JP2002257517A - 微小寸法測定装置 - Google Patents
微小寸法測定装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/024—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】光顕微鏡の分解能以下の被測定物に対しても測
定をより可能とする微小寸法測定装置を提供する。 【解決手段】光学顕微鏡とイメージセンサを用いて、被
測定物を撮像し、得られた映像信号から所定の輝度レベ
ルの一致する２点ａ，ｂの信号位置を抽出し、この２点
間の位置情報に基づき被測定物の寸法を算出測定する微
小寸法測定装置において、２点ａ，ｂ間の位置の差と、
基準となる最大輝度に対する２点間の最大輝度ｃの比率
との乗算に基づき、被測定物の寸法を測定することを特
徴とする。
定をより可能とする微小寸法測定装置を提供する。 【解決手段】光学顕微鏡とイメージセンサを用いて、被
測定物を撮像し、得られた映像信号から所定の輝度レベ
ルの一致する２点ａ，ｂの信号位置を抽出し、この２点
間の位置情報に基づき被測定物の寸法を算出測定する微
小寸法測定装置において、２点ａ，ｂ間の位置の差と、
基準となる最大輝度に対する２点間の最大輝度ｃの比率
との乗算に基づき、被測定物の寸法を測定することを特
徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学顕微鏡とＣＣ
Ｄカメラ等の二次元イメージセンサを利用して、磁気ヘ
ッドトラック幅，半導体ウェハ生成用マスクの線幅等の
微小寸法を非接触で測定する微小線幅測定装置に関する
ものである。
Ｄカメラ等の二次元イメージセンサを利用して、磁気ヘ
ッドトラック幅，半導体ウェハ生成用マスクの線幅等の
微小寸法を非接触で測定する微小線幅測定装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】基本的な微小寸法測定装置の構成は、図
５に示すように、光学顕微鏡２３で投影された被写体
（被測定物）２の空間像をＣＣＤカメラ２７で撮像し、
寸法測定演算処理装置２８で所望部分の寸法を電気的
（映像信号の波形処理）に測定し、ＴＶモニタ１に被測
定物２の画像と寸法測定値を表示するものがある。ここ
で、寸法測定演算処理装置２８はＣＰＵ２８０、ＲＯＭ
２８１、フレームメモリ２８２、Ｚ軸モータ駆動パルス
発生部２８３、映像ピーク検出回路２８４、ＤＣモータ
駆動パルス発生部２８５で構成されている。
５に示すように、光学顕微鏡２３で投影された被写体
（被測定物）２の空間像をＣＣＤカメラ２７で撮像し、
寸法測定演算処理装置２８で所望部分の寸法を電気的
（映像信号の波形処理）に測定し、ＴＶモニタ１に被測
定物２の画像と寸法測定値を表示するものがある。ここ
で、寸法測定演算処理装置２８はＣＰＵ２８０、ＲＯＭ
２８１、フレームメモリ２８２、Ｚ軸モータ駆動パルス
発生部２８３、映像ピーク検出回路２８４、ＤＣモータ
駆動パルス発生部２８５で構成されている。
【０００３】被測定物２を、ＸＹステージ２０上に搭載
し、顕微鏡の視野に移動する。移動はＣＰＵ２８０がス
テージ制御部２９へＲＳ−２３２Ｃ回線を介して命令す
る。被写体２の焦点方向の移動は、ＣＰＵ２８０がＺ軸
モータ駆動パルス発生部２８３に命令し、Ｚ軸移動モー
タ２２を駆動し、Ｚ軸ステージ２１を上下移動させ、合
焦点を得る。
し、顕微鏡の視野に移動する。移動はＣＰＵ２８０がス
テージ制御部２９へＲＳ−２３２Ｃ回線を介して命令す
る。被写体２の焦点方向の移動は、ＣＰＵ２８０がＺ軸
モータ駆動パルス発生部２８３に命令し、Ｚ軸移動モー
タ２２を駆動し、Ｚ軸ステージ２１を上下移動させ、合
焦点を得る。
【０００４】ＣＣＤカメラ２７への入射光量の最適化
は、映像ピーク検出回路２８４で所定範囲の映像信号の
輝度ピーク値を検出し、ＤＣモータ駆動パルス発生部２
８５で、図示していない基準値と比較し、その出力によ
り、ＤＣモータ２６を駆動し、減光機構２５を制御し、
光量を調整する。
は、映像ピーク検出回路２８４で所定範囲の映像信号の
輝度ピーク値を検出し、ＤＣモータ駆動パルス発生部２
８５で、図示していない基準値と比較し、その出力によ
り、ＤＣモータ２６を駆動し、減光機構２５を制御し、
光量を調整する。
【０００５】図６は、図５のＣＣＤカメラ２７で撮像し
た被測定物２のＴＶモニタ1とＴＶモニタ1における測定
対象走査線６（Ｌｉ）上のフレームメモリ２８２（図
５）で得られる輝度分布である。５はポール面を示す。
測定対象走査線６（Ｌｉ）の輝度分布は、走査線６（Ｌ
ｉ）に対応する映像信号をＮ分解した各画素位置と、そ
れぞれの輝度により、寸法を求めるが、輝度分布６０に
おける最大輝度レベル６１を１００％とし、最小輝度レ
ベル６２を０％とし、５０％の輝度レベル６３に相当す
るａ番目の位置の画素とｂ番目の位置の画素間の位置差
Ｎａｂを求め、この位置差Ｎａｂに、この時の光学顕微
鏡２３の測定倍率とＣＣＤカメラ２７の受光サイズから
求めた係数ｋを乗じて、対応する被測定物２の寸法値Ｘ
を求めていた。これを便宜上エッジ認識法と呼ぶ。 Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ 一方、寸法測定の最小寸法限界は、光学顕微鏡の分解能
となる。ここで、分解能αは、 α＝λ／（２×Ｎａｂ）、 λ：波長 ＮＡ：対物レ
ンズの開口数 であらわされる。
た被測定物２のＴＶモニタ1とＴＶモニタ1における測定
対象走査線６（Ｌｉ）上のフレームメモリ２８２（図
５）で得られる輝度分布である。５はポール面を示す。
測定対象走査線６（Ｌｉ）の輝度分布は、走査線６（Ｌ
ｉ）に対応する映像信号をＮ分解した各画素位置と、そ
