(57)【要約】【課題】レシピ作成時にヘッド毎に（光学系毎に）測定値のオフセットも含めバラメータの合わせ込みを自動的に行うことで、安定した寸法測定を行うことができるマルチ撮像ヘッドタイプの寸法測定装置を提供することにある。【解決手段】光学顕微鏡を備えた撮像ヘッドを複数備えたマルチ撮像ヘッドタイプの寸法測定装置であって、同じ被測定試料を用いて各撮像ヘッドの光学顕微鏡で撮像して得られる画像信号に基づいて測定されたパターンの測定値が各撮像ヘッドの間で同一になるように各撮像ヘッドによる測定値のオフセット値を含めてパラメータを最適化して各撮像ヘッド用の測定レシピを作成するレシピ作成部２０、２４を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008209295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像ヘッドを備え、被測定試料に形成されたパターンの寸法を測定するためのレシピ作成部を備え、該作成されたレシピに基いて、上記複数の撮像ヘッドのいずれかで撮像して得られる画像信号から該被測定試料に形成されたパターンの寸法を測定する寸法測定装置において、
上記レシピ部は、同じ被測定試料の同じ測定エリアを上記複数の撮像ヘッドで撮像して得られる画像信号に基づいてそれぞれ寸法を測定し、測定されたパターンの寸法が各撮像ヘッドの間で同一になるように各撮像ヘッドによる制御パラメータを変更するようにしてレシピを作成することを特徴とする寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理によって線幅または寸法等を測定または検査する寸法測定装置に関わり、特にマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
線幅等の寸法を測定または検査する寸法測定装置は、基板（例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）基板）のＴＦＴ（Thin Film Transistor）や半導体のマスクのパターン幅やパターン間隔などの寸法測定を行う装置である。寸法測定装置は、被測定試料の像を拡大して撮像する顕微鏡とカメラ（本明細書では、撮像ヘッドまたは顕微鏡カメラと称する。）を有し、例えば、透明ガラス基板（試料）上に形成されたパターンに照明を照射して得られるパターン像を顕微鏡で拡大し、その画像をカメラで撮像する。寸法測定装置は、得られるパターン像を画像処理して、寸法や形状を測定または検査する。
【０００３】
従来の寸法測定装置としては、特開２００６−７８３０３号公報（特許文献１）が知られている。該特許文献１には、複数の測定対象を同時に測定するのに要する測定時間を短縮するマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７８３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、マルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置において、撮像ヘッド（光学系）毎に撮像ヘッドの違いに依存する一部の制御パラメータを測定レシピとして設定する場合については考慮されていなかった。ここで制御パラメータとは、例えば、Ｘ−Ｙステージの駆動制御やオートフォーカス制御に関わるパラメータ、及び画像処理に用いるパラメータを意味する。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題に鑑みて、レシピ作成時に撮像ヘッド毎に（光学系毎に）制御パラメータの設定を自動的に行うことができるマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、測定のためのレシピを作成するときに、被測定試料に形成された成膜パターンを撮像する顕微鏡カメラヘッド（撮像ヘッド）を複数備えたマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置であって、被測定試料基板上に形成されたパターンを用いて、各撮像ヘッドの顕微鏡カメラで撮像して得られる画像信号に基づいて測定されたパターンの測定値が、各撮像ヘッド毎の違いによらず、各撮像ヘッドの間で実質的に同一になるように各撮像ヘッド毎の制御パラメータを設定することができるレシピ作成部を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