JP5319063B2 - 線幅測定装置 - Google Patents
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Description
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。)。
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。
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、即ち(観察視野内))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。
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。
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。
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。
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、撮像ヘッド部間に生じる位置ずれ量を測定する手段を備え、測定された位置ずれ量に対応して上数の撮像ヘッド部の位置ずれ量を補正するものである。
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。
また本発明によれば、撮像ヘッド間に生じる位置誤差を、画像計測機能を用いて予め測定し、その測定結果をステージの位置移動を行う際にオフセット値として管理する。これにより、撮像ヘッドの違いを自動的に補正することができる。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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の基板の輪郭(基板端)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(観察視野)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(観察視野)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、位置補正を必要とする測定エラーと言える。以下、詳細に説明する。
△X = YP1-P2× sin θ‥‥‥式(1)
△Y = YP1-P2×( 1 − cos θ)‥‥‥式(2)
このようにずれていると、撮像ヘッド部それぞれの視野(観察視野)の範囲(各ポイント P1 、P2 、P2′を囲んでいる方形の枠)内に、ずれた測定ポイントが入らないため位置補正が必要となってくる。この現象は、顕微鏡の拡大倍率が大きいほど顕著になってくる。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。)。
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。
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。
これらのデータから、X 軸の移動量( X1 + XAL_offset)、Y1 軸の移動量( Y1 + YAL_offset)、Y2 軸の移動量( Y2 + YAL_offset + YAL_angle)、及び△X2 軸の移動量( X2 − X1 + YAL_offset+ YAL_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(観察視野)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。
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 )。
現在の測定ポイント P1 、P2 を中心とした視野(観察視野)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。
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。
本発明を用いた実施例を、図1と図17により説明する。図17は、本発明の他の実施例の2ヘッド方式の LCD 線幅測定装置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図である。
この場合、測定して、補正する値は、図17に示す△X 22′と△Y 23′である(これを以後、撮像ヘッド間のオフセットと称す)。
△X′= b2x − b1x ‥‥‥式(3)
△Y′= b2y − b1y ‥‥‥式(4)
このため、位置座標( bx −△x ,by −△y )に移動していることになる。
従って、撮像ヘッド 11 を測定ポイント P2 に移動させるための補正値(△x ,△y )を加えて、撮像ヘッド 11 を位置座標( bx +△x ,by +△y )に移動させる。これにより、撮像ヘッド 11 は、測定ポイント P2 に移動することができる。
このように、アライメント処理を行なう際に撮像ヘッド 11 で求められる座標 n( xn ,yn )に(−△x 、−△y )を加えることで、2つの撮像ヘッドを用いてアライメント処理を行なうことを可能にする。即ち、( xn −△x ,yn −△y )が撮像ヘッド 11 の補正された移動位置である。
即ち、本発明は撮像ヘッド間に生じる位置誤差を、画像計測機能を用いて予め測定し、その測定結果をステージの位置移動を行う際にオフセット値として管理する。これにより、撮像ヘッドの違いを自動的に補正することができる。
Claims (1)
- 板状の被測定対象物の一部を拡大撮像可能な第1の撮像ヘッド部及び第2の撮像ヘッド部と、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部のそれぞれに設けた第1の透過照明及び第2の透過照明と、画像処理部と、ステージ制御部と、制御PCとを備え、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の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上記板状の被測定対象物に形成または塗布された膜パターン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、
上記ステージ制御部の制御に応じて上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部をX軸方向に移動するX軸移動手段と、
上記ステージ制御部の制御に応じて上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部のそれぞれを上記X軸方向と直交するY軸方向に独立に移動する第1のY軸移動手段及び第2のY軸移動手段と、
上記ステージ制御部の制御に応じて上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部の位置を上記X軸方向に個々に補正する第1の微小位置補正手段及び第2の微小位置補正手段と、
上記ステージ制御部の制御に応じて上記X軸移動手段、上記第1のY軸移動手段及び上記第2のY軸移動手段、並びに上記第1の微小位置補正手段及び上記第2の微小位置補正手段に連動して、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部とそれぞれ対となって動作し、上記第1の透過照明及び上記第2の透過照明を上記X軸方向及び上記Y軸方向に移動する透過照明軸機構と、を備え、
上記画像処理部は、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部が上記ステージ制御部の制御に応じて取得した画像を解析して、上記被測定対象物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、上記制御PCは、上記取得した位置座標から、上記X軸移動手段の移動量、上記第1のY軸移動手段の移動量、上記第2のY軸移動手段の移動量、及び上記第2の微小位置補正手段の移動量を求め、上記ステージ制御部は、当該求めた各移動量に基づいて上記被測定対象物の上記所望の測定対象箇所の視野範囲内に上記第1の撮像ヘッド部の第1の測定ポイント及び上記第2の撮像ヘッド部の第2の測定ポイントが映し出される位置に、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部を移動し、
上記画像処理部は、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部が移動した位置で上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部が上記ステージ制御部の制御に応じてそれぞれ取得した画像の一部と、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、測定対象箇所の視野範囲の中心に上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部を移動させるための上記第1のY軸移動手段の移動量及び上記第1の微小位置補正手段の移動量、並びに、上記第2のY軸移動手段の移動量及び上記第2の微小位置補正手段の移動量を算出し、上記制御PCは、上記X軸移動手段の移動量を固定したまま、当該算出した各移動量で上記ステージ制御部を制御して、上記第1のY軸移動手段、上記第1の微小位置補正手段、上記第2のY軸移動手段、及び上記第2の微小位置補正手段によって上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部を移動させ、その後、上記第1の撮像ヘッド部及び上記第2の撮像ヘッド部によって画像を取得させ、上記の被測定対象物に形成または塗布された膜パターンの所望の箇所の測定または検査を同時に行い、1度上記第2の微小位置補正手段による位置補正を実行後は測定ポイントの移動毎に上記第2の微小位置補正手段による位置補正を行わないことを特徴とする線幅測定装置。
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