JPH0545896A - 自動位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像処理システムにおける自動位置決め装置
において、理想座標系におけるターゲットマーク座標を
使って、高速かつ確実なターゲット位置決めを行う。 【構成】 グローバルアライメント用の対物レンズ５ａ
とターゲットアライメント用の対物レンズ５ｂとが制御
装置１からの指令により切り替えられる。対物レンズ
（５ａもしくは５ｂ）からの光はビームスプリッタ５で
分割され、低倍画像取得装置７及び高倍画像取得装置８
に入る。制御装置１は、ステージ２の精度内で試料３の
ターゲットマークが取得画像内に入るよう対物レンズ５
ａを光路に入れた後、グローバルアライメントを行う。
その後、対物レンズ５ｂを光路に入れて低倍画像取得装
置７、高倍画像取得装置８を電気的に切り替えることに
より、順次ターゲットアライメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、取得画像範囲のうち、
ターゲットマークの占める割合が大きい様な画像処理シ
ステムにおける自動位置決め装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種装置で、座標既知のターゲ
ットマークの自動位置決めを行う場合には、試料をステ
ージ上にのせる時のローディング誤差（回転成分とオフ
セット成分）と、ステージの走り精度（ランダム成分）
による誤差があるため（特に回転誤差は、回転の中心か
ら離れた位置程効いてくるため）、既知のターゲットマ
ーク座標へいきなりステージを移動させても、ターゲッ
トマークが取得画像内に入ってこない。従ってまず、ア
ライメント用マークで、試料座標系の回転量を補正する
ためのグローバルアライメントを行う。

【０００３】その後、既知のターゲットマーク座標に上
記の補正を加えた位置へステージを移動させると、取得
画像内にターゲットマークが入るので、画像認識によ
り、マークを検索し、位置が適当でなければ、再度ステ
ージを微小量移動させ、高精度な位置決めを行う。以上
のシーケンスにおいて、グローバルアライメントは、ロ
ーディング誤差とステージ走り精度をカバーできる程の
低倍倍率で行う必要があり、ターゲットアライメントで
はステージ走り誤差がカバーできる程低倍でかつ、必要
位置決め精度を満足できる程高倍倍率にて行う必要があ
る。

【０００４】従来のこの種装置では、主に以下のいずれ
かの方法でターゲットアライメントを行っていた。 ターゲットアライメントを行う時にまず、ステージ
誤差をカバーできる程度の低倍対物で、ターゲット認識
を行い、次に高倍対物で、最終的な位置決めを行う。 ターゲットマークの座標を、理想座標系による座標
値ではなく、あらかじめ個々のステージに合わせたステ
ージ座標系で取得しておくことにより、ステージ走り精
度のうち、絶対誤差を除外した形でステージ移動を行
い、高倍倍率で位置決めを行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
に於いては、 の従来技術では倍率の切替をレボルバーの回転による
対物切替というメカ的手段で行うために、切替時間がか
かり遅くなる事と、メカのガタによる対物位置再現性が
悪いと、高倍対物でターゲットマークが画像内に入らな
い可能性があるという問題点があった。

【０００６】の従来技術では個々のステージ座標系に
合わせて、個々のターゲットマーク座標値を取得してお
く必要があるため、ターゲットの追加変更が面倒であ
り、又装置間での座標値に互換性がなく機差をとること
が、できないという問題点があった。本発明は、理想座
標系におけるターゲットマーク座標を使って、高速かつ
確実なターゲット位置決めを行うことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記目的の為に本発明で
は、まず、ステージ精度（位置精度＋再現性）内でター
ゲットマークが取得画像内に入ることができる低倍倍率
にて位置決めを行い、次に高倍倍率で最終的な位置決め
を行う。又、ターゲットマークの低倍画像と高倍画像に
は別々の取得経路を設け、それを電気的に切替えられる
構成とした。

