JP2014178284A - 画像取得システム、画像取得方法および画像取得プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を同時に、かつ正確に測定することができる画像取得システム、画像取得方法および画像取得プログラムを提供する。
【解決手段】撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得システムであって、撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段３１と、異なる測定対象領域を含む画像データを取得する画像取得部３３と、画像取得部３３が取得した画像データをもとに、それぞれの測定対象領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定部１７と、条件設定部１７によって設定された撮像条件に応じて、異なる測定対象領域を含む画像データを画像取得部３３に取得させる制御を行う撮像制御手段１１ａと、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば処理対象基板に形成されたミクロンオーダーのパターンの線幅を測定するための画像を取得する画像取得システム、画像取得方法および画像取得プログラムに関する。

ガラス基板や半導体基板やプリント基板などの処理対象基板を検査する検査装置は、処理対象基板に形成されたミクロンオーダーのパターンの線幅を測定するため、基板を載置するステージ、光学顕微鏡、撮像部および測定部を有している。撮像部は、オートフォーカス機能を有し、ステージに載置された処理対象基板の測定ポイントで自動的に焦点合わせを行なって撮像する。撮像された画像は測定部に送られて、この画像を用いて、測定ポイントにおけるパターンのコントラスト値を利用して線幅が測定される。

ところで、上述した処理対象基板では、複数のパターンが形成され、それぞれのパターンに用いられる材料が異なる場合がある。例えば、金属を用いて形成されるパターンや、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）を用いて形成される透明導電膜によるパターン、インジウムの酸化亜鉛（Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）を用いて形成される透明電極によるパターンが挙げられる。

このとき、上述した材料の異なるパターンでは、各材料の光の反射率の違いにより、一方のパターンのコントラスト値と、他方のパターンのコントラスト値とが大きく異なる場合がある。

そこで、材料の異なるパターン、例えば光の反射率が大きく異なるパターンの線幅を測定するため、ＩＴＯなどで形成された透明導電膜に代表されるようなコントラスト値の小さいパターンの線幅測定時には、可視光より短波長の光を透過するフィルタを介して、可視光より短波長の光を照射して撮像し、取得された画像に対してパターンの線幅を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術によれば、フィルタを切り替えることにより、金属などを材料とするパターンに対しては、可視光を含む光を照射して撮像し、透明導電膜などを材料とするパターンに対して可視光より短波長の光を照射して撮像することで、反射率の異なる材料によって形成されるパターンの線幅を測定することができる。

特開２００８−２１６２６４号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、反射率が大きく異なるパターンが存在する場合、全てのパターンの輝度が飽和しないようにフィルタを切り替える、または照明光の調整を行うことによって照明光を撮像領域に照射するため、撮像処理と、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅測定処理とを同時に行なうことができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を同時に、かつ正確に測定することができる画像取得システム、画像取得方法および画像取得プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる画像取得システムは、撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得システムであって、前記撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段と、前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した画像データをもとに、それぞれの測定対象領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定部と、前記条件設定部によって設定された撮像条件に応じて、前記異なる測定対象領域を含む画像データを前記画像取得部に取得させる制御を行う撮像制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得システムは、上記の発明において、前記条件設定部は、前記照射手段が前記照明光を照射する前記撮像対象領域のうち、異なる測定対象領域をそれぞれ含む所定領域の光量を前記撮像条件として設定することを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得システムは、上記の発明において、前記撮像制御手段は、前記照明光の透過率を領域ごとに制御可能な変調素子を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得システムは、上記の発明において、前記撮像制御手段は、前記照明光の反射率を領域ごとに制御可能な変調素子を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得システムは、上記の発明において、前記画像取得部は、複数設けられ、前記条件設定部は、前記照射手段が前記照明光を照射する前記撮像対象領域のうち、異なる測定対象領域をそれぞれ含む所定領域の露光時間を前記撮像条件として設定し、前記撮像制御手段は、複数の前記画像取得部に対し、それぞれ異なる露光時間で前記画像データを取得させることを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得システムは、上記の発明において、前記条件設定部は、前記照射手段が前記照明光を照射する前記撮像対象領域のうち、異なる測定対象領域をそれぞれ含む所定領域の光量または露光時間を前記撮像条件として設定し、前記撮像制御手段は、前記画像取得部に対し、前記撮像条件ごとに前記画像データを取得させることを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得方法は、撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得方法であって、前記撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段によって前記照明光が照射された前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第１画像取得ステップと、前記第１画像取得ステップで取得した画像データをもとに、それぞれの測定対照領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定ステップと、前記条件設定ステップによって設定された撮像条件に応じて、前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第２画像取得ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる画像取得プログラムは、撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得処理をコンピュータに実行させるための画像取得プログラムであって、前記撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段によって前記照明光が照射された前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第１画像取得手順と、前記第１画像取得手順で取得した画像データをもとに、それぞれの測定対照領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定手順と、前記条件設定手順で設定された撮像条件に応じて、前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第２画像取得手順と、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段と、異なる測定対象領域を含む画像データを取得する画像取得部と、画像取得部が取得した画像データをもとに、それぞれの測定対象領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定部と、条件設定部によって設定された撮像条件に応じて、異なる測定対象領域を含む画像データを画像取得部に取得させる制御を行う撮像制御手段と、を備えるようにしたので、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を同時に、かつ正確に測定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を説明する図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態２にかかるＦＰＤ検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図１２は、本発明の実施の形態２にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。 図１３は、本発明の実施の形態３にかかるＦＰＤ検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図１４は、本発明の実施の形態３にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態１による画像取得システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、被検査対象である基板（フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ））の検査を行うＦＰＤ検査装置を例に挙げて説明する。ＦＰＤ検査装置は、露光装置やコーター／ディベロッパー、エッチング装置などの製造装置等に直結して被検査対象となる基板の全数検査を行うようなインライン型であってもよいし、カセット等の基板ストッカーから直接搬入出して一部の基板のみを抜き取り検査するオフライン型（スタンドアローン型）であってもよい。

