JPS62263403A - 微小寸法測定装置 - 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、被測定物の像をイメージセンサ上に形成し、
そのイメージセンサの出力によって被測定物の寸法を測
定する微小寸法測定装置に関する。

〔従来技術〕

従来から、被測定物を照明し、これによる被測定物の反
射光又は透過光により被測定物の像をイメージセンサ上
に形成し、該イメージセンサの出力のピークレベルに対
して所定のパーセントのレベルをスライスレベルとして
設定する相対レベル方式、あるいは画一的に定められた
基準レベルをスライスレベルとして設定する絶対レベル
方式を採用した微小寸法測定装置が提案されている。こ
の相対レベル方式を採用したものは、特開昭５４−１２
８３６１号公報に開示されてあり、また絶対レベル方式
を採用したものは、特開＠５４−７９０６５号公報に開
示されている。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述の従来の微小寸法測定装置においては、
相対レベル方式によっても、絶対レベル方式においても
測定寸法が使用する波長とほぼ等しいかまたはこれより
も小さい場合には大きな測定誤差が発生する。すなわち
、第２１図において、被測定寸法を横軸に取り、検出値
を縦軸に取り、０．４μｍの波長を使用し、スライスレ
ベルを７５％、５０％、２５％のいずれかとすると、被
測定寸法が０．４μｍより大きい領域Ｉにおいては、被
測定の寸法と検出値が正比例となり、正しい測定が行わ
れる。ここで、ＮＡは０．９であり、デフォーカス量は
０である。しかし、被測定寸法が０．４μｍより小さい
領域１においては、句対スライスレベル方式においては
検出値が被測定寸法より大きくなり、逆に絶対スライス
レベル方式においては検出値が被測定寸法より小さくな
り、いずれも大きな測定誤差を含むことが理解できる。

本発明は、従来の寸法測定装置の上記問題点に鑑みなさ
れたものであって、イメージセンサに入射する光の波長
と同程度の微小寸法についても正確に測定できる微小寸
法測定装置を提供することを目的とする。

〔発明のｍ成〕

上述の目的を達成する本発明の微小寸法測定装置構成上
の特徴とするところは、被測定物の像をイメージセンサ
上に形成する光学系と、上記光学系によって形成された
像に応じた信号を出力するイメージセンサと、測定寸法
が使用光の波長と同程度又はそれ以下の場合に上記イメ
ージセンサの出力に応じてスライスレベルを設定するス
ライスレベル設定孔と、上記スライスレベルと上記イメ
ージセンサの出力とを比較して被測定物の寸法を測定す
る測定部とを具備したことである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例に係る微小寸法測定装置について
説明する。本測定装置は、第８図及び第１５図に示すよ
うに、複数のビデオヘッド用モールド〜４．　　、Ｍ２
、Ｍ、を上面に設けたかまぼこ邪２を基台部４の上に有
する磁気ヘッド部材１０にお）する複数の該磁気ヘッド
ギャップ（通常透明ガラスが充填されている）ｇの幅を
自動的に測定し、ギャップｇの幅が所定［凹円にある部
材ｌＯと、ない部材１０とを分類するためのものである
。

本測定装置は、第１図に示すように、概ね、搬送保管系
１００と、測定系２００と、制御演算系４００とからな
る。搬送保管系１００は、基台１０２に、搬送ロボット
１０４と、第１ないし第３パレット収容部１０６．１０
８．１１０とを設けてなる。搬送ロボット１０４は、回
動ボール１１２に固着された第１アーム１１４、第１ア
ーム１１４の先端に揺動可能に取付けられた第２アーム
１１６、及び第２アーム１１６の先端に取付けられ、磁
気ヘッド部材１０を吸着するバキュウムチャック１１８
を有する。第１パレット収容部１０６は測定前のＲＨｌ
ｏを入れたパレット１２０を収容するためのものであり
、第２及び第３パレット収容部１０８．１１０は、それ
ぞれ測定によりギャップｇが所定範囲内にあった部材１
０及び所定範囲内になかった部材１０を入れたパレット
１２０を収容するためのものである。各バレッ、ト収容
部１０６．１０８．１１０はエレベータ式に構成され、
バレン）１２０を多投式に収容する。

搬送ロボット１０４は、第１パレット収容部１０６から
送り出されたパレット１２０内の部材１０を順次、測定
系２００へ送り、また測定後の部材１０を測定系２００
から第２パレット収容部１０８又は第３バレγト収容部
１１０に収容されるべきパレット１２０へ分類搬送する
。

測定系２００は、基台２０２に、各種測定部を有する測
定要部２０４と、測定操作を行うための操作部２０６と
、部材１０の被測定部を拡大表示するためのモニタテレ
ビ２０８とからなる。

制御演算系４００は、各種制御装置を収容した制御部４
０２と、制御部４０２を操作するためのマイコン４０４
と、測定値等をプリントアウトするためのプリンタ４０
６と、制御部４０２の制御信号や測定値信号を記憶する
ためのフロッピーディスク装置４０８とを有する。

本測定装置の構成を、第２図のブロック図に基づいてさ
らに詳しく説明する。搬送保管系１００は、搬送ロボッ
ト１０４と各パレット収容部１０６．１０８．１１０と
がシーケンサ−１３０を介して接続されて構成され、全
体としてマイコン４０４によって制御される。