れぞれの輝度により、寸法を求めるが、輝度分布６０に
おける最大輝度レベル６１を１００％とし、最小輝度レ
ベル６２を０％とし、５０％の輝度レベル６３に相当す
るａ番目の位置の画素とｂ番目の位置の画素間の位置差
Ｎａｂを求め、この位置差Ｎａｂに、この時の光学顕微
鏡２３の測定倍率とＣＣＤカメラ２７の受光サイズから
求めた係数ｋを乗じて、対応する被測定物２の寸法値Ｘ
を求めていた。これを便宜上エッジ認識法と呼ぶ。 Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ 一方、寸法測定の最小寸法限界は、光学顕微鏡の分解能
となる。ここで、分解能αは、 α＝λ／（２×Ｎａｂ）、 λ：波長 ＮＡ：対物レ
ンズの開口数 であらわされる。
【０００６】図７は光学顕微鏡の分解能αと輝度分布の
関係図である。図７において、３４は２α幅の白線輝度
分布であり、３７は最小輝度レベル、３８は最大輝度レ
ベル（ＶＨ）、４１はスレッシュホールドレベルであ
る。また、３５はα幅の白線輝度分布であり、３９は最
大輝度レベル、４２はスレッシュホールドレベルであ
る。また、３６はα幅未満の白線輝度分布であり、４０
は最大輝度レベル、４３はスレッシュホールドレベルで
ある。図７に示すように、２α幅の白線輝度分布３４，
α幅の白線輝度分布３５，α幅未満の白線輝度分布３６
のエッジ認識法での寸法は、５３，５４，５５となり、
５３＞５４であるが、５４と５５の大小が判別つかなく
なり、α幅未満の白線輝度分布は測定不能である。
関係図である。図７において、３４は２α幅の白線輝度
分布であり、３７は最小輝度レベル、３８は最大輝度レ
ベル（ＶＨ）、４１はスレッシュホールドレベルであ
る。また、３５はα幅の白線輝度分布であり、３９は最
大輝度レベル、４２はスレッシュホールドレベルであ
る。また、３６はα幅未満の白線輝度分布であり、４０
は最大輝度レベル、４３はスレッシュホールドレベルで
ある。図７に示すように、２α幅の白線輝度分布３４，
α幅の白線輝度分布３５，α幅未満の白線輝度分布３６
のエッジ認識法での寸法は、５３，５４，５５となり、
５３＞５４であるが、５４と５５の大小が判別つかなく
なり、α幅未満の白線輝度分布は測定不能である。
【０００７】また、図７において、４４は２α幅の黒線
輝度分布であり、４７は最小輝度レベル、５０はスレッ
シュホールドレベルである。また、４５はα幅の黒線輝
度分布であり、４８は最小輝度レベル、５１はスレッシ
ュホールドレベルである。また、４６はα幅未満の黒線
輝度分布であり、４９は最小輝度レベル、５２はスレッ
シュホールドレベルである。図７に示すように、２α幅
の黒線輝度分布４４，α幅の黒線輝度分布４５，α幅未
満の黒線輝度分布４６のエッジ認識法での寸法は、５
６，５７，５８となり、５６＞５７であるが、５７と５
８の大小が判別つかなくなり、α幅未満の黒線は測定不
能である。
輝度分布であり、４７は最小輝度レベル、５０はスレッ
シュホールドレベルである。また、４５はα幅の黒線輝
度分布であり、４８は最小輝度レベル、５１はスレッシ
ュホールドレベルである。また、４６はα幅未満の黒線
輝度分布であり、４９は最小輝度レベル、５２はスレッ
シュホールドレベルである。図７に示すように、２α幅
の黒線輝度分布４４，α幅の黒線輝度分布４５，α幅未
満の黒線輝度分布４６のエッジ認識法での寸法は、５
６，５７，５８となり、５６＞５７であるが、５７と５
８の大小が判別つかなくなり、α幅未満の黒線は測定不
能である。
【０００８】ここで、光学顕微鏡の分解能αは、対物レ
ンズ１００倍の開口数は、ＮＡ＝０．９５で，可視光顕
微鏡を使用時、光源波長λ＝０．５５μｍ時に、α＝
０．２９μｍ 紫外光顕微鏡を使用時、光源波長λ＝０．３６５μｍ時
に、α＝０．１９μｍ 深紫外光顕微鏡を使用時、光源波長λ＝０．２４８μｍ
時に、α＝０．１３μｍが限界となる。
ンズ１００倍の開口数は、ＮＡ＝０．９５で，可視光顕
微鏡を使用時、光源波長λ＝０．５５μｍ時に、α＝
０．２９μｍ 紫外光顕微鏡を使用時、光源波長λ＝０．３６５μｍ時
に、α＝０．１９μｍ 深紫外光顕微鏡を使用時、光源波長λ＝０．２４８μｍ
時に、α＝０．１３μｍが限界となる。
【０００９】この課題を解決するために、特公平６−１
０３１６８号公報（特許第１９６７４８９号）の方法が
すでに提案されている。
０３１６８号公報（特許第１９６７４８９号）の方法が
すでに提案されている。
【００１０】図８は、この従来の微小寸法の測定を説明
する図である。図８は、図５に示すＣＣＤカメラ２７で
被測定物２を撮像し、寸法測定をする１走査線に対応す
る映像信号を、寸法測定演算処理装置２８に取込み、図
示していないＡ／Ｄコンバータでその輝度レベルをデジ
タル化し、これを一連の記憶素子であるフレームメモリ
２８２に画素単位で記憶させたときの各画素位置におけ
る輝度レベル特性を示したものである。ここで、フレー
ムメモリ２８２上の画素番地を０〜Ｎ番地、ｉ番地の輝
度レベルをＶｉとする。そして記憶された輝度レベル６
０の最大値６１を１００％レベル、最小値６２を０％レ
ベルとし、スレッシュホールドレベルＴ Ｌ６３の値を、
例えば５０％レベルに定め、このスレッシュホールドレ
ベルＴＬ６３と同じ輝度レベルの画素ａ，ｂの番地を求
める。そして、画素ａ，ｂ間の全ての番地の輝度レベル
（スレッシュホールドレベルＴＬ以上の輝度）を加算
し、画素ａ，ｂ間の輝度レベルＶｉの積分値Ｓを次式に
より得る。
する図である。図８は、図５に示すＣＣＤカメラ２７で
被測定物２を撮像し、寸法測定をする１走査線に対応す
る映像信号を、寸法測定演算処理装置２８に取込み、図
示していないＡ／Ｄコンバータでその輝度レベルをデジ
タル化し、これを一連の記憶素子であるフレームメモリ
