JPH09196624A - 微少寸法測定方法、及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームスキャン方式の不利等を解消し、被測
定部分を撮像して得る２次元像を利用する方法の利点は
活かしつつ、高精度に微少寸法を測定する。 【解決手段】 ＸＹステージ５０によるステージ制御シ
ステム、試料１のパターンを２次元情報として撮像する
ＣＣＤカメラ６０、ステージ位置座標を得るレーザー干
渉計１１、画像データ処理部７１、寸法測定処理部７２
等をもつ。拡大された２次元像面上の限定された領域で
のパターン部分の２次元像及びレーザー干渉計からのス
テージ位置をモニタしながらスキャンする。得られた２
次元像に対し、ステージ位置座標を用いて並べ替えを行
い、画素間隔が緻密な２次元データを再構築し、次にス
キャン方向と平行で、パターンセンタ等の所定位置での
１次元方向の信号レベルをプロットすることにより光学
プロファイルを得、該光学プロファイルに対して予め設
定したスライスレベルでパターン寸法を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微少寸法の測定方
法及び装置、例えばフォトマスク等のパターンの寸法な
ど微少部分の寸法を測定するのに有利に用いることので
きる測定方法及び測定装置に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】フォトマスクやＩＣ等
のパターンのような微細な構造を対象として、その形状
寸法等を測定する場合、次のような方式によるものを用
いることができる。一つは、（ａ）ビームを、被測定部
分（試料の特定部分）に対してスキャンするビームスキ
ャン方式であり、また、同様にビームを用いる方式では
あるが、（ｂ）ビームに対して、被測定側（試料側）を
スキャンする方法である。そして、他の一つの方式は、
（ｃ）被測定部分を撮像する撮像素子によって得られる
２次元像を基に、これを利用して特定部分の寸法を求め
ようという方法である。

【０００３】寸法測定には、このような方法（基本的に
は２つ、具体的に分ければ、上述の３つ）を用いること
ができるが、図１０は、そのうち、典型的なビームスキ
ャンによる方法の内容を示す。ここでは、フォトマスク
等のパターンの微少寸法測長方法として、指定した位置
をビームスキャンする方式（ａ）を示してある。この方
式（ａ）の場合の測定装置にあっては、上記（ｂ）の方
法による装置が、光源側のビームは固定であって、試料
側の方をスキャンさせる（例えば、試料を可動のステー
ジ上にセットし、走査のためには該ステージを移動させ
る（ステージスキャン））ことで測定のための光学的走
査を行わせるものであるのに対し、その関係とは逆であ
る。即ち、図のように、フォトマスク等の試料は（移動
させずに）固定的に配置し、そのように設置した試料に
対し、図示の如くビームをスキャンさせることによって
測定のための光学的走査をする。

【０００４】従って、ビームスキャン方式の装置では、
例えば、レーザー光源と、該光源から出射されるレーザ
ービームを試料に照射しつつ該ビームを走査する機構と
を備え、これにより、図の如くに、ビームを被測定箇所
（パターン）に対してスキャンする。そして、ビームス
キャン時、試料面から反射してきた反射光を受光装置で
受光して光強度を測定することにより当該ビームスキャ
ン方向でのパターンの寸法（パターンサイズ）の検出を
行う。

【０００５】図のような特定位置（パターンを横切る状
態）で、ビームが試料面上のパターン部分を図中左から
右方向へとスキャンされれば、そのとき受光装置で光電
変換して得られる反射光信号（光電出力信号）は、該ビ
ームスキャンに伴うその走査方向上でクロスする部分の
試料上のパターンの形状や大きさ等に対応して反射光強
度の強い（高い）部分、弱い（低い）部分を表す光強度
（Ｉ）変化を示すものとして得ることができる。従っ
て、図下部に例示するように、例えば予め設定した、光
強度に関するスライスレベルを用い、その変化点（パタ
ーンエッジ）を検出しパターン寸法を決定することがで
きる。

【０００６】かかる微少寸法測長方法によるときは、ビ
ームをスキャンさせなければならない。そのため、装置
には光源側でビームをスキャンする構造が必要とされ
る。基本的には、かかる測定装置では、測定目的の試料
面上の被測定部分をビームがそのようなスキャンのため
の手段によって一定の速度で移動（走査）し、かつ、上
記ような光強度変化を生じた各変化点が分かると、その
データに基づく演算処理により、測定したいパターン寸
法は、その間におけるビーム移動量として求められるも
のではある。ところが、その試料面上に照射された実際
のビームの移動量についての情報が、不確定、不正確な
ものであれば、測定結果には、その分の誤差を伴う。従
って、高精度の微少寸法測定を行おうとする上では、良
好な測定結果は期待できず、また、再測時もその測定結
果はバラツキの大きなものとなりがちである。

【０００７】試料面上の被測定部分での現実のビームの
移動がどの程度の量であるかといったことを、直に、的
確に検出することは容易ではない。ビーム速度（距離／
時間）と時間の積として、該量を換算で求める場合で
も、上記反射光信号に基づく光強度変化を生じた各変化
点間における時間間隔の方のデータはたとえ正確に分か
っても、それは、前提としてビーム速度＝一定、即ち試
料面上の被測定部分でのビームの速度が極めて正確に安
定して一定であるということが条件となるものでもあ
る。もし、ビーム速度が変動するようだと、精度を余り
要求されないレベルの形状寸法測定であれば精度上も必
要な測定結果が得られてそれで足りるという場合もある
が、しかし、微少寸法測定の場合にとっては、十分に満
足すべき結果は得られない場合が生ずる。従って、より
高精度にその寸法測定を実現しようというとき、ビーム
速度の不確定性は、測定精度に影響を与えることにな
る。

【０００８】一方、上記（ｃ）の方法は、後述でも参照
するが、図１１，１２の如く、例えばＣＣＤ等の撮像素
子で、対象となるパターン像をとらえる方式とすること
ができる。ここでは、撮像範囲はフォトマスク等のパタ
ーン全体を含んで設定することができ、試料側も固定で
あり、他方、撮像素子側も固定でよく、両者はともに固
定的な関係にある。そして、この場合は、画素（ピクセ
ル）が２次元（所定行×所定列）で配列されており、そ
れぞれの画素個々では撮像パターン像に対応する光信号
強度レベルが得られる。従って、それら画素間の信号強
度をみていけば、即ち、例えば撮像される像中のその被
測定パターンの像部分を含んで、或る特定の一行（列）
分の画素要素部分だけに着目して、その個々の画素分の
信号を得るように検出し、信号処理を行うと、例えば図
１２下部のように、やはり、図１０の信号波形と同様な
特性をもって、試料上の所定方向に沿う光強度について
の分布が得られる。

