JP2004170400A - 寸法測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
パターンの微細化によって測定するパターンのテーパの幅が小さくなる場合でもテーパ形状が測定可能で、パターンの線幅の管理に使用できるだけでなく、製造工程における管理項目として必要なテーパ形状を測定可能なパターン寸法測定方法を提供する。
【解決手段】
顕微鏡の照明に反射照明と透過照明を採用し、パターン上部の検出に反射照明にて、パターン下部の検出に透過照明にて照射するか、または、反射と透過照明を同時に照射することにより、検出する箇所のテーパ部の境界の検出が容易となり、パターンのテーパ幅を測定ができるようにした。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、寸法測定及び寸法測定装置に関し、特にＬＣＤ基板や半導体ウェハ等の各種基板の配線寸法を測定する寸法測定及び寸法測定装置に関するものである。

LCD（ Liquid Crystal Display ：液晶ディスプレイ）基板や PDP（ Plasma Display Panel ）等の FPD（ Flat Panel Display ）、及び、半導体ウェハ等の各種基板、並びに、それらのリソグラフィに使用するマスク基板等は、蒸着・エッチング等の膜製造技術を用いて製作される。しかし、これによって基板上に形成される配線パターン（以降、配線パターンをパターンと称する）について、製造途中並びに製造の最終工程で、その良否を判定する必要がある。これは、後工程に不良品を流さないために必要な手段である。そのために、形成されたパターンの寸法や形成位置が所定の範囲内にあるか否かを測定することが必要となる。
また、測定点は、基板上の経験的に選んだ複数のパターンについて行い、製品が新規に開発された時点では、その測定点数も多くなり、製品の製作数が多くなるにつれて必要な測定点が経験的に分かってくるために、少ない測定点数での測定に成っていく。

そして、基板上に形成されたパターンの寸法等を測定する装置において、従来の測定方法としては、顕微鏡の反射照明でパターンの上から照明を照射させることにより測定対象物像から反射された光を、光学顕微鏡（以下、顕微鏡と称する）を通して撮像装置により撮像し、取得された反射光の映像信号の輝度成分からパターン上部および下部の位置を検出し、パターンの線幅やエッジ部のテーパを測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。ここで、パターンの上部とは、測定対象のパターンの段差の一番高い平坦部であり、パターンの下部とは、測定対象のパターンのない部分（その上にパターンを形成する部分、即ち、下地パターンと称する）のことである。

従来のパターンの寸法測定装置について、図１と図２を用いて説明する。図１は従来の顕微鏡と撮像装置を有する寸法測定装置の構成を説明するための図である。
図１の寸法測定装置は、顕微鏡 101 によって得られた試料（測定対象物） 102 の像を二次元センサ（この例では、TV（テレビジョン）カメラ 103 ）で撮像し、測定部 104 内にあるフレームメモリに撮り込み、フレームメモリ内の輝度レベルデータから寸法を求めるものである。

図１において、顕微鏡 101 の試料台上に置かれた試料 102 を、顕微鏡 101 の反射照明によって TV カメラ 103 で撮像する。TV カメラ 103 は、撮像した試料の画像を映像信号に変換して、測定部 104 に出力する。測定部 104 は、入力された映像信号を画像処理して、ビデオモニタ 6 に処理結果を出力する。
図２は、図１の寸法測定装置のビデオモニタ 6 に表示された測定画面 106 と測定画面 106 内のカメラ画像表示エリア 107 の表示例を示す図である。

試料 102 を顕微鏡 101 の反射照明と TV カメラ 103 によって撮像すると、ビデオモニタ 6 に表示された測定画面 106 のカメラ画像表示エリア 107 には、図３に示すような反射照明時の画像が得られる。
図３は、試料 102 として、マスク基板のパターン（ガラス基板上のクロム蒸着パターン）を用い、そのパターンの表面の反射照明時の測定画像を表示した図である。
反射照明時には、光が上から試料に照射され、試料からの反射光を撮像する。試料がガラス基板上に形成されたクロム蒸着パターンの場合には、クロムでは反射率が高く顕微鏡に入射する光量が多いが、ガラス部分ではほとんど透過するため、反射率が低く、顕微鏡に入射する光量が少ない。また、クロムパターン形成でもテーパ部分では反射光が斜めに出て行くので、顕微鏡に入射する光量は少なくなる。尚、白い部分（クロムパターンの上面平坦部）の幅は、図３の例では、5 μm である。

