JPH04307311A - 測長装置の測定誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板体上の所定のパター
ン間の距離等を測定する測長装置の測定誤差補正方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種技術分野においては装置が微
小化又は高精度化され、これに伴い装置の製造時におけ
る各部の寸法も厳格な管理が必要となり、このため、サ
ブμｍオーダの精度で測定可能な測長装置が要望される
ようになつた。ここで、上記のように高精度の測長が必
要である対象物として、テレビジヨン、コンピユータ等
の表示に使用される液晶表示装置を例示して説明する。 図４は液晶表示装置の電極の配置図である。図で、１は
基板、２は基板１上に縦横に多数配置された電極である
。例えば、図で横方向の長さが４００ｍｍの基板１上に
電極２が横方向１列に６７００個配置されている。これ
ら各電極２は互いに正確な間隔で配置される必要がある
。即ち、図４に示す隣接する電極２間の寸法ｘ１　，ｙ
１　は正確でなければならない。したがつて、このよう
な電極パターンを製造するための原板（マスク）におけ
る上記寸法ｘ１　，ｙ１　は厳格に管理されなければな
らない。そして、このためには、高精度の測長装置が必
要である。例えば、上記の例では、寸法ｘ１　は６０μ
であるので、測長装置としてはサブμｍオーダの精度の
ものが要望される。このような装置の測定に使用される
測長装置を図５により説明する。

【０００３】図５は測長装置の系統図である。図で、Ｘ
，Ｙは座標軸を示す。この測長装置はＸ軸およびＹ軸方
向の測定が可能な２軸の測長装置である。５Ｘ，５Ｙは
それぞれＸ軸，Ｙ軸方向の移動機構が備えられているス
テージであり、ステージ５Ｙは図示されていない空気定
盤上に支持され、また、ステージ５Ｘはステージ５Ｙ上
においてＹ軸方向に移動可能に設置されている。６はス
テージ５Ｘ上でＸ軸方向に移動可能な移動台、７Ｘは移
動台６をＸ軸方向に移動させるモータ、７Ｙはステージ
５ＸをＹ軸方向に移動させるモータである。ステージ５
Ｘおよび移動台６は、それぞれモータ７Ｘ、７Ｙの回転
により移動する構成となつている。８は移動台６に固定
されたテーブル、９はテーブル８上に載置された被測長
対象物である原板を示す。９ｐは図４に示す電極２を作
成するため原板９に構成された電極パターンである。 電極パターン９ｐは図４に示す電極２の配置に等しく配
置されている。１０はこれらの電極パターン９ｐを観察
するオートフオーカス付の顕微鏡、１１は顕微鏡１０を
支持するスタンド、１２は原板９を照明する光源、１３
は光源１２を支持すると共に光を顕微鏡１０に導く導光
管である。１４は顕微鏡１０の視野内の像を撮像するカ
メラであり、像に応じた電気信号を出力する。１６は画
像処理装置を示し、画像処理部１６ａおよび表示部１６
ｂで構成されている。画像処理部１６ａはカメラ１４か
らの信号に基づき顕微鏡１０の視野内の像を表示部１６