測定系２００は、アライメント光学系２１０及び測定光
学系２３０からなる光学系２５０と、照明光源を作動さ
せるための照明駆動系３００と、被測定部を拡大観察す
るための観察系２９０と、光学系２５０を被測定部に自
動的に合焦させるためのオートフォーカス駆動系２８０
と、光学系２５０の出力信号を処理するための信号処理
系２６０と、部材１０を載置するステージ及び該ステー
ジを駆動制御するためのステージ駆動系３２０とを有す
る。

アライメント光学系２１０は、部材１０を測定に適した
所定の位置に置くためのものであって、第３図に示すよ
うに、対物レンズ２１２、対物レンズ２１２の光軸２１
４上の部材１０と反対側に以下の順序に配置された、ノ
＼−フミラー２１６、赤外光反射可視光透過のビームス
プリッタ２１８、及び対物レンズ２１２に関し部材１０
と共役な位置に配置されたリニアの第１イメージセンサ
２２０を有する。ハーフミラ−２１６による反射光軸２
２１上には、ハロゲンランプ２２２、リレーレンズ２２
３、及び赤外光吸収フィルター２２４が設けられ、リレ
ーレンズ２２３はハロゲンランプ２２２の像を対物レン
ズ２１２の後側（部材１０と反対側）の焦点位置に結像
させ、従って、部材１０は平行光束によって照明される
。

一方、ビームスプリッタ２１８の反射光軸２２５上には
、ビームスプリッタ２１８から順に、ノ＼−フミラープ
リズム２２６、正の円柱レンズ２２７、及び４分割受光
素子２２８が設けられている。また、ハーフミラ−プリ
ズム２２６の入射光軸２２９上には、赤外ＬＥＤ２１１
．リレーレンズ２１３、及びピンホール部材２１５が設
けられている。そして、赤外ＬＥＤ２１１において発生
させられた赤外光束はリレーレンズ２１３によってピン
ホール部材２１５上に結像させられ、ピンホール部材２
１５を通過した光束はハーフミラ−プリズム２２６の２
つの反射面２１７．２１９及びビームスプリフタ２１８
で反射され、対物レンズ２１２を透過後部材１０によっ
て反射され、再び対物レンズ２１２を透過し、ビームス
ブリブタ２１８で反射され、反射面２１９及び円柱レン
ズ２２７を透過して４分割受光素子２２８に達する。こ
こで、円柱レンズ２２７は、その円柱軸が第３図の紙面
に対し直角となるように配置され、また、対物レレズ２
１２を２度透過しかつ円柱レンズ２２７を透過した赤外
光束が、その第３図の紙面と平行な面内の光束と、紙面
と直角をなす面内の光束とに分けられ、両光束によるピ
ンホール１Ｈ２１５のピンホールの２つの像が、光軸２
２５上で４分割受光素子２２βをはさみ、かつこれから
等しい距離だけ離れて形成するときに、部材１０が対物
レンズ２１２に関し第１イメージセンサ２２０と共役と
なるように設計される。従って、部材１・０の上面が所
定位置にあると、４分割受光素子２２８の各分割受光素
子はそれぞれ等しい出力をなし、一方該上面が所定位置
にないと、不均一な各分割受光素子の出力からそのずれ
方向及びずれ量を検出することができる。第１イメージ
センサ２２０はその画素が紙面と直交する方向に配列さ
れ、対物レンズ２１２によって部材１０の像が２０倍で
第１イメージセンサ２２０上に投影される。

測定光学系２３０は、測定光軸２３１上に、部材１０の
側から対物レンズ２３２、ハーフミラ−２３３、ビーム
スプリッタ２３４、第ルチクル２３５、第１リレーレン
ズ２３６、負の円柱レンズ２３７、正の円柱レンズ２３
８、及びリニアの第２イメージセンサ２３９を配置して
なる。第ルチクル２３５は、対物レンズ２３２に関して
所定位置に置かれた邪は１０と共役となるように配置さ
れ、第４図に示すように、測定しようとする磁気へラド
ギャップｇの幅に対物レンズ２３２１：よる投影倍率約
１００倍を乗じた幅Ｇのレチクル線２４０が磁気へラド
ギャップ像と平行となるように設けられている。第１１
７レーレンズ２３６は第ルチクル２３５を１０倍で第２
イメージセンサ２３９上に投影する。負・正の円柱レン
ズ２３７．２３８はその円柱軸線が紙面と直角になるよ
うに配置され、負の円柱レンズ２３７は紙面と平行な面
内で射出光束が平行光束となるように配置され、従って
、紙面と平行な面内において正の円柱レンズ２３８を光
軸２３１上で移動させることによりピント合せが可能で
ある。負・正の円柱レンズ２３７．２３８によって紙面
と平行な面内の投影倍率は２となる。第２イメージセン
サ２３９は紙面と直角の方向に並んだ複数の画素を有す
る。以上の構成により、第２イメージセンサ２３９上に
は、紙面と直角をなす面内で１０００倍、紙面と平行な
面内で５００倍の部材１０の像が投影される。

