JP2009264822A - 線幅測定装置および線幅測定装置の照明レベル設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線幅測定装置の測定照明レベルの設定を、ある基準を持って設定するようにし、操作者による設定のばらつきを無くし、安定した測定を行うことが可能な線幅測定装置および照明レベル設定方法を提供すること。
【解決手段】初期値としての任意の照明レベルで線幅測定対象であるパターンの画像情報を取り込み、取り込んだ画像情報に基づいてパターンの線幅を算出し、線幅を算出できなくなる上限（および下限）の照明レベルまで初期値から徐々に照明レベルを上げながら（下げながら）パターンの画像情報を取り込み、取り込んだ画像情報に基づいてパターンの線幅を算出し、上限の照明レベルと下限の照明レベルとの中間の照明レベルを算出し、算出した中間の照明レベルを線幅測定装置の適正照明レベルとして設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）などのＦＰＤ（Flat Panel Display）基板、半導体ウェハ、プリント基板、およびフォトマスクなどの各種の基板の表面に形成された回路パターンのパターン寸法やパターン間隔などを測定するための線幅測定装置、およびその照明レベル設定方法に関する。

従来、測定対象である各種の基板の表面に形成された回路パターンの観察像を画像情報として取り込んで電気信号に変換し、電気信号の信号レベル（輝度レベル）に応じた多値化した数値データを生成する。その後、この数値データを画素ごとにＹ方向に積算して積算データを求め、この積算データをもとにスプライン処理を行って疑似曲線を得る。さらに、この疑似曲線を１次微分して輝度変化のピーク（エッジ１、エッジ２）をエッジ（端点）として検出し、これらエッジ１、エッジ２間を線幅として測定する。このエッジ検出に際し、線幅測定装置の測定照明レベルの設定は、操作者の経験に基づいて行っている。

ＣＣＤカメラなどを用いて工業製品等の被写体を撮像し、その画像に基づいて品質管理等を行う画像処理装置においては、ＣＣＤカメラの光電変換特性に応じて被写体に照射する照明光の光量を制御する必要がある。特に、被写体が、ＩＣやＬＳＩなどを形成するシリコンウエハの場合、シリコンウエハの表面は鏡面状に形成されていることからその反射率が高く、光源から照射された光が乱反射されることなくＣＣＤカメラに入射されるので、照射光が減衰することなく反射されることとなり、比較的少ない照射光量でも撮像できる反面、照射光量が少しでも多くなると光量過多となって飽和してしまうため、適正な照射光量の範囲が狭く、その調整が困難である。

そのため、光源で照射された被写体を撮像する撮像装置の光電変換出力信号の信号強度が被写体からの入射光量に応じて変化する範囲に対応する当該光源の照射光量の変化範囲内に、当該光源の下限照射光量と上限照射光量を予め設定する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−７３８６５号公報

しかしながら、現実的には、線幅測定装置の測定照明レベルの設定は、下限照射光量と上限照射光量を予め設定するのみでは不十分であり、明る過ぎたり暗過ぎたりにならないように、操作者の経験による勘やこつで行っているため、操作者による設定のばらつきが発生しまい、そのばらつきが測定ミスや測定値のばらつきを発生させるという問題点があった。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、線幅測定装置の測定照明レベルの設定を、ある基準を持って設定するようにし、操作者による設定のばらつきを無くし、安定した測定を行うことが可能な線幅測定装置および線幅測定装置の照明レベル設定方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の照明レベル設定方法は、回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置の照明レベルを設定するための照明レベル設定方法であって、初期値としての任意の照明レベルで、線幅測定対象である前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、線幅を算出できなくなる上限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを上げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、線幅を算出できなくなる下限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを下げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、前記上限の照明レベルと前記下限の照明レベルとの中間の照明レベルを算出し、前記算出した中間の照明レベルを前記線幅測定装置の適正照明レベルとして設定することを特徴とする。

また、本発明の一態様によれば、本発明の照明レベル設定方法は、回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置の照明レベルを設定するための照明レベル設定方法であって、初期値としての任意の照明レベルで、線幅測定対象である前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、線幅を算出できなくなる上限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを上げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、線幅を算出できなくなる下限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを下げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、前記照明レベルを上げながらおよび下げながら算出した線幅と対応する照明レベルとの一覧を出力し、前記出力された一覧の線幅と照明レベルとの対応のうち選択された照明レベルを前記線幅測定装置の適正照明レベルとして設定することを特徴とする。

