(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に生じる振動に含まれる複数の周波数成分を検出する検出手段と、
前記複数の周波数成分のうち相対的に低い第１の周波数成分に基づいて第１の撮像時間を導出し、前記複数の周波数成分のうち相対的に高い第２の周波数成分に基づいて第１の撮像間隔を導出する導出手段と、
前記被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを取り込む取込手段と、
前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔から決まる第１の撮像枚数分の前記観察画像のデータを、前記第１の撮像間隔で取り込むように前記取込手段を制御する制御手段と、
取り込まれた前記観察画像のデータを格納する格納手段と、
前記格納手段に格納された前記観察画像のコントラスト値を算出する算出手段と、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記第１の撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択する選択手段と、
を備える画像選択装置。
【請求項２】
被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介した撮像により得られる複数枚の画像であって、前記被写体に生じる振動によって変化している、複数枚の準備画像に基づいて、第１の撮像時間と第１の撮像間隔を導出する導出手段と、
前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを取り込む取込手段と、
前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔から決まる第１の撮像枚数分の前記観察画像のデータを、前記第１の撮像間隔で取り込むように前記取込手段を制御する制御手段と、
取り込まれた前記観察画像のデータを格納する格納手段と、
前記格納手段に格納された前記観察画像のコントラスト値を算出する算出手段と、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記第１の撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択する選択手段と、
を備え、
前記複数枚の準備画像は、指定された第２の撮像時間と第２の撮像間隔から決まる第２の撮像枚数分の、前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した画像であり、
前記第２の撮像枚数の前記準備画像のデータを、前記第２の撮像間隔で取り込むように、前記制御手段が前記取込手段を制御し、
前記格納手段が、取り込まれた前記準備画像のデータを格納し、
前記算出手段が、前記格納手段にデータが格納された前記準備画像のコントラスト値を算出し、
撮像された前記第２の撮像枚数の前記準備画像の前記コントラスト値の変化のパターンに基づいて、前記導出手段が前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔とを導出する、
ことを特徴とする画像選択装置。
【請求項３】
被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介した撮像により得られる複数枚の画像であって、前記被写体に生じる振動によって変化している、複数枚の準備画像に基づいて、第１の撮像時間と第１の撮像間隔を導出する導出手段と、
前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを取り込む取込手段と、
前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔から決まる第１の撮像枚数分の前記観察画像のデータを、前記第１の撮像間隔で取り込むように前記取込手段を制御する制御手段と、
取り込まれた前記観察画像のデータを格納する格納手段と、
前記格納手段に格納された前記観察画像のコントラスト値を算出する算出手段と、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記第１の撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択する選択手段と、
を備え、
前記複数枚の準備画像は、指定された第２の撮像時間と第２の撮像間隔から決まる第２の撮像枚数分の、前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した画像であり、
前記第２の撮像枚数の前記準備画像のデータを、前記第２の撮像間隔で取り込むように、前記制御手段が前記取込手段を制御し、
前記格納手段が、取り込まれた前記準備画像のデータを格納し、
前記導出手段が、撮像された前記第２の撮像枚数の前記準備画像間の相対的なずれを算出し、前記ずれの変化のパターンに基づいて、前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔とを導出する、
ことを特徴とする画像選択装置。
【請求項４】
前記選択手段は、複数の前記観察画像のうちで最もコントラストが高い観察画像を選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像選択装置。
【請求項５】
前記選択手段が選択した前記観察画像を用いて計測または検査を行う計測手段または検査手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像選択装置。
【請求項６】
被写体に生じる振動に含まれる複数の周波数成分のうち相対的に低い第１の周波数成分に基づいて撮像時間を導出し、前記複数の周波数成分のうち相対的に高い第２の周波数成分に基づいて撮像間隔を導出するステップと、
前記被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを、前記撮像時間と前記撮像間隔から決まる撮像枚数分、前記撮像間隔で取り込むステップと、
前記観察画像のコントラスト値を算出するステップと、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項７】
被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介して、決められた間隔で前記被写体を撮像することにより得られる複数枚の画像であって、前記被写体に生じる振動によって変化している、複数枚の準備画像の、コントラスト値の変化のパターン、または、前記複数枚の準備画像間の相対的なずれの変化のパターンに基づいて、撮像時間と撮像間隔を導出するステップと、
前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを、前記撮像時間と前記撮像間隔から決まる撮像枚数分、前記撮像間隔で取り込むステップと、
前記観察画像のコントラスト値を算出するステップと、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
コンピュータが、
被写体に生じる振動に含まれる複数の周波数成分のうち相対的に低い第１の周波数成分に基づいて撮像時間を導出し、前記複数の周波数成分のうち相対的に高い第２の周波数成分に基づいて撮像間隔を導出し、
前記被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを、前記撮像時間と前記撮像間隔から決まる撮像枚数分、前記撮像間隔で取り込み、
前記観察画像のコントラスト値を算出し、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択する、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
コンピュータが、
被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介して、決められた間隔で前記被写体を撮像することにより得られる複数枚の画像であって、前記被写体に生じる振動によって変化している、複数枚の準備画像の、コントラスト値の変化のパターン、または、前記複数枚の準備画像間の相対的なずれの変化のパターンに基づいて、撮像時間と撮像間隔を導出し、
前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを、前記撮像時間と前記撮像間隔から決まる撮像枚数分、前記撮像間隔で取り込み、
前記観察画像のコントラスト値を算出し、
前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動環境下において被写体の鮮明な画像を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ；Plasma Display Panel）などのＦＰＤ（Flat Panel Display）基板や、半導体チップなどの製造工程では、画像を使った計測や検査が行われる。
【０００３】
例えば、ＦＰＤ基板上に形成された回路パターンの線幅や寸法の計測のため、あるいは、フォトレジスト加工において正しく回路パターンが形成されたか否かの検査のために、ＦＰＤ基板や半導体ウエハなどの被写体が撮像される。この撮像は多くの場合、顕微鏡を介して行われる。そして、撮像された画像に基づいて計測や検査が行われる。
【０００４】
ところが、種々の振動の影響によって、計測や検査のための画像がぼやけることがある。特に、ＦＰＤ基板や半導体ウエハの計測や検査においては、計測や検査の対象が微細であるため、顕微鏡を介して被写体を拡大して撮像が行われる。よって、振動の影響が画像に現れやすい。
【０００５】
例えば、顕微鏡の対物レンズの倍率が高いほど、被写界深度が浅い。よって、顕微鏡の光軸方向のわずかな振動でも画像がぼやける。例えば、１０〜２０倍程度の低倍率の顕微鏡を使った観察では問題にならない程度の振動でも、より高倍率の顕微鏡を使った場合には、画像がぼやけてしまう。
【０００６】
あるいは、光軸方向以外の方向に被写体が振動する場合、その振動による動きが顕微鏡により拡大されて撮像される。よって、大きくぶれた画像が撮像され、画像が不鮮明になることがある。
【０００７】
画像がぼやけていると、回路パターンの線幅や寸法を正確に計測することができない。特に、線幅の測定の場合には、回路パターンの線と垂直な方向の振動により横ぶれした画像を用いて計測を行うと、計測結果に致命的な悪影響を及ぼす。また、画像がぼやけていると、微小な欠陥を検出することができない可能性がある。
【０００８】
そこで、振動の影響を抑えるために、撮像装置や被写体を載置する装置に防振ゴムなどの緩衝材を取り付けるといった対策がとられている。しかし、振動の発生源、方向、周波数は様々であり、撮像装置と被写体の双方にそれぞれ振動が影響する。よって、完全に振動の影響をなくした環境において撮像を行うことは、実際には非常に困難である。
【０００９】
例えば、画像を使った計測を行う計測装置が設置される工場やクリーンルームで発生する振動の発生源は様々である。床自体の振動もあれば、基板を載置するためのステージ用のモータや基板の搬送装置などが引き起こす振動もある。
【００１０】
また、ＦＰＤの大型化にともなって、ＦＰＤ基板を載置するステージにはエアキャスタを使った浮上式ステージが採用されることが多い。浮上しているＦＰＤ基板は、騒音による空気振動の影響や、クリーンルーム内のダウンフローなどによる風の影響を受けやすく、そのため振動も発生しやすい。
【００１１】
