JPH0781846B2 - パタ−ンエッジ測定方法および装置 - Google Patents

パタ−ンエッジ測定方法および装置

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JPH0781846B2
JPH0781846B2 JP60001766A JP176685A JPH0781846B2 JP H0781846 B2 JPH0781846 B2 JP H0781846B2 JP 60001766 A JP60001766 A JP 60001766A JP 176685 A JP176685 A JP 176685A JP H0781846 B2 JPH0781846 B2 JP H0781846B2
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light
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス板、フィルム、金属板等の基板の表面
に形成されたパターンのパターエッジの非直線性を測定
するパターンエッジ測定方法および装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ガラス板、フィルム、金属板等の基板の表面にパターン
を形成する方法としては、次のようなものがある。例え
ば基板に感光物質を均一に塗り、その感光物質を選択露
出し、写真蝕刻法によりパターンを形成する方法があ
る。また基板に均一な金属薄膜を形成し、高エネルギー
のレーザビーム等を照射して金属薄膜を蒸発させてパタ
ーンを形成する方法もある。
これらの方法により形成されたパターンは、予定した通
りの理想的な形状にはならず種々の誤差が生ずる。例え
ば、パターン形状の歪み、パターンの位置ずれ、パター
ンの線幅の誤差、パターンコーナーの丸み、パターンエ
ッジの非直線性、パターンの欠け等がある。これらの誤
差のうちパターンエッジの非直線性とは、形成されたパ
ターンのエッジの凹凸の程度を示すものである。すなわ
ち第2図(a)のような形状のパターンを実際に形成し
た場合、第2図(b)に示すようにパターンエッジが凹
凸になる。このパターンエッジの凹凸と凸部の距離ΔL
でパターンエッジの非直線性の程度を示している。
従来は、光学顕微鏡や電子顕微鏡でこのパターンを拡大
して目視観察により、パターンエッジの非直線性を測定
していた。この方法ではパターンエッジの非直線性を精
度よく定量的に測定することは困難であった。また観察
者により測定結果にバラツキが生ずる可能性がある。他
に拡大写真を撮影しパターンエッジをスケールで測定す
る方法がある。しかしこの方法は測定結果を得るまでか
なりの時間を必要とし、高精度で測定できないという問
題点があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたものでパターンエ
ッジの非直線性を定量的に精度よく測定することができ
るパターンエッジ測定方法および装置を提供することを
目的とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明は受光部の感光画素
列を被測定パターン像のパターンエッジにほぼ平行に
し、この受光部がパターンエッジを横切るように受光部
または被測定パターン像を相対的に動かし、所定の移動
距離ごとに感光画素列からの受光信号を記憶し、これら
受光信号からパターンエッジ位置を決定し、これら各パ
ターンエッジ位置に基づいてパターンエッジの非直線性
を演算するようにしている。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例によるパターンエッジ測定装置を第1
図に示す。このパターンエッジ測定装置は、ガラス板等
の透明な基板に形成された不透明パターンのパターンエ
ッジを測定するものである。照明用ランプ1と照明用コ
ンデンサレンズ2とで構成された照明系により、パター
ンが形成された基板6を下から照射する。X方向に移動
するXテーブル3の上にXテーブル3と直角なY方向に
移動するYテーブル4が設けられており、このYテーブ
ル4の上に回転テーブル5が設けらてれいる。パターン
が形成された基板6は回転テーブル5の上に置かれる。
Xテーブル3とYテーブル4と回転テーブル5により、
基板6上の任意の位置の被測定パターンのパターンエッ
ジを所定の測定位置にセットする。
基板6上の被測定パターンは対物レンズ7により拡大さ
れ、ラインセンサ11の受光部11a上に結像される。なお
対物レンズ7とラインセンサ11との間にハーフミラー8
を設けることにより、接触レンズ9を通して目視観察す
ることも可能である。
センサテーブル12には、被測定パターンの像を受光する
ラインセンサ11(例えば株式会社東芝製TCD105Cソニア
イメージセンサ)と、センサテーブル12の位置測定用の
ミラー13が取りつけられている。センサテーブル12は送
りネジ14に直結されており、モータ15により送りネジ14
を回転させることによりセンサテーブル12を移動させ
る。モータ15はモータ制御部16より制御される。
センサテーブル12の位置はレーザ測長部17により測定さ
れる。レーザ測長部17からレーザ光を発し、センサテー