また、本発明の照明レベル設定方法は、前記一覧表からの照明レベルの選択が、入力手段を用いた操作者による選択であることが望ましい。
また、本発明の照明レベル設定方法は、前記一覧表からの照明レベルの選択が、メモリ中に格納された設計データと近い値の線幅に対応する照明レベルの選択であることが望ましい。

また、本発明の一態様によれば、本発明の照明レベル設定方法は、回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置の照明レベルを設定するための照明レベル設定方法であって、任意の照明レベルで、線幅測定対象である前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記画像の輝度レベルを算出し、予め登録されている基本画像の輝度レベルと、算出した前記画像の輝度レベルとの輝度差を算出し、前記輝度差が所定範囲内であるかどうかを判断し、前記輝度差が所定範囲内となるときの前記照明レベルを前記線幅測定装置の適正照明レベルとして設定することを特徴とする。

また、本発明の一態様によれば、本発明の線幅測定装置は、上述の何れかの照明レベル設定方法によって設定された照明レベルを用いて前記回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定することを特徴とする。

本発明によれば、測定照明レベルの設定をある基準を持って設定できるので、照明レベル設定の操作者によるばらつきを防止できると共に、線幅装置間の測定絶対値のばらつきも抑えることができるので、安定した測定を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。すべての図面において、実施の形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

図１は、本発明が適用される線幅測定装置の概略構成を示す図である。
図１において、結像手段１２は、測定対象であるパターン１１の観察像を取り込み、パターン１１の観察像から画像情報を生成する。撮像部１３は、結像手段１２に接続しており、結像手段１２からの画像情報を電気信号に変換し、この電気信号を画像処理部１４に出力する。この結像手段１２による画像情報の生成および撮像部１３による撮像は、さまざまな照明レベルで実行される。

画像処理部１４は、撮像部１３からの電気信号の信号レベル（輝度レベル）に応じた多値化した数値データを生成し、この数値データを画素ごとにＹ方向に積算して積算データを求め、この積算データに基づいてスプライン処理を行って疑似曲線を得る。さらに、画像処理部１４は、この疑似曲線を１次微分して輝度変化の２点のピークをエッジ（端点）として検出し、これらエッジ間をそれぞれの照明レベルにおける線幅として出力する。そして、この画像処理部１４には、装置制御部１５が接続されている。

この装置制御部１５は、画像処理部１４が求めた様々な照明レベルにおける線幅に基づいて、適切な照明レベルを照明レベル設定部１６が設定するように、照明レベル設定部１６を制御する。例えば、画像処理部１４がさまざまな照明レベルにおいて求めた線幅を、装置制御部１５が出力部１７に一覧表示し、操作者が入力部１８を用いて最適な照明レベルを入力しても良い。また、記憶部１９に記憶されている設定データに基づいて、最適な照明レベルを選択するようにしてもよい。

次に、上述のような線幅測定装置の照明レベルの設定処理についての実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

第１の実施の形態としては、照明レベルを自動で上げながら、または下げながら輝度測定を行い、測定限界の照明レベル（明るすぎ、または暗すぎ）の上下限値を求め、その中間値を測定照明レベルとして自動設定する方法について説明する。

第１の実施の形態における線幅測定は、被測定画像から予め登録された測定モデルの検出を行い、その測定モデルの中心からの相対位置に登録された測定エッジを検出し、その測定エッジの組み合わせを線幅として測定を行う。測定レシピの作成は、測定モデルと測定エッジ（測定箇所）の登録と測定時の照明レベルの設定を行う。なお、測定モデルとしては、観察視野内における特徴的な領域を用いる。

図２は、第１の実施の形態における照明レベル設定処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１において、測定モデルおよび測定箇所の登録を行う。

次に、ステップＳ２０２において、照明レベルを適当な明るさ、すなわち、経験的に明るすぎず、暗すぎずの照明レベルに設定して測定を開始する。
そして、ステップＳ２０３において、測定が完了したか否かを判断し、測定が完了したら（ステップＳ２０３：Ｙ）、ステップＳ２０４において、照明レベルを上げて、測定を実行する。他方、測定が完了していなければ（ステップＳ２０３：Ｎ）、ステップＳ２０２に戻り、測定が完了するまでステップＳ２０２以降を繰り返す。