２８２に画素単位で記憶させたときの各画素位置におけ
る輝度レベル特性を示したものである。ここで、フレー
ムメモリ２８２上の画素番地を０〜Ｎ番地、ｉ番地の輝
度レベルをＶｉとする。そして記憶された輝度レベル６
０の最大値６１を１００％レベル、最小値６２を０％レ
ベルとし、スレッシュホールドレベルＴ Ｌ６３の値を、
例えば５０％レベルに定め、このスレッシュホールドレ
ベルＴＬ６３と同じ輝度レベルの画素ａ，ｂの番地を求
める。そして、画素ａ，ｂ間の全ての番地の輝度レベル
（スレッシュホールドレベルＴＬ以上の輝度）を加算
し、画素ａ，ｂ間の輝度レベルＶｉの積分値Ｓを次式に
より得る。
【００１１】
【数１】 ここで、この積分値Ｓは、被測定物２の実寸法と密接な
比例関係がある。そこで、このＳに顕微鏡２３の光学倍
率等によって決まる，あらかじめ算出した係数ｋを乗じ
て、被測定物２の測定寸法値Ｘを次の如くして得る。
比例関係がある。そこで、このＳに顕微鏡２３の光学倍
率等によって決まる，あらかじめ算出した係数ｋを乗じ
て、被測定物２の測定寸法値Ｘを次の如くして得る。
【００１２】
【数２】 以上の説明は、顕微鏡の分解能α以下の場合の寸法測定
方法であり、分解能α以上の寸法測定においては従来の
被測定物画像の輪郭間の位置差に基づく測定寸法を併用
することにより、この従来の測定寸法は、分解能α以上
からα以下までの被測定物の寸法測定において、図９に
示すように、エッジ検出成分だけの測定値特性７０に比
較して理想寸法値特性７１に、より近づいた測定値特性
７２となる。
方法であり、分解能α以上の寸法測定においては従来の
被測定物画像の輪郭間の位置差に基づく測定寸法を併用
することにより、この従来の測定寸法は、分解能α以上
からα以下までの被測定物の寸法測定において、図９に
示すように、エッジ検出成分だけの測定値特性７０に比
較して理想寸法値特性７１に、より近づいた測定値特性
７２となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】この従来の微小寸法の
測定は、長年の実測の結果、下記のことが判明した。す
なわち、被測定物がギャップ長等の黒い幅の線を測定す
る場合には、α／３幅まで、実際の寸法値（測長ＳＥＭ
で測定した値）と相関性がとれていることが既に確立さ
れている。しかしながら、被測定物がトラック等の白い
幅の線を測定する場合には、輪郭間の位置差と輝度積分
値だけでは、α／２幅近辺で、実際の寸法値（測長ＳＥ
Ｍで測定した値）と相関性がないことがある。
測定は、長年の実測の結果、下記のことが判明した。す
なわち、被測定物がギャップ長等の黒い幅の線を測定す
る場合には、α／３幅まで、実際の寸法値（測長ＳＥＭ
で測定した値）と相関性がとれていることが既に確立さ
れている。しかしながら、被測定物がトラック等の白い
幅の線を測定する場合には、輪郭間の位置差と輝度積分
値だけでは、α／２幅近辺で、実際の寸法値（測長ＳＥ
Ｍで測定した値）と相関性がないことがある。
【００１４】一例として、図１０で説明する。図１０
は、紫外光顕微鏡を使用した時の、分解能αと輝度分布
の関係図である。光源波長λ＝０．３６５μｍ時に、α
＝０．１９μｍであり、白線輝度分布の測定の場合、２
α幅の白線輝度分布３４，α幅の白線輝度分布３５，２
α／３幅の白線輝度分布３６，α／２幅の白線輝度分布
８０は、図１０のようになり、その時の、実際の寸法値
と従来の測定値は、図１０に記載のようになる。この結
果、２α／３幅の白線輝度分布３６が０．１３μｍであ
るのに対し、α／２幅白線８０が０．１５μｍの測定値
となり、大小関係が逆転しており、測定不能である。
は、紫外光顕微鏡を使用した時の、分解能αと輝度分布
の関係図である。光源波長λ＝０．３６５μｍ時に、α
＝０．１９μｍであり、白線輝度分布の測定の場合、２
α幅の白線輝度分布３４，α幅の白線輝度分布３５，２
α／３幅の白線輝度分布３６，α／２幅の白線輝度分布
８０は、図１０のようになり、その時の、実際の寸法値
と従来の測定値は、図１０に記載のようになる。この結
果、２α／３幅の白線輝度分布３６が０．１３μｍであ
るのに対し、α／２幅白線８０が０．１５μｍの測定値
となり、大小関係が逆転しており、測定不能である。
【００１５】本発明の目的は、光顕微鏡の分解能以下の
被測定物に対しても測定をより可能とする微小寸法測定
装置を提供することにある。
被測定物に対しても測定をより可能とする微小寸法測定
装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記図１０において、α
／２幅の白線輝度分布８０の最大輝度８１は、２α／３
幅の白線輝度分布３６の最大輝度４０よりも低くなるこ
と、すなわち白線の幅が小さくなるに従い最大輝度Ｖｍ
ａｘも低くなることから、従来の測定値Ｘに、最大輝度
Ｖｍａｘを乗じ、α幅以上の白線輝度分布３４の最大輝
度ＶＨで除することにより、実際の寸法値と相関性のと
れた測定値が得られることを見い出した。これにより、
白線(α)＞白線(α／２)＞白線(α／３)＞白線(α／
４）の関係の測定値が提供可能となる。 測定値＝Ｘ×（Ｖｍａｘ／ＶＨ） 本発明の測定によれば、図１０に記載のように、２α／
３幅の白線輝度分布３６が０．１２μｍ、α／２幅白線
８０が０．０９５μｍの測定値となり、実際の寸法値と
同じである。
／２幅の白線輝度分布８０の最大輝度８１は、２α／３
幅の白線輝度分布３６の最大輝度４０よりも低くなるこ
と、すなわち白線の幅が小さくなるに従い最大輝度Ｖｍ
ａｘも低くなることから、従来の測定値Ｘに、最大輝度
Ｖｍａｘを乗じ、α幅以上の白線輝度分布３４の最大輝
度ＶＨで除することにより、実際の寸法値と相関性のと
れた測定値が得られることを見い出した。これにより、
