JP4657700B2 - Calibration method for measuring equipment - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置を使用して、透明基板上に形成した膜パターンの線幅等を測定する測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus that measures the line width and the like of a film pattern formed on a transparent substrate using an imaging apparatus.
線幅等を測定する測定装置は、光学顕微鏡と CCD カメラ等の撮像装置を使用して、透明基板（半導体ウェハや透明ガラス基板）上に形成された、配線パターンや電極パターン等の膜パターン等の線幅や間隔を測定するものである。本発明に関する測定装置は、特に、透明ガラス基板上に形成された、膜パターン（例えば、薄膜パターン）や半導体集積回路等のリソグラフィ用マスクの膜パターンの、線幅や間隔などの測定を行う装置である。 Measuring devices that measure line widths, etc., film patterns such as wiring patterns and electrode patterns formed on transparent substrates (semiconductor wafers and transparent glass substrates) using imaging devices such as optical microscopes and CCD cameras This measures the line width and spacing. The measuring apparatus according to the present invention is an apparatus for measuring the line width, the interval, etc. of a film pattern of a lithography mask such as a film pattern (for example, a thin film pattern) or a semiconductor integrated circuit formed on a transparent glass substrate. It is.
従来の技術を、図２及び図４〜図７によって説明する。
まず図６によって、透過照明を使用した線幅測定装置について説明する。図６は、線幅測定装置の略構成を示すブロック図で、透過照明時の測定について説明するための図である。24 は撮像装置、25 は反射照明用光源、26 はハーフミラー、27 は対物レンズ、28 は XYZ ステージ、29 は被測定対象物、30 はハーフミラー 26 や対物レンズ 27 を含む光学的顕微鏡、31 は画像処理・制御装置、32 はコンデンサレンズ、33 は透過照明用光源、310 はモニタである。撮像装置 24 は、例えば、CCD カメラである。図６の線幅測定装置は、大別すると透過照明用光源 33 、光学的顕微鏡 30 、XYZ ステージ 28 、撮像装置 24 、及び、画像処理・制御装置 31 とで構成される。
XYZ ステージ 28 の XY 面は、光学的顕微鏡 30 の光軸と垂直となるように構成されている。従って、被測定対象物 29 の平坦部も光学的顕微鏡 30 の光軸とほぼ垂直となる。即ち、XYZ ステージ 28 の Z 軸方向は、光学的顕微鏡 30 の光軸と平行となっている。
Prior art will be described with reference to FIGS. 2 and 4 to 7.
First, a line width measuring apparatus using transmitted illumination will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the line width measuring device, and is a diagram for explaining measurement during transmitted illumination. 24 is an imaging device, 25 is a light source for reflected illumination, 26 is a half mirror, 27 is an objective lens, 28 is an XYZ stage, 29 is an object to be measured, 30 is an optical microscope including the half mirror 26 and the objective lens 27, 31 Is an image processing / control device, 32 is a condenser lens, 33 is a light source for transmitted illumination, and 310 is a monitor. The imaging device 24 is, for example, a CCD camera. The line width measuring apparatus shown in FIG. 6 is roughly composed of a transmission illumination light source 33, an optical microscope 30, an XYZ stage 28, an imaging device 24, and an image processing / control device 31.
The XY plane of the XYZ stage 28 is configured to be perpendicular to the optical axis of the optical microscope 30. Therefore, the flat portion of the measurement object 29 is also substantially perpendicular to the optical axis of the optical microscope 30. That is, the Z-axis direction of the XYZ stage 28 is parallel to the optical axis of the optical microscope 30.
図６において、XYZ ステージ 28 は、被測定対象物 29 を固定する試料台であり、オペレータ及び制御プログラムから制御され、X 方向（水平方向の１）、Y 方向（水平方向の他の１）、Z 方向（垂直方向）の３次元の方向に移動することで、焦点合わせや位置制御を行う。本明細書では、本発明の記載に必要の無い駆動機構及び、画像処理・制御装置 31 との関連は図示していない。その他、画像処理・制御装置 31 には、オペレータが測定装置を操作するための操作器や、透過照明用光源 33 、光学的顕微鏡 30 、撮像装置 24 と信号を送受し合い、それらからの情報を受取り、あるいはそれらに信号を送ってそれらを制御する機能を有するが、図５（後述）及び図６では省略し、図示していない。
以下、本明細書では、本発明の記載に必要の無い記述や図面は省略する。
尚、従来の測定装置の基本的な構成の説明は、図８によって後述する。
In FIG. 6, an XYZ stage 28 is a sample stage for fixing an object 29 to be measured, and is controlled by an operator and a control program. The X direction (one in the horizontal direction), the Y direction (the other one in the horizontal direction), Focusing and position control are performed by moving in the three-dimensional direction of the Z direction (vertical direction). In the present specification, the drive mechanism that is not necessary for describing the present invention and the relationship with the image processing / control device 31 are not shown. In addition, the image processing / control device 31 sends / receives signals to / from the operating device for the operator to operate the measuring device, the light source for transmitted illumination 33, the optical microscope 30, and the imaging device 24, and information from them is received. Although it has a function of receiving or sending signals to them and controlling them, it is omitted in FIG. 5 (described later) and FIG. 6 and is not shown.
Hereinafter, in the present specification, descriptions and drawings that are not necessary for describing the present invention are omitted.
The basic configuration of the conventional measuring apparatus will be described later with reference to FIG.
図６において、透過照明用光源 33 から出力された光は、コンデンサレンズ 32 を透過し、被測定対象物 29 に入射する。被測定対象物 29 が入射光を透過するものであれば、入射光は、被測定対象物 29 を透過して、対物レンズ 27 に入射し、更に、ハーフミラー 26 を透過して撮像装置 24 に入射する。
撮像装置 24 は、入射された入射光を輝度レベルに対応した電気信号に変換し、画像処理・制御装置 31 に映像信号として出力する。
画像処理・制御装置 31 は、入力された映像信号をデジタル信号に変換し、画像処理を行い、膜パターンの線幅や間隔等を測定する。
In FIG. 6, the light output from the transmission illumination light source 33 passes through the condenser lens 32 and enters the object 29 to be measured. If the object 29 to be measured transmits incident light, the incident light passes through the object 29 to be measured, enters the objective lens 27, and further passes through the half mirror 26 to the imaging device 24. Incident.
