JP3275407B2 - 微小寸法測定装置 - Google Patents
微小寸法測定装置Info
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- JP3275407B2 JP3275407B2 JP34329792A JP34329792A JP3275407B2 JP 3275407 B2 JP3275407 B2 JP 3275407B2 JP 34329792 A JP34329792 A JP 34329792A JP 34329792 A JP34329792 A JP 34329792A JP 3275407 B2 JP3275407 B2 JP 3275407B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は微小寸法測定装置に関
し、特に高段差のパタ−ンと低段差のパタ−ンとの寸法
を測定する微小寸法測定装置に関する。
し、特に高段差のパタ−ンと低段差のパタ−ンとの寸法
を測定する微小寸法測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の微小寸法測定装置を示す全
体構成図、図２（ａ）は試料の平面図、同図（ｂ）はそ
の断面図である。従来の微小寸法測定装置は、試料ホル
ダ１０８に保持された試料１０７に光を照射する照明光
学系と、試料面からの反射光を集光する対物レンズ１０
６と、この対物レンズ１０６を出た反射光を結像する結
像光学系と、この結像光学系による試料像を観測するＣ
ＣＤカメラ１１０とを備えている。照明光学系を構成す
る光源１０１の光はコンデンサレンズ１０２、照明絞り
１０３、投影レンズ１０４及びハ−フミラ−１０５を経
て対物レンズ１０６の瞳面に結像し、ケ−ラ−照明を構
成する。
体構成図、図２（ａ）は試料の平面図、同図（ｂ）はそ
の断面図である。従来の微小寸法測定装置は、試料ホル
ダ１０８に保持された試料１０７に光を照射する照明光
学系と、試料面からの反射光を集光する対物レンズ１０
６と、この対物レンズ１０６を出た反射光を結像する結
像光学系と、この結像光学系による試料像を観測するＣ
ＣＤカメラ１１０とを備えている。照明光学系を構成す
る光源１０１の光はコンデンサレンズ１０２、照明絞り
１０３、投影レンズ１０４及びハ−フミラ−１０５を経
て対物レンズ１０６の瞳面に結像し、ケ−ラ−照明を構
成する。
【０００３】試料１０７の像は対物レンズ１０６で拡大
され、結像光学系を構成する結像レンズ１０９でＣＣＤ
カメラ１１０に結像される。拡大された試料像はテレビ
カメラ１１０で電気信号に変換され、図示しない画像処
理装置によって図６の大きな段差のパタ−ン１６と小さ
な段差のパタ−ン１７とのエッジ位置を検出して各パタ
−ン１６，１７の中心Ｃ１，Ｃ２を求め、両中心Ｃ１，
Ｃ２間の微小寸法を求めていた。
され、結像光学系を構成する結像レンズ１０９でＣＣＤ
カメラ１１０に結像される。拡大された試料像はテレビ
カメラ１１０で電気信号に変換され、図示しない画像処
理装置によって図６の大きな段差のパタ−ン１６と小さ
な段差のパタ−ン１７とのエッジ位置を検出して各パタ
−ン１６，１７の中心Ｃ１，Ｃ２を求め、両中心Ｃ１，
Ｃ２間の微小寸法を求めていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、大きな段差
のパタ−ン１６も小さな段差のパタ−ン１７も同じ開口
数（Ｎ／Ａ）で観察しているので、パタ−ンの段差と焦
点深度とがアンバランスになり、正確な測定ができない
という問題があった。例えば高Ｎ／Ａで大きな段差のパ
タ−ンを観察するとエッジのまわりに何重にも線が見え
てしまい、低Ｎ／Ａで小さな段差のパタ−ンを観察する
とコントラストが不明瞭になる。
のパタ−ン１６も小さな段差のパタ−ン１７も同じ開口
数（Ｎ／Ａ）で観察しているので、パタ−ンの段差と焦
点深度とがアンバランスになり、正確な測定ができない
という問題があった。例えば高Ｎ／Ａで大きな段差のパ
タ−ンを観察するとエッジのまわりに何重にも線が見え
てしまい、低Ｎ／Ａで小さな段差のパタ−ンを観察する
とコントラストが不明瞭になる。
【０００５】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はパタ−ンの段差に応じた焦点深度
が選択でき、パタ−ンの段差の大小に左右されずにパタ
−ン間の寸法を測定することができる微小寸法測定装置
を提供することである。
たもので、その課題はパタ−ンの段差に応じた焦点深度
が選択でき、パタ−ンの段差の大小に左右されずにパタ
−ン間の寸法を測定することができる微小寸法測定装置
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めこの発明の微小寸法測定装置は、段差の異なる少なく
とも２つのパターンが形成された試料面に光を照射する