白線(α)＞白線(α／２)＞白線(α／３)＞白線(α／
４）の関係の測定値が提供可能となる。 測定値＝Ｘ×（Ｖｍａｘ／ＶＨ） 本発明の測定によれば、図１０に記載のように、２α／
３幅の白線輝度分布３６が０．１２μｍ、α／２幅白線
８０が０．０９５μｍの測定値となり、実際の寸法値と
同じである。
【００１７】すなわち、本発明は、光学顕微鏡とイメー
ジセンサを用いて、被測定物を撮像し、得られた映像信
号から所定の輝度レベルの一致する２点の信号位置を抽
出し、この２点間の位置情報に基づき前記被測定物の寸
法を算出測定する微小寸法測定装置において、前記２点
間の位置の差と、基準となる最大輝度に対する前記２点
間の最大輝度の比率との乗算に基づき、前記被測定物の
寸法を測定することを特徴とする微小寸法測定装置であ
る。
ジセンサを用いて、被測定物を撮像し、得られた映像信
号から所定の輝度レベルの一致する２点の信号位置を抽
出し、この２点間の位置情報に基づき前記被測定物の寸
法を算出測定する微小寸法測定装置において、前記２点
間の位置の差と、基準となる最大輝度に対する前記２点
間の最大輝度の比率との乗算に基づき、前記被測定物の
寸法を測定することを特徴とする微小寸法測定装置であ
る。
【００１８】本発明は、前記被測定物が磁気ヘッドのト
ラック幅であることを特徴とする微小寸法測定装置であ
る。
ラック幅であることを特徴とする微小寸法測定装置であ
る。
【００１９】本発明は、前記被測定物が半導体ウェハ生
成用マスクの線幅であることを特徴とする微小寸法測定
装置である。
成用マスクの線幅であることを特徴とする微小寸法測定
装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態による被測定物が磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）のトラ
ック幅測定の場合で、図５の基本的な微小寸法測定装置
で撮像したＴＶモニタ１の画像である。
態による被測定物が磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）のトラ
ック幅測定の場合で、図５の基本的な微小寸法測定装置
で撮像したＴＶモニタ１の画像である。
【００２１】ＴＶモニタにおいて、上部シールド面３と
下部シールド面４とポール面５が明るくて白に、周辺が
暗くて黒く映る。シールド面の幅は、分解能α以上での
最大輝度を得るために、十分広く、そこの最大輝度を基
準となる最大輝度ＶＨとし記憶し、測定ライン６上の白
線の幅であるトラック幅７を測定する時に使用する。こ
こで、測定ライン６は、指定位置の上下１０ライン分
６'とする。
下部シールド面４とポール面５が明るくて白に、周辺が
暗くて黒く映る。シールド面の幅は、分解能α以上での
最大輝度を得るために、十分広く、そこの最大輝度を基
準となる最大輝度ＶＨとし記憶し、測定ライン６上の白
線の幅であるトラック幅７を測定する時に使用する。こ
こで、測定ライン６は、指定位置の上下１０ライン分
６'とする。
【００２２】図２は、図１のトラック幅寸法測定過程を
説明するフローチャート図である。 （１）ステップ１００：上部シールド面水平中心線検出 画面の輝度を水平方向に加算して垂直プロジェクション
像８が得られる。この垂直プロジェクション像８の上か
ら下への所定スレッシュホールドレベルを超す点ａを検
出し、さらに下側に白が黒方向に立下りかつ最大白レベ
ルよりノイズレベルだけ下がった点ｂを検出する。 （２）ステップ１１０：ポール面垂直中心線検出 ａ点から上側の画面の輝度を垂直方向に加算して水平プ
ロジェクション像９が得られる。この水平プロジェクシ
ョン像９の最大輝度を有す点ｃを検出する。
説明するフローチャート図である。 （１）ステップ１００：上部シールド面水平中心線検出 画面の輝度を水平方向に加算して垂直プロジェクション
像８が得られる。この垂直プロジェクション像８の上か
ら下への所定スレッシュホールドレベルを超す点ａを検
出し、さらに下側に白が黒方向に立下りかつ最大白レベ
ルよりノイズレベルだけ下がった点ｂを検出する。 （２）ステップ１１０：ポール面垂直中心線検出 ａ点から上側の画面の輝度を垂直方向に加算して水平プ
ロジェクション像９が得られる。この水平プロジェクシ
ョン像９の最大輝度を有す点ｃを検出する。
【００２３】（３）ステップ１２０：測定基準座標検出 測定基準座標１０を（ｘ０，ｙ０）＝（ｃ，ａ）とす
る。 （４）ステップ１３０：ＶＨ検出 測定基準座標１０（ｘ０，ｙ０）と、予め設定していた
ｘ１，ｙ１から、４点１１１（ｘ０−ｘ１，ｙ０），１
１２（ｘ０＋ｘ１，ｙ０），１１３（ｘ０−ｘ１，ｙ０
＋ｙ１），１１４（ｘ０＋ｘ１，ｙ０＋ｙ１）で囲まれ
たＶＨ検出エリア１１をつくり、そのなかで、輝度の最
大値ＶＨを求める。この最大値ＶＨは、ノイズ除去のた
め、最大値の周辺１０×１０画素の輝度の平均値とす
る。
る。 （４）ステップ１３０：ＶＨ検出 測定基準座標１０（ｘ０，ｙ０）と、予め設定していた
ｘ１，ｙ１から、４点１１１（ｘ０−ｘ１，ｙ０），１
１２（ｘ０＋ｘ１，ｙ０），１１３（ｘ０−ｘ１，ｙ０
＋ｙ１），１１４（ｘ０＋ｘ１，ｙ０＋ｙ１）で囲まれ
たＶＨ検出エリア１１をつくり、そのなかで、輝度の最
大値ＶＨを求める。この最大値ＶＨは、ノイズ除去のた
め、最大値の周辺１０×１０画素の輝度の平均値とす
る。
【００２４】（５）ステップ１４１：測定ライン数測定
済か？ 測定すべき測定ラインを全て測定していたら、ステップ
１５０：測定値平均化へ行く。測定してないときは、ス
テップ１４２：測定ラインの最大最小輝度検出へ行く。 （６）ステップ１４２：測定ラインの最大最小輝度検出 測定ラインを測定すると、その画素−輝度特性は、図８
