JP2003066337A - 被検試料検出方法及び顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結像システムの特性によって規定
される分解能の限界を超えて、結像システムの有効分解
能の向上を可能とする被検試料検出方法及びその顕微鏡
を提供すること。 【解決手段】 被検試料を照明する光源と、被
検試料を検出器に結像するための結像システムとを用い
て行なう被検試料検出方法は、被検試料が、結像システ
ムのそれぞれ異なる分解能によって繰り返し検出される
こと、及び最適化された分解能を獲得するために、検出
された画像データに、統計的及び／又は数的評価が施さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検試料の検出方
法及び顕微鏡に関し、とりわけ被検試料を照明する光源
と被検試料を検出器に結像する結像システムとを有する
顕微鏡を用いた被検試料の検出方法及び顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の方法及びとりわけこの種の顕微
鏡は、かなり以前から実際上既知である。産業上の応
用、例えば半導体産業で使用される基板上の線幅又は位
置の測定では、例えばドイツ特許出願DE198 19 492.7-5
2に記載されているような座標測定装置使用される。こ
の装置は、例えばマスク、ウェハ、平面スクリーン（Fl
achbildschirmen）及び気相析着薄膜等の、とりわけ透
明基板のための、基板上の構造の座標の高精度な測定に
使用される。このような座標は、基準点に対し数ナノメ
ートルの精度で求められる。

【０００３】半導体産業で使用される基板上の線幅又は
位置を測定する際、特徴的測定パラメータを抽出するた
めに、検出された画像はデジタル的に処理される。この
ため、測定されるべき被検試料−通常ウェハ又はウェハ
製造用の露光マスク−は、365nmの波長の光で照明され
る。そのように照明された被検試料は、顕微鏡の対物レ
ンズによって検出器に結像される。検出器は、通常、Ｃ
ＣＤカメラとして構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのような結像システ
ムにより達成可能な分解能は、本質的に使用される光の
波長及び対物レンズの開口数に依存する。そのため、結
像システムの分解能を向上させるためには、開口数を大
きくしなければならないであろうが、これは、現在の顕
微鏡対物レンズでは殆ど不可能である。というのは、い
まや実現可能な光学的・精密機械的限界に到達している
からである。より小さい波長の光を使用するためには、
特殊な光学系及び光学素子を使用しなければならず、そ
の際より小さい波長の光をも自由に利用することはでき
ない。

【０００５】それゆえ、本発明の課題は、結像システム
の特性によって規定される分解能の限界を超えて、結像
システムの有効分解能の向上を可能にするような、被検
試料を検出するための方法及び顕微鏡を創出し発展させ
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の方法の視
点によれば、上述の課題を解決するために、被検試料を
照明する光源と、被検試料を検出器に結像するための結
像システムとを用いて行う被検試料検出方法が提供され
る。この方法は、被検試料が、結像システムのそれぞれ
異なる分解能によって繰り返し検出されること、及び最
適化された分解能を獲得するために、検出された画像デ
ータが、統計的及び／又は数値的評価処理が施こされる
ことを特徴とする（基本構成・形態１）。

【０００７】更に、本発明の第二の装置の視点によれ
ば、上述の課題を解決するために、被検試料を照明する
光源と、被検試料を検出器に結像するための結像システ
ムとを有する被検試料検出用顕微鏡（好ましくは座標測
定装置）が提供される。この顕微鏡は、被検試料が、結
像システムのそれぞれ異なる分解能によって繰り返し検
出されること、及び最適化された分解能を獲得するため
に、検出された画像データが、統計的及び／又は数値的
評価処理を施す手段を有することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施の
形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもある。な
お、第一の視点の各従属請求項の対象は、第二の視点の
装置を用いて実行されうる方法（ないしそのステップ）
をなす。 （２）被検試料検出方法は、結像システムの分解能を変
化させるために、照明光の波長又は口径可変の開口絞り
の口径が変化されることが好ましい。 （３）被検試料検出方法において、検出された画像の解
像度ないし分解能（画質）が、好ましくは複数の画素の
統合、画像の低帯域（通過）フィルタリング又は画像に
対する関数のくり込み（Faltung）等のデジタル画像処
理方法によって劣化ないし低下されることが好ましい。 （４）被検試料検出方法において、検出された画像デー
タから、被検試料の特徴パラメータ（複数）が抽出され
ることが好ましい。

