JP5096852B2

JP5096852B2 - 線幅測定装置および線幅測定装置の検査方法

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Publication number: JP5096852B2
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Inventors: 智廣川; 正吾小菅; 重信大塚
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Description

本発明は、パターン寸法を測定する測定装置に関わり、特に、平面状試料のパターン寸法を高精度に寸法測定を行う線幅測定装置の検査方法に関する。

液晶表示パネル、等のＦＰＤ（ Flat Panel Display ）、半導体ウエーハ、若しくは、それらを製作するためのガラスマスク、等、平面状基板に形成されたパターンの線幅等の寸法を高精度に測定するための線幅測定装置は、近年、ワークサイズが大きくなる傾向にあり、かつ、パターンがより高精細になっていっている。ＬＣＤ（ Liquid Crystal Device ）基板でも、その傾向が強く、ＬＣＤ測定用の線幅測定装置（ＬＣＤ線幅測定装置）では、基板の大型化及び高精細化に伴い、位置ずれ対策が重要となってきている。

ＬＣＤ線幅測定装置等の線幅測定装置は、ＣＣＤ（ Charge Coupled Device ）カメラ等、固体撮像素子を使ったカメラ搭載の光学顕微鏡ヘッド（以降、光学ヘッドと称する）を、被測定対象物のＬＣＤ基板の測定位置に移動させ、移動した位置の被写体像を撮像して、パターン認識により寸法測定を行う。
光学ヘッドを測定位置に移動させるためには、例えば、被測定対象物である基板を水平面（Ｘ−Ｙ平面）上に固定し、光学ヘッドをＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させる２軸構造とし、更に、光学ヘッドの合焦点のために高さ（Ｚ軸）方向にも光学ヘッドを移動可能としている。

位置ずれの補正としては、例えば、特許文献１では、パターン認識によって位置ずれを検出し、測定箇所の位置ずれが大きい場合のみ、位置ずれを補正するために移動してから測定し、被測定箇所（測定位置）の位置ずれが小さい場合には、位置ずれを補正しないで測定している。
また、例えば、特許文献２では、レーザ変位計若しくはレーザ干渉計を用いて位置ずれを検出し、Ｘ軸方向とＹ軸方向のステージの移動量を補正している。

以下、添付図面を参照しながら従来技術を詳細に説明する。なお、各図において、共通な機能を有する部分には同一符号を付して、その重複する説明を省略する。

先ず、従来の検査装置の一実施例を図１によって説明する。図１は、従来の一実施例の線幅測定装置の概略を示す斜視図である。
図１において、１０は線幅測定装置、１２はＬＣＤ基板等の基板、１１は基板１２を載置するステージ、１３は光学ヘッド、１４はＹ軸ステージ、１５はＸ軸ステージ、１６はＸ軸レール、１７は定盤である。
線幅測定装置１０において、ステージ１１とＸ軸レール１６は、定盤１７の上に搭載されている。Ｘ軸レール１６のレールに沿ってＸ軸方向に移動できるようにＸ軸ステージ１５が搭載されている。また、Ｘ軸ステージ１５に沿ってＹ軸方向に移動できるようにＹ軸ステージ１４が搭載されている。そして、Ｙ軸ステージ１４に光学ヘッド１３が取り付けられている。
光学ヘッド１３は、Ｙ軸ステージ１４に取り付けられているために、Ｙ軸方向に移動可能であると共に、Ｙ軸ステージ１４を介して間接的にＸ軸ステージ１５上にあるため、Ｘ軸ステージ１５が、Ｘ軸レール１６上をＸ軸方向に移動することによって、Ｘ軸方向にも移動可能である。
このように、光学ヘッド１３は、Ｘ軸ステージ１５とＹ軸ステージ１４がステージ１１上をＸ軸方向若しくはＹ軸方向に移動することによって、ステージ１１上に固定された基板１２の任意の測定位置へ移動して、拡大画像を取得できる。
なお、光学ヘッド１３は、Ｙ軸ステージ１４に高さ（Ｚ軸）方向に移動可能に取り付けられているため、合焦点可能である。

図２によって、従来の線幅測定装置のおおよその機構を更に説明する。図２は、従来の線幅測定装置を上方向から見た図である。なお、本願の説明に必要のない部分は図示せず、省略している。例えば、図１で説明したステージ１１と定盤１７は、図示していない。１２は基板、１３は光学ヘッド、１４はＹ軸ステージ、１５はＸ軸ステージ、及び、１６はＸ軸レールで、図１と同様である。また、２１はレーザ干渉計、２２−１はＬＸＡターゲットミラー、２２−２はＬＸＢターゲットミラー、２３はＬＹターゲットミラー、２４−２と２５は反射ミラー、２４−１と２６はハーフミラー、２７−１〜２７−４、２８−１と２８−２、及び、２９はレーザ光の通過経路を模式的に示した光路である。