照明光学系と、前記試料面からの光束を集光する対物レ
ンズと、この対物レンズを出た光束を結像する第１の結
像光学系と、この結像光学系による試料像を観測する第
１の撮像手段とを備えた微小寸法測定装置において、前
記対物レンズを出た光束の一部を結像する第２の結像光
学系と、この結像光学系による試料像を観測する第２の
撮像手段とを備え、第２の結像光学系の絞りを、前記対
物レンズの瞳面と共役な位置に配置し、前記第１の撮像
手段の画像信号を用いて前記２つのパターンのうちの一
方のパターンのエッジ位置を検出し、前記第２の撮像手
段の画像信号を用いて前記２つのパターンのうちの他方
のパターンのエッジ位置を検出する。
めこの発明の微小寸法測定装置は、段差の異なる少なく
とも２つのパターンが形成された試料面に光を照射する
照明光学系と、前記試料面からの光束を集光する対物レ
ンズと、この対物レンズを出た光束を結像する第１の結
像光学系と、この結像光学系による試料像を観測する第
１の撮像手段とを備えた微小寸法測定装置において、前
記対物レンズを出た光束の一部を結像する第２の結像光
学系と、この結像光学系による試料像を観測する第２の
撮像手段とを備え、第２の結像光学系の絞りを、前記対
物レンズの瞳面と共役な位置に配置し、前記第１の撮像
手段の画像信号を用いて前記２つのパターンのうちの一
方のパターンのエッジ位置を検出し、前記第２の撮像手
段の画像信号を用いて前記２つのパターンのうちの他方
のパターンのエッジ位置を検出する。
【０００７】
【作用】前述のように第１の結像光学系の対物レンズを
出た光束の一部を結像する第２の結像光学系と、この結
像光学系による試料像を観測する第２の撮像手段とを備
え、前記第２の結像光学系の絞りを、前記対物レンズの
瞳面と共役な位置に配置したので、パタ−ンの段差の大
小に応じた焦点深度の像を得ることができる。
出た光束の一部を結像する第２の結像光学系と、この結
像光学系による試料像を観測する第２の撮像手段とを備
え、前記第２の結像光学系の絞りを、前記対物レンズの
瞳面と共役な位置に配置したので、パタ−ンの段差の大
小に応じた焦点深度の像を得ることができる。
【０００８】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【０００９】図１はこの発明の一実施例に係る微小寸法
測定装置の全体説明図である。光源１の前方には照射光
を集光するコンデンサレンズ２が配置され、コンデンサ
レンズ２の前方には開口数を制限する照明絞り３が配置
されている。照明絞り３の前方には後述の対物レンズ６
の瞳面近傍に光源１の像を結像する投影レンズ４が配置
され、投影レンズ４の前方には照射光を直角に曲げるハ
−フミラ−５が配置されている。ハ−フミラ−５で反射
された照射光は対物レンズ６を介して試料ホルダ８で保
持された試料７上に照射され、いわゆるケ−ラ−照明に
なっている。
測定装置の全体説明図である。光源１の前方には照射光
を集光するコンデンサレンズ２が配置され、コンデンサ
レンズ２の前方には開口数を制限する照明絞り３が配置
されている。照明絞り３の前方には後述の対物レンズ６
の瞳面近傍に光源１の像を結像する投影レンズ４が配置
され、投影レンズ４の前方には照射光を直角に曲げるハ
−フミラ−５が配置されている。ハ−フミラ−５で反射
された照射光は対物レンズ６を介して試料ホルダ８で保
持された試料７上に照射され、いわゆるケ−ラ−照明に
なっている。
【００１０】対物レンズ６の後方の光路上には結像レン
ズ９が配置され、結像レンズ９はＣＣＤカメラ１０に像
を結ぶ。
ズ９が配置され、結像レンズ９はＣＣＤカメラ１０に像
を結ぶ。
【００１１】ハ−フミラ−５と結像レンズ９との間には
ハ−フミラ−１１が配置され、このハ−フミラ−１１は
ハ−フミラ−５から出た光束の一部を直角に曲げる。そ
の光路上には、対物レンズ６の瞳面と共役な面を作るリ
レ−レンズ１２、開口数を制限する結像絞り１３及びＣ
ＣＤカメラ１５に像を結ぶ結像レンズ１４が配置されて
いる。結像絞り１３は、開口数を変えることができるよ
うに対物レンズ６の瞳面と共役な位置に配置されてい
る。
ハ−フミラ−１１が配置され、このハ−フミラ−１１は
ハ−フミラ−５から出た光束の一部を直角に曲げる。そ
の光路上には、対物レンズ６の瞳面と共役な面を作るリ
レ−レンズ１２、開口数を制限する結像絞り１３及びＣ
ＣＤカメラ１５に像を結ぶ結像レンズ１４が配置されて
いる。結像絞り１３は、開口数を変えることができるよ
うに対物レンズ６の瞳面と共役な位置に配置されてい
る。
【００１２】前記両ＣＣＤカメラ１０，１５は図示しな
い画像処理装置に接続されている。
い画像処理装置に接続されている。
【００１３】次に、この微小寸法測定装置の動作を述べ
る。
る。
【００１４】光源１から射出された照射光はコンデンサ
レンズ２で集光され、照明絞り３で開口数を制限された
後、投影レンズ４により対物レンズ６の瞳面近傍に光源
１の像が結像される。このとき投影レンズ４を出た照射