ブル12に取りつけられたミラー13からの反射光を用いて
センサテーブル12までの距離を測定する。この測定値は
計算機18に入力される。
レーザ測長部17は極めて高精度な距離測定が可能であ
り、半導体装置のマスクパターンのように高精度の測定
が必要な場合に有効である。高精度が要求されない場合
には、モータ15の回転角からセンサテーブル12の位置を
測定するようにしてもよい。
ラインセンサ制御部19はラインセンサ11を制御する。す
なわちラインセンサ11に駆動信号を送出し、ラインセン
サ11の受光部11に配置された感光画素列により光電変換
された受光信号をシリアルに取り出す。シリアルに読み
出された受光信号SAは、データ変換書込制御部20に出力
される。
データ変換書込制御部20は計算機18により制御される。
ラインセンサ制御部19からのアナログの受光信号SAをア
ナログディジタル変換し、ディジタルな受光信号SDとし
てバッファメモリ21に書込む。本実施例では8ビットを
用い0から100の多値信号としてディジタル受光信号SD
をあらわす。バッファメモリ21への書込みは、ラインセ
ンサ11の1スキャン毎におこなう。
N個の感光画素からラインセンサ11が構成されていれ
ば、1スキャンでN個のディジタル受光信号SDが書込ま
れる。
バッファメモリ21に書込まれたディジタル受光信号SDは
計算機により演算処理される。この演算処理は1スキャ
ンごとにおこなってもよいし、所定スキャンごとにおこ
なってもよい。
計算機18にはグラフィックディスプレイ22が接続されて
いる。グラフィックディスプレイ22には被測定パターン
のパターンエッジの形状やパターンエッジの非直線性の
測定結果が表示される。
次にこのパターンエッジ測定装置を用いた測定方法につ
いて説明する。
まず被測定パターンのパターンエッジがラインセンサ11
の感光画素列に対してほぼ平行になるように、Xテーブ
ル3、Yテーブル4、回転テーブル5を移動させる。こ
れは、オペレータ10がハーフミラー8、接眼レンズ9を
通して、被測定パターンを目視観察しておこなう。
被測定パターン31のパターンエッジ30をラインセンサ11
の受光部11aにほぼ平行に移動させた状態を第3図に示
す。32は透明部分である。受光部11aは、N個の感光画
素P1,P2,…PNがY方向に1列に配しており、この受光部
11aがX方向に移動して、パターンエッジ30が測定され
る。
計算機18の指令によりモータ制御部16はモータ15を回転
し、送りネジ14によりセンサーテーブル12を一定速度で
連続移動させる。これによりラインセンサ11の受光部11
aはX方向に移動する。したがって受光部11aの各画素
P1,P2…PNはパターンエッジ30を横切るように移動し、
パターンエッジ30の形状に応じた光信号が各画素P1,P2
…PNに入射する。
受光部11aの位置を正確に知るために、レーザ測長部17
によりセンサテーブル1のX方向の移動量が測定され
る。ラインセンサ11はこのセンサテーブル12に取りつけ
られているので、レーザ測長部17の測定値からラインセ
ンサ11の受光部11aの位置を知ることが可能である。レ
ーザ測長部17による測定信号は計算機18に入力される。
計算機18はレーザ測長部17からの測定信号により、ライ
ンセンサ受光部11aが所定距離ΔX移動するごとにデー
タ変換書込制御部20に書込指令を発する。書込指令を受
けると、データ変換書込制御部20は、そのときの受光信
号SAをディジタルな受光信号SDに変換し、バッファメモ
リ21に書込む。1スキャン分の感光画素P1,P2…PNのN
個のディジタル受光信号SDがバッファメモリ21に書込ま
れると、計算機18はバッファメモリ21の内容を読み込み
記憶する。
ラインセンサ受光部11aがこのようにして位置X1からXM
まで移動すると、位置X1,X2,…,XJ,…,XMにおける各感
光画素P1,…,PNの受光信号SAがディジタル変換された受
光信号SDが計算機18に記憶される。位置X1では、第3図
に示すように透明部32上に受光部11aがあるため、第4
図(a)に示すように各感光画素P1,…,PNの受光信号は
全て最大値となる。位置XLでは受光部11aがパターンエ
ッジ30上にあるため、第4図(b)に示すように各感光
画素P1,…,PNの受光信号はパターンエッジ30の形状に応
じた信号となる。位置XMでは受光部11aはパターン31上
にあるため、第4図(c)に示すように、各感光画素
P1,…,PNの受光信号はゼロとなる。
計算機18は各座標位置X1,…,XMにおける各感光画素P1,
…,PNの受光信号SDから、各感光画素P1,…,PNにおける
パターンエッジ位置を求める。パターンエッジ位置は、
ある感光画素の受光信号SDが所定のしきい値になった座
標位置として定める。例えば感光画素PJおよびPKの受光
信号は第5図(a),(b)に示すように変化する。し
きい値を50と定めると、このしきい値になった位置がパ
ターンエッジ位置となる。感光画素PJのパターンエッジ
位置は、、位置X1から距離DJの位置XJにあり、感光画素
PKのパターンエッジ位置は、位置X1から距離DKの位置XK
にある。
このようにして各感光画素P1,…,PNにおける距離D1,…,
DNを求め、これら距離D1,…,DNよりパターンエッジ30の
