JPH10103924A - 微少寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定対象パターンの傾きを求めることができ演
算時間を大幅に短縮でき、従来は角度補正が困難であっ
た測定対象パターンまでも正しく角度補正することがで
きる微少寸法測定装置を提供すること。 【解決手段】平行線を含む測定対象パターンを光学顕微
鏡で拡大し、測定対象パターンを平行線に対してある交
差角を持つ方向で走査して画像情報を取得し、この画像
情報をもとにして平行線の間隔を測定する装置であり、
測定対象パターンの像を光学顕微鏡の光軸と同軸に回転
させる像回転手段１４と、測定対象パターン像を所定角
度だけ回転させたときの像回転前後における走査ライン
上の平行線の幅を測定する手段９と、この手段で測定さ
れた像回転前後の幅測定値と像回転量とに基づいて走査
線方向と平行線との交差角を演算する傾き検出手段９と
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象パターン
像を画像処理することにより測定対象パターンに含まれ
た平行線の間隔を算出する微少寸法測定装置に係り、特
に走査線に対する測定対象パターンの傾きを補正する機
能を備えた微少寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、測定対象パターンの拡大像を所定
方向に走査して画像情報を取得し、走査線に対する測定
対象パターンの傾きを画像回転機構による像回転により
補正するようにした微少寸法測定装置がある。

【０００３】この種の微少寸法測定装置が特開平４−２
７８５５５号公報に開示されている。この公開公報に記
載された微少寸法測定装置は、ステージに載置される被
測定物の像を光学顕微鏡で拡大し、画像検出部で拡大画
像に含まれた測定対象となる平行線に対して所定の交差
角となる方向で該拡大像を走査して画像情報を取得し、
この画像情報を画像処理部に入力して処理することによ
り平行線の線間距離を求めている。

【０００４】この微少寸法測定装置では、光学顕微鏡の
後段に測定対象パターン像を光軸を中心に回転させるプ
リズム構成体が像回転光学系の一部として配置され、走
査線方向と平行線との交差角が許容範囲内に収まるよう
に像回転光学系に帰還制御が掛けられる。

【０００５】走査線方向と平行線との交差角を求めるた
めには測定対象パターン像から平行線を抽出して測定パ
ターンのエッジを決定する必要がある。このために測定
対象パターン像を画像検出器で電気的な信号に変換し、
この画像検出器から出力される水平及び垂直方向の走査
線による各画素情報を画像検出器の持つ分解能に対応し
たビット数の画素値に変換し、明暗度に対応した所定の
ビット数でスライスすることにより測定対象パターンの
輪郭線を決定し、この輪郭線を測定パターンのエッジと
する。

【０００６】走査線方向と平行線との交差角を算出する
場合は、図１２（ａ）に示すように測定対象パターン像
１６に対して４辺が画像検出器の走査線方向と一致した
方形の画像情報抽出領域１７を設定し、領域１７の一辺
を始点として測定対象パターン像１６のエッジまで複数
点にわたり距離Ｌ１〜Ｌｎを検出する。測定対象パター
ン像１６のエッジと走査線方向とが直交している場合
は、複数点での距離Ｌ１〜Ｌｎの偏差が０になる。した
がって、走査線方向と被測定物の平行線とがずれること
による測定値誤差を最小限にするため、複数点の距離Ｌ
１〜Ｌｎの偏差が許容範囲内に収束するように像回転光
学系１３の回転角度を帰還制御して走査線が測定対象パ
ターンの輪郭線と一致するように修正する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
（ｂ）に示すように画像情報抽出領域１７中に複数の測
定対象パターンＰ１，Ｐ２が含まれている場合、測定対
象パターンＰ１のエッジまでの距離Ｌ１，Ｌ２…と、別
の測定対象パターンＰ２のエッジまでの距離Ｌｉ…Ｌｎ
とが混在してしまうので正しい角度を求めることができ
ない。

【０００８】また、複数の走査ライン（Ｌ１〜Ｌｎ）が
傾き検出のための演算対象になるので、走査ライン（Ｌ
１〜Ｌｎ）間の偏差を最小に追い込むためにラインの抽
出及び偏差計算を繰り返さなければならず、そのための
演算時間が迅速な作業環境を実現する上での障害となっ
ている。

【０００９】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、像回転前後の各１ラインのデータから入力
画像に含まれた測定対象パターンの傾きを求めることが
でき演算時間を大幅に短縮できると共に、従来の方法で
は角度補正が困難であった測定対象パターンまでも正し
く角度補正することができる微少寸法測定装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。本発明は、少
なくとも１組の平行線を含む測定対象パターンを光学顕
微鏡で拡大し、この拡大された測定対象パターンを前記
平行線に対してある交差角を持つ方向で走査して画像情
報を取得し、この画像情報をもとにして前記平行線の間
隔を測定する微少寸法測定装置において、前記測定対象
パターンの像を前記光学顕微鏡の光軸と同軸に回転させ
る像回転手段と、この像回転手段で測定対象パターン像
を所定角度だけ回転させたときの像回転前後における走
査ライン上の前記平行線の幅を測定する手段と、この手
段で測定された像回転前後の幅測定値と像回転量とに基
づいて走査線方向と前記平行線との交差角を演算する傾
き検出手段とを具備する。