図２において、ステージ（図示しない）上に固定された基板１１の測定位置に光学ヘッド（例えばＣＣＤカメラ搭載の光学顕微鏡）１３を移動することにより、測定位置のパターンの座標（距離）を測定する。光学ヘッド１３の水平方向の移動は、Ｘステージ１５若しくはＹステージ１４の少なくとも１つを駆動することにより実行される。
この線幅測定装置においては、光学ヘッド１３は、Ｙ方向に移動するＹ軸ステージ１４に取り付けられ、向かい合った２つのＸ軸ステージ１５は、Ｙ軸ステージ１４の両端を支持して、移動するガントリー形式である。なお、Ｙ軸ステージ１４の左右の細い矢印は、Ｙ軸ステージ１４の移動方向を表わし、Ｘ軸ステージ１５の上下の細い矢印は、Ｘ軸ステージ１５の移動方向を表わしている。

レーザ干渉計２１は、ＬＸＡターゲットミラー２２−１とＬＸＢターゲットミラー２２−２でＸ軸方向のステージの移動量を測定し、ＬＹターゲットミラー２３でＹ軸方向のステージの移動量を測定する。
即ち、レーザ干渉計から出力されるレーザ光は、光路２９に沿ってハーフミラー２６に到達し、ハーフミラー２６で直進するレーザ光と０．５π［ｒａｄ］の角度に反射するレーザ光とに分岐する。
ハーフミラー２６で反射したレーザ光は、光路２８−２に沿って反射ミラー２７に到達し、反射ミラー２５で０．５π［ｒａｄ］の角度に反射する。反射ミラー２５で反射したレーザ光は、光路２８−１に沿ってＬＹターゲットミラー２３に到達する。
ＬＹターゲットミラー２３に到達したレーザ光は、反射して、光路２８−１、反射ミラー２５、光路２８−２、ハーフミラー２６、及び、光路２９を通ってレーザ干渉計２１に戻る。

また、ハーフミラー２６から直進するレーザ光は、光路２７−４に沿ってハーフミラー２４−１に到達し、ハーフミラー２４−１で直進するレーザ光と０．５π［ｒａｄ］の角度に反射するレーザ光とに分岐する。
ハーフミラー２４−１で反射したレーザ光は、光路２７−１に沿ってＬＸＡターゲットミラー２２−１に到達する。
ＬＸＡターゲットミラー２２−１に到達したレーザ光は、反射して、光路２７−１、ハーフミラー２４−１、光路２７−４、ハーフミラー２６、及び、光路２９を通ってレーザ干渉計２１に戻る。
ハーフミラー２４−１で直進したレーザ光は、光路２７−３に沿って反射ミラー２４−２に到達し、０．５π［ｒａｄ］の角度に反射する。
反射ミラー２４−２で反射したレーザ光は、光路２７−２に沿ってＬＸＢターゲットミラー２２−２に到達する。
ＬＸＢターゲットミラー２２−２に到達したレーザ光は、反射して、光路２７−２、光路２７−３、ハーフミラー２４−１、光路２７−４、ハーフミラー２６、及び、光路２９を通ってレーザ干渉計２１に戻る。

光路２７−１〜２７−４、２８−１、２８−２、及び、２９は、ほぼ同一の平面状になるように、レーザ干渉計２１、ＬＸＡターゲットミラー２２−１、ＬＸＢターゲットミラー２２−２、ＬＹターゲットミラー２３、反射ミラー２４−１及び２５、並びに、ハーフミラー２４−１及び２６が検査装置上に設置されている。
また、レーザ干渉計２１、ハーフミラー２６、ハーフミラー２４−１、及び、反射ミラー２４−２は、それぞれ、設置された位置が固定されて相互の距離が予め分かっている。
また、反射ミラー２５は、Ｘ軸ステージ１５の移動に連動してＬＹターゲットミラー２３と常にＹ軸方向と平行な位置とするため、図２では特に図示していないが、Ｘ軸ステージ１５に搭載されている。

図２に示すような配置で、レーザ干渉計２１は、光路２７−１及び光路２７−２の距離の変位を検出してＸ軸ステージ１５の移動した距離（移動量）を算出し、光路２８−１の距離の変位を検出してＹ軸ステージ１４の移動した距離（移動量）を算出する。

次に、各測定位置での位置ずれ量の検出について、図３を参照して説明する。図３は、位置ずれ量を検出するためのパターンの一例を示す図で、同様の目的のパターンが、１つの基板にｎ個（ｎは２以上の自然数）設けられている（例えば、後述の図４参照）。
図３に示す画像３０は、図２で図示したＸ軸ステージ１５とＹ軸ステージ１４とを用い、基板１２上の所望の位置に光学ヘッド１３を移動させることによって、光学ヘッド１３中のＣＣＤカメラ等のイメージセンサで、基板１２上の被検査対象物（パターン）の一部の拡大画像（画像３０）を撮像して得られる。
図３において、光学ヘッド１３の移動位置は、予めプログラムされた位置であり、画像３０の中心Ｐ_０である。しかし、画像３０のように、基板製作過程でのばらつきや、Ｘ軸ステージ１５及びＹ軸ステージ１４等を駆動するモータの発熱による検査装置の熱膨張の不均一から発生する機械的誤差の違い、等により、例えば図３のように、画像３０の中心Ｐ_０とパターン３１の中心Ｐ_１との位置がずれる。
検査装置は、この位置ずれの量（ズレ量）Ｏ’（△Ｘ，△Ｙ）をパターン認識等の画像処理によって算出する。

