CN1220032C - 线宽测定方法和线宽测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种线宽测定装置，无论测定样品的图形剖面形状如何，都能直接正确地测定其图形底部侧的长度。在线宽测定装置中，包括：对透明基板的被测定物进行投影的光学显微镜；以及对投影的被测定物进行摄像并变换成图像信号的摄像部；通过对图像信号进行运算处理来测定被测定物的线宽，其中，该线宽测定装置配有将所述透明基板大致垂直保持的固定台，所述光学显微镜从所述透明基板的背面侧对被测定物进行投影。

Description

线宽测定方法和线宽测定装置
技术领域
本发明涉及一种使用光学显微镜和摄像装置来测定透明玻璃上形成的图形的线宽的线宽测定装置及其方法。
背景技术
使用光学显微镜和CCD摄像机等二维图像传感器，测定半导体晶片和玻璃基板上形成的布线图形等的线宽的装置，特别是测定检查透明基板上形成的布线等的成膜图形(例如，薄膜图形)的线的宽度和图形间隔的线宽测定装置，一直以来就被使用着。所谓透明基板就是例如在测定检查时，以大于可测定的透过率透过照射到测定对象基板上的光(例如，可见光、红外线、紫外线、X射线等)的玻璃等基板(以下称为玻璃基板)。
目前，这种玻璃基板被用作等离子体显示器和LCD的显示基板，该玻璃基板的大小例如为1m×1m，而且有大型化的趋势。例如，玻璃基板上形成的薄膜图形有如图2所示的剖面构造。玻璃基板200的厚度为0.3mm～0.7mm左右，薄膜图形A、B的厚度e例如为1μm左右，形成薄膜图形B的TNab为8μm、BNab为10μm那样非常微细的图形。
通过图3来说明现有的线宽测定装置。图3是表示基本的线宽测定装置的结构方框图。1是测定样品，2是按压基板引导件，3是吸附板，4是Z轴方向机构部(Z载物台)，5是X轴方向机构部(X载物台)，6是Y轴方向机构部(Y载物台)，7是光学显微镜，8是摄像部，9是光源，10是测定控制部，11是向X载物台5和Y载物台6提供用于驱动X载物台5和Y载物台6的控制信号的XY载物台控制部，15是用于驱动Z载物台4、调整焦点位置的Z载物台控制部，12是监视器，71是物镜，72是中间透镜，73是聚光透镜，74是分光器(beam splitter)。
测定样品1由玻璃基板和其表面上形成的金属薄膜等的布线(或薄膜)图形构成。而且，摄像部8是CCD摄像机等的ITV摄像机，监视器12是CRT、TFT、LCD等构成的显示装置。
如图3所示，从光源9输出的光，通过聚光透镜73、分光器74、物镜71照射到装载在吸附板3上的测定样品1的期望部分。光学显微镜7使通过该照射光反射的测定样品1的期望部分的反射光，通过物镜71和中间透镜72在摄像部8上成像。摄像部8通过取得该信号并将其变换成电信号，对测定物样品1上的期望部分、例如薄膜图形进行摄像，并作为图像信号输出到测定控制部10。测定控制部10对提供的图像信号进行运算处理，对期望部分的线宽尺寸进行电测定，并输出到监视器12。监视器12显示测定物样品1的图像和线宽的测定值。测定控制部10还对XY载物台控制部11和Z载物台15进行控制。
X轴方向机构部5和Y轴方向机构部6，为了对被吸附板3上的按压基板引导件2固定的测定样品1的期望部分进行摄像，按照XY载物台控制部11的控制被驱动。吸附板3例如被连接在真空装置上，将玻璃基板吸附、固定在吸附板3上。此外，将Z轴方向机构部4垂直于测定样品1来设置，按照Z载物台控制部15的控制，对同样垂直设置的光学显微镜7的焦点位置进行调整。
于是，图3的线宽测定装置一般用来测定玻璃基板上形成的成膜图形，例如将镀敷膜腐蚀成预定形状的薄膜图形的线宽和图形间隔，进行玻璃基板上形成的成膜图形的好坏检查。
下面通过图4简单地说明基本的尺寸测定处理的原理。