【００１１】本発明によれば、像回転前後における走査
ライン上の平行線の幅を測定して、像回転前後の幅測定
値と像回転量とに基づいて走査線方向と平行線との交差
角を求めることができることから、極めて短い時間で測
定対象パターンの傾きを検出することができる。

【００１２】本発明は、傾き検出手段で算出された交差
角から平行線が走査線方向と直交するように前記測定対
象パターンを像回転させる像回転手段の制御量を算出す
る傾き補正手段を備え、前記傾き補正手段で算出された
制御量で前記像回転手段を制御して測定対象パターンの
平行線が走査線方向と直交するように角度補正されてか
ら、当該角度補正後の測定対象パターンの画像情報をも
とに前記平行線の間隔を測定する。

【００１３】本発明によれば、傾き補正手段で角度補正
した測定対象パターンの画像情報から平行線の走査線方
向の幅を測定するので、従来のように画像情報抽出領域
の始点から測定対象パターンの複数点のエッジまでの距
離の偏差で回転量に帰還制御を掛けるのに比べて、極め
て短時間で測定対象パターンに含まれた平行線の幅を測
定することができる。

【００１４】本発明は、傾き検出手段で算出された交差
角と像回転前の幅測定値とから幾何学的な計算で前記平
行線の間隔を検出するので、測定対象パターンの回転量
に帰還制御を掛ける必要がない。

【００１５】ここで、測定対象パターンの像回転前後の
幅測定値と像回転量とから走査線方向と平行線との交差
角すなわち測定対象パターンの傾きを検出する原理につ
いて説明する。図１０に示す測定対象パターンを例に説
明する。同図に示すように垂直方向の走査線に対して所
定の角度θ（θが測定対象となる）で傾いている測定対
象パターンＰについて水平方向の走査線と交差する両端
のエッジの間隔を幅Ｗ１、測定対象パターンＰをある角
度Ｔで像回転した後の測定対象パターンＰ′について水
平方向の走査線と交差する両端のエッジの間隔を幅Ｗ２
とし、像回転前の測定対象パターンＰについて傾き角度
θを求めることになる。なお、測定対象パターンＰと直
交するラインと交差する両端のエッジの間隔をＷとす
る。微少寸法測定装置は、最終的にはＷを測定値として
出力する。幅Ｗ１とＷ２は、 Ｗ１＝Ｗ／ｃｏｓθ Ｗ２＝Ｗ／ｃｏｓ（θ＋Ｔ） と表される。上記２式をＷの形の式に変形して等式をま
とめ、ｃｏｓ（θ＋Ｔ）を加法定理によって分解する
と、 Ｗ１×ｃｏｓθ＝Ｗ２×（ｃｏｓθ×ｃｏｓＴ−ｓｉｎ
θ×ｓｉｎＴ） となる。

【００１６】ｃｏｓθ、ｓｉｎθを左式にまとめると、
Ｗ２、ｓｉｎＴは０でないことから、 ｓｉｎθ／ｃｏ
ｓθ＝（Ｗ２×ｃｏｓＴ−Ｗ１）／（Ｗ２×ｓｉｎＴ） ｔａｎθ＝（Ｗ２×ｃｏｓＴ−Ｗ１）／（Ｗ２×ｓｉｎＴ） …式−Ａ となるので、式−Ａの右辺より明らかなように、Ｗ１，
Ｗ２，Ｔから像回転前の測定対象パターンＰについて傾
き角度θが求められる。また、一般的に任意の２直線の
交差角θａは、−９０度＜θａ＜＋９０度で求めること
ができるので、この２直線を測定対象パターンのエッジ
と走査線とすれば、ｔａｎθは−９０度＜θａ＜＋９０
度で１つの解を持つことにより一つのθを求めることが
できる。以上のような発明により傾きを検出する場合
は、像回転前後の１ラインづつのサンプリングデータだ
けで良いことから、従来の方式に比べて大幅に演算時間
を短縮できる。さらに、画像情報抽出範囲内にある特定
のパターンに対して処理を行うため、画像情報抽出範囲
内に複数のパターンが存在する場合であっても角度補正
が可能となる。同様の理由で、図１１（ａ）に示すよう
に画像情報抽出範囲内に平行線パターンとは全く関係の
ない像が含まれていたり、又は同図（ｂ）に示すように
エッジ部分が欠けているようなパターンについても角度
の補正が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （第１の実施の形態）図１は微少寸法測定装置の全体構
成を示している。この微少寸法測定装置は、ステージ１
に載置された被測定物２を対物レンズ３を通して照射さ
れる照明光で落射照明する。対物レンズ３の像側に配置
されたハーフミラー４に照明光学系５から出射した照明
光を入射することにより被測定物２が落射照明される。
対物レンズ３によって拡大された被測定物２の反射光像
をリレーレンズ６に入射し、このリレーレンズ６から投
影レンズ７へ伝送して画像検出器８に結像させている。
なお、対物レンズ３や照明光学系５等は光学顕微鏡の一
部として構成されている。

