(57)【要約】【課題】  低コストで計測対象物の面積が大きい場合でも計測できる寸法計測装置と寸法計測方法を提供する。【解決手段】  寸法計測装置は、計測対象物が載置されかつ計測対象物をＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動可能なＸＹステージと、ＸＹステージをＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動させるためのＸ軸駆動用並びにＹ軸駆動用パルスモータと、Ｚ軸ステージに取り付けられかつ計測対象物の任意箇所へＺ軸方向側からレーザビームを照射してその反射光量を電圧変換するレーザ変位計と、Ｚ軸ステージをＺ軸方向へ移動させてレーザ変位計におけるビームスポットの焦点を合わせるためのＺ軸駆動用パルスモータと、Ｘ軸駆動用並びにＹ軸駆動用パルスモータとＺ軸駆動用パルスモータを制御するための制御装置と、レーザ変位計から出力される電圧信号をアナログ／デジタル変換しかつ信号処理する信号処理装置とを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2005227022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測装置において、
計測対象物が載置されかつこの計測対象物をＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージをＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動させるためのＸ軸駆動用並びにＹ軸駆動用パルスモータと、Ｚ軸ステージに取り付けられかつ上記計測対象物の任意箇所へＺ軸方向側からレーザビームを照射してその反射光量を電圧変換するレーザ変位計と、Ｚ軸ステージをＺ軸方向へ移動させて上記レーザ変位計におけるビームスポットの焦点を合わせるためのＺ軸駆動用パルスモータと、上記Ｘ軸駆動用並びにＹ軸駆動用パルスモータとＺ軸駆動用パルスモータを制御するための制御装置と、上記レーザ変位計から出力される電圧信号をアナログ／デジタル変換しかつ信号処理する信号処理装置とを備えることを特徴とする寸法計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の寸法計測装置を用いて計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測方法において、
上記ＸＹステージをＸ軸若しくはＹ軸方向へ一定速度ｖｐで移動させると共にＸＹステージに載置された計測対象物の任意箇所に対しレーザ変位計からレーザビームを照射し、照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5  ……Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）を得る工程と、
得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、
得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2と同一若しくは略同一のデジタル信号データ対を求め、かつ、これ等デジタル信号データ対に対応した時刻（T1〜Tn+1）対を求めると共に、得られた時刻対の早い方を立上時刻（Ｔα）、遅い方を立下時刻（Ｔβ）と設定する工程と、
寸法Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、
を具備することを特徴とする寸法計測方法。
【請求項３】
請求項１記載の寸法計測装置を用いて計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測方法において、
上記ＸＹステージをＸ軸若しくはＹ軸方向へ一定速度ｖｐで移動させると共にＸＹステージに載置された計測対象物の任意箇所に対しレーザ変位計からレーザビームを照射し、照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5  ……Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）を得る工程と、
得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、
得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2より大きいデジタル信号データ群については各値を一律に上限値ｄ１に変換し、かつ、閾値Ｈ2より小さいデジタル信号データ群については各値を一律に下限値ｄ２に変換して変換データＨ3を得る工程と、
得られた変換データ（Ｈ3：VH1〜VHn+1）について時系列順に差分処理（VHn+1−VHn）を行い、その差分値が基準値V0（＝０）よりプラス側に大きい時刻Ｔα、マイナス側に大きい時刻Ｔβを求める工程と、
寸法Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、
を具備することを特徴とする寸法計測方法。
【請求項４】
請求項１記載の寸法計測装置を用いて計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測方法において、