【０００９】ここでは、上記の如くパターンを含んで取
り込まれた２次元データを基に、そのパターン寸法測定
の一例として、１行目〜ｍ行目画素のうちのｋ行目の画
素列の光強度のレベルの変化を対象とする場合が示され
ている。従って、基本的には、取り込んだ画像情報のう
ち、かかるｋ行目の画素の１列目〜ｎ列目画素中の信号
を参照する。そして、例えば、所定レベル値と比較し、
それを境に、光強度が高レベル側から低レベルへ変化し
た箇所から、低レベル側から高レベルへ変化した箇所ま
での間に、何画素分あったのか、その個数ｘを求める。

【００１０】即ち、装置の演算部では、第何列目の画素
から第何列目までの画素にわたって信号レベルが所定レ
ベル値を下回っているかを判定するものである。具体的
には、何列目の画素と何列目の画素間でスライスレベル
を横切るような高→低レベルの転換が生じているか、及
び、同様に何列目の画素と何列目の画素間でスライスレ
ベルを横切るような低→高レベルの転換が生じているか
をそれぞれ検出することで、その間の幅を、当該ｋ行目
の画素に対応するパターン部分の寸法として得ることが
できる。こうして、撮像素子によって得られる２次元像
の特定部分の寸法を求める方法によって、微少寸法の測
定が行える。この場合は、使用ＣＣＤカメラ等における
画素単位で、その大きさを基に、これに上記検出画素数
（ｘ）を乗じて得られる値が、求める寸法長さとして換
算算出され、これが、該当する部分のパターン寸法とし
て求められることになる。

【００１１】この方法によるときは、撮像素子側も試料
側も固定でよい等の特長を有する。よって、上記（ａ）
のスキャン方式の場合なら必要とされるようなビームス
キャンの如き構成を使用しないで済むものであり、従っ
てまた、そのための不利等もなくて良い。しかしなが
ら、他方で、かかる画素間の信号処理による場合、上記
のように何画素分あるかということが、測定の基本であ
って、分解能は、その一画素分の大きさ、長さで制約さ
れ、それ以上の測定の高精度化が望まれる場合にはこれ
に応えられない。その点で、精度向上に一定の限界があ
り、また、画素間の距離は必ずしも正確ではなく、従っ
て、これに起因する誤差を生ずる場合もある。各画素の
大きさ、あるいは画素間距離等のばらつきがあると、た
とえ、同一の測定対象箇所の測定でも、そのデータが信
号処理に適用されることとなる画素行が異なるなどする
等、場合いかんで、測定結果がずれるものになる。

【００１２】本発明は、上述したような考察点から改善
を加え、ビームスキャン方式による場合の不利、不便を
解消しつつ、かつ、上記の如き被測定部分を撮像して得
られる２次元像を利用する方法による場合の利点はこれ
をできるだけ活かしつつ、高精度に微少寸法を測定する
のに好適な方法及び装置を実現しようというものであ
る。また、他の目的は、微少寸法の測定に際しての測定
再現性の向上を図ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によって、下記の
微少寸法測定方法、及び装置が提供される。本発明は、
試料の測定対象の微少部分の寸法を測定する測定方法で
あって、ステージ上に載置した前記試料の測定対象部分
の撮像素子の撮像による２次元像及びステージ位置測定
機により得られる当該ステージ位置をモニタしながら該
ステージをスキャンすることにより、該ステージスキャ
ンで得られる画像情報に対し、そのステージ位置座標を
用いて並べ替えを行い、これを基に前記スキャン方向と
平行な所定位置での１次元方向の前記測定対象部分の光
学プロファイルを得て、その光学プロファイルから前記
測定対象部分の寸法を求めるようにする、ことを特徴と
するものである。よって、本測定方法は、単なるビーム
を用いるスキャン方式による場合の不利、不便を解消し
つつ、かつ、被測定部分を撮像して得られる２次元像を
利用する方法による場合の利点はこれをできるだけ活か
しつつ、高精度に微少寸法を測定するのに好適であり、
寸法測定する方向、即ちスキャン方向について、非常に
緻密なデータに基づく光学プロファイルを得て、よりき
め細かな微少寸法測定が可能で、フォトマスク等のパタ
ーンの寸法など微少部分の寸法を測定するのに有利に用
いることのできる微少寸法測定を実現することを可能な
らしめる。

【００１４】また、本発明は、フォトマスクその他これ
に類する試料の測定対象のパターン寸法を測定する微少
寸法測定装置であって、駆動制御されるステージと、該
ステージ上に載置される前記試料のパターン部分を２次
元情報として撮像する撮像手段と、前記ステージのスキ
ャン方向のステージ位置を測定して位置座標情報を得る
測定手段とを有し、これら手段を用いて、拡大された２
次元像面上の限定された領域での前記パターン部分の２
次元像、及び前記測定手段によって得られる前記ステー
ジ位置座標をモニタしながらステージスキャンをさせる
とともに、斯くスキャン中に得られる前記情報を取り込
んで処理する手段を備え、該処理手段は、前記２次元像
に対し、前記ステージ位置座標を用いて並べ替えを行
い、画素間隔が緻密な２次元データを再構築し、該デー
タを基に前記ステージスキャン方向と平行で所定位置で
の１次元方向の信号レベルをプロットすることにより光
学プロファイルを得、該光学プロファイルに対して予め
設定した基準レベルを用いてパターン寸法を決定するよ
う構成して、好適に実施でき、同様に上記のことを実現
することを可能ならしめる。

【００１５】また、本発明によって、フォトマスクその
他これに類する試料の測定対象のパターン寸法を測定す
る微少寸法測定方法であって、直交するＸ方向及びＹ方
向に駆動制御可能なＸＹステージと、該ＸＹステージ上
に載置される前記試料のパターン部分を２次元情報とし
て撮像する撮像手段と、前記ＸＹステージのＸ方向スキ
ャン，Ｙ方向スキャンの各方向のそれぞれのステージ位
置を測定してステージ位置座標情報を得る測定手段とを
用い、前記Ｘ方向及びＹ方向のうちの一方の第１の方向
（例えばＸ方向）に、前記ＸＹステージをスキャンして
パターン位置検出スキャンを行い、前記２次元情報とス
テージ位置座標情報を用いて、該第１の方向（例えばＸ
方向）に関する前記パターンの所定箇所（例えばパター
ン中心）の位置を検出し、斯く検出した第１の方向上の
パターンの所定位置を基準に、前記Ｘ方向及びＹ方向の
うちの他方の第２の方向（例えばＹ方向）に、前記ＸＹ
ステージをスキャンしてパターン位置検出スキャンを行
い、前記２次元情報とステージ位置座標情報を用いて、
該第２の方向（例えばＹ方向）に関する前記パターンの
所定箇所（例えばパターン中心）の位置を検出し、斯く
検出した第２の方向上のパターンの所定位置を基準に、
前記第１の方向に前記ＸＹステージをスキャンすること
により、該第１の方向（例えばＸ方向）における前記パ
ターンの寸法（例えばパターンセンタでのＸ方向寸法）
を求めるようにする、ことを特徴とする微少寸法測定方
法が提供される。これによると、同一箇所スキャンに好
適で、常に試料上の同一箇所（もしくはほぼ同一箇所）
の測定結果が得られて、測定再現性が向上する。従っ
て、たとえコンタクトホールのように丸みを帯びたパタ
ーンに対しても、容易に測定再現性を向上させることが
できる。また、その第２回目のスキャンにおいて、その
他方の方向（例えばＹ方向）における当該パターンの寸
法（例えばパターンセンタでのＹ方向寸法）を求めるよ
うにすることもでき、こうすると、３回のスキャンでそ
の直交２方向のＸ／Ｙ寸法を求めることもできる。ま
た、これに限らず、十字、及びＬ字パターン等も同様
に、特定の場所をスキャンし、測定再現性を改善するこ
とができる。