、被測定試料に形成されたパターンを撮像する顕微鏡カメラを備えた撮像ヘッドを複数備えたマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置におけるレシピ作成方法であって、被測定試料に形成された膜パターンについて第１の撮像ヘッドの顕微鏡カメラで複数回繰返して撮像して得られた複数の第１の画像信号に基づいて前記パターンの寸法の複数の第１の測定値を集計し、該集計された第１の集計値の再現性および測定ミスが規定値以内であるか確認して前記規定値以内であれば前記複数の第１の測定値から平均値を算出して基準値とする基準値作成過程と、前記被測定試料と同一のパターンについて第２の撮像ヘッドの顕微鏡カメラで複数回繰返して撮像して得られた複数の第２の画像信号に基づいて前記パターンの寸法の複数の第２の測定値を集計し、該集計された第２の集計値において再現性および測定ミスが規定値以内であるか確認して前記規定値以内であれば前記複数の第２の測定値の平均値を算出し、該算出された複数の第２の測定値の平均値と前記基準値との差を計算し、該計算された差を前記第１の撮像ヘッドを基準にした前記第２の撮像ヘッドに対するオフセット値として設定するレシピ作成過程とを有することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の寸法測定装置は、複数の撮像ヘッドを備え、被測定試料に形成されたパターンの寸法を測定するためのレシピ作成部を備え、該作成されたレシピに基いて、上記複数の撮像ヘッドのいずれかで撮像して得られる画像信号から該被測定試料に形成されたパターンの寸法を測定する寸法測定装置において、上記レシピ部は、同じ被測定試料の同じ測定エリアを上記複数の撮像ヘッドで撮像して得られる画像信号に基づいてそれぞれ寸法を測定し、測定されたパターンの寸法が各撮像ヘッドの間で同一になるように各撮像ヘッドによる制御パラメータを変更するようにしてレシピを作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レシピ作成時に撮像ヘッド（光学系）の違いによる測定誤差や再現性が減少するので、安定した寸法測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
まず、本発明に係る、ＬＣＤ（Liquid Crysta1 Display）基板等を被測定試料とした場合のマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、マルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置の概略構成を模式的に示したもので、撮像ヘッドを２つ備えた一例である。
【００１３】
即ち、各撮像ヘッド５０ａ、５０ｂにおける顕微鏡は、直筒３ａ、３ｂ、投光管４ａ、４ｂ、レボルバ５ａ、５ｂ及び対物レンズ６ａ、６ｂを備えて構成される。
【００１４】
図１における説明において、参照番号のｓｕｆｆｉｘのａ、ｂは各々、撮像ヘッド５０ａか撮像ヘッド５０ｂに属するものであることを示す。以下、撮像ヘッド５０ａで実施例を説明するが、特に記載がない限り撮像ヘッド５０ｂも同様に動作するものである。
【００１５】
撮像ヘッド５０ａにおける測定用のカメラ１ａは、顕微鏡で拡大された被測定試料の画像を撮像して全体制御部２０に入力して例えば画像メモリ２０−１に記憶する。カメラ１ａは、例えばＣＣＴＶ（ Closed Circuit Tele-Vision ）カメラである。またサンプルとは、本発明において測定用のレシピを作成する場合に、複数の撮像ヘッド各々について、撮像ヘッド（光学系）の違いに依存する一部のパラメータを、各撮像ヘッド毎に設定するために、レシピ作成者が選択した被測定用パターンである。サンプルは、一種類の被測定試料（例えば、ＬＣＤ基板の同一層のパターン）に対して、通常１つ選択する。また、このサンプルは、実際に寸法測定が必要な複数箇所のパターンの中から選択されることが多い。
【００１６】
撮像ヘッド５０ａの自動調光アダプタ２ａは、カメラ１ａの撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device））に届く光量（受光量）が規定値になるように、全体制御部２０からの指令に基づいて調光制御部２６ａにより調整するためのものである。例えば、全体制御部２０は、取得したサンプルの画像信号の輝度レベルの最大値を求め、最大値が所定の値になるように自動調光アダプタ２ａを制御する。
【００１７】