の６０のようになり、その中の最大輝度６１と、最小輝
度６２を求める。ノイズ防止対策として、最大輝度は最
大輝度を有す画素とその周辺３画素の平均とする。最小
輝度は最小輝度を有す画素とその周辺１０画素の平均と
する。また、最大最小輝度の５０％の輝度レベル６３を
算出する。
済か？ 測定すべき測定ラインを全て測定していたら、ステップ
１５０：測定値平均化へ行く。測定してないときは、ス
テップ１４２：測定ラインの最大最小輝度検出へ行く。 （６）ステップ１４２：測定ラインの最大最小輝度検出 測定ラインを測定すると、その画素−輝度特性は、図８
の６０のようになり、その中の最大輝度６１と、最小輝
度６２を求める。ノイズ防止対策として、最大輝度は最
大輝度を有す画素とその周辺３画素の平均とする。最小
輝度は最小輝度を有す画素とその周辺１０画素の平均と
する。また、最大最小輝度の５０％の輝度レベル６３を
算出する。
【００２５】（７）ステップ１４４：左右のエッジ検出 従来の方法と同様に輝度レベル６３に相当するａ番目の
位置の画素とｂ番目の位置の画素間の位置差Ｎａｂを求
め、このＮａｂに、この時の光学顕微鏡２３の測定倍率
とＣＣＤカメラ２７の受光サイズから求めた係数ｋを乗
じて、対応する被測定物２の寸法値Ｘを求める。 Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ （８）ステップ１４６：寸法演算 寸法値Xは、測定ラインの最大輝度Ｖｍａｘと基準とな
る最大輝度ＶＨを用い、 Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ（Ｖｍａｘ／ＶＨ） を算出する。
位置の画素とｂ番目の位置の画素間の位置差Ｎａｂを求
め、このＮａｂに、この時の光学顕微鏡２３の測定倍率
とＣＣＤカメラ２７の受光サイズから求めた係数ｋを乗
じて、対応する被測定物２の寸法値Ｘを求める。 Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ （８）ステップ１４６：寸法演算 寸法値Xは、測定ラインの最大輝度Ｖｍａｘと基準とな
る最大輝度ＶＨを用い、 Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ（Ｖｍａｘ／ＶＨ） を算出する。
【００２６】（９）ステップ１４８：測定値記憶 寸法値Ｘを記憶し、ステップ１４１に戻る。 （１０）ステップ１５０：測定値平均化 全ての測定ラインの寸法値Ｘを平均化して、測定値とす
る。 （１１）ステップ１６０：測定値表示 測定値をＴＶモニタ１に表示し、作業者に結果を知らせ
ると共に、記憶媒体ハードディスクに収納する。
る。 （１１）ステップ１６０：測定値表示 測定値をＴＶモニタ１に表示し、作業者に結果を知らせ
ると共に、記憶媒体ハードディスクに収納する。
【００２７】以上、磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）トラッ
ク幅測定について説明したが、磁気ヘッド（ＧＭＲヘッ
ド）トラック幅測定の場合は、上部シールド３におい
て、基準輝度ＶＨが同一画面から求められる。次に、測
定画面から常時、基準となる最大輝度ＶＨが得られない
被測定物が半導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定の実
施の形態について、次に、説明する。
ク幅測定について説明したが、磁気ヘッド（ＧＭＲヘッ
ド）トラック幅測定の場合は、上部シールド３におい
て、基準輝度ＶＨが同一画面から求められる。次に、測
定画面から常時、基準となる最大輝度ＶＨが得られない
被測定物が半導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定の実
施の形態について、次に、説明する。
【００２８】図３は、本発明の第２の実施の形態による
被測定物が半導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定の場
合で、図５の基本的な微小寸法測定装置で撮像したＴＶ
モニタの画像である。図４は、図３の半導体ウェハ生成
用マスクの線幅の測定過程を説明するフローチャート図
である。この図３と図４により、基準マスクで最大輝度
を得、基準となる最大輝度ＶＨを登録することにより測
定可能となる。
被測定物が半導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定の場
合で、図５の基本的な微小寸法測定装置で撮像したＴＶ
モニタの画像である。図４は、図３の半導体ウェハ生成
用マスクの線幅の測定過程を説明するフローチャート図
である。この図３と図４により、基準マスクで最大輝度
を得、基準となる最大輝度ＶＨを登録することにより測
定可能となる。
【００２９】図４の半導体ウェハ生成用マスクの線幅の
測定過程は、次の通りである。 （１）ステップ２００：基準マスク測定移動 基準輝度ＶＨを登録できるような、十分広い基準マスク
１２を、ＸＹステージ２０（図５）上に搭載し、光学顕
微鏡２３の視野に移動する。移動はＣＰＵ２８０がステ
ージ制御部２９へＲＳ−２３２Ｃ回線を介して命令す
る。被測定物２の焦点方向の移動は、ＣＰＵ２８０がＺ
軸モータ駆動パルス発生部２８３に命令し、Ｚ軸移動モ
ータ２２を駆動し、Ｚ軸ステージ２１を上下移動させ、
合焦点を得る。その画像が図３（ａ）である。６は測定
ライン、１１はＶＨ検出エリア、１２は輝度検出用白線
（マスク）である。
測定過程は、次の通りである。 （１）ステップ２００：基準マスク測定移動 基準輝度ＶＨを登録できるような、十分広い基準マスク
１２を、ＸＹステージ２０（図５）上に搭載し、光学顕
微鏡２３の視野に移動する。移動はＣＰＵ２８０がステ