图4(a)是显示在监视器12上的摄像部8摄像的测定样品1的图像的一例。图4(b)是表示图4(a)图像的亮度-像素特性(亮度波形)的一例的图。
在图4(a)中，扫描线Li横切在测定样品1上形成的图形500。
如图4(a)和图4(b)所示，作为将对应于扫描线Li的图像信号分解成N个的各像素位置和各自亮度的亮度-像素特性，可获得摄像部8摄像的测定样品1的期望部分、例如水平扫描线Li上的亮度分布。这里，N是水平扫描线方向的像素数。
作为基本的尺寸测定处理方法，根据亮度-像素特性(亮度波形)来求尺寸。在图4的例中，设亮度分布的最大亮度电平51为100％，最小亮度电平52为0％，与中间的亮度电平50％的亮度电平53相当的第a个像素和第b个像素间的位置差为Nab。此外，如果由摄像所使用的显微镜7的测定倍率和从摄像部8至测定样品1的被摄体距离确定的系数为k，则图形500的线宽X可以用式(1)求出。
X＝k×Nab                             ……(1)
这里，图4(a)的图形500以外的部分是玻璃基板本身，其反射率低，约为4％。
在现有的线宽测定装置中，将来自照明灯等光源9的光通过聚光透镜73由分光器74投下，通过物镜71照射到成为被摄体的测定样品1上。
测定样品1的反射光由物镜71放大，通过中间透镜72入射到摄像部8。摄像部8将入射的光变换成图像信号，并输出到测定控制部10。测定控制部10对输入的图像信号进行图像处理，对测定样品1的期望部分的图像、测定条件、XYZ位置信息和线宽测定结果等进行计算，变换成监视器12可显示的格式后输出到监视器12。
监视器12显示成为测定样品1的测定对象的期望部分的图像、测定条件、XYZ位置信息和线宽测定结果。
测定样品1搭载在由X轴方向机构部5、Y轴方向机构部6、吸附板3构成的XY载物台上，由按压基板引导件2进行定位，由吸附板3进行吸附，将基板进行固定。
XY载物台通过X轴方向机构部5沿水平X方向移动，通过Y轴方向机构部6沿Y方向移动，将测定样品1的期望部分对准定位在光学显微镜7的光轴线上。Z轴方向机构部4可以沿垂直(光轴)方向移动，将测定样品1的测定对象部位定位于光学显微镜7的焦点位置。
测定控制部10具有未图示的CPU，进行线宽测定装置的控制。例如，测定控制部10向XY载物台控制部11传送控制信号，使吸附板3移动，从而使测定样品1的期望部分与光学显微镜7的光轴一致。由此，XY载物台控制部11对吸附板3的位置进行控制。此外，例如，测定控制部10向Z载物台控制部15传送控制信号，对Z轴方向机构部4的位置进行控制。
根据测定样品1的图形的剖面形状，摄像部8摄像的图像亮度波形如图2那样。图2的亮度波形201表示将来自形成了玻璃基板200的薄膜图形侧(上侧)的光L1、照射到玻璃基板200和该玻璃基板200上形成的两种图形(图形A、图形B)时的反射光的亮度波形。
线宽的测定需要测定玻璃基板200上形成的图形A和B的剖面、特别是玻璃基板200和图形A及B的与玻璃基板200接触的部分的宽度、长度等尺寸或面积。
但是，在图形B中，通过光L1的照射，可以按照式(1)来测定上边的长度尺寸TNab的亮度波形201的凸部ab间的长度。但是，对于下边(与玻璃基板200接触的底部位置)部分的长度BNab，亮度波形201的亮度差小，检测困难。
同样，在图形A中，对于上边的长度TNab，通过检测亮度波形201的凹部a、b，可按式(1)进行测定，但相当于下边部分(底部位置)的长度Bnab，因不能获得亮度波形而不能测定。
而且，在图形A、B任何一个中，在其上部有其他图形和构造物时也都不能正确地测定。
于是，测定薄膜图形的尺寸和面积的理由也如图2中说明的那样，因薄膜图形的尺寸大致为5μm～15μm、厚度大致为1μm～5μm的非常小的尺寸，所以，存在与玻璃基板的连接强度问题，以及在电极那样的布线时，尺寸和面积极大地影响电极的电阻，所以需要尽可能地进行正确的尺寸和面积的计测。