光はハ−フミラ−５で直角に曲げられている。照射光は
対物レンズ６を介して試料７上に照射される。
レンズ２で集光され、照明絞り３で開口数を制限された
後、投影レンズ４により対物レンズ６の瞳面近傍に光源
１の像が結像される。このとき投影レンズ４を出た照射
光はハ−フミラ−５で直角に曲げられている。照射光は
対物レンズ６を介して試料７上に照射される。
【００１５】試料７の反射光は対物レンズ６で集光され
て結像光束または平行光束となりハ−フミラ−５を透過
する。ハ−フミラ−５を透過した反射光はハ−フミラ−
１１を透過し、結像レンズ９に至る。結像レンズ９はＣ
ＣＤカメラ１０に像を結ぶ。
て結像光束または平行光束となりハ−フミラ−５を透過
する。ハ−フミラ−５を透過した反射光はハ−フミラ−
１１を透過し、結像レンズ９に至る。結像レンズ９はＣ
ＣＤカメラ１０に像を結ぶ。
【００１６】試料７の反射光の一部はハ−フミラ−１１
で直角に曲がり、リレ−レンズ１２により対物レンズ６
の瞳面と共役な面が作られる。対物レンズ６の瞳面と共
役な位置に配置された結像絞り１３は開口数を制限し、
開口数を制限された反射光は結像レンズ１４によりＣＣ
Ｄカメラ１５に像を形成する。
で直角に曲がり、リレ−レンズ１２により対物レンズ６
の瞳面と共役な面が作られる。対物レンズ６の瞳面と共
役な位置に配置された結像絞り１３は開口数を制限し、
開口数を制限された反射光は結像レンズ１４によりＣＣ
Ｄカメラ１５に像を形成する。
【００１７】寸法測定は、低段差パタ−ン１７に対して
はＣＣＤカメラ１０の試料画像信号を用いて、高段差パ
タ−ン１６に対してはＣＣＤカメラ１５の試料画像信号
を用いるよう、図示しないスイッチを適宜切り替えて行
われる。すなわち、画像処理装置は、ＣＣＤカメラ１０
の試料画像信号を用いて図２の小さな段差のパタ−ン１
７のエッジ位置を検出するとともに、ＣＣＤカメラ１５
の試料画像信号を用いて大きな段差のパタ−ン１６のエ
ッジ位置を検出して、各パタ−ン１６，１７の中心Ｃ
１，Ｃ２を求め、両中心Ｃ１，Ｃ２間の微小寸法を求め
る。
はＣＣＤカメラ１０の試料画像信号を用いて、高段差パ
タ−ン１６に対してはＣＣＤカメラ１５の試料画像信号
を用いるよう、図示しないスイッチを適宜切り替えて行
われる。すなわち、画像処理装置は、ＣＣＤカメラ１０
の試料画像信号を用いて図２の小さな段差のパタ−ン１
７のエッジ位置を検出するとともに、ＣＣＤカメラ１５
の試料画像信号を用いて大きな段差のパタ−ン１６のエ
ッジ位置を検出して、各パタ−ン１６，１７の中心Ｃ
１，Ｃ２を求め、両中心Ｃ１，Ｃ２間の微小寸法を求め
る。
【００１８】上記実施例において、パターンの段差の大
小は、ＣＣＤカメラ１０，１５によって得られた画像の
観察結果に基づいて判別することができる。一例をあげ
ると、一定のＮ／Ａで対物レンズと試料との相対距離を
変化させると、段差の高さ方向にフォーカス位置が移動
することに着目した判別方法がある。通常の段差は試料
面に対して垂直ではなく、図２（ｂ）に示す如く傾斜し
ているため、ＣＣＤカメラ１０または１５で得られた画
像上の段差位置は、フォーカス位置の移動に伴ってずれ
を生じる。図３はパターン１６の両側の段差を撮像して
得られたコントラストの中心の移動状態を示す。フォー
カス位置が段差の最低部に一致した時の対物レンズと試
料との相対位置ｈ１から、フォーカス位置が段差の最高
部に一致した時の対物レンズと試料との相対位置ｈ２ま
での間で、コントラストの中心が移動していることがわ
かる。したがってこの場合の段差の高さはｈ２−ｈ１に
相当する。
小は、ＣＣＤカメラ１０，１５によって得られた画像の
観察結果に基づいて判別することができる。一例をあげ
ると、一定のＮ／Ａで対物レンズと試料との相対距離を
変化させると、段差の高さ方向にフォーカス位置が移動
することに着目した判別方法がある。通常の段差は試料
面に対して垂直ではなく、図２（ｂ）に示す如く傾斜し
ているため、ＣＣＤカメラ１０または１５で得られた画
像上の段差位置は、フォーカス位置の移動に伴ってずれ
を生じる。図３はパターン１６の両側の段差を撮像して
得られたコントラストの中心の移動状態を示す。フォー
カス位置が段差の最低部に一致した時の対物レンズと試
料との相対位置ｈ１から、フォーカス位置が段差の最高
部に一致した時の対物レンズと試料との相対位置ｈ２ま
での間で、コントラストの中心が移動していることがわ
かる。したがってこの場合の段差の高さはｈ２−ｈ１に
相当する。
【００１９】パターンの寸法測定値の安定性に着目し、
フォーカス位置の移動に対して測定値の変動がより小さ
いＮ／Ａを選択する方法もある。パターンの１つの段差
について各Ｎ／Ａで、フォーカス位置を移動させながら
パターンの寸法測定を実行する。フォーカス位置の移動
に対する測定結果が最も安定するＮ／Ａを選択する。図
４は高Ｎ／Ａおよび低Ｎ／ＡのＣＣＤカメラのそれぞれ
について、フォーカス位置を移動させてパターンの寸法