次に、ステップＳ２０５において、ステップＳ２０４で照明レベルを上げて行なった測定が測定限界に達したか、すなわち、明るすぎて測定モデルまたは測定エッジが検出できないことにより、測定が完了したか否かを判断する。そして、測定限界に達していなければ（ステップＳ２０５：Ｙ）、ステップＳ２０４に戻り、測定限界に達するまでステップＳ２０４以降を繰り返す。他方、測定限界に達していければ（ステップＳ２０５：Ｎ）、ステップＳ２０６において、直前のステップＳ２０４で測定した測定限界の１ステップ前のステップＳ２０４での照明レベルを測定可能上限値とする。

次に、ステップＳ２０７において、照明レベルをステップＳ２０２で設定した初期値に戻し、照明レベルを下げて、測定を実行する。
そして、ステップＳ２０８において、ステップＳ２０７で照明レベルを下げて行なった測定が測定限界に達したか、すなわち、暗すぎて測定モデルまたは測定エッジが検出できないことにより、測定が完了したか否かを判断する。そして、測定限界に達していなければ（ステップＳ２０８：Ｙ）、ステップＳ２０７に戻り、測定限界に達するまでステップＳ２０７以降を繰り返す。他方、測定限界に達していければ（ステップＳ２０８：Ｎ）、ステップＳ２０９において、直前のステップＳ２０７で測定した測定限界の１ステップ前のステップＳ２０７での照明レベルを測定可能下限値とする。

最後に、ステップＳ２１０において、ステップＳ２０６で得られた照明レベルの上限値およびステップＳ２０９で得られた照明レベルの下限値に基づいて、これら上限値および下限値の中間の値を算出し、これを測定照明レベルとして採用する。

このように、測定可能な上限値および下限値を求め、その中間値を測定照明レベルとして採用することにより、照明レベル設定の操作者によるばらつきを防止することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態としては、上述の第１の実施の形態の照明レベル設定方法において、実際の測定寸法をもとに照明レベルを設定することを特徴としている。すなわち、第１の実施の形態における測定可能な上限値および下限値を求める過程で得られた、様々な照明レベルにおける測定結果を出力部１７に一覧表示し、その測定結果の中から最適な照明レベルを決定する方法である。

図３は、第２の実施の形態における照明レベル設定処理の流れを示すフローチャートである。
図３において、ステップＳ２０１乃至ステップＳ２０９は、図２を用いて説明した第１の実施の形態における照明レベル設定処理と同様であるので、説明を省略する。

ステップＳ２０９の終了後に、ステップＳ３０１において、各照明レベルを用いて繰り返し実行されたステップＳ２０４およびステップＳ２０７で得られた測定結果を、照明レベルと対応付けた一覧表として出力部１７に出力する。

図４は、各照明レベルに対応した測定結果である線幅の一覧表の例を示す図である。
図４において、例えば、照明レベル「８」で測定を実行した場合、測定結果として「４．９（μｍ）」が照明レベル「８」と対応付けられて示されている。

そして、ステップＳ３０２において、これら一覧表として出力された測定結果の中から、測定箇所の設計値または他の線幅測定装置の測定値に近い値の照明レベルを選択する。例えば、マウス等の入力装置を用いた操作者による選択でもよいし、メモリ中に格納された設計データと近い値の線幅に対応する照明レベルを自動的に選択するようにしてもよい。

このように、測定可能な上限値および下限値を求める過程で得られた、様々な照明レベルにおける測定結果をもとに最適な照明レベルを設定することにより、照明レベル設定の操作者によるばらつきを防止できると共に、線幅測定装置間の測定絶対値のばらつきも抑えることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、予め登録された基本画像の輝度レベルをもとに照明レベルを設定することを特徴としている。すなわち、予め見本となる基本画像（見本画像）を登録しておき、この基本画像の輝度レベルと一致するような照明レベルの設定を行う。ここで、基本画像は、熟練作業者が登録した画像でも良いし、同一工場内で複数台が稼動している場合は、１号機（マスタ一号機）のレシピに登録しているモデル画像を基本画像としても良い。

図５は、第３の実施の形態における照明レベル設定処理の流れを示すフローチャートである。
図５において、ステップＳ２０１乃至ステップＳ２０３は、図２を用いて説明した第１の実施の形態における照明レベル設定処理と同様であるので、説明を省略する。

