JPH06174549A - 顕微分光装置における画像位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定して被測定部位の位置検出を行うことが
できる顕微分光装置における画像位置検出装置を提供す
る。 【構成】 大小２つの基準画像が撮像領域の画像位置特
定に先立ってメモリに記憶される。すなわち、撮像ユニ
ット７０によって撮像された像のうちピンホール４１が
反射鏡に設けられていることによって生ずる黒点状の被
測定物の像欠損部分４１ａを除く像の部分像が第１の基
準画像として、またその部分像とその周辺の像とからな
る像が第２の基準画像としてそれぞれメモリに記憶され
る。そして、入力画像の部分画像が前記第１及び第２の
基準画像とそれぞれ照合され、前記第１及び第２の基準
画像のうち少なくとも一方とほぼ一致することをもっ
て、前記撮像領域の画像位置が特定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被測定物からの光の
一部を所定位置に導き、分光スペクトルを測定する顕微
分光装置における画像位置検出装置、特に顕微分光装置
において撮像された画像を予め登録しておいた基準画像
とマッチングさせてその画像位置を検出する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】顕微分光装置は、被測定物の所望部位に
光を照射するとともに、その照射部位からの光の一部を
所定位置に導き、分光して分光スペクトルを測定する装
置であり、例えばその分光スペクトルに基づいて膜厚演
算処理を行う演算回路などと組み合わせることによっ
て、上記照射部位に形成された透明薄膜の膜厚を測定す
ることが実用化されている。

【０００３】ところで、顕微分光装置では、分光スペク
トルの測定にあたっては、被測定物の測定所望部位（以
下「被測定部位」という）を、顕微分光装置が分光スペ
クトルの測定を実行する位置（以下「測定実行位置」と
いう）に位置決めする必要がある。そこで、従来の顕微
分光装置においては、あらかじめ被測定物における被測
定部位の位置を座標値として登録しておき、測定実行時
には、その座標値のみに基づいて機械的に被測定物を動
かして被測定部位を測定実行位置に位置させることが行
われていた。ところが、近年、半導体素子、液晶表示装
置の製造行程等において、被測定物のごく微細な小さな
部分のみを被測定部位とすることが要求されている。そ
して、そのような微細な被測定部位に対しては、上述の
ような機械的な位置決めは、被測定物自体の顕微分光装
置への位置決め精度等さまざまな理由により、概略の位
置を合わせる程度の精度でしか行えず、登録した座標値
も概略の位置を示すにとどまっていた。

【０００４】一方、分析、測定等の技術分野において、
パターンマッチング法により被測定部位の位置を特定す
る画像位置検出装置が一般に用いられている。この画像
位置検出装置は、被測定部位と所定の位置関係にある被
測定物上の領域の画像（以下「基準画像」という）を予
め登録しておき、被測定物を撮像して得られた映像のな
かから基準画像と一致する位置を検出し、もって被測定
部位の位置を特定するものである。なお、上記のように
して被測定部位の位置が特定されると、その位置データ
に基づき被測定部位を測定実行位置まで移動させ、その
被測定部位の測定を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記顕微分
光装置には、図１０に示すように、略中央部にピンホー
ル４１が設けられた反射鏡４０が被測定物１の像が結像
する位置の近傍に配置されており、このピンホール４１
を介することによって、ピンホール４１を視野絞りとし
て被測定物１上で狭く絞り込んだ特定微小領域からの光
を分光スペクトルを測定する分光ユニット５０に導く一
方、反射鏡４０の鏡面で反射された光は被測定物の像を
撮像する撮像ユニット７０に導くように構成されてい
る。したがって、撮像ユニット７０によって撮像された
画像（以下「入力画像」という）２には、図１１に示す
ように、ピンホール４１が反射鏡に設けられていること
によって生ずる黒点状の被測定物の像欠損部分４１ａが
常に含まれる。なお、図１１中、入力画像２の輪郭線の
内側に描かれているのは撮像ユニット７０によって撮像
された被測定物上の被測定部位近傍のパターンの様子で
あり、その周囲に描かれているのは、撮像ユニット７０
の撮像範囲外にある被測定物上のパターンの様子であ
る。