上記ＸＹステージをＸ軸若しくはＹ軸方向へ一定速度ｖｐで移動させると共にＸＹステージに載置された計測対象物の任意箇所に対しレーザ変位計からレーザビームを照射し、照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5  ……Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）を得る工程と、
得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、
得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2より大きい場合には正の重み定数Ｒ1を、閾値Ｈ2より小さい場合には負の重み定数Ｒ2を各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）に対し時系列にかつ順次加算して変換データＨ4を得る工程と、
得られた変換データＨ4から最小値Ｐ1と最大値Ｐ2を求め、かつ、最小値Ｐ1に対応する最小値時刻Ｔmin、最大値Ｐ2に対応する最大値時刻Ｔmaxを求める工程と、
寸法Ｌ＝（Ｔmax−Ｔmin）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、
を具備することを特徴とする寸法計測方法。
【請求項５】
寸法Ｌminを計測値の最小値とし、上記計算式［Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐ］若しくは計算式［Ｌ＝（Ｔmax−Ｔmin）×ｖｐ］で求められた値Ｌが、［寸法Ｌ≧Ｌmin］の条件を満たした場合に計測対象物における任意箇所の寸法とすることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の寸法計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種計測対象物における任意箇所の寸法、例えば、薄い板厚寸法や基板上に形成されたメッキ物あるいはレジストマスクパターン等の線幅やピッチ幅等を非接触で自動的に計測できる寸法計測装置に係り、特に、レーザ変位計を用いた低コストでしかも計測対象物の面積が大きい場合に計測対象物を破壊することなく計測できる寸法計測装置とこの装置を用いた寸法計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の計測手段として画像処理技術を利用した方法（特許文献１参照）が知られている。例えば、画像処理技術を用いた外観検査装置は、計測対象物を画像データとして取り込むのでモニタされた画像から外観状態が把握し易く、現在知られている既存の画像処理アルゴリズムを組み合わせることにより寸法等の解析を自動的に行うことが可能であることからプリント基板等の外観検査に利用されている。
【０００３】
また、光学顕微鏡を用いて計測対象物の線幅を目視で行う方法（特許文献２参照）も知られている。
【特許文献１】特開平１１−１６００１９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２８４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、画像処理技術を利用した方法は、画像を入力するためのレンズや照明などの光学系、撮像するためのカメラ（ＣＣＤ、センサカメラ等）、画像データを処理するための画像処理装置および搬送系などの要素技術により構成される。しかし、各々の要素技術は高価なものが多く、そのため、これら要素技術で構成された外観検査装置はコスト高になる傾向にある。
【０００５】
他方、基板上にパターンニングされた計測対象物の線幅等を計測する場合、上記光学顕微鏡で観察し、人が目視により計測することもある。しかし、基板面積が大きい場合、計測対象物をそのまま顕微鏡の試料台に載せることが出来ないため、試料の一部を切り取って計測せざるを得ないことから製品を破壊することになり、しかも、計測したデータの整理にも手間がかかってしまう等の問題を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、低コストでしかも計測対象物の面積が大きい場合に計測対象物を破壊することなく計測できる寸法計測装置とこの装置を用いた寸法計測方法を提供することにある。
【０００７】
すなわち、請求項１に係る発明は、
計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測装置を前提とし、
計測対象物が載置されかつこの計測対象物をＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージをＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動させるためのＸ軸駆動用並びにＹ軸駆動用パルスモータと、Ｚ軸ステージに取り付けられかつ上記計測対象物の任意箇所へＺ軸方向側からレーザビームを照射してその反射光量を電圧変換するレーザ変位計と、Ｚ軸ステージをＺ軸方向へ移動させて上記レーザ変位計におけるビームスポットの焦点を合わせるためのＺ軸駆動用パルスモータと、上記Ｘ軸駆動用並びにＹ軸駆動用パルスモータとＺ軸駆動用パルスモータを制御するための制御装置と、上記レーザ変位計から出力される電圧信号をアナログ／デジタル変換しかつ信号処理する信号処理装置とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１記載の寸法計測装置を用いて計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測方法を前提とし、