【０００９】本発明により第一に確認されており出発点
とすべきことは、結像システムの光学的分解能を改善す
ることは非常に困難であるということである。これに対
し、結像システムの最大分解能は、例えば光路に配され
た相応の開口絞りによって結像システムの開口数（口
径）を小さくすることにより比較的容易に低下ないし劣
化させることができる。本発明によれば、結像されるべ
き被検試料は、結像システムのそれぞれ異なる分解能に
よって繰り返し（複数回）検出され、同じ被検試料か
ら、異なる解像度を有する複数の画像データ（セット）
が得られる。そして、この検出された画像データは、統
計的及び／又は数値的評価に掛けられる。この際におい
て、当該統計的及び／又は数値的評価の結果は、調節可
能でないか又は検出の際調節されなかった結像システム
のある一つの分解能における被検試料のある画像、ある
特徴パラメータ又はある測定値であってよい。更に、そ
の統計的及び／又は数値的評価の当該結果は、予め撮像
されていた被検試料が結像システムのどの大きさの分解
能によって最適に結像されうるかということの表明（Au
ssage）（これは例えば対比可能な種類の他の被検試料
をその最適化された分解能で撮像することを目的とす
る）であることが、可能であろう。

【００１０】更に、照明光の波長を変化させることによ
り、結像システムの分解能を変化させることも可能であ
ろう。とりわけ顕微鏡の場合、例えば適切な色フィルタ
によって被検試料の照明に使用される水銀ランプのスペ
クトルから異なる（複数の）波長の光（被検試料の各検
出の際に、この光によって被検試料は照射される）を選
択することが可能であろう。更に、被検試料を照明する
ために、それぞれ異なる波長の光を放射する複数の光源
を設けることも可能であろう。入射（結合）される照明
光の波長に応じて、結像システムの分解能は変化する。
そのため、複数の検出器がそれぞれ１つの波長の光によ
り得られる各被検試料データをそれぞれ同時に検出する
場合、（１つの）被検試料の同時検出と組み合わせたそ
れぞれ波長の異なる光の同時入射（結合）により、結像
システムのそれぞれ異なる分解能による複数の被検試料
検出を行なうこともできるであろう。これに関して、相
応の波長選択的ビームスプリッタを結像システムの光路
において各検出器に前置して配設することもできるであ
ろう。

【００１１】選択的又は付加的に、少なくとも１つの手
段によって結像システムの分解能を変化させることもで
きるであろう。この分解能変化手段に関し、顕微鏡の場
合、対物レンズレボルバに配された夫々の顕微鏡対物レ
ンズを結像光路に挿入することが可能であり、例えば倍
率は同一であるが開口数が異なる複数の顕微鏡対物レン
ズを対物レンズレボルバに配設する。結像システムの分
解能を変化させる手段として、結像システムの光路（結
像光路）に配された口径可変の開口絞りを使用すること
もできるであろう。このようにして、開口絞りのそれぞ
れ異なる大きさの口径を使用して被検試料検出を複数回
行なうことができるであろう。

【００１２】結像システムの分解能の変更は、検出され
た画像の解像度をデジタル画像処理方法によってないし
数値的に低下ないし劣化させることによって行うことも
できるであろう。これに関して、複数の画素を１つにま
とめる（統合する）ことが考えられるが、画像（信号）
の低帯域（通過）フィルタリング（ローバスフィルタ）
によっても可能であろう。更に、それぞれ異なる分解能
に対する結像システムの結像が記述（記録）されかつ例
えばシミュレーション計算により算出された二次又は三
次等の関数によって画像データに対してたたみ込みない
し近似（falten, anpassen）することも可能であろう。

【００１３】好ましい方法の一実施態様では、結像シス
テムの分解能が調節されるとき、被検試料は複数回検出
される。そのようにして検出された画像データは、統計
的評価処理に掛けられ、これによって、とりわけこれら
の被検出画像データの雑音成分ないし測定誤差を低減す
ることができる。結像システムの分解能を調節すること
により得られる一つの分解能についての複数の被検出画
像データの統計的評価には、平均値を求めること（Mitt
elwertbildung）又は他の統計的重みづけが含まれ得る
であろう。