顕微鏡の反射照明光源ユニット９ａの射出口から出力される光は、撮像ヘッド５０ａのライトガイド７ａ、投光管４ａ、直筒３ａ内の図示しないハーフミラー、及び対物レンズ６ａを通り、試料台８上のサンプル（被測定試料）に照射される。ライトガイド７ａは、例えば光ファイバーで構成する。
【００１８】
試料台８上の被測定試料は照射された光を反射し、反射光は対物レンズ６ａ、直筒３ａ、及び自動調光アダプタ２ａを通り、カメラ１ａの撮像面に到達し、被写体画像として撮像され、電気信号に変換された画像信号が全体制御部２０に出力される。
【００１９】
撮像ヘッド５０ａにおける顕微鏡ユニットは、撮像ヘッド５０ａのＺステージ１０ａに取付けられ、オートフォーカス制御部２７ａからの制御に基づくモータ１１ａによる駆動で、Ｚステージ１０ａが上下に移動することにより顕微鏡の合焦点位置を各被測定試料の表面に合わせることができるように構成される。
【００２０】
合焦点位置を調整する場合には、例えば、ナイフエッジを使用した市販のレーザフォーカス装置を追従型のオートフォーカスユニット１２ａ、１２ｂとして使用する。レーザフォーカス装置には、焦点位置を検出するためのデテクタ（例えば、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector））を各撮像ヘッド毎に取付ける必要がある。この取付け位置が各撮像ヘッド（撮像ヘッド５０ａ、５０ｂ）間で微妙に異なるため、調整される合焦点位置に、撮像ヘッド毎に差が生じることになる。即ち、このデテクタの位置を設定するパラメータＰＬＳを各撮像ヘッド毎に別々に設定することで、それぞれの撮像ヘッド間の合焦点位置の差を小さくすることが可能となる。
【００２１】
撮像ヘッド５０ａの追従型のオートフォーカスユニット１２ａは、被測定試料（基板）が撮像ヘッド５０ａに対して相対的にＸ−Ｙ方向に移動している間も被測定試料の表面から検出される反射光像のコントラストが最大になるようにＺステージ１０ａを制御し、常に顕微鏡の合焦点位置を被測定試料の表面に合わせる。例えば、全体制御部２０は、取得した画像信号の輝度レベルの最大値と最小値を求め、最大値と最小値の差が所定の値になる（コントラストが所定の値となる）ようにＺステージ１０ａを制御する。
【００２２】
即ち、本発明に係るマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置は、複数の撮像ヘッドを搭載して構成される。なお、図１の実施例では反射照明光源ユニット９ａ、９ｂを別々に設けた構成を示したが、共通化することも可能である。また、試料台８と各撮像ヘッドとの間は、全体制御部２０からの指令に基づく機構制御部２８の制御によりＸ−Ｙ移動機構（図示せず）を駆動して相対的にＸ−Ｙ方向に移動可能に構成される。
【００２３】
以上のように、測定に必要な全てのパラメータは、処理端末２４等を用いてレシピ作成部２０−３において作成されて記憶装置２５に保存され、測定する時に使用される。
【００２４】
マルチ撮像ヘッド構成にした主な目的は、検査タクトタイムの短縮にある。このため、全体制御部２０及び該全体制御部２０に接続されるＧＵＩ（Graphical User Interface）及び入力手段を含む表示装置（処理端末）２４並びに記憶装置２５をマルチ撮像ヘッドで共通化し、さらに機構制御部２８もマルチ撮像ヘッドで共通化して構成した。全体制御部２０は、主に画像メモリ２０−１と画像処理制御部２０−２及びレシピ作成部２０−３を機能的に備えたＣＰＵ（ Central Processing Unit ）とで構成される。従って、複数の撮像ヘッドが独立に機能して別々の測定箇所に移動することができるため、被測定試料の測定箇所が１度に撮像ヘッドの数だけ測定できるので検査タクトタイムを短縮することができる。
【００２５】
次に、上述したように、コントラストが所定の値となるように、オートフォーカスのデテクタの位置のパラメータＰＬＳを各撮像ヘッド毎に設定した後、各撮像ヘッド毎のオフセット値の設定を行う。各撮像ヘッド毎のオフセット値の設定の一実施例について、図２〜図４を用いて説明する。
【００２６】
まず各撮像ヘッド５０ａ、５０ｂの測定用のカメラ１ａ，１ｂで撮像したサンプル画像を用いて、例えば画像処理制御部２０−２が線幅等の寸法を測定する処理動作を図２によって説明する。図２は、被測定試料に形成されたパターンの一部を示す図である。
【００２７】
図２における説明において、参照番号のｓｕｆｆｉｘのａ、ｂは各々、撮像ヘッド５０ａか撮像ヘッド５０ｂに属するものであることを示す。以下、撮像ヘッド５０ａで実施例を説明するが、特に記載がない限り撮像ヘッド５０ｂも同様に動作するものである。