図３に表示される試料 102 の画像は、試料 102 の一部のパターンの拡大された画像を示し、白地部 301 はクロムの配線パターン部分を示し、黒地部 302 は、パターンの無い部分、すなわち基板の透明ガラス部分を示している。303 はパターン部分 301 の寸法を測定するための基準ラインであって必要により適宜移動可能である。この状態で、測定画面 106 で確認後、画像処理部 104 で取得した画像の基準ライン 303 の部分を走査する。この走査した結果の輝度信号の濃度分布を表したものを図５に示す。即ち、図５は、取得した画像についてカメラ画像表示エリア 107 の基準ライン 303 に相当する画素部分を走査した時の輝度の濃度分布（輝度分布）を示している。

図５において、横軸がフレームメモリの番地で、例えば、１番地が１画素に相当する。この最大値 N は、水平方向の画素数と対応している。縦軸は輝度を示している。また、白地部 301 の部分を中心として一部だけ表示している。この輝度分布曲線において、最高輝度を 100 ％（クロムパターンの上面平坦部分の輝度）、最低輝度を 0 ％（透明ガラス部分の輝度）とした場合、1 番地から N 番地に向かって、輝度が増加する方向で、輝度が中間の 50 ％になる番地をエッジ部 Lr とする。また、輝度が減少する方向で、輝度が中間の 50 ％になる番地をエッジ部 Rr とする。このエッジ部 Lr とエッジ部 Rr 間の線幅寸法 Wr は、次式により求められる。ここで、 N は自然数で、走査した画素１つが１番地に相当する。
Wr ＝（ Rr − Lr ）× C ‥‥‥式(1)
ここで、C は補正係数であり、前もって既知のサンプルを測定して補正係数を求めておく。

また、試料 102 を顕微鏡 101 の透過照明と TV カメラ 103 で撮像すると、測定画面 106 のカメラ画像表示エリア 107 には、図４に示すような透過照明時の画像が得られる。図４は、試料 102 として、前述の反射照明と同じものを用い、試料 102 の下側から照射した照明光が試料 102 を透過して、顕微鏡 101 を通して撮像されたパターンの表面の測定画像を表示した図である。
図４において、黒地部 401 はクロムの配線パターン部分を示し、白地部 402 は透明ガラスであることを示している。図４に示す画像において、図５で説明したと同様に基準ライン 303 上の輝度の濃度分布を測定すると図６で示すものとなる。また、黒地部 401 の部分を中心として一部だけ表示している。例えば、１番地が１画素に相当する。この最大値 N は、水平方向の画素数と対応している。
透過照明時には、光が下から試料に照射され、試料からの透過光を撮像する。試料がガラス基板上に形成されたクロム蒸着パターンの場合には、クロムでは透過率が悪く顕微鏡に入射する光量がほぼゼロになるが、ガラス部分ではほとんど透過するため、顕微鏡に入射する光量が多い。また、クロムパターン形成でもテーパ部分では透過光が斜めに出て行くので、顕微鏡に入射する光量は少なくなる。尚、黒い部分（クロムパターンの下面）の幅は、図４の例では、6 μm である。

この状態で、画像処理部 104 で取得した画像の基準ライン 303 の部分を走査する。この走査した結果の輝度信号の濃度分布を表したものを図６に示す。即ち、図６は、図４の測定画像の基準ライン 303 上の輝度分布を示す図で、横軸がフレームメモリの番地、縦軸は輝度である。
図６の場合には、図４の基準ライン 303 上の輝度分布は、図５に示すものと逆転し、最高輝度 100 ％は、透明ガラス部の部分の輝度であり、最低輝度 0 ％は、クロムパターンの上面部の部分の輝度である。これは、反射光か透過光かによって輝度の濃度分布が逆転するためである。
従って、1 番地から N 番地に向かって、輝度が減少する方向で輝度が中間の 50 ％になる番地をエッジ部 Lt 、輝度が増加する方向で輝度が中間の 50 ％になる番地をエッジ部 Rt とする。
そして、前述の式(1) の様に表すならば、式(2) によって、エッジ部 Lt とエッジ部 Rt とからボトム部の線幅寸法 Wt が求められる。
Wt ＝（ Rt − Lt ）× C′ ‥‥‥式(2)
ここで、C′は補正係数であり、前述の C と同様、前もって既知のサンプルを測定して補正係数を求めておく。