ージ制御部２９へＲＳ−２３２Ｃ回線を介して命令す
る。被測定物２の焦点方向の移動は、ＣＰＵ２８０がＺ
軸モータ駆動パルス発生部２８３に命令し、Ｚ軸移動モ
ータ２２を駆動し、Ｚ軸ステージ２１を上下移動させ、
合焦点を得る。その画像が図３（ａ）である。６は測定
ライン、１１はＶＨ検出エリア、１２は輝度検出用白線
（マスク）である。
【００３０】（２）ステップ２０２：自動調光ＯＮ ＣＣＤカメラ２７（図５）への入射光量の最適化は、映
像ピーク検出回路２８４で所定範囲の映像信号の輝度ピ
ーク値を検出し、ＤＣモータ駆動パルス発生部２８５
で、図示していない基準値と比較し、その出力により、
ＤＣモータ２６を駆動し、減光機構２５を制御し、光量
を調整する。 （３）ステップ２０４：基準となる最大輝度ＶＨを記憶 ＶＨ検出エリアをつくり、そのなかで輝度の最大値ＶＨ
を求める。最大値ＶＨは、ノイズ除去のため,最大値の
周辺１０×１０画素の輝度の平均値とし、記憶する。
像ピーク検出回路２８４で所定範囲の映像信号の輝度ピ
ーク値を検出し、ＤＣモータ駆動パルス発生部２８５
で、図示していない基準値と比較し、その出力により、
ＤＣモータ２６を駆動し、減光機構２５を制御し、光量
を調整する。 （３）ステップ２０４：基準となる最大輝度ＶＨを記憶 ＶＨ検出エリアをつくり、そのなかで輝度の最大値ＶＨ
を求める。最大値ＶＨは、ノイズ除去のため,最大値の
周辺１０×１０画素の輝度の平均値とし、記憶する。
【００３１】（４）ステップ２０６：自動調光ホールド ＤＣモータ２６と減光機構２５を停止させ、基準となる
最大輝度ＶＨを得た照明光量を保つ。 （５）ステップ２１０：全測定終了かチェックする。 ＹＥＳならば、ステップ２２０：測定終了へ。ＮＯなら
ば、ステップ１４０：測定へ。
最大輝度ＶＨを得た照明光量を保つ。 （５）ステップ２１０：全測定終了かチェックする。 ＹＥＳならば、ステップ２２０：測定終了へ。ＮＯなら
ば、ステップ１４０：測定へ。
【００３２】（６）ステップ１４０：測定 図３（ｂ）の測定対象物（マスク）１３を、図２のステ
ップ１４１からステップ１６０のルーチン１４０と同様
に測定する。 （７）ステップ２１２：次の測定位置へ移動 ステップ２１０に戻る。
ップ１４１からステップ１６０のルーチン１４０と同様
に測定する。 （７）ステップ２１２：次の測定位置へ移動 ステップ２１０に戻る。
【００３３】以上は、基準となる最大輝度ＶＨを登録で
きるような十分広い線幅と被測定対象線幅が１枚のマス
クに混在している場合のフローチャートであるが、上記
（１）から（４）の手順を、基準となる最大輝度ＶＨを
登録できるような十分広い線幅を有するマスクで行い、
減光機構２５を停止位置とし、基準となる最大輝度ＶＨ
を記憶しておき、測定対象マスクを上記（１）と同様に
行い、上記（５），（６）で測定を行うことも可能であ
る。
きるような十分広い線幅と被測定対象線幅が１枚のマス
クに混在している場合のフローチャートであるが、上記
（１）から（４）の手順を、基準となる最大輝度ＶＨを
登録できるような十分広い線幅を有するマスクで行い、
減光機構２５を停止位置とし、基準となる最大輝度ＶＨ
を記憶しておき、測定対象マスクを上記（１）と同様に
行い、上記（５），（６）で測定を行うことも可能であ
る。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、光顕微鏡の分解能以下
の被測定物に対しても測定をより可能とする微小寸法測
定装置を提供することができる。
の被測定物に対しても測定をより可能とする微小寸法測
定装置を提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による被測定物が磁
気ヘッド（ＧＭＲヘッド）のトラック幅測定の場合で、
図５の基本的な微小寸法測定装置で撮像したＴＶモニタ
の画像である。
気ヘッド（ＧＭＲヘッド）のトラック幅測定の場合で、
図５の基本的な微小寸法測定装置で撮像したＴＶモニタ
の画像である。
【図２】図１のトラック幅寸法測定過程を説明するフロ
ーチャート図である。
ーチャート図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による被測定物が半
導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定の場合で、図５の
基本的な微小寸法測定装置で撮像したＴＶモニタの画像
である。
導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定の場合で、図５の
基本的な微小寸法測定装置で撮像したＴＶモニタの画像
である。
【図４】図３の半導体ウェハ生成用マスクの線幅の測定
過程を説明するフローチャート図である。
過程を説明するフローチャート図である。
【図５】基本的な微小寸法測定装置の構成図である。
【図６】図５のＴＶモニタとＴＶモニタにおける輝度分
布を示す図である。
布を示す図である。
【図７】光学顕微鏡の分解能αと輝度分布の関係図であ
る。
る。
【図８】従来の微小寸法の測定を説明する図である。
【図９】実際の寸法と従来の測定値の特性図である。
【図１０】実際の寸法値と従来の測定値と本発明の測定
値の関係図である。
値の関係図である。
１：ＴＶモニタ、２：被測定物、３：上部シールド面、
４：下部シールド面、５：ポール面、６：測定ライン、
７：トラック幅、８：垂直プロジェクション像、９：水
平プロジェクション像、１０：測定基準座標（ｘ０，ｙ
０）、１１：ＶＨ検出エリア、１２：輝度検出用白線
（マスク）、１３：測定対象物（マスク）、２０：ＸＹ
軸ステージ、２１：Ｚ軸ステージ、２２：Ｚ軸移動モー
タ、２３：光学顕微鏡、２４：光源、２５：減光機構、