また、観察・計測の対象である基板表面に対して垂直な方向の振動だけではなく、水平方向の振動もある。そして、各種の振動の周期は様々に異なっている。一方で、例えば、防振用の緩衝材により軽減可能な振動の周波数の範囲は、緩衝材の性質に応じて決まっている。よって、振動自体を軽減することには限界がある。
【００１２】
そこで、振動自体を軽減するだけではなく、様々な振動が発生している環境（以下、「振動環境」ということがある）において撮像された画像における振動の影響を軽減するというアプローチが考えられる。特許文献１〜３はそのようなアプローチの例である。
【００１３】
特許文献１に記載の画像撮像装置は、撮像対象物の振動状況を振動計などにより測定し、測定された振動波形のピーク点を撮像タイミングとして検出し、検出した撮像タイミングで撮像対象物を撮像し、それによって、画像が振動から受ける影響を低減している。
【００１４】
この画像撮像装置は、振動波形のピーク点では揺れ量の変化が零であり、すなわち振動が一時的に停止した状態であることを利用している。しかし、撮像タイミングの検出から実際の撮像完了まではタイムラグが生じる。
【００１５】
特許文献２に記載の方法は、微小時間間隔をおいて撮像対象物を順に複数回撮像し、連続して撮像した２つの画像の各画素の輝度の差を求め、求めた輝度の差の標準偏差を算出し、その標準偏差が許容値の範囲内ならば、上記２つの画像のうち一方を取込画像とする方法である。
【００１６】
この方法は、振動が全くない場合は上記２つの画像が一致して標準偏差が零になることに着目した方法である。しかし、算出された標準偏差が小さいからといって、必ずしも取込画像がぶれていないことが保証されるわけではない。
【００１７】
特許文献３に記載の基板検査装置は、撮像手段と、顕微鏡手段と、基板像を合焦させるように顕微鏡手段を制御し、基板像の合焦程度を示す合焦信号を出力する合焦手段とを備える。この基板検査装置は、合焦信号に基づき、合焦程度が高くなるタイミングで画像信号を取り込む。
【００１８】
この基板検査装置は、一旦合焦されて顕微鏡手段が固定された後は、真の合焦点付近で基板位置が上下し、基板の振動周期の１／２の間隔で合焦程度が高くなることを利用している。しかし、合焦信号に基づくタイミングの検出から実際の撮像完了まではタイムラグが生じ、また、一般には基板の振動は上下方向のみではない。
【００１９】
上記のように、画像が受ける振動の影響のうち、上記特許文献１〜３に記載の技術により軽減可能な影響は一部に限られる。
また、計測や検査の対象である被写体に合焦した画像の方が、合焦していない画像よりも計測や検査に適しているのは当然である。しかし、例えば下記の特許文献４や５に記載されたような合焦に関する技術だけでは、振動の影響の軽減という目的の達成は難しい。
【００２０】
特許文献４にはコントラスト値を使った自動焦点合わせ方法が記載されている。一般に、対物レンズの焦点深度の範囲内ではコントラスト値はあまり変化せず、再現性も悪い。そこで、特許文献４に記載の方法では、顕微鏡の対物レンズを垂直方向に一定速度で移動させながら予め決められたサンプリング間隔で被撮像物を撮像し、撮像した画像からコントラスト値を算出し、コントラスト値を関数で近似してピーク位置を算出し、ピーク位置に基づいて対物レンズの合焦位置を算出することにより、ピーク位置および合焦位置の再現精度を高めている。
【００２１】
しかし、不規則な振動の影響を受ける環境では、この方法による合焦位置の再現精度は低下する。
特許文献５には、合焦位置に基づいて計測対象の光軸方向（例えば上下方向）の変位を計測する画像計測装置が記載されている。この画像計測装置は、１回の走査により計測対象の複数個所の変位を測定するために、駆動モータなどによって撮像系を駆動して、撮像系の計測対象側の焦点位置を光軸方向に計測対象に対して相対移動させながら計測対象を撮像する。そして、この画像計測装置は、撮像された画像内の複数の領域それぞれのコントラスト値を求め、各領域でコントラスト値が最も高くなるときの光軸方向の相対変位を当該領域の計測値として求める。
【００２２】
この画像計測装置では、焦点位置と計測対象の相対位置が変化する。よって、計測対象が光軸方向に振動している場合、偶然、焦点位置が計測対象上に位置する場合もあるかもしれない。しかし、この画像計測装置では、光軸方向以外の方向の振動は考慮されていない。
【特許文献１】特許第３３７７５８６号公報
【特許文献２】特開平８−６５５６８号公報
【特許文献３】特開平１０−２１３５２２号公報
【特許文献４】特開平１０−２３２３４３号公報
【特許文献５】特開２００１−６６１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記のような従来の技術によれば、特定の場合に振動の影響が軽減された画像を得ることはできるが、様々な方向と様々な周期の振動が合成された振動の影響を被写体が受ける場合については必ずしも考慮されていなかった。そのため、そのような場合に被写体の鮮明な画像を得ることができなかった。
【００２４】
そこで本発明は、様々な方向と様々な周期の振動が発生している環境においても、被写体の鮮明な画像を取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による画像選択装置は、被写体に生じる振動に基づいて第１の撮像時間と第１の撮像間隔を導出する導出手段と、前記被写体を載置するステージに対向して配置された顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した観察画像のデータを取り込む取込手段と、前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔から決まる第１の撮像枚数分の前記観察画像のデータを、前記第１の撮像間隔で取り込むように前記取込手段を制御する制御手段と、取り込まれた前記観察画像のデータを格納する格納手段と、前記格納手段に格納された前記観察画像のコントラスト値を算出する算出手段と、前記コントラスト値に基づいて、撮像された前記第１の撮像枚数の前記観察画像の中から１枚以上の観察画像を選択する選択手段と、を備える。
【００２６】
前記導出手段による前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔の導出の仕方は、実施形態によって様々に異なっていてよい。
例えば、前記画像選択装置が、前記振動に含まれる複数の周波数成分を検出する検出手段をさらに備え、前記導出手段が、前記複数の周波数成分のうち相対的に低い第１の周波数成分に基づいて前記第１の撮像時間を導出し、前記複数の周波数成分のうち相対的に高い第２の周波数成分に基づいて前記第１の撮像間隔を導出してもよい。
【００２７】
あるいは、指定された第２の撮像時間と第２の撮像間隔から決まる第２の撮像枚数分の、前記顕微鏡手段を介して前記被写体を撮像した準備画像のデータを、前記第２の撮像間隔で取り込むように、前記制御手段が前記取込手段を制御し、前記格納手段が、取り込まれた前記準備画像のデータを格納してもよい。
【００２８】
この場合、前記算出手段が、前記格納手段にデータが格納された前記準備画像のコントラスト値を算出し、撮像された前記第２の撮像枚数の前記準備画像の前記コントラスト値の変化のパターンに基づいて、前記導出手段が前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔とを導出してもよい。あるいは、前記導出手段が、撮像された前記第２の撮像枚数の前記準備画像間の相対的なずれを算出し、前記ずれの変化のパターンに基づいて、前記第１の撮像時間と前記第１の撮像間隔とを導出してもよい。
【００２９】
前記導出手段は、例えばこれらの方法によって、様々な方向と様々な周期の振動が発生している環境下でも、それらの様々な振動を考慮に入れて、第１の撮像時間と第１の撮像間隔を導出する。
【００３０】
また、本発明の別の態様によれば、コンピュータを前記画像選択装置として機能させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、振動環境下において被写体に発生している様々な方向と様々な周期の振動に基づいた撮像時間と撮像間隔によって、複数枚の観察画像のデータを取り込み、これらの各観察画像のうちコントラストの高い観察画像を選択するので、様々な振動の複合的な影響が全体として見れば小さくなるような時点において行われた撮像による画像、すなわち鮮明な観察画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
以下では、主に大型基板の自動計測装置に本発明を適用した実施形態について、次の順序で説明する。まず、図１と図２を参照して、自動計測装置の構成と動作の概要を説明する。次に、自動計測装置が計測を行う対象の観察画像を選択する選択方法の例を図３から図５を参照して説明する。そして、自動計測装置が第１の撮像時間と第１の撮像間隔を導出する導出方法の例を図６から図９を参照して説明する。最後に、様々な変形例について説明する。
【００３３】
図１は、大型基板の自動計測装置に本発明を適用する実施形態における、自動計測装置の機能ブロック図である。また、図２は、大型基板を載置するステージと、大型基板を撮像するのに使われる顕微鏡部および撮像部との位置関係を示す斜視図である。
【００３４】
図１の自動計測装置１００は、顕微鏡部２、撮像部３、画像入力部４、画像メモリ５、比較判断部６、計測部７、結果出力部８、制御部９、振動センサ１０を備える。
本実施形態では、画像入力部４、画像メモリ５、比較判断部６、計測部７、制御部９は、ＰＣ（Personal Computer）１１により実現される。ＰＣ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリと、ワーキングエリアとして使われるＲＡＭ（Random Access Memory）と、ハードディスク装置等の外部記憶装置と、外部機器との接続インターフェイスと、通信インターフェイスとを備え、これらがバスで相互に接続されたコンピュータである。
【００３５】
画像入力部４は、撮像部３との間の接続インターフェイスとしてＰＣ１１に装着された画像キャプチャボードにより実現される。また、ＰＣ１１は、上記の汎用のＲＡＭの他に、画像入力部４を介して入力された画像のデータを格納する専用の画像メモリ５を備えている。画像メモリ５に必要な容量は、後述するように、実施形態によって異なる。
【００３６】
比較判断部６と計測部７と制御部９は、例えば、ＲＯＭ、ハードディスク装置、またはコンピュータ読み取り可能な可搬型記憶媒体などに格納されたプログラムを、ＣＰＵがＲＡＭにロードして実行することにより、実現される。
【００３７】
また、ＰＣ１１は、接続インターフェイスを介して、振動センサ１０に制御信号を送り、振動センサ１０の出力信号を受け取る。
本実施形態において、結果出力部８は、ＰＣ１１に接続されたモニタディスプレイにより実現される。他の実施形態では、ＰＣ１１に接続されたプリンタ、スピーカなどによって結果出力部８が実現されてもよい。あるいは、計測結果を用いた処理を行う上位システムに計測結果を転送する、ＰＣ１１のデータ転送インターフェイスによって、結果出力部８が実現されてもよい。
【００３８】
なお、一般には、撮像の対象となる、回路パターンが形成された基板１の表面や、その表面に対向する基板１の裏面には、振動センサ１０を取り付けることが許されない。そこで、振動センサ１０は、例えば、回路パターンが形成されていない、基板１のマージン部分に取り付けられる。なお、振動センサ１０は、非接触式のセンサでも良く、この場合、基板１の上方に配置される。
【００３９】