【０００８】

【作用】一般にこの種装置で試料がステージ上にロード
されただけの状態で、あるマークの理想座標系座標値に
ステージを移動させた場合には、実際の試料マーク位置
との間で、次の要因による誤差が生じる。 １．ローディング誤差（回転成分とオフセット成分） ２．試料のマーク位置固体差（主に回転成分とオフセッ
ト成分） ３．ステージ位置精度（ランダム成分） ４．ステージ再現性（ランダム成分） 本発明に於いては、まずグローバルアライメントによ
り、１、２の誤差要因を補正する。グローバルアライメ
ントの手順は、Ｘ軸上の離れた２点（アライメントポイ
ント１、アライメントポイント２）をアライメントマー
クとする。各アライメントポイントについて、あらかじ
め登録しておく理想座標系座標値（Ａ１、Ａ２）に対
し、実際にステージを移動させてマーク画像を認識する
ことによって得られる試料座標系座標値（Ａ１' 、Ａ
２' ）との差を求める。その差を回転成分とオフセット
成分に分けて、以後のターゲットマークの位置決めにお
いて、理想座標系を試料座標系に近づけるための補正を
行う。

【０００９】グローバルアライメント時に試料がもつ誤
差は上記１〜４全てであり、従って、グローバルアライ
メント用画像倍率は、これら全誤差があっても、アライ
メントマークが画面内に入るのに十分なだけ低倍率であ
る必要がある。誤差要因１〜４のうち、１、２は試料が
一旦ステージ上へロードされれば一定であるため、上記
グローバルアライメントを最初に１回行うことにより補
正することができる。

【００１０】次にターゲット位置決めでは、誤差要因
３、４が残っているが、本発明ではまず、誤差３、４が
あっても、ターゲットマークが画面内に入り得るだけ低
倍倍率で画像取得し、ターゲットマーク位置を認識す
る。次にこの低倍画像取得経路とは独立に用意されてい
る高倍画像取得経路で、最終的なターゲット位置決めを
行うが、この時、２つの画像取得経路がメカ的に固定さ
れているため、低倍画像画面中心と高倍画像画面中心と
の差を正確に割り出せる。低倍画像で取得したターゲッ
トマーク位置とこの画面中心間補正値から高倍画像での
中心位置を算出し、高倍切替時に、その中心位置座標へ
ターゲットマークを移動させると、ステージ再現誤差内
（誤差４）で高倍画像中心付近へマークが来ることにな
り、マークが画面からはずれることはなくなる。

【００１１】ここで再度ターゲット位置決めを行うと、
最終倍率で確実な位置決めを行なえる。又、ターゲット
マークの低倍画像取得経路と高倍画像取得経路が独立に
用意されているため、その間の切替えは電気的に高速で
行うことができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例であり、１は位
置決めに必要な各部動作を制御する制御装置である。試
料３はＸ、Ｙステージ（以下、ステージという）２に固
定され、試料３の結像情報は、対物レンズレボルバー
（電動レボルバー）４に装着された対物レンズ４ｂを通
り、ビームスプリッタ５で分割されて２次元の撮像装置
である低倍画像取得装置７と高倍画像取得装置８へ入力
される。低倍画像取得装置７と高倍画像取得装置８では
各々入力した画像情報を電気信号（画像信号）に変換す
る。６は試料３の画像情報を縮小して低倍画像取得装置
７へ伝えるための縮小レンズである。

【００１３】破線ブロックは画像処理装置であり、制御
装置１の指示により、スイッチＳＷを切替え、低倍画像
取得装置７もしくは高倍画像取得装置８から選択的に画
像信号を取り込んで画像メモリ９に記憶し、画像認識装
置１０が、画像メモリ９内の画像から特定のマークを検
出し、その画面内での座標位置を制御装置１へ通知す
る。制御装置１は又読取装置２ａからの信号によりステ
ージ２の現在の座標位置を知ると共に、ステージ駆動装
置２ｂにステージ２の駆動指令を行なう。すなわち、制
御装置１は、画像処理装置ａから得た位置情報を元に、
ステージ２が移動すべき座標を算出してステージ駆動装
置２ｂにステージ２の移動を指示する。又電動レボルバ
ー４には異った倍率の対物レンズ４ａ、４ｂ、４ｃが複
数装着されており、制御装置１の指示により、モーター
の駆動による電動で倍率切替を行う。