上記ＸＹステージをＸ軸若しくはＹ軸方向へ一定速度ｖｐで移動させると共にＸＹステージに載置された計測対象物の任意箇所に対しレーザ変位計からレーザビームを照射し、照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5  ……Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）を得る工程と、
得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、
得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2と同一若しくは略同一のデジタル信号データ対を求め、かつ、これ等デジタル信号データ対に対応した時刻（T1〜Tn+1）対を求めると共に、得られた時刻対の早い方を立上時刻（Ｔα）、遅い方を立下時刻（Ｔβ）と設定する工程と、
寸法Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、
を具備することを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１記載の寸法計測装置を用いて計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測方法を前提とし、
上記ＸＹステージをＸ軸若しくはＹ軸方向へ一定速度ｖｐで移動させると共にＸＹステージに載置された計測対象物の任意箇所に対しレーザ変位計からレーザビームを照射し、照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5  ……Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）を得る工程と、
得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、
得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2より大きいデジタル信号データ群については各値を一律に上限値ｄ１に変換し、かつ、閾値Ｈ2より小さいデジタル信号データ群については各値を一律に下限値ｄ２に変換して変換データＨ3を得る工程と、
得られた変換データ（Ｈ3：VH1〜VHn+1）について時系列順に差分処理（VHn+1−VHn）を行い、その差分値が基準値V0（＝０）よりプラス側に大きい時刻Ｔα、マイナス側に大きい時刻Ｔβを求める工程と、
寸法Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
次に、請求項４に係る発明は、
請求項１記載の寸法計測装置を用いて計測対象物における任意箇所の寸法を計測する寸法計測方法を前提とし、
上記ＸＹステージをＸ軸若しくはＹ軸方向へ一定速度ｖｐで移動させると共にＸＹステージに載置された計測対象物の任意箇所に対しレーザ変位計からレーザビームを照射し、照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5  ……Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）を得る工程と、
得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5  ……Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、
得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2より大きい場合には正の重み定数Ｒ1を、閾値Ｈ2より小さい場合には負の重み定数Ｒ2を各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）に対し時系列にかつ順次加算して変換データＨ4を得る工程と、
得られた変換データＨ4から最小値Ｐ1と最大値Ｐ2を求め、かつ、最小値Ｐ1に対応する最小値時刻Ｔmin、最大値Ｐ2に対応する最大値時刻Ｔmaxを求める工程と、
寸法Ｌ＝（Ｔmax−Ｔmin）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、
を具備することを特徴とし、
また、請求項５に係る発明は、
請求項２〜４のいずれかに記載の寸法計測方法を前提とし、
寸法Ｌminを計測値の最小値とし、上記計算式［Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐ］若しくは計算式［Ｌ＝（Ｔmax−Ｔmin）×ｖｐ］で求められた値Ｌが、［寸法Ｌ≧Ｌmin］の条件を満たした場合に計測対象物における任意箇所の寸法とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非接触センサに汎用のレーザ変位計を用いており、高価なレンズや照明の光学部品並びに撮像用カメラが不要となる。
【００１１】