The imaging device 24 converts incident incident light into an electrical signal corresponding to the luminance level, and outputs the electrical signal to the image processing / control device 31 as a video signal.
The image processing / control device 31 converts the input video signal into a digital signal, performs image processing, and measures the line width and interval of the film pattern.
線幅測定装置は、比較測定装置である。このため、既知の線幅の膜パターンを形成した透明ガラス基板を校正用スタンダードスケールとして用い、校正する必要がある。図４によって、校正用スタンダードスケールとしての透明ガラス基板（以下、校正用スタンダードスケールに使用するための透明ガラス基板をマスクと称する）を説明する。
図４は、従来の反射照明時に使用するマスクの概略を示す斜視図である。53 は透明ガラス基板、52 は透明ガラス基板 53 上に形成されたマスクの膜パターンである。
The line width measuring device is a comparative measuring device. For this reason, it is necessary to perform calibration using a transparent glass substrate on which a film pattern having a known line width is formed as a standard scale for calibration. A transparent glass substrate as a calibration standard scale (hereinafter, a transparent glass substrate for use in the calibration standard scale is referred to as a mask) will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing an outline of a mask used in conventional reflective illumination. 53 is a transparent glass substrate, and 52 is a film pattern of a mask formed on the transparent glass substrate 53.
図４において、マスクは、主に透明ガラス基板 53 にクロムなどを蒸着等することによって膜パターン 52 を形成している。蒸着等によって所定の寸法の膜パターンにする処理については、例えば、エッチングやスパッタリング等の周知のリソグラフィ技術を用いる。
膜パターン 52 は、透明ガラス基板 53 の光の透過率がほぼ 100 ％であるのに比べ、光の透過率が 0 ％に近い材質で構成されている。
尚、輝度値の差が判別できる範囲であれば、下記の関係が成立していればよい。即ち、
透明ガラス基板 53 の光の透過率＞膜パターン 52 の光の透過率
である。
In FIG. 4, the mask forms a film pattern 52 mainly by evaporating chromium or the like on a transparent glass substrate 53. For the process of forming a film pattern of a predetermined size by vapor deposition or the like, for example, a known lithography technique such as etching or sputtering is used.
The film pattern 52 is made of a material having a light transmittance close to 0%, compared with the light transmittance of the transparent glass substrate 53 being almost 100%.
It should be noted that the following relationship may be satisfied as long as the difference in luminance value can be determined. That is,
The light transmittance of the transparent glass substrate 53 is greater than the light transmittance of the film pattern 52.
図７は、従来の透過照明時での被測定対象物の映像を説明するための図である。
図７を使用して、透過照明時の従来のマスクを線幅測定装置で撮像した映像について説明する。
図４のマスクは、図６の XYZ ステージ 28 上に、被測定対象物 29 として固定（膜パターン 52 が透明ガラス基板 53 の上にあるように固定）されている。
図７(a) はマスクの断面図で、透過用照明光源 33 から出力された光は、コンデンサレンズ 32 を通過し、入射光 41 、42 、43 、44 、45 のようにマスクの真下から、膜パターン 52 及び透明ガラス基板 53 にほぼ垂直に、入射する。尚、入射光は説明のために模式的に５本だけ示しているが、光の特性からして実際にすべてを描写できないことは周知のことである。
入射光 41 と 45 は、膜パターン 52 の無い透明ガラス基板 53 に入射し、透明ガラス基板 53 を透過して、対物レンズ 27 に入射する。一方、入射光 42 、43 、及び 44 は、透明ガラス基板 53 に入射して、透明ガラス基板 53 を透過するが、膜パターン 52 で反射されるため、対物レンズ 27 に入射することがないか、透過率が低いため、小さな輝度レベルの入射光としてしか検出されない。
FIG. 7 is a diagram for explaining an image of an object to be measured during conventional transmitted illumination.
With reference to FIG. 7, an image obtained by imaging a conventional mask during transmission illumination with a line width measuring apparatus will be described.
The mask of FIG. 4 is fixed as an object 29 to be measured on the XYZ stage 28 of FIG. 6 (fixed so that the film pattern 52 is on the transparent glass substrate 53).
FIG. 7A is a cross-sectional view of the mask, and the light output from the transmission illumination light source 33 passes through the condenser lens 32, and is directly under the mask as incident light 41, 42, 43, 44, 45, The light is incident on the film pattern 52 and the transparent glass substrate 53 almost perpendicularly. Although only five incident lights are schematically shown for the sake of explanation, it is well known that not all of them can be actually depicted due to the characteristics of the light.
Incident lights 41 and 45 enter a transparent glass substrate 53 without a film pattern 52, pass through the transparent glass substrate 53, and enter an objective lens 27. On the other hand, incident light 42, 43, and 44 is incident on the transparent glass substrate 53 and passes through the transparent glass substrate 53, but is reflected by the film pattern 52, so that it does not enter the objective lens 27. Since the transmittance is low, it is detected only as incident light with a small luminance level.
このようにして、得られた顕微鏡の映像は、図７(c) に示す映像 48 のように映し出される。映像 48 は、例えば、図６に示すモニタ 310 の表示部に所定の形式で表示される。
即ち、映像 48 の、ある水平ライン 49 で見た輝度値（輝度レベル）の高低は、図７(b) に示す輝度波形 50 のようになる。このとき、２値化しきい値レベルを最大の輝度値と最小の輝度値との中間（例えば、50 ％）としたとき、映像 48 は、その輝度レベル（２値化しきい値）より輝度値が大きい領域は白く、輝度値が小さい領域は黒く表示される。
Thus, the obtained image of the microscope is displayed as an image 48 shown in FIG. 7 (c). For example, the video 48 is displayed in a predetermined format on the display unit of the monitor 310 shown in FIG.
That is, the brightness value (brightness level) of the video 48 as seen on a certain horizontal line 49 is as shown in a brightness waveform 50 shown in FIG. At this time, when the binarization threshold level is set between the maximum luminance value and the minimum luminance value (for example, 50%), the video 48 has a luminance value higher than the luminance level (binarization threshold). Large areas are displayed in white, and areas with low luminance values are displayed in black.