【００２８】
３１は、撮像ヘッド毎にオフセット値を含めた制御パラメータを決定するために、撮像ヘッド５０ａが測定するパターンである。３２は、パターンマッチングにより被測定試料の基準位置を検出するための参照パターン、３４は参照パターン３２の登録位置範囲を示す枠である。３３−１、３３−２は、参照パターン３２の検出位置を基準にしてカメラ１ａで撮像した測定エリアを示す枠である。また、３５は走査ラインであり、走査ライン３５上の位置を横軸とした場合に、３３−１Ｄは測定エリア３３−１の左端、３３−１Ｕは測定エリア３３−１の右端、３３−１Ｈは測定エリア３３−１内のパターン３１のエッジ、３３−２Ｕは測定エリア３３−２の左端、３３−２Ｄは測定エリア３３−２の右端、３３−２Ｈは測定エリア３３−２内のパターン３１のエッジである。この測定エリア３３−１と３３−２は、被測定試料でのパターンのエッジが認識できる位置に設定される。そして、エッジの位置は例えば、測定エリア３３−１または３３−２において、走査ライン３５上で検出された輝度の最大値と最小値の差の中間値（５０％）の位置とする。
【００２９】
即ち、各測定エリア３３−１、３３−２の位置座標は参照パターン３２の登録位置を基準にして相対的に算出される。そのため、例えば画像処理制御部２０−２が各測定エリア３３−１、３３−２においてエッジの位置を算出ことによって、２つの測定エリア内の両エッジ間の寸法Ｌを測定することが可能となる。
【００３０】
なお、上述したように、撮像ヘッド毎に測定に必要な全てのパラメータもまた、処理端末２４等を用いてレシピ作成部２０−３において作成されて記憶装置２５に保存され、測定する時に使用される。
【００３１】
次に図３によって更に、図２で説明した測定エリア３３−１と３３−２から取得した画像信号によってパターン３１の線幅を測定する処理とオフセット値を決定する処理の一実施例を説明する。図３は、パターン３１の走査ライン３５（図２参照）上における、パターン３１の断面図と測定エリア３３−１、３３−２の画像信号の輝度波形の関係を示す図である。横軸は走査ライン３５の位置（図２の横軸方向）である。
【００３２】
図３（ａ）は被測定試料の走査ライン３５での部分断面図で、横軸は図２の走査ライン３５上での位置を示し、縦軸はＬＣＤ基板上に形成されたパターンの厚さ方向を示す。図３（ｂ）は図３（ａ）の被測定試料について撮像ヘッド５０ａで取得した画像信号の輝度波形、図３（ｃ）は図３（ａ）の被測定試料（図３（ｂ）と同じもの）について撮像ヘッド５０ｂで取得した画像信号の輝度波形を示す。図３（ａ）（ｂ）の横軸は、図３（ａ）の横軸と同期しており、図２の走査ライン３５上での位置を示し、縦軸は輝度レベルを示す。
【００３３】
図３（ａ）において、４０はガラス基板、４０−１はガラス基板４０の表面（上面）、３１はガラス基板４０上に形成されたパターンである。縦線４３−１Ｄはパターン３１の左の端（黒点）イの位置で、図３（ｂ）と図３（ｃ）の同一位置を示している。同様に、縦線４３−１Ｕはパターン３１の左のエッジ端（黒点）ロの位置で、図３（ｂ）と図３（ｃ）の同一位置を示している。また、縦線４３−２Ｄはパターン３１の右の端（黒点）ニの位置で、図３（ｂ）と図３（ｃ）の同一位置を示している。同様に、縦線４３−２Ｕはパターン３１の右のエッジ端（黒点）ハの位置で、図３（ｂ）と図３（ｃ）の同一位置を示している。なお、図３（ｂ）と（ｃ）では、測定エリア３３−１、３３−２（図２参照）だけの輝度波形しか取得（必要と）しないので、別々の輝度波形で描くべきであるが、便宜的に、輝度波形が測定エリア３３−１、３３−２間で連続で図示されている。
【００３４】
また、図２におけるパターン３１は、そのエッジ部分については、詳細に描いていない。実際には、エッジ部分には、図３（ａ）に示すようにテーパがついている。黒点イ−ロ間と黒点ハ−ニ間。そして、線幅Ｌは、ガラス基板上面４０−１でのパターン３１の長さ（黒点イ−ニ間）とする場合、パターン３１の上部の長さ（黒点ロ−ハ間）とする場合、または、テーパ部間の長さ（例えば、図３（ａ）の左右の○印間の長さ）とする場合がある。本実施例では、図２の実施例で説明しように、パターン３１の厚さの２分の１の位置（テーパの中間部）付近での長さを線幅Ｌとするようにしている。即ち線幅Ｌは、撮像ヘッド５０ａの輝度波形４１ａから、縦線４３−１Ｈと４３−２Ｈの間の距離として測定される。
【００３５】