従って、画像処理技術を用いた方法と比較して安価に寸法計測装置が製作でき、しかも稼動範囲が比較的広いＸＹステージ上に計測対象物を載置して計測する構成のため、計測対象物の面積が大きい場合に計測対象物を破壊することなく計測することが可能となる等の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る寸法計測装置は、図１に示すように計測対象物１９ｂが載置されかつこの計測対象物１９ｂをＸ、Ｙの２軸方向へ任意に移動可能なＸＹステージ４と、Ｚ軸ステージ２に搭載されかつ計測対象物１９ｂの任意箇所へＺ軸方向側からレーザビームを照射してその反射光量を電圧変換するレーザ変位計１とでその主要部が構成されている。
【００１４】
まず、レーザ変位計１は支柱２０に固定された上記Ｚ軸ステージ２に搭載されている。そして、Ｚ軸駆動用パルスモータ３により上記レーザ変位計１におけるビームスポットの焦点を合わせることができる。また、Ｚ軸駆動用パルスモータ３は、プログラマブルコントローラ（以下、ＰＬＣと略称する）１３で指定されたパルス速度とパルス数でＺ軸パルスモータ用ドライバ８により駆動される。
【００１５】
レーザ変位計１の下方側には、架台７上に試料セットプレート１８を載せた上記ＸＹステージ４が載置されており、試料セットプレート１８の中央部には試料１９が固定されている。
【００１６】
この試料１９は、基板１９ａとその上に形成された計測対象物１９ｂにより構成されている。尚、ここに示す実施例では、基板１９ａの寸法は幅６５０ｍｍ×長さ６５０ｍｍであり、計測対象物１９ｂが占める範囲は幅３６０ｍｍ×長さ３２０ｍｍである。
【００１７】
また、上記ＸＹステージ４の稼動範囲は、Ｘ軸、Ｙ軸のストロークで各々最大５００ｍｍを有しているため、面積が大きな試料に対しても充分測長可能である。ＸＹステージ４は、Ｘ軸駆動用パルスモータ６とＹ軸駆動用パルスモータ５により稼動する。その各パルスモータは、Ｘ軸パルスモータ用ドライバ１０とＹ軸パルスモータ用ドライバ９により、Ｘ軸パルスジェネレータ１１とＹ軸パルスジェネレータ１２から指定されたパルス速度とパルス数で駆動される。各ステージの搬送制御は、上記ＰＬＣ１３によりシーケンス制御されている。また各ステージの操作はタッチパネル１４により行うようになっている。
【００１８】
そして、上記レーザ変位計１の出力信号は、レーザ変位計用コントローラ１５を介しアナログ電圧信号としてアナログ／デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換と略称する）やＰＬＣ１３と汎用パソコン（以下、ＰＣと略称する）１７との通信機能を有するマルチファンクションボード（以下、ＭＦボードと略称する）１６へ入力され、Ａ／Ｄ変換される。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換されたレーザ変位計１の出力信号は、ＰＣ１７上で線幅測長用アルゴリズムに従って組まれたプログラムによりリアルタイムに処理される。処理されたデータはＰＣ１７のハードディスクやフレキシブルディスクへ保存される。
【００２０】
図２は、基板１９ａ上に形成された表面状態が比較的滑らかなメッキテープ２２の線幅を、この寸法計測装置を用いて測長した場合におけるレーザ変位計１と基板１９ａおよびメッキテープ２２との位置関係と線幅測長方向を示している。
【００２１】
メッキテープ幅は１８０μｍ、厚みは５０μｍ程度に設計されている。レーザ変位計１とメッキテープ２２との作動距離は５ｍｍであり、基板１９ａに対してメッキテープ２２の厚みが±３００μｍ以内であれば、焦点が合った状態で測長できる。また、メッキテープ２２の長軸方向（Ｙ軸方向）に対して垂直方向にビームスポット２１が交差する向きが線幅測長方向（Ｘ軸方向）となる。
【００２２】
例えば、表面状態が比較的滑らかな１本のメッキテープ２２に対してテープ長軸方向の線幅分布を調べたい場合、次のような手順で測長を行う。
【００２３】
図３に示すａ点（各テープ間の中央付近）へビームスポット２１が当るようにＸＹステージ４を移動させ、ａ点を起点にしてメッキテープ２２の長軸方向に対しビームスポット２１が垂直方向(ライン1))へ走査するようにＸステージ４ａを移動させ、ｂ点に着いた時点でライン1)上の線幅が上記線幅測長用アルゴリズムに従って組まれたプログラムに基づくデータ処理により測長される。
【００２４】
すなわち、上記レーザ変位計１の反射光量に対応する出力信号（デジタル信号データ）は、図４の基板Ａ１と計測対象物Ａ２とを表す矩形波的なデータ形態を示す。この矩形波的データを時系列順に差分処理を施すと図５に示されるような差分データが得られ、この差分値の最大・最小値の時刻が立上り時刻Ｔαおよび立下り時刻Ｔβであり、基板Ａ１と計測対象物Ａ２の境界を示すエッジ部となる。そして、線幅Ｌは立上り時刻Ｔαと立下り時刻Ｔβとの時刻差（Ｔβ−Ｔα）と計測対象物を載せたステージの搬送速度（ｖｐ）との積、［Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐ］により算出することが出来る。
【００２５】
そして、走査したライン1)と同じライン上をａ点まで逆戻り（ライン2)）し、任意の距離分だけライン3)に沿うようにＹ軸ステージ４ｂを移動させ、ｃ点まで着いたら再びｄ点までビームスポット２１を走査させて線幅を測長する。このライン1)2)3)の順番にビームスポット２１の走査を繰り返すことにより、表面状態が比較的滑らかなメッキテープ２２の長軸方向で測長された線幅の分布を解析することができる。
【００２６】
ところで、計測対象物の表面状態が比較的滑らかな場合には、レーザ変位計の出力信号が図４に示したように比較的単純な矩形波的データ形態を示すため、線幅やピッチ幅の解析アルゴリズムは容易に構築できる。