【０００６】このような顕微分光装置において、上述の
ような画像位置検出装置を用いる場合には、以下の問題
点が生じる。すなわち、このような顕微分光装置におい
て、上記パターンマッチング法による被測定部位の位置
特定を行う場合、その動作の安定性を高めるためには、
基準画像に占める前記黒点状の像欠損部分４１ａの比率
を低く、例えば１％以下になるように基準画像を設定登
録する必要がある。つまり、例えば図１２に示すよう
に、基準画像３を比較的大きな面積で設定しておく必要
がある。

【０００７】しかしながら、基準画像３に含まれていて
パターンマッチングのキーとなる基準パターン（図１２
に示すように領域Ｒ１，Ｒ２からなるパターン）は常に
入力画像２の中央部に位置するというわけではない。す
なわち、上述の機械的な位置決めの精度が十分でないこ
とにより、例えば図１１に示すように、基準画像の基準
パターンが入力画像２の周辺部に位置して、面積が大き
な基準画像の基準パターンの一部が入力画像２からはみ
出したように機械的な位置決めがなされてしまう場合も
ある。この場合、図１２の基準画像３を用いて位置検出
を行うことはできない。

【０００８】以上のように、従来の画像位置検出装置を
顕微分光装置に適用した場合、基準画像の設定領域は、
入力画像に生ずる黒点状の画像欠損による誤動作を回避
するためにはあまり小さくできず、他方、あまり大きく
したのでは、一致部分が入力画像の比較的中央にある場
合しか検出ができない場合があり、画像位置検出の安定
性に欠けていた。

【０００９】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたもので、安定して被測定部位の位置検出を行うこ
とができる顕微分光装置における画像位置検出装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、所定の照明
位置に照明光を照射する照明光学系と、被測定物を搭載
しながら、その被測定物の任意の撮像領域を前記照明位
置に位置させるステージと、被測定物からの光を結像す
る結像光学系と、前記結像位置の近傍に配置され、前記
結像光学系に導かれた光を受ける入射面の略中央の微小
域と当該微小域の周辺域とで、光が出射する向きを違え
るビームスプリッタと、ビームスプリッタの前記微小域
からの光の分光スペクトルを測定する分光手段と、ビー
ムスプリッタの前記周辺域からの光を受けて被測定物を
撮像して入力画像を得る撮像手段を備えた顕微分光装置
における画像位置検出装置であって、上記目的を達成す
るため、前記撮像手段によって撮像された像のうち、前
記ビームスピリッタの入射面の前記微小域の入射した光
が撮像手段へは導かれないことによって生ずる被測定物
の像欠損部分を避けた部分画像を第１の基準画像として
記憶するとともに、前記第１の基準画像より広い範囲の
部分画像を第２の基準画像として記憶する記憶手段と、
前記入力画像が、前記第１及び第２の基準画像のうち少
なくとも一方とほぼ一致することをもって、前記入力画
像の部分画像のうちから前記第１あるいは第２の基準画
像と一致する部分画像位置を特定する手段と、を備えて
いる。

【００１１】

【作用】この発明では、画像位置特定に先立って、大小
２つの基準画像が記憶手段に記憶される。すなわち、撮
像手段によって撮像された像のうち、ビームスプリッタ
の入射面の微小域に入射した光が撮像手段へは導かれな
いことによって生ずる被測定物の像欠損部分を避けた部
分画像を第１の基準画像として、また前記第１の基準画
像より広い範囲の部分画像を第２の基準画像としてそれ
ぞれ前記記憶手段に記憶される。そして、入力画像の部
分画像が前記第１及び第２の基準画像とそれぞれ照合さ
れ、前記第１及び第２の基準画像のうち少なくとも一方
とほぼ一致することをもって、前記入力画像の部分画像
のうちから前記第１あるいは第２の基準画像と一致する
部分画像位置が特定される。