図４は、基板１２上に配設されたパターンを示す図である。図４では、図３で説明したパターン以外は、省略している。
図４は、基板１２全体（Ｘ０Ｙ０は基板原点を示す）に図３で説明したようなパターンがｎ個設けられている様子を示している。図４では、ｎ＝９０である。検査装置は、基板原点Ｘ０Ｙ０の方から、矢印の示す順番にパターン４１−１〜４１−８〜４１−１５〜４１−２２〜４１−３０、４１−３１〜４１−３８〜４１−４５〜４１−５２〜４１−６０、４１−６１〜４１−６８〜４１−７５〜４１−８２〜４１−９０まで、Ｘステージ１５若しくはＹステージ移動１４の少なくとも一方を駆動して、次々と光学ヘッド１３を移動させる。そして移動しながら、それぞれのパターン４１−１〜４１−ｎとしてプログラムに登録された位置において、画像を撮像して位置補正を繰り返す。
なお、図４では、Ｙ軸方向のパターンは３行で図示しているが、２行でも４行以上でも良い。また、パターンの配置が不規則的配置されていても良い。

この時、それぞれの測定位置、即ち、それぞれのパターン４１−１〜４１−ｎの位置として登録されている位置座標において、レーザ干渉計が取得した位置座標情報と画像処理によって取得した位置座標情報とを、プログラムに登録された位置座標を参照して補正を加える。
画像処理によって算出したそれぞれの測定位置でのパターン４１−１のＸ座標の位置ずれ量を△Ｘ１、Ｙ座標の位置ずれ量を△Ｙ１とし、パターン４１−ｎのＸ座標の位置ずれ量を△Ｘｎ、Ｙ座標の位置ずれ量を△Ｙｎとする。そして、レーザ干渉計によるパターン４１−１のプログラム登録位置とのＸ座標の位置ずれ量をＬＸ１、Ｙ座標の位置ずれ量をＬＹ１とし、パターン４１−ｎのプログラム登録位置とのＸ座標の位置ずれ量をＬＸｎ、Ｙ座標の位置ずれ量をＬＹｎとし、かつ、１点目の測定位置Ｍ１（Ｘ_Ｍ１，Ｙ_Ｍ１）をパターン４１−１の登録位置とし、ｎ点目の測定位置Ｍｎ（Ｘ_Ｍｎ，Ｙ_Ｍｎ）をパターン４１−ｎの登録位置とした場合に、
Ｘ_Ｍ１＝ＬＸ１＋△Ｘ１、Ｙ_Ｍ１＝ＬＹ１＋△Ｙ１
‥‥‥
Ｘ_Ｍｎ＝ＬＸｎ＋△Ｘｎ、Ｙ_Ｍｎ＝ＬＹｎ＋△Ｙｎ
となる。

なお、上記のＬＸ１〜ＬＸｎに用いる値は、２つのターゲットミラー（ＬＸＡターゲットミラー２２−１及びＬＸＢターゲットミラー２２−２）でのレーザ干渉計の算出値において、θ軸の補正を行い、光学ヘッド１３のＹ軸方向の位置により重みづけをした値を用いる。
また、上記のＬＸ１〜ＬＸｎに用いる値は、図２で示したＬＸＡターゲットミラー２２−１若しくはＬＸＢターゲットミラー２２−２のいずれかによるレーザ干渉計の算出した値を用いても良く、その場合、更に２つのターゲットミラーに関わるレーザ干渉計の算出値によって別にθ軸の補正をしても良い。

特開２００６−１８４０８５号公報特開２００２−２２８４１１号公報

従来の線幅測定装置では、１点の測定毎にレーザ干渉計で位置座標の測定の前に高さ方向の調整を必要とする。即ち、それぞれの測定位置において光学ヘッドの合焦点を行ってから、測定位置を含むエリア（以降、測定エリアと称する）の合焦点後に撮像された画像で画像処理を行って測定している。このため、１点あたりの測定時間が長く、測定点が多数の場合には、測定時間が長時間となる。例えば、図４の基板１２を測定する場合１点の測定に５［ｓ］かかる。従って、測定点（測定位置）ｎが９０点あるので、４５０［ｓ］の測定時間が必要となる。
このように測定が長時間になると、ステージを駆動するリニアモータ等の発熱により、ステージ構成部品が不均一に熱膨張を起こし、ステージの直交度の変化、又は、レーザ変位計若しくはレーザ干渉計とステージ間の相対位置の変化、等のずれが発生していた。
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、測定時間を短縮した線幅測定装置の検査方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の検査方法は、測定点位置が多数存在する基板を検査する場合に、測定位置毎に行っていた合焦点動作を省略し、合焦点位置を内挿若しくは外挿できるような複数の一部の測定位置について行う。そして、取得した合焦点情報から、合焦点動作していない測定位置での合焦点高さを内挿補間若しくは外挿補間によって算出し、算出した合焦点高さ範囲内で合焦点動作をするものである。