ステップＳ２０３の後、ステップＳ５０１において、ステップＳ２０２で測定した測定画像の輝度レベルを算出する。
次に、ステップＳ５０２において、予め登録された基本画像（見本画像）の輝度レベルとステップＳ５０１で算出した測定画像の輝度レベルとの輝度差を算出する。

そして、ステップＳ５０３において、ステップＳ５０２で算出した輝度差が、ある設定された範囲内で一致しているか否かを判断し、一致していると判断されなければ（ステップＳ５０３：Ｎ）、ステップＳ５０４において、一致する方向に照明レベルを上げたり、あるいは下げたりして変更し、変更された照明レベルを用いて測定を実行する。その後、ステップＳ５０１に戻り、以降の処理を繰り返す。

他方、ステップＳ５０３で輝度差が一致していると判断された場合（ステップＳ５０３：Ｙ）は、ステップＳ５０５において、その変更された照明レベルを採用する。
このように、見本画像の輝度レベルと一致するような照明レベルの設定を行うことにより、照明レベル設定の操作者によるばらつきを防止することができる。

以上、本発明の各実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用される線幅測定装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。

また、バスに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記憶媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したＲＯＭやＲＡＭのメモリ、外部記録装置、可搬記憶媒体を、線幅測定装置に供給し、その線幅測定装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、可搬記憶媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記憶媒体等は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための可搬記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置（言い換えれば、通信回線）を介して記録した種々の記憶媒体などを用いることができる。

また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。

さらに、可搬型記憶媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム（データ）提供者から提供されたプログラム（データ）が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。

すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は形状を取ることができる。

本発明が適用される線幅測定装置の概略構成を示す図である。 第１の実施の形態における照明レベル設定処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施の形態における照明レベル設定処理の流れを示すフローチャートである。 各照明レベルに対応した測定結果である線幅の一覧表の例を示す図である。 第３の実施の形態における照明レベル設定処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１ パターン
１２ 結像手段
１３ 撮像部
１４ 画像処理部
１５ 装置制御部
１６ 照明レベル設定部
１７ 出力部
１８ 入力部
１９ 記憶部
４１ 一覧表

Claims (6)

1. 回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置の照明レベルを設定するための照明レベル設定方法であって、
   初期値としての任意の照明レベルで、線幅測定対象である前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、
   線幅を算出できなくなる上限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを上げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、
   線幅を算出できなくなる下限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを下げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、
   前記上限の照明レベルと前記下限の照明レベルとの中間の照明レベルを算出し、
   前記算出した中間の照明レベルを前記線幅測定装置の適正照明レベルとして設定する、
   ことを特徴とする照明レベル設定方法。
2. 回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置の照明レベルを設定するための照明レベル設定方法であって、
   初期値としての任意の照明レベルで、線幅測定対象である前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、
   線幅を算出できなくなる上限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを上げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、
   線幅を算出できなくなる下限の照明レベルまで、前記初期値から徐々に照明レベルを下げながら、前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記パターンの線幅を算出し、
   前記照明レベルを上げながらおよび下げながら算出した線幅と対応する照明レベルとの一覧を出力し、
   前記出力された一覧の線幅と照明レベルとの対応のうち選択された照明レベルを前記線幅測定装置の適正照明レベルとして設定する、
   ことを特徴とする照明レベル設定方法。
3. 前記一覧表からの照明レベルの選択は、入力手段を用いた操作者による選択であることを特徴とする請求項２に記載の照明レベル設定方法。
4. 前記一覧表からの照明レベルの選択は、メモリ中に格納された設計データと近い値の線幅に対応する照明レベルの選択であることを特徴とする請求項２に記載の照明レベル設定方法。
5. 回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置の照明レベルを設定するための照明レベル設定方法であって、
   任意の照明レベルで、線幅測定対象である前記パターンの画像情報を取り込み、前記取り込んだ画像情報に基づいて、前記画像の輝度レベルを算出し、
   予め登録されている基本画像の輝度レベルと、算出した前記画像の輝度レベルとの輝度差を算出し、
   前記輝度差が所定範囲内であるかどうかを判断し、前記輝度差が所定範囲内となるときの前記照明レベルを前記線幅測定装置の適正照明レベルとして設定する、
   ことを特徴とする照明レベル設定方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の照明レベル設定方法によって設定された照明レベルを用いて前記回路基板上に形成されたパターンの線幅を測定することを特徴とする線幅測定装置。