また、本実施形態では、上記導出手段と制御手段が制御部９により実現され、上記取込手段が画像入力部４により実現され、上記格納手段が画像メモリ５により実現され、上記算出手段と選択手段が比較判断部６により実現され、上記検出手段が振動センサ１０により実現される。
【００４０】
以上のように構成された自動計測装置１００の動作の概要は、次のとおりである。
観察および計測の対象すなわち被写体である基板１上の微細なパターンを、顕微鏡部２を介して撮像部３が撮像する。撮像は複数回行われる。撮像された複数の画像の中から、計測に適した鮮明な画像を比較判断部６が選択する。選択された画像に基づいて、基板１上の微細なパターンを構成する線幅を、計測部７が自動的に計測する。計測の結果は結果出力部８が出力する。
【００４１】
次に、図２を参照して、基板１を載置するステージと顕微鏡部２および撮像部３との位置関係を説明する。本実施形態における基板１は、ＦＰＤの大型ガラス基板であり、図２のステージ１２上に載置されている。ステージ１２はエアキャスタを用いた浮上式ステージでもよい。
【００４２】
以下では図２に示すように、床面に対して鉛直な座標軸をｚ軸と呼び、ｚ軸と垂直な２つの座標軸をｘ軸およびｙ軸と呼ぶ。また、ステージ１２の上面が床面に対して水平であるとする。すなわち、ｘｙ平面に平行な面上に基板１が載置されているとする。
【００４３】
自動計測装置１００の制御部９は、ステージ１２上でｘ方向に基板１を動かすための制御も行う。
また、本実施形態では、図２に示すように、ｚ軸に平行な支柱１３ａおよび１３ｂと、ステージ１２の上方で支柱１３ａと支柱１３ｂの間に渡されたｙ軸に平行な梁１３ｃとを備えたガントリー１３が、ステージ１２に固定されている。図２では、図１に示した構成のうち、顕微鏡部２と撮像部３のみを図示し、基板１、ＰＣ１１、結果出力部８、および振動センサ１０は図示を省略した。また、図２ではステージ１２の支柱等は省略されている。
【００４４】
図２に示すように、顕微鏡部２と撮像部３は互いに固定されている。また、撮像部３は、ガントリー１３の梁１３ｃに沿ってｙ方向に移動可能なように、梁１３ｃに取り付けられている。図１の自動計測装置１００の制御部９は、不図示の駆動モータを制御することにより、ｙ方向に撮像部３を動かすことができる。
【００４５】
すなわち、基板１をステージ１２上でｘ方向に動かす制御を制御部９が行い、撮像部３に固定された顕微鏡部２とともに撮像部３をｙ方向に動かす制御も制御部９が行うことにより、自動計測装置１００は、基板１上の任意の位置を、顕微鏡部２を介して撮像部３により撮像することができる。上記の説明から明らかなように、ある指定されたｙ座標で撮像部３が停止しているとき、顕微鏡部２のステージ１２に対する相対位置は固定された状態である。
【００４６】
また、図２に示すように、顕微鏡部２の対物レンズの光軸はｚ軸に平行である。本実施形態では、顕微鏡部２が備える合焦機構により対物レンズをｚ方向に動かすことで、顕微鏡部２の焦点位置を前記基板１上に合わせるものとする。
【００４７】
自動計測装置１００を用いた計測は、次のように行われる。
後述の第１〜第３の導出方法のいずれかによって、導出手段としての制御部９が予め撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する。ここで、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔは、様々な方向と様々な周期の振動の複合的な影響が全体として見れば小さくなるような時点が、少なくとも１回は撮像時点として指定されるように、基板１に生じる振動のパターンに基づいて導出される。
【００４８】
そして、撮像部３および顕微鏡部２が、基板１上の計測対象領域を撮像する位置となるように、基板１をｘ方向に移動し、顕微鏡部２と撮像部３をｙ方向に移動する制御を制御部９が行う。顕微鏡部２と撮像部３は指定されたｙ座標で停止する。
【００４９】
次に、顕微鏡部２の合焦動作が行われる。この合焦動作は、手動により行ってもよい。あるいは、ＰＣ１１が不図示のＲＡＭに基板１の設計データを読み込み、その設計データに含まれる基板１の厚みから制御部９が合焦位置を算出して顕微鏡部２に通知し、顕微鏡部２の合焦機構が、その合焦位置に対物レンズを移動させてもよい。あるいは、顕微鏡部２の自動合焦機能により合焦動作を行うようにしてもよい。その場合、１回合焦したら被写体である基板１の動きに追従する制御を行わないよう設定される。
【００５０】
次に、顕微鏡部２を介して基板１を観察した画像を撮像部３が撮像する。撮像部３は、顕微鏡部２を介して基板１を撮像し、光電変換により得られた電気信号から画像データであるデジタルデータを出力する。撮像部３は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラでもよく、ＣＭＯＳ（Complementary Mental-Oxide Semiconductor）カメラでもよい。
【００５１】
そして、撮像部３が撮像した画像（以下、「観察画像」と呼ぶ）のデータを画像入力部４が取り込み、画像入力部４が取り込んだデータを画像メモリ５に格納する。詳しくは後述するが、撮像部３は複数の観察画像を撮像し、撮像された観察画像のデータは順次、画像入力部４により取り込まれて画像メモリ５に格納される。
【００５２】
撮像部３によって複数の観察画像が撮像される間、自動計測装置１００が設置された部屋の床や自動計測装置１００自体が振動することがある。また、自動計測装置１００がダウンフロー式のクリーンルームに設置される場合、ダウンフローに影響されて基板１が振動することもある。さらに、騒音による空気振動の影響で基板１が振動することもある。そして、これらの振動の方向および周期は様々に異なり、不規則である。
【００５３】
撮像は、このように様々な振動の影響を受けながら、顕微鏡部２の対物レンズと基板１との相対位置が変動する状況下で行われる。したがって、撮像された複数の観察画像それぞれにおける合焦の程度は様々に異なる。
【００５４】
比較判断部６は、撮像された複数の観察画像のデータに基づき、計測に適した鮮明な観察画像を、計測用の画像として選択する。比較判断部６の詳しい動作は後述する。
比較判断部６が選択した計測用の観察画像を使って計測部７が計測を行い、結果出力部８がその計測の結果を出力する。本実施形態における結果出力部８はモニタディスプレイであり、計測の結果は、文字・記号・図・画像などによって視覚的に出力される。
【００５５】
本実施形態によれば、基板１が様々な振動の影響を受け、基板１と顕微鏡部２の相対位置が変動し続けるような環境においても、複数の観察画像の中から計測に適した鮮明な画像を比較判断部６が選択するので、計測部７による計測の精度が悪化しない。
【００５６】
なお、上記で説明した構成は一実施形態における例示である。他の実施形態では、プロセッサを備えた画像キャプチャボードが、制御部９と画像入力部４の双方の機能を実現してもよく、ハードウェア回路が比較判断部６、計測部７、制御部９の機能を実現してもよい。
【００５７】
次に、図３のフローチャートを参照して、図１の自動計測装置１００が第１の選択方法により観察画像を選択し、計測を行う動作の詳細を説明する。
ステップＳ１０１で、撮像時間Ｔおよび撮像間隔ｄｔを制御部９が導出し、設定する。具体的な導出方法は図６〜図９とともに後述するが、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔは基板１に生じる振動のパターンに基づいて導出される。振動のパターンは、例えば周波数スペクトルにより表される。
【００５８】
さらにステップＳ１０１で制御部９は、下記式（１）により、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔから撮像枚数ｎを算出する。
ｎ＝Ｔ／ｄｔ                                        （１）
なお、撮像時間Ｔが撮像間隔ｄｔで割り切れない場合、制御部９は、Ｔ／ｄｔを切り上げた整数または切り捨てた整数を撮像枚数ｎとして算出する。
【００５９】
次に、ステップＳ１０２で、制御部９は画像番号を表す変数ｋを１に初期化する。
続くステップＳ１０３からステップＳ１０６の処理は、撮像間隔ｄｔごとに、ステップＳ１０１で算出された撮像枚数であるｎ回繰り返される。
【００６０】
ステップＳ１０３では、顕微鏡部２を介して基板１を観察したｋ枚目の観察画像を撮像部３が撮像する。撮像のタイミングは、ステップＳ１０１で導出された撮像間隔ｄｔとして制御部９により指示される。それにより、ステップＳ１０３のｋ回目の実行と（ｋ＋１）回目の実行との間隔は撮像間隔ｄｔとなる。
【００６１】
次に、ステップＳ１０４で、撮像された観察画像のデータを画像入力部４が取り込み、画像メモリ５がそのデータを格納する。取り込みのタイミングも、制御部９により指示される。以下では、ｋ枚目の観察画像をＩｍａｇｅ（ｋ）と表記する。
【００６２】
ステップＳ１０５では、制御部９がｋ＝ｎか否かを判断し、すなわち観察画像の撮像がｎ回行われたか否かを判断し、ｋ＝ｎであれば（撮像がｎ回行われたら）ステップＳ１０７へ、ｋ≠ｎであればステップＳ１０６へ移行する。
【００６３】
ステップＳ１０６では制御部９がｋの値を１つインクリメントする。そして、処理はステップＳ１０３に戻る。
以上のように、制御部９がタイミングを指示することにより、撮像間隔ｄｔで撮像されたｎ枚の観察画像のデータが画像メモリ５に蓄積される。
【００６４】
ステップＳ１０５でｋ＝ｎであると判断されると、次に、ステップＳ１０７で、画像メモリ５にデータが格納されたすべての画像Ｉｍａｇｅ（１）〜Ｉｍａｇｅ（ｎ）について、それぞれのコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（１）〜Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｎ）を比較判断部６が算出する。すなわちＩｍａｇｅ（ｋ）のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）について、変数ｋを１から撮像枚数ｎまで１ずつインクリメントしながら算出する。
【００６５】
ここで、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）は、ｋ枚目の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のコントラストすなわち鮮明さを表す値である。
一般に、振動の影響が大きい画像では、例えば横ぶれの影響により、画像に写った回路パターンがぼけて不鮮明であり、特に回路パターンのエッジ部分が不鮮明である。換言すれば、そのような画像はコントラストが低い画像である。逆に、振動の影響が小さい画像では、回路パターンやエッジ部分がより鮮明に写っており、コントラストが高い。
【００６６】
コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ）の具体的な算出方法については、図４とあわせて後述する。なお、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）の値が大きいほどコントラストが高く、すべてのｋにおいてＣｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）≧０であるとして以下では説明する。
【００６７】
したがって、本実施形態においては、コントラスト値の値が大きい観察画像ほど、コントラストが高く、鮮明で、計測に適している。
ステップＳ１０７に続くステップＳ１０８では、比較判断部６が、ｎ個のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（１）〜Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｎ）を比較し、コントラスト値が最大となる画像番号ｋ＝ｍａｘを求める。