測定を行った場合の、測定値の変化の様子を示す。この
場合、測定値が安定している低Ｎ／Ａのカメラによる測
定結果を採用する。
フォーカス位置の移動に対して測定値の変動がより小さ
いＮ／Ａを選択する方法もある。パターンの１つの段差
について各Ｎ／Ａで、フォーカス位置を移動させながら
パターンの寸法測定を実行する。フォーカス位置の移動
に対する測定結果が最も安定するＮ／Ａを選択する。図
４は高Ｎ／Ａおよび低Ｎ／ＡのＣＣＤカメラのそれぞれ
について、フォーカス位置を移動させてパターンの寸法
測定を行った場合の、測定値の変化の様子を示す。この
場合、測定値が安定している低Ｎ／Ａのカメラによる測
定結果を採用する。
【００２０】また、パターンの段差の大小の判別のため
に設計データを用いることも可能である。例えば半導体
集積回路の回路パターンなどのように設計データが存在
する試料の測定では、パターンの全面に渡る段差の概略
位置と高さを予め知ることができるので、撮像されたパ
ターンを設計データと照合すれば、段差の大小の判定が
可能になる。図５はこのように構成した具体例を示す。
パターンの全面に渡る段差の設計上の位置と高さを表す
段差情報が、設計データから予め作成される。この段差
情報は予め記憶装置２１に記憶される。そして、試料７
はＸ−Ｙ移動ステージ２２上に載置され、ステージ２２
の移動位置を検出する位置検出器２３が設けられる。切
替制御装置２４は、位置検出器２３で検出されたステー
ジ２２の移動位置と記憶装置２１に記憶された段差情報
とから、観察中のパターンの段差の大小を判別し、切替
制御装置２４を操作する。すなわち、対物レンズ６の光
軸上に位置する観察中のパターンが、高段差のパターン
である場合には、切替制御装置２４はＣＣＤカメラ１５
からの試料画像信号を選択し、低段差のパターンである
場合にはＣＣＤカメラ１０からの試料画像信号を選択す
る。そして、選択された試料画像信号は画像処理装置２
５に入力されて、エッジ位置の検出およびパターンの寸
法測定が成される。
に設計データを用いることも可能である。例えば半導体
集積回路の回路パターンなどのように設計データが存在
する試料の測定では、パターンの全面に渡る段差の概略
位置と高さを予め知ることができるので、撮像されたパ
ターンを設計データと照合すれば、段差の大小の判定が
可能になる。図５はこのように構成した具体例を示す。
パターンの全面に渡る段差の設計上の位置と高さを表す
段差情報が、設計データから予め作成される。この段差
情報は予め記憶装置２１に記憶される。そして、試料７
はＸ−Ｙ移動ステージ２２上に載置され、ステージ２２
の移動位置を検出する位置検出器２３が設けられる。切
替制御装置２４は、位置検出器２３で検出されたステー
ジ２２の移動位置と記憶装置２１に記憶された段差情報
とから、観察中のパターンの段差の大小を判別し、切替
制御装置２４を操作する。すなわち、対物レンズ６の光
軸上に位置する観察中のパターンが、高段差のパターン
である場合には、切替制御装置２４はＣＣＤカメラ１５
からの試料画像信号を選択し、低段差のパターンである
場合にはＣＣＤカメラ１０からの試料画像信号を選択す
る。そして、選択された試料画像信号は画像処理装置２
５に入力されて、エッジ位置の検出およびパターンの寸
法測定が成される。
【００２１】前記実施例では高Ｎ／Ａ用のＣＣＤカメラ
１０の他に低Ｎ／Ａ用のＣＣＤカメラ１５を用いた場合
について述べたが、変形例として高Ｎ／Ａ用及び低Ｎ／
Ａ用ＣＣＤカメラ１０，１５の他に、図示しない中Ｎ／
Ａ用ＣＣＤカメラを用いるようにしてもよい。
１０の他に低Ｎ／Ａ用のＣＣＤカメラ１５を用いた場合
について述べたが、変形例として高Ｎ／Ａ用及び低Ｎ／
Ａ用ＣＣＤカメラ１０，１５の他に、図示しない中Ｎ／
Ａ用ＣＣＤカメラを用いるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の微小寸法
測定装置によれば、パタ−ンの段差に応じた焦点深度が
選択でき、パタ−ンの段差の大小に左右されずにパタ−
ン間の寸法を測定することができる。
測定装置によれば、パタ−ンの段差に応じた焦点深度が
選択でき、パタ−ンの段差の大小に左右されずにパタ−
ン間の寸法を測定することができる。
【図１】図１はこの発明の一実施例に係る微小寸法測定
装置の全体構成図である。
装置の全体構成図である。
【図２】図２は試料の平面図及びその断面図である。
【図３】図３はフォーカス位置に対する画像上の段差位
置の変化を示すグラフである。
置の変化を示すグラフである。
【図４】図４はフォーカス位置に対する寸法測定値の変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図５】図５は図１の実施例の変形例による微小寸法測
定装置の全体構成図である。
定装置の全体構成図である。
【図６】図６は従来の微小寸法測定装置を示す全体構成
図である。
図である。