また、本実施の形態１で対象とするＦＰＤ検査装置は、半導体やＦＰＤ分野の製造工程において、メタル、レジスト、コンタクトホール、工程の合わせズレ等の寸法を測定する測定装置を指す。配線パターンの製造工程で設計値から線幅値が大きくずれてしまうと後工程で欠陥や誤動作の原因となってしまうため、ＦＰＤ検査装置は、製造の各工程で寸法を測定し、線幅値が製造規格内であるかを抜き取り検査によってモニタリングしている。線幅値に異常がある場合、例えば露光装置にフィードバックして露光条件を調整する。また、今回形成したパターンと一工程前のパターンとの位置関係を測定し、パターン間のずれを測定する場合にも用いられる。

図１は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。図１に示すように、ＦＰＤ検査装置１は、ＦＰＤ検査装置１全体の制御を行う制御装置１０と、制御装置１０に通信可能に保持され、画像に対して所定の処理を施すフレームグラバー２０と、検査対象の基板Ｗの撮像対象領域を所定の倍率に視覚的に拡大して、拡大された像を画像として撮像することによって処理対象の基板の所定位置の画像を取得する顕微鏡部３０と、検査対象の基板Ｗを保持する基板保持装置４０と、制御装置１０の制御のもと、取得した画像や、各種情報を表示する表示装置５０と、を備える。また、制御装置１０は、基板情報などの情報を記憶する顧客サーバ６０と通信可能に接続されている。基板保持装置４０は、板状をなし、基板Ｗを保持するとともに、主面を通過する平面上を少なくとも移動可能なステージ４１を有する。なお、顧客サーバ６０は、図示しない通信ネットワークを介して接続されていてもよい。

制御装置１０は、フレームグラバー２０を着脱可能に保持し、保持状態においては制御装置１０とフレームグラバー２０とが通信可能に接続されている。フレームグラバー２０は、制御部２１、送受信部２２、第１画像保持部２３を備える。

制御部２１は、フレームグラバー２０全体の処理および動作を制御する。制御部２１は、各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。送受信部２２は、所定の形式にしたがって情報の送受信を行うインターフェースとしての機能を有し、制御装置１０と接続されている。第１画像保持部２３は、顕微鏡部３０が出力した画像データを記憶する。

また、制御装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、出力部１４、画像処理部１５、測定部１６および補正部１７を備える。制御部１１は、ＣＰＵ等を用いて構成され、ＦＰＤ検査装置１全体および制御装置１０の各部の処理および動作を制御する。制御部１１は、これらの各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。また、制御部１１は、顕微鏡部３０による撮像動作を制御する撮像制御部１１ａを有する。

記憶部１２は、例えば撮像対象の画像データに対する画像取得方法を実行するための画像取得プログラムを含む、制御装置１０が処理を実行する際にその処理にかかわる各種プログラムなどの情報を磁気的に記憶するハードディスクと、制御装置１０が処理を実行する際にその処理にかかわる各種プログラム、例えば画像取得プログラムをハードディスクからロードして電気的に記憶するメモリとを用いて構成される。記憶部１２は、フレームグラバー２０から出力された画像データを保持する第２画像保持部１２ａを有する。また、記憶部１２は、測定対象基板に応じたモデル位置や測定する線幅位置などの情報を含むレシピ情報を記憶している。なお、記憶部１２は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＰＣカード等の記憶媒体に記憶された情報を読み取ることができる補助記憶装置を備えてもよい。

入力部１３は、キーボード、マウス、マイクロフォン等を用いて構成され、検体の分析に必要な諸情報や分析動作の指示情報等を外部から取得する。出力部１４は、データや記憶部１２に記憶されている情報を表示装置５０や顧客サーバ６０などに出力する。画像処理部１５は、例えば顕微鏡部３０が取得した画像データに対して、表示装置５０に表示させるための画像処理を施す。表示装置５０は、ディスプレイ、プリンタ、スピーカー等を用いて構成される。

測定部１６は、基板Ｗの画像における測定対象のパターンのコントラスト値をもとに、パターンの線幅を測定し、線幅値を出力する。

補正部１７（条件設定部）は、顕微鏡部３０が取得した画像データをもとに、それぞれの測定対照領域の明るさに応じた撮像条件として、顕微鏡部３０の撮像処理における照明光の光量などを補正するための補正情報を作成する。

顕微鏡部３０は、撮像機能を有する光学顕微鏡を用いて構成され、ＬＥＤ等の照明部３１と、集光レンズ、結像レンズ等からなる光学系３２と、画像取得部３３と、変調素子３４と、を有する。照明部３１は、撮像素子の撮像視野に白色光等の光（以下、照明光という）を発光して、撮像視野内の被写体を照明する。光学系３２は、この撮像視野からの反射光を撮像素子の撮像面に集光して、画像取得部３３の撮像面に撮像視野の被写体像、例えば、基板上のパターン像を結像する。この撮像視野からの反射光を、撮像面を介して受光し、この受光した光信号を光電変換処理して、この撮像視野の被写体画像を撮像する。顕微鏡部３０は、オートフォーカス機能を有し、自動で被写体との距離を測定し、光学系３２を駆動して撮像対象の基板に対して自動的に合焦する。なお、照明部３１および光学系３２により、照射手段を構成する。