このように、図４のようなマスクの膜パターン 52 の線幅を測定する場合には、透過光像である映像 48 を撮像装置 24 で撮像し、撮像された映像信号を画像処理・制御部 31 に出力する。画像処理・制御部 31 は、入力された映像信号をデジタル化して、図７(c) の黒い領域 46 の幅を測定する。
図７から明らかなように、黒い領域 46 の幅は膜パターン 52 のエッジのテーパ状の部分 47 を含んでいる。
As described above, when the line width of the mask film pattern 52 as shown in FIG. 4 is measured, the image 48 that is the transmitted light image is imaged by the imaging device 24, and the imaged video signal is captured by the image processing / control unit. Output to 31. The image processing / control unit 31 digitizes the input video signal and measures the width of the black region 46 in FIG.
As apparent from FIG. 7, the width of the black region 46 includes a tapered portion 47 of the edge of the pattern 52.
次に、図５によって、反射照明を使用した線幅測定装置について説明する。図５は、線幅測定装置の略構成を示すブロック図で、反射照明時の測定について説明するための図である。図４、図６〜図７と同じ参照番号は、同じ機能のものである。 Next, a line width measuring apparatus using reflected illumination will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the line width measuring device, and is a diagram for explaining measurement during reflected illumination. The same reference numerals as those in FIGS. 4 and 6 to 7 have the same functions.
図５において、反射照明用光源 25 から出力された光は、ハーフミラー 26 で方向を 90 度曲げられ、対物レンズ 27 を通過し、被測定対象物 29 に入射する。
被測定対象物 29 の表面に入射した光のうち、膜パターン（例えば、図４の膜パターン 52 ）に入射した光は、膜パターン 29 表面で反射し、反射した光が対物レンズ 27 に戻り、対物レンズ 27 及びハーフミラー 26 を通過して、撮像装置 24 に入射する。
被測定対象物 29 の表面に入射した光のうち、膜パターンに入射せず、直接透明ガラス基板（例えば、図４の透明ガラス基板 53 ）に入射した光は、反射せず（反射率 0 ％の場合）透明ガラス基板を透過して、光学的顕微鏡 30 の対物レンズ 27 には戻ってこない。また、反射しても反射率が低いので、暗い輝度の映像信号しか得られない。
In FIG. 5, the light output from the reflected illumination light source 25 is bent by 90 degrees by the half mirror 26, passes through the objective lens 27, and enters the object 29 to be measured.
Of the light incident on the surface of the measurement object 29, the light incident on the film pattern (for example, the film pattern 52 in FIG. 4) is reflected on the surface of the film pattern 29, and the reflected light returns to the objective lens 27. The light passes through the objective lens 27 and the half mirror 26 and enters the imaging device 24.
Of the light incident on the surface of the object 29 to be measured, the light that does not enter the film pattern and directly enters the transparent glass substrate (for example, the transparent glass substrate 53 in FIG. 4) does not reflect (reflectance 0%). In the case of), the light passes through the transparent glass substrate and does not return to the objective lens 27 of the optical microscope 30. Moreover, since the reflectance is low even if it is reflected, only a dark luminance video signal can be obtained.
撮像装置 24 は、入射された光を電気信号に変換し、映像信号として画像処理・制御装置 31 に出力する。
画像処理・制御装置 31 は、入力された映像信号をデジタル信号に変換し、画像処理を行い、膜パターンの線幅や間隔等を測定する。
The imaging device 24 converts the incident light into an electrical signal and outputs it as an image signal to the image processing / control device 31.
The image processing / control device 31 converts the input video signal into a digital signal, performs image processing, and measures the line width and interval of the film pattern.
反射照明時でのマスクは、透過照明時と同様のマスクを使用し、マスクに対して、対物レンズ 27 内部から投光することで真上からマスクの膜パターンに投光し、その反射光を対物レンズにより、捕らえることで像を映し出していた。 The mask used for reflected illumination is the same as that used for transmitted illumination. By projecting light from the inside of the objective lens 27 onto the mask, it is projected onto the mask film pattern from directly above. The image was projected by capturing with the objective lens.
図２によって、反射照明時でのマスクの映像を説明する。図２は、従来の反射照明時での被測定対象物の映像を説明するための図である。
図４のマスクは、図６の XYZ ステージ 28 上に固定（膜パターン 52 が透明ガラス基板 53 の上にあるように固定する。）されている。
図２(a) はマスクの断面図で、反射用照明光源 25 から出力された光は、ハーフミラー 26 で 90 度反射し、対物レンズ 27 を通過し、入射光 11 、12 、13 、14 、15 のようにマスクの真上から、膜パターン 52 及び透明ガラス基板 53 にほぼ垂直に、入射する。尚、入射光は説明のために模式的に５本だけ示しているが、光の特性からして実際にすべてを描写できないことは周知のことである。
入射光 11 と 15 は、膜パターン 52 の無い透明ガラス基板 53 に直接入射し、透明ガラス基板 53 を透過していくため、対物レンズ 27 には戻ってこない（入射されない）、反射率が低いため、小さな輝度レベルの反射光としてしか検出されない。
一方、入射光 13 は、膜パターン 52 の表面で反射され、対物レンズ 27 に入射する。入射光 12 と 14 は、膜パターン 52 のエッジのテーパ状の部分 47 に入射するため、膜パターン 52 の表面で反射されるが、斜めに反射するため対物レンズ 27 には戻らない（入射しない）。
With reference to FIG. 2, an image of the mask at the time of reflected illumination will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining an image of an object to be measured during conventional reflective illumination.
The mask of FIG. 4 is fixed on the XYZ stage 28 of FIG. 6 (fixed so that the film pattern 52 is on the transparent glass substrate 53).
FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of the mask. The light output from the reflection illumination light source 25 is reflected by the half mirror 26 at 90 degrees, passes through the objective lens 27, and incident light 11, 12, 13, 14, As shown in FIG. 15, the light is incident on the film pattern 52 and the transparent glass substrate 53 almost vertically from right above the mask. Although only five incident lights are schematically shown for the sake of explanation, it is well known that not all of them can be actually depicted due to the characteristics of the light.