ｂに表示する処理を行なうとともに、後述するようにそ
の像についての種々の処理を実行する。表示部１６ｂは
等間隔に縦横に配列された微粒子（画素）で構成されて
いる。これらの画素は表示部１６ｂにおける発光単位で
あり、各画素が選択的に発光することにより、映像が形
成表示される。各画素は、画像処理部１６ａに内蔵され
たメモリのアドレスに対応せしめられているのが通常で
ある。どの画素を発光させるかの選択は、カメラ１４の
信号に基づいて画像処理部１６ａで行なわれる。１７は
測長装置における所定の演算制御を行なう制御装置であ
り、マイクロコンピユータを用いて構成されている。３
６はレーザヘツドであり、例えば２周波レーザヘツドが
用いられる。このレーザヘツドは僅かに異なる周波数ｆ
１　，ｆ２　のレーザ光を出力する。３７はレーザヘツ
ド３６からのレーザ光を直線方向およびこれと直角方向
に分割するビームスプリツタである。３８Ｘ，３８Ｙは
レーザ光のうち周波数ｆ１　のレーザ光のみを出力する
インタフエロメータである。３９はテーブル８に固定さ
れたＬ型ミラーであり、Ｘ軸方向の反射を行なう部分３
９ＸおよびＹ軸方向の反射を行なう部分３９Ｙを有する
。４０Ｘ，４０ＹはそれぞれＸ軸，Ｙ軸のレシーバであ
り、インタフエロメータ３８Ｘ，３８Ｙから送られてく
るレーザ光の周波数に基づいて所定の信号を出力する。 ４１はパルスコンパレータであり、レーザヘツド３６か
らの信号とレシーバ４０Ｘ，４０Ｙからの信号とに基づ
いてＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を演算し、これを
制御装置１７に出力する。レーザヘツド３６、ビームス
プリツタ３７、インタフエロメータ３８Ｘ，３８Ｙ，Ｌ
型ミラー３９、レシーバ４０Ｘ，４０Ｙ、およびパルス
コンパレータ４１によりレーザ測長器が構成される。こ
のレーザ測長器の測定原理の概略を説明する。レーザヘ
ツド３６からの各レーザ光はビームスプリツタ３７によ
り分割され、その一方がインタフエロメータ３８Ｘに入
力され、かつ、周波数ｆ１のレーザ光のみミラー３９の
部分３９Ｘに照射される。この状態でテーブル８が変位
すると照射されたレーザ光には、ドツプラ効果によりド
ツプラ変調が発生し、ミラー部分３９Ｘから反射される
レーザ光の周波数は（ｆ１　±Δｆ１　）となる。この
反射レーザ光はインタフエロメータ３８Ｘを経て周波数
ｆ２　のレーザ光とともにレシーバ４０Ｘに入力され、
レシーバ４０Ｘでは、これら２つのレーザ光の周波数に
基づき｛ｆ２　−（ｆ１　±Δｆ１　）｝の演算がなさ
れ、これに応じた信号が出力される。一方、レーザヘツ
ド３６からは各レーザ光の周波数の差に応じた信号（ｆ
２　−ｆ１　）が出力され、レシーバ４０Ｘの信号とと
もにパルスコンパレータ４１に入力される。パルスコン
パレータ４１では両入力値に基づいて｛（ｆ２　−ｆ１
）−ｆ２　＋（ｆ１　±Δｆ１　）｝の演算が実行され
、この結果、信号±Δｆ１　がとり出される。この信号
±Δｆ１　はテーブル８の変位に比例した信号であり、
これにより測定値を得ることができる。