図３は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。光学系３２は、光学フィルタ３０１、開口絞り３０２、視野絞り３０３、コリメートレンズ３０４、ハーフミラー３０５および対物レンズ３０６からなる。光学フィルタ３０１は、照明部３１から出射した照明光のうち、基板Ｗに形成されたパターンの線幅を測定するために用いられる波長帯の光を抽出する。開口絞り３０２は、光学フィルタ３０１を通過した照明光に対して、所定の開口数となるように光束の太さ（開口）を規定する。視野絞り３０３は、開口絞り３０２を通過した照明光に対し、所定の視野となるように、照明光による像の大きさを規定する。コリメートレンズ３０４は、視野絞り３０３を通過した照明光を平行光に変換する。ハーフミラー３０５は、コリメートレンズ３０４を通過した平行光に変換された照明光を折り曲げるとともに、対物レンズ３０６によって集光された光を透過する。対物レンズ３０６は、ハーフミラー３０５によって折り曲げられた照明光を集光して、ステージ４１上の基板Ｗに照射するとともに、基板Ｗからの光（以下、観察光という）を集光する。

画像取得部３３は、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子からなる。画像取得部３３は、例えば、光学系３２によって拡大された基板Ｗ上の微細なパターン画像を撮像して画像データを取得する。

図４は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。変調素子３４は、視野絞り３０３とコリメートレンズ３０４との間であって、視野絞り３０３近傍に配設され、視野絞り３０３を通過した照明光を受光するとともに、所定の領域ごとに所定の透過率の照明光を透過する。変調素子３４には、図４に示すように、例えば格子状に分割された複数の制御領域３４ａが設けられている。変調素子３４の内部には、規則的に配列された液晶分子が設けられている。変調素子３４では、撮像制御部１１ａの制御のもと、制御領域３４ａごとにそれぞれが独立して、液晶分子の向きが制御される。これにより、変調素子３４では、受光した視野絞り３０３からの照明光に対し、制御領域３４ａごとに所定の透過率の照明光を透過することができる。

ここで、視野絞り３０３は、対物レンズの焦点位置に対して光学的に共役な位置に設けられている。変調素子３４は、基板Wに変調素子３４の像が投影されないようにするため、瞳位置からずらして配置されている。

基板保持装置４０は、制御部１１の制御のもと、ステージ４１が基板Ｗを保持した状態で、所定の位置へステージ４１を移動させる。ステージ４１は、ステージ４１の主面を通過する平面上を移動可能であるほか、主面に対して直交する方向に移動できるものであってもよい。

上述したＦＰＤ検査装置１において、画像取得部３３で得られた画像データは、送受信部２２を介して第１画像保持部２３に書き込まれる。画像を複数枚取得する場合、第１画像保持部２３には取得枚数分の画像領域が予め確保されており、画像取得後、順次第１画像保持部２３に書き込まれる。第１画像保持部２３に書き込まれた画像データは、制御装置１０に入力される。制御部１１は、取得した画像データを順次記憶部１２（第２画像保持部１２ａ）に転送する。転送後、測定部１６は、例えば、入力された画像の中から、検査に使用する画像１枚を抽出し、その画像のパターンの線幅値を出力する。線幅測定結果が出力されると、表示装置５０のディスプレイおよび顧客サーバ６０に反映される。画像取得部３３が取得した画像データを、フレームグラバー２０が一時的に保持し、その後制御装置１０に出力することにより、制御装置１０の処理負荷を軽減し、効率的に処理を実行させることが可能となる。

ここで、ＦＰＤ検査装置１が行う線幅測定処理について図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。なお、測定処理において、レシピ情報（モデル位置や測定する線幅位置）は予め記憶部１２に記憶されているものとする。また、図５に示すシーケンスはあくまで代表的な測定シーケンスであり、各項目の順序が入れ替わることもあり得る。

まず、基板Ｗが搬入され、ステージ４１に保持されると、制御部１１は、記憶部１２を参照して、登録されたレシピ情報を読み出す（ステップＳ１０１）。その後、撮像制御部１１ａが、読み出されたレシピ情報に基づいて、基板の検査対象位置（対物レンズ３０６に応じた位置）にステージ４１を移動させる（ステップＳ１０２）。なお、この検査対象位置は、予め設定された位置であって、ステージ４１による基板Ｗの保持の誤差を考慮して測定対象領域が含まれるように設定された位置である。

撮像制御部１１ａは、基板Wを検査対象位置に移動させると、顕微鏡部３０にオートフォーカス処理を行わせ、撮像対象（基板Ｗ上における設定された合焦対象）に対して合焦させる（ステップＳ１０３）。撮像制御部１１ａは、顕微鏡部３０から合焦完了信号を受信すると、基板振動によるオートフォーカスのハンチングを防止するためオートフォーカス動作を停止させる。

撮像制御部１１ａは、オートフォーカス動作の停止信号を顕微鏡部３０から受け取ると、レシピ情報に登録されているモデルをサーチするための画像データを取得する（ステップＳ１０４、第１画像取得ステップ）。このとき、変調素子３４は、全ての制御領域３４ａの透過率が１００％に設定されている。