近年、液晶パネルに使用される LCD 基板等の FPD 基板や、半導体ウェハ等、及び、それらの各種マスク基板上に形成される配線パターンが、ますます高精細化されてきている。
例えば、液晶パネルの高精細化に伴い、液晶パネルの製造工程において、例えば、LCD 基板上に、各画素毎に形成される薄膜トランジスタのパターンの線幅が、例えば 5 μm ± 0.5 μm のように、微細化している。液晶パネル（または、液晶ディスプレイ）には、例えば、TFT（ Thin Film Transistor ）、STN（ Super Twisted Nematic ）、DSTN（ Dual-scan Super Twisted Nematic ）、PDP 等の方式がある。またパターンの微細化と共に、パターンの断面形状も台形から、より立体的な四角（□）の形状（即ち、パターンのテーパ部分が無い形状）が要求されてきており、そのためにパターン形成時のレジスト塗布状態、及び、レジスト剥離後の実際のパターン状態での配線パターン部の断面形状を検査すること、即ち、パターンのテーパ（傾斜）部分（テーパの幅）の測定が不可欠となってきている。
即ち、上述の技術では、テーパの幅が分解能より十分大きければパターンの上部と下部の検出が可能である。しかし、パターンのテーパの幅が小さくなると、テーパの幅が分解能に近づくため、パターンの違いを認識ができなくなる。その結果、テーパの幅や傾き等の測定が不可能となる。
従って、パターンの線幅の管理には使用できるが、製造工程における管理項目として必要なテーパ形状の測定が出来ない欠点がある。

特開平１０−０８２６１６号公報

前述の従来技術には、測定する配線パターンの上部と下部の反射率すなわち輝度値の差が十分であればパターンの上部と下部の検出が可能であるが、特にパターンの上部または下部に輝度値の差が無い場合、パターンの違いを認識ができなくなりテーパ幅測定が不可能となる欠点があった。
従って、パターンの線幅の管理には使用できるが、製造工程における管理項目として必要なテーパ形状の測定が出来ない欠点がある。
本発明の目的は、上記のような欠点を除去し、パターンの微細化によって測定するパターンのテーパの幅が小さい場合でも線幅測定及びその断面形状、即ちテーパ形状が測定可能で、パターンの線幅の管理に使用できるだけでなく、製造工程における管理項目として必要なテーパ形状を測定可能なパターン寸法測定方法及び装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の寸法測定方法は、１つの画像（反射あるいは透過照明）ではエッジ部の判断が困難なテーパの形状を測定するために、反射照明と透過照明の特徴を利用するものである。
即ち、本発明は、顕微鏡の照明に反射照明と透過照明を採用し、パターン上部の検出に反射照明にて、パターン下部の検出に透過照明にて照射するか、または、反射と透過照明を同時に照射することにより、検出する箇所のテーパ部の境界の検出が容易となり、パターンのテーパ幅を測定ができるようにしたものである。
即ち、本発明の寸法測定方法は、基板上に形成された配線パターンを顕微鏡を介して撮像装置で撮像し、撮像装置から得られる映像信号を処理する信号処理部および配線パターンを照明する反射および透過照明装置とを有する配線パターンの寸法測定装置を用いる配線パターンの寸法測定方法において、信号処理部で、反射照明装置から照射される反射光により配線パターンの上部エッジ部の位置を検出し、透過照明装置から照射される透過照明により配線パターンの下部エッジ部の位置を検出し、検出された配線パターンの上部エッジ部の位置と検出された配線パターンの下部エッジ部の位置とから配線パターンの寸法を測定するものである。
また、本発明の寸法測定方法において、好ましくは、配線パターンの上部エッジ部の位置および配線パターンの下部エッジ部の位置は、それぞれ撮像装置から得られる配線パターンの輝度信号レベルに基づいて演算されるものである。
また、本発明の寸法測定方法において、好ましくは、配線パターンの寸法は、顕微鏡と配線パターンとの距離情報に基づいて演算されるものである。
また、本発明の寸法測定方法において、好ましくは、距離情報は、配線パターンと反射光および透過光の合焦点位置との間の距離であるものである。
また、本発明の寸法測定方法において、好ましくは、反射照明装置と透過照明装置を同時に配線パターンに照射し、配線パターンの寸法を測定するものである。