【００１４】とりわけ好ましい方法の一実施態様では、
検出された複数の画像データから、被検試料の特徴パラ
メータが抽出される。これは、例えば、構造又は被検試
料のエッジ又は面であり得るであろう。とりわけ半導体
検査の場合、配線のエッジないしエッジ推移（輪郭ない
しプロフィール）は極めて重要であり、そのため、その
ような配線のエッジが重要な特徴パラメータとして抽出
されるべきである。更に、検出された構造又は検出され
た被検試料を横切る曲線（例えば直線）に沿った強度推
移も重要であり得るであろう。通常、検出された画像内
のある線分（Strecke）に沿った強度推移が特徴パラメ
ータとして抽出される。構造又は被検試料又はそれらの
部分の位置決めも重要であり、例えば座標測定装置によ
って半導体産業で使用される基板上の線幅又は位置を測
定する場合、配線の２つのエッジの位置を求めることに
より、配線の幅を求めることができる。

【００１５】特徴パラメータの抽出は、結像システムの
夫々異なって調節された分解能によってそれぞれ検出さ
れた複数の画像データに関して行なわれるのが好まし
い。その点で、例えば一つの配線の一つのエッジの位置
が、異なる分解能により検出された複数の画像データの
それぞれに関して抽出され、そして当該エッジの位置に
対し、期待通り、異なる複数の値が求められる。

【００１６】結像システムの最適な分解能を決定ないし
獲得するために、好ましい方法の一態様では、検出の際
に結像システムの調節されなかった分解能のために、特
徴パラメータ値の内挿法又は外挿法を行なうことができ
るであろう。内挿法又は外挿法は、特徴パラメータの値
に関し近似的に求められた関数を用いることによっても
行なうことができるであろう。

【００１７】抽出された特徴パラメータの値は、検出の
際にそれぞれ結像システムの調節された分解能の関数と
して数値的及び／又は統計的評価に掛けられ得るであろ
う。そのような評価の目的は、例えば、特徴パラメータ
の値に近似する関数を導出することであり得るであろ
う。

【００１８】この点でとりわけ強調されるべきことは、
本発明の方法は、所定の光学的分解能では不可視的な構
造を可視化することを目的とするものではなく、結像シ
ステムの分解能として予め与えられた値の所与の（あ
る）分解能を与えることによって、特徴パラメータの測
定誤差を低減又は少なくとも最小化することを目的とす
るものである。

【００１９】本発明の被検試料検出用顕微鏡は、とりわ
け本発明の方法を実行するために使用される。そのた
め、繰り返しを避けるために、上記該当部分を参照され
たい。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。なお、以下の実施例は、発明の理解の容易化のた
めのものであって、本発明の技術的思想を逸脱しない範
囲において当業者により実施可能な付加・置換等を排除
することを意図したものではない。この点に関しては、
出願から補正後に至るまで同様である。

【００２１】図１及び図２を用いて被検試料検出方法を
説明する。この実施例では、平行に延在する２つの配線
（導線）が座標測定装置によって検出・測定された。

【００２２】この実施例では、半導体の配線構造が顕微
鏡結像システムないし座標測定装置のそれぞれ異なる分
解能によって検出された。そのようにして得られた画像
データが統計的及び数値的評価処理に掛けられた。

【００２３】検出に当たって、照明光の波長を変化させ
ることによって、顕微鏡結像システムの分解能が変化さ
せられた。それによって、半導体検査顕微鏡の光源から
は、365nm、456nm、521nm、608nm及び730nmの波長の光
がそれぞれフィルタを通過して放射された。

【００２４】検出された画像データを用いて、配線の特
徴パラメータが抽出された。図１には、２つの配線の場
所に関する配線を横切る方向での強度分布推移（所謂分
布曲線プロフィール）が、（位置を横軸として）描かれ
ている。これに応じて、特徴パラメータとしての配線の
測定の際に、配線に垂直な直線に沿った強度推移が抽出
される。