【００２７】
しかし、計測対象物の表面状態が比較的粗いものや半透明なものに対しては、レーザ変位計の出力信号の形態が線幅を求めるには不要な信号を多数含むこととなるため解析が困難となる。例えば、表面状態が比較的粗いメッキテープ２２に対するレーザ変位計の出力信号は、図６に示すように表面粗さの大きい計測対象物Ｂ３と基板Ｂ２から成り、しかも基板上に異物Ｂ１が存在するデータ形態となる。このデータ形態に対して、上述した差分処理を行うと図７に示すような差分データ群となり、この差分データ群から基板Ｂ２と計測対象物Ｂ３との境界を示すエッジ部を抽出する処理は非常に困難となる。
【００２８】
このような場合、レーザ変位計からの出力信号（デジタル信号データ）のデータ形態から閾値ラインを設ける以下の手法を採ることにより、基板と計測対象物との境界を示すエッジ部を容易に抽出することが可能となる。
【００２９】
すなわち、上記閾値ラインを設ける線幅測長用アルゴリズムに従って組まれたプログラムに基づく第一の寸法計測方法は、レーザ変位計から照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5…Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）を得る工程と、得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2と同一若しくは略同一のデジタル信号データ対を求め、かつ、これ等デジタル信号データ対に対応した時刻（T1〜Tn+1）対を求めると共に、得られた時刻対の早い方を立上時刻（Ｔα）、遅い方を立下時刻（Ｔβ）と設定する工程と、寸法Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐ（ステージの搬送速度）の計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、とを具備することを特徴とする方法である。
【００３０】
図面を用いてこの第一の寸法計測方法を簡便に説明すると、レーザ変位計から得られる照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5…Tn  Tn+1）に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）のデータ形態は図８においてＨ1で示され、上記閾値Ｈ2を設定することにより閾値Ｈ2のラインとデジタル信号データＨ1のラインとの交差点を一対抽出することができるため、抽出された時刻対の早い方を立上時刻（Ｔα）、遅い方を立下時刻（Ｔβ）としてメッキテープの線幅Ｌを簡便に計測することができる。
【００３１】
また、閾値ラインを設ける線幅測長用アルゴリズムに従って組まれたプログラムに基づく第二の寸法計測方法は、レーザ変位計から照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5…Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）を得る工程と、得られた上記デジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から閾値Ｈ2より大きいデジタル信号データ群については各値を一律に上限値ｄ１に変換しかつ閾値Ｈ2より小さいデジタル信号データ群については各値を一律に下限値ｄ２に変換して変換データＨ3を得る工程と、得られた変換データ（Ｈ3：VH1〜VHn+1）について時系列順に差分処理（VHn+1−VHn）を行いその差分値が基準値V0（＝０）よりプラス側に大きい時刻Ｔα、マイナス側に大きい時刻Ｔβを求める工程と、寸法Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐ（ステージの搬送速度）の計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、とを具備することを特徴とする方法である。
【００３２】
そして、図面を用いて第二の寸法計測方法を簡便に説明すると、レーザ変位計から得られる照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5…Tn  Tn+1）に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）のデータ形態は図８においてＨ1のラインで示される。このデジタル信号データ（V1〜Vn+1）Ｈ1に対し、閾値Ｈ2ラインを基準にして閾値Ｈ2より大きいデジタル信号データ群については各値を一律に上限値ｄ１に変換しかつ閾値Ｈ2より小さいデジタル信号データ群については各値を一律に下限値ｄ２に変換すると、図９に示すように矩形波的なデータ形態を示す変換データＨ3となる。この変換データＨ3に対し差分処理を行うと、図１０に示すように基板とメッキテープとを区別する差分データＨ4が得られ、その立上り時刻Ｔαと立下り時刻Ｔβおよび搬送速度（ｖｐ）により、メッキテープ幅Ｌは、Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐとして算出される。
【００３３】
尚、図９において基板に付着した異物を示すデータγから、図１１に示すように上記異物に起因した線幅Ｌｅも算出されることがあるが、線幅Ｌminを計測値の最小値とし、上記計算式［Ｌ＝（Ｔβ−Ｔα）×ｖｐ］で求められた値Ｌが［線幅Ｌ≧Ｌmin］の条件を満たした場合にメッキテープの線幅とすることにより、上記誤計測を回避することが可能となる。
