JPH03110404A - 微小寸法測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔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。

〔従来の技術〕

基本的な寸法測定装置の構成（例えば、特開昭５９−１
７６６０５号公報に記載）としては、第２図に示すよ５
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、ＴＶ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、第３図に示すように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ｌｉＫ対応する映像信号なＮ分解
した各画素位置とそれぞれの輝度により、輝度一画素特
性が得られる。この特性より９寸法を求めるが、従来の
処理方法としては、第３図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、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かも被測定
物７までの被写体距離により決ま魯 る０あらかじめ求めた係数ｋを乗じて対応する被測定物
７０寸法値Ｘを求めていた。

Ｘ＝に−Ｎａｂ なお９本説明におけるａ、　ｂの部分を、ここでは被測
定物７の輪郭と呼ぶ。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。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の方法において、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。

上記のように、顕微鏡の分解能は上式のように表わされ
るが、現状の光学顕微鏡では、入＝０．５５ｐｍ、ＮＡ
＝０．９であり、ａ＝０．３μｍが寸法測定の限界であ
る。

すなわち、ＴＶ右カメラで撮像した１水平走査線ｌｉに
対応する映像信号の輝度分布は、第４図のように２分解
能α以上の実寸法の被測定物画像７１の場合は、最小輝
度レベル３′が所定の一定値となるが２分解能α以下の
実寸法の被測定物画像７／、　７／ｌは、実寸法が小さ
くなるにつれて１図のように最小輝度レベル３／１，３
／／ｌ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１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、第４図に示すように、それぞれ
の位置差Ｎ’ａｂ、Ｎ′＃ａｂに差は認められなくなり
。

第５図に示す如（、実寸法と測定値の間に誤差を生ずる
結果となる。

本発明は、これらの欠点を除去し、α以下の被測定物に
対しても２寸法測定ができるようにすることを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するため、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。

〔作用〕

その結果、顕微鏡の分解能α以上の寸法測定では、被測
定物画像の輪郭間の位置差に基づいて寸法測定を行ない
分解能α以下の寸法測定では９画像の輝度情報に基づい
て寸法測定を行なうため。

分解能α以下の寸法測定が正確にできる。

〔実施例〕

以下９本発明な一実施例によって説明する。第１図は、
第２図に示すＴＶ右カメラで被測定物７を撮像し１寸法
測定をする１走査線に対応する映像信号を適宜９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％
レヘルレベ値３を０％レベルとし、５０％のスレッシュ
ホールドレベル４の値Ｔｔ、を定め。

このスレッシュホールドレベル４と同ＬＪ［レベルの画
素ａ、ｂの番地を求める。そして２画素ａ。

５間の全ての番地の輝度レベルＶｉを加算し１画素ａ、
　　５間の輝度レベルＶｉの積分値Ｓを次式により得る
。

ここで、この積分値Ｓは、第４図にも示す如（。

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ＳＫ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。

なお２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、つね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を積分値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は次式により表わされる以上の説
明は、顕微鏡の分解能α以下の場合の寸法測定方法であ
り２分解能α以上の寸法測定においては従来の被測定物
画像の輪郭間の位置差に基づく測定方法を併用すること
により９本発明の測定方法は９分解能α以上から以下ま
での被測定物の寸法測定において、第５図に示すように
、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。

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ば言うまでもない。

Ｃ発明の効果〕 以上説明した如く２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。

実寸法値に近い高精度の寸法測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の演算処理方法を説明するための輝度一
画素特性図、第２図は基本的な寸法測定装置全体のブロ
ック図、第３図は被測定画像とその映像信号の輝度分布
の関係を示す図、第４図は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、第５図
は実寸法と測定値の特性図である。 １：輝度一画素特性曲線、２：最大輝度レベル。 ３：最小輝度レベル、４：スレッシェホールドレベル、
５：顕微鏡、６：光源、７：被測定物、８：ＴＶ左カメ
ラ９：演算処理装置、１０：ＴＶモニタ〇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、得られた映像信号から所定の輝度レベルに一致
   する２点の信号位置を抽出し、この２点間の位置差情報
   に基づき上記被測定物の寸法を算出測定する装置におい
   て、上記２点間の位置情報と該２点間に含まれる映像信
   号の輝度レベルの積分値に基づき、上記被測定物の寸法
   を算出することを特徴とする微小寸法測定方法。