JP2000018928A - 共焦点走査型顕微鏡を用いた寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示素子や半導体素子の配線パターンの
寸法を高精度で測定できる寸法測定装置を提供する。 【解決手段】 共焦点走査型顕微鏡を測定手段として用
い、この共焦点顕微鏡によって得られた被測定物からの
戻り光をその強度に応じた電圧レベルの映像信号に変換
する撮像手段と、撮像手段から出力される映像信号に基
づいて被測定物の画像を生成しモニタに出力する画像処
理手段とを具備し、モニタ上に表示された被測定物画像
の所定位置をポインティングデバイス等の入力手段によ
って指定するとその指定位置に対応する前記映像信号の
レベルと時間的にその前後の映像信号のレベルとを比較
しそのレベル差に応じて対物レンズを前記検査ステージ
に対して上下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶製造ラインや
半導体製造ラインの各工程において形成される配線パタ
ーンの微小寸法を測定する測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式顕微鏡を用いた寸法測定装
置は、通常の顕微鏡観察に用いられる明視野照明を用い
て被測定物を撮像し、得られた映像信号レベルを常に一
定に保つため、顕微鏡光学系に連続的に濃度の変化する
ＮＤフィルタを配置し、このＮＤフィルタによって自動
調光を行い、映像信号がもっともシャープになるように
被測定物を載置したステージまたは対物レンズを上下動
させて、自動合焦を行っていた。

【０００３】そして配線パターン上で得られた映像信号
の時間幅を測定し、映像信号の1 水平走査期間（ＮＴＳ
Ｃ方式で６３．５μ秒）に対する割合から実際の配線幅
を計算して求めていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の寸法測定装置に
おいては、明視野観察を行っているため、配線パターン
とその他の領域との間のコントラストが低いという問題
があった。また従来の寸法測定装置の自動合焦方法で
は、サブミクロンレベルの微小寸法を計測するために高
倍率対物レンズを用いると光量が不足し、自動合焦の精
度が低下するという問題があった。また高倍率対物レン
ズの視写界深度が浅く、被測定物表面には凹凸があるた
め、目的の配線パターンに正確に合焦させることができ
ない場合があった。本発明は上記の技術的背景に鑑み、
高精度な寸法測定の可能な測定装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、共焦点走査型
顕微鏡を測定手段として用い、この共焦点顕微鏡によっ
て得られた被測定物からの戻り光をその強度に応じた電
圧レベルの映像信号に変換する撮像手段と、撮像手段か
ら出力される映像信号に基づいて被測定物の画像を生成
しモニタに出力する画像処理手段とを具備し、モニタ上
に表示された被測定物画像の所定位置をポインティング
デバイス等の入力手段によって指定するとその指定位置
に対応する前記映像信号のレベルと時間的にその前後の
映像信号のレベルとを比較しそのレベル差に応じて対物
レンズを前記検査ステージに対して上下させる制御手段
とを有することを特徴とする。

【０００６】本発明の共焦点走査型顕微鏡は、被測定物
を照射する光源と、光源と被測定物との間に配置され、
光源光を透過するビームスプリッタと、ビームスプリッ
タと被測定物との間に配置され、ビームスプリッタから
の透過光を透過する透光部を有するニポウディスクと、
ニポウディスクと被測定物との間に配置された対物レン
ズとから構成される。

【０００７】上記の構成を用いることにより、被測定物
からの戻り光のうち測定領域以外からの反射光はニポウ
ディスクによってカットされるため、クリアな映像信号
が得られ、また測定位置にある配線パターンに対応する
映像信号のレベルと時間的にその前後の映像信号のレベ
ル即ち配線パターン以外の領域に対応する映像信号のレ
ベルとを比較しそのレベル差が最大となるように、対物
レンズと検査ステージの距離を自動的に調節することに
より、高精度な寸法測定が可能となる。

【０００８】また本発明に用いるニポウディスクは、例
えば円形のガラス板上に金属などの遮光膜を蒸着し、こ
の遮光膜をエッチング加工して光源光を透過するための
ピンホールを螺旋状に複数個形成したものを用いること
ができる。そしてこのニポウディスクをモータで回転さ
せることにより、被測定物を走査して観察することがで
きる。