【００１８】画像検出器８はＣＣＤ又は撮像管で被測定
物２の拡大像を取り込み、撮像信号にして演算処理部９
へ送出する。演算処理部９は撮像信号の蓄積、角度補正
処理及び寸法測定を行う部分である。制御部１０はモニ
タ１１及びキーボード１２に接続されており、演算処理
部９に設定値を登録するための各種の処理をモニタ１１
及びキーボード１２からの入力に基づいて実行すると共
に、演算処理部９から入力する画像データ及び測定値を
モニタ１１に表示出力する。

【００１９】図１に示すように、リレーレンズ６から出
射した光をコリレーションレンズ１３でコリレートして
から像回転光学系１４に入射している。像回転光学系１
４は当該光学系を透過する透過光束像を点対称に１回転
させるプリズムを含んでおり、そのプリズムと共に光軸
を中心として回転できるようになっている。像回転光学
系１４の透過光束像を補正リレーレンズ１５で投影レン
ズ７に対する焦点補正を行ってから投影レンズ７に導い
ている。また、演算処理部９から回転駆動部１６に指示
を与えることにより像回転光学系１４を所望の角度だけ
回転制御できるようにしている。

【００２０】次に、以上のように構成された微少寸法測
定装置で測定対象パターンのエッジを形成する１組の平
行線の垂直方向の走査線に対する傾きを求めて角度補正
するための動作内容について説明する。

【００２１】図２は、任意の平行線の垂直方向の走査線
に対する傾きを求めるための全体の処理の流れを表した
フローチャートである。最初に、ステップＳ１の処理に
おいて被測定物２の角度補正前の測定対象パターン像を
取り込む。すなわち、照明している被測定物２の像を対
物レンズ３で拡大して取り込み、像回転光学系１４を通
して画像検出器８に結像し、撮像信号に変換して演算処
理部９に入力する。

【００２２】演算処理部９は、測定対象パターン像の撮
像信号をＡ／Ｄ変換した画像データを所定領域に保存す
ると共に制御部１０に対して転送してモニタ１１に測定
対象パターンの画像を表示させる。

【００２３】次に、ステップＳ２の処理において測定対
象パターン像に含まれる平行線の傾き検出のための初期
設定を行う。図３は初期設定のためのフローチャートを
示しており、図４は初期設定を行うための初期設定画面
の構成を示している。

【００２４】今、図５に示すような入力画像Ｍがステッ
プＳ１の処理によって取り込まれたものとする。この入
力画像Ｍを表示しているモニタ１１上においてキーボー
ド１２から画像情報抽出領域１７を規定する２点の座標
データを入力する。画像情報抽出領域１７の座標データ
を指定することにより、モニタ１１における水平及び垂
直方向の走査線で囲まれた方形の領域１７が制御装置１
０に認識される。画像情報抽出領域１７の座標指示では
測定対象となる平行線のパターンが含まれるように座標
データを決める。

【００２５】図５に示す例では３つの平行線パターンＰ
１〜Ｐ３が画像情報抽出領域１７に含まれており、各平
行線パターンＰ１〜Ｐ３は水平方向または垂直方向の走
査線に対して所定の角度で交差するように傾いている。

【００２６】画像情報抽出領域１７の中の平行線パター
ンＰ１〜Ｐ３を水平方向の走査線に沿って横切るような
検出ライン１８を定め、その検出ライン１８と交差する
複数の平行線パターンＰ１〜Ｐ３の中から角度補正及び
幅測定のために傾き角度を測定する任意の平行線パター
ンを決める。例えば、平行線パターンＰ２を測定対象パ
ターンに設定する。

【００２７】被測定物２によっては平行線パターンＰ２
のプロファイルがスライス位置によりエッジ位置の異な
る形状をしている場合がある。図５に示す例では、プロ
ファイルが台形状を成しているのでスライス位置により
エッジ位置が変動する。

【００２８】被測定物２にあるラインパターンの幅を測
定する際に用いるプロファイルのデータは、各画素での
輝度値を直線で結んだものなので、エッジ部分が、垂直
にならずに、図５に示すように若干台形形状になってし
まう。