【００３４】
そして、３本のメッキテープに対して第二の寸法計測方法による３ラインの自動測長を実施した結果例を以下の表１に示す。平均値や標準偏差などの統計計算も自動的に行っている。また、図１２は各メッキテープ幅の平均値のヒストグラフを表している。
【００３５】
【表１】
2005227022.tif 000003
次に、基板上にパターニングされたレジストのような半透明体の線幅を本発明に係る寸法計測装置で測長する場合、レーザ変位計1の出力信号は図１３に示すように生データＨ1で表されるようなデータ形態となるため、基板Ｅ１とレジストＥ２との境界が上記メッキテープと比較して更に判別し難くなっている。そして、第二の寸法計測方法で用いる線幅測長用アルゴリズムを上記生データＨ1に適用した場合、閾値Ｈ2ラインと交差する点が多数発生するため、データ変換後いくつもの矩形波が派生し真の線幅を求めることが出来なくなる。
【００３６】
この場合、閾値Ｈ2ラインを基準にして、重み付け処理と名付ける方法（第三の寸法計測方法）により基板Ｅ１とレジストＥ２との境界を抽出することが可能となる。
【００３７】
すなわち、この寸法計測方法は、レーザ変位計から照射時刻（T1  T2  T3  T4  T5…Tn  Tn+1）毎に反射光量に対応したデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）を得る工程と、得られたデジタル信号データ（V1  V2  V3  V4  V5…Vn  Vn+1）の最大値と最小値から略中央値の閾値Ｈ2を設定する工程と、得られた各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）と上記閾値Ｈ2との比較処理から、閾値Ｈ2より大きい場合には正の重み定数Ｒ1を、閾値Ｈ2より小さい場合には負の重み定数Ｒ2を各デジタル信号データ（Ｈ1：V1〜Vn+1）に対し時系列にかつ順次加算して変換データＨ4を得る工程と、得られた変換データＨ4から最小値Ｐ1と最大値Ｐ2を求め、かつ、最小値Ｐ1に対応する最小値時刻Ｔmin、最大値Ｐ2に対応する最大値時刻Ｔmaxを求める工程と、Ｌ＝（Ｔmax−Ｔmin）×ｖｐの計算式により計測対象物における任意箇所の寸法Ｌを計測する工程、とを具備することを特徴とする方法である。
【００３８】
図１３を用いて第三の寸法計測方法を説明すると、この計測方法は閾値ラインＨ2より生データＨ1が大きいときに正の重み定数（例えば、＋０．０５）を、閾値ラインＨ2以下のときは負の重み定数（例えば、−０．０５）を時系列に順次加算していく方法である。そして、この重み付け処理を生データＨ1の全デジタル信号データに対して行うと、重み付け曲線Ｈ4（Ｒ3）が得られ、この曲線の最小値Ｐ1と最大値Ｐ2を抽出することにより最小値時刻Ｔminと最大値時刻Ｔmaxが判る。
【００３９】
従って、レジスト幅Ｌは、Ｌ＝（Ｔmax−Ｔmin）×ｖｐ（ステージの搬送速度）として算出が可能となる。
【００４０】
この実施例においては、Ｔmin＝３．６２sec、Ｔmax＝５．８２secと抽出され、Ｘステージの搬送速度は５０[μｍ／sec]なので、レジスト幅は１０９．９μｍと求められた。そして、この実施例のレジスト幅は１１０μｍに設計されているので、第三の寸法計測方法により算出された線幅は適正であることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る寸法計測装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１の一部拡大図。
【図３】本発明に係る寸法計測装置の計測手順を示す説明図。
【図４】本発明に係る寸法計測装置のレーザ変位計からの出力データを示すグラフ図。
【図５】レーザ変位計からの出力データを差分処理して得られる差分データのグラフ図。
【図６】計測対象物の表面状態が比較的粗い場合の上記出力データを示すグラフ図。
【図７】図６の出力データを差分処理して得られる差分データのグラフ図。
【図８】本発明に係る第一、第二の寸法計測方法を示すグラフ図。
【図９】本発明に係る第二の寸法計測方法を示すグラフ図。
【図１０】本発明に係る第二の寸法計測方法を示すグラフ図。
【図１１】異物を原因とする計測誤差が引き起こされる弊害を示すグラフ図。
【図１２】本発明に係る第二の寸法計測方法により計測されたメッキテープ線幅の平均値分布を表したヒストグラフ図。
【図１３】本発明に係る第三の寸法計測方法を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４２】
１    レーザ変位計
２    Ｚ軸ステージ
３    Ｚ軸駆動用パルスモータ
４    ＸＹステージ
５    Ｙ軸駆動用パルスモータ
６    Ｘ軸駆動用パルスモータ
８    Ｚ軸パルスモータ用ドライバ
９    Ｙ軸パルスモータ用ドライバ
１０    Ｘ軸パルスモータ用ドライバ
１３    プログラマブルコントローラ
１７    パソコン
１９    試料
19ａ    基板
19ｂ    計測対象物
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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