【００２５】図１に示したプロフィールを用いることに
より、配線の線幅が求められる。その際、配線の個々の
エッジが計算されるが、それも、エッジの位置は、エッ
ジの移行部の最大値から最小値までの差に関し５０％の
値のところで確定される。エッジの位置が求められると
すぐに、第一のエッジと第二のエッジとの間の差（距
離）から各配線の幅が計算される。

【００２６】図２は、配線の測定された線幅が−図１の
強度推移から抽出されて−測定波長の関数として描かれ
たグラフである。光の波長は結像システムの分解能と直
接的な関係があるので、配線の被測定線幅は分解能の関
数として図２に示されているといえる。抽出された値に
対して、以下の式で表される近似関数が適合され（当て
はめられ）る（ないし近似関数のたたみ込みが行われ
る）。 Ｂ（λ）＝ａλ＋ｂ＋ｃｅ^ｄλ

【００２７】当てはめに際しては、抽出された値ができ
るだけ近似関数（のグラフ）に乗るように値ａ、ｂ、ｃ
及びｄが定められた。ここで、λは使用された光の波長
を表す。

【００２８】そのようにして求められた近似関数を用い
ると、検出された配線の線幅を、半導体検査用顕微鏡の
検出が行なわれなかった分解能のある範囲内（例えば67
0nmの波長に対応する分解能）で定めることができる
（内挿法）。更に、とりわけ有利には、配線の線幅を、
そもそも測定が行なわれていないか行なうことができな
い光の波長（それゆえ結像システムのかかる分解能）に
関しても定めることができる。この場合、配線の対応す
る線幅の指定ないし決定は、近似関数の外挿法によって
行なわれる。

【００２９】図２の黒く塗つぶされた５つの菱形のマー
クは、配線の線幅の（実際に）抽出された値に対応す
る。３つのＸのマークは、結像システムの特性の詳細な
情報と被検試料の情報とに基づいて算出された擬似計算
（仮想）値に対応する。この擬似計算値は、本発明の方
法と顕微鏡結像理論との整合を検討するために、同じグ
ラフに書き込まれている。以下の表には、模擬計算値の
波長と、図２の近似関数に対する模擬計算値の差に対応
する誤差とが示されている。

【００３０】

【表１】

【００３１】これによって、本発明の方法は、とりわけ
有利なことに、「実現不能な」分解能−例えば0nmの波
長の光による検出−に向って外挿することができる。こ
の場合の誤差は凡そ2nmに達する。

【００３２】

【発明の効果】本発明の独立請求項１及び５により、所
定の課題として掲げた効果がそれぞれ達成される。即
ち、本発明の第一の方法の視点、並びに本発明の第二の
装置の視点により、結像システムの特性によって規定さ
れる分解能の限界を超えて、結像システムの有効分解能
の向上が可能となる。各従属請求項により、更に付加的
な効果がそれぞれ達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】異なる照明波長に関し測定された強度分布の各
線プロフィールのグラフ。

【図２】照明波長の関数としての、個々の測定から抽出
された線幅のグラフ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検試料を照明する光源と、被検試料を検
   出器に結像するための結像システムとを用いて行う被検
   試料検出方法において、 被検試料が、結像システムのそれぞれ異なる分解能によ
   って繰り返し検出されること、及び最適化された分解能
   を獲得するために、検出された画像データに、統計的及
   び／又は数値的評価処理が施されることを特徴とする被
   検試料検出方法。
2. 【請求項２】前記結像システムの分解能を変化させるた
   めに、照明光の波長又は口径可変の開口絞りの口径が変
   化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】検出された複数画像の解像度ないし分解能
   は、デジタル画像処理方法によって劣化ないし低下され
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】前記検出された画像データから、被検試料
   の１又は複数の特徴パラメータが抽出されることを特徴
   とする請求項１〜３の一に記載の方法。
5. 【請求項５】被検試料を照明する光源と、被検試料を検
   出器に結像するための結像システムとを有する被検試料
   検出用顕微鏡において、 被検試料が、結像システムのそれぞれ異なる分解能によ
   って繰り返し検出されること、及び最適化された分解能
   を獲得するために、検出された画像データに、統計的及
   び／又は数値的評価処理を施す手段を有すること、 を特徴とする顕微鏡。