【００２９】このような形状では、当然スライスライン
のしきい値によって、測定する幅が異なってしまうため
に、例えばプロファイルデータの輝度の最大値、最小値
との中間値を通るようなラインをスライスラインとし、
そのラインとプロファイルとの交点をエッジとすれば良
い。

【００３０】ただし、輝度のプロファイルデータに対す
るエッジの認識方法は、上記の方法だけではなく、スラ
イスラインがプロファイルラインとエッジ付近で交差す
るようなものであれば、中間値でなくても良い。また、
平均化フィルター等の画像処理でノイズ成分を除去した
上で、ラインプロファイルの微分係数を算出し、そのピ
ークポイントをエッジとするなど、画像デジタルデータ
における一般的なエッジ抽出法であれば何でも良い。

【００３１】上記した初期設定データをモニタ１１に表
示した図４の初期設定画面から入力できるようにしてい
る。検出ライン位置欄２０によって画像情報抽出領域１
７に任意の走査ライン位置を設定する。入力画像Ｍのサ
イズは６４０×４８０のように（ｘ方向の画素数）×
（ｙ方向の画素数）で表すことができるが、検出ライン
はｘ方向の走査線と一致しているのでｙ＝２４０のよう
にｙ方向の画素位置によって検出ライン位置を設定す
る。

【００３２】制御部１０は、検出ライン位置欄２０に設
定されたｙ画素位置に基づいて、入力画像データからｙ
＝２４０でのｘ方向の走査線上の画素値を取り出して、
これら画素値を画素順に並べたプロファイルをウインド
ウ表示する。

【００３３】このウインドウ表示したプロファイルに対
してスライスライン２２を設定することにより、画像情
報抽出領域１７に含まれた各平行線パターンＰ１〜Ｐ３
のエッジがそれぞれ決定する。

【００３４】また、像回転光学系１４が回転すると入力
画像Ｍの全体が回転するので画像情報抽出領域１７に表
示される画像が回転するが、画像の回転角度によらず必
ず画像情報抽出領域１７に表示される範囲が入力画像の
中心付近に存在する。この範囲を示すライン２３を求め
てプロファイルのウインドウ中に表示する。

【００３５】また、プロファイルが表示される平行線パ
ターンＰ１，Ｐ２には左から順番にシリアル番号を付与
し、対応するプロファイルの下にその番号を表示する。
なお、１組のライン２３によって挟まれた範囲内のパタ
ーンであれば像回転によって領域１７から外れることが
ないので、上記番号付けを行うプロファイルをライン２
３によって挟まれた範囲内のものを対象とするように設
定することもでる。

【００３６】また、測定対象パターン欄２５に測定対象
の平行線パターンの番号を設定し、ずらし角度量欄２６
に像回転光学系１４の回転量（ずらし角度）を設定す
る。同図に示す例では平行線パターン番号＝２、ずらし
角度量＝３０を入力している。

【００３７】演算処理部９は、制御部１０から上記手順
によって初期値設定画面を使って設定された初期設定値
が渡されると、プロファイルデータを基準にして検出ラ
イン位置、測定対象パターン番号及びスライスライン情
報から角度補正前の水平走査線方向（ｘ方向）の平行線
パターンＰ２の幅Ｗ１を求める（ステップＳ３）。角度
補正前の平行線パターンＰ２の幅Ｗ１は、スライスライ
ンによって決まる左側のエッジから右側のエッジまでの
画素数をカウントすることにより測定することができ
る。

【００３８】次に、初期設定で登録されたずらし角度量
＝３０だけ像回転光学系１４を光軸を中心に回転するよ
うに回転駆動部１６を制御する（ステップＳ４）。像回
転光学系１４を回転させることにより、画像情報抽出領
域１７中の平行線パターンＰ２がずらし角度量＝３０だ
け回転する。

【００３９】上記ステップＳ４での処理により画像検出
器８に結像している入力画像Ｍ′が像回転するので、こ
の回転後の入力画像Ｍ′を画像検出器８で撮像信号に変
換して演算処理部９に取り込み、入力画像Ｍ′の画像デ
ータから画像情報抽出領域１７の画像データを抽出する
（ステップＳ５）。この抽出した画像情報抽出領域１７
の画像データから検出ラインに沿ったプロファイルを検
出し、平行線パターンＰ２のプロファイルに対するスラ
イスラインによって決定されるエッジ間の幅Ｗ２を求め
る（ステップＳ６）。

【００４０】以上のようにして平行線パターンＰ２の像
回転前後の検出ライン方向の幅Ｗ１とＷ２とが求められ
たならば、上記式−Ａに基づいて角度補正前（ステップ
Ｓ３で幅Ｗ１を計算したとき）の平行線パターンＰ２の
垂直方向の走査線に対する傾きθを計算する（ステップ
Ｓ７）。