本発明の検査装置は、ＬＣＤ基板等の基板を載置して固定するステージと、光学顕微鏡とカメラからなる光学ヘッド部と、撮像部を基板上の所定の位置及び高さに移動するステージ機構部と、ステージ制御を行う制御装置と、撮像した画像を処理し、かつ検査装置を制御する画像処理部とを備え、基板上に形成されたパターンの寸法を測定する検査装置において、基板上の一部の測定位置について合焦点して高さを決定し、残りの測定位置の高さ調整を決定した高さのデータから内挿若しくは外挿によって算出した高さデータで実行するものである。

即ち、本発明の線幅測定装置の検査方法は、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検査方法において、高さ方向の位置を決定するための、第１のフォーカスエリアと該第１のフォーカスエリアより小さい範囲の第２のフォーカスエリアを設け、測定位置毎に、第１のフォーカスエリアで合焦点するか第２のフォーカスエリアで合焦点するかを予め決めておき、第１のフォーカスエリアで合焦点する測定位置について、測定位置毎に水平方向の位置と高さ方向の位置を測定し、第１のフォーカスエリアで合焦点する測定位置の測定位置毎の水平方向の位置と高さ方向の位置から補間によって、第２のフォーカスエリアで合焦点する測定位置の、水平方向の位置と高さ方向の位置を補正し、補正した位置において、第２のフォーカスエリアで合焦点する測定位置で線幅を測定するものである。

また本発明の線幅測定装置は、被測定対象物を載置し固定するステージと、ステージ上の被測定対象物の所定の位置の拡大画像を撮像する光学ヘッドと、光学ヘッドを被測定対象物の所定の水平位置及び高さ位置に相対的に移動するための移動機構と、光学ヘッドの水平位置をレーザ干渉計によって測定する位置測定部と、光学ヘッドの高さ位置を合焦点位置に移動させるための合焦点機構と、光学ヘッドが撮像した画像を画像処理し、かつ検査装置を制御する画像処理部とを備え、被測定対象物上に形成されたパターンの寸法を測定する検査装置において、被測定対象物上の一部の測定位置について合焦点して高さを決定し、残りの測定位置の高さ調整を決定した高さのデータから内挿若しくは外挿によって算出した高さデータで実行するものである。

本発明によれば、ＬＣＤ自動線幅測定装置等の検査装置の検査時間を短縮でき、検査装置のタクトタイムを短縮することができる。
また本発明によれば、測定時間を短縮し、ステージ構成部品が熱膨張を起こしステージの直交度変化等のずれが発生しない線幅測定装置の検査方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお、各図において、共通な機能を有する部分には同一符号を付して、その重複する説明を省略する。

図５を用いて、本発明の一実施例を説明する。図５は、図４の説明図とほぼ同様で、測定位置を間引いていることを説明するための図である。
被検査対象物である基板１２は、同一の基板であっても、検査装置１０の外から搬入されステージ１１上に載置され固定される都度、異なる位置、異なる水平角度、異なるそり状態となる。従って、基板１２は、搬入されステージ１１上に載置され固定される都度、測定位置毎に、再度、水平方向、高さ方向の位置ずれの補正が必要となっていた。更に、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、光学ヘッド、等を移動させるためには、駆動機構が必要であって、駆動機構で使用するモータ等の発熱によって、検査装置内に不均一な熱分布による熱膨張が発生し、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、光学ヘッド、等の移動位置に微妙なずれが発生し、基板１２の位置が時間的にばらつくことになって、更に複雑な補正が必要になっていた。
本願発明は、基板搬入の都度若しくは基板の検査の都度、測定位置での水平方向と高さ方向の調整をできるだけ省き、これによって測定時間を短くし、測定時間の短縮によって、駆動機構の発熱によるＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、光学ヘッド、等の移動位置のずれをできるだけ小さくするものである。

基板１２の測定点（測定位置）が多数ある場合には、図４に示したように、すべての測定位置について測定せず、図５に示したように、間引きをして高さ方向の傾向を把握する。例えば、図５では、パターン４１−１、４１−１５、４１−３０、４１−３１、４１−４５、４１−６０、４１−６１、４１−７５、及び、４１−９０を、Ｘステージ１５若しくはＹステージ移動１４の少なくとも一方を駆動して、次々と光学ヘッド１３を移動させる。そして移動しながら、それぞれのパターンとしてプログラムに登録された位置において、画像を撮像して位置補正を行う。即ち、パターン４１−１、４１−１５、４１−３０、４１−３１、４１−４５、４１−６０、４１−６１、４１−７５、及び、４１−９０を測定し、基板１２の高さ方向の傾向を把握する。