【００１２】かかる部分画像位置の特定において、本発
明は次のような特筆すべき作用を有する。

【００１３】すなわち、特定しようとする部分画像位置
が入力画像の中心付近にある場合には、大きさが比較的
大きな第２の基準画像により、部分画像位置が特定され
得る。この場合、仮に第２の基準画像に前記像欠損部分
が含まれていて、第２の基準画像と入力画像とで像欠損
部分の位置が別々である（偶然一致する要因はないので
不一致な場合が常）場合であるとしても、第２の基準画
像はその大きさが比較的大きいので、相対的に前記像欠
損部分は小さい。従って、前記画像欠損部分が、入力画
像の部分画像と第２の基準画像との照合に不都合を及ぼ
すことはない。

【００１４】他方、特定しようとする部分画像位置が入
力画像の周辺部付近にある場合には、大きさが比較的小
さな第１の基準画像により、部分画像位置が特定され得
る。この場合、第１の基準画像には前記画像欠損部分は
含まれておらず、しかも、入力画像の周辺部付近には前
記像欠損部分が存在しない（前記像欠損部分が生ずる原
因となるビームスプリッタの入射面の前記微小域は当該
入射面の略中央に設けられている構造上の理由から像欠
損部分は必然的に入力画像の略中央に存在する）ので、
前記像欠損部分が入力画像の部分画像と第１の基準画像
との照合に不都合を及ぼすことはない。また、第１の基
準画像はその大きさが比較的小さいので、一致を特定し
ようとする部分画像が入力画像の周辺部分に位置してい
たとしても、当該部分画像が入力画像からはみ出してい
るおそれは少なく、照合を確実に行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら、この発明のかか
る画像位置検出装置が組み込まれた顕微分光装置と、そ
の顕微分光装置によって測定された分光スペクトルに基
づき膜厚を求める演算回路とで構成された膜厚測定装置
について説明することによって、画像位置検出装置の一
実施例を明らかにする。

【００１６】Ａ．膜厚測定装置の構成 図１はこの発明のかかる画像位置検出装置を備えた膜厚
測定装置を示す図であり、図２はその膜厚測定装置のブ
ロック図である。

【００１７】この膜厚測定装置は、照明光学系１０，結
像光学系２０，ＸＹステージ３０，反射鏡４０，分光ユ
ニット５０，制御ユニット６０および撮像ユニット７０
で構成された顕微分光装置１００と、分光ユニット５０
から出力される分光スペクトルに対応した信号に基づき
膜厚を演算する演算回路５３とで構成されている。

【００１８】照明光学系１０には、白色光を出射する光
源１１が設けられており、この光源１１からの光はコン
デンサーレンズ１２，開口絞り１３，視野絞り１４およ
びコンデンサーレンズ１５を介して結像光学系２０に入
射される。

【００１９】結像光学系２０は対物レンズ２１，ビーム
スプリッタ２２および結像レンズ２３からなり、照明光
学系１０からの照明光はビームスプリッタ２２によって
反射させ、対物レンズ２１を介して所定の照明位置ＩＬ
に照射される。なお、図１において、２４は瞳位置を示
している。

【００２０】その照明位置ＩＬの近傍には、ＸＹステー
ジ３０が配置されている。このＸＹステージ３０は、例
えばパターニングされたＳｉＯ2 の薄膜が一方主面に形
成された半導体ウエハ１をその上面に被測定物として搭
載しながら、ＸＹステージ駆動回路３１からの制御信号
に応じてＸ，Ｙ方向に移動し、半導体ウエハ１表面の任
意の領域（撮像を所望する領域）を照明位置ＩＬに位置
させる。

【００２１】この照明位置ＩＬに位置する半導体ウエハ
１の撮像領域で反射された光は、対物レンズ２１，ビー
ムスプリッタ２２および結像レンズ２３を介して所定の
結像位置に集光され、拡大投影される。この結像位置の
近傍には、中心部にピンホール４１を有する反射鏡４０
が配置されている。そのため、反射光のうちピンホール
４１を通過した反射光ＬS が分光ユニット５０に入射さ
れる。