Incident lights 11 and 15 are directly incident on the transparent glass substrate 53 without the film pattern 52 and are transmitted through the transparent glass substrate 53. Therefore, the incident lights 11 and 15 do not return to the objective lens 27 (do not enter), and the reflectance is low. It is detected only as reflected light with a small luminance level.
On the other hand, the incident light 13 is reflected by the surface of the film pattern 52 and enters the objective lens 27. Since the incident lights 12 and 14 are incident on the tapered portion 47 of the edge of the film pattern 52, they are reflected on the surface of the film pattern 52, but do not return to the objective lens 27 because they are reflected obliquely (not incident). .
このようにして、得られた顕微鏡の映像は、図２(c) に示す映像 18 のように映し出される。映像 18 は、例えば、図６に示すモニタ 310 の表示部に所定の形式で表示される。
即ち、映像 18 の、ある水平ライン 19 で見た輝度値（輝度レベル）の高低は、図２(b) に示す輝度波形 20 のようになる。このとき、２値化しきい値レベルを最大の輝度値と最小の輝度値との中間（例えば、50 ％）としたとき、映像 18 は、その輝度レベル（２値化しきい値）より輝度値が大きい領域は白く、輝度値が小さい領域は黒く表示される。
The microscope image thus obtained is displayed as image 18 shown in FIG. 2 (c). For example, the video 18 is displayed in a predetermined format on the display unit of the monitor 310 shown in FIG.
That is, the brightness value (brightness level) of the video 18 as seen on a certain horizontal line 19 is as shown in the brightness waveform 20 shown in FIG. At this time, when the binarization threshold level is set between the maximum luminance value and the minimum luminance value (for example, 50%), the video 18 has a luminance value higher than the luminance level (binarization threshold). Large areas are displayed in white, and areas with low luminance values are displayed in black.
この膜パターン 52 の線幅を測定する場合は、反射光像である映像 18 を撮像装置 24 で撮像し、撮像された映像信号を画像処理・制御部 31 に出力する。画像処理・制御部 31 は、入力された映像信号をデジタル化して、図２(c) の白い領域 46′の幅を測定する。
図２から明らかなように、白い領域 46′の幅は、膜パターン 52 のエッジのテーパ状の部分 47 を含んでいない。
When measuring the line width of the film pattern 52, the image 18 that is a reflected light image is captured by the imaging device 24, and the captured image signal is output to the image processing / control unit 31. The image processing / control unit 31 digitizes the input video signal and measures the width of the white area 46 'in FIG.
As is apparent from FIG. 2, the width of the white region 46 ′ does not include the tapered portion 47 of the edge of the film pattern 52.
図８によって、従来の測定装置の構成を更に述べる。図８は、従来の測定装置の基本的な構成を示す図である。301 は被測定対象物を載置して XY 軸方向に移動する XY ステージ、303 は光学的顕微鏡、304 は撮像装置、305 は照明用光源、306 は画像処理と制御を行うための PC（ Personal Computer ）、310 はモニタ、302 は XY ステージ 301 または光学的顕微鏡 303 を高さ（ Z 軸）方向に移動する Z 軸移動機構、308 は XY ステージ 301 ，Z 軸移動機構 302 ，光学的顕微鏡 303 ，撮像装置 304 ，等のベースである。撮像装置 304 は、例えば、CCD カメラ等のテレビジョンカメラである。図８のように、通常、寸法測定装置は、被測定物を載せる XY ステージ 301 、Z 移動機構 302 、撮像装置 304 、光源 305 、顕微鏡 303 、制御用 PC 306 、モニタ 310 、ベース 308 で構成される。 The configuration of the conventional measuring apparatus will be further described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration of a conventional measuring apparatus. 301 is an XY stage on which an object to be measured is placed and moves in the XY axis direction, 303 is an optical microscope, 304 is an imaging device, 305 is a light source for illumination, 306 is a personal computer (PC) for image processing and control Computer), 310 is a monitor, 302 is a Z-axis moving mechanism for moving the XY stage 301 or the optical microscope 303 in the height (Z-axis) direction, 308 is an XY stage 301, Z-axis moving mechanism 302, optical microscope 303, This is the base of the imaging device 304. The imaging device 304 is a television camera such as a CCD camera, for example. As shown in FIG. 8, the dimension measuring device is usually composed of an XY stage 301 on which an object to be measured is placed, a Z moving mechanism 302, an imaging device 304, a light source 305, a microscope 303, a control PC 306, a monitor 310 and a base 308. The
図８において、PC 306 は XY ステージ 301 、Z 移動機構 302 、撮像装置 304 、照明用光源 305 、光学的顕微鏡 303 、等を制御している。
照明用光源 305 から出力された光は、例えば光学顕微鏡 303 の光軸に沿って被測定対象物に照射され、反射光が光学的顕微鏡 303 に入射する。光学的顕微鏡 303 に入射した入射光は撮像装置 304 に入射する。こうして、光学的顕微鏡 303 により拡大された被測定対象物の画像は、撮像装置 304 により、映像信号としての電気信号に変換され、PC 306 を介してモニタ 310 に表示される。
In FIG. 8, a PC 306 controls an XY stage 301, a Z moving mechanism 302, an imaging device 304, an illumination light source 305, an optical microscope 303, and the like.
The light output from the illumination light source 305 irradiates the object to be measured along the optical axis of the optical microscope 303, for example, and the reflected light enters the optical microscope 303. Incident light that has entered the optical microscope 303 enters the imaging device 304. In this way, the image of the object to be measured enlarged by the optical microscope 303 is converted into an electric signal as a video signal by the imaging device 304 and displayed on the monitor 310 via the PC 306.
PC 306 は、撮像装置 304 から入力された映像信号をデジタル化し、デジタル化された映像信号を画像処理することで、半導体マスクなどに形成されたパターンの幅や間隔を測定する。測定した結果は、自身または寸法測定装置内の記憶部に記憶し、また、例えば、モニタ 310 上に所定の形式に従って表示する。
尚、具体的に寸法を計測する方法等については、例えば特許文献１または特許文献２に記載されているように周知の技術で実現できる。
また、透明ガラス基板での透明とは、照射する光の特性に応じて透過する光であって、ガラスの色や材質を規定するものではない。
The PC 306 measures the width and interval of the pattern formed on the semiconductor mask or the like by digitizing the video signal input from the imaging device 304 and performing image processing on the digitized video signal. The measurement result is stored in itself or in a storage unit in the dimension measuring apparatus, and is displayed on the monitor 310 according to a predetermined format, for example.