【００１６】また、本発明によって、フォトマスクその
他これに類する試料の測定対象のパターン寸法を測定す
る微少寸法測定方法であって、少なくとも一方向（例え
ばＸ軸方向）に駆動制御可能なステージと、該ステージ
上に載置される前記試料のパターン部分を２次元情報と
して撮像する撮像手段と、前記ステージのスキャン方向
（例えばＸ軸方向）、及び該スキャン方向と直交する方
向の各方向のそれぞれのステージ位置を測定してステー
ジ位置座標情報を得る測定手段とを用い、前記ステージ
上に載置した前記試料のパターンの前記撮像手段による
２次元像及び前記測定手段により得られる当該ステージ
位置をモニタしながら該ステージを前記スキャン方向
（例えばＸ軸方向）にスキャンすることにより、前記２
次元情報とステージ位置座標情報を用いて、前記スキャ
ン方向（例えばＸ軸方向）と平行な所定位置での１次元
方向における前記パターンの寸法（例えばパターンセン
タでのＸ方向寸法）を求めるようにするとともに、該パ
ターンの寸法を求める際に、当該ステージスキャンと直
交する方向のステージ位置誤差に対する補正をするべ
く、前記測定手段により該ステージ位置誤差を求め、そ
のステージ位置誤差に応じ、当該誤差分に対応する分、
ずれた位置の画像データを採用することによって、前記
パターンの寸法（例えばパターンセンタでのＸ方向寸
法）の決定するようになす、ことを特徴とする微少寸法
測定方法が提供される。これによると、ステージスキャ
ンと直交する方向のステージ位置誤差を補正することが
でき、可動ステージに機械的な誤差があっても、その誤
差による測定精度、測定再現性の低下等を回避し得、例
えばパターンセンタの寸法測定でも、予め画像データを
広めの範囲で取り込み、その中からステージ誤差分だけ
ずれた位置の画素データを採用することによって、画素
単位で適切な補正ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は、本発明による微少寸法測定
を実施するための測定装置の一実施例を示す。本装置
は、基本的には、フォトマスク等の被測定試料１を載置
する移動（可動）ステージ５０、及び該ステージ位置を
測定する座標測定機（例えばレーザー干渉計等）を有す
るステージ制御システムを備えるとともに、ステージ５
０上にセットした試料１がステージ５０と一体に移動す
る時のその測定対象のパターン等の被測定部を撮像して
２次元像を得る撮像素子による撮像カメラ、例えばＣＣ
Ｄカメラ６０と、その画像データとステージ位置座標デ
ータとを基に寸法測定のための演算処理等を行う処理系
を備えて構成することができる。

【００１８】また、本装置による測定方式の基本は、前
述で触れた（ｂ）方法による考えを基にそれを応用した
ものと、前記図１１，１２により説明した（ｃ）の２次
元画像を利用する方法よる考えを更に拡張し応用したも
のとの、組み合わせが基礎となっている。なお、前記
（ｃ）の方法との対比でいえば、その方法（ｃ）が、既
述の如くに、２次元画像をみて、その画素間の信号で何
画素あるか判断して寸法を測定するという考えに基づく
ものであり、その場合、試料は固定でスキャンしないの
に対して、本測定方式では、測定にはＣＣＤカメラ６０
の２次元像を使用するとともに、試料１側をスキャンす
るようにもなす。

【００１９】上記移動ステージ５０は、ここででは、Ｘ
Ｙ直交２軸のＸＹステージとして示されており、それぞ
れＸステージ駆動系，Ｙステージ駆動系による駆動機構
５１でＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動される。また、Ｘ軸方
向の系とＹ軸方向の系のそれぞれに、座標測定のためレ
ーザー干渉計（干渉計本体）１１が設けられ、そして、
かかるレーザー干渉計１１と、ステージ５０と一体に移
動するようステージ側に固定したミラー１２（反射ミラ
ー）との間に、レーザー光が往復する干渉計光路を形成
してそれぞれレーザー干渉式測距計を構成させる。

【００２０】レーザー干渉測距計は、レーザー光の干渉
を利用し、機械的な長さや２地点間の距離の精密測定を
光学的に行うことができる測長機であって、ここでは、
レーザー干渉計１１、及び上記ステージ側のステージミ
ラー１２を含み、更には、干渉縞強度の変化等に基づき
検出される光電変換信号を用いて、例えば干渉縞計数法
により測定長を求めるための情報処理部７３を含んで構
成される。各レーザー干渉計１１と接続される情報処理
部７３は、試料１を載置したＸＹステージ５０のＸ座
標，Ｙ座標の測定部として機能し、ステージスキャンに
伴い変化する対応するレーザー干渉計１１とステージミ
ラー１２間の距離（スキャン方向上の距離）に応じ、使
用レーザー光の波長を長さの基準として用いてステージ
５０の移動量、従ってＸＹステージ位置を高精度に測定
する。

【００２１】一方、このようにスキャン位置がモニタさ
れるＸＹステージ５０上の試料（サンプル）面を２次元
情報として撮像するよう、レンズ６１による光学系を介
挿してＣＣＤカメラ６０が設置され、これによりその試
料１中の目的の被測定部分が撮像される。従って、本測
定方式では、試料１、例えばフォトマスク等をセットし
たステージ５０をスキャンして、なおかつ、２次元像も
とらえている点に特徴づけられる。ＣＣＤカメラ６０に
は、画像データ処理部７１（画像処理装置）が接続され
る。ステージスキャン中、撮像して得られる信号（画像
データ）は該処理部に取り込まれる。寸法測定処理部７
２は、スキャン中逐次取り込んだデータに基づいて、後
述の如きデータ信号処理によりフォトマスク等のパター
ンのスキャン方向の寸法測定をする。この場合におい
て、パターン寸法測定に、レーザー干渉測距計側の情報
処理部７３において得られるステージ位置座標が用いら
れる。