【００６８】
そして、ステップＳ１０９で、比較判断部６は画像番号ｍａｘを計測部７に通知し、計測部７は画像メモリ５から観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）のデータを取り出す。
その後、ステップＳ１１０で、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）のデータを用いて計測部７が計測を実行する。本実施形態では、計測対象であるパターンの線幅を認識するのに必要な各種パラメータ等は予め計測部７に設定されており、計測部７はその設定にしたがって計測を実行する。
【００６９】
最後にステップＳ１１１で、計測部７が結果出力部８に指示して、計測結果を出力させる。
観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）は、ｎ枚の観察画像の中で最もコントラスト値が高い観察画像である。コントラスト値が高いほど、合焦の程度が高く、鮮明で、計測に適している。
【００７０】
つまり、図３にしたがって自動計測装置１００が動作することにより、様々な振動の影響を受けながら撮像したｎ枚の観察画像の中から、最も計測に適した観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）が選択される。そして、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を使って計測が行われる。
【００７１】
すなわち、本実施形態によれば、撮像時の振動の影響を軽減して、ぶれやぼけの少ない、より鮮明な観察画像が計測用に得られる。換言すれば、振動環境下においても、安定して鮮明な観察画像が得られる。よって、計測の精度が振動によって悪化することを防ぐことができる。
【００７２】
また、鮮明な画像が得られると期待される特定の１つのタイミングだけを狙って撮像を行う場合には、撮像のタイミングの指示から実際の撮像までのタイムラグが原因で、期待されたほど鮮明な画像が得られないことがある。しかし、本実施形態では、ｎ枚の観察画像の中から計測に適した観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を選択するという方法を採用しているので、そのようなタイムラグは考慮しなくてよい。
【００７３】
次に、ｋ枚目の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を比較判断部６が算出する方法の具体例について、図４を参照して説明する。
図４は、ステップＳ１０３で撮像された観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）を表す図である。
【００７４】
上記のように本実施形態では、顕微鏡部２の対物レンズの光軸はｚ軸に平行である。また、図４では、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）上の水平方向と垂直方向の座標軸をそれぞれＸ軸とＹ軸として表してある。また、図４における観察画像の左上隅をＸＹ座標系の原点とする。
【００７５】
以下では簡単のため、図２に示した３次元座標のｘ軸と図４のＸ軸とが平行であり、図２のｙ軸と図４のＹ軸とが平行であると仮定して説明する。
本実施形態で比較判断部６は、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のデータのうち一部のデータのみをサンプリングして抽出し、そのサンプリングした部分のみを使ってコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を算出する。その理由は、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を算出する計算コストを削減するためである。ここで、計算コストとは、メモリ使用量や計算時間である。
【００７６】
以下では、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）の算出のために観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）から比較判断部６がサンプリングする部分をプロファイルと呼ぶ。図４は、Ｘ軸に平行なライン状のｉ個のプロファイルＣｘ（１）、Ｃｘ（２）、……、Ｃｘ（ｉ）と、Ｙ軸に平行なライン状のｊ個のプロファイルＣｙ（１）、Ｃｙ（２）、……、Ｃｙ（ｊ）がコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）の算出に使われる例を表している。図４の例において、ｉとｊはいずれも正整数である。
【００７７】
Ｘ軸に平行なｉ個のプロファイルはいずれも、Ｘ方向の長さが観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）と等しく、Ｙ方向の長さが例えば１画素である。Ｙ軸に平行なｊ個のプロファイルはいずれも、Ｙ方向の長さが観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）と等しく、Ｘ方向の長さが例えば１画素である。
【００７８】
比較判断部６は、これら（ｉ＋ｊ）個のプロファイルそれぞれのコントラスト値を算出し、算出した（ｉ＋ｊ）個のコントラスト値の総和を算出し、その総和を観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）として求める。各プロファイルのコントラスト値は、例えば、その１つのプロファイル内において隣接するすべての２画素の組についての、２画素の輝度の差分の絶対値の総和である。
【００７９】
次に、図５のフローチャートを参照して、図１の自動計測装置１００が第２の選択方法により観察画像を選択し、計測を行う動作の詳細を説明する。図３にしたがって自動計測装置１００が動作する場合、ｎ枚の観察画像Ｉｍａｇｅ（１）〜Ｉｍａｇｅ（ｎ）すべてのデータを格納するのに十分な容量が画像メモリ５に必要である。しかし、図５にしたがって自動計測装置１００が動作する場合、画像メモリ５は、２枚の観察画像のデータを格納することができれば十分である。
【００８０】
以下では説明の便宜上、画像メモリ５内の２つの領域を第１領域および第２領域と呼び、第１領域および第２領域の容量はそれぞれ、１枚の観察画像のデータを格納するのに十分な容量であるとする。第１領域および第２領域のうち一方が、次に撮像する観察画像のデータを格納する領域として使われ、他方が、今まで撮像した観察画像のうち最もコントラスト値の大きい観察画像のデータを格納する領域として使われる。
【００８１】
また、図３の説明と同様に、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）の値が大きいほどコントラストが高く、すべてのｋにおいてＣｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）≧０であるとする。
図５のステップＳ２０１では、制御部９が、図３のステップＳ１０１と同様に撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出して設定し、撮像枚数ｎを算出する。
【００８２】
続いて、ステップＳ２０２で制御部９は、画像番号ｋを１に初期化し、コントラスト値が最大の画像の画像番号ｍａｘを０に初期化し、次に撮像する観察画像、すなわちｋ（＝１）枚目の観察画像のデータを格納すべき領域として第１領域を指定する。さらにステップＳ２０２で制御部９は、後のステップＳ２０６の処理の便宜上、Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｍａｘ）＝０と定義する。
【００８３】
ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３からステップＳ２０９の処理は、撮像間隔ｄｔごとに、ステップＳ２０１で算出された撮像枚数であるｎ回繰り返される。
ステップＳ２０３では、顕微鏡部２を介して撮像部３がｋ枚目の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）を撮像する。図３の処理と同様に撮像タイミングが指示され、それにより、ステップＳ２０３のｋ回目の実行と（ｋ＋１）回目の実行との間隔は撮像間隔ｄｔとなる。
【００８４】
次にステップＳ２０４で、撮像された観察画像のデータを画像入力部４が取り込む。取り込まれたデータは、ｋ枚目の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のデータを格納すべき領域として指定された、画像メモリ５内の第１領域または第２領域に格納される。
【００８５】
続いてステップＳ２０５で、画像メモリ５に格納された観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のデータに基づき、比較判断部６が、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を算出する。
【００８６】
そして、ステップＳ２０６で比較判断部６が、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）とＣｏｎｔｒａｓｔ（ｍａｘ）を比較する。Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）の方が大きければ、処理はステップＳ２０７に進み、そうでなければ、処理はステップＳ２０８に進む。
【００８７】
ステップＳ２０７は、観察画像Ｉｍａｇｅ（１）〜Ｉｍａｇｅ（ｋ）のうちで観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）のコントラスト値が最大であるときに実行される。ステップＳ２０７では制御部９が、次のように動作することにより、コントラスト値が最大の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）として観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）を記録する。
【００８８】
現在、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）を格納する領域として第１領域が指定され、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を格納する領域として第２領域が指定されている場合、制御部９は、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を格納する領域として第１領域を指定し、次の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ＋１）を格納する領域として第２領域を指定する。
【００８９】
逆に、現在、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を格納する領域として第１領域が指定され、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）を格納する領域として第２領域が指定されている場合、制御部９は、次の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ＋１）を格納する領域として第１領域を指定し、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を格納する領域として第２領域を指定する。