In addition, about the method of measuring a dimension concretely, it can implement | achieve by a well-known technique, for example, as described in patent document 1 or patent document 2. FIG.
Moreover, the transparency in a transparent glass substrate is the light permeate | transmitted according to the characteristic of the light to irradiate, and does not prescribe | regulate the color and material of glass.
上述のマスクは、クロムなどで透明ガラス基板上に所定のパターンを蒸着したものである。膜パターンのエッジ部分はテーパ状になっており、反射照明時にエッジ部分に光が当たると、対物レンズに入射せずに外部に逸れてしまう。そのため、膜パターン、膜パターンの無い部分、エッジのテーパ状の部分、とを区別することはできず、１つの校正用の膜パターンしかないマスクでは、校正を行うことができなかった。
本発明の目的は、上記のような欠点を除去し、膜パターン、膜パターンの無い部分、エッジのテーパ状の部分、とを区別することができる線幅測定装置のマスクを提供することにある。
The above-described mask is obtained by vapor-depositing a predetermined pattern on a transparent glass substrate with chromium or the like. The edge portion of the film pattern is tapered, and when light hits the edge portion during reflection illumination, it is not incident on the objective lens and is deflected to the outside. Therefore, the film pattern, the part without the film pattern, and the tapered part of the edge cannot be distinguished from each other, and calibration cannot be performed with a mask having only one film pattern for calibration.
An object of the present invention is to provide a mask for a line width measuring apparatus that eliminates the above-described drawbacks and can distinguish between a film pattern, a portion without a film pattern, and a tapered portion of an edge. .
上記の目的を達成するため、本発明の線幅測定装置の校正用のマスクは、反射照明用と透過照明用とで異なる膜パターンを設けた校正用のマスクを作成し、そのマスクを用いて校正するものである。
即ち、本発明のマスクは、反射照明時にエッジの長さを含めた幅を測定するために、透明ガラス基板に所定の膜パターンを蒸着等で形成した後、透明ガラス基板全体にメッキ処理を行い、マスクとするものである。
In order to achieve the above object, the calibration mask of the line width measuring apparatus of the present invention is a calibration mask provided with different film patterns for reflected illumination and transmitted illumination, and the mask is used. It is to calibrate.
That is, the mask of the present invention performs a plating process on the entire transparent glass substrate after a predetermined film pattern is formed on the transparent glass substrate by vapor deposition or the like in order to measure the width including the length of the edge during reflected illumination. , Mask.
また、好ましくは、本発明の測定装置の校正方法は、光学的顕微鏡を介して被測定物を撮像する撮像部と、画像処理部とを備えた測定装置の校正方法において、反射照明の校正と透過照明の校正に、それぞれ異なる構成のスタンダードスケールを用いる。
また、好ましくは、本発明の測定装置の校正方法は、透明ガラス基板上に透明ガラス基板の透過率より透過率が小さい第１の膜パターンを形成した第１のスタンダードスケールを透過照明での校正に用い、更に、第１のスタンダードスケール全体に反射率の大きい膜で覆った構成の第２のスタンダードスケールを反射照明での校正に用いる。
Preferably, the measurement apparatus calibration method of the present invention is a calibration method for a measurement apparatus including an imaging unit that images a measurement object via an optical microscope, and an image processing unit. Use different standard scales for calibration of transmitted illumination.
Preferably, in the calibration method of the measuring apparatus according to the present invention, the first standard scale in which the first film pattern having a transmittance smaller than the transmittance of the transparent glass substrate is formed on the transparent glass substrate is calibrated with transmitted illumination. In addition, the second standard scale having a configuration in which the entire first standard scale is covered with a film having a high reflectance is used for calibration with reflected illumination.
また、好ましくは、本発明の測定装置の校正方法は、透明ガラス基板上に透明ガラス基板の透過率より透過率が小さい第１の膜パターンを形成した領域と、さらにその第１の膜パターンまでの領域を第３の膜パターンとして別に形成して更にその第３の膜パターンとその近傍の膜パターンの無い領域とを反射率の大きい膜で覆った構成の第２の膜パターンの領域とを形成し、透過照明時の校正には、第１の膜パターンの領域を用い、反射照明時の校正には、第２の膜パターンの領域を用いるものである。 Preferably, the calibration method of the measuring apparatus of the present invention includes a region in which a first film pattern having a transmittance smaller than the transmittance of the transparent glass substrate is formed on the transparent glass substrate, and further to the first film pattern. Is formed as a third film pattern, and the third film pattern and the area without the film pattern in the vicinity thereof are covered with a film having a high reflectivity, and a second film pattern area is formed. The first film pattern region is used for calibration during transmission illumination and the second film pattern region is used for calibration during reflection illumination.
本発明によれば、撮像された映像で見ると白い領域にテーパ状のエッジ部分のみが黒く縁取られたような領域の映像となり、この黒い縁の領域の幅を測定することで、エッジ部の線幅測定が容易に実現可能となり、正確な校正ができる。
また、透過照明時には、透明ガラス基板に所定の膜パターン形成したマスクを用いることで、透過照明、反射照明ともに、エッジ部分の情報を含む校正が容易に実現可能となり、より真値に近づいた測定が可能となる。
According to the present invention, when viewed in an imaged image, an image of a region in which only a tapered edge portion is blackened in a white region is obtained, and by measuring the width of the region of the black edge, Line width measurement can be easily realized and accurate calibration can be performed.
In addition, by using a mask with a predetermined film pattern formed on a transparent glass substrate during transmitted illumination, calibration that includes edge information can be easily realized for both transmitted and reflected illumination, and measurement closer to the true value is possible. Is possible.