その後、測定位置全点を測定する。全数測定の際、先に求めた高さ方向の傾向を元に、各測定点での高さ方向の補間を行う。上述の間引いた測定位置でのフォーカス設定では、フォーカスエリアを光学ヘッドが高さ方向に移動可能な全範囲内に上下に移動させ、適切な高さを定める。このため、移動範囲が広くかつサンプリング回数（フォーカスが合焦点かどうかの判定に使用するサンプル数）も多いので、フォーカス設定の時間が長い。
しかし、この全数検査での高さ方向フォーカス設定には、フォーカスエリアを±１５［μｍ］とした時に、１点のフォーカス時間は、１．５［ｓ］となる。
これにより、フォーカスエリアを小さくして、移動時間の短縮とサンプリング回数の低減が可能となるため、測定時間の短縮ができるので、タクトタイムの短縮につながる。
図５の実施例は内挿補間の実施例である。しかし、本発明は、内挿補間だけでなく、外挿補間でも良く、また、測定位置によっては内挿補間若しくは外挿補間のどちらか最適な補間を選択することができる。

図６を用いて、本発明の焦点位置（高さ方向）の補間の一実施例を説明する。図６は、本発明により高さ方向の内挿補間（２点間の内挿）を行う場合の補間値を求める実施例を説明するための図である。
先ず、間引いて測定した測定点のＸ座標をＸｋ、及びＸ（ｋ＋ｉ）とし、それらの位置で測定した測定点の高さ方向の座標をＨｋ、及びＨ（ｋ＋ｉ）とする。
そして、全数測定時の任意測定点（間引かれた任意の測定点）のＸ座標をＸｐとし、その位置の測定点での高さ方向の座標（フォーカス移動位置）をＨｐを次式により求める。
Ｈｐ＝（（Ｈ（ｋ＋ｉ）−Ｈｋ）×（Ｘｐ−Ｘｋ）÷（Ｘ（ｋ＋ｉ）−Ｘｋ）＋Ｈｋ
上記のようにして算出した高さ方向の座標Ｈｐに対し、±１５μ［ｍ］のフォーカスエリアを設定することにより１点のフォーカス時間が１．５［ｓ］から１．０［ｓ］に短縮できる。

従って、図５の基板１２の実施例では、トータルのフォーカス時間Ｆｔは、１３５［ｓ］秒から９４．５［ｓ］になる。測定時間Ｍｔも４５０［ｓ］から４０９．５［ｓ］となり、４０．５［ｓ］短縮される。即ち、全測定位置数（測定点数）が９０で、間引いた測定点数が８１、フォーカス測定の測定点数が９点であるから、
Ｆｔ＝フォーカス測定時間×フォーカス測定点数＋フォーカス算出時間×フォーカス測定を間引いた測定点数
＝１．５［ｓ］×９［点］＋１．０［ｓ］×８１
＝９４．５［ｓ］
Ｍｔ＝１点あたりの測定時間×フォーカス測定点数＋補間の場合の測定時間×フォーカス測定を間引いた測定点数
＝５［ｓ］×９［点］＋（５−０．５）［ｓ］×８１［点］
＝４０９．５［ｓ］

上記実施例では、高さ位置を補間によって算出した場合のフォーカスエリアを小さく設定することによって、測定時間を短縮した。このフォーカスエリアをより小さく設定でき、光学ヘッドの焦点深度内まで絞り込むことができれば、補間した高さで測定可能となる、即ち合焦点動作を省略して測定可能となるので、更に測定時間を短縮できる。また、間引く数、即ち合焦点高さデータを取得する測定位置の数の全測定位置に対する割合が多ければ、フォーカスエリアを更に小さくできる。
なお、本発明の実施例では、一般的技術なので特に述べなかったが、合焦点の具体的な処理方法については、例えば、特開２００３−９８４２５号公報、特開２００４−２２６９９４号公報、特開２００７−１４００８７号公報、等に開示されている。

本発明の検査装置の一実施例の構成をによって説明する。図７は、本発明の検査装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、線幅測定装置７００は、主に、カメラ、光学顕微鏡、及び対物レンズ７２１を含む光学ヘッド７１３、基板７１２を載置するステージ７１１、フレームグラバ（ FG ）７２４、調光器７２３、光源７２２、制御部７４６、モニタ７２５、Ｘ軸レール７１６、Ｘ軸ステージ７１５、Ｙ軸ステージ７１４、ステージ駆動部７２６、及び、ステージ７１１を搭載する台座７１７で構成される。
また制御部７４６は、画像取込・表示部７６１、画像記憶部７６２、及びＣＰＵ（ Central Processing Unit ）７６３から成っている。更に、光学ヘッド７１３は、複数の倍率の対物レンズ７２１を図示しないレンズリボルバー機構を制御部７４６から制御することによって所望の倍率の対物レンズに切替制御し、光学ヘッド７１３のカメラが撮像する被測定対象物７１２の所望のエリアの拡大率を変更する。
なお、制御部７４６は、ＰＣ（ Personal Computer ）であっても良い。
また、光学ヘッドに用いるカメラには、固体撮像素子を使ったカメラ等があるが、特にそれに限ることは無く、画像処理に必要な画像を撮像することができるイメージセンサであれば良い。

