(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が有するパターンの寸法の測定を行うパターン寸法測定装置であって、
測定テーブルと、
前記測定テーブルに対し相対的に移動可能な撮像装置と、
情報処理装置と、
前記撮像装置の移動方向に沿った所定間隔の目盛を有する校正パターンと、
を備え、
前記撮像装置は、前記測定テーブルに対して相対的に移動しながら、前記測定テーブルに配置された前記対象物を前記校正パターンと共に撮像し、
前記情報処理装置は、前記撮像装置で前記対象物および前記校正パターンを撮像した画像から、前記校正パターンの目盛に基づいて前記対象物のパターンの寸法を測定し、
前記対象物は、配向方向が異なる２つの領域からなるパターンを有する位相差フィルムであり、
前記撮像装置に、一方の領域の配向方向に対応する偏光フィルタが設けられることを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項２】
前記対象物に照明光を照射する照明装置を更に備え、
前記照明装置は、前記撮像装置と同期して、前記測定テーブルに対し前記撮像装置と同方向に相対的に移動することを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項３】
対象物が有するパターンの寸法の測定を行うパターン寸法測定方法であって、
撮像装置を測定テーブルに対して相対的に移動させながら、前記測定テーブルに配置された対象物を、前記撮像装置の移動方向に沿った所定間隔の目盛を有する校正パターンと共に撮像し、
情報処理装置により、前記撮像装置で前記対象物および前記校正パターンを撮像した画像から、前記校正パターンの目盛に基づいて前記対象物のパターンの寸法を測定し、
前記対象物は、配向方向が異なる２つの領域からなるパターンを有する位相差フィルムであり、
前記撮像装置に、一方の領域の配向方向に対応する偏光フィルタが設けられることを特徴とするパターン寸法測定方法。
【請求項４】
前記対象物を撮像する際、
前記対象物に照明光を照射する照明装置が、前記撮像装置と同期して、前記測定テーブルに対し前記撮像装置と同方向に相対的に移動することを特徴とする請求項３記載のパターン寸法測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターンの寸法を測定するためのパターン寸法測定装置、およびパターン寸法測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
品質管理等のため、半導体製作用のガラスマスクなど平面状試料の微細なパターンの寸法を測定することがある。このような測定を行うための測定装置としては、移動ステージを用いて試料とカメラ等の光学系とを相対的に移動させつつ、寸法測定を行うものが知られている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平４−６１０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光学系と移動ステージを用いた従来の測定装置では、測定ポイントごとに移動ステージを一時停止させ測定を行う場合が多く、縞模様などの繰り返しパターンのように、多数の測定ポイントを測定するには時間がかかるといった問題があった。微小な長さを測定する必要がある対象物では、温度や湿度の影響を防ぐ目的から測定時間が規定されているものもあるので、測定時間はできるだけ短くすることが望ましい。
【０００５】
また、特許文献１の測定装置では、測定のために移動ステージの移動距離を計測するが、このような場合には、移動距離を計測する機器の精度に測定結果が依存する問題もあった。
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、短時間で精度良くパターン寸法の測定を行うことが可能なパターン寸法測定装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達するための第１の発明は、対象物が有するパターンの寸法の測定を行うパターン寸法測定装置であって、測定テーブルと、前記測定テーブルに対し相対的に移動可能な撮像装置と、情報処理装置と、前記撮像装置の移動方向に沿った所定間隔の目盛を有する校正パターンと、を備え、前記撮像装置は、前記測定テーブルに対して相対的に移動しながら、前記測定テーブルに配置された前記対象物を前記校正パターンと共に撮像し、前記情報処理装置は、前記撮像装置で前記対象物および前記校正パターンを撮像した画像から、前記校正パターンの目盛に基づいて前記対象物のパターンの寸法を測定し、前記対象物は、配向方向が異なる２つの領域からなるパターンを有する位相差フィルムであり、前記撮像装置に、一方の領域の配向方向に対応する偏光フィルタが設けられることを特徴とするパターン寸法測定装置である。