また、本発明の配線パターンの寸法測定装置は、基板上に形成された配線パターンを有する測定試料を搭載する載置台と、配線パターンを拡大する顕微鏡と、顕微鏡で拡大された配線パターン像を映像信号に変換する撮像装置と、映像信号を処理する画像処理装置および配線パターンを照明する反射および透過照明装置および反射および透過照明装置を制御する照明制御部とを有し、照明制御部は、反射および透過照明を同時または個別に配線パターンに照射するように制御するものである。
また、本発明の配線パターンの寸法測定装置において、好ましくは、更に、焦点位置検出部を有するものである。
また、本発明の配線パターンの寸法測定装置において、好ましくは、焦点位置検出部は、反射照明および透過照明の合焦点位置を画像処理装置に入力し、画像処理装置は、反射照明および透過照明の合焦点位置に基づいて配線パターンの厚みを演算するものである。
また、本発明の配線パターンの寸法測定装置において、好ましくは、顕微鏡は、共焦点顕微鏡であるものである。

上記の目的を達成するために、本発明の寸法測定方法は、顕微鏡と二次元センサで撮像した画像を用いて、透明基板上に形成されたパターンの寸法を測定する寸法測定装置において、反射照明により第１の位置座標を取得し、透過照明により第２の位置座標を取得し、上記第１と第２の位置座標に基いて上記パターンの寸法を測定するものである。
また、本発明の寸法測定方法は、上記第１の位置座標と共に、上記顕微鏡と上記パターンとの距離情報を取得し、上記第１と第２の位置座標及び上記距離情報に基いて上記パターンの寸法を測定するものである。
また、本発明の寸法測定方法の上記距離情報は、
上記反射照明と上記透過照明それぞれで同焦点位置の高さであることを特徴とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の寸法測定装置は、測定対象物像を拡大する顕微鏡と、拡大された測定対象物像を映像信号としてとらえる撮像装置と、その映像信号から透明基板上に形成されたパターンの寸法を測定する画像処理装置であって、上記パターンに反射照明と透過照明を、同時または個々に照射する照明切替え機能を備えたものである。

本発明によれば、線幅寸法測定を今まで以上に高精度で行うことは勿論のこと、線幅エッジのテーパ幅、テーパ高さ、テーパ傾き等のパターンの断面形状の情報を測定することが可能となる。また、テーパとパターン上部、下地パターンとの境界が、より正確になるため、パターン形状が今まで以上に正確に測定することが可能となった。
即ち、パターンの微細化等によりテーパの幅が小さい場合でも、確実に寸法測定が可能となり、更に、反射光と透過光を同時に照射することによって、測定が効率的に行えることで、測定や検査のタクトタイムを短縮でき、結果的に製品の製作時間が短くなることでコストを削減できるという効果がある。

以下、本発明の一実施例を図７〜図１２によって説明する。図８は、本発明の一実施例の寸法測定装置の構成を示すブロック図である。
試料（測定対象物） 102 の像（被写体像）は、顕微鏡 101 の対物レンズ 3 で拡大される。拡大された被写体像は、TV カメラ 103 によって映像信号に変換され、測定部 5 に出力される。
測定部 5 は、顕微鏡 101 に組込まれた反射用照明ランプ 7 の照明電源部 8 と透過用照明ランプ 9 の照明電源部 10 を後述するように制御し、TV カメラ 103 が取得した映像信号の輝度情報から、試料 102 のパターンの線幅やテーパ幅を測定し、測定した結果や必要な情報をビデオモニタ 6 に出力する。ビデオモニタ 6 は被写体像と測定結果を表示する。反射用照明ランプ 7 と透過用照明ランプ 9 は、例えば、ハロゲンランプである。
測定部 5 は、図示しない入出力機器によって、操作員が操作を行なう。