ハーフミラ−２３３の反射光軸２４１上には、ハロゲン
ランプ２４２、ＪＲ１リレーレンズ２４３、円形絞り２
４４及び第２リレーレンズ２４５が順次配置されている
。円形絞り２４４は第１リレーレンズ２４３に関しハロ
ゲンランプ２４２と共役であり、第２リレーレンズ２４
５は円形絞り２２４の像を対物レンズ２３２のハーフミ
ラ−２３３側の焦点に形成する。従って、部材１０は、
ハロゲンランプ２４２により平行光線によって照明され
る。

ビームスプリッタ２３４の反射光軸２４６上には、ビー
ムスプリッタ２３４の側から順次、第２レチクル２４７
、リレーレンズ２４８、ミラー２４９、及びテレビカメ
ラ２５１が配置される。

ビームスプリッタ２３４は入射光束の８０％を第２イメ
ージセンサ２３９側へ透過させ、２０％をテレビカメラ
２５１側へ反射させる。第２レチクル２４７は、第５図
に示すように、その中心に小円形レチクル線２５２を有
し、レチクル線２５２の中心が光軸２４６と一致するよ
うに、かつ対物レンズ２３２に関し部材１０と共役であ
るように位置決めされる。テレビカメラ２５１の受光面
はリレーレンズ２４８に関して第２レチクル２４７と共
役であり、モニタテレビ２０８には、第６図に示すよう
に、部材１０の磁気へラドギャップの像ｇ−１と小円形
レチクル線２５２の１象２５２−１が重ねるれて表示さ
れる。

信号処理系２６０は４分割受光素子２２８に接続された
入力端子を有し、後述のコントロール回路２８７に出力
端子を接続し、Ｉ１０インクフェイス４１０からのスタ
ート信号Ｓｔ２によって作動する差動検出回路２６２、
第１イメージセンサ２２０に入力端子を接続し、出力端
子を増幅げ路２６３及びサンプルホールド回路２６４を
介してマルチプレクサ２６５に接続し、さらに入力端子
を後述のＩ／○インタフェイスユニット４１０に接続し
た駆動回路ＤＣ，、及び第２イメージセンサ２３９に入
力端子を接続し、出力端子を増幅回路２６６及びサンプ
ルホールド回路２６７を介してマルチプレクサ２６５に
接続し、さらに入力端子をＩ１０インタフェイスユニッ
ト４１０に接続した駆動回路Ｄ　Ｃ３を有する。これら
駆動回路ＤＣ，及びＤＣ，はＩ１０インタフェイスユニ
ット４１０からのスタート信号Ｓｔｚ　及びＳｉ２　に
よって読出しを開始する。

マルチプレクサ２６５の出力端子は、■／○インクフェ
イスユニット４１０によって制御されるスイッチＳＩ　
　によって２値化回路２６８又はＡ／Ｄ変換回路２６９
に切換え接続される。Ａ／Ｄ変換回路２６９には駆動回
路ＤＣ，の出力も入力しており、Ａ／Ｄ変換された出力
は積算回路２７０に入力される。２値化回路２６８の出
力はカウンタ２７１に入力され、また積算回路２７０の
出力はメモリ２７２に人力される。

オートフォーカス駆動系２８０は、光学系２５０をＺ方
向（光軸２１４．２３１の方向）に移動させて部材１０
に合焦させるためのものであって、■／○インタフェイ
ス４１０から出力される制御信号がコントロール回路２
８２に人力され、マイクロステップドライバー２８３を
介してモーター２８４が駆動される。モーター２８４の
回転軸には螺合装置２８５が取付けられて粗合焦系が構
成され、該回転軸の回動により光学系２５０が粗合焦さ
れる。

オートフォーカス駆動系２８０はまた、コントロール回
路２８７、及びピエゾ素子からなるオートフォーカス駆
動系２８８からなる微合焦系を有し、コントロール回路
２８７には差動検出回路２６２及び■／○インタフェイ
スユニット４１０の出力が入力し、これにより光学系２
５０の微合焦が行われる。

観察系２！ａＯは、テレビカメラ２５１に接続さレタカ
メラコントロールユニット（以下、ＣＣＵという）２９
２及びＣＣＵ２９２接続されたモニタテレビ２０°８か
らなり、部材１０の被測定部をモニタテレビ２０８によ
り拡大表示する。

照明駆動系３００は、Ｉ１０インクフェイスユニット４
１０の出力が人力するコントロール回路３０２及びコン
トロール回路３０２の出力が入力するドライバー３０４
からなり、Ｉ／○インタフェイスユニット４１０の制御
によりドライバー３０４に接続された赤外ＬＥＤ２１１
、ハロゲンランプ２２２．２４２を所定条件で点灯させ
る。