【００９０】
さらに、ステップＳ２０７では、コントラスト値が最大の観察画像の番号ｍａｘの値を制御部９がｋに更新し、最大のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｍａｘ）＝Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を比較判断部６が記憶する。
【００９１】
以上により、ステップＳ２０７では、コントラスト値が最大の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）として観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）が記録される。ステップＳ２０７の実行後、処理はステップＳ２０８に進む。
【００９２】
ステップＳ２０８では、制御部９がｋ＝ｎか否かを判断し、すなわち観察画像の撮像、保存、コントラスト値の算出等の一連の処理がｎ回行われたか否かを判断し、ｋ＝ｎであれば（撮像等がｎ回行われたら）ステップＳ２１０へ、ｋ≠ｎであればステップＳ２０９へ移行する。
【００９３】
ステップＳ２０９では制御部９がｋの値を１つインクリメントする。そして、処理はステップＳ２０３に戻る。
ステップＳ２０８でｋ＝ｎであると判断されると、次に、ステップＳ２１０で、比較判断部６が画像番号ｍａｘを計測部７に通知し、計測部７は、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）のデータを格納した画像メモリ５内の第１領域または第２領域から、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）のデータを取り出す。
【００９４】
そして、ステップＳ２１１で計測部７は、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）のデータを用いて計測を実行する。最後にステップＳ２１２で、計測部７が結果出力部８に指示して、計測結果を出力させる。
【００９５】
図５にしたがって自動計測装置１００が動作することにより、図３に示した実施形態と同様の効果が得られる。さらに、図５に示した実施形態によれば、画像メモリ５に必要な容量も削減することができる。
【００９６】
次に、図６から図９を参照して、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する導出方法の例を３つ説明する。上記のとおり、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの導出は、図３のステップＳ１０１または図５のステップＳ２０１において行われる。
【００９７】
図６は、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの第１の導出方法を示すフローチャートである。
ステップＳ３０１で、振動測定期間Ｔ１が制御部９に設定される。
振動測定期間Ｔ１は、ＰＣ１１に接続されたキーボードまたはポインティングデバイス等の入力機器を介して、オペレータが手動で制御部９に設定してもよい。あるいは、予め決められた検査工程のタクトタイムから制御部９が振動測定期間Ｔ１を算出してもよい。または、実験的に振動測定期間Ｔ１の適切な値を予め決めてＰＣ１１の備えるハードディスク装置等に記憶しておき、その記憶された値を制御部９が読み出してもよい。
【００９８】
次にステップＳ３０２で、設定された振動測定期間Ｔ１の間、振動センサ１０が、ｘ、ｙ、ｚ各方向の振動を測定し続け、測定結果を制御部９に出力する。振動センサ１０が検出する物理量である変量は、変位、速度、加速度のいずれでもよい。これらの変量は時間で微分または積分することにより相互に変換可能である。例えば、振動センサ１０として振動計や加速度センサ等を用いることができる。ステップＳ３０２での出力は時間領域で表されている。
【００９９】
振動測定期間Ｔ１の経過後、ステップＳ３０３で、振動センサ１０が測定したｘ、ｙ、ｚ各方向の振動をそれぞれ、制御部９が周波数領域に変換し、周波数スペクトルを得る。なお、振動センサ１０が直接検出する物理量によっては、周波数領域への変換の前に、測定された物理量を必要に応じて制御部９が変換する。
【０１００】
続いてステップＳ３０４で、制御部９は、周波数スペクトルに基づいて、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔとを導出し、設定する。
具体的には、制御部９は、ステップＳ３０３で得られた周波数スペクトルに含まれる複数の周波数成分のうち、相対的に低い１つまたは複数の周波数成分に基づいて撮像時間Ｔを導出する。また、制御部９は、ステップＳ３０３で得られた周波数スペクトルに含まれる複数の周波数成分のうち、相対的に高い１つまたは複数の周波数成分に基づいて撮像間隔ｄｔを導出する。
【０１０１】
例えば、ステップＳ３０３で得られた周波数スペクトルに含まれる周波数成分のうち最も低い周波数をｆＬ１、最も高い周波数をｆＨ１とすると、
ｄｔ＜（１／ｆＨ１）＜（１／ｆＬ１）＜Ｔ            （２）
となるように、制御部９が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを決定する。なお、ここで「最も低い周波数」とは、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向それぞれの振動の周波数スペクトルに含まれる周波数成分のうち最も低い周波数同士を比較して、その３つの周波数の中で最も低い周波数という意味である。「最も高い周波数」についても同様である。
【０１０２】
あるいは、スペクトルの大きさが閾値ａ１より大きくなる周波数成分のうちで、最も低い周波数をｆＬ２、最も高い周波数をｆＨ２とすると、
ｄｔ＜（１／ｆＨ２）＜（１／ｆＬ２）＜Ｔ            （３）
となるように、スペクトルの大きさに対して閾値ａ１を設定し、制御部９が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを決定してもよい。
【０１０３】
また、低周波と高周波の振動を比較すると、同じ振幅なら高周波の振動の方がコントラストへの影響が大きい。よって、定数である閾値ａ１のかわりに、周波数ｆに応じて変化する関数ａ２（ｆ）を使って式（３）における周波数ｆＨ２とｆＬ２が定義されてもよい。ここで、関数ａ２（ｆ）は、周波数ｆが大きくなるほど値が小さくなる単調減少関数である。
【０１０４】
なお、式（２）あるいは式（３）を満たす撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔは無数に存在するが、制御部９は撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの値を一意に定めねばならない。そこで、例えば、予め決められた係数α（１＜α）と係数β（０＜β＜１）を使って、
Ｔ＝α・（１／ｆＬ１）                              （４）
ｄｔ＝β・（１／ｆＨ１）                            （５）
または
Ｔ＝α・（１／ｆＬ２）                              （６）
ｄｔ＝β・（１／ｆＨ２）                            （７）
のように制御部９が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを算出してもよい。ここで、経験的に、βは１／２未満であることが好ましく、その理由は次のように説明可能である。
【０１０５】
例えば、式（５）においてβ＝１／２と仮定する。また、考慮すべき周波数成分のうち最も高い周波数成分である周波数ｆＨ１の振動の変位が０となるタイミングで、偶然１枚目の観察画像を撮像したと仮定する。
【０１０６】
この場合、周波数ｆＨ１の振動の変位が０となり速度が最大となるタイミングで、２枚目以降の観察画像の撮像も繰り返される。よって、周波数ｆＨ１の振動の影響が軽減された観察画像は得られない。
【０１０７】
逆に、式（５）においてβ＝１／２と仮定し、周波数ｆＨ１の振動の変位が最大となり速度が０となるタイミングで、偶然１枚目の観察画像を撮像したと仮定する。この場合、２枚目以降の観察画像の撮像も、周波数ｆＨ１の振動の速度が０となるタイミングで行われる。よって、周波数ｆＨ１の振動の影響をなくすことができる。
【０１０８】
このように、β＝１／２において、観察画像から周波数ｆＨ１の振動の影響を除去しようとした場合、１枚目の観察画像の撮像タイミングにおける、周波数ｆＨ１の振動の位相に大きく依存してしまう。
【０１０９】
一方で、βが１／２より小さければ、１枚目の観察画像の撮像タイミングにおける周波数ｆＨ１の振動の位相によらず、周波数ｆＨ１の振動の速度が最大となるタイミングを外して撮像された観察画像が存在することが保証される。
【０１１０】
そして、単に速度が最大となるタイミングを外すだけではなく、十分な長さの撮像時間Ｔがあれば、周波数ｆＨ１の振動が比較的小さな速度となるタイミングで観察画像を撮像するチャンスが必ず訪れる。つまり、周波数ｆＨ１の振動の影響が比較的抑えられた観察画像が必ず得られる。
【０１１１】
したがって、βは１／２未満の小さな値であることが好ましい。ただし、撮像部３の仕様により定められた連写可能な最短間隔よりも撮像間隔ｄｔを短くすることはできない。
なお、αの値が大きいほど、撮像枚数であるｎの値も大きくなり、より鮮明な画像が得られる見込みも高まる。ただし、検査工程のタクトタイム内に撮像時間Ｔが納まるようにするには、αの値が大きすぎてはならない。よって、αの値は、タクトタイムなどから実験的に好適な値を予め調べておくことが好ましい。
【０１１２】
もちろん、制御部９が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの値を一意に定める方法は、式（４）と（５）、あるいは式（６）と（７）による計算だけではない。例えば、係数αやβは定数でなくてもよく、周波数ｆＬ１またはｆＬ２の値に応じてαの値が段階的に変化して定義されていてもよい。係数βについても同様である。
【０１１３】
他にも、例えば、周波数の下限ｆｄと上限ｆｕの組に時間を対応づけて登録したデータベースを予め作成しておいてもよい。この場合、制御部９が、
ｆｄ≦ｆＬ１＜ｆｕ                                  （８）
なる検索条件でデータベースを検索し、検索された下限ｆｄと上限ｆｕの組に対応づけられた時間を、撮像時間Ｔとして設定することができる。撮像間隔ｄｔについても類似のデータベースの検索による方法で定めることが可能である。なお、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔに関するこれらのデータベースに記憶する数値は、実験的に適切な値を選ぶことが好ましい。
【０１１４】
また、上記の例では、式（４）において１つの周波数ｆＬ１に基づいて撮像時間Ｔが算出されている。しかし、複数の周波数に基づいて撮像時間Ｔを算出してもよい。例えば、制御部９は、ステップＳ３０３で得られた周波数スペクトルから、相対的に低い周波数成分を複数個取り出し、複数の周波数それぞれの逆数の重み付け和を撮像時間Ｔとして算出してもよい。その算出に使われる重みは、例えば、式（２）を満たすように予め決められている。同様に、複数の周波数成分を用いて撮像間隔ｄｔを算出することも可能である。
【０１１５】