図９によって、測定するパターンのテーパの幅が大きく、傾斜が緩やかな場合の本発明の寸法測定方法の一実施例を説明する。図９は、パターンのテーパの幅が大きく、傾斜が緩やかな場合の本発明の寸法測定方法の一実施例を説明するための図である。
この例は、下記の関係が、パターン上部とパターン下部で輝度値についてある場合である。
パターン上部 20 の輝度値＞下地パターン 14 の輝度値

図９において、(a) は試料 102 の一部の撮像画像で、 11 は撮像画像、12 は基準ライン、18 はパターン部、19 はパターンのテーパ部である。(b) は撮像画像 11 の基準ライン 12 でのパターン断面 13 である。また、矢印は、光の進路と方向を模式的に表したものである。(c) は測定対象物像 11 の輝度分布 15 である。また、この輝度分布 15 は、説明に必要な一部のみを描いており、横軸方向は (a) (b) (c) で基準ライン 12 上の対応した位置となっている。

即ち、試料 102 に、顕微鏡 101 に組込まれた反射用照明ランプ 7 から照射された時、基準ライン 12 での撮像画像 11 の画素毎の輝度値をとると、パターン断面 13 と右エッジ部、すなわち、テーパ部19の左エッジ部（ L ）16 及び下地パターン（パターン下部） 14 の関係は、輝度分布 15 のようになる。
このとき、パターン上部 20 の右エッジ部（ L ）16 とパターン下部 14 の左エッジ部、すなわち、テーパ部19の右エッジ部（ R ）17 は、それぞれ図５で説明した手法と同様に、輝度値の差の 50 ％の部分の画素の番地として検出される。更に、一般的な画像処理方法により式(3) に示すような寸法計測が可能となる。
W ＝（ R − L ）× K ‥‥‥式(3)
ここで、K は補正係数であり、前記式(1) (2) と同様に、前もって既知のサンプルを測定して定められる。R はパターン下部の左エッジ部 17 の番地、L はパターン上部 20 の右エッジ部 16 の番地である。
また、図９では、パターン上部 20 の輝度値を 100 ％、一番輝度の低い部分の輝度値を 0 ％とすると、下地パターン 14 の輝度値は 5 〜 10 ％である。
尚、図９では、例えば、顕微鏡 101 の対物レンズが 20 倍、中間レンズが約 3.3 倍のものを使用している。倍率の関係で、輝度分布の曲線は、なまっていない。しかし、例えば、顕微鏡 101 の対物レンズが 50 倍、中間レンズが約 3.3 倍のものを使用すると、輝度分布の曲線は、なまってくる。

次に、測定するパターンのテーパの幅が小さく、傾斜が急峻な場合についての本発明の寸法測定方法の一実施例を図１０と図１１によって説明する。図１０は、パターンのテーパの幅が小さく、傾斜が急峻な場合の一例の説明図である。この例でも、次の関係があるとする。
パターン上部 20 の輝度値＞下地パターン 14 の輝度値
(a) は撮像画像 11 、(b) は撮像画像 11 の基準ライン 12 でのパターン断面 13 を示す。(c) は撮像画 11 の基準ライン 12 上の輝度分布 15′である。また、矢印は、光の進路を模式的に表したものである。

パターン上部 20 および下地パターン 14 の反射率は図９と同じであるが、パターンのテーパ部 19 ではテーパの幅が光の波長に近いため、分解能が悪くなり輝度値が検出されない。従って、図１０では、パターン上部 20 の輝度値を 100 ％、一番輝度の低い部分の輝度値を 0 ％とすると、下地パターン 14 の輝度値が一番低いため、輝度分布 15′のような波形となる。このためパターン上部 20 の右エッジ部 16 の検出は可能であるが、パターン下部 14 の左エッジ部 17 は検出できない。