【００２２】本実施例装置の制御・信号処理系は、上記
レーザー干渉計１１と接続される情報処理部７３、及び
ＣＣＤカメラ６０と接続した画像データ処理部７１、寸
法測定処理部７２、測定結果データの表示の用に供する
ことができるディスプレイ等の表示部７５を含み、ま
た、情報処理部７３にはＸＹステージ５０の駆動系に対
する駆動制御部等を含んで構成される。

【００２３】〔測定方式〕上記構成の微少寸法測定装置
において、測定は、基本的には、次のようにして実施す
る。 拡大された２次像面上の限定された領域での２次元
像、及びレーザー干渉計によって得られるステージ位置
をモニタしながらステージをスキャンをする。 次に、上記で得られた２次元像に対し、ステージ位置
座標を用いて並べ替えを行い、画素間隔が緻密な２次元
データを再構築する。 次に、スキャン方向と平行で特定位置での１次元方向
の信号レベルをプロットすることによって光学プロファ
イルが得られる。 次に、光学プロファイルに対して予め与えられたスラ
イスレベルを用いてパターン寸法を決定する。

【００２４】図２，３は、その寸法測定アルゴリズムを
示し、これは、中央処理装置としての寸法測定処理部７
２の制御の下で実行される。ここでは、例えば、図４に
撮像像として示されるような被測定部を有する試料１を
ステージ５０上に載置し、スキャン方向として該ステー
ジ５０をＸ軸方向へスキャンする一方、同時にＣＣＤカ
メラ６０による撮像も行って、その被測定部である微少
なパターンの寸法（Ｘ寸法）を測る場合を例にとって説
明する。

【００２５】図２において、まず、ステージ５０のＸ軸
方向のスキャン中、ＣＣＤカメラ６０の撮像によって得
られる２次元像のほか、そのステージ位置（Ｘ座標）の
モニタを行う（ステップ１００）。ここに、上記ステー
ジ５０の速度等の駆動制御は、ステージ制御システムの
情報処理部７３に対する寸法測定処理部７２からの指令
制御によってなされ、また、モニタ中のカメラ画像の取
り込みタイミング等についても、寸法測定処理部７２か
らの画像データ処理部７１に対する指令制御によってな
される構成とすることができる。

【００２６】具体的には、一例として、図３に示す如き
手順内容に従って上記情報の取り込みを実行できる。同
図での処理内容は、概略、寸法測定スキャン中かのチェ
ック、被測定パターン部分の２次元像取り込み、ステー
ジ位置座標取り込み、次回サンプリングタイミングかの
チェックの各処理からなる（ステップ１０１〜１０
４）。まず、ステージ５０がスキャン中か否かを判断す
る。そして、本例では、ステージ５０がＸ軸方向に移動
中でＸ寸法測定スキャン中であれば、拡大された２次元
像面上の限定された領域での２次元像の取り込みを行
い、かつまた、その時点でのステージ５０のスキャン方
向における位置座標、即ちＸ軸方向の系のレーザー干渉
計１１によって得られるステージ５０のＸ座標位置の取
り込みを実行する。

【００２７】かかる画像、ステージ位置情報に対する処
理は、図５（ａ）〜（ｃ）に例示する如く、ステージ５
０のＸ方向スキャンに伴いパターン像がＣＣＤカメラ５
０の撮像面を、例えば同図（ａ）→同（ｂ）→・・→図
４→・・・→同（ｃ）というように徐々に移動していく
過程において、予め定めた一定のサンプリングタイム間
隔ごとに実行される。このようにして、該当するサンプ
リングタイミングでは、逐次、試料１の測定対象のパタ
ーン部分の２次元像の情報と、レーザー干渉測距計によ
る高精度なＸステージ位置座標との両者の情報が同期し
て取り込まれる。なお、この場合、ＣＣＤカメラ５０か
らの画像に基づき画像データを取り込む領域について
は、スキャン方向（即ち、Ｘ方向）と直交する方向（即
ちＹ方向）に関して或る幅をもって行い、例えば図５に
おける、パターン像が存在しない上下の所定部分につい
ては、不要な部分のデータとして後述の処理の対象とせ
ず、捨てるような処理方法を採用してもよい。

【００２８】図２に戻り、次の手順では、上記で得られ
た２次元像に対し、同期して取り込まれたり込まれたス
テージ位置座標を用いて並べ替えを行い、画素間隔が緻
密な２次元データを再構築する（ステップ１１０）。そ
して、これを用いて、本例では、スキャン方向であるＸ
ステージ移動方向と平行であって、所望の特定位置にお
けるパターン寸法を求めるため、当該位置での１次元方
向（Ｘ方向に沿う方向）の信号レベルをプロットするこ
とにより、そのパターン部分の光学プロファイル（図６
参照）を得る（ステップ１２０）。なお、上記の特定位
置は、測定対象となるパターン部分の寸法を求めたい箇
所であり、例えば、図３や図４に併せて例示するよう
な、丁度、パターンの中心（パターンセンター）となる
ような位置である。そのような箇所を選ぶと、この場合
は、パターン中心位置で当該パターン部分をＸ軸方向に
沿って横切るような方向での寸法（Ｘ寸法）測定される
ことになる（また、例えば測定対象が丸みを帯びたパタ
ーンのような場合におけるパターン中心での寸法測定手
法の好適な例は、後記で述べられる）。そして、斯く得
られる光学プロファイルによるパターン寸法決定を行う
（ステップ１３０）。

【００２９】ここで、本実施例で、試料１の撮像による
２次元像及びレーザー干渉計１１を用いて得られるＸス
テージ位置座標をモニタしながらステージスキャンする
ことで得られるその２次元像に対し、そのＸ座標を用い
て並べ替えを行い、画素間隔が緻密な２次元データを再
構築するのは、以下のような理由に基づく。まず、本実
施例において、ステージ５０をスキャンするようにした
のは、次のような観点からである。例えば、前述の画素
間の信号処理による（ｃ）の方法の場合（図１１，１
２）、画素間の距離は、必ずしも正確に分かっていない
等の難点が指摘できるが、しかるに、本実施例装置で
は、そのステージ５０の位置は、レーザー干渉計１１で
測れ、しかも、その精度は非常に高精度であって、光の
波長の精度で測れる。特に、使用レーザー干渉計１１と
して、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーをレーザー光源とする
ものを用いると、その波長は極めて安定しており、より
高精度でステージ位置、即ち位置座標を測定することが
できる。