このように、ステップＳ３０４における具体的な撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの導出方法は実施形態に応じて様々である。しかし、周波数スペクトルに含まれる複数の周波数成分のうち、相対的に低い周波数成分である周波数ｆＬ１またはｆＬ２に基づいて撮像時間Ｔが導出され、相対的に高い周波数成分である周波数ｆＨ１またはｆＨ２に基づいて撮像間隔ｄｔが導出される点は共通である。
【０１１６】
なお、図１には１つの振動センサ１０のみを図示したが、基板１と撮像部３の双方に振動センサを取り付けてもよい。その場合、ステップＳ３０２では、２つの振動センサの出力の差分を制御部９が算出し、その差分をステップＳ３０３以降の処理に用いてもよい。
【０１１７】
また、複数の振動センサを基板１に取り付けてもよい。その場合、ステップＳ３０２では、それら複数の振動センサの出力の算術平均値あるいは加重平均値を制御部９が算出し、その算出した値をステップＳ３０３以降の処理に用いてもよい。加重平均のための重みは、例えば、複数の振動センサの取り付け位置に基づいて決められる。
【０１１８】
あるいは、複数の振動センサを利用する場合に、制御部９がステップＳ３０２で平均値を算出しなくてもよい。つまり、制御部９は、ステップＳ３０３で複数の振動センサからの出力をそれぞれ周波数領域へ変換し、ステップＳ３０４で複数の周波数スペクトルを使って撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出してもよい。
【０１１９】
次に、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを決定する第２の導出方法を、図７のフローチャートを参照して説明する。第２の導出方法は、予備的な撮像を含む。その予備的な撮像で得られる画像を以下では「準備画像」と呼ぶ。
【０１２０】
ステップＳ４０１で、予備的撮像の撮像時間Ｔ１と撮像間隔ｄｔ１が制御部９に設定される。撮像時間Ｔ１と撮像間隔ｄｔ１は、オペレータが手動で制御部９に設定してもよい。あるいは、予め決められた検査工程のタクトタイムから制御部９が撮像時間Ｔ１を算出してもよい。
【０１２１】
また、撮像部３が連写可能な最短の間隔を、制御部９が撮像間隔ｄｔ１として設定してもよい。ステップＳ４０１で設定するために、実験的に撮像間隔ｄｔ１を予め定めておく場合は、撮像部３が連写可能な最短の間隔から始めて徐々に間隔を長くしていき、適切な撮像間隔ｄｔ１を探してもよい。
【０１２２】
なお、図６の振動測定期間Ｔ１と図７の撮像時間Ｔ１とを同じ符号で表したのは、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの導出に必要な時間という意味で図６の振動測定期間Ｔ１と図７の撮像時間Ｔ１は同じだからである。
【０１２３】
また、ステップＳ４０１では、制御部９が、下記式（９）により、設定された撮像時間Ｔ１と撮像間隔ｄｔ１から撮像枚数ｍを算出する。
ｍ＝Ｔ１／ｄｔ１                                    （９）
なお、撮像時間Ｔ１が撮像間隔ｄｔ１で割り切れない場合、制御部９は、Ｔ１／ｄｔ１を切り上げた整数または切り捨てた整数を撮像枚数ｍとして算出する。
【０１２４】
続いて、ステップＳ４０２で、制御部９は画像番号を表す変数ｋを１に初期化する。
その後のステップＳ４０３からステップＳ４０７の処理は、撮像間隔ｄｔ１ごとに、ステップＳ４０１で算出された撮像枚数であるｍ回繰り返される。
【０１２５】
ステップＳ４０３では、顕微鏡部２を介して基板１を観察したｋ枚目の準備画像を撮像部３が撮像し、ステップＳ４０４で、撮像された準備画像のデータを画像入力部４が取り込み、画像メモリ５がその準備画像のデータを格納する。なお、図３や図５の処理と同様に撮像のタイミングが指示され、それにより、ステップＳ４０３のｋ回目の実行と（ｋ＋１）回目の実行との間隔は撮像間隔ｄｔ１となる。
【０１２６】
ステップＳ４０５では、比較判断部６がｋ枚目の準備画像のコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を算出し、記憶する。ステップＳ４０５は、図３のステップＳ１０７や図５のステップＳ２０５と同様である。
【０１２７】
続いてステップＳ４０６では、制御部９がｋ＝ｍか否かを判断し、すなわち準備画像の撮像、保存、コントラスト値の算出がｍ回行われたか否かを判断し、ｋ＝ｍであれば（撮像等がｍ回行われたら）ステップＳ４０８へ、ｋ≠ｍであればステップＳ４０７へ移行する。
【０１２８】
ステップＳ４０７では制御部９がｋの値を１つインクリメントする。そして、処理はステップＳ４０３に戻る。
ステップＳ４０６でｋ＝ｍであると判断されると、次に、ステップＳ４０８で、制御部９が、記憶されたコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（１）〜Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｍ）を、撮像間隔ｄｔ１でサンプリングされたｍ個の信号とみなし、時系列のｍ個の値を周波数領域に変換する。
【０１２９】
続いてステップＳ４０９で、制御部９は、ステップＳ４０８で得られた周波数スペクトルに基づいて撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔとを導出し、設定する。ステップＳ４０９の具体的な動作は実施形態に応じて様々だが、ステップＳ４０９は図６のステップＳ３０４と同様なので説明を省略する。
【０１３０】
次に、図８と図９を参照して、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する第３の導出方法を説明する。図８は第３の導出方法のフローチャートであり、図９は第３の導出方法で行われるパターンマッチングについて説明する模式図である。
【０１３１】
第３の導出方法も、第２の導出方法と同様に予備的な撮像を含む。第３の導出方法において予備的な撮像で得られる画像は、上記と同様に「準備画像」と呼ぶ。
また、第３の導出方法では、顕微鏡部２の自動合焦機能が常にオンになっており、基板１の振動に追従して常に自動合焦が行われる。なお、第３の導出方法では次のことを仮定している。
【０１３２】
・自動合焦は、顕微鏡部２が対物レンズをｚ方向に移動させることによって行われる。
・顕微鏡部２は、自動合焦のための対物レンズの移動量を制御部９に出力することができる。
【０１３３】
・自動合焦は、基板１の振動に十分に追従することができる速度で行われる。
図８の処理は次のように行われる。まず、ステップＳ５０１で、予備的撮像の撮像時間Ｔ１と撮像間隔ｄｔ１が制御部９に設定される。また、制御部９が撮像枚数ｍを式（９）にしたがって算出する。ステップＳ５０１は図７のステップＳ４０１と同様なので詳しい説明は省略する。
【０１３４】
続いてステップＳ５０２で、制御部９が撮像のタイミングを指示し、その指示にしたがって顕微鏡部２を介して撮像部３が基板１を撮像する。ステップＳ５０２の撮像で得られる１枚目の準備画像を以下では特に「基準画像」と呼ぶ。
【０１３５】
基準画像の撮像時にも顕微鏡部２による自動合焦が行われており、自動合焦時の対物レンズのｚ方向の移動量ｄｚ（１）が顕微鏡部２から制御部９へ出力される。ここで括弧内の「１」は、基準画像が１枚目の準備画像であることに対応する。制御部９は、移動量ｄｚ（１）をＰＣ１１のＲＡＭに記憶する。
【０１３６】
ステップＳ５０３では、撮像された基準画像のデータを画像入力部４が取り込み、画像メモリ５が基準画像のデータを格納する。
ここで、ｋ枚目の準備画像と基準画像とのｘ方向のずれをｄｘ（ｋ）と表し、ｋ枚目の準備画像と基準画像とのｙ方向のずれをｄｙ（ｋ）と表すことにする。ｋ＝１のとき、１枚目の準備画像は基準画像であるから、
ｄｘ（１）＝ｄｙ（１）＝０                          （１０）
である。
【０１３７】
そこで、ステップＳ５０３の次のステップＳ５０４では、制御部９がずれｄｘ（１）とｄｙ（１）をともに０に設定する。
次のステップＳ５０５では、制御部９が画像番号を表す変数ｋを２に初期化する。
【０１３８】
その後のステップＳ５０６からステップＳ５１０の処理は、撮像間隔ｄｔ１ごとに、ステップＳ５０１で算出された撮像枚数であるｍから１を減じた（ｍ−１）回繰り返される。
【０１３９】
ステップＳ５０６では、ステップＳ５０２と同様にして、自動合焦時の移動量ｄｚ（ｋ）を記録しつつ、顕微鏡部２を介して撮像部３が準備画像を撮像する。
次のステップＳ５０７では、ｋ枚目の準備画像のデータを画像入力部４が取り込み、画像メモリ５がｋ枚目の準備画像のデータを格納する。
【０１４０】
そして、ステップＳ５０８で、ｋ枚目の準備画像と基準画像とのずれｄｘ（ｋ）とｄｙ（ｋ）を制御部９が算出し、ＰＣ１１のＲＡＭに記憶する。ここで、図９を参照してステップＳ５０８の動作について説明する。
【０１４１】
図９には、１枚目の準備画像である基準画像２０ａと、２枚目の準備画像２０ｂと、３枚目の準備画像２０ｃが示してある。基準画像２０ａ、準備画像２０ｂ、準備画像２０ｃには、それぞれ基板１上の回路パターンが写っている。これらの画像上に写った回路パターンを以下では「２１ａ、２１ｂ、２１ｃ」なる符号により参照する。
【０１４２】
ｋ＝２のとき、制御部９は、基準画像２０ａと準備画像２０ｂのデータを使ってパターンマッチング処理を行う。それにより、制御部９は、基準画像２０ａにおける回路パターン２１ａと、準備画像２０ｂにおける回路パターン２１ｂとが対応することを認識する。
【０１４３】
換言すれば、制御部９は、基準画像２０ａにおける回路パターン２１ａが、準備画像２０ｂにおいてどの位置に存在するのかを、パターンマッチング処理により認識する。したがって、制御部９は、その認識に基づいて回路パターン２１ａと２１ｂの位置のずれ、すなわちｄｘ（２）とｄｙ（２）を算出することができる。
【０１４４】
図９では、ずれを分かりやすく示すために、準備画像２０ｂと２０ｃに、基準画像２０ａにおける回路パターン２１ａの位置が点線で示してある。以下ではこの点線で示された回路パターン２１ａを、基準パターン２２と呼ぶ。
【０１４５】
ずれｄｘ（２）は、回路パターン２１ｂと基準パターン２２のｘ方向のずれであり、ずれｄｙ（２）は、回路パターン２１ｂと基準パターン２２のｙ方向のずれである。
なお、図４を参照して説明したのと同様に、本実施形態においても、図２に示した３次元座標のｘ軸と、撮像部３が撮像した画像のＸ軸（図４のＸ軸でもあり、図９のＸ軸でもある）が平行であると仮定している。また、図２のｙ軸と、撮像部３が撮像した画像のＹ軸（図４のＹ軸でもあり、図９のＹ軸でもある）が平行であると仮定している。
【０１４６】
この仮定のもとでは、図２のｘ座標とｙ座標の組で表された基板１上の位置と、図９のＸ座標とＹ座標の組で表された画像上の画素の位置とを相互に変換することが可能である。その変換のパラメータは、撮像時の基板１のｘ座標と、撮像時の撮像部３のｙ座標と、レンズの倍率や焦点距離などの顕微鏡部２の仕様と、画素数などの撮像部３の仕様とに基づいて決定される。
【０１４７】
パターンマッチング処理により直接得られるのは、ＸＹ座標系を使って表された回路パターン２１ｂと基準パターン２２とのずれである。よって、制御部９は、上記のパラメータにしたがってＸ方向のずれをｘ方向のずれに変換し、Ｙ方向のずれをｙ方向のずれに変換することにより、ｄｘ（２）とｄｙ（２）を算出する。
【０１４８】
ｋ＝３の場合も同様である。つまり、制御部９は、基準画像２０ａと準備画像２０ｃを使ってパターンマッチング処理を行い、準備画像２０ｃにおける回路パターン２１ｃと基準パターン２２とのずれであるｄｘ（３）とｄｙ（３）を算出する。
【０１４９】