これを解決するため、本発明では図１１に示すように、まず、顕微鏡 101 に組込まれた反射用照明ランプ 7 により測定対象物 11 を照射し、図１０で説明したようにパターン上部の右エッジ部 16 を検出する。図１１の (a) (b) (c) は、図１０の (a) (b) (c) と同じ図を説明のために描いたものであるので、説明を省略する。また、(d) は撮像画像 11 の基準ライン 12 でのパターン断面 13 を示す。(e) は撮像画像 11 の基準ライン 12 上の輝度分布 15″である。また、矢印は、光の進路を模式的に表したものである。
次に、顕微鏡 101 に組込まれた透過用照明ランプ 9 により測定対象物 11 を照射する照明を透過照明に切替える。
この時、図１１(d) に示すように、パターン上部 20 とテーパ部 19 とでは光が十分に透過せず、下地パターン 14 では光が透過するため、図１１(e) に示すような輝度分布 15″が得られる。このため、パターン下部の左エッジ部 17 の検出が可能となる。
以上で得られたパターン上部の右エッジ部 16 とパターン下部の左エッジ部 17 とから、式(3) による寸法計測が可能となる。
上記説明では、パターンの右側のテーパ部について左と右のエッジを検出する説明をしたが、パターンの左側のテーパ部についても同様に寸法計測ができることは言うまでもない。
また、下地パターン 14 では、光の殆どが透過するため、輝度分布の輝度差が最も大きくなる。

上記実施例のように、反射照明と透過照明を切替えて、パターン上部の右エッジ部 16 とパターン下部の左エッジ部 17 とが検出可能である。しかし、実際には、反射用照明ランプ 7 を点灯させた状態で TV カメラ 103 で得られる映像信号を処理し、次に透過用照明ランプ 9 を点灯し、透過用照明ランプ 9 が安定するまでの時間と透過用照明ランプ 9 を点灯させた状態で TV カメラ 103 で得られる映像信号を処理するため、２回分の映像信号の取込み及び処理の時間がかかる。このため、製品の生産工場の場合にはタクトタイムに影響を与え、生産効率が悪くなる。

これを改善するため、図１２に示すように、反射用照明ランプ 7 と透過用照明ランプ 9 とを同時に、測定する試料 102 に照射する。尚、反射光と透過光を同時に照射したとしても、TV カメラ 103 にはそれぞれ反射光と透過光との合算された光量が検出されるため、輝度分布は、反射照明時に得られた輝度分布と透過照明時に得られた輝度分布とを合成した輝度分布 21 となる。
この状態は、図９で説明した、測定するパターンのテーパの幅が大きく、傾斜が緩やかな場合の輝度分布となるため、最も安定した計測処理が可能となる。
また、TV カメラ 103 で得られる映像信号についても、１回の処理で済むため、生産のためのタクトタイムも向上する。

次に、本発明の他の実施例を図１３に示す。図１３は、図８の寸法測定装置に、パターンのテーパの高さの測定精度を向上させるため、焦点位置検出用の Z 軸方向測定部（顕微鏡 101 の高さ方向、または、試料 102 のパターン 13の厚み方向測定用のスケール）80 を実装したものである。
上記までの実施例では、パターンの高さは、製作の条件として、常に所定の高さが実現できるとして寸法測定を行ってきた。しかし、実際のパターンでは、必ずばらつきがあり、一定の高さであることはない。従って、ここで説明するように、高さ方向の測定も重要である。

図７は、パターン断面と反射照明および透過照明における基準ラインの輝度分布の関係を示した図である。(a) は、試料 102 の、透明ガラス基板 201 と透明ガラス基板 201 上に形成されたクロム蒸着パターン 202 との基準ラインでの断面図を示す図で、(b) は、反射照明による輝度分布 Cr を示す図、(c) は、透過照明による輝度分布 Ct を示す図である。