例如，液晶显示器由液晶基板和滤色片构成，液晶基板和滤色片都形成在透明的玻璃基板上。在该玻璃基板上形成集成电路的过程中，进行线宽测定检查。而且，如上所述，在集成电路的线宽的评价中，连接强度和电阻值等的影响左右着液晶显示器的性能，所以接触玻璃基板一侧的薄膜图形宽度很重要。
在上述的现有技术中，在测定与测定样品(玻璃基板)200的图形A的玻璃基板200接触的部分的线宽时，由亮度波形的凹a、b检测来测定上边的长度TNab，从测定的TNab的值，对下边的长度BNab例如根据经验或实验的数据进行估算。因此，下边的长度BNab实际上不是测定的值，所以存在不能正确测定的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线宽测定装置，可消除上述缺点，无论测定样品的图形的剖面的形状如何，都可以直接测定与基板接触一侧的成膜图形的尺寸。
为了实现上述目的，本发明的线宽测定装置将透明的玻璃基板上形成的成膜图形搭载在XY载物台上，从形成有成膜图形的玻璃基板侧的背面进行图形的测定。
即，本发明的线宽测定方法用于线宽测定装置，该线宽测定装置包括：对形成有被测定物的测定基板进行固定、且设置在纵方向的机构部；对所述被测定物进行照明的照明部件；通过光学显微镜对所述测定基板进行摄像的摄像装置；以及对来自所述摄像装置的图像信号进行处理，对所述被测定物的尺寸进行计测的信号处理部；其中，该线宽测定方法将所述摄像装置配置在与所述测定基板的形成有所述被测定物一侧的相反侧上，通过所述照明部件从所述测定基板侧对所述被测定物进行照明，将其反射光通过所述测定基板由所述摄像装置进行摄像。
此外，本发明的线宽测定方法的特征在于，形成有所述被测定物的测定基板是形成有滤色片的液晶基板和TFT基板的其中一个。
本发明的线宽测定装置包括：对形成有被测定物的测定基板进行固定、且设置在纵方向的机构部；对所述被测定物进行照明的照明部件；通过光学显微镜对所述测定基板进行摄像的摄像装置；以及对来自所述摄像装置的图像信号进行处理，对所述被测定物的尺寸进行计测的信号处理部；其特征在于：将所述摄像装置配置在与所述测定基板的形成有所述被测定物一侧的相反侧上，通过所述照明部件，从所述测定基板侧对所述被测定物进行照明，将其反射光通过所述测定基板由所述摄像装置进行摄像。
此外，本发明的线宽测定装置的特征在于，还包括对支撑所述测定基板的固定台或所述摄像装置的其中一个进行驱动的机构部。
此外，本发明的线宽测定装置的特征在于，支撑所述测定基板的机构部构成为，使所述测定基板大致处于纵方向。
此外，本发明的线宽测定装置的特征在于，形成有所述被测定物的测定基板是形成有滤色片的液晶基板和TFT基板的其中一个。
即，在通过光学显微镜和摄像装置来测定透明基板上的被测定物的微小尺寸的线宽测定装置中，本发明的线宽测定方法从所述透明基板的背面侧测定所述被测定物。
此外，本发明的线宽测定方法将所述透明的玻璃基板大致纵向设置，从所述玻璃基板的背面侧来测定所述被测定物。
此外，本发明的线宽测定装置包括：对透明基板上的被测定物进行投影的光学显微镜；以及对该投影的被测定物进行摄影并变换成图像信号的摄像部；通过对该图像信号进行运算处理来测定所述被测定物的线宽；其中，该线宽测定装置包括将所述透明基板大致垂直保持的载物台，所述光学显微镜从所述透明基板的背面侧对被测定物进行投影。
附图说明
图1表示本发明的一实施例的线宽测定装置的基本结构的方框图。
图2是说明现有的测定方法的图。
图3表示现有的线宽测定装置的基本结构的方框图。
图4是简单说明尺寸测定处理的原理图。
图5是说明本发明的测定方法的图。
图6表示按现有的方法摄影的一例图像的图。
图7表示按本发明的方法摄影的一例图像的图。
图8表示按现有的方法摄影的一例图像的图。
图9表示按本发明的方法摄影的一例图像的图。
图10表示本发明的另一实施例的线宽测定装置的基本结构的方框图。