【０００９】ところでこのニポウディスクが回転駆動さ
れる際に、検査ステージに振動が伝達されると、寸法測
定の精度が低下するおそれがある。そこでこの検査ステ
ージを支持する空気バネ及び除振ゴムを有する除振台
と、前記除振台上に取り付けられた振動センサと、前記
空気バネの内圧を前記振動センサの出力信号に基づいて
制御する振動制御手段とを設けることにより、高周波帯
域の振動は除振ゴムにより除去し、さらに低周波帯域の
振動は空気バネの内圧を振動センサにより検知した情報
に基づいて制御することにより、効率よく除去すること
ができる。この除振ゴムには、ゴム層と金属層を交互に
複数積み重ねたものを用いることができ、積層数として
は数十段程度が望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図１は本実施例の寸法測定装置の全
体的なシステム構成を示す。寸法測定装置の基本構成
は、顕微鏡ユニット１、顕微鏡ユニット１を支持する振
動制御ユニット２１及び顕微鏡ユニット１と振動制御ユ
ニット２１の制御系より構成される。

【００１１】顕微鏡ユニット１は、図２に示すように、
光源１５、光源光を透過するビームスプリッタ１６、ビ
ームスプリッタ１６からの光を透過するピンホールが複
数形成されたニポウディスク１７、ニポウディスク１７
を通過した光を被測定物上に集光する対物レンズ１８を
有する。ビームスプリッタ１６はハーフミラーやダイク
ロイックミラーで構成され、光源光を透過する一方、被
測定物表面で反射されニポウディスクを透過してくる戻
り光を直角方向に反射する。ビームスプリッタ１６の反
射光はリレーレンズ１９によって集光され、ＣＣＤ２に
入射する。

【００１２】図３は、ニポウディスクを用いた共焦点光
学系の原理図を示す。ニポウディスクのピンホールを通
過した光は、対物レンズ１８によって被測定物上に集光
される。対物レンズ１８の焦点面で反射された光は、対
物レンズ１８によってピンホールの位置に結像され、ピ
ンホールを抜けるが、焦点面以外で反射された反射光は
ピンホールの前方または後方に結像位置があるため、そ
の殆どがピンホール以外の領域で反射される。従って寸
法測定を行いたい配線上に焦点面を形成するように対物
レンズ位置を調整することにより、配線パターン以外の
基板面で反射される光をニポウディスクによりカットす
ることができる。

【００１３】再び図１を参照して、振動制御ユニット２
１の構成を説明する。検査ステージ２０は支持軸２４
と、この支持軸２４と平行に配置された空気バネ２２及
び除振ゴム２３により支持されている。またこの支持軸
２３は水平方向にも空気バネ２２及び除振ゴム２３によ
って支持されている。各空気バネの内圧は、コントロー
ルバルブ９，１０より送られる空気により可変に制御さ
れる。

【００１４】次に顕微鏡ユニット１の制御方法を説明す
る。顕微鏡ユニット１上にはＣＣＤカメラ２が接続さ
れ、ＣＣＤカメラ２から出力される映像信号は光ファイ
バケーブルにより伝送装置３に送られる。制御装置４に
送られた映像信号は、画像処理装置５とモニタ６に送ら
れる。画像処理装置５は、制御装置４から送られた映像
信号に基づいて測定対象物の画像を生成し、モニタ６に
送出する。モニタ６の画面上には、映像信号と測定対象
物の画像とが同時に表示される。

【００１５】図４は、ＣＣＤカメラ２から出力される映
像信号波形を示す。被測定面上に配線パターンが存在す
ると、配線パターン外の領域に比べて戻り光強度が強く
なるため、この戻り光強度に応じて映像信号レベルが高
くなる。

【００１６】モニタ６にはポインティングデバイスが備
わっており、表示された測定対象物画像の特定位置を指
定できる。この二次元画像のアドレス値は映像信号の時
間軸と対応しているため、画像位置を指定することによ
ってその位置における映像信号強度を参照することがで
きる。例えば表示画像上で配線パターンをポインティン
グデバイスにより指定すると、画像処理装置５にそのア
ドレス情報が戻され、画像処理装置５内でポインティン
グデバイスによる指定位置の映像信号強度が算出され
る。