【００４１】平行線パターンＰ２のエッジ間の寸法Ｗ
は、平行線パターンＰ２の傾きθを下式に代入して計算
で幾何学的に求めることができる。 Ｗ＝Ｗ１ｃｏｓθ 又は、演算処理部９で平行線パターンＰ２の垂直方向の
走査線に対する傾きθが求められているので、平行線パ
ターンＰ２の傾きθが０に近付く方向に像回転光学系１
４を角度量θだけ回転させる。

【００４２】このような平行線パターンＰ２の傾きを角
度θだけ補正する角度補正を行って平行線パターンＰ２
と垂直方向の走査線とを一致させた後、再び被測定物２
の画像入力を行う。そして、画像情報抽出領域１７の画
像データを抽出し、平行線パターンＰ２のスライスライ
ンによって決まる左側のエッジから右側のエッジまでの
画素数をカウントすることにより平行線パターンＰ２の
幅Ｗを測定することができる。

【００４３】このような実施の形態によれば、オペレー
タによって指定された単一の平行線パターンについて像
回転前後の走査線方向の幅Ｗ１，Ｗ２を求め、この幅Ｗ
１，Ｗ２及び任意の回転量Ｔから平行線パターンの走査
線方向に対する傾きθを求めているので、平行線パター
ンの傾きを求めるまでの処理時間を短縮でき、さらに画
像情報抽出領域１７に複数の平行線パターンが存在した
り、測定対象パターンとは無関係な形状物が含まれてい
ても正確に平行線パターンの傾きを求めることができ
る。

【００４４】また、この実施の形態によれば、計算され
た平行線パターンの傾きθから走査線方向の幅Ｗを幾何
学的計算によって求めることができるので、従来のよう
な全ての走査ラインの偏差に基づいた帰還制御に比べ
て、走査線方向の幅Ｗが取得されるまでの時間を大幅に
短縮できる。

【００４５】また、この実施の形態によれば、計算され
た平行線パターンの傾きθがそのまま角度補正量の指示
値となるので、従来のような全ての走査ラインの偏差に
基づいた帰還制御に比べて、角度補正に要する時間を大
幅に短縮できる。

【００４６】また、測定対象パターンが途中でラインの
切れているようなパターンの場合、像回転の回転中心が
入力画像Ｍの中心と一致していることから、角度補正前
の水平方向の幅Ｗ１の中点の座標と入力画像中心との位
置関係より、画像の回転により移動し得るＷ１の中点座
標を求めておいて、その位置で回転後の幅Ｗ２を測定す
るか、またはステージに２次元移動機構を設けたり、光
学系自体が２次元に移動する機構を設けて上記Ｗ１の中
点位置を常に画像中心と一致させることにより、ライン
パターンの長さがＷ（走査方向と一致する幅）以上の長
さを持っていれば傾き角度を正確に測定できる。

【００４７】さらに、光学系に共焦点光学系を搭載すれ
ば、反射率の違いによるラインパターンだけでなく、反
射率はあまり変わらず、Ｚ方向に段差があるようなライ
ンパターンに対しても以下に示すような高輝度蓄積法に
よって同様の測定が可能である。すなわち、試料面の一
点に収束光を照射した状態で、先ずその光軸方向（Ｚ方
向）に上記収束光を走査して、かかる走査中に輝度が最
大となる位置（Ｚ位置）を検出して保存する。次に、上
記収束光をＸ方向に移動させることにより試料面の次の
一点に上記収束光の初期照射点を位置させ、この状態で
上記収束光をＺ方向へ走査して、かかる走査中に輝度が
最大となる位置（Ｚ位置）を検出し保存する。以後同様
に、収束光の初期照射点の位置をＸ方向及びＹ方向にス
テップ的に移動させるごとに収束光をＺ方向へ走査し、
これらの走査で検出された輝度の最大値をそれぞれ保存
する。かくして、輝度変化に基づいた試料の表面情報が
測定される。

【００４８】なお、上記手順によって初期設定を行うこ
とができるが、初期設定に必要な情報は回転前後の幅Ｗ
１，Ｗ２を求めるための走査位置と、回転後の幅Ｗ２を
求めるためのずらし角度量Ｔとの２つであるので、この
２つの条件が求められるような手段（演算処理部への初
期設定登録等）であれば他の設定手段によってもよい。
また、上記した説明では測定対象パターンを１回の像
回転だけで測定しているが、複数のずらし角度量を設定
し、各ずらし角度Ｔｉで回転させたときの幅Ｗ２ｉを求
め、ずらし角度Ｔｉと幅Ｗ２ｉと回転前の幅Ｗ１から求
められる各傾きθｉから平均値θを求めて最終的な傾き
測定値として使用しても良い。