【００３０】また、画像としては、前述の（ｃ）の方法
のように、２次元像をとらえているのにもかかわらず、
更に、加えてステージ５０側をスキャンするようにもし
ているのは、次のような効果を得ることを狙っている点
にある。第一は、ビームをスキャンするような構造が不
要となる点に大きな利点がある。より具体的には、ビー
ムを動かす手法であると、既述の如く、現に試料面上を
動かした距離（現実にビーム照射点がその試料面に沿っ
てその面上を動いた距離）は、いくらかついては、曖昧
なもので、それを実際に検出することも難しいものとな
り、高精度に微少寸法を測定したいときには、誤差の要
因となる。これに対して、本方式では、撮像素子側のＣ
ＣＤカメラ６０を固定しておき、ステージ５０側は、こ
れを単に位置を検出すれば足り、かつまた、そのステー
ジ位置は、上記のように極めて高精度に容易に測定可能
であるという利点がある。従って、まず、こうした点か
ら、本実施例では、ステージ５０をスキャンしようとす
る方式を導入するものである。

【００３１】次に、本実施例では、かかるステージスキ
ャン中、該ＣＣＤカメラ６０からの処理すべき信号は、
既述の如く、所定の一定時間間隔のサンプリングで得て
おり、所定のサンプリングレイトでサンプリングしてい
る。

【００３２】ここに、制御の対象となる可動のステージ
は、そのスキャン時、固定の撮像側に対し、本来、常
に、一定のスピード（（スキャン方向上の距離）／時
間）で動くのが理想である。しかるに、実際には、フォ
トマスク等のパターンの如き微細構造の微少な寸法の高
精度測定が要求されるというようなこの種の微少寸法測
定においては、それに見合う程度の極めて高い精度のレ
ベルでそのスキャンスピードをみたとき、厳密には、ス
テージは一定スピードでは移動しない。常に、高度に厳
密に一定スピードでステージが動くとするなら、一定サ
ンプリングレイトでのサンプリングは、それに伴って移
動する試料のその被測定部の面上においても、一定の距
離間隔でサンプリングしていることにほかならないか
ら、得られる画像データの処理もそれを前提にできる。
ところが、実際には、ステージスキャンのスピードの一
定制御にも限界があるのが実情であり、従って、極めて
正確に一定の距離間隔でサンプリングされているという
ようにはならずに、信号サンプリングは、実距離との関
係（スキャン方向上での実際の距離（長さ）との関係）
では、（その距離間隔に関して）飛び飛びのものにな
る。もし、所定のステージスキャンスピードからスキャ
ンスピードが速くなると、そのときは、サンプリング時
間間隔は同じだから１サンプリング間隔ごとの距離は大
きくなり、結果、得られるデータは疎の傾向になり、逆
に、もし、スキャンスピードが遅くなると、サンプリン
グ時間間隔は同じだから１サンプリング間隔ごとの距離
は短くなり、得られるデータは密の傾向になる。

【００３３】そこで、それを、もう一度並び替えるもの
である。即ち、実際のステージ位置の座標（既述の如
く、これは、レーザー干渉計１１による位置測定で、極
めて高精度に、波長単位で得られる）を用いて、並び替
えすれば、「正しい位置」での信号が分かる。つまり、
スキャン方向に対して、スキャン時のスピードが一定で
はなく、そのためステージが振動しながら移動すれば、
そのようにステージが動くことから、或る部分は密なデ
ータがあり、他の或る部分は疎なデータがあるというよ
うに、疎密になるところ、データがそのようなものにな
っても、それらデータとステージ位置座標値を関連付け
ることによって、即ち、その時、同時にモニタして得て
いるステージ位置座標を基準に、これを用いて、それぞ
れの本来の正しい位置で、再プロットすれば、測定対象
のパターン部分の形状を的確に反映した正しい信号レベ
ル波形が得られるものである。

【００３４】これに加え、第二には、更に上記のように
並び替えをするということは、下記のことも意味する。
例えば、スキャン方向（本例では、Ｘ方向）の画像情報
に着目していえば、実際には、そのスキャン方向に沿っ
てＣＣＤカメラ６０の画素が（行方向に）配列されて多
数存在するので、サンプリング瞬時、本実施例では、一
点ではなくて、スキャン方向の或る幅でもってサンプリ
ングデータが得られ、例えばＮ個画素のデータの扱いを
するとすると、その幅のＮ画素分を対象に、上記プロッ
トができることになる。次のサンプリング瞬時でも、こ
れに準じて処理しプロットすると、そのときもＮ画素個
分に対応するものとなる。このように、１点の信号を一
定時間間隔でサンプリングしていく場合のものと比べ、
本実施例方式に従い、ステージスキャンしながらＮ画素
分を一定時間間隔でサンプリングしていくと、その画素
分倍の、即ちＮ倍のプロットをとったのと同じになる。
こうすると、画素間隔を緻密にできる多くのデータを得
ることができる。

【００３５】そして、例えば、前述の（ｃ）の方法のよ
うに、単に撮像素子で撮像する場合であれば、そのとき
はその使用撮像素子側で決まる固有の画素数のデータし
か得られないが、本実施例方式では、その撮像側のＣＣ
Ｄカメラ６０の取り込み画素数のデータに対し、ステー
ジ５０をスキャンしている間中のサンプリング（の実行
回数）に比例した非常に多くのプロットを得ることがで
きるものである。よって、例えば、前述の（ｂ）の方式
であると、仮にそのビームを１画素と考えれば、ステー
ジスキャンを行っていても、単に、１×（サンプリング
レイト）×（時間分）相当のデータしかそのスキャン中
には得られず、一方また、（ｃ）の方法では、２次元像
を使用しても、「撮像素子の画素分のデータ」が図１２
下部のような信号処理の対象となるに止まるのに対し、
本実施例方式の場合、基本的に、（各時点で取り込む撮
像素子の画素の数分のデータ）×（サンプリングレイ
ト）×（時間分）のデータが得られる。かくして、それ
がスキャン方向（Ｘ軸方向）、即ち寸法を測定する方向
にばらまかれる（並び替え）わけであるから、非常に緻
密なデータ構成とすることができ、よりきめ細かな寸法
測定が可能となる。

【００３６】そのようにして得られるプロットによる光
学プロファイルは、例えば、縦軸を信号レベル、横軸の
尺度をＸステージ位置座標として示す図６のようなもの
となるが、上記のデータの再構築は２次元で行えるた
め、スキャン方向であるＸ軸方向と平行な方向でプロッ
トをするならば、パターン中心のみならず、該中心以外
の中心から離れた他の部分を選んで信号レベルのプロッ
トをしても、同じように、そのＸ軸方向に関して、間隔
の緻密なデータによる光学プロファイルを得られる。