【０００８】
本発明では、撮像装置を停止することなく移動させながら、測定テーブルに配置した対象物と校正パターンの撮像を行い、この画像を用いて、校正パターンの目盛に基づき対象物のパターンの寸法を測定する。
従って、例えば帯状の対象物上の縞模様などのパターンであっても、迅速に寸法測定を行うことができる。また、本発明では撮像装置を移動させながら対象物を撮像するので、撮像装置の移動速度のムラがある場合、画像上で対象物のパターンの寸法が伸縮する。しかし、この際校正パターンの目盛も同様に伸縮するので、間隔が既知である目盛に基づいて、パターンの正確な寸法を測定できる。このように、対象物を校正パターンと同時に撮像するだけで高精度の寸法測定が行えるので、撮像装置や対象物の高精度の位置決めが必要なく、装置も簡易に構成できる。
【０００９】
また、前記対象物に照明光を照射する照明装置を更に備え、前記照明装置は、前記撮像装置と同期して、前記測定テーブルに対し前記撮像装置と同方向に相対的に移動することが望ましい。
これにより対象物の撮像を好適に行うことができる。さらに、照明装置が撮像装置と同期して同方向に移動するので、照明光のムラが画像に影響することがない。
【００１０】
また、前記対象物は、配向方向が異なる２つの領域からなるパターンを有する位相差フィルムであり、前記撮像装置に、一方の領域の配向方向に対応する偏光フィルタを設け、前記偏光フィルタを介して撮像する。これにより、２つの領域が画像上の高輝度部分と低輝度部分として現れるので、パターンの寸法測定が好適に行える。
【００１１】
第２の発明は、対象物が有するパターンの寸法の測定を行うパターン寸法測定方法であって、撮像装置を測定テーブルに対して相対的に移動させながら、前記測定テーブルに配置された対象物を、前記撮像装置の移動方向に沿った所定間隔の目盛を有する校正パターンと共に撮像し、情報処理装置により、前記撮像装置で前記対象物および前記校正パターンを撮像した画像から、前記校正パターンの目盛に基づいて前記対象物のパターンの寸法を測定し、前記対象物は、配向方向が異なる２つの領域からなるパターンを有する位相差フィルムであり、前記撮像装置に、一方の領域の配向方向に対応する偏光フィルタが設けられることを特徴とするパターン寸法測定方法である。
【００１２】
前記対象物を撮像する際、前記対象物に照明光を照射する照明装置が、前記撮像装置と同期して、前記測定テーブルに対し前記撮像装置と同方向に相対的に移動することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、短時間で精度良くパターン寸法の測定を行うことが可能なパターン寸法測定装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】パターン寸法測定装置１を示す図
【図２】校正パターン１１１について示す図
【図３】ＦＰＲフィルム２１について説明する図
【図４】パターン寸法の測定について説明する図
【図５】画像データ３０について説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
（パターン寸法測定装置１の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態のパターン寸法測定装置１について説明する。図に示すように、パターン寸法測定装置１は、測定テーブル１１、搬送ステージ１２、ラインカメラ１３、照明装置１４、情報処理装置１５等により構成される。
【００１７】
測定テーブル１１は、測定対象を配置する矩形状のテーブルである。測定テーブル１１の中央部には、テーブル長辺方向に沿って開口部１１ａが設けられており、この開口部１１ａに透明のガラス１１ｂが嵌め込まれる。ガラス１１ｂとしては、石英ガラス等、熱膨張による長さの変化がないものが用いられる。なお、本実施形態では、テーブル長辺方向が後述するラインカメラ１３の移動方向である。
【００１８】
図２に示すように、ガラス１１ｂの一方の側部には校正パターン１１１が設けられている。校正パターン１１１は、テーブル長辺方向に沿った既知の所定間隔Ｌを有する目盛である。
【００１９】