図７(b) に示すように、反射照明が光を試料 102 の上から照射されるため、パターンのトップ部の平らな（上面平坦な）部分であるパターン上部 20 は光がまっすぐ反射して顕微鏡に入射するため、明るくなる。また、テーパ部 19 と 191 の部分は光が斜めに反射して、パターン上部 20 よりは反射光が少なく顕微鏡に入射するため、暗くなる。また、下地パターン（ボトム部）14 のガラスは光が透過して反射光が顕微鏡に入射しないため、暗くなる。
従って、輝度分布 Cr のようになる。この輝度分布の 1 から N 番地（画素数に対応する）に向かって輝度が 50 ％になる番地をエッジ部 Lr とする。エッジ部 Lr は、パターン左側のトップ部のエッジ部 71 に相当する。また、この時の合焦点位置座標（ Z 軸座標）は、スケール 80 によって測定され、測定部 5 に与えられるトップ部の番地 Zr（ Z 軸方向の位置（番地）に対応するスケール座標）である。
上記に述べたと同様に、パターン右側のトップ部のエッジ 73 とボトム部のエッジ 74 についても、対応する番地（フレームメモリ番地と Z 軸方向の位置）を測定できる。

次に図７(C) に示すように、透過照明は、光を試料 102 の下から照射するため、パターンの無い透明ガラス部分は光が透過して明るくなる。テーパ部分とトップ部のクロム蒸着部分は、光が透過せずに暗くなるので、輝度分布 Ct のようになる。この輝度分布の 1 から N 番地（画素数に対応する）に向かって輝度が 50 ％になる番地をエッジ部 Lt とする。エッジ部 Lt は、パターン左側のボトム部のエッジ部 72 に相当する。また、この時の合焦点位置座標は、スケール 80 で測定され、ボトム部の番地 Zt に相当する。

上記により求めた輪部 Lr と Lt より、パターン左側エッジのテーパの幅 TL を次式により求めることができる。
TL ＝（ Lt − Lr ）× C″ ‥‥‥式(4)
ここで、C″は補正係数である。尚、前述の C ，C′と同様、前もって既知のサンプルを測定して補正係数を求めておく。

また上記テーパ幅を求める際に、検出する反射照明と透過照明それぞれで合焦点位置のスケールの座標 Zr と Zt とにより、パターン左側エッジのテーパの高さ HL を次式により求めることができる。
HL ＝ Zt − Zr ‥‥‥式(5)

更に、上記で求めたテーパの幅 TL と高さ HL より、パターン左側エッジのテーパの傾き角度 DL（図７(a) に示す）を次式により求めることができる。
DL ＝ tan ^ー1（ HL ÷ TL） ‥‥‥式(6)
尚、DL は、90 度に近い方が微細なパターンとして優れているか、または好まれる。この角度を求め、前もって設定した値と比較することで、製品またはパターンの良否の判定を行うことができる。

スケール 80 は、例えば、Z 軸の位置が変わっても、X ，Y 方向に変位しない真直度の優れた微動 Z 軸機構（真直度誤差：10 nm ）を用いる。
また、顕微鏡 101 としては、パターンのトップ側とボトム側が分解できる共焦点顕微鏡（コンフォーカル）を用いる。（ Z 軸方向分解能：0.1 μm ）
高さ方向については、共焦点顕微鏡（コンフォーカル）には、0.1 μm の分解能しかないが、別途レーザー干渉計を用いて高分解能化しても良い。
また、上述の実施例では、輝度が 50 ％になるところをエッジ部としたが、測定する物体（試料）によって適宜設定し、変更することができることは言うまでもない。

以上述べたように、顕微鏡と顕微鏡による拡大試料像を撮像するテレビカメラ等エリアセンサを組合せてパターンのテーパ幅等寸法測定の画像処理を行なう寸法測定装置において、テーパの幅が小さい場合でも、反射照明でパターン上部を透過照明でパターン下部を個別に照射または同時に照射することによりパターンのテーパ部が検出できるため、安定したパターン部のテーパ幅や傾斜の寸法測定が可能となる。