図９には示していないが、ｋ≧４の場合も同様にして、ｋ枚目の準備画像と基準画像２０ａとのずれｄｘ（ｋ）とｄｙ（ｋ）を、制御部９が図８のステップＳ５０８で算出する。
【０１５０】
ここで図８の説明に戻ると、ステップＳ５０９では、制御部９がｋ＝ｍか否かを判断し、すなわち基準画像も含めて準備画像の撮像と保存がｍ回行われ、２〜ｍ枚目の準備画像に対してそれぞれ基準画像とのずれが算出されたか否かを判断し、ｋ＝ｍであれば（撮像等がｍ回行われたら）ステップＳ５１１へ、ｋ≠ｍであればステップＳ５１０へ移行する。
【０１５１】
ステップＳ５１０では、制御部９がｋの値を１つインクリメントする。そして、処理はステップＳ５０６に戻る。
ステップＳ５０９でｋ＝ｍであると判断されると、次に、ステップＳ５１１で、制御部９が、記憶されたｘ方向のずれｄｘ（１）〜ｄｘ（ｍ）と、ｙ方向のずれｄｙ（１）〜ｄｙ（ｍ）と、自動合焦時の対物レンズのｚ方向の移動量ｄｚ（１）〜ｄｚ（ｍ）をそれぞれ、サンプリングされたｍ個の信号とみなして、周波数領域に変換する。
【０１５２】
ここで、上記の仮定より、自動合焦は基板１の振動に十分追従可能な速度で行われるため、記憶されている移動量ｄｚ（ｋ）は、ｋ枚目の準備画像の撮像時における、基板１のｚ方向の変位を表す量であるとみなせる。したがって、ステップＳ５１１の変換の結果、基板１にｘ方向、ｙ方向、ｚ方向にそれぞれ生じた振動の周波数スペクトルがそれぞれ得られる。
【０１５３】
続いてステップＳ５１２で、制御部９は、周波数スペクトルに基づいて撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔとを導出し、設定する。ステップＳ５１２の具体的な動作は実施形態に応じて様々だが、ステップＳ５１２は図６のステップＳ３０４や図７のステップ４０９と同様なので説明を省略する。
【０１５４】
なお、第３の導出方法では、画像に要求されるコントラストの高さはパターンマッチング処理よりも計測処理の方が高いということを利用している。すなわち、多少不鮮明な画像を使っても、ある程度の精度でパターンマッチングを行うことができるのに対し、より鮮明でコントラストの高い画像を使わないと、必要な精度での計測処理はできない。このことから、制御部９がまず第３の導出方法によって、振動の影響によるぶれを含む可能性のあるｍ枚の準備画像を利用して撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出し、その後、ｎ枚の観察画像を撮像部３が撮像し、ｎ枚の観察画像の中からコントラストの高い鮮明な観察画像を比較判断部６が選択し、選択された観察画像を用いて計測部７が計測を行う。
【０１５５】
なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、様々に変形可能である。以下にその例をいくつか述べる。
上記では、複数の観察画像の中から１枚の観察画像を選択する２通りの選択方法と、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する３通りの導出方法を例示した。しかし、選択方法や導出方法は、例示したこれらの方法に限られない。また、選択方法と導出方法の組み合わせ方は任意である。
【０１５６】
そして、上記の説明から分かるように、第２と第３の導出方法を採用する場合は、図１の振動センサ１０は使われないので、省略可能である。すなわち、第２と第３の導出方法には、必要なハードウェアが少ないという利点がある。
【０１５７】
また、図３と図５には、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出してから観察画像を選択することが表現されているが、導出と選択のタイミングは、実施形態に応じて様々である。
例えば、工場において複数枚のＦＰＤ基板が１つのロットとして管理されている場合がある。この場合、自動計測装置１００は、ロットのはじめに１回だけ撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出してもよい。そして、１つのロットに対しては同じ撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの値を使って、観察画像の選択と計測を繰り返してもよい。
【０１５８】
例えば、基板１がガラス基板上に回路パターンを形成してなるＦＰＤ基板であり、第１の導出方法を採用する場合、回路パターンが形成される前の素ガラスに１つまたは複数の振動センサ１０を取り付け、ロットのはじめに１回だけ撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出してもよい。
【０１５９】
素ガラスと回路パターンが既に形成されたガラス基板とでは、厚みや質量が異なるが、その差はわずかなので、振動の影響の受け方に大きな差はない。また、素ガラスには、「回路パターンを避けて振動センサ１０を設置しなくてはならない」といった制約がないので、任意の位置に振動センサ１０を設置することができる。
【０１６０】
もちろん、１枚の基板ごとに制御部９が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出してもよいし、１枚の基板の１箇所を計測するたびに制御部９が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出してもよい。
【０１６１】
あるいは、基板の厚みや大きさ、ステージ１２の構造などによっては、基板の中央部がたわんだり、基板の中央部と端部で振幅が異なったりすることがある。この場合、基板のｘ座標と撮像部３のｙ座標に応じて、複数組の撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを予め導出しておいてもよい。そして、基板１のある位置を撮像する場合には、撮像時の基板１のｘ座標と撮像部３のｙ座標に応じた撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔにしたがって、自動計測装置１００が撮像を行ってもよい。
【０１６２】
上記のように素ガラスに複数の振動センサ１０を取り付ける方法によれば、振動測定期間Ｔ１の１回の測定に基づいて、ｘ座標とｙ座標に応じた複数組の撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを制御部９が予め導出することも可能である。
【０１６３】
また、回路パターンが積層されていく基板の製造工程において、１層積層されて１つ工程が進むたびに計測または検査を行う場合がある。その場合、工程ごとに１回ずつ、工程に固有の撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを制御部９が導出してもよい。この場合も、複数の基板に対して同じ撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔが使われる。
【０１６４】
以上のように、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの導出を行う頻度は任意であり、「１日に１回」などの頻度を予め定めておいてもよい。
ただし、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの導出において予備的撮像を行う場合は、計測や検査等のために使う観察画像を撮像するときと同じ条件で、顕微鏡部２の光学系を設定しておく必要がある。なぜなら、振動の影響は、例えば顕微鏡部２の対物レンズの倍率や被写界深度に応じて異なるためである。
【０１６５】
また、上記の３つの導出方法は、被写体に生じる振動のパターンを予め調べて、そのパターンに基づいて撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出するという点で共通しており、周波数スペクトルによって振動のパターンを示すという点でも共通している。しかし、実施形態によっては、周波数スペクトル以外の方法で振動のパターンを表してもよい。
【０１６６】
なお、２つ以上の導出方法を組み合わせてもよい。例えば、予め素ガラスに振動センサ１０を取り付けて振動を測定し、周波数スペクトルを求めておく。そして、計測対象の回路パターンが基板１上に形成されてから、予備的撮像を行い、コントラスト値また基準画像とのずれから周波数スペクトルを求める。その後、制御部９は、求めた２種類の周波数スペクトルの双方を考慮して、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する。
【０１６７】
本発明の適用対象も、実施形態によって様々である。図１には、基板１上の線幅を計測する自動計測装置１００に本発明を適用する実施形態を例示したが、本発明は、被写体を撮像した画像を使う処理一般に適用可能である。
【０１６８】
例えば、線幅を計測する処理に限らず、被写体の特定の部分の長さ、寸法、または面積などを計測する処理一般に、本発明を適用することができる。例えば、被写体がＦＰＤ基板や半導体ウエハである場合、回路パターンを構成する線の幅や線同士の間隔、回路パターンが形成された領域の面積やｘ方向・ｙ方向の長さなどが計測の対象である。本発明によれば、振動環境下においても、鮮明な画像が得られるので計測の精度が悪化しない。
【０１６９】
また、画像に写った特定の部分の長さ、面積、色などの外観に基づいて、被写体を検査する処理にも、本発明を適用することができる。本発明によれば、振動環境下においても、鮮明な画像が得られるので検査の精度が悪化しない。
【０１７０】
あるいは、被写体に対して加工または修理等の処理を行う前に、加工または修理の対象箇所を、被写体を撮像した画像に基づいて特定することがある。本発明によれば、振動環境下においても、鮮明な画像が得られるので、加工または修理の必要な箇所の位置を高い精度で特定することが可能である。
【０１７１】
このように、本発明は、被写体を撮像した画像に基づいて何らかの処理を行う場合一般に適用可能である。そして、本発明によれば、振動源・振動方向・振動周期などが異なる様々な振動の影響が避けられない振動環境下においても、画像に基づく処理に適した鮮明な画像を選択することができ、振動の影響で処理の精度が悪化するのを防ぐことができる。
【０１７２】
また、図１の例における基板１はＦＰＤの大型ガラス基板だが、計測・検査・加工・修理等の処理の対象、すなわち被写体は任意である。また、被写体の大きさや形状も任意である。例えば、半導体ウエハの検査装置に本発明を適用してもよい。
【０１７３】
なお、図２のステージ１２やガントリー１３は、ＦＰＤの大型ガラス基板である被写体の大きさおよび形状に適した構造体の例である。被写体の大きさまたは形状によっては、図２とは異なる方法で、被写体を載置するステージ１２に対する顕微鏡部２の相対位置を固定してもよい。
【０１７４】
さらに、コントラスト値の算出方法も、実施形態に応じて様々である。例えば、ライン状のプロファイルの幅は、図４の例のように１画素ではなく、複数画素でもよい。
また、プロファイルはＸ軸とＹ軸に平行でなくてもよい。プロファイルの形状と位置は実施形態によって様々でよい。例えば、画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）の対角線をプロファイルとして利用してもよく、曲線状、矩形状、あるいは円形状など、様々な形状のプロファイルを利用することができる。
【０１７５】
あるいは、計測や検査の対象が画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）中の特定の領域に限定されることが基板１の設計データから判明している場合は、その特定の領域をプロファイルとして利用してもよい。また、例えば、計測の対象が回路パターンの線幅であり、その回路パターンの線はＸ軸に平行に形成されているはずであると基板１の設計データから明らかな場合、比較判断部６は、設計データに基づいて、Ｙ軸に平行なライン状の１つのプロファイルのみを使ってコントラスト値を算出してもよい。