【００２２】分光ユニット５０は、反射光ＬS を分光す
る回折格子５１と、回折格子５１により回折された回折
光の分光スペクトルを検出する光検出器５２とで構成さ
れている。回折格子５１としては、例えば分光スペクト
ルを平面上に結像するフラットフィールド型回折格子や
掃引機構付の回折格子などを用いることができる。一
方、光検出器５２は、例えばフォトダイオードアレイや
ＣＣＤなどにより構成されており、ピンホール４１と共
役な関係に配置されている。このため、分光ユニット５
０に取り込まれた光ＬS は回折格子５１に分光され、そ
の光ＬS の分光スペクトルに対応した信号が光検出器５
２から演算回路５３（図２）に与えられる。この演算回
路５３では、その信号に基づき従来より周知の手法（こ
こでは、その説明は省略する）で半導体ウエハ１に形成
された薄膜（図示省略）の膜厚を求め、その結果を装置
全体を制御する制御ユニット６０に出力する。

【００２３】一方、半導体ウエハ１からの光のうち反射
鏡４０により反射された反射光は撮像ユニット７０に入
射される。この撮像ユニット７０では、反射鏡４０から
の反射光はリレーレンズ７１を介して２次元撮像カメラ
７２の撮像面７２ａ上に集光される。これによって、半
導体ウエハ１の撮像領域の像が結像される。なお、２次
元撮像カメラ７２によって撮像された画像（入力画像）
に関連する画像信号は画像処理ユニット７３に与えら
れ、さらに、その画像処理ユニット７３で適当に処理さ
れた後、ＣＲＴ７４上に表示されるとともに、制御ユニ
ット６０に出力される。

【００２４】制御ユニット６０は、図２に示すように、
論理演算を実行する周知のＣＰＵ６１と、そのＣＰＵ６
１を制御する種々のプログラム等を予め記憶するととも
に、装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するメモ
リ６２とを備えている。これらＣＰＵ６１，メモリ６２
はそれぞれコモンバス６３によって相互に接続される一
方、そのコモンバス６３を介して入出力ポート６４とも
接続されている。そして、その入出力ポート６４により
制御ユニット６０は外部との入出力、例えばパネルキー
６５や、前記ＸＹステージ駆動回路３１，演算回路５３
および画像処理ユニット７３との間で信号の授受を行
う。

【００２５】Ｂ．膜厚測定装置の動作 次に、図１の膜厚測定装置の動作について図３のフロー
チャートを参照しつつ説明する。まず、実際の膜厚測定
に先立って、膜厚測定を行う被測定部位の概略位置（座
標値）登録や画像位置検出を行うための基準画像の登録
を行う（ステップＳ１）。

【００２６】図４は、この登録処理の手順を示すフロー
チャートである。この登録処理を行うにあたっては、ま
ず、図示を省略するハンドリング・マシンによって登録
用の半導体ウエハを一定精度で位置決めしながらＸＹス
テージ３０上に搬送する（ステップＳ１１）。そして、
オペレータがパネルキー６５を操作して、ＣＲＴ７４に
写し出される入力画像のほぼ中心にある膜厚測定装置の
測定実行位置、すなわち反射鏡４０にピンホール４１が
形成されているために入力画像に現れる黒点状の影のよ
うな像（図５におけるピンホール４１が反射鏡に設けら
れていることによって生ずる黒点状の被測定物の像欠損
部分４１ａ）近傍に、被測定部位が位置するようにＸＹ
ステージ３０を移動させる。その後、オペレータがパネ
ルキー６５に設けられた登録用のキー（図示省略）を押
すと、入出力ポート６４を介してメモリ６２にＸＹステ
ージ３０の座標値がその被測定部位の機械的位置決めの
ための概略座標値として記憶される（ステップＳ１
２）。