【０００４】次に、上記測長装置の動作を図６および図
７に示す画像処理装置の表示像を参照しながら説明する
。まず、原板９をテーブル８上にセツトし、顕微鏡１０
の倍率を電極パターン９ｐの全体像やその周辺が把握可
能な程度（例えば５倍）に低くする。次いで、カメラ１
４に撮影され表示部１６ｂに表示された顕微鏡１０の視
野を観察しながら、制御装置１７を介して（又は手動で
）テーブル８を移動させ、最端部の電極パターン９ｐ（
この電極パターンを９ｐ１　とする）を顕微鏡１０の視
野にとらえる。この状態で、顕微鏡１０の倍率を高倍率
（例えば２００倍）とする。このとき、表示部１６ｂに
表示された顕微鏡１０の視野内の映像が図６に示されて
いる。図６において、Ａは顕微鏡１０の視野、Ｃは顕微
鏡１０の中心線に対応する中心線、また、９ｐ１　′は
電極パターン９Ｐ１　の映像である。電極パターン９ｐ
１　は顕微鏡１０で拡大されているため、その映像９ｐ
１　′は電極パターン９ｐ１　の極く一部であり、かつ
、その縁部（エツジ）は図示のように凹凸となつて現わ
れる。ところで、原板９における測長は、各電極パター
ン９ｐのエツジ間を測定するのであるから、エツジに凹
凸が存在していては測定不可能となる。このため、何等
かの手段によりエツジを確定する必要がある。このエツ
ジの確定は、画像処理部１６ａにおいて、映像９ｐ１　
′の縁部の発光画素の位置を多数検出し、それらの平均
値を演算することにより行なわれる。なお、このような
エツジの確定方法は、投影分布法として周知であるので
詳細な説明は省略する。図６において、中心線Ｃと確定
したエツジＥとの間隔ｌ１を、その間の画素数でカウン
トする（メモリのアドレスの差を演算する）ことにより
求め、その値ｌ１　を制御装置１７に出力する。次に、
制御装置１７はモータ７Ｘに指令信号を出力し、テーブ
ル８を移動して次の電極パターン９ｐ（この電極パター
ンを９ｐ２　とする。）を顕微鏡１０の視野に入れ、こ
れを表示部１６ｂに表示する。このときのテーブル８の
移動量ｌはレーザ測長器により検出され、制御装置１７
に出力される。 図７に電極パターン９ｐ２　が視野に入つたときの状態
が示されている。図７で図６と同一部分には同一符号が
付してある。９ｐ２　′は電極パターン９ｐ２　の映像
を示す。電極パターン９ｐ２　の映像９ｐ２　′に対し
ても、電極パターン９ｐ１　の映像９ｐ１　′と全く同
様にしてエツジＥが確定され、中心線Ｃとの間隔ｌ２　
が求められ、この値ｌ２が制御装置１７に出力される。 ここで、レーザ測長器で検出された移動量ｌは、最初の
視野において顕微鏡１０の中心線に対向する原板９上の
位置と、次の視野において顕微鏡１０の中心線に対向す
る原板９上の位置との間の間隔に等しい。したがつて、
図６および図７に示す視野の場合、制御装置１７は入力
された値ｌ１　，ｌ２　，ｌを加算して測定値Ｌ（Ｌ＝
ｌ１　＋ｌ２　＋ｌ）を得る。各電極パターン９ｐの間
隔は、第４図に示す電極２の間隔ｘ１　，ｘ２　，ｘ３
　………と同じように、最端部の電極パターン（９ｐ１
　）のエツジＥを基準とし、上述のような方法で、当該
エツジＥからの間隔として測定される。Ｙ軸方向におけ
る各電極パターン９の間隔の測定も上記と同様の手段に
より実施される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記測長装
置の測定精度は、次のような要因によつて左右される。 （１）ミラー３９Ｘ、３９Ｙ相互の直角度（例えば、許
容される直角からのずれの角度は１．２５μｒａｄであ
る）、およびそれらの固定状態（ステージ５Ｘ、移動台
６の移動方向に対するミラーの直角度、例えば許容値２
２４μｒａｄ） （２）ステージ５Ｘと移動台６の直角度（３）テーブル
８のたわみおよび傾き（例えば、長さ２００ｍｍに対す
る許容値は、たわみ角３１６μｒａｄ、たわみ量６３．
２μｍ） （４）レーザ測長器の設置状態（例えば、ミラー３９Ｘ
、３９Ｙに対する入射角の許容値２２３μｒａｄ）（５
）ステージ５Ｘと移動台６の移動時のピツチング、ロー
リングおよびヨーイングの発生（各許容値はそれぞれ、
０．５μｒａｄ、０．５μｒａｄ、５μｒａｄ）上記各
許容値は単なる一例であるが、いずれにしても、許容値
は上記オーダの微小値である。測長装置を上記各許容値
以下の精度で構成するためには、各部品の加工、組立を
これら許容値に応じた精度で行わねばならず、このよう
な加工、組立は不可能に近く、仮に可能であつても、そ
れら加工、組立、調整には多大な手間と時間が必要とな
る。本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、部品の加工、組立、調整を簡易化することができる
測長装置の測定誤差補正方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、被測長物を載置するテーブルと、このテ
ーブルを移動させる移動台と、この移動台を移動可能に
支持するベースと、前記テーブルに対向して配置された
顕微鏡と、この顕微鏡を撮影するカメラと、このカメラ
により撮影された顕微鏡像を処理する処理手段と、前記
テーブルの移動量を測定する測定手段とを備えた測長装
置において、前記テーブルの全測定領域より小さく、か
つ、寸法が既知である基準マスクを用いて、当該全測定
領域を複数に分割して各分割領域毎に多数位置の寸法を
実測し、この実測により得られた各位置の誤差を各分割
領域について基準点からの誤差として合成し仮の補正値
を決定し、次いで、前記全測定領域とほぼ同等の大きさ
で、かつ、寸法が未知のマスクを前記テーブル上に複数
の所定角度で設置し、各角度毎に前記仮の補正値を用い
て多数位置の実測を行ない、前記テーブル上の同一位置
における測定値が各角度で一致しない位置について各角
度の測定値に基づいて真の補正値を決定することを特徴
とする。