本発明の一実施例を図３によって説明する。図３は、本発明の一実施例のマスクを説明するための図である。
図３のマスクは、エッジ部分を含めた膜パターンの幅を測定するための膜パターンを示す。図３のマスクは、図４のマスク、即ち、透明ガラス基板 53 に所定の膜パターン 52 を蒸着した後に、透明ガラス基板全体を、入射光が透過しない物質の膜パターン 51 によって覆う（例えば、メッキ処理等で覆う）ことで、膜パターンのエッジ情報を得ることが可能なマスクを反射照明時の校正に使用するマスクを作成する（図１(a) に断面を示す。）。
膜パターン 51 は、透明ガラス基板 53 の光の反射率がほぼ 0 ％であるのに比べ、光の反射率がほぼ 100 ％に近い材質で構成されている。
尚、輝度値の差が判別できる範囲であれば、下記の関係が成立していればよい。即ち、
透明ガラス基板 53 の光の反射率＜膜パターン 51 の光の反射率
である。
また、透過照明時の校正に使用するマスクは、図４に示すような、透明ガラス基板 53 に所定の膜パターン 52 を形成したマスクを用いる。
尚、透過照明用マスクと反射照明用マスクとを同一の透明ガラス基板に形成し、透過照明時かあるいは反射照明時かに応じて校正する領域を変更しても良い。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining a mask according to an embodiment of the present invention.
The mask of FIG. 3 shows a film pattern for measuring the width of the film pattern including the edge portion. The mask of FIG. 3 is the mask of FIG. 4, ie, after depositing a predetermined film pattern 52 on the transparent glass substrate 53, the entire transparent glass substrate is covered with a film pattern 51 of a material that does not transmit incident light (for example, plating). A mask that can be used for calibration at the time of reflected illumination is created (a cross section is shown in FIG. 1 (a)).
The film pattern 51 is made of a material whose light reflectance is almost 100% compared to the light reflectance of the transparent glass substrate 53 which is almost 0%.
It should be noted that the following relationship may be satisfied as long as the difference in luminance value can be determined. That is,
The light reflectance of the transparent glass substrate 53 <the light reflectance of the film pattern 51.
As a mask used for calibration at the time of transmitted illumination, a mask in which a predetermined film pattern 52 is formed on a transparent glass substrate 53 as shown in FIG. 4 is used.
Note that the transmission illumination mask and the reflection illumination mask may be formed on the same transparent glass substrate, and the region to be calibrated may be changed depending on whether the illumination is the transmission illumination or the reflection illumination.
本発明の一実施例を図１で説明する。図１は、本発明の一実施例のマスクを被測定対象物として使用した場合の映像を説明するための図である。
本発明は、従来技術で説明した測定装置、例えば、図５、図６、または図８を用いて実行できる。
本発明で反射照明用に使用するマスク（校正用スタンダードスケール）は、膜パターン形成後、クロムなどでメッキ処理等をして、透明ガラス基板全体が光を通さない材料で覆われているため、入射光のほぼ大部分を反射する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining an image when a mask according to an embodiment of the present invention is used as an object to be measured.
The present invention can be implemented using the measurement apparatus described in the prior art, for example, FIG. 5, FIG. 6, or FIG.
The mask used for reflected illumination in the present invention (calibration standard scale) is coated with a material that does not allow light to pass through, such as plating with chrome after film pattern formation. Reflects most of the incident light.
まず、図３のマスクを、図５の測定装置の XYZ ステージ 28 上に、被測定対象物として固定（膜パターン 51 や膜パターン 52 が透明ガラス基板 53 の上にあるように固定する。）する。そして、反射用照明光源 25 から出力された光は、ハーフミラー 26 で 90 度反射し、対物レンズ 27 を通過し、入射光 1 、2 、3 、4 、5 のようにマスクの真上から、膜パターン 51 、膜パターン 52 、透明ガラス基板 53 にほぼ垂直に、入射する。尚、入射光は説明のために模式的に５本だけ示しているが、光の特性からして実際にすべてを描写できないことは周知のことである。 First, the mask of FIG. 3 is fixed as an object to be measured on the XYZ stage 28 of the measuring apparatus of FIG. 5 (fixed so that the film pattern 51 and the film pattern 52 are on the transparent glass substrate 53). . Then, the light output from the reflection illumination light source 25 is reflected by the half mirror 26 by 90 degrees, passes through the objective lens 27, and is directly above the mask like incident light 1, 2, 3, 4, 5, The film pattern 51, the film pattern 52, and the transparent glass substrate 53 are incident substantially perpendicularly. Although only five incident lights are schematically shown for the sake of explanation, it is well known that not all of them can be actually depicted due to the characteristics of the light.
入射光 1 、5 は、膜パターン 52 が無く、透明ガラス基板 53 に１層のメッキ から成る膜パターン 51 があるだけの場所で、入射光は膜パターン 51 に直角に照射し、入射光と反対方向、即ち対物レンズ 27 の方向に反射する。また、入射光 3 は、透明ガラス基板上 53 に膜パターン 52 があり、更にその上に形成されている膜パターン 51 に直角に照射し、入射光と反対方向、即ち対物レンズ 27 の方向に反射する。これは、どちらも表面が平坦で、入射光に対して垂直であるためで、かつ、反射率がほぼ 100 ％であるため、入射光のほとんどが対物レンズ 27 の方向に反射する。
また、入射光 2 と 4 は、膜パターン 52 のエッジのテーパ状になっている部分、に入射されたため、対物レンズ 27 の方向からは逸れて行く。これは、テーパ状即ち斜めであるため、入射光が斜めに膜パターン 51 に斜めに入射して斜め方向に反射し、かつ、反射率がほぼ 100 ％であるため、入射光のほとんどが対物レンズ 27 の方向には入射しないためである。
Incident lights 1 and 5 have no film pattern 52 and only a film pattern 51 consisting of one layer of plating on the transparent glass substrate 53. The incident light irradiates the film pattern 51 at a right angle and is opposite to the incident light. Reflects in the direction, that is, in the direction of the objective lens 27. The incident light 3 has a film pattern 52 on the transparent glass substrate 53, and further irradiates the film pattern 51 formed thereon at a right angle, and is reflected in the direction opposite to the incident light, that is, in the direction of the objective lens 27. To do. This is because both surfaces are flat and perpendicular to the incident light, and the reflectance is almost 100%, so that most of the incident light is reflected in the direction of the objective lens 27.