【００２７】ステップＳ１３では、被測定部位の読取回
数が所定値になったかどうかを判別し、所定回数に達す
るまで、上記ステップＳ１２がくり返し実行される。こ
うして、１個あるいは複数の被測定部位の概略座標値が
メモリ６２に一時的に記憶される。複数の被測定部位に
ついての記憶は、例えば、その半導体ウエハ１上に並ん
で形成された複数の素子チップの各々について所定の被
測定部位の測定を行う場合になされる。

【００２８】上記のようにして被測定部位の座標読取が
完了した時点では、ＣＲＴ７４のほぼ中央部には半導体
ウエハ１の被測定部位が表示されている。具体的には、
このＣＲＴ７４には、図５に示すように、撮像ユニット
７０によって撮像された半導体ウエハ１の被測定部位近
傍の入力画像が映し出されている。入力画像は、結像し
て反射鏡４０に映った被測定物の表面の様子と、ピンホ
ール４１が形成されているために現れる影のような黒点
状の像欠損部分４１ａとよりなる。そして、その入力画
像に重ねて、十字型標線８１と、画像の一部を取り囲む
枠型標線８２が表示されている。

【００２９】これら標線８１，８２は、画像処理ユニッ
ト７３で電気的に作成され半導体ウエハ１の映像と重ね
て表示され、パネルキー６５を操作することにより画像
内をおのおの独立して移動するものである。さらに、枠
型標線８２は単に移動するだけでなく、パネルキー６５
の操作によって、その大きさを自由に変更されるように
なっている。

【００３０】まず、オペレータはパネルキー６５を操作
して、半導体ウエハ１上の被測定部位に十字型標線８１
を位置させる。そしてそれに続いて、オペレータはパネ
ルキー６５を操作して、枠型標線８２の位置と大きさを
調整することによって、被測定部位近傍で、しかも特徴
的な半導体ウエハ１上のパターンを、黒点状の像欠損部
分４１ａを含まないようにして比較的小さな枠型標線８
２で取り囲む（図６）。そして、登録用のキーを押動す
ることによって、枠型標線８２で取り囲まれた部分像を
第１の基準画像（登録パターンＡ）としてメモリ６２に
記憶させ、それとともに、第１の基準画像と被測定部位
（十字型標線８１）との相対位置データもメモリ６２に
記憶させる（ステップＳ１４）。

【００３１】次に、ステップＳ１５で、上記と同様にパ
ネルキー６５の操作により枠型標線８２の位置と大きさ
を調整することによって上記部分像とその周辺の像とか
らなる像を比較的大きな枠型標線８２で取り囲んだ後
（図７）、登録用のキーを押動する。これによって、枠
型標線８２で取り囲まれた像を第２の基準画像（登録パ
ターンＢ）としてメモリ６２に記憶させ、それととも
に、第２の基準画像と被測定部位（十字型標線８１）と
の相対位置データもメモリ６２に記憶させる。なお、こ
こで、第２の基準画像に黒点状の像欠損部分４１ａが含
まれていたとしても、この第２の基準画像は黒点状の像
欠損部分４１ａに対し比較的大きくなるように設定さ
れ、例えば黒点状の像欠損部分４１ａが１００（＝１０
×１０）画素程度であるのに対し、第２の基準画像は１
００００（＝１００×１００）画素程度と大きくなるよ
うに設定すれば、パターンマッチング上、特に問題とな
ることはない。ただし、図７に示すように、第２の基準
画像に黒点状の像欠損部分４１ａを含まないようにし
て、上記ステップＳ１５を実行するほうが望ましい。

【００３２】その後で、ハンドリング・マシンによって
登録用基板を元の保管位置に搬出する（ステップＳ１
６）。

【００３３】こうして、黒点状の像欠損部分４１ａを含
まない比較的小さな部分像からなる基準画像（第１の基
準画像）と、その部分像より比較的広い範囲の部分像か
らなる基準画像（第２の基準画像）と、それらと被測定
部位の位置関係とをメモリ６２に記憶する処理、つまり
登録処理が完了する。なお、第２の基準画像として登録
する領域は、第１の基準画像と別の領域でもよく、ある
いは第１の基準画像の一部ないし全部を含む領域であっ
てもよい。