測定のために部材１０を載置するステージ３１０は、第
７図及び第８図に示すように、載置ディスク３１２上に
Ｘ軸方向に延びたＹ軸突当て３１３、同じくＹ軸方向に
延びたＸ軸突当て３１４、及びＹ軸突当て３１３及びＸ
軸突当て３１４の隅部付近を向き、エアシリンダ３１５
を有する押当て装Ｗ３１６を有する。Ｙ軸突当て３１３
、Ｘ軸突当て３１４及び載置ディスク３１２にはそれぞ
れ吸着アバーチニ−３１７，３１８，３１９が設けられ
ている。Ｘ軸突当て３１４の高さは部材１０の高さに一
致し、上面は鏡面仕上げされている。そして、ステージ
駆動系３２０は、第２図に示すように、ディスク３１２
をＸ軸方向に移動させるための、Ｘ軸方向ドライバー３
２２及びＸ軸方向コントロール回路３２３を介してＩ１
０インクフェイスユニット４１０に接続されたＸ軸方向
モーター３２４と、ディスク３１２をＹ軸方向に移動さ
せるための、Ｙ軸方向ドライバー３２５及びＹ軸方向コ
ントロール回路３２６を介してＩ１０インタフェイスユ
ニット４１０に接続されたＹ軸方向モーター３２７と、
ディスク３１２を回動させるための、回動ドライバー３
２８及び回動コントロール回路３２９を介してＩ１０イ
ンクフェイスユニット４１０に接続されたディスク回動
モーター３３０とを有する。Ｘ軸方向モーター３２４は
螺合装置３３１の回動軸を回動させる゛ことによりラー
イスク３１２をＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸方向モーター
３２７は螺合装置３３２の回動軸を回動させてディスク
３１２をＹ軸方向に移動させ、ディスク回動モーター３
３０は歯車装置又はベルト装置（図示せず〉介してディ
スク３１２を回動させる。

一方、エアシリンダ３１５は■／○インタフェイスユニ
ット４１０によって制御されるポンプＰ１　によって加
圧制御され、またアパーチャー３１７．３１８．３１９
の吸引はＩ１０インクフェイスユニット４１０によって
制御されるポンプＰ２　によって吸引され、各アパーチ
ャー３１７．３１８．３１９の吸引はＩ１０インクフェ
イス４１０によって制御されるバルブＶ、　、Ｖ、、Ｖ
ｓ　によって制御される。

制御演算系４００は、上述したように、各種指令を入力
する操作部２０６と接続され、各種制御を行うマイコン
４０４と、マイコン４０４の入出力を各駆動部及び検出
部に適した信号に変えるためのＩ／、０インタフエイス
ユニツト４１０と、マイコン４０４の人出力を行うため
のプリンタ４０６、及びフロッピーディスク装置４０８
とからなる。

続いて、上記構成の寸法測定装置の作動を、第９図に示
すフローチャートに基づいて説明する。

なお、ステップＳ−ｔ、Ｓ−２、Ｓ−３、Ｓ’−９，５
−１０の詳細については、全作動の説明後に、改めて詳
しく説明する。ステップＳ−１においては、搬送ロボッ
ト１０４を作動させて測定すべき部材１０をステージ３
１０上に載置して固定する。

ただし、測定開始当初においては、この部材１０は、ギ
ャップｇの値ＷＰ　が知られている基準部材１０、であ
る。次にステップＳ−２に奔いては、アライメント光学
系２１０により測定光学系の最初の合焦であるブリオー
トフォーカスを行い、ステップＳ−３において、部材１
０の磁気へラドギャップｇを正しい測定方向に位置決め
するためのアライメント調整を行い、ステップＳ−４に
おいて測定光学系２３０の測定光軸がＸ軸突当て３１４
の鏡面仕上げの上面と一致するようにステージ３１２を
移動させる。

ステップＳ−５において、第２イメージセンサ２３９の
各画素の感度の不均一性を補正するための補正係数を求
める。ステップＳ−６において、測定すべき磁気へラド
ギャップｇの像ｇ−１が第２イメージセンサ２３９上に
結イ象するようにステージ３１０をＸ軸方向に移動させ
る。ステップＳ−７において、第２イメージセンサ２３
９の出力が読出され、磁気へラドギャップ（ｔｊ、　ｇ
　−１による出力ピークが最も鋭くなるように光学系２
５０がＺ方向に移動させられて、微合焦がなされる。

ステップＳ−８において、基準部材１０．のギャップｇ
を測定するか又は未知寸法の測定を行うかが判定される
。測定開始当初においては、ステップＳ−８において基
準部材１０．のギャップｇの測定が選択され、ステップ
Ｓ−９に進んで基準部材１０Ｓのギャップｇと第ルチク
ル２３５に設けられたレチクル線２４００幅Ｇが測定さ
れ、さらに被測定部材１０の測定の補正係数が演算され
る。その後、後述のステップＳ−１２０へ進む。

ステップｓ−３において、未知寸法の測定であると判別
されると、ステップ５−１０へ進み、被測定部材１０の
磁気へラドギャップｇの幅が測定される。続いて、ステ
ップＳ−１１０に進んで所望の全箇所の測定が終了した
か否かが判別される。

ステップＳ−１１０において全箇所の測定が終了したと
判別されると、ステップＳ−１２０へ進み、搬送ロボッ
ト１０４のバキュームチャック１１８、第１アーム１１
４及び第２アーム１１６を作動させて測定の終了した部
材１０をステージ３１０から退去させ、該測定値に基づ
いて第２パレツト収容邪１０８又は第３パレット収容部
１１０のいずれかのパレット１２０に分類搬入する。

続いて、ステップＳ−１３０において所望の全ての部材
１０の測定が終了したか否かが判別され、終了している
と判別されると全測定が終了し、終了していないと判別
されるとステップＳ−１に戻る。また、ステップＳ−１
１０において全箇所の測定が終了していないと判別され
ると、ステージ３１０をＸ軸方向へ移動させて次のギャ
ップｇを測定位置に配置するステップＳ−１４０を経て
ステップＳ−７へ進む。