【００１７】制御装置４は、画像処理装置５より送られ
てくる指定位置の映像信号強度と時間的にその前後の映
像信号（表示画像上では配線パターン外の領域に想到す
る）の強度とを比較し、そのレベル差に応じて対物レン
ズ１８を上下に移動させる制御信号を生成する。対物レ
ンズを動かした結果得られた映像信号は再び同様の処理
を受けて制御装置４にフィードバックされる。このフィ
ードバック制御を繰り返して、指定位置の映像信号強度
と指定位置以外の映像信号強度とのレベル差がもっとも
大きくなる位置に対物レンズを制御する。

【００１８】その結果、配線パターンに対応する映像信
号とその他の領域に対応する映像信号との間で高いコン
トラストが得られ、モニタ上の映像信号波形中の配線エ
ッジ位置を容易に特定することができる。そして配線エ
ッジ間の時間幅を計測し水平走査期間に対する時間幅の
割合を計算することにより、正確な配線パターン寸法が
得られる。

【００１９】次に振動制御ユニットの制御方法を説明す
る。検査ステージ２０の水平方向の振動は振動センサ１
１によって検出され、水平振動コントローラ１３を介し
て制御装置４に送られ、垂直方向の振動は振動センサ１
２によって検出され、垂直振動コントローラ１４を介し
て制御装置４に送られる。制御装置４は、振動をキャン
セルするためのそれぞれの空気バネの内圧を内蔵された
プログラムによって求め、コントロールバルブ９，１１
の開度を演算結果に基づいて決定する。その結果、コン
トロールバルブ９，１１よりそれぞれの空気バネに対し
て振動をキャンセルするために最適な空気量を送り込む
ことができる。これにより検査ステージ２０の振動を極
力低減することができる。以上の構成により、コントラ
ストの高い映像信号が得られ、配線パターン寸法を正確
に求めることが可能となる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の寸法測定装置においては、配線
パターンとその他の領域との間で高コントラストの映像
信号波形が得られるため、配線パターン寸法を正確に求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における寸法測定装置の全体
構成を示す。

【図２】図１の顕微鏡ユニットの構成を示す。

【図３】共焦点光学系の原理図を示す。

【図４】撮像手段から出力される映像信号波形を示す。

【符号の説明】

１・・・ 顕微鏡ユニット ２・・・ ＣＣＤ ４・・・ 制御装置 ５・・・ 画像処理装置 ６・・・ モニタ １１，１２・・・ 振動センサ １５・・・ 光源 １６・・・ ビームスプリッタ １７・・・ ニポウディスク １８・・・ 対物レンズ ２０・・・ 検査ステージ ２１・・・ 振動制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA22 CC00 CC17 DD14 FF04 HH04 JJ03 JJ26 LL00 LL04 MM22 PP24 QQ31 2H088 FA11 FA30 4M106 AA20 BA10 CA40 CA70 DB04 DB07 DB11 DB12 DB13 DB18 DB19 DB20 DB30 DJ18 DJ23 DJ39 DJ40

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を載置する検査ステージと、前
   記被測定物を照射する光源と、前記光源と前記被測定物
   との間に配置され、前記光源光を透過するビームスプリ
   ッタと、前記ビームスプリッタと前記被測定物との間に
   配置され、前記ビームスプリッタからの透過光を透過す
   る透光部を有するニポウディスクと、前記ニポウディス
   クと前記被測定物との間に配置された対物レンズと、前
   記ビームスプリッタによって反射される前記被測定物か
   らの戻り光を検知し戻り光強度に応じたレベルの映像信
   号に変換する撮像手段と、前記映像信号に基づいて被測
   定物の画像を生成しモニタに出力する画像処理手段と、
   前記モニタに表示された被測定物画像の所定位置を指定
   する入力手段と、 前記入力手段によって指定された位置に対応する前記映
   像信号のレベルとその前後のレベルとを比較しそのレベ
   ル差に応じて前記対物レンズを前記検査ステージに対し
   て上下させる制御手段とを有することを特徴とする共焦
   点走査型顕微鏡を用いた寸法測定装置。
2. 【請求項２】前記検査ステージを支持する空気バネ及び
   除振ゴムを有する除振台と、前記除振台上に取り付けら
   れた振動センサと、前記空気バネの内圧を前記振動セン
   サの出力信号に基づいて制御する振動制御手段を具備す
   ることを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡
   を用いた寸法測定装置。