【０１７６】
例えば、線幅を計測すべき回路パターンの線の両端点の、図２に示した３次元座標系におけるｘ座標は、設計データと、撮像時の基板１の位置から比較判断部６が算出することができる。この両端点のｘ座標をそれぞれｘ０とｘ１とする。また、図９に関して、ＸＹ座標系による座標をｘｙ座標系による座標に変換することが可能であると説明したが、当然、逆変換も可能である。
【０１７７】
したがって、比較判断部６は、ｘ座標ｘ０とｘ１をＸ座標に変換することにより、回路パターンの線の両端点の、画像上のＸ座標であるＸ０とＸ１を算出することができる。そこで、比較判断部６は、Ｘ０≦Ｐ≦Ｘ１なる適当な値Ｐを選んで、Ｘ＝Ｐなる位置にある、Ｙ軸に平行なライン状の１つのプロファイルのみを使ってコントラスト値を算出してもよい。
【０１７８】
また、プロファイル同士の間隔は等しくてもよいが、場合によっては複数のプロファイルを不規則な間隔で配置することが好ましい。
例えば、基板１上に規則的にパターンが形成されている場合、複数のプロファイルが等間隔に配置されていると、偶然、すべてのプロファイルが、パターンの形成されていない背景部分に位置してしまうことがある。その結果、算出されたコントラスト値が意味を持たないことがある。そのため、複数のプロファイルを不規則な間隔で配置することが好ましい場合がある。
【０１７９】
また、プロファイルの個数は任意である。経験的には、図４のようにライン状のプロファイルを利用する場合、図４で説明したｉとｊを３以上とすることが好ましい。なぜなら、経験的には、ｉとｊが３以上のとき、少なくとも１つのプロファイルが基板１上のパターンが存在する位置と重なることが多いからである。すなわち、設計データと関係なくプロファイルが配置される場合であっても、ｉとｊが３以上のときには、経験的に、プロファイルから算出されるコントラスト値が画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）全体のコントラストを反映している場合が多い。
【０１８０】
あるいは、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を算出するのに、画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）全体のデータを使ってもよい。例えば、画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）全体における輝度の分散値に基づいてコントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）を算出してもよい。比較判断部６が、画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）内において隣接する２画素のすべての組について、２画素の輝度の差分の絶対値の総和を算出して、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）として用いることも可能である。
【０１８１】
上記に例示した以外にも、画像のコントラスト値を算出する任意の方法を利用可能である。また、画像はグレースケールの輝度画像でもよく、カラー画像でもよい。
なお、図７の方法で撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する場合、図７のステップＳ４０５におけるコントラスト値の算出方法は、図３のステップＳ１０７または図５のステップＳ２０５におけるコントラスト値の算出方法と同じ方法でもよく、異なる方法でもよい。
【０１８２】
また、上記の実施形態では、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の振動をすべて考慮して撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出している。しかし、画像を使った処理の目的や、処理に必要とされる精度や、実際に発生する振動の傾向によっては、特定の方向の振動を考慮しなくてもよい場合がある。例えば、ある特定の方向の振動が画像のクオリティにそれほど大きく影響しないのならば、その特定の方向の振動を必ずしも考慮する必要はない。
【０１８３】
そのような場合には、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔの導出に際して、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のすべての振動を考慮しなくてもよい。例えば、ｚ方向の振動は顕微鏡部２の対物レンズの被写界深度の範囲に収まる程度に過ぎず、一方でｘ方向とｙ方向の振動の影響は大きい、という場合があるかもしれない。その場合に、ｘ方向とｙ方向の振動のみを考慮して撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出するように、上記実施形態を変形してもよい。
【０１８４】
なお、図３と図５の処理では、撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔから撮像枚数ｎを算出し、画像番号ｋと撮像枚数ｎを比較することにより、ｎ枚の観察画像を撮像している。しかし、他の実施形態では、必ずしも撮像枚数ｎを先に算出しなくてもよい。
【０１８５】
例えば、撮像間隔ｄｔで撮像を繰り返し、撮像開始時点からの経過時間と撮像時間Ｔとを比較することによって、ｎ枚の観察画像が得られたか否かを制御部９が判断することもできる。図７と図８における撮像枚数ｍについても同様である。
【０１８６】
また、図３と図５の処理では、ｎ枚の観察画像のうちでコントラスト値が最大の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）が選択され、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）を用いた計測が実行される。しかし、実施形態によっては、計測や検査等の処理に用いる画像として、必ずしもコントラスト値が最大の観察画像を選択する必要はない。
【０１８７】
例えば、観察画像を用いて被写体の計測を行う場合に、「コントラスト値が閾値Ｃより大きければ十分な精度で計測が可能である」と実験等によって予め判明していると仮定する。この場合、例えば、コントラスト値が閾値Ｃ以上であるような最初の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ１）が撮像された時点で撮像を終了し、観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ１）を用いて計測を行ってもよい。
【０１８８】
つまり、図５の処理を次のように変形してもよい。
・ステップＳ２０５とステップＳ２０６の間に新たなステップＳ２１３とステップＳ２１４を追加する。
【０１８９】
・ステップＳ２０５に続くステップＳ２１３では、コントラスト値Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）と閾値Ｃを制御部９が比較する。比較した結果、Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ｋ）＞ＣのときステップＳ２１４に進み、それ以外のときステップＳ２０６に進む。
【０１９０】
・ステップＳ２１４では、ステップＳ２０７と同様に、制御部９が、コントラスト値が最大の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）として観察画像Ｉｍａｇｅ（ｋ）を記録する。ステップＳ２１４の後、処理はステップＳ２１０に進む。
【０１９１】
以上のように図５の処理を変形することによって、閾値Ｃよりコントラスト値が大きい観察画像が得られた時点で、その観察画像を使った計測が行われる。よって、撮像時間Ｔよりも短い時間で撮像が終了することもある。つまり、時間短縮の効果と、不要な計算を避ける効果がある。
【０１９２】
一方で、ｎ枚の観察画像を撮像しても、閾値Ｃよりコントラスト値が大きい観察画像が得られない場合もあるが、その場合には、ｎ枚の中でコントラスト値が最大の観察画像Ｉｍａｇｅ（ｍａｘ）が計測に使われる。
【０１９３】
以上のとおり、必ずしもコントラスト値が最大の観察画像を選択されなくともよい。また、選択される観察画像は、１枚でなくてもよい。
例えば、Ｕが２以上の整数であるとして、コントラスト値が上位Ｕ位までの観察画像を比較判断部６が選択し、計測部７がそれらＵ枚の観察画像に基づいて基板１を計測してもよい。あるいは、コントラスト値が閾値Ｃ以上である観察画像がＵ枚撮像されるか、撮像枚数がｎ枚に達するまで撮像を繰り返すよう制御部９が撮像部３や画像入力部４を制御してもよい。その結果得られたコントラスト値が閾値Ｃ以上である１枚または複数枚の観察画像を使って、計測部７が基板１を計測してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】一実施形態における自動計測装置の機能ブロック図である。
【図２】一実施形態において、大型基板を載置するステージと、大型基板を撮像するのに使われる顕微鏡部および撮像部との位置関係を示す斜視図である。
【図３】自動計測装置が第１の選択方法により観察画像を選択し、計測を行う動作を示すフローチャートである。
【図４】一実施形態におけるコントラスト値の算出方法を説明する図である。
【図５】自動計測装置が第２の選択方法により観察画像を選択し、計測を行う動作を示すフローチャートである。
【図６】自動計測装置が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する第１の導出方法を示すフローチャートである。
【図７】自動計測装置が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する第２の導出方法を示すフローチャートである。
【図８】自動計測装置が撮像時間Ｔと撮像間隔ｄｔを導出する第３の導出方法を示すフローチャートである。
【図９】第３の導出方法で行われるパターンマッチングについて説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１９５】
１  基板
２  顕微鏡部
３  撮像部
４  画像入力部
５  画像格納部
６  比較判断部
７  計測部
８  結果出力部
９  制御部
１０  振動センサ
１１  ＰＣ
１２  ステージ
１３  ガントリー
１３ａ、１３ｂ  支柱
１３ｃ  梁
２０ａ  基準画像
２０ｂ、２０ｃ  準備画像
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  回路パターン
２２  基準パターン
１００  自動計測装置
【図１】
0005118994.tif 000002
【図２】
0005118994.tif 000003
【図３】
0005118994.tif 000004
【図４】
0005118994.tif 000005
【図５】
0005118994.tif 000006
【図６】
0005118994.tif 000007
【図７】
0005118994.tif 000008
【図８】
0005118994.tif 000009
【図９】
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