【００３７】図２において、次のパターン寸法決定手順
では、かかる光学プロファイルに対して、図６に示すよ
うな予め与えられたスライスレベルを適用してパターン
寸法を決定する（ステップ１３０）。この場合におい
て、そのようなスライスレベルを設けて、該レベルを基
に寸法測定するときに適用するのは、ステージ位置情報
である。即ち、基準となる尺度は、前述の（ｃ）の方法
のように、光強度変化点間の画素個数についての情報に
基づくものではなく、本実施例では、同時にレーザー干
渉計１１でモニタし、位置を測ることによって得られて
いるその高精度のＸステージ位置座標値であり、これを
用いて、図６の如くの光学プロファイル上での信号レベ
ル（光強度）変化特性とその設定スライスレベルとの各
クロス点の間を、それぞれ対応するＸ座標値の差として
とらえて、その差分値から決まる長さ距離を演算し、求
めるべきＸ方向のパターン寸法として得る。寸法測定処
理部７２では、このような演算処理を実行し、求められ
た寸法値を表示部７５に表示する。

【００３８】以上のようにして、本実施例によれば、試
料１の微少部分の寸法を高精度に測定することができ、
フォトマスク、ＩＣ等のパターンの寸法測定に用いて好
適な微少寸法測定を実現できる。なお、同一の試料１の
異なるパターン部分を測定対象として、それに対する寸
法測定を行う場合は、当該パターン部分を新たな被測定
部分とするよう、ＸＹステージ５０を移動させて、上述
した手順（ステップ１００〜１３０）を実行させればよ
い。また、同一パターン部分を繰り返し測定する必要が
あるときは、Ｘステージを当初の位置に戻してから、再
度同様にして上記手順により寸法測定を必要回数行うよ
うにすればよい。

【００３９】〔同一箇所スキャンによる寸法測定〕次
に、図７，８をも参照し、測定対象の微少部分の同一箇
所がスキャンの対象とされるようにして、即ち測定箇所
となるように、寸法測定を行う方法について説明する。
パターンの微少寸法測定を行うとき、丸みを帯びたパタ
ーンを測定対象とする場合がある。このようなパター
ン、例えばコンタクトホールのように丸みを帯びたパタ
ーンに対して、測定再現性を向上させるためには、常に
パターンの同一箇所を測定する（スキャンする）ことが
できるようにもすることが望ましく、これも正確な微少
寸法測定を行う上での重要な事項のひとつとなる。

【００４０】そこで、このような考察に基づき、以下に
示すものでは、上記で述べてきた測定手法を基本に利用
しつつ、測定対象（部分）に対する測定再現性を向上さ
せるようにしようというものであり、ここでは、３回の
スキャンでＸ／Ｙ寸法を求める方法を採用する。図７，
８はその原理内容をも示すもので、図７は、その一例と
してのコンタクトホール寸法測定アルゴリズムであり、
図８はその場合の内容、手順を示したものである。本測
定方式も、測定システムの構成等は、基本的に、図１〜
６によるものの場合と同様である。

【００４１】以下、要部を説明する。図７によるステッ
プ２００〜２２０のホール位置検出Ｘスキャン、Ｙ寸法
測定スキャン、及びホール位置検出Ｙスキャン、Ｘ寸法
測定スキャンも、中央処理装置としての寸法測定処理部
７２の制御の下で実行される。

【００４２】〔ステップ２００〕まず、図８（ａ）上部
に示す如くにコンタクトホールを被測定部として有する
試料１をセットしたＸＹステージ５０を、直交２軸の一
方の方向にスキャンする。本例では、最初に、Ｘ軸方向
へスキャンして、ＣＣＤカメラ６０による２次元像及び
Ｘステージ位置座標をモニタしつつ、ホール位置検出Ｘ
スキャンを行わせる。これにより、同図（ａ）下部に示
すようにして、図中のパターンのＸ方向の左右エッジ部
分間の中央に相当する位置をパターン中心（パターンセ
ンタ）として検出するが、この場合に、前述の測定方式
に従ってこれを行うと、同様に、その光学プロファイル
を得る際に、スキャン方向について緻密なデータを得る
ことができ、従って、そのＸ軸方向に関してのコンタク
トホールのパターン中心の検出も、より正確なものとし
て行うことができる。該パターン中心は、Ｘ座標として
求めることができる。

【００４３】〔ステップ２１０〕次に、斯く検出したＸ
軸方向パターン中心を基に、同図（ｂ）に示すように、
上記ホール位置検出Ｘスキャンと直交する方向（垂直な
方向）のＹ軸方向へのＸＹステージ５０のスキャンを実
行させる。このとき、前述の〜の測定方式により、
当該コンタクトホールのＹ方向のパターン寸法の検出、
決定を行うことができるとともに、同時に、上記ステッ
プ２００に準じて、Ｙ方向に関するパターン中心の検出
をも行うことができる。ここに、該パターン中心は、Ｙ
座標として求めることができる。

【００４４】即ち、この場合、今度は、Ｙステージ位置
座標を用いて、このときの寸法測定スキャン方向である
そのＹ軸方向と平行で、かつ、上記検出したＸ軸方向パ
ターン中心位置での１次元方向（Ｙ軸方向）の信号レベ
ルをプロットすることにより得られる光学プロファイル
に対してスライスレベルを用いてパターン寸法（Ｙ寸
法）を決定する。そして、更に、これを利用して、図中
のパターンのＹ方向の上下エッジ部分間の中央に相当す
る位置を、Ｙ軸方向に関してのそのコンタクトホールの
パターン中心として検出することができる。このとき
も、寸法測定をしようとする方向、即ちそのスキャン方
向であるＹ方向について、緻密なデータを得ることがで
きることから、そのＹ軸方向に関してパターン中心検出
も、同様に、より正確なものとしてなされる。

【００４５】〔ステップ２２０〕そして、本例では、３
回目に、斯く検出したＹ軸方向パターン中心を基に、同
図（ｃ）に示すように、Ｘ寸法測定のためＸＹステージ
５０のＸスキャンを行う。これにより、このときの寸法
測定スキャン方向であるＸ軸方向と平行で、そのＹ軸方
向パターン中心位置での１次元方向（Ｘ軸方向）の信号
レベルをプロットすることにより光学プロファイルを
得、その光学プロファイルを用いて、当該コンタクトホ
ールのＸ軸方向のパターン寸法を決定するものである。
以上、３回のスキャンでＸ方向及びＹ方向寸法を求める
ことができ、この手順に従えば、同一の試料１上の同一
箇所の測定結果を得ることを確保し得て、測定再現性は
向上する。