１ 光源 ２ コンデンサレンズ ３ 照明絞り ４ 投影レンズ ５ ハ−フミラ− ６ 対物レンズ ７ 試料 ９，１４ 結像レンズ １０，１５ ＣＣＤカメラ １２ リレ−レンズ １３ 結像絞り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−32022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−295015（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−247106（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−171603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−8621（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−261807（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 1/00 420 G02B 7/28 H04N 7/18
Claims (1)
- 【請求項１】 段差の異なる少なくとも２つのパターン
が形成された試料面に光を照射する照明光学系と、 前記試料面からの光束を集光する対物レンズと、 この対物レンズを出た光束を結像する第１の結像光学系
と、 この結像光学系による試料像を観測する第１の撮像手段
とを備えた微小寸法測定装置において、 前記対物レンズを出た光束の一部を結像する第２の結像
光学系と、 この結像光学系による試料像を観測する第２の撮像手段
とを備え、 第２の結像光学系の絞りを、前記対物レンズの瞳面と共
役な位置に配置し、前記第１の撮像手段の画像信号を用
いて前記２つのパターンのうちの一方のパターンのエッ
ジ位置を検出し、前記第２の撮像手段の画像信号を用い
て前記２つのパターンのうちの他方のパターンのエッジ
位置を検出することを特徴とする微小寸法測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34329792A JP3275407B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | 微小寸法測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34329792A JP3275407B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | 微小寸法測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168320A JPH06168320A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3275407B2 true JP3275407B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=18360433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34329792A Expired - Lifetime JP3275407B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | 微小寸法測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3275407B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6061119A (en) * | 1997-04-14 | 2000-05-09 | Nikon Corporation | Method of measuring image-forming error of projection optical system, method of manufacturing exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device |
| DE102005035410A1 (de) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zum optischen Erfassen von Stückgütern |
-
1992
- 1992-11-30 JP JP34329792A patent/JP3275407B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06168320A (ja) | 1994-06-14 |
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