続いて、上述の各ステップのうちのいくつかについて更
に詳しく説明する３部材１０のセツティングを行うステ
ップＳ−ｔは、第１０図に示すように、まずステップ５
−１１において、搬送ロボット１０４を作動させて、第
１パレット収容部１０６にあるパレット１２０の中から
測定すべき部材１０をステージ３１０上へ搬送する。次
に、ステップ５−１２において、エアシリンダ３１５に
圧搾空気を送って押当て装置３１６を前進させる。これ
により、第８図に示すように、部材１０がＹ軸突当て３
１３及びＸ軸突当て３１４のつくる隅部に押圧される。

次に、ステップ５−１３において、載置ディスク３１２
に設けられた吸着アパーチャー３１９を介して部材１０
がＺ軸方向に吸着される。ステップ５−１４において、
エアシリンダ３１５がら空気から抜かれ、押当て装置３
１６が上記押圧位置から退去する。続いて、ステップ５
−１５において、再びエアシリンダ３１５に圧搾空気を
送って押当て装置３１６を前進させ、部材１０を上記隅
部に押圧する。

さらに、ステップ５−１６において、部材１０を、Ｘ軸
突当て３１４及びＹ軸突当て３１３に設けられた吸着ア
パーチャー３１７．３１８を介してＸ軸方向及びＸ軸方
向に吸着する。最後にステップ５−１７において、エア
シリンダ３１５から空気が抜かれ、押当て装置３１６が
退去する。

プリオートフォーカスを行うステップＳ−２は、第１１
図に示すように、最初にステップ５−２０においてスイ
ッチＳ１　を２１ｉｌ化回路２６８にＶ続する。次に、
ステップ５−２１において、モーター３２４を駆動させ
てステージ３１２をＸ軸方向すなわち部材１０の長手方
向に、部材１０の像ｌ０−１が第１イメージセンサ２７
１に形成されるように方向に低速度で移動させる。この
時、ステップ５−２２において第１イメージセンサ２２
０の出力を読出し、ステップ５−２３において上記出力
を２値化回路２６８により２値化し、更にステップ５−
２４において２値化された第１イメージセンサ２２０の
出力をカウンタ２７１により計数する。

続いて、ステップ５−２５において、カウンタ２７１の
計数値が所定数、例えば第１イメージセンサ２２０の画
素数の５０％になったか否かが判別される。もし、上記
計数値が所定数に達していなければ、ステップ５−２１
に戻り、ステージ３１２が継続してＸ軸方向の移動を続
ける。一方、上記カウンタ２７１の計数値が所定数を越
えたと判別されると、ステップ５−２５’に進み、第１
５図に■で示すように、部材１０の像１０−１の端部す
なわちエツジが第１イメージセンサ２２０上に来たと判
断して、その時のＸ軸方向の座標を読取る。

ステップ５−２６において、ステージ３１２をＸ軸方向
にさらに移動させて、第１５図に■で示すように、像１
０−１の第１ギャップ像ｇ１−１の中間部が第１イメー
ジセンサ２２０上に形成されるようにする。次に、ステ
ップ５−２７において、差動検出回路２６２の出力を検
出し、ステップ５−２９において、差動検出回路２６２
の出力が０か否かを判別する。差動検出回路２６２の出
力が０でない場合には、ステップ５−２８へ進み、オー
トフォーカス駆動部２８８のピエゾ素子を駆動させるこ
とにより微合焦を行い、さらにステップ５−２７へ進む
。ステップ５−２９において、差動検出回路２６２の出
力が０であると判別されると、プリオートフォーカスが
終了したものと判断され、ステップＳ−２が終了する。

部材１０を正しい測定方向に位置決めするためのアライ
メント調整であるステップＳ−３は、第１２図に示すよ
うに、最初にステップＳ、−３１において、部材１０の
第１モールド像Ｍ、−１の中間部が第１イメージセンサ
２２０上に形成されるように、ステージ３１２をＸ軸方
向に移動させる（第１５図■）。次に、ステップ５−３
２において、第１イメージセンサ２２０により第１モー
ルド像Ｍ、−１の上端及び下端に対応する画素、すなわ
ち第１モールド像Ｍ、−１の上端及び下端の第１イメー
ジセンサ２７１上の座標を検出する。

ステップ５−３３において、第１５図の■で示すように
、ステップ３１２をＸ軸方向に移動させて一番最後のモ
ールドすなわち第Ｎモールドの像°Ｍ、−１の中間部が
第１イメージセンサ２２０上に形成されるようにする。

続いて、ステップ５−３４において、ステップ３２と同
様に、第１イメージセンサ２２０により第Ｎモールド像
Ｍに　−１の上端及び下端に対応する画素、すなわち第
Ｎモールド像Ｍ−１の上端及び下端の第１イメージセン
サ２２０上の座標を検出する。

ステップ５−３５において、第１モールド像Ｍ、−１及
び第Ｎモールド像Ｍ、−１の上端及び下端の座標値から
各モールド像Ｍ−１の中間座標を求め、該中間座標が等
しくなるようにステージ３１２の回転により部材ＩＯを
点０を中心に何転させる。次に、ステップ５−３６にお
いて、ステージ３１２をＹ軸方向に移動させて、第１イ
メージセンサ２２０の中心とモールド像Ｍ−１の中心が
一致するようにして、ステップＳ−３が終了する。