具体实施方式
本发明的一实施例将形成了薄膜图形的玻璃基板搭载在XY载物台上，从在基板表面侧形成了薄膜图形的基板的、没有形成薄膜图形的基板侧(基板背面侧)照射照明光，并进行测定。在使用如图3所示的现有装置对基板的背面进行测定的情况下，基板表面侧(形成了薄膜图形的一侧)和吸附板3接触，会破坏集成电路的绘制图形，所以需要非接触地保持基板的表面侧和吸附板3。
因此，在本发明的一实施例中，将测定样品1大致设置在纵方向上，对测定样品1的基板背面侧(不形成薄膜图形的一侧)的周边进行吸附夹紧，将光学显微镜配置在测定样品1的背面侧，从基板背面侧进行测定。由此，如图5所示，可以测定台形的下边(底部位置)的宽度。
如图3的现有装置那样，也考虑过对基板进行翻转计测，但在对周边部进行吸附固定并将玻璃基板200平面配置时，玻璃基板200的大小为1m×1m，厚度为0.3m～0.7m，所以玻璃基板200的中央部分产生几十～几百μm的弯曲(变形)。该变形的比例(弯曲的大小)在与测定的薄膜图形的尺寸相同、或比其大、或比光学显微镜7的焦点深度大时，难以进行正确的测定。因此，在本发明的一实施例中，将对基板进行固定的XY载物台设置在纵方向上。
图1是表示本发一实施例的线宽测定装置的基本结构的方框图。
将测定样品1搭载在由吸附板3’和按压基板引导件2’构成的XY载物台上。测定样品1由按压基板引导件2’定位，由吸附板3’对测定样品1的周边部进行吸附，固定在XY载物台上。XY载物台安装在固定台13上，并进行设置，使得测定样品1大致垂直。
测定样品1的基板在图1的左侧是用于测定的形成了薄膜图形的面(表面侧)，右侧是用于测定的没有薄膜图形的面(背面侧)。其他结构、以及测定和运算处理、显示等与图3所示的现有装置相同，所以省略说明。
从光源9输出的光，照射到搭载在吸附板3’上的测定样品(玻璃基板)1的没有形成薄膜图形的表面侧的期望部分。照射的光由玻璃基板1和薄膜图形A、B进行反射后，通过光学显微镜7被摄像部8摄像。
根据要测定的测定样品1的薄膜图形部分(测定图形)的剖面形状，摄像部8摄像的测定图形的图像亮度波形501变成如图5所示那样。
测定图形的线宽的测定需要对测定样品1的图形A和B的剖面、即梯形形状的下边(底部)进行测定。
在图形B中，与现有技术一样，可以如图4所示地处理亮度波形，按照式(1)来测定下边的长度BNab。
然后，在图形A中也一样，可以通过对下边的长度BNab如图4那样进行亮度波形处理，按照式(1)来进行测定。
图6～图9是从表面侧和背面侧对测定样品进行摄影时的一例画面，是表示现有技术和本发明的差异的图。通过株式会社日立国际电气制造的ITV摄像机(1/3”CCD摄像机){黑白(像素数768(H)×492(V))、帧速30Hz(2∶1隔行扫描)}构成的摄像部8获得图6～图9的画面。图6是表示用MX50显微镜(10倍物镜)从表面侧(上)对TFT基板的一部分进行摄像的图，图7是表示从背面侧(下)进行摄像的图像。图8是用MX50显微镜(20倍物镜)从表面侧对TFT基板的一部分进行摄像的图，图9是表示从背面侧进行摄像的图像。
从其照片图像可知，图6所示的图形在图形601中在其图形601上再覆盖其他的图形膜，所以不能明确地读取图形的宽度，难以进行图形宽度的测定。
相反，在本实施例的图7的照片图像中，相同的图形602被明确地读取，所以可以对图形602的尺寸进行计测。
图8和图9是在现有技术和本发明的技术中，对于同一玻璃基板的同一图形来比较多次测定时的测定偏差的图。在基于现有技术的图8中，在以标准偏差的3倍表示再现性时为0.03μm，在基于本发明技术的图9中，在以标准偏差的3倍表示再现性时为0.015μm。即，再现性被大幅度地改善，通过实施本发明，微细尺寸测定的再现性良好，而且与现有技术的测定方法相比，可以进行更正确地计测。