また、ステージ７１１には、被検査対象物（基板７１２）が被写体として載置され、固定されている。台座７１７は、ステージ７１１を、Ｙ方向（図面上の左右方向）とＸ方向（図面上の奥行き方向）に移動させる水平移動機構とＺ方向（高さ方向）に移動させる高さ移動機構を備え、制御部７４６の制御によって基板７１２の所望の部分の画像を撮像することができる。
ステージ７１１は、例えば、基板７１２を固定するための吸着板であり、制御部７４６の制御によって、基板の搬入及び固定、並びに搬出を可能とする。Ｘ軸レール７１６、Ｘ軸ステージ１５、Ｙ軸ステージ１４、及び光学ヘッド１３は、制御部７４６に結合されたステージ駆動部７２６の制御によって、それぞれ、基板７１２のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に対して位置制御される。

図７において、制御部７４６は、ＣＰＵ７６３に登録された処理プログラムに従って、検査装置の各構成要素を制御する。
光源７２２からの光は、調光器７２３介して光学ヘッド７１３の光学顕微鏡に出力される。調光器７２３は、制御部７４６から制御されて光量を調整し、光学顕微鏡に光量の調整された光を出力する。例えば、調光器７２３は、画像のピーク値か平均値を画像レベルの最大値になるように、光量を調整する。そして、調光器７２３から入力された光は、光学顕微鏡を通して基板７１２に照射され、基板７１２は光を照射されたことによって反射光を出力し、出力された反射光は、光学ヘッド７１３の光学顕微鏡を通ってカメラに入射する。
光学ヘッド７１３のカメラは、入射された光を電気信号に変換して、変換した画像信号データをＦＧ７２４に出力する。ＦＧ７２４は、画像データを制御部７４６に出力する画像入力ボードである。

上述のように、カメラが撮影した被検査対象物（基板７１２）の検査対象エリアの拡大画像は、画像信号として制御部７４６に供給され、制御部７４６内の画像取込・表示部７６１に入力される。この制御部７４６には、更に、画像記憶部７６２と、所定のプログラムが格納されたＣＰＵ７６３がある。
画像記憶部７６２は、画像、及び計算用のデータを記憶するのに使用され、システム全体の動作に必要な制御は、ＣＰＵ７６３により実行される。
制御部７４６のプログラムは、この画像信号に画像処理を施すことにより、ＬＣＤ基板のパターン線幅などを測定し、その結果をモニタ７２５に出力する。

次に、図８と図７によって、上述のようなフォーカス測定時間の短縮を行う測定の一実施例の動作手順を説明する。図８は、本発明の検査装置の測定手順の一実施例を説明するためのフローチャートである。被測定対象物である基板７１２が検査装置７００上のステージ７１１に戴置されて、基板７１２の測定が開始されると、制御部７４６の制御により、線幅測定装置７００の各構成要素が駆動されることにより、ステップ８０１〜８０５の処理動作を実行する。
図８において、初期化ステップ８０１では、ステージ駆動部７２６の制御により、Ｘステージ７１５及びＹステージ７１４が移動し、原点（０，０）に光学ヘッド７１３が移動する。かつ、駆動部７２６の制御により、光学ヘッド７１３は、高さ方向に移動可能な一番上まで移動する。

次に、間引き測定ステップ８０２では、全測定位置のうち、間引き測定することになっている測定位置にそれぞれについて、プログラムの実行順番通りに、測定位置まで、光学ヘッド７１３を移動させ、フォーカス値を定める。即ち、間引いた測定位置でのフォーカス設定では、フォーカスエリアを光学ヘッドが高さ方向に移動可能な全範囲内に上下に移動させ、適切な高さを定める。そして、図３によって説明したような画像処理によって、各測定位置でのパターンの位置ずれ量を算出する。更に、この測定位置でのパターン寸法の測定を行う。
なお、間引き測定する測定位置、及び間引き測定する測定位置は、被測定対象物の検査を実行するためのプログラムを作成するときに定められる。
次に、ステップ８０３では、間引き測定する測定位置がすべて測定を終了したか否かを判定し、終了していればステップ８０４に進み、終了していなければ、ステップ８０２に戻り処理を繰り返す。