その後、撮像制御部１１ａは、取得した画像データを用いてモデルサーチを行い、レシピ情報に登録されているモデルを検出する（ステップＳ１０５）。撮像制御部１１ａは、取得した画像データを用いてパターンマッチングを実行し、レシピ情報に登録されているモデルに応じた画像の、画像データ内における座標（モデル座標）を取得する。

パターンマッチングでは、例えば、画像取得部３３により取得した複数枚の画像データの中から、最上位のコントラスト値を有する画像データを、モデルサーチに最適な画像データとして抽出し、モデルサーチを実施する。なお、モデルサーチに用いるモデルや実施枚数は、予めレシピ情報に登録されており、後述する線幅測定では、このモデルによって得られる検出座標（モデル座標）を基準として実施される。ステージ４１による基板Ｗの保持位置が大幅にズレている、またはオートフォーカスのミスにより、モデルが検出できなかった場合、撮像制御部１１ａは、オートフォーカス処理による再サーチや、ステージ４１の再移動を行う。

撮像制御部１１ａは、モデルサーチおよびパターンマッチングの実行結果（モデル座標）を用いて、レシピ情報に登録されているモデルと画像データ内の特定の関心領域（Region Of Interest（以下；ＲＯＩ））との相対位置より検査画像のＲＯＩを決定する。

図６〜９は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を説明する図である。ここで、図６は、金属によって形成されたパターンＰｍ１（第１ターゲット）に応じて設定された光量の照明光により撮像された画像データＤ１を示す図である。また、図７は、ＩＴＯによって形成されたパターンＰｉ１（第２ターゲット）に応じて設定された光量の照明光により撮像された画像データＤ２を示す図である。このとき、図６では、パターンＰｉ１に照射される照明光の光量が不足しているため、輝度値の小さなパターン像となっている。一方で、図７では、パターンＰｍ１に照射される照明光の光量が過剰であるため、輝度値が出力可能な最大値のパターン像となっている。これらのパターン像では、コントラスト値に基づくエッジ検出において、適切なパターンの端部位置が得られないため、線幅測定においても、正確な線幅を測定することができない。

このとき、図６に示す画像データがモデルサーチ用に取得された検査用画像データＤ１である場合、検査用画像データＤ１において、レシピ情報に登録されているモデルに応じたパターン領域がモデル領域Ｍであるとすると、撮像制御部１１ａは、パターンマッチングにより、パターンＰｍ１とパターンＰｍ２とが重なってなるモデルを含むモデル領域Ｍの座標（例えば中心位置または画像データＤ１の左上の座標）をモデル座標とする。

モデル座標が決定されると、撮像制御部１１ａは、モデル座標をもとに、レシピ情報に登録されている測定対象領域Ｒ１，Ｒ２をＲＯＩとして決定する。この場合、測定対象領域Ｒ１には、パターンＰｍ１が含まれている。一方で、測定対象領域Ｒ２には、パターンＰｉ１が含まれている。なお、測定対象領域には、各ターゲットのパターンにおいて、線幅を測定するための両端部（パターンの幅方向の両端）が含まれているものとする。

ＲＯＩが決まると、撮像制御部１１ａは、画像データのＲＯＩ（測定対象領域Ｒ１および測定対象領域Ｒ２）内の明るさの算出を行なう（ステップＳ１０６）。その後、撮像制御部１１ａは、算出されたＲＯＩの明るさをもとに、それぞれのＲＯＩ内における最大のコントラスト値を、各ターゲットの明るさとして読み出す（ステップＳ１０７）。この際、一般的に最大のコントラスト値は、基板Ｗの主面とパターンＰｍ１およびパターンＰｉ１との各境界部分におけるコントラスト値となる。基板Ｗに形成された傷等により、異常なコントラスト値が読み出された場合には、ユーザによってコントラスト値を設定してもよい。

具体的には、画像処理部１５が、フィルタ演算処理などを行ってコントラスト値を算出する。フィルタ演算処理では、平滑化フィルタ演算処理および二次微分フィルタ演算処理後、標準偏差によってコントラスト値の大きさを決定する。平滑化フィルタ演算処理は、ノイズの除去を行うフィルタ演算であって、例えばガウシアンフィルタやメディアンフィルタを使用する。二次微分フィルタ演算処理は、エッジ強度の抽出を行うフィルタ演算であって、例えばラプラシアンフィルタやソーベルフィルタを用いることが挙げられる。フィルタ演算処理では、これらの処理をシーケンシャルに実行してもよいし、複数のフィルタ係数を用いた行列演算により実行してもよい。なお、フィルタサイズも任意に設定可能である。画像処理部１５は、フィルタ演算処理後、フィルタ演算処理が施された後の画像データに対し、各ＲＯＩでの標準偏差をそれぞれ計算し、コントラスト値を算出する。

ＲＯＩ内の最大コントラスト値が得られると、補正部１７は、最大コントラスト値とレシピ情報に登録されている設定コントラスト値とを用いて、照明部３１が出射する照明光の光量の決定を行う（ステップＳ１０８）。なお、各ＲＯＩ内の最大コントラスト値が線幅測定処理に関して適切であると判断した場合は、補正部１７による処理（ステップＳ１０７）を省略してもよい。