【００１４】上述の如く構成された装置の動作について
以下に説明する。最初に装置はグローバルアライメント
を行うが、その動作を図２のフローチャートと共に説明
すると次の如くである。但し、グローバルアライメント
時に装置があらかじめ分っている値として第１アライメ
ントポイントと第２アライメントポイントの理想座標系
座標値がある。この値は、不図示のキーボード等の入力
装置から制御装置１に入力される。まず、制御装置は電
動レボルバー４に指示して、グローバルアライメント用
倍率の対物レンズに切り替える（図２のステップ２
０）。次に制御装置１はステージ２を第１アライメント
ポイント（Ｘ軸上の離れた２点のうちの１点目）の理想
座標系座標位置へ移動させる（図２のステップ２１）。
そこで制御装置１は、画像処理装置Ａに低倍画像におけ
るアライメントマーク位置の検出を指示する。すなわ
ち、スイッチＳＷによって低倍画像取得装置７を画像メ
モリ９に接続する。画像処理装置Ａのメモリ９は指示に
従い低倍画像取得装置７からの画像信号を取り込み（図
２のステップ２２）、画像認識装置１０が画面内でのア
ライメントマーク位置を検出して、その位置情報を制御
装置１へ通知する（図２のステップ２３）。制御装置１
はその情報と座標位置読取装置２ａから得たステージ現
座標位置から、第１アライメントポイントの試料座標系
座標値を算出する。（例えば、ステップ現座標位置が画
像メモリ９に取込まれた画像の中心座標位置と一致する
ように設定されている。）次に第２アライメントポイン
ト（Ｘ軸上の離れた２点のうち２点目）についても同様
にして（図２のステップ２４、２５、２６に対応）、制
御装置１は画像処理装置Ａからマーク位置情報を得て試
料座標系座標値を算出する。

【００１５】制御装置１はこうして求めた第１及び第２
アライメントポイントの試料座標系座標値と理想座標系
座標値の差を、オフセット成分と回転成分に分け、以下
のターゲットアライメントにおいて、試料のもつ誤差要
因のうちのローディング誤差と試料マーク位置個体差を
補正する補正値を算出する（図２のステップ２７）。こ
こで、グローバルアライメント時の対物倍率は、試料の
もつ誤差の大きさから次の様に決まる。グローバルアラ
イメント時の画像倍率は、グローバルアライメント用対
物倍率×縮小レンズ６の倍率であり、試料のもつ誤差要
因は、ローディング誤差、試料のマーク位置個体差、対
物切替位置再現性、ステージ位置精度、ステージ再現性
の全てである。従ってアライメントマークが画面からは
ずれないためには（上記５個の各誤差要素の上限の和＋
アライメントマークの大きさ）＜（取得画像範囲）とな
る必要があり、この条件に合わせて画像倍率の上限が決
まる。但し、画像倍率を構成する要素のうち縮小レンズ
６の倍率は、ターゲットアライメント時の必要条件から
規定されるため（以下のターゲットアライメントの中で
説明）、グローバルアライメント用対物倍率は、画像倍
率が上限を越えない程低倍でかつ必要な補正精度が確保
できる位高倍の倍率を選択する。

【００１６】次にターゲットアライメントの動作につい
て、図３のフローチャートと共に説明する。但し、ター
ゲットアライメント時に装置があらかじめ分っている値
としてターゲットマークの理想座標系座標値と、補正値
として使用するグローバルアライメント用対物とターゲ
ットアライメント用対物間の光軸差、低倍画像画面と高
倍画像画面間の光軸差、及びグローバルアライメントで
求めたローディング誤差と試料マーク位置個体差を補正
するための補正値がある。