【００３４】次に、図３に戻って、膜厚測定動作の説明
を続ける。上記のようにして登録処理が完了すると、ハ
ンドリング・マシンによって膜厚測定の対象となる半導
体ウエハ１を一定精度で位置決めしながらＸＹステージ
３０上に搬送する（ステップＳ２）。

【００３５】そして、ステップＳ３で、メモリ６２から
被測定部位の概略座標値を読み出し、その座標値に基づ
き半導体ウエハ１を機械的に概略の位置決めをする。こ
れによって、その被測定部位を含む近傍の領域（撮像領
域）が照明位置ＩＬ（図１）に概略座標値の精度で位置
決めされ、その撮像領域の画像がＣＲＴ７４上に写し出
されるとともに、その入力画像がメモリ６２に一時的に
記憶される。

【００３６】次に、ステップＳ４で、メモリ６２から入
力画像と、第１及び第２の基準画像とを読み出し、図８
のフローチャートにしたがって入力画像中における基準
画像の位置を検出する。以下、位置検出の手順について
詳説する。

【００３７】ステップＳ４１で、メモリ６２より入力画
像および第２の基準画像を読み出し、第２の基準画像
（登録パターンＢ）に基づくサーチ照合を行って、相関
係数Ｃ2 を求める。すなわち、入力画像Ｑ(X,Y) の全域
にわたって、図９に示すように、第２の基準画像ｒ(x,
y) と入力画像Ｑ(X,Y) の部分画像ｑ(x,y) との相関係
数（マッチングの度合を示す情報）Ｃ2 を従来より周知
の計算方法で求める。

【００３８】そして、ステップＳ４２で、上記のように
して求められた相関係数Ｃ2 を予めメモリ６２に記憶さ
れているしきい値Ｃ(TH)を読み出し、比較する。ここ
で、不等式（Ｃ(TH)＜Ｃ2 ）を満足する相関係数Ｃ2 が
存在するということは、その座標位置で第２の基準画像
と同一のパターンが存在することを検出できたというこ
とであり、その座標位置が画像位置となることを意味し
ている。なお、以上のような入力画像Ｑ（Ｘ，Ｙ）の全
域にわたってのサーチ照合の際、第１の基準画像ｒ
（ｘ，ｙ）と異なるがしかし類似しているパターンが入
力画像中に偶然存在する場合には、不等式（Ｃ（ＴＨ）
＜Ｃ2 ）を満足するような相関係数を示す部分画像が複
数あらわれることが考えられるが、この場合には最大の
相関係数を示した部分画像の座標位置を第２の基準画像
と同一のパターンが存在する座標位置とする。

【００３９】ところで、不等式（Ｃ(TH)＜Ｃ2 ）が満足
されない、つまり第２の基準画像による位置検出を行う
ことができない場合には、次のステップＳ４３の処理が
実行される。

【００４０】ステップＳ４３では、第２の基準画像の代
わりにメモリ６２から第１の基準画像（登録パターン
Ａ）を読み出し、ステップＳ４１と同様に、入力画像Ｑ
(X,Y)の全域にわたって、第１の基準画像（登録パター
ンＡ）に基づくサーチ照合を行って、相関係数Ｃ1 を求
める。

【００４１】そして、ステップＳ４４で、ステップＳ４
２と同様に、上記のようにして求められた相関係数Ｃ1
をしきい値Ｃ(TH)と比較する。ここで、不等式（Ｃ(TH)
＜Ｃ1 ）が満足されない、つまり第１の基準画像によっ
ても位置検出を行うことができない場合には、ＣＲＴ７
４上にエラーを表示して、オペレータにその旨を知らせ
る（ステップＳ４５）。