その後、補正部１７は、例えば図６において、測定対象領域Ｒ１の最大コントラスト値が２００、測定対象領域Ｒ２の最大コントラスト値が５０であって、レシピ情報に登録されている設定コントラスト値が２００である場合、測定対象領域Ｒ２の最大コントラスト値に応じて照明部３１が出射する照明光の光量を決定する。具体的には、補正部１７は、設定コントラスト値に対する各測定対象領域の最大コントラスト値の比率（最大コントラスト値／設定コントラスト値）を算出し、この比率に応じた変調素子３４における照明光の透過率を算出する（ステップＳ１０９、条件設定ステップ）。

上述した条件の場合、測定対象領域Ｒ１の比率が１であり、測定対象領域Ｒ１の比率が４である。このとき、補正部１７は、照明部３１による照明光の光量を、現在設定されている光量の４倍とする光量変更情報を作成するとともに、変調素子３４の制御領域３４ａに対し、測定対象領域Ｒ１の透過率を２５％（１／４）に設定し、測定対象領域Ｒ２の透過率を１００％（４／４）に設定する旨の制御情報を作成する。ここで、透過率は、対象となる測定対象領域の比率／最大比率により算出される。例えば、測定対象領域Ｒ１の最大コントラスト値が１００である場合、測定対象領域Ｒ１の透過率は５０％（２／４）に設定される。

補正部１７により補正された光量および透過率が出力されると、撮像制御部１１ａは、変調素子３４を制御して、補正された光量による照明光によって基板Ｗを照射する（ステップＳ１１０）。図８は、基板Ｗに投影された際の各制御領域の透過率を模式的に示す図である。具体的には、図８に示すように、照明光が照射された際に、測定対象領域Ｒ２を含むように一組の制御領域３４ａが設定され、この設定された領域Ｅｒ１における照明光の透過率が１００％となるように、液晶分子の向きを制御する。これに対し、領域Ｅｒ１以外の領域Ｅｒ２における照明光の透過率が２５％となるように、液晶分子の向きを制御する。なお、光学系の構成により、変調素子３４の制御パターンと基板Ｗにおける投影パターンとが反転している場合もある。

上述した変調素子３４の制御により、図９に示す画像データＤ３のように、測定対象領域Ｒ２を含む領域Ｅｒ１の照明光の光量と、それ以外の領域（領域Ｅｒ２）の照明光の光量とが異なるものとすることができる。

その後、撮像制御部１１ａは、画像取得部３３に同じ位置において再度撮像処理を行わせることにより、画像データを取得する（ステップＳ１１１、第２画像取得ステップ）。取得された画像データＤ３（図９参照）を用いることにより、各ＲＯＩ（測定対象領域Ｒ１および測定対象領域Ｒ２）における最大コントラスト値が、それぞれ設定されたコントラスト値近傍となる。

続いて測定部１６が、画像データＤ３をもとに各パターンＰｍ１，Ｐｉ１の線幅を測定する測定処理を行う（ステップＳ１１２）。まず、測定部１６は、画像データＤ３のＲＯＩ（測定対象領域Ｒ１および測定対象領域Ｒ２）内のそれぞれのエッジの検出を行ない、検出されたエッジのうち、レシピ情報に登録されているエッジを抽出する。この際、一般的にエッジは、一端において複数個検出されるが、レシピ情報にはエッジ検出範囲が登録されており、そのエッジ検出範囲内のみでエッジが検出されるため、最終的にエッジ位置は１つに絞られる。

測定部１６は、各パターンＰｍ１，Ｐｉ１においてそれぞれ抽出された一端および他端のエッジのエッジコントラスト値（エッジ強度）をもとにこのエッジ間の距離を線幅として測定し、この測定結果の出力および記憶部１２への書き込みを行う。

測定部１６によって測定された線幅の結果が出力されると、制御部１１は、出力部１４および出力部１４に測定結果を出力し、表示装置５０と顧客サーバ６０とに結果を表示させる（ステップＳ１１３）。その後、次の測定点があれば、ステップＳ１０１に移行してレシピ情報の読み出しを行い（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、次の測定点がなければ、処理を終了する（ステップＳ１１４：Ｎｏ）。

上述した本実施の形態１によれば、所定の領域（制御領域３４ａ）ごとに透過率を制御可能な変調素子３４を用いることによって、画像取得部３３が取得する画像の視野領域に応じて基板Ｗに照射する照明光の光量を変化させるようにしたので、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を同時に、かつ正確に測定することができる。

なお、上述した実施の形態１では、画像処理部１５がコントラスト値の算出を行うものとして説明したが、フレームグラバー２０において、得られた画像データに対してフィルタ演算処理などを行ってもよい。フレームグラバー２０は、例えばフィルタ演算処理後、フィルタ演算処理が施された後の画像データに対し、画像全体または特定のエリアでの標準偏差を計算し、コントラスト値を算出する。

また、フレームグラバー２０が、フィルタ演算処理のほか、さらにレシピ情報をもとにモデルに対するモデルサーチやパターンマッチング処理を行うものであってもよい。この場合、全ての画素に対してラスタスキャンなどを行うと非常に多くの時間がかかってしまうため、ビニング処理によって画像を縮小させ、検出位置を特定のエリアに絞ることが好ましい。この際、大まかなモデル検出位置でのマッチング処理結果を制御装置１０に出力してもよいし、フレームグラバー２０で全体に対して粗検出してマッチング処理を行い、この簡易的に行われたマッチング処理結果を制御装置１０に出力してもよい。測定部１６は、このマッチング処理によって得られた座標（測定位置）に基づいて測定処理を行う。ここで、ステージ平面に平行な方向の振動がある場合、抽出された全画像データに対して基準位置からのシフト量を計算させる必要があるが、パターンマッチングを含め、これらの補正処理をフレームグラバー２０が行うものであってもよい。