【００４９】図６は複数のずらし角度量を設定するため
の初期値設定画面の構成を示している。平均回数欄２７
に、平行線パターンの各ずらし角度での傾き測定値の平
均回数の数値を設定する。同図に示す場合であれば２つ
のずらし角度でそれぞれ像回転させたときの各傾き測定
値θ１、θ２の平均値θを使用する場合が示されてい
る。登録パターン番号２８には、測定対象パターン欄２
５及びずらし角度量欄２６に各指示値を設定する際に対
象となるパターン番号が設定される。パターン番号の最
大値は平均回数欄２７の平均回数となる。

【００５０】このように、複数のずらし角度量を設定し
て角ずらし角度Ｔｉと幅Ｗ２ｉと回転前の幅Ｗ１から求
められる各傾きθｉから平均値θを求めることにより、
ノイズなどによる測定誤差を低減できる利点がある。

【００５１】（第２の実施の形態）測定対象とする平行
線パターン及び傾き測定のためのずらし角度量を自動的
に設定して平行線パターンの傾きを自動的に測定できる
ようにシステム構成する。システム構成は、図１に示す
ものと基本的に同じであり、図１中に点線で示す制御線
Ｌ１により演算制御部９からステージ１を二次元駆動で
きるものとする。

【００５２】図７に補正角度を決定するのに使用する測
定対象パターンを自動検出するためのフローチャートを
示している。制御部１０には角度補正前でかつ像回転操
作前の入力画像Ｍの画像データが保持されている。かか
る入力画像の画像中心を始点として当該始点を含む水平
方向の１ラインを走査し、この走査ラインの上下に隣接
する２つの走査ラインをそれぞれ走査する。走査ライン
上に平行線パターンが存在すればラインデータ（走査ラ
イン上に配列された各画素のビットデータからなる）に
平行線パターンに対応したプロファイルが現れる。そこ
で、画像中心の始点を含んだ水平方向の走査ラインを中
心にして、平行線パターンが検出されるまで、１ライン
づつ走査ラインを画像領域の上下方向へシフトさせてい
く。

【００５３】平行線パターンが画像領域の上下限に到達
する前に検出されるケースと全く検出されないケースの
２つが可能性として考えられる。平行線パターンが検出
された場合は、その検出パターンのパターン数を判別す
る。検出パターンが複数存在するときはその中から走査
開始ラインに最も近い検出パターンを測定対象パターン
に決定する。検出パターンが一つであれば、その平行線
パターンを測定対象パターンに決定する。

【００５４】一方、平行線パターンが全く検出されなか
った場合は、水平方向の走査線が領域１７の現在の対角
線（方形の領域を対象としているので対角線は２方向分
存在する）と平行になるように像回転光学系１４を回転
させる。

【００５５】像回転後に取り込んだ入力画像を画像中心
を横切るように水平方向に１ライン走査する。この結
果、平行線パターンが検出されなかった像回転前の画像
状態で画像領域の対角線方向に走査したのと同じことと
なる。２つの対角線の一つに沿った走査ラインで走査し
ても平行線パターンが検出されたなかった場合は、さら
にもう一つの対角線に平行な走査ラインとなるように像
回転させてから同様のパターン検出を行う。

【００５６】このように対角線に平行な走査ラインで画
像中心を走査することにより、図１１（ｃ）に示すよう
な平行線パターンの走査ラインが矢印で示す対角線方向
に変更されるので平行線パターンを検出することができ
る。

【００５７】なお、画像領域の対角線に平行な走査ライ
ンとなるように像回転した場合は、平行線パターンの回
転操作前の幅Ｗ１は、測定対象パターンが検出された対
角線に平行な走査ラインに沿ったエッジの間隔となる。
最終的には、この像回転前の幅Ｗ１、像回転後の幅Ｗ２
及びずれ角度量Ｔから求められる傾き角度θは、対角線
に平行な走査ラインに対する補正量となるので、対角線
に平行なラインを基準とした回転量をθｒとすれば、θ
＝θ−θｒとして置き換えれば、上記第１の実施の形態
と同様に扱うことができる。

【００５８】以上の処理によって１つの測定対象パター
ンが決定したならば、当該パターンの両端のエッジの中
点（Ｗ１の中心）が画像中心に一致するようにステージ
１を二次元駆動する。

【００５９】次に、像回転後の測定対象パターンの幅Ｗ
２を求めるためのずらし角度量を決定する。図８はずら
し角度量を決定するためのフローチャートを示してい
る。上記処理で像回転前の測定対象パターンの幅Ｗ１を
求めたが、このときの走査ラインに対して±９０度を越
えない範囲でプラス方向及びマイナス方向に交互に一定
角度づつ回転角度を増やして画像を回転させる操作を繰
り返す。像回転後の１ライン走査に対してパターンが検
出されるまで上記操作を繰り返し、パターン検出された
ときのずらし角度量Ｔを保存する。