ステップＳ−９における基準寸法の測定は、第１３図に
示すように、最初のステップ９０１において基準部材１
０３の磁気ギャップｇの基準値Ｗｓｓ（Ｗｓｓは照明光
の波長より短かい寸法をビット数で示したもの）を人力
する。続いて、ステップＳ−９０２において、第１６図
に示すように、第２イメージセンサ２３９の全ての画素
における最大出力すなわちピークレベルＰＬが検出され
る。

さらに、ステップＳ−９０３において、ギャップ（象ｇ
−１と第ルチクル２３５のレチクル線の像２４０−１に
係る最小出力すなわちボトムレベルＢＬ、　、　ＢＬ、
が検出される。ステップＳ−９０４において、測定スラ
イスレベルＳＬ、　及びレチクルスライスレベルＳＬ２
　を Ｓ　Ｌ、　　＝−（ＰＬ＋ＢＬ、）　　　・・・・・・
（２）ＳＬ２　＝　　（ＰＬ＋ＢＬｚ）　　　・・・・
・・（３）により演算して決定する。ステップＳ−９０
５において、上記スライスレベルＳＬ２　によるレチク
ル像２４０−１の検出データ（ビット数）ｄｓが検出さ
れ、マイコン４０４に記憶される。

次に、ステップＳ−９０６において、スライスレベルＳ
Ｌ、　　によってギャップｆＪＪ　ｇ　−１の検出テ゛
−タＷ、が検出され、最初の検出値Ｗｓ（：　−（ＰＬ
＋ＢＬ、）の値のスライスレベルＳＬ。

による検出値コを初期検出値Ｗ、。とじてマイコン４０
４に記憶する。ステップＳ−９０７において、検出デー
タＷ、が基準値ＷＳＳよりも小さいかどうかが判断され
、Ｗ、＜ＷｓｓのときにはステップＳ−９０８へ進む。

ステップＳ−９０８において、スライスレベルＳＬ、を
増加させ、再びステップＳ−９０６へ戻って検出データ
ＷＳが、Ｗｓ＜ＷＳＳでな（なるまで繰り返えす。

ステップＳ−９０７において、ｗｓ　　＜Ｗ、ｓでない
と判断されると、ステップＳ−９０９においてｗｓ”ｗ
ｓｓとなったかが判断される。Ｗｓ＝Ｗｓｓでないとき
にはステップＳ−９１０へ進み、ステップＳ−９１０に
おいてスライスレベルＳＬ、を減少させ再びステップＳ
−９０６へ戻って、検出テ゛−タＷ、の検出が行われ、
Ｗ、　”ｗｓｓとなるまでこのステップルートを繰り返
す。ステップＳ−９０９においてＷｓ＝Ｗｓｓと判断さ
れると、ステップＳ−９１１へ進む。°ステップＳ−９
１１において、ピークレベルＰＬとボトムレベルＢＬ、
　　との間に対するｗｓ　　”ｗｓｓとなったときのス
ライスレベルＳＬ、のパーセンテージ（ピークレベルＰ
Ｌを１００％、ボトムレベルＢＬ、を０％として表わし
たパーセント）を初期検出値Ｗ、ｏに対応させて最適パ
ーセントスライスレベル係ｆｉｋとして記憶し、ステッ
プＳ−９１２に進む。

ステップＳ−９１２において、検出テ°−タＷ９、ｄ、
により目盛定め、すなわちある部材１０の測定における
検出データ（ビット数）ＷＳｄが求められたとき、正し
い測定値Ｗｔ　を により求めるために補正係数（（ＷｓｓＸｄ、　　）　
／Ｗ、　）を演算して、マイコン４０４によりこれを記
憶する。

この基準寸法の測定は、何種類かの基準寸法について行
い最適パーセントスライスレベル係数にのテーブルが作
成される。このテーブルは初期検出データＷ、。と最適
パーセントスライスレベル係数にとを関係づけるもので
、その関係例は第１７図に示すものである。

ステップ５−１０は未知寸法の測定を行うもので、第１
４図に示すように、未知の微小寸法をスライスレベル係
数に＝５０％のスライスレベルで測定した検出データＷ
。、が照明光の波長と同程度の値に対応する境界値Ｗｌ
　　（ビット数で示した値）より小さいときに、その検
出データＷ、、ｓに応じて最適パーセントスライスレベ
ルｋを求め、これに応じたスライスレベルで測定した検
出データにより、ギャップ値ＷｎＴを求めている。

すなわち、ステップ１００１において、ステップ９０２
と同嘩に、第２イメージセンサ２３９の各画素における
最大出力すなわちピークレベルＰＬ、が測定される。次
に、ステップＳ　−１００３において、第１６図に示す
ように、ピークレベルＰＬわが所定範囲にあるか、すな
わちａｚ＜ＰＩ、ａ＜ａ、　　にあるか否かが判定され
、所定範囲内にないときには、ステップＳ−１００２へ
進み、第２イメージセンサ２３９の受光量が不適量すな
わち過不足であったと判断し、マイコン４０４はそのず
れ量に基づいてＩ１０インタフェイスユニット４１０を
介して駆動回路ＤＣ，、及びＤＣ３に信号を送り、第２
イメージセンサ２３９の受光時間すなわち蓄積時間を増
減調節してステップＳ−１００１へ戻る。