従来の寸法測定装置の構成を説明するための図。 従来の測定画面の表示例を示す図。 ガラス基板上のクロム蒸着パターンのパターンの表面の反射照明時の測定画像。 ガラス基板上のクロム蒸着パターンのパターンの表面の透過照明時の測定画像。 図３の測定画像の基準ライン上の輝度分布を示す図。 図４の測定画像の基準ライン上の輝度分布を示す図。 本発明の一実施例を説明するための輝度分布を示した図。 本発明の一実施例の寸法測定装置の構成を示すブロック図。 本発明の寸法測定方法の一実施例を説明するための図。 本発明の寸法測定方法の一実施例を説明するための図。 本発明の寸法測定方法の一実施例を説明するための図。 反射照明と透過照明を同時に照射した場合のパターン上部と下部の輝度分布の説明図である。 本発明の一実施例の寸法測定装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

3：対物レンズ、 5：測定部、 6：ビデオモニタ、 7：反射用照明ランプ、 8：反射照明用電源、 9：透過用照明ランプ、 10：透過照明用電源、 11：撮像画像、 12：基準ライン、 13：試料の断面図、 14：下地パターン、 15，15′，15″：輝度分布、 16：左エッジ部、 17：右エッジ部、 18：パターン部、 19：テーパ部、 20：パターン上部、 21：輝度分布、 71，72，73，74：エッジ部、 80：スケール、 101：顕微鏡、 102：試料、 103：TV カメラ、 104：測定部、 106：測定画面、 107：カメラ画像表示エリア、 301：白地部、 302：黒地部、 303：基準ライン、 401：黒地部、 402：白地部。

Claims (9)

1. 基板上に形成された配線パターンを顕微鏡を介して撮像装置で撮像し、上記撮像装置から得られる映像信号を処理する信号処理部および上記配線パターンを照明する反射および透過照明装置とを有する配線パターンの寸法測定装置を用いる配線パターンの寸法測定方法において、
   上記信号処理部で、上記反射照明装置から照射される反射光により上記配線パターンの上部エッジ部の位置を検出し、上記透過照明装置から照射される透過照明により上記配線パターンの下部エッジ部の位置を検出し、上記検出された配線パターンの上部エッジ部の位置と上記検出された配線パターンの下部エッジ部の位置とから上記配線パターンの寸法を測定することを特徴とする寸法測定方法。
2. 請求項１記載の寸法測定方法において、上記配線パターンの上部エッジ部の位置および上記配線パターンの下部エッジ部の位置は、それぞれ上記撮像装置から得られる上記配線パターンの輝度信号レベルに基づいて演算されることを特徴とする寸法測定方法。
3. 請求項１記載の寸法測定方法において、上記配線パターンの寸法は、上記顕微鏡と上記配線パターンとの距離情報に基づいて演算されることを特徴とする寸法測定方法。
4. 請求項３記載の寸法測定方法において、上記距離情報は、上記配線パターンと上記反射光および透過光の合焦点位置との間の距離であることを特徴とする寸法測定方法。
5. 請求項１記載の寸法測定方法において、上記反射照明装置と上記透過照明装置を同時に上記配線パターンに照射し、上記配線パターンの寸法を測定することを特徴とする寸法測定方法。
6. 基板上に形成された配線パターンを有する測定試料を搭載する載置台と、上記配線パターンを拡大する顕微鏡と、上記顕微鏡で拡大された配線パターン像を映像信号に変換する撮像装置と、上記映像信号を処理する画像処理装置および上記配線パターンを照明する反射および透過照明装置および上記反射および透過照明装置を制御する照明制御部とを有し、上記照明制御部は、上記反射および透過照明を同時または個別に上記配線パターンに照射するように制御することを特徴とする配線パターンの寸法測定装置。
7. 請求項６記載の配線パターンの寸法測定装置において、更に、焦点位置検出部を有することを特徴とする配線パターンの寸法測定装置。
8. 請求項７記載の配線パターンの寸法測定装置において、上記焦点位置検出部は、上記反射照明および上記透過照明の合焦点位置を上記画像処理装置に入力し、上記画像処理装置は、上記反射照明および上記透過照明の合焦点位置に基づいて上記配線パターンの厚みを演算することを特徴とする配線パターンの寸法測定装置。
9. 請求項８記載の配線パターンの寸法測定装置において、上記顕微鏡は、共焦点顕微鏡であることを特徴とする配線パターンの寸法測定装置。
   
   

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