【００４２】一方、ステップＳ４２あるいはステップＳ
４４で上記条件を満足すると判別されると、ステップＳ
４６の処理が実行される。このステップＳ４６では、求
められた相関係数に対応する座標値をその基準画像に対
応する部位の座標として決定する。

【００４３】こうして、入力画像中の基準画像に対応す
るパターンの位置（基準画像に対応する部位の座標）を
検出することができる。そして、それらとともに、メモ
リ６２に記憶された基準画像と被測定部位の位置関係か
ら入力画像中の被測定部位の座標も算出される。

【００４４】次に、再度図３に戻って、膜厚測定動作の
説明を続ける。上記のようにして位置検出が完了する
と、求められた被測定部位の座標と測定実行位置ＭＰ
（図１）との距離を演算する。ここで、「測定実行位置
ＭＰ」とは、膜厚測定装置においてピンホール４１に対
応して光学的に予め設定されている位置であり、この測
定実行位置ＭＰに被測定部位が位置決めされると、その
被測定部位からの反射光がピンホール４１を通過して分
光ユニット５０に入射され、その被測定部位での膜厚測
定が可能となる。

【００４５】そして、ステップＳ５で、その演算結果に
基づいて、ＸＹステージ３０を移動させて被測定部位を
測定実行位置ＭＰに位置決めする。このとき、ＣＲＴ４
７の画面上では、ステップＳ１４もしくはＳ１５で指定
した被測定部位はピンホール４１に重なることとなる。
そして、それに続いて、上記のようにピンホール４１を
介して分光ユニット５０に入射される反射光ＬS を分光
し、その分光スペクトルを求め、さらにその分光スペク
トルから被測定部位での膜厚を求める（ステップＳ
６）。

【００４６】次いで、ステップＳ７で、全ての被測定部
位での膜厚測定が完了したか否かの判別を行い、測定が
完了していないと判別されると、ステップＳ３に進み、
上記ステップＳ３〜Ｓ６の動作が繰り返され、各被測定
部位での膜厚測定が行われる。一方、全ての被測定部位
での膜厚測定が完了すると、ステップＳ８に進み、半導
体ウエハ１を所定位置に搬出する。

【００４７】そして、ステップＳ９で、すべての半導体
ウエハ１に対し、膜厚測定が完了したかどうかを判別
し、完了していないと判別している間、上記ステップＳ
２〜ステップＳ８の処理が繰り返されて、各半導体ウエ
ハ１に対して所定の膜厚測定が連続的に行われる。

【００４８】Ｃ．膜厚測定装置での画像位置検出処理の
効果 このように、この実施例では、ピンホール４１が反射鏡
に設けられていることによって生じる黒点状の被測定物
の像欠損部分４１ａを含まない比較的小さな部分像から
なる基準画像（第１の基準画像）と、比較的大きな像か
らなる基準画像（第２の基準画像）とを予め登録してお
き、それら第１及び第２の基準画像を用いて、マッチン
グを行っているので、黒点状の像欠損部分４１ａの影響
を受けず、しかも図１１に示すように基準パターンが入
力画像の周辺部に位置する場合であっても、あるいは基
準パターンが入力画像の中心部に位置する場合であって
も、安定して画像位置を特定することができる。

【００４９】Ｄ．その他 なお、上述の実施例において、反射鏡４０及びその反射
鏡４０に形成されたピンホール４１が本発明の特許請求
の範囲における「ビームスプリッタ」に相当する。ピン
ホール４１が本発明の特許請求の範囲におけるビームス
プリッタの「入射面の略中央の微小域」に相当する。反
射鏡４０にピンホール４１が形成されているために現れ
る影のような黒点状の像欠損部分４１ａが特許請求の範
囲における「被測定物の像欠損部分」に相当する。