【０００７】

【作用】小型の基準マスクを用いてテーブルの分割領域
毎に多数位置の寸法を実測してそれら各位置の誤差を求
める。次に、各分割領域の各位置の各誤差を、所定の基
準点からの誤差として合成し、これにより仮の補正値を
作成する。次いで、寸法が未知の大型のマスクを所定の
角度（例えば０度）でテーブル上に載置し、仮の補正値
を用いて多数位置の寸法を実測する。このような大型マ
スクを用いた測定を、角度を変えて（例えば、９０度、
１８０度、２７０度）実行する。そして、このような複
数回の測定の結果、テーブルの同一位置における測定値
が一致しない場合、当該不一致位置の各測定値に基づい
て、その位置の真の補正値を作成する。なお、測定値が
一致する位置については、仮の補正値を真の補正値とす
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る測定誤差補正方法を
説明するテーブルの平面図である。図で、８は図５に示
すものと同じテーブルである。５０はテーブル８上の全
測定範囲に比較して寸法の小さな基準マスクを示す。こ
の基準マスクは、例えば図４に示すようなパターンを有
し、各部の寸法が既知のマスクである。本実施例におい
て、寸法の小さな基準マスクが使用されるのは次の理由
による。即ち、基準マスクのパターン寸法がサブミクロ
ンオーダで保証されるのは１００×１００ｍｍ程度の基
準マスクまでであり、それ以上の大きさの基準マスクで
はパターン寸法に対する信頼性が極度に低下するためで
ある。本実施例では、このように小型の基準マスク５０
を使用するため、テーブル８上の全測定範囲が９つの領
域（そのうちの２つの領域が符号Ｅ１　，Ｅ２　で示さ
れている）に分割され、各領域毎に基準マスク５０を用
いて各領域内の各位置の真値に対する実測値の誤差が求
められ、この誤差に基づいて当該各位置の実測値に対す
る補正値が求められる。ここで、上記誤差の測定の概略
を、図１の一部拡大図である図２を参照して説明する。 図２で、Ｅ１　，Ｅ２　は図１に示されるものと同一の
領域Ｅ１　，Ｅ２　である。今、例えば基準マスク５０
を領域Ｅ１　に載置し、この基準マスク５０のＸ軸と測
定装置の計測系のＸ軸とを座標変換の式を用いて整合さ
せる。この状態で測定装置により基準マスク５０の多数
位置を測定する。当該多数位置の真値は既知であるので
、測定した値と真値との差が前述の理由により生じる誤
差となる。領域Ｅ１　における誤差が一点鎖線により極
端に拡大して示されている。ΔＸは位置Ｅ１ｘにおける
Ｘ軸方向の誤差、ΔＹは位置Ｅ１ＹにおけるＹ軸方向の
誤差、θは傾き誤差、Ｙｊ　θは傾きθとＹ軸方向の長
さとにより生じる誤差を示す。なお、Ｘｉ　，Ｙｊ　は
それぞれ基準マスク５０のＸ，Ｙ軸方向の長さを示す。 同様にして、各領域の誤差が求められる。図２に、二点
鎖線により領域Ｅ２　の誤差が示されている。以上の手
段により各領域の誤差が求められると、次に、これら誤
差を１つの所定点（座標の原点）に対する誤差、即ち、
テーブル８の原点に対するテーブル各位置の誤差に変換
する。この変換は、各領域の誤差を当該原点を基準とし
て合成することにより成される。図２に、領域Ｅ１　と
領域Ｅ２　における誤差の合成の１例が示されている。 この合成は、一点鎖線で示される領域Ｅ１　の誤差に対
して、二点鎖線で示される領域Ｅ２　の誤差を重ね合わ
せることにより成され、これにより合成された誤差が破
線で示されている。このようにして、全領域の誤差が合
成されると、次に、得られた各誤差に対してそれぞれそ
の位置における補正値が求められる。この補正値は、例
えば領域Ｅ１　における誤差が図２に示すような誤差で
ある場合、領域Ｅ１　のある位置の座標を（Ｘ，Ｙ）と
すると、Ｘ軸方向の補正値は、（ΔＸ・Ｘ）／Ｘｉ　，
Ｙ軸方向の補正値は（ΔＹ・Ｙ）／Ｙｊ　となる。この
ようにして得られた全領域の各補正値を、仮の補正値と
称することにする。