【００４６】上記のようにして、たとえコンタクトホー
ルのように丸みを帯びたパターンに対しても、本測定方
式においては、測定再現性を向上させることができ、常
にパターンの同一箇所（もしくは、実質的にほぼ同一箇
所）のスキャンによる測定をすることが可能となる。ま
た、十字や、Ｌ字パターン等も同様の原理で、特定の場
所をスキャンし、測定再現性を改善することができる。
なお、本測定方式は、上記例示したパターン等以外の、
そうでない通常のパターンに対し適用することを妨げる
ものではなく、繰り返し測定を行う場合に同一箇所の測
定結果を得ようとするときに実施してもよい。

【００４７】〔スキャン位置補正〕次に、スキャン位置
補正を行う場合の測定方式の例を説明する。本測定方式
は、ステージスキャンと垂直な方向、即ち直交する方向
のステージ位置誤差の補正をも加味した微少寸法測定を
実現しようというものである。かかる誤差を補正するた
めには、図９の如くに、例えば予め画像データは前述で
述べた範囲より広めに取り込み、その中からステージ誤
差ｅだけ中心からずれた位置の画素を採用することによ
って、画素単位でこの種の補正をするようになす。

【００４８】これは、以下のような観点からのものであ
る。前述したような（ｂ）方法の如く、単にビームに対
して試料をスキャンする方法のみに依存する手法だと、
試料とビームの位置関係を、非常に高精度に保つのが困
難である。即ち、機械系を動かすので、０．１μｍオー
ダの誤差が生じてしまう。

【００４９】例えば、被測定対象が丸い穴の形状のもの
であると、通常、その真ん中のサイズ（中央部分を一直
線で横切った場合に得られるクロスサイズ）を本来知り
たいのであるが、もし、その（ｃ）の方法で、中央部分
から少しずれ（シフトした）た箇所をスキャンすると得
られる測定結果は、本来求めるべき寸法サイズよりも小
さ目な値のものとして測定されることになる。この点か
ら考えると、ステージとビームの位置関係、即ちステー
ジスキャン方向と直交する方向の位置関係を、極めて高
精度に保ちながらステージをスキャンすることは非常に
困難であって、そのための測定誤差が生じれば、測定再
現性にも影響する。

【００５０】図１以下で説明してきたＸＹステージ５０
を用いる本実施例装置では、既述の如く、画像として２
次元像をとらえているのにもかかわらず、更に、加えて
ステージ側をスキャンするようにもしているが、そのよ
うにすることとしたのは、このような面からの考察結果
でもあって、上記のようなステージ誤差補正がある場合
にも容易に対応可能となるものである。即ち、スキャン
を制御することは、スキャン方向については、当該方向
のレーザー干渉測距計によりそのステージ位置座標を常
に検出していることから、問題はない。しかるに、スキ
ャン方向と垂直な方向の位置は、単なるビームを用いる
ステージスキャン方式では適切な補正の手段がないのに
対し、それをも補正しよとするのが、本スキャン位置補
正である。

【００５１】図９は、その一例として、スキャン方向
（例えばＸ軸方向）と直交する方向（例えばＹ軸方向）
のステージ位置誤差補正のための内容を示すものであ
る。かかるスキャン位置補正を有する本測定方式も、測
定システムの構成等は、基本的に、図１〜６によるもの
の場合と同様である。補正のための処理は、寸法測定処
理部７２により行われる。

【００５２】以下、要部を説明するに、今、ＸＹステー
ジ５０上のセットした試料１の測定対象パターン部分を
２次元像として撮像し、そして、ＸＹ方向のうちの一方
の方向に当該試料をスキャンするようステージスキャン
をする場合とする。また、測定方法の基本は、前述の
〜の測定方式によるものとする。ここに、図９中、破
線で示すパターン部分及びそれに付した矢印の状態は、
本来スキャンすべき位置（ステージ位置誤差がないとし
た理想の状態）を表し、他方、実線のパターン部分及び
それに付した矢印の状態が、スキャン方向と直交する方
向のステージ位置誤差ｅによって、本来のものから図中
上方へややずれた位置で実際にスキャンがされた状態を
表す。

【００５３】しかして、このような場合、そのスキャン
方向と直交する方向に発生している試料１（サンプル）
の位置の誤差は、本装置では、当該直交する方向の系の
座標測定機としてのレーザー干渉計で正確に測ることが
できる。即ち、本実施例装置には、ＸＹステージ５０に
つき、各ＸＹ方向の系にそれぞれレーザー干渉計１０が
存在し、スキャン方向の系の場合と同様、その直交する
方向の系にも、測距用のレーザー干渉計が設けられてい
るので、スキャン中、そのステージ５０のスキャン方向
と直交する方向におけるステージ位置も測定（測長）す
ることができる。よって、これによりスキャン方向と直
交する方向に誤差ｅがどのくらい発生しているのかが
（どのくらいずれているのかが）分かるので、ＣＣＤカ
メラ６０で撮像している画素上で、実際のパターンによ
るそのパターン像が、上記直交する方向に対応する方向
上（図９中上下方向上）に何画素分ずれているのかを検
出することができる。

【００５４】従って、前述の測定方式なら、その手順
（ステップ１００）でスキャンしながら各サンプリング
時点で画像を取り込むのに際し、図９のように、誤差ｅ
の量に応じて、スキャン方向と直交する方向上、予め広
めの範囲で取り込む。ここに、図中例示するＡ１〜３に
ついては、Ａ１はカメラ６０から取り込む領域、Ａ２，
Ａ３は非取り込み領域を表し、そして、Ａ１′は、取り
込んだうちの実際に採用するデータの領域の範囲を表し
ている。こうして、例えばＣＣＤカメラ６０から取り込
む領域については、或る幅をもって行い、そして不要な
部分のデータについては破棄することができる。

【００５５】上記のような領域Ａ１′は、何画素分ずれ
ているかを考慮して定められることとなる、そのパター
ン寸法測定に必要な領域であり、かかる領域だけの画素
情報を取り込んで前述の以降の手順を行えば、必要な
画像データ等は、スキャン誤差があっても、パターンが
実際スキャンがされた位置、状態に対応するものとして
得ることができる。従って、例えば、パターンのセンタ
でのパターン寸法を求める場合なら、ステージ誤差ｅに
応じた画素数分だけずれた位置の各サンプリング時の画
素データを採用することによって、画素単位で補正をし
つつセンタでのパターン寸法を正確に測定することがで
き、実際にスキャンがされたパターンの図９中の下縁部
の箇所のパターン寸法を、センタのパターン寸法と誤測
定することもない。これは、スキャンする場所がずれて
も、丁度センタのデータが得られるようにすることを意
味し、ステージ５０上の試料１が、ステージ位置誤差に
起因してその分ずれていても、丁度、センタをスキャン
したのと同じ効果がある。