【００６０】以上のようにして求めたＷ１，Ｗ２及びＴ
から式−Ａに基づいて像回転前の測定対象パターンの傾
き角度θを求める。このような実施の形態によれば、角
度補正を行うための初期設定が不要となるので、画像範
囲内に平行線パターンのみで、かつ平行線パターンが画
像範囲内に収まっていれば自動的に平行線パターンの傾
きを計算して角度補正することができる。

【００６１】また、光学系に共焦点光学系を搭載するこ
とにより、反射率の違いによるラインパターンだけでな
く、段差による又は深さ方向のラインパターンに対して
も同様に傾きを自動測定できる。

【００６２】さらに、角度補正後にラインパターンの幅
Ｗを求める機能を搭載し、ステージ１に２次元駆動機構
を付加し予め被測定物の測定ポイントを記憶させておく
ことにより、被測定物上の複数の測定対象パターンを順
次切り換えて自動的に測定することもできる。

【００６３】また、画像情報抽出領域に初期設定で特定
の方形領域を指定し、その方形領域内にはラインパター
ンのみが含まれるように設定すれば、ラインパターン以
外の形状物を含んだ被測定物についても測定対象パター
ンの傾き角度を補正することができる。

【００６４】以上の説明では、測定対象パターンの両端
エッジの中点をステージ１の二次元駆動によって画像の
中心位置と一致させているが、光学系等のその他の手段
であっても被測定物の任意の位置を画像中心に移動でき
る手段であれば適用することができる。

【００６５】図９に像回転後の測定対象パターンの両端
エッジの幅Ｗ２を求めるためにずらし角度量を決定する
ためのフローチャートが示されている。先に説明した図
８のフローチャートでは平行線パターンが検出されたと
ころで検出処理を中止しているが、図９に示す変形例で
は検出パターンの有無に拘らず回転量が±９０度になる
まで像回転操作を繰り返し、検出パターンが検出される
度にそのときのずらし角度量Ｔｉ及び検出パターンの両
端エッジの幅Ｗ２ｉを測定して保存する。最終的に得ら
れた各幅Ｗ２ｉ、ずらし角度量Ｔｉ及び像回転操作前の
エッジ幅Ｗ１とから各ずらし角度量Ｔｉでの傾きθｉを
求め、その平均値θを測定対象パターンの像回転操作前
の最終的な傾き測定値として算出する。

【００６６】このような処理をすることにより、ノイズ
などによる測定誤差を少なくする効果がある。以上、本
発明について実施の形態に基づいて説明したが、この明
細書には以下の発明を含んでいる。 （１） 平行線を含む測定対象パターンを拡大する光学
顕微鏡と、拡大された測定対象パターンを前記平行線に
対してある交差角を持つ方向で走査して画像情報を取得
する画像検出器と、画像情報をもとにして走査線方向の
前記平行線の間隔を測定する演算処理部と、測定対象パ
ターンの像を光学顕微鏡の光軸と同軸に回転させる像回
転手段とを備えた微少寸法測定装置における測定対象パ
ターンの傾き検出方法において、画像領域の中心を含む
水平方向の１ラインから走査を開始し、画像領域の上下
方向に向けて上下交互に走査ラインをずらして走査ライ
ン上の画素データを取り込んで平行線パターンを検出
し、上下交互に走査ラインをずらして走査ライン上の画
素データを取り込む処理を平行線パターンが検出される
まで繰り返し、走査開始ラインに近い位置の平行線パタ
ーンを測定対象パターンとして選定して該測定対象パタ
ーンの走査線方向の両端のエッジの幅Ｗ１を検出し、被
測定物が載置されているステージ又は測定対象パターン
像が通過する光学系を制御して測定対象パターンの走査
線方向のエッジの両端の中点を画像領域の中心へ移動
し、測定対象パターンの幅Ｗ１を求めたときの走査ライ
ンに対して±９０度を越えない範囲でプラス方向及びマ
イナス方向に交互に一定角度づつ画像を回転させ、
像回転後の走査ライン上の画素データから測定対象パタ
ーンが検出されるまで像回転操作を繰り返し、測定対象
パターンが検出されたときの回転角度をずらし角度Ｔと
して、前記Ｗ１，Ｗ２及びＴから像回転前の測定対象パ
ターンの傾き角度θを求めることを特徴とする測定対象
パターンの傾き検出方法。 （２） 平行線を含む測定対象パターンを拡大する光学
顕微鏡と、拡大された測定対象パターンを前記平行線に
対してある交差角を持つ方向で走査して画像情報を取得
する画像検出器と、画像情報をもとにして走査線方向の
前記平行線の間隔を測定する演算処理部と、測定対象パ
ターンの像を光学顕微鏡の光軸と同軸に回転させる像回
転手段とを備えた微少寸法測定装置における測定対象パ
ターンの傾き検出方法において、画像領域の中心を含む
水平方向の１ラインから走査を開始し、画像領域の上下
方向に向けて上下交互に走査ラインをずらして走査ライ
ン上の画素データを取り込んで平行線パターンを検出
し、上下交互に走査ラインをずらして走査ライン上の画
素データを取り込む処理を平行線パターンが検出される
まで繰り返し、走査開始ラインに近い位置の平行線パタ
ーンを測定対象パターンとして選定して該測定対象パタ
ーンの走査線方向の両端のエッジの幅Ｗ１を検出し、被
測定物が載置されているステージ又は測定対象パターン
像が通過する光学系を制御して測定対象パターンの走査
線方向のエッジの両端の中点を画像領域の中心へ移動
し、測定対象パターンの幅Ｗ１を求めたときの走査ライ
ンに対して最大回転角が±９０度になるまでプラス方向
及びマイナス方向に交互に一定角度づつ角度量を増やし
て画像を回転させ、回転角が最大回転角になるまでに測
定対象パターンが検出されたそれぞれの回転角Ｔｉ及び
そのときの走査線方向のエッジの幅Ｗ２ｉを記憶し、前
記Ｗ１、Ｔｉ及びＷ２ｉからそれぞれの回転角Ｔｉに対
する傾き角度θｉを求め、それら傾き角度θｉの平均値
θを測定対象パターンの傾きとして算出することを特徴
とする測定対象パターンの傾き検出方法。 （３） 上記（１）又は（２）の微少寸法測定装置にお
ける測定対象パターンの傾き検出方法において、上下交
互に走査ラインをずらして走査ライン上の画素データを
取り込み平行線パターンを検出する処理で、走査ライン
が画像領域の上下限に達しても平行線パターンが検出さ
れない場合は、走査線方向を画像領域の対角線方向に変
更して再び画像中心から開始することを特徴とする傾き
検出方法。本発明は上記実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施
可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、像
回転前後の各１ラインのデータから入力画像に含まれた
測定対象パターンの傾きを求めることができ演算時間を
大幅に短縮できると共に、従来の方法では角度補正が困
難であった測定対象パターンまでも正しく角度補正する
ことができる微少寸法測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る微少寸法測定装置の全
体構成図である。