上述した実施の形態１では、画像取得部３３が行う撮像シーケンスとして、オートフォーカス停止後、対物レンズ３０６などの光学系を停止した状態で撮像処理を行うものとして説明したが、対物レンズ３０６を移動させながら撮像処理を行うものであってもよい。

図１０は、本実施の形態１の変形例にかかるＦＰＤ検査装置の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、図２，３に示すように、変調素子３４が、視野絞り３０３を通過した照明光に対し、所定の透過率で照明光を透過させるものとして説明したが、図１０に示す変形例のように、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などにより構成される変調素子３１０を用いて、視野絞り３０３を通過した照明光に対し、所定の反射率で照明光を反射させるものであってもよい。

このとき、変調素子３１０は、上述した制御領域３４ａのようなマイクロミラー３１０ａが格子状に配設され、各マイクロミラー３１０ａの傾斜角度を制御することによって、照明光の反射率を変化させる。これにより、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、変調素子３１０の構成に限らず、上述した変調素子３４のような液晶分子と組み合わせて、照明光の反射率を変化させるものであってもよい。

なお、変調素子３４，３１０の制御領域３４ａおよびマイクロミラー３１０ａは、格子状にそれぞれ設けられるものとして説明したが、格子状に限らず、各領域が円をなすものや、楕円、多角形状をなすものであっても適用可能である。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２にかかるＦＰＤ検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。以下、上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。上述した実施の形態１では、顕微鏡部３０が、一つの画像取得部３３によって画像データを取得するものとして説明したが、実施の形態２にかかるＦＰＤ検査装置１ａでは、顕微鏡部３０ａが、変調素子３４を有さず、画像取得部３３に代えて、二つの画像取得部（第１画像取得部３３ａおよび第２画像取得部３３ｂ）を有する。また、実施の形態２では、制御装置１０ａにおいて、撮像制御部１１ａおよび補正部１７に代えて、第１画像取得部３３ａおよび第２画像取得部３３ｂの画像取得動作の制御を行う撮像制御部１１ｂと、各画像取得部の画像データ取得における露光時間を算出する補正部１７ａとが設けられている。

本実施の形態２では、第１画像取得部３３ａが、基板Ｗの観察画像データの取得および金属によって形成されたパターンＰｍ１（第１ターゲット）の線幅測定用の画像データを取得し、第２画像取得部３３ｂが、ＩＴＯによって形成されたパターンＰｉ１（第２ターゲット）の線幅測定用の画像データを取得するものとして説明する。

ここで、ＦＰＤ検査装置１ａが行う線幅測定処理について図１２を参照して説明する。図１２は、本実施の形態２にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。また、図１２に示すシーケンスはあくまで代表的な測定シーケンスであり、各項目の順序が入れ替わることもあり得る。

撮像制御部１１ｂは、上述した図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理と同様の処理を行う（ステップＳ２０１〜Ｓ２０７）。

その後、ステップＳ２０８では、補正部１７ａは、例えば図６において、測定対象領域Ｒ１の最大コントラスト値が２００、測定対象領域Ｒ２の最大コントラスト値が５０であって、レシピ情報に登録されている設定コントラスト値が２００である場合、各測定対象領域の最大コントラスト値に応じて、線幅測定を行う画像データを取得するために各パターン（パターンＰｍ１、パターンＰｉ１）に照射されるべき照明光の光量を決定する。補正部１７ａは、設定コントラスト値に対する各測定対象領域の最大コントラスト値の比率（最大コントラスト値／設定コントラスト値）を算出し、現在の撮像処理に対して、さらに照射すべき光量を算出する。具体的には、補正部１７ａは、設定コントラスト値に対する各測定対象領域の最大コントラスト値の比率（最大コントラスト値／設定コントラスト値）を算出し、パターンＰｍ１、パターンＰｉ１に対して照射すべき光量を決定する。

その後、補正部１７ａは、ステップＳ２０８で算出された比率をもとに、パターンＰｍ１、パターンＰｉ１の撮像に適した露光時間を算出する（ステップＳ２０９、条件設定ステップ）。上述した条件の場合、測定対象領域Ｒ１の比率が１であり、測定対象領域Ｒ２の比率が１／４である。このとき、補正部１７ａは、測定対象領域Ｒ１の線幅測定用画像データを取得する第１画像取得部３３ａの露光時間を現在の露光時間×１に設定し、測定対象領域Ｒ２の線幅測定用画像データを取得する第２画像取得部３３ｂの露光時間を現在の露光時間×４に設定する旨の制御情報を作成する。ここで、露光時間は、対象となる測定対象領域の比率を現在の露光時間から除することにより算出される。例えば、測定対象領域Ｒ１の最大コントラスト値が１００である場合、第１画像取得部３３ａの露光時間は、現在の露光時間×２に設定される。

補正部１７ａにより制御情報が出力されると、撮像制御部１１ｂは、第１画像取得部３３ａおよび第２画像取得部３３ｂの露光時間をそれぞれ制御して、補正された露光時間による照明処理によって画像データを取得する（ステップＳ２１０、第２画像取得ステップ）。このとき、撮像制御部１１ｂは、第１画像取得部３３ａおよび第２画像取得部３３ｂを同時に駆動させて、同時の露光処理を開始するものとしてもよいし、露光時間の長い第２画像取得部３３ｂに合わせ、露光時間の短い第１画像取得部３３ａの露光開始タイミングを遅らせて、露光処理終了タイミングを揃えるようにしてもよい。