【００５０】本発明の他の実施例として、例えばこのビ
ームスプリッタを、本実施例における反射鏡４０と同じ
位置に設けた透光ガラスと、本実施例におけるピンホー
ル４１に相当する位置と大きさでその透光ガラスの表面
にメッキ等により形成した反射層とで構成することがで
きる。ただし、その場合には、分光ユニット５０と撮像
ユニット７０を位置交換する必要がある。なお、その場
合も、撮像手段である撮像ユニット７０が撮像する半導
体ウエハ１の像には、影のような黒点状の像欠損部分４
１ａが生じる。

【００５１】上記実施例では、この発明にかかる画像位
置検出装置を反射光に基づいて膜厚測定を行う反射タイ
プの膜厚測定装置に適用した場合について説明したが、
この画像位置検出方法は、これ以外に被測定物の裏面側
から撮像領域を照明し、その領域を透過した光に基づい
て膜厚を求める透過タイプの膜厚測定装置にも適用する
ことができ、また膜厚測定装置以外の装置にも適用する
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、この発明にかかる画像位
置検出装置によれば、撮像手段によって撮像された像の
うち、ビームスプリッタの入射面の微小域に入射した光
が撮像手段へは導かれないことによって生ずる被測定物
の像欠損部分を避けた部分画像を第１の基準画像とし
て、また前記第１の基準画像より広い範囲の部分画像を
第２の基準画像として記憶し、入力画像の部分画像を前
記第１及び第２の基準画像とそれぞれ照合し、前記第１
及び第２の基準画像のうち少なくとも一方とほぼ一致す
ることをもって、前記撮像領域の画像位置を特定するよ
うにしているので、その画像位置を安定して検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のかかる画像位置検出装置が組み込ま
れた膜厚測定装置を示す図である。

【図２】その膜厚測定装置のブロック図である。

【図３】図１の膜厚測定装置の動作を示すフローチャー
トである。

【図４】登録処理の手順を示すフローチャートである。

【図５】第１及び第２の基準画像の登録手順を説明する
図である。

【図６】第１及び第２の基準画像の登録手順を説明する
図である。

【図７】第１及び第２の基準画像の登録手順を説明する
図である。

【図８】位置検出処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【図９】サーチ照合の手順を示す模式図である。

【図１０】顕微分光装置の部分拡大図である。

【図１１】顕微分光装置の撮像ユニットによって撮像さ
れた入力画面の一例を示す図である。

【図１２】パターンマッチング法による被測定部位の位
置特定を行う際に用いられる基準画像の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 半導体ウエハ（被測定物） １０ 照明光学系 ２０ 結像光学系 ３０ ＸＹステージ ４０ 反射鏡 ５０ 分光ユニット ６０ 制御ユニット ６２ メモリ ７０ 撮像ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の照明位置に照明光を照射する照明
   光学系と、被測定物を搭載しながら、その被測定物の任
   意の撮像領域を前記照明位置に位置させるステージと、
   被測定物からの光を結像する結像光学系と、前記結像位
   置の近傍に配置され、前記結像光学系に導かれた光を受
   ける入射面の略中央の微小域と当該微小域の周辺域と
   で、光が出射する向きを違えるビームスプリッタと、ビ
   ームスプリッタの前記微小域からの光の分光スペクトル
   を測定する分光手段と、ビームスプリッタの前記周辺域
   からの光を受けて被測定物を撮像して入力画像を得る撮
   像手段を備えた顕微分光装置における画像位置検出装置
   であって、 前記撮像手段によって撮像された像のうち、前記ビーム
   スピリッタの入射面の前記微小域の入射した光が撮像手
   段へは導かれないことによって生ずる被測定物の像欠損
   部分を避けた部分画像を第１の基準画像として記憶する
   とともに、前記第１の基準画像より広い範囲の部分画像
   を第２の基準画像として記憶する記憶手段と、 前記入力画像が、前記第１及び第２の基準画像のうち少
   なくとも一方とほぼ一致することをもって、前記入力画
   像の部分画像のうちから前記第１あるいは第２の基準画
   像と一致する部分画像位置を特定する手段と、を備えた
   ことを特徴とする顕微分光装置における画像位置検出装
   置。