２６：ＤＣモータ、２７：ＣＣＤカメラ、２８：寸法測
定演算処理装置、２８０：ＣＰＵ、２８１：ＲＯＭ、２
８２：フレームメモリ、２８３：Ｚ軸モータ駆動パルス
発生部、２８４：映像ピーク検出回路、２８５：ＤＣモ
ータ駆動パルス発生部、２９：ＸＹステージ制御部。
４：下部シールド面、５：ポール面、６：測定ライン、
７：トラック幅、８：垂直プロジェクション像、９：水
平プロジェクション像、１０：測定基準座標（ｘ０，ｙ
０）、１１：ＶＨ検出エリア、１２：輝度検出用白線
（マスク）、１３：測定対象物（マスク）、２０：ＸＹ
軸ステージ、２１：Ｚ軸ステージ、２２：Ｚ軸移動モー
タ、２３：光学顕微鏡、２４：光源、２５：減光機構、
２６：ＤＣモータ、２７：ＣＣＤカメラ、２８：寸法測
定演算処理装置、２８０：ＣＰＵ、２８１：ＲＯＭ、２
８２：フレームメモリ、２８３：Ｚ軸モータ駆動パルス
発生部、２８４：映像ピーク検出回路、２８５：ＤＣモ
ータ駆動パルス発生部、２９：ＸＹステージ制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA22 BB02 CC00 CC18 DD03 FF42 FF61 JJ26 NN02 NN17 PP12 QQ03 QQ25 QQ26 QQ27 QQ28 QQ29 QQ42 QQ45 SS02 SS03 SS13 2G051 AA51 AB20 BC01 CA04 DA07 EA16 EC03 ED22
Claims (3)
- 【請求項１】光学顕微鏡とイメージセンサを用いて、被
測定物を撮像し、得られた映像信号から所定の輝度レベ
ルの一致する２点の信号位置を抽出し、この２点間の位
置情報に基づき前記被測定物の寸法を算出測定する微小
寸法測定装置において、前記２点間の位置の差と、基準
となる最大輝度に対する前記２点間の最大輝度の比率と
の乗算に基づき、前記被測定物の寸法を測定することを
特徴とする微小寸法測定装置。 - 【請求項２】請求項１記載において、前記被測定物が磁
気ヘッドのトラック幅であることを特徴とする微小寸法
測定装置。 - 【請求項３】請求項１記載において、前記被測定物が半
導体ウェハ生成用マスクの線幅であることを特徴とする
微小寸法測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054266A JP3691404B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 微小寸法測定装置 |
| US10/082,120 US6680781B2 (en) | 2001-02-28 | 2002-02-26 | Critical dimension measurement method and apparatus capable of measurement below the resolution of an optical microscope |
| KR10-2002-0010475A KR100508994B1 (ko) | 2001-02-28 | 2002-02-27 | 광학현미경의 분해능 이하의 측정이 가능한미소치수측정방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054266A JP3691404B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 微小寸法測定装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3691404B2 JP3691404B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=18914626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001054266A Expired - Lifetime JP3691404B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 微小寸法測定装置 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP3691404B2 (ja) |
| KR (1) | KR100508994B1 (ja) |
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| JP2009168510A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Mitsutoyo Corp | 画像測定装置における照明光量の設定方法 |
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| JP4621098B2 (ja) * | 2005-09-14 | 2011-01-26 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査型電子顕微鏡および画像信号処理方法 |
| US7860335B2 (en) * | 2006-12-04 | 2010-12-28 | The Boeing Company | Method and apparatus for smart signal averaging |
| EP2587313B1 (en) | 2011-10-20 | 2016-05-11 | Samsung Electronics Co., Ltd | Optical measurement system and method for measuring critical dimension of nanostructure |