【図２】第１の実施の形態における測定対象パターンの
傾き算出のためのフローチャートである。

【図３】第１の実施の形態における初期設定のためのフ
ローチャートである。

【図４】第１の実施の形態における初期値設定画面の構
成図である。

【図５】入力画像から領域抽出した測定対象パターンを
示す図である。

【図６】初期値設定画面の変形例の構成図である。

【図７】第２の実施の形態に係る微少寸法測定装置にお
ける初期設定値の自動検出のためのフローチャートであ
る。

【図８】第２の実施の形態におけるずれ角度量を決定す
るフローチャートである。

【図９】ずれ角度量を決定するための変形例のフローチ
ャートである。

【図１０】本発明の傾き検出原理を説明するための図で
ある。

【図１１】種々の測定パターンを示す図である。

【図１２】従来の傾き検出原理及びその不具合を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１…ステージ ２…被測定物 ３…対物レンズ ５…照明光学系 ８…画像検出器 ９…演算処理部 １０…制御部 １１…モニタ １２…キーボード １４…像回転光学系 １６…回転駆動部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１組の平行線を含む測定対象
   パターンを光学顕微鏡で拡大し、この拡大された測定対
   象パターンを前記平行線に対してある交差角を持つ方向
   で走査して画像情報を取得し、この画像情報をもとにし
   て前記平行線の間隔を測定する微少寸法測定装置におい
   て、 前記測定対象パターンの像を前記光学顕微鏡の光軸と同
   軸に回転させる像回転手段と、この像回転手段で測定対
   象パターン像を所定角度だけ回転させたときの像回転前
   後における走査ライン上の前記平行線の幅を測定する手
   段と、この手段で測定された像回転前後の幅測定値と像
   回転量とに基づいて走査線方向と前記平行線との交差角
   を演算する傾き検出手段とを具備したことを特徴とする
   微少寸法測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の微少寸法測定装置におい
   て、 前記傾き検出手段で算出された交差角から前記像回転手
   段を制御して平行線が走査線方向と直交するように前記
   測定対象パターンを角度補正する傾き補正手段を備え、 前記傾き補正手段で測定対象パターンの平行線が走査線
   方向と直交するように角度補正されてから、当該角度補
   正後の測定対象パターンの画像情報をもとに前記平行線
   の間隔を測定することを特徴とする微少寸法測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の微少寸法測定装置におい
   て、 前記傾き検出手段で算出された交差角と像回転前後の幅
   測定値とから幾何学的な計算で前記平行線の間隔を検出
   することを特徴とする微少寸法測定装置。