作为本发明的另一实施例，如图10所示，形成按压基板引导件2’和吸附板3’构成的盒(cassette)结构，可从固定台13上进行拆装，通过交换装有其他的测定样品1的、由按压基板引导件2’和吸附板3’构成的盒14，可以容易地进行测定样品的交换。
此外，在上述实施例中，形成使测定样品1大致定位于纵方向上的结构，当然，也可以定位于垂直方向，如果在焦距范围内，则也可以具有某个角度来设置。
此外，图10是表示本发明的另一实施例的线宽测定装置的结构方框图。在图10的实施例中，按照XY载物台控制部11的控制来驱动的X轴方向机构部5和Y轴方向机构部6，使搭载了光学显微镜7的Z轴方向机构部4移动，对测定样品1的期望部分进行摄像。这种情况也与图1的例子一样，按照XY载物台控制部11的控制，来驱动X轴方向机构部5和Y轴方向机构部6。这种情况下，在将测定样品1交换为另一样品时，使测定样品侧移动的情况是有效的。
如上所述，可知为了对测定样品的期望部分进行测定，使测定样品侧和摄像部侧的某一方或两方进行移动都可以。
如以上所述，根据本发明，具有以下效果：
(1)通过可进行从基板背面侧的显微镜观察，可以测定与微细的薄膜图形等基板的接触部分的线宽，对于液晶基板和滤色片基板上的线图形等形成在透明基板上的成膜图形，可以正确地进行期望的线宽测定检查，提高制造后工序的成品率；
(2)通过将厚度为0.3～0.7mm的透明基板垂直地配置，使与光学显微镜的焦距始终固定，即使自由地移动XY载物台，光学显微镜也不接触透明基板，所以不对图形产生损伤，提高成品率；
(3)作为大型化为1m×1m的液晶基板、滤色片基板、TFT基板等透明基板上形成的成膜图形的检查装置，采用将基板垂直地设置并进行测定的方式，可实现装置的小型化。

Claims (7)

1.一种线宽测定方法，用于线宽测定装置，该线宽测定装置包括：对形成有被测定物的测定基板进行固定、且设置在纵方向的XY载物台；对所述被测定物进行照明的照明部件；通过光学显微镜对所述测定基板进行摄像的摄像装置；以及对来自所述摄像装置的图像信号进行处理，对所述被测定物的尺寸进行测量的信号处理部；该线宽测定方法的特征在于：将所述摄像装置配置在与所述测定基板的形成有所述被测定物一侧的相反侧上，通过所述照明部件从所述测定基板侧对所述被测定物进行照明，将其反射光通过所述测定基板由所述摄像装置进行摄像。
2.如权利要求1所述的线宽测定方法，其特征在于，形成有所述被测定物的测定基板是形成有滤色片的液晶基板和TFT基板的其中一个。
3.一种线宽测定装置，包括：对形成有被测定物的测定基板进行固定、且设置在纵方向的XY载物台；对所述被测定物进行照明的照明部件；通过光学显微镜对所述测定基板进行摄像的摄像装置；以及对来自所述摄像装置的图像信号进行处理，对所述被测定物的尺寸进行测量的信号处理部；其特征在于：将所述摄像装置配置在与所述测定基板的形成有所述被测定物一侧的相反侧上，通过所述照明部件从所述测定基板侧对所述被测定物进行照明，将其反射光通过所述测定基板由所述摄像装置进行摄像。
4.如权利要求3所述的线宽测定装置，其特征在于，包括对支撑所述测定基板的XY载物台或所述摄像装置的其中一个进行驱动的机构部。
5.如权利要求3所述的线宽测定装置，其特征在于，支撑所述测定基板的XY载物台构成为，使所述测定基板大致处于纵方向。
6.如权利要求3所述的线宽测定装置，其特征在于，形成有所述被测定物的测定基板，是形成有滤色片的液晶基板和TFT基板的其中一个。
7.一种线宽测定方法，其特征在于：在通过光学显微镜和摄像装置来测定透明基板上的被测定物的微小尺寸的线宽测定装置中，XY载物台对形成有被测定物的测定基板进行固定、且设置在纵方向，从所述透明基板的形成有被测定物一侧的相反侧测定所述被测定物。
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