| RU2582484C1 (ru) | 2014-11-10 | 2016-04-27 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Оптическая измерительная система и способ количественного измерения критического размера для наноразмерных объектов |
| KR102358724B1 (ko) | 2020-07-30 | 2022-02-07 | 주식회사 이룸인더스트리 | 투인원 광학 현미경 |
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|---|---|---|---|---|
| US4385837A (en) * | 1978-05-22 | 1983-05-31 | Irvine Optical Corporation | Apparatus and system for linewidth measurements |
| JPS59176605A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-06 | Hitachi Denshi Syst Service Kk | 微小寸法自動計測装置 |
| US4679941A (en) * | 1983-09-16 | 1987-07-14 | Citizen Watch Co., Ltd. | Micro-dimensional measurement apparatus |
| US4566192A (en) * | 1983-12-28 | 1986-01-28 | Harris Corporation | Critical dimension measurement structure |
| JPS60196605A (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-05 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 散乱光検出光学装置 |
| DE3432252A1 (de) * | 1984-09-01 | 1986-03-06 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Messmikroskop |
| JPH0814484B2 (ja) * | 1985-04-09 | 1996-02-14 | 株式会社ニコン | パタ−ン位置測定装置 |
| GB8512727D0 (en) * | 1985-05-20 | 1985-06-26 | Vickers Plc | Optical metrology |
| US4707610A (en) * | 1985-07-03 | 1987-11-17 | Siscan Systems, Inc. | Method and apparatus for measuring surface profiles |
| JPH0735964B2 (ja) * | 1985-07-09 | 1995-04-19 | 株式会社ニコン | 間隔測定装置 |
| US5298975A (en) * | 1991-09-27 | 1994-03-29 | International Business Machines Corporation | Combined scanning force microscope and optical metrology tool |
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-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001054266A patent/JP3691404B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-02-26 US US10/082,120 patent/US6680781B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-02-27 KR KR10-2002-0010475A patent/KR100508994B1/ko active IP Right Grant
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| JP2007085991A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 寸法測定装置 |
| JP4496149B2 (ja) * | 2005-09-26 | 2010-07-07 | 株式会社日立国際電気 | 寸法測定装置 |
| JP2009168510A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Mitsutoyo Corp | 画像測定装置における照明光量の設定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6680781B2 (en) | 2004-01-20 |
| KR20020070828A (ko) | 2002-09-11 |
| KR100508994B1 (ko) | 2005-08-18 |
| US20020145741A1 (en) | 2002-10-10 |
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