちの他方のヘッドの最大駆動範囲内に存在し、かつ、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントからの距離が、前記第１の測定ポイント設定手段により設定された各測定ポイントへの前記他方のヘッドの近接を許容する最小距離よりも遠い位置に存在する測定ポイントを１つ抽出し、該抽出された測定ポイントを前記第１の測定ポイント手段により設定された各測定ポイントと対応づけて前記他方のヘッドの測定ポイントとして設定する第２の測定ポイント設定手段とを備える測定装置。