次に、全数測定ステップ８０４では、間引き測定ステップ８０２で測定しなかった測定位置について、プログラムの順番通りで、光学ヘッド７１３を水平（ＸＹ）方向に移動する。そして、間引き測定の時に取得した高さデータから補間をを行い、補間値プラスマイナス（±）１５［μｍ］の範囲内で、フォーカスエリアを光学ヘッドが高さ方向に上下移動させ、適切な高さを定める。
次に、図３によって説明したような画像処理によって、各測定位置でのパターンの位置ずれ量を算出して水平方向の位置補正を行ってから、この測定位置でのパターン寸法の測定を行う。
次にステップ８０５では、全ての測定位置について測定が終了したか否かを判定し、終了していなければ、ステップ８０４を繰り返し、終了していれば、検査を終了する。

なお、図８の実施例では、間引き測定ステップ８０２で、位置ずれ補正の他、画像処理のための画像を取得して寸法測定を行った。しかし、全数測定ステップ８０４で、画像処理によって寸法測定を行っても良い。

次に、上述の実施例では、全数測定では、フォーカス値の補間（高さ方向の位置の補間）を行った。しかし、水平（ＸＹ）方向の位置座標についても、同様の補間が可能である。以下、図９と図１０を用いて、その実施例について説明する。図９は、本発明の水平位置座標の補間方法の一実施例を説明するための図である。また、図１０は、以下において説明する測定位置Ｐｈ０での重み付けの計算について表形式で表した具体的な例を示す図である。
即ち、図９の実施例では、水平方向についても、図５で示した間引き測定した測定位置（測定点）４１−１、４１−１５、４１−３０、４１−３１、４１−４５、４１−６０、４１−６１、４１−７５、４１−９０の座標を元に、他の測定位置（この実施例では、測定位置Ｐｈ０で代表している）のＸＹ方向の補間を行いＸ座標とＹ座標の重み付けを行うことにより、熱変化に伴うズレ（ずれ）を補正するものである。

図９及び図１０の重み付けの方法を、図１１を参照しながら更に詳細に説明する。図１１は、重み付けを具体的に実行して測定する手順を説明するためのフローチャートである。ここで、説明する処理は、例えば、図８で説明した全数測定ステップ８０４として実行される。
ステップ１１０１では、補正テーブルのうち、測定位置Ｐｈ０を囲む４点Ｐｈ１、Ｐｈ２、Ｐｈ３、Ｐｈ４を決定する。
即ち、間引き測定した測定位置４１−１、４１−１５、４１−３０、４１−３１、４１−４５、４１−６０、４１−６１、４１−７５、４１−９０のＸ座標とＹ座標と、測定位置Ｐｈ０のＸ座標（Ｘｐ）とＹ座標（Ｙｐ）と比較する。
まず、Ｘｐより小さくＸｐに一番近いＸ座標にある間引き測定した測定位置の点で、かつ、Ｙｐより小さくＹｐに一番近いＹ座標にある間引き測定した測定位置の点を持つ間引き測定した測定位置をＰｈ１（Ｘｋ，Ｙｋ）とする。
次に、Ｘｐより小さくＸｐに一番近いＸ座標にある間引き測定した測定位置の点で、かつ、Ｙｐより大きくＹｐに一番近いＹ座標にある間引き測定した測定位置の点を持つ間引き測定した測定位置をＰｈ２（Ｘｋ，Ｙｋ＋１）とする。
次に、Ｘｐより大きくＸｐに一番近いＸ座標にある間引き測定した測定位置の点で、かつ、Ｙｐより小さくＹｐに一番近いＹ座標にある間引き測定した測定位置の点を持つ間引き測定した測定位置をＰｈ３（Ｘｋ＋１，Ｙｋ）とする。
最後に、Ｘｐより大きくＸｐに一番近いＸ座標にある間引き測定した測定位置の点で、かつ、Ｙｐより大きくＹｐに一番近いＹ座標にある間引き測定した測定位置の点を持つ間引き測定した測定位置をＰｈ４（Ｘｋ＋１，Ｙｋ＋１）とする。
なお、Ｐｈ１〜Ｐｈ４を求める順番は、本ステップでも他のステップでも特に問題ではない。これは、Ｘ座標とＹ座標でも同様である。

ステップ１１０２では、算出した間引き測定した測定位置４点Ｐｈ１〜Ｐｈ４それぞれとＰｈ０間の距離Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４）を算出する。
ステップ１１０３では、距離に反比例した加重平均を行う。このため、ステップ１１０２で算出した距離Ｒの逆数（１／Ｒ）をそれぞれ算出する。
ステップ１１０４では、：ステップ１１０３でそれぞれ算出した４点の距離の逆数（１／Ｒ）の総和ＳＵＭ（１／Ｒ）を算出する。
なお、図１０中の比率［％］は、距離に反比例した平均の重み付け（参考値）である。
ステップ１１０５では、上記４点Ｐｈ１〜Ｐｈ４それぞれに対して、Ｘ座標とＹ座標それぞれについて、補正値×（１／Ｒ）を算出する。
ステップ１１０６では、ステップ１１０５でそれぞれ算出した補正値×（１／Ｒ）を、Ｘ座標とＹ座標それぞれについて、総和を算出し、総和をステップ１１０４で算出したＳＵＭ（１／Ｒ）で割る。