ステップＳ−１００３において、ピークレベルＰＬ、が
所定範囲内にあると判断されると、ステップＳ−１００
４において、ステップＳ−９０３と同様に、ギャップ像
ｇ−１とレクチル線像２４〇−１におけるボトムレベル
Ｂ　Ｌｌｌ、、ＢＬ、１２が検出される。ステップＳ−
１００５において、最適パーセントスライス係数ｋを５
０とおき、ステップＳ−１００７に進む。

ステップＳ−１００７において、測定スライスレベルＳ
　Ｌ、、とレチクルスライスレベル５Ｌｎ２カレ の演算により決定され、ステップＳ−１００８へ進む。

ステップＳ−１００８において、上で求めた測定スライ
スレベルＳＬ、及びレチクルスライスレベルＳＬ２　に
よって、ギャップ像ｇ、、−１及びレチクル像２４０−
１のそれぞれの検出データＷ□、ｄ、、。が検出され、
マイコン４０４に記憶され、ステップＳ−１００９へ進
む。

ステップＳ−１００９において、検出テ°−タＷ□が境
界値Ｗ１　より大きいか否かが判断され、大きいときに
はステップＳ−１０１０へ進み、小さいとき（微小寸法
）のときはステップＳ　−１０１１へ進む。ステップＳ
−１０１１において、検出データＷ、に基づいて、ステ
ップＳ−９で作成したテーブルからこれに対応した最適
パーセントスライスレベル係数にの値を読み出し決定す
る。スライスレベルＳ−１０１２において、ステップＳ
−１０１１で決定された最適パーセントスライスレベル
係数ｋに応じて測定スライスレベルＳＬｔを再度設定し
、ステップＳ−１０１３へ進み、ステップＳ−１０１３
においてその測定スライスレベルＳＬ、で再度検出デー
タＷ。を検出し、ステップＳ−１０１０へ進む。

ステップＳ−９１２においてマイコン４０４に記憶した
（　（ＷｓｓＸｄａ　　）　／　Ｗｓ　　）を読出し、
を演算して、ギャップ値Ｗ１を求める。

寸法の測定の際の検出データＷ　１１　％に含まれてい
る温度変化等を原因とする誤差を補正するために施ｓ は検出データ（ビット数）を実際の寸法に変換するもの
である。

続いて、未知寸法の測定を行うステップ５−１０の他の
実施例を、第１８図に基づいて説明する。この方式にお
いて、第１９図に示すように、Ｘ軸方向（測定軸方向）
の位置（横軸）とその位置における各画素の出力（縦軸
）の関係において、被測定値が基準値Ｗ＋（ここでは０
．５μｍに相当）より大きい場合にはボトムレベルＢＬ
Ｏははトンど変わらないのに対し、被測定値が基準Ｗｉ
　Ｗ　＋　以下の値となるとボトムレベルＢＬ、が上昇
し、ピークレベルＰＬとボトムレベルＢＬ、　　との差
が小さくなることに着目し、この差に応じて最適パーセ
ントスライスレベル係数ｋを定めこれによって測定を行
うものである。ここで、これらの測定値を得た光学系は
、ＮＡが０．９、デフォーカス量が０である。

この方式による測定をする場合には、第１３図に示した
基準寸法測定のフローチャート中、ステップＳ−９１１
において、ピークレベルＰＬとボトムレベルＢＬ、　　
との間においてＷｓ＝Ｗｓｓとなったときのスライスレ
ベルＳＬ、　　のパーセント（ピークレベルＰＬを１０
０％、ボトムレベルＢＬ、を０％として表わしたパーセ
ント）を、そのときのボトムレベルＢＬ、　を後述する
パーセントボトムレベルに換算したものに対応させ、最
適パーセントスライスレベル係数にとして記憶し、これ
らのテーブルを作成する。ここで、レチクル（象２４０
−１によるボトムレベルＢＬ、を０％で示し、ピークレ
ベル　ＰＬを１００％で示すとき、ギャップ像ｇ、、−
１のボトムレベルＢＬ、　　に相当するパーセントボト
ムレベルと、最適パーセントスライスレベル係数にとの
関係は、第２０図に示すものとなる。

この実施例の未知寸法の測定処理ステップ１１を第１８
図に示す。前半のステップＳ−１１０１ないしステップ
Ｓ−１１０４までの処理は、第１４図に示すステップＳ
−１００１ないしステップＳ−１００４までの処理と同
様であるので、その説明を省略してステップＳ−１１０
５から説明する。ステップＳ−１１０５において、ボト
ムレベルＢ　ＬＲ，が十分な大きさのギャップによって
得られるボトムレベルの値ＢＬ０より小さいか否かが判
断される。