その測定方法は、撮像ヘッド５０ａから取得した測定エリア３３−１、３３−２（図２参照）の輝度波形４１ａから輝度の最小値と最大値を求め、所定のスライスレベルの点（黒点ホ−ヘ間の○印と黒点ト−チ間の○印）位置座標から長さを算出し、算出した長さを線幅Ｌａとして求めている（図３（ｂ））。なお、本実施例では、スライスレベルを５０％としているが、被測定試料の種類に応じて変更しても良い。
【００３６】
次に撮像ヘッド５０ａではなく、別の撮像ヘッドを用いて測定すると、線幅が違ってくる。即ち、撮像ヘッド５０ｂで取得した同じ測定エリア３３−１、３３−２（図２参照）の輝度波形４２ａから輝度の最小値と最大値を求める。そうすると、所定のスライスレベルの点（黒点リ−ヌ間の○印と黒点ル−ヲ間の○印）間の位置座標（即ち、縦線４３−１Ｈ′と縦線４３−１Ｈ′間の距離）から長さを算出し、算出した長さが測定した線幅Ｌｂとなる（図３（ｃ））。
【００３７】
図３が示すように、図３（ａ）のパターン３１の断面形状がそのまま図３（ｂ）、（ｃ）の輝度波形４１ａ、４１ｂとそれぞれ一致しているわけではない。即ち、横軸の走査線方向の位置が、縦線４３−１Ｄ、４３−１Ｕ、４３−２Ｄ、及び４３−２Ｕそれぞれに対して、撮像ヘッド５０ａと５０ｂによって得られた輝度波形４１ａと４１ｂそれぞれのテーパの端部を示す黒点ホ、ヘ、ト、チ、リ、ヌ、ル、ヲが違った位置にある。同様に、輝度波形４１ａと４１ｂのそれぞれのスライスレベルを示す丸印の位置も違っている（縦線４３−１Ｈ、４３−１Ｈ′、４３−２Ｈ、４３−２Ｈ′）。したがって、図３の実施例では、線幅Ｌ、Ｌａ、Ｌｂの値（長さ）がそれぞれ違っている（図３（ｂ）（ｃ）間の縦線４３−１Ｈと４３−１Ｈ′の端部の破線円内参照。）。
【００３８】
以上説明したように、撮像ヘッドが複数（本実施例では２台）存在する場合、図３（ａ）に示すように同じパターン３１の寸法を測定しても図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように撮像ヘッド５０ａ、５０ｂ毎に、例えば輝度波形４１ａと４１ｂのように、撮像ヘッドが異なることによる差が輝度レベルにおいて発生し、寸法測定値に差が生じる。したがって、撮像ヘッド５０ａによって測定した線幅Ｌａと撮像ヘッド５０ｂによって測定した線幅Ｌｂとは同じ値にならない。これは、撮像ヘッド５０ａ、５０ｂの光軸の違い又は機械的若しくは電気的な違い等により、測定するエッジの形状が見かけ上変わるためである。
【００３９】
従って、レシピ作成時に使用する撮像ヘッド５０ａを基準とすると（即ち、撮像ヘッド５０ａのオフセット値をゼロとして）、撮像ヘッド５０ｂのオフセット値ＯＦｂ−ａは、次式に示すようになる。
【００４０】
ＯＦｂ−ａ＝Ｌｂ−Ｌａ  …式（１）
もし撮像ヘッドがｎ台ある場合には、ｎ台目の撮像ヘッド５０ｎの線幅Ｌｎを上述のようにして測定し、レシピ作成時に使用する撮像ヘッド５０ａを基準として、次式のようにして算出する（ｎは自然数）。
【００４１】
ＯＦｎ−ａ＝Ｌｎ−Ｌａ  …式（２）
上記のようにレシピ作成時にレシピ作成部２０−３は、撮像ヘッドのどれで測定するかによってそれぞれオフセット値を設定する。これによって、測定レシピは使用する撮像ヘッドに応じて測定値をオフセットすることにより、光学系毎の差を少なくすることができる。またこの時、光学系毎に合わせ込まなければならないパラメータ（例えば、光学系毎に合焦点位置を検出するセンサ（検出器）の設置位置の違い（誤差）による合焦点位置の変化を補正するパラメータ）を補正しておく。例えば上述した、追従型のオートフォーカス検出光学系１２ａ、１２ｂは、個別にパラメータ（追従型のオートフォーカス検出光学系の間で生じる合焦点位置の違いを補正するパラメータ）を設定しなければならない。
【００４２】
以上述べたように、本発明に係るマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置では、光学系（撮像ヘッド）毎にオフセット値を設け、同時に光学系等撮像ヘッドの違いに依存する一部の制御バラメータと共に測定レシピとして設定する。
【００４３】
次に、本発明に係るマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置におけるレシピ作成の実施の形態について図４を用いて説明する。
【００４４】
図４において、レシピ作成者が測定装置の試料台８（図１参照）にある被測定試料（基板）のレシピの作成の操作を開始する。これによってまず、レシピ作成部２０−３は、処理端末２４の表示画面上にＬＣＤ基板等の設計情報を表示し、図４で説明する各ステップを実行する。レシピ作成者は、基板内の任意の位置を選び図２に示したようなパターン３１を選択し測定エリア３３−１、３３−２、走査ライン３５等の必要な項目を処理端末２４を使って設定する（パターン選択ステップＳ４１）。