ステップ１１０７では、ステップ１１０６で算出した補正値に基づいて、測定位置を補正する。
ステップ１１０８では、補正された測定位置に光学ヘッドを移動する。
ステップ１１０９では、画像を取得して画像処理によって線幅測定等の測定を行う。
そして、例えば、図８のステップ８０５に進む。

なお、上記実施例では、測定位置の移動順序は、先ずＸ軸方向に略平行に移動し、その後Ｙ軸方向に移動して、更にＸ軸方向に略平行に移動している。しかし、これに限らないことは勿論である。
また、上記実施例では、ガントリー形式のＸＹ軸移動ステージを用いたが、この実施例に限るものではないことは言うまでもない。
また更に、上記実施例では、高さ補正では２点間の補間、位置補正では４点での補間で説明した。しかし、補間するデータの数は、これに限らず、いくつでも良いことは勿論のこと、線形補間の他、非線形補間でも良いことは自明である。

従来の線幅測定装置の概略を示す斜視図。従来の線幅測定装置を上方向から見た図。位置ずれ量を検出するためのパターンの一例を示す図。基板上に配設されたパターン（測定位置）を示す図。本発明の一実施例の測定位置を説明するための図。本発明により高さ方向の補間を行う場合の補間値を求める一実施例を説明するための図。本発明の検査装置の一実施例の構成を示すブロック図。本発明の検査装置の測定手順の一実施例を説明するためのフローチャート。本発明の水平位置座標の補間方法の一実施例を説明するための図。本発明の補間方法において、測定位置での重み付けの計算について表形式で表した具体的な実施例を示す図。本発明の一実施例の処理動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１０：線幅測定装置、１１：ステージ、１２：基板、１３：光学ヘッド、１４：Ｙ軸ステージ、１５：Ｘ軸ステージ、１６：Ｘ軸レール、１７：定盤、２１：レーザ干渉計、２２−１：ＬＸＡターゲットミラー、２２−２：ＬＸＢターゲットミラー、２３：ＬＹターゲットミラー、２４−２，２５：反射ミラー、２４−１，２６：ハーフミラー、２７−１〜２７−４，２８−１，２８−２，２９：光路、７００：線幅測定装置、７１１：ステージ、７１２：基板、７１３：光学ヘッド、７１４：Ｙ軸ステージ、７１５：Ｘ軸ステージ、７１６：Ｘ軸レール、７１７：台座、７２１：対物レンズ、７２２：光源、７２３：調光器、７２４：フレームグラバ（ FG ）、７２５：モニタ、７２６：ステージ駆動部、７４６：制御部、７６１：画像取込・表示部、７６２：画像記憶部、７６３：ＣＰＵ。

Claims

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検査方法において、
高さ方向の位置を決定するための、第１のフォーカスエリアと該第１のフォーカスエリアより小さい範囲の第２のフォーカスエリアを設け、
測定位置毎に、第１のフォーカスエリアで合焦点するか第２のフォーカスエリアで合焦点するかを予め決めておき、
第１のフォーカスエリアで合焦点する測定位置について、測定位置毎に水平方向の位置と高さ方向の位置を測定し、
第１のフォーカスエリアで合焦点する測定位置の測定位置毎の水平方向の位置と高さ方向の位置から補間によって、第２のフォーカスエリアで合焦点する測定位置の、水平方向の位置と高さ方向の位置を補正し、
補正した位置において、第２のフォーカスエリアで合焦点する測定位置で線幅を測定することを特徴とする線幅測定装置の検査方法。
被測定対象物を載置し固定するステージと、前記ステージ上の前記被測定対象物の所定の位置の拡大画像を撮像する光学ヘッドと、前記光学ヘッドを前記被測定対象物の所定の水平位置及び高さ位置に相対的に移動するための移動機構と、前記光学ヘッドの水平位置をレーザ干渉計によって測定する位置測定部と、前記光学ヘッドの高さ位置を合焦点位置に移動させるための合焦点機構と、前記光学ヘッドが撮像した画像を画像処理し、かつ線幅測定装置を制御する画像処理部とを備え、前記被測定対象物上に形成されたパターンの寸法を測定する線幅測定装置において、前記画像処理部は、
高さ方向の位置を決定するための、第１のフォーカスエリアと該第１のフォーカスエリアより小さい範囲の第２のフォーカスエリアを設け、測定位置毎に、第１のフォーカスエリアで合焦点するか第２のフォーカスエリアで合焦点するかを予め決めておき、第１のフォーカスエリアで合焦点する測定位置について、測定位置毎に水平方向の位置と高さ方向の位置を測定し、第１のフォーカスエリアで合焦点する測定位置の測定位置毎の水平方向の位置と高さ方向の位置から補間によって、第２のフォーカスエリアで合焦点する測定位置の、水平方向の位置と高さ方向の位置を補正し、補正した位置において、第２のフォーカスエリアで合焦点する測定位置で前記被測定対象物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。