ステップＳ−１１０５においてＢ　Ｌｎｌ　＜　Ｂ　Ｌ
。

でないと判断したときはステップＳ−１１０８へ進み、
このとき測定対象となっているギャップは照明光の波長
より充分大きなものとして最適スライスレベル係数ｋを
５０％と決定する。続くステップＳ−１１０９において
、測定及びレチクルスライスレベルＳ　Ｌ、、、とＳ　
Ｌ、２を、第１４図に示すステップＳ−１００８と同様
に、（５）、（６）式によって測定及びレチクルスライ
スレベルＳＬ、、Ｉ及びＳ　Ｌ１１２を定めるステップ
Ｓ　−１１，１０へ進む。一方、ステップＳ−１１０５
においてＢ　Ｌｎｌ　＜　Ｂ　Ｌ。

であると判断したときは、ステップＳ−１１０６へ進み
、ここでボトムレベルＳＬ−＋をパーセントボトムレベ
ルに換算し、既に作成されたテーブルから最適スライス
レベル係数ｋを定め、ステップＳ−１１０７へ進む。ス
テップＳ−１１０７においては、ステップＳ−１１０９
と同様にして滑走スライスレベルＳＬ、、、レチクルス
ライスレベルＳＬ、、２を定め、ステップＳ−１１１０
へ進む。ステップＳ−１１１０及びステップＳ−１１１
１においては、第１４図に示すステップＳ−１０１０及
びステップＳ−１０１４と同様にしてギャップ値Ｗ。７
を求める。

〔発明の効果〕

本発明は、上述したように、測定寸法が使用光の波長と
同程度又はそれ以下の場合に、スライスレベルをイメー
ジセンサの出力に応じて設定するから、これらの寸法に
ついても精度の高い寸法測定を行うことができる効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の微小寸法測定装置の傾斜図、
第２図は本発明の実施例のブロック図、第３図は第２図
の光学系の光学図、第４図は第２レチクルの平面図、第
５図は第２レチクルの平面図、第６図にモニタテレビの
表示の説明図、第７図はステージの傾斜図、第８図はス
テージの作動説明図、第９図は本実施の作動を示すフロ
ーチャート図、第１０図はセツティングステップのフロ
ーチャート図、第１１図はブリオートフォーカスステッ
プのフローチャート図、第１２図はアライメントステッ
プのフローチャート図、第１３図は基準寸法測定ステッ
プのフローチャート図、第１４図は未知寸法の測定ステ
ップのフローチャート図、第１５図はアライメント調整
の説明図、第１６図はイメージセンサの出力を解析する
ための説明図、第１７図は初期検出データＷＳＯと最適
パーセントレベル係数にとの関係を示すグラフ図、第１
８図は未知寸法の他の実施例の測定ステップのフローチ
ャート図、第１９図は被測定寸法とボトムレベルの関係
を示すグラフ図、第２０図はパーセントボトムレベルと
最適パーセントスライスレベル係数の関係を示すグラフ
図、第２１図は従来の装置による被測定寸法と検出値と
の関係を示すグラフ図である。 １０・・・・・・磁気ヘッド部材 ｇ・・・・・・磁気へッドギャップ １０４・・・・・・搬送ロボット ２１０・・・・・・アライメント光学系２１２・・・・
・・対物レンズ ２１８・・・・・・ビームスプリッタ ２２０・・・・・・第１　ＣＣＤ ２２７・・・・・・円柱レンズ ２２８・・・・・・４分割受光素子 ２３０・・・・・・測定光学系 ２３２・・・・・・対物レンズ ２３９・・・・・・第２ＣＣＤ ２３５・・・・・・第ルチクル ２３７・・・・・・負の円柱レンズ ２３８・・・・・・正の円柱レンズ ２３９・・・・・・第２レチクル 第６図 第８図 第１２図 第１５図 スライスレベル （’／、） ５０’ムレベルの像中ＷＳＯ− パーセントボトムレベル（０ム） 第２１図 一一一一一相対スライスレベル方式 □絶対スライスレベル方式 （μｍ） 被測定寸法−一一一

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の像をイメージセンサ上に形成する光学
   系と、上記光学系によって形成された像に応じた信号を
   出力するイメージセンサと、測定寸法が使用光の波長と
   同程度又はそれ以下の場合に上記イメージセンサの出力
   に応じてスライスレベルを設定するスライスレベル設定
   部と、上記スライスレベルと上記イメージセンサの出力
   とを比較して被測定物の寸法を測定する測定部とを具備
   したことを特徴とする微小寸法測定装置。
2. （２）上記スライスレベル設定部が、被測定物における
   測定対象部分の像の出力レベルに対応した基準レベルを
   記憶する記憶部と、上記測定対象部分の像による上記イ
   メージセンサの測定対象部分出力が上記基準レベルに達
   しているか否かを判別するレベル判別部とを備え、上記
   レベル判別部が上記測定対象部分出力が基準レベルに達
   していないと判別したとき、上記スライスレベルを上記
   基準レベルとの差を増すように変化させるスライスレベ
   ル増減部を具備することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の微小寸法測定装置。
3. （３）上記スライスレベル設定部が、所定のスライスレ
   ベルと、上記所定のスライスレベルを用いて上記測定部
   が測定した測定対象部分の寸法を測定に使用した波長程
   度の所定寸法と比較する寸法比較部とを備え、上記測定
   部が上記寸法比較部によって測定した寸法が上記所定寸
   法より小さいと判別したとき、上記スライスレベルを上
   記測定部によって測定される寸法が増加する方向にスラ
   イスレベルを変化させるスライスレベル変更部とを有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の微
   小寸法測定装置。