非直線性を計算機18により演算する。パターンエッジ30
の非直線性誤差Eは、距離D1,…,DNの最大値のDmax、最
小値をDminとすると次式であらわされる。
E=Dmax−Dmin なおパターンエッジ30の非直線性誤差Eは種々の定義が
可能である。例えば次式により定義してもよい。
このようにして求められたパターンエッジ30の非直線性
誤差Eはグラフィックディスプレイ22に表示される。
このように本実施例によれば被測定パターンのパターン
エッジの非直線性を定量的に測定することができる。特
に位置測定をレーザ測長部により測定するようにしてい
るため、高精度で非直線性を測定できる。
上記実施例ではフォトマスク、写真原稿等の透明な基板
に形成された不透明のパターンのパターンエッジを測定
したが、金属薄板をパターン形状に加工したリードフレ
ームのようなパターンのパターンエッジについても測定
することができる。また不透明基板に形成されたパター
ンについても反射光を用いることにより測定可能であ
る。
上記実施例ではラインセンサを用いたが、2次元センサ
を用いてもよい。また上記実施例においては、静止して
いる被測定パターン像を拡大し、この拡大された被測定
パターン像を動いている受光部によって検出しているた
め、センサテーブル12の移動速度にむら等があって
も、、拡大されることがないため、むら等の影響を受け
ず、検出精度は低下することはない。
〔発明の効果〕
以上の通り本発明によればパターンエッジの非直線性を
定量的に精度よく、自動的に測定することができる。ま
たオペレータによる測定値のバラツキがなくなり測定再
現性が向上する。さらに自動測定であるため直ちに測定
結果を得ることができ、測定速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるパターンエッジ測定装
置のブロック図、第2図は被測定パターンのパターンエ
ッジを示す図、第3図、第4図、第5図は同パターンエ
ッジ測定装置による測定方法を説明するための図であ
る。 1……照明用ランプ、2……照明用コンデンサレンズ、
3……Xテーブル、4……Yテーブル、5……回転テー
ブル、6……基板、7……対物レンズ、8……ハーフミ
ラー、9……接眼レンズ、11……ラインセンサ、11a…
…受光部、12……センサテーブル、13……ミラー、14…
…送りねじ、15……モータ、16……モータ制御部、17…
…レーザ測長部、18……計算機、19……ラインセンサ制
御部、20……データ変換書込制御部、21……バッファメ
モリ、22……グラフィックディスプレイ、30……パター
ンエッジ、31……不透明部、32……透明部、P1〜PN……
感光画素、X1〜XM……座標位置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定パターン像を拡大光学系を介して受
    光する受光部の感光画素列が前記被測定パターン像のパ
    ターンエッジにほぼ平行になるように、被測定パターン
    を配置し、 前記受光部が前期被測定パターン像のパターンエッジを
    横切るように、前記受光部を動かし、 前記受光部と一体となって移動するミラーにレーザ光を
    発し、前記ミラーからの反射光に基づいて所定の移動距
    離ごとに、基準位置からの移動量を測定するとともに、
    この時の、前記感光画素列により受光された受光信号を
    記憶し、 この記憶された受光信号及び前記測定された移動量に基
    づいて前記受光信号が所定のしきい値となるときの前記
    基準位置からの移動方向の距離であるパターンエッジ位
    置を各感光画素ごとに決定し、 この決定された各パターンエッジ位置に基づいてパター
    ンエッジの非直線性を演算することを特徴とするパター
    ンエッジ測定方法。
  2. 【請求項2】少なくとも1列の感光画素列を有する受光
    部と、 被測定パターンを前記受光部に拡大結像させる拡大光学
    系と、 この拡大光学系により結像された被測定パターン像のパ
    ターンエッジに、前記受光部の感光画素列がほぼ平行に
    なるように被測定パターンを移動させる移動手段と、 前記受光部が前記被測定パターン像のパターンエッジを
    横切るように、前記受光部を動かす駆動手段と、 この駆動手段により動かされる前記受光部と一体となっ
    て移動するミラーにレーザ光を発し、前記ミラーからの
    反射光に基づいて基準位置からの移動量をレーザ光を用
    いて所定の移動距離ごとに測定するレーザ測長手段と、 前記所定の移動距離ごとに前記感光画素列により受光さ
    れた受光信号を記憶する記憶手段と、 この記憶手段により記憶された受光信号及び前記測定手
    段によって測定された移動量に基づいて前記受光信号が
    所定のしきい値となるときの前記基準位置からの移動方
    向の距離であるパターンエッジ位置を各感光画素ごとに
    決定する決定手段と、 この決定手段により決定された各パターンエッジ位置に
    基づいてパターンエッジの非直線性を演算する演算手段
    と、 を備えたことを特徴とするパターンエッジ測定装置。
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