上述した露光処理により、各ＲＯＩ（測定対象領域Ｒ１および測定対象領域Ｒ２）における最大コントラスト値が、それぞれ設定されたコントラスト値近傍となった画像データを取得することができる。

続いて測定部１６が、各画像データをもとに各パターンＰｍ１，Ｐｉ１の線幅を測定する測定処理を行う（ステップＳ２１１）。測定部１６は、上述したステップＳ１１１と同様の処理によって線幅を測定する。

測定部１６によって測定された線幅の結果が出力されると、制御部１１は、出力部１４および出力部１４に測定結果を出力し、表示装置５０と顧客サーバ６０とに結果を表示させる（ステップＳ２１２）。その後、次の測定点があれば、ステップＳ２０１に移行してレシピ情報の読み出しを行い（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、次の測定点がなければ、処理を終了する（ステップＳ２１３：Ｎｏ）。

上述した本実施の形態２によれば、測定対象（パターンＰｍ１、パターンＰｉ１）に応じて露光時間を設定し、第１画像取得部３３ａおよび第２画像取得部３３ｂによって同時に画像を取得する際にそれぞれの露光時間を制御するようにしたので、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を同時に、かつ正確に測定することができる。

（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３にかかるＦＰＤ検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。以下、上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。上述した実施の形態１では、顕微鏡部３０が、変調素子３４によって撮像視野内における照明光の光量を制御するものとして説明したが、実施の形態３にかかるＦＰＤ検査装置１ｂでは、顕微鏡部３０ｂが、変調素子３４を有していない。また、実施の形態３では、制御装置１０ｂにおいて、撮像制御部１１ａおよび補正部１７に代えて、画像取得部３３の画像取得動作の制御を行う撮像制御部１１ｃと、各画像取得部の画像データ取得における光量を算出する補正部１７ｂとが設けられている。

本実施の形態３では、画像取得部３３が、撮像制御部１１ｂの制御のもと、基板Ｗの観察画像データの取得および金属によって形成されたパターンＰｍ１（第１ターゲット）の線幅測定用の画像データと、ＩＴＯによって形成されたパターンＰｉ１（第２ターゲット）の線幅測定用の画像データとを連続して取得するものとして説明する。なお、これらの撮像処理は、露光時間が等しいものとする。

ここで、ＦＰＤ検査装置１ｂが行う線幅測定処理について図１４を参照して説明する。図１４は、本実施の形態３にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。また、図１４に示すシーケンスはあくまで代表的な測定シーケンスであり、各項目の順序が入れ替わることもあり得る。

撮像制御部１１ｃは、上述した図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理と同様の処理を行う（ステップＳ３０１〜Ｓ３０７）。

その後、ステップＳ３０８では、補正部１７ｂは、例えば図６において、測定対象領域Ｒ１の最大コントラスト値が１００、測定対象領域Ｒ２の最大コントラスト値が５０であって、レシピ情報に登録されている設定コントラスト値が２００である場合、測定対象領域Ｒ２の最大コントラスト値に応じて、線幅測定を行う画像データを取得するために各パターン（パターンＰｍ１、パターンＰｉ１）に照射されるべき照明光の光量を決定する。補正部１７ｂは、設定コントラスト値に対する各測定対象領域の最大コントラスト値の比率（最大コントラスト値／設定コントラスト値）を算出し、現在の撮像処理に対して、さらに照射すべき光量を算出する。具体的には、補正部１７ｂは、設定コントラスト値に対する各測定対象領域の最大コントラスト値の比率（最大コントラスト値／設定コントラスト値）を算出し、現在の光量に比率を除して補正光量を決定する。補正部１７ｂは、決定した補正光量を出力する。

上述した条件の場合、測定対象領域Ｒ１の比率が１／２であり、測定対象領域Ｒ２の比率が１／４である。このとき、補正部１７ｂは、測定対象領域Ｒ１の線幅測定用画像データを取得するための照明部３１の補正光量を現在の光量×２（÷１／２）に設定し、測定対象領域Ｒ２の線幅測定用画像データを取得するための照明部３１の補正光量を現在の光量×４に設定する旨の制御情報を作成する。

補正部１７ｂにより制御情報が出力されると、撮像制御部１１ｃは、照明部３１による照明光の光量をそれぞれ制御して、補正された光量による照明処理によって画像データを取得する。このとき、撮像制御部１１ｂは、まずパターンＰｍ１に応じた補正光量となるように照明部３１を制御する（ステップＳ３０９）。撮像制御部１１ｃは、この補正光量に照明部３１を制御した状態で、第１撮像処理を行い、測定対象領域Ｒ１の線幅測定用画像データを取得する（ステップＳ３１０）。

その後、撮像制御部１１ｂは、パターンＰｉ１に応じた補正光量となるように照明部３１を制御する（ステップＳ３１１）。撮像制御部１１ｃは、この補正光量に照明部３１を制御した状態で、第２撮像処理を行い、測定対象領域Ｒ２の線幅測定用画像データを取得する（ステップＳ３１２）。

上述した露光処理により、各ＲＯＩ（測定対象領域Ｒ１および測定対象領域Ｒ２）における最大コントラスト値が、それぞれ設定されたコントラスト値近傍となった画像データを取得することができる。