【００４５】
次に、任意の光学系（撮像ヘッド）を処理端末２４の表示画面上で１つ選ぶ。最初に選択した撮像ヘッドが後述する残りのレシピ作成ステップ（Ｓ４９）で使用する基準撮像ヘッドとなるが、後で変更可能である。例えば、撮像ヘッド５０ａを選択すると撮像ヘッド５０ａが基準撮像ヘッドとなる（撮像ヘッド選択ステップＳ４２）。
【００４６】
次に、選択された撮像ヘッド（例えば撮像ヘッド５０ａ）についてオフセット値以外の制御パラメータを設定する（制御パラメータ設定ステップＳ４２）。制御パラメータは、例えば、前述したオートフォーカスのデテクタの位置のパラメータＰＬＳ、等である。
【００４７】
次にすべてのパラメータについて設定が終了したか否かを判定し、終了していなければ制御パラメータ設定ステップＳ４２を繰り返し、終了していれば次のステップ（Ｓ４４）に処理を進める（全パラメータ終了判定ステップＳ４３）。
【００４８】
次に、画像処理制御部２０−２が、選択された撮像ヘッドを使ってステップＳ４２で設定されたパラメータで寸法を測定する（寸法測定ステップＳ４４）。
【００４９】
次に測定回数判定ステップＳ４５では、測定回数が規定数にあるか否かを判定し、規定数でなければステップＳ４４を再度実行し、規定数であれば次のステップ（Ｓ４６）に処理を進める（測定回数判定ステップＳ４５）。なお、測定回数の規定数は、予め設定し、記憶装置２５に記憶しておくものとするが、レシピ作成時の状況によって、レシピ作成時に新規に作成したり変更しても良い。また、測定回数の規定数が撮像ヘッド毎に異なっていても良い。
【００５０】
次に測定後（ステップＳ４４とＳ４５終了後）、画像処理制御部２０−２から得られるパターンの寸法の測定値を集計する（集計ステップＳ４６）。なお、ステップＳ４４を実行した後集計処理（ステップＳ４６）を実行し、測定回数が規定数になった時に後述のステップＳ４７の処理を行って（判定をして）も良い。
【００５１】
次に、再現性および測定ミスが規定値以内であるか否かを判定する。規定値以内であれば、上記測定値の平均値を基準値として記憶装置２５に記憶する（再現性等判定ステップＳ４７）。現在の撮像ヘッドがこのレシピを作成するときに最初に指定した撮像ヘッド、即ち基準撮像ヘッドである場合には、先ず測定ミスの回数が規定回数以上であるか否かを判定する。測定ミスが規定回数以上と判定した時には、レシピ作成処理を終了する。終了した時には、処理端末２４の表示画面にレシピ作成を終了したことを示す文字表示や図形記号表示を行う。また、音や生成手段がある場合には終了を意味する音を出力する。またさらに、測定ミスが発生した情報（撮像ヘッドの種類、測定ミスの回数、等）を表示する。
【００５２】
測定ミスが規定回数以上ではない（規定回数未満である）時には、次に再現性を判定する。再現性の判定は、例えば、撮像ヘッド毎に測定された寸法の平均値を求める。そしてさらに標準偏差を算出する。基準とする撮像ヘッドの場合には上記平均値と標準偏差を求めて記憶する。基準以外の撮像ヘッドの場合には、平均値を算出し、算出された平均値が、例えば、基準撮像ヘッドで算出された平均値の標準偏差内にあれば規定値以内である（再現性あり）と判定し、ステップＳ４８に進む。
【００５３】
なお、上記実施例では、基準撮像ヘッドの平均値Ａｖｅの標準偏差内に他の撮像ヘッドの平均値が入っていれば再現性ありと判定したが、標準偏差ではなく別に定めた値αを用い、Ａｖｅ（基準撮像ヘッドの平均値）プラスマイナスα（別に定めた値）を再現性ありの規定値範囲としても良い。またこの値αが測定装置の精度に関わる値でも良い。またさらに、被測定対象のパターンの線幅が予め定まっている値ＬＬの場合にはＬＬプラスマイナスαとしても良い。
【００５４】
なお、集計処理後の再現性等の判定（ステップＳ４７）も、集計（Ｓ４６）と同様、寸法測定（Ｓ４４）の実行の都度、実行しても良い。
【００５５】
次にステップＳ４８では、オフセット値を計算する。撮像ヘッドが基準撮像ヘッドの時には、オフセット値をゼロとし、他の撮像ヘッドの時には基準撮像ヘッドで集計した寸法の平均値Ｌａと、それぞれの撮像ヘッドの平均値Ｌｎとから式（２）の計算を行い、オフセット値ＯＦｂ−ａを計算する。
【００５６】
次にステップＳ４９では、計算されたオフセット値と設定されたパラメータをレシピに反映する。レシピは例えば、記憶装置５０に格納されるが、一時的にレシピ作成部２０−３に記憶していても良い。