【０００９】ところで、上記仮の補正値は、９つの領域
をつなぎ合せた結果得られる誤差に基づいて求められた
ものである。しかしながら、各隣接する領域の境界部を
完全に一致させて誤差の測定を行なうのは極めて困難で
あり、もし、当該各境界部に不一致が存在する場合、当
然仮の補正値にも誤差が含まれることとなる。本実施例
では、仮の補正値の誤差を排除するため、図３に示す手
段が採られる。図３で、８は上述と同じテーブル、５１
は寸法が未知の大型マスクを示す。この大型マスク５１
は、最初、所定の方向に向けてテーブル８上に載置され
る。この方向を仮に角度０度の方向とする。図３では、
この方向を矢印Ａ０　で示してある。この状態において
、当該大型マスク５１の各部の寸法が実測され、それら
各値が前述の仮の補正値により補正され、測定値として
記憶される。次に、大型マスク５１の載置角度を９０度
変更し（矢印Ａ９０）、同様の測定を行なう。さらに、
角度を９０度変更し（矢印Ａ１８０　に示されており、
最初の載置状態に対して１８０度回転した状態）、同様
の測定を行ない、さらに又、角度を９０度変更し（矢印
Ａ２７０　で示されており、最初の載置状態に対して２
７０度回転した状態）て同様の測定を行なう。以上４つ
の載置状態における大型マスク５１の寸法測定が終了し
た後、テーブル８の同一位置における４つの測定値が記
憶装置から取出されて比較される。そして、これら４つ
の測定値が等しければ、さきに求めたその位置の仮の補
正値が正しい補正値であるとし、これを真の補正値とし
て決定し記憶する。又、４つの測定値が一致しない場合
には、仮の補正値が誤っているとし、４回の測定値がそ
の平均値となるように仮の補正値を修正し、この修正さ
れた補正値を真の補正値として決定し記憶する。以後、
このテーブル８に載置される被測長物の測定値は、記憶
された真の補正値により補正されることとなり、測長装
置の加工、組立、調整を高精度レベルで行なわなくても
正確な測定結果を得ることができる。なお、上記実施例
の説明において、小型の基準マスク５０は１個用いて各
領域を順次測定してもよいし、又、任意の複数個用いる
こともできる。

【００１０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、最初に
小型の基準マスクで全測定領域を分割して測定し、仮の
補正値を決定し、次いで、寸法が未知の大型マスクの寸
法を、当該大型マスクのテーブルへの載置方向を複数回
変えて仮の補正値を用いて実測し、テーブルの同一位置
における各回の実測値が一致しているか否かを判断し、
一致していないときは仮の補正値を修正して真の補正値
を決定するようにしたので、測長装置の加工、組立、調
整を許容値以内の高精度レベルで実施する必要はなく、
当該加工、組立、調整等を飛躍的に簡素化することがで
き、しかも、正確な測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る測定誤差補正方法を説明
するテーブルの平面図である。

【図２】図１に示す領域の拡大平面図である。

【図３】マスクをテーブルに載置する角度を説明する平
面図である。

【図４】マスクパターンの平面図である。

【図５】測長装置の斜視図である。

【図６】顕微鏡視野の平面図である。

【図７】顕微鏡視野の平面図である。

【符号の説明】

８　　テーブル ５０　　基準マスク ５１　　マスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測長物を載置するテーブルと、この
   テーブルを移動させる移動台と、この移動台を移動可能
   に支持するベースと、前記テーブルに対向して配置され
   た顕微鏡と、この顕微鏡像を撮影するカメラと、このカ
   メラにより撮影された顕微鏡像を処理する処理手段と、
   前記テーブルの移動量を測定する測定手段とを備えた測
   長装置において、前記テーブルの全測定領域より小さく
   、かつ、寸法が既知である基準マスクを用いて、当該全
   測定領域を複数に分割して各分割領域毎に多数位置の寸
   法を実測し、この実測により得られた各位置の誤差を各
   分割領域について基準点からの誤差として合成し仮の補
   正値を決定し、次いで、前記全測定領域とほぼ同等の大
   きさで、かつ、寸法が未知のマスクを前記テーブル上に
   複数の所定角度で設置し、各角度毎に前記仮の補正値を
   用いて多数位置の実測を行ない、前記テーブル上の同一
   位置における測定値が各角度で一致しない位置について
   各角度の測定値に基づいて真の補正値を決定することを
   特徴とする測長装置の測定誤差補正方法。
2. 【請求項２】　　請求項１において、前記複数の所定角
   度は、０度、９０度、１８０度および２７０度であるこ
   とを特徴とする測長装置の測定誤差補正方法。