JP3275407B2 - 微小寸法測定装置 - Google Patents

微小寸法測定装置

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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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智明 山田
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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0013】次に、この微小寸法測定装置の動作を述べ
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。
【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。
【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。
【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。
【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h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h
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h−h
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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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)

    (57)【特許請求の範囲】
  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。
JP34329792A 1992-11-30 1992-11-30 微小寸法測定装置 Expired - Lifetime JP3275407B2 (ja)

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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

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