【００５７】
次に、ステップＳ５０において、まだ上記Ｓ４１〜Ｓ４９の処理をしていない撮像ヘッドがあるか否かを判定する。他の光学系（撮像ヘッド）がある場合にはステップＳ４２に戻り、全体制御部２０からの指令に基づき他の光学系（撮像ヘッド）でパターン選択ステップＳ４１で選択した同じパターンの同じ測定エリアで繰返しステップＳ４２〜Ｓ４８の処理を行う。この時、Ｓ４２に戻る前に、同じパターンが他の光学系（撮像ヘッド）に取付けられた測定用のカメラ（例えばカメラ１ｂ）で撮像できるように、全体制御部２０から機構制御部２８に指令を出してＸ−Ｙ移動機構（図示せず）を駆動してサンプルを自動で移動する。
【００５８】
以上のように、光学系の台数分同じ動作を繰返すこととなる。
【００５９】
ステップＳ５０において、まだ上記Ｓ４１〜Ｓ４９の処理をしていない撮像ヘッドが無い場合にはステップＳ５１に進む。
【００６０】
ステップＳ５１では、基準の撮像ヘッドを主に使って、一つの基板（被測定試料）上の測定ポイントすべてを設定する等、従来のレシピ作成を続け、レシピ作成を終了する。
【００６１】
このようにして、レシピ作成部２０−３は、撮像ヘッド毎に、オフセットと撮像ヘッド毎に異なる一部のパラメータとを測定レシピとして設定して記憶装置２５に記憶する。これにより、作業者にかかる負担を減らすと同時に、以後各々の撮像ヘッドに最適な測定レシピを使用してパターンの寸法を測定できるので安定した寸法測定が可能となる。
【００６２】
本発明の一実施例の寸法測定装置の構成を、図５によって説明する。図５は、本発明を用いた２ヘッド方式のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）寸法測定装置の構成を説明するための図である。図５（ａ）は装置を上から見た平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の平面図を矢印Ａの方向から見た図、図５（ｃ）は装置を図５（ａ）の平面図を矢印Ｂの方向から見た図である。
【００６３】
図５によって、２ヘッド方式ＬＣＤ寸法測定装置の移動軸の構成と動作方向を説明する。１０１は台座、１０３は被測定試料、１０２は被測定試料１０３を搭載する試料台である。台座１０１上に試料台１０２が固定され、被測定試料１０３は、試料台１０２上に図示しない搬送部によって搬入あるいは搬出される。搬送部から搬入された被測定試料１０３は、試料台１０２に真空吸着等の方法で固定される。例えば、被測定試料１０３は、２ヘッド方式ＬＣＤ寸法装置の、図示しない吸着機構によって吸着され、試料台１０２に固定される。被測定試料１０３は、例えば、基板等の板状の基体であり、板状の基体に形成または塗布された膜パターンの線幅等の寸法を測定または検査する。板状の基体は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）基板）のＴＦＴ（ Thin Film Transistor ）や半導体のマスクである。
【００６４】
２ヘッド方式ＬＣＤ寸法測定装置は、撮像ヘッド部を２つ備えた寸法測定装置であり、Ｎヘッド方式ＬＣＤ寸法測定装置とは、撮像ヘッド部をＮ個備えた寸法測定装置である（Ｎは２以上の自然数）。
【００６５】
５０１はＹ軸の梁（ビーム）、５０２はＸ１軸のガイド、５０３はＸ２軸のガイドである。Ｙ軸の梁５０１は、Ｘ１軸のガイド５０２上及びＸ２軸のガイド５０３に沿ってＸ軸に平行（図５（ａ）では、紙面左右方向）に移動する。Ｙ軸の梁５０１のレール部分（以下、Ｙ軸のレールと称する）は、Ｘ軸に対して直交する構成となっている。なお、Ｘ１軸のガイド５０２上及びＸ２軸のガイド５０３の高さを低くして、Ｙ軸の梁５０１を門型（ガントリー）構造にしても良い。
【００６６】
５０４はＹ１軸のガイド、５０５はＹ２軸のガイドである。Ｙ１軸のガイド５０４及びＹ２軸のガイド５０５は、Ｙ軸のレールに沿ってそれぞれ独立に移動する。なおこのとき、Ｙ１軸のガイド及びＹ２軸のガイドは、Ｘ軸に対して直交する方向（Ｙ軸（図５（ａ）では、紙面上下）方向）に移動する。
【００６７】
５０６はＺ１軸のガイド、５０７はＺ２軸のガイドである。Ｚ１軸のガイド５０６はＹ１軸のガイド５０４に搭載され、Ｚ２軸のガイド５０７はＹ２軸のガイド５０５に搭載される。Ｚ１軸のガイド５０６は、Ｙ１軸のガイド５０４に沿ってＺ軸（図５（ｂ）では、紙面上下方向）方向に移動し、同様に、Ｚ２軸のガイド５０７は、Ｙ２軸のガイド５０５に沿ってＺ軸方向に移動する。
【００６８】