【００１７】まず制御装置１は対物レボルバー４を切替
えてターゲットアライメント用倍率の対物レンズを光路
に挿入する（図３のステップ３０）。次に制御装置１は
ターゲットマークの理想座標系座標値にグローバルアラ
イメントで求めた補正を行った座標位置へ駆動装置２ｂ
によってステージ２を移動させる（図３のステップ３
１）。そこで制御装置１は画像処理装置Ａに低倍画像に
おけるターゲットマーク位置検出を指示する。画像処理
装置Ａでは、低倍画像取得装置７からの画像信号を画像
メモリ９に取り込み（図３のステップ３２）、画像認識
装置１０がターゲットマーク位置を検出して、その位置
を制御装置１へ伝える（図３のステップ３３）。次に制
御装置１はマーク位置情報とステージ２から得たステー
ジ現座標位置、及び、低倍画像画面と高倍画像画面間の
光軸差補正値から高倍画像画面中心座標を算出し、ステ
ージ２をその位置へ移動させる（図３のステップ３
４）。

【００１８】そこで再び制御装置１は画像処理装置Ａに
高倍画像におけるターゲットマーク位置検出を指示する
と、（スイッチＳＷの切替え）画像処理装置Ａは今まで
と同様に高倍画像取得装置８からの画像信号を取り込み
（図３のステップ３５）、ターゲットマークを検出しそ
の位置を制御装置１に通知する（図３のステップ３
６）。

【００１９】制御装置１では、その位置情報から、ター
ゲットが画面中央（画面中心から一定の範囲内とする）
にあるかを判定し（図３のステップ３７）、なければ、
ステージ現座標とマーク位置情報から、再度画面中心座
標を算出して、ステージ２を移動させる（図３のステッ
プ３４）。この様に、図３のステップ３４〜３７を繰り
返してターゲットマークが画面中央にくれば、位置決め
動作を終了する。

【００２０】ここで、ターゲットアライメントの倍率と
座標誤差要因の関係を記述する。ターゲットアライメン
トでは、低倍画像と高倍画像の両方を使用するが、その
倍率は各々、ターゲット用対物倍率×縮小レンズ６の倍
率とターゲット用対物倍率である。高倍画像倍率すなわ
ちターゲット用対物倍率は、最終的位置決め倍率として
使用目的により、規定されるものである。

【００２１】低倍画像におけるターゲットマークアライ
メント時の誤差要因は、対物切替位置再現性、ステージ
位置精度、ステージ再現性の３つであり、（３つの各誤
差の上限の和＋ターゲットマークの大きさ）＜（低倍画
像取得範囲）となる様に低倍画像倍率をとれば、グロー
バルマーク位置からターゲットマーク位置にステージが
移動した時に画面からマークがはずれることはない。低
倍画像倍率の構成要素のうち、ターゲット用対物倍率は
前述の様に使用目的から規定されるので、縮小レンズ６
の倍率を上の条件に合わせて決める必要がある。

【００２２】次に、低倍画像から高倍画像へ切替えた場
合の誤差要因としてはステージ再現性のみとなる。ステ
ージ位置精度については低倍画像から高倍画像中心への
移動量が微小である（低倍と高倍画面の光軸差は調整可
能である）と考えられるので、ステージ座標系のゆがみ
に起因するステージ位置精度は無視できる。従って、高
倍画像倍率（＝ターゲット対物倍率）が、（ステージ再
現性誤差の上限＋ターゲットマークの大きさ）＜（高倍
画像取得範囲）を満たす様に決められていれば、画面中
心座標を目標にステージが移動するため画面からマーク
がはずれることはなく確実な位置決めができる。