また、測定テーブル１１には搬送ステージ１２が設けられる。搬送ステージ１２は、測定テーブル１１のテーブル長辺方向の両端部に設けた門型の支持部１２ａ、１２ａの間で、ラインカメラ１３の移動部１２ｂを架け渡したものである。
【００２０】
ラインカメラ１３は、対象物および校正パターン１１１の撮像を行う撮像装置であり、モーター等の駆動手段により、移動部１２ｂに沿ってテーブル長辺方向に移動可能である。ラインカメラ１３の受光部には偏光フィルタ１３ａが取り付けられている。この偏光フィルタ１３ａは、対象物となる後述のＦＰＲ（Film
Patterned Retarder）フィルムの一方の領域の配向方向と同じ方向を配向方向としたものである。なお、ラインカメラ１３に代えてその他の撮像装置を用いることも可能である。
【００２１】
照明装置１４は、測定テーブル１１の下方に設けられ、開口部１１ａに向けて上方に照明光を照射する。照明装置１４は、テーブル長辺方向に設けた移動部１６に沿って、モーター等の駆動手段により移動可能になっている。パターン寸法の測定時には、照明装置１４がラインカメラ１３と同期して同じ方向に移動する。
【００２２】
情報処理装置１５は、ラインカメラ１３や照明装置１４の移動を制御して測定のコントロールを行うとともに、ラインカメラ１３により撮像した対象物および校正パターン１１１の画像を取得し、これを用いて対象物のパターンの寸法を測定する。情報処理装置１５は、制御部、記憶部、通信部、表示部等で構成される一般的なコンピュータで実現できる。
【００２３】
本実施形態において、測定の対象物は３Ｄ表示装置などに用いられるＦＰＲフィルムである。図３に示すように、ＦＰＲフィルム２１は、互いに直交する配向方向（図の矢印で示す）を有する２つの領域２１ａ、２１ｂが、フィルム長手方向に交互に繰り返すパターンを有する帯状の位相差フィルムである。
【００２４】
（パターン寸法測定装置１による測定）
次に、パターン寸法測定装置１によるＦＰＲフィルム２１のパターン寸法の測定について説明する。図４はパターン寸法の測定について示す図であり、図４（ａ）は測定テーブル１１の上面を見た図、図４（ｂ）は測定テーブル１１の鉛直方向断面を見た図である。なお、図４（ｂ）において１３１はラインカメラ１３による撮像範囲である。
【００２５】
ＦＰＲフィルム２１のパターン寸法を測定するには、まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＦＰＲフィルム２１のフィルム長手方向をテーブル長辺方向に対応させて、ガラス１１ｂ上の校正パターン１１１の側方に配置する。また、ＦＰＲフィルム２１の位置を固定するため、透明の抑えガラス１７を上に載せる。ただし、ＦＰＲフィルム２１の位置を固定する方法はこれに限ることはない。
【００２６】
次に、ラインカメラ１３と照明装置１４を、図４（ａ）の矢印で示すＦＰＲフィルム２１のフィルム長手方向に停止することなく移動させながら、ラインカメラ１３により、照明装置１４で照明されたＦＰＲフィルム２１および校正パターン１１１を撮像する。
【００２７】
こうしてＦＰＲフィルム２１を撮像した画像データ３０の例を示したものが図５である。図５（ａ）は画像データ３０の一部を示す図であり、図５（ｂ）は範囲３１を示す図、図５（ｃ）は範囲３３を示す図である。
【００２８】
図５に示すように、画像データ３０上では、偏光フィルタ１３ａと配向方向が一致するＦＰＲフィルム２１の領域２１ｂは高輝度で表示され、これと直交する配向方向の領域２１ａは低輝度で表示される。これらの領域はフィルム長手方向に沿って交互に繰り返され、縞状のパターンが形成される。また、ＦＰＲフィルム２１の側方には、校正パターン１１１の目盛が表示される。
【００２９】
情報処理装置１５は、ＦＰＲフィルム２１の各領域２１ａ、２１ｂの幅を、側方の校正パターン１１１の目盛に基づき測定する。
【００３０】
例えば、情報処理装置１５は、まず校正パターン１１１の目盛間のピクセル数を算出して、既知の実空間上の目盛幅と比較し、１ピクセルの幅（以下、ピクセル幅と呼ぶ）に対応する実空間長さを算出する。例えば画像データ３０上の目盛間のピクセル数が１０ピクセルであり、実空間上の目盛幅が５０ミクロンの場合、ピクセル幅に対応する実空間長さは５ミクロンと算出される。
【００３１】
そして、情報処理装置１５は、目盛の側方にあり、該目盛と対応する領域２１ａ、２１ｂのフィルム長手方向の長さを、上記算出したピクセル幅あたりの実空間長さを用いて測定する。例えば領域２１ａ（２１ｂ）の長さが５０ピクセルである場合、これにピクセル幅あたりの実空間長さである５ミクロンを掛け、２５０ミクロンであると算出される。