In addition, since the incident lights 2 and 4 are incident on the tapered portion of the edge of the film pattern 52, the incident lights 2 and 4 deviate from the direction of the objective lens 27. This is because the incident light is obliquely incident on the film pattern 51 and is reflected obliquely because it is tapered, that is, oblique, and the reflectance is almost 100%, so that most of the incident light is the objective lens. This is because it does not enter the direction of 27.
このため、マスクに入射する光の光量が各部分同一でその光量を VI とし、マスクにあたって反射し対物レンズ 27 に戻って入射する光量を VO とすると、
入射光 1 と 5（光量 VI1 ）、即ち、膜パターン 52 が無く、透明ガラス基板 53 に１層のメッキ から成る膜パターン 51 に照射され、対物レンズ 27 の戻ってくる光量 VO1 は、 VO1 ≒ VI1 である。
また、入射光 3（光量 VI3 ）、即ち、透明ガラス基板上 53 に膜パターン 52 があり、更にその上に形成されている膜パターン 51 に照射され、対物レンズ 27 の戻ってくる光量 VO3 は、 VO3 ≒ VI3 である。
また、入射光 2 と 4（光量 VI2 ）、即ち、膜パターン 52 のエッジのテーパ状になっている部分に照射され、対物レンズ 27 に戻ってくる光量 VO2 は、 VO2 ≒ 0 である。（ただし、VI1 ＝ VI2 ＝ VI3 ）
従って、対物レンズ 27 に戻ってこない（入射しない）反射光の部分が暗く（入射光量 0 ）、入射する部分は明るく（入射光量 100 ％）なるように撮像装置 24 で映像が取得される。
For this reason, if the amount of light incident on the mask is the same for each part and the amount of light is V I , the amount of light reflected by the mask and returning to the objective lens 27 is V O.
Incident light 1 and 5 (light quantity V I1 ), that is, the film pattern 52 without the film pattern 52 is irradiated onto the film pattern 51 made of one layer of plating on the transparent glass substrate 53, and the light quantity V O1 returning from the objective lens 27 is V O1 ≒ V I1 .
In addition, incident light 3 (light quantity V I3 ), that is, a film pattern 52 on the transparent glass substrate 53, is further irradiated onto the film pattern 51 formed thereon, and the light quantity V O3 returned from the objective lens 27. Is V O3 ≈ V I3 .
In addition, incident light 2 and 4 (light quantity V I2 ), that is, the light quantity V O2 that irradiates the tapered portion of the edge of the film pattern 52 and returns to the objective lens 27 is V O2 ≈ 0 . (However, V I1 = V I2 = V I3 )
Accordingly, an image is acquired by the imaging device 24 so that the portion of the reflected light that does not return to the objective lens 27 (not incident) is dark (incident light amount 0) and the incident portion is bright (incident light amount 100%).
このようにして得られた映像は、図１(c) に示す映像 9 のように映し出され、映像 9 の所定の水平ライン 10 で見た輝度値の高低は、図１(a) に示す輝度波形 21 のようになる。
即ち、映像 9 の、ある水平ライン 10 で見た輝度値（輝度レベル）の高低は、図１(b) に示す輝度波形 21 のようになる。このとき、２値化しきい値レベルを最大の輝度値と最小の輝度値との中間（例えば、50 ％）としたとき、映像 9 は、その輝度レベル（２値化しきい値）より輝度値が大きい領域は白く、輝度値が小さい領域は黒く表示される。
膜パターン 52 の線幅を測定するには、図１(c) の２つの黒い領域のそれぞれの外縁部間 L1 を測定することで可能となる。図１からも明らかなように、黒い領域は膜パターン 52 のエッジのテーパ状の部分を含む線幅となっており、これを測定することで、エッジのテーパ部を含めた膜パターン 52 の線幅を測定することができる。
そして、測定値とそのマスクの膜パターンとしてあらかじめ定められている標準値との誤差を検出し、測定器の校正を行う。
The image obtained in this way is displayed as image 9 shown in FIG. 1 (c), and the luminance value of the image 9 viewed on a predetermined horizontal line 10 is the luminance shown in FIG. 1 (a). It looks like waveform 21.
That is, the brightness value (brightness level) of the video 9 as seen on a certain horizontal line 10 is as shown in a brightness waveform 21 shown in FIG. At this time, when the binarization threshold level is set to the middle (for example, 50%) between the maximum luminance value and the minimum luminance value, the luminance value of video 9 is higher than the luminance level (binarization threshold). Large areas are displayed in white, and areas with low luminance values are displayed in black.
The line width of the film pattern 52 can be measured by measuring the distance L 1 between the outer edges of the two black regions in FIG. 1 (c). As is clear from FIG. 1, the black region has a line width including the tapered portion of the edge of the film pattern 52, and by measuring this, the line of the film pattern 52 including the tapered portion of the edge is measured. The width can be measured.
Then, an error between the measured value and a standard value predetermined as a film pattern of the mask is detected, and the measuring instrument is calibrated.
尚、透過照明による校正には、図４のマスクを用い、上述のような測定を行ってマスクの所定の膜パターンの線幅等を測定し、測定値とそのマスクの膜パターンとしてあらかじめ定められている標準値との誤差を検出し、測定器の校正を行う。 For calibration using transmitted illumination, the mask of FIG. 4 is used to measure the line width and the like of a predetermined film pattern of the mask by measuring as described above, and the measurement value and the film pattern of the mask are determined in advance. Detect the error with the standard value, and calibrate the measuring instrument.
以上のように、測定装置において、透過照明時には、透明ガラス基板に所定の膜パターンを形成したマスクを用いて校正し、反射照明時には、透明ガラス基板に所定の膜パターンを形成し更に全面に入射光を反射する材質で膜を形成したマスクを用いて校正することによって、精度の高い校正を行うことができる。
従って、校正の再現性と信頼性の高い測定が可能な測定装置を提供することができる。
As described above, in the measurement apparatus, during transmission illumination, calibration is performed using a mask in which a predetermined film pattern is formed on a transparent glass substrate, and during reflection illumination , a predetermined film pattern is formed on the transparent glass substrate to further illuminate the entire surface. By calibrating using a mask in which a film is formed of a material that reflects incident light, calibration with high accuracy can be performed.
Accordingly, it is possible to provide a measuring apparatus that can perform measurement with high reproducibility and reliability of calibration.