【００２３】又、ターゲットアライメントにおける低倍
画像と高倍画像間の切替えは、電気的に信号取得経路を
切替えるだけなので、高速に行なえる。本実施例におい
て、グローバルアライメントとターゲットアライメント
間の倍率切替では取得経路の切替えではなく、対物切替
としたのは、複数倍率の対物レンズを用意しておくこと
により、グローバルアライメント用マーク及ターゲット
用マークの大きさに応じて、装置に手を加えずに、各々
独立に選択が行える利点と、画像取得光路を分割しすぎ
ると、各倍率画像の光量が減り、画質が劣化するためで
ある。

【００２４】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、ターゲット
アライメント時に、まず各誤差要因の上限値でもマーク
が画面に入る様な低倍倍率と最終的な位置決め倍率を別
に設け、順次位置決めを行うことにより、マークが画面
からはずれることがなくなり、確実な位置決めを行うこ
とができる。

【００２５】又、ターゲットアライメント時の上記２種
類の画像倍率の切替にて、取得経路を独立に設けて電気
的に切替えられる様にしたことから、高速な位置決めを
行うことができる。又、ターゲットマーク及アライメン
トマーク座標の座標値として理想座標系座標を使用する
ため、装置の機差がなく同一座標が使用でき又、ターゲ
ットマークの追加、変更が容易である利点がある。

【００２６】又、画像倍率の切替方法として電気的手段
だけでなく、対物切替による手段を持つことから、ター
ゲットマークとアライメントマークの大きさを独立に選
択でき、又、装置に手を加えずに、マークの大きさを変
えることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１の装置のグローバルアライメント動作のフ
ローチャートである。

【図３】図１の装置のターゲットアライメント動作のフ
ローチャートである。

【主要部分の符号の説明】

１ 制御装置 ２ ステージ ２ａ ステージ座標取得装置 ２ｂ ステージ駆動装置 ３ 試料 ４ 対物レボルバー ４ａ、４ｂ、４ｃ 対物レンズ ５ ビームスプリッタ ６ 縮小レンズ ７ 低倍画像取得装置 ８ 高倍画像取得装置 ９ 画像メモリ １０ 画像認識装置 Ａ 画像処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の画像倍率の画像信号により、試料
   座標系の回転量を補正するためのグローバルアライメン
   トと、前記グローバルアライメントの結果に基づき、前
   記第１の画像倍率より高倍率の画像信号により、ターゲ
   ットマークを位置決めするためのターゲットアライメン
   トと、により試料の位置決めを行う自動位置決め装置に
   おいて、 前記グローバルアライメント用の第１対物レンズと、 前記ターゲットアライメント用の前記第１対物レンズよ
   り高倍の第２対物レンズと、 前記第１対物レンズと前記第２対物レンズとを選択的に
   測定光路に挿入する対物レンズ切替装置と、 前記測定光路中に配設され、前記第１対物レンズもしく
   は前記第２対物レンズの後方で光路を２分割する光路分
   割手段と、 前記光路分割手段で分割された一方の光路中に配設され
   た縮小レンズと、 前記縮小レンズの後方に配設された第１撮像装置と、 前記光路分割手段で分割された他方の光路中に配設され
   た第２撮像装置と、 前記第１撮像装置と前記第２撮像装置の出力する映像信
   号を選択的に出力するスイッチ装置と、 前記グローバルアライメントを行うときは、対物レンズ
   切替装置により前記第１対物レンズを光路中に挿入する
   と共に、前記スイッチ装置により前記第１撮像装置の出
   力する映像信号を選択し、前記ターゲットアライメント
   を行うときは、対物レンズ切替装置により前記第２対物
   レンズを光路中に挿入すると共に、前記スイッチ装置に
   より初めに前記第１撮像装置の出力した映像信号を選択
   してアライメントを行った後、前記スイッチ装置により
   前記第２撮像装置の出力した映像信号を選択してアライ
   メントを行う制御装置と、 を設けたことを特徴とする位置決め装置。