【００５６】上記のようにして、本測定方式によるとき
は、更に、ステージスキャンと直交する方向のステージ
位置誤差に対する補正をも加味した微少寸法測定を実現
することができ、より一層の高精度化を図れる。なお、
上記ステージ位置補正は、前述した被測定対象が丸い穴
の形状のパターンである場合にも適用でき、本測定方式
によれば、常に、真ん中のサイズの測定結果を得ること
が容易に可能となる。また、前記図７，８で述べた、同
一箇所スキャンによる手法のものにおいて、更に、かか
る補正を付加すれば、よりその測定再現性の向上に効果
的なものとなる。

【００５７】なお、本発明は、以上の実施例に限定され
るものではない。例えば、前記〜の測定方式は、ス
テージがＸＹステージでない場合でも、実施してもよ
い。また、前記スキャン位置補正も、ステージがＸＹス
テージでない場合でも、実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微少寸法測定方法の一実施例を示す図
である。

【図２】同実施例装置による測定方式の内容の一例を示
す手順図である。

【図３】その２次元像及びステージ位置モニタのための
手順の一例の説明に供する図である。

【図４】測定対象のパターン部分の画像取り込みの説明
に供する図である。

【図５】同じく、ステージスキャン中における画像取り
込みの例の説明に供する図である。

【図６】光学プロファイル及びパターン寸法決定の例を
示す図である。

【図７】他の測定方式の例を示すもので、コンタクトホ
ール等の場合に用いることのできる、寸法測定アルゴリ
ズムを示す手順図である。

【図８】その内容説明に供する図である。

【図９】更に他の測定方式の例を示すもので、スキャン
方向と直交する方向のステージ位置補正の説明に供する
図である。

【図１０】典型的な従来のビームスキャンによる微少寸
法測長方法を示す図である。

【図１１】撮像素子による２次元像を使用する方法を示
す図である。

【図１２】同方法の内容の説明に供する図である。

【符号の説明】 １ 試料 １１ レーザー干渉計 １２ ステージミラー ５０ ステージ（ＸＹステージ） ５１ ステージ駆動機構 ６０ ＣＣＤカメラ（撮像素子） ６１ レンズ ７１ 画像データ処理部 ７２ 寸法測定処理部 ７３ 情報処理部 ７５ 表示部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の測定対象の微少部分の寸法を測定
   する測定方法であって、 ステージ上に載置した前記試料の測定対象部分の撮像素
   子の撮像による２次元像及びステージ位置測定機により
   得られる当該ステージ位置をモニタしながら該ステージ
   をスキャンすることにより、 該ステージスキャンで得られる画像情報に対し、そのス
   テージ位置座標を用いて並べ替えを行い、これを基に前
   記スキャン方向と平行な所定位置での１次元方向の前記
   測定対象部分の光学プロファイルを得て、その光学プロ
   ファイルから前記測定対象部分の寸法を求めるようにす
   る、 ことを特徴とする微少寸法測定方法。
2. 【請求項２】 フォトマスクその他これに類する試料の
   測定対象のパターン寸法を測定する微少寸法測定装置で
   あって、 駆動制御されるステージと、該ステージ上に載置される
   前記試料のパターン部分を２次元情報として撮像する撮
   像手段と、前記ステージのスキャン方向のステージ位置
   を測定して位置座標情報を得る測定手段とを有し、 これら手段を用いて、拡大された２次元像面上の限定さ
   れた領域での前記パターン部分の２次元像、及び前記測
   定手段によって得られる前記ステージ位置座標をモニタ
   しながらステージスキャンをさせるとともに、 斯くスキャン中に得られる前記情報を取り込んで処理す
   る手段を備え、 該処理手段は、前記２次元像に対し、前記ステージ位置
   座標を用いて並べ替えを行い、画素間隔が緻密な２次元
   データを再構築し、該データを基に前記ステージスキャ
   ン方向と平行で所定位置での１次元方向の信号レベルを
   プロットすることにより光学プロファイルを得、該光学
   プロファイルに対して予め設定した基準レベルを用いて
   パターン寸法を決定するよう構成してなる、 ことを特徴とする微少寸法測定装置。
3. 【請求項３】 フォトマスクその他これに類する試料の
   測定対象のパターン寸法を測定する微少寸法測定方法で
   あって、 直交するＸ方向及びＹ方向に駆動制御可能なＸＹステー
   ジと、該ＸＹステージ上に載置される前記試料のパター
   ン部分を２次元情報として撮像する撮像手段と、前記Ｘ
   ＹステージのＸ方向スキャン，Ｙ方向スキャンの各方向
   のそれぞれのステージ位置を測定してステージ位置座標
   情報を得る測定手段とを用い、 前記Ｘ方向及びＹ方向のうちの一方の第１の方向に、前
   記ＸＹステージをスキャンしてパターン位置検出スキャ
   ンを行い、前記２次元情報とステージ位置座標情報を用
   いて、該第１の方向に関する前記パターンの所定箇所の
   位置を検出し、 斯く検出した第１の方向上のパターンの所定位置を基準
   に、前記Ｘ方向及びＹ方向のうちの他方の第２の方向
   に、前記ＸＹステージをスキャンしてパターン位置検出
   スキャンを行い、前記２次元情報とステージ位置座標情
   報を用いて、該第２の方向に関する前記パターンの所定
   箇所の位置を検出し、 斯く検出した第２の方向上のパターンの所定位置を基準
   に、前記第１の方向に前記ＸＹステージをスキャンする
   ことにより、該第１の方向における前記パターンの寸法
   を求めるようにする、ことを特徴とする微少寸法測定方
   法。
4. 【請求項４】 フォトマスクその他これに類する試料の
   測定対象のパターン寸法を測定する微少寸法測定方法で
   あって、 少なくとも一方向に駆動制御可能なステージと、該ステ
   ージ上に載置される前記試料のパターン部分を２次元情
   報として撮像する撮像手段と、前記ステージのスキャン
   方向、及び該スキャン方向と直交する方向の各方向のそ
   れぞれのステージ位置を測定してステージ位置座標情報
   を得る測定手段とを用い、 前記ステージ上に載置した前記試料のパターンの前記撮
   像手段による２次元像及び前記測定手段により得られる
   当該ステージ位置をモニタしながら該ステージを前記ス
   キャン方向にスキャンすることにより、前記２次元情報
   とステージ位置座標情報を用いて、前記スキャン方向と
   平行な所定位置での１次元方向における前記パターンの
   寸法を求めるようにするとともに、 該パターンの寸法を求める際に、当該ステージスキャン
   と直交する方向のステージ位置誤差に対する補正をする
   べく、前記測定手段により該ステージ位置誤差を求め、
   そのステージ位置誤差に応じ、当該誤差分に対応する
   分、ずれた位置の画像データを採用することによって、
   前記パターンの寸法を決定するようになす、 ことを特徴とする微少寸法測定方法。