５０８は△Ｘ１軸のガイド、５０９は△Ｘ２軸のガイド、５１０と５１１は撮像ヘッド部である。△Ｘ１軸のガイド５０８はＺ１軸のガイド５０６に搭載され、△Ｘ２軸５０９のガイドはＺ２軸のガイド５０７に搭載される。
【００６９】
撮像ヘッド部５１０は、△Ｘ１軸のガイド５０８に搭載され、撮像ヘッド部５１１は、△Ｘ２軸のガイド５０９に搭載されている。
【００７０】
撮像ヘッド部５１０は、△Ｘ１軸のガイド５０８に沿ってＸ軸方向に移動し、同様に、撮像ヘッド部５１１は、△Ｘ２軸のガイド５０９に沿ってＸ軸方向に移動する。
【００７１】
更に、図５の実施例では、撮像ヘッド部５１０及び５１１とそれぞれ対となって動作する透過照明軸機構が装備される。即ち、５１２は撮像ヘッド部５１０のＰｙ１軸、５１３はＰｙ２軸、５１４は△Ｐｘ１軸、５１５は△Ｐｘ２軸である。
【００７２】
Ｐｙ１軸５１２とＰｙ２軸５１３は、Ｙ軸の梁５０１から吊り下げられた透過照明ガイド１０４に搭載され、透過照明ガイド１０４に沿ってＺ軸方向に動作する。
【００７３】
更に、Ｐｙ１軸５１２上に△Ｐｘ１軸５１４が設けられ、Ｐｙ２軸５１３上に△Ｐｘ２軸５１５が設けられている。△Ｐｘ１軸５１４には、透過照明５１６が搭載され、△Ｐｘ２軸５１５には、透過照明５１７が搭載されている。
【００７４】
透過照明５１６は、△Ｐｘ１軸５１４に沿ってＸ軸方向に移動し、同様に、透過照明５１７は、△Ｐｘ２軸５１５に沿ってＸ軸方向に移動する。
【００７５】
透過照明５１６の△Ｐｘ１軸５１４に沿った移動と、撮像ヘッド部５１０の△Ｘ１軸５０８に沿った移動とは連動しており、例えば、透過照明５１６の照明光の出射中心軸と、撮像ヘッド部５１０の入射光軸とは、同一の光軸１１１である。
【００７６】
同様に、透過照明５１７の△Ｐｘ２軸５１５に沿った移動と、撮像ヘッド部５１１の△Ｘ２軸５０９に沿った移動とは連動しており、例えば、透過照明５１７の照明光の出射中心軸と、撮像ヘッド部５１１の入射光軸は、同一の光軸１１２である。
【００７７】
なお、図５（ｂ）では、ビーム５０１の一部と、ビーム５０１に取付けられたＰｙ１軸５１２、Ｐｙ２軸５１３、△Ｐｘ１軸５１４、△Ｐｘ２軸５１５、及び透過照明５１６，５１７と、試料台１０２とは、矢印Ｂの方向から見える箇所と見えない箇所を混在させて、見やすい図としており、正確な側面図ではない。同様に、図５（ｃ）も模式的な断面図である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係るマルチ撮像ヘッド方式の寸法測定装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係るマルチ撮像ヘッドタイプの寸法測定装置による寸法測定の説明図である。
【図３】本発明に係るパターンの断面図と測定エリアの画像信号の輝度波形の関係の一実施例を説明するための図である。
【図４】本発明に係るマルチ撮像ヘッドタイプの寸法測定装置における測定レシピの作成手順の一実施の形態を示すフロー図である。
【図５】本発明に係る２ヘッド方式の寸法測定装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
ｌａ、１ｂ…カメラ、２ａ、２ｂ…自動調光ユニット、３ａ、３ｂ…直筒、４ａ、４ｂ…投光管、５ａ、５ｂ…レボルバ、６ａ、６ｂ…対物レンズ、７ａ、７ｂ…ライトガイド、８…試料台、９ａ、９ｂ…反射照明光源ユニット、１０ａ、１０ｂ…Ｚステージ、１１ａ、１１ｂ…モータ、１２ａ、１２ｂ…追従型オートフォーカス検出光学系、２０…全体制御部、２０−１…画像メモリ、２０−２…画像処理制御部、２０−３…レシピ作成部、２４…処理端末（表示装置）、２５…記憶装置、２６ａ、２６ｂ…調光制御部、２７ａ、２７ｂ…オートフォーカス制御部、２８…機構制御部、３０…参照パターン、３２…参照パターン、３４…参照画像登録位置範囲を示す枠、３３−１、３３−２…測定エリア、３３−１Ｄ…測定エリア３３−１の左端、３３−１Ｕ…測定エリア３３−１の右端、３３−１Ｈ…測定エリア３３−１内のパターン３１のエッジ、３３−２Ｕ…測定エリア３３−２の左端、３３−２Ｄ…測定エリア３３−２の右端、３３−２Ｈ…測定エリア３３−２内のパターン３１のエッジ、３５…走査ライン、４１ａ…撮像ヘッド５０ａ輝度波形、４１ｂ…撮像ヘッド５０ｂ輝度波形、５０ａ、５０ｂ…撮像ヘッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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