続いて測定部１６が、各画像データをもとに各パターンＰｍ１，Ｐｉ１の線幅を測定する測定処理を行う（ステップＳ３１３）。測定部１６は、上述したステップＳ１１１と同様の処理によって線幅を測定する。

測定部１６によって測定された線幅の結果が出力されると、制御部１１は、出力部１４および出力部１４に測定結果を出力し、表示装置５０と顧客サーバ６０とに結果を表示させる（ステップＳ３１４）。その後、次の測定点があれば、ステップＳ３０１に移行してレシピ情報の読み出しを行い（ステップＳ３１５：Ｙｅｓ）、次の測定点がなければ、処理を終了する（ステップＳ３１５：Ｎｏ）。

上述した本実施の形態３によれば、測定対象（パターンＰｍ１、パターンＰｉ１）に応じて照明光の光量を設定し、画像取得部３３によって連続的に画像を取得する際にそれぞれの光量を制御するようにしたので、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を連続的に、かつ正確に測定することができる。

なお、上述した本実施の形態３では、測定対象（パターンＰｍ１、パターンＰｉ１）に応じて照明光の光量を設定するものとして説明したが、測定対象（パターンＰｍ１、パターンＰｉ１）に応じて露光時間を設定するものであってもよい。

なお、上述した実施の形態１〜３では、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）として用いられる基板の画像を取得して、取得した画像データに対して画像処理を施すものとして説明したが、細胞を撮像した撮像データ、例えば発光強度の異なる細胞からの蛍光または発光を撮像した撮像データに対しても適用することができる。なお、細胞の撮像データは、顕微鏡などを用いて結像される光学像を撮像して得られた撮像データを用いる場合も含む。

以上のように、本発明にかかる画像取得システム、画像取得方法および画像取得プログラムは、反射率の異なる材料によって形成されるそれぞれのパターンの線幅を同時に、かつ正確に測定するのに有用である。

１，１ａ，１ｂ ＦＰＤ検査装置
１０，１０ａ，１０ｂ 制御装置
１１，２１ 制御部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 撮像制御部
１２ 記憶部
１２ａ 第２画像保持部
１３ 入力部
１４ 出力部
１５ 画像処理部
１６ 測定部
１７，１７ａ，１７ｂ 補正部
２０ フレームグラバー
２２ 送受信部
２３ 第１画像保持部
３０，３０ａ，３０ｂ 顕微鏡部
３１ 照明部
３２ 光学系
３３ 画像取得部
３３ａ 第１画像取得部
３３ｂ 第２画像取得部
３４，３１０ 変調素子
３４ａ 制御領域
３１０ａ マイクロミラー
４０ 基板保持装置
４１ ステージ
５０ 表示装置
６０ 顧客サーバ

Claims (8)

1. 撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得システムであって、
   前記撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段と、
   前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する画像取得部と、
   前記画像取得部が取得した画像データをもとに、それぞれの測定対象領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定部と、
   前記条件設定部によって設定された撮像条件に応じて、前記異なる測定対象領域を含む画像データを前記画像取得部に取得させる制御を行う撮像制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像取得システム。
2. 前記条件設定部は、前記照射手段が前記照明光を照射する前記撮像対象領域のうち、異なる測定対象領域をそれぞれ含む所定領域の光量を前記撮像条件として設定することを特徴とする請求項１に記載の画像取得システム。
3. 前記撮像制御手段は、前記照明光の透過率を領域ごとに制御可能な変調素子を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像取得システム。
4. 前記撮像制御手段は、前記照明光の反射率を領域ごとに制御可能な変調素子を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像取得システム。
5. 前記画像取得部は、複数設けられ、
   前記条件設定部は、前記照射手段が前記照明光を照射する前記撮像対象領域のうち、異なる測定対象領域をそれぞれ含む所定領域の露光時間を前記撮像条件として設定し、
   前記撮像制御手段は、複数の前記画像取得部に対し、それぞれ異なる露光時間で前記画像データを取得させることを特徴とする請求項１に記載の画像取得システム。
6. 前記条件設定部は、前記照射手段が前記照明光を照射する前記撮像対象領域のうち、異なる測定対象領域をそれぞれ含む所定領域の光量または露光時間を前記撮像条件として設定し、
   前記撮像制御手段は、前記画像取得部に対し、前記撮像条件ごとに前記画像データを取得させることを特徴とする請求項１に記載の画像取得システム。
7. 撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得方法であって、
   前記撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段によって前記照明光が照射された前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第１画像取得ステップと、
   前記第１画像取得ステップで取得した画像データをもとに、それぞれの測定対照領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定ステップと、
   前記条件設定ステップによって設定された撮像条件に応じて、前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第２画像取得ステップと、
   を含むことを特徴とする画像取得方法。
8. 撮像視野内に異なる測定対象領域を含む画像データを撮像により取得する画像取得処理をコンピュータに実行させるための画像取得プログラムであって、
   前記撮像視野を含む撮像対象領域に照明光を照射する照射手段によって前記照明光が照射された前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第１画像取得手順と、
   前記第１画像取得手順で取得した画像データをもとに、それぞれの測定対照領域の明るさに応じた撮像条件をそれぞれ設定する条件設定手順と、
   前記条件設定手順で設定された撮像条件に応じて、前記異なる測定対象領域を含む画像データを取得する第２画像取得手順と、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とする画像取得プログラム。

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