即ち、所定の膜パターンを形成した後に、メッキ処理等によって透明ガラス基板全体に入射光に対してほぼ全反射する膜パターンを形成したマスクを反射照明時のマスクとすることで、エッジ部分がテーパ状になっているため、光が対物レンズを逸れる方向に反射し、撮像された映像で見ると白い領域にテーパ状のエッジ部分のみが黒く縁取られたような領域の映像となる。この黒い縁の領域の幅を測定することで、従来のマスクでは測定できなかった、エッジ部の線幅測定が容易に実現可能となり、正確な校正ができる。 That is, after a predetermined film pattern is formed, the edge portion is tapered by using a mask in which a film pattern that substantially totally reflects incident light on the entire transparent glass substrate by plating or the like is used as a mask for reflected illumination. Therefore, the light is reflected in a direction deviating from the objective lens, and when viewed in the captured image, an image of a region in which only a tapered edge portion is blackened in a white region is obtained. By measuring the width of the black edge region, the line width measurement of the edge portion, which could not be measured with a conventional mask, can be easily realized, and accurate calibration can be performed.
また、透過照明時には、従来のように、透明ガラス基板に所定の透明ガラス基板に比べて透過率が小さい膜パターン形成しただけのマスクを用いることで、透過照明、反射照明ともに、エッジ部分の情報を含む校正が容易に実現可能となり、より真値に近づいた測定が可能となる。
尚、上記の実施例では、輝度値の最大と最小の中間値（即ち、最大輝度値を 100 ％、最小輝度値を 0 ％としたとき、50 ％の輝度値）にしきい値を設定し、２値化することによって、白と黒のコントラストの高い映像を得たが、２値化しきい値は、50 ％に限らず、装置や被測定対象物の種類等に応じて適宜変更しても良いことは自明である。更に、２値化せず、輝度を階調的に変化させて表示しても良い。
In addition, at the time of transmitted illumination, information on edge portions of both transmitted illumination and reflected illumination is used by using a mask in which a transparent glass substrate is formed with a film pattern having a lower transmittance than that of a predetermined transparent glass substrate. Calibration including can be easily realized, and measurement closer to the true value becomes possible.
In the above embodiment, the threshold value is set to the intermediate value between the maximum and minimum luminance values (that is, the luminance value is 50% when the maximum luminance value is 100% and the minimum luminance value is 0%) By binarization, an image with a high contrast between white and black was obtained. However, the threshold value for binarization is not limited to 50%, and may be changed as appropriate depending on the type of device and the object to be measured. The good thing is self-evident. Further, the display may be performed with the luminance changed in gradation without being binarized.
1〜5：入射光、 10：水平ライン、 11〜15：入射光18：映像、 19：水平ライン、 20，21：輝度波形、 24：撮像装置、 25：反射照明用光源、 26：ハーフミラー、 27：対物レンズ、 28：XYZ ステージ、 29：被測定対象物、 30：光学的顕微鏡、 31：画像処理・制御装置、 32：コンデンサレンズ、 33：透過照明用光源、 41〜45：入射光、46，46′：領域、 47：テーパ状の部分、 48：映像、 49：水平ライン、 50：輝度波形、 51：膜、 52：膜パターン、 53：透明ガラス基板、 301：XYステージ、 302：Z軸移動機構、 303：光学的顕微鏡、 304：撮像装置、 305：照明用光源、 306：PC、 308：ベース、 310：モニタ 1 to 5: incident light, 10: horizontal line, 11 to 15: incident light 18: video, 19: horizontal line, 20, 21: luminance waveform, 24: imaging device, 25: light source for reflected illumination, 26: half mirror 27: Objective lens, 28: XYZ stage, 29: Object to be measured, 30: Optical microscope, 31: Image processing / control device, 32: Condenser lens, 33: Light source for transmitted illumination, 41-45: Incident light 46, 46 ': Area, 47: Tapered portion, 48: Video, 49: Horizontal line, 50: Luminance waveform, 51: Film, 52: Film pattern, 53: Transparent glass substrate, 301: XY stage, 302 : Z-axis movement mechanism, 303: Optical microscope, 304: Imaging device, 305: Light source for illumination, 306: PC, 308: Base, 310: Monitor
Claims (2)
上記照明が透過照明時には、透明ガラス基板に所定の膜パターンを形成した第１のスタンダードスケールを用いて校正し、上記照明が反射照明時には、透明ガラス基板に上記所定の膜パターンを形成し、更に全面に入射光を反射する材質で膜を形成した第２のスタンダードスケールを用いて校正することを特徴とする測定装置の校正方法。 An imaging unit that inputs light from an illumination light source into a transparent glass substrate and images the transparent glass substrate through an optical microscope, and an image processing unit that performs image processing on the image of the transparent glass substrate captured by the imaging unit In the calibration method of the measuring device for measuring the line width and interval of the film pattern formed on the transparent glass substrate ,
When the illumination is transmitted illumination, calibration is performed using the first standard scale in which a predetermined film pattern is formed on the transparent glass substrate. When the illumination is reflected illumination, the predetermined film pattern is formed on the transparent glass substrate. A calibration method for a measuring apparatus, wherein calibration is performed using a second standard scale in which a film is formed of a material that reflects incident light on the entire surface .
透明ガラス基板上に透明ガラス基板の透過率より透過率が小さい第１の膜パターンを形成した領域と、さらにその第１の膜パターンまでの領域を第３の膜パターンとして別に形成して更にその第３の膜パターンとその近傍の膜パターンの無い領域とを反射率の大きい膜で覆った構成の第２の膜パターンの領域とを形成し、上記照明が透過照明時の校正には、第１の膜パターンの領域を用い、上記照明が反射照明時の校正には、第２の膜パターンの領域を用いて校正することを特徴とする測定装置の校正方法。A region where the first film pattern having a transmittance smaller than the transmittance of the transparent glass substrate is formed on the transparent glass substrate, and a region up to the first film pattern are formed separately as a third film pattern, and further Forming a third film pattern and an area without a film pattern in the vicinity thereof with a film having a high reflectivity and forming a second film pattern area; A calibration method for a measuring apparatus, comprising: using a region of one film pattern, and performing calibration using the region of a second film pattern for calibration when the illumination is reflected illumination.
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