【００３２】
画像データ３０において、範囲３１は、撮像時にラインカメラ１３が低速となっていた部分であり、範囲３３は撮像時にラインカメラ１３が高速となっていた部分である。範囲３１、３３で示すように、ラインカメラ１３の移動速度のムラがある場合、ＦＰＲフィルム２１のパターンは画像上でフィルム長手方向に伸縮する。
しかし、この際校正パターン１１１の目盛の幅も画像上で同様に伸縮するので、校正パターン１１１の目盛幅とＦＰＲフィルム２１の領域２１ａ、２１ｂの長さの関係は変わらない。従って、画像上の目盛幅に基づきパターン寸法の測定を行う際に、ラインカメラ１３の移動速度のムラにより測定精度が影響されることがない。
【００３３】
なお、本実施形態ではフィルム長手方向の寸法を測定しているが、これに限らず、例えばフィルム幅方向にパターンを有している場合には、フィルム幅方向の寸法も対応する目盛の幅に基づき算出できる。すなわち、フィルム幅方向のピクセル数に、前記求めたピクセル幅あたりの実空間長さを掛ければ、フィルム幅方向に長さを算出できる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ラインカメラ１３等を停止することなく移動させながら、測定テーブル１１に配置したＦＰＲフィルム２１と校正パターン１１１の撮像を行い、画像データ３０に基づきＦＰＲフィルム２１のパターンの寸法を測定する。従って、迅速に寸法測定を行うことができる。
また、本実施形態ではラインカメラ１３等を移動させながら撮像するので、移動速度のムラがある場合に画像上でパターンの寸法が伸縮するが、同様に校正パターン１１１の目盛も伸縮するので、間隔が既知である目盛に基づいて、パターンの正確な寸法を測定できる。このように、本実施形態ではＦＰＲフィルム２１を校正パターン１１１と同時に撮像するだけで高精度の寸法測定が行えるので、ラインカメラ１３やＦＰＲフィルム２１の高精度の位置決めが必要なく、装置も簡易に構成できる。
【００３５】
また、パターン寸法測定装置１は、ＦＰＲフィルム２１に照明光を照射する照明装置１４を備え、照明装置１４は、ラインカメラ１３と同期して同方向に移動するので、ＦＰＲフィルム２１の撮像を好適に行うことができ、さらに、画像データ３０上の輝度が照明光のムラに影響されることがない。
【００３６】
また、本実施形態では、配向方向が異なる２つの領域からなるパターンを有するＦＰＲフィルム２１に対し、一方の領域の配向方向に対応する偏光フィルタ１３ａを介して撮像を行うので、配向方向の違いが画像上の明暗として現れ、好適にパターン寸法を測定できる。
【００３７】
なお、測定対象は前記のＦＰＲフィルム２１に限ることはなく、パターンを有するものであれば適用できる。このパターンとしては、ＦＰＲフィルム２１のように配向方向の違いによるパターン以外にも、対象物の明暗などの色の違いによるパターンなどもある。この場合では、前記の偏光フィルタ１３ａを省略してパターン寸法の測定を行うことができる。
【００３８】
さらに、本実施形態では下方の照明装置１４から対象物を照明しているが、照明装置１４は上方から照明するものであってもよく、あるいは省略することも可能である。これらの場合は、測定テーブル１１の開口部１１ａやガラス１１ｂを省略することも可能である。
また、校正パターン１１１はガラス１１ｂに形成するものに限らず、別に作成しておいたものを測定テーブル１１上に位置決めして載せるだけでもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、ラインカメラ１３と照明装置１４を移動しつつ撮像を行っているが、これとは逆に、測定テーブル１１を移動させつつ撮像を行うことも可能である。すなわち、撮像時にはラインカメラ１３や照明装置１４が測定テーブル１１に対し相対的に移動すればよい。
【００４０】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４１】
１：パターン寸法測定装置
１１：測定テーブル
１１ａ：開口部
１１ｂ：ガラス
１２：搬送ステージ
１３：ラインカメラ
１３ａ：偏光フィルタ
１４：照明
１５：情報処理装置
２１：ＦＰＲフィルム
３０：画像データ
１１１：校正パターン
【図１】
0005910231.tif 000002
【図２】
0005910231.tif 000003
【図３】
0005910231.tif 000004
【図４】
0005910231.tif 000005
【図５】
0005910231.tif 000006